合金铝合金产品及其制备方法

申请号 CN201080009542.5 申请日 2010-01-13 公开(公告)号 CN102333897A 公开(公告)日 2012-01-25
申请人 美铝公司; 发明人 J·C·林; J·R·菲尔德斯; A·L·阿斯金; X·严; R·R·索泰尔; S·P·沙利文; J·L·阿博特;
摘要 描述了装饰性成型 铸造 产品,及其制造方法、系统、组合物和装置。在一个实施方案中,该装饰性成型铸造产品由Al-Ni或Al-Ni-Mn 合金 制备,其具有设计的显微组织,以有助于制备具有合适 面层 和机械性质的经 阳极 化的装饰性成型铸造产品。
权利要求

1.一种铸造合金,其基本上由以下所组成:
约6.6至约8.0重量%Ni;
约0.5至约3.5重量%Mn;
至多约0.25重量%的任何Fe与Si;
至多约0.5重量%的任何Cu、Zn及Mg:
至多约0.2重量%的任何Ti、Zr及Sc,其中可包括至多约0.1重量%的B与C之一;
至多约0.05重量%的其它元素,其中其它元素的总量不超过0.15重量%;以及余量为铝。
2.一种成型铸造并阳极化的产品,其由权利要求1的铝铸造合金制备,其中成型铸造产品具有至少约20的ISO亮度
3.权利要求2的成型铸造并阳极化的产品,其中成型铸造产品具有至少约55的CIELAB L-值。
4.权利要求2的成型铸造并阳极化的产品,其中成型铸造产品在F状态下实现至少约
100MPa的拉伸屈服强度
5.权利要求2的成型铸造并阳极化的产品,其中成型铸造产品在F状态下实现至少约
4焦的冲击强度。
6.权利要求2的成型铸造并阳极化的产品,其中该产品具有层状显微组织;
其中层状显微组织包含外层与第二层;
其中外层包含α铝相和共晶显微组织;
其中外层包含不大于约400微米的厚度。
7.一种方法,其包括:
(a)对于成型铸造铝合金产品选择产品应用;
(b)对于成型铸造铝合金产品选择精加工方式:
(c)基于步骤(a)和(b)的至少一者,选择:
(i)成型铸造铝合金产品的预定显微组织;和
(ii)用于制造成型铸造铝合金产品的合金,其中合金为以下之一:
(A)包含约0.5wt.%至约8.0wt.%Ni的Al-Ni铸造合金;和
(B)包含约0.5wt.%至约8.0wt.%Ni和约0.5wt.%至约3.5wt.%Mn的Al-Ni-Mn铸造合金;以及
(d)根据选择步骤(c),制备成型铸造产品,其中制备包括:
(i)从Al-Ni或Al-Ni-Mn合金压铸成型铸造产品;和
(ii)使成型铸造铝合金产品阳极化,其中阳极化包括从成型铸造铝合金产品的一部分形成均匀的化物层;
其中在阳极化步骤(ii)之后,成型铸造铝合金产品实现(A)至少约55的CIELAB L-值和(B)至少约20的ISO亮度两者。
8.权利要求7的方法,其中在阳极化步骤(ii)之后,成型铸造铝合金产品实现不大于约5.0的Delta-E。
9.权利要求7的方法,其中精加工方式包括没有视觉上明显的表面缺陷的表面,并且其中选择步骤(c)包括:
选择层状显微组织,其中层状显微组织包含具有α铝相和共晶显微组织的外层;并且其中制备步骤(d)包括:
制备具有层状显微组织的成型铸造产品,其中外层具有不大于约400微米的厚度;和从成型铸造产品移除至少一部分外层。
10.权利要求9的方法,其中选择步骤(c)包括选择过共晶合金组合物。
11.权利要求10的方法,其中该合金为Al-Ni-Mn合金。
12.权利要求10的方法,其中均匀氧化物层与产品目标观察表面关联,其中该方法包括:
着色剂施加至均匀氧化物层的至少一部分,其中在施加步骤之后,成型铸造产品的目标观察表面具有不大于约5.0的Delta-E,这至少部分是由于氧化物层的均匀性所致,并且其中目标观察表面基本上不含视觉上明显的表面缺陷。
13.权利要求7的方法,其中精加工方式为大理石状表面,并且其中选择步骤(c)包括:
选择层状显微组织,其中层状显微组织包含具有相当规则分布的α铝相和共晶显微组织的外层:并且
其中制备步骤(d)包括:
制备具有层状显微组织的成型铸造产品;和
将着色剂施加至层状显微组织的均匀氧化物层,其中,在施加步骤之后,成型铸造产品具有大理石状目标观察表面,这至少部分是由于所选择的α铝相和共晶显微组织所致。
14.权利要求13的方法,其中选择步骤(c)包括选择亚共晶合金组合物。
15.权利要求14的方法,其中合金为Al-Ni-Mn合金。
16.一种方法,其包括:
(a)使熔融金属流入初始路径中;
(b)强迫熔融金属从初始路径以约30度至约90度的度进入铸腔中,其中铸腔与初始路径是流体连通的;
(c)使熔融金属在铸腔中冷却以产生凝固金属;以及
(d)由凝固金属制备具有目标观察表面且标称壁厚不大于约2.0毫米的铝产品,其中制备步骤包括使铝产品阳极化,其中在阳极化之后,铝产品的目标观察表面基本上不含视觉上明显的表面缺陷。
17.权利要求16的方法,其中铝产品具有不大于约1.0mm的标称壁厚。
18.权利要求16的方法,其中熔融金属从初始路径进入铸腔中所运行的距离不大于约
15mm。
19.权利要求18的方法,其中熔融金属从初始路径进入铸腔中所运行的距离不大于约
10mm。
20.权利要求19的方法,其中熔融金属从初始路径进入铸腔中所运行的距离不大于约
5mm。
21.权利要求16的方法,其中初始路径包括流槽通道。
22.权利要求16的方法,其中初始路径通过转移路径连接至铸腔。
23.权利要求22的方法,其中转移路径包括切向浇口,且其中在阳极化之后,铝产品的目标观察表面基本上不含视觉上明显的表面缺陷,这至少部分是由于切向浇口所致。
24.权利要求23的方法,其中强迫步骤包括强迫熔融金属从初始路径以60至90度的角度进入铸腔中。
25.权利要求23的方法,其中强迫步骤包括强迫熔融金属从初始路径以70至90度的角度进入铸腔中。
26.权利要求23的方法,其中强迫步骤包括强迫熔融金属从初始路径以80至90度的角度进入铸腔中。
27.一种方法,其包括:
(a)使熔融金属流入初始路径中;
(b)强迫熔融金属从初始路径以约0度至约90度的角度进入铸腔中,其中铸腔与初始路径处于流体连通,并且其中熔融金属从初始路径进入铸腔中所运行的距离不大于约
15mm;
(c)使熔融金属在铸腔中冷却,以产生凝固金属;以及
(d)由凝固金属制备具有目标观察表面且标称壁厚不大于约2.0mm的铝产品,其中制造步骤包括使铝产品阳极化,其中,在阳极化之后,铝产品的目标观察表面基本上不含视觉上明显的表面缺陷。
28.权利要求27的方法,其中铝产品具有不大于约1.0mm的标称壁厚。
29.权利要求28的方法,其中熔融金属从初始路径进入铸腔中所运行的距离不大于约
5mm。
30.权利要求29的方法,其中强迫步骤包括强迫熔融金属从初始路径以80至90度的角度进入铸腔中。
31.一种薄壁成型铸造铝合金产品,其包含:
包含目标观察表面的本体,其中该本体包含:
(I)铝合金基材,其中铝合金基材包含约0.5至约8.0wt.%Ni和至多约3.5wt.%Mn;
(II)从铝合金基材形成的均匀氧化物层,其中氧化物层包含多个孔隙,并且其中氧化物层与薄壁成型铸造铝合金产品的目标观察表面关联:
其中成型铸造产品的目标观察表面基本上没有视觉上明显的表面缺陷;并且其中薄壁成型铸造铝合金产品在F状态下具有至少约100MPa的拉伸屈服强度。
32.权利要求31的薄壁成型铸造铝合金产品,其中氧化物层基本上由以下所组成:Al、Ni、O,以及S、P、Cr和B中的至少一种。
33.权利要求31的薄壁成型铸造铝合金产品,其中氧化物层基本上由以下所组成:Al、Ni、O,以及S和P中的至少一种。
34.权利要求31的薄壁成型铸造铝合金产品,其中本体在铝合金基材和氧化物层之间不含非氧化物层。
35.权利要求31的薄壁成型铸造铝合金产品,其中成型铸造产品的目标观察表面的颜色变化性不大于+/-5.0Delta E,并且其中变化性至少部分是由于均匀氧化物层的均匀性所致。
36.权利要求31的薄壁成型铸造铝合金产品,其包含:
至少部分填充氧化物层孔隙的着色剂。
37.权利要求36的薄壁成型铸造铝合金产品,其中着色剂为聚合物涂层的形式,其中该涂层覆盖氧化物层的至少一部分。
38.权利要求37的薄壁成型铸造铝合金产品,其中涂层通过根据ASTM D 3359-09的剖面线测试,其中当根据ASTM B117测试时,薄壁成型铸造铝合金产品的目标观察表面在暴露于盐溶液2小时之后,在目标观察表面上不含有点蚀,其中涂层通过根据ASTM D4060-07的Taber磨损试验,其中当根据ISO 11507测试时,薄壁成型铸造铝合金产品的涂层在暴露于具有340nm波长的QUV-A灯泡的24小时后,实现低于约0.7的Delta-E,其中当根据EN 1811对镍萃取测试时,目标观察表面在暴露于人工湿气之后未获得材料的视觉变化,其中如根据ASTMD3363-09的铅笔硬度试验所测得,装饰性成型铸造产品的目标观察表面获得至少约2H的等级,并且其中成型铸造产品的目标观察表面的颜色变化性不大于+/-5.0Delta E。
39.权利要求36的薄壁成型铸造铝合金产品,其中成型铸造产品的目标观察表面的颜色变化性不大于+/-5.0Delta E。
40.权利要求31的薄壁成型铸造铝合金产品,其中铝合金组合物包括铝、镍和锰的过共晶合金组合物。
41.一种薄壁铸造铝合金产品,其包含:
包含目标观察表面的本体,其中该本体包含:
(I)具有层状显微组织的铝合金基材,其中铝合金基材包含约0.5至约8.0wt.%Ni与至多约3.5wt.%Mn,并且其中层状显微组织包含相当规则分布的α铝相与共晶显微组织:
(II)由铝合金基材形成的氧化物层,其中氧化物层包含多个孔隙,其中氧化物层与薄壁成型铸造铝合金产品的目标观察表面关联,并且其中着色剂至少部分填充氧化物层的孔隙;
其中成型铸造产品的目标观察表面具有基本上大理石状外观,其中α铝相包含由着色剂所致的第一颜色,并且其中共晶显微组织包含由着色剂所致的第二颜色,其中第二颜色不同于第一颜色,其中α铝相的第一颜色和共晶显微组织的第二颜色的组合至少部分有助于大理石状外观。
42.一种方法,其包括:
(a)制备具有目标观察表面的薄壁成型铸造铝合金产品;
(i)其中该制备包括压铸含有约0.5至约8.0wt.%Ni和至多约3.5wt.%Mn的铝合金;
(ii)其中在制备步骤之后,薄壁成型铸造产品包含具有α铝相与共晶相的外层:
(b)从薄壁成型铸造产品移除不大于约500微米的外层;
(c)使薄壁成型铸造产品阳极化,其中阳极化包括从薄壁成型铸造铝合金产品的一部分形成氧化物层,其中氧化物层与目标观察表面关联,并且其中氧化物层包含多个孔隙;
(d)将着色剂施加至薄壁成型铸造铝合金产品的氧化物层,其中在施加步骤之后,至少一部分着色剂至少部分置于氧化物层的孔隙内;
其中在施加步骤之后,目标观察表面基本上不含视觉上明显的表面缺陷;并且其中,在施加步骤之后,目标观察表面的颜色变化性不大于+/-5.0DeltaE。
43.权利要求42的方法,其中施加着色剂步骤包括:
在不存在电流的情况下使氧化物层与染料接触
44.权利要求42的方法,其中施加步骤包括:
将涂层前体沉积在氧化物层的表面上;并且
使涂层前体转化成涂层,其中在转化步骤之后,涂层基本上覆盖氧化物层。
45.权利要求44的方法,其中涂层前体为硅聚合物的前体,并且其中覆盖步骤包括将辐射或热施加至涂层前体以产生含有硅聚合物的涂层。
46.一种方法,其包括:
(a)制备具有目标观察表面的薄壁成型铸造铝合金产品;
(i)其中该制备包括压铸含有约0.5至约8.0wt.%Ni和至多约3.5wt.%Mn的铝合金;
(ii)其中在制造步骤之后,薄壁成型铸造产品包含相当规则分布的α铝相与共晶相;
(b)从薄壁成型铸造产品移除不大于约500微米的外层;
(c)使薄壁成型铸造产品阳极化,其中阳极化包括从薄壁成型铸造铝合金产品的一部分形成氧化物层,其中氧化物层与目标观察表面关联,并且其中氧化物层包含多个孔隙;
(d)将着色剂施加至薄壁成型铸造铝合金产品的氧化物层,其中在施加步骤之后,至少一部分着色剂至少部分置于氧化物层的孔隙内;
其中,在施加步骤之后,成型铸造产品的目标观察表面具有基本上大理石状外观,其中α铝相包含由着色剂所致的第一颜色,并且其中共晶显微组织包含由着色剂所致的第二颜色,其中第二颜色不同于第一颜色,其中α铝相的第一颜色与共晶显微组织的第二颜色的组合至少部分有助于大理石状外观。

说明书全文

合金铝合金产品及其制备方法

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本专利申请要求以下美国专利申请的优先权,每个专利申请均通过引用以其全部内容并入本文:(1)2009年1月16日提交的名为“Aluminum Alloys for Consumer Electronics”的美国临时专利申请No.61/145,416;(2)2009年3月16日提交的名为“Aluminum Alloys for Consumer Electronics”的美国临时专利申请No.61/160,631;(3)2009年6月15日提交的名为“Aluminum alloys for Consumer Electronics”的美国临时专利申请No.61/187,183;(4)2009年6月26日提交的名为“Aluminum alloys for consumer electronic products and methods,systems and appara tus for producing the same”的美国临时专利申请No.61/269,660;(5)2009年6月30日提交的名为“Die-casting process”的美国临时专利申请No.61/221,943;以及(6)2010年1月12日提交的名为“Aluminum alloys,aluminum alloy products and methods for making the same”的美国非临时专利申请No.-。

背景技术

[0003] 关于消费产品例如消费电子产品,正面(facade)必须满足许多的标准从而为商业上可行的。在这些标准中为耐用性和视觉外观。视觉上吸引人的轻质、耐用的正面可用于消费产品应用。
[0004] 概要
[0005] 概括地,本公开涉及用于消费产品的铝合金、包含这样的铝合金的消费产品以及制备其的方法、系统和装置。这些铝合金可用作消费产品(例如,移动电子装置罩壳)的正面。消费产品可实现外观、耐用性和/或可携带性的独特组合,这至少部分是由于本文公开的独特合金、铸造方法和/或精加工处理所致。事实上,本文中描述的Al-Ni和Al-Ni-Mn合金至少部分协助提供具有高亮度和/或低灰度的消费产品,并且在阳极化条件下,其至少有助于制造视觉上吸引人的成型铸造产品。这些合金在铸态条件(F状态)下也具有机械性质、可铸造性和可阳极化能的优异组合,如在下面更详细地描述的,这使它们适合用于消费产品应用。铸造方法可有助于制备具有少量或没有视觉上明显的表面缺陷的成型铸造合金。精加工处理方法可制备具有耐用、抗UV和耐磨损等性质的装饰性成型铸造产品。附图说明
[0006] 本专利或申请文件包含至少一个以彩色完成的附图。有彩色附图的本专利或专利申请的复印件将由事务所于请求和支付必要的费用下提供。
[0007] 图1是说明根据本公开用于制备成型铸造产品的方法流程图
[0008] 图2a是由铝合金制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳的一个实施方案的示意性俯视图。
[0009] 图2b是由铝合金制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳的一个实施方案的示意性仰视图。
[0010] 图2c是图2b的移动电子装置电话罩壳的一部分的近景视图,其说明其标称壁厚。
[0011] 图2d是具有不同颜色的目标观察表面的移动电子装置罩壳的一个实施方案的俯视图。
[0012] 图3a是说明用于根据本公开制备装饰性成型铸造产品的方法的一个实施方案的流程图。
[0013] 图3b是说明根据图3a的方法的一些实施方案可选择的一些装饰性成型铸造产品性质的流程图。
[0014] 图3c是说明根据图3a的方法的一些实施方案可选择不同标称壁厚的装饰性成型铸造产品的流程图。
[0015] 图3d是说明根据图3a的方法的一些实施方案可选择来制备装饰性成型铸造产品的一些铸造方法的流程图。
[0016] 图3e是说明根据图3a的方法的一些实施方案可为装饰性成型铸造产品选择的一些精加工性质的流程图。
[0017] 图3f是说明根据图3a的方法的一些实施方案选择特定的合金和显微组织的流程图。
[0018] 图3g是说明根据图3a的方法用于制备具有层状显微组织的装饰性成型铸造产品的方法的一个实施方案的流程图。
[0019] 图3h是说明根据图3a的方法用于制备具有均匀显微组织的装饰性成型铸造产品的方法的一个实施方案的流程图。
[0020] 图4a是关于二元Al-Ni体系的相图
[0021] 图4b是关于三元Al-Ni-Mn体系的液相线投影图。
[0022] 图5a是层状显微组织的成型铸造产品的一个实施方案的横截面示意图。
[0023] 图5b是均匀显微组织的成型铸造产品的一个实施方案的横截面示意图。
[0024] 图6a是说明根据本公开制备的并且包含约6.9wt.%Ni、2.9wt.%Mn,余量为铝、偶存元素和杂质的Al-Ni-Mn成型铸造产品的显微组织的显微图。
[0025] 图6b是说明根据本公开制备的并且包含约4wt.%Ni、2wt.%Mn,余量为铝、偶存元素和杂质的Al-Ni-Mn成型铸造产品的显微组织的显微图。
[0026] 图6c是说明根据本公开制备的并且包含约1wt.%Ni、2wt.%Mn,余量为铝、偶存元素和杂质的Al-Ni-Mn成型铸造产品的显微组织的显微图。
[0027] 图7是说明根据本公开用于制备装饰性成型铸造产品的一些铸造合金的图表。
[0028] 图8a是根据本公开制备的一个阳极化Al-Ni-Mn成型铸造产品的显微图片,该产品包含约6.9wt.%Ni、2.9wt.%Mn,余量为铝、偶存元素和杂质,并具有均匀化物层。
[0029] 图8b是根据本公开制备的一个Al-Ni-Mn成型铸造产品的显微图,并且其包含约4wt.%Ni、2wt.%Mn,余量为铝、偶存元素和杂质,并且具有均匀的氧化物层。
[0030] 图8c是根据本公开制备的一个Al-Ni-Mn成型铸造产品的显微图,并且其包含约1wt.%Ni、2wt.%Mn,余量为铝、偶存元素和杂质,并且具有均匀的氧化物层。
[0031] 图8d是根据本公开制备的一个Al-Ni成型铸造产品的显微图,并且其包含约6.5wt.%Ni,余量为铝、偶存元素和杂质,并且具有均匀的氧化物层。
[0032] 图8e是Al-Si A380成型铸造产品的显微图并且其具有均匀的氧化物层。
[0033] 图9包含用于根据本公开的压铸方法的由制备的动模插件和定模插件的照片。
[0034] 图10是用于本公开的压铸方法的动模插件和安装到模具框架的动模插件的电脑辅助设计(CAD)图片。
[0035] 图11是说明根据本公开的一个实施方案制备成型铸造产品的方法的一个实施方案的流程图。
[0036] 图11A-11I是说明根据本公开的一个实施方案用于制备成型铸造产品的流程图的示意图。
[0037] 图12A是根据本公开的扇形浇口(fan gate)构造的一个实施方案的透视图。
[0038] 图12B是图12A的扇形浇口构造的侧面横截面视图,并且其具有浇口接合面(land)。
[0039] 图12C是没有浇口接合面的扇形浇口构造的另一个实施方案的侧面横截面视图。
[0040] 图13A-13C分别是根据本公开的一个实施方案的在铸态条件下并且采用扇形浇口构造制备的移动电子装置罩壳的自顶向下、透视和侧视照片。
[0041] 图14A是根据本公开的一个实施方案采用扇形浇口构造制备的在铸态条件下的移动电子装置电话罩壳的照片。
[0042] 图14B是用于压铸图14A的移动电子装置罩壳的扇形浇口构造的CAD图。
[0043] 图15A是根据本公开的切向(tangential)浇口构造的一个实施方案的透视图。
[0044] 图15B是图15A的切向浇口构造的侧面横截面视图,并且其具有浇口接合面。
[0045] 图15C是没有浇口接合面的切向浇口构造的另一个实施方案的侧面横截面视图。
[0046] 图16A是根据本公开的一个实施方案采用切向浇口构造制备的在铸态条件下的移动电子装置罩壳的照片。
[0047] 图16B是用于压铸图16A的移动电子装置罩壳的切向浇口构造的CAD绘图。
[0048] 图17A是根据本公开用于成型铸造方法的分段扇形浇口构造的一个实施方案的图。
[0049] 图17B是根据本公开用于成型铸造方法的切向浇口构造的一个实施方案的图。
[0050] 图18A是根据本公开的一个实施方案用于成型铸造产品的漩流浇口构造的一个实施方案的图。
[0051] 图18B是根据本公开的一个实施方案用于成型铸造产品的漩流浇口构造的另一个实施方案的图。
[0052] 图19是根据本公开用于成型铸造产品的切向浇口构造的横截面侧视图。
[0053] 图20A是在靠近浇口区域具有视觉上明显的表面缺陷(流线)的在铸态条件下的移动电子装置罩壳的照片。
[0054] 图20B是在靠近通孔区域具有视觉上明显的表面缺陷(暗斑点变色)的在铸态条件下的移动电子装置罩壳的照片。
[0055] 图21A-21B分别是在靠近浇口区域具有视觉上明显的表面缺陷(彗星尾状构造)的在铸态条件下的移动电子装置罩壳的光学照片和扫描电子显微镜(SEM)照片。
[0056] 图22A-22B分别是根据本公开采用扇形浇口构造制备的铸态产品的侧视和自顶向下的照片。
[0057] 图22C-22D分别是根据本公开采用切向浇口构造制备的铸态产品的侧视和自顶向下的照片。
[0058] 图22E-22F分别是根据本公开采用扇形浇口构造制备的铸态产品的侧视和自顶向下的照片。
[0059] 图22G-22H分别是根据本公开采用切向浇口构造制备的铸态产品的侧视和自顶向下的照片。
[0060] 图23是说明根据本公开有用的不同精加工方法的一个实施方案的图表。
[0061] 图24是说明根据本公开有用的不同表面调质方法的一个实施方案的图表。
[0062] 图25是说明根据本公开有用的不同阳极化方法的一个实施方案的图表。
[0063] 图26是说明根据本公开有用的不同着色方法的一个实施方案的图表。
[0064] 图27是由Al-Ni-Mn合金制备的成型铸造产品的照片。
[0065] 图28是由Al-Ni-Mn合金制备的成型铸造产品在用玻璃珠喷砂后的照片。
[0066] 图29是由Al-Ni-Mn合金制备的经阳极化并且具有均匀氧化物层的成型铸造产品的显微图。
[0067] 图30A是由Al-Ni-Mn合金制备的成型铸造产品在阳极化和染色后的照片。
[0068] 图30B是由Al-Ni-Mn合金制备的成型铸造产品在阳极化和染色后的照片。
[0069] 图31A是由Al-Ni-Mn合金制备的成型铸造产品在阳极化和抛光并具有均匀氧化物层后的显微图。
[0070] 图31B是由Al-Ni-Mn合金制备的成型铸造产品在阳极化和抛光并具有均匀氧化物层后的显微图。
[0071] 图32说明了由不同Al-Ni-Mn合金制备的成型铸造产品的不同显微图。
[0072] 图33是根据本公开由Al-Ni-Mn合金制备的两种薄壁成型铸造移动电子装置罩壳的照片。
[0073] 图34是说明两个薄壁成型铸造移动电子装置罩壳的照片,一个由Al-Ni-Mn合金制备,一个由常规A380合金制备。
[0074] 图35是说明由Al-Ni-Mn合金制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳在阳极化并具有亮表面之后的照片。
[0075] 图36是说明由Al-Ni-Mn合金制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳在化学蚀刻、阳极化和染色之后的照片。
[0076] 图37是说明由Al-Ni-Mn合金制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳在阳极化和施加聚合物涂层之后的照片。
[0077] 图38是说明由Al-Ni-Mn合金制备的厚壁成型铸造汽车部件在阳极化和染色并具有大理石状面层之后的照片。
[0078] 图39A是说明由Al-Ni合金和采用切向浇口构造的压铸所制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳在除油和阳极化之后的照片。
[0079] 图39B是说明由Al-Ni合金和采用扇形浇口构造的压铸所制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳在除油和阳极化之后的照片。
[0080] 图40A是说明由Al-Ni合金和采用切向浇口构造的压铸所制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳在除油、阳极化和着色之后的照片。
[0081] 图40B是说明由Al-Ni合金和采用扇形浇口构造的压铸所制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳在除油、阳极化和着色之后的照片。
[0082] 图41A是说明由Al-Ni-Mn合金制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳的照片,其中精加工方法包括纹理化(texturizing)、化学抛光、阳极化、染色和密封(sealing)。
[0083] 图41B是说明由Al-Ni-Mn合金制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳的照片,其中精加工方法包括化学蚀刻、机械抛光、纹理化、化学抛光、阳极化、染色和密封。
[0084] 图42A是说明由Al-Ni-Mn合金制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳的照片,其中精加工方法包括机械抛光、阳极化和涂覆。
[0085] 图42B是说明由Al-Ni-Mn合金制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳的照片,其中精加工方法包括化学蚀刻、机械抛光、阳极化和涂覆。
[0086] 图43A是说明由A380合金制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳在阳极化和密封之后的照片。
[0087] 图43B是说明由Al-Ni合金制备的薄壁成型铸造移动电子装置罩壳在阳极化和密封之后的照片。
[0088] 详细描述
[0089] 现在参考附图,其至少部分有助于说明本公开的各种相关特征。用于制备装饰性成型铸造产品的方法的一个实施方案示于图1中。在所示的实施方案中,该方法包括制备合金(110)、成型该铸造合金以制备成型铸造产品(120)以及精加工成型铸造产品(130)以形成装饰性成型铸造产品。
[0090] A.成型铸造产品
[0091] 成型铸造产品是在铝合金铸造过程后获得它们最终或接近最终产品形式的那些产品。如果成型铸造产品在铸造后不需要机加工,其处于最终形式。如果成型铸造产品在铸造后需要一些机加工,其处于接近最终形式。根据定义,成型铸造产品排除形变产品,该形变产品在铸造后通常需要热和/或冷加工以获得它们的最终产品形式。如更详细地描述于下文中的,可通过任何合适的铸造方法制备成型铸造产品,例如压铸和永久模铸方法等。
[0092] 在一个实施方案中,成型铸造产品是“薄壁”成型铸造产品。在这些实施方案中,成型铸造产品具有不大于约1.0毫米的标称壁厚。在一个实施方案中,成型铸造产品具有不大于约0.99毫米的标称壁厚。在另一个实施方案中,成型铸造产品具有不大于约0.95毫米的标称壁厚。在另外的实施方案中,成型铸造产品具有不大于约0.9毫米,或不大于约0.85毫米,或不大于约0.8毫米,或不大于约0.75毫米,或不大于约0.7毫米,或不大于约
0.65毫米,或不大于约0.6毫米,或不大于约0.55毫米,或不大于约0.5毫米,或甚至更小的标称壁厚。
[0093] 成型铸造产品的标称壁厚是成型铸造产品的壁的主要厚度,其不包括任何的装饰性或承载构件,例如突出部、筋条、网层或用以允许部件自模具释放的气流孔(draft)。例如,如图2a-2c所示,移动电子装置罩壳200具有本体202,该本体202具有目标观察表面204和内表面206。目标观察表面,例如如图2a-2c中所示的表面204,是在产品的正常使用期间意欲被消费者观察的表面。内表面206,例如如图2a-2c中所示的表面206,在产品的正常使用期间通常不意欲被消费者观察到。例如,移动电子装置罩壳200的内表面206在产品正常使用期间通常不被观察到(例如,当用于发送文字消息和/或当用于电话交谈时),但是在非正常使用期间例如当更换电池时,其偶尔可被观察到。在所示的实施方案中,本体
202具有不大于约1.0mm(例如约0.7mm)的标称壁厚(NWT)208。该标称壁厚(NWT)不包含装饰性构件212、安装构件214、螺旋突出部216或加强肋218等的任何厚度。
[0094] 在其它的实施方案中,成型铸造产品可具有中等壁厚。在这些实施方案中,成型铸造产品具有不大于2mm但至少约1.01mm的标称壁厚。在一个实施方案中,成型铸造产品具有不大于约1.95mm的标称壁厚。在其它的实施方案中,成型铸造产品可具有不大于约1.9mm,或不大于约1.85mm,或不大于约1.8mm,或不大于约1.75mm,或不大于约1.7mm,或不大于约1.65mm,或不大于约1.6mm,或不大于约1.55mm,或不大于约1.5mm,或不大于约1.5mm,或不大于约1.45mm,或不大于约1.4mm,或不大于约1.35mm,或不大于约1.3mm,或不大于约1.25mm,或不大于约1.2mm,或不大于约1.15mm,或不大于约1.1mm的标称壁厚。在这些实施方案中,成型铸造产品可具有大于约1.0mm的标称壁厚。
[0095] 在其它的实施方案中,成型铸造产品可具有相对厚的壁厚。在这些实施方案中,成型铸造产品可具有不大于约6毫米但至少约2.01mm的标称壁厚。在一个实施方案中,成型铸造产品具有不大于约5毫米的标称壁厚。在其它的实施方案中,成型铸造产品具有不大于约4毫米或不大于约3毫米的标称壁厚。在这些实施方案中,成型铸造产品可具有大于2毫米的标称壁厚。
[0096] B.装饰性成型铸造产品
[0097] 在铸造后,可精加工成型铸造产品以制备装饰性成型铸造产品。装饰性成型铸造产品是经受一个或多个如更详细地描述于下文的精加工步骤的那些成型铸造产品,并且导致具有预定的颜色、光泽和/或纹理等特征的成型铸造产品,所述特征位于至少一部分成型铸造产品目标观察表面上。这些装饰性成型铸造产品通常获得满足消费者接受标准的预定的颜色、光泽和/或纹理等特征。
[0098] 装饰性成型铸造产品可具有预定的颜色。预定的颜色意味着事先选取的颜色,例如最终使用的装饰性成型铸造产品的目标颜色。在一些实施方案中,目标颜色不同于基材的天然颜色。
[0099] 装饰性成型铸造产品的预定颜色通常通过将着色剂施加至装饰性成型铸造产品的氧化物层而获得。这些着色剂通常至少部分地占据氧化物层的孔隙。在一个实施方案中,在施加着色剂后,氧化物层的孔隙可得到密封(例如,当使用染料类的着色剂时)。在一个实施方案中,不需要密封氧化物层的孔隙,因为着色剂已经如此进行(例如,当使用具有基于Si的聚合物主链的着色剂时,例如使用聚硅氮烷和聚硅氧烷)。
[0100] 在一个实施方案中,装饰性成型铸造产品在一个或多个它们目标观察表面上获得颜色均匀性。该颜色均匀性可归因于例如所选择的合金组成、所选择的铸造方法和/或所选择的精加工方法,其可导致成型铸造产品基本上不含视觉上的外观表面缺陷。“颜色均匀性”及其类似体意指精加工成型铸造产品的颜色跨成型铸造产品目标观察表面基本上是相同的。例如,在一些实施方案中,可通过在阳极化期间制备均匀的氧化物层的能力促进颜色均匀性,其可产生可靠地制备跨成型铸造产品的目标观察表面的均匀颜色的能力。在一个实施方案中,颜色均匀性通过Delta-E(CIELAB)测量。在一个实施方案中,如通过采用CIELAB的比色计(例如,由TECHNI DYNE提供的Color Touch PC)所测得,成型铸造产品的颜色变化性不大于+/-5.0 Delta E。在其它的实施方案中,如通过采用CIELAB的比色计(例如,由TECHNI DYNE提供的Color Touch PC)所测得,成型铸造产品的颜色变化性不大于+/-4.5 Delta E,或+/-4.0 Delta E,或+/-3.5 Delta E,或+/-3.0 DeltaE,或+/-2.5 Delta E,或+/-2.0 Delta E,或+/-1.5 Delta E,或+/-1.0Delta E,或+/-0.9 Delta E,或不大于+/-0.8 Delta E,或不大于+/-0.7Delta E,或不大于+/-0.6 Delta E,或不大于+/-0.5 Delta E,或不大于+/-0.4 Delta E,或不大于+/-0.3 Delta E,或不大于+/-0.2 DeltaE,或不大于+/-0.1 Delta E,或不大于+/-0.05 Delta E,或更小。
[0101] 装饰性成型铸造产品可具有预定的光泽。预定的光泽是事先选取的光泽,例如最终使用的产品目标光泽。在一些实施方案中,预定的光泽不同于基材的天然光泽。在一些实施方案中,预定的光泽可通过施加具有预定光泽的着色剂而获得。在一个实施方案中,成型铸造产品具有光泽均匀性。“光泽均匀性”意指精加工的成型铸造产品的光泽跨成型铸造产品的目标观察表面基本上是相同的。在一个实施方案中,光泽均匀性根据ASTM D 523来测量。在一个实施方案中,跨成型铸造产品的目标观察表面,成型铸造产品的光泽变化性不大于约+/-20个单位(例如,%光泽单位)。在其它的实施方案中,跨成型铸造产品的目标观察表面,光泽变化性不大于约+/-15个单位,或不大于约+/-13个单位,或不大于约+/-10个单位,或不大于约+/-9个单位,或不大于约+/-8个单位,或不大于约+/-7个单位,或不大于约+/-6个单位,或不大于约+/-5个单位,或不大于约+/-4个单位,或不大于约+/-3个单位,或不大于约+/-2个单位,或不大于约+/-1个单位。用于测量光泽的一个设备是BYK-GARDNER AG-4430微-TRI-光泽的光泽计。
[0102] 装饰性成型铸造产品的颜色均匀性和/或光泽均匀性可归因于在成型铸造产品的阳极化期间形成的相对均匀的氧化物层。如更详细地描述于下文的,可通过使用本文中描述的Al-Ni和Al-Ni-Mn合金来促进均匀的氧化物层。这些均匀的氧化物层可有助于着色剂的均匀吸收,并且因而提高装饰性成型铸造产品中的颜色和/或光泽均匀性。
[0103] 装饰性成型铸造产品可具有设计的纹理。设计的纹理是具有预定的(一个或多个)形状和/或取向的纹理,其通过化学、机械和/或其它的方法(例如,激光蚀刻、压花、刻纹和平面印刷技术)产生。在一个实施方案中,在铸造后例如通过设计的机械方法例如机加工、刷制、喷砂等可产生设计的纹理。在另一个实施方案中,例如通过利用铸造模具内的预定图案,在铸造期间可产生设计的纹理。在其它的实施方案中,装饰性成型铸造产品可具有整体上平滑的表面,即非纹理化的外表面。
[0104] 在一些实施方案中,成型铸造产品可具有至少两个目标观察表面,一个表面具有第一颜色、光泽和/或纹理,以及第二表面具有第二颜色、光泽和/或纹理。例如,并且现在参考图2d,移动电子装置罩壳200具有第一目标观察表面204a,其具有第一预定的颜色,以及第二目标观察表面204b,其具有不同于第一预定颜色204a的第二预定的颜色。在这些实施方案中,第一目标观察表面204a的颜色均匀性仅在由第一目标观察表面界定的区域内确定,并且第二目标观察表面204b的颜色均匀性仅在由第二目标观察表面界定的区域内确定。其适用于光泽均匀性和纹理。此外,装饰性成型铸造产品可具有任何数目的目标观察表面,并且适用相同原理。上述提供的实施例仅用于说明目的。
[0105] 在一些实施方案中,装饰性成型铸造产品基本上不含视觉上明显的表面缺陷。“基本上不含视觉上明显的表面缺陷”意指当装饰性成型铸造产品位于离开观察装饰性成型铸造产品的人眼至少18英尺时,装饰性成型铸造产品目标观察表面被具有20/20视力的人眼观察时,基本上不含表面缺陷。视觉上明显的表面缺陷的例子包括可由于铸造方法(例如,冷结、皱皮线、流线、以及斑点变色、空隙)和/或合金显微组织(例如,在装饰性成型铸造产品的目标观察表面处或附近处存在随机定位的α铝相)等引起的可观察到的那些美学缺陷。由于精加工方法(描述于下文)通常允许相当大量的可见光穿透数十或数百或数微米的装饰性成型铸造产品(所述光可被反射和/或吸收),因而其可用于产生均匀的显微组织和/或限制或消除随机分布的金属间化合物和/或α铝相,从而导致基本不含视觉上明显的表面缺陷并且可为消费者所接受的装饰性成型铸造产品。通常在阳极化后确定视觉上明显的表面缺陷的存在,例如在将着色剂施加至成型铸造产品后。基本上不含视觉上明显的表面缺陷的装饰性成型铸造产品的例子示于图36、37、41B、42B和43B中。包含一种或多种视觉上明显的表面缺陷的装饰性成型铸造产品的例子示于图20A、20B、21A、41A、42A和43A中。
[0106] 在其它的实施方案中,例如对于大理石状面层,装饰性成型铸造产品可包含视觉上明显的表面缺陷。这些视觉上明显的表面缺陷可有助于将成型铸造产品的目标观察表面设计成差别的着色,并且因此可有助于大理石状的外观。大理石状面层为施加一种或多种着色剂后具有类似静脉的图案或类似大理石的条纹的面层。
[0107] 成型铸造产品的目标观察表面可具有低灰度和/或具有高亮度。在一个实施方案中,成型铸造产品的目标观察表面实现了显然低于由铸造合金380制备的对比成型铸造产品的灰度平。例如,如通过采用CIELAB的比色计(例如由TECHNIDYNE提供的Co1or Touch PC)所测得,成型铸造产品可具有比对比的380产品大至少约1个单位的CIELAB“L-值”。对比的380产品为通过与装饰性成型铸造产品相同的铸造方法和精加工方法(如果合适时)制备的产品,但是其由铸造合金380而不是本文中所述的合金组合物制备。CIELAB L-值表示白色-黑色的程度(例如,100=纯白色,0=纯黑色)。在一些实施方案中,如通过采用CIELAB的比色计(例如由TECHNIDYNE提供的Color Touch PC)所测得,成型铸造产品可具有比对比的380产品大至少约2个单位,或至少约3个单位,或至少约4个单位,或至少约5个单位,或至少约6个单位,或至少约7个单位,或至少约8个单位,或至少约9个单位,或至少约10个单位,或至少约11个单位,或至少约12个单位,或至少约13个单位,或至少约14个单位,或至少约15个单位,或至少约16个单位,或至少约17个单位,或至少约18个单位,或至少约19个单位,或至少约20个单位,或大更多的CIELAB“L-值”。在一个实施方案中,如通过采用CIELAB的比色计(例如由TECHNIDYNE提供的Color Touch PC)所测得,成型铸造产品可具有比对比的380产品好至少约5%的CIELAB“L-值”。在其它的实施方案中,如通过采用CIELAB的比色计(例如由TECHNIDYNE提供的Color Touch PC)所测得,成型铸造产品可具有比对比的380产品好至少约10%,或好至少约15%,或好至少约
20%,或好至少约25%,或好至少约30%,或好至少约35%,或好至少约40%,或好至少约
45%,或好更多的CIELAB“L-值”。在一个实施方案中,成型铸造产品可具有至少约55的CIELAB“L-值”。在其它的实施方案中,如通过采用CIELAB的比色计(例如,由TECHNIDYNE提供的Color Touch PC)所测得,成型铸造产品可具有至少约56,或至少约57,或至少约
58,或至少约59,或至少约60,或至少约61,或至少约62,或至少约63,或至少约64,或至少约65,或至少约66,或至少约67,或至少约68,或更大的CI ELAB“L-值”。在一个实施方案中,相对于“铸态”产品(即,在铸造120后)确定L-值。在一个实施方案中,在精加工(130)后确定L-值。在一个实施方案中,在中间精加工步骤期间后确定L-值,例如在阳极化之后但是在施加颜色之前。
[0108] 在一个实施方案中,成型铸造产品的的目标观察表面实现了可察觉地大于由铸造合金380制备的对比的成型铸造产品的亮度水平。例如,如根据ISO 2469和2470所测得,成型铸造产品可具有比对比的380产品至少大约1个单位的I SO亮度水平。在其它的实施方案中,如根据ISO 2469和2470所测得,成型铸造产品可具有比对比的380产品大至少约2个单位,或至少约3个单位,或至少约4个单位,或至少约5个单位,或至少约6个单位,或至少约7个单位,或至少约8个单位,或至少约9个单位,或至少约10个单位,或至少约11个单位,或至少约12个单位,或至少约13个单位,或至少约14个单位,或至少约15个单位,或至少约16个单位,或至少约17个单位,或至少约18个单位,或至少约19个单位,或至少约20个单位,或更多的ISO亮度水平。在一个实施方案中,如根据ISO 2469和2470所测得,成型铸造产品可具有比对比的380产品大至少约5%的ISO亮度水平。在其它的实施方案中,当根据ISO2469和2470测定时,成型铸造产品可具有比对比的380产品大至少约10%,或至少约20%,或至少约30%,或至少约40%,或至少约50%,或至少约60%,或至少约70%,或至少约80%,或至少约90%,或至少约100%,或至少约110%,或至少约
120%,或至少约130%,或至少约140%,或至少约150%,或至少约160%,或更多的ISO亮度水平。在一个实施方案中,如根据ISO 2469和2470所测得,成型铸造产品可具有至少约
20的ISO亮度水平。在其它的实施方案中,如根据ISO 2469和2470所测得,成型铸造产品可具有至少约21,或至少约22,或至少约23,或至少约24,或至少约25,或至少约26,或至少约27,或至少约28,或至少约29,或至少约30,或至少约31,或至少约32,或至少约33,或至少约34,或至少约35,或至少约36,或至少约37,或至少约38,或至少约39,或更大的ISO亮度水平。在一个实施方案中,通过TECHNIDYNE的Co1or Touch PC来测量ISO亮度。
在一个实施方案中,相对于“铸态”产品(即,在铸造120后)测量I SO亮度值。在一个实施方案中,在精加工(130)后测量ISO亮度值。在一个实施方案中,ISO亮度值在中间精加工步骤期间后测定,例如在阳极化之后但是在施加颜色之前。
[0109] 可获得任何上述颜色均匀性、灰度和/或亮度值,并且以任何组合,通过合适的合金选择、铸造方法选择和/或精加工方法选择,以制备本文中描述的装饰性成型铸造产品。
[0110] C.成型铸造产品的性质
[0111] 如更详细地描述于下文中的,该装饰性成型铸造产品可实现视觉上吸引力和耐用性的独特组合。例如,如更详细地描述于下文中的,成型铸造产品可实现视觉吸引力、强度、韧性、耐腐蚀性、涂层粘着性、硬度、UV抵抗性和/或化学耐受性的独特组合。如更详细地描述于下文中的,这些性质的组合可使得能够在各种消费应用中利用目前所公开的产品。可实现成型铸造产品的一种或多种这些性质,这至少部分是由于对下述成型铸造产品选择的合适的Al-Ni和/或Al-Ni-Mn合金和/或其显微组织所致。
[0112] D.成型铸造产品应用
[0113] 本公开的装饰性成型铸造产品可用于多种应用中。在一个实施方案中,成型铸造产品是消费电子部件。消费电子部件通常被用来增强消费电子产品的外观、耐用性和/或可携带性,并且可作为消费电子部件的至少部分正面使用。可与本公开一起使用的消费电子部件的例子包括用于移动电话、可携带与不可携带音频/视频装置(例如,iPod或iPhone或可携带类似的音频/视频装置,例如MP3播放器)、照相机、摄像机、电脑(例如,膝上型、桌上型)、个人数字助手、电视、显示器(例如,LCD、等离子)、家用器具(例如,微波炉、炊具、洗衣机烘干机)、视频回录与记录装置(例如,DVD播放器、数字视频记录器)、其它手持式装置(例如,计算器、GPS装置)等的外部构件(例如,正面,如表面和罩壳)或内部构件。在其它实施方案中,装饰性成型铸造产品为用于其它工业的产品,例如用于任何医疗装置、运动用品、汽车或航空工业等的产品。
[0114] E.成型铸造产品的显微组织和合金组合物的选择
[0115] 成型铸造产品的显微组织可影响最终产品的一种或多种性质,例如表面缺陷、强度、颜色均匀性、亮度、灰度和耐腐蚀性等。因此,在一些实施方案中,其可用于决定产品应用(例如可移动电子装置罩壳)及相应性质(例如,强度、亮度)、标称壁厚、铸造方法和/或精加工方式,从而有助于确定合适的合金组合物与显微组织。在一个实施方案中,并且参考图3a,一种方法可包括选择成型铸造产品应用与性质(3000)、选择用于产品应用的标称壁厚(3100)、选择成型铸造方法(3200)以及选择用于产品应用的精加工形式(3300)。根据并且基于至少一个这些步骤,可选择合适的合金组合物和/或显微组织(3400)。这些步骤可以以任何合适的顺序完成。例如,在一种情况下,可选择精加工形式(3300),然后是产品应用和性质(3000),接着可选择标称壁厚(3100)和/或铸造方法(3200)。可接着选择预定的显微组织和/或合金组合物(3400),从而获得所需要的精加工形式(3300)和性质(3000),并且在所选的铸造(3200)和标称壁厚(3100)要求内选择。根据一种或多种的这些选择,该方法可包括制备合金(110)、将合金成型铸造为成型铸造产品(120)以及将成型铸造产品精加工(130)成为装饰性成型铸造产品。装饰性成型铸造产品可获得所选择的性质并且获得所选择的精加工形式,这至少部分是由于所选择的合金组合物和相应的显微组织所致。
[0116] 通常,成型铸造产品的性质有助于选择成型铸造产品的显微组织和/或用于制备成型铸造产品的合金。一些关注的性质包括强度(3010)、韧性(3020)、耐腐蚀性(3030)和密度(3040)等,如图3b所示。在一个实施方案中,一旦选择了产品应用和所需的性质(3000)和/或精加工方式(3300),如上所述,可选择标称壁厚(3100)例如薄壁(3120)、中等壁(3140)或厚壁(3160)中任一种,如图3c所示。可选择铸造方法(3200),其至少部分基于选择的标称壁厚(3100)、产品应用和性质(3000)和/或精加工方式(3300)中至少一种。对于一些产品应用,如图3d所示,铸造方法将为压铸方法(3220),例如高压压铸,其在制备装饰性成型铸造产品方面通常是经济的。然而,其它铸造方法,例如永久模制(3240)、石膏型铸造(3260)、熔模精密铸造(3280)(例如半固态铸造、触变成型)等,可以用于制备装饰性成型铸造产品。如图3e所示,精加工方式(3300)的选择可由消费者完成,并且通常包括选择颜色(例如,由CIELAB值所定义的预定颜色,以及相关偏差)、光泽(例如预定的关泽)和/或表面缺陷视图(例如对于大理石状产品)等。
[0117] 一旦选择了成型铸造产品应用和性质(3000)、标称壁厚(3100)、成型铸造方法(3200)和/或用于产品应用的精加工方式(3300)中的一种或多种,可选择合适的显微组织和/或合金组合物。例如,并且参考图3f,可选择层状显微组织(3420)或均匀显微组织(3430)作为显微组织(3410),这取决于要求。通常,因为这些成型铸造产品的显微组织由于使用的精加工(130)方法可以是可见的,因而精加工要求通常优先,从而在合金选择选择之前选择成型铸造合金的所需的显微组织(3410)。对于一些产品,可首先选择合金(3440)-(3460),从而设计成型铸造产品的强度和其它性质。取决于要求,可选择Al-Ni(3460)、Al-Ni-Mn(3480)或其它铸造合金(3490)。对于合适的合金选择的考虑包括合金的可铸造性(3470)、合金符合性质要求的能力(3480)以及合金符合精加工要求的能力(3490)。
[0118] i.层状显微组织
[0119] 现在参考图3g,层状显微组织(3420)可用于一些精加工应用。层状显微组织可用于其中需要少量(或没有)表面缺陷的产品应用。为获得层状显微组织(3420),可选择过共晶合金组合物。对于Al-Ni合金,如图4a所示,共晶点发生在约5.66wt.%Ni的共晶组成和约639.9℃的共晶温度下。因此,将具有大于5.66wt.%Ni的合金视为对Al-Ni合金过共晶。对于Al-Ni-Mn合金,如图4b所示,共晶点发生在约6.2wt.%Ni和约2.1wt.%Mn的共晶组成以及约625℃的共晶温度下。因此,可将落在图4b的区域405之外的合金视为对Al-Ni-Mn合金过共晶。
[0120] 层状显微组织(3420)的一个实施例示于图5a中。在所示的实施方法中,铸造方法制备了具有多层的铸造产品,其中一个截面250示于图5a中。所示的铸造产品具有至少外部部分500、第二部分510和第三部分520。
[0121] 在一些铝合金(例如,Al-Ni和/或Al-Ni-Mn)中,外部部分500可为包含共晶显微组织511和不可忽视量的α-铝相502(有时候称为枝晶)两者的层的形式。该层的厚度将取决于所使用的铸造合金和铸造条件,但是由过共晶合金制得的铸造产品的外部部分500通常具有不大于约500微米的厚度。在其它实施方案中,铸造产品的外部部分可具有不大于约400微米,或不大于约300微米,或不大于约200微米,或不大于约175微米,或不大于约150微米,或不大于约125微米,或不大于约100微米,或不大于约75微米,或更小的厚度。
[0122] 在一些实施方案中,可有用地限制该外层500的厚度,例如,这由α-铝相502的非均匀分布所致。在这些实施方案中,可有用地选择偏离共晶组成(例如,对于薄壁成型铸造产品)百分之一或更多的过共晶合金组成。如更详细地描述于下文的,对意欲限制表面缺陷量的成型铸造产品,通常可有用地限制该类型外层500的厚度,因为其至少一部分可能必须在一些精加工处理期间被移除。由于在铸造方法期间所遭受的非平衡凝固条件(例如,下文所述的过冷),因而利用共晶或亚共晶组合物可导致厚外层500,然而过共晶合金组合物可导致较薄外层500。
[0123] 由过共晶Al-Ni-Mn合金制备的第一层500的一个实施方案示于图6a中。该层具有共晶显微组织(浅色部分),α-铝(暗色,花瓣状部分)散布于其中。在这种情况下,铸造合金包含约6.9wt.%Ni和2.9wt.%Mn,余量为铝、偶存元素和杂质。
[0124] 在一些情况中,并且现在再次参考图5a,层状显微组织可用于突出表面缺陷,例如,对于大理石形式面层或其中高强度是有用的情况(例如,由存在较高量的Ni和/或Mn所致)。对于这些类型的成型铸造产品,可有用地确保产生外部部分500,该部分在成型铸造产品的目标观察表面处具有相当规则分布的α-铝相502和共晶显微组织511。在这些实施方案中,在下文所述的精加工方法后,α-铝相502可至少有部分有助于制备大理石状面层,因为α-铝相502可在精加工的共晶显微组织内产生不同颜色,并且可产生类似大理石的容易区别的图案。在这些实施方案中,可有用地选择较靠近或接近共晶组成的过共晶或亚共晶合金组成。对于这些大理石状面层的实施方案,外层500可具有至少约20微米的厚度。在其它的实施方案中,对于这些大理石状面层的实施方案,外层500可具有至少约40微米,或至少约60微米,或至少约80微米,或至少约100微米,或更大的厚度。
[0125] 在这些实施方案的一些中,可使成型铸造产品接触(例如浸渍在)至少一种如下文所述的着色剂(例如染料),并且,用着色剂可至少部分填充成型铸造产品的氧化物层的至少一些孔隙。在一个实施方案中,使成型铸造产品接触单一着色剂。在一个实施方案中,成型铸造产品的α-铝相包含由着色剂所致的第一种颜色,并且成型铸造产品的共晶显微组织包含由着色剂所致的第二种颜色。第二种颜色通常不同于第一种颜色,这是由于α-铝相和共晶显微组织之间在性质上的固有差异所致。α-铝相和共晶显微组织的相当规则的分布组合,连同α-铝相的第一种颜色和共晶显微组织的第二种颜色的组合,可至少部分有助于制备在其目标观察表面处具有大理石状外观的成型铸造产品。
[0126] 由过共晶组合物制备的第一层500的一个实施方案示于图6b中。该层具有共晶显微组织(浅色部分),α-铝相(暗色球形部分)分散于其中。在这种情况下,铸造合金包含约4wt.%Ni和2wt.%Mn,余量为铝、偶存元素和杂质。如所示,α-铝相规则地在合金表面处形成,提供共晶显微组织间的必要区别,其可导致在成品中产生大理石状的效果。
[0127] 再次参考图5a,第二部分510可包含占优量的共晶显微组织511。具有高颜色均匀性的成型铸造产品可由Al-Ni和/或Al-Ni-Mn合金制备,所述合金在铸造产品的表面处或附近具有共晶显微组织511。如所示,第二部分510包含全部或几乎全部的共晶显微组织511。类似地,第二部分510可基本上不含α铝相502和/或金属间化合物522(描述于下文)。在一些实施方案中,第二部分510包含低于5vol.%,或甚至低于1vol.%的α铝相
502和/或金属间化合物522。
[0128] 第二部分510层的厚度将取决于所使用的铸造合金和铸造条件,但第二部分通常具有至少约25微米的厚度。在一个实施方案中,第二部分具有至少约50微米的厚度。在其它的实施方案中,第二部分510具有至少约100微米,或至少约150微米,或至少约200微米,或至少约300微米,或至少约400微米,或至少约500微米的厚度。第二部分510通常具有小于约1000微米的厚度。此外,由于外层500通常包含α铝相,因而其可用于制备具有通常大的第二部分510同时具有通常小的外部部分500的铸造产品,例如在意欲具有限制量的视觉上明显的表面缺陷的成型铸造产品中。
[0129] 第三部分520在第二部分之后,并且可包含金属间化合物522(例如,Al3Ni)等特征。在该实施方案中,第三部分通常构成成型铸造产品的其余部分。该部分通常不被人眼观察到,这是由于其深度低于最终产品的外部表面。
[0130] 可借助于利用具有较高量的Ni和/或Mn的Al-Ni和/或Al-Ni-Mn合金来促进具有占优量的共晶显微组织的成型铸造产品的制备,如更详细地描述于下文的。
[0131] ii.均匀的显微组织
[0132] 在另一个实施方案中,并且现在参考图3f和5b,成型铸造产品可包含均匀显微组织(3430)。该均匀或接近均匀的显微组织可有助于如更详细地描述于下文的成功精加工方法。均匀显微组织为包含相当规则分布的α铝相502的显微组织,与“斑状(patchy)”分布的α铝相502(例如,其用经历过冷条件的过共晶合金所制备)不同。在所示的实施方案中,铸造方法制造具有均匀显微组织的铸造产品,其一个截面251被示出。示出的铸造产品具有单一的均匀层251,其包含在共晶显微组织511内相当规则分布的α铝相502。
[0133] 可借助于利用具有较低量的Ni的Al-Ni和/或Al-Ni-Mn合金来促进具有均匀显微组织的成型铸造产品的制备。为了获得均匀显微组织,可选择亚共晶合金组合物。将具有低于约5.6wt.%Ni的合金视为对Al-Ni合金亚共晶。可将落在图4b区域405内的合金视为对Al-Ni-Mn合金亚共晶。
[0134] 均匀显微组织的一个实施方案示于图6c中。如所示,铸造产品包含在共晶显微组织(暗色部分)中相当规则分布的α铝相(浅色部分)。在这种情况下,铸造合金包含约1wt.%Ni和2wt.%Mn,余量为铝、偶存元素和杂质。
[0135] 具有均匀显微组织的成型铸造产品的制备可比具有层状显微组织的那些具有更高的成本有效性,因为当制备具有均匀显微组织的成型铸造产品时,可能不需要费力的调节过冷量。这是由于以下事实所致:α铝相在这些亚共晶合金中作为平衡凝固的产品而形成,然而α铝相由于过共晶合金的非平衡凝固而形成。
[0136] 可用于产生视觉上吸引人的成型铸造产品的各种组合物、系统、方法以及装置的特定细节详细地描述于下文中。
[0137] I.可用于制备成型铸造产品的铝合金
[0138] 现在参考图7,本文中所述的成型铸造产品通常由铝铸造合金(110)制备。合适的铝铸造合金包括能够获得视觉上引人注意和/或耐用的最终产品的那些铝合金。例如,铝合金可能够实现商业上可接受的面层,并且处于阳极化状态,如更详细地描述于下文的。在一个实施方案中,铝合金是Al-Ni铸造合金。在其它的实施方案中,合金是Al-Ni-Mn铸造合金。如更详细地描述于下文中的,可使用其它的铸造合金。
[0139] A.Al-Ni铸造合金
[0140] Al-Ni铸造合金具有强度、电化学可成形性(例如可阳极化能力)以及可铸造性等性质的良好组合。在一些实施方案中,Al-Ni合金具有高亮度和/或低灰度。通常,Al-Ni铸造合金包含(并且一些情况基本上由如下组成):约0.5wt.%至约8.0wt.%Ni,余量为偶存元素和杂质。在一个实施方案中,选择Al-Ni合金中Ni的量,从而在成型铸造产品中制备所需要的显微组织(层状或均匀的),并且在铸态条件下,基于所选择的铸造条件。具有大于8.0wt.%Ni的合金可实现在成型铸造产品的外层内产生金属间化合物(例如Al3Ni),和/或可为脆性。具有小于0.5wt.%Ni的合金可能不会获得本文中所述的一种或多种性质。
[0141] 在一个实施方案中,并且如上文所述,选择镍的量使得成型铸造产品将具有层状显微组织,其具有薄外层和合适厚度的第二层。这些实施方案可用于具有限制量的视觉上明显的表面缺陷的薄壁成型铸造产品。在这些实施方案的一些中,镍处于约5.7wt.%至约6.9wt.%的范围内。在一个实施方案中,并且如上所述,选择镍的数量使得成型铸造产品将有具有不规则分布的α铝相的外层(例如,如图5a所示,附图标记502)。这些实施方案可用于具有大理石状面层的薄壁成型铸造产品。在这些实施方案的一些中,镍处于约5.4wt.%至约6.6wt.%的范围内。在一个实施方案中,并且如上所述,选择镍的量使得成型铸造产品将具有均匀显微组织。在这些实施方案的一些中,镍处于约2.8wt.%至约5.2wt.%的范围内。
[0142] B.Al-Ni-Mn铸造合金
[0143] Al-Ni-Mn铸造合金可用于许多成型铸造产品。Al-Ni-Mn合金具有强度、电化学可成形性(例如可阳极化能力)以及可铸造性等性质的良好组合。在一些实施方案中,过共晶Al-Ni-Mn合金具有高亮度和/或低灰度。
[0144] 因为上述相对于Al-Ni合金的相同理由,Al-Ni-Mn合金可包含约0.5wt.%至约8.0wt.%的镍。Al-Ni-Mn合金还包含有目的添加的Mn(例如,为了提高合金的强度和/或降低模具粘附和/或接合),并且通常处于0.5wt.%至3.5wt.%Mn的范围内。在一个实施方案中,选择Al-Ni-Mn合金中Ni和Mn的量,从而在成型铸造产品中,并在铸态条件下,产生合适的显微组织(层状或均匀的)。
[0145] 在一个实施方案中,Al-Ni-Mn合金包含处于约6.6wt.%至约8.0wt.%范围内的镍。在这些实施方案中,Al-Ni-Mn合金包含至少约0.5wt.%的Mn,并且通常为约1.0wt.%Mn至约3.5wt.%Mn。在另一个实施方案中,Al-Ni-Mn合金包含处于约2wt.%至约6wt.%范围内的镍。在这些实施方案的一些中,Al-Ni-Mn合金可包含处于约3.1wt.%至约3.5wt.%范围内的Mn。在其它的这些实施方案中,Al-Ni-Mn合金可包含处于约0.5wt.%至约3.0wt.%范围内的Mn。
[0146] 在一个实施方案中,并且如上文所述,选择镍和锰的量使得成型铸造产品将具有层状显微组织,该层状显微组织具有薄外层和合适尺寸的第二层。这些实施方案可用于具有限制量的视觉上明显的表面缺陷的薄壁成型铸造产品。在这些实施方案的一些中,镍处于约5.7wt.%至约7.1wt.%的范围内,并且锰处于约1.8wt.%至约3.1wt.%的范围内。在一个实施方案中,并且如上文所述,选择镍和锰的量使得成型铸造产品将有具有不规则分布α铝相的外层(例如,如图5a所示,附图标记502)。在这些实施方案的一些中,镍处于约5.6wt.%至约6.8wt.%的范围内,并且锰处于约2.0wt.%至约3.2wt.%的范围内。这些实施方案可用于具有大理石状面层的薄壁成型铸造产品。在一个实施方案中,并且如上文所述,选择镍和锰的量使得成型铸造产品将具有均匀显微组织。在这些实施方案的一些中,镍处于约1.8wt.%至约3.2wt.%的范围内,并且锰处于约0.8wt.%至约3.2wt.%的范围内。
[0147] 在一些实施方案中,合金为美国专利No.6,783,730中所公开的Al-Ni-Mn合金,其于2004年8月31日颁予Lin等人,并且标题为“Al-Ni-Mn casting alloy for automo tive and aerospace structuralcomponents”,通过引用将其以全文并入本文。
[0148] C1.具有薄外层的层状显微组织的产生
[0149] 在一个实施方案中,为了产生视觉上吸引人的成型铸造产品,可在成型铸造产品的目标观察表面处或附近产生共晶显微组织。例如,并且参考图5a,可选择/设计成型铸造制备参数,例如组合物选择、模具温度、冷却速率、熔体温度,使得外层500的厚度得到限制(例如相对较小,如不大于约100微米),而第二层510的厚度为合适的厚度。第二层510的接近完全共晶的显微组织511可有助于产品的均匀灰度和/或亮度水平,即使在阳极化之后,这可有助于视觉上引人注意的最终产品。此外,降低外层500的厚度可有助于其在后续精加工操作期间的移除。可将该外层500移除,以有助于制备具有满足消费者接受标准的面层的装饰性成型铸造产品。用于产生具有这些类型的层状显微组织的成型铸造产品的组合物通常为过共晶组合物。用于产生这些类型的层状显微组织的有用的过共晶Al-Ni和Al-Ni-Mn组合物的一些实施方案提供于下表1中。
[0150] 表1-对于产生具有小外层和合适的第二层的层状显微组织的过共晶组成的例子[0151]
[0152] 通常,当标称壁厚增加时,为限制外层厚度所需要的合金组成更接近合金的共晶组成,因为较厚产品将在更接近平衡冷却条件下的速率下冷却。
[0153] 这些类型的层状显微组织可用于产生具有限制量的视觉上明显的表面缺陷的产品,并且将着色剂至少部分置于成型铸造产品的氧化物层内。例如,并且参考图3a-3g,一种方法可包括选择精加工(3300)、选择成型铸造产品应用(3000)(例如高强度可移动电子装置罩壳)、选择用于产品应用的标称壁厚(3100)(例如,薄壁(3120),如约0.7mm)以及选择成型铸造方法(3200)(例如,压铸(3220),如HPDC)。基于一种或多种这些选择(3000-3300),可选择合适的Al-Ni(3440)或Al-Ni-Mn(3450)组合物从而产生层状显微组织(3420),并且其具有相对较薄的外层和合适尺寸的第二层(3500)。该方法还可包括制备合金(110)、将合金成型铸造成为成型铸造产品(120)以及将成型铸造产品精加工(130)成为装饰性成型铸造产品。精加工的装饰性成型铸造产品可基本上不含视觉上明显的表面缺陷,可具有亮表面,可具有低灰度,和/或可具有颜色和/或光泽均匀性,这至少部分是由于所选择的显微组织和/或合金组合物所致。
[0154] 在一个实施方案中,铝铸造合金基本上由以下组成:约6.6至约8.0wt.%Ni,约0.5至约3.5wt.%Mn,至多约0.25wt.%的任何Fe和Si,至多约0.5wt.%的任何Cu、Zn和Mg,至多约0.2wt.%的任何Ti、Zr和Sc,其中可加入B和C之一至多约0.1wt.%,以及至多约0.05wt.%的其它元素,其中其它元素的总量不超过0.15wt.%,余量为铝。
[0155] C2.关于大理石状产品的设计、掺合的α铝相的产生
[0156] 在一个实施方案中,为产生视觉上吸引人的大理石状产品,可在成型铸造产品的目标观察表面处产生α铝相和共晶显微组织的设计、掺合的混合物。用于产生设计、掺合的α铝相和共晶显微组织的组合物可为任何共晶、过共晶或亚共晶组合物,并且通常与产品厚度和/或铸造条件(例如冷却速率)有关。用于产生掺合的α铝相和共晶显微组织的有用的Al-Ni和Al-Ni-Mn组合物的一些实施方案提供于下表2中。
[0157] 表2-对于产生大理石状产品的掺合的α铝相和共晶显微组织的过共晶组成的例子
[0158]
[0159] 这些类型的掺合显微组织可用于产生大理石状产品。例如,并且参考图3a-3g,一种方法可包括选择精加工(3300)、选择成型铸造产品应用(3000)(例如高强度可移动电子装置罩壳)、选择用于产品应用的标称壁厚(3100)(例如,薄壁(3120),如约0.7mm)以及选择成型铸造方法(3200)(例如,压铸(3220),如HPDC)。基于一种或多种这些选择(3000-3300),可选择合适的Al-Ni(3440)或Al-Ni-Mn(3450)组合物从而在成型铸造产品的目标观察表面处产生掺合显微组织(3510)。该方法可包括制备合金(110)、将合金成型铸造成为成型铸造产品(120)以及将成型铸造产品精加工(130)成为装饰性成型铸造产品。大理石状精加工的装饰性成型铸造产品(3360)可具有符合消费者接受标准的大理石状面层和/或亮表面,这至少部分是由于所选择的合金显微组织和/或组合物所致。
[0160] C2.均匀显微组织的产生
[0161] 在一个实施方案中,为产生视觉上的成型铸造产品,可产生均匀显微组织。该均匀显微组织可有助于产品的均匀灰度和/或亮度水平,即使在阳极化之后,这可有助于视觉上引人注意的最终产品。用以产生均匀显微组织的组合物通常为过共晶的。可用于产生均匀显微组织的有用的Al-Ni和Al-Ni-Mn过共晶组合物的一些实施方案提供于下表3中。
[0162] 表3-用于产生均匀显微组织的组合物的例子
[0163]
[0164] 均匀显微组织可用于产生具有限制量的视觉上明显的表面缺陷的产品,且将着色剂至少部分置于成型铸造产品的氧化物层内,并且可实现较低的拉伸强度但较高的冲击强度,这是由于镍和/或锰的降低所致。在一个实施方案中,并且参考图3a-3f和3h,一种方法可包括选择精加工(3300)、选择成型铸造产品应用(3000)(例如高强度可移动电子装置罩壳)、选择用于产品应用的标称壁厚(3100)(例如,薄壁(3120),如约0.7mm)以及选择成型铸造方法(3200)(例如,压铸(3220),如HPDC)。基于一种或多种这些选择(3000-3300),可选择合适的Al-Ni(3440)或Al-Ni-Mn(3450)组合物从而产生均匀显微组织(3430)。该方法可包括制备合金(110)、将合金成型铸造成为成型铸造产品(120)以及将成型铸造产品精加工(130)成为装饰性成型铸造产品。装饰性成型铸造产品可基本上不含视觉上明显的表面缺陷,可具有亮表面,可具有低灰度和/或可具有颜色和/或光泽均匀性,这至少部分是由于所选择的合金组合物所致。
[0165] D.偶存元素和杂质
[0166] 如更详细地描述于下文中的,上述Al-Ni和Al-Ni-Mn合金可包含少量的偶存元素和杂质。通常,应限制杂质的数量,从而有助于获得合适的性质和面层特征。因此,这些铸造合金可以从初次循环回路制得,其具有少量的杂质。这些铸造合金通常并不由二次循环回路制备,这是由于杂质在这些合金中的数量所致。
[0167] 偶存元素包括可协助制备成型铸造产品的那些元素,例如晶粒细化剂。晶粒细化剂是协助合金晶粒在凝固期间的形核的那些元素或化合物。一种对用于成型铸造特别有用的晶粒细化剂为(Ti)。在一个实施方案中,晶粒细化剂为钛和。当钛包含于合金中时,其通常以至少约0.005wt.%的数量存在。在一个实施方案中,铸造合金包含至少约0.01wt.%的Ti。在其它的实施方案中,铸造合金包含至少约0.02wt.%的Ti,或至少约0.03wt.%的Ti,至少约0.04wt.%的Ti,至少约0.05wt.%的Ti,或至少约0.06wt.%的Ti。当存在时,钛在合金中的数量通常不超过0.10wt.%。在一个实施方案中,铸造合金包含不大于约0.09wt.%的Ti。在其它的实施方案中,铸造合金包含不大于约0.08wt.%的Ti,或不大于约0.07wt.%的Ti。当存在时,硼(B)和/或碳(C)以钛的约1/3量(例如,B=1/3*Ti)包含于铸造合金中,例如处于0.001至约0.03wt.%的全部B和/或C的范围内。
[0168] 杂质为可因金属熔炼、合金化和铸造方法的固有性质而存在于铸造合金中的那些元素。这些杂质包括Fe、Si、Cu、Mg和Zn等。每一种这些杂质可以以不会有害地影响成型铸造产品的性质或外观的量包含于铸造合金中。通常,由该合金制备的产品的机械性质和外观用较低量的Fe和Si杂质改良。关于这一点,Fe和Si通常在不大于约0.25wt.%,但是在一些情况下可高达0.5wt.%的水平下存在。在一些实施方案中,Fe和Si在至多约0.2wt.%,或至多约0.15wt.%,或至多约0.1wt.%,或至多约0.05wt.%的水平下存在。在一个实施方案中,该合金基本上不含(例如包含低于约0.04wt.%)Fe和Si。
[0169] 关于Cu、Mg和Zn,每一种这些杂质可以以至多约0.5wt.%的量存在于铸造合金中。在其它的实施方案中,每一种这些杂质可以以至多约0.45wt.%,或至多约0.4wt.%,或至多约0.35wt.%,或至多约0.3wt.%,或至多约0.25wt.%,或至多约0.2wt.%,或至多约0.15wt.%,或至多约0.1wt.%,或至多约0.05wt.%的数量存在于铸造合金中。在一个实施方案中,该合金基本上不含(例如,包含低于约0.04wt.%)一种或多种这些元素。
[0170] 对于Al-Ni合金,Mn可以作为杂质包含于合金中。在这些实施方案中,Mn通常以低于约0.5wt.%的数量存在。在一个实施方案中,Al-Ni合金包含低于约0.45wt.%的Mn。在其它的实施方案中,Al-Ni-Mn合金包含低于约0.4wt.%,或低于约0.35wt.%,或低于约0.3wt.%,或低于约0.25wt.%,或低于约0.2wt.%,或低于约0.15wt.%,或低于约0.1wt.%,或低于约0.05wt.%。
[0171] 在一些实施方案中,该合金基本上不含其它元素,这意味着该铸造合金包含除了Ni、任选的Mn以及上述正常的偶存元素以外的不大于0.25wt.%的任何其它元素。此外,合金中这些其它元素的总量不超过0.5wt.%。在一个实施方案中,每一个这些其它元素不超过0.10wt.%,并且这些其它元素的总量不超过0.35wt.%或0.25wt.%。在另一个实施方案中,每一个这些其它元素不超过0.05wt.%,并且这些其它元素的总量不超过0.15wt.%。在另一个实施方案中,每一个这些其它元素不超过0.03wt.%,并且这些其它元素的总量不超过0.1wt.%。
[0172] E.其它铸造合金
[0173] 在其它的实施方案中,可使用非Al-Ni铸造合金,只要实现性质(例如,可铸造性、强度和/或可阳极化能力)和外观的合适组合即可。在一个实施方案中,铝合金为适合用作铸造合金例如3xx和4xx族的合适铸造合金的Al-Si合金。在一个实施方案中,Al-Si合金为合金380。该合金可用于例如具有变黑、透明涂覆面层的厚成型铸造产品中。
[0174] F.可铸造性
[0175] 本文中所述的铸造合金可容易地铸造,即使在薄壁成型铸造应用中。可铸造性可由合金的流动性和/或热裂倾向等性质量化。
[0176] 在一个实施方案中,Al-Ni和/或Al-Ni-Mn铸造合金实现相当于或几乎相当于铸造合金A356和/或A380的流动性。流动性可通过螺旋压铸来测试。合金的流动性通过测量铸件的长度而确定,该长度通过螺旋模具由合金获得。这些测试可在熔体温度下或在高于各测试合金熔点的固定温度下进行(例如,对各合金100℃过热)。
[0177] 在一个实施方案中,Al-Ni或Al-Ni-Mn合金实现比铸造合金A380和/或A356至少好约2%的流动性。在其它的实施方案中,Al-Ni或Al-Ni-Mn合金实现比铸造合金A380和/或A356好至少约4%,或至少约6%,或至少约8%,或至少约10%,或至少约12%,或至少约14%,或至少约16%,或至少约18%,或至少约20%的流动性。
[0178] 在一个实施方案中,Al-Ni和/或Al-Ni-Mn铸造合金实现与铸造合金A 356和/或A380相当或几乎相当的热裂指数。在一个实施方案中,如通过铅笔探针所测得,Al-Ni和/或Al-Ni-Mn铸造合金实现低于16mm的热裂指数。在其它的实施方案中,如通过铅笔探针所测得,Al-Ni和/或Al-Ni-Mn铸造合金实现低于14mm,或低于12mm,或低于10mm,或低于8mm,或低于6mm,或低于4mm,或低于2mm的热裂指数。
[0179] G.拉伸强度
[0180] 本文中描述的铸造合金可具有相对高的强度,并且在铸态条件下。例如,当根据ASTM B557测试时,Al-Ni合金可实现至少约100MPa的拉伸屈服强度(TYS),并且在铸态状态(即,“F状态”)中。在一个实施方案中,由Al-Ni合金制备的薄壁(≤1mm)或中等壁(1-2mm)成型铸造产品在F状态中实现至少约105MPa的TYS。在其它实施方案中,由Al-Ni合金制得的薄壁成型铸造产品在F状态中实现至少约110MPa,或至少约115MPa,或至少约120MPa,或至少约125MPa,或至少约130MPa,或至少约135MPa,或至少约140MPa,或至少约
145MPa,或至少约150MPa,或更大的TYS。由Al-Ni合金制备的较厚(2-6mm)成型铸造产品可在F状态中实现略低于上述那些的TYS。
[0181] Al-Ni-Mn合金可在F状态中实现至少约120MPa的拉伸屈服强度(TYS)。在一个实施方案中,由Al-Ni-Mn合金制备的薄壁(≤1mm)或中等壁(1-2mm)成型铸造产品在F状态中实现至少约150MPa的TYS。在其它实施方案中,由Al-Ni-Mn合金制得的薄壁成型铸造产品在F状态中实现至少约175MPa,或至少约180MPa,或至少约185MPa,或至少约190MPa,或至少约195MPa,或至少约200MPa,或至少约205MPa,或至少约210MPa,或至少约215MPa,或至少约220MPa,或至少约225MPa,或至少约230MPa,或至少约235MPa,或至少约240MPa,或至少约245MPa,或至少约250MPa,或更大的TYS。由Al-Ni合金制备的较厚(2-6mm)成型铸造产品可在F状态中实现略低于上述那些的TYS。
[0182] H.冲击强度
[0183] Al-Ni和Al-Ni-Mn合金可在铸态条件下实现相对高的韧性。Al-Ni和Al-Ni-Mn合金通常实现与由铸造合金A380和/或铸造合金A356制得的对比产品至少相当的韧性。如根据ASTM E23-07(标题为“Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials”)并且通过夏氏(Charpy)无缺口试样所测得,包含较高量镍的产品可在F状态中实现至少4焦的冲击强度。在这些实施方案的一些中,成型铸造产品在F状态中可实现至少约4.5焦耳,或至少约5焦耳,或至少约5.5焦耳,或至少约6焦耳,或至少约6.5焦耳,或至少约7焦耳,或更大的冲击强度。包含较低量镍的产品可实现较高的冲击强度。在一个实施方案中,成型铸造产品可在F状态中实现至少约10焦耳的冲击强度。
在这些实施方案的一些中,成型铸造产品可在F状态中实现至少约15焦耳,或至少约20焦耳,或至少约25焦耳,或至少约30焦耳,或至少约35焦耳,或更大的冲击强度。
[0184] I.延伸率
[0185] Al-Ni和Al-Ni-Mn合金可实现良好的延伸率,并且在铸态条件下。Al-Ni和Al-Ni-Mn合金通常实现至少与由铸造合金A380和/或铸造合金A 356制备的对比产品相当的延伸率,并且在铸态条件(F状态)下。在一个实施方案中,当根据ASTM B557测试时,Al-Ni合金在F状态中实现至少约4%的延伸率。在其它的实施方案中,Al-Ni合金在F状态中实现至少约6%,或至少约8%,或至少约10%,或至少约12%的延伸率。在一个实施方案中,Al-Ni-Mn合金在F状态中实现至少约2%的延伸率。在其它的实施方案中,Al-Ni-Mn合金实现至少约3%,或至少约4%,或至少约5%,或至少约6的延伸率。
[0186] J.可阳极化能力
[0187] 本文中描述的Al-Ni和Al-Ni-Mn合金也可通过Al-Ni或Al-Ni-Mn合金的阳极化来促进产生均匀氧化物层。均匀氧化物层为具有基本上均匀厚度并且在氧化物层中具有较少或无中断(interruption)的层。在一个实施方案中,氧化物层具有大致上线性的外观(例如,非波纹外表面)。均匀氧化物层可部分协助促进成型铸造产品的颜色均匀性、耐用性和/或耐腐蚀性。具有均匀氧化物层的Al-Ni和Al-Ni-Mn合金的例子示于图8a-8d中,并且对比A380合金示于图8e中。将所有试样均进行压铸,然后于约20wt.%H2SO4浴中,在约12asf(每平方英尺的安培)的电流密度和约70°F的温度下阳极化约9分钟,产生具有约0.15密尔厚度的氧化物层。如所示,Al-Ni和Al-Ni-Mn合金获得均匀氧化物层710,然而Al-Si合金A380(图7e)具有非均匀氧化物层712。
[0188] 在一些情况下,Al-Ni或Al-Ni-Mn合金通过阳极化有助于氧化物层的相对快速的产生。在一个实施方案中,Al-Ni或Al-Ni-Mn合金获得与对比A 380产品相同或类似的氧化物层厚度,但在比制备对比A380产品的氧化物层所需要的时间快至少20%。在其它的实施方案中,Al-Ni或Al-Ni-Mn合金获得与对比A380产品相同或类似的氧化物层厚度,但在至少比制备对比A380产品的氧化物层所需的时间快至少20%,或快至少40%,或快至少60%,或快至少80%,或快至少100%的时间内。可迅速地被阳极化的合金可有助于增加处理量,并且因此降低制备成本。
[0189] 总而言之,目前公开的铝合金有助于制备成型铸造产品,其适用于装饰性成型铸造产品应用。这些铝合金具有良好的可铸造性,并促进具有拉伸强度、韧性(冲击强度)、延伸率、亮度和/或灰度的良好组合的成型铸造产品的制造,并且处于铸态条件(F状态)中。该铝合金还有助于选择适合用于所选择的精加工应用的显微组织。该铝合金还可容易地被阳极化,并且实现均匀氧化物层,这可有助于制备具有颜色均匀性和/或光泽均匀性的耐用和视觉上吸引人的装饰性成型铸造产品。
[0190] II.用于制造成型铸造产品的方法、系统和装置
[0191] 再次参考图1,在制备(110)合金原料之后,成型铸造产品可通过成型铸造方法(120)由合金原料制得。
[0192] 压铸,其通常为高压模具-铸造(HPDC),是一种可用于制备铝的成型铸造产品的方法。压铸可用于制备具有薄、中等或厚的标称壁厚的成型铸造产品。在一些实施方案中,设计特征,包括突出部和筋条的类似物等,还可在铝产品上重现。
[0193] 压铸涉及在高速下将熔融金属注射至模腔中。该高速可导致短填充时间(例如毫秒),并且可在铸态条件下制备基本上不含视觉上明显的表面缺陷(例如,基本上不含皱皮和空隙)的部件。在一些实施方案中,可以以减少或消除精加工的成型铸造产品中的视觉上明显的表面缺陷的方式铸造铝合金。快速注射还可意味可不需要脱模剂,其中产品表面可为金属模具的腔表面的复制物。在一些实施方案中,压铸方法具有短循环时间,并且可有助于大量应用。
[0194] 在一个实施方案中,铸造方法包括使熔融金属流入初始路径,(例如,流槽通道和/或浇口接合面区域,如下文所述),并且迫使熔融金属从初始路径进入铸腔中。可通过该初始路径迫使熔融金属在下文所述的转移度下进入铸腔中,从而有利于制备具有合适的显微组织的成型铸造产品。一旦在铸腔中,熔融金属即可冷却(例如,在预定的速率下),以产生凝固金属,其将变成成型铸造产品,并且其可具有合适的显微组织。
[0195] 在一个实施方案中,如更详细地描述于下文的,熔融金属从初始路径进入铸腔所运行的距离得到限制,从而有助于限制产生表面缺陷。在一个实施方案中,该运行的距离不大于约15mm。在其它的实施方案中,该运行的距离可不大于约10mm,或不大于约5mm,或不大于约4mm,或不大于约3mm,或不大于约2mm,或不大于约1mm。
[0196] 在一个实施方案中,初始路径通过转移路径连接至铸腔。例如,转移路径可包含浇口接合面区域和/或浇口,例如扇形浇口。转移路径可协助熔融金属流动至铸腔的转移,从而在成型铸造产品中产生所需要的显微组织。如更详细地描述于下文的,转移路径可具有转移角度,其可处于约0度至约90度的范围内。
[0197] 在一个实施方案中,转移路径包含切向浇口。在该实施方案中,通过切向浇口从初始路径至铸腔的转移角度可处于约30度至约90度的范围内。可迫使熔融金属于该范围内的角度下从初始路径进入铸腔中,从而有助于制备合适的成型铸造产品。在一些实施方案中,转移角度相对大,例如约60度至约90度,或约70度至约90度,约80度至约90度。利用大程度的转移可有助于制备具有合适的预先选择的显微组织的成型铸造产品,其中成型铸造成品可容易地得到精加工,以制备基本上不含视觉上明显的表面缺陷的装饰性成型铸造产品(例如,在成型铸造产品的阳极化和/或着色之后)。
[0198] 在另一个实施方案中,转移路径可包含浇口接合面和/或扇形浇口。在这些实施方案中,转移角度可为相对小的(例如不大于约5度),或可为不存在的(即,从初始路径进入铸腔的线性流动方向)。
[0199] 关于铸造目前描述的成型铸造产品的这些和其它有用的特征更详细地提供于下文中。
[0200] 成型铸造方法
[0201] 用于制备本文中描述的装饰性成型铸造产品的压铸方法可通过任何合适的压铸压机完成。在一个实施方案中,成型铸造方法(120)可在750吨真空压铸压机上进行。在一些实施方案中,成型铸造方法(120)可在具有自动化注射控制的320吨压铸压机或250吨压铸压机上进行。对于一些薄壁的成型铸造产品,成型铸造方法(120)可在150吨或甚至更小的压铸压机上进行。在一些实施方案中,其它合适的铸造机或压机可用于进行成型铸造方法(120)。在一些实施方案中,成型铸造方法(120)可并入于2004年8月10日被授予专利权的美国专利No.6,773,666中描述类似的真空压铸方法,通过引用将其以全文并入本文。
[0202] 压铸机可手动操作,例如通过将熔融金属手动转移至喷射套筒、手动模具润滑以及手动部件抽取等。在其它的实施方案中,压铸机可得到自动化,例如将熔融金属从坩埚炉自动转移至喷射套筒、自动模具润滑以及自动化部件抽取等。在一些实施方案中,可并入整修压机用于流槽和通气孔(vent)移除。这些和其它的特征将在下面的说明和附图中变得更为清楚。
[0203] 在一个实施方案中,在开始成型铸造方法(120)的工艺流程之前,用于成型铸造产品的动模插件210和定模插件212(有时称为固定模具插件)可如图9所示制备。在一个实施方案中,动模插件210和定模插件212可由钢制备。可使用用于制备铸模插件210、212的其它合适材料,包括但不限于陶瓷、、钨及其合金和超合金。可使模具插件210、212成型,从而制备多种成型铸造产品,例如任何上述消费电子部件。
[0204] 可将每个模具插件210、212安装至类似于图10所说明的动模插件210所示的模具框架214。在一个实施方案中,半模具(die half)包含具有模具插件210、212的模具框架214。例如,可将动模插件210安装至动模框架214,以形成完整模具的一半,而将定模插件212安装至定模框架214,以形成完整模具的另一半。随后,可将两个半模具安装至用于如图11A-11I所示的成型铸造方法(120)的压铸机300上。
[0205] 在图11A中,安装于活动台板311上的动模310可位于压铸机300的一侧,而安装于固定台板315上的定模312可位于压铸机300的相反侧上。安装半模具310、312,使得当两个半模310、312合在一起时,它们形成如图11C所示的模腔320。当熔体形式的铝合金在模腔320中冷却并凝固时,可产生成型铸造产品,从而根据模腔320的设计制备成型铸造产品。
[0206] 仍然参考图11A,出坯板332可包含至少一个出坯杆330,以有助于从模腔320移除成型铸造产品。在一个实施方案中,喷射套筒314(有时称为冷室)可包含孔口322(有时被称为倾倒孔洞)和用于驱动喷射套筒314内的熔融物质的注射活塞316。在有些情形中,喷射套筒314可安装于定模312。喷射套筒314通过保持用于注射的熔融物质进入模腔320中来促进成型铸造方法(120)。成型铸造方法(120)的这些和其它的特征将在下文的说明和附图中变得更为清楚。
[0207] 工艺流程
[0208] 在一个实施方案中,成型铸造方法(120)的工艺流程特别包括至少一种如图11所示的下列步骤:
[0209] (1)任选地涂覆模具表面(1010);
[0210] (2)形成模腔(1020);
[0211] (3)制备熔融金属(1030);
[0212] (4)转移熔融金属至保持区域(1040);
[0213] (5)将熔融金属注射至模腔中(1050);
[0214] (6)任选对已填充的模腔施加压力(1060);
[0215] (7)在模腔内冷却金属(1070);
[0216] (8)从模腔移除成型铸造产品(1080);
[0217] (9)任选的模具清洗(1090)
[0218] 每一个这些步骤都更详细地描述于下文中。
[0219] (1)任选地涂覆模具表面(1010)
[0220] 在一个实施方案中,如图11B所示,一种方法任选地包括用分离剂313(例如用水稀释的石墨或硅乳液)涂覆动模310和/或定模312的至少一个表面。在一些实施方案中,空气喷雾也可用于施加分离剂313至半模具310、312。在一个实施方案中,分离剂313还可为主要由环境水加添加剂所制得的润滑剂。在一些实施方案中,分离剂313可为干燥、蜡基的粉末润滑剂,或粉末基的合成有机硅。如图11B所示,当出坯板332被引动朝向定模312时,分离剂313可润滑出坯杆330。
[0221] (2)形成模腔(1020)
[0222] 在一个实施方案中,一种方法包括通过对着定模312(例如固定模具)移动动模310从而闭合半模具310、312来形成模腔,如由图11C的箭头所说明。明确地,活动台板311有助于动模310朝向定模312移动。在一些情况中,可采用其它合适的紧机构将半模具
310、312互相固定,所述机构包括液压和机械机构等。锁紧机构可有助于确保放置在模腔
320内的熔融金属不会从两个半模具310、312合在一起的区域脱离。在一个实施方案中,闭合步骤与锁紧步骤可整合成单一步骤。如图11C所示,出坯板332和出坯杆330可缩回。
[0223] (3)制备熔融金属(1030)
[0224] 在一个实施方案中,一种方法包括在坩埚炉(未示出)中制备熔
[0225] 融金属326(例如,熔融的Al-Ni或Al-Ni-Mn合金),用于铸造成型铸造产品,如图11D所示。在一个实施方案中,可通过手提浇桶324或机器人浇桶324将熔融金属326从坩埚炉转移至喷射套筒314。在一个实施方案中,熔融金属326来自合金原料(110),例如本文中描述的任何铝合金。在一个实施方案中,坩埚炉可为具有约550磅容量的烧气体的坩埚炉。在一个实施方案中,坩埚炉可为具有约600磅容量的电加热的坩埚炉。在一些实施方案中,其它合适的坩埚炉和/或加热装置可用于制备熔融金属。
[0226] (4)将熔融金属转移至保持区域(1040)
[0227] 在一个实施方案中,一种方法包括将在坩埚内所制备的熔融金属
[0228] 326转移至保持区域,在这种情况下为喷射套筒314。在一个实施方案中,可通过接近喷射套筒314顶部的孔口322(或有时称为倾倒孔洞)进行转移。一旦被接收于其中,熔融金属326即可在整个喷射套筒314的长度之内和之中自由流动。流动及其类似体意指物质在一个领域或区域内相当自由地移动的能力。例如,熔融金属326可在喷射套筒314内自由流动。在一个实施方案中,通过喷射套筒314可首先将熔融金属326引入用于成型铸造方法(120)的压铸机300。
[0229] 在一个实施方案中,熔融金属326可通过电加热的流动槽或沟槽(未示出)转移。在一些实施方案中,熔融金属326可通过手动倾倒、手动浇注或以机器人浇注熔融金属326经过喷射套筒314顶部的孔口322而转移。在一些实施方案中,可通过安装在喷射套筒314底部的虹吸管(未示出)将熔融金属326吸取至喷射套筒314中。在一些情况下,可使用其它合适的方法将熔融金属326提供至喷射套筒314,包括液压系统、机械系统和真空系统等。
[0230] 在一些实施方案中,喷射套筒314内的熔融金属326的量(例如,喷射套筒314的百分比填充)可不大于约80体积%,或不大于约50%,或不大于约40%,或不大于约35%,或不大于约30%,或不大于约25%,或不大于约15%,或不大于约10%。在一些实施方案中,过度填充喷射套筒314可提出在操作注射活塞316、保持其注射速度以及适当地填充模腔320的挑战以及其它潜在问题。注射活塞316、注射速度以及模腔320更详细地讨论于下文中。
[0231] 在一些情况下,喷射套筒314可包含用于筒形电加热器或其它形式的加热装置的通路,用于需要时的额外加热。控制熔融金属326的温度的能力将在下文描述和附图中变得更为清楚。
[0232] (5)注射熔融金属至模腔中(1050)
[0233] 在一个实施方案中,一种方法包括通过在喷射套筒314内移动注射活塞316将熔融金属326注射至模腔320中,如图11E-11F所示。在一个实施方案中,这变得可能,因为模腔320与喷射套筒314处于流体联通的(例如,熔融合金326可从喷射套筒314流入模腔320中)。在一些实施方案中,施加在熔融金属326上的外力可通过注射活塞316提供。在这些情况下,可通过至少一个通道(例如,流槽354、浇口系统356)将来自注射活塞316的外力转移至喷射套筒314内的熔融金属326。这将在后续附图和讨论中变得更为清楚。
[0234] 在一个实施方案中,活塞316的移动可在两个阶段(例如两次喷射)中进行,如图11E-11F所示。第一阶段(或有时称为缓慢喷射),如图11E所示,可以以缓慢移动(例如,不大于约1m/s(米/秒)的注射速度)进行。在一些实施方案中,在第一阶段中活塞316的速度可不大于约0.1m/s,或不大于约0.2m/s,或不大于约0.3m/s,或不大于约0.4m/s,或不大于约0.5m/s,或不大于约0.6m/s,或处于约0.8m/s至约0.9m/s的范围内。活塞316的缓慢移动可用于在最接近模腔320的喷射套筒314的一端处积累熔融金属326,如图11E所示。活塞316在第一阶段的速度可在任何其它合适的速度下,这取决于多种因素,包括模腔320的设计和压铸机300的属性等。
[0235] 第二阶段(或有时称为快速喷射),如图11F部分所示,可在较快速度(例如约2m/s至约5m/s)下完成。在一些实施方案中,在第二阶段中活塞316的速度可在约2m/s至约5m/s的范围内。例如,对于填充为薄壁移动电子装置罩壳设计的模腔的注射速度可为至少约2m/s,或处于约2.4m/s至约2.8m/s的范围内。在一些实施方案中,可通过快速喷射将熔融金属326迅速地驱动或强迫进入模腔320中。在一些实施方案中,可能必须在甚至更高的活塞速度(例如,高达约5m/s)下进行快速喷射,因为熔融金属326可能会在其已具有机会完全填充模腔320之前凝固。类似于上文,在第二阶段中活塞316的速度可在任何其它合适的速度下,这取决于多种因素,包括模腔320的设计和压铸机300的属性等。
[0236] 在一些实施方案中,对于二次喷射注射方法,起始阶段(例如活塞316的加速)可包含在缓慢喷射和快速喷射之间。例如,如在干燥冲程结束处(如空的模腔320)所测得,起始阶段可处于约-50mm至约-65mm的范围内。在一些实施方案中,起始阶段可处于约-65mm至约-75mm的范围内。在一些情况下,在起始阶段期间活塞316的加速可有助于在熔融金属326上施加大量的力。在一些实施方案中,起始阶段可为任选的。
[0237] 在一个实施方案中,可以仅有一个活塞阶段(例如,如图11E-11F所示的模腔320的填充可整合成单一阶段)。在其它的实施方案中,可以有三个或更多个阶段(例如,三个或更多个阶段)。
[0238] 在一个实施方案中,活塞316可具有约40mm的直径。在一些实施方案中,活塞316可具有处于约30至约35mm的范围内的直径。在一些实施方案中,活塞316的尺寸可以主导可被强迫经过喷射套筒314的熔融金属326的体积,以及熔融金属326可在喷射套筒314内多快的移动。通常,活塞316的直径越大,可被强迫经过喷射套筒314的熔融金属326的体积越大。在一些实施方案中,活塞316的直径可取决于压铸机而改变。
[0239] 填充模腔320的时间可处于约1ms(毫秒)至约100ms,或约3ms至约10ms,或约40ms至约60ms的范围内。在一些实施方案中,较小和/或较薄的部件可花费较少的时间填充,因为该部件具有整体上减少的体积,因而不需要像较大和/或较厚的部件一样多的时间来填充间隙,较大和/或较厚的部件因整体上增加的体积而可能花费较长时间填充。在一个实施方案中,对于模腔320用熔融金属326填充所花费的时间量可处于约6ms到约7ms的范围内(例如,对于薄壁成型铸造产品)。在一个实施方案中,对于模腔320的填充时间可处于约30ms到约80ms的范围内(例如,对于中等或厚壁成型铸造产品)。对于模腔320的填充时间可取决于壁厚和成型铸造产品的设计等变量而改变。在一个实施方案中,模腔
320的填充时间可主要由快速喷射或注射喷射所确定。在一个实施方案中,活塞316可通过外部液压系统或任何其它合适的电、机械和/或引动系统驱动。
[0240] (6)施加压力至已填充的模腔
[0241] 施加压力至已填充的模腔(1060)
[0242] 在一个实施方案中,一种方法包括在熔融金属326已经基本上填充模腔320之后,在第三阶段(或有时称为强化阶段)期间通过活塞316施加压力(例如约200巴至约1600巴)至熔融金属326,如图11G所示。在一些实施方案中,施加的压力可处于约600巴至约1200巴,或约800巴至约1000巴的范围内。在一些实施方案中,可对较小和/或较薄的部件施加较低的压力,因为这些部件具有整体上减少的体积,因此不需要像较大和/或较厚部件一样高的压力,该较大和/或较厚部件因整体上增加的体积而可能需要较高的压力来填充。
[0243] 通常,压力的目的是迫使熔融金属326从喷射套筒314进入在熔融金属326凝固期间于模腔320中可形成的任何收缩和/或空隙内,如图11H所示。换句话说,当熔融金属326在模腔320中凝固且冷却时,其可收缩,这是由于温度降低所造成的金属收缩所致。通过活塞316所施加的高压可迫使更多熔融金属326进入模腔320中,以填充可由于金属收缩现象的结果所产生的空隙。在一些实施方案中,强化阶段可为任选的。
[0244] 参考步骤(5)和(6),活塞316的喷射形式的例子可包括:(a)缓慢喷射,以在喷射套筒314的一端积累熔融金属326,(b)快速喷射起始,(c)快速喷射,以注射熔融金属326进入模腔320中,以及(d)强化阶段,以在冷却和/或凝固期间对熔融金属326施加高压。在一些实施方案中,缓慢喷射步骤(a)可更细分为第一阶段(例如,为覆盖孔口322)和中间阶段(例如,为积累熔融金属326)。在一个实施方案中,快速喷射起始步骤(b)可与快速喷射注射步骤(c)组合,类似如上文讨论的缓慢/快速两次喷射组合。从缓慢喷射步骤(a)转移至快速喷射起始步骤(b)视情况可为逐渐、瞬间、延迟或漫长的。
[0245] (7)在模腔内的金属的冷却(1070)
[0246] 在一个实施方案中,一种方法包括在模腔320内的熔融金属326的冷却,如图11H所示,其通常导致熔融金属326的凝固,从而形成成型铸造产品。冷却时间通常取决于成型铸造产品的尺寸。例如,具有较薄壁厚的部件328可类似于压铸方法较快速的冷却,而具有较厚壁厚的部件328可类似于永久模具铸造方法较缓慢的冷却。在一个实施方案中,冷却时间可为至少约1秒,或至少约3秒,或至少约5秒,或至少约7秒。增加冷却时间可以产生可变得较坚硬和/或对变形较具有抵抗性(例如,较不易于改变形状)的熔融金属326。在一些实施方案中,对于较薄部件,冷却期可处于约2秒至约7秒的范围内,而对于较厚部件,冷却期可处于约7秒至约10秒的范围内。在一些实施方案中,冷却时间对于具有大壁厚的部件328可为至多约2分钟。
[0247] (8)从模腔移除成型铸造产品(1080)
[0248] 在一个实施方案中,一种方法包括在成型铸造产品328冷却之后,从模腔320移除成型铸造产品328。在一个实施方案中,可通过从定模312缩回动模310从而暴露模腔320移除成型铸造产品328。在一个实施方案中,可设计模腔320使得成型铸造产品328可为不能移动的(例如,由动模310固定),直到出坯板332向前移动,使出坯杆330与其一起,用于从模腔320推出成型铸造产品328,如图11H所示。在这种情况下,虽然活动台板311如箭头所示地缩回,但是出坯板332可在相反方向上移动,用于通过出坯杆330从模腔320排出成型铸造产品328。在一些实施方案中,出坯板332和出坯杆330为任选的,并且消费电子部件328可以以手动或自动移除。
[0249] 在一些实施方案中,整修方法可用于从成型铸造产品328移除边料、溢流、通气孔以及流槽。在一个实施方案中,整修方法可在成型铸造方法(120)期间用于降低在任何先前步骤期间成型铸造产品328可能发生的任何变形。在一些实施方案中,一些特征,包括孔洞和缺口的类似物等,也可使用穿孔方法完成。
[0250] (9)任选的模具清洁(1090)
[0251] 在一个实施方案中,一种方法任选地包括半模具310、312的清洁和/或排出(例如,通过能量的突然强烈的爆发),以移除任何可能已于制备时积累在半模具310、312表面上的碎屑、残留物或颗粒,用于铸造下一个部件,如图11I所示。
[0252] 在一个实施方案中,可通过如下方式重复如上文所述的加工步骤:用类似于步骤(1)的分离剂313涂覆半模具310、312,并且在制备方面如图11B所示,用于铸造下一个成型铸造产品328。在一些实施方案中,如上所述的加工步骤可彼此伴随进行。例如,闭合/锁紧步骤(2)和制备熔融金属步骤(3)可同时或几乎同时分别进行。在一个实施例中,涂覆步骤(1)和模具清洁步骤(9)也可同时或几乎同时分别进行。
[0253] 对于该铸造步骤(120)的总循环时间通常取决于多个变量,包括压铸机的模具设计和属性等因素。在一个实施方案中,总循环时间(例如从步骤(1)至步骤(9))对于具有较薄壁厚的部件328可低达数秒种,或对于具有较厚壁厚的部件328为长达约2分钟至约3分钟。在一些实施方案中,总循环时间可处于约15秒至约25秒,或约25秒至约30秒,或约60秒至约120秒的范围内。
[0254] 在铸态条件下的表面缺陷
[0255] 如上所述,在一些情况下,对于铸造方法,导致具有很少或没有视觉上明显的表面缺陷的成型铸造产品可为有用的,所述缺陷例如冷结、皱皮线、流线和斑点变色。冷结为表面缺陷,其中两个熔体前沿于模腔填充期间在一起但并未完全熔合。疤痕在表面外形上可为明显的。可以没有颜色改变,但是在反射光上的差异通常是明显的。在一些情况下,冷结可导致空隙的形成。在一些实施方案中,可在缓慢填充或于填充期间经历漩流的区域中发现冷结。皱皮线基本上类似于冷结,但较不显著。
[0256] 流线,有时也称为润滑线,为涉及暗/亮条纹和颜色改变的表面缺陷。疤痕在表面外形上可能未必是明显的。其原因可归因于模具喷雾残留物,但也可归因于凝固期间的显微组织的偏析。可特别在浇口区域中、于浇口角落或模具特征附近流动进行处发现流线。在一些实施方案中,处于铸态条件的部件可显示暗灰色或黑色润滑线或流线,其可归因于来自分离剂313的残留物。在一些情况下,这种类型的污染可通过合适的精加工步骤而降低或消除,如更详细地描述于下文的。在一些情况中,条纹为浇口区域中的流线的较显著形式。斑点变色为暗污点,其可由形成于表面上的氧化物膜或在凝固期间的显微组织的偏析所致。斑点变色可出现在该线的通气孔区域或其它停滞区域中。在一个实施例中,斑点变色可存在于模具壳体的通气孔端部。该类型的表面缺陷可与较冷熔体有关,其压缩至铸造组件的停滞区域中。可并入大的溢流,以冲洗经过该熔体。换句话说,沿着模腔320的通气边缘的辅助腔(例如,溢流结构360)可冲洗停滞的熔融金属326离开模腔320,并迫使其进入辅助腔中。在一些情况下,在模腔320的通气孔区域中较高的模具温度可有助于限制铸造壳体的通气孔端部处的脱色。在其它情况下,局部加热也可是有利的。
[0257] 活塞316的速度可决定熔融金属326在模腔320入口(例如浇口)处的速度。该浇口速度可定义为熔融金属326经过浇口358进入模腔320的速度。在一些实施方案中,浇口速度可处于约30m/s至约40m/s,或约40m/s至约60m/s,约60m/s至约80m/s,或约80m/s至约90m/s的范围内。在一些实施方案中,较缓慢的浇口速度可与较缓慢的熔融金属326流动经过模腔320的浇口358有关。这些实施方案可用于避免浇口区域中的模具钢的侵蚀。在一些实施方案中,较快速的浇口速度可与较快速的熔融金属326流过模腔320的浇口358有关。这些实施方案可用于避免产品或铸态部件中的缺陷,例如冷结和皱皮线。模腔320的填充时间和浇口速度可取决于半模具310、312的设计、部件的厚度以及压铸机的属性等而改变。
[0258] 扇形浇口构造
[0259] 系统浇口可有助于具有合适面层的成型铸造部件的制备。浇口系统的一个例子为扇形浇口,其具体实施方案示于图12A-12C中。如所示,浇口系统356的形状具有类似扇形的形状(例如,三角形/梯形)。在一个实施方案中,浇口系统356的边缘可用于确定成型铸造产品328的边缘。如图12A-12B所示,浇口系统356包含扇形浇口359和浇口接合面357。如图12C所示,浇口系统356仅包含扇形浇口359。
[0260] 通常,熔融金属326在成型铸造产品328制备期间,于进入模腔320之前可从喷射套筒314运行经过流槽354和浇口系统356。流槽354为有助于熔融金属326流动的路径或通路。流槽354可按需要或如可适用而呈现任何形状、尺寸和/或角度。在一个实施方案中,当熔融金属326流动经过流槽354时,其可转移至被称为浇口系统356的区域中。一旦在浇口系统356内,熔融金属326即可经过浇口358进入模腔320中。在一个实施方案中,浇口系统356可具有基本上三角形/梯形的形状。在一些实施方案中,浇口系统356可呈现其它多边形状和尺寸。
[0261] 在一个实施方案中,如从流槽354至浇口358所测得,浇口系统356具有至少约15mm的宽度。在一些实施方案中,浇口系统的宽度可不大于约10mm,或不大于约5mm,或不大于约4mm,或不大于约3mm,或不大于约2mm,或不大于约1mm。在一些实施方案中,具有较短宽度的浇口系统356意味着熔融金属326从流槽354运行至浇口358时会有较短的距离,从而降低熔融金属326会经历大量热损失的可能性(例如,当熔融金属326从流槽354移动至浇口358时,下降较低温度)。换句话说,在一些实施方案中,熔融金属从初始路径(例如流槽354)至铸腔所运行的距离可直接与浇口系统宽度成正比(例如相当)。对比之下,具有较长宽度的浇口系统356意味着熔融金属326从流槽354运行至浇口358会有较长的距离,从而增加熔融金属326会经历大量热损失的可能性(例如,当熔融金属326从流槽354移动至浇口358时,下降较高温度)。
[0262] 图13A-13C分别为根据本公开的一个实施方案通过成型铸造方法(120)所制备的在铸态条件下的可移动电子装置罩壳328的自顶向下、透视以及侧视照片。图13A为在铸态条件下的两个并排的可移动电子装置罩壳328的外部表面的自顶向下照片,其显示流槽354结合至模腔320的浇口358和扇形浇口359。通常,外部表面由成型铸造方法(120)所造成,其中熔融金属326和定模312的表面物理接触。图13B为在铸态条件下的可移动电子装置罩壳328的内表面的透视图照片,其具有螺旋突出部331、筋条364和溢流结构360。
通常,内部表面由于熔融金属326以物理方式接触动模310的表面所造成。
[0263] 在一些实施方案中,螺旋突出部331可用于接受出坯杆330。在一些实施方案中,还可设计溢流结构360以接受出坯杆330。在一些实施方案中,溢流结构360可有助于移除可于腔填充的早期阶段期间在熔融金属326内形成的氧化物膜。换句话说,可能富含氧化物膜的任何熔体前沿可流入溢流结构360中,并且因此被冲洗离开模腔320。随后,溢流结构360可通过整修压机(未示出)整修或移除,如图13A所示(将其中溢流结构360已被移除的图13A与其中溢流结构360仍然存在的图13B对比)。在一些实施方案中,流槽354还可以以类似方式整修(未示出)。在一些实施方案中,可用出坯垫(未示出)取代溢流结构360,用于接收至少一个出坯杆330。
[0264] 在该实施例中,在铸态条件下的可移动电子装置罩壳328的内表面显示流槽354结合至扇形浇口359,其临近于模腔320的浇口358。图13C为图13B的侧视图照片,其显示浇口系统356的形状基本上类似于图12C,不同的是,当与图12C的扇形浇口359比较时,图13C的扇形浇口359的横截面相对于流槽354可稍微地较凹。
[0265] 图14A为通过成型铸造方法(120)使用扇形浇口所制备的在铸态条件下的可移动电子装置罩壳328的外表面照片。图14B为图14A可移动电子装置罩壳328的动模310的电脑辅助设计(CAD)图。类似于上文,动模310可包含至少一个螺旋突出部331、多个筋条364以及至少一个溢流结构360。在该实施例中,动模310还包含多个通气孔366。在一些实施方案中,当用熔融金属326填充模腔320时,通气孔366可有助于移除可在模腔320内被捕捉的气体。在一些实施方案中,可设计通气孔366以防止熔融金属326从两个半模具
310、312会合处之间的平面喷溅。与图14A对比(例如,溢流结构360和通气孔366尚未被整修),通气孔还可经过整修,并且从类似于图13A所示的部件移除(例如,溢流结构360和通气孔366已被整修)。
[0266] 在图14A-14B中,浇口系统356包含扇形浇口359和扩大的浇口接合面357。在一种情况下,扩大的浇口接合面357可被包含在浇口系统356中,以降低/限制在铸态条件下的部件的条纹形成。即,浇口系统356可视为转移路径,并且该转移路径可包含扇形浇口构造。在该实施方案中,扇形浇口构造包含浇口接合面357和扇形浇口359本身。
[0267] 在一个实施方案中,当扇形浇口359会合扩大的浇口接合面357时,其会形成角度(例如锥形)(图14A-14B)。在一个实施方案中,扇形浇口359会合浇口358时,其会形成角度(图13A-13C)。在一些实施方案中,扇形浇口359形成角度至浇口358或浇口接合面357中可能需要保持低于某一角度(例如,低于约45°)。否则,熔体前沿可能不迅速地扩张,并且流体旋涡可于扇形浇口359内产生,而导致模腔320内的部件的缺陷。
[0268] 在一个实施方案中,流槽354可具有至少约10mm2的横截面积(例如,宽度乘以深2 2 2
度)。在一些实施方案中,横截面积可为至少约15mm,或至少约20mm,或至少约25mm,或
2 2 2 2
至少约35mm,或至少约50mm,或至少约75mm,或至少约100mm。在一些实施方案中,横截
2
面积可为至少约200mm。在一个实施方案中,流槽354的横截面积可为熔融金属326保持高温的能力指标。例如,相对薄的流槽354(例如,具有相对薄的横截面积的流槽354)也许不能够保持熔融金属326在相对高的温度下的流动,这是因为由于熔融金属326的核心相对容易与流槽354的侧壁接触,熔融态流动的核心温度可被耗散。相比之下,相对厚的流槽
354(例如,具有相对厚的横截面积的流槽354)可能够保持熔融金属326在相对高的温度下的流动,这是因为由于熔融金属326的核心不容易与流槽354的侧壁接触,因此熔融态流动的核心温度可不易于被耗散。因此,相对于熔融金属326从具有较小的横截面积的流槽354的流动,熔融金属326从具有较大横截面积的流槽354的流动可能够保持和输送在相对较高的温度下进入模腔320中的流动。
[0269] 切向浇口构造
[0270] 在一些实施方案中,浇口系统356的设计为切向浇口构造。图15A为切向浇口构造的一个实施方案的附图,图15B为图15A经过线A-A的横截面,并且图15C为不具有浇口接合面357的图15A的另一个实施方案的横截面。如图15A所示,主要流槽354可分支成为左边切向浇口流槽355L和右边切向浇口流槽355R。在这些情况下,流槽354的分支成为两个切向流槽355L、355R,允许熔融金属326相对于浇口358(例如浇口边缘)切向流动。在一个实施方案中,浇口系统356的边缘还可用于确认部件(例如成型铸造产品328)的边缘。如图15A-15B所示,浇口系统356包含两个分支流槽355L、355R,以及浇口接合面357。
如图15C所示,浇口系统356包含两个分支流槽355L、355R,但没有浇口接合面357。
[0271] 图16A为使用切向浇口通过成型铸造方法(120)所制备的在铸态条件下的移动电话罩壳328的外表面照片。图16B为图16A的移动电话罩壳328的动模310的电脑辅助设计(CAD)图。类似于上文,动模310可包含螺旋突出部331、筋条和突出部364、溢流结构360以及通气孔366。在一个实施方案中,动模310可包含分成两个切向浇口流槽355L、355R的主要流槽354。在一个实施方案中,动模310还可包含至少一个减震器372,其可促进或缓冲熔融金属326的流动,因为其会冲击切向流槽355L、355R的端部。
[0272] 在一个实施方案中,主要流槽354可沿着模腔320边缘通过切向流槽355L、355R而切向操作。在一些实施方案中,分支流槽355L、355R的浇口边缘可并入或包含锥形侧面。在一些情况下,该浇口边缘可具有最小锥形。在一些情况下,切向流槽355L、355R可与部件
328的浇口边缘平行操作。在其它情况下,切向流槽355L、355R可在相对于部件328的浇口边缘以某个角度操作。切向浇口在制造后续没有视觉上明显的表面缺陷的成型铸造产品时可比扇形浇口更好。
[0273] 其它多种浇口构造
[0274] 图17A-17B和18A-18B说明了多种浇口构造,其可在本公开的一些实施方案中通过成型铸造方法(120)用于制备消费电子部件。
[0275] 图17A是类似于图12A-12C、13A-13C及14A-14B的扇形浇口构造400A的例子。然而,此扇形浇口构造400A包含多重扇形浇口402,而主要流槽354分支成为左边和右边流槽355L、355R,类似于上文讨论的切向浇口构造。由于多重浇口402,该扇形浇口构造400A还可被称为分段扇形浇口构造400。当熔融金属326从浇口系统356进入模腔320时,多重分段浇口402可以能够输送多重分段熔体前沿404。
[0276] 图17B是类似于图15A-15C和16A-16B的扇形浇口构造400B的例子。在一个实施方案中,当熔融金属326从浇口系统356进入模腔320时,切向浇口构造400B能够输送单一熔体前沿404。就像前述切向浇口构造一样,主要流槽354可分支成为两个切向流槽355L、355R,并且对部件腔320切向操作。
[0277] 图18A-18B为两种不同漩流浇口构造400C、400D的例子。在图18A中,单一、很宽的浇口系统356能够分支成为多重浇口358,其接着将熔融金属326送进模腔320中。在一个实施方案中,被输送至模腔320的熔体前沿404能够与来自相邻浇口358的临近熔体404混合。在一个实施方案中,所得的熔体前沿404能够漩流填充部件,并且消除任何冷结和/或空隙等表面缺陷。在图18B中,浇口系统356不仅为宽广的,而且其还环绕模腔320的侧面延伸,并分支成为接着提供熔融金属326至模腔320中的多重进料的多重浇口358。
这些多重浇口358在形状和/或尺寸上可为相等的,并且彼此相对。例如,浇口358可位于模腔320的左侧,而类似形状/尺寸的浇口358可位于模腔320的相对的右侧。在一个实施方案中,被输送至模腔320中的熔体前沿404能够均匀并且随机地与来自相邻浇口358的其它熔体前沿404混合,其中合并的熔体前沿404能够漩流填充部件,并且消除任何冷结和/或空隙等表面缺陷。在一些实施方案中,漩流浇口构造400C、400D可产生均匀地随机流动式样,用于制备意欲具有大理石状面层的成型铸造产品。
[0278] 浇口接合面区域
[0279] 在一些实施方案中,当熔融金属326从喷射套筒流入模腔320中时,切线流槽355L、355R 以及浇口接合面357可使其进一步冷却。在一个实施方案中,浇口接合面357可结合至模腔320的底部边缘。在一个实施方案中,浇口接合面357可结合至模腔320的侧面。当熔融金属326与这些可不受温度控制的不同区域(例如,主要流槽354,切向流槽
355L、355R,浇口接合面357)物理接触时,冷却可由于温度的降低所致。当熔融态熔体326冷却时,温度的改变可造成不同的显微组织层,从而在部件表面上形成不同层。在一些实施方案中,不同表面层的形成可导致表面缺陷(例如,非美学上令人喜欢的产品)。
[0280] 在一些实施方案中,当熔融金属326从喷射套筒流过主要流槽354、经过浇口系统356,在最后通过浇口358并且进入模腔320之前,可能必须限制其温度降低。在一个实施方案中,当熔融金属326运行经过主要流槽354和浇口系统356(例如,扇形浇口构造、切向浇口构造)时,可有用地在喷射套筒和浇口358之间具有小距离,以降低/限制该金属温度降低。在一个实施方案中,主要流槽354的长度(例如,如从喷射套筒端部至浇口系统356的开始所测得)可为相对短的。在一些实施方案中,对于单一模腔320,流槽354的长度可不大于约50mm,或不大于约40mm,或不大于约30mm,或不大于约20mm,或不大于约15mm,或不大于约10mm,或不大于约5mm。在一些实施方案中,流槽354的长度越短,熔融金属326在其移动经过流槽354时可能经历的热损失量就越低。保持熔融金属326在预定温度下流动而无显著波动的能力可有助于铸造所需要的显微组织。
[0281] 在一个实施方案中,如图15A所示的间距(S)(例如,如从切向流槽355L、355R至浇口358所测得的浇口接合面357的宽度)可不大于约10mm,或不大于约5mm,或不大于约4.5mm,或不大于约4mm,或不大于约3.5mm,或不大于约3mm,或不大于约2.5mm,或不大于约
2mm,或不大于约1.5mm,或不大于约1mm,或不大于约1mm,或不大于约0.5mm。在一个实施方案中,间距(S)可为约0mm或基本上可忽略的。在一些实施方案中,间距(S)越短,熔融金属326在其移动经过浇口接合面357时可能经历的热损失量越低。保持熔融金属326在预定温度下流动而无显著波动的能力可有助于在部件的表面上铸造单一显微组织。
[0282] 在一个实施方案中,如图12A所示的间距(S)(例如,如从扇形浇口359至浇口358所测得的浇口接合面357的宽度)可不大于约10mm,或不大于约5mm,或不大于约4.5mm,或不大于约4mm,或不大于约3.5mm,或不大于约3mm,或不大于约2.5mm,或不大于约2mm,或不大于约1.5mm,或不大于约1mm,或不大于约1mm,或不大于约0.5mm。在一个实施方案中,间距(S)可为约0mm或基本上可忽略的。在一些实施方案中,间距越短,熔融金属326在其移动经过浇口系统356时可能经历的热损失量越低。保持熔融金属326在预定温度下流动而无显著波动的能力可有助于在部件的表面上铸造单一显微组织。
[0283] 转移程度
[0284] 现在参考图19,其说明了根据本公开的一个实施方案用于铸造成型铸造产品的切向浇口构造的横截面图。如所示,熔融金属326可于进入模腔320之前从喷射套筒(未示出)沿着切向流槽355L、355R流动。在一个实施方案中,浇口系统356包含切向流槽355L、355R,使得熔融金属326可流动经过浇口系统356,并且经过浇口358进入模腔320中。可将浇口358定义为模腔320(例如在铸态条件下的部件)边缘与浇口系统356边缘间的交叉点。
[0285] 在一些实施方案中,在浇口接合面357与模腔320之间可以有不同的转移程度本文中使用的“转移程度”为浇口接合面357的平面391与部件腔320的浇口边缘的平面393间的转移角度 在一些情况下,转移角度或转移程度可交换地使用。
[0286] 在一个实施方案中,熔融金属326可在角度 下从浇口接合面357进入模腔320。在一个实施方案中,当熔融金属326从浇口接合面357流经浇口358并进入模腔320时,转移程度或变化角度 允许熔融金属326经历增加的湍流。该另外的湍流扰乱熔融金属326的流动,并且允许熔融金属326的另外混合。在一个实施方案中,来自角度变化的另外的湍流可导致熔融金属326更均匀的混合,从而导致基本上没有表面缺陷的部件。
[0287] 在一个实施方案中,转移程度或变化角度 迫使流动的熔融金属326在其流动路径内转动。换句话说,当熔融金属326从一个区域(例如浇口接合面357)转移至另一个(例如模腔320)时,其可遭受湍流。湍流会混合可能存在于熔融金属326内的任何半固态颗粒,以使部件得到铸造而不具有任何整体上条纹、空隙或其它的表面缺陷。
[0288] 在一个实施方案中,熔融金属326从浇口接合面357流入模腔320时的转移角度或程度 可为至少约30度。在一些具体实施方案中,转移角度 为至少约35度,或至少约40度,或至少约45度,或至少约50度,或至少约55度,或至少约60度,或至少约65度,或至少约70度,或至少约75度,或至少约80度。转移角度通常不应超过约90度,因为可能遭遇切割不足和其它问题,这可增加模具的复杂性。约90度意味基本上垂直的角度,而在一些情况下,可稍微超过正好90度,只要不经历上文提及的问题即可。转移角度如图19所示,在约90度下。在一个实施方案中,转移角度在约80度至约90度的范围内。
[0289] 表面形态学
[0290] 如上文讨论的,表面缺陷可包括冷结、皱皮线、流线以及斑点变色等。图20A为具有接近浇口区域358的流线的铸态移动电话罩壳328的说明。图20B为在接近溢流区域360处具有斑点变色的铸态移动电话罩壳328的说明。
[0291] 显微组织控制
[0292] 如上文所述,三种不同显微组织可以基于精加工要求产生:(1)具有小的外表面厚度的层状显微组织(例如,对于具有限制量的视觉上明显的表面缺陷的产品),(2)具有掺合量的α铝相和共晶的层状显微组织(例如,对于大理石状产品),或(3)均匀显微组织。可设计本文中所述的铸造方法以获得所需的显微组织。在铸态条件下影响部件328表面上的显微组织的因素包括过冷、熔融组合物的维持/处理、浇口构造、以及模具温度的监测/控制等。在制造大理石状产品上,扇形或漩流浇口可为有用的,而切向浇口可用于制造另外显微组织。
[0293] 过冷
[0294] 在一些实施方案中,在铸造期间可发生过冷,例如当熔融金属326的冷却速率比在平衡下的凝固动力学更快时。换句话说,当熔融金属326在比平衡冷却更快的速率下冷却时,过冷可发生。在一个实施方案中,伴随着过冷,熔融金属326的凝固可在比通过相平衡所显示的较低温度下发生。在一个实施方案中,过冷可在其中相对热的熔融金属326与相对冷的半模具310、312接触的表面处发生。
[0295] 在一些实施方案中,于过冷状况下,对于Al-Ni二元合金或Al-Ni-Mn三元合金的熔融组合物可能需要比平衡共晶组合物更富含(例如,较高的重量百分比),从而获得所需要的显微组织,即过共晶组合物。在平衡冷却条件期间,几乎完全共晶的显微组织可用共晶组合物获得。例如,在平衡冷却条件期间,预期约5.66wt.%Ni的Al-Ni组合物(余量为铝、偶存元素和杂质)会产生共晶显微组织。然而,在压铸期间,平衡冷却条件可能难以获得;例如,过冷可能盛行于消费电子部件的表面上,其中热熔融金属造成与相对较冷的模腔的首次接触。因此,可有用地利用非共晶组合物,以获得所需要的最终显微组织。事实上,在共晶组合物下的合金的非平衡冷却可产生具有相对大的外层的层状显微组织,因此,对于某些成型铸造应用,使用共晶组合物可为不利的。因此,在一些情况下,将合金组合物调整至过共晶范围,并且鉴于铸造方法的预期冷却条件,以产生层状显微组织,可将其设计成所选择的精加工方式。在其它实施方案中,将合金组合物调整至亚共晶范围,以产生均匀显微组织。
[0296] 在一个实施例中,为获得具有薄外层并且具有约70℃/s的冷却速率的层状显微组织,可选择过共晶Al-Ni组合物,例如从约5.8wt%Ni至6.6wt%Ni,余量为铝、偶存元素以及杂质。对于较高冷却速率,更加过共晶组合物可用于获得所需的层状显微组织。在一个实施例中,对于具有约250℃/s的二元合金铸造,此合金组合物可包含约6.3wt%Ni至约6.8wt%Ni,余量为铝、偶存元素以及杂质。类似的调整可针对三元Al-Ni-Mn合金进行。
[0297] 熔体组合物
[0298] 在一些实施方案中,在成型铸造方法(120)期间,控制和/或维持熔融金属326(例如熔体)的温度可为有用的。当熔体温度在整个成型铸造方法(120)中具有移向较低的倾向时,这可为有用的。在铸态条件下,过低的熔体温度在可一些部件中造成冷结和/或皱皮线,而过高的熔体温度可造成发生接合和/或粘附。在一个实施方案中,可将熔融金属326过热以促进铸造方法。例如,可将该熔体保持在至少高于其液相线点50℃的温度下(即,≥50℃的过热)。在一些实施方案中,该熔体可具有至少约60℃,或至少约70℃,或至少约80℃,或至少约90℃,或至少约100℃,或至少约120℃,或至少约140℃或更大的过热。
[0299] 在一个实施例中,当铸造二元Al-Ni合金时,熔体温度可保持在约771℃±10℃下,提供约133℃±10℃的过热。在其它情况下,对于二元Al-Ni合金,熔体温度可保持在约754℃±10℃下。作为另一个实施例,当铸造三元Al-Ni-Mn合金时,熔体温度可保持在约782℃±10℃下,从而提供约144℃±10℃的过热。在其它情况下,对于三元Al-Ni-Mn合金,熔体温度可保持在约765℃±10℃下。在一些实施方案中,熔体温度可保持在其它过热程度下,这取决于成型铸造方法(120)的不同阶段的热损失量,例如由于熔体在进入模腔320之前经过喷射套筒314、流槽354和/或浇口系统356的流动所造成的热损失所致。
[0300] 在一些实施方案中,过度地高的熔体温度可激烈地促进在对于Al-Ni和Al-Ni-Mn合金两者的阳极化铸造产品的浇口区域中的对照流线。例如,对于具有共晶或接近共晶组成的Al-Ni和Al-Ni-Mn合金两者,熔体温度可不超过约788℃±10℃。在一些实施方案中,对于Al-Ni二元和Al-Ni-Mn三元合金两者,当熔体温度低于约760℃±10℃,可出现冷结和/或皱皮线。在一些实施方案中,对于接近共晶合金的熔体温度范围可保持在约760℃至约790℃下。
[0301] 在一些实施方案中,可能需要高度的熔体清洁性,以避免在机械-抛光精加工步骤期间形成“彗星尾状构造”。图21A为可移动电子装置罩壳328在已机械抛光后的照片。在接近浇口区域358处可看见许多彗星尾状构造。图21B是图21A彗星尾状构造在200倍放大下的扫描式电子显微镜(SEM)显微图,其显示了疵点在外加的细部上。SEM显微图指出问题来源之一可为因连续地重熔操作在废料周围所产生的脏熔体(例如Al2O3)。例如彗星尾状构造可能因存在于熔融金属326中的金属氧化物所造成。点分析显示在熔融组合物中的污染颗粒包括铝、氧、碳、铁、、钠、镁和镍等。
[0302] 模具温度
[0303] 如上文所述,过冷影响成型铸造产品的显微结构。在一些情况下,可有用地降低跨压铸腔320的长度与宽度上的温度变化(例如ΔT),以提供较好的模具温度控制,并且降低过冷量。模具和熔体温度根据模具的尺寸和被用作熔融金属的铝合金的类型等因素和变量而改变。一种限制过冷量的方法为增加模具温度。另一种方法为使用低导热性材料制备模具,或以该材料涂覆模具表面。铸造模具可由钢(例如H13)制得,可将其硬化以抵抗侵蚀。可施加例如氮化或PVD-施加的金属-氮化物(例如CrN和TiN)的表面处理及其它表面处理方法。在一些实施方案中,陶瓷、蜡基和/或硅基的涂层可作为低导热性材料使用。
[0304] 在一个实施方案中,可增加模具温度以减少过冷作用。在一些实施方案中,半模具310、312可保持在约220℃至约280℃的温度下。在其它的实施方案中,半模具310、312可保持在其它合适的温度下。在一些实施方案中,加热可以用热油或热水通过周围的槽和/或腔进行。在一些实施方案中,加热可以用筒形电加热器、电炉或其它合适的介质进行。增加模具温度可倾向于降低或排除视觉上明显的表面缺陷。
[0305] III.用于精加工成型铸造产品的方法、系统和装置
[0306] 现在参考图1和23,在成型铸造方法(120)之后,通常将成型铸造产品精加工(130)以产生装饰性成型铸造产品。精加工步骤(130)可包括表面调质(410)、阳极化(420)和/或着色(430)步骤的一个或多个,如更详细地描述于下文中的。利用一个或多个这些精加工步骤可导致产生耐用的装饰性成型铸造产品。这些成型铸造产品可具有本体,该本体具有目标观察表面。该本体可包含铝合金基材(例如,Al-Ni或Al-Ni-Mn合金)和从铝合金基材形成(通过铝合金基材的阳极化)并覆盖铝合金基材(base)的氧化层。由于使用Al-Ni和/或Al-Ni-Mn合金,氧化层可相对均匀。氧化层可与成型铸造产品的目标观察表面结合。氧化物层可包含多个可被密封的空隙和/或包含至少部分置于(例如填充)至少一些这些空隙中的着色剂,如更详细地描述于下文中的。在其中使用涂层的实施方案中,涂层可覆盖氧化物层的至少一部分,并且可至少部分协助产生视觉上吸引人的装饰性成型铸造产品。在一些实施方案中,涂层为硅聚合物涂层。装饰性成型铸造产品的目标观察表面可基本上没有视觉上明显的表面缺陷,这是由于例如用于产生装饰性成型铸造产品的所选择的合金组合物、所选择的显微组织、选择铸造方法和/或所选择的精加工步骤的至少一种所致。
[0307] 在一个实施方案中,例如当将Al-Ni或Al-Ni-Mn合金阳极化时,氧化层包含Al、Ni及O。在这些实施方案中,例如当分别在硫酸磷酸、铬酸和/或硼酸中阳极化时,氧化物层可包含S、P、Cr和B中的至少一种。在一些实施方案中,氧化层包含Mn。在一些实施方案中,氧化物层基本上由以下组成:Al、Ni、O,和S、P、Cr及B中的至少一种,以及任选的Mn。在一些实施方案中,氧化层基本上由以下组成:Al、Ni、O,以及S和P中的至少一种,以及任选的Mn。在一个实施方案中,氧化层基本上由以下组成:Al、Ni、O和S,以及任选的Mn。这些实施方案可用于制备经染色的耐用装饰性成型铸造产品,并且其可基本上没有视觉上明显的表面缺陷,或其可具有大理石状外观。在另一个实施方案中,氧化层基本上由以下组成:Al、Ni、O和P,以及任选的Mn。这些实施方案可用于制备经涂覆的耐用的装饰性成型铸造产品,并且其可基本上没有视觉上明显的表面缺陷。
[0308] 在一些实施方案中,装饰性成型铸造产品在基材与氧化层之间不含非氧化物层。例如,由于氧化物通过阳极化铝合金基材而产生,因此在氧化层和铝合金基材之间没有过渡区域,例如可存在于其它制备方法中,例如当在铝合金基材上部沉积纯铝时(例如通过蒸气沉积)然后将沉积的纯铝阳极化。
[0309] 在一种方式中,一种方法包括:由Al-Ni或Al-Ni-Mn合金制备成型铸造铝合金产品的一个或多个步骤,从成型铸造产品移除外层的至少一部分,使成型铸造产品阳极化,以及将着色剂施加至薄壁成型铸造铝合金产品的氧化物层,其中在施加步骤后,至少一部分着色剂置于氧化物层的孔隙内。对于非大理石状产品,在施加步骤之后,目标观察表面基本上没有视觉上明显的表面缺陷。在这些实施方案中,在施加步骤后,目标观察表面的颜色变化性可不大于+/-5.0 Delta E。
[0310] 在一个实施方案中,制备步骤包括如上所述的压铸成型铸造产品。在一个实施方案中,成型铸造产品具有如上所述的层状显微组织。在一个实施方案中,成型铸造产品具有如上所述的均匀的显微组织。在一个实施方案中,成型铸造产品具有如上所述的相当规则分布的铝相和α共晶显微组织。
[0311] 在一个实施方案中,移除步骤包括如下文所述的化学蚀刻成型铸造产品。在一个实施方案中,移除步骤包括从成型铸造产品移除不大于500微米的材料,如更详细地描述于下文中的。在一些实施方案中,移除步骤并不是必须的(例如,对于一些大理石状产品和/或对于一些经涂覆的产品)。在一个实施方案中,阳极化包括从成型铸造铝合金产品的一部分形成氧化物层。即,使铝合金基材阳极化以产生氧化层。
[0312] 在一个实施方案中,施加着色剂步骤包括使氧化物与染料接触,并且在电流不存在下。换句话说,本公开的着色剂不必通过电着色来施加。在一个实施方案中,将氧化物层浸入包含染料的浴中,如更详细地描述于下文中的。在一个实施方案中,施加步骤包括将涂层前体沉积于氧化物层的表面上,并且使涂层前体转化成涂层,其中在转化步骤之后,涂层基本上覆盖氧化物层。在一个实施方案中,涂层前体为硅聚合物的前体,并且其中覆盖步骤包括施加辐射或热至涂层前体,以产生含有硅聚合物的涂层。在大理石状的实施方案中,在施加步骤之后,成型铸造产品的目标观察表面具有基本上大理石状的外观,其中α铝相包含由于着色剂所致的第一种颜色,其中共晶显微组织包含由于着色剂所致的第二种颜色,并且其中第二种颜色不同于第一种颜色,其中α铝相的第一种颜色和共晶显微组织的第二种颜色的组合至少部分有助于大理石状外观。
[0313] 用于精加工目前所述的成型铸造产品的这些和其它的特征,更详细地提供于下文中。
[0314] A.表面调质
[0315] 在一个实施方案中,并且参考图24,精加工步骤(130)可包括表面调质步骤(410),其可包括层移除步骤(412)、抛光步骤(414)、纹理化步骤(416)和/或预阳极化清洁步骤(418)中的一种或多种。对于具有层状显微组织的成型铸造产品(例如,如图5a所示),可使用层移除步骤(412),以获得具有限制量的视觉上明显的表面缺陷的产品。对于具有层状显微组织,但具有经设计量的α铝相的成型铸造产品,可不需要层移除步骤(412)(例如,对于大理石状面层)。而且,对于具有均匀显微组织的成型铸造产品(例如,如图5b所示),可不需要层移除步骤(412)。
[0316] 对于意欲限制视觉上明显的表面缺陷的量的成型铸造产品,表面调质步骤(410)可包括层移除步骤(412)。层移除步骤(412)可为有用的,因为可通过染色(例如浸入着色剂的加热浴中)将这些产品着色,该染色可突出铸造产品的表面细节(好的或坏的)。在具有α铝的外层500(图5a)的情况中,其可位于外层500的上表面的下方数微米,此种染色方法可显现出铸造产品的不吸引人的图案。因此,在该实施方案中,层移除步骤(412)可包括移除如上所述的铸造产品的外部部分500的至少一部分。层移除步骤(412)可通过任何合适的方法完成,例如化学蚀刻或机械磨损。机械磨损可通过任何合适的技术完成,但可为时间和/或成本密集的。在化学蚀刻的情况下,可选择蚀刻剂,使得可在铸造产品的外部部分500上进行非选择性蚀刻。化学蚀刻可在环境中进行,并且持续有助于外层500的至少一部分的设计移除的时间,以及在至少一些情况中,第二部分510极少或没有移除。在一个实施方案中,层移除步骤(412)移除铸造产品的至少约50%(体积比)的外部部分500。在其它实施方案中,移除步骤(412)移除铸造产品的外层的至少约75%,或至少约85%,或至少约95%,或至少约99%。在一个实施方案中,层移除步骤(412)移除小于约50%(体积比)的第二部分。在其它实施方案中,移除步骤(412)移除小于约25%,或小于约20%,或小于约15%,或小于约10%,或小于约5%,或小于约3%,或小于约1%的第二部分。一种有用的层移除化学物为NaOH,其可处于有助于层移除步骤(412)的合适浓度下。在一个实施方案中,将铸造产品暴露于具有约104°F至160°F温度的大约5%的NaOH溶液。在该实施方案中,可暴露铸造产品持续约12至约25分钟的延续时间,取决于被移除材料的量。在其它实施方案中,可将铸造产品暴露至具有较高浓度的蚀刻溶液持续约2至约25分钟的延续时间。在一个实施方案中,可将铸造产品的约25微米(约1密尔)至500微米(约12密尔)的外表面非选择性地(例如均匀地)移除。在一个实施方案中,将约100微米至约
250微米材料移除(每侧50-125微米)。在一个实施方案中,利用HOUGHTO ETCH AX-1865在约145°F的温度下持续约18分钟,将成型铸造产品暴露于5%的NaOH浴,并获得约200微米(每侧100微米)的移除。
[0317] 对于大部分面层,表面调质步骤(410)通常包括铸造后抛光步骤(414),不考虑显微组织(层状或均匀)。此抛光步骤(414)可有助于产生铸造产品的平滑和/或反射性外表面,并且可有助于稍后加工处理步骤。此抛光步骤(414)通常为机械抛光步骤,其可通过合适的常规方法、系统和/或装置完成。在机械抛光后,可将表面用合适的清洁剂(例如甲基-乙基(MEK))清洁以有助于移除残留的抛光化合物。
[0318] 在抛光(414)之前,可使用化学清洁步骤以移除在产品外表面上的任何碎屑。化学清洁的一种类型为将成型铸造产品暴露至非蚀刻剂类型化学物(例如,50%硝酸浴,在室温下持续约30秒)。
[0319] 在一些情况下,表面调质步骤(410)可包括纹理化步骤(416),不考虑显微组织(层状或均匀)。该纹理化步骤(416)在铸造产品外部表面上产生设计并且重复的表面形态。在一个实施方案中,纹理化步骤(416)包括于所有或几乎所有铸造产品的外表面上产生基本上均匀的形态。在另一个实施方案中,纹理化步骤(416)包括在铸造产品的第一部分上产生具有第一形态的第一纹理,与在铸造产品的第二部分上产生具有第二形态的第二纹理,其中第二形态不同于第一形态(例如,如由人眼观察和/或通过人接触而感测)。因此,铸造产品可实现设计的表面形态。纹理化步骤(416)可通过使铸造产品的外表面经受选择性力例如喷砂而完成。在一个实施方案中,铸造产品的外表面可用所选择的材料喷砂,例如金属或金属氧化物粉末(例如铁、氧化铝)、珠粒(例如玻璃)或天然介质(例如玉米皮、胡桃壳),以在铸造产品上产生纹理化的外表面。可使用其它合适的纹理产生介质。由于纹理化步骤(416),因而在铸造产品中归因于铸造方法例如热裂和/或洗出的少量表面缺陷可被隐藏,这可有助于增加产品使用率。在其它实施方案中,可通过电化学粒化制得类似于通过喷砂所形成的那些非定向的高表面纹理。在这些情况下,约1重量%的硝酸或盐酸可于约70°F至约130°F的温度范围下使用,并且可使用约10至约60伏特的AC电源施加电压持续约1至30分钟的期间。在其它的实施方案中,纹理化步骤(416)在铸造期间完成,例如通过具有所需的纹理图案的模具。激光、压花和其他方法可用于制备纹理。
[0320] 对于大部分精加工,表面调质步骤(410)通常包括预阳极化清洁步骤(418),而不考虑显微组织(层状或均匀)。该预阳极化清洁(418)可在阳极化之前有助于从铸造产品表面移除碎屑、化学物或其它可容易移除的不想要的组分。在一些情况下,清洁(418)可通过暴露于合适的化学物与环境并持续适合通过化学物有助于移除可容易移除的不想要组分的时间而完成。在一个实施方案中,清洁的化学物为非蚀刻剂性清洁剂,例如由Henkel Surface Technologies,32100Stephenson Hwy,Madison Heights,MI 48071所制造的A31K。在一个实施方案中,在约40°F至约160°F的温度范围下,将铸造产品暴露于非蚀刻剂碱性清洁剂,并且持续不大于约180秒的时间。在其它实施方案中,可使用蚀刻型或酸性型清洁剂。
[0321] B.氧化物层的形成
[0322] 再次参考图23,正如所指出的,精加工方法通常包括阳极化步骤(420),其可通过产生经设计的厚度和孔隙尺寸的氧化物层,有助于铸造产品的增强的耐用性和/或有助于之后所施加物质的粘着性。如果使用不合适的铝合金,则阳极化还可造成铸造产品的无法接受的色调(例如,无法接受的灰度和/或亮度,如上文所述)。Al-Ni-Mn合金和Al-Ni合金,以及在一些情况下的一些Al-Si合金,可被阳极化,并且仍然实现相对于装饰性成型铸造产品的可接受的色调。所制得的氧化物层也可为均匀的,其可促进如上述的颜色和/或光泽均匀性。
[0323] 现在参考图25,阳极化步骤(420)的一个实施方案包括一个或多个预抛光步骤(422),和在硫酸溶液(424)、磷酸溶液(426)以及混合电解质溶液(428)的一种或多种中阳极化。
[0324] 对于一些面层,阳极化步骤(410)可包括预抛光步骤(422),其通常为化学抛光。该抛光步骤可有助于增亮铸造产品的外表面。在一个实施例中,化学抛光可产生高图片清晰表面。在另一个实施例中,化学抛光可产生亮表面(例如,具有高ISO亮度)。在一个实施方案中,化学抛光/增亮步骤在阳极化操作之前进行。在一个实施方案中,化学抛光在表面调质(410)后并且通过将铸造产品暴露于酸性溶液(例如磷酸和硝酸溶液)完成。在一个实施方案中,化学抛光通过将铸造产品暴露于含有约较高量的磷酸(例如约85%)和较低量的硝酸(例如约1.5%至约2.0%)的酸溶液,于高温(例如约200°F至约240°F下)持续小于约60秒的期间而完成。可采用其它变型。在一个实施方案中,化学抛光溶液为由Potash Corporation,1101 Skokie Blvd.,Northbrook,I11inois 60062所制造的DAB80。
使用硅聚合物的面层也可使用该抛光步骤(422),但其经常是不必要的。在其它的实施方案中,化学抛光/增亮浴可掺入至少一种磷酸、硝酸、硫酸或其组合及其它抛光剂。蚀刻方法可通过调整在化学抛光/增亮浴内的至少一种化学组合物而加以控制。
[0325] 对于一些面层,例如通过染色所制得的那些,阳极化步骤(420)可包括通过硫酸溶液(424)阳极化,以在铸造产品中产生包含电化学氧化的含硫区域,于本文中称为“Al-O-S区域”。在其中铸造合金为Al-Ni或Al-Ni-Mn的实施方案中,镍和有时为锰被包含在该区域中,这是由于其在该合金中使用所致。对于具有层状显微组织的成型铸造产品,Al-O-S区域可与铸造产品的(例如至少一部分)中间部分(例如,图5a的510)关联,其中间部分可在铸造产品的外部表面处或附近,这是由于例如上述表面调质步骤(410)所致。在一些实施方案中,Al-O-S区域可与铸造产品的外层(图5a的500)和/或第三部分(例如,图5a的520)关联。使用硅聚合物的面层可在硫酸溶液(424)中被阳极化,但是当所得涂层的足够表面粘着性可能不会实现时,这通常是不需要的。对于具有均匀显微组织的成型铸造产品,Al-O-S区域可与成型铸造产品的外部表面关联。
[0326] 对于一些面层,例如通过染色制备的那些,Al-O-S区域可包含有助于着色剂移动至氧化物层孔隙中的孔隙,和/或Al-O-S区域可具有增强铸造产品耐用性的厚度。Al-O-S区域通常具有至少约2.5微米(约0.1密尔)的厚度。在一些实施方案中,Al-O-S区域具有至少约3.0微米,或至少约3.5微米,或至少约4.0微米的厚度。在一些实施方案中,Al-O-S区域具有不大于约20微米,或不大于约10微米,或不大于约7微米,或不大于约6.5微米,或不大于约6微米的厚度。具有约2.5微米至约6.5微米的氧化物厚度的Al-O-S区域可用于产生目标观察表面,所述表面均为耐用的,并且具有颜色均匀性。在一个实施方案中,阳极化步骤可包括II型阳极化,例如在约65°F至约75°F的温度下,并且在约8至约24ASF(每平方英尺的安培数)的电流密度下,通过将铸造产品暴露于大约20%硫酸浴持续约5分钟至约30分钟。可使用其它II型阳极化条件。氧化层的这些类型的孔隙通常具有圆柱形的几何形状和约10-20纳米的尺寸。
[0327] 对于其它面层,例如意欲具有大理石状面层的那些,铸造产品的Al-O-S区域可通过III型阳极化方法产生,从而获得硬涂层(即较高的耐用性)。在一个实施方案中,III型阳极化包括在约40°F至约55°F的温度下,并以约30至约40ASF(每平方英尺的安培数)的电流密度将铸造产品暴露于大约20%的硫酸溶液持续约15-30分钟。在该实施方案中,Al-O-S区域通常具有至少约5微米(约0.2密尔)的厚度。在一些实施方案中,Al-O-S区域通常具有至少约10微米,或至少约12.5微米,或至少约15微米,或至少约17.5微米,或至少约20微米的厚度。在一些实施方案中,Al-O-S区域通常具有不大于约35微米,或不大于约30微米,或不大于约20微米的厚度。这些类型的氧化物层的孔隙通常具有约10至20纳米的尺寸。
[0328] 对于一些面层,例如采用硅聚合物的那些,阳极化步骤(420)可包括通过磷酸溶液溶液(426)阳极化,从而在铸造产品中产生电化学氧化的含磷区域,于本文中称为“Al-O-P区域”。在其中铸造合金为Al-Ni或Al-Ni-Mn的实施方案中,镍并且有时锰被包含于该区域中,这是由于其在合金使用所致。在该实施方案中,通过磷酸(426)阳极化可用于促进之后沉积在铸造产品表面上的材料的粘着性。对于这一点,磷酸阳极化步骤(426)可产生相对小的Al-O-P区域(例如,数埃厚度),其可用于促进粘着性。该Al-O-P区域还可有助于之后施加的颜色层的粘着性,这是由于氧化物层的不规则孔隙所致。
[0329] 对于具有层状显微组织的成型铸造产品,Al-O-P区域可与铸造产品的(例如至少一部分)中间部分(例如图5a的510)关联,该中间部分可在铸造产品的外表面处或附近,这是由于例如上述表面调质步骤(410)所致。在一些实施方案中,Al-O-P区域可与铸造产品的外层(图5a的500)和/或第三部分(例如图5a的520)关联。对于具有均匀显微组织的成型铸造产品,Al-O-P区域可与成型铸造产品的外部表面关联。在一个实施方案中,在约70°F至约100°F的温度下,并且在约10伏特至约20伏特下,将铸造产品暴露于约10%至约20%磷酸浴持续不大于约30秒(例如约5至约15秒)。在一个实施方案中,该浴具有至少约16%的磷酸浓度。在其它实施方案中,该浴具有至少约17%,或至少约18%,或至少约19%,或至少约20%的磷酸浓度。在这些实施方案中,Al-O-P区域通常具有不大于约1000埃但至少约5埃的厚度。在一些实施方案中,Al-O-P区域具有不大于至少约500埃,或不大于约450埃,或不大于约400埃,或不大于约300埃的厚度。在一些实施方案中,Al-O-P区域具有至少约100埃,或至少约150埃,或至少约200埃的厚度。
[0330] 在一些实施方案中,阳极化步骤(420)可包括在混合电解质(428)中阳极化,例如通过公开于2008年8月22日提交的共同持有美国专利申请No.12/197,097中混合电解质方法,该申请标题为“Corrosion Resistant Aluminium Alloy Substrates and Methods of Producing the Same”,其于2009年3月5日公开为美国专利申请公开No.2009/0061218,并且通过引用将其以全文并入本文。
[0331] C.成型铸造产品的着色
[0332] 再次参考图23,正如所指出的,精加工方法可包括着色步骤(430),以将铸造产品着色和/或完成为装饰性成型铸造产品。现在参考图26,着色步骤(430)的一个实施方案包括施加着色剂至铸造产品(432)、密封铸造产品(436)和抛光铸造产品(438)的一种或多种,然后铸造产品通常为最后形式,并且可立即由消费者使用。
[0333] 在一个实施方案中,施加着色剂的步骤(432)包括将铸造产品染色(433)(例如在阳极化步骤之后)。使用染色步骤(433)将产品着色可与利用硫酸(424)的阳极化步骤并用。染色步骤(433)可通过任何合适的染色方法完成,例如浸入包含合适染料颜色的浴中。用于该目的合适染料包括由Charlotte,N.C.,U.S.A.,或Okuno Chemical Industries Co.,Ltd.,of Osaka,Japan所制造的染料等。在一个实施方案中,将铸造产品浸入包含染料的浴中持续合适的期间(例如,约1分钟至约15分钟)。在一些实施方案中,提高的温度(从约120°F至约140°F)可加速浸入过程和/或改善被吸收至孔隙中的染料量。
[0334] 在另一个实施方案中,施加着色剂步骤(432)包括将涂层(434)施加至铸造产品(例如在阳极化步骤之后),以在铸造产品的表面上提供经着色的或透明涂覆的外部涂层。涂覆步骤(434)的使用可与利用磷酸(426)的阳极化步骤并用(例如,对于硅聚合物涂覆的产品)。将产品着色的涂覆步骤(434)使用,可与利用混合电解质(428)的阳极化步骤并用。涂覆步骤(434)可通过任何合适的涂覆方法完成,例如喷涂、刷涂等。可用于涂覆步骤(434)的合适涂层类型的一些例子包括聚合物涂层和陶瓷涂层。这些类型可进一步被分类为有机、无机或混合(有机/无机复合物)涂层。可使用的有机涂层的例子包括丙烯酸酯类、环氧类、聚酯类、聚酯类、乙烯基类、聚氨酯丙烯酸酯类等。可使用的无机涂层的例子包括二氧化钛、熔融氧化硅、硅烷、硅酸盐玻璃等。可使用的混合涂层的例子包括氟聚合物、有机改性的聚硅氧烷、有机改性的聚硅氮烷等。
[0335] 在一个实施方案中,涂覆步骤(434)可包括使用UV可凝固涂层,例如可获自Strathmore Products,Inc.,Kalcor Coatings和Valspar的那些涂层等。在一个实施方案中,涂层为包含硅聚合物的胶体形式,例如硅氧烷或硅氮烷,其具有硅主链(例如,-Si-O-Si-或-Si-N-Si-)。在其它的实施方案中,涂覆步骤(434)包括使用热固化的涂层,例如可获自PPG和Valspar的那些涂层等。这些涂层可具有任何颜色(颜料),并且在一些情况下,可为透明涂层。
[0336] 在一些实施方案中,涂覆步骤(434)可在铸造产品的表面上产生外部涂层。该外部涂层可具有2或2.5微米(约0.1密尔)至约100微米的厚度。涂层的厚度依赖于应用,但涂层应为足够厚,从而有助于产品的耐用性,但不会太厚以至于降低金属外观和/或产品的感觉,和/或不会太厚以至于增加涂层开裂的可能性。
[0337] 对于一些应用,涂层具有3微米至8微米的厚度。在一个实施方案中,外部涂层具有至少约5微米的厚度。对于其它应用,外部涂层可具有至少为约10微米,或至少约15微米,或至少约20微米,或至少约25微米的厚度。在一个实施方案中,涂覆步骤(434)在任何阳极化步骤(420)的至少约48小时内完成,以有助于涂层对铸造产品的外表面的足够粘着性。
[0338] 在一些实施方案中,使装饰性成型铸造产品看起来并且感觉像金属是有用的。为有助于金属产品的外观,氧化物层可具有设计的厚度。例如,对于经染色的产品,氧化物层可为足够厚,使得其为耐用的,而且也为足够薄的,使得光线可通过氧化物层传播,并且被其下面的金属基材吸收和/或反射,使得最后装饰性成型铸造产品实现金属外观(例如非塑料的)。对于经染色的产品,该氧化物厚度通常在2.0至25微米的范围内,如上文所述,但经常低于约7微米(例如在2.5至6.5微米的范围内)。对于经涂覆的产品,氧化物层通常足够薄(不大于1000埃),从而整体上有助于金属外观。对于金属感觉,装饰性成型铸造产品通常具有接近铝金属的热导率(例如约250W/mK)。这区别此种产品优于纯塑性装置罩壳,其一般具有低热导率(通常小于约1W/mK),因此有助于在本文中所述装饰性成型铸造产品的至少一部分中的“较冷”感觉。
[0339] 所利用的涂层应粘附至成型铸造产品的表面。在一个实施方案中,具有涂层的成型铸造产品根据ASTM D3359-09通过剖面线(cross-hatching)试验。在一个实施方案中,当根据ASTM D3359-09测试时,具有涂层的成型铸造产品实现至少95%粘着性。在其它实施方案中,当根据ASTM D3359-09测试时,具有涂层的成型铸造产品实现至少96%粘着性,或至少97%粘着性,或至少98%粘着性,或至少99%粘着性,或至少99.5%粘着性或更大。
[0340] 着色步骤(430)可包括密封步骤(436)以有助于铸造产品表面的密封。密封步骤(436)通常与染色步骤(433)并用,并且可用于密封经阳极化并且染色的铸造产品的孔隙。合适的密封剂包括在升高的温度(例如沸水)下的盐水溶液或醋酸镍。
[0341] 着色步骤(430)可包括抛光步骤(438)。该抛光步骤(438)可为任何机械型打磨。该抛光步骤(438)可用于产生装饰性成型铸造产品的最后颜色、光彩和/或光亮。
[0342] d.最后产品品质
[0343] 在精加工(130)之后,装饰性成型铸造产品可实现包括视觉吸引力、强度、韧性、耐腐蚀性、耐磨性、UV抵抗性、化学耐受性和硬度等性质的独特组合。
[0344] 对于视觉吸引力,装饰性成型铸造产品可基本上不含表面缺陷,如上文所述,但其中已发现表面缺陷为视觉上引人注意的大理石状产品(这是由于通过共晶显微组织和α铝相的设计分布所促进的大理石状外观所致)除外。如上所述,装饰性成型铸造产品还可获得良好的颜色均匀性。
[0345] 对于强度与韧性,装饰性成型铸造产品可实现上述任何的拉伸强度和/或冲击强度性质。在一些情况下,强度和/或韧性可增加,这由于涂覆层的存在和/或析出物硬化所致,该析出物硬化可由于在着色剂施加期间加热成型铸造产品而发生。
[0346] 对于耐腐蚀性,装饰性铸造产品可通过ASTM B117,其将装饰性成型铸造产品在升高的温度下暴露于盐喷雾气候(climate)。该试验可包括将测试试样放置在密封室中,并且在具有至少约35℃温度的室中暴露于中性(pH 6.5至7.2)5%盐水溶液的连续间接喷雾。将该气候保持在恒定稳定铸态条件下。测试试样通常在自垂直的15-30度角下放置,但可在“车内”位置上测试汽车组件。该取向允许凝结物流下样品,并且降低冷凝结物聚集。应避免样品在箱柜内的过度拥挤。该试验的重要方面为利用自由落下的雾气,其均匀地沉降在测试样品上。应将样品至于该室中,使得凝结物不会逐个滴下。在一个实施方案中,当其在暴露的至少2小时之后在目标观察表面上不包含点蚀时,装饰性成型铸造产品通过ASTM B117。在其它实施方案中,当其在暴露的至少约4小时之后,或在暴露的至少约8小时之后,或在暴露的至少约12小时之后,或在暴露的至少约16小时之后,或在暴露的至少约20小时之后,或在暴露的至少约24小时之后,或在暴露的至少约36小时之后,或在暴露的至少约48小时之后或更长之后在目标观察表面上不包含点蚀时,装饰性成型铸造产品通过ASTM B117。
[0347] 对于耐磨性,装饰性成型铸造产品能够通过根据ASTM D4060-07的Taber磨损测试。该测试可用于通过涂层沉积方法所制备的产品,其中涂覆层与成型铸造产品的目标观察表面关联。在一个实施方案中,成型铸造产品实现至少约25个循环的耐磨性。在一个实施方案中,该测试为旋转磨损测试。在另一个实施方案中,该测试为线性磨损测试。
[0348] 对于UV抵抗性,装饰性成型铸造产品的目标观察表面当根据ISO11507测试时在暴露于具有340nm的名义波长的QUV-A灯泡24小时后,可实现小于约0.7的Delta-E。Delta-E测量可由TECHNIDYNE的Color Touch PC完成。在其它实施方案中,装饰性成型铸造产品的目标观察表面在暴露的48小时后,或在96小时后,或在1周或更长之后,可实现小于约0.7的Delta-E。在一些实施方案中,在这种UV暴露后,装饰性成型铸造产品也通过上述粘着测试。
[0349] 对于化学耐受性,装饰性成型铸造产品当根据EN 1811对镍提取测试时,在暴露于人工湿气之后,可在目标观察表面上未显示材料视觉变化。为评价视觉变化,可使用参比的、未经暴露的样品。可利用数种观察角度来评价装饰性成型铸造产品的目标观察表面是否表现出材料视觉变化。
[0350] 对于硬度,如根据ASTM D3363-09的铅笔硬度测试所测得,装饰性成型铸造产品可获得至少约2H的等级。在其它实施方案中,如根据ASTM D3363-09的铅笔硬度测试所测得,装饰性成型铸造产品可获得至少约3H,或至少约4H,或至少约5H,或至少约6H,或至少约7H,或至少约8H,或至少约9H的等级。
[0351] 可获得任何上述性质,并且以任何组合。实施例
[0352] 实施例1:具有约2-4.5mm的标称壁厚的成型铸造产品的真空-压铸(VDC),用于评价Al-Ni-Mn合金的可铸造性。
[0353] 在该实施例中,使用真空-压铸技术评价两种合金,Al-Ni-Mn和Al-Si-Mg。包含Al-Si-Mg合金,用于比较目的。Al-Ni-Mn合金的各种组合物提供于表4中,而Al-Si-Mg合金的组合物提供于表4中。
[0354] 表4.使用VDC的Al-Ni-Mn合金的组合物
[0355]测量 Si Fe Mn Ni Ti B
1 0.11 0.114 1.788 4.06 0.058 0.005
2 0.11 0.114 1.79 4.04 0.054 0.004
3 0.12 0.114 1.8 4.1 0.049 0.002
4 0.12 0.125 1.787 4.06 0.005 0.001
平均 0.115 0.117 1.791 4.065 0.053 0.003
[0356]测量 Si Fe Mn Mg Ni Ti B Sr
1 10.900 0.151 0.751 0.164 0.5800 0.0628 0.0008 0.0174
2 11.040 0.150 0.745 0.162 0.5780 0.0623 0.0007 0.0173
3 11.71 0.151 0.699 0.170 0.4290 0.0643 0.0014 0.0178
4 11.980 0.151 0.664 0.173 0.3140 0.0631 0.0008 0.0180
平均 11.408 0.151 0.715 0.167 0.475 0.063 0.001 0.018[0357] 图27为Al-Ni-Mn合金的铸件。虽然仅显示Al-Ni-Mn合金,但是Al-Ni-Mn和Al-Si-Mg合金两者均展示足够的可铸造性。随后,铸件可通过玻璃珠喷砂来清洁以移除残留润滑剂。
[0358] 图28为玻璃珠喷砂后的Al-Ni-Mn合金铸件的外观。Al-Ni-Mn铸造部件显示比Al-Si-Mg合金(未示出)更高的表面均匀性。此外,Al-Ni-Mn合金还显示比Al-Si-Mg合金更高的冲击能量,并且在铸态条件(F状态)下,如通过下表5中夏氏冲击能量测试的结果所示。
[0359] 表5.合金的夏氏冲击能量(ASTM E23-07,无缺口试样)
[0360]合金 能量(J)
Al-Ni-Mn合金,F状态,测量1 6.8
Al-Ni-Mn合金,F状态,测量2 8.1
Al-Ni-Mn合金,F状态,测量3 5.4
平均值-Al-Ni-Mn合金 6.8
Al-Si-Mg合金,F状态,测量1 4.1
Al-Si-Mg合金,F状态,测量2 2.7
Al-Si-Mg合金,F状态,测量3 2.7
平均值-Al-Si-Mg合金 3.2
[0361] 还评价了铸件的可阳极化能力。在该情况下,Al-Si-Mg铸件的表面在阳极化后转变成黑色,而Al-Ni-Mn合金铸件显示较淡颜色(未示出)。图29为说明由Al-Ni-Mn合金制备的成型铸造产品在阳极化后的显微组织的显微图。如所示,氧化物层的厚度在经阳极化的Al-Ni-Mn合金中为相对均匀的。这表示氧化物生长整体并未中断(例如,被α铝或金属间化合物相)。
[0362] 使一些经阳极化的Al-Ni-Mn成型铸造产品经受各种染料。采用暗色阳极化,图30A的产品具有均匀的外观。采用淡色阳极化,图30B的产品具有大理石状外观。对于非大理石状的产品,流线可通过对合金组合物、铸造参数的调整和/或通过层移除等调整而减少,并且在一些情况下被消除,从而提供具有目标观察表面的成型铸造产品,其基本上没有视觉上明显的表面缺陷。
[0363] 图31A和31B为说明在表面上具有暗色(图31A)和亮色(图31B)外观的经抛光和阳极化的Al-Ni-Mn成型铸造产品的显微组织的显微图。暗区(图31A)在接近氧化物表面处具有较多的α铝相(暗色区域),然而亮区(图31B)具有较多的共晶显微组织(浅色区域),或除了具有一些铝相以外,还在接近氧化物表面处较富含共晶相。这表示可调整和设计合金组合物和/或铸造参数以制备具有经设计的显微组织的成型铸造产品,这取决于产品精加工要求。
[0364] 实施例2:实验室规模的定向凝固(DS)铸造以在Al-Ni-Mn合金体系中评价共晶显微组织
[0365] 在该实施例中,使用定向凝固(DS)铸造产生各种铰接式铸型,以制备不同Ni含量的各种Al-Ni-Mn合金。Al-Ni-Mn合金的组成提供于下表6中。
[0366] 表6.由定向凝固制备的Al-Ni-Mn合金的组成
[0367]合金 Si Fe Mn Ni Ti B
1 0.051 0.048 2.27 5.35 0.055 0.015
2 0.052 0.045 2.1 5.89 0.056 0.015
3 0.053 0.037 2.06 6.2 0.058 0.0144
4 0.053 0.034 2.01 6.84 0.054 0.013
5 0.054 0.035 1.96 7.29 0.052 0.0122
[0368] 在每秒约1℃的凝固速率下铸造合金。如图32所示,共晶显微组织的量随着Ni含量而增加,至多达约6.84wt.%Ni(合金4),然后共晶显微组织的量减少(合金5)。
[0369] 实施例3:Al-Ni-Mn合金的常规压铸(DC)的评价
[0370] 在该实施例中,使用Al-Ni-Mn合金,采用传统压铸(DC)技术用于压铸的移动电话壳体。两种成型铸造移动电话壳体的例子显示于图33中。移动电话壳体70具有流槽72、浇口74和溢流76。在该情况下,移动电话壳体70具有约0.7mm的壁厚。用于制造移动电话壳体的Al-Ni-Mn铸造合金的组合物在下表7中给出。
[0371] 表7.用于制造移动电话壳体的Al-Ni-Mn合金的组合物
[0372]铸件# Si Fe Mn Ni Ti B
66 0.085 0.028 1.82 6.46 0.024 0.0008
216 0.093 0.01 1.64 6.34 0.023 0.0004
355 0.092 0.047 2.04 6.55 0.026 0.001
524 0.09 0.022 1.7 6.31 0.021 0.0006
668 0.09 0.068 2.15 7.04 0.027 0.0016
[0373] 在这些实施例中,Ni目标含量为约6.3wt.%,然后增加以评价增加的Ni的作用。为了对比目的,还铸造了使用Al-Si-Mg合金A380的移动电话壳体70。图34说明由Al-Ni-Mn和A 380合金制备的移动电话壳体。Al-Ni-Mn合金显示良好的可铸造性,在相同或类似铸造参数下比A380相对物不太倾向于形成冷结和点蚀。
[0374] 移动电话壳体铸件的拉伸性质显示于表8中。从该表中所示的结果,相对于Al-Si-Mg(A380)合金,Al-Ni-Mn合金在铸态条件(F状态)中显示(平均而言)较高的极限拉伸强度(UTS)和较高的延伸率(%),但较低的拉伸屈服强度(TYS)。
[0375] 表8.使用DC的Al-Ni-Mn和Al-Si-Mg合金的拉伸性质
[0376]试样 TYS(MPa) UTS(MPa) E(%)
Al-Ni-Mn(F-状态)(6.55wt.%)-测量1 221 274 12
Al-Ni-Mn(F-状态)(6.55wt.%)-测量2 191 294 6
Al-Ni-Mn(F-状态)(6.55wt.%)-测量3 198 295 4
Al-Ni-Mn(F-状态)(6.55wt.%)-平均值 203.3 287.7 7.3
Al-Ni-Mn(F-状态)(7.04wt.%Ni)-测量1 220 317 4
Al-Ni-Mn(F-状态)(7.04wt.%Ni)-测量2 210 328 8
Al-Ni-Mn(F-状态)(7.04wt.%Ni)-测量3 201 316 2
Al-Ni-Mn(F-状态)(7.04wt.%Ni)-平均值 210.3 320.3 4.7
Al-Si-Mg(A380)(F-状态)-测量1 246 274 2
Al-Si-Mg(A380)(F-状态)-测量2 224 284 0
Al-Si-Mg(A380)(F-状态)-平均值 235.0 279.0 1.0
[0377] 此外,Al-Ni-Mn铸件在阳极化之后还显示增强的表面品质(例如,由于均匀氧化物层的形成所致),其不能用A380合金铸件获得。
[0378] 实施例4:具有过共晶组成的Al-Ni-Mn合金的常规压铸(DC)的评价[0379] 在该实施例中,采用传统压铸(DC)技术用于压铸各种移动电话壳体,并且以各种过共晶合金组成评价组成和冷却速率相对于表面缺陷和颜色的作用。经测试的Al-Ni-Mn合金的组合物在下表9中给出。
[0380] 表9.测试Al-Ni-Mn合金的组成
[0381]铸件# Mn Ni Ti B
56 1.7 7 0.02 0.01
199 1.9 6.9 0.03 0.01
336 1.9 6.6 0.02 0.01
[0382] 图35为说明阳极化后的各种移动电话壳体的照片。在图35中,产品(a)为在1410°F下的合金铸件,产品(b)为在1445°F下的合金铸件,并且产品(c)为在1535°F下的合金铸件。这些铸件说明合金组成和熔体温度两者可影响表面缺陷和/或着色。这些例子说明较接近1410°F的过共晶合金铸造可提供更均匀的表面外观。
[0383] 实施例5-Al-Ni-Mn合金的可铸造性
[0384] 根据铝铸造学会(Aluminum Foundry Society)标准通过螺旋模具铸造测试具有约4wt.%Ni和2wt.%Mn的铸造合金A356和Al-Ni-Mn合金的流动性。这些合金在高于其液相线温度约180°F(约82.2℃)下铸造。铸造合金A356获得约11cm的长度。Al-Ni-Mn合金获得约14cm的长度,或比A356合金好约27%的性能。
[0385] 根据铝铸造学会标准通过螺旋模具铸造来测试具有约4wt.%Ni和2wt.%Mn的铸造合金A380、A359和Al-Ni-Mn合金的流动性。这些合金全部均在1250°F(约676.6℃)的相同熔体温度下铸造。铸造合金A380获得约8.5cm的平均长度,铸造合金A359获得约10cm的平均长度,并且Al-Ni-Mn合金获得约9.2cm的平均长度。Al-Ni-Mn合金具有比A380合金更好的流动性,以及与A359合金约相同的流动性。
[0386] 使用铅笔探针试验测试具有约4wt.%Ni和2wt.%Mn的铸造合金A356、A359和A380以及Al-Ni-Mn合金的热裂倾向。所有合金均获得2mm的热裂倾向,这说明其具有良好的可铸造性。
[0387] 实施例6-合金的灰度和亮度
[0388] i.在铸态条件下的测试
[0389] 将三种不同合金铸造成两种薄壁成型铸造产品。第一种产品由包
[0390] 含约6.9wt%Ni的Al-Ni合金制备。第二种产品由包含约7.1wt%Ni和约2.9wt%Mn的Al-Ni-Mn合金制备。第三种产品由铸造合金A380制备。使用TECHNIDYNE的Color Touch PC,使铸态的产品经受根据CIELAB的颜色测试,以及根据ISO 2469和2470的亮度测试。包含Al-Ni和Al-Ni-Mn合金的产品比Al-Si合金A380灰度较低并且更亮,如下表10和11所示。
[0391] 表10.成型铸造产品(铸态条件)的灰度
[0392]
[0393] 表11.成型铸造产品(铸态条件)的亮度
[0394]
[0395] ii.在化学碾磨和阳极化后的测试
[0396] 将三种不同合金铸造成薄壁成型铸造产品。第一种产品由包含约6.6wt%Ni的Al-Ni合金制备。第二种产品由包含约6.9wt%Ni和约2.9wt%Mn的Al-Ni-Mn合金制备。第三种产品由铸造合金A380制备。使成型铸造产品经受化学碾磨(蚀刻)以移除铸造产品的约0.008英寸(200微米;每侧100微米)的外部表面。然后,将成型铸造产品抛光,用氧化铝喷砂,阳极化至氧化物层厚度为约0.15密尔(约3.8微米),接着密封。使用TECHNIDYNE的Color Touch PC,使经阳极化的产品经受根据CIELAB的颜色测试,以及根据ISO 2469和2470的亮度测试。包含Al-Ni和Al-Ni-Mn合金的产品比Al-Si合金A380灰度较低并且更亮,如下表12-13所示。相对于铸态条件,包含Al-Ni和Al-Ni-Mn合金的产品也仅实现灰度的轻微增加以及亮度的轻微降低。
[0397] 表12.成型铸造产品(阳极化条件)的灰度
[0398]
[0399] 表13.成型铸造产品(阳极化条件)的亮度
[0400]
[0401] iii.除油和阳极化后的测试
[0402] 将两种不同合金铸造成薄壁成型铸造产品。第一种产品由包含约6.9wt%Ni和约1.9wt%Mn的Al-Ni-Mn合金制备。第二种产品由铸造合金A380制备。使成型铸造产品除油,然后阳极化至具有约0.15密尔(约3.8微米)的氧化物厚度,接着密封。使用TECHNIDYNE的Color Touch PC,使经阳极化的产品经受根据CIELAB的颜色测试,以及根据ISO 2469和2470的亮度测试。包含Al-Ni-Mn合金的产品比Al-Si合金A380灰度较低并且更亮,如下表14和15所示。相对于铸态条件,包含Al-Ni-Mn合金的产品也仅实现灰度的轻微增加以及亮度的轻微降低。
[0403] 表14.成型铸造产品(阳极化条件)的灰度
[0404]
[0405] 表15.成型铸造产品(阳极化条件)的亮度
[0406]
[0407] iv.在铸态条件下的低Ni合金的其它测试
[0408] 各种薄壁成型铸造产品由两种不同低Ni合金类型制备。第一种产品由包含约2.0wt%Ni和约1.0wt%Mn的Al-Ni-Mn合金制备。第二种产品由包含约3.0wt%Ni和约
2.0wt%Mn的Al-Ni-Mn合金制备。使铸态的产品(在F状态中)经受根据ASTM B557和ASTM E23-07的机械测试。平均结果提供于下表16A中。
[0409] 表16A.低Ni合金的机械性质
[0410]成型铸造产品 TYS(MPa) 冲击强度(焦耳)
Al-2Ni-1Mn产品 113 31
Al-3Ni-2Mn产品 166.5 27.5
[0411] 还使这些试样以及得自铸造合金A380的对比产品组经受根据CIELAB的颜色测试,以及根据ISO 2469和2470的亮度测试(使用由TECHNIDYNE提供的Color Touch PC)。包含Al-Ni-Mn合金的产品比Al-Si合金A380灰度较低并且更亮,如下表16B所示。
[0412] 表16B.成型铸造产品(铸态条件)的灰度和亮度
[0413]
[0414] 实施例7-颜色均匀性
[0415] 使实施例6的一些上述经阳极化的产品接受颜色均匀性测试。选择在成型铸造产品的第一表面部分上的第一参考区域用于第一次CIELAB测量。选择在成型铸造产品的第二表面部分上的第二参考区域用于第二次CIELAB测量。第一和第二参考区域两者均为具有大约0.5英寸直径的圆。比较两个所测量的CIELAB值以计算关于这些成型铸造产品部分的Delta-E。其结果提供于下表17中。
[0416] 表17.成型铸造产品(阳极化条件)的颜色均匀性
[0417]
[0418] L-值表示白色-黑色的程度(100=纯白色,0=纯黑色),a-值表示红色-绿色的程度:(正=红色,负=绿色),并且b-值表示黄色-蓝色的程度(正=黄色,负=蓝色)。通常,由Al-Ni和Al-Ni-Mn合金制备的成型铸造产品的目标观察表面在阳极化条件下具有比由现有技术A380合金制备的成型铸造产品更好的亮度、灰度及颜色均匀性的组合。此外,包含A380合金的成型铸造产品的目标观察表面包含多个视觉上明显的表面缺陷,然而包含Al-Ni和Al-Ni-Mn合金的成型铸造产品的目标观察表面基本上没有视觉上明显的表面缺陷,如图43A(A380产品)和图43B(Al-Ni6.6产品)所示。
[0419] 实施例8-具有无光面层的成型铸造产品的制备
[0420] 将Al-Ni合金铸造成可移动电子装置罩壳。Al-Ni合金包含约6.6wt.%Ni、约0.07wt.%Mn、约0.04wt.%T i和约0.012wt.%B,余量为铝和杂质。该装置罩壳具有约
0.7mm的标称壁厚,并且在250吨Toshiba HPDC压机上使用2-腔钢模具铸造。铸态的Al-Ni合金产品的显微组织有具有α-铝相和共晶显微组织的相对薄的外部部分,以及具有一般共晶显微组织的第二部分。使Al-Ni铸造产品通过浸入具有约150°F的溶液温度的5%NaOH溶液中化学蚀刻约18分钟来移除每侧约200微米(总计约8密尔)或100微米,这移除了大量的具有α-铝相的初始铸造产品的外部部分。然后,将产品机械抛光以提供平滑并且反射性的表面,接着通过MEK溶液擦拭干净。随后,将产品的外部表面使用氧化铝在基本上正交角度(约垂直)下于约6至约9英寸的距离下,并且在约20至约40ps i的压力下喷砂。接着,将产品于约150°F下用非蚀刻碱性清洁剂A31K清洁约2分钟。然后,将产品通过DAB80、磷酸(约85%)以及硝酸(约2%)溶液在约220°F下化学抛光约40秒。
接着,使产品于约12ASF的电流密度和约70°F的温度下,在大约20%硫酸浴中阳极化约9分钟,这产生具有约2.5微米至约4微米厚度的均匀Al-O-S区域(氧化物层)。铸造产品的Al-O-S区域比正常II型阳极化铸造产品稍小,从而有助于较亮的最终外观。然后,使产品浸入颜色特定的Clariant染料(例如,粉红色、蓝色、红色、色)中持续约3分钟,而溶液温度为约140°F。接着,将产品于约190°F的溶液温度下在盐水溶液中进行密封约10分钟。最后产品具有符合消费者接受标准的明亮无光面层。对各种其它的Al-Ni铸造可移动电子装置罩壳重复此方法,但使用不同染料颜色。图36是说明所制备的可移动装置罩壳的照片,全部具有基本上没有视觉上明显的表面缺陷的明亮无光面层。
[0421] 两种Al-3Ni-2Mn合金由类似如上文所提供的方式制备,不同的是没有将第一种产品化学蚀刻或机械抛光。两种产品均在红色Clariant染料中染色。如图41A和41B所示,经受化学蚀刻的产品包含仅少量的视觉上明显的表面缺陷(图41B),然而未化学蚀刻的产品包含大量的视觉上明显的表面缺陷(图41A)。
[0422] 实施例9-具有光泽面层的成型铸造产品的制备
[0423] 将Al-Ni-Mn合金铸造成可移动电子装置罩壳。Al-Ni-Mn合金包含约7.1wt.%Ni、约2.8wt.%Mn、约0.02wt.%Ti和小于约0.01wt.%B,余量为铝和杂质。该装置罩壳具有约0.7mm的标称壁厚,并且在250吨Toshiba HPDC压机上使用2-腔钢模具铸造。将铸造产品机械抛光以提供平滑并且反射性的表面,接着通过MEK溶液擦拭干净。随后,将产品于约150°F下用非蚀刻碱性清洁剂A31K清洁约2分钟。接着,使产品于约15伏特的电压和约90°F的温度下,在大约20%磷酸浴中阳极化约10秒,这产生具有仅数埃厚度的均匀Al-O-P区域(氧化物层)。将带色的PPG CeranoShield涂层施加至产品,然后,使其UV固化。经施加的涂层具有约7.0微米至约18微米的厚度。最后产品具有符合消费者接受标准的光亮、光泽面层,且涂层粘附到铸造产品的表面。对各种其它的Al-Ni-Mn铸造可移动电子装置罩壳重复此方法,但使用不同颜色。图37是说明所制备的可移动装置罩壳的照片,全部具有光亮、光泽面层,其基本上没有视觉上明显的表面缺陷,且涂层粘附到铸造产品的外表面。
[0424] 两种Al-3Ni-2Mn合金由类似如上文所提供的方式制备,不同的是没有将第一种产品化学蚀刻或机械抛光。将两种产品用红色硅聚合物涂层涂覆。如图42A和42B所示,经受化学蚀刻的产品基本上没有视觉上明显的表面缺陷(图42A),然而未化学蚀刻的产品包含视觉上明显的表面缺陷(图42B)。
[0425] 实施例10-具有大理石状面层的成型铸造产品的制造
[0426] 将Al-Ni-Mn合金铸造成汽车部件。Al-Ni-Mn合金包含约4.0wt.%Ni、约2.0wt.%Mn、约0.06wt.%Ti和约0.02wt.%B,余量为铝和杂质。汽车部件具有约3.5mm的标称壁厚,并且使用1-腔钢模具,在750吨Mueller-Weingarten HPDC压机上以经修改的Vacural处理来铸造。然后,将产品机械抛光以提供平滑并且反射性的表面,接着通过MEK溶液擦拭干净。随后,将产品用非蚀刻碱性清洁剂A31K于约150°F下清洁约2分钟。
接着,使产品于约36ASF的电流密度和约45°F的温度下,在大约20%硫酸浴中阳极化约
20分钟,这产生具有约17.5微米厚度的均匀Al-O-S区域(氧化物层)。然后,使产品浸入Okuno Blue TAC染料中持续约10分钟,而溶液温度为约140°F。接着,将产品于约190°F的溶液温度下在盐水溶液中进行密封约10分钟。然后,将产品机械抛光至高光泽。最后产品具有基本上没有视觉上明显的表面缺陷的明亮、大理石状面层。图38为说明所制备的大理石状汽车部件的照片。
[0427] 实施例11-可移动电子装置罩壳的铸造
[0428] 使用Al-6.7Ni-2.2-Mn铸造合金并使用切向浇口构造于各种注射速度下成型铸造四个可移动电子装置罩壳。然后,使成型铸造装置除油并且II型阳极化。具有在2.7-2.9m/s的最高注射速度的合金4获得最好的外观,仅具有少量视觉上明显的表面缺陷,然而由较低注射速度所制备的部件显著地具有更多视觉上明显的表面缺陷。
[0429] 将另外的各种Al-Ni和Al-Ni-Mn合金压铸成为成型铸造可移动电子装置罩壳。用于铸造这些合金的操作参数提供于下表18中。
[0430] 表18.用于铸造Al-Ni和Al-Ni-Mn合金的操作参数
[0431]
[0432] 图22A-22B分别为从包含约6.6wt.%Ni的Al-Ni合金,使用扇形浇口构造,根据表18的操作参数制备的铸态产品的透视和自顶向下的照片。图22C-22D分别为从包含约6.8wt.%Ni的Al-Ni合金,使用切向浇口构造,根据表18的操作参数制备的铸态产品的透视和自顶向下的照片。如这些照片所示,特别地,已经将包括流槽和浇口接合面类似物的表面特征整修和/或移除。
[0433] 图22E-22F分别为从包含约6.8wt.%Ni和约2.8wt.%Mn的Al-Ni-Mn合金,使用扇形浇口构造,根据表18的操作参数制备的铸态产品的透视和自顶向下的照片。图22G-22H分别为从包含约7.1wt.%Ni和约2.9wt.%Mn的Al-Ni-Mn合金,使用切向浇口构造,根据表18的操作参数制备的铸态产品的透视和自顶向下的照片。类似于上文,特别地,已经将包括流槽和浇口接合面类似物的表面特征整修和/或从这些铸态的产品移除。
[0434] 这些图22A-22H说明可成功地铸造没有主要缺陷的薄壁成型铸造铝合金产品,并且使用扇形浇口或切向浇口。对于意欲基本上没有明显的表面缺陷的产品,切向浇口构造可为有用的。对于意欲具有大理石状外观的产品,扇形浇口构造可为有用的。对于图20A-20B和22A-22H的铸态产品,任何刮痕、变色或颜色改变均为铸态的部件在其铸态条件下的典型特征,而不被认为是表面缺陷。例如,图22B中的部件上可见的颜色改变为铸造过程的特征,最可能是凝固速率改变的结果,这是由于部件相反侧上的螺旋突出部和/或筋条构件所致。通常,在已经受合适精加工方法后,如图20A-20B和22A-22H中所示的部件可能导致基本上没有视觉上明显的表面缺陷的消费电子工业部件的制备,如图36-37中所示,即使在其铸态条件下的部件,可能显示少许刮痕、变色和/或颜色改变等铸造特征。
[0435] 两种成型铸造Al-6.7Ni合金使用类似于上文表18中所提供的铸造参数制造,但一种使用扇形浇口构造,而另一种使用切线浇口构造。然后,使两种产品均除油、阳极化和密封。使用切线浇口构造制备的成型铸造产品实现比使用扇形浇口构造制造的产品显著更少的表面缺陷。这示于图39A(切向浇口构造)和图39B(扇形浇口构造)中。两种类似的产品(一种切向浇口和一种扇形浇口)通过化学蚀刻、阳极化、染色和机械抛光而精加工。即使在精加工之后,可在由扇形浇口构造制备的产品中看见视觉上明显的表面缺陷,然而使用切向浇口构造制备的成型铸造产品实现基本上较少的表面缺陷。这示于图40A(切向浇口构造)和40B(扇形浇口构造)中。
[0436] 虽然本公开的各种实施方案已经得到详细描述,但是这些实施方案的改变和修改对于本领域技术人员来说是明显的。然而,应该特别理解的是,这样的改变和修改落入本公开的精神和范围内。
QQ群二维码
意见反馈