CN108220648A - 一种用于手机铝合金壳体的高表面铝合金薄板的熔铸工艺及铝合金薄板的制备方法 - Google Patents

一种用于手机铝合金壳体的高表面铝合金薄板的熔铸工艺及铝合金薄板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铝合金板材的熔铸工艺，包括以下步骤，首先将铝合金原料经过配料后，装炉熔化，得到原料熔液；然后将上述步骤得到的原料熔液进行静置精炼，再经过在线除气和在线过滤后，得到合金熔体；最后将上述步骤得到的合金熔体经过铸造后，得到铝合金铸锭；所述铝合金包括5系铝合金和/或6系铝合金。本发明采用了特定的熔铸步骤，保证了后续产品由内到外的高表面外观要求，消除了材料纹和黑线缺陷。而且本发明提供的配料过程中不添加任何贵金属或稀有元素，结合特定的工艺参数，制定出合理的、可行的专用生产加工工艺，确保批量大生产合金铝材质量稳定、一致，大大降低了由此产生的废品率，工序简单，适于工业化大生产的推广和应用。

Description

一种用于手机铝合金壳体的高表面铝合金薄板的熔铸工艺及 铝合金薄板的制备方法
技术领域
本发明属于铝合金材料技术领域，涉及一种铝合金板材的熔铸工艺及铝合金板材的制备方法，尤其涉及一种用于手机铝合金壳体的高表面铝合金薄板的熔铸工艺及铝合金薄板的制备方法。
背景技术
铝合金是一种以铝为基的合金，主要合金元素有铜、硅、镁、锌和锰。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。随着经济的快速发展，铝合金材料在民用领域、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，尤其是近些年，伴随着全球经济一体化，手机应用快速发展，也带动了手机制造业的蓬勃发展，而以手机为主的3C产品，如Iphone第一代在2007年就首次采用了铝合金做后盖，在近几年各大手机厂商也日益推出了更多的具有铝合金外壳的产品，因加工方便，灵活性高，档次高，可有效提高产品附加值，得以在电子行业得到了广泛运用，不仅主要用于三星、华为、OPPO、小米等品牌的高端智能手机，也用在大尺寸平板电脑机身、移动电脑外壳、移动电源外壳等方面，获得广泛的应用，市场需求巨大。
铝型材外壳是通常是在铝合金板材上加工出的外壳，灵活性高，深度可以任意切割，一般内部都有电路板卡槽，只要把电路板直接插入即可，无须再行固定，便捷性是其他种类的外壳无法比拟的，通常采用一次压铸成型技术。现有的常规的铝合金壳体通常都是使用CNC机床(高速钻攻中心)，经过DDG环节将铝合金板材精准地铣成规整三维体积，再粗铣和精铣内腔的各个位置，再对外表面进行粗铣和精铣，并且对内外表面辅以相应的化学处理，然后抛光处理；其中磨砂的表面效果还需要进行喷砂处。之后，为保证铝合金稳定，不被汗液等外界因素所干扰，还必须要进行阳极氧化处理，通过阳极氧化使表面被氧化，形成致密、坚硬的氧化膜，更加耐磨且不易沾污。
正是因为手机外壳是外观主导因素产品，所以对于原料铝合金板材的表面要求非常高；更主要的是铝合金壳体的制备包括冲压、多次机加工以及氧化等诸多复杂制备工艺，而且外壳的厚度非常薄，所以对于铝合金板材的外观要求并不是仅仅存在于外观表面，而是从内到外，不管铣到哪一个厚度，都要求具有高表面的要求。而随着市场对手机壳体铝材表面质量要求不断提高，对铝合金轧制薄板阳极氧化后表面要求几乎无缺陷，主要包括材料纹缺陷和黑线缺陷，尤其是材料纹的要求近乎严苛。但是现有的生产工艺仍然无法完全解决手机壳体可能出现的材料纹缺陷和黑线缺陷，存在废品率高的问题。
因而，如何找到一种方法，能够制备手机的高表面铝合金壳体，降低废品率，已成为业内诸多一线研究人员和生产应用厂商亟待解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种铝合金板材的熔铸工艺及铝合金板材的制备方法，特别是用于手机铝合金壳体的高表面铝合金薄板的熔铸工艺及制备方法，采用本发明熔铸的铝合金铸锭制造的薄板，在制备的手机铝合金壳体时，表面性能优异，不存在材料纹缺陷和黑线缺陷，具有较低的废品率。
本发明提供了一种铝合金板材的熔铸工艺，包括以下步骤：
11)将铝合金原料经过配料后，装炉熔化，得到原料熔液；
12)将上述步骤得到的原料熔液进行静置精炼，再经过在线除气和在线过滤后，得到合金熔体；
13)将上述步骤得到的合金熔体经过铸造后，得到铝合金铸锭；
所述铝合金包括5系铝合金和/或6系铝合金。
优选的，所述铝合金原料中的Fe含量控制为小于所述铝合金成分组成中Fe含量；
所述配料和装炉熔化过程中，与熔液接触的铁制工具均进行涂层处理；
所述配料时，不加入钛和/或铝钛中间合金；
所述铝合金铸锭的长度为4800～5800mm；所述铝合金铸锭的宽度为1300～1360mm；所述铝合金铸锭的厚度为510～520mm。
优选的，所述静置精炼的精炼气体为惰性气体；
所述静置精炼的时间为70～80min；
所述静置精炼的温度为720～750℃；
所述静置精炼的具体步骤为依次进行精炼、静置和再次精炼；
所述精炼的时间为18～23min；
所述静置的时间为30～40min；
所述再次精炼的时间为18～23min。
优选的，所述在线除气的除气气体为惰性气体和氯气；
所述在线除气的熔体温度为720～750℃；
所述在线除气的惰性气体的流量为2.8～4.0m3/h；
所述在线除气的氯气的流量为0.01～0.03m3/h；
所述在线过滤的滤板目数为40～60PPI。
优选的，所述静置精炼之后，加入含Ti的细化剂；
所述加入含Ti的细化剂的加入量为1.2～2.0kg/tAl；
所述在线除气后的熔体的氢含量小于等于0.15cm3/100gAl；
所述含Ti的细化剂为丝状细化剂；
所述含Ti的细化剂包括Al-3Ti-1B细化剂和/或Al-5Ti-0.2B细化剂。
优选的，所述熔化的温度为720～760℃；
所述5系铝合金的铸造的温度为720～750℃；
所述铸造的速度为45～60mm/min；
所述铸造的冷却水流量为25～45m3/h；
所述6系铝合金的铸造的温度为720～750℃；
所述铸造的速度为45～50mm/min；
所述铸造的冷却水流量为20～40m3/h。
本发明还提供了一种铝合金板材的制备方法，包括以下步骤：
将上述技术方案任意一项所述的熔铸工艺所制备的铝合金铸锭经过热轧、冷轧、中间退火和再次冷轧后，得到铝合金板材；
所述铝合金包括5系铝合金和/或6系铝合金。
优选的，所述热轧之前还包括均匀化热处理步骤；
所述5系铝合金的均匀化热处理的温度为460～470℃；所述6系铝合金的均匀化热处理的温度为540～550℃；
所述均匀化热处理的时间为20～24h；
所述5系铝合金的热轧的开轧温度为410～430℃；
所述6系铝合金的热轧的开轧温度为480～500℃；
所述热轧的终轧温度为320～350℃；
所述热轧的总变形量为大于等于70％；
所述冷轧的总变形量为70～90％；
所述冷轧后的厚度为1.5～3.0mm。
优选的，所述中间退火为保护性气体下退火或气垫炉退火；
所述中间退火的温度为360～480℃；
所述保护性气体下退火的时间为3～8h；
所述气垫炉退火的时间为5～10min；
所述再次冷轧的预留变形量为60～70％；
所述再次冷轧的道次为2～3次；
所述铝合金板材为6系铝合金板材时，所述再次冷轧后，还包括固溶淬火和人工时效；
所述固溶的温度为520～550℃；
所述固溶的保温时间为8～10min；
所述人工时效的温度为155～165℃；
所述人工时效的时间为12～16h。
优选的，所述5系铝合金包括5252铝合金；
所述6系铝合金包括6061铝合金；
所述铝合金板材为铝合金薄板；
所述铝合金板材的厚度为0.5～1.8mm；
所述5系铝合金板材的状态为H14状态；
所述6系铝合金板材的状态为T6状态。
本发明提供了一种铝合金板材的熔铸工艺，包括以下步骤，首先将铝合金原料经过配料后，装炉熔化，得到原料熔液；然后将上述步骤得到的原料熔液进行静置精炼，再经过在线除气和在线过滤后，得到合金熔体；最后将上述步骤得到的合金熔体经过铸造后，得到铝合金铸锭；所述铝合金包括5系铝合金和/或6系铝合金。与现有技术相比，本发明针对现有的手机铝合金壳体的高表面要求，尤其是对铝合金轧制薄板阳极氧化后无缺陷的高表面要求，而且手机外壳的制备工艺复杂，外壳的厚度又薄，所以存在难度大，内外要求高的情况，而现有的铝合金壳体仍然存在材料纹缺陷和黑线缺陷，存在废品率高的问题。
本发明从手机铝合金壳体的原料铝合金板材入手，结合手机铝合金壳体的强度要求和高表面的外观要求，特别对于铝合金最基础的熔铸工艺进行创造性的选择和组合，采用了特定的熔铸步骤并辅以特定的工艺参数，保证了后续产品由内到外的高表面外观要求，消除了材料纹和黑线缺陷。本发明的熔铸过程中，严格控制铁含量和钛含量，并且炉前不配钛，而选择在线加入钛来细化铝合金熔体，防止因Ti聚集导致后续合金板材黑点、黑线缺陷，更加严格控制合金熔体的氢含量，从而得到了质量稳定和内外品质均一的铝合金铸锭。而且本发明提供的配料过程中不添加任何贵金属或稀有元素，通过对工序的创造性组合和选择，结合特定的工艺参数，制定出合理的、可行的专用生产加工工艺，确保批量大生产合金铝材质量稳定、一致，从而从基础上的铝合金板材上就消除了材料纹缺陷和黑线缺陷，大大降低了由此产生的废品率，而且工序简单，适于工业化大生产的推广和应用，具有重要的实际意义和市场前景。
实验研究和工业化批量生产表明，按照所述的5系和6系铝合金手机壳体材料的熔炼铸造、轧制、淬火、时效等优化加工工艺生产出的高表面铝合金轧制薄板，在CNC后阳极氧化，铝合金手机壳体材料组织致密，无黑线、花斑、材料纹和砂眼等缺陷；且材料的冲压成型性能、切削机加工、耐腐蚀性能均满足使用要求。
附图说明
图1为本发明实施例1中阳极氧化后的5252铝合金板材的外观照片；
图2为本发明实施例1制备的5252铝合金手机壳体的外观照片；
图3为本发明实施例3中阳极氧化后的6061铝合金板材的外观照片；
图4为本发明实施例3制备的6061铝合金手机壳体的外观照片。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用工业纯或铝合金制备领域常规的纯度要求。
本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。
本发明所用工艺，其简称均属于本领域常规简称，每个简称的具体步骤和常规参数在其相关领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据简称，能够以常规方法进行实现。
本发明提供了一种铝合金板材的熔铸工艺，包括以下步骤：
11)将铝合金原料经过配料后，装炉熔化，得到原料熔液；
12)将上述步骤得到的原料熔液进行静置精炼，再经过在线除气和在线过滤后，得到合金熔体；
13)将上述步骤得到的合金熔体经过铸造后，得到铝合金铸锭；
所述铝合金包括5系铝合金和/或6系铝合金。
本发明优选还提供了包括上述熔铸工艺的一种铝合金板材的生产方法，包括以下步骤：
1)将铝合金原料经过配料后进行熔炼铸造，得到铝合金铸锭；
2)将上述步骤得到的铝合金铸锭经过热轧、冷轧、中间退火和再次冷轧后，得到铝合金板材；
所述铝合金包括5系铝合金和/或6系铝合金。
本发明对上述制备过程中所制备的铝合金材料成分、形态、尺寸和状态选择和比例，以及相应的优选原则，与手机铝合金壳体中的铝合金板材所对应的铝合金材料成分、形态、尺寸和状态选择和比例，以及相应的优选原则均可以进行对应，在此不再一一赘述。
本发明优选提供了一种手机铝合金壳体，所述铝合金壳体由铝合金板材经冲压、机加工和氧化后得到；
所述铝合金板材包括5系铝合金板材和/或6系铝合金板材；
所述5系铝合金包括5252铝合金；
所述6系铝合金包括6061铝合金。
本发明对所述铝合金壳体的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的手机铝合金壳体即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述铝合金壳体优选为手机的铝合金外壳，更优选为手机的铝合金后壳。
本发明对所述冲压、机加工和氧化的具体方式、步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的手机铝合金壳体制备过程中冲压、机加工和氧化的具体方式、步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整。
本发明所述5系铝合金特别选择为5252铝合金，本发明对其成分没有特别限制，以本领域技术人员熟知的5252铝合金的成分组成即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为进一步消除材料纹缺陷和黑线缺陷，提高产品的稳定性和均一性，降低废品率，所述5252铝合金更优选为改进的5252铝合金，所述5252铝合金的成分组成特别优选为以下组成：
本发明所述5系铝合金的组成和含量中，所述Cu的质量含量优选为0.05％～0.08％，更优选为0.055％～0.075％，更优选为0.06％～0.07％。所述Mg的质量含量优选为2.3％～2.6％，更优选为2.35％～2.55％，更优选为2.4％～2.5％。作为铝合金材料的杂质中，所述Si的质量含量优选≤0.06％，可以为0.01％～0.06％，可以为0.02％～0.05％，也可以为0.03％～0.04％。所述Fe的质量含量优选≤0.08％，可以为0.01％～0.08％，可以为0.02％～0.07％，也可以为0.04％～0.05％。所述Mn的质量含量优选≤0.03％，可以为0.01％～0.03％，可以为0.013％～0.027％，也可以为0.015％～0.025％。所述V的质量含量优选≤0.05％，可以为0.01％～0.05％，可以为0.02％～0.04％，也可以为0.025％～0.035％。所述Zn的质量含量优选≤0.03％，可以为0.01％～0.03％，可以为0.012％～0.028％，也可以为0.015％～0.025％。所述Ti的质量含量优选≤0.015％，可以为0.001％～0.015％，可以为0.003％～0.012％，也可以为0.005％～0.010％。在本发明中所述5252铝合金的组成和含量中也可以包含其他杂质元素，其单个含量优选小于等于0.05％，总体含量优选小于等于0.15％，更优选小于等于0.1％。
本发明所述6系铝合金的组成和含量中，所述Si的质量含量优选为0.55％～0.65％，更优选为0.57％～0.63％，更优选为0.59％～0.61％。所述Cu的质量含量优选为0.10％～0.25％，更优选为0.13％～0.23％，更优选为0.15％～0.25％。所述Mg的质量含量优选为0.90％～1.20％，更优选为0.95％～1.15％，更优选为1.0％～1.1％。所述Cr的质量含量优选为0.15％～0.25％，更优选为0.17％～0.23％，更优选为0.19％～0.21％。作为铝合金材料的杂质中，所述Fe的质量含量优选≤0.12％，可以为0.01％～0.12％，可以为0.03％～0.10％，也可以为0.05％～0.08％。所述Mn的质量含量优选≤0.10％，可以为0.01％～0.10％，可以为0.03％～0.08％，也可以为0.05％～0.06％。所述Ti的质量含量优选≤0.015％，可以为0.001％～0.015％，可以为0.003％～0.012％，也可以为0.005％～0.010％。在本发明中所述6系铝合金的组成和含量中也可以包含其他杂质元素，其单个含量优选小于等于0.05％，总体含量优选小于等于0.15％，更优选小于等于0.1％。
本发明对上述百分比含量的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的铝合金常规百分比含量的定义即可，本发明上述百分比含量均优选为质量百分比含量。
本发明对所述铝合金材料的形态没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规铝合金的形态即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述铝合金板材优选为铝合金薄板。
本发明对所述铝合金薄板的具体尺寸没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规铝合金薄板的尺寸即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述铝合金板材的厚度优选为0.5～1.8mm，更优选为0.8～1.5mm，更优选为1.0～1.3mm。
本发明对所述5系铝合金板材的状态没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规铝合金的状态即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述5系铝合金板材的状态优选为H态，更优选为H14状态。
本发明对所述6系铝合金板材的状态没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规铝合金的状态即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述6系铝合金板材的状态优选为T态，更优选为T6状态。
本发明首先将铝合金原料经过配料后进行熔炼铸造，得到铝合金铸锭。
本发明对所述配料的比例和顺序没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的配料的比例和顺序即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为进一步保证最终产品由内到外的高表面外观要求，消除材料纹和黑线缺陷，所述配料过程中，所述铝合金原料中的Fe含量控制为小于所述铝合金成分组成中Fe含量。所述配料过程中，与原料熔液接触的铁制工具均进行涂层处理，以防止元素Fe进入铝合金体系中。具体的，本发明所述配料时，所述铝合金原料中不单独加入含有金属铁和/或铁合金，优选通过控制其余原料中的Fe含量，达到Fe含量的控制要求。此外，本发明所述配料时，还优选不加入钛和/或铝钛中间合金，以保证元素Ti不会过早的进入铝合金体系中，防止因Ti聚集导致合金板材黑点、黑线缺陷。
具体的，本发明优选全部采用新铝配料，更优选为99.85％及以上品位的高精铝，而且保证废料和铝锭中的Ti含量总和优选≤0.005％，更优选为≤0.0045％，更优选为≤0.004％。
本发明对所述熔炼的参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的熔炼的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述熔炼的温度优选为720～760℃，更优选为730～750℃，更优选为735～745℃。本发明所述熔炼的时间优选为5～10h，更优选为5～9h，更优选为5～8h。
本发明对所述铸造的参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的铸造的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述铸造的方式优选为半连续铸造。本发明所述铸造的铸造速度优选为45～60mm/min，更优选为48～58mm/min，更优选为50～55mm/min。本发明所述铸造的冷却水流量优选为20～45m3/h，更优选为25～40m3/h，更优选为30～35m3/h。本发明所述铸造的温度优选为720～750℃，更优选为725～745℃，更优选为730～740℃。
更具体的，本发明所述5系铝合金铸造的铸造速度优选为45～60mm/min，更优选为48～58mm/min，更优选为50～55mm/min。本发明所述5系铝合金的铸造的冷却水流量优选为25～45m3/h，更优选为27～43m3/h，更优选为30～40m3/h。本发明所述5系铝合金的铸造的温度优选为720～750℃，更优选为725～745℃，更优选为730～740℃。更具体的，本发明上述铸造参数最优选为在5系铝合金铸锭规格为520×1300mm时的铸造参数。
本发明所述6系铝合金铸造的铸造速度优选为45～50mm/min，更优选为46～49mm/min，更优选为47～48mm/min。本发明所述6系铝合金的铸造的冷却水流量优选为20～40m3/h，更优选为22～38m3/h，更优选为25～35m3/h。本发明所述6系铝合金的铸造的温度优选为720～750℃，更优选为725～745℃，更优选为730～740℃。更具体的，本发明上述铸造参数最优选为在6系铝合金铸锭规格为510×1360mm时的铸造参数。
本发明为进一步保证最终产品由内到外的高表面外观要求，消除材料纹和黑线缺陷，所述步骤1)具体优选为以下步骤：
11)将铝合金原料经过配料后，装炉熔化，得到原料熔液；
12)将上述步骤得到的原料熔液进行静置精炼，再经过在线除气和在线过滤后，得到合金熔体；
13)将上述步骤得到的合金熔体经过铸造后，得到铝合金铸锭。
本发明首先将铝合金原料经过配料后，装炉熔化，得到原料熔液。
本发明为进一步保证最终产品由内到外的高表面外观要求，消除材料纹和黑线缺陷，所述装炉熔化过程中，与原料熔液接触的铁制工具均进行涂层处理，以防止元素Fe进入铝合金体系中。
本发明随后将上述步骤得到的原料熔液进行静置精炼，再经过在线除气和在线过滤后，得到合金熔体。
本发明对所述静置精炼的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的静置精炼的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述静置精炼的精炼气体优选为惰性气体，更优选为氩气。本发明所述静置精炼的时间优选为70～80min，更优选为72～78min，更优选为74～76min。所述静置精炼的温度优选为720～750℃，更优选为725～745℃，更优选为730～740℃。
本发明为进一步提升铝合金产品的外观品质，优化和完整工艺流程，所述静置精炼的具体步骤更优选为依次进行精炼、静置和再次精炼。本发明所述精炼的时间优选为18～23min，更优选为19～23min，更优选为20～23min。所述静置的时间优选为30～40min，更优选为32～38min，更优选为34～36min。所述再次精炼的时间为18～23min，更优选为19～23min，更优选为20～23min。
本发明为进一步保证最终产品由内到外的高表面外观要求，消除材料纹和黑线缺陷，特别优选炉前不配Ti，而在静置精炼之后，在线除气之前，在线加入含Ti的细化剂细化铝合金熔体，更优选不采用Al-5Ti-1B块状细化剂。本发明对所述含Ti的细化剂的选择没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规含Ti的细化剂即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为严格控制Ti含量，防止因Ti聚集导致合金板材黑点、黑线缺陷，所述含Ti的细化剂优选为丝状细化剂。所述含Ti的细化剂优选包括Al-3Ti-1B细化剂和/或Al-5Ti-0.2B细化剂，更优选为含Ti的细化剂包括Al-3Ti-1B细化剂或Al-5Ti-0.2B细化剂。本发明所述含Ti的细化剂的加入量优选为1.2～2.0kg/tAl，更优选为1.4～1.8kg/tAl，更优选为1.5～1.7kg/tAl。具体可以为Al-3Ti-1B细化剂1.5～1.8kg/tAl，更优选为Al-5Ti-0.2B细化剂1.0～1.2kg/tAl。
本发明对所述在线除气的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的在线除气的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述在线除气的除气气体优选为惰性气体和氯气。所述在线除气的熔体温度优选为720～750℃，更优选为725～745℃，更优选为730～740℃。所述在线除气的惰性气体的流量优选为2.8～4.0m3/h，更优选为3.0～3.8m3/h，更优选为3.2～3.6m3/h。所述在线除气的氯气的流量优选为0.01～0.03m3/h，更优选为0.013～0.027m3/h，更优选为0.015～0.025m3/h。更具体为，本发明所述在线除气后的熔体的氢含量优选小于等于0.15cm3/100gAl，更优选小于等于0.13cm3/100gAl，更优选小于等于0.10cm3/100gAl。本发明意在严格控制合金熔体的氢含量，优选通过液态测氢及时控制氢含量，更具体优选每个熔次均进行液态测氢。
本发明对所述在线过滤的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的在在线过滤的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述在线过滤的滤板目数优选为40～60PPI，更优选为50PPI，更优选为60PPI。
本发明最后将上述步骤得到的合金熔体经过铸造后，得到铝合金铸锭。
本发明经过上述步骤得到了铝合金铸锭。本发明对所述铝合金铸锭的参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规工艺化生产铝合金铸锭的参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述铝合金铸锭的长度优选为4800～5800mm，更优选为5000～5600mm，更优选为5200～5400mm。本发明所述铝合金铸锭的宽度优选为1300～1360mm，可以为1310～1350mm，也可以为1320～1340mm。本发明所述铝合金铸锭的厚度优选为510～520mm，可以为512～518mm，也可以为514～516mm。
本发明然后将上述步骤得到的铝合金铸锭经过热轧、冷轧、中间退火和再次冷轧后，得到铝合金板材；所述铝合金包括5系铝合金和/或6系铝合金。
本发明为进一步提升铝合金产品的外观品质，优化和完整工艺流程，所述热轧之前优选还包括均匀化热处理步骤，得到均匀化热处理后的铝合金铸锭。
本发明对所述均匀化热处理的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的均匀化热处理的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为配合合金组分的设计和选择，进一步提升铝合金产品的高表面性能，所述均匀化热处理优选包括5系铝合金的均匀化热处理步骤和参数，6系铝合金的均匀化热处理步骤和参数。
本发明所述5系铝合金的均匀化热处理的温度优选为460～470℃，可以为462～468℃，也可以为464～466℃。所述5系铝合金的均匀化热处理的时间优选为20～24h，更优选为21～24h，更优选为22～24h。
本发明所述6系铝合金的均匀化热处理的温度优选为540～550℃，可以为542～548℃，也可以为544～546℃。所述6系铝合金的均匀化热处理的时间优选为20～24h，更优选为21～24h，更优选为22～24h。
本发明对所述热轧的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的热轧的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为配合合金组分的设计和选择，进一步提升铝合金产品的高表面性能，所述热轧优选包括5系铝合金的热轧步骤和参数，6系铝合金的热轧步骤和参数。更特别对热轧的温度和变形量进行了优化和控制，尤其是轧制开始和结束的温度进行控制。本发明所述热轧的总变形量优选为大于等于70％，更优选为大于等于80％，更优选为大于等于90％。
本发明所述5系铝合金的热轧的开轧温度优选为410～430℃，更优选为415～425℃，更优选为420～425℃。本发明所述5系铝合金的热轧的终轧温度优选为320～350℃，更优选为325～345℃，更优选为330～340℃。
本发明所述6系铝合金的热轧的开轧温度优选为480～500℃，更优选为490～500℃，更优选为495～500℃。本发明所述6系铝合金的热轧的终轧温度优选为320～350℃，更优选为325～345℃，更优选为330～340℃。
本发明随后进行冷轧。本发明对所述冷轧的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的冷轧的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述冷轧的温度优选为室温。本发明所述冷轧的总变形量优选为70～90％，更优选为72～88％，更优选为75～85％。
本发明为配合合金组分的设计和选择，进一步提升铝合金产品的高表面性能，特别优选在冷轧的总过程中增加中间退火步骤，即将具体步骤优化为冷轧、中间退火和再次冷轧。本发明所述冷轧的冷轧后的厚度，即第一次冷轧后，中间退火之前的厚度优选为1.5～3.0mm，更优选为1.7～2.7mm，更优选为2.0～2.5mm。
本发明对所述中间退火的方式、步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的中间退火的方式、步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述中间退火的方式优选为保护性气体下退火或气垫炉退火。本发明所述中间退火的温度优选为360～480℃，更优选为380～460℃，更优选为400～440℃。本发明所述保护性气体下退火的时间优选为3～8h，更优选为4～7h，更优选为5～6h。所述气垫炉退火的时间优选为5～10min，更优选为6～9min，更优选为7～8min。
本发明对所述再次冷轧的参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金冷轧的参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为配合合金组分的设计和选择，进一步提升铝合金产品的高表面性能，所述再次冷轧的预留变形量优选为60～70％，更优选为62～68％，更优选为64～66％。所述再次冷轧的道次优选为2～3次，更优选为2次或3次。
本发明在合金铸锭热轧开坯后，结合合金的高低倍组织，再结晶程度及晶粒大小，优化和选择了特定的5系和6系不同的退火方案，结合冷轧加工率等参数，得到最佳的轧制及中间退火工艺，使得5系合金可以直接得到成品，6系合金固溶淬火后得到成品，保证了合金表面无黑点黑线和条纹缺陷，不仅消除了合金板材的条纹缺陷，而且经过手机壳制备过程中的阳极氧化后，铝合金壳体具有更好的表观度，满足用户高表面的质量要求。
本发明经过上述步骤后，得到了铝合金板材，为配合合金组分的设计和选择，进一步提升铝合金产品的高表面性能，优化和完整生产工艺。本发明所述铝合金板材为6系铝合金板材时，所述再次冷轧后，优选还包括固溶淬火和人工时效。
本发明对所述固溶淬火中固溶的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的固溶的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述固溶淬火的方式优选为气垫炉固溶淬火。所述固溶的温度优选为520～550℃，更优选为525～545℃，更优选为530～540℃。本发明所述固溶的保温时间优选为8～10min，更优选为8.3～9.7min，更优选为8.5～9.5min。本发明所述淬火的冷却方式优选为水淬。
本发明对所述人工时效的步骤和参数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的此类铝合金的人工时效的步骤和参数即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述人工时效的温度优选为155～165℃，更优选为157～163℃，更优选为159～161℃。本发明所述人工时效的时间优选为12～16h，更优选为12.5～16h，更优选为13～16h。
本发明又采用了特定的时效温度和保温时间，在保证高表面的同时，具有合格的力学性能，满足手机壳高表面和高性能的多方面需求。本发明通过优化制定不同合金成分的手机壳体铝合金材料挤压、轧制加工、淬火、时效工艺等制备过程，特别是优化了合金材料的熔炼铸造、热轧、冷轧及热处理生产工艺，保证铝合金均匀化处理工艺、冷轧、中间退火、时效工艺相互匹配，实现了合金材料的产品定型，实现了轧制板材工业化生产，确保批量大生产合金铝材质量稳定、一致，实现了高表面高性能手机壳体铝合金材料的批量生产。
本发明上述步骤提供了一种手机的高表面铝合金壳体及铝合金薄板的制备方法，本发明从手机铝合金壳体的原料铝合金板材入手，结合手机铝合金壳体的强度要求和高表面的外观要求，对于铝合金的类别进行的特别的选择，再对铝合金的各个组分进行创造性的选择和组合，并辅以特定的比例含量，选择了5系的5252铝合金和6系的6061铝合金作为铝合金板材。而且本发明提供的手机铝合金壳体中不添加任何贵金属或稀有元素，通过对工序的创造性组合和选择，结合特定的工艺参数，制定出合理的、可行的能够用于大生产设备的专用生产加工工艺，特别优化完善了高表面手机铝材的熔铸、轧制加工及热处理工艺，保证大生产高表面合金板材质量的稳定性和一致性，从而不仅从基础上的铝合金板材上就消除了材料纹缺陷和黑线缺陷，后续阳极氧化后也不会出现上述缺陷，大大降低了手机铝合金壳体制备过程中，由此产生的废品率；而且工序简单，适于工业化大生产的推广和应用，具有重要的实际意义和市场前景。
实验研究和工业化批量生产表明，按照所述的5系和6系铝合金手机壳体材料的熔炼铸造、轧制、淬火、时效等优化加工工艺生产出的高表面铝合金轧制薄板，在CNC后阳极氧化，铝合金手机壳体材料组织致密，无黑线、花斑、材料纹和砂眼等缺陷；且材料的冲压成型性能、切削机加工、耐腐蚀性能均满足使用要求。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种铝合金板材的熔铸工艺及铝合金板材的制备方法进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
以下实施例中所用的所有原辅材料均为市售。
实施例1
5252合金化学成分：Si为0.032％，Fe为0.048％，Cu为0.062％，Mn为0.01％，Mg为2.47％，Ni为0.01％，Zn为0.01％，Ti为0.011％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，余量为Al。
铸锭规格为520×1300mm；
配料：炉前配料时控制Fe≤0.12％；炉前不配Ti，使用废料时要求保证废料和铝锭中的Ti含量总和≤0.005％，最终成品铸锭Ti≤0.015％；接触铝水的扒渣头、不锈钢精炼器、不锈钢取样勺等工具，每次使用前刷涂料。
熔体精炼净化：静置炉炉内采用“T”型不锈钢精炼器精炼，熔体精炼温度为755℃，精炼气体采用高纯氩气，每次精炼时间20分钟，两次精炼间隔时间为30分钟，静置时间为30分钟。在线精炼熔体温度为725℃，在线除气使用Ar+Cl2混合气体精炼。
熔体过滤：在线采用进口40PPI+进口50PPI过滤板过滤熔体。
在线细化：炉前不配Ti，不加Al-5Ti-1B块。在线添加Al-3Ti-1B丝细化剂，添加量为1.8Kg/tAl。
测氢：控制合金熔体氢含量≤0.15cm3/100gAl。每个熔次均进行液态测氢；在线液态测氢为0.104cm3/100gAl。
铸造工艺：铸造温度为732℃；铸造速度为55mm/min；铸造冷却水流量为35m3/h。
铸锭均匀化：铸锭加热温度为540℃，保温时间为24小时，冷却方式为出炉空冷。
铸锭机加工：铸锭切除头、尾后，机加工铣去表面缺陷层。
热轧工艺：铸锭加热温度420℃，保温5小时后开坯热轧，热终轧厚度为6.5mm，控制终轧温度为350℃。
冷轧及中间退火：将热轧6.5mm铝板在室温冷轧至2.0mm，采用在氮气保护下箱式炉退火；退火加热温度为380℃，保温时间为3小时，冷却方式为出炉空冷。待铝卷冷却至室温后再次冷轧至成品，铝板厚度为0.8mm。
将本发明实施例1制备的高表面铝板进行阳极氧化。
参见图1，图1为本发明实施例1中阳极氧化后的5252铝合金板材的外观照片。
将本发明实施例1制备的高表面铝板参照手机外壳制作工艺制作，经CNC冲压、机加工和阳极氧化等步骤后，得到手机铝合金壳体。
参见图2，图2为本发明实施例1制备的5252铝合金手机壳体的外观照片。
由图1和图2可知，CNC后阳极氧化的板材和手机壳体的材料组织均致密，无黑线、花斑、材料纹和砂眼等缺陷。
而且铝合金材料的冲压成型性能、切削机加工、耐腐蚀性能均满足使用要求。
实施例2
5252合金化学成分：Si为0.002％，Fe为0.025％，Cu为0.06％，Mn为0.01％，Mg为2.34％，Ni为0.01％，Zn为0.01％，Ti为0.008％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，余量为Al。
铸锭规格为520×1300mm；
配料：炉前配料时控制Fe≤0.12％；炉前不配Ti，使用废料时要求保证废料和铝锭中的Ti含量总和≤0.005％，最终成品铸锭Ti≤0.015％；接触铝水的扒渣头、不锈钢精炼器、不锈钢取样勺等工具，每次使用前刷涂料。
熔体精炼净化：静置炉炉内采用“T”型不锈钢精炼器精炼，熔体精炼温度为745℃，精炼气体采用高纯氩气，每次精炼时间25分钟，两次精炼间隔时间为38分钟，静置时间为30分钟。在线精炼熔体温度为735℃，在线除气使用Ar+Cl2混合气体精炼。
熔体过滤：在线采用进口40PPI+进口50PPI过滤板过滤熔体。
在线细化：炉前不配Ti，不加Al-5Ti-1B块。在线添加Al-5Ti-0.2B丝细化剂，添加量为1.2Kg/tAl。
测氢：控制合金熔体氢含量≤0.15cm3/100gAl。每个熔次均进行液态测氢；在线液态测氢为0.112cm3/100gAl。
铸造工艺：铸造温度为736℃；铸造速度为56mm/min；铸造冷却水流量为36m3/h。
铸锭均匀化：铸锭加热温度为545℃，保温时间为24小时，冷却方式为出炉空冷。
铸锭机加工：铸锭切除头、尾后，机加工铣去表面缺陷层。
热轧工艺：铸锭加热温度425℃，保温5小时后开坯热轧，热终轧厚度为7.0mm，控制终轧温度为350℃。
冷轧及中间退火：将热轧7.0mm铝板在室温冷轧至3.5mm，采用气垫炉在线退火；退火加热温度为450℃，保温时间为7min，冷却方式为在线强风水冷。待铝卷冷却至室温后再次冷轧至成品，铝板厚度为1.2mm。
将本发明实施例2制备的高表面铝板进行阳极氧化。
将本发明实施例2制备的高表面铝板参照手机外壳制作工艺制作，经CNC冲压、机加工和阳极氧化等步骤后，得到手机铝合金壳体。
结果表明，CNC后阳极氧化的板材和手机壳体的材料组织均致密，无黑线、花斑、材料纹和砂眼等缺陷。
而且铝合金材料的冲压成型性能、切削机加工、耐腐蚀性能均满足使用要求。
实施例3
6061合金化学成分：Si为0.61％，Fe为0.07％，Cu为0.18％，Mn为0.01％，Mg为1.08％，Cr为0.20％，Ni为0.01％，Zn为0.01％，Ti为0.010％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，余量为Al。
铸锭规格为510×1360mm；
配料：炉前配料时控制Fe≤0.12％；炉前不配Ti，使用废料时要求保证废料和铝锭中的Ti含量总和≤0.005％，最终成品铸锭Ti≤0.015％；接触铝水的扒渣头、不锈钢精炼器、不锈钢取样勺等工具，每次使用前刷涂料。
熔体精炼净化：静置炉炉内采用“T”型不锈钢精炼器精炼，熔体精炼温度为750℃，精炼气体采用高纯氩气，每次精炼时间为28分钟，两次精炼间隔时间为35分钟，静置时间为30分钟。在线精炼熔体温度为728℃，在线除气使用Ar+Cl2混合气体精炼。
熔体过滤：在线采用进口40PPI+进口50PPI过滤板过滤熔体。
在线细化：炉前不配Ti，不加Al-5Ti-1B块。在线添加Al-3Ti-1B丝细化剂，添加量为1.5Kg/tAl。
测氢：控制合金熔体氢含量≤0.15cm3/100gAl。每个熔次均进行液态测氢；在线液态测氢为0.103cm3/100gAl。
铸造工艺：铸造温度为728℃；铸造速度为48mm/min；铸造冷却水流量为32m3/h。
铸锭均匀化：铸锭加热温度为540℃，保温时间为24小时，冷却方式为出炉空冷。
铸锭机加工：铸锭切除头、尾后，机加工铣去表面缺陷层。
热轧工艺：铸锭加热温度500℃，保温6小时后开坯热轧，热终轧厚度为6.0mm，控制终轧温度为350℃。
冷轧及中间退火：将热轧6.0mm铝板在室温冷轧至2.5mm，采用气垫炉在线退火；退火加热温度为480℃，保温时间为8min，冷却方式为在线强风水冷。待铝卷冷却至室温后再次冷轧至成品，铝板厚度为1.0mm。
固溶淬火：采用气垫炉在线淬火固溶，加热温度为545℃，保温时间为8min，冷却方式为在线水冷。
人工时效：采用箱式时效空气炉时效。加热温度为165℃，保温时间为16小时，冷却方式为出炉空冷。
将本发明实施例3制备的高表面铝板进行阳极氧化。
参见图3，图3为本发明实施例3中阳极氧化后的6061铝合金板材的外观照片。
将本发明实施例3制备的高表面铝板参照手机外壳制作工艺制作，经CNC冲压、机加工和阳极氧化等步骤后，得到手机铝合金壳体。
参见图4，图4为本发明实施例3制备的6061铝合金手机壳体的外观照片。
由图3和图4可知，板材和手机壳体的材料组织均致密，无黑线、花斑、材料纹和砂眼等缺陷。
而且铝合金材料的冲压成型性能、切削机加工、耐腐蚀性能均满足使用要求。
以上对本发明提供的一种用于手机铝合金壳体的高表面铝合金薄板的熔铸工艺及铝合金薄板的制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种铝合金板材的熔铸工艺，其特征在于，包括以下步骤：
11)将铝合金原料经过配料后，装炉熔化，得到原料熔液；
12)将上述步骤得到的原料熔液进行静置精炼，再经过在线除气和在线过滤后，得到合金熔体；
13)将上述步骤得到的合金熔体经过铸造后，得到铝合金铸锭；
所述铝合金包括5系铝合金和/或6系铝合金。
2.根据权利要求1所述的熔铸工艺，其特征在于，所述铝合金原料中的Fe含量控制为小于所述铝合金成分组成中Fe含量；
所述配料和装炉熔化过程中，与熔液接触的铁制工具均进行涂层处理；
所述配料时，不加入钛和/或铝钛中间合金；
所述铝合金铸锭的长度为4800～5800mm；所述铝合金铸锭的宽度为1300～1360mm；所述铝合金铸锭的厚度为510～520mm。
3.根据权利要求1所述的熔铸工艺，其特征在于，所述静置精炼的精炼气体为惰性气体；
所述静置精炼的时间为70～80min；
所述静置精炼的温度为720～750℃；
所述静置精炼的具体步骤为依次进行精炼、静置和再次精炼；
所述精炼的时间为18～23min；
所述静置的时间为30～40min；
所述再次精炼的时间为18～23min。
4.根据权利要求1所述的熔铸工艺，其特征在于，所述在线除气的除气气体为惰性气体和氯气；
所述在线除气的熔体温度为720～750℃；
所述在线除气的惰性气体的流量为2.8～4.0m3/h；
所述在线除气的氯气的流量为0.01～0.03m3/h；
所述在线过滤的滤板目数为40～60PPI。
5.根据权利要求1所述的熔铸工艺，其特征在于，所述静置精炼之后，加入含Ti的细化剂；
所述加入含Ti的细化剂的加入量为1.2～2.0kg/tAl；
所述在线除气后的熔体的氢含量小于等于0.15cm3/100gAl；
所述含Ti的细化剂为丝状细化剂；
所述含Ti的细化剂包括Al-3Ti-1B细化剂和/或Al-5Ti-0.2B细化剂。
6.根据权利要求1所述的熔铸工艺，其特征在于，所述熔化的温度为720～760℃；
所述5系铝合金的铸造的温度为720～750℃；
所述铸造的速度为45～60mm/min；
所述铸造的冷却水流量为25～45m3/h；
所述6系铝合金的铸造的温度为720～750℃；
所述铸造的速度为45～50mm/min；
所述铸造的冷却水流量为20～40m3/h。
7.一种铝合金板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1～6任意一项所述的熔铸工艺所制备的铝合金铸锭经过热轧、冷轧、中间退火和再次冷轧后，得到铝合金板材；
所述铝合金包括5系铝合金和/或6系铝合金。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热轧之前还包括均匀化热处理步骤；
所述5系铝合金的均匀化热处理的温度为460～470℃；所述6系铝合金的均匀化热处理的温度为540～550℃；
所述均匀化热处理的时间为20～24h；
所述5系铝合金的热轧的开轧温度为410～430℃；
所述6系铝合金的热轧的开轧温度为480～500℃；
所述热轧的终轧温度为320～350℃；
所述热轧的总变形量为大于等于70％；
所述冷轧的总变形量为70～90％；
所述冷轧后的厚度为1.5～3.0mm。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述中间退火为保护性气体下退火或气垫炉退火；
所述中间退火的温度为360～480℃；
所述保护性气体下退火的时间为3～8h；
所述气垫炉退火的时间为5～10min；
所述再次冷轧的预留变形量为60～70％；
所述再次冷轧的道次为2～3次；
所述铝合金板材为6系铝合金板材时，所述再次冷轧后，还包括固溶淬火和人工时效；
所述固溶的温度为520～550℃；
所述固溶的保温时间为8～10min；
所述人工时效的温度为155～165℃；
所述人工时效的时间为12～16h。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述5系铝合金包括5252铝合金；
所述6系铝合金包括6061铝合金；
所述铝合金板材为铝合金薄板；
所述铝合金板材的厚度为0.5～1.8mm；
所述5系铝合金板材的状态为H14状态；
所述6系铝合金板材的状态为T6状态。
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