專利名稱：可裝飾性陽極化的優(yōu)良可塑性的高機械強度鋁合金以及其制備方法和由該合金制成的鋁產(chǎn)品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種AlMgSi類型的可裝飾性陽極化的優(yōu)良可塑性的高機械強度鋁合金、由該合金制成的帶材、薄板材或擠壓型材形式的半成品以及由所述半成品制成的構件，特別是成型的和經(jīng)裝飾性陽極化的構件。本發(fā)明還涉及制備該種鋁合金的方法。
為由鋁板制備裝飾性陽極化的部件，通常應用非合金化的鋁(1xxx-合金)、AlMg合金(5xxx-合金)或8-xxx-合金類型的電鍍體系、非合金化的鋁1xxx-合金)的電鍍。所有這類材料是不可完全硬化的，即僅能通過冷硬化提高強度，接著通過軟化退火降低強度。所有這些體系具有下列共同點，即其可成型性和其強度狀態(tài)是由半成品供貨狀態(tài)決定的，該供貨狀態(tài)例如可能是通過軋制硬化或通過隨后的退火軟化。按照好的可成型性，可在最大軟化狀態(tài)下使用該體系，并然后成型。但在成型過程后不再進行硬化以改進使用特性。按照好的使用特性，可在高強度狀態(tài)下使用該體系，但由于供貨狀態(tài)的高的起始強度引起的適于成型步驟的可成型性受到很大限制。
如在EP 0714993或EP 0811700中已知具有優(yōu)良可成型性的可熱硬化的ALMgSi合金(6xxx)。該所公開的AlMgSi合金也可用于制備帶材和板材。由于其優(yōu)良的深拉性，其適用于制備汽車工業(yè)的車身薄板。通過其中所公開的合金組成，在優(yōu)良的強度和優(yōu)良的成型特性之間達到了最佳化。但該合金不可進行裝飾性特別是高光亮性的陽極化，因為一方面在EP 0811700中所公開的0.25-0.55重量％的鐵含量過高，并導致鋁陽極氧化層的陰暗。已知通過鐵形成的金屬間四元FeSiMgMn相引入到該鋁陽極氧化層中。這些粗粒在鋁陽極氧化層中導致光的散射，使觀察者感覺是渾濁的。EP 0714993中提及的釩含量的數(shù)量級為0.05-0.4重量％，也是獲得了不夠透明的鋁陽極氧化層。此外，高含量釩難以溶于熔體中。通過其它再結晶阻止劑如鋯或鉻來代替釩也未提供所需結果。鉻和鋯導致一種在拋光或光亮性鋁陽極氧化處理時會泛出黃色的鋁陽極氧化層。
因此由申請人用于裝飾性構件的適于擠壓型材的已知的Al99.9MgSi合合(6401特種合金)不含鋯、釩或鉻。該AlMgSi合金的鐵雜質限制到0.04重量％的鐵。由此確保避免上述的鋁陽極氧化缺陷，并使經(jīng)拋光的和經(jīng)光亮性鋁陽極氧化的構件達到高的光亮度。但這種合金由于缺少再結晶阻止劑(Fe、Zr、Cr、V)未顯示出最佳的可成型性，因為由于較粗的顆粒提前導致斷面收縮和桔皮缺陷。
由此可通過選擇適于擠壓產(chǎn)品或軋制產(chǎn)品的合金組成而實現(xiàn)在可塑性、裝飾性外觀和以最終強度、延展性和韌性表示的機械強度方面的兼顧。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于構件的鋁合金，該構件具有優(yōu)良的可成型性、具有在應用狀態(tài)下的足夠的強度和延展性并可裝飾性陽極化。
該目的通過具有權利要求1中所述的組成和其中所述的特征的鋁合金實現(xiàn)。機械強度和可成型性方面的最佳特性一方面通過0.3-0.9重量％的硅和0.1-0.5重量％的鎂的含量來達到，其中該兩組分的重量比應調節(jié)到使硅對鎂呈過量，特別是硅鎂重量比為1.8-3.3。此外，強度還通過0.1-0.4重量％的銅含量來促進，銅起混晶硬化作用。該優(yōu)良的可成型性通過再結晶阻止劑(鐵、鋯、鉻、釩)成分來確保。在原始合金中鐵常以雜質存在。但其作為合金元素加入可達0.2重量％。鋯、鉻和釩在合金中的含量可單獨或共同達0.22重量％。盡管有上述的再結晶阻止劑存在，但本發(fā)明的合金是可裝飾性陽極化的，且未出現(xiàn)泛黃的或渾濁的鋁陽極氧化層。這是由于0.005-0.1重量％的鍶含量而導致的。據(jù)認為鍶改變了含鐵、鋯、鉻和/或釩的相，特別是精制到即使將它們引入到鋁陽極氧化層中也不產(chǎn)生可見的渾濁的程度。意外地表明，鐵對鍶的特別有利的重量比為3∶1-5∶1。
這樣一種合金由含大于99.85重量％鋁的鋁基材料制成。在熔體中按如下加入合金成分，即0.3-0.9重量％的硅、0.1-0.5重量％的鎂，硅對鎂的重量比為1.8∶1-3.3∶1。確定鋁基材料中以基礎材料中的雜質形式存在的鐵含量后，需要時加入另外的鐵作為合金成分，以使所制得的合金中的鐵含量不超過0.2重量％。此外，還加入0.005-0.1重量％的鍶，鐵對鍶的重量比調節(jié)為3∶1-5∶1。優(yōu)選加入0.008-0.07重量％的鍶。作為其它合金成分加入的為0.1-0.4重量％的銅、0.03-0.2重量％的錳、0.01重量％的鈦和鋯和/或鉻和/或釩，總計為0.08-0.22重量％。該合金應含最大0.04重量％的鋅、最大0.02重量％的不可避免的雜質單計或其總量最大為0.15重量％。此外，為表征該合金，還加入特定成分即0.0005-0.005重量％的銀。
如此制得的熔體以澆注方法鑄成軋制棒或鑄條，然后均質化(在至少500℃下退火至少2小時)。作為鋁基材料優(yōu)選使用含至少99.85重量％鋁的純鋁，以限制雜質含量，不可避免的雜質含量總計不應超過最大0.15重量％。該合金成分可以以純金屬或預合金形成加入。鍶優(yōu)選以鋁鍶預合金形式加入，特別是以AlSr3.5預合金、AlSr5預合金或AlSr10預合金加入。
由本發(fā)明的鋁合金的均質化鑄條可通過擠壓得到開口的或中空的型條，該型條通常經(jīng)拉伸和通過鋸成材。由呈所需長度的型材段可通過如下的成型，特別是冷成型如軋制、彎卷、深拉或基于有效方法的薄板成型和管成型制成三維成型的粗制構件。與是否在成型時涉及彎卷過程、涉及基于有效方法的成型或深拉無關，形成的構件在非常小的桔皮形成時有優(yōu)良的外形精確性，這是由于低回彈性的效果。由于該合金的可硬化性，在成型后可調節(jié)其強度和延展性。硬化后除可能的機加工外特別是可對構件進行化學處理和電解處理。這種化學處理和電解處理包括對構件拋光、磨光、陽極氧化、可能的著色和最終的密實。經(jīng)裝飾性陽極化形成的鋁構件產(chǎn)生的鋁陽極氧化層是非常令人滿意的，其是透明的，即不渾濁和不泛黃。
由軋制棒可通過熱軋獲得預制薄板，該預制薄板可經(jīng)冷軋和中間退火進行后續(xù)加工。通過其它的成型步驟(需要時再結晶退火和/或軟化退火)如深拉、基于有效方法的薄板成型，包括表面成圖案(Dessinieren)以及光滑或粗糙化和可能的再一次軟退火、需要時機加工來形成粗制構件，該粗制構件也可其后經(jīng)化學或電解處理而獲得鋁陽極氧化層。在該制備過程中也可證明，鋁合金在室溫下具有好的到非常好的成型特性，僅有小的桔皮形成，還具有穩(wěn)定的成型特性并導致該構件有優(yōu)良的外形精確性。如果用含至少99.9重量％的鋁的純鋁作為基材，則該鋁陽極氧化層無缺陷，相反甚至可實現(xiàn)光亮的表面。
下面在三個表中給出本發(fā)明的鋁合金的實施例。表1示出高硬AlMgSi合金，表2示出中硬AlMgSi合金，表3示出低硬AlMgSi合金。表4中示出已知對比合金，其中有申請人的合金AA6401特種合金，即一種至今用于裝飾性應用的中硬AlMgSi合金，但其沒有最佳的成型特性。另一些對比合金有最佳的強度和成型特性，但不可裝飾性陽極化。
用于制備裝飾性陽極化的成型鋁構件的各種方案概覽在下圖中說明
按這些方案之一，由本發(fā)明合金通過連續(xù)澆注、均質化、擠壓、拉伸、截短、深拉、拋光、磨光、陽極氧化而制成鋁構件。為對比起見，按同樣方法由6401合金和6016合金制備同樣成形的構件。構件性質在表5中給出。在制成的構件的不同表面范圍測量圖像清晰度以得表面特性。高表面清晰度表明圖像的高光亮和高精確度，好像線顯示成直線或扭曲。該可成型性以對比成型度表示。為此借助于在經(jīng)類似深拉過程后的各種合金的平的擠壓型件段上預先施加的測量光柵測定來自變化的直線光柵的成型度。清楚表明，本發(fā)明的構件是唯一的在優(yōu)良可成型性(40％)下具有高圖像清晰度(80％)的構件。
表1高硬AlMgSi
表2中硬AlMgSi
表3低硬AlMgSi
表4對比合金
表5各種鋁構件的特性
權利要求
1.一種可裝飾性陽極化的優(yōu)良可塑性的高機械強度鋁合金，其有如下組成0.3-0.9重量％的硅，0.1-0.5重量％的鎂，不超過0.2重量％的鐵0.1-0.4重量％的銅，0.03-0.2重量％的錳，0.01重量％的鈦，鋯和/或鉻和/或釩的總量為0.08-0.22重量％，0.005-0.1重量％的鍶，最大0.04重量％的鋅，單計最大0.02重量％的不可避免的雜質，總計最大0.15重量％的不可避免的雜質，其余為鋁，其中，硅對鎂的重量比為1.8∶1-3.3∶1，其特征在于，鐵對鍶的重量比為3∶1-5∶1。
2.權利要求1的鋁合金，其特征在于，鍶含量為0.008-0.07重量％。
3.權利要求1或2的鋁合金，其特征在于，為表征該合金，銀含量為0.0005-0.005重量％。
4.一種由鋁合金制備可裝飾性陽極化的成型構件的方法，其特征在于下列方法步驟熔融含大于99.7重量％鋁的鋁基材，并將合金成分加到鋁熔體中達如下總組成0.1-0.9重量％的硅，0.1-0.5重量％的鎂，其中，硅對鎂的重量比為1.8∶1-3.3∶1，不超過0.2重量％的鐵，0.005-0.1重量％的鍶，其中，鐵對鍶的重量比為3∶1-5∶1，0.1-0.4重量％的銅，0.03-0.2重量％的錳，0.01重量％的鈦，鋯和/或鉻和/或釩的總量為0.08-0.22重量％，最大0.04重量％的鋅，單計最大0.02重量％的不可避免的雜質，總計最大0.15重量％的不可避免的雜質，其余為鋁，·將該鋁合金熔體澆注成軋制棒或鑄條，·均質化該軋制棒或鑄條，·熱成型和需要時冷成型成成型的粗制構件，·該成型的粗制構件的化學和/或電解表面處理，包括陽極氧化。
5.權利要求4的方法，其特征在于，測定所用鋁基材料的鐵含量，并通過加入鍶和通過加入額外的鐵調節(jié)到所需的鐵對鍶的重量比。
6.權利要求4或5的方法，其特征在于，所述鋁基材料是至少含99.9重量％鋁的純鋁。
7.權利要求4-6之一的方法，其特征在于，鍶以鋁-鍶預合金形式加入。
8.權利要求7的方法，其特征在于，鍶以AlSr5預合金、AlSr10預合金或AlSr3.5預合金形式加入。
9.權利要求4-8之一的方法，其特征在于，所述均質化的軋制棒通過熱軋熱成型成預制薄板。
10.權利要求9的方法，其特征在于，將所述預制薄板經(jīng)可能的中間退火冷軋到所需最終厚度，并在可能的再結晶退火和/或軟化退火后使表面成圖案、光滑或粗糙化，并可能再經(jīng)一次軟退火，接著截成所需長度成為薄板塊。
11.權利要求4-8之一的方法，其特征在于，所述均質化的鑄條通過擠壓熱成型成開口的或中空的型條，拉伸并截短成型材塊。
12.權利要求10或11的方法，其特征在于，所述型材塊或薄板塊經(jīng)一個或多個其它步驟冷成型，特別是通過軋制或彎卷或深拉或基于有效方法的管成型或薄板成型而冷成型。
13.權利要求4-12之一的方法，其特征在于，成型的粗制構件經(jīng)拋光、磨光、陽極氧化(鋁陽極氧化處理)和密實。
14.權利要求13的方法，其特征在于，還進行電解著色。
15.一種由具有權利要求1-3之一的組成的鋁合金制成的鋁產(chǎn)品。
16.權利要求15的鋁產(chǎn)品，其特征在于，該鋁產(chǎn)品是帶材、薄板材、擠壓型材或由所述半成品制成的成型構件。
17.權利要求16的鋁產(chǎn)品，其特征在于，該鋁產(chǎn)品是裝飾性陽極化的成型構件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種AlMgSi類型的可裝飾性陽極化的優(yōu)良可塑性的高機械強度鋁合金、由該合金制成的帶材、薄板材或擠壓型材半成品以及由所述半成品制成的構件，特別是成型的和經(jīng)裝飾性陽極化的構件。本發(fā)明還涉及一種制備這種鋁合金構件的方法。該鋁合金具有優(yōu)良的可成型性，其通過合金中鍶的重量含量和限定的硅對鎂的重量比以及鐵對鍶的重量比來實現(xiàn)。
文檔編號C22F1/05GK1950526SQ200580014682
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月30日 優(yōu)先權日2004年5月8日
發(fā)明者R·斯特英斯 申請人:埃爾布斯羅赫股份公司