CN111074105A - 可阳极氧化压铸铝合金材料及其制备方法及其压铸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可阳极氧化压铸铝合金材料及其制备方法及其压铸方法。本发明提供的可阳极氧化压铸铝合金材料，按重量百分比计，包括如下组分：Si≤0.2％，Fe≤0.2％，Cu≤0.3％，Mn为0.5％‑2％，Mg≤0.3％，Zn≤0.5％，Ti为0.01％‑0.30％，稀土金属0.01－2.5％，Pb≤0.1％，Sn≤0.01％，Cd≤0.01％，其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。本发明提供的可阳极氧化压铸铝合金材料具有良好压铸成型性能以及压铸后阳极氧化着色产生辉光的性能。
Description
技术领域
本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种可阳极氧化压铸铝合金材料及其制备方法及其压铸方法。
背景技术
铝合金是广泛应用于各领域的金属材料，为了使铝合金更加耐腐蚀并使铝合金零件上色，通常会将铝合金放在电解液中进行阳极氧化，从而在其表面形成一层氧化膜，以保护铝合金并提高铝合金的硬度。然而，常用的压铸合金如铝硅合金、铝铜合金和铝镁合金是无法进行阳极氧化着色的。在压铸铝合金中，通常情况下，硅的含量很高为6％-12％，铜的含量也很高。而高含量的硅会使得氧化膜变灰，铜会使得氧化膜泛红色，并会破坏电解液质量。合金中铁元素含量过高也会使氧化膜上产生黑色的斑点。因此，现有的压铸铝合金由于其成分的原因无法进行阳极氧化。
现有的用于阳极氧化的铝合金材料，因铝的含量都很高，其铝液流动性较差，传统的生产方式一般不能采用压铸方式来制造，即使勉强压铸成型，其后续的阳极氧化和着色处理后压铸件的流纹严重，效果不佳，且生产成本较高。
因此缺少一种能够实现阳极氧化、着色辉光、可压铸成型，并且各性能较好的可阳极氧化压铸铝合金材料及其制备方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种具有良好压铸成型性能以及阳极氧化性能的可阳极氧化压铸铝合金材料及其制备方法及其压铸方法。
本发明提供一种可阳极氧化压铸铝合金材料，按重量百分比计，包括如下组分：Si≤0.2％，Fe≤0.2％，Cu≤0.3％，Mn为0.5％-2％，Mg≤0.3％，Zn≤0.5％，Ti为0.01％-0.30％，稀土金属0.01－2.5％，Pb≤0.1％，Sn≤0.01％，Cd≤0.01％，其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
优选地，Mn为0.8％-1.8％。
优选地，Mn为1％-1.6％。
优选地，Ti为0.01％-0.2％。
优选地，Ti为0.04％-0.15％。
本发明还提供一种可阳极氧化压铸铝合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)向炉内投入铝锭，升温至850℃－880℃时，投入锰元素添加剂、钛元素添加剂；
(2)将铝液温度降低并控制在740℃－780℃，加入无钠精炼剂进行精炼净化，净化后加入稀土金属；
(3)取样化验；
(4)成分合格后，铝液温度在700℃－750℃时，浇铸铝合金锭。
优选地，所述无钠精炼剂的加入量为0.1－0.4％。
优选地，浇铸时采用水冷模具浇铸，浇铸过程采用过滤箱过滤，并采用氮气通过底部15－40μm孔径的透气砖进行在线除气作进一步的净化处理。
本发明还提供一种可阳极氧化压铸铝合金材料的压铸方法，将铝合金材料和回炉料在700－750℃重熔成金属溶液，再进行压铸，所述回炉料占金属溶液的0-30％。
优选地，压铸时浇口速度为20－25m/s，压铸成型后用水性脱模剂进行脱模。
本发明提供的可阳极氧化压铸铝合金材料及其制备方法得到铝合金材料具有良好的压铸成型性能以及压铸后阳极氧化着色产生辉光的性能。
附图说明
通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。
图1为本发明实施例1提供的阳极氧化及着色处理得到最终的产品效果图；
图2为本发明实施例2提供的阳极氧化及着色处理得到最终的产品效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供一种可阳极氧化压铸铝合金材料，按重量百分比计，包括如下组分：Si≤0.2％，Fe≤0.2％，Cu≤0.3％，Mn为0.5％-2％，Mg≤0.3％，Zn≤0.5％，Ti为0.01％-0.30％，稀土金属0.01－2.5％，Pb≤0.1％，Sn≤0.01％，Cd≤0.01％，其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
较低的Si、Fe、Cu含量，使得阳极氧化的着色得以产生辉光的效果。较高的Mn含量使得材料具有良好的铝液流动性能和压铸成型性能以及耐腐蚀性能，一定的Ti含量改善了材料的结构性质。较低的Pb、Sn、Cd含量使得材料更加环保，其压铸件阳极氧化后的用途更广。
在优选实施例中，Mn为0.8％-1.8％，优选为0.8％-1.6％，更优选为1％-1.5％或1％-1.6％。锰元素(Mn)在本合金体系中既能够实现压铸件的耐腐蚀效果，又能够使压铸件具有优异的阳极氧化和着色效果，同时还能够避免压铸件因铁低而脱模难的问题。
在优选实施例中，Ti为0.01％-0.2％，优选Ti为0.04％-0.15％。Ti含量改善了材料的结构性质，微量的Ti可使合金细化晶粒，提高铝合金的强度，避免因含Al较高时压铸容易出现粘模和变形，提高压铸的成型性。
在优选实施例中，稀土金属为0.01％-2％，优选为0.01％-1％。稀土元素的加入方式可以是含镧(La)的中间合金，也可以是含铈(Ce)的中间合金，也可以是含铈镧的中间合金。稀土元素的加入，既起到细化晶粒的作用，又起到进一步降低铝合金气体和杂质的作用，同时又可以提高铝合金压铸件的力学性能。
本发明还提供一种可阳极氧化压铸铝合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)向炉内投入铝锭，升温至850℃－880℃时，投入锰元素添加剂、钛元素添加剂；优选升温至860℃-880℃时，投入锰元素添加剂、钛元素添加剂。较高的合金投入温度可以更好地实现合金的匀质化，而合金的匀质化是解决压铸件阳极氧化着色后出现流纹和色差使色彩不稳定的工艺条件之一。
(2)将铝液温度降低并控制在740℃－780℃，加入无钠精炼剂进行精炼净化，净化后加入稀土金属；
(3)取样化验；检测成分是否在如下范围内“Si≤0.2％，Fe≤0.2％，Cu≤0.3％，Mn为0.5％-2％，Mg≤0.3％，Zn≤0.5％，Ti为0.01％-0.30％，稀土金属0.01－2.5％，Pb≤0.1％，Sn≤0.01％，Cd≤0.01％，其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝”。
(4)成分合格后，铝液温度在700℃－750℃时，浇铸铝合金锭。因液相线温度较高(接近660℃)因此浇铸温度限定为700℃－750。优选，铝液温度在730℃－750℃时，浇铸铝合金锭。
在优选实施例中，无钠精炼剂的加入量为0.1－0.4％。
在优选实施例中，浇铸时采用水冷模具浇铸，通过凝固时的激冷作用以获得细化晶粒的效果，并作为金属的良好遗传性传递给后道的压铸工序，压铸件的晶粒细化也是获得阳极氧化后良好的着色效果的条件之一。浇铸过程采用过滤箱过滤，并采用氮气通过底部15－40μm孔径的透气砖进行在线除气作进一步的净化处理。浇铸过程中采用惰性气体通过透气砖微孔均匀弥散排出上浮，在惰性气体气泡上浮并聚集长大的过程中捕集铝液中的气体和杂质，实现高效的在线除气除杂净化处理，并使铝液密度当量小于1％。该步骤改善了铝合金铸造组织，对比传统的除气方式起到了更好的减少针孔、去除杂质的作用，并达到密度当量小于1％。同时，底部在线除气还起到了良好的搅拌作用，减少成分的偏析，提高材料的匀质化。
在优选实施例中，可阳极氧化压铸铝合金材料的制备方法中需采用非铁制工具进行搅拌，避免铁元素升高，使得合金材料阳极氧化着色后效果较差。
在优选实施例中，铝锭分两步加入，步骤(1)中先加入85％-90％的铝锭，加入精炼剂之前再加入剩余的铝锭。
在优选实施例中，可阳极氧化压铸铝合金的具体制备方法，包括如下步骤：
(1)因为本实施例的铝合金材料纯度较高，熔炼前必须清理干净炉底、炉壁，避免上一炉残留物混入，污染铝液成分。炉内投入85％-90％铝锭，升温至850℃－880℃时，投入锰元素添加剂、钛元素添加剂。加入熔化后不少于4次的充分搅拌与净置交替进行，每次时间不少于10分钟。
(2)加入剩余的铝锭熔化后充分搅拌均匀。将铝液温度降低并控制在740℃－780℃，加入无钠精炼剂进行精炼净化，精炼后净置5－10分钟除渣处理。
(3)充分搅拌后取样化验，确保“Si≤0.2％，Fe≤0.2％，Cu≤0.3％，Mn为0.5％-2％，Mg≤0.3％，Zn≤0.5％，Ti为0.01％-0.30％，Pb≤0.1％，Sn≤0.01％，Cd≤0.01％，其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝”采用氮气除气20－30分钟，加入稀土金属，加入熔化后搅拌和净置10－20分钟，除渣。
再次取样化验，确保“Si≤0.2％，Fe≤0.2％，Cu≤0.3％，Mn为0.5％-2％，Mg≤0.3％，Zn≤0.5％，Ti为0.01％-0.30％，稀土金属0.01－2.5％，Pb≤0.1％，Sn≤0.01％，Cd≤0.01％，其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝”。
(4)成分合格后，铝液温度在700℃－750℃时，采用水冷模具浇铸铝合金锭。浇铸过程采用过滤箱过滤，并采用氮气通过底部15－40μm孔径的透气砖进行在线除气作进一步的净化处理。
本发明实施例还提供一种可阳极氧化压铸铝合金材料的压铸方法，将铝合金材料和回炉料在700－750℃重熔成金属溶液，再进行压铸，所述回炉料占金属溶液的0-30％。本实施例的铝合金材料因为熔点较高，重熔时熔炼温度在700－750℃为适宜。并且避免其他合金及杂质的混入，做好除渣、除气。本实施例中回炉料不是必须添加的，仅使用上述任一项实施例的制备方法制备得到的铝合金材料重熔再压铸也是可以的，根据需求也可以添加回炉料。回炉料比例控制不高于30％，且不超过3个循环。渣包及排气部位不能回炉。
在优选实施例中，为防止压铸粘模，浇口速度在20－25m/s。每100g产品重量浇口面积为1－2cm2(成正比)。
在优选实施例中，压铸模具设计时考虑的压铸件凝固收缩率约为0.5－1％。
在优选实施例中，压铸模具温度为250－350℃。但由于压铸温度较高，要注意防止模具过热。
在优选实施例中，压铸脱模过程中采用铸造用水溶性脱模剂。脱模较容易。
在优选实施例中，压铸过程中，活塞速度逐渐加快。在不发生粘模的情况下，一般活塞速度越快，铸件表面越光滑。在设定活塞速度时，可由慢到快逐渐调整。
在优选实施例中，脱模斜度根据压铸件的形状和厚度一般为2－3度。
在优选实施例中，压铸脱模的顶针根据压铸件的大小和形状在配置时应比相同大小和形状的ADC12的配置要粗，且个数要多。
本实施例的可阳极氧化压铸铝合金材料以及制备方法制备得到合金锭作为材料可用于重熔压铸产品，还可进行阳极氧化并着色处理。
本实施例提供的压铸铝合金材料可广泛应用于韧性要求较高的压铸件的外观辉光阳极氧化和防腐阳极氧化，如装饰部件、电子通讯材料、五金、食品等行业中需要进行防腐阳极氧化和外观着色阳极氧化的压铸铝合金零部件。
为了对本发明的技术方案能有更进一步的了解和认识，现列举几个较佳实施例对其做进一步详细说明。
实施例1
原料配比
原料配比，按重量百分比计算，硅：含量为0.038％，铁：含量为0.101％，铜：0.0008％，锰：1.24％，镁：0.0013％，锌：0.018％，钛：0.054％，镧：0.15％，铅：0.0005％，锡：0.001％，镉：0.0011％，其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
清理干净并检查确认炉内炉壁和炉底上一炉的残留物。向熔炉投入88％的电解铝锭重量。加热熔化成为铝液并升温至866℃，加入锰元素添加剂，熔化后再加入钛元素添加剂，熔化后采用石墨进行机械搅拌，并与净置交替进行4次，每次12分钟，使其有效进行合金化。然后向炉内投入余下12％的电解铝锭重量，熔化后采用石墨进行机械搅拌。将铝液温度降低至760℃。随后采用氮气作为载流气体将铝液重量0.2％的无钠精炼剂喷入铝液中进行精炼净化。精炼完毕，净置6分钟，除渣。再经过石墨机械充分搅拌均匀后取样检验成分。接着采用氮气对铝液进行除气25分钟。加入1.5％Al－La稀土中间合金(中间合金含10％稀土La)，加入熔化后搅拌均匀，并净置15分钟，再一次除渣。成分检验合格，铝液温度730℃，采用水冷模具浇铸铝合金锭。浇铸全程在分配器前采用氮气通过过滤箱底部15－40μm孔径的透气砖进行在线除气作进一步净化处理。
将制备好的铝合金锭材料再经过压铸机压铸成压铸件后通过阳极氧化及着色处理得到最终的产品。
实施例2
原料配比
原料配比，按重量百分比计算，硅：含量为0.037％，铁：含量为0.089％，铜：0.0003％，锰：1.23％，镁：0.001％，锌：0.016％，钛：0.064％，镧：0.19％，铅：0.0018％，锡：0.001％，镉：0.0009％，其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
清理干净并检查确认炉内炉壁和炉底上一炉的残留物。向熔炉投入88％的电解铝锭重量。加热熔化成为铝液并升温至853℃，加入锰元素添加剂，熔化后再加入钛元素添加剂，熔化后采用石墨进行机械搅拌，并与净置交替进行5次，每次10分钟，使其有效进行合金化。然后向炉内投入余下12％的电解铝锭重量，熔化后采用石墨进行机械搅拌。将铝液温度降低至745℃。随后采用氮气作为载流气体将铝液重量0.2％的无钠精炼剂喷入铝液中进行精炼净化。精炼完毕，净置5分钟，除渣。再经过石墨机械充分搅拌均匀后取样检验成分。接着采用氮气对铝液进行除气20分钟。加入2％Al－La稀土中间合金(中间合金含10％稀土La)，加入熔化后搅拌均匀，并净置15分钟，再一次除渣。成分检验合格，铝液温度715℃，采用水冷模具浇铸铝合金锭。浇铸全程在分配器前采用氮气通过过滤箱底部15－40μm孔径的透气砖进行在线除气作进一步净化处理。将制备好的铝合金锭材料再经过压铸机压铸成压铸件后通过阳极氧化及着色处理得到最终的产品。
对比例1
与实施例1相比，对比例1不加入Al－La稀土中间合金，其余制备方法与实施例1相同。
对比例2
与实施例1相比，对比例2中铁元素含量为0.3％，其余制备方法与实施例1相同。
对比例3
与实施例1相比，对比例3中将钛元素0.054％换成铬元素1％，其余配方和制备方法与实施例1相同。
将实施例1-2和对比例1-3制备得到的铝合金锭材料进行检测，具体数据如表1所示。将实施例1-2和对比例1-3阳极氧化及着色处理得到最终的产品进行表面观察。具体数据如表1所示。
表1
从表1的数据可以看出本实施例1、实施例2的材料压铸时流动性能好，不粘模，压铸成型顺利。制备得到的铝合金锭材料，密度当量值相对较低，导电率测试值相对较高，说明材料的含气量较少，使得阳极氧化的效果更加稳定。并且本实施例1、实施例2制备的合金锭经压铸后阳极氧化及着色处理后得到最终的产品色彩稳定，产生辉光效果。
对比例1中未加入稀土元素，对比例3中将钛元素更换为铬元素，阳极氧化及着色处理得到最终的产品不具有辉光效果，且对比例3着色后表面出现流纹、色彩暗淡不均匀，色彩上无法达到要求。
对比例2中铁元素含量较高，压铸后阳极氧化及着色处理得到最终的产品表面出现流纹、色彩暗淡不均匀，更不具有辉光效果，色彩上无法达到要求。
说明本发明的配方合理设置，得到铝合金锭经过重熔压铸后具有较好的性能，阳极氧化及着色处理得到最终的产品，色彩稳定，产生辉光的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种可阳极氧化压铸铝合金材料，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组分：Si≤0.2％，Fe≤0.2％，Cu≤0.3％，Mn为0.5％-2％，Mg≤0.3％，Zn≤0.5％，Ti为0.01％-0.30％，稀土金属0.01－2.5％，Pb≤0.1％，Sn≤0.01％，Cd≤0.01％，其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
2.如权利要求1所述的可阳极氧化压铸铝合金材料，其特征在于，Mn为0.8％-1.8％。
3.如权利要求2所述的可阳极氧化压铸铝合金材料，其特征在于，Mn为1％-1.6％。
4.如权利要求1所述的可阳极氧化压铸铝合金材料，其特征在于，Ti为0.01％-0.2％。
5.如权利要求4所述的可阳极氧化压铸铝合金材料，其特征在于，Ti为0.04％-0.15％。
6.如权利要求1-5任一项所述的可阳极氧化压铸铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向炉内投入铝锭，升温至850℃－880℃时，投入锰元素添加剂、钛元素添加剂；
(2)将铝液温度降低并控制在740℃－780℃，加入无钠精炼剂进行精炼净化，净化后加入稀土金属；
(3)取样化验；
(4)成分合格后，铝液温度在700℃－750℃时，浇铸铝合金锭。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述无钠精炼剂的加入量为0.1－0.4％。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，浇铸时采用水冷模具浇铸，浇铸过程采用过滤箱过滤，并采用氮气通过底部15－40μm孔径的透气砖进行在线除气作进一步的净化处理。
9.一种可阳极氧化压铸铝合金材料的压铸方法，其特征在于，将如权利要求1-5中任一项所述的铝合金材料和回炉料在700－750℃重熔成金属溶液，再进行压铸，所述回炉料占金属溶液的0-30％。
10.如权利要求9所述的压铸方法，其特征在于，压铸时浇口速度为20－25m/s，压铸成型后用水性脱模剂进行脱模。
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