一种高性能铝合金厚板及其制备工艺的制作方法

本发明涉及铝合金厚板，具体为一种高性能铝合金厚板及其制备工艺。

背景技术：

1、6061铝合金作为高品质铝合金产品，具有良好的成型性、焊接性、机加工性，具有中等强度，在多领域有着良好的适应性。现有的6061热轧铝合金厚板，其轧制变形小，内外组织差异较大，二次杂质相多，各部位变形不均匀、不充分，芯部力学性能和金相组织都较差，横向和纵向力学性能存在较大差异，热处理后强度低，差异大，给后续加工使用造成了不利影响。因此，我们提出一种高性能铝合金厚板及其制备工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高性能铝合金厚板及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高性能铝合金厚板的制备工艺，由以下步骤制得：

3、将铝合金原料依次进行熔炼、浇铸、均热、车皮、探伤、锯切、锻造、修整打磨、热轧、热处理、精整和表面预应力处理、时效、矫直剪切、二次探伤，得到铝合金厚板。

4、进一步的，熔炼、浇铸工艺中，铝液经过多次搅拌、拔渣，经管式过滤后，进行铸造，制备直径为660～950mm，长度为6800～7300mm的大型铸棒。

5、进一步的，熔炼工艺中，工艺条件为：熔炼温度720～760℃，熔炼时间6～8h；精炼温度720～750℃，精炼时间5～6h；精炼过程中加入合金元素调整化学成分，同时通入氯气和氩气去除铝合金熔体中的氢元素，通气时间30～60min。

6、浇筑前扒渣，同时添加晶粒细化剂alti5b(线材)，使用40ppi的陶瓷过滤板对铝合金熔体进行管式过滤。

7、进一步的，均热工艺中，工艺条件为：升温至510～520℃，保温2h；继续升温至555～565℃，保温16～20h，促进铝合金中不平衡合金相充分熔解扩散；而后采用强风水雾进行快速冷却，避免析出相聚集长大。

8、进一步的，去皮工艺中，去除铝棒外表缺陷层，更利于后续工艺的锻造和轧制。去皮后，得到的成品大型铸棒，其直径在610～920mm。

9、进一步的，探伤工艺中，采用超声波探伤，检测得到的成品大型铸棒在铸造和均热过程缺陷。

10、进一步的，锯切工艺中，按照最终成品板料尺寸和长度，对成品大型铸棒进行锯切，得到合适尺寸的棒料，棒料的长度在2000～3000mm。

11、进一步的，锻造工艺中，工艺条件为：始锻温度480～520℃，终锻温度400～450℃；经过镦粗和拔长锻造，锻后进行修整打磨，得到铝合金方料棒，铝合金方料棒长度为2500～4000mm。

12、进一步的，锻造工艺中，工艺条件为：锻造温度480～520℃，终锻温度370～410℃；镦粗、拔长锻造比1.46～3.62，每次变形量为46％～72％。

13、进一步的，热轧工艺中，热轧整形阶段总变形量为25～60％；热轧完成后得到铝合金厚板，铝合金厚板的厚度为200～500(±0.5)mm，长度达3～8m。

14、进一步的，热轧工艺中，工艺条件为：热轧温度480～510℃，终轧温度320～350℃；热轧整形阶段总变形量为25～60％。较低的终轧温度能够铝合金厚板表面发生再结晶，防止表层晶粒粗大。

15、在锻造、热轧等工艺中，控制工艺的变形量，使得铝合金中晶粒的变形更为强烈、均匀，再结晶核心增多，再结晶后铝合金的晶粒更为细小。

16、进一步的，热处理工艺中，采用固溶热处理，工艺条件为：保温温度515～520℃，保温时间10～16h；而后进行淬火处理，淬火水温5～35℃。由于铝合金厚板的厚度较大，在等待其芯层升温的过程中，铝合金厚板表面的晶粒会发生再结晶并逐渐长大，过长的热处理时间会导致表层晶粒粗大。因此，较低的固溶温度、较短的保温时间有助于减缓再结晶，避免铝合金晶粒的长大。

17、进一步的，热处理后进行精整和表面预应力处理，通过表面少量冷变形和精整，提高表面预应力，提高表面硬度强度和表面质量。

18、进一步的，时效工艺中，工艺条件为：时效温度175～180℃，时效时间8h。

19、进一步的，所述铝合金厚板包括以下质量百分比成分：硅si:0.50～0.80％；铁fe:＜0.15％；铜cu:0.15～0.40％；锰mn:0.10～0.15％；镁mg:0.80～1.20％；铬cr:0.25～0.35％；锌zn:＜0.25％；钛ti:0.02～0.1％；余量为铝al。

20、进一步的，所述铝合金厚板成分中：锰mn:0.12～0.15％；铬cr:0.30～0.35％。

21、铝合金原料中，铝元素选择纯铝锭，纯度99.996％，来源于上海馨程铝业有限公司；

22、硅元素选择块状工业纯硅，纯度99.4％％，来源于郑州市纯杰工业硅有限公司；

23、铜元素选择块状工业纯铜，纯度99.92％，来源于铁岭富兴铜业有限公司；

24、镁元素选择块状工业纯镁，纯度99.96％，来源于洛阳迈格镁业有限公司；

25、锰、铬元素分别由粉末状铝锰合金almn75、块状铝钛合金alti6提供，来源于北京高科新材料科技有限公司；

26、alti5b为线材，来源于辽宁新鹏高科金属有限公司。

27、在上述技术方案中，进行熔炼时，适当增加合金元素mn的含量，控制并减少fe含量，能够减少铝合金中难溶解铝铁硅二次相的产生，降低残余二次相对于精密氧化层的破坏；同时适当增加cr元素含量，能够提高所制铝合金厚板的强度，改其综合性能。

28、钛元素能够与铬配合，减少大型铸棒中的柱状晶组织，改善其锻造性能，并细化晶粒。锰、铬元素能够形成mnal6、al7cr、(fe,mn)al6等弥散相，起到钉扎作用，阻碍铝合金中位错的滑移和晶界的迁移，提高再结晶温度，并能够在再结晶过程中(热轧、固溶)起到细化晶粒的作用，从而使得所制铝合金厚板的强度得到改善。同时铬能够抑制镁硅相在晶界处的析出，有助于提高所制铝合金厚板的强度。但铝合金中的锰元素，在α相中会产生严重的晶内偏析，影响铝合金的再结晶过程，造成铝合金的晶粒粗化，均热工艺能够消除铝合金中的锰偏析，获得细晶粒材料。

29、体系中硅元素的含量大于铁元素，使得所形成的铝铁硅合金相为β相，相较于α相，具有更好的高温稳定性，能够提高铝合金的再结晶温度，抑制原子的扩散、晶界的迁移，防止热轧、固溶过程中晶粒发生长大、变粗，影响最终产品铝合金厚板的力学性能。

30、进一步的，所述高性能铝合金厚板还经过电解抛光、表面氧化和溶胶封孔处理。

31、进一步的，所述电解抛光工艺具体为：

32、以高性能铝合金厚板为阳极，304不锈钢或石墨为阴极，置于温度为72～78℃的电解抛光液中，在10～15v的电压条件下，电解抛光25～35min；然后在0.5～0.7v的电压条件下，电解抛光5～30min；水洗，氮气吹干。

33、进一步的，电解抛光液中包含有12～18wt％碳酸钠、4.5～5.5wt％磷酸钠，ph为12.5～13.5。

34、在上述技术方案中，通过对金属的溶解控制，采用电解抛光工艺来降低铝合金厚板的表面粗糙度。在电解抛光前，铝合金进行均热、热处理、表面预应力处理、时效等工艺处理，能够促进得到良好的晶体结构，在一次电解时，采用较高的电压将铝合金厚板表面的氧化膜溶解，同时铝合金表面氧化铝膜层中的第二相随氧化铝的溶解去除，从而获得具有较低的粗糙度的铝合金表面。二次电解时，采用较低的电压促进铝合金厚板表面铝元素的溶解，进一步提高其表面平滑度。

35、进一步的，电化学抛光前进行机械抛光，具体工艺为：采用240目～2000目砂纸打磨15～60s；洗涤，烘干。

36、进一步的，所述表面氧化工艺具体为：

37、将电解抛光后得到的铝合金厚板置于23～27℃氧化电解液中，在正向电压500v，负向电压50v，占空比40～50％，频率800～1000hz的条件下，微弧氧化处理25～35min；水洗，氮气吹干，形成微弧氧化膜。

38、进一步的，氧化电解液中包含有8～10g/l硅酸钠、2～10g/l磷酸钠，利用氢氧化钠调节ph为12.5～13.5。

39、在上述技术方案中，微弧氧化过程放电使得铝合金表面的铝元素熔融，与氧化电解液发生反应并迅速冷却凝固，从而形成氧化物。硅酸钠中的硅酸根离子参与氧化膜层的形成，形成氧化硅，使得所制微弧氧化膜主要由α相、γ相氧化铝和莫来石组成，具有较高的硬度、耐磨性，且抗冲击剥落性能和力学性能较为优异。

40、进一步的，表面氧化后进行二次电解抛光，具体工艺为：

41、将表面氧化后得到的铝合金厚板置于70～80℃水中老化100～180min，作为阳极，304不锈钢或石墨为阴极，置于温度为72～78℃的二次电解抛光液中，在0.8～1.5v的电压条件下，电解抛光25～30min；水洗，氮气吹干，形成氧化膜。

42、进一步的，二次电解抛光液中包含有12～18wt％碳酸钠、4.5～5.5wt％磷酸钠，ph为9.0～13.0。

43、在上述技术方案中，在二次电解抛光工艺前，首先对表面氧化后后得到的铝合金厚板中所制微弧氧化膜进行水合，使其表面γ相氧化铝先溶解，再析出水合氧化铝。然后再将水合后得到的氧化膜进行二次电解抛光，去除水合膜，从而将微弧氧化膜外层中性能相对较差的γ相氧化铝去除，使得内层α相氧化铝暴露，进一步提高所制氧化膜硬度、耐磨性、抗冲击剥落性能和力学性能等性能。

44、进一步的，所述溶胶封孔具体为：

45、在二次电解抛光后得到的铝合金厚板表面，旋涂溶胶，室温干燥24h，缓慢升温至100～120℃，保温100～160min，冷却至室温。

46、进一步的，旋涂速度800～1000r/min，升温速率为0.2～0.5℃/min。

47、进一步的，溶胶为硅溶剂、铝溶胶中的一种或两种混合。

48、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

49、本发明的高性能铝合金厚板的制备工艺，通过将合金原料依次进行深井铸造、均热、锻造、轧制、热处理过程得到铝合金厚板，锻前铸棒的充分均质，合金成分扩散均匀，锻后再轧制各向变形充分，热处理后各个部位力学性能和金相组织均匀，所制铝合金厚板各个部位力学性能都达到甚至超过单独锻造零件高性能铝合金性能要求，能够用于半导体及航空航天领域，适用于加工各类高性能大型铝合金板形零件和批量零件制作，适用范围广，有广泛的应用前景。其组织均匀性、平整度、光洁度等综合性能优于锻件整体、表面精度在0.5毫米以内，二次杂质相少，铝合金纯净度高。