一種高強度耐腐蝕鋁合金型材及其製備方法與流程
2024-02-17 06:27:15 2
本發明涉及鋁合金
技術領域：
，尤其涉及一種高強度耐腐蝕鋁合金型材及其製備方法。
背景技術：
：由於鋁合金具有很多優異的物理化學性能，因此被廣泛應用到國民經濟的各個領域。鋁合金的表面暴露在大氣中時，會在其表面覆蓋一層很薄的自然氧化膜，但是由於其表面的自然氧化膜很容易被腐蝕，從而大大降低了鋁合金材料的使用壽命。因此，通常會對鋁合金型材進行表面處理，現有的鋁合金型材表面處理工藝有陽極氧化、電解著色、電泳塗漆、粉末噴塗、氟碳漆噴塗、拉絲等，這些表面處理工藝均起到一定的耐腐蝕效果，但是隨著人們對鋁合金型材的性能要求的提高，現有的鋁合金型材在耐腐蝕性與強度上還有待提高。技術實現要素：基於
背景技術：
存在的技術問題，本發明提出了一種高強度耐腐蝕鋁合金型材及其製備方法，該鋁合金型材具有良好的強度、硬度、抗衝擊韌性等力學性能，同時也具有耐腐蝕性與耐磨性好、使用壽命長等優點。本發明提出的一種高強度耐腐蝕鋁合金型材，其包括鋁合金基體和陶瓷塗層，所述鋁合金基體按質量分數包括以下成分：Cu：0.35-0.65％、Si：0.16-0.21％、Fe：0.3-0.5％、Cr：0.4-0.7％、Mg：0.65-1％、Mn：0.2-0.5％、Zn：0.2-0.7％、Ti：0.1-0.35％、Li：0.1-0.2％、Ni：0.15-0.4％、Zr：0.06-0.18％、Y：0.04-0.15％、W：0.04-0.09％、V：0.06-0.12％，其餘為Al。具體實施方式中，Cu的質量分數還可以為0.38％、0.43％、0.48％、0.54％、0.62％，Si的質量分數還可以為0.175％、0.186％、0.195％、0.202％，Fe的質量分數還可以為0.35％、0.39％、0.42％、0.45％、0.48％，Cr的質量分數還可以為0.45％、0.52％、0.58％、0.64％、0.68％，Mg的質量分數還可以為0.72％、0.78％、0.85％、0.92％、0.97％，Mn的質量分數還可以為0.25％、0.35％、0.42％、0.48％，Zn的質量分數還可以為0.28％、0.36％、0.45％、0.54％、0.68％，Ti的質量分數還可以為0.16％、0.22％、0.28％、0.32％，Li的質量分數還可以為0.12％、0.15％、0.17％、0.185％，Ni的質量分數還可以為0.2％、0.25％、0.3％、0.36％、0.385％，Zr的質量分數還可以為0.09％、0.11％、0.13％、0.15％、0.165％，Y的質量分數還可以為0.06％、0.08％、0.1％、0.12％、0.135％，W的質量分數還可以為0.05％、0.06％、0.07％、0.08％，V的質量分數還可以為0.08％、0.09％、0.1％、0.114％，其餘為Al。優選地，所述陶瓷塗層的原料為納米陶瓷粉末。優選地，所述納米陶瓷粉末的粒徑為55-80nm。優選地，所述納米陶瓷粉末的原料按重量份包括：20-30份SiC、10-20份Cr2O3、15-25份NiO、12-20份Cr3C2、20-30份Al2O3、5-12份Si3N4。本發明提出的一種高強度耐腐蝕鋁合金型材的製備方法，按照以下工藝進行製備：S1、將原料進行熔煉後得到鋁合金鑄錠，經均勻化處理後得到初級鋁合金鑄錠；S2、將初級鋁合金鑄錠進行擠壓成型後進行熱處理得到鋁合金基體；S3、將鋁合金基體打磨後清洗，對鋁合金基體表面進行等離子熔覆處理，得到陶瓷塗層，冷卻至室溫，再對其進行雷射重熔，空冷至室溫，然後在110-130℃保溫5-6h，冷卻至室溫後得到所述高強度耐腐蝕鋁合金型材。優選地，在S1中，均勻化處理過程的具體步驟如下：將鋁合金鑄錠在450-470℃下均勻化處理2-3h，再在490-510℃下均勻化處理1.5-2.5h，然後在530-550℃下均勻化處理1-2h，得到初級鋁合金鑄錠。優選地，在S2中，熱處理的具體步驟如下：將擠壓成型後的初級鋁合金鑄錠置於300-320℃下保溫2-3h，再降溫至220-240℃，保溫3-4h，然後降溫至150-165℃，保溫6-7h，空冷至室溫後得到鋁合金基體。優選地，等離子熔覆處理的工藝參數如下：同步送粉，離子氣體流量為2-5L/min，保護氣體為氬氣且氬氣流量為6-9L/min，轉移弧電壓為20-35V，轉移電流為80-120A，噴距為10-25mm，功率為1.8-3KW，掃描速度為5-10mm/s，等離子弧光斑直徑為2-4mm，等離子熔覆層厚度為1.5-2.5mm。優選地，雷射重熔的工藝參數如下：單道掃描，氬氣保護雷射池，光斑直徑為2-3.5mm，掃描速度為5-8mm/s，功率為1.7-2.2KW。優選地，雷射重熔的工藝參數如下：單道掃描，氬氣保護雷射池，光斑直徑為2.5-3mm，掃描速度為6-7mm/s，功率為1.8-2.1KW。本發明中通過控制Cr、Mn、V、W、Al的含量，為鋁合金基體具有良好的力學性能奠定了基礎；控制Y、Si、Zr、Ti、Li在鋁合金基體中的含量，在製備鋁合金基體的過程中具有良好的脫氧效果與細化晶粒作用，有效避免晶間腐蝕，降低了鋁合金基體的開裂敏感性，改善鋁合金基體的性能，其中，Zr、Li生成強化相Al3Zr、Al2CuLi，提高了鋁合金基體的強度與韌性，Y、Si與Fe配合提高鋁合金基體的抗疲勞性能；通過控制Al、Cu、Mg、Zn的含量，形成彌散分布的強化相Al2Cu、Al2CuMg、MgZn2，各強化相協同作用，細化了鑄態晶粒，提高鋁合金基體的位錯密度與再結晶溫度，抑制了再結晶，提高了鋁合金基體的拉伸強度、屈服強度、硬度、韌性等力學性能；在製備過程中，對鋁合金鑄錠進行均勻化處理過程中，在不同溫度範圍內設置均勻化處理時間，改善了強化相析出的大小與分布，提高了鋁合金的強度、硬度、韌性、耐腐蝕性與加工性能，降低變形抗力，避免非平衡凝固導致原料不均勻和非平衡凝固組織效應導致的非平衡組織與粗大析出相出現；隨後將初級鋁合金鑄錠擠壓成型後採用逐步降溫的方式，通過控制溫度與保溫時間，使初級鋁合金組織細化，阻止再結晶行為，防止擠壓成型的鋁合金基體出現開裂現象，進一步強化了鋁合金型材的強度、韌性與耐腐蝕性能；在等離子熔覆過程中，由於納米陶瓷粉末具有較大的比表面積，對能量吸收利用率高，通過合理設置等離子熔覆的各項參數，使SiC、Cr3C2在高溫下部分分解的C與Al生成細針狀的枝晶Al4C3，Si、Cr固溶在鋁合金基體中，提高了陶瓷塗層的硬度及與鋁合金基體的結合強度，Cr2O3、NiO、Al2O3配合，彌散分布在熔融鋁合金表面微細亞晶粒之間，並一起構成胞狀樹枝晶結構，且納米級的Cr2O3、B2O3、Al2O3在鋁合金表面還起到彌散強化和細晶強化的作用，改善熔覆層的組織結構，使其具有良好的強度、硬度及抗衝擊性能，納米陶瓷粉末中SiC、Cr2O3、NiO、Cr3C2、Al2O3、Si3N4配合，彼此間具有增強效果，整體上提高了陶瓷塗層的強度、硬度、韌性等力學性能和耐腐蝕性；再經雷射重熔，細化鋁合金型材表面組織晶粒，改善陶瓷塗層的層狀結構，提高鋁合金表面的位錯密度及陶瓷塗層與鋁合金基體的結合強度，對鋁合金型材的力學性能具有增強效果，提高鋁合金型材的耐磨性與耐腐蝕性，延長了鋁合金型材的使用壽命。本發明提出的高強度耐腐蝕鋁合金型材，將納米陶瓷粉末等離子熔覆在鋁合金基體表面，再經雷射重熔，使得到的鋁合金型材具有良好的強度、硬度、抗衝擊韌性等力學性能，同時也具有耐腐蝕性與耐磨性好、使用壽命長等優點。具體實施方式下面，通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。實施例1本發明提出的一種高強度耐腐蝕鋁合金型材，其包括鋁合金基體和陶瓷塗層，所述鋁合金基體按質量分數包括以下成分：Cu：0.35％、Si：0.21％、Fe：0.3％、Cr：0.7％、Mg：0.65％、Mn：0.5％、Zn：0.2％、Ti：0.35％、Li：0.1％、Ni：0.4％、Zr：0.06％、Y：0.15％、W：0.04％、V：0.12％，其餘為Al。其中，所述陶瓷塗層的原料為納米陶瓷粉末，其原料按重量份包括：20份SiC、20份Cr2O3、15份NiO、20份Cr3C2、20份Al2O3、12份Si3N4；本發明還提出了一種高強度耐腐蝕鋁合金型材的製備方法，按照以下工藝進行製備：S1、將原料進行熔煉後得到鋁合金鑄錠，經均勻化處理後得到初級鋁合金鑄錠；S2、將初級鋁合金鑄錠進行擠壓成型後進行熱處理得到鋁合金基體；S3、將鋁合金基體打磨後清洗，對鋁合金基體表面進行等離子熔覆處理，得到陶瓷塗層，冷卻至室溫，再對其進行雷射重熔，空冷至室溫，然後在110℃保溫6h，冷卻至室溫後得到所述高強度耐腐蝕鋁合金型材。實施例2本發明提出的一種高強度耐腐蝕鋁合金型材，其包括鋁合金基體和陶瓷塗層，所述鋁合金基體按質量分數包括以下成分：Cu：0.65％、Si：0.16％、Fe：0.5％、Cr：0.4％、Mg：1％、Mn：0.2％、Zn：0.7％、Ti：0.1％、Li：0.2％、Ni：0.15％、Zr：0.18％、Y：0.04％、W：0.09％、V：0.06％，其餘為Al。其中，所述陶瓷塗層的原料為納米陶瓷粉末，其原料按重量份包括：30份SiC、10份Cr2O3、25份NiO、12份Cr3C2、30份Al2O3、5份Si3N4；本發明還提出了一種高強度耐腐蝕鋁合金型材的製備方法，按照以下工藝進行製備：S1、將原料進行熔煉後得到鋁合金鑄錠，經均勻化處理後得到初級鋁合金鑄錠；S2、將初級鋁合金鑄錠進行擠壓成型後置於320℃下保溫2h，再降溫至240℃，保溫3h，然後降溫至165℃，保溫6h，空冷至室溫後得到鋁合金基體；S3、將鋁合金基體打磨後清洗，對鋁合金基體表面進行等離子熔覆處理，得到陶瓷塗層，冷卻至室溫，再對其進行雷射重熔，空冷至室溫，然後在130℃保溫5h，冷卻至室溫後得到所述高強度耐腐蝕鋁合金型材。實施例3本發明提出的一種高強度耐腐蝕鋁合金型材，其包括鋁合金基體和陶瓷塗層，所述鋁合金基體按質量分數包括以下成分：Cu：0.53％、Si：0.18％、Fe：0.41％、Cr：0.55％、Mg：0.82％、Mn：0.33％、Zn：0.45％、Ti：0.22％、Li：0.15％、Ni：0.28％、Zr：0.12％、Y：0.11％、W：0.065％、V：0.095％，其餘為Al。其中，所述陶瓷塗層的原料為納米陶瓷粉末，其粒徑為70nm，納米陶瓷粉末的原料按重量份包括：25份SiC、15份Cr2O3、20份NiO、16份Cr3C2、25份Al2O3、8份Si3N4；本發明還提出了一種高強度耐腐蝕鋁合金型材的製備方法，按照以下工藝進行製備：S1、將原料進行熔煉後得到鋁合金鑄錠，將鋁合金鑄錠在460℃下均勻化處理2.5h，再在500℃下均勻化處理2h，然後在540℃下均勻化處理1.5h，得到初級鋁合金鑄錠。；S2、將初級鋁合金鑄錠進行擠壓成型後置於310℃下保溫2.5h，再降溫至230℃，保溫3.5h，然後降溫至158℃，保溫6.6h，空冷至室溫後得到鋁合金基體；S3、將鋁合金基體打磨後清洗，對鋁合金基體表面進行等離子熔覆處理，得到陶瓷塗層，冷卻至室溫，再對其進行雷射重熔，空冷至室溫，然後在110-130℃保溫5-6h，冷卻至室溫後得到所述高強度耐腐蝕鋁合金型材；其中，等離子熔覆處理的工藝參數如下：同步送粉，離子氣體流量為3.5L/min，保護氣體為氬氣且氬氣流量為7.5L/min，轉移弧電壓為28V，轉移電流為100A，噴距為17mm，功率為2.4KW，掃描速度為7.5mm/s，等離子弧光斑直徑為3mm，等離子熔覆層厚度為2mm；雷射重熔的工藝參數如下：單道掃描，氬氣保護雷射池，光斑直徑為2.8mm，掃描速度為6.5mm/s，功率為1.95KW。實施例4本發明提出的一種高強度耐腐蝕鋁合金型材，其包括鋁合金基體和陶瓷塗層，所述鋁合金基體按質量分數包括以下成分：Cu：0.42％、Si：0.195％、Fe：0.35％、Cr：0.65％、Mg：0.78％、Mn：0.45％、Zn：0.35％、Ti：0.28％、Li：0.12％、Ni：0.35％、Zr：0.12％、Y：0.12％、W：0.05％、V：0.09％，其餘為Al。其中，所述陶瓷塗層的原料為納米陶瓷粉末，其粒徑為55nm，納米陶瓷粉末的原料按重量份包括：22份SiC、17份Cr2O3、17份NiO、18份Cr3C2、23份Al2O3、10份Si3N4；本發明還提出了一種高強度耐腐蝕鋁合金型材的製備方法，按照以下工藝進行製備：S1、將原料進行熔煉後得到鋁合金鑄錠，將鋁合金鑄錠在450℃下均勻化處理3h，再在490℃下均勻化處理2.5h，然後在530℃下均勻化處理2h，得到初級鋁合金鑄錠；S2、將初級鋁合金鑄錠進行擠壓成型後置於300℃下保溫3h，再降溫至220℃，保溫4h，然後降溫至150℃，保溫7h，空冷至室溫後得到鋁合金基體；S3、將鋁合金基體打磨後清洗，對鋁合金基體表面進行等離子熔覆處理，得到陶瓷塗層，冷卻至室溫，再對其進行雷射重熔，空冷至室溫，然後在110℃保溫6h，冷卻至室溫後得到所述高強度耐腐蝕鋁合金型材；其中，等離子熔覆處理的工藝參數如下：同步送粉，離子氣體流量為2L/min，保護氣體為氬氣且氬氣流量為6L/min，轉移弧電壓為35V，轉移電流為120A，噴距為10mm，功率為1.8KW，掃描速度為5mm/s，等離子弧光斑直徑為4mm，等離子熔覆層厚度為1.5mm；雷射重熔的工藝參數如下：單道掃描，氬氣保護雷射池，光斑直徑為2mm，掃描速度為8mm/s，功率為1.7KW。實施例5本發明提出的一種高強度耐腐蝕鋁合金型材，其包括鋁合金基體和陶瓷塗層，所述鋁合金基體按質量分數包括以下成分：Cu：0.6％、Si：19.2％、Fe：0.45％、Cr：0.46％、Mg：0.84％、Mn：0.27％、Zn：0.67％、Ti：0.15％、Li：0.18％、Ni：0.2％、Zr：0.14％、Y：0.06％、W：0.08％、V：0.08％，其餘為Al。其中，所述陶瓷塗層的原料為納米陶瓷粉末，其粒徑為80nm，納米陶瓷粉末的原料按重量份包括：27份SiC、12份Cr2O3、22份NiO、14份Cr3C2、28份Al2O3、7.5份Si3N4；本發明還提出了一種高強度耐腐蝕鋁合金型材的製備方法，按照以下工藝進行製備：S1、將原料進行熔煉後得到鋁合金鑄錠，將鋁合金鑄錠在470℃下均勻化處理2h，再在510℃下均勻化處理1.5h，然後在550℃下均勻化處理1h，得到初級鋁合金鑄錠；S2、將初級鋁合金鑄錠進行擠壓成型後置於320℃下保溫2h，再降溫至240℃，保溫3h，然後降溫至165℃，保溫6h，空冷至室溫後得到鋁合金基體；S3、將鋁合金基體打磨後清洗，對鋁合金基體表面進行等離子熔覆處理，得到陶瓷塗層，冷卻至室溫，再對其進行雷射重熔，空冷至室溫，然後在130℃保溫5h，冷卻至室溫後得到所述高強度耐腐蝕鋁合金型材；其中，等離子熔覆處理的工藝參數如下：同步送粉，離子氣體流量為5L/min，保護氣體為氬氣且氬氣流量為9L/min，轉移弧電壓為20V，轉移電流為80A，噴距為25mm，功率為3KW，掃描速度為10mm/s，等離子弧光斑直徑為2mm，等離子熔覆層厚度為2.5mm；雷射重熔的工藝參數如下：單道掃描，氬氣保護雷射池，光斑直徑為3.5mm，掃描速度為5mm/s，功率為2.2KW。對本發明實施例5中所述高強度耐腐蝕鋁合金型材在常溫常壓下進行性能測試，與現有技術相比結果如下表所示：現有技術實施例5屈服強度/MPa276318拉伸強度/MPa310357硬度/HRC95103.5斷裂延伸率1.6mm厚度/％1213.4通過上述表格可以看出，本發明所述高強度耐腐蝕鋁合金型材與現有技術相比，在屈服強度、拉伸強度、硬度和斷裂延伸率方面都得到了提升，表現出更加優異的性能，更適合於生產使用。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3