CN116200629A

CN116200629A - 一种可阳极氧化压铸铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN116200629A
Application number: CN202310075403.1A
Authority: CN
Inventors: 林孝发; 林孝山; 姚劲毅; 周年润; 庄子栋
Original assignee: Jomoo Kitchen and Bath Co Ltd
Current assignee: Jomoo Kitchen and Bath Co Ltd
Priority date: 2023-02-07
Filing date: 2023-02-07
Publication date: 2023-06-02

Abstract

本申请公开了一种可阳极氧化压铸铝合金及其制备方法，所述可阳极氧化压铸铝合金包括：0.7wt.％至0.9wt.％的Mn，0.2wt.％至0.5wt.％的Ti，0.05wt.％至0.2wt.％的Fe，0.03wt.％至0.05wt.％的Be，0.01wt.％至0.1wt.％的Zr，0.01wt.％至0.05wt.％的Cr，0.001wt.％至0.02wt.％的Sr，其余为Al及杂质，所述杂质总含量≤0.3wt.％。本申请还公开了该合金的制备方法。本申请提供的制备方法得到的铝合金材料具有良好的压铸性能，适用于结构复杂、具有特殊形状的中小型铸件及非薄壁铸件的压铸成型，并可在阳极氧化后获得着色良好、色彩均匀稳定的外观效果，同时还具有良好的综合力学性能，可满足常规产品外观件的使用需求。

Description

一种可阳极氧化压铸铝合金及其制备方法

技术领域

本文涉及但不限于压铸铝合金材料领域，尤其涉及但不限于一种可阳极氧化压铸铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金广泛应用于各领域，为了在铝合金工件的表面上色，并提高其耐腐蚀性和硬度。通常会进行阳极氧化的表面处理。压力铸造是金属工件常见的成型方式之一，在铝合金上的应用尤为广泛。常用的压铸铝合金的铝含量都很高，而铝液的流动性较差，成型困难，因此通常会加入较高含量的硅，以提高铝合金在液态时的流动性和充型能力，如ADC12，硅含量为9.6％至12％。但是，由于硅不溶于酸和碱，前处理无法将其去除，导致阳极氧化后有大量的硅残留在氧化膜中，使氧化膜变灰，并伴有流纹和暗斑，严重影响颜色外观。

为解决压铸铝合金无法阳极氧化或阳极氧化良率低的难题，已有相关领域的科研和技术人员提出不同思路的解决方案。一种思路的解决方案是，改进高硅铝合金压铸件的阳极氧化工艺，通过使用氢氟酸除硅，并调整阳极氧化、染色、封孔等步骤的工艺参数，达到使高硅铝合金能够阳极氧化的目的；然而，使用此方法的阳极氧化工艺的颜色较深，只适用于黑色，若生产彩色仍会出现颜色不均的不良现象，且氧化膜较薄，耐腐蚀性较差，因此对于外观和耐腐蚀性能要求高的产品并不适用。

另一种思路的解决方案是，调整铝合金的成分配方，将硅含量降低至微量。但降低Si后的合金仍保留有较高含量的Si，阳极氧化后依旧会发灰。如果进一步降低Si的含量，合金需要使用较高含量的Mn和稀土元素代替Si来提高流动性，由于稀土元素在α-Al基体中的固溶度很小，Mn和Cu可提高其固溶度，但加入过多的Mn易偏析形成脆性相，降低室温机械性能，且稀土元素价格昂贵，导致该合金的成本高，因此很难实际应用。

目前压铸铝合金的主要问题是压铸性能和氧化性能存在矛盾，例如应用最广的牌号为ADC12，其流动性好，适合压铸，但不能阳极氧化(阳极氧化会出现挂灰、流纹的不良，影响外观)；原因在于ADC12中含有9.6％至12％的Si，常规的酸洗和碱洗均无法去除Si，导致阳极氧化时发灰。为解决这个问题，现有技术把Si去除或只保留微量的Si，这样是可以阳极氧化，但没有Si后，铝合金的流动性变得很差，导致压铸时极易开裂，无法生产。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本申请针对现有技术的上述不足，提供一种可阳极氧化压铸铝合金及其制备方法，通过调整锰、钛、铁、锆、铬、铍、锶等元素的含量，并添加适量的变质剂，制备出压铸性能和综合机械性能良好且成本相对较低的铝合金材料，并具有颜色丰富、着色均匀的阳极氧化效果。

本申请提供了一种可阳极氧化压铸铝合金，所述可阳极氧化压铸铝合金包括：0.7wt.％至0.9wt.％的Mn，0.2wt.％至0.5wt.％的Ti，0.05wt.％至0.2wt.％的Fe，0.03wt.％至0.05wt.％的Be，0.01wt.％至0.1wt.％的Zr，0.01wt.％至0.05wt.％的Cr，0.001wt.％至0.02wt.％的Sr，其余为Al及杂质，所述杂质总含量≤0.3wt.％。

在本申请提供的一种实施方式中，所述可阳极氧化压铸铝合金包括：0.8wt.％至0.9wt.％的Mn，0.2wt.％至0.5wt.％的Ti，0.05wt.％至0.2wt.％的Fe，0.03wt.％至0.05wt.％的Be，0.01wt.％至0.1wt.％的Zr，0.01wt.％至0.05wt.％的Cr，0.001wt.％至0.02wt.％的Sr，其余为Al及杂质，所述杂质总含量≤0.3wt.％。

在本申请提供的一种实施方式中，所述可阳极氧化压铸铝合金包括：0.8wt.％至0.9wt.％的Mn，0.3wt.％至0.4wt.％的Ti，0.05wt.％至0.15wt.％的Fe，0.03wt.％至0.05wt.％的Be，0.05wt.％至0.1wt.％的Zr，0.02wt.％至0.04wt.％的Cr，0.01wt.％至0.02wt.％的Sr，其余为Al及杂质，所述杂质总含量≤0.3wt.％。

在本申请提供的一种实施方式中，所述杂质包括≤0.05wt.％的Si，≤0.05wt.％的Cu，≤0.05wt.％的Zn，≤0.05wt.％的Mg，≤0.08wt.％的Pb，≤0.01wt.％的Cd和≤0.01wt.％的Sn中的任意一种或更多种。

又一方面，本申请提供了上述的可阳极氧化压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

将所述铝锭熔化后，与锰金属添加剂、钛金属添加剂、锆金属添加剂、铬金属添加剂、Al-Fe中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Be中间合金依次混合均匀，得到混合物1；

将混合物1与精炼剂混合均匀，精炼完成后加入晶粒细化剂混合并保温，得到混合物2,；

提高所述混合物2的温度，之后冷却即得所述可阳极氧化压铸铝合金。

在本申请提供的一种实施方式中，所述锰元素与所述晶粒细化剂的重量比(0.7至0.9):(0.005至0.02)的晶粒细化剂，所述晶粒细化剂选自钛硼细化剂、铝钛硼细化剂和稀土铝钛硼细化剂中的任意一种或更多种。

在本申请提供的一种实施方式中，所述提高所述混合物2的温度为将所述混合物2的温度从800℃至820℃提高至830℃至850℃。

在本申请提供的一种实施方式中，所述精炼剂选自无钠精炼剂。

在本申请提供的一种实施方式中，所述精炼剂选自无烟精炼剂、除气精炼剂和无毒精炼剂中的任意一种或更多种。

在本申请提供的一种实施方式中，加入所述晶粒细化剂后保温10min至15min。

在本申请提供的一种实施方式中，所述锰金属添加剂中锰的含量为75±3％。所述锰金属添加剂可以为纯金属锰粉和具有一定特性的氯盐或氟盐，助熔剂按一定比例进行物理混合并压制而成。

在本申请提供的一种实施方式中，所述钛金属添加剂中钛的含量为75±3％。所述钛金属添加剂可以为纯金属钛粉和具有一定特性的氯盐或氟盐，助熔剂按一定比例进行物理混合并压制而成。

在本申请提供的一种实施方式中，所述锆金属添加剂中锆的含量为20±3％。所述锆金属添加剂可以为纯金属锆粉和具有一定特性的氯盐或氟盐，助熔剂按一定比例进行物理混合并压制而成。

在本申请提供的一种实施方式中，所述铬金属添加剂中铬的含量为60±3％。所述铬金属添加剂可以为由纯金属铬粉和具有一定特性的氯盐或氟盐，助熔剂按一定比例进行物理混合并压制而成。

在本申请提供的一种实施方式中，所述Al-Fe中间合金中Fe元素的含量为10％至30％。

在本申请提供的一种实施方式中，所述Al-Sr中间合金中Sr元素的含量为5％至15％。

在本申请提供的一种实施方式中，所述Al-Be中间合金中Be元素的含量为3％至5％。

在本申请提供的一种实施方式中，所述精炼剂的用量为所述混合物1的0.1wt.％至0.3wt.％。

本申请与现有技术相比，具有如下优点：

1.本申请的可阳极氧化压铸铝合金的配方中Al含量高，保证了良好的阳极氧化性能。

2.本申请通过基于α-Al形成的固溶体或生成第二相，起到强化的作用，并通过调整添加元素的含量，调控组织，进而获得良好的综合力学性能。

3.本申请的可阳极氧化压铸铝合金，未添加价格昂贵的稀土元素，因此成本相对低廉，利于实际生产。

4.本申请的可阳极氧化压铸铝合金的制备方法，在熔炼、精炼、变质完成后，将铸造温度提高至830℃至850℃，可促进合金液的流动充型并减轻收缩，有效防止提高温度引起的吸气和出渣。

5.本申请提供的可阳极氧化压铸铝合金在将锭重熔压铸成工件并阳极氧化后，具有较高的强硬度、耐磨性、耐腐蚀性，且色彩光亮、均匀。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

将以下实施例和对比例制得的压铸铝合金工件进行力学性能检测和表面观察。其中，力学性能的检测根据国标GB/T 4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》中的有关规定测试维氏硬度，以及国标GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》中的有关规定测试抗拉强度和伸长率；表面和剖面观察用目视的方式进行检验，主要观察压铸件是否有裂纹、水纹、收缩、缩孔、疏松等铸造缺陷，以及压铸件经阳极氧化后是否出现流纹、长斑、色彩不均、色彩发暗等不良现象。

锰金属添加剂购买自徐州华中铝业有限公司，型号为锰剂HZ-75Mn，其中锰含量为75％。

钛金属添加剂购买自徐州华中铝业有限公司，型号为钛剂HZ-75Ti，其中钛含量为75％。

锆金属添加剂购买自徐州华中铝业有限公司，型号为锆剂HZ-20Z，其中锆含量为20％。

铬金属添加剂购买自徐州华中铝业有限公司，型号为铬剂HZ-60Cr，其中铬含量为20％。

Al-Fe中间合金购买自徐州华中铝业有限公司，型号为铝铁中间合金AlFe20，其中铁含量为20％。

Al-Sr中间合金购买自徐州华中铝业有限公司，型号为铝锶中间合金AlSr10，其中锶含量为10％。

Al-Be中间合金购买自徐州华中铝业有限公司，型号为铝铍中间合金AlBe3，其中铍元素含量为3％。

精炼剂购买自徐州华中铝业有限公司，型号为无钠精炼剂HZ-WNJ。

晶粒细化剂购买自徐州华中铝业有限公司，型号为钛硼细化剂HZ-TBR。

实施例1

一种可阳极氧化压铸铝合金，其组成如表1所示。

通过以下制备方法制得：将铝锭置于感应电炉中，升温至810℃，直至铝锭完全熔化；按比例依次加入锰金属添加剂、钛金属添加剂、锆金属添加剂、铬金属添加剂、Al-Fe中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Be中间合金，待熔化后充分搅拌，以保证合金液成分均匀，得到混合物1；加入精炼剂进行精炼(精炼剂的用量为所述混合物1用量的0.3wt.％)，待精炼完成后，添加晶粒细化剂，搅拌并保温12分钟；取样化验，成分检测合格后，提高铝液温度至840℃，充分搅拌，浇铸铝合金锭。

将制备好的铝合金锭材料重熔并压铸成工件后，进行阳极氧化着色后得到最终产品。所制得的压铸铝合金工件的性能测试及表面观察结果见表2。

实施例2

一种可阳极氧化压铸铝合金，其组成如表1所示，制备方法与实施例1相同；采用与实施例1相同的压铸工艺和阳极氧化工艺后所制得的压铸铝合金工件的性能测试及表面观察结果见表2。

实施例3

对比例1

对比例2

对比例3

对比例4

对比例5

对比例6

样品为市售ADC6铝合金锭，采用与实施例1相同的压铸工艺和阳极氧化工艺后所制得的压铸铝合金工件的性能测试及表面观察结果见表2。

对比例7

样品为市售ADC12铝合金锭，采用与实施例1相同的压铸工艺和阳极氧化工艺后所制得的压铸铝合金工件的性能测试及表面观察结果见表2。

从表1表2的数据可以看出本实施例1、实施例2、实施例3的成分配方及其制备方法制得的铝合金压铸件的流动性能好，成型顺利，表面未出现开裂及水纹的不良现象，内部也无常见的铸造缺陷，阳极氧化后的外观良好，色彩均一、稳定，且具有较优良的综合力学性能，维氏硬度为70HV左右、抗拉强度为140MPa左右、伸长率为16％左右，能满足卫浴五金、相机镜框、手机外壳等外观件的使用需求。对比例1的Mn含量为0.52wt％，Mn含量过低导致其合金化效果偏弱，且Al含量过高导致流动性能差，压铸件易开裂。对比例2的Mn含量为1.20wt％，Mn含量过高导致压铸冷却时成分偏析严重，析出大量脆性相，使塑性严重下降，综合力学性能较差。对比例3几乎不含Ti，由于缺少Ti的孕育作用，铝合金晶粒粗大，导致流动性能差，压铸时出现裂纹和收缩，且综合力学性能也较差。对比例4的Ti含量为0.78wt％，Ti含量过高反而使晶粒粗化，流动性变差出现裂纹，力学性能也下降。对比例5没有添加Be和Zr，由于缺少Be和Zr的抗氧化作用，合金液在840℃熔炼时吸气严重，导致压铸时的气孔残留在工件内部形成缺陷，使力学性能下降严重。对比例6和对比例7使用的材料分别是ADC6和ADC12，由于存在大量的Si，阳极氧化后均不可避免的出现了流纹、发灰、色彩不均的不良。

本申请的可阳极氧化压铸铝合金的压铸性能良好，可满足结构复杂、具有特殊形状的中小型铸件及非薄壁铸件的压铸成型，如卫浴五金、相机镜框、手机外壳等；同时，本申请的可阳极氧化压铸铝合金的阳极氧化性能优良，可获得着色良好、色彩均匀稳定的外观效果；并且，本申请的可阳极氧化压铸铝合金还具有良好的综合力学性能，可满足对受力要求不高的外观件的使用需求。而且，本申请的可阳极氧化压铸铝合金未添加价格昂贵的稀土元素，因此成本相对低廉，利于实际生产。

表1：实施例和对比例的成分

表2：力学性能及外观

上述实施例仅用来进一步说明本申请的一种可阳极氧化压铸铝合金及其制备方法和阳极氧化方法的应用，但本申请并不局限于实施例，凡是依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本申请技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种可阳极氧化压铸铝合金，其特征在于，所述可阳极氧化压铸铝合金包括：0.7wt.％至0.9wt.％的Mn，0.2wt.％至0.5wt.％的Ti，0.05wt.％至0.2wt.％的Fe，0.03wt.％至0.05wt.％的Be，0.01wt.％至0.1wt.％的Zr，0.01wt.％至0.05wt.％的Cr，0.001wt.％至0.02wt.％的Sr，其余为Al及杂质，所述杂质总含量≤0.3wt.％。

2.根据权利要求1所述的可阳极氧化压铸铝合金，其特征在于，所述可阳极氧化压铸铝合金包括：0.8wt.％至0.9wt.％的Mn，0.2wt.％至0.5wt.％的Ti，0.05wt.％至0.2wt.％的Fe，0.03wt.％至0.05wt.％的Be，0.01wt.％至0.1wt.％的Zr，0.01wt.％至0.05wt.％的Cr，0.001wt.％至0.02wt.％的Sr，其余为Al及杂质，所述杂质总含量≤0.3wt.％。

3.根据权利要求1所述的可阳极氧化压铸铝合金，其特征在于，所述可阳极氧化压铸铝合金包括：0.8wt.％至0.9wt.％的Mn，0.3wt.％至0.4wt.％的Ti，0.05wt.％至0.15wt.％的Fe，0.03wt.％至0.05wt.％的Be，0.05wt.％至0.1wt.％的Zr，0.02wt.％至0.04wt.％的Cr，0.01wt.％至0.02wt.％的Sr，其余为Al及杂质，所述杂质总含量≤0.3wt.％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的可阳极氧化压铸铝合金，其特征在于，所述杂质包括≤0.05wt.％的Si，≤0.05wt.％的Cu，≤0.05wt.％的Zn，≤0.05wt.％的Mg，≤0.08wt.％的Pb，≤0.01wt.％的Cd和≤0.01wt.％的Sn中的任意一种或更多种。

5.一种权利要求1至4中任一项所述的可阳极氧化压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

将铝锭熔化后，与锰金属添加剂、钛金属添加剂、锆金属添加剂、铬金属添加剂、Al-Fe中间合金、Al-Sr中间合金、Al-Be中间合金依次混合均匀，得到混合物1；

提高所述混合物2的温度，之后冷却即得所述可阳极氧化压铸铝合金；

可选地，锰元素与所述晶粒细化剂的重量比(0.7至0.9):(0.005至0.02)的晶粒细化剂，所述晶粒细化剂选自钛硼细化剂、铝钛硼细化剂和稀土铝钛硼细化剂中的任意一种或更多种。

6.根据权利要求5所述的可阳极氧化压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述提高所述混合物2的温度为将所述混合物2的温度从800℃至820℃提高至830℃至850℃。

7.根据权利要求5或6所述的可阳极氧化压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述精炼剂选自无钠精炼剂；

优选地，所述精炼剂选自无烟精炼剂、除气精炼剂和无毒精炼剂中的任意一种或更多种。

8.根据权利要求5或6所述的可阳极氧化压铸铝合金的制备方法，其特征在于，加入所述晶粒细化剂后保温10min至15min。

9.根据权利要求5或6所述的可阳极氧化压铸铝合金的制备方法，其特征在于，

所述锰金属添加剂中锰的含量为75±3％；

可选地，所述钛金属添加剂中钛的含量为75±3％；

可选地，所述锆金属添加剂中锆的含量为20±3％；

可选地，所述铬金属添加剂中铬的含量为60±3％；

可选地，所述Al-Fe中间合金中Fe元素的含量为10％至30％；

可选地，所述Al-Sr中间合金中Sr元素的含量为5％至15％；

可选地，所述Al-Be中间合金中Be元素的含量为3％至5％。

10.根据权利要求5或6所述的可阳极氧化压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述精炼剂的用量为所述混合物1的0.1wt.％至0.3wt.％。