CN110819859A - 来自制造废料的具有美观性的回收铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及来自制造废料的具有美观性的回收铝合金。本公开提供了一种铝合金，所述铝合金可包括至少0.10重量％的铁(Fe)、至少0.35重量％的硅(Si)和至少0.45重量％的镁(Mg)、量为至少0.005重量％的锰(Mn)以及附加元素，剩余的重量％为Al和附带杂质。

Description

来自制造废料的具有美观性的回收铝合金
优先权
本公开根据35U.S.C.§119(e)，要求于2018年8月9日提交的名称为“RECYCLEDALUMINUM ALLOYS FROM MANUFACTURING SCRAP WITH COSMETIC APPEAL”的美国临时专利申请62/716,606的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及回收铝合金和用于回收具有美观性的铝合金废料的工艺以及包括用于电子设备的外壳的应用。
背景技术
商用铝合金(诸如6063铝(Al)合金)已被用于制造电子设备的外壳。对于电子设备的外壳，美观性非常重要。
制造芯片废料(例如，6063Al)的常规回收通常与降低的质量相关联。有时，为了保持回收产物的质量，制造芯片废料的常规回收可被限制在特定的来源并且在回收材料中的有限量的废料。
仍然需要开发合金和开发用于回收制造废料的工艺，以改善回收铝合金的美观性。
发明内容
在一个方面，本公开提供了铝合金，其包括量为至少0.10重量％的铁(Fe)、量为至少0.35重量％的硅(Si)、量为至少0.45重量％的镁(Mg)、量为0至0.090重量％的锰(Mn)、量为不超过3.0重量％的非铝(Al)元素，剩余的重量％为Al和附带杂质。在一些变型形式中，该铝合金包括量为至少0.43重量％的硅(Si)和量为至少0.56重量％的镁(Mg)。
在另一方面，回收6000系列铝合金可包括0.10重量％至0.50重量％的铁(Fe)、0.35重量％至0.80重量％的硅(Si)、以及0.45重量％至0.95重量％的镁(Mg)、量为0.005重量％至0.090重量％的锰(Mn)，剩余的重量％为Al和附带杂质，其中该回收铝合金具有与原Al 6063合金相同的美观性。在一些变型中，铝合金包括量为0.43重量％至0.80重量％的硅(Si)。
在另一个实施方案中，提供了用于回收制造废料的工艺。该工艺可包括(a)从第一来源获得第一回收铝合金并从第二来源获得第二回收铝合金；(b)熔融第一回收铝合金和第二回收铝合金以形成熔融的回收6000系列铝合金；(c)铸造熔融的回收6000系列铝合金以形成铸造合金；(d)轧制以形成片材或者挤出以形成挤出物；以及(e)制造片材或挤出物以生产产品。
在以下描述中部分地阐述了另外的实施方案和特征，并且本领域技术人员在审阅说明书之后将明白或者通过所公开的主题的实践来学习这些实施方案和特征。可通过参考构成本公开的一部分的说明书和附图的其余部分来实现本公开的特点和优点的进一步理解。
附图说明
参考以下附图和数据图更将全面地理解本说明书，这些附图和数据图呈现为本公开的各种实施方案，并且不应当被理解为对本公开范围的完整详述，其中：
图1示出了根据本公开的实施方案的来自包括制造废料的材料的回收工艺。
图2示出了根据本公开的实施方案的累积铁(Fe)含量相对于合金被回收的次数。
图3示出了根据本公开的实施方案的累积钛(Ti)含量相对于合金被回收的次数。
图4A示出了根据本公开的实施方案的回收6000系列铝合金的后热处理微结构。
图4B示出了根据本公开的实施方案的在对图4A的回收6000系列铝合金进行时效处理之前形成的组分相颗粒。
图4C示出了根据本公开的实施方案的在时效处理期间形成的Mg-Si沉淀物。
图4D示出了根据本公开的实施方案在具有Fe污染的原6000系列铝合金中进行热处理后的污染物AlFeSi颗粒。
图4E示出了根据本公开的实施方案在具有Fe和Ti污染的初生6000系列铝合金中进行热处理后的污染物AlFeSi颗粒。
图4F示出了根据本公开的实施方案的热处理后的回收6000系列铝合金的污染物AlFeSiMn颗粒。
图5示出了根据本公开的实施方案的废料回收工艺。
图6A示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的挤出物样品的屈服强度。
图6B示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的挤出物样品的拉伸强度。
图6C示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的挤出物样品的伸长率。
图6D示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的挤出物样品的硬度。
图7A示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的片材样品的屈服强度。
图7B示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的片材样品的拉伸强度。
图7C示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的片材样品的伸长率。
图7D示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的片材样品的硬度。
图8A示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的挤出物样品的平均晶粒尺寸。
图8B示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的挤出物样品的最大晶粒尺寸。
图8C示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的挤出物样品的PCG层深度。
图8D示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的挤出物样品的晶粒纵横比。
图8E示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的挤出物样品的粗颗粒尺寸。
图9A示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的片材样品的平均晶粒尺寸。
图9B示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的片材样品的最大晶粒尺寸。
图9C示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的片材样品的粗颗粒尺寸。
图9D示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的片材样品的晶粒纵横比。
具体实施方式
通过结合如下所述的附图，参考以下详细描述可以理解本公开。应当指出的是，出于说明清楚的目的，各种附图中的某些元件可以不按比例绘制。
概述
本公开提供了由废料形成的回收6000系列铝合金。可从常规铝合金(例如6000系列铝合金或6063铝)的制造工艺中收集废料。回收6000系列铝合金令人惊讶地可提供与初生铝合金相同或相似的美观性、机械性能和微结构。与由初生铝制成的铝合金相比，回收6000系列铝合金可包括更高的Fe含量、更高的Mn含量和/或更高的Si含量。
由制造废料形成的合金
在一些变型形式中，所公开的6000系列铝合金被设计成耐受包括多至100％的回收6000系列铝(诸如铸造废料、挤出废料、制造芯片废料等)。所公开的6000系列铝合金还可耐受其他系列废料(诸如1000系列废料)。所公开的6000系列铝合金也被称为回收6000系列铝合金，其允许制造废料的闭环，该闭环可减少对原铝的使用，并导致排放和相关碳覆盖区显著减少。常规6000系列Al可包括少量的Si和Mg，并且任选地包括少量的Fe、Mn、Cu、Zr、Pb、Cr、Zn等。
图1示出了根据本公开的实施方案的来自包括制造废料的材料的回收工艺的示例。如图1所示，将初生铝102供应到材料加工104。材料加工104可使用包含来自模块制造106的废料的回收材料来构建芯片。然后，模块制造106使用由材料加工104制造的芯片来构建模块。模块制造106可具有过程回退110，该过程回退向材料加工104提供废料。该工艺可以是闭环。本公开提供了用于从模块制造106中回收废料的材料和方法。
客户114使用来自模块制造106的模块来构建产品，该产品可用于操作112中的现场。回收材料108可由该现场使用过的产品产生。回收材料108还可被提供给材料加工104。
回收铝合金累积的铁比通常存在于原铝合金中的铁多。铁的增加可能对铝合金的美观性具有负面影响，具体地讲是使其具有更灰的颜色。铁不能通过常规工业方法从铝合金中去除，并且一旦铝合金中包括铁，就无法减少合金中铁的量。由于典型供应链中含铁接触点的数量，回收铝中铁的量高于原铝中铁的量。
铁产生无吸引力的灰色，因此对美观性具有负面影响。除了对美观具有负面影响外，铁还有助于在加工期间形成铁-铝-硅颗粒。含铁颗粒会获得Si，这减少了可用于强化的Si的量。因此，更多的Si被添加到本文所公开的合金中。本发明所公开的合金具有增加的硅和增加的铁。与预期相反，该合金的各种性能与具有此类不期望铁的量的合金一致或比其更好。
所公开的回收6000系列铝合金允许使用回收材料，诸如来自各种来源的制造废料。所公开的回收6000系列铝合金导致与制造相关联的碳覆盖区显著减少。
该合金可由各种重量％的元素以及特定的性能来描述。在本文所述的合金的所有描述中，应当理解，合金的重量％余量为Al和附带杂质。杂质可例如作为加工和制造的副产物存在。在各种实施方案中，附带杂质可不大于任何一种附加元素(即，单一杂质)的0.05重量％，并且不大于所有附加元素(即，总杂质)总量的0.10重量％。杂质可小于或等于约0.1重量％、或者小于或等于约0.05重量％、或者小于或等于约0.01重量％、或者小于或等于约0.001重量％。
在一些变型形式中，合金具有至少0.14重量％的Fe。此外，在一些变型形式中，合金具有至少0.43重量％的Si和至少0.56重量％的Mg。在另外的变型形式中，合金可具有等于或小于0.20重量％的Fe。合金可具有等于或小于0.62重量％的Mg以及等于或小于0.49重量％的Si。
Fe含量
如上所述，废料(例如，芯片废料)包括比常规6000系列铝合金更多的Fe。Fe可来自包括模具等在内的来源。所公开的6000系列铝合金被设计成具有比当前用于美观消费电子产品的常规6000系列铝合金或原铝合金更多的Fe。
累积模型用于估计Fe含量相对于合金被回收的次数，如图2所示。回收铝合金可被多次回收。
图2示出了根据本公开的实施方案的累积铁(Fe)含量相对于合金被回收的次数。如图2中所示，Fe含量可随着合金被回收的次数的增加而增加，然后在约10次回收后达到约2000ppm的稳定水平。
在一些变型形式中，铁可在0.10重量％至0.50重量％的范围内。
在一些变型形式中，铁可等于或大于0.10重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.14重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.15重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.16重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.17重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.18重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.19重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.20重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.25重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.30重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.35重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.40重量％。在一些变型形式中，铁可等于或大于0.45重量％。
在一些变型形式中，铁可等于或小于0.50重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.45重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.35重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.40重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.35重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.30重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.25重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.20重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.19重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.18重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.17重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.16重量％。在一些变型形式中，铁可等于或小于0.15重量％。
Ti含量
废料可包括比常规6000系列铝合金更多的Ti。在铸造工艺期间，可将Ti作为晶粒细化剂添加。在许多情况下，6000系列铝合金被设计成与用于类似产品的常规铝合金相比耐受更多的Ti。
累积模型被用于估计Ti含量与合金被回收的次数的关系。图3示出了根据本公开的实施方案的累积钛(Ti)含量相对于合金被回收的次数。如图3中所示，Ti含量可随着合金被回收的次数的增加而增加，然后在约10次回收后达到约600ppm的稳定水平。
在一些变型形式中，钛可等于或小于0.10重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.09重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.08重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.07重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.06重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.05重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.04重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.03重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.025重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.020重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.015重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.010重量％。在一些变型形式中，钛可等于或小于0.005重量％。
Mn含量、Si含量、Mg含量和Mg/Si比例
与典型的美观6000系列合金中相比，额外的Si被添加到所公开的合金中，通过形成Mg-Si颗粒而不导致机械强度的损失。
不希望受限于任何特定的理论或作用方式，可加入Mn以分解大的污染物Al-Fe-Si颗粒并形成较小的Al-Fe-Si-Mn颗粒。
图4A示出了根据本公开的实施方案的回收6000系列铝合金的后热处理微结构。图4B示出了根据本公开的实施方案的在对图4A的回收6000系列铝合金进行时效处理之前形成的组分相颗粒。如图4A所示，后热处理微结构包括晶粒边界401内的区域402。晶粒边界401内的晶粒尺寸为约100μm。区域402包括组分相Al-Fe-Si颗粒404和在时效处理后包括组分相Mg-Si颗粒408和410的区域406，如图4B所示。在时效处理期间，在细粒度内形成Mg-Si沉淀物408和410，如图4C所示。
图4C示出了根据本公开的实施方案的在时效处理期间形成的Mg-Si沉淀物。
图4D示出了根据本公开的实施方案在具有Fe污染的原6000系列铝合金中进行热处理后的污染物AlFeSi颗粒。如图4D所示，污染物AlFeSi颗粒408可存在于原铝合金中并被嵌入铝416中。仅为了说明的目的，在一个晶粒边界414内示出了一个污染物AlFeSi颗粒408。Mg-Si颗粒404也被嵌入铝416中。
图4E示出了根据本公开的实施方案在具有Fe和Ti污染的初生6000系列铝合金中进行热处理后的污染物AlFeSi颗粒。铁污染和钛污染是回收图4D的初生铝合金的后果。如图4E所示，在初生铝合金中可存在更多的污染物AlFeSi颗粒408。仅为了说明的目的，在五个晶粒边界414内示出了五个污染AlFeSi颗粒408。如图所示，与图4D相比，存在更少的Mg-Si颗粒404。其原因可能是由于先前存在于Mg-Si颗粒中的Si已被用于与铁形成颗粒，使得存在更少的Mg-Si颗粒。另外，Ti离析物418可存在于回收铝合金416中。
图4F示出了根据本公开的实施方案的热处理后的回收6000系列铝合金的污染物AlFeSiMn颗粒。回收铝合金由图4D的初生铝合金形成。如图所示，将Mn添加到回收铝合金有助于使图4D的初生铝合金的大的AlFeSi颗粒408分解成较小的AlFeSiMn颗粒412，这有助于实现更好的美观性。Mg-Si颗粒404的体积分数类似于图4D的。回收铝合金包括比初生铝合金更高的Mn含量和更高的Si含量。
在一些变型形式中，硅可在0.35重量％至0.80重量％的范围内变化。
在一些变型形式中，硅可等于或小于0.80重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.75重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.70重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.65重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.60重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.55重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.50重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.49重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.48重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.47重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.46重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.45重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.40重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.39重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.38重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.37重量％。在一些变型形式中，硅可等于或小于0.36重量％。
在一些变型形式中，硅可等于或大于0.35重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.36重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.37重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.38重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.39重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.40重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.41重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.42重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.43重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.44重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.45重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.46重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.47重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.48重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.49重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.50重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.55重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.60重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.65重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.70重量％。在一些变型形式中，硅可等于或大于0.75重量％。
可将Mg设计成具有适当的Mg/Si比例以形成用于强化目的Mg-Si沉淀物。在一些变型形式中，Mg与Si的比例通常为2:1，但是其他变型形式也可以是可能的。
在一些变型形式中，镁可在0.45重量％至0.95重量％的范围内变化。
在一些变型形式中，镁可等于或小于0.95重量％。在一些变型形式中，镁可等于或小于0.90重量％。在一些变型形式中，镁可等于或小于0.85重量％。在一些变型形式中，镁可等于或小于0.80重量％。在一些变型形式中，镁可等于或小于0.75重量％。在一些变型形式中，镁可等于或小于0.70重量％。在一些变型形式中，镁可等于或小于0.65重量％。在一些变型形式中，镁可等于或小于0.60重量％。在一些变型形式中，镁可等于或小于0.55重量％。在一些变型形式中，镁可等于或小于0.50重量％。
在一些变型形式中，镁可等于或大于0.50重量％。在一些变型形式中，镁可等于或大于0.55重量％。在一些变型形式中，镁可等于或大于0.60重量％。在一些变型形式中，镁可等于或大于0.65重量％。在一些变型形式中，镁可等于或大于0.70重量％。在一些变型形式中，镁可等于或大于0.75重量％。在一些变型形式中，镁可等于或大于0.80重量％。在一些变型形式中，镁可等于或大于0.85重量％。在一些变型形式中，镁可等于或大于0.90重量％。
在一些变型形式中，合金可包括Mn。不希望被保持在特定的机理、效应或作用方式下，Mn可有助于分解在铸造期间形成的粗的Al-Fe-Si颗粒或AlFeSi颗粒。
在一些变型形式中，锰可等于或小于0.090重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.085重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.080重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.075重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.070重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.065重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.060重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.055重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.050重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.045重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.040重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.035重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.030重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.025重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.020重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.015重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.010重量％。在一些变型形式中，锰可等于或小于0.005重量％。
在一些变型形式中，锰可等于或大于0.005重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.010重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.015重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.020重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.025重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.030重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.035重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.040重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.045重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.050重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.055重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.060重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.065重量％。
在一些变型形式中，锰可等于或大于0.070重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.075重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.080重量％。在一些变型形式中，锰可等于或大于0.085重量％。
附加的非铝元素
所公开的6000系列铝合金可包括如下所公开的其他元素。
在一些变型形式中，合金可包括Cu。不希望受限于任何特定的机理、效应或作用方式，Cu可改善耐腐蚀性，并且/或者Cu可影响阳极化合金的颜色。
在一些变型形式中，铜可在0.010重量％至0.050重量％的范围内变化。
在一些变型形式中，铜可等于或小于0.050重量％。在一些变型形式中，铜可等于或小于0.045重量％。在一些变型形式中，铜可等于或小于0.040重量％。在一些变型形式中，铜可等于或小于0.035重量％。在一些变型形式中，铜可等于或小于0.030重量％。在一些变型形式中，铜可等于或小于0.025重量％。在一些变型形式中，铜可等于或小于0.020重量％。在一些变型形式中，铜可等于或小于0.015重量％。
在一些变型形式中，铜可等于或大于0.010重量％。在一些变型形式中，铜可等于或大于0.015重量％。在一些变型形式中，铜可等于或大于0.020重量％。在一些变型形式中，铜可等于或大于0.025重量％。在一些变型形式中，铜可等于或大于0.030重量％。在一些变型形式中，铜可等于或大于0.035重量％。在一些变型形式中，铜可等于或大于0.040重量％。在一些变型形式中，铜可等于或大于0.045重量％。
在一些变型形式中，铬可等于或小于0.10重量％。在一些变型形式中，铬可等于或小于0.08重量％。在一些变型形式中，铬可等于或小于0.06重量％。在一些变型形式中，铬可等于或小于0.04重量％。在一些变型形式中，铬可等于或小于0.03重量％。在一些变型形式中，铬可等于或小于0.02重量％。在一些变型形式中，铬可等于或小于0.01重量％。在一些变型形式中，铬可等于或小于0.008重量％。在一些变型形式中，铬可等于或小于0.006重量％。在一些变型形式中，铬可等于或小于0.004重量％。在一些变型形式中，铬可等于或小于0.002重量％。
在一些变型形式中，锌可等于或小于0.20重量％。在一些变型形式中，锌可等于或小于0.15重量％。在一些变型形式中，锌可等于或小于0.10重量％。在一些变型形式中，锌可等于或小于0.08重量％。在一些变型形式中，锌可等于或小于0.06重量％。在一些变型形式中，锌可等于或小于0.04重量％。在一些变型形式中，锌可等于或小于0.03重量％。在一些变型形式中，锌可等于或小于0.02重量％。在一些变型形式中，锌可等于或小于0.01重量％。在一些变型形式中，锌可等于或小于0.005重量％。在一些变型形式中，锌可等于或小于0.001重量％。
在一些变型形式中，镓可等于或小于0.20重量％。在一些变型形式中，镓可等于或小于0.15重量％。在一些变型形式中，镓可等于或小于0.10重量％。在一些变型形式中，镓可等于或小于0.08重量％。在一些变型形式中，镓可等于或小于0.06重量％。在一些变型形式中，镓可等于或小于0.04重量％。在一些变型形式中，镓可等于或小于0.03重量％。在一些变型形式中，镓可等于或小于0.02重量％。在一些变型形式中，镓可等于或小于0.015重量％。在一些变型形式中，镓可等于或小于0.01重量％。在一些变型形式中，镓可等于或小于0.005重量％。在一些变型形式中，镓可等于或小于0.001重量％。
在一些变型形式中，锡可等于或小于0.20重量％。在一些变型形式中，锡可等于或小于0.15重量％。在一些变型形式中，锡可等于或小于0.10重量％。在一些变型形式中，锡可等于或小于0.08重量％。在一些变型形式中，锡可等于或小于0.06重量％。在一些变型形式中，锡可等于或小于0.04重量％。在一些变型形式中，锡可等于或小于0.01重量％。在一些变型形式中，锡可等于或小于0.008重量％。在一些变型形式中，锡可等于或小于0.006重量％。在一些变型形式中，锡可等于或小于0.004重量％。在一些变型形式中，锡可等于或小于0.002重量％。
在一些变型形式中，钒可等于或小于0.20重量％。在一些变型形式中，钒可等于或小于0.15重量％。在一些变型形式中，钒可等于或小于0.10重量％。在一些变型形式中，钒可等于或小于0.08重量％。在一些变型形式中，钒可等于或小于0.06重量％。在一些变型形式中，钒可等于或小于0.04重量％。在一些变型形式中，钒可等于或小于0.02重量％。在一些变型形式中，钒可等于或小于0.01重量％。在一些变型形式中，钒可等于或小于0.005重量％。在一些变型形式中，钒可等于或小于0.001重量％。
在一些变型形式中，钙可等于或小于0.001重量％。在一些变型形式中，钙可等于或小于0.0003重量％。在一些变型形式中，钙可等于或小于0.0002重量％。在一些变型形式中，钙可等于或小于0.0001重量％。
在一些变型形式中，钠可等于或小于0.002重量％。在一些变型形式中，钠可等于或小于0.0002重量％。在一些变型形式中，钠可等于或小于0.0001重量％。
包括铬、硼、锆、锂、镉、铅、镍、磷等在内的其他元素中的一种或多种可等于或小于0.01重量％。包括铬、硼、锆、锂、镉、铅、镍、磷等在内的其他元素中的一种或多种可等于或小于0.008重量％。这些其他元素中的一种或多种可等于或小于0.006重量％。这些其他元素中的一种或多种可等于或小于0.004重量％。其他元素中的一种或多种可等于或小于0.002重量％。
在一些变型形式中，其他元素的总量可不超过0.20重量％。在一些变型形式中，其他元素的总量可不超过0.10重量％。在一些变型形式中，其他元素的总量可不超过0.08重量％。在一些变型形式中，其他元素的总量可不超过0.06重量％。在一些变型形式中，其他元素的总量可不超过0.04重量％。
用于从废料中清洁和去除氧化物的工艺
与由原材料制成的合金相比，废料可具有大的表面积/体积比例。废料的大表面积可包括大量氧化物(诸如氧化铝)。与常规6000系列铝合金、1000系列合金或6000系列铝合金的原合金相比，废料还可能包括杂质(诸如Fe或Ti等)。
清洁工艺可包括通过重新熔融废料和流动氧化物并且撇去氧化物来去除氧化物。清洁工艺还可包括通过化学溶剂或化学溶液或加热来去除有机污染物。
所公开的回收6000系列铝合金可由多至100％的Al废料制成，并且可用于由挤出和片材轧制形成部件。所公开的回收6000系列铝合金还可包括废料挤出物或片材材料。所公开的方法可包括或排除初生铝或原铝。
图5示出了根据本公开的实施方案的废料回收工艺。如图5所示，工艺500包括来源502，其具有来自两个或更多个铝合金来源(例如，来源A和来源B，可来自不同的供应链)的废料。
在一些实施方案中，可通过加热包括组合物的合金来制备合金熔融物。如图所示，在操作504处熔融废料。在将熔融物冷却至室温后，合金可经历各种热处理，诸如铸造、均化、挤出、片材轧制、溶液热处理和时效处理等。
熔融的废料可在操作506处进行坯料铸造，然后被均化。在一些实施方案中，可通过加热至升高的温度并且在升高的温度下保持一段时间(诸如在520℃至620℃的升高的温度下保持一段时间，例如8至12小时)使铸造合金均化。
如图5所示，均化被用于挤出和片材轧制两者。均化是指将合金在升高的温度下浸泡一段时间的工艺。均化可减少化学离析或冶金离析，这可能作为某些合金凝固的自然结果而发生。也可将均化用于使长而窄的AlFeSi颗粒转化成小而破碎的AlFeSi和AlFeSiMn颗粒。本领域的技术人员应当理解，热处理条件(例如温度和时间)可变化。
可在操作508处挤出均化的合金。挤出是通过迫使金属塑性地流经过模孔来将金属坯料转换为均匀横截面的各种长度的工艺。
部件518的组件可由在操作508处获得的挤出铝合金形成。另外，部件可由在操作514处获得的铝合金板形成。
在一些实施方案中，可将挤出合金预热至升高的温度(例如约400℃)并且上升到更高的温度(例如高于500℃)以用于挤出。挤出和溶液热处理可在较高的升高的温度(例如约500℃)下同时进行。溶液热处理可改变合金的强度。
来自操作504的熔融的废料也可在操作512处进行板坯铸造，然后被均化，随后在操作514处进行片材轧制。部件518的组件可由来自操作514的轧制片材形成。如图所示，可将来自操作506,512,508,514和518的废料返回至操作504处以用于重新熔融。
片材轧制是在金属穿过一对或多对辊以减小厚度并使厚度均匀的金属成形工艺。根据轧制的金属的温度对轧制进行分类。如果金属的温度高于其重结晶温度，则该工艺被称为热轧。如果金属的温度低于其重结晶温度，则该工艺被称为冷轧。
为了对所公开的6000系列铝合金进行片材轧制，首先将合金在约250℃至450℃下热轧，然后冷轧，随后进行溶液处理。
在一些实施方案中，除了来自各种来源的废料之外，废料来源502还可包括所公开的6000系列铝合金的一部分。
在溶液处理后，可在125℃至225℃的温度下对合金时效处理约一段时间(例如6至10小时)，然后用水淬灭。再次参见图4C，时效处理是在升高的温度下的热处理，并且可引起形成沉淀物Mg-Si的沉淀反应。本领域的技术人员应当理解，热处理条件(例如温度和时间)可变化。
在另外的实施方案中，所公开的6000系列铝合金可以任选地在溶液热处理和时效热处理之间经受应力消除处理。应力消除处理可包括拉伸合金、压缩合金或其组合。
美观性
本文所公开的铝合金通常具有比常规铝合金更多的Fe。具有更高的铁的量的铝合金，具体地讲表现为具有更灰的颜色。废料可包括比常规6000系列铝合金更多的Fe。如上所述，本文所述的回收铝合金具有比用于具有美观性的合金的原铝合金中通常存在的铁更多的铁。
铁产生无吸引力的灰色，因此对美观性具有负面影响。除了对美观具有负面影响外，铁还有助于在加工期间形成铁-铝-硅颗粒。Fe颗粒获得Si，这会减少可用于强化的Si的量。因此，更多的Si被添加到本文所公开的合金中。本发明所公开的合金具有增加的硅和增加的铁。与预期相反，该合金的性能与具有此类不期望铁的量的合金一致或比其更好。
在一些实施方案中，所公开的6000系列铝合金可被阳极化。阳极化是金属表面处理工艺，最常被用于保护铝合金。阳极化使用电解钝化来增加金属部件表面上的自然氧化物层的厚度。阳极化可增加耐腐蚀性和耐磨性，并且还可为油漆底漆和胶水提供比裸露金属更好的粘附性。阳极化膜也可用于美观效果，例如，它可增加对反射光的干涉效果。
令人惊讶的是，所公开的回收6000系列铝合金具有与含较少铁、硅和镁的那些相同或改善的美观性。具体地讲，在阳极化之后，它们不呈黄色或灰色，并且没有增加的外观缺陷，诸如斑点、纹理线、黑线、变色、白点、氧化和线痕等。
在一些实施方案中，所公开的6000系列铝合金可形成用于电子设备的外壳。外壳可被设计成具有不存在条纹线的喷砂表面光洁度。喷砂是表面修整工艺，例如使粗糙表面平滑或使平滑表面粗糙化。喷砂可通过在高压下强制推动研磨介质流抵靠表面来去除表面材料。
可使用标准方法评价外观，包括颜色、光泽度和雾度。假定入射光是白光，物体的颜色可由被反射或透射而不被吸收的光的波长来确定。物体的视觉外观可随光反射或透射而变化。附加外观属性可基于反射光或透射光的定向亮度分布，通常被称为有光泽、闪亮、暗淡、透明、模糊等。可以基于有关颜色和外观测量的ASTM标准或者用于测量高光泽度表面的光泽度的ASTM E-430标准测试方法(包括ASTM D523(光泽度)、ASTM D2457(塑料光泽度)、ASTM E430(高光泽度表面上的光泽度、雾度)和ASTM D5767(DOI)等)来执行定量评估。光泽度、雾度和DOI的测量可通过测试设备(诸如Rhopoint IQ)来执行。
在一些实施方案中，颜色由参数L、a和b来量化，其中L代表光亮度、a代表红色和绿色之间的颜色并且b代表蓝色和黄色之间的颜色。例如，高b值表示没有吸引力的淡黄色，而不是金黄色。几乎为零的参数a和b表示中性色。低L值表示亮度暗，而高L值则表示亮度高。对于颜色测量，可使用测试设备，诸如X-Rite ColorEye XTH、X-Rite Coloreye 7000。这些测量根据照明体、观测者以及L*、a*和b*色标的CIE/ISO标准。例如，标准包括：(a)ISO11664-1:2007(E)/CIE S 014-1/E:2006：联合ISO/CIE标准：比色法—第1部分：CIE标准比色观测者；(b)ISO 11664-2:2007(E)/CIE S 014-2/E:2006：联合ISO/CIE标准：比色法—第2部分：用于比色法的CIE标准照明体；(c)ISO 11664-3:2012(E)/CIE S 014-3/E:2011：联合ISO/CIE标准：比色法—第3部分：CIE三色激励值；以及(d)ISO 11664-4:2008(E)/CIE S014-4/E:2007：联合ISO/CIE标准：比色法—第4部分：CIE 1976L*、a*和b*色彩空间。
在一些变型形式中，L*为70至100。在一些变型形式中，L*为至少70。在一些变型形式中，L*为至少75。在一些变型形式中，L*为至少80。在一些变型形式中，L*为至少85。在一些变型形式中，L*为至少90。在一些变型形式中，L*为至少95。在一些变型形式中，L*小于或等于100。在一些变型形式中，L*小于或等于95。在一些变型形式中，L*小于或等于90。在一些变型形式中，L*小于或等于85。在一些变型形式中，L*小于或等于80。在一些变型形式中，L*小于或等于75。
在一些变型形式中，a*为-2至2。在一些变型形式中，a*为至少-2。在一些变型形式中，a*为至少-1.5。在一些变型形式中，a*为至少-1.0。在一些变型形式中，a*为至少-0.5。在一些变型形式中，a*为至少0.0。在一些变型形式中，a*为至少0.5。在一些变型形式中，a*为至少-0.5。在一些变型形式中，a*为至少1.0。在一些变型形式中，a*为至少1.5。在一些变型形式中，a*小于或等于2.0。在一些变型形式中，a*小于或等于1.5。在一些变型形式中，a*小于或等于1.0。在一些变型形式中，a*小于或等于0.5。在一些变型形式中，a*小于或等于0.0。在一些变型形式中，a*小于或等于2.0。在一些变型形式中，a*小于或等于-0.5。在一些变型形式中，a*小于或等于-1.0。在一些变型形式中，a*小于或等于-1.5。
在一些变型形式中，b*为-2至2。在一些变型形式中，b*为至少-2。在一些变型形式中，b*为至少-1.5。在一些变型形式中，b*为至少-1.0。在一些变型形式中，b*为至少-0.5。在一些变型形式中，b*为至少0.0。在一些变型形式中，b*为至少0.5。在一些变型形式中，b*为至少-0.5。在一些变型形式中，b*为至少1.0。在一些变型形式中，b*为至少1.5。在一些变型形式中，b*小于或等于2.0。在一些变型形式中，b*小于或等于1.5。在一些变型形式中，b*小于或等于1.0。在一些变型形式中，b*小于或等于0.5。在一些变型形式中，b*小于或等于0.0。在一些变型形式中，b*小于或等于2.0。在一些变型形式中，b*小于或等于-0.5。在一些变型形式中，b*小于或等于-1.0。在一些变型形式中，b*小于或等于-1.5。
机械性能
可依据ASTM B557测定合金的屈服强度，该标准覆盖测试装置、测试样本和用于拉伸测试的测试工序。
再次参见图5，可使用铝合金的常规工艺挤出或轧制6000系列铝合金以使其具有与没有任何废料的铝合金相同的机械性能，包括屈服强度、拉伸强度、伸长率和硬度。
机械性能具有上限，这允许合金形成有尺寸一致性。所公开的回收6000系列铝合金可超过其他美观铝合金的拉伸强度上限和硬度上限。然而，拉伸强度和硬度的范围保持不变，即在下限和上限之间的范围内。不变的范围允许在成形工艺(诸如轧制)期间的尺寸一致性。
对应于不同制备的数据在框图中呈现，如图6A至6D、7A至7D、8A至8E和9A至9D所示。图6A示出了根据本公开的实施方案的由示例回收6000系列铝合金形成的挤出物样品的屈服强度。
图6B示出了根据本公开的实施方案的由回收6000系列铝合金形成的挤出物样品的拉伸强度。
图6C示出了由回收6000系列铝合金形成的挤出物样品的伸长率。
图6D示出了根据本公开的实施方案的由回收6000系列铝合金形成的挤出物样品的硬度。
图7A示出了根据本公开的实施方案的由样品回收6000系列铝合金形成的片材样品的屈服强度。
图7B示出了根据本公开的实施方案的由回收6000系列铝合金形成的片材样品的拉伸强度。
图7C示出了根据本公开的实施方案的由回收6000系列铝合金形成的片材样品的伸长率。如图7C所示，回收6000系列铝合金具有伸长率，其25％下限为约15％，75％上限为约16％。示例回收6000系列铝合金还具有17.5％的最大伸长率和13.5％的最小伸长率。
图7D示出了根据本公开的实施方案的由回收6000系列铝合金形成的片材样品的硬度。
部件与部件之间的尺寸一致性
针对来自三个不同制造承包商A、B和C的回收6000系列铝合金，评估部件与部件之间的尺寸一致性。结果表明，回收6000系列铝合金的尺寸一致性全部匹配或超过初生铝合金或原铝合金的尺寸一致性，而与废料的来源无关。
热导率
所公开的6000系列铝合金还可具有至少175W/mK的热导率，这有助于电子设备的散热。在各种实施方案中，回收合金的热导率可为至少150W/mK。热导率随合金组合物和热处理而变化。为所公开的合金测得的热导率在165W/mK至200W/mK的范围内。
在各种实施方案中，回收合金的热导率可等于或大于165W/mK。在各种实施方案中，回收合金的热导率可等于或大于175W/mK。在各种实施方案中，回收合金的热导率可等于或大于185W/mK。在各种实施方案中，回收合金的热导率可等于或大于195W/mK。
在各种实施方案中，回收合金的热导率可等于且小于200W/mK。在各种实施方案中，回收合金的热导率可等于且小于190W/mK。在各种实施方案中，回收合金的热导率可等于且小于180W/mK。在各种实施方案中，回收合金的热导率可等于且小于170W/mK。
微结构
微结构的特征可在于平均晶粒尺寸、最大晶粒尺寸、PCG层深度和晶粒纵横比。
图8A示出了由示例回收6000系列铝合金形成的挤出物样品的平均晶粒尺寸。图8B示出了根据本公开的实施方案的由示例回收6000系列铝合金形成的挤出物样品的最大晶粒尺寸。图8C示出了根据本公开的实施方案的由示例回收6000系列铝合金形成的挤出物样品的PCG层深度。图8D示出了根据本公开的实施方案的由示例回收6000系列铝合金形成的挤出物样品的晶粒纵横比。如图8D所示，晶粒的纵横比介于最小值0.8和最大值1.17之间，其中中值为0.97。图8E示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的挤出物样品的粗颗粒尺寸。
图9A示出了根据本公开的实施方案的由回收6000系列铝合金形成的片材样品的平均晶粒尺寸。图9B示出了根据本公开的实施方案的由回收6000系列铝合金形成的片材样品的最大晶粒尺寸。图9C示出了根据本公开的实施方案的由回收6000系列铝合金形成的片材样品的粗颗粒尺寸。图9D示出了根据本公开的实施方案的由所公开的回收6000系列铝合金的示例形成的片材样品的晶粒纵横比。
所公开的铝合金和方法可以用于制备电子设备。本文的电子设备可以指本领域已知的任何电子设备。例如，这些设备可以包括可穿戴设备，诸如手表(如，
Figure BDA0002160900470000191
)。设备也可以是电话，诸如移动电话(如，
Figure BDA0002160900470000192
)、有线电话或任何通信设备(例如，电子邮件发送/接收设备)。这些合金可以是显示器的一部分，诸如数字显示器、电视监视器、电子书阅读器、便携式网页浏览器(如，
Figure BDA0002160900470000193
)以及计算机监视器。这些合金还可以是娱乐设备，包括便携式DVD播放器、常规DVD播放器、蓝光碟片播放器、视频游戏控制台、音乐播放器诸如便携式音乐播放器(如)等。这些合金还可以是提供控制的设备的一部分，诸如控制图像、视频、声音流(如Apple )，或可以是用于电子设备的遥控器。这些合金可以是计算机或其附件的一部分，诸如MacBookAir或Mac Mini的硬盘塔外壳或壳体。
本文所引用的任何范围均包括端值在内。在本说明书的全文中所用的术语“基本上”和“约”用于描述和说明小的波动。例如，它们可指小于或等于±5％，诸如小于或等于±2％、诸如小于或等于±1％、诸如小于或等于±0.5％、诸如小于或等于±0.2％、诸如小于或等于±0.1％、诸如小于或等于±0.05％。
描述了几个实施方案，本领域的技术人员能够认识到，可使用多种修改、另选结构和等价物而不背离本发明的精神。此外，许多公知的过程和元素没有描述以避免不必要地模糊本发明。因此，不应将上述描述视为限制本发明的范围。
本领域的技术人员将会知道，本公开的实施方案以示例而非限制性的方式来教导。因此，包含在上面的描述中或者在附图中示出的内容应该被解释为说明性的而不是限制性的。以下权利要求旨在涵盖本文描述的所有通用和特定特征以及方法和系统的范围的所有陈述，由于语言的问题，所有这些陈述应当落入到通用和特定特征两者之间。

Claims (24)

1.一种铝合金，包含：
量为至少0.10重量％的铁(Fe)、
量为至少0.35重量％的硅(Si)、
量为至少0.45重量％的镁(Mg)、
量为0重量％至0.090重量％的锰(Mn)、
量为不超过3.0重量％的附加非铝(Al)元素，以及
剩余的重量％为Al和附带杂质。
2.根据权利要求1所述的合金，其中
硅(Si)的量为至少0.43重量％，并且
镁(Mg)的量为至少0.56重量％。
3.根据权利要求2所述的合金，其中Si为0.43重量％至0.80重量％。
4.根据权利要求2所述的合金，其中Mg为0.56重量％至0.95重量％。
5.根据权利要求2所述的合金，其中Fe为0.10重量％至0.50重量％。
6.根据权利要求2所述的合金，还包含0重量％至0.10重量％的钛(Ti)。
7.根据权利要求2所述的合金，还包含0.005重量％至0.090重量％的锰(Mn)。
8.根据权利要求2所述的合金，还包含非铝元素，所述非铝元素选自：
0.010重量％至0.050重量％的铜(Cu)、
0重量％至0.10重量％的铬(Cr)、
0重量％至0.20重量％的锌(Zn)、
0重量％至0.20重量％的镓(Ga)、
0重量％至0.20重量％的锡(Sn)、
0重量％至0.20重量％的钒(V)、
0重量％至0.001重量％的钙(Ca)、
0重量％至0.002重量％的钠(Na)、
0重量％至0.01重量％的硼(B)、
0重量％至0.01重量％的锆(Zr)、
0重量％至0.01重量％的锂(Li)、
0重量％至0.01重量％的镉(Cd)、
0重量％至0.01重量％的铅(Pb)、
0重量％至0.01重量％的镍(Ni)、
0重量％至0.01重量％的磷(P)，以及
它们的组合。
9.根据权利要求2所述的合金，其中所述合金为挤出部件的形式并且具有等于或小于160μm的平均晶粒尺寸。
10.根据权利要求2所述的合金，其中所述合金为片材的形式并且具有等于或小于100μm的平均晶粒尺寸。
11.根据权利要求2所述的合金，其中所述合金为挤出部件的形式并且具有至少205MPa的屈服强度和至少240MPa的拉伸强度。
12.根据权利要求2所述的合金，其中所述合金为片材的形式并且具有至少210MPa的屈服强度和至少230MPa的拉伸强度。
13.根据权利要求2所述的合金，其中所述合金为挤出部件的形式并且具有至少80的维氏硬度。
14.根据权利要求2所述的合金，其中所述合金为片材的形式并且具有至少75的维氏硬度。
15.一种回收6000系列铝合金，包含：
0.10重量％至0.50重量％的铁(Fe)、
0.35重量％至0.80重量％的硅(Si)、
0.45重量％至0.95重量％的镁(Mg)、
0.005重量％至0.090重量％的锰(Mn)、
量为不超过1.0重量％的附加非铝元素，以及
剩余的重量％为Al和附带杂质；
其中所述回收铝合金在挤出后具有205MPa的屈服强度和240MPa的拉伸强度，或者其中所述回收6000系列铝合金在片材轧制后具有210MPa的屈服强度和230MPa的拉伸强度。
16.根据权利要求15所述的合金，其中硅(Si)为0.43重量％至0.80重量％。
17.根据权利要求16所述的回收6000系列铝合金，其中所述合金为片材的形式并且具有等于或小于100μm的平均晶粒尺寸。
18.根据权利要求16所述的回收6000系列铝合金，其中所述合金为挤出部件的形式并且具有等于或小于160μm的平均晶粒尺寸。
19.根据权利要求16所述的回收6000系列铝合金，其中所述合金为片材的形式并且具有至少75的维氏硬度。
20.根据权利要求16所述的回收6000系列铝合金，其中所述合金为挤出部件的形式并且具有至少80的维氏硬度。
21.一种用于回收制造废料的方法，所述方法包括：
(a)从第一来源获得第一回收铝合金并从第二来源获得第二回收铝合金；
(b)熔融所述第一回收铝合金和所述第二回收铝合金以形成熔融的回收6000系列铝合金；
(c)铸造所述熔融的回收6000系列铝合金以形成铸造合金；
(d)轧制以形成片材或者挤出以形成挤出物；以及
(e)制造所述片材或所述挤出物以生产产品。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述产品在片材轧制后具有等于或小于100μm的平均晶粒尺寸或在挤出后具有等于或小于160μm的平均晶粒尺寸。
23.根据权利要求21所述的方法，其中熔融步骤包括从所述第一回收铝合金和所述第二回收铝合金中去除氧化物。
24.一种通过执行根据权利要求21所述的方法来制备根据权利要求1所述的铝合金的方法。
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