本发明涉及金属门窗材料技术领域，具体涉及一种新型铝合金门窗型材及其制备方法。
背景技术：
现有的铝合金主要掺杂了以下化学成分：镁、铁、锰、钛、铜、锌、镍、铬等，在实际应用中其减振降噪性不是很好，用其制成的铝合金门窗在使用过程中受到风压和推拉或开合过程中产生撞击噪音的影响，同时，因铝合金型材的主要材料是铝，铝合金门窗在使用过程中会经历风吹日晒或者受到温度及湿度变化的影响，而在空气中极易氧化而受到腐蚀，致使门窗铝合金型材变色、变形，缩短了铝合金型材的使用寿命。因此，通常会对铝合金型材进行表面处理，现有的铝合金型材表面处理工艺有阳极氧化、电解着色、电泳涂漆、粉末喷涂、氟碳漆喷涂、拉丝等，这些表面处理工艺均只起到一定的耐腐蚀效果，不具备一定减振降噪的特性，无法满足现如今人们对铝合金型材性能的高要求。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种新型铝合金门窗型材及其制备方法，该种型材制备方法简单方便，综合性能优良。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种新型铝合金门窗型材，包括常用的fe、mn、ti、cu和mg等元素，具体包括以下按重量百分比计的化学成分：fe：0.21-0.27％、mn：0.62-0.70％、ti：0.11-0.15％、cu：0.03-0.06％、mg：0.54-0.58％、co：0.85-1.05％、sb：0.46-0.52％、te：0.01-0.03％、mo：0.72-0.78％、zr：0.07-0.11％、nb：0.16-0.24％、sc：0.05-0.15％、ce：0.006-0.01％、n≤0.005％，余量为al。
进一步地，上述铝合金门窗型材包括以下按重量百分比计的化学成分：fe：0.24％、mn：0.66％、ti：0.13％、cu：0.045％、mg：0.56％、co：0.95％、sb：0.49％、te：0.02％、mo：0.75％、zr：0.09％、nb：0.20％、sc：0.10％、ce：0.008％、n≤0.003％，余量为al。
上述一种新型铝合金门窗型材的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将废铝置于熔炼炉中，炉温加热至720-740℃，待其全部熔融后，将铝液保温35-45min；随后持续升温并利用氮气推送其它合金、粉末原料加入至熔炼炉中进行熔融，熔炼结束后，保温1.5-2h；
(2)将步骤(1)得到的铝合金熔液以4-8℃/min速率降温至680-690℃，保温15-20min后喷入精炼剂，随后以2-3℃/s速率升温至710-720℃，通入氮气精炼剂压入铝液内进行除气除渣，精炼后对得到的铝合金熔液进行炉前化学快速分析，调整组份后铸造成铝锭；
(3)将铝锭置于均匀化处理炉内，进行如下阶段的热处理：
均热一段：均热温度为470-490℃，均热时间2-3h；
均热二段：均热温度为530-540℃，均热时间4-5h；
均热三段：均热温度为580-590℃，均热时间6-8h；
(4)将铝合金型材模具预热至240-260℃，将均匀化处理后的铝锭经所述模具挤压成型；
(5)将得到的铝合金型材置于时效炉内，进行如下阶段的热处理：
时效一段：时效温度为80-90℃，时效时间50-60min；
时效二段：时效温度为100-110℃，时效时间70-80min；
时效三段：时效温度为130-140℃，时效时间80-100min；
时效四段：时效温度为170-180℃，时效时间2-3h；
时效五段：时效温度为210-220℃，时效时间1.5-2.5h；将时效后的铝合金型材水冷至温室，并拉伸矫直；
(6)在铝合金型材表面喷涂纳米聚合物涂料，表面涂层厚度为100-150μm。
进一步地，在上述步骤(1)中，持续升温的速率设定为10-15℃/s。
进一步地，在上述步骤(2)中，精炼剂为氯化钾、氯化钠、氟化钙、氟钛酸钾、冰晶石粉、光卤石粉、鱼眼石粉、橄榄岩粉中多种任意组合的混合物。
优选地，上述精炼剂采用氯化钠、氟钛酸钾、冰晶石粉、鱼眼石粉按质量比3:2:1:1组成的混合物。
进一步地，在上述步骤(6)中，纳米聚合物涂料按重量份计包括以下原料：丙烯酸树脂40-50份、不饱和聚酯树脂20-30份、eva乳液4-8份、纳米级铝矾土粉末3-5份、纳米级凹凸棒黏土3-4份、纳米级石英粉2-3份、醇酯十二成膜助剂1-2份、固化剂2-3份和分散剂1-1.5份。
更进一步地，上述纳米聚合物涂料按重量份计包括以下原料：丙烯酸树脂45份、不饱和聚酯树脂25份、eva乳液6份、纳米级铝矾土粉末4份、纳米级凹凸棒黏土3.5份、纳米级石英粉2.5份、醇酯十二成膜助剂1.5份、固化剂2.5份和分散剂1.25份。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的铝合金门窗型材制备工艺简单方便，通过对熔炼、精炼、均匀化处理、挤压、时效等工序的改进及参数的优化，改善了铝合金的内部晶体结构，细化了铸态晶粒，提高了固溶体的过饱和度，并减少了粗大未溶结晶相，调控了晶界析出相的大小和分布，增强了铝合金型材的致密性和稳定性，提高了其机械强度和韧性；
(2)本发明的铝合金门窗型材通过对其元素成分的选用及调配，使各元素在熔炼过程中能形成多种复杂合金化合物及弥散性高温强化相，能够细化晶粒，抑制合金组织的蠕变变形，改善其综合性能；使其具有超高的抗压、抗拉、屈服强度；表面硬度高耐磨、耐腐蚀抗氧化、韧性好抗外力冲击、耐高温热震性能优良，且该种铝合金门窗型材减振降噪性能好，阻燃隔热节能，实用可靠；
(3)本发明的铝合金门窗型材具有优良的抗疲劳性能、延展性、塑性及焊接性，能够避免挤压、拉伸等过程中的出现开裂、断裂等质量不良的现象，提高了成材率，大大满足了市场对高性能铝合金门窗型材的需求；
(4)本发明通过在铝合金型材表面喷涂纳米聚合物涂料能使其得到了平整稳固的外膜，大大提高型材表面光洁度和耐腐蚀性能，完全抑制了腐蚀粒子进入铝合金内部，且显著提高了铝合金型材的减振降噪、抗腐蚀抗压、耐冲击、耐磨抗氧化等能力，大大拓展了该种铝合金门窗型材的使用寿命、应用场合及领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种新型铝合金门窗型材，包括以下按重量百分比计的化学成分：fe：0.21％、mn：0.62％、ti：0.11％、cu：0.03％、mg：0.54％、co：0.85％、sb：0.46％、te：0.01％、mo：0.72％、zr：0.07％、nb：0.16％、sc：0.05％、ce：0.006％、n：0.005％，余量为al。
该种新型铝合金门窗型材的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将废铝置于熔炼炉中，炉温加热至720℃，待其全部熔融后，将铝液保温35min；随后以10℃/s升温速率加热，并利用氮气推送其它合金、粉末原料加入至熔炼炉中进行熔融，熔炼结束后，保温1.5h；
(2)将步骤(1)得到的铝合金熔液以4℃/min速率降温至680℃，保温15min后喷入精炼剂，随后以2℃/s速率升温至710℃，通入氮气精炼剂压入铝液内进行除气除渣，精炼后对得到的铝合金熔液进行炉前化学快速分析，调整组份后铸造成铝锭；
上述精炼剂为氯化钾、氯化钠、氟化钙、氟钛酸钾按质量比2:2:1:1组成的混合物；
(3)将铝锭置于均匀化处理炉内，进行如下阶段的热处理：
均热一段：均热温度为470℃，均热时间3h；
均热二段：均热温度为530℃，均热时间5h；
均热三段：均热温度为580℃，均热时间8h；
(4)将铝合金型材模具预热至240℃，将均匀化处理后的铝锭经该预热后的模具挤压成型；
(5)将得到的铝合金型材置于时效炉内，进行如下阶段的热处理：
时效一段：时效温度为80℃，时效时间60min；
时效二段：时效温度为100℃，时效时间80min；
时效三段：时效温度为130℃，时效时间100min；
时效四段：时效温度为170℃，时效时间3h；
时效五段：时效温度为210℃，时效时间2.5h；将时效后的铝合金型材水冷至温室，并拉伸矫直；
(6)在铝合金型材表面喷涂纳米聚合物涂料即制得本发明的铝合金门窗型材，其表面涂层厚度控制在100μm；
上述纳米聚合物涂料按重量份计包括以下原料：丙烯酸树脂40份、不饱和聚酯树脂20份、eva乳液4份、纳米级铝矾土粉末3份、纳米级凹凸棒黏土3份、纳米级石英粉2份、醇酯十二成膜助剂1份、固化剂2份和分散剂1粉。
实施例2
一种新型铝合金门窗型材，包括以下按重量百分比计的化学成分：fe：0.24％、mn：0.66％、ti：0.13％、cu：0.045％、mg：0.56％、co：0.95％、sb：0.49％、te：0.02％、mo：0.75％、zr：0.09％、nb：0.20％、sc：0.10％、ce：0.008％、n：0.003％，余量为al。
该种新型铝合金门窗型材的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将废铝置于熔炼炉中，炉温加热至730℃，待其全部熔融后，将铝液保温40min；随后以10℃/s升温速率加热，并利用氮气推送其它合金、粉末原料加入至熔炼炉中进行熔融，熔炼结束后，保温2h；
(2)将步骤(1)得到的铝合金熔液以6℃/min速率降温至685℃，保温18min后喷入精炼剂，随后以3℃/s速率升温至715℃，通入氮气精炼剂压入铝液内进行除气除渣，精炼后对得到的铝合金熔液进行炉前化学快速分析，调整组份后铸造成铝锭；
上述精炼剂为氯化钠、氟钛酸钾、冰晶石粉、鱼眼石粉按质量比3:2:1:1组成的混合物；
(3)将铝锭置于均匀化处理炉内，进行如下阶段的热处理：
均热一段：均热温度为480℃，均热时间2.5h；
均热二段：均热温度为535℃，均热时间4.5h；
均热三段：均热温度为585℃，均热时间7h；
(4)将铝合金型材模具预热至250℃，将均匀化处理后的铝锭经该预热后的模具挤压成型；
(5)将得到的铝合金型材置于时效炉内，进行如下阶段的热处理：
时效一段：时效温度为85℃，时效时间55min；
时效二段：时效温度为105℃，时效时间75min；
时效三段：时效温度为135℃，时效时间90min；
时效四段：时效温度为175℃，时效时间2.5h；
时效五段：时效温度为215℃，时效时间2h；将时效后的铝合金型材水冷至温室，并拉伸矫直；
(6)在铝合金型材表面喷涂纳米聚合物涂料即制得本发明的铝合金门窗型材，其表面涂层厚度控制在120μm；
上述纳米聚合物涂料按重量份计包括以下原料：丙烯酸树脂45份、不饱和聚酯树脂25份、eva乳液6份、纳米级铝矾土粉末4份、纳米级凹凸棒黏土3.5份、纳米级石英粉2.5份、醇酯十二成膜助剂1.5份、固化剂2.5份和分散剂1.25份。
实施例3
一种新型铝合金门窗型材，包括以下按重量百分比计的化学成分：fe：0.27％、mn：0.70％、ti：0.15％、cu：0.06％、mg：0.58％、co：1.05％、sb：0.52％、te：0.03％、mo：0.78％、zr：0.11％、nb：0.24％、sc：0.15％、ce：0.01％、n：0.005％，余量为al。
该种新型铝合金门窗型材的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将废铝置于熔炼炉中，炉温加热至740℃，待其全部熔融后，将铝液保温45min；随后以15℃/s升温速率加热，并利用氮气推送其它合金、粉末原料加入至熔炼炉中进行熔融，熔炼结束后，保温2h；
(2)将步骤(1)得到的铝合金熔液以8℃/min速率降温至690℃，保温20min后喷入精炼剂，随后以3℃/s速率升温至720℃，通入氮气精炼剂压入铝液内进行除气除渣，精炼后对得到的铝合金熔液进行炉前化学快速分析，调整组份后铸造成铝锭；
上述精炼剂为氯化钾、氯化钠、氟化钙、光卤石粉按质量比2:2:2:1组成的混合物；
(3)将铝锭置于均匀化处理炉内，进行如下阶段的热处理：
均热一段：均热温度为490℃，均热时间2h；
均热二段：均热温度为540℃，均热时间4h；
均热三段：均热温度为590℃，均热时间6h；
(4)将铝合金型材模具预热至260℃，将均匀化处理后的铝锭经预热后的模具挤压成型；
(5)将得到的铝合金型材置于时效炉内，进行如下阶段的热处理：
时效一段：时效温度为90℃，时效时间50min；
时效二段：时效温度为110℃，时效时间70min；
时效三段：时效温度为140℃，时效时间80min；
时效四段：时效温度为180℃，时效时间2h；
时效五段：时效温度为220℃，时效时间1.5h；将时效后的铝合金型材水冷至温室，并拉伸矫直；
(6)在铝合金型材表面喷涂纳米聚合物涂料即制得本发明的铝合金门窗型材，其表面涂层厚度控制在150μm；
上述纳米聚合物涂料按重量份计包括以下原料：丙烯酸树脂50份、不饱和聚酯树脂30份、eva乳液8份、纳米级铝矾土粉末5份、纳米级凹凸棒黏土4份、纳米级石英粉3份、醇酯十二成膜助剂2份、固化剂3份和分散剂1.5份。
对比例4
一种铝合金门窗型材，其所含化学成分及含量与实施例2相同，但制备方法如下：
(1)先将废铝、合金、粉末原料加入至熔炼炉中，以15℃/s的升温速率加热使其全部熔融；
(2)利用氮气向步骤(1)得到的铝合金熔液中喷入精炼剂进行除气除渣，精炼后对得到的铝合金熔液进行炉前化学快速分析，调整组份后铸造成铝锭；
上述精炼剂是由氯化钾、氯化钠、氟化钙、蛭石粉按质量比为2:2:2:1混匀制得；
(3)将铝锭置于均匀化处理炉内，在温度为540℃条件下保温5h；
(4)将均匀化处理后的铝锭经预热温度为180℃的模具挤压成型；
(5)将得到的铝合金型材置于时效炉内，在温度为210℃的条件下保温4h；将时效后的铝合金型材空冷至温室，并拉伸矫直即可；
对比例5
一种铝合金门窗型材，包括以下化学成分及其含量：mn：0.45wt％、cr：0.08wt％、zn：0.2wt％、mg：0.35wt％、fe：0.15wt％、ti：0.12wt％、si：1.35％，余量为al；其制备方法与上述对比例4相同。
性能检测
上述实施例1-3以及对比例4-5制得的铝合金门窗型材性能参数如下表1所示：
表1
由上表1可知，本发明的铝合金门窗型材在各方面性能上表现俱佳，具有显著地提升，可大大满足市场的需求，另外在对比下，实施例2制得的铝合金门窗型材性能最优，其相应的化学含量及制备方法为最佳方案。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。