CN108118204A - 一种光伏支架用铝合金材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工材料领域，具体涉及一种光伏支架用铝合金材料，该铝合金材料，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为1～3%，Ca的含量为0.05～1%，Cr的含量为0.5～1.5%，Ta的含量为0.1～0.5%，Si的含量为0.1～0.5%，Mg的含量为0.1～1%，其余为铝以及不可避免的杂质。本发明针对现有的铝合金材料，通过加入Mn、Cu、Si、Mg、Ta等金属元素，通过合理的配方设计，有效提高了合金的强度，大幅度提高晶粒细化程度，对提升铝合金抗拉强度、延伸率、抗腐蚀性能、氧化膜成膜质量等综合性能方面效果显著。

Description

一种光伏支架用铝合金材料
技术领域
本发明属于化工材料领域，具体涉及一种光伏支架用铝合金材料。
背景技术
光伏支架是固定太阳能电池板的重要构件。目前我国普遍使用的光伏支架系统按结构的材料分，主要由混凝土支架、钢支架和铝合金支架三种。混凝土支架具有自重大，稳定性好的优点，但其安装条件较高；钢支架材料承载高，价格低，但不耐腐蚀，寿命短；铝合金具有质量轻、美观耐用的特点，常选用6061型铝合金材料，但该铝合金材料不适应用于酸、碱、盐环境以及沙漠盐碱地腐蚀性较强的区域。目前光伏太阳能电池板的发电设计要求是25年，而现有的铝合金光伏支架使用寿命远低于25年，频繁地维修或者更换，严重影响了光伏发电效率。
因此，具有耐腐性好、承受力高、使用寿命长的高性能铝合金光伏支架材料是本领域的研究方向。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中所存在的现有6061型铝合金材料耐盐碱环境腐蚀较差的技术问题而提供一种光伏支架用铝合金材料。
实现本发明目的而采用的技术方案为：一种光伏支架用铝合金材料，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为1～3%，Ca的含量为0.05～1%，Cr的含量为0.5～1.5%，Ta的含量为0.1～0.5%，Si的含量为0.1～0.5%，Mg的含量为0.1～1%，其余为铝以及不可避免的杂质。
作为本发明一优选实施方式，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为2%，Ca的含量为0.1%，Cr的含量为1%，Ta的含量为0.25%，Si的含量为0.25%，Mg的含量为0.5%，其余为铝以及不可避免的杂质。
作为本发明一优选实施方式，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为1%，Ca的含量为0.05%，Cr的含量为0.5%，Ta的含量为0.1%，Si的含量为0.1%，Mg的含量为0.1%，其余为铝以及不可避免的杂质。
作为本发明一优选实施方式，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为3%，Ca的含量为0.08%，Cr的含量为1.5%，Ta的含量为0.5%，Si的含量为0.5%，Mg的含量为1%，其余为铝以及不可避免的杂质。
优选地，本发明所述的一种光伏支架用铝合金材料，其由如下步骤制得：
1）以Al-Mn中间合金作为合金中的Mn元素的原料，以Mg-Ca中间合金作为合金中的Ca元素的原料，以Al-Cr中间合金作为合金中的Cr元素的原料，以Ta粉作为合金中的Ta元素的原料，以Si粉作为合金中的Si元素的原料，以Al-Mg中间合金作为合金中的Mg元素的原料，以铝锭作为合金中的Al元素的原料；
2）将铝锭表面清洗干净后进行加热熔炼，铝液温度控制在695℃；
3）将烘干后的Al-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Mg中间合金加入到铝液中，铝液升温至820℃后，将Ta粉和Si粉加入到铝液中，保温15分钟，保证合金原料全部熔化；
4）将铝液温度升至860℃时，开始加入精炼剂进行精炼，使夹杂物充分上浮或者下沉，然后进行除渣；
5）将精炼后的铝液温度降至720℃并保温15分钟用于进行浇注，制得铝合金铸件；
6）用丙酮对铝合金铸件的表面进行清洗，然后放置在管式置氢炉内，在真空条件下将炉内升温至720℃，保温15分钟后，充入氢气后保温3小时，最后冷却至室温完成充氢处理；
7）采用盐酸酸洗铝合金铸件，酸洗后用清水把铝合金铸件清洗干净；然后将铝合金铸件浸入含有氯化铵的助镀剂中，助镀后清洗干净并将铸件浸入锌浴中，使铝合金铸件表面生成一合金化膜；
8）将表面含有合金化膜的铝合金铸件再进行钝化处理，即制得光伏支架用铝合金材料。
其中，步骤7）中所述的助镀，助镀时间控制在2分钟。步骤7）中所述的助镀剂，氯化铵的用量为浸泡铝合金铸件重量的1‰。
本发明的技术优点在于：
1）本发明针对现有的铝合金材料，通过加入Mn、Cu、Si、Mg、Ta等金属元素，通过合理的配方设计，有效提高了合金的强度，大幅度提高晶粒细化程度，对提升铝合金抗拉强度、延伸率、抗腐蚀性能、氧化膜成膜质量等综合性能方面效果显著。
2）本发明的配方体系中，加入适量的钽不仅能够细化铸态合金晶粒，提高再结晶温度，从而提高铝合金的强度，显著改善铝合金的耐热性、抗腐蚀性和热稳定性。同时，在铝合金材料的制备过程中，对表面含有合金化膜的铝合金铸件再进行钝化处理，进一步提高了本发明铝合金材料的抗腐蚀性。
3）本发明的铝合金材料的抗拉强度和屈服强度得到了明显提升，抗拉强度达到250MPa以上，延伸率达到10%。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步地描述，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。
实施例1
以20kg为例，按Al-2Mn-0.1Ca-1Cr-0.25Ta-0.25Si-0.5Mg配比为例，计算出中间合金的质量，进行备料。
1）根据合金成分比例备料，Mn元素以Al-Mn中间合金形式加入，Ca元素是以Mg-Ca中间合金形式加入，Cr元素是以Al-Cr中间合金形式加入，Ta元素以钽粉形式加入，Si元素是以Si粉形式加入，Mg元素是以Al-Mg中间合金形式加入。
2）将铝锭表面清洗干净后进行加热熔炼，铝液温度控制在695℃；
3）将烘干后的Al-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Mg中间合金加入到铝液中，铝液升温至820℃后，将Ta粉和Si粉加入到铝液中，保温15分钟，保证合金原料全部熔化；
4）将铝液温度升至860℃时，开始加入精炼剂进行精炼，使夹杂物充分上浮或者下沉，然后进行除渣；
5）将精炼后的铝液温度降至720℃并保温15分钟用于进行浇注，制得铝合金铸件；
6）用丙酮对铝合金铸件的表面进行清洗，然后放置在管式置氢炉内，在真空条件下将炉内升温至720℃，保温15分钟后，充入氢气后保温3小时，最后冷却至室温完成充氢处理；
7）采用盐酸酸洗铝合金铸件，酸洗后用清水把铝合金铸件清洗干净；然后将铝合金铸件浸入含有氯化铵的助镀剂中，助镀后清洗干净并将铸件浸入锌浴中，氯化铵的用量为浸泡铝合金铸件重量的1‰，助镀时间控制在2分钟，使铝合金铸件表面生成一合金化膜；
8）将表面含有合金化膜的铝合金铸件再进行钝化处理，即制得光伏支架用铝合金材料。
实施例2
以20kg为例，按Al-1Mn-0.05Ca-0.5Cr-0.1Ta-0.1Si-0.1Mg配比为例，计算出中间合金的质量，进行备料。
1）根据合金成分比例备料，Mn元素以Al-Mn中间合金形式加入，Ca元素是以Mg-Ca中间合金形式加入，Cr元素是以Al-Cr中间合金形式加入，Ta元素以钽粉形式加入，Si元素是以Si粉形式加入，Mg元素是以Al-Mg中间合金形式加入。
2）将铝锭表面清洗干净后进行加热熔炼，铝液温度控制在695℃；
3）将烘干后的Al-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Mg中间合金加入到铝液中，铝液升温至820℃后，将Ta粉和Si粉加入到铝液中，保温15分钟，保证合金原料全部熔化；
4）将铝液温度升至860℃时，开始加入精炼剂进行精炼，使夹杂物充分上浮或者下沉，然后进行除渣；
5）将精炼后的铝液温度降至720℃并保温15分钟用于进行浇注，制得铝合金铸件；
6）用丙酮对铝合金铸件的表面进行清洗，然后放置在管式置氢炉内，在真空条件下将炉内升温至720℃，保温15分钟后，充入氢气后保温3小时，最后冷却至室温完成充氢处理；
7）采用盐酸酸洗铝合金铸件，酸洗后用清水把铝合金铸件清洗干净；然后将铝合金铸件浸入含有氯化铵的助镀剂中，助镀后清洗干净并将铸件浸入锌浴中，氯化铵的用量为浸泡铝合金铸件重量的1‰，助镀时间控制在2分钟，使铝合金铸件表面生成一合金化膜；
8）将表面含有合金化膜的铝合金铸件再进行钝化处理，即制得光伏支架用铝合金材料。
实施例3
以20kg为例，按Al-3Mn-0.08Ca-1.5Cr-0.5Ta-0.5Si-1Mg配比为例，计算出中间合金的质量，进行备料。
1）根据合金成分比例备料，Mn元素以Al-Mn中间合金形式加入，Ca元素是以Mg-Ca中间合金形式加入，Cr元素是以Al-Cr中间合金形式加入，Ta元素以钽粉形式加入，Si元素是以Si粉形式加入，Mg元素是以Al-Mg中间合金形式加入。
2）将铝锭表面清洗干净后进行加热熔炼，铝液温度控制在695℃；
3）将烘干后的Al-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Mg中间合金加入到铝液中，铝液升温至820℃后，将Ta粉和Si粉加入到铝液中，保温15分钟，保证合金原料全部熔化；
4）将铝液温度升至860℃时，开始加入精炼剂进行精炼，使夹杂物充分上浮或者下沉，然后进行除渣；
5）将精炼后的铝液温度降至720℃并保温15分钟用于进行浇注，制得铝合金铸件；
6）用丙酮对铝合金铸件的表面进行清洗，然后放置在管式置氢炉内，在真空条件下将炉内升温至720℃，保温15分钟后，充入氢气后保温3小时，最后冷却至室温完成充氢处理；
7）采用盐酸酸洗铝合金铸件，酸洗后用清水把铝合金铸件清洗干净；然后将铝合金铸件浸入含有氯化铵的助镀剂中，助镀后清洗干净并将铸件浸入锌浴中，氯化铵的用量为浸泡铝合金铸件重量的1‰，助镀时间控制在2分钟，使铝合金铸件表面生成一合金化膜；
8）将表面含有合金化膜的铝合金铸件再进行钝化处理，即制得光伏支架用铝合金材料。

Claims (7)

1.一种光伏支架用铝合金材料，其特征在于：按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为1～3%，Ca的含量为0.05～1%，Cr的含量为0.5～1.5%，Ta的含量为0.1～0.5%，Si的含量为0.1～0.5%，Mg的含量为0.1～1%，其余为铝以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的光伏支架用铝合金材料，其特征在于：按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为2%，Ca的含量为0.1%，Cr的含量为1%，Ta的含量为0.25%，Si的含量为0.25%，Mg的含量为0.5%，其余为铝以及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的光伏支架用铝合金材料，其特征在于：按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为1%，Ca的含量为0.05%，Cr的含量为0.5%，Ta的含量为0.1%，Si的含量为0.1%，Mg的含量为0.1%，其余为铝以及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的光伏支架用铝合金材料，其特征在于：按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Mn的含量为3%，Ca的含量为0.08%，Cr的含量为1.5%，Ta的含量为0.5%，Si的含量为0.5%，Mg的含量为1%，其余为铝以及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1-4任一项所述的光伏支架用铝合金材料，其特征在于：该铝合金材料由如下步骤制得：
1）以Al-Mn中间合金作为合金中的Mn元素的原料，以Mg-Ca中间合金作为合金中的Ca元素的原料，以Al-Cr中间合金作为合金中的Cr元素的原料，以Ta粉作为合金中的Ta元素的原料，以Si粉作为合金中的Si元素的原料，以Al-Mg中间合金作为合金中的Mg元素的原料，以铝锭作为合金中的Al元素的原料；
2）将铝锭表面清洗干净后进行加热熔炼，铝液温度控制在695℃；
3）将烘干后的Al-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Mg中间合金加入到铝液中，铝液升温至820℃后，将Ta粉和Si粉加入到铝液中，保温15分钟，保证合金原料全部熔化；
4）将铝液温度升至860℃时，开始加入精炼剂进行精炼，使夹杂物充分上浮或者下沉，然后进行除渣；
5）将精炼后的铝液温度降至720℃并保温15分钟用于进行浇注，制得铝合金铸件；
6）用丙酮对铝合金铸件的表面进行清洗，然后放置在管式置氢炉内，在真空条件下将炉内升温至720℃，保温15分钟后，充入氢气后保温3小时，最后冷却至室温完成充氢处理；
7）采用盐酸酸洗铝合金铸件，酸洗后用清水把铝合金铸件清洗干净；然后将铝合金铸件浸入含有氯化铵的助镀剂中，助镀后清洗干净并将铸件浸入锌浴中，使铝合金铸件表面生成一合金化膜；
8）将表面含有合金化膜的铝合金铸件再进行钝化处理，即制得光伏支架用铝合金材料。
6.根据权利要求5所述的一种光伏支架用铝合金材料，其特征在于：步骤7）中所述的助镀，助镀时间控制在2分钟。
7.根据权利要求5所述的一种光伏支架用铝合金材料，其特征在于：步骤7）中所述的助镀剂，氯化铵的用量为浸泡铝合金铸件重量的1‰。
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