手機部件用高強6xxx系鋁合金及其加工方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鋁合金，尤其涉及一種手機部件用6ΧΧΧ系鋁合金及其制造方法， 屬于有色金屬技術領域。
【背景技術】
[0002] 智能手機的輕、薄化，對手機部件，如中框及外殼，其性能提出了更高的要求：即在 陽極氧化性能良好的情況下，具有更高的強度。使用鋁合金制造智能手機的中框及外殼是 目前手機行業發展的趨勢。鋁合金材料應用于手機產品的最大優勢在于良好的導熱性能和 較高的機械性能：鋁合金的硬度是傳統塑料部件的幾倍；鋁合金的散熱性能遠優于塑料， 可較快的將智能手機內應用處理芯片在高負荷運作時產生的大量熱量及時傳導至外界；同 時相比工程塑料，鋁合金在表面處理中，更易上色，從而使得手機產品更加美觀。因而鋁合 金在手機部件制造中的用量逐年增加。
[0003] 目前鋁合金手機部件主要通過6χχχ系鋁合金（6063及6061)制造加工而成。6063 鋁合金相對于6061鋁合金具有更為優良的陽極氧化性能，但6063鋁合金的強度遠低于 6061鋁合金，且現有的6061鋁合金的性能也越來越難以滿足智能手機發展的需要。擠壓是 生產手機中框及外殼用原板的主要生產方式之一。擠壓材的表面通常存在表面粗晶層。粗 晶層在手機部件的加工過程中，必須完全去除，否則部件在陽極氧化后，將出現"花斑"，嚴 重影響材料作為外觀件的使用。另一方面，為提高材料的強度，除合金成分調整外，還必須 提高擠壓材的擠壓出口溫度，但這往往會造成較嚴重的表層粗晶現象，甚至在材料內部也 出現粗晶組織，并最終造成材料在陽極氧化后，出現嚴重的表面缺陷。因此有必要開發一種 6χΧΧ系鋁合金及其相應的工藝，使得材料具有較高的強度且表面粗晶層得到控制。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是克服現有技術存在的不足，通過成分優化及工藝的改善，提供一 種手機部件用高強6ΧΧΧ系鋁合金及其加工方法。
[0005] 本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種手機部件用高強6χχχ系鋁合金，其 成分的質量百分含量如下： 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%， 其余組分為A1和不可避免的雜質。
[0006] 進一步地，上述手機部件用高強6XXX系鋁合金，其中，所述Si的質量百分含量為 0· 7~1· 1wt%，Mg的含量為 0· 7~1· 1wt%，且Si:Mg比為 0· 9~L2，Cu的含量為 0· 3~0· 6wt%， Μη的含量為0· 30~0· 80wt%，Cr的含量為0· 15~0· 40wt%。
[0007] 更進一步地，上述手機部件用高強6XXX系鋁合金，其中，所述Si的質量百分含量 為1. 0~1. 2w%，Mg的含量為0. 9~1. 1wt%，Cu的含量為0. 5~0. 9wt%，Μη的含量為0. 30~ 0· 80wt%，Cr的含量為 0· 15 ~0· 40wt%。
[0008] 本發明還公開了一種手機部件用高強6xxx系鋁合金的加工方法，包括以下步驟： (1) 獲得上述成分的鑄錠后，進行均勻化熱處理：將鑄錠從室溫以20~300°C/h的升 溫速率升到410~470°C，保溫2~10小時，然后再以10~100°C/h的速度升到540~ 570°C，并保溫2~30小時； (2) 強制空冷：冷卻速率大于50°C/h，將材料冷卻至室溫； (3) 對材料進行擠壓，擠壓工藝需在適當范圍內，擠壓錠的加熱溫度為460~540°C，擠壓 筒溫度為430~500°C，模具溫度為460~520°C，擠壓桿速度為0. 2~5mm/s; (4) 獲得的擠壓板材后進行在線淬火和矯直后，進行人工時效。
[0009] 進一步地，上述手機部件用高強6xxx系鋁合金的加工方法，其中，所述步驟（2)中 冷卻速率大于100°c/h。
[0010] 更進一步地，上述手機部件用高強6XXX系鋁合金的加工方法，其中，所述步驟（1) 中鑄錠進行均勻化熱處理，從室溫以40~70°C/h的升溫速率升到410~470°C，保溫3~ 8小時，然后再以40~70°C/h的速度升到550-565°C，并保溫2-10小時。。
[0011] 上述的合金，通過以上的加工工藝，可獲得較高的強度：屈服強度大于320MPa，抗 拉強度大于340MPa，塑性大于12%。
[0012] 本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在： 本發明通過合理調整6xxx系錯合金中主合金元素Mg、Si及微量元素的含量，在提高材 料強度的基礎上，控制材料的晶粒結構以滿足陽極氧化性能的需要。同時對材料的加工工 藝進行優化，使材料獲得了較好的綜合性能，是制造手機部件的理想材料，較好滿足手機行 業的使用要求，市場應用前景廣闊。
【附圖說明】
[0013] 圖1示意了實施例4橫截面的低倍組織 圖2示意了比較例2橫截面的低倍組織。
【具體實施方式】
[0014] 本發明是在現有技術的基礎上，提出一種手機部件用高強6XXX系鋁合金及其制 造方法，控制材料的晶粒結構以滿足陽極氧化性能的需要。同時對材料的加工工藝進行優 化，使材料獲得了較好的綜合性能。
[0015] 本發明根據對實驗現象及數據的分析總結發現，得到以下優選的鋁合金的成分含 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%? 其余組分為A1和不可避免的雜質。
[0016] 優選地，Si的質量百分含量為0· 7~1· 1wt%，Mg的含量為0· 7~1· 1wt%，且Si: Mg比為(λ9~L2,Cu的含量為(λ3~(λ6wt%，Μη的含量為(λ30~(λ80wt%，Cr的含量為 0· 15~0· 40wt% ;更優選地，Si的質量百分含量為1· 0~1· 2w%，Mg的含量為0· 9~1· 1wt%， Cu的含量為(λ5~0· 9wt%，Mn的含量為(λ30~(λ80wt%，Cr的含量為（λ15~(λ40wt%。
[0017] 本發明提出以上鋁合金的成分含量的具體理由如下：高強6xxx系鋁合金的主要 合金元素為Mg、Si，它們形成主要時效強化相βMg和Si元素總量以及Mg/Si比控制材料 的強度水平，具體而言：Mg+Si含量總和越大，材料強度越高。但Mg+Si含量過高，將在組織 中形成難溶的過剩Mg2Si。過剩Mg2Si的存在，不僅不能提高材料強度，而且有可能對材料 的陽極氧化性能帶來不利的影響。因此Mg+Si總量宜保持在1. 2~2. 6wt%為宜；同時Si/ Mg質量比接近0. 9~1. 2時，有利于強化相的析出。
[0018] 此外，6xxx系鋁合金中通常添加Cu元素，以提高材料的強度。但添加過多的Cu元 素易造成材料耐蝕性能的下降，Cu的含量在0. 1~1.0wt%為佳。Mn、Cr、Zr為微量元素，其 添加目的是為了控制材料的晶粒尺寸，其含量分別為0. 1~1. 2,0. 1~0. 5,彡0.25為宜。Ti 在合金中起細化鑄態晶粒的作用，以不超過0.20wt%為宜。若是Ti含量過高，則容易在組 織中形成粗大的含Ti相，降低材料的斷裂韌性。Zn、Fe元素為材料中的雜質元素，需分別 控制在〇· 50wt%以及0· 4wt%以下。
[0019] 另外，本發明還提供該一種手機部件用鋁合金制造方法，包括以下步驟： (1)獲得上述成分的鑄錠后，進行均勻化熱處理，即將鑄錠從室溫以20~300°C/h的 升溫速率升到410~470°C，保溫2~10小時，然后再以10~100°C/h的速度升到540~ 570°C，并保溫2~30小時。均勻化退火的目的為：溶解共晶組織，為后續的時效析出提供 足夠的過飽和度，以及提高材料的熱加工性能；使含Mn、Cr或Zr相均勻彌散的析出，以控制 擠壓制品的粗晶層厚度。
[0020] (2)強制空冷：冷卻速率大于50°C/h，優選為冷卻速率大于100°C/h，將材料冷卻 至室溫。冷卻均勻化結束后，需對材料進行強制空冷，以避免粗大的Mg2Si相在冷卻過程中 形成，從而對性能帶來不利的影響。控制均勻化退火的升溫速率主要是因為，Mn、Cr或Zr 元素在鋁合金中的擴散速度較慢，以緩慢升溫的方式能夠促進這些合金元素的擴散，從而 形成彌散分布的含Zr或Cr、Mn相。當溫度升到410~470°C時，保溫2~10個小時，主要 是為了進一步促進彌散相的形成。然后再緩慢的升到540~570°C并保溫2~30小時，目 的是促進共晶組織的溶解。該保溫溫度不宜過低，否則達不到溶解共晶組織的目的；溫度不 宜過高，否則容易發生組織過燒，降低材料性能。
[0021] (3)對材料進行擠壓，擠壓工藝需在適當范圍內，擠壓錠的加熱溫度為460~540°C， 擠壓筒溫度為430~500°C，模具溫度為460~520°C，擠壓桿速度為0. 2~5mm/s，兼顧強度和 粗晶控制。
[0022] (4)獲得的擠壓板材后可進行在線淬火和矯直后，進行人工時效，從而獲得更佳的 力學性能。
[0023] 進一步地，上述步驟（1)中鑄錠進行均勻化熱處理，從室溫以40~70°C/h的升溫 速率升到410~470°C，保溫3~8小時，然后再以40~70°C/h的速度升到550-565°C，并 保溫2-10小時。
[0024] 通過以上的加工工藝，可獲得較高的強度：屈服強度大于320MPa，抗拉強度大于 340MPa，塑性大于12%，可獲得兼顧強度及陽極氧化性能的手機部件用鋁合金。以下對比 說明本發明的實施例和比較例，根據這些實施例和比較例可以進一步印證本發明的技術效 果。但是，所列舉的實施例僅為本發明優選的實施方式，不應將其理解為本發明上述主題的 范圍僅限于此，凡基于本發明技術構思所形成的技術方