CN108251720B - 一种消防车用高强高硬铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消防车用高强高硬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。本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材密度小，强度与硬度大，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性，其加工性能好，使用寿命长，有效提高消防车性能。

Description

一种消防车用高强高硬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，尤其涉及一种消防车用高强高硬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。其中，消防车作为用来执行火灾应对任务的特殊车辆，提高消防车性能，具有实际意义。随着人们对铝合金型材的性能要求的提高，目前消防车用铝合金型材在强度、硬度、耐腐蚀性方面还有待提高。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种消防车用高强高硬铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材密度小，强度与硬度大，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性，其加工性能好，使用寿命长，有效提高消防车性能。
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，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：Mg：0.7～1％、Li：0.4～0.7％、Zn：3.2～3.6％、Cu：0.8～1.2％、Mn：0.38～0.5％、Si：0.3～0.42％、Fe：0.4～0.6％、Cr：0.2～0.3％、Ti：0.15～0.3％、Ni：0.15～0.25％、Zr：0.06～0.12％、V：0.08～0.15％、Nb：0.06～0.12％、Sc：0.02～0.08％、Ce：0.08～0.2％、Eu：0.05～0.1％、Er：0.06～0.15％，其余为Al及不可避免的杂质。
具体实施方式中，Mg的质量分数还可以为0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％，Li的质量分数还可以为0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％，Zn的质量分数还可以为3.25％、3.3％、3.35％、3.4％、3.45％、3.5％，Cu的质量分数还可以为0.85％、0.9％、0.95％、1％、1.05％、1.1％，Mn的质量分数还可以为0.4％、0.42％、0.45％、0.48％，Si的质量分数还可以为0.32％、0.34％、0.36％、0.38％、0.4％，Fe的质量分数还可以为0.42％、0.48％、0.5％、0.52％、0.56％、0.58％，Cr的质量分数还可以为0.22％、0.24％、0.26％、0.28％，Ti的质量分数还可以为0.18％、0.2％、0.22％、0.25％、0.28％，Ni的质量分数还可以为0.18％、0.2％、0.22％、0.24％，Zr的质量分数还可以为0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％，V的质量分数还可以为0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.14％，Nb的质量分数还可以为0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％，Sc的质量分数还可以为0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％，Ce的质量分数还可以为0.1％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％，Eu的质量分数还可以为0.06％、0.07％、0.08％、0.09％，Er的质量分数还可以为0.07％、0.08％、0.1％、0.12％、0.14％，其余为Al及不可避免的杂质。
优选地，Mg、Li、Cu、Zn之间的质量分数满足以下关系式：0.75≤(2×wMg+wLi)/(wCu+0.5×wZn)≤1.05，其中，wMg、wLi、wCu、wZn分别为Mg、Li、Cu、Zn的质量分数。
优选地，Sc、Ce、Eu、Er之间的质量分数满足以下关系式：0.3％≤wSc+wCe+wEu+wEr≤0.5％，其中，wSc、wCe、wEu、wEr分别为Sc、Ce、Eu、Er的质量分数。
优选地，陶瓷涂层的原料按重量份包括：10～20份SiC、15～25份Al2O3、10～20份TiN、6～12份NiO、8～15份TiO2。
优选地，铝合金基体、陶瓷涂层之间的重量比为2000～2500:0.5～1.5。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬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、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，经热处理得到消防车用高强高硬铝合金型材。
优选地，S2中，将初级铝合金基体置于240～280℃下保温2～3h，再升温至320～350℃，保温1～2h，再升温至380～420℃，保温0.5～1h，然后降温至220～250℃，保温0.5～1h，再降温至120～150℃，保温0.5～1h，空冷至室温，得到铝合金基体。
优选地，S3中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为2.5～4L/min，保护气体为氩气且氩气流量为5～7L/min，转移弧电压为20～25V，转移电流为80～100A，喷距为8～12mm，功率为1.5～2.5KW，等离子弧光斑直径为2～3mm。
优选地，S3中，热处理具体过程如下：将陶瓷涂层铝合金型材置于160～180℃下保温2～3h，再升温至260～280℃，保温1～2h，然后空冷至室温后放置2～3d。
本发明中通过合理控制Mg、Li、Cu、Zn在铝合金型材中的含量，且使Mg、Li、Cu、Zn三者之间的质量分数满足0.75≤(2×wMg+wLi)/(wCu+0.5×wZn)≤1.05的函数关系式，四者相互配合具有良好的协同作用，在本发明铝合金基体中生成弥散分布的强化相Al2CuLi、Al2Cu、Al2CuMg和MgZn2，有效改善本发明制品组织结构，提高本发明制品的位错密度，抑制再结晶，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Sc、Ce、Eu、Er四者的含量，有效净化本发明合金液，减少FeO在铝合金基体中的含量，降低铝合金基体开裂敏感性，同时具有细化晶粒，改善晶粒分布等作用，进一步优化本发明制品组织结构，提高本发明制品强度、冲击韧性及耐腐蚀性等性能。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等离子熔覆得到陶瓷涂层，合理设置等离子熔覆参数，陶瓷涂层与铝合金基体结合强度大，性能稳定，不易脱落和开裂，其中，陶瓷粉末中TiO2、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，起到弥散强化和细晶强化的作用，有效改善陶瓷涂层组织结构，使其具有良好的强度、硬度、耐腐蚀性、耐磨性和耐高温性，且陶瓷粉末中SiC、Al2O3、TiN、NiO、TiO2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、耐腐蚀性等性能；等离子熔覆后再优化热处理工艺，进一步改善本发明制品表面组织结构，进一步提高本发明铝合金型材整体性能，延长本发明制品使用寿命。本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材密度小，强度与硬度大，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性，其加工性能好，使用寿命长，有效提高消防车性能。
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
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，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：Mg：0.7％、Li：0.7％、Zn：3.6％、Cu：0.8％、Mn：0.5％、Si：0.3％、Fe：0.4％、Cr：0.3％、Ti：0.15％、Ni：0.15％、Zr：0.12％、V：0.08％、Nb：0.06％、Sc：0.08％、Ce：0.08％、Eu：0.1％、Er：0.06％，其余为Al及不可避免的杂质；陶瓷涂层的原料按重量份包括：10份SiC、25份Al2O3、10份TiN、6份NiO、15份TiO2。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬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、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，经热处理得到消防车用高强高硬铝合金型材。
实施例2
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，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：Mg：1％、Li：0.4％、Zn：3.2％、Cu：1.2％、Mn：0.38％、Si：0.42％、Fe：0.6％、Cr：0.2％、Ti：0.3％、Ni：0.25％、Zr：0.06％、V：0.15％、Nb：0.12％、Sc：0.02％、Ce：0.2％、Eu：0.05％、Er：0.15％，其余为Al及不可避免的杂质；陶瓷涂层的原料按重量份包括：20份SiC、15份Al2O3、20份TiN、12份NiO、8份TiO2。
其中，铝合金基体、陶瓷涂层之间的重量比为2000:1.5。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬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240℃下保温3h，再升温至350℃，保温1h，再升温至380℃，保温1h，然后降温至220℃，保温1h，再降温至150℃，保温0.5h，空冷至室温，得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，将陶瓷涂层铝合金型材置于160℃下保温3h，再升温至280℃，保温1h，然后空冷至室温后放置2d，得到消防车用高强高硬铝合金型材；其中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为2.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为7L/min，转移弧电压为20V，转移电流为100A，喷距为8mm，功率为2.5KW，等离子弧光斑直径为2mm。
实施例3
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，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：Mg：0.85％、Li：0.55％、Zn：3.4％、Cu：1.05％、Mn：0.45％、Si：0.34％、Fe：0.52％、Cr：0.26％、Ti：0.22％、Ni：0.2％、Zr：0.1％、V：0.11％、Nb：0.09％、Sc：0.05％、Ce：0.14％、Eu：0.08％、Er：0.1％，其余为Al及不可避免的杂质；陶瓷涂层的原料按重量份包括：15份SiC、20份Al2O3、15份TiN、9份NiO、12份TiO2。
其中，铝合金基体、陶瓷涂层之间的重量比为2200:1。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬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260℃下保温2.5h，再升温至340℃，保温1.5h，再升温至400℃，保温0.8h，然后降温至240℃，保温0.8h，再降温至140℃，保温0.8h，空冷至室温，得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，将陶瓷涂层铝合金型材置于170℃下保温2.5h，再升温至270℃，保温1.5h，然后空冷至室温后放置2.5d，得到消防车用高强高硬铝合金型材；其中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为3L/min，保护气体为氩气且氩气流量为6L/min，转移弧电压为22V，转移电流为90A，喷距为10mm，功率为2KW，等离子弧光斑直径为2.5mm。
实施例4
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，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：Mg：0.85％、Li：0.55％、Zn：3.25％、Cu：0.92％、Mn：0.42％、Si：0.38％、Fe：0.46％、Cr：0.23％、Ti：0.18％、Ni：0.22％、Zr：0.1％、V：0.13％、Nb：0.08％、Sc：0.04％、Ce：0.12％、Eu：0.06％、Er：0.09％，其余为Al及不可避免的杂质；陶瓷涂层的原料按重量份包括：12份SiC、22份Al2O3、12份TiN、8份NiO、10份TiO2。
其中，铝合金基体、陶瓷涂层之间的重量比为2000:1。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬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270℃下保温2.2h，再升温至370℃，保温1.6h，再升温至410℃，保温0.8h，然后降温至230℃，保温0.6h，再降温至130℃，保温0.8h，空冷至室温，得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，将陶瓷涂层铝合金型材置于165℃下保温2.3h，再升温至275℃，保温1.2h，然后空冷至室温后放置3d，得到消防车用高强高硬铝合金型材；其中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为3.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为6.5L/min，转移弧电压为22V，转移电流为90A，喷距为9mm，功率为2.4KW，等离子弧光斑直径为2.2mm。
实施例5
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，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：Mg：0.9％、Li：0.65％、Zn：3.5％、Cu：1.1％、Mn：0.4％、Si：0.4％、Fe：0.55％、Cr：0.28％、Ti：0.26％、Ni：0.22％、Zr：0.1％、V：0.12％、Nb：0.1％、Sc：0.06％、Ce：0.16％、Eu：0.08％、Er：0.12％，其余为Al及不可避免的杂质；陶瓷涂层的原料按重量份包括：15份SiC、20份Al2O3、10份TiN、6份NiO、10份TiO2。
其中，铝合金基体、陶瓷涂层之间的重量比为2400:1。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬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280℃下保温2h，再升温至320℃，保温2h，再升温至420℃，保温0.5h，然后降温至250℃，保温0.5h，再降温至120℃，保温1h，空冷至室温，得到铝合金基体；
S3、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，将陶瓷涂层铝合金型材置于180℃下保温2h，再升温至260℃，保温2h，然后空冷至室温后放置3d，得到消防车用高强高硬铝合金型材；其中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为4L/min，保护气体为氩气且氩气流量为5L/min，转移弧电压为25V，转移电流为80A，喷距为12mm，功率为1.5KW，等离子弧光斑直径为3mm。
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 (5)

1.一种消防车用高强高硬铝合金型材，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：Mg：0.7～1％、Li：0.4～0.7％、Zn：3.2～3.6％、Cu：0.8～1.2％、Mn：0.38～0.5％、Si：0.3～0.42％、Fe：0.4～0.6％、Cr：0.2～0.3％、Ti：0.15～0.3％、Ni：0.15～0.25％、Zr：0.06～0.12％、V：0.08～0.15％、Nb：0.06～0.12％、Sc：0.02～0.08％、Ce：0.08～0.2％、Eu：0.05～0.1％、Er：0.06～0.15％，其余为Al及不可避免的杂质；
Mg、Li、Cu、Zn之间的质量分数满足以下关系式：0.75≤(2×wMg+wLi)/(wCu+0.5×wZn)≤1.05，其中，wMg、wLi、wCu、wZn分别为Mg、Li、Cu、Zn的质量分数；
Sc、Ce、Eu、Er之间的质量分数满足以下关系式：0.3％≤wSc+wCe+wEu+wEr≤0.5％，其中，wSc、wCe、wEu、wEr分别为Sc、Ce、Eu、Er的质量分数；
陶瓷涂层的原料按重量份包括：10～20份SiC、15～25份Al2O3、10～20份TiN、6～12份NiO、8～15份TiO2；
铝合金基体、陶瓷涂层之间的重量比为2000～2500:0.5～1.5；
所述消防车用高强高硬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、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，经热处理得到消防车用高强高硬铝合金型材；
S2中，将初级铝合金基体置于240～280℃下保温2～3h，再升温至320～350℃，保温1～2h，再升温至380～420℃，保温0.5～1h，然后降温至220～250℃，保温0.5～1h，再降温至120～150℃，保温0.5～1h，空冷至室温，得到铝合金基体；
S3中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为2.5～4L/min，保护气体为氩气且氩气流量为5～7L/min，转移弧电压为20～25V，转移电流为80～100A，喷距为8～12mm，功率为1.5～2.5KW，等离子弧光斑直径为2～3mm。
2.一种根据权利要求1所述消防车用高强高硬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、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，经热处理得到消防车用高强高硬铝合金型材。
3.根据权利要求2所述消防车用高强高硬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240～280℃下保温2～3h，再升温至320～350℃，保温1～2h，再升温至380～420℃，保温0.5～1h，然后降温至220～250℃，保温0.5～1h，再降温至120～150℃，保温0.5～1h，空冷至室温，得到铝合金基体。
4.根据权利要求2所述消防车用高强高硬铝合金型材的制备方法，其特征在于，S3中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为2.5～4L/min，保护气体为氩气且氩气流量为5～7L/min，转移弧电压为20～25V，转移电流为80～100A，喷距为8～12mm，功率为1.5～2.5KW，等离子弧光斑直径为2～3mm。
5.根据权利要求2所述消防车用高强高硬铝合金型材的制备方法，其特征在于，S3中，热处理具体过程如下：将陶瓷涂层铝合金型材置于160～180℃下保温2～3h，再升温至260～280℃，保温1～2h，然后空冷至室温后放置2～3d。
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