一種高性能的5xxx系鋁合金及其加工方法
【專利摘要】本發明公開了一種高性能的5xxx系鋁合金及其加工方法，其成分為：Mg2.0~5.0wt％、Si≤0.10wt％、Cu≤0.10wt％、Mn≤0.10wt％、Cr≤0.10wt％、Ti≤0.1wt％、Fe≤0.20wt％，其余組分為Al和不可避免的雜質。其加工方法：鑄錠均勻化退火，從室溫升到420~440℃，保溫4~10小時，再升到460~530℃，保溫5~12小時；熱軋，開軋溫度為460~530℃，終軋溫度控制在360℃以下；冷軋坯料后續冷軋，總壓下量為40~70％時，進行一次中間退火。本發明通過調整5xxx系鋁合金中元素的含量和加工工藝，使材料的組織均一，具有高強度和良好的陽極氧化性能。
【專利說明】
-種高性能的5xxx系錯合金及其加工方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種侶合金，尤其設及一種手機外觀件用侶合金及其加工方法，屬于 有色金屬技術領域。
【背景技術】
[0002] 目前智能手機的應用趨勢是采用侶合金制造外觀件。侶合金材料應用于手機產品 的最大優勢在于良好的導熱性能和較高的機械性能：侶合金的硬度是傳統塑料部件的幾 倍;侶合金的散熱性能遠優于塑料，可較快的將智能手機內應用處理忍片在高負荷運作時 產生的大量熱量及時傳導至外界；同時相比工程塑料，侶合金在表面處理中，更易上色，從 而使得手機產品更加美觀。因而侶合金在手機部件制造中的用量逐年增加。
[0003] 侶合金手機外觀件(如手機背板），主要通過數控機床加工整塊6XXX擠壓材的方式 獲得。采用此種方式獲得的手機部件具有尺寸精度高的特點，因而被廣泛的應用于中、高端 手機外觀件的制造。但此種方式存在W下幾個缺點:材料浪費大，90%左右的原材料被機加 工掉;加工成本高，機加工成本是原材料成本的9倍左右。材料加工至最后一道工序(如陽極 氧化），才會顯現主要的不良（黑線），材料則被報廢;加工周期長，一般一塊材料機加工的時 間為1-2小時，影響生產效率。
[0004] 因此，通過沖壓5XXX系侶合金薄板加工手機外觀件(背板)成為了生產外觀件的趨 勢。通過此種方式加工外觀件，材料損耗小、加工成本低、生產效率高，與傳統的加工方式相 比優勢明顯。目前外觀件用5XXX系侶合金有5052及5252合金。5052合金與5252合金成分類 似，強度相當。兩者在手機外觀件的制造中都有應用，但兩者的力學性能及陽極氧化后的表 面效果都比擠壓6系侶材的差，因而限制了 5系沖壓薄板的應用范圍。
[0005] 因此有必要在現有手機外觀件用5XXX系合金的基礎上，開發高強且陽極氧化性能 良好的新型合金。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是克服現有技術存在的不足，通過成分優化及工藝的改善，提供一 種適合用于手機外觀件制造的、兼顧強度與陽極氧化性能的高性能5XXX系侶合金及其加工 方法。
[0007] 本發明的目的通過W下技術方案來實現：
[000引一種高性能5xxx系侶合金，其成分的質量百分含量如下:Mg:2.0~5.0wt%、Si《 0.10wt%、Cu《0.10wt%、Mn《0.10wt%、Cr《0.10wt%、Ti《0.10wt%、Fe《0.20wt%，其 余組分為A1和不可避免的雜質。
[0009] 進一步地，上述5xxx系侶合金中Μη的含量《0.05wt%，Cr的含量《0.05wt%，化的 含量《0. lOwt%。
[0010] 進一步地，上述5xxx系侶合金中，Mg的含量為4.0~5.0wt%或2.0~2.6wt%。
[0011]前述高性能5XXX系侶合金的加工方法為:首先對鑄錠進行均勻化退火，從室溫升 到420~460°C，并保溫4~10小時，接著再升到500~530°C，保溫5~12小時;然后進行熱社， 開社溫度為450~500°C，終社溫度控制在320°C W下；對冷社巧料進行后續冷社，當總壓下 量為40~70%時，進行一次中間退火，參數為(250~360°C)X (4~化）。
[0012] 進一步地，前述5XXX系侶合金的加工方法優選為:首先鑄錠進行均勻化退火，從室 溫升到440°C，保溫6~10小時，接著再升到460~530°C，保溫6~10小時;然后進行熱社，開 社溫度為460~500°C，終社溫度控制在300°C W下；最后對冷社巧料進行后續冷社，當總壓 下量為60~70%時，進行一次中間退火，參數為(300~330°C)X (6~化）。
[0013] 再進一步地，前述5XXX系侶合金的加工方法優選為:首先鑄錠進行均勻化退火，從 室溫升到440°C，保溫6~10小時，接著再升到460~500°C，保溫6~10小時;然后進行熱社， 開社溫度為460~500°C，終社溫度控制在280°C W下；最后對冷社巧料進行后續冷社，當總 壓下量為60~70%時，進行一次中間退火，參數為(320~340°C)X (6~化）。
[0014] 本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在:本發明通過合理調 整5XXX系侶合金中主合金元素 Mg及微量元素的含量，并調整材料的加工工藝，使材料的組 織均一，使得材料兼具高強度和良好的陽極氧化性能。
【具體實施方式】
[001引5XXX系侶合金薄板陽極氧化后容易出現"料紋"（即沿社制方向分布的細小條狀紋 路）。料紋的產生與組織的均勻性，即金屬間化合物的數量及分布有關。較少金屬間化合物 或彌散分布的金屬間化合物有利于減輕"料紋"的出現。而金屬間化合物的數量及分布與材 料成分及加工工藝息息相關。
[0016] 5XXX系侶合金的主要合金元素為Mg"Mg在材料中起提高固溶強化及應變強化的作 用，且Mg含量越高，材料的強度越高。但隨著材料中Mg含量的增加，含Mg金屬間化合物的體 積分數也隨之增加，含Mg化合物的析出控制也更加困難，容易形成金屬間化合物分布不均 勻，并最終導致陽極氧化"料紋"的產生。Mg的含量W2%~5%為宜，過少則不利于獲得較高 的強度，過多則不利于金屬間化合物的控制;Mn、Cr、Ti為微量添加元素，主要起晶粒尺寸控 制的目的。但添加過多則容易在組織中形成過多沿社向分布的金屬間化合物，從而降低陽 極氧化后的表面外觀效果，其含量應控制在《0. lOwt% ; Si、化為雜質元素，通常形成Mg2Si 及含Fe相，使得材料出現陽極料紋的傾向增大，且Si對材料陽極后的顏色有不利影響。因 此，材料中Si含量需控制在《O.lOwt%，而化含量需控制在《0.20wt%。
[0017] 同時，金屬間化合的數量及分布也受加工工藝的影響。由于Al-Mg金屬間化合物的 烙點在450°C左右，因此，鑄錠的均勻化退火需采用雙級制度：于420~440°C，保溫4~10小 時，然后再升到500~530°C，保溫5~12小時。目的是在較低溫度下(420~440°C)，將Al-Mg 相溶入基體，然后在較高的溫度(460~530°C)下繼續均質，使材料組織均一;然后再進行熱 牽L，開社溫度為460~530°C，終社溫度控制在360°C W下。控制開社及終社溫度的目的之一 是為了控制金屬間化合物在社制過程中的析出，過高的開社溫度或過低的終社溫度容易造 成金屬間化合物的大量析出，而后續的熱處理很難調整金屬間化合物的分布和數量;冷社 巧料在冷社過程中，當冷社總壓下量為40~70%時需進行一次中間退火(250~360°C )x(4 ~化），其目的是為了改善晶粒組織、提高材料塑性及部分溶解在加工過程中析出的金屬間 化合物。中間退火溫度過低，則無法達到改善晶粒組織及溶解加工過程中析出的金屬間化 合物的目的。中間退火溫度過高，則將降低材料的加工硬化效果。
[0018]通過W上的加工工藝，可W獲得兼顧強度及陽極氧化性能的高性能電子產品外觀 件用新型侶合金。W下對比說明本發明的實施例和比較例，根據運些實施例和比較例可W 進一步印證本發明的技術效果;但是，所列舉的實施例僅為本發明優選的實施方式，不應將 其理解為本發明上述主題的范圍僅限于此，凡基于本發明技術構思所形成的技術方案，均 落入本發明的保護范圍之內。
[0019]實施例1
[0020] 鑄錠侶合金成分 W質量百分比計為:Mg: 4.%、Si : 0.03wt %、Cu: 0.06wt %、Mn: 0.001"1%、化:0.01"1%、尸6:0.08"1%、11:0.01"1%，余量為八1。
[0021] 對合金鑄錠均勻化熱處理:在420°C保溫8小時，然后升到500°C保溫6小時;然后再 進行熱社，開社溫度為50(TC，終社溫度控制在32(TC W下;對冷社巧料進行后續冷社，當總 壓下量為70%時，進行中間退火，300°C X4h。
[0022] 實施例2
[0023] 鑄錠侶合金成分W質量百分比計為:Mg:3.2wt%、Si:0.05wt%、Cu:0.001wt%、 Mn:0.001wt%、Cr 0.002wt%、Fe 0.10wt%、Ti O.Olwt%，余量為A1。
[0024] 對合金鑄錠均勻化熱處理:在430°C保溫5小時，然后升到510°C保溫8小時;然后再 進行熱社，開社溫度為50(TC，終社溫度控制在28(TC W下;對冷社巧料進行后續冷社，當總 壓下量為50%時，進行中間退火，300°C X化。
[0025] 實施例3
[0026] 鑄錠侶合金成分W質量百分比計為:Mg: 4.8wt %、Si : 0.06wt %、Cu: 0.00Iwt %、 111:0.001"1%、0:0.001"1%、尸6:0.12"1%、11:0.02"1%，余量為八1。
[0027] 對合金鑄錠均勻化熱處理:在440°C保溫6小時，然后升到520°C保溫5小時;然后再 進行熱社，開社溫度為52(TC，終社溫度控制在32(TC W下;對冷社巧料進行后續冷社，當總 壓下量為80%時，進行中間退火，320°C X4h。
[0028] 實施例4
[0029] 鑄錠侶合金成分 W 質量百分比計為:Mg:3.0wt%、Si:0.07wt%、Cu:0.01wt%、Mn: 0.02"1%、化:0.02"1%、尸6:0.10"1%、11:0.02"1%，余量為八1。
[0030] 對合金鑄錠均勻化熱處理:在440°C保溫6小時，然后升到520°C保溫5小時;然后再 進行熱社，開社溫度為50(TC，終社溫度控制在32(TC W下;對冷社巧料進行后續冷社，當總 壓下量為80%時，進行中間退火，320°C X4h。
[0031] 實施例5
[0032] 鑄錠侶合金成分 W質量百分比計為:Mg: 3.5wt %、Si : 0.06wt %、Cu: 0.06wt %、Mn: 0.02wt %、Cr: 0.01 wt %、Fe: 0.1 Owt %、Ti : 0.02wt %、余量為A1。
[0033] 對合金鑄錠均勻化熱處理:在440°C保溫6小時，然后升到520°C保溫5小時;然后再 進行熱社，開社溫度為500°C，終社溫度控制在300°C W下;對冷社巧料進行后續冷社，當總 壓下量為70%時，進行中間退火，310°CX化。
[0034] 實施例6
[0035] 鑄錠侶合金成分 W質量百分比計為:Mg: 4. Owt %、Si : 0.06wt %、Cu: 0.08wt %、Mn: 0.02"1%、化:0.01"1%、尸6:0.08"1%、11:0.01"1%，余量為八1。
[0036] 對合金鑄錠均勻化熱處理:在430°C保溫7小時，然后升到460°C保溫6小時;然后再 進行熱社，開社溫度為46(TC，終社溫度控制在28(TC W下;對冷社巧料進行后續冷社，當總 壓下量為70%時，進行中間退火，300°C X4h。
[0037] 實施例7
[0038] 鑄錠侶合金成分W質量百分比計為:Mg:2.2wt%、Si:0.05wt%、Cu:0.001wt%、 Mn:0.02wt%、Cr:0.01wt%、Fe:0.08wt%、Ti :0.01wt%，余量為A1。
[0039] 對合金鑄錠均勻化熱處理:在420°C保溫7小時，然后升到460°C保溫6小時;然后再 進行熱社，開社溫度為46(TC，終社溫度控制在28(TC W下;對冷社巧料進行后續冷社，當總 壓下量為73%時，進行中間退火，310°C X4h。
[0040] 比較例1
[0041 ]鑄錠侶合金成分 W質量百分比計為:Mg: 2.8wt %、Si : 0.08wt %、Cu: 0.09wt %、Mn: 0.01"1%、尸6:0.10"1%、11:0.01"1%，余量為八1。
[0042]對合金鑄錠均勻化熱處理:在420°C保溫8小時，然后升到500°C保溫6小時;然后再 進行熱社，開社溫度為50(TC，終社溫度控制在32(TC W下;對冷社巧料進行后續冷社，成品 退火制度為，300°CX4h。
[00創比較例2
[0044] 侶合金成分 W 質量百分比計為：Mg: 4 . Owt %、Si : 0.06wt %、Cu: 0.08wt %、Mn : 0.02"1%、化:0.01"1%、尸6:0.08"1%、11:0.01"1%，余量為八1。
[0045] 對合金鑄錠均勻化熱處理:在430°C保溫7小時，然后升到460°C保溫6小時;然后再 進行熱社，開社溫度為46(TC，終社溫度控制在38(TC W下;對冷社巧料進行后續冷社，社制 最終厚度后進行退火處理300°C X4h。
[0046] 比較例3
[0047] 侶合金成分 W 質量百分比計為：Mg: 4 . Owt %、Si : 0.06wt %、Cu: 0.08wt %、Mn : 0.02"1%、化:0.01"1%、尸6:0.08"1%、11:0.01"1%，余量為八1。
[0048] 對合金鑄錠均勻化熱處理:在440°C保溫7小時；然后再進行熱社，開社溫度為480 °C，終社溫度控制在380°CW下;對冷社巧料進行后續冷社，當總壓下量為70%時，進行中間 退火，300°CX4h。
[0049] 比較例4
[(K)加]侶合金成分^質量百分比計為：]?旨：2.8*1%、51:0.12*1%、加：0.09*1%、]\111: 0.05"1%、尸6:0.20"1%、化:0.20"1%、11:0.01"1%，余量為八1。
[0051]對合金鑄錠均勻化熱處理:在420°C保溫8小時，然后升到500°C保溫6小時;然后再 進行熱社，開社溫度為50(TC，終社溫度控制在32(TC W下;對冷社巧料進行后續冷社，成品 退火制度為，300°CX4h。
[0化2] 上述比較例1和4為5252及5052成分。
[0053]表1實施例及比較例中合金的性能。
[0化4]
[0055] 由上表1所示可看出，實施例1~7是運用本發明技術方案的得到的侶合金材料與 比較例1~4(常規的）相比，力學性能Rp〇.2>210Mpa、Rm>230Mpa，陽極氧化效果都呈現無料 紋。
[0056] 綜上所述，本發明通過合理調整5XXX系侶合金中各元素的含量并控制加工工藝， 在保證材料強度的基礎上，控制組織中金屬間化合物的分布，提高材料的陽極氧化效果，使 材料獲得了較好的綜合性能，較好滿足手機外觀件的使用要求。
【主權項】
1. 一種高性能5xxx系錯合金，其特征在于:該錯合金成分的質量百分含量如下:Mg: 2.0 ~5.0 wt%、Si<0.10 wt%、Cu<0.10 wt%、Mn<0.10 wt%、(X0.10 wt%、Ti<0.10 wt%、Fe<0.20 wt%，其余組分為A1和不可避免的雜質。2. 根據權利要求1所述的高性能5xxx系錯合金，其特征在于:所述錯合金中Μη的含量< 0.05 wt % 〇3. 根據權利要求1所述的高性能5xxx系錯合金，其特征在于:Cr的含量<0.05 wt%。4. 根據權利要求1所述的高性能5xxx系錯合金，其特征在于:Fe的含量<0.10 wt%。5. 根據權利要求1所述的高性能5xxx系錯合金，其特征在于:所述錯合金中，Mg的含量 為4.0~5.0 wt%。6. 根據權利要求1所述的高性能5xxx系錯合金，其特征在于:所述錯合金中，Mg的含量 為2.0~2.6 wt%。7. 根據權利要求1至6任意一項所述的高性能5xxx系錯合金的加工方法，其特征在于： 該方法首先對鑄錠進行均勻化退火，從室溫升到420~460°C，并保溫4~10小時，接著再升 到500~530°C，保溫5~12小時；然后進行熱乳，開乳溫度為450~500°C，終乳溫度控制在 320°C以下;對冷乳坯料進行后續冷乳，當總壓下量為40~70%時，進行一次中間退火，參數 為（250 ~360°C)X(4 ~8h)。8. 根據權利要求7所述的高性能5xxx系錯合金的加工方法，其特征在于:所述錯合金加 工方法是:首先鑄錠進行均勻化退火，從室溫升到440 °C，保溫6~10小時，接著再升到460~ 530°C，保溫6~10小時；然后進行熱乳，開乳溫度為460~500°C，終乳溫度控制在300°C以 下；最后對冷乳坯料進行后續冷乳，當總壓下量為60~70 %時，進行一次中間退火，參數為 (300 ~330°C)X(6 ~8h)。9. 根據權利要求7所述的高性能5xxx系錯合金的加工方法，其特征在于:所述錯合金加 工方法是:首先鑄錠進行均勻化退火，從室溫升到440 °C，保溫6~10小時，接著再升到460~ 500°C，保溫6~10小時；然后進行熱乳，開乳溫度為460~500°C，終乳溫度控制在280°C以 下；最后對冷乳坯料進行后續冷乳，當總壓下量為60~70 %時，進行一次中間退火，參數為 (320 ~340°C)X(6 ~8h)。
【文檔編號】C22F1/047GK106011560SQ201610548400
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月13日
【發明人】鐘皓, 司開田, 熊明華, 趙健, 楊陽, 楊達彬, 張道, 曾紅生
【申請人】蘇州中色研達金屬技術有限公司, 維沃移動通信有限公司