TWI467026B

TWI467026B - 陽極用鋁合金片及其製造方法

Info

Publication number: TWI467026B
Application number: TW102123023A
Authority: TW
Inventors: Chungyi Yu; Jiunnren Su; Tienyu Tseng; Rueikuen Yu; Hancheng Shih; Paosung Chen
Original assignee: China Steel Corp
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-01-01
Also published as: TW201500559A

Description

陽極用鋁合金片及其製造方法

本發明是有關於一種鋁合金片之製造方法，且特別是有關於一種陽極用鋁合金片之製造方法。

鋁合金片經過陽極處理後，具備有多項優良之特點，故可應用於眾多不同的領域中，例如，經陽極處理之鋁合金片可具備有質地輕薄、抗腐蝕性佳、成形性好、外觀優美且兼具時尚感等特點，因此被廣泛地應用於手機、桌機、筆電以及平板電腦等電子用品或其他民生用品上。

經陽極處理後的鋁合金片雖表面色澤均勻，但經陽極處理後的鋁合金片常發生色澤偏黃的問題，鋁合金片之色澤偏黃易使消費者產生老舊與廉價的感覺，進而影響消費者的購買意願。相對的，若鋁合金片之色澤偏藍易使消費者產生高質感的感受而增加消費者的購買意願。

鋁合金在燒鑄製程中，不同的製程參數會影響鋁合金之析出相。以1000系純鋁系合金為例，在經陽極處理鋁合金片之後，不同析出相於鋁合金片表面形成之氧化皮膜會呈現不同的色澤，例如鋁合金析出相之化學式為Al₃ Fe，鋁合金片氧化皮膜色澤偏黃。

為了解決上述鋁合金片色澤偏黃的問題，目前業界嘗試控制鋁合金中雜質鐵(Fe)與矽(Si)的含量，並利用添加微量的合金元素[例如鎂(Mg)、鉻(Cr)與錳(Mn)]來輔助改變或穩定析出相，藉以獲得所需的表面色澤。然而，上述微量的合金元素價格偏高，會增加製程成本。

此外，習知的鋁合金片製程，在鋁合金胚進行軋延製程之前，為求鋁合金之成分與組織均勻，會再進行高溫均質化處理。然而，高溫均質化處理會使鋁合金之析出相變化，不利於改變表面色澤，更需要耗費大量能源，排放大量溫室氣體。

有鑑於此，亟需提出一種陽極用鋁合金片及其製造方法，藉以改善習知陽極用鋁合金片製程的種種問題。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種陽極用鋁合金片及其製造方法，係提供一鋁鎂合金，將鋁鎂合金依序進行熔化步驟、澆鑄步驟、冷卻步驟、軋延步驟以及陽極處理步驟，以形成陽極用鋁合金片。再者，本發明之又一態樣是在提供一種陽極用氧化鋁合金片，且陽極用鋁合金片之一色差值b為1.0至2.0。

根據本發明之上述態樣，提出一種陽極用鋁合金片之製造方法。在一實施例中，首先，提供鋁鎂合金，對鋁鎂合金進行熔化步驟，以形成鋁熔湯。其中鋁鎂合金至少包含大於0.25重量百分比至0.50重量百分比之鐵，大於0.05重量百分比至0.25重量百分比之矽，大於2.0重量百分比至4.90重量百分比之鎂，大於0.15重量百分比至0.30重量百分比之鉻，大於0.05重量百分比至0.20重量百分比之銅，以及其餘部分為鋁與小於0.5重量百分比不可避免之雜質，且鐵與矽之重量比係介於3至5。

然後，將鋁熔湯進行澆鑄步驟，以形成鋁合金胚，其中澆鑄步驟之溫度係670℃至700℃，鋁熔湯之澆鑄速度係40毫米/分鐘(mm/min)至60毫米/分鐘，鋁熔湯之一液面高度為50毫米(mm)至60毫米。

接續，將鋁合金胚冷卻至室溫。

之後，將鋁合金胚進行軋延步驟，以形成鋁合金片。

隨後，將鋁合金片進行陽極處理步驟，以形成陽極用鋁合金片，其中陽極用鋁合金片包含矽化二鎂(Mg₂ Si)、鋁鐵(Al₃ Fe)、鋁錳(Al₃ Mn)以及鋁鐵錳(Al₃ FeMn)，但不含鋁鐵矽(Al₁₂ Fe₃ Si)、鋁錳矽(Al₁₂ Mn₃ Si)以及鋁鐵錳矽[Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si]中任一者，陽極用鋁合金片之一色差值b為1.0至2.0，且在軋延步驟前，鋁合金胚省略高溫均質化步驟。

根據本發明之上述態樣，提出一種陽極用鋁合金片，其係由上述方法製得。

應用本發明陽極用鋁合金片及其製造方法，由於上述陽極用鋁合金片之製造方法，可減少Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si相的生成，所得之陽極用鋁合金片色澤偏藍。並且，本發明之陽極用鋁合金片之成分與組織均勻，不需高溫均質化處理，可大幅減少製程所需的成本。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供鋁鎂合金之步驟

120‧‧‧對鋁鎂合金進行熔化步驟，以形成鋁熔湯

130‧‧‧將鋁熔湯進行澆鑄步驟，以形成鋁合金胚

140‧‧‧將鋁合金胚進行冷卻步驟

150‧‧‧將鋁合金胚進行軋延步驟，以形成鋁合金片

160‧‧‧將鋁合金片進行陽極處理步驟，以形成陽極用鋁合金片

為讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明之一實施例的一種陽極用鋁合金片之製造方法的流程圖。

承前所述，本發明提供一種陽極用鋁合金片及其製造方法，係提供鋁鎂合金，將鋁鎂合金依序進行熔化步驟、澆鑄步驟、冷卻步驟、軋延步驟以及陽極處理步驟，但在軋延步驟前排除進行高溫均質化步驟，以形成陽極用鋁合金片，且陽極用鋁合金片之色差值b為1.0至2.0。以下說明本發明陽極用鋁合金片及其製造方法。

陽極用鋁合金片之製造方法

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施例的陽極用鋁合金片之製造方法的流程示意圖。

1.提供鋁鎂合金材料

首先，如步驟110所示，提供鋁鎂合金，其中鋁鎂合金至少包含大於0.25重量百分比至0.50重量百分比之鐵，大於0.05重量百分比至0.25重量百分比之矽，大於2.0重量百分比至4.90重量百分比之鎂，大於0.15重量百分比至0.30重量百分比之鉻，大於0.05重量百分比至0.20重量百分比之銅，以及其餘部分為鋁與小於0.5重量百分比不可避免之雜質，且鐵與矽之重量比係介於3至5。

在一實施例中，上述之鋁鎂合金係5000系鋁鎂系合金，可包括但不限於5052系鋁合金5182系鋁合金、5N52系鋁合金及其任意組合。在一實施例中，上述之鋁鎂系合金的來源不拘，可包含但不限於鋁鎂系合金原料、工業製程中所產生之廢料、回收料或其任意組合。

在一實施例中，倘若上述之鐵與矽之重量比係小於3，則會造成鋁合金片氧化皮膜色澤偏黃。倘若上述之鐵與矽之重量比係大於5，則會降低鋁合金片的耐蝕性，且造成鋁合金的片色澤偏暗。

在一實施例中，上述之鋁鎂合金中包含大於0.25重量百分比至0.50重量百分比之鐵，以增加鋁合金片之強度，並且減少Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si相的生成。在此說明的是，倘若上述之鐵小於0.25重量百分比，則會降低鋁合金片之強度，並使鋁合金片之氧化皮膜的色澤偏黃。若上述之鐵含量大於0.5重量百分比，則會降低鋁合金片的耐蝕性，且造成鋁合金片的色澤偏暗。

在一實施例中，上述之鋁鎂合金包含大於0.05重量百分比至0.25重量百分比之矽，以增加鋁合金片之強度，並且減少Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si相的生成。在此說明的是，倘若上述之矽小於0.05重量百分比，則會降低鋁合金片之強度，且必須加入大量的純鋁。若上述之矽含量大於0.25重量百分比，則會造成鋁合金片氧化皮膜色澤偏黃。

在一實施例中，上述之鋁鎂合金包含大於2.0重量百分比至4.90重量百分比之鎂，以增加鋁合金片之強度。在此說明的是，倘若上述之鎂小於2.0重量百分比，則會降低鋁合金片之強度。若上述之鎂含量大於4.90重量百分比，則會降低鋁合金片的透明度與光澤度。

在一實施例中，上述之鋁鎂合金包含大於0.15重量百分比至0.30重量百分比之鉻，以增加鋁合金片的耐蝕性。在此說明的是，倘若上述之鉻小於0.15重量百分比，則會降低鋁合金片之耐蝕性與機性。若上述之鉻含量大於0.3重量百分比，則會造成鋁合金片氧化皮膜色澤偏黃。

在一實施例中，上述之鋁鎂合金包含大於0.05重量百分比至0.20重量百分比之銅，以增加鋁合金片之強度與明亮度。在此說明的是，倘若上述之銅小於0.05重量百分比，則會降低鋁合金片之強度與明亮度。若上述之銅含量大於0.2重量百分比，則會腐蝕鋁合金片。

2.進行熔化步驟

接著，如步驟120所示，對鋁鎂合金進行熔化步驟，以形成鋁熔湯。

3.進行澆鑄步驟

接著，如步驟130所示，將鋁熔湯進行澆鑄步驟，以形成鋁合金胚。在一實施例中，上述之澆鑄步驟之速度係40毫米/分鐘(mm/min)至60毫米/分鐘之間，上述之澆鑄步驟之溫度係670℃至700℃之間，上述之澆鑄步驟之比水量係0.015至0.025之間，上述之熔湯液面高度係50至60毫米(mm)之間。

4.進行冷卻步驟

接著，如步驟140所示，將鋁合金胚進行冷卻步驟，其中冷卻步驟之比水量為0.015至0.025，可減少Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si相的生成。關於比水量係根據下式(I)的定義：比水量=(總出水量/坑數)/鑄模斷面周長(mm) (I)

另外，當總出水量為例如200至300立方公尺/小時(m³ /hr)時，亦可減少Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si相的生成。

5.進行軋延步驟

然後，如步驟150所示，將鋁合金胚進行軋延步驟，以形成鋁合金片。

在一實施例中，上述之軋延步驟包含熱軋步驟與冷軋步驟。在一例示中，上述之熱軋步驟之溫度係350℃至500℃之間，上述之熱軋步驟之熱軋裁減量係50至80%。在另一例示中，上述之冷軋步驟之溫度係200℃至400℃之間，時間係1至12小時，上述之冷軋步驟之冷軋裁減量係50至80%。

6.進行陽極處理步驟

隨後，如步驟160所示，將鋁合金片進行陽極處理步驟，以形成陽極用鋁合金片。

在一實施例中，在上述之陽極處理步驟之前，更包含鹼洗步驟，其中鹼洗步驟之溫度係40至50℃，鹼洗步驟之時間係3至10分鐘(min)。

在一實施例中，陽極處理步驟係利用硫酸(H₂ SO₄ )進行陽極處理步驟，陽極處理步驟之溫度係20至25℃，陽極處理步驟之電流係1至5安培(A)，陽極處理步驟之電壓係12.5至13.0伏特(V)，以形成陽極用鋁合金片。

在一實施例中，陽極用鋁合金片之析出相包含矽化二鎂(Mg₂ Si)、鋁鐵(Al₃ Fe)、鋁錳(Al₃ Mn)以及鋁鐵錳(Al₃ FeMn)，但不含鋁鐵矽(Al₁₂ Fe₃ Si)、鋁錳矽(Al₁₂ Mn₃ Si)以及鋁鐵錳矽[Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si]之至少一者。在一例示中，且陽極用鋁合金片之色差值b為1.0至2.0。在另一例示中，上述之陽極用鋁合金片之色差值b為1.5至1.8。在又一例示中，上述之陽極用鋁合金片之色差值b為1.6至1.7。在一實施例中，上述之陽極用鋁合金片之一厚度係0.5毫米至2毫米。

在一實施例中，上述之色差值為國際照明委員會(international commission on illumination,CIE)所提出用以定義一CIE L* a* b*(CIELAB)之色彩空間所採用的標準，其三個基本參數(L*,a*,b*)分別表示顏色的亮度(L*：L*=0指示黑色，而L*=100指示白色)，以及顏色在紅色及綠色之間的位置(a*為負值指示趨向綠色，而正值指示趨向紅色)及顏色在黃色及藍色之間的位置(b*負值指示趨向藍色，而正值指示趨向黃色)。本發明利用光度計(CM-2600d，Konica Minolta)進行色差值測試，所得之數據以CIE 1976(L*a*b*)色差公式進行分析評估。

值得一提的是，本發明所得之陽極用鋁合金片，其特徵之一係將鐵與矽之重量比為3至5的鋁鎂合金依序進行加熱步驟、澆鑄步驟、冷卻步驟、軋延步驟以及陽極處理步驟，但在軋延步驟前省略高溫均質化步驟，以形成陽極用鋁合金片。其次，本發明所得之陽極用鋁合金片實質不含鋁鐵矽(Al₁₂ Fe₃ Si)、鋁錳矽(Al₁₂ Mn₃ Si)以及鋁鐵錳矽[Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si]，所得之陽極用鋁合金片色澤偏藍，具有良好的色差值。再者，本發明之陽極用鋁合金片之成分與組織均勻，不需高溫均質化處理，可大幅減少製程所需的成本。並且，本發明所得之陽極用鋁合金片具有良好的機性(降伏強度與抗拉強度等)。

在此補充說明的是，由於1000系純鋁系合金之組成不同於5000系鋁鎂系合金。因此，習知的1000系純鋁系合金製程無法適用於5000系鋁鎂系合金之製程。

以下列舉數個實施例，藉此更詳盡闡述本發明之陽極用鋁合金片及其製造方法，然其並非用以限定本發明，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

實施例1

首先，提供AA5052系鋁合金進行加熱步驟，以形成鋁熔湯，其中鋁鎂合金包含0.30重量百分比之鐵、0.07重量百分比之矽、2.32重量百分比之鎂、0.20重量百分比之鉻以及0.1重量百分比之銅，其餘部分為鋁。在一實施例中，上述之加熱步驟之溫度為740℃。

然後，將鋁熔湯進行澆鑄步驟，以形成鋁合金胚。上述之澆鑄步驟之溫度係692℃，鋁熔湯之澆鑄速度係56毫米/分鐘(mm/min)，熔湯液面高度係53毫米(mm)。

接著，在澆鑄步驟後，更至少包含對鋁合金胚進行冷卻步驟。上述之冷卻步驟之比水量為0.017。

之後，將上述之鋁合金胚於500℃進行熱軋步驟，以形成厚度為5.5毫米(mm)之熱軋延鋁板。

接著，將上述之熱軋延鋁板於室溫進行冷軋步驟，以形成冷軋延鋁片，厚度端視客戶需求或不同產品而定。

隨後，將上述之冷軋延鋁片置放在320℃之第二預定溫度之爐中進行8小時之退火製程，以獲得鋁合金片。

之後，對上述之鋁合金片進行陽極處理步驟。首先，將上述之鋁合金片利用50公克/公升(g/L)的氫氧化鋁(NaOH)進行鹼洗步驟，其中鹼洗步驟之溫度係45℃，鹼洗步驟之時間係5分鐘(min)。接著，利用180公克/公升(g/L)的硫酸(H₂ SO₄ )進行陽極處理步驟，其中陽極處理步驟之溫度係20℃，陽極處理步驟之電流係3安培(A)，陽極處理步驟之電壓係12.5至13.0伏特(V)，以獲得陽極用鋁合金片。

實施例2

同實施例1的製作方法，不同處在於實施例2合金的添加量以及澆鑄步驟的製程參數不同，其使用量以及製程參數如第1表所示。

比較例

比較例之製作方法同於實施例，不同處在於比較例1至7之鋁鎂合金的組成、使用量以及澆鑄步驟的製程參數不同，其組成、使用量及製程參數如第1表所示。

評估方式

實施例與比較例之陽極用鋁合金片進行多項性能測試。測試項目如下：

1.析出相分析

實施例1至2與比較例1至7進行物理性質測試。簡言之，係將實施例1至2與比較例1至7利用X光繞射儀(RIGAKU，型號D/MAX，日本)，分析實施例與比較例之陽極用鋁合金片。

第2表列出實施例與比較例之陽極用鋁合金片之析出相的結果，其中實施例1至2之主要析出相係Mg₂ Si及Al₃ (Fe,Mn)。

比較例1至2、6至7之主要析出相係Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si及Mg₂ Si，比較例3之主要析出相係Al₁₂ (Fe,Cr)₃ Si及Mg₂ Si，比較例4至5係Mg₂ Si及Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si。

由第2表測試結果可知，相較於比較例1至2、6至7之主要析出相均含有Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si，實施例1至2與比較例4至5之主要析出相不含Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si。

2.色差值(b*及L*)測試

實施例1至2與比較例1至7進行表面色差值測試。簡言之，利用市售分光色差儀(例如Konica Minolta，型號CM-2600d，日本)測量實施例1至2與比較例1至7之陽極用鋁合金片之色差值，所得之數據以CIE 1976(L*a*b*)色差公式進行分析評估。上述之分光色差儀之操作步驟係依照製造商的使用手冊進行，在此不贅。

在CIE 1976(L*a*b*)色差公式中，L*之色差值係規範產品表面色澤的明亮度，數值越大表示色澤越明亮，反之則越黑暗。至於a*之色差值係用以規範產品表面色澤偏紅或偏綠，數值越大表示色澤越偏向紅色，反之則越偏向綠色。至於b*之色差值係用以規範產品表面色澤偏黃或偏藍，數值越大表示色澤越偏向黃色，反之則越偏向藍色。

2.1色差值(b*)測試

第2表列出實施例與比較例之陽極用鋁合金片之色差值(b*)測試的結果。其中，「×」表示色差值(b*)為2.23以上，「○」表示色差值(b*)為2.23以下。

由第2表測試結果可知，實施例1至2與比較例4至5之色差值(b*)為2.23以下色澤偏藍。而比較例1至3及比較例6至7色差值(b*)為2.23以上色澤偏黃。

2.2色差值(L*)明亮度測試

第2表列出實施例與比較例之陽極用鋁合金片之色差值(L*)明亮度測試的結果。其中，「×」表示色差值(L*)明亮度為85以下，「○」表示色差值(L*)明亮度為85以上。

由第2表測試結果可知，實施例1至2與比較例1 至4、比較例6至7之色差值(L*)明亮度為85至87，而比較例5之色差值(L*)明亮度為83以下。由上述結果可知，相較於比較例5，實施例1至2與比較例1至4、比較例6至7之陽極用鋁合金片色澤較明亮。

上述色差值測試結果可知，實施例之色差值(b*)與色差值(L*)明亮度均較佳於比較例。

3.機性測試

實施例1至2與比較例1至7進行機性測試[降伏強度(yield stress)及抗拉強度(tensile stress)]。簡言之，以JIS NO5的試片規範利用拉力機進行拉伸試驗，其結果如第2表所示，其中「○」表示降伏強度為160 MPa至185 MPa且降抗拉強度為215MPa至235MPa，「×」表示降伏強度為小於160 MPa或大於185MPa，且抗拉強度為小於215MPa或大於235MPa。

上述機性測試結果可知，實施例之降伏強度與抗拉強度均較佳於比較例。

綜言之，由上述性能測試結果可知，相較於比較例，本發明之實施例之可減少Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si相的生成，且本發明之實施例1至2兼具較佳的色差值(b*與L*)、降伏強度與抗拉強度，確實達到本發明之目的。然而，比較例1至7無法同時兼具上述特性。

惟在此需補充的是，本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者應可輕易理解，本發明之陽極用鋁合金片僅為例示說明，在其他實施例中亦可使用其他金屬合金材料等。此為本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者所熟知，不另贅述。

綜言之，由上述本發明實施方式可知，應用本發明陽極用鋁合金片及其製造方法，由於上述陽極用鋁合金片之製造方法，可減少Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si相的生成，所得之陽極用鋁合金片色澤偏藍。其次，本發明之陽極用鋁合金片之成分與組織均勻，不需高溫均質化處理，可大幅減少製程所需的成本。再者，本發明所得之陽極用鋁合金片兼具良好的色差值(b*與L*)與機性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神及範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。