CN107201469A - 一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝合金梯子制备技术领域，尤其涉及一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金及其制备方法，该铝合金包括高强度铝合金基体和铝合金基体表面的微弧氧化膜，微弧氧化膜上的封孔剂的重量为0.15g/cm2～0.90g/cm2，且微弧氧化膜上至少92％的微孔数量被封孔剂覆盖；该制备方法包括金属熔炼、变质处理、精炼除气、浇注成型、淬火处理、时效处理、微弧氧化和封孔处理步骤，变质处理是将纳米变质剂均匀分散在熔炼得到的合金液中，精炼除气是向变质处理后的合金液中加入0.23％～0.38％的六氯乙烷进行精炼除气，时效处理分为四级时效处理。本发明制备得到的铝合金具有硬度高、强度大、耐磨损、耐腐蚀、抗裂性能佳、抗菌效果佳、不易老化变形、使用寿命长的特点。

Description

一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金梯子制备技术领域，尤其涉及一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金及其制备方法。
背景技术
梯子是日常生活用具，一般由两根粗杆子做边，中间横穿适合攀爬的横杆，用于爬高。目前，市场上出现了各式各样的梯子，有可以伸长缩短的伸缩梯，有可以折叠便于携带的折叠梯，还有稳定性较强不用靠墙支撑的人字梯等。从使用的主要材质上可以分为铝合金梯子、不锈钢梯子、玻璃钢梯子、竹梯和木梯等。铝合金具有密度小、比强度和比刚度高、导热性能好、优异的铸造性和良好的加工性能，同时还具有良好的阻尼减震性能等特点，非常适合制作梯具。
采用铝合金材料制作而成的梯子具有重量较轻、方便加工等特点，但是铸铝硬度较低，耐磨腐蚀性较差，极易被酸碱腐蚀，尤其是化工厂、冶炼厂等较差的环境中使用铝合金梯子时，铝合金梯子表面极易被腐蚀破坏，从而缩短了铝合金梯子的使用寿命。因此，需要采用防腐措施对铝合金表面进行处理，目前常用的铝合金防腐措施有化学电镀和涂料喷涂法，在铝合金表面形成一层保护膜达到防腐目的。这层防腐保护膜虽然解决了铝合金的防腐问题，但是没有解决铝合金表面的细菌滋长问题，长时间使用该铝合金组装的梯子，会在铝合金表面滋生积累大量细菌，不利于人体健康。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金及其制备方法，采用该制备方法制备得到的铝合金强度较高，具有较强的抗菌作用。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金，包括高强度铝合金基体和铝合金基体表面的微弧氧化膜，所述微弧氧化膜的厚度为10μm～25μm，所述微弧氧化膜经过封孔处理，所述单位面积微弧氧化膜上的封孔剂的重量为0.15g/cm2～0.90g/cm2，所述微弧氧化膜上至少92％的微孔数量被封孔剂覆盖。
进一步，所述铝合金基体包括以下重量百分比的原料组分：锌4.5％～6.5％、镁0.8％～1.8％、铜1.05％～1.75％、锆0.05％～0.13％、铁0.13％～0.19％、硅0.03％～0.16％、铬0.05％～0.18％、锰0.03％～0.08％、硼0.36％～0.78％、镍0.13％～0.56％、复合稀土0.8％～1.8％，余量为铝。
进一步，所述复合稀土包括以下重量百分比的原料组分：铈15％～19％，钕10％～14％，钐6％～10％，镨10％～14％，余量为镧。
进一步，所述每千克封孔剂包含以下组分：纳米二氧化钛35g～50g、十二烷基苯磺酸钠10g～16g、亚甲基萘亚甲基磺酸钠8g～14g、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷12g～20g、柠檬酸钠8g～14g、双月硅酸三乙醇胺酯12g～28g、醋酸镁21g～28g。
本发明还公开了一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金的制备方法，包括金属熔炼、变质处理、精炼除气、浇注成型、淬火处理、时效处理、微弧氧化和封孔处理步骤，所述变质处理是将纳米变质剂均匀分散在熔炼得到的合金液中，所述精炼除气是向变质处理后的合金液中加入0.23％～0.38％的六氯乙烷进行精炼除气，所述时效处理分为四级时效处理。
进一步，所述制备方法如下：
步骤一，金属熔炼：向真空炉中加入铝升温至735℃直至铝完全熔化，再加入锌、镁、铜、锆、铁、硅、钛、铬、锰、硼、镍和复合稀土，升温至900℃完全熔化形成合金液。
步骤二，变质处理：利用氩气罐喷吹氩气，控制氩气流量为15L/min，氩气压力为0.2MPa，将纳米变质剂均匀分散在步骤一的合金液中进行变质处理，所述纳米变质剂中含有铝钪合金。
步骤三，精炼除气：向变质处理后的合金液中加入重量比为2:3的甲烷磺酸锡、2-巯基苯并噻唑稳定剂，再加入六氯乙烷精炼除气。
步骤四，浇注成型：将精炼除气后的合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在950℃保温30min，降温至480℃固溶处理25min后，向固溶处理中的铸件通直流电，在480℃下处理35min,得到铝合金工件A。
步骤五，淬火处理：将铝合金工件A使用稀土溶液在100℃下进行水淬处理，得到铝合金工件B。
步骤六，时效处理：将铝合金工件B先后进行480℃淬水处理1h，130℃空冷处理20h，200℃空冷处理0.6h,130℃空冷处理20h，得到铝合金基体。
步骤七，微弧氧化：将铝合金基体置于盛有电解质溶液的电解槽中，以铝合金为阳极，电解槽为阴极进行微弧氧化处理，微弧氧化处理的温度为35℃，电流密度为5A/dm2～9A/dm2，电压为440V～550V，占空比为0.2～0.4，处理时间为30min，得到表面有微弧氧化膜的铝合金。
步骤八，封孔处理：将经微弧氧化处理的铝合金浸入封孔剂中浸渍30s，捞出在空气中放置24h,再放入干燥箱中80℃保温5h,重复浸渍三次，最后将试样放入电阻炉中升温至260℃保温1h，即得到高强度抗菌铝合金。
进一步，所述变质处理步骤中的纳米变质剂中包括质量比为3:1:1的铝钪合金粉末、纳米氮化钛、纳米碳化钛。
进一步，所述浇注成型步骤中通入铸件中的直流电呈阶梯式上升，通入的电流密度为3A/cm2～8A/cm2。
进一步，所述淬火处理中每升稀土溶液中包括氯化铬3.5g～5.6g、氯化锰4.5g～6.0g、硫酸钼2.0g～4.3g和磷酸12g～15g。
进一步，所述微弧氧化步骤中的每升电解质溶液中包括20g硅酸钠、6g钨酸钠、1g氢氧化钠、0.3g硝酸银和0.7g乙二胺四乙酸。
铜，能提高铝合金的强度和韧性，具有一定的固溶强化效果，时效分析出的CuAl2有明显的时效强化效果，由于有Mg的存在，使析出相变为Al2CuMg相，对铝合金的强化效果更强，同时，Cu、CuAl2和Al2CuMg均具有一定的抗菌效果；硅，作为还原剂和脱氧剂，能显著提高铝合金的弹性极限，屈服点和抗拉强度，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，硅和镁同时加入铝中，强化相为Mg2Si使合成的铝合金具有抗菌作用；锰，是良好的脱氧剂和脱硫剂，且具有较高的强度和硬度，能够提高铝合金淬性，改善铝合金的热加工性能，同时有极高的耐磨性；铬，在铝合金中能够形成(CrFe)Al7相，能够有效阻止合金再结晶的形核和长大，故能细化晶粒并保证在热处理和热加工后保持部分再结晶，使合金的强度相应提高，并且使其抗应力腐蚀性得到提高，同时又能提高铝合金的抗氧化性；镍，能提高铝合金的强度，而又能保持良好的塑形和韧性，对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力；硼，可以改善铝合金的致密性和热轧性能，提高强度。
本发明中，采用含有铝钪合金粉末、纳米氮化钛、纳米碳化钛的纳米变质剂对熔炼过后的合金液进行变质处理，在结晶过程中增加形核的核心数量，减少了晶粒尺寸，细化了晶粒，纳米变质剂的高表面活性及细化晶粒过程中弥散硬化，有效的提高了铝合金的硬度和韧性，打破了铝合金在强化过程中硬度提高必然韧性下降的对应关系。在纳米变质剂中加入了铝钪合金粉末，钪对铝有着很好的弥散强化作用，还具有一定的抗菌作用，在热加工或退火处理状态均保持稳定的非再结晶组织，是铝合金强有力的晶粒细化剂和有效的再结晶抑制剂，对合金的结构和性能产生明显的影响，使其强度、硬度、焊接性能、耐腐蚀性能等得到很大提高。
本发明中，对制备得到的铝合金基体先后进行微弧氧化处理和封孔处理，使得微弧氧化膜上至少有92％的微孔数量被封口剂覆盖住，增加了微弧氧化膜的致密性，具有较强的抗腐蚀性能。微弧氧化处理使用的电解质中含有硝酸银具有抗菌作用，封孔剂中的纳米二氧化钛、十二烷基苯磺酸钠、亚甲基萘亚甲基磺酸钠、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷和醋酸镁，提高了封孔剂的成膜性，能够快速成膜并渗透至微弧氧化膜内部，封孔速度快，隔绝空气效果好，提高铝合金耐腐蚀性的同时，具有抗菌效果。
本发明从铝合金基体、微弧氧化膜到封口剂，由内而外均含有抗菌成分，能够有效抑制细菌吸附滋长积累，具有较强的抗菌作用，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均在99％以上；本发明的铝合金制备方法中采用了变质处理、四级时效处理、微弧氧化处理以及封口处理，制备得到的铝合金具有硬度高、强度大、耐磨损、耐腐蚀、抗裂性能佳、抗菌效果佳、不易老化变形、使用寿命长的特点。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
本发明使用的金属原料中的锌、锆、铁、镍的纯度至少为99.5wt.％，镁、铬、锰的纯度至少为99.9wt.％，铜的纯度至少为99.99wt.％，硅的纯度至少为99wt.％,铝的纯度至少为99.7wt.％。
本发明在微弧氧化处理后的铝合金基体上再进行了封孔处理，其中所使用的封孔剂中含有纳米二氧化钛、十二烷基苯磺酸钠、亚甲基萘亚甲基磺酸钠、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷、柠檬酸钠、双月硅酸三乙醇胺酯、醋酸镁，且每千克封孔剂中含有纳米二氧化钛35g～50g、十二烷基苯磺酸钠10g～16g、亚甲基萘亚甲基磺酸钠8g～14g、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷12g～20g、柠檬酸钠8g～14g、双月硅酸三乙醇胺酯12g～28g、醋酸镁21g～28g，在以下具体实施例中使用的封孔剂中每千克封孔剂含有纳米二氧化钛35g、十二烷基苯磺酸钠12g、亚甲基萘亚甲基磺酸钠10g、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷20g、柠檬酸钠10g、双月硅酸三乙醇胺酯16g、醋酸镁23g。
本发明一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金的制备方法中，淬火处理步骤中使用的稀土溶液每升中含有氯化铬3.5g～5.6g、氯化锰4.5g～6.0g、硫酸钼2.0g～4.3g和磷酸12g～15g，在以下具体实施例中使用的稀土溶液中每升含有氯化铬4.0g、氯化锰5.6g、硫酸钼3.5g和磷酸13.6g。
实施例一
本实施例的高强度抗菌铝合金使用的原料组分的重量百分比如下：
锌4.5％、镁1.8％、铜1.05％、锆0.13％、铁0.13％、硅0.14％、铬0.07％、锰0.08％、硼0.75％、镍0.56％、复合稀土0.8％，余量为铝，其中复合稀土中含有铈15％，钕14％，钐10％，镨10％，余量为镧。
本实施例的高强度抗菌铝合金的制备方法如下：
步骤一，金属熔炼：去除各金属原料表面的锈蚀、氧化皮、油脂、沙子等污物杂物，然后进行烘干，按照上述配料比进行称重配料，配料完毕后，向真空炉中加入铝并升温至735℃直至铝完全熔化，再加入锌、镁、铜、锆、铁、硅、钛、铬、锰、硼、钼、镍和复合稀土，升温至900℃完全熔化形成合金液。
步骤二，变质处理：利用氩气罐喷吹氩气，控制氩气流量为15L/min，氩气压力为0.2MPa，将纳米变质剂均匀分散在步骤一的合金液中进行变质处理，纳米变质剂的加入量为原材料总重量的0.018倍，该纳米变质剂中包括质量比为3:1:1的铝钪合金粉末、纳米氮化钛、纳米碳化钛。
步骤三，精炼除气：向变质处理后的合金液中加入重量比为2:3的甲烷磺酸锡、2-巯基苯并噻唑稳定剂，再加入0.23％合金液重量的六氯乙烷精炼除气。
步骤四，浇注成型：将精炼除气后的合金液进行浇注，经铸造成型，铸造成铝合金梯子使用的铝合金形状，清理，得到铸件，将铸件在950℃保温30min，降温至480℃固溶处理25min后，向固溶处理中的铸件通直流电，通入铸件中的直流电呈阶梯式上升，通入的电流密度为3A/cm2，在480℃下处理35min,得到铝合金工件A1；
步骤五，淬火处理：将铝合金工件A1使用稀土溶液在100℃下进行水淬处理，得到铝合金工件B1；
步骤六，时效处理：将铝合金工件B1先后进行480℃淬水处理1h，130℃空冷处理20h，200℃空冷处理0.6h,130℃空冷处理20h，得到铝合金基体；
步骤七，微弧氧化：将铝合金基体置于盛有电解质溶液的电解槽中，其中，每升电解质溶液中包括20g硅酸钠、6g钨酸钠、1g氢氧化钠、0.3g硝酸银和0.7g乙二胺四乙酸，以铝合金为阳极，电解槽为阴极进行微弧氧化处理，微弧氧化处理的温度为35℃，电流密度为5A/dm2，电压为440V，占空比为0.2，处理时间为30min，得到表面有微弧氧化膜的铝合金；
步骤八，封孔处理：将经微弧氧化处理的铝合金浸入封孔剂中浸渍30s，捞出在空气中放置24h,再放入干燥箱中80℃保温5h,重复浸渍三次，最后将试样放入电阻炉中升温至260℃保温1h，即得到高强度抗菌铝合金。
取本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金作为试样，采用TT260型涂层测厚仪测定表面微弧氧化膜厚度，工作方式为电涡流法测微弧氧化膜，在试样两侧表面上各取6个测试点，从试样中心向边缘依次等距测定，最后计算所要测试点的平均值为厚度值，多次测量得到微弧氧化膜厚度为10μm～25μm；并测得单位面积微弧氧化膜上的封孔剂的重量为0.15g/cm2～0.90g/cm2，且通过电子扫描电镜检测观察出微弧氧化膜上至少92％的微孔数量被封孔剂覆盖。
任意取出多件本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金，进行力学性能测试，分别检测其抗拉强度、抗压强度、平均硬度和伸长率，将检测得到的数据进行对应取平均值，检测计算得出本实施例的高强度抗菌铝合金的抗拉强度为187.2MPa、抗压强度为397.2MPa、平均硬度为69.5HRB、伸长率为5.8％。
任意取出5件本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金标记1、2、3、4、5，将其分别裁剪成1cm×1cm的铝合金片，采用日本JISZ2801:2010标准进行抗菌性能检测，每件铝合金片分别平行检测三次，并依照标准取其对数值，当抗菌值大于等于2时，说明抗菌率大于等于99％。检测的结果如表1：
表1
由上表数据可以看出，本实施例制备得到的铝合金对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均在99％以上，抗菌效果较佳。
实施例二
本实施例的高强度抗菌铝合金使用的原料组分的重量百分比如下：
锌6.5％、镁0.8％、铜1.75％、锆0.05％、铁0.19％、硅0.05％、铬0.10％、锰0.03％、硼0.36％、镍0.13％、复合稀土1.8％，余量为铝，其中复合稀土中含有铈19％，钕10％，钐6％，镨14％，余量为镧。
本实施例的高强度抗菌铝合金的制备方法如下：
步骤一，金属熔炼：去除各金属原料表面的锈蚀、氧化皮、油脂、沙子等污物杂物，然后进行烘干，按照上述配料比进行称重配料，配料完毕后，向真空炉中加入铝并升温至735℃直至铝完全熔化，再加入锌、镁、铜、锆、铁、硅、钛、铬、锰、硼、钼、镍和复合稀土，升温至900℃完全熔化形成合金液。
步骤二，变质处理：利用氩气罐喷吹氩气，控制氩气流量为15L/min，氩气压力为0.2MPa，将纳米变质剂均匀分散在步骤一的合金液中进行变质处理，纳米变质剂的加入量为原材料总重量的0.019倍，该纳米变质剂中包括质量比为3:1:1的铝钪合金粉末、纳米氮化钛、纳米碳化钛。
步骤三，精炼除气：向变质处理后的合金液中加入重量比为2:3的甲烷磺酸锡、2-巯基苯并噻唑稳定剂，再加入0.38％合金液重量的六氯乙烷精炼除气。
步骤四，浇注成型：将精炼除气后的合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在950℃保温30min，降温至480℃固溶处理25min后，向固溶处理中的铸件通直流电，通入铸件中的直流电呈阶梯式上升，通入的电流密度为6A/cm2，在480℃下处理35min,得到铝合金工件A2；
步骤五，淬火处理：将铝合金工件A2使用稀土溶液在100℃下进行水淬处理，得到铝合金工件B2；
步骤六，时效处理：将铝合金工件B2先后进行480℃淬水处理1h，130℃空冷处理20h，200℃空冷处理0.6h,130℃空冷处理20h，得到铝合金基体；
步骤七，微弧氧化：将铝合金基体置于盛有电解质溶液的电解槽中，其中，每升电解质溶液中包括20g硅酸钠、6g钨酸钠、1g氢氧化钠、0.3g硝酸银和0.7g乙二胺四乙酸，以铝合金为阳极，电解槽为阴极进行微弧氧化处理，微弧氧化处理的温度为35℃，电流密度为9A/dm2，电压为550V，占空比为0.4，处理时间为30min，得到表面有微弧氧化膜的铝合金；
步骤八，封孔处理：将经微弧氧化处理的铝合金浸入封孔剂中浸渍30s，捞出在空气中放置24h,再放入干燥箱中80℃保温5h,重复浸渍三次，最后将试样放入电阻炉中升温至260℃保温1h，即得到高强度抗菌铝合金。
取本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金作为试样，多次测量得到微弧氧化膜厚度为13μm～25μm；并测得单位面积微弧氧化膜上的封孔剂的重量为0.17g/cm2～0.78g/cm2，且通过电子扫描电镜检测观察出微弧氧化膜上至少92％的微孔数量被封孔剂覆盖。
任意取出多件本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金，进行力学性能测试，检测计算得出本实施例的高强度抗菌铝合金的抗拉强度为167.6MPa、抗压强度为450.3MPa、平均硬度为71.5HRB、伸长率为6.9％。
任意取出5件本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金标记6、7、8、9、10，将其分别裁剪成1cm×1cm的铝合金片，采用日本JISZ2801:2010标准进行抗菌性能检测，每件铝合金片分别平行检测三次，并依照标准取其对数值，当抗菌值大于等于2时，说明抗菌率大于等于99％。检测的结果如表2：
表2
由上表数据可以看出，本实施例中随意抽取的铝合金中仅有一件样品对大肠杆菌的抗菌率低于99％，其余的均高于99％。
实施例三
本实施例的高强度抗菌铝合金使用的原料组分的重量百分比如下：
锌5.2％、镁1.2％、铜1.38％、锆0.09％、铁0.15％、硅0.08％、铬0.08％、锰0.04％、硼0.52％、镍0.41％、复合稀土1.1％，余量为铝，其中复合稀土中含有铈18％，钕12％，钐8％，镨12％，余量为镧。
本实施例的高强度抗菌铝合金的制备方法如下：
步骤一，金属熔炼：去除各金属原料表面的锈蚀、氧化皮、油脂、沙子等污物杂物，然后进行烘干，按照上述配料比进行称重配料，配料完毕后，向真空炉中加入铝并升温至735℃直至铝完全熔化，再加入锌、镁、铜、锆、铁、硅、钛、铬、锰、硼、钼、镍和复合稀土，升温至900℃完全熔化形成合金液。
步骤二，变质处理：利用氩气罐喷吹氩气，控制氩气流量为15L/min，氩气压力为0.2MPa，将纳米变质剂均匀分散在步骤一的合金液中进行变质处理，纳米变质剂的加入量为原材料总重量的0.015倍，该纳米变质剂中包括质量比为3:1:1的铝钪合金粉末、纳米氮化钛、纳米碳化钛。
步骤三，精炼除气：向变质处理后的合金液中加入重量比为2:3的甲烷磺酸锡、2-巯基苯并噻唑稳定剂，再加入0.28％合金液重量的六氯乙烷精炼除气。
步骤四，浇注成型：将精炼除气后的合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在950℃保温30min，降温至480℃固溶处理25min后，向固溶处理中的铸件通直流电，通入铸件中的直流电呈阶梯式上升，通入的电流密度为8A/cm2，在480℃下处理35min,得到铝合金工件A1；
步骤五，淬火处理：将铝合金工件A1使用稀土溶液在100℃下进行水淬处理，得到铝合金工件B1；
步骤六，时效处理：将铝合金工件B1先后进行480℃淬水处理1h，130℃空冷处理20h，200℃空冷处理0.6h,130℃空冷处理20h，得到铝合金基体；
步骤七，微弧氧化：将铝合金基体置于盛有电解质溶液的电解槽中，其中，每升电解质溶液中包括20g硅酸钠、6g钨酸钠、1g氢氧化钠、0.3g硝酸银和0.7g乙二胺四乙酸，以铝合金为阳极，电解槽为阴极进行微弧氧化处理，微弧氧化处理的温度为35℃，电流密度为8A/dm2，电压为500V，占空比为0.3，处理时间为30min，得到表面有微弧氧化膜的铝合金；
步骤八，封孔处理：将经微弧氧化处理的铝合金浸入封孔剂中浸渍30s，捞出在空气中放置24h,再放入干燥箱中80℃保温5h,重复浸渍三次，最后将试样放入电阻炉中升温至260℃保温1h，即得到高强度抗菌铝合金。
取本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金作为试样，采用TT260型涂层测厚仪测定表面微弧氧化膜厚度，多次测量得到微弧氧化膜厚度为13μm～24μm；并测得单位面积微弧氧化膜上的封孔剂的重量为0.20g/cm2～0.70g/cm2，且通过电子扫描电镜检测观察出微弧氧化膜上至少92％的微孔数量被封孔剂覆盖。
任意取出多件本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金，进行力学性能测试，检测计算得出本实施例的高强度抗菌铝合金的抗拉强度为265.1MPa、抗压强度为392.5MPa、平均硬度为80.1HRB、伸长率为4.72％。
任意取出5件本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金标记11、12、13、14、15，将其分别裁剪成1cm×1cm的铝合金片，采用日本JISZ2801:2010标准进行抗菌性能检测，每件铝合金片分别平行检测三次，并依照标准取其对数值，当抗菌值大于等于2时，说明抗菌率大于等于99％。检测的结果如表3：
表3
实施例四
本实施例的高强度抗菌铝合金使用的原料组分的重量百分比如下：
锌5.2％、镁1.2％、铜1.38％、锆0.09％、铁0.15％、硅0.03％、钛0.02％、铬0.06％、锰0.04％、硼0.52％、镍0.41％、复合稀土1.1％，余量为铝，其中复合稀土中含有铈18％，钕12％，钐8％，镨12％，余量为镧。
本实施例的高强度抗菌铝合金的制备方法以及工艺条件与实施例三的制备方法完全一样。
取本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金作为试样，采用TT260型涂层测厚仪测定表面微弧氧化膜厚度，多次测量得到微弧氧化膜厚度为13μm～25μm；并测得单位面积微弧氧化膜上的封孔剂的重量为0.17g/cm2～0.78g/cm2，且通过电子扫描电镜检测观察出微弧氧化膜上至少92％的微孔数量被封孔剂覆盖。
任意取出多件本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金，进行力学性能测试，检测计算得出本实施例的高强度抗菌铝合金的抗拉强度为223.2MPa、抗压强度为340.9MPa、平均硬度为72.1HRB、伸长率为6.4％。
任意取出5件本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金标记16、17、18、19、20，将其分别裁剪成1cm×1cm的铝合金片，采用日本JISZ2801:2010标准进行抗菌性能检测，每件铝合金片分别平行检测三次，并依照标准取其对数值，当抗菌值大于等于2时，说明抗菌率大于等于99％。检测的结果如表4：
表4
实施例五
本实施例的高强度抗菌铝合金使用的原料组分的重量百分比如下：
锌5.2％、镁1.2％、铜1.38％、锆0.09％、铁0.15％、硅0.16％、钛0.02％、铬0.08％、锰0.04％、硼0.52％、镍0.41％、复合稀土1.1％，余量为铝，其中复合稀土中含有铈18％，钕12％，钐8％，镨12％，余量为镧。
本实施例的高强度抗菌铝合金的制备方法以及工艺条件与实施例三的制备方法完全一样。
取本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金作为试样，采用TT260型涂层测厚仪测定表面微弧氧化膜厚度，多次测量得到微弧氧化膜厚度为13μm～25μm；并测得单位面积微弧氧化膜上的封孔剂的重量为0.17g/cm2～0.78g/cm2，且通过电子扫描电镜检测观察出微弧氧化膜上至少92％的微孔数量被封孔剂覆盖。
任意取出多件本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金，进行力学性能测试，分别检测其抗拉强度、抗压强度、平均硬度和伸长率，将检测得到的数据进行对应取平均值，检测计算得出本实施例的高强度抗菌铝合金的抗拉强度为134.8MPa、抗压强度为356.4MPa、平均硬度为66.3HRB、伸长率为5.6％。
任意取出5件本实施例制备得到的高强度抗菌铝合金标记21、22、23、24、25，将其分别裁剪成1cm×1cm的铝合金片，采用日本JISZ2801:2010标准进行抗菌性能检测，每件铝合金片分别平行检测三次，并依照标准取其对数值，当抗菌值大于等于2时，说明抗菌率大于等于99％。检测的结果如表5：
表5
上述实施例中变质处理步骤使用的纳米变质剂中的铝钪合金的制备方法是，在常温下将氧化钪粉末与氯化钾、氟化钠混合，与铝同时加入中频感应电炉中升温至750℃并反应2h后浇注制得。
上述实施例中使用的封孔剂中的纳米二氧化钛为针状结构，其长度分布在300nm～450nm内，与其它物质混合能够增强封孔剂的成膜性能和孔道渗透性能，使其更容易渗透浸入微孔中。该纳米二氧化钛的制备方法是，向40℃的100mL去离子水中加入0.35g十六烷基三甲基溴化铵和0.35g双十二烷基二甲基溴化铵搅拌12h，向其加入0.80mL浓度为1.5％的氨水调节pH至8.5，密封搅拌3h，再滴加1g钛酸四异丙酯于35℃下超声反应30min后，匀速搅拌12h，然后转至反应釜中，于160℃下恒温反应24h后，离心得到沉淀物，用去离子水洗涤，于80℃干燥后，研磨成细粉，置于马弗炉中以5℃/min的升温速率升温至500℃煅烧5h，即得到纳米二氧化钛。
本发明从铝合金基体、微弧氧化膜到封口剂，由内而外均含有抗菌成分，能够有效抑制细菌吸附滋长积累，具有较强的抗菌作用，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均在99％以上；本发明的铝合金制备方法中采用了变质处理、四级时效处理、微弧氧化处理以及封口处理，制备得到的铝合金具有硬度高、强度大、耐磨损、耐腐蚀、抗裂性能佳、抗菌效果佳、不易老化变形、使用寿命长的特点，非常适用于加工铝合金梯子。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金，包括高强度铝合金基体和铝合金基体表面的微弧氧化膜，其特征在于，所述微弧氧化膜的厚度为10μm～25μm，所述微弧氧化膜经过封孔处理，所述单位面积微弧氧化膜上的封孔剂的重量为0.15g/cm2～0.90g/cm2，所述微弧氧化膜上至少92％的微孔数量被封孔剂覆盖。
2.根据权利要求1所述的一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金，其中，所述铝合金基体包括以下重量百分比的原料组分：
锌4.5％～6.5％、镁0.8％～1.8％、铜1.05％～1.75％、锆0.05％～0.13％、铁0.13％～0.19％、硅0.03％～0.16％、铬0.05％～0.18％、锰0.03％～0.08％、硼0.36％～0.78％、镍0.13％～0.56％、复合稀土0.8％～1.8％，余量为铝。
3.根据权利要求2所述的一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金，其中，所述复合稀土包括以下重量百分比的原料组分：
铈15％～19％，钕10％～14％，钐6％～10％，镨10％～14％，余量为镧。
4.根据权利要求3所述的一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金，其中，所述每千克封孔剂包含以下组分：
纳米二氧化钛35g～50g、十二烷基苯磺酸钠10g～16g、亚甲基萘亚甲基磺酸钠8g～14g、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷12g～20g、柠檬酸钠8g～14g、双月硅酸三乙醇胺酯12g～28g、醋酸镁21g～28g。
5.根据权利要求4所述的一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金的制备方法，其特征在于，包括金属熔炼、变质处理、精炼除气、浇注成型、淬火处理、时效处理、微弧氧化和封孔处理步骤，所述变质处理是将纳米变质剂均匀分散在熔炼得到的合金液中，所述精炼除气是向变质处理后的合金液中加入0.23％～0.38％的六氯乙烷进行精炼除气，所述时效处理分为四级时效处理。
6.根据权利要求5所述的一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金的制备方法，其中，所述制备方法如下：
步骤一，金属熔炼：向真空炉中加入铝升温至735℃直至铝完全熔化，再加入锌、镁、铜、锆、铁、硅、钛、铬、锰、硼、镍和复合稀土，升温至900℃完全熔化形成合金液；
步骤二，变质处理：利用氩气罐喷吹氩气，控制氩气流量为15L/min，氩气压力为0.2MPa，将纳米变质剂均匀分散在步骤一的合金液中进行变质处理，所述纳米变质剂中含有铝钪合金；
步骤三，精炼除气：向变质处理后的合金液中加入重量比为2:3的甲烷磺酸锡、2-巯基苯并噻唑稳定剂，再加入六氯乙烷精炼除气；
步骤四，浇注成型：将精炼除气后的合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，将铸件在950℃保温30min，降温至480℃固溶处理25min后，向固溶处理中的铸件通直流电，在480℃下处理35min,得到铝合金工件A；
步骤五，淬火处理：将铝合金工件A使用稀土溶液在100℃下进行水淬处理，得到铝合金工件B；
步骤六，时效处理：将铝合金工件B先后进行480℃淬水处理1h，130℃空冷处理20h，200℃空冷处理0.6h,130℃空冷处理20h，得到铝合金基体；
步骤七，微弧氧化：将铝合金基体置于盛有电解质溶液的电解槽中，以铝合金为阳极，电解槽为阴极进行微弧氧化处理，微弧氧化处理的温度为35℃，电流密度为5A/dm2～9A/dm2，电压为440V～550V，占空比为0.2～0.4，处理时间为30min，得到表面有微弧氧化膜的铝合金；
步骤八，封孔处理：将经微弧氧化处理的铝合金浸入封孔剂中浸渍30s，捞出在空气中放置24h,再放入干燥箱中80℃保温5h,重复浸渍三次，最后将试样放入电阻炉中升温至260℃保温1h，即得到高强度抗菌铝合金。
7.根据权利要求6所述的一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金的制备方法，其中，所述变质处理步骤中的纳米变质剂中包括质量比为3:1:1的铝钪合金粉末、纳米氮化钛、纳米碳化钛。
8.根据权利要求7所述的一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金的制备方法，其中，所述浇注成型步骤中通入铸件中的直流电呈阶梯式上升，通入的电流密度为3A/cm2～8A/cm2。
9.根据权利要求8所述的一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金的制备方法，其中，所述淬火处理中每升稀土溶液中包括氯化铬3.5g～5.6g、氯化锰4.5g～6.0g、硫酸钼2.0g～4.3g和磷酸12g～15g。
10.根据权利要求9所述的一种用于铝合金梯子的高强度抗菌铝合金的制备方法，其中，所述微弧氧化步骤中的每升电解质溶液中包括20g硅酸钠、6g钨酸钠、1g氢氧化钠、0.3g硝酸银和0.7g乙二胺四乙酸。
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