CN107937775B

CN107937775B - 一种用于手机壳的高强硬铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN107937775B
Application number: CN201711438659.5A
Authority: CN
Inventors: 何立子; 付海朋; 江钟宇; 黄瑞银; 刘旺; 方小明
Original assignee: China Aluminum Southeast Material Institute (fujian) Technology Co Ltd; Chinalco Ruimin Co Ltd
Current assignee: China Aluminum Southeast Material Institute (fujian) Technology Co Ltd; Chinalco Ruimin Co Ltd
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-10-11
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: CN107937775A

Abstract

本发明提供一种用于手机壳的高强硬铝合金及其制备方法，所使用的高强硬铝合金的组分按质量百分数计为Zn：5.00~10.00%，Mg：1.20~6.00%，Mn：0.03~0.50%，Cu：0.03~4.00%，Zr：0.01~0.25%，Cr：0.01~0.30%，Ti：0.01~0.20%，其余为Al和其他不可避免的杂质。本发明的高强硬铝合金热处理后的板材综合性能优越。抗拉强度：400~550MPa，屈服强度：380~480MPa，延伸率：11~18%，电导率：25~44%IACS，硬度：175~220HV。

Description

一种用于手机壳的高强硬铝合金及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种用于手机壳的高强硬铝合金及制备方法。

背景技术

随着科技进步，手机已是人们寸步不离的通讯工具，手机壳的材料亦是五花八门。早期的手机壳材料多为工程塑料（PC+ABS），由于其质量较重、无法屏蔽电磁信号、强度低和导热性能差等缺点逐渐被淘汰。因此，金属材质的手机外壳已经成为了众多手机厂商在消费电子中重点关注的创新焦点。目前已有许多手机厂商采用金属外壳，比如世界三大手机厂商（Apple、Samsung、华为公司）生产的智能机中，其手机外壳有铝合金、钛合金、不锈钢和镁合金等金属材料研制而成。对比之，钛合金强度大，外壳美观但是价格高，密度为铝合金的1.7倍；镁合金的色泽光亮但是强度低，抗腐蚀性远不如铝合金；不锈钢密度大、着色难和强度高引起的加工困难难以被广泛应用。在当前及未来，手机轻薄化和装饰美观性是一种必然的发展趋势，铝合金具有高强、高耐蚀、高耐磨、阳极氧化及着色性能优良等优点，是当前综合性能最好，性价比最佳的手机外壳金属材料。

目前智能手机外壳的铝合金材料主要以Al-Mg-Si-Cu系铝合金为主，但是在使用过程中由于强度、硬度低，容易出现刮伤、磨痕、弯折和跌落时候容易出现凹坑等缺陷。该种类合金的硬度≥120HV，抗拉强度≥290MPa，屈服强度≥235MPa，机械性能的下限均较低。当今市面上的铝合金手机外壳主要是通过熔炼—均匀化—轧制（热轧、冷轧）—固溶—时效—CNC加工—阳极氧化着色工艺流程制得，在阳极氧化着色过程中会出现明显的条纹组织或颜色不均匀等缺陷，影响手机外壳表面的光泽度和装饰美观性。

发明内容

本发明的目的在于针对Al-Mg-Si-Cu系铝合金出现的强度低和铝合金手机壳阳极氧化过程中出现的条纹组织或颜色不均匀等缺陷问题点，本发明提供一种用于手机壳的高强硬铝合金及制备方法。

为实现上述内容，本发明采用如下技术方案：

一种用于手机壳的高强硬铝合金及制备方法，所使用的高强硬铝合金的化学组成成分（质量%）为Zn：5.00~10.00%，Mg：1.20~6.00%，Mn：0.03~0.50%，Cu：0.03~4.00%，Zr：0.01~0.25%，Cr：0.01~0.30%，Ti：0.01~0.20%，其余为Al和其他不可避免的杂质。

一种用于手机壳的高强硬铝合金及制备方法，包括如下步骤：

(1)坩埚放置中频炉内加热至650℃，加入预加热处理的Zn、Cu、Al-Mn、Al-Cr、Al-Zr、Al-Ti合金；

(2)将坩埚升至740℃，将预加热的Mg合金加至熔融状态的铝合金熔液内，直到Mg合金在熔液内完全熔化，搅拌均匀；

(3)将坩埚降至720℃，保温20min，并用预处理过的六氯乙烷除气，除渣，浇注到有冷却装置的铜金属模具中；

(4)铸锭均匀化工艺：一级均匀化温度400~440℃，时间8~18h，二级均匀化温度470~480℃，时间15~40h，并铣面去氧化皮；

(5)轧制工艺：热轧前在440℃保温1.5h，冷轧，轧制变形量80%；

(6)热处理工艺：将上述成分2.5~15mm厚的冷轧板加工成200×200mm的板材随炉加热，一级固溶温度440~470℃，时间2~4h，二级固溶温度450~490℃时间2~4h；

(7)将上述固溶处理过的板材转移到30℃循环水中，转移时间要求小于3s；

(8)淬火后的铝合金板材表面擦干，进行时效处理，条件为一级时效温度60~130℃，时间2~12h，二级时效温度70~160℃，时间0.5~20h。

本发明的优点简述如下：

（1）本发明设计的高强硬铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu系合金，加入Zn和Mg作为主要强化元素，可形成η相（MgZn₂）和T相（Al₂Mg₂Zn₃），它们的固溶度随温度升降而产生剧烈变化，在室温时可以从最大固溶度28%降到5%，因此具有很强的时效析出强化效果；合金中添加微量的Mn和Cr可以使铸锭在均匀化退火过程中产生弥散的质点，阻碍位错和晶界的迁移，有效地阻止晶粒长大，在保证强度的同时使材料具有更好的抗应力腐蚀能力；Ti和Zr同时加入合金中，可以细化铸态晶粒，有较好的伸长率；加入微量Cu能提高耐应力腐蚀和抗拉强度。对于高强硬铝合金阳极氧化着色后出现的条纹组织或颜色不均匀等缺陷问题点，本发明优化了热处理（均匀化、固溶、时效）工艺流程，在400~440℃均匀化可促进细小的第二相Al₃Zr均匀弥散析出，抑制随后热加工过程中的再结晶，从而获得细化晶粒，在升温至470~480℃保温一定时间内，铸态的枝晶组织和非平衡相基本消除，从而提高基体的过饱和度,并且改善了合金的力学性能及工艺塑性；铸锭轧制后会出现沿轧制方向粗大的第二相和纤维组织，这会直接影响到高强硬铝合金阳极氧化着色性能，因此通过双级固溶后难溶的第二相绝大部分固溶于基体内，纤维组织会变成均匀细小的等轴晶粒组织；一级时效的作用是为了在Al-Zn-Mg-Cu系合金的基体中形成大量稳定的G.P.区，成为二级时效析出相的核心质点，二级时效溶质原子析出增多，基体贫化严重，大角度晶界上η相粗化和不连续，使合金电导率和延伸率都得到改善，采用双级时效工艺，可以使合金在保持高的综合力学的同时，电导率明显提高，抗应力腐蚀性能提高。

图1为均匀化金相组织；均匀化后，枝晶网状组织消失，合金元素充分扩散，使其在基体中均匀分布。图2为固溶时效的SEM组织；高强硬铝合金粗大的第二相经过固溶后基本溶入基体，时效后析出细小的第二相弥散分布，使综合性能提高。图3为固溶时效的阳极覆膜金相组织；轧制后拉长的晶粒呈现纤维组织，恰当的固溶温度和时间使晶粒发生再结晶过程，形成细小均匀的等轴晶，经阳极氧化着色后表面光亮，色彩均匀。图4为条纹严重的阳极覆膜金相组织；与图3相对比，如果没有合适的合金配比及其热处理工艺不当，会出现均匀细长的纤维组织，经阳极氧化着色后表面会出现条纹组织缺陷。

（2）本发明设计的高强硬铝合金热处理后的板材综合性能优越。抗拉强度：400~550MPa，屈服强度：380~480MPa，延伸率：11~18%，电导率：25~44%IACS，硬度：175~220HV，而普通的Al-Mg-Si-Cu系合金经过T6热处理后板材的性能：抗拉强度：290~380Mpa，屈服强度：250~350MPa，延伸率：5~16%，电导率：20~30%IACS，硬度120~145HV。

附图说明

图1为均匀化金相组织；

图2为固溶时效的SEM组织；

图3为固溶时效的阳极覆膜金相组织。

图4为条纹严重的阳极覆膜金相组织。

具体实施方式：

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例1

一种用于手机壳的高强硬铝合金，所使用的高强硬铝合金的化学组成成分（质量%）为Zn：6.35%，Mg：1.94%，Mn：0.05%，Cu：1.15%，Zr：0.08%，Cr：0.03%，Ti：0.02%，其余为Al和其他不可避免的杂质。

其制备方法包括如下工艺步骤：

(4)铸锭均匀化工艺：一级均匀化温度420℃，时间8h，二级均匀化温度470℃，时间15h，并铣面去氧化皮；

(5)轧制工艺：热轧前在440℃保温1.5h，冷轧，轧制变形量80%；

(6)热处理工艺：将上述成分7mm厚的的冷轧板加工成200×200mm的板材随炉加热，一级固溶温度450℃，时间2.5h，二级固溶温度480℃时间2h；

(8)淬火后的铝合金板材表面擦干，进行时效处理，条件为一级时效温度90℃，时间8h，二级时效温度130℃，时间12h。

对实施例1处理后的高强硬铝合金板材进行力学性能实验，该板材抗拉强度为480.3MPa，屈服强度为451.1MPa，延伸率为11.8%，硬度190.6HV，电导率为34%IACS。

实施例2

一种用于手机壳的高强硬铝合金，所使用的高强硬铝合金的化学组成成分（质量%）为Zn：5.89%，Mg：1.81%，Mn：0.10%，Cu：2.00%，Zr：0.01%，Cr：0.01%，Ti：0.04%，，其余为Al和其他不可避免的杂质。

其制备方法包括如下工艺步骤：

(4)铸锭均匀化工艺：一级均匀化温度410℃，时间10h，二级均匀化温度470℃时间15h，并铣面去氧化皮；

(5)轧制工艺：热轧前在440℃保温1.5h，冷轧，轧制变形量80%；

(6)热处理工艺：将上述成分7mm厚的的冷轧板加工成200×200mm的板材随炉加热，一级固溶温度450℃，时间2h，二级固溶温度480℃时间2h；

(8)淬火后的铝合金板材表面擦干，进行时效处理，条件为一级时效温度105℃，时间8h，二级时效温度140℃，时间12h；

对实施例2处理后的高强硬铝合金板材进行力学性能实验，该板材抗拉强度为472.4MPa，屈服强度为442.6MPa，延伸率为12.0%，硬度189.4HV，电导率为37%IACS。

实施例3

一种用于手机壳的高强硬铝合金，所使用的高强硬铝合金的化学组成成分（质量%）为Zn：6.85%，Mg：2.15%，Mn：0.10%，Cu：1.30%，Zr：0.05%，Cr：0.02%，Ti：0.02%，其余为Al和其他不可避免的杂质。

其制备方法包括如下工艺步骤：

(1)坩埚放置中频炉内加热至650℃，加入预加热处理的Zn、Cu、Al-Mn、Al-Si、Al-Zr、Al-Ti合金；

(4)铸锭均匀化工艺：一级均匀化温度420℃，时间10h，二级均匀化温度470℃时间18h，并铣面去氧化皮；

(5)轧制工艺：热轧前在440℃保温1.5h，冷轧，轧制变形量80%；

(6)热处理工艺：将上述成分7mm厚的的冷轧板加工成200×200mm的板材随炉加热，一级固溶温度450℃，时间2h，二级固溶温度485℃时间2.5h；

(8)淬火后的铝合金板材表面擦干，进行时效处理，条件为一级时效温度100℃，时间6h，二级时效温度140℃，时间18h；

对实施例3处理后的高强硬铝合金板材进行力学性能实验，该板材抗拉强度为478.1MPa，屈服强度为440.6MPa，延伸率为15.0%，硬度191.4HV，电导率为34%IACS。

该实施例并不一定是本发明的最佳实施例，只要发明内容中工艺过程及工艺参数在本发明的范围内，都属于本发明要求的内容，都受到本发明的保护。

Claims

1.一种用于手机壳的高强硬铝合金的制备方法，其特征在于，所使用的高强硬铝合金的组分按质量百分数计为Zn：5.00~10.00%，Mg：1.20~6.00%，Mn：0.03~0.50%，Cu：0.03~4.00%，Zr：0.01~0.25%，Cr：0.01~0.30%，Ti：0.01~0.20%，其余为Al和其他不可避免的杂质；

其制备方法，包括如下步骤：

（1）坩埚放置中频炉内加热至650℃，加入预加热处理的Zn、Cu、Al-Mn、Al-Cr、Al-Zr、Al-Ti合金；

（2）将坩埚升至740℃，将预加热的Mg合金加至熔融状态的铝合金熔液内，直到Mg合金在熔液内完全熔化，搅拌均匀；

（3）将坩埚降至720℃，保温20min，并用六氯乙烷除气，除渣，浇注到有冷却装置的铜金属模具中；

（4）铸锭均匀化工艺：一级均匀化温度400~440℃，时间8~18h，二级均匀化温度470~480℃，时间15~40h，并铣面去氧化皮；

（5）轧制工艺：热轧前在440℃保温1.5h，冷轧，轧制变形量80%；

（6）热处理工艺：将上述成分2.5~15mm厚的冷轧板加工成200×200mm的板材，随炉加热，一级固溶温度440~470℃，时间2~4h，二级固溶温度450~490℃时间2~4h；

（7）将上述固溶处理过的板材转移到30℃循环水中，转移时间要求小于3s；

（8）淬火后的铝合金板材表面擦干，进行时效处理，条件为一级时效温度60~130℃，时间2~12h，二级时效温度70~160℃，时间0.5~20h。