一种铝模板用轻量化独立支撑及其制备方法
阅读说明：本技术 一种铝模板用轻量化独立支撑及其制备方法 (Lightweight independent support for aluminum template and preparation method thereof ) 是由 唐华强 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及铝合金模板技术领域,尤其涉及一种铝模板用轻量化独立支撑及其制备方法,所述独立支撑包括基体,所述基体的表面设置有耐蚀增强层,所述基体的厚度为1.5-2mm,所述基体包括以下重量百分比的原料：锌3.5-8.5％、铜2.2-3.4％、镁0.9-1.5％、纳米氧化锌1.5-2％、二硼化钛0.6-0.9％、钛2-3％、锆0.3-0.5％、余量为铝,所述耐蚀增强层包括以下重量份原料：改性微晶纳米纤维素25-32份、纳米碳化钨15-20份、纳米氧化钇18-25份、氧化铬12-15份。本发明的一种铝模板用轻量化独立支撑及其制备方法,制备得到的独立支撑,具有更高的强度和抗弯曲能力,且质量更轻,有利于降低工程搬运成本。(The invention relates to the technical field of aluminum alloy templates, in particular to a lightweight independent support for an aluminum template and a preparation method thereof, wherein the independent support comprises a base body, a corrosion-resistant reinforcing layer is arranged on the surface of the base body, the thickness of the base body is 1.5-2mm, and the base body comprises the following raw materials in percentage by weight: 3.5-8.5% of zinc, 2.2-3.4% of copper, 0.9-1.5% of magnesium, 1.5-2% of nano zinc oxide, 0.6-0.9% of titanium diboride, 2-3% of titanium, 0.3-0.5% of zirconium and the balance of aluminum, wherein the corrosion-resistant enhancement layer comprises the following raw materials in parts by weight: 25-32 parts of modified microcrystalline nano-cellulose, 15-20 parts of nano-tungsten carbide, 18-25 parts of nano yttrium oxide and 12-15 parts of chromium oxide. According to the lightweight independent support for the aluminum template and the preparation method thereof, the prepared independent support has higher strength and bending resistance, is lighter in weight, and is beneficial to reducing the engineering carrying cost.)
技术领域
本发明涉及铝合金模板技术领域，尤其涉及一种铝模板用轻量化独立支撑及其制备方法。
背景技术
建筑模板是一种必不可少的建筑施工材料和重要工具，在现浇混凝土施工过程中发挥重要作用，其中铝合金模板技术作为新型模板技术,在房建工程中已经取得了较好的应用效果。铝合金模板全称为混凝土工程铝合金模板，是继木模板，竹、木胶合板、钢模板之后新一代模板系统。铝合金模板以铝合金型材为主要材料，经过机械加工和焊接等工艺制成的适用于混凝土工程的模板，并按照50mm模数设计由面板、肋、主体型材、平面模板、转角模板、早拆装置、支撑装置组合而成，而支撑装置中，独立支撑因其应用方便、安全可靠、施工速度快的优点而广泛应用。
现有技术中的独立支撑，对其优化大多关注于独立支撑的整体结构，而对其本身的性质如轻量化的优化鲜少报道。铝合金模板由于其可重复使用性，在一处工程完结后，会转运到另一处继续使用，如果能够降低独立支撑的质量，则会大大降低运输的费用，不仅有利于节省运输成本，也更有利于施工过程的进行。而现有的轻量化技术，大多是通过将部分材质替换为空心材料，以此达到降低重量的效果，但是往往会导致材料的强度降低，承载能力降低，或则为了保证强度而导致体积增大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种铝模板用轻量化独立支撑及其制备方法，制备得到的独立支撑，具有更高的强度和抗弯曲能力，且质量更轻，有利于降低工程搬运成本。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种铝模板用轻量化独立支撑，所述独立支撑包括基体，所述基体的表面设置有耐蚀增强层，所述基体的厚度为1.5-2mm。
进一步，所述基体包括以下重量百分比的原料：锌3.5-8.5％、铜2.2-3.4％、镁0.9-1.5％、纳米氧化锌1.5-2％、二硼化钛0.6-0.9％、钛2-3％、锆0.3-0.5％、余量为铝。
基体材料中，铜具有固溶强化效果，镁的加入能够降低基体的热裂倾向，增加基体的抗拉伸强度，改善抗蚀性和焊接性能，且镁和锌能够形成强化相，增加基体的强度，锆的加入能够和铝形成锆化铝析出球形的相粒子，结合二硼化钛能够增加基体的强度，而钛和硼能够形成金属间化合物，改善基体的韧性，纳米氧化锌的加入在加工的过程中能够起软模板的作用，能够改善晶核，诱导晶粒的细化，改善拉伸性能和抗弯曲能力，通过各原料之间的相互配合，协同作用，使得基体的强度大大提高，从而降低了基体的厚度，进而降低了独立支撑的重量。
进一步，所述基体包括以下重量百分比的原料：锌5％、铜2.5％、镁1.2％、纳米氧化锌1.8％、二硼化钛0.8％、钛3％、锆0.4％、余量为铝。
进一步，所述耐蚀增强层包括以下重量份原料：改性微晶纳米纤维素25-32份、纳米碳化钨15-20份、纳米氧化钇18-25份、氧化铬12-15份。
进一步，所述耐蚀增强层包括以下重量份原料：改性微晶纳米纤维素28份、纳米碳化钨16份、纳米氧化钇20份、氧化铬12份。
本发明还公开了一种铝模板用轻量化独立支撑的制备方法，包括以下步骤
基体的制备：将铝融化后依次加入锌、铜、镁、纳米氧化锌、二硼化钛、钛、锆，加热至完全溶解后，保温静置5-10min，去渣浇铸得到合金锭，将合金锭经过退火、锻压加工、固溶处理、时效处理得到基体；
预处理：将基体表面进行清洗、除油后，在其表面通过离子束刻蚀，形成若干长径比为35:1的微孔，然后将基体浸入保护溶液中，于50-55℃温度下浸泡5-10s，立即甩干，清洗干净后，再浸入刻蚀溶液中，在190-200kHz超声波条件下振动刻蚀25-30min，取出，清洗干净、烘干得到处理后基体；
复合：分别取改性微晶纳米纤维素、纳米碳化钨、纳米氧化钇、氧化铬超声震荡分散于去离子水中，加入十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合均匀得到电泳液，将电泳液水浴加热至45-50℃，持续搅拌2-3h，将304不锈钢作为阳极，处理后基体作为阴极置于电泳液中，稳定电压为105-125进行电泳沉积4-5min，且在电泳进行2min后在基体所在位置施加与基体相平行的磁场，电泳完成后得到复合基体；
后处理：将复合基体置于马弗炉中，于100℃温度下保温烘烤1-2h，再升温至250℃，于150-200pa压力下保温处理45-80min，然后通入空气卸去压力，升温至380℃温度下保温处理30-60min，处理完成后，冷却至室温，即可。
本发明的独立支撑的制备方法，在得到基体后，先通过离子束刻蚀在基体的表面形成高长径比的微孔，然后将基体浸入保护溶液中，由于处理时间短加上微孔高长径比的结构，保护溶液仅对微孔前端的部分进行处理到，再浸入刻蚀溶液中后，微孔前端不会与刻蚀溶液发生反应，而微孔后端没有经过保护溶液处理，在超声的作用下，微孔后端进行二次刻蚀，孔径变大，从而使得微孔整体形成阶梯孔的结构，再经过复合步骤，通过电泳处理将改性微晶纳米纤维素、纳米碳化钨、纳米氧化钇、氧化铬沉积到微孔内及基体表面经后处理形成增强耐蚀层，由于微孔的阶梯孔结构，使得增强耐蚀层和基体的结合力较强，在使用的过程中不容易发生脱落。
另外，在预处理过程中，在浸入刻蚀溶液后，结合超声处理能够促进刻蚀溶液进入到微孔内部，且在超声的震荡作用下，能够促使微孔内的刻蚀溶液发生振动，更有利于孔径的扩大，且纳米碳化钨、氧化铬均具有较高的硬度和较好的耐蚀性能，纳米氧化钇的加入能够提高耐蚀增强层的机械强度，改性微晶纳米纤维素经过处理也具有较高的强度，且通过后处理步骤，能够使得基体表面的增加耐蚀层形成致密的结构，能够更有效的保护内部的基体，增加强度和耐蚀性能。
进一步，所述保护溶液包括为0.1mol/L高锰酸钾溶液。
进一步，所述刻蚀溶液包括：碳酸钠1-2wt％、磷酸钠1-1.5wt％、偏铝酸钠0.5-1wt％、十二烷基苯磺酸钠0.5-1wt％，余量为去离子水。
进一步，所述改性微晶纳米纤维素的制备方法为：取微晶纳米纤维素搅拌分散于去离子水中得到溶液A，取六水合硫酸铁和七水合硫酸亚铁搅拌溶解于0.5mol/L盐酸溶液中，溶解完成后加入溶液A，搅拌混匀，滴加1.25mol/L氢氧化钠溶液调节pH至9-10，持续搅拌反应1-2h，得到反应液加入25％盐酸调节至中性，反应完成后利用磁分离收集，得到粗产品，将粗产品经过水洗、干燥得到改性微晶纳米纤维素。
通过水热反应在微晶纳米纤维素的表面负载的四氧化三铁，使得改性微晶纳米纤维素具有磁性，在复合的步骤中，在进行电泳沉积时，通过施加与基体平行的磁场，使得沉积到基体表面的微晶纳米纤维素相互能够平行排列，而这种结构能够进一步提高耐蚀增强层对基体的增强效果。
本发明的有益效果：
(1)本发明的一种铝模板用轻量化独立支撑，质量轻，强度高，抗弯曲能力更好，和现有的独立支撑相比，质量降低了40％，横向挠度值小于3mm。
(2)本发明的一种铝模板用轻量化独立支撑，其承载能力提升了2倍，进而提高了施工的安全系数。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
本发明的一种铝模板用轻量化独立支撑及其制备方法，所述独立支撑包括基体，所述基体的表面设置有耐蚀增强层，所述基体的厚度为1.5-2mm。
本发明的一种铝模板用轻量化独立支撑的制备方法如下：
实施例一
改性微晶纳米纤维素的制备
取微晶纳米纤维素搅拌分散于去离子水中得到微晶纳米纤维素质量浓度为5g/L的溶液A，比分别取六水合硫酸铁和七水合硫酸亚铁搅拌溶解于0.5mol/L盐酸溶液中，盐酸溶液中六水合硫酸铁的浓度为0.05mol/L，七水合硫酸亚铁的浓度为0.1mol/L，溶解完成后加入溶液A，溶液A中，六水合硫酸铁和微晶纳米纤维素的质量比为1:0.65，搅拌混匀，滴加1.25mol/L氢氧化钠溶液调节pH至9-10，持续搅拌反应1-2h，得到反应液加入25％盐酸调节至中性，反应完成后利用磁分离收集，得到粗产品，将粗产品经过水洗、干燥得到改性微晶纳米纤维素。
基体的制备：按照质量百分比5％、2.5％、1.2％、1.8％、0.8％、3％、0.5％、分别称取锌、铜、镁、纳米氧化锌、二硼化钛、钛、锆，余量为铝；按照现有的方法将铝融化后依次加入锌、铜、镁、纳米氧化锌、二硼化钛、钛、锆，加热至完全溶解后，保温静置10min，去渣浇铸得到合金锭，将合金锭按照现有方法经过退火、锻压加工、固溶处理、时效处理得到壁厚为1.5mm的基体；
预处理：将基体表面进行清洗、除油后，在其表面在离子能量为500ev，离子束流100mA，加速电压250V，工作压强为200Pa条件下，以氩离子束进行离子束刻蚀，形成若干长径比为10:1的微孔，然后将基体浸入保护溶液0.1mol/L高锰酸钾溶液中，于55℃温度下浸泡10s，立即甩干，清洗干净后，再浸入包括碳酸钠2wt％、磷酸钠1.2wt％、偏铝酸钠0.8wt％、十二烷基苯磺酸钠0.5wt％，余量为去离子水的刻蚀溶液中，在200kHz超声波条件下振动刻蚀30min，取出，清洗干净、烘干得到处理后基体；
复合：分别取改性28重量份微晶纳米纤维素、16重量份纳米碳化钨、20重量份纳米氧化钇、112重量份氧化铬超声震荡分散于150重量份去离子水中，加入5重量份十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合均匀得到电泳液，将电泳液水浴加热至50℃，持续搅拌2h，将304不锈钢作为阳极，处理后基体作为阴极置于电泳液中，稳定电压为120V进行电泳沉积5min，电泳同时施加与基体相平行的磁场强度为750A/m的磁场，电泳完成后得到复合基体；
后处理：将复合基体置于马弗炉中，于100℃温度下保温烘烤2h，再升温至250℃，于180pa压力下保温处理80min，然后通入空气卸去压力，升温至380℃温度下保温处理60min，处理完成后，冷却至室温，即可。
实施例二
改性微晶纳米纤维素的制备与实施例一相同。
基体的制备：按照质量百分比3.5％、3.4％、1.5％、1.5％、0.6％、3％、0.3％、分别称取锌、铜、镁、纳米氧化锌、二硼化钛、钛、锆，余量为铝；按照现有的方法将铝融化后依次加入锌、铜、镁、纳米氧化锌、二硼化钛、钛、锆，加热至完全溶解后，保温静置5min，去渣浇铸得到合金锭，将合金锭按照现有方法经过退火、锻压加工、固溶处理、时效处理得到壁厚为2mm的基体；
预处理：将基体表面进行清洗、除油后，在其表面在离子能量为490ev，离子束流95mA，加速电压350V，工作压强为200Pa条件下，以氩离子束进行离子束刻蚀，形成若干长径比为10:1的微孔，然后将基体浸入保护溶液0.1mol/L高锰酸钾溶液中，于55℃温度下浸泡5s，立即甩干，清洗干净后，再浸入包括碳酸钠1.2wt％、磷酸钠1wt％、偏铝酸钠0.5wt％、十二烷基苯磺酸钠1wt％，余量为去离子水的刻蚀溶液中，在195kHz超声波条件下振动刻蚀28min，取出，清洗干净、烘干得到处理后基体；
复合：分别取改性32重量份微晶纳米纤维素、15重量份纳米碳化钨、25重量份纳米氧化钇、14重量份氧化铬超声震荡分散于150重量份去离子水中，加入5重量份十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合均匀得到电泳液，将电泳液水浴加热至50℃，持续搅拌2h，将304不锈钢作为阳极，处理后基体作为阴极置于电泳液中，稳定电压为105V进行电泳沉积5min，电泳同时施加与基体相平行的磁场强度为500A/m的磁场，电泳完成后得到复合基体；
后处理：将复合基体置于马弗炉中，于100℃温度下保温烘烤1h，再升温至250℃，于150pa压力下保温处理80min，然后通入空气卸去压力，升温至380℃温度下保温处理45min，处理完成后，冷却至室温，即可。
实施例三
改性微晶纳米纤维素的制备与实施例一相同。
基体的制备：按照质量百分比8.5％、2.2％、0.9％、2％、0.9％、2％、0.5％、分别称取锌、铜、镁、纳米氧化锌、二硼化钛、钛、锆，余量为铝；按照现有的方法将铝融化后依次加入锌、铜、镁、纳米氧化锌、二硼化钛、钛、锆，加热至完全溶解后，保温静置8min，去渣浇铸得到合金锭，将合金锭按照现有方法经过退火、锻压加工、固溶处理、时效处理得到壁厚为1.5mm的基体；
预处理：将基体表面进行清洗、除油后，在其表面在离子能量为510ev，离子束流115mA，加速电压400V，工作压强为200Pa条件下，以氩离子束进行离子束刻蚀，形成若干长径比为10:1的微孔，然后将基体浸入保护溶液0.1mol/L高锰酸钾溶液中，于50℃温度下浸泡10s，立即甩干，清洗干净后，再浸入包括碳酸钠1wt％、磷酸钠1.5wt％、偏铝酸钠1wt％、十二烷基苯磺酸钠0.8wt％，余量为去离子水的刻蚀溶液中，在190kHz超声波条件下振动刻蚀30min，取出，清洗干净、烘干得到处理后基体；
复合：分别取改性25重量份微晶纳米纤维素、20重量份纳米碳化钨、18重量份纳米氧化钇、15重量份氧化铬超声震荡分散于150重量份去离子水中，加入5重量份十二烷基苯磺酸钠，搅拌混合均匀得到电泳液，将电泳液水浴加热至45℃，持续搅拌3h，将304不锈钢作为阳极，处理后基体作为阴极置于电泳液中，稳定电压为125V进行电泳沉积4min，电泳同时施加与基体相平行的磁场强度为850A/m的磁场，电泳完成后得到复合基体；
后处理：将复合基体置于马弗炉中，于100℃温度下保温烘烤1.5h，再升温至250℃，于200pa压力下保温处理45min，然后通入空气卸去压力，升温至380℃温度下保温处理30min，处理完成后，冷却至室温，即可。
实施例四
本实施例和实施例一相比，其不同之处在于，将改性微晶纳米纤维替换为常规的微晶纳米纤维。
实施例五
本实施例和实施例一相比，其不同之处在于，在复合步骤中，在电泳过程中对基体不施加磁场。
实施例六
本实施例和实施例一相比，其不同之处在于，在预处理步骤中，仅对基体进行离子束刻蚀。
对实施例一～实施例六制备所得的铝合金独立支撑以及市场上购得的独立支撑，进行质量、承载能力、强度、挠度用现有技术进行测试，测试结果如下所示：
从上述数据可以看出，采用本发明的方法制备得到的独立支撑，其质量比现有的铝合金独立支撑的重量降低了40％左右，而其承载能力提升了约2倍，挠度降低至小于3mm，且屈服强度和抗拉极限强度均优于现有的独立支撑。
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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