CN106636808A - 一种铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝合金及其制备方法，所述铝合金各组分的质量百分含量为：Zn 5.5-10.5%，Mg 1.2-3.2%，Zr 0.08-0.25%，Ni 0.05-0.2%，Fe 0.05-0.1%，Sc 0.01-0.15%，余量为Al及不可避免的杂质。本发明的铝合金强度高，且阳极氧化后呈银白色，色泽鲜亮、均匀，一致性好。
Description
技术领域
本发明属于铝合金领域，尤其涉及一种铝合金及其制备方法。
背景技术
随着当前通讯行业的高度发达，高强度铝合金在此领域应用需求越来越大，大尺寸、超轻薄为目前电子产品主流。大尺寸、超薄件对铝合金强度有着很高的要求，目前市面上有6000系铝合金材质的大尺寸电子产品，但遭到用户投诉容易弯曲变形，强度不够。
在铝合金中添加Zn和Mg的7000系列铝合金显示出铝合金中最高强度，已广泛应用于汽车、铁路、船舶及飞机制造等重型工业部门。随着人们对电子产品的要求，人们开始研究7000系列铝合金在电子产品领域的应用。同时，也希望7000系列铝合金能够通过阳极氧化处理后，表面能获得具有金属光泽的银白色，从而带来高级感和后续上色的多样性，但由于成分原因，7000系列铝合金的阳极氧化膜颜色明显偏黄色，直接影响外观和后续上色效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中7000系列铝合金阳极氧化膜颜色偏黄的问题，提供一种阳极氧化膜颜色呈银白色、色泽鲜亮的铝合金及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种铝合金，所述铝合金各组分的质量百分含量为：
Zn 5.5-10.5%，
Mg 1.2-3.2%，
Zr 0.08-0.25%，
Ni 0.05-0.2%，
Fe 0.05-0.1%，
Sc 0.01-0.15%，
余量为Al及不可避免的杂质。
本发明还提供一种铝合金的制备方法，将含有以下质量百分含量的铸锭熔融制备铝合金铸锭，然后将铸锭成型为铝合金；
Zn 5.5-10.5%，
Mg 1.2-3.2%，
Zr 0.08-0.25%，
Ni 0.05-0.2%，
Fe 0.05-0.1%，
Sc 0.01-0.15%，
余量为Al及不可避免的杂质。
本发明的铝合金强度高，且阳极氧化后呈银白色，色泽鲜亮、均匀，一致性好。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为实施例1得到的铝合金的金相组织照片；
图2为实施例6得到的铝合金的金相组织照片；
图3为对比例1得到的铝合金的金相组织照片。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种铝合金，所述铝合金各组分的质量百分含量为：
Zn 5.5-10.5%，
Mg 1.2-3.2%，
Zr 0.08-0.25%，
Ni 0.05-0.2%，
Fe 0.05-0.1%，
Sc 0.01-0.15%，
余量为Al及不可避免的杂质。
进一步优选地，
所述铝合金各组分的质量百分含量为：
Zn 6.4-8.6%，
Mg 1.2-2.8%，
Zr 0.08-0.2%，
Ni 0.05-0.1%，
Fe 0.05-0.1%，
Sc 0.01-0.12%，
余量为Al及不可避免的杂质。
本发明提供的铝合金加入了0.01-0.15%的钪，钪可以阻碍晶粒长大，具有细化晶粒及抑制再结晶作用，可使合金的再结晶温度提高到450-550℃。此外，时效处理时以Al3Sc化合物形式析出，非常弥散，且与基体保持完全共格，起到明显强化作用。合金中添加了0.08-0.25%的锆，能形成Al(Sc1-xZrx)相，完全保持了Al3Sc的作用，同时降低了钪的用量。 Zr还具有一定抑制再结晶，细化晶粒的作用。
本发明提供的铝合金中Fe含量在0.05-0.1%，Ni含量在0.05-0.2%，形成耐热相Al9FeNi，起到弥散强化作用，提升合金强度，又能阻碍高温下的位错攀移，阻碍晶粒长大，抑制再结晶。
本发明的发明人经过大量的试验发现Zn、Mg、Zr、Ni及Sc都不会影响合金阳极氧化膜的颜色和透明度，只有Fe元素会降低氧化膜透明度使得合金表面变灰，但本发明提供的铝合金Fe含量控制在0.05-0.1%，影响可以忽略。另外Cu、Cr、Mn等元素使得氧化膜颜色偏黄色， Si则降低氧化膜透明度，但这些杂质元素含量均严格控制在0.03%以下，影响可以忽略。因此，本发明提供的铝合金，采用硫酸阳极氧化后氧化膜透明度高，呈银白色，色泽鲜亮，金属质感强，均一性好，氧化膜厚度达10-25μm。另外，本发明提供的铝合金，晶粒细化效果较好，晶粒大小匀称，避免了因晶粒大小差距过大而导致合金氧化膜产生色差及斑点等缺陷。
本发明中提供的铝合金可以在后续制造工艺上均采用较常规高强铝合金更高的处理温度，如560-590℃的均质化处理、520-550℃的固溶处理，提升了均质效果和固溶效果，使得合金性能得以充分发挥。同时，由于上述Al3Sc、Al(Sc1-xZrx)及Al9FeNi强化相作用，阻碍晶粒生长，提升了合金再结晶温度，因此，高温处理并不会大幅度引起合金晶粒粗大。
在本发明中，优选地，所述不可避免的杂质单个质量含量小于0.03%，不可避免的杂质的总质量含量小于0.1%。
在本发明中，所述铝合金的屈服极限大于480MPa。
本发明还提供了一种铝合金的制备方法，该方法包括将含有以下质量百分含量的铸锭熔融制备铝合金铸锭，然后将铸锭成型为铝合金；
Zn 5.5-10.5%，
Mg 1.2-3.2%，
Zr 0.08-0.25%，
Ni 0.05-0.2%，
Fe 0.05-0.1%，
Sc 0.01-0.15%，
余量为Al及不可避免的杂质。
本发明中，所述成型的方法没有特别的限制，可以为本领域常用的各种合金成型方法，在本发明中进一步优选所述成型的方法为轧制成型或挤出成型。在本发明中，所述轧制成型的条件为：在475-530℃进行轧制加工，得到轧制板材。所述挤压成型的条件为：485-540℃进行挤出加工，得到挤出型材。
本发明中，在成型之前，还包括对铸锭进行均匀化处理；均匀化处理可以消除成分、组织偏析等铸造缺陷，使合金成分均质性更好。所述均匀化处理的方法为：将铸锭在480-520℃保温4-6小时，再加热到560-590℃保温10-20小时。
本发明中，在成型之后还包括对铝合金进行固溶处理；固溶处理的效果可以使合金元素充分固溶，形成过饱和固溶体，为沉淀（析出）强化做好组织准备。所述固溶处理的温度为520-550℃，时间为0.5-1h。固溶处理后采用25-30℃水冷，然后进行拉伸，变形量为1%-3%。
本发明中，在所述固溶处理之后对铝合金进行人工时效处理；人工时效处理可以使过饱和固溶体分解析出强化相，弥散分布于合金组织，强化合金。所述人工时效处理工艺为：在100-120℃加热4-8小时，然后，再加热到150-220℃保温8-18小时。或人工时效处理工艺为：在175-235℃保温12-30小时。
本发明中所述的铸锭可以为包含Zn、Mg、Zr、Ni、Fe和Sc的各种纯金属锭或合金锭，没有特别的限制，只要能够得到本发明的含量范围即可。从容易得到和低成本角度考虑，本发明优选采用纯Al锭、Al-Ni合金、Al-Fe合金、Al-Sc合金、纯Mg、纯Zn及纯Zr。
本发明中，所述熔炼制备铝合金铸锭的方法没有特别的限制，可以为本领域常用的各种方法，只要能够将铸锭熔融后形成铝合金铸锭即可，如：
经配料计算后，按量称取纯Al锭、Al-Ni合金、Al-Fe合金、Al-Sc合金、纯Mg、纯Zn及纯Zr，再将纯Al锭、Al-Ni合金、Al-Fe合金和Al-Sc合金放入熔炼炉加热至全部熔化，然后依次加入纯Zr、纯Mg、纯Zn没入熔体中熔化后，搅拌8-15分钟，使成分均匀。在加入0.5%除渣剂除渣，0.5%精炼剂精炼除气，完成后扒渣静置20-35分钟，然后降温至700℃左右开始浇铸水冷成锭。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1
经配料计算后如表1所述的各物质含量称取各中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼过程进行熔炼浇铸成锭，将铸锭在480℃保温6小时，再加热到560℃温度下保温20小时进行均质化处理；然后，将铸锭温度设定到475℃进行轧制加工，得到轧制板材，将板材进行520℃/1h固溶处理，采用25℃水冷，然后进行拉伸，变形量为1%，最后，进行人工时效处理： 在100℃加热8小时，再加热到150℃保温18小时，制备得到铝合金A1。用光学金相显微镜（OLYMPUS公司的GX51）测试铝合金A1的金相组织，结果如图1。
实施例2
经配料计算后如表1所述的各物质含量称取各中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼过程进行熔炼浇铸成锭，将铸锭在520℃保温4小时，再加热到590℃温度下保温10小时进行均质化处理；然后，将铸锭温度设定到530℃进行轧制加工，得到轧制板材，将板材进行550℃/0.5h固溶处理，采用30℃水冷，然后进行拉伸，变形量为1.5%，最后，进行人工时效处理： 在120℃加热4小时，再加热到220℃保温8小时，制备得到铝合金A2。
实施例3
经配料计算后如表1所述的各物质含量称取各中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼过程进行熔炼浇铸成锭，将铸锭在500℃保温5小时，再加热到580℃温度下保温15小时进行均质化处理；然后，将铸锭温度设定到510℃进行轧制加工，得到轧制板材，将板材进行530℃/0.6h固溶处理，采用28℃水冷，然后进行拉伸，变形量为1%，最后，进行人工时效处理： 在110℃加热6小时，再加热到190℃保温12小时，制备得到铝合金A3。
实施例4
按照实施例3的方法制备铝合金A4，区别在于各标准中间合金及金属单质的含量如表1。
实施例5
按照实施例3的方法制备铝合金A5，区别在于各标准中间合金及金属单质的含量如表1。
实施例6
按照实施例1的方法制备铝合金A6，区别在于各标准中间合金及金属单质的含量如表1。用光学金相显微镜（OLYMPUS公司的GX51）。测试铝合金A6的金相组织，结果如图2。
实施例7
按照实施例2的方法制备铝合金A7，区别在于各标准中间合金及金属单质的含量如表1。
实施例8
按照实施例3的方法制备铝合金A8，区别在于各标准中间合金及金属单质的含量如表1。
实施例9
按照实施例3的方法制备铝合金A9区别在于各标准中间合金及金属单质的含量如表1。
实施例10
经配料计算后如表1所述的各物质含量称取各中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼过程进行熔炼浇铸成锭，将铸锭在500℃保温5小时，再加热到580℃温度下保温15小时进行均质化处理；然后，将铸锭温度设定到520℃进行挤出加工，得到挤出板材，将板材进行530℃/0.6h固溶处理，采用25℃水冷，然后进行拉伸，变形量为1.5%，最后，进行人工时效处理：205℃保温22小时，制备得到铝合金A10。实施例11
按照实施例3的方法制备铝合金A11区别在于各标准中间合金及金属单质的含量不同。
实施例12
按照实施例3的方法制备铝合金A12区别在于各标准中间合金及金属单质的含量如表1。
对比例1
按照实施例1的方法制备铝合金CA1区别在于各标准中间合金及金属单质的含量如表1。用光学金相显微镜（OLYMPUS公司的GX51）。测试铝合金CA1的金相组织，结果如图3。
对比例2
按照实施例1的方法制备铝合金CA2区别在于各标准中间合金及金属单质的含量如表1。
对比例3
按照实施例1的方法制备铝合金CA3区别在于各标准中间合金及金属单质的含量如表1。
表1
| Fe | Mg | Zn | Zr | Ni | Sc | |
| 实施例1 | 0.08 | 1.42 | 6.86 | 0.11 | 0.09 | 0.1 |
| 实施例2 | 0.09 | 1.46 | 8.67 | 0.15 | 0.1 | 0.1 |
| 实施例3 | 0.1 | 2.42 | 9.66 | 0.12 | 0.12 | 0.11 |
| 实施例4 | 0.07 | 1.82 | 6.96 | 0.21 | 0.09 | 0.08 |
| 实施例5 | 0.08 | 1.85 | 7.16 | 0.19 | 0.1 | 0.13 |
| 实施例6 | 0.06 | 1.52 | 6.76 | 0.10 | 0.07 | 0.09 |
| 实施例7 | 0.08 | 1.66 | 8.79 | 0.16 | 0.09 | 0.1 |
| 实施例8 | 0.08 | 2.53 | 9.73 | 0.14 | 0.1 | 0.12 |
| 实施例9 | 0.09 | 1.88 | 7.06 | 0.22 | 0.11 | 0.09 |
| 实施例10 | 0.08 | 1.95 | 7.36 | 0.2 | 0.1 | 0.13 |
| 实施例11 | 0.05 | 2.8 | 5.5 | 0.08 | 0.05 | 0.01 |
| 实施例12 | 0.07 | 3.2 | 10.5 | 0.25 | 0.2 | 0.15 |
| 对比例1 | 0.08 | 1.44 | 6.83 | 0.04 | 0.09 | 0.002 |
| 对比例2 | 0.3 | 1.54 | 6.72 | 0.11 | 0.32 | 0.1 |
| 对比例3 | 0.08 | 1.12 | 5.16 | 0.11 | 0.09 | 0.08 |
性能测试
一、铝合金力学性能测试
将铝合金A1-A12级CA1-CA3进行如下测试：
根据GB／T228-2002金属材料室内拉伸试验方法测量铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率，结果见表2。
二、阳极氧化的性能测试
阳极氧化的条件：分别将铝合金铝合金A1-A12级CA1-CA3进行如下的阳极氧化，得到阳极氧化产品B1-B12及CB1-CB3。
采用硫酸直流阳极氧化工艺：氧化槽液温度19℃，电流密度1.4A•dm-2，氧化时间30min。
1、阳极氧化膜的效果
将B1-B12及CB1-CB3放在自然光下，肉眼观察其表面的阳极氧化膜，结果见表3。
2、阳极氧化的厚度
用TIME2818覆层测厚仪测试B1-B12及CB1-CB3表面的阳极氧化膜的厚度，结果见表3。
表2
| 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 延伸率/% | |
| A1 | 546 | 485 | 10.5 |
| A2 | 564 | 502 | 8.5 |
| A3 | 605 | 525 | 5 |
| A4 | 558 | 496 | 9 |
| A5 | 578 | 514 | 7 |
| A6 | 540 | 483 | 10.5 |
| A7 | 584 | 509 | 8 |
| A8 | 614 | 533 | 4 |
| A9 | 568 | 499 | 8.5 |
| A10 | 598 | 521 | 5.5 |
| A11 | 632 | 545 | 2.5 |
| A12 | 575 | 500 | 7.5 |
| CA1 | 497 | 451 | 5 |
| CA2 | 551 | 494 | 9 |
| CA3 | 421 | 382 | 14.5 |
表3
| 阳极氧化效果 | 阳极氧化膜厚/μm | |
| B1 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 13 |
| B2 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 14 |
| B3 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 16 |
| B4 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 15 |
| B5 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 15 |
| B6 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 12 |
| B7 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 15 |
| B8 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 16 |
| B9 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 14 |
| B10 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 14 |
| B11 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 11 |
| B12 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 13 |
| CB1 | 银白色，不均匀、局部有色差 | 13 |
| CB2 | 色泽较暗，偏灰色 | 10 |
| CB3 | 银白色，色泽均匀、鲜亮 | 11 |
从表2-表3的性能测试数据中可以看出，实施例1~12，铝合金均保持高的屈服强度，达480MPa以上，并且随着主强化元素Mg、Zn含量的增加而增加，同时，所有合金均保持良好的阳极氧化性能，氧化膜呈银白色，色泽均匀、鲜亮。
对比例1合金减少了元素Zr和Sc含量，其他合金元素及制样条件与实施例1相同，但其强度和塑性下降明显，并且阳极氧化膜色泽不均匀，局部有色差。
同时从图1-图3可以得出，对比例1铝合金组织晶粒（图3）尺寸比实施例1的铝合金组织晶粒（图1）及实施例6的铝合金组织晶粒（图2）大2-3倍。这说明Zr和Sc在弥散强化及细化晶粒方面作用显著。
对比例2与实施例6相比，增加了Fe和Ni含量，其他元素及制样条件相同，相比之下，对比例2合金强度有所提高，但阳极氧化性能下降，氧化膜偏灰色，这主要是因为Fe和Ni含量增加，起到了一定的强化作用，但Fe元素会导致阳极氧化膜偏灰色。
对比例3合金降低了强化元素Zn和Mg含量，屈服强度下降至382MPa。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (11)
1.一种铝合金，其特征在于，所述铝合金各组分的质量百分含量为：
Zn 5.5-10.5%，
Mg 1.2-3.2%，
Zr 0.08-0.25%，
Ni 0.05-0.2%，
Fe 0.05-0.1%，
Sc 0.01-0.15%，
余量为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，
所述铝合金各组分的质量百分含量为：
Zn 6.4-8.6%，
Mg 1.2-2.8%，
Zr 0.08-0.2%，
Ni 0.05-0.1%，
Fe 0.05-0.1%，
Sc 0.01-0.12%，
余量为Al及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述不可避免的杂质单个质量含量小于0.03%，不可避免的杂质的总质量含量小于0.1%。
4.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金的屈服极限大于480MPa。
5.一种铝合金的制备方法，其特征在于：该方法包括将含有以下质量百分含量的铸锭熔融制备铝合金铸锭，然后将铸锭成型为铝合金；
Zn 5.5-10.5%，
Mg 1.2-3.2%，
Zr 0.08-0.25%，
Ni 0.05-0.2%，
Fe 0.05-0.1%，
Sc 0.01-0.15%，
余量为Al及不可避免的杂质。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述成型的方法为轧制成型或挤出成型。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在成型之前，还包括对铸锭进行均匀化处理；所述均匀化处理的方法为：将铸锭在480-520℃保温4-6小时，再加热到560-590℃保温10-20小时。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在成型之后还包括对铝合金进行固溶处理；所述固溶处理的温度为520-550℃，时间为0.5-1h。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述固溶处理之后还包括对铝合金进行人工时效处理。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述人工时效处理的方法为：在100-120℃加热4-8小时，然后，再加热到150-220℃保温8-18小时。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述人工时效处理的方法为：在175-235℃保温12-30小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170510 |
|
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