一种7系铝合金及其制备方法与流程

本发明涉及铝合金技术，特征涉及一种7系铝合金及其制备方法。

背景技术：

铝合金是由纯铝加入一些合金元素制成，如在纯铝中添加锰元素研制出的al-mn合金、在纯铝中添加铜元素研制出al-cu合金、在纯铝中同时添加铜和镁元素研制出al-cu-mg系硬铝合金、在纯铝中同时添加锌、镁、铜元素研制出al-zn-mg-cu系超硬铝合金等。铝合金的特点是轻、强度高、散热好、手感好和易阳极氧化着色。在同样的强度要求下，铝合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻，同时还能满足3c产品的高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽和散热的要求。现在市面上的手机、平板电脑、笔记本电脑等it设备使用的铝合金普遍为6系铝合金，随着科技的进步，传统的6变形铝合金在强度方面已经难以满足高端产品的要求，尤其在抗变形弯曲，抗跌落变形等指标方面，6系变形铝合金与7变形铝合金相比较差距较大。消费者观念不断发生改变并开始追求7系铝合金。7系铝合金拥有6系铝合金的特点，并且强度更高于6系铝合金。

现有技术中，虽然已出现较多7系铝合金产品，其具有较之6系铝合金更好的力学性能，但是，为了满足更高的市场需求，现有的7系铝合金的力学性能、抗腐蚀性、断裂韧性以及抗疲劳性方面仍需要进一步改善。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可进一步提高合金的力学性能的7系铝合金及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种7系铝合金，由下述重量百分比的组分组成：1.95-2.2％镁、0.04-0.1％的硅、0.05％的铁、0.15-0.33％铜、0.025％钛、5.68-6.05％锌、0.16-0.26％的锰和0.02-0.05％的锆，余量为铝。

一种7系铝合金的制备方法，按照上述的7系铝合金的组分依次进行配料、熔化和搅拌，并加入重量百分比为0.01-0.015％的含稀土铈的中间合金，获得第一熔体；将所述第一熔体依次进行第一次精炼、第一次扒渣和第一次静置，将第一次静置后的第一熔体进行保温处理，获得第二熔体；将第二熔体依次进行第二次精炼、第二次扒渣和第二次静置，获得第三熔体；对第三熔体依次进行在线真空除气、板式过滤和管式过滤净化处理，然后于液穴温度为670-690℃条件下采用半连续油气滑进行铸造，再依次进行均匀化和冷却处理，得到所述7系铝合金。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的7系铝合金，在其组分中，提高mg和zn含量，可以提高镁锌强化相，进而提高力学性能，经测试，本发明获得的7系铝合金的抗拉强度为470以上，屈服强度为440以上，维氏硬度hv为160以上；

(2)组分中添加适当的上述重量百分含量的cu、zr及mn，能提高强度和抗腐蚀性(剥落腐蚀)，使获得的7系铝合金具有良好的断裂韧性和抗疲劳性；

(3)同时组分中的mn和cu的添加也起到促进晶粒细化的额作用，可获得平均截距晶粒≤60μm；

(4)组分中添加含稀土铈的中间合金，铈占中间合金含量的10％，可以增加产品强度，耐腐蚀性，提高产品挤压温度至560℃(温度提高后即可以提高产品淬火温度，即可以直接提高产品硬度)，也可避免产品在cnc加工过程中材料脱离；

(5)本发明的7系铝合金，其性能使得其能够应用于手机外观铝制件，并且满足外观高光和喷砂阳极效果，同时还可在外观件上实现不同颜色的外观效果。

附图说明

图1为本发明实施例一的7系铝合金横截面在50x显微镜下的粗晶层观察照片；

图2为本发明实施例一的7系铝合金整个横截面在50x显微镜下的晶粒度照片；

图3为本发明实施例一的7系铝合金纵向面在50x显微镜下晶粒度照片；

图4为本发明实施例一的7系铝合金纵向面在500x显微镜下析出相照片；

图5为本发明实施例二的7系铝合金横截面在50x显微镜下的粗晶层观察照片；

图6为本发明实施例二的7系铝合金整个横截面在50x显微镜下的晶粒度照片；

图7为本发明实施例二的7系铝合金纵向面在50x显微镜下晶粒度照片；

图8为本发明实施例二的7系铝合金纵向面在500x显微镜下析出相照片；

图9为本发明实施例三的7系铝合金横截面在50x显微镜下的粗晶层观察照片；

图10为本发明实施例三的7系铝合金整个横截面在50x显微镜下的晶粒度照片；

图11为本发明实施例三的7系铝合金纵向面在50x显微镜下晶粒度照片；

图12为本发明实施例三的7系铝合金纵向面在500x显微镜下析出相照片。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：提高mg和zn含量，并添加适当的的cu、zr及mn，以提高镁锌强化相。

本发明涉及一种7系铝合金，由下述重量百分比的组分组成：1.95-2.2％镁、0.04-0.1％的硅、0.04-0.06％的铁、0.15-0.33％铜、0.023-0.028％钛、5.68-6.05％锌、0.16-0.26％的锰和0.02-0.05％的锆，余量为铝。

一种7系铝合金的制备方法，按照上述的7系铝合金的组分依次进行配料、熔化和搅拌，并加入重量百分比为0.01-0.015％的含稀土铈的中间合金，获得第一熔体；将所述第一熔体依次进行第一次精炼、第一次扒渣和第一次静置，将第一次静置后的第一熔体进行保温处理，获得第二熔体；将第二熔体依次进行第二次精炼、第二次扒渣和第二次静置，获得第三熔体；对第三熔体依次进行在线真空除气、板式过滤和管式过滤净化处理，然后于液穴温度为670-690℃条件下采用半连续油气滑进行铸造，再依次进行均匀化和冷却处理，得到所述7系铝合金。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的7系铝合金，在其组分中，提高mg和zn含量，可以提高镁锌强化相，进而提高力学性能，经测试，本发明获得的7系铝合金的抗拉强度为470以上，屈服强度为440以上，维氏硬度hv为160以上；

(2)组分中添加适当的上述重量百分含量的cu、zr及mn，能提高强度和抗腐蚀性(剥落腐蚀)，使获得的7系铝合金具有良好的断裂韧性和抗疲劳性；

(3)同时组分中的mn和cu的添加也起到促进晶粒细化的额作用，可获得平均截距晶粒≤60μm；

(4)组分中添加含稀土铈的中间合金，铈占中间合金含量的10％，可以增加产品强度，耐腐蚀性，提高产品挤压温度至560℃(温度提高后即可以提高产品淬火温度，即可以直接提高产品硬度)，也可避免产品在cnc加工过程中材料脱离；

(5)本发明的7系铝合金，其性能使得其能够应用于手机外观铝制件，并且满足外观高光和喷砂阳极效果，同时还可在外观件上实现不同颜色的外观效果。

进一步的，铁的含量为0.05％，钛的含量为0.025％。

进一步的，由下述重量百分比的组分组成：0.98-2.1％镁、0.06-0.08％的硅、0.05％的铁、0.21-0.31％铜、0.025％钛、5.86-5.95％锌、0.19-0.21％的锰和0.03-0.04％的锆，余量为铝。

进一步的，所述7系铝合金的总杂质元素的含量低于0.05％，所述7系铝合金的单个杂质元素的含量不高于0.01％。

本发明的7系铝合金的制备方法中，

进一步的，所述均匀化处理包括第一次均匀化热处理和第二次均匀化热处理，所述第一次均匀化热处理具体为：于350-380℃条件下保温2.5-3.5h；所述第二次均匀化热处理具体为：于490-520℃条件下保温15-16h。

进一步的，述冷却处理具体为：采用大于360℃/h的冷却强度进行冷却，直至冷却至室温。

进一步的，所述冷却处理中，采用水雾冷却的方式进行。

本发明的实施例一为：

本实施例的7系铝合金，由下述重量百分比的组分组成：1.95％镁、0.04％的硅、0.04％的铁、0.15％铜、0.023％钛、5.68％锌、0.16％的锰和0.02％的锆，余量为铝。

本实施例的7系铝合金的制备方法，按照上述的7系铝合金的组分依次进行配料、熔化和搅拌，并加入重量百分比为0.01％的含稀土铈的中间合金，获得第一熔体；将所述第一熔体依次进行第一次精炼、第一次扒渣和第一次静置，将第一次静置后的第一熔体进行保温处理，获得第二熔体；将第二熔体依次进行第二次精炼、第二次扒渣和第二次静置，获得第三熔体；对第三熔体依次进行在线真空除气、板式过滤和管式过滤净化处理，然后于液穴温度为670℃条件下采用半连续油气滑进行铸造，然后进行阶梯式的均匀化处理，所述均匀化处理依次包括第一次均匀化热处理和第二次均匀化热处理，所述第一次均匀化热处理具体为：于350℃条件下保温2.5h；所述第二次均匀化热处理具体为：于490℃条件下保温15h；第二次均匀化热处理之后，采用水雾冷却的方式、采用大于365℃/h的冷却强度进行冷却，直至冷却至室温(23-30℃)；得到本实施例的7系铝合金。

本发明的实施例二为：

本实施例的7系铝合金，由下述重量百分比的组分组成：2.2％镁、0.1％的硅、0.06％的铁、0.33％铜、0.028％钛、6.05％锌、0.26％的锰和0.05％的锆，余量为铝。

本实施例的7系铝合金的制备方法，按照上述的7系铝合金的组分依次进行配料、熔化和搅拌，并加入重量百分比为0.015％的含稀土铈的中间合金，获得第一熔体；将所述第一熔体依次进行第一次精炼、第一次扒渣和第一次静置，将第一次静置后的第一熔体进行保温处理，获得第二熔体；将第二熔体依次进行第二次精炼、第二次扒渣和第二次静置，获得第三熔体；对第三熔体依次进行在线真空除气、板式过滤和管式过滤净化处理，然后于液穴温度为690℃条件下采用半连续油气滑进行铸造，然后进行阶梯式的均匀化处理，所述均匀化处理依次包括第一次均匀化热处理和第二次均匀化热处理，所述第一次均匀化热处理具体为：于380℃条件下保温3.5h；所述第二次均匀化热处理具体为：于520℃条件下保温16h；第二次均匀化热处理之后，采用水雾冷却的方式、采用大于380℃/h的冷却强度进行冷却，直至冷却至室温；得到本实施例的7系铝合金。

本发明的实施例三为：

本实施例的7系铝合金，由下述重量百分比的组分组成：2％镁、0.08％的硅、0.05％的铁、0.25％铜、0.026％钛、5.85％锌、0.2％的锰和0.04％的锆，余量为铝。

本实施例的7系铝合金的制备方法，按照上述的7系铝合金的组分依次进行配料、熔化和搅拌，并加入重量百分比为0.013％的含稀土铈的中间合金，获得第一熔体；将所述第一熔体依次进行第一次精炼、第一次扒渣和第一次静置，将第一次静置后的第一熔体进行保温处理，获得第二熔体；将第二熔体依次进行第二次精炼、第二次扒渣和第二次静置，获得第三熔体；对第三熔体依次进行在线真空除气、板式过滤和管式过滤净化处理，然后于液穴温度为680℃条件下采用半连续油气滑进行铸造，然后进行阶梯式的均匀化处理，所述均匀化处理依次包括第一次均匀化热处理和第二次均匀化热处理，所述第一次均匀化热处理具体为：于360℃条件下保温3h；所述第二次均匀化热处理具体为：于515℃条件下保温15.5h；第二次均匀化热处理之后，采用水雾冷却的方式、采用大于400℃/h的冷却强度进行冷却，直至冷却至室温；得到本实施例的7系铝合金。

性能测试

1、将实施例一至实施例三获得的7系铝合金进行材料检验测试，具体测试条件如下：

1.1测试温度/湿度：23±5℃/40％-60％rh；

1.2测试项目及规范：

化学成份——gb/t7999-2007，

维氏硬度——gb/t4340.1-2009，

金相组织——gb/t3246.1，

拉伸试验——gb/t228.1-2010；

1.3测试设备：直读发射光谱仪、金相显微镜、维氏硬度计及万能材料试验机；

1.4结果

1.4.1粗晶层厚度、晶粒大小、晶粒级别

具体请参见下表1。

表1

1.4.2硬度(单位：hv)

具体请参见下表2。

表2

1.4.3抗拉

具体请参见下表3。

表3

2、将实施例一至实施例三获得的7系铝合金分别进行金相试验。

具体的，按照规定的操作规程，采用leicadmi3000m倒置金相显微镜进行上述金相试验。其中，具体的金相试验的操作规程如下述：

2.1安全操作注意事项和特别提示

2.1.1该试样制样时需提高警惕、注意安全，谨慎操作取样设备。

2.1.2随机或指定试样样品，并按相关要求制取样品中的小部分样品进行试验。

2.1.3将取好的样品做好相关的标识以便区分样品。

2.1.5根据客户要求对样品表面进行一定量的降面操作。

2.1.6选择不同型号的金相砂(由粗到细)、绒布对试验样品进行打磨、抛光。

2.1.7将抛光研磨好的试验样品放到金相显微镜leica将放大倍数调节到500x进行析出相采集。

2.1.8将试样样品放到已调配好的腐蚀液中腐蚀。腐蚀好后放到显微镜上通过100x或50x观察样品晶粒及采图并评价晶粒度。

2.1.9试验完成后应关闭显微镜并做好试样样品的标识标记及存放工作。

2.1.10试验过程中需注意安全，佩戴相关劳保用品谨慎操作。

获得的金相试验结果图参见图1-12中所示；

结果表明，图1、5、9中，分别对应实施例一至实施例三的7系铝合金的横截面在50x显微镜下的金相图，图中均可看到无明显粗晶层；图3、7、11分别显示出实施例一至实施例三的7系铝合金的纵向面在50x显微镜下的金相图，图中均可看到呈晶粒度小，且晶粒均匀；图4、8、12中，分别对应实施例一至实施例三的7系铝合金的纵向面在500x显微镜下的金相图，图中均可以看出，其析出相分布均匀，且析出相尺寸小。

综上所述，本发明提供的7系铝合金具有抗拉强度为470以上，屈服强度为440以上，维氏硬度hv为160以上，以及良好的断裂韧性和抗疲劳性的优点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。