CN117987705A

CN117987705A - 一种铝合金材料及其制备方法和无人机支架管

Info

Publication number: CN117987705A
Application number: CN202410049378.4A
Authority: CN
Inventors: 赵明楷; 李智略; 潘保文; 刘庆华; 薛健信; 胡志坚; 赖慧芳
Original assignee: Guangdong Goldex Light Alloy Co ltd
Current assignee: Guangdong Goldex Light Alloy Co ltd
Priority date: 2024-01-12
Filing date: 2024-01-12
Publication date: 2024-05-07

Abstract

本发明公开了一种铝合金材料及其制备方法和无人机支架管，该铝合金材料的成分按质量百分数计，包括以下元素，其中，Mg 0.5‑1.0％，Zn 5.0‑6.5，Ti＜0.2％,Zr 0.05‑0.25、余量为Al和不可避免的杂质；通过加料车先投入7N03废料铝，再投入其他材料的方式将上述材料投入熔炼炉，开火将原料熔炼成铝水，待所有固体原料溶解成铝水后倾翻转注进入静置炉内，接着进行精炼；精炼后进行起铸；铸造铝水凝固成固态的7N03铸棒；将凝固成固态的7N03铸棒再码成一垛进入均匀化退火炉，得到均匀化退火后的7N03铝合金圆铸棒；将7N03铝合金圆铸棒运送到挤压机挤压出铝合金材料；该铝合金材料及其制备方法和无人机支架管使用7N03无缝管去制作机身支架，密度小、质量轻，有助于实现机体灵活机动和节约能耗。

Description

一种铝合金材料及其制备方法和无人机支架管

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法和无人机支架管。

背景技术

无人机技术，是指在无人操作的情况下，通过控制系统来自主飞行的一种无人飞行器技术。根据其使用的场景，无人机可分为军用和民用，按尺寸分为微型、小型、中型、大型等。无人机技术自诞生以来，不断发展壮大，成为当今快速发展的前沿科技之一。它的广泛应用范围让人们的生活变得更加便利和高效。无人机在航空航天、军事、农业、物流等领域发挥着重要作用，为社会进步和人类生活带来了巨大的改变。

传统无人机支架等结构件均采用钢铁制作，存在机身质量大、能耗高的问题。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种使用7N03无缝管去制作机身支架，密度小、质量轻，有助于实现机体灵活机动和节约能耗的铝合金材料及其制备方法和无人机支架管。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种铝合金材料，该铝合金材料的成分按质量百分数计，包括以下元素，其中，Mg0.5-1.0％，Zn 5.0-6.5，Ti＜0.2％,Zr 0.05-0.25、余量为Al和不可避免的杂质。

作为优选，该铝合金材料成分来自于7N03废料铝、铝锭、镁锭、锌锭、铝钛硼丝、铝锆合金。

作为优选，该铝锭为纯度99％以上的铝锭，镁锭为含镁99％以上的镁锭，锌锭为含锌99％以上的锌锭，铝钛硼丝为含钛4-6％的铝钛硼丝，铝锆合金为含锆8-12％的铝锆合金。

作为优选，该不可避免的杂质的成分包括有Si、Fe、Cu、Mn、Cr，各杂质成分所占比例为Si＜0.2wt％，Fe＜0.2wt％，Cu＜0.2wt％，Mn＜0.3wt％，Cr＜0.2wt％。

本发明所要解决的另一技术问题为提供一种铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

取7N03废料铝，纯度99％以上的铝锭，纯度99％以上的镁锭，纯度99％以上的锌锭，含钛4-6％的铝钛硼丝，含锆8-12％的铝锆合金；

通过加料车先投入7N03废料铝，再投入其他材料的方式将上述材料投入熔炼炉，开火将原料熔炼成铝水，待出现铝水之际开启炉底的电磁搅拌器，搅拌铝水使其温度和成分均匀，控制铝水温度730-760℃；

待所有固体原料溶解成铝水后倾翻转注进入静置炉内，在静置炉中控制铝水温度在730-750℃，接着进行精炼；

精炼过程采用LM15F型号精炼剂，通过氩气吹送进入熔体内，精炼持续时间在15-30min，然后静置20-30min，调整铝水温度在730-755℃内即行起铸；

铸造铝水流经SNIF双转子除气箱，再经双级板式过滤箱，最终抵达铸造模具，凝固成固态的7N03铸棒，铝水流出炉口温度730-755℃、抵达模具的温度是650-725℃、铸造速度90-100mm/min、冷却水流量105-245T/h；

将凝固成固态的7N03铸棒再码成一垛进入均匀化退火炉，设置均匀化退火工艺为400-500℃、保温15-17h，到温后出加热炉，进入冷却炉后喷水冷却到室温，就此得到均匀化退火后的7N03铝合金圆铸棒；

将7N03铝合金圆铸棒经加热炉加热到490-510℃后，运送到挤压机，按照11-12m/min的出料速度挤压出铝合金材料。

作为优选，在精炼前，取样用光谱仪分析铝水成分，若成分符合，Mg0.5-1.0wt％，Zn 5.0-6.5wt％，Ti＜0.2wt％，Zr 0.05-0.25wt％，不可避免的杂质＜1.35wt％，余量为Al，则开始精炼；若成分不符，则补充铝锭、镁锭、锌锭、铝钛硼丝、铝锆合金或者补充铝锭冲淡后再度取样分析成分，直到成分符合才能开始精炼，否则继续调整成分。

作为优选，该不可避免的杂质的成分包括有Si、Fe、Cu、Mn、Cr，各杂质成分所占比例为Si＜0.3wt％，Fe＜0.35wt％，Cu＜0.2wt％，Mn＜0.3wt％，Cr＜0.2wt％。

作为优选，将均匀化退火后的7N03铝合金圆铸棒经短棒锯台，锯切成短棒后再送入反向挤压车间，再经反向挤压车间的短棒加热炉加热到490-510℃后送进挤压机，按照11-12m/min的出料速度挤压出半成品管材，随后经拉直再裁切，裁切后放到U型木架内，接着将挤压出的半成品管材一端送进打头机器进行打扁，然后再将打头端塞进冷拔机器外模，涂上润滑脂，拉拔小车夹住打头端向后运动，将半成品通过冷拔外模，在将冷拔出来的半成品塞进矫直机器进行矫直，最后浸入除油池中进行除油即可。

本发明所要解决的另一技术问题为提供一种无人机支架管，采用上述任一项所述的铝合金材料制成。

本发明所要解决的另一技术问题为提供将铝合金材料推进时效炉，设置第一段温度100-110℃、保温时间5-7Hr；第二段温度140-160℃、保温时间7-9Hr，第二段保温时间到达后出炉空气自然冷却。

本发明的有益效果是：

采用本方案制成的铝合金材料化学成分符合7N03国家标准《GB/T3190-2020变形铝及铝合金化学成分》，且7N03合金比强度高于普通的钢铁材料、而且密度小、质量轻，有助于实现机体灵活机动和节约能耗。

附图说明

图1为拉力测试之延伸-力曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例

一种无人机支架管的制备方法，包括以下步骤：

50％的铝锭+50％的7N03废料铝+镁锭+锌锭+铝锆合金+铝钛硼丝→熔炼出铝水→铝水转入静置炉→精炼除渣除气→静置20min→铸造→铸造出6000m，直径φ178mm铝棒→均匀化退火→切出长246mm短棒→反向挤压→打头→冷拔→矫直→除油→人工时效→成品锯切。

具体步骤如下：

配料计算

按照下表1的成分，配置一炉总重量为15,000kg的铝水。

表1成分表

15,000kg 7N03铝水中目标元素的含量如下：

Mg元素：15,000×0.75％＝113kg；

Zn元素：15,000×5.25％＝788kg；

Ti元素：15,000×0.02％＝3kg；

Zr元素：15,000×0.15％＝23kg；

按照50％的铝锭配合50％的废料开炉，铝锭和7N03废料各7500kg，

则废料中含有的：

Mg元素：7500×0.75％＝57kg；

Zn元素：7500×5.25％＝394kg；

Ti元素：7500×0.02％＝1.5kg；

Zr元素：7500×0.15％＝11kg；

需要添加的元素重量：

Mg元素：113-57＝56kg；

Zn元素：788-394＝394kg；

Ti元素：3-1.5＝1.5kg；

Zr元素：23-12＝11kg；

为引入Mg元素，需添加镁含量为99％的镁锭：56/99％/96％＝59kg；

为引入Zn元素，需添加锌含量为99％的锌锭：394/99％＝398kg；

为引入Ti元素，需添加钛含量为5％的铝钛硼丝：1.5/5％＝30kg；

为引入Zr元素，需添加铬含量为10％的铝锆合金：11/10％/98％＝112kg；

综上，所需原材料有：

铝锭和7N03废料各7500kg；

镁含量为99％的镁锭59kg；

锌含量为99％的锌锭398kg；

钛含量为5％的铝钛硼丝30kg；

锆含量为10％的铝锆合金112kg。

投料熔炼

根据上述步骤算得原辅料重量准备好各材料，按照先投废料再加铝锭的原则，通过加料车投入2#熔炼炉，开大火将原辅料熔炼成铝水。待出现铝水之际开启炉底的电磁搅拌器，搅拌铝水使其温度和成分均匀，控制铝水温度730-760℃。待所有固体原料溶解成铝水后倾翻转注进入1#静置炉内。在静置炉中控制铝水温度在730-750℃，取样用光谱仪分析成分，若成分符合下表范围，则开始精炼；若成分不符，则补充辅料或者补充铝锭冲淡后再度取样分析成分，直到成分符合才能开始精炼，否则继续调整成分。

表2成分表(wt％)

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Cr

Zn

Ti

Zr

＜0.30

＜0.35

＜0.20

＜0.3

0.5-1.0

＜0.20

5.0-6.5

＜0.2

0.05-0.25

精炼过程采用20kg的LM15F型号精炼剂，通过氩气吹送进入熔体内，起到除渣和除气(H₂)的作用，精炼持续时间在15-30min。然后静置25min，调整铝水温度在730-755℃内即行起铸。

铸造和均匀化退火

铝水流经Pyrotek的SNIF双转子除气箱，再经40ppi+80ppi双级板式过滤箱，最终抵达规格为φ178mm的铸造模具，凝固成固态的7N03-φ178铸棒。铝水流出炉口温度730-755℃、抵达模具的温度是650-725℃、铸造速度90-100mm/min、冷却水流量105-245T/h。最终铸造出来的7N03材质，直径为φ178mm的6000mm长的铝合金圆铸棒。铸棒再码成一垛进入均匀化退火炉，设置均匀化退火工艺为465℃、保温16Hr，到温后出加热炉，进入冷却炉后喷水冷却到室温，就此得到均匀化退火后的7N03-φ178铝合金圆铸棒。

锯切短棒

将上述步骤中获得的均匀化退火7N03-φ178铝合金圆铸棒经短棒锯台，锯切成长度246mm的短棒。

反向挤压

将上述步骤中的短棒经反向挤压车间的3#短棒加热炉加热到490-510℃后送进3#挤压机，按照11.5m/min的出料速度挤压出半成品管材，随后经拉直再裁切成3870mm长度后码放到U型木架内。此时半成品管材的尺寸是外径φ52.5*内径φ47.7*长度3870mm。

打头

将上述步骤中挤出的半成品一端送进打头机器，打扁成φ40mm，打扁的长度是180-200mm。

冷拔

准备好冷拔模具，外模规格φ50.13mm、内模规格φ46.02mm；首先将内模套进上述步骤的半成品内孔，再将打头端塞进冷拔机器外模，涂上润滑脂，拉拔小车夹住打头端向后运动，将半成品通过冷拔外模，最终将半成品尺寸冷拔成外径φ50.13*内径φ46(+0.1，-0.05)*长度4520mm。

矫直

调整好矫直机器。再将上述步骤冷拔出来的半成品塞进矫直机器，改善半成品的直线度，从而符合0.5/1000mm的标准。

除油

将上述步骤矫直后的半成品吊装浸没入除油池，洗干净冷拔过程材料表面的润滑脂。从而得到无油污的产品表面。

人工时效

将上述步骤除油后的半成品码放进入时效料框中，然后推料框进入时效炉。设置工艺：第一段温度105℃、保温时间6Hr；第二段温度150℃、保温时间8Hr。第二段保温时间到达后出炉空气自然冷却。

成品锯切

将上述步骤时效出来的半成品裁切成1080mm长的成品。

产品符合性测试

化学成分见下表3

表3成分表

化学成分符合7N03国家标准《GB/T3190-2020变形铝及铝合金化学成分》。

耐腐蚀性

测得7N03T6无缝管在20℃下的体积导电率为43％IACS，同等条件下测得相同规格的钢铁无缝管的体积电导率为34.5％IACS。电导率越大，则产品的电极电位越高；而电极电位越高意味着材料越不容易被腐蚀。因此用7N03T6材质的新能源电车无人机支架管耐腐蚀性能(抗应力腐蚀)性能要高于钢铁材质的。

密度&比强度

7N03的密度是2.7g/cm3；钢铁的密度是7.8g/cm3。因此同等尺寸的原材料，选用铝合金的话重量可减少2/3。7N03的比强度395/2.7/100＝1.46N·m/kg，低碳钢的比强度为0.054N·m/kg。因此选用7N03铝合金比强度比普通低碳钢高得多。

产品的力学性能

根据《GB/T6892-2015一般工业用铝及铝合金挤压型材》，新能源电车电池托盘支架材料7N03T6型材的力学性能标准和实测对比如下，判定产品的力学性能合格，具体见图1和表4。

表4力学性能表

Rm/MPa	Rp0.2/MPa	A/％
			360	326	11.9

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铝合金材料，其特征在于，该铝合金材料的成分按质量百分数计，包括以下元素，其中，Mg 0.5-1.0％，Zn 5.0-6.5，Ti＜0.2％,Zr 0.05-0.25、余量为Al和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于：该铝合金材料成分来自于7N03废料铝、铝锭、镁锭、锌锭、铝钛硼丝、铝锆合金。

3.根据权利要求2所述的铝合金材料，其特征在于：该铝锭为纯度99％以上的铝锭，镁锭为含镁99％以上的镁锭，锌锭为含锌99％以上的锌锭，铝钛硼丝为含钛4-6％的铝钛硼丝，铝锆合金为含锆8-12％的铝锆合金。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的铝合金材料，其特征在于：该不可避免的杂质的成分包括有Si、Fe、Cu、Mn、Cr，各杂质成分所占比例为Si＜0.2wt％，Fe＜0.2wt％，Cu＜0.2wt％，Mn＜0.3wt％，Cr＜0.2wt％。

5.一种铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于：

在精炼前，取样用光谱仪分析铝水成分，若成分符合，Mg 0.5-1.0wt％，Zn5.0-6.5wt％，Ti＜0.2wt％，Zr 0.05-0.25wt％，不可避免的杂质＜1.35wt％，余量为Al，则开始精炼；若成分不符，则补充铝锭、镁锭、锌锭、铝钛硼丝、铝锆合金或者补充铝锭冲淡后再度取样分析成分，直到成分符合才能开始精炼，否则继续调整成分。

7.根据权利要求5所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于：该不可避免的杂质的成分包括有Si、Fe、Cu、Mn、Cr，各杂质成分所占比例为Si＜0.3wt％，Fe＜0.35wt％，Cu＜0.2wt％，Mn＜0.3wt％，Cr＜0.2wt％。

8.根据权利要求5所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于：将均匀化退火后的7N03铝合金圆铸棒经短棒锯台，锯切成短棒后再送入反向挤压车间，再经反向挤压车间的短棒加热炉加热到490-510℃后送进挤压机，按照11-12m/min的出料速度挤压出半成品管材，随后经拉直再裁切，裁切后放到U型木架内，接着将挤压出的半成品管材一端送进打头机器进行打扁，然后再将打头端塞进冷拔机器外模，涂上润滑脂，拉拔小车夹住打头端向后运动，将半成品通过冷拔外模，在将冷拔出来的半成品塞进矫直机器进行矫直，最后浸入除油池中进行除油即可。

9.一种无人机支架管，其特征在于：采用如权利要求1-8中任一项所述的铝合金材料制成。

10.如权利要求9所述的无人机支架管，其特征在于，将铝合金材料推进时效炉，设置第一段温度100-110℃、保温时间5-7Hr；第二段温度140-160℃、保温时间7-9Hr，第二段保温时间到达后出炉空气自然冷却。