CN105861894A

CN105861894A - 一种6401a铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN105861894A
Application number: CN201610338603.1A
Authority: CN
Inventors: 张国义
Original assignee: Huaian Hetong Automotive Components Co Ltd
Current assignee: Huaian Hetong Automotive Components Co Ltd
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2016-08-17

Abstract

本发明涉及一种6401A铝合金及其制备方法，该6401A铝合金由以下质量百分比成分组成：Si：0.37‑0.42％，Cu：0.07‑0.13％，Mn：0.005‑0.015％，Mg：0.42‑0.46％，Cr：0.003‑0.006％，Ni：0.003‑0.006％，Zn：0.005‑0.015％，Ti：0.006‑0.014％，Fe≤0.025％，稀土元素：0.001‑0.002％，余量为Al以及不可避免的杂质元素，其中，单个杂质元素含量≤0.01％，总杂质元素含量≤0.15％。本发明6401A铝合金不仅具有更好的外观质量、耐蚀性及抗高温开裂性等性能，而且降低了生产成本。

Description

一种6401A铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金及其制备方法，尤其涉及一种6401A铝合金及其制备方法，属于冶金领域。

背景技术

6000系铝合金是目前应用较为广泛的合金，它以镁和硅为主，以Mg₂Si为主要强化相，具有中等强度、耐腐蚀性能好、焊接性能好、易挤压成形、氧化着色性能好等特点，适用于汽车行李架、门、窗、车身、散热片以及各种装饰条、装饰件等汽车外饰件。

但是，铝合金表面硬度、耐磨损性等方面性能较差，为了满足使用需求，需要进行表面处理，而光亮阳极氧化处理是目前应用较广且较为成功的一种表面处理技术。铝合金经光亮阳极氧化处理得到的阳极氧化膜不仅与铝合金基体的结合力强，而且具有较好外观质量、耐蚀性及抗高温开裂性等性能。适用于制备具有高光泽、高耐蚀要求的装饰条、装饰件等汽车外饰件，如“宝马”、“奔驰”等高档汽车的汽车外饰件。但是，阳极氧化膜的外观质量、耐蚀性及抗高温开裂性等性能，均与铝合金基体的组织结构有着直接的关系。而6000系铝合金中常用的，如6063铝合金、6061铝合金是不能满足光亮阳极氧化要求的，因为光亮阳极氧化极易暴露合金内部的细微缺陷。

关于用于光亮阳极氧化的铝合金材料，现有技术中已有报道。如欧美国家采用标准要求更高的6401铝合金用于光亮阳极氧化。但是，国内直接采购的6401铝合金达不到国际通用标准，用于光亮阳极氧化生产存在严重的白线、麻点及色差等缺陷，一次氧化合格率不到10％，严重影响着产品的交付进度和企业的经济效益。虽然中国发明专利(公开号：CN102676892A)公开了一种6401铝合金及其制备方法和用途，该专利熔炼得到的6401铝合金用于光亮阳极氧化生产抑制或消除了白线、麻点及色差等缺陷，使得6401铝合金光亮阳极氧化产品的量产外观质量达到要求。但是，该专利熔炼铝合金的时间较长，铝合金的生产成本较高，压缩了企业的利润空间。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种熔炼时间短、成本低、亮度更高、光亮阳极氧化效果好的6401A铝合金。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种6401A铝合金，所述铝合金由以下质量百分比成分组成：Si：0.37-0.42％，Cu：0.07-0.13％，Mn：0.005-0.015％，Mg：0.42-0.46％，Cr：0.003-0.006％，Ni：0.003-0.006％，Zn：0.005-0.015％，Ti：0.006-0.014％，Fe≤0.025％，稀土元素：0.001-0.002％，余量为Al以及不可避免的杂质元素，其中，单个杂质元素含量≤0.01％，总杂质元素含量≤0.15％。

本发明6401A铝合金在6401铝合金的基础上，对铝合金标准成分进行优化配比，使铝合金基体的组织结构更好，用于光亮阳极氧化生产不仅可以抑制或消除白线、麻点及色差等缺陷，而且具有更好的外观质量、耐蚀性及抗高温开裂性等性能。

如：本发明在6401A铝合金中添加有微量的Mn元素，用于减少Fe的有害影响。同时，本发明还添加微量的Zn元素，用于提高合金溶液的流动性，改善铝合金的铸造性能。

而微量的Cr元素可以在铝合金中形成(CrFe)Al₇和(CrMn)Al₁₂等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对铝合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。

此外，本发明在6401A的铝合金中添加了微量的稀土元素，稀土元素不仅可以起到微合金化的作用，还能与许多非金属有较强的亲和力，能生成熔点高的化合物，有一定的精炼、净化作用。同时，稀土元素还可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附，阻碍晶粒的生长，使晶粒细化，减小铸造后的晶粒尺寸，从而提高铝合金的强度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。

在上述的一种6401A铝合金中，所述稀土元素为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或Eu中的一种或多种。本发明的稀土元素进一步优选为轻稀土元素，以降低本发明6401A铝合金的成本。

本发明另一个目的在于提供上述6401A铝合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、将99.99％的高纯度精铝锭和含Fe铝锭置于铝熔炼炉中加热至730-740℃熔化成铝液，并加入Si、Cu、Mn、Cr、Ni、Zn、Ti元素；

S2、在熔炼炉合金液中加精炼剂精炼，并进行扒渣处理；

S3、按设定要求含量在熔炼炉铝液中加入Mg元素、稀土元素及剩余的Si、Cu、Mn、Cr、Ni、Zn元素；

S4、在熔炼炉铝液中通入氩气进行精炼，并进行扒渣处理；

S5、将熔炼炉铝液静置60-80min；

S6、将所述铝熔炼炉中的铝液经铝液流道以设定的单位时间流量引向浇铸炉，先根据铝液在流道中的单位时间流量，按设定要求含量在铝液流道中连续加入剩余Ti元素；然后将铝液引入在线精练炉并再次通入氩气进行保温精炼除气；再将经再次精炼的铝液引入在线过滤装置进行在线过滤，最后引入结晶器进行铸造，获得铝棒。

在上述的6401A铝合金的制备方法中，步骤S1中所述Si、Cu、Mn、Cr、Ni、Zn、Ti元素以中间合金的形式或者纯合金的形式加入，加入量为目标值的70-85％。在熔炼过程中，预先加入金属元素，不仅能更好的控制成分，还可以缩短后续添加金属元素的等待时间，以降低铝合金的生产成本。

在上述的6401A铝合金的制备方法中，步骤S 1中所述含Fe铝锭中Fe的含量为0.05-0.15％，所述99.99％的高纯度精铝锭和含Fe铝锭的重量比为(2-3)：1。

Fe是铝合金中公认的有害杂质，会降低铝合金的机械性能，因此，现有技术中为了保证铝合金的机械性能，都会尽量将Fe元素的含量控制在最低的程度。但是，铝合金在压铸过程中对模具的粘附作用非常强烈，而当铝合金中含有一定量的Fe元素时可以提高铝合金的压铸效果，减轻铝合金的粘模现象。所以，本申请反其道而行之，保证铝合金中含有一定量的Fe元素。但是，现有技术中，为了保证铝合金中的铁含量，一般选择采用高纯度精铝锭和铁剂共熔的方式，但是，铁的熔化需要一定的时间。而采用本发明99.99％的高纯度精铝锭和含Fe铝锭共熔的方式，则不需要考虑铁的熔化时间，从而缩短熔炼时间，降低熔炼成本，同时，使Fe元素的分布更加均匀。

在上述的6401A铝合金的制备方法中，步骤S6中剩余Ti元素以铝钛碳中间合金细化剂形式加入。铝钛碳中间合金细化剂，如：AlTi3C0.15、AlTi5C0.2、AlTi5C0.3、AlTi5C0.5等，这些中间合金细化剂的价格都较昂贵，因此，本发明在步骤S1中预先加入了部分钛元素，优选以钛合金的形式加入，以减少铝钛碳中间合金细化剂的使用量，从而降低6401A铝合金的生产成本。

在上述的6401A铝合金的制备方法中，步骤S6中所述在线过滤装置包括40-60目的板式过滤器和70-120目的陶瓷管式过滤器。本发明将铝液经过两次过滤后再引入结晶器进行铸造，有效过滤掉夹杂的合金，避免铝合金出现麻点，更好提高铝合金光亮阳极氧化的效果。

在上述的6401A铝合金的制备方法中，所述铝液先经40-60目的板式过滤器过滤后再经过70-120目的陶瓷管式过滤器过滤。

在上述的6401A铝合金的制备方法中，步骤S6铸造得到的铝棒还进行热处理，所述热处理过程为将铝棒加热到550-570℃保温6-10h后冷却。

在上述的6401A铝合金的制备方法中，所述冷却过程包括将所述铝棒置于冷却室先在强风中冷却30-60min，然后用冷水淋冷却至室温。现有技术中冷却为自然冷却，会导致溶解相的重新析出。而本发明采用的强风冷却，加强了冷却效果，可更大限度的保留固溶组织，为后续产品力学性能做保证。

与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：

1.本发明6401A铝合金对铝合金标准成分进行优化配比，进一步控制了Fe元素的含量，还添加了微量的Mn、Zn、Cr、Ni和稀土元素，使铝合金基体的组织结构较好，用于光亮阳极氧化生产不仅可以抑制或消除白线、麻点及色差等缺陷，而且具有更好的外观质量、耐蚀性及抗高温开裂性等性能。

2.本发明采用99.99％的高纯度精铝锭和含Fe铝锭共熔的方式，不再需要考虑铁的熔化时间，从而缩短熔炼时间，且在熔炼过程中预先加入了部分合金元素，不仅使元素分布更加均匀，还缩短了合金熔化时间，降低了6401A铝合金的生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例3所制得的6401A铝合金金相图。

图2为本发明对比例1所制得的铝合金金相图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

表1：本发明实施例1-5的6401A铝合金的组成成分及其质量百分比

实施例1：

按表1中实施例1的6401A铝合金的组成成分及其质量百分比将重量比为(2-3)：1的99.99％的高纯度精铝锭和Fe的含量为0.05-0.15％的含Fe铝锭置于铝熔炼炉中加热至730-740℃熔化成铝液，并加入铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锌合金、铝镍合金、锰铝中间合金、铬合金和钛合金，Si、Cu、Mn、Cr、Zn、Ni、Ti元素的加入量为目标值的70-85％。然后在熔炼炉合金液中加精炼剂精炼，并进行扒渣处理。

扒渣处理后按设定要求含量在熔炼炉铝液中加入剩余的铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锌合金、铝镍合金、锰铝中间合金和铬合金，然后加入精镁和铝镧合金，用勺子取熔炼炉中铝液小样冷却后测定各元素的含量，并根据测定结果与要求含量的差异情况进行补偿微调。然后在熔炼炉铝液中通入氩气进行再次精炼和扒渣处理，并静置60-80min。

静置后将铝熔炼炉中的铝液经铝液流道以设定的单位时间流量引向浇铸炉，先根据铝液在流道中的单位时间流量，按设定要求含量在铝液流道中连续加入铝钛碳中间合金细化剂，使Ti元素含量达到设定值。然后将铝液引入在线精练炉并再次通入氩气进行保温精炼；再将经再次精炼的铝液引入在线过滤装置进行在线过滤，在线过滤包括经40-60目的板式过滤器过滤后再经过70-120目的陶瓷管式过滤器过滤。最后引入结晶器进行铸造，获得铝棒。

将铸造得到的铝棒进行热处理，加热到550℃保温10h，然后将铝棒置于冷却室先在强风中冷却30min，再用冷水淋冷却至室温，得到本发明6401A铝合金。

将上述制得的6401A铝合金再经挤压、机加成形、机械抛光、阳极氧化等工序，得到光亮阳极氧化的汽车外饰件。

实施例2：

按表1中实施例2的6401A铝合金的组成成分及其质量百分比将重量比为(2-3)：1的99.99％的高纯度精铝锭和Fe的含量为0.05-0.15％的含Fe铝锭置于铝熔炼炉中加热至730-740℃熔化成铝液，并加入铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝镍合金、铝锌合金、锰铝中间合金、铬合金和钛合金，Si、Cu、Mn、Cr、Zn、Ni、Ti元素的加入量为目标值的70-85％。然后在熔炼炉合金液中加精炼剂精炼，并进行扒渣处理。

扒渣处理后按设定要求含量在熔炼炉铝液中加入剩余的铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝镍合金、铝锌合金、锰铝中间合金和铬合金，然后加入精镁和铝镧合金，用勺子取熔炼炉中铝液小样冷却后测定各元素的含量，并根据测定结果与要求含量的差异情况进行补偿微调。然后在熔炼炉铝液中通入氩气进行再次精炼和扒渣处理，并静置60-80min。

将铸造得到的铝棒进行热处理，加热到555℃保温7h，然后将铝棒置于冷却室先在强风中冷却40min，再用冷水淋冷却至室温，得到本发明6401A铝合金。

实施例3：

按表1中实施例3的6401A铝合金的组成成分及其质量百分比将重量比为(2-3)：1的99.99％的高纯度精铝锭和Fe的含量为0.05-0.15％的含Fe铝锭置于铝熔炼炉中加热至730-740℃熔化成铝液，并加入铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝镍合金、铝锌合金、锰铝中间合金、铬合金和钛合金，Si、Cu、Mn、Cr、Ni、Zn、Ti元素的加入量为目标值的70-85％。然后在熔炼炉合金液中加精炼剂精炼，并进行扒渣处理。

将铸造得到的铝棒进行热处理，加热到560℃保温8h，然后将铝棒置于冷却室先在强风中冷却50min，再用冷水淋冷却至室温，得到本发明6401A铝合金。

实施例4：

按表1中实施例4的6401A铝合金的组成成分及其质量百分比将重量比为(2-3)：1的99.99％的高纯度精铝锭和Fe的含量为0.05-0.15％的含Fe铝锭置于铝熔炼炉中加热至730-740℃熔化成铝液，并加入铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝镍合金、铝锌合金、锰铝中间合金、铬合金和钛合金，Si、Cu、Mn、Cr、Ni、Zn、Ti元素的加入量为目标值的70-85％。然后在熔炼炉合金液中加精炼剂精炼，并进行扒渣处理。

将铸造得到的铝棒进行热处理，加热到565℃保温9h，然后将铝棒置于冷却室先在强风中冷却55min，再用冷水淋冷却至室温，得到本发明6401A铝合金。

实施例5：

按表1中实施例5的6401A铝合金的组成成分及其质量百分比将重量比为(2-3)：1的99.99％的高纯度精铝锭和Fe的含量为0.05-0.15％的含Fe铝锭置于铝熔炼炉中加热至730-740℃熔化成铝液，并加入铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝镍合金、铝锌合金、锰铝中间合金、铬合金和钛合金，Si、Cu、Mn、Cr、Ni、Zn、Ti元素的加入量为目标值的70-85％。然后在熔炼炉合金液中加精炼剂精炼，并进行扒渣处理。

将铸造得到的铝棒进行热处理，加热到570℃保温6h，然后将铝棒置于冷却室先在强风中冷却60min，再用冷水淋冷却至室温，得到本发明6401A铝合金。

对比例1：

对比例1与实施例3的区别仅在于，对比例3的铝合金中没有添加稀土元素。

将实施例3与对比例1进行对比，图1为本发明实施例3所制得的6401A铝合金金相图，图2为本发明对比例1所制得的铝合金金相图。从图中可知，本发明添加稀土元素的6401A铝合金的晶粒度更加均匀细密，强化相呈较为理想的弥散分布，铝合金金相组织状况较为优良。

对比例2：

对比例2为中国发明专利(公开号：CN102676892A)公开的一种6401铝合金及其制备方法和用途。

将本发明实施例1-5的6401A铝合金与对比例2的6401铝合金的生产成本进行对比，本发明6401A铝合金的生产成本为6401铝合金生产成本的85-90％。将两种铝合金分别用于光亮阳极氧化生产均可以抑制或消除白线、麻点及色差等缺陷，具有较好外观质量、耐蚀性及抗高温开裂性等性能。将两种铝合金的光亮阳极氧化产物进行亮度测试，本发明6401A铝合金的光亮阳极氧化产物亮度较6401铝合金的光亮阳极氧化产物亮度提高了15-30％。

在上述实施例及其替换方案中，稀土元素还可以是Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或Eu中的一种或La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或Eu中多种组合而成，均以铝-稀土元素的合金形式添加。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims

1.一种6401A铝合金，其特征在于，所述铝合金由以下质量百分比成分组成：Si：0.37-0.42％，Cu：0.07-0.13％，Mn：0.005-0.015％，Mg：0.42-0.46％，Cr：0.003-0.006％，Ni：0.003-0.006％，Zn：0.005-0.015％，Ti：0.006-0.014％，Fe≤0.025％，稀土元素：0.001-0.002％，余量为Al以及不可避免的杂质元素，其中，单个杂质元素含量≤0.01％，总杂质元素含量≤0.15％。

2.根据权利要求1所述的一种6401A铝合金，其特征在于，所述稀土元素为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm或Eu中的一种或多种。

3.一种如权利要求1所述的6401A铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S2、在熔炼炉合金液中加精炼剂精炼，并进行扒渣处理；

S4、在熔炼炉铝液中通入氩气进行精炼，并进行扒渣处理；

S5、将熔炼炉铝液静置60-80min；

4.根据权利要求3所述的6401A铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述Si、Cu、Mn、Cr、Ni、Zn、Ti元素以中间合金的形式或者纯合金的形式加入，加入量为目标值的70-85％。

5.根据权利要求3所述的6401A铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述含Fe铝锭中Fe的含量为0.05-0.15％，所述99.99％的高纯度精铝锭和含Fe铝锭的重量比为(2-3)：1。

6.根据权利要求3所述的6401A铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S6中剩余Ti元素以铝钛碳中间合金细化剂形式加入。

7.根据权利要求3所述的6401A铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S6中所述在线过滤装置包括40-60目的板式过滤器和70-120目的陶瓷管式过滤器。

8.根据权利要求7所述的6401A铝合金的制备方法，其特征在于，所述铝液先经40-60目的板式过滤器过滤后再经过70-120目的陶瓷管式过滤器过滤。

9.根据权利要求3所述的6401A铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S6铸造得到的铝棒还进行热处理，所述热处理过程为将铝棒加热到550-570℃保温6-10h后冷却。

10.根据权利要求9所述的6401A铝合金的制备方法，其特征在于，所述冷却过程包括将所述铝棒置于冷却室先在强风中冷却30-60min，然后用冷水淋冷却至室温。