3C产品壳体用高强铝合金组织和性能的研究
发布时间：2020-12-20 14:12
随着便携式电子产品屏幕的扩大和壳体壁厚的减薄,目前应用的6xxx系铝合金强度已不满足要求,强度等级更高的7xxx系铝合金成为研究重点。而现有7xxx系铝合金组织常为条带状,阳极氧化后的外观难以满足要求,另外用于制作便携式电子产品壳体坯料的挤压铝合金型材最外层存在一定厚度的粗晶层,阳极氧化时也会导致外观缺陷。本文在考虑强度和外观的要求下,设计了4种新型的高强7xxx系铝合金成分配方并制备了挤压坯料,研究了冷轧加工及热处理对减薄粗晶层的作用,探索了粗晶层与阳极氧化后宏观形貌的联系,最终选择综合性能最好的样品用于实际生产。结果表明,对于4种成分不同的7xxx系铝合金来说,当（Zn+Mg）含量越高时,硬度和强度也相应地越高。在轧制时,随着轧制压下量的增加,粗晶层的厚度发生减薄,且减薄速度大于样品整体的减薄速度。轧制压下量增加时,铝合金的硬度、抗拉强度与屈服强度逐渐增加。对轧制后的样品进行热处理,研究表明当轧制压下量为10%时,再结晶退火时表面发生不完全再结晶,同时晶粒会发生长大,因此不宜进行再结晶处理。进行单级与双级时效处理后,其强度略有提升。当轧制压下量为20%时,400℃×1h的退火处理使...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IPod铝合金外壳上的划痕随后，7xxx系铝合金因其较高的强度逐
第一章绪论3表1.1变形铝合金牌号主要成分牌号系列原属合金系铝（铝含量不小于99.00%）1xxxx工业纯铝以铜为主要元素的铝合金2xxxAl-Cu系以锰为主要元素的铝合金3xxxAl-Mn系以硅为主要元素的铝合金4xxxAl-Si系以镁为主要元素的铝合金5xxxAl-Mg系以镁和硅为主要合金元素的铝合金6xxxAl-Mg-Si系以锌和镁或者铜为主要元素的铝合金7xxxAl-Zn-Mg、Al-Zn-Mg-Cu系以锂为主要元素的铝合金8xxxAl-Li系其他成分铝合金9xxx备用铝合金材质中常用于制造壳体的是铝镁合金，即以Mg为主要合金元素的铝合金，如IPod第二代采用5xxx系铝合金做外壳。但该系列的铝合金不耐划，壳体容易出现划痕，如图1-1所示。随后强度更高的6xxx系铝合金得到应用，如苹果公司在苹果5手机壳体材料上选用6063铝合金，提高了壳体的强度和耐磨性。但随着手机屏幕尺寸的增加以及手机壳体厚度的减薄，该系列的铝合金已经不能满足强度的要求，如2014年苹果6手机壳体上使用的6063铝合金，因强度不够导致手机常出现弯曲的情况，如图1-2所示。图1-1IPod铝合金外壳上的划痕图1-2苹果6弯曲随后，7xxx系铝合金因其较高的强度逐渐得到关注，2015年苹果公司研发了7xxx系铝合金（内部牌号7003），合金的强度和硬度显著提高，并将其用于苹果6s手机壳体。通过前期研究发现，现有牌号的7xxx系铝合金常为航空用铝合金，为提升其力学性能通过会在成分中加入Cr、Ni、Mn等阻碍再结晶的元素，因此其组织为长条丝状，如图1-3所示[8]。该种微观组织阳极氧化后的外观通常存在一定的表面条纹，会影响便携式电子产品壳体的美观，如图1-4所示。因此本课题中自行设计了一系列的新型7xxx系铝合金，通过调整Zn、Mg、Cu元素的含量，并去除阻碍再结晶的元素（如Cr、Ni、
东南大学硕士学位论文4Mn等），得到力学性能与阳极氧化后外观均较好的用于便携式电子产品壳体的材料。图1-37A04再结晶后阳极覆膜[8]图1-4普通7xxx系铝合金阳极氧化后的表面条纹常用的6063铝合金与7005铝合金力学性能如表1.2所示，从表中可以看出，7005铝合金的力学性能显著高于6063铝合金，可以显著提高便携式电子产品壳体的强度，减少其发生弯曲的可能。用于制作便携式电子产品壳体的材料，在强度满足一定要求的同时，也要求延伸率满足一定的要求，即大于8%，使材料保持一定的韧性。表1.26系常用铝合金与7系常用铝合金性能对比材料硬度/HB抗拉强度/σb（MPa）屈服强度σ0.2（MPa）延伸率/%6063铝合金≥65≥205≥17012T6态7005铝合金≥105≥350≥29081.37xxx系铝合金概述7xxx系铝合金是一种以Zn和Mg为主要合金元素的析出强化型合金，有A1-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu两种，具有强度高、耐蚀性好、加工性能好、密度较低等优点，在车辆、军工、航空等方面得到了广泛的应用[11]。在二十世纪30年代，德国学者发现Al-Zn-Mg系铝合金的时效强化效果好于2xxx系Al-Cu合金，但是该成分的铝合金应力腐蚀倾向较为严重[12]；随后美国学者加入了Mn、Cr和Zr等元素，开发出了7005铝合金，这种成分的铝合金有着较好的焊接性能，强度也高，因此被大量的使用在一些焊接结构件上[13]；Zn和Mg元素含量的增加可进一步提高铝合金的强度，但是这会造成耐蚀性能的下降；若加入Cu元素，可以在保持高的强韧性的同时，也使耐蚀性提高，但是焊接性能显著下降。因此，通常在原有的Al-Zn-Mg系铝合金成分的基础上，通过加入少量的Cu元素，使得合金的强韧性、耐蚀性与焊接性能均较好，开发了如7020、7030和7039等牌号的铝合金[14]。1943年美国铝业将研发出的7075铝合金应用于B29轰炸
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷轧率与退火工艺对汽车用5754铝合金组织演变的影响[J]. 赵经纬,刘贞山,曹以恒,赵丕植. 材料导报. 2018(S2)
[2]Al-Zn-Mg铝合金成分优化设计及性能仿真[J]. 王孝国,李秋书,宁小丹,孟嘉楠,吴瑞瑞. 铸造技术. 2018(11)
[3]铝合金粗晶环造成的阳极氧化膜外观缺陷分析[J]. 张超,黄生华. 电镀与环保. 2018(05)
[4]手机壳用铝合金二次氧化封孔剂的选择[J]. 黄建章. 电镀与涂饰. 2016(01)
[5]手机外壳材料及其成形工艺的研究现状与发展[J]. 王永飞,赵升吨,张晨阳. 锻压装备与制造技术. 2015(04)
[6]铝合金阳极氧化膜的耐蚀性能[J]. 李文文,丁良生,艾云龙,何文. 材料保护. 2015(03)
[7]高强铝合金的发展及其材料的制备加工技术[J]. 张新明,邓运来,张勇. 金属学报. 2015(03)
[8]铝合金阳极氧化技术发展[J]. 李明祥,邹玉洁,孙宝龙,杨选宏. 电镀与精饰. 2014(08)
[9]阳极氧化用3003铝合金冷轧带材组织条纹的成因分析与改进措施[J]. 陈祚启,陈小利,李娜,蒲亮,王宁,刘煜. 铝加工. 2014(01)
[10]厚钢板轧制过程变形渗透规律试验研究[J]. 马兴云. 山东冶金. 2014(01)
博士论文
[1]变形和热处理对Al-Zn-Mg-Cu系超强铝合金组织和性能的影响[D]. 彭国胜.中南大学 2012
[2]Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能和断裂行为的研究[D]. 樊喜刚.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]铝合金阳极氧化膜的制备及其性能研究[D]. 孟祥凤.中国计量学院 2014
[2]Al-Zn-Mg-Cu铝合金组织性能的研究[D]. 曾文锋.江西理工大学 2013
[3]Cu对Al-Zn-Mg合金时效微观组织及性能影响研究[D]. 方旭.中南大学 2012
[4]铝合金轧制的有限元模拟分析及实验研究[D]. 武凤玲.哈尔滨理工大学 2011
[5]铝合金阳极氧化膜的外加电压封闭工艺及耐蚀性研究[D]. 陈胜利.北京化工大学 2008
[6]手机外壳注射模设计与CAD/CAE/CAM的应用[D]. 孙晓林.沈阳工业大学 2005
[7]合金元素与热处理工艺对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的组织与力学性能影响的研究[D]. 范洪涛.中南大学 2004
[8]合金元素和热处理制度对高Zn超高强铝合金微观组织和力学性能的影响[D]. 张坤.中南大学 2003
本文编号：2928006
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IPod铝合金外壳上的划痕随后，7xxx系铝合金因其较高的强度逐
第一章绪论3表1.1变形铝合金牌号主要成分牌号系列原属合金系铝（铝含量不小于99.00%）1xxxx工业纯铝以铜为主要元素的铝合金2xxxAl-Cu系以锰为主要元素的铝合金3xxxAl-Mn系以硅为主要元素的铝合金4xxxAl-Si系以镁为主要元素的铝合金5xxxAl-Mg系以镁和硅为主要合金元素的铝合金6xxxAl-Mg-Si系以锌和镁或者铜为主要元素的铝合金7xxxAl-Zn-Mg、Al-Zn-Mg-Cu系以锂为主要元素的铝合金8xxxAl-Li系其他成分铝合金9xxx备用铝合金材质中常用于制造壳体的是铝镁合金，即以Mg为主要合金元素的铝合金，如IPod第二代采用5xxx系铝合金做外壳。但该系列的铝合金不耐划，壳体容易出现划痕，如图1-1所示。随后强度更高的6xxx系铝合金得到应用，如苹果公司在苹果5手机壳体材料上选用6063铝合金，提高了壳体的强度和耐磨性。但随着手机屏幕尺寸的增加以及手机壳体厚度的减薄，该系列的铝合金已经不能满足强度的要求，如2014年苹果6手机壳体上使用的6063铝合金，因强度不够导致手机常出现弯曲的情况，如图1-2所示。图1-1IPod铝合金外壳上的划痕图1-2苹果6弯曲随后，7xxx系铝合金因其较高的强度逐渐得到关注，2015年苹果公司研发了7xxx系铝合金（内部牌号7003），合金的强度和硬度显著提高，并将其用于苹果6s手机壳体。通过前期研究发现，现有牌号的7xxx系铝合金常为航空用铝合金，为提升其力学性能通过会在成分中加入Cr、Ni、Mn等阻碍再结晶的元素，因此其组织为长条丝状，如图1-3所示[8]。该种微观组织阳极氧化后的外观通常存在一定的表面条纹，会影响便携式电子产品壳体的美观，如图1-4所示。因此本课题中自行设计了一系列的新型7xxx系铝合金，通过调整Zn、Mg、Cu元素的含量，并去除阻碍再结晶的元素（如Cr、Ni、
东南大学硕士学位论文4Mn等），得到力学性能与阳极氧化后外观均较好的用于便携式电子产品壳体的材料。图1-37A04再结晶后阳极覆膜[8]图1-4普通7xxx系铝合金阳极氧化后的表面条纹常用的6063铝合金与7005铝合金力学性能如表1.2所示，从表中可以看出，7005铝合金的力学性能显著高于6063铝合金，可以显著提高便携式电子产品壳体的强度，减少其发生弯曲的可能。用于制作便携式电子产品壳体的材料，在强度满足一定要求的同时，也要求延伸率满足一定的要求，即大于8%，使材料保持一定的韧性。表1.26系常用铝合金与7系常用铝合金性能对比材料硬度/HB抗拉强度/σb（MPa）屈服强度σ0.2（MPa）延伸率/%6063铝合金≥65≥205≥17012T6态7005铝合金≥105≥350≥29081.37xxx系铝合金概述7xxx系铝合金是一种以Zn和Mg为主要合金元素的析出强化型合金，有A1-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu两种，具有强度高、耐蚀性好、加工性能好、密度较低等优点，在车辆、军工、航空等方面得到了广泛的应用[11]。在二十世纪30年代，德国学者发现Al-Zn-Mg系铝合金的时效强化效果好于2xxx系Al-Cu合金，但是该成分的铝合金应力腐蚀倾向较为严重[12]；随后美国学者加入了Mn、Cr和Zr等元素，开发出了7005铝合金，这种成分的铝合金有着较好的焊接性能，强度也高，因此被大量的使用在一些焊接结构件上[13]；Zn和Mg元素含量的增加可进一步提高铝合金的强度，但是这会造成耐蚀性能的下降；若加入Cu元素，可以在保持高的强韧性的同时，也使耐蚀性提高，但是焊接性能显著下降。因此，通常在原有的Al-Zn-Mg系铝合金成分的基础上，通过加入少量的Cu元素，使得合金的强韧性、耐蚀性与焊接性能均较好，开发了如7020、7030和7039等牌号的铝合金[14]。1943年美国铝业将研发出的7075铝合金应用于B29轰炸
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷轧率与退火工艺对汽车用5754铝合金组织演变的影响[J]. 赵经纬,刘贞山,曹以恒,赵丕植. 材料导报. 2018(S2)
[2]Al-Zn-Mg铝合金成分优化设计及性能仿真[J]. 王孝国,李秋书,宁小丹,孟嘉楠,吴瑞瑞. 铸造技术. 2018(11)
[3]铝合金粗晶环造成的阳极氧化膜外观缺陷分析[J]. 张超,黄生华. 电镀与环保. 2018(05)
[4]手机壳用铝合金二次氧化封孔剂的选择[J]. 黄建章. 电镀与涂饰. 2016(01)
[5]手机外壳材料及其成形工艺的研究现状与发展[J]. 王永飞,赵升吨,张晨阳. 锻压装备与制造技术. 2015(04)
[6]铝合金阳极氧化膜的耐蚀性能[J]. 李文文,丁良生,艾云龙,何文. 材料保护. 2015(03)
[7]高强铝合金的发展及其材料的制备加工技术[J]. 张新明,邓运来,张勇. 金属学报. 2015(03)
[8]铝合金阳极氧化技术发展[J]. 李明祥,邹玉洁,孙宝龙,杨选宏. 电镀与精饰. 2014(08)
[9]阳极氧化用3003铝合金冷轧带材组织条纹的成因分析与改进措施[J]. 陈祚启,陈小利,李娜,蒲亮,王宁,刘煜. 铝加工. 2014(01)
[10]厚钢板轧制过程变形渗透规律试验研究[J]. 马兴云. 山东冶金. 2014(01)
博士论文
[1]变形和热处理对Al-Zn-Mg-Cu系超强铝合金组织和性能的影响[D]. 彭国胜.中南大学 2012
[2]Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能和断裂行为的研究[D]. 樊喜刚.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]铝合金阳极氧化膜的制备及其性能研究[D]. 孟祥凤.中国计量学院 2014
[2]Al-Zn-Mg-Cu铝合金组织性能的研究[D]. 曾文锋.江西理工大学 2013
[3]Cu对Al-Zn-Mg合金时效微观组织及性能影响研究[D]. 方旭.中南大学 2012
[4]铝合金轧制的有限元模拟分析及实验研究[D]. 武凤玲.哈尔滨理工大学 2011
[5]铝合金阳极氧化膜的外加电压封闭工艺及耐蚀性研究[D]. 陈胜利.北京化工大学 2008
[6]手机外壳注射模设计与CAD/CAE/CAM的应用[D]. 孙晓林.沈阳工业大学 2005
[7]合金元素与热处理工艺对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的组织与力学性能影响的研究[D]. 范洪涛.中南大学 2004
[8]合金元素和热处理制度对高Zn超高强铝合金微观组织和力学性能的影响[D]. 张坤.中南大学 2003
本文编号：2928006
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