CN114438373A

CN114438373A - 一种亮色可阳极氧化挤压铸造铝合及其制备方法

Info

Publication number: CN114438373A
Application number: CN202111632016.0A
Authority: CN
Inventors: 周银鹏; 汪时宜; 邢洪滨; 陈曦; 罗云斌; 刘文博
Original assignee: Suzhou Huijin New Material Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Huijin New Material Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-05-06

Abstract

本发明涉及一种亮色可阳极氧化挤压铸造铝合及其制备方法，该合金包括以下质量百分数的元素：Mn的含量为0.5～2.5wt％，Fe的含量为0.05～0.2wt％，Mg的含量为0～0.5wt％，Zn的含量为0～0.5wt％，Co的含量为0～0.2wt％，Zr的含量为0～0.05wt％，Cr的含量为0～0.2wt％，Ti的含量为0.005～0.15wt％，RE的含量为0.005～0.2wt％，其他杂质总量为0～0.5wt％，其余为Al。与现有技术相比，本发明通过晶粒细化和组织均匀性两种方式来获取更加均匀细化的晶体组织结构，从而使得最终的挤压铸造产品表面可以做亮色阳极，并达到表面一致性。

Description

一种亮色可阳极氧化挤压铸造铝合及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金，尤其是涉及一种亮色可阳极氧化挤压铸造铝合及其制备方法。

背景技术

铝及其合金表面很容易生成一层极薄的非晶氧化铝膜，使铝件表面失去原有的光泽度。此外，氧化膜疏松多孔且容易沾染污迹。因此，铝及其合金制品通常需要进行阳极氧化。

目前市场上也有大量可用的可阳极氧化铝合金结构件，但其工艺均采用铝板通过大量CNC设备来完成产品的加工，其加工成本相对较高，生产效率很低，制作成本较高，同时原材料浪费多，不环保。

专利CN201710666119.6公开了一种高强度可阳极氧化压铸铝合金及其制备方法，本发明以Mg、Mn、Fe、Zn、Mo、Zr、Cr和Al组成压铸合金元素，通过熔炼工序和压力铸造工序制备出高强度可阳极氧化压铸铝合金，本发明严格控制各合金元素的种类、含量及其添加形式，使大量元素在压铸这种快冷条件下主要以固溶的形式存在于基体中，Zr和Mo元素使合金的组织更加均匀，晶粒得到细化，从而使合金在获得高强度的同时兼具良好的压铸性能和优异的阳极氧化性能，可在压铸机上采用模具压铸成型，直接得到所需产品，无需热处理和变形，大大降低了生产成本，适用于对铝合金强度、压铸性能和阳极氧化性能要求较高的薄壁类壳体构件。但是压铸工艺组织不均匀，对于做亮色阳极的压铸产品表面容易形成流纹、异色、斑点等缺陷，阳极氧化效果差。

专利CN201710039484.4公开了一种可阳极氧化并适合半固态成形的铝合金材料及其制备方法，该铝合金由如下元素组成：Mg、Si、Zn、Sc、Zr、Mn，余量为Al和不可避免的杂质元素。该制备方法包括如下步骤：所述铝合金材料的制备方法制备铝合金熔体；将所述铝合金熔体在720～730℃下进行搅拌后静置，在710～720℃下进行精炼除气、除渣，再次静置后在650～670℃下进行保温，得到铝合金液；将所述铝合金液置于半固态电磁搅拌装置中，进行电磁搅拌后，得到半固态浆料；将所述半固态浆料进行压铸或挤压铸造成型，得到所述铝合金材料。本发明制备的可阳极氧化的适合半固态成形铝合金，在半固态下触变性高，加工过程易于控制，半固态成形性能好，同时所成型薄壁件无气孔、裂纹等，成品率高，经过阳极氧化后可染色多种颜色，色泽均匀，外观美观。但该发明采用半固态成型工艺，该工艺较为复杂，需要配置半固态成型设备，并且制备半固态浆料，对工艺要求高，在大批量工业应用中难度大，成本高。并且其Zn含量为1.2～1.5，Zn含量过高，在大平面的亮色阳极中会产生异色、偏析等情况。

因此，需要找到一种可以进行亮色阳极氧化压铸的铝合金材料，才能使得压铸阳极工艺大批量生产应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有良好挤压性能，亮色可阳极氧化挤压铸造铝合及其制备方法，适用于对铝合金外观要求较高的壳体构件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种亮色可阳极氧化挤压铸造铝合，该合金包括以下质量百分数的元素：Mn的含量为0.5～2.5wt％，Fe的含量为0.05～0.2wt％，Mg的含量为0～0.5wt％，Zn的含量为0～0.5wt％，Co的含量为0～0.2wt％，Zr的含量为0～0.05wt％，Cr的含量为0～0.2wt％，Ti的含量为0.005～0.15wt％，RE的含量为0.005～0.2wt％，其他杂质总量为0～0.5wt％，其余为Al。

进一步地，所述合金中含有：Mn 0.8～2.0wt％；Fe 0.05～0.1wt％，Mg 0～0.3wt％，Zn 0～0.3wt％，Co 0.05～0.15wt％，Zr 0～0.02wt％，Cr 0～0.1wt％，Ti 0.005～0.15wt％，RE 0.01～0.2wt％。

进一步地，所述的RE为稀土元素，包括La、Ce、Pr、Nd、Sm中的一种或几种。

进一步地，以高纯铝锭作为合金中Al元素的原料，以纯Mg锭作为合金中镁元素的原料，以纯Zn锭作为合金中锌元素的原料。

进一步地，以Al-Mn中间合金作为合金中锰元素的原料，以Al-Fe中间合金作为合金中铁元素的原料，以Al-Co中间合金作为合金中钴元素的原料，以Al-Zr中间合金作为合金中锆元素的原料，以Al-Cr中间合金作为合金中铬元素的原料，以Al-Ti中间合金作为合金中钛元素的原料，以Al-RE中间合金作为合金中稀土元素的原料，按上述铝合金各成分的质量百分比称取相应的原料。

具体地，以纯Al锭作为合金中铝元素的原料，以Al-10％Mn中间合金作为合金中锰元素的原料，以Al-10％Fe中间合金作为合金中铁元素的原料，以Al-70％Co中间合金作为合金中钴元素的原料，以Al-5％Zr中间合金作为合金中锆元素的原料，以Al-10％Cr中间合金作为合金中铬元素的原料，以纯Mg锭作为合金中镁元素的原料，以纯Zn锭作为合金中锌元素的原料，按上述铝合金成分的质量百分比称取相应的原料，其中Mg收得率为95％、Zn收得率为98％、Fe收得率为100％、Co收得率为80％、Mn收得率为95％、Zr收得率为95％、Cr收得率为95％，Ti收得率为95％，RE收得率为80％，配料时应注意。

本发明还提供一种亮色可阳极氧化挤压铸造铝合的制备方法，包括以下步骤：

1)将纯Al锭、纯Mg锭、纯Zn锭、Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Co中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-RE中间合金放入预热炉中预热到150～200℃，充分去除原料中存在的水分；

2)将全部纯Al锭放入井式电阻坩埚炉中，升温至所有铝锭完全熔化，将金属熔液温度调至700℃，加入预热的纯Mg锭、纯Zn锭，保温15～30min，直至纯Mg锭和纯Zn锭全部熔化；

3)将金属熔液温度升至730℃，然后将预热的Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Co中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-RE中间合金加入金属熔液中，保温35～40min，直至Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Co中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Ti中间合金、Al-RE中间合金全部熔化；

4)将金属熔液温度升至750℃，加入三合一除气精炼剂进行精炼除气，精炼除气完毕后，将温度降至在730℃静止15～20min，进行扒渣；

5)将金属熔液调至浇注温度，720-750℃，在可阳极氧化专用挤压铸造机上采用模具挤压铸造成型。根据产品体积大小确定浇注量，在上述压力铸造参数范围内进行参数调整，直至获得质量合格的铸件。

进一步地，步骤(5)得到挤压铸造机的料筒比传统挤压铸造机料筒直径更大，直径为100mm，高度为150-200mm，料筒中的金属熔液通过喷射头喷入模具，并配有料筒加热装置。

进一步地，通过模温机将模具的温度调至200～250℃，根据待成型产品的壁厚，设定喷射头的喷射速度，当壁厚大于5mm，设定喷射头喷射低速速度为0.05～0.20m/s，当壁厚小于5mm，喷射高速速度为0.5-2m/s，铸造压力为50～100MPa。

进一步地，步骤(4)三合一除气精炼剂为COVERAL GR 2510，使用比例为熔体重量的0.3％。

进一步地，步骤(4)精炼过程中，精炼管浸入金属熔液2/3处，有序的由上至下搅拌金属熔液8～10min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)相比于现有压铸阳极产品，本发明通过晶粒细化和组织均匀性两种方式来获取更加均匀细化的晶体组织结构，从而使得最终的挤压铸造产品表面可以做亮色阳极，并达到表面一致性。

本发明采用多元元素细化，微量的细化元素可以在成型时，形成弥散分布的形核点，抑制晶体长大，从而细化晶粒，同时这些元素不会反应生成第二相，避免了由于第二相与基体结构不同而引起的阳极异色，同时，细化的晶粒可以增加材料流动性，使得在成型过程中更好的填充效率。

2)相同成分的铝合金材料，例如6063铝合金，如果采用不同的加工方式，例如型材成型方式和压铸成型方式，最终产品表面的阳极氧化效果会有一定的差异。可见除了材料元素成分，成型方式也对最终的亮色阳极有一定的影响。这种影响主要是由于不同成型方式对于产品组织结构是不同的，因而，控制压铸组织均匀性对于表面阳极氧化具有非常重要的作用。采用恒温料筒，保证铝液进入料筒后可以保持在液相线以上，不产生预结晶晶粒。由于预结晶晶粒会比压铸产品晶粒大，而在最终产品表面形成不均匀的组织结构，因而阳极氧化膜会有异色。同时也需要提升模具温度并保证不同位置的模具温度均匀性，使得压铸产品可以顺序凝固。顺序凝固的晶粒结构更加均匀，并且减少晶体结构疏松的可能性，进一步提升产品表面的均匀性。

3)加热料筒相比于普通的压射料筒，直径更大，高度更小，并配有料筒加热装置。这种料筒可以降低料筒填充率，更加有效的加快挤压铸造过程中气体的排出，避免在成型过程中可能产生的卷气，夹杂等引入杂质的可能性，对亮色阳极氧化产生影响。

附图说明

图1为经过亮色阳极氧化处理的产品；

图2为挤压铸造加热料筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1-8：

一种亮色可阳极氧化压铸铝合金及其制备方法，该铝合金各成分含量为：Mn的含量为0.5～2.5wt％，Fe的含量为0.05～0.2wt％，Mg的含量为0～0.5wt％，Zn的含量为0～0.5wt％，Co的含量为0～0.2wt％，Zr的含量为0～0.05wt％，Cr的含量为0～0.2wt％，Ti的含量为0.005～0.15wt％，RE的含量为0.005～0.2wt％，其他杂质总量为0～0.5wt％，其余为Al。RE为稀土元素，在实施例1-8中为Al-20LaCe混合稀土。

以100kg总重量配料，得到以下实施例1-8的配料重量，见表1。得到的实际元素比例，见表2。

表1为实施例1-8原料配料表

表2为实施例1-8个元素含量表

元素	Al(％)	Mg(％)	Zn(％)	Mn(％)	Fe(％)	Co(％)	Zr(％)	Cr(％)	Ti(％)	RE(％)
											1	0.98	0.38	0.44	0.70	0.187	0.115	0.004	0.041	0.126	0.194
2	0.98	0.18	0.24	1.08	0.134	0.045	0.040	0.157	0.025	0.076
											3	0.97	0.21	0.16	1.85	0.218	0.076	0.048	0.170	0.124	0.185
4	0.96	0.46	0.35	2.18	0.057	0.093	0.015	0.171	0.102	0.173
											5	0.96	0.16	0.39	2.96	0.169	0.031	0.042	0.079	0.070	0.190
6	0.98	0.12	0.09	1.35	0.192	0.134	0.027	0.142	0.030	0.104
											7	0.98	0.28	0.32	0.88	0.199	0.200	0.022	0.131	0.152	0.059
8	0.98	0.15	0.02	1.23	0.146	0.087	0.025	0.092	0.033	0.046

上述各实施例所述的铝合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)以纯Al锭作为合金中铝元素的原料，以Al-10％Mn中间合金作为合金中锰元素的原料，以Al-10％Fe中间合金作为合金中铁元素的原料，以Al-70％Co中间合金作为合金中钴元素的原料，以Al-5％Zr中间合金作为合金中锆元素的原料，以Al-10％Cr中间合金作为合金中铬元素的原料，以纯Mg锭作为合金中镁元素的原料，以纯Zn锭作为合金中锌元素的原料，按上述铝合金成分的质量百分比称取相应的原料，其中Mg收得率为95％、Zn收得率为98％、Fe收得率为100％、Co收得率为80％、Mn收得率为95％、Zr收得率为95％、Cr收得率为95％，Ti收得率为95％，RE收得率为80％，配料时应注意。

(2)将纯Al锭、纯Mg锭、纯Zn锭、Al-10％Mn中间合金、Al-10％Fe中间合金、Al-70％Co中间合金、Al-5％Zr中间合金、Al-10％Cr中间合金放入预热炉中预热到150～200℃，充分去除原料中存在的水分。

(3)将全部纯Al锭放入井式电阻坩埚炉中，升温至所有铝锭完全熔化，将金属熔液温度调至700℃，加入预热的纯Mg锭和纯Zn锭，保温15～30min，直至纯Mg锭和纯Zn锭全部熔化。

(4)将金属熔液温度升至730℃，然后将预热的Al-10％Mn中间合金、Al-10％Fe中间合金、Al-70％Co中间合金、Al-5％Zr中间合金、Al-10％Cr中间合金加入金属熔液中，保温35～40min，直至Al-Mn中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Co中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金全部熔化。

(5)将金属熔液温度升至750℃，加入三合一精炼剂(选用COVERAL GR 2510，使用比例为熔体重量的0.3％)进行精炼除气，精炼过程中，精炼勺浸入金属熔液2/3处，有序的由上至下搅拌金属熔液8～10min，精炼除气完毕后，将温度降至在730℃静止15～20min，进行扒渣。

(6)挤压铸造方法：将精炼好的亮色可阳极氧化压铸铝合金温度调至720～750℃，在挤压铸造机上采用模具(模具的形状根据待成型产品形状确定)压铸成型，挤压铸造机包括料筒和模具，其中料筒配有料筒加热装置，结构如图2所示，包括料筒主体1，其上设有加热接线口2，料筒主体1一端连接金属熔融装置的出料口，另一端连接喷射头，喷射头连接模具，通过模温机将金属模具的温度调至200～250℃，设定喷射头低速速度为0.05～0.20m/s，高速速度为0.5-2m/s(根据产品的大小和壁厚，厚壁件采用低速，薄壁件采用高速，一般而言壁厚大于5mm的为厚壁，小于5mm的为薄壁)，铸造压力为50～100MPa。根据产品体积大小确定浇注量，在上述压力铸造参数范围内进行参数调整，直至获得质量合格的铸件。

(8)后加工：按正常压铸件进行整形、除毛边、机加、抛光、喷砂等后加工。

(9)阳极氧化：此压铸铝合金具有优异的阳极氧化上色性能，适用于各种亮色颜色。如图1所示为实施例1所得铸件经过亮色阳极氧化处理的产品，可以看出通过阳极氧化后，压铸件表面色彩均匀无异色，并且亮度好，达到了亮色阳极氧化外观效果。

Claims

1.一种亮色可阳极氧化挤压铸造铝合，其特征在于，该合金包括以下质量百分数的元素：Mn的含量为0.5～2.5wt％，Fe的含量为0.05～0.2wt％，Mg的含量为0～0.5wt％，Zn的含量为0～0.5wt％，Co的含量为0～0.2wt％，Zr的含量为0～0.05wt％，Cr的含量为0～0.2wt％，Ti的含量为0.005～0.15wt％，RE的含量为0.005～0.2wt％，其他杂质总量为0～0.5wt％，其余为Al。

2.根据权利要求1所述的一种亮色可阳极氧化挤压铸造铝合，其特征在于，所述合金中含有：Mn 0.8～2.0wt％；Fe 0.05～0.1wt％，Mg 0～0.3wt％，Zn 0～0.3wt％，Co 0.05～0.15wt％，Zr 0～0.02wt％，Cr 0～0.1wt％，Ti 0.005～0.15wt％，RE 0.01～0.2wt％。

3.根据权利要求1或2所述的一种亮色可阳极氧化挤压铸造铝合，其特征在于，所述的RE为稀土元素，包括La、Ce、Pr、Nd、Sm中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种亮色可阳极氧化挤压铸造铝合，其特征在于，以高纯铝锭作为合金中Al元素的原料，以纯Mg锭作为合金中镁元素的原料，以纯Zn锭作为合金中锌元素的原料。

5.根据权利要求1所述的一种亮色可阳极氧化挤压铸造铝合，其特征在于，以Al-Mn中间合金作为合金中锰元素的原料，以Al-Fe中间合金作为合金中铁元素的原料，以Al-Co中间合金作为合金中钴元素的原料，以Al-Zr中间合金作为合金中锆元素的原料，以Al-Cr中间合金作为合金中铬元素的原料，以Al-Ti中间合金作为合金中钛元素的原料，以Al-RE中间合金作为合金中稀土元素的原料，按上述铝合金各成分的质量百分比称取相应的原料。

6.一种如权利要求1或2所述的亮色可阳极氧化挤压铸造铝合的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5)将金属熔液调至浇注温度，720-750℃，在可阳极氧化专用挤压铸造机上采用模具挤压铸造成型。

7.根据权利要求6所述的亮色可阳极氧化挤压铸造铝合的制备方法，其特征在于，步骤(5)得到挤压铸造机的料筒比传统挤压铸造机料筒直径更大，直径为100mm，高度为150-200mm，料筒中的金属熔液通过喷射头喷入模具，并配有料筒加热装置。

8.根据权利要求7所述的亮色可阳极氧化挤压铸造铝合的制备方法，其特征在于，通过模温机将模具的温度调至200～250℃，根据待成型产品的壁厚，设定喷射头的喷射速度，当壁厚大于5mm，设定喷射头喷射低速速度为0.05～0.20m/s，当壁厚小于5mm，喷射高速速度为0.5-2m/s，铸造压力为50～100MPa。

9.根据权利要求6所述的亮色可阳极氧化挤压铸造铝合的制备方法，其特征在于，步骤(4)三合一除气精炼剂为COVERAL GR 2510，使用比例为熔体重量的0.3％。

10.根据权利要求6所述的亮色可阳极氧化挤压铸造铝合的制备方法，其特征在于，步骤(4)精炼过程中，精炼管浸入金属熔液2/3处，有序的由上至下搅拌金属熔液8～10min。