本發明涉及鋁合金技術領域，尤其涉及一種高防腐幕墻用鋁合金型材及其制備方法。
背景技術：
鋁合金是工業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、船舶及化學工業中已大量應用。因其密度低，強度比較高，接近或超過優質鋼，塑性好，具有優良的導電性、導熱性、抗蝕性等性能，可加工成各種型材，廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業等方面。多年來，在建筑行業幕墻市場中，玻璃幕墻用型材均采用的是鋁合金一次成型的型材，隨著城市建設的不斷發展，人們對玻璃或其它材料的幕墻檔次及所使用的型材要求越來越高，特別是高層或超高層建筑，傳統的采用鋁合金做幕墻型材已不能滿足建筑上所須的防腐能力以及強度、載荷能力的要求。
技術實現要素：
基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種高防腐幕墻用鋁合金型材及其制備方法，用該鋁合金型材制成的幕墻產品不僅耐腐蝕性好，而且強度高，不易變形、變色，使用壽命長。
本發明提出的一種高防腐幕墻用鋁合金型材的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鋁錠以及其他元素合金加入熔煉爐中進行熔煉得到鋁液，鋁液的元素組分按重量百分數由如下組成：Zn 3-5％、Mg 0.9-1.3％、Cu 0.6-1.2％、Mn 0.05-0.15％、Cr 0.06-0.12％、Re 0.07-0.12％、Zr 0.06-0.12％、Sc 0.03-0.06％、Fe 0.15-0.35％、Si 0.15-0.35％、Ti 0.02-0.06％、余量為Al，將鋁液進行澆鑄后得到鑄錠，再進行均勻化處理，均勻化處理后在擠壓機上擠壓成型，然后進行拉伸矯直，得到鋁合金型材坯件；
S2、將S1得到的鋁合金型材坯件脫脂、堿洗后進行陽極氧化處理，再采用Ni2+、F-冷封孔工藝，將陽極氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封閉，其中陽極氧化處理過程中，以鋁合金型材坯件為陽極，石墨為陰極，置于電解液中通電，電流密度為5-10mA/cm2，電解液包括：硫酸160-180g/L、酒石酸5-30g/L、聚乙二醇10-40g/L、硫酸鋁6-18g/L，陽極氧化溫度為18-22℃，陽極氧化時間為25-35min；
S3、將經S2處理后的的鋁合金型材坯件放入電泳槽中進行電泳處理，再烘干得到所述高防腐鋁合金型材，其中電泳處理過程中，鋁合金型材坯件浸沒60-80s后開始電泳，電泳涂料包括：水性丙烯酸樹脂100-280g/L、氨基樹脂20-50g/L、顏料10-15g/L、成膜助劑0.5-1g/L、分散劑0.1-0.3g/L，pH值為5.4-6.5，溫度為22-28℃，電泳時間為120-145s，極間距為12-15cm，電壓為100-150V，烘干過程中，烘干溫度為150-200℃，烘干時間為20-40min。
優選地，S1中，Zn、Mg、Cu的重量配比為4.2-4.5:1.1-1.2:1。
優選地，S1中，進行均勻化處理時，先以70-90℃/h的升溫速率升溫至400-450℃，保溫1-3h，再以10-30℃/h的升溫速率升溫至520-550℃，保溫6-10h，空冷至室溫，再以60-80℃/h的升溫速率升溫至360-400℃，保溫4-6h，接著以5-15℃/h的降溫速率降溫至150-180℃，保溫3-4h。
優選地，S1中，在擠壓機上擠壓成型時，先將鑄錠加熱至450-470℃，保溫1-3h，再利用擠壓機將加熱好的鑄錠從模具中擠出成形，風冷至型材表面溫度為110-130℃后，放入0-5℃水中淬火處理1-2min，其中擠壓模具的預熱溫度為400-420℃，擠壓速度為15-22m/min。
優選地，S2中，將S1得到的鋁合金型材坯件脫脂時，所使用的脫脂劑的原料按重量份包括：濃硫酸30-50份、檸檬酸5-10份、氟化氫銨3-8份、硝酸鈉1-3份、硫酸鐵0.5-2份、三氯乙烯0.5-2份、氟代烴溶劑0.05-0.4份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺5-10份、十二烷基苯磺酸鈉2-5份。
優選地，S2中，將鋁合金型材坯件堿洗時，所使用的堿洗液包括：氫氧化鈉4-6g/L、磷酸鈉15-20g/L、碳酸鈉20-25g/L、三聚磷酸鈉5-20g/L、硅酸鈉5-15g/L、OP乳化劑1-3ml/L。
優選地，S3中，所述水性丙烯酸樹脂為羧基值為120-150mgKOH/g及羥基值為60-120mgKOH/g的水性丙烯酸樹脂；優選地，所述水性丙烯酸樹脂是通過將丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸中的一種或者多種的混合物與β-羥乙基(甲基)丙烯酸酯、羥丙基(甲基)丙烯酸酯、烯丙醇、羥丁基(甲基)丙烯酸酯中的一種或者多種混合物以及不包含羧基及羥基官能團的乙烯基類單體共聚制成。
通過采用特定酸值的丙烯酸樹脂使得涂膜的硬度和耐水性能最佳，同時特定羥基值的丙烯酸樹脂則使得涂膜獲得較高硬度的前提下，具有優異的耐化學藥品性能。
優選地，S3中，所述氨基樹脂為親水性密胺樹脂；優選地，所述親水性密胺樹脂為甲基/丁基混合醚改性的蜜胺樹脂。
優選地，S3中，所述成膜助劑為聚乙二醇、乙二醇、乙二醇丁醚、異丁醇中的一種或者多種的混合物。
一種高防腐幕墻用鋁合金型材，采用上述高防腐幕墻用鋁合金型材的制備方法制成。
本發明提出的一種高防腐幕墻用鋁合金型材及其制備方法，首先，所述型材的組分以Al、Zn、Mg、Cu為主合金元素，控制Zn、Mg的比例，有利于形成適宜濃度的三元固溶體T(Al2Mg3Zn3)相和二元的η(MgZn2)相，二者對于改善鋁合金的強度具有顯著的效果；適宜含量的Cu可與Al、Mg結合形成Al2CuMg強化相，以此改善Zn，Mg含量高時帶來的塑性和抗蝕性降低的缺點，提高強度和重復加載抗力；Cr對于Al-Zn-Mg-Cu系合金具有細化晶粒的作用，同時可明顯改變晶粒移動的激活能；不僅能顯著細化再結晶晶粒，而且Mn在Al-Zn-Mg-Cu系合金中可形成四元金屬間化合物Al20(Cu,Zn)2Mn3，其具有明顯的纖維增強的作用，Ti則可形成大量細小的TiAl3質點，具有顯著提高固溶強化的效果；稀土Re的加入不僅可以凈化去氫、氧、氮、碳等，通過產生稀土氫化物的方式去除氫的有害作用，而且細化晶粒，產生稀土高熔點化合物成為晶核核心，對于改善合金性能具有顯著效果；Zr、Sc可形成細小的Al3Zr、Al3Sc金屬間化合物，二者呈彌散質點存在，具有可細化晶粒，并在熱加工及熱處理后容易保持未再結晶不部分再結晶的組織，提高合金強度和抗應力腐蝕性能。此后，在具體得到上述組分的鋁合金型材坯件過程中，首先進行區別于常規的強化均勻化處理，對鋁合金鑄錠先快速升溫至較低溫度，然后緩慢升溫至較高溫度，最后緩冷或空冷至室溫，可有效減少合金組織中粗大結晶相顆粒，充分發揮合金元素的有益作用；此后再對鑄錠進行擠壓成型，退火處理，進一步改善鋁合金型材的內部組織均勻性與晶粒的細化，大大改善了鋁合金型材的質量與加工性能。
其次，為了進一步增強所述幕墻用鋁合金型材的防腐性能，本發明還包括對鋁合金型材坯件依次經過脫脂、堿洗處理，并通過各個工藝條件的優化條件下的陽極氧化處理，在型材表面形成厚度適中的氧化膜，接著封孔，從而顯著提高鋁合金型材的耐磨、耐光和耐腐蝕性能；之后還對鋁合金型材進行陽極電泳涂裝處理，選擇以丙烯酸樹脂作為主要成膜物質，加入適當顏料及助劑的電泳涂料，通過對電泳處理中的各個工藝條件的優化，最終在鋁合金型材表面涂覆一層丙烯酸樹脂涂層，該漆膜表面致密均勻，具有較好的耐鹽酸性和耐鹽水性，長時間浸泡后都無明顯腐蝕跡象。
對本發明所述高防腐幕墻用鋁合金型材進行性能檢測，結果如下：抗拉強度為589-626MPa，屈服強度為468-508MPa，延伸率為14-14.5％，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明的技術方案進行詳細說明。
實施例1
本發明提出的一種高防腐幕墻用鋁合金型材的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鋁錠以及其他元素合金加入熔煉爐中進行熔煉得到鋁液，鋁液的元素組分按重量百分數由如下組成：Zn 3％、Mg 1.3％、Cu 0.6％、Mn 0.15％、Cr 0.06％、Re 0.12％、Zr 0.06％、Sc 0.06％、Fe 0.15％、Si 0.35％、Ti 0.02％、余量為Al，將鋁液進行澆鑄后得到鑄錠，再進行均勻化處理，先以70℃/h的升溫速率升溫至450℃，保溫1h，再以30℃/h的升溫速率升溫至520℃，保溫10h，空冷至室溫，再以60℃/h的升溫速率升溫至400℃，保溫4h，接著以15℃/h的降溫速率降溫至150℃，保溫4h，均勻化處理后在擠壓機上擠壓成型，先將鑄錠加熱至450℃，保溫3h，再利用擠壓機將加熱好的鑄錠從模具中擠出成形，風冷至型材表面溫度為110℃后，放入5℃水中淬火處理1min，擠壓模具的預熱溫度為420℃，擠壓速度為15m/min，然后進行拉伸矯直，得到鋁合金型材坯件；
S2、將S1得到的鋁合金型材坯件進行脫脂，所使用的脫脂劑的原料按重量份包括：濃硫酸30份、檸檬酸10份、氟化氫銨3份、硝酸鈉3份、硫酸鐵0.5份、三氯乙烯2份、氟代烴溶劑0.05份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺10份、十二烷基苯磺酸鈉2份，再進行堿洗，所使用的堿洗液包括：氫氧化鈉6g/L、磷酸鈉15g/L、碳酸鈉25g/L、三聚磷酸鈉5g/L、硅酸鈉15g/L、OP乳化劑1ml/L，接著進行陽極氧化處理，再采用Ni2+、F-冷封孔工藝，將陽極氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封閉，其中陽極氧化處理過程中，以鋁合金型材坯件為陽極，石墨為陰極，置于電解液中通電，電流密度為5mA/cm2，電解液包括：硫酸180g/L、酒石酸5g/L、聚乙二醇40g/L、硫酸鋁6g/L，陽極氧化溫度為22℃，陽極氧化時間為25min；
S3、將經S2處理后的的鋁合金型材坯件放入電泳槽中進行電泳處理，再烘干得到所述高防腐鋁合金型材，其中電泳處理過程中，鋁合金型材坯件浸沒60s后開始電泳，電泳涂料包括：水性丙烯酸樹脂280g/L、甲基/丁基混合醚改性的蜜胺樹脂20g/L、顏料15g/L、聚乙二醇0.5g/L、分散劑0.3g/L，所述水性丙烯酸樹脂為羧基值為120mgKOH/g及羥基值為120mgKOH/g的水性丙烯酸樹脂，pH值為5.4，溫度為28℃，電泳時間為120s，極間距為15cm，電壓為100V，烘干過程中，烘干溫度為200℃，烘干時間為20min。
實施例2
本發明提出的一種高防腐幕墻用鋁合金型材的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鋁錠以及其他元素合金加入熔煉爐中進行熔煉得到鋁液，鋁液的元素組分按重量百分數由如下組成：Zn 5％、Mg 0.9％、Cu 1.2％、Mn 0.05％、Cr 0.12％、Re 0.07％、Zr 0.12％、Sc 0.03％、Fe 0.35％、Si 0.15％、Ti 0.06％、余量為Al，將鋁液進行澆鑄后得到鑄錠，再進行均勻化處理，先以90℃/h的升溫速率升溫至400℃，保溫3h，再以10℃/h的升溫速率升溫至550℃，保溫6h，空冷至室溫，再以80℃/h的升溫速率升溫至360℃，保溫6h，接著以5℃/h的降溫速率降溫至180℃，保溫3h，均勻化處理后在擠壓機上擠壓成型，先將鑄錠加熱至470℃，保溫1h，再利用擠壓機將加熱好的鑄錠從模具中擠出成形，風冷至型材表面溫度為130℃后，放入0℃水中淬火處理2min，擠壓模具的預熱溫度為400℃，擠壓速度為22m/min，然后進行拉伸矯直，得到鋁合金型材坯件；
S2、將S1得到的鋁合金型材坯件進行脫脂，所使用的脫脂劑的原料按重量份包括：濃硫酸50份、檸檬酸5份、氟化氫銨8份、硝酸鈉1份、硫酸鐵2份、三氯乙烯0.5份、氟代烴溶劑0.4份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺5份、十二烷基苯磺酸鈉5份，再進行堿洗，所使用的堿洗液包括：氫氧化鈉4g/L、磷酸鈉20g/L、碳酸鈉20g/L、三聚磷酸鈉20g/L、硅酸鈉5g/L、OP乳化劑3ml/L，接著進行陽極氧化處理，再采用Ni2+、F-冷封孔工藝，將陽極氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封閉，其中陽極氧化處理過程中，以鋁合金型材坯件為陽極，石墨為陰極，置于電解液中通電，電流密度為10mA/cm2，電解液包括：硫酸160g/L、酒石酸30g/L、聚乙二醇10g/L、硫酸鋁18g/L，陽極氧化溫度為18℃，陽極氧化時間為35min；
S3、將經S2處理后的的鋁合金型材坯件放入電泳槽中進行電泳處理，再烘干得到所述高防腐鋁合金型材，其中電泳處理過程中，鋁合金型材坯件浸沒80s后開始電泳，電泳涂料包括：水性丙烯酸樹脂100g/L、甲基/丁基混合醚改性的蜜胺樹脂50g/L、顏料10g/L、乙二醇1g/L、分散劑0.1g/L，所述水性丙烯酸樹脂為羧基值為150mgKOH/g及羥基值為60mgKOH/g的水性丙烯酸樹脂，pH值為6.5，溫度為22℃，電泳時間為145s，極間距為12cm，電壓為150V，烘干過程中，烘干溫度為150℃，烘干時間為40min。
實施例3
本發明提出的一種高防腐幕墻用鋁合金型材的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鋁錠以及其他元素合金加入熔煉爐中進行熔煉得到鋁液，鋁液的元素組分按重量百分數由如下組成：Zn 4％、Mg 1.1％、Cu 0.9％、Mn 0.1％、Cr 0.09％、Re 0.09％、Zr 0.09％、Sc 0.04％、Fe 0.25％、Si 0.25％、Ti 0.04％、余量為Al，將鋁液進行澆鑄后得到鑄錠，再進行均勻化處理，先以80℃/h的升溫速率升溫至420℃，保溫2h，再以20℃/h的升溫速率升溫至535℃，保溫8h，空冷至室溫，再以70℃/h的升溫速率升溫至380℃，保溫5h，接著以10℃/h的降溫速率降溫至165℃，保溫3.5h，均勻化處理后在擠壓機上擠壓成型，先將鑄錠加熱至460℃，保溫2h，再利用擠壓機將加熱好的鑄錠從模具中擠出成形，風冷至型材表面溫度為120℃后，放入2℃水中淬火處理1.5min，擠壓模具的預熱溫度為410℃，擠壓速度為18m/min，然后進行拉伸矯直，得到鋁合金型材坯件；
S2、將S1得到的鋁合金型材坯件進行脫脂，所使用的脫脂劑的原料按重量份包括：濃硫酸40份、檸檬酸7份、氟化氫銨5份、硝酸鈉2份、硫酸鐵1份、三氯乙烯1.5份、氟代烴溶劑0.2份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺7份、十二烷基苯磺酸鈉3份，再進行堿洗，所使用的堿洗液包括：氫氧化鈉5g/L、磷酸鈉17g/L、碳酸鈉22g/L、三聚磷酸鈉12g/L、硅酸鈉10g/L、OP乳化劑2ml/L，接著進行陽極氧化處理，再采用Ni2+、F-冷封孔工藝，將陽極氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封閉，其中陽極氧化處理過程中，以鋁合金型材坯件為陽極，石墨為陰極，置于電解液中通電，電流密度為7mA/cm2，電解液包括：硫酸170g/L、酒石酸15g/L、聚乙二醇25g/L、硫酸鋁12g/L，陽極氧化溫度為20℃，陽極氧化時間為30min；
S3、將經S2處理后的的鋁合金型材坯件放入電泳槽中進行電泳處理，再烘干得到所述高防腐鋁合金型材，其中電泳處理過程中，鋁合金型材坯件浸沒70s后開始電泳，電泳涂料包括：水性丙烯酸樹脂190g/L、甲基/丁基混合醚改性的蜜胺樹脂35g/L、顏料12g/L、乙二醇丁醚0.7g/L、分散劑0.2g/L，所述水性丙烯酸樹脂為羧基值為135mgKOH/g及羥基值為90mgKOH/g的水性丙烯酸樹脂，pH值為6，溫度為25℃，電泳時間為135s，極間距為13cm，電壓為125V，烘干過程中，烘干溫度為175℃，烘干時間為30min。
實施例4
本發明提出的一種高防腐幕墻用鋁合金型材的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鋁錠以及其他元素合金加入熔煉爐中進行熔煉得到鋁液，鋁液的元素組分按重量百分數由如下組成：Zn3.5％、Mg 1.2％、Cu 0.8％、Mn 0.11％、Cr 0.08％、Re 0.11％、Zr 0.1％、Sc 0.05％、Fe 0.28％、Si 0.3％、Ti 0.03％、余量為Al，將鋁液進行澆鑄后得到鑄錠，再進行均勻化處理，先以75℃/h的升溫速率升溫至430℃，保溫1.5h，再以15℃/h的升溫速率升溫至540℃，保溫7h，空冷至室溫，再以75℃/h的升溫速率升溫至390℃，保溫4.5h，接著以8℃/h的降溫速率降溫至170℃，保溫3.2h，均勻化處理后在擠壓機上擠壓成型，先將鑄錠加熱至465℃，保溫1.5h，再利用擠壓機將加熱好的鑄錠從模具中擠出成形，風冷至型材表面溫度為125℃后，放入3℃水中淬火處理1.8min，擠壓模具的預熱溫度為405℃，擠壓速度為20m/min，然后進行拉伸矯直，得到鋁合金型材坯件；
S2、將S1得到的鋁合金型材坯件進行脫脂，所使用的脫脂劑的原料按重量份包括：濃硫酸35份、檸檬酸8份、氟化氫銨6份、硝酸鈉2.5份、硫酸鐵1.5份、三氯乙烯1份、氟代烴溶劑0.3份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺8份、十二烷基苯磺酸鈉4份，再進行堿洗，所使用的堿洗液包括：氫氧化鈉4.5g/L、磷酸鈉18g/L、碳酸鈉23g/L、三聚磷酸鈉10g/L、硅酸鈉12g/L、OP乳化劑1.5ml/L，接著進行陽極氧化處理，再采用Ni2+、F-冷封孔工藝，將陽極氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封閉，其中陽極氧化處理過程中，以鋁合金型材坯件為陽極，石墨為陰極，置于電解液中通電，電流密度為8mA/cm2，電解液包括：硫酸175g/L、酒石酸10g/L、聚乙二醇30g/L、硫酸鋁10g/L，陽極氧化溫度為21℃，陽極氧化時間為30min；
S3、將經S2處理后的的鋁合金型材坯件放入電泳槽中進行電泳處理，再烘干得到所述高防腐鋁合金型材，其中電泳處理過程中，鋁合金型材坯件浸沒65s后開始電泳，電泳涂料包括：水性丙烯酸樹脂200g/L、甲基/丁基混合醚改性的蜜胺樹脂30g/L、顏料13g/L、成膜助劑0.8g/L、分散劑0.15g/L，所述水性丙烯酸樹脂為羧基值為140mgKOH/g及羥基值為80mgKOH/g的水性丙烯酸樹脂，所述成膜助劑為乙二醇丁醚和異丁醇的混合物，pH值為5.8，溫度為24℃，電泳時間為130s，極間距為14cm，電壓為130V，烘干過程中，烘干溫度為170℃，烘干時間為25min。
一種高防腐幕墻用鋁合金型材，其采用上述實施例1-4中所述高防腐幕墻用鋁合金型材的制備方法制成。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。