CN109114828B - 一种太阳能铝合金支架及铝合金材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种太阳能铝合金支架，突破传统铝合金支架的工艺形式，首先制备铝合金材料；然后对所述铝合金材料置入熔炼炉中进行熔炼制成熔化铝合金液体；然后去所述熔化铝合金液体中的杂质；前述步骤可提高铝合金外层的抗拉强度和硬度；然后制备与铝合金支架形状相同的树脂支架模芯管，树脂支架模芯管内具有相连通的通道；然后将碳纤维布覆设于树脂支架模芯管的外表面制成碳纤维树脂支架模芯；最后将熔化铝合金液体喷涂在所述碳纤维树脂支架模芯外并冷却凝固形成铝合金外层，使铝合金外层与碳纤维布结合在一起制成铝合金支架。本发明具有更高的强度及强度重量比，稳定性显著提高，使用寿命大大延长。本发明还提出提出铝合金材料制备方法。

Description

一种太阳能铝合金支架及铝合金材料制备方法
技术领域
本发明涉及机械工艺领域，具体涉及一种太阳能铝合金支架及铝合金材料制备方法。
背景技术
太阳能电池或热水器的支架的结构已为公知，多数采用铝合金制成，这是由于铝合金具有优异的强度及强度重量比。铝合金支架、铝合金材料及其制备方法已为公知，如中国发明专利CN 201810031644.5公开一种铝合金材料，该铝合金材料按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Si的含量为0.2～0.4％，Cu的含量为0.08～0.20％，Mg的含量为0.6～0.8％，Zr的含量为0.15～0.25％，Ti的含量为0.15～0.25％，Mn的含量为0.01～0.15％，其余为铝以及不可避免的杂质。所述的铝合金材料，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Si的含量为0.2％，Cu的含量为0.08％，Mg的含量为0.6％，Zr的含量为0.15％，Ti的含量为0.15％，Mn的含量为0.01％，其余为铝以及不可避免的杂质。所述的铝合金材料，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Si的含量为0.4％，Cu的含量为0.2％，Mg的含量为0.8％，Zr的含量为0.25％，Ti的含量为0.25％，Mn的含量为0.15％，其余为铝以及不可避免的杂质。所述的铝合金材料，按质量百分含量计，由如下组分及含量组成：Si的含量为0.3％，Cu的含量为0.1％，Mg的含量为0.7％，Zr的含量为0.2％，Ti的含量为0.2％，Mn的含量为0.1％，其余为铝以及不可避免的杂质。
一种制备铝合金材料的方法，具体制备步骤如下：以Si粉作为合金中的Si元素的原料，以Al-Cu中间合金作为合金中的Cu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Al-Zr中间合金作为合金中的Zr元素的原料，以Al-Ti中间合金作为合金中的Ti元素的原料，以Al-Mn中间合金作为合金中的Mn元素的原料，以铝锭作为合金中的Al元素的原料；将铝锭表面清洗干净后进行加热熔炼，铝液温度控制在690℃；将Al-Cu中间合金、Al-Mg中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金和Si粉加入到铝液中，铝液升温至820℃后，保温20分钟，保证合金原料全部熔化；将铝液温度升至850℃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；将精炼后的铝液温度降至730℃并保温10分钟用于进行浇注，制得铝合金铸件；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700℃，保温20分钟后，充入氢气后保温2小时，最后冷却至室温完成充氢处理；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，助镀时间控制在2分钟，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；将表面含有合金化膜的铝合金铸件再进行钝化处理，即制得所需的铝合金材料。
一种铝合金材料在太阳能光伏支架中的应用，所述铝合金材料用于制备太阳能光伏支架型材。所述铝合金材料外表面还包裹有纤维增强层，所述纤维增强层由浸有液体树脂的芳纶纤维布粘贴于铝合金材料外表面通过热固化成型得到。所述热固化成型分为两个阶段：首先在90-110℃条件下固化2-3小时，然后在130-150℃条件下固化1-2小时。所述的液体树脂为环氧树脂。
该发明与市场上其他太阳能电池或热水器的支架的结构、铝合金材料制备工艺大致类似，铝合金材料限制了整个支架的强度，而且由于支架的结构较复杂，均需先制作各段杆单体，然后进行拼接组装连接，无法做到一体成型，且结构强度更多依赖连接处的强度，尤其是在大型太阳能电池支架领域中，严重影响了支架的整体强度、稳定性和使用寿命等。
鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的其一目的在于提供一种可提高铝合金外层的抗拉强度和硬度的同时，具有更高的强度及强度重量比，稳定性显著提高，使用寿命大大延长，实用性强的太阳能铝合金支架。
本发明的其二目的在于提供可提高铝合金外层的抗拉强度和硬度的铝合金材料制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：
一种太阳能铝合金支架，包括如下步骤：
(1)制备铝合金材料，所述铝合金材料包括铝和添加料，所述添加料包括占所述铝合金材料重量百分比的铁0.1-0.15％、铜0.2-0.3％、钛0.3-0.4％、锰0.2-0.3％、铬0.3-0.4％、锌0.2-0.3％、镁0.52-0.54％和硅0.35-0.36％；
(2)将所述铝合金材料置入熔炼炉中进行熔炼制成熔化铝合金液体；
(3)去所述熔化铝合金液体中的杂质；
(4)制备与铝合金支架形状相同的树脂支架模芯管，所述树脂支架模芯管内具有相连通的通道，并使所述树脂支架模芯管的下端形成有向下竖向延伸的延伸段；
(5)将碳纤维布覆设于所述树脂支架模芯管的外表面制成碳纤维树脂支架模芯，且所述碳纤维布缠绕在所述延伸段处使碳纤维树脂支架模芯的下端形成余料段；
(6)将熔化铝合金液体喷涂在所述碳纤维树脂支架模芯外并冷却凝固形成铝合金外层，使铝合金外层与碳纤维布结合在一起制成铝合金支架；
在此步骤(6)中，通过铝合金喷炉对所述碳纤维树脂支架模芯进行喷涂铝合金外层；
所述树脂支架模芯管包括两个朝前的前斜支脚，和两个朝后的后斜支脚；
所述铝合金喷炉包括炉槽，罩设于炉槽上方的炉壳，四个设于炉槽上并一一对应伸入各所述前斜支脚和后斜支脚下端孔的定位头，以及设于炉壳上对所述碳纤维树脂支架模芯喷射熔化铝合金液体的喷涂装置；
所述炉槽包括处于边缘并向上凸起的围壁，和由围壁围成的凹槽；所述围壁包括与两所述前斜支脚相对应的前壁，和与两所述后斜支脚相对应的后壁；
四个所述定位头包括两个设于所述前壁上表面并与两所述前斜支脚一一对应的前头，和两个设于所述后壁上表面并与两所述后斜支脚一一对应的后头；
所述前头包括处于下部与所述前壁的上表面连接的前连接座，和处于上部伸入所述前斜支脚下端孔的前伸入段；所述前连接座的直径大于所述前伸入段的直径；所述前伸入段的上端形成有由下至上逐渐变细的前锥形头；两所述前头分别配设有供应降温氮气的降温氮气供应装置，以及连接于前头和降温氮气供应装置之间并贯穿所述前壁的降温氮气供应管；所述降温氮气的温度低于200℃；
所述后头包括处于下部与所述后壁的上表面连接的后连接座，和处于上部伸入所述后斜支脚下端孔的后伸入段；所述后连接座的直径大于所述后伸入段的直径；所述后伸入段的上端形成有由下至上逐渐变细的后锥形头；两所述后头分别配设有贯穿所述后壁的降温氮气排出管；
所述喷涂装置包括多个处于所述炉壳内朝所述碳纤维树脂支架模芯喷射熔化铝合金液体的喷头，多个贯穿炉壳对喷头供应熔化铝合金液体的第一段供应管，处于炉壳外对第一段供应管供应熔化铝合金液体的第二段供应管，以及对第二段供应管输送熔化铝合金液体的螺旋输送装置；所述螺旋输送装置包括与所述熔炼炉通过过渡管连通的输送筒，设于输送筒内并沿输送筒设置的螺旋输送杆，和驱动螺旋输送杆转动的转动电机；所述输送筒具有与所述熔炼炉通过过渡管连通的进液端和与所述第二段供应管连通的出液端，所述输送筒由所述进液端至出液端逐渐斜向上延伸设置；
所述围壁形成有供所述降温氮气供应管和降温氮气排出管贯穿的第一贯穿孔，所述炉壳形成有多个供所述第一段供应管贯穿的第二贯穿孔；所述炉壳形成有进气口和排气口，所述进气口配设有供应保温氮气的保温氮气供应装置；所述保温氮气的温度高于660℃；
在对所述碳纤维树脂支架模芯进行喷涂铝合金外层过程中，先将所述炉壳的门打开，将所述碳纤维树脂支架模芯置入所述炉壳内，使两所述前斜支脚与两所述前头一一对应，使两所述后斜支脚与两所述后头一一对应，使所述前伸入段依靠所述前锥形头伸入所述前斜支脚的下端孔内对前斜支脚进行限位，使所述后伸入段依靠所述后锥形头伸入所述后斜支脚的下段孔内对后斜支脚进行限位；
然后关闭所述炉壳的门，利用控制器控制所述保温氮气供应装置通过所述进气口向所述炉壳内通入保温氮气，并利用所述排气口将所述炉壳内的空气排出，使所述炉壳内充满保温氮气；
然后利用两所述降温氮气供应装置通过两所述前头向树脂支架模芯管的通道内通入降温氮气，并通过两所述降温氮气排出管排出，形成连续降温氮气流，对所述树脂支架模芯管、碳纤维布和喷涂在碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体进行降温，且控制两所述降温氮气供应装置供应氮气的压力存在压力差；
然后打开过渡管的阀门，使熔炼炉对所述螺旋输送装置供应熔化铝合金液体，启动所述转动电机驱动所述螺旋输送杆转动将输送筒内的铝合金液体向上输送给第二段供应管，然后再经各第一段供应管进入到炉壳内并由各喷头喷喷射在所述碳纤维树脂支架模芯的表面上，所述碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体逐层被冷却凝固形成铝合金外层，使铝合金外层与碳纤维布结合在一起制成铝合金支架；
(7)对所述余料段及余料段处的铝合金外层切除。
在所述步骤(6)中，所述第一段供应管还包括贯穿所述前斜支脚和后斜支脚之间的内喷管段，所述内喷管段上设有多个朝所述碳纤维树脂支架模芯喷射熔化铝合金液体的所述喷头。
在所述步骤(6)中，所述保温氮气的温度为660-670℃；所述降温氮气的温度低于100℃。
在所述步骤(6)中，两所述降温氮气排出管分别配设有氮气收集装置；所述氮气收集装置包括与所述降温氮气排出管连通的第一循环管道，对氮气进行降温的降温装置，以及连接于降温装置和所述降温氮气供应装置之间的第二循环管道。
在所述步骤(4)中，采用挤出成型工艺成型树脂支架模芯管的各段管件，然后进行连接组装形成所述树脂支架模芯管。
在所述步骤(4)中，所述树脂支架模芯管的各段管件通过胶合方式连接进行组装。
在步骤(5)中，所述碳纤维布与所述树脂支架模芯管通过胶合方式连接在一起。
在所述步骤(4)中，所述树脂支架模芯管为聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮或耐热ABS材料。
一种铝合金材料制备方法，包括如下步骤：(1)制备铝合金材料，所述铝合金材料包括铝和添加料，所述添加料包括占铝合金材料重量百分比的铁0.1-0.15％、铜0.2-0.3％、钛0.3-0.4％、锰0.2-0.3％、铬0.3-0.4％、锌0.2-0.3％、镁0.52-0.54％和硅0.35-0.36％；
(2)将所述铝合金材料置入熔炼炉中进行熔炼制成熔化铝合金液体；
(3)去所述熔化铝合金液体中的杂质。
在所述步骤(1)中，所述添加料包括占所述铝合金材料重量百分比的铁0.12-0.13％、铜0.24-0.26％、钛0.34-0.36％、锰0.24-0.26％、铬0.34-0.36％、锌0.24-0.26％、镁0.53％和硅0.355％。
采用上述技术方案后，本发明的太阳能铝合金支架，突破传统铝合金支架的工艺形式，在实际工作过程中，首先制备铝合金材料；然后对所述铝合金材料置入熔炼炉中进行熔炼制成熔化铝合金液体；然后去所述熔化铝合金液体中的杂质；前述步骤可提高铝合金外层的抗拉强度和硬度；然后制备与铝合金支架形状相同的树脂支架模芯管，树脂支架模芯管内具有相连通的通道，此连通的通道用于后期降温氮气的通入并持续流通于整个树脂支架模芯管中对树脂支架模芯管、碳纤维布和喷涂在碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体进行降温，并使树脂支架模芯管的下端形成有向下竖向延伸的延伸段；然后将碳纤维布覆设于树脂支架模芯管的外表面制成碳纤维树脂支架模芯，树脂支架模芯管作为碳纤维布的载体，对碳纤维布进行支撑和定型，且碳纤维布缠绕在延伸段处使碳纤维树脂支架模芯的下端形成余料段；然后将熔化铝合金液体喷涂在所述碳纤维树脂支架模芯外并冷却凝固形成铝合金外层，使铝合金外层与碳纤维布结合在一起制成铝合金支架；最后对余料段及余料段处的铝合金外层切除。此铝合金支架是铝合金与碳纤维相结合的产物，在铝合金性能的基础上，利用碳纤维进一步增强铝合金支架的强度和降低重量，且铝合金外层为一体结构，不具有连接缝等，整体性、抗应力集中和抗变形性能更强，整个铝合金支架的强度和稳定性均显著提高。在对碳纤维树脂支架模芯进行喷涂铝合金外层过程中，先将炉壳的门打开，将碳纤维树脂支架模芯置入炉壳内，使两前斜支脚与两前头一一对应，使两后斜支脚与两后头一一对应，使前伸入段依靠前锥形头伸入前斜支脚的下端孔内对前斜支脚进行限位，使后伸入段依靠后锥形头伸入后斜支脚的下段孔内对后斜支脚进行限位；然后关闭炉壳的门，利用控制器控制保温氮气供应装置通过进气口向炉壳内通入保温氮气，并利用排气口将炉壳内的空气排出，使炉壳内充满保温氮气；然后利用两降温氮气供应装置通过两前头向树脂支架模芯管的通道内通入降温氮气，并通过两降温氮气排出管排出，形成连续降温氮气流，对树脂支架模芯管、碳纤维布和喷涂在碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体进行降温，且控制两降温氮气供应装置供应氮气的压力存在压力差；然后打开过渡管的阀门，使熔炼炉对螺旋输送装置供应熔化铝合金液体，启动转动电机驱动螺旋输送杆转动将输送筒内的铝合金液体向上输送给第二段供应管，然后再经各第一段供应管进入到炉壳内并由各喷头喷喷射在碳纤维树脂支架模芯的表面上，碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体逐层被冷却凝固形成铝合金外层，使铝合金外层与碳纤维布结合在一起制成铝合金支架。与现有技术相比，本发明的太阳能铝合金支架，可提高铝合金外层的抗拉强度和硬度的同时，具有更高的强度及强度重量比，稳定性显著提高，使用寿命大大延长，实用性强。
本发明还提出一种铝合金材料制备方法，可提高铝合金外层的抗拉强度和硬度且工艺简洁。
附图说明
图1为本发明的局部剖视示意图；
图2为本发明的第一局部结构示意图；
图3为本发明的第二局部结构示意图；
图4为铝合金支架的剖视结构示意图；
图5为第一段供应管的剖视结构示意图；
图6为铝合金支架的侧面结构示意图；
图7为铝合金支架的正面结构示意图。
图中：
11-前斜支脚12-后斜支脚13-树脂支架模芯管14-碳纤维布15-铝合金外层
21-炉槽211-围壁2111-前壁2112-后壁212-凹槽22-炉壳231-前头2311-前连接座23111-前导电段23112-前绝缘段2312-前伸入段23121-前锥形头232-后头2321-后连接座2322-后伸入段23221-后锥形头233-前伸入连接段2331-前内层2332-前导电层2333-前绝缘层
241-喷头242-第一段供应管2421-喷射导电层2422-喷射绝缘层2423-内喷管段243-第二段供应管244-螺旋输送装置2441-转动电机245-熔炼炉
25-降温氮气供应管26-降温氮气排出管
27-降温氮气供应装置271-降温氮气供应管
28-氮气收集装置281-第一循环管道282-降温装置283-第二循环管道。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例进行详细阐述。
本发明的一种太阳能铝合金支架，如图1-7所示，包括如下步骤：
(1)制备铝合金材料，所述铝合金材料包括铝和添加料，所述添加料包括占所述铝合金材料重量百分比的铁0.1-0.15％、铜0.2-0.3％、钛0.3-0.4％、锰0.2-0.3％、铬0.3-0.4％、锌0.2-0.3％、镁0.52-0.54％和硅0.35-0.36％；
(2)将所述铝合金材料置入熔炼炉中进行熔炼制成熔化铝合金液体；
(3)去所述熔化铝合金液体中的杂质；
(4)制备与铝合金支架形状相同的树脂支架模芯管13，树脂支架模芯管13内具有相连通的通道，并使树脂支架模芯管13的下端形成有向下竖向延伸的延伸段；
(5)将碳纤维布14覆设于树脂支架模芯管13的外表面制成碳纤维树脂支架模芯，树脂支架模芯管13作为碳纤维布14的载体，对碳纤维布14进行支撑和定型，且碳纤维布14缠绕在延伸段处使碳纤维树脂支架模芯的下端形成余料段；
(6)将熔化铝合金液体喷涂在碳纤维树脂支架模芯外并冷却凝固形成铝合金外层15，使铝合金外层15与碳纤维布14结合在一起制成铝合金支架。
优选地，在步骤(6)中，通过铝合金喷炉对碳纤维树脂支架模芯进行喷涂铝合金外层15；
优选地，树脂支架模芯管13包括两个朝前的前斜支脚11，和两个朝后的后斜支脚12；优选地，在在两前斜支脚11之间、两后斜支脚12之间、以及前斜支脚11和后斜支脚12之间还连接有加强连接梁，且加强连接梁与前斜支脚11和后斜支脚12均具有相连通的通道。
优选地，铝合金喷炉包括炉槽21，罩设于炉槽21上方的炉壳22，四个设于炉槽21上并一一对应伸入各前斜支脚11和后斜支脚12下端孔的定位头，以及设于炉壳22上对碳纤维树脂支架模芯喷射熔化铝合金液体的喷涂装置；优选地，若前斜支脚11为由下至上逐渐向后倾斜的形式，为了便于定位头伸入到前斜支脚11的下端孔进行限位，前斜支脚11的下端可形成有竖向设置的余料段，此余料段也具有相连通的通道，待支架成型后，可将此余料段切除。优选地，在步骤(6)中，对铝合金支架的下端的余料段进行裁切制成成品铝合金支架。
优选地，炉槽21包括处于边缘并向上凸起的围壁211，和由围壁211围成的凹槽212；围壁211包括与两前斜支脚11相对应的前壁2111，和与两后斜支脚12相对应的后壁2112；优选地，围壁211的上表面为由外至内逐渐向下倾斜的斜面；围壁211的上表面为斜面便于熔化铝合金液体在围壁211和炉壳22内凝集成液滴后直接流入到凹槽212内进行收集，不会在围壁211上堆积。
优选地，四个定位头包括两个设于前壁2111上表面并与两前斜支脚11一一对应的前头231，和两个设于后壁2112上表面并与两后斜支脚12一一对应的后头232；
优选地，前头231包括处于下部与前壁2111的上表面连接的前连接座2311，和处于上部伸入前斜支脚11下端孔的前伸入段2312；前连接座2311的直径大于前伸入段2312的直径；前伸入段2312的上端形成有由下至上逐渐变细的前锥形头23121；前锥形头23121和后锥形头23221便于顺势伸入到碳纤维树脂支架模芯的下端孔内。两前头231分别配设有供应降温氮气的降温氮气供应装置27，以及连接于前头231和降温氮气供应装置27之间并贯穿前壁2111的降温氮气供应管27125；降温氮气的温度低于200℃；低于200℃的降温氮气具有较强的稳定性，而且可对树脂支架模芯管13和碳纤维布14进行降温保护，避免树脂支架模芯管13和碳纤维布14因温度过高而影响自身性能，尤其避免树脂支架模芯管13融化而变形；
优选地，后头232包括处于下部与后壁2112的上表面连接的后连接座2321，和处于上部伸入后斜支脚12下端孔的后伸入段2322；后连接座2321的直径大于后伸入段2322的直径；后伸入段2322的上端形成有由下至上逐渐变细的后锥形头23221；两后头232分别配设有贯穿后壁2112的降温氮气排出管26；降温氮气排出管26可将树脂支架模芯管13中的降温氮气排出，使树脂支架模芯管13内形成连续的降温氮气流，对树脂支架模芯管13和碳纤维布14进行有效降温保护。
优选地，喷涂装置包括多个处于炉壳22内朝碳纤维树脂支架模芯喷射熔化铝合金液体的喷头241，多个贯穿炉壳22对喷头241供应熔化铝合金液体的第一段供应管242，处于炉壳22外对第一段供应管242供应熔化铝合金液体的第二段供应管243，以及对第二段供应管243输送熔化铝合金液体的螺旋输送装置244；螺旋输送装置244包括与熔炼炉245通过过渡管连通的输送筒，设于输送筒内并沿输送筒设置的螺旋输送杆，和驱动螺旋输送杆转动的转动电机2441；输送筒具有与熔炼炉245通过过渡管连通的进液端和与第二段供应管243连通的出液端，输送筒由进液端至出液端逐渐斜向上延伸设置；利用螺旋输送装置244的输送力作为喷头241喷射熔化铝合金液体的压力，并通过调节转动电机2441的转速来实现压力变化。
优选地，围壁211形成有供降温氮气供应管27125和降温氮气排出管26贯穿的第一贯穿孔，炉壳22形成有多个供第一段供应管242贯穿的第二贯穿孔；炉壳22形成有进气口和排气口，进气口配设有供应保温氮气的保温氮气供应装置；保温氮气的温度高于660℃；高于660℃的保温氮气因高于铝的熔点，首先可保证熔化铝合金液体在于碳纤维布14接触之前不会凝固，使熔化铝合金液体在碳纤维布14上凝结在一起一体成型，其次氮气作为惰性气体可对碳纤维布14进行保护，避免碳纤维布14中的碳纤维被氧化。优选地，为了避免影响碳纤维布14的性能，保温氮气的温度低于3000℃，更进一步优选地，为了避免影响碳纤维的强度，保温氮气的温度低于1500℃。优选地，炉壳22设有供取放铝合金支架的门。优选地，铝合金喷炉还配设有控制器。
优选地，在对碳纤维树脂支架模芯进行喷涂铝合金外层15过程中，先将炉壳22的门打开，将碳纤维树脂支架模芯置入炉壳22内，使两前斜支脚11与两前头231一一对应，使两后斜支脚12与两后头232一一对应，使前伸入段2312依靠前锥形头23121伸入前斜支脚11的下端孔内对前斜支脚11进行限位，使后伸入段2322依靠后锥形头23221伸入后斜支脚12的下段孔内对后斜支脚12进行限位；
优选地，然后关闭炉壳22的门，利用控制器控制保温氮气供应装置通过进气口向炉壳22内通入保温氮气，并利用排气口将炉壳22内的空气排出，使炉壳22内充满保温氮气；优选地，进气口和排气口均配设有阀门，通过阀门对进气口和排气口进行控制。优选地，在喷涂熔化铝合金液体过程中保持保温氮气的流通，确保炉壳22内温度恒定。
优选地，然后利用两降温氮气供应装置27通过两前头231向树脂支架模芯管13的通道内通入降温氮气，并通过两降温氮气排出管26排出，形成连续降温氮气流，对树脂支架模芯管13、碳纤维布14和喷涂在碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体进行降温，且控制两降温氮气供应装置27供应氮气的压力存在压力差；使两降温氮气供应装置27供应氮气的压力存在压力差可使各加强连接梁的两端存在压力差，进而使加强连接梁中也产生连续的降温氮气流，对加强连接梁及此处的碳纤维布14和喷涂在碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体进行有效降温，避免出现加强连接梁处的降温氮气流停滞而温度逐渐升高而失去降温和保护效果。
优选地，然后打开过渡管的阀门，使熔炼炉245对螺旋输送装置244供应熔化铝合金液体，启动转动电机2441驱动螺旋输送杆转动将输送筒内的铝合金液体向上输送给第二段供应管243，然后再经各第一段供应管242进入到炉壳22内并由各喷头241喷喷射在碳纤维树脂支架模芯的表面上，碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体逐层被冷却凝固形成铝合金外层15，使铝合金外层15与碳纤维布14结合在一起制成铝合金支架。
(7)对余料段及余料段处的铝合金外层切除。
本发明在实际工作过程中，制备铝合金材料；然后对所述铝合金材料置入熔炼炉中进行熔炼制成熔化铝合金液体；然后去所述熔化铝合金液体中的杂质；前述步骤可提高铝合金外层的抗拉强度和硬度；然后制备与铝合金支架形状相同的树脂支架模芯管，树脂支架模芯管内具有相连通的通道，此连通的通道用于后期降温氮气的通入并持续流通于整个树脂支架模芯管中对树脂支架模芯管、碳纤维布和喷涂在碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体进行降温，并使树脂支架模芯管的下端形成有向下竖向延伸的延伸段；然后将碳纤维布覆设于树脂支架模芯管的外表面制成碳纤维树脂支架模芯，树脂支架模芯管作为碳纤维布的载体，对碳纤维布进行支撑和定型，且碳纤维布缠绕在延伸段处使碳纤维树脂支架模芯的下端形成余料段；然后将熔化铝合金液体喷涂在所述碳纤维树脂支架模芯外并冷却凝固形成铝合金外层，使铝合金外层与碳纤维布结合在一起制成铝合金支架；最后对余料段及余料段处的铝合金外层切除。在对碳纤维树脂支架模芯进行喷涂铝合金外层15过程中，先将炉壳22的门打开，将碳纤维树脂支架模芯置入炉壳22内，使两前斜支脚11与两前头231一一对应，使两后斜支脚12与两后头232一一对应，使前伸入段2312依靠前锥形头23121伸入前斜支脚11的下端孔内对前斜支脚11进行限位，使后伸入段2322依靠后锥形头23221伸入后斜支脚12的下段孔内对后斜支脚12进行限位；然后关闭炉壳22的门，利用控制器控制保温氮气供应装置通过进气口向炉壳22内通入保温氮气，并利用排气口将炉壳22内的空气排出，使炉壳22内充满保温氮气；然后利用两降温氮气供应装置27通过两前头231向树脂支架模芯管13的通道内通入降温氮气，并通过两降温氮气排出管26排出，形成连续降温氮气流，对树脂支架模芯管13、碳纤维布14和喷涂在碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体进行降温，且控制两降温氮气供应装置27供应氮气的压力存在压力差；然后打开过渡管的阀门，使熔炼炉245对螺旋输送装置244供应熔化铝合金液体，启动转动电机2441驱动螺旋输送杆转动将输送筒内的铝合金液体向上输送给第二段供应管243，然后再经各第一段供应管242进入到炉壳22内并由各喷头241喷喷射在碳纤维树脂支架模芯的表面上，碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体逐层被冷却凝固形成铝合金外层15，使铝合金外层15与碳纤维布14结合在一起制成铝合金支架。优选地，降温氮气供应装置27和保温氮气供应装置均包括盛装氮气的盛装桶和提供氮气输送动力的气泵。优选地，待喷涂熔化铝合金液体完成之后，继续保持降温氮气流通一定时间，对铝合金外层进行充分降温凝固，然后取出。本发明的铝合金支架是铝合金与碳纤维相结合的产物，在铝合金性能的基础上，利用碳纤维进一步增强铝合金支架的强度和降低重量，且铝合金外层15为一体结构，不具有连接缝等，整体性、抗应力集中和抗变形性能更强，整个铝合金支架的强度和稳定性均显著提高。
优选地，在步骤(6)中，第一段供应管242还包括贯穿前斜支脚11和后斜支脚12之间的内喷管段2423，内喷管段2423上设有多个朝碳纤维树脂支架模芯喷射熔化铝合金液体的喷头241。本发明在实际工作过程中，内喷管段2423的喷头241可对前斜支脚11和后斜支脚12之间的区域喷射熔化铝合金液体，与其他位置的喷头241相配合对碳纤维树脂支架模芯进行全面喷涂，避免死角。
优选地，在步骤(6)中，保温氮气的温度为660-670℃，此温度的保温氮气在保证熔化铝合金液体在于碳纤维布14接触之前不会凝固的基础上，不会对碳纤维布14产生高温损伤，确保碳纤维布14的性能稳定；降温氮气的温度低于100℃，更优选为低于30℃的常温氮气，此温度的降温氮气在可对树脂支架模芯管13和碳纤维布14进行降温保护的基础上，成本低且可操作性更强。
为了对降温氮气进行回收利用，降低成本节约资源，优选地，在步骤(6)中，两降温氮气排出管26分别配设有氮气收集装置28。
优选地，在步骤(6)中，氮气收集装置28包括与降温氮气排出管26连通的第一循环管道281，对氮气进行降温的降温装置282，以及连接于降温装置282和降温氮气供应装置27之间的第二循环管道283。本发明在实际工作过程中，被排出的降温氮气因在铝合金喷炉内吸收热量而温度升高，氮气收集装置28利用第一循环管道281将排出的降温氮气输送至降温装置282，由降温装置282进行再次降温后再利用第二循环管道283输送给氮气供应装置，由氮气供应装置重新供应降温氮气。具体结构可为，降温装置282包括供降温氮气通过的降温管道和对降温管道进行冷却的冷却机构；冷却机构与空调或冰箱制冷原理相同。
为了具体实现树脂支架模芯管13的成型，优选地，在步骤(4)中，采用挤出成型工艺成型树脂支架模芯管13的各段管件，然后进行连接组装形成树脂支架模芯管13。
优选地，在步骤(4)中，树脂支架模芯管13的各段管件通过胶合方式连接进行组装。具体是通过与树脂支架模芯管13材料相同的树脂胶进行粘合，使胶水与树脂支架模芯管13的融合性更强，强度更高，但铝合金支架的强度主要还是依靠碳纤维布14和铝合金外层15的强度。
优选地，在步骤(5)中，碳纤维布14与树脂支架模芯管13通过胶合方式连接在一起。具体是通过与树脂支架模芯管13材料相同的树脂胶进行粘合，使胶水与树脂支架模芯管13的融合性更强，强度更高，但铝合金支架的强度主要还是依靠碳纤维布14和铝合金外层15的强度。
优选地，树脂支架模芯管13优选为聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮或耐热ABS材料，因为各材料的熔点和使用温度较高，均在几百℃以上，且各材料的性能稳定。
优选地，在步骤(6)中，前连接座2311包括处于上部并与碳纤维布14相接触的前导电段23111，和处于下部并与前壁2111上表面接触的前绝缘段23112；前连接座2311的下端设有伸入第一贯穿孔内的前伸入连接段233；前伸入连接段233包括处于内层与前伸入段2312连接的前内层2331，包覆于前内层2331外侧并与前导电段23111连接的前导电层2332，和包覆于前导电层2332外侧并与前绝缘段23112连接的前绝缘层2333；前导电段23111和前导电层2332均由导电材料制成，前绝缘段23112和前绝缘层2333均由绝缘材料制成；优选地，后连接座2321至少包括与后壁2112上表面接触的后绝缘段；后连接座2321的下端设有伸入第一贯穿孔内的后伸入连接段；后伸入连接段至少包括与后绝缘段连接的后绝缘层；优选地，第一段供应管242包括处于内层与喷头241连接的喷射导电层2421，和包覆于喷射导电层2421外侧的喷射绝缘层2422；喷头241和喷射导电层2421均由导电材料制成；优选地，前导电层2332与第一电极连接，喷射导电层2421与第二电极连接；第一电极和第二电极的极性相反；在对碳纤维树脂支架模芯进行喷涂铝合金外层15过程中，利用第一电极(如正极)对前导电层2332施加电压，使碳纤维布14带第一种电荷(如正电荷)，利用第二电极(如负极)对喷射导电层2421施加电压，使喷头241带与第一种电荷相反的第二种电荷(如负电荷)，使从喷头241喷出的熔化铝合金液体带第二种电荷；熔化铝合金液体在喷向碳纤维树脂支架模芯后，在碳纤维布14的第一种电荷的吸引所用下而吸附在碳纤维布14上，碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体逐层被冷却凝固形成铝合金外层15，并且已凝固的铝合金外层15会继续带第一种电荷并对后续的熔化铝合金液体进行吸引和吸附，直到形成相应厚度的铝合金外层15。此工序可使熔化铝合金液体均匀集中地朝碳纤维布14喷涂，可显著提高喷涂的效率和精准度，且确保铝合金外层15厚度均匀。
优选地，前绝缘段23112、前绝缘层2333、后绝缘段、后绝缘层和喷射绝缘层2422为碳化硅纤维、氮化硅纤维或陶瓷纤维棉制成的耐高温柔性层结构，可与所接触处以柔性接触的方式实现密封。
为了更便于前导电段23111与碳纤维布14的紧密配合，优选地，在步骤(6)中，前导电段23111的上端形成有由下至上逐渐变细的圆锥形斜面。
一种铝合金材料制备方法，包括如下步骤：(1)制备铝合金材料，所述铝合金材料包括铝和添加料，添加料包括占铝合金材料重量百分比的铁0.1-0.15％、铜0.2-0.3％、钛0.3-0.4％、锰0.2-0.3％、铬0.3-0.4％、锌0.2-0.3％、镁0.52-0.54％和硅0.35-0.36％；
(2)将所述铝合金材料置入熔炼炉中进行熔炼制成熔化铝合金液体；
(3)去所述熔化铝合金液体中的杂质。
优选地，在所述步骤(1)中，添加料包括占铝合金材料重量百分比的铁0.12-0.13％、铜0.24-0.26％、钛0.34-0.36％、锰0.24-0.26％、铬0.34-0.36％、锌0.24-0.26％、镁0.53％和硅0.355％。
实施例一，添加料包括占铝合金材料重量百分比的铁0.1％、铜0.3％、钛0.3％、锰0.3％、铬0.3％、锌0.3％、镁0.52％和硅0.36％；按照此配方制作的铝合金熔铸棒具有更高的抗拉强度和硬度。
实施例二，添加料包括占铝合金材料重量百分比的铁0.15％、铜0.2％、钛0.4％、锰0.2％、铬0.4％、锌0.2％、镁0.54％和硅0.35％；按照此配方制作的铝合金熔铸棒具有更高的抗拉强度和硬度。
实施例三，添加料包括占铝合金材料重量百分比的铁0.13％、铜0.25％、钛0.35％、锰0.25％、铬0.35％、锌0.25％、镁0.53％和硅0.355％；按照此配方制作的铝合金熔铸棒具有明显的抗拉强度和硬度。
本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种太阳能铝合金支架，其特征在于，包括如下制备步骤：
(1)制备铝合金材料，所述铝合金材料包括铝和添加料，所述添加料包括占所述铝合金材料重量百分比的铁0.1-0.15％、铜0.2-0.3％、钛0.3-0.4％、锰0.2-0.3％、铬0.3-0.4％、锌0.2-0.3％、镁0.52-0.54％和硅0.35-0.36％；
(2)将所述铝合金材料置入熔炼炉中进行熔炼制成熔化铝合金液体；
(3)去所述熔化铝合金液体中的杂质；
(4)制备与铝合金支架形状相同的树脂支架模芯管，所述树脂支架模芯管内具有相连通的通道，并使所述树脂支架模芯管的下端形成有向下竖向延伸的延伸段；
(5)将碳纤维布覆设于所述树脂支架模芯管的外表面制成碳纤维树脂支架模芯，且所述碳纤维布缠绕在所述延伸段处使碳纤维树脂支架模芯的下端形成余料段；
(6)将熔化铝合金液体喷涂在所述碳纤维树脂支架模芯外并冷却凝固形成铝合金外层，使铝合金外层与碳纤维布结合在一起制成铝合金支架；
在此步骤(6)中，通过铝合金喷炉对所述碳纤维树脂支架模芯进行喷涂铝合金外层；
所述树脂支架模芯管包括两个朝前的前斜支脚，和两个朝后的后斜支脚；
所述铝合金喷炉包括炉槽，罩设于炉槽上方的炉壳，四个设于炉槽上并一一对应伸入各所述前斜支脚和后斜支脚下端孔的定位头，以及设于炉壳上对所述碳纤维树脂支架模芯喷射熔化铝合金液体的喷涂装置；
所述炉槽包括处于边缘并向上凸起的围壁，和由围壁围成的凹槽；所述围壁包括与两所述前斜支脚相对应的前壁，和与两所述后斜支脚相对应的后壁；
四个所述定位头包括两个设于所述前壁上表面并与两所述前斜支脚一一对应的前头，和两个设于所述后壁上表面并与两所述后斜支脚一一对应的后头；
所述前头包括处于下部与所述前壁的上表面连接的前连接座，和处于上部伸入所述前斜支脚下端孔的前伸入段；所述前连接座的直径大于所述前伸入段的直径；所述前伸入段的上端形成有由下至上逐渐变细的前锥形头；两所述前头分别配设有供应降温氮气的降温氮气供应装置，以及连接于前头和降温氮气供应装置之间并贯穿所述前壁的降温氮气供应管；所述降温氮气的温度低于200℃；
所述后头包括处于下部与所述后壁的上表面连接的后连接座，和处于上部伸入所述后斜支脚下端孔的后伸入段；所述后连接座的直径大于所述后伸入段的直径；所述后伸入段的上端形成有由下至上逐渐变细的后锥形头；两所述后头分别配设有贯穿所述后壁的降温氮气排出管；
所述喷涂装置包括多个处于所述炉壳内朝所述碳纤维树脂支架模芯喷射熔化铝合金液体的喷头，多个贯穿炉壳对喷头供应熔化铝合金液体的第一段供应管，处于炉壳外对第一段供应管供应熔化铝合金液体的第二段供应管，以及对第二段供应管输送熔化铝合金液体的螺旋输送装置；所述螺旋输送装置包括与所述熔炼炉通过过渡管连通的输送筒，设于输送筒内并沿输送筒设置的螺旋输送杆，和驱动螺旋输送杆转动的转动电机；所述输送筒具有与所述熔炼炉通过过渡管连通的进液端和与所述第二段供应管连通的出液端，所述输送筒由所述进液端至出液端逐渐斜向上延伸设置；
所述围壁形成有供所述降温氮气供应管和降温氮气排出管贯穿的第一贯穿孔，所述炉壳形成有多个供所述第一段供应管贯穿的第二贯穿孔；所述炉壳形成有进气口和排气口，所述进气口配设有供应保温氮气的保温氮气供应装置；所述保温氮气的温度高于660℃；
在对所述碳纤维树脂支架模芯进行喷涂铝合金外层过程中，先将所述炉壳的门打开，将所述碳纤维树脂支架模芯置入所述炉壳内，使两所述前斜支脚与两所述前头一一对应，使两所述后斜支脚与两所述后头一一对应，使所述前伸入段依靠所述前锥形头伸入所述前斜支脚的下端孔内对前斜支脚进行限位，使所述后伸入段依靠所述后锥形头伸入所述后斜支脚的下段孔内对后斜支脚进行限位；
然后关闭所述炉壳的门，利用控制器控制所述保温氮气供应装置通过所述进气口向所述炉壳内通入保温氮气，并利用所述排气口将所述炉壳内的空气排出，使所述炉壳内充满保温氮气；
然后利用两所述降温氮气供应装置通过两所述前头向树脂支架模芯管的通道内通入降温氮气，并通过两所述降温氮气排出管排出，形成连续降温氮气流，对所述树脂支架模芯管、碳纤维布和喷涂在碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体进行降温，且控制两所述降温氮气供应装置供应氮气的压力存在压力差；
然后打开过渡管的阀门，使熔炼炉对所述螺旋输送装置供应熔化铝合金液体，启动所述转动电机驱动所述螺旋输送杆转动将输送筒内的铝合金液体向上输送给第二段供应管，然后再经各第一段供应管进入到炉壳内并由各喷头喷喷射在所述碳纤维树脂支架模芯的表面上，所述碳纤维树脂支架模芯上的熔化铝合金液体逐层被冷却凝固形成铝合金外层，使铝合金外层与碳纤维布结合在一起制成铝合金支架；
(7)对所述余料段及余料段处的铝合金外层切除。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能铝合金支架，其特征在于：在所述步骤(6)中，所述第一段供应管还包括贯穿所述前斜支脚和后斜支脚之间的内喷管段，所述内喷管段上设有多个朝所述碳纤维树脂支架模芯喷射熔化铝合金液体的所述喷头。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能铝合金支架，其特征在于：在所述步骤(6)中，所述保温氮气的温度为660-670℃；所述降温氮气的温度低于100℃。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能铝合金支架，其特征在于：在所述步骤(6)中，两所述降温氮气排出管分别配设有氮气收集装置；所述氮气收集装置包括与所述降温氮气排出管连通的第一循环管道，对氮气进行降温的降温装置，以及连接于降温装置和所述降温氮气供应装置之间的第二循环管道。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能铝合金支架，其特征在于：在所述步骤(4)中，采用挤出成型工艺成型树脂支架模芯管的各段管件，然后进行连接组装形成所述树脂支架模芯管。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能铝合金支架，其特征在于：在所述步骤(4)中，所述树脂支架模芯管的各段管件通过胶合方式连接进行组装。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能铝合金支架，其特征在于：在步骤(5)中，所述碳纤维布与所述树脂支架模芯管通过胶合方式连接在一起。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能铝合金支架，其特征在于：在所述步骤(4)中，所述树脂支架模芯管为聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮或耐热ABS材料。
9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的太阳能铝合金支架的铝合金材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备铝合金材料，所述铝合金材料包括铝和添加料，添加料包括占铝合金材料重量百分比的铁0.1-0.15％、铜0.2-0.3％、钛0.3-0.4％、锰0.2-0.3％、铬0.3-0.4％、锌0.2-0.3％、镁0.52-0.54％和硅0.35-0.36％；
(2)将所述铝合金材料置入熔炼炉中进行熔炼制成熔化铝合金液体；
(3)去所述熔化铝合金液体中的杂质。
10.根据权利要求9所述的一种铝合金材料制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述添加料包括占所述铝合金材料重量百分比的铁0.12-0.13％、铜0.24-0.26％、钛0.34-0.36％、锰0.24-0.26％、铬0.34-0.36％、锌0.24-0.26％、镁0.53％和硅0.355％。
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