CN107267822A - 一种耐腐蚀铝合金门窗及其制备工艺 - Google Patents

一种耐腐蚀铝合金门窗及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀铝合金门窗及其制备工艺，该种门窗包括以下按重量百分比计的成分：Mg：3‑7％、Mn：2‑4％、Zn：6‑10％、Ni：1‑3％、Si：2‑6％、Sc：0.8‑1.2％、P：0.2‑0.4％、Zr：0.3‑0.7％、Y：1‑3％、Ca：3‑5％、Sr：1‑5％、B：0.4‑1.2％、Co：2‑4％、Sr：0.6‑1.0％以及稀土元素：1‑3％，其余为Al和不可避免的杂质；所述的稀土元素按重量百分比计包括以下成分：Nd：15‑25％，Gd：10‑20％，Pr：5‑7％，Yb：10‑20％，La：6‑10％，Dy：7‑9％，Sm：8‑12％，Ce：10‑20％，以上稀土元素各成分之和为100％。其制备工艺是先对原料成分进行熔炼，得铸锭，之后对铸锭进行热处理工艺，最后通过锻造及表面处理，即可。本发明的铝合金门窗耐腐蚀性能强，抗氧化，并且强度高，不易断裂，使用寿命长。

Description

一种耐腐蚀铝合金门窗及其制备工艺
技术领域
本发明属于铝合金门窗领域，具体涉及一种耐腐蚀铝合金门窗及其制备工艺。
背景技术
材料是当今科学技术的重要支柱，又因是人类社会发展和所有科学技术的基础显的尤为重要，材料的科技发展程度直接会影响生产力的变革，近年来兴起的材料科学是具有全局性的科学领域之一；世界各经济强国把材料发展提高到经济发展的战略高度，材料科学与工程正进入一个史无前例的高速发展时期，社会的发展，人类文明的进步表明，对材料的要求越来越高；
随着人们生活的家居方式日益丰富多样，门窗正在逐步占领和扩大其市场，目前市场上较多的门窗材料是以铝合金、彩钢、PVC料为主，而铝合金因为其硬度较高、重量轻、不老化、彩涂后美观实用而受到市场的青睐，市场需求越来越旺盛，但是传统的铝合金的加工硬度过高，塑性差，加工难度相对较大，产品价格明显高于同类的铝合金的普通板材产品，从而影响到其推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐腐蚀铝合金门窗及其制备工艺，该种铝合金门窗耐腐蚀性能强，抗氧化，并且强度高，不易断裂，使用寿命长。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种耐腐蚀铝合金门窗，包括以下按重量百分比计的成分：Mg：3-7％、Mn：2-4％、Zn：6-10％、Ni：1-3％、Si：2-6％、Sc：0.8-1.2％、P：0.2-0.4％、Zr：0.3-0.7％、Y：1-3％、Ca：3-5％、Sr：1-5％、B：0.4-1.2％、Co：2-4％、Sr：0.6-1.0％以及稀土元素：1-3％，其余为Al和不可避免的杂质；
所述的稀土元素按重量百分比计包括以下成分：Nd：15-25％，Gd：10-20％，Pr：5-7％，Yb：10-20％，La：6-10％，Dy：7-9％，Sm：8-12％，Ce：10-20％，以上稀土元素各成分之和为100％。
进一步地，包括以下按质量百分比计的成分：Mg：5％、Mn：3％、Zn：8％、Ni：2％、Si：4％、Sc：1.0％、P：0.3％、Zr：0.5％、Y：2％、Ca：4％、Sr：3％、B：0.8％、Co：3％、Sr：0.8％以及稀土元素：2％，其余为Al和不可避免的杂质；
所述的稀土元素按重量百分比计包括以下成分：Nd：20％，Gd：15％，Pr：6％，Yb：15％，La：8％，Dy：8％，Sm：11％，Ce：17％，以上稀土元素各成分之和为100％。
进一步地，所述不可避免的杂质的质量百分比小于等于0.5％。
上述的一种耐腐蚀铝合金门窗的制备工艺，按照以下步骤进行：
(1)按重量百分比称取所需原料；将熔炼炉进行预热，预热温度为380-460℃，持续1-2h；
(2)先将所述Al和杂质输送至熔炼炉中，同时通入稀有气体作为保护气体，控制熔炼炉温度为680-720℃，保持40-50min；然后将熔炼炉升温至720-780℃，放入稀土元素，保持20-40min；再将熔炼炉升温至780-860℃，依次加入Mg、Ca、P、Zn、Si、Mn、Ni，保持30-40min，最后将剩余成分加入，控制炉温为920-1020℃，待合金元素完全熔化后，搅拌20-30min，保持740-760℃静置20-30min，再将合金液浇入到预热温度为320-360℃的金属模具中，得铸锭；
(3)对所述铸锭进行热处理工艺，包括退火、淬火、回火处理；
(4)根据门窗的形状对热处理后的合金铸锭进行锻造，预锻温度为620-680℃，终锻温度为720-820℃，自然冷却至室温得铝合金门窗半成品；
(5)最后通过对所述铝合金门窗半成品修边、打磨、抛光、表面加工等处理，即可。
优选地，所述稀有气体为氩气或者氮气。
进一步地，所述退火工序是将所述铸锭在熔炼炉中升温至420-480℃下保温8-12min，然后炉冷却至280-320℃，随后打开炉门继续缓冷至120-160℃，出炉空冷至室温。
进一步地，所述淬火工序是将退火后的合金铸锭缓慢炉热至480-520℃并保温30-40min，再次炉热至540-580℃后用高压喷射水将合金铸锭快速冷却。
进一步地，所述回火工序是将经淬火后的合金铸锭在室温下再次入炉并炉热至180-220℃后保温12-16min后出炉空冷至室温。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明采用铝合金作为门窗的材料，更轻量化，节约能源的同时减少温室气体的排放，符合绿色环保的标准。
(2)本发明的材料用添加了少量的成本低的Cu、Ni、Sc，Cu等成分，可有效地降低镁合金的热敏感性，提高合金的可焊性。
(3)本发明通过在铝合金门窗材料里加入特定的多种稀土元素，因其具有独特的核外电子排布,在冶金过程中可改善组织结构,提高合金的耐高温性能和耐腐蚀性，添加的Nd可实现动态析出而阻止晶粒长大，从而提高挤压后的门窗材料的理化性能，使其具有高抗拉、屈服强度，添加的Gd、Ce则是提高了合金初期熔化温度，提高了铝合金的延伸率和挤压速度，可塑性增强；
(4)本发明通过调质热处理工序配合冷却工序，可使半成品表面产生3-5mm厚回火马氏体组织，有效提高的其抗腐蚀能力，还可使组织更为均匀稳定，不易产生老化氧化现象，提高了该种铝合金门窗的使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种耐腐蚀铝合金门窗，包括以下按重量百分比计的成分：Mg：3％、Mn：2％、Zn：6％、Ni：1％、Si：2％、Sc：0.8％、P：0.2％、Zr：0.3％、Y：1％、Ca：3％、Sr：1％、B：0.4％、Co：2％、Sr：0.6％以及稀土元素：1％，其余为Al和不可避免的杂质，且该杂质的质量百分比小于等于0.5％；
所述的稀土元素按重量百分比计包括以下成分：Nd：25％，Gd：20％，Pr：5％，Yb：10％，La：6％，Dy：7％，Sm：8％，Ce：18％，以上稀土元素各成分之和为100％。
上述的一种耐腐蚀铝合金门窗的制备工艺，按照以下步骤进行：
(1)按重量百分比称取所需原料；将熔炼炉进行预热，预热温度为380℃，持续1h；
(2)先将所述Al和杂质输送至熔炼炉中，同时通入氩气作为保护气体，控制熔炼炉温度为680℃，保持40min；然后将熔炼炉升温至720℃，放入稀土元素，保持20min；再将熔炼炉升温至780℃，依次加入Mg、Ca、P、Zn、Si、Mn、Ni，保持30min，最后将剩余成分加入，控制炉温为920℃，待合金元素完全熔化后，搅拌20min，保持740℃静置20min，再将合金液浇入到预热温度为320℃的金属模具中，得铸锭；
(3)对所述铸锭进行热处理工艺，包括退火、淬火、回火处理；具体操作如下：
退火工序是将所述铸锭在熔炼炉中升温至420℃下保温8min，然后炉冷却至280℃，随后打开炉门继续缓冷至120℃，出炉空冷至室温；
淬火工序是将退火后的合金铸锭缓慢炉热至480℃并保温30min，再次炉热至540℃后用高压喷射水将合金铸锭快速冷却；
回火工序是将经淬火后的合金铸锭在室温下再次入炉并炉热至180℃后保温12min后出炉空冷至室温。
(4)根据门窗的形状对热处理后的合金铸锭进行锻造，预锻温度为620℃，终锻温度为720℃，自然冷却至室温得铝合金门窗半成品；
(5)最后通过对所述铝合金门窗半成品修边、打磨、抛光、表面加工等处理，即制得本发明的耐腐蚀铝合金门窗。
实施例2
一种耐腐蚀铝合金门窗，包括以下按重量百分比计的成分：包括以下按质量百分比计的成分：Mg：5％、Mn：3％、Zn：8％、Ni：2％、Si：4％、Sc：1.0％、P：0.3％、Zr：0.5％、Y：2％、Ca：4％、Sr：3％、B：0.8％、Co：3％、Sr：0.8％以及稀土元素：2％，其余为Al和不可避免的杂质，且该杂质的质量百分比小于等于0.5％；
所述的稀土元素按重量百分比计包括以下成分：Nd：20％，Gd：15％，Pr：6％，Yb：15％，La：8％，Dy：8％，Sm：11％，Ce：17％，以上稀土元素各成分之和为100％。
上述的一种耐腐蚀铝合金门窗的制备工艺，按照以下步骤进行：
(1)按重量百分比称取所需原料；将熔炼炉进行预热，预热温度为420℃，持续1.5h；
(2)先将所述Al和杂质输送至熔炼炉中，同时通入氮气作为保护气体，控制熔炼炉温度为700℃，保持45min；然后将熔炼炉升温至750℃，放入稀土元素，保持30min；再将熔炼炉升温至820℃，依次加入Mg、Ca、P、Zn、Si、Mn、Ni，保持35min，最后将剩余成分加入，控制炉温为970℃，待合金元素完全熔化后，搅拌25min，保持750℃静置25min，再将合金液浇入到预热温度为340℃的金属模具中，得铸锭；
(3)对所述铸锭进行热处理工艺，包括退火、淬火、回火处理；具体操作如下：
退火工序是将所述铸锭在熔炼炉中升温至450℃下保温10min，然后炉冷却至300℃，随后打开炉门继续缓冷至140℃，出炉空冷至室温；
淬火工序是将退火后的合金铸锭缓慢炉热至500℃并保温35min，再次炉热至560℃后用高压喷射水将合金铸锭快速冷却；
回火工序是将经淬火后的合金铸锭在室温下再次入炉并炉热至200℃后保温14min后出炉空冷至室温。
(4)根据门窗的形状对热处理后的合金铸锭进行锻造，预锻温度为650℃，终锻温度为770℃，自然冷却至室温得铝合金门窗半成品；
(5)最后通过对所述铝合金门窗半成品修边、打磨、抛光、表面加工等处理，即制得本发明的耐腐蚀铝合金门窗。
实施例3
一种耐腐蚀铝合金门窗，包括以下按重量百分比计的成分：Mg：7％、Mn：4％、Zn：10％、Ni：3％、Si：6％、Sc：1.2％、P：0.4％、Zr：0.7％、Y：3％、Ca：5％、Sr：5％、B：1.2％、Co：4％、Sr：1.0％以及稀土元素：3％，其余为Al和不可避免的杂质，且该杂质的质量百分比小于等于0.5％；
所述的稀土元素按重量百分比计包括以下成分：Nd：15％，Gd：10％，Pr：7％，Yb：20％，La：10％，Dy：9％，Sm：12％，Ce：17％，以上稀土元素各成分之和为100％。
上述的一种耐腐蚀铝合金门窗的制备工艺，按照以下步骤进行：
(1)按重量百分比称取所需原料；将熔炼炉进行预热，预热温度为460℃，持续2h；
(2)先将所述Al和杂质输送至熔炼炉中，同时通入氮气作为保护气体，控制熔炼炉温度为720℃，保持50min；然后将熔炼炉升温至780℃，放入稀土元素，保持40min；再将熔炼炉升温至860℃，依次加入Mg、Ca、P、Zn、Si、Mn、Ni，保持40min，最后将剩余成分加入，控制炉温为1020℃，待合金元素完全熔化后，搅拌30min，保持760℃静置30min，再将合金液浇入到预热温度为360℃的金属模具中，得铸锭；
(3)对所述铸锭进行热处理工艺，包括退火、淬火、回火处理；具体操作如下：
退火工序是将所述铸锭在熔炼炉中升温至480℃下保温12min，然后炉冷却至320℃，随后打开炉门继续缓冷至160℃，出炉空冷至室温；
淬火工序是将退火后的合金铸锭缓慢炉热至520℃并保温40min，再次炉热至580℃后用高压喷射水将合金铸锭快速冷却；
回火工序是将经淬火后的合金铸锭在室温下再次入炉并炉热至220℃后保温16min后出炉空冷至室温。
(4)根据门窗的形状对热处理后的合金铸锭进行锻造，预锻温度为680℃，终锻温度为820℃，自然冷却至室温得铝合金门窗半成品；
(5)最后通过对所述铝合金门窗半成品修边、打磨、抛光、表面加工等处理，即制得本发明的耐腐蚀铝合金门窗。
应用实施例
性能检测：对上述实施例1-3制得铝合金门窗进行拉伸强度、屈服强度、硬度、延伸率及腐蚀性的检测实验，具体检测数据见下表1。
表1
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐腐蚀铝合金门窗，其特征在于：包括以下按重量百分比计的成分：Mg：3-7％、Mn：2-4％、Zn：6-10％、Ni：1-3％、Si：2-6％、Sc：0.8-1.2％、P：0.2-0.4％、Zr：0.3-0.7％、Y：1-3％、Ca：3-5％、Sr：1-5％、B：0.4-1.2％、Co：2-4％、Sr：0.6-1.0％以及稀土元素：1-3％，其余为Al和不可避免的杂质；
所述的稀土元素按重量百分比计包括以下成分：Nd：15-25％，Gd：10-20％，Pr：5-7％，Yb：10-20％，La：6-10％，Dy：7-9％，Sm：8-12％，Ce：10-20％，以上稀土元素各成分之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀铝合金门窗，其特征在于：包括以下按质量百分比计的成分：Mg：5％、Mn：3％、Zn：8％、Ni：2％、Si：4％、Sc：1.0％、P：0.3％、Zr：0.5％、Y：2％、Ca：4％、Sr：3％、B：0.8％、Co：3％、Sr：0.8％以及稀土元素：2％，其余为Al和不可避免的杂质；
所述的稀土元素按重量百分比计包括以下成分：Nd：20％，Gd：15％，Pr：6％，Yb：15％，La：8％，Dy：8％，Sm：11％，Ce：17％，以上稀土元素各成分之和为100％。
3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀铝合金门窗，其特征在于：所述不可避免的杂质的质量百分比小于等于0.5％。
4.一种如根据权利要求1-3任意一项所述的耐腐蚀铝合金门窗的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按重量百分比称取所需原料；将熔炼炉进行预热，预热温度为380-460℃，持续1-2h；
(2)先将所述Al和杂质输送至熔炼炉中，同时通入稀有气体作为保护气体，控制熔炼炉温度为680-720℃，保持40-50min；然后将熔炼炉升温至720-780℃，放入稀土元素，保持20-40min；再将熔炼炉升温至780-860℃，依次加入Mg、Ca、P、Zn、Si、Mn、Ni，保持30-40min，最后将剩余成分加入，控制炉温为920-1020℃，待合金元素完全熔化后，搅拌20-30min，保持740-760℃静置20-30min，再将合金液浇入到预热温度为320-360℃的金属模具中，得铸锭；
(3)对所述铸锭进行热处理工艺，包括退火、淬火、回火处理；
(4)根据门窗的形状对热处理后的合金铸锭进行锻造，预锻温度为620-680℃，终锻温度为720-820℃，自然冷却至室温得铝合金门窗半成品；
(5)最后通过对所述铝合金门窗半成品修边、打磨、抛光、表面加工等处理，即可。
5.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀铝合金门窗的制备工艺，其特征在于：所述稀有气体为氩气或者氮气。
6.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀铝合金门窗的制备工艺，其特征在于：所述退火工序是将所述铸锭在熔炼炉中升温至420-480℃下保温8-12min，然后炉冷却至280-320℃，随后打开炉门继续缓冷至120-160℃，出炉空冷至室温。
7.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀铝合金门窗的制备工艺，其特征在于：所述淬火工序是将退火后的合金铸锭缓慢炉热至480-520℃并保温30-40min，再次炉热至540-580℃后用高压喷射水将合金铸锭快速冷却。
8.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀铝合金门窗的制备工艺，其特征在于：所述回火工序是将经淬火后的合金铸锭在室温下再次入炉并炉热至180-220℃后保温12-16min后出炉空冷至室温。
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