ES2960834T3 - Aluminio anodizado con color gris oscuro - Google Patents

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ES2960834T3 ES17758674T ES17758674T ES2960834T3 ES 2960834 T3 ES2960834 T3 ES 2960834T3 ES 17758674 T ES17758674 T ES 17758674T ES 17758674 T ES17758674 T ES 17758674T ES 2960834 T3 ES2960834 T3 ES 2960834T3
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Daehoon Kang
Martin Frank
Simon Barker
Devesh Mathur
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Abstract

En el presente documento se proporcionan aleaciones de aluminio y láminas de aluminio que incluyen aleaciones que tienen un color gris oscuro natural cuando se anodizan. Las aleaciones no requieren ningún proceso de coloración electrolítica o por absorción separado del proceso de anodización para lograr la coloración gris oscuro. También se proporcionan en el presente documento métodos para fabricar tales aleaciones de aluminio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aluminio anodizado con color gris oscuro
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE. UU. N.° 62/375,932 presentada el 17 de agosto de 2016.
Campo
Se describen en el presente documento láminas de aleación de aluminio anodizado y, en particular, láminas de aleación de aluminio anodizado de color gris oscuro.
Antecedentes
Un color gris oscuro es una propiedad deseable en ciertos productos de aluminio anodizado, tales como láminas de arquitectura de calidad anodizada ("AQ"). Un procedimiento de anodización es un procedimiento electroquímico que convierte la superficie de aleación de aluminio en óxido de aluminio. Debido a que el óxido de aluminio se forma en el sitio sobre la superficie, está completamente integrado con el sustrato de aluminio subyacente. La capa de óxido superficial producida por un procedimiento de anodización es una estructura altamente ordenada que, cuando es pura, puede ser transparente e incolora de manera que la lámina anodizada tiene un color gris claro brillante. La capa de óxido superficial también es porosa y susceptible a la coloración adicional por tratamiento posterior al procedimiento de anodización y/o separado del mismo. Las aleaciones anodizadas coloreadas convencionales se colorean mediante procedimientos de coloración absorbentes o electrolíticos adicionales, que aumentan los costes de producción para las aleaciones coloreadas con respecto a las aleaciones que no están coloreadas. El documento JP2009209426 A describe una aleación de aluminio para una vivienda que comprende: aleación de aluminio de tipo 5000 que tiene menos de 0,05 % en peso de Cu y una película anodizada y su método de producción.
Compendio
Las realizaciones cubiertas de la invención están definidas por las reivindicaciones, no por este compendio. Este compendio es una descripción general de alto nivel de diversos aspectos de la invención e introduce algunos de los conceptos que se describen con más detalle más abajo en la sección Descripción detallada. Este compendio no pretende identificar características claves o esenciales del objeto reivindicado, ni se pretende que se utilice aisladamente para determinar el alcance del objeto reivindicado. El objeto debería entenderse por referencia a las partes apropiadas de la memoria descriptiva completa, a todos o cada uno de los dibujos, y a cada reivindicación.
Se proporcionan en el presente documento aleaciones de aluminio que tienen un color gris oscuro cuando se anodizan. Las aleaciones no requieren ningún procedimiento de coloración absorbente o electrolítico separado del procedimiento de anodización para lograr la coloración gris oscura. Las aleaciones tienen ventajas económicas y ambientales frente a las aleaciones de aluminio anodizado convencionales que requieren un procedimiento de coloración separado con el fin de lograr un color deseado.
En un aspecto, esta invención proporciona una aleación de aluminio como se define en la reivindicación 1 con la composición preferida definida en la reivindicación dependiente 2. En otro aspecto, esta invención proporciona una lámina de aluminio como se define en la reivindicación 3 con realizaciones preferidas definidas en las reivindicaciones dependientes 4-7. En el tercer aspecto, esta invención proporciona un método para preparar una lámina de aluminio como se define en la reivindicación 8 con realizaciones preferidas definidas en las reivindicaciones dependientes 9 y 10.
Otros objetos y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de ejemplos no limitantes.
Breve descripción de las figuras
La FIG. 1A es una imagen de microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) de dispersoides en una aleación de aluminio comparativa.
La FIG. 1B es una imagen de STEM de dispersoides en una aleación de aluminio comparativa.
La FIG. 1C es una imagen de STEM de dispersoides en una aleación de aluminio con un color anodizado oscuro, como se describe en el presente documento.
La FIG. 2A es una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de alta resolución de dispersoides en una aleación de aluminio anodizada comparativa.
La FIG. 2B es una imagen de SEM de alta resolución de dispersoides en una aleación de aluminio anodizado comparativa.
La FIG. 2C es una imagen de SEM de alta resolución de dispersoides en una aleación de aluminio anodizado con color anodizado oscuro natural, como se describe en el presente documento.
La FIG. 3A es un diagrama de fases de fases en una aleación comparativa.
La FIG. 3B es un diagrama de fases de fases en una aleación comparativa.
La FIG. 3C es un diagrama de fases de fases en una aleación de aluminio anodizado con color anodizado oscuro natural.
Descripción detallada
Se describen en el presente documento aleaciones y procedimientos que proporcionan sustratos anodizados con color diseñados basándose en el análisis microestructural y metalúrgico en profundidad. Generalmente, una capa anodizada sobre un sustrato de aleación de aluminio convencional es casi transparente y el sustrato anodizado muestra un color metálico gris claro profundo y brillante debido a la reflectancia de luz tanto de la superficie de la capa anodizada como de la superficie del metal base. En los productos de aleación preparados según los presentes métodos, los dispersoides de partículas intermetálicas finas (alternativamente llamados precipitados) dentro de las capas de óxido anodizado normalmente transparentes de las aleaciones anodizadas descritas en el presente documento afectan al color del material anodizado al interrumpir la luz a medida que pasa a través de la capa anodizada antes de que pueda alcanzar la superficie del metal base. Controlando la composición de la aleación y los parámetros del procedimiento, se maximiza la densidad numérica de ciertos dispersoides dentro de la capa anodizada. Esos dispersoides dan al sustrato anodizado un color gris oscuro sin un procedimiento de coloración adicional.
Las aleaciones y métodos descritos en el presente documento proporcionan láminas anodizadas oscuras que pueden prepararse con procesamiento y coste significativamente reducidos en comparación con las láminas anodizadas oscuras conocidas. Los métodos descritos en el presente documento eliminan las etapas de coloración electrolítica o adsorbente convencionales que se requieren en la producción actual de materiales anodizados coloreados oscuros. Los métodos descritos en el presente documento dan como resultado menos subproductos y son menos dañinos para el medio ambiente que los métodos convencionales para producir productos coloreados de manera similar.
En algunos ejemplos, una lámina de aluminio anodizado como se describe en el presente documento tiene un color gris oscuro. El color de la lámina de aluminio anodizado puede cuantificarse mediante medición por colorimetría por la norma CIE lab 1931 y/o ASTM E313-15 (2015). En algunos ejemplos, la lámina de aluminio anodizado tiene un valor de L* inferior a 60, inferior a 55, o inferior a 50, medido por la norma CIE lab 1931. En algunos ejemplos, la lámina anodizada tiene un balance de blancos inferior a 35, inferior a 30, o inferior a 25, medido por la norma ASTM E313-15 (2015).
Definiciones y descripciones
Las aleaciones de aluminio se describen en el presente documento en términos de su composición elemental en porcentaje en peso (% en peso) basado en el peso total de la aleación.
Como se usa en el presente documento, el significado de "temperatura ambiente" puede incluir una temperatura de aproximadamente 15 °C a aproximadamente 30 °C, por ejemplo, de aproximadamente 15 °C, aproximadamente 16 °C, aproximadamente 17 °C, aproximadamente 18 °C, aproximadamente 19 °C, aproximadamente 20 °C, aproximadamente 21 °C, aproximadamente 22 °C, aproximadamente 23 °C, aproximadamente 24 °C, aproximadamente 25 °C, aproximadamente 26 °C, aproximadamente 27 °C, aproximadamente 28 °C, aproximadamente 29 °C o aproximadamente 30 °C.
Aleaciones
Las aleaciones de aluminio útiles para proporcionar láminas de aleación de aluminio anodizadas oscuras como se describe en el presente documento comprenden hasta 0,40 % en peso de Fe, hasta 0,25 % en peso de Si, hasta 0,2 % en peso de Cr, de 2,0 % en peso a 3,2 % en peso de Mg, de 0,8 % en peso a 1,5 % en peso de Mn, hasta 0,1 % en peso de Cu, hasta 0,05 % en peso de Zn, hasta 0,05 % en peso de Ti, y hasta 0,15 % en peso de impurezas, con el resto como Al. Preferiblemente, la aleación de aluminio incluye de 0,05 % en peso a 0,20 % en peso de Fe, de 0,03 % en peso a 0,1 % en peso de Si, hasta 0,05 % en peso de Cr, de 2,5 % en peso a 3,2 % en peso de Mg, de 0,8 % en peso a 1,3 % en peso de Mn, hasta 0,05 % en peso de Cu, hasta 0,05 % en peso de Zn, hasta 0,05 % en peso de Ti y hasta 0,15 % en peso de impurezas totales, con el resto como Al. En algunos ejemplos, la aleación de aluminio incluye hasta 0,30 % en peso de Fe, hasta 0,13 % en peso de Si, hasta 0,07 % en peso de Cr, de 2,0 % en peso a 2,75 % en peso de Mg, de 0,80 % en peso a 1,5 % en peso de Mn, hasta 0,05 % en peso de Cu, hasta aproximadamente 0,05 % en peso de Zn, hasta 0,05 % en peso de Ti, y hasta 0,15 % en peso de impurezas, con el resto como Al. Opcionalmente, la aleación de aluminio incluye 0,1 % en peso de Fe, 0,06 % en peso de Si, 0,005 % en peso de Cr, 2,74 % en peso de Mg, 1,13 % en peso de Mn, 0,024 % en peso de Cu, aproximadamente 0,005 % en peso de Zn, 0,005 % en peso de Ti, y hasta 0,15 % en peso de impurezas totales, con el resto como Al.
La aleación de aluminio incluye hierro (Fe) en una cantidad de 0 % a 0,4 % (p. ej., de 0,05 % en peso a 0,20 % en peso) basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,001 %, 0,002 %, 0,003 %, 0,004 %, 0,005 %, 0,006 %, 0,007 %, 0,008 %, 0,009 %, 0,01 %, 0,02 %, 0,03 %, 0,04 %, 0,05 %, 0,06 %, 0,07 %, 0,08 %, 0,09 %, 0,1 %, 0,11 %, 0,12 %, 0,13 %, 0,14 %, 0,15 %, 0,16 %, 0,17 %, 0,18 %, 0,19 %, 0,2 %, 0,21 %, 0,22 %, 0,23 %, 0,24 %, 0,25 %, 0,26 %, 0,27 %, 0,28 %, 0,29 %, 0,3 %, 0,31 %, 0,32 %, 0,33 %, 0,34 %, 0,35 %, 0,36 %, 0,37 %, 0,38 %, 0,39 % o 0,4 % de Fe. En algunos casos, el Fe no está presente en la aleación (es decir, 0 %). Todo expresado en % en peso.
La aleación de aluminio incluye silicio (Si) en una cantidad de 0 % a 0,25 % (p. ej., de 0,03 % a 0,1 %) basado en el peso total de la aleación Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,001 %, 0,002 %, 0,003 %, 0,004 %, 0,005 %, 0,006 %, 0,007 %, 0,008 %, 0,009 %, 0,01 %, 0,02 %, 0,03 %, 0,04 %, 0,05 %, 0,06 %, 0,07 %, 0,08 %, 0,09 %, 0,1 %, 0,11 %, 0,12 %, 0,13 %, 0,14 %, 0,15 %, 0,16 %, 0,17 %, 0,18 %, 0,19 %, 0,2 %, 0,21 %, 0,22 %, 0,23 %, 0,24 % o 0,25 % de Si. En algunos casos, el Si no está presente en la aleación (es decir, 0 %). Todo expresado en % en peso.
La aleación de aluminio incluye cromo (Cr) en una cantidad de 0 % a 0,2 % (p. ej., de 0,001 % a 0,15 %) basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,001 %, 0,002 %, 0,003 %, 0,004 %, 0,005 %, 0,006 %, 0,007 %, 0,008 %, 0,009 %, 0,01 %, 0,02 %, 0,03 %, 0,04 %, 0,05 %, 0,06 %, 0,07 %, 0,08 %, 0,09 %, 0,1 %, 0,11 %, 0,12 %, 0,13 %, 0,14 %, 0,15 %, 0,16 %, 0,17 %, 0,18 %, 0,19 % o 0,2 % de Cr En algunos casos, el Cr no está presente en la aleación (es decir, 0 %). Todo expresado en % en peso.
La aleación de aluminio incluye magnesio (Mg) en una cantidad de 2,0 % a 3,2 % (p. ej., de 2,5 % a 3,2 %) basado en el peso total de la aleación. En algunos ejemplos, la aleación puede incluir 2,0 %, 2,1 %, 2,2 %, 2,3 %, 2,4 %, 2,5 %, 2,6 %, 2,7 %, 2,75 %, 2,8 %, 2,9 %, 3,0 %, 3,1 % o 3,2 % de Mg. Todo expresado en % en peso.
La aleación de aluminio incluye manganeso (Mn) en una cantidad de 0,8 % a 1,5 % (p. ej., de 0,8 % a 1,3 %) basado en el peso total de la aleación. En algunos ejemplos, la aleación puede incluir 0,8 %, 0,9 %, 1,0 %, 1,1 %, 1,2 % o 1,3 % de Mn. Todo expresado en % en peso.
La aleación de aluminio incluye cobre (Cu) en una cantidad de 0 % a 0,1 % (p. ej., de 0 % a 0,05 %) basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,001 %, 0,002 %, 0,003 %, 0,004 %, 0,005 %, 0,006 %, 0,007 %, 0,008 %, 0,009 %, 0,01 %, 0,02 %, 0,03 %, 0,04 %, 0,05 %, 0,06 %, 0,07 %, 0,08 %, 0,09 % o 0,1 % de Cu. En algunos casos, el Cu no está presente en la aleación (es decir, 0 %). Todo expresado en % en peso.
La aleación de aluminio incluye zinc (Zn) en una cantidad de 0 % a 0,05 % basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,001 %, 0,002 %, 0,003 %, 0,004 %, 0,005 %, 0,006 %, 0,007 %, 0,008 %, 0,009 %, 0,01 %, 0,02 %, 0,03 %, 0,04 % o 0,05 % de Zn. En algunos casos, el Zn no está presente en la aleación (es decir, 0 %). Todo expresado en % en peso.
La aleación de aluminio incluye titanio (Ti) en una cantidad de 0 % a 0,05 % basado en el peso total de la aleación. Por ejemplo, la aleación puede incluir 0,001 %, 0,002 %, 0,003 %, 0,004 %, 0,005 %, 0,006 %, 0,007 %, 0,008 %, 0,009 %, 0,01 %, 0,02 %, 0,03 %, 0,04 % o 0,05 % de Ti. En algunos casos, el Ti no está presente en la aleación (es decir, 0 %). Todo expresado en % en peso.
Opcionalmente, las composiciones de aleaciones descritas en el presente documento pueden incluir además otros elementos menores, a veces denominados impurezas, en cantidades de 0,05 % o menos, 0,04 % o menos, 0,03 % o menos, 0,02 % o menos, o 0,01 % o menos de cada uno. Estas impurezas pueden incluir, pero no se limitan a, V, Zr, Ni, Sn, Ga, Ca, o combinaciones de las mismas. Por consiguiente, el V, Zr, Ni, Sn, Ga o Ca pueden estar presentes en aleaciones en cantidades de 0,05 % o menos, 0,04 % o menos, 0,03 % o menos, 0,02 % o menos, o 0,01 % o menos. En algunos casos, la suma de todas las impurezas no excede de 0,15 % (p. ej., 0,10 %). Todo expresado en % en peso. El porcentaje restante de cada aleación es aluminio.
Como se describe adicionalmente a continuación, las aleaciones descritas en el presente documento se pueden preparar como láminas y se pueden anodizar. La capa de óxido superficial producida por un procedimiento de anodización de una aleación convencional es una estructura altamente ordenada que, cuando es pura, puede ser transparente e incolora. Las aleaciones descritas en el presente documento, por el contrario, están diseñadas para formar partículas intermetálicas finas (p. ej. dispersoides o precipitados) en el sustrato que se mantienen dentro de la capa de óxido formada durante el procedimiento de anodización.
Las aleaciones comprenden al menos 1,5 por ciento en peso de partículas intermetálicas Al12(Mn,Fe)3Si, y/o Al6Mn que tienen una dimensión promedio de más de 50 nm en cualquier dirección. Aunque muchas partículas intermetálicas contienen aluminio, también existen partículas intermetálicas que no contienen aluminio, tales como Mg2Si. La composición y las propiedades de las partículas intermetálicas se describen más adelante.
En algunos ejemplos, las aleaciones descritas en el presente documento incluyen varios porcentajes en peso de las fases Alx(Fe,Mn), Al12(Fe,Mn)3Si y Al6Mn, Mg2Si. Cuando un elemento en una designación de partícula intermetálica se pone en cursiva, ese elemento es el elemento predominantemente presente en la partícula. La notación (Fe,Mn) indica que el elemento puede ser Fe o Mn, o una mezcla de los dos. La notación (Fe,Mn) indica que la partícula contiene más del elemento Fe que del elemento Mn, mientras que la notación (Fe,Mn) indica que la partícula contiene más del elemento Mn que del elemento Fe.
El porcentaje en peso de cada fase difiere a diferentes temperaturas de recocido utilizadas en los métodos para preparar las láminas de aleación de aluminio, como se detalla a continuación. Una aleación que tiene un mayor porcentaje en peso de partículas de Alx(Fe,Mn) (tal como Al6Mn) y/o Al12(Fe,Mn)3Si tendrá un color anodizado natural más oscuro. En algunos ejemplos, la aleación de aluminio incluye al menos 1,5 % en peso de Al6Mn y/o Al12(Fe,Mn)3Si a 400 °C (p. ej., al menos 1,5 %, o al menos 1,75 %, todos en % en peso). En algunos ejemplos, la aleación de aluminio incluye al menos 2,0 % en peso de AbMn y/o Al12(Fe,Mn)3Si a 500 °C (p. ej., al menos 2,0 %, al menos 2,2 %, o al menos 2,4 %, todo los % en peso).
En algunos ejemplos, la lámina de aluminio que tiene un color gris oscuro incluye dispersoides en una densidad de al menos 1 dispersoide por 25 micrómetros cuadrados (p. ej., al menos 1 dispersoide por 25 micrómetros cuadrados, al menos 2 dispersoides por 25 micrómetros cuadrados, al menos 4 dispersoides por 25 micrómetros cuadrados, al menos 10 dispersoides por 25 micrómetros cuadrados, o al menos 20 dispersoides por 25 micrómetros cuadrados).
Los dispersoides tienen una dimensión promedio de más de 50 nanómetros en cualquier dirección. Para los fines del presente documento, "cualquier dirección" significa altura, anchura o profundidad. Por ejemplo, los dispersoides pueden tener una dimensión de partícula promedio de más de 50 nanómetros, más de 100 nanómetros, más de 200 nanómetros o más de 300 nanómetros. En algunos ejemplos, los dispersoides incluyen adicionalmente uno o más de AbFe, Al20Cu2Mn3, Al(Fe,Mn)2Si3, AbZr, AlzCr, Mg2Si, y AhCuMg.
En algunos ejemplos, la lámina de aluminio tiene un tamaño de grano de 10 micrómetros a 50 micrómetros. Por ejemplo, la lámina de aluminio puede tener un tamaño de grano de 15 micrómetros a 45 micrómetros, de 15 micrómetros a 40 micrómetros, o de 20 micrómetros a 40 micrómetros.
Métodos de preparación
Los métodos para producir una lámina de aluminio comprenden: colar una aleación de aluminio para formar un lingote; homogeneizar el lingote en un procedimiento de homogeneización de dos etapas para formar un lingote homogeneizado, en donde una primera etapa de homogeneización es calentar para alcanzar una temperatura máxima del metal de 500-550 °C durante 2-24 h y remojar durante un período de tiempo, y una segunda etapa de homogeneización es disminuir la temperatura a una temperatura de 480-550 °C; laminar en caliente el lingote homogeneizado para producir un producto intermedio laminado en caliente; laminar en frío el producto intermedio laminado en caliente para producir un producto intermedio laminado en frío; interrecocer el producto intermedio laminado en frío para producir un producto interrecocido; laminar en frío el producto interrecocido para producir una lámina laminada en frío; y recocer la lámina laminada en frío para formar una lámina de aluminio recocida que comprende dispersoides que tienen una dimensión promedio mayor que 50 nanómetros en cualquier dirección. En algunos ejemplos, el método incluye además grabar las láminas de aluminio recocidas (p. ej., en un baño de ácido o base) y anodizar las láminas de aluminio recocidas.
En algunos ejemplos, las aleaciones descritas en el presente documento se pueden colar en lingotes utilizando un procedimiento de enfriamiento directo (DC). Los lingotes resultantes pueden ser opcionalmente escalpados. En algunos ejemplos, las aleaciones descritas en el presente documento se pueden colar en un procedimiento de colada continua (CC). El producto de colada puede someterse, a continuación, a otras etapas de procesamiento. En algunos ejemplos, las etapas de procesamiento incluyen además una etapa de homogeneización, una etapa de laminado en caliente, una etapa de laminado en frío, una etapa de interrecocido opcional, una etapa de laminado en frío y una etapa de recocido final. Las etapas de procesamiento descritas a continuación ejemplifican las etapas de procesamiento usadas para un lingote preparado a partir de un procedimiento de DC.
La primera etapa de homogeneización disuelve las fases metaestables en la matriz y minimiza la falta de homogeneidad microestructural. Un lingote se calienta para alcanzar una temperatura del metal máxima de 500-550 °C durante aproximadamente 2-24 horas. En algunos ejemplos, el lingote se calienta para alcanzar una temperatura del metal máxima que varía de aproximadamente 510 °C a aproximadamente 540 °C, de aproximadamente 515 °C a aproximadamente 535 °C, o de aproximadamente 520 °C a aproximadamente 530 °C. La velocidad de calentamiento para alcanzar la temperatura del metal máxima puede ser de aproximadamente 30 °C por hora a aproximadamente 100°C por hora. A continuación, se deja el lingote en remojo (es decir, se mantiene a la temperatura indicada) durante un período de tiempo durante la primera etapa de homogeneización. En algunos ejemplos, el lingote se deja en remojo durante hasta 5 horas (p. ej., hasta 1 hora, hasta 2 horas, hasta 3 horas, hasta 4 horas, inclusive). Por ejemplo, el lingote se puede remojar a una temperatura de aproximadamente 515 °C, aproximadamente 525 °C, aproximadamente 540 °C o aproximadamente 550 °C durante 1 hora a 5 horas (p. ej., 1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas o 5 horas).
En la segunda etapa de homogeneización, la temperatura del lingote se reduce a una temperatura de aproximadamente 480 °C a 550 °C antes del procesamiento posterior. En algunos ejemplos, la temperatura del lingote se reduce a una temperatura de aproximadamente 450 °C a 480 °C antes del procesamiento posterior. Por ejemplo, en la segunda etapa, el lingote puede enfriarse a una temperatura de aproximadamente 450 °C, aproximadamente 460 °C, aproximadamente 470 °C o aproximadamente 480 °C y dejarse en remojo durante un período de tiempo. En algunos ejemplos, el lingote se deja en remojo a la temperatura indicada durante hasta ocho horas (p. ej., de 30 minutos a ocho horas, inclusive). Por ejemplo, el lingote se puede remojar a una temperatura de aproximadamente 450 °C, de aproximadamente 460 °C, de aproximadamente 470 °C, o de aproximadamente 480 °C durante 30 minutos a 8 horas.
Después de la segunda etapa de homogeneización, se realiza una etapa de laminado en caliente. La etapa de laminado en caliente puede incluir una operación de laminador reversible en caliente y/o una operación de laminador en tándem en caliente. La etapa de laminado en caliente puede llevarse a cabo a una temperatura que varía de aproximadamente 250 °C a aproximadamente 450 °C (p. ej., de aproximadamente 300 °C a aproximadamente 400 °C o de aproximadamente 350 °C a aproximadamente 400 °C). En la etapa de laminado en caliente, los lingotes se pueden laminar en caliente hasta un espesor de 10 mm de calibre o menos (p. ej., de 3 mm a 8 mm de calibre). Por ejemplo, los lingotes se pueden laminar en caliente hasta un calibre de 8 mm o menos, calibre de 7 mm o menos, calibre de 6 mm o menos, calibre de 5 mm o menos, calibre de 4 mm o menos, o calibre de 3 mm o menos. Opcionalmente, la etapa de laminado en caliente puede realizarse durante un período de hasta una hora. Opcionalmente, al final de la etapa de laminado en caliente (p. ej., al salir del laminador en tándem), la lámina de aluminio se enrolla para producir una bobina laminada en caliente.
La bobina laminada en caliente puede desenrollarse en una lámina laminada en caliente que se somete a una etapa de laminado en frío. La temperatura de la lámina laminada en caliente puede reducirse a una temperatura que varía de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 200 °C (p. ej., de aproximadamente 120 °C a aproximadamente 200 °C). La etapa de laminado en frío puede realizarse durante un período de tiempo para dar como resultado un espesor de calibre final de aproximadamente 1,0 mm a aproximadamente 3 mm, o aproximadamente 2,3 mm. Opcionalmente, la etapa de laminado en frío puede realizarse durante un período de hasta aproximadamente 1 hora (p. ej., de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 30 minutos) y la lámina se puede enrollar para producir una bobina laminada en frío.
La bobina laminada en frío se somete a una etapa de interrecocido. La etapa de interrecocido puede incluir calentar la bobina a una temperatura del metal máxima de aproximadamente 300 °C a aproximadamente 400 °C (p. ej., aproximadamente 300 °C, 305 °C, 310 °C, 315 °C, 320 °C, 325 °C, 330 °C, 335 °C, 340 °C, 345 °C, 350 °C, 355 °C, 360 °C, 365 °C, 370 °C, 375 °C, 380 °C, 385 °C, 390 °C, 395 °C o 400 °C). La velocidad de calentamiento para la etapa de interrecocido puede ser de aproximadamente 20 °C por minuto a aproximadamente 100 °C por minuto (p. ej., aproximadamente 40 °C por minuto, aproximadamente 50 °C por minuto, aproximadamente 60 °C por minuto o aproximadamente 80 °C por minuto). La etapa de interrecocido se puede realizar durante un período de aproximadamente 2 horas o menos (p. ej., aproximadamente 1 hora o menos). Por ejemplo, la etapa de interrecocido se puede realizar durante un período de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 50 minutos.
A la etapa de interrecocido le sigue otra etapa de laminado en frío. La etapa de laminado en frío puede realizarse durante un período de tiempo para dar como resultado un espesor de calibre final entre aproximadamente 0,5 mm y aproximadamente 2 mm, entre aproximadamente 0,75 y aproximadamente 1,75 mm, entre aproximadamente 1 y aproximadamente 1,5 mm, o aproximadamente 1,27 mm. Opcionalmente, la etapa de laminado en frío puede realizarse durante un período de hasta aproximadamente 1 hora (p. ej., de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 30 minutos).
La bobina laminada en frío se somete después una etapa de recocido. La etapa de recocido puede incluir calentar la bobina laminada en frío a una temperatura de metal máxima de aproximadamente 180 °C a aproximadamente 350 °C. La velocidad de calentamiento para la etapa de recocido puede ser de aproximadamente 10 °C por hora a aproximadamente 100°C por hora. La etapa de recocido se puede realizar durante un período de hasta 4,8 horas o menos (p. ej., 1 hora o menos). Por ejemplo, la etapa de recocido se puede realizar durante un período de 30 minutos a 50 minutos.
Después de la etapa de recocido y antes de la etapa de anodización, las láminas de aluminio pueden grabarse. Se puede usar cualquier procedimiento de grabado conocido, incluyendo grabado alcalino o grabado ácido. Como un ejemplo, se puede realizar un procedimiento de grabado alcalino con hidróxido de sodio (p. ej., una solución acuosa de hidróxido de sodio al 10 %) seguido por un procedimiento de dismutación. Como otro ejemplo, se puede realizar un procedimiento de grabado con ácido fosfórico, ácido sulfúrico o una combinación de estos. Por ejemplo, el procedimiento de grabado se puede realizar usando ácido fosfórico al 75 % y ácido sulfúrico al 25 % a una temperatura elevada. Tal como se usa en el presente documento, una temperatura elevada se refiere a una temperatura superior a la temperatura ambiente (p. ej., superior a 40 °C, superior a 50 °C, superior a 60 °C, superior a 70 °C, superior a 80 °C o superior a 90 °C, tal como 99 °C). Durante el procedimiento de grabado, se disuelven la matriz de aluminio en masa y partículas intermetálicas/dispersoides. Dependiendo del procedimiento de grabado, el grado y uniformidad de la superficie grabada pueden variarse.
Después de la etapa de grabado, las láminas de aluminio descritas en el presente documento se anodizan. En algunos ejemplos, las láminas de aluminio descritas en el presente documento se anodizan poniendo el aluminio en una solución electrolítica y pasando una corriente continua a través de la solución. En algunos ejemplos, la solución electrolítica es una solución ácida, tal como, pero no limitada a, una solución que incluye ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido crómico, ácido fosfórico y/o un ácido orgánico. La anodización crea una capa superficial de óxido sobre la aleación de aluminio. En algunos ejemplos, la lámina de aluminio incluye una capa superficial de óxido.
Métodos de uso
Los materiales descritos en el presente documento son particularmente útiles en aplicaciones de calidad arquitectónica así como otras aplicaciones decorativas, tales como paneles decorativos, letreros de calles, electrodomésticos, muebles, joyería, ilustración artística, componentes de embarcación y automoción, e incluso electrónica de consumo donde los clientes requieren color gris oscuro de alta calidad en láminas anodizadas.
Los siguientes ejemplos servirán para ilustrar con mayor detalle la presente invención sin constituir, al mismo tiempo, ninguna limitación de la misma. Por el contrario, debe entenderse claramente que puede recurrirse a sus diversas realizaciones, modificaciones y equivalentes que, tras una lectura de la descripción del presente documento, puedan sugerirse a los expertos en la técnica sin apartarse del espíritu de la invención. Durante los estudios descritos en los siguientes ejemplos, se siguieron procedimientos convencionales, a menos que se indique de otra forma. A continuación se describen algunos de los procedimientos con fines ilustrativos.
Ejemplo 1
Se prepararon una lámina de aleación de la invención y tres láminas de aleación comparativas que tienen las composiciones detalladas en la Tabla 1. Las láminas se prepararon por colada de un lingote a aproximadamente 650 °C, homogeneizado del lingote a 525 °C durante menos de 1 hora de tiempo de remojo, laminado en caliente del lingote homogeneizado durante 10 minutos a 250-450 °C para producir un producto intermedio laminado en caliente, y laminado en frío del producto intermedio laminado en caliente durante 10 minutos a 150-180 °C para producir un producto intermedio laminado en frío.
Tabla 1. Composiciones elementales de aleación, con hasta 0.15 % en peso de impurezas totales, el resto
Aluminio.
Ejemplo 2
Se generaron imágenes de las láminas de aluminio de la aleación 4 y las aleaciones comparativas 1 y 2 descritas en el ejemplo 1 con microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM). La FIG. 1A y FIG. 1B son imágenes de STEM de la aleación comparativa 1 y la aleación comparativa 2, respectivamente. La FIG.
1C es una imagen de STEM de la aleación 4. La aleación 4 mostró una densidad de dispersoides mucho más alta que las aleaciones comparativas. La aleación 3 tenía una densidad de dispersoides más baja que las aleaciones 1 y 2, y por lo tanto no se representa.
Ejemplo 3
Las láminas de las aleaciones comparativas 1 y 2 y la aleación 4 preparadas como se describe en el ejemplo 1 se sometieron a grabado alcalino con solución de hidróxido sódico al 10 % y se anodizaron a un espesor de capa anodizada de 10 micrómetros (um). Se generó la imagen del corte transversal de la capa anodizada resultante con microscopía electrónica de barrido (SEM) de alta resolución. Las imágenes de SEM de las aleaciones comparativas 1 y 2 y la aleación 4 se muestran en las FIGs. 2A-2C, respectivamente. Como se identifica en la Figura 2A, las partículas finas eran Al6Fe y Mg2Si en estas aleaciones de ejemplo. La lámina de aluminio anodizado de la aleación 4 tiene un color gris significativamente más oscuro, con muchos dispersoides visibles (véase la FIG. 2C), mientras que las dos láminas de aleación de aluminio anodizadas comparativas tienen un color gris claro y menos dispersoides (véase las FIGs. 2A-2B).
Ejemplo 4
Se usó la modelización termodinámica mediante el software Thermo-Calc (Thermo-Calc Software, Inc., McMurray, PA) para calcular el comportamiento de transformación de fases de equilibrio de las aleaciones comparativas 1-2 (véase las FIGs. 3A y 3B, respectivamente) y la aleación 4 (véase la FIG. 3C). Las fases de equilibrio a cada temperatura de una composición de aleación dada se calcularon mediante la técnica CALPHAD (Acoplamiento por ordenador de diagramas de fases y termoquímica, por sus siglas en inglésComputer Coupled of Phase Diagrams and Thermochemistry).Cada línea representa una fase específica. Línea 1: líquido; línea 2: matriz de Al; línea 3: Al6Mn; línea 4: Al(Fe,Mn)2Si3; línea 5: Mg2Si; línea 6: AlCuMn; línea 7: AlCuMg; línea 8: AlsMg5; línea 9: Al12Mn. Los resultados de la modelización indican que la mayor cantidad de dispersoides de Al6Mn (línea 3) es en la aleación 4 (Figura 3C). Sin pretender estar limitados por la teoría, el mayor contenido de Mn de la aleación de la invención en relación con las aleaciones comparativas da como resultado una mayor concentración de dispersoides de Al6Mn en la capa de óxido de aleación de la invención, lo que proporciona la dispersión de la luz entrante.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Una aleación de aluminio que comprende hasta 0,40 % en peso de Fe, hasta 0,25 % en peso de Si, hasta 0,2 % en peso de Cr, de 2,0 % en peso a 3,2 % en peso de Mg, de 0,8 % en peso a 1,5 % en peso de Mn, hasta 0,1 % en peso de Cu, hasta 0,05 % en peso de Zn, hasta 0,05 % en peso de Ti, y hasta 0,15 % en peso de impurezas, con el resto como Al, en donde la aleación de aluminio comprende al menos 1,5 por ciento en peso de dispersoides de Al6Mn y/o Al12(Fe,Mn)3Si que tienen una dimensión promedio superior a 50 nanómetros en cualquier dirección.
2. La composición de aluminio de la reivindicación 1, en donde la aleación de aluminio comprende de 0,05 % en peso a 0,2 % en peso de Fe, de 0,03 % en peso a 0,1 % en peso de Si, hasta 0,05 % en peso de Cr, de 2,5 % en peso a 3,2 % en peso de Mg, de 0,8 % en peso a 1,3 % en peso de Mn, hasta 0,05 % en peso de Cu, hasta 0,05 % en peso de Zn, hasta 0,05 % en peso de Ti, y hasta 0,15 % en peso de impurezas, con el resto como Al.
3. Una lámina de aluminio que comprende la aleación de aluminio de cualquiera de las reivindicaciones 1-2.
4. La lámina de aluminio de la reivindicación 3, en donde la lámina de aleación de aluminio comprende una capa de óxido superficial.
5. La lámina de aluminio de la reivindicación 3, en donde la lámina de aleación de aluminio tiene un balance de blancos inferior a 35 medido por la norma ASTM E313-15 (2015).
6. La lámina de aluminio de la reivindicación 3, que comprende además dispersoides en una densidad de al menos 2 dispersoides por 25 micrómetros cuadrados.
7. La lámina de aluminio de la reivindicación 6, en donde los dispersoides comprenden Al6Mn y/o Al12(Fe,Mn)3Si y uno o más de AbFe, Alx(Fe,Mn), AbFe, AbCu2Fe, Al20Cu2Mn3, AbTi, AbCu, Al(Fe,Mn)2Si3, AbZr, AbCr, Alx(Mn,Fe), Ab,Ni, Mg2Si, MgZn3, Mg2Ab, Al32Zn49 y AhCuMg.
8. La lámina de aluminio de la reivindicación 6, en donde los dispersoides comprenden AbMn y/o Al12(Fe,Mn)3Si y uno o más de AbFe, Al20Cu2Mn3, Al(Fe,Mn)2Si3, AbZr, AbCr, Mg2Si y AhCuMg.
9. La lámina de aluminio de cualquiera de las reivindicaciones 4-8, que comprende un tamaño de grano de 10 micrómetros a 50 micrómetros.
10. Un método para preparar una lámina de aluminio que comprende dispersoides, comprendiendo el método: colado de una aleación de aluminio para formar un lingote;
homogeneización del lingote en un procedimiento de homogeneización de dos etapas para formar un lingote homogeneizado, en donde una primera etapa de homogeneización es calentar para alcanzar una temperatura del metal máxima de 500-550 °C durante 2-24 h y remojar durante un período de tiempo, y una segunda etapa de homogeneización es disminuir la temperatura a una temperatura de 480-550 °C;
laminado en caliente del lingote homogeneizado para producir un producto intermedio laminado en caliente; laminado en frío del producto intermedio laminado en caliente para producir un producto intermedio laminado en frío;
interrecocido del producto intermedio laminado en frío para producir un producto interrecocido;
laminado en frío del producto interrecocido para producir una lámina laminada en frío; y
recocido de la lámina laminada en frío para formar una lámina de aluminio recocida que comprende dispersoides que tienen una dimensión promedio de más de 50 nanómetros en cualquier dirección, en donde la aleación de aluminio comprende hasta 0,40 % en peso de Fe, hasta 0,25 % en peso de Si, hasta 0,2 % en peso de Cr, de 2,0 % en peso a 3,2 % en peso de Mg, de 0,8 % en peso a 1,5 % en peso de Mn, hasta 0,1 % en peso de Cu, hasta 0,05 % en peso de Zn, hasta 0,05 % en peso de Ti, y hasta 0,15 % en peso de impurezas, con el resto como Al, y en donde la aleación de aluminio comprende al menos 1.5 por ciento en peso de AbMn y/o Al12(Fe,Mn)3Si.
11. El método de la reivindicación 10, que comprende además anodizar la lámina de aluminio.
12. El método de la reivindicación 10 u 11, en donde los dispersoides comprenden AbMn y/o Al12(Fe,Mn)3Si y uno o más de AbFe, AÍx(Fe,Mn), AbFe, Al7Cu2Fe, AÍ2oCu2Mn3, AI3TÍ, AbCu, Al(Fe,Mn)2SÍ3, AÍ3Zr, AÍ7Cr, AIx(Mn,Fe), AÍ3,Ni, Mg2Si, MgZn3, Mg2AÍ3, AÍ32Zn49, AhCuMg.
13. EÍ método de Ías reivindicaciones 10 u 11, en donde Ía Íámina de aÍuminio tiene un baÍance de bÍancos inferior a 35 medido por Ía norma ASTM E313-15 (2015) o,
en donde Íos dispersoides están presentes en Ía Íámina de aÍuminio en una densidad de aÍ menos 2 dispersoides por 25 micrómetros cuadrados.
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