CN114855037A - 一种适于阳极氧化的含锂压铸铝合金材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种适于阳极氧化的含锂压铸铝合金材料及制备方法，该含锂压铸铝合金材料包括如下质量百分比的成分：Li：0.1～1.0％；Mg：0.6～2.5％；Zn：0.2～1.0％；V：0.02～0.04％；Co：0.01～0.4％；以及铈镧混合稀土R_E、Sc、Ti、Y，Ca、Cr中任一种或任二种以上的微量元素，所述微量元素的总含量为0.01～0.5％，余量为Al以及杂质元素。本发明的合金材料具有密度较低、良好的压铸成型性能、成型后的工件适合进行阳极氧化处理、以及中等强度的优良的综合力学性能，尤其适于制作异型压铸结构件以及有质量轻量化要求的阳极氧化压铸件。

Description

一种适于阳极氧化的含锂压铸铝合金材料及制备方法

技术领域

本发明涉及压铸铝合金材料领域，特别是涉及一种适于阳极氧化的含锂压铸铝合金材料及制备方法。

背景技术

压铸铝合金由于具有质量轻，比强度高，易加工成型等特点而得到广泛的应用。而且随着应用量的增加与应用领域的拓宽，市场对其力学性能、表面装饰效果以及构件轻量化各方面都不断提出更高的要求。

目前已有的Al-Si系压铸铝合金系，虽强度较高，但因合金中的硅(Si)在阳极氧化过程中，会以悬浮状态存在电解液中，从而影响铝件阳极氧化膜的均匀度、透明度和着色色系种类；Al-Mg系、Al-Zn系铝合金，其压铸成型性能较差，充型性不好，且有很大的热裂倾向，阳极氧化性也不好。

目前市面上还有一些日本、韩国以及国内外其它商品化可阳极氧化压铸铝合金材料，如DM3，DM6，DM32等牌号。发明人曾用来试制作C3面板(外观要求装饰性高)、浴室置物架(成型面积较大)、导航装置外壳(结构复杂)等压铸件，均无法满足产品要求。其主要不足之处：1.铝合金熔体流动性不好，充型性不好；2.抗热裂性较差，易产生热裂纹；3.阳极氧化着色不均匀，欠光亮，常出现局部阴暗区和黑斑纹；4.无法满足产品构件轻量化的需求。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种适于阳极氧化的含锂压铸铝合金材料及制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种适于阳极氧化的含锂压铸铝合金材料，包括如下质量百分比含量的成分：Li：0.1～1.0％；Mg：0.6～2.5％；Zn：0.2～1.0％；V：0.02～0.04％；Co：0.01～0.4％；以及铈镧混合稀土R_E、Sc、Ti、Y，Ca、Cr中任一种或任二种以上的微量元素，所述微量元素的总含量为0.01～0.5％，优选地，铈镧混合稀土R_E的含量配置成0.05-0.10％；余量为Al以及杂质元素。

进一步地：

Mg/Zn的质量比值为2.5。

Mg与Zn的含量之和≤3.0％。

Al之外添加的合金元素、微量元素以及杂质的含量总和≤5.0％。

单个杂质元素含量≤0.2％，所述杂质元素的总含量≤0.5％。

一种制备含锂压铸铝合金材料的方法，按照所述的含锂压铸铝合金材料的成分配比制作所述含锂压铸铝合金材料。

进一步地：

所述方法包括合金分段熔炼的过程：第一段熔炼得到基体铝、锌锭、AlV₅、AlCo₁₀与所述微量元素的熔汤；第二段熔炼再添加AlLi₁₀和镁锭完成最终熔炼。

所述第一段熔炼包括：熔化基体铝，熔汤温度达到680～700℃时加入所述锌锭，边加入，边搅动熔汤，再依次加入AlV₅、AlCo₁₀、以及Sc、Ti、Y、Ca、Cr中任一种或任二种以上的中间合金，边搅动熔汤，溶体温度在780℃时，加入铈镧混合稀土R_E，搅拌后静置时间20～30分钟，捞浮渣；所述第二段熔炼包括：在惰性气体保护下，加入AlLi₁₀，熔体温度在680～700℃时，加入镁锭并搅动，静置。

在合金熔炼之前，所述方法还包括如下步骤：

将合金熔炼的原材料在100～150℃温度下烘烤1～2小时。其中AlLi₁₀中间合金真空包装，置于干燥箱内备用。

在合金熔炼之后，还包括如下步骤：

精炼，用惰性气体吹喷入炉底，从炉底往上旋转吹喷3～5分钟，精炼除气除渣；

浇铸，精炼完成后，再次捞渣，待溶体温度降至700±10℃时，浇铸成压铸用铝合金锭。

一种使用所述的含锂压铸铝合金材料进行压铸成型得到压铸件并进行阳极氧化的应用。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种中等强度、压铸成型性能良好、阳极氧化性能良好、密度较低的含锂压铸铝合金材料及制备方法。本发明对压铸铝合金元素组合配比的设计与优化，提高了铝合金材料的强度，同时又有效降低了铝合金的密度；本发明中微量元素的加入增强了强化效果，改善了合金铸造性能，同时，通过微量元素总含量的控制减少了偏析对阳极氧化表面处理效果的影响。

本发明的含锂压铸铝合金材料具有密度较低、良好的压铸成型(砂型铸造，重力铸造)性能、成型后的工件适合进行阳极氧化处理、以及中等强度的优良的综合力学性能，尤其适于制作异型压铸结构件以及有质量轻量化要求的阳极氧化压铸件。

附图说明

图1为本发明实施例制备含锂压铸铝合金材料的方法的流程图。

图2为根据实施例一的含锂压铸铝合金材料制作得到的卫星导航装置外壳的外观图。

图3为根据实施例二的含锂压铸铝合金材料制作得到的净水器底座的外观图。

图4为根据实施例三的含锂压铸铝合金材料制作得到的置物架的外观图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明实施例提供一种适于阳极氧化的含锂压铸铝合金材料，包括如下质量百分比的成分：Li：0.1～1.0％；Mg：0.6～2.5％；Zn：0.2～1.0％；V：0.02～0.04％；Co：0.01～0.4％；以及铈镧混合稀土R_E、Sc、Ti、Y，Ca、Cr中任一种或任二种以上的微量元素，所述微量元素的总含量0.01～0.5％，余量为Al以及不可避免的杂质元素Fe，Si等。

本发明添加合金成分Li，一方面能够改善铝合金密度，轻量化铝产品，同时由于Li的时效效应，又能够提高铝合金强度，有利于压铸构件离型。本发明还能够显著增强铝合金液的流动性、充型性，且不影响压铸件阳极氧化性能。在特别优选的实施例中，发明人将锌含量配置成0.2～1.0％，镁含量配置成0.6～2.5％，Mg/Zn质量比值为2.5，Mg+Zn之和控制在≤3.0％范围，这样配比的铝合金获得了较好的压铸铸造性能，且有明显的强化效果，抗热裂倾向增大。

在特别优选的实施例中，本发明的含锂压铸铝合金材料中，铈镧混合稀土R_E的含量配置成0.05～0.10％。由此，不仅细化晶粒、增加铝合金强度，且有净化铝液的作用，在很大程度上消除杂质元素对压铸铝合金阳极氧化着色性能的影响。

在优选的实施例中，除基体铝以外的所有合金元素(含微量元素及杂质)，总含量≤5.0％，有效减少偏析对阳极氧化着色均匀度的影响。

本发明的适于阳极氧化的含锂压铸铝合金材料，具有密度较低、压铸成型(砂型铸造，重力铸造)性能良好、成型后的工件适合进行阳极氧化处理以及优良的综合力学性能，适用于异型压铸结构件以及有质量轻量化要求的阳极氧化压铸件。

本发明实施例还提供一种制备含锂压铸铝合金材料的方法，按照所述的压铸铝锂合金材料的成分配比制作所述压铸铝锂合金材料。

在优选的实施例中，所述方法包括合金分段熔炼的过程：第一段熔炼得到基体铝、锌锭、AlV₅、AlCo₁₀与所述微量元素的熔汤；第二段熔炼再添加AlLi₁₀和镁锭完成最终熔炼。

如图1所示，在一些优选的实施例中，一种适合阳极氧化的含锂压铸铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：备料。选备纯度大于99.8％的铝锭、纯度大于99.9％的锌锭和镁锭，AlLi₁₀、AlV₅、AlCo₁₀中间合金，以及铈镧混合稀土R_E、Sc，Ti，Y，Ca，Cr中任一种或任二种以上的微量元素的中间合金，以上各组分作为制备本发明含锂压铸铝合金材料的原材料，使用前在100～150℃温度下烘烤1～2小时。其中AlLi₁₀中间合金真空包装，置于干燥箱内备用。

第二步：熔炼准备。熔炼准备。熔炼所用工具、模具、吹气管烘烤、涂刷保护层，经烘烤除气、防增铁(惰性气体装置另行处理)，尽量减少工具带入杂质元素。

第三步：合金第一段熔炼。熔化基体铝，铝熔汤温度达到680～700℃时加入称量好的纯锌锭，边加入，边搅动熔汤，再依次加入称量好的AlV₅、AlCo₁₀中间合金以及微量元素Sc，Ti，Y，Ca，Cr中任一种或任二种以上的中间合金，边搅动熔汤。溶体温度在780℃时，用钟罩压入铈镧混合稀土R_E，搅拌后静置时间20～30分钟，捞浮渣。

第四步：合金第二段熔炼。移装惰性气体气氛保护装置，在工业纯氩气保护下，分次加入AlLi₁₀中间合金，熔体温度在680～700℃时，加入称量好的纯镁(Mg)锭，搅动2分钟，静置10分钟。分段熔炼可以避免镁(Mg)和锂(Li)在熔化铈镧混合稀土R_E的高温(780℃)下的额外烧损。

第五步：精炼。用工业纯氩气吹喷入炉底，从炉底往上旋转吹喷3～5分钟，精炼除气除渣，静置10分钟，取样分析。

第六步：浇铸。精炼完成后，再次捞渣，待溶体温度降至700±10℃时，浇铸成每块6kg重的、压铸用铝合金锭。

本发明实施例还提供一种使用所述的压铸铝锂合金材料进行压铸成型得到压铸件并进行阳极氧化的应用。

以下进一步描述本发明的具体示例。

实施例一

一种适合阳极氧化的含锂压铸铝合金材料及制备方法和结构件在卫星导航装置外壳的应用：

按照上述成份要求，优选制备合金成份为：Li：0.7％；Mg：2.0％；Zn：0.8％；V：0.02％；Co：0.03％；铈镧混合稀土R_E：0.030％；Sc：0.020％；Ti：0.018％；Y：0.010％；余量为Al以及不可避免的杂质元素。

一种适合阳极氧化的含锂压铸铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：备料。选备纯度大于99.8％的铝锭、纯度大于99.9％的锌锭和镁锭，AlLi₁₀、AlV₅、AlCo₁₀中间合金，铈镧混合稀土R_E以及Sc，Ti，Y，微量元素的中间合金，以上各组分作为制备本发明含锂压铸铝合金材料的原材料，使用前在100～150℃温度下烘烤1～2小时。其中AlLi₁₀中间合金真空包装，置于干燥箱内备用。

第二步：熔炼准备。熔炼所用工具、模具、吹气管涂刷保护层，在150～200℃温度下烘烤1～2小时，达到除气、防增铁(惰性气体装置另行处理)。尽量减少工具带入杂质元素。

第三步：合金第一段熔炼。称量好的铝锭取1/3，和炉料总量0.3％的覆盖剂同置炉内，升温熔化，待炉内形成基铝熔池后，再逐步加入剩余铝锭。熔汤温度达到680～700℃时加入称量好的纯锌锭，边加入，边搅动熔汤，再依次加入称量好的AlV₅、AlCo₁₀中间合金以及微量元素Sc，Ti，Y，的中间合金，边搅动熔汤。溶体温度在780℃时，用钟罩压入铈镧混合稀土R_E，搅拌后静置时间20～30分钟，捞浮渣。

第四步：合金第二段熔炼。移装惰性气体保护装置，在工业纯氩气保护下，分次加入AlLi₁₀中间合金，熔体温度在680～700℃时，加入称量好的纯镁锭，搅动2分钟，静置10分钟。

第五步：精炼。用工业纯氩气吹喷入炉底，从炉底往上旋转吹喷3～5分钟，精炼除气除渣，静置10分钟，取样分析。

第六步：浇铸。精炼完成后，再次捞渣，待溶体温度降至700±10℃时，浇铸成每块6kg重的、压铸用铝合金锭。

作为该含锂压铸铝合金材料的应用，还可以包括以下步骤：

第七步：压铸重熔。将浇铸成型的压铸铝合金锭在压铸机配坩埚炉中重熔，熔汤温度至740℃时，用工业氩气吹气精炼5分钟，700±10℃静置5分钟后捞浮渣，开启压铸机自动汤勺将铝合金液浇入压铸机上的卫星导航装置外壳模具内，压铸成型，然后进行毛坯检验。

第八步：阳极氧化处理。压铸成型并经检验合格的毛坯，经过后道工序机械加工处理后，用硫酸法进行阳极氧化着色处理，得到致密透明、均匀光亮的氧化层。

实施例一的化学成分及性能见表(一)至(四)。根据实施例一得到的卫星导航装置实物外观如图2所示。

实施例二

实施例二是作为净水器底座构件的应用。优选的成分及质量百分比组成如下：Li：0.6％；Mg：1.5％；Zn：0.6％；V：0.025％；Co：0.04％；铈镧混合稀土R_E：0.030％；Sc：0.025％；Ti：0.018％；Y：0.010％；余量为Al以及不可避免的杂质元素。

实施例二的制备方法和实施例一相同，化学成分及性能见表(一)至(四)。根据实施例二得到的净水器底座实物外观如图3所示。

实施例三

实施例三是作为置物架组件的应用，优选的成分及质量百分比组成如下：Li：0.45％；Mg：1.0％；Zn：0.4％；V：0.03％；Co：0.06％；铈镧混合稀土R_E：0.07％；Sc：0.035％；Ti：0.020％；Y：0.015％；余量为Al以及不可避免的杂质元素。

实施例三的制备方法和实施例一相同，化学成分及性能见表(一)至(四)。根据实施例三得到的置物架实物外观如图4所示。

实施例四

由以下成分及质量百分比组成：Li：0.45％；Mg：0.8％；Zn：0.4％；V：0.035％；Co：0.08％；铈镧混合稀土R_E：0.07％；Sc：0.035％；Ti：0.020％；Y：0.015％；

余量为Al以及不可避免的杂质元素。

实施例四的制备方法和实施例一相同，化学成分及性能见表(一)至(四)。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种适于阳极氧化的含锂压铸铝合金材料，其特征在于，包括如下质量百分比含量的成分：Li：0.1～1.0％；Mg：0.6～2.5％；Zn：0.2～1.0％；V：0.02～0.04％；Co：0.01～0.4％；以及铈镧混合稀土R_E、Sc、Ti、Y，Ca、Cr、中任一种或任二种以上的微量元素，所述微量元素的总含量为0.01～0.5％，优选地，铈镧混合稀土R_E的含量配置成0.05～0.10％；余量为Al以及杂质元素。

2.如权利要求1所述的含锂压铸铝合金材料，其特征在于，Mg/Zn的质量比值为2.5。

3.如权利要求1或2所述的含锂压铸铝合金材料，其特征在于，Mg与Zn的含量之和≤3.0％。

4.如权利要求1至3任一项所述的含锂压铸铝合金材料，其特征在于，Al之外添加的合金元素、微量元素以及杂质的含量总和≤5.0％。

5.如权利要求1至4任一项所述的含锂压铸铝合金材料，其特征在于，单个杂质元素含量≤0.2％，所述杂质元素的总含量≤0.5％。

6.一种制备含锂压铸铝合金材料的方法，其特征在于，按照如权利要求1至5任一项所述的含锂压铸铝合金材料的成分配比制作所述含锂压铸铝合金材料；

优选地，所述方法包括合金分段熔炼的过程：第一段熔炼得到基体铝、锌锭、AlV₅、AlCo₁₀与所述微量元素的熔汤；第二段熔炼再添加AlLi₁₀和镁锭完成最终熔炼。

7.如权利要求6所述的制备含锂压铸铝合金材料的方法，其特征在于，所述第一段熔炼包括：熔化基体铝，熔汤温度达到680～700℃时加入所述锌锭，边加入，边搅动熔汤，再依次加入AlV₅、AlCo₁₀、以及Sc、Ti、Y、Ca、Cr中任一种或任二种以上的中间合金，边搅动熔汤，溶体温度在780℃时，加入铈镧混合稀土，搅拌后静置时间20～30分钟，捞浮渣；所述第二段熔炼包括：在惰性气体保护下，加入AlLi₁₀，熔体温度在680～700℃时，加入镁锭并搅动，静置。

8.如权利要求6至7任一项所述的制备含锂压铸铝合金材料的方法，其特征在于，在合金熔炼之前，还包括如下步骤：

将合金熔炼的原材料在100～150℃温度下烘烤1～2小时。其中AlLi₁₀中间合金真空包装，置于干燥箱内备用。

9.如权利要求6至8任一项所述的制备含锂压铸铝合金材料的方法，其特征在于，在合金熔炼之后，还包括如下步骤：

精炼，用惰性气体吹喷入炉底，从炉底往上旋转吹喷3～5分钟，精炼除气除渣；

浇铸，精炼完成后，再次捞渣，待溶体温度降至700±10℃时，浇铸成压铸用铝合金锭。

10.一种使用如权利要求1至5任一项所述的含锂压铸铝合金材料进行压铸成型得到压铸件并进行阳极氧化的应用。

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