CN106893907A - 一种铝合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝合金及其制备方法，以重量百分含量计，所述铝合金含有5.8-6.9%的Zn，1.6-3.2%的Mg，0.01-0.2%的Fe，0.001-0.3%的Ni，0.001-0.5%的Co，0.001-0.2%的Sn，余量为Al及和其它不可避免的杂质元素。本发明的铝合金均保持高的屈服强度，达440MPa以上，同时，所有合金均保持良好的阳极氧化性能，氧化膜呈银白色，色泽均匀、鲜亮。

Description

一种铝合金及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金领域，更具体地，本发明涉及一种铝合金及其制备方法。

背景技术

变形铝合金是指通过冲压、弯曲、轧制、挤压等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金。现已发展为多个系列的产品，可分为热处理强化型和热处理非强化型两大类，主要合金元素有Zn、Mg、Mn、Cu、Si、Fe、Cr、Zr等，由于其具有灵活多样的成型、加工手段，及优异的机械性能而广泛应用于航空、汽车、造船、建筑、化工、机械等各工业领域。

目前，在变形铝合金应用上，人们更多关注的是其加工工艺性能及机械性能，而其外观装饰性能鲜有关注，如消费电子产品领域。但其高强度、低密度的优势越来越受到IT电子零部件产品的青睐，并且其在该领域的应用潜力巨大。但现有的变形铝合金由于合金元素的添加，对阳极氧化的色彩会产生显著的影响，而无法满足目前IT电子零部件产品的外观要求，限制了其在该领域的应用。目前，仅有极少部分的6系铝合金和少部分5系铝合金在IT产品中得到一定规模的应用，但强度偏低。

在铝合金中添加Zn和Mg的7000系列铝合金显示出铝合金中最高强度，已广泛应用于汽车、铁路、船舶及飞机制造等重型工业部门。随着人们对电子产品的要求，人们开始研究7000系列铝合金在电子产品领域的应用。同时，也希望7000系列铝合金能够通过阳极氧化处理后，表面能获得具有金属光泽的银白色，从而带来高级感和后续上色的多样性，但由于成分原因，7000系列铝合金的阳极氧化膜颜色明显偏黄色，直接影响外观和后续上色效果。

发明内容

本发明旨在针对上述高强度铝合金在阳极氧化方面存在的缺陷，提供一种适合阳极氧化的高强度铝合金，不仅具有较高的机械强度，而且阳极氧化性能良好，阳极氧化后呈银白色，色泽鲜亮、均匀，一致性好。

本发明提供一种铝合金，以重量百分含量计，所述铝合金含有5.8-6.9%的Zn，1.6-3.2%的Mg，0.01-0.2% 的Fe，0.001-0.3%的Ni，0.001-0.5% 的Co，0.001-0.2%的Sn，余量为Al及和其它不可避免的杂质元素。

本发明还提供了一种铝合金的制备方法，该方法包括将含有以下重量百分含量的铸锭熔融制备铝合金铸锭，然后将铸锭成型为铝合金；

Zn 5.8-6.9%，

Mg 1.6-3.2%，

Fe 0.01-0.2%，

Ni 0.001-0.3%，

Co 0.001-0.5%，

Sn 0.001-0.2%，

余量为Al及和其它不可避免的杂质元素。

本发明提供的铝合金具有优异的阳极氧化性能，适合于光亮阳极氧化处理，其硫酸浴阳极氧化膜呈银白色，透明度高，色泽鲜亮，均匀性好，氧化膜厚度达12-25μm；同时，该铝合金具有良好的切削加工性能和较高的力学性能，0.2%屈服强度350MPa以上。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种铝合金，以重量百分含量计，所述铝合金含有5.8-6.9%的Zn，1.6-3.2%的Mg，0.01-0.2% 的Fe，0.001-0.3%的Ni，0.001-0.5% 的Co，0.001-0.2%的Sn，余量为Al及和其它不可避免的杂质元素。

本发明中，为了增强合金力学性能及阳极氧化表面效果，以重量百分含量计，所述铝合金含有6.0-6.7%的Zn，1.6-2.5%的Mg，0.01-0.1% 的Fe，0.01-0.15%的Ni，0.01-0.2%的Co，0.01-0.15%的Sn，余量为Al及和其它不可避免的杂质元素。

本发明的发明人经过大量的试验后发现，在Zn-Mg强化合金体系中，Zn和Mg在一定的含量范围内，并且加入Fe、Ni、Co和Sn，并控制Fe、Ni、Co和Sn的含量范围，不但可以保证铝合金材料的强度，还可以使得到的铝合金可以进行阳极氧化，并且得到的阳极氧化膜是均匀的银白色，色泽鲜亮。

本发明提供的铝合金属于Zn-Mg强化系列铝合金，Zn和Mg质量主要生成为Al2Mg3Zn3相和MgZn2相沉淀强化，充分保证了合金力学性能；Zn和Mg的加入并不会剧烈降低合金阳极氧化膜的光泽度，更不会导致合金氧化膜变色。

Fe和Ni元素加入合金可以形成耐热强化相，起到弥散强化作用，同时提升合金再结晶温度，细化晶粒。Fe含量在0.2%以内，不会影响合金阳极氧化效果。

Co元素加入合金，具有强化合金作用，提升合金机械性能，同时，本发明研究表明，Co元素的加入能提升合金氧化后表面白亮度，增强合金银白本色效果。

此外，Sn元素加入合金能改善合金切削加工性能，为阳极氧化提供状态均匀，高质量的表面，提升氧化效果。

本发明中，以重量百分含量计，所述其它不可避免的杂质元素中，Cr的含量少于0.02%，Zr的含量少于0.1%，Mn的含量少于0.1%，其余单个含量少于0.05%，合计含量少于0.15%。

本发明中，为了进一步提高铝合金的强度，进一步优选地，所述铝合金中Zn和Mg的质量比为1.8-4.4：1。Zn和Mg质量比在1.8-4.4之间，能够进一步保证Zn和Mg生成Al2Mg3Zn3相和MgZn2相沉淀强化，减少杂质相的生成，从而进一步保证了合金力学性能。

本发明的铝合金具有优异的阳极氧化性能，适合于光亮阳极氧化处理，其硫酸浴阳极氧化膜呈银白色，透明度高，色泽鲜亮，均匀性好，氧化膜厚度达12-25μm；同时，该铝合金具有良好的切削加工性能和较高的力学性能，0.2%屈服强度350MPa以上。

本发明还提供了一种铝合金的制备方法，该方法包括将含有以下重量百分含量的铸锭熔融制备铝合金铸锭，然后将铸锭成型为铝合金；

Zn 5.8-6.9%，

Mg 1.6-3.2%，

Fe 0.01-0.2%，

Ni 0.001-0.3%，

Co 0.001-0.5%，

Sn 0.001-0.2%，

余量为Al及和其它不可避免的杂质元素。

本发明中，所述成型的方法没有特别的限制，可以为本领域常用的各种合金成型方法，在本发明中进一步优选所述成型的方法为轧制成型或挤出成型。在本发明中，所述轧制成型的条件为：在475-530℃进行轧制加工，得到轧制板材。所述挤压成型的条件为：485-540℃进行挤出加工，得到挤出型材。

本发明中，在成型之后还包括对铝合金进行固溶处理；固溶处理的效果可以使合金元素充分固溶，形成过饱和固溶体，为沉淀（析出）强化做好组织准备。所述固溶处理的温度为450-495℃，时间为0.5-1h。

本发明中，在所述固溶处理之后对铝合金进行人工时效处理；人工时效处理可以使过饱和固溶体分解析出强化相，弥散分布于合金组织，强化合金。所述人工时效处理工艺为：在115-135℃加热4-12小时。

本发明中所述的铸锭可以为包含Al、Zn、Mg、Fe、Ni、Co、和Sn的各种纯金属锭或合金锭，没有特别的限制，只要能够得到本发明的含量范围即可。从容易得到和低成本角度考虑，本发明优选采用纯Al锭、Al-Fe合金、Al-Ni合金、Al-Co合金、纯Mg、纯Zn及纯Sn。

本发明中，所述熔炼制备铝合金铸锭的方法没有特别的限制，可以为本领域常用的各种方法，只要能够将铸锭熔融后形成铝合金铸锭即可，如：

经配料计算后，按量称取纯Al锭、Al-Fe（20%Fe）合金、Al-Ni（10%Ni）合金、Al-Co（6.5%Co）合金，纯Mg、纯Zn及纯Sn，再将纯Al锭、Al-Fe合金、Al-Ni合金、Al-Co合金放入熔炼炉加热至全部熔化，然后依次加入纯Zn、纯Mg、纯Sn（以铝箔包紧）没入熔体中熔化后，搅拌20-30分钟，使成分均匀。在加入0.5%除渣剂除渣，0.5%精炼剂精炼除气，完成后扒渣静置20-35分钟，然后降温至730℃左右开始浇铸成锭；再将铸锭经过挤出或轧制成型后经热处理强化可获得力学性能及阳极氧化性能优异的板材和型材。

下面通过具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。

实施例1

经配料计算后，按重量称取各中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼制样过程进行熔炼制得铸锭，各中间合金及金属单质重量比例如下表1。然后将铸锭温度设定到435℃进行轧制加工，得到轧制板材，将板材进行465℃/35min固溶处理，最后，进行人工时效处理：在120℃加热8小时，制备得到铝合金A1。

实施例2

经配料计算后，按重量称取各中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼制样过程进行熔炼制得铸锭，各中间合金及金属单质重量比例如下表1。然后，将铸锭温度设定到445℃进行轧制加工，得到轧制板材，将板材进行470℃/45min固溶处理，最后，进行人工时效处理：在120℃加热10小时，制备得到铝合金A2。

实施例3

经配料计算后，按重量称取各中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼制样过程进行熔炼制得铸锭，各中间合金及金属单质重量比例如下表1。然后，将铸锭温度设定到450℃进行轧制加工，得到轧制板材，将板材进行490℃/1h固溶处理，最后，进行人工时效处理：加热到130℃保温12小时，制备得到铝合金A3。

实施例4

经配料计算后，按重量称取各中间合金及金属单质，然后按照上述提供的铝合金熔炼制样过程进行熔炼制得铸锭，各中间合金及金属单质重量比例如下表1。然后，将铸锭温度设定到450℃进行轧制加工，得到轧制板材，将板材进行470℃/45min固溶处理，最后，进行人工时效处理：加热到120℃保温10小时，制备得到铝合金A4。

实施例5

按照实施例4的方法制备铝合金A5，区别在于各中间合金及金属单质的重量比例如下表1。

实施例6

按照实施例5的方法制备铝合金A6，区别在于各中间合金及金属单质的重量比例如下表1。

实施例7

按照实施例5的方法制备铝合金A7，区别在于各中间合金及金属单质的重量比例如下表1。

对比例1

按照实施例1的方法制备铝合金B1，区别在于各中间合金及金属单质的重量比例如下表1。

对比例2

按照实施例5的方法制备铝合金B2，区别在于各中间合金及金属单质的重量比例如下表1。

表1

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表2

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性能测试

一、铝合金成分能测试

将铝合金锭A1-A7及B1-B2用ICP光谱仪（美国热电的Thermo ICAP 6300）测试其组成及含量，结果见表2。

二、铝合金力学性能测试

将铝合金A1-A7及B1-B2进行如下测试：

根据GB／T228-2002金属材料室内拉伸试验方法测量铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率，结果见表3。

三、阳极氧化的性能测试

阳极氧化的条件：分别将铝合金铝合金A1-A7及B1-B2进行如下的阳极氧化，得到阳极氧化产品CA1-CA7及CB1-CB2。

采用硫酸直流阳极氧化工艺：氧化槽液温度18℃，电流密度1.8A•dm^-2，氧化时间40min。

1、阳极氧化膜的效果

将CA1-CA7及CB1-CB2放在自然光下，肉眼观察其表面的阳极氧化膜，结果见表4。

2、阳极氧化的厚度

用TIME2818覆层测厚仪测试CA1-CA7及CB1-CB2表面的阳极氧化膜的厚度，结果见表4。

表3

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表4

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从表3-表4的性能测试数据中可以看出，实施例1-7，铝合金随着主强化元素Mg、Zn含量的增加而增加，机械性能提升，同时所有合金均保持良好的阳极氧化性能，氧化膜呈银白色，色泽均匀、鲜亮。

对比例1中，合金含有较多的Cu和Cr，虽然其机械性能不差，但已不适合于光亮阳极氧化处理，阳极氧化后整体色泽泛黄，色泽暗淡无光；对比例2中，合金含有较多的Si和Mn，其机械性能良好，但阳极氧化性能下降明显，阳极氧化后，整个样件表面泛棕色，并且光泽较暗，氧化膜生成效率也降低，膜厚仅10μm。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种铝合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述铝合金含有5.8-6.9%的Zn，1.6-3.2%的Mg，0.01-0.2% 的Fe，0.001-0.3%的Ni，0.001-0.5% 的Co，0.001-0.2%的Sn，余量为Al及和其它不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述铝合金含有6.0-6.7%的Zn，1.6-2.5%的Mg，0.01-0.1% 的Fe，0.01-0.15%的Ni，0.01-0.2% 的Co，0.01-0.15%的Sn，余量为Al及和其它不可避免的杂质元素。

3.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述其它不可避免的杂质元素中，Si的含量少于0.1%，Zr的含量少于0.1%，Ti的含量少于0.1%，Mn的含量少于0.1%，Cr的含量少于0.1%，其余单个含量少于0.05%，合计含量少于0.15%。

4.一种铝合金的制备方法，其特征在于：该方法包括将含有以下重量百分含量的铸锭熔融制备铝合金铸锭，然后将铸锭成型为铝合金；

Zn 5.8-6.9%，

Mg 1.6-3.2%，

Fe 0.01-0.2%，

Ni 0.001-0.3%，

Co 0.001-0.5%，

Sn 0.001-0.2%，

余量为Al及和其它不可避免的杂质元素。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述成型的方法为轧制成型或挤出成型。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在成型之后还包括对铝合金进行固溶处理；所述固溶处理的温度为450-495℃，时间为0.5-1h。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述固溶处理之后还包括对铝合金进行人工时效处理。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述人工时效处理的方法为：在115-135℃加热4-12小时。