CN106566961A - 压铸用铝合金及利用其的铝合金铸造品的制备方法 - Google Patents

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许日
李正木
金度均
金圣国
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure

Abstract

本发明涉及压铸用铝合金及利用其的铝合金铸造品的制备方法，作为其组成的特征，包括硅、铁、铜、锰、铬、镍、钛以及余量的铝和其他不可避免的杂质。由此，本发明具有如下效果，相比于其他常用合金，具有优秀的流动性、成形性及热传导性，因此，可有效适用于需具有散热特性的部件。

Description

压铸用铝合金及利用其的铝合金铸造品的制备方法
技术领域
本发明涉及压铸用铝合金及利用其的铝合金铸造品的制备方法，更具体地涉及相比于常用合金，具有良好的流动性和成型性而可用于需要散热特性的部件的压铸用铝合金及利用其的铝合金铸造品的制备方法。
背景技术
通常，铝轻便且易于铸造，可与其他金属很好地形成合金，易于常温及高温加工，导电性及导热性良好，因此，广泛用于工业领域。尤其，近年来为了提高汽车及电子产品等的油耗比或减少重量等，多使用铝混合其他金属的铝合金。
根据这种以铝合金制造产品的方法，采用冲压成型来形成外壳，并在外壳的表面形成两极氧化膜，根据这种方法，可获得长时间使用也不会受损且可保持美丽颜色表面的外壳，但由于存在无法借助冲压加工来成型的形状，因此，外壳的设计上存在局限性。
因此，作为以铝合金制造产品的方法，多使用压铸(die casting)方法，压铸是一种按照需要的铸造形状向准确完成机械加工的模具中注入熔融金属而获得与模具相同的铸造物的精密铸造法。根据这种压铸方法，由于所生产的产品的尺寸正确，几乎无需打磨，机械性质优秀，可批量生产，生产费用低廉，因此，具有高度批量生产性，目前最多用于汽车零部件、电子设备、光学设备、计量仪器等各种领域。
作为目前广泛使用的压铸用铝合金，有铸造性优秀的ALDC3、ALD10、ALDC12等铝硅(Al-Si)类合金和ALDC5或ALDC6等铝镁(Al-Mg)类合金。但是，这种铝压铸合金的耐热性低，因此，在适用范围的扩大方面存在制约性。
作为改善这种恶劣的耐热性的一个过程，利用物理沉积法，在合金表面形成保护膜，但这种方法需要真空装备等高价附带装备，也存在难以重复利用的问题。
作为其他方法，还有将具有抗腐蚀性的元素的离子注入到合金表面的离子注入法、向合金表面照射激光而在表面层形成准稳定性状态的激光退火法等。根据前一种方法，离子注入深度方面存在局限性，在使用过程中当离子注入层受损时，导致抗腐蚀性急速下降，而根据后一种方法，在处理过程中，产品大小发生变化，因此，需要另行实施机械加工。
现有技术文献
专利文献
专利文献001：韩国公开专利公报第10-2016-0027853号(压铸用铝合金及其制造方法)”
发明内容
由此，本发明是为了从根本上解决如上所述的现有问题而提出的，目的在于提供一种在铝中以最佳组成比添加硅、铜、镍、铁、镁、锰、铬，从而相比于常用合金，具有良好的流动性和成型性而可用于需要散热特性的部件的压铸用铝合金及利用其的铝合金铸造品的制备方法。
为了达到上述目的，本发明的一实施方式的压铸用铝合金，其特征在于，包括硅(Si)、铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、镁(Mg)、锰(Mn)、铬(Cr)以及余量的铝(Al)和其他不可避免的杂质。
此时，本发明的特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加8.0～10.0重量百分比的上述硅(Si)。
并且，本发明的特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加1.2～2.5重量百分比的上述铜(Cu)。
并且，本发明的特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加0.06～0.5重量百分比的上述镍(Ni)。
并且，本发明的特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加0.6～2.0重量百分比的上述铁(Fe)。
并且，本发明的特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加0.01～0.4重量百分比的上述镁(Mg)。
并且，本发明的特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加0.15～0.25重量百分比的上述锰(Mn)。
并且，本发明的特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加0.1～0.25重量百分比的上述铬(Cr)。
并且，本发明的特征在于，铝合金具有155～170MPa的屈服强度、9.5～11％的延伸率、2.5～2.8g/cm3比重、55～65mm2/s的热扩散率以及150～165W/(m.K)的热传导率。
本发明的另一实施方式的压铸用铝合金铸造品制造方法，其特征在于，包括：步骤(A)，准备包括硅、铜、镍、铁、镁、锰、铬以及余量的铝和其他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，将所熔融的合金物供给到压铸装置；以及步骤(C)，将 上述合金物加温至680～750℃的状态下，以75MPa注入于模具并完成铸造品。
此时，根据本发明，上述步骤(A)的铝合金中包括8.0～10.0重量百分比的硅、1.2～2.5重量百分比的铜、0.06～0.5重量百分比的镍、0.6～2.0重量百分比的铁、0.01～0.4重量百分比的镁、0.15～0.25重量百分比的锰、0.1～0.25重量百分比的铬以及余量的铝和其他不可避免的杂质。
并且，本发明的特征在于，在上述步骤(C)中完成的铸造品具有155～170MPa的屈服强度、9.5～11％的延伸率、2.5～2.8g/cm3的比重、55～65mm2/s的热扩散率以及150～165W/(m.K)的热传导率。
另一方面，在此之前，在本说明书及本发明的保护范围内使用的术语或单词不应限定地解释为通常的含义或词典上的含义，立足于发明人为了以最佳的方法说明自己的发明而能够合理地定义术语概念的原则，将其解释为符合本发明的技术思想的含义和概念。因此，在本说明书中记载的实施例和附图所示的组成仅仅是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，因此，应理解的是，在本申请时点，可存在能够替代这些的各种等同技术方案和变形例。
如上述组成及作用中所述，根据本发明，在作为主材料的铝中以最佳组成比添加硅、铜、镍、铁、镁、锰、铬，使得相比于其他常用合金，具有良好的流动性和成型性而可用于需要散热特性的部件。
附图说明
图1为用于本发明的实验的ASTM小尺寸(Subsize)规格的拉伸试片的图。
图2为在第一实验中制作的合金的盐水喷雾后的图片。
图3为由在第一实验中制作的合金制作的试片的图片。
具体实施方式
下面，将参照附图对根据本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明的一实施方式涉及压铸用铝合金，其包括硅(Si)、铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、镁(Mg)、锰(Mn)、铬(Cr)、、钛(Ti)以及余量的铝(Al)和其他不可避免的杂质，从而既对人体无害又兼备优秀的散热性和流动性。
本发明的铝合金具有155～170MPa的屈服强度、9.5～11％的延伸率、2.5～2.8/cm3的比重、55～65mm2/s的热扩散率以及150～165W/(m.K)的热传导率。因此，可广泛地应用于需具有良好的散热特性的电子设备的内装部件、外装部件、电子设备的部件、汽车用散热部件等。
硅(Si)用于提高流动性和强度，优选地，相对于合金的总重量，包含8.0至10.0％的硅。即，当硅(Si)含量为10.0％以上时，热处理性能变弱，导致发生碎裂，当含量为8.0％以下时，无法达到原有目的。因此，最优选地，包含9.0％的硅(Si)，使得流动性和强度及热处理能力均得以提升。
铜(Cu)用于提高借助硬化效果的合金强度，优选地，相对于合金的总重量，包含1.2至2.5％的铜。即，当铜(Cu)含量为1.2％以下时，强度改善效果下降，当含量为2.5％以上时，耐蚀性下降。因此，最优选地，包含1.5％的铜(Cu)，从而提高强度和具有耐蚀性。
镍(Ni)用于提高合金的耐蚀性，优选地，相对于合金的总重量，包含0.06至0.5％以下的镍。即，即使包含0.5％以上的镍，耐蚀性也不会显著提升，而含量为0.06％以下时，无法达到原有目的。因此，包含0.3％的镍(Ni)，其耐蚀性和有害性均可以得到满足。
铁(Fe)用于防止固着性并提高强度，优选地，相对于合金的总重量，包含0.6至2.0％的铁。即，当铁(Fe)含量为2.0％以上时，耐蚀性下降，并生成沉淀物，当含量为0.6％以下时，无法达到原有目的。因此，最优选地，包含1.0％的铁(Fe)，从而防止固着性、提高强度以及具有耐蚀性。
镁(Mg)通过快速形成缜密的表面氧化层(MgO)来防止内部腐蚀并提升强度，优选地，相对于合金的总重量，包含0.01至0.4％的铁。即，当镁(Mg)的含量为0.4％以上时，流动性下降，难以制造复杂的形状，当含量为0.01％以下时，则无法达到原有目的。因此，最优选地，包含0.25％的镁(Mg)，实现强度提升和适当的流动性。
锰(Mn)用于增强耐蚀性并增加高温下的抗软化性，且改善表面处理特性，优选地，相对于合金的总重量，包含0.15至0.25％的锰。即，当锰(Mn)的含量为0.25％以上时，铸造性下降，当含量为0.15％以下时，无法达到原有目的。因此，最优选地，包含0.18％的锰(Mn)，使得耐蚀性、抗软化性以及表面处理和铸造性均得到提高。
铬(Cr)用于提高耐蚀性，优选地，相对于合金的总重量，包含0.1至0.25％的铬。即，当铬(Cr)的含量为0.25％以上时，强度下降，当含量为0.1％以下时，无法达到原有目的。因此，包含0.15％的铬(Cr)，其耐蚀性和强度均可以得到满足。
本发明的另一实施方式是利用前述的压铸用铝合金来制造铸造品的方法。首先，经过步骤(A)，准备包括8.0～10.0重量百分比的硅(Si)、1.2～2.5重量百分比的铜(Cu)、0.06～0.5重量百分比的镍(Ni)、0.6～2.0重量百分比的铁(Fe)、0.01～0.4重量百分比的镁(Mg)、0.15～0.25重量百分比的锰(Mn)、0.1～0.25重量百分比的铬(Cr)以及余量的铝(Al)和其他不可避免的杂质的铝全金。
接着，经过步骤(B)，在熔炉中熔融铝合金，并将熔融的合金物供给到压铸装置。最后，经过步骤(C)，将步骤(B)的合金物加温至680～750℃的状态下，以75MPa注入于模具，并完成铸造品。完成的铸造品具有155～170MPa的屈服强度、9.5～11％的延伸率、2.5～2.8g/cm3的比重、55～65mm2/s的热扩散率以及150～165W/(m.K)的热传导率。
下面，将参照本发明的具体实施例，了解合金所具有的实质性效果是否有效。
第一实验
第一实验为将由本发明的物质和含量所组成的实施例1至实施例3的合金和由现有的物质和含量所组成的比较例1至比较例3的合金分别按照美国材料与实验协会小尺寸(ASTM Subsize.图1)标准的试片制作后，使用万能材料实验仪(英斯特朗(Instron 5982)来测定特性，按照美国材料与实验协会热扩散系数测试(ASTM E1461)来测定热传导率。
样本制作
硅 铁 铜 锰 镁 铬 镍 锌 钛 锡 铝
实施例1 9.0 1.0 1.5 0.18 0.25 0.15 0.3 - - - 余量
实施例2 8.0 0.6 1.2 0.15 0.01 0.1 0.06 - - - 余量
实施例3 10.0 2.0 2.5 0.25 0.4 0.25 0.5 - - - 余量
比较例1 5.0 0.1 0.5 0.1 0.1 0.01 0.01 3.0 0.1 0.35 余量
比较例2 6.0 0.3 0.8 0.4 0.5 0.03 0.02 11.1 0.05 0.03 余量
比较例3 7.0 0.5 1.0 0.8 1.0 0.05 0.05 1.0 1.0 0.5 余量
单位：重量百分比
实验结果
比重(g/cm3) 热扩散率(mm2/s) 热传导率(W/(m.K))
实施例1 2.674 60.4 161.5
实施例2 2.697 57.7 155.6
实施例3 2.717 55.5 150.8
比较例1 2.7 40 96
比较例2 2.9 41 127
比较例3 2.65 44.8 124
实验结果
根据实验结果，在特性实验中，比较例的抗屈服强度高于实施例，而延伸率低于实施例。相反，在热传导率实验中，实施例的热扩散率和热传导率高于比较例。
第二实验
第二实验中选定在第一实验中热扩散率和热传导率最优秀的实施例1，并且分别了解实施例1与现有的比较例1至比较例3所具有的耐蚀性与成形性。即，在按照小尺寸(Subsize)制作的试片的表面上，喷雾5％的盐水后在常温下保存24小时，用肉眼观察表面(图2)。并且，成型为呈螺旋形状的腔室的模具后，用肉眼观察制作的螺旋试片(图3)。
根据实验结果，在盐水实验中，可确认实施例与比较例相比，颜色更鲜明且表面更周密，而且在螺旋成型实验中也可确认实施例与比较例相比，以完成度最佳的形状的试片制作。
由此，本发明具有如下效果，相比于其他常用合金，具有优秀的流动性、成形性及热传导性，因此，可有效适用于需具有散热特性的 部件。
本发明不限定于所记载的实施例，对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的思想及范围的情况下，可进行各种修改及变形是显而易见的。因此，其变形例或修改例均应属于本发明所要保护的范围内。

Claims (12)

1.一种压铸用铝合金，其特征在于，包括硅、铜、镍、铁、镁、锰、铬以及余量的铝和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的压铸用铝合金，其特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加8.0～10.0重量百分比的上述硅。
3.根据权利要求1所述的压铸用铝合金，其特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加1.2～2.5重量百分比的上述铜。
4.根据权利要求1所述的压铸用铝合金，其特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加0.06～0.5重量百分比的上述镍。
5.根据权利要求1所述的压铸用铝合金，其特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加0.6～2.0重量百分比的上述铁。
6.根据权利要求1所述的压铸用铝合金，其特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加0.01～0.4重量百分比的上述镁。
7.根据权利要求1所述的压铸用铝合金，其特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加0.15～0.25重量百分比的上述锰。
8.根据权利要求1所述的压铸用铝合金，其特征在于，相对于铝合金总重量百分比，添加0.1～0.25重量百分比的上述铬。
9.一种压铸用铝合金，其特征在于，权利要求1所述的铝合金具有155～170MPa的屈服强度、9.5～11％的延伸率、2.5～2.8g/cm3比重、55～65mm2/s的热扩散率以及150～165W/(m.K)的热传导率。
10.一种铝合金铸造品的制备方法，其特征在于，包括：
步骤(A)，准备包括硅、铜、镍、铁、镁、锰、铬以及余量的铝和其他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，将所熔融的合金物供给到压铸装置；以及
步骤(C)，将上述合金物加温至680～750℃的状态下，以75MPa注入于模具并完成铸造品。
11.根据权利要求10所述的铝合金铸造品的制备方法，其特征在于，上述步骤(A)的铝合金中包括8.0～10.0重量百分比的硅、1.2～2.5重量百分比的铜、0.06～0.5重量百分比的镍、0.6～2.0重量百分比的铁、0.01～0.4重量百分比的镁、0.15～0.25重量百分比的锰、0.1～0.25重量百分比的铬以及余量的铝和其他不可避免的杂质。
12.根据权利要求10所述的铝合金铸造品的制备方法，其特征在于，在上述步骤(C)中完成的铸造品具有155～170MPa的屈服强度、9.5～11％的延伸率、2.5～2.8g/cm3的比重、55～65mm2/s的热扩散率以及150～165W/(m.K)的热传导率。
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