CN116651961A - 一种用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，包括如下步骤：S1、将5R60合金板进行浸泡酸洗，然后进行修磨和粗轧；S2、然后将5R60合金板进行喷淋酸洗，然后进行热处理；S3、最后进行冷轧，得到产品；其中，所述酸洗采用酸洗液；所述酸洗液包括脒基硫脲、聚丙二醇、醋酸、阴离子表面活性剂、缓蚀剂、水；所述缓蚀剂中含有含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物。使用本发明公开的用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺制成的含钪铝合金板材具有较好的机械力学性能，同时具有较好的抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金制造领域，具体涉及一种用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺。
背景技术
铝-镁合金具有优异的性能，在航空、航天、汽车、建筑特别是船舶、特种车辆等领域有着广泛应用，具有密度小、比强度高、耐腐蚀性能好、成形性好以及可焊性良好等优点。随着行业不断发展，我国船舶和特种车辆对铝合金力学性能、耐腐蚀性能等综合性能的要求在不断提高，但传统5XXX合金以Mg为主合金元素，强度相对较低，而国际上广泛使用的AA5059合金虽然性能较传统5XXX合金有所提升，但仍不能满足高性能铝合金的发展需求。且AA5059合金受限于进口，限制了其在我国船舶、特种车辆等领域的大规模应用。
近年来，新型5R60铝合金，具有高比强度、良好的防护性能、突出的耐蚀性、良好的焊接性、良好的低温性能等综合性能优势，可满足我国船舶、特种车辆等领域的需求。
然而，在对5R60铝合金板材加工制备过程中发现，不同的冷轧工艺会对该合金的性能造成较大的影响，可能存在成材率偏低、力学性能下降以及缓蚀效果不理想的现象，已难以满足市场对产品性能的需求。
综上所述，亟需研发一种新的技术方案，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种新型冷轧制备工艺，以克服现有技术的不足。本发明开发了一种适合针对5R60铝合金板材的冷轧工艺，制备出性能优异、轧透性好、抑裂、防腐性能好、符合市场需求、具有广泛的市场价值和应用前景的5R60铝合金板材，对促进铝合金板材的进一步发展具有非常重要的意义。
本发明的一个目的在于，提供一种用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，所述用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺包括如下步骤：
S1、将5R60合金板进行浸泡酸洗，然后进行修磨和粗轧；
S2、然后将5R60合金板进行喷淋酸洗，然后进行热处理；
S3、最后进行冷轧，得到产品；
其中，所述酸洗采用酸洗液，所述酸洗液包括如下质量份数的成分：
脒基硫脲 10-15份
聚丙二醇 4-8份
醋酸 2-4份
阴离子表面活性剂 1-2份
缓蚀剂 1-2份
水 60份；
其中，缓蚀剂中含有含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物。
进一步地，所述缓蚀剂由含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物50-60份，木质素磺酸钠1-2份，异丙醇1-2份，偏硅酸钠1-2份，聚丙烯酸钠1-2份复配制成。
进一步地，所述含氢硅油的含氢量选自0.18wt%、0.36wt%或0.75wt%。
进一步地，所述阴离子表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐AES、十二烷基苯磺酸钠LAS、烯基磺酸钠AOS、脂肪酸甲酯磺酸盐MES的一种或多种。
进一步地，所述含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物的制备方法如下：将含氢硅油和聚多元醇单甲醚溶于溶剂中，在惰性气体保护下、醋酸锌的催化体系下回流反应得到粗产物，所得粗产物经除去溶剂、过柱纯化后，得到产物。
进一步地，所述含氢硅油和聚多元醇单甲醚的摩尔比为1:1-1:3。
进一步地，所述粗轧锻件厚度由5.0mm轧制3.5mm，所述粗轧变形量为20-40%。
进一步地，所述冷轧锻件厚度由2.4mm轧制1.2mm，所述冷轧变形量为30-60%。
进一步地，所述热处理为退火，温度为250-400℃，时间为30-150min。
本发明的另一个目的在于，上述任一项所述用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺所得的含钪铝合金板材。
本发明具有以下有益效果：
1. 本发明的用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺中，采用浸泡酸洗和喷淋酸洗对合金板进行组合处理，能够有效去除含钪铝合金板材表面锈迹，同时提升了材料的缓蚀效果。
2. 本发明采用含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应的产物与木质素磺酸钠、异丙醇、偏硅酸钠、聚丙烯酸钠复配作为缓蚀剂，该缓蚀剂与酸洗液中的脒基硫脲、聚丙二醇、阴离子表面活性剂等成分具有较好相容性。并且，本发明的缓蚀剂中，引入了较长的EO/PO链段，微观上便于缓蚀剂与含钪铝合金板材的物理缠结，从而形成更为稳定和紧密的结构，不易分离；另外，由于具有较为柔性的主链段和较长的支链，使得缓蚀剂具有更强的成膜作用，能够形成稳定、致密的膜结构，从而长期附着于含钪铝合金板材表面，隔绝空气、水等物质，提升了防腐蚀效果；而在冷却后，因为其本身的韧性，避免了由于温差过大而收缩形变。因此本发明的缓蚀剂可以稳定地均匀分布在含钪铝合金板材表面，使得含钪铝合金板材即使长时间暴露在户外及酸性环境中，仍具有稳定均匀的力学性能和抗腐蚀性能。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，除非特别声明，均为市面上常见原料，以及本领域技术人员所熟知的技术手段。
本发明实施例中的5R60合金板，其化学成分及其质量百分比为：Mg：5.90%、Zn：0.80%、Mn：0.90%、Sc：0.10%、Cu：0.10%、Zr：0.15%、Ti：0.04%、Fe：0.20%、Si：0.15%、余量为Al。
本发明实施例中所述的AES，采购自赞宇科技集团股份有限公司。
本发明实施例中所述的LAS，采购自深圳市吉平化工有限公司。
本发明实施例中所述的AOS，采购自东明俱进化工有限公司。
本发明实施例中所述的含氢硅油，采购自江西海多化工有限公司。含氢硅油为一种混合物，其数均分子量可以进行大致估算，相关方法参照《1H NMR测定含氢硅油含氢量及分子量》（商春燕等，光谱实验室，2011，28，1287），所估算的数均分子量，按5000计算。
本发明实施例中所述的聚乙二醇单甲醚和聚丙二醇单甲醚，均采购自南通亿迅化工。
下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，包括以下步骤：
S1、将5R60合金板进行浸泡酸洗，然后进行修磨和粗轧，变形量为29%；
S2、 然后将5R60合金板进行喷淋酸洗，然后进行退火处理，温度为330℃，时间为90min；
S3、最后进行冷轧，变形量为44%，得到产品。
其中，所述酸洗采用酸洗液，所述酸洗液包括如下质量份数的成分：
脒基硫脲 13份
聚丙二醇 6份
醋酸 3份
AES 2份
缓蚀剂 2份
水 60份。
所述缓蚀剂的制备方法包括如下步骤：将55份含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物、2份木质素磺酸钠、2份异丙醇、1份偏硅酸钠、1份聚丙烯酸钠共混，搅拌均匀得到缓蚀剂。
所述含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物的制备方法包括如下步骤：将1mmol的含氢硅油（含氢量为0.18wt%），和1.2mmol的聚乙二醇单甲醚，溶于100ml的二甲苯中，然而加入占含氢硅油的0.15wt%的醋酸锌作为催化剂，在氩气保护下，加热回流10h，得到粗产物。然后将体系中溶剂减压蒸馏除去，将浓缩物过硅胶柱（流动相为石油醚：二氯甲烷=2:1，v/v），收集产物，得到含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物。
实施例2
一种用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，包括以下步骤：
S1、将5R60合金板进行浸泡酸洗，然后进行修磨和粗轧，变形量为38%；
S2、 然后将5R60合金板进行喷淋酸洗，然后进行退火处理，温度为380℃，时间为130min；
S3、最后进行冷轧，变形量为55%，得到产品。
其中，所述酸洗采用酸洗液，所述酸洗液包括如下质量份数的成分：
脒基硫脲 15份
聚丙二醇 8份
醋酸 4份
LAS 2份
缓蚀剂 2份
水 60份。
所述缓蚀剂的制备方法包括如下步骤：将60份含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物、2份木质素磺酸钠、2份异丙醇、1份偏硅酸钠、1份聚丙烯酸钠共混，搅拌均匀得到缓蚀剂。
所述含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物的制备方法包括如下步骤：将1mmol的含氢硅油（含氢量为0.36wt%），和1.3mmol的聚丙二醇单甲醚，溶于100ml的二甲苯中，然而加入占含氢硅油的0.25wt%的醋酸锌作为催化剂，在氩气保护下，加热回流10h，得到粗产物。然后将体系中溶剂减压蒸馏除去，将浓缩物过硅胶柱（流动相为石油醚：二氯甲烷=2:1，v/v），收集产物，得到含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物。
实施例3
一种用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，包括以下步骤：
S1、将5R60合金板进行浸泡酸洗，然后进行修磨和粗轧，变形量为23%；
S2、 然后将5R60合金板进行喷淋酸洗，然后进行退火处理，温度为290℃，时间为60min；
S3、最后进行冷轧，变形量为37%，得到产品。
其中，所述酸洗采用酸洗液，所述酸洗液包括如下质量份数的成分：
脒基硫脲 11份
聚丙二醇 5份
醋酸 2份
AOS 1份
缓蚀剂 1份
水 60份。
所述缓蚀剂的制备方法包括如下步骤：将50份含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物、1份木质素磺酸钠、1份异丙醇、2份偏硅酸钠、2份聚丙烯酸钠共混，搅拌均匀得到缓蚀剂。
所述含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物的制备方法包括如下步骤：将1mmol的含氢硅油（含氢量为0.75wt%），和1mmol的聚丙二醇单甲醚，溶于100ml的二甲苯中，然而加入占含氢硅油的0.20wt%的醋酸锌作为催化剂，在氩气保护下，加热回流8h，得到粗产物。然后将体系中溶剂减压蒸馏除去，将浓缩物过硅胶柱（流动相为石油醚：二氯甲烷=2:1，v/v），收集产物，得到含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物。
对比例1
对比例1中的用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺的所用成分和质量份数，与实施例1均相同，唯一不同点在于，对比例1中不进行浸泡酸洗。
对比例2
对比例2中的用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺的所用成分和质量份数，与实施例1均相同，唯一不同点在于，对比例2中的缓蚀剂中，以等质量份数的常规聚二甲基硅氧烷（购自百灵威科技有限公司）代替含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物。
测试例
对实施例1和对比例1-2制备的含钪铝合金板材进行性能测试。
测试方法：
根据GB/T 228.1-2021《金属材料拉伸试验 第1部分：室温试验方法》对冷轧后的合金板材进行机械力学性能测试，测试结果如表1。
根据GB/T 22639-2022《铝合金产品的剥落腐蚀试验方法》对冷轧后的合金板材进行抗剥落腐蚀性能测试，测试结果如表1。
表1列出了采用上述方法制备的合金板材的机械力学性能及抗剥落腐蚀性能。
从表1可以看出，本发明实施例制得的含钪铝合金板材具有较好的机械力学性能，抗拉强度、屈服强度均优于对比例1-2，这是冷轧制备工艺多个步骤协同作用的结果。另外，本发明实施例制得的含钪铝合金板材具有较好的抗腐蚀性能，这是因为经过酸洗的含钪铝合金板材表面可以稳定地均匀分布一层缓蚀剂，使得该含钪铝合金板材在酸性环境中，仍具有较好的稳定性。按国标GB/T 22639-2022《铝合金产品的剥落腐蚀试验方法》对其抗剥落腐蚀性能进行测试，处于PA级，可广泛应用于航空、航天、汽车、建筑特别是船舶、特种车辆等领域，具有广阔的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，其特征在于，所述用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺包括如下步骤：
S1、将5R60合金板进行浸泡酸洗，然后进行修磨和粗轧；
S2、然后将5R60合金板进行喷淋酸洗，然后进行热处理；
S3、最后进行冷轧，得到产品；
其中，所述酸洗采用酸洗液，所述酸洗液包括如下质量份数的成分：
脒基硫脲 10-15份
聚丙二醇 4-8份
醋酸 2-4份
阴离子表面活性剂 1-2份
缓蚀剂 1-2份
水 60份；
其中，缓蚀剂中含有含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物。
2.根据权利要求1所述用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，其特征在于，所述缓蚀剂还包括木质素磺酸钠、异丙醇、偏硅酸钠、聚丙烯酸钠。
3.根据权利要求1所述用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，其特征在于，所述含氢硅油的含氢量选自0.18wt%、0.36wt%或0.75wt%。
4.根据权利要求1所述用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，其特征在于，所述阴离子表面活性剂选自AES、LAS、AOS、MES的一种或多种。
5.根据权利要求1所述用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，其特征在于，所述含氢硅油与聚多元醇单甲醚缩合反应所制得的产物的制备方法如下：将含氢硅油和聚多元醇单甲醚溶于溶剂中，在惰性气体保护下、醋酸锌的催化体系下回流反应得到粗产物，所得粗产物经除去溶剂、过柱纯化后，得到产物。
6.根据权利要求5所述用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，其特征在于，所述含氢硅油和聚多元醇单甲醚的摩尔比为1:1-1:3。
7.根据权利要求1所述用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，其特征在于，所述冷轧变形量为30-60%。
8.根据权利要求1所述用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺，其特征在于，所述热处理为退火，温度为250-400℃，时间为30-150min。
9.权利要求1-8任一项所述用于含钪铝合金板材的新型冷轧制备工艺所得的含钪铝合金板材。
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