CN115572854A - 一种眼镜盒用铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种眼镜盒用铝合金及其制备方法，所述铝合金的组成成分及重量百分比为：Si：0.90～2.10％，Fe：0.25～0.40％，Cu：0.10～0.40％，Mn：0.60～1.20％，Mg：0.10～0.40％，Zn：≤0.45％，Ti：0.02～0.08％，其它元素单个含量＜0.05％，总量＜0.15％，余量为铝。本申请使用回收铝，减少碳排放，原材料投料时，除合金元素含量小范围调整时需要用到金属添加剂之外，其余均为回收铝，大幅降低碳排放的同时，节约生产成本。

Description

一种眼镜盒用铝合金及其制备方法
技术领域
本申请涉及铝合金制备技术领域，具体涉及一种眼镜盒用铝合金及其制备方法。
背景技术
据艾瑞咨询《2020年中国眼镜镜片行业白皮书》调研结果显示，在消费能力提升且眼镜需求越来越丰富和差异化背景下，消费者更换眼镜的周期呈现逐渐缩短的趋势，平均更换或新购入眼镜及镜片的频率达到1.3年/次；而中商产业研究院的《2021年中国眼镜行业市场规模及未来发展趋势预测分析》则提到，2018～2023年年均复合增长率达3.81％，预计到2023年，我国镜片人均购买量将达到10.83副/百人，这意味着对眼镜盒的需求也会同步增加，将达到1.5亿副以上，因此，眼镜盒用铝合金产品的消耗也会大幅增加。
铝加工用到的电解铝是高能耗、高碳排放行业。据国际铝学会统计数据，综合来看，电解铝从生产到最终运输的吨铝二氧化碳排放量为16.5吨。而全球再生铝生产及运输环节吨铝二氧化碳排放量为0.6吨，其中旧回收铝吨铝碳排放量为0.4吨，新回收铝吨铝碳排放量为0.2吨。新回收铝是指铝材加工企业与铸件出产企业在制造产品进程中所发生的工艺废料以及因成分、性能不合格而作废的产品。回收铝相对电解铝在碳排放方面具备极高的优势，碳排放不到电解铝的5％，因此，提高回收铝的利用率能大大减少铝加工行业的碳排放。
发明内容
为了解决本领域存在的上述不足，本申请旨在提供一种眼镜盒用铝合金及其制备方法。
根据本申请的一个方面，提供一种眼镜盒用铝合金的制备方法，其原料中回收铝含量大于98％；
其制备方法包括：
熔炼，将回收铝熔化后，补充的金属添加剂继续熔炼；
精炼，通入氯氩混合气体进行一次精炼，将铝液倒入静置炉，继续通入氯氩混合气体二次精炼，精炼完成后静置、扒渣；
铸造，将二次精炼完成的铝合金进行铸造、锯切、铣面，铸造温度为700～710℃；
热轧，将铸锭加热至500～520℃，保温4～8h，出炉热轧至厚度为6～8mm的热轧卷；
冷轧，热轧卷经过5～6道次轧制为0.50～0.70mm的冷轧卷；
成品退火，将0.50～0.70mm的冷轧卷放入退火炉进行退火，退火温度为230～270℃，保温3h。
根据本申请的一些实施例，所述一次精炼和二次精炼的氯氩混合气体流量为9～11kg/h。
根据本申请的一些实施例，所述混合气体中氯气的流量比例占15～30％。
根据本申请的一些实施例，所述一次精炼时间为15～20min；
所述二次精炼时间为15～20min。
根据本申请的一些实施例，所述熔炼温度为760～780℃。
根据本申请的一些实施例，所述静置时间为30～90min。
根据本申请的另一方面，还提供一种上述方法制备的眼镜盒用铝合金，其组成成分及重量百分比为：Si：0.90～2.10％，Fe：0.25～0.40％，Cu：0.10～0.40％，Mn：0.60～1.20％，Mg：0.10～0.40％，Zn：≤0.45％，Ti：0.02～0.08％，其它元素单个含量＜0.05％，总量＜0.15％，余量为铝。
根据本申请的一些实施例，所述眼镜盒用铝合金的抗拉强度为160～200MPa，屈服强度＞135MPa，延伸率＞8％。
与现有技术相比，本申请至少包括如下有益效果：
本申请的制备方法使用回收铝，减少碳排放，原材料投料时，除合金元素含量小范围调整时需要用到金属添加剂之外，其余均为回收铝，大幅降低碳排放的同时，节约生产成本。
对于热传输铝合金材料领域，现有技术对于铝的回收，除1×××系纯铝合金外，回收铝利用通常不超过60％，本申请通过合理的成分设计，以及对熔炼及精炼工艺的调整，使回收铝利用率可达98％以上，除进行添加少量金属添加剂调整元素含量外可实现全部使用回收铝生产。大幅降低碳排放的同时，节约内部生产成本。
本申请对于回收铝的处理，在熔炼炉、静置炉均进行精炼，采用二次精炼，能够大幅提高回收铝的品质。并且炉内精炼除气采用氯氩混合气体，流量9～11kg/h，其中氯气的流量比例占15～30％，精炼时间15～20min。
本申请使用氯氩混合气体精炼，反应生成的AlCl3在上浮吸附的过程中还能分解部分Al2O3夹杂，除气除渣的精炼效果比单纯依靠氩气的上浮吸附的效果要明显很多，对回收铝熔炼品质及最终产品的性能有促进作用。
附图说明
图1为本申请示例实施例的眼镜盒用铝合金制备工艺流程图。
具体实施方式
目前对于铝的回收，因其成分、回收铝品质、熔炼过程中设备及工艺参数限制，回收铝利用通常在60％以内。并且回收铝再生熔炼过程中的除气除渣，回收铝因经过各种生产加工以及储存管理等方面的因素，往往容易有更多的非金属夹杂，也更容易带入水汽造成氢含量高，故需要严格的精炼来除气除渣。针对上述问题，本申请提供一种眼镜盒用铝合金及其制备方法。
下面将结合本申请实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
特别需要指出的是，针对本申请所做出的类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本申请。相关人员明显能在不脱离本申请内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本申请技术。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
本申请如未注明具体条件者，均按照常规条件或制造商建议的条件进行，所用原料药或辅料，以及所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
对于热传输铝合金材料领域，现有技术对于铝的回收，除1×××系纯铝合金外，回收铝利用通常不超过60％，主要有以下几种原因：(1)废铝成分复杂，芯材、皮材组合众多，往往同时含有多种合金元素，大批量再次利用时不能满足某一种合金成分需求；(2)废铝分类及管理细致程度，理论上，废铝分类越细，后续再利用时化学成分控制越容易实现，但因热传输铝合金牌号众多，再加上不同复合比、不同钎焊层组合，最终牌号多达几百种，对废铝储存场地、标识、配料等管理方面也提出了更高的要求；(3)回收铝品质、熔炼过程中设备及工艺参数限制，生产过程中产生的废铝通常带有乳液、轧制油、油污、脏污、灰尘、夹杂等，再次熔炼利用时除渣、除气、过滤等均需要特别关注。
本申请提供一种眼镜盒用铝合金，回收铝利用率可达98％以上，其组成成分及重量百分比为：Si：0.90～2.10％，Fe：0.25～0.40％，Cu：0.10～0.40％，Mn：0.60～1.20％，Mg：0.10～0.40％，Zn：≤0.45％，Ti：0.02～0.08％，其它元素单个含量＜0.05％，总量＜0.15％，余量为铝。
包括以下工艺步骤：
(1)熔炼，将回收铝添加到熔炼炉中，熔化后检测化学成分，根据目标含量计算所需补充的金属添加剂重量并加入，关闭炉门继续熔炼。熔炼温度为760～780℃，成分合格后通氯氩混合气体精炼，流量9～11kg/h，其中氯气的流量比例占15～30％，精炼时间15～20min。
(2)静置，熔炼完成后倒入静置炉，进行二次精炼，铝液温度为720～740℃，氯氩混合气体精炼，流量9～11kg/h，其中氯气的流量比例占15～30％，精炼时间15～20min，精炼完成后扒渣，静置时间30～90min。
其中，如果静置时间太短，小的非金属夹杂无法充分完成上浮或下沉，然而时间太长，也会导致精炼效果降低，同时影响生产效率。
(3)铸造，经氯氩混合气体在线除气、二级过滤后，开始铸造，铸造温度为700～710℃，铸锭规格为550×1290×7000mm。流槽检测氢含量＜0.13ml/100g.Al。
(4)锯切，铣面，将铸锭头、尾部分别锯切200mm，锯切后铸锭长度为6600mm，双面进行铣面，单面铣削量10mm。
(5)热轧，将铸锭放入立推式加热炉中加热至500～520℃，保温4～8h，出炉热轧至厚度为6～8mm的热轧卷；
(6)冷轧，热轧卷经过5～6道次轧制为0.50～0.70mm的冷轧卷；
(7)成品退火，将0.50～0.70mm的冷轧卷放入退火炉进行退火，退火温度为230～270℃，保温3h后出炉；
(8)检验，抗拉强度为160～200MPa，屈服强度＞135MPa，延伸率＞8％，满足客户冲压成型要求。
本申请的铝合金中，Mn和Al生成MnAl6相，可以提高强度，随着Mn含量的增加，合金的再结晶温度相应地提高，同时合金具有很大的过冷能力，在快速冷却结晶时，易产生晶内偏析，退火后易形成粗大晶粒。Fe能溶于MnAl6中形成(FeMn)Al6化合物，从而降低Mn在Al中的溶解度，一定含量的Fe，可以有效地细化板材后的退火晶粒，过量的Fe会形成大量的粗大片状(FeMn)Al6化合物，会降低力学性能。Fe和Si会加速Mn在热变形时从过饱和固溶体中的分解过程，会提高一些力学性能，少量的Cu即可显著提高合金的抗拉强度，少量的Mg能显著地细化合金退火后的晶粒，有利于冲压过程中的均匀变形，同时还能略微提高抗拉强度。
本申请合金成分的设计旨在消化内部生产过程中的产生的复合铝合金废料，经回收后利用。企业以生产热传输用铝及铝合金复合材料为主，材料多以3×××系、6×××系铝合金为芯材，以4×××系、7072铝合金为皮材，复合比主要为3～30％，回收的复合废铝的成分主要为，Si元素含量为0.5～3.0％，Fe元素含量小于0.6％，Cu元素含量小于0.7％，Mn元素含量为0.7～1.6％，Mg元素含量小于0.7％，Zn元素含量小于1.5％，Ti元素含量小于0.1％。3×××系铝合金主要合金元素为Mn，部分合金添加少量Cu、Mg、Zn、Ti等元素，6×××系铝合金以Mg、Si元素为主，部分合金添加少量Cu、Ti等元素，回收铝中同时含有较多Si、Cu、Mn、Mg、Zn等元素，如何最大程度将这种多种成分复杂的回收铝配制成成分合格的再生铝合金，是一项挑战性的工作，故开发一种能同时含有上述元素的铝合金对回收铝的最大比例利用有重要意义。
下面结合具体实施例对本申请进行详细说明。
实施例1
本申请的一种眼镜盒用铝合金。
包括以下工艺步骤：
(1)熔炼，将约45吨回收铝添加到熔炼炉中，熔化后检测化学成分，根据目标含量计算所需补充的金属添加剂重量并加入，关闭炉门继续熔炼。熔炼温度为760℃。
成分合格后通氯氩混合气体精炼，流量9kg/h，其中氯气的流量比例占15％，精炼时间15min。
(2)静置，熔炼完成后倒入静置炉，进行二次精炼。铝液温度为720℃，氯氩混合气体精炼，流量9kg/h，其中氯气的流量比例占15％，精炼时间15min，精炼完成后扒渣，静置时间30min。
(3)铸造，经氯氩混合气体在线除气、二级过滤后，开始铸造，铸造温度为700℃，铸锭规格为550×1290×7000mm。流槽检测氢含量为0.128ml/100g.Al。
(4)锯切，铣面，将铸锭头、尾部分别锯切200mm，锯切后铸锭长度为6600mm，双面进行铣面，单面铣削量10mm。
(5)热轧，将铸锭放入立推式加热炉中加热至500℃，保温4h，出炉热轧至厚度为6mm的热轧卷；
(6)冷轧，热轧卷经过5道次轧制为0.50mm的冷轧卷；
(7)成品退火，将0.50mm的冷轧卷放入退火炉进行退火，退火温度为230℃，保温3h后出炉。
实施例2
本申请的一种眼镜盒用铝合金。
包括以下工艺步骤：
(1)熔炼，将约45吨回收铝添加到熔炼炉中，熔化后检测化学成分，根据目标含量计算所需补充的金属添加剂重量并加入，关闭炉门继续熔炼。熔炼温度为770℃。
成分合格后通氯氩混合气体精炼，流量10kg/h，其中氯气的流量比例占20％，精炼时间18min。
(2)静置，熔炼完成后倒入静置炉，进行二次精炼。铝液温度为730℃，氯氩混合气体精炼，流量10kg/h，其中氯气的流量比例占25％，精炼时间15min，精炼完成后扒渣，静置时间70min。
(3)铸造，经氯氩混合气体在线除气、二级过滤后，开始铸造，铸造温度为705℃，铸锭规格为550×1290×7000mm。流槽检测氢含量为0.107ml/100g.Al。
(4)锯切，铣面，将铸锭头、尾部分别锯切200mm，锯切后铸锭长度为6600mm，双面进行铣面，单面铣削量10mm。
(5)热轧，将铸锭放入立推式加热炉中加热至510℃，保温8h，出炉热轧至厚度为6mm的热轧卷；
(6)冷轧，热轧卷经过5道次轧制为0.55mm的冷轧卷；
(7)成品退火，将0.55mm的冷轧卷放入退火炉进行退火，退火温度为245℃，保温3h后出炉。
实施例3
本申请的一种眼镜盒用铝合金。
包括以下工艺步骤：
(1)熔炼，将约45吨回收铝添加到熔炼炉中，熔化后检测化学成分，根据目标含量计算所需补充的金属添加剂重量并加入，关闭炉门继续熔炼。熔炼温度为780℃。
成分合格后通氯氩混合气体精炼，流量11kg/h，其中氯气的流量比例占30％，精炼时间20min。
(2)静置，熔炼完成后倒入静置炉，进行二次精炼。铝液温度为740℃，氯氩混合气体精炼，流量11kg/h，其中氯气的流量比例占30％，精炼时间20min，精炼完成后扒渣，静置时间90min。
(3)铸造，经氯氩混合气体在线除气、二级过滤后，开始铸造，铸造温度为710℃，铸锭规格为550×1290×7000mm。流槽检测氢含量为0.102ml/100g.Al。
(4)锯切，铣面，将铸锭头、尾部分别锯切200mm，锯切后铸锭长度为6600mm，双面进行铣面，单面铣削量10mm。
(5)热轧，将铸锭放入立推式加热炉中加热至520℃，保温4h，出炉热轧至厚度为8mm的热轧卷；
(6)冷轧，热轧卷经过6道次轧制为0.60mm的冷轧卷；
(7)成品退火，将0.60mm的冷轧卷放入退火炉进行退火，退火温度为270℃，保温3h后出炉。
实施例4
本申请的一种眼镜盒用铝合金。
包括以下工艺步骤：
(1)熔炼，将约45吨回收铝添加到熔炼炉中，熔化后检测化学成分，根据目标含量计算所需补充的金属添加剂重量并加入，关闭炉门继续熔炼。熔炼温度为765℃。
成分合格后通氯氩混合气体精炼，流量11kg/h，其中氯气的流量比例占15％，精炼时间20min。
(2)静置，熔炼完成后倒入静置炉，进行二次精炼。铝液温度为735℃，氯氩混合气体精炼，流量9kg/h，其中氯气的流量比例占25％，精炼时间20min，精炼完成后扒渣，静置时间40min。
(3)铸造，经氯氩混合气体在线除气、二级过滤后，开始铸造，铸造温度为700℃，铸锭规格为550×1290×7000mm。流槽检测氢含量为0.113ml/100g.Al。
(4)锯切，铣面，将铸锭头、尾部分别锯切200mm，锯切后铸锭长度为6600mm，双面进行铣面，单面铣削量10mm。
(5)热轧，将铸锭放入立推式加热炉中加热至505℃，保温4h，出炉热轧至厚度为7mm的热轧卷；
(6)冷轧，热轧卷经过5道次轧制为0.65mm的冷轧卷；
(7)成品退火，将0.65mm的冷轧卷放入退火炉进行退火，退火温度为260℃，保温3h后出炉。
实施例5
本申请的一种眼镜盒用铝合金。
包括以下工艺步骤：
(1)熔炼，将约45吨回收铝添加到熔炼炉中，熔化后检测化学成分，根据目标含量计算所需补充的金属添加剂重量并加入，关闭炉门继续熔炼。熔炼温度为760℃。
成分合格后通氯氩混合气体精炼，流量9kg/h，其中氯气的流量比例占20％，精炼时间15min。
(2)静置，熔炼完成后倒入静置炉，进行二次精炼。铝液温度为720℃，氯氩混合气体精炼，流量10kg/h，其中氯气的流量比例占20％，精炼时间15min，精炼完成后扒渣，静置时间50min。
(3)铸造，经氯氩混合气体在线除气、二级过滤后，开始铸造，铸造温度为700℃，铸锭规格为550×1290×7000mm。流槽检测氢含量为0.116ml/100g.Al。
(4)锯切，铣面，将铸锭头、尾部分别锯切200mm，锯切后铸锭长度为6600mm，双面进行铣面，单面铣削量10mm。
(5)热轧，将铸锭放入立推式加热炉中加热至500℃，保温4h，出炉热轧至厚度为6mm的热轧卷；
(6)冷轧，热轧卷经过5道次轧制为0.70mm的冷轧卷；
(7)成品退火，将0.70mm的冷轧卷放入退火炉进行退火，退火温度为230℃，保温3h后出炉。
对比例1
一种眼镜盒用铝合金，其组成成分及重量百分比与实施例3相同。
其制备方法中，熔炼炉不精炼，仅在静置炉精炼一次，氯氩混合气体精炼流量、氯气的流量比例、其他流程与操作与实施例3步骤相同。
流槽检测氢含量为0.146ml/100g.Al。
对比例2
一种眼镜盒用铝合金，其组成成分及重量百分比与实施例3相同。
其制备方法中，熔炼炉、静置炉均采用氩气精炼，其他与实施例3步骤相同。
流槽检测氢含量为0.152ml/100g.Al。
对比例3
一种眼镜盒用铝合金，其组成成分及重量百分比与实施例3相比Si含量为2.3％，因Si含量较高，回收铝中无法满足Si元素含量百分比，故除回收铝外，需额外添加458kg添加剂，比实施例3多添加349kg，造成生产成本增加。
其制备方法与实施例3步骤相同。
流槽检测氢含量为0.115ml/100g.Al。
试验例
对上述实施例及对比例制备的铝合金性能进行检验，其中具体投料及成分如下：
Figure BDA0003839762720000121
性能检验结果如下：
Figure BDA0003839762720000122
Figure BDA0003839762720000131
对比例1仅在静置炉精炼一次，对比例2两次精炼均采用氩气，氢含量检测结果均明显大于实施例3，同时，成品的延伸率也低于实施例3，表明二次精炼且使用氯氩混合气体对于铸锭中氢含量的控制有明显作用，对成品塑性也有促进作用。对比例3中Si含量高于实施例3，正常添加回收铝已无法满足Si元素含量百分比，需要额外补加较多金属添加剂，增加成本，同时成品因Si含量明显高于实施例3，其再结晶温度变低，延伸率变差，故无需额外增加Si含量。
通过上述表格的性能数据可见，本申请对回收铝的利用率大幅提高的提升还保证了铝合金的各项性能。同时，本申请通过二次精炼以及氯氩混合气体的应用，进一步提高回收铝的质量，使其更易应用于铝合金的制备工艺。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种眼镜盒用铝合金的制备方法，其特征在于，包括：
将包含回收铝的原料在熔炼炉中熔化后，补充金属添加剂继续熔炼，获得铝液；其中，所述回收铝在所述铝液中的含量大于98％；
向所述熔炼炉中通入氯氩混合气体进行一次精炼；
将一次精炼后的铝液转入静置炉中，通入氯氩混合气体进行二次精炼，并在精炼完成后静置、扒渣，获得粗品铝合金；
将所述粗品铝合金进行铸造、锯切、铣面，获得铸锭；其中所述铸造的温度为700～710℃；
将所述铸锭加热至500～520℃，保温4～8h，出炉热轧至厚度为6～8mm的热轧卷；
将所述热轧卷经过5～6道次轧制为0.50～0.70mm的冷轧卷；
将所述冷轧卷放入退火炉进行退火；其中所述退火的温度为230～270℃，保温3h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述一次精炼和所述二次精炼的氯氩混合气体流量均为9～11kg/h。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氯氩混合气体中氯气的流量比例占15～30％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述一次精炼的时间为15～20min；
所述二次精炼的时间为15～20min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为760～780℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述静置的时间为30～90min。
7.权利要求1-6任一所述方法制备的眼镜盒用铝合金。
8.根据权利要求7所述的眼镜盒用铝合金，其特征在于，所述眼镜盒用铝合金的组成成分及重量百分比为：Si：0.90～2.10％，Fe：0.25～0.40％，Cu：0.10～0.40％，Mn：0.60～1.20％，Mg：0.10～0.40％，Zn：≤0.45％，Ti：0.02～0.08％，其它元素单个含量＜0.05％，总量＜0.15％，余量为铝。
9.根据权利要求8所述的眼镜盒用铝合金，其特征在于，所述眼镜盒用铝合金的抗拉强度为160～200MPa，屈服强度＞135MPa，延伸率＞8％。
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