CN108149085A - 一种无退火处理的表面质量优异的铝材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无退火处理的表面质量优异的铝材，该铝材阳极表面非等轴晶所占面积比≥75％，Cube织构沿均匀分布、面积占比＜1％。本发明提供的铝材在阳极氧化和着色处理后，形成的氧化层颜色均匀、无色差。本发明提供的制备方法在铝板材轧制过程无需退火处理，提高了产品的生产效率，降低生产成本，该法对于变形铝材普遍适用，工业上容易实现。

Description

一种无退火处理的表面质量优异的铝材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金，具体涉及表面氧化膜没有异色现象的铝材及其制备方法。
背景技术
铝合金经过阳极氧化处理，可具有良好的耐磨和耐蚀性能，着色后外观可以呈现多种颜色，在有铝合金产品应用领域的前景巨大。但是，阳极氧化和着色处理后，易发生铝材表面颜色分布不均匀的现象；同时，与不锈钢材料相比，铝材较低的强度不能满足铝材作为结构部件的要求。因此，急需一种在阳极氧化和着色处理后表面质量优异，且强度较高的铝材。
现有的铝材阳极氧化工艺有硫酸法、磷酸法、草酸法、铬酸法和混合酸法等。首先在铝材表面生成一层很薄的致密的阻挡层，氧化膜继续生长会发生膜的局部溶解，化学溶解和场致溶解的共同作用导致孔底的氧化膜发生溶解从而进一步发展形成孔洞。氧化膜的厚度取决于生长速度与溶解速度之间的相对大小，当氧化膜的生长速度与氧化膜在电解液中的溶解速度相等时，两者达到一个动态平衡，则阳极氧化膜的厚度不再增大。阳极电流密度高、溶液温度低和酸浓度低有利于阳极氧化膜的生长，而阳极电流密度低、溶液温度高和酸浓度高会加快氧化膜的溶解，不利于氧化膜的生长。该氧化膜用于金属表面具有保护和装饰的效果。
但是，现有技术中，阳极氧化处理后的铝材表面氧化膜存在异色现象，异色区域沿铝材的加工方向呈条带状分布，宽度50μm～5mm，长度可以达到几个毫米，甚至十几个毫米。着色处理后的异色现象显著，严重制约了铝材在汽车和消费电子领域的推广。
因此，需要提供一种在阳极氧化处理后表面无异色现象的铝材。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阳极氧化处理后表面质量优异的铝材及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供了采用下述技术方案：
一种无退火处理的表面质量优异的铝材，所述铝材阳极表面非等轴晶所占面积比≥75％，Cube织构沿均匀分布、面积占比＜1％。
优选的，所述铝材包括按质量百分比计的如下组分：Mg：1wt.％～5wt.％；Cu：0.02～0.08wt.％；Mn：0.01wt.％；Cr：0.01wt.％；Zn：0.01wt.％以及余量的Al和不可避免的杂质。
优选的，所述铝材的表面粗糙度为Ra≤0.4μm。
优选的，所述铝材的表面氧化膜厚度为3～30μm。
优选的，所述铝材的表面氧化膜厚度为10～15μm。
如上述任一项所述的铝材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将均热处理的铸锭热轧成热轧板后，冷轧至0.5mm～3mm的铝材；
(2)用硝酸溶液清洗经NaOH溶液预处理的铝材；
(3)用硫酸溶液作为电解液阳极氧化处理上述铝材得所述铝材。
优选的，所述热轧板厚度为5.0mm～7.5mm。
优选的，所述步骤(1)热终轧温度为200～300℃。
优选的，所述冷轧后在160～260℃下保温0.5～4h。
优选的，所述步骤(3)中NaOH溶液浓度为10～20％；硝酸浓度为10～30％。
优选的，所述步骤(3)中NaOH溶液浓度为15％；硝酸浓度为20％。
优选的，所述步骤(3)经切削加工、磨轮抛光、电解抛光和化学抛光中选出的一种或几种方法平坦化处理后，再予阳极氧化处理。
优选的，所述步骤(3)阳极氧化处理包括：于温度0～50℃下、10～25％浓度的硫酸溶液中电解，用1.2～1.8A/dm2电流密度的恒电流处理20～40min。
优选的，所述步骤(3)阳极氧化处理包括：于温度20℃下、18％浓度的硫酸溶液中电解，用1.4A/dm2电流密度的恒电流处理30min。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明提供的铝材在阳极氧化和着色处理后，形成的氧化层颜色均匀、无色差。
2、本发明通过轧制工艺和退火工艺调控铝材表面织构分布，从而实现阳极氧化处理后形成优异的表面，且提供的制备方法无需退火处理，提高了产品的生产效率，降低生产成本，该方法对于铝材普遍适用，工业上容易实现。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
【铝材的制备】
实施例一、
铝材的制备：
(1)采用直接冷却法铸造生产化学成本如表1所示的铝合金铸锭，进行均热处理后，热轧成8.0mm坯料，热终轧温度为300℃，再冷轧成2.5mm厚的铝板材；
(2)将板材浸在15％的NaOH水溶液中，消除铝材表面原始氧化膜；之后，用20％的硝酸溶液清洁铝材表面；
(3)将磨轮抛光至Ra为0.3μm粗糙度铝材在20℃下的18％浓度的硫酸溶液中以1.4A/dm2的电流密度恒电流阳极氧化处理30min，得到表面覆有厚度为10μm的氧化膜的铝材。
实施例二、
铝材的制备：
(1)采用直接冷却法铸造生产化学成本如表1所示的铝合金铸锭，进行均热处理后，热轧成6.5mm坯料，热终轧温度为270℃，再冷轧成2.5mm厚的铝板材；
(2)将板材浸在10％的NaOH水溶液中，消除铝材表面原始氧化膜；之后，用10％的硝酸溶液清洁铝材表面；
(3)将磨轮抛光至Ra为0.35μm粗糙度铝材在10℃下的15％浓度的硫酸溶液中以1.2A/dm2的电流密度恒电流阳极氧化处理40min，得到表面覆有厚度为5μm的氧化膜的铝材。
实施例三、
铝材的制备：
(1)采用直接冷却法铸造生产化学成本如表1所示的铝合金铸锭，进行均热处理后，热轧成4.0mm坯料，热终轧温度为240℃，再冷轧成1.6mm厚的铝板材；
(2)将板材浸在20％的NaOH水溶液中，消除铝材表面原始氧化膜；之后，用30％的硝酸溶液清洁铝材表面；
(3)将磨轮抛光至Ra为0.4μm粗糙度铝材在40℃下的25％浓度的硫酸溶液中以1.8A/dm2的电流密度恒电流阳极氧化处理20min，得到表面覆有厚度为30μm的氧化膜的铝材。
另外，比较例1～2的合金成分列于下表1。其中，比较例1的制备工艺是实施例1的热轧坯料厚度为3.5mm；比较例2的制备工艺是在实施例1的冷轧过程中增加了再结晶退火处理。
表1：实施例1～3和比较例1～2的合金成分
【本发明实施例制得的铝材性能的测试】
1、铝材表面织构的测试：
将本发明实施例中阳极氧化前的铝材切成8mm×8mm的小方块，用高氯酸和乙醇的混合溶液进行电压为20V的电解抛光处理40s；然后EBSD设备检测样品。在放大倍率100倍条件下，沿加工方向连续拍摄5幅EBSD图片，统计铝材表面各织构组分的分布情况，取平均值。各织构组分分布的统计列于表2。
2、铝材表面的评价：
在D65光源下，观察阳极氧化处理铝材表面异色情况，再根据表面是否存在异色条纹图案以及异色条纹图案的多少，按级别确定铝材阳极氧化处理效果：A级为铝材表面几乎没有异色条纹；B级为铝材表面有较少异色条纹图案；C级为铝材表面有较多异色条纹图案；D级为铝材表面有非常多的异色条纹图案。其中，A级和B级判断为合格产品；C级和D级为不合格产品，测试结果列于下表2。
表2：铝材表面织构分布
4、结论：
上表列出的数据表明，比较例1～2中铝材的Cube织构明显＞1％，阳极表面质量不合格；本发明实施例1～3中铝材的Cube织构面积占比＜1％，阳极表面质量合格。与现有技术相比，本发明提供的合金织构分布均匀，表面无异色产生。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等。

Claims (14)

1.一种无退火处理的表面质量优异的铝材，其特征在于：所述铝材阳极表面非等轴晶所占面积比≥75％，Cube织构沿均匀分布、面积占比＜1％。
2.根据权利要求1所述的铝材，其特征在于：所述铝材包括按质量百分比计的如下组分：Mg：1wt.％～5wt.％；Cu：0.02～0.08wt.％；Mn：0.01wt.％；Cr：0.01wt.％；Zn：0.01wt.％以及余量的Al和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的铝材，其特征在于：所述铝材的表面粗糙度为Ra≤0.4μm。
4.根据权利要求1所述的铝材，其特征在于：所述铝材的表面氧化膜厚度为3～30μm。
5.根据权利要求1所述的铝材，其特征在于：所述铝材的表面氧化膜厚度为10～15μm。
6.如权利要求1～5所述的铝材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将均热处理的铸锭热轧成热轧板后，冷轧至0.5mm～3mm的铝材；
(2)用硝酸溶液清洗经NaOH溶液预处理的铝材；
(3)用硫酸溶液作为电解液阳极氧化处理上述铝材得所述铝材。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述热轧板厚度为4.0mm～8.0mm。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)热终轧温度为240～300℃。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述冷轧后在160～260℃下保温0.5～4h。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中NaOH溶液浓度为10～20％；硝酸浓度为10～30％。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中NaOH溶液浓度为15％；硝酸浓度为20％。
12.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)经切削加工、磨轮抛光、电解抛光和化学抛光中选出的一种或几种方法平坦化处理后，再予阳极氧化处理。
13.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)阳极氧化处理包括：于温度0～50℃下、10～25％浓度的硫酸溶液中电解，用1.2～1.8A/dm2电流密度的恒电流处理20～40min。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)阳极氧化处理包括：于温度20℃下、18％浓度的硫酸溶液中电解，用1.4A/dm2电流密度的恒电流处理30min。
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