一種含鎂再生高矽變形鋁合金及其製備方法
2023-05-17 15:55:26 1
專利名稱：一種含鎂再生高矽變形鋁合金及其製備方法
技術領域：
本發明屬於材料技術領域，特別涉及一種含鎂再生高矽變形鋁合金及其製備方法。
背景技術：
我國電解鋁產量已達世界第一，2010年我國的產量為1600萬噸以上；眾所周知， 鋁電解行業為高耗能產業，據有關資料，不計鋁土礦開採的能耗，每產1噸電解鋁總能耗為約8000公斤標準煤，將排放大量的二氧化碳、粉塵和固體廢棄物，給環境保護帶來了巨大的壓力。同時我國是鋁材的消耗大國，每年有源源不斷的廢鋁材料產生於工業生產和廢舊生活垃圾；從廢鋁的產生行業統計，約有1/5來自於包裝行業，2/5來自於運輸業，1/3來自於建築業；從回收比例統計，易拉罐回收率全球平均在50%以上；汽車報廢的鋁廢料回收率達95% ；建築業中鋁廢料的回收率最高約98% ；與電解鋁相比，廢鋁再生業有著絕對的優勢 節約能源、節省資源、減少汙染物排放和建設投資省。但是，多年來我國的廢鋁再生業只是處於我國鋁材加工業的邊緣地帶，與發達國家相比，我國的廢鋁再生業發展嚴重滯後，並且再生鋁產量佔我國原鋁產量的比例還比較低(約30%)，而且再生鋁的質量並不高，應用範圍還比較小。由於廢鋁再生行業巨大的經濟優勢和環保優勢，近年來，廢鋁再生行業得到了各國的重視；但是如何採取行之有效的方法，將廢鋁實現高效再生，並且產品質量合乎標準， 工藝環保達標，是目前急需解決的問題。
發明內容
本發明提供一種含鎂再生高矽變形鋁合金及其製備方法，利用廢舊鋁合金作為鋁原料，與鋁和矽等元素進行熔煉、鑄造，製備成性能良好的變形鋁合金。本發明的含鎂再生高矽變形鋁合金的成分按重量百分比為SilO. 5 13%， MgO. 5 3%，Cu 1. 0 5. 5%, Znl 5. 5%, La 0. 2 0. 4%，餘量為鋁。本發明的的含鎂再生高矽變形鋁合金的抗拉強度為26(T340MPa，延伸率δ為 8 15%，硬度為90 115HV。本發明的含鎂再生高矽變形鋁合金的製備方法按以下步驟進行
1、將回收的廢舊鋁合金用鹼液清洗，再水洗後烘乾，去除表面的雜質；
2、將金屬鋁置於加熱爐內加熱至850士5°C形成熔體，然後將去除雜質的廢舊鋁合金用鐘罩壓入熔體中至全部熔化，再在780士5°C保溫2(T30min ；廢舊鋁合金的加入量為金屬鋁總重量的90 120% ；
3、將金屬矽、金屬銅、金屬鎂、金屬鋅和Al-IOLa合金加入到熔體中，在780士5°C保溫 20 30min ；
4、向熔體中通入氬氣進行除氣，當氫含量達到0.lmL/100g熔體以下時，降溫至720士5°C，保溫l(Tl5min，然後澆注獲得鋁合金鑄錠，其成分按重量百分比為SilO. 5^13%, MgO. 5 3%，Cu 1. 0 5. 5%, Znl 5. 5%, La 0. 2 0. 4%，餘量為鋁；
5、將鋁合金鑄錠在470士5°C保溫廣池進行預熱處理，然後在450士5°C條件下軋制，壓縮比為30 50%，獲得熱軋鋁合金；
6、將熱軋鋁合金在320士5°C退火處理12(Tl50min，消除內應力，然後降溫至常溫進行冷軋，壓縮比為6(Γ70%，獲得冷軋鋁合金；
7、將冷軋鋁合金在480士5°C條件下固溶處理4l4h，然後水淬處理至常溫；
8、將水淬後的冷軋鋁合金在150士5°C條件下時效處理4l4h，製成含鎂再生高矽變形招合金ο上述的鹼液為重量濃度5 10%且溫度為65士5°C的氫氧化鈉溶液。上述方法中，向熔體中通入氬氣時，氬氣的壓強為0. 2^0. 25MPa。上述的廢舊鋁合金的材質選用6063鋁合金。本發明的含鎂再生高矽變形鋁合金綜合性能好，耐磨性優於Al-12. 6Si-0. 3RE合金；本發明的方法利用廢鋁與金屬鋁混合使用製備含鎂再生高矽變形鋁合金，能夠有效利用廢鋁原料，加入價格低於鋁的矽，能夠降低製備合金產品的成本，進一步提高經濟效益， 矽的加入能夠提高合金產品的抗拉強度，耐磨性、硬度以及機械性能；加入的金屬鎂價格與鋁相似，密度比鋁小，在合金中與矽結合形成Mg2Si金屬間化合物，能夠起到提高合金產品的抗拉強度、硬度和耐磨性的作用；加入的金屬銅與鋁形成Al2Cu金屬間化合物，也能夠起到提高合金產品的抗拉強度、硬度和耐磨性的作用；加入的金屬鋅能起到提高合金產品韌性的作用，通過固溶強化和時效強化作用提高合金產品強度；用氬氣精煉和加入稀土鑭能夠除去熔體內的氫，並對矽起到變質作用，提高合金產品的力學性能，減少合金內的夾雜和缺陷。本發明的方法具有成本低、操作簡便、產品性能好、適於工業規模生產的優點，具有良好的應用前景。
具體實施例方式本發明實施例中採用的金屬銅、金屬鎂、金屬鋅和Al-IOLa合金的重量純度彡99. 9%，金屬鋁和金屬矽的重量純度彡99. 3%。本發明實施例中採用的氬氣的體積純度》99. 98%。本發明實施例中採用的加熱爐為電阻爐。本發明實施例中鹼液清洗時採用的鹼液為重量濃度5 10%且溫度為65士5°C的氫氧化鈉溶液。實施例1
將材質為6063鋁合金的回收廢舊鋁合金用鹼液清洗，再水洗後烘乾，去除表面的雜
質；
將金屬鋁置於加熱爐內加熱至850士5°C形成熔體，然後將去除雜質的廢舊鋁合金用鐘罩壓入熔體中至全部熔化，再在780士5°C保溫20min;廢舊鋁合金的加入量為金屬鋁總重量的120% ；
將金屬矽、金屬銅、金屬鎂、金屬鋅和Al-IOLa合金加入到熔體中，在780士5°C保溫 20min ；向熔體中通入壓強為0. 2^0. 25MPa的氬氣進行除氣，當氫含量達到0. lmL/100g熔體以下時，降溫至720士5°C，保溫lOmin，然後澆注獲得鋁合金鑄錠，其成分按重量百分比為 SilO. 5%, Mg3%, Cu 1. 0%, Ζη5· 5%, La 0. 2%，餘量為鋁；
將鋁合金鑄錠在470士5°C保溫池進行預熱處理，然後在450士5°C條件下軋制，壓縮比為50%，獲得熱軋鋁合金；
將熱軋鋁合金在320士5°C退火處理120min，消除內應力，然後降溫至常溫進行冷軋， 壓縮比為70%，獲得冷軋鋁合金；
將冷軋鋁合金在480士5°C條件下固溶處理他，然後水淬處理至常溫； 將水淬後的冷軋鋁合金在150 士 5°C條件下時效處理16h，製成含鎂再生高矽變形鋁合金；抗拉強度為300MPa，延伸率δ為11%，硬度為95HV，經測試耐磨性優於 Al-12. 6Si-0. 3RE 合金。實施例2
將材質為6063鋁合金的回收廢舊鋁合金用鹼液清洗，再水洗後烘乾，去除表面的雜
質；
將金屬鋁置於加熱爐內加熱至850士5°C形成熔體，然後將去除雜質的廢舊鋁合金用鐘罩壓入熔體中至全部熔化，再在780士5°C保溫25min;廢舊鋁合金的加入量為金屬鋁總重量的110% ；
將金屬矽、金屬銅、金屬鎂、金屬鋅和Al-IOLa合金加入到熔體中，在780士5°C保溫 25min ；
向熔體中通入壓強為0. 2^0. 25MPa的氬氣進行除氣，當氫含量達到0. lmL/100g熔體以下時，降溫至720士5°C，保溫12min，然後澆注獲得鋁合金鑄錠，其成分按重量百分比為 S廣 13%，MgO. 5%, Cu5. 5%, Znl%, La 0. 4%，餘量為鋁；
將鋁合金鑄錠在470 士 5 °C保溫池進行預熱處理，然後在450 士 5 °C條件下軋制，壓縮比為50%，獲得熱軋鋁合金；
將熱軋鋁合金在320士5°C退火處理130min，消除內應力，然後降溫至常溫進行冷軋， 壓縮比為70%，獲得冷軋鋁合金；
將冷軋鋁合金在480士5°C條件下固溶處理16h，然後水淬處理至常溫； 將水淬後的冷軋鋁合金在150 士 5°C條件下時效處理他，製成含鎂再生高矽變形鋁合金；抗拉強度為320MPa，延伸率δ為13%，硬度為102HV，經測試耐磨性優於 Al-12. 6Si-0. 3RE 合金。實施例3
將材質為6063鋁合金的回收廢舊鋁合金用鹼液清洗，再水洗後烘乾，去除表面的雜
質；
將金屬鋁置於加熱爐內加熱至850士5°C形成熔體，然後將去除雜質的廢舊鋁合金用鐘罩壓入熔體中至全部熔化，再在780士5°C保溫30min;廢舊鋁合金的加入量為金屬鋁總重量的100% ；
將金屬矽、金屬銅、金屬鎂、金屬鋅和Al-IOLa合金加入到熔體中，在780士5°C保溫 30min ；
向熔體中通入壓強為0. 2^0. 25MPa的氬氣進行除氣，當氫含量達到0. lmL/100g熔體以下時，降溫至720士5°C，保溫Hmin，然後澆注獲得鋁合金鑄錠，其成分按重量百分比為 Si 12%, Mgl%, Cu 2%, Zn3%, La 0. 3%，餘量為鋁；
將鋁合金鑄錠在470士5°C保溫1. 進行預熱處理，然後在450士5°C條件下軋制，壓縮比為40%，獲得熱軋鋁合金；
將熱軋鋁合金在320士5°C退火處理140min，消除內應力，然後降溫至常溫進行冷軋， 壓縮比為65%，獲得冷軋鋁合金；
將冷軋鋁合金在480士5°C條件下固溶處Mh，然後水淬處理至常溫； 將水淬後的冷軋鋁合金在150 士 5°C條件下時效處理Mh，製成含鎂再生高矽變形鋁合金；抗拉強度為260MPa，延伸率δ為8%，硬度為90HV，經測試其耐磨性優於 Al-12. 6Si-0. 3RE 合金。
實施例4
將材質為6063鋁合金的回收廢舊鋁合金用鹼液清洗，再水洗後烘乾，去除表面的雜
質；
將金屬鋁置於加熱爐內加熱至850士5°C形成熔體，然後將去除雜質的廢舊鋁合金用鐘罩壓入熔體中至全部熔化，再在780士5°C保溫20min;廢舊鋁合金的加入量為金屬鋁總重量的90% ；
將金屬矽、金屬銅、金屬鎂、金屬鋅和Al-IOLa合金加入到熔體中，在780士5°C保溫 20min ；
向熔體中通入壓強為0. 2^0. 25MPa的氬氣進行除氣，當氫含量達到0. lmL/100g熔體以下時，降溫至720士5°C，保溫15min，然後澆注獲得鋁合金鑄錠，其成分按重量百分比為 Si 11%, Mg2%, Cu 4%, Ζη3· 5%, La 0. 3%，餘量為鋁；
將鋁合金鑄錠在470士5°C保溫Ih進行預熱處理，然後在450士5°C條件下軋制，壓縮比為30%，獲得熱軋鋁合金；
將熱軋鋁合金在320士5°C退火處理150min，消除內應力，然後降溫至常溫進行冷軋， 壓縮比為60%，獲得冷軋鋁合金；
將冷軋鋁合金在480士5°C條件下固溶處理4h，然後水淬處理至常溫； 將水淬後的冷軋鋁合金在150士5°C條件下時效處理4h，製成含鎂再生高矽變形鋁合金；抗拉強度為340MPa，延伸率δ為15%，硬度為115HV，經測試其耐磨性優於 Al-12. 6Si-0. 3RE 合金。
權利要求
1.一種含鎂再生高矽變形鋁合金，其特徵在於該合金的成分按重量百分比為 SilO. 5 13%，MgO. 5 3%，Cu 1. 0 5. 5%, Znl 5. 5%, La 0. 2 0. 4%，餘量為鋁。
2.根據權利要求1所述的一種含鎂再生高矽變形鋁合金，其特徵在於該合金的抗拉強度為260 340MPa，延伸率δ為8 15%，硬度為90 115HV。
3.權利要求1所述的一種含鎂再生高矽變形鋁合金的製備方法，其特徵在於按以下步驟進行(1)將回收的廢舊鋁合金用鹼液清洗，再水洗後烘乾，去除表面的雜質；(2)將金屬鋁置於加熱爐內加熱至850士5°C形成熔體，然後將去除雜質的廢舊鋁合金用鐘罩壓入熔體中至全部熔化，再在780士5°C保溫2(T30min ；廢舊鋁合金的加入量為金屬鋁總重量的9(Γ120% ；(3)將金屬矽、金屬銅、金屬鎂、金屬鋅和Al-IOLa合金加入到熔體中，在780士5°C保溫 20 30min ；(4)向熔體中通入氬氣進行除氣，當氫含量達到0.lmL/100g熔體以下時，降溫至 720士5°C，保溫l(Tl5min，然後澆注獲得鋁合金鑄錠，其成分按重量百分比為SilO. 5^13%, MgO. 5 3%，Cu 1. 0 5. 5%, Znl 5. 5%, La 0. 2 0. 4%，餘量為鋁；(5)將鋁合金鑄錠在470士5°C保溫Hh進行預熱處理，然後在450士5°C條件下軋制， 壓縮比為30 50%，獲得熱軋鋁合金；(6)將熱軋鋁合金在320士5°C退火處理12(Tl50min，消除內應力，然後降溫至常溫進行冷軋，壓縮比為6(Γ70%，獲得冷軋鋁合金；(7)將冷軋鋁合金在480士5°C條件下固溶處理4l4h，然後水淬處理至常溫；(8)將水淬後的冷軋鋁合金在150士5°C條件下時效處理4l4h，製成含鎂再生高矽變形鋁合金。
4.根據權利要求3所述的一種含鎂再生高矽變形鋁合金的製備方法，其特徵在於向熔體中通入氬氣時，氬氣的壓強為0. 2^0. 25MPa。
5.根據權利要求3所述的一種含鎂再生高矽變形鋁合金的製備方法，其特徵在於所述的廢舊鋁合金的材質選用6063鋁合金。
全文摘要
一種含鎂再生高矽變形鋁合金及其製備方法，屬於材料技術領域，成分按重量百分比為Si10.5~13%，Mg0.5~3%，Cu1.0~5.5%，Zn1~5.5%，La0.2~0.4%，餘量為鋁；製備方法按以下步驟進行將回收的廢舊鋁合金清洗去除表面的雜質；將金屬鋁加熱成熔體，將廢舊鋁合金壓入熔體中；將金屬矽、金屬銅、金屬鎂、金屬鋅和Al-10La合金加入到熔體中；除氣後降溫，再澆注；預熱處理後熱軋；退火處理後降溫冷軋；固溶處理後水淬處理至常溫；時效處理4~24h。本發明的方法具有成本低、操作簡便、產品性能好、適於工業規模生產的優點，具有良好的應用前景。
文檔編號C22F1/04GK102418013SQ20111040354
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者於福曉, 姜瀾, 尹少華, 左良, 李世偉, 塗贛峰, 胡亮, 郝儀, 高波 申請人:東北大學