CN110093541B

CN110093541B - 压铸铝合金及其制备方法和应用以及压铸铝合金复合塑料产品

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Publication number: CN110093541B
Application number: CN201810846766.XA
Authority: CN
Inventors: 李运春; 郭强; 任又平; 谢勇亮
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: CN110093541A

Abstract

本发明涉及压铸铝合金领域，公开了压铸铝合金及其制备方法与应用以及压铸铝合金复合塑料产品。以该铝合金总重为基准，包含：4‑7重量％的Mg、0.5‑3重量％的Si、0.1‑2重量％的Zn、0.2‑1.5重量％的Mn、0.1‑0.3重量％的Cr和/或Ti、86‑94.9重量％的Al和0.2重量％以下的杂质。本发明提供的压铸铝合金含有上述限定含量的组分，可以具有良好的压铸成形性，良好的铝塑结合力和良好的强韧性。

Description

压铸铝合金及其制备方法和应用以及压铸铝合金复合塑料产品

技术领域

本发明涉及压铸铝合金领域，具体涉及一种压铸铝合金及其制备方法和应用，以及压铸铝合金复合塑料产品。

背景技术

现有手机中框主要有两种成型方式，一种为变形铝直接CNC成型，做阳极外观效果，该方式对CNC机台依赖性高，成本高；一种为注塑后，喷涂处理，该方式出来的产品手感差，性能偏低。

行业内提出一种需求，能否采用低成本压铸铝方案做手机中框，即保留有金属中框的手感和性能，也能较大程度降低成本，降低对CNC机台的依赖性。作为手机中框的压铸铝需要至少满足三个方面的性能要求：一方面作为外观产品，对应压铸铝需要具有较好的流动成型性，能完整成型产品，同时外观面上沙孔少；一方面作为外构产品，要求具有较高的抗跌落失效能力，对应压铸铝需要有较高的强度和延伸率；一方面手机中框需要开天线槽导通信号，天线槽部分为塑料，对应压铸铝需要具有较高的铝塑结合能力。

现有的压铸铝合金主要有Al-Si-Cu系列合金，典型牌号有YL102、YL104、YL112、YL117、ADC12、A380等，这些常规压铸铝合金具有优异的铸造性能，成型手机中框没有问题，然而延伸率及铝塑结合能力偏低。

CN105088033A公开了一种铝合金，以铝合金的总量为基准，以重量百分比计，含有3-7％的Si，5-10％的Zn，1-5％的Cu，1-3％的Mg，0-0.3％的稀土元素，0-1％的添加元素，73.7-90％的Al，所述添加元素为Ti、Zr、Mn、Fe、Cd、Cr、B、Bi、Ni和Sr中的一种或两种以上。该合金用于克服铝合金难以兼顾合金强度和铸造性能的不足，但是该合金用于纳米注塑与塑料的结合力非常差，不便于手机天线功能的实现。

CN106148778A公开了一种压铸用铝合金，包括以下质量百分含量的成分：硅2.5-3.5％、镁4.0-5.0％、锰0.5-0.9％、铜1.0-1.5％、铬0.25-0.35％、铁＜0.5％、钛0.10-0.20％、杂质总量＜0.15％，余量为铝。该合金用于提供好的流动性、机械性能、弹性模量、耐腐蚀性、机械加工性能，但没有考虑合金制件与塑料的结合力的改进。

CN104862552A公开一种新型铝合金，按重量百分比由以下组分组成：硅3.0-4.0％；镁4.0-6.0％；锰0.5-1.0％；铜0.05-1.0％；铬0.25-0.5％；铁0.2-0.5％；钛0.15-0.35％；铍0.0025-0.0065％；杂质中锌＜0.3％；杂质中镍＜0.05％；其它单个杂质＜0.05％，总量＜0.15％；其余为铝。该合金改进了合金流动性、机械性能、弹性模量、耐腐蚀性和机械加工性能，但没有考虑合金制件与塑料的结合力的改进。

CN105420564A公开一种高端铝合金材料MH-03，其由以下重量百分比的组分制备而成：Al89.0-91.0％、Si1.8-3.5％、Fe<0.50％、Cu<0.2％、Mn0.55-1.0％、Mg4.8-6.5％、Cr<0.3％、Ni<0.07％、Zn0.05-0.1％、Ti<0.2％、Bi<0.005％、Ca<0.002％、Pb<0.1％、Sn<0.05％、Bi<0.005％、Cd<0.001％。该合金用于克服手机外壳、中框和边框，克服抗拉强度、硬度、断后延伸率、弹性模量性能不佳的缺陷，没有考虑合金制件与塑料的结合力的改进。

可以看出，现有技术中主要以解决铝合金的加工性能、机械性能，以满足各种用途的需要。但是在3C产品中，如手机的中框制造还需要考虑铝合金具有与塑料良好的结合力和延伸率的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的压铸铝合金与塑料结合力低，延伸率差的问题，提供了铝合金及其制备方法和应用以及压铸铝合金复合塑料产品。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种压铸铝合金，以该铝合金总重为基准，包含：4-7重量％的Mg、0.5-3重量％的Si、0.1-2重量％的Zn、0.2-1.5重量％的Mn、0.1-0.3重量％的Cr和/或Ti、86-94.9重量％的Al和0.2重量％以下的杂质。

优选地，所述铝合金中，Mg与(Zn+Si)的重量比为(1-3):1。

优选地，所述铝合金的屈服强度为210MPa以上，延伸率为2.5％以上，铝塑结合力为23MPa以上。

本发明第二方面提供一种压铸铝合金的制备方法，包括：

(1)将含铝料、含镁料、含锌料、含锰料、含硅料，以及含铬料和/或含钛料进行熔炼，得到金属熔液；

(2)将所述金属熔液进行精炼、除杂、除氢后进行浇铸得到铝合金铸锭，将铝合金铸锭熔融压铸形成本发明第一方面所述压铸铝合金。

优选地，步骤(1)中所述熔炼包括在700-750℃下进行20-60min。

优选地，步骤(2)中所述精炼包括向所述金属熔液中加入精炼剂并搅拌实现精炼除气；精炼时间为5-12min。

本发明第三方面提供一种压铸铝合金复合塑料产品，包括本发明的压铸铝合金，以及形成在所述压铸铝合金表面上的塑料层。

优选地，该产品中，所述压铸铝合金与塑料层之间的铝塑结合力为23MPa以上。

本发明第四方面提供一种本发明的压铸铝合金在计算机、通信电子产品或消费类电子产品中的应用。

通过上述技术方案，本发明提供的压铸铝合金含有上述限定含量的组分，可以具有良好的压铸成形性，良好的铝塑结合力和良好的强韧性。

附图说明

图1为实施例1得到的压铸铝合金的金相图。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明第一方面提供一种压铸铝合金，以该铝合金总重为基准，包含：4-7重量％的Mg、0.5-3重量％的Si、0.1-2重量％的Zn、0.2-1.5重量％的Mn、0.1-0.3重量％的Cr和/或Ti、86-94.9重量％的Al和0.2重量％以下的杂质。

根据本发明，优选地，所述铝合金包含：5-6重量％的Mg、1.5-2.5重量％的Si、0.2-1.5重量％的Zn、0.6-1重量％的Mn、0.1-0.3重量％的Cr和/或Ti、88.5-92.4重量％的Al和0.2重量％以下的杂质。

本发明中，提供的压铸铝合金的各组分在限定的范围内调整和控制，可以实现铝合金与塑料较好的结合力，提升铝合金强韧性；同时保持铝合金很好的流动性，便于压铸成型。

本发明中，所述压铸铝合金中含有含量为上述范围内的Si，可以降低压铸铝合金产品在进行纳米注塑前的T处理扩孔时硅的析出，改进铝塑结合力。当硅含量过高时，压铸铝合金产品在进行纳米注塑前的T处理扩孔时，产生硅的析出，降低了铝塑结合力，使天线部分的铝塑结合部位容易开裂。

本发明中，所述压铸铝合金中含有含量为上述范围内的Mg，可以在制备时的熔炼过程中熔进铝基体，得到固熔强化效果及析出强化效果，保证了合金产品的强韧性。如果铝合金中镁元素含量过低，合金的强韧化效果得不到保证，镁元素含量过高，则容易氧化造渣，同样降低了合金的强韧性。

本发明中，所述压铸铝合金中含有含量为上述范围内的Zn，可以有利于在熔体表面形成致密氧化层，有效缓解铝合金熔体在压铸环节的镁元素氧化烧损。同时，锌含量融入铝合金基体，也能起到固熔强化效果。如果锌含量过高，将会降低合金延伸率，进而降低合金的强韧性。

本发明中，所述压铸铝合金中含有含量为上述范围的Cr和/或Ti时，可以有利于细化合金组织。本发明的所述压铸铝合金的制备过程中经历急冷的成型条件(如，含有上述组分的铝合金重新熔化为合金熔体压入金属模具，然后合金熔体由680-750℃降温到接近室温，冷却速度为200-300℃/s)，在所述压铸铝合金中会出现10-25μm的α相组织晶粒，可以有利于避免添加Zn带来的热脆性。所述铝合金中α相晶粒大小为10-25μm。如图1中白色部分所示。

本发明中，所述压铸铝合金中还可以含有Fe、Be等元素，以及原料带来的不可避免的杂质，但含量在0.2重量％以下。

根据本发明，优选地，所述铝合金中，Mg与(Zn+Si)的重量比为(1-3):1。按照此比例关系，制得的所述铝合金可以形成致密复合氧化膜层，有效降低镁元素的烧损。如果比例小于1或大于3，镁元素烧损严重。

根据本发明，优选地，所述铝合金的屈服强度为210MPa以上，延伸率为2.5％以上，铝塑结合力为23MPa以上。

本发明第二方面提供一种压铸铝合金的制备方法，包括：

本发明中，所述含铝料、含镁料、含锌料、含锰料、含硅料、含铬料和含钛料可以是能够提供制备本发明的压铸铝合金所需各种元素的物料，可以是含上述元素的合金或纯物料，可以商购获得。优选地，所述含铝料可以是铝含量约99.99重量％的商购铝锭。所述含镁料可以是镁含量约99.99重量％的商购镁锭。所述含锌料可以是锌含量约99.99重量％的商购锌锭。所述含锰料可以是Al-10重量％Mn中间合金，可记为Al-10Mn合金。所述含硅料可以是Al-20重量％Si中间合金，可记为Al-20Si合金。所述含铬料可以是Al-10重量％Cr中间合金，可记为Al-10Cr合金。所述含钛料可以是Al-5重量％Ti中间合金，可记为Al-5Ti合金。

本发明中，将上述原料按照制备所述压铸铝合金的组成重量百分比进行配料，各原料的用量满足得到的压铸铝合金，以该铝合金总重为基准，包含：4-7重量％的Mg、0.5-3重量％的Si、0.1-2重量％的Zn、0.2-1.5重量％的Mn、0.1-0.3重量％的Cr和/或Ti、86-94.9重量％的Al和0.2重量％以下的杂质。优选地，所述铝合金包含：5-6重量％的Mg、1.5-2.5重量％的Si、0.2-1.5重量％的Zn、0.6-1重量％的Mn、0.1-0.3重量％的Cr和/或Ti、88.5-92.4重量％的Al和0.2重量％以下的杂质。

根据本发明，可以优选将上述原料先进行预热，充分去除原料中存在的水分。优选地，该方法还包括在步骤(1)前，将含铝料、含镁料、含锌料、含锰料、含硅料和含铬料，或者含铝料、含镁料、含锌料、含锰料、含硅料和含钛料进行预热到150-200℃。可以将上述原料放入预热炉中进行所述预热。

根据本发明，步骤(1)用于将上述各种原料熔化形成所述金属熔液。优选地，步骤(1)中所述熔炼包括在700-750℃下进行20-60min。

本发明中，步骤(1)进行的所述熔炼可以是将上述各种原料全部加入到例如井式电阻坩埚炉中加热熔化。

根据本发明，优选地，步骤(2)中所述精炼包括向所述金属熔液中加入精炼剂并搅拌实现精炼除气；精炼时间为5-12min。

根据本发明，优选地，所述精炼剂选自六氯乙烷、氯化锌、氯化锰和氯化钾中的至少一种；所述精炼剂的用量为所述金属熔液的0.2-0.4重量％。

优选地，步骤(2)中熔融压铸是将所述铝合金铸锭在680-720℃的温度下重新熔化为铝合金液，将一定量的铝合金液浇入压铸机压室，再通过射锤将铝合金液压入金属模具中成型产品。本发明中，铝合金液在金属模具中被快速冷却，冷却速度为200-300℃/s左右。产品中可以观察到出现10-25μm的α相组织晶粒，可以有利于避免添加Zn带来的热脆性。如图1中白色部分所示。

该产品可以通过注塑工艺制得。具体方法可以包括：将制得的压铸铝合金依次进行CNC去水口、开天线槽后，放入注塑模具中进行常规注塑，获得铝塑产品。所述塑料层的塑料可以不特别限定，为改性或未改性的聚烯烃树脂、ABS工程树脂或PC树脂，以及可以用于计算机、通信电子产品或消费类电子产品中的各种树脂。

本发明第四方面提供一种本发明的压铸铝合金在计算机、通信电子产品或消费类电子产品中的应用。例如应用于手机的中框制备。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料。

将铝锭、锌锭、Al-10Mn合金、镁锭、Al-20Si合金、Al-10Cr合金和Al-5Ti合金进行预加热至150℃，然后放入井式电阻坩埚炉中升温至700℃-730℃完全熔化为金属熔液。

向金属熔液加入金属熔液的0.2重量％的六氯乙烷进行精炼除气，得到精炼熔液；

将精炼熔液进行过滤除杂，得到除杂熔液；

将除杂熔液进行除氢，然后降温至730℃静止15min，进行扒渣得到合金熔液。将合金熔液浇注到铸铁铝槽中冷却，成形为铝合金铸锭；

将铝合金铸锭熔融压铸得到压铸铝合金。将压铸铝合金沿截面切开，用水砂纸对截面进行粗磨，细磨，机械抛光，抛光剂选择1μm的金刚石抛光膏，用5％氢氧化钠进行侵蚀，然后进行金相观察α相，并测量α相组织大小。金相设备选择OLYMPUS-DSX510。结果见图1。其中白色部分为α相组织晶粒，晶粒大小约为15μm。

实施例2

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料。

将铝锭、锌锭、Al-10Mn合金、镁锭、Al-20Si合金、Al-10Cr合金和Al-5Ti合金进行预加热至200℃，然后放入井式电阻坩埚炉中升温至700℃-730℃完全熔化为金属熔液。

向金属熔液加入金属熔液的0.4重量％的脱水氯化锌进行精炼除气，得到精炼熔液；

将精炼熔液进行过滤除杂，得到除杂熔液；

将除杂熔液进行除氢，然后降温至730℃静止15min，进行扒渣得到合金熔液。

将合金熔液浇注到铸铁铝槽中冷却，成形为铝合金铸锭；

将铝合金铸锭熔融压铸得到压铸铝合金。如实施例1进行金相观察，白色部分为α相组织晶粒，晶粒大小约为10μm。

实施例3

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料。

将铝锭、锌锭、Al-10Mn合金、镁锭、Al-20Si合金、Al-10Cr合金和Al-5Ti合金进行预加热至180℃，然后放入井式电阻坩埚炉中升温至700-730℃完全熔化为金属熔液。

向金属熔液加入金属熔液的0.3重量％的脱水氯化钾进行精炼除气，得到精炼熔液；

将精炼熔液进行过滤除杂，得到除杂熔液；

将除杂熔液进行除氢，然后降温至730℃静止18min，进行扒渣得到合金熔液。

将合金熔液浇注到铸铁铝槽中冷却，成形为铝合金铸锭；

将铝合金铸锭熔融压铸得到压铸铝合金。如实施例1进行金相观察，白色部分为α相组织晶粒，晶粒大小约为20μm。

实施例4-6

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料，并按照实施例1的方法制备得到压铸铝合金。

如实施例1进行金相观察，白色部分为α相组织晶粒，晶粒大小约为10-25μm。

对比例1

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料。

将铝锭、锌锭、Al-10Mn合金、镁锭和Al-20Si合金进行预加热至150℃，然后放入井式电阻坩埚炉中升温至700-730℃完全熔化为金属熔液。

将精炼熔液进行过滤除杂，得到除杂熔液；

将合金熔液浇注到铸铁铝槽中冷却，成形为铝合金铸锭；

将铝合金铸锭熔融压铸得到压铸铝合金。

对比例2

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料。

将精炼熔液进行过滤除杂，得到除杂熔液；

将合金熔液浇注到铸铁铝槽中冷却，成形为铝合金铸锭；

将铝合金铸锭熔融压铸得到压铸铝合金。

对比例3

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料。

将铝锭、Al-10Mn合金、镁锭和Al-20Si合金进行预加热至150℃，然后放入井式电阻坩埚炉中升温至700-730℃完全熔化为金属熔液。

将精炼熔液进行过滤除杂，得到除杂熔液；

将合金熔液浇注到铸铁铝槽中冷却，成形为铝合金铸锭；

将铝合金铸锭熔融压铸得到压铸铝合金。

对比例4

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料。

将精炼熔液进行过滤除杂，得到除杂熔液；

将合金熔液浇注到铸铁铝槽中冷却，成形为铝合金铸锭；

将铝合金铸锭熔融压铸得到压铸铝合金。

对比例5

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料。

将精炼熔液进行过滤除杂，得到除杂熔液；

将合金熔液浇注到铸铁铝槽中冷却，成形为铝合金铸锭；

将铝合金铸锭熔融压铸得到压铸铝合金。

对比例6

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料。

将精炼熔液进行过滤除杂，得到除杂熔液；

将合金熔液浇注到铸铁铝槽中冷却，成形为铝合金铸锭；

将铝合金铸锭熔融压铸得到压铸铝合金。

对比例7

商购ADC12铝合金。

表1

测试例

对实施例1-6、对比例1-6制得的压铸铝合金，和对比例7的ADC12铝合金进行以下性能测定，结果见表2。

配样成型

将成分为上表所列的对应铝合金铸锭分别熔融，通过压铸设备射到金属力学测试样件模具中，得到厚宽尺寸为1.5mm×12.5mm与厚宽长尺寸为3mm*12mm*40mm的压铸铝合金测试样件。

通过压铸设备将熔融铝合金铸射到金属流动性螺旋模具中，得到标注有长度的螺旋产品。

测试

铝合金拉伸测试：按照GBT 228.1-2010，采用型号为CMT5105的电子万能试验机进行拉伸性能测试，标距为50mm，加载速率为2mm/Min，记录测量数据(屈服强度与延伸率)。

铝合金流动性测试：采用压铸方式(金属流动性螺旋模具蚊香模具)成型螺旋状样件，依据样件尾端刻度进行长度记录。

铝合金铝塑结合力测试：将厚宽长尺寸为3mm×12mm×40mm的铝合金测试样件，进行T处理扩孔，将进行T处理后的铝合金样件放入注塑模具注塑。将注塑后铝塑样件进行拉拔力测试，记录测试数据。

表2

通过实施例、对比例和表2的结果可以看出，采用本发明提供的技术方案的实施例，得到的压铸铝合金具有本发明限定的组成，且该压铸铝合金的金相结构中具有晶粒直径在10-25μm的白色α相组织；同时该产品拥有良好的综合性能，完全能满足手机中框的需求，可以同时具有铝合金与树脂好的结合力(铝塑结合力大于23MPa)，力学性能上延伸率大(大于2.5％)，屈服强度高(大于210MPa)的特点。该压铸铝合金还同时可以具有良好的流动性(大于1250mm)，利于加工成型。

在实施例中，实施例4、5中个别组分含量不在最优选范围内，同时拥有的综合性能略差于实施例1-3。实施例6中，虽然组分含量在最优选范围内，但是Mg/(Zn+Si)的重量比不在1-3的范围内，得到的压铸铝合金的综合性能不如实施例1-5提供的压铸铝合金的性能。

对比例1、对比例3中合金组分不在本发明的范围内，得到的压铸铝合金的流动性差，产品薄区容易充型不满，表面针孔偏多，不能拥有同时合格的综合性能。

对比例2、4-7中合金组分不在本发明的范围内，得到的压铸铝合金的延伸率偏低，产品跌落测试不合格，也不能拥有同时合格的综合性能。

此外，现有技术的对比例7的铝塑结合力差，铝塑结合区容易开裂。

对比例1-7中都有个别合金组分不在本发明的范围内，都不能提供同时拥有合格综合性能都压铸铝合金。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种压铸铝合金，以该铝合金总重为基准，包含：

5-6重量％的Mg、

1.5-2.5重量％的Si、

0.2-1.5重量％的Zn、

0.6-1重量％的Mn、

0.1-0.3重量％的Cr和/或Ti、

88.5-92.4重量％的Al和0.2重量％以下的杂质。

2.根据权利要求1所述的铝合金，其中，所述铝合金中，Mg与(Zn+Si)的重量比为(1-3):1。

3.根据权利要求2所述的铝合金，其中，所述铝合金的屈服强度为210MPa以上，延伸率为2.5％以上，铝塑结合力为23MPa以上。

4.一种压铸铝合金的制备方法包括：

(2)将所述金属熔液进行精炼、除杂、除氢后进行浇铸得到铝合金铸锭，将铝合金铸锭熔融压铸形成权利要求1-3中任意一项所述的压铸铝合金。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(1)中所述熔炼包括在700-750℃下进行20-60min。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，步骤(2)中所述精炼包括向所述金属熔液中加入精炼剂并搅拌实现精炼除气；精炼时间为5-12min。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述精炼剂选自六氯乙烷、氯化锌、氯化锰和氯化钾中的至少一种；所述精炼剂的用量为所述金属熔液的0.2-0.4重量％。

8.一种压铸铝合金复合塑料产品，包括权利要求1-3中任意一项所述的压铸铝合金，以及形成在所述压铸铝合金表面上的塑料层。

9.根据权利要求8所述的压铸铝合金复合塑料产品，其中，该产品中，所述压铸铝合金与塑料层之间的铝塑结合力为23MPa以上。

10.一种权利要求1-3中任意一项所述的压铸铝合金在计算机、通信电子产品或消费类电子产品中的应用。