CN108977704A - 一种含La-B高强高导铝合金及其中厚板的制备方法 - Google Patents

一种含La-B高强高导铝合金及其中厚板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含有La‑B高强高导铝合金，按质量百分数计由下列元素组成：Si＝0.5～0.6％，Mg＝0.6～0.8％，B＝0.1～0.3％，La＝0.05～0.2％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素。其中厚板的制备方法：(1)熔炼；(2)净化、除气和过滤；(3)铸造；(4)均热处理；(5)锯切、铣面；(6)预热；(7)轧制；(8)固溶淬火；(9)拉伸；(10)时效。本发明通过合金成分的优化，以及熔铸、轧制、失效等工艺的优化，实现同时提升铝合金的力学强度和电导率，提升材料导电性能。

Description

一种含La-B高强高导铝合金及其中厚板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金及其中厚板的制备方法，特别涉及一种含La-B高强高导铝合金及其中厚板的制备方法。
背景技术
铝合金以其良好的导电性、耐候性、抛光性和力学强度，在电工领域被广泛应用于导电材料、导电电极、导电母材等，工业用的导电母材，要求板材具备较高导电能力的同时，应具有足够的力学强度。常规铝合金板材制造过程中的组分、杂质、组织缺陷等都会影响材料的电导率。
为了满足工业用导电母材的实际需求，铝合金导电板材在兼备高电导率，同时还要较高的强度要求。6063和6101铝合金作为常用的铝合金导电材料，6系铝合金属于可热处理强化的Al-Mg-Si合金，通过熔铸后轧制成型，再进行固溶淬火和时效，使第二相弥散析出，达到强化效果，同时，通过控制第二相析出程度，获得所需的导电性能。合金组分和第二相析出形态对力学性能和电导率影响较大，合金组分的增加，降低材料电导率，但能提高强度；第二相的析出形态，对显微组织的晶格畸变和位错影响较大，而晶格畸变和位错对电子移动造成散射作用，阻碍电子移动，降低导电性能。因此，微合金化和与之匹配的热处理工艺是改善铝合金导电导率和强度提升的有效方案之一。
传统的6101铝合金当电导率达到58％IACS时，抗拉强度207Mpa；6101铝合金电导率59％IACS，抗拉强度仅为120Mpa；6063铝合金电导率为58％IACS时，抗拉强度仅90Mpa。针对铝合金电导率和力学强度的技术矛盾，为了提升一种性能，必然会以牺牲另一种性能为前提。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明针对上述技术问题，发明一种含有La-B高强高导铝合金及其中厚板的制备方法，通过合金成分的优化，以及熔铸、轧制、失效等工艺的优化，实现同时提升铝合金的力学强度和电导率。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种含有La-B高强高导铝合金，按质量百分数计由下列元素组成：Si＝0.5～0.6％，Mg＝0.6～0.8％，B＝0.1～0.3％，La＝0.05～0.2％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素，不可避免的杂质为Fe≤0.08％，Mn≤0.005％，Cr≤0.005％，Cu≤0.005％，Zn≤0.03％等元素。
如上所述含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，包含以下操作：
(1)熔炼：按质量百分数计取以下元素Si＝0.5～0.6％，Mg＝0.6～0.8％，B＝0.1～0.3％，La＝0.05～0.2％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素，不可避免的杂质为Fe≤0.08％，Mn≤0.005％，Cr≤0.005％，Cu≤0.005％，Zn≤0.03％等元素；将含除B、La元素以外的上述各元素的原料进行熔炼，得到铝液；其中，所述的含除B、La元素以外的上述各元素的原料为铝锭；
(2)净化、除气和过滤：步骤(1)中所得铝液温度继续保持760℃～780℃，然后加入含La元素的原料，待铝镧中间合金完全熔融后，保温1～2h，添加铝硼中间合金，进行净化处理，保温2～3h，然后进行除气、过滤；
(3)铸造：步骤(2)中过滤后所得铝液进行浇铸，得到铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)所得铸锭进行均匀化热处理，均热处理为温度570～590℃，保温8～10小时，均热保温结束，随炉冷却至200℃后，出炉强风冷却；
(5)锯切、铣面：将均热处理后的铸锭运至锯床和车床进行锯切和车皮；
(6)预热：将加工后的铸锭在感应预热炉进行预热；
(7)轧制：将步骤(6)预热后所得铸锭经轧制成型，倒数第三道次压下量为18～21％，倒数第二道次压下量为20％～25％，倒数第一道次压下量为24％～28％，板材终轧厚度6～80mm；
(8)固溶淬火：铝合金轧制成型后，立即对板材用高温热处理炉进行淬火；
(9)拉伸：将固溶淬火后的板材进行拉伸消除应力；
(10)时效：将步骤(9)拉伸后所得板材进行双级时效处理，一级时效温度为190～200℃保温12～16小时，二级时效温度为230～240℃保温1～2小时，即得含有La-B高强高导铝合金中厚板。
优选的是，步骤(1)中所述熔炼温度为760～780℃，保温3～5小时。
优选的是，步骤(2)中所述除气、过滤为向铝液中分别通入氯气和氩气，除去熔体中气体，除气之后过滤除去铝熔体中的不熔物。
优选的是，步骤(2)中所述含La元素的原料为铝镧中间合金，铝镧中间合金为Al-La中间合金；所述含B元素的原料为铝硼中间合金，铝硼中间合金为AlB3。
优选的是，步骤(3)中所述铸造为进行浇铸，水浸冷却至室温，得到直径为100～200mm的铸锭。
优选的是，步骤(6)中所述预热的温度为460～490℃，时间为1～2h。
优选的是，步骤(8)中所述固溶淬火的温度为520～530℃，淬火冷却速度400～500℃/min。
优选的是，步骤(9)中所述拉伸的拉伸率为1.0～3.0％。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明优化了含有La-B高强高导铝合金的成分，特别是Si和Mg，使Mg和Si完全结合形成Mg2Si强化相，不产生过剩单质组分，从而提高强度；
(2)添加Al-La中间合金，La作为净化剂加入到熔体中，与杂质Fe和Mn进行反应，产生难熔相，沉淀在熔体底部，净化熔体Fe、Mn元素含量，从而降低Fe、Mn元素对电导率的影响；
(3)本发明中添加Al-B中间合金，B作为变质剂和净化剂加入到熔体中，与过渡族元素中的Cr、Ti、V形成硼化物，这些硼化物形成浮渣，在后续扒渣和过滤中除去，部分未除去的硼化物在后期固溶时效处理中，在晶界析出较大规则的析出相，净化晶粒内部，减少晶体中过多析出相对电子的阻碍；同时，硼除了与过渡族元素反应外，还与过剩的La结合，将La以较大的硼化物形式沉淀于熔体底部，静置后，被清除，从而提升材料导电性能；
(4)本发明在工艺上采用高温双级时效的热处理制度，控制时效过程弥散析出Mg2Si强化相的形态，达到硬度和电导率的最优结合，同时在晶界析出较为粗大连续球状硼化物复合相粒子，减少第二相对电子的散射，从而保证了强度和电导率的同步提高；
(5)本发明在轧制工艺上控制轧制最后3道压下量，使组织变形程度更剧烈，第二相组织破碎更严重，分布更均匀，利于后续固溶时效热处理过程，第二相的重溶和析出，获得更弥散的相组织。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
在本发明的实施例中，其化学成分及重量百分比如表1所示：
表1合金化学成分组成(质量百分比wt％)
实施例1
一种含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，操作步骤如下：
(1)熔炼：采用工业级为99.85％的纯度铝锭以及Al-La中间合金、Al B3中间合金作为原材料，以Al-La中间合金添加进行净化处理，以AlB3中间合金进行硼化处理，将工业级为99.85％的纯度铝锭以及除B元素以及La元素以外的各元素按照表1中相应的重量百分比混合，然后再加入Al-La中间合金进行熔炼使物料熔化，熔炼温度为760℃，保温4～5小时，得到铝液；
(2)净化、除气和过滤：步骤(1)中所得铝液温度保持760℃，待Al-La中间合金完全熔融后，保温1～2h，添加AlB3中间合金，进行净化处理，保温2～3h，然后向铝液中分别通入氯气和氩气，除去熔体中气体，除气之后过滤除去铝熔体中的不熔物；
(3)铸造：步骤(2)中过滤后所得铝液进行浇铸，水浸冷却至室温，得到直径为130mm的铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)所得铸锭至于均热炉中进行均热化处理，均热温度570℃，保温8小时，均热保温结束，随炉冷却至200℃后，出炉强风冷却；
(5)锯切、铣面：将步骤(4)中完成均热处理后的铸锭运至锯床和车床进行锯切和车皮，获得铸锭尺寸为80×80×250mm；
(6)预热：将步骤(5)中加工后的铸锭在感应预热炉保持温度为480℃预热2h；
(7)轧制：将步骤(6)预热后所得铸锭经轧制成型，倒数第三道次压下量为18％，倒数第二道次压下量为20％，倒数第一道次压下量为24％，板材终轧厚度6mm；
(8)固溶淬火：步骤(7)铝合金轧制成型后，立即对板材用高温热处理炉进行淬火，固溶淬火的温度为520℃，淬火冷却速度450℃/min；
(9)拉伸：将固溶淬火后的板材进行拉伸消除应力，拉伸率为3.0％；
(10)时效：将步骤(9)拉伸后所得板材进行双级时效处理，一级时效温度为190℃保温12小时，二级时效温度为240℃保温2小时，即得含有La-B高强高导铝合金中厚板。检测所得铝合金板材材抗拉强度为233MPa，硬度为76HB，导电率为58.6％IACS。
实施例2
一种含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，操作步骤如下：
(1)熔炼：采用工业级为99.85％的纯度铝锭以及Al-La中间合金、Al B3中间合金作为原材料，以Al-La中间合金添加进行净化处理，以AlB3中间合金进行硼化处理，将工业级为99.85％的纯度铝锭以及除B元素以及La元素以外的各元素按照表1中相应的重量百分比混合，然后再加入Al-La中间合金进行熔炼使物料熔化，熔炼温度为770℃，保温3～4小时，得到铝液；
(2)净化、除气和过滤：步骤(1)中所得铝液温度保持770℃，待Al-La中间合金完全熔融后，保温1～2h，添加AlB3中间合金，进行净化处理，保温2～3h，然后向铝液中分别通入氯气和氩气，除去熔体中气体，除气之后过滤除去铝熔体中的不熔物；
(3)铸造：步骤(2)中过滤后所得铝液进行浇铸，水浸冷却至室温，得到直径为130mm的铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)所得铸锭至于均热炉中进行均热化处理，均热温度570℃，保温10小时，均热保温结束，随炉冷却至200℃后，出炉强风冷却；
(5)锯切、铣面：将步骤(4)中完成均热处理后的铸锭运至锯床和车床进行锯切和车皮，获得铸锭尺寸为80×80×250mm；
(6)预热：将步骤(5)中加工后的铸锭在感应预热炉保持温度为480℃预热1h；
(7)轧制：将步骤(6)预热后所得铸锭经轧制成型，倒数第三道次压下量为20％，倒数第二道次压下量为22％，倒数第一道次压下量为26％，板材终轧厚度8mm；
(8)固溶淬火：步骤(7)铝合金轧制成型后，立即对板材用高温热处理炉进行淬火，固溶淬火的温度为520℃，淬火冷却速度400℃/min；
(9)拉伸：将固溶淬火后的板材进行拉伸消除应力，拉伸率为2.0％；
(10)时效：将步骤(9)拉伸后所得板材进行双级时效处理，一级时效温度为190℃保温14小时，二级时效温度为240℃保温1小时，即得含有La-B高强高导铝合金中厚板。检测所得铝合金板材材抗拉强度为235MPa，硬度为77HB，导电率为58.7％IACS。
实施例3
一种含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，操作步骤如下：
(1)熔炼：采用工业级为99.85％的纯度铝锭以及Al-La中间合金、Al B3中间合金作为原材料，以Al-La中间合金添加进行净化处理，以AlB3中间合金进行硼化处理，将工业级为99.85％的纯度铝锭以及除B元素以及La元素以外的各元素按照表1中相应的重量百分比混合，然后再加入Al-La中间合金进行熔炼使物料熔化，熔炼温度为770℃，保温3～4小时，得到铝液；
(2)净化、除气和过滤：步骤(1)中所得铝液温度保持770℃，待Al-La中间合金完全熔融后，保温1～2h，添加AlB3中间合金，进行净化处理，保温2～3h，然后向铝液中分别通入氯气和氩气，除去熔体中气体，除气之后过滤除去铝熔体中的不熔物；
(3)铸造：步骤(2)中过滤后所得铝液进行浇铸，水浸冷却至室温，得到直径为130mm的铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)所得铸锭至于均热炉中进行均热化处理，均热温度590℃，保温8小时，均热保温结束，随炉冷却至200℃后，出炉强风冷却；同上
(5)锯切、铣面：将步骤(4)中完成均热处理后的铸锭运至锯床和车床进行锯切和车皮，获得铸锭尺寸为80×80×250mm；
(6)预热：将步骤(5)中加工后的铸锭在感应预热炉保持温度为470℃预热1h；
(7)轧制：将步骤(6)预热后所得铸锭经轧制成型，倒数第三道次压下量为18％，倒数第二道次压下量为25％，倒数第一道次压下量为28％，板材终轧厚度6～80mm；三道次同上
(8)固溶淬火：步骤(7)铝合金轧制成型后，立即对板材用高温热处理炉进行淬火，固溶淬火的温度为530℃，淬火冷却速度500℃/min；
(9)拉伸：将固溶淬火后的板材进行拉伸消除应力，拉伸率为1.0％；
(10)时效：将步骤(9)拉伸后所得板材进行双级时效处理，一级时效温度为190℃保温16小时，二级时效温度为230℃保温1小时，即得含有La-B高强高导铝合金中厚板。检测所得铝合金板材材抗拉强度为232MPa，硬度为75HB，导电率为59％IACS。
实施例4
一种含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，操作步骤如下：
(1)熔炼：采用工业级为99.85％的纯度铝锭以及Al-La中间合金、Al B3中间合金作为原材料，以Al-La中间合金添加进行净化处理，以AlB3中间合金进行硼化处理，将工业级为99.85％的纯度铝锭以及除B元素以及La元素以外的各元素按照表1中相应的重量百分比混合，然后再加入Al-La中间合金进行熔炼使物料熔化，熔炼温度为780℃，保温4～5小时，得到铝液；
(2)净化、除气和过滤：步骤(1)中所得铝液温度保持780℃，待Al-La中间合金完全熔融后，保温1～2h，添加AlB3中间合金，进行净化处理，保温2～3h，然后向铝液中分别通入氯气和氩气，除去熔体中气体，除气之后过滤除去铝熔体中的不熔物；
(3)铸造：步骤(2)中过滤后所得铝液进行浇铸，水浸冷却至室温，得到直径为130mm的铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)所得铸锭至于均热炉中进行均热化处理，均热温度590℃，保温9小时，均热保温结束，随炉冷却至200℃后，出炉强风冷却；同上
(5)锯切、铣面：将步骤(4)中完成均热处理后的铸锭运至锯床和车床进行锯切和车皮，获得铸锭尺寸为80×80×250mm；
(6)预热：将步骤(5)中加工后的铸锭在感应预热炉保持温度为470℃预热2h；
(7)轧制：将步骤(6)预热后所得铸锭经轧制成型，倒数第三道次压下量为21％，倒数第二道次压下量为23％，倒数第一道次压下量为24％，板材终轧厚度12mm；
(8)固溶淬火：步骤(7)铝合金轧制成型后，立即对板材用高温热处理炉进行淬火，固溶淬火的温度为530℃，淬火冷却速度450℃/min；
(9)拉伸：将固溶淬火后的板材进行拉伸消除应力，拉伸率为3.0％；
(10)时效：将步骤(9)拉伸后所得板材进行双级时效处理，一级时效温度为200℃保温12小时，二级时效温度为230℃保温2小时，即得含有La-B高强高导铝合金中厚板。检测所得铝合金板材材抗拉强度为240MPa，硬度为79HB，导电率为58.7％IACS。
实施例5
一种含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，操作步骤如下：
(1)熔炼：采用工业级为99.85％的纯度铝锭以及Al-La中间合金、Al B3中间合金作为原材料，以Al-La中间合金添加进行净化处理，以AlB3中间合金进行硼化处理，将工业级为99.85％的纯度铝锭以及除B元素以及La元素以外的各元素按照表1中相应的重量百分比混合，然后再加入Al-La中间合金进行熔炼使物料熔化，熔炼温度为780℃，保温3～4小时，得到铝液；
(2)净化、除气和过滤：步骤(1)中所得铝液温度保持780℃，待Al-La中间合金完全熔融后，保温1～2h，添加AlB3中间合金，进行净化处理，保温2～3h，然后向铝液中分别通入氯气和氩气，除去熔体中气体，除气之后过滤除去铝熔体中的不熔物；
(3)铸造：步骤(2)中过滤后所得铝液进行浇铸，水浸冷却至室温，得到直径为130mm的铸锭；
(4)均热处理：将步骤(3)所得铸锭至于均热炉中进行均热化处理，均热温度580℃，保温8小时，均热保温结束，随炉冷却至200℃后，出炉强风冷却；
(5)锯切、铣面：将步骤(4)中完成均热处理后的铸锭运至锯床和车床进行锯切和车皮，获得铸锭尺寸为80×80×250mm；
(6)预热：将步骤(5)中加工后的铸锭在感应预热炉保持温度为490℃预热1h；
(7)轧制：将步骤(6)预热后所得铸锭经轧制成型，倒数第三道次压下量为18％，倒数第二道次压下量为20％，倒数第一道次压下量为25％，板材终轧厚度16mm；
(8)固溶淬火：步骤(7)铝合金轧制成型后，立即对板材用高温热处理炉进行淬火，固溶淬火的温度为520℃，淬火冷却速度450℃/min；
(9)拉伸：将固溶淬火后的板材进行拉伸消除应力，拉伸率为2.0％；
(10)时效：将步骤(9)拉伸后所得板材进行双级时效处理，一级时效温度为200℃保温16小时，二级时效温度为240℃保温1小时，即得含有La-B高强高导铝合金中厚板。检测所得铝合金板材材抗拉强度为242MPa，硬度为80HB，导电率为58.5％IACS。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种含有La-B高强高导铝合金，其特征在于，按质量百分数计由下列元素组成：Si＝0.5～0.6％，Mg＝0.6～0.8％，B＝0.1～0.3％，La＝0.05～0.2％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素。
2.一种如权利要求1所述的含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，其特征在于，包含以下操作：
(1)熔炼：按质量百分数计取以下元素Si＝0.5～0.6％，Mg＝0.6～0.8％，B＝0.1～0.3％，La＝0.05～0.2％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素；将含除B、La元素以外的上述各元素的原料进行熔炼，得到铝液；
(2)净化、除气和过滤：步骤(1)中所得铝液温度继续保持760℃～780℃，然后加入含La元素的原料，待铝镧中间合金完全熔融后，保温1～2h，添加铝硼中间合金，进行净化处理，保温2～3h，然后进行除气、过滤；
(3)铸造；
(4)均热处理：均热处理为温度570～590℃，保温8～10小时，均热保温结束，随炉冷却至200℃后，出炉强风冷却；
(5)锯切、铣面；
(6)预热；
(7)轧制：将步骤(6)预热后所得铸锭经轧制成型，倒数第三道次压下量为18～21％，倒数第二道次压下量为20％～25％，倒数第一道次压下量为24％～28％；
(8)固溶淬火；
(9)拉伸；
(10)时效：将步骤(9)拉伸后所得板材进行双级时效处理，一级时效温度为190～200℃保温12～16小时，二级时效温度为230～240℃保温1～2小时，即得含有La-B高强高导铝合金中厚板。
3.根据权利要求2所述的含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述熔炼温度为760～780℃，保温3～5小时。
4.根据权利要求2所述的含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述除气、过滤为向铝液中分别通入氯气和氩气，除去熔体中气体，除气之后过滤除去铝熔体中的不熔物。
5.根据权利要求2所述的含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述含La元素的原料为铝镧中间合金，铝镧中间合金为Al-La中间合金；所述含B元素的原料为铝硼中间合金，铝硼中间合金为AlB3。
6.根据权利要求2所述的含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述铸造为进行浇铸，水浸冷却至室温，得到直径为100～200mm的铸锭。
7.根据权利要求2所述的含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述预热的温度为460～490℃，时间为1～2h。
8.根据权利要求2所述的含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，其特征在于：步骤(8)中所述固溶淬火的温度为520～530℃，淬火冷却速度400～500℃/min。
9.根据权利要求2所述的含有La-B高强高导铝合金中厚板的制备方法，其特征在于：步骤(9)中所述拉伸的拉伸率为1.0～3.0％。
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