KR102508358B1 - 향상된 결합 내구성을 발휘하고 및/또는 인 함유 표면을 갖는 알루미늄 합금 제품, 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

향상된 결합 내구성을 발휘하고 및/또는 인 함유 표면을 갖는 알루미늄 합금 제품, 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

알루미늄 합금 제품 및 이러한 제품을 제조 및 가공처리하기 위한 방법이 개시된다. 따라서, 우수한 결합 내구성, 낮은 접촉 저항, 및 내식성을 비롯한 제어 가능한 표면 특성을 발휘하는 알루미늄 합금 제품이 개시된다. 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 이주 원소, 이주 원소의 농도를 갖는 서브표면부, 및 이주 원소의 농도를 갖는 벌크부를 포함한다. 알루미늄 합금 제품은 4.0 이하의 농축비를 포함하고, 그 농축비는 서브표면부에서의 이주 원소 농도 대 벌크부에서의 농도의 비율이다. 또한, 알루미늄 합금 제품 표면 및/또는 서브표면은 인(예를 들어, 원소 인 또는 산화된 인)을 함유할 수 있다. 인 함유 표면은 저항 스폿 용접 장치의 전극 팁 상에 감소된 전자 응력을 제공하고, 전극 팁의 연장된 사용 수명(예를 들어, 용접 고장 사이클)을 제공한다.

Description

향상된 결합 내구성을 발휘하고 및/또는 인 함유 표면을 갖는 알루미늄 합금 제품, 및 이를 제조하는 방법
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2017년 12월 21일자로 출원된 미국 가출원 제62/608,614호, 및 2018년 10월 5일자로 출원된 미국 가출원 제62/741,688호의 이익을 주장하고, 이들은 그 전체가 본원에 참조로서 원용된다.
기술분야
본 개시내용은 알루미늄 합금 제품 및 그 표면 특징에 관한 것이다. 본 개시내용은 또한 알루미늄 합금 제품을 가공처리하는 방법에 관한 것이다.
알루미늄 합금 제품은, 종종 알루미늄 합금 및 다른 금속계 제품의 제조 동안, 다른 알루미늄 합금을 포함해서 다른 금속 또는 합금에 결합되거나 접합된다. 알루미늄 합금 제품의 요건은 예를 들어, 우수한 결합 내구성 및 높은 내식성을 포함한다. 알루미늄 합금 제품은 결합 내구성 및 내식성을 향상시키는 방식으로 가공처리될 수 있다.
또한, 알루미늄 합금 제품은 저항 스폿 용접 및 다른 접합 방법에 대해 순응성을 보여야 한다. 또한, 이러한 방법은 접합 방법에서 사용되는 소모품의 교체를 최소화하도록 보호 장치를 포함해야 한다.
본 발명의 보호되는 구현예는 본 발명의 내용이 아니라 청구범위에 의해 정의된다. 본 발명의 내용은 본 발명의 다양한 양태에 대한 고도의 개요이고, 아래의 상세한 설명 섹션에 추가로 기술되는 개념들 중 일부를 소개한다. 본 발명의 내용은 청구된 기술요지의 핵심 또는 필수적 특징을 식별하기 위한 것이 아니며, 청구된 기술요지의 범위를 결정하기 위해 단독으로 사용되게 하려는 것도 아니다. 이러한 기술요지는 전체 명세서, 임의의 또는 모든 도면 및 각 청구범위의 적절한 부분들을 참조하여 이해되어야 한다.
알루미늄 합금 제품 및 이를 제조 및 가공처리하기 위한 방법이 본원에 기술되어 있다. 본원에 기술된 바와 같은 알루미늄 합금 제품은 이주 원소(migrant element), 이주 원소의 농도를 갖는 서브표면부, 및 이주 원소의 농도를 갖는 벌크부를 포함하고, 알루미늄 합금 제품은 4.0 이하의 농축비를 포함하고, 그 농축비는 서브표면부에서의 이주 원소의 농도 대 벌크부에서의 이주 원소의 농도의 비율이다. 선택적으로, 이주 원소는 Zn, Cu, Mg, 및/또는 Si를 포함한다. 제품의 서브표면부는 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 알루미늄 합금 제품의 내부 내에서 최대 약 5 μm의 깊이(예를 들어, 약 2 μm의 깊이)까지의 영역을 포함할 수 있고, 벌크부는 알루미늄 합금 제품의 나머지를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 제품의 농축비는 2.0 이하, 1.5 이하, 또는 1.0일 수 있다. 알루미늄 합금 제품은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 2xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
또한, 이주 원소의 농도를 갖는 서브표면부 및 이주 원소의 농도를 갖는 벌크부를 포함하는 알루미늄 합금 제품이 본원에 기술되어 있다. 이러한 제품에서, 서브표면부에서의 이주 원소의 농도는 벌크부에서의 이주 원소의 농도보다 높을 수 있다. 선택적으로, 이주 원소는 Cu, Mn, Cr, 및/또는 Fe을 포함한다. 알루미늄 합금 제품은 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금을 선택적으로 포함할 수 있다.
본원에 기술된 바와 같은 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법이 또한 본원에 기재되어 있다. 본 방법은 이주 원소를 포함하는 알루미늄 합금을 주조하여 주조 알루미늄 합금 물품을 제조하는 단계, 주조 알루미늄 합금 물품을 압연하여 압연된 알루미늄 합금 물품을 제공하는 단계, 및 압연된 알루미늄 합금 물품을 열처리하여 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 이주 원소는 알루미늄 합금 제품의 서브표면부 및 벌크부 내에 분포되어 4.0 이하의 농축비를 제공하고, 그 농축비는 서브표면부에서의 이주 원소의 농도 대 벌크부에서의 이주 원소의 농도의 비율이다. 압연 단계는 약 200℃ 내지 약 550℃의 온도에서 수행될 수 있다. 열처리 단계는 약 400℃ 내지 약 580℃의 온도에서 약 120초 이하의 지속 시간 동안 수행될 수 있다.
본 방법은 주조 알루미늄 합금 제품을 전처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 전처리 단계는 합금 제품의 표면을 세정하고, 합금 제품의 표면을 에칭하고, 합금 제품의 표면에 전처리제를 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 전처리 단계는 열처리 단계 후에 수행된다. 주조는 직접 냉경 주조 또는 연속 주조를 포함할 수 있다.
서브표면부 및 벌크부를 포함하는 알루미늄 합금 제품이 본원에 더 기술되어 있고, 서브표면부는 인(P)을 포함한다. P는 원소 P, 오산화 인, 삼산화 인, 일산화 인, 또는 사산화 이인(diphosphorus tetraoxide) 중 적어도 하나로서 서브표면부 내에 존재할 수 있다. 선택적으로, 서브표면부는 약 2 원자%(at. %) 내지 약 10 원자%의 양으로 P를 포함한다. 서브표면부는 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 약 150 μm의 깊이(예를 들어, 약 83 μm의 깊이)까지의 영역을 포함할 수 있다. 알루미늄 합금 제품은 약 15보다 큰(예를 들어, 약 20보다 큰) 황색도를 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품의 표면을 처리하는 방법이 또한 본원에 기술되어 있다. 알루미늄 합금 제품의 표면을 처리하는 방법은 서브표면부 및 벌크부를 갖는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계; 및 알루미늄 합금 제품의 표면을 P 함유 화합물을 포함하는 에칭 용액으로 에칭하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 제공하는 단계는 적어도 약 0.001 중량% 마그네슘(Mg)(예를 들어, 약 0.001 중량% 내지 약 10 중량% Mg)을 포함하는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 제공하는 단계는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계를 포함한다.
P 함유 화합물은 인산, 포스폰산, 포스핀산, 임의의 다른 P 함유 산, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 선택적으로, 에칭 용액은 하나 이상의 추가적인 산(예를 들어, 황산, 불화수소산, 아세트산, 및/또는 염산)을 더 포함한다. 일부 예에서, 에칭 용액은 인산 및 황산을 포함한다. 선택적으로, 인산 대 황산의 비는 약 3 내지 약 5이다. 특정 양태에서, 알루미늄 합금 제품의 표면을 에칭하는 단계는 알루미늄 합금 제품의 표면 상에 Mg를 노출시키고, 인산 마그네슘, 인화 마그네슘, 아인산 마그네슘, 또는 이들의 임의의 조합을 형성하고, 0.001 내지 10의 P 대 Mg의 원자 농도비를 서브표면부에 제공한다.
본원에 기술된 방법에 따라 제조되는 알루미늄 합금 제품이 또한 본원에 기재되어 있다. 알루미늄 합금 제품은 무엇보다도 자동차 차체 부품을 포함할 수 있다.
추가적 양태, 목적, 및 이점은 후술될 상세한 설명 및 도면을 고려하면 명백해질 것이다.
도 1은 알루미늄 합금 제품의 서브표면부 및 벌크부 내의 이주 원소(migrant element)의 개략도이다.
도 2는 X-선 광전자 분광법에 의한 5xxx 및 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품의 Mg 함량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 X-선 광전자 분광법에 의한 5xxx 및 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품의 Si 함량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 X-선 광전자 분광법에 의한 예시적인 알루미늄 합금 제품 표면에서의 Mg 함량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 X-선 광전자 분광법에 의한 예시적인 알루미늄 합금 제품 표면에서의 Si 함량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본원에 기술된 방법에 따라 제조 및 가공처리된 예시적인 합금의 결합 내구성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본원에 기술된 예시적인 방법에 따라 제공된 예시적인 알루미늄 합금 제품 표면에서의 Mg 함량을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본원에 기술된 예시적인 방법에 따라 제공된 예시적인 알루미늄 합금 제품 표면에서의 Mg 함량을 나타낸 그래프이다.
도 9a는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Mg의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 9b는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Mg의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 10a는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Si의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 10b는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Si의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 11a는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Cu의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 11b는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Cu의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 12a는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Mn의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 12b는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Mn의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 13a는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Cr의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 13b는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Cr의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 14a는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Fe의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 14b는 본원에 기술된 예시적인 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금의 서브표면부 및 벌크부에서 Fe의 글로우 방전 광 방출 분광 분석을 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 다양한 알루미늄 합금 샘플에 대한 용접 후 저항 스폿 용접 전극 팁 수명을 비교한 그래프이다.
도 16은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 에칭 동안 제거된 재료의 양("에칭 중량"으로 지칭됨)을 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금에서 Mg의 글로우 방전 광 방출 분광 분석(GDOES)을 나타낸 그래프이다.
도 18은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금에서 Mg의 글로우 방전 광 방출 분광 분석(GDOES)을 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금에서 Mg의 글로우 방전 광 방출 분광 분석(GDOES)을 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금에서 Mg의 글로우 방전 광 방출 분광 분석(GDOES)을 나타낸 그래프이다.
도 21a는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 21b는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 21c는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 21d는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 22a는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 22b는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 22c는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 22d는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 23a는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 23b는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 23c는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 23d는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 24a는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 24b는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 24c는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 24d는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면부를 나타낸 주사 전자 현미경 사진이다.
도 25에서, 패널 A는 저항 스폿 용접 구리 전극 팁의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다. 도 25에서, 패널 B는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 용접부를 나타낸다. 도 25에서, 패널 C는 패널 B의 고배율 이미지를 나타낸다.
도 26은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 황색도(YI)를 나타낸 그래프이다.
도 27은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 알루미늄 합금의 표면 거칠기를 나타낸 그래프이다.
본 개시내용의 제1 구현예에서, 원하는 표면 특성을 갖는 알루미늄 합금 제품을 포함하는 금속 합금 제품이 본원에 기술되어 있다. 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 마그네슘 및 실리콘을 포함하는 이주 원소(migrant element)의 농도를 가지며, 이는 제어될 수 있다. 일부 경우에, 합금 제품의 두께 전체에 걸친 이주 원소의 농도는 바람직한 특성을 초래하도록 제어될 수 있다. 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품에 의해 발휘되는 예시적인 바람직한 특성은 예를 들어, 높은 결합 내구성 및 높은 내식성을 포함한다. 합금의 특성은 기술된 플레이트, 쉐이트, 및 시트를 제조하기 위해 합금을 가공처리하는 방법에 의해 달성된다. 본원에 추가로 기술된 바와 같이, 바람직한 특성은 특별히 설계된 압연, 열처리, 및/또는 에칭 및 전처리 기술에 의해 달성될 수 있다.
본 개시내용의 제2 구현예에서, 인(P)을 함유하는 표면을 갖는 알루미늄 합금 제품이 본원에 기술되어 있다. P는 원소 P 또는 인 산화물로서 존재할 수 있다. P는 표면 에칭 공정 동안 증착될 수 있으며 알루미늄 합금 제품 표면에 의해 발휘되는 바람직한 특성을 초래할 수 있다. 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품에 의해 발휘되는 이러한 바람직한 특성은 예를 들어, 낮은 접촉 저항을 포함하여, 저항 스폿 용접 장치의 전극 팁에 감소된 전자 응력을 제공하고 전극 팁의 연장된 사용 수명(예를 들어, 용접 고장 사이클)을 제공한다.
정의 및 설명
본원에서 사용된 "발명", "그 발명", "이러한 발명", 및 "본 발명"이란 용어는 본 특허 출원의 기술요지와 하기의 청구범위의 모든 것을 광범위하게 나타낸다. 이러한 용어들을 포함하는 문구는 본원에 기재된 기술요지를 제한하지 않으며 하기의 특허청구범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 설명에서, "시리즈" 또는 "6xxx"와 같은 알루미늄 산업 지정에 의해 식별되는 합금을 참조한다. 알루미늄 및 그 합금을 명명하고 식별하는 데 가장 일반적으로 사용되는 번호 지정 체계에 대한 이해를 위해서는, 모두 알루미늄 협회에서 발행된 "International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys" 또는 "Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot"을 참조한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "일(a)", "하나(an)", 및 "그(the)"의 의미는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 단수 및 복수의 지시 대상을 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 플레이트는 일반적으로 약 15 mm보다 큰 두께를 갖는다. 예를 들어, 플레이트는 15 mm 초과, 20 mm 초과, 25 mm 초과, 30 mm 초과, 35 mm 초과, 40 mm 초과, 45 mm 초과, 50 mm 초과, 또는 100 mm 초과의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭할 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 쉐이트(시트 플레이트로도 지칭됨)는 일반적으로 약 4 mm 내지 약 15 mm의 두께를 갖는다. 예를 들어, 쉐이트는 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm, 또는 15 mm의 두께를 가질 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 시트는 일반적으로 약 4 mm 미만의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭한다. 예를 들어, 시트는 4 mm 미만, 3 mm 미만, 2 mm 미만, 1 mm 미만, 0.5 mm 미만, 0.3 mm 미만, 또는 0.1 mm 미만의 두께를 가질 수 있다.
본 출원에서는 합금 템퍼 또는 상태를 참조한다. 가장 일반적으로 사용되는 합금 템퍼 설명의 이해를 위해서는, "American National Standards(ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems"를 참조한다. F 상태나 템퍼는 제조된 그대로의 알루미늄 합금을 지칭한다. W 상태 또는 템퍼는 알루미늄 합금의 솔버스 온도보다 높은 온도에서 용체화 열처리되고 담금질된 알루미늄 합금을 지칭한다. O 상태 또는 템퍼는 어닐링 후의 알루미늄 합금을 지칭한다. 본원에서 H 템퍼로도 지칭되는 Hxx 상태 또는 템퍼는 열처리(예를 들어, 어닐링)를 하거나 하지 않은 상태에서 냉간 압연 후의 비열 처리 가능한 알루미늄 합금을 지칭한다. 적합한 H 템퍼는 HX1, HX2, HX3 HX4, HX5, HX6, HX7, HX8, 또는 HX9 템퍼를 포함한다. T1 상태 또는 템퍼는 열간 가공으로부터 냉각되고 (예를 들어, 상온에서) 자연적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T2 상태 또는 템퍼는 열간 가공으로부터 냉각되고, 냉간 가공되고, 자연적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T3 상태 또는 템퍼는 용체화 열처리되고, 냉간 가공되고, 자연적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T4 상태 또는 템퍼는 용체화 열처리되고 자연적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T5 상태 또는 템퍼는 열간 가공으로부터 냉각되고 (예를 들어, 상승된 온도에서) 인위적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T6 상태 또는 템퍼는 용체화 열처리되고 인위적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T7 상태 또는 템퍼는 용체화 열처리되고 인위적으로 과시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T8x 상태 또는 템퍼는 용체화 열처리되고, 냉간 가공되고, 인위적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T9 상태 또는 템퍼는 용체화 열처리되고, 인위적으로 시효되고, 냉간 가공된 알루미늄 합금을 지칭한다. W 상태 또는 템퍼는 용체화 열처리 후의 알루미늄 합금을 지칭한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "주조 금속 물품", "주조 물품" 등과 같은 용어는 상호 교환 가능하며 직접 냉경 주조(직접 냉경 동시-주조를 포함) 또는 반연속 주조, 연속 주조(예를 들어, 트윈 벨트 캐스터, 트윈 롤 캐스터, 블록 캐스터, 또는 임의의 다른 연속 캐스터의 사용을 포함), 전자기 주조, 핫 탑 주조, 또는 임의의 다른 주조 방법으로 제조된 제품을 지칭한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "결합 내구성"은 결합제의 파괴를 개시하는 환경 조건에 노출된 후 사이클링된 기계적 응력을 견디도록 2개의 제품을 함께 결합시키는 결합제의 능력을 지칭한다. 결합 내구성은 결합된 제품에 적용되는 기계적 응력 사이클의 수의 측면에서 특징이 있으며, 결합된 제품은 결합이 파괴될 때까지 환경 조건에 노출된다.
본원에서 사용된 바와 같이, "상온"은 약 15℃ 내지 약 30℃, 예를 들어 약 15℃, 약 16℃, 약 17℃, 약 18℃, 약 19℃, 약 20℃, 약 21℃, 약 22℃, 약 23℃, 약 24℃, 약 25℃, 약 26℃, 약 27℃, 약 28℃, 약 29℃, 또는 약 30℃의 온도를 포함할 수 있다.
본원에 개시되는 모든 범위는 그 안에 포함되는 임의의 종점 및 임의의 그리고 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"으로 기술되는 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이(및 이를 포함)의 임의의 하위 범위 및 모든 하위 범위, 즉 1 이상의 최소값(예를 들어, 1 내지 6.1)으로 시작하여 10 이하의 최대값(예를 들어, 5.5 내지 10)으로 끝나는 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 간주해야 한다.
향상된 결합 내구성을 발휘하는 알루미늄 합금 제품
알루미늄 합금 제품
원하는 표면 특성을 갖는 알루미늄 합금 제품이 본원에 기술되어 있다. 다른 특성들 중에서, 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은, 합금 제품의 서브표면 내를 비롯한, 합금 제품의 두께 전체에 걸쳐 제어된 이주 원소의 농도를 함유한다. 일부 비제한적인 예에서, 개시된 합금 제품은 결합, 접합, 마찰, 내식성, 및 광학 특성에 대해 향상된 표면 품질을 갖는다. 특정 경우에, 합금 제품은 또한 매우 양호한 양극산화 품질을 보여준다. 일부 양태에서, 향상된 결합 및 접합 특성을 포함한 바람직한 표면 특성을 갖는 합금은 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 농축비가 낮다. 합금의 서브표면 영역과 나머지 부분(즉, 합금 제품의 벌크) 사이에서 이주 원소의 원자 농도의 차이는 전기 화학적 활성의 구배를 야기할 수 있다. 전기 화학적 활성의 구배는 합금 제품의 서브표면과 벌크부 간의 유전 결합으로 인해 보다 양극적 활성이고 부식되기 쉬운 표면을 초래할 수 있다.
도 1은 Mg(120) 및 Si(130)가 농후한 알루미늄 매트릭스(110)를 포함하는 알루미늄 합금 제품(100)의 예시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, Mg(120) 및 Si(130)는 열처리 동안 합금 표면으로 이동하여, 바람직하지 않은 표면 특성을 제공할 수 있다. 합금의 합금 서브표면과 벌크(나머지) 사이에서 이주 원소의 원자 농도의 차이는 도 1의 개회로 전위(OCP) 프로파일(150)에서 볼 수 있는 바와 같이 전기 화학적 활성의 구배를 야기할 수 있다. 도 2 및 3은 각각 5xxx 시리즈(합금 A 및 B)와 6xxx 시리즈(합금 C, D, 및 E) 합금 제품에서 각각 Mg와 Si의 원소 분포를 도시하고 있다. 5xxx 시리즈 합금(합금 A 및 B)은 합금 제품의 표면 근처에서 Mg와 Si의 농축이 적음을 보여주는 반면, 6xxx 시리즈 합금(합금 C, D, 및 E)은 합금 제품의 나머지 부분에서의 양에 비해 표면 근처에서 Mg와 Si의 농축이 많음을 보여준다. 놀랍게도, 서브표면 내에서 이주 원소 분포를 제어하면 알루미늄 합금 제품을 제조하는 데 사용되는 원소의 농도를 변경하거나 또는 이와 달리 조정할 필요없이, 도 1 내지 3에 도시된 효과를 반전시켜 바람직한 표면 특성을 제공할 수 있다. 서브표면 내에서 원소의 적절한 분포로 인해 바람직한 표면 특성을 포함하는 이러한 알루미늄 합금 제품이 아래에서 설명된다.
본원에서 사용된 바와 같이, "서브표면"이란 용어는 합금 제품의 외면으로부터 합금 제품의 내부로 최대 약 5 μm의 깊이까지 연장되는 합금 제품의 부분을 지칭한다. 선택적으로, 서브표면은 합금 제품의 내부로 약 0.01 μm, 약 0.05 μm, 약 0.1 μm, 약 0.15 μm, 약 0.2 μm, 약 0.25 μm, 약 0.3 μm, 약 0.35 μm, 약 0.4 μm, 약 0.45 μm, 약 0.5 μm, 약 0.55 μm, 약 0.6 μm, 약 0.65 μm, 약 0.7 μm, 약 0.75 μm, 약 0.8 μm, 약 0.85 μm, 약 0.9 μm, 약 0.95 μm, 약 1.0 μm, 약 1.5 μm, 약 2.0 μm, 약 2.5 μm, 약 3.0 μm, 약 3.5 μm, 약 4.0 μm, 약 4.5 μm, 또는 약 5.0 μm, 또는 그 사이의 임의의 값의 깊이까지 연장되는 합금의 부분을 지칭한다. 일부 예에서, 서브표면은 표면으로부터 합금 제품의 내부 내에서 약 2.0 μm의 깊이까지 연장된다. 서브표면부를 제외한 알루미늄 합금 제품의 부분(예를 들어, 합금 제품의 나머지)은 본원에서 합금 제품의 벌크로 지칭된다.
본원에서 사용된 바와 같이, "이주 원소(migrant element)"란 용어는, 예를 들어, 추가로 후술되는 바와 같은 합금 제품의 생산 및 가공처리 단계 중 하나 이상의 결과로서, 합금 제품에서의 제1 위치로부터 합금 제품에서의 제2 위치로 확산될 수 있는 원소를 지칭한다. 예시적인 이주 원소는 예를 들어, 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 구리(Cu), 망간(Mn), 아연(Zn), 크롬(Cr), 및 철(Fe)을 포함한다. 선택적으로, 이주 원소는 화합물 또는 상의 형태이다. 예를 들어, Mg는 Mg2Si 또는 MgO로 존재할 수 있다. Mn 및 Fe는 예를 들어, Al(FeMn) 또는 Al(Fe,Mn)Si로 존재할 수 있다.
일부 예에서, 본원에 기술된 바와 같은 이주 원소는 원소의 농도가 합금 제품의 전체 두께 전체에 걸쳐(즉, 서브표면 및 벌크부 내에서) 분포되도록 합금 제품 전체에 걸쳐 확산될 수 있다. 예를 들어, 합금 제품은 합금 제품 전체에 걸쳐 분포되고 서브표면 내에 집중되지 않은 Mg 및 Si의 농도를 포함할 수 있다. 이러한 합금 제품은 탁월한 결합 내구성 및 내식성을 나타낸다.
일부 예에서, 본원에 기술된 바와 같은 이주 원소는 합금 제품의 표면 근처에 이주 원소의 농축이 제공되도록 합금 제품의 서브표면부를 향해 확산될 수 있다. 예를 들어, 합금 제품은 합금 제품의 서브표면부 내에 국부화되는 Zn, Cu, Mn, Cr, 및/또는 Fe의 농도를 포함할 수 있다. 이러한 합금 제품은 탁월한 접착 성능을 나타내며 전처리물로서 거동할 수 있다. 또한, 서브표면 내에서 Cr 농축을 포함하는 합금 제품은 Fe-Si 입자 분포를 제어하여 내식성을 향상시킬 수 있다.
이주원소가 합금 제품의 전체 두께 전체에 걸쳐 분포되거나 합금 제품의 서브표면부 내에 국부화되는 어느 경우에든, 이주 원소는 합금 제품의 전체 두께 또는 서브표면 내에 균질하게 존재하거나 가변적으로 존재할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 이주 원소와 관련하여 "균질하게 존재함(homogeneously populated)"은 특정 이주 원소가 합금 제품의 전체 두께 또는 서브표면 내에 균일하게 분포됨을 의미한다. 이러한 경우에, 영역당(즉, 합금 제품의 서브표면의 영역 내 또는 전체 두께의 영역 내) 특정 이주 원소의 농도는 대체로 영역에 걸쳐 비교적 일정하다. 본원에서 사용된 바와 같이, 이주 원소 분포와 관련하여 "비교적 일정함"은 합금 제품의 서브표면 또는 전체 두께의 제1 영역에서의 원소의 농도가 합금 제품의 서브표면 또는 전체 두께의 제2 영역에서의 원소의 농도와 최대 약 20%만큼(예를 들어, 최대 약 15%, 최대 약 10%, 최대 약 5%, 또는 최대 1% 만큼) 다를 수 있음을 의미한다.
다른 경우에, 영역에서 특정 이주 원소의 농도는 합금 제품의 전체 두께 또는 서브표면 내에 가변적으로 존재한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 이주 원소 분포와 관련하여 "가변적으로 존재함"은 특정 이주 원소가 합금 제품의 전체 두께 또는 서브표면 내에 균일하게 분포되지 않음을 의미한다. 예를 들어, 더 높은 이주 원소의 농도는, 서브표면의 제2 부분(또는, 합금 제품의 전체 두께의 제2 부분)에서의 동일한 이주 원소의 농도에 비해, 서브표면의 제1 부분(또는, 합금 제품의 전체 두께의 제1 부분)에 국부화될 수 있다.
일부 예에서, 합금 제품 내에서 이주 원소 분포는 농축비를 특징으로 할 수 있다. 농축비는 서브표면에서의 이주 원소 농도와 합금 제품의 벌크에서의 이주 원소 농도를 비교한 것이다. 일부 예에서, 농축비는 서브표면 내부 깊이에서 그리고 합금의 두께 내부와 서브표면 외부(즉, 합금의 벌크 내부) 깊이에서 이주 원소의 피크 원자 농도를 측정함으로써 계산될 수 있다. 농축비는 다음 식으로 정량화될 수 있다:
Figure 112020073456900-pct00001
예를 들어, 원자 농도는 피크 원자 농도가 발견될 수 있는 특정 합금 제품의 서브표면 내 깊이를 나타내는 2 nm에서, 그리고 특정 합금 제품의 벌크부 내 깊이를 나타내는 40 nm에서 측정될 수 있다. 농축비는 예를 들어, 다음 식을 이용하여 제공될 수 있다:
Figure 112020073456900-pct00002
여기서, (원자 농도) 2nm 는 2 nm에서 이주 원소의 농도를 나타내고, (원자 농도) 40nm 는 40 nm에서 이주 원소의 농도를 나타낸다. 원자 농도는 X-선 광전자 분광 분석(XPS)을 비롯하여 당업자에게 알려진 기술을 사용하여 측정될 수 있다.
특정 원소에 대한 낮은 농축비는 이주 원소의 농도가 합금 제품 전체에 걸쳐 분포되고 주로 서브표면 내에 국부화되지 않음을 나타낸다. 낮은 농축비로 간주될 수 있는 적합한 농축비는 예를 들어, 약 4.0 이하(예를 들어, 약 1.0 내지 약 4.0)를 포함한다. 예를 들어, 농축비는 대략 4.0 이하, 3.9 이하, 3.8 이하, 3.7 이하, 3.6 이하, 3.5 이하, 3.4 이하, 3.3 이하, 3.2 이하, 3.1 이하, 3.0 이하, 2.9 이하, 2.8 이하, 2.7 이하, 2.6 이하, 2.5 이하, 2.4 이하, 2.3 이하, 2.2 이하, 2.1 이하, 2.0 이하, 1.9 이하, 1.8 이하, 1.7 이하, 1.6 이하, 1.5 이하, 1.4 이하, 1.3 이하, 1.2 이하, 1.1 이하, 또는 1.0일 수 있다.
특정 원소에 대한 높은 농축비는 이주 원소의 고농도가 합금 제품의 서브표면 내에 국부화됨을 나타낸다. 높은 농축비로 간주될 수 있는 적합한 농축비는 예를 들어, 약 4.1 이상을 포함한다. 예를 들어, 농축비는 대략 4.1 이상, 4.2 이상, 4.3 이상, 4.4 이상, 4.5 이상, 4.6 이상, 4.7 이상, 4.8 이상, 4.9 이상, 5.0 이상, 5.1 이상, 5.2 이상, 5.3 이상, 5.4 이상, 5.5 이상, 5.6 이상, 5.7 이상, 5.8 이상, 5.9 이상, 6.0 이상, 6.1 이상, 6.2 이상, 6.3 이상, 6.4 이상, 6.5 이상, 6.6 이상, 6.7 이상, 6.8 이상, 6.9 이상, 7.0 이상, 7.1 이상, 7.2 이상, 7.3 이상, 7.4 이상, 7.5 이상, 7.6 이상, 7.7 이상, 7.8 이상, 7.9 이상, 또는 8.0 이상일 수 있다.
일부 경우에, 하나 이상의 이주 원소에 대한 높은 농축비 및 다른 이주 원소에 대한 낮은 농축비(예를 들어, 고갈)를 갖는 알루미늄 합금 제품을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본원에 기술된 바와 같은 알루미늄 합금 제품은 Mg, Si, 및/또는 Cu에 대한 낮은 농축비를 가질 수 있다. 일부 예에서, 본원에 기술된 바와 같은 알루미늄 합금 제품은 Cr, Mn, 및/또는 Fe에 대한 높은 농축비를 가질 수 있다.
일부 경우에, 특정 영역에서의 원소 농축은 알루미늄 합금 제품의 다른 영역에서의 원소 고갈을 동반할 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, Mg, Si, 및/또는 Cu 농축은 Fe 및 Mn이 고갈될 수 있는 알루미늄 합금 제품의 서브표면의 영역에서 일어날 수 있다. 일부 다른 예에서, 알루미늄 합금 제품은 Cu 농축과 더불어 Si, Mn, 및/또는 Fe 고갈을 특징으로 하는 서브표면을 가질 수 있다.
일부 양태에서, 이주 원소 입자 크기 및 형태는 알루미늄 합금 제품의 표면 특성에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품의 서브표면 내의 작은 Cu 분산질 및/또는 입자(예를 들어, 직경이 약 10 nm 미만)는 부식 민감성에 큰 영향을 미치지 않으면서 우수한 결합 내구성을 제공할 수 있다. 선택적으로, Cu 분산질 및/또는 입자는 직경이 약 9 nm 이하, 직경이 약 8 nm 이하, 직경이 약 7 nm 이하, 직경이 약 6 nm 이하, 직경이 약 5 nm 이하, 직경이 약 4 nm 이하, 직경이 약 3 nm 이하, 직경이 약 2 nm 이하, 또는 직경이 약 1 nm 이하이다.
알루미늄 합금 제품은 임의의 적합한 조성을 가질 수 있다. 비제한적인 예에서, 알루미늄 합금 제품은 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품으로서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 AA2xxx 시리즈 합금은 AA2001, A2002, AA2004, AA2005, AA2006, AA2007, AA2007A, AA2007B, AA2008, AA2009, AA2010, AA2011, AA2011A, AA2111, AA2111A, AA2111B, AA2012, AA2013, AA2014, AA2014A, AA2214, AA2015, AA2016, AA2017, AA2017A, AA2117, AA2018, AA2218, AA2618, AA2618A, AA2219, AA2319, AA2419, AA2519, AA2021, AA2022, AA2023, AA2024, AA2024A, AA2124, AA2224, AA2224A, AA2324, AA2424, AA2524, AA2624, AA2724, AA2824, AA2025, AA2026, AA2027, AA2028, AA2028A, AA2028B, AA2028C, AA2029, AA2030, AA2031, AA2032, AA2034, AA2036, AA2037, AA2038, AA2039, AA2139, AA2040, AA2041, AA2044, AA2045, AA2050, AA2055, AA2056, AA2060, AA2065, AA2070, AA2076, AA2090, AA2091, AA2094, AA2095, AA2195, AA2295, AA2196, AA2296, AA2097, AA2197, AA2297, AA2397, AA2098, AA2198, AA2099, 또는 AA2199를 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품으로서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 AA5xxx 시리즈 합금은 AA5182, AA5183, AA5005, AA5005A, AA5205, AA5305, AA5505, AA5605, AA5006, AA5106, AA5010, AA5110, AA5110A, AA5210, AA5310, AA5016, AA5017, AA5018, AA5018A, AA5019, AA5019A, AA5119, AA5119A, AA5021, AA5022, AA5023, AA5024, AA5026, AA5027, AA5028, AA5040, AA5140, AA5041, AA5042, AA5043, AA5049, AA5149, AA5249, AA5349, AA5449, AA5449A, AA5050, AA5050A, AA5050C, AA5150, AA5051, AA5051A, AA5151, AA5251, AA5251A, AA5351, AA5451, AA5052, AA5252, AA5352, AA5154, AA5154A, AA5154B, AA5154C, AA5254, AA5354, AA5454, AA5554, AA5654, AA5654A, AA5754, AA5854, AA5954, AA5056, AA5356, AA5356A, AA5456, AA5456A, AA5456B, AA5556, AA5556A, AA5556B, AA5556C, AA5257, AA5457, AA5557, AA5657, AA5058, AA5059, AA5070, AA5180, AA5180A, AA5082, AA5182, AA5083, AA5183, AA5183A, AA5283, AA5283A, AA5283B, AA5383, AA5483, AA5086, AA5186, AA5087, AA5187, 및 AA5088을 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품으로서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 AA6xxx 시리즈 합금은 AA6101, AA6101A, AA6101B, AA6201, AA6201A, AA6401, AA6501, AA6002, AA6003, AA6103, AA6005, AA6005A, AA6005B, AA6005C, AA6105, AA6205, AA6305, AA6006, AA6106, AA6206, AA6306, AA6008, AA6009, AA6010, AA6110, AA6110A, AA6011, AA6111, AA6012, AA6012A, AA6013, AA6113, AA6014, AA6015, AA6016, AA6016A, AA6116, AA6018, AA6019, AA6020, AA6021, AA6022, AA6023, AA6024, AA6025, AA6026, AA6027, AA6028, AA6031, AA6032, AA6033, AA6040, AA6041, AA6042, AA6043, AA6151, AA6351, AA6351A, AA6451, AA6951, AA6053, AA6055, AA6056, AA6156, AA6060, AA6160, AA6260, AA6360, AA6460, AA6460B, AA6560, AA6660, AA6061, AA6061A, AA6261, AA6361, AA6162, AA6262, AA6262A, AA6063, AA6063A, AA6463, AA6463A, AA6763, A6963, AA6064, AA6064A, AA6065, AA6066, AA6068, AA6069, AA6070, AA6081, AA6181, AA6181A, AA6082, AA6082A, AA6182, AA6091, 및 AA6092를 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품으로서 사용하기 위한 비제한적인 예시적 AA7xxx 시리즈 합금은 AA7003, AA7004, AA7204, AA7005, AA7108, AA7108A, AA7009, AA7010, AA7012, AA7014, AA7015, AA7016, AA7116, AA7017, AA7018, AA7019, AA7019A, AA7020, AA7021, AA7022, AA7122, AA7023, AA7024, AA7025, AA7026, AA7028, AA7029, AA7129, AA7229, AA7030, AA7031, AA7032, AA7033, AA7034, AA7035, AA7035A, AA7036, AA7136, AA7037, AA7039, AA7040, AA7140, AA7041, AA7042, AA7046, AA7046A, AA7047, AA7049, AA7049A, AA7149, AA7249, AA7349, AA7449, AA7050, AA7050A, AA7150, AA7055, AA7155, AA7255, AA7056, AA7060, AA7064, AA7065, AA7068, AA7168, AA7072, AA7075, AA7175, AA7475, AA7076, AA7178, AA7278, AA7278A, AA7081, AA7181, AA7085, AA7185, AA7090, AA7093, AA7095, AA7099, 및 AA7199를 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품은 임의의 적합한 게이지를 가질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 0.5 mm 내지 약 50 mm(예를 들어, 약 0.5 mm, 약 1 mm, 약 2 mm, 약 3mm, 약 4mm, 약 5mm, 약 6mm, 약 7mm, 약 8mm, 약 9mm, 약 10mm, 약 15mm, 약 20mm, 약 25mm, 약 30mm, 약 35 mm, 약 40 mm, 약 45 mm, 약 50 mm, 또는 그 사이의 임의의 값)의 게이지를 갖는 알루미늄 합금 플레이트, 알루미늄 합금 쉐이트, 또는 알루미늄 합금 시트일 수 있다.
합금 제품의 제조 방법
특정 양태에서, 개시된 합금 제품은 본원에 기재된 바와 같은 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 본 발명을 제한하지 않고, 알루미늄 합금 특성은 합금의 제조 시 미세 구조의 형성에 의해 부분적으로 결정된다. 특정 양태에서, 합금 조성물을 위한 제조 방법은 합금이 원하는 적용에 적합한 특성을 가질지 여부를 결정한다. 후술하는 바와 같이, 압연(예를 들어, 열간 압연 및/또는 냉간 압연), 열처리(예를 들어, 균질화, 용체화, 및/또는 어닐링), 및 전처리 단계 및 조건을 포함하는 특정 가공처리 단계 및 조건은 바람직한 결합 내구성 및 내식성을 갖는 전술한 합금 제품을 제공한다. 본원에 기술된 바와 같은 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법은 용융 알루미늄 합금을 주조하여 주조 알루미늄 합금 물품을 형성하는 단계, 및 알루미늄 합금 물품을 예를 들어, 담금질, 압연, 열처리, 및/또는 전처리를 포함하는 하나 이상의 단계에 의해 가공처리하여 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
직접 냉경 주조 및 가공처리
일부 경우에, 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 직접 냉경(DC) 주조 공정을 사용하여 주조되어 잉곳과 같은 주조 제품을 형성할 수 있다. 그 후, 그 결과로 생성된 잉곳은 스캘핑될 수 있다. 그 후, 주조 제품은 추가 가공처리 단계를 거칠 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 본 가공처리 방법은 알루미늄 합금 잉곳을 균질화하고 알루미늄 합금 잉곳을 열간 압연하여 알루미늄 합금 핫 밴드를 형성하는 단계를 포함한다. 그 후, 알루미늄 합금 핫 밴드는 냉간 압연, 용체화 열처리, 및 선택적으로 전처리 단계를 거칠 수 있다.
균질화
균질화 단계는 약 또는 적어도 약 450℃(예를 들어, 적어도 약 460℃, 적어도 약 470℃, 적어도 약 480℃, 적어도 약 490℃, 적어도 약 500℃, 적어도 약 510℃, 적어도 약 520℃, 적어도 약 530℃, 적어도 약 540℃, 적어도 약 550℃, 적어도 약 560℃, 적어도 약 570℃, 또는 적어도 약 580℃)의 피크 금속 온도(PMT)를 달성하기 위해 본원에 기술된 바와 같은 합금 조성물로부터 제조된 주조 제품을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 잉곳은 약 450℃ 내지 약 580℃, 약 460℃ 내지 약 575℃, 약 470℃ 내지 약 570℃, 약 480℃ 내지 약 565℃, 약 490℃ 내지 약 555℃, 또는 약 500℃ 내지 약 550℃의 온도로 가열될 수 있다. 일부 경우에, PMT로의 가열 속도는 약 100℃/시간 이하, 약 75℃/시간 이하, 약 50℃/시간 이하, 약 40℃/시간 이하, 약 30℃/시간 이하, 약 25℃/시간 이하, 약 20℃/시간 이하, 또는 약 15℃/시간 이하일 수 있다. 다른 경우에, PMT로의 가열 속도는 약 10℃/분 내지 약 100℃/분(예를 들어, 약 10℃/분 내지 약 90℃/분, 약 10℃/분 내지 약 70℃/분, 약 10℃/분 내지 약 60℃/분, 약 20℃/분 내지 약 90℃/분, 약 30℃/분 내지 약 80℃/분, 약 40℃/분 내지 약 70℃/분, 또는 약 50℃/분 내지 약 60℃/분)일 수 있다.
그 후, 잉곳은 일정 기간 동안 소킹된다(즉, 표시된 온도에서 유지된다). 하나의 비제한적인 예에 따르면, 잉곳은 최대 약 6시간(예를 들어, 양단 값을 포함한 약 30분 내지 약 6시간) 동안 소킹된다. 예를 들어, 잉곳은 적어도 약 500℃의 온도에서 약 30분, 약 1시간, 약 2시간, 약 3시간, 약 4시간, 약 5시간, 또는 약 6시간, 또는 이들 사이의 임의의 시간 동안 소킹될 수 있다.
열간 압연
균질화 단계 후에, 열간 압연 단계가 수행되어 핫 밴드를 형성할 수 있다. 특정 경우에, 잉곳은 배치되어 열간 압연된다. 열간 압연 온도는 약 200℃ 내지 약 550℃(예를 들어, 약 250℃ 내지 약 500℃, 약 300℃ 내지 약 400℃)일 수 있다. 예를 들어, 열간 압연 온도는 약 200℃, 약 205℃, 약 210℃, 약 215℃, 약 220℃, 약 225℃, 약 230℃, 약 235℃, 약 240℃, 약 245℃, 약 250℃, 약 255℃, 약 260℃, 약 265℃, 약 270℃, 약 275℃, 약 280℃, 약 285℃, 약 290℃, 약 295℃, 약 300℃, 약 305℃, 약 310℃, 약 315℃, 약 320℃, 약 325℃, 약 330℃, 약 335℃, 약 340℃, 약 345℃, 약 350℃, 약 355℃, 약 360℃, 약 365℃, 약 370℃, 약 375℃, 약 380℃, 약 385℃, 약 390℃, 약 395℃, 약 400℃, 약 405℃, 약 410℃, 약 415℃, 약 420℃, 약 425℃, 약 430℃, 약 435℃, 약 440℃, 약 445℃, 약 450℃, 약 455℃, 약 460℃, 약 465℃, 약 470℃, 약 475℃, 약 480℃, 약 485℃, 약 490℃, 약 495℃, 약 500℃, 약 505℃, 약 510℃, 약 515℃, 약 520℃, 약 525℃, 약 530℃, 약 535℃, 약 540℃, 약 545℃, 또는 약 550℃일 수 있다.
일부 비제한적인 예에서, 열간 압연 출구 온도는 약 200℃ 내지 약 450℃일 수 있다. 일부 예에서, 열간 압연 출구 온도는 약 360℃를 초과해서는 안된다. 예를 들어, 열간 압연 출구 온도는 약 250℃ 내지 약 360℃(예를 들어, 약 300℃ 내지 약 350℃)의 범위일 수 있다. 이러한 예에서, 열간 압연 출구 온도는 약 250℃, 약 255℃, 약 260℃, 약 265℃, 약 270℃, 약 275℃, 약 280℃, 약 285℃, 약 290℃, 약 295℃, 약 300℃, 약 305℃, 약 310℃, 약 315℃, 약 320℃, 약 325℃, 약 330℃, 약 335℃, 약 340℃, 약 345℃, 약 350℃, 약 355℃, 또는 약 360℃일 수 있다.
특정 경우에, 주조 물품은 약 4 mm 내지 약 15 mm 두께 게이지(예를 들어, 약 5 mm 내지 약 12 mm 두께 게이지)로 열간 압연될 수 있고, 이는 쉐이트로 지칭된다. 예를 들어, 잉곳은 약 4 mm 두께 게이지, 약 5 mm 두께 게이지, 약 6 mm 두께 게이지, 약 7 mm 두께 게이지, 약 8 mm 두께 게이지, 약 9 mm 두께 게이지, 약 10 mm 두께 게이지, 약 11 mm 두께 게이지, 약 12 mm 두께 게이지, 약 13 mm 두께 게이지, 약 14 mm 두께 게이지, 또는 약 15 mm 두께 게이지로 열간 압연될 수 있다. 특정 경우에, 잉곳은 15 mm 두께보다 큰 게이지(즉, 플레이트)로 열간 압연될 수 있다. 다른 경우에, 잉곳은 4 mm보다 작은 게이지(즉, 시트)로 열간 압연될 수 있다.
냉간 압연
냉간 압연 단계는 열간 압연 단계 후에 수행될 수 있다. 특정 양태에서, 열간 압연 단계로부터의 핫 밴드는 시트로 냉간 압연될 수 있다. 핫 밴드 온도는 약 20℃ 내지 약 200℃(예를 들어, 약 120℃ 내지 약 200℃) 범위의 온도로 감소될 수 있다. 냉간 압연 단계는 원하는 최종 게이지 두께를 생성하도록 일정 기간 동안 수행될 수 있다. 선택적으로, 냉간 압연 단계는 최대 약 1시간(예를 들어, 약 10분 내지 약 30분) 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 냉간 압연 단계는 약 10분, 약 20분, 약 30분, 약 40분, 약 50분, 또는 약 1시간 동안 수행될 수 있다.
선택적으로, 원하는 최종 게이지 두께는 약 4.0 mm 미만이다. 특정 양태에서, 압연된 제품은 약 0.4 mm 내지 약 1.0 mm, 약 1.0 mm 내지 약 3.0 mm, 또는 약 3.0 mm 내지 약 4.0 mm로 냉간 압연된다. 특정 양태에서, 합금은 약 3.5 mm 이하, 약 3 mm 이하, 약 2.5 mm 이하, 약 2 mm 이하, 약 1.5 mm 이하, 약 1 mm 이하, 약 0.5 mm 이하, 약 0.4 mm 이하, 약 0.3 mm 이하, 약 0.2 mm 이하, 또는 약 0.1 mm 이하, 또는 그 사이의 임의의 값으로 냉간 압연된다.
용체화
그 후, 냉간 압연된 코일은 용체화 열처리 단계에서 용체화될 수 있다. 용체화는 최종 게이지 알루미늄 합금을 상온으로부터 약 400℃ 내지 약 580℃(예를 들어, 약 450℃ 내지 약 575℃, 약 520℃ 내지 약 580℃, 약 530℃ 내지 약 570℃, 약 545℃ 내지 약 575℃, 약 550℃ 내지 약 570℃, 약 555℃ 내지 약 565℃, 약 540℃ 내지 약 560℃, 약 560℃ 내지 약 580℃, 또는 약 550℃ 내지 약 575℃)의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 용체화 단계는 최종 게이지 알루미늄 합금을 약 400℃, 약 405℃, 약 410℃, 약 415℃, 약 420℃, 약 425℃, 약 430℃, 약 435℃, 약 440℃, 약 445℃, 약 450℃, 약 455℃, 약 460℃, 약 465℃, 약 470℃, 약 475℃, 약 480℃, 약 485℃, 약 490℃, 약 495℃, 약 500℃, 약 505℃, 약 510℃, 약 515℃, 약 520℃, 약 525℃, 약 530℃, 약 535℃, 약 540℃, 약 545℃, 약 550℃, 약 555℃, 약 560℃, 약 565℃, 약 570℃, 약 575℃, 또는 약 580℃로 가열함으로써 수행될 수 있다.
일부 예에서, 용체화는 560℃ 이하(예를 들어, 약 520℃ 내지 약 560℃)의 온도에서 수행된다. 예를 들어, 용체화는 약 520℃, 약 525℃, 약 530℃, 약 535℃, 약 540℃, 약 545℃, 약 550℃, 약 555℃, 또는 약 560℃의 온도에서 수행될 수 있다. 560℃ 이하의 온도에서의 용체화는 합금 제품 서브표면 및 합금 제품 벌크 내에서 이주 원소 입자의 원하는 입자 크기 및 입자 크기 분포를 가지며 특정 이주 원소(예를 들어, Mg 및 Si)에 대한 낮은 농축비를 갖는 합금 제품을 생성할 수 있다.
냉간 압연된 코일은 용체화 온도에서 일정 기간 동안 소킹될 수 있다. 특정 양태에서, 냉간 압연된 코일은 최대 약 2시간(예를 들어, 양단 값을 포함한 약 1초 내지 약 120분) 동안 소킹된다. 예를 들어, 냉간 압연된 코일은 약 525℃ 내지 약 590℃의 용체화 온도에서 1초, 5초, 10초, 15초, 20초, 25초, 30초, 35초, 40초, 45초, 50초, 55초, 60초, 65초, 70초, 75초, 80초, 85초, 90초, 95초, 100초, 105초, 110초, 115초, 120초, 125초, 130초, 135초, 140초, 145초, 150초, 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분, 60분, 65분, 70분, 75분, 80분, 85분, 90분, 95분, 100분, 105분, 110분, 115분, 또는 120분, 또는 이들 사이의 임의의 시간 동안 소킹될 수 있다.
일부 예에서, 더 짧은 소킹 지속 시간이 바람직하다. 예를 들어, 냉간 압연된 코일은 약 120초 이하 (예를 들어, 115초 이하, 110초 이하, 105초 이하, 100초 이하, 95초 이하, 90초 이하, 85초 이하, 80초 이하, 75초 이하, 70초 이하, 65초 이하, 60초 이하, 55초 이하, 50초 이하, 45초 이하, 40초 이하, 35초 이하, 30초 이하, 25초 이하, 20초 이하, 15초 이하, 10초 이하, 5초 이하 또는 1초) 동안 소킹될 수 있다.
담금질
특정 양태에서, 그 후 알루미늄 합금 제품은 선택된 게이지에 기반한 담금질 단계에서 약 50℃/s 내지 400℃/s 사이에서 가변될 수 있는 담금질 속도로 약 35℃의 온도까지 냉각될 수 있다. 예를 들어, 담금질 속도는 약 50℃/s 내지 약 375℃/s, 약 60℃/s 내지 약 375℃/s, 약 70℃/s 내지 약 350℃/s, 약 80℃/s 내지 약 325℃/s, 약 90℃/s 내지 약 300℃/s, 약 100℃/s 내지 약 275℃/s, 약 125℃/s 내지 약 250℃/s, 약 150℃/s 내지 약 225℃/s, 또는 약 175℃/s 내지 약 200℃/s일 수 있다.
담금질 단계에서, 알루미늄 합금 제품은 액체(예를 들어, 물) 및/또는 가스 또는 다른 선택된 담금질 매체로 담금질된다. 특정 양태에서, 알루미늄 합금 제품은 공기 담금질될 수 있다. 알루미늄 합금 제품은 추가로 후술되는 바와 같이 선택적으로 전처리 공정을 거칠 수 있다.
연속 주조 및 가공처리
본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 연속 주조(CC) 공정을 사용하여 주조되어 주조 알루미늄 합금 물품을 형성할 수 있다. CC 공정은 트윈 벨트 캐스터, 트윈 롤 캐스터, 또는 블록 캐스터의 사용을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 예에서, 주조 공정은 빌릿, 슬래브, 쉐이트, 스트립 등과 같은 주조 제품을 형성하기 위해 CC 공정에 의해 수행된다. 본원에 기술된 CC 방법은, 추가로 후술하는 바와 같이, 용융 합금을 물로 냉각하고, 용융 합금의 공급 속도를 제어하고, 또는 용융 합금의 주조 속도를 제어함으로써 용융 합금으로부터 열을 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 용융 합금으로부터 열을 추출하면 용융 합금 내에서 이주 원소의 확산을 제어할 수 있다.
일부 비제한적인 예에서, 연속 주조 방법은 금속 물품 내에서 이주 원소의 확산을 제어하기 위해 제어된 방식으로 열을 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 제어된 열 추출없이 용융 합금을 응고시키면 용융 합금 내에서 이주 원소의 바람직하지 않은 확산을 허용할 수 있다. 일부 경우에, 이주 원소는 응고 동안 용융 합금의 표면으로 확산되어, 바람직하지 않은 표면 특성을 갖는 주조 금속 물품을 제공할 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, 응고 속도를 제어하면(예를 들어, 제어된 방식으로 열을 추출하면) 이주 원소의 확산을 제어하여, 원하는 표면 특성을 갖는 주조 금속 물품을 제공할 수 있다. 일부 양태에서, 이주 원소의 확산을 제어하면 주조 금속 물품 표면의 선택적 농축을 제공하여, 맞춤형 표면 특성을 갖는 주조 금속 물품을 제공할 수 있다.
용융 합금으로부터 열의 추출은 물에 의한 냉각, 공기에 의한 냉각, 주조 캐비티 내로 용융 합금의 공급 속도 제어, 또는 한 쌍의 움직이는 대향 주조 표면의 속도 제어를 포함하는 임의의 적합한 방법에 의해 수행될 수 있다. 물에 의한 냉각은 물을 용융 합금에 직접 전달하기 위해 하나 또는 복수의 노즐을 이용함으로써 수행될 수 있다. 유사하게, 공기에 의한 냉각은 강제된 공기를 용융 합금에 직접 전달하기 위해 하나 또는 복수의 노즐을 이용함으로써 수행될 수 있다. 일부 예에서, 주조 캐비티 내로 용융 합금의 공급 속도 제어는 이주 원소의 확산을 제어할 수 있다. 더 느린 공급 속도에 의해 용융 합금은 용융 금속 인젝터에 더 가깝게 응고되어, 이주 원소의 바람직하지 않은 확산을 억제한다. 유사하게, 더 빠른 공급 속도에 의해 용융 합금은 용융 금속 인젝터로부터 더 멀리 응고되어, 이주 원소의 바람직하지 않은 확산을 허용한다. 일부 예에서, 한 쌍의 움직이는 대향 주조 표면의 속도 제어는 이주 원소의 확산을 제어할 수 있다. 한 쌍의 움직이는 대향 주조 표면의 더 느린 속도에 의해 용융 합금은 용융 금속 인젝터에 더 가깝게 응고되어, 이주 원소의 임의의 바람직하지 않은 확산을 억제한다. 유사하게, 한 쌍의 움직이는 대향 주조 표면의 더 빠른 속도에 의해 용융 합금은 용융 금속 인젝터로부터 더 멀리 응고되어, 이주 원소의 바람직하지 않은 확산을 허용한다.
일부 비제한적인 예에서, 이주 원소의 확산 속도를 제어하면 이주 원소의 선택적 확산을 제공할 수 있다. 예를 들어, 열은 제1 이주 원소의 확산을 촉진하고 동시에 제2 이주 원소의 확산을 억제할 수 있는 속도로 용융 금속으로부터 추출될 수 있다. 따라서, 금속 물품 표면은 금속 물품을 제공하기 위해 용융 합금의 응고 동안 선택된 이주 원소에 의해 선택적으로 농후될 수 있다.
그 후, 주조 알루미늄 합금 물품은 추가 가공처리 단계를 거쳐 알루미늄 합금 제품을 형성할 수 있다. 가공처리 단계는 예를 들어, 담금질, 열간 압연, 냉간 압연, 및/또는 어닐링 단계를 포함할 수 있다.
담금질
주조 단계 후, 주조 알루미늄 합금 물품은 담금질될 수 있다. 담금질 단계에서, 주조 알루미늄 합금 물품은 약 300℃ 이하의 온도로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 주조 알루미늄 합금 물품은 약 290℃ 이하, 약 280℃ 이하, 약 270℃ 이하, 약 260℃ 이하, 약 250℃ 이하, 약 240℃ 이하, 약 230℃ 이하, 약 220℃ 이하, 약 210℃ 이하, 약 200℃ 이하, 약 190℃ 이하, 약 180℃ 이하, 약 170℃ 이하, 약 160℃ 이하, 약 150℃ 이하, 약 140℃ 이하, 약 130℃ 이하, 약 120℃ 이하, 약 110℃ 이하, 약 100℃ 이하, 약 90℃ 이하, 약 80℃ 이하, 약 70℃ 이하, 약 60℃ 이하, 약 50℃ 이하, 또는 약 40℃ 이하의 온도(예를 들어, 약 25℃)로 냉각될 수 있다. 담금질 단계는 액체(예를 들어, 물), 가스(예를 들어, 공기), 또는 다른 선택된 담금질 매체를 사용하여 수행될 수 있다.
열간 압연 및 핫 밴드 형성
본 방법은 또한 주조 알루미늄 합금 물품을 열간 압연하여 압연된 알루미늄 합금 물품(예를 들어, 핫 밴드)을 생성하는 단계를 포함한다. 주조 알루미늄 합금 물품을 열간 압연하는 단계는 주조 알루미늄 합금 물품의 두께를 적어도 약 30% 및 최대 약 80%(예를 들어, 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45%, 약 50%, 약 55%, 약 60%, 약 65%, 약 70%, 또는 약 75%)만큼 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 열간 압연은 약 400℃ 내지 약 600℃(예를 들어, 약 425℃ 내지 약 575℃ 또는 약 450℃ 내지 약 550℃)의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 열간 압연 단계는 약 400℃, 약 410℃, 약 420℃, 약 430℃, 약 440℃, 약 450℃, 약 460℃, 약 470℃, 약 480℃, 약 490℃, 약 500℃, 약 510℃, 약 520℃, 약 530℃, 약 540℃, 약 550℃, 약 560℃, 약 570℃, 약 580℃, 약 590℃, 약 600℃, 또는 그 사이의 임의의 값의 온도에서 수행될 수 있다.
냉간 압연 및 어닐링
그 후, 냉간 압연 단계가 예를 들어, 단일 스탠드 밀 또는 다중 스탠드 밀을 사용하여 수행될 수 있다. 일부 경우에, 냉간 압연 단계는 1단계 냉간 압연 공정이다. 일부 경우에, 냉간 압연 단계는 2단계 냉간 압연 공정이다.
1단계 냉간 압연 공정에서, 코일 또는 시트 온도는 약 20℃ 내지 약 150℃(예를 들어, 약 120℃ 내지 약 200℃) 범위의 온도로 감소될 수 있다. 일부 경우에, 코일 또는 시트는 약 20℃ 내지 약 150℃의 입구 온도 범위로 냉간 압연된다. 입구 온도는 예를 들어, 약 20℃, 약 30℃, 약 40℃, 약 50℃, 약 60℃, 약 70℃, 약 80℃, 약 90℃, 약 100℃, 약 110℃, 약 120℃, 약 130℃, 약 140℃, 또는 약 150℃일 수 있다. 일부 경우에, 냉간 압연 출구 온도는 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위일 수 있다. 냉간 압연 출구 온도는 예를 들어, 약 80℃, 약 90℃, 약 100℃, 약 110℃, 약 120℃, 약 130℃, 약 140℃, 약 150℃, 약 160℃, 약 170℃, 약 180℃, 약 190℃, 또는 약 200℃일 수 있다.
냉간 압연 단계는 약 0.2 mm 내지 약 6 mm의 게이지를 생성하도록 일정 기간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 그 결과 생성된 게이지는 약 0.5 mm 내지 약 5.5 mm 또는 약 0.8 mm 내지 약 5.0 mm일 수 있다. 선택적으로, 냉간 압연 단계는 최대 약 1시간(예를 들어, 약 10분 내지 약 30분) 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 냉간 압연 단계는 약 10분, 약 20분, 약 30분, 약 40분, 약 50분, 또는 약 1시간 동안 수행될 수 있다.
전술한 바와 같이, 냉간 압연 단계는 냉간 압연 동안 개재 어닐링 단계가 수행되는 2단계 냉간 압연 공정일 수 있다. 2단계 냉간 압연 공정에서, 코일 또는 시트 온도는 약 20℃ 내지 약 150℃(예를 들어, 약 120℃ 내지 약 200℃) 범위의 온도로 감소될 수 있다. 일부 경우에, 코일 또는 시트는 약 20℃ 내지 약 150℃의 입구 온도 범위로 냉간 압연된다. 입구 온도는 예를 들어, 약 20℃, 약 30℃, 약 40℃, 약 50℃, 약 60℃, 약 70℃, 약 80℃, 약 90℃, 약 100℃, 약 110℃, 약 120℃, 약 130℃, 약 140℃, 또는 약 150℃일 수 있다. 일부 경우에, 냉간 압연 출구 온도는 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위일 수 있다. 출구 온도는 예를 들어, 약 80℃, 약 90℃, 약 100℃, 약 110℃, 약 120℃, 약 130℃, 약 140℃, 약 150℃, 약 160℃, 약 170℃, 약 180℃, 약 190℃, 또는 약 200℃일 수 있다.
냉간 압연 단계의 제1 단계는 약 1.2 mm 내지 약 6 mm의 게이지를 생성하도록 일정 기간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 그 결과 생성된 게이지는 약 1.25 mm 내지 약 5.5 mm, 약 1.3 mm 내지 약 4 mm, 약 1.4 mm 내지 약 3.5 mm, 또는 약 1.5 mm 내지 약 3 mm일 수 있다. 선택적으로, 냉간 압연 단계는 최대 약 1시간(예를 들어, 약 10분 내지 약 30분) 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 냉간 압연 단계는 약 10분, 약 20분, 약 30분, 약 40분, 약 50분, 또는 약 1시간 동안 수행될 수 있다.
2단계 냉간 압연 공정의 다음 단계로서, 본원에서 중간 어닐링 단계로 지칭되는 어닐링 공정이 수행될 수 있다. 중간 어닐링 단계에서, 냉간 압연된 게이지는 약 250℃ 내지 약 450℃(예를 들어, 약 275℃ 내지 약 400℃ 또는 약 300℃ 내지 약 375℃) 범위의 온도에서 최대 약 4시간의 소킹 시간 동안 유지될 수 있다. 예를 들어, 소킹 시간은 약 10분 내지 약 4시간(예를 들어, 약 10분, 약 30분, 약 1시간, 약 2시간, 약 3시간, 또는 약 4시간)의 범위일 수 있다. 선택적으로, 중간 어닐링 단계는 둥근 입자를 갖는 합금을 생성할 수 있다.
중간 어닐링 단계 후에, 냉간 압연 공정의 제2 단계가 수행될 수 있다. 일부 경우에, 냉간 압연 공정의 제2 단계는 약 20℃ 내지 약 150℃의 입구 온도 범위 내에서 단일 스탠드 밀 또는 다중 스탠드 밀을 사용하는 냉간 압연을 포함한다. 입구 온도는 예를 들어, 약 20℃, 약 30℃, 약 40℃, 약 50℃, 약 60℃, 약 70℃, 약 80℃, 약 90℃, 약 100℃, 약 110℃, 약 120℃, 약 130℃, 약 140℃, 또는 약 150℃일 수 있다. 일부 경우에, 냉간 압연 출구 온도는 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위일 수 있다. 출구 온도는 약 3 mm 이하(예를 들어, 약 0.2 mm 내지 약 2 mm 또는 약 0.2 mm 내지 약 1.4 mm)의 게이지를 생성하기 위해, 예를 들어 약 80℃, 약 90℃, 약 100℃, 약 110℃, 약 120℃, 약 130℃, 약 140℃, 약 150℃, 약 160℃, 약 170℃, 약 180℃, 약 190℃, 또는 약 200℃일 수 있다. 예를 들어, 그 결과 생성된 게이지는 약 0.2 mm, 약 0.3 mm, 약 0.4 mm, 약 0.5 mm, 약 0.6 mm, 약 0.7 mm, 약 0.8 mm, 약 0.9 mm, 약 1 mm, 약 1.1 mm, 약 1.2 mm, 약 1.3 mm, 약 1.4 mm, 약 1.5 mm, 약 1.6 mm, 약 1.7 mm, 약 1.8 mm, 약 1.9 mm, 약 2 mm, 약 2.1 mm, 약 2.2 mm, 약 2.3 mm, 약 2.4 mm, 약 2.5 mm, 약 2.6 mm, 약 2.7 mm, 약 2.8 mm, 약 2.9 mm, 또는 약 3 mm일 수 있다.
용체화
그 후, 냉간 압연된 코일은 용체화 열처리 단계에서 용체화될 수 있다. 용체화는 최종 게이지 알루미늄 합금을 상온으로부터 약 520℃ 내지 약 590℃(예를 들어, 약 520℃ 내지 약 580℃, 약 530℃ 내지 약 570℃, 약 545℃ 내지 약 575℃, 약 550℃ 내지 약 570℃, 약 555℃ 내지 약 565℃, 약 540℃ 내지 약 560℃, 약 560℃ 내지 약 580℃, 또는 약 550℃ 내지 약 575℃)의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
냉간 압연된 코일은 용체화 온도에서 일정 기간 동안 소킹될 수 있다. 특정 양태에서, 냉간 압연된 코일은 최대 약 2시간(예를 들어, 양단 값을 포함한 약 1초 내지 약 120분) 동안 소킹된다. 예를 들어, 냉간 압연된 코일은 약 525℃ 내지 약 590℃의 용체화 온도에서 1초, 5초, 10초, 15초, 20초, 25초, 30초, 35초, 40초, 45초, 50초, 55초, 60초, 65초, 70초, 75초, 80초, 85초, 90초, 95초, 100초, 105초, 110초, 115초, 120초, 125초, 130초, 135초, 140초, 145초, 150초, 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분, 60분, 65분, 70분, 75분, 80분, 85분, 90분, 95분, 100분, 105분, 110분, 115분, 또는 120분, 또는 이들 사이의 임의의 시간 동안 소킹될 수 있다.
담금질
특정 양태에서, 그 후 알루미늄 합금 제품은 선택된 게이지에 기반한 담금질 단계에서 약 50℃/s 내지 400℃/s 사이에서 가변될 수 있는 담금질 속도로 약 35℃의 온도까지 냉각될 수 있다. 예를 들어, 담금질 속도는 약 50℃/s 내지 약 375℃/s, 약 60℃/s 내지 약 375℃/s, 약 70℃/s 내지 약 350℃/s, 약 80℃/s 내지 약 325℃/s, 약 90℃/s 내지 약 300℃/s, 약 100℃/s 내지 약 275℃/s, 약 125℃/s 내지 약 250℃/s, 약 150℃/s 내지 약 225℃/s, 또는 약 175℃/s 내지 약 200℃/s일 수 있다. 담금질 단계는 액체(예를 들어, 물), 가스(예를 들어, 공기), 또는 다른 선택된 담금질 매체를 사용하여 수행될 수 있다.
전처리
선택적으로, 본원에 기술되고 DC 주조 또는 CC에 의해 주조되고 이어서 처리된 알루미늄 합금 제품은 전처리될 수 있다.
알칼리성 세정
본원에 기술된 전처리 공정은 알루미늄 합금 제품의 하나 이상의 표면에 세정제(본원에서는 입구 세정제 또는 사전 세정제로도 지칭됨)를 적용하는 단계를 포함한다. 입구 세정제는 알루미늄 합금 제품 표면으로부터 잔류 오일 또는 성긴 부착 산화물을 제거한다. 선택적으로, 입구 세정은 pH 7.5 이상의 알칼리성 용액을 사용하여 수행될 수 있다. 일부 경우에, 알칼리성 용액의 pH는 약 8, 약 8.5, 약 9, 약 9.5, 약 10, 약 10.5, 약 11, 약 11.5, 약 12, 약 12.5, 또는 약 13일 수 있다. 알칼리 용액에서 알칼리제의 농도는 약 1% 내지 약 5%(예를 들어, 알칼리성 용액의 부피를 기준으로 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 또는 약 5%)일 수 있다. 적합한 알칼리제는 예를 들어, 실리케이트 및 수산화물(예를 들어, 수산화나트륨)을 포함한다. 알칼리성 용액은 예를 들어, 음이온 및 비이온 계면 활성제를 비롯하여, 하나 이상의 계면 활성제를 더 포함할 수 있다.
산성 에칭 및 린싱(rinsing)
본원에 기술된 전처리 공정은 또한 알루미늄 합금 제품의 표면을 에칭하는 단계를 포함할 수 있다. 알루미늄 합금 제품의 표면은 산성 에칭(즉, pH가 7보다 작은 산성 용액을 포함하는 에칭 절차), 알칼리성 에칭(즉, pH가 7보다 큰 염기성 용액을 포함하는 에칭 절차), 또는 중성 조건 하의 에칭(즉, pH가 7인 중성 용액을 포함하는 에칭 절차)과 같은 화학적 에칭을 사용하여 에칭될 수 있다. 화학적 에칭은 전처리제의 후속 적용을 수용하기 위해 표면을 가공한다. 이러한 단계 동안, Al 산화물 및 Mg 농후 산화물, 포획 오일, 또는 잔해물과 같은 성긴 부착 산화물이 적절히 제거될 수 있다. 산성 에칭을 수행하기 위한 예시적인 화학 물질은 황산, 불화수소산, 질산, 인산, 및 이들의 조합을 포함한다. 알칼리성 에칭을 수행하기 위한 예시적인 화학 물질은 수산화나트륨 및 수산화칼륨을 포함한다. 산성 에칭 단계 후, 알루미늄 합금 제품의 표면은 수성 또는 유기 용매로 린싱될 수 있다.
전처리제 적용, 린싱, 및 건조
그 후, 전처리제가 알루미늄 합금 제품의 표면에 적용될 수 있다. 선택적으로, 전처리제는 접착 촉진제, 부식 억제제, 커플링제, 항균제, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 전처리제의 적용 후, 알루미늄 합금 제품의 표면은 선택적으로 용매(예를 들어, 수성 또는 유기 용매)로 세척될 수 있다. 알루미늄 합금 제품의 표면은 린싱 단계 후에 건조될 수 있다.
사용 방법
본원에 기술된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 상용 자동차, 항공기, 또는 철도 응용 분야와 같은 차량, 전자 기기, 및 운송 응용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 섀시, 크로스 부재, 및 섀시 내 구성요소(상용 차량 섀시 내의 2개의 C 채널 사이의 모든 구성요소를 포함하지만, 이에 제한되지는 않음)에 강도를 얻기 위해 사용되어, 고강도 강철의 전체 또는 부분 대체물로서 역할을 할 수 있다. 특정 예에서, 알루미늄 합금 제품은 F, T4, T6, 또는 T8x 템퍼에 사용될 수 있다.
특정 양태에서, 알루미늄 합금 제품 및 방법은 자동차 차체 부품 제품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필러 보강재(예를 들어, A-필러, B-필러 및 C-필러), 내부 패널, 측면 패널, 바닥 패널, 터널, 구조 패널, 보강 패널, 내부 후드, 또는 트렁크 리드 패널과 같은 차체 부품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 개시된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 항공기 또는 철도 차량 응용 분야에서 예를 들어, 외부 및 내부 패널을 제조하기 위해 사용될 수도 있다.
본원에 기술된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 전자 기기 응용 분야에서 예를 들어, 외부 및 내부 용기를 제조하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 이동 전화 및 태블릿 컴퓨터를 비롯한 전자 장치를 위한 하우징을 제조하기 위해 사용될 수도 있다. 일부 예에서, 알루미늄 합금 제품은 이동 전화(예를 들어, 스마트폰) 및 태블릿 하부 섀시의 외부 케이싱용 하우징을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
특정 양태에서, 알루미늄 합금 제품 및 방법은 항공우주 동체 부품 제품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 스킨 합금과 같은 항공기 동체 부품을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
인 함유 표면을 갖는 알루미늄 합금 제품
알루미늄 합금 제품
예를 들어, 저항 스폿 용접("RSW"로 지칭됨)을 비롯한, 특정 결합 및 접합 응용 분야를 위한 최적의 접촉 저항 특성을 포함한 원하는 표면 특성을 갖는 알루미늄 합금 제품이 본원에 기술된다. 다른 조성 특징들 중에서, 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 알루미늄 합금 제품의 서브표면부 내에 잔류 원소의 농도를 함유한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "서브표면"이란 용어는 합금 제품의 외면으로부터 합금 제품의 내부로 최대 약 150 μm의 깊이까지 연장되는 알루미늄 합금 제품의 부분을 지칭한다. 선택적으로, 서브표면은 합금 제품의 내부로 약 0.01 μm, 약 0.05 μm, 약 0.1 μm, 약 0.15 μm, 약 0.2 μm, 약 0.25 μm, 약 0.3 μm, 약 0.35 μm, 약 0.4 μm, 약 0.45 μm, 약 0.5 μm, 약 0.55 μm, 약 0.6 μm, 약 0.65 μm, 약 0.7 μm, 약 0.75 μm, 약 0.8 μm, 약 0.85 μm, 약 0.9 μm 약 0.95 μm, 약 1 μm, 약 1.5 μm, 약 2 μm, 약 2.5 μm, 약 3 μm, 약 3.5 μm, 약 4 μm, 약 4.5 μm, 약 5 μm, 약 5.5 μm, 약 6 μm, 약 6.5 μm, 약 7 μm, 약 7.5 μm, 약 8 μm, 약 8.5 μm, 약 9 μm, 약 9.5 μm, 약 10 μm, 약 10.5 μm, 약 11 μm, 약 11.5 μm, 약 12 μm, 약 12.5 μm 약 13 μm, 약 13.5 μm, 약 14 μm, 약 14.5 μm, 약 15 μm, 약 15.5 μm, 약 16 μm, 약 16.5 μm, 약 17 μm, 약 17.5 μm, 약 18 μm, 약 18.5 μm, 약 19 μm, 약 19.5 μm, 약 20 μm, 약 20.5 μm, 약 21 μm, 약 21.5 μm, 약 22 μm, 약 22.5 μm, 약 23 μm, 약 23.5 μm, 약 24 μm, 약 24.5 μm, 약 25 μm, 약 25.5 μm, 약 26 μm, 약 26.5 μm, 약 27 μm, 약 27.5 μm, 약 28 μm, 약 28.5 μm, 약 29 μm, 약 29.5 μm, 약 30 μm, 약 30.5 μm, 약 31 μm, 약 31.5 μm, 약 32 μm, 약 32.5 μm, 약 33 μm, 약 33.5 μm, 약 34 μm, 약 34.5 μm, 약 35 μm, 약 35.5 μm, 약 36 μm, 약 36.5 μm, 약 37 μm, 약 37.5 μm, 약 38 μm, 약 38.5 μm, 약 39 μm, 약 39.5 μm, 약 40 μm, 약 40.5 μm, 약 41 μm, 약 41.5 μm, 약 42 μm, 약 42.5 μm, 약 43 μm, 약 43.5 μm, 약 44 μm, 약 44.5 μm, 약 45 μm, 약 45.5 μm, 약 46 μm, 약 46.5 μm, 약 47 μm, 약 47.5 μm, 약 48 μm, 약 48.5 μm, 약 49 μm, 약 49.5 μm, 약 50 μm, 약 50.5 μm, 약 51 μm, 약 51.5 μm, 약 52 μm, 약 52.5 μm, 약 53 μm, 약 53.5 μm, 약 54 μm, 약 54.5 μm, 약 55 μm, 약 55.5 μm, 약 56 μm, 약 56.5 μm, 약 57 μm, 약 57.5 μm, 약 58 μm, 약 58.5 μm, 약 59 μm, 약 59.5 μm, 약 60 μm, 약 60.5 μm, 약 61 μm, 약 61.5 μm, 약 62 μm, 약 62.5 μm, 약 63 μm, 약 63.5 μm, 약 64 μm, 약 64.5 μm, 약 65 μm, 약 65.5 μm, 약 66 μm, 약 66.5 μm, 약 67 μm, 약 67.5 μm, 약 68 μm, 약 68.5 μm, 약 69 μm, 약 69.5 μm, 약 70 μm, 약 70.5 μm, 약 71 μm, 약 71.5 μm, 약 72 μm, 약 72.5 μm, 약 73 μm, 약 73.5 μm, 약 74 μm, 약 74.5 μm, 약 75 μm, 약 75.5 μm, 약 76 μm, 약 76.5 μm, 약 77 μm, 약 77.5 μm, 약 78 μm, 약 78.5 μm, 약 79 μm, 약 79.5 μm, 약 80 μm, 약 80.5 μm, 약 81 μm, 약 81.5 μm, 약 82 μm, 약 82.5 μm, 약 83 μm, 약 83.5 μm, 약 84 μm, 약 84.5 μm, 약 85 μm, 약 85.5 μm, 약 86 μm, 약 86.5 μm, 약 87 μm, 약 87.5 μm, 약 88 μm, 약 88.5 μm, 약 89 μm, 약 89.5 μm, 약 90 μm, 약 90.5 μm, 약 91 μm, 약 91.5 μm, 약 92 μm, 약 92.5 μm, 약 93 μm, 약 93.5 μm, 약 94 μm, 약 94.5 μm, 약 95 μm, 약 95.5 μm, 약 96 μm, 약 96.5 μm, 약 97 μm, 약 97.5 μm, 약 98 μm, 약 98.5 μm, 약 99 μm, 약 99.5 μm, 약 100 μm, 약 100.5 μm, 약 101 μm, 약 101.5 μm, 약 102 μm, 약 102.5 μm, 약 103 μm, 약 103.5 μm, 약 104 μm, 약 104.5 μm, 약 105 μm 약 105.5 μm, 약 106 μm, 약 106.5 μm, 약 107 μm, 약 107.5 μm, 약 108 μm, 약 108.5 μm, 약 109 μm, 약 109.5 μm, 약 110 μm, 약 110.5 μm, 약 111 μm, 약 111.5 μm, 약 112 μm, 약 112.5 μm, 약 113 μm, 약 113.5 μm, 약 114 μm, 약 114.5 μm, 약 115 μm, 약 115.5 μm, 약 116 μm, 약 116.5 μm, 약 117 μm, 약 117.5 μm 약 118 μm, 약 118.5 μm, 약 119 μm, 약 119.5 μm, 약 120 μm, 약 120.5 μm, 약 121 μm, 약 121.5 μm, 약 122 μm, 약 122.5 μm, 약 123 μm, 약 123.5 μm, 약 124 μm, 약 124.5 μm, 약 125 μm, 약 125.5 μm, 약 126 μm, 약 126.5 μm, 약 127 μm, 약 127.5 μm, 약 128 μm, 약 128.5 μm, 약 129 μm, 약 129.5 μm, 약 130 μm, 약 130.5 μm, 약 131 μm, 약 131.5 μm, 약 132 μm, 약 132.5 μm, 약 133 μm, 약 133.5 μm, 약 134 μm, 약 134.5 μm, 약 135 μm, 약 135.5 μm, 약 136 μm, 약 136.5 μm, 약 137 μm 약 137.5 μm, 약 138 μm, 약 138.5 μm, 약 139 μm, 약 139.5 μm, 약 140 μm, 약 140.5 μm, 약 141 μm, 약 141.5 μm, 약 142 μm, 약 142.5 μm, 약 143 μm, 약 143.5 μm, 약 144 μm, 약 144.5 μm, 약 145 μm, 약 145.5 μm, 약 146 μm, 약 146.5 μm, 약 147 μm, 약 147.5 μm, 약 148 μm, 약 148.5 μm, 약 149 μm, 약 149.5 μm, 약 150 μm, 또는 그 사이의 임의의 값의 깊이까지 연장되는 합금 제품의 부분을 지칭한다. 일부 예에서, 서브표면은 표면으로부터 알루미늄 합금 제품의 내부에서 약 83 μm의 깊이까지 연장된다. 일부 예에서, 서브표면은 표면으로부터 알루미늄 합금 제품의 내부에서 약 5 μm의 깊이까지 연장된다. 일부 예에서, 서브표면은 표면으로부터 알루미늄 합금 제품의 내부에서 약 2 μm의 깊이까지 연장된다. 서브표면부를 제외한 알루미늄 합금 제품의 부분(예를 들어, 합금 제품의 나머지)은 본원에서 합금 제품의 벌크로 지칭된다.
일부 양태에서, 서브표면은 알루미늄 합금 제품의 임의의 외면으로부터 연장될 수 있다. 예를 들어, 서브표면은 알루미늄 합금 제품의 제1 측면(예를 들어, 합금 시트의 상부), 알루미늄 합금 제품의 제2 측면(예를 들어, 합금 시트의 하부), 알루미늄 합금 제품의 제3 측면(예를 들어, 합금 시트의 제1 에지), 또는 알루미늄 합금 제품의 제4 측면(예를 들어, 합금 시트의 제2 에지)으로부터 연장될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, "잔류 원소"란 용어는 추가로 후술되는 바와 같이 특정 제조 및 가공처리 단계를 거친 후에도 알루미늄 합금 제품의 서브표면부 내에 남아있는 원소를 지칭한다. 본원에서 설명된 바와 같은 잔류 원소는 예를 들어, P를 포함한다. 일부 양태에서, P는 원소 P 또는 산화된 P(예를 들어, -3, -2, -1, +1, +2, +3, +4 또는 +5를 포함하는 P의 임의의 산화 상태)로서 존재할 수 있다. 산화된 P는, 예를 들어, 오산화 인, 삼산화 인, 일산화 인, 또는 사산화 이인으로서, 서브표면부 내에 존재할 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, 원소 P는 서브표면 내에서 약 2 원자%(at. %) 내지 약 10 원자%의 양으로 잔류 원소로서 존재할 수 있다. 예를 들어, 원소 P는 약 2 원자%, 3 원자%, 4원자%, 5 원자%, 6 원자%, 7 원자%, 8 원자%, 9 원자%, 10 원자%, 또는 그 사이의 임의의 값의 양으로 존재할 수 있다.
알루미늄 합금 제품은 임의의 적합한 조성을 가질 수 있다. 일부 예에서, 알루미늄 합금 제품은 적어도 약 0.001 중량% 마그네슘(Mg)을 포함하는 임의의 알루미늄 합금으로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 0.001 중량% 내지 약 10 중량%(예를 들어, 약 0.01 중량% 내지 약 9 중량%, 약 0.05 중량% 내지 약 8 중량%, 또는 약 0.1 중량% 내지 약 8 중량%) Mg을 포함하는 알루미늄 합금으로부터 제조될 수 있다. 선택적으로, 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품에 사용하기 위한 알루미늄 합금은 약 0.001 중량%, 0.002 중량%, 0.003 중량%, 0.004 중량%, 0.005 중량%, 0.006 중량%, 0.007 중량%, 0.008 중량%, 0.009 중량%, 0.01 중량%, 0.02 중량%, 0.03 중량%, 0.04 중량%, 0.05 중량%, 0.06 중량%, 0.07 중량%, 0.08 중량%, 0.09 중량%, 0.1 중량%, 0.11 중량%, 0.12 중량%, 0.13 중량%, 0.14 중량%, 0.15 중량%, 0.16 중량%, 0.17 중량%, 0.18 중량%, 0.19 중량%, 0.2 중량%, 0.3 중량%, 0.4 중량%, 0.5 중량%, 0.6 중량%, 0.7 중량%, 0.8 중량%, 0.9 중량%, 1.0 중량%, 1.1 중량%, 1.2 중량%, 1.3 중량%, 1.4 중량%, 1.5 중량%, 1.6 중량%, 1.7 중량%, 1.8 중량%, 1.9 중량%, 2.0 중량%, 2.1 중량%, 2.2 중량%, 2.3 중량%, 2.4 중량%, 2.5 중량%, 2.6 중량%, 2.7 중량%, 2.8 중량%, 2.9 중량%, 3.0 중량%, 3.1 중량%, 3.2 중량%, 3.3 중량%, 3.4 중량%, 3.5 중량%, 3.6 중량%, 3.7 중량%, 3.8 중량%, 3.9 중량%, 4.0 중량%, 4.1 중량%, 4.2 중량%, 4.3 중량%, 4.4 중량%, 4.5 중량%, 4.6 중량%, 4.7 중량%, 4.8 중량%, 4.9 중량%, 5.0 중량%, 5.1 중량%, 5.2 중량%, 5.3 중량%, 5.4 중량%, 5.5 중량%, 5.6 중량%, 5.7 중량%, 5.8 중량%, 5.9 중량%, 6.0 중량%, 6.1 중량%, 6.2 중량%, 6.3 중량%, 6.4 중량%, 6.5 중량%, 6.6 중량%, 6.7 중량%, 6.8 중량%, 6.9 중량%, 7.0 중량%, 7.1 중량%, 7.2 중량%, 7.3 중량%, 7.4 중량%, 7.5 중량%, 7.6 중량%, 7.7 중량%, 7.8 중량%, 7.9 중량%, 8.0 중량%, 8.1 중량%, 8.2 중량%, 8.3 중량%, 8.4 중량%, 8.5 중량%, 8.6 중량%, 8.7 중량%, 8.8 중량%, 8.9 중량%, 9.0 중량%, 9.1 중량%, 9.2 중량%, 9.3 중량%, 9.4 중량%, 9.5 중량%, 9.6 중량%, 9.7 중량%, 9.8 중량%, 9.9 중량%, 또는 10.0 중량%의 양으로 Mg를 포함한다.
비제한적인 예에서, 알루미늄 합금 제품은 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품으로서 사용하기 위한 적합한 5xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어, AA5005, AA5005A, AA5205, AA5305, AA5505, AA5605, AA5006, AA5106, AA5010, AA5110, AA5110A, AA5210, AA5310, AA5016, AA5017, AA5018, AA5018A, AA5019, AA5019A, AA5119, AA5119A, AA5021, AA5022, AA5023, AA5024, AA5026, AA5027, AA5028, AA5040, AA5140, AA5041, AA5042, AA5043, AA5049, AA5149, AA5249, AA5349, AA5449, AA5449A, AA5050, AA5050A, AA5050C, AA5150, AA5051, AA5051A, AA5151, AA5251, AA5251A, AA5351, AA5451, AA5052, AA5252, AA5352, AA5154, AA5154A, AA5154B, AA5154C, AA5254, AA5354, AA5454, AA5554, AA5654, AA5654A, AA5754, AA5854, AA5954, AA5056, AA5356, AA5356A, AA5456, AA5456A, AA5456B, AA5556, AA5556A, AA5556B, AA5556C, AA5257, AA5457, AA5557, AA5657, AA5058, AA5059, AA5070, AA5180, AA5180A, AA5082, AA5182, AA5083, AA5183, AA5183A, AA5283, AA5283A, AA5283B, AA5383, AA5483, AA5086, AA5186, AA5087, AA5187, 또는 AA5088을 포함한다.
알루미늄 합금 제품으로서 사용하기 위한 적합한 6xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어, AA6101, AA6101A, AA6101B, AA6201, AA6201A, AA6401, AA6501, AA6002, AA6003, AA6103, AA6005, AA6005A, AA6005B, AA6005C, AA6105, AA6205, AA6305, AA6006, AA6106, AA6206, AA6306, AA6008, AA6009, AA6010, AA6110, AA6110A, AA6011, AA6111, AA6012, AA6012A, AA6013, AA6113, AA6014, AA6015, AA6016, AA6016A, AA6116, AA6018, AA6019, AA6020, AA6021, AA6022, AA6023, AA6024, AA6025, AA6026, AA6027, AA6028, AA6031, AA6032, AA6033, AA6040, AA6041, AA6042, AA6043, AA6151, AA6351, AA6351A, AA6451, AA6951, AA6053, AA6055, AA6056, AA6156, AA6060, AA6160, AA6260, AA6360, AA6460, AA6460B, AA6560, AA6660, AA6061, AA6061A, AA6261, AA6361, AA6162, AA6262, AA6262A, AA6063, AA6063A, AA6463, AA6463A, AA6763, A6963, AA6064, AA6064A, AA6065, AA6066, AA6068, AA6069, AA6070, AA6081, AA6181, AA6181A, AA6082, AA6082A, AA6182, AA6091, 및 AA6092를 포함한다.
알루미늄 합금 제품으로서 사용하기 위한 적합한 7xxx 시리즈 알루미늄 합금은 예를 들어, AA7003, AA7004, AA7204, AA7005, AA7108, AA7108A, AA7009, AA7010, AA7012, AA7014, AA7015, AA7016, AA7116, AA7017, AA7018, AA7019, AA7019A, AA7020, AA7021, AA7022, AA7122, AA7023, AA7024, AA7025, AA7026, AA7028, AA7029, AA7129, AA7229, AA7030, AA7031, AA7032, AA7033, AA7034, AA7035, AA7035A, AA7036, AA7136, AA7037, AA7039, AA7040, AA7140, AA7041, AA7042, AA7046, AA7046A, AA7047, AA7049, AA7049A, AA7149, AA7249, AA7349, AA7449, AA7050, AA7050A, AA7150, AA7055, AA7155, AA7255, AA7056, AA7060, AA7064, AA7065, AA7068, AA7168, AA7072, AA7075, AA7175, AA7475, AA7076, AA7178, AA7278, AA7278A, AA7081, AA7181, AA7085, AA7185, AA7090, AA7093, AA7095, AA7099, 및 AA7199를 포함한다.
알루미늄 합금 제품이 본문 전체에 걸쳐 기술되어 있지만, 방법 및 제품은 모든 금속에 적용된다. 일부 예에서, 금속 제품은 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 마그네슘계 재료, 티타늄, 티타늄계 재료, 구리, 구리계 재료, 강철, 강철계 재료, 청동, 청동계 재료, 황동, 황동계 재료, 복합재, 복합재에 사용되는 시트, 또는 임의의 다른 적합한 금속 또는 재료의 조합이다. 제품은 모놀리식 재료뿐만 아니라, 롤-결합 재료, 클래드 재료, 복합 재료(예를 들어, 탄소 섬유 함유 재료이지만, 이에 한정되지는 않음), 또는 다양한 다른 재료와 같은 비모놀리식 재료를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 금속 제품은 금속 코일, 금속 스트립, 금속 플레이트, 금속 시트, 금속 빌릿, 금속 잉곳 등이다. 일부 예에서, 본원에 기술된 바와 같은 합금 원소 및/또는 이의 산화물은 합금 원소 및/또는 이의 산화물의 농도가 알루미늄 합금 제품의(즉, 적어도 서브표면 및 벌크부 내의) 전체 두께(예를 들어, 알루미늄 합금의 벌크) 전체에 걸쳐 분포되도록 합금 전체에 걸쳐 확산될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 알루미늄 합금 제품 전체에 걸쳐 분포되고 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 및 용체화를 포함하는 다양한 가공처리 단계 동안 서브표면부로 이동할 수 있는 Mg 및/또는 MgO의 농도를 포함할 수 있다.
다른 경우에, P 및 Mg 및/또는 MgO의 농도는 RSW에 적합한 서브표면의 적어도 일부를 제공할 수 있다. 일부 경우에, 서브표면의 접촉 저항은 RSW에 최적화될 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, 최적화된 접촉 저항은 RSW 전극의 적어도 하나의 팁 및/또는 전체 전극 상의 전자 응력(예를 들어, 줄 발열)을 감소시킬 수 있다. 일부 예에서, 증가된 접촉 저항은, 부식, 피로, 파괴, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 열적으로 상승된 고장 메커니즘으로 인해, 전극 및/또는 팁의 줄 발열을 증가시키고 전극 및/또는 팁의 고장을 가속화시킬 수 있다. 따라서, 최적화된 접촉 저항을 제공하면 전극 및/또는 팁의 고장을 감소시킬 수 있고 RSW 전극은 산업계의 현재 요구보다 큰 사용 수명, 예를 들어 적어도 약 80번의 용접 사이클을 가질 수 있다. 예를 들어, RSW 전극 및/또는 팁은 적어도 약 85번의 용접 사이클, 적어도 약 90번의 용접 사이클, 적어도 약 95번의 용접 사이클, 또는 적어도 약 100번의 용접 사이클을 견뎌낼 수 있다.
일부 경우에, 알루미늄 합금 제품의 서브표면 내에 존재하는 MgO의 더 높은 농도는 RSW 전극의 사용 수명을 단축시킬 수 있다. 그러나, 알루미늄 합금이 P 함유 화합물(예를 들어, 인산)로 에칭 및/또는 세정되면, RSW 전극의 사용 수명은 증가될 수 있다. 따라서, 일부 비제한적인 예에서, 알루미늄 합금 제품의 서브표면부에 잔류 P의 농도를 제공하면 RSW 전극의 사용 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 알루미늄 합금 제품의 표면에 존재하는 P는 표면을 안정화시킬 수 있다. 일부 경우에, 표면에 및/또는 서브표면 내에 존재하는 P 및 Mg는 인산 마그네슘(MgPO4), 인산 이마그네슘(MgHPO4), 인산 트리마그네슘(Mg3(PO4)2), 인화 마그네슘(Mg3P2), 아인산 마그네슘(Mg3(PO3)2), 인산 이수소 마그네슘(Mg(H2PO4)2), 임의의 적합한 Mg-P 화합물, 또는 이들의 임의의 조합을 형성할 수 있다. 표면에 및/또는 서브표면 내에 Mg-P 화합물을 형성하면 MgO의 농도를 감소시켜 표면을 안정화시킬 수 있어, RSW 전극의 사용 수명이 연장될 수 있다(상세히 후술됨, 식 I 내지 식 IV 참조).
일부 예에서, P 함유 에칭제(예를 들어, 인산과 황산의 혼합물(H3PO4/H2SO4))로 알루미늄 합금 제품의 표면을 에칭하면, (i) MgO를 제거함으로써 및/또는 (ii) Mg-P 화합물 형성을 촉진함으로써 표면에 및/또는 서브표면 내의 MgO의 농도를 감소시킬 수 있다. 따라서, P 함유 에칭제에 의한 에칭은 P 함유 에칭제없이 에칭하는 것보다 MgO 농도를 더 감소시킨다. 일부 양태에서, 본원에 기술된 바와 같이 MgO 농도를 감소시키면 전술한 바와 같은 RSW 전극의 사용 수명을 연장시킬 수 있다(예를 들어, 적어도 약 100번의 용접 사이클을 견딤).
일부 비제한적인 예에서, H3PO4/H2SO4 혼합물 중의 황산은 표면에 또는 서브표면 내에 MgO, 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 알루미나(Al2O3), 및/또는 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 용해시킬 수 있다. 또한, H3PO4/H2SO4 혼합물 중의 인산은 MgO 및 Mg(OH)2와 착물화될 수 있고 하기 화학식에 따라 다양한 Mg-P 화합물을 형성할 수 있다:
MgO + 2 H3PO4 → Mg(H2PO4)2 + H2O; 식 (I)
MgO + H2PO4 → MgPO4 + H2O; 식 (II)
3 Mg(OH)2 + 2 H3PO4 → Mg3(PO4)2 + 6 H2O; 식 (III)
3 Mg + H3PO4 → Mg3(PO4)2 + H2(g); 식 (IV)
알루미늄 합금 제품 내의 P 및 Mg의 원자 농도는 알루미늄 합금 제품 내의 특정 위치(예를 들어, 깊이), 및 알루미늄 합금 제품을 제조, 가공처리, 및 처리하는 방법에 기초하여 가변된다. 또한, 알루미늄 합금 제품의 알루미늄 합금 재료는 전술한 바와 같이 에칭으로부터 P를 포함한다. P 및 Mg(예를 들어, P/Mg)의 원자 농도는 X-선 광전자 분광 분석(XPS)을 비롯하여 당업자에게 알려진 기술을 사용하여 측정될 수 있다.
P 및 Mg는 예를 들어, 알루미늄 합금 제품의 표면에 및/또는 서브표면 내에 존재할 수 있다. 알루미늄 합금 제품의 표면에 및/또는 서브표면 내에서 P 대 Mg의 원자 농도비는 일반적으로 약 0.001 내지 약 10(예를 들어, 약 0.005 내지 약 9, 약 0.01 내지 약 8, 약 0.05 내지 약 7, 약 0.1 내지 약 6, 약 0.1 내지 약 5, 약 0.15 내지 약 5.5, 약 0.2 내지 약 5, 약 0.25 내지 약 4.5, 약 0.5 내지 약 4, 약 0.75 내지 약 3.5, 약 1 내지 약 3, 약 1.25 내지 약 2.5, 또는 약 1.5 내지 약 2)의 범위에 이르는 임의의 적합한 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품의 표면에 및/또는 서브표면 내에서 P 대 Mg의 원자 농도비는 약 0.001, 약 0.002, 약 0.003, 약 0.004, 약 0.005, 약 0.006, 약 0.007, 약 0.008, 약 0.009, 약 0.01, 약 0.02, 약 0.03, 약 0.04, 약 0.05, 약 0.06, 약 0.07, 약 0.08, 약 0.09, 약 0.1, 약 0.2, 약 0.3, 약 0.4, 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.8, 약 0.9, 약 1, 약 1.1, 약 1.2, 약 1.3, 약 1.4, 약 1.5, 약 1.6, 약 1.7, 약 1.8, 약 1.9, 약 2, 약 2.1, 약 2.2, 약 2.3, 약 2.4, 약 2.5, 약 2.6, 약 2.7, 약 2.8, 약 2.9, 약 3, 약 3.1, 약 3.2, 약 3.3, 약 3.4, 약 3.5, 약 3.6, 약 3.7, 약 3.8, 약 3.9, 약 4 약 4.1, 약 4.2, 약 4.3, 약 4.4, 약 4.5, 약 4.6, 약 4.7, 약 4.8, 약 4.9, 약 5, 약 5.1, 약 5.2, 약 5.3, 약 5.4, 약 5.5, 약 5.6, 약 5.7, 약 5.8, 약 5.9, 약 6, 약 6.1, 약 6.2, 약 6.3, 약 6.4, 약 6.5, 약 6.6, 약 6.7, 약 6.8, 약 6.9, 약 7, 약 7.1, 약 7.2, 약 7.3, 약 7.4, 약 7.5, 약 7.6 약 7.7, 약 7.8, 약 7.9, 약 8, 약 8.1, 약 8.2, 약 8.3, 약 8.4, 약 8.5, 약 8.6, 약 8.7, 약 8.8, 약 8.9, 약 9, 약 9.1, 약 9.2, 약 9.3, 약 9.4, 약 9.5, 약 9.6, 약 9.7, 약 9.8, 약 9.9, 또는 약 10일 수 있다. 표면에 또는 서브표면 내에서 P 대 Mg의 원자 농도비는 표면에 또는 서브표면 내에서 P의 원자 농도 대 Mg의 원자 농도(예를 들어, P/Mg)의 간단한 비율을 고려해서 각각 계산될 수 있고, 그 농도는 예를 들어, 전술한 바와 같이 XPS를 사용하여 측정된다. 일부 예에서, 식 (I)은 약 2의 P/Mg 비를 제공할 수 있고, 식 (II)는 약 1의 P/Mg 비를 제공할 수 있고, 식 (III) 및/또는 식 (IV)는 약 0.75의 P/Mg 비를 제공할 수 있다. 일부 비제한적인 예에서, P/Mg의 원자 농도비는 표면으로부터 약 83 μm까지 연장되는 서브표면 내에서 약 0.6 내지 약 0.7이다.
황색도("YI"로 지칭됨)는 저항 스폿 용접 알루미늄 합금에 대한 최적의 표면 화학적 성질을 나타낼 수 있다. YI는 알루미늄 합금의 표면의 적어도 일부에 존재하는 산화 마그네슘(MgO)의 농도의 결과로서, 알루미늄 합금이 황색으로 보이게 한다. 선택적으로, YI는 적어도 15(예를 들어, 적어도 약 18, 적어도 약 20, 또는 적어도 약 22)이다. YI는 ASTM 표준 E313에 따라 측정되었다.
본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 임의의 적합한 게이지를 가질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 0.5 mm 내지 약 50 mm(예를 들어, 약 0.5 mm, 약 1 mm, 약 2 mm, 약 3mm, 약 4mm, 약 5mm, 약 6mm, 약 7mm, 약 8mm, 약 9mm, 약 10mm, 약 15mm, 약 20mm, 약 25mm, 약 30mm, 약 35 mm, 약 40 mm, 약 50 mm, 또는 그 사이의 임의의 값)의 게이지를 갖는 알루미늄 합금 플레이트, 알루미늄 합금 쉐이트, 또는 알루미늄 합금 시트일 수 있다.
본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 예를 들어, 저항 스폿 용접을 포함하는 임의의 적합한 결합 기술에 따라 성공적인 결합에 적합한 표면 거칠기를 가질 수 있다. 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 임의의 약 25 나노미터(nm) 내지 약 50 nm의 평균 표면 거칠기를 가질 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 약 25 nm, 약 26 nm, 약 27 nm, 약 28 nm, 약 29 nm, 약 30 nm, 약 31 nm, 약 32 nm, 약 33 nm, 약 34 nm, 약 35 nm, 약 36 nm, 약 37 nm, 약 38 nm, 약 39 nm, 약 40 nm, 약 41 nm, 약 42 nm, 약 43 nm, 약 44 nm, 약 45 nm, 약 46 nm, 약 47 nm, 약 48 nm, 약 49 nm, 약 50 nm, 또는 그 사이의 임의의 값의 표면 거칠기를 가질 수 있다.
합금 제품의 제조 방법
특정 양태에서, 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 본원에 기재된 바와 같은 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 범위를 제한하려는 의도없이, 알루미늄 합금 제품 특성은 제품의 제조 동안 특정 조성 특징의 형성에 의해 부분적으로 결정된다. 후술되는 바와 같이, 에칭 단계 및 조건을 포함하는 특정 가공처리 단계 및 조건은 바람직한 결합 내구성, 특히 저항 스폿 용접(RSW) 장치의 전극 팁 상의 전자 응력을 감소시켜 RSW 전극의 사용 수명을 연장시키는 데 필요한 최적의 표면 화학적 성질 및/또는 접촉 저항을 갖는 전술한 알루미늄 합금 제품을 제공한다.
본원에 기술된 임의의 적합한 알루미늄 합금(즉, 적어도 일정량의 Cu를 함유함)은 임의의 적합한 방법에 의해 주조되어 주조 제품을 생성할 수 있다. 일부 예에서, 합금은 직접 냉경(DC) 주조 공정을 사용하여 주조되어 알루미늄 합금 잉곳을 형성할 수 있다. 일부 예에서, 합금은 트윈-벨트 캐스터, 트윈-롤 캐스터, 또는 블록 캐스터의 사용을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는 연속 주조(CC) 공정을 사용하여 주조되어 주조 제품을 빌릿, 슬랩, 쉐이트, 스트립 등의 형태로 형성할 수 있다. 그 후, 주조 제품은, 제품을 제조하는 데 사용되는 특정 알루미늄 합금 시리즈에 기초하여, 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 열처리, 담금질, 및/또는 시효를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 가공처리 단계를 거칠 수 있다. 가공처리 후, 알루미늄 합금 제품은 추가로 후술될 표면 가공 단계를 거칠 수 있다.
표면 가공
본원에 기술되고 DC 주조 또는 CC 또는 그 밖의 공정에 의해 주조되거나 또는 후속적으로 가공처리된 알루미늄 합금 제품은 아래에 기술된 표면 가공 공정을 거칠 수 있다.
세정
선택적으로, 본원에 기술된 표면 가공 공정은 알루미늄 합금 제품의 하나 이상의 표면에 세정제(본원에서는 입구 세정제 또는 사전 세정제로도 지칭됨)를 적용하는 단계를 포함한다. 입구 세정제는 알루미늄 합금 제품 표면으로부터 잔류 오일 또는 성긴 부착 산화물을 제거한다. 선택적으로, 입구 세정은 pH 7.5 이상의 알칼리성 용액을 사용하여 수행될 수 있다. 일부 경우에, 알칼리성 용액의 pH는 약 8, 약 8.5, 약 9, 약 9.5, 약 10, 약 10.5, 약 11, 약 11.5, 약 12, 약 12.5, 또는 약 13일 수 있다. 알칼리 용액에서 알칼리제의 농도는 약 1% 내지 약 5%(예를 들어, 알칼리성 용액의 부피를 기준으로 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 또는 약 5%)일 수 있다. 적합한 알칼리제는 예를 들어, 실리케이트 및 수산화물(예를 들어, 수산화나트륨)을 포함한다. 알칼리성 용액은 예를 들어, 음이온 및 비이온 계면 활성제를 비롯하여, 하나 이상의 계면 활성제를 더 포함할 수 있다.
에칭
기술된 전처리 공정은 또한 알루미늄 합금 제품의 표면을 에칭하는 단계를 포함할 수 있다. 알루미늄 합금 제품의 표면은 산성 에칭(즉, 산성 용액을 포함하는 에칭 절차)을 사용하여 에칭될 수 있다. 에칭 단계는 알루미늄 합금 제품의 서브표면부 내에 P를 증착시킨다. 또한, 에칭 단계는 전처리제의 후속 적용을 수용하기 위해 표면을 가공한다. 이러한 단계 동안, Al 산화물 및 Mg 농후 산화물, 포획 오일, 또는 잔해물과 같은 성긴 부착 산화물이 적절히 제거되어야 한다.
에칭 단계는 적어도 하나의 P 함유 화합물을 포함하는 에칭 용액을 사용하여 수행된다. 일부 예에서, 에칭 용액에 사용하기에 위한 적합한 P 함유 화합물은 인산, 포스폰산, 포스핀산, 임의의 다른 P 함유 산, 및 이들의 조합을 포함한다. 예를 들어, P 함유 화합물은 인산(H3PO4)을 포함할 수 있다. 선택적으로, 에칭 용액은 황산, 불화수소산, 아세트산, 및/또는 염산을 비롯하여, 하나 이상의 추가적인 산을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 에칭 용액은 인산과 황산의 혼합물을 포함한다. 일부 경우에, 혼합물은 약 3 내지 약 5의 인산 대 황산의 비를 포함한다. 예를 들어, 인산 대 황산의 비는 약 3, 약 3.1, 약 3.2, 약 3.3, 약 3.4, 약 3.5, 약 3.6, 약 3.7, 약 3.8, 약 3.9, 약 4, 약 4.1, 약 4.2, 약 4.3, 약 4.4, 약 4.5, 약 4.6, 약 4.7, 약 4.8, 약 4.9, 또는 약 5일 수 있다.
전술한 바와 같이, 에칭 단계는 알루미늄 합금 제품의 서브표면부 내에 잔류 원소 농도(예를 들어, P)를 증착시킨다. 일부 예에서, 에칭 단계는 알루미늄 합금 제품의 서브표면 내에 적어도 약 2 원자% 내지 약 10 원자%의 P를 증착시킨다. 이러한 P의 증착 및 후속 산화는 RSW에 대한 서브표면부의 접촉 저항을 최적화할 수 있다. 일부 추가 예에서, 접촉 저항을 최적화하면 RSW 전극 상의 전자 응력을 감소시켜, 현재 산업계 요구를 넘어서는 RSW 전극의 사용 수명을 연장시킬 수 있다.
에칭 후 린싱
에칭 단계 후, 알루미늄 합금 제품의 표면은 용매로 린싱될 수 있다. 선택적으로, 용매는 탈이온(DI) 수 또는 역삼투(RO) 수와 같은 수용액일 수 있다.
전처리제 적용
선택적으로, 전처리제가 알루미늄 합금 제품의 표면에 적용될 수 있다. 적합한 전처리제로는 예를 들어 접착 촉진제 및 부식 억제제를 포함한다. 전처리제는 당업계에 알려진 임의의 적합한 온도에서 적용될 수 있다.
전처리제의 적용은 알루미늄 합금 제품의 표면 상에 전처리제의 박막 층을 생성한다. 전처리제 적용 후, 알루미늄 합금 제품의 표면은 당업계에 알려진 바와 같이 린싱 및/또는 건조될 수 있다.
사용 방법
본원에 기술된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 상용 차량, 항공기, 또는 철도 응용 분야와 같은 자동차, 전자 기기, 및 운송 응용 분야, 또는 임의의 다른 적합한 응용 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 섀시, 크로스 부재, 및 섀시 내 구성요소(상용 차량 섀시 내의 2개의 C 채널 사이의 모든 구성요소를 포함하지만, 이에 제한되지는 않음)에 강도를 얻기 위해 사용되어, 고강도 강철의 전체 또는 부분 대체물로서 역할을 할 수 있다. 특정 예에서, 알루미늄 합금 제품은 F, O, T4, T6, 또는 T8x 템퍼에 사용될 수 있다.
특정 양태에서, 알루미늄 합금 제품 및 방법은 자동차 차체 부품 제품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필러 보강재(예를 들어, A-필러, B-필러 및 C-필러), 내부 패널, 측면 패널, 바닥 패널, 터널, 구조 패널, 보강 패널, 내부 후드, 또는 트렁크 리드 패널과 같은 차체 부품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 개시된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 항공기 또는 철도 차량 응용 분야에서 예를 들어, 외부 및 내부 패널을 제조하기 위해 사용될 수도 있다.
본원에 기술된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 전자 기기 응용 분야에서 예를 들어, 외부 및 내부 용기를 제조하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 이동 전화 및 태블릿 컴퓨터를 비롯한 전자 장치를 위한 하우징을 제조하기 위해 사용될 수도 있다. 일부 예에서, 알루미늄 합금 제품은 이동 전화(예를 들어, 스마트폰) 및 태블릿 하부 섀시의 외부 케이싱용 하우징을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
특정 양태에서, 알루미늄 합금 제품 및 방법은 항공우주 동체 부품 제품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 스킨 합금과 같은 항공기 동체 부품을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
예시
예시 1은 이주 원소; 이주 원소의 농도를 갖는 서브표면부; 및 이주 원소의 농도를 갖는 벌크부를 포함하는 알루미늄 합금 제품으로서, 알루미늄 합금 제품은 4.0 이하의 농축비를 포함하고, 그 농축비는 서브표면부에서의 이주 원소의 농도 대 벌크부에서의 이주 원소의 농도의 비율인, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 2는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 이주 원소는 Zn, Cu, Mg, 또는 Si 중 적어도 하나를 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 3은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 서브표면부는 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 약 5 μm의 깊이까지의 영역을 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 4는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 서브표면부는 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 약 2 μm의 깊이까지의 영역을 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 5는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 농축비는 2.0 이하인, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 6은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 농축비는 1.5 이하인, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 7은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 농축비는 1.0 이하인, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 8은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 알루미늄 합금 제품은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 2xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 9는 임의의 선행하거나 후속하는 예시에 따른 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 이주 원소를 포함하는 알루미늄 합금을 주조하여 주조 알루미늄 합금 물품을 제조하는 단계; 주조 알루미늄 합금 물품을 압연하여 압연된 알루미늄 합금 물품을 제공하는 단계; 및 압연된 알루미늄 합금 물품을 열처리하여 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계를 포함하고, 이주 원소는 알루미늄 합금 제품의 서브표면부 및 벌크부 내에 분포되어 4.0 이하의 농축비를 제공하고, 그 농축비는 서브표면부에서의 이주 원소의 농도 대 벌크부에서의 이주 원소의 농도의 비율인, 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법이다.
예시 10은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 압연 단계는 약 200℃ 내지 약 550℃의 온도에서 수행되는, 방법이다.
예시 11은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 열처리 단계는 약 400℃ 내지 약 580℃의 온도에서 수행되는, 방법이다.
예시 12는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 열처리 단계는 약 120초 이하 동안 수행되는, 방법이다.
예시 13은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 주조 알루미늄 합금 제품을 전처리하는 단계를 더 포함하는, 방법이다.
예시 14는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 전처리 단계는 주조 알루미늄 합금 제품의 표면을 세정하고, 주조 알루미늄 합금 제품의 표면을 에칭하고, 주조 알루미늄 합금 제품의 표면에 전처리제를 적용하는 단계를 포함하는, 방법이다.
예시 15는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 전처리 단계는 열처리 단계 후에 수행되는, 방법이다.
예시 16은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 주조는 직접 냉경 주조를 포함하는, 방법이다.
예시 17은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 주조는 연속 주조를 포함하는, 방법이다.
예시 18은 이주 원소의 농도를 갖는 서브표면부; 및 이주 원소의 농도를 갖는 벌크부를 포함하는 알루미늄 합금 제품으로서, 서브표면부에서의 이주 원소의 농도는 벌크부에서의 이주 원소의 농도보다 높은, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 19는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 이주 원소는 Cu, Mn, Cr, 및/또는 Fe을 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 20은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 알루미늄 합금 제품은 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 21은 임의의 선행하거나 후속하는 예시에 따른 알루미늄 합금 제품으로서, 서브표면부 및 벌크부를 포함하고, 서브표면부는 P를 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 22는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, P는 원소 P, 오산화 인, 삼산화 인, 일산화 인, 또는 사산화 이인 중 적어도 하나로서 서브표면부 내에 존재하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 23은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 서브표면부는 약 2 원자% 내지 약 10 원자%의 양으로 P를 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 24는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 서브표면부는 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 약 150 μm의 깊이까지의 영역을 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 25는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 서브표면부는 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 약 83 μm의 깊이까지의 영역을 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 26은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 알루미늄 합금 제품은 약 15보다 큰 황색도를 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 27은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품으로서, 황색도는 약 20보다 큰, 알루미늄 합금 제품이다.
예시 28은 임의의 선행하거나 후속하는 예시에 따른 알루미늄 합금 제품의 표면을 처리하는 방법으로서, 서브표면부 및 벌크부를 갖는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계, 및 알루미늄 합금 제품의 표면을 P 함유 화합물을 포함하는 에칭 용액으로 에칭하는 단계를 포함하는, 방법이다.
예시 29는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 제공하는 단계는 적어도 약 0.001 중량% Mg를 포함하는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계를 포함하는, 방법이다.
예시 30은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 제공하는 단계는 약 0.001 중량% 내지 약 10 중량% Mg를 포함하는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계를 포함하는, 방법이다.
예시 31은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 제공하는 단계는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계를 포함하는, 방법이다.
예시 32는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, P 함유 화합물은 인산, 포스폰산, 포스핀산, 및 이들의 조합을 포함하는, 방법이다.
예시 33은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 에칭 용액은 하나 이상의 추가적인 산을 더 포함하는, 방법이다.
예시 34는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 하나 이상의 추가적인 산은 황산, 불화수소산, 아세트산, 및/또는 염산을 포함한다.
예시 35는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 에칭 용액은 인산 및 황산을 포함하는, 방법이다.
예시 36은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 인산 대 황산의 비는 약 3 내지 약 5인, 방법이다.
예시 37은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 알루미늄 합금 제품의 표면을 에칭하는 단계는 알루미늄 합금 제품의 표면 상에 Mg를 노출시키는, 방법이다.
예시 38은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, Mg를 노출시키는 단계는 인산 마그네슘, 인화 마그네슘, 아인산 마그네슘, 또는 이들의 임의의 조합을 형성하는 단계를 포함하는, 방법이다.
예시 39는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법으로서, 인산 마그네슘, 인화 마그네슘, 아인산 마그네슘, 또는 이들의 임의의 조합을 형성하는 단계는 0.001 내지 10의 P 대 Mg의 원자 농도비를 서브표면부에 제공하는 단계를 포함하는, 방법이다.
예시 40은 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 따라 제조되는 알루미늄 합금 제품으로서, 알루미늄 합금 제품은 자동차 차체 부품, 항공우주 동체 부품, 운송 차체 부품, 선박 선체 부품, 자동차 차량 패널, 항공우주 스킨 패널, 선박 패널, 전자 장치 하우징, 건축 구조물 부품, 또는 건축 심미적 패널을 포함하는, 알루미늄 합금 제품이다.
하기 실시예는 본 발명의 어떠한 제한도 없이 본 발명을 추가로 설명하기 위해 제공될 것이다. 반면에, 본원의 설명을 읽은 후에 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 당업자에게 시사할 수 있는 다양한 구현예, 변형, 및 균등물이 있을 수 있음을 명확히 알 수 있을 것이다. 하기 실시예에 기술된 연구 동안, 달리 언급되지 않는 한, 통상적인 절차를 따랐다. 일부 절차는 예시적인 목적을 위해 후술된다.
실시예
실시예 1: 용체화를 통한 이주 원소 농도 제어
6xxx 시리즈 알루미늄 합금의 두 샘플을 직접 냉경 주조에 의해 제조하고 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 열처리, 공기 담금질, 7% R243을 사용한 에칭, 및 접착 촉진제에 의한 전처리로 가공처리하였다. 가공처리 방법은 용체화 열처리 단계만 달랐다. 제1 합금 샘플은 540℃에서 1초 동안 용체화 열처리되었고(방법 1), 제2 합금 샘플은 578℃에서 35초 동안 용체화 열처리되었다(방법 2). 도 4는 방법 1에 따라 제조된 샘플의 Mg 함량(사각형 기호로 표시됨), 방법 2에 따라 제조된 샘플의 Mg 함량(삼각형 기호로 표시됨), 및 용체화 열처리되지 않은 비교 6xxx 시리즈 알루미늄 합금의 Mg 함량("AA 6xxx", 원형 기호로 표시됨)에 대한 X선 광전자 분광 분석(XPS) 깊이 프로파일 데이터를 나타낸다. 서브표면에서 이주 Mg 농도를 제어하고 알루미늄 합금 제품 전체에 걸쳐 균일한 Mg 농도를 제공할 수 있음은 도 4에서 알 수 있다. 방법 1은 비교 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에 비해 Mg 함량이 더 높은 알루미늄 합금의 표면으로부터 벌크까지 보다 균일한 Mg 농도를 제공하였다. 방법 2는 방법 1에 따라 제조된 예시적인 알루미늄 합금 및 비교 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에 비해 Mg 함량이 더 높을 뿐만 아니라, 알루미늄 합금 표면에 더 가깝게 더 높은 Mg 함량 및 알루미늄 합금의 벌크에서 더 낮은 Mg 함량을 제공하였다. 비교 6xxx 시리즈 알루미늄 합금은 알루미늄 합금의 표면으로부터 벌크까지 매우 균일한 Mg 농도 및 알루미늄 합금의 표면 근처에서 더 낮은 전체 Mg 함량을 나타냈다.
도 5는 방법 1에 따라 제조된 알루미늄 합금 제품(사각형 기호로 표시됨), 방법 2에 따라 제조된 알루미늄 합금 제품(삼각형 기호로 표시됨), 및 용체화 열처리되지 않은 비교 6xxx 시리즈 알루미늄 합금(원형 기호로 표시됨)의 Si 함량에 대한 XPS 깊이 프로파일 데이터를 나타낸다. 벌크 알루미늄 합금에서 이주 실리콘(Si) 농도를 제어하고 알루미늄 합금의 벌크로 균일한 Si 농도를 제공할 수 있음은 도 5에서 알 수 있다. 방법 1은 알루미늄 합금 표면에 더 가깝게 더 높은 Si 함량 및 알루미늄 합금의 벌크에서 더 낮은 Si 함량을 제공하였다. 방법 2는 알루미늄 합금의 표면 근처에 더 높은 Si 함량 및 알루미늄 합금의 벌크 내로 추가로 더 균일한 Si 농도를 제공하였다. 방법 2 합금 제품의 Si 함량은 비교 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품보다 더 높았다. 비교 6xxx 시리즈 알루미늄 합금은 알루미늄 합금의 표면으로부터 벌크까지 매우 균일하고 매우 낮은 Si 농도 및 알루미늄 합금의 표면 근처에서 더 낮은 전체 Si 함량을 나타냈다.
도 6은 본원에 기술된 방법에 따라 제조된 알루미늄 합금의 결합 내구성 시험 결과를 도시하고 있다. 방법 1 및 방법 2에 따라 제조된 예시적인 알루미늄 합금 샘플을 함께 결합시키고 응력 내구성 시험을 거쳤다. 응력 내구성 시험에서, 한 세트의 6개의 랩 조인트/결합체를 볼트로 순서대로 연결하고 90% 상대 습도(RH) 습도 캐비닛에 수직으로 위치시켰다. 온도를 50℃에서 유지시켰다. 결합 시퀀스에 2.4 kN의 힘 하중을 가하였다. 응력 내구성 시험은 최대 45번의 사이클 동안 수행되는 주기적 노출 시험이다. 각 사이클은 24시간 동안 지속된다. 각 사이클에서, 결합체는 22시간 동안 습도 캐비넷에 노출된 후, 5% NaCl에 15분 동안 소킹되고, 마지막으로 105분 동안 공기 건조되었다. 3개의 조인트가 파단되면, 시험이 특정 조인트 세트에 대해 중단되고 첫 번째 실패로 표시된다.
방법 2에 따라 제조된 예시적인 알루미늄 합금(히스토그램의 좌측 세트)은 실패 횟수에 대해 더 낮은 사이클을 보여주며, 이는 방법 1에 따라 제조된 예시적인 알루미늄 합금(히스토그램의 우측 세트)보다 낮은 결합 내구성을 나타낸다. 평균 고장 사이클은 각 세트의 좌측 히스토그램(해칭된 히스토그램)으로 표시되고, 처음 관찰된 실패는 각 세트의 우측 히스토그램(크로스 해칭됨)으로 표시된다.
실시예 2: 열간 압연을 통한 이주 원소 농도 제어
6xxx 시리즈 알루미늄 합금의 두 샘플을 직접 냉경 주조에 의해 제조하고 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 열처리, 공기 담금질, 7% R243을 사용한 에칭, 및 접착 촉진제에 의한 전처리로 가공처리하였다. 가공처리 방법은 열간 압연 온도만 달랐다. 제1 합금 샘플을 390℃ 핫 밀 출구 온도로 열간 압연하고(방법 1), 제2 합금 샘플을 330℃ 핫 밀 출구 온도로 열간 압연했다(방법 2). 도 7은 고온(방법 1) 대 저온(방법 2) 압연된 표면에 의해 제조된 알루미늄 합금 제품에서 Mg 함량의 XPS 깊이 프로파일링을 도시하고 있다. 방법 1에 따라 제조된 알루미늄 합금 샘플은 알루미늄 합금 서브표면 내에서 2의 농축비 및 10%의 Mg 농도를 나타냈다. 방법 2에 따라 제조된 알루미늄 합금은 알루미늄 합금 서브표면 내에서 1.6의 농축비 및 5%의 Mg 농도를 나타냈다.
실시예 3: 세정 시퀀스를 통한 이주 원소 농도 제어
6xxx 시리즈 알루미늄 합금의 두 샘플을 직접 냉경 주조에 의해 제조하고 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 열처리, 공기 담금질, 7% R243을 사용한 에칭, 및 접착 촉진제에 의한 전처리로 가공처리하였다. 가공처리 방법은 세정 단계의 순서만 달랐다. 제1 합금 샘플은 용체화 열처리 전에 사전 세정되었고("Pre-clean → SHT"로 지칭됨) 제2 합금 샘플은 용체화 열처리된 후 사전 세정되었다("SHT → Pre-clean"으로 지칭됨). 양자 모두 다음에 산성 에칭 및 전처리 적용이 이어졌다.
도 8은 알루미늄 합금 샘플에서 Mg 함량의 XPS 깊이 프로파일 데이터를 나타낸다. 용체화 전에 세정된 예시적인 알루미늄 합금("Pre-clean → SHT"로 지칭됨)은 6% Mg 농도 및 2.4 농축비를 나타냈다. 용체화 후에 세정된 예시적인 알루미늄 합금("SHT → Pre-clean"으로 지칭됨)은 1.5% Mg 농도 및 0.7 농축비를 나타냈다.
실시예 4: 연속 주조 알루미늄 합금에서 이주 원소 농도 제어
알루미늄 합금 제품은 전술한 바와 같이 연속 주조 방법에 따라 제조되었다. 제품을 1450 mm의 폭으로 주조하고 1300 mm로 트리밍하였다. 그 후, 제품을 열간 압연하고, 5.1 mm로 냉간 압연하고, 400℃에서 2시간 동안 어닐링하고, 2 mm로 냉간 압연했다. 그 후, 표 1에 나타낸 바와 같이, 다양한 조건 하에서 제품을 용체화하고 담금질하였다.
Figure 112020073456900-pct00003
알루미늄 합금 시트의 표면을 글로우 방전 광 방출 분광 분석(GDOES)으로 분석하였다. 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 구리(Cu), 망간(Mn), 크롬(Cr), 및 철(Fe)의 양을 분석하였다. 표면으로부터 2.0 μm의 깊이까지 측정을 수행하였다. 예시적인 연속 주조 알루미늄 합금 시트는 "C1", "C2", "C3", 및 "C4"로 지칭된다.
모든 샘플은 접착 촉진제("PT"로 표시됨)로 전처리되었다. 알루미늄 합금 시트의 제1 표면(예를 들어, 캐스터의 벨트와 접촉하는 표면)은 "라벨(label)"로 표시된다. 제2 분석된 표면(예를 들어, 캐스터의 벨트와 접촉하지 않는 표면)은 "라벨 없음(unlabel)"으로 표시된다. 비교 DC 주조 알루미늄 합금("D1"으로 지칭됨)을, 알루미늄 합금 시트의 표면의 제어된 농축에 대한 연속 주조 알루미늄 합금의 비교 및 효과에 대해 분석하였다.
도 9a 및 9b는 알루미늄 합금 시트의 표면 근처(예를 들어, 표면으로부터 2.0 μm의 깊이까지)의 Mg 함량에 대한 GDOES 데이터를 도시하고 있다. 도 9a는 알루미늄 합금 시트의 벌크 내로 연장되는 Mg 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 9b는 알루미늄 합금 시트의 표면(예를 들어, 표면으로부터 0.5 μm의 깊이까지)에서 발견될 것으로 간주되는 Mg 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 9a 및 9b는 직접 냉경 주조에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트(샘플 D1 및 D1-lab)의 표면으로의 Mg의 높은 확산을 도시하고 있다. 도 9a 및 9b는 전술한 예시적인 연속 주조 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트의 표면으로의 Mg 확산 감소 및 알루미늄 합금 시트의 표면으로부터 벌크 내로의 Mg의 균일한 분포를 도시하고 있다. 알루미늄 합금 시트의 표면 근처에서의 더 낮은 농도의 Mg는 결합 및 접합 용도에 바람직하다.
도 10a 및 10b는 알루미늄 합금 시트의 표면 근처(예를 들어, 표면으로부터 2.0 μm의 깊이까지)의 Si 함량에 대한 GDOES 데이터를 도시하고 있다. 도 10a는 알루미늄 합금 시트의 벌크 내로 연장되는 Si 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 10b는 알루미늄 합금 시트의 표면(예를 들어, 표면으로부터 0.5 μm의 깊이까지)에서 발견될 것으로 간주되는 Si 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 10a 및 10b는 직접 냉경 주조에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트(샘플 D1 및 D1-lab)의 표면으로의 Si의 높은 확산을 도시하고 있다. 도 10a 및 10b는 전술한 예시적인 연속 주조 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트의 표면으로의 Si 확산 감소 및 알루미늄 합금 시트의 표면으로부터 벌크 내로의 Si의 균일한 분포를 도시하고 있다.
도 11a 및 11b는 알루미늄 합금 시트의 표면 근처(예를 들어, 표면으로부터 2.0 μm의 깊이까지)의 Cu 함량에 대한 GDOES 데이터를 도시하고 있다. 도 11a는 알루미늄 합금 시트의 벌크 내로 연장되는 Cu 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 11b는 알루미늄 합금 시트의 표면(예를 들어, 표면으로부터 0.5 μm의 깊이까지)에서 발견될 것으로 간주되는 Cu 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 11a 및 11b는 직접 냉경 주조에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트(샘플 D1 및 D1-lab)의 표면으로의 Cu의 낮은 확산을 도시하고 있다. 도 11a 및 11b는 전술한 예시적인 연속 주조 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트의 표면으로의 Cu의 증가된 확산을 도시하고 있다. 알루미늄 합금 시트의 표면으로의 Cu의 제어된 확산은 결합 및 접합 용도에 바람직할 수 있다.
도 12a 및 12b는 알루미늄 합금 시트의 표면 근처(예를 들어, 표면으로부터 2.0 μm의 깊이까지)의 Mn 함량에 대한 GDOES 데이터를 도시하고 있다. 도 12a는 알루미늄 합금 시트의 벌크 내로 연장되는 Mn 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 12b는 알루미늄 합금 시트의 표면(예를 들어, 표면으로부터 0.5 μm의 깊이까지)에서 발견될 것으로 간주되는 Mn 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 12a 및 12b는 직접 냉경 주조에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트(샘플 D1 및 D1-lab)의 표면으로의 Mn의 확산이 없음을 도시하고 있다. 도 12a 및 12b는 전술한 예시적인 연속 주조 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트의 표면으로의 Mn의 증가된 확산을 도시하고 있다.
도 13a 및 13b는 알루미늄 합금 시트의 표면 근처(예를 들어, 표면으로부터 2.0 μm의 깊이까지)의 Cr 함량에 대한 GDOES 데이터를 도시하고 있다. 도 13a는 알루미늄 합금 시트의 벌크 내로 연장되는 Cr 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 13b는 알루미늄 합금 시트의 표면(예를 들어, 표면으로부터 0.5 μm의 깊이까지)에서 발견될 것으로 간주되는 Cr 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 13a 및 13b는 직접 냉경 주조에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트(샘플 D1 및 D1-lab)의 표면으로의 Cr의 확산이 없음을 도시하고 있다. 도 13a 및 13b는 전술한 예시적인 연속 주조 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트의 표면으로의 Cr의 증가된 확산을 도시하고 있다. 알루미늄 합금 시트의 표면으로의 Cr의 제어된 확산은 결합 및 접합 용도에 바람직할 수 있다. 알루미늄 합금 시트의 표면으로의 Cr의 제어된 확산은 내식성에 바람직할 수 있다.
도 14a 및 14b는 알루미늄 합금 시트의 표면 근처(예를 들어, 표면으로부터 2.0 μm의 깊이까지)의 Fe 함량에 대한 GDOES 데이터를 도시하고 있다. 도 14a는 알루미늄 합금 시트의 벌크 내로 연장되는 Fe 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 14b는 알루미늄 합금 시트의 표면(예를 들어, 표면으로부터 0.5 μm의 깊이까지)에서 발견될 것으로 간주되는 Fe 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 14a 및 14b는 직접 냉경 주조에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트(샘플 D1 및 D1-lab)의 표면으로의 Fe의 확산이 없음을 도시하고 있다. 도 14a 및 14b는 전술한 예시적인 연속 주조 방법에 의해 제조된 알루미늄 합금 시트의 표면으로의 Fe의 증가된 확산을 도시하고 있다.
예시적인 연속 주조 알루미늄 합금 시트 및 비교 직접 냉경 주조 알루미늄 합금 시트에 대한 결합 내구성 시험 결과를 실시예 2에 기술된 절차에 따라 수행하였다. 이러한 실험에서, 45번의 사이클의 완료는 조인트 세트가 결합 내구성 시험을 통과했음을 나타낸다. 그 시험 결과는 하기의 표 2에 나타나 있다. 표 2에서, 각 조인트는 1 내지 6으로 번호가 매겨져 있고, 수직으로 배향될 때 조인트 1은 상부 조인트이고 조인트 6은 하부 조인트이다. "45"를 제외한 셀에서의 숫자는 파단 전의 성공적인 사이클 수를 나타낸다. 셀에서 숫자 "45"는 조인트가 45번의 사이클 동안 그대로 유지되었음을 나타낸다. 그 결과가 하기의 표 2에 요약되어 있다.
Figure 112020073456900-pct00004
시행 1, 2, 및 3에 대해, 시험 절취 시편을 예시적인 연속 주조 알루미늄 합금 시트로부터 절단하였다. 시험 절취 시편은 알칼리성 및 산성 에칭을 거쳐 결합용 표면을 세정하고 가공하였다. 접착 촉진제로 알루미늄 합금 시트를 전처리하고 시험 절취 시편을 접착제로 결합시켜 결합을 수행하였다. 결합된 시험 절취 시편을 최대 45번의 듀티 사이클 동안 습한 환경에 노출시켰다.
시행 4에 대해, 시험 절취 시편을 예시적인 연속 주조 알루미늄 합금 시트로부터 절단하였다. 시험 절취 시편은 강한 알칼리성 세정 및 산성 에칭을 거쳐 결합용 표면을 세정하고 가공하였다. 접착 촉진제로 알루미늄 합금 시트를 전처리하고 시험 절취 시편을 접착제로 결합시켜 결합을 수행하였다. 결합된 시험 절취 시편을 최대 45번의 듀티 사이클 동안 습한 환경에 노출시켰다.
시행 5에 대해, 시험 절취 시편을 예시적인 연속 주조 알루미늄 합금 시트로부터 절단하였다. 시험 절취 시편은 산성 에칭을 거쳐 결합용 표면을 세정하고 가공하였다. 접착 촉진제로 알루미늄 합금 시트를 전처리하고 시험 절취 시편을 접착제로 결합시켜 결합을 수행하였다. 결합된 시험 절취 시편을 최대 45번의 듀티 사이클 동안 습한 환경에 노출시켰다.
시행 6에 대해, 시험 절취 시편을 예시적인 연속 주조 알루미늄 합금 시트로부터 절단하였다. 시험 절취 시편은 실험실 퍼니스에서 용체화 열처리된 후에 알칼리성 및 산성 에칭을 거쳐 결합용 표면을 세정하고 가공하였다. 접착 촉진제로 알루미늄 합금 시트를 전처리하고 시험 절취 시편을 접착제로 결합시켜 결합을 수행하였다. 결합된 시험 절취 시편을 최대 45번의 듀티 사이클 동안 습한 환경에 노출시켰다.
시행 7에 대해, 시험 절취 시편을 비교 직접 냉경 주조 알루미늄 합금 시트로부터 절단하였다. 시험 절취 시편은 산성 에칭을 거쳐 결합용 표면을 가공하였다. 접착 촉진제로 알루미늄 합금 시트를 전처리하고 시험 절취 시편을 접착제로 결합시켜 결합을 수행하였다. 결합된 시험 절취 시편을 최대 45번의 듀티 사이클 동안 습한 환경에 노출시켰다.
알루미늄 합금 시트의 표면으로의 Mn 및 Cr의 제어된 확산이 이루어지는 예시적인 연속 주조 알루미늄 합금 시트는 우수한 결합 내구성을 보여주었고, 실패없이 45번의 시험 사이클을 견뎌냈다. Mg가 표면으로 확산된 비교 직접 냉경 주조 알루미늄 합금 시트는 결합 내구성의 저하를 나타냈다.
실시예 5: 다양한 에칭제로 에칭 후의 저항 스폿 용접(RSW) 전극 수명
AA5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 4개의 샘플을 직접 냉경 주조에 의해 제조하고 균질화, 열간 압연, 1.5 mm의 게이지로의 냉간 압연, 용체화 열처리, 공기 담금질, 및 4개의 상이한 에칭제를 사용한 에칭에 의해 가공처리하였다. 이용된 에칭제는 (i) 인산 및 황산의 혼합물(하기 표 3에서 용액 "A"로 지칭됨), (ii) 황산 및 불화암모늄의 혼합물(표 3에서 용액 "B"로 지칭됨), (iii) 황산 및 철(III) 설페이트 수화물의 혼합물(하기 표 3에서 용액 "C"로 지칭됨), 및 (iv) 수산화나트륨(하기 표 3에서 용액 "D"로 지칭됨)이었다. 서브표면으로부터 임의의 산화물 층을 제거하는 능력으로 인해 비교 대조군 에칭제로서 수산화나트륨(NaOH)을 이용하였다.
Figure 112020073456900-pct00005
도 15는 전술한 다양한 에칭제 용액에서 에칭 후에 알루미늄 합금 샘플을 용접하는 데 이용된 RSW 전극에 대한 RSW 전극 사용 수명을 나타낸 그래프이다. 특히 체류 시간이 적어도 20초일 때, 압연된 알루미늄 합금 제품에 존재하는 변형된 산화물 층을 완전히 제거하기 위해 당업계에 알려진 바와 같이 비교 대조군 에칭제로서 용액 D(NaOH)를 이용하였다(예를 들어, 표 3에서 에칭 15 및 16). 도 15의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 용액 A(인산과 황산의 혼합물(H3PO4/H2SO4))는 현재 산업계에서 요구되는 80번의 용접보다 큰 100번 용접의 RSW 전극 사용 수명을 제공하였다. 또한, 도 15의 예에서, H3PO4/H2SO4의 혼합물은 알루미늄 합금의 표면으로부터 약 83 μm의 깊이까지 연장되는 서브표면에 약 0.65의 P/Mg의 원자 농도비를 제공하였다. 용액 B(황산과 불화암모늄의 혼합물(H2SO4/NH4F))는 2초 동안 에칭될 때 80번 용접의 RSW 전극 사용 수명을 제공했지만, 에칭 체류 시간이 더 길어지면 전극 사용 수명의 손실을 초래하였다. 용액 C(황산 및 철(III) 설페이트 수화물의 혼합물(H2SO4/Fe2(SO4)3))는 열악한 성능을 나타내어 RSW 전극 사용 수명을 현저하게 감소시켰다. 따라서, P를 Mg 함유 서브표면에 포함시키면 RSW 전극 수명이 상당히 증가된다.
도 16은 수행된 각 에칭(표 3에서 에칭 1 내지 16)에 대한 에칭 중량(즉, 에칭 동안 알루미늄 합금의 표면으로부터 제거된 재료의 양)을 나타낸 그래프이다. 도 16의 그래프에서 알 수 있으며 전술한 바와 같이, 용액 D는 가장 큰 에칭 중량을 제공할 수 있어, 비교 용액으로서 이용되었다. 에칭 용액 A, B, 및 C 중에서, 용액 B는 가장 큰 에칭 중량을 제공하였고, 용액 A 및 C는 유사한 에칭 중량이지만 용액 B에 의해 제공된 것보다 작은 에칭 중량을 제공하였다. 도 15를 참조하면, 용액 B는 가장 큰 에칭 중량을 제공했지만(도 16 참조) RSW 전극 수명은 개선되지 않았다. 놀랍게도, 용액 A 및 C는 유사한 에칭 중량을 제공했지만 상당히 상이한 RSW 전극 수명을 제공하였다. 특히, 용액 A(P 함유)는 상당히 개선된 RSW 전극 수명을 제공하였고 용액 C는 RSW 전극 수명에 유해하였다. 따라서, 변형된 산화물 층만 단독으로 제거하면 RSW 전극 수명을 향상시키기에 불충분하다. 도 15 및 16에서 알 수 있는 바와 같이, 변형된 산화물 층의 일부의 제거 및 잔류 P 농도의 존재는 RSW 전극 수명을 향상시키기 위해 함께 작용할 수 있다.
도 17 내지 20은 전술한 알루미늄 합금 샘플의 표면 근처(예를 들어, 표면으로부터 5.0 μm의 깊이까지)의 Mg 함량에 대한 글로우 방전 광 방출 분광 분석(GDOES) 데이터를 나타낸 그래프이다. 도 17은 용액 A로 에칭된 알루미늄 합금 샘플의 벌크 내로 연장되는 Mg 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 18은 용액 B로 에칭된 알루미늄 합금 샘플의 벌크 내로 연장되는 Mg 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 도 19는 용액 C로 에칭된 알루미늄 합금 샘플의 벌크 내로 연장되는 Mg 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다.
도 20은 용액 D로 에칭된 알루미늄 합금 샘플의 벌크 내로 연장되는 Mg 함량에 대한 데이터를 도시하고 있다. 이론에 구속됨이 없이, 알루미늄 합금 샘플의 서브표면부 내에서 발견되는 Mg 농도는 RSW 전극 수명에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 놀랍게도, 알루미늄 합금 샘플이 용액 A(P 함유)로 에칭되면, 샘플이 알루미늄 합금의 서브표면 내에서 Mg의 농도를 함유하더라도 RSW 전극 수명이 상당히 개선되었다. 비교 용액 D(도 20)로 에칭된 알루미늄 합금 샘플은 알루미늄 합금의 표면 근처에서 Mg의 거의 완전한 제거를 나타내었고, 이는 또한 P 함유 화합물로 에칭한 후에 Mg 및/또는 Mg 함유 화합물(예를 들어, MgO)의 존재가 상당히 개선된 RSW 전극 수명을 제공함을 추가로 나타낸다.
또한, 도 19는 용액 C로 에칭된 알루미늄 합금 샘플에 대한 GDOES 데이터를 도시하고 있다. 도 19의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, Mg 및/또는 Mg 함유 화합물은 알루미늄 합금 샘플의 표면 근처에 존재하지만, 용액 C는 P를 함유하지 않았으며 RSW 전극 수명에 유해하였다(도 15 참조). 따라서, 에칭 용액에 P가 존재하지 않고 알루미늄 합금의 표면 근처에 Mg 및/또는 Mg 함유 화합물이 존재하면 RSW 전극 수명에 유해할 수 있다.
실시예 6: 다양한 에칭제로 에칭 후의 알루미늄 합금 표면 특성
일부 양태에서, 합금 원소 및/또는 합금 원소 산화물 입자 크기 및 형태는 알루미늄 합금 제품의 표면 특성에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 도 21, 22, 23, 및 24는 전술한 알루미늄 합금 샘플의 주사 전자 현미경(SEM) 현미경 사진을 나타낸다. 도 21a-d는 용액 A를 사용하여 에칭된 알루미늄 합금 샘플의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 21a 및 21b는 에칭 1(표 3 참조)로부터의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 21c 및 21d는 에칭 4로부터의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 21a 및 21c는 주사 전자 모드로부터의 현미경 사진이다. 도 21b 및 21d는 후방 산란 전자 모드로부터의 현미경 사진이다. 도 22a-d는 용액 B를 사용하여 에칭된 알루미늄 합금 샘플의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 22a 및 22b는 에칭 5로부터의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 22c 및 22d는 에칭 7로부터의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 22a 및 22c는 주사 전자 모드로부터의 현미경 사진이다. 도 22b 및 22d는 후방 산란 전자 모드로부터의 현미경 사진이다. 도 23a-d는 용액 C를 사용하여 에칭된 알루미늄 합금 샘플의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 23a 및 23b는 에칭 9로부터의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 23c 및 23d는 에칭 12로부터의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 23a 및 23c는 주사 전자 모드로부터의 현미경 사진이다. 도 23b 및 23d는 후방 산란 전자 모드로부터의 현미경 사진이다. 도 24a-d는 용액 D를 사용하여 에칭된 알루미늄 합금 샘플의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 24a 및 24b는 에칭 13으로부터의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 24c 및 24d는 에칭 16으로부터의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 도 24a 및 24c는 주사 전자 모드로부터의 현미경 사진이다. 도 24b 및 24d는 후방 산란 전자 모드로부터의 현미경 사진이다. 도 21 내지 24에서 알 수 있는 바와 같이, 용액 B(도 22)는 에칭 용액 A, B, 및 C(도 16 참조)의 가장 큰 에칭 중량을 제공하여, 감소된 양의 Mg 및/또는 Mg 함유 화합물 입자(도 21, 23, 및 24에서 밝은 점으로 표시됨)를 갖는 표면 및 감소된 변형된 산화물 층(도 21, 23, 및 24에서 더 어두운 회색 영역으로 표시됨)을 제공하였다.
1.1 mm 두께를 갖는 상업적으로 제조된 AA5182 알루미늄 합금 시트를 제조된 상태 그대로(알루미늄 합금 시트가 본원에 기술된 방법에 따라 에칭되지 않음을 의미) 사용하였다. 알루미늄 합금 시트는 RSW 시행을 거쳤다. 도 25에서, 패널 A는 구리 RSW 전극 팁을 나타낸다. 도 25의 예에서, 패널 A, MgO 입자(1105)는 RSW 전극 팁에 접착되었다. 도 25에서, 패널 B는 용접부의 현미경 사진을 나타내고, 도 25에서, 패널 C는 도 25, 패널 B의 고배율 이미지이다. 도 25에 도시된 바와 같이, 패널 C에서 어두운 영역(1110)은 알루미늄 합금 시트의 표면에서 또는 서브표면 내에 존재하는 MgO를 나타낸다. 도 25의 예에서, 패널 C의 Mg 함량은 6.9%였다. 제조된 그대로의 AA5182 알루미늄 합금은 4% 내지 5% Mg(예를 들어, 약 4.5% Mg)를 함유한다. 표면에서 또는 서브표면 내에서 6.9%의 Mg 함량은 가공처리 동안 알루미늄 합금의 벌크로부터 표면을 향한 Mg의 이동을 나타내며, 알루미늄 합금의 표면에 또는 서브표면 내에 바람직하지 않은 양의 MgO를 제공한다. 따라서, RSW 시행 동안, MgO 입자는 RSW 전극 팁에 접착되었다. 이러한 MgO 입자 픽업은 RSW 전극 수명을 크게 감소시킬 수 있다. 따라서, 본원에 기술된 방법에 따라 알루미늄 합금 시트의 표면을 에칭 및/또는 세정하면, 알루미늄 합금의 표면 또는 서브표면으로부터 MgO를 제거하고, 전술한 바와 같이 Mg-P 화합물을 형성하고, RSW 전극에 의해 MgO 픽업을 제거하고, RSW 전극의 수명을 증가시킬 수 있다.
도 26은 전술한 바와 같이 제조된 알루미늄 합금 샘플의 황색도(YI)를 나타낸 그래프이다. 전술한 바와 같이, YI는 알루미늄 합금의 표면에 Mg 및/또는 Mg 함유 화합물(예를 들어, MgO)의 존재를 나타낼 수 있다. 유의미한 YI의 부족은 점선으로 표시된다(예를 들어, 약 1 미만의 YI). 비교 용액 D를 사용하여 에칭된(예를 들어, 가장 큰 에칭 중량을 제공하는) 알루미늄 합금 샘플은, 특히 에칭 체류 시간이 20초보다 큰 경우에, 매우 낮은 YI를 나타냈다(예를 들어, 에칭 14, 15, 및 16, 표 3 참조). 매우 낮은 YI는 알루미늄 합금의 표면에서 무시할만한 농도의 Mg 또는 Mg 함유 화합물을 나타낸다. 또한, 용액 B를 사용하여 에칭된(예를 들어, 예시적인 에칭 용액(용액 A, B, 및 C)의 가장 큰 에칭 중량을 제공하는) 알루미늄 합금 샘플은 낮은 YI를 나타내었고, 이는 알루미늄 합금 샘플의 표면으로부터 Mg 및/또는 Mg 함유 화합물의 상당한 제거를 나타낸다. 용액 A 및 C를 사용하여 에칭된(예를 들어, 낮은 에칭 중량을 제공하는) 알루미늄 합금 샘플은 각 샘플에 대해 더 큰 YI를 나타내었고, 이는 용액 B 및 D를 사용하여 에칭된 알루미늄 합금 샘플보다 더 큰 Mg 및/또는 Mg 함유 화합물 농도를 나타낸다. 놀랍게도, 용액 A를 사용하여 에칭된 알루미늄 합금 샘플은 알루미늄 합금 샘플의 표면에서 상당한 Mg 및/또는 Mg 함유 화합물 농도를 가지면서 상당히 개선된 RSW 전극 수명을 제공하였다. 또한, 에칭 참조 번호 1로부터 에칭 참조 번호 2로 YI의 증가가 관찰되었고(예를 들어, "역효과"가 관찰됨), 이는 에칭 절차가 추가적인 Mg를 합금 표면에 노출시켜 이에 따라 일단 노출되면 추가적인 Mg를 산화시킨다는 것을 나타낸다. 추가적인 Mg는 Mg 농후 서브표면에 기인할 수 있다. 놀랍게도, 용액 C를 사용하여 에칭된 알루미늄 합금 샘플은 용액 A를 사용하여 에칭된 알루미늄 합금 샘플과 유사한 YI를 나타낼 때 RSW 전극 수명에 유해한 영향을 나타냈다. 따라서, 잔류 P가 유지될 수 있는 P 함유 화합물로 에칭함으로써, 더 낮은 에칭 중량에 의해 Mg 및/또는 Mg 함유 화합물의 농도를 알루미늄 합금의 서브표면 내에 유지시킬 수 있는 최적화된 표면 화학적 성질(chemistry)이 생성되어, 상당히 개선된 RSW 전극 수명을 제공하였다. 모든 샘플에 대한 YI의 표준 편차는 평균 YI의 1.5% 미만이었다.
도 27은 전술한 바와 같이 제조된 알루미늄 합금 샘플의 표면 거칠기를 나타낸 그래프이다. 용액 A 및 C를 사용하여 에칭된(예를 들어, 낮은 에칭 중량을 제공하는) 알루미늄 합금 샘플은 각 샘플에 대한 에칭 시간이 증가하면서 표면 거칠기의 무시할 정도의 변화를 나타내었고, 이는 용액 B 및 D를 사용하여 에칭된 알루미늄 합금 샘플과 비교할 때 에칭 시간과 상관없이 보다 균일한 에칭(즉, 표면 재료의 보다 균일한 제거)을 나타낸다. 놀랍게도, 용액 A를 사용하여 에칭된 알루미늄 합금 샘플은 용액 B 및 D, 특히 에칭 참조 번호 8, 14, 15, 및 16을 사용하여 에칭된 알루미늄 합금 샘플에 비해 표면 거칠기가 낮으면서도 현저하게 개선된 RSW 전극 수명을 제공하였다.
위에서 인용된 모든 특허, 특허 출원, 공개, 및 초록은 그 전체가 본원에 참고로 원용되어 포함된다. 본 발명의 다양한 구현예는 본 발명의 다양한 목적 달성을 위해 설명되었다. 이러한 구현예는 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것으로 이해해야 한다. 이들의 다수의 변형 및 개조는 다음의 청구범위에서 정의된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.

Claims (40)

  1. 알루미늄 합금 제품으로서,
    이주 원소(migrant element);
    상기 이주 원소의 농도를 갖는 서브표면부; 및
    상기 이주 원소의 농도를 갖는 벌크부를 포함하고,
    상기 알루미늄 합금 제품은 1.5 내지 4.0 이하의 농축비를 포함하고, 상기 농축비는 상기 서브표면부에서의 이주 원소의 피크 원자 농도 대 상기 벌크부에서의 이주 원소의 벌크 원자 농도의 비율이고,
    상기 이주 원소는 Mg 및 Si 를 포함하고,
    상기 알루미늄 합금 제품은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 2xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하며,
    상기 서브표면부는 상기 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 5 μm의 깊이까지의 영역을 포함하는,
    알루미늄 합금 제품.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 서브표면부는 상기 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 2 μm의 깊이까지의 영역을 포함하는, 알루미늄 합금 제품.
  5. 제1항에 있어서, 상기 농축비는 2.0 이하인, 알루미늄 합금 제품.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법으로서,
    이주 원소를 포함하는 알루미늄 합금을 주조하여 주조 알루미늄 합금 물품을 제조하는 단계;
    상기 주조 알루미늄 합금 물품을 압연하여 압연된 알루미늄 합금 물품을 제공하는 단계; 및
    상기 압연된 알루미늄 합금 물품을 열처리하여 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 이주 원소는 상기 알루미늄 합금 제품의 서브표면부 및 벌크부 내에 분포되어 1.5 내지 4.0 이하의 농축비를 제공하고, 상기 농축비는 상기 서브표면부에서의 이주 원소의 피크 원자 농도 대 상기 벌크부에서의 이주 원소의 벌크 원자 농도의 비율이고,
    상기 이주 원소는 Mg 및 Si를 포함하고,
    상기 알루미늄 합금 제품은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 2xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하며,
    상기 서브표면부는 상기 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 5 μm의 깊이까지의 영역을 포함하는,
    알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 압연하는 단계는 200℃ 내지 550℃의 온도에서 수행되는, 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 열처리하는 단계는 400℃ 내지 580℃의 온도에서 수행되는, 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 열처리하는 단계는 120초 이하 동안 수행되는, 방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 주조 알루미늄 합금 제품을 전처리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전처리하는 단계는 상기 주조 알루미늄 합금 제품의 표면을 세정하고, 상기 주조 알루미늄 합금 제품의 표면을 에칭하고, 상기 주조 알루미늄 합금 제품의 표면에 전처리제를 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 전처리하는 단계는 상기 열처리하는 단계 후에 수행되는, 방법.
  16. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 주조는 직접 냉경 주조를 포함하는, 방법.
  17. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 주조는 연속 주조를 포함하는, 방법.
  18. 알루미늄 합금 제품으로서,
    이주 원소의 원자 농도를 갖는 서브표면부; 및
    상기 이주 원소의 원자 농도를 갖는 벌크부를 포함하고,
    상기 서브표면부에서의 이주 원소의 농도는 상기 벌크부에서의 이주 원소의 농도보다 높고,
    상기 이주 원소는 Mn, Cr, 및/또는 Fe을 포함하고,
    상기 알루미늄 합금 제품은 이주 원소 Mn, Cr, 및/또는 Fe에 대해서 4.1 이상의 농축비를 포함하며, 상기 농축비는 상기 서브표면부에서의 이주 원소의 피크 원자 농도 대 상기 벌크부에서의 이주 원소의 벌크 원자 농도의 비율이고,
    상기 알루미늄 합금 제품은 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하며,
    상기 서브표면부는 상기 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 0.01μm 부터 5 μm의 깊이까지의 영역을 포함하는,
    알루미늄 합금 제품.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 서브표면부 및 벌크부를 포함하는 알루미늄 합금 제품으로서, 상기 서브표면부는 P를 포함하고,
    상기 P는 원소 P, 오산화 인, 삼산화 인, 일산화 인, 또는 사산화 이인 중 적어도 하나로서 상기 서브표면부 내에 존재하며,
    상기 서브표면부는 2 원자% 내지 5 원자%의 양으로 P를 포함하고,
    상기 알루미늄 합금 제품은 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하고,
    상기 서브표면부는 상기 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 150 μm의 깊이까지의 영역을 포함하는,
    알루미늄 합금 제품.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제21항에 있어서, 상기 서브표면부는 상기 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 83 μm의 깊이까지의 영역을 포함하는, 알루미늄 합금 제품.
  26. 제21항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품은 15보다 큰 황색도를 포함하는, 알루미늄 합금 제품.
  27. 제26항에 있어서, 상기 황색도는 20보다 큰, 알루미늄 합금 제품.
  28. 알루미늄 합금 제품의 표면을 처리하는 방법으로서,
    서브표면부 및 벌크부를 갖는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계; 및
    상기 알루미늄 합금 제품의 표면을 P 함유 화합물을 포함하는 에칭 용액으로 에칭하는 단계를 포함하고,
    상기 P는 원소 P, 오산화 인, 삼산화 인, 일산화 인, 또는 사산화 이인 중 적어도 하나로서 상기 서브표면부 내에 존재하며,
    상기 P 함유 화합물은 인산, 포스폰산, 포스핀산, 및 이들의 조합을 포함하며,
    상기 에칭 용액은 인산 및 황산을 포함하고,
    상기 인산 대 황산의 비는 3 내지 5이며,
    상기 제공하는 단계는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 서브표면부는 상기 알루미늄 합금 제품의 표면으로부터 150 μm의 깊이까지의 영역을 포함하는,
    알루미늄 합금 제품의 표면을 처리하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제공하는 단계는 적어도 0.001 중량% Mg를 포함하는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제공하는 단계는 0.001 중량% 내지 10 중량% Mg를 포함하는 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품의 표면을 에칭하는 단계는 상기 알루미늄 합금 제품의 표면 상에 Mg를 노출시키는 단계인, 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 Mg를 노출시키는 단계는 인산 마그네슘, 인화 마그네슘, 아인산 마그네슘, 또는 이들의 임의의 조합을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 인산 마그네슘, 인화 마그네슘, 아인산 마그네슘, 또는 이들의 임의의 조합을 형성하는 단계는 0.001 내지 10의 P 대 Mg의 원자 농도비를 상기 서브표면부에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  40. 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되는 알루미늄 합금 제품으로서, 상기 알루미늄 합금 제품은 자동차 차체 부품을 포함하는, 알루미늄 합금 제품.
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