CN111434790A

CN111434790A - 铝合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN111434790A
Application number: CN201910035882.8A
Authority: CN
Inventors: 任项生; 王理栋
Original assignee: Guangdong Evenwin Precision Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Evenwin Precision Technology Co Ltd
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2020-07-21

Abstract

本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法。一种铝合金材料，按照质量百分含量计，包括0.25％以下的硅、0.1％以下的铜、0.1％以下的锰、2.2％～2.8％的镁、0.1％以下的锌、0.15％～0.35％的铬0.4％以下的铁及铝。上述铝合金材料包括硅、铜、锰、镁、锌、铬及铁，且配比合理，经试验证明，上述铝合金材料的密度在2.74kg/m³以下，屈服强度在220MPa以上，拉伸强度在350MPa以上，硬度在100Hv以上，延伸率在13％以上，同时，上述铝合金材料经腐蚀后表面具有碎花状图案，外观优美。因此，上述铝合金材料的具有重量较轻、强度较好、延伸率较好及经腐蚀处理后外观精美的特点。

Description

铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种铝合金材料及其制备方法。

背景技术

伴随科技的日新月异，3C电子产品如手机、手表、电脑等已渗透入大众生活，成为人们日常生活中不可或缺的一部分，在追求功能的同时，人们对电子产品的外观质感也越来越看重。

迄今为止，铝合金是制造3C电子产品应用最多的材料，由于铝合金易被回收，已成为21世纪的绿色环保结构材料。但传统的铝合金材料的外观千篇一律，已经不能满足人们日益增长的外观需求，同时，传统的铝合金材料不仅重量较大，而且强度和延展性均较差。

发明内容

基于此，有必要提供一种重量较轻、强度较好、延伸率较好及经腐蚀处理后外观精美的铝合金材料。

此外，还提供了一种铝合金材料的制备方法。

一种铝合金材料，按照质量百分含量计，包括：

0.25％以下的硅、0.1％以下的铜、0.1％以下的锰、2.2％～2.8％的镁、0.1％以下的锌、0.15％～0.35％的铬0.4％以下的铁及铝。

上述铝合金材料包括硅、铜、锰、镁、锌、铬及铁，且配比合理，经试验证明，上述铝合金材料的密度在2.74kg/m³以下，屈服强度在220MPa以上，拉伸强度在350MPa以上，硬度在100Hv以上，延伸率在13％以上，同时，上述铝合金材料经腐蚀后表面具有碎花状图案，外观优美。因此，上述铝合金材料的具有重量较轻、强度较好、延伸率较好及经腐蚀处理后外观精美的特点。

在其中一个实施例中，所述铝合金材料还包括不可避免的杂质元素，所述杂质元素的质量百分含量为0.15％以下。

在其中一个实施例中，所述铝合金材料还包括不可避免的杂质元素，所述杂质元素为多种，每种所述杂质元素的质量百分含量为0.05％以下。

在其中一个实施例中，按照质量百分含量计，包括：

0.2％的所述硅、0.1％的所述铜、0.1％的所述锰、2.2％的所述镁、0.1％的所述锌、0.15％的所述铬、0.35％的所述铁，以及所述铝和不可避免的多种杂质元素，其中，多种所述杂质元素的总的质量百分含量为0.15％以下，每种所述杂质元素的质量百分含量为0.05％以下。

在其中一个实施例中，所述硅和所述铜的质量比为2.5:1～2:1。

在其中一个实施例中，所述硅和所述锰的质量比为2.5:1～3:1。

一种铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

将铝矿熔化后进行浇铸，得到铝胚；

将所述铝胚进行均匀化处理；

将均匀化处理后的所述铝胚进行冷轧处理；

将冷轧后的所述铝胚进行退火处理，得到铝合金材料，其中，按照质量百分含量计，所述铝合金材料包括：0.25％以下的硅、0.1％以下的铜、0.1％以下的锰、2.2％～2.8％的镁、0.1％以下的锌、0.15％～0.35％的铬0.4％以下的铁及铝。

在其中一个实施例中，所述冷轧处理的温度为20℃～30℃。

在其中一个实施例中，所述退火处理的温度为350℃～500℃，所述退火处理的时间为40min～50min。

在其中一个实施例中，所述均匀化处理的温度为500℃～550℃，所述均匀化处理的时间为11h～12h。

附图说明

图1为实施例1制得的铝合金材料经腐蚀处理后的外观图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

一实施方式的铝合金材料，按照质量百分含量计，包括：

0.25％以下的硅、0.1％以下的铜、0.1％以下的锰、2.2％～2.8％的镁、0.1％以下的锌、0.15％～0.35％的铬、0.4％以下的铁，以及铝和不可避免的杂质元素，其中，每个杂质元素的质量百分含量为0.05％以下。

进一步地，杂质元素的总的质量百分含量为0.15％以下。

进一步地，硅和铜的质量比为2.5:1～2:1。

进一步地，硅和锰的质量比为2.5:1～3:1，以获得较大的晶粒。

进一步地，硅和镁的质量比为1:8.8～1:12。

进一步地，硅和锌的质量比为2.5:1～2:1。

进一步地，硅和铬的质量比为1:1.57～1.4:1，以获得较大的晶粒。。

进一步地，硅和铁的质量比为1.5:1～1.2:1。

其中，硅能够增加铝合金材料的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数等；锰能够提高铝合金材料的强度和硬度及耐磨性；铬能够增加铝合金材料的机械性能和耐磨性，可增大铝合金材料的淬火度和淬火后的变形能力，同时又能够增加铝合金材料的硬度、弹性、抗磁力和抗强力，增加铝合金材料的耐蚀性和耐热性等；铜能够提高铝合金材料的退火硬度，降低成本，提高耐大气腐蚀的性能。铬和锰在铝合金材料中能够协同抑制再结晶，起到细化晶粒的作用。

具体地，按照质量百分含量计，铝合金材料包括：

0.2％的硅、0.1％的铜、0.1％的锰、2.2％的镁、0.1％的锌、0.15％的铬、0.35％的铁，以及铝和不可避免的杂质元素，其中，每个杂质元素的质量百分含量为0.05％，杂质元素的总的质量百分含量为0.15％以下。

具体地，铝合金材料中的晶粒的大小为1mm～7mm。

上述铝合金材料至少具有如下优点：

1)上述铝合金材料包括硅、铜、锰、镁、锌、铬及铁，且配比合理，经试验证明，上述铝合金材料的密度在2.74kg/m³以下，屈服强度在220MPa以上，拉伸强度在350MPa以上，硬度在100Hv以上，延伸率在13％以上，同时，上述铝合金材料经腐蚀后表面具有碎花状图案，外观优美。因此，上述铝合金材料的具有重量较轻、强度较好、延伸率较好及经腐蚀处理后外观精美的特点。

2)上述铝合金材料的耐盐雾、耐腐蚀及耐高温高湿的性能较好。

3)与普通铝合金材料相比，宏观来讲，上述铝合金材料具有表面碎花状图案等外观优良特性，微观来讲，金属晶粒大；该铝合金材料具有“陶瓷、玻璃”的外观优良效果、重量轻、易加工、强度高、成本低、应用性广、耐腐蚀等特点；另外，该铝合金材料所制备产品具有变形小、稳定好、多种碎花状色彩具有时尚性等特点；

4)上述铝合金材料的产品加工不增加加工的难度，同时还避免了由于新材质的引入所引起的加工工艺、设备及耗材等的更新换代，从而大大的降低了企业的成本。

一实施方式的铝合金材料的制备方法，为上述铝合金材料的其中一种制备方法，铝合金材料包括以下制备步骤：

步骤S110：将铝矿熔化后进行浇铸，得到铝胚。

进一步地，步骤S110具体地为：将铝矿熔化，得到铝水；将铝水进行浇铸，得到铝胚。

具体地，熔化的温度为500℃以上，以使铝矿熔化形成铝水。

具体地，铝矿购自山东创新金属有限公司。

具体地，浇铸的温度为230℃～290℃。

需要说明的是，将铝水进行浇铸的步骤之前，还包括将铝水进行静置处理的步骤。

需要说明的是，在将铝水进行静置处理的步骤之后，将铝水进行浇铸的步骤之前，还包括将铝水进行除气处理的步骤，以排除铝水中空气，避免铝胚成型时出现沙孔等不良现象。

需要说明的是，在将铝水进行除气处理的步骤之后，将铝水进行浇铸的步骤之前，还包括将铝水进行过滤的步骤，以过滤铝水中的杂质，保证铝胚的质量。

步骤S120：将铝胚进行均匀化处理。

在其中一个实施例中，均匀化处理的温度为500℃～550℃，均匀化处理的时间为11h～12h。

其中，均匀化处理具有如下作用：

1)改变铝合金材料内部组织和性能，使其内部结晶组织得到改善；

2)充分提高铝胚的力学性能，保证一定的塑性，提高铝合金材料的抗拉强度和硬度，改善合金的切削加工性能；

3)铝胚制作过程中，均匀化处理能够消除由于铝胚低温快速成型而造成的内应力；

4)稳定铝胚的尺寸和组织，防止和消除因高温引起的相变，进而使铝胚产生体积胀大的现象；

5)铝胚在浇铸的过程中，由于冷却速度快，已凝固的金属化学元素来不及扩散，造成分布不均，产生偏析，均匀化处理能够消除偏析和针状组织，改善铝合金材料的组织和力学性能。

步骤S130：将均匀化处理后的铝胚进行冷轧处理。

在其中一个实施例中，冷轧处理的温度为20℃～30℃。

其中，冷轧处理能够使让铝胚塑性变形，改变原有材料内部晶体组织，铝胚处于热力学不稳定状态，为铝合金材料后续热处理成型做准备。

步骤S140：将冷轧后的铝胚进行退火处理，得到铝合金材料，其中，按照质量百分含量计，铝合金材料包括：0.25％以下的硅、0.1％以下的铜、0.1％以下的锰、2.2％～2.8％的镁、0.1％以下的锌、0.15％～0.35％的铬0.4％以下的铁及铝。

在其中一个实施例中，退火处理的温度为350℃～500℃，退火处理的时间为40min～50min，以使铝合金材料二次结晶，同时产生粗晶并使其均匀扩散，完成晶体艺术铝合金材料的制作。

其中，退火处理的过程中，铝合金材料进行回复、再结晶及晶粒长大三个阶段变化，铝合金材料的组织和性能发生变化，以提升铝合金材料的性能。其中，回复是冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早期阶段，指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段；再结晶是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程；晶粒长大是指再结晶结束后晶粒的继续长大并伴随着晶粒吞并现象。

该铝合金材料的制备方法具有高效率、低成本的特点，可以大大降低材料的价格，具有十分广阔的应用前景。

以下为具体实施例部分：

实施例1

本实施例的铝合金材料的制备步骤如下：

(1)在500℃的条件下，将铝矿熔化，得到铝水，其中，铝矿购自山东创新金属有限公司；

(2)将铝水进行静置处理，再进行除气处理，然后再对铝水进行过滤，并调整铝水中各元素的含量，其中，按照质量百分含量计，铝水包括：0.2％的硅、0.1％的铜、0.05％的锰、2.2％的镁、0.1％的锌、0.15％的铬及0.35％的铁；

(3)将调整含量后的铝水进行浇铸，得到铝胚，其中，浇铸的温度为250℃。

(4)在530℃的条件下，将铝胚进行均匀化处理11.5h；

(5)在25℃的条件下，将均匀化处理后的铝胚进行冷轧拉伸塑性变形3％处理；

(5)在450℃条件下，将冷轧后的铝胚进行退火处理45min，得到铝合金材料。其中，按照质量百分含量计，铝合金材料包括：0.2％的硅、0.1％的铜、0.05％的锰、2.2％的镁、0.1％的锌、0.15％的铬、0.35％的铁，以及铝和不可避免的杂质元素，其中，每个杂质元素的质量百分含量为0.05％以下，杂质元素的总的质量百分含量为0.15％以下。

实施例2

本实施例的铝合金材料的制备步骤如下：

(2)将铝水进行静置处理，再进行除气处理，然后再对铝水进行过滤，并调整铝水中各元素的含量，其中，按照质量百分含量计，铝水包括：0.15％的硅、0.05％的铜、0.08％的锰、2.2％的镁、0.05％的锌、0.25％的铬及0.2％的铁；

(3)将调整含量后的铝水进行浇铸，得到铝胚，其中，浇铸的温度为230℃。

(4)在500℃的条件下，将铝胚进行均匀化处理11h；

(5)在20℃的条件下，将均匀化处理后的铝胚进行冷轧拉伸塑性变形5％处理；

(5)在350℃条件下，将冷轧后的铝胚进行退火处理40min，得到铝合金材料。其中，按照质量百分含量计，铝合金材料包括：0.15％的硅、0.05％的铜、0.08％的锰、2.2％的镁、0.05％的锌、0.25％的铬、0.2％的铁，以及铝和不可避免的杂质元素，其中，每个杂质元素的质量百分含量为0.05％以下，杂质元素的总的质量百分含量为0.15％以下。

实施例3

本实施例的铝合金材料的制备步骤如下：

(1)在520℃的条件下，将铝矿熔化，得到铝水，其中，铝矿购自山东创新金属有限公司；

(2)将铝水进行静置处理，再进行除气处理，然后再对铝水进行过滤，并调整铝水中各元素的含量，其中，按照质量百分含量计，铝水包括：0.25％的硅、0.1％的铜、0.1％的锰、2.8％的镁、0.1％的锌、0.35％的铬及0.4％的铁；

(3)将调整含量后的铝水进行浇铸，得到铝胚，其中，浇铸的温度为290℃。

(4)在550℃的条件下，将铝胚进行均匀化处理12h；

(5)在30℃的条件下，将均匀化处理后的铝胚进行冷轧拉伸塑性变形7％处理；

(5)在500℃条件下，将冷轧后的铝胚进行退火处理50min，得到铝合金材料。其中，按照质量百分含量计，铝合金材料包括：0.25％的硅、0.1％的铜、0.1％的锰、2.8％的镁、0.1％的锌、0.35％的铬、0.4％的铁，以及铝和不可避免的杂质元素，其中，每个杂质元素的质量百分含量为0.05％以下，杂质元素的总的质量百分含量为0.15％以下。

对比例1

本对比例的铝合金材料的制备步骤如下：

(2)将铝水进行静置处理，再进行除气处理，然后再对铝水进行过滤，并调整铝水中各元素的含量，其中，按照质量百分含量计，铝水包括：0.25％的硅、0.1％的铜、0.10％的锰、0.9％的镁、0.1％的锌、0.35％的铬、0.35％的铁及0.1％的钛；

(3)将调整后的铝水进行浇铸，得到铝胚，其中，浇铸的温度为250℃。

(4)在530℃的条件下，将铝胚进行均匀化处理11.5h；

(5)在450℃条件下，将冷轧后的铝胚进行退火处理45min，得到铝合金材料，其中，按照质量百分含量计，铝合金材料包括：0.25％的硅、0.1％的铜、0.10％的锰、0.9％的镁、0.1％的锌、0.35％的铬、0.35％的铁、0.1％的钛，以及铝和其他杂质元素。

测试：

1)分别对实施例1～3及对比例1的铝合金材料进行密度、屈服强度、抗拉强度、硬度及延伸率测试，以及对材料表面进行酸/碱腐蚀处理，其中密度测试采用采用密度测试仪测量，屈服强度、抗拉强度、延伸率通过标准拉伸试验机测试、硬度通过维氏硬度计测量；

另外，采用浓度为50g/L的NaOH分别对实施例1～3及对比例1的铝合金材料在50℃环境下浸泡5分钟进行表面腐蚀，并通过游标卡尺测定铝合金材料的花纹晶粒尺寸，结果如表1所示。其中，实施例1制得的铝合金材料经过腐蚀处理后的外观如图1所示。

表1

从表1可以看出，与对比例1相比，实施例1～3制得的铝合金材料的屈服强度在220MPa以上，拉伸强度在350MPa以上，硬度在100Hv以上，延伸率在12％以上，因此，实施例1～3制得的铝合金材料的强度较高、硬度较大及延伸率较好。

另外，与对比例1相比，实施例1～3制得的铝合金材料经腐蚀处理后具有碎花状花纹。说明实施例1～3制得的铝合金材料中的铬和锰的质量分数低，晶粒细化作用不明显，在腐蚀表面后可看出碎花状花纹。

从图1可以看出，实施例1制得的铝合金材料经腐蚀后的表面具有多种碎花状图案，艺术观感强烈，而且还具有一定的时尚性，外观优美。

2)分别对实施例1～3及对比例1的铝合金材料进行耐盐雾、耐腐蚀及耐高温高湿测试，结果如表2所示。

其中，耐盐雾测试的方法为：将铝合金材料的表面进行抛光后，再进行阳极处理，然后放在盐雾在35℃，5％的氯化钠水溶液雾化，pH值调到中性的条件下48h，观察铝合金材料的表面的外观。

其中，耐腐蚀的测试方法为：将铝合金材料的表面进行抛光后，再进行阳极处理，然后分别滴入10滴10％盐酸，用表面皿盖住，18～25℃静置15min，取出用自来水冲洗干净，观察铝合金材料的表面的外观。

其中，耐高温高湿测试的方法为：将铝合金材料的表面进行抛光后，再进行阳极处理，然后放在45℃～50℃的温度及90％～98％的相对湿度条件下158h，观察铝合金材料的表面的外观。

表2

从表2可以看出，实施例1～3及对比例1制得的铝合金材料的耐盐雾、耐腐蚀及耐高温高湿的性能较好，满足铝合金的质量要求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种铝合金材料，其特征在于，按照质量百分含量计，包括：

2.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料还包括不可避免的杂质元素，所述杂质元素的质量百分含量为0.15％以下。

3.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料还包括不可避免的杂质元素，所述杂质元素为多种，每种所述杂质元素的质量百分含量为0.05％以下。

4.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，按照质量百分含量计，包括：

5.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述硅和所述铜的质量比为2.5:1～2:1。

6.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述硅和所述锰的质量比为2.5:1～3:1。

7.一种铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将铝矿熔化后进行浇铸，得到铝胚；

将所述铝胚进行均匀化处理；

将均匀化处理后的所述铝胚进行冷轧处理；

8.根据权利要求7所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述冷轧处理的温度为20℃～30℃。

9.根据权利要求7所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为350℃～500℃，所述退火处理的时间为40min～50min。

10.根据权利要求7所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述均匀化处理的温度为500℃～560℃，所述均匀化处理的时间为11h～12h。