[發明專利]一種高烤漆硬化增量的Al-Mg-Si-Cu-Zn合金及制備方法

有效

• 申請號: 202110425080.5
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113201672B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 張濟山;龔文源
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C21/10
• 分類號: C22C21/10;C22C1/03;C22F1/053;C21D9/00;B21B37/74
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 朱艷華

一種高烤漆硬化增量的Al?Mg?Si?Cu?Zn合金及制備方法，屬于鋁合金及其制備領域。該合金的化學成分及其質量百分比:Mg:1.2～1.6wt％,Si:1.2～1.6wt％,Cu:0.1～0.3wt％,Zn:2.0～4.0wt％,Fe:0.1～0.5wt％,Mn:0.5～0.8wt％,Ti≤0.03wt％,Ni≤0.04wt％,其余為Al。所述合金主元素超過傳統合金體系范圍,進一步通過預時效工藝優化后，有效抑制了自然時效的惡化效應，并極大提高了烤漆硬化增量，合金烤漆硬化增量高達180MPa。通過高烤漆硬化增量，提高了合金烤漆后的屈服強度從而增強了抗凹痕性能，同時T4P態合金擁有良好塑性，合金T4P態延伸率達25％，在高成形性基礎上大幅度提高了強度。

技術領域

本發明屬于鋁合金及其制備領域，涉及一種汽車用高烤漆硬化增量的Al-Mg-Si-Cu-Zn合金及制備方法。

背景技術

隨著人們對節能的重視，汽車輕量化已成為一種全球性的趨勢。鋁合金作為重要的輕量化材料受到了廣泛的關注。特別是6xxx(Al-Mg-Si)合金由于其在烤漆前(T4P態)擁有優越的成形性能(滿足沖壓成形的要求)，并且烤漆過程中，屈服強度顯著增加，滿足后續使用過程中的抗凹痕性要求而得到廣泛的應用。然而，烤漆工藝的低溫(160～185℃)和短時間(20～30min)不能充分發揮潛在的烤漆硬化能力，導致烤漆硬化態合金的屈服強度遠低于峰時效態合金。6xxx(Al-Mg-Si)合金目前廣泛應用于汽車領域的是6016和6111合金，但其經過185℃保溫20min的模擬烤漆工藝后，這兩種合金的烤漆硬化增量分別為85和90MPa，兩種合金烤漆態的屈服強度只有300MPa左右，遠低于鋼的屈服強度。因此提高烤漆硬化增量已成為研究熱點。

合金在使用前必須進行一段時間的運輸和儲存，而這段時間內的自然時效會明顯降低烤漆硬化增量。這是由于固溶處理后在室溫下形成的團簇在烤漆過程中并不會作為β″相析出的核心，而是發生回溶并浪費烤漆時間。為了削弱自然時效的惡化效應，研究者們引入了預時效工藝并進行了大量研究，得出固溶淬火后立即加入預時效工藝可有效抑制自然時效惡化效應，提高烤漆硬化增量。

此外，研究發現，Cu的添加可以提高合金時效響應速度，Zn的加入可以提高合金的烤漆硬化增量，從而開發了Al-Mg-Si-Cu-Zn合金體系。然而，由于考慮網格狀微米級析出相對塑性的嚴重影響，往往在Al單相區進行固溶處理以達到微米級析出相全部回溶的目的，但這也限制了合金的含量，Mg和Si元素含量被嚴格限制在了1.2wt％以內。即使經過烤漆處理，合金屈服強度仍未達到應用要求，難以滿足使用過程中的抗凹痕性要求，烤漆硬化增量仍需進一步提高，如果能突破合金成分限制，在高合金化的同時利用變形和熱處理工藝解決網格狀微米級析出相對塑性的嚴重影響，有望在保持合金高成形性的基礎上大幅度提高合金烤漆硬化增量和屈服強度從而滿足使用要求。然而，這一策略還遠未被充分理解，相關的工作也很少報道。

發明內容

本發明提供一種改進的6xxx(Al-Mg-Si)合金材料，在Al-Mg-Si的基礎上加入Cu和Zn形成Al-Mg-Si-Cu-Zn合金體系，基于高合金化概念把主元素(Mg,Si和Zn)含量超出6xxx合金范圍，利用變形和熱處理工藝，改善微米級析出物的形狀和大小，解決其對塑性的惡化效應，同時形成多尺度顆粒(微米級和納米級)，通過粗大粒子促進形核細小粒子阻礙晶粒長大原理細化晶粒。和標準6016和6111合金相比，在合金成形性能基本不變的前提下，大幅度提高了合金的力學性能，從而解決6xxx合金烤漆硬化性和抗凹痕性不足的問題。

本發明合金的成分范圍按重量百分比計為Mg:1.2～1.6wt％,Si:1.2～1.6wt％,Cu:0.1～0.3wt％,Zn:2.0～4.0wt％,Fe:0.1～0.5wt％,Mn:0.5～0.8wt％,Ti≤0.03wt％,Ni≤0.04wt％,其余為Al。