CN113444933A

CN113444933A - 一种高强度阳极氧化铝薄板及其制备方法

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Publication number: CN113444933A
Application number: CN202110816103.5A
Authority: CN
Inventors: 阙石生; 黄瑞银; 郑宏智; 张希园; 李学云; 江钟宇; 冉继龙; 邱龙涛
Original assignee: Zhonglv Southeast Material Institute Fujian Technology Co ltd; Chinalco Ruimin Co Ltd
Current assignee: Zhonglv Southeast Material Institute Fujian Technology Co ltd; Chinalco Ruimin Co Ltd
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-07-20
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2041-07-20
Also published as: CN113444933B

Abstract

本发明公开了一种高强度阳极氧化铝薄板及其制备方法。其化学成分按质量分数计为：Si0.50‑0.80%，Fe0.08~0.20%，Cu≤0.02%，Mn0.01~0.05%，Mg0.60‑0.80%，Zn≤0.05%，Ti 0.03~0.05%，余量为铝及不可避免杂质。以铝锭、铝中间合金锭、电解铝水等原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、固溶淬火、预拉伸、时效制得板带材。本发明铝合金带材的抗拉强度≥270MPa，屈服强度≥220MPa，延伸率≥12%，表面和纵向平均晶粒尺寸≤65μm，金属间化合物最大尺寸≤5um，杯凸值≥6.5mm，满足连续冲压和阳极氧化无“料纹”要求。

Description

一种高强度阳极氧化铝薄板及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金带材的制备领域，具体涉及一种高强度阳极氧化铝薄板及其制备方法。

背景技术

5G时代下，对3C电子行业产生深远的影响，首先5G高网速带来的高耗电并释放出大量热量，对应用在5G的各种部件的散热性提出了更高要求。随着消费观念的改变，消费者对于笔记本电脑“颜值”的要求越来越高，对于笔记本的便携性能也有更高要求。因此3C电子行业将朝着减薄轻量化的方向发展。

以Mg₂Si相为强化相的6系铝合金，具有强度高，耐蚀性好，导热性好，成形性和工艺性能良好等优点，相比当前主流的5系笔电外壳用铝，6系铝合金强度强度更高，散热性更好，兼优异的阳极氧化特性，具有非常好的替代性，具体见表1。

表1 常见阳极氧化用铝对比

专利申请号为201810889362.9公开了一种手机边框用6系合金阳极氧化铝板带材及其制备方法。通过调整合金元素，390-410℃，8-12小时及530-540℃，30-40小时长时间双级均匀化处理，并结合540-570℃，1-2小时长时间的固溶处理，最终制得成品厚度4.0~10.0mm的高强度产品，但应用局限在手机边框厚板上，较难使用在冲压难度大的零部件上。

专利申请号为201611233762.1公开了一种3C产品外观件用6061铝合金及其加工方法，采用60-420℃，8-12小时及 540-570℃，10-20小时长时间的双级均匀处理，冷轧料经520-560℃，10-30分钟的长时间固溶处理，同样面临着热处理时间长，能源消耗大问题。

专利申请号为201710749587.x、201710676909.2分别公开了一种智能手机用6063G铝合金及其加工方法、一种智能手机用6061G铝合金及其加工方法，除了采用长时间双级均匀化热处理外，中间增加一道固溶处理或中间退火温度以改善晶粒尺寸分布，但面临着生产周期长，制造成本上升问题。

本发明对铝合金化学成分进行优化，充分利用热轧料高温析出大量第二相，增加固溶过程中的再结晶形核率，细化晶粒组织，结合固溶及时效工艺的合理匹配，无需增加中间退火即可获得良好的组织性能，并实现高强度材料顺利冲压成形，该方法生产道次简单，制造成本低，顺应阳极氧化材料高强度减薄的发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种高强度阳极氧化铝薄板及其制备方法，工艺流程搭配合理，生产成本较低。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种高强度阳极氧化铝薄板，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si 0.50-0.80%，Fe 0.08~0.20%，Cu≤0.02%，Mn 0.01~0.05%，Mg 0.60-0.80%，Zn≤0.05%，Ti 0.03~0.05%，余量为铝及不可避免杂质。

一种高强度阳极氧化铝薄板的制备方法：将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、固溶淬火、时效、切板制得高强度阳极氧化铝板带。

具体制备方法包括以下步骤：

（1）按照合金成分配比，将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料经熔化、精炼、除渣、除气后半连续铸造成铝合金扁锭；

（2）铝合金扁锭经铣面后进行均匀化热处理，出炉后热轧至厚度6-10mm的热轧卷，终轧温度360~400℃；

（3）将步骤（2）得到热轧卷经冷轧至成品厚度；

（4）将步骤（3）获得的冷轧卷在连续气垫炉进行固溶淬火处理；

（5）将步骤（4）得到过饱和固溶状态卷进行人工时效处理；

（6）将步骤（5）获得的卷材经纵切机或横切成所需的规格，最终制得高强度阳极氧化铝板带。

步骤（2）所述均匀化热处理的条件为：先升温540~560℃，保温3-8小时，再降温至500~510℃，保温1-6小时。

步骤（3）所述冷轧加功率≥85%。

步骤（4）中固溶温度500~520℃，保温30~90s，淬火处理采用水淬或风冷，速度≥20℃/s。

步骤（5）中时效温度150~200℃，保温时间5~24h。

本发明的有益效果在于：

本发明对铝合金化学成分进行优化，充分利用热轧料高温析出大量第二相，增加固溶过程中的再结晶形核质点，细化晶粒，结合固溶及时效工艺的合理匹配，无需增加中间退火即可获得良好的组织性能，即可获得具有良好组织性能，该方法生产道次简单，制造成本低，同时所制得的铝合金带材的抗拉强度≥270MPa，屈服强度≥220MPa，延伸率≥12%，表面和纵向平均晶粒尺寸≤65μm，金属间化合物最大尺寸≤5um，杯凸值≥6.5mm，满足连续冲压和阳极氧化无“料纹”要求。晶粒组织的细小均匀性直接影响到材料的冲压成型性，同时也会影响到阳极氧化的表面质量。

附图说明

图1 不同热轧终轧温度高倍组织对比图（a为本发明实施例1制得样品：化合物细小弥散；b为对比终轧温度280℃样品：化合物粗大且少量）；

图2 成品晶粒对比图（c为本发明实施例2无中间退火样品：晶粒均匀细小；d增加中间退火对比样品：晶粒个别粗大不均）；

图3为阳极氧化质量对比3D图（e为本发明实施例2阳极氧化孔隙细小均匀；f为对比阳极氧化孔隙粗大不均）。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。

阳极氧化膜的成膜质量，除了与阳极氧化工艺有关外，与铝材本身的表面硬度、表面质量以及内部组织情况也息息相关，比如晶粒的尺寸和取向，金属间化合物的种类的和大小，表面粗糙度对氧化膜的成膜质量均有影响。同时为了实现连续冲压成形，不仅对模具及冲压工序做好管控，更要对材料本身的组织性能协同调控，比如晶粒大小均匀性，易成为开裂源头的粗大第二相，强塑性及杯凸值等指标。

本发明着眼于能提供一种高强度阳极氧化铝薄板及其制备方法，涉及的组成成分的质量分数为：Si0.50-0.80%，Fe0.08~0.20%，Cu≤0.02%，Mn0.01~0.05%，Mg0.60-0.80%，Zn≤0.05%，Ti 0.03~0.05%，余量为铝及不可避免杂质。

铝合金中Mg₂Si相为主要强化相，Mg、Si其配比对材料的性能有着重要的影响。Si过剩型容易促进Mg₂Si析出强化，但Si过量容易使材料变硬变脆，结合材料强度需要，Si0.50-0.80%，Mg0.60-0.80%为宜。

适当的Fe可以增加形核质点，细化晶粒，减少成型时橘皮开裂风险；Fe在铝合金中的溶解度很低，过量Fe形成粗大难熔Al₆(Fe,Mn)、Al₃Fe等富铁相，该类金属间化合物在阳极氧化过程以比铝慢或相似的速度氧化，导致阳极氧化过程该位置对铝基体的侵蚀深度降低，进而造成氧化膜厚度变薄，氧化膜厚度的不均匀和氧化膜中存在化合物导致入射光的光程差不同，形成阳极氧化表面条纹缺陷。因此控制Fe0.08~0.20%。

Cu、Zn过多会降低合金的塑性和耐腐蚀性。Cu会使氧化膜泛黄色，Zn使得氧化膜呈乳浊色，限制在小范围内避免批次间的阳极氧化的色差。因此，Cu含量宜控制在0.02%以下，Zn含量宜控制在0.05%以下。

通过添加适当的Mn，形成MnAl₆金属化合物，在均匀化或固溶处理过程中，MnAl₆以弥散质点析出并聚集在晶界处，阻碍了晶粒的长大和聚集。同时将合金中的Fe溶解其中，以达到减少有害相。但是加入过多的Mn，反而容易生产硬质多边状初生相，降低合金的加工性能。因此控制Mn含量在0.01~0.05％。

Ti作为铸造过程中重要的晶粒细化剂，改善原始晶粒组织，但Ti过量则容易出现TiB₂夹杂聚集，影响成品的塑性及阳极氧化质量，因此控制Ti含量在0.03~0.05%。

经热轧、冷轧、固溶淬火、人工时效制得一种6系高强度阳极氧化铝薄板。

采用固溶温度500~520℃，保温30~90s，水淬或风冷速度≥20℃/sec，以较低的固溶温度及适当延长保温时间，既确保了充分固溶，也避免了晶粒的异常长大。

采用人工时效工艺为时效温度150~200℃，保温时间5~24h，使得材料获得良好的性能。

下面就以具体得实行例子来进行说明。

实施例1

一种高强度阳极氧化铝薄板，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si0.63%，Fe0.09%，Cu0.005%，Mn0.03%，Mg0.75%，Zn0.003%，Ti 0.035%，余量为铝及不可避免杂质。

一种高强度阳极氧化铝薄板的制备方法：以铝锭、铝中间合金锭、电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、固溶淬火、时效、切板制得高强度阳极氧化铝板带。具体制备方法包括以下步骤：

（2）铝合金扁锭经铣面后进行均匀化热处理，出炉后热轧至厚度8mm的热轧卷，终轧温度380℃；

（3）将步骤（2）得到热轧卷经冷轧至成品厚度1.0mm；

步骤（2）所述均匀化热处理的条件为：先升温540℃，保温8小时，再降温至500℃，保温2小时。步骤（3）所述冷轧加功率87.5%。步骤（4）所述固溶温度500℃，保温60s，采用水淬速度30℃/s。步骤（5）所述时效温度150℃，保温时间24h。

本发明铝合金带材的抗拉强度275MPa，屈服强度243MPa，延伸率13.5%，表面和纵向平均晶粒尺寸分别为53μm、48μm，金属间化合物最大尺寸4.3um，杯凸值6.7mm，满足连续冲压和阳极氧化无“料纹”要求。

实施例2

一种高强度阳极氧化铝薄板，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si0.67%，Fe0.15%，Cu0.005%，Mn0.03%，Mg0.78%，Zn0.007%，Ti 0.043%，余量为铝及不可避免杂质。

（2）铝合金扁锭经铣面后进行均匀化热处理，出炉后热轧至厚度6mm的热轧卷，终轧温度400℃；

（3）将步骤（2）得到热轧卷经冷轧至成品厚度0.6mm；

步骤（2）所述均匀化热处理的条件为：先升温560℃，保温4小时，再降温至510℃，保温4小时。步骤（3）所述冷轧加功率90%。步骤（4）所述固溶温度520℃，保温30s，采用水淬速度23℃/s。步骤（5）所述时效温度180℃，保温时间6h。

本发明铝合金带材的抗拉强度285MPa，屈服强度257MPa，延伸率12.5%，表面和纵向平均晶粒尺寸分别为48μm、45μm，金属间化合物最大尺寸4.6 um，杯凸值7.0mm，满足连续冲压和阳极氧化无“料纹”要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种高强度阳极氧化铝薄板，其特征在于：所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si 0.50-0.80%，Fe 0.08~0.20%，Cu≤0.02%，Mn 0.01~0.05%，Mg 0.60-0.80%，Zn≤0.05%，Ti 0.03~0.05%，余量为铝及不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的一种高强度阳极氧化铝薄板的制备方法，其特征在于：将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、固溶淬火、时效、切板制得高强度阳极氧化铝板带。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：具体制备方法包括以下步骤：

（3）将步骤（2）得到热轧卷经冷轧至成品厚度；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述均匀化热处理的条件为：先升温540~560℃，保温3-8小时，再降温至500~510℃，保温1-6小时。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述冷轧加功率≥85%。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中固溶温度500~520℃，保温30~90s，淬火处理采用水淬或风冷，速度≥20℃/s。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（5）中时效温度150~200℃，保温时间5~24h。