CN109207814A - 阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度且阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材及其制造方法。按重量百分数之和为100%，所述铝合金板带材中各化学成分及其所占重量百分数为Si≤0.04%，Fe≤0.05%，Cu≤0.05%，Mn 0.4‑0.5%，Mg 3.0~3.5%，Ti 0.005‑0.012%，余量为Al及不可避免的杂质；且Fe/Si≤1.5；其是将铝锭、铝中间合金锭、镁锭经熔炼、铸造成大板锭，再对铸锭进行锯切、铣面后，经加热、热轧、冷轧等步骤制得。所得铝合金板带材具有较高的抗拉强度和屈服强度，且在经阳极氧化后具有很高的光泽度。

Description

阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材及其制造 方法

技术领域

本发明属于铝及铝合金制备领域，具体涉及一种高强度且阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材的制造方法。

背景技术

2018年以来，电子行业不断推进无线网络的换代升级，5G高速时代呼之欲出，在此背景下，电子设备全金属外壳设计已不能满足网络传输的需求，故华为、小米等国内一线品牌手机争相发布4.5G网络的双面玻璃设计手机。为了保护玻璃，避免跌落时发生破碎，要求手机边框的表面硬度必须在HV90以上；同时为了提高机身的整体美观度，设计者希望边框材料具有类似玻璃的高光泽度效果。同样地，笔记本产品也在紧追5G的发展趋势，迫切地需要高强度的铝材以便其设计时对局部进行打孔设计，保证传输速度，避免在其市场被平板电脑和手机进一步抢占。

目前，高强度高光泽度的电子产品边框材料主要使用不锈钢材料，经大量的CNC和打磨抛光后制得，但该工艺生产流程长，加工成本高。在高强度的需求下，大量铝材供应商开发5系、6系和7系的铝合金产品，但大多数只注重于阳极后的外观质量，即有无“料纹”缺陷，而忽略了电子产品外壳还要求所用铝材阳极氧化后具有更高的光泽度。

目前在汽车装饰条上，部分6系合金挤压材已可实现阳极后的高光泽度（如专利CN105838942A），但产品强度低，5系合金也有部分产品可生产满足氧化膜抛光后具有镜面效果（如专利CN 107190184B），但强度不足，且由于Mg含量高，为了避免β相过烧，均热工艺复杂，增加成本且影响生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度且阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材的制造方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强度且阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材，按重量百分数之和为100%，该铝合金板带材中各化学成分及其所占重量百分数为：Si≤0.04%，Fe≤0.05%，Cu≤0.05%，Mn 0.4-0.5%，Mg 3.0~3.5%，Ti 0.005-0.012%，余量为Al及不可避免的杂质；且Fe/Si≤1.5。

所述5系铝合金板带材的制备方法包括以下步骤：

1）将铝锭、铝中间合金锭、镁锭分别经熔炼炉融化后进行配料，再经半连续铸造制得铸锭；

2）将所得铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，于430~460℃保温3~6h后升温至500~530℃，保温4~20h，然后出炉热轧，热轧终轧温度为250~350℃，热轧厚度为2.0-7.0mm；

3）将热轧后的卷材经过20-90%的冷轧后，直接经退火制得成品；或将其冷轧至中间厚度后，在300~360℃中间退火温度下保温2-6h，再冷轧到成品厚度，然后经过120-280℃、2-6h的成品退火后，拉弯矫直制得成品。

经拉弯矫直后，所得铝合金板带材的抗拉强度≥280MPa、屈服强度≥240MPa，延伸率≥6%，满足冲压折弯变形后转角处不发生开裂之需求；经15~20μm膜厚的阳极氧化工艺处理后，60°测量角的光泽度GU值≥120。

发明人经研究发现，铝合金板带材阳极后的膜层是否具有高的光泽度，与阳极氧化前的化学腐蚀过程以及阳极氧化通电成膜过程中β相（AL₂Mg₃）的腐蚀剥落情况相关：β相的腐烛电位为-1.24V，相对于基体α(Al)来说为阳极，故优先发生腐烛，若β相分布细小均匀，氧化膜的结构将比较完整，光泽度高；若β相沿晶界析出并聚集，化学和通电腐蚀下晶界会有明显深度的凹坑，影响氧化膜的完整性，进而导致光着度不足。

而在对β相分布和数量的影响因素进行分析的过程中，发明人发现，适当减少Mg的含量，将有助于减少β相的析出，但减少太多，其最终的强度将不足；而添加Zn有助于β相向τ相（Al₂Mg₃Zn₃）发生转变，减少β相的数量，但添加Zn后废料难以处理利用；适当添加Mn不但有助于提高强度，还有助于铸锭凝固过程中β相均匀沉淀，进而通过其在晶界的偏聚，有细化组织的效果；另外，低的Fe/Si比可使过剩的Si和Mg形成Mg₂Si，从而进一步减少聚集形态的β相的数量。

同时，在铸锭的均热工艺方面，由于β（AL₂Mg₃）相属于低熔点相，超过460℃加热将会出现过烧而影响热轧过程的顺利进行。

在此基础上，本发明在含有Mg含量3.0~3.5%的5系铝合金板带中，通过添加必要的Mn，并控制Fe/Si比，实现在提升合金强度的同时，改善易腐蚀β相的数量和分布，并通过对铸造、热轧加热制度和冷轧加工工艺进行改良，以实现对化合物的种类、大小和数量的有效控制，使所得5系铝合金产品兼具高强度和阳极氧化后高光泽度的优异质量水平，这是一般5系合金所不具备的（腐蚀情况见图1，残留的腐蚀坑越小越均匀，其阳极后表面氧化膜的完整性将越好，光泽度也就越高）。其中，基于成分的优良设计与工艺的结合，使铸锭中粗生的β相细小且分布均匀，在430~460℃下保温3~6h即可实现全部回溶，相比其他高Mg合金铸锭的均热时间短，故可在提高产品质量的同时，有效提高生产效率。

总之，所得铝合金板带材具有较高的抗拉强度和屈服强度，且在经阳极氧化后具有很高的光泽度，可有效解决传统5系铝合金作为手机、笔电、相机等电子产品的外观件时，屈服强度不足，整机跌落易损坏或表面经喷砂和阳极氧化后金属光泽不足影响美观的问题。

附图说明

图1为本发明制备的5系铝合金（a）与一般5系铝合金（b）经磷酸腐蚀后的显微形貌对比（使用磷酸将β腐蚀后，显微形貌下的腐蚀痕迹即为β相的分布情况）。

具体实施方式

一种高强度且阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材，按重量百分数之和为100%，该铝合金板带材中各化学成分所占重量百分数为：Si≤0.04%，Fe≤0.05%，Cu≤0.05%，Mn 0.4-0.5%，Mg 3.0~3.5%，Ti 0.005-0.012%，余量为Al及不可避免的杂质；且Fe/Si≤1.5。

所述5系铝合金板带材的制备方法包括以下步骤：

1）将铝锭、铝中间合金锭、镁锭分别经熔炼炉融化后进行配料，再经半连续铸造制得铸锭；

2）将所得铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，于430~460℃保温3~6h后升温至500~530℃，保温4~20h，然后出炉热轧，热轧终轧温度为250~350℃，热轧厚度为2.0-7.0mm；

3）将热轧后的卷材经过20-90%的冷轧后，直接经退火制得成品；或将其冷轧至中间厚度后，在300~360℃中间退火温度下保温2-6h，再冷轧到成品厚度，然后经过120-280℃、2-6h的成品退火后，拉弯矫直制得成品。

以下对各成分的含量进行数值限定的理由加以说明：

Mg：合金中的Mg是用于保证合金板材强度所必须的添加元素，若含量低于3.0%，则成品屈服强度指标将不能满足，若含量超过3.5%，形成的β相显著增多，向晶界聚集的趋势增强，将不利于阳极氧化后获得完整的阳极氧化膜结构；

Fe：Fe是合金中难以避免的杂质元素，但Fe含量超过0.05%时，会形成β（AlFeSi）相，进一步增加甚至促进AL₆Fe相的增多，富Fe相在后续均匀化和轧制变形过程均不易破碎，并在阳极氧化时因铝基体优先被腐蚀，粗大的富Fe相会剥落并在氧化膜内形成大的孔洞，严重影响氧化膜的光泽度，宜越低越好。

Si：合金中的Si主要为杂质，与Fe保持合适的比例，一方面可避免难以除去的Fe向粗大的AL₆Fe相转变，另一方面还可吸引部分Mg形成Mg₂Si，在合金中让Mg起到弥散强化作用而避免β相的聚集，超过0.04%后延伸率受影响，并容易形成AL-Fe-Si相影响氧化膜透亮性。

Ti：Ti是抑制铸造组织粗化的主要元素，优选含量0.08%，当含量偏高时会形成粗大化合物，促进形成区域异色。

Mn：Mn有利于提高材料的强度，且在一定范围内的添加可固溶入AlFe相，改善Fe的不良影响，并在铸锭凝固时可显著促进β相（AL₂Mg₃）的均匀沉淀，改善氧化膜质量；而添加超过0.5%以上时，将形成AlFeMnSi化合物，使氧化膜变得浑浊而不再透白。

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实例例1

一种高强度且阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材，按重量百分数之和为100%，其所含化学成分为：Si0.04%，Fe0.05%，Cu 0.001%，Mn 0.4%，Mg 3.5%，Ti 0.005%，余量为Al及不可避免的杂质；且Fe/Si=1.25。

所述5系铝合金板带材的制备方法包括以下步骤：

1）将铝锭、铝中间合金锭、镁锭分别经熔炼炉融化、配料后进行半连续铸造，得铸锭；

2）将所得铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，430℃下保温6h后升温至500℃，保温4h，然后出炉热轧，热轧终轧温度为250℃，热轧厚度为7.0mm；

3）热轧后的卷材按如下冷轧工艺生产：7.0-3.6-2.4-1.6-1.2-中火-0.8-成品退火。其中间退火工艺为360℃下保温2h，成品退火工艺为120℃下保温4h。

所制得的0.8mm厚的铝合金带材的抗拉强度为310MPa，屈服强度为257MPa，延伸率8.7%，经15~20μm膜厚的阳极氧化工艺阳极后，60°测量角的表面光泽度GU值=145。

实施例2

一种高强度且阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材，按重量百分数之和为100%，其所含化学成分为：Si0.03%，Fe0.034%，Cu 0.02%，Mn 0.5%，Mg 3.3%，Ti 0.012%，余量为Al及不可避免的杂质；且Fe/Si=1.13。

所述5系铝合金板带材的制备方法包括以下步骤：

1）将铝锭、铝中间合金锭、镁锭分别经熔炼炉融化、配料后进行半连续铸造，得铸锭；

2）将所得铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，460℃下保温4h后升温至520℃，保温20h，然后出炉热轧，热轧终轧温度为300℃，热轧厚度为5.0mm；

3）热轧后的卷材按如下冷轧工艺生产：5.0-3.0-2.0-中火-1.6-1.0-成品退火。其中间退火工艺为300℃下保温6h，成品退火工艺为280℃下保温2h。

所制得的1.0mm厚的铝合金带材的抗拉强度为303MPa，屈服强度为260MPa，延伸率9.6%，经15~20μm膜厚的阳极氧化工艺阳极后，60°测量角的表面光泽度度GU值=137。

实施例3

一种高强度且阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材，按重量百分数之和为100%，其所含化学成分为：Si0.024%，Fe0.036%，Cu 0.05%，Mn 0.43%，Mg 3.5%，Ti 0.010%，余量为Al及不可避免的杂质；且Fe/Si=1.5。

所述5系铝合金板带材的制备方法包括以下步骤：

1）将铝锭、铝中间合金锭、镁锭分别经熔炼炉融化、配料后进行半连续铸造，得铸锭；

2）将所得铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，440℃下保温3h后升温至530℃，保温6h，然后出炉热轧，热轧终轧温度为350℃，热轧厚度为3.0mm；

3）热轧后的卷材直接冷轧到成品厚度，其冷轧工艺为：3.0-2.0-1.6-成品退火。

所制得的1.6mm厚的铝合金带材的抗拉强度为290MPa，屈服强度为246MPa，延伸率10.8%，经15~20μm膜厚的阳极氧化工艺阳极后，60°测量角的表面光泽度GU值=130。

对比实例1

现有5系合金A，按重量百分数之和为100%，其化学成分含量为：Si 0.12%，Fe 0.24%，Cu0.05%，Mn 0.43%，Mg 4.7%，Zn 0.3%，Ti 0.012%，余量为Al及不可避免的杂质；Fe/Si=2.0。

其制备方法包括以下步骤：

1）将铝锭、铝中间合金锭、镁锭分别经熔炼炉融化、配料后进行半连续铸造，得铸锭；

2）将所得铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，480℃下保温3h后出炉热轧，热轧终轧温度为350℃，热轧厚度为4.0mm；

3）热轧后的卷材直接冷轧到成品厚度，其冷轧工艺为：4.0-2.0-1.6-成品退火。

所制得的1.6mm厚的铝合金带材的抗拉强度为290MPa，屈服强度为250MPa，延伸率11.2%，经15~20μm膜厚的阳极氧化工艺阳极后，60°测量角的表面光泽度GU值=106。

对比实例2

现有5系合金B，按重量百分数之和为100%，其化学成分含量为：Si 0.03%，Fe 0.06%，Cu0.03%，Mn 0.13%，Mg 2.8%，Cr 0.1%，Ti 0.012%，余量为Al及不可避免的杂质；Fe/Si=2.0。

其制备方法包括以下步骤：

1）将铝锭、铝中间合金锭、镁锭分别经熔炼炉融化、配料后进行半连续铸造，得铸锭；

2）将所得铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，480℃下保温6h后出炉热轧，热轧终轧温度为320℃，热轧厚度为2.5mm；

3）热轧后的卷材直接冷轧到成品厚度，其冷轧工艺为：2.5-1.6-中火-1.0-成品退火。

所制得的1.0mm厚的铝合金带材的抗拉强度为300MPa，屈服强度为252MPa，延伸率9.2%，经15~20μm膜厚的阳极氧化工艺阳极后，60°测量角的表面光泽度GU值=114。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1. 一种高强度且阳极氧化后具有良好光泽度的5系铝合金板带材，其特征在于：按重量百分数之和为100%，铝合金板带材中各化学成分及其所占重量百分数为：Si≤0.04%，Fe≤0.05%，Cu≤0.05%，Mn 0.4-0.5%，Mg 3.0~3.5%，Ti 0.005-0.012%，余量为Al及不可避免的杂质；且Fe/Si≤1.5。

2.一种制造如权利要求1所述的5系铝合金板带材的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将铝锭、铝中间合金锭、镁锭分别经熔炼炉融化后进行配料，再经半连续铸造制得铸锭；

2）将所得铸锭经锯切、铣面后送入加热炉，于430~460℃保温3~6h后升温至500~530℃，保温4~20h，然后出炉热轧，热轧终轧温度为250~350℃，热轧厚度为2.0-7.0mm；

3）将热轧后的卷材经过20-90%的冷轧后，直接经退火制得成品；或将其冷轧至中间厚度后，在300~360℃中间退火温度下保温2-6h，再冷轧到成品厚度，然后经过120-280℃、2-6h的成品退火后，拉弯矫直制得成品。