一种高强度耐腐蚀的铝合金及其制备方法与流程

本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种高强度耐腐蚀的铝合金及其制备方法。

背景技术：

金属铝具有密度小、质量轻等优点，广泛应用于制造汽车、火车、地铁、船舶、飞机、火箭、飞船等陆海空交通工具，以减轻自重增加装载量。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，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，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。但是，现有的铝合金材料由于各组分配比不够科学，强度及耐腐蚀性能不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高强度耐腐蚀的铝合金及其制备方法，优化铝合金各组分的质量配比，提高铝合金的耐腐蚀性能。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高强度耐腐蚀的铝合金，含有铝、硅、铁、镁、锰、铜、锌、钛、锡、铅、镍、铬组分，各组分的质量百分比为：硅10.8-13.2%、铁0.6-0.8%、镁≤0.1%、锰≤0.5%、铜0.8-1.2%、锌≤0.55%、钛≤0.20%、锡≤0.10%、铅≤0.10%、镍≤0.3%、铬≤0.1%，余量为铝。

优选地，各组分的质量百分比为：硅12.5-13.2%、铁0.65-0.77%、镁≤0.09%、锰0.15-0.45%、铜0.9-1.1%、锌≤0.50%、钛≤0.15%、锡≤0.10%、铅≤0.09%、镍≤0.25%、铬≤0.09%，余量为铝。

本发明的另一面提供一种高强度耐腐蚀的铝合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤s1：配料，根据各组分的质量百分比进行配料，准确计算、称量相应重量的中间合金及纯金属或调整材料，保证各种组分准确配比；

步骤s2：投料熔化，将熔炼炉的炉温缓慢升至600-700℃，炉体保温2-5小时后进行投料；在熔炼炉中首批投入称量好的复合锭、无铁杂铝等烧损小的材料进行熔化；熔化后加入称量好的合金压块、铝屑压块等纯铝材料；待炉内铝液温度升至660-700℃，分批次加入铝屑材料，同时进行搅拌操作，首先对所述铝液表面进行搅拌，然后对所述铝液底部进行搅拌，最后对所述铝液中层进行搅拌，使所述铝液上中下三层都得到充分搅拌，搅拌时间为5-10分钟，直至搅拌成糊状并进行升温；搅拌完成后对所述铝液进行一次取样操作；

步骤s3：合金化，控制熔炼炉内温度为650-780℃，使用倾翻叉车将称量后的工业硅装至加料口，用扒灰耙推入熔炼炉内进行熔化；之后加入称量好的其它中间合金及纯金属材料；原料投入后首先对铝合金液表面进行搅拌，防止中间合金及纯金属烧损；然后对所述铝合金液底部进行搅拌，最后对所述铝合金液中层进行搅拌，使炉内所述铝合金液上中下三层都得到充分的搅拌，搅拌时间控制在5-10分钟；同时，在合金化过程中对所述铝合金液进行不定时的测温，每炉不低于3次；合金化时间为90-150分钟；合金化后进行二次取样操作；

步骤s4：成分调整、温度调整，根据所述一次取样操作、所述二次取样的检测结果适时添加补充料、适时调整熔炼炉内温度；

步骤s5：除渣精炼，控制熔炼炉内温度为690-710℃，精炼剂的用量为熔炼炉内所述铝合金液的0.3%，将称量好的精炼剂充分预热后装入喷粉机内，喷粉前将喷粉管放置在炉内所述铝合金液的液面上方10-15cm，预热1-2分钟；喷粉时打开氮气或氩气阀门、喷粉机送电运转，待精炼剂喷出后，立即将喷粉管插入所述铝合金液中；喷粉过程中，喷粉管口保持在距炉底10c-15cm处，以0.3米/秒的速度匀速做纵向或横向移动，保证到达熔池的最边缘部位，移动间距为20-30cm，确保喷粉范围覆盖炉内整个熔池，不能留有死角；喷粉2次，每次喷粉操作持续时间18-25min；喷粉结束后使用搅拌耙对所述铝合金液进行充分搅拌，搅拌时间3-5分钟，以使所述铝合金液与精炼剂充分反应，搅拌完成后静置3-5分钟，使铝渣分离；之后利用扒渣耙进行扒渣操作；

步骤s6：除气精炼，熔炼炉内温度控制在710-730℃，氮气压力为0.25-0.3mpa，除气时间10-40分钟；除气过程中，除气管插入所述铝合金液中，除气管口保持在距炉底10c-15cm处，并以0.3米/秒的速度匀速做纵向或横向移动，保证到达熔池的最边缘部位，移动间距为20-30cm，确保除气范围覆盖炉内整个熔池，不能留有死角；

步骤s7：炉前检验，进行三次取样操作，利用光谱仪对取样铝合金进行光谱分析，确保所述取样铝合金的成分和针孔合格；利用拉伸试验机对所述取样铝合金进行机械性能检验，确保检测数据合格；

步骤s8：静置，所述步骤s7中检测结果合格后，将经除气精炼处理后的所述铝合金液静置10分钟；

步骤s9：浇铸，控制熔炼炉内温度为670-690℃，将静置后的所述铝合金液浇铸到模具中，每锭浇铸时间为2.5-4秒，浇铸后对铝合金锭进行刮脸操作，即刮去所述铝合金锭表面的氧化皮；

步骤s10：炉后检测，对成品铝合金锭进行光谱分析和化学成分检测，确保产品质量合格；

步骤s11：码锭包装，将所述成品铝合金锭整齐码放，并用打包带打包；

步骤s12：检斤入库，精确计量所述成品铝合金锭的重量，运至成品库。

进一步的，所述步骤s2中的所述一次取样操作包括以下步骤：利用取样勺伸至熔炼炉内中间部位所述铝液液面以下10-15cm处，将取出的铝液浇铸到试样模具中，然后迅速将其冷却并送至化验室进行光谱分析。

进一步的，所述步骤s3中的所述二次取样操作包括以下步骤：利用取样勺伸至熔炼炉内中间部位所述铝合金液液面以下10-15cm处，将取出的铝合金液浇铸到试样模具中，然后迅速将其冷却并送至化验室进行光谱分析。

进一步的，所述步骤s5中的扒渣操作包括以下步骤：扒渣前将铝灰斗放置在熔炼炉前指定位置，确保所述铝灰斗干燥且无杂物，将扒渣耙放置在炉内所述铝合金液的液面上方10-15cm处，预热1分钟；扒渣过程中，先将第一批铝渣扒至炉口，等第二批铝渣扒至接近炉口后，再将所述第一批铝渣扒入所述铝灰斗中，以减少带出炉外的铝液量；如此重复至所述铝合金液表面无明显浮渣。

进一步的，所述步骤s5除渣精炼前还需确保所述喷粉管的表面与所述扒渣耙的表面均匀、完整地涂刷有氧化锌涂料。

进一步的，所述步骤s7中的所述三次取样操作包括以下步骤：利用取样勺伸至熔炼炉内中间部位经除气精炼处理后的所述铝合金液液面以下10-15cm处，将取出的铝合金液浇铸到试样模具中，然后迅速将其冷却。

与现有技术相比，本发明提供一种高强度耐腐蚀的铝合金及其制备方法，铝合金中各组分分别为铝、硅、铁、镁、锰、铜、锌、钛、锡、铅、镍、铬，优化铝合金各组分的质量配比及其制备工艺，硅改善铝合金的抗拉强度、硬度、切削性、铸造性能、耐腐蚀性能以及高温时的强度；适量的铁能够提高铝合金的耐磨性，增强铝合金的强度；铜对铝合金起到固溶强化的作用；镁强化铝合金的抗拉强度，增强铝合金的可焊性和抗腐蚀性；锰补充镁的强化作用，同时可降低热裂倾向，另外还可以改善铝合金的耐腐蚀性能和焊接性能，改善铝合金的高温强度；锌可以增加铝合金的流动性；加入微量的钛，能显著细化铝合金的晶粒组织，提高铝合金的机械性能，降低铝合金的热裂倾向；锡、铅能够改善铝合金的切削性能；镍能够增加铝合金的抗拉强度和硬度；适量的铬能够消除铜对耐腐蚀性的不利影响，能够改善铝合金的韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。

本发明显著提高铝合金的抗拉强度、耐高温性能和耐腐蚀性能，延长铝合金制品的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种高强度耐腐蚀的铝合金的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

本发明实施例1的一种高强度耐腐蚀的铝合金，含有铝、硅、铁、镁、锰、铜、锌、钛、锡、铅、镍、铬组分，各组分的质量百分比为：硅10.8-13.2%、铁0.6-0.8%、镁≤0.1%、锰≤0.5%、铜0.8-1.2%、锌≤0.55%、钛≤0.20%、锡≤0.10%、铅≤0.10%、镍≤0.3%、铬≤0.1%，余量为铝。

加入硅元素，可以改善铝合金的抗拉强度、硬度、切削性、铸造性能、耐腐蚀性能以及高温时的强度。

适量的铁能够提高铝合金的耐磨性，增强铝合金的强度，从而延长铝合金制品的使用寿命。

铜是重要的合金元素，对铝合金起到固溶强化的作用，能够提高铝合金的强度。

镁能够强化铝合金的抗拉强度，增强铝合金的可焊性和抗腐蚀性；镁对铝合金的强化是明显的，如果加入1%以下的锰，可能补充强化作用，因此添加锰元素后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以改善铝合金的耐腐蚀性能和焊接性能，改善含铜、含硅合金的高温强度。

锌可以增加铝合金的流动性，但是需控制在规定范围内，本发明实施例1的铝合金中锌的质量百分比为锌≤0.55%，以避免其对铝合金的耐腐蚀性能造成影响。

铝合金中加入微量的钛，能显著细化铝合金的晶粒组织，提高铝合金的机械性能，降低铝合金的热裂倾向，因此本发明实施例1的铝合金中钛元素的质量百分比为钛≤0.20%，可提高铝合金的机械性能；

锡、铅为低熔点金属元素，能够改善铝合金的切削性能；镍能够增加铝合金的抗拉强度和硬度；适量的铬能够消除铜对耐腐蚀性的不利影响，能够改善铝合金的韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。

请参见图1，图1为本发明实施例1的一种高强度耐腐蚀的铝合金的制备方法的流程图，本发明实施例1的一种高强度耐腐蚀的铝合金的制备方法包括以下步骤：

步骤s1：配料，根据各组分的质量百分比进行配料，准确计算、称量相应重量的中间合金及纯金属或调整材料，保证各种组分准确配比；

步骤s2：投料熔化，将熔炼炉的炉温缓慢升至600-700℃，炉体保温2-5小时后进行投料；在熔炼炉中首批投入称量好的复合锭、无铁杂铝等烧损小的材料进行熔化；熔化后加入称量好的合金压块、铝屑压块等纯铝材料；待炉内铝液温度升至660-700℃，分批次加入铝屑材料，同时进行搅拌操作，首先对铝液表面进行搅拌，然后对铝液底部进行搅拌，最后对铝液中层进行搅拌，使铝液上中下三层都得到充分搅拌，搅拌时间为5-10分钟，直至搅拌成糊状并进行升温；搅拌完成后对铝液进行一次取样操作；

步骤s3：合金化，控制熔炼炉内温度为650-780℃，使用倾翻叉车将称量后的工业硅装至加料口，用扒灰耙推入熔炼炉内进行熔化；之后加入称量好的其它中间合金及纯金属材料；原料投入后首先对铝合金液表面进行搅拌，防止中间合金及纯金属烧损；然后对铝合金液底部进行搅拌，最后对铝合金液中层进行搅拌，使炉内铝合金液上中下三层都得到充分的搅拌，搅拌时间控制在5-10分钟；同时，在合金化过程中对铝合金液进行不定时的测温，每炉不低于3次；合金化时间为90-150分钟；合金化后进行二次取样操作；

步骤s4：成分调整、温度调整，根据一次取样操作、二次取样的检测结果适时添加补充料、适时调整熔炼炉内温度；

步骤s5：除渣精炼，控制熔炼炉内温度为690-710℃，精炼剂的用量为熔炼炉内铝合金液的0.3%，将称量好的精炼剂充分预热后装入喷粉机内，喷粉前将喷粉管放置在炉内铝合金液的液面上方10-15cm，预热1-2分钟；喷粉时打开氮气或氩气阀门、喷粉机送电运转，待精炼剂喷出后，立即将喷粉管插入铝合金液中；喷粉过程中，喷粉管口保持在距炉底10c-15cm处，以0.3米/秒的速度匀速做纵向或横向移动，保证到达熔池的最边缘部位，移动间距为20-30cm，确保喷粉范围覆盖炉内整个熔池，不能留有死角；喷粉2次，每次喷粉操作持续时间18-25min；喷粉结束后使用搅拌耙对铝合金液进行充分搅拌，搅拌时间3-5分钟，以使铝合金液与精炼剂充分反应，搅拌完成后静置3-5分钟，使铝渣分离；之后利用扒渣耙进行扒渣操作；

步骤s6：除气精炼，熔炼炉内温度控制在710-730℃，氮气压力为0.25-0.3mpa，除气时间10-40分钟；除气过程中，除气管插入铝合金液中，除气管口保持在距炉底10c-15cm处，并以0.3米/秒的速度匀速做纵向或横向移动，保证到达熔池的最边缘部位，移动间距为20-30cm，确保除气范围覆盖炉内整个熔池，不能留有死角；

步骤s7：炉前检验，进行三次取样操作，利用光谱仪对取样铝合金进行光谱分析，确保取样铝合金的成分和针孔合格；利用拉伸试验机对取样铝合金进行机械性能检验，确保检测数据合格；

步骤s8：静置，步骤s7中检测结果合格后，将经除气精炼处理后的铝合金液静置10分钟；

步骤s9：浇铸，控制熔炼炉内温度为670-690℃，将静置后的铝合金液浇铸到模具中，每锭浇铸时间为2.5-4秒，浇铸后对铝合金锭进行刮脸操作，即刮去铝合金锭表面的氧化皮；

步骤s10：炉后检测，对成品铝合金锭进行光谱分析和化学成分检测，确保产品质量合格；

步骤s11：码锭包装，将成品铝合金锭整齐码放，并用打包带打包；

步骤s12：检斤入库，精确计量成品铝合金锭的重量，运至成品库。

进一步的，步骤s2中的一次取样操作包括以下步骤：利用取样勺伸至熔炼炉内中间部位铝液液面以下10-15cm处，将取出的铝液浇铸到试样模具中，然后迅速将其冷却并送至化验室进行光谱分析。

进一步的，步骤s3中的二次取样操作包括以下步骤：利用取样勺伸至熔炼炉内中间部位铝合金液液面以下10-15cm处，将取出的铝合金液浇铸到试样模具中，然后迅速将其冷却并送至化验室进行光谱分析。

进一步的，步骤s5中的扒渣操作包括以下步骤：扒渣前将铝灰斗放置在熔炼炉前指定位置，确保铝灰斗干燥且无杂物，将扒渣耙放置在炉内铝合金液的液面上方10-15cm处，预热1分钟；扒渣过程中，先将第一批铝渣扒至炉口，等第二批铝渣扒至接近炉口后，再将第一批铝渣扒入铝灰斗中，以减少带出炉外的铝液量；如此重复至铝合金液表面无明显浮渣。

进一步的，步骤s5除渣精炼前还需确保喷粉管的表面与扒渣耙的表面均匀、完整地涂刷有氧化锌涂料。

进一步的，步骤s7中的三次取样操作包括以下步骤：利用取样勺伸至熔炼炉内中间部位经除气精炼处理后的铝合金液液面以下10-15cm处，将取出的铝合金液浇铸到试样模具中，然后迅速将其冷却。

本发明实施例2的一种高强度耐腐蚀的铝合金，含有铝、硅、铁、镁、锰、铜、锌、钛、锡、铅、镍、铬组分，各组分的质量百分比为：硅12.5-13.2%、铁0.65-0.77%、镁≤0.09%、锰0.15-0.45%、铜0.9-1.1%、锌≤0.50%、钛≤0.15%、锡≤0.10%、铅≤0.09%、镍≤0.25%、铬≤0.09%，余量为铝。

本发明实施例2的一种高强度耐腐蚀的铝合金的制备方法，除步骤s1中各组分的质量配比不同，其余步骤相同。

由上所述，本发明提供一种高强度耐腐蚀的铝合金及其制备方法，优化铝合金中各组分的质量配比，优化制备工艺流程，显著提高铝合金的抗拉强度、耐高温性能和耐腐蚀性能，延长铝合金制品的使用寿命。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。