一种铝合金、由其形成的平版印刷板及制备方法

专利名称：：一种铝合金、由其形成的平版印刷板及制备方法
技术领域：
：本发明涉及适合加工成平版印刷板(lithographicsheet)的合金、特别用于胶印制版机(offsetprintingplatemaker)的薄轧铝带形式的合金、以及此类平版印刷板的制备方法。
背景技术：
：已知胶印制版机使用薄轧铝带形式的铝合金。为了将薄轧铝带加工成平版印刷板，首先要脱除制版机的油污或对铝带进行蚀刻，这通常在碱溶液中进行。该加工制备用于搓纹的铝表面，并使表面小缺陷平坦化。随后，进行电化学搓纹(electrograining)以产生具有旋绕半球状凹陷的表面形貌。这通常在基于盐酸或基于硝酸的电解液中进行。使用交流电(AC)通过包含所述铝带的电解槽进行电化学搓纹。每半周期发生的电化学反应通过溶解作用从表面有效地除去铝。或者，可通过例如擦刷，将铝带表面机械粗化。然而，该加工较少见。铝带表面形成的凹陷的功能是增加铝带的表面积，并保留水。换而言之，由于存在凹陷，使铝带具有亲水性。随后，可进行除污步骤，从而除去在电化学搓纹加工过程中形成的氢氧化铝污迹。接下来，对铝带作阳极化处理。这导致在铝带的凹陷表面生长出多孔的阳极氧化物。由此提供耐磨层，从而提高由所述铝带形成的平版印刷板印刷质量的寿命。这也能使光敏涂层更好地粘附，并使所述板的化学惰性更高，并由此延长其保存期。随后，通常向铝带涂布光敏聚合物涂层。该涂层排水而吸油。平版印刷板需要吸油，这是因为印刷墨是油基的。在这一步骤，平版印刷板包含覆盖了亲油光敏层的亲水阳极铝层。以其最简单的形式，通过除去部分涂层，例如通过曝光，形成图案。这意味着所述涂层必须易于除去，以暴露出在其下面的亲水阳极层。然而，所述涂层还必须具有耐磨性，从而在印刷进行期间保持清晰的图案。因此，重要的是使形成平版印刷板的铝带具有足够的强度和适合的表面功能性。术语"表面功能性"是用于描述材料发生良好的电化学搓纹，从而提供凹陷尺寸的均匀分布而不形成任何表面条痕或指向性的能力。这对于所得印刷图案的质量非常重要。大多数制版机使用基于HC1的溶液作为电化学搓纹加工期间的电解液。然而，使用基于HN03的电解液也是已知的。搓纹加工的发生机制在各种电解液中是不同的。在两种电解液中均能进行良好的电化学搓纹的材料是有利的。在平版印刷的制版工业中，己知特别使用两种合金。第一种合金被称为AA1050,并具有如下表1所示的组成。AA1050具有良好的电化学搓纹性能。如果称材料具有"良好的电化学搓纹性能"，则意味着该材料具有在宽泛的条件范围下产生凹陷均匀的表面的能力。此类材料还应能够在基于盐酸或硝酸的电解液中进行电化学搓纹。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>第二种合金被称为AA3XXX，并包括具有下表2和表3所示组成的AA3103或AA3003合金。与AA1050的强度相比，AA3XXX的强度得到提高。然而，AA3XXX的电化学搓纹性能不如AA1050型合金。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>AAI050型合金通常在欧洲、亚洲和南美洲市场使用。此类型的合金在基于HC1和HN03的溶液中均能被良好地电化学搓纹，但与其他合金相比强度较低。人们认为，在使用该合金形成用于进行较长时间印刷的平版印刷板时，这将是一个潜在的问题。AA3XXX型合金通常在北美洲使用。此类合金较难进行电化学搓纹，因此当可以应用机械粗化加工时，较常使用此类合金。AA3XXX合金可在HC1中电化学搓纹，但电化学搓纹加工可能产生表面条痕(streakiness)。因此，该合金具有相对较差的电化学搓纹性能，但具有高的原始强度(rawstrength)和高的烘烤强度(bakestrength)。通常通过烘烤平版印刷板来改进光敏涂层的耐磨性。然而，该加工可能对铝基板的强度产生不良影响。这种加工行为在北美洲更为常见，并有助于解释A3XXX使用的增加。通常使用标准耐烘烤性试验(standardbaketest)测量合金的烘烤强度。所述标准耐烘烤性试验包括将合金在240。C加热10分钟。重点在于，用于加工成平版印刷板的合金在烘烤期间不发生显著的软化，这样该合金的强度不会受到不良影响。铝合金基板发生的显著软化和相关的微结构变化可对印刷板的三维性质(dimensionalproperties)产生不良的影响。就疲劳损毁(failurebyfatigue)而言，这可能是有害的。一般而言，现已发现的具有良好电化学搓纹性能的合金不具有所需的强度，而具有所需强度的合金却具有不良的电化学搓纹性能。
发明内容根据本发明的第一方面，本文提供了适合加工成平版印刷板的Al合金，所述合金具有如下组成(以重量％计)Fe,0.16-0.40Si,至多0.25Cu,至多0.01Mn，至多0.05Ti,至多0.015Mg,0.02-0.10Zn，至多0.06未指明的其他组分，每种至多0.03余量为A1，其中Al的最小含量为99.3。由于合金中具有高百分比的铝，其他组成的水平相应较低。这使得合金在用后回收时的通用性更好。优选地，最小铝含量(即，铝的最小含量)为99.45wt%。更优选地，最小铝含量为99.50wt%。通过使合金具有较高重量百分比的铝，可进一步提高所述合金在用后回收时的通用性。镁用于改进合金的搓纹性能，其对合金的强度具有有限的影响。然而，镁确实能够改进原始合金和经烘烤合金的机械性能(例如，强度)，因此其在合金中的存在很重要。将镁限制在0.10wty。的范围内很重要，这是因为其不损害所述合金在用后回收时的通用性。本发明的合金可包含至多0.099wtM的镁。优选地，镁含量在0.02-0.05wt。/。的范围内。锌也可改进合金的搓纹性能，也对合金的强度具有有限的影响。发明人发现铝合金中至多0.05重量％的锌可对合金的电化学性质产生有利作用。优选地，锌的最小含量为0.02wt%。合金中锌与镁的比例可以基本在0.1-2.3的范围内。现已发现通过控制锌和镁的含量，可使所得铝合金具有良好的电化学搓纹性能。使铝合金中存在铁有两个目的。首先，是为了确保形成富铁的金属间化合物(ironrichintermetallics)，这对于在制版加工的电化学搓纹(粗化)步骤期间生成均匀凹陷结构至关重要。其次，是为了确保材料内固溶体中存在足量的铁，这有利于产生良好的温度稳定性，尤其对板烘烤后的强度保持特别有利。具有最小铁含量的合金的优点是其保证在合金结构中存在足量的第二相金属间化合物(2ndphaseintermetallics),而这仅能是铁在铝中的溶解度水平被超越的情况下才能实现。提高合金中的铁含量是有利的，这是因为铁在铝合金中提供硬化效应，由此提高合金的强度。然而，铁含量超出0.4wtM的上限并不有利，这是因为进一步的添加对铝合金结构没有更多的有利影响，并且对强度的进一步提高也很小。将铁含量提高到大于0.4wty。的另一个缺点是其损害所述合金在用后回收时的通用性。现已发现铝合金中存在的铜可影响粗化的凹陷形貌，但另一方面却能改进原始和烘烤条件下的材料强度。本发明人发现，如果将铜的重量百分比保持在0.01或以下，则该合金的强度可因存在铜而提高，同时也可将铜对凹陷形貌的不良影响保持在最小范围内。铝合金中存在的钛对于确保充分控制冶金上的搓纹尺寸(grainsize)是必要的。然而，过多的钛会对合金的电化学性能产生不良影响。本发明人发现，如果钛的重量百分比不超过0.015，则该合金可受益于钛对搓纹尺寸控制的作用，同时也可将对电化学性能的不良影响保持在最小范围内。本发明的合金可包含至多0.049wtn/。的锰。优选地，最小锰含量为0.005wt%。合金中存在的锰用于提高合金的原始强度和烘烤强度。然而，锰可能对合金的电化学搓纹性能产生不良影响，因此，合金中的锰水平不应过高。优选地，锰含量在0.005-0.030w^/o的范围内。锰与镁的比例基本在0.08-1.63的范围内是有利的。根据本发明的第二方面，本发明提供了由本发明第一方面的合金形成的平版印刷板。根据本发明的第三方面，本发明提供了由本发明第一方面的合金形成的平版印刷板的加工方法。以下通过实施例以示例的方式对本发明进行描述，而非对本发明的限定，本发明并不仅限于这些实施例。以下列出的是本发明优选实施方案中4个实施例的详细组成，以显示形成所述合金的组分的重量比。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>以下以非限定性实施例的方式参考附图对本发明进行进一步的描述，其中图1为显示与已知合金组AA3XXX和AA1050相比，在原始和未烘烤状态以及分别在200。C、220°C、240。C和260。C烘烤IO分钟后，上述实施例1、2、3禾卩4的纵向极限抗张强度(ultimatetensilestrengthinthelongitudinaldirection)的图示。图2为显示与已知合金组AA1050相比，在原始未烘烤状态以及分别在200。C、220°C、240。C和260。C烘烤10分钟后，上述实施例1、2、3和4的纵向弹性极限应力(proofstress(Rp)inthelongitudinaldirection)的图示。图3为显示与已知合金组AA1050相比，在原始未烘烤状态以及分别在20(TC、220°C、24(TC和260。C烘烤10分钟后，上述实施例1、2、3和4的横向极限抗张强度的图示。图4为显示与己知合金组AA1050相比，在原始未烘烤状态以及分别在200。C、220°C、240。C和260。C烘烤IO分钟后，上述实施例1、2、3和4的横向弹性极限应力的图示。图5和5a为显微照片，分别显示AA1050合金样本在接受弯曲试验后的横断面。图5的放大倍率为x200，图5a的放大倍率为x100。图6和6a为显微照片，分别显示上述实施例1的样本在接受弯曲试验后的横断面。图6的放大倍率为x200，图6a的放大倍率为x100。图7为显微照片，其显示图5所示AA1050样品在弯曲外表面的更多细节；其放大倍率为x112.5。图8为显微照片，其显示图6所示实施例1的样品在弯曲外表面的更多细节；图8的放大倍率为x112.5。具体实施例方式抗张强度或极限抗张强度/应力(ultimatetensilestrength/stress(UTS》是指抗张试验期间向材料施加的最大负载与该材料原始横截面积的比值。在脆性或韧性材料中，其与断裂点一致，但通常在通过UTS后减小应力下延伸继续。弹性极限应力(Rp)是在金属中产生一定量永久变形(弹性变形)所需的应力，其没有明显的屈服点。在附图2和4中，弹性极限应力是产生0.2%张力(Rp0.2)的应力。如上所述，标准烘烤试验为240。C下持续10分钟。在图l-4中，还检测其他温度(即20(TC、22(TC和26(TC)以显示每种合金的强度性质，以及所述强度性质在不同烘烤条件下的减小情况。如图1所示，与AA1050组合金相比，实施例1-4中的每一种合金在原始未烘烤状态和指定温度下均具有较高的纵向极限抗张强度。然而，AA3XXX组合金则具有高于实施例1-4的强度。如图2所示，与AA1050组合金相比，实施例1-4中的每一种合金在原始未烘烤状态和指定温度下均具有较高的纵向弹性极限应力。如图3所示，与AA1050组合金相比，实施例1-4中的每一种合金在原始未烘烤状态和指定温度下均具有较高的横向极限抗张强度。如图4所示，实施例1-4中的每一种合金在原始未烘烤状态和指定温度下均具有高于AA1050组合金的横向弹性极限应力。可理解，就压力性能而言，弯曲性能比强度重要，但不易直接测量。因此，常将强度用作模拟基准来参照。尽管如此，本发明仍对实施例进行了简单的弯曲试验。所述弯曲试验是基于制造和测量用于将平版印刷板固定到印刷机上的弯曲的静力试验。由于材料的性质(例如合金的组成、韧度、合金的加工方法)对初始弯曲具有显著影响但对疲劳的影响有限，所以认为静力试验最为适合。应理解，主要通过弯曲程度(benddimensions)和材料规格(materialgauge)测定疲劳损毁。为了进行弯曲试验，将由特定合金形成的板弯曲到严格的参数集(strictsetofparameters)。如果弯曲程度与指定值(包括指定规格)相差过多，则会损害试验结果。样本的厚度测量值要尽可能保持恒定，在0.275-0.280mm的范围。外弯曲表面上的张力值在很大程度上由弯曲内表面半径和规格决定。这会随设置参数的微小变化而产生显著变化。因此，内部弯曲半径应保持恒定。在使用中，使用弯板机弯曲铝平版印刷板。弯板机与印刷机相关联，其是用于形成弯曲的设备元件。在该试验中，在设定半径周边制造60°的单纯弯曲，从而模拟弯板机。60。在通常使用的弯曲角度范围之内。该试验在两个方向上进行，其中弯曲轴分别平行和垂直于板的轧制方向。轧制方向是轧制期间对铝板进行加工的方向。将该试验与在AA1050组合金上进行的试验进行比对。试验后，使用光学显微镜根据其横截面外观和外表面外观对合金的弯曲进行评估。图5-8中所示的显微照片显示了AA1050合金样本和上述实施例1样本的弯曲试验数据。如上所述，图5和图5a为显微照片，其分别显示AA1050合金样本在接受弯曲试验后的横断面。由这些附图可见，弯曲内表面的压力变形导致合金内表面向内扭曲。该扭曲位于附图标记l所指出的环形区域内。可通过向内扭曲的水平测量压力变形。如区域2所示，还可发现由外表面上的剪切变形在合金外表面上形成的褶刍皮(ridge)。可通过所形成褶铍的深度测量剪切变形的水平。不形成变形褶皱被认为是材料的优点。这是因为，普遍认为褶皱可作为应力集中点，并充当引发平版印刷板断裂的薄弱位点。图6和图6a分别显示上述实施例1的样本在接受类似弯曲试验后的横断面。由附图可见，与图5和图5a所示的AA1050合金样本的外表面相比，区域3中所示的内表面弯曲变形减小，且区域4中所示的外表面更为平滑。图7和图8分别显示了AA1050合金样本和实施例1的样本的弯曲外表面的更多细节。在图7中由附图标记5标出的环形区域中同样可以发现，与实施例1的样本相比，AA1050合金样本中存在深度褶皱。图8显示外表面总体比较平滑。对如图5-8所示的显微照片的分析在很大程度上是定性的，但在不同材料之间所观察到的剪切变形和裂纹(cracking)水平的变化仍可使不同合金之间进行直接的比较。还对每种合金的弯曲外表面进行粗糙度测量，并测量了弯曲外表面上剪切变形褶皱的最大的峰-谷间距。使用白光干涉法(whitelightinterferometer)对弯曲外表面的所述形貌进行测量。在此应用中，将干涉仪用作测量表面粗糙度的非接触性方法。下表5中列出了粗糙度的测量结果。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表6中列出了对试验结果的总结。由该表可见，AA1050组合金在此类弯曲试验中显示出中等程度的变形。应理解，AA3XXX组合金在弯曲中的变形很小。6<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>根据上文的解释，重点是要通过在基于盐酸的溶液或基于硝酸的溶液中对合金进行电化学搓纹获得均匀凹陷且没有条痕的表面，从而生产具有良好功能性的表面。下文展示了对实施例1-4与AA1050和AA3XXX组合金电化学搓纹性能的比较。下述结果的基础是在基于盐酸的电解液中对合金迸行的实验室试验。以下为所用的测量电化学搓纹性能的判断标准。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>下文给出了不同实施例的结果。所有条件均使用1000C/dn^的电荷密度，但进行电化学搓纹的时间长度不同。"容易"的实验条件通过电化学搓纹24秒实现。"中等"的条件通过电化学搓纹9.5秒实现。"困难"的条件通过电化学搓纹6.5秒实现。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>结果显示实施例1-4中的每一种均具有与AA1050组合金至少相同的电化学搓纹性能，而且在某些条件下，其电化学搓纹性能优于AA1050组合金。在所有情况下，实施例l-4中每一种的电化学搓纹性能均优于AA3XXX类合金。因此，本发明提供的铝合金具有优于AA1050型合金的强度和优于AA3XXX型合金的电化学搓纹性能。下文将简要描述本发明平版印刷板的制备方法。可将该方法视为3个子步骤生产合金并进行板坯连铸(slabcasting);生产薄轧铝带；和生产平版印刷板。下文将对这些方法进行详细描述。生产合金并进行板坯连铸通过DC(直接激冷)浇铸熔融铝来制造轧板锭。通过适合的添加量将金属单质的组成控制在所述水平。锭厚度通常在400-650mm之间。生产薄轧铝带对轧板锭进行刮光以提高表面清洁度，并通过除去浇铸层来改进均匀性。从两个表面除去的厚度共计达25mm。进行预热以达到400-600"C的金属出口温度，以进行热轧。对锭进行多程热轧，以获得11-18mm厚的板材规格。在线淬火以使板材温度降低至〈5(TC。随后，将板材冷轧到中等规格。可分批进行中间退火。目标金属温度在350-55(TC之间。使用其他冷轧歩骤以获得0.1-0.5mm之间的终产物厚度。随后，可在用于生产平版印刷板之前将带材巻(或板材巻)拉平并脱除油污。生产平版印刷板通过基于碱的蚀刻加工制备用于粗化的表面。优选通过电化学搓纹完成粗化。这通常在基于盐酸或基于硝酸的电解液中进行。向电化学搓纹槽施加AC电流以完成粗化。对经电化学搓纹的表面作阳极化处理以改进耐磨性。可在某些或每个上述基本加工步骤之间施加其他在线处理，以改进板材的性质。涂布光敏涂层。将板材图案化后，可对其进行烘烤以提高光敏涂层的耐磨性。权利要求1.适合加工成平版印刷板的Al合金，所述合金具有以重量％表示的下述组成Fe，0.16-0.40Si，至多0.25Cu，至多0.01Mn，至多0.05Ti，至多0.015Mg，0.02-0.10Zn，至多0.06未指明的其他组分，每种至多0.03余量为Al，其中Al的最小含量为99.3。2.如权利要求1所述的合金，其屮Al的最小含量为99.45wt%。3.如权利要求1或2所述的合金，其中Al的最小含量为99.50wt%。4.如上述权利要求中任一项所述的合金，其包含至多0.099wt。/。的镁。5.如上述权利要求中任一项所述的合金，其中镁含量优选在0.02-0.05wt%的范围内。6.如上述权利要求中任一项所述的合金，其中Zn的最小含量为0.02wt%。7.如上述权利要求中任一项所述的合金，其中在所述合金中锌与镁的比例基本在0.1-2.3的范围内。8.如上述权利要求中任一项所述的合金，其包含至多0.049wt。/。的锰。9.如上述权利要求中任一项所述的合金，其中Mn的最小含量为0.005wt%。10.如上述权利要求中任一项所述的合金，其中锰含量在0.005-0.030wtM的范围内。11.如上述权利要求中任-项所述的合金，其中锰与镁的比例基本在0.08-1.63的范围内。12.由上述权利要求中任一项所述的合金形成的平版印刷板。13.权利要求12所述平版印刷板的制备方法。14.与上文中参考附图所描述的基本类似的合金。15.与上文中参考附图所描述的基本类似的平版印刷板。16.与上文中参考附图所描述的基本类似的方法。全文摘要本发明涉及一种适合加工成平版印刷板的Al合金和由其制得的平版印刷板及平版印刷板的制备方法，所述合金具有以重量％表示的下述组成Fe，0.16-0.40Si，至多0.25Cu，至多0.01Mn，至多0.05Ti，至多0.015Mg，0.02-0.10Zn，至多0.06未指明的其他组分，每种至多0.03，余量为Al，其中最小Al含量为99.3。文档编号C22C21/00GK101613821SQ20091013948公开日2009年12月30日申请日期2009年6月24日优先权日2008年6月24日发明者格雷汉姆·阿尔弗雷德·弗卢克斯,萨拉·伊丽莎白·皮克索尔,葛兰·克罗斯比·史密斯申请人:贝诺斯铝业有限公司