CN106011555A - 一种耐磨耐腐蚀铝合金 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种耐磨耐腐蚀铝合金，按重量百分比计由以下成分制成：氧化钇和氧化钆0.25%、硅1.47%、铜1.37%、铁0.35%、钴和锡0.84%、镁0.12%、钛和锶和锆0.025%、锰0.14%、铬0.02%，其余为铝。本发明铝合金中添加了固定配比的钛、锶、锆元素，有效提高了铝合金的强度、耐磨性和韧性，且在铝合金中添加的固定配比的钴和锡元素后，加入后能使铸品产生良好的晶粒细化，有效克服铸造裂纹，改善铸件外观，改善表面质量，提高了铝合金的硬度，添加固定配比的氧化钇和氧化钆，其两者协同作用提高了铝合金的耐蚀性，本发明有效提高了铝合金的冲击韧性25.8%。

Description

一种耐磨耐腐蚀铝合金

技术领域

本发明涉及化工领域，特别是涉及一种耐磨耐腐蚀铝合金。

背景技术

铝合金是纯铝的延伸产品，纯铝的密度小（ρ=2.7g/m3），大约是铁的 1/3，且熔点低，约为 660℃左右，铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32～ 40%，ψ:70～90%），因此其易于加工，可制成各种型材、板材，且抗腐蚀性能好。但是纯铝的强度很低，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 在纯铝中添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，这样使得其“比强度”（强度与比重的比值σb/ρ）胜过很多合金钢，成为理想的结 构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压 气机，汽车的发动机、曲轴箱等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的 焊接，结构重量可减轻50%以上。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐磨耐腐蚀铝合金，通过以下技术方案实现：

一种耐磨耐腐蚀铝合金，按重量百分比计由以下成分制成：氧化钇和氧化钆0.25%、硅1.47%、铜1.37%、铁0.35%、钴和锡0.84%、镁0.12%、钛和锶和锆0.025%、锰0.14%、铬0.02%，其余为铝。

进一步地，所述氧化钇和氧化钆的添加质量比例为氧化钇：氧化钆为3:5。

进一步地，所述钴和锡的添加质量比例为钴：锡为5:3。

进一步地，所述钛和锶和锆的添加质量比例为钛：锶：锆为3:5:1。

一种耐磨耐腐蚀铝合金的制作方法，包括：

1）、熔炼：将按各自质量百分比配备的硅、铜、铁、镁、锰、铬，放入按所述质量百分比配备的Al熔体中，熔炼温度为700℃，熔炼时间2小时后，添加氧化钇和氧化钆，熔炼温度为704℃，熔炼2小时后，添加钴和锡，熔炼温度为706℃，熔炼2小时后，添加钛和锶和锆，熔炼4小时，熔炼温度为708℃，得到混合熔体1；

2）、搅拌：熔炼完成后对所述混合熔体A进行两次搅拌，每次搅拌时间18分钟，第一次搅拌速度为350r/min，第二次搅拌速度为800r/min，得到混合熔体2；

3）、精炼 :向所述混合熔体2内加入精炼剂进行精炼，精炼温度为718℃，精炼时间为25分钟，精炼完成后静置30分钟，得到混合熔体3；所述精练剂按重量份计由以下成份制成：氟化铝4、氟钛酸钾1、氟化镁3；

4）、成分调整：测试所述混合熔体3内的各所述组分分别所占的质量百分比，对质量百分比存在偏差的所述组分的含量进行调整，保证各所述组分的含量对应其所述质量百分比，得到混合溶体4；

5）、将所述混合熔体4静置保温，保温温度为718℃，保温时间为18分钟，得到混合熔体5；

6）、 在线除气：向所述混合熔体5内通入氩气并进行搅拌，除气时间为20分钟 , 得到混合熔体6；

7）、 过滤：对所述混合熔体6进行三级过滤，第一级过滤为20ppi，第二级过滤为40ppi，第三级过滤为60ppi，过滤时所述混合熔体6控制在740℃，得到混合熔体7；

8）、铸造：对所述混合熔体7进行低液位铸造，液位高度为120mm，铸造速度为15mm/min，水流量为550L/min，最后进行快冷处理，冷速为0.15℃/s,得到铝合金。

Al-Si系合金的共晶Si结晶时生成如针状的短圆棒晶粒，其强度和韧性都低。而大多数铝合金在固态下无相变，不能通过热处理手段调整尺寸，而要通过控制其初始结晶过程来调整晶粒尺寸，细化晶粒，从而改善铝合金性能；添加固定配比的钛、锶、锆元素可将Al-Si系合金的共晶Si的晶粒细化并变成粒状，使合金的强度、耐磨性和韧度获得很大提高，可以中和铁元素的有害作用，可以将含铁0.35%合金的伸长率由0.8%提高到4.65%，抗拉强度由172MPa增到218MPa。在铝合金中添加了固定配比的钴和锡元素后，加入后能使铸品产生良好的晶粒细化，优异的细化效果使铸件得到细小的等轴晶，消除了羽毛晶和柱状晶，为以后的加工提供了良好的内在组织结构，能有效地克服铸造裂纹，减少铸锭冷隔，能够提高合金强度，改善延伸率和耐磨性，极大的提升了铝合金的硬度。

通过添加固定配比的氧化钇和氧化钆，其两者协同作用提高了铝合金的耐蚀性。当添加氧化钇和氧化钆的总含量为0.25%，并且以3:5的配比添加时，铝合金的耐蚀性最好,变质效果最为显著；在腐蚀周期内较未变质合金其平均腐蚀失重降低56.82%,平均腐蚀速率降低了28%，铝合金自腐蚀电位提高了562mV,同时腐蚀初期表面氧化膜相对完整、较高的反应电阻抑制了点蚀的产生。添加氧化钇和氧化钆的合金与未添加的铝合金相比,晶粒尺寸明显减小,组织明显细化,氧化钇和氧化钆加入后均匀分布在晶粒内及晶界处,使晶界、晶粒成分趋于均匀一致,降低了电化学腐蚀。

在铝合金中添加锰能改善抗蚀性和焊接性能，同时可降低热裂倾向；锌单独加入铝中，在变形条件下对铝合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开裂、倾向，因而限制了它的应用；本发明通过大量的实验研究，发现，当铝合金中添加0.14%锰和0.02%铬时，能够极大的改善铝合金的切削性能，能够细化铸造组织和焊缝组织的作用，还能解决锌单独添加时对铝合金强度提高有限的问题，同时避免了应力腐蚀开裂、倾向，提高铝合金综合力学性能。

本发明的有益效果为：本发明铝合金中添加了固定配比的钛、锶、锆元素，有效提高了铝合金的强度、耐磨性和韧性，且在铝合金中添加的固定配比的钴和锡元素后，加入后能使铸品产生良好的晶粒细化，有效克服铸造裂纹，改善铸件外观，改善表面质量，提高了铝合金的硬度，添加固定配比的氧化钇和氧化钆，其两者协同作用提高了铝合金的耐蚀性，本发明有效提高了铝合金的冲击韧性25.8%。

具体实施方式

一种耐磨耐腐蚀铝合金，其特征在于，按重量百分比计由以下成分制成：氧化钇和氧化钆0.25%、硅1.47%、铜1.37%、铁0.35%、钴和锡0.84%、镁0.12%、钛和锶和锆0.025%、锰0.14%、铬0.02%，其余为铝。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述氧化钇和氧化钆的添加质量比例为氧化钇：氧化钆为3:5。

3.根据权利要求1所述的一种耐磨耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述钴和锡的添加质量比例为钴：锡为5:3。

4.根据权利要求1所述的一种耐磨耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述钛和锶和锆的添加质量比例为钛：锶：锆为3:5:1。

5.根据权利要求1-4所述的一种耐磨耐腐蚀铝合金的制作方法，其特征在于，包括：

1）、熔炼：将按各自质量百分比配备的硅、铜、铁、镁、锰、铬，放入按所述质量百分比配备的Al熔体中，熔炼温度为700℃，熔炼时间2小时后，添加氧化钇和氧化钆，熔炼温度为704℃，熔炼2小时后，添加钴和锡，熔炼温度为706℃，熔炼2小时后，添加钛和锶和锆，熔炼4小时，熔炼温度为708℃，得到混合熔体1；

2）、搅拌：熔炼完成后对所述混合熔体A进行两次搅拌，每次搅拌时间18分钟，第一次搅拌速度为350r/min，第二次搅拌速度为800r/min，得到混合熔体2；

3）、精炼 :向所述混合熔体2内加入精炼剂进行精炼，精炼温度为718℃，精炼时间为25分钟，精炼完成后静置30分钟，得到混合熔体3；所述精练剂按重量份计由以下成份制成：氟化铝4、氟钛酸钾1、氟化镁3；

4）、成分调整：测试所述混合熔体3内的各所述组分分别所占的质量百分比，对质量百分比存在偏差的所述组分的含量进行调整，保证各所述组分的含量对应其所述质量百分比，得到混合溶体4；

5）、将所述混合熔体4静置保温，保温温度为718℃，保温时间为18分钟，得到混合熔体5；

6）、 在线除气：向所述混合熔体5内通入氩气并进行搅拌，除气时间为20分钟 , 得到混合熔体6；

7）、 过滤：对所述混合熔体6进行三级过滤，第一级过滤为20ppi，第二级过滤为40ppi，第三级过滤为60ppi，过滤时所述混合熔体6控制在740℃，得到混合熔体7；

8）、铸造：对所述混合熔体7进行低液位铸造，液位高度为120mm，铸造速度为15mm/min，水流量为550L/min，最后进行快冷处理，冷速为0.15℃/s,得到铝合金。

Al-Si系合金的共晶Si结晶时生成如针状的短圆棒晶粒，其强度和韧性都低。而大多数铝合金在固态下无相变，不能通过热处理手段调整尺寸，而要通过控制其初始结晶过程来调整晶粒尺寸，细化晶粒，从而改善铝合金性能；添加固定配比的钛、锶、锆元素可将Al-Si系合金的共晶Si的晶粒细化并变成粒状，使合金的强度、耐磨性和韧度获得很大提高，可以中和铁元素的有害作用，可以将含铁0.35%合金的伸长率由0.8%提高到4.65%，抗拉强度由172MPa增到218MPa。在铝合金中添加了固定配比的钴和锡元素后，加入后能使铸品产生良好的晶粒细化，优异的细化效果使铸件得到细小的等轴晶，消除了羽毛晶和柱状晶，为以后的加工提供了良好的内在组织结构，能有效地克服铸造裂纹，减少铸锭冷隔，能够提高合金强度，改善延伸率和耐磨性，极大的提升了铝合金的硬度。

通过添加固定配比的氧化钇和氧化钆，其两者协同作用提高了铝合金的耐蚀性。当添加氧化钇和氧化钆的总含量为0.25%，并且以3:5的配比添加时，铝合金的耐蚀性最好,变质效果最为显著；在腐蚀周期内较未变质合金其平均腐蚀失重降低56.82%,平均腐蚀速率降低了28%，铝合金自腐蚀电位提高了562mV,同时腐蚀初期表面氧化膜相对完整、较高的反应电阻抑制了点蚀的产生。添加氧化钇和氧化钆的合金与未添加的铝合金相比,晶粒尺寸明显减小,组织明显细化,氧化钇和氧化钆加入后均匀分布在晶粒内及晶界处,使晶界、晶粒成分趋于均匀一致,降低了电化学腐蚀。

将本发明与其它铝合金进行硬度对比：

样品	维氏硬度（HV，kg/mm²）
		本发明	755
硅1.47%+铁0.35%+钴和锡（1:1）0.84%+余量铝	499
		硅1.47%+铁0.35%+钛和锶和锆（1:1:1）0.025%+余量铝	514
硅1.47%+铁0.35%+氧化钇和氧化钆（1:1）0.25%+余量铝	524
		硅1.47%+铁0.35%+钛和锶和锆（1:1:1）0.025%+钴和锡（1:1）0.84%+氧化钇和氧化钆（1:1）0.25%+余量铝	602

表1

由表1可以得出，本发明制备的铝合金性能优越，不按本发明中元素比例添加制备的铝合金，性能明显下降。

Claims (5)

1.一种耐磨耐腐蚀铝合金，其特征在于，按重量百分比计由以下成分制成：氧化钇和氧化钆0.25%、硅1.47%、铜1.37%、铁0.35%、钴和锡0.84%、镁0.12%、钛和锶和锆0.025%、锰0.14%、铬0.02%，其余为铝。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述氧化钇和氧化钆的添加质量比例为氧化钇：氧化钆为3:5。

3.根据权利要求1所述的一种耐磨耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述钴和锡的添加质量比例为钴：锡为5:3。

4.根据权利要求1所述的一种耐磨耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述钛和锶和锆的添加质量比例为钛：锶：锆为3:5:1。

5.根据权利要求1-4所述的一种耐磨耐腐蚀铝合金的制作方法，其特征在于，包括：

1）、熔炼：将按各自质量百分比配备的硅、铜、铁、镁、锰、铬，放入按所述质量百分比配备的Al熔体中，熔炼温度为700℃，熔炼时间2小时后，添加氧化钇和氧化钆，熔炼温度为704℃，熔炼2小时后，添加钴和锡，熔炼温度为706℃，熔炼2小时后，添加钛和锶和锆，熔炼4小时，熔炼温度为708℃，得到混合熔体1；

2）、搅拌：熔炼完成后对所述混合熔体A进行两次搅拌，每次搅拌时间18分钟，第一次搅拌速度为350r/min，第二次搅拌速度为800r/min，得到混合熔体2；

3）、精炼 :向所述混合熔体2内加入精炼剂进行精炼，精炼温度为718℃，精炼时间为25分钟，精炼完成后静置30分钟，得到混合熔体3；所述精练剂按重量份计由以下成份制成：氟化铝4、氟钛酸钾1、氟化镁3；

4）、成分调整：测试所述混合熔体3内的各所述组分分别所占的质量百分比，对质量百分比存在偏差的所述组分的含量进行调整，保证各所述组分的含量对应其所述质量百分比，得到混合溶体4；

5）、将所述混合熔体4静置保温，保温温度为718℃，保温时间为18分钟，得到混合熔体5；

6）、 在线除气：向所述混合熔体5内通入氩气并进行搅拌，除气时间为20分钟 , 得到混合熔体6；

7）、 过滤：对所述混合熔体6进行三级过滤，第一级过滤为20ppi，第二级过滤为40ppi，第三级过滤为60ppi，过滤时所述混合熔体6控制在740℃，得到混合熔体7；

8）、铸造：对所述混合熔体7进行低液位铸造，液位高度为120mm，铸造速度为15mm/min，水流量为550L/min，最后进行快冷处理，冷速为0.15℃/s,得到铝合金。