海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及制备方法和成型工艺与流程

本发明涉及一种制造挤压型材的铝合金及挤压工艺，尤其是一种制造挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及挤压工艺，具体地说是一种制造海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及挤压工艺。

背景技术：

Al-Mn系铝合金，具有优异的耐蚀性能和塑性加工成型性能，并且具有密度小、焊接性能好、延展性好、表面光洁等优良的综合性能，在海洋工程、航空航天、汽车等领域中的应用越来越广泛。但是Al-Mn系铝合金属于热处理不可强化的变形铝合金，强度相对较低，限制了应用。

合金化是调控合金组织性能的有效手段。在Al-Mn系铝合金中添加Mg元素，可以有效提高合金的强度，但当Mg含量过高时，合金晶界上会析出腐蚀电位(−1.085V)比铝基体α(Al)的腐蚀电位(−0.812V)低的β(Al₃Mg₂)相，合金晶间腐蚀敏感性提高。在Al-Mn系铝合金添加Mg元素的基础上进一步添加Zn元素，可使合金晶界形成τ(Mg₃₂(Al, Zn)₄₉)相来抑制β(Al₃Mg₂)相的生成。由于τ(Mg₃₂(Al, Zn)₄₉)的腐蚀电位(−0.813V)比β(Al₃Mg₂)相的腐蚀电位(−1.085V)高并且与铝基体α(Al)的腐蚀电位(−0.812V)相近，因此，Zn元素的合金化可以提高合金的抗腐蚀性能。另外，Zr元素可使合金内部析出ZrAl₃质点，细化合金组织，抑制再结晶，进一步提高合金的强度和抗腐蚀性能。

到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及挤压工艺可供使用，这一定程度上制约了我国海洋电缆敷设装置等工业的发展。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的海洋电缆敷设装置铝合金的抗腐蚀性、强度、挤压成形性难以兼顾的问题，设计一种三者兼顾的Al-Mn-Mg-Zn-Zr系海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金，同时发明其制备方法及相关型材的制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种制造海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金，其特征在于：它主要由铝（Al）、锰（Mn）、镁（Mg）、锌（Zn）和锆（Zr）组成，其中，锰（Mn）的质量百分比为0.753~1.48%，镁（Mg）的质量百分比为3.39~3.56%，锌（Zn）的质量百分比为0.0019~0.761%，锆（Zr）的质量百分比为0.203~0.391%，余量为铝和少量杂质元素。

本发明的技术方案之二是：

一种海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金的制备方法，其特征在于：

首先，将纯Al熔化后依次加入Al-Mn中间合金、Al-Zr中间合金，待所有中间合金熔化后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，然后再依次加入纯Zn和纯Mg，待所有金属熔化后再次加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温10~ 20min后去渣并浇铸成锭；

其次，对浇铸成锭的合金进行成分均匀化的扩散退火处理，即可获得制造海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金。

所述的Al-Mn中间合金中Mn的质量百分比为10.02%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%。

所述的浇铸成锭合金的成分均匀化的扩散退火处理其最佳工艺为420±10℃´2h+460±10℃´2h+500±10℃´2h+520±10℃´10h。

本发明的技术方案之三是：

一种用海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金铸锭制造挤压型材的方法，其特征在于：采用的挤压参数为：控制挤压温度520±10℃，挤压比32.7±0.5，最小壁厚2±0.2mm。

本发明的有益效果：

（1）本发明获得了一种制造海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及挤压工艺，合金挤压成型性能好，抗腐蚀性高，强度高、塑性高。合金铸锭经成分均匀化的扩散退火处理（420℃´2h+460℃´2h+500℃´2h+520℃´10h）、挤压（温度520℃、挤压比32.7，最小壁厚2mm）后，抗拉强度为258~307MPa，延伸率为20.2~39.5%；按国标GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为15.58~55.52mm。

（2）本发明通过大量的试验获得并公开了一种制造海洋电缆敷设装置专用挤压型材的新型高抗腐蚀高强度铝锰合金的成分设计、合金制备方法、挤压材制备方法，一定程度上打破了国外对高性能铝合金的技术封锁，可满足我国海洋工程、航空航天、武器装备等领域的需求。

附图说明

图1是用本发明实施例一新型高抗腐蚀高强度铝锰合金制造的海洋电缆敷设装置专用挤压型材的尺寸图。

图2是用本发明实施例一新型高抗腐蚀高强度铝锰合金制造的海洋电缆敷设装置挤压型材的晶间腐蚀试验后横截面金相图。

图3是用本发明实施例二新型高抗腐蚀高强度铝锰合金制造的海洋电缆敷设装置挤压型材的晶间腐蚀试验后横截面金相图。

图4是用本发明实施例三新型高抗腐蚀高强度铝锰合金制造的海洋电缆敷设装置挤压型材的晶间腐蚀试验后横截面金相图。

图5是用本发明实施例四新型高抗腐蚀高强度铝锰合金制造的海洋电缆敷设装置挤压型材的晶间腐蚀试验后横截面金相图。

图6是用本发明实施例五新型高抗腐蚀高强度铝锰合金制造的海洋电缆敷设装置挤压型材的晶间腐蚀试验后横截面金相图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一

如图1、2所示。

一种制造海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及挤压工艺。其合金制备方法为（以100kg合金计）：

先将79.65kg A00等级纯Al（成分：99.79%Al, 0.14%Fe, 0.04%Si，本发明所有组份均采用质量百分比表示，下同，凡组份相加不足100%的部分均为杂质）熔化后依次加入7.375kgAl-Mn (89.73Al, 10.02Mn, 0.19Fe, 0.06Si )中间合金、9.221kgAl-Zr中间合金(95.69%Al, 4.11%Zr,0.20%Fe, 0.10%Si )，待所有中间合金熔化后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，然后加入0.0189kg纯Zn和3.74kg纯Mg，待所有金属熔化后再次加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温10~20 min后去渣并浇铸成锭。所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制。对熔铸成锭的合金进行420±10℃´2h+460±10℃´2h+500±10℃´2h+520±10℃´10h的成分均匀化的扩散退火处理；即获得制造海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金。

其挤压型材的挤压制造工艺为：

挤压温度520±10℃，挤压比32.7±0.5，最小壁厚2±0.2mm（附图1）。

本实施例的铝合金挤压材经光谱实际测量成分为：0.739%Mn, 3.74%Mg, 0.0189%Zn, 0.379%Zr, 余量为铝和杂质元素。

本实施例铝合金挤压材的抗拉强度、延伸率分别为259.48625MPa、39.5%；按GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为15.58mm（附图2）。

实施例二

如图3所示。

一种制造海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及挤压工艺，其合金制备方法和其挤压型材的挤压制造工艺与实施例一类同。所不同的是调整中间合金Al-Mn、Al-Zr和纯金属Zn、Mg的配比，得到的铝合金挤压材经光谱实际测量成分为：0.77%Mn, 3.05%Mg, 0.0059%Zn, 0.351%Zr, 余量为铝和杂质元素。

本实施例铝合金挤压材的抗拉强度、延伸率分别为258 MPa、37.4%；按GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为34.81mm（附图3）。

实施例三

如图4所示。

一种制造海洋电缆敷设装置专用挤压型材的新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及挤压工艺，其合金制备方法和其挤压型材的挤压制造工艺与实施例一类同，所不同的是调整中间合金Al-Mn、Al-Zr和纯金属Zn、Mg的配比，得到的铝合金挤压材经光谱实际测量成分为：1.28%Mn, 2.22%Mg, 0.679%Zn, 0.26%Zr, 余量为铝和杂质元素。

本实施例铝合金挤压材的抗拉强度、延伸率分别为267MPa、21.50%；按GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为25.78mm（附图4）。

实施例四

如图5所示。

一种制造海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及挤压工艺，其合金制备方法和其挤压型材的挤压制造工艺与实施例一类同。所不同的是调整中间合金Al-Mn、Al-Zr和纯金属Zn、Mg的配比，得到的铝合金挤压材经光谱实际测量成分为：1.06%Mn, 2.78%Mg, 0.569%Zn, 0.245%Zr, 余量为铝和杂质元素。

本实施例铝合金挤压材的抗拉强度、延伸率分别为283MPa、30.6%；按GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为55.52mm（附图5）。

实施例五

如图6所示。

一种制造海洋电缆敷设装置挤压型材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及挤压工艺，其合金制备方法和其挤压型材的挤压制造工艺与实施例一类同。

所不同的是调整Al-Mn、Al-Zr中间合金、纯镁Mg、纯锌Zn的配比，得到的铝合金挤压材经光谱实际测量成分为：1.46%Mn, 3.27%Mg, 0.739%Zn, 0.204%Zr, 余量为铝和杂质元素。

本实施例铝合金挤压材的抗拉强度、延伸率分别为307MPa、21.2%；按GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为54.42mm（附图6）。

实施例七。

将实施例一至六所得到的高强度铝锰合金进行拉挤，控制拉挤参数为：挤压温度520±10℃，挤压比32.7±0.5，最小壁厚2±0.2mm。所得型材的具体指标参见实施例一至六。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。