CN113862526B - 一种用于建筑幕墙的铝型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于建筑幕墙的铝型材，其主要由以下质量百分比的成分组成：Si 0.5～1.4％，Mg 0.6～1.2％，Cu 0.02～0.1％，Mn 0.01～0.05％，Fe0.15～0.35wt％，Zn 0.01～0.05％，Ti 0.01～0.03％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.18％。相应的，本发明还公开了上述用于建筑幕墙的铝型材的制备方法。本发明中的铝型材的力学性能优良，且进行了消光处理，可满足建筑幕墙的使用需求。

Description

一种用于建筑幕墙的铝型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种用于建筑幕墙的铝型材及其制 备方法。
背景技术
目前，建筑行业越来越趋向于绿色化，在选用建筑材料的过程中，原则上 要尽量选择轻型化、高强度、耐腐蚀的材料，以延长建筑物的寿命，同时实现 建筑物的轻量化。在此背景下，以铝代钢、以铝代塑已成为建筑行业大的趋势。 就建筑幕墙而言，现有的建筑幕墙多采用钢材作为支撑件，虽然钢材强度较高， 但装饰性能差，且钢材耗费量高，不利于建筑轻型化。
另一方面，在建筑幕墙领域中，以铝型材代替钢材时，一者铝型材强度相 对较低，二者铝型材表面光滑度高，反光作用强，导致幕墙整体的美观度较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于建筑幕墙的铝型材，其强 度高，且具有哑光效果。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种用于建筑幕墙的铝型材的制备 方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于建筑幕墙的铝型材，其主 要由以下质量百分比的成分组成：Si 0.5～1.2％，Mg 0.6～1.4％，Cu 0.02～0.1％， Mn 0.01～0.05％，Fe 0.15～0.35wt％，Zn 0.01～0.05％，Ti 0.01～0.03％，余量为Al 和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.18％。
相应的，本发明还提供了一种上述的用于建筑幕墙的铝型材的制备方法， 其包括：
(1)按照比例准备各种原料备用；其中，以重量百分比计的原料配方如下：
Si 0.5～1.4％，Mg 0.6～1.2％，Cu 0.02～0.1％，Mn 0.01～0.05％，Fe 0.15～0.35wt％，Zn 0.01～0.05％，Ti 0.01～0.03％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂 质的含量≤0.18％；
(2)将原料经熔铸、均质、挤压、矫直、时效后得到铝型材坯体；
(3)将铝型材坯体进行脱脂处理；
(4)将脱脂后的铝型材坯体进行阳极氧化，以在其表面形成氧化膜；
(5)将阳极氧化后的铝型材坯体水洗；
(6)将水洗后的铝型材坯体进行电泳处理，以在铝型材坯体表面形成保护 膜；
(7)将所述保护膜加热固化，即得到用于建筑幕墙的铝型材成品。
作为上述技术方案的改进，步骤(6)中，电泳所采用的涂料由以下重量份 的原料制成：
甲基丙烯酸羟乙酯15～22份，甲基丙烯酸甲酯20～22份，丙烯酸10～12份， 丙烯酸甲酯35～40份，苯乙烯12～15份，水500～600份，阴离子体聚氨酯10～15 份，引发剂0.5～1份，pH调节剂0.1～1份。
作为上述技术方案的改进，步骤(6)中，电泳所采用涂料的固含量为 10～12wt％，pH值为7.5～8.5，电导率为800～900μS/cm，电泳温度为21～25℃， 电压为100～180V。
作为上述技术方案的改进，步骤(5)包括：
(5.1)将阳极氧化后的铝型材坯体采用热纯水进行清洗，其中，热纯水的 温度为65～80℃，其pH为6.8～7.2，其电导率＜40μS/cm；
(5.2)将热纯水清洗后的铝型材坯体采用常温纯水进行清洗；其中，常温 纯水的温度为25～35℃，其pH为6.5～7.5，其电导率＜20μS/cm。
作为上述技术方案的改进，步骤(7)包括：
(7.1)采用第一RO水对电泳处理后的铝型材坯体进行清洗；
(7.2)采用第二RO水对第一RO水清洗后的铝型材坯体进行清洗；
(7.3)将所述保护膜加热固化，即得到用于建筑幕墙的铝型材成品。
作为上述技术方案的改进，步骤(7.1)中，所述第一RO水的pH值为8.5～9.5， 其电导率＜200μS/cm，其温度为25～35℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(7.2)中，所述第二RO水的pH值为8.5～9.5， 其电导率＜100μS/cm，其温度为25～35℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(7.3)中，加热温度为180～210℃，保温 时间为10～20min。
作为上述技术方案的改进，步骤(4)中，采用硫酸进行阳极氧化，阳极氧 化后所形成氧化膜的厚度≥10μm。
实施本发明，具有如下有益效果：
1.本发明的用于建筑幕墙的铝型材，通过合理的配方调节，赋予了其优良 的力学性能，具体的，其抗拉强度可达到320～350MPa，屈服强度可达到 300～310MPa，延伸率达到12～15％，可满足建筑幕墙的力学性能要求，利于实 现建筑的轻量化。
2.本发明的用于建筑幕墙的铝型材，在制备过程中加入了消光电泳处理， 并通过特定的涂料、电泳参数的调节，实现了铝型材的消光；同时，赋予了铝 型材较强的耐腐蚀性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对 本发明作进一步地详细描述。
本发明提供了一种用于建筑幕墙的铝型材，其主要由以下质量百分比的成 分组成：Si 0.5～1.2％，Mg 0.6～1.4％，Cu 0.02～0.1％，Mn 0.01～0.05％，Fe 0.15～0.35wt％，Zn 0.01～0.05％，Ti 0.01～0.03％，余量为Al和不可避免的杂质， 所述不可避免杂质的含量≤0.18％。
其中，Si、Mg是主要的强化元素，其可结合形成Mg2Si晶体相，优化铝合 金的各项力学性能。Si的含量为0.5～1.4wt％，示例性的为0.6wt％、0.7wt％、1.2wt％ 或1.3wt％，但不限于此。Mg的含量为0.6～1.2wt％，示例性的为0.7wt％、0.9wt％、 1.1wt％或1.15wt％，但不限于此。需要说明的是，由于隐框玻璃幕墙需要较大的 空间填充密封胶以及隔热材料，导致其空腔部分较大，因此对型材整体的力学 性能(尤其是屈服强度)要求较高。为此，本发明控制Mg/Si＝1.3～1.7，以提升 Mg2Si相的含量，以及提升Mg2Si相的过饱和度，进而提高时效强度。
其中，Cu可提升铝型材的力学性能，但其会提升淬火敏感性。因此，控制 其含量为0.02～0.1wt％；示例性的可为0.03wt％、0.05wt％、0.08wt％或0.09wt％， 但不限于此。
其中，Mn具有一定的细化晶粒的作用，但其会弱化挤压性能，不利于铝型 材挤压成型。为此，控制其为0.01～0.05wt％，示例性的为0.02wt％、0.03wt％或 0.04wt％。
其中，Fe是主要的杂质元素之一，其大幅弱化挤压性能。为此，控制Fe含 量为0.15～0.35wt％，示例性的为0.18wt％、0.25wt％、0.28wt或0.33wt％，但不 限于此。
其中，Ti可促使铸锭组织细化，形成细小均匀的等轴晶，从而改善挤出性 能。具体的，Ti的含量为0.01-0.03％，示例性的为0.01wt％、0.02wt％或0.03wt％， 但不限于此。
相应的，本发明还公开了一种用于建筑幕墙的铝型材的制备方法，其包括 以下步骤：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将原料经熔铸、均质、挤压、矫直、时效后得到铝型材坯体；
具体的，步骤(2)包括：
(2.1)将各种原料熔铸，得到铝铸棒；
具体的，将各种原料在720～760℃熔化，精炼2～3次，扒渣，搅拌均化，静 置后铸造得到铝铸棒。
(2.2)将铝铸棒进行均质处理；
具体的，均质温度为580～600℃，均质时间为6～8h。均质后采用强风+水雾 冷却。
(2.3)将均质后的铝铸棒挤压，得到粗坯；
具体的，挤压速度为12～18m/min，本发明的挤压速度快，生产效率高。
挤压成型时，铝铸棒温度为480～510℃，模具温度为450～480℃，挤压筒温 度为400～420℃。挤压完成后采用强风冷却。
(2.4)将粗坯进行矫直；
具体的，矫直量为1.1～2％，通过较高的矫直量可起到提升铝型材机械强度 的作用。
(2.5)将调直后的粗坯进行时效处理，得到铝型材坯体；
具体的，时效温度为200～210℃，时效时间为2～4h。
(3)将铝型材坯体进行脱脂处理；
具体的，在脱脂之后，采用水对铝型材坯体进行清洗。
(4)将脱脂后的铝型材坯体进行阳极氧化，以在其表面形成氧化膜；
具体的，采用硫酸进行阳极氧化，阳极氧化后形成的氧化膜的厚度≥10μm。
(5)将阳极氧化后的铝型材坯体水洗；
具体的，步骤(5)包括：
(5.1)将阳极氧化后的铝型材坯体采用热纯水进行清洗，其中，热纯水的 温度为65～80℃，其pH为6.8～7.2，其电导率＜40μS/cm；
(5.2)将热纯水清洗后的铝型材坯体采用常温纯水进行清洗；其中，常温 纯水的温度为25～35℃，其pH为6.5～7.5，其电导率＜20μS/cm。
(6)将水洗后的铝型材坯体进行电泳处理，以在铝型材坯体表面形成保护 膜；
具体的，电泳所采用的涂料由以下重量份的原料制成：
甲基丙烯酸羟乙酯15～22份，甲基丙烯酸甲酯20～22份，丙烯酸10～12份， 丙烯酸甲酯35～40份，苯乙烯12～15份，水500～600份，阴离子体聚氨酯10～15 份，引发剂0.5～1份，pH调节剂0.1～1份。
电泳所采用涂料的制备方法为：
A、取甲基丙烯酸羟乙酯5～8份，甲基丙烯酸甲酯7～8份，丙烯酸3～4份， 丙烯酸甲酯11～14份，苯乙烯4～5份，水400～500份，引发剂0.2～0.3份，阴离 子体聚氨酯3～5份，在80～90℃反应10～50min后得到种子乳液；
B、将剩余的甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、 苯乙烯、引发剂混合后滴加至种子乳液，控制总滴加时间为2h，滴加完成后继 续反应0.5～1h，冷却出料，然后加入pH调节剂(二乙醇胺)调节至pH为7～8， 加水调节至固含量为10～12％的涂料，即得，调节后其电导率为800～900μS/cm。
通过上述制备方法，可得到核壳结构的，尺寸为0.1～0.5μm的树脂微粒，其 具有良好的消光效果。同时，本发明涂料所形成保护膜的硬度较高，耐候性和 耐腐蚀性能均较优，可适应建筑幕墙的使用需求。
其中，电泳过程中的工艺参数为：温度为21～25℃，电压为100～180V。
(7)将所述保护膜加热固化，即得到用于建筑幕墙的铝型材成品。
步骤(7)包括：
(7.1)采用第一RO水对电泳处理后的铝型材坯体进行清洗；
其中，第一RO水的pH值为8.5～9.5，其电导率＜200μS/cm，其温度为 25～35℃。
(7.2)采用第二RO水对第一RO水清洗后的铝型材坯体进行清洗；
其中，第二RO水的pH值为8.5～9.5，其电导率＜100μS/cm，其温度为 25～35℃。
(7.3)将保护膜加热固化，即得到用于建筑幕墙的铝型材成品。
其中，加热温度为180～210℃，保温时间为10～20min。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1～3
本实施例组提供一种用于建筑幕墙的铝型材，其配方如表1所示；
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将原料经熔铸、均质、挤压、矫直、时效后得到铝型材坯体；
(3)将铝型材坯体进行脱脂处理；
(4)将脱脂后的铝型材坯体进行阳极氧化，以在其表面形成氧化膜；
(5)将阳极氧化后的铝型材坯体水洗；
(6)将水洗后的铝型材坯体进行电泳处理，以在铝型材坯体表面形成保护 膜；
(7)将所述保护膜加热固化，即得到用于建筑幕墙的铝型材成品。
表1实施例1～3配方表
Figure BDA0003206795900000061
将实施例1～3得到的铝型材做测试，其结果如下表所示：
表2实施例1～3铝型材性能检测表
Figure BDA0003206795900000071
实施例4～6
本实施例提供一种用于建筑幕墙的铝型材，其配方与实施例3相同。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将各种原料在760℃熔化，精炼3次，扒渣，搅拌均化，静置后铸造 得到铝铸棒。
(3)将铝铸棒进行均质处理；其中，均质温度为585℃，时间为7h，均质 后采用强风+水雾冷却。
(4)将均质后的铝铸棒挤压，得到粗坯；其中，挤压速度为16m/min，铝 铸棒温度为490℃，模具温度为460℃，挤压筒温度为410℃。挤压完成后采用 强风冷却。
(5)将粗坯进行矫直；矫直量为1.5％；
(6)将调直后的粗坯进行时效处理，得到铝型材坯体；其中，时效温度为 205℃，时效时间为4h。
(7)将铝型材坯体进行脱脂处理；
具体的，在脱脂之后，采用水对铝型材坯体进行清洗。
(8)将脱脂后的铝型材坯体进行阳极氧化，以在其表面形成氧化膜；
具体的，采用硫酸进行阳极氧化，阳极氧化后形成的氧化膜的厚度为 11～13μm。
(9)将阳极氧化后的铝型材坯体水洗；
具体的，先采用温度为70℃的热纯水进行清洗，其pH为6.9，电导率为35 40μS/cm；
然后采用常温纯水(30℃)进行清洗；其中，常温纯水的pH为7，其电导 率为12μS/cm。
(10)将水洗后的铝型材坯体进行电泳处理，以在铝型材坯体表面形成保 护膜；
具体的，电泳所采用涂料的配方如表3所示。
电泳所采用涂料的制备方法为：
A、取1/3量的甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、 苯乙烯、引发剂、阴离子体聚氨酯以及2/3量的水，在85℃反应30min后得到 种子乳液；
B、将剩余的甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、 苯乙烯、引发剂混合后滴加至种子乳液，控制总滴加时间为2h，滴加完成后继 续反应0.5h，冷却出料，然后加入pH调节剂(二乙醇胺)调节至pH为7～8， 加水调节至固含量为10～12％的涂料，即得。
具体的，电泳的工艺参数为：
其中，电泳过程中的工艺参数为：温度为23℃，电压为140V。
(11)采用第一RO水对电泳处理后的铝型材坯体进行清洗；
其中，第一RO水的pH值为9，其电导率为150μS/cm，其温度为30℃。
(12)采用第二RO水对第一RO水清洗后的铝型材坯体进行清洗；
其中，第二RO水的pH值为9，其电导率为80μS/cm，其温度为30℃。
(13)将保护膜加热固化，即得到用于建筑幕墙的铝型材成品。
其中，加热温度为205℃，保温时间为12min。
表3实施例4～6中涂料的配方表
Figure BDA0003206795900000081
Figure BDA0003206795900000091
实施例7
本实施例提供一种用于建筑幕墙的铝型材，其与实施例5的区别在于，涂 料的制备方法不同：
本实施例中电泳所用涂料的制备方法为：将引发剂和阴离子体聚氨酯混合； 然后滴加其他反应物，控制2h内滴加完毕，滴加完后在85℃保温反应30min， 过筛即得。
将实施例4～7的铝型材做测试，其结果如表4所示：
具体的，采用CASS试验法，测定铝型材的耐盐雾腐蚀性能(240h)，采用 疝灯照射人工加速老化试验法(JC/T 2484)测定铝型材的耐候性(4000h)。
表4实施例4～7铝型材性能检测表
Figure BDA0003206795900000092
以上所述是发明的优选实施方式，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和润饰，这些 改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于建筑幕墙的铝型材的制备方法，其特征在于，包括：
(1)按照比例准备各种原料备用；其中，以重量百分比计的原料配方如下：
Si 0.5～1.2％，Mg 0.9～1.4％，Cu 0.02～0.1％，Mn 0.01～0.05％，Fe 0.15～0.35wt％，Zn 0.01～0.05％，Ti 0.01～0.03％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.18％；Mg/Si＝1.3～1.7；
(2)将原料经熔铸、均质、挤压、矫直、时效后得到铝型材坯体；
(3)将铝型材坯体进行脱脂处理；
(4)将脱脂后的铝型材坯体进行阳极氧化，以在其表面形成氧化膜；
(5)将阳极氧化后的铝型材坯体水洗；
(6)将水洗后的铝型材坯体进行电泳处理，以在铝型材坯体表面形成保护膜；
(7)将所述保护膜加热固化，即得到用于建筑幕墙的铝型材成品。
2.如权利要求1所述的用于建筑幕墙的铝型材的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，电泳所采用的涂料由以下重量份的原料制成：
甲基丙烯酸羟乙酯15～22份，甲基丙烯酸甲酯20～22份，丙烯酸10～12份，丙烯酸甲酯35～40份，苯乙烯12～15份，水500～600份，阴离子体聚氨酯10～15份，引发剂0.5～1份，pH调节剂0.1～1份。
3.如权利要求2所述的用于建筑幕墙的铝型材的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，电泳所采用涂料的固含量为10～12wt％，pH值为7.5～8.5，电导率为800～900μS/cm，电泳温度为21～25℃，电压为100～180V。
4.如权利要求1所述的用于建筑幕墙的铝型材的制备方法，其特征在于，步骤(5)包括：
(5.1)将阳极氧化后的铝型材坯体采用热纯水进行清洗，其中，热纯水的温度为65～80℃，其pH为6.8～7.2，其电导率＜40μS/cm；
(5.2)将热纯水清洗后的铝型材坯体采用常温纯水进行清洗；其中，常温纯水的温度为25～35℃，其pH为6.5～7.5，其电导率＜20μS/cm。
5.如权利要求1所述的用于建筑幕墙的铝型材的制备方法，其特征在于，步骤(7)包括：
(7.1)采用第一RO水对电泳处理后的铝型材坯体进行清洗；
(7.2)采用第二RO水对第一RO水清洗后的铝型材坯体进行清洗；
(7.3)将所述保护膜加热固化，即得到用于建筑幕墙的铝型材成品。
6.如权利要求5所述的用于建筑幕墙的铝型材的制备方法，其特征在于，步骤(7.1)中，所述第一RO水的pH值为8.5～9.5，其电导率＜200μS/cm，其温度为25～35℃。
7.如权利要求5所述的用于建筑幕墙的铝型材的制备方法，其特征在于，步骤(7.2)中，所述第二RO水的pH值为8.5～9.5，其电导率＜100μS/cm，其温度为25～35℃。
8.如权利要求5所述的用于建筑幕墙的铝型材的制备方法，其特征在于，步骤(7.3)中，加热温度为180～210℃，保温时间为10～20min。
9.如权利要求5所述的用于建筑幕墙的铝型材的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，采用硫酸进行阳极氧化，阳极氧化后所形成氧化膜的厚度≥10μm。
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