CN109055835A - 用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金及其制备方法和加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金，其特征在于，由以下重量组分组成：Si0.8‑1.2份，Ti0.3‑0.6份，Cu0.2‑0.3份，Mn0‑0.2份，Sn0‑0.01份，Pb0‑0.005份，Ni1.2‑1.6份，Co0.32‑0.38份，Cd0.014‑0.018份，Zn4.1‑4.9份，Mg1.3‑1.5份，Li0.4‑0.6份，Zr0.01‑0.015份，C0.002‑0.003份，混合稀土0.05‑0.1份，Fe0.05‑0.1份，余量为Al，本发明能改善阳极氧化效果。

Description

用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金及其制备方法和加工 工艺

技术领域

本发明涉及手机领域，特别涉及一种用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金及其制备方法和加工工艺。

背景技术

压力铸造(简称压铸)是在压铸机的压室内，浇入液态或半液态的金属或合金，使它在高压和高速下充填型腔，并且在高压下成型和结晶而获得铸件的一种铸造方法。由于金属液受到很高比压的作用，因而流速很高，充型时间极短。高压力和高速度是压铸时液体金属充填成型过程的两大特点，也是压铸与其他铸造方法最根本区别之所在。比如压射比压在几兆帕至几十兆帕范围内，甚至高达500MPa;充填速度为0.5—120m/s，充型时间很短，一般为0.01-0.2s，最短只有干分之几秒。

在日常加工中，压铸产品具有如下优点：产品质量好，由于压铸型导热快，金属冷却迅速，同时在压力下结晶，铸件具有细的晶粒组织，表面坚实，提高了铸件的强度和硬度，此外铸件尺寸稳定，互换性好，可生产出薄壁复杂零件；生产率高，压铸模使用次数多；经济效益良好。压铸件的加工余量小，一般只需精加工和铰孔便可使用，从而节省了大量的原材料、加工设备及工时。

但是，压铸产品在实际引用中也存在以下制约：如压铸型结构复杂，制造费用高，准备周期长，所以，只适用于定型产品的大量生产；如压铸速度高，型腔中的气体很难完全排出，加之金属型在型中凝固快，实际上不可能补缩，致使铸件容易产生细小的气孔和缩松，铸件壁越厚，这种缺陷越严重，因此，压铸一般只适合于壁厚在6mm以下的铸件；如压铸件的塑性低，不宜在冲击载荷及有震动的情况下工作；如高熔点合金压铸时，铸型寿命低，影响压铸生产的扩大应用。

在日常应用中，压铸产品已经逐渐普及，以苹果iphone为代表的3C产品，使用金属边框和高光倒角边条，这个外形一问世，即刻以其高端的形象，风靡全球，引领众多粉丝追逐，成为现实中的传说。究其材料和工艺：以锻压铝（AL）型材为基础，经CNC加工和纳米注塑而成，（其成本在150-300元人民币之间），工艺复杂，效率低，合格率低，因此成本高，较长的生产周期也制约了产量产能。

压铸件生产成本低且效率高，但普通压铸用铝合金因铝含量低,一般在85%,而不能进行阳极。简单来说，压铸件不能阳极或者阳极效果极差。

目前市场上有以ADC6为代表的可阳极的铝合金，虽可氧化上色，但色泽不正，亮度欠佳。

发明内容

基于此，有必要提供一种用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金，其特征在于，由以下重量组分组成：Si0.8-1.2份，Ti0.3-0.6份，Cu0.2-0.3份，Mn0-0.2份，Sn0-0.01份，Pb0-0.005份，Ni1.2-1.6份，Co0.32-0.38份，Cd0.014-0.018份，Zn4.1-4.9份，Mg1.3-1.5份，Li0.4-0.6份，Zr0.01-0.015份，C0.002-0.003份，混合稀土0.05-0.1份，Fe0.05-0.1份，余量为Al。

优选的，所述混合稀土的成分组成及重量份为：Pr1份，Nd2.06份，Pm1.85份，Sm1.53份，Gd2.09份。

一种如权利要求1所述用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、清理并除去熔炉内的杂质，将铝锭投入熔炉熔化，并在金属熔液升温至740-760℃时，投入铁剂；

S2、对金属熔液进行5-10次搅拌，每次搅拌后均静置；

S3、向金属熔液加入镁和硅，并将部分金属溶液导入模具浇铸从而对模具预热，并将浇铸形成的铝合金锭投入熔炉内使熔炉内的金属熔液降温至710-730℃，然后加入无钠精炼剂进行精炼净化；

S4、当金属熔液温度达到730-750℃时，用占炉料总量1.5%-2.5%的三元变质剂做变质处理，变质时间为15-18min。

S5、当变质完成后除渣并搅拌，然后静置5-10min，当温度达到750℃时，扒渣出炉浇铸呈铝合金锭。

优选的，在步骤S2中，对金属熔液进行多次搅拌和静置的时间总共不少于60分钟。

优选的，在步骤S4中加入的三元变质剂所占所有成分的比重为1.8％-2.2％。

一种利用权利要求1所述可阳极氧化硬质铝合金加工压铸件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：制备由以下组分组成的铝合金锭：Si0.8-1.2份，Ti0.3-0.6份，Cu0.2-0.3份，Mn0-0.2份，Sn0-0.01份，Pb0-0.005份，Ni1.2-1.6份，Co0.32-0.38份，Cd0.014-0.018份，Zn4.1-4.9份，Mg1.3-1.5份，Li0.4-0.6份，Zr0.01-0.015份，C0.002-0.003份，混合稀土0.05-0.1份，Fe0.05-0.1份，余量为Al；

第二步：将模具的模温控制在240-280℃，料温控制在740-760℃进行压铸成型；

第三步，对浇铸好的铝合金进行后加工；

第四步，将上述铝合金置于电解液中；先利用逐渐上升的电压，再利用随时间呈周期性变化的电压对上述铝合金进行阳极氧化，得到阳极氧化膜，所述随时间呈周期性变化的电压中，一个周期内包括低压保持段、直线上升段、高压保持段和直线下降段。

优选的，电压逐渐上升的时间为t1，电压由0上升到U1，随时间呈周期性变化的电压包括多个周期数，一个周期内，所述低压保持段的时间为T1，电压保持在U1，所述直线上升段的时间为t2，电压由U1上升到U2，所述高压保持的时间为T2，电压保持在U2，所述直线下降的时间为t3，电压由U2下降到U1，其中，t1为240-600秒，T1为20-240秒，t2为45-120秒，T2为20-240秒，t3为45-120秒，U1为12-20伏特，U2为14-22伏特。

下面结合上述技术方案对本发明的原理、效果进一步说明：

本发明的可阳极氧化硬质铝合金中，硅与铝形成硅铝合金，其特点是一种强复合脱氧剂，确保高温过程中各种成份的稳定性和脱氧性，减少砂孔。Mg和Si组成强化相Mg2Si，Mg的含量愈高，Mg2Si的数量就愈多，热处理强化效果就愈大。既利于热处理，又利于减少材料中Si的含量，提高氧化效果。Mn元素在温度到750℃左右增加流动性，使之能有效调节高温过程中各种成份的稳定性减少砂孔。Ti的成份主要是细化晶粒，增加流动性，减少砂孔和提高表面阳极氧化效果。Fe是铝合金中的主要杂质元素，可使产品表面粗糙、机械性能、抗蚀性能变差，阳极氧化后的压铸产品表面发青，光泽下降，着色后色调不纯，一般Fe含量控制在0.35%以内（如铝合金6063），以上控制在小于0.2%。铝合金产品中Zn含量达到0.05%，阳极氧化后表面就出现白色斑点，一般Zn含量控制在0.05%内，以上控制在小于0.05%。Cu在铝合金中有一定的固溶强化效果，同时会产生晶间腐蚀及导致热裂，它与Zn和Mg元素主要作用是增强抗拉强度和屈服强度，作为杂质的铜一般小于0.3%。Sn和Pb为低熔点金属，在铝中固溶度不大，降低合金强度，故控制其含量均小于0.005%。在合金中加入混合稀土元素。混合稀土元素以钒、铈元素为主，主要作用使合金的弹性、强度、抗磨损、抗爆裂性增加，使之既耐高温又抗奇寒；稀土元素的活性很强，对氧、氢、硫等具有较强的亲和力而易在熔炼时发生化学反应，反应产物不熔入铝而进入渣中，有除气除渣之净化作用，降低合金气孔和缩松倾向；稀土元素有良好的细化晶粒和变质作用，且具有长效性和重熔稳定性；稀土元素在铝合金中可形成稳定的高熔点金属间化合物，提高合金的力学性能；由于稀土元素能细化晶粒，也能与铁、硅等杂质形成稳定的化合物，并从晶内析出，再加上稀土对合金的净化作用，使合金的电阻率降低，导电性提高，从而改善阳极氧化效果。故所得的压铸性能及阳极氧化效果更好，适用于结构复杂且表面要求高的产品。

本发明的加工铸件时，利用随时间呈周期性变化的电压对上述铝合金进行阳极氧化，一个周期内包括低压保持段、直线上升段、高压保持段和直线下降段这四个阶段。在电压下降时，通过氧化膜的电流减小，使氧化膜上聚集的焦耳热得到发散，从而氧化膜的温度趋于均匀，易于消除氧化膜的内部应力，解决或减少脱膜的问题，提升氧化膜的膜厚均匀性。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

一种用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金，其特征在于，由以下重量组分组成：Si0.8份，Ti0.3份，Cu0.2份，Mn0.05份，Sn0.005份，Pb0.002份，Ni1.2份，Co0.32份，Cd0.014份，Zn4.1份，Mg1.3份，Li0.4份，Zr0.01份，C0.002份，混合稀土0.05份，Fe0.05份，余量为Al。

实施例2

一种用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金，由以下重量组分组成：Si1.2份，Ti0.6份，Cu0.3份，Mn0.2份，Sn0.01份，Pb0.005份，Ni1.6份，Co0.38份，Cd0.018份，Zn4.9份，Mg1.5份，Li0.6份，Zr0.015份，C0.003份，混合稀土0.1份，Fe0.1份，余量为Al；其中，混合稀土的质量组分为：Pr1份，Nd2.06份，Pm1.85份，Sm1.53份，Gd2.09份。

其中，混合稀土的质量组分为：Pr1份，Nd2.06份，Pm1.85份，Sm1.53份，Gd2.09份。

实施例3

一种如权利要求1所述用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金的制备方法，包括以下步骤：

S1、清理并除去熔炉内的杂质，将铝锭投入熔炉熔化，并在金属熔液升温760℃时，投入铁剂；

S2、对金属熔液进行10次搅拌，每次搅拌后均静置；

S3、向金属熔液加入镁和硅，并将部分金属溶液导入模具浇铸从而对模具预热，并将浇铸形成的铝合金锭投入熔炉内使熔炉内的金属熔液降温至730℃，然后加入无钠精炼剂进行精炼净化；

S4、当金属熔液温度达到730-750℃时，用占炉料总量2.5%的三元变质剂做变质处理，变质时间为18min。

S5、当变质完成后除渣并搅拌，然后静置10min，当温度达到750℃时，扒渣出炉浇铸呈铝合金锭。

实施例4

一种如权利要求1所述用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金的制备方法，包括以下步骤：

S1、清理并除去熔炉内的杂质，将铝锭投入熔炉熔化，并在金属熔液升温至740℃时，投入铁剂；

S2、对金属熔液进行5次搅拌，每次搅拌后均静置，搅拌和静置的时间总共不少于60分钟；

S3、向金属熔液加入镁和硅，并将部分金属溶液导入模具浇铸从而对模具预热，并将浇铸形成的铝合金锭投入熔炉内使熔炉内的金属熔液降温至710℃，然后加入无钠精炼剂进行精炼净化；

S4、当金属熔液温度达到730℃时，加入占所有成分的比重为1.8％三元变质剂做变质处理，变质时间为15min。

S5、当变质完成后除渣并搅拌，然后静置5min，当温度达到750℃时，扒渣出炉浇铸呈铝合金锭。

实施例5

一种利用权利要求1所述可阳极氧化硬质铝合金加工压铸件的方法，包括如下步骤：

第一步：制备由以下组分组成的铝合金锭：Si0.8份，Ti0.3份，Cu0.2份，Mn0.05份，Sn0.005份，Pb0.002份，Ni1.2份，Co0.32份，Cd0.014份，Zn4.1份，Mg1.3份，Li0.4份，Zr0.01份，C0.002份，混合稀土0.05份，Fe0.05份，余量为Al。

第二步：将模具的模温控制在240℃，料温控制在740℃进行压铸成型；

第三步，对浇铸好的铝合金进行后加工；

第四步，将上述铝合金置于电解液中；先利用逐渐上升的电压，再利用随时间呈周期性变化的电压对上述铝合金进行阳极氧化，得到阳极氧化膜，所述随时间呈周期性变化的电压中，一个周期内包括低压保持段、直线上升段、高压保持段和直线下降段。

实施例6

一种利用权利要求1所述可阳极氧化硬质铝合金加工压铸件的方法，包括如下步骤：

第一步：制备由以下组分组成的铝合金锭：Si1.2份，Ti0.6份，Cu0.3份，Mn0.2份，Sn0.01份，Pb0.005份，Ni1.6份，Co0.38份，Cd0.018份，Zn4.9份，Mg1.5份，Li0.6份，Zr0.015份，C0.003份，混合稀土0.1份，Fe0.1份，余量为Al；

第二步：将模具的模温控制在280℃，料温控制在760℃进行压铸成型；

第三步，对浇铸好的铝合金进行后加工；

第四步，将上述铝合金置于电解液中；先利用逐渐上升的电压，再利用随时间呈周期性变化的电压对上述铝合金进行阳极氧化，得到阳极氧化膜，所述随时间呈周期性变化的电压中，一个周期内包括低压保持段、直线上升段、高压保持段和直线下降段。

其中，电压逐渐上升的时间为t1，电压由0上升到U1，随时间呈周期性变化的电压包括多个周期数，一个周期内，所述低压保持段的时间为T1，电压保持在U1，所述直线上升段的时间为t2，电压由U1上升到U2，所述高压保持的时间为T2，电压保持在U2，所述直线下降的时间为t3，电压由U2下降到U1，其中，t1为240-600秒，T1为20-240秒，t2为45-120秒，T2为20-240秒，t3为45-120秒，U1为12-20伏特，U2为14-22伏特。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金，其特征在于，由以下重量组分组成：Si0.8-1.2份，Ti0.3-0.6份，Cu0.2-0.3份，Mn0-0.2份，Sn0-0.01份，Pb0-0.005份，Ni1.2-1.6份，Co0.32-0.38份，Cd0.014-0.018份，Zn4.1-4.9份，Mg1.3-1.5份，Li0.4-0.6份，Zr0.01-0.015份，C0.002-0.003份，混合稀土0.05-0.1份，Fe0.05-0.1份，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金，其特征在于，所述混合稀土的成分组成及重量份为：Pr1份，Nd2.06份，Pm1.85份，Sm1.53份，Gd2.09份。

3.一种如权利要求1所述用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、清理并除去熔炉内的杂质，将铝锭投入熔炉熔化，并在金属熔液升温至740-760℃时，投入铁剂；

S2、对金属熔液进行5-10次搅拌，每次搅拌后均静置；

S3、向金属熔液加入镁和硅，并将部分金属溶液导入模具浇铸从而对模具预热，并将浇铸形成的铝合金锭投入熔炉内使熔炉内的金属熔液降温至710-730℃，然后加入无钠精炼剂进行精炼净化；

S4、当金属熔液温度达到730-750℃时，加入三元变质剂做变质处理，变质时间为15-18min；

S5、当变质完成后除渣并搅拌，然后静置5-10min，当温度达到750℃时，扒渣出炉浇铸呈铝合金锭。

4.根据权利要求3所述的如权利要求1所述用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，对金属熔液进行多次搅拌和静置的时间总共不少于60分钟。

5.根据权利要求3所述的如权利要求1所述用于压铸加工的可阳极氧化硬质铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤S4中加入的三元变质剂所占所有成分的比重为1.8％-2.2％。

6.一种利用权利要求1所述可阳极氧化硬质铝合金加工压铸件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：制备由以下组分组成的铝合金锭：Si0.8-1.2份，Ti0.3-0.6份，Cu0.2-0.3份，Mn0-0.2份，Sn0-0.01份，Pb0-0.005份，Ni1.2-1.6份，Co0.32-0.38份，Cd0.014-0.018份，Zn4.1-4.9份，Mg1.3-1.5份，Li0.4-0.6份，Zr0.01-0.015份，C0.002-0.003份，混合稀土0.05-0.1份，Fe0.05-0.1份，余量为Al；

第二步：将模具的模温控制在240-280℃，料温控制在740-760℃进行压铸成型；

第三步，对浇铸好的铝合金进行后加工；

第四步，将上述铝合金置于电解液中；先利用逐渐上升的电压，再利用随时间呈周期性变化的电压对上述铝合金进行阳极氧化，得到阳极氧化膜，所述随时间呈周期性变化的电压中，一个周期内包括低压保持段、直线上升段、高压保持段和直线下降段。

7.根据权利要求6所述的如权利要求1所述可阳极氧化硬质铝合金加工压铸件的方法，其特征在于，电压逐渐上升的时间为t1，电压由0上升到U1，随时间呈周期性变化的电压包括多个周期数，一个周期内，所述低压保持段的时间为T1，电压保持在U1，所述直线上升段的时间为t2，电压由U1上升到U2，所述高压保持的时间为T2，电压保持在U2，所述直线下降的时间为t3，电压由U2下降到U1，其中，t1为240-600秒，T1为20-240秒，t2为45-120秒，T2为20-240秒，t3为45-120秒，U1为12-20伏特，U2为14-22伏特。