本发明属于金属材料及其加工技术领域，涉及一种铝合金板材，尤其涉及一种用于al-zn-mg铝合金薄板材及其制备方法。
背景技术：
消费类电子产品，如：智能手机、智能穿戴设备、平板电脑等的外观结构件要求材质具有重量轻、强度高、导热性良好、电磁屏蔽性、易加工、外观好等特点，技术向轻量薄壁化方向发展，以期达到保护、散热、美观的作用，通常采用的材料是abc和pc工程塑料与碳纤维或玻璃纤维的复合塑料，也有一些高档消费类电子外观件采用镁、钛、铝等轻金属的合金制造。随着铝工业的发展，铝及铝合金凭其优良性能将在消费类电子产品外观件材料方面发挥重要作用。与传统的塑料相比，铝合金材料因其具有强度高、导热性好、易于后期阳极着色处理等优点而逐渐应用于it产品中，然而由于普通铝合金材料后期加工后表面仍存在料纹、色泽差等缺陷，并且普通铝合金的硬度一般只有50-60hb，不能满足高端消费电子产品对外观和强度的更高要求。因此，市场需要新一代产品——新型铝合金板、带、型材在消费类电子产品中应运而生。
相比传统的压铸成型和挤压成型方式生产的电子外观件产品基板而言，轧制板材具有更高的生产效率、更稳定的力学性能以及更加高的平面精度。al-zn-mg铝合金由于其重量轻、强度高等性能，已开始逐渐替代al-mg、al-mg-si合金引领高端电子消费市场，如苹果最新iwatch智能穿戴设备。但目前采用al-zn-mg铝合金轧制板材所制备的电子外观件由于冲压和弯曲性能差，通常采用cnc铣削加工，相比冲压制备工艺，cnc铣削加工会产生较大的铣削废料，造成大量的材料浪费，不利于环保。因此，研究一种用于冲压和弯曲成型al-zn-mg铝合金薄板是非常有必要的。
技术实现要素：
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种al-zn-mg铝合金薄板材及其制备方法，本发明的铝合金薄板材厚度为0.2-5mm，表面硬度≥140hv，具有高比强度、高成形性、高表面性、金属质感强等优点；最大的优势还在于：阳极氧化后，板材表面一致，无料纹，无中间亮纹，色泽均匀并接近纯铝金属本色，具有较好氧化后表面性能。
为了达到上述发明目的，本发明采取的技术方案是：
一种al-zn-mg铝合金薄板材，按质量百分数计，所述铝合金薄板材主要包含下列元素成分：mg=1.0~3.8，zn=5.0~8.0，cu≤0.05，fe≤0.08，si≤0.05，cr≤0.05，ni=0.05-0.2，zr=0.1~0.6,余量为al和不可避免的元素，每种不可避免的元素都低于0.05且总量小于0.15。
进一步的，所述铝合金中薄板材主要包含下列元素成分：mg=1.3~2.0，zn=5.8~6.1，cu≤0.05，fe≤0.08，si≤0.05，cr≤0.05，ni=0.07-0.09，zr=0.12~0.15，余量为al和不可避免的元素，每种不可避免的元素都低于0.05且总量小于0.15。
本发明提供了一种以上所述的al-zn-mg铝合金薄板材的制备方法，所述方法包括以下步骤：
（1）熔炼：将各种原料按照重量百分比混合，加热至740~760℃，使物料熔化，保温3~7h；
（2）除气、过滤：将熔化后的铝液进行除气，然后过滤除去铝熔体中的不熔物；
（3）铸造：将除气过滤的铝液进行浇注，冷却至室温，得到厚度为200~400mm的铸锭；
（4）均热处理：将铸锭置于均热炉中加热保温，进行均匀化处理；
（5）锯切、铣面：将均质处理后的铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；
（6）预热、热轧：将铣面后的铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为400~550℃，时间为1~25h，预热后将铸锭热轧成厚度为8~10mm的卷材，热轧终轧温度≥350℃；
（7）冷轧：将卷材自然冷却后，对卷材进行开卷和冷轧，冷轧至厚度为0.2~5mm厚度的卷材，切边；
（8）低温退火：将切边处理好的冷轧卷材进行低温退火处理，退火温度控制在250~280℃，拉弯矫平后得到低温退火后的卷材；
（9）横切开卷：低温退火后的卷材通过横切机开卷后制备成定尺板材；
（10）冲压成型：将定尺后板材冲压成型或弯曲成型处理，得铝合金基板；
（11）固溶淬火：将铝合金基板进行固溶处理，然后立即进行水淬，经淬火处理的铝合金基板进入下一道工序；
（12）时效：将淬火处理的铝合金基板进行双级时效处理。
进一步的，得到铸锭的厚度为200~360mm。
进一步的，所述步骤（4）中，保温温度为460~480℃，保温时间16~19小时。更进一步的，所述步骤（4）中，保温温度为470℃，保温时间18小时。
进一步的，所述步骤（6）中，预热温度为450~500℃。
进一步的，所述步骤（8）中，切边处理好的冷轧卷材进行连续气垫式低温退火处理，连续卷材运动速度为5~10m/min。
进一步的，所述步骤（12）中，一级时效温度为30~40℃保温10-16小时，二级时效温度为130~140℃保温10~12小时。更进一步的，所述步骤（12）中，一级时效温度为30~40℃保温10-16小时，二级时效温度为130~140℃保温10~12小时。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
（1）fe、si、cu、cr等元素对铝合金阳极氧化后产生不同的颜色，fe、si的含量直接影响到表面料纹的形成和氧化后合金颜色，料纹主要成分为al3fe相，含铁量≥0.08wt%可直接使得al3fe相显著增加，最终导致氧化后料纹产生，且fe、si的含量增加会直接导致表面泛黑和泛灰，因而fe、si、cu、cr等元素在阳极氧化后表现出来对合金表面的料纹和色泽产生非常显著影响。本发明通过调整铝合金成分及合金化学元素含量的相对比例，减少fe、si、cu、cr等元素及杂质对铝合金的不良影响，从而减小裂纹倾向；尤其还通过调整铝合金中mg和zn元素的质量百分数，使mg和zn在合金中可以形成强化相，引起晶格畸变，从而提高铝合金的强度和硬度；另外，zr的添加可以有效控制晶粒尺寸，细化晶粒，提高材料的成型性能，但是其质量百分数不能超过0.6%，若超过会使得氧化后合金表面泛灰；而ni的添加在质量百分数为0.05-0.20%之间可以提高氧化后的银白色度；按照本申请的合金配方、并结合合理的工艺设计才能制备出表面一致、没有料纹、无亮线、阳极氧化后色泽均匀并接近纯铝金属本色的铝合金薄板，并且兼具备表面硬度和可成型性能高的要求。
（2）本发明在工艺上采用低温退火；采用气垫式连续退火炉进行低温退火，保证薄材的性能均匀性，尤其是通过气垫式连续退火炉来进行热风气垫悬浮薄材加热可以大大提高用于外观件的产品表面质量，避免铝材受热软化后产生的擦伤。并且采用不完全退火使得板材在尽可能少损失强度的情况下，提高延伸率和降低屈强比，从而提高冲压和弯曲的可成型性能。
（3）本发明在工艺上采用双级时效的热处理制度，在后期时效热处理阶段最大限度的提升成型后的成品力学性能。经过双级时效后，得到的al-zn-mg铝合金薄板材，表面硬度≥140hv，冲压和弯曲成型性能优良。
（4）本发明最终得到的铝合金薄板材，具备良好的可加工性，屈强比≤0.85，伸长率≥18%；具备良好的成品力学性能，表面硬度≥140hv；阳极氧化后，板材表面一致，无料纹，无中间亮纹，色泽均匀并接近纯铝金属本色；可广泛用于手机外板、平板电脑外壳、智能穿戴设备覆盖件等对后期阳极氧化有较高要求的高端消费类电子产品。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种al-zn-mg铝合金薄板材，按质量百分数计，所述铝合金薄板材主要包含下列元素成分：mg=1.0，zn=5.5，cu=0.05，fe=0.08，si=0.05，cr=0.05，ni=0.05;zr=0.1,余量为al和不可避免的元素，每种不可避免的元素都低于0.05且总量小于0.15。
本发明还提供了上述一种al-zn-mg铝合金薄板材的制备方法，所述方法包括以下步骤：
（1）熔炼：将各种原料按照重量百分比混合，加热至750℃，使物料熔化，保温7h；
（2）除气、过滤：将熔化后的铝液进行除气，然后过滤除去铝熔体中的不熔物；
（3）铸造：将除气过滤的铝液进行浇注，冷却至室温，得到厚度为400mm的铸锭；
（4）均热处理：将铸锭置于均热炉中加热保温，保温温度470℃，保温时间18小时，进行均匀化处理；
（5）锯切、铣面：将均质处理后的铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；
（6）预热、热轧：将加工后的铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为400℃，时间为24h，预热后将铸锭热轧成厚度为10mm的卷材，热轧终轧温度≥350℃；
（7）冷轧：将板材自然冷却后，对热轧卷进行开卷和冷轧，冷轧至厚度为5mm厚度的卷材；
（8）低温退火：将切边处理好的冷轧卷材进行连续气垫式低温退火处理，退火温度控制在250℃，连续卷材运动速度为5m/min,拉弯矫平后得到低温退火后的卷材；
（9）横切开卷：低温退火后的卷材通过横切机开卷后制备成定尺板材；
（10）冲压成型：将定尺后退火板材冲压成型或弯曲成型处理；
（11）固溶淬火：将固溶处理的铝合金成型基板立即进行水淬，经淬火处理的铝合金基板进入下一道工序；
（12）时效：将拉伸后的板材进行双级时效处理；一级时效温度为30℃保温16小时，二级时效温度为140℃保温12小时。即可得到成品。
得到预处理后表面硬度=57hv，具备良好的可加工性，屈强比=0.81，伸长率=22%；时效后表面硬度=142hv，具备良好的成品力学性能；并且，阳极氧化后板材表面一致，无料纹，无中间亮纹，色泽均匀并接近纯铝金属本色的铝合金板。
实施例2
一种al-zn-mg铝合金薄板材，按质量百分数计，所述铝合金薄板材主要包含下列元素成分：mg=1.3，zn=5.8，cu=0.04，fe=0.06，si=0.04，cr=0.03，ni=0.07;zr=0.12,余量为al和不可避免的元素，每种不可避免的元素都低于0.05且总量小于0.15。
本发明还提供了上述一种al-zn-mg铝合金薄板材的制备方法，所述方法包括以下步骤：
（1）熔炼：将各种原料按照重量百分比混合，加热至750℃，使物料熔化，保温6h；
（2）除气、过滤：将熔化后的铝液进行除气，然后过滤除去铝熔体中的不熔物；
（3）铸造：将除气过滤的铝液进行浇注，冷却至室温，得到厚度为360mm的铸锭；
（4）均热处理：将铸锭置于均热炉中加热保温，保温温度470℃，保温时间18小时，进行均匀化处理；
（5）锯切、铣面：将均质处理后的铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；
（6）预热、热轧：将加工后的铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为450℃，时间为18h，预热后将铸锭热轧成厚度为8mm的卷材，热轧终轧温度≥350℃；
（7）冷轧：将板材自然冷却后，对热轧卷进行开卷和冷轧，冷轧至厚度为0.2mm厚度的卷材；
（8）低温退火：将切边处理好的冷轧卷材进行连续气垫式低温退火处理，退火温度控制在260℃，连续卷材运动速度为6m/min,拉弯矫平后得到低温退火后的卷材；
（9）横切开卷：低温退火后的卷材通过横切机开卷后制备成定尺板材；
（10）冲压成型：将定尺后退火板材冲压成型或弯曲成型处理；
（11）固溶淬火：将固溶处理的铝合金成型基板立即进行水淬，经淬火处理的铝合金基板进入下一道工序；
（12）时效：将拉伸后的板材进行双级时效处理；一级时效温度为40℃保温10小时，二级时效温度为140℃保温10小时。即可得到成品。
得到预处理后表面硬度=60hv，具备良好的可加工性，屈强比=0.82，伸长率=20%；时效后表面硬度=145hv，具备良好的成品力学性能；并且，阳极氧化后板材表面一致，无料纹，无中间亮纹，色泽均匀并接近纯铝金属本色的铝合金板。
实施例3
一种al-zn-mg铝合金薄板材，按质量百分数计，所述铝合金薄板材主要包含下列元素成分：mg=2.0，zn=6.1，cu=0.05，fe=0.07，si=0.04，cr=0.04，ni=0.09;zr=0.15,余量为al和不可避免的元素，每种不可避免的元素都低于0.05且总量小于0.15。
本发明还提供了上述一种al-zn-mg铝合金中薄板材的制备方法，所述方法包括以下步骤：
（1）熔炼：将各种原料按照重量百分比混合，加热至760℃，使物料熔化，保温5h；
（2）除气、过滤：将熔化后的铝液进行除气，然后过滤除去铝熔体中的不熔物；
（3）铸造：将除气过滤的铝液进行浇注，冷却至室温，得到厚度为360mm的铸锭；
（4）均热处理：将铸锭置于均热炉中加热保温，保温温度470℃，保温时间18小时，进行均匀化处理；
（5）锯切、铣面：将均质处理后的铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；
（6）预热、热轧：将加工后的铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为500℃，时间为12h，预热后将铸锭热轧成厚度为8~10mm的卷材，热轧终轧温度≥350℃；
（7）冷轧：将板材自然冷却后，对热轧卷进行开卷和冷轧，冷轧至厚度为2.5mm厚度的卷材；
（8）低温退火：将切边处理好的冷轧卷材进行连续气垫式低温退火处理，退火温度控制在270℃，连续卷材运动速度为7m/min,拉弯矫平后得到低温退火后的卷材；
（9）横切开卷：低温退火后的卷材通过横切机开卷后制备成定尺板材；
（10）冲压成型：将定尺后退火板材冲压成型或弯曲成型处理；
（11）固溶淬火：将固溶处理的铝合金成型基板立即进行水淬，经淬火处理的铝合金基板进入下一道工序；
（12）时效：将拉伸后的板材进行双级时效处理；一级时效温度为30℃保温16小时，二级时效温度为140℃保温12小时。即可得到成品。
得到预处理后表面硬度=65hv，具备良好的可加工性，屈强比=0.83，伸长率=19%；时效后表面硬度=147hv，具备良好的成品力学性能；并且，阳极氧化后板材表面一致，无料纹，无中间亮纹，色泽均匀并接近纯铝金属本色的铝合金板。
实施例4
一种al-zn-mg铝合金薄板材，按质量百分数计，所述铝合金薄板材主要包含下列元素成分：mg=2.9，zn=8.0，cu=0.05，fe=0.07，si=0.03，cr=0.05，ni=0.12;zr=0.2,余量为al和不可避免的元素，每种不可避免的元素都低于0.05且总量小于0.15。
本发明还提供了上述一种al-zn-mg铝合金中薄板材的制备方法，所述方法包括以下步骤：
（1）熔炼：将各种原料按照重量百分比混合，加热至760℃，使物料熔化，保温7h；
（2）除气、过滤：将熔化后的铝液进行除气，然后过滤除去铝熔体中的不熔物；
（3）铸造：将除气过滤的铝液进行浇注，冷却至室温，得到厚度为360mm的铸锭；
（4）均热处理：将铸锭置于均热炉中加热保温，保温温度470℃，保温时间18小时，进行均匀化处理；
（5）锯切、铣面：将均质处理后的铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；
（6）预热、热轧：将加工后的铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为460℃，时间为12h，预热后将铸锭热轧成厚度为10mm的卷材，热轧终轧温度≥350℃；
（7）冷轧：将板材自然冷却后，对热轧卷进行开卷和冷轧，冷轧至厚度为3.5mm厚度的卷材；
（8）低温退火：将切边处理好的冷轧卷材进行连续气垫式低温退火处理，退火温度控制在270℃，连续卷材运动速度为10m/min,拉弯矫平后得到低温退火后的卷材；
（9）横切开卷：低温退火后的卷材通过横切机开卷后制备成定尺板材；
（10）冲压成型：将定尺后退火板材冲压成型或弯曲成型处理；
（11）固溶淬火：将固溶处理的铝合金成型基板立即进行水淬，经淬火处理的铝合金基板进入下一道工序；
（12）时效：将拉伸后的板材进行双级时效处理；一级时效温度为40℃保温12小时，二级时效温度为140℃保温12小时。即可得到成品。
得到预处理后表面硬度=67hv，具备良好的可加工性，屈强比=0.85，伸长率=18%；时效后表面硬度=149hv，具备良好的成品力学性能；并且，阳极氧化后板材表面一致，无料纹，无中间亮纹，色泽均匀并接近纯铝金属本色的铝合金板。