一种纳米铝型材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米铝型材及其制备方法。所述纳米铝型材为Al‑Mg‑Si系合金体系，其合金成份包括:Al、Mg、Si、Cu和Sm。Fe 的质量百分比含量≤ 0.33%。Mg/Si质量比为:1.2~1.4；Mg+Si总的质量百分比含量为:1.2~2.0%。在制备所述纳米铝型材合金的过程中，添加的Cu为纳米Cu。本发明专利技术纳米铝型材，在Al‑Mg‑Si系铝合金材料改性技术方面，提高了挤压速度、降低均质化处理能耗，提高型材力学性能。本发明专利技术向Al‑Mg‑Si系铝合金材料中添加各类纳米金属，改善了Al‑Mg‑Si系铝合金材料微观组织结构与综合工艺性能，从而达到提高其挤压加工性能、力学性能、耐腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业新材料
，特别涉及一种纳米铝型材及其制备方法。
技术介绍
铝是元素周期表中的第三周期主族元素，原子序数为13，原子量为26.9815。铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性，如密度小，仅为2.7g/cm3，约为铜或钢的1/3；良好的耐蚀性和耐候性；良好的塑性和加工性能；良好的导热性和导电性；良好的耐低温性能，对光热电波的反射率高、表面性能好；无磁性；基本无毒；有吸音性；耐酸性好；抗核辐射性能好；弹性系数小；良好的力学性能；优良的铸造性能和焊接性能；良好的抗撞击性。此外，铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性以及表面处理性能等也比较好。因此，铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、能源动力、冶金化工、农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得了十分广泛的应用。根据各种不同的用途，要求具有更高的强度和改善材料的组织和其他各种性能，可以在纯铝中添加各种合金元素，生产出满足各种性能和用途的铝合金。铝合金可加工成板、带、条、箔、管、棒、型、线、自由锻件和模锻件等加工材(变形铝合金)，也可加工成铸件、压铸件等铸造材(铸造铝合金)。Al-Mg-Si系铝合金，是能添加少量改性的合金元素、可变形加工与可热处理强化的一种最为普及的结构工程材料，该铝合金适用于建筑门窗、装饰幕墙与工业结构等工程，是其它结构材料无法取代的，具有独有的技术优势。Al-Mg-Si铝合金型材用于建筑门窗，在节能、环保、资源分配与利用等方面产生强大的产业驱动力，拉动或刺激相关产业的技术进步与提升，为此国际上都大力发展该系铝合金型材熔炼技术、热处理技术、成形加工技术与应用技术。美国、加拿大、曰本以及欧洲等国家都在大量生产Al-Mg-Si系铝合金，应用十分普及，并已经拓展形成全球性的竞争态势。据统计，Al-Mg-Si系铝合金型材的生产总量己远超过其它系列铝合金的总和，几乎全部铝加工厂都能生产这类铝合金，因而也形成了厂与厂、地区与地区、国与国的竞争局面。在竞争方面，不仅仅体现在企业铝合金生产量上与规格品种上，还体现在铝合金制品的使用性能与功效上的提高。但现有技术中的Al-Mg-Si系铝合金材料在化学成份、挤压成形工艺性、型材结构刚强度、耐腐蚀性能、表面涂装与化学、电化学氧化特性、型材表面色泽与装饰性等方面，已远远满足不了人类日益增长的物质生活与精神生活的需要。在开发技术方面，不仅体现在生产效率提高、简化生产工艺与技术环节、节能与环保、生产装备进步与更新、模具材料改进与加工、生产自动化与机械化、在线自动温度预报与调节、在线净化处理装备及工艺等方面，还体现在发型材品种、新产品规格及技术能力上，这将全方位的体现技术与产品经济性的竞争。特别是随着现代的海景房、摩天大楼、舰船结构以及海上工程的发展与建设需要，原有Al-Mg-Si系铝合金型材的结构力学性能、耐腐蚀性能必须提高，以满足抗风压冲击的结构刚强度要求、承受建筑层压与剪切力破坏要求、耐侯性、耐湿热及耐盐雾腐蚀的技术要求等。根据铝合金的性能还可分为高强度高韧性类、中强快速挤压类、电化学氧化光亮化类，以及易挤压、高表面、多用途型合金等等。在抗拉强度上可分为180MPa、200MPa、240MPa、260MPa、280MPa量级等。抗拉强度在260MPa以上的铝合金为高强高韧性Al-Mg-Si系铝合金，此时合金中主成份镁、硅量己处于上限，合金中第二相质点增多，挤压加工性受到影响，必须合理有效地解决锭坯匀热处理工艺技术问题与挤压工艺等技术问题，方可提高制品的表面质量与挤压加工速度。国外已申请了相应的专利技术与形成企业标准法规文件，我国一些大学、研究院所与铝加工厂已有相应的专利申请。在追求抗拉强度达到280MPa量级的高强高韧性Al-Mg-Si系铝合金开发方面，国内外己有专利技术，在合金主成份设计上，已扩大化加铜。总体上，Al-Mg-Si系铝合金在高强度高韧性发展道路上，主流趋势还是以合金主成份设计为主、辅之添加改性剂以及关键生产工艺的攻关。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：提供了一种纳米铝型材及其制备方法。本专利技术纳米铝型材，在Al-Mg-Si系铝合金材料改性技术方面，提高了挤压速度、降低均质化处理能耗，提高型材力学性能。本专利技术向Al-Mg-Si系铝合金材料中添加各类纳米金属，改善了Al-Mg-Si系铝合金材料微观组织结构与综合工艺性能，从而达到提高其挤压加工性能、力学性能、耐腐蚀性能、电化学氧化性能以及漆膜装饰性能，并具有显著的节能降耗效果。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种纳米铝型材，所述纳米铝型材为Al-Mg-Si系合金体系，其合金成份包括:Al、Mg、Si、Cu和Sm。所述纳米铝型材中，Fe的质量百分比含量≤0.33%。所述纳米铝型材中，Mg/Si质量比为:1.2~1.4；Mg+Si总的质量百分比含量为:1.2~2.0%；在制备所述纳米铝型材合金的过程中，添加的Cu为纳米Cu。所述纳米Cu的制备方法为：分别量取8%的硫酸铜溶液500ml和9%的硼氢化钾溶液600ml；在温度为33℃和8000KPS高速搅拌下，用喷雾器将硫酸铜溶液喷加到盛有硼氢化钾溶液的三颈烧瓶中；同时利用酸度计监测反应液的pH值，并随时补加氢氧化钠，以保持反应液的pH值在14.5；喷加结束后，继续搅拌、反应约8分钟，反应结束。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种如前述任一项所述的纳米铝型材的制备方法，包括以下步骤：将纯铝铸锭基体放入石墨坩埚中，在电阻炉中加热至752~763℃，待其完全熔化后扒去表面浮渣；然后按质量配比加入用铝箔纸包覆的Al-15Sm中间合金，Al-7Mg中间合金，单质Si，纳米单质Cu；合金熔体在730℃下保温25min后搅拌3~5min，以确保各个加入的金属完全熔解至熔体中；接着向熔体中通入纯N2进行除氢处理5min；合金熔体经扒渣后浇入金属模具中，浇铸温度为708℃，即得。所述Al-15Sm中间合金，为在中频感应电阻炉中用纯铝和纯Sm制备而出；制备过程需氩气气体保护，Al-15Sm中间合金中Sm的质量份数为14~16%。所述Al-7Mg中间合金为在中频感应电阻炉中用纯铝和纯Mg制备而出；制备过程需氩气气体保护，Al-7Mg中间合金中Mg的质量分数为6~8%。为解决上述技术问题，本专利技术又提供了一种如前述任一项所述纳米铝型材制备方法制备的纳米铝型材的应力腐蚀性能测试方法，包括以下步骤：沿型材纵向切取应力腐蚀试样，试样按国家标准GB/T15970.4-2000标准进行加工，试样工作段的标距长25mm、宽6mm、厚3mm；试样磨光后用丙酮清洗，再用蒸馏水清洗并吹干，用氯丁橡胶封闭非工作段表面，然后放入干燥器中备用；采用慢应变速率拉伸法测试铝合金型材试样的应力腐蚀敏感性：将试样置于设定的环境中，装入慢应变速率拉伸试验机，用固定的、缓慢的应变速率拉伸试件，直至拉断；试样分别于空气和3.5%NaCI溶液中进行测试，应变速率为0.33ⅹ10-5S-1，测试方案如下表：。为解决上述技术问题，本专利技术另提供了一种如前述任一项所述纳米铝型材制备方法制备的纳米铝型材的剥落腐蚀性能测试方法，包括以下步骤：剥落腐蚀试样按ASTM-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米铝型材，其特征在于，所述纳米铝型材为Al‑Mg‑Si系合金体系，其合金成份包括: Al 、Mg、 Si、Cu和Sm。

【技术特征摘要】
1.一种纳米铝型材，其特征在于，所述纳米铝型材为Al-Mg-Si系合金体系，其合金成份包括:Al、Mg、Si、Cu和Sm。2.根据权利要求1所述纳米铝型材，其特征在于，所述纳米铝型材中，Fe的质量百分比含量≤0.33%。3.根据权利要求1所述纳米铝型材，其特征在于，所述纳米铝型材中，Mg/Si质量比为:1.2~1.4；Mg+Si总的质量百分比含量为:1.2~2.0%。4.根据权利要求1所述纳米铝型材，其特征在于，在制备所述纳米铝型材合金的过程中，添加的Cu为纳米Cu。5.根据权利要求4所述纳米铝型材，其特征在于，所述纳米Cu的制备方法为：分别量取8%的硫酸铜溶液500ml和9%的硼氢化钾溶液600ml；在温度为33℃和8000KPS高速搅拌下，用喷雾器将硫酸铜溶液喷加到盛有硼氢化钾溶液的三颈烧瓶中；同时利用酸度计监测反应液的pH值，并随时补加氢氧化钠，以保持反应液的pH值在14.5；喷加结束后，继续搅拌、反应约8分钟，反应结束。6.一种如权利要求1~5中任一项所述的纳米铝型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将纯铝铸锭基体放入石墨坩埚中，在电阻炉中加热至752~763℃，待其完全熔化后扒去表面浮渣；然后按质量配比加入用铝箔纸包覆的Al-15Sm中间合金，Al-7Mg中间合金，单质Si，纳米单质Cu；合金熔体在730℃下保温25min后搅拌3~5min，以确保各个加入的金属完全熔解至熔体中；接着向熔体中通入纯N2进行除氢处理5min；合金熔体经扒渣后浇入金属模具中，浇铸温度为708℃，即得。7.根据权利要求6所述的纳米铝型材的制备方法，其特征在于，所述Al-15Sm中间合金，为在中频感应电阻炉中用纯铝和纯Sm制备而出；制备过程需氩气气体保护，Al-15Sm中间合金中Sm的质量份数为14~16%。8.根据权利要求7所述的纳米铝型材的制备方法，其特征在于，所述Al-7Mg中间合金为在中频感应电阻炉中用纯铝和纯Mg制备而出；制备过程需氩气气体保护，Al-7...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢立飞，卢冰强，卢立志，卢冰峰，
申请(专利权)人：黄山市强峰铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34