CN112410628A - 一种幕墙用高强度铝合金板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种幕墙用高强度铝合金板材，涉及合金材料领域，其在6系铝合金的基础上进行了改进，进一步提高了铝合金的抗拉强度和弯折强度，使其在作为幕墙使用时，可以用于应对一些高强度需求的环境。并且，该铝合金基材的制备方法简单，对设备要求不高，可以实现上述幕墙用高强度铝合金板材的大规模生产。

Description

一种幕墙用高强度铝合金板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金材料领域，具体而言，涉及一种幕墙用高强度铝合金板材及其制备方法。

背景技术

幕墙是建筑的外墙围护，不承重，像幕布一样挂上去，故又称为“帷幕墙”，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体。由面板和支承结构体系组成的，可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所作用的建筑外围护结构或装饰性结构。

幕墙按照材料分包括玻璃幕墙、石材幕墙、金属板幕墙等，其中铝合金幕墙以其材质轻、防腐性能好、使用寿命长、颜色选择多样、导电性能好等优势，备受人们青睐。现有的铝合金幕墙，采用1100H24、1060H24、3003H24、5005H24铝合金，普遍存在着强度较低的缺点，为了达到足够的强度，往往需要将幕墙板做的很厚，不仅增加了自身重量，还提高了生产成本。而6系铝合金相比于上述几种铝合金来说强度更高，但是现有技术中，并没有将6系合金作为幕墙使用的先例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种幕墙用高强度铝合金板材，其配方科学合理，具有较高的抗拉强度、弯折强度，作为幕墙使用时，可以更好地应对一些高强度的环境。

本发明的另一目的在于提供一种上述幕墙用高强度铝合金板材的方法，其操作简单，使用方便，对设备要求不高，可以实现上述幕墙用高强度铝合金板材的大规模生产。

本发明的实施例是这样实现的：

一种幕墙用高强度铝合金板材，其按照质量百分比计，包括：

Si 0.3%~0.6%，Fe 0.15%~0.2%，Cu 0.05%~0.1%，Mn 0.1%~0.15%，Mg 0.6%~0.8%，Cr0.03%~0.05%，Zn 0.1%~0.15%，Ti 0.05%~0.07%，Sc 0.03%~0.06%，Er 0.03%~0.06%，余量为Al。

一种上述幕墙用高强度铝合金板材的制备方法，其包括：

将铝锭在700~750℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、镁剂、铬剂、锌剂、钛剂，保温4~8 h；

加入钪剂和铒剂，继续保温30~60 min后，浇注得到铝合金铸锭；

将铝合金铸锭在550~600℃下保温6~12 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；

对铝合金卷材进行冷轧；

将冷轧后的铝合金卷材加热至500~550℃进行固溶处理；冷却至室温，并在拉伸矫直机上进行拉伸；

将固溶处理后的铝合金卷材加热至180~200℃进行人工时效。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供了一种幕墙用高强度铝合金板材，其在6系铝合金的基础上进行了改进，进一步提高了铝合金的抗拉强度和弯折强度，使其在作为幕墙使用时，可以用于应对一些高强度需求的环境。并且，该铝合金基材的制备方法简单，对设备要求不高，可以实现上述幕墙用高强度铝合金板材的大规模生产。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种幕墙用高强度铝合金板材及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供了一种幕墙用高强度铝合金板材，按照质量百分比计，其包括：

Si 0.3%~0.6%，Fe 0.15%~0.2%，Cu 0.05%~0.1%，Mn 0.1%~0.15%，Mg 0.6%~0.8%，Cr0.03%~0.05%，Zn 0.1%~0.15%，Ti 0.05%~0.07%，Sc 0.03%~0.06%，Er 0.03%~0.06%，余量为Al。

优选地，按照质量百分比计，包括：

Si 0.4%，Fe 0.2%，Cu 0.1%，Mn 0.15%，Mg 0.8%，Cr 0.05%，Zn 0.15%，Ti 0.07%，Sc0.03%，Er 0.03%，余量为Al。

6系铝合金以硅和镁为主要添加元素，其具有良好的可成型性、可焊接性、可机械加工性。同时，相比于其它系铝合金来说，其可以通过热处理强化，往往具备更高的力学强度。现有技术中的铝合金幕墙常采用3系铝合金，3系铝合金的强度不足，很难用于强度要求较高的环境，而强度更高的6系铝合金目前还未能应用到幕墙领域。为此，本申请的发明人在付出大量创造性劳动之后成功制得了一种适合用于幕墙的6系铝合金，并且通过在配方中增加稀土金属钪和铒，进一步提高了铝合金的抗拉强度和弯折强度，使其可以适用于一些强度要求较高的环境。

稀土金属对于铝合金的强化效果一直以来都有相关研究，通常认为一方面，稀土金属可以减少铝液中的含氢量，减少铝液中的夹杂物，降低滤液中的有害元素；另一方面，稀土金属的电负性较大，其可以在晶粒与合金液之间形成表面活性膜，组织生成的晶粒成长，达到细化晶粒和枝晶的效果。钪是其中比较常用的稀土金属，其相比之下更加廉价易得，并且强化效果较好，但是通常情况下，钪的添加量需要达到0.2 wt%以上，才会表现出较为明显的强化效果。而在本申请，发明人发现，通过添加少量的铒，可以减少钪的添加量，并显著提高铝合金的强度数据。经发明人推测，在铝合金凝固时，稀土金属富集在固液界面，而铒相比于其它稀土元素来说，其与钪的原子半径、电负性差距相对较小，其可以与钪原子更好地结合，一起加剧固液界面的位错产生，从而导致晶粒进一步细化，达到增加强度的目的。优选地，Er和Sc的含量比为1：0.5~2。在上述比例搭配下，对于铝合金的强度提升效果最好。

除此之外，本发明实施例还提供了一种上述幕墙用高强度铝合金板材的制备方法，其包括：

S1. 将铝锭在700~750℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、镁剂、铬剂、锌剂、钛剂，保温4~8 h；

S2. 加入钪剂和铒剂，继续保温30~60 min后，浇注得到铝合金铸锭；

S3. 将铝合金铸锭在550~600℃下保温6~12 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；

S4. 对铝合金卷材进行冷轧；

S5. 将冷轧后的铝合金卷材加热至500~550℃进行固溶处理；冷却至室温，并在拉伸矫直机上进行拉伸；

S6. 将固溶处理后的铝合金卷材加热至180~200℃进行人工时效。

进一步地，铝合金铸锭的热轧变相量为75%~90%，热轧后得到的铝合金卷材的厚度为4~8 mm。在上述加工范围内，可以破坏铝合金的铸造组织，细化内部晶粒，消除显微组织的缺陷，从而提高铝合金的力学性能。

进一步地，对铝合金卷材的冷轧变形量为60%~80%，冷轧后得到的铝合金板材的厚度为1~2.5 mm。可选地，对铝合金卷材的冷轧分多道次进行，每道次冷轧的变形量为10%~20%。

进一步地，对冷轧后的铝合金卷材进行固溶的时长为15~20 min。对固溶后的铝合金卷材采用强风水淬冷却。通过固溶可以使合金中的某些组成物溶解到基体中，形成均匀的固溶体，然后将合金迅速冷却，使溶入基体的组成物留在基体内成为过饱和固溶体，这样可以改善合金的延展性和韧性。

进一步地，对固溶后的铝合金卷材进行时效的时长为8~16 h。经过时效之后，铝合金的硬度和强度可以进一步得到提高，而塑性韧性和内应力则有所降低。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种幕墙用高强度铝合金板材，按照质量百分比计，其包括：

Si 0.3%，Fe 0.2%，Cu 0.05%，Mn 0.1%，Mg 0.8%，Cr 0.05%，Zn 0.1%，Ti 0.05%，Sc0.06%，Er 0.03%，余量为Al。

其制备方法包括：

S1. 将铝锭在750℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、镁剂、铬剂、锌剂、钛剂，保温4 h；

S2. 加入钪剂和铒剂，继续保温60 min后，浇注得到铝合金铸锭；

S3. 将铝合金铸锭在600℃下保温6 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；热轧变相量为75%~90%，热轧后得到的铝合金卷材的厚度为4~8 mm；

S4. 对铝合金卷材进行冷轧；冷轧变形量为60%~80%，冷轧后得到的铝合金板材的厚度为1~2.5 mm；

S5. 将冷轧后的铝合金卷材加热至550℃进行固溶处理，时长为15 min；冷却至室温，并在拉伸矫直机上进行拉伸；

S6. 将固溶处理后的铝合金卷材加热至200℃进行人工时效，时长为8 h。

实施例2

本实施例提供了一种幕墙用高强度铝合金板材，按照质量百分比计，其包括：

Si 0.6%，Fe 0.15%%，Cu 0.1%，Mn 0.1%，Mg 0.8%，Cr 0.05%，Zn 0.1%，Ti 0.05%，Sc0.03%，Er 0.06%，余量为Al。

其制备方法包括：

S1. 将铝锭在700℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、镁剂、铬剂、锌剂、钛剂，保温8 h；

S2. 加入钪剂和铒剂，继续保温30 min后，浇注得到铝合金铸锭；

S3. 将铝合金铸锭在550℃下保温12 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；热轧变相量为75%~90%，热轧后得到的铝合金卷材的厚度为4~8 mm；

S4. 对铝合金卷材进行冷轧；冷轧变形量为60%~80%，冷轧后得到的铝合金板材的厚度为1~2.5 mm

S5. 将冷轧后的铝合金卷材加热至500℃进行固溶处理，时长为20 min；冷却至室温，并在拉伸矫直机上进行拉伸；

S6. 将固溶处理后的铝合金卷材加热至180℃进行人工时效，时长为16 h。

实施例3

本实施例提供了一种幕墙用高强度铝合金板材，按照质量百分比计，其包括：

Si 0.4%，Fe 0.2%，Cu 0.1%，Mn 0.15%，Mg 0.8%，Cr 0.05%，Zn 0.15%，Ti 0.07%，Sc0.03%，Er 0.03%，余量为Al。

其制备方法包括：

S1. 将铝锭在720℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、镁剂、铬剂、锌剂、钛剂，保温6h；

S2. 加入钪剂和铒剂，继续保温40 min后，浇注得到铝合金铸锭；

S3. 将铝合金铸锭在580℃下保温8 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；热轧变相量为75%~90%，热轧后得到的铝合金卷材的厚度为4~8 mm；

S4. 对铝合金卷材进行冷轧；冷轧变形量为60%~80%，冷轧后得到的铝合金板材的厚度为1~2.5 mm

S5. 将冷轧后的铝合金卷材加热至500℃进行固溶处理，时长为15 min；冷却至室温，并在拉伸矫直机上进行拉伸；

S6. 将固溶处理后的铝合金卷材加热至200℃进行人工时效，时长为12 h。

对比例1

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用高强度铝合金板材的配比和制备方法基本一致，区别在于，去除了Sc和Er。

对比例2

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用高强度铝合金板材的配比和制备方法基本一致，区别在于，去除了Er。

对比例3

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用高强度铝合金板材的配比和制备方法基本一致，区别在于，去除了Er，且Sc的含量增加为0.2 wt%。

对比例4

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用高强度铝合金板材的配比和制备方法基本一致，区别在于，去除了Sc。

对比例5

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用高强度铝合金板材的配比和制备方法基本一致，区别在于，去除了Sc，且Er的含量增加为0.2 wt%。

对比例7

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用高强度铝合金板材的配比和制备方法基本一致，区别在于，Er的含量增加为0.01 wt%。

对比例8

本对比例提供了一种铝合金基材，其与实施例3所提供的幕墙用高强度铝合金板材的配比和制备方法基本一致，区别在于，Er的含量增加为0.1 wt%。

试验例

采用实施例1~3以及对比例1~6所提供的铝合金基材，对其抗拉强度以及弯折强度进行测试，测试结果如表1所示。

表1. 铝合金基材强度测试

	抗拉强度/MPa	弯折强度/MPa
			实施例1	339	298
实施例2	341	301
			实施例3	348	310
对比例1	306	271
			对比例2	310	276
对比例3	332	291
			对比例4	308	272
对比例5	308	273
			对比例6	328	286
对比例7	332	289

由表1可以看出，本发明实施例所提供的幕墙用高强度铝合金板材的抗拉强度达到了339 MPa以上，弯折强度达到了298 MPa以上，明显高于不含稀土金属的情况（对比例1）。对比例2在实施例3的基础上去除了Er，抗拉强度仅达到了310 MPa，弯折强度仅达到了276MPa，与对比例1基本没有太大差别，说明Sc在低含量下对铝合金的强度提升并不明显。相比之下，对比例3将Sc含量提高到0.2 wt%，铝合金基材强度才出现较为明显的提升，但还是比不上本发明实施例1~3的效果。对比例4和对比例5分别测试了在不含Sc的情况下，单独使用Er的效果，结果显示，无论Er的用量多少，对于铝合金基材的强度提升均不明显。对比例6、对比例7在实施例3的基础上减少/增加了Er的用量，结果显示，过多或过少的Er均会导致一定程度的强度降低，Er和Sc的比例在1:1左右的时候，效果较佳。

综上所述，本发明实施例提供了一种幕墙用高强度铝合金板材，其在6系铝合金的基础上进行了改进，进一步提高了铝合金的抗拉强度和弯折强度，使其在作为幕墙使用时，可以用于应对一些高强度需求的环境。并且，该铝合金基材的制备方法简单，对设备要求不高，可以实现上述幕墙用高强度铝合金板材的大规模生产。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种幕墙用高强度铝合金板材，其特征在于，按照质量百分比计，包括：

Si 0.3%~0.6%，Fe 0.15%~0.2%，Cu 0.05%~0.1%，Mn 0.1%~0.15%，Mg 0.6%~0.8%，Cr0.03%~0.05%，Zn 0.1%~0.15%，Ti 0.05%~0.07%，Sc 0.03%~0.06%，Er 0.03%~0.06%，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的幕墙用高强度铝合金板材，其特征在于，按照质量百分比计，包括：

Si 0.4%，Fe 0.2%，Cu 0.1%，Mn 0.15%，Mg 0.8%，Cr 0.05%，Zn 0.15%，Ti 0.07%，Sc0.03%，Er 0.03%，余量为Al。

3.根据权利要求2所述的幕墙用高强度铝合金板材，其特征在于，Er和Sc的含量比为1：0.5~2。

4.一种如权利要求1~3任一项所述的幕墙用高强度铝合金板材的制备方法，其特征在于，包括：

将铝锭在700~750℃下熔炼，待铝锭融化后，按照元素比例，加入硅剂、铁剂、铜剂、锰剂、镁剂、铬剂、锌剂、钛剂，保温4~8 h；

加入钪剂和铒剂，继续保温30~60 min后，浇注得到铝合金铸锭；

将所述铝合金铸锭在550~600℃下保温6~12 h，出炉后热轧得到铝合金卷材；

对所述铝合金卷材进行冷轧；

将冷轧后的所述铝合金卷材加热至500~550℃进行固溶处理；冷却至室温，并在拉伸矫直机上进行拉伸；

将固溶处理后的所述铝合金卷材加热至180~200℃进行人工时效。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金铸锭的热轧变相量为75%~90%，热轧后得到的所述铝合金卷材的厚度为4~8 mm。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，对所述铝合金卷材的冷轧变形量为60%~80%，冷轧后得到的所述铝合金板材的厚度为1~2.5 mm。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，对所述铝合金卷材的冷轧分多道次进行，每道次冷轧的变形量为10%~20%。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，对冷轧后的所述铝合金卷材进行固溶的时长为15~20 min。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，对固溶后的所述铝合金卷材采用强风水淬冷却。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，对固溶后的所述铝合金卷材进行时效的时长为8~16 h。