铝合金材料的制备工艺及其应用的制作方法

本发明涉及铝合金，尤其涉及一种铝合金材料的制备工艺及其应用。

背景技术：

1、随着现代工业的快速发展，对材料性能的要求日益提高，特别是在航空航天、汽车制造、轨道交通等领域，对轻质、高强度、耐蚀性能优异的铝合金材料的需求不断增长。铝合金因其低密度、高强度、良好的加工性能和优异的耐腐蚀性，已成为这些领域中不可或缺的关键材料。

2、然而，传统的铝合金材料在力学性能和耐腐蚀性方面存在一定的局限性。例如，铝合金在高温下的强度和耐蚀性往往不足以满足日益严苛的应用要求。此外，铝合金在熔炼和铸造过程中容易产生夹杂和气孔，这些缺陷会严重影响材料的力学性能和使用寿命。因此，开发新型铝合金材料及其制备工艺，以提高其综合性能，已成为材料科学领域的一个研究热点。

3、在铝合金材料的制备过程中，熔炼和过滤是至关重要的步骤。传统的过滤方法，如使用单层陶瓷过滤板或简单的物理过滤，往往无法有效去除铝合金熔体中的非金属夹杂物和气体，导致最终产品的性能不佳。此外，现有的过滤材料在高温下的稳定性和机械强度也不足以满足高性能铝合金材料制备的需求。

4、为了解决这些问题，研究人员进行了大量的研究和探索，以寻求更有效的过滤技术和材料。例如，通过引入微合金化元素、改进热处理工艺、采用新型过滤介质等方法，以提高铝合金的力学性能和耐腐蚀性。尽管这些研究取得了一定的进展，但仍需进一步的研究和开发，以实现铝合金材料性能的全面提升。

5、中国发明专利cn114921698a公开了一种低粗晶环的铝合金型材及其制备方法；低粗晶环的铝合金型材，按重量百分数计，组分包括：0.62％~0.68％硅、0.81％~1.13％锰、1.37％~1.46％镁、0.73％~0.91％铁、0.17％~0.35％铬、0.11％~0.21％钛、0.07％~0.13％铜、0.12％~0.27％锌、0.08％~0.15％锡、0.1％~0.25％钒、0.09％~0.18％钡以及余量铝；该发明的铝合金型材通过优选合适的金属原料，一方面使得铝合金型材的切削加工性能得到提升，另一方面抑制了铝合金型材在挤压过程中产生的晶粒长大现象；该发明的制备方法与原料配合，减少了铝型材在挤压过程中产生的粗晶环，提高了铝型材的品质。但该制备的铝合金型材在力学性能和耐腐蚀性上仍然有待提高。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明旨在提供一种新型的铝合金材料制备工艺，通过使用特定的复合过滤板，有效去除铝合金熔体中的非金属夹杂物和气体，从而显著提高铝合金的纯度和质量。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种铝合金材料的制备工艺如下，以重量份计：

4、步骤1、将970~980份铝锭加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度在650~800℃，当炉料温度上升至设定值并开始熔融时，依次加入1~3份铁、0.8~1.2份锰和0.8~1.2份铬粉，继续加入8~10份镁锭、0.5~1份锌锭、0.8~1.2份钛锭、2~3份铜锭及4~6份多晶硅，最后加入0.1~0.3份钆、0.2~0.4份镧锭、0.2~0.4份铈锭、0.1~0.3份镨锭，搅拌均匀至物料完全熔化，得到合金溶液；

5、步骤2、使用复合过滤板过滤步骤1得到的合金溶液，过滤后得到待用液；

6、步骤3、将步骤2制备的待用液铸成铝棒，然后静置，铸造成坯料；

7、步骤4、将步骤3制备的坯料置于均匀化处理设备中；保温；进行均匀化处理，制得均匀化处理的铝合金锭；

8、步骤5、将步骤4制备的铝合金锭在挤压机中挤压成型，得到6系改性合金型材；

9、步骤6、将步骤5制备的6系改性合金型材进行在线固溶淬火处理，处理温度在500~560℃，在线淬火装置实现强风、喷淋、过水三种冷却方式，之后进行时效处理，得到t6状态铝合金；

10、步骤7、对步骤6制备的t6状态铝合金进行拉伸矫直，拉伸量为1~5％，得到铝合金材料；

11、所述复合过滤板的制备方法如下，以重量份计：

12、s1、将70~90份碳化硼、70~90份伊利石、80~120份锂长石、40~60份膨润土、80~120份氢氧化铝、400~600份黑刚玉、15~25份云母粉、15~25份石英粉混合球磨，并筛选出两级粒度复合粉料，粒度分别为40~90μm、1~30μm，各取80~120份不同粒度复合粉料分别与30~50份水，15~25份磷酸、0.5~2份羧甲基纤维素钠、0.4~0.6份硬脂酸锌搅拌均匀得到大粒度陶瓷浆料、小粒度陶瓷浆料；

13、s2、将聚氨酯泡沫浸入大粒度陶瓷浆料中5~15分钟，取出泡沫体，用辊压机压去多余浆料，得到组合泡沫体；

14、s3、将组合泡沫体放入真空干燥箱中，在90~100℃下干燥10~20分钟，用小粒度陶瓷浆料对组合泡沫体淋浆，待浆料不再流出后，用辊压机挤出多余浆料，转入干燥箱中干燥10~20分钟，重复淋浆干燥操作1~3次，得到预制体；

15、s4、将预制体在100~130℃下干燥4~6小时，转入窑炉中，以1~3℃/min的速率升温至300~500℃，保持0.5~2小时，继续以1~3℃/min的速率升温至1400~1500℃，保温烧制1~3小时后自然冷却至室温，切割、打磨，得到复合过滤板。

16、所述步骤3中在660~770℃的条件下静置0.5~2小时。

17、所述步骤4中在530~580℃条件下保温6~8小时。

18、所述步骤5中在挤压成型过程中，铝合金锭加热至500~560℃，温度梯度为6~8℃，挤压筒温度为400~450℃，挤压模具的温度为460~500℃，挤压速度为4~6m/min。

19、所述聚氨酯泡沫为改性聚氨酯泡沫。

20、所述改性聚氨酯泡沫的制备方法如下，以重量份计：

21、将10~30份聚氧乙基甘油醚和10~30份聚四氢呋喃醚、50~70份聚乙二醇、1~3份水、0.4~0.6份二正丁基二异辛酸锡和0.8~1.2份羟基硅油混合于烧杯中，在30~50℃下搅拌4~6分钟，形成均匀的混合溶液，将8~12份聚丙烯酸钠和25~35份1,6-己二异氰酸酯迅速加入到混合溶液中，将其倒入预先准备好的模具中，确保泡沫完全填充模具内的空间，开始搅拌，然后静置8~12分钟，将填充好的模具放入80~120℃的烘箱中进行1~3小时的固化处理，之后取出冷却并脱模，得到改性聚氨酯泡沫，改性聚氨酯泡沫大小为300~400×300~400×20~80mm。

22、所述铝合金材料应用在汽车配件上。

23、优选的，所述铝合金材料应用在天窗电机、仪表盘或者电池托盘。

24、在本发明的铝合金材料制备工艺中，各个物质的作用如下：

25、铝锭作为铝合金的主要原料，提供铝元素，是构成铝合金的基础。

26、硅、铁、铜、锰、镁、铬、锌、钛这些元素作为合金元素，按照特定的化学成分比例添加，以改善铝合金的力学性能、耐蚀性和加工性能。

27、钆、镧、铈、镨这些稀土元素作为微合金化元素，能够细化铝合金的晶粒，提高合金的强度和韧性。

28、复合过滤板用于过滤合金溶液中的杂质和非金属夹杂物，提高铝合金的纯洁度和性能。

29、碳化硼在复合过滤板中作为硬质颗粒，提高过滤板的耐磨性和硬度。

30、伊利石一种含铝的硅酸盐矿物，用于复合过滤板的制备，可以提高过滤板的化学稳定性。

31、锂长石在复合过滤板中提供铝硅酸盐成分，有助于形成过滤板的骨架结构。

32、氢氧化铝有助于颗粒的结合和烧结。

33、黑刚玉在复合过滤板中提供高硬度和耐磨性。

34、云母粉和石英粉在复合过滤板中作为填充材料，可以调节过滤板的孔隙率和强度。

35、磷酸有助于颗粒的粘结和烧结。

36、羧甲基纤维素钠和硬脂酸锌在复合过滤板的制备中作为添加剂，改善浆料的流变性能和提高过滤板的机械强度。

37、在本发明所述的改性聚氨酯泡沫的制备方法中，各个物质的作用如下：

38、聚乙二醇作为另一种多元醇，它同样参与与异氰酸酯的反应，影响泡沫的物理性能，增加泡沫的柔韧性和伸长率。

39、水在聚氨酯泡沫的制备中，水的作用是与异氰酸酯反应生成二氧化碳气体，这个气体在泡沫形成过程中起到发泡剂的作用，形成泡沫的多孔结构。

40、二正丁基二异辛酸锡这是一种催化剂，用于加速异氰酸酯与多元醇之间的聚合反应，提高反应速率，从而影响泡沫的形成速度和质量。

41、羟基硅油通常作为表面活性剂使用，有助于改善泡沫的表面性能，减少表面缺陷，提高泡沫的均匀性和稳定性。

42、聚丙烯酸钠作为一种高分子化合物，它在泡沫中起到增强作用，可以提高泡沫的机械强度和稳定性。

43、1,6-己二异氰酸酯这是异氰酸酯的一种，是制备聚氨酯泡沫的另一个关键原料。它与多元醇反应生成聚氨酯，形成泡沫的硬段，提供泡沫的力学强度和热稳定性。

44、聚氧乙基甘油醚是一种非离子型表面活性剂，具有良好的水溶性、分散性和乳化性。它与聚四氢呋喃醚复配时，可以形成更均匀、致密的泡沫结构，从而提高改性聚氨酯泡沫的机械强度和化学稳定性。聚四氢呋喃醚本身是一种高分子量的聚醚，以其优异的柔韧性和弹性著称，常用于制备高性能聚氨酯材料。聚四氢呋喃醚的引入，增强了泡沫的弹性和抗压缩能力，这对于维持过滤板的结构完整性非常关键。这种复配还可能改善了泡沫的孔隙结构，使得陶瓷浆料在泡沫体表面形成更均匀、更致密的涂层，从而提高了过滤板的抗压强度和抗热震性。此外，聚氧乙基甘油醚的加入可能还增强了泡沫的润湿性，使得陶瓷浆料能更均匀地涂覆在泡沫体表面，进一步增强了涂层的均匀性和致密性。综合来看，聚氧乙基甘油醚和聚四氢呋喃醚的复配，不仅提升了改性聚氨酯泡沫的物理性能，还增强了其化学稳定性和润湿性，这些因素共同作用，提高了复合过滤板的性能，进而提升了铝合金材料的力学性能。

45、这些物质的组合和相互作用，使得铝合金材料的制备工艺能够生产出具有优异性能的铝合金产品。通过精确控制这些物质的比例和加工工艺，可以优化铝合金的性能，以满足特定的工业应用需求。

46、与现有技术相比，具有以下几个有益效果：

47、1）本发明通过使用特殊的复合过滤板和引入稀土元素，本发明的制备工艺有效去除了铝合金熔体中的夹杂物和气体，从而提高了铝合金的纯度，增强了材料的拉伸性能和断裂韧性。

48、2）本发明优化的热处理工艺和微合金化元素的添加，提高了铝合金的耐腐蚀性能，使其更加适合于汽车配件等要求高耐蚀性的应用领域。

49、3）本发明改性聚氨酯泡沫的使用和特定的复合过滤板制备工艺，使得过滤板具有更高的抗压强度和抗热震性，从而在过滤铝合金熔体时更加有效，进一步提升了铝合金材料的综合性能。