CN109913707A - 一种高强耐磨铝合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高强耐磨铝合金材料，包括通过化学镀附着在铝合金基体上的磷化物和镍化物。该铝合金材料具有很高的强度，以及耐磨性能很好，本申请中的铝合金材料辅助用料容易购买，生产成本低，同时具有生产工艺流程简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其涉及一种高强耐磨铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铝合金是以铝为基体元素，然后加入一种或多种合金元素组长的合金，铝合金的密度低，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性等，使得铝合金材料在电力行业、汽车轮毂等领域中得到了较为广泛的应用。电力行业中的电缆是用于输送和分配电能的资源，其基本机构通常是有电芯、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成，其中线芯是电缆中的导电部分，用来输送电能，是电缆的主要组成部分。随着汽车工业的迅猛发展，铝合金轮毂的应用越来越普遍。铝合金轮毂比钢轮毂有四大优点：一是降低非载荷重量，从而提高抓地性；二是改善了加速性和制动；三是增加了刚性，铝轮毂的高硬度明显地减小了过弯时轮胎或轮毂的倾斜，这对于安装了高性能轮胎的车子尤为重要；四是提高了制动系统的冷却效果，铝轮毂的合金中有些金属本身就是良好的热导体，所以铝轮毂有利于将制动产生的热量迅速释放从而降低由于高热导致的制动失灵，而且由于铝合金轮毂可以较自由的造型，就更能以某些有利于将气流导入到制动系统的造型有效降温。
但是现有的铝合金材料在使用过程中仍然存在强度不够高，不能应用在需要承受很大重量的行业设备中，这就导致铝合金的其他的优异性能不能很好的发挥作用，使其在使用过程中仍然存在很大的使用局限性，且使用的寿命很短，尤其是现有的铝合金材料耐磨性能极低，生产的产品在使用过程中很容易磨损，实用价值不高。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种高强耐磨铝合金材料及其制备方法，以解决现有的铝合金材料存在强度不够高、耐磨性能极低的问题。
本发明提供的技术方案是一种高强耐磨铝合金材料，包括铝合金基体以及通过化学镀附着在铝合金基体上的磷化物和镍化物。
通过上述技术方案，本申请的铝合金材料中，磷化物和镍化物通过使用化学镀的工艺将制备铝合金材料外表面施加化学镀，溶液中的镍离子靠磷化物中形成的次磷酸根放出的原子态活性氢还原镍，在加热条件下，次磷酸根催化表面上的水释放出氢原子，然后，吸附在活性金属表面上的氢原子还原镍离子为金属镍沉积在镀件表面，同时次磷酸根被原子氢还原出磷沉积在镀件表面，即完成了化学镀，本申请通过反复试验，确定镍化物和磷化物之间的配比关系，使铝合金材料上的化学镀工艺更加的完善，与现有的铝合金材料相比，本申请中生产的铝合金材料的耐磨性能得到了显著的提高。
进一步的，一种高强耐磨铝合金材料，所述磷化物和镍化物的质量比为1∶(1-1.5)。
进一步的，所述铝合金基体中包括铝元素、硅元素、钛元素、锰元素。
硅在铝合金中主要起到固溶强化和时效强化的作用，在铝合金铸造过程中，硅起到增加流动性作用，使铝合金在铸造过程中各组分混合更加的均匀，同时硅对铝合金具有强化的作用，使合成的铝合金材料强度很高；其中钛和铝形成TiAl2相，成为结晶的核心，起细化锻造组织和焊缝组织的作用，同时加入的锰起到增补强化的作用，降低热裂的倾向，而且使铝合金化合物达到平均沉淀的效果，改善了铝合金材料的抗蚀性和焊接技能。
进一步的，一种高强耐磨铝合金材料，所述铝合金基体中，按质量百分比计算，铝元素90％-92％，硅元素2％-2.5％，钛元素1％-1.6％，锰元素2％-2.5％。
进一步的，所述磷化物包括次亚磷酸钠。
进一步的，所述镍化物包括硫酸镍。
进一步的，一种的高强耐磨铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)熔化：按比例将铝源加入到熔化炉中熔化至740-750℃，然后按比例加入硅源、钛源、锰源，继续保温在750-760℃，待合金元素全部熔化之后得到铝合金溶液；
(2)精炼：将步骤(1)中的铝合金溶液温度740-750℃，通入氮气进行精炼处理，得到精炼产物；
(3)静置：将步骤(2)中得到的精炼产物静置，使铝合金溶液的温度稳定在740-750℃；
(4)铸造：将步骤(3)中静置之后的铝合金溶液通过铸造机进行铸造成铝棒，然后再进行二次挤压；
(5)镍化物的处理：按比例将镍化物加入到溶解槽中，然后加入比镍化物质量重10倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(6)磷化物的处理：按比例将磷化物加入到溶解槽中，然后加入比磷化物质量重13倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(7)镀液制备：将步骤(5)中处理之后的镍化物和步骤(6)中处理之后的磷化物在镀槽中搅拌混匀，即得到镀液，调节温度至65-80℃；
(8)施镀：将步骤(4)中得到的铝棒放入步骤(7)中得到的镀液中即可对铝合金成型产品进行施镀，施镀完毕冷却之后取出，即得到高强耐磨铝合金材料。
进一步的，所述步骤(7)中的温度控制在70℃。通过多次重复试验检测，镀液的温度控制在70℃时制造的镀液，使后期的施镀效果更好，镀层在铝合金基体上的附着效果更好，使铝合金的耐磨性能更好。
基于上述阐述，本申请技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：(1)本申请中的铝合金材料具有很高的强度，以及耐磨性能很好；(2)本申请中的铝合金材料辅助用料容易购买，生成成本低，同时具有生产工艺流程简单的优点；(3)本申请中的铝合金材料在生产过程中对空气造成的污染小，符合环保生产的规定。
具体实施方式
实施例1
一种高强耐磨铝合金材料，包括铝合金基体以及通过化学镀附着在铝合金基体上的磷化物和镍化物。
制备方法，包括以下步骤：
(1)熔化：按比例将铝源加入到熔化炉中熔化至740℃，然后按比例加入硅源、钛源、锰源，继续保温在750℃，待合金元素全部熔化之后得到铝合金溶液；
(2)精炼：将步骤(1)中的铝合金溶液温度740℃，通入氮气进行精炼处理，得到精炼产物；
(3)静置：将步骤(2)中得到的精炼产物静置，使铝合金溶液的温度稳定在740℃；
(4)铸造：将步骤(3)中静置之后的铝合金溶液通过铸造机进行铸造成铝棒，然后再进行二次挤压；
(5)镍化物的处理：按比例将镍化物加入到溶解槽中，然后加入比镍化物质量重10倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(6)磷化物的处理：按比例将磷化物加入到溶解槽中，然后加入比磷化物质量重13倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(7)镀液制备：将步骤(5)中处理之后的镍化物和步骤(6)中处理之后的磷化物在镀槽中搅拌混匀，即得到镀液，调节温度至65℃；
(8)施镀：将步骤(4)中得到的铝棒放入步骤(7)中得到的镀液中即可对铝合金成型产品进行施镀，施镀完毕冷却之后取出，即得到高强耐磨铝合金材料。
对比例1
一种高强耐磨铝合金材料，所述铝合金基体中，按质量百分比计算，铝元素90％，硅元素2％，钛元素1％，锰元素2％。
制备方法，包括以下步骤：
(1)熔化：按比例将铝源加入到熔化炉中熔化至740℃，然后按比例加入硅源、钛源、锰源，继续保温在750℃，待合金元素全部熔化之后得到铝合金溶液；
(2)精炼：将步骤(1)中的铝合金溶液温度740℃，通入氮气进行精炼处理，得到精炼产物；
(3)静置：将步骤(2)中得到的精炼产物静置，使铝合金溶液的温度稳定在740℃；
(4)铸造：将步骤(3)中静置之后的铝合金溶液通过铸造机进行铸造成铝棒，然后再进行二次挤压。
试验检测：现有的对比例1中普通铝合金材料和本申请实施例1中制作的铝合金材料分别取5组在同样的条件下采用摩擦试验机进行耐磨性能检测，采用拉力试验机对抗拉强度进行检测。耐磨性是指材料抵抗机械磨损的能力，在一定荷重的磨速条件下，单位面积在单位时间的磨耗；抗拉强度是指金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。
试验结果：
实施例2
一种高强耐磨铝合金材料，包括铝合金基体以及通过化学镀附着在铝合金基体上的磷化物和镍化物。
制备方法，包括以下步骤：
(1)熔化：按比例将铝源加入到熔化炉中熔化至750℃，然后按比例加入硅源、钛源、锰源，继续保温在760℃，待合金元素全部熔化之后得到铝合金溶液；
(2)精炼：将步骤(1)中的铝合金溶液温度750℃，通入氮气进行精炼处理，得到精炼产物；
(3)静置：将步骤(2)中得到的精炼产物静置，使铝合金溶液的温度稳定在750℃；
(4)铸造：将步骤(3)中静置之后的铝合金溶液通过铸造机进行铸造成铝棒，然后再进行二次挤压；
(5)镍化物的处理：按比例将镍化物加入到溶解槽中，然后加入比镍化物质量重10倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(6)磷化物的处理：按比例将磷化物加入到溶解槽中，然后加入比磷化物质量重13倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(7)镀液制备：将步骤(5)中处理之后的镍化物和步骤(6)中处理之后的磷化物在镀槽中搅拌混匀，即得到镀液，调节温度至80℃；
(8)施镀：将步骤(4)中得到的铝棒放入步骤(7)中得到的镀液中即可对铝合金成型产品进行施镀，施镀完毕冷却之后取出，即得到高强耐磨铝合金材料。
对比例2
一种高强耐磨铝合金材料，所述铝合金基体中，按质量百分比计算，铝元素90％，硅元素2％，钛元素1％，锰元素2％。
制备方法，包括以下步骤：
(1)熔化：按比例将铝源加入到熔化炉中熔化至750℃，然后按比例加入硅源、钛源、锰源，继续保温在760℃，待合金元素全部熔化之后得到铝合金溶液；
(2)精炼：将步骤(1)中的铝合金溶液温度750℃，通入氮气进行精炼处理，得到精炼产物；
(3)静置：将步骤(2)中得到的精炼产物静置，使铝合金溶液的温度稳定在750℃；
(4)铸造：将步骤(3)中静置之后的铝合金溶液通过铸造机进行铸造成铝棒，然后再进行二次挤压。
试验检测：现有的对比例2中普通铝合金材料和本申请实施例2中制作的铝合金材料分别取5组在同样的条件下采用摩擦试验机进行耐磨性能检测，采用拉力试验机对抗拉强度进行检测。耐磨性是指材料抵抗机械磨损的能力，在一定荷重的磨速条件下，单位面积在单位时间的磨耗；抗拉强度是指金属由均匀垫性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。
试验结果：
实施例3
一种高强耐磨铝合金材料，包括铝合金基体以及通过化学镀附着在铝合金基体上的磷化物和镍化物。
制备方法，包括以下步骤：
(1)熔化：按比例将铝源加入到熔化炉中熔化至740℃，然后按比例加入硅源、钛源、锰源，继续保温在750℃，待合金元素全部熔化之后得到铝合金溶液；
(2)精炼：将步骤(1)中的铝合金溶液温度740℃，通入氮气进行精炼处理，得到精炼产物；
(3)静置：将步骤(2)中得到的精炼产物静置，使铝合金溶液的温度稳定在740℃；
(4)铸造：将步骤(3)中静置之后的铝合金溶液通过铸造机进行铸造成铝棒，然后再进行二次挤压；
(5)镍化物的处理：按比例将镍化物加入到溶解槽中，然后加入比镍化物质量重10倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(6)磷化物的处理：按比例将磷化物加入到溶解槽中，然后加入比磷化物质量重13倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(7)镀液制备：将步骤(5)中处理之后的镍化物和步骤(6)中处理之后的磷化物在镀槽中搅拌混匀，即得到镀液，调节温度至65℃；
(8)施镀：将步骤(4)中得到的铝棒放入步骤(7)中得到的镀液中即可对铝合金成型产品进行施镀，施镀完毕冷却之后取出，即得到高强耐磨铝合金材料。
对比例3
一种高强耐磨铝合金材料，所述铝合金基体中，按质量百分比计算，铝元素92％，硅元素2.5％，钛元素1.6％，锰元素2.5％。
制备方法，包括以下步骤：
(1)熔化：按比例将铝源加入到熔化炉中熔化至740℃，然后按比例加入硅源、钛源、锰源，继续保温在750℃，待合金元素全部熔化之后得到铝合金溶液；
(2)精炼：将步骤(1)中的铝合金溶液温度740℃，通入氮气进行精炼处理，得到精炼产物；
(3)静置：将步骤(2)中得到的精炼产物静置，使铝合金溶液的温度稳定在740℃：
(4)铸造：将步骤(3)中静置之后的铝合金溶液通过铸造机进行铸造成铝棒。然后再进行二次挤压。
试验检测：现有的对比例3中普通铝合金材料和本申请实施例3中制作的铝合金材料分别取5组在同样的条件下采用摩擦试验机进行耐磨性能检测，采用拉力试验机对抗拉强度进行检测。耐磨性是指材料抵抗机械磨损的能力，在一定荷重的磨速条件下，单位面积在单位时间的磨耗；抗拉强度是指金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。
试脸结果：
实施例4
一种高强耐磨铝合金材料，包括铝合金基体以及通过化学镀附着在铝合金基体上的磷化物和镍化物。
制备方法，包括以下步骤：
(1)熔化：按比例将铝源加入到熔化炉中熔化至750℃，然后按比例加入硅源、钛源、锰源，继续保温在760℃，待合金元素全部熔化之后得到铝合金溶液；
(2)精炼：将步骤(1)中的铝合金溶液温度750℃，通入氮气进行精炼处理，得到精炼产物；
(3)静置：将步骤(2)中得到的精炼产物静置，使铝合金溶液的温度稳定在750℃；
(4)铸造：将步骤(3)中静置之后的铝合金溶液通过铸造机进行铸造成铝棒，然后再进行二次挤压；
(5)镍化物的处理：按比例将镍化物加入到溶解槽中，然后加入比镍化物质量重10倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(6)磷化物的处理：按比例将磷化物加入到溶解槽中，然后加入比磷化物质量重13倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(7)镀液制备：将步骤(5)中处理之后的镍化物和步骤(6)中处理之后的磷化物在镀槽中搅拌混匀，即得到镀液，调节温度至80℃；
(8)施镀：将步骤(4)中得到的铝棒放入步骤(7)中得到的镀液中即可对铝合金成型产品进行施镀，施镀完毕冷却之后取出，即得到高强耐磨铝合金材料。
对比例4
一种高强耐磨铝合金材料，所述铝合金基体中，按质量百分比计算，铝元素90％，硅元素2％，钛元素1％，锰元素2％。
制备方法，包括以下步骤：
(1)熔化：按比例将铝源加入到熔化炉中熔化至750℃，然后按比例加入硅源、钛源、锰源，继续保温在760℃，待合金元素全部熔化之后得到铝合金溶液：
(2)精炼：将步骤(1)中的铝合金溶液温度750℃，通入氮气进行精炼处理，得到精炼产物；
(3)静置：将步骤(2)中得到的精炼产物静置，使铝合金溶液的温度稳定在750℃；
(4)铸造：将步骤(3)中静置之后的铝合金溶液通过铸造机进行铸造成型，得到铝棒。
试验检测：现有的对比例2中普通铝合金材料和本申请实施例2中制作的铝合金材料分别取5组在同样的条件下采用摩擦试验机进行耐磨性能检测，采用拉力试验机对抗拉强度进行检测。耐磨性是指材料抵抗机械磨损的能力，在一定荷重的磨速条件下，单位面积在单位时间的磨耗；抗拉强度是指金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。
试验结果：
通过上述实施例的试验检测结果可知，本申请中的铝合金材料与现有的普通铝合金材料相比，采用本申请的方法生产的铝合金材料无论是强度还是耐磨性均比现有的普通铝合金好很多，说明本申请在铝合金材料中加入的各种辅助元素对提高铝合金材料的强度具有促进的效果，以及本申请的化学镀对提高铝合金材料的耐磨性起到了显著的作用。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高强耐磨铝合金材料，其特征在于：包括铝合金基体以及通过化学镀附着在铝合金基体上的磷化物和镍化物。
2.根据权利要求1所述的一种高强耐磨铝合金材料，其特征在于：所述磷化物和镍化物的质量比为1∶(1-1.5)。
3.根据权利要求1所述的一种高强耐磨铝合金材料，其特征在于：所述铝合金基体中包括铝元素、硅元素、钛元素、锰元素。
4.根据权利要求3所述的一种高强耐磨铝合金材料，其特征在于：所述铝合金基体中，按质量百分比计算，铝元素90％-92％，硅元素2％-2.5％，钛元素1％-1.6％，锰元素2％-2.5％。
5.根据权利要求1-2任意一项所述的一种高强耐磨铝合金材料，其特征在于：所述磷化物包括次亚磷酸钠。
6.根据权利要求1-2任意一项所述的一种高强耐磨铝合金材料，其特征在于：所述镍化物包括硫酸镍。
7.一种权利要求1-2所述的高强耐磨铝合金材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)熔化：按比例将铝源加入到熔化炉中熔化至740-750℃，然后按比例加入硅源、钛源、锰源，继续保温在750-760℃，待合金元素全部熔化之后得到铝合金溶液；
(2)精炼：将步骤(1)中的铝合金溶液温度740-750℃，通入氮气进行精炼处理，得到精炼产物；
(3)静置：将步骤(2)中得到的精炼产物静置，使铝合金溶液的温度稳定在740-750℃；
(4)铸造：将步骤(3)中静置之后的铝合金溶液通过铸造机进行铸造成铝棒，然后再进行二次挤压；
(5)镍化物的处理：按比例将镍化物加入到溶解槽中，然后加入比镍化物质量重10倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(6)磷化物的处理：按比例将磷化物加入到溶解槽中，然后加入比磷化物质量重13倍的去离子水，充分搅拌溶解，过滤至镀槽中；
(7)镀液制备：将步骤(5)中处理之后的镍化物和步骤(6)中处理之后的磷化物在镀槽中搅拌混匀，即得到镀液，调节温度至65-80℃；
(8)施镀：将步骤(4)中得到的铝棒放入步骤(7)中得到的镀液中即可对铝合金成型产品进行施镀，施镀完毕冷却之后取出，即得到高强耐磨铝合金材料。
8.根据权利要求7所述的一种高强耐磨铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(7)中的温度控制在70℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190621 |
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