CN105624487A - 压铸用铝合金及利用其的铝合金铸件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压铸用铝合金及利用其的铝合金铸件的制备方法，上述压铸用铝合金，其特征在于，包含5.5～8.0重量百分比的硅、0.5～2.5重量百分比的镁、0.01～0.4重量百分比的铬、8.0～12.5重量百分比的锌、0.15～0.5重量百分比的锰、0.01～0.3重量百分比的钛、0.01～0.2重量百分比的锆、0.001～0.2重量百分比的锡、0.1～1.0重量百分比的铁、余量的铝及剩余的不可避免的杂质。如上所述，本发明能够提供既无需添加对人体有害的镍来满足环境制约，又具有优秀的高强度和耐蚀性的铸件。

Description

压铸用铝合金及利用其的铝合金铸件的制备方法

技术领域

本发明涉及制备铝合金和铝合金铸件的方法，更具体地，涉及因表面氧化层稳定且紧密而在盐水环境及水或大气状态下具有优秀的耐腐蚀特性，并具有优秀的高强度和流动性，从而具有不仅能够形成薄板，而且能够在不受复杂的形状或结构的限制的情况下可成型的具有互换性的压铸用铝合金及利用其的铝合金铸件的制备方法。

背景技术

近来，随着电子产品急剧发展，因对智能手机或平板电脑等的便携性和认知度，需要同时满足超薄轻量化及大屏幕化的技术。因此，对又薄又轻便，且耐冲击的高强度材料的开发日益深化。适合这种条件的代表性的基础材料为铝。

铝作为银白色的柔软的金属，因其可塑性和柔韧性好而能够制成薄膜或铁丝，而且，根据纯度，铝具有多种性质，在电力方面，铝为良导体并属于轻金属。即，由于铝的可塑性和柔韧性突出且导电性良好而广泛适用于高压电线或各种材料。并且，铝是轻便且耐久性优秀的金属，因而用于飞机或船舶及汽车的主要部件，铝虽与氧容易地发生反应，但在表面进行覆膜处理之后，由于腐蚀性提高而多适用于需要在水中或在潮湿的环境下能够保持长寿命的部分。

然而，电子产品应具有精密的尺寸，若适用煅烧加工，则需要单独的加工工序，因此存在单价上升的问题。因此，在需要精密尺寸的电子产品的情况下，通过压铸工序来制备。其中，使用于压铸工序的铝合金包括ALDC12合金、AZ91D合金及ZA27合金。

ALDC12合金的低屈服强度为165MPa、拉伸强度为331MPa，AZ91D合金的低屈服强度为低于ALDC12合金的150MPa、拉伸强度为低于ALDC12合金的230MPa，从而存在无法达到可适用于超薄化产品的强度的问题。并且，ZA27合金呈现出365MPa的屈服强度和426MPa的屈服强度，这虽然可满足强度方面，但因比重为5g/cc，比一般铝合金重而存在顺应不了轻量化趋势的问题。

因此，作为用于解决这种问题的一例，提出了韩国登录特许公报第1133103号“压铸用高强度铝合金”。但在120℃温度下，只有进行24小时以上的时效处理，才具有350MPa的拉伸强度，因而存在生产率降低且制备成本上升的问题。

作为再一例，提出了韩国公开特许公报第2012-0020406号“高强度非热处理压铸用铝-锌合金”和韩国公开特许公报第2014-0018048号“压铸用铝硅锌合金”。然而，最近对电子产品的适用材料的环保及人体有害性的制约提高，处于对镍、铅、铍、钴等有害元素的使用受到禁止的趋势。即，所提出的合金与现有的合金相比，虽然提高了强度，但由于包含作为有害物质的镍(Ni)而不足以作为环保材料。

作为另一例，提出了韩国公开特许公报第2014-0091858号“压铸用铝合金及其制备方法”。所提出的合金因未添加有作为有害元素的镍(Ni)而具有环保性，且通过具有微细的晶粒大小而将表面处理效果极大化。然而，因添加有铜(Cu)而具有抑制耐蚀性，且在盐水反应中诱发急剧腐蚀的缺点。尤其，目前为止，因铸造性和切削性不佳，晶粒的大小不足而具有改善的余地。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：韩国登录特许公报第1133103号“压铸用高强度铝合金”

专利文献2：韩国公开特许公报第2012-0020406号“高强度非热处理压铸用铝-锌合金”

专利文献3：韩国公开特许公报第2014-0018048号“压铸用铝硅锌合金”

专利文献4：韩国公开特许公报第2014-0091858号“压铸用铝合金及其制备方法”

发明内容

由此，本发明用于根本性地解决上述现有的问题，本发明的目的在于，提供未添加对人体有害的镍来满足环境制约，且以使用铬和锆来代替铜的方式具有优秀的耐蚀性，并以通过钛来对晶粒实施细化的方式提高成型性和强度的压铸用铝合金及利用其的铝合金铸件的制备方法。

为了实现这种目的的本发明一实施方式的压铸用铝合金，其特征在于，包含5.5～8.0重量百分比的硅(Si)、0.5～2.5重量百分比的镁(Mg)、0.01～0.4重量百分比的铬(Cr)、8.0～12.5重量百分比的锌(Zn)、0.15～0.5重量百分比的锰(Mn)、0.01～0.3重量百分比的钛(Ti)、0.01～0.2重量百分比的锆(Zr)、0.001～0.2重量百分比的锡(Sn)、0.01～1.0重量百分比的铁(Fe)、余量的铝及剩余的不可避免的杂质。

本发明另一实施方式的铝合金铸件的制备方法，其特征在于，包括：步骤(A)，准备包含5.5～8.0重量百分比的硅、0.5～2.5重量百分比的镁、0.01～0.4重量百分比的铬、8.0～12.5重量百分比的锌、0.15～0.5重量百分比的锰、0.01～0.3重量百分比的钛、0.01～0.2重量百分比的锆、0.001～0.2重量百分比的锡、0.01～1.0重量百分比的铁、余量的铝及剩余的不可避免的杂质的铝合金；步骤(B)，在熔炉中熔融上述铝合金，并向压铸装置供给所熔融的合金物；以及步骤(C)，在将上述合金物加温至680～730℃的状态下，以75MPa的强度向模具注入，来完成铸件。

此时，在本发明的上述步骤(C)中完成的铸件的拉伸强度为270～350MPa、屈服强度为200～280MPa、断裂伸长率为2.0～3.5％。

另一方面，在此之前，本说明书及发明要求保护范围所使用的术语或单词不应限定解释为通常的或词典上的意义，而是应立足于发明人员能够为了以最佳的方法说明自己的发明而适当地定义术语的概念的原则，以符合本发明的技术思想的意义和概念来解释。因此，需要理解的是，在本说明书中记载的实施例和在附图中示出的结构仅为本发明的最优选的一实施例，并不代表本发明的全部技术思想，从本申请角度来讲，可有能够代替它们的多种等同技术方案和变形例。

如在上述的结构及作用中所述，本发明提供如下效果：作为主材料的铝包含硅、镁、铬、锌、锰、钛、锆、锡及铁，以具有最佳的物性而改善含量比，从而与其他常用的合金相比，形成为稳定并紧密的表面氧化层，从而在盐水环境及水、大气状态下具有非常稳定的耐腐蚀特性，且因具有优秀的高强度的特性及流动性而能够形成薄板，且能够制备具有复杂形状及结构的高品质外置压铸部件及内置压铸部件。

附图说明

图1为用于本发明的实验的ASTM小尺寸试样(Subsize)规格的拉伸试片图。

图2为应力-变形率图表。

图3为肉眼观察1。

图4为肉眼观察2。

图5为放大观察1。

图6为放大观察2。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

本发明一实施方式涉及铝合金，更详细地，涉及以对人体无害，且还兼备耐蚀性和高强度的方式由硅和、镁、铬、锌、锰、钛、锆、锡、铁、余量的铝及剩余的不可避免的杂质组成的压铸用铝合金。

硅作为提高流动性和强度的元素，优选地，相对于合金的总重量，包含5.5至8.0％范围的硅。即，若硅的含量为8.0％以上，则因热处理差而发生破裂，若硅的含量为5.5％以下，则无法实现本来的目的。因此，最优选地，包含6.8％的硅，以便能够同时提高流动性、强度及热处理。

镁作为使紧密的表面氧化层(MgO)急剧生长，来防止内部腐蚀，提高强度的元素，优选地，相对于合金的总重量，包含0.5至2.5％范围的镁。即，若镁的含量为2.5％以上，则因流动性降低而难以制成复杂的形状，若镁的含量为0.5％以下，则无法实现本来的目的。因此，最优选地，为了提高耐腐蚀性和强度，也为了适当的流动性，包含1.5％的镁。

铬作为用于提高耐蚀性的元素，优选地，相对于合金的总重量，包含0.01至0.4％范围的铬。即，若铬的含量为0.4％以上，则降低强度，若铬的含量为0.01％以下，则无法实现本来的目的。因此，若以0.05％的含量包含铬，则能够同时满足耐蚀性和强度。

锌作为使铸造性和强度的提高极大化的元素，优选地，相对于合金的总重量，包含8.0至12.5％范围的锌。即，若锌的含量为12.5％以上，则降低耐蚀性和韧性，若锌的含量为8.0％以下，则无法实现本来的目的。因此，最优选地，包含10.5％的锌，以便能够提高铸造性和强度，满足耐蚀性和韧性。

锰作为增强耐蚀性，在高温中增强软化阻抗，改善表面处理特性的元素，优选地，相对于合金的总重量，包含0.15至0.5％范围的锰。即，若锰的含量为0.5％以上，则降低铸造性，若锰的含量为0.15％以下，则无法实现本来的目的。因此，最优选地，包含0.35％的锰，以便能够同时提高耐蚀性、软阻抗、表面处理及铸造性。

钛作为通过晶粒的细化来提高成型性和强度的元素，优选地，相对于合金的总重量，包含0.01至0.3％范围的钛。即，若钛的含量为0.3％以上，则因降低熔汤的流动而促进不良，若钛的含量为0.01％以下，则无法实现本来的目的。因此，最优选地，包含0.1％的钛，以便能够提高成型性和强度并防止不良。

锆作为提高耐腐蚀性，并在高温中提高强度的元素，优选地，相对于合金的总重量，包含0.01至0.2％范围的锆。即，若锆的含量为0.2％以上，则发生破裂或碎裂现象，若锆的含量为0.01％以下，则无法实现本来的目的。因此，最优选地，包含0.03％的锆，以便能够提高耐腐蚀性和强度并补充脆性。

锡作为提高成型性和切削加工性的元素，优选地，相对于合金的总重量，包含0.001至0.2％范围的锡。即，若锡的含量为0.2％以上，则降低耐蚀性，若锡的含量为0.001％以下，则无法实现本来的目的。因此，若包含0.05％的锡，则能够同时兼备成型性、切削加工性及耐蚀性。

最后，铁作为防止固着性且提高强度的元素，优选地，相对于合金的总重量，包含0.01至1.0％范围的铁。即，若铁的含量为1.0％以上，则降低耐蚀性，产生沉淀物，若铁的含量为0.01％的以下，则无法实现本来的目的。因此，最优选地，包含0.6％的铁，以便能够防止固着性、提高强度及具有耐蚀性。

本发明的另一实施方式为利用上述的铝合金来制备铸件的方法。首先，执行步骤(A)，准备包含5.5～8.0重量百分比的硅、0.5～2.5重量百分比的镁、0.01～0.4重量百分比的铬、8.0～12.5重量百分比的锌、0.15～0.5重量百分比的锰、0.01～0.3重量百分比的钛、0.01～0.2重量百分比的锆、0.001～0.2重量百分比的锡、0.01～1.0重量百分比的铁、余量的铝及剩余的不可避免的杂质的铝合金。接着，执行步骤(B)，在熔炉中熔融在步骤(A)中准备的铝合金，并向压铸装置供给将所熔融的合金物。最后，执行步骤(C)，在将步骤(B)中的合金物加温至680～730℃的状态下，以75MPa的强度向模具注入，来完成铸件。

已完成的铸件因表面的氧化层稳定且紧密地形成，从而在盐水环境及水或大气状态下具有优秀的耐腐蚀性。并且，具有270～350MPa的拉伸强度、200～280MPa的屈服强度及2.0～3.5％的断裂伸长率。

以下，观察本发明的具体实施例，来了解合金所具有的实际效果是否有效。

实验方法

利用通过本发明来制备的合金，制出ASTM小尺寸试样(Subsize)规格的拉伸试片，并使用万能材料试验机(Instron5982)来测定了拉伸试验。通过拉伸试验来测定了拉伸强度、屈服强度及断裂伸长率。并且，利用铬酸盐来对铸件进行表面处理，并向表面喷洒盐水，在喷雾之前与之后以12小时为单位观察了腐蚀程度。腐蚀程度分别以肉眼和阻抗测试的方式观察。

拉伸试片规格，如图1

单位：mm

盐水喷雾试验条件(KSD9502)

-Nacl(氯化钠，SodiumChloride)：99.5％，韩国三田纯药工业株式会社(SamchunPureChemicalsCo.,Ltd.)

-盐水浓度：5％

-水：脱离子水及蒸馏水

-试验温度：35℃±1℃

-喷雾液pH(35℃)：pH6.5～7.2

-喷雾压力：0.07～0.17MPa

-喷雾方法：连续喷雾

-喷雾量：1.5±0.5ml/hr

试料的制备

单位：重量百分比

以如上所述的组成成分准备铝合金，并将所准备的合金以与上述的制备方法相同的条件制成了铸件。

拉伸试验：应力-变形率图表(拉伸强度、屈服强度、延伸率)，如图2。

阻抗测定

单位：Ω

实验结果

在拉伸试验中，具有270～350MPa的拉伸强度、200～280MPa的屈服强度及2.0～3.5％的断裂伸长率。并且，在肉眼观察1中，进行盐水喷雾之前与之后的色差并不明显，在阻抗测定中，盐水喷雾之前与之后的阻抗幅度之差并不大。像这样，能够提供既无需添加对人体有害的镍来满足环境制约，又具有优秀的高强度和耐蚀性的铸件。

另一方面，对本发明实施例的合金和现有的合金所具有的实际差异进行了解。

试验方法

将通过本发明来制备的铸件分为实施例，将通过作为常用合金的ALDC12的铸件分为比较例1，将通过本公司A合金的铸件分为比较例2，来分别测定各物性，并观察了腐蚀程度。物性以区分为密度、屈服点、拉伸强度及延伸率的方式进行了侧定。并且，腐蚀是在铸件状态下，不经由表面处理而对表面进行盐水喷雾，在24小时之后，与肉眼观察一同利用扫描电子显微镜来观察250μm的表面状态和5μm的氧化膜状态。

试料的制备

单位：重量百分比

以如上所述的组成成分准备铝合金，并根据相同的方法和ASTM规格来将所准备的合金制成了铸件。

物性测定

物性	实施例	比较例1	比较例2
				密度(g/cc)	2.8	2.7	2.9
屈服点(MPa)	270	150	230
				拉伸强度(MPa)	340	220	330
延伸率(％)	3.0	3.5	3.0

试验结果

在物性测定中，可以确认实施例与比较例1和比较例2相比，屈服点和拉伸强度高，延伸率低。在肉眼观察2中，可以确认实施例与比较例1和比较例2相比，颜色突出且表面紧密。并且，在放大观察1中，在比较例1和比较例2分别观察出未在实施例中出现的破裂现象，在放大观察2中，与实施例相比，在比较例1和比较例2中观察出由表面腐蚀引起的氧化层的厚度明显高。像这样，本发明能够提供既无需添加对人体有害的镍来满足环境制约，又具有优秀的高强度和耐蚀性的铸件。

本发明并不局限于所记载的实施例，在不脱离本发明的思想及范围的情况下，能够进行多种修改及变形，这对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，变形例或修改例应包括在本发明的发明要求保护范围。

Claims (3)

1.一种压铸用铝合金，其特征在于，包含5.5～8.0重量百分比的硅、0.5～2.5重量百分比的镁、0.01～0.4重量百分比的铬、8.0～12.5重量百分比的锌、0.15～0.5重量百分比的锰、0.01～0.3重量百分比的钛、0.01～0.2重量百分比的锆、0.001～0.2重量百分比的锡、0.01～1.0重量百分比的铁、余量的铝及剩余的不可避免的杂质。

2.一种铝合金铸件的制备方法，其特征在于，包括：

步骤(A)，准备包含5.5～8.0重量百分比的硅、0.5～2.5重量百分比的镁、0.01～0.4重量百分比的铬、8.0～12.5重量百分比的锌、0.15～0.5重量百分比的锰、0.01～0.3重量百分比的钛、0.01～0.2重量百分比的锆、0.001～0.2重量百分比的锡、0.01～1.0重量百分比的铁、余量的铝及剩余的不可避免的杂质的铝合金；

步骤(B)，在熔炉中熔融上述铝合金，并向压铸装置供给所熔融的合金物；以及

步骤(C)，在将上述合金物加温至680～730℃的状态下，以75MPa的强度向模具注入，来完成铸件。

3.根据权利要求2所述的铝合金铸件的制备方法，其特征在于，在上述步骤(C)中完成的铸件的拉伸强度为270～350MPa、屈服强度为200～280MPa、断裂伸长率为2.0～3.5％。