一种用于光亮阳极氧化的6401铝合金，采用99.99％的高纯度精铝，添加Si、Cu、Mg、Ti、C元素炼成的，其中Si0.35％至0.55％，Cu 0.08％至0.14％，Mg 0.35％至0.70％，Ti0.006％至0.012％，C微量，相当于Ti含量的20分之一，Fe≤0.04％，其它杂质≤0.01％，余量为铝，其中Si、Cu、Mg、Ti是有效成份，Fe是需限制其含量的主要杂质元素；其制备方法包括：将高纯度精铝锭置加热熔化成铝液，加入Si、Cu、Mg元素，铝液经流道以设定流量引向浇铸炉，按设定要求含量在铝液流道中连续加入Ti、C元素；经在线氩气精炼与过滤，热顶铸造后获得规格铝棒；用于制作光亮阳极氧化的汽车外饰件。
1.一种用于光亮阳极氧化的6401铝合金，其特征是，采用99.99％的高纯度精铝，添加Si、Cu、Mg、Ti、C元素炼成的，其各元素的质量占比为：余量为铝，其中Si、Cu、Mg、Ti、C是有效成份，Fe是需限制其含量的主要杂质元素；并经过以下步骤制备而成：步骤1、将99.99％的高纯度精铝锭置于铝熔炼炉中加热至730℃至740℃熔化成铝液；
步骤4、按设定要求含量在熔炼炉铝液中加入Si、Cu、Mg元素；
步骤8、将所述铝熔炼炉中的铝液经铝液流道以设定的单位时间流量引向浇铸炉，先根据铝液在流道中的单位时间流量，按设定要求含量在铝液流道中连续加入Ti、C元素；然后将已加入Ti、C元素的铝液引入在线精炼炉并再次通入氩气进行保温精炼；再将经再次精炼的铝液引入在线过滤装置进行在线过滤，最后引入结晶器进行热顶铸造，获得长规格铝棒。
2.如权利要求1所述的6401铝合金，其特征是，所述添加元素的质量占比为：。
3.如权利要求2所述的6401铝合金，其特征是，所述添加元素的质量占比为：
4.如权利要求1至3任一项所述的6401铝合金，其特征是，所述Si元素以铝硅中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，所述Cu元素以铝铜中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，所述Mg元素以精镁加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，所述Ti、C元素以铝钛碳中间合金细化剂连续加入出炉浇铸流道的方式添加。
5.如权利要求4所述的6401铝合金，其特征是，所述铝钛碳中间合金细化剂为AlTi3C0.15或AlTi5C0.2或AlTi5C0.3或AlTi5C0.5。
6.如权利要求4所述的一种用于光亮阳极氧化的6401铝合金的制备方法，其特征是，所述制备方法包括以下步骤：步骤1、将99.99％的高纯度精铝锭置于铝熔炼炉中加热至730℃至740℃熔化成铝液；
步骤4、按设定要求含量在熔炼炉铝液中加入Si、Cu、Mg元素；
步骤8、将所述铝熔炼炉中的铝液经铝液流道以设定的单位时间流量引向浇铸炉，先根据铝液在流道中的单位时间流量，按设定要求含量在铝液流道中连续加入Ti、C元素；然后将已加入Ti、C元素的铝液引入在线精炼炉并再次通入氩气进行保温精炼；再将经再次精炼的铝液引入在线过滤装置进行在线过滤，最后引入结晶器进行热顶铸造，获得长规格铝棒。
7.如权利要求6所述的6401铝合金的制备方法，其特征是，步骤4是在电磁搅拌的同时按设定要求含量在熔炼炉铝液中加入铝硅中间合金、铝铜中间合金及精镁。
8.如权利要求7所述的6401铝合金的制备方法，其特征是，在熔炼炉铝液中加入铝硅中间合金、铝铜中间合金后加入精镁。
9.如权利要求8所述的6401铝合金的制备方法，其特征是，在熔炼炉铝液中加入Si、Cu、Mg元素后用勺子取熔炼炉中铝液小样冷却后测定Si、Cu、Mg元素含量，并根据测定结果与要求含量的差异情况进行补偿微调。
10.如权利要求6所述的6401铝合金的制备方法，其特征是，步骤8中Ti、C元素以连续熔入中间合金细化剂AlTi3C0.15或AlTi5C0.2或AlTi5C0.3或AlTi5C0.5的方式加入。
11.如权利要求10所述的6401铝合金的制备方法，其特征是，步骤8中Ti、C元素以如下方式连续加入：取卷装的中间合金细化剂AlTi3C0.15或AlTi5C0.2或AlTi5C0.3或AlTi5C0.5线材套装在一被动转轮上，由一调速驱动装置牵引其熔入在流道中流动的铝液中。
12.如权利要求6所述的6401铝合金的制备方法，其特征是，步骤8中所述的过滤装置为70至120目陶瓷管式过滤器。
13.如权利要求6至12任一项所述的6401铝合金的制备方法，其特征是，在完成步骤
步骤9：将热顶铸造所获得长规格铝棒加热到540℃保温8至12小时，再加热到565℃保温6至10小时后冷却。
14.如权利要求13所述的6401铝合金的制备方法，其特征是，所述冷却过程包括将所述长规格铝棒置于冷却室先在空气中自然冷却30至60分钟，然后用冷水淋冷却至室温。
15.如权利要求4所述的6401铝合金，用于制作光亮阳极氧化的汽车外饰件。
一种6401铝合金及其制备方法和用途
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铝合金，尤其是一种用于光亮阳极氧化的6401铝合金；还涉及其制备方法和具体用途；属于有色金属材料铝合金及其冶炼与应用技术领域。
背景技术
[0002] 在铝合金熔炼行业，6063铝合金是应用最广泛的铝合金牌号。根据GB/T3190《变形铝及铝合金合金化学成分》，其化学成分含量百分比是：
[0003]
[0004] 6401铝合金是采用99.99％的高纯铝锭，再添加Si、Mg、Cu、Ti等合金元素炼成的。6401铝合金国际通用标准的化学成分含量百分比是：
[0005]Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti 其它单个 Al
0.35-0.7 ＜0.04 0.05-0.20 ＜0.03 0.35-0.7 ＜0.04 ＜0.01 ＜0.01 余量[0006] 从二者的化学成分含量百分比可以看出，6401铝合金的标准要求大大高于6063铝合金。将该合金用于光亮阳极氧化，是近年来由欧美国家发展起来的一项新技术。
[0007] 值得一提的是，人们一般会把经光亮阳极氧化处理过的铝制品误认为是电镀件；其实，它比电镀更好，至少阳极氧化膜与铝合金基体的结合力电镀件不可比，并且也无需消耗某些昂贵的金属材料。6401铝合金的光亮阳极氧化主要应用于具有高光泽、高耐蚀要求的装饰件，如“宝马”、“奔驰”等高档汽车的外装饰条、外装饰件等。一般来讲，阳极氧化膜的“外观质量”、“耐蚀性能”及“抗高温开裂性能”，均与材料的组织结构有着直接的关系。显而易见，随着汽车轻量化的发展趋势，该项技术蕴含着巨大商机。
[0008] 申请人是汽车零部件制造商敏实集团下属公司，主营汽车装饰条、装饰件等汽车外饰件，为拓展高档汽车配套业务，涉足本技术领域。开始我们想在国内直接采购6401铝合金用于光亮阳极氧化，将6401铝合金再经挤压、机加成形、机械抛光、阳极氧化等工序，制作光亮阳极氧化的汽车外饰件。然而，在国内能采购到的所谓6401铝合金达不到上述6401铝合金国际通用标准，更谈不上能直接用于光亮阳极氧化生产；迄今为止，在国内我们还没有找到能直接为我们提供合格的用于光亮阳极氧化的6401铝合金的厂家；由此，我们认为，用于光亮阳极氧化的6401铝合金及其制备技术目前在国内尚属空白；而且在国内外公开文献资料中，也没有检索到这方面关健技术的文献。试产以来，白线、麻点及色差等缺陷，顽固阻碍着生产的正常进行；以至于，一次氧化合格率不到10％，严重影响着产品的交付进度和企业的经济效益。后来我们专门成立了“攻关组”，对阳极氧化的外观问题立题进行技术攻关。有人说，“6401铝合金阳极氧化的外观质量，大部分决定于合金熔炼的质量”，这句话，一点不假。那么，为什么熔炼会对阳极氧化产生如此之大的影响呢？首先是因为我们的产品技术要求非常高——成品外观为全光亮，防护性能要求高；值得注意的是，光亮阳极氧化后的铝制品光亮表面，连极其微小的外观缺陷也会显露出来，如光亮表面肉眼可见的细小颗粒麻点，经电镜分析表明为直径仅为5-10微米的细小颗粒缺陷，参见附图4；
由图4可知，要彻底解决麻点问题，我们不但要控制合金夹杂，还要严格控制“中间合金细化剂”中形核颗粒TiC或TiB2的尺寸。
[0009] 本发明所述的6401铝合金，在改进前，现有技术是参照6063的熔炼工艺。然而，参照6063的熔炼工艺是不能满足光亮阳极氧化要求的，因为光亮阳极氧化极易暴露合金内部的细微缺陷。
[0010] 下表为技术改进前，包括直接使用国内采购到的所谓6401铝合金与我们参照6063的熔炼工艺制得的6401铝合金经光亮阳极氧化后的铝制品光亮表面的外观缺陷状况描述。
[0011]
发明内容
[0012] 本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，提供一种用于光亮阳极氧化的6401铝合金，并进一步提供其制备方法和具体用途。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0013] 一种用于光亮阳极氧化的6401铝合金，其特征是，采用99.99％的高纯度精铝，添加Si、Cu、Mg、Ti、C元素炼成的，其各元素的质量占比为：
[0014]
[0015]
[0016] 余量为铝，其中Si、Cu、Mg、Ti是有效成份，Fe是需限制其含量的主要杂质元素；
[0017] 所述Ti、C元素是在所述6401铝合金熔炼过程中添加铝钛碳中间合金细化剂而形成。
[0018] 进一步的的方案，所述添加元素的质量占比为：
[0019]
[0020] 最佳的配比方案，所述添加元素的质量占比为：
[0021]
[0022] 上述6401铝合金配比方案中，所述Si元素适宜以铝硅中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，所述Cu元素适宜以铝铜中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，所述Mg元素适宜以精镁加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，所述Ti、C元素适宜以铝钛碳中间合金细化剂连续加入出炉浇铸流道的方式添加。
[0023] 所述铝钛碳中间合金细化剂为AlTi3C0.15或AlTi5C0.2或AlTi5C0.3或AlTi5C0.5。
[0024] 所述的6401铝合金的制备方法，其特征是包括以下步骤：
[0025] 步骤1、将99.99％的高纯度精铝锭置于铝熔炼炉中加热至730℃至740℃熔化成铝液；
[0026] 步骤2、在熔炼炉铝液中加精炼剂精炼；
[0027] 步骤3、对熔炼炉铝液进行第一次扒渣处理；
[0028] 步骤4、按设定要求含量在熔炼炉铝液中加入Si、Cu、Mg元素；
[0029] 步骤5、在熔炼炉铝液中通入氩气进行精炼；
[0030] 步骤6、对熔炼炉铝液进行第二次扒渣处理；
[0031] 步骤7、将熔炼炉铝液静置30至40分钟；
[0032] 步骤8、将所述铝熔炼炉中的铝液经铝液流道以设定的单位时间流量引向浇铸炉，先根据铝液在流道中的单位时间流量，按设定要求含量在铝液流道中连续加入Ti、C元素；然后将已加入Ti、C元素的铝液引入在线精炼炉并再次通入氩气进行保温精炼；再将经再次精炼的铝液引入在线过滤装置进行在线过滤，最后引入结晶器进行热顶铸造，获得长规格铝棒。
[0033] 步骤4是在电磁搅拌的同时按设定要求含量在熔炼炉铝液中加入铝硅中间合金、铝铜中间合金及精镁。
[0034] 在熔炼炉铝液中加入铝硅中间合金、铝铜中间合金后加入精镁。
[0035] 在熔炼炉铝液中加入Si、Cu、Mg元素后用勺子取熔炼炉中铝液小样冷却后测定Si、Cu、Mg元素含量，并根据测定结果与要求含量的差异情况进行补偿微调。
[0036] 步骤8中Ti、C元素以连续熔入中间合金细化剂AlTi3C0.15或AlTi5C0.2或AlTi5C0.3或AlTi5C0.5的方式加入。
[0037] 步骤8中Ti、C元素以如下方式连续加入：取卷装的中间合金细化剂AlTi3C0.15或AlTi5C0.2或AlTi5C0.3或AlTi5C0.5线材套装在一被动转轮上，由一调速驱动装置牵引其熔入在流道中流动的铝液中。
[0038] 步骤8中所述的过滤装置为70至120目陶瓷管式过滤器。
[0039] 在完成步骤1至步骤8后，还包括：
[0040] 步骤9：将热顶铸造所获得长规格铝棒加热到540℃保温8至12小时，再加热到565℃保温6至10小时后冷却。
[0041] 所述冷却过程包括将所述长规格铝棒置于冷却室先在空气中自然冷却30至60分钟，然后用冷水淋冷却至室温。
[0042] 如上所述的6401铝合金，用于制作光亮阳极氧化的汽车外饰件。
[0043] 本发明，在找出诱发缺陷的原因后，对熔炼工艺实施改进，从而抑制或消除了缺陷。列举如下：白线，原为最主要外观缺陷，现有技术采用目前应用最广泛的铝-钛-硼(AlTi5B1)晶粒细化剂；该细化剂的缺点是其形核颗粒TiB2会聚集，导致光亮阳极氧化出现条状白线。本发明采用铝-钛-碳(如AlTi3C0.15)代替铝-钛-硼(AlTi5B1)，可以彻底消除白线。夹杂麻点：合金的夹杂，会导致产品出现麻点，并在机械抛光过程或阳极氧化后形成蚵蚪状拖尾麻点。本发明采用70至120目陶瓷管式过滤，代替50目板式过滤，有效抑制了此缺陷的发生。色差：合金铸棒的晶粒度，会直接影响到光亮阳极氧化的色差，即顺挤压方向出现条纹状明暗差异。本发明在剔除失效Ti前提下，严格控制有效Ti含量在0.006-0.01％，确保晶粒度为1级，抑制色差在3％以内。塑性：均匀化采用540℃8h、565℃6h阶梯升温方式，防止过烧，可有效地提升塑性。当然，也要严格控制挤压、机加成形、机械抛光、阳极氧化等工序可能产生的外观缺陷，通过本发明的应用实施，可使得6401铝合金阳极氧化产品的量产外观质量达到要求极为严格的高档车主机厂家的认可。
附图说明
[0044] 图1为氧化后熔炼白线400倍电镜照片示意图。
[0045] 图2为抛光后夹杂麻点500倍电镜照片示意图。
[0046] 图3为显示色差部位与正常部位的金相差异的1000倍电镜照片示意图(氧化后表面金相照片)。
[0047] 图4为肉眼可见的最小麻点3000倍电镜照片示意图。
[0048] 图5为铸态树枝状组织50倍金相照片示意图。
[0049] 图6为均匀化后200倍金相照片示意图。
[0050] 图7为本发明实施例五所制得的6401铝合金金相组织50倍电镜照片示意图。
[0051] 图8为本发明6401铝合金熔炼装置示意图。
[0052] 图9为本发明6401铝合金的制备工艺流程图。
具体实施方式
[0053] 以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
[0054] 虽然有多种铝钛碳中间合金细化剂可供选用，如AlTi3C0.15或AlTi5C0.2或AlTi5C0.3或AlTi5C0.5等，但经试验，选用AlTi3C0.15的效果相对较好，以下实施例均选用AlTi3C0.15铝钛碳中间合金细化剂。
[0055] 实施例一
[0056] 取99.99％的高纯铝锭为原料制备用于光亮阳极氧化的6401铝合金，目标产物Si0.35％，Cu0.08％，Mg0.35％，Ti0.006％，C微量，相当于Ti含量的20分之一，Fe≤0.04％，其它杂质≤0.01％，余量为铝，其中Si、Cu、Mg、Ti是有效成份，Fe是需限制其含量的主要杂质元素。Si元素以铝硅中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Cu元素以铝铜中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Mg元素以精镁加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Ti、C元素以铝钛碳中间合金AlTi3C0.15细化剂连续加入出炉浇铸流道的方式添加。以下为结合附图8对具体制备工艺的描述说明：
[0057] 步骤1、将99.99％的高纯度精铝锭置于铝熔炼炉1中加热至730℃至740℃熔化成铝液。熔炼前清炉及洗炉要彻底，并检验最后的洗炉效果，以便将合金的杂质含量控制在允许范围内。
[0058] 步骤2、在熔炼炉1铝液中加精炼剂精炼。
[0059] 步骤3、对熔炼炉铝液进行第一次扒渣处理。
[0060] 步骤4、在电磁搅拌的同时按设定要求含量在熔炼炉1铝液中加入铝硅中间合金、铝铜中间合金后加入精镁；铝硅中间合金与铝铜中间合金的加入顺序对产物品质没有影响，可以不分先后地加入，但精镁应当在后加入，这样有利于提高镁Mg元素在铝合金中的有效性。在熔炼炉铝液中加入Si、Cu、Mg元素后继续进行电磁搅拌，用勺子取熔炼炉中铝液小样冷却后测定Si、Cu、Mg元素含量，并根据测定结果与要求含量的差异情况进行补偿微调。
[0061] 步骤5、在熔炼炉1铝液中通入氩气进行精炼。
[0062] 步骤6、对熔炼炉1铝液进行第二次扒渣处理。
[0063] 步骤7、将熔炼炉1铝液静置30至40分钟。
[0064] 步骤8、将所述铝熔炼炉1中的铝液经铝液流道2以设定的单位时间流量引向结晶器3，先根据铝液在流道2中的单位时间流量，按设定要求含量在铝液流道2中连续熔入中间合金AlTi3C0.15细化剂；具体加入方式如图1所示：取卷装的中间合金AlTi3C0.15细化剂线材4套装在一被动转轮5上，由一调速驱动装置6牵引其熔入在流道2中流动的铝液中。然后将已加入Ti、C元素的铝液引入在线精炼炉7并再次通入氩气进行保温精炼；再将经再次精炼的铝液引入在线过滤装置8进行在线过滤，所述过滤装置8宜选用70至120目陶瓷管式过滤器8，优选90目陶瓷管式过滤；最后引入结晶器3进行热顶铸造，获得长规格铝棒。
[0065] 步骤9、均匀化处理：将热顶铸造所获得长规格铝棒加热到540℃保温8至12小时，以10小时为佳，再加热到565℃保温6至10小时，以8小时为佳，后在空气中自然冷却30至60分钟，后用冷水淋冷却至室温；最后得本发明所要求的用于光亮阳极氧化的6401铝合金。
[0066] 铸棒均匀化处理的目的，就是要将“树枝状低熔点相”均匀溶解在α-Al中。本发明方案经过步骤9的均匀化处理后，能达到使6401铝合金组织均匀、增加塑性的目标要求。图5为均匀化处理前铸态树枝状组织金相照片示意图；图6为均匀化后金相照片示意图。
[0067] 用99.99％的高纯铝锭为原料制备用于光亮阳极氧化的6401铝合金的工艺流程如图9所示。
[0068] 上述所制得的6401铝合金再经挤压、机加成形、机械抛光、阳极氧化等工序，最后得到光亮阳极氧化的汽车外饰件。
[0069] 实施例二
[0070] 取99.99％的高纯铝锭为原料制备用于光亮阳极氧化的6401铝合金，目标产物中Si0.55％，Cu0.14％，Mg0.70％，Ti0.012％，C微量，相当于Ti含量的20分之一，Fe≤0.04％，其它杂质≤0.01％，余量为铝，其中Si、Cu、Mg、Ti是有效成份，Fe是需限制其含量的主要杂质元素。Si元素以铝硅中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Cu元素以铝铜中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Mg元素以精镁加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Ti、C元素以铝钛碳中间合金AlTi3C0.15细化剂丝连续加入出炉浇铸流道的方式添加。具体制备工艺参照实施例一。所制得的6401铝合金再经挤压、机加成形、机械抛光、阳极氧化等工序，最后得到光亮阳极氧化的汽车外饰件。
[0071] 实施例三
[0072] 取99.99％的高纯铝锭为原料制备用于光亮阳极氧化的6401铝合金，目标产物中Si0.40％，Cu0.10％，Mg0.45％，Ti0.006％，C微量，相当于Ti含量的20分之一，Fe≤0.04％，其它杂质≤0.01％，余量为铝，其中Si、Cu、Mg、Ti是有效成份，Fe是需限制其含量的主要杂质元素。Si元素以铝硅中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Cu元素以铝铜中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Mg元素以精镁加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Ti、C元素以铝钛碳中间合金AlTi3C0.15细化剂丝连续加入出炉浇铸流道的方式添加。具体制备工艺参照实施例一。所制得的6401铝合金再经挤压、机加成形、机械抛光、阳极氧化等工序，最后得到光亮阳极氧化的汽车外饰件。
[0073] 实施例四
[0074] 取99.99％的高纯铝锭为原料制备用于光亮阳极氧化的6401铝合金，目标产物中Si0.42％，Cu0.12％，Mg0.48％，Ti0.01％，C微量，相当于Ti含量的20分之一，Fe≤0.04％，其它杂质≤0.01％，余量为铝，其中Si、Cu、Mg、Ti是有效成份，Fe是需限制其含量的主要杂质元素。Si元素以铝硅中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Cu元素以铝铜中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Mg元素以精镁加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Ti、C元素以铝钛碳中间合金AlTi3C0.15细化剂丝连续加入出炉浇铸流道的方式添加。具体制备工艺参照实施例一。所制得的6401铝合金再经挤压、机加成形、机械抛光、阳极氧化等工序，最后得到光亮阳极氧化的汽车外饰件。
[0075] 实施例五
[0076] 取99.99％的高纯铝锭为原料制备用于光亮阳极氧化的6401铝合金，目标产物中Si0.41％，Cu0.11％，Mg0.46％，Ti0.008％，C微量，相当于Ti含量的20分之一，Fe≤0.04％，其它杂质≤0.01％，余量为铝，其中Si、Cu、Mg、Ti是有效成份，Fe是需限制其含量的主要杂质元素。Si元素以铝硅中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Cu元素以铝铜中间合金加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Mg元素以精镁加入至铝熔炼炉中的熔化铝液中的方式添加，Ti、C元素以铝钛碳中间合金AlTi3C0.15细化剂丝连续加入出炉浇铸流道的方式添加。具体制备工艺参照实施例一。所制得的6401铝合金再经挤压、机加成形、机械抛光、阳极氧化等工序，最后得到光亮阳极氧化的汽车外饰件。
[0077] 以上实施例方案所提供的6401铝合金均能达到用于光亮阳极氧化的要求，其中，实施例五为最佳实施例。图7为本发明实施例五所制得的6401铝合金金相组织50倍电镜照片示意图。从图7可以看出，该6401铝合金的晶粒度均匀细密，强化相呈较为理想的弥散分布，铝合金金相组织状况十分优良。
