CN102811833B

CN102811833B - 铝合金接合部件

Info

Publication number: CN102811833B
Application number: CN201080065641.5A
Authority: CN
Inventors: 小关好和; 福田敏彦; 加藤健志
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2030-10-08
Also published as: US9051633B2; KR101399301B1; EP2548689A4; EP2548689B1; CN102811833A; WO2012046352A1; KR20120118850A; EP2548689A1; US20130029114A1

Abstract

本发明提供一种铝合金接合部件，通过摩擦搅拌接合形成接合部进行接合，制成铝合金接合部件的铝合金材料含有Mg：0.3～6.0%(质量%，以下相同)、Cu：0.2%以下、Si：0.1%以下、Fe：0.1%以下、余量为Al及不可避免的杂质，通过将利用光学显微镜观察时的该铝合金中分散的第二相粒子的粒径设为5μm以下，在铝合金接合部件的相当于接合部的部分，与其以外的部分相比，第二相粒子均匀分散，因此，由于蚀刻引起的坑的形成的变化变小，能够消除阳极氧化覆膜中的色调差。

Description

铝合金接合部件

技术领域

本申请发明涉及一种铝合金接合部件，其用于车辆用轮及壳体的制造，所述车辆用轮及壳体是将铝合金材料的端部之间通过摩擦搅拌接合接合成一体后，通过阳极氧化处理形成覆膜而成的。

背景技术

以往，在车辆用轮及壳体的制造中，从其轻量性考虑，在制造中使用铝合金接合部件。例如，在车轮的制造中，在将板状的铝合金材料制成圆筒状，将其端部对接后，将该端部之间通过摩擦搅拌接合接合成一体，形成圆筒状。进一步，通过对两端进行扩口加工成形为产品。然后，将接合部的相反的面作为设计面，为了提高该设计面的耐腐蚀性及耐磨损性，通过阳极氧化处理形成覆膜。

另外，壳体的情况下，将由铝合金材料构成的侧部材料和盖部材料通过摩擦搅拌接合接合成一体。然后，对于接合成一体的侧部材料和盖部材料，在对包括接合部的接合部侧的表面平滑地进行平面切削后，为了提高耐腐蚀性及耐磨损性，通过阳极氧化处理形成覆膜，制成设计面。

但是，形成于上述设计面上的覆膜中，可能在对应于该接合部的部分与其它部分之间由于结晶粒径的不同而在覆膜中产生色调差。

因此，为了消除铝合金接合部件的覆膜中对应于接合部的部分与其它部分之间产生的由于结晶粒径的不同而引起的色调差，提出了实施热处理以谋求结晶粒径的均匀化。

但是，即使如上所述，通过热处理以谋求结晶粒径的均匀化，有时也不能充分改善铝合金接合部件的覆膜中对应于接合部的部分与其它部分之间产生的色调差。

因此，首先对铝合金接合部件的通过摩擦搅拌接合形成的接合部和其以外的部分的截面微观结构通过光学显微镜进行了详细的比较研究。其结果是，在接合部中，由粗大的Al-Fe-Si系构成的第二相粒子通过搅拌被粉碎成微细状，因此，2μm以上的第二相粒子减少，几乎未能发现5μm以上的第二相粒子。而且，对形成覆膜的设计面中相当于接合部的部分(下面，称为“相当于接合部的部分”)和其以外的部分进行比较研究时，发现在相当于接合部的部分中，包括粗大的第二相粒子的第二相粒子不均匀地分散。即，认为在这样的相当于接合部的部分中的不均匀分散的第二相粒子使得由蚀刻引起的坑的形成的变化变大，因此形成覆膜的色调差。

因此，为了消除上述铝合金接合部件的覆膜的色调差，需要将铝合金部件中的第二相粒子适当控制为均匀分布。

现有技术文献

专利文献1:特开2003-225780号公报

专利文献2:特开2003-230970号公报

发明内容

发明所要解决的课题

要解决的问题点在于，不能消除通过铝合金接合部件的阳极氧化处理形成的覆膜的相当于接合部的部分中的第二相粒子的不均匀分散所引起的色调差。

用于解决课题的手段

作为第一特征，本申请发明的铝合金接合部件是包含Mg：0.3～6.0%(质量%，以下相同)、Cu：0.2%以下、Si：0.1%以下、Fe：0.1%以下、余量为Al及不可避免的杂质的铝合金材料，通过光学显微镜观察时的该铝合金材料中分散的第二相粒子的粒径为5μm以下，其中，将该铝合金材料的端面彼此通过摩擦搅拌接合接合成一体以形成接合部，在该接合部侧的表面或其相反表面通过阳极氧化处理形成覆膜。因此，由于在所述铝合金材料中，控制了形成第二相粒子的Si及Fe的含量及第二相粒子的平均粒径自身，即使通过摩擦搅拌接合对该铝合金材料进行接合，相当于接合部的部分与其以外的部分比较，也进一步抑制了第二相粒子的不均匀分散。其结果是，在该相当于接合部的部分与其以外的部分之间，由于蚀刻引起的坑的形成的变化变小，因此，能够防止铝合金接合部件的覆膜的色调差。

在这里，所述铝合金接合部件所含有的Mg有助于调节车辆用轮及壳体的强度。因此，若不足0.3%，则强度不够，若超过6.0%，则成形困难，因此，在本申请发明中设为0.3～6.0%，从兼顾确保强度和成形的容易性两者的观点考虑，优选1.0～6.0%，更优选设为2.0～6.0%。

另外，Cu有助于使阳极氧化处理后的整个覆膜的色调均匀。因此，若超过0.2%，则阳极氧化处理后的覆膜由于Al-Cu系微细析出物的影响而浑浊，因此，在本申请发明中设为0.2%以下。

另外，Si及Fe形成由Al-Fe-Si系构成的第二相粒子，若该Si及Fe的含量超过0.1%，则容易形成粒径超过5μm的粗大的Al-Fe-Si系第二相粒子。因此，摩擦搅拌接合时，虽然在接合部粗大的第二相粒子被优先粉碎，但是，在相当于接合部的部分，由于摩擦搅拌接合的搅拌，包含粗大的第二相粒子在内的第二相粒子不均匀分散。其结果是，由于在相当于接合部的部分不均匀分散的第二相粒子与其以外的部分的第二相粒子相比，蚀刻引起的坑的形成的变化变大，成为覆膜的色调差的原因。因此，在本申请发明中，Si及Fe的含量设为0.1%以下。更优选Si及Fe的含量为0.07%以下。

作为第二特征，在第一特征的基础上，本申请发明的铝合金接合部件中，通过光学显微镜观察时的所述铝合金材料中的第二相粒子以10000个/mm²以下的方式分散。因此，通过减少铝合金材料中分散的第二相粒子，能够通过摩擦搅拌接合时的搅拌，在相当于接合部的部分，与其以外的部分相比，使第二相粒子的分散为最小限。其结果是，由于蚀刻引起的坑的形成的变化变小，能够更可靠地消除覆膜的色调差。

在这里，第二相粒子的不均匀分散如上所述，成为铝合金接合部件上的通过阳极氧化处理形成的覆膜的色调差的原因。因此，若通过光学显微镜观察时的第二相粒子的分散密度超过10000个/mm²，则摩擦搅拌接合时，相当于接合部的部分中的第二相粒子的分散与其它部分相比更不均匀。因此，由于蚀刻引起的坑的形成的变化变大，覆膜中产生色调差。因此，在本申请发明中，为了防止相当于接合部的部分中的不均匀分散，减少第二相粒子自身的存在，将通过光学显微镜观察时的第二相粒子的分散密度设为10000个/mm²以下。

发明效果

本申请发明的铝合金接合部件即使在接合部侧的表面或其相反表面通过阳极氧化处理形成覆膜，也能够通过限制形成相当于接合部的部分和其以外的部分中的第二相粒子的金属的含量、第二相粒子的粒径，可靠地消除第二相粒子的不均匀分散引起的色调差，形成均匀的覆膜，因此具有能够提高铝合金接合部件产品的质量的优异效果。另外，通过控制第二相粒子的分散密度，可更有效地消除色调差。

具体实施方式

通过限制形成第二相粒子的Si及Fe的含量、第二相粒子的粒径实现了消除通过摩擦搅拌接合而接合的铝合金接合部件的覆膜中在相当于接合部的部分与其以外的部分之间产生的色调差这一目的。更优选以还限制分散密度的形式来实现。

实施例

因此，如下所述，确认了本申请发明的效果。

首先，对于铝合金材料，将形成第二相粒子的Si及Fe中，Si或Fe的含量在上限附近的两种5000系铝合金作为本发明材料1、本发明材料2或本发明材料3使用。将Si或Fe的含量稍超出上限的两种5052材料作为5052材料1或5052材料2，作为本发明材料1、2或3的比较例使用。

另外，该本发明材料及5052材料的化学成分如表1所示。

本发明材料和比较例的5052材料的供试材料是通过半连续铸造制造成铸块后，通过均质化处理、热轧、冷轧使其板厚为2.5mm，之后，通过最终退火制成O调质度材料(软化材料)而得到的。分别制造两片100mm宽×200mm长的板，使长度方向对接，对对接部进行摩擦搅拌接合。工具的转速为500rpm，接合速度为800mm/分，工具的直径为7mm，搅拌针的直径为3mm。

[表1]（质量%）

材料	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	Al
										本发明材料1	0.08	0.07	0.12	0.00	5.89	0.01	0.00	0.00	余量
本发明材料2	0.09	0.02	0.16	0.00	3.87	0.01	0.00	0.00	余量
										本发明材料3	0.03	0.10	0.07	0.00	3.17	0.01	0.00	0.00	余量
5052材料1	0.12	0.07	0.02	0.02	2.44	0.21	0.01	0.02	余量
										5052材料2	0.04	0.13	0.05	0.03	2.61	0.19	0.02	0.01	余量

将作为上述本申请发明的实施例的本发明材料1、2或3和作为比较例的5052材料1、2的铝合金材料的长度端面对接后，通过摩擦搅拌接合接合成一体以形成接合部，接合后，对包括接合部在内的接合面进行利用铣床的平面切削，将表层切削掉0.5mm后，利用喷丸机进行表面粗糙化加工，通过利用硫酸进行的阳极氧化处理，形成10μm厚的阳极氧化覆膜。

其结果是，在形成于利用本申请发明的实施例，即本发明材料1、2或3形成的铝合金接合部件上的覆膜中，在相当于接合部的部分与其以外的部分之间没有色调差，确认了本申请发明的效果。另一方面，在形成于利用比较例，即5052材料1、2形成的铝合金接合部件上的覆膜中，在相当于接合部的部分与其以外的部分之间产生了色调差。

另外，在利用上述本申请发明的实施例，即本发明材料1、2或3形成的铝合金接合部件及利用比较例，即5052材料1、2形成的铝合金接合部件中，观察了相当于接合部的部分和其以外的部分的平面切削0.5mm后的表面微观结构。微观结构是通过在抛光之后，用5%氢氟酸蚀刻后，利用光学显微镜放大到400倍，通过图像解析，测量1μm间距下的各粒径在每1mm²的分布数而得到的。

其结果是，确认了如下情况：在利用本申请发明的实施例，即本发明材料形成的铝合金接合部件中，在相反面的相当于接合部的部分，与其以外的部分相比，第二相粒子不偏向地均匀分散，在本发明材料1的情况下，最大粒径为5μm，5μm以下的第二相粒子的分散密度为7350个/mm²，在本发明材料2的情况下，最大粒径为4μm，4μm以下的第二相粒子的分散密度为2310个/mm²，在本发明材料3的情况下，最大粒径为5μm，5μm以下的第二相粒子的分散密度为4150个/mm²，与此相对，在利用比较例，即5052材料形成的铝合金接合部件中，在相当于接合部的部分，与其以外的部分相比，第二相粒子不均匀分散，在5052材料1的情况下，最大粒径为6μm，6μm以下的第二相粒子的分散密度为6170个/mm²，在5052材料2的情况下，最大粒径为7μm，7μm以下的第二相粒子的分散密度为8620个/mm²。

另外，关于作为第二特征的分散密度，确认了其效果。

作为本发明材料，使用本发明材料4，作为5052材料，使用含Fe量大的5052材料3。化学成分如表2所示。供试材料的制造方法、评价方法与上述相同。

其结果是，确认本发明材料4在阳极氧化处理后没有相当于接合部的部分的色调差，没有条纹图案，最大粒径为4μm，4μm以下的第二相粒子的分散密度为2390个/mm²，与此相对，确认5052材料3在阳极氧化处理后，在相当于接合部的部分产生色调差，在相当于接合部的部分，与其以外的部分相比，第二相粒子不均匀分散，最大粒径为8μm，8μm以下的第二相粒子的分散密度为11670个/mm²。

[表2]

材料	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	Al
										本发明材料4	0.04	0.07	0.08	0.00	3.25	0.01	0.00	0.00	余量
5052材料3	0.09	0.28	0.03	0.01	2.52	0.18	0.01	0.01	余量

Claims

1.一种铝合金接合部件，其是以质量％计包含Mg：0.3～6.0％、Cu：0.2％以下、Si：0.1％以下、Fe：0.1％以下、余量为Al及不可避免的杂质的铝合金材料，其特征在于，

通过光学显微镜观察时的该铝合金材料中分散的由Al-Fe-Si构成的第二相粒子的粒径为5μm以下，

将该铝合金材料的端面彼此通过摩擦搅拌接合接合成一体，以形成接合部，

在该接合部侧的表面或其相反表面通过阳极氧化处理形成覆膜。

2.权利要求1所述的铝合金接合部件，其特征在于，通过光学显微镜观察时的所述铝合金中的第二相粒子以10000个/mm²以下的方式分散。