CN106148767A - 一种铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金及其制备方法和应用，属于合金材料领域。该铝合金包括以下重量百分含量的组分：0.5％-1.4％的Mn、0.01％-0.5％的Mg、0.2％-0.6％的Zn、0％-0.2％的Ti、0％-0.1％的Zr、余量为Al以及低于0.4％的不可避免的杂质，该铝合金包括质量为所述铝合金总质量至少97％的主相，该主相中，Mn、Mg、Zn以及可选的Ti和Zr以固溶体形式存在于Al中。本发明提供的铝合金不仅具有一定的强度和硬度，且能够采用低成本的传统铸造工艺，例如压铸、重力铸造、液态模锻或者半固态成型工艺进行薄壁成型，获得三维复杂的铝合金结构件。进一步地，该铝合金结构件适于采用阳极氧化工艺进行表面处理后进行电解着色或者有机染色，获得光洁度高、致密、颜色多样且均一的膜面。

Description

一种铝合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及金属材料领域，特别涉及一种铝合金及其制备方法和应用。

背景技术

铝及铝合金是当前用途十分广泛、且经济适用的材料之一，具有重量轻和耐腐蚀等优点。其中，铝合金不仅质轻且强度较高，其强度接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，其作为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等领域。

铝合金通常可分为变形铝合金和铸造铝合金，然而在利用上述铝合金制备电子产品，例如手机、平板电脑、智能手表的结构零部件，尤其三维复杂的结构件时，变形铝合金更适合采用数据机床加工技术进行成型处理，而铸造铝合金更适合采用常见的铸造工艺进行成型处理。一方面，采用数据机床加工技术进行对变形铝合金进行成型处理的成本较高，而另一方面，由于铸造铝合金中含有大量的流动性较好的元素，例如Si、Cu等，这十分不利于后续对成型的铝合金结构件进行装饰性的阳极氧化处理。

举例来说，CN102341514A提供了一种适合压铸的铝合金，其包括包含：8.0至9.0重量％的硅，0.5至0.7重量％的铁，最高0.010重量％的铜，最高0.010重量％的镁，最高0.010重量％的锰，最高0.001重量％的铬，最高0.020重量％的钛，最高0.020重量％的钒，最高0.05重量％的锌，0.010至0.030重量％的锶，剩余部分是铝，还有其它元素和制造条件下产生的杂质每种最高0.05重量％，共计最高0.2重量％。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

对现有技术提供的压铸性铝合金进行阳极氧化处理时，易使阳极氧化膜的不均性生长并产生颜色不均一等缺陷。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种不仅适用于采用低成本的传统铸造工艺进行成型处理，且适于采用阳极氧化工艺进行表面处理的铝合金及其制备方法和应用。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种铝合金，包括以下重量百分含量的组分：0.5％-1.4％的Mn、0.01％-0.5％的Mg、0.2％-0.6％的Zn、0％-0.2％的Ti、0％-0.1％的Zr、余量为Al以及低于0.4％的不可避免的杂质；

所述铝合金包括质量为所述铝合金总质量至少97％的主相，所述主相中，所述Mn、所述Mg、所述Zn以及可选的所述Ti和所述Zr以固溶体形式存在于所述Al中。

作为优选，所述铝合金包括以下重量百分含量的组分：0.75％-1.2％的Mn、0.1％-0.35％的Mg、0.25％-0.5％的Zn、0.05％-0.1％的Ti、0.01％-0.05％的Zr、余量为Al以及低于0.35％的不可避免的杂质。

作为优选，所述主相的质量为所述铝合金总质量的至少98％。

第二方面，本发明实施例提供了上述任意一种铝合金的制备方法，包括：根据铝合金中各组分的重量百分含量，首先将纯度大于等于99.7％的工业纯铝投入铝合金熔化炉中进行加热熔化；待所述工业纯铝熔化完全后，将Mn源投入所述铝合金熔化炉中进行加热熔化，直至熔化完全；然后将Mg源、Zn源以及可选的Ti源和Zr源投入所述铝合金熔化炉中进行加热熔化，直至熔化完全；随后依次进行除气精炼、扒渣、静置以及浇锭处理，得到所述铝合金。

作为优选，所述工业纯铝的纯度大于等于99.85％。

具体地，所述Mn源为AlMn中间合金和/或锰添加剂；所述Mg源为工业纯Mg和/或AlMg中间合金；所述Zn源为工业纯Zn和/或AlZn中间合金；所述Ti源为AlTi中间合金；所述Zr源为AlZr中间合金。

具体地，作为优选，所述除气精炼处理过程中，处理温度为710℃-800℃，处理时间为8-12min，处理剂为氩气和精炼剂。

具体地，作为优选，所述静置处理的时间为13-18min。

第三方面，本发明实施例提供了上述任意一种铝合金在制备铝合金结构件中应用，所述铝合金结构件与所述铝合金的主相结构相同。

具体地，作为优选，通过普通压铸工艺、重力铸造工艺、真空压铸工艺、液态模锻工艺、挤压铸造工艺或者半固态成型工艺制备所述铝合金结构件。

进一步地作为优选，通过阳极氧化工艺对所述铝合金结构件进行表面处理，然后对表面处理后的所述铝合金结构件进行电解着色或者有机染色。

具体地，所述铝合金结构件为电子产品的结构零部件。

具体地，所述电子产品的结构零部件包括：手机外壳、平板电脑外壳、可穿戴式的智能设备外壳。

作为优选，所述手机外壳、所述平板电脑外壳或所述可穿戴式的智能设备外壳的壳层厚度为0.25-2mm。

进一步作为优选，所述手机外壳、所述平板电脑外壳或所述可穿戴式的智能设备外壳的壳层厚度为0.4-1mm。

第四方面，本发明实施例提供了用于制备上述任意一种铝合金的组合物，包括以下重量百分含量的组分：1-3％的Mn含量为70-80wt％的锰添加剂或者8-15％的Mn含量为8-12wt％的AlMn中间合金、0.12-0.45％的工业纯镁、0.3-0.55％的工业纯锌、以及可选的1-2％的Ti含量为8-12wt％的AlTi中间合金和可选的0.5-1％的Zr含量为8-10wt％的AlZr中间合金，余量为纯度大于等于99.85％的工业纯铝。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的铝合金，通过对铝合金中所包含的各组分及其含量进行如上限定，同时使该铝合金中，Mn、Mg、Zn以及可选的Ti和Zr以固溶体的形式存在于Al中，形成质量为铝合金总质量至少97％的α-Al主相(极少部分形成低于3％的如MgZn₂以及Al和其它元素结合的化合物相以及其它元素之间的形成的化合物相)，从而使制备得到的铝合金不仅具有一定的强度和硬度，且能够采用低成本的传统铸造工艺，例如压铸、重力铸造、液态模锻或者半固态成型工艺进行薄壁成型，获得三维复杂的铝合金结构件。进一步地，该铝合金结构件适于采用阳极氧化工艺进行表面处理后进行电解着色或者有机染色，获得光洁度高、致密、颜色多样且均一的膜面。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，对理解本发明实施例一些术语给出定义。

(1)本发明实施例中所述的“不可避免的杂质”指的是在制备铝合金的过程中所采用的工业纯铝原料中本身带有的一些杂质元素，例如Si、Fe、B等。

(2)本发明实施例中所述的“主相”指的是铝合金中期望形成的一种α-Al相，其由Al以及以固溶体的形式存在于Al金属晶格中的Mn、Mg、Zn以及可选的Ti和Zr构成。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种铝合金，包括以下重量百分含量的组分：0.5％-1.4％的Mn(锰)、0.01％-0.5％的Mg(镁)、0.2％-0.6％的Zn(锌)、0％-0.2％的Ti(钛)、0％-0.1％的Zr(锆)、余量为Al(铝)以及低于0.4％的不可避免的杂质；该铝合金包括质量为铝合金总质量至少97％的主相，该主相中，Mn、Mg、Zn以及可选的Ti和Zr以固溶体形式存在于Al中。

本发明实施例提供的铝合金，通过对铝合金中所包含的各组分及含量进行如上限定，同时使占铝合金质量分数至少97％的主相中，Mn、Mg、Zn以及可选的Ti和Zr以固溶体的形式存在于Al中(可以理解，该铝合金中同时存在不可避免的质量分数低于3％的极少量的MgZn₂、MnAl₆、Al₂Mg₃Zn₃、TiAl₃等其他相)。该固溶强化的主相和上述极少量其他相异质点分布使所制备的铝合金不仅具有一定的强度和硬度，且能够采用低成本的传统铸造工艺，例如压铸、重力铸造、液态模锻或者半固态成型工艺进行薄壁成型，获得三维复杂的铝合金结构件。进一步地，该铝合金结构件适于采用阳极氧化工艺进行表面处理后进行电解着色或者有机染色，获得光洁度高、致密、颜色多样且均一的膜面。

具体地，为了防止在阳极氧化过程中由于铝合金相的不同而导致电极电位不同，进而使阳极氧化过程中电流不同导致最终的阳极氧化膜产生一定程度的异色，本发明实施例所制备的铝合金为近似于单相合金，从而更利于在阳极氧化过程中产生均匀的电流，利于阳极氧化膜形成均匀的颜色。当然，本领域技术人员可以理解的是，因为在制备铝合金的过程中，由于人为不可控因素，极可能会在铝合金中产生极少量的第二相、或者第三相、或者第四相等不期望的杂质相，例如Al₆Mn_、AlZn₂、AlMn₃、MgZn₂、或Al₂Zn₃Mg₃等，所以本发明实施例制备的主相质量为铝合金总质量至少97％的铝合金可以理解为近似单相合金。通过将这些杂质相的质量限定为低于铝合金总质量的3％，优选低于2％，更优选为低于1％，能够保证这些杂质相的存在不会影响本发明实施例提供的铝合金上述期望的功能，从而保证在阳极氧化过程中，本发明实施例提供的铝合金能够有效地均匀氧化，不会产生异色现象。

具体地，本发明实施例提供的铝合金中，各组分及其含量的限定意义如下：

1)上述0.5％-1.4％含量的Mn元素不仅能够增强铝合金的强度，且能够有效阻止铝合金的再结晶并细化晶粒，并形成MnAl6相来溶解杂质元素Fe(铁)，避免因Fe元素导致的后续阳极氧化膜表面的颜色暗化现象。

2)上述0.01％-0.5％的Mg能够有效增强铝合金的强度，并同时避免铝合金产生热裂现象。而且，当Mn元素的含量低于1％的情况下，Mg元素能够起到补充强化的作用。发明人研究发现，Mn和Mg均能起到提高铝合金强度的作用，两者相互促进，这和传统的AlMn3系铝合金以及AlMg5系铝合金均不同，但是Mn和Mg的含量过高均会产生热裂现象，所以本发明实施例对其含量的限定具有重要的意义。可见，这不同于制备传统的铝合金，为了制备得到具有本发明期望性能的铝合金，Mn和Mg均属于必须添加的金属元素，虽然含量少，但却起到重要的作用。

3)Zn元素在Al中的溶解度较大，能够作为高强铝合金的主要元素有效提高铝合金的强度，但是，铝合金中Zn元素的含量过高，则容易使凝固收缩量较大，进而导致铝合金产生裂纹。所以，本发明实施例中，将铝合金中Zn元素的含量限定在0.2％-0.6％之间。可以理解的是，在铝合金固溶度极限范围内，通过提高Mg元素和Zn元素的含量能够有效提升铝合金的强度。此外，本发明实施例中，Zn元素能够较好地提升铝合金的流动性。

4)上述0％-0.2％的Ti能够作为晶粒细化剂，来细化晶粒，使铝合金的组织均匀，进而提高其机械性能。

5)Zr元素是较好的变质元素，本发明实施例中上述0％-0.1％的Zr能够有效细化铝合金的晶粒，进而起到提高铝合金强度及韧度的作用。Zr元素可以与Ti元素配合使用，或者两者单独使用。

基于上述，本发明实施例提供了一种具有优选配比的铝合金，该铝合金包括以下重量百分含量的组分：0.75％-1.2％的Mn、0.1％-0.35％的Mg、0.25％-0.5％的Zn、0.05％-0.1％的Ti、0.01％-0.05％的Zr、余量为Al以及低于0.35％的不可避免的杂质。

本领域技术人员可以理解的是，由于在制备铝合金的过程中会不可避免地存在一些杂质元素，例如Fe元素、以及Si(硅)、B(硼)等非金属元素，而这些杂质元素易造成后续阳极氧化膜的异色及暗化现象。基于此，本发明实施例控制铝合金中不可避免的杂质的含量低于0.35％，优选尽可能地低至0.1％以下。进一步地，为了保证铝合金结构件阳极氧化膜的性能优良，进一步对铝合金中所含有的低于0.4％的不可避免的杂质进行如下限定：其包括重量百分含量分别为0％-0.2％的Fe、0％-0.1％的Si、以及余量的其他杂质。

进一步地，本发明实施例提供的铝合金是一种金属元素含量至少为99.7％，更优选为99.9％以上的铝合金，亦即该铝合金中优选不含有Si、B等非金属元素，或者这些非金属元素以极少量的杂质形式，且不影响铝合金期望的性能的方式存在，从而有效保证了本发明实施例所制备的铝合金不仅具有高强度和硬度，且利于采用普通压铸工艺、重力铸造工艺、真空压铸工艺、液态模锻工艺、挤压铸造工艺或者半固态成型工艺进行成型处理，并保证了阳极氧化过程的均匀性，使阳极氧化膜不产生异色。

由上述可知，第一，本发明实施例提供的铝合金不同于变形铝合金，例如6系铝合金，从而避免了变形铝合金需要使用大量的数控机床成型技术，而造成成本较高的问题。第二，本发明实施例提供的铝合金不同于传统的铸造铝合金，例如ADC12铝合金，避免了由于传统的铸造铝合金含有大量流动性较好的Si和Cu等元素，进而不利于进行装饰性的阳极氧化处理的问题(这是因为本发明实施例提供的铝合金中基本不含Si和Cu，或者他们的含量极小)。第三，本发明实施例提供的铝合金不同于现有技术常用的冲压铝合金，其通过简单的铸造工艺就能够生产三维结构复杂的零部件。

第二方面，本发明实施例提供了上述的任意一种铝合金的制备方法，包括：根据铝合金中各组分的重量百分含量，首先将纯度大于等于99.7％的工业纯铝投入铝合金熔化炉中进行加热熔化；待工业纯铝熔化完全后，将Mn源投入铝合金熔化炉中进行加热熔化，直至Mn源熔化完全后；然后将Mg源、Zn源以及可选的Ti源和Zr源投入铝合金熔化炉中进行加热熔化，直至熔化完全；随后依次进行除气精炼、扒渣、静置和浇锭处理，得到本发明实施例期望的铝合金。

本发明实施例提供的方法，首先将作为铝合金相基体的工业纯铝熔化完全，然后再对Mn源进行熔化处理直至其熔化完全，从而使Mn以固溶体的形式存在于Al中。随后，再使熔化的Mg、Zn以及可选的Ti和Zr部分以固溶体的形式存在于Al中，以形成本发明实施例期望得到的铝合金。该方法简单易操作，便于规模化工业应用。

进一步地，为了保证上述各金属元素组分以固溶体的形式存在于铝合金中，本发明实施例在工业纯铝完全熔化后，将控制熔化温度逐渐升高至785℃-820℃，优选800℃，从而在该温度下加入Mn源，使其中的Mn熔化并以固溶形式存在工业纯铝中。待Mn熔化完全后，将使熔化温度降低至735-765℃，优选750℃，并在该温度下加入Mg源(优选工业纯Mg)、Zn源(优选工业纯Zn)以及可选的Ti源和Zr源，并使其中的Mg、Zn、以及可选的Ti、Zr熔化完全。作为优选，在上述各组分熔化的过程中，控制熔化体系均处于搅拌状态，以实现完全、彻底、均匀地熔化。

进一步地，本发明实施例采用氩气以及精炼剂，在710℃-800℃，优选730℃下，对制备过程中产生的铝合金熔体体系进行除气精炼处理8-12min，优选10min，从而将原材料熔液中的溶解的氢等元素去除，并将原材料的夹杂物去除。待精炼完毕后，对铝合金熔体体系进行扒渣处理，从而将漂浮在表面的熔渣从铝合金熔熔液中去除。在扒渣处理完成后，使铝合金体系静置13-18min，优选15min，从而进一步提升铝熔液净化效果。具体地，上述除气精炼过程中所用的精炼剂为本领域常见的市售产品，本发明实施例在此不对其作具体限定。

具体地，在制备本发明期望的铝合金的过程中，所采用的铝源为纯度大于等于99.7％的工业纯铝，优选大于99.85％，例如99.88％、99.89％、99.90％、99.91％、99.93％、99.94％、99.96％等。工业纯铝的选择十分重要，其纯度越高越利于形成具有期望性能的铝合金，对于其中所含有的杂质元素，尤其是Si和Fe的含量要严格进行控制，因为这些杂质元素容易使阳极氧化膜产生流痕及变暗的现象。同时也要控制工业纯铝中高电导性能的Cu元素的含量，使其重量百分含量低于0.1％，从而保证阳极氧化膜的性能。

进一步地，为了降低制备过程的能耗，同时为了在铝合金的制备过程中不引入其他杂质，从而保证形成不仅适用于采用低成本的传统铸造工艺进行成型处理，且适于采用阳极氧化工艺进行表面处理的铝合金，本发明实施例中所用的Mn源为AlMn中间合金(铝锰中间合金)和/或锰添加剂；所用的Mg源为工业纯Mg和/或AlMg中间合金(铝镁中间合金)；所用的Zn源为工业纯Zn和/或AlZn中间合金(铝锌中间合金)；所用的Ti源为AlTi中间合金(铝钛中间合金)；所用的Zr源为AlZr中间合金(铝锆中间合金)。

其中，上述AlMn中间合金、工业纯Mg、AlMg中间合金、工业纯Zn、AlZn中间合金、AlTi中间合金、AlZr中间合金均为本领域常见的工业原料，本领域技术人员可以容易地获得不同规格的上述各组分，本发明实施例在此不对其作具体限定(此外，本领域技术人员可以理解得是，在上述各组分中各成分的配比确定的前提下，该组分相应的熔化温度也随之确定，且这些熔化温度属于本领域公知技术，本发明实施例在此不对其作具体限定)。特别地，上述的“锰添加剂”是一种本领域常见的工业原料，其通常由Mn元素和其他有机物混合制备得到(在熔化过程中，其他有机化合物将会挥发掉，只留有Mn元素以固溶的形式进入铝中)，对其的具体描述可以参见文献《新型高效速溶锰添加剂应用前景》(刘亮，中国锰业，2004，22(2):13-16)中所述。举例来说，该锰添加剂可以为中国专利CN101255514A中所述的铝合金锰添加剂，也可以为泰兴市红光工贸有限公司销售的型号为75Mn或80Mn的锰添加剂。

第三方面，本发明实施例提供了上述任意一种铝合金在制备铝合金结构件中的应用，其中，该铝合金结构件与该铝合金的主相结构相同。亦即本发明实施例还提供了这样一种铝合金结构件，其具有与上述铝合金相同配比的组分，举例来说，该铝合金结构件也包括以下重量百分含量的组分：0.5％-1.4％的Mn、0.01％-0.5％的Mg、0.2％-0.6％的Zn、0％-0.2％的Ti、0％-0.1％的Zr、余量为Al以及低于0.4％的不可避免的杂质。特别的是，在制备该铝合金结构件的过程中，所使用的铝合金材料虽然经历了再熔化和浇注过程，但是制备得到的铝合金结构件的主相结构不会发生变化，即其与铝合金材料的主相结构相同。这进一步保证了铝合金结构件在阳极氧化过程中，本发明实施例提供的铝合金能够有效地均匀氧化，不会产生异色现象。

可以理解的是，本发明实施例所述的铝合金结构件可以通过采用上述制备的铝合金锭在铸造前进行再熔化，然后再浇注于模具型腔内，做成该铝合金结构件产品。

特别的是，可以采用普通压铸工艺、重力铸造工艺、真空压铸工艺、液态模锻工艺、挤压铸造工艺或者半固态成型工艺，利用本发明实施例提供的铝合金材料制备铝合金结构件，特别是薄壁成型一些具有复杂三维结构的装饰性结构零部件。由此可见，一方面，本发明实施例通过上述各种工艺制备铝合金结构件，不仅耗时更短，提升铝合金材料的利用率，从而显著降低生产成本并提高生产效率。另一方面，由于所采用的铝合金不同于传统的铸造铝合金，所制备得到的铝合金结构件的表面不会出现气孔、缩孔以及其他缺陷，保证了铝合金结构件的质量。进一步有意义的是，通过上述工艺制备得到的铝合金结构件适于采用阳极氧化工艺进行表面处理，并在其表面处理后采用电解着色或者有机染色进行上色，所形成的膜面光洁度高，质感较好，其颜色不仅更加鲜亮、均一，且具有多样性。这避免了传统铝合金压铸材料所制备的结构件进行阳极氧化处理后所形成的颜色多为黑色、灰色或者本色的局限性。

进一步地，该铝合金结构件可以为电子产品的结构零部件，该电子产品的零部件包括，但不限于手机外壳、平板电脑外壳、可穿戴式的智能设备外壳。举例来说，其还可以为手机中框与边框一体件、手机后壳与边框一体件，SIM卡卡槽、SD卡卡槽、电子设备按键、具备较好装饰性阳极氧化表面质感的相关结构件等。特别的是，通过上述传统的铸造工艺，利用本发明实施例提供的铝合金材料制备得到的铝合金结构件，优选电子产品的结构零部件的壁厚没有特别的局限，其可尽可能的厚，也可尽可能的薄，例如介于0.25-2mm，进一步地介于0.4-1mm之间。举例来说，该电子产品的结构零部件的壁厚可以为0.35mm、0.45mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm等。

进一步地，有意义的是，通过上述各种工艺，利用本发明实施例提供的铝合金材料制备得到的铝合金结构件产品，尤其是电子产品的结构零部件产品，例如手机外壳、平板电脑外壳、可穿戴式的智能设备外壳等能够通过阳极氧化工艺进行电解着色或有机染色处理，所形成的阳极氧化膜的颜色不仅更加鲜亮、均一，且具有多样性(即可以做成各种颜色，例如红色、黄色、绿色、紫色、蓝色以及这些颜色的各种渐变色等)，避免了传统压铸材料所制备的结构件进行阳极氧化处理后所形成的颜色多为黑色、灰色或者本色的局限性。

作为一种优选的实施方式，本发明实施例提供了一种壳层厚度为0.25-2mm，优选0.4-1mm的手机外壳、平板电脑外壳或可穿戴式的智能设备外壳。上述该类薄壁的手机外壳、平板电脑外壳或可穿戴式的智能设备外壳采用本发明实施例提供的铝合金材料，通过普通压铸工艺、重力铸造工艺、真空压铸工艺、液态模锻工艺、挤压铸造工艺或者半固态成型工艺制备得到，且具有与该铝合金材料相同的主相结构。而且，上述薄壁的手机外壳、平板电脑外壳或可穿戴式的智能设备外壳还进一步通过阳极氧化表面处理后进行电解着色或者有机染色，得到颜色均一且多样的表面。其中，上述的“壳层厚度”也可以理解为本领域常用的技术术语“大面厚度”，亦即铝合金结构件的外壳中，其面积占各铝合金结构件的外壳总面积至少50％，优选60-95％，进一步优选80-95％的区域的壳层厚度。

第四方面，本发明实施例提供了用来制备上述任意一种铝合金的组合物，包括以下重量百分含量的组分：1-3％的Mn含量为70-80质量％的锰添加剂或者8-15％的Mn含量为8-12质量％的AlMn中间合金、0.12-0.45％的工业纯镁、0.3-0.55％的工业纯锌、以及可选的1-2％的Ti含量为8-12％的AlTi中间合金和可选的0.5-1％的Zr含量为8-10％的AlZr中间合金，余量为纯度大于等于99.85％的工业纯铝。通过选用上述各组分即可容易地制备得到本发明实施例期望得到的铝合金。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。

在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。

以下实施例中，所用的锰添加剂为泰兴市红光工贸有限公司公司销售的规格号为75Mn或80Mn的锰添加剂；所用的精炼剂为裕恒工业材料有限公司销售的规格号为HS-C2的精炼剂。

其中，以下实施例5-8中对特定的铝合金结构件产品的强度测试，均采用国家标准抗拉试样，并以此为图纸做成模具，然后与上述相应的铝合金结构件产品在同样工艺条件下进行实验，得到国家标准抗拉试样件。在具备测试抗拉强度的万能实验机上测试得到抗拉强度和屈服强度。而对上述铝合金结构件产品的硬度的测试则是直接取样相关铝合金结构件产品，用维氏硬度计在0.3Kg载荷下进行测试，得到相关铝合金结构件的硬度。

实施例1

本实施例提供了一种铝合金，其包括以下重量百分含量的组分：0.767％的Mn、0.0819％的Mg、0.329％的Zn、98.5％的Al以及0.168％的Fe、0.0720％的Si和余量的其他不可避免的杂质；该铝合金中主相的质量分数为大于98.3％。

该铝合金的制备方法如下：

配料过程：根据铝合金中各组分的重量配比进行下述配料(以下均为重量百分比)：1％的锰添加剂(纯度为75％)、0.15％的工业纯镁(纯度为99.95％)、0.4％的工业纯锌(纯度为99.99％)、余量为A00工业纯铝(纯度为99.85％)。

熔化过程：将上述配料中的A00工业纯铝投入铝合金熔化炉，加热熔化后升温至800℃，再加入锰添加剂进行搅拌，待锰添加剂中的锰熔化完后，将熔体降温至760℃，并加入工业纯镁、工业纯锌进行加热搅拌。待工业纯镁和工业纯锌全部熔化后，在730℃的温度下，采用氩气(纯度高于99.99％)以及精炼剂对熔体体系进行除气精炼10分钟，精炼完成后进行扒渣处理，扒渣后静置15分钟，随后进行浇锭处理，即得到本实施例期望的铝合金。

实施例2

本实施例提供了一种铝合金，其包括以下重量百分含量的组分：0.784％的Mn、0.0692％的Mg、0.325％的Zn、98.4％的Al以及0.159％的Fe、0.0637％的Si和余量的其他不可避免的杂质；该铝合金中主相的质量分数大于98.2％。

该铝合金的制备方法如下：

配料过程：根据铝合金中各组分的重量配比进行下述配料(以下均为重量百分比)：8％的铝锰中间合金(锰含量为10％)、0.12％的工业纯镁(纯度为99.95％)、0.35％的工业纯锌(纯度为99.99％)、余量为A00工业纯铝(纯度为99.9％)。

熔化过程：将上述配料中的A00工业纯铝投入铝合金熔化炉，加热熔化后升温至810℃，再加入铝锰中间合金进行搅拌，待铝锰中间合金中的铝、锰熔化完后，将熔体降温至750℃，并加入工业纯镁、工业纯锌进行加热搅拌。待工业纯镁和工业纯锌全部熔化后，在740℃的温度下，采用氩气(纯度高于99.99％)以及精炼剂对熔体体系进行除气精炼12分钟，精炼完成后进行扒渣处理，扒渣后静置17分钟，随后进行浇锭处理，即得到本实施例期望的铝合金。

实施例3

本实施例提供了一种铝合金，其包括以下重量百分含量的组分：0.984％的Mn、0.267％的Mg、0.528％的Zn、0.143％的Ti、97.7％的Al以及0.132％的Fe、0.085％的Si和余量的其他不可避免的杂质；该铝合金中主相的质量分数大于97.5％。

该铝合金的制备方法如下：

配料过程：根据铝合金中各组分的重量配比进行下述配料(以下均为重量百分比)：10％的铝锰中间合金(锰含量为10％)、0.3％的工业纯镁(纯度为99.95％)、0.55％的工业纯锌(纯度为99.99％)、1.5％的铝钛中间合金(钛含量为10％)、余量为A00工业纯铝(纯度为99.85％)。

熔化过程：将上述配料中的A00工业纯铝投入铝合金熔化炉，加热熔化后升温至790℃，再加入铝锰中间合金进行搅拌，待铝锰中间合金中的铝、锰熔化完后，将熔体降温至745℃，并加入工业纯镁、工业纯锌和铝钛中间合金进行加热搅拌。待工业纯镁、工业纯锌和铝钛中间合金全部熔化后，在720℃的温度下，采用氩气(纯度高于99.99％)以及精炼剂对熔体体系进行除气精炼11分钟，精炼完成后进行扒渣处理，扒渣后静置14分钟，随后进行浇锭处理，即得到本实施例期望的铝合金。

实施例4

本实施例提供了一种铝合金，其包括以下重量百分含量的组分：1.212％的Mn、0.406％的Mg、0.533％的Zn、0.147％的Ti、0.0769％的Zr、97.1％的Al以及0.195％的Fe、0.0981％的Si和余量的其他不可避免的杂质；该铝合金中主相的质量分数大于97％。

该铝合金的制备方法如下：

配料过程：根据铝合金中各组分的重量配比进行下述配料(以下均为重量百分比)：12％的铝锰中间合金(锰含量为10％)、0.45％的工业纯镁(纯度为99.95％)、0.55％的工业纯锌(纯度为99.99％)、1.5％的铝钛中间合金(钛含量为10％)、0.8％的铝锆中间合金(锆含量为10％)、余量为A00工业纯铝(纯度为99.85％)。

熔化过程：将上述配料中的A00工业纯铝投入铝合金熔化炉，加热熔化后升温至800℃，再加入铝锰中间合金进行搅拌，待铝锰中间合金中的铝、锰熔化完后，将熔体降温至750℃，并加入工业纯镁、工业纯锌、铝钛中间合金和铝锆中间合金进行加热搅拌。待工业纯镁、工业纯锌、铝钛中间合金和铝锆中间合金全部熔化后，在735℃的温度下，采用氩气(纯度高于99.99％)以及精炼剂对熔体体系进行除气精炼10分钟，精炼完成后进行扒渣处理，扒渣后静置15分钟，随后进行浇锭处理，即得到本实施例期望的铝合金。

实施例5

本实施例利用实施例1提供的铝合金，采用液态模锻工艺及相应的模具制备得到某一型号的手机外壳(该手机外壳的主相结构与实施例1提供的铝合金的主相结构相同)，该手机外壳的大面壁厚为0.7mm(大面指的是面积为手机外壳总面积80％的手机外壳区域)，表面致密平滑，无气孔及缩孔缺陷，质感良好。然后对该手机外壳进行抛光和喷砂等常规的前处理后，采用阳极氧化和有机染色工艺对该手机外壳进行染色处理，得到期望的铝合金手机外壳。该手机外壳经上述染色处理后，其表面呈现光洁度高、均一的暗红色。其中，液态模锻工艺成型手机外壳以及阳极氧化和染色工艺对手机外壳进行着色均可参照本领域常用的操作条件进行。

随后，本实施例对制备得到的手机外壳的抗拉强度、屈服强度和硬度进行了测试，测试结果如下：该手机外壳的抗拉强度为102MPa、屈服强度为60MPa、硬度为58.6HV。

可见，本实施例不仅采用液态模锻工艺制备得到一定强度和一定硬度的铝合金手机外壳，有效降低了生产成本及提高了生产效率；而且采用阳极氧化工艺进行表面处理，获得光洁度高且颜色均一的暗红色膜面，避免了传统压铸材料所制备的结构件进行阳极氧化处理后所形成的颜色多为黑色或者本色的局限性。

实施例6

本实施例利用实施例2提供的铝合金，采用普通压铸工艺及合适的模具制备得到某一型号的平板电脑外壳(该平板电脑外壳的主相结构与实施例2提供的铝合金的主相结构相同)，该平板电脑外壳的大面壁厚为0.6mm(大面指的是面积为平板电脑外壳总面积85％的手机外壳区域)，表面致密平滑，无气孔及缩孔缺陷，质感良好。然后对该平板电脑外壳进行抛光和喷砂等常规的前处理后，采用阳极氧化和有机染色对该平板电脑外壳进行染色处理，得到期望的铝合金平板电脑外壳。该平板电脑外壳经上述染色处理后，其表面呈现光洁度高、均一的蓝色。其中，普通压铸工艺成型该平板电脑外壳以及阳极氧化和染色工艺对该平板电脑外壳进行染色均可参照本领域常用的操作条件进行。

随后，本实施例对所制备得到的平板电脑外壳的抗拉强度、屈服强度和硬度进行了测试，测试结果如下：该手机外壳的抗拉强度为104MPa、屈服强度为62MPa、硬度为58.9HV。

可见，本实施例不仅采用普通压铸工艺制备得到一定强度和一定硬度的铝合金平板电脑外壳，有效降低了生产成本及提高了生产效率；而且采用阳极氧化工艺进行表面处理，获得光洁度高且颜色均一的蓝色膜面，避免了传统压铸材料所制备的结构件进行阳极氧化处理后所形成的颜色多为黑色、灰色或者本色的局限性。

实施例7

本实施例利用实施例3提供的铝合金，采用液态模锻工艺及相应的模具制备得到某一型号的手机外壳(该手机外壳的主相结构与实施例3提供的铝合金的主相结构相同)，该手机外壳的大面壁厚为0.65mm(大面指的是面积为手机外壳总面积90％的手机外壳区域)，表面致密平滑，无气孔及缩孔缺陷，质感良好。然后对该手机外壳进行抛光和喷砂等常规的前处理后，采用阳极氧化和电解着色工艺对该手机外壳进行着色处理，得到期望的铝合金手机外壳。该手机外壳经上述着色处理后，其表面呈现光洁度高、均一的黄色。其中，液态模锻工艺成型手机外壳以及阳极氧化和电解着色对手机外壳进行着色均可参照本领域常用的操作条件进行。

随后，本实施例对所制备得到的手机外壳的抗拉强度。屈服强度和硬度进行了测试，测试结果如下：该手机外壳的抗拉强度为110MPa、屈服强度为65MPa、硬度为59.3HV。

可见，本实施例不仅采用液态模锻工艺制备得到一定强度和一定硬度的铝合金手机外壳，有效降低了生产成本及提高了生产效率；而且采用阳极氧化工艺进行表面处理，获得光洁度高且颜色均一的黄色膜面，避免了传统压铸材料所制备的结构件进行阳极氧化处理后所形成的颜色多为黑色、灰色或者本色的局限性。

实施例8

本实施例利用实施例4提供的铝合金，采用真空压铸工艺及相应的模具制备得到某一型号的智能手表外壳(该手表外壳的主相结构与实施例4提供的铝合金的主相结构相同)，该手表外壳的平均壁厚为0.8mm，表面致密平滑，无气孔及缩孔缺陷，质感良好。然后对该手表外壳进行抛光和喷砂等常规的前处理后，采用阳极氧化和电解着色工艺对该手环外壳进行着色处理，得到期望的铝合金智能手表外壳。该智能手表外壳经上述着色处理后，其表面呈现光洁度高、均一的黑色。其中，真空压铸工艺成型手环外壳以及阳极氧化工艺对该智能手表外壳进行着色均可参照本领域常用的操作条件进行。

随后，本实施例对所制备得到的智能手表外壳的抗拉强度、屈服强度和硬度进行了测试，测试结果如下：该智能手表外壳的抗拉强度为114MPa、屈服强度为68MPa、硬度为60.2HV。

可见，本实施例不仅采用真空压铸工艺制备得到一定强度和一定硬度的铝合金智能手环外壳，有效降低了生产成本及提高了生产效率；而且采用阳极氧化工艺进行表面处理，获得光洁度高且颜色均一的黑色膜面，保证了该手表膜面的高质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种铝合金，包括以下重量百分含量的组分：0.5％-1.4％的Mn、0.01％-0.5％的Mg、0.2％-0.6％的Zn、0％-0.2％的Ti、0％-0.1％的Zr、余量为Al以及低于0.4％的不可避免的杂质；

所述铝合金包括质量为所述铝合金总质量至少97％的主相，所述主相中，所述Mn、所述Mg、所述Zn以及可选的所述Ti和所述Zr以固溶体形式存在于所述Al中。

2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金包括以下重量百分含量的组分：0.75％-1.2％的Mn、0.1％-0.35％的Mg、0.25％-0.5％的Zn、0.05％-0.1％的Ti、0.01％-0.05％的Zr、余量为Al以及低于0.35％的不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的铝合金，其特征在于，所述主相的质量为所述铝合金总质量的至少98％。

4.权利要求1-3任一项所述的铝合金的制备方法，包括：根据铝合金中各组分的重量百分含量，首先将纯度大于等于99.7％的工业纯铝投入铝合金熔化炉中进行加热熔化；待所述工业纯铝熔化完全后，将Mn源投入所述铝合金熔化炉中进行加热熔化，直至熔化完全；然后将Mg源、Zn源以及可选的Ti源和Zr源投入所述铝合金熔化炉中进行加热熔化，直至熔化完全；随后依次进行除气精炼、扒渣、静置以及浇锭处理，得到所述铝合金。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述工业纯铝的纯度大于等于99.85％。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述Mn源为AlMn中间合金和/或锰添加剂；所述Mg源为工业纯Mg和/或AlMg中间合金；所述Zn源为工业纯Zn和/或AlZn中间合金；所述Ti源为AlTi中间合金；所述Zr源为AlZr中间合金。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述除气精炼处理过程中，处理温度为710℃-800℃，处理时间为8-12min，处理剂为氩气和精炼剂。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述静置处理的时间为13-18min。

9.权利要求1-3任一项所述的铝合金在制备铝合金结构件中应用，所述铝合金结构件与所述铝合金的主相结构相同。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，通过普通压铸工艺、重力铸造工艺、真空压铸工艺、液态模锻工艺、挤压铸造工艺或者半固态成型工艺制备所述铝合金结构件。

11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，通过阳极氧化工艺对所述铝合金结构件进行表面处理，然后对表面处理后的所述铝合金结构件进行电解着色或者有机染色。

12.根据权利要求9-11任一项所述的应用，其特征在于，所述铝合金结构件为电子产品的结构零部件。

13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，所述电子产品的结构零部件包括：手机外壳、平板电脑外壳、可穿戴式的智能设备外壳。

14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，所述手机外壳、所述平板电脑外壳或所述可穿戴式的智能设备外壳的壳层厚度为0.25-2mm。

15.根据权利要求14所述的应用，其特征在于，所述手机外壳、所述平板电脑外壳或所述可穿戴式的智能设备外壳的壳层厚度为0.4-1mm。

16.用于制备权利要求1-3任一项所述铝合金的组合物，包括以下重量百分含量的组分：1-3％的Mn含量为70-80wt％的锰添加剂或者8-15％的Mn含量为8-12wt％的AlMn中间合金、0.12-0.45％的工业纯镁、0.3-0.55％的工业纯锌、以及可选的1-2％的Ti含量为8-12wt％的AlTi中间合金和可选的0.5-1％的Zr含量为8-10wt％的AlZr中间合金，余量为纯度大于等于99.85％的工业纯铝。