CN113106307B - 一种镜面铝合金板带材及其制备方法 - Google Patents

一种镜面铝合金板带材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镜面铝合金板带材，组分及其质量百分含量为：Si≤0.4％、Fe≤0.8％、Cu≤0.2％、Mn≤0.2％、Zn≤0.5％、Mg 0.2％‑2.0％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。镜面铝合金板带材的制备方法，包括以下步骤：将镜面铝合金铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到厚度为3.0mm～6.0mm的热轧板带材；将热轧板带材进行冷轧，得到冷轧后的板带材；将冷轧后的板带材进行镜面轧制和退火处理，得到镜面铝合金板带材；镜面轧制冷轧率≥40％，退火处理温度为160℃～240℃。本发明的镜面铝合金板带材经阳极氧化处理后形成的氧化层光泽均匀、没有异色缺陷。

Description

一种镜面铝合金板带材及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种镜面铝合金板带材及其制备方法。
背景技术
轧制镜面铝是指通过轧制技术使表面呈现镜面效果的高反射率的铝板，被广泛应用于各类高档民用产品的外观结构件，如轿车车标、车灯反光罩、仪表盘等装饰领域。高档镜面铝可以使产品表面光洁、光亮，又能增添时尚艺术感和科技感，满足人们的审美需求，在国外得到了广泛的应用，但是在我国还处于初级阶段，具有极大的发展空间。近几年，乘用车市场竞争越发激烈，车辆的优美外观成为各车企吸引消费者和增加销量的重要手段，对车辆内外装饰用镜面铝的需求不断增加。
轧制镜面铝产品对表面质量要求极高，尤其是氧化处理用镜面铝，工序繁多，影响产品表面质量的影响因素多，技术难度大。氧化处理用镜面铝板带的各个工序及工艺都会对产品质量产生影响：①熔铸过程防止偏析，组织均匀化，细小化。②均热过程避免Mg偏析和氧化。③热轧工序为核心控制环节，开轧温度、终轧温度，轧制速度及冷却速度。④冷轧中的头道次影响较大。⑤中间退火工艺调控镜面亮度及硬度。⑥镜面轧制的轧辊凸度、粗糙度、轧制速度。⑦清洗工艺。清洗铝材表面铝粉，保证清洗后反射率降低较小。⑧阳极化保证高亮度：阳极电流密度低，温度尽量低，时间短。
在本世纪初，德国安铝、日本住友、意大利铝业、奥地利铝业四个厂家先后成功生产出轧制镜面铝产品，并迅速垄断全球市场。阳极氧化用镜面铝的制备工艺，摆脱机械抛光法而向轧制法升级，成本优势明显。现有技术中轧机只能用来生产普通铝板，不能直接生产出镜面铝板，这是因为轧机上的工作辊自身粗糙度不够低。镜面铝板的工作辊必须是镜面轧辊，对于镜面轧辊表面的加工，只能先在磨床上将轧辊的粗糙度磨至0.02μm。然后通过抛光机将轧辊的粗糙度降低至0.01μm以下，以达到用于轧制镜面铝板的要求。
与进口镜面铝相比，国产镜面铝在以下三个方面存在差距：①阳极氧化后国产镜面铝材表面反射率(80％～85％)低于进口料(反射率≥90％)，是因为铝材中存在大量粗大的第二相，以及氧化膜有序度较低；②阳极氧化后国产镜面铝表面存在异色和底纹缺陷，是因为铝材中晶粒尺寸及取向分布不均匀；③国产镜面铝在成形加工后表面产生橘皮等缺陷，是因为铝材中存在粗大晶粒。因此，需要提供一种在阳极氧化处理后表面无异色缺陷的镜面铝板带。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种镜面铝合金板带材及其制备方法，本发明的镜面铝合金板带材经阳极氧化处理后形成的氧化层光泽均匀、没有异色缺陷。
本发明采用以下技术方案：
一种镜面铝合金板带材，其特征在于，所述镜面铝合金板带材的组分及其质量百分含量为：Si≤0.4％、Fe≤0.8％、Cu≤0.2％、Mn≤0.2％、Zn≤0.5％、Mg 0.2％-2.0％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。
一种基于上述的镜面铝合金板带材的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将镜面铝合金铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到厚度为3.0mm～6.0mm的热轧板带材；热轧终轧温度为180℃-260℃；
(2)将热轧板带材进行冷轧，得到厚度为2.0mm～4.0mm的冷轧后的板带材；
(3)将冷轧后的板带材进行镜面轧制和退火处理，得到镜面铝合金板带材；镜面轧制冷轧率≥40％，退火处理温度为160℃～240℃。
根据上述的镜面铝合金板带材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中将热轧板带材进行冷轧的冷轧轧辊粗糙度≤0.2μm。
根据上述的镜面铝合金板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中将冷轧后的板带材进行镜面轧制的镜面轧辊表面粗糙度≤0.01μm。
根据上述的镜面铝合金板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中镜面铝合金板带材的表面光泽度≥650GU。
根据上述的镜面铝合金板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中镜面铝合金板带材的表面粗糙度≤0.05μm。
根据上述的镜面铝合金板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中镜面铝合金板带材的金属组织中再结晶晶粒面积占比≤10％，镜面铝合金板带材的晶粒沿轧制方向分布。
根据上述的镜面铝合金板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中镜面铝合金板带材的金属组织中再结晶立方织构面积占比≤1.0％。
本发明的有益技术效果：与现有技术相比，本发明的非均质镜面铝合金板带材金属组织中晶粒形貌主要为长条形未再结晶晶粒，晶粒取向以轧制织构为主，再结晶立方织构面积占比小，经阳极氧化处理后形成的氧化层光泽均匀，且没有异色缺陷。本发明的方法通过热轧和冷轧工艺调控铝材中晶粒形貌和尺寸，以及取向分布，该镜面铝合金板带材经阳极氧化处理后形成表面质量优异，制备过程中无中间退火，提高了镜面铝的生产效率、降低生产成本。本发明制备效率高、工序少、成本低。
附图说明
图1为实施例1中镜面铝合金板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图；
图2为实施例2中镜面铝合金板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图；
图3为对比例1中成品板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图。
具体实施方式
本发明的一种镜面铝合金板带材，组分及其质量百分含量为：Si≤0.4％、Fe≤0.8％、Cu≤0.2％、Mn≤0.2％、Zn≤0.5％、Mg 0.2％-2.0％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。
镜面铝合金板带材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镜面铝合金铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到厚度为3.0mm～6.0mm的热轧板带材；热轧终轧温度为180℃-260℃；将热轧板带材进行冷轧的冷轧轧辊粗糙度≤0.2μm。
(2)将热轧板带材进行冷轧，得到厚度为2.0mm～4.0mm的冷轧后的板带材；
(3)将冷轧后的板带材进行镜面轧制和退火处理，得到厚度为0.2～3.0mm的表面质量优异的非均质镜面铝合金板带材；镜面铝合金的板带材的典型厚度为0.2～3.0mm。镜面轧制冷轧率≥40％，退火处理温度为160℃～240℃。将冷轧后的板带材进行镜面轧制的镜面轧辊表面粗糙度≤0.01μm。镜面铝合金板带材的表面光泽度≥650GU。镜面铝合金板带材的表面粗糙度Ra≤0.05μm。镜面铝合金板带材的金属组织中以长条形变形晶粒为主，再结晶晶粒面积占比≤10％，优选的，镜面铝合金板带材的金属组织中以长条形变形晶粒为主，再结晶晶粒面积占比≤5％。镜面铝合金板带材的晶粒沿轧制方向分布，晶粒取向以轧制织构为主，再结晶Cube织构面积占比≤1.0％，镜面铝合金板带材的金属组织中再结晶立方织构面积占比≤1.0％。将镜面铝合金板带材经折弯成形、抛光和阳极氧化处理制备成零部件，制备成的零部件表面光泽度≥600GU，且面光泽度均匀，表面色差△E＜0.25。阳极氧化之前的处理包括经切削加工、磨轮抛光、电解抛光和化学抛光中选出的一种或几种方法进行平坦化处理。阳极氧化处理包括：于温度0～50℃下、在浓度为10～25％的硫酸溶液中电解，用1.2～1.8A/dm2的电流密度恒电流处理20～40min，得到的铝材表面覆有厚度为3～30μm的氧化膜。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
镜面铝合金的组分及其质量百分含量为：Si≤0.4％、Fe≤0.8％、Cu≤0.2％、Mn≤0.2％、Zn≤0.5％、Mg 0.9％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。
将镜面铝合金铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到厚度为5mm的热轧板带材；热轧终轧温度为240℃。
将热轧板带材进行冷轧，得到厚度为3mm的冷轧后的板带材。
将冷轧后的板带材进行镜面轧制和退火处理，得到厚度为1.2mm的表面质量优异的非均质镜面铝合金板带材，镜面轧制冷轧率为50％，退火处理温度为180℃。将冷轧后的板带材进行镜面轧制的镜面轧辊表面粗糙度Ra＝0.01μm。镜面铝合金板带材的表面光泽度为672GU。镜面铝合金板带材的表面粗糙度Ra＝0.01μm，镜面铝合金板带材的金属组织中长条形变形晶粒为主，再结晶晶粒面积占比为5％，镜面铝合金板带材再结晶Cube织构面积占比为0.2％。将镜面铝合金板带材经折弯成形、化学抛光和阳极氧化处理制备成零部件，阳极氧化处理包括：于20℃下、在浓度为18％的硫酸溶液中电解，用1.4A/dm2的电流密度恒电流处理30min。镜面铝合金板带材的表面氧化膜厚度为8.8μm，表面色差△E＝0.16，光泽度均匀分布。图1为实施例1中镜面铝合金板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图。
实施例2
镜面铝合金的组分及其质量百分含量为：Si≤0.4％、Fe≤0.8％、Cu≤0.2％、Mn≤0.2％、Zn≤0.5％、Mg 1.1％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。
将镜面铝合金铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到厚度为4mm的热轧板带材；热轧终轧温度为250℃。
将热轧板带材进行冷轧，得到厚度为4mm的冷轧后的板带材。
将冷轧后的板带材进行镜面轧制和退火处理，得到厚度为2.0mm的表面质量优异的非均质镜面铝合金板带材，镜面轧制冷轧率为50％，退火处理温度为220℃。将冷轧后的板带材进行镜面轧制的镜面轧辊表面粗糙度Ra＝0.01μm。镜面铝合金板带材的表面光泽度为665GU。镜面铝合金板带材的表面粗糙度Ra＝0.01μm，镜面铝合金板带材的金属组织中以长条形变形晶粒为主，再结晶晶粒面积占比为3％，镜面铝合金板带材再结晶Cube织构面积占比为0.3％。将镜面铝合金板带材经折弯成形、化学抛光和阳极氧化处理制备成零部件，阳极氧化处理包括：于20℃下、在浓度为18％的硫酸溶液中电解，用1.4A/dm2的电流密度恒电流处理30min。镜面铝合金板带材的表面氧化膜厚度为5.2μm，表面色差△E＝0.13，光泽度均匀分布。图2为实施例2中镜面铝合金板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图。
对比例1
镜面铝合金的组分及其质量百分含量为：Si≤0.4％、Fe≤0.8％、Cu≤0.2％、Mn≤0.2％、Zn≤0.5％、Mg 1.2％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。
将镜面铝合金铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到厚度为5mm的热轧板带材；热轧终轧温度为270℃。
将热轧板带材进行冷轧，得到厚度为3mm的冷轧后的板带材。
将冷轧后的板带材进行镜面轧制和退火处理，得到厚度为0.8mm的成品板带材，成品板带材的表面光泽度为665GU。成品板带材的表面粗糙度Ra＝0.04μm。成品板带材中长条形变形晶粒与等轴晶混杂，再结晶晶粒面积占比为17％，成品板带材中再结晶Cube织构面积占比为2.7％。将成品板带材经折弯成形、化学抛光和阳极氧化处理制备成零部件，阳极氧化处理包括：于20℃下、在浓度为18％的硫酸溶液中电解，用1.4A/dm2的电流密度恒电流处理30min。成品板带材的表面氧化膜厚度为5.4μm，表面色差△E＝0.52，光泽度分布不均匀，表面有异色缺陷。图3为对比例1中成品板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图。
铝材表面织构的测试：将实施例1、2和对比例1中阳极氧化前的铝材切成8mm×8mm的小方块，用高氯酸和乙醇的混合溶液进行电压为20V的电解抛光处理40s；然后采用EBSD设备检测样品。在放大倍率100倍条件下，沿加工方向连续拍摄5幅EBSD图片，统计铝材表面各织构组分的分布情况，取平均值。各织构组分分布的统计结果列于表1。
铝材表面的评价：在D65光源下，观察经本发明制备的阳极氧化处理铝材表面异色情况，根据表面是否存在异色条纹图案以及异色条纹图案的多少，按级别确定铝材阳极氧化处理效果：A级为铝材表面几乎没有异色条纹；B级为铝材表面有较少异色条纹图案；C级为铝材表面有较多异色条纹图案；D级为铝材表面有非常多的异色条纹图案。其中，A级和B级判断为合格产品；C级和D级为不合格产品，测试结果列于下表1。
表1镜面铝晶粒组织分布及表面质量等级
Figure BDA0002961212380000051
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种镜面铝合金板带材的制备方法，其特征在于，所述镜面铝合金板带材的组分及其质量百分含量为：Si≤0.4％、Fe≤0.8％、Cu≤0.2％、Mn≤0.2％、Zn≤0.5％、Mg 0.2％-2.0％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al；所述的镜面铝合金板带材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将镜面铝合金铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到厚度为3.0mm～6.0mm的热轧板带材；热轧终轧温度为180℃-260℃；
(2)将热轧板带材进行冷轧，得到厚度为2.0mm～4.0mm的冷轧后的板带材；将热轧板带材进行冷轧的冷轧轧辊粗糙度≤0.2μm；
(3)将冷轧后的板带材进行镜面轧制和退火处理，得到镜面铝合金板带材；镜面轧制冷轧率≥40％，退火处理温度为160℃～240℃；将冷轧后的板带材进行镜面轧制的镜面轧辊表面粗糙度≤0.01μm；镜面铝合金板带材的金属组织中再结晶晶粒面积占比≤10％，镜面铝合金板带材的晶粒沿轧制方向分布；镜面铝合金板带材的金属组织中再结晶立方织构面积占比≤1.0％。
2.根据权利要求1所述的镜面铝合金板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中镜面铝合金板带材的表面光泽度≥650GU。
3.根据权利要求1所述的镜面铝合金板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中镜面铝合金板带材的表面粗糙度≤0.05μm。
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