本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种消防车用高强高硬铝合金型材及其制备方法。
背景技术：
铝型材由于具有较高的比强度，较好的加工性能，较强的耐腐蚀性和环保性能，被广泛应用于车辆制造领域，且有效提高车辆的制造效率和使用寿命。其中，消防车作为用来执行火灾应对任务的特殊车辆，提高消防车性能，具有实际意义。随着人们对铝合金型材的性能要求的提高，目前消防车用铝合金型材在强度、硬度、耐腐蚀性方面还有待提高。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种消防车用高强高硬铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材密度小，强度与硬度大，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性，其加工性能好，使用寿命长，有效提高消防车性能。
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：mg：0.7～1％、li：0.4～0.7％、zn：3.2～3.6％、cu：0.8～1.2％、mn：0.38～0.5％、si：0.3～0.42％、fe：0.4～0.6％、cr：0.2～0.3％、ti：0.15～0.3％、ni：0.15～0.25％、zr：0.06～0.12％、v：0.08～0.15％、nb：0.06～0.12％、sc：0.02～0.08％、ce：0.08～0.2％、eu：0.05～0.1％、er：0.06～0.15％，其余为al及不可避免的杂质。
具体实施方式中，mg的质量分数还可以为0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％，li的质量分数还可以为0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％，zn的质量分数还可以为3.25％、3.3％、3.35％、3.4％、3.45％、3.5％，cu的质量分数还可以为0.85％、0.9％、0.95％、1％、1.05％、1.1％，mn的质量分数还可以为0.4％、0.42％、0.45％、0.48％，si的质量分数还可以为0.32％、0.34％、0.36％、0.38％、0.4％，fe的质量分数还可以为0.42％、0.48％、0.5％、0.52％、0.56％、0.58％，cr的质量分数还可以为0.22％、0.24％、0.26％、0.28％，ti的质量分数还可以为0.18％、0.2％、0.22％、0.25％、0.28％，ni的质量分数还可以为0.18％、0.2％、0.22％、0.24％，zr的质量分数还可以为0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％，v的质量分数还可以为0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.14％，nb的质量分数还可以为0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％，sc的质量分数还可以为0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％，ce的质量分数还可以为0.1％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％，eu的质量分数还可以为0.06％、0.07％、0.08％、0.09％，er的质量分数还可以为0.07％、0.08％、0.1％、0.12％、0.14％，其余为al及不可避免的杂质。
优选地，mg、li、cu、zn之间的质量分数满足以下关系式：0.75≤(2×wmg+wli)/(wcu+0.5×wzn)≤1.05，其中，wmg、wli、wcu、wzn分别为mg、li、cu、zn的质量分数。
优选地，sc、ce、eu、er之间的质量分数满足以下关系式：0.3％≤wsc+wce+weu+wer≤0.5％，其中，wsc、wce、weu、wer分别为sc、ce、eu、er的质量分数。
优选地，陶瓷涂层的原料按重量份包括：10～20份sic、15～25份al2o3、10～20份tin、6～12份nio、8～15份tio2。
优选地，铝合金基体、陶瓷涂层之间的重量比为2000～2500:0.5～1.5。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
s1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
s2、将初级铝合金基体热处理，得到铝合金基体；
s3、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，经热处理得到消防车用高强高硬铝合金型材。
优选地，s2中，将初级铝合金基体置于240～280℃下保温2～3h，再升温至320～350℃，保温1～2h，再升温至380～420℃，保温0.5～1h，然后降温至220～250℃，保温0.5～1h，再降温至120～150℃，保温0.5～1h，空冷至室温，得到铝合金基体。
优选地，s3中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为2.5～4l/min，保护气体为氩气且氩气流量为5～7l/min，转移弧电压为20～25v，转移电流为80～100a，喷距为8～12mm，功率为1.5～2.5kw，等离子弧光斑直径为2～3mm。
优选地，s3中，热处理具体过程如下：将陶瓷涂层铝合金型材置于160～180℃下保温2～3h，再升温至260～280℃，保温1～2h，然后空冷至室温后放置2～3d。
本发明中通过合理控制mg、li、cu、zn在铝合金型材中的含量，且使mg、li、cu、zn三者之间的质量分数满足0.75≤(2×wmg+wli)/(wcu+0.5×wzn)≤1.05的函数关系式，四者相互配合具有良好的协同作用，在本发明铝合金基体中生成弥散分布的强化相al2culi、al2cu、al2cumg和mgzn2，有效改善本发明制品组织结构，提高本发明制品的位错密度，抑制再结晶，有效提高本发明制品拉伸强度、屈服强度、硬度、抗冲击性和柔韧性等力学性能，同时改善本发明制品耐磨、耐温与加工性能；再通过合理控制sc、ce、eu、er四者的含量，有效净化本发明合金液，减少feo在铝合金基体中的含量，降低铝合金基体开裂敏感性，同时具有细化晶粒，改善晶粒分布等作用，进一步优化本发明制品组织结构，提高本发明制品强度、冲击韧性及耐腐蚀性等性能。在制备过程中，通过优化热处理工艺，合理选择工艺参数，有效改善本发明制品中强化相析出的大小与分布，抑制枝晶偏析，避免非平衡凝固组织效应导致的非平衡组织与粗大析出相等的出现，有效提高了铝合金的强度、硬度、韧性、耐腐蚀性与加工性能；再通过将陶瓷粉末利用等离子熔覆得到陶瓷涂层，合理设置等离子熔覆参数，陶瓷涂层与铝合金基体结合强度大，性能稳定，不易脱落和开裂，其中，陶瓷粉末中tio2、nio、al2o3配合，弥散分布在熔融铝合金表面微细亚晶粒之间，并一起构成胞状树枝晶结构，起到弥散强化和细晶强化的作用，有效改善陶瓷涂层组织结构，使其具有良好的强度、硬度、耐腐蚀性、耐磨性和耐高温性，且陶瓷粉末中sic、al2o3、tin、nio、tio2相互配合，具有增强效果，整体提高本发明制品强度、硬度、韧性、耐腐蚀性等性能；等离子熔覆后再优化热处理工艺，进一步改善本发明制品表面组织结构，进一步提高本发明铝合金型材整体性能，延长本发明制品使用寿命。本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材密度小，强度与硬度大，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性，其加工性能好，使用寿命长，有效提高消防车性能。
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
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：mg：0.7％、li：0.7％、zn：3.6％、cu：0.8％、mn：0.5％、si：0.3％、fe：0.4％、cr：0.3％、ti：0.15％、ni：0.15％、zr：0.12％、v：0.08％、nb：0.06％、sc：0.08％、ce：0.08％、eu：0.1％、er：0.06％，其余为al及不可避免的杂质；陶瓷涂层的原料按重量份包括：10份sic、25份al2o3、10份tin、6份nio、15份tio2。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
s1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
s2、将初级铝合金基体热处理，得到铝合金基体；
s3、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，经热处理得到消防车用高强高硬铝合金型材。
实施例2
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：mg：1％、li：0.4％、zn：3.2％、cu：1.2％、mn：0.38％、si：0.42％、fe：0.6％、cr：0.2％、ti：0.3％、ni：0.25％、zr：0.06％、v：0.15％、nb：0.12％、sc：0.02％、ce：0.2％、eu：0.05％、er：0.15％，其余为al及不可避免的杂质；陶瓷涂层的原料按重量份包括：20份sic、15份al2o3、20份tin、12份nio、8份tio2。
其中，铝合金基体、陶瓷涂层之间的重量比为2000:1.5。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
s1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
s2、将初级铝合金基体置于240℃下保温3h，再升温至350℃，保温1h，再升温至380℃，保温1h，然后降温至220℃，保温1h，再降温至150℃，保温0.5h，空冷至室温，得到铝合金基体；
s3、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，将陶瓷涂层铝合金型材置于160℃下保温3h，再升温至280℃，保温1h，然后空冷至室温后放置2d，得到消防车用高强高硬铝合金型材；其中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为2.5l/min，保护气体为氩气且氩气流量为7l/min，转移弧电压为20v，转移电流为100a，喷距为8mm，功率为2.5kw，等离子弧光斑直径为2mm。
实施例3
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：mg：0.85％、li：0.55％、zn：3.4％、cu：1.05％、mn：0.45％、si：0.34％、fe：0.52％、cr：0.26％、ti：0.22％、ni：0.2％、zr：0.1％、v：0.11％、nb：0.09％、sc：0.05％、ce：0.14％、eu：0.08％、er：0.1％，其余为al及不可避免的杂质；陶瓷涂层的原料按重量份包括：15份sic、20份al2o3、15份tin、9份nio、12份tio2。
其中，铝合金基体、陶瓷涂层之间的重量比为2200:1。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
s1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
s2、将初级铝合金基体置于260℃下保温2.5h，再升温至340℃，保温1.5h，再升温至400℃，保温0.8h，然后降温至240℃，保温0.8h，再降温至140℃，保温0.8h，空冷至室温，得到铝合金基体；
s3、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，将陶瓷涂层铝合金型材置于170℃下保温2.5h，再升温至270℃，保温1.5h，然后空冷至室温后放置2.5d，得到消防车用高强高硬铝合金型材；其中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为3l/min，保护气体为氩气且氩气流量为6l/min，转移弧电压为22v，转移电流为90a，喷距为10mm，功率为2kw，等离子弧光斑直径为2.5mm。
实施例4
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：mg：0.85％、li：0.55％、zn：3.25％、cu：0.92％、mn：0.42％、si：0.38％、fe：0.46％、cr：0.23％、ti：0.18％、ni：0.22％、zr：0.1％、v：0.13％、nb：0.08％、sc：0.04％、ce：0.12％、eu：0.06％、er：0.09％，其余为al及不可避免的杂质；陶瓷涂层的原料按重量份包括：12份sic、22份al2o3、12份tin、8份nio、10份tio2。
其中，铝合金基体、陶瓷涂层之间的重量比为2000:1。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
s1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
s2、将初级铝合金基体置于270℃下保温2.2h，再升温至370℃，保温1.6h，再升温至410℃，保温0.8h，然后降温至230℃，保温0.6h，再降温至130℃，保温0.8h，空冷至室温，得到铝合金基体；
s3、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，将陶瓷涂层铝合金型材置于165℃下保温2.3h，再升温至275℃，保温1.2h，然后空冷至室温后放置3d，得到消防车用高强高硬铝合金型材；其中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为3.5l/min，保护气体为氩气且氩气流量为6.5l/min，转移弧电压为22v，转移电流为90a，喷距为9mm，功率为2.4kw，等离子弧光斑直径为2.2mm。
实施例5
本发明提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材，包括铝合金基体和陶瓷涂层，铝合金基体按质量分数包括以下组分：mg：0.9％、li：0.65％、zn：3.5％、cu：1.1％、mn：0.4％、si：0.4％、fe：0.55％、cr：0.28％、ti：0.26％、ni：0.22％、zr：0.1％、v：0.12％、nb：0.1％、sc：0.06％、ce：0.16％、eu：0.08％、er：0.12％，其余为al及不可避免的杂质；陶瓷涂层的原料按重量份包括：15份sic、20份al2o3、10份tin、6份nio、10份tio2。
其中，铝合金基体、陶瓷涂层之间的重量比为2400:1。
本发明还提出的一种消防车用高强高硬铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
s1、将原料熔炼得到合金液，经浇注、挤压成型后得到初级铝合金基体；
s2、将初级铝合金基体置于280℃下保温2h，再升温至320℃，保温2h，再升温至420℃，保温0.5h，然后降温至250℃，保温0.5h，再降温至120℃，保温1h，空冷至室温，得到铝合金基体；
s3、将铝合金基体表面清洗，经等离子熔覆得到陶瓷涂层铝合金型材，将陶瓷涂层铝合金型材置于180℃下保温2h，再升温至260℃，保温2h，然后空冷至室温后放置3d，得到消防车用高强高硬铝合金型材；其中，等离子熔覆工艺参数如下：同步送粉，离子气体流量为4l/min，保护气体为氩气且氩气流量为5l/min，转移弧电压为25v，转移电流为80a，喷距为12mm，功率为1.5kw，等离子弧光斑直径为3mm。
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。