CN113564438A - 一种经济型阻燃大变形铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种经济型阻燃大变形铝合金材料及其制备方法，包括如下质量百分比的物质组成：3.5‑5.5％的Cu、1.5‑2.5％的Mg、0.5‑1.0％的Mn、0.3‑0.6％的Si、0.2‑0.5％的Sc、0.2‑0.4％的Zr、0.1‑0.2％的Sb、0.1‑0.2％的Be和0.1‑0.2％的Cr，余量为Al和杂质。本发明通过向铝基体中加入中间合金Al‑Sc与Sb的方式合金化，Sc元素与Sb能够抑制氧向合金内部扩散，从而抑制了Al元素的内氧化，提升了铝合金的阻燃性，使铝合金能够高温条件下发生变形，从而激活铝合金的锥面滑移系和棱柱面滑移系而提升铝合金的塑性，同时通过加入中间合金Al‑Zr的方式合金化引入Zr，能够细化晶粒，从而使合金的晶粒更加细小均匀，在提升合金塑性的同时保证了合金的强度。

Description

一种经济型阻燃大变形铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金材料制造领域，具体涉及一种经济型阻燃大变形铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铝合金作为轻质工程结构材料，具有比重小、比强度和比刚度高、减震效果好，易于回收等优点，被广泛应用于机车壳体，用于减轻机车自重，节省能源，被誉为21世纪绿色工程金属结构材料，但是，铝合金易氧化，常温下只有三个基面滑移系，难以发生塑性变形，且高温下极易燃烧，极大的限制了铝合金在工业上的应用，限制了铝合金的发展，目前，现有的阻燃铝合金中添加了大量的稀土元素，增加了生产成本，不利于工业化生产，并且在使用铝合金型材的过程中质地较软，容易在表面产生划痕，造成使用效果较差。因此，需要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种经济型阻燃大变形铝合金材料及其制备方法，解决了现有的阻燃铝合金型材生产成本高、塑性差、强度低、易产生划痕的问题。
为了达到上述目的，本发明提供一种经济型阻燃大变形铝合金材料，包括如下质量百分比的物质组成：3.5-5.5％的Cu、1.5-2.5％的Mg、0.5-1.0％的Mn、0.3-0.6％的Si、0.2-0.5％的Sc、0.2-0.4％的Zr、0.1-0.2％的Sb、0.1-0.2％的Be和0.1-0.2％的Cr，余量为Al和杂质。
进一步，所述杂质质量小于总质量的0.02％。
进一步，所述Cu、Mn、Sc、Zr、Be、Cr的质量分别记为中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si中Cu、Mn、Sc、Zr、Be、Cr、Si的质量。
进一步，所述中间合金Al-Cu为中间合金Al-30％Cu，中间合金Al-Mn为中间合金Al-30％Mn，中间合金Al-Sc为中间合金Al-30％Sc，中间合金Al-Zr为中间合金Al-30％Zr，中间合金Al-Be为中间合金Al-10％Be，中间合金Al-Cr为中间合金Al-20％Cr、中间合金Al-Si为中间合金Al-30％Si。
进一步，一种经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：准确称量铝、镁、锑和中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn，中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si的重量后，送入预热釜中进行预热；
步骤二：将铝送入井式电阻坩埚加热炉中进行熔化，熔化完成后升温至730-780℃，加入镁和中间合金Al-Cu，中间合金Al-Mn，中间合金Al-Sc，中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si和Sb；
步骤三：待所有原料熔化后，向坩埚中熔融状态的加入精炼剂，然后对熔化后的铝合金进行搅拌，使得精炼剂可以混合均匀，并对铝合金表面的杂质进行清理；
步骤四：保温静置后，降温，进行浇铸，得铸造铝合金块，放置到存放架上。
步骤五：将铝合金块放置加热炉进行加热，加热后进行淬火处理，处理后的铝材便可翻入到仓库内部存放。
进一步，所述铝、镁、锑的纯度为99.9％以上，所述的中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr的纯度为99.5％以上。
进一步，所述步骤一中的预热釜的预加热温度为130-250℃。
进一步，所述步骤四中的铝合金熔融物降温至700-740℃。
进一步，所述步骤四中浇铸时将模具预热至200-300℃。
本发明的有益效果在于：本发明通过向铝基体中加入中间合金Al-Sc与Sb的方式合金化，Sc元素与Sb能够抑制氧向合金内部扩散，从而抑制了Al元素的内氧化，提升了铝合金的阻燃性，使铝合金能够高温条件下发生变形，从而激活铝合金的锥面滑移系和棱柱面滑移系而提升铝合金的塑性，同时通过加入中间合金Al-Zr的方式合金化引入Zr，能够细化晶粒，从而使合金的晶粒更加细小均匀，在提升合金塑性的同时保证了合金的强度的同时可以降低铝型材生产的成本；
通过加入中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr的方式合金化引入Be与Cr，形成较为硬质的合金材料，在常温状态下可以有效的增强铝合金的强度，并且还通过工艺中的表面淬火使得铝合金块在存放时表面不会变形，并且使得铝型材不容易产生划痕，保证其外观的完整性。
附图说明
图1为本发明铝合金实施例1的铸态组织扫描图；
图2为本发明铝合金实施例2的铸态组织扫描图；
图3为本发明铝合金实施例3的铸态组织扫描图。
具体实施方式合金化
下面通过具体实施方式合金化进一步详细说明：
实施例1：
一种经济型阻燃大变形铝合金材料，包括如下质量百分比的物质组成：3.5％的Cu、1.5％的Mg、0.5％的Mn、0.3％的Si、0.2％的Sc、0.2％的Zr、0.1％的Sb、0.1％的Be和0.1％的Cr，余量为Al和杂质。
所述Cu、Mn、Sc、Zr、Be、Cr的质量分别记为中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si中Cu、Mn、Sc、Zr、Be、Cr、Si的质量。
所述的中间合金Al-Cu为中间合金Al-30％Cu，中间合金Al-Mn为中间合金Al-30％Mn，中间合金Al-Sc为中间合金Al-30％Sc，中间合金Al-Zr为中间合金Al-30％Zr，中间合金Al-Be为中间合金Al-10％Be，中间合金Al-Cr为中间合金Al-20％Cr、中间合金Al-Si为中间合金Al-30％Si。
一种经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：准确称量铝、镁、锑和中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn，中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si的重量后，送入预热釜中进行预热；
步骤二：将铝送入井式电阻坩埚加热炉中进行熔化，熔化完成后升温至750℃，加入镁和中间合金Al-Cu，中间合金Al-Mn，中间合金Al-Sc，中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si和Sb；
步骤三：待所有原料熔化后，向坩埚中熔融状态的加入精炼剂，然后对熔化后的铝合金进行搅拌，使得精炼剂可以混合均匀，并对铝合金表面的杂质进行清理；
步骤四：保温静置后，降温，进行浇铸，得铸造铝合金块，放置到存放架上。
步骤五：将铝合金块放置加热炉进行加热，加热后进行淬火处理，处理后的铝材便可翻入到仓库内部存放。
所述的铝、镁、锑的纯度为99.9％以上，所述的中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr的纯度为99.5％以上。
所述步骤一中的预热釜的预加热温度为150℃。
所述步骤四中的铝合金熔融物降温至720℃。
所述步骤四中浇铸时将模具预热至250℃。
实施例2：
一种经济型阻燃大变形铝合金材料，包括如下质量百分比的物质组成：4.5％的Cu、2％的Mg、0.75％的Mn、0.5％的Si、0.4％的Sc、0.3％的Zr、0.2％的Sb、0.2％的Be和0.2％的Cr，余量为Al和杂质。
所述杂质质量小于总质量的0.02％。
所述Cu、Mn、Sc、Zr、Be、Cr的质量分别记为中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si中Cu、Mn、Sc、Zr、Be、Cr、Si的质量。
所述中间合金Al-Cu为中间合金Al-30％Cu，中间合金Al-Mn为中间合金Al-30％Mn，中间合金Al-Sc为中间合金Al-30％Sc，中间合金Al-Zr为中间合金Al-30％Zr，中间合金Al-Be为中间合金Al-10％Be，中间合金Al-Cr为中间合金Al-20％Cr、中间合金Al-Si为中间合金Al-30％Si。
一种经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：准确称量铝、镁、锑和中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn，中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si的重量后，送入预热釜中进行预热；
步骤二：将铝送入井式电阻坩埚加热炉中进行熔化，熔化完成后升温至750℃，加入镁和中间合金Al-Cu，中间合金Al-Mn，中间合金Al-Sc，中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si和Sb；
步骤三：待所有原料熔化后，向坩埚中熔融状态的加入精炼剂，然后对熔化后的铝合金进行搅拌，使得精炼剂可以混合均匀，并对铝合金表面的杂质进行清理；
步骤四：保温静置后，降温，进行浇铸，得铸造铝合金块，放置到存放架上。
步骤五：将铝合金块放置加热炉进行加热，加热后进行淬火处理，处理后的铝材便可翻入到仓库内部存放。
所述的铝、镁的纯度为99.9％以上，所述的中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr的纯度为99.5％以上。
所述步骤一中的预热釜的预加热温度为150℃。
所述步骤四中的铝合金熔融物降温至720℃。
所述步骤四中浇铸时将模具预热至280℃。
实施例3：
一种经济型阻燃大变形铝合金材料，包括如下质量百分比的物质组成：5.5％的Cu、2.5％的Mg、1.0％的Mn、0.6％的Si、0.5％的Sc、0.4％的Zr、0.2％的Sb、0.2％的Be和0.2％的Cr，余量为Al和杂质。
所述杂质质量小于总质量的0.02％。
所述Cu、Mn、Sc、Zr、Be、Cr的质量分别记为中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si中Cu、Mn、Sc、Zr、Be、Cr、Si的质量。
所述中间合金Al-Cu为中间合金Al-30％Cu，中间合金Al-Mn为中间合金Al-30％Mn，中间合金Al-Sc为中间合金Al-30％Sc，中间合金Al-Zr为中间合金Al-30％Zr，中间合金Al-Be为中间合金Al-10％Be，中间合金Al-Cr为中间合金Al-20％Cr、中间合金Al-Si为中间合金Al-30％Si。
一种经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：准确称量铝、镁和中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn，中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si的重量后，送入预热釜中进行预热，并同时将Sb称量完成；
步骤二：将Al-Si放入到小型坩埚的内部进行熔化，并将内部的杂质去除；
步骤三：将铝送入井式电阻坩埚加热炉中进行熔化，熔化完成后升温至760℃，加入镁和中间合金Al-Cu，中间合金Al-Mn，中间合金Al-Sc，中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si和Sb；
步骤四：待所有原料熔化后，向坩埚中熔融状态的加入精炼剂，然后对熔化后的铝合金进行搅拌，使得精炼剂可以混合均匀，并对铝合金表面的杂质进行清理；
步骤五：保温静置后，降温，进行浇铸，得铸造铝合金块，放置到存放架上。
步骤六：将铝合金块放置加热炉进行加热，加热后进行淬火处理，处理后的铝材便可翻入到仓库内部存放。
所述的铝、镁的纯度为99.9％以上，所述的中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr的纯度为99.5％以上。
所述步骤一中的预热釜的预加热温度为150℃。
所述步骤四中的铝合金熔融物降温至740℃。
所述步骤四中浇铸时将模具预热至300℃。
对比例1：
一种经济型阻燃大变形铝合金材料，包括如下质量百分比的物质组成：3.5％的Cu、1.5％的Mg、0.5％的Mn、余量为Al和杂质。
所述杂质质量小于总质量的0.02％。
所述Cu、Mn的质量分别记为中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn中Cu、Mn的质量。
所述中间合金Al-Cu为中间合金Al-30％Cu，中间合金Al-Mn为中间合金Al-30％Mn。
一种经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：准确称量铝、镁、锑和中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn的重量后，送入预热釜中进行预热；
步骤二：将铝送入井式电阻坩埚加热炉中进行熔化，熔化完成后升温至750℃，加入镁和中间合金Al-Cu，中间合金Al-Mn；
步骤三：待所有原料熔化后，向坩埚中熔融状态的加入精炼剂，然后对熔化后的铝合金进行搅拌，使得精炼剂可以混合均匀，并对铝合金表面的杂质进行清理；
步骤四：保温静置后，降温，进行浇铸，得铸造铝合金块，放置到存放架上进行存放。
所述铝、镁、锑的纯度为99.9％以上，所述的中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn的纯度为99.5％以上。
所述步骤一中的预热釜的预加热温度为150℃。
所述步骤四中的铝合金熔融物降温至720℃。
所述步骤四中浇铸时将模具预热至250℃。
对比例2：
一种经济型阻燃大变形铝合金材料，包括如下质量百分比的物质组成：4.5％的Cu、2％的Mg、0.75％的Mn、余量为Al和杂质。
所述杂质质量小于总质量的0.02％。
所述Cu、Mn的质量分别记为中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn中Cu、Mn的质量。
所述中间合金Al-Cu为中间合金Al-30％Cu，中间合金Al-Mn为中间合金Al-30％Mn。
一种经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：准确称量铝、镁、锑和中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn的重量后，送入预热釜中进行预热；
步骤二：将铝送入井式电阻坩埚加热炉中进行熔化，熔化完成后升温至730-780℃，加入镁和中间合金Al-Cu，中间合金Al-Mn；
步骤三：待所有原料熔化后，向坩埚中熔融状态的加入精炼剂，然后对熔化后的铝合金进行搅拌，使得精炼剂可以混合均匀，并对铝合金表面的杂质进行清理；
步骤四：保温静置后，降温，进行浇铸，得铸造铝合金块，放置到存放架上进行存放。
所述铝、镁、锑的纯度为99.9％以上，所述的中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn的纯度为99.5％以上。
所述步骤一中的预热釜的预加热温度为150℃。
所述步骤四中的铝合金熔融物降温至720℃。
所述步骤四中浇铸时将模具预热至250℃。
对比例3：
一种经济型阻燃大变形铝合金材料，包括如下质量百分比的物质组成：5.5％的Cu、2.5％的Mg、1.0％的Mn、余量为Al和杂质。
所述杂质质量小于总质量的0.02％。
所述Cu、Mn的质量分别记为中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn中Cu、Mn的质量。
所述中间合金Al-Cu为中间合金Al-30％Cu，中间合金Al-Mn为中间合金Al-30％Mn。
一种经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：准确称量铝、镁、锑和中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn的重量后，送入预热釜中进行预热；
步骤二：将铝送入井式电阻坩埚加热炉中进行熔化，熔化完成后升温至750℃，加入镁和中间合金Al-Cu，中间合金Al-Mn；
步骤三：待所有原料熔化后，向坩埚中熔融状态的加入精炼剂，然后对熔化后的铝合金进行搅拌，使得精炼剂可以混合均匀，并对铝合金表面的杂质进行清理；
步骤四：保温静置后，降温，进行浇铸，得铸造铝合金块，放置到存放架上进行存放。
所述铝、镁、锑的纯度为99.9％以上，所述的中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn的纯度为99.5％以上。
所述步骤一中的预热釜的预加热温度为150℃。
所述步骤四中的铝合金熔融物降温至720℃。
所述步骤四中浇铸时将模具预热至250℃。
分别按照实施例1-3和对比例1-3对该修复剂进行生产，其中对比例1-3中去除主要成分Sc、Zr、Be、Cr和Sb，实施例1-3和对比例1-3得出六组铝型材，然后将六组铝型材放入到相同的拉力测试机与压力测试机下，在相同的压力与拉力下对六组铝型材进行测试，得到如下结果：
Figure BDA0003163983060000081
Figure BDA0003163983060000091
通过以上表格，通过实施例1-3和对比例1-3可以看出，在铝型材加入该添加元素后，抗拉强度与变形率有明显提升，并且屈服强度也有很大的提升，实现了本发明的设计目的；通过本发明的原料配方设计，使铝合金能够常温的条件下的变形率得到有效的提升，从而可以提升铝型材在高温条件下的变形率，从而激活铝合金的锥面滑移系和棱柱面滑移系而提升铝合金的塑性，并且添加的原料价格相对较低，适合工厂大量生产。
需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式合金化等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种经济型阻燃大变形铝合金材料，其特征在于：包括如下质量百分比的物质组成：3.5-5.5％的Cu、1.5-2.5％的Mg、0.5-1.0％的Mn、0.3-0.6％的Si、0.2-0.5％的Sc、0.2-0.4％的Zr、0.1-0.2％的Sb、0.1-0.2％的Be和0.1-0.2％的Cr，余量为Al和杂质。
2.根据权利要求1所述的经济型阻燃大变形铝合金材料，其特征在于：所述杂质质量小于总质量的0.02％。
3.根据权利要求1所述的经济型阻燃大变形铝合金材料，其特征在于：所述Cu、Mn、Sc、Zr、Be、Cr的质量分别记为中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si中Cu、Mn、Sc、Zr、Be、Cr、Si的质量。
4.根据权利要求1所述的经济型阻燃大变形铝合金材料，其特征在于：所述中间合金Al-Cu为中间合金Al-30％Cu，中间合金Al-Mn为中间合金Al-30％Mn，中间合金Al-Sc为中间合金Al-30％Sc，中间合金Al-Zr为中间合金Al-30％Zr，中间合金Al-Be为中间合金Al-10％Be，中间合金Al-Cr为中间合金Al-20％Cr、中间合金Al-Si为中间合金Al-30％Si。
5.一种经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：准确称量铝、镁、锑和中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn，中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si的重量后，送入预热釜中进行预热；
步骤二：将铝送入井式电阻坩埚加热炉中进行熔化，熔化完成后升温至730-780℃，加入镁和中间合金Al-Cu，中间合金Al-Mn，中间合金Al-Sc，中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr、中间合金Al-Si和Sb；
步骤三：待所有原料熔化后，向坩埚中熔融状态的加入精炼剂，然后对熔化后的铝合金进行搅拌，使得精炼剂可以混合均匀，并对铝合金表面的杂质进行清理；
步骤四：保温静置后，降温，进行浇铸，得铸造铝合金块，放置到存放架上。
步骤五：将铝合金块放置加热炉进行加热，加热后进行淬火处理，处理后的铝材便可翻入到仓库内部存放。
6.根据权利要求5所述的经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述铝、镁、锑的纯度为99.9％以上，所述中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Si中间合金Al-Sc、中间合金Al-Zr、中间合金Al-Be、中间合金Al-Cr的纯度为99.5％以上。
7.根据权利要求5所述的经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的预热釜的预加热温度为130-250℃。
8.根据权利要求5所述的经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中的铝合金熔融物降温至700-740℃。
9.根据权利要求5所述的经济型阻燃大变形铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中浇铸时将模具预热至200-300℃。
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