CN113106308B - 一种细晶均质镜面铝合金轧制板带材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细晶均质镜面铝合金轧制板带材，组分及其质量百分含量为：Si≤0.1％、Fe≤0.1％、Cu≤0.05％、Cu≤0.2％、Mn≤0.05％、Zn≤0.05％、Mg 0.2％‑2.0％、Ti≤0.01％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。制备方法包括以下步骤：将上述成分合金熔铸及半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到热轧板带；将热轧板带进行冷轧和再结晶退火处理，得到处理后的板带；将处理后的板带进行镜面轧制和二次退火处理，得到细晶均质镜面铝合金轧制板带材。本发明的细晶均质镜面铝合金轧制板带材中晶粒尺寸细小、取向随机分布，经阳极氧化表面处理后表面色泽均匀，无明显色差缺陷。
Description
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种细晶均质镜面铝合金轧制板带材及其制备方法。
背景技术
轧制镜面铝是指通过轧制技术使表面呈现镜面效果的高反射率的铝板，被广泛应用于各类高档民用产品的外观结构件，如轿车车标、车灯反光罩、仪表盘等装饰领域。高档镜面铝可以使产品表面光洁、光亮，又能增添时尚艺术感和科技感，满足人们的审美需求，在国外得到了广泛的应用，但是在我国还处于初级阶段，具有极大的发展空间。近几年，乘用车市场竞争越发激烈，车辆的优美外观成为各车企吸引消费者和增加销量的重要手段，对车辆内外装饰用镜面铝的需求不断增加。
轧制镜面铝产品对表面质量要求极高，尤其是氧化处理用镜面铝，工序繁多，影响产品表面质量的影响因素多，技术难度大。氧化处理用镜面铝板带的各个工序及工艺都会对产品质量产生影响：①熔铸过程防止偏析，组织均匀化，细小化。②均热过程避免Mg偏析和氧化。③热轧工序为核心控制环节，开轧温度、终轧温度，轧制速度及冷却速度。④冷轧中的头道次影响较大。⑤中间退火工艺调控镜面亮度及硬度。⑥镜面轧制的轧辊凸度、粗糙度、轧制速度。⑦清洗工艺。清洗铝材表面铝粉，保证清洗后反射率降低较小。⑧阳极化保证高亮度：阳极电流密度低，温度尽量低，时间短。
在本世纪初，德国安铝、日本住友、意大利铝业、奥地利铝业四个厂家先后成功生产出轧制镜面铝产品，并迅速垄断全球市场。阳极氧化用镜面铝的制备工艺，摆脱机械抛光法而向轧制法升级，成本优势明显。现有技术中轧机只能用来生产普通铝板，不能直接生产出镜面铝板，这是因为轧机上的工作辊自身粗糙度不够低。镜面铝板的工作辊必须是镜面轧辊，对于镜面轧辊表面的加工，只能先在磨床上将轧辊的粗糙度磨至0.02μm。然后通过抛光机将轧辊的粗糙度降低至0.01μm以下，以达到用于轧制镜面铝板的要求。
与进口镜面铝相比，国产镜面铝在以下三个方面存在差距：①阳极氧化后国产镜面铝材表面反射率(80％～85％)低于进口料(反射率≥90％)，是因为铝材中存在大量粗大的第二相，以及氧化膜有序度较低；②阳极氧化后国产镜面铝表面存在异色和底纹缺陷，是因为铝材中晶粒尺寸及取向分布不均匀；③国产镜面铝在成形加工后表面产生橘皮等缺陷，是因为铝材中存在粗大晶粒。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种在阳极氧化处理后表面无异色现象的细晶均质镜面铝合金及其板带材的制备方法，本发明的细晶均质镜面铝合金轧制板带材晶粒尺寸细小、取向随机分布。
本发明采用以下技术方案：
一种细晶均质镜面铝合金轧制板带材，其特征在于，所述铝合金轧制板带材的组分及其质量百分含量为：Si≤0.1％、Fe≤0.1％、Cu≤0.2％、Mn≤0.05％、Zn≤0.05％、Mg0.2％-2.0％、Ti≤0.01％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。
一种基于上述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将细晶均质镜面铝合金铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到热轧板带；热轧终轧温度为260℃～360℃；
(2)将热轧板带进行冷轧和再结晶退火处理，得到处理后的板带；再结晶退火温度为300℃～350℃；
(3)将处理后的板带进行镜面轧制和二次退火处理，得到细晶均质镜面铝合金轧制板带材；二次退火处理温度为260℃～310℃。
根据上述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中热轧板带的厚度为6.0mm～10.0mm。
根据上述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中处理后的板带的厚度为2.0mm～5.0mm。
根据上述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中将处理后的板带进行镜面轧制时轧辊的表面粗糙度≤0.01μm，将处理后的板带进行镜面轧制的冷轧率≥40％。
根据上述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中细晶均质镜面铝合金轧制板带材的金属组织中等轴晶所占面积比≥90％。
根据上述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中细晶均质镜面铝合金轧制板带材的平均晶粒直径为10μm～30μm。
根据上述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中细晶均质镜面铝合金轧制板带材中Cube织构面积占比为5％～25％。
根据上述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面粗糙度≤0.05μm。
根据上述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤(3)中细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面光泽度≥650GU。
本发明的有益技术效果：本发明提供的细晶均质镜面铝合金及其板带材金属组织中晶粒尺寸细小、织构随机分布，经阳极氧化处理后形成的氧化层光泽均匀，且没有异色缺陷。本发明的方法通过塑性变形和退火处理调控铝材中织构分布，实现织构随机分布，细晶均质镜面铝合金轧制板带材经阳极氧化处理后形成表面质量优异，该法对于变形铝材普遍适用，工业上容易实现，适用范围广。
附图说明
图1为实施例1中细晶均质镜面铝合金轧制板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图；
图2为实施例2中细晶均质镜面铝合金轧制板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图；
图3为对比例1中镜面铝合金的板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图。
具体实施方式
本发明的一种细晶均质镜面铝合金轧制板带材，组分及其质量百分含量为：Si≤0.1％、Fe≤0.1％、Cu≤0.2％、Mn≤0.05％、Zn≤0.05％、Mg 0.2％-2.0％、Ti≤0.01％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。
细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将细晶均质镜面铝合金铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到热轧板带；热轧终轧温度为260℃～360℃。热轧板带的厚度为6.0mm～10.0mm。
(2)将热轧板带进行冷轧和再结晶退火处理，得到处理后的板带；再结晶退火温度为300℃～350℃。处理后的板带的厚度为2.0mm～5.0mm。
(3)将处理后的板带进行镜面轧制和二次退火处理，得到表面质量优异的阳极氧化用细晶均质镜面铝合金轧制板带材；二次退火处理温度为260℃～310℃。细晶均质镜面铝合金轧制板带材的厚度为0.2～3.0mm。将处理后的板带进行镜面轧制时轧辊的表面粗糙度≤0.01μm，将处理后的板带进行镜面轧制的轧制冷轧率≥40％。将细晶均质镜面铝合金的板带材经折弯成形、抛光和阳极氧化处理制备成零部件，阳极氧化之前的处理包括经切削加工、磨轮抛光、电解抛光和化学抛光中选出的一种或几种方法进行平坦化处理。阳极氧化处理包括于温度0～50℃下的10～25％浓度的硫酸溶液中电解，用1.2～1.8A/dm2的电流密度恒电流阳极氧化处理20～40min，得到的铝材表面覆有厚度为3～30μm的氧化膜。
细晶均质镜面铝合金轧制板带材的金属组织中等轴晶所占面积比≥90％，细晶均质镜面铝合金轧制板带材的平均晶粒直径≤50μm，优选的，铝合金的平均晶粒直径为10μm～30μm。细晶均质镜面铝合金轧制板带材中Cube织构面积占比为5％～25％且均匀分布，优选的，细晶均质镜面铝合金轧制板带材中Cube织构面积占比为5％～15％且均匀分布。细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面粗糙度Ra≤0.05μm。细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面光泽度≥650GU，且表面光泽度均匀，表面色差△E＜0.25。细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面氧化膜厚度为3～30μm。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
实施例1
细晶均质镜面铝合金的组分及其质量百分含量为：Si≤0.06％、Fe≤0.04％、Mn≤0.03％、Zn≤0.04％、Mg 0.8％-1.1％、Ti≤0.01％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。
将细晶均质镜面铝合金熔炼后得到的铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到厚度为7mm的热轧板带；热轧终轧温度为270℃。
将热轧板带进行冷轧和再结晶退火处理，得到厚度为4mm的处理后的板带；再结晶退火温度为340℃。
将处理后的板带进行镜面轧制和二次退火处理，得到厚度为2.0mm的表面质量优异的阳极氧化用细晶均质镜面铝合金轧制板带材；二次退火处理温度为270℃。
将处理后的板带进行镜面轧制时轧辊的表面粗糙度为0.01μm，将处理后的板带进行镜面轧制的轧制冷轧率为50％。
将细晶均质镜面铝合金轧制板带材经折弯成形、化学抛光和阳极氧化处理制备成零部件，阳极氧化处理条件为：于20℃下的18％浓度的硫酸溶液中、用1.4A/dm2的电流密度度恒电流阳极氧化处理30min。图1为实施例1中细晶均质镜面铝合金轧制板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图。
细晶均质镜面铝合金轧制板带材的平均晶粒直径为13μm；细晶均质镜面铝合金轧制板带材中Cube织构面积占比为7.8％且均匀分布；细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面粗糙度Ra＝0.02μm；细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面光泽度为662GU；细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面氧化膜厚度为10.1μm，表面色差△E＝0.03，光泽度均匀分布。
实施例2
细晶均质镜面铝合金的组分及其质量百分含量为：Si≤0.06％、Fe≤0.04％、Cu≤0.2％、Mn≤0.03％、Mg 0.5％-1.1％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。
将细晶均质镜面铝合金熔炼后得到的铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到厚度为8mm的热轧板带；热轧终轧温度为330℃。
将热轧板带进行冷轧和再结晶退火处理，得到厚度为3mm的处理后的板带；再结晶退火温度为320℃。
将处理后的板带进行镜面轧制和二次退火处理，得到厚度为1.2mm的表面质量优异的阳极氧化用细晶均质镜面铝合金轧制板带材；二次退火处理温度为270℃。
将处理后的板带进行镜面轧制时轧辊的表面粗糙度为0.01μm，将处理后的板带进行镜面轧制的轧制冷轧率为50％。
将细晶均质镜面铝合金轧制板带材经折弯成形、化学抛光和阳极氧化处理制备成零部件，阳极氧化处理条件为：于20℃下的18％浓度的硫酸溶液中、用1.4A/dm2的电流密度度恒电流阳极氧化处理30min。图2为实施例2中细晶均质镜面铝合金轧制板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图。
细晶均质镜面铝合金轧制板带材的平均晶粒直径为23μm；细晶均质镜面铝合金轧制板带材中Cube织构面积占比为14.4％且均匀分布；细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面粗糙度Ra＝0.02μm；细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面光泽度为667GU；细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面氧化膜厚度为9.7μm，表面色差△E＝0.02，光泽度均匀分布。
对比例1
镜面铝合金的组分及其质量百分含量为：Si≤0.06％、Fe≤0.04％、Mn≤0.03％、Zn≤0.04％、Mg 0.8％-1.1％、Ti≤0.01％、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al。
将镜面铝合金铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到厚度为5.5mm的热轧板带；热轧终轧温度为330℃。
将热轧板带进行冷轧和再结晶退火处理，得到厚度为4mm的处理后的板带；再结晶退火温度为360℃。
将处理后的板带进行镜面轧制和二次退火处理，得到镜面铝合金的板带材；二次退火处理温度为180℃。将处理后的板带进行镜面轧制时轧辊的表面粗糙度为0.01μm，将处理后的板带进行镜面轧制的轧制冷轧率为50％。将镜面铝合金的板带材经折弯成形、化学抛光和阳极氧化处理制备成零部件，阳极氧化处理条件为：于20℃下的18％浓度的硫酸溶液中、用1.4A/dm2的电流密度度恒电流阳极氧化处理30min。图3为对比例1中镜面铝合金的板带材中晶粒尺寸及典型织构分布图。
镜面铝合金的板带材的晶粒形貌为长条形，镜面铝合金的板带材的平均晶粒直径＞200μm；镜面铝合金的板带材中Cube织构面积占比为7.1％且分布不均匀；镜面铝合金的板带材的表面粗糙度Ra＝0.09μm；镜面铝合金的板带材的表面光泽度为590GU；镜面铝合金的板带材的表面氧化膜厚度为9.8μm，表面色差△E＝0.37，光泽度分布不均匀。
铝材表面织构的测试：将实施例1、2和对比例1中阳极氧化前的铝材切成8mm×8mm的小方块，用高氯酸和乙醇的混合溶液进行电压为20V的电解抛光处理40s；然后采用JSM7800F型发射电镜检测样品织构。在放大倍率100倍条件下，沿加工方向连续拍摄5幅EBSD图片，用HKL Channel 5软件统计铝材表面各织构组分的分布情况，取平均值。各织构组分分布的统计结果列于表1。
等轴晶粒面积占比的统计：统计铝材中等轴晶粒面积占比的难点在于，铝材经过再结晶处理后难以鉴别等轴晶粒和变形晶粒。参考晶界的定义方法(晶粒取向差在2°～15°为小角晶界，大于15°为大角晶界)，本发明中定义晶粒的变形比ε(晶粒研发轧制方向的长度遇到垂直于轧制方向的长度的比值)来鉴别经过再结晶处理后铝材中的等轴晶粒和变形晶粒，其中变形比ε＝0.5～1.5为等轴晶粒，变形比ε<0.5或者ε>1.5为变形晶粒。具体方法是采用EBSD技术和HKL Channel 5软件获得铝材晶粒分布的图片，然后通过Image ProPlus软件统计图片中所有等轴晶粒的面积，然后除以该图片的总面积，得到等轴晶粒的面积占比，每种铝材的等轴晶粒面积占比计算3～5幅图片，然后取平均值。
铝材表面的评价：在D65光源下，观察经本发明制备的阳极氧化处理铝材表面异色情况，根据表面是否存在异色条纹图案以及异色条纹图案的多少，按级别确定铝材阳极氧化处理效果：A级为铝材表面几乎没有异色条纹；B级为铝材表面有较少异色条纹图案；C级为铝材表面有较多异色条纹图案；D级为铝材表面有非常多的异色条纹图案。其中，A级和B级判断为合格产品；C级和D级为不合格产品，测试结果列于下表1。
表1镜面铝晶粒组织分布及表面质量等级
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，所述铝合金轧制板带材的组分及其质量百分含量为：Si≤0.1％、Fe≤0.1％、Cu≤0.2％、Mn≤0.05％、Zn≤0.05％、Mg 0.2％-2.0％、Ti≤0.01%、其它杂质元素总和≤0.01％、余量为Al；所述方法包括以下步骤：
（1）将细晶均质镜面铝合金铸锭经过半连续铸造和均匀化热处理后热轧，得到热轧板带；热轧终轧温度为260℃~360℃；
（2）将热轧板带进行冷轧和再结晶退火处理，得到处理后的板带；再结晶退火温度为300℃~350℃；
（3）将处理后的板带进行镜面轧制和二次退火处理，得到细晶均质镜面铝合金轧制板带材；二次退火处理温度为260℃~310℃；细晶均质镜面铝合金轧制板带材的金属组织中等轴晶所占面积比≥90%；细晶均质镜面铝合金轧制板带材的平均晶粒直径为10μm~30μm；细晶均质镜面铝合金轧制板带材中Cube织构面积占比为5%~25%。
2.根据权利要求1所述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤（1）中热轧板带的厚度为6.0mm~10.0mm。
3.根据权利要求1所述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤（2）中处理后的板带的厚度为2.0mm~5.0mm。
4.根据权利要求1所述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤（3）中将处理后的板带进行镜面轧制时轧辊的表面粗糙度≤0.01μm，将处理后的板带进行镜面轧制的冷轧率≥40%。
5.根据权利要求1所述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤（3）中细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面粗糙度≤0.05μm。
6.根据权利要求1所述的细晶均质镜面铝合金轧制板带材的制备方法，其特征在于，步骤（3）中细晶均质镜面铝合金轧制板带材的表面光泽度≥650GU。
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