一种铝合金型材及其制造方法

摘要

本发明涉及门窗铝型材技术领域，具体公开一种铝合金型材及其制造方法，方法包括铝合金型材的铸造及粉末喷涂，其中粉末喷涂工艺具体为：取膨润土加水并搅拌至其完全膨胀并在水中完全分散形成悬浮液，加入回收铝材颗粒继续搅拌完全，然后加入银系抗菌剂和氮化硼，然后湿法球磨，再喷雾干燥，得改性铝粉末；然后以氮气和氧气为工作气体，在离子气的运载作用下喷射沉积在铝合金型材表面。本发明可以增强涂层与铝合金型材表面的结合强度，显著提高表层的抗氧化性、抗老化、韧性及耐腐蚀性，同时赋予铝型材优良的抗菌性能。

说明书

技术领域

本发明属于门窗铝材技术领域，具体涉及一种铝合金型材及其制造方法。

背景技术

铝型材式推拉门窗在目前的建筑物用窗中被广泛使用，具有节省空间、增加室内采光效果的优点，一般设有上固定框、固上滑、下滑及左右滑动设置在固上滑与下滑之间的移动窗扇，而上方是移动窗扇的用于与固上滑相配合的铝型材，上方的一端安装固定玻璃，另一端与固上滑配合。

上方铝型材结构一般是由内外型材及居中连接内外型材的隔热穿条组成，隔热穿条一般是上下间隔设置两条，稳定性相对较低，从而使活动窗扇结构不稳定、前后晃动。另外，移动窗扇如果脱轨的情况下，移动窗扇容易从高空掉落，存在着安全隐患。

另外，铝合金件在空气中暴露时，由于空气中含有氧气、水分、温度变化和其它腐蚀性因素，使得铝合金件的腐蚀不可避免，当长时间腐蚀的叠加，会直接的导致铝合金件性能的大幅度降低，无法继续工作，因此，如何提高铝合金件的耐腐蚀性能是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种铝合金型材的制造方法，增强铝合金型材表面的耐腐蚀性。

采用的技术方案是：一种铝合金型材的制造方法，包括铝合金型材的铸造及粉末喷涂，铝合金型材的粉末喷涂工艺具体为：

2.1)、改性铝粉末：取膨润土加水并搅拌至其完全膨胀并在水中完全分散形成悬浮液，加入粒径为100～200目的回收铝材颗粒继续搅拌完全，然后加入银系抗菌剂和氮化硼，然后湿法球磨，转速800r/min～1000r/min，球磨1.5～2小时，再喷雾干燥，得改性铝粉末；

2.2)、等离子喷涂：以氮气和氧气为工作气体，等离子焰的温度达到650℃～800℃，改性铝粉末送粉速率为10g/min～15g/min，离子气流量为0.8L/min～1.2L/min，扫描速率为200mm/min～500mm/min，在离子气的运载作用下喷射沉积在铝合金型材表面；

2.3)、烘烤：将喷涂改性铝粉末后的铝合金型材置于135℃～150℃的固化炉内20min～30min，得喷涂型材。

所述步骤2.1)中各原料的重量份数为：其中，膨润土3～5份、银系抗菌剂0.2～0.5份、氮化硼5～8份、回收铝材颗粒20～30份，加入的水与膨润土的重量比为20～25︰1。

所述铝合金型材的铸造工艺具体为：

1.1)、熔炼铸造：将锭料及适量AlTiB晶粒细化剂投入熔炼炉进行熔炼，熔化完全后再投入纳米碳酸盐，同时从所述熔炼炉的底部通入惰性气体，升温至800℃～850℃直至完全熔化，保温30min～60min，然后经泡沫陶瓷过滤板过滤，得到合金熔体，并进行浇注，待合金熔体凝固后开模，并将铸锭水冷至室温，并根据需要将铝圆锭锯切成一定的长度；

其中锭料包括回收铝型材，检测并通过控制合金元素添加量，使得其中各元素的质量百分含量为：0.25％～0.35％硅、2.7％～3.0％镁、0.1％～0.15％铁、3.2％～3.5％铜、0.05％～0.1％锰、1.2％～1.5％锌、0.02％～0.05％钛、0.02％～0.05％锆、其他元素合计≤0.15％、其余为铝；

1.2)、退火处理：先升温至300℃～320℃下，保温2～3小时，每小时70℃～90℃升温加热至550℃～580℃下保温5～6小时，然后空气冷却，再每小时60℃～80℃升温加热至400℃～420℃，并保温度5～6小时；再降温至135℃～150℃下保温5～6小时；

1.3)挤压成型：将圆锭加热至450℃～500℃，保温4～8小时，然后利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成型，待型材表面冷却至110℃～130℃后，放入0～5℃水中进行淬火处理，水温升高后向其中加冰块保持水温；最后从水中取出挤压好的铝合金型材进行常温校直处理，再在120℃～130℃下保温3～4小时。

本发明的另一发明目的是在于提供铝合金型材，它能够提高使用安全性及增强铝型材内外结构稳定性。

采用的技术方案为：一种铝合金型材，包括型材内体、型材外体及连接在型材内体与型材外体之间的隔热穿条，所述型材内体和型材外体均由上述制造方法制得，所述隔热穿条的断面形状为X型结构且其四个端部均为燕尾榫，所述型材内体和型材外体分别对应各相应处燕尾榫的位置处设有与燕尾榫相适配的燕尾卯；所述型材内体底端与型材外体底端之间构成用于安装固定玻璃的安装槽，所述型材内体顶端与型材内体顶端之间构成与固上滑的滑道滑动配合的滑槽，且所述型材内体顶端连接有安全平板。

优选地，所述型材内体顶端和型材外体顶端相向侧分别成型有用于安装与固上滑的滑道相抵配合的毛边条的H型槽。

优选地，所述型材内体和型材外体分别对应隔热穿条的位置处还分别设有隔热腔。

优选地，所述安装槽的侧壁上分别设有波浪齿。

优选地，所述安全体包括安全座及安全平板，所述安全座一体成型在型材内体顶端，所述安全平板通过销轴可转动地连接在安全座顶端的靠近滑槽的一侧，所述销轴上套装有扭簧，所述扭簧的其一扭臂抵接于安全平板上，所述扭簧的另一扭臂抵接于安全座侧壁上。

优选地，所述安全平板的底面具有T型槽，所述T型槽用于安装与固上滑的滑道相抵配合的隔音棉。

优选地，所述安全座顶端对应安全平板的位置处水平焊接有限位板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明粉末喷涂工艺中采用改性铝粉末作为涂层粉料，改性铝粉末中有膨润土、氮化硼、回收铝材颗粒和银系抗菌剂，同时以氮气和氧气为工作气体，在等离子焰高温作用及氧化气氛下，氮化硼氧化形成粘稠态的氧化硼，可以有效地组织氧原子和水分子向材料内部扩散，又可以增强涂层与铝合金型材表面的结合强度，显著提高表层的抗氧化性、抗老化、韧性及耐腐蚀性；同时利用膨润土的水化膨胀性及高分散性和吸附性，使得氮化硼和银系抗菌剂均匀分散在回收铝颗粒上，利于保证涂层内外组织均匀，降低铝材表面裂纹的现象，同时赋予铝型材优良的抗菌性能。

2、本发明锭料中添加了回收铝型材，有利于铝型材性能稳定，减少了铝液冶炼时出现没有检测的材料影响铝型材质量的可能性，同时调整铝材配方中元素用量比例及控制退火过程，增加了铝合金的强度和硬度，增加了铝材料的内部组织的均匀性与晶粒的细化，有利于提高铝合金型材的综合力学性能；尤其是增加了硅元素至0.25％以上并控制锰元素在0.05％～0.1％，可阻止铝合金在后续热挤压变形过程中的再结晶并促进退火过程中Mg

3、本发明铝型材包括型材内体、型材外体及连接型材内体和型材外体的隔热穿条，隔热穿条的断面形状为X型结构，利用其X型结构保证型材内体和型材外体之间连接结构的稳定性及对玻璃的支撑稳定性；本发明的型材内体顶端还连接有安全平板，可利用安全平板可有效避免移动窗扇脱轨后坠落的不安全隐患，提高使用安全性及增强移动窗扇的牢固程度，进一步安全平板的底面具有T型槽及安装在T型槽内的隔音棉，移动窗扇在左右滑行时噪音小。

附图说明

图1为本发明铝合金型材的结构示意图。

图2为本发明安全体结构示意图。

图3为本发明隔热穿条的结构示意图。

图4为本发明铝合金型材安装状态参考图。

图中标记：10、型材内体；20、型材外体；30、隔热穿条；31、燕尾榫；40、固上滑；41、滑道；42、侧挡板；50、玻璃；61、安全座；62、安全平板；63、T型槽；64、隔音棉；65、限位板；66、扭簧；101、中部框架；102、第一侧板；103、第二侧板；104、隔热腔；105、燕尾卯；106、安装槽；107、滑槽；108、H型槽；109、毛边条。

具体实施方式

为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1-4所示，本实施例提供一种铝合金型材，包括型材内体10、型材外体20及连接在型材内体10与型材外体20之间的隔热穿条30。本实施例的铝合金型材用作移动窗扇的上方，上滑动配合固上滑40，下固定安装玻璃50。其中，固上滑40包括固上滑本体及分别由固上滑本体底部向下凸伸形成的滑道41和侧挡板42，所述侧挡板42竖直下凸，所述滑道41向下走U型且尾段低于头段。

在本实施例中，所述型材内体10和型材外体20结构对称，分别由中部框架101及相对中部框架101顶端向上凸伸的第一侧板102以及相对中部框架101底端向下凸伸的第二侧板103。所述型材内体10的中部框架101与型材外体20的中部框架101内分别设有隔热腔104，隔热腔104内为空气，可增强本实施例铝型材内外侧之间的隔热性能。而两个隔热腔104的相向侧壁分别上下间隔设置有两个燕尾卯105，所述隔热穿条30的断面形状为X型结构且其四个端部均为燕尾榫31，所述燕尾榫31与燕尾卯105相适配，隔热穿条30对应在两个隔热腔104的中间，通过该隔热穿条30再进一步增强本实施例铝型材内外侧之间的隔热性能，同时利用其X型结构保证型材内体10和型材外体20之间连接结构的稳定性及对玻璃50的支撑稳定性。

在本实施例中，所述型材内体10的第二侧板103与型材外体20的第二侧板103之间构成构成用于安装固定玻璃50的安装槽106，所述安装槽106的侧壁上分别设有波浪齿，安装状态下，玻璃50嵌入该安装槽106内并通过玻璃胶封住，而波浪齿利于增强玻璃胶对玻璃50和铝型材的结合牢固性。

在本实施例中，所述型材内体10的第一侧板102与型材外体20的第一侧板102之间构成与固上滑40的滑道41滑动配合的滑槽107，所述型材内体10顶端和型材外体20顶端相向侧分别成型有用于安装与固上滑40的滑道41相抵配合的毛边条109的H型槽108，安装状态下，所述型材内体10的第一侧板102靠近滑道41的尾段，所述型材外体20的第一侧板102靠近滑道41的头段，而两个毛边条109分别与滑道41的头段壁面和尾段壁面相抵配合，增强滑槽107与滑道41配合处的密封性。

在本实施例中，所述型材内体10顶端连接有安全体，具体的：所述安全体包括安全座61及安全平板62，所述安全座61一体成型在型材内体10顶端，所述安全平板62通过销轴可转动地连接在安全座61顶端的靠近滑槽107的一侧，所述销轴上套装有扭簧66，所述扭簧66的其一扭臂抵接于安全平板62上，所述扭簧66的另一扭臂抵接于安全座61侧壁上，这样在安装移动窗扇时，滑道41的尾段可将安全平板62压向贴合第一侧板102，直至安全平板62失去滑道41的挤压作用后利用扭簧66的复位作用而与第一侧板102相离并位于滑道41的尾段上方，安装完毕后安全平板62展开在滑道41上方，可利用安全平板62可有效避免移动窗扇脱轨后坠落的不安全隐患，提高使用安全性及增强移动窗扇的牢固程度。所述安全座61顶端对应安全平板62的位置处水平焊接有限位板65，通过限位板65可避免安全平板62过度展开并保持展开状态下安全平板62与滑道41的卡挚作用。

进一步地，所述安全平板62的底面具有T型槽63，所述T型槽63用于安装与固上滑40的滑道41相抵配合的隔音棉64，在使用状态下隔音棉64抵靠在滑道41尾段末端，移动窗扇在左右滑行时噪音小。

上述型材内体和型材外体的制造方法相同，均包括铝合金型材的铸造及粉末喷涂，以下提出铝合金型材制造方法的几个具体实施示例及对照例。

实施例1

本实施例1的铝合金型材的铸造工艺具体为：

步骤1.1)、熔炼铸造：将锭料及适量AlTiB晶粒细化剂投入熔炼炉进行熔炼，熔化完全后再投入纳米碳酸盐，同时从所述熔炼炉的底部通入惰性气体，升温至800℃～850℃直至完全熔化，保温45min，然后经泡沫陶瓷过滤板过滤，得到合金熔体，并进行浇注，待合金熔体凝固后开模，并将铸锭水冷至室温，并根据需要将铝圆锭锯切成一定的长度。其中锭料包括回收铝型材，检测并通过控制合金元素添加量，使得其中各元素的质量百分含量为：0.25％硅、2.7％镁、0.12％铁、3.2％铜、0.08％锰、1.2％锌、0.05％钛、0.02％锆、其他元素0.15％、其余为铝。

步骤1.2)、退火处理：先升温至300℃下，保温3小时，每小时70℃升温加热至560℃下保温5小时，然后空气冷却，再每小时60℃升温加热至400℃，并保温度5小时；再降温至140℃下保温6小时。

步骤1.3)挤压成型：将圆锭加热至480℃，保温6小时，然后利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成型，待型材表面冷却至120℃后，放入0～5℃水中进行淬火处理，水温升高后向其中加冰块保持水温；最后从水中取出挤压好的铝合金型材进行常温校直处理，再在125℃下保温3小时。

在挤压成型后进行粉末喷涂工艺，而本实施例1的铝合金型材的粉末喷涂工艺具体为：

步骤2.1)、改性铝粉末：取膨润土加水并搅拌至其完全膨胀并在水中完全分散形成悬浮液，加入粒径为100～200目的回收铝材颗粒继续搅拌完全，然后加入银系抗菌剂和氮化硼，然后湿法球磨，转速880r/min，球磨2小时，再喷雾干燥，得改性铝粉末；各原料的重量份数为：其中，膨润土3份、银系抗菌剂0.3份、氮化硼6份、回收铝材颗粒25份，加入的水与膨润土的重量比为25︰1。

步骤2.2)、等离子喷涂：以氮气和氧气为工作气体，等离子焰的温度达到750℃，改性铝粉末送粉速率为12g/min，离子气流量为1.0L/min，扫描速率为250mm/min，在离子气的运载作用下喷射沉积在铝合金型材表面。

步骤2.3)、烘烤：将喷涂改性铝粉末后的铝合金型材置于135℃的固化炉内25min，得喷涂型材。

实施例2

本实施例1的铝合金型材的铸造工艺具体为：

步骤1.1)、熔炼铸造：将锭料及适量AlTiB晶粒细化剂投入熔炼炉进行熔炼，熔化完全后再投入纳米碳酸盐，同时从所述熔炼炉的底部通入惰性气体，升温至800℃～850℃直至完全熔化，保温30min，然后经泡沫陶瓷过滤板过滤，得到合金熔体，并进行浇注，待合金熔体凝固后开模，并将铸锭水冷至室温，并根据需要将铝圆锭锯切成一定的长度。其中锭料包括回收铝型材，检测并通过控制合金元素添加量，使得其中各元素的质量百分含量为：0.3％硅、3％镁、0.15％铁、3.2％铜、0.1％锰、1.4％锌、0.02％钛、0.04％锆、其他元素0.1％、其余为铝。

步骤1.2)、退火处理：先升温至320℃下，保温2小时，每小时90℃升温加热至580℃下保温6小时，然后空气冷却，再每小时80℃升温加热至400℃，并保温度5小时；再降温至135℃下保温6小时。

步骤1.3)挤压成型：将圆锭加热至450℃，保温8小时，然后利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成型，待型材表面冷却至110℃后，放入0～5℃水中进行淬火处理，水温升高后向其中加冰块保持水温；最后从水中取出挤压好的铝合金型材进行常温校直处理，再在120℃下保温4小时。

在挤压成型后进行粉末喷涂工艺，而本实施例1的铝合金型材的粉末喷涂工艺具体为：

步骤2.1)、改性铝粉末：取膨润土加水并搅拌至其完全膨胀并在水中完全分散形成悬浮液，加入粒径为100～200目的回收铝材颗粒继续搅拌完全，然后加入银系抗菌剂和氮化硼，然后湿法球磨，转速1000r/min，球磨1.5小时，再喷雾干燥，得改性铝粉末；各原料的重量份数为：其中，膨润土4份、银系抗菌剂0.2份、氮化硼5份、回收铝材颗粒20份，加入的水与膨润土的重量比为20︰1。

步骤2.2)、等离子喷涂：以氮气和氧气为工作气体，等离子焰的温度达到800℃，改性铝粉末送粉速率为15g/min，离子气流量为1.2L/min，扫描速率为500mm/min，在离子气的运载作用下喷射沉积在铝合金型材表面。

步骤2.3)、烘烤：将喷涂改性铝粉末后的铝合金型材置于150℃的固化炉内30min，得喷涂型材。

实施例3

本实施例1的铝合金型材的铸造工艺具体为：

步骤1.1)、熔炼铸造：将锭料及适量AlTiB晶粒细化剂投入熔炼炉进行熔炼，熔化完全后再投入纳米碳酸盐，同时从所述熔炼炉的底部通入惰性气体，升温至800℃～850℃直至完全熔化，保温60min，然后经泡沫陶瓷过滤板过滤，得到合金熔体，并进行浇注，待合金熔体凝固后开模，并将铸锭水冷至室温，并根据需要将铝圆锭锯切成一定的长度。其中锭料包括回收铝型材，检测并通过控制合金元素添加量，使得其中各元素的质量百分含量为：0.35％硅、2.8％镁、0.1％铁、3.5％铜、0.1％锰、1.5％锌、0.02％钛、0.05％锆、其他元素0.15％、其余为铝。

步骤1.2)、退火处理：先升温至300℃下，保温2小时，每小时80℃升温加热至550℃下保温5.5小时，然后空气冷却，再每小时70℃升温加热至420℃，并保温度5.5小时；再降温至150℃下保温5小时。

步骤1.3)挤压成型：将圆锭加热至500℃，保温4小时，然后利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成型，待型材表面冷却至120℃后，放入0～5℃水中进行淬火处理，水温升高后向其中加冰块保持水温；最后从水中取出挤压好的铝合金型材进行常温校直处理，再在120℃下保温3.5小时。

在挤压成型后进行粉末喷涂工艺，而本实施例1的铝合金型材的粉末喷涂工艺具体为：

步骤2.1)、改性铝粉末：取膨润土加水并搅拌至其完全膨胀并在水中完全分散形成悬浮液，加入粒径为100～200目的回收铝材颗粒继续搅拌完全，然后加入银系抗菌剂和氮化硼，然后湿法球磨，转速800r/min，球磨2小时，再喷雾干燥，得改性铝粉末；各原料的重量份数为：其中，膨润土5份、银系抗菌剂0.5份、氮化硼8份、回收铝材颗粒30份，加入的水与膨润土的重量比为25︰1。

步骤2.2)、等离子喷涂：以氮气和氧气为工作气体，等离子焰的温度达到650℃，改性铝粉末送粉速率为10g/min，离子气流量为0.8L/min，扫描速率为200mm/min，在离子气的运载作用下喷射沉积在铝合金型材表面。

步骤2.3)、烘烤：将喷涂改性铝粉末后的铝合金型材置于135℃的固化炉内25min，得喷涂型材。

实施例4

本实施例1的铝合金型材的铸造工艺具体为：

步骤1.1)、熔炼铸造：将锭料及适量AlTiB晶粒细化剂投入熔炼炉进行熔炼，熔化完全后再投入纳米碳酸盐，同时从所述熔炼炉的底部通入惰性气体，升温至800℃～850℃直至完全熔化，保温60min，然后经泡沫陶瓷过滤板过滤，得到合金熔体，并进行浇注，待合金熔体凝固后开模，并将铸锭水冷至室温，并根据需要将铝圆锭锯切成一定的长度。其中锭料包括回收铝型材，检测并通过控制合金元素添加量，使得其中各元素的质量百分含量为：0.3％硅、2.7％镁、0.1％铁、3.3％铜、0.05％锰、1.2％锌、0.03％钛、0.02％锆、其他元素0.15％、其余为铝。

步骤1.2)、退火处理：先升温至300℃下，保温2.5小时，每小时80℃升温加热至580℃下保温5小时，然后空气冷却，再每小时60℃升温加热至400℃，并保温度6小时；再降温至140℃下保温5.5小时。

步骤1.3)挤压成型：将圆锭加热至480℃，保温6小时，然后利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成型，待型材表面冷却至130℃后，放入0～5℃水中进行淬火处理，水温升高后向其中加冰块保持水温；最后从水中取出挤压好的铝合金型材进行常温校直处理，再在130℃下保温3小时。

在挤压成型后进行粉末喷涂工艺，而本实施例1的铝合金型材的粉末喷涂工艺具体为：

步骤2.1)、改性铝粉末：取膨润土加水并搅拌至其完全膨胀并在水中完全分散形成悬浮液，加入粒径为100～200目的回收铝材颗粒继续搅拌完全，然后加入银系抗菌剂和氮化硼，然后湿法球磨，转速1000r/min，球磨1.5小时，再喷雾干燥，得改性铝粉末；各原料的重量份数为：其中，膨润土4份、银系抗菌剂0.25份、氮化硼6份、回收铝材颗粒30份，加入的水与膨润土的重量比为25︰1。

步骤2.2)、等离子喷涂：以氮气和氧气为工作气体，等离子焰的温度达到800℃，改性铝粉末送粉速率为15g/min，离子气流量为1.0L/min，扫描速率为400mm/min，在离子气的运载作用下喷射沉积在铝合金型材表面。

步骤2.3)、烘烤：将喷涂改性铝粉末后的铝合金型材置于145℃的固化炉内20min，得喷涂型材。

对比例1

本对比例1与上述实施例4相比，区别仅在于：硅元素含量降为0.2％，锰元素含量降为0.03％。

对比例2

本对比例2与上述实施例4相比，区别仅在于：以海泡石替换膨润土，且未先进行水化膨胀，而是直接各原料加水湿法球磨。

对比例3

本对比例3与上述实施例4相比，区别仅在于：以氮化硅与氮化钛按1:3质量比例混合而成的混合物替换氮化硼。

对比例4

本对比例4与上述实施例4相比，区别仅在于：工作气体改为氮气和氦气。

取上述实施例1-4和对比例1-4制得的铝合金型材进行物性指标实验，具体结果如下表1和表2。

其中，保光率的测试方法为：将铝合金型材置于SN-R900疝灯耐气候试验箱中，进行人工加速老化20天，观察光泽变化，根据保光率＝老化后光泽度/老化前光泽度，计算保光率。

表1：本发明实施例1-4及对比例1-4的物性测试结果一

表2：本发明实施例1-4及对比例1-4的物性测试结果二

以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。