CN118345286A - 一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高弹性高粘合度Al‑Zn7‑Mg‑Cu‑Zr系铝锌钛合金及其制备方法，属于铝合金及其制备技术领域。所述Al‑Zn7‑Mg‑Cu‑Zr系铝锌钛合金的化学成分及质量百分比为：Zn 6.2～10.5wt％、Mg 2.0～5.1wt％、Cu 1.2～2.9wt％、Mn≤0.5wt％、Fe≤0.3wt％、Si≤0.2wt％、Cr 0.10～0.22wt％、Zr≤0.2wt％、Ti≤0.1wt％，余量为Al及不可避免的杂质。本发明不止在铝合金配方上进行了调整，同时还在时效处理和表面磷酸阳极氧化工艺上进行了调整，使其实现既具有高硬度，又同时具有高弹性和高粘合度的优点。
Description
技术领域
本发明专利涉及铝锌钛合金及其制备技术领域，具体涉及一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金及其制备方法。
背景技术
众所周知，铝的密度大约是钢的1/3，其是当前应用最为广泛的轻质材料，铝合金材料是应用较早且技术日趋成熟的轻量化材料，与钢铁材料相比，铝合金材料具有热导率高、耐腐蚀好、加工性能优良等诸多优点，虽然强度不如高强钢，但是通过技术改进，完全可以使铝合金材料满足轻量化对强度的要求。近年来，本领域发展了一些超高强Al-Zn-Mg-Cu系铝合金如7055、7049、7068、7075、7085及7178等；亦发展了一些提高材料强韧性能的工艺方法如T6、T73、T74、T76、T77、T78及T79热处理工艺等。
随着人们日常生活品质的提高，越来越多的人喜欢户外运动，例如滑雪之类的，滑雪过程中通常会使用到滑雪板、雪橇和滑雪杖，而滑雪板、雪橇与滑雪杖的结构都是很复杂坚实的，均用高强高韧的铝合金制造，尤其是滑雪板/雪橇的受力构件和其由多层不同材料材质复合后的特性，通常采用7075或是7178铝合金，但是无论是7075还是7178铝合金，作为高性能铝合金，如何实现既具有高硬度，又同时具有高弹性和高粘合度仍是该领域技术人员所需研究的难题。
对此，特提出一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金及其制备方法，来解决上述问题。
发明内容
本发明专利的目的在于提供一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金及其制备方法，用于解决背景技术中提及的问题。
为了达到上述目的，本发明专利的技术方案是：
一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金，该Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金的化学成分及质量百分比为：Zn 6.2～10.5wt％、Mg 2.0～5.1wt％、Cu 1.2～2.9wt％、Mn≤0.5wt％、Fe≤0.3wt％、Si≤0.2wt％、Cr 0.10～0.22wt％、Zr≤0.2wt％、Ti≤0.1wt％，余量为Al及不可避免的杂质。
进一步的，该Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金中的Zn、Mg、Cu、Zr的化学成分为：Zn6.8～8.2wt％、Mg 2.2～2.9wt％、Cu 1.5～2.1wt％、Zr≤0.15wt％。
一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金制备方法，包括如下步骤：
(a)将权利要求1或是权利要求2中的Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金成分按照质量百分比取相应的Zn、Mg、Cu、Mn、Fe、Si、Cr、Zr、Ti原料进行熔铸，熔铸后的铸锭规格为400×1320×2500mm；
(b)将步骤(a)所得的铸锭进行均匀化退火、锯切铣面、热轧、冷轧、固溶处理、时效处理、以及表面磷酸阳极处理。
进一步的，所述步骤(b)中的均匀化退火工艺，具体是将熔铸后的铝合金以4～5℃/min的升温速率从室温升温到445～475℃，保温8～12h，然后再以4～5℃/min的升温速率升温到480～500℃，保温6～12h，最后再以4～5℃/min的升温速率升温到528～532℃，保温10～12h，之后以9～10℃/min的降温速率随炉冷却至室温。
进一步的，所述步骤(b)中的热轧按照400→380→370→355→330→300→270→240→210→180→150→130→100→70→48→30→16→12→9→7.0→5.0的热轧道次形成厚度为5mm的铝合金板，其中热轧时铝合金铸锭加热温度为400～500℃。
进一步的，所述步骤(b)中的冷轧是将热轧后的铝合金板材冷却至室温后再进行冷轧，冷轧变形率为30～70％，冷轧后的铝合金板材在180～250℃的温度下进行稳定化退火，退火时间为2～8h。
进一步的，所述步骤(b)中的固溶处理方式为水淬，淬火转移时间＜10s，固溶淬火温度为520～550℃，工艺段速度为10～20m/min。
进一步的，所述步骤(b)中的时效处理先将固溶处理后的铝合金在5min内转移到时效炉内，先进行预时效，预时效温度160～165℃，预时效保温时间为4～6h，再进行时效，时效温度为175～180℃，时效温度为2～4h。
进一步的，所述步骤(b)中的表面磷酸阳极处理包括将经过脱脂、碱清洗和脱氧除灰的铝合金试件放入磷酸阳极氧化液中，采用的磷酸溶液浓度为15～35g/L，温度为20-25℃，磷酸阳极氧化时采用恒流模式，电压为10～35V，电流密度为0.20～0.25A/dm3，氧化时间为120～180s，完成氧化处理后，铝合金试件经水洗后，在不高于70℃温度下干燥。
本发明专利的有益效果是：
本发明专利在7049和7068A合金的基础上，通过调整合金中Cu、Mg、Zn和Zr的含量，并且在时效处理时先采用预时效处理，这种预时效处理不仅能抑制铝合金在存放运输过程中的自然时效，而且可以提高铝合金的断裂延长率，即增加了铝合金的弹性，在预时效后的时效工艺可以有效提高铝合金的硬度，该时效处理后的铝合金既满足了高硬度的要求，又满足了高弹性的要求，在时效处理后进行表面磷酸阳极氧化处理，可以提高铝合金的表面粘结性，使其具有高粘合度的优点。该发明的铝合金可以很好的适用于滑雪板,雪橇,游艇和船模等户外用品的制造,性能的需求和减重高标的要求。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明专利方案，下面结合附图和实施方式对本发明创造作进一步的详细说明。
一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金，该Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金的化学成分及质量百分比为：Zn 6.2～10.5wt％、Mg 2.0～5.1wt％、Cu 1.2～2.9wt％、Mn≤0.5wt％、Fe≤0.3wt％、Si≤0.2wt％、Cr 0.10～0.22wt％、Zr≤0.2wt％、Ti≤0.1wt％，余量为Al及不可避免的杂质。
该Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金中的Zn、Mg、Cu、Zr的化学成分为：Zn 6.8～8.2wt％、Mg 2.2～2.9wt％、Cu 1.5～2.1wt％、Zr≤0.15wt％。
其中1#、2#、3#为参考合金，4#、5#、6#为本发明所设计的合金成分。
表1实施例合金具体化学成分(质量百分数，wt％)
一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金制备方法，包括如下步骤：
(a)将权利要求1或是权利要求2中的Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金成分按照质量百分比取相应的Zn、Mg、Cu、Mn、Fe、Si、Cr、Zr、Ti原料进行熔铸，熔铸后的铸锭规格为400×1320×2500mm；
(b)将步骤(a)所得的铸锭进行均匀化退火、锯切铣面、热轧、冷轧、固溶处理、时效处理、以及表面磷酸阳极处理。
所述步骤(b)中的均匀化退火工艺，具体是将熔铸后的铝合金以4～5℃/min的升温速率从室温升温到445～475℃，保温8～12h，然后再以4～5℃/min的升温速率升温到480～500℃，保温6～12h，最后再以4～5℃/min的升温速率升温到528～532℃，保温10～12h，之后以9～10℃/min的降温速率随炉冷却至室温。
所述步骤(b)中的热轧按照400→380→370→355→330→300→270→240→210→180→150→130→100→70→48→30→16→12→9→7.0→5.0的热轧道次形成厚度为5mm的铝合金板，其中热轧时铝合金铸锭加热温度为400～500℃。
所述步骤(b)中的冷轧是将热轧后的铝合金板材冷却至室温后再进行冷轧，冷轧变形率为30～70％，冷轧后的铝合金板材在180～250℃的温度下进行稳定化退火，退火时间为2～8h。
所述步骤(b)中的固溶处理方式为水淬，淬火转移时间＜10s，固溶淬火温度为520～550℃，工艺段速度为10～20m/min。
所述步骤(b)中的时效处理先将固溶处理后的铝合金在5min内转移到时效炉内，先进行预时效，预时效温度160～165℃，预时效保温时间为4～6h，再进行时效，时效温度为175～180℃，时效温度为2～4h。
所述步骤(b)中的表面磷酸阳极处理包括将经过脱脂、碱清洗和脱氧除灰的铝合金试件放入磷酸阳极氧化液中，采用的磷酸溶液浓度为15～35g/L，温度为20～25℃，磷酸阳极氧化时采用恒流模式，电压为10～35V，电流密度为0.20～0.25A/dm3，氧化时间为120～180s，完成氧化处理后，铝合金试件经水洗后，在不高于70℃温度下干燥，在实施过程中，去油脂具体为采用浓度为12～13g/L的LCX～52清洗液于57～63℃清洗28～32s，随后用去离子水进行漂洗；碱清洗是指用含12～13g/L NaOH和12～13g/L碳酸钠的水溶液进行清洗；清洗温度为37～43℃，时间为28～32s；脱氧除灰是指置于345～355g/L的硝酸溶液中清洗28～32s，然后用去离子水漂洗，接着用去离子水淋洗，再80～100℃下烘干。
对1#、2#、3#、4#、5#、6#铸锭进行均匀化退火(以4～5℃/min的升温速率从室温升温到450℃，保温10h，然后再以4～5℃/min的升温速率升温到490℃，保温8h，最后再以4～5℃/min的升温速率升温到530℃，保温10h，之后以9～10℃/min的降温速率随炉冷却至室温)、锯切铣面、热轧、冷轧、固溶处理(固溶淬火温度为530℃，工艺段速度为15m/min)、时效处理方式A(先进行预时效，预时效温度160℃，预时效保温时间为6h，再进行时效，时效温度为180℃，时效温度为2h)后，最终得到0.5mm的冷轧板试件，同时将固溶处理后的1#、2#、3#、4#、5#、6#试件分别采用不同的时效处理和表面磷酸阳极氧化处理后，其中不同的时效处理方式B为(先进行预时效，预时效温度165℃，预时效保温时间为4h，再进行时效，时效温度为175℃，时效温度为4h)、以及表面磷酸阳极处理B(采用的磷酸溶液浓度为35g/L，温度为20℃，磷酸阳极氧化时采用恒流模式，电压为16V，电流密度为0.20A/dm3，氧化时间为120s)，得到如下比较图：
从上表中可以看到，铝合金成分调整后的的4#、5#和6#的试件相较于1#、2#和3#试件，在抗拉强度、屈服强度和延伸率方面均有所提高，尤其是6#铝合金试件，尤为凸出，同时经过表面磷酸阳极氧化处理的4#、5#和6#铝合金试件表面有较好的粘结性，粘结性测试根据DIN 53295，采用剥离的方法来测试，胶黏面积为50*250mm，所用胶水为Glue apply，温度100℃，时间20min，剥离力：20N/MM，压力283KP。
由此可见：本发明专利在7049和7068A合金的基础上，通过调整合金中Cu、Mg、Zn和Zr的含量，并且在时效处理时先采用预时效处理，这种预时效处理不仅能抑制铝合金在存放运输过程中的自然时效，而且可以提高铝合金的断裂延长率，即增加了铝合金的弹性，在预时效后的时效工艺可以有效提高铝合金的硬度，该时效处理后的铝合金既满足了高硬度的要求，又满足了高弹性的要求，在时效处理后进行表面磷酸阳极氧化处理，可以提高铝合金的表面粘结性，使其具有高粘合度的优点。该发明的铝合金可以很好的适用于滑雪板,雪橇,游艇和船模等户外用品的制造,性能的需求和减重高标的要求。
以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金，其特征在于：该Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金的化学成分及质量百分比为：Zn 6.2～10.5wt％、Mg 2.0～5.1wt％、Cu1.2～2.9wt％、Mn≤0.5wt％、Fe≤0.3wt％、Si≤0.2wt％、Cr 0.10～0.22wt％、Zr≤0.2wt％、Ti≤0.1wt％，余量为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金，其特征在于：该Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金中的Zn、Mg、Cu、Zr的化学成分为：Zn 6.8～8.2wt％、Mg 2.2～2.9wt％、Cu 1.5～2.1wt％、Zr≤0.15wt％。
3.根据权利要求1或2所述的一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)将权利要求1或是权利要求2中的Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金成分按照质量百分比取相应的Zn、Mg、Cu、Mn、Fe、Si、Cr、Zr、Ti原料进行熔铸，熔铸后的铸锭规格为400×1320×2500mm；
(b)将步骤(a)所得的铸锭进行均匀化退火、锯切铣面、热轧、冷轧、固溶处理、时效处理、以及表面磷酸阳极处理。
4.根据权利要求3所述的一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中的均匀化退火工艺，具体是将熔铸后的铝合金以4～5℃/min的升温速率从室温升温到445～475℃，保温8～12h，然后再以4～5℃/min的升温速率升温到480～500℃，保温6～12h，最后再以4～5℃/min的升温速率升温到528～532℃，保温10～12h，之后以9～10℃/min的降温速率随炉冷却至室温。
5.根据权利要求3所述的一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中的热轧按照400→380→370→355→330→300→270→240→210→180→150→130→100→70→48→30→16→12→9→7.0→5.0的热轧道次形成厚度为5mm的铝合金板，其中热轧时铝合金铸锭加热温度为400～500℃。
6.根据权利要求3所述的一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中的冷轧是将热轧后的铝合金板材冷却至室温后再进行冷轧，冷轧变形率为30～70％，冷轧后的铝合金板材在180～250℃的温度下进行稳定化退火，退火时间为2～8h。
7.根据权利要求3所述的一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中的固溶处理方式为水淬，淬火转移时间＜10s，固溶淬火温度为520～550℃，工艺段速度为10～20m/min。
8.根据权利要求3所述的一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中的时效处理先将固溶处理后的铝合金在5min内转移到时效炉内，先进行预时效，预时效温度160～165℃，预时效保温时间为4～6h，再进行时效，时效温度为175～180℃，时效温度为2～4h。
9.根据权利要求3所述的一种高弹性高粘合度Al-Zn7-Mg-Cu-Zr系铝锌钛合金制备方法，其特征在于：所述步骤(b)中的表面磷酸阳极处理包括将经过脱脂、碱清洗和脱氧除灰的铝合金试件放入磷酸阳极氧化液中，采用的磷酸溶液浓度为15～35g/L，温度为20-25℃，磷酸阳极氧化时采用恒流模式，电压为10～35V，电流密度为0.20～0.25A/dm3，氧化时间为120～180s，完成氧化处理后，铝合金试件经水洗后，在不高于70℃温度下干燥。
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