一种高强度铝制庭院灯杆底座及其加工方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度铝制庭院灯杆底座及其加工方法，属于照明电器零部件的加工技术领域，该灯杆底座由铝合金制成，所述的铝合金由如下组成成分及其质量百分比组成：Si：0.15‑0.3％、Zr：0.01‑0.2％、Sc：0.1‑0.8％、Mn：0.05‑1.5％、Mg：0.02‑0.2％、碳纤维：0.005‑0.03％、纳米碳酸钙：0.003‑0.015％、碳酸钠：0.01‑0.1％、氯化钙：0.05‑0.2％，余量为Al及不可避免的杂质；将铝合金组分冶炼成合金液，在半固态状态下铸造成型，并涂覆涂层，最终获得高强度、耐蚀性及力学性能优异的铝制庭院灯杆底座。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度铝制庭院灯杆底座及其加工方法
本专利技术涉及一种高强度铝制庭院灯杆底座及其加工方法，属于铝制品的加工

技术介绍
铝合金具有密度小、比强度和比刚度较高、耐蚀性好及导电导热性优良、回收容易、低温性能好等特点，广泛应用于交通运输、航空航天、电子电器等领域。但铝合金在应用中常因腐蚀而失效，这不仅造成重大经济损失，也常常引起事故。每年因金属、设备等腐蚀造成的损失占国民生产总值的2％～4％。高强度铝合金具有密度小、强度高、加工性能好及焊接性能优良等特点，是重要的轻质高强结构材料。由于既具有高的抗拉强度，又能保持较高的韧性和耐腐蚀性，高强度铝合金具有非常广阔的应用前景，广泛地应用于航空工业及民用工业等领域，几十年来，铝及铝合金的应用受到钛及钛合金和复合材料的挑战，但其作为主体结构材料的地位基本没有改变。世界上许多国家都在进行新型高强高韧铝合金及其零部件的研究与开发，并取得了重大的进展，极大地促进了该类材料在工业生产中的应用。现有技术中铝合金往往追求高强度的过程中忽略其耐蚀性，而改善其耐蚀性的过程中又会忽视高强度的要求，而合金性能的影响因素主要集中于合金原料组分组成及加工方法的选择，因此为了解决现有技术的易于忽视的问题，选择合适的合金组分组成及加工方法尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种高强度、耐腐蚀及力学性能良好的铝制庭院灯杆底座及其加工方法。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种高强度铝制庭院灯杆底座，所述的铝制庭院灯杆底座由铝合金制成，所述的铝合金由如下组成成分及其质量百分比组成：Si：0.15-0.3％、Zr：0.01-0.2％、Sc：0.1-0.8％、Mn：0.05-1.5％、Mg：0.02-0.2％、碳纤维：0.005-0.03％、纳米碳酸钙：0.003-0.015％、碳酸钠：0.01-0.1％、氯化钙：0.05-0.2％，余量为Al及不可避免的杂质。本专利技术铝制庭院灯杆底座的铝合金中添加了Sc和Zr，Sc可以与Al形成Al3Sc晶相，该晶相在铝合金变形与热加工过程中能有效地钉扎晶界，使铝合金始终保持细小晶粒组织，从而显著提高铝合金的再结晶温度与热稳定性，同时Zr的加入可以改变Sc在固溶体中的溶解度，形成新的AlScZr相，显著细化含Sc相的尺寸，提高含Sc相的密度，能强烈抑制沿晶断裂倾向，有利于提高铝合金的强度和断裂韧性。Sc和Zr的加入虽改善了铝合金的强度和韧性，但却对提高铝合金的耐蚀性能贡献有限，因此本专利技术又加入了Mn、Mg，二者协同抑制晶粒间的腐蚀，促进MnAl6相的形成，而MnAl6相不仅可以细化再结晶晶粒，还可以溶解杂质铁，以减少铁对铝合金的腐蚀，同时促进Mg5Al8化合物均匀沉淀，从而多方面改善铝合金的耐蚀性能。且在本专利技术高强度铝制庭院灯杆底座的铝合金中还加入适量的碳纤维和纳米碳酸钙，两者一起协同作用，促进铝合金内部分子的有序排列和均匀扩散，大幅度提高铝制庭院灯杆底座的强度及热稳定和化学稳定性。本专利技术中碳纤维的含量若超过0.03％，会促使合金的各向异性，也会带来较大的织构密度，导致合金在使用态下具有较强的晶体学织构，降低合金的流动性，最终影响合金的力学性能，同样的本专利技术中纳米碳酸钙的量若超过0.01％，其空间位阻效应增强，对固化的定向性产生不利影响，并且会使最终固化的部位在整个合金中变得很分散，这就容易产生缩松缺陷降低合金的致密化程度，最终降低合金的耐蚀性能。碳酸钠和氯化钙作为复合助熔剂，可降低合金的熔炼温度，既环保又节约能源，还可与合金发生物理化学反应脱除合金中的杂质和气体，大幅度提高合金的收率及耐蚀性能。在上述铝制庭院灯杆底座中，纳米碳酸钙与碳纤维的质量比为(0.8-1.5)：1。当二者质量比较小时(小于0.8：1)，纳米碳酸钙的含量较低，其分散能力受到制约，不能促使碳纤维均匀分散于合金，而在合金局部富集，造成合金局部较大的织构密度，导致合金的微观构型不均匀，进而影响其力学性能。但二者质量比较大时(大于1.5：1)，虽可促进碳纤维均匀分散，但过量的纳米碳酸钙其空间位阻效应大大增强，阻碍碳纤维与合金的融合，而减弱碳纤维在合金中的作用，同时也会产生缩松缺陷降低合金的致密化程度，而影响合金的耐蚀性。本专利技术的第二个目的在于提供一种上述铝制庭院灯杆底座的加工方法，所述的加工方法包括如下步骤：S1、按上述铝制庭院灯杆底座铝合金的成分及其质量百分比称取原料，将Si、Zr、Sc、Mn、Mg、Al、碳酸钠和氯化钙在超声装置中熔炼成合金液1；S2、将合金液1升温，边搅拌边加入碳纤维、纳米碳酸钙，同时通入惰性气体得合金液2；S3、将合金液2搅拌下得半固态合金液；S4、将半固态合金液注入模具冲压铸造得铝制庭院灯杆底座半成品；S5、在铝制庭院灯杆底座半成品表面涂覆涂层液，得最终铝制庭院灯杆底座成品。本专利技术采用半固态合金液加工方法，该方法中合金液在旋转磁场作用下产生强制流动，使易于形成的枝晶网络骨架被打碎而保留分散的非枝晶颗粒状组织形态，悬浮于剩余液相中，同时还可以促使熔体内温度场均匀化，减小温度梯度，同时降低合金液的冷却速率，从而促使柱状晶向等轴晶的转变；而且合金液中的流动能够促使熔体内的夹杂物上浮，从而可改善合金的凝固组织以及提高其力学性能和强度。另外，半固态合金液加工方法所制得的合金组织细小、致密、分布均匀，不存在宏观偏析，且在冲压成型过程中使用冲压力较小，有利于延长模具寿命。通常情况下，铝的化学性质活泼，标准电极电位低，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约1-3nm的致密氧化膜，抗腐蚀性能差，硬度低，耐磨性差，这样使得铝及其合金制品的综合性能和使用寿命大打折扣，因此需要对其进行表面防护处理，而在合金表面涂覆涂层就是一种简单有效的保护措施，涂层经过固化处理形成致密的保护膜贴覆在合金表面，隔绝合金与外界发生化学反应，抑制合金内部发生晶间腐蚀，进而大幅度提高合金的耐蚀性能。在上述铝制庭院灯杆底座的加工方法中，步骤S1中超声波的频率为：25-40Hz，熔炼的温度为600-700℃。通过物理超声可以改变合金气体系统和夹杂物系统的平衡状态，配合助熔剂作用把合金熔体的气体和固体夹杂物彻底分离出来，从而提高铝制庭院灯杆底座的耐蚀性。本专利技术中过高的超声频率(超过40Hz)不易于与合金液中的气核产生空腔效应，并且超声所产生的大量能量转化为热能，使合金液的整体温度升高而影响其微观构型。过低的超声频率(低于25Hz)，不会引起合金液气核的任何状态变化，起不到除杂除气的作用。在上述铝制庭院灯杆底座的加工方法中，将合金液1中升温至750-850℃。若升温温度低于750℃，碳纤维、纳米碳酸钙与合金液1得不到充分混合，而升温温度高于850℃，部分纳米碳酸钙发生高温分解，产生的气体会阻碍合金液的流动，不利于合金晶相的形成且导致晶粒粗糙。在上述铝制庭院灯杆底座的加工方法中，所述的惰性气体为氩气、氦气中的一种或两种。在上述铝制庭院灯杆底座的加工方法中，合金液2搅拌过程中采用热电偶维持温度，热电偶温度为500-560℃。本专利技术中当热电偶温度低于500℃时，固相率大幅度增加，在后续冲压成型过程中，不但会增加冲压压力，也会造成合金相分布不均匀。当热电偶温度高于560℃时，固相率较低，初本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度铝制庭院灯杆底座，其特征在于，所述的铝制庭院灯杆底座由铝合金制成，所述的铝合金由如下组成成分及其质量百分比组成：Si：0.15‑0.3％、Zr：0.01‑0.2％、Sc：0.1‑0.8％、Mn：0.0 5‑1.5％、Mg：0.02‑0.2％、碳纤维：0.005‑0.03％、纳米碳酸钙：0.003‑0.015％、碳酸钠：0.01‑0.1％、氯化钙：0.05‑0.2％，余量为Al及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度铝制庭院灯杆底座，其特征在于，所述的铝制庭院灯杆底座由铝合金制成，所述的铝合金由如下组成成分及其质量百分比组成：Si：0.15-0.3％、Zr：0.01-0.2％、Sc：0.1-0.8％、Mn：0.05-1.5％、Mg：0.02-0.2％、碳纤维：0.005-0.03％、纳米碳酸钙：0.003-0.015％、碳酸钠：0.01-0.1％、氯化钙：0.05-0.2％，余量为Al及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铝制庭院灯杆底座，其特征在于，纳米碳酸钙与碳纤维的质量比为(0.8-1.5)：1。3.一种如权利要求1所述的铝制庭院灯杆底座的加工方法，其特征在于，所述的加工方法包括如下步骤：S1.按如权利要求1中所述铝合金组分组成称取原料，将Si、Zr、Sc、Mn、Mg、Al、碳酸钠和氯化钙在超声装置中熔炼成合金液1；S2、将合金液1升温，边搅拌边加入碳纤维、纳米碳酸钙，同时通入惰性气体得合金液2；S3、将合金液2搅拌下得半固态合金液；S4、将半固态合金液注入模具冲压铸造得铝制庭院灯杆底座...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶增辉，
申请(专利权)人：宁波摩尔克斯灯杆技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33