CN108149171B - 一种表面质量优异的铝材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种表面质量优异的铝材，该板材阳极表面等轴晶所占面积比≥90％，Cube织构沿加工方向均匀分布、占比5～25％。本发明提供的铝材在阳极氧化处理后形成的氧化层没有异色现象出现，外观均匀优良。

Description

一种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，具体涉及一种优异表面氧化膜的铝合金板材及其制备方法。
背景技术
铝合金具有良好的强度和导热性能，经过阳极氧化处理的铝合金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，适用于汽车内饰部件和消费电子产品结构外观件。铝材的阳极氧化处理是一种电解氧化过程，在该过程中同时存在氧化膜的形成和溶解的两个对立的反应，最终在铝材的表面形成一层氧化膜，氧化层的状态取决于上述两个反应速度的相对快慢。这层氧化膜具有防护性、装饰性以及绝缘性等功能特性。
铝材的氧化膜分为壁垒型和多孔型两类。壁垒型氧化膜是一层紧靠金属表面的致密无孔的氧化膜层，一般非常薄，厚度不会超过0.1μm，主要用于制作电解电容器；而多孔型氧化膜是由两层氧化膜组成，底层是与金属表面连接的致密无孔的阻挡层，主体部分是多孔型结构，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也无异色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：
一种表面质量优异的铝材，所述铝材阳极表面等轴晶所占面积比≥90％，Cube织构沿加工方向均匀分布、占比5～25％。
优选的，所述Cube织构垂直于加工方向的面积占比方差≤5。
优选的，所述Cube织构面积占比10～15％。
优选的，所述铝材的表面粗糙度Ra≤0.4μm。
优选的，所述铝材的表面氧化膜厚度为3～30μm。
如权利要求1～5所述的铝合金板材的制备方法，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；
(2)将所述热轧板冷轧和再结晶退火得铝材；
(3)用硝酸溶液清洗经NaOH溶液预处理后的所述铝材；
(4)阳极氧化处理铝材得铝板材。
优选的，所述热轧板厚度为4.0mm～8.0mm。
优选的，所述步骤(2)再结晶退火温度为300～400℃。
优选的，所述步骤(2)再结晶退火温度为320～360℃。
优选的，所述步骤(2)中再结晶退火后的铝材厚度为0.5mm～4.0mm。
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(4)阳极氧化之前的处理包括经切削加工、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。
优选的，所述步骤(4)阳极氧化处理包括于温度0～50℃下的10～25％浓度的硫酸溶液中电解，用1.2～1.8A/dm2的电流密度度恒电流处理20～40min，得到的铝材表面覆有厚度为3～30μm的氧化膜。
优选的，所述步骤(4)阳极氧化处理包括如下步骤：于温度20℃下的18％浓度的硫酸溶液中电解，用1.4A/dm2的电流密度度恒电流处理30min，得到的铝材表面覆有厚度为10μm的氧化膜。
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处理后形成的氧化层没有异色现象出现，同时外观均匀性优良。
2、本发明的方法通过塑性变形和退火处理调控铝材表面织构分布，实现阳极氧化处理后形成优异的表面，该法对于变形铝材普遍适用，工业上容易实现，适用范围广。
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。
【铝合金板材的制备】
实施例一、
铝合金板材的制备：
(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7.0mm厚的热轧板；
(2)经冷轧和340℃再结晶退火处理得厚度为2.0mm的铝材，切割成200mm(长)×150mm(宽)的板材备用；
(3)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；
(4)将磨轮抛光至Ra为0.3μm粗糙度铝材在20℃下的为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、
铝合金板材的制备：
(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厚的热轧板；
(2)经冷轧和300℃再结晶退火处理得厚度为0.5mm的铝材，切割成200mm(长)×150mm(宽)的板材备用；
(3)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；
(4)将磨轮抛光至Ra为0.35μm粗糙度铝材在10℃下的为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、
铝合金板材的制备：
(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厚的热轧板；
(2)经冷轧和360℃再结晶退火处理得厚度为3.0mm的铝材，切割成200mm(长)×150mm(宽)的板材备用；
(3)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；
(4)将磨轮抛光至Ra为0.4μm粗糙度铝材在40℃下的为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。
实施例四、
铝合金板材的制备：
(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7.5mm厚的热轧板；
(2)经冷轧和400℃再结晶退火处理得厚度为4.0mm的铝材，切割成200mm(长)×150mm(宽)的板材备用；
(3)将板材浸在18％的NaOH水溶液中，消除铝材表面原始氧化膜；之后，用25％的硝酸溶液清洁铝材表面；
(4)将磨轮抛光至Ra为0.4μm粗糙度铝材在30℃下的为22％浓度的硫酸溶液中，以1.6A/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20μm的氧化膜的铝材。
实施例五、
铝合金板材的制备：
(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厚的热轧板；
(2)经冷轧和340℃再结晶退火处理得厚度为3.5mm的铝材，切割成200mm(长)×150mm(宽)的板材备用；
(3)将板材浸在12％的NaOH水溶液中，消除铝材表面原始氧化膜；之后，用15％的硝酸溶液清洁铝材表面；
(4)将磨轮抛光至Ra为0.4μm粗糙度铝材在35℃下的为15％浓度的硫酸溶液中，以1.5A/dm2的电流密度恒电流阳极氧化处理35min，得到表面覆有厚度为30μm的氧化膜的铝材。
实施例六、
铝合金板材的制备：
(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5.5mm厚的热轧板；
(2)经冷轧和360℃再结晶退火处理得厚度为3.0mm的铝材，切割成200mm(长)×150mm(宽)的板材备用；
(3)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；
(4)将磨轮抛光至Ra为0.4μm粗糙度铝材在45℃下的为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40min，得到表面覆有厚度为25μm的氧化膜的铝材。
另外，比较例1～3的合金成分按照表1所示。其中，比较例1的制备工艺是实施例1的基础上继续冷轧至1.6mm厚度；比较例2的制备工艺是在实施例1的基础上继续冷轧至0.8mm厚度；比较例3的制备工艺是在实施例3的基础上继续冷轧至1.2mm厚度。
表1实施例1～6和比较例1～3的合金成分
Figure BDA0001508405780000051
Figure BDA0001508405780000061
【本发明各实施例制得的铝材性能的测试】
1、铝材表面织构的测试：
将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；然后采用JSM7800F型发射电镜检测样品织构。在放大倍率100倍条件下，沿加工方向连续拍摄5幅EBSD图片，用HKL Channel 5软件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结果列于表2。
2、等轴晶粒面积占比的统计
现有技术中，铝材经过再结晶处理后难以鉴别等轴晶粒和变形晶粒。本发明根据晶界的定义方法(晶粒取向差在2°～15°为小角晶界，大于15°为大角晶界)，定义了晶粒的变形比ε：晶粒研发轧制方向的长度遇到垂直于轧制方向的长度的比值，来鉴别经过再结晶处理后铝材中的等轴晶粒和变形晶粒，其中变形比ε＝0.5～1.5为等轴晶粒，变形比ε<0.5或者ε>1.5为变形晶粒。
具体方法是采用EBSD技术和HKL Channel 5软件获得铝材晶粒分布的图片，通过Image Pro Plus软件统计图片中所有等轴晶粒的面积所占比例，得到等轴晶粒的面积占比，每种铝材的等轴晶粒面积占比计算3～5幅图片，然后取平均值。本发明中各种铝材中等轴晶粒的面积占比统计结果如表2所示。
3、织构分布均匀性的表征
将获得的上述EBSD织构分布图沿加工方向分成10个区域，每个区域宽度为100μm，统计每个小区域中的Cube织构的面积占比，计算方差，表征织构分布均匀性。统计结果列于表3。
4、铝材表面的评价：
在D65光源下，观察经本发明的阳极氧化处理铝材表面异色情况，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3。
表2：铝材表面织构分布和等轴晶面积内占比
Figure BDA0001508405780000071
表3Cube织构与阳极表面异色程度
编号 面积占比平均值 面积占比方差 表面异色程度
实施例1 14.8 4.0 A
实施例2 10.3 3.2 A
实施例3 9.16 2.1 B
实施例4 8.00 2.8 B
实施例5 7.19 3.1 B
实施例6 8.09 2.8 B
比较例1 11.3 9.0 C
比较例2 24.2 6.2 D
比较例3 9.13 7.4 D
4、结论：
上表列出的数据表明，与现有技术比，本发明提供的合金等轴晶所占面积比≥90％，织构分布均匀，面积占比平均值在5％～25％，面积占比方差均小于5％，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同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种表面质量优异的铝材，所述铝材为按质量百分数计的下述组分的
任意一种铝材：
Si，0.03；Fe，0.05；Cu，0.05；Mn，0.01；Mg，4.72；Ti，0.02 ；余量为Al；
Si，0.08；Fe，0.28；Cu，0.01；Mn 0.02；Mg，2.62；Ti，0.08；余量为Al；
Si，0.54；Fe，0.08；Cu，0.19；Mn，0.01；Mg，0.95；Ti，0.08，余量为Al；
其特征在于：
所述铝材经阳极表面氧化处理后的表面等轴晶所占面积比≥90%，Cube织构沿加工方向均匀分布、占比5~25%。
2.根据权利要求1所述的铝材，其特征在于：所述Cube织构垂直于加工方向的面积占比方差≤5。
3.根据权利要求1所述的铝材，其特征在于：所述Cube织构面积占比10~15%。
4.根据权利要求1所述的铝材，其特征在于：所述铝材的表面粗糙度Ra≤0.4μm。
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3~30μm。
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