本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种高强耐磨电泳铝合金型材。
背景技术：
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。因其密度低，强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，具有优良的导电性、导热性、抗蚀性等性能，可加工成各种型材，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。
随着现代工业的迅速发展，对铝合金型材的强度和耐磨性能提出了更高的要求。因此，亟需开发一种同时具有高强度耐磨性能的铝合金型材。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强耐磨电泳铝合金型材，其比普通型材具有更高的强度和耐磨性能。
本发明提出的一种高强耐磨电泳铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg 0.75-0.95％、Si 1.4-1.8％、Fe 0.1-0.3％、Zn 0.2-0.4％、Cu 0.05-0.2％、Mn 0.2-0.28％、Ti 0.02-0.1％、Cr 0.05-0.1％、Y 0.07-0.12％、余量为Al，并按以下步骤制备：
S1、按上述配方成分将各原料熔炼后浇铸得到铸锭，将铸锭升温至520-550℃后保温2-5h，再降温至400-450℃后保温2-5h，送入挤压机中进行挤压成型，挤压模具的预热温度为450-470℃，挤压速度为5-40m/min，挤压结束后空冷至50℃以下，再进行拉伸矫直，得到铝合金型材坯件；
S2、将S1得到的铝合金型材坯件除油，电解，去灰，阳极氧化后，再进行电泳处理，在所述型材表面形成厚度为5-25μm的涂膜，其中电泳涂料为水性丙烯酸涂料，电泳处理的电压为130-150V，时间为300-400s，温度为23-26℃，pH值为5.1-6.3，固体份为13-18wt％。
优选地，Mg、Si的重量配比为0.5-0.7，Mg、Si的重量百分数之和为2.3-2.5％。
优选地，S1中，升温至520-550℃过程中，升温速率为50-80℃/h；降温至400-450℃过程中，降温速率为5-15℃/h。
优选地，S1中，拉伸矫直的变形量为1-3％。
优选地，S2中，将S1得到的铝合金型材坯件除油中，先将铝合金型材坯件加入除油槽中，在45-55℃下除油1-5min，再经过两级水洗，其中所述除油液为含量3-5wt％的氢氧化钠溶液；将S1得到的铝合金型材坯件电解时，将除油后的铝合金型材坯件在20-40℃下电解0.2-2min，电解液包括磷酸1.5-10wt％、苯甲酸0.01-1wt％、乙二胺0.01-1wt％、铝盐0.01-2wt％、余量为水；将S1得到的铝合金型材坯件去灰时，将电解后的铝合金型材坯件采用酸性混合液进行处理，室温下去灰处理0.5-1.5min，酸性混合液包括硝酸50-70ml/L、氟化钠50-100g/L。
优选地，S2中，阳极氧化中采用的电解液包括：硫酸150-220g/L、羟基乙酸5-10g/L、酒石酸20-40g/L，柠檬酸盐1-5g/L，电流密度为2-2.5A/dm2，氧化温度为30-50℃，氧化时间为15-35min。
优选地，S2中，所述水性丙烯酸涂料按重量份包括：丙烯酸树脂60-80份、氨基树脂20-40份、粉体填料5-25份、硅烷偶联剂1-3份、分散剂0.5-2份、成膜助剂0.5-1份、流平剂1-3份、异丁醇2-8份、乙二醇正丁醚1-3份、三乙胺1-3份。
优选地，所述水性丙烯酸树脂的制备方法包括：将甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸异冰片酯加入到含有引发剂、乳化剂的水溶液中，在50-70℃条件下，搅拌0.2-0.5h；向里加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙醇，升温至80-100℃，搅拌0.05-0.1h；调节pH为7-8，向里加入金属离子交联剂，保温搅拌1-3h；过滤出料，得到所述丙烯酸树脂；优选地，所述金属离子交联剂选自含有Mg2+、Ca2+、Al3+中的一种或者至少两种组合的化合物。
优选地，所述粉体填料为玻璃纤维、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化锌、氧化铁、白炭黑、硅酸盐、滑石粉、云母、氢氧化铝、石墨、炭黑、碳酸钙、硫酸钡、氮化硼中一种或者多种的混合物。
本发明所述高强耐磨电泳铝合金型材，通过对合金中Mg元素和Si元素的用量配比进行限定，在保证合金中所有Mg能形成Mg2Si相以发挥Mg的强化作用的同时，随着Si含量的增加，合金的晶粒变得细小，合金的流动性增大，铸造性能提高，热处理强化效果增大，型材的强度得到显著提高，为合金的最终强度性能的提升奠定基础；适量Fe、Mn元素的加入则可以在合金中形成A1(MnFe)3Si相，其对于提高合金耐磨性能具有显著的效果，为最终合金耐磨性的提升奠定基础；微量Cr的加入可以改善Al-Mg-Si合金的铸态组织，在铸锭均匀化处理过程中，形成含Mn、Cr的第二相Al(MnFe)Si和Al(MnCrFe)Si颗粒，其可以加速β-FeAlSi相向尺度较小的粒状的α-FeAlSi相转化，不仅减少了粗大结晶相对合金性能的不利影响，而且含Mn、Cr相的弥散质点可阻止合金热挤压过程中的再结晶，有利于得到纤维状组织，并促进细小时效强化相的析出，从而强化了合金；稀土Y的加入不仅可以净化去氢、氧、氮、碳等，通过产生稀土氢化物的方式去除氢的有害作用，而且细化晶粒，产生稀土高熔点化合物成为晶核核心，对于改善合金各种性能具有显著效果。其次，在具体制备过程中，通过对铸锭进行均匀化处理，控制均匀化处理的参数，在形成弥散相粒子的同时防止了铸锭的过烧现象，并减少了铸造过程中粗大结晶相，促进了合金元素的原子扩散，有利于后续的挤压和拉伸矫直；之后对铸锭和磨具进行了预热，防止了在制备过程中，磨具和铸锭的开裂，挤压后进行了拉伸矫直，通过控制挤压和拉伸矫直的参数，在防止产生“桔皮”、斜角、开口变形的前提下消除了弯曲扭拧，改善了铝合金型材的性能；最后，本发明中还包括对铝合金型材进行了表面处理，将铝合金型材坯件依次经过除油，电解，去灰，阳极氧处理，在各个工艺条件的优化条件下，在型材表面形成厚度适中的微米甚至纳米级结构的氧化膜，从而显著提高铝合金型材的耐磨、耐光和耐腐蚀性能；之后在该氧化膜的基础上对铝合金型材进行电泳涂装处理，通过选择水性丙烯酸树脂作为电泳涂料的成膜物质，由于在制备该成膜物质过程中，一方面通过甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸异冰片酯作为硬单体进行聚合，以保证涂膜具有一定的硬度；另一方面通过加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯等作为软单体，以保证乳液在较低的温度可以成膜，并使膜有一定的柔韧性，使乳胶粒内硬外软，这种成膜物质的结构可以显著提高涂膜的耐磨性能；此外所述丙烯酸树脂中还加入了一定的有机硅单体进行共聚反应，有机硅单体水解后形成硅醇结构，与涂料组分中的粉体填料在硅烷偶联架桥作用下，使得成膜树脂与粉体填料可以形成一种有机-无机的硅溶胶结构，其不仅能够提高成膜涂层的耐磨性能，而且能取代传统铝合金阳极氧化膜的重铬酸盐进行封孔，减小对环境污染溶胶进行封孔的同时，由于该溶胶可渗入氧化膜的空隙中，胶粒填塞孔洞和覆盖孔口，且溶胶中较小的颗粒可进入膜孔层内部，由小颗粒聚集而成的大颗粒则覆盖于氧化膜表面上，因此形成了一种耐膜性更强的溶胶-凝胶涂层，其紧紧附着于氧化膜的表面，提升了氧化膜的耐磨和耐蚀性能。
对本发明所述高强耐磨电泳铝合金型材进行性能检测，结果如下：抗拉强度为529-556MPa，屈服强度为396-438MPa，延伸率为14-14.5％，体积磨损率5.4-6.2×10-3mm3/m，盐雾试验腐蚀率为0.1-0.121mg/cm2·d。，
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高强耐磨电泳铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg 0.75％、Si 1.8％、Fe 0.1％、Zn 0.4％、Cu 0.05％、Mn 0.28％、Ti 0.02％、Cr 0.1％、Y 0.07％、余量为Al，并按以下步骤制备：
S1、按上述配方成分将各原料熔炼后浇铸得到铸锭，将铸锭以50℃/h的升温速率升温至550℃后保温2h，再以15℃/h的降温速率降温至400℃后保温5h，送入挤压机中进行挤压成型，挤压模具的预热温度为450℃，挤压速度为40m/min，挤压结束后空冷至50℃以下，再进行拉伸矫直，拉伸矫直的变形量为1％，得到铝合金型材坯件；
S2、将S1得到的铝合金型材坯件加入除油槽中，在45℃下除油5min，再经过两级水洗，其中所述除油液为含量3wt％的氢氧化钠溶液，再将除油后的铝合金型材坯件在40℃下电解0.2min，电解液包括磷酸10wt％、苯甲酸0.01wt％、乙二胺1wt％、铝盐0.01wt％、余量为水，接着将电解后的铝合金型材坯件采用酸性混合液进行处理，室温下去灰处理1.5min，酸性混合液包括硝酸50ml/L、氟化钠100g/L，再进行阳极氧化，阳极氧化中采用的电解液包括：硫酸150g/L、羟基乙酸10g/L、酒石酸20g/L，柠檬酸盐5g/L，电流密度为2A/dm2，氧化温度为50℃，氧化时间为15min，接着进行电泳处理，在所述型材表面形成厚度为25μm的涂膜，其中电泳涂料为水性丙烯酸涂料，所述水性丙烯酸涂料按重量份包括：丙烯酸树脂60份、氨基树脂40份、玻璃纤维5份、硅烷偶联剂3份、分散剂0.5份、成膜助剂1份、流平剂1份、异丁醇8份、乙二醇正丁醚1份、三乙胺3份，制备所述水性丙烯酸树脂的方法包括：将甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸异冰片酯加入到含有引发剂、乳化剂的水溶液中，在50℃条件下，搅拌0.5h，向里加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙醇，升温至80℃，搅拌0.1h，调节pH为7，向里加入金属离子交联剂，保温搅拌3h，过滤出料，得到所述丙烯酸树脂；电泳处理的电压为130V，时间为400s，温度为23℃，pH值为6.3，固体份为13wt％。
实施例2
本发明提出的一种高强耐磨电泳铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg 0.95％、Si 1.4％、Fe 0.3％、Zn 0.2％、Cu 0.2％、Mn 0.2％、Ti 0.1％、Cr 0.05％、Y 0.12％、余量为Al，并按以下步骤制备：
S1、按上述配方成分将各原料熔炼后浇铸得到铸锭，将铸锭以80℃/h的升温速率升温至520℃后保温5h，再以5℃/h的降温速率降温至450℃后保温2h，送入挤压机中进行挤压成型，挤压模具的预热温度为470℃，挤压速度为5m/min，挤压结束后空冷至50℃以下，再进行拉伸矫直，拉伸矫直的变形量为3％，得到铝合金型材坯件；
S2、将S1得到的铝合金型材坯件加入除油槽中，在55℃下除油1min，再经过两级水洗，其中所述除油液为含量5wt％的氢氧化钠溶液，再将除油后的铝合金型材坯件在20℃下电解2min，电解液包括磷酸1.5wt％、苯甲酸1wt％、乙二胺0.01wt％、铝盐2wt％、余量为水，接着将电解后的铝合金型材坯件采用酸性混合液进行处理，室温下去灰处理0.5min，酸性混合液包括硝酸70ml/L、氟化钠50g/L，再进行阳极氧化，阳极氧化中采用的电解液包括：硫酸220g/L、羟基乙酸5g/L、酒石酸40g/L，柠檬酸盐1g/L，电流密度为2.5A/dm2，氧化温度为30℃，氧化时间为35min，接着进行电泳处理，在所述型材表面形成厚度为5μm的涂膜，其中电泳涂料为水性丙烯酸涂料，所述水性丙烯酸涂料按重量份包括：丙烯酸树脂80份、氨基树脂20份、粉体填料25份、硅烷偶联剂1份、分散剂2份、成膜助剂0.5份、流平剂3份、异丁醇2份、乙二醇正丁醚3份、三乙胺1份，制备所述水性丙烯酸树脂的方法包括：将甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯加入到含有引发剂、乳化剂的水溶液中，在70℃条件下，搅拌0.2h，向里加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙醇，升温至100℃，搅拌0.05h，调节pH为8，向里加入金属离子交联剂，保温搅拌1h，过滤出料，得到所述丙烯酸树脂；粉体填料为二氧化硅、氧化铝、氧化锆的混合物；电泳处理的电压为150V，时间为300s，温度为26℃，pH值为5.1，固体份为18wt％。
实施例3
本发明提出的一种高强耐磨电泳铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg 0.85％、Si 1.6％、Fe 0.2％、Zn 0.3％、Cu 0.1％、Mn 0.24％、Ti 0.06％、Cr 0.07％、Y 0.09％、余量为Al，并按以下步骤制备：
S1、按上述配方成分将各原料熔炼后浇铸得到铸锭，将铸锭以65℃/h的升温速率升温至535℃后保温3h，再以10℃/h的降温速率降温至420℃后保温3h，送入挤压机中进行挤压成型，挤压模具的预热温度为460℃，挤压速度为20m/min，挤压结束后空冷至50℃以下，再进行拉伸矫直，拉伸矫直的变形量为2％，得到铝合金型材坯件；
S2、将S1得到的铝合金型材坯件加入除油槽中，在50℃下除油3min，再经过两级水洗，其中所述除油液为含量4wt％的氢氧化钠溶液，再将除油后的铝合金型材坯件在30℃下电解1.1min，电解液包括磷酸6wt％、苯甲酸0.5wt％、乙二胺0.5wt％、铝盐1wt％、余量为水，接着将电解后的铝合金型材坯件采用酸性混合液进行处理，室温下去灰处理1min，酸性混合液包括硝酸60ml/L、氟化钠75g/L，再进行阳极氧化，阳极氧化中采用的电解液包括：硫酸185g/L、羟基乙酸7g/L、酒石酸30g/L，柠檬酸盐3g/L，电流密度为2.2A/dm2，氧化温度为40℃，氧化时间为25min，接着进行电泳处理，在所述型材表面形成厚度为15μm的涂膜，其中电泳涂料为水性丙烯酸涂料，所述水性丙烯酸涂料按重量份包括：丙烯酸树脂70份、氨基树脂30份、粉体填料15份、硅烷偶联剂2份、分散剂1份、成膜助剂0.8份、流平剂2份、异丁醇5份、乙二醇正丁醚2份、三乙胺2份，制备所述水性丙烯酸树脂的方法包括：将甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸异冰片酯加入到含有引发剂、乳化剂的水溶液中，在60℃条件下，搅拌0.3h，向里加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙醇，升温至90℃，搅拌0.08h；调节pH为7.5，向里加入金属离子交联剂，保温搅拌2h，过滤出料，得到所述丙烯酸树脂；粉体填料为氧化锆、氧化锌、氧化铁、白炭黑、硅酸盐的混合物；电泳处理的电压为140V，时间为350s，温度为24℃，pH值为5.7，固体份为15wt％。
实施例4
本发明提出的一种高强耐磨电泳铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg 0.8％、Si 1.7％、Fe 0.15％、Zn 0.35％、Cu 0.15％、Mn 0.23％、Ti 0.08％、Cr 0.08％、Y 0.1％、余量为Al，并按以下步骤制备：
S1、按上述配方成分将各原料熔炼后浇铸得到铸锭，将铸锭以70℃/h的升温速率升温至530℃后保温4h，再以12℃/h的降温速率降温至430℃后保温4h，送入挤压机中进行挤压成型，挤压模具的预热温度为455℃，挤压速度为25m/min，挤压结束后空冷至50℃以下，再进行拉伸矫直，拉伸矫直的变形量为1.5％，得到铝合金型材坯件；
S2、将S1得到的铝合金型材坯件加入除油槽中，在55℃下除油2min，再经过两级水洗，其中所述除油液为含量4.5wt％的氢氧化钠溶液，再将除油后的铝合金型材坯件在35℃下电解1min，电解液包括磷酸5wt％、苯甲酸0.09wt％、乙二胺0.09wt％、铝盐0.05wt％、余量为水，接着将电解后的铝合金型材坯件采用酸性混合液进行处理，室温下去灰处理1.2min，酸性混合液包括硝酸55ml/L、氟化钠80g/L，再进行阳极氧化，阳极氧化中采用的电解液包括：硫酸190g/L、羟基乙酸8g/L、酒石酸25g/L，柠檬酸盐2g/L，电流密度为2.3A/dm2，氧化温度为35℃，氧化时间为20min，接着进行电泳处理，在所述型材表面形成厚度为10μm的涂膜，其中电泳涂料为水性丙烯酸涂料，所述水性丙烯酸涂料按重量份包括：丙烯酸树脂75份、氨基树脂25份、粉体填料10份、硅烷偶联剂2份、分散剂1.5份、成膜助剂0.7份、流平剂1.5份、异丁醇6份、乙二醇正丁醚2.5份、三乙胺1.5份，制备所述水性丙烯酸树脂的方法包括：将甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸异冰片酯加入到含有引发剂、乳化剂的水溶液中，在55℃条件下，搅拌0.4h，向里加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙醇，升温至85℃，搅拌0.07h；调节pH为8，向里加入金属离子交联剂，保温搅拌1.5h；过滤出料，得到所述丙烯酸树脂；粉体填料为滑石粉、云母、氢氧化铝、石墨、炭黑、碳酸钙、硫酸钡、氮化硼的混合物；电泳处理的电压为145V，时间为360s，温度为25℃，pH值为5.8，固体份为16wt％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。