一种7系铝合金及其制备方法与流程

本发明涉及铝合金技术，特征涉及一种7系铝合金及其制备方法。
背景技术：
：铝合金是由纯铝加入一些合金元素制成，如在纯铝中添加锰元素研制出的Al‐Mn合金、在纯铝中添加铜元素研制出Al‐Cu合金、在纯铝中同时添加铜和镁元素研制出Al‐Cu‐Mg系硬铝合金、在纯铝中同时添加锌、镁、铜元素研制出Al‐Zn‐Mg‐Cu系超硬铝合金等。铝合金的特点是轻、强度高、散热好、手感好和易阳极氧化着色。在同样的强度要求下，铝合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻，同时还能满足3C产品的高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。现在市面上的手机、平板电脑、笔记本电脑等IT设备使用的铝合金普遍为6系铝合金，随着科技的进步，传统的6变形铝合金在强度方面已经难以满足高端产品的要求，尤其在抗变形弯曲，抗跌落变形等指标方面，6系变形铝合金与7变形铝合金相比较差距较大。消费者观念不断发生改变并开始追求7系铝合金。7系铝合金拥有6系铝合金的特点，并且强度更高于6系铝合金。现有技术中，虽然已出现较多7系铝合金产品，其具有较之6系铝合金更好的力学性能，但是，为了满足更高的市场需求，现有的7系铝合金的力学性能及合金阳极氧化后的光泽度仍需要进一步改善。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是：提供一种可进一步提高合金的力学性能及合金阳极氧化后的光泽度的7系铝合金及其制备方法。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种7系铝合金，由下述重量百分比的组分组成：1.15‐1.6％镁、0.01‐0.021％钛、5.8‐7.0％锌、0.2‐0.4％铜、0.005‐0.01％的铈、0.002‐0.008％的锑、不高于0.003％的锰、不高于0.006％的硅、不高于0.08％的铁、不高于0.003％的铬和不高于0.01％的锆，余量为铝。一种7系铝合金的制备方法，按照上述的7系铝合金的组分组成依次进行配料、熔化、扒渣、合金化、铸造、均匀化和锯切操作，获得所述7系铝合金，所述铸造操作的温度大于或等于695‐705℃，铸造操作过程中控制氢的含量不超过0.12ml/100gAl；所述均匀化操作的保温温度为498‐502℃，保温时间为508‐512min。本发明的有益效果在于：(1)本发明的7系铝合金，在现有的7系铝合金的组分配比的基础上，适当的调高了镁、铜、锌含量配比，利用Mg、Zn、Cu元素溶入基体金属中增加位错运动的摩擦阻力提高了其变形抗力，其合金元素加入到纯铝中，形成铝基固溶体，导致晶格发生畸变，增加位错运动阻力，提高合金强度，而Mg、Zn、Cu的极限溶解度都较高，Mg、Zn、Cu增加，其溶质原子浓度、相对尺寸增加，与铝原子的价电子数相差越大，其强化作用越大；基于上述原理的发现和指导，本发明通过上述镁、铜、锌含量配比设计，可明显提高其合金力学性能，经测试，硬度能够达到150HV以上，抗拉强度430MPa以上，屈服强度400MPa以上，延伸率15％以上，晶粒大小在80‐100um之间；此外，微量富铈的稀土能提高合金的抗拉强度和耐腐蚀性，有利于改善阳极氧化光泽度；锑则可以细化晶粒，使组织更均匀，且有利于材料阳极上色和高光泽。(2)本发明的7系铝合金，利用Cu含量的调整，改变了其第二相特征、亚晶粒尺寸、晶体缺陷密度，以及再结晶温度，形成的Al-Cu-Zn-Mg化合物，使得合金材料耐腐蚀性更好，阳极氧化后光泽均匀；其阳极效果颜色更亮，而Al-Cu-Zn-Mg构成的合金系的在同样阳极氧化工艺下颜色暗淡、灰白；基于上述，本发明通过上述Cu含量的调整，具有使得合金阳极氧化后的光泽度高的技术效果，且通过金相图的对比，本发明的7系铝合金在合金阳极氧化后的析出相的金相图中无明显材料纹，较之现有的7系铝合金的明显条纹缺陷，具有光泽度高的优点。附图说明图1为现有的7系铝合金在合金阳极氧化后的析出相的金相图谱；图2为本发明的7系铝合金在合金阳极氧化后的析出相的金相图谱。具体实施方式为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。本发明最关键的构思在于：加入微量的富铈稀土，并在原料组分中调高了镁、铜、锌含量配比，进而提高7系铝合金的力学性能及产品阳极氧化后的光泽度。请参照图1以及图2，一种7系铝合金，由下述重量百分比的组分组成：1.15‐1.6％镁、0.01‐0.021％钛、5.8‐7.0％锌、0.2‐0.4％铜、0.005‐0.01％的铈、0.002‐0.008％的锑、不高于0.003％的锰、不高于0.006％的硅、不高于0.08％的铁、不高于0.003％的铬和不高于0.01％的锆，余量为铝。一种7系铝合金的制备方法，按照上述的7系铝合金的组分组成依次进行配料、熔化、扒渣、合金化、铸造、均匀化和锯切操作，获得所述7系铝合金，所述铸造操作的温度大于或等于695‐705℃，铸造操作过程中控制氢的含量不超过0.12ml/100gAl；所述均匀化操作的保温温度为498‐502℃，保温时间为508‐512min。从上述描述可知，本发明的有益效果在于：(1)本发明的7系铝合金，在现有的7系铝合金的组分配比的基础上，适当的调高了镁、铜、锌含量配比，利用Mg、Zn、Cu元素溶入基体金属中增加位错运动的摩擦阻力提高了其变形抗力，其合金元素加入到纯铝中，形成铝基固溶体，导致晶格发生畸变，增加位错运动阻力，提高合金强度，而Mg、Zn、Cu的极限溶解度都较高，Mg、Zn、Cu增加，其溶质原子浓度、相对尺寸增加，与铝原子的价电子数相差越大，其强化作用越大；基于上述原理的发现和指导，本发明通过上述镁、铜、锌含量配比设计，可明显提高其合金力学性能，经测试，硬度能够达到150HV以上，抗拉强度430MPa以上，屈服强度400MPa以上，延伸率15％以上，晶粒大小在80‐100um之间；此外，微量富铈的稀土能提高合金的抗拉强度和耐腐蚀性，有利于改善阳极氧化光泽度；锑则可以细化晶粒，使组织更均匀，且有利于材料阳极上色和高光泽。(2)本发明的7系铝合金，利用Cu含量的调整，改变了其第二相特征、亚晶粒尺寸、晶体缺陷密度，以及再结晶温度，形成的Al‐Cu-Zn-Mg化合物，使得合金材料耐腐蚀性更好，阳极氧化后光泽均匀；其阳极效果颜色更亮，而Al-Cu-Zn-Mg构成的合金系的在同样阳极氧化工艺下颜色暗淡、灰白；基于上述，本发明通过上述Cu含量的调整，具有使得合金阳极氧化后的光泽度高的技术效果，且通过金相图的对比，本发明的7系铝合金在合金阳极氧化后的析出相的金相图中无明显材料纹，较之现有的7系铝合金的明显条纹缺陷，具有光泽度高的优点。本发明的7系铝合金中，进一步的，所述镁的含量为1.24‐1.26％，锌的含量为6.65‐6.69％，铜的含量为0.28‐0.30％。进一步的，所述镁的含量为1.24‐1.25％，锌的含量为6.66‐6.68％，铜的含量为0.29‐0.30％。进一步的，所述7系铝合金的总杂质元素的含量低于0.15％，所述7系铝合金的单个杂质元素的含量不高于0.05％。由上述描述可知，可进一步控制上述镁、锌、铜的含量，以优化7系铝合金的力学性能及产品阳极氧化后的光泽度。本发明的7系铝合金的制备方法中，进一步的，所述铸造操作中热端的温度不高于715℃。进一步的，所述均匀化操作包括至少一次的风冷和至少一次的水冷处理，所述风冷时间为88‐92℃，所述水冷时间为30‐50min。进一步的，所述铸造操作中的起始铸造速度为65‐93mm/min，铸造时的速度为78‐108mm/min，水量为130‐220T/h。进一步的，所述扒渣操作为：将熔化后的物料升温至730‐750℃，然后采用氩气进行精炼，精炼后静置12‐18min，然后进行除渣。进一步的，所述合金化操作的温度为730‐750℃，物料经合金化操作后形成熔体，先将获得的熔体的温度控制为740±5℃，然后再进行铸造操作。请参照图1-2，本发明的实施例一为：本实施例的7系铝合金的制备方法，包括下述步骤：(1)原料组分的配制：1.15％镁、0.01％钛、5.8％锌、0.2‐0.4％铜、0.005％的铈、0.002％的锑、不高于0.003％的锰、不高于0.006％的硅、不高于0.08％的铁、不高于0.003％的铬和不高于0.01％的锆，余量为铝。所述7系铝合金的总杂质元素的含量为0.10％，所述7系铝合金的单个杂质元素的含量为0.05％。(2)按照所述的7系铝合金的组分组成依次进行配料、熔化、扒渣、合金化、铸造、均匀化和锯切操作，获得所述7系铝合金，所述铸造操作的温度为695℃，铸造操作过程中控制氢的含量为0.12ml/100gAl；所述均匀化操作的保温温度为498℃，保温时间为508min。所述铸造操作中热端的温度为715℃。所述均匀化操作包括至少一次的风冷和至少一次的水冷处理，所述风冷时间为88℃，所述水冷时间为30min。所述铸造操作中的起始铸造速度为65mm/min，铸造时的速度为78mm/min，水量为130T/h。所述扒渣操作为：将熔化后的物料升温至730℃，然后采用氩气进行精炼，精炼后静置12min，然后进行除渣。所述合金化操作的温度为730℃，物料经合金化操作后形成熔体，先将获得的熔体的温度控制为735℃，然后再进行铸造操作。请参照图1-2，本发明的实施例二为：本实施例的7系铝合金的制备方法，包括下述步骤：(1)原料组分的配制：该7系铝合金由下述重量百分比的组分组成：1.6％镁、0.021％钛、7.0％锌、0.4％铜、0.01％的铈、0.008％的锑、不高于0.003％的锰、不高于0.006％的硅、不高于0.08％的铁、不高于0.003％的铬和不高于0.01％的锆，余量为铝。所述7系铝合金的总杂质元素的含量为0.09％，所述7系铝合金的单个杂质元素的含量为0.03％。(2)按照所述的7系铝合金的组分组成依次进行配料、熔化、扒渣、合金化、铸造、均匀化和锯切操作，获得所述7系铝合金，所述铸造操作的温度为699℃，铸造操作过程中控制氢的含量为0.10ml/100gAl；所述均匀化操作的保温温度为502℃，保温时间为512min。所述铸造操作中热端的温度为710℃。所述均匀化操作包括至少一次的风冷和至少一次的水冷处理，所述风冷时间为92℃，所述水冷时间为50min。所述铸造操作中的起始铸造速度为93mm/min，铸造时的速度为108mm/min，水量为220T/h。所述扒渣操作为：将熔化后的物料升温至750℃，然后采用氩气进行精炼，精炼后静置18min，然后进行除渣。所述合金化操作的温度为750℃，物料经合金化操作后形成熔体，先将获得的熔体的温度控制为745℃，然后再进行铸造操作。请参照图1-2，本发明的实施例三为：本实施例的7系铝合金的制备方法，包括下述步骤：(1)原料组分的配制：该7系铝合金由下述重量百分比的组分组成：1.4％镁、0.08％钛、6.0％锌、0.3％铜、0.007％的铈、0.006％的锑、不高于0.003％的锰、不高于0.006％的硅、不高于0.08％的铁、不高于0.003％的铬和不高于0.01％的锆，余量为铝。所述7系铝合金的总杂质元素的含量为0.12％，所述7系铝合金的单个杂质元素的含量为0.04％。(2)按照所述的7系铝合金的组分组成依次进行配料、熔化、扒渣、合金化、铸造、均匀化和锯切操作，获得所述7系铝合金，所述铸造操作的温度为705℃，铸造操作过程中控制氢的含量为0.11ml/100gAl；所述均匀化操作的保温温度为500℃，保温时间为510min。所述铸造操作中热端的温度为715℃。所述均匀化操作包括至少一次的风冷和至少一次的水冷处理，所述风冷时间为90℃，所述水冷时间为40min。所述铸造操作中的起始铸造速度为80mm/min，铸造时的速度为88mm/min，水量为180T/h。所述扒渣操作为：将熔化后的物料升温至740℃，然后采用氩气进行精炼，精炼后静置16min，然后进行除渣。所述合金化操作的温度为740℃，物料经合金化操作后形成熔体，先将获得的熔体的温度控制为740℃，然后再进行铸造操作。请参照图1-2，本发明的实施例四为：本实施例的7系铝合金的制备方法，仅7系铝合金的具体组分组成不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。本实施例的7系铝合金的具体组分组成为：仅“所述镁的含量为1.24％，锌的含量为6.65％，铜的含量为0.28％。”不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。请参照图1-2，本发明的实施例五为：本实施例的7系铝合金的制备方法，仅7系铝合金的具体组分组成不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。本实施例的7系铝合金的具体组分组成为：仅“所述镁的含量为1.26％，锌的含量为6.69％，铜的含量为0.30％。”不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。请参照图1-2，本发明的实施例六为：本实施例的7系铝合金的制备方法，仅7系铝合金的具体组分组成不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。本实施例的7系铝合金的具体组分组成为：仅“所述镁的含量为1.25％，锌的含量为6.68％，铜的含量为0.29％。”不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。请参照图1-2，本发明的实施例七为：本实施例的7系铝合金的制备方法，仅7系铝合金的具体组分组成不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。本实施例的7系铝合金的具体组分组成为：仅“所述镁的含量为1.24％，锌的含量为6.66％，铜的含量为0.29％。”不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。请参照图1-2，本发明的实施例八为：本实施例的7系铝合金的制备方法，仅7系铝合金的具体组分组成不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。本实施例的7系铝合金的具体组分组成为：仅“所述镁的含量为1.25％，锌的含量为6.68％，铜的含量为0.30％。”不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。请参照图1-2，本发明的实施例九为：本实施例的7系铝合金的制备方法，仅7系铝合金的具体组分组成不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。本实施例的7系铝合金的具体组分组成为：仅“所述镁的含量为1.245％，锌的含量为6.67％，铜的含量为0.295％。”不同，其他均与实施例一、实施例二或实施例三相同。本发明在原料选择方面，铝原料选用高纯重熔用铝锭，高纯重熔用铝锭中，铁硅含量为：Fe<0.08；Si<0.06；Cu<0.03；特殊杂质含量为：单个<0.005，总计<0.05。镁原料选用镁锭，镁锭中Mg含量为：镁≥99.90％(符合GB/T3499‐2011)；锌原料选用铝硅合金，铝硅合金中锌含量为：锌≥99.95％(符合GB/T12689‐2004)；铜原料选用铝铜合金，铝铜合金中铜含量为：铜28‐30％；同时选用铝钛硼作为原料，铝钛硼中，其规格型号为：Al‐5Ti‐1B(符合YS/T282‐2000)，制造厂家可以为：新星铸轧级以上、KBM、KBA、LSM；同时选用铝回炉料作为原料，铝回炉料中，其质量要求为：表面应洁净：无污物、无油渍、无水分、无表面处理层及其它影响质量的杂物，合金牌号标识清晰、无混料；铝回炉料的标准实例为：同种合金生产过程中的切头切尾以及放流块、铸棒废料、挤压切头切尾、深加工废料，铝回炉料中不许可加入铝屑、铝灰回收料、3000系等高锰废料、4000系等高硅废料以及其它含铁、镓、钒配料成分的废料。在合金化操作中，依次进行加废料和高纯铝锭、加锌和扒渣，扒渣中，待物料熔化后，温度达到730‐750℃，用氩气第一次精炼后静置15分钟，然后除渣；扒渣后，控制熔体温度730‐750℃(不高于750℃)的条件下进行加镁锭、锌锭，加镁锭后开启电磁搅拌30分钟；然后进行取样，取样时要在熔炼炉炉膛的左、中、右1/3处熔体深度的1/2处取样，共3个。取样后进行补料，即：补加镁或硅，添加量低于50Kg的补料可以在流槽添加；其它如果补料大于50Kg的要放在加料框中添加，补料温度按照740‐750℃控制，补料后搅拌20分钟方可再次取样。然后检查保温炉并转炉，具体的，转炉前清空保温炉内铝液及残渣，保温炉提前烘烤，转炉同时补料。接下来进行炉内精炼处理，时间为25分钟，然后通氩气进行第二次精炼，精炼要彻底，不能留死角，精炼管要伸到熔体底部。精炼结束后，进行搅拌，然后静置，静置时间控制在20～30分钟。然后进行铸前取样，取样时要在保温炉炉膛的左、中、右1/3处熔体深度的1/2处取样，共3个。如果不合格要微调需从炉内精炼处理步骤重新进行。开铸前熔体温度控制740℃，误差不超过5℃。在铸造操作中，先进行铸前准备，铸前准备包括：对流槽的准备：除气前段使用骨粉保护，除气后段使用氮化硼保护，除气后段流槽应用吸尘器清理过，无残留，无裂缝，保持干燥；保温炉出口安放玻璃丝过滤袋；对除气装置的准备：真空状态正常、温度正常、转子工作寿命150小时以内；对铸造盘的准备：铸造盘应预热，应用吸尘器清理过，无残留，无裂缝，无脱落并均匀喷好氮化硼；铸造盘各结晶器应预先检测合格，转接板和石墨结晶环之间的凹槽应提前用石墨补好；对钛硼丝喂料装置的准备：检查喂丝机是否正常，开铸前流槽内应预放5圈钛硼丝；对板式过滤的准备：过滤箱应预热到使用温度，箱体内应清理干净，过滤板应无短路；对管式过滤的准备：如果是第一炉铸造，要提前烘烤过滤箱和过滤管，不是第一炉铸造管式过滤要保温，并把流口用人赖火棉堵好；对各放流口的准备：各放流口应堵塞安全，铸造机附近放置有足够的应急堵套、堵钎和纤维棉板、备用放流箱；对铸造机的准备：铸造平台对位，开冷却水；并且准备设定好工艺参数，所述工艺参数的具体设计参见表1。表1为铸造操作的工艺参数列表。表1规格mm铸造速度mm/min水量T/h加载时间s起始速度mm/min178108180‐220169320396158‐186187825478130‐1502265铸前准备之后进行铸造，整个铸造过程中制造平台热端温度不得低于690℃，热端不得高于715℃；并控制除气，即：使用正常工作的SIR设备，将氢含量控制在最大不超过0.12ml/100gAl。铸造过程中保温炉不得开启搅拌，不得人工干扰流槽、分配盘液体流动状态，不能捞渣，一对熔体进行控制。上述铸造后进行铸造收尾工作，控制剩余铝液，即：将过滤箱、流槽铝液进行放流并做好标识，炉内铝液如果不是继续生产同种合金则进行放流。在均匀化操作中，先进行准备工作，即，将长锭均热，先锯切后均热，使用专用料架进行装料；检查均热炉烧嘴、炉门、天然气正常。检查均热小车运行正常；确认均热料架无破损，均热铝垫无翘起。确认均热料架中心位置在摆料台中心。然后针对性设计不同规格的铸锭摆料数量、均热工艺和冷却工艺。不同规格的铸锭摆料数量、均热工艺和冷却工艺参见表2。表2为不同规格的铸锭摆料数量、均热工艺和冷却工艺列表。表2然后在每炉铸锭均热热区和冷区各取一根铸锭标记“验证/冷/热”字样后卸料至已均热区，在每根铸锭端头用钢字码打上均热批号，然后打印并粘贴铸锭二维码。成品铸锭端头应标记有“已均质”、红色记号笔标记的合金牌号、二维码标签。在锯切操作中，首先，进行锯切前准备，确保锯床设备正常运行，调整待锯圆锭定尺，规定定尺±6mm(短锭±3mm)；根据待锯圆锭炉次和牌号调整钢印号；并设置切头大于500mm，切尾大于200mm。然后进行检验，检验包括对表面质量和定尺的检验操作，即：表面要求：表面(包括端面和圆周)应清洁、光滑，严禁对任何端面及周面打磨，无铸造引起的表面缺陷及操作引起的伤痕，无锈痕、毛刺、擦伤、腐蚀、油污、灰尘及其它外来物质；铝棒长度方向最大弯曲度/挠度应小于1.5mm/m；锯切端面垂直度：90.0°+/‐0.5°；表面应洁净：无污物、无油渍、无水分、无表面处理层及其它影响质量的杂物，合金牌号标识清晰、定尺符合规定。检验还包括对内在质量的检验操作，即：低倍：等轴、均匀的细晶组织，且无羽毛状晶、裂纹、气孔等缺陷。偏析层要达到客户的要求；铝锭两端的锯切长度应确保铝棒无内部及外部的开裂，或其它有害于铝棒质量的缺陷，并且无疏松、开裂、夹杂(氧化物、硼化物等)和其它外来物质。检验还包括对取样片的检验操作，即：批产合金的2片切片必须分别取自于铸造平台上冷端和热端的两根铸锭，且均要取自于铸锭的下端，并接近于锯掉端头的位置。对于首批样品的4片切片应分别取自于铸造平台上冷端和热端的两根铸锭，且铸锭的上、下端均要取样，要接近于锯掉端头的位置。检验还包括送样做高倍的检验操作，即：钻取高倍样片送化验室做金相，检定晶粒和夹杂等。接着进行标识，标识要清晰(有一定的刻痕深度)，在稍偏离铝棒中心的位置标识。字体高度应不小于6.0mm。标签应易除掉，除掉标签时，在铝棒上不能留有胶水或剩余的标签。并且标签应贴在捆扎带上，不能直接贴在铝棒上。最后进行存储，保证摆放整齐安全，制备获得的7系铝合金呈圆锭，圆锭不悬空，不超过10层。效果测试1、将实施例一至实施例九获得的7系铝合金的硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率和晶粒大小分别进行测试。具体的测试方法可选择现有技术中对铝合金的硬度抗拉强度、屈服强度、延伸率和晶粒大小的常用测试方法。结果表明，实施例一至实施例九获得的7系铝合金的硬度均为150HV以上，抗拉强度均为430Mpa以上，屈服强度为400MPa以上，延伸率为15％以上和晶粒度大小为80‐100μm。2、将实施例一至实施例九获得的7系铝合金分别进行阳极氧化效果测试。具体的，把7系铝合金的制件作为阳极，置于硫酸等电解液中，施加阳极电压进行电解。并对7系铝合金阳极氧化后的光泽度进行测试和记录，并分别测得其在氧化后的析出相金相图谱。其中现有的7系铝合金在合金阳极氧化后的析出相的金相图谱见图1中所示，本发明的7系铝合金在合金阳极氧化后的析出相的金相图谱见图2中所示。结果表明，图1中，现有的7系铝合金在合金阳极氧化后的析出相呈现出明显条纹缺陷，，图2中，本发明的7系铝合金在合金阳极氧化后的析出相则无明显材料纹。同时，测得本发明的7系铝合金的光泽度可达到100以上。综上所述，本发明提供的7系铝合金具有明显提高7系铝合金的力学性能及产品阳极氧化后的光泽度的优点。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3