CN109706352A - 一种铝合金挤压管材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金挤压管材，包括以下质量分数的含量的组分：Mg0.3%‑0.5%、Si0.3%‑0.7%、Cu0.01%‑0.1%、Y0.1%‑0.2%、Zr0.1%‑0.2%、Mn0.1%‑0.2%、Fe0.01%‑0.2%、Zn0.01%‑0.1%、Ti0.01%‑0.1%、Sc0.01%‑0.1%、余量Al。本发明具有通过在合金中添加微量的稀土元素，同时调控微量元素的含量从而增加铝合金的强度以及焊合性能的优点。

Description

一种铝合金挤压管材及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金的技术领域，尤其是涉及一种铝合金挤压管材及其制备方法。

背景技术

铝是纯白色轻金属，有延展性，商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热猛烈燃烧，并发出炫目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，难溶于水。铝在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要行业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用，铝的应用极为广泛。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。

传统的6063合金，由于过剩硅及杂质含量的影响，极易形成点状的砂眼以及沿纵向或径向分布的由于焊合不良产生的细小裂纹，所以迫切需要高强度、高韧性、焊合性能高的铝合金材料代替传统的6063合金。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

发明内容

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种铝合金挤压管材及其制作工艺，通过在合金中添加微量的稀土元素，同时调控微量元素的含量从而增加铝合金的强度以及焊合性能。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种铝合金挤压管材，包括以下质量分数的含量的组分：

通过采用上述技术方案，在合金中添加的钇、锆、锰元素可以在铸造的过程中细化合金的晶粒，而且可以在挤压的过程中析出Al₃Y、Al₃Zr等粒子，从而细化焊缝组织，强化焊缝强度。合金中添加的硅、铁、锌、钛等元素可以增加铝合金的材料强度，提高铝合金的硬度，从而提高铝合金的性能。铝合金中稀土元素增加可以减少Si的掺杂，从而减小焊合时产生的裂缝。

本发明进一步设置为：所述铝合金挤压管材还包括以下质量百分比的组分：Sm0.01％-0.1％，Er 0.01％-0.1％，Ce 0.01％-0.1％。

通过采用上述技术方案，合金中添加稀土元素铈可以提高铝合金的防腐蚀能力，钐和铒可以细化合金晶粒，减小应力的集中影响，从而提高合金的硬度和塑性。

本发明进一步设置为：所述铝合金挤压管材还添加有质量百分比为0.05％-0.1％的Pr和0.02％-0.06％的La。

通过采用上述技术方案，合金中添加的稀土元素镨可以改变熔化的晶粒尺寸，减小应力聚集，从而提高焊缝的强度；添加镧与铈共同对合金的结构产生影响，从而可以提高合金的强度和耐热性能。

一种铝合金挤压管材材料的制备方法，包括以下工艺步骤：

(1)熔炼铸造；

将原料按比例混合，在700℃-760℃下熔炼8-20小时，再采用惰性气体-熔剂混和精炼法对熔体进行精炼，惰性气体采用氩气，熔剂采用质量百分比分别为30％-52％的KCl、20％-40％的NaCl和15％-40％的CaF组成的颗粒状熔剂，熔剂用量为1.2～2.2kg/t熔体重量比例，精炼温度控制在700℃-760℃，时间为20-35分钟；精炼结束后，静置28-33分钟；然后在680℃-730℃下进行铸造；

(2)铸棒均匀化处理；

采用585℃-595℃下对铸棒进行均匀化处理，均匀化处理时，先在铸棒表面上包覆一层抗氧化层，抗氧化层采用质量百分比为40-50％的石棉、20％-30％的铜以及20％-35％的金刚石粉组成，先在铸棒表面保温5-6小时，采用冷风冷雾喷淋冷却铸棒温度至150℃以下；

通过上述步骤得到铝合金挤压管材材料。

通过采用上述技术方案，熔炼时的温度低于700℃时会增大夹渣的产生，而温度高于760℃时，会增加铝液中氢气的溶解度，增加吸氢量，从而造成熔炼后的晶粒变粗变大等缺陷。惰性气体氩气不会与熔体发生反应，利用惰性气体排出熔炼过程中的氧气，以减弱熔体的氧化作用。KCl和NaCl熔剂对固态Al₃O₂、夹杂物以及氧化膜有很强的浸润能力，而且在熔炼的温度下NaCl和KCl的比重小于熔体的比重，故可以很好地铺展在铝熔体的表面，从而破碎和吸附熔体表面的氧化膜。CaF能和铝熔体发生化学反应，生产气态的AlF、SiF₄等，从而通过机械作用使氧化膜与铝熔体分离，而且发生上述反应的同时，界面上会产生电流使得氧化膜被破碎，从而加速氧化膜破碎的过程，也也使得熔体中的氢可以方便地逸出。CaF还可以增大混合熔盐的表面张力，使得已吸附氧化物的熔盐球状化，便于与熔体分离，减少固熔渣夹裹铝而造成的损耗。

在铸造生产中，冷却凝固速度快，合金元素的扩散速度小于结晶速度，使得晶粒内的化学成分不平衡，从而造成非平衡结晶，使得晶粒之间存在铸造应力，使得挤压合金变得非常困难。而均匀化处理使得铝合金内的晶粒可以均匀扩散，从而使得合金的机械性能得到提高。均匀化过程中，由于合金铸棒的温度仍然处在一个较高的温度，合金中掺杂的稀土元素较活泼容易发生氧化反应，而当镧和铈中其中一种被氧化时，两者相互促进提高合金强度的效果会发生明显减弱。金刚石粉具有较高熔点，可以避免抗氧化层与合金发生较高强度的粘附，石棉具有较好的隔热效果，可以维持铸棒的温度不会下降过快，而使得均匀化效果减弱。Cu在高温下可以与氧气反应生成氧化铜，从而进一步减少氧气对合金的氧化作用，从而减少稀土元素的氧化，促进铈和镧的促进作用，以提高铝合金的强度。

本发明进一步设置为：包括以下工艺步骤：

(1)挤压和机前淬火；

将均匀化后的铝合金铸棒预加热至480℃-520℃，模具加热至440℃-480℃，保温1.5-2.5小时；挤压筒加热至390℃-420℃，铝合金型材出口温度控制在500℃以上，采用强制风冷，3分钟冷却到180℃以下；

(2)时效处理；

采用分级、低温时效工艺，首先控制铝合金型材的温度在120℃～140℃，保温2小时，然后将铝合金型材的温度提高到150℃～160℃，保温4小时；

(3)表面处理：

采用抛丸机对铝合金型材进行机械喷丸处理；

通过上述步骤，得到加工后的铝合金挤压管材。

通过采用上述技术方案，铝合金在进行挤压和机前淬火后，形成饱和固溶体，时效处理在较高的温度下合金加热发生分解，通常包括G.P区、亚稳定相和稳定相三个阶段，G.P.区是与铝基体完全共格的，亚稳定相与铝基体部分共格，稳定相与铝基体非共格。共格或部分共格都能引起铝基体晶格的畸变，因而导致铝合金硬度和强度的升高以及其他性能的增强。

本发明进一步设置为：表面处理后的铝合金挤压管材再通过以下步骤进行后处理：

(1)采用氢氧化钠对表面处理后的铝合金挤压管材进行抛光前处理；

(2)在真空条件下采用物理气相沉积法将镍镀在铝合金挤压管材表面。

通过采用上述技术方案，对铝合金进行抛光处理后铝合金表面的平整度增加，然后在通过物理气相沉积法镀镍，保护铝合金避免被空气中的氧气氧化，提高铝合金的耐腐蚀性和寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过改变优化合金的配方和添加的元素的含量，以增加合金的强度、韧性以及焊合性能；

2、通过利用惰性气体以及熔剂对合金进行熔炼，提高合金的精炼度，减少杂质和氧化膜，从而增加合金的机械性能。

具体实施方式

本发明公开的一种铝合金挤压管材，包括以下质量百分比的组分：

制备方法如下：

(1)熔炼铸造；

将原料按比例混合，在760℃下熔炼20小时，再采用惰性气体-熔剂混和精炼法对熔体进行精炼，惰性气体采用氩气，熔剂采用质量百分比分别为30％的KCl、30％的NaCl和40％的CaF组成的颗粒状熔剂，熔剂用量为2.2kg/t熔体重量比例，精炼温度控制在760℃，时间为35分钟；精炼结束后，静置28分钟；然后在730℃下进行铸造；

(2)铸棒均匀化处理；

采用595℃下对铸棒进行均匀化处理，均匀化处理时，先在铸棒表面上包覆一层抗氧化层，抗氧化层采用质量百分比为40％的石棉、25％的铜以及35％的金刚石粉组成，先在铸棒表面保温5-6小时，采用冷风冷雾喷淋冷却铸棒温度至150℃以下；保温6小时，采用冷风冷雾喷淋冷却铸棒温度至150℃以下；

(3)挤压和机前淬火；

将铝合金铸棒预加热至480℃，模具加热至480℃，保温1.5小时；挤压筒加热至390℃，铝合金型材出口温度控制在500℃以上，采用强制风冷，3分钟冷却到180℃以下；

(4)时效处理；

采用分级、低温时效工艺，首先控制铝合金型材的温度在140℃，保温2小时，然后将铝合金型材的温度提高到160℃，保温4小时；

(5)表面处理：

采用抛丸机对铝合金型材进行机械喷丸处理；

(6)采用氢氧化钠对加工后的铝合金挤压管材进行抛光前处理；

(7)在真空条件下采用物理气相沉积法将镍镀在铝合金挤压管材表面。

实施例2-5与实施例1的区别在于所述铝合金挤压管材中个组分的含量如下表：

实施例6-8与实施例1的区别在于熔炼温度计为下表：

实施例	温度(℃)
		实施例6	700
实施例7	715
		实施例8	730
实施例9	745

实施例10-13与实施例1的区别在于熔炼时间计为下表：

实施例14-19与实施例1的区别在于熔剂中各组分按质量百分比计为下表：

实施例	KCl	NaCl	CaF
				实施例14	36	40	24
实施例15	42	35	23
				实施例16	47	25	28
实施例17	52	20	28
				实施例18	50	35	15
实施例19	40	30	30

实施例20-与实施例1的区别在于熔剂用量、精炼温度、精炼时间、精炼结束后的静置时间、铸造温度、均匀化温度以及均匀化保温时间计为下表：

实施例24-27与实施例1的区别在于铝合金预加热温度、模具加热温度、挤压前保温时间、挤压筒温度、时效处理第一级温度以及时效处理第二级温度计为下表：

实施例28-31与实施例1的区别在于计为下表：所述均匀化处理时合金铸棒外设置的抗氧化层的成分按质量百分比计为下表：

对比例

对比例1-3与实施例1的区别在于所述铝合金挤压管材中个组分的含量如下表：

对比例4：采用6030系铝合金管材作为对比例。

对比例5与实施例1的区别在于熔炼时未加入熔剂进行精炼。

对比例6与实施例1的区别在于均匀化处理时未在铸棒表面设置一层抗氧化层。

检测方法

耐腐蚀性能检测

盐雾实验：将化学纯的氯化钠溶于去离子水中形成浓度为50g/L的溶液，将氯化钠溶液加入试验箱中，调节pH为6.5。然后将待测试样裁剪成2cm×2cm,厚度为2cm的方块，并再试验面上用相同的力用刀划一条长度相等的划痕，洗净后将试样的试面朝上放置在试验箱内。调节试验箱内的温度为35℃。试验周期为48h。当试验周期完，将试验取出清洗后，观察试样的腐蚀程度。

硬度检测

采用布氏硬度计测量铝合金的硬度。

实施例	硬度(HB)
		实施例1	134
实施例2	127
		实施例3	123
实施例4	112
		实施例5	110
对比例1	108
		对比例2	98
对比例3	106
		对比例4	95
对比例5	103
		对比例6	105

结论：通过实施例1-5与对比例1-3的数据对比，从盐雾实验可以看出当铈元素等稀土元素加入合金中后，合金的抗腐蚀能力得到增强，除去膜层保护后的合金基体具备一定能力的抗腐蚀性。从硬度测试可以看出加入钐等稀土元素后，对于合金的硬度有显著的提升，与6030系铝合金相比硬度明显提高。通过对比例5-6和实施例1进行对比，证明在铸造过程中加入熔剂后可以明显降低稀土元素的氧化，从而提高合金的耐腐蚀能力。而通过在均匀化过程中设置抗氧化层，也达到了防止合金中的掺杂的稀土元素被氧化的能力，从而提高合金的性能。

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 (6)

1.一种铝合金挤压管材，其特征在于包括以下质量分数的含量的组分：

2.根据权利要求1所述的一种铝合金挤压管材，其特征在于所述铝合金挤压管材还包括以下质量百分比的组分：Sm 0.01％-0.1％，Er 0.01％-0.1％，Ce 0.01％-0.1％。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金挤压管材，其特征在于所述铝合金挤压管材还添加有质量百分比为0.05％-0.1％的Pr和0.02％-0.06％的La。

4.一种铝合金挤压管材材料的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

(1)熔炼铸造；

将权利要求1至权利要求3中的原料按比例混合，在700℃-760℃下熔炼8-20小时，再采用惰性气体-熔剂混和精炼法对熔体进行精炼，惰性气体采用氩气，熔剂采用质量百分比分别为30％-52％的KCl、20％-40％的NaCl和15％-40％的CaF组成的颗粒状熔剂，熔剂用量为1.2～2.2kg/t熔体重量比例，精炼温度控制在700℃-760℃，时间为20-35分钟；精炼结束后，静置28-33分钟；然后在680℃-730℃下进行铸造；

(2)铸棒均匀化处理；

采用585℃-595℃下对铸棒进行均匀化处理，均匀化处理时，先在铸棒表面上包覆一层抗氧化层，抗氧化层采用质量百分比为40％-50％的石棉、20％-30％的铜以及20％-35％的金刚石粉组成，先在铸棒表面保温5-6小时，采用冷风冷雾喷淋冷却铸棒温度至150℃以下；

通过上述步骤得到铝合金挤压管材材料。

5.根据权利要求4所述的一种铝合金挤压管材的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

(1)挤压和机前淬火；

将均匀化后的铝合金铸棒预加热至480℃-520℃，模具加热至440℃-480℃，保温1.5-2.5小时；挤压筒加热至390℃-420℃，铝合金型材出口温度控制在500℃以上，采用强制风冷，3分钟冷却到180℃以下；

(2)时效处理；

采用分级、低温时效工艺，首先控制铝合金型材的温度在120℃-140℃，保温2小时，然后将铝合金型材的温度提高到150℃-160℃，保温4小时；

(3)表面处理：

采用抛丸机对铝合金型材进行机械喷丸处理；

通过上述步骤，得到加工后的铝合金挤压管材。

6.根据权利要求5所述的一种铝合金挤压管材的制备方法，其特征在于加工后的铝合金挤压管材再通过以下步骤进行后处理：

(1)采用氢氧化钠对表面处理后的铝合金挤压管材进行抛光前处理；

(2)在真空条件下采用物理气相沉积法将镍镀在抛光处理后的铝合金挤压管材表面。