本发明属于铝合金
技术领域：
，具体是涉及一种可阳极氧化高强度铝合金及其制备方法。
背景技术：
：随着智能手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式电子产品大屏化和轻薄化的发展，急需高强度的铝合金外壳来提高机身的抗压、抗弯能力，以避免机身出现弯曲、弯折等现象。7000系铝合金属于可热处理强化的高强度铝合金，目前主要用于航空航天领域，如制造飞机的壁板、隔框、翼梁、起落架等，因此，7000系铝合金又称为航空铝合金。7000系铝合金的主要合金元素是zn和mg，zn和mg除了具有固溶强化作用外，还可形成强化效果极为显著的mgzn2相增强铝合金的强度。随着zn、mg含量的增加，7000系铝合金的强度也随之提高，但随着强度的上升，合金的塑性开始下降，氧化着色性能也随之变差，氧化后的颜色出现变灰、变暗而失去金属光泽。目前常用的7000系铝合金，如7005、7050、7075等，虽有强度高的特点，但其氧化着色性能普遍都较差，无法满足携式电子产品对外观件的高装饰性要求。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种强度高、塑性好、氧化着色性能优良的可阳极氧化高强度铝合金及其制备方法。本发明的技术方案是这样实现的：本发明所述的可阳极氧化高强度铝合金，其特点是由以下成分及质量百分比组成：zn4.1～4.9%，mg1.3～1.5%，li0.4～0.6%，zr0.01～0.015%，c0.002～0.003%，re0.05～0.1%，fe≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述re的成分组成及质量百分比为：pr11.7%，nd24.2%，pm21.7%，sm17.9%，gd24.5%。优选的，本发明所述的可阳极氧化高强度铝合金，由以下成分及质量百分比组成：zn4.5%，mg1.4%，li0.5%，zr0.015%，c0.003%，re0.08%，fe≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述re的成分组成及质量百分比为：pr11.7%，nd24.2%，pm21.7%，sm17.9%，gd24.5%。本发明所述的可阳极氧化高强度铝合金的制备方法，其特点是包括以下步骤：第一步：选用al20li合金、al5zr1c合金、混合稀土re和纯度大于或等于99.9%的铝锭、锌锭、镁锭作为原材料；第二步：将铝锭在740～780℃加热熔化，并加入占原材料总重量为4.1～4.9%的锌锭、1.3～1.5%的镁锭和2～3%的al20li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.2～0.3%的al5zr1c合金和0.05～0.1%的混合稀土re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至700～720℃并静置0.5～1小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在490～500℃固溶处理1～3小时，水淬后，在120～130℃时效处理15～18小时，随炉冷却后得到可阳极氧化高强度铝合金。本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明可阳极氧化高强度铝合金的室温抗拉强度大于400mpa，屈服强度大于360mpa，伸长率大于13%，氧化膜厚度均匀且色泽光亮，具有强度高、塑性好、氧化着色性能优良的特点，适合于制造大屏幕智能手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式电子产品的外壳，具有广阔的市场应用前景。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明作进一步的详细说明。本发明所述的可阳极氧化高强度铝合金，由以下成分及质量百分比组成：zn4.1～4.9%，mg1.3～1.5%，li0.4～0.6%，zr0.01～0.015%，c0.002～0.003%，re0.05～0.1%，fe≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。优选的，所述可阳极氧化高强度铝合金的成分及质量百分比组成为：zn4.5%，mg1.4%，li0.5%，zr0.015%，c0.003%，re0.08%，fe≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%。所述re的成分组成及质量百分比为：pr11.7%，nd24.2%，pm21.7%，sm17.9%，gd24.5%。其中，zn和mg是本发明可阳极氧化高强度铝合金的主要合金元素，除了具有固溶强化作用外，二者还可形成强化效果极为显著的mgzn2相，是铝合金的主要增强相。随着zn、mg含量的增加，铝合金的强度也随之提高，但合金的塑形和氧化着色性能也会随之下降。为了保证铝合金具有足够的强度、良好的塑性和氧化着色性能，因此，zn含量选择在4.1～4.9%，mg含量选择在1.3～1.5%，优选的，zn含量为4.5%，mg含量为1.4%。li是最轻的金属元素，在铝合金中加入li，首先可以降低铝合金的密度，提高铝合金的比强度和比刚度，达到轻量化的效果。其次是li在铝合金时效过程还会析出纳米尺寸的al3li和al2mgli强化相，这些强化相可钉扎位错、亚晶和晶界，提高铝合金的强度和塑性变形能力，添加0.4～0.6%的li即可对铝合金产生显著的效果，优选的，li添加量为0.5%。zr、c是以al5zr1c合金的形式加入到铝合金中，al5zr1c合金是由氟锆酸钾和碳粉的混合物与铝液反应得到，内部含有大量的zrc粒子。al5zr1c合金是一种新型的铝合金晶粒细化剂，发明人的大量实验证明，al5zr1c合金比现有的al5ti1b和al5ti1c合金具有更强的晶粒细化能力，添加0.2～0.3%的al5zr1c合金，铝合金中含有0.01～0.015%的zr和0.002～0.003%的c，可显著细化铝合金的晶粒，改善铝合金的组织均匀性，提高铝合金的塑性变形能力和氧化着色性能，优选的，al5zr1c合金添加量为0.3%，铝合金中含有0.015%的zr和0.003%的c。re是含有pr、nd、pm、sm、gd共5种轻稀土元素的混合稀土，轻稀土元素的物理化学性质活泼，能与铝合金液中的氢、氧、铁、硅、锰、铜、铬等杂质元素反应生成高熔点、高稳定性的稀土化合物，对铝合金液有深度净化作用，可以消除杂质元素对铝合金氧化着色性能的有害影响，增加氧化膜层的厚度、均匀性和光亮度。发明人的大量实验研究表明，添加含有pr、nd、pm、sm、gd共5种轻稀土元素的混合轻稀土的效果比添加一种或少数几种轻稀土元素的效果都更好，因此，选择添加0.05～0.1%的混合轻稀土，优选的，混合轻稀土添加量为0.08%。本发明还提供了所述可阳极氧化高强度铝合金的制备方法，具体包括以下步骤：第一步：选用al20li合金、al5zr1c合金、混合稀土re和纯度大于或等于99.9%的铝锭、锌锭、镁锭作为原材料；第二步：将铝锭在740～780℃加热熔化，并加入占原材料总重量为4.1～4.9%的锌锭、1.3～1.5%的镁锭和2～3%的al20li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.2～0.3%的al5zr1c合金和0.05～0.1%的混合稀土re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至700～720℃并静置0.5～1小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在490～500℃固溶处理1～3小时，水淬后，在120～130℃时效处理15～18小时，随炉冷却后得到可阳极氧化高强度铝合金。本发明的制备方法，选用高纯铝锭、锌锭、镁锭、al20li合金、al5zr1c合金和混合稀土re作为原材料，通过优化zn、mg主合金元素的含量，添加al20li合金进行微合金强化，经精炼除气、除渣后，再加入al5zr1c合金和混合稀土，能够充分发挥al5zr1c合金和混合稀土对铝合金液的晶粒细化和深度净化作用，确保本发明铝合金获得高强度、高塑性以及优良的氧化着色性能。为了更详尽的描述本发明可阳极氧化高强度铝合金及制备方法，以下列举几个实施例作更进一步的说明。实施例1：本发明所述的可阳极氧化高强度铝合金，由以下成分及质量百分比组成：zn4.1%，mg1.3%，li0.4%，zr0.01%，c0.002%，re0.05%，fe≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述re的成分组成及质量百分比为：pr11.7%，nd24.2%，pm21.7%，sm17.9%，gd24.5%。制备方法由以下步骤组成：第一步：选用al20li合金、al5zr1c合金、混合稀土re和纯度等于99.9%的铝锭、锌锭、镁锭作为原材料；第二步：将铝锭在740℃加热熔化，并加入占原材料总重量为4.1%的锌锭、1.3%的镁锭和2%的al20li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.2%的al5zr1c合金和0.05%的混合稀土re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至700℃并静置1小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在500℃固溶处理1小时，水淬后，在120℃时效处理18小时，随炉冷却后得到可阳极氧化高强度铝合金。实施例2：本发明所述的可阳极氧化高强度铝合金，由以下成分及质量百分比组成：zn4.5%，mg1.4%，li0.5%，zr0.015%，c0.003%，re0.08%，fe≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述re的成分组成及质量百分比为：pr11.7%，nd24.2%，pm21.7%，sm17.9%，gd24.5%。制备方法由以下步骤组成：第一步：选用al20li合金、al5zr1c合金、混合稀土re和纯度等于99.95%的铝锭、锌锭、镁锭作为原材料；第二步：将铝锭在760℃加热熔化，并加入占原材料总重量为4.5%的锌锭、1.4%的镁锭和2.5%的al20li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.3%的al5zr1c合金和0.08%的混合稀土re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至710℃并静置0.7小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在495℃固溶处理2小时，水淬后，在125℃时效处理16小时，随炉冷却后得到可阳极氧化高强度铝合金。实施例3：本发明所述的可阳极氧化高强度铝合金，由以下成分及质量百分比组成：zn4.9%，mg1.5%，li0.6%，zr0.015%，c0.003%，re0.1%，fe≤0.1%，余量为al和不可避免的杂质，杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，其中所述re的成分组成及质量百分比为：pr11.7%，nd24.2%，pm21.7%，sm17.9%，gd24.5%。制备方法由以下步骤组成：第一步：选用al20li合金、al5zr1c合金、混合稀土re和纯度等于99.99%的铝锭、锌锭、镁锭作为原材料；第二步：将铝锭在780℃加热熔化，并加入占原材料总重量为4.9%的锌锭、1.5%的镁锭和3%的al20li合金，搅拌熔化成铝合金液；第三步：用六氯乙烷对铝合金液精炼除气除渣后，再加入占原材料总重量为0.3%的al5zr1c合金和0.1%的混合稀土re，搅拌使铝合金液的成分均匀；第四步：将铝合金液降温至720℃并静置0.5小时，然后铸造成铝合金；第五步：将铝合金在490℃固溶处理3小时，水淬后，在130℃时效处理15小时，随炉冷却后得到可阳极氧化高强度铝合金。按中华人民共和国国家标准gb/t16865-2013，将实施例1-3的可阳极氧化高强度铝合金加工成标准拉伸试样，在dns200型电子拉伸试验机上进行室温拉伸，拉伸速率为2毫米/分钟，拉伸力学性能如表1所示。将实施例1-3的可阳极氧化高强度铝合金在硫酸80g/l、柠檬酸9g/l、乳酸7g/l、电流密度1.5a/dm2、电压10v、氧化时间30min条件下进行阳极氧化处理，结果如表1所示。表1实施例1-3可阳极氧化高强度铝合金的拉伸力学性能和氧化性能实施例序号抗拉强度/mpa屈服强度/mpa伸长率/%氧化膜状况实施例1401.7362.115.8均匀、光亮实施例2424.1379.314.3均匀、光亮实施例3439.5405.813.6均匀、光亮由表1的检测结果可见，本发明可阳极氧化高强度铝合金的室温抗拉强度大于400mpa，屈服强度大于360mpa，伸长率大于13%，阳极氧化厚度均匀且色泽光亮，具有强度高、塑性好、氧化着色性能优良的特点，适合于制造大屏幕智能手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式电子产品的外壳，具有广阔的市场应用前景。本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。当前第1页12