CN116657220A - 合金部件，装置和制造合金部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及合金部件，装置和制造合金部件的方法。一种合金部件包括基材，该基材包括表面层并且是具有α相和β相的镁锂合金(Mg‑Li合金)，以及能够在表面层上形成抗蚀膜。所述Mg‑Li合金的β相的(110)平面中的取向度大于或等于70％。所述Mg‑Li合金的平均晶粒尺寸小于或等于50μm。所述表面层的Li浓度低于所述基材内部的Li浓度。

Description

合金部件，装置和制造合金部件的方法
技术领域
本公开涉及合金部件、装置和制造合金部件的方法。
背景技术
近年来，比重小于镁合金比重的镁-锂合金(Mg-Li合金)引起关注。Mg-Li合金重量轻并且在减震特性和比强度方面优异，从而有望应用于各种装置。然而，锂是一种非常活泼的金属元素，易于电离和溶解。Mg-Li合金比不含锂的镁合金更容易腐蚀。日本专利申请特开第2013-204127号讨论了降低Mg-Li合金的表面(用作防锈涂覆膜)的锂浓度的方法，以及由此处理以改善Mg-Li合金的耐腐蚀性的部件。
然而，日本专利申请特开第2013-204127号中讨论的方法仅针对Mg-Li合金的表面层部分，并且该部件的耐腐蚀性不足。
发明内容
根据本公开的一个方面，一种合金部件包括基材，该基材包括表面层并且是具有α相和β相的Mg-Li合金，其中能够在表面层上形成抗蚀膜，其中所述Mg-Li合金的β相的(110)平面中的取向度大于或等于70百分比(％)，其中所述Mg-Li合金的平均晶粒尺寸小于或等于50微米(μm)，以及其中所述表面层的Li浓度低于所述基材内部的Li浓度。
根据本公开的另一方面，一种制造合金部件的方法，包括制备基材，使用压铸成型来模制该基材并且该基材是具有α相和β相的Mg-Li合金，以及通过对所述基材执行阳极氧化处理以获得表面层，所述表面层的Li浓度低于所述基材内部的Li浓度。
由通过参考附图对示例性实施方案的以下描述，本公开的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据第一示例性实施方案的合金部件的示意图。
图2是示出根据第一示例性实施方案的合金部件的制造步骤的流程图。
图3是根据第一示例性实施方案的合金部件的制造方法中使用的压铸成型装置的示意图。
图4是用于根据第一示例性实施方案的合金部件的制造方法中的阳极氧化处理装置的示意图。
图5是根据第三示例性实施方案的摄像装置的示意图。
图6是根据第四示例性实施方案的电子装置的示意图。
图7是根据第五示例性实施方案的移动体的示意图。
图8是说明实施例1中的表面层厚度测量的示意图。
图9是说明实施例1中的晶粒尺寸测量的图示。
图10是根据第二示例性实施方案的合金部件的示意图。
具体实施方式
[合金部件]
图1是根据第一示例性实施方案的合金部件的示意图，并且是沿层叠方向切割时合金部件的截面的局部放大图。
合金部件100是其中基材101和抗蚀膜103层叠在一起的合金部件，所述抗蚀膜设置在基材101的表面层102上。根据本示例性实施方案的合金部件100的应用没有特别限制，例如，合金部件100可以用作装置的外部部件、内部部件和滑动接触部件。在本公开中，未设置抗蚀膜103的形式也被称为合金部件。
基材101是具有α相和β相的镁-锂合金(Mg-Li合金)。
在本示例性实施方案中，Mg-Li合金是指含有Mg和Li的合金，并且其中Mg含量和Li含量之和大于或等于90质量百分比(％)。使用Mg和Li含量大于或等于90质量％的合金有助于重量减轻。Mg-Li合金是一种轻质金属材料，并且与不含Li的Mg合金相比，它更轻而且在减振特性和比强度方面更优异。
“优异的减振特性”是指通过将振动能量快速转变为热能，使振动快速收敛。“比强度”是单位密度的抗拉强度。比强度越高，合金部件越有可能制成为轻质的。
“α相”和“β相”是指Mg-Li合金的结晶相。已知Mg-Li合金根据所含Li的量而在晶体结构方面不同。基于以下文献中的相图来描述所述结构：“Nigengokin-jotai-zushu,written and edited by Seizo Nagasaki and Makoto Hirabayashi,publisher:AGNEGijutsu Center Inc.,ISBN-13:978-4900041882,release date:2001/01”。根据该相图，可以理解，在Mg-Li合金中，存在α相的单相区、β相的单相区以及同时具有α相和β相的共晶区。α相含有大量Mg，也称为六方密堆相，α相的晶体结构为六方密堆(hcp)结构。β相含有大量Li，也称为体心立方相，β相的晶体结构是体心立方(bcc)结构。在25摄氏度(℃)下在Li含量低于5质量％的情形中，Mg-Li合金只具有α相。在25℃下在Li含量超过11质量％的情形中，Mg-Li合金只具有β相。在25℃下具有α相和β相的Mg-Li合金是Li含量大于或等于5质量％且小于或等于11质量％的合金。可通过X射线衍射测量(如2θ/θ测量)来确定Mg-Li合金的晶体结构。
例如，可通过基于对Li0.18-Mg0.82合金的粉末X射线衍射数据来确认六方晶体的平面指数来验证α相的存在(国家研究与发展局，国家材料科学研究所，无机材料数据库)。可通过基于对Li0.5-Mg0.5合金的粉末X射线衍射数据来确认体心立方晶体的平面指数来验证β相的存在(例如，国家研究和发展局，国家材料科学研究所，无机材料数据库)。
Mg-Li合金的β相的(110)平面中的取向度大于或等于70％。β相的(110)平面是β相的密堆面。作为惰性晶面的β相的(110)平面中的取向度高，即大于或等于70％，由此可以减少基材101的腐蚀起点。因此，根据本公开的合金部件具有优异的耐腐蚀性。可通过以下方法测量β相的(110)平面中的取向度。
β相的(110)平面中的取向度如下获得。首先，在2θ大于或等于20度(°)且小于或等于100°的范围内，通过2θ-θ测量获得衍射图案，并从获得的衍射图案中去除背景。接下来，对于从中去除了背景的衍射图案的峰，基于对Li0.5-Mg0.5合金的粉末X射线衍射数据来确定体心立方晶体的平面指数。对应于体心立方晶体的所确定的平面指数的X射线衍射的每个强度除以相应粉末X射线的强度比，并将所得值相加。通过将相当于体心立方晶体的密堆平面的(110)平面和(220)平面的平面指数的每个X射线强度除以相应粉末X射线的强度比而获得的值除以上述总和值。
Mg-Li合金的平均晶粒尺寸小于或等于50微米(μm)。因为平均晶粒尺寸小于或等于50μm，所以易于厚地形成根据本公开的合金部件100的表面层102。该平均晶粒尺寸在基材101的耐腐蚀性提高方面也是合适的。通过调节压铸成型的注射速度和冷却速度，可以将平均晶粒尺寸控制在期望的范围内。注射速度和冷却速度越快，晶粒尺寸可越小。Mg-Li合金的α相的晶体形状为针状。“针状”是指纵横比(即长轴长度与短轴长度之比)为4以上的晶体。期望α相的平均晶粒尺寸应小于或等于30μm。α相是当进行阳极氧化处理时Li不太可能移动的结晶相。如果α相晶体的晶粒尺寸大，则难以在小电压下或短时间内进行阳极氧化处理。然而，如果α相的平均晶粒尺寸小于或等于30μm，则在进行阳极氧化处理时，Li有效地纳入到抗蚀膜103中。因此，可以在相对小的电压下或在相对短的时间内形成表面层102。就基材101的耐腐蚀性增加而言，还期望平均晶粒尺寸应小于或等于30μm。
只要所含金属元素的量小于或等于10质量％，Mg-Li合金还可以包含另一种金属元素来调节其特性。具体而言，Mg-Li合金可以包含选自由以下构成的第一组的一种或多种元素：铝(Al)、锌(Zn)、锰(Mn)、硅(Si)、钙(Ca)、锗(Ge)和铍(Be)。
例如，期望Mg-Li合金应具有小于或等于10质量％的Al含量。就基材101的强度增加而言，Mg-Li合金的Al含量应大于或等于1质量％且小于或等于10质量％。
Zn、Mn、Si和Ca能够提高基材101的强度。对于Zn，期望Mg-Li合金应具有小于或等于3质量％的Zn含量。更期望Mg-Li合金应具有大于或等于0.2质量％且小于或等于3质量％的Zn含量。对于Mn，期望Mg-Li合金应具有小于或等于0.3质量％的Mn含量。更期望Mg-Li合金应具有大于或等于0.1质量％且小于或等于0.3％质量％的Mn含量。对于Si，期望Mg-Li合金应具有小于或等于0.2质量％的Si含量。更期望Mg-Li合金应具有大于或等于0.1质量％且小于或等于0.2％质量％的Si含量。对于Ca，期望Mg-Li合金应具有小于或等于1.0质量％的Ca含量。更期望Mg-Li合金应具有大于或等于0.1质量％且小于或等于1.0质量％的Ca含量。
Ge和Be使Mg-Li合金的晶体微细化，并且提高基材101的耐腐蚀性。
对于Ge，期望Mg-Li合金应具有小于或等于1质量％的Ge含量。更期望Mg-Li合金应具有大于或等于0.1质量％且小于或等于1质量％的Ge含量。对于Be，期望Mg-Li合金应具有小于或等于3质量％的Be含量。更期望Mg-Li合金应具有大于或等于0.04质量％且小于或等于3％质量％的Be含量。
基材101的形状没有特别限制。基材101的形状不限于六面体，例如长方体或立方体，并且可以是圆柱形、球形、棱柱形、圆锥形或管形。
表面层102是形成于基材101表面上的部分。表面层102的Li浓度低于基材101内部的Li浓度，所述基材内部是表面层102以外的部分。换而言之，表面层102的Mg浓度高于基材101内部的Mg浓度。“表面层102”不但指设置有抗蚀膜103的侧面上的基材101部分，还包括基材101的底表面和侧表面上的表面。也就是说，表面层102可以形成于图1纸面上的基材101的左侧和右侧或下侧上。由于表面层102的Li浓度低于基材101内部的Li浓度，因此表面层102相比于基材101内部更不易腐蚀。合金部件100包括表面层102，由此即使抗蚀膜103劣化，基材101内部也不太可能腐蚀。因此，合金部件100作为部件的耐久性提高。表面层102的厚度(层叠方向上的长度)越大，基材101内部越不容易腐蚀。期望表面层102的厚度应大于或等于10μm。就防止锂析出而言，更期望表面层102的厚度应大于或等于30μm。另一方面，如果表面层102的厚度太大，则制造过程需要更长的时间，或者需要能够施加高电压的电源。因此，期望表面层102的厚度应小于或等于100μm。在表面层102中，与在基材101中相比，Li化合物不太可能析出。具体地，当如图1所示切割合金部件100并经过四小时时，在表面层102中Li化合物的析出量小于基材101中的析出量。另一方面，由于基材101的Li浓度高于表面层102的Li浓度，因此与表面层102相比，多余的锂更可能以碳酸锂(Li2CO3)或氧化锂(Li2O)形式析出在基材101中。由于Li化合物可以是腐蚀的起点，因此更期望的形式是当合金部件100被切割时Li化合物不会析出在表面层102上的形式。可以通过例如以下步骤形成表面层102：通过阳极氧化处理对基材101的表面进行改造并形成抗蚀膜103。用于测量表面层102的Li浓度是否低于基材101内部的Li浓度的方法没有特别限制。
当合金部件100在厚度方向上抛光时，可以通过X射线光电子能谱法(XPS)测量Li浓度，或者可以通过使用扫描电子显微镜(SEM-EDX)通过能量色散X射线光谱法测量Mg浓度来推测Li浓度。
可以在表面层102上形成抗蚀膜103。在图1中，在表面层102上形成抗蚀膜103。抗蚀膜103是为了避免基材101的表面(表面层102)暴露于大气而形成的膜。抗蚀膜103防止基材101表面上的锂与大气中的水分反应。抗蚀膜103是由包括无机氟化物的无机化合物构成的膜。无机氟化物的实例包括氟化镁(MgF2)。抗蚀膜103的无机氟化物的主要成分是MgF2，并且MgF2的比例大于或等于90体积％。由于抗蚀膜103的无机氟化物的主要成分是MgF2，因此可以防止基材101的腐蚀。这是因为MgF2具有对水分不敏感的特性。
除MgF2之外，抗蚀膜103的无机氟化物还可以包括氟化锂(LiF)和/或氧化物，只要LiF和/或氧化物的比例小于或等于10体积％。例如，可以基于X射线衍射测量的2θ/θ测量来计算抗蚀膜103的无机氟化物中的MgF2体积比例。期望抗蚀膜103的厚度(层叠方向上的长度)应大于或等于2μm。通过该厚度，可以充分阻挡表面层102上方的空气中的水或湿气。更期望的是，抗蚀膜103的厚度应大于或等于5μm。甚至更期望抗蚀膜103的厚度应大于或等于20μm。可以通过与改造基材101表面以便通过阳极氧化处理形成表面层102的步骤相同的步骤来形成抗蚀膜103。
在合金部件100中，抗蚀膜103可以不暴露。例如，根据使用者的目的，可以在抗蚀膜103上进一步设置涂覆膜，例如底漆或面漆层。涂覆膜的实例包括具有热障功能的热障膜。涂覆膜材料的实例包括可固化树脂的固化产物。可固化树脂的实例包括热固性树脂和光固性树脂。
如上所述，在根据本示例性实施方案的合金部件中，基材101的表面层102的Li浓度低于基材101内部的Li浓度，所述基材101是在β相的(110)平面中的取向度大于或等于70％并且具有小于或等于50μm的平均晶粒尺寸的Mg-Li合金。基材101具有优异的耐腐蚀性，并且在基材110上设置具有低Li浓度的表面层102。因此，根据本公开的合金部件在耐腐蚀性方面比常规已知合金部件更优异，在所述常规已知合金中仅使基材表面层的Li浓度低于基材内部的Li浓度。
[合金部件的制造方法]
接下来，参考图2、3和4，描述根据本公开的合金部件的制造方法。
图2是说明制造合金部件的步骤的流程图。图3是执行压铸成型的压铸成型装置的示意图。图4是执行阳极氧化处理的阳极氧化装置的示意图。
根据本公开的合金部件的制造方法包括：通过压铸成型制备基材以获得具有α相和β相的Mg-Li合金的制备步骤，以及通过对所述基材进行阳极氧化处理以便在所述基材上形成表面层的形成步骤，从而获得具有的Li浓度高于基材内部Li浓度的表面层。
首先，描述制备步骤。在制备步骤中，通过压铸成型制备基材，以获得具有α相和β相的Mg-Li合金。压铸成型是指一种成型方法，其中作为原料的金属在高温下熔融，并且在压力的施加下迫使熔融金属进入模具。压铸成型与铸造的不同之处在于，压铸成型涉及当迫使熔融金属进入模具的腔体时施加压力，而铸造不涉及施加压力。
描述压铸成型的过程作为制备步骤的实例。
首先，在步骤S11中，制备圆柱形坯料201，其是作为基材原料的合金原料的Mg-Li合金。用于获得圆柱形坯料201的方法没有特别限制。可以从通过成型步骤(例如铸造、触变成型、锻造成型或挤压成型)获得的材料切割出圆柱形坯料201。坯料的形状不限于圆柱形。
接下来，在步骤S12中，熔化圆柱形坯料201，通过压铸成型获得基材101。图3所示的压铸成型装置200包括熔化槽202、注射缸203、柱塞204和金属模具205。熔化槽202通过管道(未示出)连接到注射缸203。通过在熔化槽202中加热而熔化圆柱形坯料201。例如，熔化温度大于或等于600℃。熔融合金原料流过管道，流入注射缸203，以期望的注射速度倒入金属模具205，通过柱塞204向熔融合金原料施加压力。例如，期望的速度在大于或等于1000立方厘米/秒(cm3/秒)且小于或等于20000cm3/秒的范围内。熔化的合金原料以比铸造更快的速度冷却，并在金属模具205中凝固，由此获得基材101。一般铸造的冷却速度在大于或等于1℃/秒且小于或等于5℃/秒内的范围内。期望的冷却应当是淬冷。例如，淬冷速度在大于或等于100℃/秒和小于或等于800℃/秒的范围内。在通过压铸成型获得的基材101中，Mg-Li合金的β相的(110)平面中的取向度大于或等于70％，且Mg-Li合金的平均晶粒尺寸小于或等于50μm。
接下来，在步骤S13中，通过热处理(热处理步骤)对基材101进行热处理。在作为通过压铸成型获得的Mg-Li合金的基材101中，可能出现锂浓度根据基材101的部位而不同的浓度不均匀性。然而，通过热处理可以降低浓度不均匀性。期望热处理温度应在大于或等于100℃且小于或等于320℃的范围内。在该范围内，基材101的变形小，并且可以减小浓度不均匀性。如果在高于320℃的温度下进行热处理，则基材101的变形可能大。如果Mg-Li合金包括Al，则Al和Li可以形成化合物。如果形成Al和Li的化合物，则当进行阳极氧化处理时，该化合物可以充当电阻，并且表面层102的Li浓度可能不能充分降低。更期望的是，热处理温度应大于或等于100℃且小于或等于180℃。然而，就基材101的尺寸精度的提高而言，可以不必进行热处理。
接下来，描述成形步骤。首先，在步骤S14中，清洗基材101。清洗涉及例如脱脂、水洗或蚀刻，以便去除基材101表面上的脱模剂、氧化物层和离析物质。清洗方法的例子包括如下。与基材101相同材料的导通保持夹具308连接到基材101。具体地，导通保持夹具308通过保持基材101而弯曲并连接到基材101。将基材101和导通保持夹具308浸入硝酸(浓度为3至5质量％)并进行酸洗，由此去除氧化物层。所述酸可以是盐酸或硫酸而不是硝酸，并且只要溶解表面上的氧化物层就没有特别限制。在酸洗之后，使用纯水对基材101和导通保持夹具308进行水洗。然后，将基材101和导通保持夹具308浸入加热到大于或等于90℃且小于或等于99℃范围的纯水中，从水中取出并干燥。
图4所示的阳极氧化装置309包括处理槽301，该处理槽储存电解质溶液302。阳极氧化装置309还包括泵303和过滤器304，它们使电解质溶液302循环和搅动，通过管道从处理槽301的下部到达上部。阳极氧化装置309还包括电源305。电源305的阴极与阴极电极306电连接，该阴极电极是浸入处理槽301中的电解质溶液302中的基材。阴极电极306的材料没有特别限制，只要该材料与电解质溶液302的反应性低，并且也可以使用例如碳、铂、钛或不锈钢(SUS)。电源305的阳极连接到导通保持夹具308，所述导通保持夹具连接到基材101，因此基材101和导通保持夹具308充当阳极电极。
在形成步骤中，首先，在步骤S15中，将作为阴极的基材和作为阳极的基材101放置在中性氟化铵水溶液中(放置步骤)。在处理槽301中，存储中性氟化铵水溶液作为电解质溶液302。期望中性氟化铵水溶液的浓度应为200g/L至饱和溶液。期望中性氟化铵水溶液的浓度应当高，以使基材101的大部分表面氟化。期望电解质溶液302的水溶液应当是中性的，并且水溶液的pH值应当大于或等于6.0并且小于或等于8.0。如果pH值降低并且水溶液变为酸性，则生成氟化氢。另一方面，如果pH值升高，水溶液变为碱性，则在阳极处不仅发生与氟而且与氧的氧化反应。因此，抗蚀膜103中所含的氟的比例降低。更期望pH值应在7.0至7.5的范围内。如果pH值在这个范围内，易于施加更高的电压。因此，易于厚地形成抗蚀膜103。电解质溶液302的温度通过泵303升高。期望电解质溶液302的温度应当由冷却器控制。期望电解质溶液302的温度应为-20℃至60℃。可以结合使用起泡搅拌来搅拌液体。可以提供过滤器以过滤液体中产生的氟化锂(LiF)。
当阳极电极(基材101和导通保持夹具308)和阴极电极306(电压施加步骤)连接到电源305时，然后在步骤S16中，在阳极电极和阴极电极306之间施加电压。当施加电压时，氟化物膜开始形成，该氟化物膜是包括无机氟化物(即MgF2)作为主要成分的抗蚀膜103。在连续施加电压之后，包含在Mg-Li合金的β相中并且存在于基材101的表面附近的Li被纳入到抗蚀膜103中。Li被纳入，由此开始形成Li浓度低于基材101内部的表面层102。结果，施加电压形成抗蚀膜103并且还形成表面层102。由于根据本公开的基材101是压铸成型的，因此Mg-Li合金的平均晶粒尺寸足够小，即小于或等于50μm。因此，即使存在α相(其中甚至通过施加电压也不太可能将Li纳入到抗蚀膜103中)，也可以容易且厚地形成Li浓度低于基材101内部的表面层102。可以通过施加高电压来增加表面层102的厚度。更具体地，设定电流值增加并且液体浓度降低，这允许施加更高的电压，并因此导致表面层102的厚度增加。此外，通过提高电解质溶液302的温度，可以进一步增加表面层102的厚度。然而，如果温度过度升高，则可能从电解质产生氢氟酸。因此，期望电解质溶液302的温度应小于或等于55℃。抗蚀膜103的厚度与流过基材101的单位面积的电流总量(库仑量)成比例。期望在大于或等于100库仑/10cm2的条件下施加电流。这可以实现具有足够厚度和优异耐腐蚀性的抗蚀膜的形成。
然后，对基材101和导通保持夹具308进行水洗和干燥，并将导通保持夹具308与基材101分离，由此可以获得合金部件100，其中形成抗蚀膜103和表面层102，所述抗蚀膜包括MgF2作为无机氟化物。
如上所述，由于通过根据本公开的制造方法获得的合金部件的基材是压铸成型的，因此β相的(110)平面中的取向度大于或等于70％，并且基材的平均晶粒尺寸小于或等于50μm。因此，基材的耐腐蚀性优异。由于是对压铸成型的基材进行阳极氧化处理，因此易于厚地形成Li浓度低于常规技术中的表面层。因此，基于根据本公开的制造方法，能够提供耐腐蚀性比仅使基材表面层的Li浓度低于基材内部的Li浓度的常规已知合金部件更优异的合金部件。
[合金部件]
图10是根据第二示例性实施方案的合金部件的示意图，并且是沿层叠方向切割时合金部件的截面的局部放大图。根据第二示例性实施方案的合金部件与根据第一示例性实施方案的合金部件的不同之处在于根据第二示例性实施方案的合金部件包括在抗蚀膜上的涂覆膜。以下主要描述与第一示例性实施方案的区别。
合金部件1000是将基材1001、形成在基材1001的表面层1002上的抗蚀膜1003和设置在抗蚀膜1003上的涂覆膜1004层叠在一起的合金部件。涂覆膜1004包括树脂的固化产物。涂覆膜1004可以是单层或多个层。例如，可以在抗蚀膜1003上设置底漆层，并且可以在底漆层上形成树脂的固化产物。树脂的类型没有特别限制，可以使用热固性树脂或光固化性树脂。
基材1001是一种镁锂合金(Mg-Li合金)，其具有α相1006和β相1007。
抗蚀膜1003在其内部和其表面上包括多个气孔1005。即，抗蚀膜1003具有多孔结构。在本示例性实施方案中，气孔是指在用电子显微镜观察该部分时识别出平均圆等效直径大于或等于0.1μm的间隙的部分。在抗蚀膜1003上设置作为涂覆膜1004的前体的未固化树脂，并且该未固化树脂在如下状态下固化：该树脂注入到气孔1005中并且所述气孔1005被树脂填充。这引起锚定效应并且改善抗蚀膜1003和涂覆膜1004之间的粘合性。在粘附性改善方面，在抗蚀膜1003中的20μm×20μm区域中，期望所述气孔1005的数量应大于或等于10，并且气孔1005的平均圆等效直径应在大于或等于0.1μm并且小于或等于1μm的直径范围内。
抗蚀膜1003在基材1001的β相1007上厚地形成，在α相1006上薄地形成。这在不由与抗蚀膜1003接触的表面层1002表面上的气孔引起的水平上形成巨大的差异。期望抗蚀膜1003的与涂覆膜1004接触的表面(抗蚀膜1003的与表面层1002接触的表面相反侧上的表面)的平均表面粗糙度Ra应在大于或等于0.19μm且小于或等于0.9μm的范围内。当平均表面粗糙度Ra在该范围内时，粘合性优异，并且外观也优异。如果平均表面粗糙度Ra小于0.19μm，则粘附力可能不足，并且涂覆膜1004可能剥落。如果平均表面糙度Ra超过0.9μm，则抗蚀膜1003的不均匀性可能影响涂覆膜1004，并且外观可能受损。
期望与涂覆膜1004接触的抗蚀膜1003表面的最大粗糙度Rz应小于或等于15μm。当最大粗糙度Rz在该范围内时，粘合性优异，并且外观也优异。更期望最大粗糙度Rz应在大于或等于1μm且小于或等于15μm的范围内。如果最大粗糙度Rz超过15μm，则抗蚀膜1003的粗糙度(不均匀性)可能会影响涂覆膜1004，并且外观可能受损。
可根据阳极氧化处理的条件来调节平均表面粗糙度Ra、最大粗糙度Rz以及气孔的密度和尺寸。例如，如果阳极氧化处理中的库仑量增加，则平均表面粗糙度Ra增加。此外，如果阳极氧化处理中的库仑量增加，则最大粗糙度Rz增加。
[光学装置和摄像装置]
图5示出了单镜头反射式数码相机600的构造，该单镜头反射式数码相机是作为根据本公开的第三示例性实施方案的装置实例的摄像装置。在图5中，相机主体602和作为光学装置的镜筒601连接在一起。镜筒601是可换镜头，其可连接到相机主体602以及可从相机主体拆卸。
来自物体的光穿过光学系统并被图像传感器610接收，由此摄取图像，所述光学系统包括多个透镜603和605作为放置在镜筒601的壳体620中的成像光学系统的光轴上的元件的示例。透镜605由内筒604支撑，并且在聚焦或变焦时可相对于镜筒601的外筒移动。
在图像摄取之前的观察时期，来自物体的光被作为相机主体602的壳体621中的元件示例的主反射镜607反射，并穿过棱镜611，然后，通过取景器镜头612向使用者显示摄取的图像。例如，主反射镜607是单向镜(one-way mirror)，并且已穿过主反射镜607的光被副反射镜608反射在自动聚焦(AF)单元613的方向上。例如，该反射光用于距离测量。主反射镜607通过粘合附接到主反射镜支架640并由其支撑。当执行图像摄取时，经由驱动机构(未示出)将主反射镜607和副反射镜608移到光路之外，快门609开启，并且从镜筒601入射的要摄取的光学图像形成在图像传感器610上。光圈606被配置为通过改变光圈606的开口面积来改变图像摄取中的亮度和焦深。
根据本示例性实施方案的合金部件可用于壳体620和621的至少部分。壳体620和621可以仅包括Mg-Li合金部件，或者可以在根据本示例性实施方案的合金部件上提供涂覆膜。由于根据本公开的Mg-Li合金具有优异的耐腐蚀性，因此能够提供耐腐蚀性比常规摄像装置更优异的摄像装置。
尽管已经使用单镜头反射式数码相机作为示例描述了摄像装置，但本公开不限于此，并且可以用于智能手机或紧凑型数码相机。
[电子装置]
图6示出了个人计算机的构造，其为根据本公开第四示例性实施方案的装置示例的电子装置。在图6中，个人计算机800包括显示单元801和主体单元802。在主体单元802的壳体820内，包括电子元件803作为设置在壳体820中的元件的示例。根据本示例性实施方案的合金部件可用于主体单元802的壳体820的至少一部分。壳体820可以仅包括Mg-Li合金部件，或者可以在根据本示例性实施方案的合金部件上设置涂覆膜。由于根据本公开的Mg-Li合金具有优异的耐腐蚀性，因此能够提供比常规个人计算机更轻且耐腐蚀性更优异的个人计算机。
虽然已经使用个人计算机800作为示例描述了电子装置，但本公开不限于此，并且可以用于智能手机或平板电脑。
[移动体]
图7示出了作为根据本公开第五示例性实施方案的移动体示例的无人机。无人机700包括多个驱动单元701和连接到驱动单元701的主体单元702。在主体单元702中，提供驱动电路705作为元件的示例。驱动单元701包括例如螺旋桨。如图7所示，腿部703连接到主体单元702，并且相机704连接到主体元件702。根据本示例性实施方案的合金部件可用于主体单元702的壳体710和腿部703的至少一部分。根据本示例性实施方案，壳体710可以仅包括Mg-Li合金部件，或者可以在合金部件上设置涂覆膜。由于根据本公开的Mg-Li合金具有优异的耐腐蚀性，因此能够提供在减振特性和耐腐蚀性方面比常规无人机更优异的无人机。
尽管已使用无人机700作为示例描述了移动体，但本公开不限于此，并且可用于汽车或航空器。
(实施例)
在下面将通过实施例更具体地描述本公开。然而，本公开不限于以下实施例。
[合金部件的制造方法]
(实施例1)
首先，制备作为合金原料的Mg-Li合金的圆柱形坯料。Mg-Li合金是Ares(组成：Mg-9％Li-1％Zn-4％Al，由Amli Materials Technology Co.，Ltd.制造)。作为圆柱体的尺寸，圆柱体的底面直径为90毫米(mm)，并且圆柱体的长度为300mm。使用图3所示的压铸成型装置200，圆柱形坯料在610℃下熔化，以5000cm3/秒的注射速度迫使熔融合金原料进入金属模具205。金属模具205的温度为150℃，熔融合金原料以500℃/秒的冷却速度凝固，由此获得压铸成型的基材。所得基材的形状为圆环形，其具有110mm的直径、2.0mm的厚度和40cm3的体积。
接下来，使用图3所示的阳极氧化装置309，形成表面层和抗蚀膜。具体地，将基材连接到使用Ares制备的导通保持夹具308，以使用圆环形基材和导通保持夹具308形成阳极电极。阴极电极306由碳制成。电解质溶液302是浓度为230克/升(g/L)的中性氟化铵水溶液(pH＝7.0)。将阴极电极306和阳极电极置于中性氟化铵水溶液中。接下来，在阴极电极306和阳极电极之间施加电压。将电解质溶液302的温度控制为50℃±2℃。将电源305的电流值设置为20安培(A)，监测施加电压之后的电流的积分值(库仑量)，并将每单位面积的库仑量控制为400库仑(C)以便在所有条件下保持库仑量相同。通过上述步骤获得实施例1中的合金部件。
(实施例2)
实施例2与实施例1的不同之处在于电解质溶液302的温度。在实施例2中，电解质溶液302的温度被控制为30℃±2℃。除了温度差异之外，通过与实施例1中的步骤类似的步骤获得实施例2中的合金部件。
(实施例3)
实施例3与实施例1的不同之处在于电解质溶液302的温度。在实施例3中，将电解质溶液302的温度控制为20℃±2℃。除了温度差异之外，通过与实施例1中的步骤类似的步骤获得实施例3中的合金部件。
(实施例4)
实施例4与实施例1的不同之处在于，在阳极氧化处理之前进行热处理。在实施例4中，将基材置于加热至180℃的气氛炉中，并将基材热处理一小时。除了热处理的差别之外，通过与实施例1中的步骤类似的步骤获得实施例4中的合金部件。
(实施例5)
实施例5与实施例1的不同之处在于，在阳极氧化处理之前进行热处理。在实施例5中，将基材置于加热至320℃的气氛炉中，并将基材热处理一小时。除了热处理的差别之外，通过与实施例1中的步骤类似的步骤获得实施例5中的合金部件。
(比较例1)
比较例1与实施例1的不同之处在于制备基材的步骤。在比较例1中，对通过铸造形成的直径为500mm的圆柱形坯料进行切割，以获得直径为110mm、厚度为1.5mm并且体积为150cm3的圆环形的基材。通过如下方式进行铸造：在不施加压力的情况下将熔融金属注入金属模具中，然后在5℃/秒的冷却速度下冷却金属。除了制备的差别之外，通过与实施例1中的步骤类似的步骤获得比较例1中的合金部件。
[合金部件的评价]
接下来，描述对实施例1至5和比较例1进行的评价方法以及评价的结果。
(表面层厚度的测量)
使用扫描电子显微镜(SEM)(由Carl Zeiss Microscopy Co.,Ltd.制造的Sigma500VP)测量表面层厚度。在5千伏(kV)电压、7.0mm工作距离和60μm孔径尺寸的条件下进行测量。首先，在500倍(570×420μm)放大率的视野中，选择抗蚀膜和基材之间的边界附近，并测量表面层的厚度。通过以下方法获得测量样品。首先，制备每个实施例中的树脂包埋样品，切割，然后湿式抛光和抛磨，然后通过离子铣削进行干式抛光。随后，从干式抛光经过两小时之后，观察样品。
图8是实施例1中的合金部件的截面图像。合金部件包括Li化合物402，其为碳酸锂。
碳酸锂的尺寸为约1μm。图8中的合金部件具有析出Li化合物402的区域和未析出Li化合物的区域。通过SEM-EDX对这些区域进行组成分析，确定具有高Mg浓度的区域作为表面层102。图8中的虚线表示这些区域之间的边界线L1。图8中的点划线表示抗蚀膜103和未析出Li化合物的区域之间的边界线L2。从边界线L1到边界线L2的距离t1被确定为表面层102的厚度。通过测量单个视野中的三个位置处的距离获得距离t1，并获得所述距离的平均值。
(晶粒尺寸的测量)
使用扫描电子显微镜(SEM)(由Carl Zeiss Microscopy Co.,Ltd.制造的Sigma500VP)测量Mg-Li合金的晶粒尺寸。首先，在200倍(550×400μm)放大率的视野中，选择界面附近的位置。接下来，在2000倍(55×40μm)放大率的视野中，测量晶粒尺寸。测量样品是用于测量表面层厚度的样品。
图9是实施例1中的合金部件的截面图像，放大率为2000倍。针状的α相501被β相502包围。关于晶粒尺寸，测量α相501的最大长度，并将其定义为晶粒尺寸。在β相502被α相501包围的情形中，β相502的最大长度被定义为晶粒尺寸。测量单个视场中的三个位置处的晶粒尺寸，并且获得晶粒尺寸的平均值。
(结晶取向的测量)
通过X射线衍射法测量β相的(110)平面内的取向度。使用Rigaku Corporation制造的Ultima IV作为X射线衍射装置。使用Cu管状灯作为管状灯，测量波长λ为管电压为40kV，并且管电流为40毫安(mA)。
首先，在2θ大于或等于20°且小于或等于100°或更小的范围内，通过2θ-θ方法获得衍射图案。步长为0.02°，速度为2°/min(积分两次)。
从获得的衍射图案中去除背景。
接下来，对于从中去除背景的衍射图案的峰，基于对Li0.5-Mg0.5合金的粉末X射线衍射数据来确认体心立方晶体的平面指数。
将对应于体心立方晶体的所确认平面指数的各个X射线衍射强度除以相应粉末X射线的强度比，并将所得值相加。然后，通过将体心立方晶体的(110)平面和(220)平面的平面指数的各个X射线强度除以相应粉末X射线的强度比而获得的值除以上述总和值，以计算β相的(110)平面中的取向度。
通过抛光机对测量平面进行#2000精抛光。
(耐久性评价)
通过减重试验评价耐久性。在将测量样品浸入pH值为1.5的硝酸水溶液之前和将测量样品浸入硝酸水溶液中持续三小时之后，测量所述测量样品的重量。小的减重率意味着长期使用中的耐久性优异。将减重率小于或等于1％的产品评为A，将减重率在大于或等于1％且小于或等于2.5％范围内的产品评为B，以及将减重率大于或等于2.5％的产品评为C。然后，将评为A和B的产品确定为无缺陷产品。
表1中总结了上述测量和评价的结果。
[表1]
根据表1中的结果，实施例1至5中的所有合金部件，其中平均晶粒尺寸小于或等于50μm，并且β相的(110)平面中的取向度大于或等于70％，具有10μm或更大的表面层和优异的耐久性。另一方面，比较例1的耐久性较差，其中平均晶粒尺寸大于50μm并且β相的(110)平面中的取向度小于70％。
在实施例1至3中，电解质的液体温度越高，表面层的厚度越大。从该结果可以理解，液体温度越高，Li越容易从基材表面移动。
在实施例1、4和5中，热处理温度越高，晶粒尺寸越大，并且表面层的厚度越小。在晶粒尺寸大于实施例1的实施例4和5中，α相以环状连接并包围β相。
在比较例1中，由于铸造的冷却速度慢，晶粒尺寸大，即120μm。因此，没有形成具有低Li浓度的表面层。β相的(110)平面中的取向度低，即41.5％。
如上所述，在根据本公开的Mg-Li合金部件中，其中β相的(110)平面中的取向度大于或等于70％，基材(即平均晶粒尺寸小于50μm的Mg-Li合金)的表面层的Li浓度低于基材内部的Li浓度。因此，合金部件在耐腐蚀性方面比常规已知的合金部件更优异。
(实施例6)
首先，制备作为合金原料的Mg-Li合金的圆柱形坯料。Mg-Li合金为Ares(组成：Mg-9％Li-1％Zn-4％Al，由AmliMaterials Technology Co.，Ltd.制造)。作为圆柱体的尺寸，圆柱体的底面直径为90mm，圆柱体的长度为300mm。使用图3所示的压铸成型装置200，圆柱体坯料在610℃下熔化，并以5000cm3/秒的注射速度迫使熔融合金原料进入金属模具205。金属模具205的温度为150℃，熔融合金原料以500℃/秒的冷却速度凝固从而获得压铸成型的基材。所获得的基材的形状为每边50mm的正方形并且具有3mm的厚度(56cm2的表面积)。
接下来，使用图3所示的阳极氧化装置309，形成表面层和抗蚀膜。具体地，将基材连接到使用AZ31材料制备的导通保持夹具308，以利用导通保持夹具308和圆环形状的基材形成阳极电极。阴极电极306由碳制成。电解质溶液302是浓度为450g/L的中性氟化铵水溶液(pH＝7.0)。将阴极电极306和阳极电极置于中性氟化铵水溶液中。接下来，在阴极电极306和阳极电极之间施加电压。将电解质溶液302的温度控制为20℃±1℃。将电源305的电流值设置为0.56A，监测施加电压后的电流的积分值(库仑量)，并将库仑量控制为682C。
在获得的基材上进行涂覆。在涂覆中，使用Musashi Paint Co.,Ltd制造的PanucoSMG(这是一种单组分烘烤底漆)作为底漆层。当基材干燥时的膜厚为15μm，干燥条件为160℃和20分钟。在精涂覆中，使用Musashi Paint Co.,Ltd.制造的Armor Top(这是一种单组分丙烯酸系树脂涂覆材料)在标准推荐条件下进行涂覆。当基材干燥时的膜厚为15μm，干燥条件为160℃和20分钟。即，涂覆膜包括树脂的固化产物。
通过上述步骤获得实施例6中的合金部件。
(实施例7)
在实施例7中，阳极氧化步骤的电流值被设置为1.4A。除了电流值的差异之外，通过与实施例6中的步骤类似的步骤获得实施例7中的合金部件。
(实施例8)
在实施例8中，阳极氧化步骤的电流值被设置为2.8A。除了电流值的差异之外，通过与实施例6中的步骤类似的步骤获得实施例8中的合金部件。
(实施例9)
在实施例9中，阳极氧化步骤的电流值被设置为4.2A。除了电流值的差异之外，通过与实施例6中的步骤类似的步骤获得实施例9中的合金部件。
(实施例10)
在实施例10中，阳极氧化步骤的电流值被设置为5.6A。除了电流值的差异之外，通过与实施例6中的步骤类似的步骤获得实施例10中的合金部件。
(实施例11)
在实施例11中，阳极氧化步骤的电流值被设置为0.56A。此外，库仑量被控制为1022.9C。除了电流值和库仑量的差异之外，通过与实施例6中的步骤类似的步骤获得实施例11中的合金部件。
(实施例12)
在实施例12中，阳极氧化步骤的电流值被设置为1.4A。除了电流值的差异之外，通过与实施例11中的步骤类似的步骤获得实施例12中的合金部件。
(实施例13)
在实施例13中，阳极氧化步骤的电流值被设置为2.8A。除了电流值之外，通过与实施例11中的步骤类似的步骤获得实施例13中的合金部件。
(实施例14)
在实施例14中，阳极氧化步骤的电流值被设置为4.2A。除了电流值之外，通过与实施例11中的步骤类似的步骤获得实施例14中的合金部件。
[合金部件的评价]
接下来，描述对实施例6至14进行的评价方法和评价结果。
首先，在实施例6至14中，平均晶粒尺寸小于或等于50μm，并且β相的(110)平面中的取向度大于或等于70％。
(表面粗糙度的测量)
使用KLA Tencor制造的探针式轮廓仪Alpha Step D-600测量表面粗糙度。用5mm的扫描宽度和1mg的针压力进行测量。从测量结果读取算术平均表面粗糙度Ra[μm]和最大粗糙度Rz[μm]。
(粘合性的评价)
进行了横切测试。使用100方格测试方法，利用1mm的切割间隔。作为确定标准，A表示没有方块剥落，B表示在切割交叉点处对应于小于10％的涂覆膜的小剥落，C表示对应于10％以上的涂覆膜的剥落。
(外观评价)
目视观察和评价涂覆膜的表面。其中涂覆膜表面的整个表面是均匀且一致的产品被评为A。其中观察到不均匀部诸如局部膜不均匀或水平差异的产品被评为B。
表2中总结了上述测量和评价的结果。
[表2]
从表2中的结果可知理解，平均表面粗糙度Ra大于或等于0.19μm且最大粗糙度Rz大于或等于1μm的合金部件在涂覆膜的粘合性和外观方面是优异的。也就是说，对于其中β相的(110)平面内的取向度大于或等于70％以上并且平均晶粒尺寸小于或等于50μm的基材(即Mg-Li合金)的表面层的Li浓度低于基材内部的Li浓度的合金部件，平均表面粗糙度Ra被设定为大于或等于0.19μm，并且最大粗糙度Rz被设定为大于或等于1μm以上，由此能够使涂覆膜的粘合性和外观优异。
本公开不限于上述示例性实施方案，并且可以在本公开的技术思想内以多种方式进行修改。示例性实施方案中描述的效果仅仅是由本公开提供的最合适的效果的罗列，并且本公开的效果不限于示例性实施方案中描述的那些。
虽然已经参考示例性实施方案描述了本公开，但应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方案。以下权利要求的范围应被给予最宽的解释，以涵盖所有此类修改和等同的结构和功能。

Claims (22)

1.一种合金部件，其包含：
基材，该基材包括表面层并且是具有α相和β相的Mg-Li合金，
其中能够在表面层上形成抗蚀膜，
其中所述Mg-Li合金的β相的(110)平面中的取向度大于或等于70百分比(％)，
其中所述Mg-Li合金的平均晶粒尺寸小于或等于50微米(μm)，以及
其中所述表面层的Li浓度低于所述基材内部的Li浓度。
2.根据权利要求1所述的合金部件，其中所述表面层的厚度大于或等于10μm。
3.根据权利要求1所述的合金部件，其中所述表面层的厚度大于或等于30μm。
4.根据权利要求1所述的合金部件，其中所述Mg-Li合金的α相的晶体形状为针状。
5.根据权利要求4所述的合金部件，其中所述Mg-Li合金的α相中的平均晶粒尺寸小于或等于30μm。
6.根据权利要求1所述的合金部件，还包含：
Li化合物，
其中从在沿层叠方向切割所述合金部件经过两小时之后，所述Li化合物从所述基材中析出。
7.根据权利要求6所述的合金部件，其中所述Li化合物是碳酸锂或氧化锂中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的合金部件，其中从所述表面层析出的Li化合物少于从所述基材析出的Li化合物。
9.根据权利要求1所述的合金部件，还包含：
在所述表面层上形成的抗蚀膜，
其中所述抗蚀膜包括无机氟化物。
10.根据权利要求9所述的合金部件，其中所述无机氟化物包括氟化镁(MgF2)，所述无机氟化物中的氟化镁(MgF2)比例大于或等于90体积％。
11.根据权利要求9所述的合金部件，其中所述抗蚀膜的厚度大于或等于2μm。
12.根据权利要求1所述的合金部件，其中所述Mg-Li合金的Li含量大于或等于5质量％且小于或等于11质量％。
13.根据权利要求1所述的合金部件，
其中所述Mg-Li合金还包含选自铝(Al)、锌(Zn)、锰(Mn)、硅(Si)、钙(Ca)、锗(Ge)和铍(Be)的一种或多种元素，以及
其中所述一种或多种元素的总和含量小于或等于10质量％。
14.根据权利要求13所述的合金部件，
其中Al的含量小于或等于10质量％，
其中Zn的含量小于或等于3质量％，
其中Mn的含量小于或等于0.3质量％，
其中Si的含量小于或等于0.2质量％，
其中Ca的含量小于或等于1.0质量％，
其中Ge的含量小于或等于1质量％，以及
其中Be的含量小于或等于3质量％。
15.根据权利要求9所述的合金部件，
其中所述抗蚀膜的与所述表面层接触的表面相反一侧上的表面具有大于或等于0.19μm且小于或等于0.9μm的平均表面粗糙度Ra以及小于或等于15μm的最大粗糙度Rz。
16.根据权利要求15所述的合金部件，其中所述抗蚀膜具有多孔结构。
17.一种装置，其包含：
壳体；和
设置在壳体中的元件，
其中所述壳体包括根据权利要求1至16中任一项的合金部件。
18.一种用于制造合金部件的方法，其包括：
制备基材，该基材是利用压铸成型进行成型并且是具有α相和β相的Mg-Li合金；和
通过对所述基材进行阳极氧化处理在所述基材上形成表面层，从而获得具有比所述基材内部的Li浓度更低的Li浓度的表面层。
19.根据权利要求18所述的制造合金部件的方法，其中在所述形成中，形成所述表面层和所述表面层上的抗蚀膜。
20.根据权利要求18所述的制造合金部件的方法，其中在所述制备中，在压力施加下对熔融合金原料进行压铸成型，以获得Mg-Li合金的基材。
21.根据权利要求18所述的制造合金部件的方法，其中所述形成包括：
将作为阴极的基材和作为阳极的Mg-Li合金的基材放置在中性氟化铵水溶液中，以及
在阳极和阴极之间施加电压。
22.根据权利要求18所述的制造合金部件的方法，还包括在所述制备和所述形成之间加热所述基材。
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