本发明属于铝合金材料及其制造领域，特别涉及一种消费电子品外壳用铝合金及其制备方法和应用。
背景技术：
随着智能化手机、平板电脑的广泛应用，消费者对高端消费电子品除具备功能要求外，对外观/质感要求越来越高。铝合金金属结构件已经成为消费电子品外壳标配之一。
目前市场上，消费电子品的外壳有压铸成型、板带材可以直接冲压成型，挤压基材CNC加工成型等多种方式。其中压铸成型产品机械加工量大，压铸废料易氧化且杂质含量多，成型过程容易产生许多缺陷，提高产品的生产成本。而采用板带材直接冲压成型因板带材料大变形量的拉伸，存在明显的不完全再结晶组织，阳极氧化后出现大量线纹，影响外观效果。目前只有少数低端品牌的消费电子品外壳在使用。高端产品一体化的外壳设计中，多采用厚度(≥6mm)的挤压板材经过CNC加工后阳极氧化处理得到。
因此，需要选择合适的铝合金成分以及采用合理的制备方法满足高端电子外观件高表面的要求。必须要解决三个关键问题：必须充分满足使用寿命周期内的强度要求；表面阳极氧化后必须能够达到装饰效果要求，无料纹、黑线、氧化后表面色差光泽不一等缺陷；CNC及注塑加工前后尺寸和形状稳定。
现有技术中，通常采用中华人民共和国国家标准GB/T3190-2008《变形铝及铝合金化学成分》中规定的牌号6063的铝合金来挤压消费电子品外壳用铝型材。按质量分数百分比计，所述牌号6063的铝合金标准：Mg：0.45～0.90％；Cu：0.10％；Si：0.20～0.60％；Zn：0.10％；Mn：0.10％；Fe：0.35％；Cr：0.10％；Ti：0.10％；余量为Al。由于国标范围较宽，性能差异很大。当Si、Mg低限时，力学性能都较低，具体为抗拉强度(MPa)≥210Mpa；屈服强度(MPa)≥180Mpa；延伸率(％)≥10％；维氏硬度(HV)≥65；当Si、Mg高限时，力学性能较高，具体为：抗拉强度(MPa)≥270Mpa；屈服强度(MPa)≥230Mpa；延伸率(％)≥80％；维氏硬度(HV)≥90，但经过客户CNC加工后阳极氧化处理表面线条高明显，不能满足客户需求。
技术实现要素：
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种消费电子品外壳用铝合金。
本发明的另一目的在于提供所述消费电子品外壳用铝合金的制备方法。
本发明的又一目的在于提供所述消费电子品外壳用铝合金的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种消费电子品外壳用铝合金，包含以下按质量百分比计的组分：Si为0.38～0.48％，Mg为0.55～0.70％，Fe≤0.12％，Mn≤0.03％，Cr≤0.03％，Cu为0.10～0.30％，Zn≤0.03％，Ti≤0.10％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al；其中，Mn+Cr≤0.05％，Si≤Mg/1.732+0.08％(即过剩Si总量(质量百分比)控制在0.08％以内)。
所述的消费电子品外壳用铝合金优选包含以下按质量百分比计的组分：Si为0.43～0.46％，Mg为0.62～0.68％，Fe≤0.11％，Mn≤0.02％，Cr≤0.03％，Cu为0.20～0.28％,Zn≤0.01％，Ti≤0.10％，其他杂质总量＜0.15％，余量为Al，其中，Si≤Mg/1.732+0.08％。
一种消费电子品外壳用铝合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述质量百分比进行备料，其中，铝和镁采用铝锭和镁锭；
(2)将铝锭装入冶炼炉，加热到730～760℃进行熔化，再加入镁锭和中间合金进行合金化，得到铝熔体A；
(3)向铝熔体A中加入精炼剂，于730～750℃进行精炼，在精炼的同时向铝熔体A中通入精炼气体进行搅拌、排气、扒渣，得到铝熔体B；
(4)将熔体B静置，得到铝熔体C；
(5)将铝熔体C进行铸造，铸造温度控制在680～710℃，得到合金圆铸锭；
(6)将得到的合金圆铸锭加热至565±5℃后保温7小时，再用水雾强冷至室温，得到消费电子品外壳用铝合金。
步骤(2)中所述的中间合金优选为AlSi12和AlCu40。
步骤(2)中所述的冶炼炉优选为蓄热式节能炉。
步骤(2)中所述的熔化的温度优选为750℃。
步骤(3)中所述的精炼剂的添加量按2kg/吨铝熔体A计算。
步骤(3)中所述的进行精炼的温度优选为740℃，精炼的时间优选40分钟。
步骤(3)中所述的精炼气体优选为高纯氩气。
所述的氩气的压力为0.05～0.1Mpa，流量为12L/分钟。
步骤(3)中所述的得到铝熔体B还包括成分微调的步骤：将得到的铝熔体B进行化学成分分析，若合金成分不在步骤(1)所述的的范围内，则通过成分微调，将合金成分控制在步骤(1)所述的范围内。
步骤(4)中所述的得到铝熔体C还包括净化的步骤。
所述的净化优选为将铝熔体C依次通过除气装置和双级过滤系统进行净化。
所述的除气装置优选为箱式除气装置。
所述的双级过滤系统优选为80目泡沫陶瓷过滤板和RC管式过滤器。
步骤(4)中所述的静置的时间为25～40分钟，优选为40分钟。
步骤(5)中所述的铸造的方法优选为半连续水冷铸造法。
步骤(5)中所述的铸造的温度优选为685～710℃。
步骤(6)中所述的加热在均匀化热处理炉中进行。
所述的消费电子品外壳用铝合金在制备消费电子品外壳用铝合金基材中的应用。
一种消费电子品外壳用铝合金基材，包括以下步骤：
①将上述消费电子品外壳用铝合金装入铝棒加温炉中进行加热；
②再将加热后的铝合金装入挤压机进行挤压；
③挤压后进行在线淬火，得到铝合金材料；
④将铝合金材料进行拉伸矫直；
⑤进行人工时效工艺。
步骤①中所述的消费电子品外壳用铝合金还包括锯切的步骤，将合金锯切成合适的长度，优选为635～740mm。
步骤①中所述的铝棒加温炉优选为三区加温方式的铝棒加温炉，一区(入口预热区)温度为500～530℃，二区(中间保温区)温度为540～560℃，三区(出口区)温度为500～560℃；所述的铝棒加温炉也可使用四区式或五区式，其中，入口预热区温度为500～530℃，出口区温度为500～560℃，中间段为保温区，温度设置为540～560℃。
所述的入口预热区的温度优选为500℃。
所述的中间保温区的温度优选为550℃。
所述的出口区的温度优选为530～550℃。
步骤①中所述的加热的时间优选为2～5小时。
步骤②中所述的挤压的温度为500～560℃；挤压的速度(主缸前进速度)为1.5～3.0mm/s，优选为2.0～3.0mm/s；挤压比(挤压系数λ)大于50，优选为53～66。
步骤③中所述的在线淬火的方法优选通过如下步骤实现：在15S内通过水温在10～50℃的水槽。
步骤③中所述的在线淬火的冷却速率优选为40℃/s。
步骤④中所述的拉伸优选为使用拉伸机进行拉伸，实现材料矫直同时去除材料残余应力。
步骤④中所述的进行拉伸矫直的拉伸量优选为1～3％。
步骤⑤中所述的人工时效工艺的条件为：170±5℃保温10小时。
一种消费电子品外壳，包括以所述的消费电子品外壳用铝合金基材制作的金属壳体。
为提高合金基础强度，必须适当提高合金强化相Mg2Si含量,本发明中Si为0.38～0.48％，Mg为0.55～0.70％，Mg2Si含量控制在0.87～1.10％间；Cu元素具有固溶强化效果，本发明中控制其含量0.10～0.30％，以确保合金T6处理后可获得HV100以上硬度，同时，为保持氧化膜通透清亮的特点，严格控制不纯物的含量。Zn的电位(-0.76V)较Al的电位(-1.67V)正，二者的电位差较大导致微电池中的腐蚀电流很大，氧化膜容易发生斑点腐蚀，故必须控制其含量小于0.03％。Fe可提高合金再结晶温度，有利于热加工时生成纤维晶组织；同时，含Fe相在铝合金熔炼温度下形成液溶体，室温下固溶度很小，主要以不溶或难溶的AlFeMnSi等脆性相和共晶化合物的形式存在。含铁相颗粒在后续阳极腐蚀过程属于阴极反应，其颗粒周围会被侵蚀而使其掉落，形成约2～10μm大小腐蚀孔，在光照射下发生漫反射，视觉上较雾及暗，故必须控制其含量小于0.12％。同时Mn，Cr元素可在高温加热过程析出形成MnAk6\CrAl7化合物，阻碍再结晶形核和长大，促进纤维晶形成。而纤维晶阳极氧化处理后制品外观会有明显的线条感，严重影响视觉效果。合金中的Si除了和Mg以1.732：1的比例形成强化相Mg2Si外，若过剩便形成了游离Si、Al-Fe-Si相，这些粒子易在晶界处偏聚，在腐蚀介质下，构成点蚀源本设计中，管控过剩Si≤0.08％。
为了获得均匀通透清亮的阳极表面质量，挤压材经加工(CNC、研磨、喷砂)后，表层组织晶粒度要均匀，按ASTM E112标准，控制晶粒度4-5级。为提高制程良品率，控制铝合金铸锭总夹渣物含量PoDFA小于0.12mm2/Kg，并挤压铸锭加热后进行表面热剥皮处理，去除铸锭表面偏析层。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、选择在本发明所指范围的合金成分，按本发明提出的制造方法，所得材料总体特征为：挤压材经T6处理后，硬度可达HV100-115，超过普通6063-T6的HV80-90的20％以上；挤压用铸锭材料中夹渣物总量控制PoDFA小于0.12mm2/Kg，氧化膜个数控制在10Max/kg；挤压材金相组织为单一的完全再结晶细晶组织，晶粒度在3级以上；阳极氧化后不存在料纹、黑线、氧化后表面色差光泽不一等缺陷。
附图说明
图1是本发明消费电子品外壳用铝合金的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
原材料
铝锭：采用牌号为Al99.7的铝锭，铝锭中Al的质量百分比为99.70％以上，Fe的质量百分比在0.08％以内，符合标准GB/T 1196-2008《重熔用铝锭》；
镁锭：采用牌号为Mg9990的镁锭，镁锭中Mg的质量百分比为99.9％以上，符合标准GB/T 3499-2003《原生镁锭》；
合金添加剂(铝硅)：采用AlSi12中间合金，质量符合YS/T282-2000标准；
铝铜：采用AlCu40中间合金，质量符合YS/T282-2000标准；
精炼剂：采用牌号为PROMAG RI粒状精炼剂，符合标准YS/T491-2005《变形铝及铝合金用熔剂》；
精炼气体：采用高纯氩气，纯度即体积百分数为≥99.999％；
熔炼在线处理气体：采用高纯氩气，纯度即体积百分数为≥99.999％；
将原料按顺序投入到蓄热式节能炉中进行升温冶炼，燃料采用天然气，其工艺流程如图1所示，具体步骤如下：
1、铝合金圆铸锭的制造方法：
(1)原材料准备：确定各成分按质量百分比计：Si为0.43％，Mg为0.62％，Fe为0.10％，Mn为0.01％，Cu为0.20％，Cr为0.01％，Zn为0.01％，Ti≤0.10％，余量为Al进行备料；
(2)装炉：将上述原料中的铝锭装入冶炼炉(蓄热式节能炉)；
(3)加温熔化：将炉内温度控制在750℃，使铝锭完全熔化成为铝熔体I；
(4)合金化：向铝熔体I中加入上述镁锭和中间合金，并搅拌使其熔化，对熔体进行初步合金化，得到铝熔体II；
(5)精炼：在步骤(4)得到的铝熔体II中加入精炼剂，用量为2kg/吨铝熔体II，精炼温度为740℃，精炼时间为40分钟，精炼过程将得到的铝熔体进行化学成分分析，若合金成分不在步骤(1)所述的范围内，则通过成分微调，将合金成分控制在步骤(1)所述的范围内；精炼的同时通过炉底透气砖向铝熔体中通入高纯氩气进行搅拌、排气，然后扒渣，得到铝熔体III，其中，氩气压力控制在0.05～0.1MPa，流量控制在12L/分钟；
(6)合金成分分析：对步骤(5)精炼后得到的熔体III进行合金元素分析，合金成分不在步骤(1)所述的范围内，则通过成分微调，将合金成分控制在步骤(1)所述的范围内；
(7)静置处理：将铝熔体III静置40分钟，得到铝熔体IV；
(8)在线除气：采用除气装置进行除氢，将铝熔体IV含氢量控制在0.15ml/100g.Al铝以下；
(9)在线过滤：采用双级过滤系统进行净化，即采用80目泡沫陶瓷过滤板和RC管式过滤器进行过滤；
(10)铸造：采用半连续水冷铸造法，铸造温度控制在685～710℃，浇铸获得铝合金圆铸锭；
(11)均匀化处理：在均匀化热处理炉中加温至565±5℃保温7小时，然后用水雾快速冷却至室温，得到消费电子品外壳用铝合金圆铸锭。
2、铝挤压板型材制造方法：
(1)将上述得到的铝合金圆铸锭(铝棒)切成635mm长，使用慢速铝棒加温炉加温，一区(入口预热区)温度500℃，二区(中间保温区)温度550℃，三区(出口区)温度540℃，加温2小时(从入口到出口)；
(2)将铝合金圆铸锭装入挤压机进行挤压，设计铝合金圆铸锭进入挤压机盛锭筒前温度为510～520℃，挤压比(挤压系数：挤压筒腔的横断面面积同挤压制品总横断面面积之比)为53，挤压速度(主缸前进速度)为2.0mm/s，挤压出口温度为500～550℃；
(3)合金产品从模口出来后，在15S内通过水温在10～50℃的水槽，冷却速度达到40℃/S以上，使合金材料实现在线淬火；
(4)拉伸变形量：使用拉伸机将合金材料进行拉伸，拉伸量控制在1～3％，其中挤出工件的头部1.0％，挤出工件的尾部1.7％，实现材料矫直同时去除材料残余应力；
(5)人工时效工艺：时效温度为170℃，时效时间10小时。
实施例2
1、铝圆铸锭制造方法：
按照Al-Mg-Si合金(消费电子品外壳用铝合金)的化学成份按质量百分比计：为Si为0.46％，Mg为0.68％，Fe为0.11％，Mn为0.02％，Cr为0.02％，Cu为0.28％，Zn为0.01％，Ti≤0.10％，余量为Al进行备料，按照与实施例1相同的工艺生产得到铝合金圆铸锭。
2、铝挤压板型材制造方法：
(1)将上述铝圆铸锭(铝棒)切成740mm长，使用慢速铝棒加温炉加温，一区温度500℃，二区温度550℃，三区温度550℃，加温5小时(从入口到出口)；
(2)将铝合金圆铸锭装入挤压机进行挤压，设计铝合金圆铸锭进入挤压机盛锭筒前温度为510～520℃，挤压比为66，挤压速度(主缸前进速度)为3.0mm/s，挤压出口温度为500～560℃；
(3)合金产品从模口出来后，在15S内通过水温在10～50℃的水槽，冷却速度为40℃/S，使合金材料实现在线淬火；
(4)拉伸变形量：使用拉伸机将材料进行拉伸，拉伸量控制在1～3％，其中挤出工件的头部1.4％，挤出工件的尾部2.6％，实现材料矫直同时去除材料残余应力；
(5)人工时效工艺：时效温度为170℃，时效时间10小时。
实施例3
1、铝圆铸锭制造方法：
按照Al-Mg-Si合金的化学成份按质量百分比计：Si为0.43％，Mg为0.64％，Fe为0.09％，Mn为0.01％，Cr为0.03％，Cu为0.25％，Zn为0.004％，Ti≤0.10％，余量为Al进行备料，按照与实施例1相同的工艺生产得到铝合金圆铸锭。
2、铝挤压板型材制造方法：
(1)将上述铝圆铸锭(铝棒)切成700mm长，使用慢速铝棒加温炉加温，一区温度500℃，二区温度550℃，三区温度530℃，加温4小时(从入口到出口)；
(2)将铝合金圆铸锭装入挤压机进行挤压，设计铝合金圆铸锭进入挤压机盛锭筒前温度为520～530℃，挤压比为55，挤压速度(主缸前进速度)为2.0mm/s，挤压出口温度为510～545℃；
(3)产品从模口出来后，在15S内通过水温在10～50℃的水槽，冷却速度为40℃/S，使材料实现在线淬火；
(4)拉伸变形量：使用拉伸机将材料进行拉伸，拉伸量控制在1～3％，其中挤出工件的头部1.5％，挤出工件的尾部2.9％，实现材料矫直同时去除材料残余应力；
(5)人工时效工艺：时效温度为170℃，时效时间10小时。
对比例1
1、铝圆铸锭制造方法：
按照Al-Mg-Si合金的化学成份按质量百分比计：Si为0.38％，Mg为0.48％，Fe为0.15％，Mn为0.05％，Cr为0.08％，Cu为0.08％，Zn为0.04％，Ti≤0.10％，余量为Al进行备料，按照与实施例1相同的工艺生产得到铝合金圆铸锭。
2、按实施例1相同的工艺生产得到铝挤压板型材。
对比例2
1、铝圆铸锭制造方法：
按照Al-Mg-Si合金的化学成份按质量百分比计：Si为0.45％，Mg为0.72％，Fe为0.18％，Mn为0.02％，Cr为0.02％，Cu为0.03％，Zn为0.01％，Ti≤0.10％，余量为Al进行备料，按照与实施例1相同的工艺生产得到铝合金圆铸锭。
2、按实施例1相同的工艺生产得到铝挤压板型材。
效果实施例
将实施例1～3制得的消费电子品外壳用铝合金挤压板型材和对比例1～2得到的得到铝挤压板型材进行以下检测，热处理状态为T6：
1、按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》对产品进行力学性能测试；
2、按照GB/T 4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》对产品进行维氏硬度测试。
3、按GB/T 20503-2006《铝及铝合金阳极氧化阳极氧化膜镜面反射率和镜面光泽度的测定20°、45°、60°、85°角度方向》对产品进行60°的镜面光泽度测定。
上述五种不同铝合金的性能测试结果如表1所示；其中，表面光泽度的测定按相同的CNC车削量，喷砂，阳极氧化条件。
表1不同合金性能测试结果
注：表中Rm表示抗拉强度(σb/Mpa)；Rp0.2表示屈服强度(σ0.2/Mpa)；A50mm表示断后延伸率(A50/％)。
本发明方法制备的铝合金过T6处理后硬度可达HV105-113，阳极氧化后清亮通透，无料纹；经加工成手机外壳，批量制作的手机外壳中，无料纹，花斑、黑线等缺项，满足高端电子外观件高表面的要求。
对比例1中，Mg2Si为0.757％，Cu为0.08％，合金经过T6处理后硬度为HV65-69，硬度偏低。Fe为0.15％，过剩Si为0.103％，由于含Fe相在阳极氧化腐蚀过程掉落形成腐蚀坑，过剩Si和Zn元素亦可构成点蚀源，阳极较雾及暗。由于Fe，Mn，Cr含量较高，经过阳极氧化处理后制品有线纹感，装饰效果差，不能满足消费者对电子产品外观和质感的要求。
对比例2中，Mg2Si为1.199％，Cu为0.03％，合金经过T6处理后硬度为HV93-98，稍偏低。Fe为0.18％，过剩Si为0.111％，由于含Fe相在阳极氧化腐蚀过程掉落形成腐蚀坑，过剩Si亦可构成点蚀源，阳极较雾及暗。装饰效果差，不能满足消费者对电子产品外观的高要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。