用于模铸的铝合金及其制造方法 |
|||||||
申请号 | CN201510557045.3 | 申请日 | 2015-09-02 | 公开(公告)号 | CN105385903A | 公开(公告)日 | 2016-03-09 |
申请人 | 三星电子株式会社; SJ技术股份有限公司; | 发明人 | 黄龙旭; 金大旭; 金圣国; 李奉基; 李廷穆; 许昵; | ||||
摘要 | 铝 合金 ,其包含:4.0重量%至10.0重量%的 硅 (Si)、0.1重量%至4.0重量%的镁(Mg)、0.1重量%至1.0重量%的铬(Cr)、0.05重量%至1.0重量%的锌(Zn)、0.05重量%至1.0重量%的锰(Mn)、0.01重量%至1.0重量%的 钛 (Ti)、0.001重量%至0.5重量%的 锡 (Sn)、以及81.5重量%至95.689重量%的铝和至少一种杂质。 | ||||||
权利要求 | 1.铝合金,其包含: |
||||||
说明书全文 | 用于模铸的铝合金及其制造方法技术领域背景技术[0002] 通常,铝,作为仅次于铁被使用最多的金属,其质轻并且耐腐蚀性极佳、易于加工且还具有高导电率和导热率,并可用于结合诸如Cu、Mg、Si、Zn、Mn、Ni等材料来制造各种类型高强度且高度耐腐蚀的合金。因此,铝可用于各种应用,诸如飞机制造、家用制品制造、建筑、车辆制造以及机械制造。 [0003] 铝合金是根据其所含铝量以及其中存在的其他材料的类型进行分类。例如,1xxx系列铝可以是包含至少99.00重量%的铝的纯铝,2xxx系列合金可以包括Al-Cu合金,3xxx系列合金可以包括Al-Mn合金,4xxx系列合金可以包括Al-Si合金,5xxx系列合金可以包括Al-Mg合金,6xxx系列合金可以包括Al-Mg-Si合金,并且7xxx系列合金可以包括Al-Zn合金。 [0004] 与铁和钢相比,铝合金的最大优点在于,它们重量几乎只是铁和钢的重量三分之一,同时却具有与铁和钢相当的机械特性或具有比铁和钢更佳的机械特性。出于这种原因,近年以来,在与电子设备(例如,移动终端)有关的应用中,已越来越多地使用铝合金。 发明内容[0005] 提供铝合金,其包含:4.0重量%至10.0重量%的硅(Si)、0.1重量%至4.0重量%的镁(Mg)、0.1重量%至1.0重量%的铬(Cr)、0.05重量%至1.0重量%的锌(Zn)、0.05重量%至1.0重量%的锰(Mn)、0.01重量%至1.0重量%的钛(Ti)、0.001重量%至 0.5重量%的锡(Sn)、以及81.5重量%至95.689重量%的铝和至少一种杂质。 [0006] 方法,包括采用铝合金模铸电子设备部件,其中所述铝合金包含:4.0重量%至10.0重量%的硅(Si)、0.1重量%至4.0重量%的镁(Mg)、0.1重量%至1.0重量%的铬(Cr)、0.05重量%至1.0重量%的锌(Zn)、0.05重量%至1.0重量%的锰(Mn)、0.01重量%至1.0重量%的钛(Ti)、0.00重量%1至0.5重量%的锡(Sn)、以及81.5重量%至95.689重量%的铝和至少一种杂质。 [0007] 提供制造铝合金的方法,所述方法包括:通过将铝(Al)加热到700℃至800℃的温度将铝(Al)熔化;将所熔化的铝加热到850℃与900℃的温度,并向所述熔化的铝(Al)添加硅(Si),从而产生第一中间体合金;将所述第一中间体合金加热到1200℃或更低的温度,并向所述第一中间体合金添加铬(Cr)、锰(Mn)和钛(Ti)以产生第二中间体合金;将所述第二中间体合金冷却至700更少至800更少的温度,并将锌(Zn)和锡(Sn)添加至所述第二中间体合金以产生铝合金,其中所述铝合金包含:4.0重量%至10.0重量%的硅(Si)、0.1重量%至4.0重量%的镁(Mg)、0.1重量%至1.0重量%的铬(Cr)、0.05重量%至1.0重量%的锌(Zn)、0.05重量%至1.0重量%的锰(Mn)、0.01重量%至1.0重量%的钛(Ti)、 0.001重量%至0.5重量%的锡(Sn)、以及81.5重量%至95.689重量%的铝和至少一种杂质。 附图说明 [0008] 通过以下具体实施方式并结合附图,本发明的上述及其它方面、特征和优点将更为清楚,在附图中: [0009] 图1示出根据本发明的各种实施方式的用于制造铝合金的方法的流程图; [0010] 图2示出根据本发明的各种实施方式的表明各种试样的物理特性测试结果的图和表;以及 [0011] 图3示出根据本发明的各种实施方式的铝合金的腐蚀的比较例。 具体实施方式[0012] 在下文中,将结合附图来描述本发明的各实施方式。本发明能够以各种形式进行修改并且包括不同的实施方式,但是特定实施例在附图中示出并且在说明书中描述。然而,应当理解,不意图将本申请限制于本文所公开的特定形式;相反,应将本发明理解为涵盖在本发明范围内的所有修改、等同形式和/或替代形式。在附图说明中,相同或类似的参考数字用于指代相同或类似的要素。 [0013] 术语“包括”或“可以包括”是指存在可用于本发明各实施方式的相应的应公开的功能、操作或部件,且不限制一个或多个另外的功能、操作或部件。在本发明中的诸如“包括”或“具有”的术语可理解成指示某个特性、数量、步骤、操作、组分元素、部件或其组合,但也可以理解成不排除可能存在另外的一个或多个其他特性、数量、步骤、操作、组分元素、部件或其组合。 [0014] 本发明的各实施方式中使用的术语“或者”包括所列词语的任何或所有组合。例如,表达“A或B”可包括A、可包括B,或可包括A和B两者。 [0015] 本发明的各实施方式中使用的诸如“第一”、“第二”等表达可修饰各实施方式中的各种部件要素,但可不对对应部件要素进行限制。例如,上述表达并不限制要素的顺序和/或重要程度。该表达可用来将部件要素彼此区分开。例如,虽然第一用户设备和第二用户设备两者均是用户设备,但其是指示不同用户设备。例如,在不脱离本发明的范围的情况下,第一要素可被称为第二要素,且类似地,第二要素可被称为第一要素。 [0016] 当描述某个结构要素“连接到”或“接触”另一结构要素时,应当理解,虽然所述某个结构要素是直接连接或直接接触另一结构元素,但是仍可能有另外一结构元素介于两个结构元素之间。相反,当一个部件要素“直接联接”或“直接连接”到另一部件要素时,可以理解的是,在第一部件要素与第二部件要素之间并不存在第三部件元素。 [0017] 本发明各实施方式中的术语用于描述特定的实施方式,并且不意图限制本发明。单数表达可以涵盖复数表达,除非上下文中它们明确不同。 [0018] 除非另外定义,否则本文所使用的(包括技术性和科学性的术语的)所有术语具有如本发明所属领域的技术人员公知的相同含义。此类术语,(如在常用字典中定义的那些,)被解释为具有与相关领域中的上下文的含义等同的含义,并且不解释为具有理想化的或过于正式的含义,除非本发明明确地定义。 [0020] 根据本发明的电子设备可以是包括通信功能的设备。例如,电子设备可以包括以下各项中的至少一种:智能电话、平板式个人计算机(PC)、移动电话、视频电话、电子书阅读器、台式PC、笔记本电脑、PDA、便携式多媒体播放器(PMP)、MP3播放器、移动医疗设备、相机、可穿戴式设备(例如,头戴设备(HMD),如电子眼镜、电子服饰、电子手环、电子项链、电子饰物、电子纹身以及智能手表)。 [0021] 根据一些实施方式,电子设备可为带通信功能的智能家用电器。智能家用电器可以包括以下各项中的至少一种:例如,电视机、数字视频光盘(DVD)播放器、音频播放器、空调、清洁器、烤炉、洗衣机、空气净化器、机顶盒、TV盒(例如,三星的HomeSyncTM、apple TVTM、google TVTM)、游戏机、电子词典、电子钥匙、摄录像机或电子相框。 [0022] 根据一些实施方式,电子设备可以包括以下各项中的至少一种:各种医疗设备(诸如磁共振血管造影(MRA)扫描仪、磁共振成像(MRI)扫描仪、计算机化断层摄影(CT)扫描仪、扫描仪、超声图记录仪等等)、导航设备、全球定位系统(GPS)接收器、事件数据记录器(EDR)、飞行数据记录器(FDR)、车辆信息设备、船用电子设备(例如,航海导航设备和陀螺仪等等)、航空电子器件、安全设备、车辆头部单元、工业或家用机器人、金融机构或商店的POS(销售点)中的ATM(自动取款机)。 [0023] 根据一些实施方式,电子设备可集成到家具中或作为建筑物的部分。另外或替代地,电子设备可以包括电子板、电子签名接收设备、投影仪,以及包括相机功能的各种类型的测量设备(例如,水表、电表、气表、无线电波表等)。根据本发明的各种实施方式的电子设备可为上述各种设备中的一个或多个的组合。另外,根据本发明的各种实施方式的电子设备可为柔性设备。另外,根据本发明的各种实施方式的电子设备并不限于上述设备。 [0024] 根据本发明的方面,公开了一种铝合金。所述铝合金可包含以下中的至少一些:硅(Si)、镁(Mg)、铬(Cr)、锌(Zn)、锰(Mn)、钛(Ti)及锡(Sn)、锆(Zr)、镍(Ni)、镁(Mg)和铁(Fe)。现在论述这些元素中的每个: [0025] (1)硅(Si)含量:4.0重量%至10.0重量% [0026] 根据各实施方式,合金中的硅(Si)含量可为4.0重量百分比(重量%)至10.0重量%。根据实施方式,硅(Si)可发挥提高强度而不使耐腐蚀性降低的功能,并可确保合金可用于模铸所需的最小的流动性。根据实施方式,硅(Si)用于增加熔化材料的流动性、降低其收缩量,并增强耐热性。 [0027] 根据各实施方式,硅与镁(Mg)化合并通过老化离析成Mg2Si以便影响机械特性,并且在与镁(Mg)化合后留下的残余的硅(Si)单独分离,从而增强熔化金属机械特性并使熔化金属的流动性有效提高。 [0028] 根据各实施方式,当所添加的硅的量并未达到4.0重量%时,则无法获得所需的强度和流动性,并且相比之下,当添加的硅的量超过10.0重量%时,所形成的产品的成形效率和表面质量可能降低,并且所形成的产品的预期产品规格的满意程度可能因铝合金的较脆特性而无法实现。 [0029] (2)镁(Mg)含量:0.1重量%至4.0重量% [0030] 根据各实施方式,合金中的镁(Mg)含量可为0.1重量%至4.0重量%。 [0031] 根据各实施方式,镁(Mg)可有助于增强耐腐蚀性、强度、延度、重量以及可加工性。当所添加的镁的量小于0.1重量%时,其添加物效果并不充分。相比之下,当所添加的镁的量超过4.0重量%时,镁可发泡,并且开始燃烧。为了防止这种情况,可以使用另外的气体,并且可以通过含量控制解决这一问题。 [0032] 根据各实施方式,镁(Mg)随着上述硅(Si)一起离析为化合物,从而增强机械特性。然而,当Mg含量未达到0.1重量%时,可能会因离析出的Mg2Si量少而无法获得必要的强度,并且相比之下,当Mg含量超过4.0重量%时,镁的存在可能导致各种合金特性退化。例如,镁的存在可以降低合金强度,并降低其成形效率,由此降低产率,正如在过量硅(Si)的情况那样。另外,未形成Mg2Si的残余的Mg可以防止Mg2Si固体溶液降低强度。 [0034] (3)铬(Cr)含量:0.1重量%至1.0重量% [0035] 根据各实施方式,合金中的铬含量可为0.1重量%至1.0重量%。 [0036] 根据各实施方式,铬(Cr)用于通过晶粒细化增强耐磨损性,并且可有助于提高一定量的耐热性。根据实施方式,铬(Cr)可对重结晶层的形成和生长进行限制,并可分布在晶界上,同时随铝(Al)而形成化合物以在老化过程期间限制沉淀,由此提高伸长率。根据实施方式,铬(Cr)可有助于通过提高镁的氧化物层(MgO)密度来增强耐腐蚀性。 [0037] (4)锌(Zn)含量:0.05重量%至1.0重量% [0038] 根据各实施方式,合金中的锌(Zn)含量可为0.05重量%至1.0重量%。 [0039] 根据实施方式,锌(Zn)用于增强耐腐蚀性以及强度。在所添加的锌的量超过1.0重量%的情况下,(诸如可焊接性、耐腐蚀性等的物理特性)可能退化。根据实施方式,锌(Zn)还可有助于通过时效硬化来提高强度。 [0040] (5)锰(Mn)含量:0.05重量%至1.0重量% [0042] 根据实施方式,添加少量的锰(Mn)可有助于通过固体溶液硬化效应以及细沉淀物分散效应提高强度,并且略微降低耐腐蚀性。 [0043] (6)钛(Ti)含量:0.01重量%至1.0重量% [0044] 合金中的钛(Ti)含量可为0.01重量%至1.0重量%。 [0045] 根据各实施方式,钛(Ti)是用于颗粒细化的有效元素,并且当添加的钛的量超过1.0重量%时,钛可产生大量大且粗糙的金属间化合物,诸如TiAl3,由此使得合金机械特性退化。根据实施方式,钛(Ti)可有助于通过颗粒细化来使成形效率以及强度提高。 [0046] (7)锡(Sn)含量:0.001重量%至0.5重量% [0047] 根据各实施方式,合金中的锡(Sn)含量可为0.001重量%至0.5重量%。将锡(Sn)添加到合金可增强其成形效率以及可加工性。然而,当所添加的锡的量超过0.5重量%时,合金的热加工性和冷加工性可能受到不利影响。 [0048] (8)锆(Zr)含量:0.01重量%至1.0重量% [0049] 根据实施方式,合金中的锆(Zr)含量可为0.01重量%至1.0重量%。根据实施方式,锆(Zr)可以增强铝合金的强度,同时还提高伸长率。 [0050] (9)镍(Ni)含量:0.05重量%或更小 [0051] 镍(Ni)可在合金中作为杂质存在。镍(Ni)可随用于制造合金的铝一起引入到合金中。根据各实施方式,合金中的镍(Ni)含量可不超过0.05重量%。 [0052] 虽然镍(Ni)的存在可能增强合金的耐热性,但其也会产生一些不利后果。例如,当合金中包含有0.05重量%或更多镍时,合金耐腐蚀性就会降低。 [0053] (10)铁(Fe)含量:0.3重量%或更小 [0054] 铁(Fe)可在合金中作为杂质而存在。铁(Fe)可随用于制造合金的铝一起引入到合金中。根据各实施方式,合金中的铁(Fe)含量可不超过0.3重量%。 [0055] 根据各实施方式,铁(Fe)是可有助于通过提高合金密度来增强强度并且通过降低粘度来增强拆模能力的元素。虽然铁在铸造期间有效防止再结晶的颗粒粗化并且细化颗粒,但是铁的存在可能降低合金的挤出效率和延度。更具体地,当合金中包含有0.3重量%或更多铁时,铁可导致合金腐蚀。 [0056] (11)铜(Cu)含量:0.05重量%或更小 [0057] 铜(Cu)可在合金中作为杂质存在。铜(Cu)可随用于制造合金的铝一起引入到合金中。根据各实施方式,合金中的铜(Cu)含量可不超过0.005重量%。 [0058] 根据各实施方式,合金中的铜(Cu)的存在可以增强合金强度、延度(通过沉淀硬化)、耐腐蚀性以及其流动性(当合金处于熔化状态时)。然而,铜的存在也会降低耐腐蚀性、可焊接性以及挤出效率。因此,当合金中包含有0.05重量%或更多铜时,铜会导致合金腐蚀得更快。 [0059] (12)铝(Al)含量:90重量%或更多 [0060] 根据各实施方式,合金中的()铝(Al)可为90重量%。 [0061] 根据各实施方式,作为铝中的杂质,镍(Ni)、铁(Fe)和铜(Cu)的含量以超过预定重量%包含于合金中时,可能导致合金腐蚀。出于这个原因,合金中的这些金属的量维持低于0.005重量%,由此使得有可能制造出用于模铸的铝合金,其具有稳定的耐腐蚀性、高强度和良好的流动性。 [0062] 下文将描述根据本发明的各种实施方式的制造铝合金的工艺。 [0063] 图1示出根据本发明的各种实施方式的用于制造铝合金的工艺的流程图。 [0064] 在任务101处,通过将90重量%或更多的铝(Al)加热到高达700℃至800℃的温度来使其完全熔化。 [0065] 在任务103处,可向完全熔化的铝(Al)添加预设量的硅(Si)。根据实施方式,在完全熔化的铝(Al)达到850℃至950℃的温度后,可添加硅(Si)。根据实施方式,硅(Si)可添加的范围为4.0重量%至10.0重量%。 [0066] 在任务105处,在添加铝(Al)和硅(Si)后,温度可上升至1200℃。根据实施方式,钛(Ti)、铬(Cr)和锰(Mn)可添加至热熔化的材料,并且随后通过在相应温度下加热预设的时间段而完全熔化。根据实施方式,加热可进行的范围为4至5小时。根据各实施方式,钛(Ti)可添加的范围为0.01重量%至1.0重量%,铬(Cr)可添加的范围为0.1重量%至1.0重量%,并且锰(Mn)可添加的范围为0.05重量%至1.0重量%。根据实施方式,除了钛、铬和锰之外,还可添加锆(Zr)。根据实施方式,锆(Zr)可添加的范围为0.01重量%至1.0重量%。根据实施方式,锆(Zr)可增强铝合金的强度,同时还改善伸长率。 [0067] 在任务106处,执行熔化物的成分分析。 [0068] 在任务107处,基于分析结果,调节合金中存在的杂质的量。 [0069] 在任务109处,在调节合金中的杂质的量后,可通过自然冷却将高温的熔化物冷却至700℃至800℃的温度,并且随后可添加锌(Zn)和镁(Mg)并完全熔化。 [0070] 在任务111处,可以形成铝合金预成形件。根据各实施方式,可在模铸期间,向预成形件施加75Mpa的铸造压力。根据实施方式,可形成预成形件以在模铸期间表现250Mpa至350Mpa的范围的抗张强度特性。根据实施方式,可形成预成形件以在模铸期间表现150Mpa至250Mpa的范围的屈服强度特性。根据实施方式,可形成预成形件以表现出2.0%至4.5%的断裂伸长率。 [0071] 根据各实施方式,可在每次添加新元素时进行成分分析步骤。 [0072] 以下表1和表2表明根据本发明的各种实施方式的适当制备的铝合金的组合物表。 [0073] [表1] [0074] [0075] [表2] [0076] [0077] [0078] 根据各实施方式,铜(Cu)、铁(Fe)和镍(Ni),作为能够影响耐腐蚀性的不可避免杂质,可能并非有意地添加到合金。根据各实施方式,铝中可包含的铜(Cu)、铁(Fe)和镍(Ni)可在每个元素熔化步骤期间通过成分分析进行识别,并且基于总重,铜(Cu)和镍(Ni)可控制为0.05重量%或更小。根据实施方式,基于总重,铁(Fe)可控制为0.3重量%或更小。 [0079] 图2示出根据本发明的各种实施方式的表明各种试样的物理特性测试结果的图和表。 [0080] 如图2所示,可以通过控制铝合金的组合物的重量%制造具有所需物理特性的铝合金。例如,可以通过提高硅(Si)和镁(Mg)的含量来获得具有增加的强度的合金。然而,由于合金的伸长率可能降低,因此必须制备元素的适当的组合物以获得具有所需的物理特性(例如,抗张强度、屈服强度、伸长率等)的合金。 [0081] 图3示出根据本发明的各种实施方式的铝合金的腐蚀与普通的铝合金的腐蚀的比较例。 [0082] 参考图3,可以看出,根据本发明的各种实施方式制造的铝合金(附图中的左侧试样)比本领域已知的铝合金(附图中的右侧试样)具有更佳的耐腐蚀性。 [0083] 根据各实施方式,相比于商购的合金和普通的合金,用于模铸的铝合金因其上形成的稳定且致密的表面氧化物层而可在盐水环境、水和空气中具有稳定的耐腐蚀性。根据实施方式,铝合金可提供高质量的外模铸和内模铸部件,这些部件因其高强度和极佳的流动性而具有复杂的形状和结构, [0084] 图1-3仅作为实施例提供。参考这些附图而论述的步骤中的至少一些可同时执行、以不同的顺序执行,和/或一并省略。应当理解,提及本文所述实施例以及词语“诸如”、“例如”、“包括”、“一些方面”、“在一些实施方式中”等等不应被解释为将所修饰的主题仅限制于具体实施例。本文中的权利要求要素都不根据35U.S.C.112第6段条款进行理解,除非使用词语“用于……的装置”对所述要素明确表述。 [0085] 虽然本发明已参考在此所提供的实施例具体示出和描述,但是本领域的技术人员将理解,在不脱离如由随附权利要求书限定的本发明的主旨和范围的情况下,在此可对形式和细节进行各种改变。 |