CN107190184B

CN107190184B - 一种镜面状阳极氧化用铝板带材及其制备方法

Info

Publication number: CN107190184B
Application number: CN201710548317.2A
Authority: CN
Inventors: 江钟宇; 黄瑞银; 吴建新; 张宸玮; 刘华春
Original assignee: Chinalco Ruimin Co Ltd
Current assignee: Chinalco Ruimin Co Ltd
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2018-07-20
Anticipated expiration: 2037-07-06
Also published as: CN107190184A

Abstract

本发明公开了一种镜面状阳极氧化用铝板带材及其制备方法，其所含成分按重量百分数计为：Si≤0.03%，Fe≤0.03%，Cu 0.03~0.08%，Mn 0.06‑0.1%，Mg 4.0‑5.0%，Zn 0.16‑0.25%，Zr 0.05~0.08%，Ti 0.02~0.03%，余量为Al及不可避免的杂质；其是以铝锭、铝中间合金锭、镁锭为原料，经熔铸、热轧、冷轧、热处理等步骤制得。本发明铝板带材在阳极氧化后经轻微机械抛光打磨，即可达到高反光率的镜面效果，满足电子产品Logo高亮外观及金属材料希望制成玻璃外表的需求，有效克服了传统5系铝合金经阳极氧化后板面微孔多、无镜面效果的缺点。

Description

一种镜面状阳极氧化用铝板带材及其制备方法

技术领域

本发明属于铝及铝合金材料制备领域，具体涉及一种镜面状阳极氧化用铝板带材及其制备方法。

背景技术

近年来，铝材经阳极氧化后因具有抗指纹污染、表面硬度高等特点，在手机外壳上得到了广泛的使用，但随着人们对美观要求的变化，尤其iPhone7出产外壳为亮黑镜面的手机开始，越来越多的手机品牌希望开发生产类似效果的手机外壳。但由于传统5系合金经阳极氧化后，阳极氧化层上会形成复杂的、排列无序的六方柱状微孔，且生长厚度不均，使金属壳的阳极表面存在凹凸不平的现象，表面粗糙度较大，在影响光线折射角度不同的情况下最终在肉眼观察时得不到镜面的效果。

迄今为止，对铝材经阳极氧化使其具有镜面效果的研究较少，而提出通过控制铝板基中的化合物和终轧晶粒大小，实现优化铝材经阳极氧化后的优化区域异色或阳极氧化膜的均匀性的较多，但即使如此，良好的区域异色并不能让铝基体与阳极氧化膜的界面平直，也不能让在此界面上形成的阳极氧化膜六方柱高度有序、厚度均匀，致使产品表面不能呈现镜面效果。故国内主要手机品牌厂商在使用经阳极氧化后的铝制品作为手机壳体并加工为镜面效果或高亮LOGO时，还需在阳极氧化后使用白蜡、透明漆等堵塞阳极氧化形成的六方柱微孔，再进行表面抛光研磨，以降低表面粗糙度，达到镜面的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镜面状阳极氧化用铝板带材及其制备方法，其在阳极氧化后表面可呈镜面效果，有效克服了传统5系铝合金经阳极氧化后板面微孔多、无镜面效果的缺点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种镜面状阳极氧化用铝板带材，其所含成分按重量百分数计为：Si≤0.03%，Fe≤0.03%，Cu 0.03~0.08%，Mn 0.06-0.1%，Mg 4.0-5.0%，Zn 0.16-0.25%，Zr 0.05~0.08%，Ti0.02~0.03%，其余为Al及不可避免的杂质。

所述镜面状阳极氧化用铝板带材是以铝锭、铝中间合金锭、镁锭为原料，经熔铸、热轧、冷轧、热处理等步骤制得；其制备方法包括以下步骤：

（1）铝锭、铝中间合金锭、镁锭分别经过熔炼炉融化后进行配料，然后经半连续铸造制得铸锭；

（2）将铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，以≤20℃/h的速率升温至440~450℃，保温16~40h，避免低熔点相过烧，然后迅速升温至530~550℃，保温1~12h，让Zr充分固溶，从而使铸造过程中形成的粗大化合物充分扩散均匀，再降温至450~480℃，出炉热轧，热轧终轧温度为250~350℃，热轧厚度为3.0~10.0mm；

（3）将热轧后的卷材进行50-80%的冷轧，然后以≥60℃/h的速率升温至360-460℃，保温2-6h进行中间退火（优选连续退火炉生产），以避免缓慢加热引起晶粒长大和局部晶粒粗大，再冷轧到成品厚度，冷轧压下率为40~80%，经过150-280℃的成品退火后再经拉弯矫直制得成品。

本发明拉弯矫直后所得铝板带材的抗拉强度为240~300MPa、屈服强度为205~235MPa（表面硬度HV75~81），满足冲压折弯变形后转角处不发生开裂之需求。

申请人经研究发现，晶粒取向不同，铝合金阳极氧化层上六方柱微孔的生长方向和速度各异；相应地，晶粒等轴性越高，其取向越趋于一致。当任意1mm²范围内的晶粒大小差异不超过3μm时，晶粒取向的混乱度最低，成膜后微孔的取向一致性很强；而在合金中添加一定量的Zn，阳极氧化时的初始成膜速度增加，可进一步减少晶粒取向对微孔取向的影响，即在此条件下进行阳极氧化时，铝基体和阳极氧化膜的界面将趋于平直。同时，铝合金中的金属间化合物大小会影响电流密度和Al离子浓度，进而影响阳极氧化微孔孔径的均匀性和氧化膜的厚度，若有效控制化合物尺寸，将有利于阳极氧化膜的均匀生长。

本发明以铝锭、铝中间合金锭、镁锭为原料，经熔铸、热轧、冷轧及必要的热处理后生产的铝板带材中，其金属间化合物最大长度不超过6μm，中间退火后的晶粒呈等轴状、大小均不超过30μm，且任意1mm²范围内的任意晶粒的大小差异≤3μm，使其在进行阳极氧化时，可保证氧化膜厚度均匀且氧化微孔高度有序化，从而呈现镜面效果；而经试验发现，在相同条件下，即使将金属间化合物大小控制到6μm以下，5系合金经阳极氧化后仍不能形成具有镜面效果的阳极氧化膜。

本发明所得镜面状阳极氧化用铝板带材与传统5系相比，在化学成分、铸造、热轧加热制度和冷轧加工工艺上进行了改良，使其在具有一般6063T6表面硬度、满足冲压变形不开裂的同时，还具有铝基体与氧化膜界面平直、阳极氧化膜厚度均匀的特点，从而使其经阳极氧化后所得阳极氧化膜具有一般5系合金所不具备的镜面效果。

具体实施方式

一种镜面状阳极氧化用铝板带材，其所含成分按重量百分数计为：Si≤0.03%，Fe≤0.03%，Cu 0.03~0.08%，Mn 0.06-0.1%，Mg 4.0-5.0%，Zn 0.16-0.25%，Zr 0.05~0.08%，Ti0.02~0.03%，余量为Al及不可避免的杂质（每种杂质的含量不超过0.03%）；其铝合金中的金属间化合物最大长度不超过6μm，中间退火后的晶粒呈等轴状、大小均不超过30μm，且任意1mm²范围内的任意晶粒的大小差异≤3μm，且在力学性能上能满足屈服强度205~235MPa，冲压变形不开裂之需求。

以下对各成分的含量进行数值限定的理由加以说明：

Mg：合金中的Mg是保证合金板材强度所必须的添加元素，若含量低于4.0%，则成品屈服强度指标将不能满足，若含量超过5.0%，一方面在熔铸过程影响Fe、Si、Cu、Mn的扩散，使在凝固时含Fe相形成粗大化合物，进而影响成品阳极氧化膜厚度均匀性，不利于成品获得低粗糙度的阳极氧化表面，另一方面Mg含量增加将提高铝材强度，引起轧制困难；

Fe：Fe有利于抑制热处理过程晶粒的粗化，并提供部分强化效果，但Fe含量超过0.03%时，会形成β（AlFeSi）相，超过0.2%时甚至促进AL₆Fe相的增多，该类化合物呈棒状或条状，在后续轧制变形过程不易破碎，并在阳极氧化过程阻碍氧化膜的形成，加剧区域异色。

Si：合金中的Si主要为杂质，该组成的含量化合物的数量和大小成正比，使阳极氧化后的表面浑浊，故需严格控制在0.03%以内。

Ti：Ti是抑制铸造组织粗化的主要元素，优选含量为0.025%，含量偏高时会形成粗大化合物，促进形成区域异色。

Cu、Mn：Cu、Mn均有利于提高材料的强度，且在一定范围内的添加可固溶入AlFe相，改善AlFe相的结构，促进铸锭均匀化高温段保温时化合物的溶解；而添加过量Cu时，将形成Al₂Cu化合物，使氧化膜变得浑浊而不再透白，需严格控制在0.08%以下。

Zn：Zn添加量超过0.16%后，可提高阳极氧化过程中六方柱微孔的成孔效率，减少因晶粒取向不同引起的成孔效率差异，避免后续生长后微孔厚度不均，而添加量超过0.25%，将影响氧化膜的抗腐蚀性，因此需严格控制在0.25%以下。

Zr：少量添加Zr将有利于提高再结晶温度，抑制晶粒长大，保证晶粒的均匀性；而添加超过0.08%时，将继续提高再结晶温度，易引起箱式炉退火过程晶粒不均。

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

一种镜面状阳极氧化用铝板带材，其所含成分按重量百分数计为：Si 0.024%，Fe0.025%，Cu 0.05%，Mn 0.07%，Mg 4.5%，Zn 0.18%，Zr 0.05%，Ti 0.023%，余量为Al及不可避免的杂质。

其制备方法包括以下步骤：

（1）铝锭、铝中间合金锭、镁锭分别经过熔炼炉融化后进行配料，然后经低液位半连续铸造制得铸锭；

（2）将铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，以≤20℃/h的速率升温至440℃，保温40h，然后迅速升温至550℃，保温1h，再降温至480℃，出炉热轧，热轧终轧温度为350℃，热轧厚度为8.0mm；

（3）将热轧后的卷材进行60%的冷轧，然后以≥60℃/h的速率升温至400℃，保温2h进行中间退火，再冷轧到成品厚度，冷轧压下率为60%，经过270℃的成品退火后再经拉弯矫直制得成品。

所得铝合金带材厚度1.0mm，抗拉强度270MPa，屈服强度为220MPa，延伸率10.8%，其内部所含的金属间化合物最大长度为5.6μm；中火后取样对纵截面的晶粒进行分析比较，其每1mm²范围内的任意晶粒的大小差异为2.2μm，表面经抛光后阳极氧化后，成品板面呈镜面效果。

实施例2

一种镜面状阳极氧化用铝板带材，其所含成分按重量百分数计为：Si 0.02%，Fe0.02%，Cu 0.03%，Mn 0.06%，Mg 4.0%，Zn 0.16%，Zr 0.06%，Ti 0.025%，余量为Al及不可避免的杂质。

其制备方法包括以下步骤：

（2）将铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，以≤20℃/h的速率升温至440℃，保温20h，然后迅速升温至540℃，保温3h，再降温至460℃，出炉热轧，热轧终轧温度为300℃，热轧厚度为3.0mm；

（3）将热轧后的卷材进行80%的冷轧，然后以≥60℃/h的速率升温至360℃，保温6h进行中间退火，再冷轧到成品厚度，冷轧压下率为40%，经过150℃的成品退火后再经拉弯矫直制得成品。

所得铝合金带材厚度0.36mm，抗拉强度240MPa，屈服强度为205MPa，延伸率12.8%，其内部所含的金属间化合物最大长度为5.5μm；中火后取样对纵截面的晶粒进行分析比较，其每1mm²范围内的任意晶粒的大小差异为2.7μm，表面经抛光后阳极氧化后，成品板面呈镜面效果。

实施例3

一种镜面状阳极氧化用铝板带材，其所含成分按重量百分数计为：Si 0.027%，Fe0.027%，Cu 0.08%，Mn 0.1%，Mg 5.0%，Zn 0.25%，Zr 0.08%，Ti 0.028%，余量为Al及不可避免的杂质。

其制备方法包括以下步骤：

（1）将铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，以≤20℃/h的速率升温至450℃，保温16h，然后迅速升温至530℃，保温12h，再降温至450℃，出炉热轧，热轧终轧温度为250℃，热轧厚度为10.0mm；

（3）将热轧后的卷材进行50%的冷轧，然后以≥60℃/h的速率升温至460℃，保温2h进行中间退火，再冷轧到成品厚度，冷轧压下率为80%，经过280℃的成品退火后再经拉弯矫直制得成品。

所得铝合金带材厚度1.0mm，抗拉强度300MPa，屈服强度为235MPa，延伸率10.2%，其内部所含的金属间化合物最大长度为5.3μm；中火后取样对纵截面的晶粒进行分析比较，其每1mm²范围内的任意晶粒的大小差异为2.0μm，表面经抛光后阳极氧化后，成品板面呈镜面效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种镜面状阳极氧化用铝板带材，其特征在于：其所含成分按重量百分数计为：Si≤0.03%，Fe≤0.03%，Cu 0.03~0.08%，Mn 0.06-0.1%，Mg 4.0-5.0%，Zn 0.16-0.25%，Zr 0.05~0.08%，Ti 0.02~0.03%，余量为Al及不可避免的杂质；

所述镜面状阳极氧化用铝板带材是以铝锭、铝中间合金锭、镁锭为原料，经熔铸、热轧、冷轧、热处理制得；其具体包括以下步骤：

（2）将铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，以≤20℃/h的速率升温至440~450℃，保温16~40h，然后迅速升温至530~550℃，保温1~12h，再降温至450~480℃，出炉热轧，热轧终轧温度为250~350℃，热轧厚度为3.0~10.0mm；

（3）将热轧后的卷材经过50-80%的冷轧后进行中间退火，中间退火温度为360-460℃，保温时间为2-6h，然后冷轧到成品厚度，冷轧压下率为40~80%，经过150-280℃的成品退火后再经拉弯矫直制得成品。

2.根据权利要求1所述的镜面状阳极氧化用铝板带材，其特征在于：步骤1）所述的半连续铸造法为低液位半连续铸造。

3.根据权利要求1所述的镜面状阳极氧化用铝板带材，其特征在于：步骤3）中间退火时的加热速率为≥60℃/h。