CN116550782A - 一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，涉及铝合金压力加工技术领域，本发明通过调整挤压时的温度和挤压比，使难溶第二相破碎，粗大第二相尺寸减小，并均匀弥散地分布在软相Al基体中，避免粗大的Mg2Si和含Fe相沿挤压方向分布，消除阳极氧化后出现黑线的缺陷；避免现有技术通过降低Fe、Si元素含量而要对熔体进行精炼和过滤的方法，大幅度降低原材料价格及生产成本，提高生产效益。同时，制得的7075铝合金挤压型材还具备良好的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于铝合金压力加工领域，尤其涉及一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺。
背景技术
7075铝合金是一种高强度硬质铝合金，具备质量轻、易加工、抗腐蚀性能良好和抗冲击性能强等优点，可采用铣削、冲压、拉伸、锻造、焊接等工艺加工，因而被广泛应用于航空航天、汽车、电子、机械等领域的高强度零件。
对7075铝合金进行阳极氧化可以生成人工氧化膜，人工氧化膜更加均匀、致密、耐腐蚀，进一步保护金属表面受到的氧化腐蚀，改善表面耐磨性和美观度，增加零件使用寿命。但7055铝合金阳极氧化表面也存在表面粗糙、黑线、划伤、毛刺等氧化缺陷。根据文献调研，其中“黑线”缺陷主要是由合金表面连续分布的第二相造成，后续加工过程中的划伤、油污等表面缺陷也会产生黑线。通过控制熔炼过程中铁、硅剂添加量，加强精炼、过滤、除杂手段的控制可有效减少黑线出现。但大规模熔炼过程减少Fe、Si的含量会极大增加生产成本，因此对铝合金阳极氧化性能的研究极为重要，需要进一步改善铝合金的挤压温度和挤压比，优化挤压工艺，以满足市场应用要求，研究具有良好阳极氧化效果的7055铝合金型材生产工艺对拓展高强铝合金的应用领域具有重要意义。
随着对铝合金表面处理工艺研究的日益深入，已有研究通过各种方法制备具有优良阳极氧化性能的铝合金，包括优化熔铸生产工艺、增加固溶时间等，逐渐有一些铝合金阳极氧化改善的工艺被开发出来。已有专利对原材料成分严格要求，大部分是通过对熔体内Fe、Si、Cu等元素含量进行控制，大量使用重熔铝锭和高温铝液，废料应用占比较少，增加了原料成本，熔铸过程中还需要多次精炼和除气，生产工序过于复杂，增加了生产过程中元素控制的技术难度和生产成本，得到的铸锭芯部难免会出现第二相偏析现象，且铸造过程中表面也可能出现偏析瘤，通过控制熔体纯净度的方式无法直接控制第二相与晶粒尺寸。
发明内容
本发明通过调整挤压温度与挤压比，有效减轻7075铝合金阳极氧化产生的黑线缺陷，避免减少原材料中Fe、Si含量和熔体精炼、过滤造成的生产成本增加，提高生产效益。
本发明的目的在于提供一种7075铝合金型材挤压工艺，降低阳极氧化黑线比例，同时具备良好的力学性能。
本发明采用的具体技术方案为：
一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，包括如下步骤：
(1)按照7075铝合金的合金元素组成配制原料，熔炼得到熔体；
(2)采用半连续铸造方式将所述熔体铸造成7075铝合金铸锭；
(3)对所述铸锭进行均匀化处理；
(4)将均匀化处理后的铸锭进行挤压处理，得到型材；
(5)将型材进行固溶淬火处理；
(6)将固溶淬火处理后的型材进行矫直处理；
(7)将矫直处理后的型材进行时效处理；
(8)将时效处理后的型材进行表面处理。
作为优选，7075铝合金成分质量百分比如下：Zn 5.1-6.1wt％、Mg 2.1-2.9wt％、Cu 1.2-2.0wt％、Mn<0.3wt％、Cr 0.18-0.28wt％、Ti<0.2wt％、Fe<0.5wt％、Si<0.4wt％、合金杂质<0.15wt％，余下为Al。
作为优选，步骤(3)中，将铝合金铸锭进行两道均匀化工艺处理，均匀化处理工艺为：一级均匀化处理是在440-460℃保温12-36h，第二级均匀化处理是升温到460-475℃保温12-36h，采用随炉冷却降温到100-150℃，再空冷至室温。
作为优选，步骤(4)中，挤压前将模具、挤压筒和铸锭进行预热：将模具进行预热到320-370℃，预热时间6-12h，挤压筒温度预热到300-350℃，预热时间0.5-1h，挤压棒预热到300-350℃，预热时间0.5-1h。
作为优选，步骤(4)中，使用所选范围内挤压比的模具进行挤压：挤压比为25-35。
作为优选，步骤(5)中，固溶淬火工艺为：在460-475℃保温2-12h，使用25℃的温水进行冷却。
作为优选，步骤(6)中，矫直处理的拉伸量在1％-2％。
作为优选，步骤(7)中，时效处理工艺为：时效温度为110-150℃，保温时间为12-24h，空冷至室温。
作为优选，步骤(8)中，表面处理工艺包括：抛光、除油、碱蚀、中和、化学抛光、阳极氧化工艺。
本发明提出的一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，其设计原理如下：
造成7075铝合金型材氧化黑线主要是沿挤压方向连续分布粗大的第二相，这些粗大第二相主要为Mg2Si和含Fe相，挤压过程中这些粗大的第二相变形，沿挤压方向呈条状分布，阳极氧化过程中第二相均匀分布的部位形成致密的氧化膜，而第二相富集区域氧化膜出现孔洞，形成氧化黑线；
研究表明，大塑性变形或降低变形温度会使难溶第二相破碎，粗大第二相尺寸减小，并均匀弥散地分布在软相Al基体中，有效降低了阳极氧化过程中的表面腐蚀，减轻了应力集中，同时提高型材表面的阳极氧化效果和力学性能；本发明主要通过调整挤压温度与挤压比，使挤压型材内粗大第二相破碎并均匀分布，从而避免阳极氧化后形成黑线；
7075铝合金中的Mg2Si和含Fe相属于高温相，均匀化和固溶过程难以去除，因此控制挤压温度在300-350℃，模具温度在320-370℃，挤压比在25-35，可增大挤压变形程度和挤压力将Mg2Si和含Fe相破碎均匀，从而降低Mg2Si和含Fe相尺寸。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明不需要降低铸锭内Mg2Si和含Fe相的含量，对熔炼洁净度和精炼工艺不做过多要求，所以本发明所包含的技术方案对比现有技术，降低了原材料价格和生产成本；在此基础上，本发明也能有效降低阳极氧化黑线的比例；
2、本发明还提供一种7075铝合金型材的挤压工艺，其产品具备良好的力学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例和对比例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例和，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1挤压型材放大200倍后的金相照片；
图2为实施例1阳极氧化后放大500倍后的扫描电镜照片；
图3为实施例2挤压型材放大200倍后的金相照片；
图4为实施例2阳极氧化后放大500倍后的扫描电镜照片；
图5为实施例3挤压型材放大200倍后的金相照片；
图6为实施例3阳极氧化后放大500倍后的扫描电镜照片；
图7为实施例4挤压型材放大200倍后的金相照片；
图8为实施例4阳极氧化后放大500倍后的扫描电镜照片；
图9为对比例1挤压型材放大200倍后的金相照片；
图10为对比例1阳极氧化后放大500倍后的扫描电镜照片；
图11为对比例2挤压型材放大200倍后的金相照片；
图12为对比例2阳极氧化后放大500倍后的扫描电镜照片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，如图1、图2所示，一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，其具体步骤如下：
(1)按照7075铝合金的合金元素组成配制原料，熔炼得到熔体；
(2)采用半连续铸造方式将所述熔体铸造成7075铝合金铸锭；按照以上步骤得到的7075铝合金铸锭各成分质量百分比为：Zn 5.5wt％、Mg 2.5wt％、Cu 1.5wt％、Mn0.1wt％、Cr 0.2wt％、Ti 0.1wt％、Fe 0.35wt％、Si 0.25wt％，其余成分为Al及杂质元素。
(3)对所述铸锭进行两道均匀化处理：第一级均匀化处理是在450℃保温24h，第二级均匀化处理是升温到470℃保温12h，随炉冷却到100℃再空冷至室温。
(4)对均匀化处理后的铸锭进行挤压处理：挤压前模具在350℃预热6h，挤压筒和铸锭在320℃预热0.5h，挤压速度为1m/min，挤压比为25，挤压余料厚度为50mm，挤出的型材空冷至室温，得到型材。
(5)对型材进行固溶淬火处理：在470℃保温6h，使用25℃的温水进行淬火处理。
(6)对固溶淬火处理后的型材进行矫直处理：对淬火后的型材预拉伸1％进行矫直。
(7)对矫直处理后的型材进行时效处理：型材在120℃保温12h，空冷至室温。
(8)对生产好的型材进行抛光、除油、碱蚀、中和、化学抛光、阳极氧化等工艺进行表面处理。
实施例2，如图3、图4所示，其7075铝合金铸锭与实施例1一致，
与实施例1的区别在于制备方法的区别：
步骤(3)中，对所述铸锭进行两道均匀化处理：第一级均匀化处理是在430℃保温36h，第二级均匀化处理是升温到465℃保温24h，随炉冷却到120℃再空冷至室温。
步骤(4)中，对均匀化处理后的铸锭进行挤压处理：挤压前模具在365℃预热10h，挤压筒和铸锭在320℃预热0.5h，挤压速度为1.5m/min，挤压比为30，挤压余料厚度为50mm，挤出的型材空冷至室温，得到型材。
步骤(5)中，对型材进行固溶淬火处理：在470℃保温12h，使用25℃的温水进行淬火处理。
步骤(7)中，对矫直处理后的型材进行时效处理：型材在150℃保温12h，空冷至室温。
实施例3，如图5、图6所示，其7075铝合金铸锭与实施例1一致，
与实施例1的区别在于制备方法的区别：
步骤(3)中，对所述铸锭进行两道均匀化处理：第一级均匀化处理是在450℃保温36h，第二级均匀化处理是升温到470℃保温24h，随炉冷却到150℃再空冷至室温。
步骤(4)中，对均匀化处理后的铸锭进行挤压处理：挤压前模具在350℃预热12h，挤压筒和铸锭在350℃预热0.5h，挤压速度为2m/min，挤压比为35，挤压余料厚度为50mm，挤出的型材空冷至室温，得到型材。
步骤(5)中，对型材进行固溶淬火处理：在470℃保温12h，使用25℃的温水进行淬火处理。
步骤(7)中，对矫直处理后的型材进行时效处理：型材在150℃保温12h，空冷至室温。
实施例4，如图7、图8所示，其7075铝合金铸锭与实施例1一致，
与实施例1的区别在于制备方法的区别：
步骤(4)中，对均匀化处理后的铸锭进行挤压处理：挤压前模具在320℃预热6h，挤压筒和铸锭在300℃预热0.5h，挤压速度为0.5m/min，挤压比为35，挤压余料厚度为50mm，挤出的型材空冷至室温，得到型材。
对比例1，如图9、图10所示，其7075铝合金铸锭与实施例1一致，
与实施例1的区别在于制备方法的区别：
步骤(4)中，对均匀化处理后的铸锭进行挤压处理：挤压前模具在400℃预热6h，挤压筒和铸锭在370℃预热0.5h，挤压速度为1m/min，挤压比为15，挤压余料厚度为50mm，挤出的型材空冷至室温，得到型材。
对比例2，如图11、图12所示，其7075铝合金铸锭与实施例1一致，
与实施例1的区别在于制备方法的区别：
步骤(4)中，对均匀化处理后的铸锭进行挤压处理：挤压前模具在415℃预热12h，挤压筒和铸锭在380℃预热1h，挤压速度为1m/min，挤压比为20，挤压余料厚度为50mm，挤出的型材空冷至室温，得到型材。
参照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》标准，检测本发明实施例和对比例得到的7075铝合金型材力学性能，检测结果如表1所示。表1给出了实施例1-4及对比例1-2中合金的力学性能。
表1各样品力学性能测试结果及氧化黑线测试结果
如表1所示，本发明通过调整挤压温度和挤压比，改善了7075铝合金阳极氧化效果，表面氧化膜分布均匀，无明显的黑线区域，较好地满足对产品外观的需求。
如图1-图8所示，按照实施例1-4工艺所生产出的型材第二相分布均匀，晶粒内部无粗大的第二相，阳极氧化后表面氧化膜分布均匀。
如图9-图12所示，按照对比例1-2工艺所生产出的型材第二相明显粗大，阳极氧化后表面氧化膜分布明显不均匀，氧化膜表面存在孔洞且沿挤压方向存在明显的氧化条纹。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，其特征在于，还包括如下步骤：
(1)按照7075铝合金的合金元素组成配制原料，熔炼得到熔体；
(2)采用半连续铸造方式将所述熔体铸造成7075铝合金铸锭；
(3)对所述铸锭进行均匀化处理；
(4)将均匀化处理后的铸锭进行挤压处理，得到型材；
(5)将所述型材进行固溶淬火处理；
(6)将固溶淬火处理后的型材进行矫直处理；
(7)将矫直处理后的型材进行时效处理；
(8)将时效处理后的型材进行表面处理。
2.根据权利要求1所述的一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，其特征在于，所述7075铝合金成分质量百分比如下：Zn 5.1-6.1wt％、Mg 2.1-2.9wt％、Cu1.2-2.0wt％、Mn<0.3wt％、Cr 0.18-0.28wt％、Ti<0.2wt％、Fe<0.5wt％、Si<0.4wt％、合金杂质<0.15wt％，余下为Al。
3.根据权利要求1所述的一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，其特征在于，步骤(3)中，将铝合金铸锭进行两道均匀化工艺处理：一级均匀化处理是在440-460℃保温12-36h，第二级均匀化处理是升温到460-475℃保温12-36h，采用随炉冷却降温到100-150℃，再空冷至室温。
4.根据权利要求1所述的一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，其特征在于，步骤(4)中，挤压前将模具、挤压筒和铸锭进行预热：将模具进行预热到320-370℃，预热时间6-12h，挤压筒温度预热到300-350℃，预热时间0.5-1h，挤压棒预热到300-350℃，预热时间0.5-1h。
5.根据权利要求1所述的一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，其特征在于，步骤(4)中，使用所选范围内挤压比的模具进行挤压：挤压比为25-35。
6.根据权利要求1所述的一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，其特征在于，步骤(5)中，所述固溶淬火工艺为：在460-475℃保温2-12h，使用25℃的温水进行冷却。
7.根据权利要求1所述的一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，其特征在于，步骤(6)中，所述矫直处理的拉伸量在1％-2％。
8.根据权利要求1所述的一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，其特征在于，步骤(7)中，所述时效处理工艺为：时效温度为110-150℃，保温时间为12-24h，空冷至室温。
9.根据权利要求1所述的一种改善7075铝合金阳极氧化效果的型材挤压生产工艺，其特征在于，步骤(8)中，所述表面处理工艺包括：抛光、除油、碱蚀、中和、化学拋光、阳极氧化。
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