CN116904887A - 一种低成本铝合金反射镜材料和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有色金属材料制备技术领域，具体涉及一种低成本铝合金反射镜材料和制备方法，包括如下步骤，将均匀化处理后的6系铝合金进行中低温轧制，高温固溶，低温轧制，中低温退火，固溶处理，时效处理，得到低成本铝合金反射镜材料，所述中低温轧制的轧制温度为280~350℃，所述中低温轧制的总变形量大于等于90%，道次变形量为20~30%，所述高温固溶的温度为535~575℃，低温轧制的轧制温度为25~120℃，中低温退火的温度为300~350℃；降低铝合金的制造成本，降低铝合金反射镜的表面粗糙度。
Description
技术领域
本发明属于有色金属材料制备技术领域，具体涉及一种低成本铝合金反射镜材料和制备方法。
背景技术
铝合金由于较宽的波长范围、密度低、加工性能好等优点，成为了反射镜的常用材料，同时随着铝合金材料的迅速发展，铝合金反射镜在航空兵器尖端领域、高端民用领域、低端民用领域的应用越来越广泛。
目前针对尖端应用场景，如先进导弹、飞机或卫星成像光学系统，其对光学铝材料的指标要求已经达到当前技术极端，比较突出的光学材料的工艺制备方法有例如欧洲的急速冷却技术，以及国内先进的超纯净材料+高温、深冷锻造，但两者的生产成本很高。对于兴起的高端民用领域，如车载激光雷达、扫描仪反射镜、物流快递分拣系统等，其应用场景相对尖端板块较低端，故须控制镜面铝材的生产成本，同时其质量要求可适当放低（在金刚石车削加工后粗糙度要求为3-5mm），目前暂未发现能够生产此类低成本同时质量达标的制备工艺；故探索一种质量符合特定场景的加工工艺，同时又能控制成本的镜面铝材工艺具有重要意义。
已有研究表明，经过T6热处理的AL-Mg-Si合金具有易加工、长期稳定性等优势，国内外铝合金反射镜大都采用了A1-Mg-Si合金。2005年德国Jena Optronik公司发现AL-Mg-Si合金晶粒粗大时，加工后不足以获得超光滑光学镜面。彭小强等人研究发现，当AL-Mg-Si合金中存在大块杂质相时，制成的反射镜表面质量相对较低，且缺陷明显。由此可见，铝合金材料的晶粒、第二相等组织状态对镜面加工质量有重要影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低成本铝合金反射镜材料和制备方法，降低铝合金的制造成本，降低铝合金反射镜的表面粗糙度。
本发明的内容为一种低成本铝合金反射镜材料的制备方法，包括如下步骤，将均匀化处理后的6系铝合金进行中低温轧制，高温固溶，低温轧制，中低温退火，固溶处理，时效处理，得到低成本铝合金反射镜材料，所述中低温轧制的轧制温度为280~350℃，所述中低温轧制的总变形量大于等于90%，道次变形量为20~30%，所述高温固溶的温度为535~575℃，低温轧制的轧制温度为25~120℃，中低温退火的温度为300~350℃。
优选的，在进行中低温轧制前，将铝合金升温至250~350℃，保温一段时间。
优选的，所述高温固溶的温度为550℃。
优选的，所述低温轧制的轧制温度为25℃，总变形量为33.3%，道次变形量为10~15%。
优选的，所述中低温退火的温度为300℃，保温时间为2h。
优选的，所述固溶处理的温度为540~545℃。
优选的，所述时效处理的温度为170~180℃，所述时效处理的时间为14h。
本发明提供一种低成本铝合金反射镜材料的制备方法得到的铝合金反射镜材料。
本发明的有益效果是，本发明的中低温轧制对微米级第二相粒子进行充分破碎和细化，高温固溶促使破碎和细化后的第二相粒子溶解进铝基体，低温轧制获得足够变形储能，中低温退火消除加工硬化，将室温大变形获得的变形储能进行一定释放，减小静态再结晶的驱动力。
本发明与高温和深冷环境下的多向锻造的组合工艺不同，本发明的轧制工艺+热处理工艺工序相对更简单，生产成本更低，但也能实现微晶晶粒组织和提高6系铝合金的镜面加工能力。
同时相对于常规板材生产过程，本发明将起始高温轧制调整为中低温轧制，大变形对微米级第二相粒子进行充分破碎和细化。固溶淬火对破碎和细化后的第二相粒子溶解进铝基体，且有利于减少后续室温轧制变形的变形抗力和镜面加工过程中容易产生划痕、磨损等机械损伤；室温大变形过程中获得足够多的变形储能，为控制再结晶晶粒尺寸，在固溶淬火前引入中低温退火，将室温大变形获得的变形储能进行一定释放，减小后续静态再结晶的晶粒长大的驱动力。
附图说明
图1为本发明制备方法的工艺流程示意图。
图2为实施例1制备的镜面材料的晶粒组织图。
图3为对比例1制备的镜面材料的晶粒组织图。
图4为对比例2制备的镜面材料的晶粒组织图。
图5为对比例3制备的镜面材料的晶粒组织图。
具体实施方式
实施例1
一种低成本6系铝合金反射镜材料的制备方法，其工艺流程图如图1所示，具体步骤如下：
中低温轧制
取一件均匀化后300mm厚的6061铝合金铸锭在30MN可逆轧机上进行中低温轧制，轧制前将合金铸锭随炉升温至300℃±50℃(接热电偶测温)，合金铸锭达到炉温后保温3h。待合金铸锭加热好，将铸锭吊装至轧机辊道上并通过辊道传送至辊缝进行轧制，轧制至30mm，总变形为90%，道次变形量为20~30%。
高温固溶
之后在550℃下进行高温固溶1h。
室温轧制
高温固溶后在室温下进行室温轧制，轧制至20mm，总变形量为33.3%，道次变形量为10~15%。
中低温退火
室温轧制后在300℃下进行2h中低温退火。
固溶+热处理
将中低温退火后板材在540℃下进行1h固溶处理，固溶后试样立即水淬至室温，随后取出试样在时效炉内在170℃下保温14h进行时效处理，得到均质细晶6系合金镜面材料，即低成本6系铝合金反射镜材料。
微观组织
热处理后对试样晶粒组织进行测试，如图2所示，为本实施例制备的低成本6系铝合金镜面材料的晶粒组织。由图2可知，采用本发明工艺方法，可显著细化铸锭中的粗大晶粒组织，获得均匀、细小、等轴的再结晶组织，平均晶粒尺寸为5.1μm。
对比例1
本对比例1的制备工艺中未采用实施例1中的中低温退火，其它工艺条件与实施例1保持一致，即室温轧制后，直接进行固溶+热处理。
图3为本对比例1热处理后的晶粒组织图。由图可知，本对比例1中6系铝合金的晶粒组织发生了显著长大，平均晶粒尺寸达110.5 μm，较实施例1增大了21.6倍。通过图2与图3比较分析，可知，取消室温轧制后的中低温退火后，不能释放室温轧制所产生的高形变储能，导致固溶+热处理后晶粒组织细化效果较差，无法满足镜面加工低粗糙度要求。
对比例2
本对比例2的制备工艺中，将实施例1中的中低温退火步骤中，退火温度替换为400℃，即室温轧制后在400℃下进行2h中低温退火。其他工艺条件与实施例1保持一致。
微观组织
图4为本对比例2热处理后的晶粒组织图。通过图4与图2比较分析，可知，当升高中低温退火温度后，晶粒在中低温退火过程中已经发生晶粒再结晶和晶粒长大，导致晶粒组织细化效果较差，平均晶粒尺寸达98.8 μm，较实施例1增大了119.4倍，无法满足镜面加工低粗糙度要求。
对比例3
本对比例3的制备工艺中，将实施例1中的室温轧制温度替换为200℃轧制，即高温固溶后在200 ℃下进行轧制，其他工艺条件与实施例1保持一致。
微观组织
图5为本对比例3热处理后的晶粒组织图。通过图5与图2比较分析，可知，当降低中低温退火温度后，同样不能释放室温轧制所产生的高形变储能，导致固溶+热处理后晶粒组织细化效果较差，平均晶粒尺寸达65.3 μm，较实施例1增大了12.8倍，无法满足镜面加工低粗糙度要求。
表1 低成本6系铝合金反射镜材料精密加工后的表面粗糙度
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的保护范围限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本申请中一个或多个实施例旨在涵盖落入本申请的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低成本铝合金反射镜材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤，将均匀化处理后的6系铝合金进行中低温轧制，高温固溶，低温轧制，中低温退火，固溶处理，时效处理，得到低成本铝合金反射镜材料，所述中低温轧制的轧制温度为280~350℃，所述中低温轧制的总变形量大于等于90%，道次变形量为20~30%，所述高温固溶的温度为535~575℃，低温轧制的轧制温度为25~120℃，中低温退火的温度为300~350℃。
2.如权利要求1所述的低成本铝合金反射镜材料的制备方法，其特征是，在进行中低温轧制前，将铝合金升温至250~350℃，保温一段时间。
3.如权利要求1所述的低成本铝合金反射镜材料的制备方法，其特征是，所述高温固溶的温度为550℃。
4.如权利要求1-3任一项所述的低成本铝合金反射镜材料的制备方法，其特征是，所述低温轧制的轧制温度为25℃，总变形量为33.3%，道次变形量为10~15%。
5.如权利要求1-3任一项所述的低成本铝合金反射镜材料的制备方法，其特征是，所述中低温退火的温度为300℃，保温时间为2h。
6.如权利要求1-3任一项所述的低成本铝合金反射镜材料的制备方法，其特征是，所述固溶处理的温度为540~545℃。
7.如权利要求1-3任一项所述的低成本铝合金反射镜材料的制备方法，其特征是，所述时效处理的温度为170~180℃。
8.如权利要求7所述的低成本铝合金反射镜材料的制备方法，其特征是，所述时效处理的时间为14h。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的低成本铝合金反射镜材料的制备方法得到的铝合金反射镜材料。
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