CN109022947A - 一种高烘烤硬化性的铝合金板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金板材制造领域，涉及一种高烘烤硬化性的铝合金板材及其制备方法，铝合金板材的配方由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Mg：0.4～0.9％，Si：0.6～1.4％，Ti：0.008～0.12％，B：0.0005～0.04％，Fe≤0.3％，Zn：0.06～1.5％0，Cu：0.3～0.8％，Sn：0.03～0.25％，其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，解决了现有技术中汽车机身覆盖件所使用的铝合金板材表面容易形成MgO，使得汽车机身覆盖件的粘合性和涂漆后的耐蚀性较差的问题。

Description

一种高烘烤硬化性的铝合金板材及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金板材制造领域，涉及一种高烘烤硬化性的铝合金板材及其制备方法。
背景技术
面对节约能源和减少环境污染的压力，各大汽车制造商日益重视汽车用材轻量化。铝合金由于具有密度低、比强度高及优良的耐腐蚀性能、成形性能和碰撞吸能，成为汽车轻量化的首选材料。因此，铝合金板材在汽车发动机罩、行李箱盖及车门等覆盖件的应用日益普遍。
目前汽车铝板主要包括5000系和6000系。5000系铝合金属于不可热处理强化铝合金，成本较6000系铝合金低，但是由于其在拉延成形时易产生拉抻应变痕，影响外观，主要用于覆盖件内板。6000系铝合金属于可热处理强化铝合金，成形性和耐腐蚀性能好，在成形后不会产生拉伸应变痕，且在烤漆后还具有更高的强度和抗凹性等特性，因此，6000系铝合金广泛应用于覆盖件内外板。
在汽车机身覆盖件组装的粘结过程中，汽车机身覆盖件所使用的铝合金型材表面存在MgO，由于MgO层和底层铝的结合很弱，所以覆盖件板材的粘合性一般都很差，如果想要提高汽车机身覆盖件的粘合性和涂漆后的耐蚀性，则有必要除去在铝合金板材表面上形成的MgO，然而目前现有技术很难除去铝合金板材表面的MgO，使得后期汽车机身覆盖件涂漆后的效果不佳。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有技术中汽车机身覆盖件所使用的铝合金板材表面容易形成MgO，使得汽车机身覆盖件的粘合性和涂漆后的耐蚀性较差的问题，提供一种高烘烤硬化性的铝合金板材及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种高烘烤硬化性的铝合金板材，铝合金板材的配方由以下元素组分按照重量百分比配制而成：
Mg：0.4～0.9％，Si：0.6～1.4％，Ti：0.008～0.12％，B：0.0005～0.04％，Fe≤0.3％，Zn：0.06～1.5％0，Cu：0.3～0.8％，Sn：0.03～0.25％、Mn：0.01～0.3％、Cr≤0.1％，其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为A1。
进一步，铝合金板材配方中各元素组分及重量百分比为Mg：0.4～0.9％，Si：0.6～1.4％，Ti：0.008～0.12％，B：0.0005～0.04％，Fe≤0.04％，Zn：0.06～1.5％0，Cu：0.3～0.8％，Sn：0.03～0.25％、Mn：0.01～0.3％、Cr≤0.1％，其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。
一种高烘烤硬化性的铝合金板材的制备方法，包括以下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、将步骤A熔铸后的铝合金铸锭进行均匀化退火，其中退火温度为550～600℃，保温时间为4～10h；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金板材，其中铝合金铸锭加热温度为500～550℃，挤压机的挤压速度为4.5～5.0m/min，挤压后铝合金板材的厚度为8～12mm；
D、将步骤C挤压后的铝合金板材加热到490～560℃，恒温保持2～5min，得到固溶处理后的铝合金板材，其中铝合金板材的加热速率为200～300℃/min；
E、将步骤D固溶处理后的铝合金板材以极冷的方式冷却至室温，其中铝合金板材的冷却速度为10～30℃/s，使得镁硅原子充分溶解；
F、将步骤E冷却后的铝合金板材依次进行低温预时效和高温预时效，其中低温预时效中的第一阶段低温预时效为在60～120℃温度内保持5～10min，第二阶段低温预时效为在120～140℃的温度内保持2～5min，第三阶段低温预时效为在60℃～100℃的过程中采用温水预时效，调节水的PH值为4～7，高温预时效中的第一阶段高温预时效为140℃～150℃的温度区域中保持5～30min，第二阶段高温预时效为150℃～240℃的温度区域中保持5～30min，第三阶段高温预时效为在240℃～250℃的温度区域中保持5～10min；
G、将步骤F低温预时效和高温预时效后的铝合金型材冷却至室温后进行拉伸矫直，将拉伸矫直后的铝合金型材停放24h；
H、将步骤G拉伸矫直后的铝合金型材进行人工时效热处理，其中人工时效热处理的温度为150～180℃，时效时间为9～10h。
进一步，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。
进一步，步骤C中均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压筒中挤压时采用分段加热的方法，铝合金铸锭头部的加热温度为530～550℃，中部的加热温度为520～540℃，尾部的加热温度为500～520℃。
进一步，步骤E中铝合金板材的冷却方式为水冷或者水雾冷却。
进一步，步骤G中拉伸量控制在1％以内。
本发明的有益效果在于：
1、通过本发明的高烘烤硬化性的铝合金板材的制备方法制备的铝合金板材，对现有技术的铝合金型材的化学成分进行了优化，对Mg和Si元素的含量进行了调整，使得制备的铝合金板材具有优异的涂料烘烤硬化性，当Mg含量小于0.2％，Si的含量小于0.5％时，铝合金板材在涂漆时形成的β相量少，当Mg和Si的量过大时，会产生过多的粗大的Mg2Si相，加工性能大幅下降。Mn、Cr能够将铝合金板材的结晶粒细化，防止铝合金板材表面粗糙，如果含量过大，就会形成粗大的金属化合物，破坏成型性，如果含量过小，结晶会变得粗糙，产生的铝合金板材就会变成的粗糙。Ti和B的用量会使铝合金板材的结晶体变得细化，具有改良成型性，用量过小，消化效果不好，用量过大成型性会恶化。Fe是提高强度和提高成型性的元素，含量过低时型材强度不够，效果过大时，晶体粗大，降低成型性。Zn具有提高强度和提高成型性的效果，含量过低时成型效果不充分，含量过高时，强度上升大打折扣，还会损害成型性。Cu能够提高型材的强度，含量太小，强度提高效果不明显，含量太大反而影响型材的耐蚀性。
2、通过本发明的高烘烤硬化性的铝合金板材的制备方法制备的铝合金板材，固溶处理过程中，将挤压后的铝合金板材加热到490～560℃，恒温保持2～5min，使得铝合金原料中过剩相充分溶解到固溶体中，得到过饱和的固溶体，固溶处理时间控制在5min以下，当固溶时间超过5min时，溶质的固溶体饱和且晶粒可能粗化，影响型材的成型性。
将固溶后的铝合金板材以10～30℃/s的冷却速度极冷至室温，防止了晶粒的再次长大，保证镁硅原子在铝合金基体中的均匀弥散状态，冷却速度过低，Mg2Si相和Si相等会在再冷却过程中沉淀，可成形性低、烤漆硬化性下降，冷却速度过快，会破坏型材的形状。
将固溶冷却后的铝合金板材依次进行低温预时效和高温预时效，能够抑制铝合金板材的停放效应。低温预时效和高温预时效后的拉伸工艺，能够使得铝合金板材中各元素进一步弥散，使得制备的铝合金板材具有更加细微稳定的微观结构。低温预时效中调节冷却水PH的目的是为了除去铝合金板材表面的MgO，当PH值过大时铝合金板材被腐蚀，当PH值过小时，铝合金板材表面MgO的除去效果不明显。
整个工艺过程使得最终制备的铝合金板材烘烤硬化性得到了提高，使得型材在后期喷涂的过程中，粘合性能更好，机械强度更高。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种高烘烤硬化性的铝合金板材的制备方法，包括以下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，铝合金板材原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Mg Si Ti B Fe Zn Cu Sn Mn Cr Al
含量 0.40 0.60 0.008 0.0005 0.30 0.06 0.30 0.03 0.01 0.1 余量
将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法；
B、将步骤A熔铸后的铝合金铸锭进行均匀化退火，其中退火温度为550℃，保温时间为10h；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金板材，其中铝合金铸锭加热温度为500℃，挤压机的挤压速度为5.0cm/min，挤压后铝合金板材的厚度为12mm，其中均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压筒中挤压时采用分段加热的方法，铝合金铸锭头部的加热温度为530℃，中部的加热温度为520℃，尾部的加热温度为500℃；
D、将步骤C挤压后的铝合金板材加热到490℃，恒温保持5min，得到固溶处理后的铝合金板材，其中铝合金板材的加热速率为200℃/min；
E、将步骤D固溶处理后的铝合金板材以极冷的方式冷却至室温，其中铝合金板材的冷却速度为10℃/s，使得镁硅原子充分溶解，铝合金板材的冷却方式为水冷或者水雾冷却；
F、将步骤E冷却后的铝合金板材依次进行低温预时效和高温预时效，其中低温预时效中的第一阶段低温预时效为在60℃温度内保持10min，第二阶段低温预时效为在120℃的温度内保持5min，第三阶段低温预时效为在60℃的过程中采用温水预时效，调节水的PH值为4，高温预时效中的第一阶段高温预时效为140℃的温度区域中保持30min，第二阶段高温预时效为150℃的温度区域中保持30min，第三阶段高温预时效为在240℃的温度区域中保持10min；
G、将步骤F低温预时效和高温预时效后的铝合金型材冷却至室温后进行拉伸矫直，拉伸量控制在1％以内，将拉伸矫直后的铝合金型材停放24h；
H、将步骤G拉伸矫直后的铝合金型材进行人工时效热处理，其中人工时效热处理的温度为150℃，时效时间为10h。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中铝合金板材原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Mg Si Ti B Fe Zn Cu Sn Mn Cr Al
含量 0.70 0.80 0.10 0.01 0.04 1.0 0.50 0.20 0.1 0.1 余量
实施例3
实施例3与实施例2的区别在于，步骤B中均匀化退火温度为600℃，保温时间为4h。
实施例4
实施例4与实施例2的区别在于，步骤C中均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金板材，其中铝合金铸锭加热温度为550℃，挤压机的挤压速度为4.5cm/min，挤压后铝合金板材的厚度为8mm，其中均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压筒中挤压时采用分段加热的方法，铝合金铸锭头部的加热温度为550℃，中部的加热温度为540℃，尾部的加热温度为520℃
实施例5
实施例5与实施例2的区别在于，步骤D挤压后的铝合金板材加热到560℃，恒温保持2min，得到固溶处理后的铝合金板材，其中铝合金板材的加热速率为300℃/min。
实施例6
实施例6与实施例2的区别在于，步骤E铝合金板材的冷却速度为30℃/s。
实施例7
实施例7与实施例2的区别在于，步骤F冷却后的铝合金板材依次进行低温预时效和高温预时效，其中低温预时效中的第一阶段低温预时效为在120℃温度内保持5min，第二阶段低温预时效为在140℃的温度内保持2min，第三阶段低温预时效为在100℃的过程中采用温水预时效，调节水的PH值为7，高温预时效中的第一阶段高温预时效为150℃的温度区域中保持5min，第二阶段高温预时效为240℃的温度区域中保持5min，第三阶段高温预时效为在250℃的温度区域中保持5min。
实施例8
实施例8与实施例2的区别在于，步骤H中人工时效热处理的温度为180℃，时效时间为9h。
对比例
对比例与实施例1的区别在于，省略步骤F，将步骤E固溶冷却后的铝合金型材直接进行步骤G的拉伸矫直。
对比例与实施例1～8得到的6系铝合金型材进行低温烤漆后，对其力学性能进行测试，测试结果见表一，其中附着力是指后期喷漆的时候，型材对漆的吸附力，附着力越高，铝合金板材喷上的漆越不容易掉：
由表一可以看到，通过本发明高烘烤硬化性的铝合金板材的制备方法制备的铝合金板材在后期喷涂的过程中，粘合性能更好，MgO层的附着力较低，同时铝合金板材的力学性能得到了提高。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种高烘烤硬化性的铝合金板材，其特征在于，铝合金板材的配方由以下元素组分按照重量百分比配制而成：
Mg：0.4～0.9％，Si：0.6～1.4％，Ti：0.008～0.12％，B：0.0005～0.04％，Fe≤0.3％，Zn：0.06～1.5％0，Cu：0.3～0.8％，Sn：0.03～0.25％、Mn：0.01～0.3％、Cr≤0.1％，其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。
2.如权利要求1所述的高烘烤硬化性的铝合金板材，其特征在于，铝合金板材配方中各元素组分及重量百分比为Mg：0.4～0.9％，Si：0.6～1.4％，Ti：0.008～0.12％，B：0.0005～0.04％，Fe≤0.04％，Zn：0.06～1.5％0，Cu：0.3～0.8％，Sn：0.03～0.25％、Mn：0.01～0.3％、Cr≤0.1％，其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。
3.一种高烘烤硬化性的铝合金板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、将步骤A熔铸后的铝合金铸锭进行均匀化退火，其中退火温度为550～600℃，保温时间为4～10h；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金板材，其中铝合金铸锭加热温度为500～550℃，挤压机的挤压速度为4.5～5.0m/min，挤压后铝合金板材的厚度为8～12mm；
D、将步骤C挤压后的铝合金板材加热到490～560℃，恒温保持2～5min，得到固溶处理后的铝合金板材，其中铝合金板材的加热速率为200～300℃/min；
E、将步骤D固溶处理后的铝合金板材以极冷的方式冷却至室温，其中铝合金板材的冷却速度为10～30℃/s，使得镁硅原子充分溶解；
F、将步骤E冷却后的铝合金板材依次进行低温预时效和高温预时效，其中低温预时效中的第一阶段低温预时效为在60～120℃温度内保持5～10min，第二阶段低温预时效为在120～140℃的温度内保持2～5min，第三阶段低温预时效为在60℃～100℃的过程中采用温水预时效，调节水的PH值为4～7，高温预时效中的第一阶段高温预时效为140℃～150℃的温度区域中保持5～30min，第二阶段高温预时效为150℃～240℃的温度区域中保持5～30min，第三阶段高温预时效为在240℃～250℃的温度区域中保持5～10min；
G、将步骤F低温预时效和高温预时效后的铝合金型材冷却至室温后进行拉伸矫直，将拉伸矫直后的铝合金型材停放24h；
H、将步骤G拉伸矫直后的铝合金型材进行人工时效热处理，其中人工时效热处理的温度为150～180℃，时效时间为9～10h。
4.如权利要求3所述的烘烤硬化性的铝合金板材的制备方法，其特征在于，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。
5.如权利要求3所述的烘烤硬化性的铝合金板材的制备方法，其特征在于，步骤C中均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压筒中挤压时采用分段加热的方法，铝合金铸锭头部的加热温度为530～550℃，中部的加热温度为520～540℃，尾部的加热温度为500～520℃。
6.如权利要求3所述的烘烤硬化性的铝合金板材的制备方法，其特征在于，步骤E中铝合金板材的冷却方式为水冷或者水雾冷却。
7.如权利要求3所述的烘烤硬化性的铝合金板材的制备方法，其特征在于，步骤G中拉伸量控制在1％以内。
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