CN108130465A - 一种高铁用高强耐磨铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高铁用高强耐磨铝合金型材及其制备方法，所述铝合金型材包括以下组分：Mg、Li、Zn、Cu、Mn、Si、Fe、Cr、Ti、Ni、Zr、V、Nb、Sc、Ce、Eu、Er，其余为Al及不可避免的杂质。本发明提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材强度、硬度和韧性大，且具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，其加工性能好，使用寿命长。

Description

一种高铁用高强耐磨铝合金型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种高铁用高强耐磨铝合金型材及其制备方法。
背景技术
铝型材由于具有较高的比强度，较好的加工性能，较强的耐腐蚀性和环保性能，被广泛应用于车辆制造领域，且有效提高车辆的制造效率和使用寿命。随着人们对铝合金型材的性能要求的提高，目前，高铁用铝合金型材存在强度低、耐磨性差的缺陷，影响了高铁的整体性能。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高铁用高强耐磨铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材强度、硬度和韧性大，且具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，其加工性能好，使用寿命长。
本发明提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：Li：0.55-0.8％、Mg：0.6-0.9％、Zn：2.8-3.2％、Cu：0.22-0.35％、Mn：0.28-0.42％、Si：0.35-0.5％、B：0.02-0.08％、Fe：0.1-0.2％、Cr：0.18-0.3％、Ti：0.1-0.25％、Ni：0.08-0.16％、Co：0.06-0.15％、Zr：0.12-0.18％、V：0.08-0.15％、Nb：0.02-0.08％、Sc：0.02-0.08％、Ce：0.06-0.12％、Pr：0.02-0.08％、Er：0.08-0.16％，其余为Al及不可避免的杂质。
优选地，陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，且纳米陶瓷粉末的粒径为40-90nm。
优选地，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：15-25份Al2O3、6-12份NiO、10-20份SiC、8-15份TiC、10-20份BN。
本发明还提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
S2、将初级铝合金基体热处理，得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体清洗，干燥后预热，经激光熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，然后激光重熔，冷却至室温，得到高铁用高强耐磨铝合金型材。
优选地，S2中，将初级铝合金基体置于180-200℃下保温0.5-1h，再升温至280-320℃，保温2-3h，再升温至370-390℃，保温1-2h，然后降温至150-180℃，保温1-1.5h，空冷至室温，得到铝合金基体。
优选地，S3中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为4-6mm，扫描速度为5-10mm/s，功率为1.8-2.2KW，熔覆层厚度为0.01-0.1mm。
优选地，S3中，激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为5-8mm，扫描速度为10-15mm/s，功率为1.5-2KW。
本发明中通过优化铝合金基体配方，通过添加Mn、Si、Cr、Zr、V并控制其含量，为本发明铝合金基体具有良好的强度、硬度、韧性及热稳定性奠定了基础；再通过合理添加并控制Mg、Li、Cu、Zn、Zr的含量，优化制备工艺，在在本发明铝合金基体中生成强化相Al2CuLi、Al2Cu、Al2CuMg、MgZn2和Al3Zr，且呈弥散分布，提高了本发明制品的位错密度，改善本发明制品组织结构，有效提高本发明制品拉伸强度、屈服强度、硬度、抗冲击性和柔韧性等力学性能，同时改善本发明制品耐磨、耐温与加工性能；再通过合理控制稀土元素Sc、Ce、Eu、Er，有效净化本发明合金液，减少FeO在铝合金型材中的含量，降低铝合金型材的开裂敏感性，同时细化晶粒及改善晶粒分布，提高位错密度，进一步优化本发明制品组织结构，提高本发明制品强度、冲击韧性、抗开裂性及耐腐蚀性、耐磨性等性能。在制备过程中，通过优化热处理工艺，合理选择工艺参数，有效改善本发明制品中强化相析出的大小与分布，抑制枝晶偏析，避免非平衡凝固组织效应导致的非平衡组织与粗大析出相等的出现，有效提高了铝合金的强度、硬度、韧性、耐腐蚀性与加工性能；再通过将陶瓷粉末利用激光熔覆得到陶瓷涂层，其中，陶瓷粉末中TiC在高温下部分分解为Ti与C，C与Al生成细针状的枝晶Al4C3，同时Ti具有脱氧效果和细化晶粒作用，避免晶间腐蚀，提高了陶瓷涂层的耐腐蚀性能及与铝合金基体的结合强度，NiO、Al2O3配合，弥散分布在熔融铝合金表面微细亚晶粒之间，并一起构成胞状树枝晶结构，起到固溶强化和细晶强化的作用，有效改善陶瓷涂层组织结构，且陶瓷粉末中Al2O3、NiO、SiC、TiC和BN相互配合，具有增强效果，整体提高本发明制品强度、硬度、韧性、耐磨、耐腐蚀性等性能；等离子熔覆后再经激光重熔，有效细化本发明铝合金型材表面组织晶粒，提高铝合金表面的位错密度及陶瓷涂层与铝合金基体的结合强度，有效改善陶瓷涂层的层状结构，将本发明铝合金基体优异的力学性能与陶瓷粉末优异的耐磨、耐腐蚀性良好结合，延长了本发明制品的使用寿命。本发明提出了一种高铁用高强耐磨铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材强度、硬度和韧性大，且具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，其加工性能好，使用寿命长。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：Li：0.8％、Mg：0.6％、Zn：2.8％、Cu：0.35％、Mn：0.28％、Si：0.5％、B：0.02％、Fe：0.1％、Cr：0.3％、Ti：0.1％、Ni：0.16％、Co：0.06％、Zr：0.12％、V：0.15％、Nb：0.02％、Sc：0.08％、Ce：0.12％、Pr：0.02％、Er：0.08％，其余为Al及不可避免的杂质。
其中，陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：15份Al2O3、12份NiO、10份SiC、15份TiC、10份BN。
本发明还提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
S2、将初级铝合金基体热处理，得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体清洗，干燥后预热，经激光熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，然后激光重熔，冷却至室温，得到高铁用高强耐磨铝合金型材。
实施例2
本发明提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：Li：0.55％、Mg：0.9％、Zn：3.2％、Cu：0.22％、Mn：0.42％、Si：0.35％、B：0.08％、Fe：0.2％、Cr：0.18％、Ti：0.25％、Ni：0.08％、Co：0.15％、Zr：0.18％、V：0.08％、Nb：0.08％、Sc：0.02％、Ce：0.06％、Pr：0.08％、Er：0.16％，其余为Al及不可避免的杂质。
其中，陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，且纳米陶瓷粉末的粒径为50-80nm；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：25份Al2O3、6份NiO、20份SiC、8份TiC、20份BN。
本发明还提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
S2、将初级铝合金基体置于180℃下保温1h，再升温至280℃，保温2h，再升温至370℃，保温2h，然后降温至150℃，保温1.5h，空冷至室温，得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体清洗，干燥后预热，经激光熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，然后激光重熔，冷却至室温，得到高铁用高强耐磨铝合金型材；其中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为4mm，扫描速度为10mm/s，功率为1.8KW，熔覆层厚度为0.01mm；激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为8mm，扫描速度为10mm/s，功率为2KW。
实施例3
本发明提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：Li：0.68％、Mg：0.75％、Zn：3％、Cu：0.3％、Mn：0.35％、Si：0.42％、B：0.05％、Fe：0.15％、Cr：0.24％、Ti：0.18％、Ni：0.12％、Co：0.09％、Zr：0.15％、V：0.12％、Nb：0.06％、Sc：0.06％、Ce：0.09％、Pr：0.05％、Er：0.12％，其余为Al及不可避免的杂质。
其中，陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，且纳米陶瓷粉末的粒径为60-80nm；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：20份Al2O3、9份NiO、15份SiC、12份TiC、15份BN。
本发明还提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
S2、将初级铝合金基体置于190℃下保温0.8h，再升温至300℃，保温2.5h，再升温至380℃，保温1.2h，然后降温至165℃，保温1.2h，空冷至室温，得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体清洗，干燥后预热，经激光熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，然后激光重熔，冷却至室温，得到高铁用高强耐磨铝合金型材；其中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为5mm，扫描速度为8mm/s，功率为2KW，熔覆层厚度为0.05mm；激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为6mm，扫描速度为12mm/s，功率为1.8KW。
实施例4
本发明提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：Li：0.65％、Mg：0.68％、Zn：2.9％、Cu：0.26％、Mn：0.32％、Si：0.42％、B：0.04％、Fe：0.12％、Cr：0.26％、Ti：0.22％、Ni：0.15％、Co：0.09％、Zr：0.13％、V：0.1％、Nb：0.03％、Sc：0.03％、Ce：0.07％、Pr：0.03％、Er：0.1％，其余为Al及不可避免的杂质。
其中，陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，且纳米陶瓷粉末的粒径为40-60nm；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：18份Al2O3、8份NiO、12份SiC、10份TiC、12份BN。
本发明还提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
S2、将初级铝合金基体置于200℃下保温0.5h，再升温至320℃，保温3h，再升温至390℃，保温1h，然后降温至180℃，保温1h，空冷至室温，得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体清洗，干燥后预热，经激光熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，然后激光重熔，冷却至室温，得到高铁用高强耐磨铝合金型材；其中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为6mm，扫描速度为5mm/s，功率为2.2KW，熔覆层厚度为0.1mm；激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为5mm，扫描速度为15mm/s，功率为1.5KW。
实施例5
本发明提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：Li：0.72％、Mg：0.84％、Zn：3.1％、Cu：0.32％、Mn：0.4％、Si：0.48％、B：0.06％、Fe：0.18％、Cr：0.22％、Ti：0.15％、Ni：0.12％、Co：0.09％、Zr：0.14％、V：0.1％、Nb：0.04％、Sc：0.04％、Ce：0.09％、Pr：0.06％、Er：0.15％，其余为Al及不可避免的杂质。
其中，陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，且纳米陶瓷粉末的粒径为60-80nm；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：25份Al2O3、10份NiO、10份SiC、10份TiC、10份BN。
本发明还提出的一种高铁用高强耐磨铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
S2、将初级铝合金基体置于190℃下保温0.8h，再升温至310℃，保温2.5h，再升温至385℃，保温1.2h，然后降温至170℃，保温1.2h，空冷至室温，得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体清洗，干燥后预热，经激光熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，然后激光重熔，冷却至室温，得到高铁用高强耐磨铝合金型材；其中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为5mm，扫描速度为8mm/s，功率为2KW，熔覆层厚度为0.06mm；激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为6mm，扫描速度为12mm/s，功率为1.8KW。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高铁用高强耐磨铝合金型材，其特征在于，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：Li：0.55-0.8％、Mg：0.6-0.9％、Zn：2.8-3.2％、Cu：0.22-0.35％、Mn：0.28-0.42％、Si：0.35-0.5％、B：0.02-0.08％、Fe：0.1-0.2％、Cr：0.18-0.3％、Ti：0.1-0.25％、Ni：0.08-0.16％、Co：0.06-0.15％、Zr：0.12-0.18％、V：0.08-0.15％、Nb：0.02-0.08％、Sc：0.02-0.08％、Ce：0.06-0.12％、Pr：0.02-0.08％、Er：0.08-0.16％，其余为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述高铁用高强耐磨铝合金型材，其特征在于，陶瓷涂层的原料为纳米陶瓷粉末，且纳米陶瓷粉末的粒径为40-90nm。
3.根据权利要求1所述高铁用高强耐磨铝合金型材，其特征在于，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：15-25份Al2O3、6-12份NiO、10-20份SiC、8-15份TiC、10-20份BN。
4.一种根据权利要求1-3中任一项所述高铁用高强耐磨铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
S2、将初级铝合金基体热处理，得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体清洗，干燥后预热，经激光熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，然后激光重熔，冷却至室温，得到高铁用高强耐磨铝合金型材。
5.根据权利要求4所述高铁用高强耐磨铝合金型材的制备方法，其特征在于，S2中，将初级铝合金基体置于180-200℃下保温0.5-1h，再升温至280-320℃，保温2-3h，再升温至370-390℃，保温1-2h，然后降温至150-180℃，保温1-1.5h，空冷至室温，得到铝合金基体。
6.根据权利要求4所述高铁用高强耐磨铝合金型材的制备方法，其特征在于，S3中，激光熔覆工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为4-6mm，扫描速度为5-10mm/s，功率为1.8-2.2KW，熔覆层厚度为0.01-0.1mm。
7.根据权利要求4所述高铁用高强耐磨铝合金型材的制备方法，其特征在于，S3中，激光重熔工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为5-8mm，扫描速度为10-15mm/s，功率为1.5-2KW。
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