CN109913676B - 一种含钇6063铝合金及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合金技术领域，特别涉及一种含钇6063铝合金及其制备方法。本发明提供的含钇6063铝合金，以质量百分含量计，包括如下组分：Si 0.45～0.54％，Mg 0.52～0.56％，Fe≤0.35％，Cu≤0.05％，Mn≤0.07％，Zn≤0.05％，Ti 0.0075～0.01％、Y 0.1～0.2％、B 0.0015～0.002％和余量的Al。本发明确定了具体的较小的Mg、Si等元素含量范围，通过硼化物和金属间化合物的共同析出提高含钇6063铝合金高强度。实施例结果表明，本发明提供的含钇6063铝合金在室温条件下，抗拉强度达230MPa，伸长率达25％。
Description
技术领域
本发明属于合金技术领域，特别涉及一种含钇6063铝合金及其制备方法。
背景技术
6063铝合金的主要合金元素为镁与硅，具有极佳的加工性能、优良的可焊接性、挤出性及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性，以及易于抛光、上色膜，阳极氧化效果优良的众多优点，是典型的挤压合金。6063铝合金型材以其良好的塑性、适中的热处理强度、良好的焊接性能以及阳极氧化处理后，表面华丽的色泽等诸多优点而被广泛应用于建筑门窗、装饰幕墙及工业结构等工程。
但目前市面上6063铝合金在现代的海景房、摩天大楼、舰船结构以及海上工程的发展与建设需要中，难以满足抗风压冲击的结构刚强度要求、承受建筑层压与剪切力破坏等技术要求，本领域技术人员难以确定6063铝合金的最优搭配及6063铝合金的改良方向，在保证挤压加工性能条件下6063铝合金抗拉强度和伸长率等力学性能提高困难。
发明内容
有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明提供一种含钇6063铝合金，本发明提供的含钇6063铝合金的抗拉强度达到230MPa，伸长率达到25％，能满足现代行业发展对6063铝合金挤压加工性能和刚强度性能的需求。
为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种含钇6063铝合金，以质量百分含量计，包括如下组分：Si 0.45～0.54％，Mg 0.52～0.56％，Fe≤0.35％，Cu≤0.05％，Mn≤0.07％，Zn≤0.05％，Ti0.0075～0.01％、Y 0.1～0.2％、B 0.0015～0.002％和余量的Al。
优选的，以质量百分含量计，包括如下组分：Si 0.5％，Mg 0.56％，Fe 0.144％，Cu0.036％，Mn 0.008％，Zn 0.024％，Ti 0.01％、Y 0.1％、B 0.0017％和余量的Al。
本发明还提供了上述技术方案所述含钇6063铝合金的制备方法，包括如下步骤：
向初级铝合金熔液中加入Al-Ti-B中间合金和Al-Y中间合金，进行变质反应，得到变质合金料液；然后依次进行浇铸、均质化和热处理，得到含钇6063铝合金；
所述变质反应的温度为720～740℃，时间为5～10min。
优选的，所述初级铝合金熔液的制备方法包括：将含铝、镁和硅的原料合金熔化，进行精炼处理，得到初级铝合金熔液；所述熔化的温度为740～780℃。
优选的，所述精炼用精炼剂为六氯乙烷；所述精炼剂的用量为初级铝合金熔液质量的0.5～1％；所述精炼的温度为700～730℃，时间为5～10min。
优选的，所述精炼后还包括静置处理；所述静置处理的温度为700～730℃，时间为5～10min。
优选的，以质量含量计，所述Al-Ti-B中间合金包括如下质量百分含量的组分：Ti5％，B 1％和余量的Al；所述Al-Ti-B中间合金的用量为初级铝合金熔液质量的0.2％；
所述Al-Y中间合金包括如下质量百分含量的组分：Y 20％和余量的Al；所述Al-Y中间合金的用量为含钇6063铝合金质量的0.2～3％。
优选的，所述均质化处理的温度为565～575℃，时间为3.5～4.5h。
优选的，所述均质化处理的温度通过升温达到，所述升温的速率为10～20℃/min。
优选的，所述热处理包括依次进行的第一阶段热处理和第二阶段热处理；所述第一阶段热处理的温度为520～530℃，时间为11～12h；所述第二阶段热处理的温度为200～210℃，时间为2h。
本发明提供的含钇6063铝合金，以质量含量计，包括如下化学成分：Si 0.45～0.54％，Mg 0.52～0.56％，Fe≤0.35％，Cu≤0.05％，Mn≤0.07％，Zn≤0.05％，Ti 0.0075～0.01％，Y 0.1～0.2％、B 0.0015～0.002％和余量的Al。本发明确定了具体的较小的Mg、Si等元素含量范围，提高了铝合金的挤压加工性能以及抗拉强度和伸长率等性能；此外，本发明通过硼元素和钛元素复配形成TiB2，通过钛元素与铝元素形成TiAl3，同时通过钇元素、钛元素和铝元素复配形成钛钇化合物，通过硼化物和金属间化合物的共同析出实现含钇6063铝合金强度的提高，含钇铝合金中含有的B以TiB2的形式参与到合金变质过程中，TiB2作为异质形核质点与Y元素协同配合起到细化晶粒和熔体净化的作用，增强了铝合金组织韧性，显著增强其他非铝元素对铝合金抗拉强度和伸长率等性能的强化效果。实施例结果表明，本发明提供的含钇6063铝合金在室温条件下，抗拉强度达到230MPa，伸长率达到25％，抗拉强度和伸长率高，挤压加工性能佳。
具体实施方式
本发明提供了一种含钇6063铝合金，以质量百分含量计，包括如下组分：Si 0.45～0.54％，Mg 0.52～0.56％，Fe≤0.35％，Cu≤0.05％，Mn≤0.07％，Zn≤0.05％，Ti0.0075～0.01％，Y 0.1～0.2％、B 0.0015～0.002％和余量的Al。
以质量百分含量计，本发明所述含钇6063铝合金包括Si 0.45～0.54％，优选为0.46～0.53％，更优选为0.47～0.52％，再优选为0.48～0.51％，最优选为0.5％。
以质量百分含量计，本发明所述含钇6063铝合金包括Mg 0.52～0.56％，优选为0.53～0.56％，更优选为0.54～0.56％，再优选为0.55～0.56％，最优选为0.56％。
以质量百分含量计，本发明所述含钇6063铝合金包括Fe≤0.35％，优选为0.001～0.3％，更优选为0.05～0.25％，再优选为0.1～0.2％，最优选为0.144％。
以质量百分含量计，本发明所述含钇6063铝合金包括Cu≤0.05％，优选为0.001～0.045％，更优选为0.01～0.045％，再优选为0.02～0.04％，最优选为0.036％。
以质量百分含量计，本发明所述含钇6063铝合金包括Mn≤0.07％，优选为0.001～0.06％，更优选为0.001～0.05％，再优选为0.001～0.04％，最优选为0.008％。
以质量百分含量计，本发明所述含钇6063铝合金包括Zn≤0.05％，优选为0.001～0.045％，更优选为0.01～0.04％，再优选为0.02～0.03％，最优选为0.024％。在本发明中，所述Fe、Cu、Mn和Zn为合金中不可避免的元素，同时这些元素在合金中起到对合金的强化作用。
以质量百分含量计，本发明所述含钇6063铝合金包括B 0.0015～0.002％，优选为0.0016～0.002％，更优选为0.0016～0.0019％，再优选为0.0016～0.0018％，最优选为0.0017％。
以质量百分含量计，本发明所述含钇6063铝合金包括Ti 0.0075～0.01％，优选为0.008～0.01％，更优选为0.0085～0.01％，再优选为0.009～0.01％，最优选为0.01％。本发明利用Ti与B形成TiB2型硼化物以及Ti与Al形成TiAl3化合物，可以提供异质形核质点，具有细化晶粒和析出沉淀强化作用，可同时提高6063铝合金的强度和韧性。
以质量百分含量计，本发明所述含钇6063铝合金包括Y 0.1～0.2％，优选为0.1～0.18％，更优选为0.1～0.15％，再优选为0.1～0.13％，最优选为0.1％。本发明利用Ti、Al和Y形成钛钇化合物，同时可以提供异质形核质点，使铝合金中粗大的Mg2Si相和AlSiFe相转变为短棒状或颗粒状，具有晶粒细化和析出沉淀强化作用，可同时提高6063铝合金的强度和韧性。
以质量百分含量计，本发明所述含钇6063铝合金包括余量的Al。本发明对所述Al的具体含量没有特殊要求，能使各组分含量之和达到100％即可。在本发明中，Al能与Mg、Si、Ti和Y等元素共同形成铝合金基体，是主要的基体元素，同时可以与B、Ti和Y等形成复合合金相，通过析出强化提高含钇6063铝合金的强度。
本发明还提供了上述技术方案所述含钇6063铝合金的制备方法，包括如下步骤：
向初级铝合金熔液中加入Al-Ti-B中间合金和Al-Y中间合金，进行变质反应，得到变质合金料液，然后依次进行浇铸、均质化和热处理，得到含钇6063铝合金；
所述变质反应的温度为720～740℃，时间为5～10min。
本发明提供初级铝合金熔液；所述初级铝合金熔液优选将含铝、镁和硅的原料合金熔化，得到原始铝合金熔液。在本发明中，所述熔化的温度优选为740～780℃，更优选为740～770℃，再优选为740～760℃。
得到原始铝合金熔液后，本发明对所述原始铝合金熔液进行精炼处理，得到初级铝合金熔液。在本发明中，所述精炼用精炼剂优选为六氯乙烷。在本发明中，所述精炼剂的用量优选为初级铝合金熔液质量的0.5～1％，更优选为0.6～0.9％。在本发明中，所述精炼的温度优选为700～730℃，更优选为705～725℃；所述精炼的时间优选为5～10min，更优选为6～9min。本发明对所述精炼的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的合金冶炼过程中的精炼的方式即可。在本发明中，所述精炼优选在静置的条件下进行。
所述精炼处理前，本发明优选对所述原始铝合金熔液进行搅拌和扒渣。本发明对所述搅拌和扒渣的具体实施方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。本发明通过搅拌和扒渣，防止倒入模具时合金内混入残渣杂质造成合金组织缺陷而降低合金理化性能。
所述精炼处理后，本发明优选将所述初级铝合金熔液进行静置处理。在本发明中，所述静置处理的温度优选为700～730℃，更优选为705～725℃；所述静置处理的时间优选为5～10min，更优选为6～10min。本发明通过静置处理，在保温条件下使铝合金充分熔化，有利于为合金变质提供物质基础。
得到初级铝合金熔液后，本发明向所述初级铝合金熔液中加入所述Al-Ti-B中间合金和Al-Y中间合金，得到合金混合料液。在本发明中，所述Al-Ti-B中间合金和Al-Y中间合金的用量以能将Ti、B和Y控制在权1所述范围内即可。在本发明中，所述Al-Ti-B中间合金优选包括如下质量百分含量的组分：Ti 5％，B 1％和余量的Al。在本发明中，Al-Ti-B中间合金的用量优选为初级铝合金熔液质量的0.2％。在本发明中，所述Al-Y中间合金优选包括如下质量百分含量的组分：Y 20％和余量的Al。在本发明中，所述Al-Y中间合金的用量优选为初级铝合金熔液质量的0.2～3％，更优选为0.3～2.8％。
得到合金混合料液后，本发明将所述合金混合料液进行变质反应，得到变质合金料液。在本发明中，所述变质反应的温度为720～740℃，优选为722～738℃；所述变质反应的时间为5～10min，优选为6～10min。本发明所述变质反应，通过硼化物和金属间化合物的共同析出达到含钇6063铝合金高强度，含钇铝合金中含有的B以TiB2的形式参与到合金变质过程中，TiB2作为异质形核质点与Y元素协同配合起到细化晶粒和熔体净化的作用，增强了铝合金组织韧性，显著增强其他非铝元素对铝合金抗拉强度和伸长率等性能的强化效果。
变质反应后，本发明优选还包括对变质合金料液进行过滤处理。本发明对所述过滤的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的过滤方式即可。本发明通过过滤，去除变质合金料液中的氧化夹杂，降低所述含钇6063铝合金的杂质含量，有利于含钇6063铝合金综合性能的提升。
得到变质合金料液后，本发明将所述变质合金料液进行浇铸处理，得到铸棒。本发明对所述浇铸处理没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。
得到铸棒后，本发明将所述铸棒进行均质化处理，得到初级含钇6063铝合金。在本发明中，所述均质化处理的温度优选为565～575℃，更优选为567～573℃；所述均质化处理的时间优选为3.5～4.5h，更优选为3.7～4.3h，进一步优选为3.9～4.2h，最优选为4h。在本发明中，所述均质化处理的温度优选通过升温达到，所述升温的速率优选为10～20℃/min，更优选为12～18℃/min，进一步优选为14～16℃/min。
得到初级含钇6063铝合金后，本发明将所述初级含钇6063铝合金进行热处理，得到含钇6063铝合金。在本发明中，所述热处理优选包括依次进行的第一阶段热处理和第二阶段热处理。在本发明中，所述第一阶段热处理的温度优选为520～530℃，更优选为522～528℃；时间优选为11～12h，更优选为11.2～11.8h，进一步优选为11.4～11.6h。在本发明中所述第二阶段热处理的温度优选为200～210℃，更优选为202～208℃；时间优选为2h。本发明优选通过水冷由所述第一阶段热处理过渡到所述第二阶段热处理。在本发明中，所述第二阶段热处理后优选还包括空冷。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的含钇6063铝合金及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以100％质量含量计，将工业纯铝，工业镁锭，铝硅合金作为原始炉料，按Si：0.47％、Mg：0.55％、Fe：0.35％、Cu：0.05％、Mn：0.07％、Zn：0.05％、余量为Al配料后装入炉中于740℃条件下熔化，搅拌5min，扒渣后加入0.5wt.％六氯乙烷，于715℃进行9min的精炼，而后于715℃条件下静置5min。
静置后，待炉温降至720℃时，以初级铝合金熔液的质量为100％计，添加0.2wt.％的Al-5Ti-1B中间合金和1wt.％的Al-20Y中间合金，并于730℃条件下保温5min，经过滤后将合金液浇铸成铝棒，以15℃/min的速率升温至565～575℃，并在该温度条件下保温3.5小时使铝棒均质化，然后于520～525℃保温11小时后水冷，再然后于200～210℃保温2小时后空冷，得到含钇6063铝合金。
实施例2
以100％质量含量计，将工业纯铝，工业镁锭，铝硅合金作为原始炉料，按Si：0.54％、Mg：0.55％、Fe：0.25％、Cu：0.04％、Mn：0.05％、Zn：0.03％、余量为Al配料后装入炉中于750℃条件下熔化，搅拌5min，扒渣后加入0.5wt.％六氯乙烷，于715℃进行8min的精炼，而后于715℃条件下静置5min。
静置后，待炉温降至720℃时，以含钇铝合金的质量为100％计，添加0.2wt.％的Al-5Ti-1B中间合金和0.7wt.％的Al-20Y中间合金，并于730℃条件下保温8min，经过滤后将合金液浇铸成铝棒，以15℃/min的速率升温至565～575℃，并在该温度条件下保温4小时使铝棒均质化，然后于520～525℃保温11.5小时后水冷，再然后于200～210℃保温2小时后空冷，得到含钇6063铝合金。
实施例3
以100％质量含量计，将工业纯铝，工业镁锭，铝硅合金作为原始炉料，按Si：0.5％、Mg：0.56％、Fe：0.144％、Cu：0.036％、Mn：0.008％、Zn：0.024％、余量为Al配料后装入炉中于760℃条件下熔化，搅拌5min，扒渣后加入0.5wt.％六氯乙烷，于715℃进行8min的精炼，而后于715℃条件下静置5min。
静置后，待炉温降至720℃时，以含钇铝合金的质量为100％计，添加0.2wt.％的Al-5Ti-1B中间合金和0.5wt.％的Al-20Y中间合金，并于730℃条件下保温10min，经过滤后将合金液浇铸成铝棒，以15℃/min的速率升温至565～575℃，并在该温度条件下保温4.5小时使铝棒均质化，然后于520～525℃保温12小时后水冷，再然后于205～210℃保温2小时后空冷，得到含钇6063铝合金。
对比例1
以100％质量含量计，将含Si：0.5％、Mg：0.56％、Fe：0.144％、Cu：0.036％、Mn：0.008％、Zn：0.024％、B 0.0017％、余量为Al的6063铝合金作为对比例用合金(按照实施例3所述熔炼工艺进行熔炼)。
按照GB 5237.1-2008标准测试实施例1～3和对比例1所述铝合金试样的抗拉强度和伸长率性能，测试结果见表1。
表1实施例1～3及对比例1测试结果
| 测试项目 | 抗拉强度/MPa | 伸长率/％ |
| 实施例1 | 200 | 18 |
| 实施例2 | 230 | 23 |
| 实施例3 | 210 | 25 |
| 对比例1 | 145 | 18.4 |
由表1数据可知，相对于现有技术提供的6063铝合金而言，本发明提供的含钇6063铝合金抗拉强度达200～230MPa，伸长率达18～25％，具有更好的抗拉强度和伸长率，力学性能优良，有利于改善铝合金的挤压加工性能。
由以上实施例可知，本发明提供的方案能够在保证甚至提升铝合金挤压加工性能的条件下得到抗拉强度和伸长率均较高的铝合金，并且提高了铝合金耐腐蚀性，满足现代行业发展对6063铝合金性能提出的更高要求；本发明提供的制备方法简单，易控，适合大规模推广。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种含钇6063铝合金，以质量百分含量计，包括如下组分：Si 0.45～0.54％，Mg0.52～0.56％，Fe≤0.35％，Cu≤0.05％，Mn≤0.07％，Zn≤0.05％，Ti 0.0075～0.01％、Y0.1～0.2％、B 0.0015～0.002％和余量的Al；
所述的含钇6063铝合金的制备方法，包括如下步骤：向初级铝合金熔液中加入Al-Ti-B中间合金和Al-Y中间合金，进行变质反应，得到变质合金料液；然后依次进行浇铸、均质化和热处理，得到含钇6063铝合金；
所述变质反应的温度为720～740℃，时间为5～10min。
2.根据权利要求1所述的含钇6063铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，包括如下组分：Si 0.5％，Mg 0.56％，Fe 0.144％，Cu 0.036％，Mn 0.008％，Zn 0.024％，Ti0.01％、Y 0.1％、B 0.0017％和余量的Al。
3.权利要求1或2所述的含钇6063铝合金的制备方法，包括如下步骤：向初级铝合金熔液中加入Al-Ti-B中间合金和Al-Y中间合金，进行变质反应，得到变质合金料液；然后依次进行浇铸、均质化和热处理，得到含钇6063铝合金；
所述变质反应的温度为720～740℃，时间为5～10min。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述初级铝合金熔液的制备方法包括：将含铝、镁和硅的原料合金熔化，进行精炼处理，得到初级铝合金熔液；所述熔化的温度为740～780℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述精炼用精炼剂为六氯乙烷；所述精炼剂的用量为初级铝合金熔液质量的0.5～1％；所述精炼的温度为700～730℃，时间为5～10min。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述精炼后还包括静置处理；所述静置处理的温度为700～730℃，时间为5～10min。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，以质量含量计，所述Al-Ti-B中间合金包括如下质量百分含量的组分：Ti 5％，B 1％和余量的Al；所述Al-Ti-B中间合金的用量为初级铝合金熔液质量的0.2％；所述Al-Y中间合金包括如下质量百分含量的组分：Y 20％和余量的Al；所述Al-Y中间合金的用量为初级铝合金熔液质量的0.2～3％。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述均质化处理的温度为565～575℃，时间为3.5～4.5h。
9.根据权利要求3或8所述的制备方法，其特征在于，所述均质化处理的温度通过升温达到，所述升温的速率为10～20℃/min。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热处理包括依次进行的第一阶段热处理和第二阶段热处理；所述第一阶段热处理的温度为520～530℃，时间为11～12h；所述第二阶段热处理的温度为200～210℃，时间为2h。
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