一种车用高光铝合金外饰件板材的制备方法
阅读说明：本技术 一种车用高光铝合金外饰件板材的制备方法 (Preparation method of automotive high-gloss aluminum alloy exterior trim plate ) 是由 江涛 倪慨宇 于 2020-10-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种车用高光铝合金外饰件板材的制备方法,其化学成分的质量百分比为:Si为0.02-0.05％,Fe为0.01-0.04％,Cu为0.002-0.005％,Mn为0-0.002％,Mg为0.6-1.0％,Cr为0-0.008％,Zn为0-0.006％,Ti为0.01-0.03％,其余余量为Al。本发明通过成分控制,制备工艺、氧化工艺调控,成品组织控制的方法来制备汽车装饰件,在整个流程中,铸造冷却、热轧工艺、冷轧工艺以及热处理工艺同时实现了组织均匀化控制和表面均匀化控制,可在最大程度实现了成分均匀化以及组织均匀化,为后续获得良好氧化膜层以及高光效果奠定了坚实的基础。(The invention discloses a preparation method of a vehicle highlight aluminum alloy exterior trimming part plate, which comprises the following chemical components, by mass, 0.02-0.05% of Si, 0.01-0.04% of Fe, 0.002-0.005% of Cu, 0-0.002% of Mn, 0.6-1.0% of Mg, 0-0.008% of Cr, 0-0.006% of Zn, 0.01-0.03% of Ti, and the balance of Al. The automobile decoration part is prepared by the method of component control, preparation process, oxidation process regulation and control and finished product structure control, in the whole process, the casting cooling, hot rolling process, cold rolling process and heat treatment process simultaneously realize structure homogenization control and surface homogenization control, can realize component homogenization and structure homogenization to the maximum extent, and lays a solid foundation for obtaining a good oxidation film layer and a high light effect subsequently.)
技术领域
本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种车用高光铝合金外饰件板材的制备方法。
背景技术
汽车保有量逐渐增加，汽车的更新换代也逐渐加快，在目前市场增长乏力的情况下，中高端车市场正悄然上涨。中高端车主要以性能以及外形取悦消费者，随着消费者对汽车外观以及美感的提升，大量汽车装饰件应用到汽车外观中来提升汽车外观的美感，例如汽车车窗饰条，水切，顶盖饰条，进气栅，轮眉饰条，门槛饰条，尾门饰条等等。目前高端车用的高光装饰条存在两大派系，例如日系、韩系等高端汽车依然采用的是不锈钢材料，而欧美汽车均采用是铝合金材料。高光铝合金饰条这一产品自本世纪初开始，就在北美及欧洲等发达国家的汽车、火车等交通工具上大量应用，十年前通过贸易手段这种类型的铝合金原材料从美国、瑞典等铝合金原产地进入国内市场，并快速应用到国内生产的外资车、合资车及高端国产车的镜面氧化及五金装饰领域。镜面氧化铝合金常用的有5505铝合金，5005铝合金以及1070A铝合金等具有成型能力高、氧化均匀性好和氧化亮度高的特点，截至目前，此类镜面铝的核心技术和产品市场，全部被德国安铝、美国美铝及肯连(瑞士)等几个跨国巨头公司所垄断，国内在这一产品上的研发和市场化方面，仍旧处于初始的摸索阶段。
目前中高端车用的高光装饰条存在两大派系，例如日系、韩系等高端汽车依然采用的是不锈钢材料，而欧美汽车均采用是铝合金材料。不锈钢这种材质的饰条无疑大大加重了外饰件的重量，对传统汽油车来说不利于油耗量降低，对于电动车来说也严重影响汽车续航里程。此外，由于不锈钢材质的原因，不锈钢在折弯成型过程中很容易出现褶皱，开裂，发雾和发白等缺陷，并且不锈钢饰条制备工艺流程复杂，导致生产成本较高。此外，欧美高光饰条的铝合金及制备工艺的技术还未被国内铝加工厂或者零部件公司完全掌握。而本发明提出采用5505铝合金替代不锈钢，通过严格控制装饰条用铝合金的化学成分、铸造质量、热轧以及冷轧加工工艺，获得强度适中的、适合轻微机械抛光的铝合金基体，并通过优化电解抛光以及阳极氧化工艺来获得质量良好的氧化膜层以达到外观美化，使用满足要求的装饰条。本发明制备的汽车装饰件既能满足高亮度的外观要求，也可达到一定的强度要求来满足冲压成型以及后续使用不变形的目标，与采用1060，1070这种低强度铝合金的装饰件对比具有较强的优势，同时也能大幅度降低国外铝合金原材料的采购价格。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种车用高光铝合金外饰件板材及其制备方法，通过成分控制，制备工艺、氧化工艺调控，成品组织控制的方法来制备汽车装饰件，在整个流程中，铸造冷却、热轧工艺、冷轧工艺以及热处理工艺同时实现了组织均匀化控制和表面均匀化控制，可在最大程度实现了成分均匀化以及组织均匀化，为后续获得良好氧化膜层以及高光效果奠定了坚实的基础。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种车用高光铝合金外饰件板材的制备方法包括(1)铸锭熔铸；(2)铸锭均匀化处理；(3)热轧；(4)冷轧；(5)中间退火；(6)冷轧；(7)成品退火；(8)裁切；（9）冲压成型；（10）机械抛光；（11）阳极氧化，具体包括以下步骤：
A：铸锭熔铸：将铝锭、铝中间合金锭、镁锭和锰剂按比例加入到熔炼炉中进行熔化、精炼、除渣、搅拌后，将形成的铝液放入静置炉中静置；再将上述铝液在700℃下过滤后往铝液中添加晶粒细化剂，再经氩气精炼后，用半连续铸造法将精炼铝液铸造成铝合金扁铸锭；
B：铸锭均匀化处理：将铝合金扁铸锭经保温处理后锯头尾、铣面，再进入加热炉进行均匀化处理；
C：将出炉后的锭坯先（3）热轧，再（4）冷轧、（5）中间退火，最后再次（6）冷轧得到铝合金板材；
D：经过清洗、除油、（7）成品退火、（8）裁切、（9）冲压成型、（10）机械抛光和（11）阳极氧化后得到的带材在拉伸弯曲矫直机上进行拉伸矫直，得到板形较好的带材，即得所述车用高光铝合金外饰件板材。
所述车用高光铝合金外饰件板材的化学成分质量百分比为:Si为0.02-0.05％（Si较容易与Fe结合形成化合物，控制Si的含量为了获得较少量的化合物，避免氧化后氧化膜内含AlFeSi相较多影响氧化膜的光泽度），Fe为0.01-0.04％（Fe元素通常为工业纯铝锭中的杂质，其含量越低越好，0.04%的含量控制为了获得较少量的化合物，避免氧化后氧化膜内含AlFeSi相较多影响氧化膜的光泽度，同时一定的Fe含量也有助于铝锭热加工过程中的晶粒细化），Cu为0.002-0.005％，Mn为0-0.002％，Mg为0.6-1.0％（Mg为固溶相，提高基体强度，1%的含量控制为了获得较少的AlMg相，避免AlMg相的偏聚而引起组织不均匀或后续氧化膜的条纹缺陷，同时Mg含量越高，均匀化温度也随之要求更高），Cr为0-0.008％，Zn为0-0.006％，Ti为0.01-0.03％（Ti为细化剂，需保证一定的添加量，保证铸锭晶粒细化，特别是铸锭的次表层晶粒以及表层晶粒不能出现较粗大的晶粒，否则将会遗传到热轧组织以及冷轧组织中，最后以氧化条纹的形式呈现出来。），其他单个杂质不超过0.01％，其余余量为Al。
在（1）铸锭熔铸过程中，采用小规格的结晶器控制扁锭的厚度在400-450mm，使得冷却过程中热量能够均匀沿着周围向外散去，防止导热不均引起的激冷而造成铸锭表层金属组织不均匀，出现条纹缺陷，这种缺陷组织很容易遗传到成品板材上，乃至后续的氧化表面。
在（1）铸锭熔铸过程中，铝水过滤器对铸锭的洁净度起重要作用，采用40目+70目的双重过滤能够获得较纯净的铝合金铸锭；同时采用490℃/8h的均匀化制度处理铝合金基体内部化合物，使其转变为尺寸更小的化合物，为后续阳极氧化奠定了良好的铝基体。
在（3）热轧工序中，热轧粗轧开轧温度410～430℃，高的热轧温度容易引起粘铝，影响表面质量，较低的开轧温度会使得铝合金扁锭的热塑性不够。此外，热精轧终轧温度控制在360℃以上，以确保热轧完成后热轧卷有足够的温度进行自退火完成再结晶，冷却方式采用自然冷却2h后采用强风冷却至160℃以下，目的是使得完全再结晶的立方织构能够占比80%以上，以平衡后续冷轧过程的形变织构。立方织构和形变织构的平衡是解决条纹缺陷的关键。
此外，需要说明的是，高光且无条纹缺陷的氧化膜与铝合金基体组织密切相关，更与铝合金制备工艺密切相关，从熔铸、轧制到热处理每一道工序的优化都对氧化膜质量有一定程度影响，但只有单一工序的影响不明显。
在（4）（6）冷轧工序中，控制冷轧的单道次压下率40%，尽可能采用较少的冷轧道次，并根据成品厚度以及状态控制中间退火厚度，使得最后一道次的冷轧率＞60%为后续成品退火获得足够高的冷变形储能。
在（4）（6）冷轧工序中，主要是为获得较多形变组织来提升板材的力学性能，但板材的形变必须均匀分布于板材表面及芯部，与板材内部已经存在的立方织构处于平衡分布状态。
在（5）中间退火料温控制340～360℃，保温4～6h后出炉，获得完全再结晶组织，以及部分弥散析出组织。
在（7）成品退火中采取炉气温度210～240℃/3～5h除油，之后金属温度260～290℃/4～6h成品退火，调控材料力学性能已获得H22、H24等不同状态。
在成品组织中，至少有90%的金属间化合物颗粒尺寸小于5μm，少于10%的金属间化合物颗粒尺寸在5-10μm，少于1%的金属间化合物颗粒尺寸在10-15μm，没有大于15μm的颗粒。这种基体组织能很好适应表层进行阳极氧化覆膜，从而获得结构致密，质量良好的氧化膜层。优良的成品组织是获得高光氧化膜的决定性条件。
在（10）抛光过程中，除了除去必要的因冲压成型而产生的边角毛刺的机械抛光以外，还有改善表面状态的电解抛光，确保零件的表层粗糙程度在0.02μm以下，满足光亮氧化的基体需求。
在（11）阳极氧化过程中，注意控制氧化槽的温度，确保电解槽温度不超过35℃，保证氧化膜在较低的温度生成致密结构膜层，且其膜层厚度控制在5-10μm为最佳，氧化膜槽液温度较高，会使得氧化膜结构疏松，同时氧化膜的厚度较大的时候则使得氧化膜的光泽度降低。
有益效果：采用本发明的车用高光铝合金外饰件板材制备工艺，不仅能够减轻汽车重量，还能避免不锈钢成型过程中的表面缺陷，本发明的铝合金板材基体组织致密均匀，产品经阳极氧化后达到高亮度，无明暗相间的条纹缺陷，满足客户对色泽亮度的要求，解决了现有技术材质强度以及表面质量的技术问题。
附图说明
图1为不同厚度铸锭的各轧制道次晶粒组织图；图中1,2,3,4,5为不同轧制道次，左侧为扁锭厚度为520mm的板材组织，右侧为扁锭厚度为420mm的板材组织；由图可知，扁锭厚度越小，条纹缺陷改善明显；
图2为不同均匀化温度处理的阳极氧化后铝合金带材中化合物分布图；左侧图为460℃均匀化温度；右侧图为490℃均匀化温度；由图可知，采用采用40目+70目的双重过滤及高温均匀化处理的铝合金变得更纯净，阳极氧化后亮度为580-620Gu比左侧的亮度520-560Gu高出许多；
图3为不同终轧温度的立方织构含量对比图；左侧终轧温度为380℃的立方织构占比85%为获得高亮度和无条纹缺陷的氧化膜的优选组织；右侧终轧温度为330℃的立方织构占比63%容易产生条纹缺陷；
图4不同成品组织下的氧化膜表面形貌对比图；左侧采用小规格扁锭，高温均匀化，高终轧温度获得的铝合金板材在阳极氧化后获得高光、平整且无外观缺陷的氧化膜；右侧采用大规格扁锭、低温均匀化、低终轧温度的铝合金氧化膜表面不平整，存在条纹缺陷。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
一种车用高光铝合金外饰件板材，其化学成分的质量百分比为:Si为0.04％，Fe为0.03％，Cu为0.005％，Mn为0.002％，Mg为0.8％，Cr为0.005％，Zn为0.004％，Ti为0.01％，其他单个杂质不超过0.01％，其余余量为Al。
所述车用高光铝合金外饰件板材的制备方法按以下步骤：
1）将铝锭、铝中间合金锭、镁锭和锰剂按比例加入到熔炼炉中，在730℃下进行熔化、精炼、除渣、搅拌后，搅拌速度为80r/min，将形成的铝液放入静置炉中静置2.0 h；
2）在700℃下，铝液经过40目+70目的双级过滤装置后，往铝液中添加晶粒细化剂，细化剂为Al-5Ti-0.2B，其添加量为60~120ppm 。并经氩气精炼后，用半连续铸造法将精炼铝液铸造成铝合金扁铸锭，扁锭规格为400mm厚度；
3）将铝合金扁铸锭经保温处理后锯头尾、铣面，其中，铣面量为22mm/面，铣后铸锭厚度为356mm。进入加热炉进行均热，均热温度为490℃，时间为8 h调至420℃保温2h后出炉热轧；
4）将出炉后的锭坯经热轧机轧成6.4mm厚的热轧带材，控制热粗轧最后3道次压下率≥50%，控制热精轧各道次压下率≤35%，精轧机的终轧温度为360℃（具体压下率见下表）；
5）将热轧卷空冷2h后采用强风冷却至160℃以下。
6）将6.4mm的热轧卷冷轧至1.5mm，单道次的压下率控制约为40%；
7）将1.5mm的冷轧卷采用350℃/4h的中间退火处理制度；
8）1.5mm的冷轧卷再次冷轧至1.2mm的成品厚度，获得H22状态板材。
9）经过清洗、除油、成品退火、裁切、冲压成型、机械抛光和阳极氧化后得到的带材在拉伸弯曲矫直机上进行拉伸矫直，得到板形较好的带材，即得所述车用高光铝合金外饰件板材，其抗拉强度115-135Mpa，屈服强度70-90MPa，延伸率16-20%。
上述成品退火中采取炉气温度220℃/4h除油，之后金属温度280℃/5h成品退火；
上述成品退火后的成品组织中，至少有90%的金属间化合物颗粒尺寸小于5μm，少于10%的金属间化合物颗粒尺寸在5-10μm，少于1%的金属间化合物颗粒尺寸在10-15μm，没有大于15μm的颗粒。
在上述阳极氧化过程中，电解槽温度不超过35℃，保证氧化膜在较低的温度生成致密结构膜层，且其膜层厚度控制在5-10μm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
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