本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种高强度高热导率6系铝合金带材及其制备方法。
背景技术：
随着现代科学技术的发展，人们对智能手机、移动ipad、笔记本等电子产品的使用需求越来越大。同时，各种仪器设备、电子产品均在向智能化、微小化的趋势发展，希望材料越做越薄，以得到轻便、快捷的特点，便于人们的使用及携带；同时，智能手机及笔记本材料在使用过程中，由于无法将内部热量疏导至外部，易影响使用者的体验及设备寿命等，这势必要求发展具有高强度、低密度、高热传导率等综合性能的材料。铝合金具有优良的导热性、中等强度、低密度等优势，且铝是地壳中含量最大的金属，这为铝合金材料的发展提供了可能。
然而，目前铝合金材料的使用仍存在着不足之处，其主要体现在于热传导率与强度通常无法兼容。生产过程中，要么牺牲强度来保证高的热导率，要么牺牲热导率来保证高的强度，这限制了铝合金的发展与使用。例如：当前1系铝合金的热传导率最佳，热传导率最大可达到210w/(m·k)，但强度最大只能在200mpa以下；5系甚至7系铝合金的强度最高，但其热传导率较差，一般在130w/(m·k)。
目前国内高强度高热导率6系铝合金带材均由国外进口，国内暂无该产品的生产方法及工艺。本发明提供了一种高强度高热导率6系铝合金带材及其生产方法，通过发展该技术，可获得具有高强度、高热传导率、优良成型性能的铝合金带材，打破国外技术的垄断。同时，用铝合金带材替代不锈钢板，在保证高强度条件下，可减轻重量、提高热导率及成型性能，使之能更广泛的应用于手机中板产品，提高客户体验满意度。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种具有较高强度、良好热传导和深冲性能且板形质量极佳的高强度高热导率6系铝合金带材及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高强度高热导率6系铝合金带材，其成分按质量百分数计为：si0.20-0.55%、fe0.03-0.08%、cu0.01-0.10%、mn0.01-0.02%、mg0.40-0.80%、cr0.01-0.10%、zn0.01-0.02%和ti0.01-0.03%，余量为al和不可避免的杂质。
所述高强度高热导率6系铝合金带材的制备方法，是以铝锭、铝中间合金锭、镁锭、锰剂为原料，经熔化、铸造、均热、热轧、冷轧、固溶、拉伸矫直、时效的步骤，制得所述高强度高强度高热导率6系铝合金带材；其各步骤具体操作如下：
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720-740℃下进行熔化、精炼、除渣、搅拌后，将形成的铝液放入静置炉中静置1.5-2.0h；
2）在690-710℃下，往铝液中添加20~80ppm晶粒细化剂，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；
3）将铝合金扁铸锭在450℃~500℃的保温炉内保温反应8~18h，并在炉内自然冷却至120℃~150℃后，再在空气中自然冷却至室温；然后将扁铸锭经锯头尾、铣面后进入加热炉进行均热，均热温度为400-500℃，时间为8-10h；
4）将出炉后的锭坯经热粗机轧成26-32mm厚的中间坯，然后控制单道次最大压下率为35%，以保证轧制质量，再通过精轧机连轧成6.0-9.0mm厚的热轧带材，精轧机的终轧温度为280-330℃；
5）将步骤4）得到的热轧带材进行冷粗轧，在轧制过程中合理安排每道次的变形量和总加工率，以保证冷轧轧过程的质量和在线板形，即每道次的总加工率控制在20-90%之间，最后一个轧制道次的压下率控制在10%~30%，最后一次轧制速度控制在200~400m/min，制得在线平直度≤12i的冷轧带材；
6）为了保证铝合金带材表面不出现色差，将冷轧带材送入固溶炉后在炉内充入氮气，以保证炉内氧气含量在800ppm以下；固溶处理的温度为340-540℃，处理2~4h后取出，并以50~80℃/s的冷却速度迅速冷却至常温，使其合金内部的化合物数量控制在10~20个/mm2，并确保单个化合物的长度≤10μm；
7）将步骤6）处理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；
8）为了保证铝合金带材最终的力学性能，将得到的带材经120~200℃保温时效处理2~24h，使之得到较高的强度。
为了改善铝带的显微组织及第二相粒子的分布形态和结构，提高铝合金带材的质量，步骤2）中所述晶粒细化剂为al-5ti-0.2b；所用氩气的纯度≥99.999%；所述半连续铸造法为低液位式半连续铸造法。
为了保证热轧过程的质量和效率，步骤4）热粗机轧制中间坯时，热粗轧乳液的浓度控制在3.5-5.0wt%，乳液灰分控制在600ppm以下；精压机连轧时，热精轧乳液的浓度控制在6.8-8.8wt%，乳液灰分控制在1100ppm以下。同时，为了确保成品化合物细小，数量少，热轧时通过将单道次最大压下率控制在35%，以破碎内部组织及晶粒。
为了保证铝合金带材的板形质量，步骤7）拉伸矫直过程中的拉伸率控制在0.3-0.5%，使带材板形平直度≤6i。
所得6系铝合金带材的屈服强度为270~300mpa，抗拉强度为300-330mpa，热导率达到190~210w/(m·k)，延伸率≥8%。
本发明较现有技术的创新点在于：
①成分差别：本发明铝合金带材中si、fe含量低，mg含量也很低，以确保得到高的热导率。
②熔铸夹渣及初始晶粒控制严格：本发明通过采用高纯度的氩气及细化剂的变质处理，先进的液位控制，确保减少铸锭内部夹渣及细小的初始晶粒。
③热轧工艺：本发明通过采用大压下量轧制，控制热轧带材的晶粒，使热轧带材内部的化合物破碎，便于后续小化合物的形成。
④本发明中确定的冷轧压下量、中间退火后的冷轧压下率对晶粒、组织、性能均有重要影响，尤其是最后一道次的压下率，必须按要求执行，否则将难以达到所需性能及板形要求。
⑤合理的热处理制度：本发明在确定固溶及时效工艺的基础上，通过控制固溶后的冷却速度，既保证成品性能，又保证高的热传导性能。
⑥矫直工艺：本发明通过控制极低的延伸率，以保证最终性能，便于客户最终成型。
⑦只有按照本发明的控制手段及相关参数，才能得到高强度、高热传导率并且板形优良的铝合金带材。
本发明通过对铁、硅、镁、锰、铬等合金元素的优化调整，在保证产品具有较高强度的同时提高其伸长率，并获得较高的热导率；通过优化熔铸、热轧、冷轧、固溶、拉矫等工艺，使成品表面质量好、板形平整、强度高、成型性能良好，并具有较高的热传导性能。本发明生产出的高强度高热导率6系铝合金带材的屈服强度达到270~300mpa，抗拉强度达到300-330mpa，延伸率≥8%，并且材料的热导率达到190~210w/(m·k)。
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
一种高强度高热导率6系铝合金带材的成分按质量百分数计为：si0.35%、fe0.05%、cu0.03%、mn0.01%、mg0.45%、cr0.03%、zn0.01%、ti0.012%，余量为al和不可避免的杂质。
所述高强度高热导率6系铝合金带材的制备方法按以下步骤：
1）将上述重量配比备好的纯铝锭、铝中间合金锭、镁锭和锰剂，加入到熔炼炉中，在720℃下进行熔化、精炼、除渣、搅拌后，将形成的铝液放入静置炉中静置1.5h；
2）在710℃下，往铝液中添加20ppm的al-5ti-0.2b晶粒细化剂，并充入纯度≥99.999%的氩气进行精炼后，用低液位式半连续铸造法将精炼铝液铸造成厚560mm×宽1300mm×长7000mm的铝合金扁铸锭；
3）将铝合金扁铸锭在450℃的保温炉内保温反应18h，并在炉内自然冷却至120℃后，再在空气中自然冷却至室温；然后将扁铸锭经锯头尾、铣面后进入加热炉进行均热，均热温度为400℃，时间为10h；
4）将出炉后的锭坯经热粗机轧成26mm厚的中间坯，然后控制单道次最大压下率为35%，以保证轧制质量，再通过精轧机连轧成6.5mm厚的热轧带材，为了保证热轧过程的质量和效率，热粗轧乳液的浓度控制在3.8wt%，乳液灰分控制在600ppm以下，热精轧乳液的浓度控制在7.0wt%，乳液灰分控制在1100ppm以下，精轧机的终轧温度为320℃；
5）将步骤4）得到的6.5mm厚的热轧带材进行冷粗轧至1.2mm厚带材，在轧制过程中合理安排每道次的变形量和总加工率，其总加工率控制在81.54%之间，最后一个轧制道次的压下率控制在12%，最后一道次的轧制速度为400m/min；
6）将1.2mm厚的冷轧带材送入固溶炉后，在炉内充入氮气，以保证炉内氧气含量在800ppm以下；固溶处理的温度为540℃，处理2h后取出，并以50℃/s的冷却速度迅速冷却至常温；
7）将冷却后的1.2mm厚的带材在拉伸弯曲矫直机上进行拉伸矫直，拉伸率控制在0.4%，使带材板形平直度≤6i；
8）将经过拉伸矫直的带材经120℃时效处理10h。
本实施例制得的高强度高热导率6系铝合金带材，其内部化合物数量为12个/mm2，化合物长度为6μm，屈服强度为280mpa，抗拉强度为310mpa，延伸率为10%，热传导性能好，热导率为195w/(m·k)，带材板形平直度为5i。
实施例2
一种高强度高热导率6系铝合金带材的成分按质量百分数计为：si0.50%、fe0.03%、cu0.05%、mn0.02%、mg0.40%、cr0.01%、zn0.015%，ti0.03%，余量为al和不可避免的杂质。
所述高强度高热导率6系铝合金带材的制备方法按以下步骤：
1）将上述重量配比备好的纯铝锭、铝中间合金锭、镁锭和锰剂，加入到熔炼炉中，在730℃下进行熔化、精炼、除渣、搅拌后，将形成的铝液放入静置炉中静置2.0h；
2）在690℃下，往铝液中添加80ppm的al-5ti-0.2b晶粒细化剂，并充入纯度≥99.999%的氩气进行精炼后，用低液位式半连续铸造法将精炼铝液铸造成厚520mm×宽1300mm×长6000mm的铝合金扁铸锭；
3）将铝合金扁铸锭在500℃的保温炉内保温反应12h，并在炉内自然冷却至120℃后，再在空气中自然冷却至室温；然后将扁铸锭经锯头尾、铣面后进入加热炉进行均热，均热温度为400℃，时间为8h；
4）将出炉后的锭坯经热粗机轧成32mm厚的中间坯，然后控制单道次最大压下率为35%，以保证轧制质量，再通过精轧机连轧成8.0mm厚的热轧带材，为了保证热轧过程的质量和效率，热粗轧乳液的浓度控制在4.8wt%，乳液灰分控制在600ppm以下，热精轧乳液的浓度控制在7.2wt%，乳液灰分控制在1100ppm以下，精轧机的终轧温度为280℃；
5）将步骤4）得到的8.0mm厚的热轧带材进行冷粗轧至2.0mm厚带材，在轧制过程中合理安排每道次的变形量和总加工率，其总加工率控制在75%之间，最后一个轧制道次的压下率控制在30%，最后一道次的轧制速度为250m/min；
6）将2.0mm厚的冷轧带材送入固溶炉后，在炉内充入氮气，以保证炉内氧气含量在800ppm以下；固溶处理的温度为500℃，处理4h后取出，并以80℃/s的冷却速度迅速冷却至常温；
7）将冷却后的2.0mm厚的带材在拉伸弯曲矫直机上进行拉伸矫直，拉伸率控制在0.5%，使带材板形平直度≤6i；
8）将经过拉伸矫直的带材经200℃时效处理10h。
本实施例制得的高强度高热导率6系铝合金带材，其内部化合物数量为10个/mm2，化合物长度为5μm，屈服强度为300mpa，抗拉强度为330mpa，延伸率为9%，热传导性能好，热导率为205w/(m·k)，带材板形平直度为6i。
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。