CN108909138B - 一种1xxx/7xxx铝合金复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种1xxx/7xxx铝合金复合材料的制备方法，步骤为(1)芯层合金和包覆层合金铸造板的制备；(2)表面处理：将步骤(1)中所得的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板分别进行表面处理；(3)焊接固定：将步骤(2)中表面处理后的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；(4)预热、热轧：将步骤(3)焊接好的合金铸造板进行预热，加热完成后根据成品厚度进行热轧复合及后续加工，即得产品。本发明的两层铝合金复合板兼具硬度和强度高的特点，同时显著改善了电子产品的阳极氧化效果，使电子产品阳极氧化着色后表面具有金属光泽，并且色泽均匀。

Description

一种1xxx/7xxx铝合金复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金复合材料的制备方法，特别涉及一种1xxx/7xxx铝合金复合材料的制备方法。

背景技术

随着电子产品的快速发展，要求智能手机、平板电脑与数码相机等电子产品向轻、薄方向发展。同时对电子产品的使用性能(如强度)和美观性(如阳极氧化着色)也提出了更高的要求。以铝合金替代钢和塑料制备产品外观件，是绝大部分3C电子厂商针对上述发展趋势选择的主要解决方案，目前已有广泛应用的铝合金有5xxx、6xxx、7xxx三大系列合金产品，其中：5xxx系合金应用最早，其阳极氧化效果好，但硬度较低(70～90HV)，对产品的保护效果有限；6xxx系合金阳极氧化效果与5xxx系相当，硬度中等偏上(80～120HV)，近几年已有替代5xxx系的趋势；7xxx系铝合金是目前最受电子行业关注的铝合金系列产品，该系列合金硬度能达到150HV以上，可为电子产品提供充分可靠的保护，尤其适用于对抗跌落性能有着严格要求的高端手机产业。但是，由于7xxx系铝合金合金化程度较高，尤其是Zn含量较高，该系列合金阳极氧化难度大、良率低，阳极整体效果明显逊于5xxx和6xxx系铝合金，主要表现为阳极良率低、色泽较差、易出现阳极料纹、黑线、白点、掉膜问题等，这也是该系列合金至今还无法广泛被市场所接受的主要原因。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，通过铸锭复合焊接、轧制、热处理等方法制备一种可用于电子产品外观件的、兼具高强高硬特性和表面阳极氧化效果优异特质的1xxx/7xxx层状铝合金复合材料。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种1xxx/7xxx铝合金复合材料，包括芯层合金和包覆层合金，1xxx/7xxx铝合金复合材料的制备方法，包含以下操作步骤：

(1)芯层合金和包覆层合金铸造板的制备：按设计的芯层和包覆层合金成分进行配料，经熔炼、除气、过滤、浇铸后，分别得到芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭；将芯层合金铸锭进行均热处理，包覆层合金铸锭去应力处理，然后再分别将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭进行铣面和锯切，分别得到芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板，芯层合金铸造板占厚度比例82％～96％，包覆层合金铸造板占厚度比例4％～18％；

(2)表面处理：将步骤(1)中所得的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板分别进行表面处理，表面处理指将芯层合金铸锭和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；

(3)焊接固定：将步骤(2)中表面处理后的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊接好的合金铸造板放入加热炉进行预热，加热温度为400～460℃，保温8～15小时，加热完成后出炉进入轧机根据成品厚度进行热轧复合及后续加工；

对于厚度≥4.0mm的成品：热轧至所需成品厚度，得到复合卷材，然后依次进行固溶淬火、时效，或将复合卷材横切切板，得到复合板材后再依次进行固溶淬火、时效；出炉空冷，即得成品1xxx/7xxx铝合金复合材料，对成品进行质检、包装、入库和发货；

对于厚度为1.0mm～4.0mm的成品：热轧得到复合卷材，所得复合卷材依次进行冷轧、重卷清洗切边、中间退火，退火温度440～480℃，速度15～35m/min，精冷轧至成品厚度，然后将成品厚度的复合卷材在气垫炉固溶淬火，时效，出炉空冷，即得成品1xxx/7xxx铝合金复合材料，复合卷材宽度1000～1800mm，对成品进行质检、包装、入库和发货。

优选的是，步骤(1)中所述芯层和包覆层合金成分中含有的Cr、Zr元素含量均≤0.05％；其中，所述的包覆层合金成分按照质量百分比还具有以下成分：Si≤0.15％，Fe≤0.2％，Cu≤0.05％，Mn≤0.05％，Mg≤0.05％，Zn≤0.05％，其余量由Al及不可避免的杂质构成；所述的芯层合金成分按照质量百分比还具有以下成分：Si≤0.25％，Fe≤0.40％，Cu≤0.25％，Mn≤0.10％，Mg1.2～1.8％，Zn5.0～6.0％，Ti≤0.10％，其余量由Al及不可避免的杂质构成。

优选的是，步骤(1)中所述的均热处理为在温度为420～490℃下保温16～24小时。

优选的是，步骤(1)中所述的去应力处理为在350～410℃下保温16～20小时。

优选的是，步骤(4)中对于厚度≥4.0mm的成品，所述的固溶淬火、时效为：在辊底炉中将复合卷材或复合板材进行固溶淬火，固溶温度420～500℃，保温20～360min，淬火10～200min；再进行时效，时效温度120～150℃，保温15～24小时。

优选的是，步骤(4)中对于厚度为1.0mm～4.0mm的成品，所述的固溶淬火为固溶温度420～470℃，速度20～35m/min，水淬；再进行时效，在120～150℃下保温13～24小时。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用低合金化、阳极氧化效果优异的1xxx系铝合金和高强度7xxx系铝合金进行复合焊接、轧制、热处理等方法制备电子产品外观件用铝合金复合板带材产品，制备所得产品与现有单层7xxx系铝合金相比，本发明的两层铝合金复合板兼具硬度和强度高的特点，同时显著改善了电子产品的阳极氧化效果，使电子产品阳极氧化着色后表面具有金属光泽，并且色泽均匀。

具体实施方式

下面结合具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例1

一种1xxx/7xxx铝合金复合材料，包括芯层合金和包覆层合金，包覆层合金成分按照质量百分比由以下成分组成Si 0.10％，Fe0.12％，Cu0.02％，Mn0.02％，Mg0.01％，Zn0.01％，Cr 0.007％，Zr 0.006％，其余量由Al及不可避免的杂质构成；芯层合金中各元素的质量百分比为Si0.20％，Fe0.35％，Cu0.18％，Mn0.06％，Mg1.50％，Zn5.6％，Ti≤0.025％，Cr 0.005％，Zr 0.006％，其余量由Al及不可避免的杂质构成；所述1xxx/7xxx铝合金复合材料的制备方法，操作步骤如下：

(1)芯层合金和包覆层合金铸造板的制备：按设计的芯层和包覆层合金成分进行配料，经熔炼、除气和过滤，熔炼温度710～760℃，通过除气、过滤工序降低铝熔体中的氢浓度，以减少铸锭中的气孔或针孔，然后浇铸，浇铸后分别得到尺寸为400mm×1360mm×5500mm的芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭；将芯层合金铸锭在温度为450℃下保温20小时进行均热处理，目的是消除或减少化学成分偏析、组织均匀，提高产品的性能；包覆层合金铸锭在380℃下保温18小时进行去应力处理，目的是消除铸锭产生的内应力，避免在后续分切时发生弯曲变形；然后再分别将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭进行铣面和锯切，切头尾和上下面表皮，芯层合金铸锭分切、铣面后尺寸为364mm×1360mm×5050mm厚的芯层合金铸造板，包覆合金层铸锭分切、铣面后尺寸为16mm×1320mm×4700mm的包覆层合金铸造板，芯层合金铸造板占厚度比例96％，包覆层合金铸造板占厚度比例4％；

(2)表面处理：将步骤(1)中所得的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板分别进行表面处理，表面处理指将芯层合金铸锭和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；

(3)焊接固定：将步骤(2)中表面处理后的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊接好的合金铸造板放入加热炉进行预热，加热温度为420℃，保温10小时，加热完成后出炉进入轧机热轧至5mm厚，终轧温度控制在280℃以上，得到复合卷材，将复合卷材进行横切切板，得到复合板材，然后在辊底炉中将复合板材进行固溶、淬火，固溶温度450℃，保温60min，淬火100min；再进行时效，时效温度120℃，保温24小时，出炉空冷，即得成品1xxx/7xxx铝合金复合材料，对所得成品进行质检、包装、入库和发货。

实施例2

当客户需要的1xxx/7xxx铝合金复合材料为卷材出库时，步骤(4)操作为：预热、热轧：将步骤(3)焊接好的合金铸造板放入加热炉进行预热，加热温度为420℃，保温10小时，加热完成后出炉进入轧机热轧至5mm厚，得到复合卷材，将复合卷材进行固溶、淬火，固溶温度450℃，保温60min，淬火100min；再进行时效，时效温度120℃，保温24小时，出炉空冷，即得成品1xxx/7xxx铝合金复合材料，对所得成品进行质检、包装、入库和发货。

其余操作与实施例1相同。

实施例3

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊接好的合金铸造板放入加热炉进行预热，加热温度为420℃，保温10小时，加热完成后出炉进入轧机热轧至5mm厚，终轧温度控制在280℃以上，得到复合卷材，将复合卷材进行冷轧、重卷清洗切边、中间退火，退火温度460℃，速度25m/min，然后精轧至1.0mm厚的复合卷，再进行气垫炉固溶淬火，固溶温度450℃，速度25m/mim，水淬，然后再进行时效，时效温度130℃，保温时间20小时，出炉空冷，得到1200mm宽的成品1xxx/7xxx铝合金复合材料，对成品进行质检、包装、入库和发货。

其余操作与实施例1相同。

实施例4

一种1xxx/7xxx铝合金复合材料，包括芯层合金和包覆层合金，包覆层合金成分按照质量百分比由以下成分组成Si 0.07％，Fe0.08％，Cu0.03％，Mn0.03％，Mg0.02％，Zn0.03％，Cr 0.003％，Zr 0.003％，其余量由Al及不可避免的杂质构成；芯层合金中各元素的质量百分比为Si0.20％，Fe0.31％，Cu 0.15％，Mn 0.07％，Mg 1.3％，Zn 5.2％，Ti0.035％，Cr 0.003％，Zr 0.003％，，其余量由Al及不可避免的杂质构成；所述1xxx/7xxx铝合金复合材料的制备方法，操作步骤如下：

(1)芯层合金和包覆层合金铸造板的制备：按设计的芯层和包覆层合金成分进行配料，经熔炼、除气和过滤，熔炼温度710～760℃，通过除气、过滤工序降低铝熔体中的氢浓度，以减少铸锭中的气孔或针孔，然后浇铸，浇铸后，分别得到尺寸为400mm×1360mm×5500mm的芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭；将芯层合金铸锭在温度为420℃下保温24小时进行均热处理，目的是消除或减少化学成分偏析、组织均匀，提高产品的性能；包覆层合金铸锭在350℃下保温20小时进行去应力处理，目的是消除铸锭产生的内应力，避免在后续分切时发生弯曲变形；然后再分别将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭进行铣面和锯切，切头尾和上下面表皮，芯层合金铸锭分切、铣面后尺寸为364mm×1360mm×5050mm厚的芯层合金铸造板，包覆合金层铸锭分切、铣面后尺寸为45mm×1320mm×4700mm的包覆层合金铸造板，芯层合金铸造板占厚度比例89％，包覆层合金铸造板占厚度比例11％；

(2)表面处理：将步骤(1)中所得的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板分别进行表面处理，表面处理指将芯层合金铸锭和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；

(3)焊接固定：将步骤(2)中表面处理后的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊接好的合金铸造板放入加热炉进行预热，加热温度为400℃，保温15小时，加热完成后出炉进入轧机热轧至5mm厚，终轧温度控制在280℃以上，得到复合卷材，将复合卷材进行横切切板，得到复合板材，然后在辊底炉中将复合板材进行固溶、淬火，固溶温度420℃，保温360min，淬火10min；再进行时效，时效温度120℃，保温24小时，出炉空冷，即得成品1xxx/7xxx铝合金复合材料，对成品进行质检、包装、入库和发货。

实施例5

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊接好的合金铸造板放入加热炉进行预热，加热温度为400℃，保温15小时，加热完成后出炉进入轧机热轧至5mm厚，终轧温度控制在280℃以上，得到复合卷材，热轧得到复合卷材，将复合卷材进行冷轧、重卷清洗切边、中间退火，退火温度460℃，速度25m/min，然后精轧至1.0mm厚的复合卷，再进行气垫炉固溶淬火，固溶温度450℃，速度25m/mim，水淬，然后再进行时效，时效温度130℃，保温时间20小时，出炉空冷，得到1000～1800mm宽的成品1xxx/7xxx铝合金复合材料，对成品进行质检、包装、入库和发货。

其余操作与实施例4相同。

实施例6

一种1xxx/7xxx铝合金复合材料，包括芯层合金和包覆层合金，包覆层合金成分按照质量百分比由以下成分组成Si 0.07％，Fe0.08％，Cu0.03％，Mn0.03％，Mg0.02％，Zn0.03％，Cr 0.003％，Zr 0.003％，其余量由Al及不可避免的杂质构成；芯层合金中各元素的质量百分比为Si0.20％，Fe0.31％，Cu0.15％，Mn0.07％，Mg1.3％，Zn5.2％，Ti0.035％，Cr 0.003％，Zr 0.003％，，其余量由Al及不可避免的杂质构成；所述1xxx/7xxx铝合金复合材料的制备方法，操作步骤如下：

(1)芯层合金和包覆层合金铸造板的制备：按设计的芯层和包覆层合金成分进行配料，经熔炼、除气和过滤，熔炼温度710～760℃，通过除气、过滤工序降低铝熔体中的氢浓度，以减少铸锭中的气孔或针孔，然后浇铸，浇铸后，分别得到尺寸为400mm×1360mm×5500mm的芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭；将芯层合金铸锭在温度为490℃下保温16小时进行均热处理，目的是消除或减少化学成分偏析、组织均匀，提高产品的性能；包覆层合金铸锭在410℃下保温16小时进行去应力处理，目的是消除铸锭产生的内应力，避免在后续分切时发生弯曲变形；然后再分别将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭进行铣面和锯切，切头尾和上下面表皮，芯层合金铸锭分切、铣面后尺寸为364mm×1360mm×5050mm厚的芯层合金铸造板，包覆合金层铸锭分切、铣面后尺寸为79.8mm×1320mm×4700mm的包覆层合金铸造板，芯层合金铸造板占厚度比例82％，包覆层合金铸造板占厚度比例18％；

(2)表面处理：将步骤(1)中所得的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板分别进行表面处理，表面处理指将芯层合金铸锭和包覆层合金板材的待焊接接触面的油污、铝屑等清洗干净；

(3)焊接固定：将步骤(2)中表面处理后的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊接好的合金铸造板放入加热炉进行预热，加热温度为460℃，保温8小时，加热完成后出炉进入轧机热轧至5mm厚，终轧温度控制在280℃以上，得到复合卷材，将复合卷材进行横切切板，得到复合板材，然后在辊底炉中将复合板材进行固溶、淬火，固溶温度500℃，保温20min，淬火200min；再进行时效，时效温度150℃，保温15小时，出炉空冷，即得成品1xxx/7xxx铝合金复合材料，对成品进行质检、包装、入库和发货。

实施例7

(4)预热、热轧：将步骤(3)焊接好的合金铸造板放入加热炉进行预热，加热温度为460℃，保温8小时，加热完成后出炉进入轧机热轧至5mm厚，终轧温度控制在280℃以上，得到复合卷材，热轧得到复合卷材，将复合卷材进行冷轧、重卷清洗切边、中间退火，退火温度460℃，速度25m/min，然后精轧至2.0mm厚的复合卷，再进行气垫炉固溶淬火，固溶温度450℃，速度25m/mim，水淬，然后再进行时效，时效温度130℃，保温时间20小时，出炉空冷，得到1000～1800mm宽的成品1xxx/7xxx铝合金复合材料，对成品进行质检、包装、入库和发货。

其余操作与实施例6相同。

将实施例1、实施例4和实施例6所得的铝合金复合板带材进行力学性能及阳极氧化检测，测试结果如表1所示。

表1

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (4)

1.一种1xxx/7xxx铝合金复合材料，其特征在于，包括芯层合金和包覆层合金，1xxx/7xxx铝合金复合材料的制备方法，包含以下操作步骤：

（1）芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板的制备：按设计的芯层和包覆层合金成分进行配料，经熔炼、除气、过滤、浇铸后，分别得到芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭；将芯层合金铸锭进行均热处理，包覆层合金铸锭去应力处理，然后再分别将芯层合金铸锭和包覆层合金铸锭进行铣面和锯切，分别得到芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板；所述芯层和包覆层合金成分中含有的Cr、Zr元素含量均≤0.05%；其中，所述的包覆层合金成分按照质量百分比还具有以下成分：Si ≤0.15%，Fe≤0.2%，Cu≤0.05%，Mn≤0.05%，Mg≤0.05%，Zn≤0.05%，其余量由Al及不可避免的杂质构成；所述的芯层合金成分按照质量百分比还具有以下成分：Si≤0.25%，Fe≤0.40%，Cu≤0.25%，Mn≤0.10%，Mg1.3%，Zn5.2%，Ti≤0.10%，其余量由Al及不可避免的杂质构成；

（2）表面处理：将步骤（1）中所得的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板分别进行表面处理；

（3）焊接固定：将步骤（2）中表面处理后的芯层合金铸造板和包覆层合金铸造板按照包覆层/芯层的组合方式进行焊接固定；

（4）预热、热轧：将步骤（3）焊接好的合金铸造板进行预热，加热温度为400~460℃，保温8~15小时，加热完成后根据成品厚度进行热轧复合及后续加工；

对于厚度＞4.0mm的成品：热轧至所需成品厚度，得到复合卷材，然后依次进行固溶淬火、时效，或将复合卷材横切切板，得到复合板材后再依次进行固溶淬火、时效；空冷，即得成品1xxx/7xxx铝合金复合材料；

对于厚度为1.0mm~4.0mm的成品：热轧得到复合卷材，所得复合卷材依次进行冷轧、重卷清洗切边、中间退火，退火温度440~480℃，速度15~35m/min，精冷轧至成品厚度，然后将成品厚度的复合卷材固溶淬火，时效，空冷，即得成品1xxx/7xxx铝合金复合材料；

其中，步骤（4）中对于厚度为1.0mm~4.0mm的成品，所述的固溶淬火为固溶温度420~470℃，速度20~35m/min，水淬；再进行时效，在120~150℃下保温13~24小时。

2.根据权利要求1所述的1xxx/7xxx铝合金复合材料，其特征在于：步骤（1）中所述的均热处理为在温度为420~490℃下保温16~24小时。

3.根据权利要求1所述的1xxx/7xxx铝合金复合材料，其特征在于：步骤（1）中所述的去应力处理为在350~410℃下保温16~20小时。

4.根据权利要求1所述的1xxx/7xxx铝合金复合材料，其特征在于：步骤（4）中对于厚度＞4.0mm的成品，所述的固溶淬火、时效为：将复合卷材或复合板材进行固溶淬火，固溶温度420~500℃，保温20~360min，淬火10~200min；再进行时效，时效温度120~150℃，保温15~24小时。