具有高阳极氧化质量的AA6XXX铝合金片材及其制作方法与流程

本申请是申请号为201680002343.9母案的分案申请。该母案的申请日为2016年7月18日；发明名称为“具有高阳极氧化质量的aa6xxx铝合金片材及其制作方法”。相关申请的交叉引用本申请要求2015年7月20日提交的第62/194,328号美国临时申请的权益，所述美国临时申请以全文引用的方式并入本文。本文描述阳极氧化质量aa6xxx系列铝合金片材以及用于制作这些片材的方法。
背景技术：
：在当前的消费型电子器件中，aa6xxx合金、尤其是aa6063和aa6463合金，由于其优良的阳极氧化质量以及良好的机械和物理性质而广泛使用。然而，由于同时控制晶粒大小、强度和可成形性的难度，这些合金大多数是通过挤压来制造。片材产品的固溶热处理(sht)工艺增强了可成形性，但也导致晶粒生长。另一方面，挤压坯料经过模具淬火和人工老化，且因此具有合理的可成形性和晶粒大小。然而，此工艺需要大量的加工，这显著减小了材料产率。需要具有高可成形性、阳极氧化质量和精细晶粒大小的铝片材产品以及其制作的有效方法。技术实现要素：所涵盖的实施例是由权利要求书而不是此
发明内容界定。此
发明内容是各种方面的高级概览，且介绍了在下文的具体实施方式章节中进一步描述的一些概念。此
发明内容既定不识别所要求标的物的关键特征或本质特征，也既定不单独地用以确定所要求标的物的范围。应当通过参考整个说明书的适当部分、任何或全部附图以及每一权利要求来理解所述标的物。本文描述用于制作在若干应用中使用的aa6xxx片材产品的方法。这些片材当前是从挤压坯料制造且因此需要大量机械。本文描述的方法解决了其它方法的问题且提供显著改善产率、生产力、成本和能量效率的工艺。具体来说，本文描述用于制作高阳极氧化质量铝片材而不需要大量加工的方法。本发明方法制造的铝片材具有与通过挤压坯料制造的那些片材等效的阳极氧化质量和机械性质，但具有高度改善的制造产率和效率。本文描述形成阳极氧化质量铝片材的方法。所述方法包括：提供aa6xxx合金的铸锭；将所述铸锭加热到约560℃的温度；将所述铸锭维持于约560℃的温度达至少约4小时；将所述铸锭冷却到从约450℃到约540℃的温度(例如，从约500℃到约540℃)；将所述铸锭维持于从约450℃到约540℃的温度(例如，从约500℃到约540℃)达约1小时；在从约250℃到约550℃的温度下热轧所述铸锭以形成片材；在从约20℃到约200℃的温度下冷轧所述片材；在从约510℃到约550℃的峰值金属温度下使所述片材经受连续退火和固溶热处理；将所述片材冷却到从约25℃到约50℃的温度；将所述片材维持于从约25℃到约50℃的温度；以及任选地在从约25℃到约200℃的温度下使所述片材经受老化过程。所述合金可选自由aa6063、aa6463、aa6061、aa6111和aa6013组成的群组。加热所述铸锭的所述步骤可以从约每小时30℃到约每小时100℃的加热速率执行。冷却所述铸锭的所述步骤可以从约每小时30℃或更大(例如，从约每小时60℃或更大)的冷却速率执行。热轧所述铸锭的所述步骤可在多达约30分钟的时间周期中执行，且可得到具有从约2mm到约10mm的厚度的片材。冷轧所述片材的所述步骤可在多达1小时(例如，从约10分钟到约30分钟)的时间周期中执行。冷轧所述片材的所述步骤可得到具有从约0.2mm到约5mm(例如，从约0.5mm到约2mm)的厚度的片材。所述片材可经受所述连续退火和固溶热处理多达约1分钟(例如，多达约50秒)。在所述连续退火和固溶热处理期间的所述加热速率可为从约每分钟400℃到约每分钟600℃。所述方法可进一步包括使所述片材经受老化过程。所述老化步骤可包括：将所述片材加热到约100℃到约225℃的温度；将所述片材维持于约175℃到约200℃的温度达一时间周期(例如，从约5分钟到约48小时)；以及将所述片材冷却到约25℃到约50℃的温度。本文进一步提供根据本文描述的方法制作的铝片材。在一些实例中，所述片材处于t4、t6、t7或t8回火状态中。所述片材可具有从约70mpa到约230mpa的屈服强度；从约110mpa到约260mpa的最终拉伸强度；从8%到约32%的伸长率；从约55µm到约190µm的平均晶粒大小；和/或约215w/mk到约250w/mk的热导率。本文还提供从根据本文描述的方法制作的铝片材制备的产品。所述产品可为消费型电子产品、消费型电子产品零件、建筑片材产品、建筑片材产品零件，或汽车主体零件。从以下详细描述将明了其它目标和优点。附图说明图1是用于aa6063片材制造的处理条件的示意性表示。图2是在520℃和540℃的峰值金属温度(pmt)下的cash实践之后aa6063合金片材的老化曲线的示意性表示。具体实施方式本文描述用于制作高阳极氧化质量aa6xxx系列铝片材而不需要大量加工的新工艺。本文描述的工艺显著改善了与制作铝片材相关联的产率、生产力、成本以及能量效率。作为非限制性实例，由本文描述的工艺制作的片材在电子器件行业中具有特定应用。定义和描述：本文使用的术语“发明”、“本发明”、“此发明”和“当前发明”旨在广泛地指代本专利申请和所附权利要求书的全部标的物。含有这些术语的语句应当理解为并不限制本文描述的标的物或者并不限制所附专利权利要求书的意义或范围。在此描述中，参考由aa数字和例如“系列”或“6xxx”等其它相关标示所识别的合金。为了理解在命名和识别铝及其合金时最常用的数字标示系统，参见《锻铝和锻铝合金的国际合金标示和化学成分限制(internationalalloydesignationsandchemicalcompositionlimitsforwroughtaluminumandwroughtaluminumalloys)》或《呈铸件和铸锭形式的铝合金的铝业协会合金标示和化学成分限制的注册记录(registrationrecordofaluminumassociationalloydesignationsandchemicalcompositionslimitsforaluminumalloysintheformofcastingsandingot)》，两者均由铝业协会发布。如本文使用，“一”和“所述”的意义包含单数和复数参考物，除非上下文清楚地另外规定。在以下实例中，铝合金是在其元素组成方面以重量百分比(重量%)来描述。在每一合金中，剩余部分是铝，且所有杂质的最大重量%为0.15%。制作方法：本文描述制作具有高阳极氧化质量以及所需机械和物理性质的aa6xxx片材的有效方法。用于制作本文描述的片材的合适合金包含如铝业协会确立的aa6xxx标示内的任何合金。举例来说，用于制备所述片材的aa6xxx合金可包含aa6063、aa6463、aa6061、aa6111和aa6013。三种不同的工艺参数是本文描述的方法所固有的，包含连续退火和固溶热处理(cash)实践的均质化温度、再轧卷绕温度以及峰值金属温度(pmt)。这些参数中的每一者在下文结合制作具有高阳极氧化质量的片材的方法中的其适当步骤来论述，如本文描述。本文描述的合金可使用直接冷却(dc)工艺而铸造为铸锭。随后可对所得铸锭进行剥落。dc铸造工艺和剥落工艺可根据如本领域的技术人员已知的铝行业中常用的标准而执行。在铸造工艺期间的额外清洁和过滤以及额外剥落深度可任选地应用以改善铸锭的表面质量。铸锭随后可经受进一步处理步骤。在一些实例中，处理步骤包含两阶段均质化步骤、热轧步骤、冷轧步骤、连续退火和固溶热处理(cash)步骤以及任选的老化处理。本文描述的均质化步骤是两阶段均质化过程。第一均质化步骤将亚稳相溶解为基质且使微结构不均质性最小化。在第一均质化阶段中，将从合金组成制备的铸锭加热以达到至少约550℃(例如，至少约555℃或至少约560℃)的峰值金属温度。在一些情况下，将从合金组成制备的铸锭加热以达到范围从约550℃到约565℃的峰值金属温度。达到峰值金属温度的加热速率可为从约每小时30℃到约每小时100℃。举例来说，加热速率可为约每小时30℃、每小时35℃、每小时40℃、每小时45℃、每小时50℃、约每小时55℃、约每小时60℃、约每小时65℃、约每小时70℃、约每小时75℃、约每小时80℃、约每小时85℃、约每小时90℃、约每小时95℃，或约每小时100℃。随后在第一均质化阶段期间允许铸锭浸泡(即，维持于指示的温度)达一时间周期。在一些情况下，允许铸锭浸泡达至少四小时。举例来说，铸锭可浸泡多达五小时(例如，从30分钟到五小时(包含性))。在一些情况下，铸锭可在约560℃的温度下浸泡达四小时。在均质化过程的第二阶段中，在后续处理之前将铸锭温度减小到从约450℃到540℃的温度。在一些情况下，在后续处理之前将铸锭温度减小到从约500℃到540℃的温度。举例来说，可将铸锭冷却到约500℃、约510℃、约520℃、约530℃或约540℃的温度。任选地，可将铸锭冷却到用于热轧步骤的开始的温度或者比用于热轧步骤的温度低的温度。任选地，可将铸锭冷却到低于约450℃的温度且随后再加热到范围从400℃到500℃的温度以用于热轧步骤的开始。在均质化过程的第二阶段期间铸锭的冷却速率可为从约每小时30℃或更大或者从约每小时60℃或更大。举例来说，冷却速率可为约每小时35℃、约每小时40℃、约每小时45℃、约每小时50℃、约每小时55℃、约每小时60℃、约每小时65℃、约每小时70℃、约每小时75℃、约每小时80℃，或约每小时85℃。第二阶段均质化温度影响稍后阶段中的mg2si沉淀的程度(即，mg2si是保持溶解于溶液中还是沉淀出)，如本文进一步描述。随后在第二阶段期间允许铸锭浸泡达一时间周期。在一些情况下，允许铸锭在指示的温度下浸泡多达两小时(例如，从30分钟到两小时(包含性))。举例来说，铸锭可在约540℃的温度下浸泡达一小时。如上所述，均质化温度是重要参数，尤其是在第二阶段均质化期间。不受理论限制，据信在高于mg2si溶线(~500℃)的温度下的第二阶段均质化保持固溶体中的沉淀物且导致较高的最终强度。如果在低于500℃下实行第二步骤均质化，那么过早的沉淀发生且最终强度下降。在均质化步骤后，可执行热轧步骤。热轧步骤可包含热可逆式磨轧操作和/或热串列式磨轧操作。可在范围从约250℃到约550℃(例如，从约300℃到约500℃或从约350℃到约450℃)的温度下执行热轧步骤。在热轧步骤中，可将铸锭热轧到10mm厚规格或更薄(例如，从2mm到10mm厚规格)。举例来说，可将铸锭热轧到9mm厚规格或更薄、8mm厚规格或更薄、7mm厚规格或更薄、6mm厚规格或更薄、5mm厚规格或更薄、4mm厚规格或更薄、3mm厚规格或更薄、2mm厚规格或更薄，或1mm厚规格或更薄。任选地，可执行热轧步骤多达约30分钟的周期。在热轧步骤的结束时(例如，在从串列式轧机退出时)，可将片材卷起作为线圈。再轧卷绕温度是重要参数，其也与mg2si沉淀物相关。具体来说，控制再轧卷绕温度以实现完全再结晶以及受控的mg2si沉淀生长。大体上，再轧卷绕温度范围是从385-410℃以确保完全再结晶。然而，过高的再结晶温度会造成晶粒和颗粒粗糙化。在本文描述的方法中使用的合金片材中，例如aa6063片材和aa6463片材，高再轧卷绕温度和后续的线圈冷却导致新的mg2si沉淀或预先存在的沉淀物的生长。如先前描述，在cash实践之前的mg2si的早期沉淀将因此导致合金的较低最终强度。因此，本文描述的方法的再轧卷绕温度是约380℃或更低(例如，约370℃或更低、约360℃或更低、约350℃或更低、约340℃或更低、约330℃或更低，或约320℃或更低)。热轧片材可随后经历冷轧步骤以形成冷轧线圈或片材。可将片材温度减小到范围从约20℃到约200℃(例如，从约120℃到约200℃)的温度。可执行冷轧步骤达一时间周期以得到从约0.2mm到约5mm(例如，约0.5mm到约2mm)的最终规格厚度。任选地，可执行冷轧步骤多达约1小时(例如，从约10分钟到约30分钟)的周期。举例来说，可执行冷轧步骤达约10分钟、约20分钟、约30分钟、约40分钟、约50分钟或约1小时的周期。冷轧线圈可随后经历连续退火和固溶热处理(cash)实践。cash实践条件，包含峰值金属温度(pmt)和处理的持续时间(本文称为浸泡时间)是重要参数，其可规定所得片材的最终性质和微结构。cash实践可包含将线圈加热到从约510℃到约550℃(例如，约515°c、约520°c、约525°c、约530°c、约535°c、约540°c、约545°c，或约550°c)的峰值金属温度。如上文所述，cash实践的峰值金属温度(pmt)是本发明的重要参数，且应当基于例如晶粒结构和/或可成形性等所需性质而谨慎控制pmt。举例来说，如果需要精细晶粒结构，那么pmt应当低于约535℃(例如，从约510℃到约520℃)，以避免在成形期间的橘皮型缺陷。另一方面，如果可成形性更关键且成形变形不是很严重，那么pmt应当高于535℃(例如，从约540℃到约550℃)。在大于约535℃(例如，从约540℃到约550℃)的温度下，存在晶粒生长和所得粗糙晶粒的增加倾向。cash步骤的加热速率可为从约每分钟400℃到约每分钟600℃。cash步骤可执行达2分钟或更短(例如，1分钟或更短)的周期。举例来说，cash步骤可执行达从1秒到50秒的周期。任选地，固溶热处理和自然老化的线圈或片材可以经成形且老化以得到最终强度。老化过程可包含将片材加热到从约100℃到约225℃(例如，从约155℃到约200℃或从约170℃到约180℃)的温度。老化过程还可包含将片材维持于从约150℃到约225℃(例如，从约150℃到约225℃或从约175℃到约200℃)的温度达一时间周期。任选地，在老化过程中维持片材的步骤执行达从约5分钟到约48小时(例如，从30分钟到24小时或从1小时到10小时)的周期。老化过程可进一步包含将片材冷却到从约25℃到约50℃的温度。取决于所需用途通过各种老化条件来控制最终产品的机械性质。指代经固溶热处理和自然老化的片材的t4片材可交付给顾客。这些t4片材可任选地在由顾客接收时经受一个或多个额外老化处理以满足强度要求。举例来说，可通过加热一时间周期使t4片材经受老化处理而在例如t6、t7和t8回火等其它状态中交付片材。举例来说，可将片材加热到从约150℃到约225℃的温度。在t6状态中交付的片材可通过在从约170℃到约180℃(例如，175℃)的温度下加热片材8小时而人工老化。通过在从约170℃到约180℃(例如，175℃)的温度下加热片材24小时可使在t7状态中交付的片材过老化。通过在从约170℃到约180℃的温度下加热片材8小时可使在t8状态中交付的片材预应变且随后人工老化。对于老化过程，可以从约每小时25℃到约每小时50℃的速率任选地加热片材。可基于片材或线圈大小而修改加热速率，如本领域的普通技术人员所理解。可允许所得片材或线圈在一时间周期中冷却(例如，在环境空气中)。举例来说，可允许所得片材或线圈在从约30分钟到48小时的持续时间中冷却。冷却速率可为每秒20℃或更小。所得片材和线圈具有所需性质的组合，包含高屈服强度、高最终拉伸强度、适当的伸长率以及热导率。片材和线圈可具有从约70mpa到约230mpa的屈服强度。举例来说，片材和线圈可具有约70mpa、75mpa、90mpa、85mpa、90mpa、95mpa、100mpa、105mpa、110mpa、115mpa、120mpa、125mpa、130mpa、135mpa、140mpa、145mpa、150mpa、155mpa、160mpa、165mpa、170mpa、175mpa、180mpa、185mpa、190mpa、195mpa、200mpa、205mpa、210mpa、215mpa、220mpa、225mpa或230mpa的屈服强度。片材和线圈可具有从约110mpa到约260mpa的最终拉伸强度。举例来说，片材和线圈可具有约110mpa、115mpa、120mpa、125mpa、130mpa、135mpa、140mpa、145mpa、150mpa、155mpa、160mpa、165mpa、170mpa、175mpa、180mpa、185mpa、190mpa、195mpa、200mpa、205mpa、210mpa、215mpa、220mpa、225mpa、230mpa、235mpa、240mpa、245mpa、250mpa、255mpa或260mpa的最终拉伸强度。片材可具有从约8%到约32%的伸长率。举例来说，片材可具有约8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%、30%或32%的伸长率。片材可具有从约50µm到约200µm的平均晶粒大小。举例来说，片材可具有约50µm、55µm、60µm、65µm、70µm、75µm、80µm、85µm、90µm、95µm、100µm、105µm、110µm、115µm、120µm、125µm、130µm、135µm、140µm、145µm、150µm、155µm、160µm、165µm、170µm、175µm、180µm、190µm、195µm或200µm的平均晶粒大小。片材可具有从约215w/mk到约250w/mk的热导率。举例来说，片材可具有约215w/mk、220w/mk、225w/mk、230w/mk、235w/mk、240w/mk、245w/mk或250w/mk的热导率。本文描述的片材和方法可在若干应用中使用，包含电子器件应用、建筑应用和汽车应用。在一些情况下，所述片材可用以制备产品，例如消费型电子产品或消费型电子产品零件。示例性消费型电子产品包含移动电话、音频装置、视频装置、相机、膝上型计算机、桌上型计算机、平板计算机、电视机、显示器、家用电器、视频播放和记录装置以及类似物。示例性消费型电子产品零件包含用于消费型电子产品的外部外壳(例如，外观)以及内部零件。在一些情况下，所述片材可用以制备建筑片材产品和建筑片材产品零件。在一些实例中，本文描述的片材和方法可用以制备汽车主体零件，例如内部面板。以下实例将用以进一步说明方法和产品，但同时不构成对其的任何限制。相反，应清楚地理解，可以做出各种修改及其等效物，在阅读本文的描述之后本领域的技术人员可以明了这些内容而不会脱离本发明的精神。在以下实例中描述的研究期间，遵循常规程序，除非另外陈述。下文出于说明性目的而描述一些程序。实例1线圈制备使用图1中所示且如下文详述的一般过程分别使用过程a、b和c来制备线圈a、b和c。用以制备线圈a、b和c的铸锭是使用来自aa6063合金的dc铸件而铸造，所述铸件具有表1中所示的组成且使用本领域的技术人员已知的方法进行剥落。表1sifecumnmgcrznti0.410.160.0250.0050.600.0030.0010.012全部以重量%表达；剩余部分是al。过程a：将铸锭从室温加热到560℃且允许其浸泡近似四小时。随后将铸锭冷却到540℃且允许其浸泡近似一小时。随后使用热可逆式轧机和热串列式轧机对所得铸锭进行热轧，其中将铸锭热轧到5mm厚规格。在380℃的温度下卷绕所得片材。随后将线圈冷轧到1mm厚规格。随后使冷轧片材经受cash实践，其中将片材加热到520℃的峰值金属温度。过程b：将铸锭从室温加热到560℃且允许其浸泡近似四小时。随后将铸锭冷却到450℃且允许其浸泡少于一小时。随后使用热可逆式轧机和热串列式轧机对所得铸锭进行热轧，其中将铸锭热轧到5mm厚规格。在330℃的温度下卷绕所得片材。随后将线圈冷轧到1mm厚规格。随后使冷轧片材经受cash实践，其中将片材加热到520℃或540℃的峰值金属温度。过程c：将铸锭从室温加热到560℃且允许其浸泡近似四小时。随后将铸锭冷却到540℃且允许其浸泡近似一小时。随后使用热可逆式轧机和热串列式轧机对所得铸锭进行热轧，其中将铸锭热轧到5mm厚规格。在330℃的温度下卷绕所得片材。随后将线圈冷轧到1mm厚规格。随后使冷轧片材经受cash实践，其中将片材加热到520℃或540℃的峰值金属温度。实例2线圈性质测试根据过程a、b和c制备的线圈任选地经受老化程序。通过允许线圈自然老化5日来制备t4回火。通过在约175℃的温度下加热8小时而人工老化线圈来制备t6回火。通过在约175℃的温度下加热24小时而人工老化线圈来制备t7回火。表2概括了在不同回火下且在cash实践期间加热到不同pmt的根据过程a、b和c制备的线圈的物理和机械性质。呈现以mpa计的屈服强度(ys)、以mpa计的最终拉伸强度(uts)、以%计的伸长率(el)、平均晶粒大小(µm)、橘皮缺陷测量(使用5mm弯曲半径)以及热导率(w/mk)(参见表2)。表2如表2中所示，顾客需要的各种物理和机械性质可通过控制本文描述的过程来获得。举例来说，如果顾客需要极软且高度可成形的合金片材，那么所需的片材可提供作为t4回火。如果需要较高强度和适度的可成形性，那么可制备片材作为t6或t7回火。举例来说，根据过程b制备的线圈的t6片材可由制造商使用，所述制造商想要将具有150mpays的aa6063-t6片材冲压为在成形之后展现中等到低橘皮缺陷的产品。根据过程a样本制备的线圈可由需要优良表面和可成形性的组合而较不关注强度的制造商使用。在同一回火内，存在各种强度-可成形性组合。这些结果证明可获得某一范围的机械性质。可按需要借助调整来获得另外的机械性质。实例3老化曲线使用cash实践通过加热到520℃和540℃的峰值金属温度来处理从表1的组成制备的aa6063合金片材。允许所述片材在175℃下老化20小时。贯穿老化过程在不同间隔处确定硬度，且针对合金中的每一者制备老化曲线(参见图2)。如图2中所示，在加热8小时之后获得合金片材中的每一者的最大强度。此结果指示实现合意的硬度性质所必要的热处理条件。上文引用的所有专利、公开案以及摘要以全文引用的方式并入本文。已经在本发明的各种目标的实现方面描述了本发明的各种实施例。应当认识到，这些实施例仅说明本发明的原理。在不脱离如所附权利要求书中界定的本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员将容易了解对本发明的众多修改和调适。当前第1页12