一种耐腐蚀铝合金材料及其加工工艺的制作方法

1.本发明属于铝合金材料技术领域，具体涉及一种耐腐蚀铝合金材料及其加工工艺。


背景技术：

2.铝合金是以铝为基添加一定量其他合金化元素的合金，是轻金属材料之一。铝合金除具有铝的一般特性外，由于添加合金化元素的种类和数量的不同又具有一些合金的具体特性。铝合金的密度为2.63～2.85g/cm3，有较高的强度(110～605mpa)，比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，有良好的的铸造性能和塑形加工性能，良好的导电、导热性能，良好的可焊性，可做结构材料使用，在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和日用品中广泛应用。
3.铝合金对酸、碱和盐中的水溶液中耐腐蚀性能不好，在酸和碱中发生均匀腐蚀，铝合金材料在特殊环境下使用时，有较高的防腐蚀性能，现有的铝合金在生产时，大多采用铝合金表面进行阳极氧化的处理，使得铝合金表面形成一侧氧化铝薄膜，氧化铝薄膜有较高的抗腐蚀性能，以此提高铝合金材料的抗腐蚀性能，由于在生产时表面处理不够完整，阳极氧化时形成的氧化铝薄膜不够致密，而且在使用时破坏掉外面的氧化铝薄膜时，内部的铝合金材料会存在被腐蚀的风险。
4.因此，针对上述技术问题，有必要提供一种耐腐蚀铝合金材料及其加工工艺。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种耐腐蚀铝合金材料及其加工工艺，以解决上述的问题。
6.为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
7.一种耐腐蚀铝合金材料，所述耐腐蚀铝合金材料按质量百分比包含以下组分：
[0008][0009]
作为本发明的进一步改进，所述辅料为铁、铜、锰、镁、铬、锌和钛中的一种或多种组合。
[0010]
作为本发明的进一步改进，所述辅料为铁、铜、锰、镁、铬、锌和钛组成。
[0011]
作为本发明的进一步改进，所述辅料各组分的质量百分比为：
[0012][0013]
作为本发明的进一步改进，所述添加剂包括镍和碳纤维。
[0014]
作为本发明的进一步改进，所述添加剂组分的质量百分比为：
[0015]
镍
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2.8wt％～5.5wt％
[0016]
碳纤维
ꢀꢀꢀꢀ
3.5wt％～5.53wt％。
[0017]
一种耐腐蚀铝合金材料的加工工艺，包括以下步骤：
[0018]
s1、配料：
[0019]
根据添加剂镍和碳纤维的质量百分比，称取相应质量的镍和碳纤维，将称取的镍和碳纤维加入到研磨设备进行研磨，研磨得到混合均匀且粒径细小的粉料，称取相应质量百分比的铝和硅，将称取的铝和硅加入搅拌机内进行混合，并将在研磨机里研磨好的粉料加入搅拌机内进行混合，最后在搅拌机内添加相应配比的辅料再进行混合，得到第一粉料；
[0020]
s2、熔炼：
[0021]
将s1中得到的第一粉料添加至熔炼炉内，第一粉料在熔炼炉内进行熔化，并通过除气、除渣精炼手段将溶体内的杂渣和气体除去，得到混合液；
[0022]
s3、铸造：
[0023]
将s2中的混合液在铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆柱棒；
[0024]
s4、挤压：
[0025]
通过所需生产的产品，通过对应的模具将s3中的圆柱棒进行挤压成型，得到第一半成品；
[0026]
s5、强化处理：
[0027]
对s4中的第一半成品进行风冷淬火，然后进行热处理强化，得到第二半成品；
[0028]
s6、表面处理：
[0029]
将第二半成品的表面进行阳极氧化处理，得到铝合金材料成品。
[0030]
作为本发明的进一步改进，所述s2中对第一粉料进行熔炼时，需要向熔炼炉内全程通入氩气，对熔炼形成的混合液进行保护。
[0031]
作为本发明的进一步改进，所述s6中氧化的过程包括以下分步骤：
[0032]
s61、表面预处理：
[0033]
用化学和物理的方法对第二半成品的表面进行清洗，裸露纯净的基体，得到第一基体；
[0034]
s62、阳极氧化：
[0035]
将s61中的第一基体，转移至阳极氧化反应装置内，使得第一基体基体表面发生阳极氧化，生成具有氧化铝薄膜的第二基体；
[0036]
s63、封孔：
[0037]
将第二基体的膜孔空隙封闭。
[0038]
作为本发明的进一步改进，所述s62中的阳极氧化的过程，包括电解质溶液，将第一基体置于通电的电解质溶液中，持续5-10分钟生成具有氧化铝薄膜的第二基体。
[0039]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0040]
本发明通过对铝合金材料制备时的原料配比进行调整，在原料中加入镍和碳纤维，制成成品中含有镍和碳纤维的铝合金，显著的提高了铝合金的抗腐蚀性能，挤压成形后的铝合金材料通过表面预处理进行阳极氧化，在表面形成致密的氧化铝薄膜，进一步的提高其表面的抗腐蚀性能，在使用时，其氧化铝薄膜被破坏，内部的铝合金材料也有很好防腐蚀性能，消除了内部材料被腐蚀的风险。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]
图1为本发明一实施例中一种耐腐蚀铝合金材料的组分配比图；
[0043]
图2为抗腐蚀性能对比表。
具体实施方式
[0044]
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0045]
本发明一实施例公开的一种耐腐蚀铝合金材料，所述耐腐蚀铝合金材料按质量百分比包含以下组分：
[0046][0047]
优选的，辅料为铁、铜、锰、镁、铬、锌和钛中的一种或多种组合，这种耐腐铝合金材料的辅料由铁、铜、锰、镁、铬、锌和钛组成。
[0048]
具体的，辅料各组分的质量百分比为：
[0049][0050]
优选的，添加剂包括镍和碳纤维，添加剂组分的质量百分比为：
[0051]
镍
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2.8wt％～5.5wt％
[0052]
碳纤维
ꢀꢀꢀꢀ
3.5wt％～5.53wt％。
[0053]
其中，镍是一种硬而由延展性的并具的铁磁性的金属，具有很强的抗腐蚀性能；碳纤维具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀性等特性，特别的时具有很强的内腐蚀性能。在原有铝合金的配料里添加镍及其碳纤维，制成含有镍和碳纤维的铝合金，可以提高铝合金的抗腐蚀性能。
[0054]
一种耐腐蚀铝合金材料的加工工艺，包括以下步骤：
[0055]
s1、配料：
[0056]
根据添加剂镍和碳纤维的质量百分比，称取相应质量的镍和碳纤维，将称取的镍和碳纤维加入到研磨设备进行研磨，研磨得到混合均匀且粒径细小的粉料，称取相应质量百分比的铝和硅，将称取的铝和硅加入搅拌机内进行混合，并将在研磨机里研磨好的粉料加入搅拌机内进行混合，最后在搅拌机内添加相应配比的辅料再进行混合，得到第一粉料；
[0057]
s2、熔炼：
[0058]
将s1中得到的第一粉料添加至熔炼炉内，第一粉料在熔炼炉内进行熔化，并通过除气、除渣精炼手段将溶体内的杂渣和气体除去，得到混合液；
[0059]
s3、铸造：
[0060]
将s2中的混合液在铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆柱棒；
[0061]
s4、挤压：
[0062]
通过所需生产的产品，通过对应的模具将s3中的圆柱棒进行挤压成型，得到第一半成品；
[0063]
s5、强化处理：
[0064]
对s4中的第一半成品进行风冷淬火，然后记性热处理强化，得到第二半成品；
[0065]
s6、表面处理：
[0066]
将第二半成品的表面进行阳极氧化处理，得到铝合金材料成品。
[0067]
具体的，s2中对第一粉料进行熔炼时，需要向熔炼炉内全程通入氩气，对熔炼形成的混合液进行保护，由于碳纤维在400度的高温下会发生质量损失，铝合金的熔炼作业是在800℃～1000℃的条件下进行，为了防止高温破坏碳纤维的性能，在熔炼时向熔炼炉内全程
通入惰性气体，用于对其性能的保护。
[0068]
具体的，s6中氧化的过程包括以下分步骤：
[0069]
s61、表面预处理：
[0070]
用化学和物理的方法对第二半成品的表面进行清洗，裸露纯净的基体，得到第一基体；处理过的基体可以更有利于阳极氧化的进行，使得阳极氧化的效果最佳。
[0071]
s62、阳极氧化：
[0072]
将s61中的第一基体，转移至阳极氧化反应装置内，使得第一基体基体表面发生阳极氧化，生成具有氧化铝薄膜的第二基体；阳极氧化的过程，包括电解质溶液，将第一基体置于通电的电解质溶液中，持续5-10分钟生成具有氧化铝薄膜的第二基体。
[0073]
s63、封孔：
[0074]
将第二基体的膜孔空隙封闭。使氧化膜防污染、抗蚀和抗腐蚀性增强。
[0075]
实施例1
[0076]
s1、称取2.8wt％的镍和3.5wt％的碳纤维，加入到研磨设备中进行研磨，得到混合均匀且粒径细小的粉料，称取72.35wt％的铝和20wt％的硅，加入到搅拌器内进行混合，并将在研磨机里研磨好的粉料加入搅拌机内进行混合，混合均匀的粉料中加入辅料，分别为0.15wt％的铁、0.1wt％的铜、0.1wt％的锰、0.8wt％的镁、0.04wt％的铬、0.1wt％的锌、0.06wt％的钛，得到第一粉料。
[0077]
s2、将s1中得到的第一粉料添加至熔炼炉内，并向溶解炉内通入氩气，第一粉料在熔炼炉内进行熔化，并通过除气、除渣精炼手段将溶体内的杂渣和气体除去，得到混合液。
[0078]
s3、将s2中的混合液在铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆柱棒。
[0079]
s4、通过所需生产的产品，通过对应的模具将s3中的圆柱棒进行挤压成型，得到第一半成品。
[0080]
s5、对s4中的第一半成品进行风冷淬火，然后记性热处理强化，得到第二半成品。
[0081]
实施例2
[0082]
s1、称取3.5wt％的镍和4.1wt％的碳纤维，加入到研磨设备中进行研磨，得到混合均匀且粒径细小的粉料，称取63.49wt％的铝和20.8wt％的硅，加入到搅拌器内进行混合，并将在研磨机里研磨好的粉料加入搅拌机内进行混合，混合均匀的粉料中加入辅料，分别为0.2wt％的铁、1.8wt％的铜、0.3wt％的锰、3.2wt％的镁、0.15wt％的铬、2.3wt％的锌、0.16wt％的钛，得到第一粉料。
[0083]
s2、将s1中得到的第一粉料添加至熔炼炉内，并向溶解炉内通入氩气，第一粉料在熔炼炉内进行熔化，并通过除气、除渣精炼手段将溶体内的杂渣和气体除去，得到混合液。
[0084]
s3、将s2中的混合液在铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆柱棒。
[0085]
s4、通过所需生产的产品，通过对应的模具将s3中的圆柱棒进行挤压成型，得到第一半成品。
[0086]
s5、对s4中的第一半成品进行风冷淬火，然后记性热处理强化，得到第二半成品。
[0087]
实施例3
[0088]
s1、称取4.5wt％的镍和4.8wt％的碳纤维，加入到研磨设备中进行研磨，得到混合
均匀且粒径细小的粉料，称取59.79wt％的铝和21.6wt％的硅，加入到搅拌器内进行混合，并将在研磨机里研磨好的粉料加入搅拌机内进行混合，混合均匀的粉料中加入辅料，分别为0.7wt％的铁、4.9wt％的铜、0.5wt％的锰、1.5wt％的镁、0.1wt％的铬、1.5wt％的锌、0.11wt％的钛，得到第一粉料。
[0089]
s2、将s1中得到的第一粉料添加至熔炼炉内，并向溶解炉内通入氩气，第一粉料在熔炼炉内进行熔化，并通过除气、除渣精炼手段将溶体内的杂渣和气体除去，得到混合液。
[0090]
s3、将s2中的混合液在铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆柱棒。
[0091]
s4、通过所需生产的产品，通过对应的模具将s3中的圆柱棒进行挤压成型，得到第一半成品。
[0092]
s5、对s4中的第一半成品进行风冷淬火，然后记性热处理强化，得到第二半成品。
[0093]
实施例4
[0094]
s1、称取5.5wt％的镍和5.3wt％的碳纤维，加入到研磨设备中进行研磨，得到混合均匀且粒径细小的粉料，称取51.45wt％的铝和22wt％的硅，加入到搅拌器内进行混合，并将在研磨机里研磨好的粉料加入搅拌机内进行混合，混合均匀的粉料中加入辅料，分别为0.7wt％的铁、4.9wt％的铜、1.0wt％的锰、4.9wt％的镁、0.35wt％的铬、3.7wt％的锌、0.2wt％的钛，得到第一粉料。
[0095]
s2、将s1中得到的第一粉料添加至熔炼炉内，并向溶解炉内通入氩气，第一粉料在熔炼炉内进行熔化，并通过除气、除渣精炼手段将溶体内的杂渣和气体除去，得到混合液。
[0096]
s3、将s2中的混合液在铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆柱棒。
[0097]
s4、通过所需生产的产品，通过对应的模具将s3中的圆柱棒进行挤压成型，得到第一半成品。
[0098]
s5、对s4中的第一半成品进行风冷淬火，然后记性热处理强化，得到第二半成品。
[0099]
综上所述，参图1和图2所示，实施例1中铝合金制成时原料配比铝为72.35wt％、硅为20wt％，辅料为铁0.15wt％、铜0.1wt％、锰0.1wt％、镁0.8wt％、铬0.04wt％、锌0.1wt％、钛0.06wt％，添加剂为镍2.8wt％、碳纤维3.5wt％，在此配比下制成的铝合金材料在进行醋酸盐雾试验得出，铝合金材料的抗腐蚀等级为ii级；实施例2中铝合金制成时原料配比铝为63.49wt％、硅为20.8wt％，辅料为铁0.2wt％、铜1.8wt％、锰0.3wt％、镁3.2wt％、铬0.15wt％、锌2.3wt％、钛0.16wt％，添加剂为镍3.5wt％、碳纤维4.1wt％，在此配比下制成的铝合金材料进行醋酸盐雾试验得出，铝合金材料的抗腐蚀等级为i级；实施例3中铝合金制成时原料配比铝为59.79wt％、硅为21.6wt％，辅料为铁0.7wt％、铜4.9wt％、锰0.5wt％、镁1.5wt％、铬0.1wt％、锌1.5wt％、钛0.11wt％，添加剂为镍4.5wt％、碳纤维4.8wt％，在此配比下制成的铝合金材料进行醋酸盐雾试验得出，铝合金材料的抗腐蚀等级为i级；实施例4中铝合金制成时原料配比铝为51.45wt％、硅为22wt％，辅料为铁0.7wt％、铜4.9wt％、锰1.0wt％、镁4.9wt％、铬0.35wt％、锌3.7wt％、钛0.2wt％，添加剂为镍5.5wt％、碳纤维5.3wt％，在此配比下制成的铝合金材料进行醋酸盐雾试验得出，铝合金材料的抗腐蚀等级为i级。
[0100]
需要注意的是，实施例中的铝合金材料在进行醋酸盐雾试验，没有表面处理即没
有进行阳极氧化处理，只是检验铝合金材料在原料配比变化时的抗腐蚀性能。
[0101]
醋酸盐雾试验(ass试验)是在中性盐雾试验的基础上发展起来的，它是在5％氯化钠溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的ph值降为3左右，溶液变成酸性，最后形成的盐雾也由中性盐雾变成酸性，醋酸盐雾试验可以加速材料的腐蚀，醋酸盐雾试验的72小时相当于自然环境中的9年，可以快速的检测铝合金材料的抗腐蚀性能。由图2所示为抗腐蚀性能等级的划分，其中i级和ii级对应的材料有很强的耐腐蚀性能，iii级、iv级和v级对应下的材料抗腐蚀性能一般，vi级和vii级对应的材料防腐蚀性能差。而在各实施例的工艺下制造的铝合金材料，分别进行醋酸盐雾试验，72小时后各实施例的材料均未发现腐蚀现象，其抗腐蚀性能均达到i级和ii级。
[0102]
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
[0103]
本发明通过对铝合金材料制备时的原料配比进行调整，在原料中加入镍和碳纤维，制成成品中含有镍和碳纤维的铝合金，显著的提高了铝合金的抗腐蚀性能，挤压成形后的铝合金材料通过表面预处理进行阳极氧化，在表面形成致密的氧化铝薄膜，进一步的提高其表面的抗腐蚀性能，在使用时，其氧化铝薄膜被破坏，内部的铝合金材料也有很好防腐蚀性能，消除了内部材料被腐蚀的风险。
[0104]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0105]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。