权利要求
1.一种适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金，其特征在于，该合金包括：Si：7.5-10.5wt%;Fe：0.10-0.45wt%;Mn：0.20-0.75wt%;Cr：0.01-0.3wt%;Mg：0.05-0.60wt%;Zr：0.01-0.20wt%;Re：0.005-0.25wt%;Ti：0.01-0.25w%;Sr：0.001-0.03wt%; Cu和Zn作为杂质控制，Cu+Zn：≤0.10wt%，其余杂质的重量百分比之和控制在0.5wt%以下，余量为Al;
其中：Re为Ce或La的一种或两种，且Ce与La的质量总和≤0.25wt%;Cr/Re质量比为1:1~6:1。
2.根据权利要求1所述的一种适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金，其特征在于，所述的合金包括：Si：7.5-10.5wt%;Fe：0.10-0.35wt%;Mn：0.20-0.50wt%;Cr：0.05-0.2wt%;Mg：0.2-0.6wt%;Zr：0.01-0.1wt%;La：0.001-0.05wt%;Ce：0.05-0.12wt%;Ti：0.1-0.2w%;Sr：0.01-0.03wt%;杂质的重量百分比之和控制在0.5wt%以下，余量为Al;
其中：Cu与Zn的质量总和≤0.08wt%;Ce与La的质量总和≤0.20wt%;Cr/Re质量比为1:1~3:1。
3.根据权利要求1所述的一种适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金，其特征在于，铝合金组织包括α-Al、共晶组织和析出相;
其中，所述共晶组织主要为Al与Si形成的共晶形态组织;
所述析出相主要包括：Al11Ce3相，Al11La3相、Mg2Si相、Al3Zr相和多元AlMSi相，其中M为Fe、Mn，Cr或Re中的一种或几种。
4.一种如权利要求1-3中任一所述的适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：按照质量配比称取纯Al原料、Al-Si合金、Mg锭、Al-Fe合金、Al-Cr合金、Al-Zr合金、Al-Mn合金、Al-La合金、Al-Ce合金、Al-Ti合金和Al-Sr合金;
步骤S2：将纯Al原料投入加热炉，加热至680℃，待铝金属完全熔化成熔融铝液后，静置保温20-30min;
步骤S3：升温至780℃，按比例加入Al-Si合金、Al-Fe合金，Al-Cr合金、Al-Mn合金、Al-Zr合金，待其完全溶解;
步骤S4：降温至750℃，加入Al-Ce合金、Al-La合金、Al-Ti合金，保温20~30min;
步骤S5：降温至720℃，加入Mg锭，Al-Sr合金，保温15-20min后进行除气精炼;
5.根据权利要求4所述的适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金的制备方法，其特征在于，将步骤S6得到的铝合金锭在700-720℃再次融化并保温，保温时通入保护性气体与空气隔绝，然后注入压铸模具进行压铸，得到高韧耐蚀铝合金产品。
6.根据权利要求5所述的适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金的制备方法，其特征在于，熔融物料注入压铸模具的料筒进行预填充，预填充速度控制在0.4~0.5m/s。
7.根据权利要求6所述的适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金的制备方法，其特征在于，料筒中的物料采用压射方式注入模具，压射采用先低速后高速的填充方式，低速控制在0.10~0.25m/s，高速控制在3.5-4.5m/s;
压射压力120~180bar，压射流量70~90%，回锤压力140~200bar，压射时间3~5s，保压时间3~5s。
8.根据权利要求7所述的适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金的制备方法，其特征在于，压铸模具由油温机控温，其中油温机设置220~260℃。
9.一种如权利要求1-3中任一所述的适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金的应用，其特征在于，将所述高韧耐蚀压铸铝合金用做安防监控设备的壳体。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及压铸铝合金技术领域，具体涉及一种适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金及其制备方法。
背景技术
[0002]近年来，随着安防监控行业的快速发展，摄像头作为核心设备之一，其壳体材料的性能要求日益严苛。目前，压铸铝合金ADC12因其优异的成型性、轻量化及成本优势，被广泛应用于安防摄像头壳体的制造。然而，ADC12作为一种Al-Si-Cu系合金，其高含量的Cu、Zn和Fe相与铝基体存在明显的电位差，易在腐蚀介质中形成微电池效应，导致材料在潮湿、盐雾或酸性环境中耐蚀性显著下降，易发生点蚀、晶间腐蚀等问题，直接影响产品的可靠性与使用寿命。高盐度环境会加速材料表面腐蚀，导致壳体表面起泡、变色甚至穿孔，威胁内部电子元件的密封性与功能完整性。同时，ADC12由于成分杂，韧性差，易开裂，导致ADC12压铸的安防类支架容易出现断裂风险，威胁着安防产品的功能性完整。
[0003]为改善ADC12的耐腐蚀性能，行业内普遍采用钝化处理结合阳极氧化覆膜或有机涂层的双重防护方案。例如，通过阳极氧化工艺在铝合金表面生成氧化铝层以提升耐蚀性，再辅以有机涂层(如粉末涂料)进一步隔绝环境侵蚀。然而，此类方法存在显著局限性：首先，阳极氧化及钝化工艺涉及强酸、强碱及重金属处理(如铬酸盐钝化)，生产过程中易产生含重金属废水、废渣，对生态环境造成污染，且后续废水处理成本高昂;其次，工艺流程繁琐，需经过多道预处理、氧化、封孔及涂装工序，不仅能耗高、周期长，还增加了制造成本。此外，即便经过多重防护，在高盐雾、高温高湿的环境中，涂层易因热膨胀系数差异或机械损伤出现微裂纹，腐蚀介质仍可能穿透防护层侵蚀基材，导致防护效果不可持续。
[0004]专利CN 118547189A公布了一种高强耐腐蚀压铸铝合金，合金包括如下重量百分比原料：7.5~10.5%Si、0.8~1.7%Mg、0~0.35%Fe、0.15~0.40%Cr 、0.1~0.25%Ti、0.01~0.04%Sr、余量为铝。该合金通过Mg与Si形成的Mg2Si提升合金的强度，通过Cr改变Fe相形貌，并通过Fe与Cr的质量比提高脱模性。但该专利中由于Mg含量较高，使得材料脆性增加，众所周知，高含量Mg的加入会严重增加材料的收缩率和热裂性，在压铸薄壁深腔类产品时容易开裂，难以生产。同时，由于材料中Fe的变质仅通过Cr元素进行变质，变质效果单一，且Cr属于易积渣的过渡元素容易沉淀，在实际生产过程中难以保证良好的变质效果。
[0005]现有技术的不足催生了行业对新型材料或绿色高效防护技术的迫切需求，亟需一种兼顾环保性、经济性与长效耐腐蚀性能的解决方案，开发一种无需复杂表面处理、兼具环境友好性与优异耐蚀性、压铸性和强韧性的新型壳体材料，已成为突破行业瓶颈的关键方向。
发明内容
[0006]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金及其制备方法。
[0007]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 一种适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金，该合金包括：Si：7.5-10.5wt%;Fe：0.10-0.45wt%;Mn：0.20-0.75wt%;Cr：0.01-0.3wt%;Mg：0.05-0.60wt%;Zr：0.01-0.20wt%;Re：0.005-0.25wt%;Ti：0.01-0.25w%;Sr：0.001-0.03wt%;其中Cu和Zn作为杂质控制，Cu+Zn：≤0.10wt%，其余杂质的重量百分比之和控制在0.5wt%以下，余量为Al;
其中：Re为Ce或La的一种或两种，且Ce与La的质量总和≤0.25wt%;Cr/Re质量比为1:1~6:1。
[0008]进一步，所述的合金包括：Si：7.5-10.5wt%;Fe：0.10-0.35wt%;Mn：0.20-0.50wt%;Cr：0.05-0.2wt%;Mg：0.2-0.6wt%;Zr：0.01-0.1wt%;La：0.001-0.05wt%;Ce：0.05-0.12wt%;Ti：0.1-0.2w%;Sr：0.01-0.03wt%;其余杂质的重量百分比之和控制在0.5wt%以下，余量为Al;
其中：Cu与Zn的质量总和≤0.08wt%;Ce与La的质量总和≤0.20wt%;Cr/Re质量比为1:1~3:1。
[0009]进一步，所述铝合金组织包括α-Al、共晶组织和析出相;
其中，所述共晶组织主要为Al与Si形成的共晶形态组织;所述析出相主要包括：Al11Ce3相，Al11La3相、Mg2Si相、Al3Zr相和多元AlMSi相，其中M为Fe、Mn，Cr或Re中的一种或几种。
[0010]本发明还提供上述适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：按照质量配比称取纯Al原料、Al-Si合金、Mg锭、Al-Fe合金、Al-Cr合金、Al-Zr合金、Al-Mn合金、Al-La合金、Al-Ce合金、Al-Ti合金和Al-Sr合金;
步骤S2：将纯Al原料投入加热炉，加热至680℃，待铝金属完全熔化成熔融铝液后，静置保温20-30min;
步骤S3：升温至780℃，按比例加入Al-Si合金、Al-Fe合金，Al-Cr合金、Al-Mn合金、Al-Zr合金，待其完全溶解;
步骤S4：降温至750℃，加入Al-Ce合金、Al-La合金、Al-Ti合金，保温20~30min;
步骤S5：降温至720℃，加入Mg锭，Al-Sr合金，保温15-20min后进行除气精炼;
步骤S6：浇注小样进行成分分析，合格后将熔体送入成型设备中成型得到稀土-过渡族协同改性的高韧耐蚀压铸铝合金锭。
[0011]进一步，将步骤S6得到的铝合金锭在700-720℃再次融化并保温，保温时通入保护性气体与空气隔绝，然后注入压铸模具进行压铸，得到高韧耐蚀铝合金产品。
[0012]进一步，熔融物料注入压铸模具的料筒进行预填充，预填充速度控制在0.4~0.5m/s;
料筒中的物料采用压射方式注入模具，压射采用先低速后高速的填充方式，低速控制在0.10~0.25m/s，高速控制在3.5-5.5m/s。
[0013]压射压力120~180bar，压射流量70~90%，回锤压力140~200bar，压射时间3~5s，保压时间3~5s。
[0014]压铸模具由油温机控温，其中油温机设置220~260℃。
[0015]本发明还提供所述的适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金的应用，将所述高韧耐蚀压铸铝合金用做安防监控设备的壳体。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明针对现有安防类壳体用ADC12耐腐蚀性不足、韧性差、工艺繁琐、覆膜不良率高等问题而提供一种高韧耐腐蚀压铸铝合金，该新型合金在无需钝化和阳极覆膜的情况下达到与ADC12钝化及阳极覆膜处理后相媲美的耐腐蚀性能，同时强韧性优于ADC12，提升产品结构可靠性，对于企业成本降低、效率提升、售后市场客诉以及环境友好方面具有明显的促进作用。
[0017]2.本发明以Al-Si系为主，Si在凝固过程中释放结晶潜热，同时Al-Si共晶组织具有良好的补缩性，以此保证材料流动性，由于安防类壳体属于深腔型产品，需通过Fe的添加，提升材料的脱模能力避免粘模、拉模缺陷。但Fe易在凝固过程中生成呈针状样的Al3Fe相，这种长针状相容易割裂基体，产生裂纹，同时Fe相对于铝基体为强阴极相，会降低材料耐腐蚀性，需要对Fe相进行变质。本发明通过Mn的添加，细化Fe相组织，促进相的均匀分布，同时添加Cr元素，形成Al(Fe Mn Cr)Si多元化合物，这种多元化合物与铝基体的电位差较Fe相更低，进一步减弱Fe对合金耐腐蚀性的不利影响，同时由于Fe相形态弥散化，分布均匀化，可以减弱对基体的割裂作用，有利于材料强韧性的提高。Cu相及对应Al2Cu对于Al基体属于强阴极相，会严重恶化耐腐蚀性能，Zn由于电位过低，与Al基体差异大，亦会降低材料耐腐蚀性，故Cu+Zn比例需严格控制。Zr的添加用于形成纳米级Al3Zr 弥散相，提升性能。Sr的添加用于细化Si相，避免粗大板状Si相的出现，粗大Si相除降低力学性能外，易在表面形成微裂纹或应力集中点，加速腐蚀。
[0018]3. 本发明通过添加稀土Ce和La，减少杂质和净化铝液，同时Ce和La在凝固过程中可富集于Fe相表面，阻碍Fe相的生长，进一步细化Fe相形貌，同时对应的铝稀土析出相可作为异质形核点，促进α-Al的进一步细化，从而提升材料强韧性。同时本发明验证发现，Re与Cr协同添加可以改善铝合金表面状态，其中Cr/Re比例控制在1:1~6:1较为合适，该比例下形成的内源性Al-Cr-Re-O复合钝化层，相较于的传统的多孔型Al2O3钝化层，对Cl-等腐蚀介质的渗透具有更明显的阻挡作用，延缓腐蚀介质进入和铺展，提升材料耐腐蚀性。同时经验证，稀土总添加量需控制在0.25wt.%以下，添加过多易形成粗大相恶化性能，同时由于稀土自身电位与Al基体差异大，过多稀土的添加亦会恶化材料耐腐蚀性。
附图说明
[0019]图1为本发明实施例2压铸铝合金锭显微金相(500倍)。
[0020]图2为本发明实施例2压铸铝合金片显微金相(500倍)。
[0021]图3为市售ADC12压铸铝合金锭显微金相(500倍)。
[0022]图4为市售ADC12压铸铝合金片显微金相(500倍)。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0024]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0025]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种适用于壳体的高韧耐蚀压铸铝合金，该合金包括：
Si：7.5-10.5wt%;Fe：0.10-0.40wt%;Mn：0.20-0.50wt%;Cr：0.01-0.3wt%;Mg：0.05-0.6wt%;Zr：0.01-0.2wt%;La：0.001-0.05wt%;Ce：0.05-0.12wt%;Ti：0.01-0.25w%;Sr：0.001-0.03wt%;其中Cu和Zn作为杂质控制，Cu+Zn：≤0.10wt%，杂质的重量百分比之和控制在0.5wt%以下，余量为Al，其中：Re为Ce或La的一种或两种，且Ce与La的质量总和≤0.25wt%;Cr/Re质量比为1:1~6:1。
[0026]实施例1-5和对比例1-5以及市售ADC12合金组分如下表1所示：
表1为实施例和对比例铝合金含量表
[0027]上述各实施例和对比例的合金通过以下方法制得：
步骤S1：先按照质量配比称市售纯Al原料、Al-20Si合金、Mg锭、Al-20Fe合金、Al-5Zr合金、Al-10Cr合金、Al-15Mn合金、Al-20La合金、Al-20Ce合金和Al-75Ti合金，Al-10Sr合金;
步骤S2：首先将纯Al元素投入加热炉，加热至680℃，待铝金属完全熔化成熔融铝液后，静置保温20-30min;
步骤S3：升温至780℃，按比例加入Al-20Si合金、Al-20Fe合金，Al-10Cr合金、Al-15Mn合金、Al-5Zr合金，待其完全溶解;
步骤S4：降温至750℃，加入Al-20Ce合金、Al-20La合金、Al-75Ti中间合金，保温20~30min;
步骤S5：降温至720℃，加入Mg锭，Al-10Sr，保温15-20min后进行除气精炼;
步骤S6：浇注小样进行成分分析，合格后将熔体送入成型设备中成型得到高韧耐蚀压铸铝合金锭。
[0028]步骤S7：将步骤S6得到的铝合金锭在720℃再次融化并保温，保温时通入保护性气体(在本实施例中采用N2)与空气隔绝，然后注入压铸模具的料筒进行预填充，预填充速度控制在0.4m/s，料筒中的物料采用压射方式注入模具，压射采用先低速后高速的填充方式，低速控制在0.15m/s，高速控制在4m/s，压射压力140bar，压射流量70%，回锤压力160bar，压射时间4s，保压时间4s，压铸模具由油温机控温，其中油温机设置230℃，进行高压压铸，得到高韧耐蚀铝合金产品。
[0029]对所得合金进行性能检测，结果如下表2所示：
表2示例中素材态指的是：合金经高压压铸后未经任何热处理的状态;
本发明中力学性能，抗拉强度、屈服强度和延伸率的检测按照国标GB/T 228.1-2010执行;
本发明中电化学腐蚀检测：实施例1~5/对比例1~5/市售ADC12作为工作电极;参比电极为饱和甘汞电极(SCE);腐蚀介质为3.5 w.t%Nacl溶液;腐蚀电位(VSCE)和腐蚀电流(A/cm²)根据Tafel外推法获得;
表2 实施例1-5/对比例1-5性能/市售ADC12性能表
[0030]由上表2具体结果分析：
本申请实施例1~5的延伸率均高于10%，与市售ADC12的延伸率3.4%相比，韧性有显著性的提升，并且抗拉强度与屈服强度也高于市售ADC12。其中，市售ADC12的平衡腐蚀电流为1.74×10-5 A/cm²，实施例1~5腐蚀电流较ADC12低一个数量，综合耐腐蚀性能有显著提升，可替代ADC12用于摄像头壳体类产品的制造。
[0031]对比例1，是在实施例2的基础上，增加 Cu元素。可以发现，Cu元素的增加可以提升材料的抗拉强度，平衡腐蚀电位正移，但平衡腐蚀电流明显增加，耐腐蚀性下降。这是由于Cu元素自身电位较高，对应化合物相对于Al基体是强阴极相，构成微区腐蚀，使得耐腐蚀性下降，故严格限制Cu元素。
[0032]对比例2，是在实施例2的基础上，增加 Zn元素。可以发现，Zn元素的增加可以轻微提升力学性能，平衡腐蚀电位负移，平衡腐蚀电流增加，耐腐蚀性下降。这是由于Zn元素自身电位较负，降低材料平衡电位，腐蚀趋势上升，使得耐腐蚀性下降，故严格限制Zn元素。
[0033]对比例3，是在实施例2的基础上，增加较多量的稀土元素。可以发现，稀土元素的过量添加容易造成稀土颗粒相，降低材料的延伸率，并且可以发现腐蚀电流增加，耐腐蚀性下降。这是由于稀土由于固溶度低，过多的稀土添加形成粗大稀土析出相，这种金属间化合物硬而脆，割裂基体导致延伸率下降，同时由于过量粗大稀土化合物与基体也存在明显电位差，反而会导致耐腐蚀性的下降，故控制稀土加入总量。
[0034]对比例4，是在实施例2的基础上，不额外添加稀土元素。可以发现，不添加稀土，相对于添加稀土的实施例2来说，其平衡腐蚀电流有所增加，耐腐蚀性低于实例2。
[0035]对比例5，是在实施例2的基础上，不额外添加变质元素Mn/Cr和稀土元素。可以发现，对比例5的平衡腐蚀电流相对于实施例2增加明显，耐腐蚀性下降。这是由于Fe以及对应相是强阴极相，与Al基体电势差异大，易导致微区原电池，从而导致耐腐蚀性的下降。而通过添加变质元素和稀土元素的实施例2，由于Fe相形态更弥散，同时转变为Al(Fe，Mn，Cr，Re)Si多元相，减少了与基低的电位差，使得腐蚀速率减少，耐蚀性提升。
[0036]图1为实施例2压铸铝合金锭显微金相(500倍)，从图中可以看出：Fe相和Si相变质均匀，颗粒形态圆润，没有发现粗大相、针状相等异常析出相，晶粒分布均匀，且控制限制电位差异大的元素的加入，保证了析出相与基体的整体电位分布，从而获得良好的力学性能以及优良的抗腐蚀性。
[0037]图2为实施例2压铸铝合金片显微金相(500倍)，从图中可以看出：锭压铸成试片后，整体Si相和Fe相分布弥散，颗粒规整，没有发现粗大相、针状相等异常析出相，晶粒和析出相分布均匀，可以获得良好的力学性能以及优良的抗腐蚀性。
[0038]图3为市售ADC12压铸铝合金锭显微金相(500倍)，从图中可以看出：铝锭组织中粗大相和长针状相较多，这种粗大的针相容易割裂基体，导致力学性能衰退，同时由于合金元素Fe、Cu等含量较多，分布不均，与基体电位差异大，易导致明显的电化学腐蚀，造成耐蚀性能的下降。
[0039]图4为市售ADC12压铸铝合金片显微金相(500倍)，从图中可以看出：铝锭压铸成试片后，组织中依旧存在较多的长针状相，这种粗大的针相容易割裂基体，导致力学性能衰退，同时由于合金元素Fe、Cu等含量较多，分布不均，与基体电位差异大，易导致明显的电化学腐蚀，造成耐蚀性能的下降。
[0040]以上所述是本发明的优选实施方式和说明，但本发明的保护范围不仅局限于上述实施，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
说明书附图(4)
