CN108411168A

CN108411168A - 一种高强高导热手机中板用5系合金带材及其制备方法

Info

Publication number: CN108411168A
Application number: CN201810269677.3A
Authority: CN
Inventors: 江钟宇; 黄瑞银; 刘华春; 兰政; 郑光清
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: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2018-08-17

Abstract

本发明公开了一种高强高导热手机中板用5系合金带材及其制备方法，属于铝及铝合金的制备领域。所述合金的成分为Si：0.10%；Fe：0.15~0.30%；Cu：0.10‑0.30%；Mn：0.03~0.10%；Mg：0.70~1.30%；Cr：0.05~0.10%；Ti：0.012%；B：0.02~0.05%；Fe/Si=1.20~3.00；余量为Al。本发明生产的5系合金带材产品，与传统5系合金相比，强度和热导率均比较高；与传统高强高导热的各种压铸铝板相比，本发明下的5系合金板带材冲压成型简单，生产效率高，节省了热处理，在生产成本和平面度稳定性上均更优优势。

Description

一种高强高导热手机中板用5系合金带材及其制备方法

技术领域

本发明属于铝及铝合金带材的制备领域，具体涉及一种高强高导热手机中板用5系合金带材及其制备方法。

背景技术

随着电子行业5G网络时代的到来，为避免手机金属外壳对5G信号的干扰，手机外观设计已由后盖和边框金属一体化，逐渐向边框金属、后盖玻璃或塑料的方向发展。后盖的“去金属化”对作为手机内部电子元件散射和提供整机强度的手机中板产品提出了更高的要求：首先，需具有更好的热导率，一般要求≥200 W/(m·K)，避免因散热不良引起电池组膨胀爆炸，确保用户使用安全；其次，要求中板具有足够的强度，避免屏幕按压和整机跌落过程损坏屏幕，一般要求屈服强度≥190MPa。

现有技术中，“去金属化”的手机设计主要有两种方法：第一种为使用6~10mm的6系、7系挤压型材、经全CNC机加工后，制得边框和手机中板一体的手机壳体，使用该方法生产时，边框和中板一体成型，强度高散射好，但CNC加工成本高，生产时间长，铝材利用率低；第二种为利用6系、7系挤压型材制得“口”字型边框，再使用2系或成分特殊的压铸铝材作为手机中板，随后将中板和边框型材进行铆接制得。该种方法生产时，中板的强度高，但因压铸板和边框材料材质不同，加之Si含量较高，其散热效果不好，最高也仅为160 W/(m·K)左右，压铸铝成型后需要热处理，生产成本高，与边框铆接后的尺寸稳定性也不佳。

行业内的部分挤压材厂商，通过优化合金成分，实现了强度和导热率的有效提高（专利号：CN 103468996 A），然而厚板原材料的CNC加工，致使综合成本高、效率低；部分铝合金厂商通过成分和工艺改良，生产出抗拉强度甚至超过250MPa的压铸中板，但导热率最高仅为199 W/(m·K)（专利号：CN107299261 A）。传统的轧制板材中，1系合金纯铝导热率高，但强度不足，其余常规铝合金强度高但热导率不足。目前手机行业的需求迫在眉睫，需要一款生产成本低、效率高，散热性能好，屈服强度优良的产品。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高强高导热手机中板用5系合金带材及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强高导热手机中板用5系合金带材，以质量百分含量表示，所述5系合金的化学合金成分组成为：

Si：0.10%；Fe：0.15~0.30%；Cu：0.10-0.30%；Mn：0.03~0.10%；Mg：0.70~1.30%；Cr：0.05~0.10%；Ti：0.012%；B：0.02~0.05%，Fe/Si=1.20~3.00，制造过程中产生的杂质，每种杂质的重量百分比最高为0.03%，余量为Al。铸锭中的主要粗大化合物均为AlFeSi相，通过合理控制成分含量和Fe/Si的有效控制，减少杂质、粗大β相等对电子跃迁的阻碍作用；通过将氢含量控制到0.05cm³/100g以下，避免熔铸小气泡经轧制后形成细小针孔降低能量的传递；在保证足够冷轧变形量、保证屈服强度的条件小，减少单位面积的晶粒数量，降低电子穿越的晶界数量，实现高导热。

所述的高强高导热手机中板用5系合金带材的制造方法，以铝锭、铝中间合金锭、镁锭为原料，经熔化、铸造、热轧、冷轧、退火制得所述手机中板用5系合金带材，包括以下步骤：

1）铝锭经过熔炼炉融化、配料后，经半连续铸造制得大板锭；

2）将步骤（1）制得的大板锭经必要的锯切、铣面后进入加热炉均热，金属在温度450~500℃保温16~40h，然后出炉热轧，热轧终轧温度250~350℃，热轧厚度为2.0~8.0mm；

3）热轧后的卷材直接冷轧至成品厚度，冷轧总压下率 40~90%，然后进行成品退火，温度120-220℃，制得0.2-0.6mm的成品；或者热轧后的卷材经过50-90%的冷轧，再进行中间退火，中间退火温度为340-400℃，保温时间为2-6h，然后冷轧至成品厚度，冷轧压下率为40~90%，再经过120-220℃的成品退火，最后经拉弯矫直制得0.2-0.6mm的成品。

步骤1）制得大板锭，其内部的氢含量≤0.08cm³/100g。

步骤3）拉弯矫直后，带材纵截面的晶粒宽度≥15μm。

步骤3）拉弯矫直后，带材的抗拉强度210~250MPa、屈服强度190~230MPa，冲压折弯变形后转角处不发生开裂。

步骤3）拉弯矫直后，产品的导热率≥210 W/(m·K)。

本发明的有益效果在于：本发明能够提供一种力学性能满足手机中板复杂结构，经连续冲压变形不开裂、屈服强度≥190MPa、热导率≥210 W/(m·K)的低成本高效率生产的手机中板用铝板带材制造方法，该制造方法下生产的厚度在0.2~0.6mm的铝板带材，可替代传统压铸铝板作为手机中板使用。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。

本发明的铝合金板带的特征在于，在Mg含量为0.70~1.30%的5系铝合金中，配以特定范围的Cu、Mn、Ti、B等合金元素后进行熔炼，经在线除气除渣后制得质量优良的板锭，该板锭经均热、热轧、冷轧和必要的退火，将氢含量、化合物大小、晶粒尺寸控制到设定范围，获得物理性能优良的5系合金轧制板材。

为保证尽量少的氢含量，铸锭生产安排在新疆、青海等高海拔低氧地区生产，熔炼过程注意控制炉内“吸氢”、在线使用双转子除气炉除气，实现对氢含量的有效控制；

以下对各成分的含量进行数值限定的理由加以说明：

Mg：合金中的Mg用于保证合金板材强度所必须的添加元素，若含量低于0.70%，则成品屈服强度190MPa的下限指标将不能满足，若Mg含量超过1.30%，一方面将引起Mg₂Si化合物的过量阻碍电子跃迁，另一方面Mg含量增加将大幅提高铝材强度，引起热轧卷或中间退火后的第一次轧制轧制困难。

Fe：可提供部分强化效果，含量不足0.15%将可能导致产品强度不足，但Fe含量超过0.30%时将促进粗大β相的增多，该类化合物呈棒状或条状，在后续轧制变形过程不易破碎，阻碍电子迁移；另一方面，铁元素属于过渡元素，会吸收电子降低合金的热导率。

Si：合金中的Si主要为杂质，该组成的含量化合物的数量和大小成正比，在成本可控的条件下，尽量低，铁硅比影响铸造粗生相种类的大小，主要表现为Fe/Si≤1，则形成长针状的β相，后续不容易破碎，对成品导热不利；Fe/Si＞1时，则优先形成α相，该相为骨骼状，在后续的加工中可以破碎，故优选Fe/Si控制在1.20~3.00。

Ti：Ti元素能细化晶粒，均匀组织，但含量超过0.012%时，晶粒的减小増加了晶界面积，导致电子通过更加的困难；另一方面，Ti元素属于过渡元素会吸收自由电子，将降低合金的导热能力。

Cu：Cu有利于提高材料的强度，铜元素比纯铝有更好的导热性能，适当添加可改善导热性能，但当铜的含量超过0.30%时，金属间化合物的沉淀可能降低导热系数。

Cr：适当增加，可显著提高再结晶温度，使在保证强度的同时，避免晶界增多。但添加量超过0.10%后，形成的金属间化合物会阻碍电子的跃迁。

B：能在很大程度上除去过渡族微量杂质元素的有害作用，即B与这些杂质元素形成了不溶解的 B 化物，在熔炼时沉于炉底以渣的形式被除去，但添加量超过0.05%时，将降低材料的延展性，容易出现冲压折弯开裂。

实施例1

一种高强高导热手机中板用5系合金带材，其成分为：Si 0.10wt%，Fe 0.18wt%，Cu0.15wt%，Mn 0.05wt%，Mg 1.10wt%，Cr 0.07wt%，Ti 0.012wt%、B 0.05wt%；余量为Al。

制备方法，包括以下步骤：

1）铝锭经过熔炼炉融化，配料后，进行半连续铸造，铸锭氢含量0.05cm³/100g；

2）铸锭经过锯切、铣面后进入加热炉，金属温度480℃下保温16h，然后出炉热轧，热轧终轧温度为300℃，热轧厚度为4.0mm；

3）热轧后的卷材直接冷轧至成品厚度，冷轧工艺为：4.0-2.1-1.2-0.7-0.5；冷轧总压下率87.5%，然后进行成品退火，温度180℃，制得成品。

所制得的0.5mm厚度铝合金带材，抗拉强度215MPa，屈服强度为195MPa，内部晶粒纵断面单个晶粒厚度尺寸为17μm，导热率214 W/(m·K)，满足手机中板的质量要求。

实施例2

一种高强高导热手机中板用5系合金带材，其成分为：Si 0.10wt%，Fe 0.28wt%，Cu0.22 wt%，Mn 0.09wt%，Mg 1.3 wt%，Cr 0.10wt%，Ti 0.012wt%、B 0.02wt%；余量为Al。

制备方法，包括以下步骤：

1）铝锭经过熔炼炉融化，配料后，进行半连续铸造，铸锭氢含量0.08cm³/100g；

2）铸锭经过锯切、铣面后进入加热炉，金属温度500℃下保温36h，然后出炉热轧，热轧终轧温度为340℃，热轧厚度为6.0mm；

3）热轧后的卷材经过50%的冷轧，再进行中间退火，中间退火温度为400℃，保温时间为4h，然后冷轧至成品厚度，其冷轧工艺路线为：6.0-3.0-1.5-中火-0.7-0.4，冷轧压下率为73%；最后经过120℃的成品退火，制得成品。

所制得的0.4mm厚度铝合金带材，抗拉强度220MPa，屈服强度为200MPa，内部晶粒纵断面单个晶粒厚度尺寸为20μm，导热率224W/（m·k），满足手机中板的质量要求。

实施例3

一种高强高导热手机中板用5系合金带材，其成分为：Si 0.10wt%，Fe 0.30wt%，Cu0.15 wt%，Mn 0.049wt%，Mg 0.7 wt%，Cr 0.05wt%，Ti 0.012wt%、B 0.04wt%；余量为Al。

制备方法，包括以下步骤：

1）铝锭经过熔炼炉融化，配料后，进行半连续铸造，铸锭氢含量0.07cm³/100g；

2）铸锭经过锯切、铣面后进入加热炉，金属温度450℃下保温20h，然后出炉热轧，热轧终轧温度为250℃，热轧厚度为3.0mm；

3）热轧后的卷材直接冷轧至成品厚度，其冷轧工艺路线为：2.2-1.3-0.7-0.45-0.25；冷轧总压下率为88%，然后进行成品退火，温度220℃，制得成品。

所制得的0.25mm厚度铝合金带材，抗拉强度250MPa，屈服强度为230MPa，内部晶粒纵断面单个晶粒厚度尺寸为15μm，导热率212 W/(m·K)，满足手机中板的质量要求。

本发明设计的高强高导热手机中板用5系合金带材与传统压铸中板和一般5系合金相比，它在生产工艺、化学成分等方面进行改良，使产品具有良好的热导率和中等的屈服强度，并可使用卷材冲压成型的方式连续生产，实现降本提效，是目前压铸铝和一般轧制铝板带材产品所不具备的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种高强高导热手机中板用5系合金带材，其特征在于：以质量百分含量表示，所述5系合金的化学合金成分组成为：

Si：0.10%；Fe：0.15~0.30%；Cu：0.10-0.30%；Mn：0.03~0.10%；Mg：0.70~1.30%；Cr：0.05~0.10%；Ti：0.012%；B：0.02~0.05%，Fe/Si=1.20~3.00，制造过程中产生的杂质，每种杂质的重量百分比最高为0.03%，余量为Al。

2.一种制造如权利要求1所述的高强高导热手机中板用5系合金带材的方法，其特征在于：以铝锭、铝中间合金锭、镁锭为原料，经熔化、铸造、热轧、冷轧、退火制得所述手机中板用5系合金带材。

3.一种制备如权利要求2所述的高强高导热手机中板用5系合金带材的方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的高强高导热手机中板用5系合金带材的制造方法，其特征在于：步骤1）制得大板锭，其内部的氢含量≤0.08cm³/100g。

5.根据权利要求3所述的高强高导热手机中板用5系合金带材的制造方法，其特征在于：步骤3）拉弯矫直后，带材纵截面的晶粒宽度≥15μm。

6.根据权利要求3所述的高强高导热手机中板用5系合金带材的制造方法，其特征在于：步骤3）拉弯矫直后，带材的抗拉强度210~250MPa、屈服强度190~230MPa，冲压折弯变形后转角处不发生开裂。

7.根据权利要求3所述的高强高导热手机中板用5系合金带材的制造方法，其特征在于：步骤3）拉弯矫直后，产品的导热率≥210 W/(m·K)。