CN103834834A

CN103834834A - 一种可阳极氧化的高性能压铸铝合金及其制备方法

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Publication number: CN103834834A
Application number: CN201410090086.1A
Authority: CN
Inventors: 邓邦惠; 余云
Original assignee: SUZHOU KAIYOU ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU KAIYOU ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: CN103834834B

Abstract

本发明提供一种可阳极氧化高性能压铸铝合金及其制备方法，所述压铸铝合金中各组分的重量百分比为：Mn：0.5wt%-3.0wt%；Mg：0.5wt%-2.50wt%；D：0.1wt%-1.0wt%；其中D为单质Y、Sc、RE中的一种或两种以上元素；余量为Al和不可避免的杂质。其中不可避免的杂质重量百分比为：Fe≤0.10wt%，Si≤0.10wt%，Cu≤0.10wt%。该铝合金材料构成简单，可通过普通阳极氧化并染彩色后，得到高光洁度的表面，还具有高强、高塑性等综合力学性能；可着彩色、铸造性能良好、可机械加工和耐腐蚀性良好，能够满足3C产品外观件使用要求，降低生产成本，提升效率。

Description

一种可阳极氧化的高性能压铸铝合金及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域。涉及压铸铝合金材料技术领域，更具体的说，涉及一种可阳极氧化的压铸铝合金及其制备方法。

背景技术

压铸铝合金作为一类铝合金，其含合金元素较多，不易进行阳极氧化着色处理，难以形成良好稳定的膜层。

当前随着人们生活水平的提高，对一些铝合金制品的表面装饰功能和防腐功能的需求越来越多，为了适应有一定力学性能，并且耐蚀性良好的一般装饰件及外观件规模化生产的要求，市场上迫切需求一种可阳极氧化并可着彩色的压铸铝合金。

目前工业应用的压铸铝合金主要有以下几大系列：Al-Si系、Al-Mg系、Al-Cu系、Al-Zn系等。

Al-Si系合金目前应用最广的压铸铝合金，一经化学处理后，表面即发灰、发黑，机械性能较差，脆性较大。

Al-Mg系合金压铸件可氧化着色，但压铸性能较差，容易形成粘模、热裂、浇不足和冷隔、疏松等缺陷，机械性能与表面硬度也不高。

Al-Zn系合金强度虽高，但存在着铸造流动性和充型性差的问题，甚至还有热裂倾向。

Al-Cu系合金虽然流动性好，但存在着极大脆性，产品极易脆断，无法实现真正的生产应用。

针对以上压铸铝合金存在的问题，不适合对表面光洁度高，又对耐磨、耐蚀、强度、塑性、压铸性能有要求的压铸件。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术中存在的不足，提供一种可阳极氧化的压铸铝合金，使其既有优良的表面处理性能，又具有良好的力学性能与压铸性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供一种可阳极氧化的高性能压铸铝合金，各组分按照重量百分比为：Mn：0.5wt%-3.0wt%；Mg：0.5wt%-2.50wt%；D：0.1wt%-1.0wt%，其中D为单质Y（钇）、Sc（钪）、RE(稀土)中的一种或两种以上元素；余量为Al和不可避免的杂质。

优选地，上述的Mn：1.5wt%-2.5wt%；Mg：0.8wt%-1.5wt%；D：0.3wt%-0.8wt%。

不可避免的杂质的重量百分比为：Fe≤0.10wt%，Si≤0.10wt%，Cu≤0.10wt%。

更优选地，上述的Mn：2.0wt%；Mg：1.0wt%；Y：0.5wt%。

本发明还提供上述的可阳极氧化的高性能压铸铝合金的制备方法，主要包含步骤：

1）准备好原料：配方量的纯度≥99.9wt%的纯铝锭、纯度≥99.9wt%的纯镁锭、Al-Mn中间合金、D，其中D为单质Y、Sc、RE中的一种或两种以上元素或中间合金；助熔剂：覆盖剂、精炼剂和变质剂；

2）干燥：将准备好的原料进行干燥处理；

3）熔融合金化：将称量好的铝锭、Al-Mn中间合金锭放入预热的坩埚中并加入覆盖剂加热熔化，待铝锭、铝-锰中间合金锭全部熔化后，加入已称量好的Al-D中间合金与纯镁锭，使其充分熔化而不烧损；继续加热，待合金充分熔化后，搅拌均匀；

4）精炼：在熔化的合金熔液中加入精炼剂，均匀转动，待精炼剂充分反应，将熔液中的夹杂、气体带出；

5）除渣：清理合金熔液中残留的氧化物，将熔液表面的夹杂物捞出；

6）变质处理：预热变质剂，将变质剂压入合金熔液的液面，逐渐熔化使其产生变质效果，然后静置；

7）浇铸：对变质处理后的合金进行浇注，浇注温度为720-745℃之间，浇注成压铸用合金锭或压铸块。

优选地，步骤1）所述的覆盖剂是SY-LF1，精炼剂是六氯乙烷，变质剂是K₂ZrF₆（氟锆酸钾）

优选地，步骤2）中，Mg、Al在100℃±10℃温度下烘干，Al-Mn中间合金和Al-D中间合金在150℃±10℃温度下烘干。

优选地，步骤3）中，覆盖剂的用量为占炉料质量的0.3-0.5wt%；步骤4）中，精炼剂的用量为炉料质量的0.5wt%-0.7wt%。步骤6）中，变质剂用量为炉料质量的2.5wt%。

发明人通过大量的研究，证实在Al中添加金属元素Mn、金属元素Mg与金属元素D，能够阳极氧化着色及具有良好的压铸性能与力学性能：

1、本发明中合金元素简单，不含Si元素，不能形成难阳极氧化的Si质点而成分又接近纯铝，因此能够阳极氧化并且着色效果良好。

2、本发明通过添加金属元素锰，与合金中的铝形成了高于基体熔点的Al₆Mn颗粒相，使合金拉伸时的位错滑移受到有效抑制，从而使合金的强度得到提高。

3、本发明通过添加金属元素D（D为Y、Sc、RE中的一种或两种元素），不仅可以细化晶粒，同时可以改善合金流动性，提高压铸铝合金的压铸性能。

4、本发明通过添加金属元素镁，与铝形成了Al₁₂Mg₁₇相，弥散相细小分布在铝基体中，可以阻碍再结晶晶粒的生长，有效的细化晶粒，提高了合金强度与塑性。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。

具体实施方式

实施例1

备料：原料配比（质量比）：Mn（Al-Mn中间合金锭）：2.0%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：1.0%，Y（Al-Y中间合金锭）：0.5%，余量为铝（纯度≥99.9wt%的纯铝锭）。

助熔剂为：覆盖剂SY-LF1、精炼剂和变质剂K₂ZrF₆。

干燥：将准备好的原料进行干燥处理，其中，Mg、Al在100℃±10℃温度下烘干，而Al-Mn中间合金锭和Al-Y中间合金锭在150℃±10℃温度下烘干，烘干的作用是为了去除原料中的水分。

熔融合金化：首先将坩埚预热至200-250℃，将称量好的铝锭、Al-Mn中间合金锭放入坩埚中并加入覆盖剂加热熔化，待铝锭、铝-锰中间合金锭全部熔化后，加入已称量好的Al-Y中间合金锭与纯镁锭，加入纯镁锭时可将镁锭压入金属液下方，使其充分熔化而不烧损。继续加热，待合金充分熔化后，搅拌均匀，整个熔化过程的时间控制在2-3小时，且铝合金熔液的最终温度控制在720-750℃。在整个熔化过程中不时均匀地撒入覆盖剂，撒覆盖剂时：不使金属表面启燃，加入量尽量小，能够覆盖住熔液表面即可，覆盖剂的用量约占炉料质量的0.3-0.5wt%；

精炼：在700-720℃时用钟罩将精炼剂六氯乙烷分批压入熔液面下约2/3处，均匀缓慢做顺时针转动，待六氯乙烷充分反应，将熔液中的夹杂、气体带出。搅动时速度要缓慢，避免搅动的频率过大，使得六氯乙烷在铝液中反应激烈，熔液不停地翻滚，熔液中的镁与氧大量接触，产生燃烧，增加烧损量，可能造成镁量的急剧减少。六氯乙烷的用量为炉料质量的0.5wt%-0.7wt%。在电阻炉内熔化，精炼时间在10min以内。以清除合金液中的非金属夹杂物；

除渣：当使用六氯乙烷充分精炼后，将钟罩取出，清理掉残留的氧化物，将熔液表面的夹杂物用打渣勺捞出。

变质处理：先将变质剂K₂ZrF₆在炉边预热5-10分钟，使其挥发尽吸入的水蒸气。当合金温度达到720-740℃时，将变质剂压入合金液面，逐渐熔化使其产生变质效果，然后静置。整个操作时间为8-12分钟。变质剂用量一般约为炉料的2.5wt%。

浇铸：合金变质处理后4-10分钟应立即进行浇注，浇注温度为720-745℃之间，浇注成压铸用合金锭或压铸块，制得铝合金铸锭A1，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2

实施例2

原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：Mn（Al-Mn中间合金锭）：1.0%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：1.0%，Y（Al-Y中间合金锭）：0.5%，制得铝合金铸锭A2，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

实施例3

原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：Mn（Al-Mn中间合金锭）：1.5%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：1.0%，Y（Al-Y中间合金锭）：0.5%，余量为铝（纯度≥99.9wt%的纯铝锭），制得铝合金铸锭A3，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

实施例4

原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：Mn（Al-Mn中间合金锭）：2.0%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：0.5%，Y（Al-Y中间合金锭）：0.5%，制得铝合金铸锭A4，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

实施例5

原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：Mn（Al-Mn中间合金锭）：2.0%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：1.5%，Y（Al-Y中间合金锭）：0.5%，余量为铝（纯度≥99.9wt%的纯铝锭），制得铝合金铸锭A5，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

实施例6

原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：Mn（Al-Mn中间合金锭）：2.0%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：1.0%，Y（Al-Y中间合金锭）：0.1%，余量为铝（纯度≥99.9wt%的纯铝锭），制得铝合金铸锭A6，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

实施例7

原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：Mn（Al-Mn中间合金锭）：2.0%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：1.0%，Y（Al-Y中间合金锭）：1.0%，余量为铝（纯度≥99.9wt%的纯铝锭），制得铝合金铸锭A7，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

实施例8

原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：Mn（Al-Mn中间合金锭）：2.5%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：0.8%，Y（Al-Y中间合金锭）：0.3%，余量为铝（纯度≥99.9wt%的纯铝锭），制得铝合金铸锭A8，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

实施例9

原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：Mn（Al-Mn中间合金锭）：3.0%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：2.5%，Y（Al-Y中间合金锭）：0.8%，余量为铝（纯度≥99.9wt%的纯铝锭），制得铝合金铸锭A9，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

实施例10

原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：Mn（Al-Mn中间合金锭）：2.5%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：1.0%，Sc（Al-Sc中间合金锭）：0.5%，余量为铝（纯度≥99.9wt%的纯铝锭），制得铝合金铸锭A10，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

实施例11

原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：Mn（Al-Mn中间合金锭）：2.5%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：1.0%，RE（Al-RE中间合金锭）：0.5%，余量为铝（纯度≥99.9wt%的纯铝锭），制得铝合金铸锭A11，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

实施例12

原料以及制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：Mn（Al-Mn中间合金锭）：2.5%，镁（纯度≥99.9wt%的纯镁锭）：1.0%，Y-Sc（Al-Y中间合金锭与Al-Sc中间合金锭）：0.5%，余量为铝（纯度≥99.9wt%的纯铝锭），制得铝合金铸锭A12，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

对比例1

对比例1用于说明没有添加镁与钇的压铸铝合金性能，其余与实施例1相同，制得铝合金铸锭B1，所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

性能测试：

化学成分、强度性能测试：

将上述实施例1-12制备的铝合金铸锭A1-A12以及对比例1制备的铝合金铸锭B1分别进行化学成分检测（ICP测试）、强度性能测试（通过万能力学试验机测试），所得到的铝合金的化学成分检测结果见表1，强度性能测试结果见表2。

表1（质量分数wt%）

表2(力学性能)

根据上表2中的性能数据，可以发现，当合金中添加了金属元素镁与钇后，合金的室温力学性能都有所提升，其中当Mn含量为2.0%，Mg含量为1.0%，Y含量为0.5%时合金表现出最高的力学综合性能。

下面以压铸生产方式为例详细叙述此类压铸铝合金的阳极氧化及着色处理工艺：

首先，用标准纯金属锭、标准中间合金锭，经配料计算，使压铸铝合金的Mn、Mg、Y的含量符合上述推荐值，允许含有少量其它微量杂质元素，经配料计算按常规熔炼工艺入炉熔炼，并进行精炼处理或变质处理，可配制成功可着色压铸铝合金合金液，再送去压铸。然后将压铸成形的铸件，经时效或退火处理并完成机加工，再进行清洗与化学抛光（典型的三酸化抛法），然后便可进行硫酸阳极氧化处理，最后可染各种彩色，从而可得到着色的压铸铝合金产品。

该着色压铸铝合金产品着色后经48小时中性盐雾试验，表面光泽无变化。

由于压铸件的着色不仅在耐蚀性和一般装饰性方面的效果可与表面涂复媲美，与油漆、电镀相比，明显地具有工序简单、成本费用低、环境污染小等优点。并且由于压铸与阳极氧化着色两大工艺特长的结合更可满足现代规模化生产对铸件的要求，完全可满足现有的3C产品外观件要求，取代传统的机加工制作工艺，极大的降低制造成本。故上述可阳极氧化着色压铸铝合金具有极大的推广应用价值。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种可阳极氧化的高性能压铸铝合金，其特征在于，各组分按照重量百分比为：Mn：0.5wt%-3.0wt%；Mg：0.5wt%-2.50wt%；D：0.1wt%-1.0wt%，其中D为单质Y、Sc、RE中的一种或两种以上元素；余量为Al和杂质。

2.根据权利要求1所述的可阳极氧化的高性能压铸铝合金，其特征在于，Mn：1.5wt%-2.5wt%；Mg：0.8wt%-1.5wt%；D：0.3wt%-0.8wt%。

3.根据权利要求1所述的可阳极氧化的高性能压铸铝合金，其特征在于，杂质的重量百分比为：Fe≤0.10wt%，Si≤0.10wt%，Cu≤0.10wt%。

4.根据权利要求1至3任一项所述的可阳极氧化的高性能压铸铝合金，其特征在于，Mn：2.0wt%；Mg：1.0wt%；Y：0.5wt%。

5.一种权利要求1所述的可阳极氧化的高性能压铸铝合金的制备方法，其特征在于，包含步骤：

1）准备好原料：配方量的纯度≥99.9wt%的纯铝锭、纯度≥99.9wt%的纯镁锭、Al-Mn中间合金锭、D锭，其中D为单质Y、Sc、RE中的一种或两种以上元素或中间合金；助熔剂：覆盖剂、精炼剂和变质剂；

2）干燥：将准备好的原料进行干燥处理；

3）熔融合金化：将称量好的铝锭、Al-Mn中间合金锭放入预热的坩埚中并加入覆盖剂加热熔化，待铝锭、铝-锰中间合金锭全部熔化后，加入已称量好的Al-D中间合金锭与纯镁锭，使其充分熔化而不烧损；继续加热，待合金充分熔化后，搅拌均匀；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1）所述的覆盖剂是SY-LF1，精炼剂是六氯乙烷，变质剂是K₂ZrF₆。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2）中，Mg、Al在100℃±10℃温度下烘干，Al-Mn中间合金和Al-D中间合金在150℃±10℃温度下烘干。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3）中，覆盖剂的用量为占炉料质量的0.3-0.5wt%。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4）中，精炼剂的用量为占炉料质量的0.5wt%-0.7wt%。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤6）中，变质剂用量为占炉料质量的2.5wt%。