CN105385867A - 铝合金的制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明一实施例的铝合金的制造方法，包括以下步骤：分别准备作为铝或铝合金的母材及氮化铝-铝复合材料，熔融所述母材并向所述已熔融的母材添加所述氮化铝-铝复合材料而制造镕汤，铸造所述镕汤。

Description

铝合金的制造方法
技术领域
本发明涉及制造满足设计自由度及较高的热传导度的铝合金的方法。
背景技术
目前，在汽车内安装电子控制系统的频率呈逐渐增加的趋势。据此，电子控制系统运转时，如何有效地排放由有限空间内集成的电子装置所产生的热量成为重要问题。因此，对于能够适用到上述电子装置的、具有较高散热特性的合金材料的需求在不断增加。并且，最近不断提出对汽车结构用材料的轻量化及高性能化要求，对具有较高的散热特性及较高的设计自由度的合金材料需求也随即增加。
作为上述的具有轻量化、较高的散热特性及较高的设计自由度的合金材料的候选，对铝合金的研究不断增加。另外，举例来说，以往的散热用铝合金，可以是挤压材料A6063及压铸材料ADC12。A6063的热传导度约200W/(m·K)，比较优秀，但在挤压工艺观点上看，缺点是设计自由度相对较低。ADC12因实施铸造工艺，设计自由度较高，但热传导度约90W/(m·K)，不够充分。
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明的实施例提供一种具备较高的设计自由度及较高的热传导度的铝合金的制造方法。
(解决问题的手段)
公开根据本发明的一方面的铝合金的制造方法。根据所述铝合金的制造方法，分别准备作为铝或铝合金的母材及氮化铝-铝复合材料。熔融所述母材并向所述已熔融的母材添加所述氮化铝-铝复合材料而制造镕汤。铸造所述镕汤。
根据一实施例，所述准备氮化铝-铝复合材料的步骤，包括：将铝供应到炉(furnace)的步骤、向所述炉内部供应氮气的步骤、及氮氛围内融解所述铝的步骤。
根据另一实施例，所述炉为电弧炉(arcfurnace)，在所述氮氛围内融解所述铝的步骤，包括：向所述电弧炉施加电压而融解所述铝，氮化融解的所述铝的步骤。
根据又一实施例，所述氮化铝-铝复合材料可具有多孔性固形体的形态。
根据又一实施例，制造所述镕汤的步骤，包括：形成所述铝或铝合金的第1镕汤的步骤，及相对于所述铝或铝合金100重量份，将所述氮化铝-铝添加剂0.5至8重量份添加到所述第1镕汤的步骤。
(发明的效果)
根据本发明的实施例，以具有既定的组合范围的铝或铝合金为母材，添加氮化铝-铝复合材料，适用铸造方法而制造铝合金。上述的氮化铝-铝的复合材料能够提高最终铸造的铝合金的热传导度，铸造方法可保障较高的设计自由度。
上述的氮化铝-铝的复合材料可具有不是粉末的多孔性固形体的形态。因所述复合材料具有不是粉末的固形体形状，从而能够在铝合金的镕汤内易于实现均匀的混合。
附图说明
图1是概略性地图示本发明的一实施例的铝合金的制造方法的顺序图。
图2是概略性地图示制造本发明的一实施例的氮化铝-铝复合材料的方法的顺序图。
图3是根据本发明的一实施例的制造方法而制造的氮化铝-铝复合材料的照片。
图4是根据本发明的一实施例的制造方法而制造的氮化铝-铝复合材料的X线衍射分析图。
具体实施方式
本发明公开的实施例中，位于某一部件的“上”、“上部”或“下部”、“侧面”是指相对的位置关系，并不限定于直接接触该部件或其间界面引入其他部件的特定情况。并且，某一构成要素“连接到”或“设置在”等记载是指直接连接到其他构成要素或联结，或者，中间有其他另外的构成要素而形成连接关系或联结关系。整个说明书中同一参照符号实质上是指同一构成要素。
图1是概略性地图示本发明的一实施例的铝合金的制造方法的顺序图。参照图1，S110步骤中，分别准备铝或铝合金即母材，与氮化铝-铝复合材料。
作为所述母材，所述铝是纯铝。并且，所述铝合金，作为一例，可以是1000系列、2000系列、3000系列、4000系列、5000系列、6000系列、7000系列及8000系列塑性加工用铝或100系列、200系列、300系列、400系列、500系列及700系列铸造用铝合金。上述的铝合金都是按照目前几乎所有国家所采用的美国铝协会(AluminumAssociationofAmerica)的规格。作为一例，下表1呈现按照所述规格体现的各合金系列的主要合金元素的构成。
【表1】
合金系列 主要合金成分
1000系列铝合金 纯铝
2000系列铝合金 Al-Cu-(Mg)系铝合金
3000系列铝合金 Al-Mn系铝合金
4000系列铝合金 Al-Si系铝合金
5000系列铝合金 Al-Mg系铝合金
6000系列铝合金 Al-Mg-Si系铝合金
7000系列铝合金 Al-Zn-Mg-(Cu)系铝合金
8000系列铝合金 其他
所述表中，第一个数字表示呈现主要合金元素的合金系列，第二个数字将基本合金表示为0，将改良的合金表示为1～9的数字，独自开发的新的合金加上N字。举例来说，20xx是Al-Cu系列铝的基本合金，21xx～29xx是改良Al-Cu系列基本合金的合金，2Nxx是协会规格以外开发的新合金。第三及第四个数字在纯铝时表示铝的纯度，合金时表示过去使用的美国铝业公司的合金名称。作为一例，纯铝时，1080是表示铝为99.80％Al以上。
下表2呈现按照所述规格更详细地体现的各合金系列主要合金元素的构成。
【表2】
如所述，适用于本发明的实施例的上述多种系列的铝合金中，添加的元素的含量可包括，硅(Si)1.5wt％以下、铁(Fe)1.5wt％以下、铜(Cu)5wt％以下、锰(Mn)1wt％以下、镁(Mg)2wt％以下、铬(Cr)1wt％以下、镍(Ni)1wt％以下、锌(Zn)5wt％以下、铅(Pb)0.5wt％以下、锡(Sn)0.5wt％以下、钛(Ti)0.5wt％以下、锑(Sb)0.1wt％以下、铍(Be)0.1wt％以下的范围。
根据更具体的实施例，铝合金可包括：硅(Si)9.6至12wt％、铁(Fe)大于0且1.3wt％以下，铜(Cu)1.5至3.5wt％，锰(Mn)大于0且0.3wt％以下、镍(Ni)大于0且0.5wt％以下、锌(Zn)大于0且1.0wt％以下、锡(Sn)大于0且0.3wt％以下及余份的铝(Al)。另一实施例中，铝合金为硅(Si)6.5至7.5wt％、铁(Fe)0.2wt％、铜(Cu)0.2wt％、锰(Mn)0.1wt％、锌(Zn)0.1wt％、钛(Ti)0.20wt％及余份的铝(Al)。
另外，本S110步骤中，另外准备氮化铝-铝复合材料。根据一实施例，所述氮化铝-铝复合材料可具有多孔性固形体的形态。所述氮化铝-铝复合材料可具有铝材料内氮化铝析出的形态。所述氮化铝-铝复合材料的具体的制造方法参照以下的图2进行详述。
参照图1的S120步骤，熔融所述母材并向已熔融的母材添加所述氮化铝-铝复合材料而制造镕汤。根据具体的实施例，熔融所述铝或所述铝合金而形成第1镕汤。接着，相对于所述铝或铝合金100重量份，将所述氮化铝-铝添加剂0.5至8重量份添加到所述第1镕汤。然后，持续搅拌所述第1镕汤。据此，能够制造出母材中添加氮化铝-铝复合材料的镕汤。
根据一实施例，若所述氮化铝-铝复合材料具有多孔性固形体的形态，所述氮化铝-铝复合材料能够在铝合金的镕汤内易于实现均匀的混合。与此相比，若以粉末的形态供应所述氮化铝-铝，所述粉末根据相对较低的比重而向所述第1镕汤的表面密集，最终，难以在所述第1镕汤内实现均匀的混合。
参照图1的S130步骤，将所述镕汤放入铸模而进行铸造、冷却。然后，从铸模中分离凝固的铝合金。
虽并不限于特定理论地说明，在进行上述工艺的S120步骤的过程中，从所述复合材料内部的氮化铝分离出氮原子，所述氮原子在铝材料内重新配置为侵入形(interstitial)原子。作为这种侵入形原子的氮原子能够提高铝合金的热传导度。
图2是概略性地图示制造本发明的一实施例的氮化铝-铝复合材料的方法的顺序图。
参照图2，S112步骤中，将铝供应到炉。这里，所述铝可以是纯铝或铝合金。所述炉可以是能够满足加热到铝的熔融点即2500℃以上的条件的多种形态的炉。只是以下为了说明的便利，作为一实施例，说明利用电弧炉(arcfurnace)的情况。电弧炉的长处在于，施加高电压而在相对快的时间内，将炉的温度升到高温并维持。
S114步骤中，向所述炉内部供应氮气。作为所述炉，若适用电弧炉，将所述电弧炉内部成为真空后，将氮气供应到所述电弧炉内部。这时，为了电弧的发生，可同时将氩气等非活性气体供应到所述电弧炉内部。
S116步骤中，氮氛围内融解所述铝。这时，能够产生融解的铝与氮的氮化反应。若作为所述炉而适用电弧炉，能够将电弧融解时间维持到约15秒至约60秒。
通过执行上述的工艺，能够制造氮化铝-铝复合材料。
图3是根据本发明的一实施例的制造方法而制造的氮化铝-铝复合材料的照片。具体地说，图3所图示的氮化铝-铝复合材料是按照图2的顺序图而在电弧炉中制造的氮化铝-铝复合材料。图4是根据本发明的一实施例的制造方法而制造的氮化铝-铝复合材料的X线衍射分析图。
如图3所图示，氮化铝-铝复合材料可以是多孔性的固形体。能够确认到因电弧融解而试片的外部膨胀，内部形成了空间。所述内部空间是铝因电弧而瞬间被加热到沸点以上而形成的。并且，判断为气化的铝与氮气所包含的氮元素将产生反应而形成氮化铝。
参照图4，能够确认电弧炉中根据电弧融解时间的X线衍射模式。即，15秒、30秒及60秒为止，只观察到根据电弧融解时间的铝(Al)与氮化铝(AlN)的峰值，能够确认到制造出仅析出氮化铝的铝-氮化铝复合材料。另外，能够确认到氮化铝峰值随着电弧融解时间的增加而增加。即，若增加电弧融解时间，会生成更多的氮化铝。
以下，具体地评价了根据本发明的一实施例而制造的铝合金试片的热传导度特性。
第1体现例
准备以往的铸造用铝合金即A356。并且，如图2，准备通过上述实施例的工艺而制造的氮化铝-铝复合材料。
将所述A356铝合金定为第1比较例。另外，向A356铝合金100g分别添加氮化铝-铝复合材料0.5g、1g、1.5g、2g而制造根据本发明的实施例的镕汤后，利用此铸造而制造出第1实施例、第2实施例、第3实施例及第4实施例的铝合金。
下表3是对第1比较例、第1实施例至第4实施例测定25℃及50℃时的热传导度的实验结果。
【表3】
分析所述实验结果，将氮化铝-铝复合材料添加到A356铝合金而制造的第1至第4实施例的情况为，相比第1比较例，在25℃及50℃时热传导度优秀。尤其，第3实施例的情况为，相比第1比较例，热传导度在25℃时提高了约5.4％，在50℃提高了约4.1％。
第2体现例
准备以往的压铸用铝合金即ADC12。并且，如图2，准备通过上述实施例的工艺而制造的氮化铝-铝复合材料。
将所述ADC12铝合金定为第2比较例。另外，向ADC12铝合金100g分别添加氮化铝-铝复合材料1g、2g及8g而制造根据本发明的实施例的镕汤后，利用此铸造而制造出第5实施例、第6实施例、第7实施例的铝合金。
下表4是对第2比较例、第5实施例至第7实施例测定25℃时的热传导度的实验结果。
【表4】
分析所述实验结果，将氮化铝-铝复合材料添加到ADC12铝合金而制造的第5至第7实施例的情况为，相比第2比较例，在25℃时热传导度优秀。尤其，第7实施例的情况为，相比第2比较例，热传导度在25℃时提高了约60.0％。
如上述，通过附图而说明了本发明的实施形态，但这只是为了说明本发明所要公开的内容，并不在于通过详细公开的形状而限定本发明的公开内容。只要反映本发明中公开的技术思想，可实施多种不同的变形例。

Claims (5)

1.一种铝合金的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别准备作为铝或铝合金的母材及氮化铝-铝复合材料；
熔融所述母材并向所述已熔融的母材添加所述氮化铝-铝复合材料而制造镕汤；及
铸造所述镕汤。
2.根据权利要求1所述的铝合金的制造方法，其特征在于，
准备所述氮化铝-铝复合材料的步骤，包括：
将铝供应到炉的步骤；
向所述炉内部供应氮气的步骤；及
氮氛围内融解所述铝的步骤。
3.根据权利要求2所述的铝合金的制造方法，其特征在于，
所述炉为电弧炉，
在所述氮氛围内融解所述铝的步骤，包括：向所述电弧炉施加电压而融解所述铝，氮化溶解的所述铝的步骤。
4.根据权利要求1所述的铝合金的制造方法，其特征在于，
所述氮化铝-铝复合材料具有多孔性固形体的形态。
5.根据权利要求1所述的铝合金的制造方法，其特征在于，
制造所述镕汤的步骤，包括：
形成所述铝或铝合金的第1镕汤的步骤；
相对于所述铝或铝合金100重量份，将所述氮化铝-铝添加剂0.5至8重量份添加到所述第1镕汤的步骤。
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