CN111101025A - 一种压铸铝合金及其制备方法和铝合金成型体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压铸铝合金及制备方法和铝合金成型体，以重量百分含量计，该压铸铝合金包含：0.5‑1.5%的Mn，0.1‑1.0%的Zn，0.1‑0.5%的W，0.01‑0.1%的Mg，0‑0.05%的Ti，0‑0.01%的V，0‑0.05%的Si，0‑0.4%的Fe，余量为Al及不可避免的杂质元素。本发明提供的压铸铝合金压铸成型性能佳、压铸组织致密，适于阳极氧化处理，而且，该压铸铝合金经阳极氧化处理后，外观颜色均匀、光泽度高，着色效果好，适用于外观要求高的装饰性产品。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种压铸铝合金及其制备方法和铝合金成型体。
背景技术
目前，铝合金阳极氧化制品应用较为广泛，铝合金经表面处理后外部形成一层兼具保护性及装饰性的氧化膜，具有金属光泽，极具质感，适宜于数码产品、化妆品等的外观件。
行业内的铝合金阳极氧化件的加工多采用CNC，其缺点是材料利用率低、加工成本高。压铸技术在铝合金件成型的应用已经较为成熟，该技术效率高、材料利用率高、无需或很少需要后续机加工。但常用压铸铝合金如ADC12等往往难以阳极氧化处理，且着色性能差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中铝合金压铸件难以阳极氧化、着色性能差的技术问题，提供一种具有良好的压铸成型性且适于阳极氧化的压铸铝合金及其制备方法和铝合金成型体。
本发明第一方面提供一种压铸铝合金，以重量百分含量计，所述压铸铝合金包含：
0.5-1.5%的Mn，
0.1-1.0%的Zn，
0.1-0.5%的W，
0.01-0.1%的Mg，
0-0.05%的Ti，
0-0.01%的V，
0-0.05%的Si，
0-0.4%的Fe，
余量为Al及不可避免的杂质元素。
本发明第二方面提供一种压铸铝合金制备方法，该方法包括以下步骤：将铝合金原料熔炼后进行压铸处理，得到压铸铝合金；所述铝合金原料的组成使得得到的压铸铝合金为本发明第一方面所述的压铸铝合金。
本发明第三方面提一种铝合金成型体，该铝合金成型体包括铝合金基体以及附着在所述铝合金基体的至少部分表面上的阳极氧化膜层，所述铝合金基体为如上所述的压铸铝合金。
通过上述技术方案，本发明提供一种压铸成型性能佳、压铸组织致密，且可进行阳极氧化表面处理的铝合金，而且，该压铸铝合金经阳极氧化处理后，外观颜色均匀、光泽度高，着色效果好，适用于外观要求高的装饰性产品。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明第一方面提供一种压铸铝合金，以重量百分含量计，所述压铸铝合金包含：
0.5-1.5%的Mn，
0.1-1.0%的Zn，
0.1-0.5%的W，
0.01-0.1%的Mg，
0-0.05%的Ti，
0-0.01%的V，
0-0.05%的Si，
0-0.4%的Fe，
余量为Al及不可避免的杂质元素。
本发明中，为了提高压铸铝合金的力学性能、压铸成型性能及阳极氧化性能，以重量百分比计，所述压铸铝合金包含：
0.8-1.3%的Mn，
0.3-0.8%的Zn，
0.25-0.5%的W，
0.05-0.1%的Mg，
0.01-0.05%的Ti，
0.002-0.01%的V，
0-0.03%的Si，
0.25-0.35%的Fe，
余量为Al及不可避免的杂质元素。
根据本发明，所述压铸铝合金中加入了Mn元素，可以在基体中形成AlMn6相，其电极电位与基体Al接近，保证了合金的阳极氧化性能。Mn含量过低时，压铸铝合金的强度低，不利于最终产品应用；Mn含量过高时，压铸铝合金经阳极氧化处理后，阳极氧化膜呈粉色。本发明的压铸铝合金中，以压铸铝合金的总量为基准，以重量百分比计，Mn的含量为0.5-1.5%，不仅能够保证压铸铝合金的力学性能及阳极氧化性能，还可以降低了压铸铝合金的热裂倾向，改善了压铸铝合金的压铸成型性能。从进一步提高压铸铝合金的综合性能的角度出发，以压铸铝合金的总量为基准，以重量百分比计，Mn的含量优选为0.8-1.3%。
根据本发明，所述压铸铝合金中加入了W元素，W具有较低的热膨胀系数和耐高温性，作为合金化元素加入压铸铝合金中可以改善强度及压铸性能。此外，钨元素的加入可以改变压铸铝合金的腐蚀方式，将点腐蚀或局部腐蚀改变为均匀腐蚀，从而使压铸合金在阳极氧化过程中能够均匀成膜，减少流痕的产生。但是，W含量过低时，对压铸铝合金的耐腐蚀性能促进作用不明显；W含量过高时，增加材料成本。本发明的压铸铝合金中，以压铸铝合金的总量为基准，以重量百分比计，W的含量为0.1-0.5%，进一步优选地，W含量为0.25-0.5%。
根据本发明，所述压铸铝合金中加入了合金元素Zn和Mg，形成Zn-Mg系列强化相，保证了压铸产品的强度，以压铸铝合金的总量为基准，以重量百分比计，Zn的含量为0.1-1.0%，Mg的含量为0.01-0.1%，上述含量范围内Zn和Mg的加入并不会影响压铸铝合金阳极氧化膜的光泽度和透明度，也不会影响压铸铝合金阳极氧化表面效果。但是，Zn和Mg的含量过低时，压铸铝合金的强度过低；Zn含量过高时，压铸件易开裂；Mg含量过高时，材料延伸率下降。根据本发明，优选地，以压铸铝合金的总量为基准，以重量百分比计，Zn的含量为0.3-0.8%，Mg的含量为0.05-0.1%。
根据本发明，所述压铸铝合金还可以含有Ti和V，二者在铝合金中可以起到细化晶粒组织，提高材料综合性能的作用。以压铸铝合金的总量为基准，以重量百分比计，Ti的含量为0-0.05%，V的含量为0-0.01%。根据本发明，优选地，Ti的含量为0.01-0.05%，V的含量为0.002-0.01%。
根据本发明，所述压铸铝合金还可以含有Si，Si在压铸铝合金起到提高流动性的作用，但Si又导致阳极氧化时难以成膜，极大损害阳极氧化效果。本发明的压铸铝合金中，以压铸铝合金的总量为基准，以重量百分比计，Si的含量为0-0.05%。为获得更好的阳极氧化效果，要严格控制Si的含量，尽量减少其添加，Si的含量优选为0-0.03%。
根据本发明，所述压铸铝合金还可以含有Fe，Fe元素含量过低时，铝合金压铸时容易粘模；Fe含量过高时，压铸铝合金的阳极氧化性能降低，阳极氧化膜发灰发暗。本发明的压铸铝合金中，以压铸铝合金的总量为基准，以重量百分比计，Fe的含量为0-0.4%；优选地，以压铸铝合金的总量为基准，以重量百分比计，Fe的含量为0.25-0.35%，可以进一步消除合金压铸过程中粘模及热裂纹等工艺问题，提高量产性。
本发明的发明人通过合理地调控Mn、Zn、W、Mg、Ti、V、Si及Fe元素的含量，提供一种适于阳极氧化，且具有良好压铸成型性的压铸铝合金，而且，该压铸铝合金经阳极氧化处理后，外观颜色均匀、光泽度高，着色效果好，适用于外观要求高的装饰性产品。
根据本发明，优选地，所述压铸铝合金中，所述压铸铝合金中Mn、Zn和W的总重量百分含量为1.5-2.2%，Mg与Zn的重量比为0.05-0.15:1。本发明中，各元素的重量含量在上述优选范围内，压铸铝合金的强度有较大提升，且阳极氧化性能好。
根据本发明，优选地，所述压铸铝合金Ti与V 的重量比为4-6：1。本发明中，Ti与V的重量比在上述优选范围内，制得压铸铝合金的压铸组织均匀致密，阳极氧化后凹坑、砂孔等缺陷率降低。
根据本发明，优选地，所述压铸铝合金的硬度为35-55HV, 屈服强度为45-70MPa，延伸率>15%。
本发明第二方面提供一种压铸铝合金制备方法，该方法包括以下步骤：将铝合金原料熔炼后进行压铸处理，得到压铸铝合金；所述铝合金原料的组成使得得到的压铸铝合金为本发明第一方面所述的压铸铝合金。
根据本发明的压铸铝合金的制备方法，所述铝合金原料可以是纯金属也可以是金属合金，只要加入的铝合金原料熔炼后得到的铝合金中的组成成分在上述范围内即可。在优选的情况下，所述铝合金原料可以包括纯Al或Al合金、纯Mn或Mn合金、纯Zn或Zn合金、纯W或W合金、纯Mg或Mg合金、纯Ti或Ti合金、纯V或V合金、纯Si或Si合金以及纯Fe或Fe合金。在更优选的情况下，所述铝合金原料包括纯Al、Al-Mn合金、Al-W合金、Al-Ti-V合金、Al-Si合金、Al-Fe合金、纯Mg及纯Zn。
根据本发明的压铸铝合金的制备方法，优选地，所述熔炼的条件为：熔炼温度700-750℃，熔炼时间8-15min。
根据本发明的压铸铝合金的制备方法，优选地，按量称取纯Al、Al-Mn中间合金、Al-W中间合金、Al-Ti-V中间合金、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、纯Mg及纯Zn。将纯Al、Al-Mn中间合金、Al-W中间合金、Al-Ti-V中间合金、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金放入熔炼炉加热至700-750℃，待上述组分熔化后加入纯Zn，Zn完全溶解后加入纯Mg，待全部合金组分熔化后，搅拌8-15分钟，使成分均匀，得到铝合金熔液。去除铝合金熔液表层浮渣及氧化皮，撒上覆盖剂精炼3-5分钟，扒渣，降温至690-710℃后将铝合金溶液浇铸成铝合金铸锭；待铝合金铸锭冷却后，将其破碎成块即可进行压铸处理，得到压铸铝合金。
根据本发明的压铸铝合金的制备方法，优选地，所述压铸处理的条件为：模具温度250-300℃，浇铸温度690-730℃，压铸速度1.7-2.4m/s。
本发明第三方面提供一种铝合金成型体，该铝合金成型体包括铝合金基体以及附着在所述铝合金基体的至少部分表面上的阳极氧化膜层，所述铝合金基体为如上所述的压铸铝合金。
根据本发明，优选地，所述铝合金成型体的阳极氧化膜层的厚度为10-20μm。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金样件1，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 1 | 0.8 | 0.3 | 0.07 | 0.05 | 0.01 | 0.02 | 0.33 | 余量 |
实施例2
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金样件2，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 1.2 | 0.6 | 0.35 | 0.06 | 0.035 | 0.007 | 0.02 | 0.3 | 余量 |
实施例3
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金样件3，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 0.5 | 1 | 0.35 | 0.06 | 0.05 | 0.01 | 0.06 | 0.3 | 余量 |
实施例4
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金样件4，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 1 | 0.3 | 0.5 | 0.07 | 0.05 | 0.01 | 0.02 | 0.15 | 余量 |
实施例5
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金样件5，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 1.5 | 0.2 | 0.15 | 0.1 | 0.035 | 0.007 | 0.05 | 0.2 | 余量 |
实施例6
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金样件6，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 0.7 | 0.1 | 0.1 | 0.06 | 0.02 | 0.001 | 0.01 | 0.35 | 余量 |
实施例7
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金样件7，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 1.2 | 1 | 0.2 | 0.01 | 0.04 | 0.008 | 0.03 | 0.05 | 余量 |
实施例8
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金样件8，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 0.8 | 0.9 | 0.25 | 0.06 | 0.04 | 0.008 | 0.01 | 0.1 | 余量 |
同时，为了更加明显地说明本发明的有益效果，制备了对比例，具体如下：
对比例1
以纯Al作为对比样件1，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
对比例2
以ADC12为对比样件2，经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金对比样件2，其主要元素的重量含量如下：
| Cu | Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 2.0 | 0.5 | 1.0 | 0 | 0.3 | 0 | 0 | 12 | 0.9 | 余量 |
对比例3
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金对比样件3，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 3 | 0.15 | 0.4 | 0.06 | 0.05 | 0.01 | 0.05 | 0.25 | 余量 |
对比例4
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金对比样件4，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 1.2 | 0.6 | 0.3 | 3 | 0.035 | 0.007 | 0.02 | 0.03 | 余量 |
对比例5
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金对比样件5，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 1 | 0.3 | 0.5 | 0.07 | 0.05 | 0.01 | 0.05 | 2 | 余量 |
对比例6
经配料计算后，按重量称取各标准中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼铸锭及压铸制样过程制备样品得到压铸铝合金对比样件6，其主要元素的重量含量如下：
| Mn | Zn | W | Mg | Ti | V | Si | Fe | Al |
| 1 | 0.5 | 0.3 | 0.08 | 0.05 | 0.01 | 2 | 0.25 | 余量 |
力学性能测试
拉伸性能根据国标GB/T 228.1-2010对压铸铝合金拉伸样条进行测试；
维氏硬度根据国标GB/T 4340.1-2009对压铸铝合金样件表面进行测试；
| 编号 | 屈服强度/MPa | 延伸率/% | 维氏硬度HV |
| 实施例1 | 68 | 18 | 54 |
| 实施例2 | 66 | 21 | 53 |
| 实施例3 | 53 | 17 | 45 |
| 实施例4 | 57 | 16 | 47 |
| 实施例5 | 59 | 24 | 48 |
| 实施例6 | 46 | 27 | 35 |
| 实施例7 | 48 | 25 | 37 |
| 实施例8 | 50 | 22 | 40 |
| 对比例1 | 20 | 39 | 18 |
| 对比例2 | 155 | 2.5 | 112 |
| 对比例3 | 110 | 5.5 | 72 |
| 对比例4 | 105 | 5.5 | 75 |
| 对比例5 | 90 | 6.5 | 63 |
| 对比例6 | 85 | 6 | 60 |
压铸性能测试
压铸铝合金样件及压铸铝合金对比样件均采用相同的压铸工艺参数，通过真空压铸的方式获得样品；
压铸铝合金的成型性通过产品完整性及是否有裂纹来评判；
压铸铝合金的流动性采用蚊香模具进行评判，模具上有刻度，所压铸出的样品数字越大代表其流动性越好；
压铸铝合金的致密性，通过制备金相试样，拍摄金相照片，统计组织孔隙率评判，孔隙率越低代表组织越致密，反之亦然；
| 编号 | 压铸成型性 | 压铸流动性 | 孔隙率 |
| 实施例1 | 完整 | 1350 | 0.48% |
| 实施例2 | 完整 | 1380 | 0.51% |
| 实施例3 | 完整 | 1000 | 0.78% |
| 实施例4 | 完整 | 1250 | 0.54% |
| 实施例5 | 完整 | 1250 | 0.59% |
| 实施例6 | 完整 | 1150 | 0.85% |
| 实施例7 | 完整 | 1100 | 0.97% |
| 实施例8 | 完整 | 1250 | 0.63% |
| 对比例1 | 不成型 | 750 | 2.75% |
| 对比例2 | 完整 | 1600 | 0.49% |
| 对比例3 | 开裂 | 1200 | 1.25% |
| 对比例4 | 完整 | 1300 | 0.59% |
| 对比例5 | 完整 | 1150 | 0.66% |
| 对比例6 | 完整 | 1350 | 0.54% |
阳极氧化性能测试
对压铸铝合金进行打磨、抛光、喷砂等表面前处理后，采用同一工艺参数进行硫酸阳极氧化，分别进行本色阳极氧化和染金色阳极氧化。自然光下肉眼观察铝合金成型体样件的本色阳极和染色后的氧化膜色泽，并采用膜厚测试仪测试表面氧化膜厚度；
| 编号 | 阳极氧化外观 | 染金色效果 | 阳极膜厚度 |
| 实施例1 | 银白色，色泽均匀、光亮 | 金色 | 17μm |
| 实施例2 | 银白色，色泽均匀、光亮 | 金色 | 16μm |
| 实施例3 | 银白色，色泽均匀、光亮 | 金色 | 15μm |
| 实施例4 | 银白色，色泽均匀、光亮 | 金色 | 14μm |
| 实施例5 | 银白色，色泽均匀、光亮 | 金色 | 15μm |
| 实施例6 | 银白色，色泽均匀、光亮 | 金色 | 12μm |
| 实施例7 | 银白色，色泽均匀、光亮 | 金色 | 14μm |
| 实施例8 | 银白色，色泽均匀、光亮 | 金色 | 13μm |
| 对比例1 | 银白色，色泽均匀、光亮 | 金色 | 18μm |
| 对比例2 | 黑色，颜色不均、暗淡、掉色 | 黑色 | 膜厚不均 |
| 对比例3 | 泛浅粉色，色泽均匀、光泽度差 | 淡金色 | 14μm |
| 对比例4 | 银灰色，存在流痕，光泽度差 | 金灰色 | 9μm |
| 对比例5 | 深灰色，存在流痕、暗淡 | 灰色 | 7μm |
| 对比例6 | 深灰色，颜色不均、存在流痕，暗淡 | 灰色 | 6μm |
通过上述实施例、对比例及测试结果可知，采用本发明提供的技术方案制备压铸铝合金的压铸成型性能佳、压铸组织致密，适用于阳极氧化处理，且该压铸铝合金经阳极氧化处理后，外观颜色均匀、光泽度高，着色效果好，适用于外观要求高的装饰性产品。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种压铸铝合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述压铸铝合金包含：
0.5-1.5%的Mn，
0.1-1.0%的Zn，
0.1-0.5%的W，
0.01-0.1%的Mg，
0-0.05%的Ti，
0-0.01%的V，
0-0.05%的Si，
0-0.4%的Fe，
余量为Al及不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其中，所述压铸铝合金包含：
0.8-1.3%的Mn，
0.3-0.8%的Zn，
0.25-0.5%的W，
0.05-0.1%的Mg，
0.01-0.05%的Ti，
0.002-0.01%的V，
0-0.03%的Si，
0.25-0.35%的Fe，
余量为Al及不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1或2所述的压铸铝合金，其中，所述压铸铝合金中Mn、Zn和W的总重量百分含量为1.5-2.2%，Mg与Zn的重量比为（0.05-0.15）:1。
4.根据权利要求1或2所述的压铸铝合金，其中，所述压铸铝合金中Ti与V 的重量比为（4-6）: 1。
5.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其中，所述压铸铝合金的硬度为35-55HV, 屈服强度为45-70MPa，延伸率>15%。
6.一种压铸铝合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将铝合金原料熔炼后进行压铸处理，得到压铸铝合金；所述铝合金原料的组成使得得到的压铸铝合金为权利要求 1-5中任意一项所述的压铸铝合金。
7.根据权利要求6所述压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼的条件为：熔炼温度700-750℃，熔炼时间8-15min。
8.根据权利要求6所述压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述压铸处理的条件为：模具温度250-300℃，浇铸温度690-730℃，压铸速度1.7-2.4m/s。
9.一种铝合金成型体，该铝合金成型体包括铝合金基体以及附着在所述铝合金基体的至少部分表面上的阳极氧化膜层，其特征在于，所述铝合金基体为权利要求1-5中任意一项所述的压铸铝合金。
10.根据权利要求9所述的铝合金成型体，其中，所述阳极氧化膜层的厚度为10-20um。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811247440.1A CN111101025A (zh) | 2018-10-25 | 2018-10-25 | 一种压铸铝合金及其制备方法和铝合金成型体 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李念奎: "《铝合金材料及其热处理技术》", 30 April 2012, 北京：冶金工业出版社 * |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20220316034A1 (en) * | 2019-09-03 | 2022-10-06 | Nippon Light Metal Company, Ltd. | Photoluminescent aluminum alloy and photoluminescent aluminum alloy die-cast material |
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