CN100500905C - 可装饰性阳极化的优良可塑性的高机械强度铝合金以及其制备方法和由该合金制成的铝产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种AlMgSi类型的可装饰性阳极化的优良可塑性的高机械强度铝合金、由该合金制成的带材、薄板材或挤压型材半成品以及由所述半成品制成的构件，特别是成型的和经装饰性阳极化的构件。本发明还涉及一种制备这种铝合金构件的方法。该铝合金具有优良的可成型性，其通过合金中锶的重量含量和限定的硅对镁的重量比以及铁对锶的重量比来实现。

Description

可装饰性阳极化的优良可塑性的高机械强度铝合金以及其制备方法和由该合金制成的铝产品

本发明涉及一种AlMgSi类型的可装饰性阳极化的优良可塑性的高机械强度铝合金、由该合金制成的带材、薄板材或挤压型材形式的半成品以及由所述半成品制成的构件，特别是成型的和经装饰性阳极化的构件。本发明还涉及制备该种铝合金的方法。

为由铝板制备装饰性阳极化的部件，通常应用非合金化的铝(1xxx-合金)、AlMg合金(5xxx-合金)或8-xxx-合金类型的电镀体系、非合金化的铝1xxx-合金)的电镀。所有这类材料是不可完全硬化的，即仅能通过冷硬化提高强度，接着通过软化退火降低强度。所有这些体系具有下列共同点，即其可成型性和其强度状态是由半成品供货状态决定的，该供货状态例如可能是通过轧制硬化或通过随后的退火软化。按照好的可成型性，可在最大软化状态下使用该体系，并然后成型。但在成型过程后不再进行硬化以改进使用特性。按照好的使用特性，可在高强度状态下使用该体系，但由于供货状态的高的起始强度引起的适于成型步骤的可成型性受到很大限制。

如在EP 0714993或EP 0811700中已知具有优良可成型性的可热硬化的ALMgSi合金(6xxx)。该所公开的AlMgSi合金也可用于制备带材和板材。由于其优良的深拉性，其适用于制备汽车工业的车身薄板。通过其中所公开的合金组成，在优良的强度和优良的成型特性之间达到了最佳化。但该合金不可进行装饰性特别是高光亮性的阳极化，因为一方面在EP 0811700中所公开的0.25-0.55重量％的铁含量过高，并导致铝阳极氧化层的阴暗。已知通过铁形成的金属间四元FeSiMgMn相引入到该铝阳极氧化层中。这些粗粒在铝阳极氧化层中导致光的散射，使观察者感觉是浑浊的。EP 0714993中提及的钒含量的数量级为0.05-0.4重量％，也是获得了不够透明的铝阳极氧化层。此外，高含量钒难以溶于熔体中。通过其它再结晶阻止剂如锆或铬来代替钒也未提供所需结果。铬和锆导致一种在抛光或光亮性铝阳极氧化处理时会泛出黄色的铝阳极氧化层。

因此由申请人用于装饰性构件的适于挤压型材的已知的Al99.9MgSi合合(6401特种合金)不含锆、钒或铬。该AlMgSi合金的铁杂质限制到0.04重量％的铁。由此确保避免上述的铝阳极氧化缺陷，并使经抛光的和经光亮性铝阳极氧化的构件达到高的光亮度。但这种合金由于缺少再结晶阻止剂(Fe、Zr、Cr、V)未显示出最佳的可成型性，因为由于较粗的颗粒提前导致断面收缩和桔皮缺陷.

由此可通过选择适于挤压产品或轧制产品的合金组成而实现在可塑性、装饰性外观和以最终强度、延展性和韧性表示的机械强度方面的兼顾.

本发明的目的在于提供一种用于构件的铝合金，该构件具有优良的可成型性、具有在应用状态下的足够的强度和延展性并可装饰性阳极化。

该目的通过本发明的可装饰性阳极化的优良可塑性的高机械强度铝合金实现，该铝合金有如下组成：0.3-0.9重量％的硅，0.1-0.5重量％的镁，不超过0.2重量％的铁0.1-0.4重量％的铜，0.03-0.2重量％的锰，0.01重量％的钛，锆和/或铬和/或钒的总量为0.08-0.22重量％，0.005-0.1重量％的锶，最多0.04重量％的锌，0.0005-0.005重量％的银，单计最多0.02重量％的不可避免的杂质，总计最多0.15重量％的不可避免的杂质，其余为铝，其中，硅对镁的重量比为1.8∶1-3.3∶1，其特征在于，铁对锶的重量比为3∶1-5∶1。机械强度和可成型性方面的最佳特性一方面通过0.3-0.9重量％的硅和0.1-0.5重量％的镁的含量来达到，其中该两组分的重量比应调节到使硅对镁呈过量，特别是硅镁重量比为1.8-3.3.此外，强度还通过0.1-0.4重量％的铜含量来促进，铜起混晶硬化作用。该优良的可成型性通过再结晶阻止剂(铁、锆、铬、钒)成分来确保。在原始合金中铁常以杂质存在。但其作为合金元素加入可达0.2重量％。锆、铬和钒在合金中的含量可单独或共同达0.22重量％。尽管有上述的再结晶阻止剂存在，但本发明的合金是可装饰性阳极化的，且未出现泛黄的或浑浊的铝阳极氧化层。这是由于0.005-0.1重量％的锶含量而导致的。据认为锶改变了含铁、锆、铬和/或钒的相，特别是精制到即使将它们引入到铝阳极氧化层中也不产生可见的浑浊的程度.意外地表明，铁对锶的特别有利的重量比为3∶1-5∶1。

这样一种合金由含大于99.85重量％铝的铝基材料制成.在熔体中按如下加入合金成分，即0.3-0.9重量％的硅、0.1-0.5重量％的镁，硅对镁的重量比为1.8∶1-3.3∶1.确定铝基材料中以基础材料中的杂质形式存在的铁含量后，需要时加入另外的铁作为合金成分，以使所制得的合金中的铁含量不超过0.2重量％。此外，还加入0.005-0.1重量％的锶，铁对锶的重量比调节为3∶1-5∶1.优选加入0.008-0.07重量％的锶.作为其它合金成分加入的为0.1-0.4重量％的铜、0.03-0.2重量％的锰、0.01重量％的钛和锆和/或铬和/或钒，总计为0.08-0.22重量％。该合金应含最大0.04重量％的锌、最大0.02重量％的不可避免的杂质单计或其总量最大为0.15重量％。此外，为表征该合金，还加入特定成分即0.0005-0.005重量％的银。

如此制得的熔体以浇注方法铸成轧制棒或铸条，然后均质化(在至少500℃下退火至少2小时)。作为铝基材料优选使用含至少99.85重量％铝的纯铝，以限制杂质含量，不可避免的杂质含量总计不应超过最大0.15重量％。该合金成分可以以纯金属或预合金形成加入。锶优选以铝锶预合金形式加入，特别是以AlSr3.5预合金、AlSr5预合金或AlSr10预合金加入。

由本发明的铝合金的均质化铸条可通过挤压得到开口的或中空的型条，该型条通常经拉伸和通过锯成材。由呈所需长度的型材段可通过如下的成型，特别是冷成型如轧制、弯卷、深拉或基于有效方法的薄板成型和管成型制成三维成型的粗制构件。与是否在成型时涉及弯卷过程、涉及基于有效方法的成型或深拉无关，形成的构件在非常小的桔皮形成时有优良的外形精确性，这是由于低回弹性的效果。由于该合金的可硬化性，在成型后可调节其强度和延展性。硬化后除可能的机加工外特别是可对构件进行化学处理和电解处理。这种化学处理和电解处理包括对构件抛光、磨光、阳极氧化、可能的着色和最终的密实。经装饰性阳极化形成的铝构件产生的铝阳极氧化层是非常令人满意的，其是透明的，即不浑浊和不泛黄。

由轧制棒可通过热轧获得预制薄板，该预制薄板可经冷轧和中间退火进行后续加工。通过其它的成型步骤(需要时再结晶退火和/或软化退火)如深拉、基于有效方法的薄板成型，包括表面成图案(Dessinieren)以及光滑或粗糙化和可能的再一次软退火、需要时机加工来形成粗制构件，该粗制构件也可其后经化学或电解处理而获得铝阳极氧化层。在该制备过程中也可证明，铝合金在室温下具有好的到非常好的成型特性，仅有小的桔皮形成，还具有稳定的成型特性并导致该构件有优良的外形精确性。如果用含至少99.9重量％的铝的纯铝作为基材，则该铝阳极氧化层无缺陷，相反甚至可实现光亮的表面。

下面在三个表中给出本发明的铝合金的实施例。表1示出高硬AlMgSi合金，表2示出中硬AlMgSi合金，表3示出低硬AlMgSi合金。表4中示出已知对比合金，其中有申请人的合金AA6401特种合金，即一种至今用于装饰性应用的中硬AlMgSi合金，但其没有最佳的成型特性。另一些对比合金有最佳的强度和成型特性，但不可装饰性阳极化。

用于制备装饰性阳极化的成型铝构件的各种方案概览在下图中说明：

含至少99.85重量％Al的

按这些方案之一，由本发明合金通过连续浇注、均质化、挤压、拉伸、截短、深拉、抛光、磨光、阳极氧化而制成铝构件。为对比起见，按同样方法由6401合金和6016合金制备同样成形的构件。构件性质在表5中给出。在制成的构件的不同表面范围测量图像清晰度以得表面特性。高表面清晰度表明图像的高光亮和高精确度，好像线显示成直线或扭曲。该可成型性以对比成型度表示。为此借助于在经类似深拉过程后的各种合金的平的挤压型件段上预先施加的测量光栅测定来自变化的直线光栅的成型度。清楚表明，本发明的构件是唯一的在优良可成型性(40％)下具有高图像清晰度(80％)的构件。

表5：各种铝构件的特性

 

铝构件材料	图像清晰度	成型度
			6401	80％	最大20％
6016	30％	最大45％
			本发明的铝合金	80％	最大40％

Claims (20)

1.一种可装饰性阳极化的优良可塑性的高机械强度铝合金，其有如下组成：

0.3-0.9重量％的硅，

0.1-0.5重量％的镁，

不超过0.2重量％的铁

0.1-0.4重量％的铜，

0.03-0.2重量％的锰，

0.01重量％的钛，

锆和/或铬和/或钒的总量为0.08-0.22重量％，

0.005-0.1重量％的锶，

最多0.04重量％的锌，

0.0005-0.005重量％的银，

单计最多0.02重量％的不可避免的杂质，

总计最多0.15重量％的不可避免的杂质，

其余为铝，

其中，硅对镁的重量比为1.8∶1-3.3∶1，

其特征在于，铁对锶的重量比为3∶1-5∶1.

2.权利要求1的铝合金，其特征在于，锶含量为0.008-0.07重量％。

3.一种由铝合金制备可装饰性阳极化的成型构件的方法，其特征在于下列方法步骤：

·熔融含大于99.7重量％铝的铝基材，并将合金成分加到铝熔体中达如下总组成：

0.3-0.9重量％的硅，

0.1-0.5重量％的镁，

其中，硅对镁的重量比为1.8∶1-3.3∶1，

不超过0.2重量％的铁，

0.005-0.1重量％的锶，

其中，铁对锶的重量比为3∶1-5∶1，

0.1-0.4重量％的铜，

0.03-0.2重量％的锰，

0.01重量％的钛，

锆和/或铬和/或钒的总量为0.08-0.22重量％，

最大0.04重量％的锌，

单计最大0.02重量％的不可避免的杂质，

总计最大0.15重量％的不可避免的杂质，

其余为铝，

·将该铝合金熔体浇注成轧制棒或铸条，

·均质化该轧制棒或铸条，

·热成型为成型的粗制构件，

·该成型的粗制构件的化学和/或电解表面处理，包括阳极氧化.

4.权利要求3的方法，其特征在于，在热成型后进行冷成型以形成成型的粗制构件。

5.权利要求3或4的方法，其特征在于，测定所用铝基材的铁含量，并通过加入锶和通过加入额外的铁调节到所需的铁对锶的重量比。

6.权利要求3或4的方法，其特征在于，所述铝基材是至少含99.9重量％铝的纯铝。

7.权利要求3或4的方法，其特征在于，锶以铝-锶预合金形式加入.

8.权利要求7的方法，其特征在于，锶以AlSr5预合金、AlSr10预合金或AlSr3.5预合金形式加入.

9.权利要求3或4的方法，其特征在于，所述均质化的轧制棒通过热轧热成型为预制薄板。

10.权利要求9的方法，其特征在于，将所述预制薄板经中间退火冷轧到所需最终厚度，并在再结晶退火和/或软化退火后对表面进行图案化、光滑化或粗糙化，并再经一次软退火，接着截成所需长度成为薄板块。

11.权利要求3或4的方法，其特征在于，所述均质化的铸条通过挤压热成型成开口的或中空的型条，拉伸并截短成型材块.

12.权利要求10的方法，其特征在于，所述薄板块经一个或多个其它步骤冷成型。

13.权利要求11的方法，其特征在于，所述型材块经一个或多个其它步骤冷成型。

14.权利要求12的方法，其特征在于，通过轧制或弯卷或深拉或基于有效方法的管成型或薄板成型对所述薄板块进行冷成型.

15.权利要求13的方法，其特征在于，通过轧制或弯卷或深拉或基于有效方法的管成型或薄板成型对所述型材块进行冷成型。

16.权利要求3或4的方法，其特征在于，成型的粗制构件经抛光、磨光、阳极氧化和密实。

17.权利要求16的方法，其特征在于，还进行电解着色。

18.一种由具有权利要求1或2的组成的铝合金制成的铝产品。

19.权利要求18的铝产品，其特征在于，该铝产品是带材、薄板材、挤压型材或由这些半成品制成的成型构件。

20.权利要求19的铝产品，其特征在于，该铝产品是装饰性阳极化的成型构件。