一种用于建筑承载结构的铝合金及其制备方法
阅读说明：本技术 一种用于建筑承载结构的铝合金及其制备方法 (Aluminum alloy for building bearing structure and preparation method thereof ) 是由 郭加林 周明君 曾阳阳 管晓伟 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于建筑承载结构的铝合金,其主要由以下质量百分比的成分组成：Si 0.6～0.9％,Mg 0.9～1.3％,Cu 0.3～0.5％,Mn 0.1～0.3％,Fe 0.4～0.8％,Cr 0.2～0.4％,Ti 0.1～0.2％,余量为Al和不可避免的杂质,所述不可避免杂质的含量≤0.15％。相应的,本发明还公开了上述用于建筑承载结构的铝合金的制备方法。本发明中的铝合金耐腐蚀性能、粘接性能优良,可广泛应用于建筑承载结构,实现建筑主体轻量化。(The invention discloses an aluminum alloy for a building bearing structure, which mainly comprises the following components in percentage by mass: 0.6-0.9% of Si, 0.9-1.3% of Mg, 0.3-0.5% of Cu, 0.1-0.3% of Mn, 0.4-0.8% of Fe, 0.2-0.4% of Cr, 0.1-0.2% of Ti, and the balance of Al and inevitable impurities, wherein the content of the inevitable impurities is less than or equal to 0.15%. Correspondingly, the invention also discloses a preparation method of the aluminum alloy for the building bearing structure. The aluminum alloy has excellent corrosion resistance and bonding performance, can be widely applied to building bearing structures, and realizes the light weight of building main bodies.)
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种用于建筑承载结构的铝合金及其制备方法。
背景技术
目前，建筑行业越来越趋向于绿色化，在选用建筑材料的过程中，原则上要尽量选择轻型化、高强度、耐腐蚀的材料，以延长建筑物的寿命，同时实现建筑物的轻量化。在此背景下，以铝代钢、以铝代塑已成为建筑行业大的趋势。例如，铝合金广泛应用在机场、展馆、交通站、大桥的建设之中。甚至在一些场合中，可加深地底基础，进而大量采用铝合金，实现建筑的轻量化。
但现有的铝合金，当其与混凝土符合使用时，往往存在耐腐蚀性能差，粘接强度低的问题，限制了其应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于建筑承载结构的铝合金，其耐腐蚀性强，粘接强度高。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种用于建筑承载结构的铝合金的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于建筑承载结构的铝合金，其主要由以下质量百分比的成分组成：Si 0.6～0.9％，Mg 0.9～1.3％，Cu 0.3～0.5％，Mn 0.1～0.3％，Fe 0.4～0.8％，Cr 0.2～0.4％，Ti 0.1～0.2％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.15％。
作为上述技术方案的改进，其主要由以下质量百分比的成分组成：Si 0.8～0.9％，Mg 0.9～1.1％，Cu 0.3～0.4％，Mn 0.2～0.3％，Fe 0.7～0.8％，Cr 0.2～0.3％，Ti 0.1～0.2％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.15％。
作为上述技术方案的改进，所述铝合金在饱和石灰水中的腐蚀率≤10.5mm/a，其与混凝土的粘接强度≥2.3MPa。
相应的，本发明还公开了一种上述的用于建筑承载结构的铝合金的制备方法，其包括：
(1)按照比例准备各种原料备用；其中，以重量百分比计的原料配方如下：
Si 0.6～0.9％，Mg 0.9～1.3％，Cu 0.3～0.5％，Mn 0.1～0.3％，Fe 0.4～0.8％，Cr 0.2～0.4％，Ti 0.1～0.2％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.15％；
(2)将各种原料混合熔铸后得到铸棒；
(3)将所述铸棒进行均质处理；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；
(5)将所述铝粗坯进行矫直处理；
(6)将矫直后的粗坯进行时效处理，即得用于建筑承载结构的铝合金成品。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，均质温度为570～600℃，均质时间为8～10h；
均质处理后采用水雾冷却。
作为上述技术方案的改进，步骤(4)中，挤压温度为510～530℃，挤压速度为3～8m/min。
作为上述技术方案的改进，挤压结束后，穿水冷却，在线淬火。
作为上述技术方案的改进，步骤(5)中，矫直率为0.2～0.6％。
作为上述技术方案的改进，步骤(6)中，时效处理温度为160～180℃，时间为16～24h。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明的用于建筑承载结构的铝合金，通过合理的配方调节，以及制备方法的改善，赋予了铝合金优良的耐腐蚀性能和粘接性能。具体的，其在饱和石灰水中的腐蚀率≤10.5mm/a，在模拟酸雨中的腐蚀率≤0.03mm/a，在5％NaCl溶液中的腐蚀率≤0.01mm/a。其与混凝土的粘接强度≥2.3MPa。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供了一种用于建筑承载结构的铝合金，其主要由以下质量百分比的成分组成：Si 0.6～0.9％，Mg 0.9～1.3％，Cu 0.3～0.5％，Mn 0.1～0.3％，Fe 0.4～0.8％，Cr0.2～0.4％，Ti 0.1～0.2％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.15％。
其中，Si、Mg是主要的强化元素，其可结合形成Mg2Si晶体相，优化铝合金的各项力学性能。Si的含量为0.6～0.9wt％，示例性的为0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％或0.9wt％，但不限于此。Mg的含量为0.9～1.3wt％，示例性的为0.9wt％、1.0wt％、1.1wt％或1.2wt％，但不限于此。本发明中，控制Mg/Si＝1.2～1.5，以提升挤压性能。
其中，Fe可一定程度提升在碱性溶液(如饱和石灰水、水泥浆)中的耐蚀性，但其也会大幅度影响挤压性能。为此，控制其含量为0.4～0.8wt％，示例性的为0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％或0.8wt％。
其中，Cu可提升铝型材的力学性能，但其会提升淬火敏感性。因此，控制其含量为0.3～0.5wt％；示例性的可为0.3wt％、0.4wt％、0.45wt％或0.5wt％，但不限于此。
Mn、Ti均具有一定的细化晶粒的作用，利于提升铝合金的力学性能和挤压性能。同时，Mn还可调节铝合金的淬火敏感性。在本发明中，Mn的含量控制为0.1～0.3wt％，示例性的为0.1wt％、0.2wt％或0.3wt％，但不限于此。Ti的含量控制为0.1-0.2％，示例性的为0.1wt％、0.15wt％或0.18wt％，但不限于此。
Cr可调节铝合金的淬火敏感性，同时提升耐腐蚀性；其含量为0.2～0.4wt％，示例性的为0.2wt％、0.3wt％或0.4wt％，但不限于此。
此外，在铝合金中，还含有一些不可避免的杂质，其总含量≤0.15wt％。
优选的，本发明中铝合金由一下质量百分比的成分组成：
Si 0.8～0.9％，Mg 1.0～1.3％，Cu 0.3～0.4％，Mn 0.2～0.3％，Fe 0.7～0.8％，Cr 0.2～0.3％，Ti 0.1～0.2％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.15％。
相应的，本发明还公开了一种用于建筑承载结构的铝合金的制备方法，其包括以下步骤：
(1)按照比例准备各种原料备用；
其中，以重量百分比计的原料配方如下：
Si 0.6～0.9％，Mg 0.9～1.1％，Cu 0.3～0.5％，Mn 0.1～0.3％，Fe 0.4～0.8％，Cr 0.2～0.4％，Ti 0.1～0.2％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.15％。
其中，原料可包括：铝锭、铝镁合金、高纯硅、铝铜合金、铝铬合金等，但不限于此。
(2)将各种原料混合熔铸后得到铸棒；
具体的，将各种原料在730～760℃熔化，精炼3～4次，扒渣，搅拌均化，静置后铸造得到铸棒。
(3)将铸棒进行均质处理；
具体的，均质温度为570～600℃，均质时间为8～10h。均质后采用水雾冷却。
均质处理可提高铝合金中各合金元素的固溶度，从而提升力学性能。在本发明中，通过提升均质温度，延长时间，可是的合金元素固溶得到的强化相尺寸增大，这种铝合金在被混凝土少量腐蚀后，强化相外露，强化相与混凝土之间的摩擦力提升，从而提升了铝合金与混凝土的粘接强度。
示例性的，均质温度为580℃、585℃、590℃或595℃，但不限于此。
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；
具体的，挤压速度为3～8m/min，示例性的为3m/min，4m/min、5m/min、6m/min或7m/min，但不限于此。
挤压完成后，直接穿水冷却，在线淬火。
(5)将粗坯进行矫直；
具体的，矫直率为0.2～0.6％，示例性的为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％或0.6％，但不限于此。
(6)将矫直后的粗坯进行时效处理，得到用于建筑承载结构的铝合金；
具体的，时效温度为160～180℃，示例性的为160℃、165℃、170℃、175℃或180℃，但不限于此。时效时间为16～24h，示例性的为17h、18h、19h、20h、22h或23h，但不限于此。
综上，通过本发明的配方和制备方法的综合调节，本发明中铝合金在饱和石灰水中的腐蚀率≤10.5mm/a，其与混凝土的粘接强度≥2.3MPa。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种用于建筑承载结构的铝合金，其配方为：
Si 0.6％，Mg 1.3％，Fe 0.4％，Cu 0.5％，Mn 0.3％，Cr 0.4％，Ti 0.2％，杂质0.15％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将各种原料混合熔铸后得到铸棒；
(3)将铸棒进行均质处理；
其中，均质温度为570℃，时间为10h；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；
其中，挤压温度为530℃，挤压速度为8m/min。
(5)将粗坯进行矫直处理；
其中，矫直量为0.3％；
(6)将矫直后的粗坯进行时效处理，即得用于建筑承载结构的铝合金成品。
其中，时效温度为180℃，时间为16h。
实施例2
本实施例提供一种用于建筑承载结构的铝合金，其配方为：
Si 0.9％，Mg 0.9％，Fe 0.8％，Cu 0.3％，Mn 0.1％，Cr 0.2％，Ti 0.1％，杂质0.08％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将各种原料混合熔铸后得到铸棒；
(3)将铸棒进行均质处理；
其中，均质温度为580℃，时间为8.5h；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；
其中，挤压温度为510℃，挤压速度为3m/min。
(5)将粗坯进行矫直处理；
其中，矫直量为0.4％；
(6)将矫直后的粗坯进行时效处理，即得用于建筑承载结构的铝合金成品。
其中，时效温度为160℃，时间为24h。
实施例3
本实施例提供一种用于建筑承载结构的铝合金，其配方为：
Si 0.85％，Mg 1.1％，Fe 0.7％，Cu 0.32％，Mn 0.25％，Cr 0.33％，Ti 0.16％，杂质0.12％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将各种原料混合熔铸后得到铸棒；
(3)将铸棒进行均质处理；
其中，均质温度为590℃，时间为9h；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；
其中，挤压温度为515℃，挤压速度为5m/min。
(5)将粗坯进行矫直处理；
其中，矫直量为0.6％；
(6)将矫直后的粗坯进行时效处理，即得用于建筑承载结构的铝合金成品。
其中，时效温度为170℃，时间为20h。
实施例4
本实施例提供一种用于建筑承载结构的铝合金，其配方为：
Si 0.85％，Mg 1.1％，Fe 0.5％，Cu 0.32％，Mn 0.25％，Cr 0.33％，Ti 0.16％，杂质0.12％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将各种原料混合熔铸后得到铸棒；
(3)将铸棒进行均质处理；
其中，均质温度为590℃，时间为9h；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；
其中，挤压温度为515℃，挤压速度为5m/min。
(5)将粗坯进行矫直处理；
其中，矫直量为0.6％；
(6)将矫直后的粗坯进行时效处理，即得用于建筑承载结构的铝合金成品。
其中，时效温度为170℃，时间为20h。
实施例5
本实施例提供一种用于建筑承载结构的铝合金，其配方为：
Si 0.82％，Mg 1.04％，Fe 0.75％，Cu 0.46％，Mn 0.28％，Cr 0.33％，Ti0.18％，杂质0.05％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将各种原料混合熔铸后得到铸棒；
(3)将铸棒进行均质处理；
其中，均质温度为590℃，时间为9h；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；
其中，挤压温度为515℃，挤压速度为5m/min。
(5)将粗坯进行矫直处理；
其中，矫直量为0.6％；
(6)将矫直后的粗坯进行时效处理，即得用于建筑承载结构的铝合金成品。
其中，时效温度为170℃，时间为20h。
对比例1
本对比例提供一种用于建筑承载结构的铝合金，其配方为：
Si 0.85％，Mg 1.1％，Fe 0.2％，Cu 0.32％，Mn 0.25％，Cr 0.33％，Ti 0.16％，杂质0.12％，余量为Al。
其制备方法与实施例4相同。
对比例2
本对比例提供一种用于建筑承载结构的铝合金，其配方为：
Si 0.85％，Mg 1.1％，Fe 0.7％，Cu 0.32％，Mn 0.25％，Cr 0.05％，Ti 0.16％，杂质0.12％，余量为Al。
其制备方法与实施例4相同。
对比例3
本对比例提供一种用于建筑承载结构的铝合金，其配方为：
Si 0.85％，Mg 1.1％，Fe 0.2％，Cu 0.32％，Mn 0.25％，Cr 0.15％，Ti 0.16％，杂质0.12％，余量为Al。
其制备方法与实施例4相同。
对比例4
本对比例提供一种用于建筑承载结构的铝合金，其配方为：
Si 0.85％，Mg 1.1％，Fe 0.7％，Cu 0.32％，Mn 0.25％，Cr 0.33％，Ti 0.16％，杂质0.12％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将各种原料混合熔铸后得到铸棒；
(3)将铸棒进行均质处理；
其中，均质温度为590℃，时间为4h；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；
其中，挤压温度为515℃，挤压速度为5m/min。
(5)将粗坯进行矫直处理；
其中，矫直量为0.6％；
(6)将矫直后的粗坯进行时效处理，即得用于建筑承载结构的铝合金成品。
其中，时效温度为170℃，时间为20h。
将实施例1～5、对比例1～4所得的用于建筑承载结构的铝合金做性能测试，具体结果如下表所示：
其中，腐蚀率测试方法为：分别取饱和石灰水、模拟酸雨(GSB07-2241-2008)、盐水(NaCl 5％)作为腐蚀剂，将试样防止到腐蚀溶液中(每1cm2试样表面积不少于20mL)，室温腐蚀5天后按照下式计算腐蚀率：
V＝87600×△W/(ρ×S×t)，其中△W为试样失重量，ρ为试样密度，S为试样与腐蚀环境直接接触的面积，t为腐蚀时间，V为腐蚀率。
其中，粘接强度的测试方法为采用PO42.5水泥制备15cm×15cm×15cm的混凝土块，将铝合金棒(直径15mm)埋没在混凝土块的中心，然后进行拉拔试验(DBJ/T 1535)。
具体的测试结果如下表：
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
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