CN105238962A

CN105238962A - 电子产品外观件用高性能6xxx系铝合金及其加工方法

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Publication number: CN105238962A
Application number: CN201510657938.5A
Authority: CN
Inventors: 刘成; 钟皓; 赵健; 熊明华; 杨达彬; 张道; 谢朝晖
Original assignee: Suzhou Zhongseyanda Metal Technology Co Ltd; Vivo Mobile Communication Co Ltd
Current assignee: Suzhou Zhongseyanda Metal Technology Co Ltd; Vivo Mobile Communication Co Ltd
Priority date: 2015-10-12
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2035-10-12
Also published as: CN105238962B

Abstract

本发明涉及一种电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金及其加工方法，合金的成分及含量为：Si？0.5～1.2wt％、Mg？0.5～1.2wt％、Cu≤0.1wt％、Mn≤0.10wt％、Cr≤0.10wt％、Zr≤0.10wt％、Ti≤0.10wt％、Zn≤0.10wt％、Fe≤0.20wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。该铝合金的加工工艺是：首先铸棒进行均匀化热处理，从室温以30～200℃/h的升温速率升至540～570℃，并保温10～30小时，然后快速冷却；材料预热后进行挤压，然后在线水冷淬火并矫直，最后进行人工时效。本发明通过合理调整6XXX系铝合金中主合金元素的含量，使材料兼顾较高强度及较佳的阳极氧化效果，所述合金材料是制造电子产品用外观件的理想材料，具有广阔的市场应用前景。

Description

电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金，尤其涉及一种电子产品外观件用高性能铝合金及其加工方法，属于有色金属技术领域。

背景技术

目前，电子产品外观件制造用铝合金主要为6XXX系铝合金，如6063、6061铝合金。6063铝合金具有较好的阳极氧化性能。通过6063合金制造的外观件阳极氧化后，表面光泽感强，颜色亮丽。但6063铝合金的屈服强度较低(～210MPa)；6061铝合金的屈服强度(～280MPa)比6063铝合金的高，但材料的阳极氧化效果比6063铝合金的略差(如阳极氧化后，表面颜色相对偏黄)。

6XXX系铝合金的强度与阳极氧化性能由材料成分决定，并受加工工艺影响。在某种程度上，成分对两种性能的影响大相径庭：如提高强度的成分调整措施，可能会对材料的阳极氧化效果带来不利的影响。在工艺调整方面，也存在同样的问题。同时现有技术往往只注重强度的提高(如，CN103131904A、US4589932、US20140017116)，而忽视强度和阳极氧化效果综合性能的提高。另一方面，阳极氧化工艺的改善(如CN103668383A)，也能带来阳极氧化效果的改善，但并不能从根本保证材料具有较好的阳极氧化效果。

在实际操作上，为满足电子产品外观件用铝合金高强以及阳极氧化性能良好的需要，各挤压厂(挤压为电子产品外观件用6XXX系铝合金的主要加工方式)不断尝试在6061、6063合金的基础上，调整挤压工艺和和合金成分。但他们的尝试往往陷入强度与阳极氧化效果不能兼顾的困局。因而到目前为止，电子产品外观件用6XXX系铝合金还是以6061和6063铝合金为主。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，通过成分优化及工艺调整，提供一种适用于电子产品外观件的高性能6XXX系铝合金，以及该铝合金的加工方法。

本发明的技术解决方案是：一种电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金，其成分的质量百分含量如下，

Si：0.5～1.2wt％、Mg：0.5～1.2wt％、Cu≤0.1wt％、Mn≤0.10wt％、Cr≤0.10wt％、Zr≤0.10wt％、Ti≤0.10wt％、Zn≤0.10wt％、Fe≤0.20wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。

进一步地，所述合金成分当中，Si/Mg的质量比≥0.8。

进一步地，所述合金成分当中，Cu的含量≤0.05wt％。

进一步地，所述合金成分当中，Mn和Cr的总含量≤0.15wt％；优选地，Mn和Cr的总含量≤0.10wt％。

进一步地，所述合金成分当中Zr的含量≤0.05wt％；优选地，Zr的含量≤0.01wt％。

另外，前述高性能6XXX系铝合金的加工方法为：

(1)对铸棒进行均匀化热处理：从室温以30～200℃/h的升温速率升至540～570℃，并保温10～30小时；

(2)快速冷却：冷却速率≥100℃/h；

(3)材料预热后进行挤压：挤压锭的加热温度为480～540℃，挤压筒温度为460～500℃，模具温度为460～510℃，挤压杆速度为1～5mm/s，挤压比大于30；

(4)在线水冷淬火+矫直后，进行人工时效。

更进一步地，步骤(2)所述冷却速率≥150℃/h。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

(1)本发明通过合理调整6XXX系铝合金中主合金元素Mg、Si含量并控制微量元素的含量，使材料兼顾较高强度及较佳的阳极氧化效果；

(2)本发明所述材料是制造电子产品用外观件的理想材料，市场应用前景广阔。

具体实施方式

基于现有技术，本发明的发明人通过反复实验和研究，创造性地提出一种能够兼顾强度与阳极氧化效果的6XXX系铝合金，以及该铝合金的具体加工方法，所述6XXX系铝合金能够显著提高电子产品外观件的性能。

本发明涉及的6XXX系铝合金的含量选择如下所述：

Mg、Si为6XXX系铝合金的主要合金元素，它们形成主要时效强化相β″。Mg和Si元素总量以及Si/Mg比控制材料的强度水平，具体而言：Mg+Si含量总和越大，材料强度越高，但Mg+Si含量过高，将在组织中形成难溶的过剩Mg₂Si。过剩Mg₂Si的存在，不仅不能提高材料强度，而且有可能对材料的阳极氧化性能带来不利的影响(如阳极氧化后形成材料纹)。因此，Mg+Si总量宜保持在1.0～2.4wt％为宜；若Si/Mg质量比≥0.8时，则更有利于强化相的析出，使材料获得较高的强度。

该铝合金中还添加有Cu元素，以提高材料的强度以及加工硬化能力。但通常Cu元素对6XXX系铝合金屈服强度的提高有限(～15MPa)；且，目前电子产品外观件主要通过切、削、铣的方式制造，这些加工方式对材料加工硬化能力基本无要求；另一方面，Cu的添加容易造成阳极氧化膜生成率低、氧化膜缺陷增多，即降低阳极氧化效果。因此，在本发明中，对Cu元素的含量限定为≤0.1wt％；为保证更佳的阳极氧化效果，Cu的含量需≤0.05wt％。

本发明铝合金中添加有微量元素Mn、Cr，其目的是为了控制材料的晶粒尺寸，但这些元素的添加会对材料阳极氧化膜的色泽产生不利的影响(如氧化膜偏黄，光泽度差)；另一方面，过多添加Mn、Cr元素容易使挤压材心部晶粒组织由再结晶组织向纤维状变形组织转变，从而增大阳极氧化缺陷“花斑”的出现。因此，为保证较佳的阳极氧化效果并使材料对晶粒尺寸具有一定的控制能力，本发明中限定Mn≤0.10wt％，Cr≤0.10wt％。为保证更佳的阳极氧化效果，Mn+Cr≤0.15wt％，更优选地，Mn+Cr≤0.10wt％。

Zr亦为微量元素，添加Zr会对材料阳极氧化膜的色泽产生不利的影响(如氧化膜偏黄，光泽度差)，需要限制到0.1％以下，优选0.05％以下，更优选0.01％以下。

Ti在合金中起细化铸态晶粒的作用，以不超过0.10wt％为宜，优选不超过0.05wt％。Zn、Fe元素为材料中的杂质元素，需分别控制在0.1wt％以及0.2wt％以下。

根据以上所述，本发明的6XXX系铝合金成分为：Si：0.5～1.2wt％、Mg：0.5～1.2wt％、Cu≤0.1wt％、Mn≤0.10wt％、Cr≤0.10wt％、Zr≤0.10wt％、Ti≤0.10wt％、Zn≤0.10wt％、Fe≤0.20wt％，其余组分为Al和不可避免的杂质。其中，Si/Mg的质量比≥0.8，Cu≤0.05wt％，Mn+Cr≤0.15wt％，更优选Mn+Cr≤0.10wt％，Zr≤0.05wt％，更优选Zr≤0.01wt％。

根据本发明技术方案，上述高性能6XXX系铝合金可以通过以下步骤进行加工：

(1)对铸棒进行均匀化热处理：从室温以30～200℃/h的升温速率升至540～570℃，并保温10～30小时；均匀化热处理的目的：溶解共晶组织，为后续的时效析出提供足够的过饱和度，以及提高材料的热加工性能。

(2)快速冷却：冷却速率大于100℃/h，更优先于150℃/h；均匀化结束后，需对材料进行强制空冷，以避免粗大的Mg₂Si相在冷却过程中形成，从而对性能带来不利的影响。

(3)材料预热后进行挤压：挤压锭的加热温度为480～540℃，挤压筒温度为460～500℃，模具温度为460～510℃，挤压杆速度为1～5mm/s，挤压比大于30；挤压参数的选择应保证型材具有较高出口温度，以获得较高的强度。

(4)在线水冷淬火+矫直后，进行人工时效。

通过以上的加工工艺，可以获得兼顾强度及阳极氧化性能的高性能电子产品外观件用新型铝合金。以下对比说明本发明的实施例和比较例，根据这些实施例和比较例可以进一步印证本发明的技术效果；但是，所列举的实施例仅为本发明优选的实施方式，不应将其理解为本发明上述主题的范围仅限于此，凡基于本发明技术构思所形成的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

实施例1

半连续铸棒：直径178mm，成分以质量百分比计为：Mg：0.62wt％、Si：0.65wt％、Cu：0.005wt％、Mn：0.005wt％、Cr：0.006wt％、Fe：0.12wt％、Zn：0.01wt％、Ti：0.02wt％、Zr：0.001wt％，余量为Al。

对合金铸棒均匀化热处理：以120℃/h的速度升到560℃保温10小时，然后快速冷却(冷却速度大于160℃/h)。对材料进行挤压(挤压锭的加热温度为520℃，挤压筒温度为460℃，模具温度为495℃，挤压杆速度为3mm/s)，产品尺寸：7×100mm(挤压比36)，在线淬火、矫直(1％)并人工时效：175℃/8h。

实施例2

半连续铸棒：直径178mm，铝合金成分以质量百分比计为：Mg：0.75wt％、Si：0.61wt％、Cu：0.05wt％、Mn：0.07wt％、Cr：0.01wt％、Fe：0.13wt％、Zn：0.02wt％、Ti：0.02wt％、Zr0.005wt％，余量为Al。

对合金铸棒均匀化热处理：以100℃/h的速度升到565℃保温12小时，然后快速冷却(冷却速度大于160℃/h)。对材料进行挤压(挤压锭的加热温度为500℃，挤压筒温度为470℃，模具温度为500℃，挤压杆速度为3.6mm/s)，产品尺寸：7×105mm(挤压比38)，在线淬火、矫直(1％)并人工时效：175℃/8h。

实施例3

半连续铸棒：直径178mm，铝合金成分以质量百分比计为：Mg：0.72wt％、Si：0.75wt％、Cu：0.01wt％、Mn：0.01wt％、Cr：0.01wt％、Fe：0.13wt％、Zn：0.02wt％、Ti：0.02wt％、Zr：0.004％，余量为Al。

对合金铸棒均匀化热处理：以130℃/h的速度升到560℃保温10小时，然后快速冷却(冷却速度大于160℃/h)。对材料进行挤压(挤压锭的加热温度为515℃，挤压筒温度为460℃，模具温度为490℃，挤压杆速度为3mm/s)，产品尺寸：6×100mm(挤压比41)，在线淬火、矫直(1％)并人工时效：175℃/8h。

实施例4

半连续铸棒：直径178mm，铝合金成分以质量百分比计为：Mg：0.79wt％、Si：0.81wt％、Cu：0.001wt％、Mn：0.005wt％、Cr：0.006wt％、Fe：0.12wt％、Zn：0.02wt％、Ti：0.02wt％、Zr：0.004％，余量为Al。

对合金铸棒均匀化热处理：以100℃/h的速度升到560℃保温15小时，然后快速冷却(冷却速度大于160℃/h)。对材料进行挤压(挤压锭的加热温度为530℃，挤压筒温度为460℃，模具温度为505℃，挤压杆速度为3.7mm/s)，产品尺寸：6.5×90mm(挤压比43)，在线淬火、矫直(1％)并人工时效：175℃/8h。

实施例5

半连续铸棒：直径178mm，铝合金成分以质量百分比计为：Mg：1.0wt％、Si：1.0wt％、Cu：0.03wt％、Mn：0.02wt％、Cr：0.006wt％、Fe：0.12wt％、Zn：0.02wt％、Ti：0.02wt％、Zr：0.004％，余量为Al。

对合金铸棒均匀化热处理：以100℃/h的速度升到565℃保温15小时，然后快速冷却(冷却速度大于160℃/h)。对材料进行挤压(挤压锭的加热温度为530℃，挤压筒温度为460℃，模具温度为505℃，挤压杆速度为3.7mm/s)，产品尺寸：7×105mm(挤压比38)，在线淬火、矫直(1％)并人工时效：175℃/8h。

实施例6

半连续铸棒：直径178mm，铝合金成分以质量百分比计为：Mg：1.15wt％、Si：1.10wt％、Cu：0.01wt％、Mn：0.006wt％、Cr：0.005wt％、Fe：0.13wt％、Zn：0.01wt％、Ti：0.02wt％、Zr：0.006％，余量为Al。

对合金铸棒均匀化热处理：以100℃/h的速度升到560℃保温15小时，然后快速冷却(冷却速度大于160℃/h)。对材料进行挤压(挤压锭的加热温度为530℃，挤压筒温度为460℃，模具温度为505℃，挤压杆速度为3.7mm/s)，产品尺寸：7×105mm(挤压比38)，在线淬火、矫直(1％)并人工时效：175℃/8h。

比较例1

半连续铸棒：直径178mm，铝合金成分以质量百分比计为：Mg：1.0wt％、Si：0.64wt％、Cu：0.22wt％、Mn：0.10wt％、Cr：0.20wt％、Fe：0.11wt％、Zn：0.01wt％、Ti：0.02wt％、Zr：0.01％，余量为Al。

对合金铸棒均匀化热处理：随炉升温至560℃保温10h时后，空冷。对材料进行挤压(挤压锭的加热温度为520℃，挤压筒温度为470℃，模具温度为505℃，挤压杆速度为3.8mm/s)，产品尺寸：7×105mm(挤压比38)，在线淬火，矫直(1％)并人工时效：175℃/8h。

比较例2

半连续铸棒：直径178mm，铝合金成分以质量百分比计为：Mg：0.7wt％、Si：0.45wt％、Cu：0.08wt％、Mn：0.08wt％、Cr：0.08wt％、Fe：0.30wt％、Zn：0.05wt％、Ti：0.02wt％、Zr：0.008％，余量为Al。

对合金铸棒均匀化热处理：随炉升温至560℃保温10h时后，空冷。对材料进行挤压(挤压锭的加热温度为515℃，挤压筒温度为470℃，模具温度为505℃，挤压杆速度为3.8mm/s)，产品尺寸：7×105mm(挤压比38)，矫直(1％)并人工时效：175℃/8h。

表1示意了实施例及比较例中合金的力学性能，其中比较例1中合金为6061，比较例2中合金成分为6063。表2为材料的阳极氧化性能对比。

表1：力学性能对比

	Rm/Mpa	R_p0.2/Mpa	A/％
				实施例1	293	275	10
实施例2	301	280	8
				实施例3	325	300	7
实施例4	330	315	8
				实施例5	346	325	7
实施例6	345	330	6
				比较例1	315	290	11
比较例2	265	230	16

表2：阳极氧化性能对比

	色泽	是否出现“花斑”
			实施例1	颜色亮丽，有光泽感	否
实施例2	颜色亮丽，有光泽感	否
			实施例3	颜色亮丽，有光泽感	否

实施例4	颜色亮丽，有光泽感	否
			实施例5	颜色亮丽，有光泽感	否
实施例6	颜色亮丽，有光泽感	否
			比较例1	偏黄，光泽感差	是
比较例2	颜色亮丽，有光泽感	否

如表1及2所示，与6063铝合金(比较例2)相比，本发明合金具有显著的强度优势。且阳极氧化实验中，材料的阳极氧化效果与6063铝合金一致(颜色亮丽、光泽感强、无花斑)；与6061合金(比较例1)相比，虽然比较例1及2的强度略低，但实施例1及2的阳极氧化效果远优于比较例1(比较例1，阳极氧化后，出现花斑，且颜色偏暗，光泽感相对较差)。实施例4、5及6，强度和阳极氧化效果均优于比较例1。

本发明通过合理调整铝合金中各元素的含量并控制加工工艺，可使材料获得较高的强度及较佳阳极氧化效果，是制造高端电子产品外观件的理想材料。

Claims

1.电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金，其特征在于：该合金成分的质量百分含量如下，

2.根据权利要求1所述的电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金，其特征在于：所述合金成分当中，Si/Mg的质量比≥0.8。

3.根据权利要求1所述的电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金，其特征在于：所述合金成分当中，Cu的含量≤0.05wt％。

4.根据权利要求1所述的电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金，其特征在于：所述合金成分当中，Mn和Cr的总含量≤0.15wt％。

5.根据权利要求4所述的电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金，其特征在于：所述合金成分当中，Mn和Cr的总含量≤0.10wt％。

6.根据权利要求1所述的电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金，其特征在于：所述合金成分当中，Zr的含量≤0.05wt％。

7.根据权利要求6所述的电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金，其特征在于：所述合金成分当中，Zr的含量≤0.01wt％。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金的加工方法，其特征在于：该方法步骤为，

（1）对铸棒进行均匀化热处理：从室温以30～200℃/h的升温速率升至540～570℃，并保温10～30小时；

（2）快速冷却：冷却速率≥100℃/h；

（3）材料预热后进行挤压：挤压锭的加热温度为480～540℃，挤压筒温度为460～500℃，模具温度为460～510℃，挤压杆速度为1～5mm/s，挤压比大于30；

（4）在线水冷淬火+矫直后，进行人工时效。

9.根据权利要求8所述的电子产品外观件用高性能6XXX系铝合金的加工方法，其特征在于：步骤（2）所述冷却速率≥150℃/h。