TWI413696B - 鋁合金與其製造製程及製造鋁合金片材之製程 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種鋁合金以及製造鋁合金與鋁合金片材之製程,且特別是有關於一種包含化學式分別為Al6
Fe與Al3
Fe之二介金屬化合物之鋁合金及其製造製程與其片材之製造方法。
鋁合金經過陽極處理後,具備有多項優良之特點,故可應用於眾多不同的領域中,例如,經陽極處理之鋁合金中可具備有質地輕薄、抗腐蝕性佳、成形性好、外觀優美且兼具時尚感等特點,因此被廣泛地應用於3C產品之外殼、建築帷幕牆、化妝品盒及燈罩等民生用品上。
然而,經陽極處理之鋁合金材料主要問題在於,其經陽極處理之後,表面色澤雖然均勻,但有偏黃的現象,而在視覺上,產品色澤偏黃容易讓人產生老舊與廉價的感覺,進而影響消費者的購買意願;相對的,若產品色澤偏藍,則能給予人一種高質感的感受。
在鋁合金中,根據製程的不同,其所包含之析出相亦有所不同。由於不同的析出相具有不同的電化學電位,因此,在經陽極處理之後,其氧化皮膜會呈現不同的色澤,例如析出相之化學式為Al3
Fe或Alm
Fe時,其氧化皮膜色澤偏黃,而當析出相之化學式為Al6
Fe時,其氧化皮膜色澤偏藍。
在習知之技術中,為了獲得所需之表面色澤的鋁合金材,主要係控制鋁合金中雜質鐵(Fe)與矽(Si)的含量,並利用添加微量的合金元素[例如鎂(Mg)、鉻(Cr)與錳(Mn)]來輔助改變或穩定析出相,藉以獲得所需的表面色澤。
此外,在習知之技術中,鋁合金產品(通常為鋁胚)在進行一系列之軋延製程之前,須經過高溫均質化處理。而在高溫均質化的過程中,會將各種析出相(化學式為Al3
Fe、Alm
Fe或Al6
Fe)轉化成Al3
Fe。再者,高溫均質化處理一般係以燃燒天然氣的方式進行,故容易排放大量溫室氣體,並耗費大量之能源。
根據以上所述,習知技術之缺點在於,由於高溫均質化將各種析出相轉化成Al3
Fe,故使得最終經陽極處理之鋁合金產品之表面色澤依舊偏黃;此外,高溫均質化需耗費大量之能源,提高生產成本。
因此,本發明之目的係在提供一種鋁合金以及製造鋁合金與鋁合金片材之製程,可使得經陽極處理之後鋁合金表面色澤偏藍,且無需進行高溫均質化處理,進而避免耗費大量之能源。
根據本發明之一實施例,提供一種鋁合金。此鋁合金包含以下以重量百分比(wt%)計之多個成分,其中此些成分為:0.30~0.60 wt%之鐵、0.05~0.20 wt%之矽、0.01~0.03 wt%之鈦(Ti)、0.0004~0.0012 wt%之硼(B)、0.05~0.2 wt%之銅(Cu)、0.3 wt%以下之不可避免之不純物、以及由鋁所組成之殘部。而其中鐵與矽之重量百分比滿足不等式(鐵wt%/矽wt%)>4。此外,上述之成分組成第一與第二介金屬化合物,其中第一介金屬化合物之化學式為Al6
Fe,第二介金屬化合物之化學式為Al3
Fe,且第一介金屬化合物與第二介金屬化合物之重量比滿足不等式0.13<(Al6
Fe/Al3
Fe)<1.25。
根據本發明之另一實施例,提供一種製造鋁合金之製程。此製程包含製備熔融鋁合金,以及以預定速度澆鑄上述熔融鋁合金,並於澆鑄過程中以預定水量提供冷卻水至熔融鋁合金,藉以形成鋁合金。上述熔融鋁合金包含以下以重量百分比計之多個成分,此些成分為:0.30~0.60 wt%之鐵、0.05~0.20 wt%之矽、0.01~0.03 wt%之鈦、0.0004~0.0012 wt%之硼、0.05~0.2 wt%之銅、0.3 wt%以下之不可避免之不純物、以及由鋁所組成之殘部,而鐵與矽之重量百分比滿足不等式(鐵wt%/矽wt%)>4。此外,上述預定速度為每分鐘40公厘(mm)至每分鐘70 mm,而預定水量為每小時200立方公尺(m3
)至每小時300 m3
。再者,上述成分於鋁合金中組成第一與第二介金屬化合物,其中第一介金屬化合物之化學式為Al6
Fe,第二介金屬化合物之化學式為Al3
Fe,且第一與第二介金屬化合物之重量比滿足不等式0.13<(Al6
Fe/Al3
Fe)<1.25。
根據本發明之又一實施例,提供一種製造鋁合金片材之製程。此製程包含製備鋁胚;於第一預定溫度軋延上述鋁胚,以獲得熱軋延鋁板,其中第一預定溫度為350℃至500℃,且於第一預定溫度軋延上述鋁胚之裁減量為50%至80%;於室溫軋延上述熱軋延鋁板,以獲得冷軋延鋁片,其中於室溫軋延上述熱軋延鋁板之裁剪減量為50%至80%;以及於第二預定溫度對上述冷軋延鋁片進行退火製程,以獲得鋁合金片材,其中第二預定溫度為200℃至400℃,且退火製程持續之時間為1小時至12小時。此外,上述鋁胚係由鋁合金所組成,其中鋁合金包含以下以重量百分比計之多個成分,此些成分為:0.30~0.60 wt%之鐵、0.05~0.20 wt%之矽、0.01~0.03 wt%之鈦、0.0004~0.0012 wt%之硼、0.05~0.2 wt%之銅、0.3 wt%以下之不可避免之不純物、以及由鋁所組成之殘部。在上述鋁合金中,鐵與矽之重量百分比滿足不等式(鐵wt%/矽wt%)>4,且其成分組成第一與第二介金屬化合物,第一介金屬化合物之化學式為Al6
Fe,第二介金屬化合物之化學式為Al3
Fe。上述第一介金屬化合物與第二介金屬化合物之重量比滿足不等式0.13<(Al6
Fe/Al3
Fe)<1.25。
本發明之優點為,由於無需進行高溫均質化處理,Al6
Fe不會被轉化成Al3
Fe,冷軋後之鋁合金片材所含介金屬化合物仍滿足不等式0.13<(Al6
Fe/Al3
Fe)<1.25,使得經陽極處理之鋁合金產品之表面色澤偏藍,從而提供使用者一種高質感的感受,提升產品之競爭力。此外,同樣由於無需進行高溫均質化處理,故無需耗費大量之能源,同時可縮短製程所需時間,可有效降低整體之生產成本。
根據本發明之一實施例,為了使經過陽極處理之鋁合金產品具備高質感之表面色澤(偏藍),以期能夠提升產品之競爭力,鋁合金必須具備如以下表一所列示之成分,其中各成分係以重量百分比(wt%)做計算。此外,鋁合金亦允許存在不可避免之不純物。
在本實施例之鋁合金中,Fe、Si、Ti、B、以及Cu之含量係如以上表一所示,除了以上五種元素之外,鋁合金尚包含有重量百分比小於0.3 wt%之不可避免之不純物,以及由Al所組成之其他部分(殘部)。
此外,在上述本實施例之鋁合金之多種成分中,鐵與矽之重量百分比滿足不等式(鐵 wt%/矽 wt%)>4。再者,上述之多種成分組成第一介金屬化合物與第二介金屬化合物,其中第一介金屬化合物之化學式為Al6
Fe,第二介金屬化合物之化學式為Al3
Fe;第一介金屬化合物為本實施例之鋁合金的表面析出物,或本實施例之鋁合金之析出相為Al6
Fe,藉此使得鋁合金經陽極處理後之表面色澤偏藍,以提供使用者高表面質感之感受;另外,在本實施例中,上述第一介金屬化合物與第二介金屬化合物之重量比更滿足不等式0.13<(Al6
Fe/Al3
Fe)<1.25。
前述鋁合金所含成分及含量限定之理由敘述如下。
在本實施例之鋁合金中,添加適量的Fe,其目的在於提高鋁合金產品之強度,同時可形成上述化學式為Al6
Fe之第一介金屬化合物,藉此使得經陽極處理後之最終鋁合金產品之表面色澤偏藍,進而提供使用者高表面質感之感受。當Fe含量過低(低於0.30 wt%)時,則無法有效提供鋁合金產品適當的強度。當Fe含量過高(高於0.6 wt%)時,則鋁合金耐蝕性不佳,且表面質感亦偏暗。故在本發明中,Fe之含量較佳為0.30 wt%至0.60 wt%。
在本實施例之鋁合金中,添加適量的Si,其目的除可提高鋁合金產品之強度外,同時亦可調整控制鋁合金之析出相Al6
Fe的形成,藉此使得如上所述之最終鋁合金產品之表面色澤偏藍。當Si含量過低(低於0.05 wt%)時,則鋁合金產品中鋁之含量增加,造成整理生產成本的增加。當Si含量過高(高於0.20 wt%)時,除有最終鋁合金產品之表面色澤偏黃之缺點外,鋁合金之耐蝕性亦不佳。故在本發明中,Si之含量較佳為0.05 wt%至0.20 wt%。
至於在本發明之鋁合金中添加適量的Ti,其目的在於細化鋁合金中之晶粒。當Ti含量過低(低於0.01 wt%)時,將導致鋁合金產品中產生粗晶與混晶等情形,使得鋁合金產品經陽極處理後,表面產生帶狀條紋的缺陷。當Ti含量過高(高於0.03 wt%)時,則容易產生粗大的Al3
Ti析出相,進而使得鋁合金產品經陽極處理後,表面產生線狀條紋的缺陷。故在本發明中,Ti之含量較佳為0.01 wt%至0.03 wt%。
在本實施例中,需於鋁合金中添加適量的B,其目的主要係用來細化鋁合金中之晶粒。當B含量過低(低於0.0004 wt%)時,將導致鋁合金產品中產生粗晶、羽毛晶、混晶與浮游晶等情形,使得鋁合金產品經陽極處理後產品表面產生帶狀條紋的缺陷。當B含量過高(高於0.0012 wt%)時,則容易產生結團的TiB3
粗大顆粒,進而使得鋁合金產品表面經陽極處理後產生線狀條紋的缺陷。故在本發明中,B之含量較佳為0.0004 wt%至0.0012 wt%。
至於在鋁合金中添加適量的Cu,其主要目的係用以提高鋁合金產品之強度,同時增加鋁合金產品之亮度。當Cu含量過低(低於0.05 wt%)時,則效果不彰。當Cu含量過高(高於0.2 wt%)時,則鋁合金產品容易產生嚴重腐蝕。故在本發明中,Cu之含量較佳為0.05 wt%至0.2 wt%。
請參照第1圖,其係繪示製造鋁合金(鑄胚)之製程的流程圖,用以製造上述之鋁合金。製造鋁合金之製程100係開始於步驟102,製備熔融鋁合金。熔融鋁合金包含有實質等同於上述鋁合金之多個成分,亦即:0.30~0.60 wt%之鐵、0.05~0.20 wt%之矽、0.01~0.03 wt%之鈦、0.0004~0.0012 wt%之硼、0.05~0.2 wt%之銅、0.3 wt%以下之不可避免之不純物、以及由鋁所組成之殘部。此外,鐵與矽之重量百分比亦滿足不等式(鐵wt%/矽wt%)>4。
完成步驟102之後,製造鋁合金之製程100繼續進行步驟104,以預定速度澆鑄上述熔融鋁合金。並於澆鑄過程中以預定水量提供冷卻水至熔融鋁合金,藉以形成鋁合金。上述澆鑄之預定速度為每分鐘40 mm至每分鐘70 mm,而預定水量則為每小時200 m3
至每小時300 m3
。
而在完成步驟104之後,上述之多個成分於鋁合金中組成第一介金屬化合物與第二介金屬化合物,其中第一介金屬化合物之化學式為Al6
Fe,第二介金屬化合物之化學式為Al3
Fe。而經陽極處理之後,鋁合金之表面可具備偏藍之色澤。此外,上述第一介金屬化合物與該二介金屬化合物之重量比亦滿足不等式0.13<(Al6
Fe/Al3
Fe)<1.25。
請參照第2圖,其係繪示製造鋁合金片材之製程的流程圖,用以將上述之鋁合金所組成之鋁胚軋延成鋁合金片材。在製造鋁合金片材之製程200中,首先進行步驟202,以製備鋁胚。其中,鋁胚係由上述之鋁合金所組成,亦即鋁合金包含:0.30~0.60 wt%之鐵、0.05~0.20 wt%之矽、0.01~0.03 wt%之鈦、0.0004~0.0012 wt%之硼、0.05~0.2 wt%之銅、0.3 wt%以下之不可避免之不純物、以及由鋁所組成之殘部。上述成分中之鐵與矽之重量百分比同樣滿足以上所述之不等式(鐵wt%/矽wt%)>4。而上述成分所組成之第一與第二介金屬化合物之化學式分別為Al6
Fe與Al3
Fe,其中第一介金屬化合物與第二介金屬化合物之重量比滿足上述之不等式0.13<(Al6
Fe/Al3
Fe)<1.25。
接著進行步驟204,以於第一預定溫度軋延上述之鋁胚,藉此獲得熱軋延鋁板。在步驟204之中,第一預定溫度為500℃至350℃,且上述於第一預定溫度軋延鋁胚之裁減量為50%至80%。
在完成上述之步驟204之後,製造鋁合金片材之製程200繼續進行步驟206,於室溫軋延上述之熱軋延鋁板,藉此獲得冷軋延鋁片,其中於室溫軋延熱軋延鋁板之裁減量為50%至80%。
最後,製造鋁合金片材之製程200進行步驟208,以於第二預定溫度對上述冷軋延鋁片進行退火製程,藉此獲得鋁合金片材。上述第二預定溫度可為200℃至400℃,且退火製程持續之時間可為1小時至12小時。
以下則以實際之實施例與比較例更具體地說明本發明,惟本發明的範圍不受此些實施例之限制。
首先,於溫度740℃熔化鋁回收錠,以製備熔融鋁合金。調配上述熔融鋁合金之組成成分,使得熔融鋁合金中鐵所佔之重量百分比為0.54wt%,矽所佔之重量百分比為0.06wt%,而鈦所佔之重量百分比為0.02 wt%,硼所佔之重量百分比為0.0010 wt%,銅所佔之重量百分比為0.19 wt%,不可避免之不純物所佔之重量百分比為0.1wt%,其餘則為鋁。此外,上述鐵與矽之重量百分比等於9。
以每分鐘大於40 mm之速度澆鑄上述熔融鋁合金,並提供每小時300立方公尺之冷卻水至熔融鋁合金,以產出由鋁合金組成之鋁胚。在此一鋁胚中,上述成分於鋁合金中組成化學式為Al6
Fe之第一介金屬化合物,以及化學式為Al3
Fe之第二介金屬化合物。此外,上述第一介金屬化合物與第二介金屬化合物之重量比為1.25。
隨後於500℃之第一預定溫度開始軋延上述鋁胚,以獲得熱軋延鋁板,平均裁減量為65%(共28道次軋延,每道次都相同)。接著於室溫軋延上述熱軋延鋁板,以獲得冷軋延鋁片,累積多道次之軋延後,裁減量為80%。然後將此冷軋延鋁片置放在300℃之第二預定溫度之爐中進行6小時之退火製程,以獲得鋁合金片材。最後對上述鋁合金片材進行陽極處理,以獲得最終之鋁合金產品。
上述最終之鋁合金產品之主要析出相以及根據CIE 1976(L*a*b*)色差公式所計算之色差值係列示以下表二中。
比較例一
以上述實施例之中的步驟與製程條件製備比較例一之鋁合金板材,並進行陽極處理,以獲得比較例一之最終鋁合金產品。比較例一與上述實施例之差異在於,實施例之鐵與矽的重量百分比分別為0.54 wt%和0.06wt%,而比較例一之鐵與矽的重量百分比分別為0.31 wt%和0.161 wt%(比值小於2)。此外,經分析後可知,在比較例一之中,製程中之鋁胚主要相組成為α-Al-Fe-Si相,且其成品經陽極處理後,最終鋁合金產品之表面色澤不佳,呈濃黃色,相關之析出相與色差值請參照以下表二。
比較例二
同樣以上述實施例中之步驟製備比較例二之鋁合金片材,並進行陽極處理,以獲得比較例二之最終鋁合金產品,其中比較例二與實施例之合金成分係完全相同。比較例二與上述實施例之差異在於鑄造參數不同,在實施例之中,係以每分鐘大於40 mm之速度澆鑄熔融鋁合金,而在比較例二之中,對應之鑄造參數為每分鐘小於40 mm;此外,經分析後可知,在比較例二之中,製程中之鋁胚主要相組成為Al3
Fe相,且冶金軋延之成品經陽極處理後,最終鋁合金產品之表面色澤不佳,偏黃色,相關之析出相與色差值列示於以下表二中。
比較例三
以上述實施例之中的步驟與製程條件製備比較例三之鋁合金片材,並進行陽極處理,以獲得比較例三之最終鋁合金產品,其中比較例三與實施例之合金成分係完全相同;比較例三與上述實施例之差異在於,實施例三於製程中所獲得之鋁胚在尚未進行上述之熱軋延或冷軋延製程之前,先進行高溫均質化處理。此外,經分析後可知,在比較例三之中,製程中之鋁胚主要相組成為Al3
Fe相,且冶金軋延之成品經陽極處理後,最終鋁合金產品之表面色澤不佳,偏黃色,相關之析出相與色差值列示於以下表二中。
在CIE 1976(L*a*b*)色差公式中,L*之色差值係規範產品表面色澤的明亮度,數值越大表示色澤越明亮,反之則越黑暗。而a*之色差值係用以規範產品表面色澤偏紅或偏綠,數值越大表示色澤越偏向紅色,反之則越偏向綠色。至於b*之色差值係用以規範產品表面色澤偏黃或偏藍,數值越大表示色澤越偏向黃色,反之則越偏向藍色。
根據以上表二所示之內容可知,在比較例一中,由於鐵與矽的重量百分比小於2,使得鋁胚之主要析出相為α-Al-Fe-Si相,進而使得比較例一之最終鋁合金產品表面色澤之b*色差值(2.55)遠大於實施例之最終鋁合金產品表面色澤的b*色差值(0.2),故比較例一之最終鋁合金產品表面色澤過度偏黃。
而在比較例二之中,由於製程參數的不同,比較例二之最終鋁合金產品表面色澤之b*色差值(1.3)仍遠大於實施例之最終鋁合金產品表面色澤的b*色差值(0.2),故比較例二之最終鋁合金產品表面色澤仍然偏黃。
至於在比較例三之中,由於在熱軋延前,先對鋁胚進行高溫均質化處理,故使得主要析出相為Al3
Fe相。因此,在進行陽極處理之後,比較例三之最終鋁合金產品表面色澤之b*色差值(1.1)仍遠大於實施例之最終鋁合金產品表面色澤的b*色差值(0.2),比較例三之最終鋁合金產品表面色澤依然偏黃。
綜合以上所述可知,透過控制鋁合金中之合金成分、控制製造鋁合金的製程參數以及控制鋁合金片材製程中之熱軋裁減量與冷軋裁減量,可使得最終經陽極處理之鋁合金片材之b*色差值小於0.2,亦即最終之鋁合金產品之表面色澤能夠給予使用者一種色澤偏藍且高質感的感受。此外,以上所述之本發明之製程具體地係可應用於如1000系之鋁陽極處理材之中,以提升產品本身之競爭力。
雖然本發明已以實施方式揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100...製造鋁合金之製程
102...步驟
104...步驟
200...製造鋁合金片材之製程
202...步驟
204...步驟
206...步驟
208...步驟
為了能夠對本發明之觀點有較佳之理解,請參照上述之詳細說明並配合相應之圖式。要強調的是,根據工業之標準常規,附圖中之各種特徵並未依比例繪示。事實上,為清楚說明上述實施例,可任意地放大或縮小各種特徵之尺寸。相關圖式內容說明如下:
第1圖係繪示根據本發明之一實施例之製造鋁合金鑄胚之製程的流程圖。
第2圖係繪示根據本發明之一實施例之製造鋁合金片材之製程的流程圖。
100...製造鋁合金之製程
102...步驟
104...步驟
Claims (4)
- 一種鋁合金,包含以下以重量百分比(wt%)計之複數個成分,其中該些成分為:0.30~0.60 wt%之鐵、0.05~0.20 wt%之矽、0.01~0.03 wt%之鈦、0.0004~0.0012 wt%之硼、0.05~0.2 wt%之銅、0.3 wt%以下之不可避免之不純物、以及由鋁所組成之殘部;其中該鐵與該矽之重量百分比滿足不等式4<(鐵wt%/矽wt%);其中該些成分組成一第一介金屬化合物與一第二介金屬化合物,其中該第一介金屬化合物之化學式為Al6 Fe,該第二介金屬化合物之化學式為Al3 Fe,且該第一介金屬化合物與該第二介金屬化合物之重量比滿足不等式0.13<(Al6 Fe/Al3 Fe)<1.25。
- 一種製造鋁合金之製程,包含:製備一熔融鋁合金,其中該熔融鋁合金包含以下以重量百分比(wt%)計之複數個成分,該些成分為:0.30~0.60 wt%之鐵、0.05~0.20 wt%之矽、0.01~0.03 wt%之鈦、0.0004~0.0012 wt%之硼、0.05~0.2 wt%之銅、0.3 wt%以下之不可避免之不純物、以及由鋁所組成之殘部,該鐵與該矽之重量百分比滿足不等式4<(鐵wt%/矽wt%);以及以一預定速度澆鑄該熔融鋁合金,並於澆鑄過程中以一預定水量提供一冷卻水至該熔融鋁合金,藉以形成一鋁合金,其中該預定速度為每分鐘40公厘至每分鐘70公厘,該預定水量為每小時200立方公尺至每小時300立方公尺;其中該些成分於該鋁合金中組成一第一介金屬化合物與一第二介金屬化合物,其中該第一介金屬化合物之化學式為Al6 Fe,該第二介金屬化合物之化學式為Al3 Fe,且該第一介金屬化合物與該第二介金屬化合物之重量比滿足不等式0.13<(Al6 Fe/Al3 Fe)<1.25。
- 一種製造鋁合金片材之製程,包含:製備一鋁胚,其中該鋁胚係由一鋁合金所組成,該鋁合金包含以下以重量百分比(wt%)計之複數個成分,該些成分為:0.30~0.60 wt%之鐵、0.05~0.20 wt%之矽、0.01~0.03 wt%之鈦、0.0004~0.0012 wt%之硼、0.05~0.2 wt%之銅、0.3 wt%以下之不可避免之不純物、以及由鋁所組成之殘部;其中該鐵與該矽之重量百分比滿足不等式(鐵wt%/矽wt%)>4;其中該些成分組成一第一介金屬化合物與一第二介金屬化合物,該第一介金屬化合物之化學式為Al6 Fe,該第二介金屬化合物之化學式為Al3 Fe,且該第一介金屬化合物與該第二介金屬化合物之重量比滿足不等式0.13<(Al6 Fe/Al3 Fe)<1.25;於一第一預定溫度軋延該鋁胚,以獲得一熱軋延鋁板,其中該第一預定溫度為350℃至500℃,於該第一預定溫度軋延該鋁胚之裁減量為50%至80%;於室溫軋延該熱軋延鋁板,以獲得一冷軋延鋁片,於室溫軋延該熱軋延鋁板之裁減量為50%至80%;以及於一第二預定溫度對該冷軋延鋁片進行一退火製程,以獲得一鋁合金片材,其中該第二預定溫度為200℃至400℃,該退火製程持續之時間為1小時至12小時。
- 如請求項3所述之製造鋁合金片材之製程,更包含:於該退火製程之後,對該鋁合金片材進行陽極處理,使得該鋁合金片材以CIE 1976(L*a*b*)色差公式計算所得之b*色差值小於0.2。
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