CN110964956B

CN110964956B - 一种铝合金材料及其制备方法

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Publication number: CN110964956B
Application number: CN201911402378.3A
Authority: CN
Inventors: 程红; 陈湘; 李子俊
Original assignee: Guangdong Runsheng Technology Materials Co ltd
Current assignee: Guangdong Runsheng Technology Materials Co ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2039-12-30
Also published as: CN110964956A

Abstract

本发明涉及再生铝技术领域，具体涉及一种铝合金材料及其制备方法，该铝合金材料由废铝和组分A按重量比8：1‑3混合而成；所述废铝中，铁含量小于废铝总量的1.0wt％，锌含量小于废铝总量的0.3wt％，铜含量小于废铝总量的0.3wt％，铝含量大于废铝总量的80.0wt％；所述组分A包括如下重量百分比的原料：硅0.2‑0.6％、镁0.45‑0.9％、锰0.01‑0.08％、镍0.01‑0.08％、铬0.01‑0.08％、钪0.005‑0.01％，余量为铝和杂质，杂质总和≤0.15％。相比于现有的原生铝合金，本发明铝合金材料抗拉强度、屈服强度和光泽度相当，且生产成本更低。

Description

一种铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及再生铝技术领域，具体涉及一种铝合金材料及其制备方法。

背景技术

再生铝是由废旧铝和废铝合金材料或含铝的废料，经重新熔化提炼而得到的铝合金或铝金属，是金属铝的一个重要来源。再生铝主要是以铝合金的形式出现的。

现有的再生铝合金与原生铝合金相比，其抗拉强度和屈服强度更低，且表面光泽度大幅度降低，现有的再生铝合金难以替代原生铝合金正常使用。

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、高光泽度的铝合金材料。

本发明的另一目的在于提供一种铝合金材料的制备方法，该制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种铝合金材料，所述铝合金材料由废铝和组分A按重量比8：1-3混合而成；

所述废铝中，铁含量小于废铝总量的1.0wt％，锌含量小于废铝总量的0.3wt％，铜含量小于废铝总量的0.3wt％，铝含量大于废铝总量的80.0wt％；

所述组分A包括如下重量百分比的原料：

本发明筛选出特定要求的废铝，并以重量比8：1-3将废铝和组分A混合得到铝合金材料，相比于现有的原生铝合金，抗拉强度、屈服强度和光泽度相当，且生产成本更低。其中，所述废铝中，控制铁含量小于废铝总量的1.0wt％，避免铁含量过高而降低铝合金材料的流动性导致生产效率降低、损害其品质、缩短压铸设备中金属组件的寿命，且避免形成大量脆性的金属结晶体而降低其机械性能并减弱其抗蚀能力；控制锌含量小于废铝总量的0.3wt％，与组分A的镁结合，大大强化了铝合金材料的抗拉强度和屈服强度，避免锌含量过高而使铝合金材料脆化导致铝合金材料容易发生应力开裂；控制铜含量小于废铝总量的0.3wt％，在组分A的锰协同作用下，改善铝合金材料的高温强度，避免铜含量过高导致铝合金材料的耐蚀性降低且容易发生热间裂痕而损害其品质；控制铝含量大于废铝总量的80.0wt％，避免铝含量过低而杂质增多导致对铝合金材料的光泽、强度造成不良影响。组分A中，以铝为主要原料，加入硅、镁、锰、镍、铬和钪，以提高铝合金材料的光泽度和强度，其中，加入0.2-0.6％的硅，提高铝合金材料的铸造性及焊接流动性，减少铝合金的线收缩率，降低铸件的开裂倾向；加入0.45-0.9％的镁，在铝合金材料成型过程中与硅结合形成的Mg₂Si析出成为高度弥散的时效强化相，大大提高铝合金材料的强度；加入0.01-0.08％的锰，大大改善铝合金材料的高温强度，阻止铝合金材料的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒；加入0.01-0.08％的镍，与废铝中的铜共同增加铝合金材料的抗拉强度和硬度；加入0.01-0.08％的铬，能够细化晶粒，阻止再结晶形核和长大过程，起一定的强化作用，改善铝合金材料的韧性和降低应力开裂的概率；加入0.005-0.01％的钪，显著细化铝合金材料的铸态晶粒，强烈钉扎组织，抑制再结晶，并阻止再结晶晶粒长大，改善铝合金材料的腐蚀性能与焊接性能。

优选的，所述铝合金材料由废铝和组分A按重量比8：1-3混合而成；

所述废铝中，铁含量小于废铝总量的0.3wt％，锌含量小于废铝总量的0.12wt％，铜含量小于废铝总量的0.2wt％，铝含量大于废铝总量的80.0wt％；

所述组分A包括如下重量百分比的原料：

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：上述的铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

(S1)、按比例称取各原料，备用；

(S2)、采用丙酮清洗废铝，然后采用浓度为10-20wt％的盐酸清洗废铝，再用水冲洗30-60s，烘干后得到预处理废铝；

(S3)、将组分A的原料混合后，再加入步骤(S2)得到的预处理废铝，在氩气环境保护下，升温至700-750℃进行熔炼，熔炼过程中加入晶粒细化剂并采用功率为420-580W的超声波处理，再经扒渣后冷却成铝棒；

(S4)、在氩气环境保护下，将步骤(S3)的铝棒加热至410-460℃，然后加入到模具中铸造，再挤出成型，然后冷却，即得铝合金材料。

本发明铝合金材料的制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。其中，步骤(S2)中，废铝先用丙酮清洗，以清去废铝的油污和表面涂层；再用盐酸清洗废铝，以洗去废铝的黑色氧化层，从而避免油污、涂层和黑色氧化层混入生产铝合金材料的原料中，导致在熔炼时油污和涂层呈灰发黑以及黑色氧化层混入铝合金材料，大大提高了铝合金材料的光泽度；接着用水冲洗废铝，将附着于废铝表面的杂质特别是氯离子去除，避免氯离子残留于废铝表面而加速废铝的氧化导致再次形成氧化层。步骤(S3)中，在氩气环境保护下避免了熔炼过程中形成氧化物；熔炼过程中加入晶粒细化剂，细化晶粒，有效地提高铝合金材料的强度和韧性，同时改善铝合金材料的机械加工性能；采用功率为420-580W的超声波处理，通过向熔炼液中通入弹性波，在熔炼液内引起“空穴”现象，破坏了熔炼液结构的连续性，产生了无数显微真空穴，溶于熔炼液中的氢就迅速地逸入这些空穴中成为气泡核心，继续长大后呈气泡状逸出熔炼液，从而达到精炼效果。

优选的，所述晶粒细化剂的用量占铝合金材料的0.01-0.2wt％，所述晶粒细化剂为铝-钛-硼合金中间体。

采用上述技术方案，对铝合金材料进行充分的细化，使制得的合金纤维组织均匀，晶粒细小，避免晶粒粗大而降低铝合金材料的抗应力腐蚀开裂性，使铝合金材料充分细化，与铝形成TiAl₂、TiB₂和AlB₂相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用，提高铝合金材料的强度和光泽度。更优选的，所述铝-钛-硼合金中间体包括如下重量份的原料：4-6份铝、1-2份钛和1-2份硼。

优选的，所述步骤(S2)中，丙酮清洗废铝的时间为5-10min，盐酸清洗废铝的时间为3-5min。

采用上述技术方案，清洗效果更好，且盐酸控制清洗时间3-5min，避免清洗过度导致损耗大量金属单质和盐酸而增大污水处理难度和生产成本更高。

优选的，所述步骤(S3)中，熔炼的时间为45-70min，超声波处理的时间为10-20min。

采用上述技术方案，使熔炼过程充分除气，提高均质效果，从而提高铝合金材料的强度和光泽度。

优选的，所述步骤(S4)中，模具的运行温度为420-480℃。

采用上述技术方案，提高铝合金材料制备过程中的流动性，使铝合金材料更易于挤出成型。

本发明的有益效果在于：本发明的铝合金材料，相比于现有的原生铝合金，抗拉强度、屈服强度和光泽度相当，且生产成本更低。

本发明的制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，可用于大规模生产。

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

一种铝合金材料，所述铝合金材料由废铝和组分A按重量比8：1-3混合而成；

所述废铝中，铁含量占废铝总量的0.3wt％，锌含量占废铝总量的0.2wt％，铜含量占废铝总量的0.2wt％，铝含量占废铝总量的87.0wt％；

所述组分A包括如下重量百分比的原料：

上述铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

(S1)、按比例称取各原料，备用；

(S2)、采用丙酮清洗废铝，然后采用浓度为15wt％的盐酸清洗废铝，再用水冲洗45s，烘干后得到预处理废铝；

(S3)、将组分A的原料混合后，再加入步骤(S2)得到的预处理废铝，在氩气环境保护下，升温至725℃进行熔炼，熔炼过程中加入晶粒细化剂并采用功率为500W的超声波处理，再经扒渣后冷却成铝棒；

(S4)、在氩气环境保护下，将步骤(S3)的铝棒加热至435℃，然后加入到模具中铸造，再挤出成型，然后冷却，即得铝合金材料。

所述晶粒细化剂的用量占铝合金材料的0.1wt％，所述晶粒细化剂为铝-钛-硼合金中间体。

所述铝-钛-硼合金中间体包括如下重量份的原料：5份铝、1.5份钛和1.5份硼。

所述步骤(S2)中，丙酮清洗废铝的时间为8min，盐酸清洗废铝的时间为4min。

所述步骤(S3)中，熔炼的时间为57min，超声波处理的时间为15min。

所述步骤(S4)中，模具的运行温度为450℃。

实施例2

一种铝合金材料，所述铝合金材料由废铝和组分A按重量比8：1混合而成；

所述废铝中，铁含量占废铝总量的1.0wt％，锌含量占废铝总量的0.3wt％，铜含量占废铝总量的0.3wt％，铝含量占废铝总量的80.0wt％；

所述组分A包括如下重量百分比的原料：

上述铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

(S1)、按比例称取各原料，备用；

(S2)、采用丙酮清洗废铝，然后采用浓度为10wt％的盐酸清洗废铝，再用水冲洗30s，烘干后得到预处理废铝；

(S3)、将组分A的原料混合后，再加入步骤(S2)得到的预处理废铝，在氩气环境保护下，升温至700℃进行熔炼，熔炼过程中加入晶粒细化剂并采用功率为420W的超声波处理，再经扒渣后冷却成铝棒；

(S4)、在氩气环境保护下，将步骤(S3)的铝棒加热至410℃，然后加入到模具中铸造，再挤出成型，然后冷却，即得铝合金材料。

所述晶粒细化剂的用量占铝合金材料的0.01wt％，所述晶粒细化剂为铝-钛-硼合金中间体。

所述铝-钛-硼合金中间体包括如下重量份的原料：4份铝、1份钛和1份硼。

所述步骤(S2)中，丙酮清洗废铝的时间为5min，盐酸清洗废铝的时间为3min。

所述步骤(S3)中，熔炼的时间为45min，超声波处理的时间为10min。

所述步骤(S4)中，模具的运行温度为420℃。

实施例3

一种铝合金材料，所述铝合金材料由废铝和组分A按重量比8：3混合而成；

所述废铝中，铁含量占废铝总量的0.08wt％，锌含量占废铝总量的0.1wt％，铜含量占废铝总量的0.1wt％，铝含量占废铝总量的90.0wt％；

所述组分A包括如下重量百分比的原料：

上述铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

(S1)、按比例称取各原料，备用；

(S2)、采用丙酮清洗废铝，然后采用浓度为20wt％的盐酸清洗废铝，再用水冲洗60s，烘干后得到预处理废铝；

(S3)、将组分A的原料混合后，再加入步骤(S2)得到的预处理废铝，在氩气环境保护下，升温至750℃进行熔炼，熔炼过程中加入晶粒细化剂并采用功率为580W的超声波处理，再经扒渣后冷却成铝棒；

(S4)、在氩气环境保护下，将步骤(S3)的铝棒加热至460℃，然后加入到模具中铸造，再挤出成型，然后冷却，即得铝合金材料。

所述晶粒细化剂的用量占铝合金材料的0.2wt％，所述晶粒细化剂为铝-钛-硼合金中间体。

所述铝-钛-硼合金中间体包括如下重量份的原料：6份铝、2份钛和2份硼。

所述步骤(S2)中，丙酮清洗废铝的时间为10min，盐酸清洗废铝的时间为5min。

所述步骤(S3)中，熔炼的时间为70min，超声波处理的时间为20min。

所述步骤(S4)中，模具的运行温度为480℃。

实施例4

所述废铝中，铁含量占废铝总量的0.3wt％，锌含量占废铝总量的0.12wt％，铜含量占废铝总量的0.2wt％，铝含量占废铝总量的80.0wt％；

所述组分A包括如下重量百分比的原料：

上述铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

(S1)、按比例称取各原料，备用；

(S2)、采用丙酮清洗废铝，然后采用浓度为18wt％的盐酸清洗废铝，再用水冲洗55s，烘干后得到预处理废铝；

(S3)、将组分A的原料混合后，再加入步骤(S2)得到的预处理废铝，在氩气环境保护下，升温至740℃进行熔炼，熔炼过程中加入晶粒细化剂并采用功率为540W的超声波处理，再经扒渣后冷却成铝棒；

(S4)、在氩气环境保护下，将步骤(S3)的铝棒加热至420℃，然后加入到模具中铸造，再挤出成型，然后冷却，即得铝合金材料。

所述晶粒细化剂的用量占铝合金材料的0.08wt％，所述晶粒细化剂为铝-钛-硼合金中间体。

所述铝-钛-硼合金中间体包括如下重量份的原料：4.5份铝、1.8份钛和1.2份硼。

所述步骤(S2)中，丙酮清洗废铝的时间为8min，盐酸清洗废铝的时间为3min。

所述步骤(S3)中，熔炼的时间为60min，超声波处理的时间为12min。

所述步骤(S4)中，模具的运行温度为460℃。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于：

所述铝合金材料包括以下质量百分比的成分：Si 7.13％，Fe 0.12％，Mg 0.33％，Ti 0.177％，Sr 0.013％，Mn 0.026％，Cu 0.01％，Zn 0.05％，余量为Al以及不可避免的其它杂质元素；所述其它杂质元素单个含量小于0.05％，总量小于0.11％。

上述铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

(S1)、按比例称取各原料，备用；

(S2)、将各原料混合后，在氩气环境保护下，升温至725℃进行熔炼，熔炼过程中加入晶粒细化剂并采用功率为500W的超声波处理，再经扒渣后冷却成铝棒；

(S3)、在氩气环境保护下，将步骤(S2)的铝棒加热至435℃，然后加入到模具中铸造，再挤出成型，然后冷却，即得铝合金材料。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于：所述组分A包括如下重量百分比的原料：

实施例5

取实施例1-4和对比例1-2的铝合金材料，测试其抗拉强度、屈服强度和光泽度，测试方法如下：

抗拉强度测试：依据GB/T228.1-2010的规定，采用B方法，测试其抗拉强度；

屈服强度测试：依据GB/T228.1-2010的规定，采用B方法，测试其上屈服强度

光泽度测试：采用60°高精度光泽度计YG60测试铝合金材料的表面光泽度。

测试结果如下表1所示：

表1

由上表1可知，实施例1与对比例1相比，抗拉强度、上屈服强度和光泽度相当，说明了实施例1采用的废铝和组分A共混得到了高强度、高光泽度的铝合金材料。实施例1与对比例2相比，抗拉强度、上屈服强度更高，但光泽度更低，说明镁对于提高铝合金材料的抗拉强度和上屈服强度起到了较大促进作用，但其对光泽度造成不良影响，因此，控制镁的加入量在0.45-0.9％，可既能提高抗拉强度和上屈服强度，又能降低对光泽度的不良影响。

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

1.一种铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料由废铝和组分A按重量比8：1-3混合而成；

所述废铝中，铁含量小于废铝总量的1.0wt%，锌含量小于废铝总量的0.3wt%，铜含量小于废铝总量的0.3wt%，铝含量大于废铝总量的80.0wt%；

所述组分A包括如下重量百分比的原料：

硅 0.2-0.6%

镁 0.45-0.9%

锰 0.01-0.08%

镍 0.01-0.08%

铬 0.01-0.08%

钪 0.005-0.01%

余量为铝和杂质，杂质总和≤0.15%；

所述铝合金材料的制备方法包括如下步骤：

（S1）、按比例称取各原料，备用；

（S2）、采用丙酮清洗废铝，然后采用浓度为10-20wt%的盐酸清洗废铝，再用水冲洗30-60s，烘干后得到预处理废铝；

（S3）、将组分A的原料混合后，再加入步骤（S2）得到的预处理废铝，在氩气环境保护下，升温至700-750℃进行熔炼，熔炼过程中加入晶粒细化剂并采用功率为420-580W的超声波处理，再经扒渣后冷却成铝棒；

（S4）、在氩气环境保护下，将步骤（S3）的铝棒加热至410-460℃，然后加入到模具中铸造，再挤出成型，然后冷却，即得铝合金材料；

所述晶粒细化剂的用量占铝合金材料的0.01-0.2wt%，所述晶粒细化剂为铝-钛-硼合金中间体。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料由废铝和组分A按重量比8：1-3混合而成；

所述废铝中，铁含量小于废铝总量的0.3wt%，锌含量小于废铝总量的0.12wt%，铜含量小于废铝总量的0.2wt%，铝含量大于废铝总量的80.0wt%；

所述组分A包括如下重量百分比的原料：

硅 0.3-0.5%

镁 0.5-0.8%

锰 0.03-0.06%

镍 0.03-0.06%

铬 0.03-0.06%

钪 0.008-0.01%

余量为铝和杂质，杂质总和≤0.15%。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金材料，其特征在于：所述铝-钛-硼合金中间体包括如下重量份的原料：4-6份铝、1-2份钛和1-2份硼。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金材料，其特征在于：所述步骤（S2）中，丙酮清洗废铝的时间为5-10min，盐酸清洗废铝的时间为3-5min。

5.根据权利要求1所述的一种铝合金材料，其特征在于：所述步骤（S3）中，熔炼的时间为45-70min，超声波处理的时间为10-20min。

6.根据权利要求1所述的一种铝合金材料，其特征在于：所述步骤（S4）中，模具的运行温度为420-480℃。