CN103842533A - 包含铁-锰均匀固溶体的铝合金及其制造方法 - Google Patents

包含铁-锰均匀固溶体的铝合金及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种包含铁-锰均匀固溶体的铝合金及其制造方法。根据一个实施方式，提供铁-锰合金粉末。将所述铁-锰合金粉末注入熔融铝中。通过铸造熔融铝制造包含铁-锰均匀固溶体的铝合金。

Description

包含铁-锰均匀固溶体的铝合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及铝合金及其制造方法，更具体地，涉及其中在铝基体中形成铁-锰完全固溶体(complete solid solution)的铝合金，以及其制造方法。
背景技术
将合金元素(成合金元素，alloying element)加入铝合金中以用于多种用途。这些合金元素可影响铸造质量或合金结构。因此，为了改善铸造质量或控制合金结构，存在控制合金元素的种类和形式的需求。
例如，考虑到铸造质量，可添加铁用于防止铝合金与用铁基合金制造的模具的粘模(焊接，soldering)。然而，由于铁可降低铝合金的耐腐蚀性，铁的添加也可受到限制。就这方面，存在通过将铁加入铝合金中防止耐腐蚀性的降低以及模具粘模的需求。
作为另一个例子，考虑到合金结构，典型的耐热铝合金的耐热性能可通过将铁等添加到铝基体中以分散和控制铝与合金元素之间的金属间化合物来实现。这些金属间化合物可在从液相到固相的凝固过程中在铝基体中结晶，或者可通过铝合金的热处理而在铝基体中沉淀。
然而，上述铝合金的耐热性可能在200℃或更高的环境中退化。在其中将铝合金在200℃或更高下保持长时间的情况下，为了使结晶或沉淀的金属间化合物维持热力学平衡，该结晶或沉淀的金属间化合物可与铝基体反应以形成新的金属间相，或者由于这样的金属间化合物长大(变粗，coarsen)可发生裂纹的产生和扩展。
发明内容
技术问题
本发明提供在铝基体中包含铁-锰完全固溶体的铝合金及其制造方法。
本发明的目的示例性提供，并且本发明的范围并不受这些目的的限制。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供制造铝合金的方法。提供铁-锰合金粉末。将所述铁-锰合金粉末引入到铝熔体中。通过模铸所述铝熔体制造包含铁-锰完全固溶体的铝合金。
在所述制造方法中，所述铁-锰合金粉末可使用雾化法制备。
所述制造方法可进一步包括：在引入所述铁-锰合金粉末之后，使至少部分所述铁-锰合金粉末在所述铝熔体中熔融。此外，所述熔融可使用等离子弧熔炼法或真空感应熔炼法进行。
在该制造方法中，除了作为母材的铝之外，所述铝熔体还可包括作为添加元素的铜和硅。
在该制造方法中，除了作为母材的铝之外，所述铝熔体还可包括作为添加元素的硅和镁。
根据本发明的另一个方面，提供了包括如下的铝合金：铝基体；以及分布在所述铝基体中的铁-锰完全固溶体，其中所述铝合金具有比具有相同组成的其它铝合金高的伸长率，在所述其它铝合金的组成中铁和锰不形成完全固溶体，而与铝形成化合物。
根据本发明的另一个方面，提供制造铝合金的方法。提供包含第一量的铁-锰完全固溶体的第一铝合金。使所述第一铝合金熔融在铝熔体中。通过铸造所述铝熔体制备包含第二量的铁-锰完全固溶体的第二铝合金，所述第二量比所述第一量小。
在该制造方法中，提供所述第一铝合金可包括通过引入到第一铝熔体中而使铁和锰熔融；和铸造所述第一铝熔体。
在该制造方法中，提供所述第一铝合金可包括通过混合铁粉末和锰粉末形成粉末混合物；通过引入到第一铝熔体中而使所述粉末混合物熔融；和铸造该第一铝熔体。
在该制造方法中，提供所述第一铝合金可包括提供铝-铁母合金和铝-锰母合金；通过引入到第一铝熔体而使所述铝-铁母合金和所述铝-锰母合金熔融；和铸造该第一铝熔体。
在该制造方法中，提供所述第一铝合金可包括：提供铁-锰合金；通过引入到第一铝熔体中而使该铁-锰合金熔融；和铸造所述第一铝熔体。
根据本发明的另一个方面，提供了制造铝合金的方法。通过将铁粉末和锰粉末混合而形成粉末混合物。通过引入到铝熔体中而使该粉末混合物熔融。通过铸造该铝熔体而制造铝合金，其中，铁-锰完全固溶体分布在铝基体中。
在该制造方法中，形成粉末混合物可包括通过引入到研磨装置中而混合铁粉末和锰粉末；和筛分该混合的粉末。
有益效果
由于根据本发明的实施方式的铝合金包含铁-锰完全固溶体，所述铁-锰完全固溶体即使在高温下也不与铝基体反应，所以，所述铝合金即使在高温下也具有优异的耐热性。因此，该铝合金在被用于柴油发动机的活塞和飞机部件(其中由于其限制还没有使用普通的耐热铝合金)期间可使减少重量的效果最大化，并且可通过增加当前使用的汽车发动机耐热极限而提高燃料经济性。
根据本发明的实施方式的制造铝合金的方法，由于使用铁-锰合金粉末制造铝合金，因此铁-锰完全固溶体可有效地分散于铝基体中。结果，由于铁可与锰形成完全固溶体，可以防止在铸造期间归因于铁的添加的不利影响。
根据本发明的实施方式的制造铝合金的方法，由于可制造包含铁-锰完全固溶体的母合金，且随后通过稀释该母合金可用于工业场所，因此，可促进所述铝合金的大规模生产。
附图说明
图1是说明根据本发明实施方式的铝合金的稳定的高温性质(behavior)的概念图；
图2说明铁-锰二元相图；
图3是说明根据本发明的实施方式的铝合金的制造方法的流程图；
图4是根据实验实施例1的样品的微观结构的光学显微镜观察的结果；
图5是通过根据实验实施例1的样品的电子探针显微分析仪(EPMA)分析而获得的图像；
图6是在将根据实验实施例1的样品在300℃下热处理200小时之后，通过经热处理的样品的微观结构的光学显微镜观察而获得的图像；
图7是通过经由使根据实验实施例1的样品再熔且随后铸造而制备的样品的微观结构的光学显微镜观察而获得的图像；
图8是说明根据实验实施例2的样品的完全固溶体的根据合金元素的量的平均尺寸的图；
图9是通过根据实验实施例3的铝合金的微观结构的光学显微镜观察而获得的图像；
图10将根据本发明的实验实施例的铝合金的X射线衍射(XRD)峰与标准卡片的XRD峰数据进行比较；
图11A是根据实验实施例4的铝合金的微观结构的图像，和图11B是根据比较例1的铝合金的微观结构的图像；
图12A是根据实验实施例5的铝合金的微观结构的图像，和图12B是根据比较例2的铝合金的微观结构的图像；和
图13是显示模具材料在根据比较例和实验实施例的铝合金熔体中的浸入(immersion)特性的图像。
具体实施方式
以下，将参考附图更详细的描述本发明，其中显示了本发明的示例性实施方式。但是，本发明可体现为许多不同形式，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式，相反，提供这些实施方式是为了本公开内容是详尽的和完整的，并且将本发明的概念完全传达给本领域技术人员。
在本发明的实施方式中，铝合金可表示其中将一种或多种合金元素添加到铝(即主元素)中的合金。同样，铝熔体用作广泛的含义，包括由纯铝形成的熔体或其中将一种或多种合金元素添加到纯铝中的铝合金的熔体。
在本发明的实施方式中，完全固溶体可表示其中在其整个组成范围内任何一种合金元素基本上溶解在另一种合金元素中的合金。
图1是说明根据本发明实施方式的铝合金的高温性质的概念图。
参照图1，铝合金100可包括完全固溶体102，其分布在铝基体101中，同时形成单独的相。形成完全固溶体102的合金元素基本上不具有在铝中的溶解性。铁和锰可被选作这样的合金元素。也就是说，铁和锰基本上不具有在铝中的溶解性。同样，铁和锰可彼此形成完全固溶体。
如图2所示，可确认，铁和锰彼此形成完全固溶体，且所述完全固溶体甚至在1800℃下(这显著高于660℃，即铝的熔点的温度)作为固相也是稳定的。
也就是说，在其中铁-锰完全固溶体102分布在铝基体101中的情况下，由于铁-锰完全固溶体102甚至在高于铝的熔点下也可保持稳定的单相，因此所述铁-锰完全固溶体102甚至在具有接近铝的熔点的高温的环境下也不分解，而保持稳定的单相。
在所述铝合金100中，由于铁-锰完全固溶体102可分布在铝基体101中且可以甚至在200℃或更高的高温下也完全不与铝基体101反应的稳定的增强相存在，因此所述铁-锰完全固溶体102不分解或长大。同样，由于所述完全固溶体102即使被加热到铝的熔点也稳定地存在，因此在先形成的完全固溶体增强相甚至在其中铝合金100被再熔且然后再次固化的情况下也可稳定地存在。
在铝合金100中，铁-锰完全固溶体102的量可在各种范围内，并且例如，可为0.5重量%-40重量%。此外，考虑到后面描述的所述完全固溶体102的平均尺寸，其量可大于0.5重量%且小于10重量%。同样，考虑到铸造铝合金100过程中熔体的流动性，所述完全固溶体102的量可限制在2重量%以内，特别是1重量%以内。
在铁-锰完全固溶体102中，由于铁和锰是形成完全固溶体的元素，所以其组成比没有特别的限制。例如，铁的量可为10重量%至90重量%，且锰可为余量。
根据本发明的实施方式制造铝合金的方法，该合金可通过将作为合金元素的铁和锰分别添加到铝熔体而制造，在所述铝熔体中，铝是熔融的。在该情况下，所添加的铁和锰在被熔融到铝熔体中时相互结合以形成完全固溶体。
当添加的铁和锰完全熔融在铝熔体中时，可通过在模具中铸造该熔体来制造铁-锰完全固溶体增强的铝合金。在该情况下，所添加的铁和锰可具有小球(pellet)、颗粒或粉末的形式。
在其中铁和锰具有粉末形式的情况下，将各粉末混合以制备粉末混合物，然后可将所述粉末混合物引入到铝熔体中。考虑到完全固溶体的形成，粉末混合物中铁粉末和锰粉末的量可各种各样地选择。例如，铁粉末与锰粉末的重量比可为1:9至9:1。
例如，将所述铁和锰的粉末引入到研磨设备中，然后混合10分钟至1小时。接着，将其中铁和锰粉末彼此混合的粉末混合物从研磨装置中取出，然后过筛以对包括在预定粒度范围内的粉末混合物进行取样。此后，将经过筛的粉末混合物作为添加剂加入到铝熔体中。在该情况下，该粉末混合物可通过被包装(pack)成适当大小而使用。
作为另一实施方式，不同于将铁和锰分别加入到铝熔体中，准备通过预先熔融铁和锰而制造的铁-锰合金，然后可通过将上述铁-锰母合金引入铝熔体中并且铸造而制造铝合金。在该情况下，所述铁-锰合金的至少部分可在铸造熔体之前熔融在该熔体中。如后面描述的，在其中使用适当的熔融方法的情况下，基本上所有的铁-锰合金可熔融在所述熔体中。
所述铁-锰合金可以各种形式制造，且例如，可通过雾化法以铁-锰合金粉末的形式制造。例如，使铁和锰熔融以形成铁-锰熔体，然后可将冷气体或水喷入熔体中以形成具有微小尺寸并形成完全固溶体的铁-锰合金粉末。结果，当预先提供铁-锰合金粉末时，将所述合金粉末引入到铝熔体中，然后在不熔融该合金粉末的情况下铸造所述铝熔体，使得可经济地制造其中铁-锰完全固溶体分布在铝基体中的铝合金。
然而，在上述实施方式的改进实例中，在铸造所述铝熔体之前，可增加在所述铝熔体中熔化至少部分所述铁-锰合金粉末，以控制铁-锰完全固溶体颗粒的尺寸。
在上述合金中，除了作为母材的铝之外，还可在所述铝熔体中包含作为添加元素的各种元素。铝为母材指铝以50%或更高的量包括在合金中。例如，一种或多种添加元素例如铜、硅、镁、锌、镍和锡可包含在铝熔体中。
根据本发明的实施方式的铝合金可包含1重量%到4重量%的铜、9重量%到13重量%的硅、以及其它元素，以确保高强度特性。根据本发明另一实施方式的铝合金可包含1重量%至3重量%的硅、4重量%至7重量%的镁、以及其它元素，以确保高的硬度和伸长率性质。
根据本发明的另一实施方式，可将包括铁的铝合金(铝-铁合金)或包括锰的铝合金(铝-锰合金)引入到铝熔体中，而不是直接引入铁或锰。
可使用各种熔融方法作为用于制备上述铝熔体的熔融方法，例如，可使用等离子弧熔炼法或感应熔炼法。等离子弧熔炼法使用等离子弧作为热源，熔融在低真空到大气压力的宽范围内可为可能的。感应熔炼法通过焦耳热加热和熔融金属导体，焦耳热通过在该导体中以与由电磁感应作用引发的线圈电流相反的方向流动的涡流产生，其中，可促进组成和温度的控制，这归因于熔体的强烈搅拌作用。
结果，在其中使用等离子弧熔炼法或感应熔炼法的情况下，高温熔融在局部上是可能的，使得高熔点合金元素可被熔融。因此，根据本发明，可在熔体中形成高熔点合金元素之间的完全固溶体。在其中使用喷雾法预先制备铁-锰合金粉末并且不需要在铝熔体中熔融的情况下，通过使用典型的电熔融方法而不是等离子体弧熔融法或感应熔炼法可增加合金生产的经济因素。
根据本发明的另一实施方式，通过将上述方法制造的铝合金用作母合金并且将该母合金通过再次加入到铝熔体中而被稀释。因此，可制造具有减少量的铁-锰完全固溶体的铝合金。
在该情况下，作为包括铁-锰完全固溶体的铝合金，作为母合金被添加到铝熔体(可称为“第一铝熔体”)中的该铝合金被定义为“第一铝合金”，并且，通过将所述第一铝合金稀释在铝熔体中且然后铸造而制造的铝合金被定义为“第二铝合金”。
各种熔融方法都可用来熔融所述第一铝合金，且例如，可使用等离子弧熔炼法、感应熔炼法或电阻熔炼法。特别是，在使用电炉的情况下，所述第二铝合金可使用现有的工业设备大规模生产。
参照图3，制造包含第一量的铁-锰完全固溶体的第一铝合金(S1)。在这种情况下，由于已经在上面详细描述了制造第一铝合金的方法，其描述被省略。
接着，将由此制造的第一铝合金添加到铝熔体并熔融(S2)。考虑到与制造所述第一铝合金的情况类似的热损失，所述铝熔体的温度可确定为690℃到750℃，其高于660℃(即铝的熔点)。
此后，通过在所述第一铝合金熔融后铸造该铝熔体，在铝基体中制造包含第二量的铁-锰完全固溶体的第二铝合金。由于该第二铝合金是从第一铝合金稀释的，所述第二铝合金中的完全固溶体的量(第二量)可低于在所述第一铝合金中的完全固溶体的量(第一量)。即，根据所述第一铝合金的稀释，所述第二铝合金中的铁-锰完全固溶体的量与第一铝合金相比可对应于稀释比而降低。
例如，在所述第一铝合金中的铁-锰完全固溶体的量(第一量)可选择在比所述第二铝合金中的铁-锰完全固溶体的量(第二量)高的浓度。例如，所述第一量可为1重量%-40重量%，可大于0.5重量%且小于10重量%，并且在一些情况下，可为10重量%至40重量%。所述第二量可大于0.5重量%且小于10重量%，并且可为0.5重量%至2重量%。
同样，关于微观结构，包含在所述第二铝合金中的铁-锰完全固溶体的平均尺寸可小于包括在所述第一铝合金中的完全固溶体的平均尺寸。
在上述实施方式中，铁-锰完全固溶体还可有助于改善该铝合金的微观结构和铸造质量。在常规的(典型的)铝合金的铸造过程中，铁可通过与铝形成金属间化合物或与铝和硅形成金属间化合物而使铝合金的机械性能退化。此外，已知铁可降低铝合金的耐腐蚀性和延展性。然而，可添加铁以防止在模铸过程中与由铁基合金形成的模具的粘模或者细化(精制，refine)晶粒。
然而，根据本发明的实施方式，大部分的铁可作为铁-锰完全固溶体存在于铝基体中。即，由于锰可和铁形成完全固溶体，所述铁和所述锰可彼此紧密结合以显著降低铁在铝合金中的不利影响。因此，通过在所述铝熔体中同时添加铁和锰并且控制铸造条件以使得所述铁和锰形成完全固溶体或通过以铁-锰合金的形式向铝熔体中添加铁和锰，可防止耐腐蚀性和/或伸长率的降低以及模具粘模。
因此，根据本发明的实施方式，相比常规的铝合金，铁在该铝合金中的量可增加。例如，考虑到熔体的流动性，铁-锰完全固溶体可以约2重量%或更低的量形成。然而，在其中熔体的流动性得到改善的情况下，铁-锰完全固溶体的量可进一步增加。
在下文中，提供实验实施例以允许更清楚地了解本发明。然而，下述实验实施例仅用于允许更清楚地了解本发明，而不是限制本发明的范围。
<实验实施例1>
通过在700℃下熔融铝形成铝熔体，然后将温度保持在700℃的同时将铁和锰以1.5重量%的量直接且分别加入到该熔体中。将该温度保持约30分钟至60分钟，以完全熔融所添加的铁和锰，和通过铸造该熔体制备铝合金样品。在该情况下，熔融通过感应熔炼法进行。
图4是根据实验实施例1的样品的微观结构的光学显微镜观察结果。在该情况下，样品使用具有200、400、600、800、1,000、1,500和2,400的磨料粒度的SiC砂纸顺序抛光，并最终用尺寸为1μm的Al2O3粉末精细抛光。
参照图4，可理解，在根据实验实施例1的铝合金的铝基体中包含具有尺寸为30μm到50μm的面(facet)形状的增强相(参见箭头)。
图5说明利用电子探针显微分析仪(EPMA)从根据实验实施例1制备的样品获得的微观结构和组成分析结果。在图5中，(d)为观察微观结构的结果，和(a)、(b)和(c)是分别对组分铁，铝和锰进行测绘(map)的结果。从图5(a)、5(b)和5(c)可了解，在铝基体中包含的面形状的增强相中同时探测到铁和锰。结果，可确认，面形状的增强相是铁-锰完全固溶体。在其中使用典型的电阻炉熔融合金元素的情况下，未形成上述的完全固溶体。
图10说明实验实施例1中制备的样品的X-射线衍射(XRD)分析结果。图10(a)表示实验实施例1的峰，(b)表示铁-锰母合金的峰，和(c1)至(c9)分别表示来自标准卡片的铝(Al)、铁(Fe)、锰(Mn)、ALFe、AlFe3、Al2Fe、Al2Mn3、Al6Mn、和AlMn峰数据。
参照图10的XRD分析结果，可了解，实验实施例1的样品的大部分峰(参见(a))对应来自标准卡片的铝的峰(参见(c1))，和其它峰对应于母合金的铁-锰完全固溶体的峰(参见(b))。也就是说，可了解，实验实施例1的样品中除了铝的峰之外的峰不与铁的峰(参见(c2))或铝-铁化合物的峰(参见(c4)至(c6))和锰的峰(参见(c3))或铝-锰化合物的峰(参见(c7)至(c9))重叠，但与铁-锰完全固溶体的主要峰(参见(b))重叠。因此，可再次确认在铝合金中形成了铁-锰完全固溶体。
图6是在将根据实验实施例1的样品在300℃下热处理200小时后，通过经热处理后的样品的微观结构的光学显微镜观察获得的图像。
参照图6，可了解，由所述铁-锰完全固溶体形成的增强相与可在高温下在铝基体中长大或相分解的典型金属间化合物不同，其保持与图4所示的微观结构相同的面形状。因此，可了解，通过包含铁-锰完全固溶体增强相，即使在300℃下，根据本发明的铝合金也具有相对稳定的耐热性。
因此，可了解，由上述的铁-锰完全固溶体形成的增强相增强了铝合金的耐热性，并且具有在其中形成的增强相的铝合金表现出了作为耐热合金的优异性能。
图7是通过经由使实验实施例1中制备的样品再熔且随后铸造而制备的样品的微观结构的光学显微镜观察而获得的图像。这里，通过在铝的熔点下再熔实验实施例1中制备的样品后铸造而制造再熔后的铸造样品。
参照图7，可确认，在根据实验实施例1的铝合金中的铁-锰完全固溶体即使在再熔过程中也完全没有长大或者分解，而是几乎保持了再熔之前的形状。因此，预期根据本发明的铝合金可不仅通过包含铁-锰完全固溶增强相而具有优异的耐热性，而且可用于在铝合金的回收过程中在生态友好的原材料的水平下有效地回收铝(即基体金属)以及Fe和Mn(即合金元素)。
<实验实施例2>
与实验实施例1类似，通过在感应熔炼炉中在700℃下熔融铝形成铝熔体。然后，在将温度保持在700℃的同时将用等离子弧熔炼法制造为铁和锰的组成分别为50重量%的铁-锰母合金加入到所述熔体中，从而获得铁-锰完全固溶体在铝合金中的0.5重量%、1重量%、3重量%、5重量%、7重量%、9重量%、10重量%、和11重量%的组成。将该温度保持约30分钟至约60分钟以完全熔融添加的铁和锰，和通过铸造该熔体制备铝合金样品。
图8是说明实验实施例2的样品的完全固溶体的根据合金元素含量的平均尺寸的图。
参照图8，在其中加入0.5重量%的铁-锰合金的情况下，可了解，完全固溶体的量相对低，且其尺寸小至10微米或更低。相反，在其中加入10重量%或更多的铁-锰合金的情况下，可了解，完全固溶体的尺寸长大到约250微米或更多。在其中加入1重量%-9重量%的铁-锰合金的情况下，完全固溶体的尺寸可保持在200微米或更低。
结果，考虑所述完全固溶体的尺寸，铁-锰合金的量可选择为在小于10重量%的范围内，或考虑完全固溶体的量，铁-锰合金的量可选择在大于0.5重量%的范围内。但是，在其中完全固溶体的量可为相对低以提高铸造质量的情况下，所述铁-锰合金的量可保持在0.5重量%以内。此外，在其中所述铝合金不显著依赖于完全固溶体的尺寸的情况下，所述铁-锰合金的量可选择为10重量%或更高。在此，铁-锰合金的量可基本上表示铁-锰完全固溶体的量。在本发明的实施方式中，考虑铁-锰完全固溶体的尺寸，其量可控制为与铁-锰合金的量相同。
<实验实施例3>
将实验实施例1的铝合金用作第一铝合金，并且通过将所述第一铝合金添加到用电炉熔融的铝熔体而稀释所述第一铝合金来制造第二铝合金的样品。所制备的第二铝合金的铁-锰完全固溶体的组成是0.8重量%。
图9是通过根据实验实施例3的铝合金的光学显微镜观察获得的图像。参照图9，可了解，稀释后的铝合金具有分散在铝基体中的微米级铁-锰完全固溶体。可了解，稀释后所述铝合金中的完全固溶体的尺寸与稀释前的铝合金中的完全固溶体的尺寸(参见图4)相比显著降低。
<实验实施例4>
表1表示根据实验实施例4的铝合金的组成(所有单位均为重量%)和表2表示根据比较例1的铝合金的组成(所有单位均为重量%)。如表1和表2所示，实验实施例4的铝合金对应于其中比较例1的铝合金(称为所谓的“ALDC12Al合金”)中的铁和锰被铁-锰合金代替的铝合金。上述合金是采用模具以熔体的状态铸造的，并典型地表示为模铸合金。
准备预先使用雾化法制备的铁-锰合金粉末，然后通过向其中熔融有其它合金元素的铝熔体中添加铁-锰粉末制造根据实验实施例4的铝合金，并模铸该熔体。根据比较例1的铝合金通过在铝熔体中熔融相应的合金元素然后铸造该熔体来制造。在根据实验实施例4和比较例1的铝合金的铸造过程中的熔体是使用典型的电熔炼法制造的。
[表1]
Figure BDA0000483889130000111
[表2]
合金 Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Sn Al
比较例1 1.5-3.5 9.6-12.0 0.3< 1.0< 1.3< 0.5< 0.5< 0.2< 余量
图11A是根据实验实施例4的铝合金的微观结构的图像，图11B是根据比较例1的铝合金的微观结构的图像。参照图11A和11B，似乎两种合金的微观结构之间没有显著差异。认为，这可归因于所包含的铁-锰合金的低的量。对于实验实施例4，铁-锰完全固溶体分布在铝基体中。然而，对于比较例1，认为，由于通过典型的电熔炼法无法形成铁-锰完全固溶体，铝和铁之间的化合物或铝和锰之间的化合物可分布在所述铝基体中。
表3表示根据实验实施例4的铝合金和根据比较例1的铝合金的机械性能。
[表3]
合金 屈服强度(MPa) 拉伸强度(MPa) 伸长率(%)
实验实施例4 148 241 3.2
比较例1 154 228 1.2
参照表3，比较例1和实验实施例4的强度之间的差异并不显著。但是，可了解，伸长率之间的差异是相当大的。关于上述情况，对于比较例1，加入预定量的铁以防止与模具的粘模，且另外，同时添加锰。但是，由于铁的不利影响没有被充分抑制，铝合金的伸长率低至约1.2%。相反，对于实验实施例4，由于铁和锰以铁-锰合金加入，铁和锰以铁-锰完全固溶体存在于铝合金中。因此，可了解，由于有效地抑制了铁的不利影响，该合金的质量得到改善。对于实验实施例4，在没有进行熔体处理的事实方面，可预期，当通过熔体处理如鼓泡和/或高压和高真空而使气泡缺陷得到控制时，可以保证较好的机械特性。
<实验实施例5>
表4表示根据实验实施例5的铝合金的组成(铍(Be)的单位为ppm，其它的单位是重量%)，并且表5表示根据比较例2的铝合金的组成(Be的单位为ppm，其它的单位是重量%)。如表4和表5所示，实验实施例5的铝合金对应于其中比较例2的铝合金中铁和锰被铁-锰合金替代的铝合金。实验实施例5和比较例2的合金以和实验实施例4的合金类似的方式制造。
[表4]
[表5]
合金 Cu Si Mg Zn Fe Mn Ti Be Al
比较例2 0.05 1.8-2.6 5.0-6.0 0.07< 0.2< 0.5-0.8 0.2< 40ppm< 余量
图12A是根据实验实施例5的铝合金的微观结构的图像，和图12B是根据比较例2的铝合金的微观结构的图像。参照图12A和12B，似乎两种合金的微观结构之间没有显著差异。认为，这可归因于所包含的铁-锰合金的相对低的量。对于实验实施例5，铁-锰完全固溶体分布在铝基体中。然而，对于比较例2，认为，由于通过典型的电熔炼法无法形成铁-锰完全固溶体，铝和铁之间的化合物或铝和锰之间的化合物可分布在所述铝基体中。
表6表示根据实验实施例5的铝合金和比较例2的铝合金的机械性能。
[表6]
合金 屈服强度(MPa) 拉伸强度(MPa) 伸长率(%)
实验实施例5 150 245 6.1
比较例2 151 243 6.2
参照表6，对于实验实施例5和比较例2，可了解，两种合金在强度和伸长率方面表现出几乎相同的性质。这些合金表现出非常高的伸长率以及高的机械强度。比较例2表现出为比较例1的伸长率的5倍或更高的伸长率。在比较例2的铝合金的情况下具有较高的伸长率的原因之一被认为是铁的量非常低。然而，在这种情况下，模具的粘模特性可有问题。
图13是在将模具材料样品浸入根据比较例1、实验实施例4、比较例2、和实验实施例5的铝合金的熔体中后观察模具材料样品的表面的结果。使用STD61样品作为模具材料的样品。上述样品在比较例1、实验实施例4、比较例2、和实验实施例5的铝合金熔体中浸没并保持120分钟，然后从熔体中取出以进行分析。
表7表示模具材料在浸入各熔体中之前和之后的厚度变化。
[表7]
Figure BDA0000483889130000131
Figure BDA0000483889130000141
参照图7，对于浸入比较例1和实验实施例4的铝合金熔体中的样品((a)和(b))，其侵蚀厚度相似。相反，对于浸入比较例2和实验实施例5的铝合金熔体中的样品((c)和(d))，可了解，其侵蚀厚度之间的差为约3.4倍或更高。因此，对于其中包含铁到一定程度的比较例1和实验实施例4，模具粘模特性之间没有显著差异。但是，可了解，对于其中加入铁-锰合金而不是铁的实验实施例5，模具粘模与其中几乎不含铁的比较例2相比显著降低。
当对结果进行总结时，可了解，在以元素形式添加铁组分到铝合金的情况下或者在以铁-锰合金的形式添加铁组分到铝合金的情况下，基本上观察到类似的模具粘模特性。然而，在添加元素形式的铁到铝熔体的情况下，铁的不利影响没有被充分抑制。相反，可了解，当将锰与铁合金化并以铁-锰合金的形式添加到铝熔体中时，铁的不利影响可被充分地抑制，以获得优良的伸长特性。
因此，在模铸铝合金中，可了解，通常不可同时获得的两种效果例如防止模具粘模和抑制铁的不利影响可通过以铁-锰合金的形式而不是以元素的形式将铁添加到铝熔体而获得。
虽然本发明已具体示出并参照其示例性实施例进行描述，但本领域技术人员将理解，可在形式和细节上做出各种变化而不脱离由随附权利要求所限定的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.制造铝合金的方法，该方法包括：
提供铁-锰合金粉末；
将所述铁-锰合金粉末引入到铝熔体中；和
模铸所述铝熔体以制造包含铁-锰完全固溶体的铝合金。
2.权利要求1的方法，其中所述铁-锰合金粉末使用雾化方法制备。
3.权利要求1的方法，还包括在引入所述铁-锰合金粉末之后使至少部分所述铁-锰合金粉末在铝熔体中熔融。
4.权利要求3的方法，其中使用等离子弧熔炼法或真空感应熔炼法进行所述熔融，以使基本上所有的铁-锰合金粉末熔融。
5.权利要求1的方法，其中将所述铁-锰合金粉末以大于0重量%且等于或小于2重量%的量加入到所述铝熔体中。
6.权利要求5的方法，其中除了作为母材的铝之外，所述铝熔体还包括作为添加元素的铜和硅。
7.权利要求6的方法，其中在铝熔体中，铜的量为1重量%至4重量%，且硅的量为9重量%至13重量%。
8.权利要求5的方法，其中除了作为母材的铝之外，所述铝熔体还包括作为添加元素的硅和镁。
9.权利要求8的方法，其中，在铝熔体中，硅的量为1重量%至3重量%，且镁的量为4重量%至7重量%。
10.铝合金，其包括：
铝基体；和
分布在铝基体中的铁-锰完全固溶体，
其中所述铝合金具有比具有相同组成的其它铝合金高的伸长率，在所述其它铝合金的组成中铁和锰不形成完全固溶体，而与铝形成化合物。
11.权利要求10的铝合金，其中所述铁-锰完全固溶体的量大于0重量%且等于或小于2重量%。
12.制造铝合金的方法，该方法包括：
提供包含第一量的铁-锰完全固溶体的第一铝合金；
使所述第一铝合金在铝熔体中熔融；和
铸造该铝熔体以制造第二铝合金，所述第二铝合金包含第二量的铁-锰完全固溶体，所述第二量比所述第一量小。
13.权利要求12的方法，其中提供所述第一铝合金包括：
通过混合铁粉末和锰粉末形成粉末混合物；
通过引入到第一铝熔体中使该粉末混合物熔融；和
铸造该第一铝熔体。
14.权利要求12的方法，其中提供所述第一铝合金包括：
提供铝-铁母合金和铝-锰母合金；
通过引入到第一铝熔体中使所述铝-铁母合金和所述铝-锰母合金熔融；和
铸造该第一铝熔体。
15.权利要求12的方法，其中提供所述第一铝合金包括：
提供铁-锰合金；
通过引入到第一铝熔体中使所述铁-锰合金熔融；和
铸造该第一铝熔体。
16.权利要求12的方法，其中提供所述第一铝合金包括使用等离子体电弧熔炼法或真空感应熔炼方法熔融。
17.权利要求12的方法，其中所述第二量大于0.5重量%并且小于10重量%。
18.权利要求12的方法，其中所述第二量的铁-锰完全固溶体的平均尺寸比所述第一量的铁-锰完全固溶体的平均尺寸小。
19.制造铝合金的方法，该方法包括：
通过混合铁粉末和锰粉末形成粉末混合物；
通过引入到铝熔体中使所述粉末混合物熔融；和
铸造该铝熔体以制造其中铁-锰完全固溶体分布在铝基体中的铝合金。
20.权利要求19的方法，其中所述形成粉末混合物包括：
通过引入到研磨装置中而混合铁粉末和锰粉末；和
筛分该混合的粉末。
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