CN1667148A - 一种用细晶铝锭制造的6063铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用细晶铝锭制造的6063铝合金，由Al、Si、Mg、RE、B元素组成，其中Si的质量分数0.20－0.6％，Mg 0.45－0.9％，RE≤0.35％，B≤0.01％。同时提供了一种制备该6063铝合金的方法，在铝电解槽中添加氧化铝和氧化钛的混合物，生产钛的质量分数为0.01－0.20％的细晶铝锭，在直接出电解槽的细晶铝锭熔体或将细晶铝锭熔化形成的细晶铝锭熔体中加入合金元素，熔炼成6063铝合金。本发明由于其独特的加钛方式，生产成本低廉，铸态晶粒细小均匀；抗拉强度与铝钛硼中间合金细化的6063铝合金相当，而延伸率提高20％，并可获得更优异的表面性能；挤压后的6063铝合金型材具有良好的时效特性，可短时间时效达到较高强度，又可较长时间保持高强度，不宜过时效。
Description
所属技术领域
本发明属于铝合金制造领域，具体涉及一种用细晶铝锭制造的6063铝合金及其制造方法。
背景技术
6063铝合金是GB/T 3190《变形铝及铝合金化学成分》中一个铝合金牌号，该合金化学成分为：
硅的质量分数为：0.20-0.6％；
镁的质量分数为：0.45-0.9％；
铁的质量分数为：≤0.35％；
铜的质量分数为：≤0.10％；
锰的质量分数为：≤0.10％；
铬的质量分数为：≤0.10％；
锌的质量分数为：≤0.10％；
钛的质量分数为：≤0.10％；
其他每种元素的质量分数不大于0.05％，总和不大于0.15％；余量为铝。
在变形铝合金中加入晶粒细化剂，可使铝合金具有细小等轴晶粒，减小各向异性，改善加工性能，同时也使铝合金组织分布均匀，力学性能提高。6063铝合金以其中等强度、良好的抗腐蚀性能、良好的抛光性、良好的阳极氧化着色性及良好的涂漆性能，在装饰性铝结构材料中得到了广泛应用。在6063铝合金熔炼过程中，通常通过添加铝钛、铝钛硼中间合金进行晶粒细化的。由于中间合金的制造工艺复杂，此种方法的加钛成本较高。
申请号为03126663.0的专利申请提供了一种改进型6063铝合金材料。该材料是在原6063铝合金中添加0.11～0.2％(重量)的混合稀土元素La和Ce，其中稀土元素La的添加量为0.036～0.14％(重量)。该技术虽然添加了稀土元素，改善了6063合金的性能，但无法保证铸态低倍组织晶粒度级别。
细晶铝锭是在电解铝生产设施和生产工艺不变的条件下，通过在电解质中添加一定比例的氧化钛，利用铝-钛共析原理生产的钛的质量分数为0.01-0.20％的晶粒细化的铝锭。在用电解法生产细晶铝锭的过程中，Ti以原子的形式存在于阴极铝液中，由于钛含量低，而且铝液受电解电流产生的磁场和阳极气体沸腾的作用处在不停的运动搅拌之中，钛元素分布均匀。因此，细晶铝锭中TiAl3细小、均匀，对铝合金的晶粒细化能力较强。
在铝合金中添加稀土可改善机械、物理及工艺性能，表现为净化、强化和细化。T.Sritharan，H.Li，Optimizing the composition of master alloys for grainrefining aluminium.Scripta Materialia，1996，35(9)，1053-1056介绍，在纯铝中含有不大于0.2％的钛时，按1/9的B/Ti比加入硼，可获得最细的晶粒直径。B/Ti为0，即不加硼，或加入B/Ti为1/2.2 1的TiB2的平衡含量，即不含有过剩钛，晶粒较大。因此，如在细晶铝锭熔炼的6063铝合金中加入适量的硼，可显著细化晶粒。因此，以细晶铝锭加钛为基础，加入稀土元素，以一定的Ti/B比加入B元素熔炼6063铝合金，可综合细晶铝锭，稀土元素，硼元素对合金综合性能影响的优势，获得更好的细化及强化效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有6063铝合金晶粒细化方法存在的问题，利用细晶铝锭的特点，通过添加Si、Mg、RE(富铈混合稀土)和B(硼)制备出一种新型的6063铝合金，同时提供一种制备本发明铝合金的方法，使得6063铝合金铸态晶粒细小均匀，综合性能提高，生产成本降低。
本发明的技术方案如下。
用细晶铝锭制造的6063铝合金，在细晶铝锭中添加Si、Mg、RE、B元素组成，其各元素的质量分数为：
Si 0.2
Mg 0.45-0.9％
Ti 0.005-0.06％
RE ≤0.35％
B ≤0.02％
余量为铝。
其中：
Ti的质量分数为0.03-0.05％。
Ti的质量分数为0.005-0.03％，RE的质量分数为0.2-0.3％。
Ti的质量分数为0.005-0.03％，RE的质量分数为0.2-0.3％，B的质量分数为0.0001-0.006％。
RE为富铈混合稀土。
制备上述6063铝合金的方法是：
向细晶铝锭熔体中加入所需质量的纯Al，搅拌均匀，使熔体钛的质量分数为0.01-0.05％，
按权利要求1给定的质量分数添加Si，
按权利要求1给定的质量分数添加Mg，
按权利要求1给定的质量分数添加RE，
按权利要求1给定的质量分数添加B，
温度为720-760℃，向熔体至少喷吹一次精炼剂或气体10-20min，喷吹气体为氮气或氩气，
对熔体成分进行分析，通过向熔体补充钛对产物含钛量进行调节，
690-720℃浇注，即得产物，
上述第二步之后各步骤没有严格的先后顺序。
其中：
细晶铝锭熔体为直接出电解槽的熔体或细晶铝锭熔化形成的熔体。
Si在熔炼炉中预热到200-700℃，再加入细晶铝锭熔体。
B按所制备产物钛含量的十分之一添加。
对熔体成分进行分析，钛的质量分数为0.005-0.03％时，如果钛含量低于产物钛含量目标值0.005％，则添加铝钛中间合金晶粒细化剂或钛剂或氟钛酸钾进行补充，如果高于0.005％，则添加纯铝进行稀释；钛的质量分数为0.03-0.06％时，如果钛含量低于产物钛含量目标值0.01％，则添加铝钛中间合金晶粒细化剂或钛剂或氟钛酸钾进行补充，如果高于0.01％，则添加纯铝进行稀释。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、细晶铝锭熔炼6063铝合金，由于其细晶铝锭加钛方式，生产成本低廉；
2、铸态晶粒细小均匀，低倍组织晶粒度级别小于2级；挤压性能、表面性能及力学性能不低于添加AlTi5B1中间合金细化的6063铝合金；与添加AlTi5B1熔炼的6063铝合金相比，具有良好的时效特性，可短时间时效达到较高的强度，又可较长时间保持高硬度，不宜过时效，便于组织生产；细晶铝锭、RE元素联合细化，细晶铝锭、RE及B元素联合细化熔炼的6063铝合金抗拉强度与添加AlTi5B1熔炼的6063铝合金相当，而延伸率提高20％，并可获得更优异的表面性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。
实施例1
选取Ti的质量分数为0.11％的细晶铝锭为原料制备6063铝合金，目标产物中钛含量的质量分数为0.03％。
按目标产物中硅的质量分数0.4％的比例，将硅放置于熔炼炉中，预热到500℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝(如Al99.70A)，使熔体钛的质量分数为0.03％；
采用二次喷吹精炼剂，温度降至740℃，第一次喷吹15min，喷吹气体为氮气，所用精炼剂为从金属溶剂厂购买的变形铝及铝合金用精炼剂；
按0.5％的质量分数添加纯Mg；
对熔体成分进行分析，钛的质量分数如果低于0.02％，添加AlTi5中间合金晶粒细化剂进行补充，如果高于0.04％，添加纯铝进行稀释；
第二次喷吹精炼剂10min；
静置20min，浇注，浇注温度为715℃，得目标产物。
浇铸成规格为Φ80mm的6063铝合金挤压用圆铸锭。
在500t挤压机上挤压成一定规格的建筑型材，经200℃×2h时效，制成标准拉伸试样，测试其力学性能，表面经阳极氧化后测量其表面性能。
经检测，产物化学成分为：0.372％Si，0.502％Mg，0.109％Fe，0.038％Ti，余量为Al；力学性能为：抗拉强度σb为227MPa，屈服强度σ0.2为207MPa，延伸率δ为10.5％；表面性能为：单件局部膜厚15μm，单件平均膜厚16μm，氧化膜封孔质量10mg/dm2，落砂试验磨耗系数522g/μm，滴碱试验102s。
实施例2
选取Ti的质量分数为0.12％的细晶铝锭为原料制备6063铝合金，目标产物中钛含量的质量分数为0.04％。
把Ti的质量分数为0.12％细晶铝锭放入熔炼炉中，加入所需质量的纯铝，熔化后，使熔体钛的质量分数为0.04％；
采用二次喷吹精炼剂，温度为740℃，第一次喷吹12min，喷吹气体为氩气；
按目标产物中0.38％的质量分数，加入硅；
按0.48％的质量分数，添加纯Mg；
成分分析，如钛的质量分数低于0.03％，添加钛剂进行补充；高于0.05％，加纯铝进行稀释；
第二次喷吹精炼剂，喷吹11min；
静置20min，浇注，浇注温度为700℃，得目标产物。
浇铸成规格为Φ80mm的6063铝合金挤压用圆铸锭。
在500t挤压机上挤压成一定规格的建筑型材，经200℃×2h时效，制成标准拉伸试样，测试其力学性能，表面经阳极氧化后测量其表面性能。
经检测，产物的化学成分为：0.386％Si，0.495％Mg，0.112％Fe，0.043％Ti，余量为Al；力学性能为：抗拉强度σb为231MPa，屈服强度σ0.2为212Mpa，延伸率δ为11.0％；表面性能为：单件局部膜厚14μm，单件平均膜厚15μm，氧化膜封孔质量12mg/dm2，落砂试验磨耗系数501g/μm，滴碱试验107s。
实施例3
选取Ti的质量分数为0.15％的细晶铝锭为原料制备6063铝合金，目标产物中钛的质量分数为0.05％。
按目标产物中硅的质量分数为0.42％，将硅放置于熔炼炉中，预热到600℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝(如Al99.70A)，使熔体钛的质量分数为0.05％；
采用二次喷吹精炼剂，温度降至740℃，第一次喷吹14min，喷吹气体为氮气；
按0.52％的质量分数添加纯Mg；
对熔体成分进行分析，钛的质量分数如果低于0.04％，添加氟钛酸钾(K2TiF6)进行补充，如果高于0.06％，添加纯铝进行稀释；
第二次喷吹精炼剂10min；
静置20min，浇注，浇注温度为720℃，得目标产物。
浇铸成规格为Φ80mm的6063铝合金挤压用圆铸锭。
在500t挤压机上挤压成一定规格的建筑型材，经200℃×2h时效，制成标准拉伸试样，测试其力学性能，表面经阳极氧化后测量其表面性能。
经检测，产物化学成分为：0.401％Si，0.508％Mg，0.122％Fe，0.052％Ti，余量为Al；力学性能为：抗拉强度σb为227MPa，屈服强度σ0.2为215Mpa，延伸率δ为11.0％；表面性能为：单件局部膜厚15μm，单件平均膜厚16μm，氧化膜封孔质量11mg/dm2，落砂试验磨耗系数506g/μm，滴碱试验109s。
实施例4
选取Ti的质量分数为0.08％的细晶铝锭为原料制备6063铝合金，目标产物中钛含量的质量分数为0.015％。
按目标产物中硅的质量分数为0.43％，将硅放置于熔炼炉中，预热到700℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝，使熔体钛的质量分数为0.015％；
按0.30％的质量分数，添加RE；
按0.54％的质量分数，添加纯Mg；
成分分析，如钛的质量分数低于0.01％，添加AlTi10中间合金晶粒细化剂补充；高于0.02％，加纯铝进行稀释；
喷吹精炼剂20min；
静置20min，浇注，浇注温度为690℃，得目标产物。
浇铸成规格为Φ80mm的6063铝合金挤压用圆铸锭。
在500t挤压机上挤压成一定规格的建筑型材，经200℃×2h时效，制成标准拉伸试样，测试其力学性能，表面经阳极氧化后测量其表面性能。
经检测，产物的化学成分为：0.412％Si，0.506％Mg，0.117％Fe，0.012％Ti，0.29％RE，余量为Al；力学性能为：抗拉强度σb为227MPa，屈服强度σ0.2为215MPa，延伸率δ为12.0％；表面性能为：单件局部膜厚16μm，单件平均膜厚17μm，氧化膜封孔质量15mg/dm2，落砂试验磨耗系数508g/μm，滴碱试验110s。
实施例5
选取Ti的质量分数为0.14％的细晶铝锭为原料制备6063铝合金，目标产物中钛含量的质量分数为0.025％。
按目标产物中硅的质量分数为0.39％，将硅放置于熔炼炉中，预热到400℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝，使熔体钛的质量分数为0.025％；
采用二次喷吹精炼剂，温度降至740℃，第一次喷吹16min，喷吹气体为氩气；
按0.50％的质量分数，添加纯Mg；
按0.20％的质量分数，添加RE；
成分分析，如钛的质量分数低于0.020％，添加钛剂补充；高于0.030％，加纯铝进行稀释；
第二次喷吹精炼剂，喷吹12min；
静置20min，浇注，浇注温度为715℃，得目标产物。
浇铸成规格为φ80mm的6063铝合金挤压用圆铸锭。
在500t挤压机上挤压成一定规格的建筑型材，经200℃×2h时效，制成标准拉伸试样，测试其力学性能，表面经阳极氧化后测量其表面性能。
经检测，产物的化学成分为：0.380％Si，0.497％Mg，0.105％Fe，0.023％Ti，0.21％RE，余量为Al；力学性能为：抗拉强度σb为218MPa，屈服强度σ0.2为197MPa，延伸率δ为12.6％；表面性能为：单件局部膜厚16μm，单件平均膜厚17μm，氧化膜封孔质量16mg/dm2，落砂试验磨耗系数504g/μm，滴碱试验97s。
实施例6
选取Ti的质量分数为0.06％的细晶铝锭为原料制备6063铝合金，目标产物中钛含量的质量分数为0.010％。
按目标产物中硅的质量分数为0.39％，将硅放置于熔炼炉中，预热到500℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝，使熔体钛的质量分数为0.010％；
按0.25％的质量分数，添加RE；
按0.50％的质量分数，添加纯Mg；
成分分析，如钛的质量分数低于0.005％，添加氟钛酸钾(K2TiF6)补充；高于0.015％，加纯铝进行稀释；
喷吹精炼剂20min，喷吹气体为氮气；
静置20min，浇注，浇注温度为700℃，得目标产物。
浇铸成规格为φ80mm的6063铝合金挤压用圆铸锭。
在500t挤压机上挤压成一定规格的建筑型材，经200℃×2h时效，制成标准拉伸试样，测试其力学性能，表面经阳极氧化后测量其表面性能。
经检测，产物的化学成分为：0.380％Si，0.497％Mg，0.105％Fe，0.012％Ti，0.24％RE，余量为Al；力学性能为：抗拉强度σb为225MPa，屈服强度σ0.2为202MPa，延伸率δ为13.6％。；表面性能为：单件局部膜厚17μm，单件平均膜厚18μm，氧化膜封孔质量14mg/dm2，落砂试验磨耗系数506g/μm，滴碱试验107s。
实施例7
选取Ti的质量分数为0.05％的细晶铝锭为原料制备6063铝合金，目标产物中钛含量的质量分数为0.015％。
按目标产物中硅的质量分数为0.41％，将硅放置于熔炼炉中，预热到700℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝，使熔体钛的质量分数为0.015％；
按0.50％的质量分数，添加纯Mg；
按0.0015％的质量分数，添加B；
按0.30％的质量分数，添加RE；
成分分析，如钛的质量分数低于0.010％，添加AlTi5中间合金晶粒细化剂；高于0.020％，加纯铝进行稀释；
喷吹精炼剂18min，喷吹气体为氮气；
静置20min，浇注，浇注温度为700℃，得目标产物。
浇铸成规格为φ80mm的6063铝合金挤压用圆铸锭。
在500t挤压机上挤压成一定规格的建筑型材，经200℃×2h时效，制成标准拉伸试样，测试其力学性能，表面经阳极氧化后测量其表面性能。
经检测，产物的化学成分为：0.392％Si，0.492％Mg，0.115％Fe，0.016％Ti，0.29％RE，0.001％B，余量为Al；力学性能为：抗拉强度σb为211MPa，屈服强度σ0.2为190MPa，延伸率δ为12.0％；表面性能为：单件局部膜厚18μm，单件平均膜厚19μm，氧化膜封孔质量16mg/dm2，落砂试验磨耗系数497g/μm，滴碱试验100s。
实施例8
选取Ti的质量分数为0.10％的细晶铝锭为原料制备6063铝合金，目标产物中钛含量的质量分数为0.025％。
按目标产物中硅的质量分数为0.41％，将硅放置于熔炼炉中，预热到600℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝，使熔体钛的质量分数为0.025％；
采用二次喷吹精炼剂，温度降至740℃，第一次喷吹17min，喷吹气体为氩气；
按0.25％的质量分数，添加RE；
按0.50％的质量分数，添加纯Mg；
按0.0025％的质量分数，添加B；
成分分析，如钛的质量分数低于0.020％，添加氟钛酸钾(K2TiF6)进行补充；高于0.030％，加纯铝进行稀释；
第二次喷吹精炼剂，喷吹16min；
静置20min，浇注，浇注温度为710℃，得目标产物。
浇铸成规格为φ80mm的6063铝合金挤压用圆铸锭。
在500t挤压机上挤压成一定规格的建筑型材，经200℃×2h时效，制成标准拉伸试样，测试其力学性能，表面经阳极氧化后测量其表面性能。
经检测，产物的化学成分为：0.402％Si，0.512％Mg，0.121％Fe，0.028％Ti，0.26％RE，0.003％B，余量为Al；力学性能为：抗拉强度σb为221MPa，屈服强度σ0.2为200Mpa，延伸率δ为12.6％；表面性能为：单件局部膜厚17μm，单件平均膜厚18μm，氧化膜封孔质量15mg/dm2，落砂试验磨耗系数496g/μm，滴碱试验109s。
实施例9
选取Ti的质量分数为0.03％的细晶铝锭为原料制备6063铝合金，目标产物中钛含量的质量分数为0.010％。
按目标产物中硅的质量分数为0.40％，将硅放置于熔炼炉中，预热到200℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝，使熔体钛的质量分数为0.010％；
采用二次喷吹精炼剂，温度降至740℃，第一次喷吹18min，喷吹气体为氩气；
按0.001％的质量分数，添加B；
按0.20％的质量分数，添加RE；
按0.50％的质量分数，添加纯Mg；
成分分析，如钛的质量分数低于0.005％，添加钛剂进行补充；高于0.015％，加纯铝进行稀释；
第二次喷吹精炼剂，喷吹15min；
静置20min，浇注，浇注温度为716℃，得目标产物。
浇铸成规格为φ80mm的6063铝合金挤压用圆铸锭。
在500t挤压机上挤压成一定规格的建筑型材，经200℃×2h时效，制成标准拉伸试样，测试其力学性能，表面经阳极氧化后测量其表面性能。
经检测，产物的化学成分为：0.382％Si，0.492％Mg，0.103％Fe，0.008％Ti，0.22％RE，0.0006％B余量为Al；力学性能为：抗拉强度σb为231MPa，屈服强度σ0.2为211MPa，延伸率δ为13.8％；表面性能为：单件局部膜厚16μm，单件平均膜厚17μm，氧化膜封孔质量13mg/dm2，落砂试验磨耗系数498g/μm，滴碱试验119s。
Claims (11)
1.一种用细晶铝锭制造的6063铝合金，其特征在于：在细晶铝锭中添加Si、Mg、RE、B元素组成，其各元素的质量分数为：
Si 0.20-0.6％
Mg 0.45-0.9％
Ti 0.005-0.06％
RE ≤0.35％
B ≤0.02％
余量为铝。
2.根据权利要求1所述的6063铝合金，其特征在于：Ti的质量分数为0.03-0.05％。
3.根据权利要求1所述的6063铝合金，其特征在于：Ti的质量分数为0.005-0.03％，RE的质量分数为0.2-0.3％。
4.根据权利要求1所述的6063铝合金，其特征在于：Ti的质量分数为0.005-0.03％，RE的质量分数为0.2-0.3％，B的质量分数为0.0001-0.006％。
5.根据权利要求1所述的6063铝合金，其特征在于：所说的RE为富铈混合稀土。
6.上述6063铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
向细晶铝锭熔体中加入所需质量的纯Al，搅拌均匀，使熔体钛的质量分数为0.010-0.05％，
按权利要求1给定的质量分数添加Si，
按权利要求1给定的质量分数添加Mg，
按权利要求1给定的质量分数添加RE，
按权利要求1给定的质量分数添加B，
温度为720-760℃，向熔体至少喷吹一次精炼剂或气体10-20min，喷吹气体为氮气或氩气，
对熔体成分进行分析，通过向熔体补充钛对产物含钛量进行调节，
690-720℃浇注，即得产物，
上述第二步之后各步骤没有严格的先后顺序。
7.根据权利要求6所述的6063铝合金的制备方法，其特征在于：细晶铝锭熔体为直接出电解槽的熔体或细晶铝锭熔化形成的熔体。
8.根据权利要求6所述的6063铝合金的制备方法，其特征在于：Si在熔炼炉中预热到200-700℃，再加入细晶铝锭熔体。
9.根据权利要求6所述的6063铝合金的制备方法，其特征在于：B按所制备产物钛含量的十分之一添加。
10.根据权利要求6所述的6063铝合金的制备方法，其特征在于：对熔体成分进行分析，钛的质量分数为0.005-0.03％时，如果钛含量低于产物钛含量目标值0.005％，则添加铝钛中间合金晶粒细化剂或钛剂或氟钛酸钾进行补充，如果高于0.005％，则添加纯铝进行稀释；钛的质量分数为0.03-0.06％时，如果钛含量低于产物钛含量目标值0.01％，则添加铝钛中间合金晶粒细化剂或钛剂或氟钛酸钾进行补充，如果高于0.01％，则添加纯铝进行稀释。
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