АНОДИРОВАННЫЙ АЛЮМИНИЙ ТЕМНО-СЕРОГО ЦВЕТА Российский патент 2020 года по МПК C22C21/06 C22F1/47 C25D11/14 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №62/375932, поданной 17 августа 2016 года, содержание которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] В данном документе описаны листы из анодированного алюминиевого сплава и, в частности, листы из анодированного алюминиевого сплава темно-серого цвета.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Темно-серый цвет является желательным свойством для некоторых изделий из анодированного алюминия, таких как анодированные листы высокого качества («AQ»), применяемые в архитектуре. Анодирование представляет собой электрохимический процесс, который преобразует поверхность алюминиевого сплава в оксид алюминия. Поскольку оксид алюминия образуется на поверхности, он полностью интегрирован в низлежащую алюминиевую подложку. Поверхностный оксидный слой, полученный при анодировании, представляет собой высокоупорядоченную структуру, которая в чистом виде может быть прозрачной и бесцветной, так что анодированный лист имеет блестящий светло-серый цвет. Поверхностный оксидный слой также является пористым и может быть дополнительно окрашен путем обработки после и/или отдельно от этапа анодирования. Обычные цветные анодированные сплавы окрашиваются дополнительными поглощающими или электролитическими способами окрашивания, которые увеличивают производственные затраты для окрашенных сплавов по сравнению с неокрашенными сплавами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Охваченные варианты осуществления изобретения определяются формулой изобретения, а не данной сущностью изобретения. Данное краткое описание представляет собой обобщенный обзор различных аспектов данного изобретения и представляет некоторые идеи, которые дополнительно описаны в разделе подробное описание, приведенном ниже. Данное краткое описание не предназначено для определения ключевых или основных характерных особенностей заявляемого объекта изобретения, как и не предназначено использоваться отдельно для определения объема заявляемого объекта изобретения. Объект изобретения должен рассматриваться со ссылкой на соответствующие части полного описания изобретения, какой-либо или все графические материалы, и каждый пункт формулы.

[0005] В данном документе представлены алюминиевые сплавы, которые имеют темно - серый цвет при анодировании. Сплавы не требуют какого-либо поглощающего или электролитического окрашивания отдельно от этапа анодирования для достижения темно-серого окрашивания. Сплавы имеют экономические и экологические преимущества по сравнению с обычными анодированными алюминиевыми сплавами, которые требуют отдельного этапа окрашивания для достижения желаемого цвета.

[0006] В одном примере, в данном документе описаны алюминиевые сплавы, которые имеют естественный темно-серый цвет при анодировании. В некоторых примерах алюминиевые сплавы содержат до 0,40% масс. Fe, до 0,25% масс. Si, до 0,2% масс. Cr, от 2,0% масс. до 3,2% масс. Mg, от 0,8% масс. до 1,5% масс. Mn, до 0,1% масс. Cu, до 0,05% масс. Zn, до 0,05% масс. Ti и до 0,15% масс. примесей, а остальная часть сплава представляет собой Al. По всей данной заявке содержание всех элементов описано в массовых процентах (% масс.) в расчете на общую массу сплава. В некоторых случаях, алюминиевые сплавы включают от 0,05% масс. до 0,2% масс. Fe, от 0,03% масс. до 0,1% масс. Si, до 0,05% масс. Cr, от 2,5% масс. до 3,2% масс. Mg, от 0,8% масс. до 1,3% масс. Mn, до 0,05% масс. Cu, до 0,05% масс. Zn, до 0,05% масс. Ti и до 0,15% масс. примесей, а остальная часть сплава представляет собой А1.

[0007] В другом примере, в данном документе описаны способы получения алюминиевого листа, содержащего дисперсоиды. В некоторых примерах, способ включает литье алюминиевого сплава с образованием слитка; гомогенизацию слитка с образованием гомогенизированного слитка; горячую прокатку гомогенизированного слитка для получения горячекатаного промежуточного продукта, холодную прокатку горячекатаного промежуточного продукта для получения холоднокатаного промежуточного продукта, промежуточный отжиг холоднокатаного промежуточного продукта с получением продукта промежуточного отжига, холодную прокатку продукта промежуточного отжига для получения холоднокатаного листа и отжиг холоднокатаного листа с образованием отожженного листа, содержащего дисперсоиды, причем сплав представляет собой сплав серий 2ххх, 3ххх, 5ххх или 7ххх.

[0002] Другие объекты и преимущества будут очевидны из следующего подробного описания неограничивающих примеров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0009] На фиг. 1А представлено изображение сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM) дисперсоидов в сравнительном алюминиевом сплаве.

[0010] На фиг. 1В представлено изображение STEM дисперсоидов в сравнительном алюминиевом сплаве.

[0011] На фиг. 1С представлено изображение STEM дисперсоидов из алюминиевого сплава с темным анодированным цветом, как описано в данном документе.

[0012] На фиг. 2А предсталвено изображение сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения (SEM) дисперсоидов в сравнительном анодированном алюминиевом сплаве.

[0013] На фиг. 2В предсталвено изображение SEM высокого разрешения дисперсоидов в сравнительном анодированном алюминиевом сплаве.

[0014] На Фиг. 2С представлено изображение SEM высокого разрешения дисперсоидов в анодированном алюминиевом сплаве с естественным темным анодированным цветом, как описано в данном документе.

[0015] На фиг. 3А представлена фазовая диаграмма фаз в сравнительном сплаве.

[0016] На фиг. 3В представлена фазовая диаграмма фаз в сравнительном сплаве.

[0017] На фиг. 3С представлена фазовая диаграммуа фаз в анодированном алюминиевом сплаве с естественным темным анодированным цветом.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] В данном документе описаны сплавы и способы, обеспечивающие окрашенные анодированные субстраты, разработанные на основе глубокого анализа микроструктуры и металлургического анализа. Как правило, анодированный слой на обычной подложке из алюминиевого сплава является почти прозрачным, и анодированная подложка имеет глубокий и блестящий светло-серый металлический цвет благодаря отражательной способности как от поверхности анодированного слоя, так и от поверхности основного металла. В продуктах из сплава, полученных в соответствии с настоящими способами, дисперсоиды тонких интерметаллических частиц (иначе называемые осадками) внутри нормальных прозрачных слоев анодированного оксида анодированных сплавов, описанных в данном документе, влияют на цвет анодированного материала, прерывая свет, когда он проходит через анодированный слой, прежде чем он сможет достичь поверхности основного металла. Контролируя состав сплава и параметры способа, максимальная плотность некоторых дисперсоидов внутри анодированного слоя увеличивается. Данные дисперсоиды придают анодированному субстрату темно-серый цвет без дополнительной окраски.

[0019] Сплавы и способы, раскрытые в данном документе, обеспечивают темные анодированные листы, которые могут быть получены при значительно меньшей обработке и сниженной стоимости по сравнению с известными темными анодированными листами. Способы, описанные в данном документе, исключают обычные стадии адсорбционной или электролитической окраски, которые требуются при текущем производстве анодированных материалов темного цвета. Способы, описанные в настоящем документе, приводят к меньшему количеству побочных продуктов и являются более экологически чистыми, чем обычные способы получения продуктов с аналогичной окраской.

[0020] В некоторых примерах, алюминиевый анодированный лист, как описано в данном документе, имеет темно-серый цвет. Цвет анодированного алюминиевого листа можно определить количественно с помощью колориметрических измерений по стандарту CIE lab 1931 и/или ASTM Е313-15 (2015). В некоторых примерах, лист из анодированного алюминия имеет значение L* ниже чем 60, ниже чем 55 или ниже чем 50, как измерено с помощью стандарта CIE lab 1931. В некоторых примерах, анодированный лист имеет баланс белого ниже чем 35, ниже чем 30 или ниже чем 25, как измерено с помощью ASTM Е313-15 (2015).

Определения и описания

[0003] Термины «изобретение» и «настоящее изобретение», используемые в данном документе, предназначены для ссылки в целом на весь предмет изобретения настоящей патентной заявки и приведенной ниже формулы изобретения. Формулировки, содержащие указанные термины, должны пониматься как такие, которые не ограничивают объект изобретения, описанный в данном документе, или не ограничивают смысл или объем формулы изобретения патента, приведенной ниже.

[0022] В данном описании делается ссылка на сплавы, идентифицированные номерами АА и другими соответствующими обозначениями, такими как «серия» или «5ххх». Для понимания системы обозначения номеров, наиболее часто используемой при наименовании и идентификации алюминия и его сплавов, необходимо рассмотреть «Международные обозначения сплавов и пределы химических составов для обрабатываемого давлением алюминия и обрабатываемых давлением алюминиевых сплавов» или «Регистрационные записи Ассоциации алюминиевой промышленности обозначений сплавов на основе алюминия и предельные количества химических составов для алюминиевых сплавов в форме отливок и слитков», оба документа опубликованы Ассоциацией производителей алюминия.

[0023] Алюминиевые сплавы, упоминаемые в настоящем документе, описаны в терминах их элементного состава в процентах по массе (масс.) в расчете на общую массу сплава. В некоторых примерах каждого сплава "остальное" представляет собой алюминий с максимальным % масс. от 0,15% для суммы примесей.

[0024] Использование единичного числа подразумевает также использование множественного числа, если контекст явно не определяет другое.

[0025] В контексте данного документа термин «комнатная температура» может включать температуру от около 15°C до около 30°C, например около 15°C, около 16°C, около 17°C, около 18°C, около 19°C, около 20°C, около 21°C, около 22°C, около 23°C, около 24°C, около 25°C, около 26°C, около 27°C, около 28°C, около 29°C или около 30°C.

[0026] Подразумевают, что все диапазоны, раскрытые в данном документе, охватывают любые и все поддиапазоны, включенные в них. Например, считают, что заявленный диапазон «от 1 до 10» включает любые и все поддиапазоны между (и включительно) с минимальным значением 1 и максимальным значением 10; то есть все поддиапазоны, начиная с минимального значения 1 или более, например, от 1 до 6,1, и заканчивая максимальным значением 10 или менее, например, от 5,5 до 10.

Сплавы

[0027] Темные листы из анодированного алюминиевого сплава, описанные в данном документе, могут быть получены из любого подходящего алюминиевого сплава. Конечное анодированное качество и цвет будут варьироваться в зависимости от состава сплава. В некоторых примерах, алюминиевый сплав, используемый в описанных в данном документе способах, представляет собой сплав серий 2ххх, 3ххх, 5ххх или 7ххх.

[0028] Неограничивающие примеры сплавов серий АА5ххх включают АА2001, А2002, АА2004, АА2005, АА2006, АА2007, АА2007А, АА2007В, АА2008, АА2009, АА2010, АА2011, АА2011А, АА2111, АА2111А, АА2111В, АА2012, АА2013, АА2014, АА2014А, АА2214, АА2015, АА2016, АА2017, АА2017А, АА2117, АА2018, АА2218, АА2618, АА2618А, АА2219, АА2319, АА2419, АА2519, АА2021, АА2022, АА2023, АА2024, АА2024А, АА2124, АА2224, АА2224А, АА2324, АА2424, АА2524, АА2624, АА2724, АА2824, АА2025, АА2026, АА2027, АА2028, АА2028А, АА2028В, АА2028С, АА2029, АА2030, АА2031, АА2032, АА2034, АА2036, АА2037, АА2038, АА2039, АА2139, АА2040, АА2041, АА2044, АА2045, АА2050, АА2055, АА2056, АА2060, АА2065, АА2070, АА2076, АА2090, АА2091, АА2094, АА2095, АА2195, АА2295, АА2196, АА2296, АА2097, АА2197, АА2297, АА2397, АА2098, АА2198, АА2099 и АА2199.

[0029] Неограничивающие иллюстративные серии сплавов АА3ххх для использования в качестве изделия из алюминиевого сплава могут включать АА3002, АА3102, АА3003, АА3103, АА3103А, АА3103В, АА3203, АА3403, АА3004, АА3004А, АА3104, АА3204, АА3304, АА3005, АА3005А, АА3105, АА3105А, АА3105В, АА3007, АА3107, АА3207, АА3207А, АА3307, АА3009, АА3010, АА3110, АА3011, АА3012, АА3012А, АА3013, АА3014, АА3015, АА3016, АА3017, АА3019, АА3020, АА3021, АА3025, АА3026, АА3030, АА3130 и АА3065.

[0004] Неограничивающие иллюстративные сплавы серий АА5ххх включают АА5182, АА5183, АА5005, АА5005А, АА5205, АА5305, АА5505, АА5605, АА5006, АА5106, АА5010, АА5110, АА5110А, АА5210, АА5310, АА5016, АА5017, АА5018, АА5018А, АА5019, АА5019А, АА5119, АА5119А, АА5021, АА5022, АА5023, АА5024, АА5026, АА5027, АА5028, АА5040, АА5140, АА5041, АА5042, АА5043, АА5049, АА5149, АА5249, АА5349, АА5449, АА5449А, АА5050, АА5050А, АА5050С, АА5150, АА5051, АА5051А, АА5151, АА5251, АА5251А, АА5351, АА5451, АА5052, АА5252, АА5352, АА5154, АА5154А, АА5154В, АА5154С, АА5254, АА5354, АА5454, АА5554, АА5654, АА5654А, АА5754, АА5854, АА5954, АА5056, АА5356, АА5356А, АА5456, АА5456А, АА5456В, АА5556, АА5556А, АА5556В, АА5556С, АА5257, АА5457, АА5557, АА5657, АА5058, АА5059, АА5070, АА5180, АА5180А, АА5082, АА5182, АА5083, АА5183, АА5183А, АА5283, АА5283А, АА5283В, АА5383, АА5483, АА5086, АА5186, АА5087, АА5187 и АА5088.

[0005] Неограничивающие иллюстративные сплавы серий АА7ххх включают АА7011, АА7019, АА7020, АА7021, АА7039, АА7072, АА7075, АА7085, АА7108, АА7108А, АА7015, АА7017, АА7018, АА7019А, АА7024, АА7025, АА7028, АА7030, АА7031, АА7033, АА7035, АА7035А, АА7046, АА7046А, АА7003, АА7004, АА7005, АА7009, АА7010, АА7011, АА7012, АА7014, АА7016, АА7116, АА7122, АА7023, АА7026, АА7029, АА7129, АА7229, АА7032, АА7033, АА7034, АА7036, АА7136, АА7037, АА7040, АА7140, АА7041, АА7049, АА7049А, АА7149, АА7249, АА7349, АА7449, АА7050, АА7050А, АА7150, АА7250, АА7055, АА7155, АА7255, АА7056, АА7060, АА7064, АА7065, АА7068, АА7168, АА7175, АА7475, АА7076, АА7178, АА7278, АА7278А, АА7081, АА7181, АА7185, АА7090, АА7093, АА7095 и АА7099.

[0032] В некоторых неограничивающих примерах, алюминиевые сплавы, используемые для обеспечения темных листов из анодированного алюминиевого сплава, как описано в данном документе, включают те, которые имеют композиции от до около 0,40% масс. Fe, до около 0,25% масс. Si, до около 0,2% масс. Cr, от около 2,0% масс. до 3,2% масс. Mg, от около 0,8% масс. до около 1,5% масс. Mn, до около 0,1% масс. Cu, до около 0,05% масс. Zn, до около 0,05% масс. Ti и до около 0,15% масс. примесей, а остальная часть сплава представляет собой А1. Например, алюминиевый сплав для использования в качестве анодированного алюминия, имеющего темно-серый цвет, включает от около 0,05% масс. до около 0,20% масс. Fe, от около 0,03% масс. до около 0,1% масс. Si, до около 0,05% масс. Cr, от около 2,5% масс. до около 3,2% масс. Mg, от около 0,8% масс. до около 1,3% масс. Mn, до около 0,05% масс. Cu, до около 0,05% масс. Zn, до около 0,05% масс. Ti и до около 0,15% масс. примесей, а остальная часть сплава представляет собой Al. В некоторых примерах алюминиевые сплавы включают до 0,30% масс. Fe до около 0,13% масс. Si, до около 0,07% масс. Cr; от около 2,0% масс. до около 2,75% масс. Mg; от около 0,80% масс. до около 1,5% масс. Mn, до около 0,05% масс. Cu, до около 0,05% масс. Zn, до около 0,05% масс. Ti, и до 0,15% масс, примесей, а остальная часть сплава представляет собой А1. Необязательно, алюминиевый сплав содержит около 0,1% масс. Fe, около 0,06% масс. Si, около 0,005% масс. Cr, около 2,74% масс. Mg, около 1,13% масс. Mn, около 0,024% масс. Cu, около 0,005% масс. Zn, около 0,005% масс. Ti и до около 0,15% масс. примесей, а остальная часть сплава представляет собой Al. В некоторых примерах, алюминиевый лист содержит любой из алюминиевых сплавов, описанных в данном документе.

[0033] В некоторых неограничивающих примерах, алюминиевый сплав содержит железо (Fe) в количестве от 0% до 0,4% (например, от около 0,05% масс. до около 0,20% масс.) в расчете на общую массу сплава. Например, сплав может содержать около 0,001%, около 0,002%, около 0,003%, около 0,004%, около 0,005%, около 0,006%, около 0,007%, около 0,008%, около 0,009%, около 0,01%, около 0,02% около 0,03%, около 0,04%, около 0,05%, около 0,06%, около 0,07%, около 0,08%, около 0,09%, около 0,1%, около 0,11%, около 0,12%, около 0,13%, около 0,14%, около 0,15%, около 0,16%, около 0,17%, около 0,18%, около 0,19%, около 0,2%, около 0,21%, около 0,22%, около 0,23%, около 0,24%, около 0,25%, около 0,26%, около 0,27% около 0,28%, около 0,29%, около 0,3%, около 0,31%, около 0,32%, около 0,33%, около 0,34%, около 0,35%, около 0,36%, около 0,37%, около 0,38%, около 0,39% или около 0,4% Fe. В некоторых случаях Fe в сплаве отсутствует (т.е., 0%). Все выражено в % масс.

[0034] В некоторых неограничивающих примерах, алюминиевый сплав содержит кремний (Si) в количестве от 0% до около 0,25% (например, от около 0,03% до около 0,1%) в расчете на общую массу сплава. Например, сплав может содержать около 0,001%, около 0,002%, около 0,003%, около 0,004%, около 0,005%, около 0,006%, около 0,007%, около 0,008%, около 0,009%, около 0,01%, около 0,02% около 0,03%, около 0,04%, около 0,05%, около 0,06%, около 0,07%, около 0,08%, около 0,09%, около 0,1%, около 0,11%, около 0,12%, около 0,13%, около 0,14%, около 0,15%, около 0,16%, около 0,17%, около 0,18%, около 0,19%, около 0,2%, около 0,21%, около 0,22%, около 0,23%, около 0,24% или около 0,25% Si. В некоторых случаях Si в сплаве отсутствует (т.е., 0%). Все выражено в % масс.

[0035] В некоторых неограничивающих примерах, алюминиевый сплав содержит хром (Cr) в количестве от 0% до около 0,2% (например, от около 0,001% до около 0,15%) в расчете на общую массу сплава. Например, сплав может содержать около 0,001%, около 0,002%, около 0,003%, около 0,004%, около 0,005%, около 0,006%, около 0,007%, около 0,008%, около 0,009%, около 0,01%, около 0,02% около 0,03%, около 0,04%, около 0,05%, около 0,06%, около 0,07%, около 0,08%, около 0,09%, около 0,1%, около 0,11%, около 0,12%, около 0,13%, около 0,14%, около 0,15%, около 0,16%, около 0,17%, около 0,18%, около 0,19% или около 0,2% Cr. В некоторых случаях Cr в сплаве отсутствует (т.е., 0%). Все выражено в % масс.

[0036] В некоторых неограничивающих примерах, алюминиевый сплав содержит магний (Mg) в количестве от около 2,0% до около 3,2% (например, от около 2,5% до около 3,2%) в расчете на общую массу сплава. В некоторых примерах сплав может содержать около 2,0%, около 2,1%, около 2,2%, около 2,3%, около 2,4%, около 2,5%, около 2,6%, около 2,7%, около 2,75%, около 2,8%, около 2,9%, около 3,0%, около 3,1% или около 3,2% Mg. Все выражено в % масс.

[0037] В некоторых неограничивающих примерах, алюминиевый сплав содержит марганец (Mn) в количестве от около 0,8% до около 1,5% (например, от около 0,8% до около 1,3%) в расчете на общую массу сплава. В некоторых примерах сплав может содержать около 0,1%, около 0,2%, около 0,3%, около 0,4%, около 0,5%, около 0,6%, около 0,7%, около 0,8%, около 0,9%, около 1,0%, около 1,1%, около 1,2% или около 1,3% Mn. Все выражено в % масс.

[0038] В некоторых неограничивающих примерах, алюминиевый сплав содержит медь (Cu) в количестве от 0% до около 0,1% (например, от 0% до около 0,05%) в расчете на общую массу сплава. Например, сплав может содержать около 0,001%, около 0,002%, около 0,003%, около 0,004%, около 0,005%, около 0,006%, около 0,007%, около 0,008%, около 0,009%, около 0,01%, около 0,02% около 0,03%, около 0,04%, около 0,05%, около 0,06%, около 0,07%, около 0,08%, около 0,09% или около 0,1% Cu. В некоторых случаях Cu в сплаве отсутствует (то есть 0%). Все выражено в % масс.

[0039] В некоторых неограничивающих примерах, алюминиевый сплав содержит цинк (Zn), в количестве от 0% до около 0,05% в расчете на общую массу сплава. Например, сплав может содержать около 0,001%, около 0,002%, около 0,003%, около 0,004%, около 0,005%, около 0,006%, около 0,007%, около 0,008%, около 0,009%, около 0,01%, около 0,02% около 0,03%, около 0,04% или около 0,05% Zn. В некоторых случаях Zn в сплаве отсутствует (т.е., 0%). Все выражено в % масс.

[0040] В некоторых неограничивающих примерах, алюминиевый сплав содержит титан (Ti), в количестве от 0% до около 0,05% в расчете на общую массу сплава. Например, сплав может содержать около 0,001%, около 0,002%, около 0,003%, около 0,004%, около 0,005%, около 0,006%, около 0,007%, около 0,008%, около 0,009%, около 0,01%, около 0,02% около 0,03%, около 0,04% или около 0,05% Ti. В некоторых случаях Ti в сплаве отсутствует (т.е., 0%). Все выражено в % масс.

[0041] Необязательно, составы сплава, описанные в данном документе, могут дополнительно содержать другие дополнительные элементы, которые иногда обозначаются как примеси, в количествах от 0,05% или ниже, 0,04% или ниже, 0,03% или ниже, 0,02% или ниже, или 0,01% или ниже каждого. Данные примеси могут включать, но не ограничиваются ими, V, Zr, Ni, Sn, Ga, Ca или их комбинации. Соответственно, V, Zr, Ni, Sn, Ga или Ca могут присутствовать в сплавах в количестве 0,05% или ниже, 0,04% или ниже, 0,03% или ниже, 0,02% или ниже, или 0,01%, или ниже. В некоторых случаях сумма всех примесей не превышает 0,15% (например, 0,10%). Все выражено в % масс. Оставшееся процентное содержание сплава представляет собой алюминий.

[0042] Как дополнительно описано ниже, сплавы, описанные в данном документе, могут быть получены в виде листов и могут быть анодированы. Поверхностный оксидный слой, полученный способом анодирования из обычного сплава, представляет собой высокоупорядоченную структуру, которая в чистом виде может быть прозрачной и бесцветной. Сплавы, описанные в данном документе, напротив, предназначены для формирования тонкодисперсных интерметаллических частиц (например, дисперсоидов или осадков) в подложке, которые удерживаются внутри оксидного слоя, образованного при анодировании.

[0043] Интерметаллические частицы включают два или более элементов, например, два или более из Al, Fe, Mn, Si, Cu, Ti, Zr, Cr и/или Mg. Интерметаллические частицы включают, но не ограничиваются ими, Al_x(Fe,Mn), Al₃Fe, Al₁₂(Fe,Mn)₃Si, Al₇Cu₂Fe, Al₂₀Cu₂Mn₃, Al₃Ti, Al₂Cu, Al(Fe,Mn)₂Si₃, Al₃Zr, Al₇Cr, Al_x(Mn,Fe), Al₁₂(Mn,Fe)₃Si, Al₃, Ni, Mg₂Si, MgZn₃, Mg₂Al₃, Al₃₂Zn₄₉, Al₂CuMg и Al₆Mn. Хотя многие интерметаллические частицы содержат алюминий, также существуют интерметаллические частицы, которые не содержат алюминий, такие как Mg₂Si. Состав и свойства интерметаллических частиц описаны ниже.

[0044] В некоторых примерах, сплавы, в данном документе, включают различные массовые проценты фаз Al_x(Fe,Mn), Al₁₂(Fe,Mn)₃Si, и Al₆Mn, Mg₂Si. В случае, если элемент в интерметаллической частице указан курсивом, данный элемент является превалирующим элементом в частице. Обозначение (Fe, Mn) указывает на то, что элемент может представлять собой Fe или Mn или их смесь. Обозначение (Fe, Mn) указывает, что частица содержит больше элемента Fe, чем элемента Mn, а обозначение (Fe, Mn) указывает, что частица содержит больше элемента Mn, чем элемента Fe.

[0045] Массовый процент каждой фазы отличается при различных температурах отжига, используемых в способах получения листов сплава алюминия, как описано ниже. Сплав, имеющий более высокий массовый процент частиц Al_x(Fe,Mn) и/или Al₁₂(Fe,Mn)₃Si, будет иметь более темный естественный анодированный цвет. В некоторых примерах, алюминиевый сплав содержит, по меньшей мере 1,5% масс. Al_x(Fe,Mn) и/или Al₁₂(Fe,Mn)₃Si при 400°C (например, по меньшей мере 1,0%, по меньшей мере 1,25%, по меньшей мере 1,5% или, по меньшей мере 1,75%, все % масс.). В некоторых примерах, алюминиевый сплав содержит, по меньшей мере 2,0% масс. Al_x(Fe,Mn) и/или Al₁₂(Fe,Mn)₃Si при 500°C (например, по меньшей мере, 2,0%, по меньшей мере 2,2% или по меньшей мере 2,4%, все % масс).

[0046] В некоторых примерах, алюминиевый лист, имеющий темно-серый цвет содержит дисперсоиды с плотностью по меньшей мере, 1 дисперсоид на 25 квадратных микрометров (например, по меньшей мере, 1 дисперсоид на 25 квадратных микрометров, по меньшей мере 2 дисперсоида на 25 квадратных микрометров, по меньшей мере 4 дисперсоида на 25 квадратных микрометров, по меньшей мере 10 дисперсоидов на 25 квадратных микрометров или по меньшей мере 20 дисперсоидов на 25 квадратных микрометров).

[0047] В некоторых примерах дисперсоиды имеют средний размер больше, чем 50 наномеров в любом направлении. Для целей данного докумнета «любое направление» означает высоту, ширину или глубину. Например, дисперсоиды могут иметь средний размер частиц более 50 нанометров, более 100 нанометров, более 200 нанометров или более 300 нанометров. В некоторых примерах, дисперсоиды включают один или более из Al, Fe, Mn, Si, Cu, Ti, Zr, Cr, Ni, Zn и/или Mg. В некоторых примерах, дисперсоиды включают дисперсоиды Al-Mn-Fe-Si. В некоторых примерах, дисперсоиды включают один или более из Al₃Fe, Al₁₂(Fe,Mn)₃Si, Al₂₀Cu₂Mn₃, Al(Fe,Mn)₂Si₃, Al₃Zr, Al₇Cr, Al₁₂(Mn,Fe)₃Si, Mg₂Si, Al₂CuMg, и Al₆Mn. В некоторых примерах, дисперсоиды включают один или более из Al₃Fe, Al_x(Fe,Mn), Al₃Fe, Al₁₂(Fe,Mn)₃Si, Al₇Cu₂Fe, Al₂₀Cu₂Mn₃, Al₃Ti, Al₂Cu, Al(Fe,Mn)₂Si₃, Al₃Zr, Al₇Cr, Al_x(Mn,Fe), Al₁₂(Mn,Fe)₃Si, Al₃, Ni, Mg₂Si, MgZn₃, Mg₂Al₃, Al₃₂Zn₄₉, Al₂CuMg и Al₆Mn.

[0048] В некоторых примерах, алюминиевый лист имеет размер зерна от 10 мкм до 50 мкм. Например, алюминиевый лист может иметь размер зерна от 15 до 45 мкм, от 15 до 40 мкм или от 20 до 40 мкм.

Способы получения

[0006] Также в данном документе описаны способы получения алюминиевого листа. В некоторых примерах, способ включает отливку алюминия; гомогенизацию алюминия; горячую прокатку гомогенизированного алюминия для получения горячекатаного промежуточного продукта; холодную прокатку горячекатаного промежуточного продукта для получения холоднокатаного промежуточного продукта; промежуточный отжиг холоднокатаного промежуточного продукта с получением продукта промежуточного отжига; холодную прокатку продукта промежуточного отжига для получения холоднокатаного листа и отжиг холоднокатаного листа с образованием отожженного листа. В некоторых примерах, способ дополнительно включает травление отожженных алюминиевых листов (например, в кислотной или основной ванне) и анодирование отожженных алюминиевых листов.

[0007] В некоторых примерах, описанные в данном документе сплавы могут быть отлиты в слитки с использованием способа прямого охлаждения (DC). Полученные слитки могут быть необязательно зачищены. В некоторых примерах, в данном документе, сплавы могут быть отлиты способом непрерывной разливки (СС). Литой продукт может затем подвергаться дальнейшим этапам обработки. В некоторых примерах, этапы обработки включают этап двухступенчатой гомогенизации, этап горячей прокатки, этап холодной прокатки, необязательный этап промежуточного отжига, этап холодной прокатки и этап окончательного отжига. Описанные ниже этапы обработки иллюстрируют этапы обработки, используемые для слитка, полученного способом непрерывной разливки (СС).

[0008] Этап гомогенизации, описанный в данном документе, может быть одним этапом гомогенизации или двухступенчатым способом гомогенизации. На первом этапе гомогенизации метастабильные фазы растворяют в матрице и минимизируют микроструктурную неоднородность. Слиток нагревают до достижения пиковой температуры металла 500-550°C в течение около 2-24 часов. В некоторых примерах, слиток нагревают до достижения пиковой температуры металла в диапазоне от около 510°C до около 540°C, от около 515°C до около 535°C, или от около 520°C до около 530°C. Скорость нагрева до достижения пиковой температуры металла может составлять от около 30°C в час до около 100°C в час. Затем слиток подвергают выдержке (т.е., выдерживают при указанной температуре) в течение определенного периода времени на протяжении первого этапа. В некоторых примерах, слиток подвергают выдержке до 5 часов (например, до 1 часа, до 2 часов, до 3 часов, до 4 часов включительно). Например, слиток могут подвергать выдержке при температуре около 515°C, около 525°C, около 540°C или около 550°C в течение от 1 часа до 5 часов (например, 1 час, 2 часа, 3 часа, 4 часа или 5 часов).

[0009] На втором этапе гомогенизации температуру слитка снижают до температуры от около 480°C до 550°C перед последующей обработкой. В некоторых примерах, температура слитка снижалась до температуры от около 450°C до 480°C перед последующим этапом обработки. Например, на втором этапе слиток может быть охлажден до температуры около 470°C, около 450°C, около 460°C, около 470°C или около 480°C и его подвергают выдержке в течение некоторого периода времени. В некоторых примерах, слиток подвергают выдержке при указанной температуре до восьми часов (например, от 30 минут до восьми часов, включительно). Например, слиток может подвергаться выдержке при температуре около 450°C, около 460°C, около 470°C или около 480°C в течение от 30 минут до 8 часов.

[0010] После второго этапа гомогенизации может быть проведен этап горячей прокатки. Этап горячей прокатки может включать операцию на реверсивном прокатном стане и/или операцию на горячем тандемном прокатном стане. Этап горячей прокатки может быть выполнен при температуре в диапазоне от около 250°C до около 450°C (например, от около 300°C до около 400°C или от около 350°C до около 400°C). На этапе горячей прокатки слиток может подвергаться горячей прокатке до толщины 10 мм или менее (например, от 3 мм до 8 мм). Например, слитки могут быть подвергнуты горячей прокатке до 8 мм или менее, 7 мм или менее, 6 мм или менее, 5 мм или менее, 4 мм или менее или 3 мм или менее. Необязательно, этапы горячей прокатки могут выполняться в течение периода времени до одного часа. Необязательно, в конце этапа горячей прокатки (например, после выхода из тандемного прокатного стана) лист скатывают.

[0054] Горячекатанный рулон может разматываться при горячей прокатке листа, который затем может пройти холодный этап прокатки. Температуру листа можно уменьшить до температуры в интервале от около 20°C до около 200°C (например, от около 120°C до около 200°C). Этап холодной прокатки может выполняться в течение определенного периода времени с получением конечной толщины от около 1,0 мм до около 3 мм или около 2,3 мм. Необязательно, этап холодной прокатки может быть выполнен в течение периода времени до около 1 часа (например, от около 10 минут до около 30 минут) и лист может быть сложен с получением холоднокатаной катушки.

[0011] Необязательно, холоднокатаный рулон может проходить этап промежуточного отжига. Этап промежуточного отжига может включать нагревание катушки до пиковой температуры металла от около 300°C до около 400°C (например, около 300°C, 305°C, 310°C, 315°C, 320°C, 325°C, 330°C, 335°C, 340°C, 345°C, 350°C, 355°C, 360°C, 365°C, 370°C, 375°C, 380°C, 385°C, 390°C, 395°C или 400°C). Скорость нагревания для стадии отжига может составлять от около 20°C в минуту до около 100°C в минуту (например, около 40°C в минуту, около 50°C в минуту, около 60°C в минуту или около 80°C в минуту). Этап промежуточного отжига может быть выполнен в течение 2 часов или менее (например, 1 час или менее). Например, этап промежуточного отжига может быть выполнен в течение периода от 30 минут до 50 минут.

[0012] После этапа промежуточного отжига может следовать необязательный другой этап холодной прокатки. Этап холодной прокатки может выполняться в течение определенного периода времени с получением конечной толщины между около 0,5 мм и около 2 мм, между около 0,75 и 1,75 мм, между около 1 и 1,5 мм или около 1,27 мм. Необязательно, этап холодной прокатки может быть выполнен в течение периода времени до около 1 часа (например, от около 10 минут до около 30 минут).

[0013] После этапа холодной прокатки может затем выполняться этап отжига. Этап отжига может включать нагрев холоднокатаной катушки до пиковой температуры металла от около 180°C до около 350°C. Скорость нагрева на этапе отжига может составлять от около 10°C в час до около 100°C в час. Этап отжига может быть выполнен в течение периода времени до 48 часов или менее (например, 1 час или менее). Например, этап отжига может быть выполнен в течение периода от 30 минут до 50 минут.

[0058] После этапа отжига и перед этапом анодирования, алюминиевые листы могут быть вытравлены. Можно использовать любой известный способ травления, включая щелочное травление или кислотное травление. В качестве примера, щелочной способ травления может быть выполнен с гидроксидом натрия (например, 10% водным раствором гидроксида натрия) с последующим способом десмутации. В качестве другого примера, кислотный способ травления может быть выполнен с фосфорной кислотой, серной кислотой или их комбинацией. Например, способ кислотного травления может быть выполнен с использованием 75% фосфорной кислоты и 25% серной кислоты при повышенной температуре. Используемый в данном документе термин «повышенная температура» относится к температуре выше комнатной температуры (например, выше 40°C, выше 50°C, выше 60°C, выше 70°C, выше 80°C или выше чем 90°C, например 99°C). Во время способа травления основная алюминиевая матрица и интерметаллические частицы/дисперсоиды растворяются. В зависимости от способа травления степень и однородность поверхности травления могут варьироваться.

[0014] После этапа травления, алюминиевые листы, в данном документе, анодируют. В некоторых примерах, алюминиевые листы, в данном документе, анодируют, помещая алюминий в электролитический раствор и пропуская постоянный ток через раствор. В некоторых примерах, электролитический раствор представляет собой кислотный раствор, такой как, но не ограничиваясь этим, раствор, содержащий соляную кислоту, серную кислоту, хромовую кислоту, фосфорную кислоту и/или органическую кислоту. Анодирование создает оксидный поверхностный слой на алюминиевом сплаве. В некоторых примерах, алюминиевый лист содержит оксидный поверхностный слой.

Способы использования

[0015] Материалы, описанные в данном документе, особенно полезны в архитектурной области, а также в других декоративных применениях, таких как декоративные панели, уличные указатели, бытовые приборы, мебель, ювелирные изделия, произведения искусства, морские и автомобильные компоненты, и даже бытовой электронике, где потребителям требуется высококачественный темно-серый цвет анодированных листов.

[0016] Следующие примеры будут служить для дополнительной иллюстрации данного изобретения, но при этом не несут никакого ограничительного смысла. Напротив, должно быть четко понятно, что можно получить различные варианты осуществления изобретения, модификации и их эквиваленты, которые после прочтения описания в данном документе могут представить себе специалисты в данной области техники не отступая от сущности изобретения. Во время исследований, описанных в следующих примерах, соблюдались обычные процедуры, если не указано иное. Некоторые из процедур описаны ниже для иллюстративных целей.

ПРИМЕР 1

[0017] Были получены лист сплава изобретения и три сравнительных листа сплава, имеющие составы, описанные в Таблице 1. Листы получали путем отливки слитка при температуре приблизительно 650°C, гомогенизации слитка при 525°C в течение времени выдерживания менее 1 часа, горячей прокатки гомогенизированного слитка в течение 10 минут при 250-450°C для получения горячекатаного промежуточного продукта и холодной прокатки горячекатаного промежуточного продукта в течение 10 минут при 150-180°C для получения холоднокатаного промежуточного продукта.

ПРИМЕР 2

[0018] Алюминиевые листы сплава 4 и сравнительных сплавов 1 и 2, описанные в примере 1, использовали для получения снимков с использованием сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM). Фиг. 1А и фиг. 1В представляют собой изображения STEM сравнительного сплава 1 и сравнительного сплава 2 соответственно. Фиг. 1С представляет собой изображение STEM сплава 4. Сплав 4 показал гораздо более высокую плотность дисперсоидов, чем сравнительные сплавы. Сплав 3 имел более низкую плотность дисперсоидов, чем сплавы 1 и 2, и, поэтому, не изображен.

ПРИМЕР 3

[0019] Листы сравнительных сплавов 1 и 2 и сплава 4, полученные, как описано в примере 1, травили посредством щелочного травления 10% раствором гидроксида натрия и анодировали до толщины анодированного слоя 10 микрометров (мкм). Полученное поперечное сечение анодированного слоя использовали для получения снимков с использованием сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения (SEM) Изображения SEM сравнительных сплавов 1 и 2, и сплава 4 изображены на фиг. 2А-2С, соответственно. Как показано на фиг. 2А, мелкими частицами были Al₆Fe и Mg₂Si в данных примерных сплавах. Лист из анодированного алюминия из сплава 4 имеет значительно более темный серый цвет со многими видимыми дисперсоидами (см. фиг. 2С), тогда как два сравнительных листа из анодированного алюминиевого сплава имеют светло-серый цвет и меньшее количество дисперсоидов (см. фиг. 2А-2В).

ПРИМЕР 4

[0020] Термодинамическое моделирование с помощью программного обеспечения Thermo-Calc (Thermo-Calc Software, Inc., Макмюррэй, Пенсильвания) было использовано для расчета равновесного фазового поведения во время превращения сравнительных сплавов 1-2 (см. фиг., 3А и 3В соответственно) и сплава 4 (см. фиг. 3С). Равновесные фазы при каждой температуре данного состава сплава рассчитывали с помощью способа CALPHAD (компьютерное сочетание фазовых диаграмм и термохимии). Каждая строка представляет конкретную фазу. Строка 1: жидкость; строка 2: матрица Al; строка 3: Al₆Mn; строка 4: Al(Fe,Mn)₂Si₃; строка 5: Mg₂Si; строка 6: AlCuMn; строка 7: AlCuMg; строка 8: Al₈Mg₅; строка 9: Al₁₂Mn. Результаты моделирования показывают, что количество дисперсоидов AlgMn (линия 3) больше всего в сплаве 4 (фиг. 3С). Не имея намерения ограничиваться какой-либо теорией, более высокое содержание Mn в заявляемом сплаве по сравнению со сравнительными сплавами приводит к большей концентрации дисперсоидов Al₆Mn в оксидном слое по изобретению, что обеспечивает рассеивание входящего света.

[0021] Все патенты, публикации и тезисы, приведенные выше, включены в данный документ в полном объеме посредством ссылки. Различные варианты осуществления изобретения были описаны для достижения различных целей данного изобретения. Следует признать, что данные варианты осуществления изобретения всего лишь иллюстрируют принципы данного изобретения. Многочисленные модификации и их адаптация будут очевидны специалистам в данной области техники без отхода от сущности и объема данного изобретения, как определено в следующей формуле изобретения.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, в частности к цветным алюминиевым сплавам, и может быть использовано в архитектуре, а также для других декоративных применений. Алюминиевый сплав содержит до 0,40 мас.% Fe, до 0,25 мас.% Si, до 0,2 мас.% Cr, от 2,0 мас.% до 3,2 мас.% Mg, от 0,8 мас.% до 1,5 мас.% Mn, до 0,1 мас.% Cu, до 0,05 мас.% Zn, до 0,05 мас.% Ti, и до 0,15 мас.% примесей, остальное алюминий, причем сплав содержит по меньшей мере 1,5 мас.% интерметаллидов Al₆Mn и/или Al₁₂(Fe,Mn)3Si. Способ получения алюминиевого листа, содержащего дисперсоиды, включает литье алюминиевого сплава, гомогенизацию слитка, горячую прокатку слитка для получения горячекатаного промежуточного продукта, холодную прокатку, промежуточный отжиг, холодную прокатку продукта промежуточного отжига для получения холоднокатаного листа и отжиг холоднокатаного листа с образованием алюминиевого листа, содержащего дисперсоиды. Изобретение направлено на получение алюминиевых сплавов и алюминиевых листов из них, имеющих естественный темно-серый цвет при анодировании. Сплавы не требуют какого-либо абсорбционного или электролитического окрашивания отдельно от процесса анодирования для достижения темно-серого цвета. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл., 4 пр.

1. Алюминиевый сплав, характеризующийся тем, что он содержит до 0,40 мас.% Fe, до 0,25 мас.% Si, до 0,2 мас.% Cr, от 2,0 мас.% до 3,2 мас.% Mg, от 0,8 мас.% до 1,5 мас.% Mn, до 0,1 мас.% Cu, до 0,05 мас.% Zn, до 0,05 мас.% Ti, и до 0,15 мас.% примесей, остальное алюминий, причем сплав содержит по меньшей мере 1,5 мас.% интерметаллидов Al₆Mn и/или Al₁₂ (Fe,Mn)₃ Si.

2. Алюминиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит от 0,05 мас.% до 0,2 мас.% Fe, от 0,03 мас.% до 0,1 мас.% Si, до 0,05 мас.% Cr, от 2,5 мас.% до 3,2 мас.% Mg, от 0,8 мас.% до 1,3 мас.% Mn, до 0,05 мас.% Cu, до 0,05 мас.% Zn, до 0,05 мас.% Ti, и до 0,15 мас.% примесей, остальное алюминий.

3. Алюминиевый лист, характеризующийся тем, что он содержит алюминиевый сплав по п. 1 или 2.

4. Алюминиевый лист по п. 3, отличающийся тем, что лист из алюминиевого сплава содержит поверхностный анодированный оксидный слой.

5. Алюминиевый лист по п. 3, отличающийся тем, что он имеет баланс белого цвета ниже чем 35, измеренный по ASTM E313-15 (2015).

6. Алюминиевый лист по п. 3, который дополнительно содержит дисперсоиды при плотности по меньшей мере 2 дисперсоида на 25 квадратных микрометров.

7. Алюминиевый лист по п. 6, отличающийся тем, что дисперсоиды имеют средний размер больше чем 50 нм в любом направлении.

8. Алюминиевый лист по п. 7, отличающийся тем, что дисперсоиды содержат один или более из Al₃Fe, Al_х(Fe,Mn), Al₁₂(Fe,Mn)₃Si, Al₇Cu₂Fe, Al₂₀Cu₂Mn₃, Al₃Ti, Al₂Cu, Al(Fe,Mn)₂Si₃, Al₃Zr, Al₇Cr, Al_х(Mn,Fe), Al₁₂ (Mn,Fe)₃ Si, Al₃, Ni, Mg₂Si, MgZn₃, Mg₂Al₃, Al₃₂Zn₄₉, Al₂CuMg и Al₆Mn.

9. Алюминиевый лист по п. 7, отличающийся тем, что дисперсоиды содержат Al-

Mn-Fe-Si.

10. Алюминиевый лист по п. 7, отличающийся тем, что диспресоиды содержат

один или более из Al₃Fe, Al₁₂(Fe,Mn)₃Si, Al₂₀Cu₂Mn₃, Al(Fe,Mn)₂Si₃, Al₃Zr, Al₇Cr,

Al₁₂(Mn,Fe)₃Si, Mg₂Si, Al₂CuMg и Al₆Mn.

11. Алюминиевый лист по любому из пп. 4-10, который состоит из зерен размером от 10 мкм до 50 мкм.

12. Способ получения алюминиевого листа, содержащего дисперсоиды,

включающий:

литье алюминиевого сплава по п. 1 с образованием слитка;

гомогенизацию слитка с образованием гомогенизированного слитка;

горячую прокатку слитка для получения горячекатаного промежуточного

продукта;

холодную прокатку горячекатаного промежуточного продукта для получения

холоднокатаного промежуточного продукта;

промежуточный отжиг холоднокатаного промежуточного продукта для

получения продукта промежуточного отжига;

холодную прокатку продукта промежуточного отжига для получения

холоднокатаного листа; и

отжиг холоднокатаного листа с образованием алюминиевого листа содержащего

дисперсоиды.

13. Способ по п. 12, который дополнительно включает анодирование алюминиевого

листа.

14. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что алюминиевый сплав содержит

до 0,40 мас.% Fe, до 0,25 мас.% Si, до 0,2 мас.% Cr, от 2,0 мас.% до 3,2

мас.% Mg, от 0,8 мас.% до 1,5 мас.% Mn, до 0,1 мас.% Cu, до 0,05 мас.% Zn, до

0,05 мас.% Ti и до 0,15 мас.% примесей, остальное алюминий.

15. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что дисперсоиды содержат один или

более из Al₃Fe, Al_х(Fe,Mn), Al₃Fe, Al₁₂(Fe,Mn)₃Si, Al₇Cu₂Fe, Al₂₀Cu₂Mn₃, Al₃Ti, Al₂Cu,

Al(Fe,Mn)₂ Si₃, Al₃Zr, Al₇Cr, Al_х(Mn,Fe), Al₁₂(Mn,Fe)₃Si, Al₃, Ni, Mg₂Si, MgZn₃, Mg₂Al₃,

Al₃₂Zn₄₉, Al₂CuMg и Al₆Mn.

16. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что алюминиевый лист имеет

баланс белого цвета ниже чем 35, измеренный по ASTM E313-15 (2015).

17. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что дисперсоиды присутствуют в

алюминиевом листе при плотности по меньшей мере 2 дисперсоида на 25 квадратных микрометров.