CN109161738B - 一种高导电耐腐蚀的铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种高导电耐腐蚀的铝合金及其制备方法，铝合金包括如下重量百分比的元素：Si：0.3‑0.6％；Mg：0.6‑0.9％；B:0.01‑0.04％；Ti：0.01‑0.02％；Sr：0.005‑0.01％；Pr：0.001‑0.005％；Er：0.02‑0.1％；Fe：0.2‑0.4％；Mn：0.01‑0.02％；Cr：0.01‑0.02％；Zr：0.005‑0.015％；Cu：0.02‑0.05％；Zn：0.03‑0.07％；其余为铝和不可避免的杂质。本发明铝合金具有较高的抗拉强度(240MPa以上)、屈服强度、导电率(58％以上)和耐腐蚀性。

Description

一种高导电耐腐蚀的铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种高导电耐腐蚀的铝合金及其制备方法。
背景技术
目前国内采用挤压工艺生产的导电合金产品的牌号和状态主要有6063-T5、6063-T6、6101-T6、6101B-T6、6101B-F、6101-T65，其中6063-T5、6063-T6、6101-T6、6101B-T6铝合金挤压材的抗拉强度通常在170～260Mpa，但20℃时的体积导电率都在56.5％IACS以下；6101BF挤压材导电率在56.5％IACS以上，但抗拉强度通常在130MPa以下。因此，在实际生产中，6063-T5、6063-T6、6101-T6、6101B-T6、6101B-F合金均难以同时达到对高导电性能和力学性能以及耐腐蚀要求的导电铝排产品设计要求。
专利申请号为201710325747.8的发明专利公开了一种高强度高导电性能的铝合金材料，其组成为：0.43％-0.46％Si，≤0.20％Fe，≤0.01％Cu，≤0.01％Mn，0.53-0.57％Mg，≤0.01％Cr，0.005％-0.015％Ti，0.03％-0.05％B，其余为Al。其通过对原料组成的严格控制以及长时效处理，使得到的铝合金材料导电率≥57.6％，抗拉强度≥180MPa，屈服强度≥210Mpa，延伸率大于≥13％。当只有当Mn≤0.005％、Cr≤0.007％和Cu≤0.003％时，铝合金材料才具有58.1％以上较好的导电率以及较好的强度，但与其同时，由于很难避免Mn、Cr和Cu等杂质的加入，因而不仅会大大增加材料的生产控制成本，生产得到的产品质量也均匀性较差，并且耐腐蚀性也没有得以体现；而且长时效处理也会增加生产的负担。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种高强度耐腐蚀性能的铝合金材料及其制备方法，生产成本低，产品均一性高。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种高导电耐腐蚀的铝合金，包括如下重量百分比的元素：
Si：0.3-0.6％；Mg：0.6-0.9％；B:0.01-0.04％；Ti：0.01-0.02％；Sr：0.005-0.01％；Pr：0.001-0.005％；Er：0.02-0.1％；Fe：0.2-0.4％；Mn：0.01-0.02％；Cr：0.01-0.02％；Zr：0.005-0.015％；Cu：0.02-0.05％；Zn：0.03-0.07％；其余为铝和不可避免的杂质。
本发明中，在铝合金中加入了适量的Sr、Pr、Er和Zr，Sr的加入可以形成弥散强化，能够使Cr、Mn、Cu等元素减少向晶界的分布，提高铝合金的强度；Pr的加入可以细化晶格和枝晶网络，减少铸造缩孔、针孔率、偏析和裂纹倾向等，从而增强铝合金强度的同时也提高了耐腐蚀性；Er的加入可以与Si、Fe形成稳定的金属间化合物，减少Fe、Si对铝合金强度的影响，在不明显降低合金导电性的同时提高了合金的强度；本发明的Zr在铝合金中的固溶率较低，在时效过程中主要以中间相形式析出，因而在显著提高铝合金的强度同时不会明显降低铝合金的导电率。
本发明通过对各元素的组成进行合理设计，使本发明Fe、Mn、Cr、Cu和Zn可以维持在较高的占比，因而对于各元素的加入更容易得到控制，得到的铝合金也具有较好的强度、导电性和耐腐蚀性。
优选地，所述铝合金包括如下重量百分比的元素：
Si：0.3-0.5％；Mg：0.7-0.9％；B:0.01-0.03％；Ti：0.01-0.02％；Sr：0.005-0.01％；Pr：0.001-0.005％；Er：0.02-0.1％；Fe：0.2-0.4％；Mn：0.01-0.02％；Cr：0.01-0.02％；Zr：0.005-0.015％；Cu：0.02-0.05％；Zn：0.03-0.07％；其余为铝和不可避免的杂质。
进一步优选地，所述铝合金由如下重量百分比的元素组成：
Si：0.4％；Mg：0.8％；B:0.02％；Ti：0.015％；Sr：0.0075％；Pr：0.003％；Er：0.06％；Fe：0.3％；Mn：0.005％；Cr：0.05％；Zr：0.01％；Cu：0.035％；Zn：0.05％；其余为铝和不可避免的杂质。
其中，所述不可避免的杂质不大于0.1wt％，不可避免的杂质中的每种元素不大于0.03wt％。
如上所述的一种高导电耐腐蚀的铝合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝锭加热到680-720℃后形成铝液，按配比往所述铝液中加入Al-Si中间合金、Al-B中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Pr中间合金、Al-Er中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Zn中间合金和Mg进行混合，制得合金液；
(2)将所述合金液升温至760-780℃的温度下保温1-2h，将以惰性气体为载体的精炼剂吹入合金液中进行精炼，然后进行过滤处理；
(3)将过滤处理后的合金液注入模具中，制成铝合金棒，然后依次进行均质处理和退火处理；
(4)将所述铝合金棒在480-510℃的温度下进行挤压处理，变形系数为9-11，制得铝合金型材；
(5)将所述铝合金型材进行双级时效处理，即得到所述的高导电耐腐蚀的铝合金。
本发明依次对原材料进行熔炼、精炼、退火、挤压和双级时效，使铝合金达到最佳的固溶状态和均匀化状态，增强合金的相界面应变能，在保证铝合金强度的前提下获得了较高的导电率。
其中，所述步骤(2)中，惰性气体为氮气，氮气流速为0.8-1.2m3/h。
其中，所述步骤(2)中，精炼剂的用量为合金液的0.1-0.3wt％，精炼剂包括如下重量份数的原料：氟铝酸钾12-16份、氟化钙10-16份、氯化钾14-18份、硫酸钡7-11份、氮化镁2-4份、六氯乙烷4-9份、活性炭1-2份，精炼时间为10-20min。
本发明采用的精炼剂除杂效率高，处理后的合金液气孔和氧化物含量显著降低，冷却后制得铝合金棒的微观结构致密均匀，明显减小晶粒尺寸，提高铝合金的强度和耐腐蚀性。
其中，所述步骤(3)中，均质处理的保温温度为550-600℃，保温时间为0.5-1.5h。
本发明通过优化选择合适的退火温度和退火时间，可以消除晶内偏析，细化晶粒，消除内应力，提高塑形，利于后续的挤压处理，并且使最终获得的铝合金型材具有较好的力学强度和导电率。
其中，所述步骤(3)中，退火处理为将均质处理后的铝合金棒自然冷却至室温。
本发明对铝合金进行退火处理可以改善铝合金的铸态金相组织，获得更小的铸造晶粒，从而达到细化晶粒提高力学强度和耐腐蚀性能的作用。
其中，所述步骤(5)中，双级时效处理包括第一次时效处理和第二次时效处理，第一次时效处理为在200-210℃的温度保温1.5-2.5h，第二次时效处理为在240-260℃的温度保温3-6h。
本发明通过双级时效处理使固溶后的晶界变细，让部分晶界不再连续，使固溶后部分物相的回溶到铝基体中，形成过饱和固溶体，使制得的铝合金型材具有较好的导电率、硬度以及抗拉强度。
本发明的有益效果在于：本发明中，在铝合金中加入了适量的Sr、Pr、Er和Zr，Sr的加入可以形成弥散强化，能够使Cr、Mn、Cu等元素减少向晶界的分布，提高铝合金的强度；Pr的加入可以细化晶格和枝晶网络，减少铸造缩孔、针孔率、偏析和裂纹倾向等，从而增强铝合金强度的同时也提高了耐腐蚀性；Er的加入可以与Si、Fe形成稳定的金属间化合物，减少Fe、Si对铝合金强度的影响，在不明显降低合金导电性的同时提高了合金的强度；本发明的Zr在铝合金中的固溶率较低，在时效过程中主要以中间相形式析出，因而在显著提高铝合金的强度同时不会明显降低铝合金的导电率。
附图说明
图1是实施例1的铝合金的微观组织图；
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种高导电耐腐蚀的铝合金，由如下重量百分比的元素组成：
Si：0.4％；Mg：0.8％；B:0.02％；Ti：0.015％；Sr：0.0075％；Pr：0.003％；Er：0.06％；Fe：0.3％；Mn：0.005％；Cr：0.05％；Zr：0.01％；Cu：0.035％；Zn：0.05％；其余为铝和不可避免的杂质。
其中，所述不可避免的杂质不大于0.1wt％，不可避免的杂质中的每种元素不大于0.03wt％。
如上所述的一种高导电耐腐蚀的铝合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝锭加热到700℃后形成铝液，按配比往所述铝液中加入Al-Si中间合金、Al-B中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Pr中间合金、Al-Er中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Zn中间合金和Mg进行混合，制得合金液；
(2)将所述合金液升温至740℃的温度下保温1.5h，将以惰性气体为载体的精炼剂吹入合金液中进行精炼，然后进行过滤处理；
(3)将过滤处理后的合金液注入模具中，制成铝合金棒，然后依次进行均质处理和退火处理；
(4)将所述铝合金棒在480℃的温度下进行挤压处理，变形系数为10，制得铝合金型材；
(5)将所述铝合金型材进行双级时效处理，即得到所述的高导电耐腐蚀的铝合金。
其中，所述步骤(2)中，惰性气体为氮气，氮气流速为1m3/h。
其中，所述步骤(2)中，精炼剂的用量为合金液的0.2wt％，精炼剂包括如下重量份数的原料：氟铝酸钾14份、氟化钙13份、氯化钾16份、硫酸钡9份、氮化镁3份、六氯乙烷6.5份、活性炭1.5份，精炼时间为15min。
其中，所述步骤(3)中，均质处理的保温温度为550℃，保温时间为1h。
其中，所述步骤(3)中，退火处理为将均质处理后的铝合金棒自然冷却至室温。
其中，所述步骤(5)中，双级时效处理包括第一次时效处理和第二次时效处理，第一次时效处理为在205℃的温度保温2h，第二次时效处理为在250℃的温度保温4.5h。
实施例2
一种高导电耐腐蚀的铝合金，由如下重量百分比的元素组成：
Si：0.3％；Mg：0.6％；B:0.01％；Ti：0.01％；Sr：0.005％；Pr：0.001％；Er：0.02％；Fe：0.2％；Mn：0.01％；Cr：0.01％；Zr：0.005％；Cu：0.02％；Zn：0.03％；其余为铝和不可避免的杂质。
其中，所述不可避免的杂质不大于0.1wt％，不可避免的杂质中的每种元素不大于0.03wt％。
如上所述的一种高导电耐腐蚀的铝合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝锭加热到700℃后形成铝液，按配比往所述铝液中加入Al-Si中间合金、Al-B中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Pr中间合金、Al-Er中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Zn中间合金和Mg进行混合，制得合金液；
(2)将所述合金液升温至730℃的温度下保温1h，将以惰性气体为载体的精炼剂吹入合金液中进行精炼，然后进行过滤处理；
(3)将过滤处理后的合金液注入模具中，制成铝合金棒，然后依次进行均质处理和退火处理；
(4)将所述铝合金棒在490℃的温度下进行挤压处理，变形系数为9，制得铝合金型材；
(5)将所述铝合金型材进行双级时效处理，即得到所述的高导电耐腐蚀的铝合金。
其中，所述步骤(2)中，惰性气体为氮气，氮气流速为0.8m3/h。
其中，所述步骤(2)中，精炼剂的用量为合金液的0.1wt％，精炼剂包括如下重量份数的原料：氟铝酸钾12份、氟化钙10份、氯化钾14份、硫酸钡7份、氮化镁2份、六氯乙烷4份、活性炭1份，精炼时间为10min。
其中，所述步骤(3)中，均质处理的保温温度为580℃，保温时间为0.5h。
其中，所述步骤(3)中，退火处理为将均质处理后的铝合金棒自然冷却至室温。
其中，所述步骤(5)中，双级时效处理包括第一次时效处理和第二次时效处理，第一次时效处理为在200℃的温度保温1.5h，第二次时效处理为在240℃的温度保温3h。
实施例3
一种高导电耐腐蚀的铝合金，由如下重量百分比的元素组成：
Si：0.6％；Mg：0.9％；B:0.04％；Ti：0.02％；Sr：0.01％；Pr：0.005％；Er：0.1％；Fe：0.4％；Mn：0.02％；Cr：0.02％；Zr：0.015％；Cu：0.05％；Zn：0.07％；其余为铝和不可避免的杂质。
其中，所述不可避免的杂质不大于0.1wt％，不可避免的杂质中的每种元素不大于0.03wt％。
如上所述的一种高导电耐腐蚀的铝合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝锭加热到680℃后形成铝液，按配比往所述铝液中加入Al-Si中间合金、Al-B中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Pr中间合金、Al-Er中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Zn中间合金和Mg进行混合，制得合金液；
(2)将所述合金液升温至720℃的温度下保温2h，将以惰性气体为载体的精炼剂吹入合金液中进行精炼，然后进行过滤处理；
(3)将过滤处理后的合金液注入模具中，制成铝合金棒，然后依次进行均质处理和退火处理；
(4)将所述铝合金棒在510℃的温度下进行挤压处理，变形系数为11，制得铝合金型材；
(5)将所述铝合金型材进行双级时效处理，即得到所述的高导电耐腐蚀的铝合金。
其中，所述步骤(2)中，惰性气体为氮气，氮气流速为1.2m3/h。
其中，所述步骤(2)中，精炼剂的用量为合金液的0.3wt％，精炼剂包括如下重量份数的原料：氟铝酸钾16份、氟化钙16份、氯化钾18份、硫酸钡11份、氮化镁4份、六氯乙烷9份、活性炭2份，精炼时间为20min。
其中，所述步骤(3)中，均质处理的保温温度为600℃，保温时间为1.5h。
其中，所述步骤(3)中，退火处理为将均质处理后的铝合金棒自然冷却至室温。
其中，所述步骤(5)中，双级时效处理包括第一次时效处理和第二次时效处理，第一次时效处理为在210℃的温度保温2.5h，第二次时效处理为在260℃的温度保温6h。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：
一种高导电耐腐蚀的铝合金，由如下重量百分比的元素组成：
Si：0.3％；Mg：0.7％；B:0.01％；Ti：0.01％；Sr：0.005％；Pr：0.001％；Er：0.02％；Fe：0.2％；Mn：0.01％；Cr：0.01％；Zr：0.005％；Cu：0.02％；Zn：0.03％；其余为铝和不可避免的杂质。
实施例5
一种高导电耐腐蚀的铝合金，由如下重量百分比的元素组成：
Si：0.5％；Mg：0.9％；B:0.03％；Ti：0.02％；Sr：0.01％；Pr：0.005％；Er：0.1％；Fe：0.4％；Mn：0.02％；Cr：0.02％；Zr：0.015％；Cu：0.05％；Zn：0.07％；其余为铝和不可避免的杂质。
实施例6
其中，所述步骤(5)中，双级时效处理包括第一次时效处理和第二次时效处理，第一次时效处理为在240℃的温度保温2h，第二次时效处理为在280℃的温度保温4.5h。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：
一种高导电耐腐蚀的铝合金，由如下重量百分比的元素组成：
Si：0.4％；Mg：0.8％；B:0.02％；Ti：0.015％；Pr：0.003％；Er：0.06％；Fe：0.3％；Mn：0.005％；Cr：0.05％；Zr：0.01％；Cu：0.035％；Zn：0.05％；其余为铝和不可避免的杂质。
对实施例1-6和对比例1的的铝合金进行抗拉强度、屈服强度、导电率和腐蚀性能的测试，耐腐蚀性的测试方法为：盐水喷雾试验条件：NaCl：CuCl，50±5g/L：0.26±0.2g/L，PH＝3.1-3.3，试验温度50±1℃，试验周期96小时，测得失重率数据，测试结果如下表：
由上表可知，本发明铝合金具有较高的抗拉强度、屈服强度、导电率和防腐蚀性；从实施例1和实施例6的对比可知，时效温度以及时间的控制对铝合金的组织形态会有很大的影响，从而影响铝合金的抗拉强度、屈服强度、导电率和耐腐蚀性；从实施例1和对比例1的对比可知，Sr的作用不仅仅在于大幅度提高铝合金的耐腐蚀性，而且对于抗拉强度、屈服强度和导电率也有明显的提升作用。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高导电耐腐蚀的铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金由如下重量百分比的元素组成Si：0.3-0.6％；Mg：0.6-0.9％；B:0.01-0.04％；Ti：0.01-0.02％；Sr：0.005-0.01％；Pr：0.001-0.005％；Er：0.02-0.1％；Fe：0.2-0.4％；Mn：0.01-0.02％；Cr：0.01-0.02％；Zr：0.005-0.015％；Cu：0.02-0.05％；Zn：0.03-0.07％；其余为铝和不可避免的杂质；
高导电耐腐蚀的铝合金的制备方法包括如下步骤：
(1)将铝锭加热到680-720℃后形成铝液，按配比往所述铝液中加入Al-Si中间合金、Al-B中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Pr中间合金、Al-Er中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Zn中间合金和Mg进行混合，制得合金液；
(2)将所述合金液升温至720-740℃的温度下保温1-2h，将以惰性气体为载体的精炼剂吹入合金液中进行精炼，然后进行过滤处理；
(3)将过滤处理后的合金液注入模具中，制成铝合金棒，然后依次进行均质处理和退火处理；
(4)将所述铝合金棒在480-510℃的温度下进行挤压处理，变形系数为9-11，制得铝合金型材；
(5)将所述铝合金型材进行双级时效处理，即得到所述的高导电耐腐蚀的铝合金；
其中，所述步骤(3)中，均质处理的保温温度为550-600℃，保温时间为0.5-1.5h；
其中，所述步骤(5)中，双级时效处理包括第一次时效处理和第二次时效处理，第一次时效处理为在200-210℃的温度保温1.5-2.5h，第二次时效处理为在240-260℃的温度保温3-6h。
2.根据权利要求1所述的一种高导电耐腐蚀的铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，惰性气体为氮气，氮气流速为0.8-1.2m3/h。
3.根据权利要求1所述的一种高导电耐腐蚀的铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，退火处理为将均质处理后的铝合金棒自然冷却至室温。
4.一种高导电耐腐蚀的铝合金，其特征在于：由权利要求1-3任意一项所述的高导电耐腐蚀的铝合金的制备方法制得。
5.根据权利要求4所述的一种高导电耐腐蚀的铝合金，其特征在于：由如下重量百分比的元素组成：
Si：0.3-0.5％；Mg：0.7-0.9％；B:0.01-0.03％；Ti：0.01-0.02％；Sr：0.005-0.01％；Pr：0.001-0.005％；Er：0.02-0.1％；Fe：0.2-0.4％；Mn：0.01-0.02％；Cr：0.01-0.02％；Zr：0.005-0.015％；Cu：0.02-0.05％；Zn：0.03-0.07％；其余为铝和不可避免的杂质。
6.根据权利要求4所述的一种高导电耐腐蚀的铝合金，其特征在于：由如下重量百分比的元素组成：
Si：0.4％；Mg：0.8％；B:0.02％；Ti：0.015％；Sr：0.0075％；Pr：0.003％；Er：0.06％；Fe：0.3％；Mn：0.005％；Cr：0.05％；Zr：0.01％；
Cu：0.035％；Zn：0.05％；其余为铝和不可避免的杂质。
7.根据权利要求4所述的一种高导电耐腐蚀的铝合金，其特征在于：所述不可避免的杂质不大于0.1wt％，不可避免的杂质中的每种元素不大于0.03wt％。
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