CN109082566B - 一种手机边框用6系合金铝板带材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝及铝合金的制备领域，具体涉及一种手机边框用6系合金轧制铝板带材及其制备方法。合金的成分为Si：0.550~0.7%，Fe：0.08%，Cu：0.45~0.55%，Mn：0.2~0.4%，Mg：0.9~1.1%，Ti：0.025%；Zn：0.15~0.35%，Mg/Si=1.5~1.7，其余为制造过程中产生的其他杂质，每种杂质的重量百分比最高为0.03%，余量为AL。本发明下产品具有高强度和优秀阳极氧化外观的特点，屈服强度超过330mpa，并且其连续卷材冲压的制造方法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。
Description
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高强度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≥330mpa，即表面硬度≥HV120。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0.3%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，专利CN 106868435 A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，典型的有由专利CN107385290 A，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。
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高强度6系合金铝板带材的制造方法。
发明内容
本发明目的是提供一种满足手机边框使用的，屈服强度≥330mpa，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高强度6系合金铝板带材制造方法，该制造方法下生产的厚度在4.0~10.0的铝板带材，可替代传统挤压型材作为手机边框使用。
为了实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：
所述一种手机边框用高强度6系合金阳极氧化铝板带材，其成分包括：Si：0.550~0.7%，Fe：0.08%，Cu：0.45~0.55%，Mn：0.2~0.4%，Mg：0.9~1.1%，Ti：0.025%；Zn：0.15~0.35%，Mg/Si=1.5~1.7，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。
所述一种手机边框用高强度6系合金阳极氧化铝板带材的制备方法，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200~400mm。
均热工艺为金属温度320~380℃保温8~12小时，随后升温至550~570℃保温30~40小时。
热轧终轧温度270~300℃，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℃/1~2小时，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8小时内，时效速度为180℃/8~24小时。
步骤3）制得成品后，带材的抗拉强度≥350mpa、屈服强度≥330mpa，延伸率≥11%。
铸锭中的粗生相主要为含Fe的Al3Fe、MnFeAl6等粗大相，通过合理控制成分含量配比，一方面减少难以在均匀化过程溶解的含铁相，另一方面有意让不可避免的含铁相尽可能多的以MnFeAl6的形式存在，以便在均匀化过程中部分溶解，实现细化组织的目的，为保证最终成品的阳极氧化外观质量提供保障。而通过控制镁硅比以及Mg、Si、Cu、Zn含量，增加了6系合金中的时效强化析出相，达到提高显著提高6系合金强度的目的。
铸造过程中，距离铸锭中心的距离越近，化合物越粗大，相因的板锭厚度越厚，粗生相的尺寸也就越大，故本发明下的铸锭厚度选择200-400mm，并通过合理的铸造参数，有效避免粗大棒状化合物的产生，而为了避免铸造过程中的粗生相在均匀化过程中过烧，又能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双极均匀化，促进低熔点相的充分溶解，随后将均匀化温度提高到570℃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。
通过良好的热轧工艺，让热轧卷产出后内部组织成纤维状，以便在固溶过程晶粒更加等轴，避免终轧温度过高后晶粒转变为再结晶形态，该组织难于在后续的固溶过程获得尺寸 的组织。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，从而时效析出后获得的化合物分布均匀、尺寸细小，使具有阳极氧化后氧化膜质量优良的特点，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≥330mpa，完全满足手机边框用铝的需求。
本发明的显著优点为：
（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330mpa，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高强度6系合金铝板带产品，与传统阳极氧化用6系合金相比，在屈服强度更高，并可使用轧制方式生产，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。
附图说明
图1为合金铸锭经均匀化后的组织形貌图。
具体实施方式
本发明的铝合金板带，在Mg含量为0.9~1.1%、镁硅比1.5-1.7的6系铝合金中，配以特定范围的Cu、Mn、Zn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1.7，容易出现Mg过剩，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1.5，则Si过剩明显，将会在粗生相中形成AlFeSi相，抑制MnFeAl6相的优先形成，不利于均匀化过程化合物的溶解和细化。另一方面，若Mg含量低于0.9%，则成品屈服强度将不能满足，若Mg含量超过1.1%，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；
Fe：可提供部分强化效果，Fe含量超过0.08%时粗大含Fe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，该杂质越少越好。
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，当含量在0.3%左右时，可使含铁的粗生相中富含Mn，而含Mn的化合物在铸锭的均匀化过程以及固溶处理过程，均会得到明显溶解，进一步减少铁的有害作用，含Mn与不含Mn的6系合金，经相同均匀化制度处理后的组织差异如图1所示（从图中可以看出，添加适量的Mn后，均热过程条状的含铁化合物发生熔断）。但是，若含量超过0.4%，容易加大宏观偏析，影响阳极氧化膜的均匀性。
Zn：与Cu、Mg等合金同时添加时，可形成Al-Zn-Mg-Cu析出强化相，进一步增加合金的强度，含量低于0.15%时强化效果不明显，而含量超过0.35%后，会形成低熔点相，并容易在均热温度超过500℃时出现过烧，制约均匀化温度的升高。
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%，Mn0.25wt%，Mg 1.05wt%，Zn0.22wt%，Ti 0.02wt%；余量为Al及不可避免的杂质。
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380mm厚的大扁锭；
2）铸锭获得后直接进行均匀化退火，金属温度360℃下保温10h，然后升温至560℃保温30h，随后安排锯切和铣面，最后安排热轧，热轧终轧温度为270℃，热轧厚度为4.0mm；
3）热处理后制得的成品，抗拉强度351mpa，屈服强度为332mpa，延伸率11.2%，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 0.55wt%，Fe 0.08wt%，Cu0.50wt%，Mn0.4wt%，Mg 0.9 wt%，Zn0.15wt%，Ti 0.011wt%；余量为Al及不可避免的杂质。
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260mm的大扁锭；
2）铸锭获得后直接进行均匀化退火，金属温度320℃下保温12h，然后升温至550℃保温40h，随后安排锯切和铣面，最后安排热轧，热轧终轧温度为300℃，热轧厚度为10.0mm；
3）热处理后制得的成品，抗拉强度357mpa，屈服强度为331mpa，延伸率13.0%，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 0.7wt%，Fe 0.05wt%，Cu0.48 wt%，Mn0.2wt%，Mg1.1 wt%，Zn0.35 wt%，Ti 0.003wt%；余量为Al及不可避免的杂质。
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200mm的大扁锭；
2）铸锭获得后直接进行均匀化退火，金属温度380℃下保温10h，然后升温至570℃保温35h，随后安排锯切和铣面，最后安排热轧，热轧终轧温度为280℃，热轧厚度为6.0mm；
3）热处理后制得的成品，抗拉强度360mpa，屈服强度为338mpa，延伸率12.4%，经阳极氧化后，满足手机边框高强度、无料纹的质量要求。
图1中a图为不添加Mn的一般6系合金铸锭经均匀化后，芯部位置的化合物的典型形貌；b图为本发明下铸锭经均匀化后（添加0.2wt%Mn），相同位置的化合物形貌。其中标记A处为含Fe相，可以看出，在本发明下的铸锭，经相应的均匀化后，粗大化合物发生部分溶解，有利于后续热轧和冷轧过程组织的细小均匀。
本发明设计的手机边框用高强度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 (6)
1.一种手机边框用6系合金铝板带材的制备方法，其特征在于，以重量百分含量表示，所述带材的化学合金成分组成为：
Si：0.55~0.7%，Fe：0.08%，Cu：0.45~0.55%，Mn：0.2~0.4%，Mg：0.9~1.1%，Ti：0.025%；Zn：0.15~0.35%，Mg/Si=1.5~1.7，余量为AL以及不可避免的杂质；其中每种杂质的重量百分比最高为0.03%；所述带材的制备方法是以铝锭、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边框用铝合金板带材；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）热处理后制得的材料，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；
均热工艺为金属温度320~380℃保温8~12h，随后升温至550~570℃保温30~40h。
2.根据权利要求1所述的手机边框用6系合金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200~400mm。
3.根据权利要求1所述的手机边框用6系合金铝板带材的制备方法，其特征在于：热轧终轧温度270~300℃，热轧厚度为4.0~10.0mm。
4.根据权利要求1所述的手机边框用6系合金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，固溶热处理工艺为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。
5.根据权利要求1所述的手机边框用6系合金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，时效速度为180℃/8~24h。
6.根据权利要求1所述的手机边框用6系合金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≥350mpa、屈服强度≥330mpa，延伸率≥11%。
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