JP7349550B2 - アルミニウム合金、その製造方法及びアルミニウム合金の構造部材 - Google Patents

アルミニウム合金、その製造方法及びアルミニウム合金の構造部材 Download PDF

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Description

本開示は、材料の技術分野に関し、具体的には、アルミニウム合金、その製造方法及びアルミニウム合金の構造部材に関する。
ダイカストは、アルミニウム合金の基本的な成形方法の１つであり、複雑な構造部材の製品設計に用いることができる。最も一般的に使用されているダイカストアルミニウム合金は、日本工業規格ＪＩＳＨ５３０２で規定されたＡｌ－Ｓｉ－Ｃｕ系ダイカスト用合金ＡＤＣ１２であり、その材料流動成形性能が高く、成形プロセスウィンドウが広く、コストパフォーマンスが高く、アルミニウム合金ダイカスト製品に広く用いられる。ＡＤＣ１２は、密度が低く、比重が高いなどの利点を有し、ハウジング、小さいサイズの薄型製品又はブラケットなどのダイカストに用いることができる。しかしながら、そのダイカスト製品の強度及び熱伝導性能が普通で、引張強度が２３０～２５０ＭＰａで、降伏強度が１６０～１９０ＭＰａで、伸び率が＜３％で、熱伝導率（すなわち熱伝導係数）が９６Ｗ／ｍ・Ｋであるため、製品の変形、発熱などの問題を引き起こしやすく、従来の携帯電話、ノートパソコンなどの製品の強度及び放熱に対するニーズを満たすことは困難である。
したがって、現在のアルミニウム合金の関連技術は、まだ改善の余地がある。
本開示は、関連技術における技術的課題の１つを少なくともある程度解決することを目的とする。そのため、本開示は、機械的性能、熱伝導性能及びダイカスト性能を兼ね備えたアルミニウム合金を提供することを１つの目的とする。
本開示の一態様では、本開示は、アルミニウム合金を提供する。本開示の実施例によれば、前記アルミニウム合金の総重量に基づいて、重量百分率で計算すると、前記アルミニウム合金は、９～１２％のＳｉ、８～１１％のＺｎ、０．５～１．５％のＭｇ、０．２～０．８％のＣｕ、０～０．６％のＦｅ、０．０８～０．２５％のＭｎ、０～０．１０％のＳｒ、０～０．０５％のＳｃ、０～０．５％のＥｒ、及び７３．２～８２．２２％のＡｌを含む。該アルミニウム合金は、優れた強度、熱伝導性能及びダイカスト性能を同時に備え、高い熱伝導、強度が要求される構造部材の使用要求を満たすことができ、３Ｃ製品（コンピュータ、コミュニケーション、コンシューマーエレクトロニクス）の構造部材、自動車ラジエータ、タービンディスク、照明装置などの製造に適する。
本開示の別の態様では、本開示は、前述したアルミニウム合金を製造する方法を提供する。本開示の実施例によれば、該方法は、アルミニウム、シリコン含有原料、銅含有原料、鉄含有原料、マンガン含有原料、ストロンチウム含有原料、スカンジウム含有原料、エルビウム含有原料、亜鉛含有原料、及びマグネシウム含有原料を加熱溶融し、アルミニウム合金溶湯を得るステップと、前記アルミニウム合金溶湯に対して順に撹拌、精錬、及び鋳造処理を行って、前記アルミニウム合金を得るステップとを含む。該方法は、操作しやすく、便利であり、工業的に実施しやすく、得られたアルミニウム合金は、高い熱伝導性能を有すると同時に、優れた力学的性能とダイカスト性能を兼ね備える。
本開示の他の態様では、本開示は、アルミニウム合金の構造部材を提供する。本開示の実施例によれば、該アルミニウム合金の構造部材の少なくとも一部は、前述したアルミニウム合金で構成される。該アルミニウム合金の構造部材は、前述したアルミニウム合金の全ての特徴及び利点を有し、ここで重複して説明しない。
以下、本開示の実施例について詳細に説明する。以下に説明する実施例は、例示的なものであり、本開示を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものと理解すべきではない。実施例において具体的な技術又は条件が明記されていない場合、本分野の文献に記載されている技術、条件に従うか又は製品仕様書に従うものとする。使用される試薬又は機器としては、メーカーが明記されていない場合、いずれも市販で入手できる通常の製品である。
本開示の一態様では、本開示は、アルミニウム合金を提供する。本開示の実施例によれば、前記アルミニウム合金の総重量に基づいて、重量百分率で計算すると、前記アルミニウム合金は、９～１２％のＳｉ、８～１１％のＺｎ、０．５～１．５％のＭｇ、０．２～０．８％のＣｕ、０～０．６％のＦｅ、０．０８～０．２５％のＭｎ、０～０．１０％のＳｒ、０～０．０５％のＳｃ、０～０．５％のＥｒ、及び７３．２～８２．２２％のＡｌを含む。
具体的には、該アルミニウム合金中のＳｉ元素の具体的な含有量は、９％、１０．５％、１１．５％、１２％などであってもよく、Ｓｉ元素は、主な力学的性能の強化元素として、Ａｌに溶け込んでα－Ａｌ固溶体及びＡｌ－Ｓｉ共晶又は亜共晶相を形成することができ、アルミニウム合金の力学的性能を向上させると同時に、ダイカストの流動性を保証し、量産の歩留まり問題を両立させる。しかしながら、Ｓｉを添加すると、アルミニウム合金の熱伝導率を低下させるため、その含有量を制御しなければならず、Ｓｉが上記含有量の範囲内であれば、アルミニウム合金は、優れた力学的性能、熱伝導率及びダイカスト性能を同時に備えることができ、Ｓｉの含有量が少なすぎると、アルミニウム合金の力学的性能及びダイカスト性能が低くなり、Ｓｉの含有量が多すぎると、アルミニウム合金の熱伝導率が低くなる。
具体的には、該アルミニウム合金中のＺｎの具体的な含有量は、８％、９．５％、１０．５％、１１％などであってもよい。固溶状態のＺｎは、ゆっくりと析出して、自然時効強化を形成することができる。また、固溶状態のＺｎは、Ａｌの熱伝導率に対する影響が小さく、Ｚｎは、上記含有量の範囲内であれば、強化効果を達成すると同時に、優れた熱伝導率を保証することができる。Ｚｎの含有量が低すぎると、アルミニウム合金の力学的性能が低くなり、Ｚｎの含有量が高すぎると、アルミニウム合金の熱伝導率に影響を及ぼし、アルミニウム合金の熱伝導率が低くなる。
具体的には、該アルミニウム合金中のＭｇの具体的な含有量は、０．０５％、０．０８％、０．１２％、０．１５％などであってもよい。Ｍｇは、ＳｉとＭｇ２Ｓｉ強化相を形成することができ、Ｚｎ、ＡｌとＭｇＺｎ２、ＡｌＭｇ３Ｚｎ２などの強化相を形成することができ、顕著な強化作用を有し、少量の添加でアルミニウム合金の強度を顕著に向上させることができる。しかしながら、Ｍｇの含有量が高すぎると、アルミニウム合金の靭性及び可塑性が低下し、アルミニウム合金の熱伝導率を大幅に低下させる。発明者らは、実験的検証を経て、Ｍｇが上記含有量の範囲内であれば、アルミニウム合金が優れた力学的性能を有すると同時に、熱伝導率に悪影響を及ぼすことなく、依然として優れた熱伝導性能を保持することができることを見出した。
具体的には、該アルミニウム合金中のＣｕの具体的な含有量は、０．２％、０．５％、０．７％、０．８％などであってもよい。Ｃｕは、Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ相及びアルミニウムマトリックスに溶け込んで、超硬質相を形成することができる。しかしながら、Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕ相が多すぎると、アルミニウム合金の破壊靭性、伸び率を低下させる。Ｃｕは、上記含有量の範囲内であれば、アルミニウム合金を効果的に強化すると同時に、アルミニウム合金の破断靭性、伸び率に影響を及ぼすことがなく、これにより、アルミニウム合金は、優れた強度、破壊靭性及び伸び率を兼ね備える。
具体的には、該アルミニウム合金は、Ｆｅを含有しても含有しなくてもよく、該アルミニウム合金中のＦｅの具体的な含有量は、０％、０．２％、０．４％、０．６％などであってもよい。Ｆｅ元素は、ダイカストプロセスにおいてアルミニウム合金が金型に付着することを防止できるが、Ｆｅが多すぎると、アルミニウム合金中に針状又は片状のＡｌ－Ｓｉ－Ｆｅ相を形成し、結晶粒を切断し、アルミニウム合金の靭性を低下させ、製品の破断をもたらす。Ｆｅは、上記含有量の範囲内であれば、アルミニウム合金が金型に付着しないという優れた性能を有することを保証できるだけでなく、アルミニウム合金の力学的性能に影響を及ばすこともない。
具体的には、該アルミニウム合金中のＭｎの具体的な含有量は、０．０８％、０．１５％、０．２５％などであってもよい。Ｍｎは、補助強化の作用を果たすことができ、同量のＭｇの効果よりも優れており、また、Ｍｎは、Ａｌ、Ｆｅと（Ｆｅ、Ｍｎ）Ａｌ６相を形成することができ、これにより、合金は、優れた可塑性を有するが、Ｍｎは、アルミニウム合金の熱伝導性能を顕著に低下させるため、それを添加することを制限すべきである。実験的検証を経て、Ｍｎは、上記含有量の範囲内であれば、補助強化の作用をよく果たして、アルミニウム合金が理想的な力学的性能を有するだけでなく、アルミニウム合金の熱伝導性能に影響を及ばすことがなく、これにより、該アルミニウム合金が理想的な力学的性能及び熱伝導性能を兼ね備えることができる。
さらに、ＦｅとＭｎの比率は、（２．５～３．５）：１（具体的には２．５：１、３．０：１、３．５：１など）であってもよい。これにより、Ｍｎは、針状の鉄相を骨格状によりよく変換することができ、アルミニウム合金に対する割れ作用を解消し、各元素がよりよく協調して相乗作用することにより、アルミニウム合金の使用性能がより優れる。
具体的には、本開示のアルミニウム合金は、Ｓｒを含有しても含有しなくてもよい。該アルミニウム合金中のＳｒの具体的な含有量は、０％、０．０１％、０．０５％、０．１％などであってもよい。Ｓｒは、改質剤としてアルミニウム合金に添加することができ、α－Ａｌ固溶体及び針状のＳｉ相を微細化し、アルミニウム合金の組織を改善し、粒界を浄化し、合金内の電子運動の抵抗を減少させることにより、アルミニウム合金の熱伝導性能及び力学的性能をさらに向上させることができるが、Ｓｒが多すぎると、脆性相を形成し、アルミニウム合金の力学的性能を低下させる。Ｓｒは、上記含有量の範囲内であれば、アルミニウム合金の熱伝導性能及び力学的性能をよりよく向上させることができる。
具体的には、本開示のアルミニウム合金は、Ｓｃ又は／及びＥｒを含有しても含有しなくてもよく、すなわち、該アルミニウム合金は、ＳｃもＥｒも含有しなくてもよく、Ｓｃを含有するがＥｒを含有しなくてもよく、Ｓｃを含有しないがＥｒを含有してもよく、Ｓｃ及びＥｒを同時に含有してもよい。本開示の発明者らは、Ｓｃ、Ｅｒ希土類元素の添加が本開示のアルミニウム合金の力学的性能を効果的に改善できることを見出した。希土類元素の添加は、アルミニウム合金溶湯を浄化し、結晶粒を微細化し、組織を改善することに役立つことにより、アルミニウム合金の総合性能を向上させる。アルミニウム合金のコストを考慮して、アルミニウム合金の総重量を基準とし、重量百分率で計算すると、前記アルミニウム合金中の希土類元素Ｓｃの含有量は、０．０５％以下（例えば、０％、０．０３％、０．０５％など）であり、具体的には、０．０１５～０．０２５％の範囲内であってもよい。さらに、Ｅｒの価格は、約Ｓｃの１／（２０～２５）であり、Ｓｃの代わりに大量に添加することで、アルミニウム合金のコストを大幅に低減することができ、具体的には、アルミニウム合金の総重量を基準とし、重量百分率で計算すると、前記アルミニウム合金中の希土類元素Ｅｒの含有量は、０．５％以下（例えば、０％、０．２％、０．５％など）であり、具体的には、０．１５～０．３５％の範囲内であってもよい。
具体的には、本開示のアルミニウム合金中のアルミニウムの具体的な含有量は、７３．２％、７６％、７９％、８２％、８２．２２％などであってもよい。
当業者であれば理解できるように、関連技術において、アルミニウム合金に対して、強度と熱伝導率との間に負の相関関係が存在し、一般的にアルミニウム合金の強度が高いほど、熱伝導率が低くなる。本開示に係るダイカストアルミニウム合金は、アルミニウム合金の強度を向上させる以外、材料が優れた強度、熱伝導性能及びダイカスト性能を有することを保証でき、高い熱伝導、強度が要求される構造部材の使用要求を満たすことができ、３Ｃ製品の構造部材、自動車ラジエータ、タービンディスク、照明装置などの製造に適する。
本開示の実施例によれば、前記アルミニウム合金の総重量に基づいて、重量百分率で計算すると、前記アルミニウム合金は、１０～１１％のＳｉ、９．５～１０．５％のＺｎ、０．７～１％のＭｇ、０．３５～０．６５％のＣｕ、０．３５～０．５％のＦｅ、０．１２～０．１８％のＭｎ、０．０２～０．０５％のＳｒ、０．０１５～０．０２５％のＳｃ、０．１５～０．３５％のＥｒ、及び７５．７４５～７８．７９５％のＡｌを含む。該範囲内で、アルミニウム合金の熱伝導性能、力学的性能及びダイカスト性能がより優れる。
本開示の実施例によれば、前記アルミニウム合金の総重量に基づいて、重量百分率で計算すると、前記アルミニウム合金は、不純物元素の単一元素の含有量が０．０１％未満であり、前記不純物元素の総含有量が０．１％未満であるという条件の少なくとも１つを満たす。具体的には、原料の純度が１００％に達することが困難であり、製造プロセスにおいて不純物を導入する可能性があるため、アルミニウム合金には通常、不可避的不純物（例えば、Ｃａ、Ｐ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｎｉなど）を含有し、本開示では、アルミニウム合金中の不純物元素の単一元素の含有量は、具体的には、０．０１％、０．００９％、０．００８ｔ％、０．００７％、０．００６％、０．００５％、０．００４％、０．００３％、０．００２％、０．００１％などであってもよく、不純物元素の総含有量は、具体的には、０．１％、０．０９％、０．０８％、０．０７％、０．０６％、０．０５％、０．０４％、０．０３％、０．０２％、０．０１％などであってもよい。具体的には、アルミニウム合金にＴｉ、Ｚｒ、及びＮｉの３つの種類の不純物元素を含有することを例とし、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＮｉの各元素の含有量は、いずれも０．０１％未満であり、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＮｉの３つの種類の元素の含有量の和は、０．１％よりも小さい。これにより、アルミニウム合金の各性能要件をよく保証することができ、アルミニウム合金に悪影響を及ぼすことはない。
本開示の実施例によれば、前記アルミニウム合金の総重量に基づいて、重量百分率で計算すると、前記アルミニウム合金は、９～１２％のＳｉ、８～１１％のＺｎ、０．５～１．５％のＭｇ、０．２～０．８％のＣｕ、０～０．６％のＦｅ、０．０８～０．２５％のＭｎ、０～０．１０％のＳｒ、０～０．０５％のＳｃ、０～０．５％のＥｒ、及び残りのＡｌというの成分で構成される。上記成分及び配合比率を有するアルミニウム合金は、優れた熱伝導性能、力学的性能、及びダイカスト性能を同時に兼ね備え、高強度と高熱伝導性能の要求を満たすことができ、３Ｃ製品の構造部材、自動車ラジエータ、タービンディスク、照明装置などを製造することに適する。
本開示の実施例によれば、前記アルミニウム合金の総重量に基づいて、重量百分率で計算すると、前記アルミニウム合金は、１０～１１％のＳｉ、９．５～１０．５％のＺｎ、０．７～１％のＭｇ、０．３５～０．６５％のＣｕ、０．３５～０．５％のＦｅ、０．１２～０．１８％のＭｎ、０．０２～０．０５％のＳｒ、０．０１５～０．０２５％のＳｃ、０．１５～０．３５％のＥｒ、及び残りのＡｌというの成分で構成される。上記成分及び配合比率を有するアルミニウム合金は、熱伝導性能、力学的性能、及びダイカスト性能がより優れており、３Ｃ製品の構造部材、自動車ラジエータ、タービンディスク、照明装置などの製造により適する。
本開示の実施例によれば、該アルミニウム合金は、降伏強度が２４５ＭＰａ以上であり、具体的には、２４５～２７０ＭＰａ（例えば、２５０ＭＰａ、２６０ＭＰａ、２７０ＭＰａなど）であってもよく、引張強度が３９０ＭＰａ以上であり、具体的には、３９０～４２０ＭＰａ（例えば、３９０ＭＰａ、４００ＭＰａ、４１０ＭＰａ、４２０ＭＰａなど）であってもよく、伸び率が３％以上であり、具体的には、３～４％（例えば、３％、３．１％、３．２％、３．３％、３．４％、３．５％、３．８％、４．０％など）であってもよく、熱伝導率が１２５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、具体的には、１２５～１４０Ｗ／ｍ・Ｋ（例えば、１２５Ｗ／ｍ・Ｋ、１３０Ｗ／ｍ・Ｋ、１４０Ｗ／ｍ・Ｋなど）であってもよい、という条件の少なくとも１つを満たす。具体的には、該アルミニウム合金は、上記任意の１つの条件、任意の２つの条件、任意の３つの条件、又は全ての４つの条件を満たし、いくつかの具体的な実施例では、該アルミニウム合金は、上記全ての４つの条件を満たすことができる。これにより、該アルミニウム合金は、優れた強度、熱伝導性能及びダイカスト性能を同時に備え、高強度及び高熱伝導の開発ニーズを満たすことができ、３Ｃ製品の構造部材、自動車ラジエータ、タービンディスク、照明装置などの製造に用いられる。
本開示の別の態様では、本開示は、前述したアルミニウム合金を製造する方法を提供する。本開示の実施例によれば、該方法は、アルミニウム、シリコン含有原料、銅含有原料、鉄含有原料、マンガン含有原料、ストロンチウム含有原料、スカンジウム含有原料、エルビウム含有原料、亜鉛含有原料、及びマグネシウム含有原料を加熱溶融し、アルミニウム合金溶湯を得るステップと、前記アルミニウム合金溶湯に対して順に撹拌、精錬、及び鋳造処理を行って、前記アルミニウム合金を得るステップとを含む。該方法は操作しやすく、便利であり、工業的に実施しやすく、得られたアルミニウム合金は、高い熱伝導性能を有すると同時に、優れた力学的性能とダイカスト性能を兼ね備える。
本開示の実施例によれば、上記方法は、具体的には、アルミニウムと前記シリコン含有原料を加熱溶融し、前記銅含有原料、前記鉄含有原料、前記マンガン含有原料、前記ストロンチウム含有原料、前記スカンジウム含有原料、及び前記エルビウム含有原料を添加した後に加熱溶融し、第１のアルミニウム合金溶湯を得るステップと、前記第１のアルミニウム合金溶湯に前記亜鉛含有原料を添加して加熱溶融し、その後にスラグ除去処理を行って、第２のアルミニウム合金溶湯を得るステップと、保護雰囲気で、前記第２のアルミニウム合金溶湯に前記マグネシウム含有原料を添加して加熱溶融し、第３のアルミニウム合金溶湯を得るステップと、前記第３のアルミニウム合金溶湯に対して順に撹拌、精錬、及び鋳造処理を行って、前記アルミニウム合金を得るステップとを含む。
本開示の実施例によれば、上記各原料の供給形態は、特に制限されず、実際の必要に応じて柔軟に選択することができ、例えば、アルミニウムは、アルミニウムインゴットの形態で供給することができ、シリコン含有原料、銅含有原料、鉄含有原料、マンガン含有原料、ストロンチウム含有原料、スカンジウム含有原料、エルビウム含有原料、亜鉛含有原料、及びマグネシウム含有原料は、単体又は中間合金の形態で供給することができる。本開示のいくつかの具体的な実施例では、該方法は、アルミニウムインゴットとアルミニウムシリコンの中間合金を加熱溶融し、アルミニウム銅、アルミニウム鉄、アルミニウムマンガン、アルミニウムストロンチウム、アルミニウムスカンジウム、及びアルミニウムエルビウムの中間合金を添加した後に加熱溶融し、第１のアルミニウム合金溶湯を得るステップと、前記第１のアルミニウム合金溶湯に亜鉛インゴットを添加して加熱溶融し、その後にスラグ除去処理を行って、第２のアルミニウム合金溶湯を得るステップと、保護雰囲気で、前記第２のアルミニウム合金溶湯にマグネシウムインゴットを添加して加熱溶融し、第３のアルミニウム合金溶湯を得るステップと、前記第３のアルミニウム合金溶湯に対して順に撹拌、精錬及び鋳造処理を行って、前記アルミニウム合金を得るステップとを含んでもよい。該方法は、操作しやすく、便利であり、工業的に実施しやすく、得られたアルミニウム合金は、高い熱伝導性能を有すると同時に、優れた力学的性能とダイカスト性能を兼ね備える。
具体的には、上記方法は、以下のステップを含んでもよい。純アルミニウムインゴット、Ａｌ－Ｓｉ中間合金、純Ｚｎインゴット、純Ｍｇインゴット、Ａｌ－Ｃｕ中間合金、Ａｌ－Ｆｅ中間合金、Ａｌ－Ｍｎ中間合金、Ａｌ－Ｓｒ中間合金、Ａｌ－Ｓｃ中間合金、Ａｌ－Ｅｒ中間合金を原料とし、配合比率に応じて原材料を秤量し、次に純アルミニウムインゴット、Ａｌ－Ｓｉ中間合金を坩堝に入れて合金を溶錬し、完全に溶融した後にＡｌ－Ｃｕ中間合金、Ａｌ－Ｆｅ中間合金、Ａｌ－Ｍｎ中間合金、Ａｌ－Ｓｒ中間合金、Ａｌ－Ｓｃ中間合金、Ａｌ－Ｅｒ中間合金を添加し、中間合金が全て溶融するまで加熱し続け、また純Ｚｎインゴットを添加し、完全に溶融するまでアルミニウム合金溶湯の温度を７３０～７５０°Ｃ（例えば、７３０°Ｃ、７３５°Ｃ、７４０°Ｃ、７４５°Ｃ、７５０°Ｃなど）に制御し、５～８分間（例えば５分間、６分間、７分間、８分間など）撹拌し、アルミニウム溶湯の表層の浮きかすを除去し、次に純Ｍｇインゴットを添加し、保護ガスを導入し、完全に溶融した後にアルミニウム合金溶湯を均一に撹拌し、所望の範囲に達するまで各元素成分の含有量を検出して調整し、３～５ｍｉｎの精錬処理を行う。合金溶湯を温度が約７００°Ｃに冷却するときに金型に鋳込んで合金インゴットを形成し、さらに一般的なダイカストの方式で所望のアルミニウム合金の構造部材製品を得る。
本開示の他の態様では、本開示は、アルミニウム合金の構造部材を提供する。本開示の実施例によれば、該アルミニウム合金の構造部材の少なくとも一部は、前述したアルミニウム合金で構成される。該アルミニウム合金の構造部材は、優れた強度と理想的な熱伝導性能を兼ね備えると同時に、簡単なダイカストプロセスにより成形することができ、使用効果が高く、製造コストが低く、厚さが薄くても、依然としてより優れた使用効果を有する。
本開示の実施例によれば、前記アルミニウム合金の構造部材は、３Ｃ製品の構造部材、自動車ラジエータの構造部材、タービンディスクの構造部材、照明装置の構造部材のうちの少なくとも一種を含む。具体的には、携帯電話のミドルフレーム、携帯電話の裏蓋、携帯電話のミドルボードなどの構造部材であってもよい。これにより、該構造部材は、優れた力学的強度、可塑性、及び熱伝導性能を有し、ユーザの製品に対する高強度、高熱伝導性能の要求をよく満たし、ユーザ体験を向上させることができる。
以下、本開示の実施例について詳細に説明する。
＜実施例１＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に以下に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ａ１を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
アルミニウム合金の溶錬製造方法は、以下のとおりである。
純アルミニウムインゴット、Ａｌ－Ｓｉ中間合金を坩堝に入れて合金を完全に溶融するまで溶錬する。Ａｌ－Ｃｕ中間合金、Ａｌ－Ｆｅ中間合金、Ａｌ－Ｍｎ中間合金、Ａｌ－Ｓｒ中間合金、Ａｌ－Ｓｃ中間合金、Ａｌ－Ｅｒ中間合金を入れて、中間合金が全て溶融するまで加熱し続ける。純Ｚｎインゴットを添加し、完全に溶融するまでアルミニウム合金溶湯の温度を７３０～７５０°Ｃに制御し、５～８分間撹拌し、アルミニウム溶湯の表層の浮きかすを除去し、次に純Ｍｇインゴットを添加し、保護ガスを完全に溶融するまで導入する。アルミニウム合金溶湯を均一に撹拌し、所望の範囲に達するまで各元素成分の含有量を検出して調整し、３～５ｍｉｎの精錬処理を行う。合金溶湯を温度が約７００°Ｃに冷却するときに金型に鋳込んで合金インゴットを形成し、さらに一般的なダイカストの方式で所望の鋳物製品を得る。
＜実施例２＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ａ２を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜実施例３＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ａ３を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜実施例４＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ａ４を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜実施例５＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ａ５を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜実施例６＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ａ６を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜実施例７＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ａ７を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜実施例８＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ａ８を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜実施例９＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ａ９を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜実施例１０～３３＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ａ９－Ａ３３を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例１＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ１を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例２＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ２を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例３＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ３を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例４＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ４を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例５＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ５を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例６＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ６を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例７＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ７を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例８＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ８を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例９＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ９を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例１０＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ１０を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例１１＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ１１を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例１２＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ１２を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例１３＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ１３を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例１４＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ１４を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例１５＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ１５を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例１６＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ１６を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例１７＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ１７を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例１８＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ１８を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
＜比較例１９＞
原料を配合して計算した後、重量に応じて各標準中間合金及び金属単体を秤量し、次に実施例１に示すアルミニウム合金の溶錬製造方法に従ってインゴットを得て、ダイカストで本開示のアルミニウム合金のダイカスト部材Ｂ１９を得て、その主な元素の重量含有量を表１に示す。
Figure 0007349550000001
Figure 0007349550000002
力学的性能テスト
本テストは、実施例１～３３と比較例１～１９で得られたアルミニウム合金の室温での力学的性能を測定する。《ＧＢ／Ｔ ２２８．１－２０１０金属材料引張試験の第１の部分：室温試験方法》を参照して引張強度、降伏強度、及び伸び率をテストし、具体的な結果を表２に示す。
熱伝導性能テスト
本テストは、実施例１～３３と比較例１～１９で得られたアルミニウム合金の室温での熱伝導性能を測定する。《ＡＳＴＭＥ１４６１フラッシュ法による熱拡散係数測定の標準方法》を参照してテストし、具体的な結果を表２に示す。
不純物含有量テスト：
レーザ直読分光計により上記実施例１～３３で得られたアルミニウム合金中の各成分の含有量をテストし、全てのアルミニウム合金中の不純物の総含有量がいずれも０．１％以下であり、単一の不純物元素の含有量がいずれも０．０１％以下である。
上表のデータから分かるように、本開示のアルミニウム合金の力学的性能（降伏強度及び引張強度）、伸び率、及び熱伝導係数がいずれも高く、実施例１６～１７、２０、２３～２４、２７、及び３０におけるアルミニウム合金の上記性能がより優れており、比較例４及び６から分かるように、シリコンの含有量が低すぎると、力学的性能及び伸び率が低く、シリコンの含有量が高すぎると、力学的性能が向上するが、熱伝導率が明らかに低下し、比較例１～１９から分かるように、各成分の含有量が本願の保護範囲内でないと、アルミニウム合金の力学的性能（降伏強度及び引張強度）、伸び率、及び熱伝導係数を両立させることができず、上記性能がいずれも低いか、上記性能の１つ又は２つの性能が高く、他の性能が低く、力学的性能（降伏強度及び引張強度）、伸び率、及び熱伝導係数をよくバランスさせることができない。以上のことから分かるように、本開示のアルミニウム合金は、各成分及び配合比率の調整により、それらが互いに協働し、相乗作用することにより、アルミニウム合金が優れた力学的性能、伸び率、及び熱伝導係数を同時に有し、高強度、高熱伝導性能、及び靭性（伸び率）の使用要求をよく満たすことができ、３Ｃ製品の構造部材、自動車ラジエータの構造部材、タービンディスクの構造部材、照明装置の構造部材などの製造に適する。
本明細書の説明において、用語「一実施例」、「いくつかの実施例」、「例」、「具体的な例」又は「いくつかの例」などを参照した説明は、該実施例又は例と組み合わせて説明された具体的な特徴、構造、材料又は特性が本開示の少なくとも１つの実施例又は例に含まれることを意味する。本明細書において、上記用語の例示的な表現は、必ずしも同一の実施例又は例に限定されるものではない。さらに、説明された具体的な特徴、構造、材料又は特性は、任意の１つ又は複数の実施例又は例において適切な形態で結合することができる。また、相互に矛盾しない限り、当業者は、本明細書で説明された異なる実施例又は例、及び異なる実施例又は例の特徴を結合し、組み合わせることができる。
以上、本開示の実施例を示し説明したが、上記実施例は例示的なものであり、本開示を限定するものであると理解すべきではなく、当業者であれば、本開示の範囲で上記実施例に対して変更、修正、交換及び変形を行うことができる。

Claims (17)

  1. 総重量に基づいて、重量百分率で計算すると、
    ９～１２％のＳｉ、
    ８～１１％のＺｎ、
    ０．５～１．５％のＭｇ、
    ０．２～０．８％のＣｕ、
    ０～０．６％のＦｅ、
    ０．０８～０．２５％のＭｎ、
    ０～０．１０％のＳｒ、
    ０～０．０５％のＳｃ、
    ０～０．５％のＥｒ、
    ７３．２～８２．２２％のＡｌ、及び不純物元素からなる、アルミニウム合金。
  2. 総重量に基づいて、重量百分率で計算すると、
    １０～１１％のＳｉ、
    ９．５～１０．５％のＺｎ、
    ０．７～１％のＭｇ、
    ０．３５～０．６５％のＣｕ、
    ０．３５～０．５％のＦｅ、
    ０．１２～０．１８％のＭｎ、
    ０．０２～０．０５％のＳｒ、
    ０．０１５～０．０２５％のＳｃ、
    ０．１５～０．３５％のＥｒ、
    ７５．７４５～７８．７９５％のＡｌ、及び不純物元素からなる、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  3. 総重量に基づいて、重量百分率で計算すると、含有する、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｅｒ以外の不純物元素の単一元素の含有量は、０．０１％未満であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のアルミニウム合金。
  4. 総重量に基づいて、重量百分率で計算すると、含有する、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｅｒ以外の不純物元素の総含有量は、０．１％未満であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のアルミニウム合金。
  5. ＦｅとＭｎの重量比は、（２．５～３．５）：１であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
  6. 降伏強度は、２４５ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
  7. 降伏強度は、２４５～２７０ＭＰａであることを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム合金。
  8. 引張強度は、３９０ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
  9. 引張強度は、３９０～４２０ＭＰａであることを特徴とする、請求項８に記載のアルミニウム合金。
  10. 伸び率は、３％以上であることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
  11. 伸び率は、３～４％であることを特徴とする、請求項１０に記載のアルミニウム合金。
  12. 熱伝導率は、１２５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
  13. 熱伝導率は、１２５～１４０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする、請求項１２に記載のアルミニウム合金。
  14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金の製造方法であって、
    アルミニウム、シリコン含有原料、銅含有原料、鉄含有原料、マンガン含有原料、ストロンチウム含有原料、スカンジウム含有原料、エルビウム含有原料、亜鉛含有原料、及びマグネシウム含有原料を加熱溶融し、アルミニウム合金溶湯を得るステップと、
    前記アルミニウム合金溶湯に対して順に撹拌、精錬、及び鋳造処理を行って、前記アルミニウム合金を得るステップと、を含むことを特徴とする、製造方法。
  15. アルミニウムと前記シリコン含有原料を加熱溶融し、前記銅含有原料、前記鉄含有原料、前記マンガン含有原料、前記ストロンチウム含有原料、前記スカンジウム含有原料、及び前記エルビウム含有原料を添加した後に加熱溶融し、第１のアルミニウム合金溶湯を得るステップと、
    前記第１のアルミニウム合金溶湯に前記亜鉛含有原料を添加して加熱溶融し、その後にスラグ除去処理を行って、第２のアルミニウム合金溶湯を得るステップと、
    保護雰囲気で、前記第２のアルミニウム合金溶湯に前記マグネシウム含有原料を添加して加熱溶融し、第３のアルミニウム合金溶湯を得るステップと、
    前記第３のアルミニウム合金溶湯に対して順に撹拌、精錬、及び鋳造処理を行って、前記アルミニウム合金を得るステップと、を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
  16. 少なくとも一部が請求項１～１５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金で構成されることを特徴とする、アルミニウム合金の構造部材。
  17. ３Ｃ製品（コンピュータ、コミュニケーション、コンシューマーエレクトロニクス）、の構造部材、自動車ラジエータの構造部材、タービンディスクの構造部材、照明装置の構造部材のうちの少なくとも一種を含むことを特徴とする、請求項１６に記載のアルミニウム合金の構造部材。
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