JP2023527566A - アルミニウム－ケイ素－鉄の鋳造合金 - Google Patents
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Abstract
新しいアルミニウム鋳造（鋳物）合金が開示されている。新しいアルミニウム鋳造合金は、６．０～１１．５重量％のケイ素、０．３０～０．８０重量％の鉄、任意で０．０７～０．２０重量％のＸを含んでもよく、Ｘは、マグネシウム、モリブデン、ジルコニウム、およびそれらの組み合わせから成る群、および任意で１００～５００ｐｐｍのストロンチウムから選択され、残りはアルミニウムと不可避な不純物である。新しいアルミニウム鋳造合金は、複雑な形状に鋳造された高圧ダイカストであってもよい。新しいアルミニウム鋳造合金は、例えば、ヒートシンク／アンテナの用途に有用であり得る。【選択図】 無し
Description
アルミニウム合金は、様々な用途で有用である。例えば、アルミニウム鋳造（鋳物）合金は、例えば、自動車や家電製品産業を含む多数の産業で使用されている。
概して、本開示は、新しいアルミニウム鋳造（鋳物）合金および関連製品に関する。新しいアルミニウム鋳造合金は、概して、６．０～１１．５重量％のケイ素、０．３０～０．８０重量％の鉄、任意に０．０７～０．２０重量％のＸを含み（かつ一部の例ではこれらから成り、または実質的にそれらから成り）、Ｘは、マグネシウム、モリブデン、ジルコニウム、およびそれらの組み合わせから成る群、および任意に１００～５００ｐｐｍのストロンチウムから選択され、残りはアルミニウムと不可避な不純物である。新しいアルミニウム鋳造合金は、強度、熱伝導率、耐食性、流動性、およびダイはんだ付け抵抗のうちの二つ以上の改善された組み合わせなどの、特性の改善された組み合わせを実現してもよい。
＜ｉ．組成物＞
上述のように、新しいアルミニウム鋳造合金は概して６．０～１１．５重量％のケイ素を含む。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも７．０重量％のケイ素を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも８．０重量％のケイ素を含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも８．５重量％のケイ素を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも９．０重量％のケイ素を含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも９．５重量％のケイ素を含む。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１１．０重量％以下のケイ素を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１０．５重量％以下のケイ素を含む。
上述のように、新しいアルミニウム鋳造合金は概して６．０～１１．５重量％のケイ素を含む。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも７．０重量％のケイ素を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも８．０重量％のケイ素を含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも８．５重量％のケイ素を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも９．０重量％のケイ素を含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも９．５重量％のケイ素を含む。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１１．０重量％以下のケイ素を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１０．５重量％以下のケイ素を含む。
上述のように、新しいアルミニウム鋳造合金は概して０．３０～０．８０重量％の鉄を含む。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．３５重量％の鉄を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．４０重量％の鉄を含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．４５重量％の鉄を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも０．５０重量％の鉄を含む。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．７５重量％以下の鉄を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．７０重量％以下の鉄を含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．６５重量％以下の鉄を含む。
上述のように、新しいアルミニウム鋳造合金は、任意で０．０７～０．２０重量％のＸを含んでもよく、Ｘは、マグネシウム、モリブデン、ジルコニウム、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される。群のＸ要素は、例えば、強化された強度を提供してもよい。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０７～０．１８重量％のＸを含む。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０７～０．１５重量％のＸを含む。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０７～０．１２重量％のＸを含む。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０７～０．１０重量％のＸを含む。
他の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、マグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのすべてを実質的に含まず、０．０７重量％未満のマグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのそれぞれを有する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０５重量％以下のマグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのそれぞれを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０４重量％以下のマグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのそれぞれを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０３重量％以下のマグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのそれぞれを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、０．０２重量％以下のマグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのそれぞれを含む。
上述のように、新しいアルミニウム鋳造合金は、例えば、１００～５００ｐｐｍのストロンチウム（Ｓｒ）などのストロンチウムを任意で含んでもよい。他の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、ストロンチウムを実質的に含まず、１００ｐｐｍ未満のストロンチウムを有する。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、５０ｐｐｍ以下のストロンチウムを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２５ｐｐｍ以下のストロンチウムを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、１０ｐｐｍ以下のストロンチウムを含む。
新しいアルミニウム鋳造合金の残りは、概してアルミニウムと不可避な不純物である。これに関して、新しいアルミニウム鋳造合金は、概して、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、およびバナジウム（Ｖ）のすべてを実質的に含まない。
本明細書で使用される場合、「銅を実質的に含まない」とは、新しいアルミニウム合金が０．１０重量％未満の銅を含むことを意味する。一つの実施形態では、新しいアルミニウム合金は、０．０５重量％以下の銅を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム合金は、０．０３重量％以下の銅を含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム合金は、０．０１重量％以下の銅を含む。
本明細書で使用される場合、「マンガンを実質的に含まない」とは、新しいアルミニウム合金が０．０５重量％未満のマンガンを含むことを意味する。一つの実施形態では、新しいアルミニウム合金は、０．０４重量％以下のマンガンを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム合金は、０．０３重量％以下のマンガンを含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム合金は、０．０２重量％以下のマンガンを含む。
本明細書で使用される場合、「亜鉛を実質的に含まない」とは、新しいアルミニウム合金が０．１０重量％未満の亜鉛を含むことを意味する。一つの実施形態では、新しいアルミニウム合金は、０．０５重量％以下の亜鉛を含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム合金は、０．０３重量％以下の亜鉛を含む。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム合金は、０．０１重量％以下の亜鉛を含む。
本明細書で使用される場合、チタン、クロム、ニッケルおよびバナジウムのいずれかを指す時、「実質的に含まない」とは、新しいアルミニウム合金がこれらの要素の０．０４重量％以下を含むことを意味する。すなわち、新しいアルミニウム合金は、０．０４重量％以下のチタン、クロム、ニッケルおよびバナジウムのそれぞれを含む。一つの実施形態では、新しいアルミニウム合金は、０．０３重量％以下のチタン、クロム、ニッケルおよびバナジウムのそれぞれを含む。別の実施形態では、新しいアルミニウム合金は、０．０２重量％以下のチタン、クロム、ニッケルおよびバナジウムのそれぞれを含む。一つの実施形態では、チタン、クロム、ニッケルおよびバナジウムの累積量は、０．１０重量％を超えない。別の実施形態では、チタン、クロム、ニッケルおよびバナジウムの累積量は、０．０８重量％を超えない。さらに別の実施形態では、チタン、クロム、ニッケルおよびバナジウムの累積量は、０．０６重量％を超えない。
＜ｉｉ．処理＞
新しいアルミニウム鋳造合金は、任意の適切な鋳造方法を使用して鋳造されてもよい。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、高圧ダイカスト（ＨＰＤＣ）法を使用して形状鋳造される。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、形状鋳造品（例えば、複雑な形状鋳造品）内に形状鋳造される。一つの実施形態では、形状鋳造品はヒートシンクである。一つの実施形態では、形状鋳造品はアンテナの形態である。一つの実施形態では、形状鋳造品は、１．５～５．０ｍｍの壁厚を有する。一つの実施形態では、形状鋳造品は、５０～１００ｍｍの高さを有する。新しいアルミニウム鋳造合金は、鋳放し焼戻しを含む任意の適切な焼戻しで提供されてもよい。
新しいアルミニウム鋳造合金は、任意の適切な鋳造方法を使用して鋳造されてもよい。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、高圧ダイカスト（ＨＰＤＣ）法を使用して形状鋳造される。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、形状鋳造品（例えば、複雑な形状鋳造品）内に形状鋳造される。一つの実施形態では、形状鋳造品はヒートシンクである。一つの実施形態では、形状鋳造品はアンテナの形態である。一つの実施形態では、形状鋳造品は、１．５～５．０ｍｍの壁厚を有する。一つの実施形態では、形状鋳造品は、５０～１００ｍｍの高さを有する。新しいアルミニウム鋳造合金は、鋳放し焼戻しを含む任意の適切な焼戻しで提供されてもよい。
＜ｉｉｉ．特性＞
上述のように、新しいアルミニウム鋳造合金は、強度、熱伝導率、耐食性、流動性、およびダイはんだ付け抵抗のうちの少なくとも二つの改善された組み合わせなどの、特性の改善された組み合わせを実現してもよい。機械的特性は、ＡＳＴＭ Ｅ８およびＢ５５７（例えば、一方向凝固された時）に従い測定されてもよい。ダイはんだ付け抵抗は、合金を鋳造することによって決定されてもよい。
上述のように、新しいアルミニウム鋳造合金は、強度、熱伝導率、耐食性、流動性、およびダイはんだ付け抵抗のうちの少なくとも二つの改善された組み合わせなどの、特性の改善された組み合わせを実現してもよい。機械的特性は、ＡＳＴＭ Ｅ８およびＢ５５７（例えば、一方向凝固された時）に従い測定されてもよい。ダイはんだ付け抵抗は、合金を鋳造することによって決定されてもよい。
一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも６５ＭＰａの引張降伏強度を達成する。一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも２％の伸びを達成する。
一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２５℃の温度で少なくとも１６０Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を達成する。熱伝導率は、ＡＳＴＭ Ｅ１４６１－１３に従い得られた熱拡散率の結果、ＡＳＴＭ Ｅ１２６９－１１（２０１８年）に従い得られた比熱容量の結果、およびＡＳＴＭ Ｂ３１１－１７に従った密度の結果を用いたＡＳＴＭ Ｅ１４６１の方程式１を使用して測定されうる。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２５℃の温度で少なくとも１７０Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を達成する。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２５℃の温度で少なくとも１７５Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を達成する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２５℃の温度で少なくとも１８０Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を達成する。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２５℃の温度で少なくとも１８５Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を達成する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２５℃の温度で少なくとも１９０Ｗ／ｍ／℃の熱伝導率を達成する。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、２５℃の温度で少なくとも１９５Ｗ／ｍ／℃以上の熱伝導率を達成する。
一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、ＩＡＣＳ（国際軟銅規格）で少なくとも３８％の電気伝導率を達成する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、ＩＡＣＳで少なくとも３９％の電気伝導率を達成する。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、ＩＡＣＳで少なくとも４０％の電気伝導率を達成する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、ＩＡＣＳで少なくとも４１％の電気伝導率を達成する。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、少なくとも４２％のＩＡＣＳの電気伝導率を達成する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、ＩＡＣＳで少なくとも４３％の電気伝導率を達成する。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、ＩＡＣＳで少なくとも４４％の電気伝導率を達成する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、ＩＡＣＳで少なくとも４５％の電気伝導率を達成する。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、ＩＡＣＳで少なくとも４６％の電気伝導率を達成する。別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、ＩＡＣＳで少なくとも４７％の電気伝導率を達成する。さらに別の実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は、ＩＡＣＳで少なくとも４８％またはそれ以上の電気伝導率を達成する。
一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は耐食性である。本明細書で使用される場合、「耐食性」とは、新しいアルミニウム鋳造合金が、ＡＳＴＭ Ｇ１１０に従い試験された時、従来の合金Ａ３５６と比較して同程度またはより優れた耐食性を達成することを意味する。
一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金は良好な流動性を有する。本明細書で使用される場合、「良好な流動性」とは、新しいアルミニウム鋳造合金が、同様の高圧ダイカスト条件下で、従来の合金Ａ３６５と比較して同程度またはより良好な流動性を達成することを意味する。
一つの実施形態では、新しいアルミニウム鋳造合金はダイはんだ付け抵抗性があり、鋳放しアルミニウム合金製品が、鋳造品に損傷を与えることなく、および／またはダイに固着することなく、ダイから除去される。ダイはんだ付けは、溶融アルミニウムがダイ表面にはんだ付けされる高圧ダイカスト中に発生する可能性がある。一部の実施形態では、本明細書に記載する新しいアルミニウム鋳造合金は、ダイにはんだ付けされることなく鋳造されてもよい。
６つのアルミニウム合金を一方向凝固した。合金の組成物を以下の表１に示す。
＊合金の残りはアルミニウムと不純物であった。すべての合金は０．０１重量％未満の銅を含む。すべての合金は０．０２重量％未満のマンガンを含む。すべての合金は０．０３重量％未満のマグネシウムを含む。すべての合金は、０．０１重量％未満のクロム、ニッケル、亜鉛、チタン、およびジルコニウムのそれぞれを含む。すべての合金は、０．０２重量％未満のバナジウムを含む。残りの不純物はすべて、それぞれ０．０１重量％未満であった。
合金の熱伝導率を様々な温度で測定し、その結果を以下の表２に示す。熱伝導率は、ＡＳＴＭ Ｅ１４６１－１３に従い得られた熱拡散率の結果、ＡＳＴＭ Ｅ１２６９－１１（２０１８年）に従い得られた比熱容量の結果、およびＡＳＴＭ Ｂ３１１－１７に従った密度の結果を用いたＡＳＴＭ Ｅ１４６１の方程式１を使用して測定されうる。
示されるように、合金は高い熱伝導率を達成する。さらなる合金１～４は、そのケイ素含有量のため、良好な流動性を達成することが予想される。合金１～２は、優れた流動性を有することが予想される。
本開示の様々な実施形態を詳細に説明しているが、当業者がこれらの実施形態の修正および適合を行うことが明らかである。しかしながら、そのような修正および適合は本開示の趣旨および範囲内であることが明示的に理解されるべきである。
Claims (23)
- アルミニウム鋳造合金であって、
６．０～１１．５重量％のケイ素と、
０．３０～０．８０重量％の鉄と、
任意で０．０７～０．２０重量％のＸを含み、Ｘは、マグネシウム、モリブデン、ジルコニウム、およびそれらの組み合わせから成る群から選択され、
任意で１００～５００ｐｐｍのストロンチウムを含み、
残りがアルミニウムと不可避な不純物である、アルミニウム鋳造合金。 - 少なくとも７．０重量％のケイ素、または少なくとも８．０重量％のケイ素、または少なくとも９．０重量％のケイ素、または少なくとも９．５重量％のケイ素を含む、請求項１に記載のアルミニウム鋳造合金。
- １１．０重量％以下のケイ素、または１０．５重量％以下のケイ素を含む、請求項１～２のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金。
- 少なくとも０．３５重量％の鉄、または少なくとも０．４０重量％の鉄、または少なくとも０．４５重量％の鉄、または少なくとも０．５０重量％の鉄を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金。
- ０．７５重量％以下の鉄、または０．７０重量％以下の鉄、または０．６５重量％以下の鉄を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金。
- 前記アルミニウム鋳造合金がＸを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金。
- ０．０７～０．１８重量％のＸ、または０．０７～０．１５重量％のＸ、または０．０７～０．１２重量％のＸ、または０．０７～０．１０重量％のＸを含む、請求項６に記載のアルミニウム鋳造合金。
- 前記アルミニウム鋳造合金が、マグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのすべてを実質的に含まず、０．０７重量％未満のマグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのそれぞれを有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金。
- ０．０５重量％以下のマグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのそれぞれ、または０．０４重量％以下のマグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのそれぞれ、または０．０３重量％以下のマグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのそれぞれ、または０．０２重量％以下のマグネシウム、モリブデン、およびジルコニウムのそれぞれを含む、請求項８に記載のアルミニウム鋳造合金。
- 前記アルミニウム鋳造合金がストロンチウムを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金。
- 前記アルミニウム鋳造合金が、１００ｐｐｍ未満のストロンチウム、または５０ｐｐｍ以下のストロンチウム、または２５ｐｐｍ以下のストロンチウム、または１０ｐｐｍ以下のストロンチウムを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金。
- 前記アルミニウム鋳造合金が、銅、マンガン、亜鉛、チタン、クロム、ニッケル、およびバナジウムを実質的に含まない、請求項１～１１のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金。
- ０．１０重量％未満の銅、または０．０５重量％以下の銅、または０．０３重量％以下の銅、または０．０１重量％以下の銅を含む、請求項１２に記載のアルミニウム鋳造合金。
- ０．０４重量％以下のマンガン、または０．０３重量％以下のマンガン、または０．０２重量％以下のマンガンを含む、請求項１２～１３のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金。
- ０．１０重量％未満の亜鉛、または０．０５重量％以下の亜鉛、または０．０３重量％以下の亜鉛、または０．０１重量％以下の亜鉛を含む、請求項１２～１４のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金。
- ０．０４重量％以下のチタン、クロム、ニッケル、およびバナジウムのそれぞれ、または０．０３重量％以下のチタン、クロム、ニッケル、およびバナジウムのそれぞれ、または０．０２重量％以下のチタン、クロム、ニッケル、およびバナジウムのそれぞれを含む、請求項１２～１５のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金。
- チタン、クロム、ニッケル、およびバナジウムの前記累積量が、０．１０重量％を超えない、またはチタン、クロム、ニッケル、およびバナジウムの前記累積量が、０．０８重量％を超えない、またはチタン、クロム、ニッケル、およびバナジウムの前記累積量が、０．０６重量％を超えない、請求項１６に記載のアルミニウム鋳造合金。
- 請求項１～１７のいずれか一項に記載のアルミニウム鋳造合金から作製された高圧ダイカスト製品。
- 前記製品が、少なくとも６５ＭＰａの引張降伏強度および少なくとも２％の伸びを達成する、請求項１８に記載の高圧ダイカスト製品。
- 前記製品が、２５℃の温度で少なくとも１６０Ｗ／ｍ／℃、または２５℃の温度で少なくとも１７０Ｗ／ｍ／℃、または２５℃の温度で少なくとも１７５Ｗ／ｍ／℃、または２５℃の温度で少なくとも１８０Ｗ／ｍ／℃、または２５℃の温度で少なくとも１８５Ｗ／ｍ／℃、または２５℃の温度で少なくとも１９０Ｗ／ｍ／℃、または２５℃の温度で少なくとも１９５Ｗ／ｍ／℃またはそれ以上の熱伝導率を達成する、請求項１８～１９のいずれか一項に記載の高圧ダイカスト製品。
- 前記製品が、ＩＡＣＳで少なくとも３８％、またはＩＡＣＳで少なくとも３９％、またはＩＡＣＳで少なくとも４０％、またはＩＡＣＳで少なくとも４１％、またはＩＡＣＳで少なくとも４２％、またはＩＡＣＳで少なくとも４３％、またはＩＡＣＳで少なくとも４４％、またはＩＡＣＳで少なくとも４５％、またはＡＣＳで少なくとも４６％、またはＩＡＣＳで少なくとも４７％、またはＩＡＣＳで少なくとも４８％の電気伝導率を実現する、請求項１８～２０のいずれか一項に記載の高圧ダイカスト製品。
- 前記製品が、ヒートシンクまたはアンテナの形態である、請求項１８～２１のいずれか一項に記載の高圧ダイカスト製品。
- 前記製品が、複雑な形状鋳造の形態である、請求項１８～２１のいずれか一項に記載の高圧ダイカスト製品。
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