CN114277289B

CN114277289B - 一种压铸铝合金及其制备方法、阳极氧化外观件、电子设备

Info

Publication number: CN114277289B
Application number: CN202011030283.6A
Authority: CN
Inventors: 廖梦觉; 杨阳; 霍皓皓; 郭强
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2020-09-27
Filing date: 2020-09-27
Publication date: 2023-05-02
Anticipated expiration: 2040-09-27
Also published as: CN114277289A

Abstract

本发明涉及一种压铸铝合金，以质量百分含量计，所述压铸铝合金包含：Mg 5‑7%，Si 2‑5%，Mn 1.5‑3%，Zn 0.5‑2%，Cu 0.5‑0.9%，Ti 0.3‑1%，Fe 0.1%‑0.3%，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1%。通过上述技术方案，本发明提供的压铸铝合金含有上述限定含量的组分，成型性能优异、力学强度稳定，可阳极氧化，且该压铸铝合金阳极氧化后，具有很好的耐击穿性。

Description

一种压铸铝合金及其制备方法、阳极氧化外观件、电子设备

技术领域

本发明涉及铝合金领域，具体地，涉及一种压铸铝合金及其制备方法、阳极氧化外观件、电子设备。

背景技术

铝合金作为当前应用广泛的有色金属，成型性能优良，适合压铸、浇铸、挤压、轧制等多种变形方式；其密度约为2.7g/cm³，分别是铜合金密度（8.96 g/cm³）、黑色金属（7.87g/cm³）的约30%、34%，密度低，比重小，更加轻盈；具有阳极氧化性，阳极氧化外观均匀有特殊金属光泽，在IT通讯领域具有很好的市场前景。相比于镁合金，铝合金熔炼与成型条件易满足；相比于黑色金属，铝合金易回收、成本低、成型更简易。但是，现有技术中，铝合金很难满足同时具有高的力学性能、很好的成型性和很好的阳极氧化性的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，一种压铸铝合金及其制备方法、阳极氧化外观件、电子设备，该压铸铝合金成型性能优异、力学强度稳定，可阳极氧化，且该压铸铝合金阳极氧化后，具有很好的耐击穿性。

本发明的第一方面是提供一种压铸铝合金，以质量百分含量计，所述压铸铝合金包含：Mg 5-7%，Si 2-5%，Mn 1.5-3%，Zn 0.5-2%，Cu 0.5-0.9%，Ti 0.3-1%，Fe 0.1%-0.3%，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1%。

优选地，所述压铸铝合金包含：Mg 5.3-6.8%，Si 2.5-4%，Mn 1.5-2.2%，Zn 0.8-1.8%，Cu 0.6-0.8%，Ti 0.3-0.5%，Fe 0.1%-0.3%，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1%。

优选地，所述压铸铝合金中的Mg、Zn和Cu满足以下关系至少之一：

Mg+Zn+Cu=6-9%；

Zn和Cu的质量比为(1.5-3)：1。

优选地，所述压铸铝合金中的Si、Cu和Fe的含量满足以下关系：

0.247+0.048Si+0.337Fe <Cu< 1.15-0.098Si-0.496Fe。

优选地，所述压铸铝合金还含有Er、Y和Sc中的至少一种，其中，Er 0.01-0.1%，Y0.1-0.3%，Sc 0.1-0.3%。

优选地，所述压铸铝合金的屈服强度为215-280MPa，抗拉强度为310-390MPa，延伸率为3.5-8%。

本发明的第二方面是提供一种制备前述铝合金的方法，包括：

将含铝原料、含镁原料、含硅原料、含锰原料、含锌原料、含铜原料、含钛原料和含铁原料加热融化，得到铝合金液；

对所述铝合金液依次进行除渣、精炼和浇铸处理，得到铝合金铸锭；

将所述铝合金铸锭破碎，进行压铸，得到所述压铸铝合金。

本发明的第三方面是提供一种阳极氧化外观件，所述阳极氧化外观件含有前述的压铸铝合金，所述压铸铝合金的至少部分表面形成有阳极氧化膜。

优选地，所述阳极氧化外观件具有阳极氧化膜的表面的耐击穿电阻≥1GΩ。

本发明第四方面提供一种电子设备，所述电子设备的壳体的至少一部分是利用前述压铸铝合金构成的。

通过上述技术方案，本发明提供的压铸铝合金含有上述限定含量的组分，成型性能优异、力学强度稳定，可阳极氧化，且该压铸铝合金阳极氧化后，具有很好的耐击穿性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供了一种压铸铝合金，以质量百分含量计，所述压铸铝合金包含：Mg 5-7%，Si 2-5%，Mn 1.5-3%，Zn 0.5-2%，Cu 0.5-0.9%，Ti 0.3-1%，Fe 0.1%-0.3%，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1%。

本发明提供的压铸铝合金，成型性能优异、力学强度稳定，可阳极氧化，且该压铸铝合金阳极氧化后，具有很好的耐击穿性，这是由于本发明采用特定含量的Mg、Si、Mn 、Zn、Fe、Cu 、Ti 和Fe多种元素相互配合，均衡了合金的各种性能，从而得到了综合性能优异的压铸铝合金。

本发明一实施方式中，所述Mg的质量百分含量为5.3-6.8%。

本发明一实施方式中，所述Si的质量百分含量为2.5-4%。

本发明一实施方式中，所述Mn的质量百分含量为1.5-2.2%。

本发明一实施方式中，所述Zn的质量百分含量为0.8-1.8%。

本发明一实施方式中，所述Cu的质量百分含量为0.6-0.8%。

本发明一实施方式中，所述Ti的质量百分含量为0.3-0.5%。

为了进一步提高压铸铝合金的力学性能、压铸成型性和可阳极氧化性，所述压铸铝合金包含：Mg 5.3-6.8%，Si 2.5-4%，Mn 1.5-2.2%，Zn 0.8-1.8%，Cu 0.6-0.8%，Ti 0.3-0.5%，Fe 0.1%-0.3%，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1%。

本发明中，所述压铸铝合金中含有前述含量范围内的Mg、Si，能保证合金在铸造过程中具有良好的流动性与力学性能。前述含量范围内的Mg能够与Si结合形成Mg₂Si相，Mg₂Si相能起到强化效果，提高合金强度。前述含量范围内的Si能使压铸铝合金具有良好的流动性与成型性，而且能使形成的压铸铝合金在经后续阳极氧化后，能够形成完整的阳极氧化膜，减小对压铸铝合金耐击穿性能的影响。若Si含量过低，则合金流动性较差，成型不佳；若Si含量过高，压铸铝合金在后续阳极氧化前处理时产生Si的析出，造成表面斑驳，影响阳极膜的形成。若Mg含量过低，则降低合金的强度；若本发明所述铝合金中Mg含量过高会降低压铸铝合金的延伸率，同时产生大量的氧化渣，影响熔炼效率和合金质量。

本发明中，所述压铸铝合金中含有前述含量范围内的Zn，可以有利于在铝合金熔体表面形成致密氧化层，有效缓解铝合金熔体在压铸环节的Mg元素氧化烧损。同时，Zn融入铝合金基体，也能起到固熔强化效果。若Zn含量过低，则熔体表面Mg不断氧化，合金内部易卷入过多的氧化物，影响合金性能；若Zn含量过高，将会降低压铸铝合金的延伸率，进而降低压铸铝合金的强韧性。

本发明中，所述压铸铝合金中含有前述含量范围内的Mg，Mg能够与Si结合形成Mg₂Si相，多余的Mg可以与Zn、Cu结合，形成强化相Al₂Mg₃Zn、Al₂CuMg、Al₂Cu、Zn₂Mg。优选情况下，所述压铸铝合金中的Mg、Zn和Cu的含量关系满足Mg+Zn+Cu=6-9%，强化相Al₂Mg₃Zn、Al₂CuMg、Al₂Cu、Zn₂Mg和Mg₂Si相均衡，形态偏圆，对位错的阻断能力强，从而进一步提高压铸铝合金的强度。为进一步提高压铸铝合金的延伸率，优选地，Zn和Cu的质量比为(1.5-3)：1。

本发明中，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Fe，能降低合金在压铸过程中的粘膜性和对模具的腐蚀性。若本发明所述铝合金中Fe含量过高，容易在合金内部组织粗化形成铁相，铁相呈粗长针片状或叶状，降低压铸铝合金的力学性能。优选情况下，所述压铸铝合金中的Si、Cu和Fe的含量关系满足：0.247+0.048Si+0.337Fe <Cu< 1.15-0.098Si-0.496Fe，第二相（强化相Al₂Mg₃Zn、Al₂CuMg、Al₂Cu、Zn₂Mg和Mg₂Si相）析出物表观形貌圆滑，形成脆硬质相少，对压铸铝合金的割裂作用小，进一步提高压铸铝合金的力学性能。

本发明中，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Mn， Mn可以与Al、Fe形成(Fe,Mn)Al₆相，使合金具有较好的强塑性；且Mn的使用有利于阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒，提高压铸铝合金的力学性能。若Mn含量过低，则Mn对再结晶晶粒的细化效果不明显；若Mn含量过高，则由于Mn的固溶度有限，易在晶界出形成单相聚集物，影响合金力学性能。

本发明中，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Ti，可以细化压铸铝合金的相组织，增加压铸铝合金的强韧性。若Ti含量过低，则达不到其细化晶粒的效果；若Ti含量过高，则由于Ti的固溶度有限，过多造成聚集成团，影响延伸率。

在一些实施例中，为进一步提高压铸铝合金的综合性能，所述压铸铝合金还含有Er、Y和Sc中的至少一种，其中，Er 0.01-0.1%，Y 0.1-0.3%，Sc 0.1-0.3%。Er可以与Al形成Al₃Er粒子，Al₃Er粒子与α-Al具有基体相同的晶体结构，晶格常数接近，可以有效地细化合金α-Al晶粒，提高压铸铝合金的力学性能。Y可以改善针状组织的形貌，减少热裂倾向，从而提高压铸铝合金的综合性能。Sc可以与Al形成Al₃Sc粒子，可以有效地细化合金α-Al晶粒，提高压铸铝合金的力学性能。基于降低成本考虑，优选情况下，所述压铸铝合金还含有Er0.01-0.1%，Y 0.1-0.3%。

本发明中，优选地，所述压铸铝合金的屈服强度为215-280MPa，抗拉强度为310-390MPa，延伸率为3.5-8%。

本发明同时提供了一种制备前述压铸铝合金的方法，包括：

将所述铝合金铸锭破碎，进行压铸，得到所述压铸铝合金。

本发明中，所述含铝原料、含镁原料、含硅原料、含锰原料、含锌原料、含铜原料、含钛原料和含铁原料可以是能够提供制备本发明的压铸铝合金所需各种元素的物料，可以是含上述元素的合金或纯金属，只要加入的铝合金原料熔炼后得到的铝合金中的组成成分在上述范围内即可。优选地，所述压铸铝合金的原料包括纯Al锭、Al-Si合金、Al-Fe合金、纯Zn、纯Mg、Al-Mn合金、Al-Cu合金、Al-Ti合金。

在一些实施例中，所述压铸铝合金还含有Er 0.01-0.1%，Y 0.1-0.3%。含Er、Y 的原料可以是Al-Er合金和Al-Y合金。

根据本申请的实施例，该方法的具体工艺步骤、条件和参数，本领域技术人员可以根据实际需要进行灵活选择，在此不再过多赘述。

本发明还提供了一种阳极氧化外观件，所述阳极氧化外观件含有前述压铸铝合金，所述压铸铝合金的至少部分表面形成有阳极氧化膜。

本发明中，所述阳极氧化外观件，具有压铸铝合金的优异力学性能，同时具有很好的耐击穿性能，优选地，所述阳极氧化外观件具有阳极氧化膜的表面的耐击穿电阻≥1GΩ。

本发明中，所述阳极氧化外观件是由前述压铸铝合金经阳极氧化得到。所述压铸铝合金具有很好的可阳极氧化性，能在压铸铝合金表面形成完整的阳极氧化膜，提高阳极氧化外观件的耐击穿性能。

本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备的壳体的至少一部分是利用前述压铸铝合金构成的。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不仅限于下述实施例。

实施例1-33

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料；将纯Al锭、标准Al-Si合金放入熔炼炉加热至全部熔化，搅拌，然后依次加入Al-Fe合金、Al-Mn合金、Al-Cu合金、Al-Ti合金、Al-Er合金、Al-Y合金、纯Mg、纯Zn没入熔体中，在700-710℃下进行熔炼并搅拌均匀，得到金属熔液；

在700-710℃条件下，向金属熔液中加入除渣剂、精炼剂，进行除渣、精炼除气，直到精炼剂充分反应完毕，然后进行扒渣得到合金熔液，将合金熔液浇铸得到铝合金铸锭；将铝合金铸锭熔融压铸，压铸的模温200℃，给汤温度700-780℃。测试结果如表2。

对比例1-13

采用于实施例相同的方法制备压铸铝合金，不同的是，按照表1的组成配制铝合金原料，测试结果如表2。

性能测试

（1）铝合金拉伸测试：参照《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》测试的铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率。将压铸铝合金制备成40×80×3mm的测试样件进行测试。

（2）耐击穿测试：将所有实施例和对比例的压铸铝合金，经阳极氧化后，得到阳极氧化外观件，将阳极氧化外观件制成40×80×3mm的规格进行耐击穿测试。

其中，阳极氧化的条件为：将打磨后样件化学抛光，抛光温度100℃，时间15s，后进行酸洗、水洗。随后硫酸阳极氧化，阳极氧化温度17℃，电压13.3V，时间30min，电解液采用27%浓度硫酸溶液。

耐击穿测试的具体测试为：将阳极氧化后的样件置于绝缘表面，用两个连接安规测试仪的触头放在样品表面，触头间隔相等距离，触头上方在载荷100g，施加1000V电压，测试仪显示表面电阻。

表1

注：表1中各配比均以重量百分比计，另外，不可避免的杂质元素总重量小于0.1%。

表2

由表2的结果可以看出，本发明所述的压铸铝合金具有良好的力学性能、延展性，且可阳极氧化，具有很好的耐击穿性能。根据对比例1-13可知，如果各组分的含量不在本申请的保护范围之内，则铝合金的力学性能、延展性和耐击穿性能无法兼顾，要么上述性能均不好，要么上述某一个或某两个性能好，另外的性能不佳，无法很好地平衡力学性能、延展性和耐击穿性能。综上可知，本发明的铝合金通过控制合金元素的组成及含量，在具有较高的力学性能的同时，兼具延展性佳、耐击穿性能好等优势。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种压铸铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述压铸铝合金包含：Mg 5-7％，Si 2-5％，Mn 1.5-3％，Zn 0.5-2％，Cu 0.5-0.9％，Ti 0.3-1％，Fe 0.1％-0.3％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1％；

所述压铸铝合金中的Si、Cu和Fe的含量满足以下关系：

0.247+0.048Si+0.337Fe<Cu<1.15-0.098Si-0.496Fe。

2.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金包含：Mg 5.3-6.8％，Si 2.5-4％，Mn 1.5-2.2％，Zn 0.8-1.8％，Cu 0.6-0.8％，Ti 0.3-0.5％，Fe 0.1％-0.3％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1％。

3.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金中的Mg、Zn和Cu满足以下关系至少之一：

Mg+Zn+Cu＝6-9％；

Zn和Cu的质量比为(1.5-3)：1。

4.根据权利要求1-3中任一项所述压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金还含有Er、Y和Sc中的至少一种，其中，Er 0.01-0.1％，Y 0.1-0.3％，Sc 0.1-0.3％。

5.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金的屈服强度为215-280MPa，抗拉强度为310-390MPa，延伸率为3.5-8％。

6.一种制备权利要求1-5中任一项所述铝合金的方法，其特征在于，包括：

将所述铝合金铸锭破碎，进行压铸，得到所述压铸铝合金。

7.一种阳极氧化外观件，其特征在于，所述阳极氧化外观件含有权利要求1-5中任一项所述压铸铝合金，所述压铸铝合金的至少部分表面形成有阳极氧化膜。

8.根据权利要求7所述阳极氧化外观件，其特征在于，所述阳极氧化外观件具有阳极氧化膜的表面的耐击穿电阻≥1GΩ。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备的壳体的至少一部分是利用权利要求1-5中任一项所述压铸铝合金构成的。