CN114657426B - 一种耐腐蚀铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金技术领域，本发明具体公开了一种耐腐蚀铝合金及其制备方法，所述的耐腐蚀铝合金由以下原料制备而成：镱、锆、镓、铈、铁、铬、镁、镍、锡、锌、余量铝。本发明通过以铝、锌、锡、镍为主要向合金原料，再添加镁、铬、铁、铈、镓、锆、镱，制备得到了性能稳定，强度高的铝合金，通过在本发明所述的性能稳定的铝合金以等离子熔覆法熔覆喷涂形成防腐蚀涂层能够显著提高所述铝合金的耐腐蚀效果，能够起到很好的保护作用，且所述的防腐蚀涂层表面均匀、致密性好，且所述的耐腐蚀涂层与铝合金本体具有良好的结合力。

Description

一种耐腐蚀铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种耐腐蚀铝合金及其制备方法。
背景技术
铝是地壳中含量最丰富的金属元素，是有色金属领域使用最广泛的金属元素之一，铝合金在许多领域有着广泛的应用，但在恶劣的工作环境下容易受到污染或损伤，在潮湿和盐水等环境中很容易被腐蚀，造成铝制设备损坏或故障，失去其使用价值。
等离子熔覆技术是一种高效且应用广泛的表面处理技术，具有与基体结合良好、设备成本低、工作环境无污染及操作简单等优点。等离子熔覆技术能够在零部件的表面熔覆性能优异的涂层，针对零部件进行表面强化、预保护及修复，以达到延长其服役时间或重新恢复使用的目的。
因此，如何通过等离子熔覆技术在铝合金表面熔覆喷涂形成防腐蚀涂层成为了本领域人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种耐腐蚀铝合金及其制备方法，所述的铝合金具有良好的耐腐蚀效果。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案：
一种耐腐蚀铝合金，按重量百分百计，由以下重量份原料制备而成：0.05~0.15%镱、0.05~0.2%锆、0.08~0.25%镓、0.1~0.3%铈、0.1~0.3%铁、0.2~0.6%铬、0.3~0.8%镁、1.2~2%镍、2~5%锡、3~8%锌、余量铝。
本发明通过以铝、锌、锡、镍为主要向合金原料，再添加镁、铬、铁、铈、镓、锆、镱，制备得到了性能稳定，强度高的铝合金。
作为一种优选方案，所述耐腐蚀铝合金由以下重量份原料制备而成：0.05~0.1%镱、0.05~0.12%锆、0.08~0.15%镓、0.1~0.2%铈、0.1~0.25%铁、0.2~0.5%铬、0.3~0.7%镁、1.2~1.8%镍、2~4%锡、3~6%锌、余量铝。
作为一种优选方案，所述耐腐蚀铝合金由以下重量份原料制备而成：0.08%镱、0.1%锆、0.12%镓、0.15%铈、0.2%铁、0.4%铬、0.6%镁、1.5%镍、3.5%锡、余量铝。
作为一种优选方案，所述铝合金表面涂覆有防腐蚀涂层，所述防腐蚀涂层通过将混合粉体以等离子熔覆法熔覆喷涂形成。
作为一种优选方案，所述混合粉体由以下重量份原料混合而成：20~60份碳化硅、20~50份改性石墨烯、20~50份高熵合金粉。
作为一种优选方案，所述混合粉体由以下重量份原料混合而成：40份碳化硅、30份改性石墨烯、30份高熵合金粉。
本发明的发明人在大量的研究中发现，通过在本发明所述的性能稳定的铝合金以等离子熔覆法熔覆喷涂形成防腐蚀涂层能够显著提高所述铝合金的耐腐蚀效果，能够起到很好的保护作用，且所述的防腐蚀涂层表面均匀、致密性好，且所述的耐腐蚀涂层与铝合金本体具有良好的结合力。
发明人发现，采用以碳化硅、改性石墨烯、高熵合金粉为混合粉体，将其以等离子熔覆法熔覆喷涂形成防腐蚀涂层，相比采用其他的混合粉体能够更加显著的提高耐腐蚀效果，且发明人发现，单一的使用改性石墨烯、高熵合金粉均达不到效果，将二者联用才能显著提高耐腐蚀效果。
作为一种优选方案，所述改性石墨烯的制备方法为：
S1、将15~30重量份石墨烯加入到60~90重量份N-甲基吡咯烷酮中，分散均匀，得到石墨烯混合液；
S2、将1~4重量份冰醋酸、1~5重量份六偏磷酸钠加入到石墨烯混合液中，在50~80℃下，以100~400rpm转速搅拌10~30min，再加入1~3重量份三氟丙基三乙氧基硅烷、2~5重量份全氟己基磺酰氟，以200~600W超声处理20~40min，过滤，干燥，得到改性石墨烯。
发明人通过将石墨烯用N-甲基吡咯烷酮分散，再通过所述的冰醋酸、六偏磷酸钠处理，最后通过含氟硅烷、含氟表面活性剂处理，得到了能够显著提高耐腐蚀效果的改性石墨烯，所述的改性石墨烯能够在防腐蚀涂层中均匀分布，不会发生团聚现象。
且发明人发现，改性石墨烯的制备方法对所述的耐腐蚀效果也有贡献，采取本发明所述的改性石墨烯的制备方法制备得到的改性石墨烯相比于其他方法制备的具有更好的耐腐蚀效果。
作为一种优选方案，所述高熵合金粉的制备方法为：
按照重量份配比将15~40份锌粉、10~30份钛粉、8~25份钴粉、5~20份铁粉、4~12份镍粉加入到球磨机中，以300~800rpm转速球磨20~60h，得到高熵合金粉。
作为一种优选方案，所述球磨的磨球为不锈钢磨球，球料比为8~15：1。
本发明还提供了一种耐腐蚀铝合金的制备方法，用于制备上述所述的耐腐蚀铝合金，包括以下步骤：
S11、将铝加入到熔炼炉中，加热至690~720℃使其熔化，加入锌、镓、铈、镱、锡、镁，加热至850~880℃，完全融化后经氩气出气除气处理，再加入锆、铁、铬、镍，加热至1920~1950℃，完全融化后后经氩气出气除气处理，得到合金液；
S12、降温至740~800℃，加入合金液重量的0.1~0.5%的精炼剂进行精炼8~12min；降温至700~715℃，倒入模具中，成型，得到铸锭；
S13、将铸锭在500~550℃下淬火保温40~65min；
S14、将步骤S4处理后的铸锭置于时效炉内，进行时效处理，步骤为：时效一段：时效温度为105~120℃，时效处理时间60~100min；时效二段：时效温度为130~150℃，时效处理时间80~110min；时效三段：时效温度为180~220℃，时效处理时间2~5h，完成后得压铸件；
S15、将混合粉体以等离子熔覆法熔覆喷涂在压铸件表面形成防腐蚀涂层，得到所述耐腐蚀铝合金，所述等离子熔覆法具体为：非转移弧电压：17~21V；非转移弧电流：55~62A；转移弧电压：28~32V；转移弧电流：110~130A；送粉电压：4.5~5.5V；离子气：250~350L/h；送粉气：400~600L/h；保护气：380~450L/h；喷焊速度：24~30mm/min；焊枪摆幅：15~25mm；喷距：10~15mm。
本发明的有益效果：本发明通过以铝、锌、锡、镍为主要向合金原料，再添加镁、铬、铁、铈、镓、锆、镱，制备得到了性能稳定，强度高的铝合金，通过在本发明所述的性能稳定的铝合金以等离子熔覆法熔覆喷涂形成防腐蚀涂层能够显著提高所述铝合金的耐腐蚀效果，能够起到很好的保护作用，且所述的防腐蚀涂层表面均匀、致密性好，且所述的耐腐蚀涂层与铝合金本体具有良好的结合力。
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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，除特别声明，所述的份均为重量份。
实施例1
一种耐腐蚀铝合金，按重量百分百计，由以下重量份原料制备而成：0.08%镱、0.1%锆、0.12%镓、0.15%铈、0.2%铁、0.4%铬、0.6%镁、1.5%镍、3.5%锡、余量铝。
所述铝合金表面涂覆有防腐蚀涂层，所述防腐蚀涂层通过将混合粉体以等离子熔覆法熔覆喷涂形成。
所述混合粉体由以下重量份原料混合而成：40份碳化硅、30份改性石墨烯、30份高熵合金粉。
所述改性石墨烯的制备方法为：
S1、将20重量份石墨烯加入到80重量份N-甲基吡咯烷酮中，分散均匀，得到石墨烯混合液；
S2、将3重量份冰醋酸、4重量份六偏磷酸钠加入到石墨烯混合液中，在65℃下，以300rpm转速搅拌20min，再加入2重量份三氟丙基三乙氧基硅烷、4重量份全氟己基磺酰氟，以500W超声处理30min，过滤，干燥，得到改性石墨烯。
所述高熵合金粉的制备方法为：
按照重量份配比将35份锌粉、25份钛粉、20份钴粉、12份铁粉、8份镍粉加入到球磨机中，以600rpm转速球磨50h，得到高熵合金粉，所述球磨的磨球为不锈钢磨球，球料比为10：1。
所述的耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S11、将铝加入到熔炼炉中，加热至700℃使其熔化，加入锌、镓、铈、镱、锡、镁，加热至870℃，完全融化后经氩气出气除气处理，再加入锆、铁、铬、镍，加热至1940℃，完全融化后后经氩气出气除气处理，得到合金液；
S12、降温至750℃，加入合金液重量的0.3%的精炼剂进行精炼10min；降温至710℃，倒入模具中，成型，得到铸锭；
S13、将铸锭在520℃下淬火保温50min；
S14、将步骤S4处理后的铸锭置于时效炉内，进行时效处理，步骤为：时效一段：时效温度为110℃，时效处理时间80min；时效二段：时效温度为140℃，时效处理时间100min；时效三段：时效温度为200℃，时效处理时间3h，得压铸件；
S15、将混合粉体以等离子熔覆法熔覆喷涂在压铸件表面形成防腐蚀涂层，得到所述耐腐蚀铝合金，所述等离子熔覆法具体为：非转移弧电压：20V；非转移弧电流：60A；转移弧电压：30V；转移弧电流：120A；送粉电压：5V；离子气：300L/h；送粉气：500L/h；保护气：400L/h；喷焊速度：28mm/min；焊枪摆幅：20mm；喷距：12mm。
实施例2
一种耐腐蚀铝合金，按重量百分百计，由以下重量份原料制备而成：0.05%镱、0.2%锆、0.08%镓、0.3%铈、0.1%铁、0.6%铬、0.3%镁、2%镍、2%锡、8%锌、余量铝。
所述铝合金表面涂覆有防腐蚀涂层，所述防腐蚀涂层通过将混合粉体以等离子熔覆法熔覆喷涂形成。
所述混合粉体由以下重量份原料混合而成：50份碳化硅、30份改性石墨烯、20份高熵合金粉。
所述改性石墨烯的制备方法为：
S1、将15重量份石墨烯加入到85重量份N-甲基吡咯烷酮中，分散均匀，得到石墨烯混合液；
S2、将2.5重量份冰醋酸、4重量份六偏磷酸钠加入到石墨烯混合液中，在70℃下，以300rpm转速搅拌20min，再加入1.5重量份三氟丙基三乙氧基硅烷、2.5重量份全氟己基磺酰氟，以500W超声处理30min，过滤，干燥，得到改性石墨烯。
所述高熵合金粉的制备方法为：
按照重量份配比将40份锌粉、10份钛粉、25份钴粉、20份铁粉、5份镍粉加入到球磨机中，以500rpm转速球磨50h，得到高熵合金粉，所述球磨的磨球为不锈钢磨球，球料比为10：1。
所述的耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S11、将铝加入到熔炼炉中，加热至700℃使其熔化，加入锌、镓、铈、镱、锡、镁，加热至870℃，完全融化后经氩气出气除气处理，再加入锆、铁、铬、镍，加热至1940℃，完全融化后后经氩气出气除气处理，得到合金液；
S12、降温至750℃，加入合金液重量的0.3%的精炼剂进行精炼10min；降温至710℃，倒入模具中，成型，得到铸锭；
S13、将铸锭在520℃下淬火保温50min；
S14、将步骤S4处理后的铸锭置于时效炉内，进行时效处理，步骤为：时效一段：时效温度为110℃，时效处理时间80min；时效二段：时效温度为140℃，时效处理时间100min；时效三段：时效温度为200℃，时效处理时间3h，得压铸件；
S15、将混合粉体以等离子熔覆法熔覆喷涂在压铸件表面形成防腐蚀涂层，得到所述耐腐蚀铝合金，所述等离子熔覆法具体为：非转移弧电压：20V；非转移弧电流：60A；转移弧电压：30V；转移弧电流：120A；送粉电压：5V；离子气：300L/h；送粉气：500L/h；保护气：400L/h；喷焊速度：28mm/min；焊枪摆幅：20mm；喷距：12mm。
实施例3
一种耐腐蚀铝合金，按重量百分百计，由以下重量份原料制备而成：0.15%镱、0.05%锆、0.25%镓、0.1%铈、0.3%铁、0.2%铬、0.8%镁、1.2%镍、5%锡、3%锌、余量铝。
所述铝合金表面涂覆有防腐蚀涂层，所述防腐蚀涂层通过将混合粉体以等离子熔覆法熔覆喷涂形成。
所述混合粉体由以下重量份原料混合而成：40份碳化硅、20份改性石墨烯、40份高熵合金粉。
所述改性石墨烯的制备方法为：
S1、将30重量份石墨烯加入到90重量份N-甲基吡咯烷酮中，分散均匀，得到石墨烯混合液；
S2、将1重量份冰醋酸、5重量份六偏磷酸钠加入到石墨烯混合液中，在60℃下，以200rpm转速搅拌20min，再加入1重量份三氟丙基三乙氧基硅烷、5重量份全氟己基磺酰氟，以500W超声处理30min，过滤，干燥，得到改性石墨烯。
所述高熵合金粉的制备方法为：
按照重量份配比将15份锌粉、30份钛粉、8份钴粉、5份铁粉、12份镍粉加入到球磨机中，以500rpm转速球磨40h，得到高熵合金粉，所述球磨的磨球为不锈钢磨球，球料比为10：1。
所述的耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S11、将铝加入到熔炼炉中，加热至700℃使其熔化，加入锌、镓、铈、镱、锡、镁，加热至870℃，完全融化后经氩气出气除气处理，再加入锆、铁、铬、镍，加热至1940℃，完全融化后后经氩气出气除气处理，得到合金液；
S12、降温至750℃，加入合金液重量的0.3%的精炼剂进行精炼10min；降温至710℃，倒入模具中，成型，得到铸锭；
S13、将铸锭在520℃下淬火保温50min；
S14、将步骤S4处理后的铸锭置于时效炉内，进行时效处理，步骤为：时效一段：时效温度为110℃，时效处理时间80min；时效二段：时效温度为140℃，时效处理时间100min；时效三段：时效温度为200℃，时效处理时间3h，得压铸件；
S15、将混合粉体以等离子熔覆法熔覆喷涂在压铸件表面形成防腐蚀涂层，得到所述耐腐蚀铝合金，所述等离子熔覆法具体为：非转移弧电压：20V；非转移弧电流：60A；转移弧电压：30V；转移弧电流：120A；送粉电压：5V；离子气：300L/h；送粉气：500L/h；保护气：400L/h；喷焊速度：28mm/min；焊枪摆幅：20mm；喷距：12mm。
对比例1
对比例1与实施例1不同之处在于，对比例1不经过所述的等离子熔覆法熔覆喷涂处理，其他都相同。
一种耐腐蚀铝合金，按重量百分百计，由以下重量份原料制备而成：0.08%镱、0.1%锆、0.12%镓、0.15%铈、0.2%铁、0.4%铬、0.6%镁、1.5%镍、3.5%锡、余量铝。
所述的耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S11、将铝加入到熔炼炉中，加热至700℃使其熔化，加入锌、镓、铈、镱、锡、镁，加热至870℃，完全融化后经氩气出气除气处理，再加入锆、铁、铬、镍，加热至1940℃，完全融化后后经氩气出气除气处理，得到合金液；
S12、降温至750℃，加入合金液重量的0.3%的精炼剂进行精炼10min；降温至710℃，倒入模具中，成型，得到铸锭；
S13、将铸锭在520℃下淬火保温50min；
S14、将步骤S4处理后的铸锭置于时效炉内，进行时效处理，步骤为：时效一段：时效温度为110℃，时效处理时间80min；时效二段：时效温度为140℃，时效处理时间100min；时效三段：时效温度为200℃，时效处理时间3h，完成后得到所述的耐腐蚀铝合金。
本实施例未经过等离子熔覆法熔覆喷涂处理。
对比例2
对比例2与实施例1不同之处在于，对比例2所述的混合粉体不含有所述的改性石墨烯，其他都相同。
所述混合粉体由以下重量份原料混合而成：40份碳化硅、30份高熵合金粉。
对比例3
对比例3与实施例1不同之处在于，对比例3所述的混合粉体不含有所述的高熵合金粉，其他都相同。
所述混合粉体由以下重量份原料混合而成：40份碳化硅、30份改性石墨烯。
对比例4
对比例4与实施例1不同之处在于，对比例4采用石墨烯替换改性石墨烯，其他都相同。
对比例5
对比例5与实施例1不同之处在于，对比例5所述的改性石墨烯的制备方法不同于实施例1，其他都相同。
在本对比例中，采用等量的硅烷偶联剂替换所述的含氟硅烷（三氟丙基三乙氧基硅烷），采用普通的表面活性剂所述的含氟表面活性剂（全氟己基磺酰氟）。
所述改性石墨烯的制备方法为：
S1、将20重量份石墨烯加入到80重量份N-甲基吡咯烷酮中，分散均匀，得到石墨烯混合液；
S2、将3重量份冰醋酸、4重量份六偏磷酸钠加入到石墨烯混合液中，在65℃下，以300rpm转速搅拌20min，再加入2重量份硅烷偶联剂KH550、4重量份十二烷基苯磺酸钠，以500W超声处理30min，过滤，干燥，得到改性石墨烯。
为了进一步证明本发明的效果，提供了以下测试方法：
1.按照ASTM G69-20测试腐蚀电位，测试结果见表1。
表1 测试结果
对比实施例1~3可知，不同的原料配比、混合粉体的配比、改性石墨烯的制备参数能够在一定程度上影响铝合金的耐腐蚀效果，其中实施例1为最佳实施方式，有着最佳的耐腐蚀效果。
对比实施例1与对比例1可知，本发明通过等离子熔覆法熔覆喷涂处理在铝合金表面形成防腐蚀涂层能够显著提高耐腐蚀效果。
对比实施例1与对比例2、3可知，所述的等离子熔覆法熔覆喷涂处理所用混合粉体能够显著影响到所述的铝合金的耐腐蚀效果，其中所述的混合粉体只有采用所述的改性石墨烯与所述的高熵合金粉联用，才能显著提高耐腐蚀效果，单一的使用改性石墨烯、高熵合金粉均达不到效果。
对比实施例1与对比例4、5可知，采用所述的改性石墨烯能够显著提高所述铝合金的耐腐蚀效果，且所述的改性石墨烯的制备方法对所述的耐腐蚀效果也有贡献，采取本发明所述的改性石墨烯的制备方法制备得到的改性石墨烯相比于其他方法制备的具有更好的耐腐蚀效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种耐腐蚀铝合金，其特征在于，按重量百分百计，由以下重量份原料制备而成：0.05~0.15%镱、0.05~0.2%锆、0.08~0.25%镓、0.1~0.3%铈、0.1~0.3%铁、0.2~0.6%铬、0.3~0.8%镁、1.2~2%镍、2~5%锡、3~8%锌、余量铝；
所述铝合金表面涂覆有防腐蚀涂层，所述防腐蚀涂层通过将混合粉体以等离子熔覆法熔覆喷涂形成；
所述混合粉体由以下重量份原料混合而成：20~60份碳化硅、20~50份改性石墨烯、20~50份高熵合金粉；
所述改性石墨烯的制备方法为：
S1、将15~30重量份石墨烯加入到60~90重量份N-甲基吡咯烷酮中，分散均匀，得到石墨烯混合液；
S2、将1~4重量份冰醋酸、1~5重量份六偏磷酸钠加入到石墨烯混合液中，在50~80℃下，以100~400rpm转速搅拌10~30min，再加入1~3重量份三氟丙基三乙氧基硅烷、2~5重量份全氟己基磺酰氟，以200~600W超声处理20~40min，过滤，干燥，得到改性石墨烯；
所述高熵合金粉的制备方法为：
按照重量份配比将15~40份锌粉、10~30份钛粉、8~25份钴粉、5~20份铁粉、4~12份镍粉加入到球磨机中，以300~800rpm转速球磨20~60h，得到高熵合金粉；
所述耐腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S11、将铝加入到熔炼炉中，加热至690~720℃使其熔化，加入锌、镓、铈、镱、锡、镁，加热至850~880℃，完全融化后经氩气除气处理，再加入锆、铁、铬、镍，加热至1920~1950℃，完全融化后经氩气除气处理，得到合金液；
S12、降温至740~800℃，加入合金液重量的0.1~0.5%的精炼剂进行精炼8~12min；降温至700~715℃，倒入模具中，成型，得到铸锭；
S13、将铸锭在500~550℃下淬火保温40~65min；
S14、将步骤S4处理后的铸锭置于时效炉内，进行时效处理，步骤为：时效一段：时效温度为105~120℃，时效处理时间60~100min；时效二段：时效温度为130~150℃，时效处理时间80~110min；时效三段：时效温度为180~220℃，时效处理时间2~5h，完成后得压铸件；
S15、将混合粉体以等离子熔覆法熔覆喷涂在压铸件表面形成防腐蚀涂层，得到所述耐腐蚀铝合金，所述等离子熔覆法具体为：非转移弧电压：17~21V；非转移弧电流：55~62A；转移弧电压：28~32V；转移弧电流：110~130A；送粉电压：4.5~5.5V；离子气：250~350L/h；送粉气：400~600L/h；保护气：380~450L/h；喷焊速度：24~30mm/min；焊枪摆幅：15~25mm；喷距：10~15mm。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀铝合金，其特征在于，由以下重量份原料制备而成：0.05~0.1%镱、0.05~0.12%锆、0.08~0.15%镓、0.1~0.2%铈、0.1~0.25%铁、0.2~0.5%铬、0.3~0.7%镁、1.2~1.8%镍、2~4%锡、3~6%锌、余量铝。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述混合粉体由以下重量份原料混合而成：40份碳化硅、30份改性石墨烯、30份高熵合金粉。
4.根据权利要求1所述的耐腐蚀铝合金，其特征在于，所述球磨的磨球为不锈钢磨球，球料比为8~15：1。
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