CN109642300A - 暗灰色的阳极化铝 - Google Patents

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Abstract

本文提供铝合金和包含铝合金的铝片，当阳极化时其具有天然暗灰色。所述合金不需要与阳极化过程分开的任何吸收或电解着色过程以实现暗灰色着色。本文还提供了制备这种铝合金的方法。

Description

暗灰色的阳极化铝
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年8月17日提交的美国临时专利申请第62/375,932号的权益，其全文通过引用并入本文。
技术领域
本文描述了阳极化铝合金片，具体地，暗灰色的阳极化铝合金片。
背景技术
暗灰色是在某些阳极化铝产品如阳极化质量(“AQ”)结构片材的期望性质。阳极化过程是将铝合金表面转化为氧化铝的电化学过程。因为氧化铝在表面上位置形成，所以它与下面的铝基板完全一体。通过阳极化处理产生的表面氧化物层是高度有序的结构，当纯净时，可以是透明和无色的，使得阳极化的片具有闪亮的浅灰色。表面氧化物层也是多孔的，并且在阳极化过程之后和/或与阳极化过程分开处理后易于进行额外的着色。传统的彩色阳极化合金通过额外的吸收或电解着色方法着色，相对于未着色的合金，这增加了有色合金的生产成本。
发明内容
由权利要求定义本发明的涵盖实施例，而非此发明内容。此发明内容是本发明的各种方面的高级概述，且介绍了下文在具体实施方式章节中进一步所描述的一些概念。此发明内容既不旨在识别所要求的主题的关键或必需特征，也不旨在单独地用于确定所要求的主题的范围。应参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图和每项权利要求来理解主题。
本文提供的是阳极化处理时具有暗灰色的铝合金。所述合金不需要与阳极化过程分开的任何吸收或电解着色过程以实现暗灰色着色。与传统的阳极化铝合金相比，该合金具有经济和环境优势，传统的阳极化铝合金需要单独的着色工艺以获得所需的颜色。
在一个实例中，本文描述了阳极化时具有天然暗灰色的铝合金。在一些实例中，铝合金包含至多0.40重量％的Fe、至多0.25重量％的Si、至多0.2重量％的Cr、2.0重量％至3.2重量％的Mg、0.8重量％至1.5重量％的Mn、至多0.1重量％的Cu、至多0.05重量％的Zn、至多0.05重量％的Ti和至多0.15重量％的杂质，其余为Al。在整个申请中，所有元素都以重量百分比(wt.％)描述，基于合金的总重量。在某些情况下，铝合金包含至多0.05重量％至0.2重量％的Fe、0.03重量％至0.1重量％的Si、至多0.05重量％的Cr、2.5重量％至3.2重量％的Mg、0.8重量％至1.3重量％的Mn、至多0.05重量％的Cu、至多0.05重量％的Zn、至多0.05重量％的Ti和至多0.15重量％的杂质，其余为Al。
在另一个实例中，本文描述了制备包括分散质的铝片的方法。在一些实例中，所述方法包含铸造铝合金以形成铸锭；均质化铸锭以形成均质化的铸锭；热轧均质化的铸锭以生产热轧的中间产品；冷轧热轧的中间产品以生产冷轧的中间产品；中间退火冷轧的中间产品以生产中间退火产品；冷轧中间退火产品以生产冷轧片；以及退火冷轧片以形成退火片，其包括分散质，其中所述合金是2xxx、3xxx、5xxx或7xxx系列合金。
其它目的和优点将从非限制性实例的以下详细描述中而显而易见。
附图说明
图1A是对比铝合金中分散质的扫描透射电子显微镜(STEM)图像。
图1B是对比铝合金中分散质的STEM图像。
图1C是如本文所述的具有深色阳极化颜色的铝合金中分散质的STEM图像。
图2A是对比阳极化铝合金中分散质的高分辨率扫描电子显微镜(SEM)图像。
图2B是对比阳极化铝合金中分散质的高分辨率SEM图像。
图2C是如本文所述的具有天然深色阳极化颜色的阳极化铝合金中分散质的高分辨率SEM图像。
图3A是对比合金中相的相图。
图3B是对比合金中相的相图。
图3C是具有自然深色阳极化颜色的阳极化铝合金中相的相图。
具体实施方式
本文描述的是合金和方法，其提供基于深度的微结构和冶金分析设计的着色阳极化基板。通常，常规铝合金基板上的阳极化层几乎是透明的，并且由于来自阳极化层表面和基底金属表面的光反射，阳极化基板显示出深而有光泽的浅灰色金属色。在根据本发明方法制备的合金产品中，本文所述的阳极化合金的通常透明阳极化层内部的细小金属间颗粒分散质(替代地称为沉淀物)在其到达基底金属表面之前通过阳极化层时中断了光而影响阳极化材料的颜色。通过控制合金组成和工艺参数，使阳极化层内的某些分散质的数密度最大化。这些分散质赋予阳极化的基板暗灰色，而无需额外的着色过程。
本文公开的合金和方法相比于已知的暗阳极化片材提供了可以以显著降低的处理和成本制备的暗阳极化片材。本文所述的方法消除了目前生产深色阳极化材料所需的常规吸附或电解着色步骤。本文所述的方法产生较少的副产物，并且比生产类似颜色的产品的常规方法更环保。
在一些实例中，如本文所描述的阳极化铝片具有暗灰色。阳极化铝片的颜色可通过CIE lab 1931标准和/或ASTM E313-15(2015)的比色测量来量化。在一些实例中，阳极化铝片具有低于60、低于55或低于50的L*值，如通过CIE lab 1931标准测量的。在一些实例中，根据ASTM E313-15(2015)测量，阳极化片具有低于35、低于30或低于25的白平衡。
定义和描述
本文所使用的术语“本发明(invention/the invention/this invention和thepresent invention)”打算广泛地指本专利申请和下文权利要求的所有主题。含有这些术语的陈述应被理解为不限制本文中所描述的主题或不限制以下专利权利要求书的含义或范围。
在本说明书中，参考是由AA数值以及其它相关名称(如“系列”或“5xxx.”)识别的合金。为了理解最常用于命名和识别铝及其合金的编号名称系统，请参见“用于锻铝和锻铝合金的国际合金名称和化学组成物限制(International Alloy Designations andChemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought AluminumAlloys)”或“用于呈铸件和铸锭形式的铝合金的铝业协会合金名称和化学组成物限制的登记记录(Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations andChemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings andIngot)”，其都是由铝业协会(The Aluminum Association)出版。
本文中，基于合金的总重量，以重量百分比(wt.％)在其元素组成方面描述铝合金。在每种合金的某些实例中，剩余部分是铝，杂质总和的最大wt.％为0.15％。
如本文所用，除非上下文另外明确规定，否则“一(a/an)”和“所述”的意义包括单数和复数个参考物。
如本文所用，“室温”的含义可包括约15℃至约30℃的温度，例如约15℃、约16℃、约17℃、约18℃、约19℃、约20℃、约21℃、约22℃、约23℃、约24℃、约25℃、约26℃、约27℃、约28℃、约29℃或约30℃。
本文公开的所有范围应理解为包括其中包含的任何和所有子范围。例如，陈述的范围“1至10”应被视为包括最小值1和最大值10之间的任何和所有子范围(并包括最小值1和最大值10)；也就是说，以1或更大值(例如1至6.1)作为最小值开始并且以10或更小值(例如5.5至10)为最大值结束的所有子范围。
合金
本文描述的暗阳极化铝合金片可以由任何合适的铝合金制备。最终的阳极化质量和颜色将根据合金成分而变化。在一些实例中，本文所述方法中使用的铝合金是2xxx、3xxx、5xxx或7xxx系列合金。
非限制性示例性AA2xxx系列合金可包括AA2001、A2002、AA2004、AA2005、AA2006、AA2007、AA2007A、AA2007B、AA2008、AA2009、AA2010、AA2011、AA2011A、AA2111、AA2111A、AA2111B、AA2012、AA2013、AA2014、AA2014A、AA2214、AA2015、AA2016、AA2017、AA2017A、AA2117、AA2018、AA2218、AA2618、AA2618A、AA2219、AA2319、AA2419、AA2519、AA2021、AA2022、AA2023、AA2024、AA2024A、AA2124、AA2224、AA2224A、AA2324、AA2424、AA2524、AA2624、AA2724、AA2824、AA2025、AA2026、AA2027、AA2028、AA2028A、AA2028B、AA2028C、AA2029、AA2030、AA2031、AA2032、AA2034、AA2036、AA2037、AA2038、AA2039、AA2139、AA2040、AA2041、AA2044、AA2045、AA2050、AA2055、AA2056、AA2060、AA2065、AA2070、AA2076、AA2090、AA2091、AA2094、AA2095、AA2195、AA2295、AA2196、AA2296、AA2097、AA2197、AA2297、AA2397、AA2098、AA2198、AA2099和AA2199。
用作铝合金产品的非限制性示例AA3xxx系列合金可包括AA3002、AA3102、AA3003、AA3103、AA3103A、AA3103B、AA3203、AA3403、AA3004、AA3004A、AA3104、AA3204、AA3304、AA3005、AA3005A、AA3105、AA3105A、AA3105B、AA3007、AA3107、AA3207、AA3207A、AA3307、AA3009、AA3010、AA3110、AA3011、AA3012、AA3012A、AA3013、AA3014、AA3015、AA3016、AA3017、AA3019、AA3020、AA3021、AA3025、AA3026、AA3030、AA3130和AA3065。
非限制性示例性AA5xxx系列合金包括AA5182、AA5183、AA5005、AA5005A、AA5205、AA5305、AA5505、AA5605、AA5006、AA5106、AA5010、AA5110、AA5110A、AA5210、AA5310、AA5016、AA5017、AA5018、AA5018A、AA5019、AA5019A、AA5119、AA5119A、AA5021、AA5022、AA5023、AA5024、AA5026、AA5027、AA5028、AA5040、AA5140、AA5041、AA5042、AA5043、AA5049、AA5149、AA5249、AA5349、AA5449、AA5449A、AA5050、AA5050A、AA5050C、AA5150、AA5051、AA5051A、AA5151、AA5251、AA5251A、AA5351、AA5451、AA5052、AA5252、AA5352、AA5154、AA5154A、AA5154B、AA5154C、AA5254、AA5354、AA5454、AA5554、AA5654、AA5654A、AA5754、AA5854、AA5954、AA5056、AA5356、AA5356A、AA5456、AA5456A、AA5456B、AA5556、AA5556A、AA5556B、AA5556C、AA5257、AA5457、AA5557、AA5657、AA5058、AA5059、AA5070、AA5180、AA5180A、AA5082、AA5182、AA5083、AA5183、AA5183A、AA5283、AA5283A、AA5283B、AA5383、AA5483、AA5086、AA5186、AA5087、AA5187和AA5088。
非限制性示例性AA7xxx系列合金包括AA7011、AA7019、AA7020、AA7021、AA7039、AA7072、AA7075、AA7085、AA7108、AA7108A、AA7015、AA7017、AA7018、AA7019A、AA7024、AA7025、AA7028、AA7030、AA7031、AA7033、AA7035、AA7035A、AA7046、AA7046A、AA7003、AA7004、AA7005、AA7009、AA7010、AA7011、AA7012、AA7014、AA7016、AA7116、AA7122、AA7023、AA7026、AA7029、AA7129、AA7229、AA7032、AA7033、AA7034、AA7036、AA7136、AA7037、AA7040、AA7140、AA7041、AA7049、AA7049A、AA7149、AA7249、AA7349、AA7449、AA7050、AA7050A、AA7150、AA7250、AA7055、AA7155、AA7255、AA7056、AA7060、AA7064、AA7065、AA7068、AA7168、AA7175、AA7475、AA7076、AA7178、AA7278、AA7278A、AA7081、AA7181、AA7185、AA7090、AA7093、AA7095和AA7099。
在一些非限制性实例中，可用于提供如描述的暗阳极化铝合金片的铝合金包括具有下述组成的那些：至多约0.40重量％的Fe、至多约0.25重量％的Si、至多约0.2重量％的Cr、约2.0重量％至约3.2重量％Mg、约0.8重量％至约1.5重量％的Mn、至多约0.1重量％的Cu、至多约0.05重量％的Zn、至多约0.05重量％的Ti和至多约0.15重量％的总杂质，其余为Al。例如，用作具有暗灰色的阳极化铝的铝合金包括至多约0.05重量％至约0.20重量％Fe、约0.03重量％至约0.1重量％的Si、至多约0.05重量％的Cr、约2.5重量％至约3.2重量％的Mg、约0.8重量％至约1.3重量％的Mn、至多约0.05重量％的Cu、至多约0.05重量％的Zn、至多约0.05重量％的Ti和至多约0.15重量％的总杂质，其余为Al。在一些实例中，铝合金包含至多约0.30重量％的Fe、至多约0.13重量％的Si、至多约0.07重量％的Cr、约2.0重量％至约2.75重量％的Mg、约0.80重量％至约1.5重量％的Mn、至多约0.05重量％的Cu、至多约0.05重量％的Zn、至多约0.05重量％的Ti和至多0.15重量％的杂质，其余为Al。任选地，铝合金包含约0.1重量％Fe、约0.06重量％Si、约0.005重量％的Cr、约2.74重量％Mg、约1.13重量％Mn、约0.024重量％Cu、约0.005重量％Zn、约0.005重量％Ti和至多约0.15重量％的总杂质，其余为Al。在一些实例中，铝片包括本文所述的任何一种铝合金。
在一些非限制性的实例中，基于合金的总重量，铝合金包含铁(Fe)的量在0％到0.4％的范围(例如约0.05重量％至约0.20重量％)。例如，合金可包括约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.2％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％、约0.25％、约0.26％、约0.27％、约0.28％、约0.29％、约0.3％、约0.31％、约0.32％、约0.33％、约0.34％、约0.35％、约0.36％、约0.37％、约0.38％、约0.39％、或约0.4％Fe。在一些情况下，合金中不存在Fe(即0％)。全部以重量％表示。
在一些非限制性的实例中，基于合金的总重量，铝合金包含硅(Si)的量在0％到0.25％的范围(例如约0.03重量％至约0.1重量％)。例如，合金可包括约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％、约0.2％、约0.21％、约0.22％、约0.23％、约0.24％或约0.25％的Si。在一些情况下，合金中不存在Si(即0％)。全部以重量％表示。
在一些非限制性的实例中，基于合金的总重量，铝合金包含铬(Cr)的量在0％到0.2％的范围(例如约0.001重量％至约0.15重量％)。例如，合金可包括约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％、约0.1％、约0.11％、约0.12％、约0.13％、约0.14％、约0.15％、约0.16％、约0.17％、约0.18％、约0.19％或约0.2％Cr。在一些情况下，合金中不存在Cr(即0％)。全部以重量％表示。
在一些非限制性的实例中，基于合金的总重量，铝合金包含镁(Mg)的量在2.0％到约3.2％的范围(例如约2.5重量％至约3.2重量％)。在一些实例中，合金可包括约2.0％、约2.1％、约2.2％、约2.3％、约2.4％、约2.5％、约2.6％、约2.7％、约2.75％、约2.8％、约2.9％、约3.0％、约3.1％、或约3.2％Mg。全部以重量％表示。
在一些非限制性的实例中，基于合金的总重量，铝合金包含锰(Mn)的量在0.8％到约1.5％的范围(例如约0.8重量％至约1.3重量％)。在一些实例中，合金可包括约0.1％、约0.2％、约0.3％、约0.4％、约0.5％、约0.6％、约0.7％、约0.8％、约0.9％、约1.0％、约1.1％、约1.2％、或约1.3％Mn。全部以重量％表示。
在一些非限制性的实例中，基于合金的总重量，铝合金包含铜(Cu)的量在0％到0.1％的范围(例如约0重量％至约0.05重量％)。例如，合金可包括约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％、约0.05％、约0.06％、约0.07％、约0.08％、约0.09％或约0.1％Cu。在一些情况下，合金中不存在Cu(即0％)。全部以重量％表示。
在一些非限制性的实例中，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约0.05％的量的锌(Zn)。例如，合金可包括约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％或约0.05％Zn。在一些情况下，合金中不存在Zn(即0％)。全部以重量％表示。
在一些非限制性的实例中，基于合金的总重量，铝合金包含0％至约0.05％的量的钛(Ti)。例如，合金可包括约0.001％、约0.002％、约0.003％、约0.004％、约0.005％、约0.006％、约0.007％、约0.008％、约0.009％、约0.01％、约0.02％、约0.03％、约0.04％或约0.05％Ti。在一些情况下，合金中不存在Ti(即0％)。全部以重量％表示。
任选地，本文所述的合金组合物可以进一步包括其它次要元素，有时被称为杂质，其每种的量为0.05％或以下、0.04％或以下、0.03％或以下、0.02％或以下、或0.01％或以下。这些杂质可包括但不限于V、Zr、Ni、Sn、Ga、Ca或其组合。因此，合金中V、Zr、Ni、Sn、Ga或Ca的量可以为0.05％或更低、0.04％或更低、0.03％或更低、0.02％或更低、或0.01％或更低。在一些情况下，所有杂质的总和不超过0.15％(例如0.10％)。全部以重量％表示。合金的剩余百分比是铝。
如下面进一步描述的，本文所述的合金可以制备为片材，并且可以进行阳极化。通过常规合金的阳极化工艺生产的表面氧化物层是高度有序的结构，当纯净时，其可以是透明和无色的。相反，本文所述的合金被设计成在基板中形成精细的金属间化合物颗粒(例如分散质或沉淀物)，其保持在阳极化过程中形成的氧化物层内。
金属间化合物颗粒包括两种或多种元素，例如Al、Fe、Mn、Si、Cu、Ti、Zr、Cr和/或Mg的两种或多种。金属间化合物颗粒包括但不限于Alx(Fe,Mn)、Al3Fe、Al12(Fe,Mn)3Si、Al7Cu2Fe、Al20Cu2Mn3、Al3Ti、Al2Cu、Al(Fe,Mn)2Si3、Al3Zr、Al7Cr、Alx(Mn,Fe)、Al12(Mn,Fe)3Si、Al3,Ni、Mg2Si、MgZn3、Mg2Al3、Al32Zn49、Al2CuMg、和Al6Mn。虽然许多金属间化合物颗粒含有铝，但也存在不含铝的金属间化合物颗粒，例如Mg2Si。金属间化合物颗粒的组成和特性在下文进一步描述。
在一些实例中，本文所述的合金包含各种重量百分比的相Alx(Fe,Mn)、Al12(Fe,Mn)3Si和Al6Mn、Mg2Si。当金属间化合物颗粒符号中的元素是斜体时，所述元素是颗粒中主要存在的元素。符号(Fe，Mn)表示所述元素可以是Fe或Mn，或两者的混合物。符号(Fe,Mn)表示颗粒含有元素Fe多于元素Mn，而符号(Fe,Mn)表示颗粒含有的元素Mn多于元素Fe。
各相的重量百分比在制备铝合金片的方法中使用的不同退火温度下是不同的，如以下详述。具有较高重量百分比的Alx(Fe,Mn)和/或Al12(Fe,Mn)3Si颗粒的合金将具有较暗的自然阳极化颜色。在一些实例中，铝合金在400℃下包含至少1.5重量％的Alx(Fe,Mn)和/或Al12(Fe,Mn)3Si(例如，至少1.0％、至少1.25％、至少1.5％或至少1.75％，所以均为重量％)。在一些实例中，铝合金在500℃下包含至少2.0重量％的Alx(Fe,Mn)和/或Al12(Fe,Mn)3Si(例如，至少2.0％、至少2.2％、或至少2.4％，所有均为重量％)。
在一些实例中，具有暗灰色的铝片包括分散质，其密度为每25平方微米至少1个分散质(例如每25平方微米至少1个分散质、每25平方微米至少2个分散质、每25平方微米至少4个分散质、每25平方微米至少10个分散质、或每25平方微米至少20个分散质)。
在一些实例中，分散质具有大于50纳米的在任何方向上的平均尺寸。出于此处的目的，“任何方向”表示高度、宽度或深度。例如，分散质的平均颗粒尺寸可以大于50纳米、大于100纳米、大于200纳米、或大于300纳米。在一些实例中，分散质包括Al、Fe、Mn、Si、Cu、Ti、Zr、Cr、Ni、Zn和/或Mg中的一种或多种。在一些实例中，分散质包括Al-Mn-Fe-Si分散质。在一些实例中，分散质包括Al3Fe、Al12(Fe,Mn)3Si、Al20Cu2Mn3、Al(Fe,Mn)2Si3、Al3Zr、Al7Cr、Al12(Mn,Fe)3Si、Mg2Si、Al2CuMg和Al6Mn的一种或多种。在一些实例中，分散质包括Al3Fe、Alx(Fe,Mn)、Al3Fe、Al12(Fe,Mn)3Si、Al7Cu2Fe、Al20Cu2Mn3、Al3Ti、Al2Cu、Al(Fe,Mn)2Si3、Al3Zr、Al7Cr、Alx(Mn,Fe)、Al12(Mn,Fe)3Si、Al3,Ni、Mg2Si、MgZn3、Mg2Al3、Al32Zn49、Al2CuMg、和Al6Mn的一种或多种。
在一些实例中，铝片具有从10微米至50微米的粒度。例如，铝片的粒度可以为15微米至45微米、15微米至40微米或20微米至40微米。
制备方法
生产铝片的方法也是本文中所描述的。在一些实例中，所述方法包含铸造所述铝；均质化所述铝；热轧均质化的铝以生产热轧的中间产品；冷轧热轧的中间产品以生产冷轧的中间产品；中间退火冷轧的中间产品以生产中间退火产品；冷轧中间退火产品以生产冷轧片；以及退火冷轧片以形成退火片。在一些实例中，该方法还包括蚀刻退火的铝片(例如，在酸或碱浴中)并对退火的铝片进行阳极化。
在一些实例中，本文所述的合金可使用直接冷硬(Direct Chill)(DC)工艺铸造成铸锭。可任选地对所得铸锭进行刮制。在一些实例中，本文所述的合金可以以连续铸造(CC)工艺铸造。然后可以对铸造产品进行进一步的处理步骤。
在一些实例中，处理步骤还包括均质化步骤、热轧步骤、冷轧步骤、任选的中间退火步骤、冷轧步骤和最终退火步骤。下面描述的处理步骤举例说明了用于从DC工艺制备的铸锭的处理步骤。
本文描述的均质化步骤可以是单一均质化步骤或两步骤均质化工艺。第一均质化步骤将亚稳定相溶解到基质中并使微观结构不均匀性降到最低。加热铸锭以达到500-550℃的峰值金属温度，持续约2-24小时。在一些实例中，加热铸锭以达到约510℃至约540℃、约515℃至约535℃、或约520℃至约530℃的峰值金属温度。达到峰值金属温度的加热速率可以是约30℃/小时至约100℃/小时。然后在第一均质化阶段期间使铸锭浸泡(即，保持在指定的温度)一段时间。在一些实例中，允许铸锭浸泡至多5小时(例如，至多1小时、至多2小时、至多3小时、至多4小时，包括端值)。例如，可以将铸锭在约515℃、约525℃、约540℃或约550℃的温度下浸泡1小时至5小时(例如，1小时、2小时、3小时、4小时或5小时)。
在第二均质化步骤中，如果存在，在后续处理之前将铸锭温度降低至约480℃至550℃的温度。在一些实例中，在后续处理之前将铸锭温度降低至约450℃至480℃的温度。例如，在第二阶段中，可以将铸锭冷却至约450℃、约460℃、约470℃、或约480℃的温度并使其浸泡一段时间。在一些实例中，使铸锭在指定温度下浸泡至多八小时(例如，30分钟至八小时，包括端值)。例如，可以将铸锭在约450℃、约460℃、约470℃或约480℃的温度下浸泡30分钟至8小时。
在第二均质化步骤后，可以进行热轧步骤。热轧步骤可包括热可逆轧机操作和/或热串联轧机操作。热轧步骤可在约250℃至约450℃(例如，约300℃至约400℃或约350℃至约400℃)的温度下进行。在热轧步骤中，可以将铸锭热轧至10mm规格或更小的厚度(例如，3mm至8mm规格)。例如，可以将铸锭热轧至8mm规格或更小、7mm规格或更小、6mm规格或更小、5mm规格或更小、4mm规格或更小或3mm规格或更小。任选地，热轧步骤可以进行至多一小时的时间。任选地，在热轧步骤结束时(例如，在串联轧机出口时)，将铝片卷绕以产生热轧的卷。
热轧的卷可解开成热轧片，然后可以经受冷轧步骤。热轧片温度可降低至约20℃至约200℃(例如，约120℃至约200℃)的温度。冷轧步骤可以进行一段时间，以产生约1.0mm至约3mm，或约2.3mm的最终规格厚度。任选地，冷轧步骤可以进行至多约1小时(例如，约10分钟至约30分钟)的时间并且片可以被卷绕以形成冷轧卷。
任选地，然后，冷轧的卷可经历中间退火步骤。中间退火步骤可包括将卷加热至约300℃至约400℃(例如，约300℃、305℃、310℃、315℃、320℃、325℃，330℃、335℃、340℃、345℃、350℃、355℃、360℃、365℃、370℃、375℃、380℃、385℃、390℃、395℃或400℃)的峰值金属温度。中间退火步骤的加热速率可以是约20℃/分钟至约100℃/分钟(例如，约40℃/分钟、约50℃/分钟、约60℃/分钟、或约80℃/分钟)。中间退火步骤可以进行约2小时或更短的时间(例如，约1小时或更短)。例如，中间退火步骤可以进行约30分钟至约50分钟的时间。
任选地，在退火步骤之后可进行另一冷轧步骤。冷轧步骤可以进行一段时间，以产生约0.5mm和约2mm之间，约0.75和约1.75mm之间，约1和约1.5mm之间，或约1.27mm的最终规格厚度。任选地，冷轧步骤可以进行至多约1小时(例如，约10分钟至约30分钟)的时间。
然后冷轧的卷可经历退火步骤。退火步骤可包括将冷轧卷加热至约180℃至约350℃的峰值金属温度。用于退火步骤的加热速率可为约10℃/小时至约100℃/小时。退火步骤可以进行至多48小时或更短(例如，1小时或更短)的时间。例如，退火步骤可以进行30分钟至50分钟的时间。
在退火步骤之后和阳极化步骤之前，铝片可以被蚀刻。可以使用任何已知的蚀刻工艺，包括碱蚀刻或酸蚀刻。作为实例，可以用氢氧化钠(例如，10％氢氧化钠水溶液)进行碱性蚀刻工艺，然后进行去污处理。作为另一实例，可以用磷酸、硫酸或它们的组合进行酸性蚀刻处理。例如，酸性蚀刻工艺可以使用75％磷酸和25％硫酸在升高的温度下进行。如本文所用，升高的温度是指高于室温的温度(例如，大于40℃、大于50℃、大于60℃、大于70℃、大于80℃或大于90℃，如99℃)。在蚀刻过程中，块状铝基质和金属间化合物颗粒/分散质被溶解。取决于蚀刻工艺，可以改变蚀刻表面的程度和均匀性。
在蚀刻步骤之后，对本文描述的铝片阳极化。在一些实例中，通过将铝置于电解质溶液中并使直流电流通过溶液阳极化本文所述的铝片。在一些实例中，电解质溶液是酸性溶液，例如但不限于包括盐酸、硫酸、铬酸、磷酸和/或有机酸的溶液。阳极化在铝合金上形成氧化物表面层。在一些实例中，铝片包括氧化物表面层。
使用方法
本文中所描述的材料特别可用于建筑质量应用，以及其他装饰性应用，如装饰板、街道标志、器具、家具、珠宝、艺术品、划船和汽车部件以及甚至客户需要阳极化片中的高质量暗灰色的消费电子产品。
下列实施例将用来进一步说明本发明，然而，同时不对其构成任何限制。相反，应清楚地理解，在不脱离本发明的精神的情况下，可诉诸于各种实施方案、其修改和等同物，在阅读本文中的描述之后，它们本身可暗示给所属领域的技术人员。除非另有说明，否则在以下实施例中描述的研究期间，遵循常规程序。下文出于说明的目的，描述一些程序。
实施例1
制备本发明合金片和三种对比合金片，其组成在表1中详述。通过在约650℃浇铸铸锭，在525℃下均质化铸锭小于1小时的浸泡时间，在250-450℃下热轧均质锭10分钟，以产生热轧中间产品，并在150-180℃下冷轧该热轧中间产品10分钟，以产生冷轧中间产品，制备片材。
表1.合金元素组成，总杂质至多0.15重量％，余量为铝。
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti
对比合金1 0.14 0.32 0.050 0.77 2.88 0.071 0.013 0.013
对比合金2 0.20 0.37 0.050 0.30 2.76 0.092 0.048 0.025
对比合金3 0.18 0.31 0.019 0.23 2.87 0.008 0.01 0.01
合金4 0.06 0.10 0.024 1.13 2.74 0.005 0.005 0.005
实施例2
实施例1中描述的合金4和对比合金1和2的铝片用扫描透射电子显微镜(STEM)成像。图1A和图1B分别是对比合金1和对比合金2的STEM图像。图1C是合金4的STEM图像。合金4显示出比对比合金高得多的分散质密度。合金3具有比合金1和2更低的分散质密度，因此未示出。
实施例3
将如实施例1中所述制备的对比合金1和2以及合金4的片材用10％氢氧化钠溶液进行碱性蚀刻，并阳极化至10微米(μm)阳极化层厚度。用高分辨率扫描电子显微镜(SEM)对得到的阳极化层横截面进行成像。对比合金1和2以及合金4的SEM图像分别示于图2A-2C。如图2A中所示，在这些示例合金中，细颗粒是Al6Fe和Mg2Si。合金4的阳极化铝片具有明显更暗的灰色，可见许多分散质(参见图2C)，而两个对比阳极化铝合金片具有浅灰色和更少的分散质(参见图2A-2B)。
实施例4
使用Thermo-Calc软件(Thermo-Calc Software,Inc.,McMurray,PA)的热力学模型计算对比合金1-2(分别参见图3A和3B)和合金4(参见图3C)的平衡相变行为。通过CALPHAD(相图和热化学的计算机耦合(Computer Coupling of Phase Diagrams andThermochemistry))技术计算给定合金组合物的每个温度下的平衡相。每条线代表特定的相。线1：液相；线2:Al基质；线3:Al6Mn；线4:Al(Fe,Mn)2Si3；线5:Mg2Si；线6:AlCuMn；线7:AlCuMg；线8:Al8Mg5；线9:Al12Mn。模拟结果表明，Al6Mn分散质(线3)的量在合金4中最多(图3C)。不意欲受理论的束缚，本发明合金相对于对比合金的较高Mn含量导致本发明合金氧化物层中更高浓度的Al6Mn分散质，其提供入射光的散射。
所有在上文引用的专利、公开案和摘要均以全文引用的方式并入本文中。已经描述了本发明的各种实施例以实现本发明的各种目的。应该认识到，这些实施方案仅仅是对本发明原理的说明。在不脱离如所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围的情况下，多种修改和其改编对于所属领域的技术人员将是显而易见的。

Claims (18)

1.一种铝合金，其包含约至多0.40重量％的Fe、至多0.25重量％的Si、至多0.2重量％的Cr、2.0重量％至3.2重量％的Mg、0.8重量％至1.5重量％的Mn、至多0.1重量％的Cu、至多0.05重量％的Zn、至多0.05重量％的Ti和至多0.15重量％的杂质，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的铝合金，其中所述铝合金包含0.05重量％至0.2重量％的Fe、0.03重量％至0.1重量％的Si、至多0.05重量％的Cr、2.5重量％至3.2重量％的Mg、0.8重量％至1.3重量％的Mn、至多0.05重量％的Cu、至多0.05重量％的Zn、至多0.05重量％的Ti和至多0.15重量％的杂质，其余为Al。
3.根据权利要求1所述的铝合金，其包含至少1.5重量％的Al6Mn和/或Al12(Fe,Mn)3Si。
4.一种铝片，其包含权利要求1-3中任一项所述的铝合金。
5.根据权利要求4所述的铝片，其中所述铝合金片包括氧化物表面层。
6.根据权利要求4所述的铝片，其中所述铝合金片具有如通过ASTM E313-15(2015)测得的低于35的白平衡。
7.根据权利要求4所述的铝片，还包括密度为每25平方微米至少2个的分散质。
8.根据权利要求7所述的铝片，其中所述分散质具有大于50纳米的在任何方向上的平均尺寸。
9.根据权利要求8所述的铝片，其中所述分散质包括Al3Fe、Alx(Fe,Mn)、Al3Fe、Al12(Fe,Mn)3Si、Al7Cu2Fe、Al20Cu2Mn3、Al3Ti、Al2Cu、Al(Fe,Mn)2Si3、Al3Zr、Al7Cr、Alx(Mn,Fe)、Al12(Mn,Fe)3Si、Al3,Ni、Mg2Si、MgZn3、Mg2Al3、Al32Zn49、Al2CuMg、和Al6Mn的一种或多种。
10.根据权利要求8所述的铝片，其中所述分散质包括Al-Mn-Fe-Si。
11.根据权利要求8所述的铝片，其中所述分散质包括Al3Fe、Al12(Fe,Mn)3Si、Al20Cu2Mn3、Al(Fe,Mn)2Si3、Al3Zr、Al7Cr、Al12(Mn,Fe)3Si、Mg2Si和Al2CuMg的一种或多种以及Al6Mn。
12.根据权利要求5-11中任一项所述的铝片，其包括10微米至50微米的粒度。
13.一种制备包含分散质的铝片的方法，所述方法包括：
铸造铝合金以形成铸锭；
使所述锭均质化以形成均质化锭；
热轧所述均质化锭以生产热轧的中间产品；
冷轧所述热轧的中间产品以生产冷轧的中间产品；
中间退火所述冷轧的中间产品以生产中间退火产品；
冷轧所述中间退火产品以生产冷轧片；和
退火所述冷轧片以形成包含分散质的退火片，
其中所述铝合金包括2xxx、3xxx、5xxx或7xxx系列合金。
14.根据权利要求13所述的方法，其还包含阳极化所述铝片。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述铝合金包含约至多0.40重量％的Fe、至多0.25重量％的Si、至多0.2重量％的Cr、2.0重量％至3.2重量％的Mg、0.8重量％至1.5重量％的Mn、至多0.1重量％的Cu、至多0.05重量％的Zn、至多0.05重量％的Ti和至多0.15重量％的杂质，其余为Al。
16.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述分散质包括Al3Fe、Alx(Fe,Mn)、Al3Fe、Al12(Fe,Mn)3Si、Al7Cu2Fe、Al20Cu2Mn3、Al3Ti、Al2Cu、Al(Fe,Mn)2Si3、Al3Zr、Al7Cr、Alx(Mn,Fe)、Al12(Mn,Fe)3Si、Al3,Ni、Mg2Si、MgZn3、Mg2Al3、Al32Zn49、Al2CuMg、和Al6Mn的一种或多种。
17.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述铝片具有如通过ASTM E313-15(2015)测得的低于35的白平衡。
18.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述分散质以每25平方微米至少2个的密度存在于所述铝片中。
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