CN108913925A

CN108913925A - 一种手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材及其制备方法

Info

Publication number: CN108913925A
Application number: CN201810889362.9A
Authority: CN
Inventors: 江钟宇; 郑翰; 黄瑞银; 张宸玮; 兰政
Original assignee: Chinalco Ruimin Co Ltd
Current assignee: Chinalco Ruimin Co Ltd
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2018-11-30
Anticipated expiration: 2038-08-07
Also published as: CN108913925B

Abstract

本发明属于铝及铝合金的制备领域，具体涉及一种能满足手机边框要求的屈服强度≥300mpa、经阳极氧化后无明显料纹的6系合金轧制铝板带材及其制备方法。合金的成分为Si：0.5~0.7%，Fe：0.08%，Cu：0.45~0.55%，Mn：0.1~0.2%，Mg：0.8~1.0%，Ti：0.025%；Mg/Si=1.3~1.6，余量为AL和不可避免的杂质。本发明产品具有高强度和优秀阳极氧化外观的特点，产品经时效热处理后，屈服强度超过300mpa，因为条带式生产，且厚度进度高，非常适和通过卷材连续冲压的方式，直接获得“口”字型产品，通过大幅减少CNC节省成本、提高生产效率。

Description

一种手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材及其制备方法

技术领域

本发明属于铝及铝合金带材的制备领域，具体涉及一种手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材及其制备方法。

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，手机外观设计已逐渐由后盖和边框金属一体化，向边框金属、后盖玻璃或塑料的方向发展。为更好的保护整机避免在意外跌落过程损坏，要求手机边框材料具有足够高的强度，考虑到不锈钢加工成本高，7系合金阳极氧化时氧化膜易于脱落，6系合金逐渐成为各手机终端最为看好的金属材料，一般要求屈服强度≥300mpa，即表面硬度≥HV115。因手机边框均作为外观件使用，外观质量高，即要求不能有料纹等色差缺陷，对铝材的内部晶粒和组织均提出了严格的要求。

现有技术中，6系合金手机边框材料一般有两种方法：第一种为使用截面为“一”字型的板片状挤压型材、经全CNC机加工后制得边框，但使用该方法生产时，CNC加工成本高，生产时间长效率低，经了解，目前高强度的6系合金挤压材中可满足高表面阳极氧化质量需求的产品较少；第二种同样通过挤压获得，但挤压获得的截面为“口”字型，即挤出的边缘即为手机边框，但该方法在生产不含Cu的类似6063的合金的低强度产品(经时效热处理后表面硬度HV80左右)时，获得的产品可以满足阳极外观需求，但挤压生产含Cu量超过0.3wt%含量，经时效后表面硬度超过HV110的产品时，因挤压模具的特殊性，焊合线必然存在，该部位阳极后会出现异色，故该生产方案不适用于高强度6系合金的生产。

目前行业内的部分轧制铝板带厂商，通过优化合金成分，实现了铝板带轧制方式生产6063合金，并能满足电子产品外观件的一般需求，但查阅相关标准可知，该合金T6状态下的屈服强度远不及300mpa，如专利CN 106868435 A公开，致使该产品不能再手机边框上大量应用；也有部分铝合金厂商通过成分和工艺改良，生产出来的轧制板材屈服强度进一步提高，如专利CN107338375 A提出一种6系铝合金及其加工方法，阳极氧化后外观料纹较好，但屈服强度只接近270mpa，与300mpa的下限需求仍有差距；

在挤压材领域开发高强度6系合金阳极氧化铝板带材的相对更多，还有专利CN107385290 A公开了一种具有优异氧化效果的高强度铝合金及其制备方法和应用，屈服强度甚至达到380mpa，但无法满足连续冲压生产。另有专利CN103882271A公开了一种高强度高延伸率AL-Mg-Si-Cu合金材料及其制备方法，屈服强度也达到370mpa，但发明中未提到是否符合阳极需求，以及是否可以进行连续冲压生产。而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，阳极外观质量好，屈服强度优良的产品。

发明内容

本发明目的在于提供一种满足手机边框使用的，屈服强度≥300mpa，经阳极后表面料纹优良、满足连续冲压成型的高效率生产的手机边框用铝板带材制造方法，该制造方法下生产的厚度在4.0~10.0mm的铝板带材，可替代传统挤压型材作为手机边框使用。

本发明立足于市场的需求，以具有中等强度的6013合金作为切入点，并结合高强度、高阳极外观质量的实际需求，对热阳极料纹的影响因素进行了细致的研究分析，并进行反复试验、检测，结果发现产品内部的化合物的种类、大小和分布、晶粒的大小等与强度和阳极外观关系密切。

本发明是基于该发现而完成的，其目的在于提供一种表面硬度高、阳极外观质量优良的手机边框用6系合金铝板带材的制造方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

所述手机边框用6系合金铝板带材，其组成成分包括：按质量分数计，Si：0.5~0.7%，Fe：0.08%，Cu：0.45~0.55%，Mn：0.1~0.2%，Mg：0.8~1.0%，Ti：0.025%；Mg/Si=1.3~1.6，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和不可避免的杂质。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配比，减少杂质，避免形成粗大化合物；通过控制镁硅比，保证硅过程，有效改善合金的耐腐蚀性。

所述手机边框用6系合金铝板带材的制备方法，以铝锭、铝中间合金锭、速溶硅为原料，经熔化、铸造、均热、热轧、固溶热处理、预拉伸（必要时）和时效热处理制得手机外壳用铝合金带材。

具体包括以下步骤：

1）铝锭经过熔炼炉融化，配料后，进行半连续铸造，制得的大板锭；

2）铸锭获得后直接进行均热处理，随后安排锯切和铣面，最后安排热轧；

3）热处理后制得的成品，进行固溶热处理、预拉伸和时效热处理，最后获得厚度4.0-10.0mm的成品。

步骤1）制得大板锭，其铸锭厚度在300~560mm。

均热工艺为金属温度390~410℃保温8~12h，随后升温至530~540℃保温30~40h。

热轧开轧温度455±3℃，轧制过程锭温控制380~450℃，热轧终轧温度305~365℃，热轧厚度为4.0~10.0mm。

步骤3）中的固溶热处理中，固溶速度为540~570℃/1~2h，淬火时的入水水温需控制在15~40℃，淬火转移时间≤10s。

步骤3）中的时效热处理中，人工时效前的自然时效时间需控制在8h内，时效制度为170℃/14~24h。

步骤3）制得成品后，带材任意界面的晶粒长度和宽度均≤50μm，金属间化合物尺寸≤5μm。

步骤3）制得成品后，带材的抗拉强度≥320mpa、屈服强度≥300mpa，延伸率≥11%；

因大板锭制得的铸锭内部区域偏析严重，且6系合金内部具有较多的含镁的低熔点相，为避免铸造过程中的粗生相过烧，并最大限度的实现可溶第二相化合物全部溶解，在均匀化过程先安排低温热处理，促进低熔点相的充分溶解，随后将均匀化温度提高到540℃左右，并做30小时以上的长时保温，有效改善铸锭宽度和厚度方面的宏观偏析，以便保证成品的化合物尺寸。

通过良好的热轧、固溶制度，有效提高Mg合金的溶度，并通过保证淬火入水水温和淬火转移时间，提高合金的固溶度，从而保证成品的晶粒和化合物尺寸细小均匀，使具有阳极氧化后氧化膜均匀无料纹的特点，因产品固溶过程充分，冷却工艺合适，产品在经时效热处理后，屈服强度≥300mpa，完全满足手机边框用铝的需求。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明下的6系合金轧制板带材，具有高强度和优秀阳极氧化外观的特点，产品经时效热处理后，屈服强度超过300mpa，因为条带式生产，且厚度进度高，非常适和通过卷材连续冲压的方式，直接获得“口”字型产品，通过大幅减少CNC节省成本、提高生产效率。

（2）本发明下生产的阳极氧化用6系合金铝板带产品，与传统阳极氧化用6系合金相比，在屈服强度相当、阳极外观质量优良的条件下，通过使用轧制方式生产，大幅提高生产效率；制得的6系合金板带材，可实现手机壳体制作过程实现连续冲压，有效替代传统挤压型材单片冲压的生产方式，显著提高加工过程的效率，并可降低生产成本、缩短产出周期；在生产成本和效率上均更有优势。

具体实施方式

本发明的手机边框用6系合金铝板带材，在Mg含量为0.8~1.0wt%、镁硅比1.3-1.6的6系铝合金中，配以特定范围的Cu、Mn、Ti等合金元素后进行熔炼，制得的板锭经均热、铣面、热轧和必要的热处理后，将化合物大小、晶粒尺寸控制到设定范围，获得物理性能优良的6系合金轧制板材。

以下对各成分的含量进行数值限定的理由加以说明：

Mg和Si：形成的Mg₂Si是6系合金固溶和时效强化的主要成分，镁硅比若高于1.6，产品在阳极氧化过程中的耐腐蚀性不够，阳极氧化过程容易形成较多的腐蚀坑，影响产品的外观质量，而如果镁硅比低于1.3，则无法达到预期的屈服强度≥300mpa的目标值。另一方方面，若含量低于0.8%，则成品屈服强度将不能满足，若Mg含量超过1.0%，一方面将引起Mg₂Si化合物的过量阻碍电子跃迁影响阳极氧化膜的均匀性，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，Fe含量超过0.08%时粗大β相将增多，该类化合物呈棒状或条状，在后续轧制变形过程不易破碎，在阳极氧化过程中，含铁化合物电极电位高于金属铝，故在阳极氧化过程将加速周边铝基体的腐蚀，并最终导致该含铁化合物的脱落，引起阳极氧化膜不均匀，并最终形成料纹缺陷。

Ti：Ti元素能细化晶粒，均匀组织，但含量超过0.025%时，过度细化金立，而晶粒的尺寸减小将増加了晶界面积，容易引起固溶过程晶粒不均匀。

Cu：Cu有利于提高材料的强度，在铝合金材料中固溶,在时效过程中,析出相为一种沿着铝基体方向生长的板条状的析出相，以有效地提高材料的性能。不过当含量超过0.55%后易于在晶界聚集，会显著地降低材料的耐腐蚀性能和成形性能。

Mn：在均热化处理中生成弥散颗粒，这个颗粒可以妨碍再结晶后的晶粒长大，以起到细化晶粒的效果。同时，该颗粒能够溶解杂质铁，减少铁的有害作用。但是，若含量超过0.2%，容易生成粗大的树枝状系金属间化合物，从而会严重恶化铝合金材料的综合性能。

实施例1

一种高强高导热手机中板用铝板带材，其成分为Si 0.70wt%，Fe 0.06wt%，Cu0.48wt%，Mn0.15wt%，Mg 0.95wt%，Ti 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，制得壁厚400mm厚的大扁锭；

2）铸锭获得后直接进行均匀化退火，金属温度400℃下保温10h，然后升温至540℃保温30h，随后安排锯切和铣面，最后安排热轧，热轧开轧温度458℃，热轧终轧温度为320℃，热轧厚度为4.0mm；

3）热处理后制得的成品，抗拉强度340mpa，屈服强度为317mpa，延伸率11.2%，内部晶粒纵断面最大晶粒尺寸为45μm，金属间化合物尺寸为5μm，经阳极氧化后，满足手机边框高强度、无料纹的质量要求。

实施例2

一种高强高导热手机中板用铝板带材，其成分为：Si 0.5wt%，Fe 0.08wt%，Cu0.50wt%，Mn0.1wt%，Mg 0.8 wt%，Ti 0.011wt%；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，制得壁厚为560mm的大扁锭；

2）铸锭获得后直接进行均匀化退火，金属温度390℃下保温12h，然后升温至530℃保温40h，随后安排锯切和铣面，最后安排热轧，热轧开轧温度455℃，热轧终轧温度为360℃，热轧厚度为10.0mm；

3）热处理后制得的成品，抗拉强度320mpa，屈服强度为305mpa，延伸率14.0%，内部晶粒纵断面最大晶粒尺寸为50μm，金属间化合物尺寸为4.6μm，经阳极氧化后，满足手机边框高强度、无料纹的质量要求。

实施例3

一种高强高导热手机中板用铝板带材，其成分为：Si 0.55wt%，Fe 0.05wt%，Cu 0.48wt%，Mn0.2wt%，Mg0.7 wt%，Ti 0.003wt%；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；制得壁厚为300mm的大扁锭；

2）铸锭获得后直接进行均匀化退火，金属温度395℃下保温10h，然后升温至530℃保温35h，随后安排锯切和铣面，最后安排热轧，热轧开轧温度452℃，热轧终轧温度为340℃，热轧厚度为4.0mm；

3）热处理后制得的成品，抗拉强度310mpa，屈服强度为301mpa，延伸率12.4%，内部晶粒纵断面最大晶粒尺寸为50μm，金属间化合物尺寸为4.2μm，经阳极氧化后，满足手机边框高强度、无料纹的质量要求。

本发明设计的手机边框用6系合金铝板带材与传统挤压型材和一般6系合金轧系合金相比，它在生产工艺、化学成分等方面进行改良，使产品具有良好的强度和阳极外观质量，并可适应卷材连续冲压成型的方式生产，实现降本提效，是目前挤压材和一般6系合金轧制铝板带材产品在所不具备的。

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

1.一种手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材，其特征在于，以重量百分含量表示，所述产品的化学合金成分组成为：

Si：0.5~0.7%，Fe：0.08%，Cu：0.45~0.55%，Mn：0.1~0.2%，Mg：0.8~1.0%，Ti：0.025%；Mg/Si=1.3~1.6，余量为Al和不可避免的杂质；其中每种杂质的重量百分比最高为0.03%。

2.一种制备如权利要求1所述的手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材的方法，其特征在于：以铝锭、铝中间合金锭、速溶硅为原料，经熔化、铸造、均热、热轧、固溶热处理、预拉伸、时效热处理制得手机外壳用铝合金带材。

3.根据权利要求2所述的手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据如权利要求3所述的手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材的制备方法，其特征在于：步骤1）制得大板锭，其铸锭厚度在300~560mm。

5.根据如权利要求3所述的手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材的制备方法，其特征在于：均热工艺为金属温度390~410℃保温8~12h，随后升温至530~540℃保温30~40h。

6.根据如权利要求3所述的手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材的制备方法，其特征在于：热轧开轧温度455±3℃，轧制过程锭温控制380~450℃，热轧终轧温度305~365℃，热轧厚度为4.0~10.0mm。

7.根据如权利要求3所述的手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材的制备方法，其特征在于：步骤3）中的固溶热处理中，固溶速度为540~570℃/1~2h，淬火时的入水水温需控制在15~40℃，淬火转移时间≤10s。

8.根据如权利要求3所述的手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材的制备方法，其特征在于：步骤3）中的时效热处理中，人工时效前的自然时效时间需控制在8h内，时效制度为170℃/14~24h。

9.根据如权利要求3所述的手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材的制备方法，其特征在于：步骤3）制得成品后，带材任意界面的晶粒长度和宽度均≤50μm，金属间化合物尺寸≤5μm。

10.根据如权利要求3所述的手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材的制备方法，其特征在于：步骤3）制得成品后，带材的抗拉强度≥320mpa、屈服强度≥300mpa，延伸率≥11%。