CN101280400A - 用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法 - Google Patents
用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是一种用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法，包含下列步骤：备料步骤，提供一成分包含有1.1～2.5wt％铜、0.7～1.3wt％镁、0.7～1.3wt％硅、其余为铝与无法避免的杂质所制成的铝合金；固溶处理步骤，将铝合金加温至540℃±10℃维持30～90分钟；淬水步骤，将铝合金迅速冷却；预热步骤，将铝合金加温至100～150℃维持5～50分钟；整型步骤，将铝合金板压制成型；时效处理步骤，将铝合金加温至175～190℃维持2～8小时，本发明使此一特定成分的铝合金板材或锻型材，产生最佳的析出硬化性质。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金制法，特别是指一种用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法。
背景技术
随着科技的迅速发展与使用者对产品规格的要求，现今，市面上的各项产品逐渐要求轻量化，如：脚踏车、汽车......等，其中，又以信息电子产品为主，其除了要求本身内部结构须轻巧精密外，产品外壳的轻量化也渐渐为人们所重视，其也是减少电子产品重量的主因与最快途径；
为了达到上述外壳其轻量化的目的，一般都以镁合金与铝合金等轻金属为主要结构，镁或铝合金除比重低外，还具有刚性好、防电磁干扰(ElectromagneticInterference，EMI)、热传导率高、薄件、容易回收再利用......等优点。
如图1所示，是一般现有镁合金板材的制作流程，其包含下列步骤：一合金配制与熔解步骤11，所述的合金配制与熔解步骤11是将镁锭与所欲添加的金属，放置同一容器内加热，以使镁锭与添加的金属熔为一体形成镁合金溶液；一铸造步骤12，所述的铸造步骤12是将所述的合金配制与熔解步骤11的镁合金溶液铸造成镁合金板材；一车削步骤13，所述的车削步骤13是将铸造步骤12的镁合金板材做切断或面削等处理，以平整板材表面；一预热与热间轧延步骤14，所述的预热与热间轧延步骤14是将车削步骤13后的镁合金板材加热后再进行轧延，以缩减镁合金厚度达薄型化镁合金板材；一酸洗或研磨步骤15，所述的酸洗或研磨步骤15是将预热与热间轧延步骤14所成的薄型镁合金板材，以酸洗或研磨等方式处理，以去除薄型镁合金其表面氧化层。
经上述现有镁合金板材的制作流程步骤后，所完成的薄型化镁合金板材，再凭借冷加工技术以强化镁合金的硬度，而所述的镁合金在压制成型时须以200℃以上的温度方能加工成型，而造成成型的不便性。
另请参阅图2所示，是一般现有铝合金板材的制作流程，其包含下列步骤：
一合金配制与熔解步骤21，所述的一合金配制与熔解步骤21是将铝锭与所添加金属，放置同一容器内加热，以使铝锭与添加金属熔为一体形成铝合金溶液；一铸造步骤22，所述的铸造步骤22是将所述的一合金配制与熔解步骤21的铝合金溶液铸造成铝合金板材；一车削步骤23，所述的车削步骤23是将铸造步骤22的铝合金板材做切断或面削等处理，以平整板材表面；一轧延步骤24，所述的轧延步骤24是将车削步骤23后的铝合金板材进行轧延，以缩减铝合金厚度达薄型化铝合金板材；一酸洗或研磨步骤25，所述的酸洗或研磨步骤25是将轧延步骤24所成的薄型铝合金板材，以酸洗或研磨等方式处理，以去除薄型铝合金其表面氧化层。
经上述现有铝合金板材的制作流程步骤后，所完成的薄型化铝合金板材，再凭借热处理技术以强化铝合金的硬度，请再参阅图3所示，是一般现有的热处理技术，其包含下列步骤：一固溶热处理(solution treatment)步骤31，所述的固溶热处理步骤31是指将材料升温至固溶体单相区一段时间，以便让溶质全部溶入基地而成单一相；一淬水(quench)步骤32，所述的淬水步骤是指将固溶热处理步骤31后的材料迅速冷却以得饱和固溶体；一时效处理(aging treatment)步骤33，所述的时效处理步骤33是指将此过饱和固溶体放置在恒温，使其固溶体逐渐析出析出物，而造成铝合金性质上的变化。
又，一般常用热处理技术强化的铝合金是包括有：2xxx系列(2xxx系列合金的典型代表)、6xxx系列(6xxx系列合金的典型代表)与7xxx系列(7xxx系列合金的典型代表)等铝合金，另请再参阅图4所示，是7075、2024与6061三种不同的热处理型合金的自然时效曲线图，其中以2024与6061会有明显的平台区，也即固溶处理后放置一周至数年仍能维持一致的拉伸性质，但是所述的6xxx系列合金强度远远不及7xxx系列与2xxx系列合金强度，又所述的7075是呈现一持续上升的不稳定状态，不易运用在电子产品外壳成型的材料特性，另所述的2xxx系列合金的成份主要是以铜(Cu)为主要合金元素而镁(Mg)、硅(Si)次之，其合金(Cu+Mg+Si)添加量为总质量的5％左右，而所述的合金添加量愈多则强度愈高，但相对造成焊接时介金属晶出物的形成，其焊接性也相对愈差，同时也为造成2xxx系列合金材料的成型性不佳的主因。
另请再参阅下表所示，是镁合金(AZ31、AZ91)、2xxx系列(2024)与6xxx系列(6061)铝合金其材料特性表(其中，比强度＝拉伸强度/密度或降伏强度/密度)：
| 材料 | 拉伸强度(TS)(MPa) | 降伏强度(YS)(Mpa) | 延长率(％) | 比强度 |
| AZ31(镁合金) | 290 | 220 | 10 | 161&122 |
| AZ91(镁合金) | 230 | 160 | 3 | 127&89 |
| 2024-O | ＜220 | ＜95 | ＞12 | 非常小 |
| 2024-T3 | ＞435 | ＞290 | ＞15 | ＞155&＞103 |
| 2024-T8 | ＞480 | ＞425 | ＞3 | ＞171&＞151 |
| 6061-O | 125 | 55 | 25 | 非常小 |
| 6061-T6 | 310 | 275 | 12 | 116&103 |
综上所述，现今市面上所用的镁合金其强度与延长率都不比2xxx系列铝合金来的优异，且镁合金在压型时须在200℃以上的高温成型，而2xxx系列铝合金与6xxx系列铝合金虽可在常温间冲压成型，但2xxx系列铝合金因添加大量的合金物，使得2xxx系列铝合金不易焊接甚至无法焊接，同时使得所述的2xxx系列合金其成型性较低，故所述的2xxx系列合金在冲压成型时，会产生龟裂的情形，其结果可参阅图7的2024-T3与2024-O，而不适合电子产品的外壳使用，反观，所述的6xxx系列铝合金虽可焊接，但所述的6xxx系列铝合金的强度却无法与2xxx系列铝合金强度相比拟，而造成6xxx系列铝合金应用在外壳使用时，需要更大的厚度或加强，无法更轻薄化；
因此，如何将上述等缺失加以摒除，并提供一种强度佳、成型性好且易焊接的用作电子产品外壳件的高强度铝合金及其制法，即为本案发明人所欲解决的技术困难点的所在。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法，提供一种强度佳、成型性好且易焊接的用作电子产品外壳件的高强度铝合金。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法，其特征在于，其步骤包含：备料步骤，所述的备料步骤是提供一铝合金；再执行固溶处理步骤，所述的固溶处理步骤是将备料步骤所备的铝合金加温并放置一段时间；再执行淬水步骤，所述的淬水步骤是将固溶处理步骤后的铝合金迅速冷却；再执行预热步骤，所述的预热步骤是将淬水步骤后的铝合金立即加温并放置一段时间；再执行整型步骤，所述的整型步骤是将预热步骤后的铝合金压制成型或平整；再执行时效处理步骤，所述的时效处理步骤是将整型步骤后的铝合金加温并放置一段时间。
较佳的技术方案还可以附加以下技术特征：
所述的备料步骤是准备一成分包含有1.1～2.5Wt％铜、0.7～1.3Wt％镁、0.7～1.3Wt％硅、其余为铝的普通铝合金。
所述的固溶处理步骤是加温至540℃±10℃维持30～90分钟。
所述的预热步骤是加温至100～150℃维持5～50分钟。
所述的时效处理步骤是加温至175～190℃维持2～8小时。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：本发明凭借备料步骤所准备的铝合金，再凭借固溶处理、淬水、预热、整型与时效处理等步骤，以使铝合金内部结构发生相变化，产生高密度的细致析出物，此析出物达到强化铝合金的效果，同时达到易焊接、高韧性与成本低的功效，进而达到一种用作电子产品外壳件的高强度铝合金及其制法的目的。
附图说明
图1是现有技术中镁合金板材的制作流程示意图；
图2是现有技术中铝合金板材的制作流程示意图；
图3是现有技术中铝合金板材的热处理技术的流程示意图；
图4是7075、2024与6061三种不同的热处理型合金的自然时效曲线图；
图5是本发明中高强度铝合金的制作流程示意图；
图6是本发明中铝合金的显微组织图式；
图7是本发明与现有2024-T3与2024-O合金冲压成型后的情形。
附图标记说明：11-合金配制与熔解步骤；12-铸造步骤；13-车削步骤；14-预热与热间轧延步骤；15-酸洗与研磨步骤；21-合金配制与熔解步骤；22-铸造步骤；23-车削步骤；24-轧延步骤；25-酸洗与研磨步骤；31-固溶热处理步骤；32-淬水步骤；33-时效处理步骤；41-备料步骤；42-固溶处理步骤；43-淬水步骤；44-预热步骤；45-整型步骤；46-时效处理步骤。
具体实施方式
请参阅图5所示，本发明是提供一种用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法，其包含下列步骤：
一备料步骤41，所述的备料步骤41是提供一成分包含有1.1～2.5Wt％铜、0.7～1.3Wt％镁、0.7～1.3Wt％硅、其余为铝，当然还含有无法避免的杂质所成的普通铝合金，再执行固溶处理步骤42；
一固溶处理步骤42，所述的固溶处理步骤42是将备料步骤41所备的铝合金加温至540℃±10℃维持30～90分钟，再执行淬水步骤43；
一淬水步骤43，所述的淬水步骤43是将固溶处理步骤42后的铝合金用水迅速冷却，再执行预热步骤44；
一预热步骤44，所述的预热步骤44是将淬水步骤43后的铝合金加温至100～150℃维持5～50分钟，再执行整型步骤45；
一整型步骤45，所述的整型步骤45是将预热步骤44后的铝合金压制成型或平整，再执行时效处理步骤46；
一时效处理步骤46，所述的时效处理步骤46是将整型步骤45后的铝合金加温至175～190℃维持2～8小时。
本发明凭借上述的铝合金，以固溶处理步骤42加温至540℃±10℃维持30～90分钟，以使得所述的铝合金材料其溶质(铜-镁-硅)能全部溶入铝基材中而成单一结构相的固溶体后，再凭借淬水步骤43迅速冷却，以使得所述的铝合金材料成为饱和固溶体，另凭借预热步骤44加温至100～150℃维持5～50分钟，以压抑自然时效而提升后续时效处理时，能产生较高密度分布的析出物，而大幅度提升铝合金的降伏强度，又再预热步骤44执行后，以整型步骤45将所述的铝合金材料压制成型或平整，另又再凭借时效处理步骤46加温至175～190℃维持2～8小时，以使铝合金材料其内部结构发生一种相变化，而产生细致析出物，且因本发明在固溶处理步骤42与淬水步骤43后，执行预热步骤44，故此时时效处理步骤46所产生的析出物，是高密度且细致的析出物，而大幅提升铝合金材料的强度。
实际测试的拉伸性质如下表所示，也即本发明的铝合金材料与处理方式，在材料强度(或比强度)上明显优于现有用在电子产品外壳的镁合金、钛合金、与一般6xxx、5xxx是铝合金，本发明的铝合金材料其拉伸降伏强度也明显优于2xxx是铝合金，再凭借本发明的处理方式可更进一步的提升材料强度(或比强度)。
| 材料与处理方法 | 拉伸强度(TS)(MPa) | 降伏强度(YS)(Mpa) | 伸长率(％) | 比强度(TS/密度或YS/密度) |
| 本发明的铝合金材料配合现有T6的处理方法 | 390 | 360 | 8 | 148&128 |
| 本发明的铝合金材料配合本发明处理方法 | 481 | 450 | 10 | 181&160 |
又，本发明的铝合金成份是包含有1.1～2.5Wt％铜、0.7～1.3Wt％镁、0.7～1.3Wt％硅及其余为铝与无法避免的杂质所成的铝-铜-镁-硅的铝合金材料，其中，所述的合金物的较佳添加量为1.6质量％铜、1质量％镁与1质量％硅，因此，铜的添加量比2xxx系列铝合金减少许多，进而减省铝合金的材料成本。
再者，凭借本发明的铝合金材料，是只添加少量的合金物(铜-镁-硅)，故本发明具有良好的焊接性，其结果请参阅图6与下表所示，下表是本发明焊接后铝合金材料特性表：
| 材料 | 拉伸强度(TS)(MPa) | 降伏强度(YS)(Mpa) | 延长率(％) |
| 本发明的铝合金材料T6(TIG对接后) | 393～410 | 350～363 | 6.9～8.4 |
故，本发明的铝合金材料是具有良好的焊接性，相对于现有的2014板材，由Metal Handbook的说明，以TIG对接是无法焊接或强度偏低而不被允许的；
本发明因添加物(1.1～2.5质量％铜-0.7～1.3质量％镁-0.7～1.3质量％硅)较少，故本发明的成型性较佳，其结果可参阅图7所示，图7的2024-O或2024-T3(2xxx系列合金代表)在冲压成型时都无法有效成型，均有龟裂产生，反观，本发明的铝合金材料经冲压后，所述的铝合金材料仍能顺利成型。
因此，凭借本发明的铝合金其成份是包含：1.1～2.5质量％铜、0.7～1.3质量％镁、0.7～1.3质量％硅及其余为铝与无法避免的杂质所成的铝合金，再凭借本发明的固溶、淬水、预热、整型与时效等步骤，以使所述的铝合金强度可大幅提升，同时凭借所述的铝合金的成份调配，而达到易焊接、高韧性与成本低的功效，进而达到一种用作电子产品外壳件的高强度铝合金及其制法的目的。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的权利要求可限定的范围之内。
Claims (5)
1. 一种用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法，其特征在于，其步骤包含：
备料步骤，所述的备料步骤是提供普通铝合金，再执行固溶处理步骤；
固溶处理步骤，所述的固溶处理步骤是将备料步骤所备的铝合金加温并放置一段时间，再执行淬水步骤；
淬水步骤，所述的淬水步骤是将固溶处理步骤后的铝合金用水迅速冷却，再执行预热步骤；
预热步骤，所述的预热步骤是将淬水步骤后的铝合金立即加温并放置一段时间，再执行整型步骤；
整型步骤，所述的整型步骤是将预热步骤后的铝合金压制成型或平整，再执行时效处理步骤；
时效处理步骤，所述的时效处理步骤是将整型步骤后的铝合金加温并放置一段时间。
2. 根据权利要求1所述的用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法，其特征在于：所述的备料步骤是准备成分包含有1.1～2.5Wt％铜、0.7～1.3Wt％镁、0.7～1.3Wt％硅、其余为铝的普通铝合金。
3. 根据权利要求1所述的用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法，其特征在于：所述的固溶处理步骤是加温至540℃±10℃维持30～90分钟。
4. 根据权利要求1所述的用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法，其特征在于：所述的预热步骤是加温至100～150℃维持5～50分钟。
5. 根据权利要求1所述的用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法，其特征在于：所述的时效处理步骤是加温至175～190℃维持2～8小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20081008 |