CN110106379B

CN110106379B - 挤压成型用耐腐蚀铝材及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110106379B
Application number: CN201910419040.2A
Authority: CN
Inventors: 蔺亚强; 张营军; 马军; 杨开龙; 张桓; 缪思童; 贾伟
Original assignee: Jiangsu Hengtong Electric Power Special Wire Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Hengtong Wire and Cable Technology Co Ltd; Jiangsu Hengtong Electric Power Special Wire Co Ltd
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2039-05-20
Also published as: CN110106379A

Abstract

本发明公开了一种挤压成型用耐腐蚀铝材的制备方法，包括原材料选择及熔炼、铝液成分分析、合金化处理、精炼、扒渣、成分调整、炉外精炼及除渣、连续铸造、连续轧制的步骤。本发明还公开了由所述方法制备得到的铝材，以及其在制备汽车冷凝管中的应用。本发明制备的耐腐蚀铝材，耐腐蚀和耐疲劳性能好，且抗拉强度都符合挤压成型用汽车冷凝器铝合金材料的要求。

Description

挤压成型用耐腐蚀铝材及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及铝合金材料领域，具体涉及一种挤压成型用耐腐蚀铝材，其制备方法和应用。

背景技术

汽车冷凝管是通过挤压成型工艺制备的薄壁铝管，在汽车的运转过程中，冷凝管由于长期承受高温以及负荷，很容易受到腐蚀，发生蠕变，造成强度的下降。因此，亟需提供一种用于制备汽车冷凝管的耐腐蚀铝材。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种挤压成型用耐腐蚀铝材的制备方法，提高了铝合金的耐蚀性和耐疲劳性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种挤压成型用耐腐蚀铝材的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照以下成分的比例，选择铝锭、铝硅合金、铝铁合金、铝铜合金、铝锰合金和铝稀土合金作为原料进行配料，并将铝锭投入熔化炉中熔炼：Si：0.03～0.08wt％、Fe：0.10～0.15wt％、Cu：0.05～0.10wt％、Mn：1.05～1.20wt％、RE：0.005～0.18wt％、Al：余量，其中RE为La和Ce，比例为1:2；

S2、将熔炼好的铝液转移到保温炉，搅拌均匀后取样进行成分分析，检测铝液中Al、Si、Fe、Cu、Mn和RE的含量；

S3、控制保温炉内铝液温度为740±10℃，向炉中加入铝硅合金、铝铁合金、铝铜合金、铝锰合金、铝稀土合金，搅拌使铝液均匀；

S4、向保温炉内的铝液中通入精炼剂进行精炼；

S5、扒去铝液表面的浮渣；

S6、从炉内铝液取样进行成分分析，确认铝液的成分为：Si：0.03～0.08wt％、Fe：0.10～0.15wt％、Cu：0.05～0.10wt％、Mn：1.05～1.20wt％、RE：0.005～0.18wt％；若取样结果与上述成分不符，进行调整，再取样分析；若取样结果符合要求，控制铝液的温度为740±10℃，开炉放流；

S7、将铝液依次引入在线除气装置和过滤装置，除气除渣；

S8、对铝液进行连续浇铸，控制浇铸温度为685～695℃，引桥上的铸坯温度为530～570℃；

S9、对浇铸得到的铸坯进行连续轧制，控制入轧温度为520～540℃，终轧温度≤300℃。

进一步地，步骤S1中，选择纯度≥99.7％的铝锭、AlSi₁₂、AlFe₂₀、AlCu₅₀、AlMn₁₀和AlRE₁₀作为原料进行配料。

进一步地，步骤S2中，当熔化炉铝液温度≥720℃时，转入保温炉搅拌均匀，在750～780℃下保温。

进一步地，步骤S4中，所述精炼剂为喷粉精炼剂，精炼剂载体为纯度为99.999％的高纯氮气，精炼时间≥45分钟，精炼温度为750～780℃。

进一步地，步骤S5中，扒渣过程中，控制铝液的温度为730±10℃。

进一步地，步骤S7中，所述过滤装置为双级陶瓷过滤板，所述陶瓷过滤板的孔隙规格40PPI和60PPI。

进一步地，步骤S9中，轧制过程采用乳化液对轧辊和铝材进行润滑和冷却，乳化液浓度为12～16％。

进一步地，轧制后还包括半软化处理，所述半软化处理为：将轧制得到的铝材于350±20℃下恒温6～8h，然后于室温下自然冷却。

本发明另一方面提供了由所述方法制备得到的挤压成型用耐腐蚀铝材，该铝材的成分为：Si：0.03～0.08wt％、Fe：0.10～0.15wt％、Cu：0.05～0.10wt％、Mn：1.05～1.20wt％、RE：0.005～0.18wt％、Al：余量，其中RE为La和Ce，比例为1:2。

此外，本发明还提供了所述的挤压成型用耐腐蚀铝材在制备汽车冷凝管中的应用。

本发明的有益效果：

1.本发明通过优化铝合金的组分、铸轧工艺和铝合金材料的状态，最终得到了一种耐腐蚀铝材，除了可以提高耐蚀性，也大大提升了金属的耐疲劳性能，满足了挤压成型加工汽车冷凝器的要求。

2.汽车冷凝器在使用过程中，长期承受汽车正常运转期间的高温，合金材料由于高温蠕变效应，所能承受的载荷会相应的下降。本发明通过控制铝合金配方中的铁铜比，并添加适当的稀土元素和锰元素，通过各种元素之间的协同效应，促进了铝材料在使用过程中抗疲劳的性能，同时增强了其耐腐蚀的性能，满足了汽车冷凝器用合金材料的性能需求。

附图说明

图1是本发明的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如背景技术所述，现有的铝合金材料制成的汽车冷凝薄管，由于长期承受高温和载荷，很容易受到腐蚀，发生蠕变，造成强度的下降，无法满足汽车冷凝器材料的需求。发明人经过大量研究发现，以往的铝材存在的种种缺点是由下述原因造成的：炉前熔体处理净化效果不佳、成分组分不合理、成分对应的铸轧工艺不具备匹配性、材料状态加工性能不够等因素造成的。

发明人在上述研究的基础上，提供了一种耐腐蚀铝材的制备方法，该耐腐蚀铝材可通过挤压成型制备成汽车冷凝器薄管或其他零件。其具体步骤如下：

S1、原材料选择及熔炼：

按照下述成分的比例，选择铝锭、铝硅合金、铝铁合金、铝铜合金、铝锰合金和铝稀土合金作为原料进行配料：Si：0.03～0.08wt％、Fe：0.10～0.15wt％、Cu：0.05～0.10wt％、Mn：1.05～1.20wt％、RE：0.005～0.18wt％、Al：余量，其中RE为La和Ce，比例为1:2。

配料前，首先进行原材料的检验和选择。检验的目的是：保证各成分符合此产品工艺要求，防止各成分超出范围。

优选地，铝基体选用牌号Al99.70重熔铝锭，进行优化搭配使用。该铝锭具体化学成分见表1；

表1 Al99.70重熔铝锭的化学成分

采用工业用Al99.70的纯铝的优点是，使本发明制备的铝杆具有原材料供应充足、成本低、采购方便等优势。同时铝基体也可以采用精铝或高纯级铝作为基体合金，该铝基体比普通铝基材料具有更高的品质，加工成的产品在电性能和机械性能方面更具优势。

然后，将检验后符合要求的铝锭投入到熔化炉中，加热使之熔化。在熔化的过程中，控制炉内铝液的温度≤760℃。

当炉内铝液的温度≥720℃时，将铝液转入保温炉中，搅拌均匀，在750～780℃下保温。

S2、铝液成分分析：从所述铝液中取样，检测铝液中Al、Si、Fe、Cu、Mn和RE等元素的含量。根据检验结果、铝锭投料总量和各中间合金的成分，修正所需铝硅、铝铁、铝铜、铝锰、铝稀土中间合金的加入量。

优选地，熔体搅拌均匀后立即取样进行分析，取样温度为740～760℃。优选地，采用直读光谱仪进行各组分含量的快速分析。

S3、合金化处理：控制保温炉内铝液的温度为740±10℃，加入铝硅、铝铁、铝铜、铝锰、铝稀土合金。中间合金投放完毕后，对炉内熔体进行充分搅拌，使铝液成分均匀。

优选地采用人工+电磁搅拌，搅拌时间≥30分钟。

S4、精炼：控制铝液的温度为750±10℃，采用气流作为载体，将喷粉精炼剂通入保温炉内的熔体中进行精炼，同时对铝液进行充分搅拌，以达到铝液除气、除杂等净化处理的目的。

优选地，采用浓度为99.999％的高纯氮气作为载体。

优选地，精炼时通过控制精炼剂吹入的速度和氮气的压力，使精炼时间控制在45分钟以上，精炼温度控制在750～780℃。

优选地，所述喷粉精炼剂的主要成分为氯化钠、氯化钾和冰晶石，精炼剂用量为炉料总量的0.4％。

S5、扒渣：精炼完毕后，进行扒渣，将浮在铝液表面上的铝渣清理干净。

优选地，精炼完毕后，使熔体静置5～10分钟，控制铝液温度≥730℃，打开保温炉扒渣门进行扒渣。

S6、成分调整：扒渣完成后，使铝液在保温炉内静置30～40分钟，然后进行取样分析，确认铝液的化学成分组成为：Si：0.03～0.08wt％、Fe：0.10～0.15wt％、Cu：0.05～0.10wt％、Mn：1.05～1.20wt％、RE：0.005～0.18wt％。

优选地，在取样前保持铝液的温度为740±10℃。

优选地，取样位置至少为3处不同的地方，且分布均匀。如取样结果与上述成分不符，应进行调整，重新搅拌、静置后再取样分析。

S7、炉外精炼及除渣：当铝液化学成分符合要求、且温度处于740±10℃时，即可开炉放流。铝液从保温炉出来经过流槽依次进入在线除气装置和过滤装置，进行炉外精炼，再次除气除渣。

优选地，采用除气装置进行处理时，为了控制铝液内有害气体，采用测氢仪进行检测；除气后采用除渣仪进行除渣，以监视除渣效果。

优选地，所述过滤装置为双级陶瓷过滤板，所述陶瓷过滤板的孔隙规格为40PPI和60PPI。

除气的指标要求如下表：

表2除气要求

在线除气之前/≤	在线除气之后/≤
		0.300ml/100g	0.15ml/100g

S8、连续铸造：对再次精炼后的洁净铝液进行连续浇铸，浇铸温度控制在685～695℃，引桥上的铸坯温度为530～570℃。优选地，冷却水的温度为25～35℃，冷却水总压力为0.30MPa。

S9、连续轧制：对制得的铸坯进行校直，控制进轧前铸坯温度保持在520～540℃，轧制过程中采用乳化液对轧辊和铝杆进行润滑和冷却。通过调整乳化液的压力和流量，使铝材的终轧温度≤300℃。

所述乳化液可为常规铝连轧乳化液，乳化液浓度优选为12～16％。更优选地，乳化液的浓度为14％、温度为65℃、压力为0.25MPa，从而控制铝材的终轧温度≤300℃。

S10、半软化处理：将轧制得到的铝材于350±20℃下恒温6～8h，然后于室温下自然冷却。

由连铸连轧生产的铝材处于加工硬化态，在挤压过程不容易成型、流动性差，需经过完全退火处理，退火工艺见表3。

表3完全退火工艺

温度	升温时间	保温时间
			560±10	8	24

热处理完毕后，铝杆吊出热处理炉空冷。

本发明制备的耐腐蚀铝材，解决了现有铝合金材料在挤压成型工艺过程中存在的易产生气孔、孔洞、杂质和破损，挤压流动性成型性差的缺点，具有材料质量轻、塑性高、焊接性能好、耐腐蚀性强、耐疲劳性能好等优点，通过挤压成型工艺可进一步制备成汽车冷凝器薄管或其他零部件，可作为汽车行业的原材料。

实施例1～4：制备直径为9.5mm的汽车冷凝器用轧制铝杆

1、原料配料

表4实施例1～4中铝材中各成分的配比

按照表4中的成分配比进行原料的配料，选择Al99.70重熔铝锭、AlSi₁₂、AlMn₁₀、AlFe₂₀、AlCu₅₀、和AlRE₁₀作为原料。

轧制铝杆的制备方法如下：

步骤一：将铝锭投入熔化炉中熔化，当熔化炉铝液温度≥720℃时，转入保温炉搅拌均匀，在750～780℃下保温。采用直读光谱仪检测铝液中各成分的含量。当保温炉内铝液温度为740±10℃时，加入其它合金后，对炉内熔体进行充分搅拌(人工+电磁搅拌)，搅拌时间：≥30分钟，使铝液成分均匀。采用喷粉精炼剂(主要成分为：氯化钠、氯化钾、冰晶石)进行精炼，精炼剂用量为炉料总量的0.4％，利用纯度99.999％的高纯氮气将精炼剂吹入炉内铝液中进行精炼，同时对铝液再次进行充分搅拌。精炼完毕后，对铝液加温，熔体静置5～10分钟，当铝液温度≥730℃时，打开保温炉扒渣门进行扒渣，将铝液表面上的浮渣扒干净。扒渣完成后，让铝液在保温炉内静置30～40分钟，并保持铝液温度在740±10℃。然后从炉内铝液取样进行分析，确认铝液是否需要调整。若铝液成分符合要求，且温度达到740±10℃时，即可出炉，将铝液从保温炉出来经过流槽进入在线除气装置和过滤装置，进行炉外精炼，再次除气除渣。

步骤二：对步骤一的铝液进行连续铸造，浇铸温度控制在685～695℃；铸造过程采用钢带加U型结晶轮的环绕四周冷却法对铸坯成型，控制冷却水温度25±5℃。

步骤三：浇铸的铝坯进行连续轧制，轧制时控制起始温度520～540℃，终轧温度≤300℃。

步骤四：轧制得到的铝材于350±20℃下恒温6～8h，然后于室温下自然冷却；接着，将轧制后铝杆迅速采用惰性气体保护，放置于井式退货炉或箱式退火炉内进行完全退火工艺，退火温度550～570℃，升温时间8h，保温时间24h，用于改善后续挤压过程的良好流动性。

步骤五：退火后的铝杆需放置空冷。

步骤六：将铝杆采用0.1％的烧碱溶液进行清洗，采用钢刷进行去污处理。

步骤七：铝杆同时进杆2根，进行挤压成型，控制挤压温度350±20℃。控制溢料比例为8～15％。

步骤八：挤压好之后，表面采用特定的涂覆材料——石蜡涂覆于表面可提升耐腐蚀性能。

材料性能检测

实施例1～4制备的汽车冷凝器用轧制铝杆的性能参数如表5所示：

表5实施例1～4制备的铝杆的性能参数

其中，耐腐蚀性能测试为：组装成芯体后，用腐蚀性气液体对芯体进行循环腐蚀测试。

由此可知，本发明制备的汽车冷凝器用轧制铝杆，其强度、耐腐蚀性能和耐疲劳性均符合要求。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种挤压成型用耐腐蚀铝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S4、向保温炉内的铝液中通入精炼剂进行精炼；

S5、扒去铝液表面的浮渣；

S7、将铝液依次引入在线除气装置和过滤装置，除气除渣；

2.如权利要求1所述的挤压成型用耐腐蚀铝材的制备方法，其特征在于，步骤S1中，选择纯度≥99.7％的铝锭、AlSi₁₂、AlFe₂₀、AlCu₅₀、AlMn₁₀和AlRE₁₀作为原料进行配料。

3.如权利要求1所述的挤压成型用耐腐蚀铝材的制备方法，其特征在于，步骤S2中，当熔化炉铝液温度≥720℃时，转入保温炉搅拌均匀，在750～780℃下保温。

4.如权利要求1所述的挤压成型用耐腐蚀铝材的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述精炼剂为喷粉精炼剂，精炼剂载体为纯度为99.999％的高纯氮气，精炼时间≥45分钟，精炼温度为750～780℃。

5.如权利要求1所述的挤压成型用耐腐蚀铝材的制备方法，其特征在于，步骤S5中，扒渣过程中，控制铝液的温度为730±10℃。

6.如权利要求1所述的挤压成型用耐腐蚀铝材的制备方法，其特征在于，步骤S7中，所述过滤装置为双级陶瓷过滤板，所述陶瓷过滤板的孔隙规格40PPI和60PPI。

7.如权利要求1所述的挤压成型用耐腐蚀铝材的制备方法，其特征在于，步骤S9中，轧制过程采用乳化液对轧辊和铝材进行润滑和冷却，乳化液浓度为12～16％。

8.如权利要求1所述的挤压成型用耐腐蚀铝材的制备方法，其特征在于，轧制后还包括半软化处理，所述半软化处理为：将轧制得到的铝材于350±20℃下恒温6～8h，然后于室温下自然冷却。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的挤压成型用耐腐蚀铝材。

10.权利要求9所述的挤压成型用耐腐蚀铝材在制备汽车冷凝管中的应用。