CN107475584B - 一种智能手机用6063g铝合金及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能手机用6063G铝合金及其加工方法，其中，该铝合金成分的质量百分含量如下：Si:0.60～0.70％、Fe:0.05～0.08％、Mn:0.05～0.08％、Mg:0.70～0.80％、Ti:0.01～0.03％、余量为Al和不可避免的杂质；对应加工方法依次经过铸锭、均匀化退火、热轧、冷轧、中间固溶处理、二次冷轧、成品退火和最终时效处理八步获得；通过采用该铝合金成分和加工方法得到的铝材获得了极佳的阳极氧化效果，满足极细的205～210目的锆砂之喷砂处理，是一种手机外观用件具有中等强度要求、对阳极氧化处理效果也具有很高要求的6系智能手机外观件的理想铝合金材料，市场应用前景广阔。

Description

一种智能手机用6063G铝合金及其加工方法
技术领域
本发明涉及有色金属及其加工工艺技术领域，特别涉及一种智能手机用6063G铝合金及其加工方法。
背景技术
6063铝合金由于具有中等的强度和优异的阳极氧化性能，因而在智能手机领域有良好的应用前景，目前智能手机用铝材的主要制造方式是型材挤压，挤压的技术特点是料纹容易控制，但挤压板不能有效减薄，通常的厚度约9mm，这导致挤压板材在手机零配件加工厂中，铝材毛坯需要CNC机加工切削掉大量金属，才能获得约0.8mm的成品手机外壳，这个过程中铝材金属浪费严重，而且CNC工时费用极为昂贵，不符合国家倡导的绿色节能工业理念，为此有铝厂尝试采用薄的铝合金压延材，以节省金属的严重浪费和CNC高工时费用，但6063铝合金压延材由于其固有的先天局限，导致料纹缺陷控制难度大，即使采用全新压延工艺，仍有轻料纹缺陷，只能满足中档智能手机对外观件的一般要求，而且料纹缺陷不稳定，经常超出手机配件厂的最低可接受标准，无法使用，损失较大。
另外，手机为满足越来越高档的细腻喷砂之装饰效果，其喷砂处理所用的锆砂也越来越细，由早期的120目粗砂，提升至当前的170目中砂，甚至到205目的细砂。在这一提升中，压延铝材很难满足这种苛刻挑战，呈现出招架不住的态势，但有效的需求就是市场。因此有必要开发出高性能、高喷砂阳极效果、无料纹的铝合金压延材，以满足手机市场的苛刻要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于手机外观件制造的具有极佳的阳极氧化效果且兼顾材料强度的智能手机用6063G铝合金。
本发明的另一目的是提供一种上述智能手机用6063G铝合金的加工方法。
铝合金阳极氧化过程中产生的料纹缺陷，主要是指组织料纹，即材料内部的组织(包括晶粒、金属间化合物大小及分布)不均匀；具体来说，如：晶粒大小不均匀，导致成品表面有明显沿着轧制方向分布的现象；金属间化合物尺寸较大，导致成品表面有明显沿着轧制方向分布的现象。而发生这一类现象的原因在于受合金成分、合金加工工艺的影响。因此，只有从合金成分设计和加工工艺的角度出发进行改进，才能对铝合金材料进行优化，解决成品存在料纹缺陷的问题。另外，从手机铝壳阳极氧化色泽的角度出发，在铝合金尽中避免会会导致铝材阳极氧化色泽的明亮程度降低的Cu元素和Cr元素的添加。
为此，本发明技术方案如下：
一种智能手机用6063G铝合金，其成分的质量百分含量如下：Si:0.60～0.70％、Fe:0.05～0.08％、Mn:0.05～0.08％、Mg:0.70～0.80％、Ti:0.01～0.03％、余量为Al和不可避免的杂质。
其中，配制如上所述含量的铝合金的原料可以采用纯金属或中间合金。
在上述铝合金成分中其它不可避免的杂质的含量：单个≤0.03％，合计≤0.10％。
6063铝合金的晶粒尺寸主要由弥散相的尺寸、形貌、分布，以及冷变形储能(位错塞积)、热处理温度和保温时间决定的。具体来说，当铝基体组织中有大量的纳米级弥散相AlFeSi和MnAl6时，可有效的阻碍再结晶时的晶界推移，从而控制晶粒尺寸。具体来说，弥散相的形成受Fe、Mn两种元素的含量影响：Fe含量越高，则AlFeSi弥散相的体积分数越多，对晶粒长大的阻碍效果越好。但Fe含量超过一定值时，则铸锭在铸造时，会在晶界形成粗大的不溶相，产生偏聚的不均匀现象，而且这种不溶相在后续的热处理难以重新回溶、二次沉淀，是料纹的一个成因。Mn含量越高，则MnAl6弥散相的体积分数越多，对晶粒长大的阻碍效果越好。但Mn含量超过一定值时，阳极氧化色泽会变灰，影响装饰效果，而且MnAl6化合物容易偏聚粗化、不均匀，也是料纹的一个成因。金属间化合物粗大偏聚、不均匀，轧制时会沿着轧制方向流动分布，最终导致铝材在后期的阳极氧化时因基体内部的电极电位的不同，发生差异腐蚀，进而形成肉眼可见的“料纹”缺陷。因此，申请人在进行大量对比和优化试验中发现，Fe元素的含量上限不能超过0.08％；Mn元素的含量上限不能超过0.08％；同时，Fe元素的含量下限不能低于0.05％，Mn元素的含量下限不能低于0.05％，否则会造成有益的弥散相因体积分数不足，不能有效的防止晶粒粗大和不均匀。
此外，将Si元素的含量控制在0.60～0.70％，Mg元素的含量控制在0.70～0.80％；这是因为在该合金成分中由于没有Cu元素的加入必然会导致合金材料的强度大打折扣，为了避免这一缺陷，通过调整合金成分中Si元素和Mg元素的含量，并保证Si元素相对于Mg元素的含量呈一种过剩的配比，以进一步保证所有的Mg元素都能与Si元素形成Mg2Si强化相，避免Mg过剩导致的Mg2Si强化相的固溶度降低，妨害合金的使用强度。
将Ti元素的含量控制在0.01～0.03％范围，以期获得细小的铸锭组织，抑制铸造形成的一次粗大金属间化合物，对克服料纹缺陷有补充促进作用。
同时，申请人还对该智能手机用6063G铝合金的加工方法进行改进，工艺步骤包括依次进行的铸锭、均匀化退火、热轧成卷、冷轧至中间固溶厚度、中间固溶处理、二次冷轧至成品厚度、成品退火和最终时效处理。
上述加工工艺的具体加工步骤如下：
S1、将一定比例的各合金元素，在熔炼炉中熔融、合金化，然后铸造成铸锭；
S2、均匀化退火：将铸锭置入加热炉中，以30～50℃/h的加热速度升温至540～550℃，保温8～10h，后冷却至480～500℃，保温2～3h，出炉；
S3、将出炉的铸锭热轧为卷材；
S4、待卷材冷却至室温后冷轧减薄至中间固溶厚度；
S5、将冷轧铝材进行中间固溶处理：固溶温度：520～550℃，保温10～30s；
S6、对采用风淬火或水淬火方式降至室温后的铝材进行二次冷轧，并冷轧至成品厚度；
S7、对成品进行退火处理：退火温度：450～500℃，保温时间5～10s，后风冷或水冷至室温；
S8、最后进行时效处理：温度：160～180℃，保温8～12h。
优选，所述步骤S4里的中间固溶厚度范围要求为：给二次冷轧留有30～50％的冷加工率。具体地，冷加工率＝[(中间固溶厚度-成品厚度)/中间固溶厚度]*100％。
在上述铝合金的加工方法中，步骤S2的弥散相AlFeSi和MnAl6是在铸锭均匀化退火过程中析出形成的。需要强调的是，均匀化退火处理过程对相的形成至关重要。在均匀化退火过程中，采用适宜的升温速率(30～50℃/h)，既能兼顾生产效率，又能帮助弥散相AlFeSi和MnAl6形核，从而最终促使大量弥散相的形成。此外，保温温度不宜过高、时间不宜过长，避免由于超过温度和时间的上限，造成弥散相长大、粗化、聚集，重新变的不均匀，继而避免由于出现不均匀的粗大金属间化合物导致料纹缺陷出现。
此外，在均匀化退火过程的第一阶段，采用适宜的保温温度(540～550℃)和保温时间(8～10小时)，能有效促使铸造凝固时形成的晶界非平衡相(Mg2Si)完全溶解到基体晶粒中，保证铸锭组织的均匀性。这对后期的料纹控制是十分有利的，否则粗大的非平衡相，在压延、中间退火、成品固溶时，均难以消除，一直残留在铝基体中，形成粗大、不均匀分布的Mg2Si相，进而导致阳极氧化时，因Mg2Si相的电极电位比铝基地低，优先发生腐蚀，形成料纹缺陷。
在均匀化退火的第二阶段，调温至480～500℃，保温2～3小时，部分纳米级的Mg2Si相均匀析出，从而降低铝合金基体中固溶的Mg2Si相含量。由于热轧是一个铝温降的过程(终轧温度一般在300℃左右)，即一个过饱和固溶体的析出过程；因此随着铝轧件的温度下降，最大的溶解度也下降，过饱和的Mg2Si将从基体中偏聚析出，容易偏析在晶界上，一旦偏聚长大，在随后的固溶处理过程中也会因尺寸过大而不能完全回溶，导致阳极氧化料纹缺陷的出现。然而，开轧温度由于需要兼顾铸锭的热塑性不能过低，故适宜的第二段保温的温度范围为480～500℃。
步骤S4中，中间固溶厚度的设定：给二次冷轧优选预留30～50％的冷加工率，该冷加工率范围，能重新储能，形成恰当的位错塞积程度和胞状亚结构发育程度，为最终的铝材组织调控打下基础，抑制料纹的最终出现。
步骤S5的中间固溶过程，一般可以在连退线机列上进行，其温度控制为520～550℃，保温时间对应为10～30s，完毕后采用风淬火或水淬火，获得过饱和固溶体。该中间固溶过程一方面能使Mg2Si相回溶到铝基体中，另一方面能使冷轧被压扁拉长的晶粒产生再结晶、晶粒位向转动，取向随机。具体来说，冷轧晶粒是纤维状的，方向性明显。再结晶晶粒是等轴状的，方向性不明显，而纤维状的晶粒，方向性明显，是沿着轧制方向拉长的结果，在阳极氧化时，因晶界能量高，产生优先腐蚀，形成料纹缺陷。而等轴晶粒，方向性不明显，阳极时虽优先腐蚀，但不形成沿轧制方向的可见条纹，即料纹缺陷。
步骤S7的成品退火过程一般也在连退线机列上进行；其相应的设定温为450～500℃，保温时间为5～10s，完毕后采用风冷或水冷。采用该处理步骤，一方面能适度调控晶粒尺寸、形貌、分布，为成品铝材的料纹做最终的调控。另一方面，能保证已经充分固溶的Mg2Si相，在这一过程中不会有较多的析出，从而妨害合金的最终强度。
其中，需要说明的是，由于该合金材料的配料成分中不含有Cr元素，因此在上述步骤S2的过程中不会在铸锭均匀化退火过程中析出形成弥散相CrAl7，这虽然会使合金材料色泽优势更为突出，但是同时也会导致成品退火时，因阻碍晶界迁移的弥散相数量不足，导致带材成品退火时，晶粒易粗大。晶粒一旦粗大，那么材料在手机配件厂的冲压翻边时，拐角处就会出现粗晶橘皮现象，影响产品美观。为规避这一不利因素，故在该加工工艺中，采用特殊手段：材料冷轧至中间固溶厚度、中间固溶处理步骤，优先保证固溶效果，暂时放弃中间制品的粗晶粒。然后再通过二次冷轧和成品退火处理步骤，调控成品细晶，同时在成品退火时，因保温时间非常短(5～10秒)，所以前期的过饱和固溶体，来不及析出，保证了材料的最终时效强度仍有保障。
步骤S8的时效处理过程一般在时效炉中进行，其相应的设定温为160～180℃，保温为8～12小时；采用该处理步骤以实现达到材料的峰值时效强度，满足手机6系铝材对强度的基本要求；同时，因析出的纳米级强化相细小弥散且均匀，对阳极氧化的料纹不造成冲击。
综上所述，通过以上成分和加工工艺进行改进，有效对铝合金同时实现对晶粒尺寸的控制、对金属间化合物的控制，以及确保铝合金基体中各相的分散性，从而避免成品材料在阳极氧化过程中出现料纹缺陷。
该智能手机用6063G铝合金通过合理调整6063铝合金的合金元素和杂质元素的含量，同时对加工工艺进行优化，尤其是中间固溶工序的引入，并制定合理的中间固溶工艺，能使6系铝压延材获得了极佳的阳极氧化效果，满足极细的205～210目的锆砂之喷砂处理，是一种手机外观用件具有高强度要求、对阳极氧化处理效果也具有高要求的6系智能手机外观件的理想铝合金材料，市场应用前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
按下表1给出的组分配制实施例1～5以及对比例1～4的铝合金并加工铝合金成品。
表1：
实施例1
一种智能手机用6063G铝合金的加工方法步骤如下：按照表1中实施例1给出合金配方配制出相应合金比例的铝水并铸锭；将铸锭送入立推式加热炉进行均匀化退火：以32℃/h的加热速度升温，当金属升温至540℃时，保温8小时，然后风机强冷铸锭至480℃，保温2小时，然后铸锭出炉；热轧成卷；卷冷却后，继续冷轧减薄至中间固溶厚度；然后在连退线上进行中间固溶(中间固溶后预留32％冷加工率)，固溶温度：520℃，保温时间：10s；下线后二次冷轧至成品厚度；返回连退线进行成品退火处理，退火温度：450℃，保温时间：5s；最后进行时效处理，温度：160℃，保温：8小时。
将经上述加工方法制得的6063G铝材在阳极氧化过程中采用205目的锆砂进行喷砂处理。
实施例2
一种智能手机用6063G铝合金的加工方法步骤如下：按照表1中实施例2给出合金配方配制出相应合金比例的铝水并铸锭；将铸锭送入立推式加热炉进行均匀化退火：以40℃/h的加热速度升温，当金属升温至545℃时，保温9小时，然后风机强冷铸锭至490℃，保温3小时，然后铸锭出炉；热轧成卷；卷冷却后，继续冷轧减薄至中间固溶厚度；然后在连退线上进行中间固溶(中间固溶后预留40％冷加工率)，固溶温度：530℃，保温时间：20s；下线后二次冷轧至成品厚度；返回连退线进行成品退火处理，退火温度：470℃，保温时间：5s；最后进行时效处理，温度：170℃，保温：8小时。
将经上述加工方法制得的6063G铝材在阳极氧化过程中采用205目的锆砂进行喷砂处理。
实施例3
一种智能手机用6063G铝合金的加工方法步骤如下：按照表1中实施例3给出合金配方配制出相应合金比例的铝水并铸锭；将铸锭送入立推式加热炉进行均匀化退火：以45℃/h的加热速度升温，当金属升温至548℃时，保温9小时，然后风机强冷铸锭至490℃，保温2.5小时，然后铸锭出炉；热轧成卷；卷冷却后，继续冷轧减薄至中间固溶厚度；然后在连退线上进行中间固溶(中间固溶后预留45％冷加工率)，固溶温度：540℃，保温时间：20s；下线后二次冷轧至成品厚度；返回连退线进行成品退火处理，退火温度：480℃，保温时间：8s；最后进行时效处理，温度：175℃，保温：10小时。
将经上述加工方法制得的6063G铝材在阳极氧化过程中采用210目的锆砂进行喷砂处理。
实施例4
一种智能手机用6063G铝合金的加工方法步骤如下：按照表1中实施例4给出合金配方配制出相应合金比例的铝水并铸锭；将铸锭送入立推式加热炉进行均匀化退火：以48℃/h的加热速度升温，当金属升温至550℃时，保温10小时，然后风机强冷铸锭至495℃，保温3小时，然后铸锭出炉；热轧成卷；卷冷却后，继续冷轧减薄至中间固溶厚度；然后在连退线上进行中间固溶(中间固溶后预留47％冷加工率)，固溶温度：550℃，保温时间：25s；下线后二次冷轧至成品厚度；返回连退线进行成品退火处理，退火温度：500℃，保温时间：8s；最后进行时效处理，温度：178℃，保温：11小时。
将经上述加工方法制得的6063G铝材在阳极氧化过程中采用210目的锆砂进行喷砂处理。
实施例5
一种智能手机用6063G铝合金的加工方法步骤如下：按照表1中实施例5给出合金配方配制出相应合金比例的铝水并铸锭；将铸锭送入立推式加热炉进行均匀化退火：以50℃/h的加热速度升温，当金属升温至550℃时，保温10小时，然后风机强冷铸锭至500℃，保温3小时，然后铸锭出炉；热轧成卷；卷冷却后，继续冷轧减薄至中间固溶厚度；然后在连退线上进行中间固溶(中间固溶后预留50％冷加工率)，固溶温度：550℃，保温时间：30s；下线后二次冷轧至成品厚度；返回连退线进行成品退火处理，退火温度：500℃，保温时间：10s；最后进行时效处理，温度：180℃，保温：12小时。
将经上述加工方法制得的6063G铝材在阳极氧化过程中采用210目的锆砂进行喷砂处理。
对比例1
一种智能手机用6063G铝合金的加工方法步骤如下：按照表1中对比例1给出合金配方配制出相应合金比例的铝水并铸锭；将铸锭送入立推式加热炉进行均匀化退火：以40℃/h的加热速度升温，当金属升温至545℃时，保温9小时，然后风机强冷铸锭至490℃，保温3小时，然后铸锭出炉；热轧成卷；卷冷却后，继续冷轧减薄至中间固溶厚度；然后在连退线上进行中间固溶(中间固溶后预留45％冷加工率)，固溶温度：540℃，保温时间：20s；下线后二次冷轧至成品厚度；返回连退线进行成品退火处理，退火温度：480℃，保温时间：8s；最后进行时效处理，温度：170℃，保温：10小时。
将经上述加工方法制得的6063G铝材在阳极氧化过程中采用170目的锆砂进行喷砂处理。
对比例2
一种智能手机用6063G铝合金的加工方法步骤如下：按照表1中对比例2给出合金配方配制出相应合金比例的铝水并铸锭；将铸锭送入立推式加热炉进行均匀化退火：以50℃/h的加热速度升温，当金属升温至550℃时，保温10小时，然后风机强冷铸锭至500℃，保温3小时，然后铸锭出炉；热轧成卷；卷冷却后，继续冷轧减薄至中间固溶厚度；然后在连退线上进行中间固溶(中间固溶后预留50％冷加工率)，固溶温度：550℃，保温时间：30s；下线后二次冷轧至成品厚度；返回连退线进行成品退火处理，退火温度：500℃，保温时间：10s；最后进行时效处理，温度：180℃，保温：10小时。
将经上述加工方法制得的6063G铝材在阳极氧化过程中采用170目的锆砂进行喷砂处理。
对比例3
一种智能手机用6063G铝合金的加工方法步骤如下：按照表1中对比例3给出合金配方配制出相应合金比例的铝水并铸锭；将铸锭送入立推式加热炉进行均匀化退火：以25℃/h的加热速度升温，当金属升温至525℃时，保温12小时，然后风机强冷铸锭至520℃，保温1小时，然后铸锭出炉；热轧成卷；卷冷却后，继续冷轧减薄至中间固溶厚度；然后在连退线上进行中间固溶(中间固溶后预留50％冷加工率)，退火温度：510℃，保温时间：30s；下线后二次冷轧至成品厚度；返回连退线进行成品退火处理，退火温度：505℃，保温时间：15s；最后进行时效处理，温度：180℃，保温：10小时。
将经上述加工方法制得的6063G铝材在阳极氧化过程中采用170目的锆砂进行喷砂处理。
对比例4
一种智能手机用6063G铝合金的加工方法步骤如下：按照表1中对比例4给出合金配方配制出相应合金比例的铝水并铸锭；将铸锭送入立推式加热炉进行均匀化退火：以40℃/h的加热速度升温，当金属升温至545℃时，保温9小时，然后风机强冷铸锭至490℃，保温3小时，然后铸锭出炉；热轧成卷；卷冷却后，冷轧减薄至成品厚度；上连退线进行成品退火处理，退火温度：480℃，保温时间：8s；最后进行时效处理，温度：170℃，保温：10小时。
将经上述加工方法制得的6063G铝材在阳极氧化过程中采用170目的锆砂进行喷砂处理。
进一步对实施例1～5和对比例1～4制备的铝材经阳极氧化后的效果进行比较。需要说明的是，在成品材料表面进行阳极氧化制程中，锆砂的喷涂实际上是对料纹的掩盖过程，也就是说，喷涂越细的锆砂，虽然能够获得更为美观的外观，但也意味着其对料纹掩盖效果越弱，对材料的原始组织均匀性要求也越高。一般来说，170目的锆砂遮盖的料纹的条纹宽度不超过90微米，而205目的锆砂遮盖的料纹的条纹宽度不超过70微米，170目的锆砂遮盖的料纹的条纹宽度不超过68微米。
比较结果如下表2所示。
表2：
实例 阳极氧化效果
实施例1 无肉眼可见的料纹缺陷，阳极效果优异。
实施例2 无肉眼可见的料纹缺陷，阳极效果优异。
实施例3 无肉眼可见的料纹缺陷，阳极效果优异。
实施例4 无肉眼可见的料纹缺陷，阳极效果优异。
实施例5 无肉眼可见的料纹缺陷，阳极效果优异。
比较例1 有严重料纹，阳极效果差。
比较例2 有严重料纹，阳极效果差。
比较例3 有严重料纹，阳极效果差。
比较例4 有严重料纹，阳极效果差。
从上表2中可以看出，实施例1～5制备的6063G铝合金经205～210目的锆砂进行阳极氧化处理后，材料表面无肉眼可见的料纹缺陷，阳极效果优异。可见，实施例1～5制备的成品表面料纹的尺寸不超过70微米。而对比例1～4制备的铝合金采用较低要求的170目的锆砂进行阳极氧化处理后，材料表面肉眼可见严重料纹缺陷，料纹线宽较大，阳极效果差。
另外，对实施例1～5制备的6063G铝合金成品进行手机跌落的破坏性试验，实验结果表明，实施例1～5制备的6063G铝合金成品具备适宜的材料强度，满足手机跌落的破坏性试验规定的相应要求。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制，凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (3)

1.一种智能手机用6063G铝合金的加工方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、将一定比例的各合金元素，在熔炼炉中熔融、合金化，然后铸造成铸锭；
其中，铝合金成分的质量百分含量如下：Si:0.60～0.70％、Fe:0.05～0.08％、Mn:0.05～0.08％、Mg:0.70～0.80％、Ti:0.01～0.03％、余量为Al和不可避免的杂质；
S2、均匀化退火：将铸锭置入加热炉中，以30～50℃/h的加热速度升温至540～550℃，保温8～10h，后冷却至480～500℃，保温2～3h，出炉；
S3、将出炉的铸锭热轧为卷材；
S4、待卷材冷却至室温后冷轧减薄至中间固溶厚度；
S5、将冷轧铝材进行中间固溶处理：固溶温度：520～550℃，保温10～30s；
S6、对降至室温后的铝材进行二次冷轧，并冷轧至成品厚度；
S7、对成品进行退火处理：退火温度：450～500℃，保温时间5～10s；
S8、最后进行时效处理：温度：160～180℃，保温8～12h。
2.根据权利要求1所述的智能手机用6063G铝合金的加工方法，其特征在于，所述步骤S4里的中间固溶厚度范围要求为：给二次冷轧留有30～50％的冷加工率。
3.一种采用如权利要求1所述的智能手机用6063G铝合金的加工方法制备的智能手机用6063G铝合金。
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Denomination of invention: 6063g aluminum alloy for smart phone and its processing method

Effective date of registration: 20210730

Granted publication date: 20190813

Pledgee: Bank of Harbin Co.,Ltd. Shenyang Branch

Pledgor: TIANJIN ZHONGWANG ALUMINIUM INDUSTRY Co.,Ltd.

Registration number: Y2021990000659

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