本发明涉及铝合金材料技术领域，特别是涉及一种压铸铝合金及其制备方法和通讯产品结构件。
背景技术：
压铸铝合金在保持传统铝合金高强度、高散热性和高耐腐蚀性等优势的同时，具有高流动性的特点，满足工业化压铸生产工艺，广泛应用于家电、汽车、电子产品等领域。然而，随着产品多功能化、轻薄化的发展，结构空间被进一步压缩，特别是快节奏的电子产业，对压铸材料的强度、韧性等提出了更高的要求。
与常用的铝硅系压铸铝合金相比，铝镁系压铸铝合金在具有较高强度的同时，抗弯折韧性表现优异，但其流动性较差，压铸友好性不足，在薄壁类电子产品压铸件(如手机中板)等场景中使用受限。因此，有必要开发一种兼具高强度、高韧性和优异流动性的压铸铝合金。
技术实现要素：
鉴于此，本发明实施例提供一种压铸铝合金及其制备方法，该压铸铝合金兼具高强度、高韧性和优异的流动性，以在一定程度上解决现有铝镁系压铸铝合金流动性较差，导致在薄壁类电子产品压铸件场景中使用受限的问题。
具体地，本发明实施例第一方面提供一种压铸铝合金，包括如下质量百分比的各组分：
镁：0.1％-7％，
锌：7％-35％，
锰：0.2％-0.8％，
铁：0.1％-0.7％，
钛和/或锆：0.07％-0.2％，
不可避免杂质≤0.3％，以及铝。
本发明实施例的压铸铝合金，通过提升锌的含量改善合金流动性，同时综合控制镁、铁、锰等元素的含量，使得铝合金在获得较优流动性的同时，能具有高强度、高韧性等良好的综合力学性能。
本发明实施方式中，所述锌的质量百分比为12％-33％。
本发明实施方式中，所述锌的质量百分比为17％-23％。
本发明实施方式中，所述镁的质量百分比为2％-6％。
本发明实施方式中，所述镁的质量百分比为3.3％-5.1％。
本发明实施方式中，所述铁的质量百分比为0.12％-0.35％。
本发明实施方式中，所述铁的质量百分比为0.2％-0.3％。
本发明实施方式中，所述锰的质量百分比为0.25-0.7％。
本发明实施方式中，所述锰的质量百分比为0.35％-0.6％。
本发明实施方式中，所述钛和/或锆的质量百分比为0.08％-0.12％。
本发明实施方式中，所述压铸铝合金的组分还包括硅，所述硅的质量百分比大于0且小于或等于2.3％。
本发明实施方式中，所述硅的质量百分比为0.5％-1.9％。
本发明实施方式中，所述硅的质量百分比为0.7％-1.6％。
本发明实施方式中，所述压铸铝合金的组分还包括铜，所述铜的质量百分比大于0且小于或等于2.6％。
本发明实施方式中，所述铜的质量百分比为0.3％-2.3％。
本发明实施方式中，所述铜的质量百分比为0.7％-1.6％。
本发明实施方式中，所述压铸铝合金的组织结构内部的相包括α-al相和金属间化合物，所述金属间化合物分布在晶界位置或析出于所述α-al相内，所述金属间化合物包括mgzn2相和富铁相。
本发明实施方式中，在同等条件下，所述压铸铝合金的流动性为牌号adc12压铸铝合金的91％以上。
本发明实施方式中，所述压铸铝合金的屈服强度≥240mpa，延伸率≥3％。
本发明实施例第一方面提供的压铸铝合金，兼具高强度、高韧性和优异的流动性，可大幅改善现有铝镁系压铸铝合金流动性低、充型性差、易拉模、模具易冲蚀等问题，可满足复杂结构通信产品的成型，特别适用于手机中板等对流动性要求较高的薄壁件产品的成型。
第二方面，本发明实施例还提供了一种压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：
按照压铸铝合金的组分配比，先在熔炼炉中加入纯铝锭，铝锭熔化后再加入能提供铝之外的其他元素组分的金属元素源进行熔炼，再经精炼除气处理后，铸造，得到所述压铸铝合金，所述压铸铝合金包括如下质量百分比的各组分：镁：0.1％-7％，锌：7％-35％，锰：0.2％-0.8％，铁：0.1％-0.7％，钛和/或锆：0.07％-0.2％，不可避免杂质≤0.3％，以及铝。
本发明实施方式中，在熔炼炉中加入纯铝锭后，加热至730℃-760℃使所述铝锭熔化，铝锭全部熔化后先加入铝锰合金、纯锌锭、铁粉、铝钛合金和/或铝锆合金，降温至700℃-720℃后，再加入纯镁锭，搅拌保温15-25分钟。
本发明实施方式中，所述铸造成型过程中，浇铸的温度为650℃-720℃。
本发明第二方面提供的制备方法，工艺简单，良品率高，生产成本低，可适用于复杂薄壁件及类似场景，应用前景广阔。
本发明实施例第三方面提供了一种通讯产品结构件，所述通讯产品结构件采用本发明实施例第一方面提供的压铸铝合金铸造而成。所述通讯产品结构件包括手机中板。
本发明实施例第三方面提供的通讯产品结构件，兼具高强度、高韧性和优异成型性能，可满足复杂薄壁结构件设计需求。
具体实施方式
下面将结合本发明的一些具体实施方式，对本发明实施例进行说明。
现有铝镁系压铸铝合金，虽然具有高强度高韧性的特点，但流动性较差，在薄壁类电子产品结构件(如手机中板)成型过程中，面临压铸成型差、裂纹多、模具冲蚀等问题，严重影响生产效果和交付能力。为了有效解决这一问题，本发明实施例提供一种兼具高强度、高韧性和优异的流动性的压铸铝合金。
具体地，本发明实施例提供一种压铸铝合金，由如下质量百分比的组分构成：
镁：0.1％-7％，
锌：7％-35％，
锰：0.2％-0.8％，
铁：0.1％-0.7％，
钛和/或锆：0.07％-0.2％，
不可避免杂质≤0.3％，以及铝。
本发明实施例压铸铝合金其组分是综合考虑各个化学元素对合金综合性能指标(包括流动性、强度、韧性、硬度等)的贡献而确定的，通过上述特定含量的各元素的联合作用，均衡了各种性能，形成了稳定的晶体结构，从而得到了综合性能优异的压铸铝合金。
本发明实施例的所述压铸铝合金的组织结构内部的相包括α-al相和金属间化合物，所述金属间化合物分布在晶界位置或析出于所述α-al相内。其中，所述相是指具有同一化学成分、同一原子聚集状态和性质的均匀连续组成部分，不同相之间有界面分开。所述金属间化合物是指金属与金属、金属与准金属形成的化合物。具体地，本发明压铸铝合金的晶体结构中，所述金属间化合物包括mgzn2相、富铁相等，当压铸铝合金组分构成中还包括铜(cu)元素时，所述金属间化合物还包括al2cu相等，当压铸铝合金组分构成中还包括硅(si)元素时，所述金属间化合物还包括mg2si相等。所述锌、镁、铁、铜、锰、钛、锆，部分以原子形式固溶在所述α-al相内部。
本发明一些实施例中，压铸铝合金的组分还可包括硅(si)元素，硅(si)元素控制在较低的含量大于0且小于或等于2.3％，由于硅脆性大，较低含量的硅有利于提高铝合金的韧性；而适当少量硅的加入，可降低热裂倾向，提高尺寸稳定性，同时si可与mg结合形成mg2si，保证铝合金的一定强度。在一些实施例中，硅的质量百分比可以为0.5％-1.9％。在另一些实施例中，硅的质量百分比也可以为0.7％-1.6％。在一些实施例中，硅的质量百分比具体可以为0.8％、1.2％、1.5％、1.7％。
本发明实施方式中，镁(mg)除了与zn元素、si元素结合形成强化相mgzn2和mg2si，对合金强化提升明显，同时，镁元素含量的提升可以一定程度上改善合金流动性。但镁元素易烧损，夹杂倾向严重，mg含量过高会对正常压铸生产造成极大影响，同时会降低合金的韧性。本发明实施方式中，将镁的含量控制在0.1％-7％范围内，在一些实施例中，镁的质量百分比可以为2％-6％；在另一些实施例中，镁的质量百分比也可以为3.3％-5.1％。在一些实施例中，镁的质量百分比具体可以为1％、3％、4％、5％、6％。
本发明实施方式中，锌(zn)元素含量的增加可降低液相线温度，提升合金的流动性。当zn元素含量≥20％时，具有明显改善合金流动性的作用。同时，zn元素可固溶在α-al中，起到固溶强化的效果，但强度提升有限。当强度需求较高时，通过添加其他元素，如mg元素，与zn结合形成第二相(如mgzn2相)，可明显提升合金强度。过高的zn元素含量，会导致耐蚀性降低，热稳定性差和热裂倾向高等问题，同时，还会增加合金密度，引起产品重量急增。所以，在流动性满足要求的条件下，控制zn含量，适当添加其他强化元素，可达到高强高韧的效果，同时对产品减重及原材成本有较大益处，特别是3c类产品。在一些实施例中，锌的质量百分比也可以为12％-33％。在另一些实施例中，所述锌的质量百分比也可以为17％-23％。在其他一些实施例中，锌的质量百分比还可以为7％-12％。在一些实施例中，锌的质量百分比具体可以为17％、18％、19％、20％、22％。
本发明实施方式中，加入铁(fe)元素可以降低铝合金压铸过程中的粘膜倾向，保证压铸顺利进行。但fe元素过多时，会形成粗大针状的富铁相，有损合金的韧性。所以为保证较高的韧性，本发明实施例中，铁的质量百分比控制在0.1-0.7％。在一些实施例中，铁的质量百分比也可以为0.12％-0.35％，在另一些实施例中，铁的质量百分比也可以为0.2％-0.3％。本发明实施例将fe元素的含量控制在中下限(0.12％-0.35％)，可以使铝合金具有更高的韧性。
本发明实施方式中，适量锰(mn)元素的加入可将粗大针状的富铁相变质而形成细小的富铁相，减少fe对力学性能的不利影响，同时锰元素的添加可减轻铝合金的粘膜倾向。本发明实施方式中，将锰的质量含量控制在0.2％-0.8％的范围内，在一些实施例中，锰的质量百分比可以为0.25％-0.7％。在另一些实施例中，锰的质量百分比也可以为0.35％-0.6％。在一些实施例中，锰的质量百分比具体可以为0.3％、0.4％、0.5％、0.55％、0.65％。
本发明一些实施例中，压铸铝合金的组分还可包括铜(cu)元素，铜元素具有明显的固溶强化作用，且与al可形成金属间化合物al2cu，进一步提升合金的强度。本发明实施方式中，所述铜的质量百分比为≤2.6％。在一些实施例中，铜的质量百分比可以为0.3-2.3％。在另一些实施例中，铜的质量百分比也可以为0.7％-1.6％。在一些实施例中，铜的质量百分比具体可以为0.5％、0.8％、1.2％、1.4％、1.5％、2.0％。
本发明实施方式中，钛(ti)元素、锆(zr)元素可作为异质形核点，起到细化晶粒，提升铝合金强韧度的作用。在本发明实施例中，可以单独加入钛元素，也可以单独加入锆元素，还可以同时加入钛元素和锆元素。在一些实施例中，钛和/或锆的质量百分比可以为0.07％-0.12％，在另一些实施例中，钛和/或锆的质量百分比也可以为0.08％-0.1％。
本发明实施方式中，为了获得更好的综合性能，在一些实施例中，可将镁、铜、锰、钛四种元素的质量百分比之和控制在大于或等于4％。在另一些实施例中，可将镁、铜、锰、钛四种元素的质量百分比之和控制在大于或等于6％。
本发明一实施方式中，所述压铸铝合金由如下质量百分比的组分构成：硅：0.7-1.6％，锌：17％-23％，镁：3.3％-5.1％，铜：0.7％-1.6％，铁：0.12％-0.35％，锰：0.35-0.6％，钛和/或锆：0.07％-0.12％。本发明实施例的压铸铝合金，通过综合考虑各元素对合金性能的影响，在流动性满足要求的条件下，控制zn含量为17％-23％，并适当添加mg、cu等强化元素，可达到更佳的高强高韧效果，同时可控制合金重量、原材成本、热稳定性能、耐蚀性能等均处于较优的水平，从而更好地满足3c类产品应用需求。
本发明实施方式中，由于杂质元素的增加会降低材料的性能，所以本发明实施例将不可避免杂质元素的含量控制在≤0.3％。
本发明实施方式中，在特定元素特定含量的综合作用下，在同等条件下，所述压铸铝合金的流动性为adc12的91％以上。本发明实施方式中，所述压铸铝合金的屈服强度≥240mpa，延伸率≥3％。屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，也就是抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服现象出现的金属材料，规定以产生0.2％残余变形的应力值作为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。延伸率指的是描述材料塑性性能的指标，是试样拉伸断裂后标距段的总变形δl与原标距长度l之比的百分数。
本发明实施例上述提供的压铸铝合金，兼具高强度、高韧性和优异的流动性，可大幅改善现有铝镁系压铸铝合金流动性低、充型性差、易拉模、模具易冲蚀等问题，可满足复杂结构通信产品的成型，特别适用于对流动性要求较高的薄壁件场景。具体地可应用于手机、笔记本电脑、通讯设备行业、汽车、民用五金等领域。具体地，本发明实施例提供了一种通讯产品结构件，所述通讯产品结构件采用本发明实施例提供的压铸铝合金铸造而成。所述通讯产品结构件包括手机中板。当然在通讯产品中，其他可用铝合金制件的结构件也可采用本发明实施例的压铸铝合金铸造而成，如外壳、支架等。本发明实施例的通讯产品结构件的壁厚没有特别的局限，其可尽可能的厚，也可尽可能的薄，例如可以是0.25mm-2mm，进一步地为0.4mm-1mm，所述壁厚可以是指结构件的局部壁厚，例如50％以上面积的壁厚，或者70％以上面积的壁厚。
相应地，本发明实施例还提供了一种压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：
s10、按照压铸铝合金的组分配比，首先在熔炼炉中加入纯铝锭，铝锭熔化后再加入能提供铝之外的其他元素组分的金属元素源进行熔炼；
s20、经精炼除气处理后，铸造，得到所述压铸铝合金，所述压铸铝合金包括如下质量百分比的各组分：镁：0.1％-7％，锌：7％-35％，锰：0.2％-0.8％，铁：0.1％-0.7％，钛和/或锆：0.07％-0.2％，不可避免杂质≤0.3％，以及铝。
在一些实施例中，所述压铸铝合金的组分还可包括铜元素。在一些实施例中，所述压铸铝合金的组分还可包括硅元素。
本发明实施方式中，所述能提供铝之外的其他元素组分的金属元素源可以是纯金属锭、中间合金、金属粉体等，具体包括纯锌锭、纯镁锭、铝硅合金、铁粉、铝锰合金、铝铜合金、铝钛合金、铝锆合金等。本发明实施方式中，可将各种纯金属锭和中间合金进行清洗和烘干处理，以除去表面氧化层和脏污。
本发明实施方式中，步骤s10中，在熔炼炉中加入纯铝锭后，加热至730℃-760℃使所述铝锭熔化，铝锭全部熔化后先加入铝锰合金、纯锌锭、铁粉、铝钛合金和/或铝锆合金，降温至700℃-720℃后，再加入纯镁锭，搅拌保温15分钟-25分钟。更具体地，在熔炼炉中加入纯铝锭后，加热至730℃-760℃保温30分钟，使所述铝锭熔化，铝锭全部熔化后先加入铝锰合金、纯锌锭、铁粉、铝钛合金和/或铝锆合金，再加入精炼剂并打渣，随后静置保温15分钟-25分钟；再加入纯镁锭，搅拌保温15分钟-25分钟。
本发明实施方式中，所述铸造过程中，料温即浇铸温度为650℃-720℃。
本发明实施方式中，所述精炼的过程中，加入铝合金专用精炼剂，通入氩气进行旋转除气，随后静置15-20分钟，使杂质充分分离。所述铸造成型之前，进行在线除氢以及双级过滤。本发明实施方式中，所述精炼剂为市售常规的铝合金专用精炼剂，所述在线除氢和双级过滤为本领域常规操作，本发明不作特殊限定。
本发明实施方式中，所述硅的质量百分比可以为≤2.3％。在一些实施例中，硅的质量百分比可以为0.5％-1.9％。在另一些实施例中，硅的质量百分比也可以为0.7％-1.6％。在一些实施例中，硅的质量百分比具体可以为0.8％、1.2％、1.5％、1.7％。
在一些实施例中，镁的质量百分比可以为2％-6％；在另一些实施例中，镁的质量百分比也可以为3.3％-5.1％。在一些实施例中，镁的质量百分比具体可以为1％、3％、4％、5％、6％。
在一些实施例中，锌的质量百分比也可以为12％-33％。在另一些实施例中，所述锌的质量百分比也可以为17％-23％。在其他一些实施例中，锌的质量百分比还可以为7％-12％。
在一些实施例中，铁的质量百分比也可以为0.12％-0.35％，在另一些实施例中，铁的质量百分比也可以为0.2％-0.3％。
在一些实施例中，锰的质量百分比可以为0.25％-0.7％。在另一些实施例中，锰的质量百分比也可以为0.35％-0.6％。
本发明实施方式中，所述铜的质量百分比可以为≤2.6％。在一些实施例中，铜的质量百分比可以为0.3-2.3％。在另一些实施例中，铜的质量百分比也可以为0.7％-1.6％。
在本发明实施例中，可以单独加入钛元素，也可以单独加入锆元素，还可以同时加入钛元素和锆元素。在一些实施例中，钛和/或锆的质量百分比可以为0.07％-0.12％，在另一些实施例中，钛和/或锆的质量百分比也可以为0.08％-0.1％。
本发明实施方式中，为了获得更好的综合性能，在一些实施例中，可将镁、铜、锰、钛四种元素的质量百分比之和控制在大于或等于4％。在另一些实施例中，可将镁、铜、锰、钛四种元素的质量百分比之和控制在大于或等于6％。
本发明实施方式中，由于杂质元素的增加会降低材料的性能，所以本发明实施例将不可避免杂质元素的含量控制在≤0.3％。
本发明可进一步结合现有铸造工艺(如液态压铸、重力铸造等)制备得到各种铝合金成型件，包括本发明实施例所述的通讯产品结构件。
本发明实施例提供的制备方法，具有工艺流程简单、良品率高、生产成本低等优点，制备得到的压铸铝合金，兼具高强度、高韧性和优异的流动性，适用于复杂薄壁件及类似场景，应用前景广阔。
下面通过多个示例对本发明实施例进行进一步的说明。
示例1
一种压铸铝合金，由如下质量百分比的组分构成：硅：1.69％，镁：5.62％，锌：8.52％，铜：2.38％，锰：0.538％，铁：0.121％，钛：0.104％，锆0.0015％，不可避免杂质含量≤0.3％，其余为铝。
本示例中压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：
按照压铸铝合金的组分配比，首先在熔炼炉中加入纯铝锭，加热至730℃-760℃，保温30分钟，使铝锭熔化，铝锭全部熔化后，先加入纯锌锭、铝硅合金、铁粉、铝锰合金、铝铜合金、铝钛合金和铝镍合金，再加入精炼剂并打渣，随后静置保温15分钟-25分钟；然后降温至700℃-720℃后，加入纯镁锭，搅拌均匀并保温15分钟-25分钟；再加入铝合金专用精炼剂，通入氩气进行旋转除气，随后静置20分钟，使杂质充分分离，随后打渣扒灰；再进行在线除氢及双级过滤，然后浇铸形成压铸铝合金锭，浇铸温度为650-720℃。
示例2-3
其压铸铝合金的具体配方见表1。
将本发明示例1-3的压铸铝合金、传统al-mg-si系铝合金和牌号为adc12的铝合金进行力学性能测试和流动性测试。
力学性能测试：将本发明示例1-3中浇铸获得的压铸铝合金锭重新融化，加热至700℃，按照国标gb/t228.1-2010的规定，采用250t压铸机制备直径为6mm的拉伸试样，测试其屈服强度和延伸率，拉伸速率为1.5mm/分钟。采用同样的方法，测试传统al-mg-si系铝合金和牌号为adc12的铝合金的力学性能。测试结果见表1。
流动性测试：采用金属螺旋线方法，测试其流动性，同等条件下，测试传统al-mg-si系铝合金和牌号为adc12的铝合金的流动性。测试结果见表1。
表1
从表1的结果可以看出，本发明实施例中压铸铝合金的流动性优于传统al-mg-si系压铸铝合金，是常规adc12(al-si-cu系)压铸铝合金流动性的91％以上。从示例2和示例3可以获知，在保持较高韧性的同时，示例2的多元素(zn、mg、cu)协同强化方案的铝合金的强度优于示例3的超高zn含量方案。较高zn元素含量虽有利于流动性提高，但会导致产品重量过高，热稳定性和耐蚀性降低，所以在满足流动性及韧性的条件下，将zn元素控制在适中的含量范围(如17％-23％)，并通过镁、铜等其它元素协同强化有利于获得综合性能更优异的压铸铝合金，以更好地满足3c产品的需求。