CN107385290B - 一种具有优异氧化效果的高强度铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有优异氧化效果的高强度铝合金及其制备方法和应用。该合金包含以下按质量百分比计的组分：Si为0.6～0.9％，Mg为0.8～1.1％，Fe≤0.20％，Cu为0.5～1.0％，Mn为0.2～0.5％，Ti为0.015～0.03％，B为0.0006～0.0012％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al；其中，Mg和Si的质量比为：Mg/Si＝1.15～1.45。本发明的铝合金具有较高强度，同时具备优良的阳极氧化性能、焊接性能和抗应力腐蚀性能，可以作为制造高强度、高装饰性的工业用铝合金材料，如电子结构件、轻量化汽车部件等。

Description

一种具有优异氧化效果的高强度铝合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于铝合金材料及其制造领域，特别涉及一种具有优异氧化效果的高强度铝合金及其制备方法和应用。
背景技术
Al-Mg-Si(-Cu)合金是目前应用最广泛合金，具有良好塑性、焊接性、抗腐蚀性以及良好的阳极氧化装饰性。可用于生产管材、棒材、各种异型材。常用的6063-T6、6061-T6、6082-T6、6013-T6的典型抗拉强度分别为220MPA、
290MPA、320MPA、360MPA。其中6063、6061合金能通过挤压实现完全再结晶，阳极氧化性能良好。而6082、6013通常情况下，挤压材料为纤维晶组织或混晶组织，阳极氧化效果较暗哑或表面呈现粗晶斑，装饰效果不佳。6069铝合金，合金中微量V、Cr元素的添加，可以抑制再结晶晶粒的形核与长大，使该合金具有较好的强韧性。但由于高温元素V在铝中的难溶性，使V元素在铝合金中的有效添加难以控制，严重制约了该合金在工业生产上的应用。况且，由于6069的V、Cr元素存在，挤压材料为纤维晶组织，阳极氧化效果不佳。上述合金不适用于电子结构件及要求兼顾高强度及阳极氧化装饰效果的产品。
随着5G时代的到来，考虑到铝合金的电磁遮蔽性，更多电子结构件尤其是手机从铝合金中框背板一体化转变为铝合金中框+玻璃的组合。为避免产品跌落时铝合金中框挤压玻璃，导致玻璃破裂、撕屏、变形，需要将铝合金材料抗拉强度提升至400MPA及以上，且屈强比大于0.95，同时要求具有良好的阳极装饰效果。
高强Al-Zn-Mg-Cu合金作为航空铝，抗拉强度可以达到400MPA及以上，可以作为结构材料，但由于其较低的耐腐蚀性能和阳极氧化装饰效果，以及机加工及阳极氧化条件不能通用于6系Al-Mg-Si(-Cu)合金原有体系，使其在电子结构件领域的应用受到极大限制。
河南理工大学的专利CN102146542A《一种高强高韧铸造Al-Si-Mg合金》中：该发明的高强高韧铸造Al-Si-Mg合金在一定的熔炼、精炼、晶粒细化、变质、微合金化和热处理工艺条件下σb≥330Mpa，δ≥5％，不能满足抗拉强度400MPA及以上的要求。
鼎镁(昆山)新材料科技有限公司的专利CN104745902A《自行车用高强度Al-Mg-Si-Cu合金及其加工工艺》。该发明中：所述合金Si：0.8～1.6wt.％，Mg：1.1～1.8wt.％，Cu：0.6～1.5wt.％，Mn：0.5～1.0wt.％，Zr：0.05～0.25wt.％，Ti：0.01～0.03wt.％，Fe：<0.2wt.％，其他不可避免的杂质元素每种少于0.05wt.％，且总量少于0.15wt.％，余量为Al。该发明中Mn含量优选0.7～0.9wt.％；Zr含量优选0.15～0.25wt.％。高含量的Mn、Zr在热处理过程中形成高温析出物，挤压容易生成纤维晶，在后续的阳极氧化中颜色较暗，线条感较强。同时，挤压完成后进行固溶处理(500℃～560℃温度下保温1～3h后进行水淬)，工艺路线复杂，成本较高。
苏州有色金属研究院有限公司的专利CN 102337429A《高强度Al-Mg-Si-Cu合金及其制备方法》。该发明的涉及高强度Al-Mg-Si-Cu合金及其制备方法，合金中：Mg0.8～1.4wt.％，Si0.8～1.6wt.％，Cu0.2～0.8wt.％，Mn0.2～1.0wt.％，Cr 0.1～0.4wt.％，T i0.01～0.1wt.％，Fe≤0.25wt.％，不可避免的杂质总和≤0.15wt.％，余量为Al。合金的铸态晶粒尺寸小于130μm，二次枝晶臂间距不大于40μm，T6态晶粒尺寸小于15μm，延伸率大于12％。该合金T6晶粒尺寸小于15μm。单位面积晶界占比多，阳极氧化前处理时，晶界上化学物易被腐蚀，氧化效果较暗哑。
合肥工业大学的专利CN103882271A《一种高强度高延伸率Al-Mg-Si-Cu合金材料及其制备方法》。该发明的：各合金元素按质量百分数的配比为：Mg0.85％-0.94％；Si0.58％-0.63％；Cu0.65％-0.72％；Mn0.18％-0.21％；杂质总含量≤0.1％；余量为铝。本发明主要应用于轧制品(铸棒反复热轧至3mm再冷轧至1mm，然后进行离线固溶及人工时效处理。所获得的板材抗拉强度不小于385MPa，延伸率不小于19.0％。轧制品由于大量冷加工存在，晶粒沿挤压方向延长，阳极氧化易呈线条感，不适合高装饰性电子消费品使用。
因此，传统6000系铝合金虽然具有优异的挤压加工性能和氧化着色效果，但其强度普遍较低。上述公司专利中对提高6系的强度作了专门的研究，但基于产品应用方向，对阳极氧化效果关注不够.虽有可达到400MPA及以上抗拉强度，但无一例外，热加工或热加工+冷加工后生成的产品均属于纤维晶，且需要经过离线固溶处理。纤维晶产品在后续的阳极氧化中颜色较暗，线条感较强，不能满足高装饰性电子结构件对阳极氧化后外观的要求。而且离线固溶工艺复杂，生产成本较高。
高强7系(Al-Zn-Mg-Cu)合金作为航空铝，抗拉强度可以达到400MPA及以上，可以作为结构材料，但由于其较低的耐腐蚀性能和阳极氧化装饰效果，以及机加工及阳极氧化条件不能通用于6系Al-Mg-Si(-Cu)合金原有体系，使其在电子结构件领域的应用受到极大限制。
随着智能手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式电子产品的广泛应用，消费者对电子产品的外观质量要求越来越高。提供一种6系Al-Mg-Si(-Cu)，抗拉强度达400MPA、可通过挤压实现在线固溶，具有优异阳极氧化效果的合金及制造方法具有重要意义。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有优异氧化效果的高强度铝合金。
本发明的另一目的在于提供所述具有优异氧化效果的高强度铝合金的制备方法。
本发明的又一目的在于提供所述具有优异氧化效果的高强度铝合金的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种具有优异氧化效果的高强度铝合金，该合金包含以下按质量百分比计的组分：Si为0.6～0.9％，Mg为0.8～1.1％，Fe≤0.20％，Cu为0.5～1.0％，Mn为0.2～0.5％，Ti为0.015～0.03％，B为0.0006～0.0012％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al；其中，Mg和Si的质量比为：Mg/Si＝1.15～1.45。
所述的合金优选为包含以下按质量百分比计的组分：Si为0.65～0.85％，Mg为0.9～1.0％，Fe≤0.20％，Cu为0.6～1.0％，Mn为0.2～0.5％，Ti为0.015～0.03％，B为0.0006～0.0012％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al；其中，Mg和Si的质量比为：Mg/Si＝1.15～1.45。
所述的Mg和Si的质量比优选为：Mg/Si＝1.17～1.42。
所述的具有优异氧化效果的高强度铝合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述质量百分比进行备料，其中，铝和镁采用铝锭和镁锭；
(2)将铝锭加热到730～760℃进行熔化，再加入镁锭和中间合金，搅拌熔化，得到铝合金液I；
(3)向铝合金液中加入精炼剂，再通入氩气对铝合金液进行精炼，扒渣、静置，得到铝合金液II；
(4)将铝合金液II放入流槽，再加入晶粒细化剂进行在线晶粒细化处理，得到铝合金液III；
(5)将铝合金液III于700～730℃条件下进行铸造，得到铝合金铸锭A；
(6)将铝合金铸锭A先升温至500～530℃保温2～4小时，然后继续升温至550～570℃保温6～24小时，再水雾强冷至室温，得到铝合金铸锭B；
(7)将铝合金铸锭B加热至540～560℃保温2～4小时，然后降温至480～530℃进行挤压成形，再进行在线淬火，得到挤压铝合金；
(8)人工时效处理：将挤压铝合金加热至180～195℃保温3～8小时，得到具有优异氧化效果的高强度铝合金。
步骤(1)中所述的铝锭优选为纯度≥99.9％的铝锭。
步骤(1)中所述的镁锭优选为纯度≥99.95％的镁锭。
步骤(2)中所述的中间合金优选为Al-20Cu、Al-12Si和Al-20Mn合金。
步骤(3)中所述的精炼剂的添加量优选为按每吨铝合金液I配比0.5～2公斤精炼剂计算。
步骤(3)中所述的氩气优选为纯度≥99.99％的高纯氩气。
步骤(3)中所述的精炼的时间优选为10～25分钟。
步骤(3)中所述的静置的时间优选为30～60分钟。
步骤(4)中所述的晶粒细化剂优选为Al-5Ti-0.2B合金杆；
所述的Al-5Ti-0.2B合金杆的添加量优选为按每吨铝合金液II配比3～6公斤Al-5Ti-0.2B合金杆计算。
步骤(4)中所述的得到铝合金液III还包括在线除气过滤处理的步骤。
所述的线除气过滤处理优选通过如下方法实现：将铝合金液III依次流过设置在流槽上旋转速度为400～500转/分钟、氩气流量为2～3立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为60～80ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理。
步骤(5)中所述的铸造优选为在铸造速度为100～200毫米/分钟、冷却水压力大于0.2MPa，水温小于40℃的条件下进行半连续铸造。
步骤(7)中所述的铝合金铸锭B可先进行锯切，将铝合金铸锭锯切成合适的长度，优选为500～850mm。
步骤(7)中所述的加热优选为采用铝棒加温炉进行加热。
步骤(7)中所述的得到挤压铝合金还包括拉伸矫直的步骤。
所述的拉伸优选为使用拉伸机进行拉伸，实现材料矫直同时去除材料残余应力；所述的拉伸矫直的拉伸量优选为1～3％。
步骤(7)中所述的挤压的速度为5～20米/分钟，挤压比(挤压系数λ)为30～80，模具温度为420～480℃。
步骤(7)中所述的在线淬火优选为通过如下方法实现：穿水冷却至室温。
步骤(8)中所述的人工时效前停放的时间少于24小时。
所述的具有优异氧化效果的高强度铝合金在制备电子产品结构件或轻量化汽车部件中的应用。
所述的电子产品优选为智能手机、平板电脑、笔记本电脑等。
下面对本发明所述具有优异阳极氧化效果的高强度铝合金的成分组成意义及含量范围限定理由进行说明：
本发明中的合金成分设计，Si和Mg元素是形成强化相的主要合金元素，通过形成的Mg2Si控制材料强度。同时，过剩Si可作为形核核心提高弥散相析出度，从而提高产品强度。本合金中Mg+Si总量控制1.4％～2.0％间，Mg：Si＝1.15～1.45。
Cu在Al-Mg-Si-Cu系合金以固溶形式存在，时效处理过程中作为强化沉淀相的形核核心，使得强化沉淀相细小弥散均匀分布，显著提高材料的时效硬化性能。同时，Cu元素可提高阳极氧化表面光泽度。本发明将Cu的含量控制在0.5～1.0％，使合金具有更好的的综合性能。
Mn能延滞铝及其合金的再结晶过程，提高再结晶温度，显著细化再结晶组织的晶粒。Mn的添加会使合金淬火敏感性增加。本发明Mn质量百分比均控制在0.2～0.5％，通过限定高温析出相Mn的含量范围，热处理过程管控Al6Mn高温析出相尺寸，确保材料在挤压过程发生再结晶，材料截面晶粒平均粒径160～200μm，晶粒长宽比0.8～1.2。
Ti、B是以Al-5Ti-0.2B合金杆的形式加入到铝合金中，主要用于细化铝合金铸锭的晶粒，改善铝合金的成分和组织均匀性。传统Al-5Ti-1B合金杆，由于B含量高，TiB2硬质颗粒的数量太多而容易团聚偏析，残留在铝合金中容易导致铝合金加工后表面出现砂眼、划痕等缺陷，进而导致阳极氧化膜厚度不均而影响电解着色效果。通过深入研究后发现，选用Al-5Ti-0.2B合金杆可以避免传统Al-5Ti-1B合金杆所存在的问题，当Al-5Ti-0.2B合金杆的加入量大于等于0.3％时，铝合金铸锭可获得尺寸小于150微米的晶粒，非常有利于铝合金挤压后获得细小均匀的再结晶等轴晶粒，而细小均匀的再结晶等轴晶粒是提高铝合金阳极氧化效果的最佳组织结构。当Al-5Ti-0.2B合金杆的加入量超过0.6％时，由于会引入过量的TiB2硬质颗粒，也会带来传统Al-5Ti-1B合金杆存在的问题。因此，本发明选择添加0.3～0.6％的Al-5Ti-0.2B合金杆，铝合金中Ti含量为0.015～0.03％，B含量为0.0006～0.0012％。
Fe室温下固溶度很小，主要以不溶或难溶的Al7Cu2Fe、AlFeMnSi等脆性相和共晶化合物的形式存在。。当Fe含量超过0.2％时，也会导致阳极氧化膜厚度不均，氧化膜发灰、发暗。Fe和Si还会形成脆硬的AlFeSi金属间化合物，而粗大AlFeSi金属间化合物的存在是导致铝合金氧化着色后表面出现黑线、黑斑、蚀孔等缺陷的原因。本发明需控制Fe质量百分比均控制在0.20％以内。
下面对本发明所述具有优异阳极氧化效果的高强度铝合金的制备方法及主要工艺参数的选择意义和理由进行说明。
本发明中将半连续铸锭随炉升温至500～530℃，保温2～4小时，后继续升温到550～570℃保温6～24小时，再用水雾强冷至室温，得到Al-Mg-Si-Cu合金。均匀化的目的是：溶解非平衡低熔点共晶组织，消除或减少晶内偏析，提高材料热变形和冷变形能力，同时促使弥散粒子均匀弥散析出。通过两个阶段的均匀化处理，其作用在于：第一阶段的均匀化处理可溶解过剩的Si及部分Mg2Si，避免直接高温均质化发生共晶溶解发生,降低材料强度及塑性；第二阶段的均匀化处理，促进元素和粗大金属间化合物充分固溶以及含Fe相球化。为将均质后的水雾冷过程中析出的Mg2Si颗粒充分固溶，将均匀化处理后的铸锭重新加热至550～560℃，保温2～4h，后冷却至480～530℃进行挤压，挤压后穿水冷却至室温，得到更大过饱和度的固溶体，提高后续人工时效过程的析出动力。材料经1～3％拉伸量后，180～195℃保温3～8小时人工时效。为避免自然存放环境下，材料出现原子团簇降低过饱和度，在后续的人工时效过程析出驱动力变小而影响强度。
获得细小均匀的完全再结晶等轴晶粒是获得良好阳极氧化效果的关键因素之一。经研究发现：材料截面晶粒平均粒径160～200μm，晶粒长宽比0.8～1.2，阳极氧化效果最佳。通过对本发明所述铝合金的挤压工艺研究后发现，在铸棒平均粒径110～150μm，挤压温度480～530℃，挤压速度5～20米/分钟、挤压比30～80、模具温度420～480℃条件下进行挤压成形，然后穿水冷却至室温(优选15S内通过水温在10～50℃的水槽)，才能使诱发铝合金完全再结晶，获得晶粒平均粒径160～200μm，晶粒长宽比0.8～1.2的完全再结晶等轴晶粒，满足阳极氧化着色对铝合金的组织结构要求，获得高质量的氧化着色效果。
本案发明人对本发明所述铝合金的时效工艺研究后发现：管控挤压铝合金室温停放时间小于24小时，并加热180～195℃保温3～8小时人工时效，然后随炉冷却，可以得到最大的时效强度，搭配本案发明人提出的成分设计以及熔铸/挤压工艺，可得到抗拉强度抗拉强度达400MPA、屈强比大于0.93的合金材料，满足电子结构件高强抗弯要求。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明针对现有技术的缺陷，利用合金设计原理，通过合金成分合理配比，设计出达到技术指标的合金成分，并通过合适的制造方法，得到完全再结晶组织，材料截面晶粒平均粒径160～200μm，晶粒长宽比0.8～1.2。确保材料T6态可达400MPa抗拉强度，屈强比大于0.93。适用于制造电子结构件等要求高强度及优异阳极装饰效果的产品。
2、本发明通过选用Al-5Ti-0.2B合金杆作为晶粒细化剂，避免了传统的Al-5Ti-1B合金杆所存在的问题，使铝合金铸锭可获得尺寸110～150微米的晶粒，有利于铝合金挤压后获得细小均匀的完全再结晶等轴晶粒。本发明中的T6材料截面晶粒平均粒径160～200μm，晶粒长宽比0.8～1.2，在具备较高强度的同时还具有极佳的阳极氧化性能。解决6系低合金成分阳极氧化性能好但强度低，高合金成分强度高但阳极氧化性能不佳的技术难题。
3、在T6状态下，经过相同的喷砂(205号锆砂)、研磨、阳极氧化，氧化表面光泽度可达到12GS(光泽度值)以上，相当于同等处理条件下6063合金。
4、考虑到本合金具有较高强度，同时具备优良的阳极氧化性能、焊接性能、抗应力腐蚀性能。本发明方法制备的合金可以作为制造高强度、高装饰性的工业用铝合金材料，如电子结构件、轻量化汽车部件等。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明控制一种Al-Mg-Si-Cu合金成分含量，该合金包含以下按质量百分比计的组分：Si为0.6～0.9％，Mg为0.8～1.1％，Fe≤0.20％，Cu为0.5～1.0％，Mn为0.2～0.5％，Ti为0.015～0.03％，B为0.0006～0.0012％。其他杂质总量＜0.15％，余量为Al。
表1实施例1～5的合金、以及对比例1～3的合金的成分组成(wt％)
实施例1
1、按照优异阳极氧化效果的高强度的Al-Mg-Si-Cu合金的化学成份按质量百分比计：Mg为0.97％，Si为0.83％，Cu为0.82％，Mn为0.32％，Fe为0.12％，Ti为0.027％，B为0.0011％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al进行备料。
2、制备方法：
第一步：选用纯度≥99.9％的铝锭、纯度≥99.95％的镁锭和Al-20Cu、Al-12Si、Al-20Mn中间合金、Al-5Ti-0.2B合金杆(晶粒细化剂)作为原材料；
第二步：将铝锭在750～760℃加热熔化，按照上述质量百分比加入镁锭及中间合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：按0.5公斤精炼剂/吨铝合金液的比例，用纯度≥99.99％的高纯氩气喷吹精炼剂对铝合金液进行25分钟的精炼，扒渣后再静置60分钟；
第四步：将静置后的铝合金液放入流槽，按6公斤/吨铝合金液的比例，将Al-5Ti-0.2B合金杆加入到铝合金液进行在线晶粒细化处理；
第五步：将晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为500转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为80ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将除气过滤处理后的铝合金液在铸造温度为720～730℃、铸造速度为140毫米/分钟、冷却水压力大于0.3MPa，水温为38℃的条件下半连续铸造成Φ258mm铝合金铸锭；
第七步：均匀化处理：将铝合金铸锭先升温至530℃保温2小时，然后继续升温到570℃保温6小时，再水雾强冷至室温；
第八步：将均匀化处理后的铝合金铸锭锯切为700mm，加入铝棒加温炉进行加热，升温至550～560℃保温2.5小时。然后将铸锭降温至480～490℃，挤压速度18米/分钟、挤压比75、模具温度470～480℃，进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；挤出产品使用拉伸机进行拉伸，拉伸量为1.1％。
第九步：将挤压铝合金进行人工时效处理：加热至180℃保温8小时，随炉冷却后得到具有优异阳极氧化效果的高强度铝合金。人工时效前停放时间6小时。
实施例2
1、按照优异阳极氧化效果的高强度的Al-Mg-Si-Cu合金的化学成份按质量百分比计：Mg为1.02％，Si为0.78％，Cu为0.72％，Mn为0.36％，Fe为0.15％，Ti为0.016％，B为0.0006％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al进行备料。
2、制备方法：
第一步：选用纯度≥99.9％的铝锭、纯度≥99.95％的镁锭和Al-20Cu、Al-12Si、Al-20Mn中间合金、Al-5Ti-0.2B合金杆作为原材料；
第二步：将铝锭在730～740℃加热熔化，按照上述质量百分比加入镁锭及中间合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：按2公斤精炼剂/吨铝合金液的比例，用纯度≥99.99％的高纯氩气喷吹精炼剂对铝合金液进行10分钟的精炼，扒渣后再静置35分钟；
第四步：将静置后的铝合金液放入流槽，按3公斤/吨铝合金液的比例，将Al-5Ti-0.2B合金杆加入到铝合金液进行在线晶粒细化处理；
第五步：将晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为400转/分钟、氩气流量为3立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为60ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将除气过滤处理后的铝合金液在铸造温度为700～715℃、铸造速度为180毫米/分钟、冷却水压力0.2MPa，水温为35℃的条件下半连续铸造成Φ152mm铝合金铸锭；
第七步：均匀化处理：将铝合金铸锭先升温至500℃保温4小时，然后继续升温到550℃保温24小时，再水雾强冷至室温；
第八步：将均匀化处理后的铝合金铸锭锯切为500mm，加入铝棒加温炉进行加热，升温至540～550℃保温4小时。然后将铸锭降温至520～530℃，挤压速度6米/分钟、挤压比30、模具温度470～480℃，进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；挤出产品使用拉伸机进行拉伸，拉伸量为2.8％。
第九步：将挤压铝合金进行人工时效处理：加热至195℃保温3小时，随炉冷却后得到具有优异阳极氧化效果的高强度铝合金。人工时效前停放时间22小时。
实施例3
1、按照优异阳极氧化效果的高强度的Al-Mg-Si-Cu合金的化学成份按质量百分比计：Mg为0.98％，Si为0.69％，Cu为0.98％，Mn为0.27％，Fe为0.16％，Ti为0.021％，B为0.0009％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al进行备料。
2、制备方法：
第一步：选用纯度≥99.9％的铝锭、纯度≥99.95％的镁锭和Al-20Cu、Al-12Si、Al-20Mn中间合金、Al-5Ti-0.2B合金杆作为原材料；
第二步：将铝锭在742～755℃加热熔化，按照上述质量百分比加入镁锭及中间合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：按1.5公斤精炼剂/吨铝合金液的比例，用纯度≥99.99％的高纯氩气喷吹精炼剂对铝合金液进行15分钟的精炼，扒渣后再静置40分钟；
第四步：将静置后的铝合金液放入流槽，按4.5公斤/吨铝合金液的比例，将Al-5Ti-0.2B合金杆加入到铝合金液进行在线晶粒细化处理；
第五步：将晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为450转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为80ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将除气过滤处理后的铝合金液在铸造温度为715～728℃、铸造速度为160毫米/分钟、冷却水压力为0.3MPa，水温为35℃的条件下半连续铸造成Φ203mm铝合金铸锭；
第七步：均匀化处理：将铝合金铸锭先升温至530℃保温2小时，然后继续升温到570℃保温6小时，再水雾强冷至室温；
第八步：将均匀化处理后的铝合金铸锭锯切为700mm，加入铝棒加温炉进行加热，升温至550～560℃保温2.5小时。然后将铸锭降温至480～490℃，挤压速度12米/分钟、挤压比42、模具温度470～480℃，进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；挤出产品使用拉伸机进行拉伸，拉伸量为2.0％。
第九步：将挤压铝合金进行人工时效处理：加热至195℃保温5小时，随炉冷却后得到具有优异阳极氧化效果的高强度铝合金。人工时效前停放时间12小时。
实施例4
1、按照优异阳极氧化效果的高强度的Al-Mg-Si-Cu合金的化学成份按质量百分比计：Mg为1.08％，Si为0.85％，Cu为0.51％，Mn为0.46％，Fe为0.19％，Ti为0.023％，B为0.0009％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al进行备料。
2、制备方法：
第一步：选用纯度≥99.9％的铝锭、纯度≥99.95％的镁锭和Al-20Cu、Al-12Si、Al-20Mn中间合金、Al-5Ti-0.2B合金杆作为原材料；
第二步：将铝锭在740～750℃加热熔化，按照上述质量百分比加入镁锭及中间合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：按2公斤精炼剂/吨铝合金液的比例，用纯度≥99.99％的高纯氩气喷吹精炼剂对铝合金液进行20分钟的精炼，扒渣后再静置45分钟；
第四步：将静置后的铝合金液放入流槽，按4.5公斤/吨铝合金液的比例，将Al-5Ti-0.2B合金杆加入到铝合金液进行在线晶粒细化处理；
第五步：将晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为450转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为60ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将除气过滤处理后的铝合金液在铸造温度为710～720℃、铸造速度为160毫米/分钟、冷却水压力为0.3MPa，水温为38℃的条件下半连续铸造成Φ203mm铝合金铸锭；
第七步：均匀化处理：将铝合金铸锭先升温至530℃保温2小时，然后继续升温到560℃保温10小时，再水雾强冷至室温；
第八步：将均匀化处理后的铝合金铸锭锯切为700mm，加入铝棒加温炉进行加热，升温至550～560℃保温2.5小时。然后将铸锭降温至480～490℃，挤压速度18米/分钟、挤压比70、模具温度470～480℃，进行挤压成形，然后穿水冷却至室温(；挤出产品使用拉伸机进行拉伸，拉伸量为1.5％。
第九步：将挤压铝合金进行人工时效处理：加热至195℃保温5小时，随炉冷却后得到具有优异阳极氧化效果的高强度铝合金。人工时效前停放时间4小时。
实施例5
1、按照优异阳极氧化效果的高强度的Al-Mg-Si-Cu合金的化学成份按质量百分比计：Mg为0.93％，Si为0.75％，Cu为0.97％，Mn为0.21％，Fe为0.17％，Ti为0.019％，B为0.0008％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al进行备料。
2、制备方法：
第一步：选用纯度≥99.9％的铝锭、纯度≥99.95％的镁锭和Al-20Cu、Al-12Si、Al-20Mn中间合金、Al-5Ti-0.2B合金杆作为原材料；
第二步：将铝锭在750～760℃加热熔化，按照上述质量百分比加入镁锭及中间合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：按1.5公斤精炼剂/吨铝合金液的比例，用纯度≥99.99％的高纯氩气喷吹精炼剂对铝合金液进行25分钟的精炼，扒渣后再静置60分钟；
第四步：将静置后的铝合金液放入流槽，按4.5公斤/吨铝合金液的比例，将Al-5Ti-0.2B合金杆加入到铝合金液进行在线晶粒细化处理；
第五步：将晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为450转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为80ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将除气过滤处理后的铝合金液在铸造温度为700～710℃、铸造速度为150毫米/分钟、冷却水压力为0.3MPa，水温为35℃的条件下半连续铸造成Φ203mm铝合金铸锭；
第七步：均匀化处理：将铝合金铸锭先升温至520℃保温2小时，然后继续升温到565℃保温6小时，再水雾强冷至室温；
第八步：将均匀化处理后的铝合金铸锭锯切为700mm，加入铝棒加温炉进行加热，升温至550～560℃保温2.5小时。然后将铸锭降温至490～500℃，挤压速度18米/分钟、挤压比70、模具温度470～480℃，进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；挤出产品使用拉伸机进行拉伸，拉伸量为1.5％。
第九步：将挤压铝合金进行人工时效处理：加热至195℃保温5小时，随炉冷却后得到具有优异阳极氧化效果的高强度铝合金。人工时效前停放时间20小时。
对比例1
1、按照Al-Mg-Si-Cu合金的化学成份按质量百分比计：Mg为1.05％，Si为0.65％，Cu为0.35％，Mn为0.29％，Fe为0.25％，Ti为0.028％，B为0.0011％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al进行备料。
2、制备方法：
第一步：选用纯度≥99.9％的铝锭、纯度≥99.95％的镁锭和Al-20Cu、Al-12Si、Al-20Mn中间合金、Al-5Ti-0.2B合金杆作为原材料；
第二步：将铝锭在740～745℃加热熔化，按照上述质量百分比加入镁锭及中间合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：按2公斤精炼剂/吨铝合金液的比例，用纯度≥99.99％的高纯氩气喷吹精炼剂对铝合金液进行20分钟的精炼，扒渣后再静置45分钟；
第四步：将静置后的铝合金液放入流槽，按4.5公斤/吨铝合金液的比例，将Al-5Ti-0.2B合金杆加入到铝合金液进行在线晶粒细化处理；
第五步：将晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为450转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为60ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将除气过滤处理后的铝合金液在铸造温度为710～720℃、铸造速度为160毫米/分钟、冷却水压力为0.3MPa，水温为38℃的条件下半连续铸造成Φ203mm铝合金铸锭；
第七步：均匀化处理：将铝合金铸锭先升温到560℃保温7小时，再水雾强冷至室温；
第八步：将均匀化处理后的铝合金铸锭锯切为700mm，加入铝棒加温炉进行加热，升温至520～540℃保温3小时。然后将铸锭降温至480～490℃，挤压速度18米/分钟、挤压比70、模具温度470～480℃，进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；挤出产品使用拉伸机进行拉伸，拉伸量为1.5％。
第九步：将挤压铝合金进行人工时效处理：加热至195℃保温5小时，随炉冷却后得到铝合金。人工时效前停放时间36小时。
对比例2
1、按照Al-Mg-Si-Cu合金的化学成份按质量百分比计：Mg为0.90％，Si为0.61％，Cu为0.60％，Mn为0.06％，Fe为0.28％，Ti为0.035％，B为0.0015％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al进行备料。
2、制备方法：
第一步：选用纯度≥99.9％的铝锭、纯度≥99.95％的镁锭和Al-20Cu、Al-12Si、Al-20Mn中间合金、Al-5Ti-0.2B合金杆作为原材料；
第二步：将铝锭在740～750℃加热熔化，按照上述质量百分比加入镁锭及中间合金，搅拌熔化成铝合金液；
第三步：按2公斤精炼剂/吨铝合金液的比例，用纯度≥99.99％的高纯氩气喷吹精炼剂对铝合金液进行20分钟的精炼，扒渣后再静置45分钟；
第四步：将静置后的铝合金液放入流槽，按4.5公斤/吨铝合金液的比例，将Al-5Ti-0.2B合金杆加入到铝合金液进行在线晶粒细化处理；
第五步：将晶粒细化处理后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为450转/分钟、氩气流量为2立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为60ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
第六步：将除气过滤处理后的铝合金液在铸造温度为710～720℃、铸造速度为160毫米/分钟、冷却水压力为0.3MPa，水温为38℃的条件下半连续铸造成Φ203mm铝合金铸锭；
第七步：均匀化处理：将铝合金铸锭先升温至510℃保温2小时，然后继续升温到560℃保温10小时，再水雾强冷至室温；
第八步：将均匀化处理后的铝合金铸锭锯切为700mm，加入铝棒加温炉进行加热，升温至550～560℃保温1小时。然后将铸锭降温至480～490℃，挤压速度18米/分钟、挤压比70、模具温度470～480℃，进行挤压成形，然后穿水冷却至室温；挤出产品使用拉伸机进行拉伸，拉伸量为1.5％。
第九步：将挤压铝合金进行人工时效处理：加热至195℃保温5小时，随炉冷却后得到铝合金。人工时效前停放时间4小时。
对比例3
1、按照Al-Mg-Si-Cu合金的化学成份按质量百分比计：Mg为0.80％，Si为1.10％，Cu为0.48％，Mn为0.57％，Fe为0.13％，Ti为0.011％，B为0.0004％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al进行备料。
2、按照与实施例1相同的工艺生产得到Al-Mg-Si-Cu合金。
效果实施例1
1、将上述实施例1～5和对比例1～3所制得的挤压铝合金进行以下检测：
按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对产品进行力学性能测试；其中，铝合金热处理状态为T6；按照GB/T 3246.1-2012《变形铝及铝合金制品组织检验方法第1部分：显微组织检验方法》测试试样晶粒尺寸，结果如表2所示：
表2实施例1～5的合金以及对比例1～3的合金的力学性能和晶粒组织。
从表2可以看出，采用本发明的方法，通过合理控制合金中各元素含量以及优化铸造、挤压及热处理工艺制度，使得合金经T6热处理后，材料的抗拉强度达到405～415MPa，屈强比大于0.93，截面晶粒尺寸在160～200μm之间，晶粒长宽比在0.85～1.20之间。
效果实施例2
在T6状态下，将实施例1和实施例2及对比合金6063、6013经过相同的喷砂(205号锆砂)、研磨、阳极氧化，氧化表面光泽度可达到12GS(光泽度值)以上，相当于同等处理条件下6063合金，比6013高约100％。其中，按GB/T 20503-2006《铝及铝合金阳极氧化阳极氧化膜镜面反射率和镜面光泽度的测定20°、45°、60°、85°角度方向》对产品进行60°的镜面光泽度测定。
鉴于现有国家标准GB/T12967.6-2008《铝及铝合金阳极氧化膜检测方法第6部分:目视观察法检验着色阳极氧化膜色差和外观质量》，为更直观表达氧化膜差异，本发明中使用色差分析仪进行色差分析：色度空间以Lab值表示，L值表示颜色明度，a表示红绿值，b表示黄蓝值。而代表黄蓝度的b值比6013合金小约30％，黄度减少，更有利于获得清亮氧化效果。同时，本发明的合金，其光泽度GS在同等阳极氧化处理条件下比6013亮100％以上，与6063的光泽度值相当。详细数据见表3，满足了高强高阳极装饰性的铝合金要求。
表3实施例1和2的合金、6063合金、6013合金的LAB值及GS值
材质 L a b GS
实施例1 72.02 -1 2.02 12.6
实施例2 76.03 -1 2.38 13.1
6063合金 78.3 -0.8 0.5 13.8
6013合金 75.8 -0.86 3.24 6.3
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种具有优异氧化效果的高强度铝合金的制备方法，其特征在于，该合金包含以下按质量百分比计的组分：Si为0.6～0.9％，Mg为0.8～1.1％，Fe≤0.20％，Cu为0.5～1.0％，Mn为0.2～0.5％，Ti为0.015～0.03％，B为0.0006～0.0012％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al；其中，Mg和Si的质量比为：Mg/Si＝1.15～1.45；其制备过程包括如下步骤：
(1)按照上述质量百分比进行备料，其中，铝和镁采用铝锭和镁锭；
(2)将铝锭加热到730～760℃进行熔化，再加入镁锭和中间合金，搅拌熔化，得到铝合金液I；
(3)向铝合金液中加入精炼剂，再通入氩气对铝合金液进行精炼，扒渣、静置，得到铝合金液II；
(4)将铝合金液II放入流槽，再加入晶粒细化剂进行在线晶粒细化处理，得到铝合金液III；
(5)将铝合金液III于700～730℃条件下进行铸造，得到铝合金铸锭A；
(6)将铝合金铸锭A先升温至500～530℃保温2～4小时，然后继续升温至550～570℃保温6～24小时，再水雾强冷至室温，得到铝合金铸锭B；
(7)将铝合金铸锭B加热至540～560℃保温2～4小时，然后降温至480～530℃进行挤压成形，再进行在线淬火，得到挤压铝合金；
(8)人工时效处理：将挤压铝合金加热至180～195℃保温3～8小时，得到具有优异氧化效果的高强度铝合金；
步骤(1)中所述的铝锭为纯度≥99.9％的铝锭；
步骤(1)中所述的镁锭为纯度≥99.95％的镁锭；
步骤(2)中所述的中间合金为Al-20Cu、Al-12Si和Al-20Mn合金；
步骤(3)中所述的精炼剂的添加量为按每吨铝合金液I配比0.5～2公斤精炼剂计算；
步骤(3)中所述的氩气为纯度≥99.99％的高纯氩气；
步骤(3)中所述的精炼的时间为10～25分钟；
步骤(3)中所述的静置的时间为30～60分钟；
步骤(4)中所述的晶粒细化剂为Al-5Ti-0.2B合金杆；所述的Al-5Ti-0.2B合金杆的添加量为按每吨铝合金液II配比3～6公斤Al-5Ti-0.2B合金杆计算；
步骤(4)中所述的得到铝合金液III还包括在线除气过滤处理的步骤：将铝合金液III依次流过设置在流槽上旋转速度为400～500转/分钟、氩气流量为2～3立方米/小时的旋转石墨转子和孔隙度为60～80ppi的泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理；
步骤(5)中所述的铸造为在铸造速度为100～200毫米/分钟、冷却水压力大于0.2MPa，水温小于40℃的条件下进行半连续铸造；
步骤(7)中所述的加热为采用铝棒加温炉进行加热；
步骤(7)中所述的得到挤压铝合金还包括拉伸矫直的步骤：所述的拉伸为使用拉伸机进行拉伸；所述的拉伸矫直的拉伸量为1～3％；
步骤(7)中所述的挤压的速度为5～20米/分钟，挤压比为30～80，模具温度为420～480℃；
步骤(7)中所述的在线淬火为穿水冷却至室温；
步骤(8)中所述的人工时效处理前停放的时间少于24小时。
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