手机部件用高强6xxx系铝合金及其加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铝合金，尤其涉及一种手机部件用6ΧΧΧ系铝合金及其制造方法， 属于有色金属技术领域。
【背景技术】
[0002] 智能手机的轻、薄化，对手机部件，如中框及外壳，其性能提出了更高的要求：即在 阳极氧化性能良好的情况下，具有更高的强度。使用铝合金制造智能手机的中框及外壳是 目前手机行业发展的趋势。铝合金材料应用于手机产品的最大优势在于良好的导热性能和 较高的机械性能：铝合金的硬度是传统塑料部件的几倍；铝合金的散热性能远优于塑料， 可较快的将智能手机内应用处理芯片在高负荷运作时产生的大量热量及时传导至外界；同 时相比工程塑料，铝合金在表面处理中，更易上色，从而使得手机产品更加美观。因而铝合 金在手机部件制造中的用量逐年增加。
[0003] 目前铝合金手机部件主要通过6χχχ系铝合金（6063及6061)制造加工而成。6063 铝合金相对于6061铝合金具有更为优良的阳极氧化性能，但6063铝合金的强度远低于 6061铝合金，且现有的6061铝合金的性能也越来越难以满足智能手机发展的需要。挤压是 生产手机中框及外壳用原板的主要生产方式之一。挤压材的表面通常存在表面粗晶层。粗 晶层在手机部件的加工过程中，必须完全去除，否则部件在阳极氧化后，将出现"花斑"，严 重影响材料作为外观件的使用。另一方面，为提高材料的强度，除合金成分调整外，还必须 提高挤压材的挤压出口温度，但这往往会造成较严重的表层粗晶现象，甚至在材料内部也 出现粗晶组织，并最终造成材料在阳极氧化后，出现严重的表面缺陷。因此有必要开发一种 6χΧΧ系铝合金及其相应的工艺，使得材料具有较高的强度且表面粗晶层得到控制。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术存在的不足，通过成分优化及工艺的改善，提供一 种手机部件用高强6ΧΧΧ系铝合金及其加工方法。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种手机部件用高强6χχχ系铝合金，其 成分的质量百分含量如下： Si 0· 6 ~1. 3 wt%， Mg 0. 6 ~1. 3 wt% Cu 0· 1 ~1· 0 wt%， Μη 0. 1 ~1. 2 wt%， Cr 0. 1 ~0. 50wt%， Zr < 0. 25 wt%， Ti < 0. 20 wt%， Zn < 0. 50 wt%， Fe < 0. 40 wt%， 其余组分为A1和不可避免的杂质。
[0006] 进一步地，上述手机部件用高强6XXX系铝合金，其中，所述Si的质量百分含量为 0· 7~1· 1wt%，Mg的含量为 0· 7~1· 1wt%，且Si:Mg比为 0· 9~L2，Cu的含量为 0· 3~0· 6wt%， Μη的含量为0· 30~0· 80wt%，Cr的含量为0· 15~0· 40wt%。
[0007] 更进一步地，上述手机部件用高强6XXX系铝合金，其中，所述Si的质量百分含量 为1. 0~1. 2w%，Mg的含量为0. 9~1. 1wt%，Cu的含量为0. 5~0. 9wt%，Μη的含量为0. 30~ 0· 80wt%，Cr的含量为 0· 15 ~0· 40wt%。
[0008] 本发明还公开了一种手机部件用高强6xxx系铝合金的加工方法，包括以下步骤： (1) 获得上述成分的铸锭后，进行均匀化热处理：将铸锭从室温以20~300°C/h的升 温速率升到410~470°C，保温2~10小时，然后再以10~100°C/h的速度升到540~ 570°C，并保温2~30小时； (2) 强制空冷：冷却速率大于50°C/h，将材料冷却至室温； (3) 对材料进行挤压，挤压工艺需在适当范围内，挤压锭的加热温度为460~540°C，挤压 筒温度为430~500°C，模具温度为460~520°C，挤压杆速度为0. 2~5mm/s; (4) 获得的挤压板材后进行在线淬火和矫直后，进行人工时效。
[0009] 进一步地，上述手机部件用高强6xxx系铝合金的加工方法，其中，所述步骤（2)中 冷却速率大于100°c/h。
[0010] 更进一步地，上述手机部件用高强6XXX系铝合金的加工方法，其中，所述步骤（1) 中铸锭进行均匀化热处理，从室温以40~70°C/h的升温速率升到410~470°C，保温3~ 8小时，然后再以40~70°C/h的速度升到550-565°C，并保温2-10小时。。
[0011] 上述的合金，通过以上的加工工艺，可获得较高的强度：屈服强度大于320MPa，抗 拉强度大于340MPa，塑性大于12%。
[0012] 本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在： 本发明通过合理调整6xxx系错合金中主合金元素Mg、Si及微量元素的含量，在提高材 料强度的基础上，控制材料的晶粒结构以满足阳极氧化性能的需要。同时对材料的加工工 艺进行优化，使材料获得了较好的综合性能，是制造手机部件的理想材料，较好满足手机行 业的使用要求，市场应用前景广阔。
【附图说明】
[0013] 图1示意了实施例4横截面的低倍组织 图2示意了比较例2横截面的低倍组织。
【具体实施方式】
[0014] 本发明是在现有技术的基础上，提出一种手机部件用高强6XXX系铝合金及其制 造方法，控制材料的晶粒结构以满足阳极氧化性能的需要。同时对材料的加工工艺进行优 化，使材料获得了较好的综合性能。
[0015] 本发明根据对实验现象及数据的分析总结发现，得到以下优选的铝合金的成分含 量： Si 0· 6 ~1. 3wt%， Mg 0. 6 ~1. 3 wt%， Cu 0· 1 ~1. 0 wt%， Μη 0. 1 ~1. 2 wt%， Cr 0. 1 ~0. 50wt%， Zr ^ 0. 25 wt%? Ti < 0. 20 wt%， Zn ^ 0. 50 wt%? Fe ^ 0. 40 wt%? 其余组分为A1和不可避免的杂质。
[0016] 优选地，Si的质量百分含量为0· 7~1· 1wt%，Mg的含量为0· 7~1· 1wt%，且Si: Mg比为(λ9~L2,Cu的含量为(λ3~(λ6wt%，Μη的含量为(λ30~(λ80wt%，Cr的含量为 0· 15~0· 40wt% ;更优选地，Si的质量百分含量为1· 0~1· 2w%，Mg的含量为0· 9~1· 1wt%， Cu的含量为(λ5~0· 9wt%，Mn的含量为(λ30~(λ80wt%，Cr的含量为（λ15~(λ40wt%。
[0017] 本发明提出以上铝合金的成分含量的具体理由如下：高强6xxx系铝合金的主要 合金元素为Mg、Si，它们形成主要时效强化相βMg和Si元素总量以及Mg/Si比控制材料 的强度水平，具体而言：Mg+Si含量总和越大，材料强度越高。但Mg+Si含量过高，将在组织 中形成难溶的过剩Mg2Si。过剩Mg2Si的存在，不仅不能提高材料强度，而且有可能对材料 的阳极氧化性能带来不利的影响。因此Mg+Si总量宜保持在1. 2~2. 6wt%为宜；同时Si/ Mg质量比接近0. 9~1. 2时，有利于强化相的析出。
[0018] 此外，6xxx系铝合金中通常添加Cu元素，以提高材料的强度。但添加过多的Cu元 素易造成材料耐蚀性能的下降，Cu的含量在0. 1~1.0wt%为佳。Mn、Cr、Zr为微量元素，其 添加目的是为了控制材料的晶粒尺寸，其含量分别为0. 1~1. 2,0. 1~0. 5,彡0.25为宜。Ti 在合金中起细化铸态晶粒的作用，以不超过0.20wt%为宜。若是Ti含量过高，则容易在组 织中形成粗大的含Ti相，降低材料的断裂韧性。Zn、Fe元素为材料中的杂质元素，需分别 控制在〇· 50wt%以及0· 4wt%以下。
[0019] 另外，本发明还提供该一种手机部件用铝合金制造方法，包括以下步骤： (1)获得上述成分的铸锭后，进行均匀化热处理，即将铸锭从室温以20~300°C/h的 升温速率升到410~470°C，保温2~10小时，然后再以10~100°C/h的速度升到540~ 570°C，并保温2~30小时。均匀化退火的目的为：溶解共晶组织，为后续的时效析出提供 足够的过饱和度，以及提高材料的热加工性能；使含Mn、Cr或Zr相均匀弥散的析出，以控制 挤压制品的粗晶层厚度。
[0020] (2)强制空冷：冷却速率大于50°C/h，优选为冷却速率大于100°C/h，将材料冷却 至室温。冷却均匀化结束后，需对材料进行强制空冷，以避免粗大的Mg2Si相在冷却过程中 形成，从而对性能带来不利的影响。控制均匀化退火的升温速率主要是因为，Mn、Cr或Zr 元素在铝合金中的扩散速度较慢，以缓慢升温的方式能够促进这些合金元素的扩散，从而 形成弥散分布的含Zr或Cr、Mn相。当温度升到410~470°C时，保温2~10个小时，主要 是为了进一步促进弥散相的形成。然后再缓慢的升到540~570°C并保温2~30小时，目 的是促进共晶组织的溶解。该保温温度不宜过低，否则达不到溶解共晶组织的目的；温度不 宜过高，否则容易发生组织过烧，降低材料性能。
[0021] (3)对材料进行挤压，挤压工艺需在适当范围内，挤压锭的加热温度为460~540°C， 挤压筒温度为430~500°C，模具温度为460~520°C，挤压杆速度为0. 2~5mm/s，兼顾强度和 粗晶控制。
[0022] (4)获得的挤压板材后可进行在线淬火和矫直后，进行人工时效，从而获得更佳的 力学性能。
[0023] 进一步地，上述步骤（1)中铸锭进行均匀化热处理，从室温以40~70°C/h的升温 速率升到410~470°C，保温3~8小时，然后再以40~70°C/h的速度升到550-565°C，并 保温2-10小时。
[0024] 通过以上的加工工艺，可获得较高的强度：屈服强度大于320MPa，抗拉强度大于 340MPa，塑性大于12%，可获得兼顾强度及阳极氧化性能的手机部件用铝合金。以下对比 说明本发明的实施例和比较例，根据这些实施例和比较例可以进一步印证本发明的技术效 果。但是，所列举的实施例仅为本发明优选的实施方式，不应将其理解为本发明上述主题的 范围仅限于此，凡基于本发明技术构思所形成的技术方