一种阳极氧化后表面异色改善的5000系铝合金板带材及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金加工领域，具体涉及一种阳极氧化后表面异色改善的5000系铝合金板带材及其制备方法。

背景技术

铝合金具有良好的强度和导热性能，经过阳极氧化处理的铝合金具有良好的耐磨和耐蚀性能，着色后外观可以呈现多种颜色，适用于汽车内饰部件和消费电子产品结构外观件。铝材的阳极氧化处理是一种电解氧化过程，在该过程中同时存在氧化膜的形成和溶解的两个对立的反应，最终在铝材的表面形成一层氧化膜，氧化层的状态取决于上述两个反应速度的相对快慢。这层氧化膜具有防护性、装饰性以及绝缘性等功能特性。

铝材的氧化膜分为壁垒型和多孔型两类。壁垒型氧化膜是一层紧靠金属表面的致密无孔的氧化膜层，一般非常薄，厚度不会超过0.1μm，主要用于制作电解电容器；而多孔型氧化膜是由两层氧化膜组成，底层是与金属表面连接的致密无孔的阻挡层，主体部分是多孔层结构，该氧化膜用于金属表面具有保护和装饰的效果。因此，适用于汽车内饰部件和消费电子产品结构外观件的铝材氧化膜为多孔型。

现有技术中，阳极氧化处理后的铝材表面氧化膜存在异色现象，异色区域沿铝材的加工方向呈条带状分布，宽度50μm~5mm，长度可以达到几个毫米，甚至十几个毫米。对铝材着色处理后的异色现象更加显著，显著降低3C部件的成品率，严重制约了铝材在消费电子、汽车和建筑幕墙领域的推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种阳极氧化后表面异色改善的5000系铝合金板带材及其制备方法，从而实现铝合金板带材经阳极氧化处理后表面异色缺陷程度降低，提高产品表面质量和成品率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种阳极氧化后表面异色改善的5000系铝合金板带材，其组分按质量百分比计为：Si≤0.10％、Fe＜0.15%、Cu≤0.10％、Mn≤0.02％、Cr≤0.35％、Mg=1.0％-3.0％、Ti≤0.02%，其它元素≤0.01％，余量为Al；铝合金板带材阳极氧化后的表面亮度差△L＜2，表面25cm

所述铝合金板带材的晶粒尺寸≤50μm，晶粒取向随机分布。

所述铝合金板带材的Cube织构面积占比5~20%，分布方差＜5.0%。

本发明还提出一种阳极氧化后表面异色改善的5000系铝合金板带材制备方法，首先，将合金成分进行熔炼和铸造，制备成铝合金扁锭，接着对铝合金扁锭进行高温加热处理，然后进行热轧和冷轧，再然后进行成品退火，得到铝合金板带材，最后对铝合金板带材进行阳极氧化处理；其特征在于：在冷轧过程中，进行多次冷轧和至少两次的中间退火处理。

其中，中间退火温度300℃~360℃，保温时间1~3h。

中间退火前的板材的多次冷轧的总冷轧率为50%~90%。

热轧终轧板材厚度为5.0mm~10.0mm。

成品退火温度120℃~280℃，保温时间1~3h。

所述合金成分按质量百分比计为：Si≤0.10％、Fe＜0.15%、Cu≤0.10％、Mn≤0.02％、Cr≤0.35％、Mg=1.0％-3.0％、Ti≤0.02%，其它元素≤0.01％，余量为Al。

所制备的阳极氧化后的铝合金板带材的表面亮度差△L＜2，表面25cm

本发明的原理是：本发明的发明人对铝材因阳极氧化和着色处理后表面颜色不均匀现象（异色条纹缺陷）的原因进行了详细调查和研究，结果发现阳极氧化处理后的铝材表面异色现象形成的原因与阻挡层和多孔层密切相关。首先，在阳极氧化的初期先形成阻挡层，铝基体与阻挡层之间并不是理想的平直界面，而是根据铝材表面晶粒取向的不同具有一定的波动起伏的，这主要是因为氧化膜在{001}面取向的晶粒上生长速度要比{011}面和{111}面上快，造成氧化膜厚度不均匀；其次，在阻挡层上开始形成多孔层，由于界面凹凸不平和晶粒取向差异的原因，大量的孔不能垂直于铝基体界面生长，造成多孔层中孔的有序度降低和不均匀分布。当阳极化铝材表面被自然光照射时，氧化膜层中的差异导致表面出现异色现象。

发明人又对铝材中的织构分布进行了调查和研究。工程中使用的铝材一般都是多晶材料，由于塑性变形和热处理的作用，许多晶粒取向集中分布在某一或某些晶向位置附近，形成织构。以铝板材为例，由于铝合金具有较高的层错能，其塑性变形机制主要是位错滑移，随着轧制变形量的增加，往往会形成纯铜型或黄铜型织构。轧制铝板材主要包括以下集中变形织构组分：Brass{011}<211>织构、Copper{112}<111>织构、S{123}<634>织构；另外，还有可能形成过渡Goss{011}<100>织构和非均匀变形时形成的表面纤维{001}<110>织构。经过轧制大变形的铝板材进行再结晶退火时，主要形成再结晶Cube{001}<100>和R{124}<211>织构；另外，还可能形成旋转立方{001}<110>织构、Q{013}<231>织构和P{011}<122>织构等等。

在上述研究的基础上，发明人又针对铝材表面织构分布特征与阳极化铝材表面异色出现的情况进行了大量研究，结果发现：与一次中间退火相比，多次中间退火能生成较多的再结晶晶粒，晶粒尺寸均匀细小，没有足够空间允许晶粒不均匀生长。多次退火后的铝材中以等轴晶为主，晶粒尺寸≤50μm，晶粒取向随机分布，且Cube织构的面积占比5~20%，分布方差＜5.0%，该铝材表面的阳极氧化处理后表面不出现异色现象。

本发明中铝材在阳极氧化处理之前，其表面经过化学抛光方法实施平坦化处理，使铝材的表面的轧制条纹消失，同时粗糙度Ra为0.4 μm或更小。较小的粗糙度并不能消除铝材表面异色现象，说明铝材阳极化表面异色与粗糙度没有必然的关联。但是，过高的粗糙度会导致铝材阳极氧化处理后外观质量差，被判定为不合格产品。

本发明的有益效果是：本发明通过冷轧塑性变形和多次中间退火处理，调控晶粒尺寸细小和分布均匀，晶粒取向分布随机，从而实现铝合金板带材经阳极氧化处理后表面异色缺陷程度降低，该方法对于变形铝材普遍适用，工业上容易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1中经2次中间退火的成品板材晶粒分布图。

图2为实施例2中经3次中间退火的成品板材晶粒分布图。

图3为对比例1中经1次中间退火的成品板材晶粒分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

一种阳极氧化后表面异色改善的5000系铝合金板带材，包括按质量百分比计的如下组分：Si≤0.10％、Fe＜0.15%、Cu≤0.10％、Mn≤0.02％、Cr≤0.35％、Mg=1.0％-3.0％、Ti≤0.02%，其它元素≤0.01％，余量为Al。所述铝合金板带材的晶粒尺寸≤50μm，晶粒取向随机分布，且Cube织构面积占比5~20%，其分布方差＜5.0%。阳极氧化后的铝带材表面质量优异，色泽均匀，亮度差△L＜2，表面25cm

所述铝合金板带材在制备时，根据工业铝板材的生产方法，生产化学成分如表1所示的铝合金铸锭，然后进行均热处理，接着通过热轧制备成5.0~10.0mm厚度的热轧板，再经过冷轧和再结晶退火处理，获得需要厚度(0.2mm~3.0mm)的铝合金板材，之后切割成200mm(长)×150mm(宽)的板材准备进行阳极氧化处理。

在阳极氧化处理之前，对板材进行化学抛光，具体为：将上述板材浸在15%的NaOH水溶液中，消除铝材表层原始氧化膜；然后，浸入20%的硝酸溶液中，使铝材表面清洁化。

阳极氧化处理时，本发明无需进行特别的限定，但是从铝材阳极化技术应用的普遍性角度考虑，采用硫酸水溶液作为电解液，硫酸溶液浓度在10%~25%，优选18%。阳极氧化处理温度在0°C~50°C，优选20°C。采用恒电流控制，根据铝材工件的表面积，选定电流密度1.2~1.8A/dm

对于铝材阳极氧化处理后的表面质量评价按照以下步骤进行：首先，将一定面积（50mm×50mm）样品置于D65光源下，裸眼观察是否存在缺陷，并用单反相机记录表面线条缺陷数量，即异色条纹缺陷。其次，采用色差仪测试样品表面直线长度50mm范围内等间距5个位置的亮度L，L值越高表示越白，反之越黑，计算亮度差△L=(L

对于铝材阳极氧化后表面异色程度的划分与表2中表面质量等级划分一致，A级和B级判断为合格产品，其阳极氧化后的表面异色程度可以接受；C级和D级为不合格产品，其阳极氧化后的表面异色程度不可接受。

对于铝材表面织构的分析，应该将阳极氧化前的铝板材切成8mm×8mm的小方块，进行电解抛光处理，电解液为高氯酸和乙醇混合溶液，电压20V，时间40s；然后，采用EBSD设备对样品进行检测，在放大倍率100倍条件下，沿着加工方向连续拍摄5幅EBSD图片，统计铝材表面各织构组分的分布情况，再取平均值。

关于织构分布均匀性的统计方法，考虑到铝材表面氧化膜存在异色区域沿铝材的加工方向呈条带状分布，并且宽度50μm~5mm。故而，在获得上述EBSD织构分布图片的情况下，将图片沿加工方向分成10个区域，每个区域宽度为100μm，再对每个小区域中的Cube织构的面积占比进行统计，并且计算方差。

实施例1-3为本发明所述铝合金板材制备方法，对比例1-2为有别于本发明所述方法的其他制备方法。各个实施例和对比例所制备的铝合金板材织构分布、阳极氧化后表面异色程度以及铝材中Cube织构的分布方差统计结果如表3所示。其中图1、2、3分别是对实施例1、实施例2和对比例1所制备铝合金板材进行织构分析时所获取的EBSD图片。

实施例1：采用表1中1#典型铝材成分，铝合金板材制备工艺如下：

（1）将上述合金成分进行熔炼和半连续铸造，制备成铝合金扁锭；

（2）采用高温加热处理铝合金扁锭，温度480℃，保温8h；

（3）将扁锭热轧成一定厚度的热轧板，厚度5mm；

（4）将所述热轧板进行多次冷轧和多次中间退火，多次冷轧的总冷轧率为80%，中间退火2次，退火温度300℃，保温时间2h；

（5）最后进行成品退火，成品退火温度280℃，保温时间2h，得到铝合金板材，铝材平均晶粒尺寸为44μm，Cube织构面积占比9.2%和分布方差2.1%，其晶粒分布如图1所示；

（6）采用阳极氧化处理，阳极氧化处理后的表面异色程度为A级，线条状缺陷数量（25cm

实施例2：采用表1中1#典型铝材成分，铝合金板材制备工艺如下：

（1）将上述合金成分进行熔炼和半连续铸造，制备成铝合金扁锭；

（2）采用高温加热处理铝合金扁锭，温度480℃，保温8h；

（3）将扁锭热轧成一定厚度的热轧板，厚度10mm；

（4）将所述热轧板进行多次冷轧和多次中间退火，多次冷轧的总冷轧率为80%，中间退火3次，退火温度320℃，保温时间2h；

（5）最后进行成品退火，成品退火温度130℃，保温时间3h，得到铝合金板材，铝材平均晶粒尺寸为42μm，Cube织构面积占比8.0%和分布方差2.8%，其晶粒分布如图2所示；

（6）采用阳极氧化处理，阳极氧化处理后的表面异色程度为A级，线条状缺陷数量（25cm

实施例3：采用表1中2#典型铝材成分，铝合金板材制备工艺如下：

（1）将上述合金成分进行熔炼和半连续铸造，制备成铝合金扁锭；

（2）采用高温加热处理铝合金扁锭，温度480℃，保温8h；

（3）将扁锭热轧成一定厚度的热轧板，厚度7mm；

（4）将所述热轧板进行多次冷轧和多次中间退火，多次冷轧的总冷轧率为50%，中间退火2次，退火温度360℃，保温时间2h；

（5）最后进行成品退火，成品退火温度150℃，保温时间1h，得到铝合金板材，铝材平均晶粒尺寸为48μm，Cube织构面积占比15.0%和分布方差4.8%；

（6）采用阳极氧化处理，阳极氧化处理后的表面异色程度为B级，线条状缺陷数量（25cm

对比例1：采用表1中1#典型铝材成分，铝合金板材制备工艺与实施例1基本相同，区别在于中间退火的次数和条件，其步骤如下：

（1）将上述合金成分进行熔炼和半连续铸造，制备成铝合金扁锭；

（2）采用高温加热处理铝合金扁锭，温度480℃，保温8h；

（3）将扁锭热轧成一定厚度的热轧板，厚度5mm；

（4）将所述热轧板进行多次冷轧和1次中间退火，中间退火温度300℃，保温时间2h；

（5）最后进行成品退火，得到铝合金板材，铝材平均晶粒尺寸为56μm，Cube织构面积占比11.3%和分布方差9.0%，其晶粒分布如图3所示；

（6）采用阳极氧化处理，阳极氧化处理后的表面异色程度为C级，线条状缺陷数量（25cm

对比例2：采用3#典型铝材成分及制备工艺，铝合金板材制备工艺与实施例1基本相同，主要区别在于材料成分以及中间退火的次数和条件，其步骤如下：

（1）将上述合金成分进行熔炼和半连续铸造，制备成铝合金扁锭；

（2）采用高温加热处理铝合金扁锭，温度480℃，保温8h；

（3）将扁锭热轧成一定厚度的热轧板，厚度6mm；

（4）将所述热轧板进行多次冷轧和1次中间退火，中间退火温度300℃，保温时间2h；

（5）最后进行成品退火，得到铝合金板材，铝材平均晶粒尺寸为46μm，Cube织构面积占比21.5%和分布方差9.7%；

（6）采用阳极氧化处理，阳极氧化处理后的表面异色程度为D级，线条状缺陷数量（25cm

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。