本发明涉及一种耐腐蚀的铝合金及其加工方法，属于铝合金加工技术领域。
背景技术：
铝合金具有密度小、比强度和比刚度较高、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性、抗冲击性能和相当高的再回收率、再生率等一系列优良特性，因此受到了人们的普遍关注。目前铝合金被广泛应用于各行各业，如制造航空航天器的要求抗压屈服强度高的零部件，舰艇、汽车、飞机、低温设备、电视塔、钻井装置、运输设备、导弹零部件与甲板等需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合，因其良好的成形加工性能、抗蚀性、可烛性、疲劳强度与中等的静态强度而被用于制造飞机油箱、油管，以及交通车辆、船舶的钣金件，仪表、街灯支架与铆钉、五金制品等。
随着铝合金应用范围越来越广，对其使用性能要求也越来越高。影响铝合金性能的主导因素集中在组成组分及加工工艺方面。现有技术中对铝合金组分的研究不乏少数，但都是一味的追求改善合金的机械性能和力学性能，却忽视了其耐磨耐腐蚀耐高温性能。目前普遍采用的加工技术有通过激光、氩弧、电火花堆焊等手段使合金表面合金化；以等离子喷涂、电化学方法为主的合金表面覆层法；借助冷态基体迅速冷却工艺对合金表现进行电子束改性等。表面合金化过程中合金的氧化烧损严重，单一的喷涂或电化学处理都不能够满足一些特殊领域对铝合金材料耐腐蚀耐磨性能的要求，因此开发和筛选一种耐磨耐腐蚀新型铝合金十分必要。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种腐蚀性、耐磨性及耐高温性的铝合金。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种铝合金，所述的铝合金由如下组分及其质量百分比组成：Si：1.6-2.0％、Mn：0.20-0.32％、Cr：0.16-0.35％、Ni：0.08-0.2％、Mo：0.1-0.22％、Ti：0.12-0.32％、纳米WC：0.18-0.5％、Gd：0.06-0.1％，余量为Al和杂质。
本发明选择上述组成组分，其原因在于，硅(Si)具有较低的热膨胀系数，加入硅可以降低合金的热膨胀系数，但也会增加合金的脆性，进一步加入碳(C)和钼可以提高合金的硬度而弥补了硅的不足。本发明还加入了锰、钛、铬，Mn与Al形成的MnAl6化合物和钛与铝形成TiAl2相可以产生协同作用细化再结晶晶粒，TiAl2相还是结晶时的非自发核心，其表面自由能较低易于再结晶，而铬在铝中和锰(CrMn)Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，锰、钛、铬相互影响对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力。进一步加入镍、纳米WC，其原因在于镍虽可以改善合金的抗拉伸强度和耐高温性能，但其易于造成晶间腐蚀而降低合金的耐蚀性能，而纳米WC具有特殊的纳米结构，可以将镍吸附于表面减少晶间腐蚀，进而改善合金的机械性能和耐蚀性能。稀土元素钆与铝形成Al3Gd相，该相的晶格类型和晶格常数与基体铝非常接近，减少二次晶间距，提高合金的耐磨和耐高温性能。
作为优选，所述的铝合金由如下组分及其质量百分比组成所述的铝合金由如下组分及其质量百分比组成：Si：1.7-1.9％、Mn：0.25-0.3％、Cr：0.18-0.32％、Ni：0.12-0.18％、Mo：0.15-0.2％、Ti：0.15-0.25％、纳米WC：0.22-0.35％、Gd：0.08-0.1％，余量为Al和杂质。
本发明的另一目的是提供一种上述铝合金的加工方法，所述的加工方法包括如下步骤：
S1、按上述铝合金的组分称取原料，熔炼后浇注成型得铝合金板材；
S2、将铝合金板材进行热处理；
S3、将热处理后的铝合金板材碱性脱脂处理；
S4、将脱脂处理后的铝合金板材进行电镀锡处理；
S5、在电镀后的铝合金进行封闭处理，得最终铝合金成品。
本发明采用的加工方法为将称取的铝合金原料熔炼后烧注成型得铝合金板材，烧注成型得铝合金板材存在一些孔洞和疏松而影响铝合金的耐蚀性，因而进一步对合金板材进行热处理。铝合金板材表面附着的脂肪油脂，不利于合金与电镀液充分接触，且会污染电镀液，需要脱除，进一步的对铝合金进行碱性脱脂处理。然后进行电镀锡处理，得到无毒性、易焊接、耐腐蚀、耐变色的锡镀层，且因为前处理碱性脱脂的存在，使其锡镀层在合金材料表面具有结合牢固、光亮、致密、均匀、连续等优点。本发明在电镀锡层后还进行封闭处理，进一步加强镀锡层，使其结合牢固、光亮、致密。
在上述铝合金的加工方法中，热处理升温速率为7-8℃/min升温至650-680℃，保温2-3h后自然冷却至室温，然后以4-6℃/min的速率升温至350-380℃，保温30-60min后自然冷却至室温。升温温度低于650℃，保温时间不足2h，所制备的铝合金的致密度较低，晶体之间易发生晶间腐蚀而影响合金材料的耐蚀性。高于680℃合金中Si元素过共晶，过度的硅从合金表面析出而脱落，而升高铝合金的热膨胀系数，降低其耐磨性和耐高温性。
在上述铝合金的加工方法中，碱性脱脂处理温度为35℃-40℃，持续脱脂时间为10-15min。
在上述铝合金的加工方法中，碱性脱脂处理中的脱脂液为Na2CO3和表面活性剂的混合液，其中Na2CO3占脱脂液总质量的15-20％，表面活性剂占脱脂液总质量的3-5％，余量为水。
作为优选，表面活性剂为椰油酸二乙醇酰胺(RCON(CH2CH2OH)2)。RCON(CH2CH2OH)2(椰油酸二乙醇酰胺6501)作为非离子表面活性剂具有显著地乳化和去污能力，抗静电、防锈、防腐蚀等性能。其与弱碱性Na2CO3配伍可以发挥更好的活性，增强去油污效果。
在上述铝合金的加工方法中，电镀锡处理时的电镀锡液包括SnSO420-40％、咪唑啉二羧酸钠3-20％、1,10-邻二氮杂菲5-20％、葡萄糖酸钠3-10％、柠檬酸钠3-10％、碳颗粒0.5-3％。现有技术中一般是用ENSA(α-萘酚磺酸聚氧乙烯醚)作添加剂，使此镀液能沉积出连续的附着良好的锡镀层并能随后通过软熔而光亮，也能阻止二价锡氧化成四价锡，现有技术中的络合剂一般为酒石酸钾钠和焦磷酸钾，然而本申请电镀液通过合理配伍，同时使用咪唑啉二羧酸钠、1,10-邻二氮杂菲、葡萄糖酸钠、柠檬酸钠，其中在本发明的电镀液中咪唑啉二羧酸钠作为两性表面活性剂具有良好的表面活性，有利于提高锡镀液对铝合金表面的浸润能力；1,10-邻二氮杂菲的存在不仅可以改变镀层的结晶相貌，使镀层趋于平整光亮，同时还能改善镀层的耐碱性及蚀刻性能，本发明中的络合物葡萄糖酸钠与二价锡离子形成稳定的络合物,提高镀锡层的抗蚀性,减小内应力，其与络合物柠檬酸协同作用，影响着阴极电流密度，进一步细化锡沉积层。再者本发明镀锡液中加入了适量的碳颗粒，通过与其他组分的作用，进一步提高铝合金的耐磨性，降低铝合金的摩擦系数。
作为优选，电镀锡液中还包括pH调节剂1-10％，苯酚磺酸(PSA)3-10％，抗氧化剂1-5％。PSA是用浓硫酸和苯酚按照一定配制比例磺化制备而得，其作用是可以增加电镀液的导电性并防止二价锡氧化成四价锡。
在上述铝合金的加工方法中，在开始电镀的前半段时间内的处理温度为40℃-50℃，后半段时间内的处理温度为50℃-60℃。在电镀的前半段时间内，在温度较低的情况下先进行初步的电镀，等在铝合金表面形成大部分镀锡层，此时再电镀较难在铝合金表面形成镀层，需要将温度略微升高一些，使铝合金表面形成的镀层均匀化、光亮化。
在上述铝合金的加工方法中，封闭处理的温度为20-30℃，且伴随着超声波振动。超声波振动的功率为35-50KHz。
在上述铝合金的加工方法中，封闭处理的封闭液包括如下组分及浓度：四水合硫酸铈15-30g/L、正硅酸乙酯2-10g/L、三乙醇胺0.05-0.2g/L、过硫酸铵2.5-4g/L、硅烷偶联剂1-5g/L、余量为去离子水。本发明通过对封闭液合理配比，替代了传统封闭液中含有硝酸铈与硝酸镧组成的稀土盐，以及高锰酸钾等氧化剂与稀土盐组成的稀土封闭液，本发明的封闭液不仅对环境和人体友好，配合本发明上述镀锡层的作用，能够大大提高封闭处理后的氧化膜的耐腐蚀性能。经本发明上述电镀后铝合金并经过该封闭处理可进一步使铝合金表面的膜层均匀、无彩虹色，结构致密、无孔。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明在制备原料中加入硅、碳可以降低合金的热膨胀系数，提到其机械性能。锰、钛、铬的加入可以强化合金，改善其韧性和内应力，镍、纳米WC配合可以改善合金的抗拉伸强度和耐高温耐腐蚀性能，组成组分中稀土元素钆的加入可以大大提高合金的耐磨性能。
2.本发明对铝合金半成品先碱性脱脂处理，再进行电镀锡，最后进行封闭处理，通过多重保护，进一步提高铝合金的耐磨性和耐腐蚀性。
3.本发明碱性脱脂处理中的脱脂液通过合理配比Na2CO3和表面活性剂，进一步选用椰油酸二乙醇酰胺(RCON(CH2CH2OH)2)作表面活性剂，有效发挥其活性，增强去油污效果。
4.本发明电镀锡处理中的电镀液合理配伍其组分，同时使用咪唑啉二羧酸钠、1,10-邻二氮杂菲、葡萄糖酸钠、柠檬酸钠，通过各组分之间的协同作用，改变镀层的结晶相貌，使镀层趋于平整光亮，同时还改善镀层的耐碱性及蚀刻性能。
5.本发明不仅采用配伍合理的封闭液对铝合金进一步保护，且在封闭处理中还伴有超声波振动，进一步提高封闭处理后的氧化膜的耐腐蚀性能，使铝合金表面的膜层均匀、无彩虹色，结构致密、无孔。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种铝合金，所述的铝合金由如下组分及其质量百分比组成：Si：1.8％、Mn：0.26％、Cr：0.22％、Ni：0.15％、Mo：0.16％、Ti：0.2％、纳米WC：0.28％、Gd：0.09％，余量为Al和杂质。
实施例2
一种铝合金，所述的铝合金由如下组分及其质量百分比组成：Si：1.86％、Mn：0.26％、Cr：0.3％、Ni：0.13％、Mo：0.2％、Ti：0.16％、纳米WC：0.335％、Gd：0.08％，余量为Al和杂质。
实施例3
一种铝合金，所述的铝合金由如下组分及其质量百分比组成：Si：1.72％、Mn：0.3％、Cr：0.18-0.3％、Ni：0.18％、Mo：0.15％、Ti：0.25％、纳米WC：0.22％、Gd：0.1％，余量为Al和杂质。
实施例4
一种铝合金，所述的铝合金由如下组分及其质量百分比组成：Si：1.6％、Mn：0.32％、Cr：0.16％、Ni：0.2％、Mo：0.1％、Ti：0.32％、纳米WC：0.18％、Gd：0.1％，余量为Al和杂质。
实施例5
一种铝合金，所述的铝合金由如下组分及其质量百分比组成：Si：2.0％、Mn：0.20％、Cr：0.35％、Ni：0.08％、Mo：0.22％、Ti：0.12％、纳米WC：0.5％、Gd：0.06％，余量为Al和杂质。
实施例6
一种铝合金的加工方法，按实施例1中的组成组分称取原料，将原料熔炼后浇注成型得铝合金板材；
将铝合金板材以8℃/min的速率升温至660℃，保温3h后自然冷却至室温，然后以6℃/min的速率升温至360℃，保温40min后自然冷却至室温；
将铝合金半成品先在38℃下碱性脱脂处理12min，其中脱脂处理中脱脂液为18％Na2CO3和4％椰油酸二乙醇酰胺溶解于78％水中制得；
然后将预处理后的铝合金半成品进行电镀锡处理6min，在开始电镀的前3min内的处理温度为45℃，后3min内的处理温度为55℃，其中，电镀锡液：SnSO435％、咪唑啉二羧酸钠15％、1,10-邻二氮杂菲16％、葡萄糖酸钠8％、柠檬酸钠8％、碳颗粒2％、pH调节剂6％、苯酚磺酸(PSA)7％、抗氧化剂3％；
将电镀锡后的铝合金在25℃下进行封闭处理，同时伴随着功率为42KHz的超声波振动，得最终铝合金成品。其中，封闭处理的封闭液包括如下组分及浓度：四水合硫酸铈22g/L、正硅酸乙酯6g/L、三乙醇胺0.12g/L、过硫酸铵3.4g/L、硅烷偶联剂3g/L、余量为去离子水。
实施例7
一种铝合金的加工方法，按实施例2中的组成组分称取原料，将原料熔炼后浇注成型得铝合金板材；
将铝合金板材以7℃/min的速率升温至670℃，保温2.5h，然后以4.5℃/min的速率升温至355℃，保温35min后自然冷却至室温；
将铝合金半成品先在38℃下碱性脱脂处理12min，其中脱脂处理中其中脱脂的组分为：Na2CO3 16.5％、椰油酸二乙醇酰胺4.5％、水79％；
然后将预处理后的铝合金半成品进行电镀锡处理9min，在开始电镀的前4min内的处理温度为42℃，后4min内的处理温度为52℃；其中，镀锡液组分组成为：SnSO4 30％、咪唑啉二羧酸钠18％、1,10-邻二氮杂菲18％、葡萄糖酸钠9％、柠檬酸钠5％、碳颗粒1.5％、pH调节剂8.5％、苯酚磺酸(PSA)6.5％、抗氧化剂4％；
将电镀锡后的铝合金在22℃下进行封闭处理，同时伴随着功率为48KHz的超声波振动，得最终铝合金成品。其中，封闭处理的封闭液包括如下组分及浓度：四水合硫酸铈16g/L、正硅酸乙酯8g/L、三乙醇胺0.08g/L、过硫酸铵3.8g/L、硅烷偶联剂2g/L、余量为去离子水。
实施例8
一种铝合金的加工方法，按实施例3中的组成组分称取原料，将原料熔炼后浇注成型得铝合金板材；
将铝合金板材以7℃/min的速率升温至655℃，保温2h，然后以4℃/min的速率升温至375℃，保温35min后自然冷却至室温；
将铝合金半成品先在38℃下碱性脱脂处理12min，其中脱脂处理中的脱脂液组分为：Na2CO3 19％、椰油酸二乙醇酰胺3.5％、水77.5％；
然后将预处理后的铝合金半成品进行电镀锡处理4min，在开始电镀的前2min内的处理温度为48℃，后2min内的处理温度为58℃；其中，电镀锡液：SnSO4 32％、咪唑啉二羧酸钠16％、1,10-邻二氮杂菲18％、葡萄糖酸钠9％、柠檬酸钠6％、碳颗粒1％、pH调节剂7％、苯酚磺酸(PSA)8.5％、抗氧化剂4.5％；
将电镀锡后的铝合金在28℃下进行封闭处理，同时伴随着功率为38KHz的超声波振动，得最终铝合金成品。其中，封闭处理的封闭液包括如下组分及浓度：四水合硫酸铈28g/L、正硅酸乙酯3.2g/L、三乙醇胺0.18g/L、过硫酸铵2.6g/L、硅烷偶联剂4.5g/L、余量为去离子水。
实施例9
一种铝合金的加工方法，按实施例4中的组成组分称取原料，将原料熔炼后浇注成型得铝合金板材；
将铝合金板材以7.5℃/min的速率升温至665℃，保温2h，然后以4℃/min的速率升温至365℃，保温55min后自然冷却至室温；
将铝合金半成品先在38℃下碱性脱脂处理12min，其中脱脂处理中的脱脂液为20％Na2CO3和3％椰油酸二乙醇酰胺溶解于77％水中制得；
然后将预处理后的铝合金半成品进行电镀锡处理2min，在开始电镀的前1min内的处理温度为50℃，后1min内的处理温度为60℃；其中，电镀锡液：SnSO4 40％、咪唑啉二羧酸钠20％、1,10-邻二氮杂菲20％、葡萄糖酸钠10％、柠檬酸钠3.5％、碳颗粒0.5％、pH调节剂2％，苯酚磺酸4％；
将电镀锡后的铝合金在20℃下进行封闭处理，同时伴随着功率为35KHz的超声波振动，得最终铝合金成品。其中，封闭处理的封闭液包括如下组分及浓度：四水合硫酸铈15g/L、正硅酸乙酯10g/L、三乙醇胺0.05g/L、过硫酸铵4g/L、硅烷偶联剂1g/L、余量为去离子水。
实施例10
一种铝合金的加工方法，按实施例5中的组成组分称取原料，将原料熔炼后浇注成型得铝合金板材；
将铝合金板材以7℃/min的速率升温至650℃，保温2h，然后以5℃/min的速率升温至380℃，保温30min后自然冷却至室温；
将铝合金半成品先在38℃下碱性脱脂处理12min，其中脱脂处理中的脱脂液为15％Na2CO3 5％椰油酸二乙醇酰胺溶解于80％水中制得；
然后将预处理后的铝合金半成品进行电镀锡处理10min，在开始电镀的前5min内的处理温度为40℃，后5min内的处理温度为50℃；其中，电镀锡液：SnSO4 20％、咪唑啉二羧酸钠20％、1,10-邻二氮杂菲12％、葡萄糖酸钠10％、柠檬酸10％、碳颗粒3％、pH调节剂10％，苯酚磺酸10％、抗氧化剂5％；
将电镀锡后的铝合金在30℃下进行封闭处理，同时伴随着功率为50KHz的超声波振动，得最终铝合金成品。其中，封闭处理的封闭液包括如下组分及浓度：四水合硫酸铈30g/L、正硅酸乙酯2g/L、三乙醇胺0.2g/L、过硫酸铵2.5g/L、硅烷偶联剂5g/L、余量为去离子水。
对比例1
与实施例10的区别仅在于，该对比例中的铝合金为现有技术中普通型号的铝合金。
对比例2
与实施例10的区别仅在于，该对比例中的铝合金通过普通常规的热处理，该对比例中热处理的温度为720℃。
对比例3
与实施例10的区别仅在于，该对比例中的铝合金通过普通常规的热处理，该对比例中热处理的温度为620℃。
对比例4
与实施例10的区别仅在于，该对比例中采用普通的脱脂液进行脱脂，即该对比例不采用本发明铝合金脱脂液。
对比例5
与实施例10的区别在于，该对比例中采用现有电镀镍技术进行铝合金表面镀镍。
对比例6
与实施例10的区别在于，该对比例中采用普通封闭液进行封闭处理，即不采用本发明的封闭液。
将实施例5-10及对比例1-6中制得的铝合金进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1：实施例5-10与对比例1-6中铝合金的性能测试结果
综上所述，本发明中的铝合金配伍合理，将其熔炼成铝合金板材，对铝合金半成品先碱性脱脂处理，再进行电镀锡，最后进行封闭处理，通过多重保护，进一步提高铝合金的耐磨性和耐腐蚀性。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如未特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一性组合。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。