铝合金材料及其制备方法和铝合金结构件与流程

本技术实施例涉及铝合金，特别是涉及一种铝合金材料及其制备方法和铝合金结构件。

背景技术：

1、铝合金是一种轻金属材料，由于其良好的性能而被广泛应用于航空、航天、交通、机械、消费电子等行业。其中，al-zn-mg-cu系铝合金是强度较高的一类。现有应用在3c(包括计算机、通讯和消费电子产品)领域的al-zn-mg-cu系铝合金最高屈服强度为460-480mpa，若使用更高强度的al-zn-mg-cu系铝合金，则铝合金阳极氧化膜层外观效果和可靠性会下降，这是因为更高强度的al-zn-mg-cu系铝合金通常是通过高含量的zn形成更多的强化相mgzn2从而带来强度的增加，但是高含量的zn元素会导致阳极氧化膜层外观效果和可靠性的下降，主要表现为阳极氧化膜层产生麻点，膜层易脱落、腐蚀倾向增加等，从而限制了al-zn-mg-cu系铝合金在3c领域的使用。

2、因此，有必要开发一种同时兼顾高屈服强度、良好阳极氧化外观效果和膜层可靠性的al-zn-mg-cu系铝合金，以拓宽在消费电子等领域的应用。

技术实现思路

1、鉴于此，本技术实施例提供一种铝合金材料，兼具高屈服强度、良好阳极氧化外观效果和膜层可靠性，从而可以拓宽在3c领域的应用，提高3c产品市场竞争力。

2、本技术实施例第一方面提供一种铝合金材料，该铝合金材料包括如下重量百分比的组分：zn：5.5％-6.5％，mg：1.4％-2.2％，cu：0.1％-0.5％，以及al和不可避免的杂质，所述铝合金材料不含锶和锆，所述铝合金材料的屈服强度大于或等于520mpa。

3、本技术实施例提供的铝合金材料，为一种al-zn-mg-cu系铝合金材料，通过将合金元素zn、mg和cu控制在适合的含量范围，在各特定含量元素的协同作用下结合特定工艺制备，可以保证铝合金材料良好的阳极氧化外观效果和膜层可靠性，并兼具高屈服强度，从而可以拓宽al-zn-mg-cu系铝合金在3c领域的应用，更好地满足3c领域外观件需同时兼顾高屈服强度、良好阳极氧化外观效果和膜层可靠性的需求，提升3c设备外观和抗变形能力，进而提升用户体验。

4、本技术实施方式中，所述铝合金材料的组织结构内部的相包括α-al相和析出于所述α-al相内的析出相，所述析出相包括mgzn2强化相。其中，所述相是指具有同一化学成分、同一原子聚集状态和性质的均匀连续组成部分，不同相之间有界面分开。mgzn2是mg与zn形成的金属间化合物。

5、本技术实施方式中，所述mgzn2强化相的尺寸小于10nm。该铝合金材料的组织结构内部的mgzn2强化相的尺寸小，有利于提高al-zn-mg-cu系铝合金的屈服强度。

6、本技术实施方式中，所述铝合金材料中，所述mgzn2强化相的体积分数大于4％。即尺寸在10nm以下的mgzn2强化相占整个铝合金材料的体积分数大于4％。mgzn2强化相尺寸小且分布密度高，有利于更好地提升铝合金材料的屈服强度。

7、本技术实施方式中，α-al相中的al晶粒的平均尺寸小于150μm。al晶粒尺寸小，能够使铝合金材料内部形成更紧密的结构，更好地提高铝合金材料的力学性能。

8、本技术实施方式中，铝合金材料的屈服强度大于或等于520mpa。其中，屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，也就是抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服现象出现的金属材料，规定以产生0.2％残余变形的应力值作为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。铝合金材料的屈服强度越高，则抵抗变形的能力越高，将其用于3c领域外观件的制备，能够更好地抵抗外力，降低因受外力导致的变形和破坏风险，更好地保持外观件的结构稳定性。

9、本技术实施方式中，铝合金材料的抗拉强度大于或等于560mpa。抗拉强度是金属材料由均匀塑性形变向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力，即金属材料在拉断前承受的最大应力值。抗拉强度即表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形。铝合金抗拉强度高，说明铝合金材料在做拉力试验时将其拉断需要的力更大，表明铝合金材料的抗破坏力更强，将该铝合金材料用于3c领域外观件的制备，能够更好地抵抗外力，保持外观件的结构稳定性。

10、本技术实施方式中，铝合金材料的延伸率大于或等于5％。延伸率是描述材料塑性性能的指标，是试样拉伸断裂后标距段的总变形δl与原标距长度l之比的百分数。延伸率越高，则材料的延展性和韧性越好，将其用于3c领域外观件的制备，能够更好地抵抗外部冲击、挤压和拉力等各种压力，提高外观件的耐久性。延伸率高还意味着可塑性更强，即能够更好地适应不同的形状和尺寸，可以在生产过程中更容易地被加工成各种形状的外观件，能够更好地匹配产品的各种要求，提高产品的可靠性和稳定性。

11、本技术实施方式中，铝合金材料的维氏硬度大于或等于140hv。维氏硬度，是指用一个相对面间夹角为136度的金刚石正棱锥体压头，在规定载荷f作用下压入被测试样表面，保持定时间后卸除载荷，测量压痕对角线长度d，进而计算出压痕表面积，最后求出压痕表面积上的平均压力，即为金属的维氏硬度值，用符号hv表示。在实际测量中，并不需要进行计算，而是根据所测d值，直接进行查表得到所测硬度值。

12、本技术实施方式中，锌(zn)是al-zn-mg-cu系铝合金材料的主要合金元素，zn元素可与mg元素结合形成具有显著强化效果的mgzn2相，明显提升铝合金强度和硬度。然而，过高的zn元素含量，会导致铝合金耐蚀性降低，以及阳极氧化膜外观效果和膜层可靠性的降低。本技术将zn元素加入量控制在5.5％-6.5％，有利于较好地提升铝合金强度，同时获得良好的阳极氧化膜外观效果和膜层可靠性，有利于应用在3c类产品。

13、本技术实施方式中，镁(mg)与zn元素结合形成强化相mgzn2，对合金强化提升明显，但镁元素含量太高会使铝合金材料的加工成型性能下降，还会降低铝合金的韧性。本技术将mg元素加入量控制在1.8％-2.2％，有利于较好地提升铝合金强度，同时使铝合金获得良好的加工成型性能和较高韧性，有利于加工成各种形状的产品，降低产品裂纹的产生风险。

14、本技术实施方式中，铜(cu)元素具有一定的固溶强化作用，且与al可形成金属间化合物al2cu，可提升铝合金的强度，同时还能提高铝合金的耐蚀性能。而过量cu元素的添加也会带来铝合金材料可焊接性的下降，还会使得在阳极氧化处理过程中形成红色的cu2o，从而导致阳极氧化膜表面出现异色，例如发黄，影响阳极氧化外观。本技术将cu元素加入量控制在≤0.35，有利于较好地提升铝合金强度，同时使铝合金获得良好的耐蚀性和阳极氧化效果。

15、本技术实施例的铝合金材料，通过加入适量的锌(zn)、镁(mg)和铜(cu)元素，可形成al-zn-mg-cu系高强高韧铝合金，得到具有高强度、高韧性、高耐蚀性和良好阳极氧化性能的铝合金挤压型材。

16、本技术一些实施例中，zn和mg重量百分比之和小于或等于8.5％。将zn和mg的总重量百分比控制在上述范围，有利于铝合金材料在获得高强度的同时获得更好的耐蚀性和韧性。

17、本技术一些实施例中，zn、mg和cu重量百分比之和小于或等于8.5％。将zn、mg和cu的总重量百分比控制在上述范围，有利于铝合金材料在获得高强度的同时获得更好地耐蚀性和加工成型性。

18、本技术实施方式中，铝合金材料进行阳极氧化后所得阳极氧化膜的无材料纹，无麻点。本技术铝合金材料能够进行阳极氧化，并在阳极氧化后获得高亮高光泽度的高质量阳极氧化膜，有利于其作为3c类产品外观壳体材料，提升3c类产品的外观效果。

19、本技术实施方式中，铝合金材料进行阳极氧化后所得阳极氧化膜能够通过48h中性盐雾试验、和/或48h人工酸汗(ph 4.7)试验、和/或48h人工碱汗(ph 9.5)试验、和/或120h高温高湿(55℃，95％rh)试验。本技术铝合金材料经阳极氧化后能够具有优异的耐腐蚀性能，从而能够提高其在不同复杂环境下使用的服役可靠性。

20、本技术实施方式中，铝合金材料还可以包括其他金属元素，其他金属元素可以是包括：硅、铁、锰、铬、钛、钒、硼中的一种或多种。上述其他金属元素的单个元素的重量百分比可以是小于1％，其他金属元素的总重量百分比小于5％。其中，较低含量的硅有利于提高铝合金的韧性，降低热裂倾向，提高尺寸稳定性，同时si可与mg结合形成mg2si，有利于提升铝合金的强度。较低量铁(fe)元素可以提升铝合金材料的加工性和耐磨性。少量的mn和cr能够提高铝合金的耐应力腐蚀性能。钛、钒、硼的加入可以提升铝合金材料的强度和可塑性。

21、本技术实施方式中，铝合金材料中，不可避免杂质的重量百分比小于或等于0.15％。通过将不可避免杂质含量控制在较小的值，有利于提升铝合金材料的综合性能。

22、本技术提供的铝合金材料，其组分是综合考虑各个化学元素对铝合金综合性能指标(包括屈服强度、抗拉强度、延伸率、阳极氧化膜外观等)的贡献而确定的，通过上述特定含量的各元素的联合作用，使其能够通过工艺获得强化相的尺寸较小的组织结构，从而得到具有较高屈服强度和良好阳极氧化膜外观等优异综合性能的铝合金型材。本技术实施例的铝合金材料是一种铝合金挤压型材，可以是板状、片状结构。

23、本技术实施例第二方面还提供一种上述铝合金材料的制备方法，包括：

24、将各原料按照铝合金材料的组分配比进行熔化，再经精炼处理后，进行铸造得到铸锭；

25、将所得铸锭进行均质退火后，再进行挤压，得到挤压材；

26、将所得挤压材进行变形处理，再进行时效处理，得到所述铝合金材料。

27、其中，变形处理是通过施加压力使挤压材再一次变形，通过该变形处理可以增加挤压材的位错密度，增加强化相的形核位置，在后续的时效处理过程中，形核密度增加，则强化相更加细小且数量多，对后续塑性变形过程中的位错的运动阻碍增强，宏观表现为屈服强度和抗拉强度的增加。也就是说，本技术实施例通过对挤压材进行变形处理后再进行时效处理，能够增加强化相的密度并减小强化相的尺寸，从而使所得铝合金材料的强度得到提升。

28、考虑到大变形可能会使得铝合金材料的塑形降低，为了在提高强度的同时保有较好的塑性，本技术实施例将变形处理过程中的变形量控制在5％-30％范围内。其中，变形量＝((挤压材变形前的体积—挤压材变形后的体积)/挤压材变形前的体积)*100％。

29、在一些实施例中，变形处理的方式包括锻压、拉伸或轧制等。通过锻压、拉伸或轧制等方式不仅可以实现变形，而且可以较好地控制变形量。

30、本技术实施方式中，所述时效处理的温度可以是100℃-150℃，时间可以是8-20小时。

31、本技术实施例第三方面提供一种铝合金结构件，铝合金结构件包括铝合金结构件本体和形成在铝合金结构件本体表面的阳极氧化膜，铝合金结构件本体采用本技术实施例上述的铝合金材料制成。铝合金结构件采用本技术实施例上述的铝合金材料加工成型后经阳极氧化处理得到。铝合金结构件可以是充当终端设备壳体、外观装饰件等的结构件，也可以是各种起支撑、承载作用的结构件。铝合金结构件具体例如可以是终端设备的中框、后盖、金属卡托、侧键或外观装饰件。

32、本技术实施方式中，阳极氧化膜无材料纹，无麻点。阳极氧化膜具有良好的外观效果，有利于提升铝合金结构件高颜值的获得，提升用户体验。

33、本技术实施方式中，阳极氧化膜的厚度，阳极氧化膜为双层结构，内层为致密无孔隙，且少水的al2o3构成，外层是具有孔隙的多孔层。利用阳极氧化膜的多孔吸附性，可通过染色实现铝合金结构件不同颜色外观效果。

34、本技术实施方式中，阳极氧化膜能够通过48h中性盐雾试验、和/或48h人工酸汗(ph 4.7)试验、和/或48h人工碱汗(ph 9.5)试验、和/或120h高温高湿(55℃，95％rh)试验。本技术铝合金材料阳极氧化膜具有优异的耐腐蚀性能，从而能够提高其在不同复杂环境下使用的服役可靠性。

35、本技术实施例还提供一种终端设备，终端设备包括本技术实施例上述的铝合金结构件，终端设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备、智能家庭终端等终端设备。铝合金结构件的阳极氧化膜作为终端设备的外观面。终端设备的外观面为使用者从终端设备的外部直接观察到的表面。

36、本技术实施方式中，所述铝合金结构件包括终端设备的后盖、中框、金属卡托、侧键或外观装饰件。