一种AlMg合金及其制备方法和其制成的氧化膜与流程

一种almg合金及其制备方法和其制成的氧化膜
技术领域
1.本发明属于合金及制造领域，具体涉及一种almg合金及其制备方法和其制成的氧化膜。


背景技术：

2.铝合金由于其优异的比强度、耐蚀性能、焊接性能、气密性等优点，在各种对材料性能有较高要求的机械设备和结构上得到了广泛应用。易于焊接并具有一定强度和良好阳极氧化性能的almg合金被用于制造服役环境中存在一定的腐蚀和摩擦介质，并对零件阳极氧化后表面颜色均匀性有一定要求的结构件，如用于制造集成电路和液晶显示器面板的真空腔室及其零部件，以及各种需要快速移动的智能生产设备。在这些领域使用的almg合金材料主要包括5052、5083等牌号，在加工成各种零部件后进行表面阳极氧化处理，在合金的表面形成一层致密的氧化铝薄膜，厚度一般为几个到几十个微米，进一步提高零件表面的硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能等以满足苛刻的服役条件。
3.almg合金体系以mg为主要的强化元素，一般mg含量在1.5～5.5％wt，并添加了mn、cr、cu、ti等微合金元素以调控微观组织和析出相形态与数量。通过熔炼、铸造、变形、热处理等一系列加工工序进行生产以保证各项使用性能。该系合金主要强化相为al3mg2析出物，(fe,cr)3sial12和mg2si等作为杂质相不连续分布于晶界处。
4.almg合金的阳极氧化性能评价中包括氧化膜的厚度、耐腐蚀能力、耐磨损性能、氧化后的颜色均匀性等指标。提高阳极氧化性能主要通过降低合金元素的偏析程度、细化晶粒和促进析出相均匀分布等途径实现。在阳极氧化的过程中，分布于晶界处的大颗粒析出相作为杂质嵌入生长中的氧化膜内，损害了氧化膜的致密性和完整性，降低了氧化膜对基体材料的保护作用。这种现象与合金元素的加入种类、加入量以及铸造和变形的物理过程密切相关，只能尽量改善，而无法完全消除。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种almg合金及其制备方法和其制成的氧化膜，具体技术方案如下：
6.一种almg合金，晶界析出相主要是(fe,cr)3sial12和mg2si，晶界析出相为球状；整体晶粒尺寸为40-60微米。
7.该合金由≤60ppm的fe，≤60ppm的si，≤20ppm的mn，≤20ppm的cu，≤10ppm的cr，500-900ppm的zr，1.5～5.5wt％的mg和余量的al经熔炼、浇铸、均匀化热处理制成。
8.一种almg合金的制备方法，包括以下步骤：
9.步骤1：将≤60ppm的fe，≤60ppm的si，≤20ppm的mn，≤20ppm的cu，≤10ppm的cr，500-900ppm的zr，1.5～5.5wt％的mg和余量的al，经熔炼浇铸成板坯；
10.步骤2：将步骤1得到的板坯进行均匀化热处理，处理工艺为先在470℃条件下热处理2h，后在510-550℃条件下处理5-25h，出炉后在空气中冷却至室温；
11.步骤3：将步骤2得到的铸坯加热至415℃，保温5-15h，后轧至目标尺寸即可制得目标产品。
12.一种前述almg合金制成的氧化膜，当膜厚为20-60μm时，其耐击穿电压为1.26-3.8kv，盐酸气泡腐蚀实验时间为46-123min。
13.合金中晶界析出相主要是(fe,cr)3sial12和mg2si等，这些富含fe/cr/si等元素的杂质相不连续分布于晶界处，形态往往表现为长针状，在阳极氧化的过程中被生长中的氧化膜包裹在内，破坏了氧化膜的完整性，减少了氧化膜的有效厚度，降低了氧化膜对基体的保护作用。本发明通过减少fe、si、cu、mn等形成晶间析出相的合金元素的含量，并用微量的zr取代cr，结合优化的均匀化热处理工艺，使晶界间析出相颗粒数量减少，并改善其形态，使其充分球化，降低晶间析出相对氧化膜完整性的破坏。微量的zr加入合金中取得了更好的细化晶粒的效果，使材料的晶粒组织更加均匀细小，提高晶界的数量，使残留的少量晶间析出相可能的析出位置更多，从而使其分布更加弥散，进一步降低了其有害作用。在不明显增加成本的条件下，达到了提高铝合金材料阳极氧化性能的目的，拓展了almg合金的应用领域。
附图说明
14.图1为普通5052铝合金与本发明实施例1的晶粒组织对比图。
15.其中a,c为实施例1材料1/4板厚处与1/2板厚处的晶粒组织；b,d为5052材料1/4板厚处与1/2板厚处的晶粒组织。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.实施例1
18.按以下步骤制备almg合金：
19.步骤1：按以下组成准备原料，60ppm的fe，50ppm的si，20ppm的mn，20ppm的cu，10ppm的cr，500ppm的zr，2.45wt％的mg和余量的al，经熔炼浇铸成板坯，板坯尺寸为440x1260x4000mm；
20.步骤2：将步骤1得到的板坯进行均匀化热处理，处理工艺为先在470℃条件下热处理2h，后在510-550℃条件下处理5-25h，空冷至室温；
21.步骤3：将步骤2得到的铸坯加热至415℃，保温5-15h，后轧至目标尺寸即可制得目标产品。
22.制得的合金晶粒组织图如图1中的a,c所示，由图1可见本发明材料的晶粒尺寸明显减小，晶粒细化效果明显。
23.实施例2
24.按以下步骤制备almg合金：
25.步骤1：按以下组成准备原料，45ppm的fe，50ppm的si，10ppm的mn，10ppm的cu，5ppm
的cr，900ppm的zr，2.51wt％的mg和余量的al，经熔炼浇铸成板坯，板坯尺寸为440x1260x4000mm；
26.步骤2：将步骤1得到的板坯进行均匀化热处理，处理工艺为先在470℃条件下热处理2h，后在510-550℃条件下处理5-25h，空冷至室温；
27.步骤3：将步骤2得到的铸坯加热至415℃，保温5-15h，后轧至目标尺寸即可制得目标产品。
28.制得的合金的晶粒尺寸明显减小，晶粒细化效果明显。
29.将普通5052合金、实施例1和实施例2制得的合金按照gb/t8013-2018(iso7599-2010)进行阳极氧化处理和检测。在采用almg合金制造的半导体腔室设备或液晶显示器腔室设备中，需要对阳极氧化后的材料进行耐击穿电压实验和滴液实验以评价材料的阳极氧化性能。滴液实验中，将浓盐酸溶液滴定到材料试样表面之后开始计时，以氧化膜被盐酸腐蚀穿透后与铝合金基体材料发生反应，释放出第一个气泡的时间作为耐蚀性能的评价指标，测试结果如表1和表2所示。
30.表1：普通5052合金、实施例1和实施例2制得的合金耐击穿性能表
[0031][0032][0033]
表2：普通5052合金、实施例1和实施例2制得的合金耐盐酸气泡腐蚀性能表。
[0034][0035]
表2可见，本发明所采用的材料耐击穿电压和耐盐酸腐蚀的性能有明显的提升。
[0036]
实施例3
[0037]
按以下步骤制备almg合金：
[0038]
步骤1：按以下组成准备原料，30ppm的fe，20ppm的si，5ppm的mn，5ppm的cu，2ppm的cr，800ppm的zr，2.51wt％的mg和余量的al，经熔炼浇铸成板坯，板坯尺寸为440x1260x4000mm；
[0039]
步骤2：将步骤1得到的板坯进行均匀化热处理，处理工艺为先在470℃条件下热处理2h，后在550℃条件下处理5h，空冷至室温；
[0040]
步骤3：将步骤2得到的铸坯加热至415℃，保温10h，后轧至目标尺寸即可制得目标产品。
[0041]
制得的合金的晶粒尺寸约为50微米，晶粒细化效果明显。
[0042]
实施例4
[0043]
按以下步骤制备almg合金：
[0044]
步骤1：按以下组成准备原料，20ppm的fe，10ppm的si，2ppm的mn，3ppm的cu，2ppm的cr，700ppm的zr，2.51wt％的mg和余量的al，经熔炼浇铸成板坯，板坯尺寸为440x1260x4000mm；
[0045]
步骤2：将步骤1得到的板坯进行均匀化热处理，处理工艺为先在470℃条件下热处理2h，后在510℃条件下处理25h，空冷至室温；
[0046]
步骤3：将步骤2得到的铸坯加热至415℃，保温15h，后轧至目标尺寸即可制得目标产品。
[0047]
制得的合金的晶粒尺寸约为40微米，晶粒细化效果明显。
[0048]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0049]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种almg合金，其特征在于：该合金主要强化相为al3mg2析出物，晶界析出相主要是(fe,cr)3sial12和mg2si，晶界析出相为球状；整体晶粒尺寸为40-60微米。2.根据权利要求1所述的almg合金，其特征在于：其由≤60ppm的fe，≤60ppm的si，≤20ppm的mn，≤20ppm的cu，≤10ppm的cr，500-900ppm的zr，1.5～5.5wt％的mg和余量的al经熔炼、浇铸、均匀化热处理制成。3.一种如权利要求1-2所述的almg合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将≤60ppm的fe，≤60ppm的si，≤20ppm的mn，≤10ppm的cr，500-900ppm的zr，1.5～5.5wt％的mg和余量的al，经熔炼浇铸成板坯；步骤2：将步骤1得到的板坯进行均匀化热处理，处理工艺为先在470℃条件下热处理2h，后在510-550℃条件下处理5-25h后出炉空气中冷却至室温；步骤3：将步骤2得到的铸坯加热至415℃，保温5-15h，后轧至目标尺寸即可制得目标产品。4.一种如权利要求1-2所述的almg合金制成的氧化膜，其特征在于：制成的膜厚为20-60μm时，其耐击穿电压为1.26-3.8kv，盐酸气泡腐蚀实验时间为46-123min。

技术总结
本发明公开了一种AlMg合金，该合金主要强化相为Al3Mg2析出物，晶界析出相主要是(Fe,Cr)3SiAl12和Mg2Si，晶界析出相为球状；整体晶粒尺寸为40-60微米。本发明的有益效果是：本发明通过减少Fe、Si、Cu、Mn等形成晶间析出相的合金元素的含量，并用微量的Zr取代Cr，结合优化的均匀化热处理工艺，使晶界间析出相颗粒数量减少，并改善其形态，使其充分球化，降低晶间析出相对氧化膜完整性的破坏。在不明显增加成本的条件下，达到了提高铝合金材料阳极氧化性能的目的，拓展了AlMg合金的应用领域。拓展了AlMg合金的应用领域。拓展了AlMg合金的应用领域。


技术研发人员：潘大刚 李玉凤
受保护的技术使用者：爱瑞科（苏州）材料科技有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/8/14