CN111424193B - 一种高强度耐腐蚀铝合金门窗及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度耐腐蚀铝合金门窗及其制备方法,属于铝合金门窗生产技术领域,所述高强度耐腐蚀铝合金门窗采用高强度耐腐蚀铝合金材料制成,所述高强度耐腐蚀铝合金材料包括如下重量份配比的组分:锌1‑4份、锰0.5‑1份、铁1‑5份、镁1‑5份、铜0.5‑1份、钴0.1‑0.5份、镍0.5‑1份、锆0.5‑1份、锶0.1‑0.5份及改性稀土元素0.5‑1.5份,余量为铝及不可避免的杂质,所述杂质的含量不超过1份。该种高强度耐腐蚀铝合金门窗采用多种金属混合制成,具备较高的金属强度,而且还具有较好的耐腐蚀性;该种高强度耐腐蚀铝合金门窗的制备方法简单,来源广泛,适宜于工业大规模推广。
Description
技术领域
本发明属于铝合金门窗生产技术领域,具体地,涉及一种高强度耐腐蚀铝合金门窗及其制备方法。
背景技术
由于铝合金具有密度低、力学性能佳、加工性能好、无毒、易回收、导电性、传热性及抗腐蚀性能优良等特点,因此在船用行业、化工行业、航空航天、金属包装、交通运输等领域都有广泛使用。随着铝合金的快速发展,铝合金已被广泛应用于门窗的制造,因门窗许多都暴露在空气中,而且还需要承载一定的压力,因此需要铝合金具备较好的强度,并且具备一定的耐腐蚀性。
现在一般对于铝合金耐腐蚀的方法为阳极氧化、电泳涂漆、粉末喷涂等,这些都能对铝合金的表面起到一定的耐腐蚀作用,但是阳极氧化会影响其内部应力,影响铝合金的强度;而涂漆及喷粉末的所形成的表面耐腐蚀层易脱落磨损,无法长久保护。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提供一种高强度耐腐蚀铝合金门窗及其制备方法,该种高强度耐腐蚀铝合金门窗采用多种金属混合制成,具备较高的金属强度,而且还具有较好的耐腐蚀性;该种高强度耐腐蚀铝合金门窗的制备方法简单,来源广泛,适宜于工业大规模推广。
为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案来实现:一种高强度耐腐蚀铝合金门窗,所述高强度耐腐蚀铝合金门窗采用高强度耐腐蚀铝合金材料制成,所述高强度耐腐蚀铝合金材料包括如下重量份配比的组分:锌1-4份、锰0.5-1份、铁1-5份、镁1-5份、铜0.5-1份、钴0.1-0.5份、镍0.5-1份、锆0.5-1份、锶0.1-0.5份及改性稀土元素0.5-1.5份,余量为铝及不可避免的杂质,所述杂质的含量不超过1份。
进一步地,所述改性稀土元素包括如下重量份配比的组分:钇30-45份、钆20-35份及镥20-35份。
进一步地,所述改性稀土元素采用纳米碳化硅颗粒进行改性。
进一步地,所述纳米碳化硅颗粒的粒径为50-150nm。
本发明还提供了一种高强度耐腐蚀铝合金门窗的制备方法,制备如上所述的一种高强度耐腐蚀铝合金门窗,包括如下步骤:
(1)按重量配比取锌、锰、铁、镁、铜及铝加入熔化炉内,使熔化炉温度升高至原料完全熔化,熔化后在搅拌条件下加入按重量配比混合的钴、镍、锆、锶及改性稀土元素,加热4-6小时进行熔铸,待原料完全融化均匀后进行铸锭成合金片材;
(2)将步骤(1)所得合金片材进行时效热处理,在350-400℃冷却退火4-5小时,然后在180-230℃进行时效热处理,3小时后取出置于冷水中冷却,得到合金片材,片材经抛光后可加工成铝合金门窗的零部件。
进一步地,所述改性稀土元素的制备方法包括如下步骤:。
(1)将碳化硅陶瓷研磨,过筛,制得纳米碳化硅颗粒;
(2)按重量配比取钇、钆及镥加入烧杯内,再往烧杯中加入适量盐酸,搅拌使其混合均匀,然后加入步骤(1)所制得的纳米碳化硅颗粒,将烧杯置于超声波中超声4-5小时,超声波中的温度设为45-65℃;
(3)超声完成后将烧杯中的混合液进行过滤,将所得滤饼于50-65℃烘箱中进行烘干12h;
(4)将步骤(3)所得的干燥颗粒进行研磨,即可制得改性稀土元素。
进一步地,所述步骤(1)中的纳米碳化硅颗粒的粒径为50-150nm。
进一步地,所述步骤(4)中干燥颗粒研磨后的粒径在100μm以下。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:本发明提供的一种高强度耐腐蚀铝合金门窗及其制备方法,该种高强度耐腐蚀性铝合金门窗采用多种金属合金而成,其中采用铝、锌、锰、铁、镁及铜作为合金基体,采用合理的配比,可使铝与镁、锌、铜之间形成共晶结构,而且还能形成粗大合金颗粒,可明显提高铝合金的机械强度;加入的钴因其硬而脆,可提高铝合金锭硬度和抗拉强度,镍具有磁性和良好的可塑性,较好的耐腐蚀性,可提高铝合金的抗磨损性和耐腐蚀性,锆可使铝合金表面形成一层具有金属光泽的氧化膜,而且还能提高铝合金的耐腐蚀性,锶可明显提高合金的孔隙率和孔洞大小,可使合金分布均匀,提高合金的耐腐蚀性;加入的少量稀土元素可使铝合金中具有变质、净化及微合金化,可使金属间分布更加均匀,从而提高耐腐蚀性,而加入改性的稀土元素既可以提高其耐腐蚀性,而且采用纳米碳化硅颗粒改性可使铝合金间的空隙增大,金属晶体间距增大,而且碳化硅颗粒可增强铝合金的耐磨损性,可明显提高铝合金的强度。该种高强度耐腐蚀铝合金门窗的制备方法简单,来源广泛,所获得产品耐腐蚀性能好,强度高,适用于工业大规模生产。
具体实施方式
下面结合以下具体实施例,进一步阐述本发明。
实施例1
一种高强度耐腐蚀铝合金门窗,所述高强度耐腐蚀铝合金门窗采用高强度耐腐蚀铝合金材料制成,所述高强度耐腐蚀铝合金材料包括如下重量份配比的组分:锌1份、锰0.5份、铁1份、镁1份、铜0.5份、钴0.1份、镍0.5份、锆0.5份、锶0.1份及改性稀土元素0.5份,余量为铝及不可避免的杂质,所述杂质的含量不超过1份。所述改性稀土元素包括如下重量份配比的组分:钇30份、钆20份及镥20份。所述改性稀土元素采用粒径为50-150nm的纳米碳化硅颗粒进行改性。
一种高强度耐腐蚀铝合金门窗的制备方法,制备如上所述的一种高强度耐腐蚀铝合金门窗,包括如下步骤:
(1)改性稀土元素的制备:将碳化硅陶瓷研磨,过筛,制得粒径为50-150nm的纳米碳化硅颗粒;按重量配比取钇、钆及镥加入烧杯内,再往烧杯中加入适量盐酸,搅拌使其混合均匀,然后加入纳米碳化硅颗粒,将烧杯置于超声波中超声4小时,超声波中的温度设为45℃;超声完成后将烧杯中的混合液进行过滤,将所得滤饼于50℃烘箱中进行烘干12h;干燥颗粒进行研磨,研磨后的粒径在100μm以下,即可制得改性稀土元素;
(2)按重量配比取锌、锰、铁、镁、铜及铝加入熔化炉内,使熔化炉温度升高至原料完全熔化,熔化后在搅拌条件下加入按重量配比混合的钴、镍、锆、锶及步骤(1)所制得的改性稀土元素,加热4小时进行熔铸,待原料完全融化均匀后进行铸锭成合金片材;
(3)将步骤(2)所得合金片材进行时效热处理,在350℃冷却退火4小时,然后在180℃进行时效热处理,3小时后取出置于冷水中冷却,得到合金片材,片材经抛光后可加工成铝合金门窗的零部件。
实施例2
一种高强度耐腐蚀铝合金门窗,所述高强度耐腐蚀铝合金门窗采用高强度耐腐蚀铝合金材料制成,所述高强度耐腐蚀铝合金材料包括如下重量份配比的组分:锌4份、锰1份、铁5份、镁5份、铜1份、钴0.5份、镍1份、锆1份、锶0.5份及改性稀土元素1.5份,余量为铝及不可避免的杂质,所述杂质的含量不超过1份。所述改性稀土元素包括如下重量份配比的组分:钇45份、钆35份及镥35份。所述改性稀土元素采用粒径为50-150nm的纳米碳化硅颗粒进行改性。
一种高强度耐腐蚀铝合金门窗的制备方法,制备如上所述的一种高强度耐腐蚀铝合金门窗,包括如下步骤:
(1)改性稀土元素的制备:将碳化硅陶瓷研磨,过筛,制得粒径为50-150nm的纳米碳化硅颗粒;按重量配比取钇、钆及镥加入烧杯内,再往烧杯中加入适量盐酸,搅拌使其混合均匀,然后加入纳米碳化硅颗粒,将烧杯置于超声波中超声5小时,超声波中的温度设为65℃;超声完成后将烧杯中的混合液进行过滤,将所得滤饼于65℃烘箱中进行烘干12h;干燥颗粒进行研磨,研磨后的粒径在100μm以下,即可制得改性稀土元素;
(2)按重量配比取锌、锰、铁、镁、铜及铝加入熔化炉内,使熔化炉温度升高至原料完全熔化,熔化后在搅拌条件下加入按重量配比混合的钴、镍、锆、锶及步骤(1)所制得的改性稀土元素,加热6小时进行熔铸,待原料完全融化均匀后进行铸锭成合金片材;
(3)将步骤(2)所得合金片材进行时效热处理,在400℃冷却退火5小时,然后在230℃进行时效热处理,3小时后取出置于冷水中冷却,得到合金片材,片材经抛光后可加工成铝合金门窗的零部件。
实施例3
一种高强度耐腐蚀铝合金门窗,所述高强度耐腐蚀铝合金门窗采用高强度耐腐蚀铝合金材料制成,所述高强度耐腐蚀铝合金材料包括如下重量份配比的组分:锌2.5份、锰0.75份、铁3份、镁3份、铜0.7份、钴0.3份、镍0.7份、锆0.7份、锶0.3份及改性稀土元素1份,余量为铝及不可避免的杂质,所述杂质的含量不超过1份。所述改性稀土元素包括如下重量份配比的组分:钇37份、钆27份及镥27份。所述改性稀土元素采用粒径为50-150nm的纳米碳化硅颗粒进行改性。
一种高强度耐腐蚀铝合金门窗的制备方法,制备如上所述的一种高强度耐腐蚀铝合金门窗,包括如下步骤:
(1)改性稀土元素的制备:将碳化硅陶瓷研磨,过筛,制得粒径为50-150nm的纳米碳化硅颗粒;按重量配比取钇、钆及镥加入烧杯内,再往烧杯中加入适量盐酸,搅拌使其混合均匀,然后加入纳米碳化硅颗粒,将烧杯置于超声波中超声4.5小时,超声波中的温度设为55℃;超声完成后将烧杯中的混合液进行过滤,将所得滤饼于57℃烘箱中进行烘干12h;干燥颗粒进行研磨,研磨后的粒径在100μm以下,即可制得改性稀土元素;
(2)按重量配比取锌、锰、铁、镁、铜及铝加入熔化炉内,使熔化炉温度升高至原料完全熔化,熔化后在搅拌条件下加入按重量配比混合的钴、镍、锆、锶及步骤(1)所制得的改性稀土元素,加热5小时进行熔铸,待原料完全融化均匀后进行铸锭成合金片材;
(3)将步骤(2)所得合金片材进行时效热处理,在375℃冷却退火4.5小时,然后在210℃进行时效热处理,3小时后取出置于冷水中冷却,得到合金片材,片材经抛光后可加工成铝合金门窗的零部件。
对比例1
对比例1为实施例3的对比例,其中铝合金材料中不含改性稀土元素,其余合金元素及配比均与实施例3相同,其制备方法里没有加入改性稀土元素,其余步骤均与实施例3的制备方法相同。
对比例2
对比例2为实施例3的对比例,其中铝合金材料中不含钴、镍、锆、锶,其余合金元素及配比均与实施例3的相同,且对比例2中含有改性稀土元素,其制备方法里除了没有加入钴、镍、锆、锶,其余操作步骤均与实施例3的制备方法相同。
性能测试
为了验证本发明所述的铝合金门窗所用金属的金属强度及耐腐蚀性,将实施例1-3及对比例1-2所制得的金属与现有技术的比较例(标准合金,GB3190,铝铜系合金3003)通过以下试验来评价其金属硬度及其耐腐蚀能力,其中各试验例所含金属元素比含量如下表1所列,其实验结果如下表2所示。
表1各试验例的铝合金中所含元素配比及含量
铝 | 锌 | 锰 | 铁 | 镁 | 铜 | 钴 | 镍 | 锆 | 锶 | RE | |
实施例1 | 94 | 1 | 0.5 | 1 | 1 | 0.5 | 0.1 | 0.5 | 0.5 | 0.1 | 0.5 |
实施例2 | 79 | 4 | 1 | 5 | 5 | 1 | 0.5 | 1 | 1 | 0.5 | 1.5 |
实施例3 | 86.5 | 2.5 | 0.75 | 3 | 3 | 0.7 | 0.3 | 0.7 | 0.7 | 0.3 | 1 |
对比例1 | 86.5 | 2.5 | 0.75 | 3 | 3 | 0.7 | 0.3 | 0.7 | 0.7 | 0.3 | / |
对比例2 | 86.5 | 2.5 | 0.75 | 3 | 3 | 0.7 | / | / | / | / | 1 |
比较例 | 97.4 | 0.1 | 1.1 | 0.7 | 0.01 | 0.15 | / | / | / | / | / |
其中盐雾试验采用盐雾试验箱进行,评定标准为GB/T10125-1997;金属拉伸试验采用GB/T 228-2002于常温常压下进行。
表2实验测试结果
抗拉强度/Mpa | 屈服强度/Mpa | 延伸率/% | 盐雾时间/h | |
实施例1 | 145.3 | 68.9 | 28.8 | 150 |
实施例2 | 201.5 | 87.6 | 29.5 | 178 |
实施例3 | 186.5 | 76.9 | 29.1 | 162 |
对比例1 | 128.5 | 58.3 | 27 | 135 |
对比例2 | 132.1 | 53.5 | 26.9 | 126 |
比较例 | 107.3 | 51.6 | 28.1 | 100 |
由以上结果可知,该种高强度耐腐蚀铝合金门窗所采用的合金金属具有较高的硬度,耐腐蚀性强,其中的稀土元素和钴、镍、锆及锶均可明显增强合金的耐腐蚀性能和抗拉性能,而且也能增强合金的金属强度,而且该种合金较现有技术的铝合金具备较高的抗拉强度和屈服强度,耐腐蚀性能也增强很多,而且对金属的延伸率影响不大;采用该种方法制备的铝合金门窗具备很好的耐腐蚀性能及金属强度,适宜于大规模推广使用。
以上所述仅是本发明的几个实施方式,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的前提下,还可以做出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种高强度耐腐蚀铝合金门窗,其特征在于:所述高强度耐腐蚀铝合金门窗采用高强度耐腐蚀铝合金材料制成,所述高强度耐腐蚀铝合金材料包括如下重量份配比的组分:锌1-4份、锰0.5-1份、铁1-5份、镁1-5份、铜0.5-1份、钴0.1-0.5份、镍0.5-1份、锆0.5-1份、锶0.1-0.5份及改性稀土元素0.5-1.5份,余量为铝及不可避免的杂质,所述杂质的含量不超过1份;所述改性稀土元素包括如下重量份配比的组分:钇30-45份、钆20-35份及镥20-35份;所述改性稀土元素采用纳米碳化硅颗粒进行改性,所述纳米碳化硅颗粒的粒径为50-150 nm;
该种高强度耐腐蚀铝合金门窗的制备方法包括如下步骤:
(1)制备改性稀土元素:所述改性稀土元素的制备方法包括如下步骤:
1、将碳化硅陶瓷研磨,过筛,制得纳米碳化硅颗粒;
2、按重量配比取钇、钆及镥加入烧杯内,再往烧杯中加入适量盐酸,搅拌使其混合均匀,然后加入步骤1所制得的纳米碳化硅颗粒,所述纳米碳化硅颗粒的粒径为50-150 nm,将烧杯置于超声波中超声4-5小时,超声波中的温度设为45-65 ℃;
3、超声完成后将烧杯中的混合液进行过滤,将所得滤饼于50-65 ℃烘箱中进行烘干12h;4、将步骤3所得的干燥颗粒进行研磨,所述干燥颗粒研磨后的粒径在100μm以下,即可制得改性稀土元素;
(2)按重量配比取锌、锰、铁、镁、铜及铝加入熔化炉内,使熔化炉温度升高至原料完全熔化,熔化后在搅拌条件下加入按重量配比混合的钴、镍、锆、锶及改性稀土元素,加热4-6小时进行熔铸,待原料完全融化均匀后进行铸锭成合金片材;
(3)将步骤(2)所得合金片材进行时效热处理,在350-400 ℃冷却退火4-5 小时,然后在180-230 ℃进行时效热处理,3小时后取出置于冷水中冷却,得到合金片材,片材经抛光后可加工成铝合金门窗的零部件。
2.一种高强度耐腐蚀铝合金门窗的制备方法,制备如权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铝合金门窗,其特征在于:包括如下步骤:
(1)制备改性稀土元素:所述改性稀土元素的制备方法包括如下步骤:
1、将碳化硅陶瓷研磨,过筛,制得纳米碳化硅颗粒;
2、按重量配比取钇、钆及镥加入烧杯内,再往烧杯中加入适量盐酸,搅拌使其混合均匀,然后加入步骤1所制得的纳米碳化硅颗粒,所述纳米碳化硅颗粒的粒径为50-150 nm,将烧杯置于超声波中超声4-5小时,超声波中的温度设为45-65 ℃;
3、超声完成后将烧杯中的混合液进行过滤,将所得滤饼于50-65 ℃烘箱中进行烘干12h;4、将步骤3所得的干燥颗粒进行研磨,所述干燥颗粒研磨后的粒径在100μm以下,即可制得改性稀土元素;
(2)按重量配比取锌、锰、铁、镁、铜及铝加入熔化炉内,使熔化炉温度升高至原料完全熔化,熔化后在搅拌条件下加入按重量配比混合的钴、镍、锆、锶及改性稀土元素,加热4-6小时进行熔铸,待原料完全融化均匀后进行铸锭成合金片材;
(3)将步骤(2)所得合金片材进行时效热处理,在350-400 ℃冷却退火4-5 小时,然后在180-230 ℃进行时效热处理,3小时后取出置于冷水中冷却,得到合金片材,片材经抛光后可加工成铝合金门窗的零部件。
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