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用于轻型包装解决方案的具有高回收含量的铝平板轧制产品及相关方法与流程

2022-05-12 02:15:27 来源:中国专利 TAG:

用于轻型包装解决方案的具有高回收含量的铝平板轧制产品及相关方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年10月2日提交的美国临时申请号62/909,291的权益,所述临时申请以引用方式整体并入本文。
技术领域
3.本公开涉及铝合金产品和此类铝合金产品的性能。本公开进一步涉及具有高回收含量的铝饮料产品及其生产和加工方法。


背景技术:

4.饮料胶囊是众所周知的并且被广泛使用。铝可为食品包装提供良好的刚性、可成形性以及气体和光阻隔特性。用于胶囊包装的铝箔包括软退火aa8011a合金。用于胶囊的现有合金具有低回收含量。在回收铝中发现的元素诸如mg或mn,以及可能通过回收积累的元素诸如fe,可对诸如断裂行为或制耳等性能产生负面影响。利用回收铝是环保的。由回收铝形成新金属只需要生产铝合金中使用的原铝所需能源的5%。通过降低材料的厚度来减少包装材料的量可对环境产生积极影响。然而,降低包装材料的厚度会损害包装材料的可成形性与机械阻力之间的平衡并限制这些努力。3xxx系列铝合金(包括处于h19回火的3004/3104)是饮料罐的常见包装材料。然而,与用于饮料胶囊的铝合金材料的性能相比,饮料罐中所使用的3xxx系列铝合金的性能(典型规格为0.23-0.35mm,拉伸强度约为260mpa,并且断裂伸长率约为4%)处于不同的操作窗口。


技术实现要素:

5.本发明涵盖的实施方案由权利要求而非本发明内容限定。本发明内容是对本发明的各个方面的高度概括,并且介绍了在以下的具体实施方式部分中将进一步描述的一些概念。本发明内容并不意图确认所要求保护的主题的关键特征或必要特征,也不意图单独用于确定所要求保护的主题的范围。本主题应当参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每条权利要求来理解。
6.本文描述的是铝合金胶囊。在一些实施方案中,一种铝合金胶囊包括圆顶状主体,所述圆顶状主体包括唇缘,以及盖子,所述盖子与所述唇缘固定在一起,其中所述唇缘从所述主体向外延伸。所述主体限定腔,所述腔被构造成容纳用于制备饮料的物质。所述盖子可围绕所述主体的所述唇缘形成密封以将所述物质密封在所述主体内。在一些实施方案中,所述主体和所述盖子中的至少一者包含3xxx系列铝合金。在一些实施方案中,3xxx系列铝合金包括aa3104。
7.本文所描述的铝合金胶囊可提供对常规铝合金胶囊的改进,其在铝合金中使用更多回收含量,并且通过可成形性和强度性能的新平衡实现未来的减量步骤。在某些实施方案中,3xxx系列铝合金包括至少50重量%的回收铝。任选地,3xxx系列铝合金可包含至少80
重量%的回收铝。在一些情况下,回收铝包括过程周转废料铝、制造后废料铝或消费后废料铝中的至少一者。
8.在一些情况下,可加工3xxx系列铝合金以产生o回火合金。在一些实施方案中,铝合金胶囊包括约30μm至约170μm(例如,约50μm至小于约150μm或约75μm至约120μm)的厚度。任选地,铝合金胶囊可包括约70μm至约120μm(例如,约70μm至小于约110μm或约80μm至约100μm)的厚度。
9.本文进一步描述了生产诸如铝饮料胶囊的具有回收含量的铝合金产品的方法。所述方法包括:将回收铝熔化成液态金属;将合金元素添加到所述液态金属以形成改性液态金属;铸造所述改性液态金属以形成铸造铝合金;加热所述铸造铝合金;热轧所述铸造铝合金以产生包括1.5mm至10mm厚度的轧制产品;以及冷轧所述轧制产品以产生铝合金产品。在一些示例中,所述合金元素包括锰。在一些示例中,所述合金元素包括镁。任选地,所述合金元素可包括锰和镁。任选地,所述合金元素还可包括硅。在某些示例中,加热所述铸造铝合金可包括:均质化所述铸造铝合金。任选地,所述方法还可包括:对所述铝合金产品进行退火以产生o回火产品。在一些示例中,所述方法还可包括:用弱碱性或弱酸性试剂清洁所述铝合金产品。在一些示例中,所述改性液态金属可包含至少50重量%的回收铝(例如,至少约60重量%的回收铝或至少约75重量%的回收铝)。任选地,所述改性液态金属可包含至少80重量%的回收铝(例如,至少约85重量%的回收铝或至少约90重量%的回收铝)。回收铝可包括过程周转废料铝、制造后废料铝和/或消费后废料铝。
10.本文还描述了一种根据本文所描述的方法制备的铝合金产品。所述铝合金可包括3xxx系列铝合金。所述铝合金产品可以是片材。所述铝合金产品可用于包装。在一些示例中,所述铝合金产品是用于制备饮料的包装。在某些示例中,所述铝合金产品是饮料胶囊。
11.在实现用于胶囊包装的制耳性能的同时达到一定的强度和伸长率可能是一个挑战。本文所描述的铝合金可表现出良好制耳性能和机械性能,即使在减量时也是如此。所述铝合金产品在o回火下可表现出小于2.0%的制耳。在某些示例中,铝合金产品在o回火下表现出小于1.5%的制耳。所述铝合金产品可包括约30μm至约170μm(例如,约50μm至小于约150μm或约80μm至约140μm)的厚度。在一些情况下,所述铝合金产品包括约70μm至约120μm(例如,约75μm至小于约115μm或约90μm至约110μm)的厚度。当所述铝合金产品处于o回火下时,所述铝合金产品可具有约165mpa至约190mpa(例如,约170mpa至小于约185mpa或约175mpa至约180mpa)的极限拉伸强度。在一些示例中,当所述铝合金产品处于o回火下时,所述铝合金产品具有70mpa至90mpa(例如,约75mpa至小于约90mpa或约80mpa至约85mpa)的0.2%应变下屈服强度。使用a100测试几何学,当铝合金产品处于o回火下时,铝合金产品可具有至少10%的总伸长率。
12.本发明的其他目的和优点将从以下非限制性示例的详细描述中变得明显。
附图说明
13.本说明书参考以下附图,在附图中,相同附图标记在不同图中的使用意图示出相同或相似部件。
14.图1a和图1b分别是根据本公开的一个示例的饮料胶囊的侧视图和透视图。
15.图2a和图2b是根据本公开的一个示例的饮料胶囊的透视图。
16.图3是根据本公开的一个示例的饮料胶囊的分解图。
具体实施方式
17.本文描述了铝合金产品,诸如铝合金胶囊、具有高回收含量的铝合金产品,以及制作所述产品的方法。本文所描述的铝合金产品和方法提供了改进的铝合金产品,减少了原材料的使用。例如,与用于铝合金胶囊的常规铝合金产品相比,本文所描述的铝合金产品可包括回收铝(例如,至少50重量%或至少80重量%的回收铝)。与常规8xxx系列铝合金制成的胶囊和其他包装产品相比,本文所描述的铝合金产品具有优异的强度性能。
18.在一些示例中,铝合金胶囊可包括圆顶状主体和盖子。所述主体限定腔,所述腔被构造成容纳用于制备饮料的物质。胶囊可包含3xxx系列铝合金。任选地,3xxx系列铝合金可包括至少50重量%的回收铝。
19.定义和描述:
20.在本文中使用的术语“发明”、“该发明”、“此发明”和“本发明”意图广泛地指代本专利申请和下文权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述不应被理解为限制本文描述的主题,或限制下文专利权利要求的含义或范围。
21.在本说明书中,参考了通过诸如“系列”或“3xxx”的铝行业标号标识的合金。要了解最常用于命名和标识铝及其合金的编号命名系统,参见“international alloy designations and chemical composition limits for wrought aluminum and wrought aluminum alloys”或“registration record of aluminum association alloy designations and chemical compositions limits for aluminum alloys in the form of castings and ingot”,两者都由美国铝业协会发布。
22.如本文所使用,除非上下文另外明确地指出,否则“一个”、“一种”或“所述”的含义包括单数和复数指代物。
23.如本文所使用,板通常具有大于约15mm的厚度。例如,板可以是指厚度大于约15mm、大于约20mm、大于约25mm、大于约30mm、大于约35mm、大于约40mm、大于约45mm、大于约50mm或大于约100mm的铝产品。
24.如本文所使用,沙特板(也称为片材板)通常具有约4mm至约15mm的厚度。例如,沙特板的厚度可为约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm或约15mm。
25.如本文所使用,片材通常是指厚度小于约4mm的铝产品。例如,片材的厚度可以是小于约4mm、小于约3mm、小于约2mm、小于约1mm、小于约0.5mm、小于约0.3mm或小于约0.1mm。
26.如本文所使用,术语箔指示厚度在高达约0.2mm(即200微米(μm))的范围内的合金。例如,箔的厚度可高达10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm或200μm。
27.如本文所使用,诸如“铸造金属产品”、“铸造产品”、“铸造铝合金产品”等的术语是可互换的,并且是指通过直接激冷铸造(包括直接激冷共铸造)或半连续铸造、连续铸造(包括例如通过使用双带式铸造机、双辊铸造机、块式铸造机或任何其他连续铸造机)、电磁铸造、热顶铸造或任何其他铸造方法生产的产品。
28.如本文所使用,术语金属产品可酌情指代铸造产品的任何合适形状或大小。
29.在本技术中参考合金回火或状态。要了解最常用的合金回火描述,参见“american national standards(ansi)h35 on alloy and temper designation systems”。f状态或回火是指制造时的铝合金。o状态或回火是指退火后的铝合金。hxx状态或回火(在本文中也称为h回火)是指在经过或不经过热处理(例如,退火)的情况下冷轧后的不可热处理的铝合金。
30.本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如,指定范围“1至10”应被视为包括最小值1与最大值10之间(并且包括1和10)的任何和所有子范围;也就是说,以最小值1或更大(例如1至6.1)开始并且以最大值10或更小(例如5.5至10)结束的所有子范围。
31.以下铝合金根据其元素组成以基于合金总重量的重量百分比(重量%)来描述。在每种合金的某些示例中,其余部分为铝,杂质的总和的最大重量%为0.15%。
32.如本文所使用,术语回收废料(例如,回收物料)可是指回收金属的集合。回收废料可包括从任何合适的来源(诸如从金属生产设施(例如,金属铸造设施)、从金属加工设施(例如,使用金属产品来制造可消耗产品的生产设施)、从消费后来源(例如,区域回收设施)或其他来源)回收的材料。本公开的某些方面可非常适合来自金属生产设施以外的来源的回收废料,因为这种回收废料可能包含合金混合物或与其他杂质或元素(例如,诸如油漆或涂料)混合。回收废料可是指回收铝,诸如回收铝板产品(例如,铝锅和平底锅)、回收铸铝产品(例如,铝烤架和轮辋)、ubc废料(例如,用过的饮料罐)、铝线,以及其他铝材料。
33.如本文所使用,与测量相关的术语制耳是指杯高的平均制耳:
[0034][0035]
铝合金以及产品
[0036]
本文描述的是铝合金产品和制备铝合金产品的方法。本文所描述的产品包括例如铝合金胶囊。此类产品可用作例如饮料胶囊。
[0037]
在一些示例中,铝合金胶囊包括圆顶状主体,所述圆顶状主体包括唇缘。所述唇缘从所述主体向外延伸。所述主体限定腔,所述腔被构造成容纳用于制备饮料的物质。所述胶囊还可包括与所述唇缘固定在一起的盖子。所述盖子可围绕所述主体的所述唇缘形成密封以将所述物质密封在所述主体内。容纳在胶囊内用于制备饮料的物质可包括咖啡、茶、可可、乳制品饮料的浓缩物、柠檬水、苹果酒和水果饮品等。
[0038]
在一些示例中,所述主体可包含3xxx系列铝合金。在一些示例中,所述盖子也可包含3xxx系列铝合金。任选地,所述主体和所述盖子可包含3xxx系列铝合金。用于所述主体和所述盖子的3xxx系铝合金可以是相同或不同类型的合金。
[0039]
用于本文所描述的产品和方法中的铝合金包括3xxx系列铝合金。合适的3xxx系列铝合金包括例如aa3002、aa3102、aa3003、aa3103、aa3103a、aa3103b、aa3203、aa3403、aa3004、aa3004a、aa3104、aa3204、aa3304、aa3005、aa3005a、aa3105、aa3105a、aa3105b、aa3007、aa3107、aa3207、aa3207a、aa3307、aa3009、aa3010、aa3110、aa3011、aa3012、aa3012a、aa3013、aa3014、aa3015、aa3016、aa3017、aa3019、aa3020、aa3021、aa3025、aa3026、aa3030、aa3130和aa3065。
[0040]
在一些示例中,本文所描述的铝合金产品包括锰(mn),其量基于合金的总重量为
约0.1%至约2.0%(例如,约0.1%至约1.5%或约0.5%至约1.5%)例如,铝合金产品可包括0.1%、0.11%、0.12%、0.13%、0.14%、0.15%、0.16%、0.17%、0.18%、0.19%、0.2%、0.21%、0.22%、0.23%、0.24%、0.25%、0.26%、0.27%、0.28%、0.29%、0.3%、0.31%、0.32%、033%、0.34%、0.35%、0.36%、0.37%、0.38%、0.39%、0.4%、0.41%、0.42%、0.43%、0.44%、0.45%、0.46%、0.47%、0.48%、0.49%、0.5%、0.51%、0.52%、0.53%、0.54%、0.55%、0.56%、0.57%、0.58%、0.59%、0.6%、0.61%、0.62%、0.63%、0.64%、0.65%、0.66%、0.67%、0.68%、0.69%、0.7%、0.71%、0.72%、0.73%、0.74%、0.75%、0.76%、0.77%、0.78%、0.79%、0.8%、0.81%、0.82%、0.83%、0.84%、0.85%、0.86%、0.87%、0.88%、0.89%、0.9%、0.91%、0.92%、0.93%、0.94%、0.95%、0.96%、0.97%、0.98%、0.99%、1.0%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%或2.0%的锰。所有量均以重量%表达。
[0041]
在一些示例中,本文所描述的铝合金产品包括镁(mg),其量基于合金的总重量为约0.1%至约2.0%(例如,约0.1%至约1.5%或约0.5%至约1.5%)。例如,铝合金产品可包括0.1%、0.11%、0.12%、0.13%、0.14%、0.15%、0.16%、0.17%、0.18%、0.19%、0.2%、0.21%、0.22%、0.23%、0.24%、0.25%、0.26%、0.27%、0.28%、0.29%、0.3%、0.31%、0.32%、033%、0.34%、0.35%、0.36%、0.37%、0.38%、0.39%、0.4%、0.41%、0.42%、0.43%、0.44%、0.45%、0.46%、0.47%、0.48%、0.49%、0.5%、0.51%、0.52%、0.53%、0.54%、0.55%、0.56%、0.57%、0.58%、0.59%、0.6%、0.61%、0.62%、0.63%、0.64%、0.65%、0.66%、0.67%、0.68%、0.69%、0.7%、0.71%、0.72%、0.73%、0.74%、0.75%、0.76%、0.77%、0.78%、0.79%、0.8%、0.81%、0.82%、0.83%、0.84%、0.85%、0.86%、0.87%、0.88%、0.89%、0.9%、0.91%、0.92%、0.93%、0.94%、0.95%、0.96%、0.97%、0.98%、0.99%、1.0%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%、1.8%、1.9%或2.0%的镁。所有量均以重量%表达。
[0042]
在一些示例中,本文所描述的铝合金产品包括硅(si),其量基于合金的总重量为高达约1.5重量%(例如,约0.01%至约1.50%、约0.20%至约1.0%或约0.3%至约0.9%)。例如,铝合金产品可包括0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%、0.10%、0.11%、0.12%、0.13%、0.14%、0.15%、0.16%、0.17%、0.18%、0.19%、0.20%、0.21%、0.22%、0.23%、0.24%、0.25%、0.26%、0.27%、0.28%、0.29%、0.30%、0.31%、0.32%、033%、0.34%、0.35%、0.36%、0.37%、0.38%、0.39%、0.40%、0.41%、0.42%、0.43%、0.44%、0.45%、0.46%、0.47%、0.48%、0.49%、0.50%、0.51%、0.52%、0.53%、0.54%、0.55%、0.56%、0.57%、0.58%、0.59%、0.60%、0.61%、0.62%、0.63%、0.64%、0.65%、0.66%、0.67%、0.68%、0.69%、0.70%、0.71%、0.72%、0.73%、0.74%、0.75%、0.76%、0.77%、0.78%、0.79%、0.80%、0.81%、0.82%、0.83%、0.84%、0.85%、0.86%、0.87%、0.88%、0.89%、0.90%、0.91%、0.92%、0.93%、0.94%、0.95%、0.96%、0.97%、0.98%、0.99%、1.0%、1.01%、1.02%、1.03%、1.04%、1.05%、1.06%、1.07%、1.08%、1.09%、1.10%、1.11%、1.12%、1.13%、1.14%、1.15%、1.16%、1.17%、1.18%、1.19%、1.20%、1.21%、1.22%、1.23%、1.24%、1.25%、1.26%、1.27%、1.28%、1.29%、1.30%、1.31%、1.32%、1.33%、1.34%、1.35%、1.36%、1.37%、1.38%、1.39%、1.40%、1.41%、1.42%、1.43%、1.44%、1.45%、1.46%、1.47%、1.48%、1.49%或1.50%的si。在
一些情况下,si不存在于合金中(即,0%)。所有量均以重量%表达。
[0043]
任选地,本文所描述的铝合金产品还可包括其他微量元素,有时称为杂质,其量为0.05%或以下、0.04%或以下、0.03%或以下、0.02%或以下或者0.01%或以下。这些杂质可包括但不限于zr、sn、ga、ca、bi、na、pb或它们的组合。因此,zr、sn、ga、ca、bi、na或pb可(总计)以0.05%或以下、0.04%或以下、0.03%或以下、0.02%或以下或0.01%或以下的量存在于合金中。在一些情况下,所有杂质的总和不超过0.15%(例如,为0.10%)。所有量均以重量%表达。合金的其余百分比可以是铝。
[0044]
任选地,本文所描述的铝合金产品包括回收废料,其量基于合金的总重量为约50重量%或大于约50重量%(例如,大于约60%、大于约70%或大于约80%)。例如,铝合金产品可包括50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%。所有量均以重量%表达。
[0045]
在一些情况下,回收废料包括回收铝废料,诸如用过的饮料罐(ubc)废料。ubc废料例如通常包含来自各种合金的金属(诸如来自罐主体(例如,aa3104、aa3004或其他3xxx系列铝合金)和罐盖(例如,aa5182或其他5xxx系列铝合金)的金属)的混合物。其他回收废料包括其他合金混合物。另外,回收废料可包含其他杂质和合金元素,这些杂质和合金元素在回收废料熔化时,最终在液态金属中。回收铝可包括过程周转废料铝、制造后废料铝和/或消费后废料铝。周转废料是在铝产品制造期间生成的(例如,铝片材的生产期间的铸锭扒皮和边缘修整)。制造后废料是在铝合金产品的制造过程中生成的(例如,汽车零部件生产废料和饮料罐冲压废物)。消费后是在消费者使用产品完成后生成的废料(例如,用过的饮料罐)。
[0046]
可生产包括本文所描述的铝合金的各种产品。本文所描述的铝合金产品可具有任何合适的规格。在一些示例中,所述铝合金产品可以是片材。任选地,片材规格小于约240μm(例如,约170μm至小于约240μm、约180μm至约230μm或约190μm至约220μm)。例如,片材可具有约170μm、175μm、180μm、185μm、190μm、195μm、200μm、205μm、210μm、215μm、220μm、225μm、230μm、235μm或240μm的规格。本文所描述的产品可具有小于170μm的厚度。在一些实施方案中,铝合金胶囊包括约30μm至约170μm(例如,约50μm至小于约150μm或约75μm至约120μm)的厚度。例如,所述铝合金胶囊可具有约30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、105μm、110μm、115μm、120μm、125μm、130μm、135μm、140μm、145μm、150μm、155μm、160μm、165μm或170μm的厚度。任选地,所述铝合金胶囊可具有约70μm至120μm(例如,约70μm至小于约110μm或约80μm至约100μm)的厚度。
[0047]
转到附图,图1a、图1b、图2a和图2b示出根据本文所描述的各种示例的饮料胶囊的透视图。胶囊100包括圆顶状主体101。如附图中所示的示例所示,圆顶状主体101的高度和曲率可变化。主体101包括从主体101延伸的唇缘102。如图3所示,主体101限定了可容纳物质105的腔104。盖子103可跨越腔104的开口并与唇缘102固定在一起以将物质105密封在胶囊100的腔104内,直到胶囊100准备好使用为止。
[0048]
铝合金产品性能
[0049]
如本文所描述的所得金属产品具有期望性能的组合,包括在o回火状态下的高强
度和高可成形性。在此回火状态下,铝合金产品可表现出约110mpa至约195mpa(例如,约170mpa至小于约185mpa、约120mpa至约195mpa、约125mpa至约145mpa或约165mpa至约195mpa)的极限拉伸强度。例如,极限拉伸强度可为约110mpa、115mpa、120mpa、125mpa、130mpa、135mpa、140mpa、145mpa、150mpa、155mpa、160mpa、165mpa、170mpa、175mpa、180mpa、185mpa、190mpa或195mpa。在一些示例中,铝合金产品具有约45mpa至约85mpa(例如,约75mpa至小于约85mpa、约65mpa至约80mpa、约45mpa至约75mpa或约55mpa至约85mpa)的0.2%应变下屈服强度。例如,屈服强度可为约45mpa、50mpa、55mpa、60mpa、65mpa、70mpa、75mpa、80mpa或85mpa。使用a100测试几何学,铝合金产品可表现出至少约10%(例如,至少约13%、至少约15%、至少约17%或至少约18%)的总伸长率。例如,使用a100测试几何学,总伸长率可为约10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%、20%、21%或22%。
[0050]
本文所描述的铝合金可表现出良好的制耳性能(这是微观结构和工艺相互作用的复杂功能)以及良好的机械性能,即使在减量(例如,更薄)时也是如此。例如,铝合金产品在o回火下可表现出小于2.0%的制耳。在某些示例中,铝合金产品在o回火下表现出小于1.5%的制耳。例如,铝合金产品可表现出小于2.0%、小于1.9%、小于1.8%、小于1.7%、小于1.6%、小于1.5%、小于1.4%、小于1.3%、小于1.2%、小于1.1%、小于1.0%、小于0.9%、小于0.8%、小于0.7%、小于0.6%、小于0.5%的制耳、小于0.4%的制耳、小于0.3%的制耳、小于0.2%的制耳或小于0.1%的制耳。
[0051]
表1示出根据本文所描述的示例的铝合金产品与常规aa8011a产品相比的性能。对于大部分铝合金,更高的强度在变形期间提供更低的抗断裂性。这些高强度材料在饮料胶囊制造过程中的可加工性是出乎意料的。
[0052]
表1
[0053] aa3104-oaa3105-oaa8011a-o极限拉伸强度165-195mpa110-135mpa90-115mpa屈服强度65-85mpa45-75mpa35-55mpa伸长率》10-13%》10%》17%
[0054]
表1中提到的拉伸强度和屈服强度的增加在减量期间可保持。与常规产品相比增加的强度可减少运输和处理期间对铝合金产品的损坏。在一些示例中,与常规产品相比,增加的拉伸强度和屈服强度可允许使用扩展的加工条件,诸如饮料机中增加的压力。表2示出与常规产品(测试宽度15mm)相比,根据本文所描述的一个示例的铝合金产品在各种规格下的产品极限拉伸强度。
[0055]
表2
[0056]
厚度aa3104aa8011a100μm
‑‑
150mpa90μm238mpa
‑‑
80μm211mpa
‑‑
70μm185mpa
‑‑
[0057]
与常规8xxx系列铝合金产品相比,降低规格下的高拉伸强度可减少原材料的使用和操作成本。
[0058]
轧制到特定规格并热处理到o回火的aa3104铝合金可具有如表3所示的不同的性能组合。表3示出:标准罐主体物料片材aa3104铝合金,其通过热轧和冷轧加工至90μm的最终规格并退火至o回火(变体a);类似合金,其通过类似途径加工,其中冷轧厚度规格减少量减小(变体b);以及最后的变体c,其中冷轧厚度规格减少量减小,并且在150℃与400℃之间的温度下执行冷减少量介于30%至90%之间的中间热处理达10分钟以上。
[0059]
表3
[0060]
aa3104-o变体a变体b变体c拉伸强度(mpa)182182178屈服强度(mpa)938983伸长率,a100(%)11.911.512.2平均制耳(%)2.182.011.44%立方 高斯织构7.35.93.4
[0061]
制耳是制造饮料胶囊的重要性能,因为杯口高度轮廓没有被修整或切割(如饮料罐的情况那样)并且可影响形成唇缘的能力以及用于附接封盖的后续过程。尽管表3中的变体中的每一个都实现了类似的拉伸性能,但仅变体c通过对微观结构的特定修改实现了期望制耳性能。典型饮料胶囊的制耳要求是最大值不超过2%。仅变体c实现了低于2%的制耳值。
[0062]
制耳值与材料中晶粒取向的晶体分布也称为晶体织构相关。铝合金的较低制耳值可通过平衡冷轧期间获得的晶体取向(所谓的黄铜与米勒指数{011}《211》、s{123}《634》和cu{112}《111》)与其体积分数例如因在高于300℃的温度下退火而在再结晶期间增加的立方{001}《100》或高斯{011}《100》来实现。典型罐主体物料3104-h19的织构与本文所描述的铝合金的织构极为不同。表4示出3104-h19和3104-o的若干变体的织构值。(立方 高斯)/(黄铜 s cu)的比率方面的微观结构阈值可以实现特定的制耳性能为目标。
[0063]
表4
[0064]
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立方 高斯黄铜 s cu比率3104-h19变体12.2728.230.083104-h19变体21.9429.990.063104-o变体a9.004.571.973104-o变体b8.115.291.533104-o变体c4.984.591.08
[0065]
制作方法
[0066]
以上描述的铝合金可铸造成铸造产品。在铸造之前,可将回收废料熔化成液态金属。任选地,可将液态金属除气以减少溶解在液态金属中的氢气的量。可使用任何合适的除气技术。任选地,可向液态金属添加合金元素以形成改性液态金属。在一些示例中,合金元素包括锰和/或镁。任选地,合金元素可包括硅。
[0067]
合金可使用根据本领域普通技术人员已知的铝工业中常用的标准执行的任何铸造工艺来铸造。例如,合金可使用连续铸造(cc)工艺来铸造,所述cc工艺可包括但不限于使用双带式铸造机、双辊式铸造机或块式铸造机。在一些示例中,铸造工艺通过cc工艺执行以形成铸造产品,诸如钢坯、板坯、沙特板、带材等。在一些示例中,铸造工艺通过直接激冷
(dc)铸造工艺来执行以形成铸造产品诸如铸锭。在一些示例中,铸造工艺通过带铸法来执行。然后可使铸造产品经受进一步的加工步骤。此类加工步骤包括但不限于:加热步骤、热轧步骤、冷轧步骤和/或退火步骤。任选地,加热步骤可包括均质化铸造铝合金。
[0068]
加热
[0069]
加热步骤可包括:加热由铝合金组合物制备的铸造铝合金产品,诸如铸锭,以达到约或至少约450℃(例如,至少约460℃、至少约470℃、至少约480℃、至少约490℃、至少约500℃、至少约510℃、至少约520℃、至少约530℃、至少约540℃、至少约550℃、至少约560℃、至少约570℃、至少约580℃、至少约590℃、至少约600℃或至少约610℃)的峰值金属温度(pmt)。例如,铸造铝合金产品可加热至约450℃至约610℃、约460℃至约590℃、约470℃至约580℃、约480℃至约565℃、约490℃至约555℃或约500℃至约550℃的温度。在一些情况下,到pmt的加热速率可为约100℃/h或更低、75℃/h或更低、50℃/h或更低、40℃/h或更低、30℃/h或更低、25℃/h或更低、20℃/h或更低或者15℃/h或更低。在其他情况下,到pmt的加热速率可为约10℃/min至约100℃/min(例如,约10℃/min至约90℃/min、约10℃/min至约70℃/min、约10℃/min至约60℃/min、约20℃/min至约90℃/min、约30℃/min至约80℃/min、约40℃/min至约70℃/min或约50℃/min至约60℃/min)。
[0070]
在一些情况下,加热步骤包括:均质化铸造铝合金,其中使铸造铝合金产品浸泡(即,保持在指定温度)一定时间段。在一些情况下,使铸造铝合金产品在如以上所描述的峰值金属温度下浸泡至少30分钟。根据一个非限制性示例,使铸造铝合金产品浸泡长达约36小时(例如,从约30分钟至约36小时,包括端值)。例如,铸造铝合金产品可在金属峰值温度下浸泡30分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、15小时、16小时、17小时、18小时、19小时、20小时、21小时、22小时、23小时、24小时、25小时、26小时、27小时、28小时、29小时、30小时、31小时、32小时、33小时、34小时、35小时、36小时或它们之间的任何时间。
[0071]
热轧和冷轧
[0072]
在均质化步骤之后,可执行热轧步骤。热轧步骤可包括热可逆轧机操作和/或热连轧机操作。热轧步骤可在约250℃至约600℃(例如,约300℃至约550℃或约350℃至约450℃)范围内的温度或任何其他合适的温度下执行。在一些示例中,热带规格可为约1.5mm至约10mm(例如,约2mm至约8mm或约4mm至约6mm)。例如,热带规格可为约1.5mm、约2mm、约2.5mm、约3mm、约3.5mm、约4mm、约4.5mm、约5mm、约5.5mm、约6mm、约6.5mm、约7mm、约7.5mm、约8mm、约8.5mm、约9mm、约9.5mm或约10mm。
[0073]
在热轧之后,可任选地应用冷轧步骤以形成铝合金产品。例如,铸造铝合金产品可冷轧至小于约4mm的厚度。在一些示例中,片材可具有小于4mm、小于3mm、小于2mm、小于1mm、小于0.9mm、小于0.8mm、小于0.7mm、小于0.6mm、小于0.5mm、小于0.4mm、小于0.3mm、小于0.2mm或小于0.1mm的厚度。任选地,片材规格小于约240μm(例如,约170μm至小于约240μm、约180μm至约230μm或约190μm至约220μm)。例如,片材可具有约170μm、175μm、180μm、185μm、190μm、195μm、200μm、205μm、210μm、215μm、220μm、225μm、230μm、235μm或240μm的规格。任选地,片材规格小于约170μm(例如,约30μm至小于约170μm,约180μm至约230μm或约190μm至约220μm)。例如,片材可具有约30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、105μm、110μm、115μm、120μm、125μm、130μm、135μm、140μm、145μm、
150μm、155μm、160μm、165μm或170μm的规格。
[0074]
在一些示例中,可使用多个道次应用冷轧步骤,其中一个步骤是在多个道次之间对铝合金产品进行中间退火。在某些示例中,铝合金产品可在退火步骤之前被加工至h18或h19回火以对铝合金产品进行回火。
[0075]
回火
[0076]
如本文所公开的生产铝合金产品的过程可产生再结晶(例如,o回火)的铝产品并且可被描述为“软”材料。在一些示例中,所述过程可包括热处理,所述热处理包括作为中间体的完全软退火和产生o回火的最终步骤。变体c与变体a和变体b的不同之处在于它包括中间退火和最终退火两者,而a和b仅进行最终退火过程。
[0077]
脱脂
[0078]
本文所描述的方法可任选地包括应用于铝合金产品的至少一个脱脂步骤。如本文所使用,术语“脱脂”包括加工铝合金产品以去除在热轧和冷轧过程中积聚在表面上的残余油。脱脂步骤还可去除轧制过程中的残余表面碎屑、轧制油和铝粉。用于脱脂步骤中的脱脂剂可包括水和/或溶剂。在一些情况下,脱脂剂可包括酸性试剂或碱性试剂。在一些示例中,脱脂剂可以是磷酸或硫酸与氟化物的混合物。酸性混合物的ph值可在约0至约5的范围内。在一些示例中,脱脂剂可以是氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾或碳酸钾混合物。碱性混合物的ph值可在约8至约14的范围内。在某些示例中,脱脂剂可以是ph在约5.5至约7.5的范围内的弱酸性或弱碱性溶液。
[0079]
使用方法和下游处理
[0080]
本文所描述的铝合金产品和方法可用于制备包装或任何其他期望应用。在一些示例中,所述铝合金产品和方法可用于制备饮料胶囊。在一些示例中,铝合金产品和方法可用于食品包装或其他产品包装产品。
[0081]
合适的合金、产品和方法的示例性实施方案
[0082]
如下文所使用,对一系列示例性合金、产品或方法的任何引用应当理解为对这些合金、产品或方法中的每一个的选择性引用(例如,“示例性实施方案1-4”应当理解为“示例性实施方案1、2、3或4”)。
[0083]
示例性实施方案1是一种铝合金胶囊,其包括:圆顶状主体,所述圆顶状主体包括从所述主体向外延伸的唇缘;以及盖子,所述盖子与所述唇缘固定在一起,其中所述主体限定腔,所述腔被构造成容纳用于制备饮料的物质,并且所述盖子围绕所述主体的所述唇缘形成密封,以将所述物质密封在所述主体内,直到所述胶囊准备好使用为止,并且其中所述主体和所述盖子中的至少一者包含3xxx系列铝合金。
[0084]
示例性实施方案2是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述3xxx系列铝合金包括aa3104。
[0085]
示例性实施方案3是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述3xxx系列铝合金包括aa3105。
[0086]
示例性实施方案4是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述3xxx系列铝合金包括至少50重量%的回收铝。
[0087]
示例性实施方案5是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述3xxx系列铝合金包括至少80重量%的回收铝。
[0088]
示例性实施方案6是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述回收铝包含过程周转废料铝、制造后废料铝或消费后废料铝中的至少一者。
[0089]
示例性实施方案7是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述3xxx系列铝合金包含锰或镁中的至少一者。
[0090]
示例性实施方案8是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述3xxx系列铝合金被加工以产生o回火合金。
[0091]
示例性实施方案9是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述3xxx系列铝合金在o回火下表现出小于2.0%的制耳。
[0092]
示例性实施方案10是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述3xxx系列铝合金表现出在0.5与1.5之间的织构组分比率(立方 高斯)/(黄铜 s cu)。
[0093]
示例性实施方案11是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述3xxx系列铝合金在o回火下表现出小于1.5%的制耳。
[0094]
示例性实施方案12是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述3xxx系列铝合金表现出在0.8与1.2之间的织构组分比率(立方 高斯)/(黄铜 s cu)。
[0095]
示例性实施方案13是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述铝合金胶囊包括30μm至170μm的厚度。
[0096]
示例性实施方案14是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中所述铝合金胶囊包括70μm至120μm的厚度。
[0097]
示例性实施方案15是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中当所述铝合金处于o回火时,所述铝合金具有110mpa至195mpa的极限拉伸强度。
[0098]
示例性实施方案16是任一先前或随后实施方案所述的铝合金胶囊,其中当所述铝合金处于o回火时,所述铝合金具有45mpa至85mpa的0.2%应变下屈服强度。
[0099]
示例性实施方案17是任何先前实施方案所述的铝合金胶囊,其中当所述铝合金处于o回火时,所述铝合金具有至少10%的总伸长率。
[0100]
示例性实施方案18是一种生产铝合金产品的方法,其包括:将回收铝熔化成液态金属;向所述液态金属添加合金元素以形成改性液态金属,所述合金元素包含锰或镁中的至少一者;铸造所述改性液态金属以形成铸造铝合金,其中所述改性液态金属包括至少50重量%的回收铝;加热所述铸造铝合金;热轧所述铸造铝合金以产生包括1.5mm至10mm厚度的轧制产品;冷轧所述轧制产品以产生包括30μm至170μm的厚度的铝合金产品;以及对所述铝合金产品进行退火以产生o回火产品。
[0101]
示例性实施方案19是任一先前或随后实施方案所述的方法,其中加热所述铸造铝合金包括:均质化所述铸造铝合金。
[0102]
示例性实施方案20是任一先前或随后实施方案所述的方法,其还包括:在所述冷轧步骤期间执行多个道次并且在所述冷轧步骤的所述多个道次之间对所述铝合金产品进行中间退火。
[0103]
示例性实施方案21是任一先前或随后实施方案所述的方法,其中在所述退火步骤之前将所述产品加工至h18或h19回火。
[0104]
示例性实施方案22是任一先前或随后实施方案所述的方法,其还包括:在冷轧所述轧制产品之后,用弱碱性或弱酸性剂清洗所述铝合金产品。
[0105]
示例性实施方案23是任一先前或随后实施方案所述的方法,其中所述改性液态金属包含至少80重量%的回收铝。
[0106]
示例性实施方案24是任一先前实施方案所述的方法,其中所述回收铝包含过程周转废料铝、制造后废料铝或消费后废料铝中的至少一者。
[0107]
示例性实施方案25是一种根据任一先前实施方案所述的方法制备的铝合金产品。
[0108]
示例性实施方案26是任一先前或随后实施方案所述的铝合金产品,其中所述铝合金产品包括3xxx系列铝合金。
[0109]
示例性实施方案27是任一先前或随后实施方案所述的铝合金产品,其中当所述铝合金产品处于o回火时,所述铝合金产品表现出小于2.0%的制耳。
[0110]
示例性实施方案28是任一先前或随后实施方案所述的铝合金产品,其中当所述铝合金产品处于o回火时,所述铝合金产品表现出小于1.5%的制耳。
[0111]
示例性实施方案29是任一先前或随后实施方案所述的铝合金产品,其中当所述铝合金产品处于o回火时,所述铝合金产品表现出小于1.0%的制耳。
[0112]
示例性实施方案30是任一先前或随后实施方案所述的铝合金产品,其中所述铝合金产品包括70μm至120μm的厚度。
[0113]
示例性实施方案31是任一先前或随后实施方案所述的铝合金产品,其中当所述铝合金产品处于o回火时,所述铝合金产品具有110mpa至195mpa的极限拉伸强度。
[0114]
示例性实施方案32是任一先前或随后实施方案所述的铝合金产品,其中当所述铝合金产品处于o回火时,所述铝合金产品在0.2%应变下具有45mpa至85mpa的屈服强度。
[0115]
示例性实施方案33是任一先前或随后实施方案所述的铝合金产品,其中当所述铝合金产品处于o回火下时,所述铝合金产品具有至少10%的总伸长率。
[0116]
示例性实施方案34是任一先前或随后实施方案所述的铝合金产品,其中所述铝合金产品用于包装。
[0117]
示例性实施方案35是任一先前或随后实施方案所述的铝合金产品,其中所述铝合金产品是用于制备饮料的包装。
[0118]
示例性实施方案36是任一先前实施方案所述的铝合金产品,其中所述铝合金产品是饮料胶囊。
[0119]
以上引用的所有专利、出版物和摘要都通过引用以其整体并入本文。为了实现本发明的各个目的,已经描述了本发明的各个实施方案。应当认识到,这些实施方案仅是说明本发明的原理。在不偏离如以下权利要求书中所限定的本发明的精神和范围的情况下,本发明的许多修改和改动对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
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