用于装饰应用的耐用铝合金板的制作方法

1.本发明涉及由可成形铝合金制成的装饰部件的领域。为了装饰目的和/或变得耐用，在成形前对这些部件进行涂覆。涂层固化后的合金必须足够硬以呈现良好的耐凹痕性或耐划痕性。
2.本发明更具体地涉及aa3xxx和aa5xxx系列的铝合金板，其组成和制造方法特别适合于这种类型的应用和产品。


背景技术：

3.铝合金通常与木材、钢铁和塑料相竞争用于制造装饰部件，特别是用于车辆行业，但也用于家用器具和医疗器械行业。这些部件一般都是涂覆的，通常使用清漆或油漆。
4.如果是车辆行业，则制备内饰件，例如用于高使用率的门把手、变速箱装饰物、用于中央控制台的耐光和防震装饰元件、仪表板和/或门上的装饰物和/或面板、电容功能元件；还制备外部元件，例如，特别是车窗缘饰、车身侧面或车门的装饰条、腰线、后挡板装饰条、散热器格栅装饰物、保险杠管路、轮毂盖、轮毂覆盖件
……
5.目前市场上可购得两种类型的产品：挤出型材和成形板材。
6.用于板材的主要合金类型为aa 1xxx、aa3xxx、aa5xxx和8xxx合金。热处理状态不同的aa5005铝合金轧制产品广泛用于导体、厨房用具、仪表板、建筑装饰、建筑材料、车辆内外部材料。
7.wo/2014/203077涉及一种通过对由aa5xxx系列的高纯度合金板材的连续垂直铸造制成的板材或带材进行成型和抛光来制造由铝合金制成的机动车外模环(outer moulding ring)、特别是例如车窗边框或车身壳模的方法。
8.一些专利公开了主要用于封装用途的al-mn-mg合金：
9.ep0504077涉及旨在用于深拉和/或拉制并且表现出高机械强度特性以及良好的各向同性(低畸变楔含量(low distortion wedge content))和良好的冷可加工性的铝基合金，其具有以下以重量计的组成(％)：fe≦0.25-si≦0.25-mn从0.8至1.6-mg从0.7至2.5-cu从0.20至0.6-cr从0至0.35-ti从0至0.1-v从0至0.1-其他各自≦0.05,总计≦0.15，其余为al。
10.wo/2018/143376涉及一种铝合金板，其含有0.05-0.60质量％的si、0.05-0.80质量％的fe、0.05-0.25质量％的cu、0.80-1.50质量％的mn、0.80-1.50质量％的mg、al和附带杂质。
11.wo2015140833涉及一种用于罐体的铝合金，其含有si：0.10-0.60质量％，fe：0.10-0.80％，cu：0.05-0.25％，mn：0.80-1.50％，mg：0.80-1.30％，其余由al和不可避免的杂质获得。
12.wo/2016/149061涉及用于制造封装产品例如瓶和罐的铝合金，其包括0.1-1.6重量％mn、0.1-3重量％mg、0.1-1.5重量％cu、0.2-0.7重量％fe、0.10-0.6重量％si、最高至0.3重量％cr、最高至0.6重量％zn、最高至0.2重量％ti、0.05重量％的各微量元素、小于
0.15重量％的总微量元素，其余为al。
13.wo/2016/100800涉及包含可用于铝瓶应用的铝合金体系的组成和方法，所述铝合金体系包括约0.15-0.50％si、0.35-0.65％fe、0.05-0.30％cu、0.60-1.10％mn、0.80-1.30％mg、0.000-0.0080％cr、0.000-0.500％zn、0.000-0.080％ti、最高至0.15％杂质，其余为al。
14.cn102703776涉及一种用于发光二极管(led)电视的铝合金衬底及所述铝合金衬底的制备方法。所述衬底包括以质量百分比计的以下组成：百分之0.20至0.50的si、百分之0.30至0.70的fe、小于或等于百分之0.25的cu、百分之0.8至1.0的mn、百分之1.10至1.25的mg、百分之0.12至0.30的cr、小于或等于百分之0.25的ti、小于百分之0.10的zn，其余为al。这些产品有四个主要要求：良好的可成形性，以提供所需形状；良好的表面外观，没有由成形产生的表面缺陷如portevin le chatelier带、l
ü
ders带或橘皮；足够的耐久性，例如耐腐蚀性以及耐划痕性。目前用于此类应用的合金(例如5005、8014或1050)通常具有所要求的可成形性、耐腐蚀性和表面外观，但它们可能会经历划痕/凹痕。产业要求一种在不降低任何其他性能的情况下改进耐划痕性或耐凹痕性的产品。
15.技术问题
16.本发明旨在提供由铝合金制成的板材，其特别适合于制造装饰部件并提供高的耐划痕性，同时具有可成形性、耐腐蚀性并提供良好的表面外观。


技术实现要素：

17.本发明的第一主题是一种由铝合金制成的板材，所述铝合金按重量％计包含：
18.mg：0.8-1.3，
19.mn：0.8-1.2，
20.cu：0.05-0.30，
21.cr：0.05-0.30，
22.fe：≤0.4，
23.si：≤0.3，
24.zn：≤0.25，
25.ti：≤0.15，
26.各杂质《0.05，杂质总计＜0.15，其余为铝。
27.本发明的另一主题是制造本发明的板材的方法，其中，
28.(a)由铝合金铸造板坯，所述铝合金按重量％计包含：
29.mg：0.8-1.3，
30.mn：0.8-1.2，
31.cu：0.05-0.30，
32.cr：0.05-0.30，
33.fe：≤0.4，
34.si：≤0.3，
35.zn：≤0.25，
36.ti：≤0.15，
37.各杂质《0.05，杂质总计＜0.15，其余为铝，
38.(b)在至少550℃的温度下均质化板坯，
39.(c)将均质化的板坯热轧成厚度为3至10mm的中间轧制产品，
40.(d)将所述中间轧制产品冷轧成板材，任选地在冷轧期间进行中间退火，
41.(e)将所述板材在300℃至400℃的温度下退火，并使其在至少1％的拉伸(stretching)下经历张力矫直(tension leveling)。
42.本发明的另一主题是本发明的板材制造涂覆的装饰部件的用途，优选制造用于车辆、家用器具或医疗器械的装饰部件的用途。
具体实施方式
43.除非另有说明，否则有关合金化学组成的所有指示均以基于合金总重量计以重量百分比表示。表述1.4cu是指以重量％表示的铜含量乘以1.4。合金的名称是依照本领域技术人员已知的铝协会的规定制定的。
44.根据标准nf en iso 6892-1通过拉伸试验来测定拉伸时的静态机械性能，换言之极限抗拉强度uts、0.2％伸长率下的常规屈服强度tys和断裂伸长率a％。使用50mm标距伸长计(50mm base extensometer)测量断裂伸长率(a％)，并在a50下报告。依照实施例中记载的方法测量耐划痕性。
45.除非另有说明，否则适用标准en 12258(2012)的定义。板材是具有矩形横截面的轧制产品，其均匀厚度在0.20mm和6mm之间。在本发明的上下文中，板材不是被覆板。本发明的板材的优选厚度为0.35mm至1.5mm，更优选为0.50mm至1.0mm。
46.本发明人已经发现了一种解决该问题的板材组合物。特别地，通过将cu和cr同时添加到al-mg-mn合金中，本发明的板材在类似的成形性和耐腐蚀性的情况下提供了比已知产品更高的耐划痕性。
47.本发明人首先考虑采用高mg含量如1.8重量％以提高耐划痕性，然而所获得的产品具有在成型过程中观察到的与l
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ders带/portevin-le chatelier带有关的表面缺陷。为避免这些带，镁含量必须为至多1.3重量％。需要0.8重量％的最小mg含量以获得足够的强度和耐划痕性。优选最小mg含量为0.9重量％。优选最大mg含量为1.2重量％，更优选1.1重量％。在一个优选的实施方案中，按重量％计，mg：0.9-1.1。
48.mn用于提高强度和耐划痕性。mn含量为0.8至1.2重量％。优选最小mn含量为0.85重量％，更优选0.90重量％，优先0.95重量％。优选最大mn含量为1.15重量％，更优选1.10重量％，优先1.05重量％。在一个优选的实施方案中，按重量％计，mn：0.85-1.15并且优选mn：0.95-1.05。
49.添加cu以提高强度和耐划痕性。cu含量为0.05至0.30重量％。优选最小cu含量为0.10重量％，更优选为0.15重量％。优选最大cu含量为0.25重量％，更优选为0.20重量％。在一个优选的实施方案中，按重量％计，cu：0.10-0.25并且优选cu：0.15-0.20。
50.添加cr以提高强度和耐划痕性。cr含量为0.05至0.30重量％。优选最小cr含量为0.10重量％，更优选为0.15重量％。优选最大cr含量为0.27重量％，更优选为0.25重量％。在一个优选的实施方案中，按重量％计，cr：0.10-0.30并且优选cr：0.15-0.25。
51.fe和si必须分别限制在最大为0.4重量％和0.3重量％，以获得所需的可成形性。
然而，通过限制例如成形部件上的橘皮状外观，最小含量对于表面外观是有益的。本发明人认为，与更纯的化学物质相比，fe和si的添加增加了再结晶过程中的粒子激发形核效应，这导致更小的晶粒并限制了成形部件上的橘皮。优选最小fe含量为0.15重量％，更优选为0.20重量％。优选最大fe含量为0.35重量％，更优选为0.30重量％。在一个优选的实施方案中，按重量％计，fe：0.15-0.35和/或si：0.10-0.25。
52.优选最小si含量为0.10重量％，更优选0.15重量％，甚至更优选0.18重量％。优选最大si含量为0.25重量％，更优选0.23重量％。
53.使用所选择的优选的fe和si含量，合金的可再回收性是相当令人满意的。
54.锌含量被限制在最大为0.25重量％。进一步限制锌含量通常会降低可再回收性。在一个实施方案中，zn含量为至少0.01重量％。
55.然而，在另一个实施方案中，zn含量被限制在小于0.01重量％的杂质水平以改良表面外观。
56.ti含量被限制在最大为0.15重量％。可以添加ti以改善晶粒度控制，特别是在铸造期间。在一个实施方案中，ti含量为至少0.01重量％。优选最大ti含量为0.10重量％，更优选为0.05重量％。
57.其它元素是杂质，其含量各自小于0.05重量％，总计小于0.15重量％。
58.根据本发明制造板材的方法包括铸造具有本发明组成的板坯、对板坯进行均质化、热轧和冷轧以及退火和张力矫直。
59.在至少550℃，优选至少575℃的温度下均质化板坯。限定最大均质化温度以避免初熔，通常为630℃或620℃。优选地，在至少一小时和至多72小时期间进行均质化。在均质化之前或之后，通常对板坯进行剥皮。然后将均质化的板坯热轧成厚度为3至10mm的中间轧制产品。初始热轧温度优选为至少430℃。然后将所述中间轧制产品冷轧成板材，任选地在冷轧期间进行中间退火。在一个实施方案中，中间轧制产品首先冷轧至1.5至8.0mm之间的第一厚度，然后在300℃至450℃的温度下退火，然后冷轧至0.20mm至6mm之间的第二厚度。在另一实施方案中，中间轧制产品直接冷轧成厚度在0.20mm和6mm之间的板材。
60.然后在300℃至450℃的温度下对板材进行退火。设计退火以获得完全再结晶。退火后的状态称为o-状态。最后，板材经历拉伸为至少1％的张力矫直。为提高产品的平整度，需要张力矫直。有利地，为提高涂层固化(通常在150℃至230℃进行1至10分钟)后的屈服强度，在张力矫直期间进行1.8％且更优选2％的最小拉伸。为了防止表面缺陷并保持良好的可成形性，在张力矫直期间进行3.5％、更优选3％的最大拉伸。
61.本发明的板材优选在张力矫直之后具有纵向方向上至少130mpa的tys和至少13％且优选至少16％的a％，并且在195℃下进一步热处理4分钟之后，通常对应于涂层的固化，具有在纵向方向上至少110mpa的tys和至少16％的a％。本发明的板材优选用于制造涂覆的装饰部件，优选用于车辆、家用器具或医疗器械的涂覆的装饰部件。优选地，它们用于制造车辆内饰件或车辆外部元件，其中车辆内饰件选自车门把手、变速箱装饰物、中央控制台装饰元件、仪表板装饰物、仪表板面板、车门装饰物、车门面板和电容功能元件，车辆外部元件选自车窗缘饰、车身侧面或车门的装饰条、后挡板装饰条、散热器格栅装饰物、轮毂覆盖件、腰线和保险杠管路。
62.本发明的细节将在下文实施例的帮助下更好地理解，然而，所述实施例不限制本
发明的范围。
63.实施例
64.表1中披露的合金以尺寸为70mm x 190mm x 1500mm的小铸锭形式铸造。合金c是本发明的。
65.合金si％fe％cu％mn％mg％cr％zntia0.110.200.170.971.1《0.01《0.010.01b0.100.19《0.011.021.30.18《0.010.01c0.110.200.161.001.10.21《0.010.01
66.表1：以重量％计的组成
67.将铸锭剥皮并在600℃下均质化3小时。将铸锭使用500℃以上的起始温度热轧至7.6mm的厚度，并冷轧至2.5mm的厚度。在340℃下进行1小时的中间退火，并继续冷轧至厚度为0.76mm的板材。将板材在340℃下退火1小时以获得完全再结晶的晶粒结构。然后在轧制方向上对板材进行拉伸为2.5％的张力矫直。
68.为获得成形的和涂覆的成品部件的代表性机械性能，在195℃下进行4分钟的涂层固化模拟。
69.表2中提供了在纵向方向l上表征的机械性能。
[0070][0071]
表2：板材的机械性能
[0072]
此外，所有试样都涂有相同厚度的清漆，并用划痕硬度测试仪(erichsen model 435pen)测试耐划痕性。
[0073]
所使用的测试量程为0至20n(设备的量程3)。所用的测试轮是提供的钢制圆盘。硬度测试仪垂直放置在待测表面上，并向下按压以使导轮接触表面。这样，作用在测试圆盘上的预设力完全作用在测试表面上。然后移动仪器，将轮置于待测样品上方。
[0074]
耐划痕性与测试体在测试表面不会留下任何痕迹的最大力有关。结果以与典型要求进行比较的方式列于表3，“+”略高于要求，“++”显著高于要求。
[0075]
合金耐划痕性a+b+c++
[0076]
表3：板材的耐划痕性
[0077]
使用本发明的组成，在固化之前或之后不降低伸长率的情况下获得了改进的耐划痕性。
[0078]
实施例2
[0079]
在该实施例中，获得了工业尺寸(industrial dimensions)的本发明的产品。表4
中披露的合金是以工业尺寸的铸锭形式铸造的。
[0080]
合金si％fe％cu％mn％mg％cr％zntid0.200.240.160.951.00.180.0060.03
[0081]
表4：按重量％计的组成
[0082]
将铸锭剥皮并在600℃下均质化3小时。将铸锭使用500℃以上的起始温度热轧至7.6mm的厚度，并直接冷轧为0.76mm厚度的板材。将板材在340℃下退火1小时以获得完全再结晶的晶粒结构。最后，对板材进行拉伸为2.5％的张力矫直。
[0083]
表5中提供了在轧制方向l上表征的机械性能。
[0084][0085]
表5：板材的机械性能
[0086]
以与实施例1中相同的方式评估板材的耐划痕性。结果是++。

技术特征：
1.由铝合金制成的板材，所述铝合金按重量％计包含：mg：0.8-1.3，mn：0.8-1.2，cu：0.05-0.30，cr：0.05-0.30，fe：≤0.4，si：≤0.3，zn：≤0.25，ti：≤0.15，各杂质<0.05，杂质总计＜0.15，其余为铝。2.根据权利要求1所述的板材，其包含按重量％计的cr：0.10-0.30，优选cr：0.15-0.25。3.根据权利要求1或2所述的板材，其包含按重量％计的fe：0.15-0.35和/或si：0.10-0.25。4.根据权利要求1至3中任一项所述的板材，其包含按重量％计的mg：0.9-1.1。5.根据权利要求1至4中任一项所述的板材，其包含按重量％计的mn：0.85-1.15，优选mn：0.95-1.05。6.根据权利要求1至5中任一项所述的板材，其包含按重量％计的cu：0.10-0.25，优选cu：0.15-0.20。7.根据权利要求1至6中任一项所述的板材，其中纵向方向上的tys为至少130mpa，纵向方向上的a％为至少13％。8.根据权利要求1至7中任一项所述的板材，其中，在195℃下热处理4分钟后，纵向方向上的tys为至少110mpa，纵向方向上的a％为至少16％。9.根据权利要求1至8中任一项所述的板材的制造方法，其中，(a)由铝合金铸造板坯，所述铝合金按重量％计包含：mg：0.8-1.3，mn：0.8-1.2，cu：0.05-0.30，cr：0.05-0.30，fe：≤0.4，si：≤0.3，zn：≤0.25，ti：≤0.15，各杂质<0.05，杂质总计＜0.15，其余为铝，(b)在至少550℃的温度下均质化板坯，(c)将均质化的板坯热轧成厚度为3至10mm的中间轧制产品，(d)将所述中间轧制产品冷轧成板材，任选地在冷轧期间进行中间退火，(e)将所述板材在300℃至400℃的温度下退火，并使其在至少1％的伸展下经历张力矫直。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的板材用于制造涂覆的装饰部件的用途，优选用于制造用于车辆、家用器具或医疗器械的装饰部件的用途。11.根据权利要求10所述的用途，其用于制造车辆内饰件或车辆外部元件，其中车辆内饰件选自车门把手、变速箱装饰物、中央控制台装饰元件、仪表板装饰物、仪表板面板、车门装饰物和车门面板和电容功能元件，车辆外部元件选自车窗缘饰、车身侧面或车门的装饰条、后挡板装饰条、散热器格栅装饰物、轮毂覆盖件、腰线和保险杠管路。

技术总结
本发明涉及由铝合金制成的用于装饰的和可成形的部件的改进板材，所述铝合金按重量％计包含镁：0.8-1.3，锰：0.8-1.2，铜：0.05-0.30，铬：0.05-0.30，铁：≤0.4，硅：≤0.3，锌：≤0.25，钛：≤0.15，各杂质<0.05，杂质总计<0.15，其余为铝。本发明制造板材的方法包括铸造具有本发明组成的板坯、对板坯进行均质化、热轧和冷轧以及退火和张力矫直。本发明的板材对于制备涂覆的装饰部件、优选用于车辆、家用器具或医疗器械的装饰部件是特别有用的。器械的装饰部件是特别有用的。


技术研发人员：E
受保护的技术使用者：肯联铝业轧制品辛根两合股份有限公司
技术研发日：2022.02.10
技术公布日：2023/10/6