鋁合金材料及其表面處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋁合金材料及其表面處理方法，鋁合金材料的組分分別為：鋰、鋅、銅、硅、錳、鎂、鈦、硼、鍺和鉬，其余成分為鋁。鋁合金材料的表面處理方法，包括以下步驟：（1）去除鋁合金材料的表面氧化膜；（2）將步驟（1）所得的鋁合金材料進行化學鍍。本發(fā)明綜合提高了鋁合金材料的各方面性能，增強鋁合金的機械強度和拉伸性能，提高鋁合金材料的抗張強度、屈服極限以及耐熱性能。本發(fā)明的表面處理方法，有利于改善鋁合金表面的穩(wěn)定，使得鋁合金材料表面比較光亮，美觀性好。
【專利說明】 鋁合金材料及其表面處理方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金材料及其表面處理方法，屬于金屬材料機金屬材料的加工【技術領域】。

【背景技術】
[0002]鋁是純白色輕金屬，有延展性，商品常制成棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀。在潮濕空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的氧化膜。鋁粉和鋁箔在空氣中加熱猛烈燃燒，并發(fā)出炫目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液，難溶于水。鋁在地殼中的含量僅次于氧和硅，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素。航空、建筑、汽車三大重要行業(yè)的發(fā)展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨特性質，這就大大有利于這種新金屬鋁的生產和應用，鋁的應用極為廣泛。
[0003]鋁合金是工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中已大量應用，工業(yè)經濟的飛速發(fā)展，對鋁合金焊接結構件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之伸入。鋁合金密度低，但是強度比較高，接近甚至超過優(yōu)質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性，導熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣發(fā)使用，使用量僅次于鋼。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機械性能，物理性能和抗腐蝕性能。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術的發(fā)展，同時焊接技術的發(fā)展又拓展了鋁合金的應用領域，因此，鋁合金的焊接技術正成為研究的熱點之一。
[0004]鋁合金材料大量運用于建筑、民用和工業(yè)領域，而目前工業(yè)用高強度鋁合金材料很多不同的要求，如，要求具有高強度、高韌性和良好的加工成型性能、高耐腐蝕能力，有多種表面處理性能或者良好的熱處理性能等。目前，高強鋁合金在工業(yè)領域運用的數(shù)量和范圍越來越大，但，現(xiàn)有的高強鋁合金材料遠遠不能滿足工業(yè)領域的要求?，F(xiàn)有高強鋁合金材料只滿足上述部分條件，不能同時滿足上述所有條件，尤其是在加工成型、表面質量、熱處理等性能方面不能滿足。這也使得高強度鋁合金材料在工業(yè)領域中的使用收到限制，影響高強度鋁合金在工業(yè)領域的使用量。綜上，運用于工業(yè)領域的鋁合金材料一般要求具有高強度，高韌性、高表面質量和多種表面處理能力，但是由于這種鋁合金化程度高，其存在加工成型困難、熱處理要求高、表面質量差、表面吃力困難的不足。
[0005]高強鋁合金具有強度高，塑性好，可焊性好以及耐腐蝕性能優(yōu)良等特點，被廣泛應用于飛機的各種結構件和其他強度要求高的高應力焊接結構件上，是目前許多軍用和民用飛機、交通運輸工具中不可缺少的重要結構材料。隨著航天航空技術發(fā)展對材料要求的日益提聞，研究人員正著力開發(fā)強度更聞，綜合性能優(yōu)良的聞強度可焊接招合金，目如為提聞焊接用的高強度鋁合金的綜合性能，主要是在追求材料高強度的同時，降低由于強度提高對抗應力腐蝕性能、斷裂韌性和疲勞強度等造成不良影響。
[0006]隨著各行業(yè)對高強度鋁合金的要求日益提高，并提出了高載荷、輕質化、高強、高韌、高模量、良好耐腐蝕性能及焊接性能等一系列要求，但目前的研究在一味追求高強度、高韌性鋁合金卻忽視了提高材料的焊接性能，使得現(xiàn)有的鋁合金材料要么強度高而焊接性能差或者焊接性能好膽強度低，導致部分鋁合金結構零件的尺寸選擇上偏向與尺寸較厚且焊接性能較好的材料。零件尺寸較厚主要由兩個發(fā)面原因:一方面由于強度低而達不到需要的強度，因此借助厚度來解決所需的高載荷問題；另一方面現(xiàn)存的鋁合金大多數(shù)是追求高強度高韌性，而很少又在強度基礎上重視焊接性能的，因此，在高潛伏鋁合金焊接方面的不足，使得鋁合金的結構件在選擇上會偏向強度低而有較好的焊接性能的材料，從而會造成的零件尺寸較厚導致無法滿足鋁合金結構件高載荷和輕質化的要求。
[0007]發(fā)明人檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?01210225837.7的發(fā)明專利(一種鐵合金材料)，其特征是:組成合金材料的金屬兀素為Fe、Co、N1、Cu、Cr ;合金材料各兀素質量百分成分:Co16.81 ?17.08，Nil6.83 ?17.20，Cu 17.69 ?18.40，Cr 14.58 ?15.37，F(xiàn)e 32.02?33.05，其余為雜質元素，各組成元素的質量百分比之和為100%。其優(yōu)點是:本發(fā)明提供的鐵合金材料，添加各的元素使合金材料具有良好強度、韌性及力學性能，從而具有很好的壓縮強度和塑性，隨熱處理溫度的升高，該材料壓縮強度沒有明顯的降低，且塑性得到大幅度的提升，同時合金材料具有耐高溫性。合金材料在800°C溫度下退火保溫5小時后，合金材料的強度和塑性綜合性能最佳。但是該鐵合金材料制作程序復雜，制作成本高，周期長。
[0008]還檢索發(fā)現(xiàn)申請?zhí)枮?01310712907.6的發(fā)明公開一種銀合金材料以及其制備工藝，銀合金材料由重量組分的合金成分組成:銀85-96，銅1-3，鋅1.0-1.6，鈀0.2-1.0，鎘0.2-0.8，鋯1.2-2.0，釕1.1-2.0，鎂0.5-1.3。該發(fā)明提高了銀合金的耐高溫性能、延展性和硬度，使銀合金材料更易于造型，且在銀合金材料中添加的的網狀結構，提高了銀合金材料的整體穩(wěn)定性和銀合金材料的延展性，使銀合金更易于加工成型，因為網狀結構的三元合金金屬絲比較細致，且包裹在銀-銅的二元合金中，不影響銀合金材料的成色和加工后的飾品的美觀度。等離子清洗機清洗可以使銀合金材料不易氧化。但是該專利的材料成本高，由于較高的價格導致應用范圍受限，不可能廣泛應用。


【發(fā)明內容】

[0009]為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了鋁合金材料及其表面處理方法，本鋁合金材料的組分及制備方法如下:
鋁合金材料，主要成分是鋁，鋁合金材料中包括如下組分:鋰、鋅、銅、硅、錳、鎂、鈦和硼，其特征是所述各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.01%?0.08%,
鋅:0.07%?0.5%,
銅:0.2%?2%，
硅:0.1%?0.4%,
錳:0.05%?0.1%，
鎂:1%?4%，
鈦:0.06%?0.12%,
硼:0.002%?0.02%。
[0010]所述鋁合金材料中還包括鍺，所述鍺的重量百分比為0.0019Γ0.01%。
[0011]所述鋁合金材料中還包括鑰，所述鑰的重量百分比為0.0089Γ0.012%。
[0012]所述鋁合金材料中各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.02%?0.07%,
鋅:0.12%?0.45%,
銅:0.8%?1.4%,
硅:0.2%?0.3%,
錳:0.06%?0.08%,
鎂:2%?3%，
鈦:0.07%?0.11%,
硼:0.006%?0.014%,
鍺:0.002%?0.007%,
鑰:0.009%?0.011%,
其余成分為招。
[0013]所述鋁合金材料中各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.045%，鋅:0.3%，銅:1.1%，硅:0.25%，錳:0.075%，鎂:4%，鈦:0.09%，硼:0.011%,鍺:0.005%，鑰:0.01%，其余成分為鋁。
[0014]鋁合金材料的表面處理方法，其特征是包括以下步驟:
(1)去除鋁合金材料的表面氧化膜；
(2)將步驟(1)所得的鋁合金材料進行化學鍍。
[0015]所述步驟(1)中除鋁合金材料的表面氧化膜的方法是將鋁合金材料在弱酸溶液中浸泡，浸泡時間為0.5一1.5小時。
[0016]所述步驟(2)中化學鍍過程為:以鋁合金材料作為陽極，電解槽作為陰極，在電解質溶液中，進行電鍍反應，在鋁合金材料形成一層鋅層，鋅層的厚度不大于9微米。
[0017]本發(fā)明的通過在鋁中增加鋰、鋅、銅、硅、錳、鎂、鈦、硼、鍺和鑰等諸多元素，綜合提高了鋁合金材料的各方面性能，增強鋁合金的[U1]，同時，還可以提高合金的塑性，使得鋁合金具有更好的應用市場。
[0018]利用本發(fā)明鋁合金材料制作成的鋁管有很好的高抗拉強度，高屈服強度、高延伸率、耐腐蝕性能，高溫穩(wěn)定性。且成本地銅管便宜，且性能比鐵管高，是替代空調用鐵管、鋼管的重要材料。本發(fā)明中加入一定量的多種合金元素，這些合金元素對于提高合金的機械強度、延伸性能以及提高合金的加工性能都起到很好的效果，合金的抗拉強度能達到340MPa，延伸率能達到9%，布氏硬度(HB)超過210，屈服強度高于350Mpa，本發(fā)明的鋁合金材料具有良好的耐腐蝕性能和高溫抗變性能。
[0019]本發(fā)明中含有鑰元素，鑰元素作為復雜合金化的特征添加元素，鑰在合金中形成Α1Μο3^ A112Mo等金屬化合物彌散性高溫強化相，有效地提高了合金的室溫強度、耐熱強度。
[0020]本發(fā)明中，鈦與鋁形成TiA12相，成為結晶時的非自發(fā)核心，起細化鑄造組織和焊縫組織的作用，T1-Al系合金產生包反應時，鈦的臨界含量約為0.15%，如果有硼存在，則減小到0.01%，故本發(fā)明合金中同時增加了鈦和硼。
[0021 ] 本發(fā)明的鋁合金材料的表面處理方法，通過在電解質的方法在鋁合金表面鍍上一層鋅層，有利于改善鋁合金表面的穩(wěn)定，使得鋁合金材料表面比較光亮，避免氧化后暗淡， 影響使用的美觀性；同時，表面處理方法簡單，有利于工業(yè)化生產。

【具體實施方式】
[0022]下面結合【具體實施方式】，進一步闡明本發(fā)明。應理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0023]本【技術領域】技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發(fā)明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0024]實施例1:
鋁合金材料，主要成分是鋁，鋁合金材料中包括如下組分:鋰、鋅、銅、硅、錳、鎂、鈦和硼，所述各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.01%,鋅:0.07%,銅:0.2%,硅:0.1%，錳:0.05%,鎂:1%，鈦:0.06%,硼:0.002%。
[0025]實施例2:
鋁合金材料，主要成分是鋁，鋁合金材料中包括如下組分:鋰、鋅、銅、硅、錳、鎂、鈦和硼，所述各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.08%,鋅:0.5%，銅:2%，硅:0.4%，錳:0.1%，鎂:4%，鈦:0.12%，硼:0.02%。
[0026]實施例3:
鋁合金材料，主要成分是鋁，鋁合金材料中包括如下組分:鋰、鋅、銅、硅、錳、鎂、鈦和硼，所述各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.01%,鋅:0.07%,銅:0.2%,硅:0.1%，錳:0.05%,鎂:1%，鈦:0.06%,硼:0.002%。
[0027]所述鋁合金材料中還包括鍺，所述鍺的重量百分比為0.001%。
[0028]實施例4:
鋁合金材料，主要成分是鋁，鋁合金材料中包括如下組分:鋰、鋅、銅、硅、錳、鎂、鈦和硼，所述各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.08%,鋅:0.5%，銅:2%，硅:0.4%，錳:0.1%，鎂:4%，鈦:0.12%，硼:0.02%。
[0029]所述鋁合金材料中還包括鍺，所述鍺的重量百分比為0.01%。
[0030]實施例5:
鋁合金材料，主要成分是鋁，鋁合金材料中包括如下組分:鋰、鋅、銅、硅、錳、鎂、鈦和硼，所述各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.01%,鋅:0.07%,銅:0.2%,硅:0.1%，錳:0.05%,鎂:1%，鈦:0.06%,硼:0.002%。
[0031]所述鋁合金材料中還包括鍺，所述鍺的重量百分比為0.001%,
所述鋁合金材料中還包括鑰，所述鑰的重量百分比為0.008%。
[0032]實施例6:
鋁合金材料，主要成分是鋁，鋁合金材料中包括如下組分:鋰、鋅、銅、硅、錳、鎂、鈦和硼，所述各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.08%,鋅:0.5%，銅:2%，硅:0.4%，錳:0.1%，鎂:4%，鈦:0.12%，硼:0.02%。
[0033]所述鋁合金材料中還包括鍺，所述鍺的重量百分比為0.01%,
所述鋁合金材料中還包括鑰，所述鑰的重量百分比為0.012%。
[0034]實施例7:
所述鋁合金材料中各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.02%,鋅:0.12%,銅:0.8%,硅:0.2%,錳:0.06%,鎂:2%，鈦:0.07%,硼:0.006%,鍺:0.002%，鑰:0.009%，其余成分為鋁。
[0035]實施例8:
所述鋁合金材料中各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.07%,鋅:0.45%，銅:1.4%，硅:0.3%，錳:0.08%,鎂:3%，鈦:0.11%，硼:
0.014%，鍺:0.007%，鑰:0.011%，其余成分為鋁。
[0036]實施例9:
所述鋁合金材料中各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.045%，鋅:0.3%，銅:1.1%，硅:0.25%，錳:0.075%，鎂:4%，鈦:0.09%，硼:0.011%,鍺:0.005%，鑰:0.01%，其余成分為鋁。
[0037]實施例10:
鋁合金材料的表面處理方法，其特征是包括以下步驟:
(1)去除鋁合金材料的表面氧化膜；
(2)將步驟(1)所得的鋁合金材料進行化學鍍。
[0038]實施例11:
所述步驟(1)中除鋁合金材料的表面氧化膜的方法是將鋁合金材料在弱酸溶液中浸泡，浸泡時間為0.5—1.5小時。其他方法步驟與實施例10相同。
[0039]實施例12:
所述步驟(2)中化學鍍過程為:以鋁合金材料作為陽極，電解槽作為陰極，在電解質溶液中，進行電鍍反應，在鋁合金材料形成一層鋅層，鋅層的厚度不大于9微米。其他方法步驟與實施例11相同。
[0040]本發(fā)明方案所公開的技術手段不僅限于上述技術手段所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。
[0041]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據(jù)權利要求范圍來確定其技術性范圍。
【權利要求】
1.鋁合金材料，主要成分是鋁，鋁合金材料中包括如下組分:鋰、鋅、銅、硅、錳、鎂、鈦和硼，其特征是所述各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.01%?0.08%,
鋅:0.07%?0.5%,
銅:0.2%?2%，
硅:0.1%?0.4%,
錳:0.05%?0.1%， 鎂:1%?4%，
鈦:0.06%?0.12%,
硼:0.002%?0.02%。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金材料，其特征是所述鋁合金材料中還包括鍺，所述鍺的重量百分比為0.0019Γ0.01%。
3.根據(jù)權利要求2所述的鋁合金材料，其特征是所述鋁合金材料中還包括鑰，所述鑰的重量百分比為0.0089Π).012%。
4.根據(jù)權利要求3所述的鋁合金材料，其特征是所述鋁合金材料中各組分的重量百分比分別為:
鋰:0.02%?0.07%,
鋅:0.12%?0.45%,
銅:0.8%?1.4%,
硅:0.2%?0.3%,
錳:0.06%?0.08%, 鎂:2%?3%，
鈦:0.07%?0.11%,
硼:0.006%?0.014%,
鍺:0.002%?0.007%,
鑰:0.009%?0.011%, 其余成分為招。
5.根據(jù)權利要求3所述的鋁合金材料，其特征是所述鋁合金材料中各組分的重量百分比分別為: 鋰:0.045%，鋅:0.3%，銅:1.1%，硅:0.25%，錳:0.075%，鎂:4%，鈦:0.09%，硼:0.011%,鍺:0.005%，鑰:0.01%，其余成分為鋁。
6.如權利要求4所述的鋁合金材料的表面處理方法，其特征是包括以下步驟: (1)去除鋁合金材料的表面氧化膜； (2)將步驟(I)所得的鋁合金材料進行化學鍍。
7.根據(jù)權利要求6所述的鋁合金材料的表面處理方法，其特征是所述步驟(I)中除鋁合金材料的表面氧化膜的方法是將鋁合金材料在弱酸溶液中浸泡，浸泡時間為0.5-1.5小時。
8.根據(jù)權利要求7所述的鋁合金材料的表面處理方法，其特征是所述步驟(2)中化學鍍過程為:以鋁合金材料作為陽極，電解槽作為陰極，在電解質溶液中，進行電鍍反應，在鋁合金材料形成一層鋅層，鋅層的厚度不大于9微米。
【文檔編號】C22C21/08GK104372211SQ201410573896
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權日:2014年10月24日
【發(fā)明者】錢國東 申請人:無錫樂華自動化科技有限公司