一种铝合金模板及其制备方法
阅读说明：本技术 一种铝合金模板及其制备方法 (Aluminum alloy template and preparation method thereof ) 是由 唐华强 于 2020-12-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及铝合金模板技术领域,尤其涉及一种铝合金模板及其制备方法,所述铝合金模板包括铝合金板基材层和表层,所述表层设置在铝合金基材层的一面,所述铝合金基材层和表层一体成型,所述铝合金基材层包含以下重量份的原料：锂0.45-0.65份、镁0.28-0.42份、铍青铜0.56-0.78份、硅0.06-0.12份、锌0.15-0.33份和铝锭97.7-98.5份,所述铝锭中含铜量≤0.1％,含铁量≤0.2％,所述表层为纤维增强复合材料,用来解决现有的铝合金模板在铸造过程中缩孔和疏松导致铝合金模板在使用过程强度不够,容易变形,以及需要使用脱模剂才能将铝合金模板拆卸下来的问题。(The invention relates to the technical field of aluminum alloy templates, in particular to an aluminum alloy template and a preparation method thereof, wherein the aluminum alloy template comprises an aluminum alloy plate substrate layer and a surface layer, the surface layer is arranged on one surface of the aluminum alloy substrate layer, the aluminum alloy substrate layer and the surface layer are integrally formed, and the aluminum alloy substrate layer comprises the following raw materials in parts by weight: 0.45-0.65 part of lithium, 0.28-0.42 part of magnesium, 0.56-0.78 part of beryllium bronze, 0.06-0.12 part of silicon, 0.15-0.33 part of zinc and 97.7-98.5 parts of aluminum ingot, wherein the copper content of the aluminum ingot is less than or equal to 0.1 percent, the iron content of the aluminum ingot is less than or equal to 0.2 percent, and the surface layer is made of fiber reinforced composite material and is used for solving the problems that the strength of the aluminum alloy template is insufficient in the using process and is easy to deform and the aluminum alloy template can be detached only by using a release agent due to shrinkage and looseness in the casting process of the conventional aluminum alloy template.)
技术领域
本发明涉及铝合金模板技术领域，尤其涉及一种铝合金模板及其制备方法。
背景技术
建筑模板由面板和支撑系统组成，面板是使混凝土成形的部分；支撑系统是稳固面板位置和承受上部荷载的结构部分。模板的质量关系到混凝土工程的质量，关键在于尺寸准确、组装牢固、拼缝严密、装拆方便等。应根据建筑结构的形式和特点选用恰当形式的模板，才能取得良好的技术经济效果。
然而目前铝合金模板制备过程中仍存在问题,不同的金属熔点相差很大,因此铝合金具有非常宽的凝固温度范围,凝固时会造成产品的热裂、缩孔、缩松、偏析等铸造缺陷，导致铝合金模板性能下降，造成硬度和强度不够,从而使使用次数减少，而铝合金模板对本身硬度提出较高要求，若硬度不够会出现缝隙、变形等技术缺陷，会危及工程质量和施工人员的生命安全，且现在铝合金模板在使用时，一般会在铝合金模板的表面刷脱模剂，方便混凝土在成型后，将铝合金模板拆下来，但这样导致铝合金模板在使用的过程中，使用成本增加。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种铝合金模板及其制备方法，用来解决现有的铝合金模板在铸造过程中缩孔和疏松导致铝合金模板在使用过程强度不够，容易变形，以及需要使用脱模剂才能将铝合金模板拆卸下来的问题。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种铝合金模板，所述铝合金模板包括铝合金板基材层和表层，所述表层设置在铝合金基材层的一面，所述铝合金基材层和表层一体成型，所述铝合金基材层包含以下重量份的原料：锂0.45-0.65份、镁0.28-0.42份、铍青铜0.56-0.78份、硅0.06-0.12份、锌0.15-0.33份和铝锭97.7-98.5份，所述铝锭中含铜量≤0.1％，含铁量≤0.2％，所述表层为纤维增强复合材料。
通过在铝合金模板的铝合金基材上复配一层纤维增强复合材料，纤维增强复合材料具有优异的耐高温、耐腐蚀、抗酸碱以及表面光滑、耐磨的性质，使铝合金模板在使用时，能够避免混凝土的腐蚀，且混凝土表面光滑、不需要后续施工。且纤维增强复合材料能够使用多次，不会磨损，不会与铝合金基材层脱落，减少铝合金模板的使用成本。
进一步，铝合金基材层与表层的厚度比为：1：(0.05-0.1)。
进一步，所述铝合金基材层包括以下重量份的原料：锂0.55份、镁0.35、铍青铜0.67份、硅0.09份、锌0.24份和铝锭98.1份。
纯铝的化学性质过于活泼，极易被氧化，燃点较低，且硬度也较低，质量较轻，加入硅、铍青铜可以提高合金的抗拉强度和屈服强度，而添加锂、镁、锌可以提高强度的同时增加韧性和延展性，按照上述比例添加少量的其他金属或合金，增加了铝合金的凝固范围，使铝合金表面的缩孔范围增大，形成分散性缩孔，且不容易在内部形成缩孔，导致疏松。制备的铝合金模板具有铝材质量轻的特点，同时还具有合金的比强度高、高韧性的特点。虽然铝合金模板比较薄，但是承载力高，适合常规的建筑施工使用。
进一步，所述铝合模板的制备方法如下：
配料：锂、镁、铍青铜、硅、锌和铝锭进行干燥、称重；
熔炼：将熔炼炉先升温至200-300℃后，预热1-2H,然后将铍青铜、硅和铝锭加入熔炼炉，加入覆盖剂，再以40-60℃/min的速度升温至400-500℃，保持15-30min，以20-30℃/min的速度升温至700-750℃，加入除渣剂，扒渣，加入锂、镁和锌，搅拌均匀，冶炼10-15min；
精炼：加入精炼剂，于720-730℃的氮气氛围下进行一次精炼，精炼5-10min后，降温至700℃，于氮气氛围下进行第二次精炼，精炼5-10min，精炼完成后，进行扒渣，并通入氮气和氩气的混合气体进行脱气，脱气完成后，然后转入保温炉中，于670-700℃的保温炉中保温5-10min，然后进行浇铸，冷却至200-300℃，得到铝合金基材；
表面处理：将铝合金基材降温至50-80℃，然后在铝合金基材的表面进行化学蚀刻，蚀刻完成后，通入60-80℃的热风风干，通过将铝合金基材降温，使化学蚀刻的药剂在进行蚀刻时，不会在铝合金表面蒸发，且与分散性缩孔进一步蚀刻，使铝合金基材的表面形成交规则的蚀刻痕迹，便于下一步工序。
复配：将铝合金基材加热至120-150℃，将纤维增强复合材料融化，然后将熔融状态的纤维增强复合材料涂覆在经过表面处理的铝合金基材上，冷却固化；通过将纤维增强的复合材料融化，然后涂覆在铝合金基材的表面，通过蚀刻痕迹，进一步加强纤维增强复合材料与铝合金表面的连接，且通过将铝合金表面加热至120-150℃，使铝合金表面的晶形发生形变，继续生长，与纤维增强复合材料的分子结合，形成共混型晶体，从而使铝合金基材与纤维增强复合材料紧密连接；在涂覆时，采用高温喷涂，避免纤维增强复合材料在喷涂过程中，自动固化，喷涂完成后，通过辊压，在喷涂面反复辊压，将喷涂面表面压平，且进一步使熔融状态的纤维增强复合材料与铝合金基材连接。
时效处理：将冷却后的铝合金模板加热至100-120℃，保持3-5H，然后降温至50-60℃，保持1-2H，然后冷却至室温，得到铝合金模板，经过时效处理后的铝合金模板其硬度和强度提高，达到铝合金模板更加坚固、持久耐用且周转次数多的目的。
进一步，所述纤维增强复合材料包括以下重量份的原料：改性PVC树脂60-70份、改性玄武岩纤维短切纱20-25份、热稳定剂2-3份、硅烷偶联剂1-3份、分散剂1-2份、增塑剂0.2-0.5份。
通过将改性玄武岩纤维短切纱与改性PVC树脂共混增强，获得纤维增强的复合材料，玄武岩纤维短切纱具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐酸碱和与金属材料良好的兼容性，使制备出的纤维增强复合材料具有优异的耐高温、耐腐蚀、耐酸碱以及与金属材料良好的兼容性，使纤维增强复合材料能够与铝合金基材充分连接。
进一步，所述纤维增强复合材料的制备方法如下：将改性PVC树脂和热稳定剂投入高速混料机中，于100-120℃条件下搅拌15-20min，然后加入改性玄武岩纤维短切纱、硅烷偶联剂、分散剂，于150-170℃条件下搅拌30min，加入增塑剂继续搅拌10min，然后转入挤出机中，挤出造粒，得到纤维增强的复合材料。
进一步，所述改性PVC树脂的具体制备方法如下：将PVC树脂投入反应釜中，于70-80℃条件下搅拌10-15min，然后于110-120℃条件下加入ACR201，搅拌15-20min，然后转入挤出机中，设置主机温度为160-170℃，模具温度为175-185℃，机头温度为190-195℃，挤出造粒。
通过将PVC树脂先进行改性、造粒，使PVC树脂具有良好的抗击性、耐高温性。
进一步，所述改性玄武岩纤维的具体制备方法如下：玄武岩纤维短切纱加入硬脂酸钠，加入硫酸钠，于50-65℃的条件下超声波分散3-5H，反应完成后，过滤、洗涤、干燥得到改性玄武岩纤维短切纱前驱体；将改性玄武岩纤维短切纱前驱体加入去离子水中，加入改性纳米氧化铝，加入混酸，超声波分散16-24H，冷冻干燥，得到活性改性玄武岩纤维短切纱。
通过将玄武岩纤维酸性改性，使玄武岩纤维表面的化学键打开，然后通过改性纳米氧化铝与玄武岩纤维中的氧化铝晶形结合，进一步将玄武岩纤维表面的官能团活化，从而一方面能够使改性后的玄武岩纤维能够充分与改性后的PVC树脂结合，另一方面，与铝合金表面的晶体结合过程中，形成纳米氧化铝-玄武岩纤维中的氧化铝桥梁，从而使晶体共混生长，使铝合金与纤维增强复合材料连接的更紧密。
进一步，所述改性纳米氧化铝的制备步骤如下：将纳米氧化铝加入稀盐酸中，超声波分散、加入聚乙二醇，继续超声波分散3-5H，反应完成后，洗涤、干燥，得到改性纳米氧化铝。
本发明的有益效果：通过将玄武岩纤维增强的复合材料复配在铝合金的表面，形成以铝合金为基材，纤维增强复合材料为表层的铝合金模板，使该铝合金模板在具有轻质、强度高的同时，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、光滑性，从而使铝合金模板在使用时，能够周转多次，不会损坏，且在使用前，不必使用脱模剂，进而减少了使用成本。
具体实施方式
实施例1，纤维增强复合材料的制备一
改性PVC树脂的制备：将PVC树脂投入反应釜中，于70℃条件下搅拌15min，然后于110℃条件下加入ACR201，搅拌20min，然后转入挤出机中，设置主机温度为160℃，模具温度为175℃，机头温度为190℃，挤出造粒。
改性纳米氧化铝的制备：将纳米氧化铝加入稀盐酸中，超声波分散2H，加入聚乙二醇，继续超声波分散3H，反应完成后，去离子水洗涤至中性，于95℃条件下，干燥3H，得到改性纳米氧化铝。
改性玄武岩纤维的制备：玄武岩纤维短切纱加入硬脂酸钠，加入硫酸钠，于50℃的条件下超声波分散5H，反应完成后，过滤、去离子水洗涤至中性，于100℃条件下，干燥2.5H，得到改性玄武岩纤维短切纱前驱体；将改性玄武岩纤维短切纱前驱体加入去离子水中，加入3份改性纳米氧化铝，加入质量比为6:1.5的稀盐酸和稀硫酸形成的混酸，超声波分散24H后，于-35℃条件下，冷冻干燥12H，得到活性改性玄武岩纤维短切纱。
纤维增强复合材料的制备：称取以下重量份的原料：60份改性PVC树脂、2份热稳定剂、25份改性玄武岩纤维短切纱、3份硅烷偶联剂、2份分散剂和0.5份增塑剂；
将60份改性PVC树脂和2份热稳定剂投入高速混料机中，于100℃条件下搅拌20min，然后加入25份改性玄武岩纤维短切纱、3份硅烷偶联剂、2份分散剂，于150℃条件下搅拌30min，搅拌均匀后，加入0.5份增塑剂继续搅拌10min，搅拌均匀，然后转入挤出机中，挤出造粒，于85℃条件下，干燥1H，得到纤维增强的复合材料。
实施例2，纤维增强复合材料的制备二
改性PVC树脂的制备：将PVC树脂投入反应釜中，于75℃条件下搅拌12min，然后于115℃条件下加入ACR201，搅拌17min，然后转入挤出机中，设置主机温度为165℃，模具温度为180℃，机头温度为190℃，挤出造粒。
改性纳米氧化铝的制备：将纳米氧化铝加入稀盐酸中，超声波分散2H，加入聚乙二醇，继续超声波分散4H，反应完成后，去离子水洗涤至中性，于95℃条件下，干燥3H，得到改性纳米氧化铝。
改性玄武岩纤维的制备：玄武岩纤维短切纱加入硬脂酸钠，加入硫酸钠，于55℃的条件下超声波分散4H，反应完成后，过滤、去离子水洗涤至中性，于110℃条件下，干燥2H，得到改性玄武岩纤维短切纱前驱体；将改性玄武岩纤维短切纱前驱体加入去离子水中，加入5份改性纳米氧化铝，加入质量比为6:1.5的稀盐酸和稀硫酸形成的混酸，超声波分散24H后，于-45℃条件下，冷冻干燥9H，得到活性改性玄武岩纤维短切纱。
纤维增强复合材料的制备：称取以下重量份的原料：65份改性PVC树脂、2.5份热稳定剂、23份改性玄武岩纤维短切纱、2份硅烷偶联剂、1.5份分散剂和0.35份增塑剂；
将65份改性PVC树脂和2.5份热稳定剂投入高速混料机中，于115℃条件下搅拌17min，然后加入23份改性玄武岩纤维短切纱、2份硅烷偶联剂、1.5份分散剂，于160℃条件下搅拌30min，搅拌均匀后，加入0.35份增塑剂继续搅拌10min，搅拌均匀，然后转入挤出机中，挤出造粒，于80℃条件下，干燥1.5H，得到纤维增强的复合材料。
实施例3，纤维增强复合材料的制备二
改性PVC树脂的制备：将PVC树脂投入反应釜中，于80℃条件下搅拌10min，然后于120℃条件下加入ACR201，搅拌15min，然后转入挤出机中，设置主机温度为170℃，模具温度为185℃，机头温度为195℃，挤出造粒。
改性纳米氧化铝的制备：将纳米氧化铝加入稀盐酸中，超声波分散2H，加入聚乙二醇，继续超声波分散5H，反应完成后，去离子水洗涤至中性，于95℃条件下，干燥3H，得到改性纳米氧化铝。
改性玄武岩纤维的制备：玄武岩纤维短切纱加入硬脂酸钠，加入硫酸钠，于60℃的条件下超声波分散3H，反应完成后，过滤、去离子水洗涤至中性，于120℃条件下，干燥1H，得到改性玄武岩纤维短切纱前驱体；将改性玄武岩纤维短切纱前驱体加入去离子水中，加入8份改性纳米氧化铝，加入质量比为6:1.5的稀盐酸和稀硫酸形成的混酸，超声波分散24H后，于-55℃条件下，冷冻干燥4.5H，得到活性改性玄武岩纤维短切纱。
纤维增强复合材料的制备：称取以下重量份的原料：70份改性PVC树脂、3份热稳定剂、20份改性玄武岩纤维短切纱、1份硅烷偶联剂、1份分散剂和0.2份增塑剂；
将70份改性PVC树脂和3份热稳定剂投入高速混料机中，于120℃条件下搅拌15min，然后加入20份改性玄武岩纤维短切纱、1份硅烷偶联剂、1份分散剂，于170℃条件下搅拌30min，搅拌均匀后，加入0.2份增塑剂继续搅拌10min，搅拌均匀，然后转入挤出机中，挤出造粒，于75℃条件下，干燥2H，得到纤维增强的复合材料。
实施例4，铝合金模板的制备一
称取以下重量份的原料：0.45份锂、0.28份镁、0.56份铍青铜、0.06份硅、0.15份锌、铝锭97.7份、铝锭中含铜量≤0.1％，含铁量≤0.2％；
配料：将锂、镁、铍青铜、硅、锌和铝锭进行配料；
熔炼：测试炉内氢气含量≤0.2mL/100g后，将熔炼炉先升温至200℃后，预热2H,然后将铍青铜、硅和铝锭加入熔炼炉，加入覆盖剂，再以60℃/min的速度升温至400℃，保持30min，以30℃/min的速度升温至700℃，加入除渣剂，扒渣，加入锂、镁和锌，搅拌均匀，冶炼15min，得到金属液；
精炼：加入精炼剂，于720℃的氮气氛围下进行一次精炼，精炼10min后，降温至700℃，于氮气氛围下进行第二次精炼，精炼10min，精炼完成后，进行扒渣，并以氮气和氩气的混合气体流速为25L/min，通入氮气和氩气的混合气体进行脱气，脱气完成后，然后转入保温炉中，于670℃的保温炉中保温10min，然后进行浇铸，冷却至200℃，得到铝合金基材；
表面处理：将铝合金基材降温至50℃，然后在铝合金基材的表面通过氟化氢进行化学蚀刻，化学蚀刻1H，蚀刻完成后，通入60℃的热风风干；
复配：将铝合金基材加热至150℃，将纤维增强复合材料融化，然后转入高温喷涂枪中，然后将熔融状态的纤维增强复合材料涂覆在经过表面处理的铝合金基材上，再以0.5m/min的速度进行辊压，反复辊压2次，辊压完成后，通入冷风，冷却固化；
时效处理：将冷却后的铝合金模板加热至120℃，保持3H，然后降温至60℃，保持1H，然后冷却至室温，得到铝合金模板。
实施例5，铝合金模板的制备二
称取以下重量份的原料：0.55份锂、0.35份镁、0.67份铍青铜、0.09份硅、0.24份锌、铝锭98.1份、铝锭中含铜量≤0.1％，含铁量≤0.2％；
配料：将锂、镁、铍青铜、硅、锌和铝锭进行配料；
熔炼：测试炉内氢气含量≤0.2mL/100g后，将熔炼炉先升温至250℃后，预热1.5H,然后将铍青铜、硅和铝锭加入熔炼炉，加入覆盖剂，再以50℃/min的速度升温至450℃，保持25min，以25℃/min的速度升温至720℃，加入除渣剂，扒渣，加入锂、镁和锌，搅拌均匀，冶炼12min，得到金属液；
精炼：加入精炼剂，于725℃的氮气氛围下进行一次精炼，精炼8min后，降温至700℃，于氮气氛围下进行第二次精炼，精炼8min，精炼完成后，进行扒渣，并以氮气和氩气的混合气体流速为20L/min，通入氮气和氩气的混合气体进行脱气，脱气完成后，然后转入保温炉中，于685℃的保温炉中保温8min，然后进行浇铸，冷却至250℃，得到铝合金基材；
表面处理：将铝合金基材降温至65℃，然后在铝合金基材的表面通过氟化氢进行化学蚀刻，化学蚀刻1.5H，蚀刻完成后，通入70℃的热风风干；
复配：将铝合金基材加热至135℃，将纤维增强复合材料融化，然后转入高温喷涂枪中，然后将熔融状态的纤维增强复合材料涂覆在经过表面处理的铝合金基材上，再以1m/min的速度进行辊压，反复辊压2次，辊压完成后，通入冷风，冷却固化；
时效处理：将冷却后的铝合金模板加热至110℃，保持4H，然后降温至55℃，保持1.5H，然后冷却至室温，得到铝合金模板。
实施例6，铝合金模板的制备三
称取以下重量份的原料：0.65份锂、0.42份镁、0.78份铍青铜、0.12份硅、0.33份锌、铝锭98.5份、铝锭中含铜量≤0.1％，含铁量≤0.2％；
配料：将锂、镁、铍青铜、硅、锌和铝锭进行配料；
熔炼：测试炉内氢气含量≤0.2mL/100g后，将熔炼炉先升温至300℃后，预热1H,然后将铍青铜、硅和铝锭加入熔炼炉，加入覆盖剂，再以40℃/min的速度升温至500℃，保持15min，以20℃/min的速度升温至750℃，加入除渣剂，扒渣，加入锂、镁和锌，搅拌均匀，冶炼10min，得到金属液；
精炼：加入精炼剂，于730℃的氮气氛围下进行一次精炼，精炼5min后，降温至700℃，于氮气氛围下进行第二次精炼，精炼5min，精炼完成后，进行扒渣，并以氮气和氩气的混合气体流速为15L/min，通入氮气和氩气的混合气体进行脱气，脱气完成后，然后转入保温炉中，于700℃的保温炉中保温5min，然后进行浇铸，冷却至300℃，得到铝合金基材；
表面处理：将铝合金基材降温至80℃，然后在铝合金基材的表面通过氟化氢进行化学蚀刻，化学蚀刻2H，蚀刻完成后，通入80℃的热风风干；
复配：将铝合金基材加热至120℃，将纤维增强复合材料融化，然后转入高温喷涂枪中，然后将熔融状态的纤维增强复合材料涂覆在经过表面处理的铝合金基材上，再以1.5m/min的速度进行辊压，反复辊压2次，辊压完成后，通入冷风，冷却固化；
时效处理：将冷却后的铝合金模板加热至120℃，保持3H，然后降温至50℃，保持2H，然后冷却至室温，得到铝合金模板。
对实施例四、实施例五和实施例六制备的铝合金模板进行连接强度、耐磨性、耐老化、耐混凝土实验，
测试结果如下：连接强度：实施例四13Mpa＜实施例五15.6Mpa＞实施例六13.2Mpa；
耐磨性：实施例四无磨损，实施例五无磨损，实施例六无磨损；
耐老化：实施例四1000H，有少量黄斑，实施例五1000H，没有变化，实施例六没有变化；
耐混凝土：实施例四周转500次，无脱离，表面无磨损；
实施例五周转500次，无脱离，表面无磨损；
实施例六周转500次，无脱离，表面无磨损；
从实施例四、实施例五和实施例六的实验结果中可以看出，实施例五制备得到的铝合金模板的连接强度最好，耐磨性最好，耐老化性、耐混凝土最佳。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
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