本發(fā)明屬于鋁合金領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種鋁合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋁合金是以鋁為基礎(chǔ)加入其它元素組成的合金，其具有比重小、強(qiáng)度高、耐腐蝕、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、環(huán)保、可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，成為日常應(yīng)用最為廣泛的材料之一。20世紀(jì)初期，德國人發(fā)明了硬鋁合金（Al-Cu-Mg合金），使得鋁的強(qiáng)度提高兩倍，從而開始被大量應(yīng)用于飛機(jī)制造和其他軍火工業(yè)。此后又陸續(xù)開發(fā)了Al-Mn、Al-Mg、Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg、Al-Zn-Mg等不同成分和熱處理狀態(tài)的鋁合金，大大拓展了鋁合金的用途，使鋁合金在建筑、汽車、鐵路、船舶及飛機(jī)制造等工業(yè)部門的應(yīng)用得到迅速發(fā)展。
隨著當(dāng)前通訊行業(yè)的高度發(fā)達(dá)，高強(qiáng)度鋁合金在此領(lǐng)域應(yīng)用需求越來越大，大尺寸、超輕薄為目前電子產(chǎn)品主流。大尺寸、超薄件對(duì)鋁合金強(qiáng)度有著很高的要求，目前市面上有6000系鋁合金材質(zhì)的大尺寸電子產(chǎn)品，但遭到用戶投訴容易彎曲變形，強(qiáng)度不夠。
在鋁合金中添加Zn和Mg的7000系列鋁合金顯示出鋁合金中最高強(qiáng)度，已廣泛應(yīng)用于汽車、鐵路、船舶及飛機(jī)制造等重型工業(yè)部門。隨著人們對(duì)電子產(chǎn)品的要求，人們開始研究7000系列鋁合金在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，也希望7000系列鋁合金能夠通過陽極氧化處理后，表面能獲得具有金屬光澤的銀白色，從而帶來高級(jí)感和后續(xù)上色的多樣性，但由于成分原因，7000系列鋁合金的陽極氧化膜顏色明顯偏黃色，直接影響外觀和后續(xù)上色效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在針對(duì)上述高強(qiáng)度鋁合金在陽極氧化方面存在的缺陷，提供一種適合陽極氧化的高強(qiáng)度鋁合金，不僅具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，而且陽極氧化性能良好，陽極氧化后呈銀白色，色澤鮮亮、均勻，一致性好。
本發(fā)明提供一種鋁合金，以重量百分含量計(jì)，所述鋁合金含有5-8%的Zn，1.2-3.2%的Mg，0.001-0.15% 的Ga，0.001-0.1%的V，0.001-0.2% 的Ti，0.2%以下的Si，0.2%以下的Fe，0.2%以下的Cu，余量為Al及和其它不可避免的雜質(zhì)元素。
本發(fā)明還提供了一種鋁合金的制備方法，該方法包括將鋁合金原料熔融制備鋁合金鑄錠，所述鋁合金原料的組成使得得到的鋁合金鑄錠的組分及重量含量為：Zn 5-8%，
Mg 1.2-3.2%，
Ga 0.001-0.15%，
V 0.001-0.1%，
Ti 0.001-0.2%，
Si 0.2%以下，
Fe 0.2%以下，
Cu 0.2%以下，
余量為Al及和其它不可避免的雜質(zhì)元素。
本發(fā)明提供的鋁合金強(qiáng)度高，屈服極限達(dá)440MPa以上，并且其陽極氧化性能良好，經(jīng)硫酸浴陽極氧化后氧化膜厚度達(dá)8-18μm，并且該膜透明度高，呈銀白色，色澤鮮亮、均勻，一致性好。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明提供一種鋁合金，以重量百分含量計(jì)，所述鋁合金含有5-8%的Zn，1.2-3.2%的Mg，0.001-0.15% 的Ga，0.001-0.1%的V，0.001-0.2% 的Ti，0.2%以下的Si，0.2%以下的Fe，0.2%以下的Cu，余量為Al及和其它不可避免的雜質(zhì)元素。
為了增強(qiáng)合金力學(xué)性能及陽極氧化表面效果，進(jìn)一步地優(yōu)選為：以重量百分含量計(jì)，所述鋁合金，含有6.3-6.9%的Zn，1.6-2.2%的Mg，0.008-0.1% 的Ga，0.005-0.1%的 V0.01-0.1% 的Ti， 0.1%以下的Si，0.1%以下的Fe，0.1%以下的Cu，余量為Al及和其它不可避免的雜質(zhì)元素。
本發(fā)明系統(tǒng)的研究了各種合金化元素對(duì)陽極氧化顏色的影響，如Mn、Cu、Fe、Si、Cr，Zr等，這些元素雖然起到了細(xì)化晶粒、固溶強(qiáng)化作用，但若含量控制不得當(dāng)會(huì)嚴(yán)重影響陽極氧化的表面效果。如Mn元素過多使得合金陽極氧化顏色泛棕色（粉色）；Cu、Cr元素均會(huì)導(dǎo)致合金陽極氧化后顏色發(fā)黃，尤其是Cr對(duì)顏色影響極為敏感，0.2wt.%含量即可導(dǎo)致氧化膜明顯變色；過量的Fe、Si、Zr能使合金氧化后失去原本鮮亮的銀白色，而呈現(xiàn)出暗灰色，嚴(yán)重時(shí)發(fā)黑。
本發(fā)明提供的鋁合金屬于Zn-Mg強(qiáng)化的7000系變形鋁合金范疇，Zn和Mg的加入并不會(huì)劇烈降低合金陽極氧化膜的光澤度，更不會(huì)導(dǎo)致合金氧化膜變色，合金主要為MgZn2相和Al2Mg3Zn3相沉淀強(qiáng)化。
Ga元素加入合金能夠活化鋁表面，提高鋁陽極氧化效率和氧化膜生成的均勻性，鋁合金陽極氧化是一個(gè)氧化膜向鋁基體擴(kuò)散生成與表面膜溶解的動(dòng)態(tài)過程，Ga元素能與其他元素形成低共熔混合物，附著在氧化膜阻擋層，破壞表面鈍化膜，提高鋁氧化的反應(yīng)活性，從而促進(jìn)氧化膜的生成均勻向鋁基體推進(jìn)；另外，Ga元素最終溶解于電解溶液中，不會(huì)對(duì)氧化膜產(chǎn)生任何不利影響。
V和Ti加入合金中，能生成Al11V和Al3Ti難溶化合物，均具有很好的細(xì)化晶粒及提高再結(jié)晶溫度的作用，提高了合金綜合性能；并且，V和Ti不會(huì)影響合金陽極氧化膜外觀質(zhì)量。
Si、Fe及Cu含量均在0.2%以下，既起到了很好的強(qiáng)化合金，提高力學(xué)性能的作用，又不會(huì)影響陽極氧化效果。
本發(fā)明中，以重量百分含量計(jì)，所述其它不可避免的雜質(zhì)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%，其余單個(gè)含量少于0.05%，合計(jì)含量少于0.15%。
本發(fā)明的鋁合金強(qiáng)度高，屈服極限達(dá)440MPa以上，并且其陽極氧化性能良好，經(jīng)硫酸浴陽極氧化后氧化膜厚度達(dá)8-18μm，并且該膜透明度高，呈銀白色，色澤鮮亮、均勻，一致性好。
本發(fā)明還提供了一種鋁合金的制備方法，該方法包括將鋁合金原料熔融制備鋁合金鑄錠，所述鋁合金原料的組成使得得到的鋁合金鑄錠的組分及重量含量為：Zn 5-8%，
Mg 1.2-3.2%，
Ga 0.001-0.15%，
V 0.001-0.1%，
Ti 0.001-0.2%，
Si 0.2%以下，
Fe 0.2%以下，
Cu 0.2%以下，
余量為Al及和其它不可避免的雜質(zhì)元素。
在本發(fā)明所述的方法中，進(jìn)一步包括將所述鋁合金鑄錠進(jìn)行成型為鋁合金件。
本發(fā)明中，所述成型的方法沒有特別的限制，可以為本領(lǐng)域常用的各種合金成型方法，在本發(fā)明中進(jìn)一步優(yōu)選所述成型的方法為軋制成型或擠出成型。在本發(fā)明中，所述軋制成型的條件為：在475-530℃進(jìn)行軋制加工，得到軋制板材。所述擠壓成型的條件為：485-540℃進(jìn)行擠出加工，得到擠出型材。
本發(fā)明中，在成型之前，還包括對(duì)鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理；均勻化處理可以消除成分、組織偏析等鑄造缺陷，使合金成分均質(zhì)性更好。所述均勻化處理的方法為：將鋁合金鑄錠在410-430℃保溫2-4小時(shí)，再加熱到460-480℃保溫12-16小時(shí)。
本發(fā)明中，在成型之后還包括對(duì)鋁合金件進(jìn)行固溶處理；固溶處理的效果可以使合金元素充分固溶，形成過飽和固溶體，為沉淀（析出）強(qiáng)化做好組織準(zhǔn)備。所述固溶處理的溫度為465-485℃，時(shí)間為0.5-1.5h。
本發(fā)明中，在所述固溶處理之后對(duì)鋁合金件進(jìn)行人工時(shí)效處理；人工時(shí)效處理可以使過飽和固溶體分解析出強(qiáng)化相，彌散分布于合金組織，強(qiáng)化合金。所述人工時(shí)效處理工藝為：在95-105℃保溫4-6小時(shí)，然后，再加熱到120-130℃保溫12-20小時(shí)。或人工時(shí)效處理工藝為：在110-130℃保溫16-28小時(shí)。
本發(fā)明中所述的鋁合金原料可以為包含Al、Zn、Mg、Ga、V、Ti、Si、Fe和Cu的各種純金屬錠或合金錠，沒有特別的限制，只要能夠得到本發(fā)明的含量范圍即可。從容易得到和低成本角度考慮，本發(fā)明優(yōu)選采用純Al錠、Al-V合金、Al-Fe合金、Al-Ti合金、Al-Si合金、Al-Cu合金、純Mg、純Zn及純Ga。
本發(fā)明中，所述熔煉制備鋁合金鑄錠的方法沒有特別的限制，可以為本領(lǐng)域常用的各種方法，只要能夠?qū)㈣T錠熔融后形成鋁合金鑄錠即可，如：
經(jīng)配料計(jì)算后，按量稱取純Al錠、Al-V（10%V）合金、Al-Ti（5%Ti）合金、Al-Si（20%Si）合金，Al-Fe（20%Fe）合金，Al-Cu（50%Cu）合金，純Mg、純Zn及純Ga，再將純Al錠、Al-V合金、Al-Ti合金、Al-Si合金、Al-Fe合金、Al-Cu合金放入熔煉爐加熱至全部熔化，然后依次加入純Zn、純Mg、純Ga（以鋁箔包緊）沒入熔體中熔化后，攪拌8-15分鐘，使成分均勻。在加入0.5%除渣劑除渣，0.5%精煉劑精煉除氣，完成后扒渣靜置20-35分鐘，然后降溫至710℃左右開始澆鑄成錠；再將鑄錠經(jīng)過擠出或軋制成型后經(jīng)熱處理強(qiáng)化可獲得力學(xué)性能及陽極氧化性能優(yōu)異的板材和型材。
下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
實(shí)施例1
經(jīng)配料計(jì)算后，按重量稱取各中間合金及金屬單質(zhì)，然后按照上述提供的鋁合金熔煉制樣過程進(jìn)行熔煉制得鋁合金鑄錠，各中間合金及金屬單質(zhì)重量比例如下表1。然后，將鋁合金鑄錠在415℃保溫3.5小時(shí)，再加熱到470℃溫度下保溫14小時(shí)進(jìn)行均質(zhì)化處理；然后，將鋁合金鑄錠溫度設(shè)定到435℃進(jìn)行軋制加工，得到軋制鋁合金件，將鋁合金件進(jìn)行475℃/1h固溶處理，采用25-30℃水冷，然后進(jìn)行拉伸，變形量為1%，最后，進(jìn)行人工時(shí)效處理：在100℃加熱5小時(shí)，再加熱到125℃保溫18小時(shí)，制備得到鋁合金件A1。
實(shí)施例2
經(jīng)配料計(jì)算后，按重量稱取各中間合金及金屬單質(zhì)，然后按照上述提供的鋁合金熔煉制樣過程進(jìn)行熔煉制得鋁合金鑄錠，各中間合金及金屬單質(zhì)重量比例如下表1。然后，將鋁合金鑄錠在425℃保溫4小時(shí)，再加熱到475℃溫度下保溫15小時(shí)進(jìn)行均質(zhì)化處理；然后，將鋁合金鑄錠溫度設(shè)定到445℃進(jìn)行軋制加工，得到軋制鋁合金件，將鋁合金件進(jìn)行485℃/1.5h固溶處理，采用25-30℃水冷，然后進(jìn)行拉伸，變形量為1.5%，最后，進(jìn)行人工時(shí)效處理：在105℃加熱6小時(shí)，再加熱到130℃保溫20小時(shí)，制備得到鋁合金件A2。
實(shí)施例3
經(jīng)配料計(jì)算后，按重量稱取各中間合金及金屬單質(zhì)，然后按照上述提供的鋁合金熔煉制樣過程進(jìn)行熔煉制得鋁合金鑄錠，各中間合金及金屬單質(zhì)重量比例如下表1。然后，將鋁合金鑄錠在410℃保溫4小時(shí)，再加熱到460℃溫度下保溫12小時(shí)進(jìn)行均質(zhì)化處理；然后，將鋁合金鑄錠溫度設(shè)定到450℃進(jìn)行軋制加工，得到軋制鋁合金件，將鋁合金件進(jìn)行465℃/1h固溶處理，采用25-30℃水冷，然后進(jìn)行拉伸，變形量為1.5%，最后，進(jìn)行人工時(shí)效處理：加熱到120℃保溫24小時(shí)，制備得到鋁合金件A3。
實(shí)施例4
按照實(shí)施例1的方法制備鋁合金件A4，區(qū)別在于各中間合金及金屬單質(zhì)的重量比例如下表1。
實(shí)施例5
經(jīng)配料計(jì)算后，按重量稱取各中間合金及金屬單質(zhì)，然后按照上述提供的鋁合金熔煉制樣過程進(jìn)行熔煉制得鋁合金鑄錠，各中間合金及金屬單質(zhì)重量比例如下表1。然后，將鋁合金鑄錠在425℃保溫4小時(shí)，再加熱到475℃溫度下保溫15小時(shí)進(jìn)行均質(zhì)化處理；然后，將鋁合金鑄錠溫度設(shè)定到450℃進(jìn)行擠出加工，得到擠出鋁合金件，將鋁合金件進(jìn)行485℃/1.5h固溶處理，采用25-30℃水冷，然后進(jìn)行拉伸，變形量為1%，最后，進(jìn)行人工時(shí)效處理：在105℃加熱6小時(shí)，再加熱到130℃保溫20小時(shí)，制備得到鋁合金件A5。
實(shí)施例6
按照實(shí)施例5的方法制備鋁合金件A6，區(qū)別在于各中間合金及金屬單質(zhì)的重量比例如下表1。
實(shí)施例7
按照實(shí)施例5的方法制備鋁合金件A7，區(qū)別在于各中間合金及金屬單質(zhì)的重量比例如下表1。
實(shí)施例8
按照實(shí)施例5的方法制備鋁合金件A8，區(qū)別在于各中間合金及金屬單質(zhì)的重量比例如下表1。
實(shí)施例9
按照實(shí)施例5的方法制備鋁合金件A9，區(qū)別在于各中間合金及金屬單質(zhì)的重量比例如下表1。
實(shí)施例10
按照實(shí)施例5的方法制備鋁合金件A10，區(qū)別在于各中間合金及金屬單質(zhì)的重量比例如下表1。
對(duì)比例1
按照實(shí)施例1的方法制備鋁合金件B1，區(qū)別在于各中間合金及金屬單質(zhì)的重量比例如下表1。
對(duì)比例2
按照實(shí)施例5的方法制備鋁合金件B2，區(qū)別在于各中間合金及金屬單質(zhì)的重量比例如下表1。
表1
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表2
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性能測(cè)試
一、鋁合金成分能測(cè)試
將鋁合金件A1-A10及B1-B2用ICP光譜儀（美國熱電的Thermo ICAP 6300）測(cè)試其組成及含量，結(jié)果見表2。
二、鋁合金力學(xué)性能測(cè)試
將鋁合金件A1-A8及B1-B2進(jìn)行如下測(cè)試：
根據(jù)GB／T228-2002金屬材料室內(nèi)拉伸試驗(yàn)方法測(cè)量鋁合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率，結(jié)果見表3。
三、陽極氧化的性能測(cè)試
陽極氧化的條件：分別將鋁合金件A1-A10及B1-B2進(jìn)行如下的陽極氧化，得到陽極氧化產(chǎn)品CA1-CA10及CB1-CB2。
采用硫酸直流陽極氧化工藝：氧化槽液溫度19℃，電流密度1.6A?dm-2，氧化時(shí)間30min。
1、陽極氧化膜的效果
將CA1-CA10及CB1-CB2放在自然光下，肉眼觀察其表面的陽極氧化膜，結(jié)果見表4。
2、陽極氧化的厚度
用TIME2818覆層測(cè)厚儀測(cè)試CA1-CA10及CB1-CB2表面的陽極氧化膜的厚度，結(jié)果見表4。
表3
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表4
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從表3-表4的性能測(cè)試數(shù)據(jù)中可以看出，實(shí)施例1-10，鋁合金件均保持高的屈服強(qiáng)度，達(dá)440MPa以上，并且隨著主強(qiáng)化元素Mg、Zn含量的增加而增加，同時(shí)，所有合金均保持良好的陽極氧化性能，氧化膜呈銀白色，色澤均勻、鮮亮。
對(duì)比例1中，合金含有較多的Fe和Si，雖然其機(jī)械性能不差，但已不適合于光亮陽極氧化處理，陽極氧化后整體色澤較暗，偏灰色，并且局部有灰斑，同時(shí)氧化膜生成效率也降低，膜厚僅6μm；對(duì)比例2中，合金含有較多的Cu、Cr、Mn，其機(jī)械性能良好，但陽極氧化性能下降明顯，陽極氧化后，整個(gè)樣件色澤較暗，且偏黃色，已不適合于光亮陽極氧化處理。
在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、 “示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。