一种高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料，其化学成分包括：Si，Fe，Cu，Mn，Mg，Cr，Zn，Zr，RE，Ti，余量为Al；制备方法包括以下步骤：将配好的高强度高韧性铝合金原材料加热熔化，经过净化处理后，将熔体浇铸成铸锭用于后续加工。本发明专利技术为Al‑Zn‑Mg‑Cu系合金，通过优化合金成分设计，以实现合金强度及韧性的最大化，生产铸锭各位置成分均匀，内应力较小，无需进行去应力退火，添加过渡族元素Zr及镧系元素(La、Ce)，有助于细化显微晶粒组织，提高合金的强度及韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料及其制备方法
本专利技术涉及金属材料开发
，具体涉及一种高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料及其制备方法。
技术介绍
眼镜镜架是眼镜的重要组成部分，主要起到支撑眼镜片的作用，镜架材质主要为：金属、塑料或树脂、天然材料等。金属材料具有较高的抗断裂强度，同时兼具足够的塑性、韧性、良好的弹性及耐腐蚀性，具有极长的使用寿命。目前用于眼镜架的金属材料主要为铜合金、镍合金及钛合金。他们的特点如下：①铜合金镜架较沉重，弹性较差、易脱镀，易氧化后生成绿色的氧化铜，影响美观；②镍合金冷拉伸性能好，质地轻，耐腐蚀，镀层劳，但由于镍离子容易造成皮肤过敏，限制了其使用范围；③钛合金质量较轻、化学稳定性好、耐腐蚀，不会引起皮肤过敏，但材料硬度仍比较大，质地显得脆，容易在冷拉伸或镜架调整时断裂。近年来，铝及铝合金在合金轻量化的应用得到了广泛关注，相较于传统眼镜镜架用金属材料，铝合金具有镀层劳、密度小、耐蚀性好、比强度高、易加工、可回收再利用、可热处理强化等特点，在自然环境中来源广泛，经济使用价值高。相较于传统眼镜镜架用合金，现有牌号铝合金具有屈服强度较低，抵抗变形能力差的特点，因而限制了铝合金在眼镜镜架中的使用。本专利技术通过铝合金成分优化设计，开发一种高强度、高韧性眼镜镜架用铝合金材料十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于相较于传统眼镜镜架用合金，现有牌号铝合金具有屈服强度较低，抵抗变形能力差的特点，因而限制了铝合金在眼镜镜架中的使用。针对现有铝合金存在的问题，本专利技术设计了一种具有强度高、韧性高的特点，适用于眼镜镜架的制作的高强度高韧性的铝合金材料。该材料为Al-Zn-Mg-Cu系合金，通过优化合金成分设计，以实现合金强度及韧性的最大化。其次，添加过渡族元素Zr及镧系元素(La、Ce)，有助于细化显微晶粒组织，提高合金的强度及韧性。本专利技术的另一目的在于提供一种简单有效，所生产铸锭各位置成分均匀，内应力较小，无需进行去应力退火的高强度高韧性铝合金的制备方法。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：一种高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料，其化学成分质量百分计数包括：Si的含量为0.25-0.30％，Fe的含量为0.22-0.27％，Cu的含量为1.5-2.1％，Mn的含量为0.25-0.40％，Mg的含量为2.2-3.2％，Cr的含量为0.10-0.20％，Zn的含量为4.7-5.6％，Zr的含量为0.07-0.15％，RE的含量为0.07-0.15％，Ti的含量为0.27-0.35％，余量为Al。进一步地，上述高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料中，所述RE为混合稀土，由La、Ce混合组成。进一步地，上述高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料中，所述Cu的含量为1.8-2.1％。进一步地，上述高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料中，所述Mg的含量为2.7-3.2％。进一步地，上述高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料中，所述Zn的含量为5.1-5.6％。进一步地，上述高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料中，铝合金材料还包括其他杂质元素，所述其他杂质元素总量≤0.15％。进一步地，上述高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料中，制备方法包括以下步骤：将配好的高强度高韧性铝合金原材料加热熔化，经过净化处理后，将熔体浇铸成铸锭用于后续加工。进一步地，上述高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料中，铸锭制备过程包括以下步骤：①投料时依次投入纯铝锭、锌锭、Al-Cu中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金，开始进行加热；②充分搅拌后采用喷粉精炼方法精炼；③升高熔体温度，加入镁锭及RE混合稀土，进行搅拌；④取炉内成分式样进行检测，成分合格后进行下一步，如成分不合格，根据实际情况补充或冲淡后再重复上述步骤，直至成分合适；⑤充分搅拌后采用气体精炼方法精炼；⑥精炼完成后扒去表面浮渣，熔体进行静置；⑦熔体温度合适后开始进行铸造，熔体进入结晶器前经过在线净化系统；⑧熔体在线净化处理后进入铸盘结晶器内，开始铸造；⑨铸造结束。进一步地，上述高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料中，步骤⑦中的在线净化系统包括添加变质剂细化、除气箱除气、过滤箱除杂等熔体净化方法。进一步地，上述高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料中，步骤⑨中铸造结束后立即关闭冷却水，进行回火处理。本专利技术的有益效果是：本专利技术的高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料，该合金在Al-Zn-Mg-Cu系合金的基础上，添加Fe、Si元素减少热裂倾向，同时增大了熔体的流动性，利于熔体排气脱渣，降低夹渣及氢气对铸锭性能的影响；添加Mn、Cr元素细化再结晶晶粒，同时Mn同AlFeSi相结合，使第二相边缘变得光滑，降低针状相带来的危害；添加Zr元素形成弥散分布的Al3Zr粒子，起到弥散强化效果，补充了合金的强度，提升合金韧性；添加Ti元素细化铸态晶粒组织，提升合金的塑性，补充了合金的强度；添加RE混合稀土，可以起到细化晶粒的作用，净化熔体的作用，进而提高合金韧性。该合金具有以下优点：①使用该成分成生产铸锭，显微组织致密，晶粒细化，第二相边缘光滑、尺寸小。②该成分合金具有强度高、韧性好的特点，与同为Al-S-Mg-Cu系合金，且Zn、Mg、Cu比例近似的7075合金做对比，抗拉强度上升12.4％，屈服强度上升16.2％，延伸率上升17.2％，韧性上升72.8％。③高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料使用材料均为市售材料，原料来源广泛。使用高强度高韧性铝合金材料其制备方法，采用两次精炼、三次扒渣，确保熔体内部各成分均匀，减少成分偏析；采用无Na精炼剂，减少Na脆对合金性能的影响；在线净化过程包含晶粒细化、除气、除渣，严格控制合金铸锭内部质量。使用该制备方法所生产铸锭具有以下优点：①铸锭内部无气孔、夹渣、疏松等缺陷。②铸锭T端/W端、边部/心部化学成分保持一致，不存在径向偏析及轴向偏析。③使用高强度高韧性眼镜镜架用铝合金制备方法生产铸锭显微组织致密、晶粒组织细小。④使用高强度高韧性眼镜镜架用铝合金制备方法生产铸锭合金偏析倾向小、内部组织均匀，铸锭内应力较小，无需进行去应力退火。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。说明书附图为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述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专利技术的一些实施例，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为本专利技术铸锭显微组织；图2为本专利技术铸锭显微晶粒组织；图3为本专利技术铸锭SEM图像。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料，其特征在于，其化学成分质量百分计数包括：Si的含量为0.25-0.30％，Fe的含量为0.22-0.27％，Cu的含量为1.5-2.1％，Mn的含量为0.25-0.40％，Mg的含量为2.2-3.2％，Cr的含量为0.10-0.20％，Zn的含量为4.7-5.6％，Zr的含量为0.07-0.15％，RE的含量为0.07-0.15％，Ti的含量为0.27-0.35％，余量为Al。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料，其特征在于，其化学成分质量百分计数包括：Si的含量为0.25-0.30％，Fe的含量为0.22-0.27％，Cu的含量为1.5-2.1％，Mn的含量为0.25-0.40％，Mg的含量为2.2-3.2％，Cr的含量为0.10-0.20％，Zn的含量为4.7-5.6％，Zr的含量为0.07-0.15％，RE的含量为0.07-0.15％，Ti的含量为0.27-0.35％，余量为Al。


2.根据权利要求1所述的高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料，其特征在于：所述RE为混合稀土，由La、Ce混合组成。


3.根据权利要求1所述的高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料，其特征在于：所述Cu的含量为1.8-2.1％。


4.根据权利要求1所述的高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料，其特征在于：所述Mg的含量为2.7-3.2％。


5.根据权利要求1所述的高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料，其特征在于：所述Zn的含量为5.1-5.6％。


6.根据权利要求1所述的高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料，其特征在于：铝合金材料还包括其他杂质元素，所述其他杂质元素总量≤0.15％。


7.根据权利要求1所述的高强度高韧性眼镜镜架用铝合金材料，其特征在于：制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：何永鑫，
申请(专利权)人：深圳市金悦志丰眼镜有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44