阅读说明：本技术 耐腐蚀铝合金型材及其制备方法 (Corrosion-resistant aluminum alloy section and preparation method thereof ) 是由 张骋 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种耐腐蚀铝合金型材的制备方法,通过对铝合金中的Mn、Fe、Si、Cu、Zn、Bi、Ni、Al的比例进行了优选调整,使铝合金型材具有了更高的强度与可挤压性能的均衡。采用浸镀锌处理和化学镀镍处理得到具有双层镀层的铝合金型材；其中外层为Ni镀层；内层为Al-Zn合金镀层。内层的Al-Zn合金镀层利用原电池原理,通过牺牲其中的化学性质活泼的Zn以保护包裹于其内部的铝合金型材不受腐蚀；外层的Ni镀层,利用Ni元素的抗腐蚀性质保护铝合金型材。双层镀层减少了Ni的使用量,并且提高了铝合金型材的耐腐蚀性能。本发明的耐腐蚀铝合金型材,抗拉强度为310～360MPa；伸长率为23～28；相对公知的5083铝合金型材,室温下的年腐蚀速率减小了17％～38％；300℃下的年腐蚀速率减小了23％～41％。(The invention provides a preparation method of a corrosion-resistant aluminum alloy section, which is characterized in that the aluminum alloy section has higher balance of strength and extrudability by optimally adjusting the proportion of Mn, Fe, Si, Cu, Zn, Bi, Ni and Al in the aluminum alloy. Obtaining an aluminum alloy section with a double-layer coating by adopting dip galvanizing treatment and chemical nickel plating treatment; wherein the outer layer is a Ni plating layer; the inner layer is an Al-Zn alloy coating. The Al-Zn alloy coating of the inner layer protects the aluminum alloy section wrapped in the inner layer from being corroded by sacrificing active Zn in chemical property by utilizing the principle of a galvanic cell; the outer Ni plating layer protects the aluminum alloy section by utilizing the corrosion resistance of Ni element. The double-layer plating layer reduces the usage amount of Ni and improves the corrosion resistance of the aluminum alloy section. The corrosion-resistant aluminum alloy section has the tensile strength of 310-360 MPa; the elongation is 23-28; compared with the known 5083 aluminum alloy section, the annual corrosion rate at room temperature is reduced by 17-38%; the annual corrosion rate at 300 ℃ is reduced by 23-41%.)

耐腐蚀铝合金型材及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金生产领域，特别是涉及一种耐腐蚀铝合金型材及其制备方法。

背景技术

铝合金型材是工业应用最广泛的有色金属。由于铝合金型材具有密度低、强度比高、易加工成型和焊接性能良好等特点，铝合金型材在汽车机械、航天航空等轻量化设计的使用中占比重。但是，现有的铝合金型材的强度和耐腐蚀性能还有待进一步提高，以满足生产生活对于铝合金型材的需求。

发明内容

为了提供一种强度更高和耐腐蚀性能更好的铝合金型材，本发明提供的技术方案为：

本发明提供一种耐腐蚀铝合金型材的制备方法，所述的耐腐蚀铝合金型材由以下重量百分比的元素组成：Mn:1.2～1.35wt％、Fe:0.35～0.50wt％、Si:0.40wt％、Cu:0.08～0.18wt％、Zn:0.08wt％；Bi:0.02wt％；Ni:0.03～0.05wt％；其余为Al和不可避免的杂质；每种所述杂质元素的含量≤0.02wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％；

耐腐蚀铝合金型材的制备方法包括如下步骤：

步骤S1：按照上述配比向熔融的铝液中加入Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Bi中间合金进行混合熔炼，待加入的合金固体完全熔化，制得铝合金熔融液；

步骤S2：向铝合金熔融液内加入精炼剂并通入惰性气体，对铝合金熔融液进行精炼处理20～40min；

步骤S3：将精炼处理后的铝合金熔融液注入模具中，静置、冷却，均质化处理，制成铝合金锭；

步骤S4：将铝合金锭在500℃的温度下挤压成型，然后200～210℃的温度下固溶处理5h，自然冷却至室温，得到所需形状及尺寸的铝合金型材；

步骤S5：将铝合金型材进行浸镀锌处理，得到具有Al-Zn合金镀层的铝合金型材；

步骤S6：将具有Al-Zn合金镀层的铝合金型材进行化学镀镍，得到耐腐蚀铝合金型材。

本发明提供的耐腐蚀铝合金型材的制备方法，优选地，在步骤S4之后步骤S5之前，将铝合金型材反淬火处理然后进行时效处理；

其中，反淬火处理的温度控制分为低温保温阶段、快速升温阶段和高温保温阶段；低温保温阶段控温-100℃，保温180min；快速升温阶段温度由-100℃升高至150℃，平均升温速率20℃/min；高温保温阶段控温150℃，保温180min；

时效处理的温度控制在190～210℃，持续时间6～8h。

本发明提供的耐腐蚀铝合金型材的制备方法，优选地，步骤S1的混合熔炼的温度为750～780℃。

本发明提供的耐腐蚀铝合金型材的制备方法，优选地，步骤S5的浸镀锌处理依次包括酸洗阶段、第一次浸锌阶段、浸锌退除第二次浸锌四个阶段：

其中，第一次浸锌阶段和第二次浸锌阶段的温度均为25℃，浸锌溶液均为锌酸钠的强碱性溶液；第一次浸锌阶段中铝合金型材在浸锌溶液中的浸泡时间为30～50s；第二次浸锌阶段中铝合金型材在浸锌溶液中的浸泡时间为15～20s；最终形成的Al-Zn合金镀层的厚度为5～8μm；

浸锌退除采用体积比为1:1的硝酸水溶液作浸锌退除药剂。

本发明提供的耐腐蚀铝合金型材的制备方法，优选地，步骤S6的化学镀镍处理的镀镍液组成为：硫酸镍30g/L、次磷酸钠30g/L、pH值为10，镀镍液温度为80℃，镀镍时间为30～60s；得到的耐腐蚀铝合金型材的镍镀层厚度为0.8～2μm。

本发明还提供一种耐腐蚀铝合金型材，由上述的方法制备得到。

本发明具有的优点或者有益效果：

本发明提供的耐腐蚀铝合金型材的制备方法，通过对铝合金中的Mn、Fe、Si、Cu、Zn、Bi、Ni、Al的比例进行了优选调整，使本发明提供的铝合金型材，具有了更高的强度与可挤压性能的均衡。通过对优化组成的铝合金型材进行浸镀锌处理和化学镀镍处理得到表面具有双层镀层的铝合金型材；其中外层的镀层为Ni镀层；内层的镀层为Al-Zn合金镀层。内层的Al-Zn合金镀层利用原电池原理，通过牺牲其中的化学性质活泼的Zn以保护包裹于Al-Zn合金镀层内部的铝合金型材不受腐蚀；外层的Ni镀层，利用Ni元素本身的抗腐蚀性质，对铝合金型材进行保护。双层镀层设计，减少了Ni这一成本高昂的金属材料的使用量，并且提高了铝合金型材的耐腐蚀性能。

采用本发明的方法制备的耐腐蚀铝合金型材，抗拉强度σ_b为310～360MPa；伸长率δ₁₀为23～28；相对公知的5083铝合金型材，室温下的年腐蚀速率减小了17％～38％；相对公知的5083铝合金型材，300℃下的年腐蚀速率减小了23％～41％。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，发明人经过长期的研究和大量的实践，提出本发明的技术方案，下面将对技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明提供的耐腐蚀铝合金型材，通过对铝合金中的Mn、Fe、Si、Cu、Zn、Bi、Ni、Al的比例进行了优选调整，使本发明提供的铝合金型材，具有了更高的强度与可挤压性能的均衡。

作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的是一种耐腐蚀铝合金型材的制备方法，该耐腐蚀铝合金型材由以下重量百分比的元素组成：Mn:1.2～1.35wt％、Fe:0.35～0.50wt％、Si:0.40wt％、Cu:0.08～0.18wt％、Zn:0.08wt％；Bi:0.02wt％；Ni:0.03～0.05wt％；其余为Al和不可避免的杂质；每种所述杂质元素的含量≤0.02wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％；

耐腐蚀铝合金型材的制备方法包括如下步骤：

步骤S1：按照上述配比向熔融的铝液中加入Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Bi中间合金进行混合熔炼，待加入的合金固体完全熔化，制得铝合金熔融液；

步骤S2：向铝合金熔融液内加入精炼剂并通入惰性气体，对铝合金熔融液进行精炼处理20～40min；

步骤S3：将精炼处理后的铝合金熔融液注入模具中，静置、冷却，均质化处理，制成铝合金锭；

步骤S4：将铝合金锭在500℃的温度下挤压成型，然后200～210℃的温度下固溶处理5h，自然冷却至室温，得到所需形状及尺寸的铝合金型材；

步骤S5：将铝合金型材进行浸镀锌处理，得到具有Al-Zn合金镀层的铝合金型材；

步骤S6：将具有Al-Zn合金镀层的铝合金型材进行化学镀镍，得到耐腐蚀铝合金型材。

在一些实施方案中，步骤S1中的熔融的铝液由纯铝源熔化而成，熔化时加热温度在铝的熔点以上。

在一些实施方案中，在步骤S4之后步骤S5之前，将铝合金型材反淬火处理然后进行时效处理；

其中，反淬火处理的温度控制分为低温保温阶段、快速升温阶段和高温保温阶段；低温保温阶段控温-100℃，保温180min；快速升温阶段温度由-100℃升高至150℃，平均升温速率20℃/min；高温保温阶段控温150℃，保温180min；

时效处理的温度控制在190～210℃，持续时间6～8h。

在一些实施方案中，步骤S1的混合熔炼的温度为750～780℃。

在一些实施方案中，步骤S5的浸镀锌处理依次包括酸洗阶段、第一次浸锌阶段、浸锌退除第二次浸锌四个阶段：

其中，第一次浸锌阶段和第二次浸锌阶段的温度均为25℃，浸锌溶液均为锌酸钠的强碱性溶液；第一次浸锌阶段中铝合金型材在浸锌溶液中的浸泡时间为30～50s；第二次浸锌阶段中铝合金型材在浸锌溶液中的浸泡时间为15～20s；最终形成的Al-Zn合金镀层的厚度为5～8μm；

浸锌退除采用体积比为1:1的硝酸水溶液作浸锌退除药剂。

在一些实施方案中，步骤S6的化学镀镍处理的镀镍液组成为：硫酸镍30g/L、次磷酸钠30g/L、pH值为10，镀镍液温度为80℃，镀镍时间为30～60s；得到的耐腐蚀铝合金型材的镍镀层厚度为0.8～2μm。

作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的是一种上述方法制备得到的耐腐蚀铝合金型材。

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的说明，显然所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，对本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

一种耐腐蚀铝合金型材由以下重量百分比的元素组成：Mn:1.28wt％、Fe:0.43wt％、Si:0.40wt％、Cu:0.13wt％、Zn:0.08wt％；Bi:0.02wt％；Ni:0.04wt％；其余为Al和不可避免的杂质；每种杂质元素的含量≤0.02wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％；

如上所述的耐腐蚀铝合金型材的制备方法包括如下步骤：

步骤S1：按照上述配比向熔融的铝液中加入Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Bi中间合金进行混合熔炼，待加入的合金固体完全熔化，制得铝合金熔融液；其中，混合熔炼的温度为750～780℃；

步骤S2：向铝合金熔融液内加入精炼剂并通入惰性气体，对铝合金熔融液进行精炼处理20min；

步骤S3：将精炼处理后的铝合金熔融液注入模具中，静置、冷却，均质化处理，制成铝合金锭；

步骤S4：将铝合金锭在500℃的温度下挤压成型，然后200～210℃的温度下固溶处理5h，自然冷却至室温，得到所需形状及尺寸的铝合金型材；

步骤S5：将铝合金型材进行浸镀锌处理，得到具有Al-Zn合金镀层的铝合金型材；其中，浸镀锌处理依次包括酸洗阶段、第一次浸锌阶段、浸锌退除第二次浸锌四个阶段：

第一次浸锌阶段和第二次浸锌阶段的温度均为25℃，浸锌溶液均为锌酸钠的强碱性溶液；第一次浸锌阶段中铝合金型材在浸锌溶液中的浸泡时间为40s；

第二次浸锌阶段中铝合金型材在浸锌溶液中的浸泡时间为18s；最终形成的Al-Zn合金镀层的厚度为7μm；

浸锌退除采用体积比为1:1的硝酸水溶液作浸锌退除药剂；

步骤S6：将具有Al-Zn合金镀层的铝合金型材进行化学镀镍，得到耐腐蚀铝合金型材。其中，化学镀镍处理的镀镍液组成为：硫酸镍30g/L、次磷酸钠30g/L、pH值为10，镀镍液温度为80℃，镀镍时间为45s；得到的耐腐蚀铝合金型材的镍镀层厚度为1.8μm。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于：

一种耐腐蚀铝合金型材由以下重量百分比的元素组成：Mn:1.35wt％、Fe:0.50wt％、Si:0.40wt％、Cu:0.18wt％、Zn:0.08wt％；Bi:0.02wt％；Ni:0.05wt％；其余为Al和不可避免的杂质；每种所述杂质元素的含量≤0.02wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于：

一种耐腐蚀铝合金型材由以下重量百分比的元素组成：Mn:1.2wt％、Fe:0.35wt％、Si:0.40wt％、Cu:0.08wt％、Zn:0.08wt％；Bi:0.02wt％；Ni:0.03wt％；其余为Al和不可避免的杂质；每种杂质元素的含量≤0.02wt％，所述杂质元素的总含量≤0.10wt％。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于：

在步骤S4之后步骤S5之前，将铝合金型材反淬火处理然后进行时效处理；

其中，反淬火处理的温度控制分为低温保温阶段、快速升温阶段和高温保温阶段；低温保温阶段控温-100℃，保温180min；快速升温阶段温度由-100℃升高至150℃，平均升温速率20℃/min；高温保温阶段控温150℃，保温180min；

时效处理的温度控制在190～210℃，持续时间6～8h。

实施例5

实施例5与实施例1的区别在于：

步骤S5的第一次浸锌阶段中铝合金型材在浸锌溶液中的浸泡时间为30s；第二次浸锌阶段中铝合金型材在浸锌溶液中的浸泡时间为15s；最终形成的Al-Zn合金镀层的厚度为5μm；

步骤S6的镀镍时间为30s；得到的耐腐蚀铝合金型材的镍镀层厚度为0.8μm。

实施例6

实施例6与实施例1的区别在于：

步骤S5的第一次浸锌阶段中铝合金型材在浸锌溶液中的浸泡时间为50s；第二次浸锌阶段中铝合金型材在浸锌溶液中的浸泡时间为20s；最终形成的Al-Zn合金镀层的厚度为8μm；

步骤S6的镀镍时间为60s；得到的耐腐蚀铝合金型材的镍镀层厚度为2μm。

实施例7

实施例7与实施例1的区别在于：

步骤S1中对铝合金熔融液进行精炼处理时间为40min。

对比例1

市购5083铝合金型材，其由以下重量百分比的元素组成：

Mn:0.40～1.0wt％、Fe:0.000～0.400wt％、Si:≤0.40wt％、Cu:≤0.10wt％、Zn:≤0.25wt％；Mg:4.0～4.9wt％；Ti:≤0.15wt％；Cr:0.05～0.25wt％，其余为Al和不可避免的杂质；每种所述杂质元素的含量≤0.05wt％，所述杂质元素的总含量≤0.15wt％。

对本发明实施例1～实施例7的提供的耐腐蚀铝合金型材及市购5083铝合金型材通过对抗拉强度、伸长率、室温腐蚀速率和300℃腐蚀速率进行了评价。室温抗拉强度、伸长率、室温腐蚀速率和300℃腐蚀速率这些参数的测试方法属于本领域技术人员熟知的测试方法，故在此不予赘述。

通过对优化组成的铝合金型材进行浸镀锌处理和化学镀镍处理得到表面具有双层镀层的铝合金型材；其中外层的镀层为Ni镀层；内层的镀层为Al-Zn合金镀层。内层的Al-Zn合金镀层利用原电池原理，通过牺牲其中的化学性质活泼的Zn以保护包裹于Al-Zn合金镀层内部的铝合金型材不受腐蚀；外层的Ni镀层，利用Ni元素本身的抗腐蚀性质，对铝合金型材进行保护。双层镀层设计，减少了Ni这一成本高昂的金属材料的使用量，并且提高了铝合金型材的耐腐蚀性能。

本发明实施例1～实施例7的提供的耐腐蚀铝合金型材及市购5083铝合金型材通过对抗拉强度σ_b、伸长率δ₁₀、室温下年腐蚀速率α₁和300℃下年腐蚀速率α₂的测试结果如表1所示。

对比本发明实施例1～实施例7的提供的耐腐蚀铝合金型材及市购5083铝合金型材通过对抗拉强度σ_b、伸长率δ₁₀、室温下年腐蚀速率α₁和300℃下年腐蚀速率α₂的测试结果可知，通过对铝合金中的Mn、Fe、Si、Cu、Zn、Bi、Ni、Al的比例进行了优选调整，使本发明提供的耐腐蚀铝合金型材，具有了更高的强度与可挤压性能的均衡。

表1试验材料的性能测试结果

	σ<sub>b</sub>/MPa	δ<sub>10</sub>/％	α<sub>1</sub>/mm	α<sub>2</sub>/mm
					实施例1	320	26	0.0315	0.323
实施例2	315	28	0.0304	0.328
					实施例3	324	25	0.0318	0.321
实施例4	357	23	0.0302	0.327
					实施例5	316	27	0.0397	0.402
实施例6	323	26	0.0298	0.311
					实施例7	324	26	0.0317	0.325
对比例1	280	20	0.0478	0.525

分析上述测试结果可知，本发明提供的耐腐蚀铝合金型材的伸长率δ₁₀明显高于公知的5083铝合金型材显著提升的伸长率，这对于铝合金型材的加工工艺是至关重要的，可以大大降低铝合金型材的加工成形的难度及生产成本。

本发明提供的耐腐蚀铝合金型材的抗拉强度σ_b可以达到310～360MPa，明显高于公知的5083铝合金型材的抗拉强度σ_b(280MPa)。

此外，本发明实施例提供的耐腐蚀铝合金型材相比公知的5083铝合金型材，在常温环境下的年腐蚀速率α₁和300℃下的年腐蚀速率α₂大大减小。由此可见，本发明提供的耐腐蚀铝合金型材具有更好的耐腐蚀性能，有利于延长铝合金型材的使用寿命。

对比实施例1～实施例7的耐腐蚀铝合金型材的抗拉强度σ_b，可以发现，实施例4的耐腐蚀铝合金型材的抗拉强度σ_b有了显著提升，这是由于将铝合金型材反淬火处理然后进行时效处理后消除了铝合金型材的残余内应力，从而增强了耐腐蚀铝合金型材的抗拉强度σ_b，提升了耐腐蚀铝合金型材的机械性能。

本发明提供的耐腐蚀铝合金型材，抗拉强度σ_b为310～360MPa；伸长率δ₁₀为23～28；相对公知的5083铝合金型材，室温下的年腐蚀速率减小了17％～38％；相对公知的5083铝合金型材，300℃下的年腐蚀速率减小了23％～41％。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。