可阳极氧化并适合半固态成形的铝合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可阳极氧化并适合半固态成形的铝合金材料及其制备方法，该铝合金由如下元素组成：Mg、Si、Zn、Sc、Zr、Mn，余量为Al和不可避免的杂质元素。该制备方法包括如下步骤：所述铝合金材料的制备方法制备铝合金熔体；将所述铝合金熔体在720～730℃下进行搅拌后静置，在710～720℃下进行精炼除气、除渣，再次静置后在650～670℃下进行保温，得到铝合金液；将所述铝合金液置于半固态电磁搅拌装置中，进行电磁搅拌后，得到半固态浆料；将所述半固态浆料进行压铸或挤压铸造成型，得到所述铝合金材料。本发明专利技术制备的可阳极氧化的适合半固态成形铝合金，在半固态下触变性高，加工过程易于控制，半固态成形性能好，同时所成型薄壁件无气孔、裂纹等，成品率高。

Aluminum alloy material capable of being anodized and suitable for semi-solid forming and preparation method thereof

The invention provides a method for anodic oxidation and Aluminum Alloy material and preparation method of semi-solid forming, the Aluminum Alloy consists of the following elements: Mg, Si, Zn, Sc, Zr, Mn, balance of Al and unavoidable impurities. The preparation method comprises the following steps: the preparation method of Aluminum Alloy melt the Aluminum Alloy material; the Aluminum Alloy melt in 720 ~ 730 DEG C under stirring, at 710 to 720 DEG C for refining gas, slag, again after standing at 650 to 670 DEG C under the heat, get Aluminum Alloy liquid; the liquid in semi-solid Aluminum Alloy electromagnetic stirring device, electromagnetic stirring, semi solid slurry; the semi-solid slurry of die casting or extrusion molding, the Aluminum Alloy material. The invention can be prepared by anodic oxidation for semi-solid forming Aluminum Alloy, in semi-solid thixotropy, processing process is easy to control, semi-solid forming performance is good, and the forming of thin-walled no crack and porosity, high rate of finished products.

【技术实现步骤摘要】
可阳极氧化并适合半固态成形的铝合金材料及其制备方法
本专利技术涉及一种可阳极氧化并适合半固态成形的铝合金材料及其制备方法，属于铝合金材料

技术介绍
随着通讯行业的快速发展，电脑、手机等电子产品在人们的工作生活中应用越来越普遍，金属质感的外观受到许多人的青睐。铝合金由于具有比强度高，导热性和抗蚀性优良，成形性好和美观等优势，已发展成为在电子产品外壳结构件上应用最广泛的金属材料。近年来铝合金外壳薄壁件的研发和产业化发展备受关注，液态压铸、模锻仍是主要的生产方式，但其存在的质量和加工问题不容回避。在使用中发现有铝合金外壳容易弯曲，强度不够高，而成形加工过程中材料利用率低，机加工成本高，生产周期长，且多数压铸铝合金阳极氧化性能差，着色效果不好，颜色单一。半固态成形是将含有球状初生固相均匀分散在液相中的半固态浆料直接加工成型的方法，半固态浆料具有触变性，因而在高速压射过程中表现出很好的流动性，同时成型过程中凝固收缩小，可实现近净成形，最终形成的具有非枝晶组织的铸件力学性能可接近锻件。传统压铸铝合金与变形铝合金均不适于半固态成形。传统压铸铝合金一般Si含量较高，流动性好，但力学性能不高，且阳极氧化性能差。变形铝合金虽然强度高，但充型能力低，压铸成形过程中易产生热裂，且对于半固态成形其主要缺点是半固态温度区间窄，温度控制困难，成型件容易产生缺陷。因此开发可阳极氧化的适合半固态成形铝合金，使之具备高强度、良好的阳极氧化和半固态成形性能，是实现铝合金在外壳薄壁件上进一步发展的迫切途径。经检索，公开号为104213002A的中国专利技术专利，该专利技术涉及一种含钪可氧化压铸铝合金、制备方法和结构件，其中：“该铝合金具有按质量计1％～2％的Mn，1％～2％的Ni、1％～3％的Zn、0.8％～2％的Mg、0.05％～0.3％的Sc、0.05％～0.2％的Zr、90％～95％的Al、小于0.15％的Fe、Si杂质。”该专利技术的特征在于：“采用Mn、Ni、Sc等合金元素而非Si元素，可以达到压铸性能和可阳极氧化性能俱佳的效果；优选添加一定量配比的Zn，Mg元素，特别是按Zn和Mg的总含量在2％～5％且Zn：Mg在1.5～2.5的配比，能够在保证较好的铸造性能的基础上，显著提高合金强度。”该专利技术的一种优选实例中，铝合金含有按质量计1％的Mn、1％的Ni、2.5％的Zn、1.2％的Mg、0.1％的Sc、0.15％的Zr，其抗拉强度达到328Mpa，屈服极限为251Mpa，延伸率为5％，压铸性能和可阳极氧化性良好。该专利技术技术的缺点在于：未添加Si元素，虽可以提高可阳极氧化性，但合金熔体流动性低，压铸过程不易控制；添加Sc元素偏少，对于铝合金变质作用小，在提高力学性能方面起不到最佳贡献效果；Zn元素如果超过2.0wt％，热裂倾向较大；此外，采用液态压铸方式得到组织不够致密，易产生气孔。检索中还发现，公开号为105568083A的中国专利技术专利，该专利技术提供了一种适用于半固态流变压铸的高强高韧铝合金材料及其制备方法，其中“该合金成分为：Si：5～6％、Cu：0.8～1.2％、Mg：0.8～1.2％、Mn：0.3～0.5％、Ce：0.2～0.3％、Ti：0.15～0.3％、Sr：0.02～0.06％、Fe≤0.15％，其它为不可避免的杂质元素，杂质元素总和≤0.2％，余量为铝。”合金材料的制备方法特征在于：“包括经过备料、熔炼、精炼，然后将铝合金熔液的温度降至650～670℃并保温，出炉，采用永磁搅拌的方法制备半固态浆料，当浆料温度达到605～615℃时，立即将表面的氧化皮挑除，然后立即倒入压室进行压铸，最后对铸件进行T6热处理。”该专利技术制得的铝合金材料机械性能较高，抗拉强度为350～400Mpa，断后伸长率为8～15％，并且适于进行流变压铸。该专利技术技术的缺点在于：合金中Si含量过高，在氧化过程中硅离子经常以悬浮状态存在于电解液中，对阳极氧化效果产生很不利的影响；浆料温度达到605～615℃时进行压铸，属于高固相率成形，对于成形薄壳件，其充型能力较难达到要求，易有缺陷产生。半固态成形技术是一种很具潜力的加工方法，目前在加工外壳薄壁件上的应用还非常少，一个关键问题就是缺乏适用的铝合金材料，无法达到在保证高强度的情况下，具有良好的阳极氧化和半固态成形性能。
技术实现思路
本专利技术旨在开发一种可阳极氧化的适合半固态成形铝合金，并提出其制备方法。所设计的合金成分主要包含Mg、Si、Zn、Sc、Zr和Mn六种合金化元素，通过熔炼、保温和电磁搅拌工艺制备半固态合金浆料，半固态浆料立即通过压铸或挤压铸造成型，制得铝合金薄壁件，该合金阳极氧化和半固态成形性能好，抗拉强度达280Mpa，屈服强度大于200Mpa，延伸率大于6％。本专利技术是通过以下技术方案实现的：第一方面，本专利技术提供了一种可阳极氧化的铝合金材料，其由按照质量百分数计的如下元素组成：Mg：0.5～0.8％，Si：0.1～0.3％，Zn：1.2～1.5％，Sc：0.2～0.4％，Zr：0.1～0.2％，Mn：0.5～1.0wt％，余量为Al和不可避免的杂质元素，所述杂质元素含量不超过0.1％。作为优选方案，所述Mg和Zn的质量百分数之和为2.0％，且Zn的质量百分数与Mg的质量百分数之比不超过2.5:1；所述Zr的质量百分数为Sc的质量百分数的1/2。本专利技术的铝合金中各元素的重量配比的原理如下：1、Mg与Zn的总含量控制在2.0wt％左右，且质量比Zn：Mg≤2.5时，合金的触变性得到优化，而且有利于合金内形成强化相MgZn2，对合金产生明显强化作用。然而，若Zn的含量超过1.5wt％，一方面热裂倾向变大，另一方面使触变性降低，不利于半固态合金压铸成形。2、Sc是迄今所发现的对铝合金最为有效的合金化元素，选择在铝熔体中加入0.3wt％左右的Sc元素，可以保证Sc对铝合金产生强烈变质作用，有助于半固态浆料制备过程中球状初生固相的形成。然而，Sc的含量若低于0.2wt％，添加量较少对合金力学性能改善作用不大；Sc的含量若在0.4wt％上继续增加，其改性作用提高不大。3、Zr与Sc元素的复合加入，可与Al形成共格第二相粒子，成为结晶的核心，使铝合金晶粒显著细化，而且约为Sc含量的1/2的Zr加入后，形成的Al3(Sc1-XZrX)析出相的粒度要比Al3Sc小，即有更多Al3(Sc1-XZrX)粒子脱溶，合金强化效果显著增加。4、加入Mn元素，可使合金的再结晶温度提高，并提高合金的抗腐蚀性与强度，确保合金具有更高的稳定性；另一作用是能溶解杂质铁，减小铁的有害影响。但Mn元素的含量多于1.0wt％时，会导致合金塑性下降；低于0.3wt％时，对消除Fe元素作用太小。第二方面，本专利技术还提供了一种如前述的可阳极氧化的铝合金材料的制备方法，其包括如下步骤：制备铝合金熔体；将所述铝合金熔体在720～730℃下进行搅拌后静置，在710～720℃下进行精炼除气、除渣，再次静置后在650～670℃下进行保温，得到铝液；将所述铝液置于半固态电磁搅拌装置中，进行电磁搅拌后，得到半固态浆料；将所述半固态浆料进行压铸或挤压铸造成型，得到所述铝合金材料。半固体浆料制备工艺中，保温温度650～670℃与电磁搅拌时间10～20s的配合，保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可阳极氧化并适合半固态成形的铝合金材料，其特征在于，由按照质量百分数计的如下元素组成：Mg：0.5～0.8％，Si：0.1～0.3％，Zn：1.2～1.5％，Sc：0.2～0.4％，Zr：0.1～0.2％，Mn：0.5～1.0wt％，余量为Al和不可避免的杂质元素，所述杂质元素含量不超过0.1％。

【技术特征摘要】
1.一种可阳极氧化并适合半固态成形的铝合金材料，其特征在于，由按照质量百分数计的如下元素组成：Mg：0.5～0.8％，Si：0.1～0.3％，Zn：1.2～1.5％，Sc：0.2～0.4％，Zr：0.1～0.2％，Mn：0.5～1.0wt％，余量为Al和不可避免的杂质元素，所述杂质元素含量不超过0.1％。2.如权利要求1所述的可阳极氧化并适合半固态成形的铝合金材料，其特征在于，所述Mg和Zn的质量百分数之和为2.0％，且Zn的质量百分数与Mg的质量百分数之比不超过2.5:1；所述Zr的质量百分数为Sc的质量百分数的1/2。3.一种如权利要求1或2所述的可阳极氧化并适合半固态成形的铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备铝合金熔体；将所述铝合金熔体在720～730℃下进行搅拌后静置，在710～720℃下进行精炼除气、除渣，再次静置后在650～670℃下进行保温，得到铝合金液；将所述铝合金液置于半固态电磁搅拌装置中，进行电磁搅拌后，得到半固态浆料；将所述半固态浆料进行压铸或挤压铸造成型，得到所述铝合金材料。4.如权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：应韬，曾小勤，谷立东，王乐耘，邹建新，丁文江，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31