CN114107752B - 一种阳极氧化用高Cr铝合金板带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阳极氧化用高Cr铝合金板带材及其制备方法，所述铝合金板带材的主要成分按质量百分比计为：Cr≥0.2%；Mg＞0.5%；Cu＜1.0%；Mn＜0.1%；Ti＜0.05%，以及余量的Al和不可避免的杂质；铝合金板带材表面粗糙度＜0.5μm，抗拉强度145~185MPa，屈服强度＞110MPa，延伸率＞2%，电极电位＞‑0.70V，所述铝合金板带材经阳极氧化处理后表面光泽度GU＞300，光亮度L＞70；其制备方法包括熔炼和半连续铸造、均匀化热处理、热轧和冷轧。本发明通过调控铸造工艺和热处理工艺，克服高含量的Cr元素带来的对板材力学性能和表面质量的不利影响。

Description

一种阳极氧化用高Cr铝合金板带材及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种阳极氧化用高Cr铝合金板带材及其制备方法。
背景技术
随着铝合金产业的飞速发展，铝合金的应用领域越来越广，尤其在3C电子产品、幕墙装饰板和电气设备等方面得到了普遍推广。铝合金材质产品不仅表面平整度好，经阳极氧化处理后表面色泽均匀，触感光滑细腻，在3C产品领域获得了广泛应用，而且铝合金相比钢而言质量更轻，更易加工，作为建筑幕墙装饰板不仅外观平整色彩丰富，更重要的是在减轻建筑主体结构承担载荷的同时更有利于建筑形体个性化设计，市场前景良好。
由于3C电子产品和建筑装饰板需要轧制铝合金板材具有良好的强度和耐腐蚀性，经过折弯或冲压成形后铝材仍能保持表面平整光滑，不能有裂纹、坑点等缺陷，因此当前阳极氧化用铝合金板带材的技术开发主要集中在保证产品表面质量的前提下，进一步提高其强度和耐腐蚀性能，要求成品板带材抗拉强度≥145MPa，优选抗拉强度≥170MPa。
在铝合金中添加Cr元素不仅能提高铝合金基体的自腐蚀电位进而提高耐腐蚀性能，而且Cr能够形成致密完整的氧化膜保护层，修复受损的氧化铝保护膜，使其完整从而隔断活性基体与腐蚀介质的通道，提高氧化膜对基体的保护效果。另外，Cr元素可与Fe、Mn、Si等元素形成金属间化合物，细小弥散分布的金属间化合物可显著提高铝合金板带材的强度。但当Cr的添加量较高时（≥0.2wt.%），极易在铝合金晶界处形成粗大的金属间化合物，难熔且硬度高，经过后续轧制和热处理难以破碎，不仅易在板带材表面形成料纹等缺陷，而且对板带材的强度有不利影响，成为制约该类产品推广应用的关键因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种阳极氧化用高Cr铝合金板带材及其制备方法，通过调控铸造工艺和热处理工艺，克服高含量的Cr元素带来的对板材力学性能和表面质量的不利影响。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种阳极氧化用高Cr铝合金板带材，所述铝合金板带材的主要成分按质量百分比计为：Cr≥0.2%；Mg＞0.5%；Cu＜1.0%；Mn＜0.1%；Ti＜0.05%，以及余量的Al和不可避免的杂质；铝合金板带材表面粗糙度＜0.5μm，抗拉强度145~185MPa，屈服强度＞110MPa，延伸率＞2%，电极电位＞-0.70V，所述铝合金板带材经阳极氧化处理后表面光泽度GU＞300，光亮度L＞70。
所述铝合金板带材表面粗糙度＜0.3μm。
所述铝合金板带材表面粗糙度在0.25μm以下。
一种制备所述的阳极氧化用高Cr铝合金板带材的方法，包括熔炼和半连续铸造、均匀化热处理、热轧和冷轧；其中熔炼温度730~750℃，半连续铸造温度700~720℃，铸锭稳定生产速度为45~55mm/min，单个结晶器冷却水流量≥45m3/h；均匀化热处理中，热处理温度480℃~630℃，保温时间≥12h。
在进行热轧时，开轧温度460~490℃，终轧温度≤360℃。
冷轧后的板材厚度为0.2~4.0mm，在冷轧到板材厚度为1~3mm时进行中间退火，中间退火的温度≥320℃。
本发明的基本原理以及有益效果是：发明人在实践中发现，在铝合金中添加Cr元素以期进一步提高阳极氧化用铝合金板带材的强度和耐腐蚀性能时，如果Cr的添加量≥0.2wt.%以后，铝合金板带材表面会形成料纹等缺陷，强度等力学性能也有所降低。经分析，当Cr的添加量≥0.2wt.%时，Cr易在铝合金组织中形成粗大的第二相，难熔且硬度高，难以通过后续轧制和热处理破碎消除，因此造成铝合金板带材的力学性能恶化，以及影响表面质量。
基于该情况，本发明通过调控铸锭及成品晶粒组织形貌及取向分布均匀性，实现阳极氧化铝材表面“零缺陷”，主要是通过调控铸造工艺和热处理工艺，促进第二相细小弥散分布和再结晶晶粒细小，实现阳极氧化表面较高的光泽度和白亮度，同时所制备的板带材强度和耐腐蚀性能显著提高，铝合金板带材抗拉强度145~185MPa，电极电位＞-0.70V。
附图说明
图1为不同Cr含量的5000系铝合金的极化曲线。
图2为单个结晶器冷却水流量50 m3/h、铸造温度715℃铸锭中第二相分布图。
图3为单个结晶器冷却水流量40 m3/h、铸造温度695℃铸锭中第二相分布图。
图4为单个结晶器冷却水流量50 m3/h、铸造温度715℃铸锭经加工成阳极氧化板带材的晶粒分布图。
图5为单个结晶器冷却水流量40 m3/h、铸造温度695℃铸锭经加工成阳极氧化板带材的晶粒分布图。
图6为对比例2中0.4%Cr的5000系铝合金板材表面压划伤缺陷形貌。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据，以下各个实施例和对比例所制备的为5000系铝合金板带材。
实施例1：一种阳极氧化用高Cr铝合金板带材及其制备方法，铝合金成分如下，Si=0.02%；Fe=0.11%；Cu=0.03%；Mn=0.03%；Mg=0.6%：Cr=0.2%；Ti=0.02%，以及余量的Al和不可避免的杂质。制备方法包括以下步骤：
（1）熔炼和半连续铸造：熔炼温度740℃，半连续铸造温度700℃，铸造速度50mm/min，单个结晶器冷却水流量50m3/h；
（2）均匀化热处理：铸造所得的铸锭经切头尾后，上下各铣面12mm进行均匀化热处理，均匀化温度为550℃，保温时间为18h；
（3）热轧：开轧温度480℃，终轧温度350℃；
（4）冷轧：板材厚度从7mm减薄到2mm，在冷轧到板材厚度为1~3mm时进行中间退火，中间退火的温度325℃。
该工艺制备出的铝合金板带材的抗拉强度178MPa、屈服强度115MPa、延伸率2.5%，粗糙度0.23μm，电极电位-0.66V，铝材被腐蚀液侵蚀更浅，耐腐蚀性能优异；该铝合金板带材经阳极氧化处理后表面光泽度330GU，光亮度85，满足3C电子产品、幕墙装饰板和电气设备等产品对阳极氧化铝材的技术需求。
实施例2：一种阳极氧化用高Cr铝合金板带材及其制备方法，铝合金成分如下，Si=0.03%；Fe=0.12%；Cu=0.04%；Mn=0.02%；Mg=0.6%：Cr=0.4%；Ti=0.02%，以及余量的Al和不可避免的杂质。制备方法包括以下步骤：
（1）熔炼和半连续铸造：熔炼温度750℃，半连续铸造温度715℃，铸造速度50mm/min，单个结晶器冷却水流量50m3/h；
（2）均匀化热处理：铸造所得的铸锭经切头尾后，上下各铣面12mm进行均匀化热处理，均匀化温度为510℃，保温时间为18h；
（3）热轧：开轧温度465℃，终轧温度350℃；
（4）冷轧：板材厚度从7mm减薄到1.5mm，在冷轧到板材厚度为1~3mm时进行中间退火，中间退火的温度330℃。
图2为本实施例所制备的高Cr铝合金铸锭的第二相分布图，从图中可见，铸锭中含Cr第二相尺寸较小，短棒状且弥散均匀分布于晶界。这样的第二相组织有利于后续轧制工艺进行，通过退火处理过程充分抑制晶粒长大，保证晶粒均匀细小，取向随机分布。如图4所示，成品高表面铝板材的平均晶粒尺寸20um，各取向织构随机分布，其中立方织构面积占比5.3%。该工艺制备出的高Cr表面阳极氧化铝板带抗拉强度180MPa、屈服强度120MPa、延伸率2.5%，粗糙度0.25μm，电极电位-0.61V；该铝合金板带材经阳极氧化处理后表面光泽度310GU，光亮度75，满足3C电子产品、幕墙装饰板和电气设备等产品对阳极氧化铝材的拉伸性能、耐腐蚀性能和表面性能的技术要求。
对比例1：在实施例1的基础上，其合金成分中不再添加Cr，制备工艺和实施例1相同。
对比例2：在实施例2的基础上，合金成分与实施例2相同，制备工艺中，单个结晶器冷却水流量为40m3/h，铸造温度由715℃降低到695℃，其它制备工艺未改变。
以对比例1、实施例1、实施例2所述工艺方法制备5000系铝合金的极化曲线如图1所示，对比例1所制备的阳极氧化铝板带电极电位最低，为-0.71V，耐腐蚀性能差，不满足3C电子产品、幕墙装饰板和电气设备等产品对阳极氧化铝材耐蚀性能的技术要求。
图3是对比例2中制备的铸锭中第二相分布图。与实施例2相比，对比例2中第二相尺寸较大，呈骨骼状或块状且连续分布。对比例2所制备的阳极氧化铝板带的晶粒分布如图5所示，平均晶粒尺寸87um，各取向织构随机分布，其中立方织构面积占比23.8%，且铝板带的表面出现白点状缺陷，如图6所示。因此，对比例2所制备的阳极氧化铝板带不满足3C电子产品、幕墙装饰板和电气设备等产品对阳极氧化铝材表面质量的技术要求。
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申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种阳极氧化用高Cr铝合金板带材，其特征在于：所述铝合金板带材的主要成分按质量百分比计为：Cr≥0.2%；Mg＞0.5%；Cu＜1.0%；Mn＜0.1%；Ti＜0.05%，以及余量的Al和不可避免的杂质；所述铝合金板带材在制备过程中半连续铸造的温度为700~720℃，铸锭稳定生产速度为45~55mm/min，单个结晶器冷却水流量≥45m3/h；铝合金板带材表面粗糙度＜0.5μm，抗拉强度145~185MPa，屈服强度＞110MPa，延伸率＞2%，电极电位＞-0.70V，所述铝合金板带材经阳极氧化处理后表面光泽度GU＞300，光亮度L＞70。
2.根据权利要求1所述的一种阳极氧化用高Cr铝合金板带材，其特征在于：所述铝合金板带材表面粗糙度＜0.3μm。
3.根据权利要求2所述的一种阳极氧化用高Cr铝合金板带材，其特征在于：所述铝合金板带材表面粗糙度在0.25μm以下。
4.一种制备如权利要求1~3任一项所述的阳极氧化用高Cr铝合金板带材的方法，包括熔炼和半连续铸造、均匀化热处理、热轧和冷轧；其特征在于：其中熔炼温度730~750℃，半连续铸造温度700~720℃，铸锭稳定生产速度为45~55mm/min，单个结晶器冷却水流量≥45m3/h；均匀化热处理中，热处理温度480℃~630℃，保温时间≥12h。
5.根据权利要求4所述的阳极氧化用高Cr铝合金板带材的制备方法，其特征在于：在进行热轧时，开轧温度460~490℃，终轧温度≤360℃。
6.根据权利要求4所述的阳极氧化用高Cr铝合金板带材的制备方法，其特征在于：冷轧后的板材厚度为0.2~4.0mm，在冷轧到板材厚度为1~3mm时进行中间退火，中间退火的温度≥320℃。
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