本發(fā)明涉及鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強耐磨電泳鋁合金型材。

背景技術(shù)：

鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。因其密度低，強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗蝕性等性能，可加工成各種型材，廣泛用于機(jī)械制造、運輸機(jī)械、動力機(jī)械及航空工業(yè)等方面。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，對鋁合金型材的強度和耐磨性能提出了更高的要求。因此，亟需開發(fā)一種同時具有高強度耐磨性能的鋁合金型材。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種高強耐磨電泳鋁合金型材，其比普通型材具有更高的強度和耐磨性能。

本發(fā)明提出的一種高強耐磨電泳鋁合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg 0.75-0.95％、Si 1.4-1.8％、Fe 0.1-0.3％、Zn 0.2-0.4％、Cu 0.05-0.2％、Mn 0.2-0.28％、Ti 0.02-0.1％、Cr 0.05-0.1％、Y 0.07-0.12％、余量為Al，并按以下步驟制備：

S1、按上述配方成分將各原料熔煉后澆鑄得到鑄錠，將鑄錠升溫至520-550℃后保溫2-5h，再降溫至400-450℃后保溫2-5h，送入擠壓機(jī)中進(jìn)行擠壓成型，擠壓模具的預(yù)熱溫度為450-470℃，擠壓速度為5-40m/min，擠壓結(jié)束后空冷至50℃以下，再進(jìn)行拉伸矯直，得到鋁合金型材坯件；

S2、將S1得到的鋁合金型材坯件除油，電解，去灰，陽極氧化后，再進(jìn)行電泳處理，在所述型材表面形成厚度為5-25μm的涂膜，其中電泳涂料為水性丙烯酸涂料，電泳處理的電壓為130-150V，時間為300-400s，溫度為23-26℃，pH值為5.1-6.3，固體份為13-18wt％。

優(yōu)選地，Mg、Si的重量配比為0.5-0.7，Mg、Si的重量百分?jǐn)?shù)之和為2.3-2.5％。

優(yōu)選地，S1中，升溫至520-550℃過程中，升溫速率為50-80℃/h；降溫至400-450℃過程中，降溫速率為5-15℃/h。

優(yōu)選地，S1中，拉伸矯直的變形量為1-3％。

優(yōu)選地，S2中，將S1得到的鋁合金型材坯件除油中，先將鋁合金型材坯件加入除油槽中，在45-55℃下除油1-5min，再經(jīng)過兩級水洗，其中所述除油液為含量3-5wt％的氫氧化鈉溶液；將S1得到的鋁合金型材坯件電解時，將除油后的鋁合金型材坯件在20-40℃下電解0.2-2min，電解液包括磷酸1.5-10wt％、苯甲酸0.01-1wt％、乙二胺0.01-1wt％、鋁鹽0.01-2wt％、余量為水；將S1得到的鋁合金型材坯件去灰時，將電解后的鋁合金型材坯件采用酸性混合液進(jìn)行處理，室溫下去灰處理0.5-1.5min，酸性混合液包括硝酸50-70ml/L、氟化鈉50-100g/L。

優(yōu)選地，S2中，陽極氧化中采用的電解液包括：硫酸150-220g/L、羥基乙酸5-10g/L、酒石酸20-40g/L，檸檬酸鹽1-5g/L，電流密度為2-2.5A/dm²，氧化溫度為30-50℃，氧化時間為15-35min。

優(yōu)選地，S2中，所述水性丙烯酸涂料按重量份包括：丙烯酸樹脂60-80份、氨基樹脂20-40份、粉體填料5-25份、硅烷偶聯(lián)劑1-3份、分散劑0.5-2份、成膜助劑0.5-1份、流平劑1-3份、異丁醇2-8份、乙二醇正丁醚1-3份、三乙胺1-3份。

優(yōu)選地，所述水性丙烯酸樹脂的制備方法包括：將甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸異冰片酯加入到含有引發(fā)劑、乳化劑的水溶液中，在50-70℃條件下，攪拌0.2-0.5h；向里加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙醇，升溫至80-100℃，攪拌0.05-0.1h；調(diào)節(jié)pH為7-8，向里加入金屬離子交聯(lián)劑，保溫攪拌1-3h；過濾出料，得到所述丙烯酸樹脂；優(yōu)選地，所述金屬離子交聯(lián)劑選自含有Mg²⁺、Ca²⁺、Al³⁺中的一種或者至少兩種組合的化合物。

優(yōu)選地，所述粉體填料為玻璃纖維、二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鋅、氧化鐵、白炭黑、硅酸鹽、滑石粉、云母、氫氧化鋁、石墨、炭黑、碳酸鈣、硫酸鋇、氮化硼中一種或者多種的混合物。

本發(fā)明所述高強耐磨電泳鋁合金型材，通過對合金中Mg元素和Si元素的用量配比進(jìn)行限定，在保證合金中所有Mg能形成Mg₂Si相以發(fā)揮Mg的強化作用的同時，隨著Si含量的增加，合金的晶粒變得細(xì)小，合金的流動性增大，鑄造性能提高，熱處理強化效果增大，型材的強度得到顯著提高，為合金的最終強度性能的提升奠定基礎(chǔ)；適量Fe、Mn元素的加入則可以在合金中形成A1(MnFe)₃Si相，其對于提高合金耐磨性能具有顯著的效果，為最終合金耐磨性的提升奠定基礎(chǔ)；微量Cr的加入可以改善Al-Mg-Si合金的鑄態(tài)組織，在鑄錠均勻化處理過程中，形成含Mn、Cr的第二相Al(MnFe)Si和Al(MnCrFe)Si顆粒，其可以加速β-FeAlSi相向尺度較小的粒狀的α-FeAlSi相轉(zhuǎn)化，不僅減少了粗大結(jié)晶相對合金性能的不利影響，而且含Mn、Cr相的彌散質(zhì)點可阻止合金熱擠壓過程中的再結(jié)晶，有利于得到纖維狀組織，并促進(jìn)細(xì)小時效強化相的析出，從而強化了合金；稀土Y的加入不僅可以凈化去氫、氧、氮、碳等，通過產(chǎn)生稀土氫化物的方式去除氫的有害作用，而且細(xì)化晶粒，產(chǎn)生稀土高熔點化合物成為晶核核心，對于改善合金各種性能具有顯著效果。其次，在具體制備過程中，通過對鑄錠進(jìn)行均勻化處理，控制均勻化處理的參數(shù)，在形成彌散相粒子的同時防止了鑄錠的過燒現(xiàn)象，并減少了鑄造過程中粗大結(jié)晶相，促進(jìn)了合金元素的原子擴(kuò)散，有利于后續(xù)的擠壓和拉伸矯直；之后對鑄錠和磨具進(jìn)行了預(yù)熱，防止了在制備過程中，磨具和鑄錠的開裂，擠壓后進(jìn)行了拉伸矯直，通過控制擠壓和拉伸矯直的參數(shù)，在防止產(chǎn)生“桔皮”、斜角、開口變形的前提下消除了彎曲扭擰，改善了鋁合金型材的性能；最后，本發(fā)明中還包括對鋁合金型材進(jìn)行了表面處理，將鋁合金型材坯件依次經(jīng)過除油，電解，去灰，陽極氧處理，在各個工藝條件的優(yōu)化條件下，在型材表面形成厚度適中的微米甚至納米級結(jié)構(gòu)的氧化膜，從而顯著提高鋁合金型材的耐磨、耐光和耐腐蝕性能；之后在該氧化膜的基礎(chǔ)上對鋁合金型材進(jìn)行電泳涂裝處理，通過選擇水性丙烯酸樹脂作為電泳涂料的成膜物質(zhì)，由于在制備該成膜物質(zhì)過程中，一方面通過甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸異冰片酯作為硬單體進(jìn)行聚合，以保證涂膜具有一定的硬度；另一方面通過加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯等作為軟單體，以保證乳液在較低的溫度可以成膜，并使膜有一定的柔韌性，使乳膠粒內(nèi)硬外軟，這種成膜物質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以顯著提高涂膜的耐磨性能；此外所述丙烯酸樹脂中還加入了一定的有機(jī)硅單體進(jìn)行共聚反應(yīng)，有機(jī)硅單體水解后形成硅醇結(jié)構(gòu)，與涂料組分中的粉體填料在硅烷偶聯(lián)架橋作用下，使得成膜樹脂與粉體填料可以形成一種有機(jī)-無機(jī)的硅溶膠結(jié)構(gòu)，其不僅能夠提高成膜涂層的耐磨性能，而且能取代傳統(tǒng)鋁合金陽極氧化膜的重鉻酸鹽進(jìn)行封孔，減小對環(huán)境污染溶膠進(jìn)行封孔的同時，由于該溶膠可滲入氧化膜的空隙中，膠粒填塞孔洞和覆蓋孔口，且溶膠中較小的顆粒可進(jìn)入膜孔層內(nèi)部，由小顆粒聚集而成的大顆粒則覆蓋于氧化膜表面上，因此形成了一種耐膜性更強的溶膠-凝膠涂層，其緊緊附著于氧化膜的表面，提升了氧化膜的耐磨和耐蝕性能。

對本發(fā)明所述高強耐磨電泳鋁合金型材進(jìn)行性能檢測，結(jié)果如下：抗拉強度為529-556MPa，屈服強度為396-438MPa，延伸率為14-14.5％，體積磨損率5.4-6.2×10^-3mm³/m，鹽霧試驗腐蝕率為0.1-0.121mg/cm²·d。，

具體實施方式

下面，通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例1

本發(fā)明提出的一種高強耐磨電泳鋁合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg 0.75％、Si 1.8％、Fe 0.1％、Zn 0.4％、Cu 0.05％、Mn 0.28％、Ti 0.02％、Cr 0.1％、Y 0.07％、余量為Al，并按以下步驟制備：

S1、按上述配方成分將各原料熔煉后澆鑄得到鑄錠，將鑄錠以50℃/h的升溫速率升溫至550℃后保溫2h，再以15℃/h的降溫速率降溫至400℃后保溫5h，送入擠壓機(jī)中進(jìn)行擠壓成型，擠壓模具的預(yù)熱溫度為450℃，擠壓速度為40m/min，擠壓結(jié)束后空冷至50℃以下，再進(jìn)行拉伸矯直，拉伸矯直的變形量為1％，得到鋁合金型材坯件；

S2、將S1得到的鋁合金型材坯件加入除油槽中，在45℃下除油5min，再經(jīng)過兩級水洗，其中所述除油液為含量3wt％的氫氧化鈉溶液，再將除油后的鋁合金型材坯件在40℃下電解0.2min，電解液包括磷酸10wt％、苯甲酸0.01wt％、乙二胺1wt％、鋁鹽0.01wt％、余量為水，接著將電解后的鋁合金型材坯件采用酸性混合液進(jìn)行處理，室溫下去灰處理1.5min，酸性混合液包括硝酸50ml/L、氟化鈉100g/L，再進(jìn)行陽極氧化，陽極氧化中采用的電解液包括：硫酸150g/L、羥基乙酸10g/L、酒石酸20g/L，檸檬酸鹽5g/L，電流密度為2A/dm²，氧化溫度為50℃，氧化時間為15min，接著進(jìn)行電泳處理，在所述型材表面形成厚度為25μm的涂膜，其中電泳涂料為水性丙烯酸涂料，所述水性丙烯酸涂料按重量份包括：丙烯酸樹脂60份、氨基樹脂40份、玻璃纖維5份、硅烷偶聯(lián)劑3份、分散劑0.5份、成膜助劑1份、流平劑1份、異丁醇8份、乙二醇正丁醚1份、三乙胺3份，制備所述水性丙烯酸樹脂的方法包括：將甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸異冰片酯加入到含有引發(fā)劑、乳化劑的水溶液中，在50℃條件下，攪拌0.5h，向里加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙醇，升溫至80℃，攪拌0.1h，調(diào)節(jié)pH為7，向里加入金屬離子交聯(lián)劑，保溫攪拌3h，過濾出料，得到所述丙烯酸樹脂；電泳處理的電壓為130V，時間為400s，溫度為23℃，pH值為6.3，固體份為13wt％。

實施例2

本發(fā)明提出的一種高強耐磨電泳鋁合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg 0.95％、Si 1.4％、Fe 0.3％、Zn 0.2％、Cu 0.2％、Mn 0.2％、Ti 0.1％、Cr 0.05％、Y 0.12％、余量為Al，并按以下步驟制備：

S1、按上述配方成分將各原料熔煉后澆鑄得到鑄錠，將鑄錠以80℃/h的升溫速率升溫至520℃后保溫5h，再以5℃/h的降溫速率降溫至450℃后保溫2h，送入擠壓機(jī)中進(jìn)行擠壓成型，擠壓模具的預(yù)熱溫度為470℃，擠壓速度為5m/min，擠壓結(jié)束后空冷至50℃以下，再進(jìn)行拉伸矯直，拉伸矯直的變形量為3％，得到鋁合金型材坯件；

S2、將S1得到的鋁合金型材坯件加入除油槽中，在55℃下除油1min，再經(jīng)過兩級水洗，其中所述除油液為含量5wt％的氫氧化鈉溶液，再將除油后的鋁合金型材坯件在20℃下電解2min，電解液包括磷酸1.5wt％、苯甲酸1wt％、乙二胺0.01wt％、鋁鹽2wt％、余量為水，接著將電解后的鋁合金型材坯件采用酸性混合液進(jìn)行處理，室溫下去灰處理0.5min，酸性混合液包括硝酸70ml/L、氟化鈉50g/L，再進(jìn)行陽極氧化，陽極氧化中采用的電解液包括：硫酸220g/L、羥基乙酸5g/L、酒石酸40g/L，檸檬酸鹽1g/L，電流密度為2.5A/dm²，氧化溫度為30℃，氧化時間為35min，接著進(jìn)行電泳處理，在所述型材表面形成厚度為5μm的涂膜，其中電泳涂料為水性丙烯酸涂料，所述水性丙烯酸涂料按重量份包括：丙烯酸樹脂80份、氨基樹脂20份、粉體填料25份、硅烷偶聯(lián)劑1份、分散劑2份、成膜助劑0.5份、流平劑3份、異丁醇2份、乙二醇正丁醚3份、三乙胺1份，制備所述水性丙烯酸樹脂的方法包括：將甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯加入到含有引發(fā)劑、乳化劑的水溶液中，在70℃條件下，攪拌0.2h，向里加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙醇，升溫至100℃，攪拌0.05h，調(diào)節(jié)pH為8，向里加入金屬離子交聯(lián)劑，保溫攪拌1h，過濾出料，得到所述丙烯酸樹脂；粉體填料為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯的混合物；電泳處理的電壓為150V，時間為300s，溫度為26℃，pH值為5.1，固體份為18wt％。

實施例3

本發(fā)明提出的一種高強耐磨電泳鋁合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg 0.85％、Si 1.6％、Fe 0.2％、Zn 0.3％、Cu 0.1％、Mn 0.24％、Ti 0.06％、Cr 0.07％、Y 0.09％、余量為Al，并按以下步驟制備：

S1、按上述配方成分將各原料熔煉后澆鑄得到鑄錠，將鑄錠以65℃/h的升溫速率升溫至535℃后保溫3h，再以10℃/h的降溫速率降溫至420℃后保溫3h，送入擠壓機(jī)中進(jìn)行擠壓成型，擠壓模具的預(yù)熱溫度為460℃，擠壓速度為20m/min，擠壓結(jié)束后空冷至50℃以下，再進(jìn)行拉伸矯直，拉伸矯直的變形量為2％，得到鋁合金型材坯件；

S2、將S1得到的鋁合金型材坯件加入除油槽中，在50℃下除油3min，再經(jīng)過兩級水洗，其中所述除油液為含量4wt％的氫氧化鈉溶液，再將除油后的鋁合金型材坯件在30℃下電解1.1min，電解液包括磷酸6wt％、苯甲酸0.5wt％、乙二胺0.5wt％、鋁鹽1wt％、余量為水，接著將電解后的鋁合金型材坯件采用酸性混合液進(jìn)行處理，室溫下去灰處理1min，酸性混合液包括硝酸60ml/L、氟化鈉75g/L，再進(jìn)行陽極氧化，陽極氧化中采用的電解液包括：硫酸185g/L、羥基乙酸7g/L、酒石酸30g/L，檸檬酸鹽3g/L，電流密度為2.2A/dm²，氧化溫度為40℃，氧化時間為25min，接著進(jìn)行電泳處理，在所述型材表面形成厚度為15μm的涂膜，其中電泳涂料為水性丙烯酸涂料，所述水性丙烯酸涂料按重量份包括：丙烯酸樹脂70份、氨基樹脂30份、粉體填料15份、硅烷偶聯(lián)劑2份、分散劑1份、成膜助劑0.8份、流平劑2份、異丁醇5份、乙二醇正丁醚2份、三乙胺2份，制備所述水性丙烯酸樹脂的方法包括：將甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸異冰片酯加入到含有引發(fā)劑、乳化劑的水溶液中，在60℃條件下，攪拌0.3h，向里加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙醇，升溫至90℃，攪拌0.08h；調(diào)節(jié)pH為7.5，向里加入金屬離子交聯(lián)劑，保溫攪拌2h，過濾出料，得到所述丙烯酸樹脂；粉體填料為氧化鋯、氧化鋅、氧化鐵、白炭黑、硅酸鹽的混合物；電泳處理的電壓為140V，時間為350s，溫度為24℃，pH值為5.7，固體份為15wt％。

實施例4

本發(fā)明提出的一種高強耐磨電泳鋁合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg 0.8％、Si 1.7％、Fe 0.15％、Zn 0.35％、Cu 0.15％、Mn 0.23％、Ti 0.08％、Cr 0.08％、Y 0.1％、余量為Al，并按以下步驟制備：

S1、按上述配方成分將各原料熔煉后澆鑄得到鑄錠，將鑄錠以70℃/h的升溫速率升溫至530℃后保溫4h，再以12℃/h的降溫速率降溫至430℃后保溫4h，送入擠壓機(jī)中進(jìn)行擠壓成型，擠壓模具的預(yù)熱溫度為455℃，擠壓速度為25m/min，擠壓結(jié)束后空冷至50℃以下，再進(jìn)行拉伸矯直，拉伸矯直的變形量為1.5％，得到鋁合金型材坯件；

S2、將S1得到的鋁合金型材坯件加入除油槽中，在55℃下除油2min，再經(jīng)過兩級水洗，其中所述除油液為含量4.5wt％的氫氧化鈉溶液，再將除油后的鋁合金型材坯件在35℃下電解1min，電解液包括磷酸5wt％、苯甲酸0.09wt％、乙二胺0.09wt％、鋁鹽0.05wt％、余量為水，接著將電解后的鋁合金型材坯件采用酸性混合液進(jìn)行處理，室溫下去灰處理1.2min，酸性混合液包括硝酸55ml/L、氟化鈉80g/L，再進(jìn)行陽極氧化，陽極氧化中采用的電解液包括：硫酸190g/L、羥基乙酸8g/L、酒石酸25g/L，檸檬酸鹽2g/L，電流密度為2.3A/dm²，氧化溫度為35℃，氧化時間為20min，接著進(jìn)行電泳處理，在所述型材表面形成厚度為10μm的涂膜，其中電泳涂料為水性丙烯酸涂料，所述水性丙烯酸涂料按重量份包括：丙烯酸樹脂75份、氨基樹脂25份、粉體填料10份、硅烷偶聯(lián)劑2份、分散劑1.5份、成膜助劑0.7份、流平劑1.5份、異丁醇6份、乙二醇正丁醚2.5份、三乙胺1.5份，制備所述水性丙烯酸樹脂的方法包括：將甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸異冰片酯加入到含有引發(fā)劑、乳化劑的水溶液中，在55℃條件下，攪拌0.4h，向里加入丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙醇，升溫至85℃，攪拌0.07h；調(diào)節(jié)pH為8，向里加入金屬離子交聯(lián)劑，保溫攪拌1.5h；過濾出料，得到所述丙烯酸樹脂；粉體填料為滑石粉、云母、氫氧化鋁、石墨、炭黑、碳酸鈣、硫酸鋇、氮化硼的混合物；電泳處理的電壓為145V，時間為360s，溫度為25℃，pH值為5.8，固體份為16wt％。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。