CN109022968A - 一种门窗用铝合金的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种门窗用铝合金的加工方法，包括：Zn6.50‑10.50％、Cu2.50‑3.50％、Mg2.10‑2.50％、Mn0.40‑0.60%、Si0.34‑0.38％、Cr0.19‑0.25％、Ti0.11‑0.15％、Mo0.02‑0.05%、B0.22‑0.26%、稀土元素RE0.05‑0.09%，其余为Al。并由熔化、扒渣、保温静置、在线细化、配合金、精炼、在线除气、铸造、均匀化退火、挤压成型、热处理、着色处理及封孔处理等步骤制备而成。本发明通过优化合金组分、配比及加工工艺，可有效解决铝合金强度和铸造性能之间相互矛盾问题，解决了铝合金热裂倾向大、耐腐蚀性差及高温强度差问题。

Description

一种门窗用铝合金的加工方法
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，具体涉及一种门窗用铝合金的加工方法。
背景技术
铝合金加工性能好，尤其是亚共晶铝硅合金，其不仅加工性能好，而且比重轻，表面美观且耐腐蚀，铸造性能好，成品综合力学性能好，热处理后强度可以大幅度提高，是优良的铸造合金，可用于各种各样的形状复杂的部件，在许多领域中得到广泛应用。
而将铝合金用于门窗生产应用上，具有的广阔的市场，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。但是目前门窗用铝合金型材的强度和铸造性能之间往往存在着矛盾，在铝合金型材的合金强度和韧性满足要求时，但铸造性能较差，具体表现为热裂倾向大、流动性较差、补缩困难，此外，铸造性能差的铝合金型材抗蚀性能较差，有晶间腐蚀倾向，因此当用该铝合金型材进行门窗加工时会出现开裂情况，并使用该铝合金型材加工的铝合金门窗长时间置于室温会发生腐蚀现象，严重影响铝合金门窗的使用寿命。
过去几十年，人们对于如何提高铝合金的强度和铸造性能也进行了广泛深入的研究，然而随着现代工业与国防的发展，人们对铝合金材料的数量和质量提出了更高的要求，因此，在保持超高强度的同时，并能提高铝合金铸造性能是目前亟待解决的问题。
在中国发明专利公开号CN101363094B中公开了一种高强度铸造铝合金材料，按重量百分比计，该合金成分为Cu 2.0～6.0％，Mn 0.05，Ti 0.01～0.5％，Cr 0.01～0.2％，Cd0.01～0.4％，Zr0.01～0.25％，B 0.005～0.04％，Ce 0.05～0.3％，其余为Al及微量杂质元素。本发明采用先进的合金成分设计及微合金化设计。在Al-Cu-Mn主成分的基础，找到了合理的微合金元素(Ti、Cr、B、Zr、稀土等)并确定其成分范围，能够实现替代贵重稀有金属Ag、V等的作用，降低了配方成本5～10％。但是该高强度铸造铝合金材料在使用过程中仍未解决热裂倾向大的问题，合金强度与可铸性矛盾依然突出。
而在中国发明专利公开号CN102312137B中公开了一种铝硅镁系铸造铝合金及铸造工艺，该铝合金组分包含以下质量百分比的元素：硅6.5-7.5；镁0.40-0.60；钛0.10-0.30；锶0.01-0.03；铁≤0.20；铜≤0.10；锌≤0.20；锰≤0.10；铍≤0.01；钒≤0.02；其余为铝。铝合金铸造工艺包括：将A356.2铝锭装炉熔炼；再加入变质材料进行精炼；静置预定时间后进行浇铸；之后依次进行固溶、冷却、转移及时效处理。本发明虽在一定程度上提高了合金的铸造性能，解决了热裂倾向大问题，但是却存在强度不足问题，仍然没有解决强度与铸造性能之间矛盾的问题。
基于此，有必要提供一种门窗用铝合金的加工方法，通过优化合金组分、配比及加工工艺，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的问题，提供一种门窗用铝合金的加工方法，通过优化合金组分、配比及加工工艺，可有效解决铝合金强度和铸造性能之间相互矛盾问题，使制得铝合金在满足强度和韧性同时，也具有较好的铸造性能，解决了铝合金热裂倾向大、耐腐蚀性差及高温强度差问题。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种门窗用铝合金的加工方法，其成分按质量份数包括：Zn：6.50-10.50％、Cu：2.50-3.50％、Mg：2.10-2.50％、Mn：0.40-0.60％、Si：0.34-0.38％、Cr：0.19-0.25％、Ti：0.11-0.15％、Mo：0.02-0.05％、B：0.22-0.26％、稀土元素RE：0.05-0.09％，其它杂质元素单个含量不大于0.05％，总和不大于0.10％，其余为Al；
根据上述成分配比，该门窗用铝合金的加工方法包括以下步骤：
(1)熔化：将铝锭投入到炉中，并将炉内抽真空至1×10-3Pa，再向炉内通入氩气，使炉内气压达到30-40Pa，并将炉温加温至710-730℃，使铝锭熔化；
(2)扒渣：在温度700-720℃用除渣器将铝溶液中的渣和杂质去除，并清理铝溶液表面的浮渣和表面氧化物；
(3)保温静置：将扒渣后的铝溶液转入保温炉进行保温静置，控制保温温度720-730℃，保温时间20-30min；
(4)在线细化：向保温静置后的铝溶液加入铝钛硼丝进行在线细化，细化温度720-740℃，细化时间20-30s，且铝钛硼丝的用量为3.0-5.0kg/t；
(5)配合金：将在线细化后的铝溶液升温至750-770℃，按配方比例先加入Mg、Mn、Si、Cr、B、Mo，搅拌均匀后再加入Zn、Cu，最后加入Ti和稀土元素RE，搅拌均匀；
(6)精炼：步骤(5)制得的铝合金溶液的温度调整至720-740℃，喷入精炼剂进行精炼处理，然后升温至750-760℃，通入氩气进行除气精炼，精炼后进行扒渣；
(7)在线除气：将精炼后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为120-160r/min、氩气流量为1-3m3/h的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
(8)铸造：将在线除气后的铝合金溶液真空浇注室内，将浇注室抽成为0.6-0.8Mpa的真空环境，并将铝合金溶液降温至620-640℃时浇铸成铸锭备用，并在浇铸同时加入Al5Ti1B对铸锭晶粒细化，同时采用双转子进行在线除气，最后采用双级陶瓷过滤板过滤进一步净化铝合金溶液，得到铸锭；
(9)均匀化退火：将铸锭投入到退火炉内，进行4个阶段的退火处理，第一阶段退火处理：将铸锭温度降低至460-520℃，保温时间为0.5-1h；第二阶段的退火处理：将铸锭继续降温至350-400℃，保温时间为12-16h；第三阶段的退火处理：继续降温至250-300℃，保温时间为12-24h；第四阶段的退火处理：继续将铸锭降温至150-200℃，保温时间为36-48h，最后将铸锭冷却至室温；
(10)挤压成型：将挤压模具和均匀化退火的铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为380-410℃，预热时间为2-3h，均匀化退火的铸锭预热温度为430-450℃，预热时间2.5-3.5h，按照挤压速率0.4-0.6mm/s通过模具挤压成型，得到铝合金型材；
(11)热处理：将铝合金型材放置于保温炉内，在330-370℃下保温2-3h，升温至400-450℃后保温4-6h，然后在550-600℃下保温1.5-2h，空冷至室温，然后在220-250℃后保温5-10h，降温至180-220℃后保温3-5h，空冷至室温后得到热处理铝合金型材；
(12)喷涂：将热处理铝合金型材先进行水洗，然后再进行脱脂处理20-30min，干燥后均匀喷上氟碳涂层，并在220-250℃下固化10-15min；
(13)着色处理：采用镍盐电解着色工艺进行着色，着色前浸渍3-5min，之后在20-30℃的温度下进行着色6-10min；
(14)封孔处理：将染色处理后的铝合金基材进行封孔处理。
作为本发明的进一步的方案，所述门窗用铝合金的成分按质量份数为：Zn：8.50％、Cu：3.00％、Mg：2.30％、Mn：0.50％、Si：0.36％、Cr：0.22％、Ti：0.13％、Mo：0.03％、B：0.24％、稀土元素RE：0.07％，其它杂质元素单个含量不大于0.05％，总和不大于0.10％，其余为Al。
作为本发明的进一步的方案，所述稀土元素RE为La、Ce、Pr、Nd、Er和Y中的一种或几种。
作为本发明的进一步的方案，所述步骤(1)和步骤(7)中的氩气为氩气含量99.7％以上的高纯氩。
作为本发明的进一步的方案，所述步骤(6)中的精炼剂加入量为铝合金重量的0.1-0.3％，且精炼剂由以下重量份的原料组成：Na2SiF65-10份、Na3AlF65-10份、C2Cl610-15份、BAlF325-35份。
作为本发明的进一步的方案，所述步骤(6)中氩气气体流量为15-20L/h。
作为本发明的进一步的方案，所述步骤(8)中的双级陶瓷片的规格分别为30ppi和60ppi。
作为本发明的进一步的方案，所述步骤(8)中Al5Ti1B的加入速度为2m/min-4m/min。
作为本发明的进一步的方案，所述步骤(12)中涂层的厚度为0.5-0.8mm。
作为本发明的进一步的方案，所述步骤(14)的封孔处理采用醋酸镍溶液进行封孔，且醋酸镍的浓度3-5g/L，封孔处理时间20-30min。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明门窗用铝合金的成分以Al、Zn、Cu、Mg为主合金元素，并通过控制Zn与Mg的比例，提高了铝合金的韧性和耐腐蚀性，并调节了体系中Cu的含量，改善了铝合金的强度，并添加了Mn、Si、Cr和Mo，在巩固铝合金的韧性、耐腐蚀性及强度的同时，可为铝合金溶液中的高温相和强化相的培育和细化创造物质基础条件，在体系中形成了高温弥散相，多种高温弥散相协同后，具有细化铸态晶粒，使铝合金溶液中的高温相和强化相得到有效的培育和细化作用，从而可提高铝合金的铸造性能，提高铝合金的耐高温强度，并减少其热裂倾向大、耐腐性不足问题；而添加的Ti合金可对α-Al晶粒进行细化，有助于改善晶界强度，提高铝合金的抗裂性能，而添加稀土元素土RE对铝合金进行深度净化、降低铝合金液的表面张力、消除金属和非金属杂质元素的危害，提高铝合金液的铸造流动性，改善铝合金的铸造性能；
而在制备过程中，通过在真空氩气保护的状态下进行铝锭的熔解，可有效防止熔解过程中铝液吸收空气中的氧气、水分等气体，生成不溶性的氧化铝和具有良好活性的氢气，影响成品的质量；之后进行的扒渣可将铝锭熔解时产生的渣和杂质去除，保证铝溶液的纯度，而通过在线细化能够有效提高铝水在铸造过程的细化效果，在坯锭内部形成均匀而细化的铸造组织，提高成品的耐腐蚀性能；并且本发明在配合金时采用先加入Mg、Mn、Si、Cr、B、Mo，在体系中先形成高温弥散相和强化相，并通过优化上述合金的配方，使体系中高温弥散相和强化相进行足够的培育和细晶化作用，从而提高解决成品铸造性能差问题，而随后加入的Cu与Zn可提高成品的强度，这样先通过形成较好的铸造性能后，再去巩固的成品的强度，解决了强度与铸造性能之间相互矛盾的问题，最后加入的Ti和稀土元素RE，进一步改善成平的铸造性能，并进一步细化晶粒，使合金凝固组织细小均匀，进一步降低材料中片层团之间的开裂，从而提高制品的强度、韧性及铸造性能；
本发明铸造是在真空条件下进行，这样可以获得较低的浇注温度，从而使合金组织成为细小蔷薇状枝晶，并在晶界处聚集产生低熔点共晶组织，有助于改善晶界强度，从而提高合金力学性能及抗腐蚀性能；
本发明对铸锭进行四个阶段的均匀化退火处理，有利于高温弥散相和强化相粒子形核析出，提高了成品的铸造性能和高温强度，有效防止热裂倾向大、抗蚀性差问题，同时减少了铸造过程中粗大结晶相，促进了合金元素的原子扩散，有利于后续的挤压和拉伸矫直；之后在挤压成型的铝合金型材进行热处理，提高了固溶体的过饱和度的同时减少了粗大未溶结晶相，调控了晶界析出相的大小和分布，提高了铝合金型材的强韧性和耐蚀性，然后进行的喷涂处理，可在铝合金型材的表面形成保护涂层，对铝合金型材进行保护，最后进行的着色处理和封孔处理，则有效防止腐蚀粒子进入铝合金内部，增强铝合金型材的耐腐蚀性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。
实施例1
本实施例的门窗用铝合金的加工方法，其成分按质量份数包括：Zn：6.50％、Cu：2.50％、Mg：2.10％、Mn：0.40％、Si：0.34％、Cr：0.19％、Ti：0.11％、Mo：0.02％、B：0.22％、稀土元素RE：0.05％，其它杂质元素单个含量不大于0.05％，总和不大于0.10％，其余为Al；
根据上述成分配比，该门窗用铝合金的加工方法包括以下步骤：
(1)熔化：将铝锭投入到炉中，并将炉内抽真空至1×10-3Pa，再向炉内通入氩气，使炉内气压达到30Pa，并将炉温加温至710℃，使铝锭熔化；
(2)扒渣：在温度700℃用除渣器将铝溶液中的渣和杂质去除，并清理铝溶液表面的浮渣和表面氧化物；
(3)保温静置：将扒渣后的铝溶液转入保温炉进行保温静置，控制保温温度720℃，保温时间20min；
(4)在线细化：向保温静置后的铝溶液加入铝钛硼丝进行在线细化，细化温度720℃，细化时间20s，且铝钛硼丝的用量为3.0kg/t；
(5)配合金：将在线细化后的铝溶液升温至750℃，按配方比例先加入Mg、Mn、Si、Cr、B、Mo，搅拌均匀后再加入Zn、Cu，最后加入Ti和稀土元素RE，搅拌均匀；
(6)精炼：步骤(5)制得的铝合金溶液的温度调整至720-740℃，喷入精炼剂进行精炼处理，然后升温至750℃，通入氩气进行除气精炼，精炼后进行扒渣；
(7)在线除气：将精炼后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为120r/min、氩气流量为1m3/h的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
(8)铸造：将在线除气后的铝合金溶液真空浇注室内，将浇注室抽成为0.6Mpa的真空环境，并将铝合金溶液降温至620℃时浇铸成铸锭备用，并在浇铸同时加入Al5Ti1B对铸锭晶粒细化，同时采用双转子进行在线除气，最后采用双级陶瓷过滤板过滤进一步净化铝合金溶液，得到铸锭；
(9)均匀化退火：将铸锭投入到退火炉内，进行4个阶段的退火处理，第一阶段退火处理：将铸锭温度降低至460℃，保温时间为0.5h；第二阶段的退火处理：将铸锭继续降温至350℃，保温时间为12h；第三阶段的退火处理：继续降温至250℃，保温时间为12h；第四阶段的退火处理：继续将铸锭降温至150℃，保温时间为36h，最后将铸锭冷却至室温；
(10)挤压成型：将挤压模具和均匀化退火的铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为380℃，预热时间为2h，均匀化退火的铸锭预热温度为430℃，预热时间2.5h，按照挤压速率0.4mm/s通过模具挤压成型，得到铝合金型材；
(11)热处理：将铝合金型材放置于保温炉内，在330℃下保温2h，升温至400-450℃后保温4，然后在550℃下保温1.5h，空冷至室温，然后在220℃后保温5h，降温至180℃后保温3h，空冷至室温后得到热处理铝合金型材；
(12)喷涂：将热处理铝合金型材先进行水洗，然后再进行脱脂处理20min，干燥后均匀喷上氟碳涂层，并在220℃下固化10min；
(13)着色处理：采用镍盐电解着色工艺进行着色，着色前浸渍3-5min，之后在20℃的温度下进行着色6min；
(14)封孔处理：将染色处理后的铝合金基材进行封孔处理。
其中，所述稀土元素RE为La、Ce、Pr、Nd、Er和Y中的一种或几种。
其中，所述步骤(1)和步骤(7)中的氩气为氩气含量99.7％以上的高纯氩。
其中，所述步骤(6)中的精炼剂加入量为铝合金重量的0.1％，且精炼剂由以下重量份的原料组成：Na2SiF65份、Na3AlF65份、C2Cl610份、BAlF325份。
其中，所述步骤(6)中氩气气体流量为15L/h。
其中，所述步骤(8)中的双级陶瓷片的规格分别为30ppi和60ppi。
其中，所述步骤(8)中Al5Ti1B的加入速度为2m/min。
其中，所述步骤(12)中涂层的厚度为0.5mm。
其中，所述步骤(14)的封孔处理采用醋酸镍溶液进行封孔，且醋酸镍的浓度3g/L，封孔处理时间20min。
实施例2
本实施例的门窗用铝合金的加工方法，其成分按质量份数包括：Zn：10.50％、Cu：3.50％、Mg：2.50％、Mn：0.60％、Si：0.38％、Cr：0.25％、Ti：0.15％、Mo：0.05％、B：0.26％、稀土元素RE：0.09％，其它杂质元素单个含量不大于0.05％，总和不大于0.10％，其余为Al；
根据上述成分配比，该门窗用铝合金的加工方法包括以下步骤：
(1)熔化：将铝锭投入到炉中，并将炉内抽真空至1×10-3Pa，再向炉内通入氩气，使炉内气压达到40Pa，并将炉温加温至730℃，使铝锭熔化；
(2)扒渣：在温度720℃用除渣器将铝溶液中的渣和杂质去除，并清理铝溶液表面的浮渣和表面氧化物；
(3)保温静置：将扒渣后的铝溶液转入保温炉进行保温静置，控制保温温度730℃，保温时间30min；
(4)在线细化：向保温静置后的铝溶液加入铝钛硼丝进行在线细化，细化温度740℃，细化时间30s，且铝钛硼丝的用量为5.0kg/t；
(5)配合金：将在线细化后的铝溶液升温至770℃，按配方比例先加入Mg、Mn、Si、Cr、B、Mo，搅拌均匀后再加入Zn、Cu，最后加入Ti和稀土元素RE，搅拌均匀；
(6)精炼：步骤(5)制得的铝合金溶液的温度调整至740℃，喷入精炼剂进行精炼处理，然后升温至760℃，通入氩气进行除气精炼，精炼后进行扒渣；
(7)在线除气：将精炼后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为160r/min、氩气流量为3m3/h的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
(8)铸造：将在线除气后的铝合金溶液真空浇注室内，将浇注室抽成为0.8Mpa的真空环境，并将铝合金溶液降温至640℃时浇铸成铸锭备用，并在浇铸同时加入Al5Ti1B对铸锭晶粒细化，同时采用双转子进行在线除气，最后采用双级陶瓷过滤板过滤进一步净化铝合金溶液，得到铸锭；
(9)均匀化退火：将铸锭投入到退火炉内，进行4个阶段的退火处理，第一阶段退火处理：将铸锭温度降低至520℃，保温时间为1h；第二阶段的退火处理：将铸锭继续降温至400℃，保温时间为16h；第三阶段的退火处理：继续降温至250-300℃，保温时间为24h；第四阶段的退火处理：继续将铸锭降温至200℃，保温时间为48h，最后将铸锭冷却至室温；
(10)挤压成型：将挤压模具和均匀化退火的铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为410℃，预热时间为3h，均匀化退火的铸锭预热温度为450℃，预热时间3.5h，按照挤压速率0.6mm/s通过模具挤压成型，得到铝合金型材；
(11)热处理：将铝合金型材放置于保温炉内，在370℃下保温3h，升温至450℃后保温6h，然后在600℃下保温2h，空冷至室温，然后在250℃后保温10h，降温至220℃后保温5h，空冷至室温后得到热处理铝合金型材；
(12)喷涂：将热处理铝合金型材先进行水洗，然后再进行脱脂处理30min，干燥后均匀喷上氟碳涂层，并在250℃下固化15min；
(13)着色处理：采用镍盐电解着色工艺进行着色，着色前浸渍5min，之后在30℃的温度下进行着色10min；
(14)封孔处理：将染色处理后的铝合金基材进行封孔处理。
其中，所述稀土元素RE为La、Ce、Pr、Nd、Er和Y中的一种或几种。
其中，所述步骤(1)和步骤(7)中的氩气为氩气含量99.7％以上的高纯氩。
其中，所述步骤(6)中的精炼剂加入量为铝合金重量的0.3％，且精炼剂由以下重量份的原料组成：Na2SiF610份、Na3AlF610份、C2Cl615份、BAlF335份。
其中，所述步骤(6)中氩气气体流量为20L/h。
其中，所述步骤(8)中的双级陶瓷片的规格分别为30ppi和60ppi。
其中，所述步骤(8)中Al5Ti1B的加入速度为4m/min。
其中，所述步骤(12)中涂层的厚度为0.8mm。
其中，所述步骤(14)的封孔处理采用醋酸镍溶液进行封孔，且醋酸镍的浓度5g/L，封孔处理时间30min。
实施例3
本实施例的门窗用铝合金的加工方法，其成分按质量份数包括：Zn：8.50％、Cu：3.00％、Mg：2.30％、Mn：0.50％、Si：0.36％、Cr：0.22％、Ti：0.13％、Mo：0.03％、B：0.24％、稀土元素RE：0.07％，其它杂质元素单个含量不大于0.05％，总和不大于0.10％，其余为Al；
根据上述成分配比，该门窗用铝合金的加工方法包括以下步骤：
(1)熔化：将铝锭投入到炉中，并将炉内抽真空至1×10-3Pa，再向炉内通入氩气，使炉内气压达到35Pa，并将炉温加温至720℃，使铝锭熔化；
(2)扒渣：在温度710℃用除渣器将铝溶液中的渣和杂质去除，并清理铝溶液表面的浮渣和表面氧化物；
(3)保温静置：将扒渣后的铝溶液转入保温炉进行保温静置，控制保温温度725℃，保温时间25min；
(4)在线细化：向保温静置后的铝溶液加入铝钛硼丝进行在线细化，细化温度730℃，细化时间25s，且铝钛硼丝的用量为4.0kg/t；
(5)配合金：将在线细化后的铝溶液升温至760℃，按配方比例先加入Mg、Mn、Si、Cr、B、Mo，搅拌均匀后再加入Zn、Cu，最后加入Ti和稀土元素RE，搅拌均匀；
(6)精炼：步骤(5)制得的铝合金溶液的温度调整至730℃，喷入精炼剂进行精炼处理，然后升温至755℃，通入氩气进行除气精炼，精炼后进行扒渣；
(7)在线除气：将精炼后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为140r/min、氩气流量为2m3/h的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
(8)铸造：将在线除气后的铝合金溶液真空浇注室内，将浇注室抽成为0.7Mpa的真空环境，并将铝合金溶液降温至630℃时浇铸成铸锭备用，并在浇铸同时加入Al5Ti1B对铸锭晶粒细化，同时采用双转子进行在线除气，最后采用双级陶瓷过滤板过滤进一步净化铝合金溶液，得到铸锭；
(9)均匀化退火：将铸锭投入到退火炉内，进行4个阶段的退火处理，第一阶段退火处理：将铸锭温度降低至490℃，保温时间为0.8h；第二阶段的退火处理：将铸锭继续降温至380℃，保温时间为14h；第三阶段的退火处理：继续降温至280℃，保温时间为18h；第四阶段的退火处理：继续将铸锭降温至180℃，保温时间为42h，最后将铸锭冷却至室温；
(10)挤压成型：将挤压模具和均匀化退火的铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为395℃，预热时间为2.5h，均匀化退火的铸锭预热温度为440℃，预热时间3.0h，按照挤压速率0.5mm/s通过模具挤压成型，得到铝合金型材；
(11)热处理：将铝合金型材放置于保温炉内，在350℃下保温2.5h，升温至425℃后保温4-6h，然后在580℃下保温1.8h，空冷至室温，然后在235℃后保温7h，降温至200℃后保温4h，空冷至室温后得到热处理铝合金型材；
(12)喷涂：将热处理铝合金型材先进行水洗，然后再进行脱脂处理25min，干燥后均匀喷上氟碳涂层，并在235℃下固化13min；
(13)着色处理：采用镍盐电解着色工艺进行着色，着色前浸渍4min，之后在20-30℃的温度下进行着色8min；
(14)封孔处理：将染色处理后的铝合金基材进行封孔处理。
其中，所述稀土元素RE为La、Ce、Pr、Nd、Er和Y中的一种或几种。
其中，所述步骤(1)和步骤(7)中的氩气为氩气含量99.7％以上的高纯氩。
其中，所述步骤(6)中的精炼剂加入量为铝合金重量的0.2％，且精炼剂由以下重量份的原料组成：Na2SiF67.5份、Na3AlF67.5份、C2Cl613份、BAlF330份。
其中，所述步骤(6)中氩气气体流量为18L/h。
其中，所述步骤(8)中的双级陶瓷片的规格分别为30ppi和60ppi。
其中，所述步骤(8)中Al5Ti1B的加入速度为3m/min。
其中，所述步骤(12)中涂层的厚度为0.6mm。
其中，所述步骤(14)的封孔处理采用醋酸镍溶液进行封孔，且醋酸镍的浓度4g/L，封孔处理时间25min。
实施例4
本实施例的门窗用铝合金的加工方法，其成分按质量份数包括：Zn：7.50％、Cu：2.80％、Mg：2.20％、Mn：0.45％、Si：0.35％、Cr：0.19-0.25％、Ti：0.12％、Mo：0.03％、B：0.23％、稀土元素RE：0.06％，其它杂质元素单个含量不大于0.05％，总和不大于0.10％，其余为Al；
根据上述成分配比，该门窗用铝合金的加工方法包括以下步骤：
(1)熔化：将铝锭投入到炉中，并将炉内抽真空至1×10-3Pa，再向炉内通入氩气，使炉内气压达到33Pa，并将炉温加温至715℃，使铝锭熔化；
(2)扒渣：在温度705℃用除渣器将铝溶液中的渣和杂质去除，并清理铝溶液表面的浮渣和表面氧化物；
(3)保温静置：将扒渣后的铝溶液转入保温炉进行保温静置，控制保温温度725℃，保温时间22min；
(4)在线细化：向保温静置后的铝溶液加入铝钛硼丝进行在线细化，细化温度725℃，细化时间20s，且铝钛硼丝的用量为3.5kg/t；
(5)配合金：将在线细化后的铝溶液升温至755℃，按配方比例先加入Mg、Mn、Si、Cr、B、Mo，搅拌均匀后再加入Zn、Cu，最后加入Ti和稀土元素RE，搅拌均匀；
(6)精炼：步骤(5)制得的铝合金溶液的温度调整至725℃，喷入精炼剂进行精炼处理，然后升温至755℃，通入氩气进行除气精炼，精炼后进行扒渣；
(7)在线除气：将精炼后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为130r/min、氩气流量为1.5m3/h的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
(8)铸造：将在线除气后的铝合金溶液真空浇注室内，将浇注室抽成为0.7Mpa的真空环境，并将铝合金溶液降温至625℃时浇铸成铸锭备用，并在浇铸同时加入Al5Ti1B对铸锭晶粒细化，同时采用双转子进行在线除气，最后采用双级陶瓷过滤板过滤进一步净化铝合金溶液，得到铸锭；
(9)均匀化退火：将铸锭投入到退火炉内，进行4个阶段的退火处理，第一阶段退火处理：将铸锭温度降低至470℃，保温时间为0.6h；第二阶段的退火处理：将铸锭继续降温至360℃，保温时间为13h；第三阶段的退火处理：继续降温至260℃，保温时间为15h；第四阶段的退火处理：继续将铸锭降温至160℃，保温时间为40h，最后将铸锭冷却至室温；
(10)挤压成型：将挤压模具和均匀化退火的铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为390℃，预热时间为2.2h，均匀化退火的铸锭预热温度为435℃，预热时间2.8h，按照挤压速率0.5mm/s通过模具挤压成型，得到铝合金型材；
(11)热处理：将铝合金型材放置于保温炉内，在340℃下保温2.2h，升温至410℃后保温4.5h，然后在560℃下保温1.6h，空冷至室温，然后在230℃后保温6h，降温至190℃后保温3.5h，空冷至室温后得到热处理铝合金型材；
(12)喷涂：将热处理铝合金型材先进行水洗，然后再进行脱脂处理22min，干燥后均匀喷上氟碳涂层，并在230℃下固化11min；
(13)着色处理：采用镍盐电解着色工艺进行着色，着色前浸渍3-5min，之后在22℃的温度下进行着色7min；
(14)封孔处理：将染色处理后的铝合金基材进行封孔处理。
其中，所述稀土元素RE为La、Ce、Pr、Nd、Er和Y中的一种或几种。
其中，所述步骤(1)和步骤(7)中的氩气为氩气含量99.7％以上的高纯氩。
其中，所述步骤(6)中的精炼剂加入量为铝合金重量的0.2％，且精炼剂由以下重量份的原料组成：Na2SiF66份、Na3AlF66份、C2Cl611份、BAlF328份。
其中，所述步骤(6)中氩气气体流量为16L/h。
其中，所述步骤(8)中的双级陶瓷片的规格分别为30ppi和60ppi。
其中，所述步骤(8)中Al5Ti1B的加入速度为2.5m/min。
其中，所述步骤(12)中涂层的厚度为0.6mm。
其中，所述步骤(14)的封孔处理采用醋酸镍溶液进行封孔，且醋酸镍的浓度3.5g/L，封孔处理时间22min。
实施例5
本实施例的门窗用铝合金的加工方法，其成分按质量份数包括：Zn：9.50％、Cu：3.00％、Mg：2.40％、Mn：0.55％、Si：0.37％、Cr：0.24％、Ti：0.14％、Mo：0.04％、B：0.25％、稀土元素RE：0.08％，其它杂质元素单个含量不大于0.05％，总和不大于0.10％，其余为Al；
根据上述成分配比，该门窗用铝合金的加工方法包括以下步骤：
(1)熔化：将铝锭投入到炉中，并将炉内抽真空至1×10-3Pa，再向炉内通入氩气，使炉内气压达到38Pa，并将炉温加温至725℃，使铝锭熔化；
(2)扒渣：在温度715℃用除渣器将铝溶液中的渣和杂质去除，并清理铝溶液表面的浮渣和表面氧化物；
(3)保温静置：将扒渣后的铝溶液转入保温炉进行保温静置，控制保温温度728℃，保温时间28min；
(4)在线细化：向保温静置后的铝溶液加入铝钛硼丝进行在线细化，细化温度735℃，细化时间28s，且铝钛硼丝的用量为4.5kg/t；
(5)配合金：将在线细化后的铝溶液升温至765℃，按配方比例先加入Mg、Mn、Si、Cr、B、Mo，搅拌均匀后再加入Zn、Cu，最后加入Ti和稀土元素RE，搅拌均匀；
(6)精炼：步骤(5)制得的铝合金溶液的温度调整至735℃，喷入精炼剂进行精炼处理，然后升温至758℃，通入氩气进行除气精炼，精炼后进行扒渣；
(7)在线除气：将精炼后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为150r/min、氩气流量为2.5m3/h的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
(8)铸造：将在线除气后的铝合金溶液真空浇注室内，将浇注室抽成为0.7Mpa的真空环境，并将铝合金溶液降温至635℃时浇铸成铸锭备用，并在浇铸同时加入Al5Ti1B对铸锭晶粒细化，同时采用双转子进行在线除气，最后采用双级陶瓷过滤板过滤进一步净化铝合金溶液，得到铸锭；
(9)均匀化退火：将铸锭投入到退火炉内，进行4个阶段的退火处理，第一阶段退火处理：将铸锭温度降低至510℃，保温时间为0.5-1h；第二阶段的退火处理：将铸锭继续降温至390℃，保温时间为15h；第三阶段的退火处理：继续降温至290℃，保温时间为22h；第四阶段的退火处理：继续将铸锭降温至180℃，保温时间为42h，最后将铸锭冷却至室温；
(10)挤压成型：将挤压模具和均匀化退火的铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为400℃，预热时间为2.8h，均匀化退火的铸锭预热温度为445℃，预热时间3.0h，按照挤压速率0.5mm/s通过模具挤压成型，得到铝合金型材；
(11)热处理：将铝合金型材放置于保温炉内，在360℃下保温2.8h，升温至440℃后保温5.5h，然后在590℃下保温1.8h，空冷至室温，然后在240℃后保温9h，降温至210℃后保温4.5h，空冷至室温后得到热处理铝合金型材；
(12)喷涂：将热处理铝合金型材先进行水洗，然后再进行脱脂处理28min，干燥后均匀喷上氟碳涂层，并在240℃下固化14min；
(13)着色处理：采用镍盐电解着色工艺进行着色，着色前浸渍4.5min，之后在28℃的温度下进行着色9min；
(14)封孔处理：将染色处理后的铝合金基材进行封孔处理。
其中，所述稀土元素RE为La、Ce、Pr、Nd、Er和Y中的一种或几种。
其中，所述步骤(1)和步骤(7)中的氩气为氩气含量99.7％以上的高纯氩。
其中，所述步骤(6)中的精炼剂加入量为铝合金重量的0.2％，且精炼剂由以下重量份的原料组成：Na2SiF69份、Na3AlF69份、C2Cl614份、BAlF332份。
其中，所述步骤(6)中氩气气体流量为19L/h。
其中，所述步骤(8)中的双级陶瓷片的规格分别为30ppi和60ppi。
其中，所述步骤(8)中Al5Ti1B的加入速度为3.5m/min。
其中，所述步骤(12)中涂层的厚度为0.7mm。
其中，所述步骤(14)的封孔处理采用醋酸镍溶液进行封孔，且醋酸镍的浓度4.5g/L，封孔处理时间28min。
对比例1
本对比例的门窗用铝合金的成分按质量份数包括：Zn：6.50％、Cu：2.00％、Mg：2.10％、Mn：0.40％、Si：0.34％、Cr：0.19％、Ti：0.08％、Mo：0.02％、B：0.22％、稀土元素RE：0.03％，其它杂质元素单个含量不大于0.05％，总和不大于0.10％，其余为Al。
其具体加工方法同实施例1一致。
对比例2
本对比例的门窗用铝合金的成分按质量份数包括：Zn：6.50％、Cu：4.00％、Mg：2.10％、Mn：0.40％、Si：0.34％、Cr：0.19％、Ti：0.18％、Mo：0.02％、B：0.22％、稀土元素RE：0.12％，其它杂质元素单个含量不大于0.05％，总和不大于0.10％，其余为Al。
其具体加工方法同实施例1一致。
对比例3
除了将在线细化步骤省去外，其原料组分、含量及制备步骤同实施例1一致。
对比例4
除了将配合金中分步加入合金元素换成统一加入合金元素外，其原料组分、含量及制备步骤同实施例1一致。
对比例5
除了将铸造步骤中的真空环境省去、并升高至正常的铸造温度外，其原料组分、含量及制备步骤同实施例1一致。
对比例6
除了将均化退火步骤中的第一阶段退火处理及第三阶段退火处理省去外，其原料组分、含量及制备步骤同实施例1一致。
试验例1
将实施例1-5及对比例1-6制得的门窗用铝合金进行指标测评，相关结果如表1所示。
其中，耐腐蚀性按国标GB/T6892-2006规定，表面出现微小的疱疤、裂纹、薄片或粉末，仅带有轻微分离的现象(EA)级为合格；表面出现明显分层，并穿入进金属的现象(EB-ED)级为不合格。
表1
由表1可知，本发明实施例1-5制得门窗用铝合金的抗拉强度、屈服强度、布氏硬度及耐腐蚀性均优于对比文件1-6，并由对比文件1-6可得出如下结论：
(1)由对比例1和对比例2试验结果可知，当门窗用铝合金中的元素Cu、Ti、稀土元素RE含量过高或过低时都会降低抗拉强度、屈服强度、布氏硬度及耐腐蚀性，从而得出三种元素需要适当的比例才能发挥出协同作用，提高铝合金的力学性能和耐腐蚀性能；
(2)由对比例3的试验结果可知，通过对铝溶液在配合金前进行在线细化，能够有效提高铝水在后续铸造过程的细化效果，在坯锭内部形成均匀而细化的铸造组织，使其其耐腐蚀性及力学性能大大提高；
(3)由对比例4的试验结果可知，通过在配合金时采用先加入Mg、Mn、Si、Cr、B、Mo，在体系中先形成高温弥散相和强化相，并通过优化上述合金的配方，使体系中高温弥散相和强化相进行足够的培育和细晶化作用，从而提高解决成品铸造性能差问题，而随后加入的Cu与Zn可提高成品的强度，这样先通过形成较好的铸造性能后，再去巩固的成品的强度，解决了强度与铸造性能之间相互矛盾的问题，最后加入的Ti和稀土元素RE，进一步改善成平的铸造性能，并进一步细化晶粒，使合金凝固组织细小均匀，进一步降低材料中片层团之间的开裂，从而提高制品的强度、韧性及铸造性能；
(4)由对比例5的试验结果可知，通过将铸造放在真空条件下进行，这样可以获得较低的浇注温度，从而使合金组织成为细小蔷薇状枝晶，并在晶界处聚集产生低熔点共晶组织，有助于改善晶界强度，从而提高合金力学性能及抗腐蚀性能；
(5)由对比例6的试验结果可知，通过对铸锭进行四个阶段的均匀化退火处理，有利于高温弥散相和强化相粒子形核析出，提高了成品的铸造性能和高温强度，有效防止热裂倾向大、抗蚀性差问题，同时减少了铸造过程中粗大结晶相，促进了合金元素的原子扩散，有利于后续的挤压和拉伸矫直；之后在挤压成型的铝合金型材进行热处理，提高了固溶体的过饱和度的同时减少了粗大未溶结晶相，调控了晶界析出相的大小和分布，提高了铝合金型材的强韧性和耐蚀性。
试验例2
将实施例1-5及对比例1-6制得的门窗用铝合金进行强度高温耐久性测试，具体结果见表2。
表2
由表2可知，本发明实施例1-5制得的门窗用铝合金的高温强度均高于对比例1-6，并由对比例1-6可知，可得出如下结论：
(1)由对比例1和对比例2试验结果可知，当门窗用铝合金中的元素Cu、Ti、稀土元素RE含量过高或过低时都会降低铝合金的高温强度；
(2)由对比例3的试验结果可知，通过对铝溶液在配合金前进行在线细化，能够有效提高铝水在后续铸造过程的细化效果，在坯锭内部形成均匀而细化的铸造组织，提高铝合金的高温强度；
(3)由对比例4的试验结果可知，通过在配合金时采用先加入Mg、Mn、Si、Cr、B、Mo，在体系中先形成高温弥散相和强化相，并通过优化上述合金的配方，使体系中高温弥散相和强化相进行足够的培育和细晶化作用，从而提高解决成品铸造性能差问题，而随后加入的Cu与Zn可提高成品的强度，这样先通过形成较好的铸造性能后，再去巩固的成品的强度，解决了强度与铸造性能之间相互矛盾的问题，最后加入的Ti和稀土元素RE，进一步改善成平的铸造性能，并进一步细化晶粒，使合金凝固组织细小均匀，进一步降低材料中片层团之间的开裂，从而提高制品的高温强度、韧性及铸造性能；
(4)由对比例5的试验结果可知，通过将铸造放在真空条件下进行，这样可以获得较低的浇注温度，从而使合金组织成为细小蔷薇状枝晶，并在晶界处聚集产生低熔点共晶组织，有助于改善晶界强度，提高铝合金的高温强度；
(5)由对比例6的试验结果可知，通过对铸锭进行四个阶段的均匀化退火处理，有利于高温弥散相和强化相粒子形核析出，提高了成品的铸造性能和高温强度，有效防止热裂倾向大、抗蚀性差问题，同时减少了铸造过程中粗大结晶相，促进了合金元素的原子扩散，有利于后续的挤压和拉伸矫直；之后在挤压成型的铝合金型材进行热处理，提高了固溶体的过饱和度的同时减少了粗大未溶结晶相，调控了晶界析出相的大小和分布，提高了铝合金的高温强度。
综上所述，本发明通过优化合金组分、配比及加工工艺，可有效解决铝合金强度和铸造性能之间相互矛盾问题，使制得铝合金在满足强度和韧性同时，也具有较好的铸造性能，解决了铝合金热裂倾向大、耐腐蚀性差及高温强度差问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种门窗用铝合金的加工方法，其特征在于，其成分按质量份数包括：Zn：6.50-10.50％、Cu：2.50-3.50％、Mg：2.10-2.50％、Mn：0.40-0.60%、Si：0.34-0.38％、Cr：0.19-0.25％、Ti：0.11-0.15％、Mo：0.02-0.05%、B：0.22-0.26%、稀土元素RE：0.05-0.09%，其它杂质元素单个含量不大于0.05%，总和不大于0.10%，其余为Al；
根据上述成分配比，该门窗用铝合金的加工方法包括以下步骤：
（1）熔化：将铝锭投入到炉中，并将炉内抽真空至1×10-3Pa，再向炉内通入氩气，使炉内气压达到30-40Pa，并将炉温加温至710-730℃，使铝锭熔化；
（2）扒渣：在温度700-720℃用除渣器将铝溶液中的渣和杂质去除，并清理铝溶液表面的浮渣和表面氧化物；
（3）保温静置：将扒渣后的铝溶液转入保温炉进行保温静置，控制保温温度720-730℃，保温时间20-30min；
（4）在线细化：向保温静置后的铝溶液加入铝钛硼丝进行在线细化，细化温度720-740℃，细化时间20-30s，且铝钛硼丝的用量为3.0-5.0kg/t；
（5）配合金：将在线细化后的铝溶液升温至750-770℃，按配方比例先加入Mg、Mn、Si、Cr、B、Mo，搅拌均匀后再加入Zn、Cu，最后加入Ti和稀土元素RE，搅拌均匀；
（6）精炼：步骤（5）制得的铝合金溶液的温度调整至720-740℃，喷入精炼剂进行精炼处理，然后升温至750-760℃，通入氩气进行除气精炼，精炼后进行扒渣；
（7）在线除气：将精炼后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为120-160r/min、氩气流量为1-3m3/h的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
（8）铸造：将在线除气后的铝合金溶液真空浇注室内，将浇注室抽成为0.6-0.8Mpa的真空环境，并将铝合金溶液降温至620-640℃时浇铸成铸锭备用，并在浇铸同时加入Al5Ti1B对铸锭晶粒细化，同时采用双转子进行在线除气，最后采用双级陶瓷过滤板过滤进一步净化铝合金溶液，得到铸锭；
（9）均匀化退火：将铸锭投入到退火炉内，进行4个阶段的退火处理，第一阶段退火处理：将铸锭温度降低至460-520℃，保温时间为0.5-1h；第二阶段的退火处理：将铸锭继续降温至350-400℃，保温时间为12-16h；第三阶段的退火处理：继续降温至250-300℃，保温时间为12-24h；第四阶段的退火处理：继续将铸锭降温至150-200℃，保温时间为36-48h，最后将铸锭冷却至室温；
（10）挤压成型：将挤压模具和均匀化退火的铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为380-410℃，预热时间为2-3h，均匀化退火的铸锭预热温度为430-450℃，预热时间2.5-3.5h，按照挤压速率0.4-0.6mm/s通过模具挤压成型，得到铝合金型材；
（11）热处理：将铝合金型材放置于保温炉内，在330-370℃下保温2-3h，升温至400-450℃后保温4-6h，然后在550-600℃下保温1.5-2h，空冷至室温，然后在220-250℃后保温5-10h，降温至180-220℃后保温3-5h，空冷至室温后得到热处理铝合金型材；
（12）喷涂：将热处理铝合金型材先进行水洗，然后再进行脱脂处理20-30min，干燥后均匀喷上氟碳涂层，并在220-250℃下固化10-15min；
（13）着色处理：采用镍盐电解着色工艺进行着色，着色前浸渍3-5min，之后在20-30℃的温度下进行着色6-10min；
（14）封孔处理：将染色处理后的铝合金基材进行封孔处理。
2.根据权利要求1所述的门窗用铝合金的加工方法，其特征在于，所述门窗用铝合金的成分按质量份数为：Zn：8.50％、Cu：3.00％、Mg：2.30％、Mn：0.50%、Si：0.36％、Cr：0.22％、Ti：0.13％、Mo：0.03%、B：0.24%、稀土元素RE：0.07%，其它杂质元素单个含量不大于0.05%，总和不大于0.10%，其余为Al。
3.根据权利要求1所述的门窗用铝合金的加工方法，其特征在于，所述稀土元素RE为La、Ce、Pr、Nd、Er和Y中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的门窗用铝合金的加工方法，其特征在于，所述步骤（1）和步骤（7）中的氩气为氩气含量99.7％以上的高纯氩。
5.根据权利要求1所述的门窗用铝合金的加工方法，其特征在于，所述步骤（6）中的精炼剂加入量为铝合金重量的0.1-0.3%，且精炼剂由以下重量份的原料组成：Na2SiF6 5-10份、Na3AlF6 5-10份、C2Cl6 10-15份、BAlF3 25-35份。
6.根据权利要求1所述的门窗用铝合金的加工方法，其特征在于，所述步骤（6）中氩气气体流量为15-20L/h。
7.根据权利要求1所述的门窗用铝合金的加工方法，其特征在于，所述步骤（8）中的双级陶瓷片的规格分别为30ppi和60ppi。
8.根据权利要求1所述的门窗用铝合金的加工方法，其特征在于，所述步骤（8）中Al5Ti1B的加入速度为2m/min-4m/min。
9.根据权利要求1所述的门窗用铝合金的加工方法，其特征在于，所述步骤（12）中涂层的厚度为0.5-0.8mm。
10.根据权利要求1所述的门窗用铝合金的加工方法，其特征在于，所述步骤（14）的封孔处理采用醋酸镍溶液进行封孔，且醋酸镍的浓度3-5g/L，封孔处理时间20-30min。
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