本發明屬于鋁合金材料技術領域，尤其涉及一種耐磨抗腐蝕的高硅鋁合金及其制備方法。
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。鋁合金的密度低，但是其強度比較高，接近或超過優質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業上廣泛使用，使用量僅次于鋼。但是，目前大多暴露在室外的鋁制產品的耐磨性能、抗腐蝕性能均不是很理想，尤其是人們日常生活中所使用的鋁制門窗、公共場所的鋁制欄桿、扶手等等始終處在風吹日曬雨淋的環境中，被腐蝕、氧化進而斷裂損壞的情況很嚴重，極大縮短了其使用壽命。
而高硅鋁硅合金具有其他鋁合金不可比擬的高比強度、高耐磨耐蝕性、低熱膨脹性及良好的尺寸穩定性，廣泛應用于建筑裝飾、導軌、軌道交通、集裝箱等領域，因而它能取得顯著的社會經濟效益，如專利CN101333614A公開了一種含鎂高硅鋁合金的結構材料及其制備方法；專利CN104831132A公開了一種高硅鋁合金及其制備方法；專利CN103290274A公開了一種耐磨耐堿蝕鋁合金；以及專利CN105177366 A也公開了一種耐磨抗腐蝕的鋁合金；然而目前高硅變形鋁合金普遍存在硅顆粒較粗大且分布不均勻，鋁基體再結晶晶粒混晶現象嚴重的問題，在高摩擦、強酸堿的使用條件下，容易被腐蝕、氧化進而斷裂損壞，極大縮短了其使用壽命。
技術實現要素：
本發明為解決現有技術中的上述問題，提出一種耐磨抗腐蝕的高硅鋁合金及其制備方法。
為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
本發明的第一個方面是提供一種耐磨抗腐蝕的高硅鋁合金，所述高硅鋁合金元素的重量百分比組成為：硅25-30%、鎂2-4%、錳0.2-0.3%、鉻1-2%、鉬 1-2%、釩 0.2-0.3%、鋇0.3-0.5%、鉍 0.02-0.03%、鐿0.1-0.3%、銪0.01-0.02%，余量為鋁和雜質。
進一步地，所述高硅鋁合金元素的重量百分比組成為硅27-28%、鎂2.5-3%、錳0.25-0.28%、鉻1.4-1.6%、鉬1.5-1.7%、釩0.22-0.24%、鋇0.35-0.45%、鉍 0.024-0.027%、鐿0.15-0.2%、銪0.015-0.018%，余量為鋁和雜質。
進一步地，所述高硅鋁合金元素的重量百分比組成為硅27.6%、鎂2.7%、錳0.27%、鉻1.5%、鉬1.6%、釩0.23%、鋇0.4%、鉍 0.026%、鐿0.18%、銪0.016%，余量為鋁和雜質。
進一步地，制備合金所用的原料中Al為99.9％的純鋁，Si是工業純硅，Mg是工業純鎂，Mn是錳劑，其余為中間合金。
進一步地，所述雜質包括微量的碳、磷、硫，其含量均小于0.05%。
本發明的第二個方面是提供一種耐磨抗腐蝕的高硅鋁合金的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，按上述重量百分比，準備各組分原料，各組分原料均為純錠材料或中間合金；
步驟2，將鋁錠、鎂錠加入爐中升溫至760-770℃下熔化，待鋁錠完全熔化后，加入純硅和錳劑，再升溫至790-800℃加入各中間合金充分混合后，通入精煉劑進行精煉、扒渣，并在750-760℃下保溫40-50min，得到鋁合金液；
步驟3，在640-660℃條件下對步驟2得到的鋁合金液進行鑄造，得到高硅鋁合金鑄錠；
步驟4，將步驟3得到的高硅鋁合金鑄錠在510-520℃范圍內固溶處理2-3h，然后 在15-20℃的冷卻水中快速淬火，得到固溶處理后的鋁合金鑄錠；
步驟5，將步驟4固溶處理后的鋁合金鑄錠在160-180℃范圍內進行時效處理5-7h，得到時效處理后的高硅鋁合金鑄錠；
步驟6，先將步驟5時效處理后的鋁合金鑄錠在溫度570-590℃下進行兩次熱軋，待溫度自然冷卻至室溫時再進行冷軋定型，既得耐磨抗腐蝕的高硅鋁合金。
進一步地，所述步驟2中加入純硅和錳劑后，添加總爐料重量的1-1.5%的覆蓋劑，保溫直至Si完全溶解后，再升溫至790-800℃加入各中間合金。所述覆蓋劑的添加量為總爐料重量的1.3%。
進一步地，所述覆蓋劑的重量百分比組成為：Na2SiF6 15-25%、MgCl2 40-50%、KCl 30-40%。
優選地，所述覆蓋劑的重量百分比組成為：Na2SiF6 20%、MgCl2 45%、KCl 35%。
進一步地，所述步驟2中的精煉劑的加入量為總爐料重量的0.3-0.5%，按重量百分比計所述精煉劑由六氯乙烷70-80%和氟硅酸鈉20-30%配置而成。
優選地，所述步驟2中的精煉劑的加入量為總爐料重量的0.4%，按重量百分比計所述精煉劑由六氯乙烷75%和氟硅酸鈉25%配置而成。
本發明采用上述技術方案，與現有技術相比，具有如下技術效果：
本發明的高硅鋁合金通過調整合金的成分的組成及配比，不僅添加了錳、鎂、硅等元素，還添加了鉻、釩、鉬、鋇、鉍、鐿和銪等元素，通過高溫熔煉，能夠形成穩定的強化相，極大改善了鋁合金的力學性能和耐蝕性，耐堿蝕，腐蝕速率由原來的0.027-0.03g/(m2·h)降至0.002g/(m2·h)以下，硬度由原來的490左右提高到750左右；采用本發明方法制備的高硅鋁合金，其硬度高，耐磨性好，改善了產品的使用性，相比現有的高硅合金提高了抗磨損能力和抗腐蝕能力強，綜合性能好，具有良好的應用前景。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明進行詳細和具體的介紹，以使更好的理解本發明，但是下述實施例并不限制本發明范圍。
實施例1 耐磨抗腐蝕的高硅鋁合金的制備
步驟1，按重量百分比組成為：硅25%、鎂2%、錳0.2%、鉻2%、鉬 1%、釩 0.2%、鋇0.3%、鉍 0.02%、鐿0.1%、銪0.01%，余量為鋁和雜質，準備各組分原料，各組分原料均為純錠材料或中間合金；
步驟2，將鋁錠、鎂錠加入爐中升溫至760℃下熔化，待鋁錠完全熔化后，加入純硅和錳劑，再升溫至790℃加入各中間合金充分混合后，通入精煉劑進行精煉、扒渣，精煉劑的加入量為總爐料重量的0.3%，并在760℃下保溫50min，得到鋁合金液；其中
步驟3，在640℃條件下對步驟2得到的鋁合金液進行鑄造，得到高硅鋁合金鑄錠；
步驟4，將步驟3得到的高硅鋁合金鑄錠在510℃范圍內固溶處理2.5h，然后 在15℃的冷卻水中快速淬火，得到固溶處理后的鋁合金鑄錠；
步驟5，將步驟4固溶處理后的鋁合金鑄錠在160℃范圍內進行時效處理5h，得到時效處理后的高硅鋁合金鑄錠；
步驟6，先將步驟5時效處理后的鋁合金鑄錠在溫度580℃下進行兩次熱軋，待溫度自然冷卻至室溫時再進行冷軋定型，既得耐磨抗腐蝕的高硅鋁合金。
實施例2 耐磨抗腐蝕的高硅鋁合金的制備
步驟1，按重量百分比組成為：硅30%、鎂4%、錳0.3%、鉻2%、鉬 2%、釩0.3%、鋇0.5%、鉍0.03%、鐿0.3%、銪0.02%，余量為鋁和雜質，準備各組分原料，各組分原料均為純錠材料或中間合金；
步驟2，將鋁錠、鎂錠加入爐中升溫至770℃下熔化，待鋁錠完全熔化后，加入純硅和錳劑，再升溫至800℃加入各中間合金充分混合后，通入精煉劑進行精煉、扒渣，精煉劑的加入量為總爐料重量的0.5%，并在760℃下保溫50min，得到鋁合金液；其中
步驟3，在660℃條件下對步驟2得到的鋁合金液進行鑄造，得到高硅鋁合金鑄錠；
步驟4，將步驟3得到的高硅鋁合金鑄錠在510-520℃范圍內固溶處理2-3h，然后 在15-20℃的冷卻水中快速淬火，得到固溶處理后的鋁合金鑄錠；
步驟5，將步驟4固溶處理后的鋁合金鑄錠在180℃范圍內進行時效處理7h，得到時效處理后的高硅鋁合金鑄錠；
步驟6，先將步驟5時效處理后的鋁合金鑄錠在溫度590℃下進行兩次熱軋，待溫度自然冷卻至室溫時再進行冷軋定型，既得耐磨抗腐蝕的高硅鋁合金。
實施例3 耐磨抗腐蝕的高硅鋁合金的制備
步驟1，按重量百分比組成為：硅27.6%、鎂2.7%、錳0.27%、鉻1.5%、鉬1.6%、釩0.23%、鋇0.4%、鉍 0.026%、鐿0.18%、銪0.016%，余量為鋁和雜質，準備各組分原料，各組分原料均為純錠材料或中間合金；
步驟2，將鋁錠、鎂錠加入爐中升溫至765℃下熔化，待鋁錠完全熔化后，加入純硅和錳劑，再升溫至795℃加入各中間合金充分混合后，通入精煉劑進行精煉、扒渣，精煉劑的加入量為總爐料重量的0.4%，并在755℃下保溫45min，得到鋁合金液；其中
步驟3，在650℃條件下對步驟2得到的鋁合金液進行鑄造，得到高硅鋁合金鑄錠；
步驟4，將步驟3得到的高硅鋁合金鑄錠在515℃范圍內固溶處理3h，然后 在15℃的冷卻水中快速淬火，得到固溶處理后的鋁合金鑄錠；
步驟5，將步驟4固溶處理后的鋁合金鑄錠在170℃范圍內進行時效處理6h，得到時效處理后的高硅鋁合金鑄錠；
步驟6，先將步驟5時效處理后的鋁合金鑄錠在溫度580℃下進行兩次熱軋，待溫度自然冷卻至室溫時再進行冷軋定型，既得耐磨抗腐蝕的高硅鋁合金。
耐腐蝕性實驗：將實施例1-3制備的高硅合金浸入腐蝕介質1%NaOH，浸漬1個月，對比實驗采用具有相同硅、鎂含量的Si-Mg-Al合金，具體檢測結果如下表所示：
以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的范疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的范圍內。