CN103820682A - 铝轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝轮及其制造方法，该铝轮包括：作为主要成分的Al；Si：约0～2wt%（排除0）；Fe：约0～0.15wt%（排除0）；Cu：约0.5～1wt%；Mn：约0.03～0.2wt%；Mg：约0.8～1.2wt%；Cr：约0.05～0.35wt%；Zn：约0.2～0.6wt%；Ti：约0.01～0.1wt%；Sr：约0.001～0.05wt%；P：约0～0.001wt%（排除0）；以及不可避免的杂质。

Description

铝轮及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119（a）要求于2012年11月16日提交的韩国专利申请第10-2012-0129855号的权益，其全部内容并入本文以作参考。

技术领域

本发明涉及使用成本低且强度高的新型合金具体通过应用优异的阳极化技术而可以以多种颜色提供的轻质铝轮及其制造方法。

背景技术

铝轮是重要的车辆外部设计部件，并且其可以直接表现车辆特征。因此，许多努力集中在通过各种涂覆方法和表面处理改进其外观。在这之中有许多关于通过使用阳极化技术而进行色彩表现的研究，其能够表现出多种颜色，还能提供豪华的外观。

然而，常规使用的铝轮铸造材料合金（Al₇SiMg，A356）难以使用阳极化技术进行涂覆，因为其中的Si含量高导致阳极化质量降低。此外，领先的全球公司正在通过对昂贵的锻制铝合金（AlMgSi，A6082）应用阳极化来开发车轮。然而，使用这些合金来制造车辆成本过高。

在铝轮表面上实施多种颜色的新近技术集中为涂覆技术和镀覆技术。在对铝轮使用涂覆技术的情形中，尽管可以使用多种颜色，但由此涂覆的涂层的豪华性不合适。在镀覆技术的情形中，仅能施加有限的颜色并且比较昂贵。

当前使用的铝轮是通过在低压铸造工艺中使用铸造合金Al₇SiMg（A356）而制备的。A356合金包括高含量的Si（7%）。Si提供为铸造合金的主要成分，用于保证熔融金属的流动性并用于提高强度。然而，高Si含量对于在后续的阳极化工艺中形成Al₂O₃层是一个障碍，并且引起阳极化厚度不均和色彩表现不均。

因此，通过使用含有非常少量Si的A6082合金（Si：1wt%或更少）来进行阳极化工艺。A6082合金是锻造合金，不能被铸造。因此，使用A6082合金通过锻造工艺接着对其阳极化以施加期望的颜色，从而制造车轮。然而，A6082合金较贵，并且应使用最贵的一种铝成形工艺，即热锻工艺。因此，相比于常规的铝轮制造，该工艺因增加约300%的制造成本而成本过高。

KR10-1999-0041520A描述了“汽车用铝轮的表面处理以及由此制造的汽车用铝轮”，并且具体“涉及车辆用铝轮的表面处理方法以及通过该方法制造的车辆用铝轮”。其中记载，“通常有两种车辆用铝轮，涂覆铝轮和镀覆铝轮。镀覆铝轮在外部设计和质量方面优于涂覆铝轮，但由于因铝的特性难以进行抛光工艺（这在铝轮制造中是镀覆必需的工艺），因而具有制造成本高的缺点。因此，本发明致力于解决上述与现有技术有关的问题，目的在于通过使用涂覆工艺代替镀覆必需的抛光工艺来获得与通过抛光得到的表面一样精细的表面，从而容易且低成本地制造镀覆铝轮。

然而，尽管有所描述的技术，但KR10-1999-0041520A仍建议使用高成本的镀覆技术。

因此，需要具有精美的外部设计并保证强度而无需使用复杂的制造工艺的铝轮以及其制造方法。

以上提供的作为本发明相关技术的说明仅仅是为了帮助理解本发明的背景，不应将其理解为包括在本领域技术人员公知的相关技术内。

发明内容

本发明致力于解决上述与现有技术相关的问题。本发明提供一种铝轮及其制造方法，其中该铝轮能表现出多种颜色，并且由成本低、强度高的新型合金而不是锻造材料制成。根据本发明的实施方式，通过应用优异的阳极化技术，铝轮的可销性得到改进，并且可以提供比常规铝轮更轻质的铝轮。

根据多个实施方式，根据本发明的铝轮包括：作为主要成分的Al；Si：约0～2wt%（排除0wt%）；Fe：约0～0.15wt%（排除0wt%）；Cu：约0.5～1wt%；Mn：约0.03～0.2wt%；Mg：约0.8～1.2wt%；Cr：约0.05～0.35wt%；Zn：约0.2～0.6wt%；Ti：约0.01～0.1wt%；Sr：约0.001～0.05wt%；P：约0～0.001wt%（排除0）；以及不可避免的杂质，其中wt%基于铝轮的总重。此外，在Al被提及为“主要成分”时，理解为存在的Al高于约50wt%，高于约60wt%，高于约70wt%，高于约80wt%，高于约85wt%或高于约90wt%。

根据多个实施方式，通过使用重力倾斜浇注铸造（gravity tilt pourcasting）从边缘部分浇注熔融金属来制造铝轮。

根据多个实施方式，在阳极化处理之后对铝轮进行彩涂。

根据多个实施方式，对暴露在外（即，当设置在车辆上时可见）的最外设计面进行阳极化处理之后，对铝轮进行彩涂。

根据多个实施方式，对铝轮进行涂覆，随后将暴露在外的最外设计面的涂层的至少一部分去除，然后在对其进行阳极化处理之后再次进行彩涂。根据多个实施方式，从最外面去除整个涂层，随后在对其进行阳极化处理之后再次进行彩涂。

根据多个实施方式，用于制造铝轮的方法包括制备铝合金熔融金属的制备步骤和通过使用铸模制造铝轮的铸造步骤，该铝合金熔融金属包括：作为主要成分的Al；Si：约0～2wt%（排除0）；Fe：约0～0.15wt%（排除0）；Cu：约0.5～1wt%；Mn：约0.03～0.2wt%；Mg：约0.8～1.2wt%；Cr：约0.05～0.35wt%；Zn：约0.2～0.6wt%；Ti：约0.01～0.1wt%；Sr：约0.001～0.05wt%；P：约0～0.001wt%（排除0）；以及不可避免的杂质，其中wt%基于铝轮的总重。

根据多个实施方式，铸造步骤包括使用重力倾斜浇注铸造装置，并且可以从铝轮模具的边缘部分浇注熔融金属。

根据多个实施方式，铸造步骤还包括在对制造的铝轮进行阳极化处理之后对其进行彩涂的涂覆步骤。

根据多个实施方式，铸造步骤还包括如下的涂覆步骤：在对制造的铝轮进行彩涂之后，从暴露在外的最外设计面至少部分地去除涂层；然后对其进行阳极化处理，随后再次对其进行彩涂。根据多个实施方式，从最外面去除整个涂层，随后进行阳极化处理和彩涂。

根据多个实施方式，铸造步骤还包括在对暴露在外的最外设计面进行阳极化处理之后对其进行彩涂的涂覆步骤。

根据以下的具体实施方式、附图和权利要求，本发明的其它特征和方面将会显而易见。

附图说明

现在将参考在附图中图示的某些示例性实施方式对本发明的以上和其它特征进行详细说明，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本发明的限制，其中：

图1是示出根据本发明一个实施方式的铝轮铸造方法的图；

图2是示出根据本发明一个实施方式的铝轮的切割侧的图；

图3是根据本发明一个实施方式的铝轮的透视图；且

图4是示出根据本发明一个实施方式的铝轮制造方法的流程图。

应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本发明的基本原理的各种优选特征的一定程度的简化表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。

在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

以下，将参照附图对根据本发明的优选实施方式的铝轮及其制造方法进行详细描述。

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车（例如，来源于石油以外的资源的燃料）。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该（a、an、the）”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括（comprises和/或comprising）”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。

除非特别说明或从上下文明显得到，否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内，例如在均值的2个标准差范围内。“约”可以理解为在所述数值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01%内。除非另外从上下文清楚得到，本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。

图1是示出根据本发明一个实施方式的铝轮铸造方法的图。根据示例性实施方式，本发明的铝轮包括：作为主要成分的Al；Si：约0～2wt%（排除0wt%）；Fe：约0～0.15wt%（排除0wt%）；Cu：约0.5～1wt%；Mn：约0.03～0.2wt%；Mg：约0.8～1.2wt%；Cr：约0.05～0.35wt%；Zn：约0.2～0.6wt%；Ti：约0.01～0.1wt%；Sr：约0.001～0.05wt%；P：约0～0.001wt%（排除0wt%）；以及不可避免的杂质，其中wt%基于铝轮的总重。

本发明涉及轻质、彩色的阳极化铝轮。更具体地，本发明涉及由成本低、强度高且其上可表现出多种颜色的新型合金形成的铝轮。本发明还涉及应用阳极化技术来形成比常规铝轮更轻质并且具有改进的可销性的铝轮。

根据本发明，提供的铝轮包括低含量的Si，具体为2wt%或更少量的Si。根据多个方面，铝轮由可以铸造的新型合金形成。由此，该铝轮及其制造方法可包括使用铸造工艺。提供的本发明铝轮具有较好的阳极化特性，由此形成美丽光泽和高质量涂覆。根据本发明，可以将制造成本降低至常规产品的制造成本的约1/3或更低。

具体地，根据常规技术，为了保证期望的阳极化特性，一般的铸造用铝合金含有约7wt%的量的Si。然而，这样导致阳极化均匀度和色彩表现因表面上形成的Si沉积而令人不满意的几率高。因此，本发明通过限制Si的含量，具体限制到不高于2wt%，来保证阳极化均匀度和色彩清晰度。

此外，根据常规技术，为解决因Si含量低而引起的熔融金属流动性低的问题，使用重力倾斜浇注铸造来代替中心浇口低压铸造技术，从而保证重力方向的流动性。通过从铝轮的边缘部分的端部朝向中心浇注熔融金属，从而从薄壁部分向厚壁部分进行浇注，以便进一步保证流动性。

根据本发明的实施方式，为提高铝轮的强度（其因Si含量低所引起的低Mg₂Si而降低），增加Mg含量以保证过量的Mg并改进固体溶液强化效应。此外，通过增加Cu含量而改进沉淀硬化效应，并且通过增加Mn和Zn含量而进一步改进固体溶液强化效应。此外，关于防止铝轮在升高的温度下破裂，添加约0.05～0.35wt%的量的Cr，以防止由低Si含量引起的热裂。

根据多个方面，如图1所示，可以通过使用重力倾斜浇注铸造装置100从边缘部分180浇注熔融金属200来制造本发明的铝轮。常规地，通常通过低压铸造来制造铝轮。然而，由于本发明中使用的合金的Si含量较低，难以实施低压铸造。因此，通过使用重力倾斜浇注铸造技术，通过以重力铸造补偿降低的流动性来制造本发明的铝轮。

而且，低压铸造技术通常具有以下缺点，即，设有熔融金属进口的轮毂的周围温度较高。这对这部分的机械特性有负面作用。另一方面，在本发明的重力倾斜浇注铸造技术中，边缘部分180作为熔融金属200的进口，并且将冷却通道160进一步添加到轮毂，该轮毂是比较厚的部分。结果，DAS（枝晶臂间距）降低，引起增强的机械特性。此外，根据多个实施方式，可以在上模具120和下模具140中同等地安置冷却通道，从而充分地保证机械强度。这可以解决之前由于进口位于轮毂处而缺乏冷却的问题。

此外，本发明的合金是高强度的330Mpa级的合金，其比250～280Mpa的常规铸造合金的强度高。如图2所示，通过降低轮辐320后部的厚度，可以有利地使铝轮制得更轻质。例如，通过降低轮辐后部的厚度，根据本发明的铝轮的重量相比相同的铝轮可以降低约5%（2.5kg/车）。

图3是根据本发明一个实施方式的铝轮的透视图，且图4是示出根据本发明一个实施方式的铝轮制造方法的流程图。根据本发明，通过在阳极化处理之后进行彩涂，可以使本发明的铝轮300具有精美的外部设计。

具体地，在本发明的铝轮300中，通过在阳极化处理之后对暴露在外的最外设计面340进行彩涂，来提高涂覆质量。如上所述，可以通过限制Si含量（具体限制到约2wt%或更少）而获得该效果，因为Si是用于保证熔融金属的流动性和提高铸造合金的强度的主要成分。然而，高Si含量对于在阳极化工艺中形成Al₂O₃层是一个障碍，并且在通过阳极化进行上色时引起不均匀的阳极化厚度和不均匀的色彩表现。

此外，根据多个实施方式，可以在对车轮上色之后再次对铝轮300上色。具体地，在对车轮上色之后，将暴露在外的最外设计面340的涂层的至少一部分去除，然后将设计面340阳极化，并重新涂覆。

即，在加工铝轮之后，通常通过底涂（粉末或液体底漆）→中涂（液体颜色）→顶涂（粉末或液体清漆）来制备铝轮。可以在加工整个车轮之后进行阳极化处理，但通常根据设计仅在表现颜色的适用部分进行阳极化处理。因此，可以在对车轮进行底涂和中涂之后进行阳极化处理。在阳极化之后，然后可以对车轮进行再加工，具体是通过从设计面去除底涂层和中涂层，从而去除底涂层和中涂层。

通过这个技术，可以仅在去除了底涂层和中涂层的部分执行阳极化，而剩余部分（其上保持有底涂层和中涂层的部分）自然地免于阳极化。类似地，当制造铝轮时，底涂层和中涂（颜色）层可以涂覆有多种颜色，而阳极化部分可以涂覆有不同颜色，从而制造可以进一步提高可销性的多色车轮。

根据本发明的实施方式，通过与通常用于锻制铝合金相同的方法施加阳极化。在对铸造车轮进行阳极化的情形中，由于Si成分而不均匀地形成阳极化层。此外，在上色时，车轮被染色或显示出不同颜色，导致可销性低。另一方面，具体通过使用低量的Si，比如最低量不高于约2wt%，即使在实施与之前使用的方法相同的阳极化方法时，本发明中使用的合金也提供优异的阳极化层和优异的色彩表现。

图4示出的是根据本发明一个实施方式的铝轮制造方法的流程图。如所示出的，本发明的铝轮制造方法包括：按顺序的制备步骤S100、铸造步骤S200和涂覆步骤S300。根据本发明的实施方式，该方法包括制备铝合金熔融金属的制备步骤和通过使用铸造模具制造铝轮的铸造步骤，其中铝合金熔融金属包括：作为主要成分的Al；Si：约0～2wt%（排除0wt%）；Fe：约0～0.15wt%（排除0wt%）；Cu：约0.5～1wt%；Mn：约0.03～0.2wt%；Mg：约0.8～1.2wt%；Cr：约0.05～0.35wt%；Zn：约0.2～0.6wt%；Ti：约0.01～0.1wt%；Sr：约0.001～0.05wt%；P：约0～0.001wt%（排除0wt%）；以及不可避免的杂质。

此外，根据多个方面，通过使用重力倾斜浇注铸造装置100来执行铸造步骤S200，并且从铝轮模具的边缘部分180浇注熔融金属200。并且，铸造步骤S200还可包括在阳极化处理之后对制造的铝轮进行彩涂的涂覆步骤S300。

在涂覆步骤S300中，可以在对制造的铝轮进行彩涂之后，将暴露在外的最外设计面340的涂层部分地或全部地去除（即，去除到任意程度）；然后可以进行阳极化，随后再次对其进行彩涂。在另一个实施方式中，如上所述，可以对暴露在外的最外设计面进行阳极化，随后对其进行彩涂。

根据本发明，通过使用低量的Si，比如最低量（例如，不高于2wt%）水平的Si，即使在使用与之前所用方法相同的阳极化方法时，也可以获得具有优异的阳极化层和/或优异的色彩表现的阳极化车轮。本发明提供具有优异可销性的铝轮。

此外，通过使用重力倾斜浇注铸造，可以提高铝轮轮毂周围的强度，并且可以制造轻质的铝轮。

此外，通过应用阳极化技术，可以在比锻造材料成本低且强度高的新型合金上表现出多种颜色，并且可以获得比常规铝轮更轻质的铝轮。

已经参考本发明的优选实施方式详细描述本发明。然而，本领域的技术人员能够理解，可以在不偏离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式作出改变或变更，本发明的范围由权利要求及其等同方式限定。

Claims (10)

1.一种铝轮，包括：作为主要成分的Al、高于0wt%且高达约2wt%的Si、高于0wt%且高达约0.15wt%的Fe、约0.5～1wt%的Cu、约0.03～0.2wt%的Mn、约0.8～1.2wt%的Mg、约0.05～0.35wt%的Cr、约0.2～0.6wt%的Zn、约0.01～0.1wt%的Ti、约0.001～0.05wt%的Sr、高于0wt%且高达约0.001wt%的P和不可避免的杂质，其中wt%基于所述铝轮的总重。

2.根据权利要求1所述的铝轮，其是通过使用重力倾斜浇注铸造从重力倾斜浇注铸造装置的边缘部分浇注所述Al、Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、Sr、P的熔融金属和不可避免的杂质而制造的。

3.根据权利要求1所述的铝轮，其中对所述铝轮的至少一部分进行阳极化和彩涂。

4.根据权利要求1所述的铝轮，其中在阳极化处理之后对所述铝轮的暴露在外的最外设计面进行彩涂。

5.根据权利要求1所述的铝轮，其中暴露在外的最外设计面涂覆有涂层，所述涂层的至少一部分被去除，随后对所述涂层被去除的所述最外设计面进行阳极化处理并上色。

6.一种用于制造铝轮的方法，包括：

制备铝合金熔融金属的制备步骤，所述铝合金熔融金属包括：作为主要成分的Al、高于0wt%且高达约2wt%的Si、高于0wt%且高达约0.15wt%的Fe、约0.5～1wt%的Cu、约0.03～0.2wt%的Mn、约0.8～1.2wt%的Mg、约0.05～0.35wt%的Cr、约0.2～0.6wt%的Zr、约0.01～0.1wt%的Ti、约0.001～0.05wt%的Sr、高于0wt%且高达约0.001wt%的P和不可避免的杂质；以及

通过使用铸模由所述熔融金属制造铝轮的铸造步骤。

7.根据权利要求6所述的用于制造铝轮的方法，其中所述铸造步骤包括通过使用重力倾斜浇注铸造装置从铝轮模具的边缘部分浇注所述熔融金属而进行铸造。

8.根据权利要求6所述的用于制造铝轮的方法，其中所述铸造步骤还包括在对制造的铝轮进行阳极化处理之后对其至少一部分进行彩涂以形成涂层的涂覆步骤。

9.根据权利要求8所述的用于制造铝轮的方法，其中所述铸造步骤还包括在对所述制造的铝轮进行彩涂之后，从所述铝轮的暴露在外的最外设计面去除所述涂层的至少一部分；然后进行阳极化处理，随后对所述最外设计面进行彩涂。

10.根据权利要求6所述的用于制造铝轮的方法，其中所述铸造步骤还包括对所述铝轮的最外设计面进行阳极化处理随后进行涂覆的涂覆步骤。

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