CN115369293A - 一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度阳极氧化用Al‑Mg系铝板带及其制备方法。所述Al‑Mg系铝板带化学成分按质量分数计为：Si 0.03~0.08%，Fe 0.05~0.20%，Cu 0.01~0.03%，Mn 0.20~0.30%，Mg 5.5~8.0%，Zn≤0.03%，Ti≤0.03%，余量为铝；所述制备方法：将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、中间退火、成品冷轧、清洗矫直、分切制得高强度阳极氧化用Al‑Mg铝板带。本发明铝合金带材的抗拉强度≥340MPa，屈服强度≥270MPa，延伸率≥10%，平均晶粒尺寸＜15μm，晶粒纵横比率0.8~1.2，金属间化合物最大尺寸＜5um，单位面积内化合物占比＜10%，满足产品高强度冲压成型及阳极氧化要求。

Description

一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带及其制备方法
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用Al-Mg系铝板带及其制备方法。
背景技术
伴随5G电子产品朝着轻薄、便携、散热及高颜值的方向发展，新型材质的选择成为电子产品外壳减重的重要途径之一，相比镁合金、塑料及碳纤维等材料，铝合金不论成形性、耐蚀性、性价比等方面均更具优势，但铝合金面临着强度不足而无法进一步减薄的难题。电子外壳用高性能铝材要求具有良好的强塑性，冲压拉孔不开裂，同时喷砂阳极氧化处理后表面无“料纹”、色泽均匀、耐磨、耐蚀等特点。业界普通认为5系铝合金添加高含量的Mg、Cu、Cr等元素可提高铝材强度，但易出现阳极氧化后色泽偏暗、局部区域异色及冲压成形易开裂等难题，国内外同行均受该技术难题的困扰。
专利申请号为201811260701.3公开了阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材及其制备方法。通过调整合金元素Si≤0.04，Fe≤0.05，Cu≤0.05，Mn0.40~0.50，Mg3.0~3.5，Ti0.005~0.012，Fe/Si≤1.5，采用430~460℃，3~5h及500~530℃，4~20h双级均匀化处理，热轧厚度2.0~7.0mm，热轧终轧温度250~350℃，将热轧后的卷材经过20~90%的冷轧后，直接经退火制得成品；或将其冷轧至中间厚度后，在300~360℃中间退火温度下保温2~6h，再冷轧到成品厚度，然后经过120~280℃、2~6h的成品退火后，拉弯矫直制得成品，材料抗拉强度≥280MPa，屈服强度≥240MPa，延伸率≥6%，经15~20μm膜厚的阳极氧化工艺处理后，60°测量角的光泽度Gu值≥120。该方法采用高纯净化合金设计面临着生产成本陡增，同时添加不多的主强化Mg元素，强度提升受限。
专利申请号为201710548317.2公开了一种镜面状阳极氧化用铝板带材及其制备方法，通过调整合金元素Si≤0.03，Fe≤0.03，Cu0.03~0.08，Mn0.06~0.10，Mg4.0~5.0，Zn0.16~0.25，Ti0.0,2~0.03，采用440~450℃，10~40h及530~550℃，1~12h，再降温450~480℃三级均匀化处理，热轧厚度3.0~10mm，热轧终轧温度250~350℃，将热轧后的卷材经过50~80%的冷轧后进行中间退火，中间退火温度为360~460℃,保温时间为2~6h，中间退火升温速率≥60℃/h，然后冷轧到成品厚度，冷轧压下率为40~80%，经过150~280℃的成品退火后再经拉弯矫直制得成品。该方法采用三级均热，两次退火及高纯净化成分设计面临生产成本陡增，同时屈服强度仅205~235MPa的问题。
专利申请号为201610081536.x、201610081538.9分别公开了一种高强度阳极氧化用铝合金带材及其制备方法、一种超高强度阳极氧化用铝合金带材及其制备方法，通过调整合金元素Si≤0.08，Fe≤0.15，Cu0.05~0.20，Mn≤0.05，Cr≤0.25，Ti≤0.05，Mg分别为2.0~3.5、3.0~5.0，热轧后的卷材直接冷轧到成品厚度，冷轧总压下率≥10%，然后进行150~300℃成品退火，制得成品；或热轧后的卷材经过10~70%的冷轧，再进行中间退火，中间退火温度为300~500℃，保温时间30s~4h，然后冷轧到成品厚度，冷轧压下率为10~80%，最后经过150~300℃的成品退火，制得屈服强度≥230MPa，表面粗糙度Ra≤0.30μm的铝材。同样面临强塑性提升受限问题。
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用Al-Mg系铝板带及其制备方法，工艺流程搭配合理，生产成本较低。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带，所述Al-Mg系铝板带化学成分按质量分数计为：Si 0.03~0.08%，Fe 0.05~0.20%，Cu 0.01~0.03%，Mn 0.20~0.30%，Mg 5.5~8.0%，Zn≤0.03%，Ti ≤0.03%，余量为铝。
本发明还提供了一种如上述所述的一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带的制备方法，将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、中间退火、成品冷轧、清洗矫直、分切制得高强度阳极氧化用Al-Mg铝板带。
在本发明一实施例中，该制备方法具体包括如下步骤：
（1）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，出炉后热轧轧制至厚度2~10mm，热轧终轧温度355~425℃；
（3）将热轧卷经冷轧至中间厚度，并采用连续气垫炉进行中间退火，再冷轧至成品厚度，再清洗矫直、分切至成品Al-Mg系铝板带。
在本发明一实施例中，步骤（3）所述的条件为：中间退火执行380~450℃，保温0~60sec，同时升温/降温速率均≥4℃/sec。
在本发明一实施例中，步骤（3）所述的条件为：中间退火至成品冷轧加工率＜10%，保证成品表面粗糙度Ra≤0.25μm。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明针对各元素进行匹配设计，通过中间退火调控晶粒大小、织构取向、析出物分布，以及退火后冷轧小压下率，不仅节省了第二道成品退火，同时还保证了成品的强塑性及阳极氧化质量，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。同时所制得的铝合金带材的抗拉强度≥340MPa，屈服强度≥270MPa，延伸率≥10%，平均晶粒尺寸＜15μm，晶粒纵横比率0.8~1.2，金属间化合物最大尺寸＜5um，单位面积内化合物占比＜10%，满足产品高强度冲压成型及阳极氧化要求。
附图说明
图1为本发明制备方法流程图。
图2为冲压对比图（左图为对比例1，冲压开裂；右图为实施例1，冲压和阳极氧化良好）。
图3为析出物对比图（左图为对比例2：析出物多；右图为实施例2：析出物少）。
图4为阳极氧化质量对比图（左图为对比例2：阳极氧化异色线；右图为实施例2：阳极氧化质量良好）。
图5为晶粒对比图（左图为对比例3：平均晶粒尺寸17.23μm，晶粒纵横比率0.74；右图为实施例3：平均晶粒尺寸8.94μm，晶粒纵横比率1.05）。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带，所述Al-Mg系铝板带化学成分按质量分数计为：Si 0.03~0.08%，Fe 0.05~0.20%，Cu 0.01~0.03%，Mn 0.20~0.30%，Mg 5.5~8.0%，Zn≤0.03%，Ti ≤0.03%，余量为铝。
本发明还提供了一种如上述所述的一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带的制备方法，将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、中间退火、成品冷轧、清洗矫直、分切制得高强度阳极氧化用Al-Mg铝板带；如图1所示，该制备方法具体包括如下步骤：
（1）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，出炉后热轧轧制至厚度2~10mm，热轧终轧温度355~425℃；
（3）将热轧卷经冷轧至中间厚度，并采用连续气垫炉进行中间退火，再冷轧至成品厚度，再清洗矫直、分切至成品Al-Mg系铝板带。
以下为本发明具体实现过程。
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、等轴性、取向，粗大第二相及析出物的分布，强塑性等指标。
本发明着眼于能提供一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带的制备方法，涉及的组成成分的质量分数为：Si0.03~0.08%，Fe0.05~0.20%，Cu0.01~0.03%，Mn0.20~0.30%，Mg5.5~8.0%，Zn≤0.03%，Ti≤0.03%，余量为铝及不可避免杂质。
经热轧、冷轧、连续退火、冷轧制得一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带。
中间退火执行380~450℃，保温0~60sec，同时升温/降温速率均≥4℃/sec，不仅获得细小等轴且取向均匀的晶粒，同时快速冷却也避免了β相大量析出和阳极氧化异色线的出现。
在确保材料强度的前提下，中间退火后冷轧小压下率，保持良好的塑性，同时晶粒仍保持良好的等轴性，有利产品的成型及阳极氧化质量。细腻表面可以减少后续打磨抛光，因此，控制中间退火至成品冷轧加工率＜10%，成品表面粗糙度Ra≤0.25μm为宜。
下面就以具体得实施例来进行说明。
实施例1
一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带的制备方法，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si0.03%，Fe0.18%，Cu0.02%，Mn0.28%，Mg6.2%，Zn0.02%，Ti0.025%，余量为铝及不可避免杂质。
将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、中间退火、成品冷轧、清洗矫直、分切制得一种高强度阳极氧化用Al-Mg铝板带，具体制备方法包括以下步骤：
（1）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8.0mm，终轧温度360℃；
（3）将热轧卷经冷轧至中间厚度1.1mm，并采用连续气垫炉进行400℃，保温5s，升温速率5℃/sec，降温速率6℃/sec，中间退火再冷轧至成品厚度1.0mm，加工率9.09%；
（4）再清洗矫直、分切至成品交货。
制得铝合金带材的抗拉强度350MPa，屈服强度287MPa，延伸率14.3%，平均晶粒尺寸11.04μm，晶粒纵横比率0.98，金属间化合物最大尺寸4.3um，单位面积内化合物占比7.2%，满足产品高强度冲压成型及阳极氧化要求。
实施例2
一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带的制备方法，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si0.05%，Fe0.08%，Cu0.01%，Mn0.20%，Mg7.3%，Zn0.01%，Ti0.015%，余量为铝及不可避免杂质。
将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、中间退火、成品冷轧、清洗矫直、分切制得一种高强度阳极氧化用Al-Mg铝板带，具体制备方法包括以下步骤：
（1）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4.0mm，终轧温度380℃；
（3）将热轧卷经冷轧至中间厚度0.87mm，并采用连续气垫炉进行380℃，保温55s，升温速率8℃/sec，降温速率7℃/sec，中间退火再冷轧至成品厚度0.80mm，加工率8.05%；
（4）再清洗矫直、分切至成品交货。
制得铝合金带材的抗拉强度362MPa，屈服强度295MPa，延伸率15.2%，平均晶粒尺寸9.25μm，晶粒纵横比率1.17，金属间化合物最大尺寸3.49um，单位面积内化合物占比6.63%，满足产品高强度冲压成型及阳极氧化要求。
实施例3
一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带的制备方法，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si0.08%，Fe0.012%，Cu0.03%，Mn0.26%，Mg6.1%，Zn0.01%，Ti0.022%，余量为铝及不可避免杂质。
将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、中间退火、成品冷轧、清洗矫直、分切制得一种高强度阳极氧化用Al-Mg铝板带，具体制备方法包括以下步骤：
（1）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4.0mm，终轧温度420℃；
（3）将热轧卷经冷轧至中间厚度0.65mm，并采用连续气垫炉进行450℃，保温10s，升温速率12℃/sec，降温速率15℃/sec，中间退火再冷轧至成品厚度0.60mm，加工率7.69%；
（4）再清洗矫直、分切至成品交货。
制得铝合金带材的抗拉强度358MPa，屈服强度281MPa，延伸率16.26%，平均晶粒尺寸8.94μm，晶粒纵横比率1.05，金属间化合物最大尺寸3.06um，单位面积内化合物占比5.88%，满足产品高强度冲压成型及阳极氧化要求。
对比例1
一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带的制备方法，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si0.03%，Fe0.18%，Cu0.02%，Mn0.28%，Mg6.2%，Zn0.02%，Ti0.025%，余量为铝及不可避免杂质。
将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、中间退火、成品冷轧、清洗矫直、分切制得一种高强度阳极氧化用Al-Mg铝板带，具体制备方法包括以下步骤：
（1）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8.0mm，终轧温度360℃；
（3）将热轧卷经冷轧至中间厚度1.2mm，并采用连续气垫炉进行400℃，保温5s，升温速率5℃/sec，降温速率6℃/sec，中间退火再冷轧至成品厚度1.0mm，加工率16.67%；
（4）再清洗矫直、分切至成品交货。
制得铝合金带材的抗拉强度414MPa，屈服强度403MPa，延伸率6.37%，晶粒纵横比0.74，强度偏高，延伸率偏低，造成冲压开裂反弹，另阳极氧化质量不佳。
对比例2
一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带的制备方法，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si0.05%，Fe0.08%，Cu0.01%，Mn0.20%，Mg7.3%，Zn0.01%，Ti0.015%，余量为铝及不可避免杂质。
将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、中间退火、成品冷轧、清洗矫直、分切制得一种高强度阳极氧化用Al-Mg铝板带，具体制备方法包括以下步骤：
（1）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4.0mm，终轧温度380℃；
（3）将热轧卷经冷轧至中间厚度0.87mm，并采用连续气垫炉进行380℃，保温55s，升温速率8℃/sec，降温速率25℃/sec，中间退火再冷轧至成品厚度0.80mm，加工率8.05%；
（4）再清洗矫直、分切至成品交货。
制得铝合金带材的抗拉强度358MPa，屈服强度291MPa，延伸率14.06%，单位面积内化合物占比12.93%，阳极氧化异色线明显，无法满足客户使用。
对比例3
一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带的制备方法，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：Si0.08%，Fe0.012%，Cu0.03%，Mn0.24%，Mg5.8%，Zn0.01%，Ti0.022%，余量为铝及不可避免杂质。
将铝锭、中间合金锭和电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、冷轧、中间退火、成品冷轧、清洗矫直、分切制得一种高强度阳极氧化用Al-Mg铝板带，具体制备方法包括以下步骤：
（1）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4.0mm，终轧温度420℃；
（3）将热轧卷经冷轧至中间厚度0.65mm，并采用连续气垫炉进行450℃，保温10s，升温速率1.05℃/sec，降温速率15℃/sec，中间退火再冷轧至成品厚度0.60mm，加工率7.69%；
（4）再清洗矫直、分切至成品交货。
制得铝合金带材的抗拉强度358MPa，屈服强度281MPa，延伸率16.26%，平均晶粒尺寸17.23μm，晶粒纵横比率0.74，阳极氧化质量不佳。
图2为冲压对比图；左图为对比例1，冲压开裂；右图为实施例1，冲压和阳极氧化良好。图3为析出物对比图；左图为对比例2：析出物多；右图为实施例2：析出物少。图4为阳极氧化质量对比图；左图为对比例2：阳极氧化异色线；右图为实施例2：阳极氧化质量良好。图5为晶粒对比图；左图为对比例3：平均晶粒尺寸17.23μm，晶粒纵横比率0.74；右图为实施例3：平均晶粒尺寸8.94μm，晶粒纵横比率1.05。
由上述实施例和对比例可以看出，按照本发明方案可生产出满足高强冲压阳极氧化铝带材，但生产工艺不合适，容易出现冲压开裂或阳极氧化异常的情况。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带，其特征在于，所述Al-Mg系铝板带化学成分按质量分数计为：Si 0.03~0.08%，Fe 0.05~0.20%，Cu 0.01~0.03%，Mn 0.20~0.30%，Mg 5.5~8.0%，Zn≤0.03%，Ti ≤0.03%，余量为铝。
2.一种如权利要求1所述的一种高强度阳极氧化用Al-Mg系铝板带的制备方法，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、中间退火、成品冷轧、清洗矫直、分切制得高强度阳极氧化用Al-Mg铝板带。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，该制备方法具体包括如下步骤：
（1）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，出炉后热轧轧制至厚度2~10mm，热轧终轧温度355~425℃；
（3）将热轧卷经冷轧至中间厚度，并采用连续气垫炉进行中间退火，再冷轧至成品厚度，再清洗矫直、分切至成品Al-Mg系铝板带。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的条件为：中间退火执行380~450℃，保温0~60sec，同时升温/降温速率均≥4℃/sec。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的条件为：中间退火至成品冷轧加工率＜10%，保证成品表面粗糙度Ra≤0.25μm。
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