CN109136593A

CN109136593A - 一种电子产品中板用宽幅铝合金带材及其制备方法

Info

Publication number: CN109136593A
Application number: CN201811245544.9A
Authority: CN
Inventors: 江钟宇; 郑翰; 徐始祥; 魏祥昭; 兰政
Original assignee: Chinalco Ruimin Co Ltd
Current assignee: Chinalco Ruimin Co Ltd
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2038-10-25
Also published as: CN109136593B

Abstract

本发明提供了一种电子产品中板用宽幅铝合金带材及其制备方法，合金的成分按重量百分比计为Si：0.05~0.15%，Fe：0.10~0.25%，Cu：0.15~0.2%，Mn：0.32~0.48%，Mg：5.5~6.5%，Cr：0.16~0.24%；Ti：0.01~0.03%；Zn：0.28~0.48%，Be：0.02~0.05%，Na、K碱金属含量小于5ppm，其余为Al和其他不可避免的杂质，每种杂质的重量百分比最高为0.03%。本发明生产的铝板带产品，与传统中板合金相比，由于板锭宽度更大，获得了更好的生产效率，同样得益于宽幅生产，产品的综合成品率高，生产效益更好。另一方面，本发明生产的产品，残余内应力低，满足各种蚀刻加工后平面度不变的需求，在行业中类似产品属首次公开。

Description

一种电子产品中板用宽幅铝合金带材及其制备方法

技术领域

本发明属于铝及铝合金带材的制备领域，具体涉及一种电子产品中板用宽幅铝合金板带材及其制备方法。

背景技术

随着电子行业的不断发展，车载液晶显示器正在逐渐增多，尤其2019年5G时代到来以后，高速的网络传输速度将足以支撑汽车无人驾驶技术的应用和推广，而在此背景下，大尺寸车载液晶面板的需求将进一步增加。日晒后汽车内的气温很高，为保证显示屏的使用寿命，要求背光模组中的中板构件具有良好的散热效果，同时为了达到整体的美观度和必要的手持效果，还要求液晶面板整体轻薄、并具有一定的强度，传统的不锈钢中板已显得不能满足使用要求。另一方面，近几年的笔电行业的轻量化趋势已将外壳耗材全铝化，但显示屏后方的背光板、以及笔记本键盘下方的中板，因铝合金的强度问题，不锈钢仍是首选物料。在此背景下，开发一种强度高，适合笔电、车载显示器等大尺寸显示屏中板用的、可连续冲压成型的铝合金板带材作为中板使用，使在保证整机刚度的条件下，实现电子产品的厚度减薄、重量减轻、成本降低，已成为铝加工行业攻关的重点。

在现有技术中，铝合金替代不锈钢作为中板的方法主要有三种方法：第一种为使用6~10mm的6系、7系铝合金经全CNC机加工后制得中板，产品尺寸可大可小，但CNC工时长，铝材利用率低，成本居高不下；第二种为利用2系合金压铸成型，效率高，但散热效果差，产品尺寸小；第三种方法是利用高Mg的5系合金轧制制得，但高Mg合金生产时，存在铸锭低熔点相易在加热过程过烧，致使热轧开裂、加工硬化率快，致使薄板的板形差两个问题。故行业中生产类似产品的厂商，或者使用小规格铸锭生产控制铸锭原始组织细避免过烧；或者使用小压下量轧制减少变形开裂倾向，其生产效率均低下。而且即便如此，均未解决薄板成品板形的问题，产品在生产大尺寸中板时板形不稳定，故长期以来只在手机中板类的小尺寸电子产品上取得了较好的应用。

本发明下的电子产品中板用宽幅铝合金板带材，铸锭宽度最宽可达1700mm，铸锭最厚可达650mm，与现有发明相比，可大幅提高生产效率；另外，由于本发明下的产品残余内应力低，即使冷轧至0.15mm厚度，用于生产大尺寸中板时板形平面度仍可满足使用要求。进一步地，产品经蚀刻后平面度不变，故在产品设计时可使用增加产品厚度的方式提高中板强度，随后再通过蚀刻处理、在中板上获得用于布置线排的凹槽，使局部减薄，从而获得提高整机强度，厚度和散热效果基本不变的效果。

发明内容

发明要解决的问题

目前铝加工行业市场竞争激烈，产品销售价格持续走低，有效提高生产效率和制成的成品率，将有助于加大产品在市场上的竞争力，目前同行和我司生产的5系合金中板产品生产效率较低，其中《一种可用于手机支撑中板高强度铝合金带材的制造方法》（专利号CN105506416A）中，为保证热轧、冷轧正常生产，仅使用300mm厚，640mm宽度的小结晶器进行铸造，而专利《一种高强度手机中板用铝合金带材及其制造方法》（专利号CN107475583A）中适当增加了结晶器规格（560×1310mm），但由于高Mg合金均匀化处理工艺难于掌握，造成热裂倾向大，而只能使用小变形量轧制，生产效率均不高。故本发明的目的在于：首先，在保证产品的力学性能与前述产品相近的条件下，通过合金成分的优化和相关配套工艺的改良升级，实现电子产品中板用5系合金产品带材的超大规格生产，提高生产效率和综合成品率，降低生产成本；其次，由于目前市场上尚无稳定的可供大尺寸中板使用的铝合金产品，本发通过优化冷轧、退火和整平工艺，开发出残余内应力低、平面度稳定的薄板产品，进而实现配合蚀刻加工工艺，达到进一步增强电子产品整机强度而不增加厚度的效果，继续推进铝合金中板在电子产品上的应用。

发明人立足于市场的需求，以具有中等强度的5系合金作为切入点，将改善铸锭热轧开裂倾向、提高薄板板形质量为研究目标，对高Mg合金的热裂原因和应力不均原因进行了深入的研究分析，并进行反复试验、检测，结果发现产品内部的化合物的种类、数量和分布与裂纹关系密切，而热轧、冷轧、拉矫、退火等各工序与薄板板形质量息息相关。本发明是基于该发现而完成的，其目的在于提供一种电子产品中板用宽幅铝合金板带材的制造方法。

解决问题的方法

本发明的上述目的是这样实现的：

一种电子产品中板用5系宽幅铝合金板带材，以重量百分含量表示，所述铝合金板带材的化学成分为：Si：0.05~0.15%，Fe：0.10~0.25%，Cu：0.15~0.2%，Mn：0.32~0.48%，Mg：5.5~6.5%，Cr：0.16~0.24%；Ti：0.01~0.03%；Zn：0.28~0.48%，Be：0.02~0.05%，Na、K碱金属含量小于5ppm，其余为Al和其他不可避免的杂质，每种杂质的重量百分比最高为0.03%。

电子产品中板用宽幅铝合金板带材的制备方法，包括以下步骤：

1）铝锭经过熔炼炉熔化、配料后，经半连续铸造制得宽幅大板锭；

2）铸锭经必要的锯切、铣面后进入加热炉，金属在温度430~460℃保温16~40h，升温速度要求≤30℃/h，随后继续升温至480~520℃保温2~6小时，然后出炉热轧，轧制单道次变形量30~55%，热轧终轧温度320~360℃，热轧厚度为2.0~4.0mm；

3）热轧后的卷材经过70~80%变形量的冷轧处理，然后进行中间退火，中间退火温度为340-400℃，保温时间为2-6h，然后冷轧到成品厚度，经过120-220℃的退火处理，再经拉弯矫直制得0.15-0.60mm半成品；

4）将获得的半成品，再经连续退火炉烘烤，炉气温度200~300℃，速度4~12m/min，随后卷取出。

步骤1）获得的大板锭宽度1000~1700mm。

步骤1）获得的大板锭厚度480~650mm。

步骤4）烘烤后，产品的屈服强度≥280Mpa。

高Mg合金铸锭中的粗生非平衡结晶相主要为β（Al₂Mg₃）相和AlMgSi相，其中β相属于低熔点相，在加热过程将优先回溶，而AlMgSi相的溶解难度更大，而一旦铸锭加热制度不合适，β相将出现过烧现象，在厚度的轧制过程将可能形成裂纹源而致使铸锭开裂报废。本发明通过适当添加Zn，让β相部分转变为τ（AlMgZn相），减少易过烧相的数量；通过适当添加Cr含量，使再增加强度的同时，适当改善晶粒尺寸，进而改善β相聚集情况，提高回溶效率；最后，通过合理的双极均匀化，在低温段将低熔点相全部回溶，再在高温段加热过程促进铸造过程粗大化合物的局部溶解，从而在保证成品最终力学性能的基础上，改善热轧轧制难度，实现高Mg合金的大规格生产。

在此基础上，控制热轧和冷轧轧制过程的板凸度，并通过在成品厚度进行两次退火，将产品的残余内应力全部去除，最终使薄板产品的平直度达到各种尺寸中板产品的使用要求。

本发明的效果在于：

根据本发明，能够提供一种经连续冲压变形不开裂、180度折弯不开裂、表面硬度高、屈服强度≥280Mpa的、满足宽度达1700mm大规格生产的电子产品中板用铝板带材制造方法，该方法生产效率高，板形质量好，可生产厚度在0.15~0.6mm的铝板带材，可替代传统压铸铝板使用。且在经必要的蚀刻加工后，产品的平面度不发生明显变化，达到进一步增强电子产品整机强度而不增加厚度的效果，继续推进铝合金中板在电子产品上的应用。

附图说明

图1为大尺寸中板产品实物图；

图2为中板经蚀刻处理后的实物图。

具体实施方式

本发明在Mg含量为5.5~6.5%的5系铝合金中，配以特定范围的Cu、Mn、Cr、Zn、Be等合金元素后进行熔炼，经在线除气除渣后制得质量优良的板锭，该板锭经均热、热轧、冷轧和稳定化退火、矫直和必要的去应力处理后，获得物理性能优良的铝合金轧制板带材。

以下对各成分的含量进行数值限定的理由加以说明：

Mg：合金中的Mg用于保证合金板材强度所必须的添加元素，若含量低于5.5%，则成品屈服强度280Mpa的下限指标将不能满足，若含量超过6.5%，一方面将引起β相太多，合金的耐腐蚀性极差，成品水洗或机械加工过程容易腐蚀影响外观，另一方面Mg含量增加将大幅提高铝材强度，引起轧制困难；

Mn：加入Mn元素的主要目的是为了使β(Mg₂Al₃)相在基体中均匀沉淀，避免其聚集，进而避免在铸锭均匀化过程出现过烧，Mn含量太低将起不到改善的效果，而添加量超过1.0%时，将及其容易引发热轧过程 “氢脆”，最佳含量不宜超过0.5%。

Zn：在高Mg合金中可以形成τ(AlMgZn)相，进而影响β相的含量和分布，提高合金的力学性能的同时，还可避免合金在均匀化过程发生过烧；

Cu：有利于提高材料的强度，而且铜元素比纯铝有更好的导热性能，适当添加可改善导热性能，但当铜的含量超过0.2%时，金属间化合物的沉淀可能降低导热系数。

Cr：适当增加，可显著提高再结晶温度，使在保证强度的同时，避免晶界增多。但添加量超过0.24%后，形成的金属间化合物会阻碍电子的跃迁，影响产品的导热性能。

Be：适当添加熔炼过程避免Mg合金的烧损，并可减少大规格铸锭铸造时的热裂倾向，保证铸锭质量。

实施例1

一种电子产品中板用宽幅铝合金板带材，其成分为Si：0.15wt%，Fe：0.20wt%，Cu：0.15wt%，Mn：0.48wt%，Mg：5.7wt%，Cr：0.16wt%，Ti：0.02%，Zn：0.47wt%、Be：0.05wt%；其余杂质含量合计0.08%wt，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，铸锭规格650×1000×8000；

2）铸锭经过锯切、铣面后进入加热炉，金属温度460℃下保温16h，升温速度30℃/h，随后升温至480℃保温4小时，然后出炉热轧，热轧终轧温度为320℃，热轧单道次最小变形量33%，热轧厚度为2.0mm；

3）热轧后的卷材经过80%的冷轧变形后，在0.4mm进行中间退火，退火温度340℃，保温时间为2h，然后冷轧到0.15mm的成品厚度，随后经过220℃的成品退火，经矫直后制得半成品，最后，将该产品在200℃下的连续退火炉进行烘烤，机列速度12m/min。

所制得的0.15mm厚度铝合金带材，抗拉强度387Mpa，屈服强度为290Mpa，延伸率10%，产品经蚀刻0.05mm厚度后，由于残余内应力低，板形未发生明显变化，与厚度300mm规格铸锭相比，本实施方案下仅增厚带来的效率提升已超过50%。

实施例2

一种电子产品中板用宽幅铝合金板带材，其成分为：Si：0.08wt%，Fe：0.12wt%，Cu：0.18wt%，Mn：0.35wt%，Mg：6.0 wt%，Cr：0.18wt%，Ti：0.01wt%、Zn：0.3 wt%，Be：0.02wt%；其余杂质含量合计0.08%wt，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，铸锭规格650×1700×8000；

2）铸锭经过锯切、铣面后进入加热炉，金属温430℃下保温36h，升温速度20℃/h，随后升温至520℃保温2h，然后出炉热轧，热轧终轧温度为340℃，其中最大道次变形量为48%，热轧厚度为4.0mm；

3）热轧后的卷材经过70%的冷轧变形后在1.2mm厚度进行中间退火，退火温度400℃，保温时间为4h，然后冷轧到0.5mm的成品厚度，随后经过200℃的成品退火，经矫直后制得半成品，最后，将该产品在300℃的连续退火炉中烘烤，机列速度8m/min。

所制得的0.5mm厚度铝合金带材，抗拉强度380Mpa，屈服强度为288Mpa，延伸率13.5%。产品经蚀刻0.2mm厚度后，由于残余内应力低，板形未发生明显变化，与1350mm以下宽度的铸锭生产相比，本实施方案下仅加宽生产带来的效率提升已达20%，

实施例3

一种电子产品中板用宽幅铝合金板带材，其成分为：Si：0.05wt%，Fe：0.10wt%，Cu：0.15wt%，Mn：0.39wt%，Mg：6.5 wt%，Cr：0.24wt%，Ti：0.03wt%、Zn0.3 wt%，Be：0.04wt%；其余杂质含量合计0.08%wt，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，铸锭规格650×1310×8000；

2）铸锭经过锯切、铣面后进入加热炉，金属温度450℃下保温30h，升温速度10℃/h，随后再加热到500℃保温3小时，然后出炉热轧，热轧单道次最大变形量55%，热轧终轧温度为320℃，热轧厚度为3 .0mm；

3）热轧后的卷材经过80%的冷轧变形后轧制至0.6mm进行中间退火，退火温度360℃，保温时间为4h，然后冷轧到0.3mm的成品厚度，随后经过120℃的成品退火，经矫直后制得半成品，最后，将该产品在300℃的连续退火炉中烘烤，机列速度4m/min。

所制得的0.3mm厚度铝合金带材，抗拉强度400Mpa，屈服强度为310Mpa，延伸率11.6%。产品经蚀刻0.1mm厚度后，由于残余内应力低，板形未发生明显变化，与560mm铸锭相比，本实施方案下仅板锭厚度上带来的效率提升已超过13%，

本发明设计的电子产品中板用宽幅铝合金板带材与传统压铸中板和一般5系合金相比，它在化学成分、生产工艺等方面进行改良，使产品在兼具良好的屈服强度和低的残余内应力的同时，还提高了生产效率，是目前压铸铝和现有5系合金手机中板轧制铝板带材产品在所不具备的。

图2为中板经蚀刻处理后的实物图，由图2可知，中板经蚀刻处理后，产品的平面度不发生明显变化。

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

1.一种电子产品中板用宽幅铝合金板带材，其特征在于，以重量百分含量表示，所述铝合金板带材的化学成分为：Si：0.05~0.15%，Fe：0.10~0.25%，Cu：0.15~0.2%，Mn：0.32~0.48%，Mg：5.5~6.5%，Cr：0.16~0.24%；Ti：0.01~0.03%；Zn：0.28~0.48%，Be：0.02~0.05%，Na、K碱金属含量小于5ppm，其余为Al和其他不可避免的杂质，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所述的电子产品中板用宽幅铝合金板带材的方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：步骤1）获得的大板锭宽度1000~1700mm。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征是：步骤1）获得的大板锭厚度480~650mm。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征是：步骤4）烘烤后，产品的屈服强度≥280Mpa。