KR20110111486A - 알루미늄 합금, 알루미늄 합금 제품 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
장식적 형태 주조 제품 및 이의 제조 방법이 기재된다. 하나의 실시양태에서, 상기 장식적 형태 주조 제품은 Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금으로부터 맞춤형 마이크로구조로 제조되어, 적절한 마감 및 기계적 특성을 갖는 양극산화 처리된 장식적 형태 주조 제품의 제조를 용이하게 한다.
Description
본 발명은 알루미늄 합금, 알루미늄 합금 제품 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
관련 출원과의 상호 참조
본원은 아래 미국 특허 출원을 우선권으로 주장하며, 이들을 그 전체로 본원에 참고로 인용한다: (1) 미국 임시 특허 출원 제 61/145,416 호(출원일: 2009년 1월 16일), "소비자 가전제품용 알루미늄 합금"; (2) 미국 임시 특허 출원 제 61/160,631 호(출원일: 2009년 3월 16일), "소비자 가전용 알루미늄 합금"; (3) 미국 임시 특허 출원 제 61/187,183 호(출원일: 2009년 6월 15일), "소비자 가전제품용 알루미늄 합금"; (4) 미국 임시 특허 출원 제 61/269,660 호(출원일: 2009년 6월 26일), "소비자 가전제품용 알루미늄 합금, 및 이의 제조를 위한 방법, 시스템 및 장치"; (5) 미국 임시 특허 출원 제 61/221,943 호(출원일: 2009년 6월 30일), "다이-캐스팅 방법"; 및 (6) 미국 비-임시 특허 출원 제 호(출원일: 2010년 1월 12일), "알루미늄 합금, 알루미늄 합금 제품 및 이의 제조 방법".
소비자 가전 제품 등의 소비자 제품에 대한 외양은 상업성을 가지도록 다양한 기준을 만족해야 한다. 이들 기준 중에 특히 내구성 및 시각적 외관이 있다. 가시적으로 호소하는 경량의 내구성 외양이 소비자 제품 용도에 유용할 것이다.
본 발명은 크게 소비자 제품용 알루미늄 합금, 이러한 알루미늄 합금을 함유하는 소비자 제품, 및 이의 제조를 위한 방법, 시스템 및 장치에 관한 것이다. 이러한 알루미늄 합금은 소비자 제품의 외양(예컨대, 휴대용 전자 장치 커버)로 사용될 수 있다. 이러한 소비자 제품은, 적어도 부분적으로는 본원에 개시되는 고유의 합금, 캐스팅 공정 및/또는 마감처리 공정으로 인해 외양, 내구성 및/또는 휴대성의 고유의 조합을 구현할 수 있다. 실제로, 본원에 기재되는 Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금은, 적어도 부분적으로는 고 휘도 및/또는 저 회색도를 갖고, 양극산화(anodizing) 조건 하에서, 적어도 가시적으로 매력적인 형태 주조 제품의 제조를 용이하게 하는 소비자 제품을 제공하는 데 도움이 된다. 또한, 이들 합금은, 이하에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 소비자 제품 용도에 사용하는 데 적합한 주조된 상태의 기계적 특성(F 템퍼), 주조성 및 양극산화성의 양호한 조합을 갖는다. 캐스팅 공정은 가시적으로 명확한 표면 결함을 거의 또는 전혀 갖지 않는 형태 주조 합금의 제조를 용이하게 한다. 마감처리 공정은 다른 특성들 중에서도 특히 내구성, UV 저항성 및 내마모성인 장식적 형태 주조 제품을 제조할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 형태 주조 제품의 제조 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 2a는 알루미늄 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버의 한 실시양태의 개략적인 상부 투시도이다.
도 2b는 알루미늄 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버의 한 실시양태의 개략적인 하부 투시도이다.
도 2c는 도 2b의 휴대용 전자 장치 폰 커버의 일부 확대도로서, 공칭 벽 두께를 예시하고 있다.
도 2d는 상이한 색상의 시야면을 갖는 휴대용 전자 장치 커버의 한 실시양태의 상부 투시도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 장식적 형태 주조 제품의 제조 방법의 한 실시양태를 예시한 흐름도이다.
도 3b는 도 3a의 방법의 일부 실시양태에 따라 선택될 수 있는 장식적 형태 주조 제품 특성의 일부를 예시한 흐름도이다.
도 3c는 도 3a의 방법의 일부 실시양태에 따라 선택될 수 있는 장식적 형태 주조 제품의 다양한 공칭 벽 두께를 예시한 흐름도이다.
도 3d는 도 3a의 방법의 일부 실시양태에 따른 장식적 형태 주조 제품의 제조에 선택될 수 있는 캐스팅 공정의 일부를 예시한 흐름도이다.
도 3e는 도 3a의 방법의 일부 실시양태에 따른 장식적 형태 주조 제품에 선택될 수 있는 마감 특성의 일부를 예시한 흐름도이다.
도 3f는 도 3a의 방법의 일부 실시양태에 따른 특정 합금 및 마이크로구조의 선택을 예시한 흐름도이다.
도 3g는 도 3a의 방법에 따른 적층 마이크로구조를 갖는 장식적 형태 주조 제품의 제조 방법의 한 실시양태를 예시한 흐름도이다.
도 3h는 도 3a의 방법에 따른 균질한 마이크로구조를 갖는 장식적 형태 주조 제품의 제조 방법의 한 실시양태를 예시한 흐름도이다.
도 4a는 2원 Al-Ni 시스템에 대한 상평형도이다.
도 4b는 3원 Al-Ni-Mn 시스템에 대한 액상 상태도이다.
도 5a는 형태 주조 제품의 적층 마이크로구조의 한 실시양태의 개략적인 횡단면도이다.
도 5b는 형태 주조 제품의 균질한 마이크로구조의 한 실시양태의 개략적인 횡단면도이다.
도 6a는, 약 6.9 중량% Ni, 2.9 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 마이크로구조를 예시한 현미경 사진이다.
도 6b는, 약 4 중량% Ni, 2 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 마이크로구조를 예시한 현미경 사진이다.
도 6c는, 약 1 중량% Ni, 2 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 마이크로구조를 예시한 현미경 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 장식적 형태 주조 제품을 제조하는 데 사용될 수 있는 일부 캐스팅 합금을 예시한 도표이다.
도 8a는, 약 6.9 중량% Ni, 2.9 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 양극산화 처리된 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 8b는, 약 4 중량% Ni, 2 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 한 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 8c는, 약 1 중량% Ni, 2 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 한 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 8d는, 약 6.5 중량% Ni, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 한 Al-Ni 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 8e는 비균일한 옥사이드 층을 갖는 Al-Si A380 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 다이 캐스팅 공정용 스틸로 제조된 이젝터 다이 인서트 및 커버 다이 인서트의 사진을 포함한다.
도 10은 이젝터 다이 인서트의 CAD 도면 및 본 발명에 다른 다이 캐스팅 공정용 다이 프레임에 장착된 상기 이젝터 다이 인서트의 CAD 도면이다.
도 11은 본 발명의 한 실시양태에 다른 형태 주조 제품의 제조 방법의 한 실시양태를 예시한 흐름도이다.
도 11a 내지 11i는 본 발명의 한 실시양태에 따른 형태 주조 제품을 제조하기 위한 공정 흐름을 예시한 개략도이다.
도 12a는 본 발명에 따른 팬 게이트(fan gate) 구성요소의 한 실시양태의 투시도이다.
도 12b는, 게이트 랜드(gate land)를 갖는, 도 12a의 팬 게이트 구성요소의 측면 횡단면도이다.
도 12c는 게이트 랜드를 갖지 않는 팬 게이트 구성요소의 또 다른 실시양태의 측면 횡단면도이다.
도 13a 내지 13c는 각각, 본 발명의 한 실시양태에 다른 팬 게이트 구성요소를 사용하여 제조된, 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버의 상부, 투시 및 측면 사진이다.
도 14a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 팬 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 폰 커버의 사진이다.
도 14b는 도 14a의 휴대용 전자 장치 커버를 다이 캐스팅하는 데 사용된 팬 게이트 구성요소의 CAD 도면이다.
도 15a는 본 발명에 따른 접촉형 게이트 구성요소의 한 실시양태의 투시도이다.
도 15b는, 게이트 랜드를 갖는, 도 15a의 접촉형 게이트 구성요소의 측면 횡단면도이다.
도 15c는 게이트 랜드를 갖지 않는 접촉형 게이트 구성요소의 또 다른 실시양태의 측면 횡단면도이다.
도 16a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버의 사진이다.
도 16b는 도 16a의 휴대용 전자 장치 커버를 주조하는 데 사용된 접촉형 게이트 구성요소의 CAD 도면이다.
도 17a는 본 발명에 따른 형태 주조 공정용 부분 팬 게이트 구성요소의 한 실시양태의 도면이다.
도 17b는 본 발명에 따른 형태 주조 공정용 접촉형 게이트 구성요소의 한 실시양태의 도면이다.
도 18a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 형태 주조 제품을 제조하기 위한 와류형 게이트 구성요소의 한 실시양태의 도면이다.
도 18b는 본 발명의 한 실시양태에 따른 형태 주조 제품을 제조하기 위한 와류형 게이트 구성요소의 또 다른 실시양태의 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 형태 주조 제품을 캐스팅하기 위한 접촉형 게이트 구성요소의 측면 횡단면도이다.
도 20a는 게이트 영역 가까이에 가시적으로 명백한 표면 결함(흐름 선)을 갖는 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버의 사진이다.
도 20b는 벤트 구역 가까이에 가시적으로 명백한 표면 결함(어두운 얼룩무늬의 탈색)을 갖는 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버의 사진이다.
도 21a 내지 21b는 각각, 게이트 영역 가까이에 가시적으로 명백한 표면 결함(혜성 꼬리)을 갖는 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버의 광학 현미경 사진 및 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 22a 내지 22b는 각각, 본 발명에 따른 팬 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 현미경 사진이다.
도 22c 및 22d는 각각, 본 발명에 따른 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 사진이다.
도 22e 및 22f는 각각, 본 발명에 따른 팬 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 사진이다.
도 22g 및 22h는 각각, 본 발명에 따른 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 사진이다.
도 23은 본 발명에 따른 유용한 다양한 마감처리 공정의 한 실시양태를 예시한 도표이다.
도 24는 본 발명에 따른 유용한 다양한 표면 제조 공정의 한 실시양태를 예시한 도표이다.
도 25는 본 발명에 따른 유용한 다양한 양극산화 처리 공정의 한 실시양태를 예시한 도표이다.
도 26은 본 발명에 따른 유용한 다양한 착색 공정의 한 실시양태를 예시한 도표이다.
도 27은 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 사진이다.
도 28은, 유리 비드로 블라스팅(blasting) 처리한 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 사진이다.
도 29는, 균일한 옥사이드 층을 갖는, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 양극산화 처리된 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 30a는, 양극산화 및 염색 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 사진이다.
도 30b는, 양극산화 및 염색 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 사진이다.
도 31a는, 균일한 옥사이드 층을 갖는, 양극산화 및 연마 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 31b는, 균일한 옥사이드 층을 갖는, 양극산화 및 연마 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 32는 다양한 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 다양한 현미경 사진을 나타낸다.
도 33은 본 발명에 따른 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 두 개의 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버의 사진이다.
도 34는 두 개의 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 예시한 사진으로서, 하나는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 것이고 다른 하나는 종래의 A380 합금으로 제조된 것이다.
도 35는, 밝은 표면을 갖는, 양극산화 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 36은, 화학 에칭, 양극산화 및 염색 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 37은, 양극산화 및 규소 중합체 코팅 도포 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 38은, 마블무늬 마감(marbled finish)을 갖는, 양극산화 및 염색 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 두꺼운 벽을 가진 형태 주조 자동차 부품을 나타낸 사진이다.
도 39a는, 디그리싱(degreasing) 및 양극산화 후, 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 Al-Ni 합금 및 다이 캐스팅으로부터 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 39b는, 디그리싱 및 양극산화 후, 팬 게이트 구성요소를 사용하여 Al-Ni 합금 및 다이 캐스팅으로부터 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 40a는, 디그리싱, 양극산화 및 착색 후, 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 Al-Ni 합금 및 다이 캐스팅으로부터 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 40b는, 디그리싱, 양극산화 및 착색 후, 팬 게이트 구성요소를 사용하여 Al-Ni 합금 및 다이 캐스팅으로부터 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 41a는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 예시한 사진으로서, 여기서 마감처리 방법은 질감처리(texturizing), 화학적 연마, 양극산화, 염색 및 밀봉을 포함한다.
도 41b는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 예시한 사진으로서, 여기서 마감처리 방법은 화학적 에칭, 기계적 연마, 질감처리, 화학적 연마, 양극산화, 염색 및 밀봉을 포함한다.
도 42a는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 예시한 사진으로서, 여기서 마감처리 방법은 기계적 연마, 양극산화 및 코팅을 포함한다.
도 42b는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 예시한 사진으로서, 여기서 마감처리 방법은 화학적 에칭, 기계적 연마, 양극산화 및 코팅을 포함한다.
도 43a는, 양극산화 및 밀봉 후, A380 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 43b는, 양극산화 및 밀봉 후, Al-Ni 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 2a는 알루미늄 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버의 한 실시양태의 개략적인 상부 투시도이다.
도 2b는 알루미늄 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버의 한 실시양태의 개략적인 하부 투시도이다.
도 2c는 도 2b의 휴대용 전자 장치 폰 커버의 일부 확대도로서, 공칭 벽 두께를 예시하고 있다.
도 2d는 상이한 색상의 시야면을 갖는 휴대용 전자 장치 커버의 한 실시양태의 상부 투시도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 장식적 형태 주조 제품의 제조 방법의 한 실시양태를 예시한 흐름도이다.
도 3b는 도 3a의 방법의 일부 실시양태에 따라 선택될 수 있는 장식적 형태 주조 제품 특성의 일부를 예시한 흐름도이다.
도 3c는 도 3a의 방법의 일부 실시양태에 따라 선택될 수 있는 장식적 형태 주조 제품의 다양한 공칭 벽 두께를 예시한 흐름도이다.
도 3d는 도 3a의 방법의 일부 실시양태에 따른 장식적 형태 주조 제품의 제조에 선택될 수 있는 캐스팅 공정의 일부를 예시한 흐름도이다.
도 3e는 도 3a의 방법의 일부 실시양태에 따른 장식적 형태 주조 제품에 선택될 수 있는 마감 특성의 일부를 예시한 흐름도이다.
도 3f는 도 3a의 방법의 일부 실시양태에 따른 특정 합금 및 마이크로구조의 선택을 예시한 흐름도이다.
도 3g는 도 3a의 방법에 따른 적층 마이크로구조를 갖는 장식적 형태 주조 제품의 제조 방법의 한 실시양태를 예시한 흐름도이다.
도 3h는 도 3a의 방법에 따른 균질한 마이크로구조를 갖는 장식적 형태 주조 제품의 제조 방법의 한 실시양태를 예시한 흐름도이다.
도 4a는 2원 Al-Ni 시스템에 대한 상평형도이다.
도 4b는 3원 Al-Ni-Mn 시스템에 대한 액상 상태도이다.
도 5a는 형태 주조 제품의 적층 마이크로구조의 한 실시양태의 개략적인 횡단면도이다.
도 5b는 형태 주조 제품의 균질한 마이크로구조의 한 실시양태의 개략적인 횡단면도이다.
도 6a는, 약 6.9 중량% Ni, 2.9 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 마이크로구조를 예시한 현미경 사진이다.
도 6b는, 약 4 중량% Ni, 2 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 마이크로구조를 예시한 현미경 사진이다.
도 6c는, 약 1 중량% Ni, 2 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 마이크로구조를 예시한 현미경 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 장식적 형태 주조 제품을 제조하는 데 사용될 수 있는 일부 캐스팅 합금을 예시한 도표이다.
도 8a는, 약 6.9 중량% Ni, 2.9 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 양극산화 처리된 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 8b는, 약 4 중량% Ni, 2 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 한 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 8c는, 약 1 중량% Ni, 2 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 한 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 8d는, 약 6.5 중량% Ni, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유하는, 본 발명에 따라 제조된 한 Al-Ni 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 8e는 비균일한 옥사이드 층을 갖는 Al-Si A380 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 다이 캐스팅 공정용 스틸로 제조된 이젝터 다이 인서트 및 커버 다이 인서트의 사진을 포함한다.
도 10은 이젝터 다이 인서트의 CAD 도면 및 본 발명에 다른 다이 캐스팅 공정용 다이 프레임에 장착된 상기 이젝터 다이 인서트의 CAD 도면이다.
도 11은 본 발명의 한 실시양태에 다른 형태 주조 제품의 제조 방법의 한 실시양태를 예시한 흐름도이다.
도 11a 내지 11i는 본 발명의 한 실시양태에 따른 형태 주조 제품을 제조하기 위한 공정 흐름을 예시한 개략도이다.
도 12a는 본 발명에 따른 팬 게이트(fan gate) 구성요소의 한 실시양태의 투시도이다.
도 12b는, 게이트 랜드(gate land)를 갖는, 도 12a의 팬 게이트 구성요소의 측면 횡단면도이다.
도 12c는 게이트 랜드를 갖지 않는 팬 게이트 구성요소의 또 다른 실시양태의 측면 횡단면도이다.
도 13a 내지 13c는 각각, 본 발명의 한 실시양태에 다른 팬 게이트 구성요소를 사용하여 제조된, 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버의 상부, 투시 및 측면 사진이다.
도 14a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 팬 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 폰 커버의 사진이다.
도 14b는 도 14a의 휴대용 전자 장치 커버를 다이 캐스팅하는 데 사용된 팬 게이트 구성요소의 CAD 도면이다.
도 15a는 본 발명에 따른 접촉형 게이트 구성요소의 한 실시양태의 투시도이다.
도 15b는, 게이트 랜드를 갖는, 도 15a의 접촉형 게이트 구성요소의 측면 횡단면도이다.
도 15c는 게이트 랜드를 갖지 않는 접촉형 게이트 구성요소의 또 다른 실시양태의 측면 횡단면도이다.
도 16a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버의 사진이다.
도 16b는 도 16a의 휴대용 전자 장치 커버를 주조하는 데 사용된 접촉형 게이트 구성요소의 CAD 도면이다.
도 17a는 본 발명에 따른 형태 주조 공정용 부분 팬 게이트 구성요소의 한 실시양태의 도면이다.
도 17b는 본 발명에 따른 형태 주조 공정용 접촉형 게이트 구성요소의 한 실시양태의 도면이다.
도 18a는 본 발명의 한 실시양태에 따른 형태 주조 제품을 제조하기 위한 와류형 게이트 구성요소의 한 실시양태의 도면이다.
도 18b는 본 발명의 한 실시양태에 따른 형태 주조 제품을 제조하기 위한 와류형 게이트 구성요소의 또 다른 실시양태의 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 형태 주조 제품을 캐스팅하기 위한 접촉형 게이트 구성요소의 측면 횡단면도이다.
도 20a는 게이트 영역 가까이에 가시적으로 명백한 표면 결함(흐름 선)을 갖는 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버의 사진이다.
도 20b는 벤트 구역 가까이에 가시적으로 명백한 표면 결함(어두운 얼룩무늬의 탈색)을 갖는 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버의 사진이다.
도 21a 내지 21b는 각각, 게이트 영역 가까이에 가시적으로 명백한 표면 결함(혜성 꼬리)을 갖는 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버의 광학 현미경 사진 및 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 22a 내지 22b는 각각, 본 발명에 따른 팬 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 현미경 사진이다.
도 22c 및 22d는 각각, 본 발명에 따른 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 사진이다.
도 22e 및 22f는 각각, 본 발명에 따른 팬 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 사진이다.
도 22g 및 22h는 각각, 본 발명에 따른 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 사진이다.
도 23은 본 발명에 따른 유용한 다양한 마감처리 공정의 한 실시양태를 예시한 도표이다.
도 24는 본 발명에 따른 유용한 다양한 표면 제조 공정의 한 실시양태를 예시한 도표이다.
도 25는 본 발명에 따른 유용한 다양한 양극산화 처리 공정의 한 실시양태를 예시한 도표이다.
도 26은 본 발명에 따른 유용한 다양한 착색 공정의 한 실시양태를 예시한 도표이다.
도 27은 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 사진이다.
도 28은, 유리 비드로 블라스팅(blasting) 처리한 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 사진이다.
도 29는, 균일한 옥사이드 층을 갖는, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 양극산화 처리된 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 30a는, 양극산화 및 염색 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 사진이다.
도 30b는, 양극산화 및 염색 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 사진이다.
도 31a는, 균일한 옥사이드 층을 갖는, 양극산화 및 연마 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 31b는, 균일한 옥사이드 층을 갖는, 양극산화 및 연마 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 현미경 사진이다.
도 32는 다양한 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 다양한 현미경 사진을 나타낸다.
도 33은 본 발명에 따른 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 두 개의 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버의 사진이다.
도 34는 두 개의 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 예시한 사진으로서, 하나는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 것이고 다른 하나는 종래의 A380 합금으로 제조된 것이다.
도 35는, 밝은 표면을 갖는, 양극산화 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 36은, 화학 에칭, 양극산화 및 염색 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 37은, 양극산화 및 규소 중합체 코팅 도포 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 38은, 마블무늬 마감(marbled finish)을 갖는, 양극산화 및 염색 후, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 두꺼운 벽을 가진 형태 주조 자동차 부품을 나타낸 사진이다.
도 39a는, 디그리싱(degreasing) 및 양극산화 후, 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 Al-Ni 합금 및 다이 캐스팅으로부터 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 39b는, 디그리싱 및 양극산화 후, 팬 게이트 구성요소를 사용하여 Al-Ni 합금 및 다이 캐스팅으로부터 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 40a는, 디그리싱, 양극산화 및 착색 후, 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 Al-Ni 합금 및 다이 캐스팅으로부터 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 40b는, 디그리싱, 양극산화 및 착색 후, 팬 게이트 구성요소를 사용하여 Al-Ni 합금 및 다이 캐스팅으로부터 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 41a는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 예시한 사진으로서, 여기서 마감처리 방법은 질감처리(texturizing), 화학적 연마, 양극산화, 염색 및 밀봉을 포함한다.
도 41b는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 예시한 사진으로서, 여기서 마감처리 방법은 화학적 에칭, 기계적 연마, 질감처리, 화학적 연마, 양극산화, 염색 및 밀봉을 포함한다.
도 42a는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 예시한 사진으로서, 여기서 마감처리 방법은 기계적 연마, 양극산화 및 코팅을 포함한다.
도 42b는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 예시한 사진으로서, 여기서 마감처리 방법은 화학적 에칭, 기계적 연마, 양극산화 및 코팅을 포함한다.
도 43a는, 양극산화 및 밀봉 후, A380 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
도 43b는, 양극산화 및 밀봉 후, Al-Ni 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버를 나타낸 사진이다.
이하에서는 적어도 부분적으로 본 발명의 다양한 관련된 특징들을 나타내는 첨부 도면을 참조한다. 장식적 형태 주조 제품의 제조 방법 중 하나의 실시양태를 도 1에 나타내었다. 예시된 실시양태에서, 상기 방법은 합금을 제조하는 단계(110), 상기 합금을 형태 주조하여 형태 주조 제품을 제조하는 단계(120) 및 상기 형태 주조 제품을 마감처리하여(130) 장식적 형태 주조 제품을 형성하는 단계를 포함한다.
A. 형태 주조 제품
형태 주조 제품은, 알루미늄 합금 캐스팅 공정 후에, 그의 최종 또는 거의 최종 제품 형태를 달성하는 제품이다. 캐스팅 후 일부 기계가공이 필요한 경우, 형태 주조 제품은 거의 최종 형태로 존재한다. 정의에 의하면, 형태 주조 제품은, 일반적으로 그의 최종 제품 형태를 달성하기 위해 캐스팅 후에 열간 및/또는 냉간 작업을 필요로 하는 단조 제품은 배제한다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 형태 주조 제품은, 임의의 적절한 캐스팅 공정, 예컨대 다른 무엇보다도 다이 캐스팅 및 영구적 몰드 캐스팅 공정을 통해 제조될 수 있다.
하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 "얇은 벽의" 형태 주조 제품이다. 이러한 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 1.0 밀리미터 이하의 공칭 벽 두께를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 0.99 mm 이하의 공칭 벽 두께를 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 0.95 mm 이하의 공칭 벽 두께를 갖는다. 다른 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 0.9 mm 이하, 또는 약 0.85 mm 이하, 또는 약 0.8 mm 이하, 또는 약 0.75 mm 이하, 또는 약 0.7 mm 이하, 또는 약 0.65 mm 이하, 또는 약 0.6 mm 이하, 또는 약 0.55 mm 이하, 또는 약 0.5 mm 이하, 또는 심지어 그 미만의 공칭 벽 두께를 갖는다.
형태 주조 제품의 공칭 벽 두께는 형태 주조 제품의 벽의 우세한 두께이고, 다이로부터 부분 방출이 허용되는 보스(boss), 립(rib), 웨브(web) 또는 드래프트(draft)와 같은 임의의 장식적인 또는 지지체 특징은 포함되지 않는다. 예를 들어, 도 2a 내지 2c에 도시된 바와 같이, 휴대용 전자 장치 커버(200)는 의도된 시야면(204) 및 내부 표면(206)을 갖는 몸체(202)를 갖는다. 의도된 시야면, 예컨대 도 2a 내지 2c에 도시된 표면(204)은 제품의 통상적인 사용 중에 소비자가 볼 수 있도록 의도된 표면이다. 내부 표면(206), 예컨대 도 2a 내지 2c에 도시된 표면(206)은 일반적으로 제품의 통상적인 사용 중에 보이도록 의도된 것은 아니다. 예를 들어, 휴대용 전자 장치 커버(200)의 내부 표면(206)은 일반적으로 제품의 통상적인 사용(예컨대, 문자 메시지를 보내기 위해 사용하고/하거나 전화 통화하기 위해 사용하는 경우) 중에는 보이지 않지만, 비-통상적인 사용(예컨대, 배터리 교체 시) 중에는 때때로 보일 수 있다. 예시된 실시양태에서, 바디(202)는 약 1.0 mm(예컨대, 약 0.7 mm) 이하의 공칭 벽 두께(NWT)(208)를 갖는다. 이 공칭 벽 두께(NWT)는, 다른 무엇보다도, 장식적 특징부(212), 탈착 특징부(214), 스크류 보스(216), 또는 강화 립(218)은 포함하지 않는다.
다른 실시양태에서, 형태 주조 제품은 중간 벽 두께를 가질 수 있다. 이러한 실시양태에서, 형태 주조 제품은 2 mm 이하의 공칭 벽 두께를 갖지만, 적어도 약 1.01 mm이다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 1.95 mm 이하의 공칭 벽 두께를 갖는다. 다른 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 1.9 mm 이하, 또는 약 1.85 mm 이하, 또는 약 1.8 mm 이하, 또는 약 1.75 mm 이하, 또는 약 1.7 mm 이하, 또는 약 1.65 mm 이하, 또는 약 1.6 mm 이하, 또는 약 1.55 mm 이하, 또는 약 1.5 mm 이하, 또는 약 1.45 mm 이하, 또는 약 1.4 mm 이하, 또는 약 1.35 mm 이하, 또는 약 1.3 mm 이하, 또는 약 1.25 mm 이하, 또는 약 1.2 mm 이하, 또는 약 1.15 mm 이하, 또는 약 1.1 mm 이하의 공칭 벽 두께를 갖는다. 이들 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 1.0 mm 초과의 공칭 벽 두께를 가질 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 형태 주조 제품은 비교적 두꺼운 벽 두께를 가질 수 있다. 이러한 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 6 mm 이하의 공칭 벽 두께를 가질 수 있지만, 적어도 약 2.01 mm이다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 5 mm 이하의 공칭 벽 두께를 갖는다. 다른 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 4 mm 이하, 또는 약 3 mm 이하의 공칭 벽 두께를 갖는다. 이들 실시양태에서, 형태 주조 제품은 2 mm 초과의 공칭 벽 두께를 가질 수 있다.
B. 장식적 형태 주조 제품
캐스팅 후에, 형태 주조 제품을 마감처리하여 장식적 형태 주조 제품을 제조할 수 있다. 장식적 형태 주조 제품은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 마감처리 단계로 처리되는 형태 주조 제품으로서, 형태 주조 제품의 의도된 시야면의 적어도 일부 위에 위치하는, 특히 소정의 색상, 광택 및/또는 질감을 갖는 형태 주조 제품을 생성하는 형태 주조 제품이다. 종종 이들 장식적 형태 주조 제품은, 소비자 허용 기준을 만족하는, 특히 소정의 색상, 광택 및/또는 질감을 달성한다.
장식적 형태 주조 제품은 사전결정된 색상을 가질 수 있다. 사전결정된 색상이란 최종-용도의 장식적 형태 주조 제품에 의도된 색상과 같이 미리 선택된 색상을 의미한다. 일부 실시양태에서, 사전결정된 색상은 기재의 자연 색상과는 다르다.
장식적 형태 주조 제품의 사전결정된 색상은 일반적으로 장식적 형태 주조 제품의 옥사이드 층에 착색제를 적용해서 달성된다. 이러한 착색제는 옥사이드 층의 공극을 적어도 부분적으로 차지한다. 하나의 실시양태에서, 착색제의 적용 후에, (예컨대, 염료 유형의 착색제를 사용하는 경우) 옥사이드 층의 공극이 밀봉될 수 있다. 하나의 실시양태에서는, (예컨대, 폴리실라잔 및 폴리실록산을 사용하는 것과 같이 Si에 기초한 중합체 골격을 갖는 착색제를 사용하는 경우) 착색제가 이미 차지하고 있기 때문에 옥사이드 층의 공극을 밀봉할 필요는 없다.
하나의 실시양태에서, 장식적 형태 주조 제품은 이의 의도된 시야면 중 하나 이상에서 색 균일도를 달성한다. 이러한 색 균일도는, 예를 들면 선택된 합금 조성물, 선택된 캐스팅 공정 및/또는 선택된 마감처리 공정 때문이며, 이는 결국 가시적으로 나타나는 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는 형태 주조 제품을 형성할 수 있게 한다. "색 균일도" 및 유사 표현은 마감처리된 형태 주조 제품의 색상이 형태 주조 제품의 의도된 시야면에 걸쳐 실질적으로 동일하다는 것을 의미한다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 양극산화 처리 중에 균일한 옥사이드 층을 생성할 수 있는 능력을 통해 용이해질 수 있으며, 이는 결국 형태 주조 제품의 의도된 시야면에 걸쳐 균일한 색상을 확실하게 생성할 수 있는 능력을 초래할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 색 균일도는 델타-E(CIELAB)를 통해 측정된다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품의 색 변이도는, CIELAB를 이용하는 색체계를 통해 측정 시, ±5.0 델타-E를 초과하지 않는다. 다른 실시양태에서, 형태 주조 제품의 색 변이도는, CIELAB를 이용하는 색체계(예컨대, 테크니다인(TECHNIDYNE)의 컬러 터치(Color Touch) PC)를 통해 측정 시, ±4.5 델타-E 이하, 또는 ±4.0 델타-E 이하, 또는 ±3.5 델타-E 이하, 또는 ±3.0 델타-E 이하, 또는 ±2.5 델타-E 이하, 또는 ±2.0 델타-E 이하, 또는 ±1.5 델타-E 이하, 또는 ±1.0 델타-E 이하, 또는 ±0.9 델타-E 이하, 또는 ±0.8 델타-E 이하, 또는 ±0.7 델타-E 이하, 또는 ±0.6 델타-E 이하, 또는 ±0.5 델타-E 이하, 또는 ±0.4 델타-E 이하, ±0.2 델타-E 이하, 또는 ±0.1 델타-E 이하, 또는 ±0.05 델타-E 이하이다.
장식적 형태 주조 제품은 사전결정된 광택을 가질 수 있다. 사전결정된 광택이란 최종-용도의 제품에 의도된 광택과 같이 미리 선택된 광택이다. 일부 실시양태에서, 사전결정된 광택은 기재의 자연 광택과는 다르다. 일부 실시양태에서, 사전결정된 광택은 사전결정된 광택을 갖는 착색제를 적용해서 달성된다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 광택 균일도를 갖는다. "광택 균일도"란 마감처리된 형태 주조 제품의 광택이 형태 주조 제품의 의도된 시야면에 걸쳐 실질적으로 동일함을 의미한다. 일부 실시양태에서, 광택 균일도는 ASTM D 523을 통해 측정된다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품의 광택 변이도는 형태 주조 제품의 의도된 시야면에 걸쳐 약 ±20 단위(예컨대, % 광택 단위)를 초과하지 않는다. 하나의 실시양태에서, 광택 변이도는 형태 주조 제품의 의도된 시야면에 걸쳐 약 ±15 단위 이하, 또는 약 ±13 단위 이하, 또는 약 ±10 단위 이하, 또는 약 ±9 단위 이하, 또는 약 ±8 단위 이하, 또는 약 ±7 단위 이하, 또는 약 ±6 단위 이하, 또는 약 ±5 단위 이하, 또는 약 ±4 단위 이하, 또는 약 ±3 단위 이하, 또는 약 ±2 단위 이하, 또는 약 ±1 단위 이하이다. 광택을 측정하는 하나의 기구는 비와이케이-가드너 에이쥐(BYK-GARDNER AG)-4430 마이크로-티알아이(TRI)-글로스 광택계이다.
장식적 형태 주조 제품의 색 균일도 및/또는 광택 균일도는, 상기 형태 주조 제품의 양극산화 처리 중에 형성된 비교적 균일한 옥사이드 층 때문일 수 있다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 균일한 옥사이드 층은 본원에 기재된 Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금을 사용하여 용이해질 수 있다. 이러한 균일한 옥사이드 층은 착색제의 균일한 흡수를 용이하게 하고, 따라서 장식적 형태 주조 제품의 색 및/또는 광택 균일도를 용이하게 할 수 있다
장식적 형태 주조 제품은 맞춤형 질감을 가질 수 있다. "맞춤형 질감"이란 화학, 기계 및/또는 다른 공정(예컨대, 레이저 에칭, 엠보싱, 조판 및 리쏘그래피 기법)을 통해 생성된 사전정의된 형태(들) 및/또는 배향을 갖는 질감이다. 하나의 실시양태에서, 맞춤형 질감은, 예를 들어 맞춤형 기계적 공정, 예컨대 기계가공, 브러슁, 블라스팅 등을 통해서와 같이 캐스팅 후에 생성될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 맞춤형 질감은, 예를 들어 캐스팅 다이 내에 사전정의된 패턴의 사용을 통해서와 같이 캐스팅 중에 생성될 수 있다. 다른 실시양태에서, 장식적 형태 주조 제품은 일반적으로 매끈한 표면, 즉 비-질감처리된 외부 표면을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 형태 주조 제품은 둘 이상의 의도된 시야면, 예를 들어 하나는 제 1 색상, 광택 및/또는 질감을 갖고, 다른 하나는 제 2 색상, 광택 및/또는 질감을 가질 수 있다. 이제, 예를 들어 도 2d를 참조하면, 휴대용 전자 장치 커버(200)는 제 1 사전결정된 색상을 갖는 제 1 의도된 시야면(204a), 및 제 1 사전결정된 색상(204a)과는 다른 제 2 사전결정된 색상을 갖는 제 2 의도된 시야면(204b)을 갖는다. 이러한 실시양태에서, 제 1 의도된 시야면(204a)의 색 균일도는 제 1 의도된 시야면에 의해 한정된 영역 내에서만 결정되고, 제 2 의도된 시야면(204b)의 색 균일도는 제 2 의도된 시야면에 의해 한정된 영역 내에서만 결정된다. 이는 광택 균일도 및 질감에 대해서도 동일하게 적용된다. 또한, 장식적 형태 주조 제품은 임의의 개수의 의도된 시야면을 가질 수 있으며, 동일한 원리가 적용된다. 위에 제공된 예는 예시 목적으로만 제공된다.
일부 실시양태에서, 장식적 형태 주조 제품은 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는다. "가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는"이란, 장식적 형태 주조 제품이 이를 보는 사람의 눈으로부터 18인치 이상 떨어진 거리에 위치한 경우, 20/20 시력의 육안으로 보았을 때, 장식적 형태 주조 제품의 의도된 시야면이 표면 결함을 실질적으로 갖지 않음을 의미한다. 가시적으로 명확한 표면 결함의 예는, 특히 캐스팅 공정(예컨대, 콜드-셧트(cold-shut), 랩-라인(lap-line), 흐름-선 및 얼룩무늬 탈색, 틈새) 및/또는 합금 마이크로구조(예컨대, 장식적 형태 주조 제품의 의도된 시야면에 또는 그 가까이에 불규칙적으로 있는 알파 알루미늄 상의 존재)로 인해 보일 수 있는 외관 결함을 들 수 있다. 마감처리 공정(이하에 기술됨)은 일반적으로 상당량의 가시광을, 이를 반사 및/또는 흡수할 수 있는, 수십 또는 수백 미크론의 장식적 형태 주조 제품에 투과시키기 때문에, 균일한 마이크로구조를 제조하고/하거나 불규칙적으로 분포된 금속간 화합물 및/또는 알파 알루미늄 상을 제한 또는 제거하여, 결국 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않고 소비자가 수용할 수 있는 장식적 형태 주조 제품을 형성할 수 있다. 가시적으로 명확한 표면 결함의 존재는 일반적으로 양극산화 후, 예컨대 착색제를 형태 주조 제품에 적용한 후에 결정된다. 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는 장식적 형태 주조 제품의 예는 도 36, 37, 41b, 42b 및 43b에 예시되어 있다. 하나 이상의 가시적으로 명확한 표면 결함을 함유하는 장식적 형태 주조 제품의 예는 도 20a, 20b, 21a, 41a, 42a 및 43a에 예시되어 있다.
예를 들어 마블무늬 마감을 갖는 다른 실시양태에서, 장식적 형태 주조 제품은 가시적으로 명확한 표면 결함을 포함할 수 있다. 이러한 가시적으로 명확한 표면 결함은 형태 주조 제품의 의도된 시야면의 맞춤형 색상의 상이를 용이하게 하고, 따라서 마블무늬의 외관을 용이하게 할 수 있다. 마블무늬 마감은, 하나 이상의 착색제 적용 후에 대리석 무늬와 비슷한 심줄 또는 줄무늬와 유사한 패턴을 갖는 마감이다.
형태 주조 제품의 의도된 시야면은 낮은 회색도 및/또는 높은 휘도를 가질 수 있다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품의 의도된 시야면은, 캐스팅 합금 380으로 제조된 대비되는 형태 주조 제품보다 인지가능할 정도로 낮은 회색도 수준을 나타낸다. 예를 들어, 형태 주조 제품은, CIELAB을 이용하는 색체계(예컨대, 테크니다인의 컬러 터치 PC)를 통해 측정 시, 대비되는 380 제품보다 약 1 유닛 이상 더 큰 CIEBLA "L-값"을 가질 수 있다. 대비되는 380 제품은, 장식적 형태 주조 제품과 동일한 캐스팅 공정 및 마감처리 공정(필요한 경우)을 통해 제조되지만, 본원에 기재된 합금 조성물 대신에 캐스팅 합금 380으로 제조된다. CIELAB L-값은 흑백 수준(예컨대, 100 = 순백색, 0 = 순흑색)을 나타낸다. 일부 실시양태에서, 형태 주조 제품은, CIELAB을 이용하는 색체계(예컨대, 테크니다인의 컬러 터치 PC)를 통해 측정 시, 대비되는 380 제품보다 약 2 단위 이상, 또는 약 3 단위 이상, 또는 약 4 단위 이상, 또는 약 5 단위 이상, 또는 약 6 단위 이상, 또는 약 7 단위 이상, 또는 약 8 단위 이상, 또는 약 9 단위 이상, 또는 약 10 단위 이상, 또는 약 11 단위 이상, 또는 약 12 단위 이상, 또는 약 13 단위 이상, 또는 약 14 단위 이상, 또는 약 15 단위 이상, 또는 약 16 단위 이상, 또는 약 17 단위 이상, 또는 약 18 단위 이상, 또는 약 19 단위 이상, 또는 약 20 단위 이상 더 큰 CIELAB "L-값"을 가질 수 있다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은, CIELAB을 이용하는 색체계(예컨대, 테크니다인의 컬러 터치 PC)를 통해 측정 시, 대비되는 380 제품보다 약 5% 이상 더 우수한 CIELAB "L-값"을 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 형태 주조 제품은, CIELAB을 이용하는 색체계(예컨대, 테크니다인의 컬러 터치 PC)를 통해 측정 시, 대비되는 380 제품보다 약 10% 이상, 또는 약 15% 이상, 또는 약 20% 이상, 또는 약 25% 이상, 또는 약 30% 이상, 또는 약 35% 이상, 또는 약 40% 이상, 또는 약 45% 이상 더 우수한 CIELAB "L-값"을 가질 수 있다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 55 이상의 CIELAB "L-값"을 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 형태 주조 제품은, CIELAB을 이용하는 색체계(예컨대, 테크니다인의 컬러 터치 PC)를 통해 측정 시, 약 56 이상, 또는 약 57 이상, 또는 약 58 이상, 또는 약 59 이상, 또는 약 60 이상, 또는 약 61 이상, 또는 약 62 이상, 또는 약 63 이상, 또는 약 64 이상, 또는 약 65 이상, 또는 약 66 이상, 또는 약 67 이상, 또는 약 68 이상의 CIELAB "L-값"을 가질 수 있다. 하나의 실시양태에서, L-값은 "주조된" 제품(즉, 캐스팅(120) 후에)에 대해 결정된다. 하나의 실시양태에서, L-값은 마감처리(130) 후에 결정된다. 하나의 실시양태에서, L-값은 중간 마감처리 단계 후 예컨대 양극산화 처리 후 색상 적용 전에 결정된다.
하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품의 의도된 시야면은 캐스팅 합금 380으로 제조된 대비되는 형태 주조 제품보다 인지가능할 정도로 큰 휘도 수준을 나타낸다. 예를 들어, 형태 주조 제품은, ISO 2469 및 2470에 따라 결정 시, 대비되는 380 제품보다 약 1 단위 이상 더 큰 ISO 휘도 수준을 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 형태 주조 제품은, ISO 2469 및 2470에 따라 결정 시, 대비되는 380 제품보다 약 2 단위 이상, 약 3 단위 이상, 약 4 단위 이상, 약 5 단위 이상, 약 6 단위 이상, 약 7 단위 이상, 약 8 단위 이상, 약 9 단위 이상, 약 10 단위 이상, 약 11 단위 이상, 약 12 단위 이상, 약 13 단위 이상, 약 14 단위 이상, 약 15 단위 이상, 약 16 단위 이상, 약 17 단위 이상, 약 18 단위 이상, 약 19 단위 이상, 약 20 단위 이상 더 큰 ISO 휘도 수준을 가질 수 있다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은, ISO 2469 및 2470에 따라 결정 시, 대비되는 380 제품보다 약 5% 이상 더 큰 ISO 휘도 수준을 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 형태 주조 제품은, ISO 2469 및 2470에 따라 결정 시, 대비되는 380 제품보다 약 10% 이상, 또는 약 20% 이상, 또는 약 30% 이상, 또는 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 100% 이상, 또는 약 110% 이상, 또는 약 120% 이상, 또는 약 130% 이상, 또는 약 140% 이상, 또는 약 150% 이상, 또는 약 160% 이상 더 큰 ISO 휘도 수준을 가질 수 있다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은, ISO 2469 및 2470에 따라 결정 시, 약 20 이상의 ISO 휘도 수준을 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 형태 주조 제품은, ISO 2469 및 2470에 따라 결정 시, 약 21 이상, 또는 약 22 이상, 또는 약 23 이상, 또는 약 24 이상, 또는 약 25 이상, 또는 약 26 이상, 또는 약 27 이상, 또는 약 28 이상, 또는 약 29 이상, 또는 약 30 이상, 또는 약 31 이상, 또는 약 32 이상, 또는 약 33 이상, 또는 약 34 이상, 또는 약 35 이상, 또는 약 36 이상, 또는 약 37 이상, 또는 약 38 이상, 또는 약 39 이상, 또는 그 초과의 ISO 휘도 수준을 가질 수 있다. 하나의 실시양태에서, ISO 휘도는 데크니다인의 컬러 터치 PC에 의해 측정된다. 하나의 실시양태에서, ISO 휘도 값은 "주조된" 제품(즉, 캐스팅(120) 후)에 대해 측정된다. 하나의 실시양태에서, ISO 휘도 값은 마감처리(130) 후에 측정된다. 하나의 실시양태에서, ISO 휘도 값은 중간 마감처리 단계 후, 예컨대 양극산화 처리 후 색상 적용 전에 측정된다.
전술된 색 균일도, 회색도 및/또는 휘도 값 중 어느 하나 및 임의의 조합은 적절한 합금 선택, 캐스팅 공정 선택 및/또는 마감처리 공정 선택을 통해 달성하여 본원에 기재된 장식적 형태 주조 제품을 제조할 수 있다.
C. 형태 주조 제품 특성
이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 장식적 형태 주조 제품은 시각적 매력 및 내구성의 고유의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 형태 주조 제품은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 시각적 매력, 강도, 조도, 인성, 내부식성, 코팅 접착성, 경도, UV 저항성 및/또는 내화학성의 고유의 조합을 나타낼 수 있다. 상기 특성들의 조합은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 다양한 소비자 제품에 본 발명의 제품의 사용을 가능하게 할 수 있다. 형태 주조 제품의 상기 특성들 중 하나 이상은, 적어도 부분적으로는 이하에서 논의되는 형태 주조 제품에 적절한 Al-Ni 및/또는 Al-Ni-Mn 합금, 및/또는 이의 마이크로구조의 선택으로 인해 나타날 수 있다.
D. 형태 주조 제품 용도
본 발명의 장식적 형태 주조 제품은 다양한 용도로 이용될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 소비자 전자 부품이다. 소비자 전자 부품은 일반적으로 이의 외양, 내구성 및/또는 휴대성을 증대시키는 데 사용되며 이의 외양의 적어도 일부로서 사용될 수 있다. 본 발명에 유용한 소비자 전자 부품의 예는 휴대폰, 휴대 및 비-휴대용 오디오 및/또는 비디오 장치(예컨대, 아이팟 또는 아이폰 또는 휴대가능한 유사 오디오/비디오 장치 예컨대 MP3 플레이어), 카메라, 비디오 카메라, 컴퓨터(예컨대, 랩탑, 데스크탑), PDA, 텔레비전, 디스플레이(예컨대, LCD, 플라즈마), 가전 제품(예컨대, 전자레인지, 주방기구, 식기세척기, 드라이어), 비디오 재생 및 기록 장치(예컨대, DVD 플레이어, 디지털 비디오 리코더), 기타 휴대 장치(예컨대, 계산기, GPS 장치) 등을 위한 외장재(예컨대, 표면 및 커버 등의 외양) 또는 내장재를 포함한다. 다른 실시양태에서, 장식적 형태 주조 제품은 다른 산업용 제품, 예컨대 특히 의료 장치, 스포츠 용품, 자동차 또는 항공기 산업용 제품이다.
E. 형태 주조 제품 마이크로구조 및 합금 조성의 선택
형태 주조 제품의 마이크로구조는 최종 제품의 하나 이상의 특성, 예컨대 특히 표면 결함, 강도, 색 균일도, 휘도, 회색도 및 내부식성에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 일부 실시양태에서는, 적절한 합금 조성 및 마이크로구조의 결정을 용이하게 하기 위해 제품 용도(예컨대, 휴대용 전자 장치 커버) 및 그 대응 특성(예컨대, 강도, 휘도), 공칭 벽 두께, 캐스팅 공정 및/또는 마감처리 유형을 결정하는 것이 유용할 수 있다. 다른 실시양태에서, 도 3a를 참조하면, 한 방법은 형태 주조 제품 용도 및 특성을 선택하고(3000), 제품 용도별 공칭 벽 두께를 선택하고(3100), 형태 개스팅 공정을 선택하고(3200), 제품 용도별 마감처리 유형을 선택하는 것(3300)을 포함할 수 있다. 이에 대해 그리고 이들 단계 중 하나 이상의 단계에 근거하여, 적절한 합금 조성 및/또는 마이크로구조를 선택할 수 있다(3400). 이들 단계는 임의의 적절한 순서로 완성될 수 있다. 예를 들어, 일례로, 마감처리 유형(3300) 및 이어서 제품 용도 및 특성(3000)을 선택하고, 그 후에 공칭 벽 두께(3100) 및/또는 캐스팅 공정(3200)을 선택할 수 있다. 이어서, 선택된 캐스팅(3200) 및 공칭 벽 두께(3100) 요건의 범위 내에서, 사전결정된 마이크로구조 및/또는 합금 조성(3400)을 선택하여 목적하는 마감처리 유형(3300) 및 특성(3000)을 달성할 수 있다. 이들 하나 이상의 선택에 대해, 상기 방법은 합금을 제조하고(110), 상기 합금을 형태 주조 제품으로 형태 주조하고(120), 상기 형태 주조 제품을 장식적 형태 주조 제품으로 마감처리하는 것(130)을 포함할 수 있다. 장식적 형태 주조 제품은, 적어도 부분적으로는 선택된 합금 조성 및 그 대응 마이크로구조로 인해 선택된 특성 및 선택된 마감처리 유형을 달성할 수 있다.
일반적으로, 형태 주조 제품의 특성은 이의 마이크로구조 및/또는 이의 제조에 사용되는 합금의 선택에 기여한다. 특히 관심 있는 일부 특성은, 도 3b에 예시된 바와 같이, 강도(3010), 인성(3020), 내부식성(3030) 및 밀도(3040)를 포함한다. 일례로, 도 3c에 예시된 바와 같이, 제품 용도 및 필요한 특성(3000) 및/또는 마감 유형(3300)이 일단 선택되면, 전술한 바와 같은 공칭 벽 두께, 예컨대 얇은 벽(3120), 중간 벽(3140) 또는 두꺼운 벽(3160) 중 어느 하나를 선택할 수 있다(3100). 캐스팅 공정은, 적어도 부분적으로는 선택된 공칭 벽 두께(3100), 제품 용도 및 특성(3000) 및/또는 마감 유형(3300) 중 하나 이상에 근거하여 선택될 수 있다. 일부 제품 용도의 경우, 도 3d에 예시된 바와 같이, 캐스팅 공정은 일반적으로 장식적 형태 주조 제품을 제조하는 데 경제적인 다이 캐스팅 공정(3220), 예컨대 고압 다이 캐스팅일 것이다. 그러나, 다른 캐스팅 공정, 예컨대 특히 영구적 몰드(3240), 플라스터(3260), 인베스트먼트(investment) 캐스팅(예컨대, 반고체 캐스팅, 틱소몰딩)을 사용하여 장식적 형태 주조 제품을 제조할 수 있다. 마감 유형의 선택(3300)은 소비자에 의해 완성될 수 있으며, 도 3e에 예시된 바와 같이, 특히 일반적으로 색상(예컨대, CIELAB 값 및 관련 편차에 의해 정의되는 사전결정된 색상), 광택(예컨대, 사전결정된 광택) 및/또는 표면 결함 사진(예컨대, 마블무늬 제품용)의 선택을 포함한다.
형태 주조 제품 용도 및 특성 중 하나 이상이 일단 선택되면(3000), 제품 용도(3300)에 대한 공칭 벽 두께(3100), 형태 주조 공정(3200) 및/또는 마감 유형이 선택되고, 적절한 마이크로구조 및/또는 합금 조성이 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 3f를 참조하면, 적층 마이크로구조(3420) 또는 균질한 마이크로구조(3430)는 필요 요건에 따라 마이크로구조(3410)로서 선택될 수 있다. 일반적으로, 형태 주조 합금의 목적하는 마이크로구조(3410)는 합금 선택 전에 선택되고, 이들 형태 주조 제품의 마이크로구조가 사용되는 마감(130) 공정으로 인해 보일 수 있기 때문에, 마감 요건이 일반적으로 선행한다. 일부 제품의 경우, 합금(3440) 내지 (3460)을 먼저 선택하여 형태 주조 제품의 강도 및 다른 특성을 조정할 수 있다. 필요 요건에 따라, Al-Ni(3460), Al-Ni-Mn(3480) 또는 다른 캐스팅 합금(3490)이 선택될 수 있다. 적절한 합금을 선택하는 데 고려해야 할 것으로는 합금의 주조성(3470), 특성 요건을 만족시키는 합금의 능력(3480) 및 마감 요건을 만족시키는 합금의 능력(3490)을 들 수 있다.
i. 적층 마이크로구조
이제, 도 3g를 참조하면, 적층 마이크로구조(3420)가 일부 마감 용도에 사용될 수 있다. 적층 마이크로구조가, 표면 결함을 소량 필요로 하거나 또는 전혀 필요로 하지 않는 제품 용도에 유용할 수 있다. 적층 마이크로구조(3420)를 달성하기 위해, 과공정(hypereutectic) 합금 조성이 선택될 수 있다. Al-Ni 합금의 경우, 공융점(eutectic point)은, 도 4a에 예시된 바와 같이, 약 5.66 중량% Ni의 공융 조성 및 약 639.9℃의 공융 온도에서 생긴다. 따라서, 5.66 중량% 초과의 Ni을 갖는 합금은 Al-Ni 합금에 대한 과공정물로 간주된다. Al-Ni-Mn 합금의 경우, 공융점은, 도 4b에 예시된 바와 같이, 약 625℃의 공융 온도에서 약 6.2 중량% Ni 및 약 2.1 중량% Mn의 공융 조성에서 생긴다. 따라서, 도 4b의 405 구역 밖에 있는 합금은 Al-Ni-Mn 합금에 대한 과공정물로 간주될 수 있다.
적층 마이크로구조(3420)의 일례가 도 5a에 예시되어 있다. 예시된 실시양태에서, 캐스팅 공정은 다층 주조품을 생성하며, 이의 선택(250)이 도 5a에 예시되어 있다. 예시된 주조품은 하나 이상의 외측부(500), 제 2 부(510) 및 제 3 부(520)를 갖는다.
일부 알루미늄 합금(예컨대, Al-Ni 및/또는 Al-Ni-Mn)에서, 외측부(500)는 공융 마이크로구조(511) 및 무시할 수 없는 양의 알파-알루미늄 상(502)(때때로 덴드라이트로서 공지되어 있음) 둘 다를 함유하는 층의 형태일 수 있다. 이 층의 두께는 사용되는 캐스팅 합금 및 캐스팅 조건에 의존하지만, 과공정 합금으로 제조되는 주조품의 외측부(500)는 일반적으로 약 500 미크론을 초과하지 않는 두께를 갖는다. 다른 실시양태에서, 주조품의 외측부는 약 400 미크론 이하, 또는 약 300 미크론 이하, 또는 약 200 미크론 이하, 또는 약 175 미크론 이하, 또는 약 150 미크론 이하, 또는 약 125 미크론 이하, 또는 약 100 미크론 이하, 또는 약 75 미크론 이하, 또는 그 미만의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 예를 들면 알파-알루미늄 상(502)의 비-균일한 분포로 인해, 이러한 외측부(500)의 두께를 제한하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 실시양태에서, (예컨대, 얇은 벽의 형태 주조 제품의 경우) 공융 조성으로부터 1% 이상 벗어난 과공정 합금 조성을 선택하는 것이 유용할 수 있다. 표면 결함의 양을 제한하고자 의도된 형태 주조 제품의 경우, 일반적으로 이러한 유형의 외측부(500)의 두께를 제한하는 것이 유용한데, 그 이유는, 이의 적어도 일부가, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 일부 마감 공정 중에 제거될 수 있어야 하기 때문이다. 캐스팅 공정 중(예컨대, 이하에 설명되는 냉각 중에) 만날 수 있는 비-평형 고화 조건 때문에, 공융 또는 아공정(hypoeutectic) 조성의 사용은 두꺼운 외층(500)을 형성할 수 있지만, 과공정 합금 조성은 더 얇은 외층(500)을 형성할 수 있다.
과공정 Al-Ni-Mn 합금으로 제조되는 제 1 층(500)의 하나의 실시양태가 도 6a에 예시되어 있다. 상기 층은 알파-알루미늄(어두운, 꽃잎 유사 부분)이 내부에 산재된 공융 마이크로구조(밝은 부분)를 갖는다. 이 경우, 캐스팅 합금은 약 6.9 중량% Ni 및 2.9 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유한다.
일부 경우, 도 5a를 참조하면, 적층 마이크로구조는, 예를 들어 마블무늬 유형의 마감의 경우 또는 (예컨대, 고 함량의 Ni 및/또는 Mn의 존재로 인해) 고강도가 유용한 경우, 표면 결함을 두드러지게 하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 유형의 형태 주조 제품의 경우, 형태 주조 제품의 의도된 시야면에서 매우 규칙적인 분포의 알파-알루미늄 상(502) 및 공융 마이크로구조(511)를 갖는 외측부(500)를 생성시키는 것이 유용할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 이하에 설명되는 마감 공정 후, 알파-알루미늄 상(502)은, 알파 알루미늄 상(502)이 마감처리된 공융 마이크로구조 내에 상이한 색상을 생성하고 마블무늬와 유사해 쉽게 구별가능한 패턴을 생성할 수 있기 때문에, 적어도 부분적으로는 마블무늬-유사 마감의 생성에 기여할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 공융 조성에 근접하거나 가까운 과공정 또는 아공정 합금 조성을 선택하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 마블무늬 마감 실시양태의 경우, 외층(500)은 약 20 미크론 이상의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서는, 이러한 마블무늬 마감 실시양태의 경우, 외층(500)은 약 40 미크론 이상, 또는 약 60 미크론 이상, 또는 약 80 미크론 이상, 또는 약 100 미크론 이상, 또는 그 초과의 두께를 가질 수 있다.
이들 중 일부 실시양태에서, 형태 주조 제품은, 아래에서 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 착색제(예컨대, 염료)에 의해 접촉(예컨대 침지)될 수 있고, 형태 주조 제품의 옥사이드 층의 공극들 중 적어도 일부는 적어도 부분적으로 착색제로 충전될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 단일 착색제에 의해 접촉된다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품의 알파 알루미늄 상은 착색제로 인해 제 1 색상을 포함하고, 형태 주조 제품의 공융 마이크로구조는 착색제로 인해 제 2 색상을 포함한다. 제 2 색상은 일반적으로 알파 알루미늄 상과 공융 마이크로구조 간의 특성이 본질적으로 다르기 때문에 제 1 색상과는 상이하다. 알파 알루미늄 상과 공융 마이크로구조의 매우 규칙적인 분포 조합은, 알파 알루미늄 상의 제 1 색상과 공융 마이크로구조의 제 2 색상의 조합과 함께, 적어도 부분적으로는 그 의도된 시야면에서 마블무늬의 외관을 갖는 형태 주조 제품의 제조에 기여할 수 있다.
과공정 조성으로 제조되는 제 1 층(500)의 하나의 실시양태가 도 6b에 예시되어 있다. 상기 층은 알파-알루미늄 상(어두운, 구상 부분)이 내부에 산재된 공융 마이크로구조(밝은 부분)를 갖는다. 이 경우, 상기 캐스팅 합금은 약 4 중량% Ni 및 2 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유한다. 예시된 바와 같이, 알파-알루미늄 상은 상기 합금의 표면에서 규칙적으로 형성되고, 이것이 공융 마이크로구조와의 사이에 필요한 차등화를 제공함으로써, 마감처리된 제품에 마블무늬 효과를 형성할 수 있다.
도 5a를 참조하면, 제 2 부(510)는 우세한 양의 공융 마이크로구조(511)를 포함할 수 있다. 높은 색 균일도를 갖는 형태 주조 제품은, 이 주조품의 표면에서 또는 그 가까이에 공융 마이크로구조(511)를 갖는 Al-Ni 및/또는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 제 2 부(510)는, 예시된 바와 같이, 모든 또는 거의 모든 공융 마이크로구조(511)를 포함한다. 유사하게도, 제 2 부(510)는 알파 알루미늄 상(502) 및/또는 금속간 화합물(522)(하기 설명됨)이 실질적으로 없을 수 있다. 일부 실시양태에서, 제 2 부(510)는 5 부피% 미만 또는 심지어 1 부피% 미만의 알파 알루미늄 상(502) 및/또는 금속간 화합물(522)을 함유한다.
제 2 부(510) 층의 두께는 사용되는 캐스팅 합금 및 캐스팅 조건에 따라 다르지만, 제 2 부는 일반적으로 약 25 미크론 이상의 두께를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 제 2 부는 약 50 미크론 이상의 두께를 갖는다. 다른 실시양태에서, 제 2 부(510)는 약 100 미크론 이상, 또는 약 150 미크론 이상, 또는 약 200 미크론 이상, 또는 약 300 미크론 이상, 또는 약 400 미크론 이상, 또는 약 500 미크론 이상의 두께를 갖는다. 제 2 부(510)는 일반적으로 약 1000 미크론 미만의 두께를 갖는다. 또한, 외층(500)은 일반적으로 알파-알루미늄 상을 포함하기 때문에, 예컨대 한정된 양의 가시적으로 명확한 표면 결함을 가지도록 의도된 형태 주조 제품에서와 같이, 일반적으로 큰 제 2 부(510)를 가지면서 일반적으로 작은 외측부(500)를 갖는 주조품을 제조하는 것이 유용할 수 있다.
제 3 부(520)는 제 2 부에 뒤따라 있고, 다른 특징들 중에서도, 금속간 화합물(522)(예컨대, Al3Ni)을 포함할 수 있다. 이 실시양태에서, 제 3 부는 일반적으로 형태 주조 제품의 나머지를 구성한다. 제 3 부는 일반적으로 최종 제품의 외측 표면 아래 깊숙이 있기 때문에 육안으로는 보이지 않는다.
우세한 양의 공융 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품의 제조는, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 고 함량의 Ni 및/또는 Mn을 갖는 Al-Ni-Mn 합금의 사용에 의해 용이해질 수 있다.
ii
.
균질한
마이크로구조
또 다른 실시양태에서, 도 3f 및 5b를 참조하면, 형태 주조 제품은 균질한 마이크로구조(3430)를 포함할 수 있다. 이러한 균질한 또는 거의 균질한 마이크로구조는 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 성공적인 마감처리 공정을 용이하게 할 수 있다. 균질한 마이크로구조는, "팻치(patchy)" 분포의 알파 알루미늄 상(502)(예컨대, 냉각 조건 하에 겪게 되는 과공정 합금에 의해 제조됨)과 달리, 매우 규칙적인 분포의 알파 알루미늄 상(502)을 함유하는 구조이다. 예시된 실시양태에서, 캐스팅 공정은 균질한 마이크로구조를 갖는 주조품을 제조하며, 이 구역(251)이 예시되어 있다. 예시된 주조품은, 공융 마이크로구조(511) 내에 매우 규칙적인 알파-알루미늄 상(502)을 함유하는 하나의 균질한 층(251)을 갖는다.
균질한 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품의 제조는 저 함량의 Ni를 갖는 Al-Ni 및/또는 Al-Ni-Mn 합금의 사용에 의해 용이해질 수 있다. 균질한 마이크로구조를 달성하기 위해, 아공정 합금 조성이 선택될 수 있다. 약 5.6 중량% 미만의 Ni을 갖는 합금은 Al-Ni 합금의 경우 아공정으로 간주된다. 도 4b의 구역(405) 내에 드는 합금은 Al-Ni-Mn 합금의 경우 아공정으로 간주될 수 있다.
균질한 마이크로구조의 하나의 실시양태는 도 6c에 예시되어 있다. 예시된 바와 같이, 주조품은 공융 마이크로구조(밝은 부분) 내에 매우 규칙적인 분포의 알파-알루미늄 상(어두운 부분)을 함유한다. 이 경우, 상기 캐스팅 합금은 약 1 중량% Ni 및 2 중량% Mn, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 함유한다.
균질한 마이크로구조를 갖는 주조품의 제조는 적층 마이크로구조를 갖는 것보다 더 비용 효율적일 수 있는데, 그 이유는 균질한 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품을 제조하는 경우에, 냉각 중의 함량을 공들여 조절할 필요가 없기 때문이다. 이는, 알파-알루미늄 상이 아공정 합금에 대해서는 평형 고화 제품으로서 형성되는 반면 알파-알루미늄 상이 과공정 합금에 대해서는 비-평형 고화로 인해 형성된다는 사실에 기인한다.
가시적으로 매력적인 형태 주조 제품을 제조하는 데 사용될 수 있는 다양한 조성, 시스템, 방법 및 장치의 구체적인 세부사항이 이하에서 상세히 설명된다.
I. 형태 주조 제품의 제조에 유용한 알루미늄 합금
이제 도 7을 참조하면, 본원에 기재된 형태 주조 제품은 일반적으로 알루미늄 캐스팅 합금으로 제조된다(110). 적합한 알루미늄 캐스팅 합금은, 시각적 매력 및/또는 내구성 최종 제품을 달성할 수 있는 알루미늄 합금을 포함한다. 예를 들어, 알루미늄 합금은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 양극산화 처리된 상태에서, 상업적으로 허용가능한 마감을 실현할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 알루미늄 합금은 Al-Ni 캐스팅 합금이다. 다른 실시양태에서, 상기 합금은 Al-Ni-Mn 캐스팅 합금이다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 다른 캐스팅 합금이 사용될 수도 있다.
A.
Al
-
Ni
캐스팅 합금
Al-Ni 캐스팅 합금은 다른 특성들 중에서도 특히 강도, 전기화학 성형성(예컨대, 양극산화가능성) 및 주조성의 우수한 조합을 갖는다. 일부 실시양태에서, Al-Ni 합금은 높은 휘도 및/또는 낮은 회색도를 갖는다. 일반적으로, Al-Ni 캐스팅 합금은 약 0.5 내지 약 8.0 중량% Ni, 잔량 부수적인 원소 및 불순물을 포함한다(일부 경우에는 이들로 본질적으로 이루어진다). 하나의 실시양태에서, 선택된 캐스팅 조건에 기초하여 주조된 상태에서 형태 주조 제품에 목적한 마이크로구조(적층 또는 균질한 구조)를 생성하도록 Al-Ni 합금 중 Ni의 양을 선택한다. 8.0 중량% Ni 초과의 합금은 형태 주조 제품의 외층 내에 금속간 화합물(예컨대, Al3Ni)의 제조를 실현시키고/시키거나 취성일 수 있다. 0.5 중량% Ni 미만의 합금은 본원에 기재된 특성들 중 하나 이상을 달성할 수 없다.
하나의 실시양태에서 그리고 전술된 바와 같이, 형태 주조 제품이 얇은 외층 및 적합한 두께의 제 2 층을 갖는 적층 마이크로구조를 가지도록 니켈의 양이 선택된다. 이러한 실시양태는 한정된 양의 가시적으로 명확한 표면 결함을 갖는 얇은 벽의 형태 주조 제품에 유용할 수 있다. 이들 중 일부 실시양태에서, 니켈은 약 5.7 내지 약 6.9 중량%의 범위이다. 하나의 실시양태에서 그리고 전술된 바와 같이, 형태 주조 제품이 불규칙적인 분포의 알파 알루미늄 상을 갖는 외층(예컨대, 도 5a의 참조 기호(502)로 예시되어 있음)을 가지도록 하는 니켈의 양이 선택된다. 이러한 실시양태는 마블무늬 마감을 갖는 얇은 벽의 형태 주조 제품에 유용할 수 있다. 이들 중 일부 실시양태에서, 니켈은 약 5.4 내지 약 6.6 중량%의 범위로 존재한다. 하나의 실시양태에서 그리고 전술된 바와 같이, 형태 주조 제품이 균질한 마이크로구조를 가지도록 하는 니켈의 양이 선택된다. 이들 중 일부 실시양태에서, 니켈은 약 2.8 내지 약 5.2 중량%의 범위로 존재한다.
B.
Al
-
Ni
-
Mn
캐스팅 합금
Al-Ni-Mn 캐스팅 합금은 많은 형태 주조 제품에 유용하다. Al-Ni-Mn 합금은 다른 특성들 중에서도 특히 강도, 전기화학 성형성(예컨대, 양극산화가능성) 및 주조성의 양호한 조합을 갖는다. 일부 실시양태에서, 과공정 Al-Ni-Mn 합금은 높은 휘도 및/또는 낮은 회색도를 갖는다.
Al-Ni-Mn 합금은 전술된 바와 동일한 이유로 Al-Ni 합금에 대해 약 0. 5 내지 약 8.0 중량% 니켈을 함유할 수 있다. Al-Ni-Mn 합금은 또한 일반적으로 0.5 내지 3.5 중량% 범위의 Mn의 의도적인 첨가(예컨대, 합금의 강도를 증가시키고/시키거나 다이 점착 및/또는 솔더링을 감소시키기 위함)를 함유한다. 하나의 실시양태에서, 주조된 상태에서 형태 주조 제품에 적절한 마이크로구조(적층형 및 균질한 구조)를 제조하도록 하는 Al-Ni-Mn 합금 중 Ni과 Mn의 양이 선택된다.
하나의 실시양태에서, Al-Ni-Mn 합금은 약 6.6 내지 약 8.0 중량% 범위의 Ni을 포함한다. 이러한 실시양태에서, Al-Ni-Mn 합금은 약 0.5 중량% 이상의 Mn, 일반적으로 약 1.0 내지 약 3.5 중량%의 Mn을 포함한다. 다른 실시양태에서, Al-Ni-Mn 합금은 약 2 내지 약 6 중량% 범위의 Ni을 포함한다. 이들 중 일부 실시양태에서, Al-Ni-Mn 합금은 약 3.1 내지 약 3.5 중량% 범위의 Mn을 포함할 수 있다. 이들 중 다른 실시양태에서, Al-Ni-Mn 합금은 약 0.5 내지 약 3.0 중량% 범위의 Mn을 포함할 수 있다.
하나의 실시양태에서 그리고 전술된 바와 같이, 형태 주조 제품이 얇은 외층 및 적절한 크기의 제 2 층을 갖는 적층 마이크로구조를 가지도록 하는 니켈 및 망간의 양을 선택한다. 이들 실시양태는 한정된 양의 가시적으로 명확한 표면 결함을 갖는 얇은 벽의 형태 주조 제품에 유용할 수 있다. 이들 중 일부 실시양태에서, 니켈은 약 5.7 내지 약 7.1 중량%의 범위이고, 망간은 약 1.8 내지 약 3.1 중량%의 범위이다. 하나의 실시양태에서 그리고 전술된 바와 같이, 형태 주조 제품이 불규칙적인 분포의 알파 알루미늄 상을 갖는 외층(예컨대, 도 5a의 참조 기호(502)로 예시되어 있음)을 가지도록 하는 니켈 및 망간의 양을 선택한다. 이들 중 일부 실시양태에서, 니켈은 약 5.6 내지 약 6.8 중량%의 범위로 존재하고, 망간은 약 2.0 내지 약 3.2 중량%의 범위로 존재한다. 이들 실시양태는 마블무늬 마감을 갖는 얇은 벽의 형태 주조 제품에 유용할 수 있다. 하나의 실시양태에서 그리고 전술된 바와 같이, 형태 주조 제품이 균질한 마이크로구조를 가지도록 하는 니켈 및 망간의 양을 선택한다. 이들 중 일부 실시양태에서, 니켈은 약 1.8 내지 약 3.2 중량%의 범위로 존재하고, 망간은 약 0.8 내지 약 3.2 중량%의 범위로 존재한다.
일부 실시양태에서, 합금은 "자동차 및 항공기 구조 요소를 위한 Al-Ni-Mn 캐스팅 합금"이라는 제호 하에 린(Lin) 등에게 2004년 8월 31일자로 허여된 미국 특허 제 6,783,730 호에 개시되어 있는 Al-Ni-Mn 합금이다.
C1
. 얇은 외층을 갖는 적층 마이크로구조의 제조
하나의 실시양태에서, 가시적으로 매력적인 형태 주조 제품을 제조하기 위해, 형태 주조 제품의 의도된 시야면에 또는 그 가까이에 공융 마이크로구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 5a를 참조하면,
외층(500)의 두께는 제한하고(예컨대, 약 100 미크론을 초과하지 않는 것과 같이 비교적 작게), 제 2 층(510)의 두께는 적절한 두께가 되도록, 형태 주조 생산 변수(예컨대, 조성 선택, 다이 온도, 냉각 속도, 용융 온도)를 선택/조정할 수 있다. 제 2 층(510)의 거의 완성된 공융 마이크로구조(511)는 양극산화 이후에도 상기 제품의 균일한 회색도 및/또는 휘도 수준을 용이하게 하고, 이는 가시적으로 매력적인 최종 제품을 용이하게 할 수 있다. 또한, 외층(500)의 두께를 감소시키면 후속 마감 작업 중에 이의 제거가 용이해질 수 있다. 이러한 외층(500)을 제거하여, 소비자 허용 기준을 만족시키는 마감을 갖는 장식적 형태 주조 제품의 제조가 용이해질 수 있다. 이러한 유형의 적층 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품을 제조하는 데 사용되는 조성은 일반적으로 과공정 조성이다. 이러한 유형의 적층 마이크로구조를 생성하는 데 유용한 과공정 Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 조성의 일부 실시양태를 하기 표 1에 제시하였다.
[표 1] 작은 외층 및 적절한 제 2 층을 갖는 적층 마이크로구조를 형성하기 위한 과공정 조성의 예
일반적으로, 더 두꺼운 제품이 평형 냉각 조건에 더 가까운 속도로 냉각되기 때문에, 공칭 벽 두께가 증가할수록, 외층의 두께를 제한하는 데 요구되는 합금 조성은 그 합금의 공융 조성에 가깝다.
이러한 유형의 적층 마이크로구조는, 한정된 양의 가시적으로 명확한 표면 결함을 갖고 형태 주조 제품의 외층 내에 적어도 부분적으로 배치된 착색제를 갖는 제품을 제조하는 데 유용할 수 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 3g를 참조하면, 한 방법은 마감을 선택하고(3300), 형태 주조 제품 용도를 선택하고(3000)(예컨대, 고 강도 휴대용 전자 장치 커버), 상기 제품 용도에 대한 공칭 벽 두께를 선택하고(3100)(예컨대, 얇은 벽(3120), 예컨대 약 0.7 mm), 형태 주조 공정을 선택하는 것(3200)(예컨대, 다이 캐스팅(3320), 예컨대 HPDC)을 포함한다. 이들 선택(3000 내지 3300) 중 하나 이상에 기초하여, 비교적 얇은 외층 및 적절한 크기의 제 2 층(3500)을 갖는 적층 마이크로구조(3420)가 형성되도록 적합한 Al-Ni(3440) 또는 Al-Ni-Mn(3450) 조성을 선택할 수 있다. 상기 방법은 합금을 생성하고(110), 상기 합금을 형태 주조 제품으로 형태 주조하고(120), 상기 형태 주조 제품을 장식적 형태 주조 제품으로 마감하는 것(130)을 추가로 포함한다. 마감처리된 장식적 형태 주조 제품은, 적어도 부분적으로는 상기 선택된 마이크로구조 및/또는 합금 조성으로 인해, 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않고, 밝은 표면을 갖고, 낮은 회색도를 갖고/갖거나 색 및/또는 광택 균일도를 가질 수 있다.
하나의 실시양태에서, 알루미늄 캐스팅 합금은 본질적으로 약 6.6 내지 약 8.0 중량% Ni, 약 0.5 내지 약 3.5 중량% Mn, 약 0.2 중량% 이하의 Fe 및 Si 중 어느 하나, 약 0.5 중량% 이하의 Cu, Zn 및 Mg 중 어느 하나, 약 0.2 중량% 이하의 Ti, Zr 및 Sc 중 어느 하나(이때, B 및 C 중 하나는 약 0.1 중량% 이하로 포함될 수 있음), 약 0.05 중량% 이하의 다른 원소들(이때, 상기 다른 원소들의 총량은 0.15 중량%를 초과하지 않음), 및 잔량의 알루미늄으로 이루어진다.
C2
. 마블무늬의 제품을 위한 맞춤형 배합된 알파-알루미늄 상의 생성
하나의 실시양태에서, 가시적으로 매력적인 마블무늬의 제품을 생성하기 위해, 알파-알루미늄 상과 공융 마이크로구조의 맞춤형 배합된 혼합물을 형태 주조 제품의 의도된 시야면에 생성할 수 있다. 맞춤형 배합된 알파-알루미늄 상과 공융 마이크로구조를 생성하는 데 사용되는 조성은 공융, 과공정 또는 아공정 조성 중 임의의 것일 수 있고, 일반적으로 제품 두께 및/또는 캐스팅 조건(예컨대, 냉각 속도)과 관련된다. 배합된 알파-알루미늄 상과 공융 마이크로구조를 생성하기에 유용한 Al-Ni 및 Al-Ni-Mn의 일부 실시양태를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2] 마블무늬 제품을 위해 배합된 알파-알루미늄 상과 공융 마이크로구조를 생성하기 위한 과공정 조성의 예
이러한 유형의 배합된 마이크로구조는 마블무늬 제품을 생성하는 데 유용할 수 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 3g를 참조하면, 한 방법은 마감을 선택하고(3300), 형태 주조 제품 용도를 선택하고(3000)(예컨대, 고 강도 휴대용 전자 장치 커버), 상기 제품 용도에 대한 공칭 벽 두께를 선택하고(3100)(예컨대, 얇은 벽(3120), 예컨대 약 0.7 mm), 형태 주조 공정을 선택하는 것(3200)(예컨대, 다이 캐스팅(3320), 예컨대 HPDC)을 포함한다. 이들 선택(3000 내지 3300) 중 하나 이상에 기초하여, 배합된 마이크로구조(3510)가 형태 주조 제품의 의도된 시야면에 생성되도록 적합한 Al-Ni(3440) 또는 Al-Ni-Mn(3450) 조성을 선택할 수 있다. 상기 방법은 합금을 생성하고(110), 상기 합금을 형태 주조 제품으로 형태 주조하고(120), 상기 형태 주조 제품을 장식적 형태 주조 제품으로 마감하는 것(130)을 추가로 포함한다. 마블무늬 마감처리된 장식적 형태 주조 제품(3360)은, 적어도 부분적으로는 상기 선택된 합금 마이크로구조 및/또는 조성으로 인해 소비 허용 기준을 만족시키는 마블무늬 마감 및/또는 밝은 표면을 가질 수 있다.
C3
.
균질한
마이크로구조의 생성
하나의 실시양태에서, 가시적으로 매력적인 형태 주조 제품을 생성하기 위해, 균질한 마이크로구조를 생성할 수 있다. 이러한 균질한 마이크로구조는 양극산화 처리 후에도 균일한 회색도 및/또는 휘도 수준의 제품을 용이하게 하고, 이는 가시적으로 매력적인 최종 제품을 용이하게 한다. 균질한 마이크로구조를 생성하는 데 사용되는 조성은 일반적으로 아공정이다. 균질한 마이크로구조를 생성하는 데 사용되기에 유용한 Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 아공융 조성의 일부 실시양태를 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3] 균질한 마이크로구조를 생성하기 위한 조성의 예
균질한 마이크로구조는, 한정된 양의 가시적으로 명확한 표면 결함을 갖고 형태 주조 제품의 옥사이드 층 내에 적어도 부분적으로 배치된 착색제를 갖는 제품을 제조하는 데 유용할 수 있고, 니켈 및/또는 망간의 감소로 인해 인장 강도는 더 낮지만 충격 강도는 더 높은 특성을 구현할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 도 3a 내지 3f 및 3h를 참조하면, 한 방법은 마감을 선택하고(3300), 형태 주조 제품 용도를 선택하고(3000)(예컨대, 고 강도 휴대용 전자 장치 커버), 상기 제품 용도에 대한 공칭 벽 두께를 선택하고(3100)(예컨대, 얇은 벽(3120), 예컨대 약 0.7 mm), 형태 주조 공정을 선택하는 것(3200)(예컨대, 다이 캐스팅(3320), 예컨대 HPDC)을 포함한다. 이들 선택(3000 내지 3300) 중 하나 이상에 기초하여, 균질한 마이크로구조(3430)가 생성되도록 적합한 Al-Ni(3440) 또는 Al-Ni-Mn(3450) 조성을 선택할 수 있다. 상기 방법은 합금을 생성하고(110), 상기 합금을 형태 주조 제품으로 형태 주조하고(120), 상기 형태 주조 제품을 장식적 형태 주조 제품으로 마감하는 것(130)을 추가로 포함한다. 장식적 형태 주조 제품은, 적어도 부분적으로는 상기 선택된 합금 조성으로 인해, 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않고, 밝은 표면을 갖고, 낮은 회색도를 갖고/갖거나 색 및/또는 광택 균일도를 가질 수 있다.
D. 부수적인 원소 및 불순물
전술된 Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 미량의 부수적인 원소 및 불순물을 포함할 수 있다. 일반적으로, 불순물의 양은 용도 특성 및 마감 특성의 달성이 용이해지도록 제한되어야 한다. 따라서, 이러한 캐스팅 합금은 1차 재순환 루프로부터 제조될 수 있으며, 소량의 불순물을 갖는다. 이러한 캐스팅 합금은 일반적으로 이들 합금 중의 불순물의 양으로 인해 2차 재순환 루프로부터는 제조되지 않는다.
부수적인 원소는 형태 주조 제품의 제조에 도움이 될 수 있는 원소들(예컨대, 결정립 미세화제(grain refiner))을 포함한다. 결정립 미세화제는 고화 중에 합금의 결정립의 핵형성을 보조하는 원소 또는 화합물들이다. 형태 주조용으로 유용한 하나의 구체적인 결정립 미세화제는 티탄(Ti)이다. 하나의 실시양태에서, 결정립 미세화제는 붕소 또는 탄소를 함유한 티탄이다. 티탄이 합금에 포함되는 경우, 이는 일반적으로 약 0.005 중량% 이상의 양으로 존재한다. 하나의 실시양태에서, 캐스팅 합금은 약 0.01 중량%의 Ti을 포함한다. 다른 실시양태에서, 캐스팅 합금은 약 0.02 중량% 이상, 약 0.03 중량% 이상, 약 0.04 중량% 이상, 약 0.05 중량% 이상, 또는 약 0.06 중량% 이상의 Ti를 포함한다. 존재하는 경우, 합금 내 티탄의 양은 일반적으로 0.10 중량%를 초과하지 않는다. 하나의 실시양태에서, 캐스팅 합금은 약 0.08 중량% 이하의 Ti, 또는 약 0.07 중량% 이하의 Ti를 포함한다. 붕소(B) 및/또는 탄소(C)는, 존재하는 경우, 티탄의 약 1/3 양(예컨대, B=1/3×Ti), 예컨대 총 0.001 내지 약 0.03 중량% 범위의 B 및/또는 C로 캐스팅 합금에 포함된다.
불순물은 금속 제련, 합금화 및 캐스팅 공정의 본질적인 성질로인해 캐스팅 합금에 존재할 수 있는 원소들이다. 이들 불순물은 특히 Fe, Si, Cu, Mg 및 Zn이 포함한다. 이들 각각의 불순물은 형태 주조 제품의 특성 또는 외관에 해로운 영향을 주지 않는 양으로 캐스팅 합금에 포함될 수 있다. 일반적으로, 합금으로 제조되는 제품의 기계적 특성 및 외관은 비교적 소량의 Fe 및 Si 불순물에 의해 개선된다. 이와 관련하여, Fe 및 Si는 일반적으로 약 0.25 중량%를 초과하지 않는 수준으로 존재하지만, 일부 경우에는 0.5 중량%로 많을 수 있다. 일부 실시양태에서, Fe 및 Si는 약 0.2 중량% 이하, 또는 약 0.15 중량% 이하, 또는 약 0.1 중량% 이하, 또는 약 0.05 중량% 이하의 수준으로 존재한다. 하나의 실시양태에서, 합금은 Fe 및 Si가 실질적으로 없다(예컨대, 약 0.04 중량% 미만으로 함유함).
Cu, Mg 및 Zn에 대해, 이들 각각의 불순물은 약 0.5 중량%의 양으로 캐스팅 합금에 존재할 수 있다. 다른 실시양태에서, 이들 각각의 불순물은 약 0.45 중량% 이하, 또는 약 0.4 중량% 이하, 또는 약 0.35 중량% 이하, 또는 약 0.3 중량% 이하, 또는 약 0.25 중량% 이하, 또는 약 0.2 중량% 이하, 또는 약 0.15 중량% 이하, 또는 약 0.1 중량% 이하, 또는 약 0.05 중량% 이하의 양으로 캐스팅 합금에 존재할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 합금은 하나 이상의 이들 원소들이 실질적으로 없다(예컨대, 약 0.04 중량% 미만으로 함유함).
Al-Ni 합금의 경우, Mn은 불순물로서 합금에 포함될 수 있다. 이들 실시양태에서, Mn은 일반적으로 약 0.5 중량% 미만의 양으로 존재한다. 하나의 실시양태에서, Al-Ni 합금은 약 0.45 중량% 미만의 Mn을 포함한다. 다른 실시양태에서, Al-Ni-Mn 합금은 약 0.4 중량% 미만, 또는 약 0.35 중량% 미만, 또는 약 0.3 중량% 미만, 또는 약 0.25 중량% 미만, 또는 약 0.2 중량% 미만, 또는 약 0.15 중량% 미만, 또는 약 0.1 중량% 미만, 또는 약 0.05 중량% 미만의 Mn을 포함한다.
일부 실시양태에서, 합금은 다른 원소들이 실질적으로 없으며, 이는 캐스팅 합금이, Ni, 임의적인 Mn 및 전술된 통상적인 부수적인 원소 및 불순물 외에 임의의 다른 원소들을 0.25 중량% 이하로 함유함을 의미한다. 또한, 합금 중에 이들 다른 원소들의 전체 조합된 양은 0.5 중량%를 초과하지 않는다. 하나의 실시양태에서, 이들 다른 원소들 중 각각 하나의 원소는 0.10 중량%를 초과하지 않으며 이들 다른 원소들의 총량은 0.35 중량% 또는 약 0.25 중량%를 초과하지 않는다. 또 다른 실시양태에서, 이들 다른 원소들 중 각각 하나의 원소는 0.05 중량%를 초과하지 않으며, 이들 다른 원소들의 총량은 0.15 중량%를 초과하지 않는다. 또 다른 실시양태에서, 이들 다른 원소들 중 각각 하나의 원소는 0.03 중량%를 초과하지 않으며, 이들 다른 원소들의 총량은 0.1 중량%를 초과하지 않는다.
E. 기타 캐스팅 합금
다른 실시양태에서는, 특성(예컨대, 주조성, 강도 및/또는 아노다징 처리가능성)과 외관의 조합이 적합하기만 하면 비-Al-Ni 캐스팅 합금이 사용될 수도 있다. 하나의 실시양태에서, 알루미늄 합금은 캐스팅 합금, 예컨대 3xx 및 4xx 족의 적합한 캐스팅 합금으로 사용하기에 적합한 Al-Si 합금이다. 하나의 실시양태에서, Al-Si 합금은 합금 380이다. 이 합금은, 예를 들어 검은 투명 코팅처리된 마감을 갖는 두꺼운 형태 주조 제품에 유용할 수 있다.
F.
주조성
본원에 기재된 캐스팅 합금은 얇은 벽의 형태 주조 용도에서도 쉽게 주조가능할 수 있다. 주조성은 다른 특성들 중에서도 특히 합금의 유동성 및/또는 균열 성향으로 정량화될 수 있다.
하나의 실시양태에서, Al-Ni 및/또는 Al-Ni-Mn 캐스팅 합금은 캐스팅 합금 A356 및/또는 A380과 균등하거나 또는 거의 균등한 유동을 나타낸다. 유동성은 나선형 몰드 캐스팅을 통해 시험할 수 있다. 합금의 유동성은, 나선형 모드를 통해 합금에 의해 달성되는 캐스팅의 길이를 측정함으로써 결정된다. 이러한 시험은 용융 온도에서 또는 시험 합금 각각에 대한 융점보다 높은 고정된 온도(예컨대, 합금 각각에 대해 100℃의 과열 상태)에서 수행될 수 있다.
하나의 실시양태에서, Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금은 캐스팅 합금 A380 및/또는 A356보다 약 2% 이상 더 우수한 유동성을 나타낸다. 다른 실시양태에서, Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금은 캐스팅 합금 A380 및/또는 A356보다 약 4% 이상, 또는 약 6% 이상, 또는 약 8% 이상, 또는 약 10% 이상, 또는 약 12% 이상, 또는 약 14% 이상, 또는 약 16% 이상, 또는 약 18% 이상, 또는 약 20% 이상 더 우수한 유동성을 나타낸다.
하나의 실시양태에서, Al-Ni 및/또는 Al-Ni-Mn 캐스팅 합금은 캐스팅 합금 A356 및/또는 A380과 균등하거나 또는 거의 균등한 고온 균열 지수를 나타낸다. 하나의 실시양태에서, Al-Ni 및/또는 Al-Ni-Mn 캐스팅 합금은 연필 탐침봉 시험을 통해 시험 시 16 mm 미만의 고온 균열 지수를 나타낸다. 다른 실시양태에서, Al-Ni 및/또는 Al-Ni-Mn 캐스팅 합금은 연필 탐침봉 시험을 통해 시험 시 14 mm 미만, 또는 12 mm 미만, 또는 10 mm 미만, 또는 8 mm 미만, 또는 6 mm 미만, 또는 4 mm 미만, 또는 2 mm 미만의 고온 균열 지수를 나타낸다.
G. 인장 강도
본원에 기재된 캐스팅 합금은 주조된 상태에서 비교적 높은 강도를 가질 수 있다. 예를 들어, Al-NI 합금은 ASTM B557에 따라 시험하는 경우 주조된 템퍼(즉, "F 템퍼")에서 약 100 MPa 이상의 인장 항복 강도(TYS)를 나타낼 수 있다. 하나의 실시양태에서, Al-Ni 합금으로 제조된 얇은 벽(≤ 1 mm) 또는 중간 벽(1 내지 2 mm) 형태 주조 제품은 F 템퍼에서 약 105 MPa 이상의 TYS를 나타낸다. 다른 실시양태에서, Al-Ni 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 제품은 F 템퍼에서 약 110 MPa 이상, 또는 약 115 MPa 이상, 또는 약 120 MPa 이상, 또는 약 125 MPa 이상, 또는 약 130 MPa 이상, 또는 약 135 MPa 이상, 또는 약 140 MPa 이상, 또는 약 145 MPa 이상, 또는 약 150 MPa 이상, 또는 그 초과의 TYS를 나타낸다. Al-Ni 합금으로 제조된 더 두꺼운(2 내지 6 mm) 형태 주조 제품은 F 템퍼에서 위에 기재된 것들보다 약간 더 낮은 TYS를 나타낼 수 있다.
Al-Ni-Mn 합금은 F 템퍼에서 약 120 MPa 이상의 인장 항복 강도(TYS)를 나타낼 수 있다. 하나의 실시양태에서, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽(≤ 1 mm) 또는 중간 벽(1 내지 2 mm) 형태 주조 제품은 F 템퍼에서 약 150 MPa 이상의 TYS를 나타낸다. 다른 실시양태에서, Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 얇은 벽의 형태 주조 제품은 F 템퍼에서 약 175 MPa 이상, 또는 약 180 MPa 이상, 또는 약 185 MPa 이상, 또는 약 190 MPa 이상, 또는 약 195 MPa 이상, 또는 약 200 MPa 이상, 또는 약 205 MPa 이상, 또는 약 210 MPa 이상, 또는 약 215 MPa 이상, 또는 약 220 MPa 이상, 또는 약 225 MPa 이상, 또는 약 230 MPa 이상, 또는 약 235 MPa 이상, 또는 약 240 MPa 이상, 또는 약 245 MPa 이상, 또는 약 250 MPa 이상, 또는 그 초과의 TYS를 나타낸다. Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 더 두꺼운(2 내지 6 mm) 형태 주조 제품은 F 템퍼에서 위에 기재된 것들보다 약간 더 낮은 TYS를 나타낼 수 있다.
H. 충격 강도
Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금은 주조된 상태에서 비교적 높은 인성을 나타낼 수 있다. Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금은 일반적으로 캐스팅 합금 A380 및/또는 캐스팅 합금 A356으로 제조된 대비되는 제품과 적어도 균등한 인성을 나타낸다. 고 함량의 니켈을 함유하는 제품은, "금속성 물질의 노치 바 충격 시험을 위한 표준 시험 방법"이라는 명칭의 ASTM E23-07에 따라 차피 비노치 시편(Charpy Un-Notched Specimen)을 통해 시험할 때, F 템퍼에서 4 주울(J) 이상의 충격 강도를 나타낼 수 있다. 이들 중 일부 실시양태에서, 형태 주조 제품은 F 템퍼에서 약 4.5 주울 이상, 또는 약 5 주울 이상, 또는 약 5.5 주울 이상, 또는 6 주울 이상, 또는 약 6.5 주울 이상, 또는 7 주울 이상, 또는 그 초과의 충격 강도를 나타낼 수 있다. 너 낮은 함량의 니켈을 함유하는 제품은 더 높은 충격 강도를 나타낼 수 있다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 F 템퍼에서 약 10 주울 이상의 충격 강도를 나타낼 수 있다. 이들 중 일부 실시양태에서, 형태 주조 제품은 F 템퍼에서 약 15 주울 이상, 또는 약 20 주울 이상, 또는 약 25 주울 이상, 또는 30 주울 이상, 또는 약 35 주울 이상, 또는 그 초과의 충격 강도를 나타낼 수 있다.
I.
연신율
Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금은 주조된 상태에서 우수한 연신율을 나타낼 수 있다. Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금은 일반적으로 주조된 상태(F 템퍼)에서 캐스팅 합금 A380 및/또는 캐스팅 합금 A356으로 제조된 대비되는 제품과 적어도 균등한 연신율을 나타낸다. 하나의 실시양태에서, Al-Ni 합금은 ASTM B557에 따라 시험할 때 F 템퍼에서 약 4% 이상의 연신율을 나타낸다. 다른 실시양태에서, Al-Ni 합금은 F 템퍼에서 약 6% 이상, 또는 약 8% 이상, 또는 약 10%이상, 또는 약 12% 이상의 연신율을 나타낸다. 하나의 실시양태에서, Al-Ni-Mn 합금은 F 템퍼에서 약 2% 이상의 연신율을 나타낸다. 다른 실시양태에서, Al-Ni-Mn 합금은 약 3% 이상, 또는 약 4% 이상, 또는 약 5% 이상, 또는 약 6% 이상의 연신율을 나타낸다.
J.
양극산화가능성
본원에 기재된 Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금은 또한 Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금의 양극산화를 통해 균일한 옥사이드 층의 형성을 용이하게 할 수 있다. 균일한 옥사이드 층은 실질적으로 균일한 두께를 갖고 옥사이드 층 차단이 미소하거나 전혀 없는 층이다. 하나의 실시양태에서, 옥사이드 층은 일반적으로 선형 외관(예컨대, 비-파동성 외측 표면)을 갖는다. 균일한 옥사이드 층은 형태 주조 제품의 색 균일도, 내구성 및/또는 내부식성을 용이하게 하는 데 적어도 부분적으로 일조할 수 있다. 균일한 옥사이드 층을 갖는 Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금의 예는 도 8a 내지 8d에 예시되어 있으며, 대비되는 A380 합금은 도 8e에 예시되어 있다. 모든 샘플은 다이 캐스팅되고, 이어서 약 9분 동안 약 70℉의 온도 및 약 12 asf(암페어/평방 피트)의 전류 밀도에서 약 20 중량% H2SO4 욕에서 양극산화되어, 약 0.15 밀의 두께를 갖는 옥사이드 층을 형성한다. 예시된 바와 같이, Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금은 균일한 옥사이드 층(710)을 형성하는 반면, Al-Si 합금 A380(도 7e)은 비-균일한 옥사이드 층(712)을 갖는다.
일부 경우, Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금은 양극산화를 통해 비교적 빠른 옥사이드 층의 형성을 용이하게 한다. 하나의 실시양태에서, Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금은 대비되는 A380 제품과 동일하거나 유사한 옥사이드 층 두께를 형성하지만, 대비되는 A380 제품의 옥사이드 층을 제조하는 데 요구되는 시간보다 20% 이상 빠른 시간으로 형성한다. 다른 실시양태에서, Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금은 대비되는 A380 제품과 동일하거나 유사한 옥사이드 층 두께를 형성하지만, 대비되는 A380 제품의 옥사이드 층을 제조하는 데 요구되는 시간보다 20% 이상, 또는 40% 이상, 또는 60% 이상, 또는 80% 이상, 또는 100% 이상 더 빠른 시간으로 형성한다. 급속하게 양극산화될 수 있는 합금은 처리량 증가를 용이하게 하고, 따라서 더 낮은 제조 비용을 가능하게 한다.
요약하면, 본 발명에 개시된 알루미늄 합금은 장식적 형태 주조 제품 용도에 적합한 형태 주조 제품의 제조를 용이하게 한다. 이러한 알루미늄 합금은 양호한 주조성을 갖고, 주조된 상태(F 템퍼)에서 인장 강도, 인성(충격 강도), 연신율, 휘도 및/또는 회색도의 우수한 조합을 갖는 형태 주조 제품의 제조를 용이하게 한다. 알루미늄 합금은 또한 선택된 마감 용도에 적합한 마이크로구조의 선택을 용이하게 한다. 알루미늄 합금은 또한 쉽게 양극산화되고 균일한 옥사이드 층을 형성하여, 색 균일도 및/또는 광택 균일도를 갖는 가시적으로 매력적이고 내구적인 형태 주조 제품의 제조에 기여할 수 있다.
II
. 형태 주조 제품의 제조를 위한 방법, 시스템 및 장치
도 1을 다시 참조하면, 합금 공급원료가 제조된 후(100), 형태 캐스팅 공정을 통해 상기 합금 공급원료로부터 형태 주조 제품이 제조될 수 있다(120).
종종 고압 다이-캐스팅(HPDC)인 다이 캐스팅은 알루미늄의 형태 주조 제품의 제조에 사용될 수 있는 공정이다. 다이 캐스팅은 얇거나 중간 또는 두꺼운 공칭 벽 두께를 갖는 형태 주조 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 특히 보스 및 립을 비롯한 디자인 특징부를 또한 알루미늄 제품에 재형성할 수도 있다.
다이 캐스팅은 용융 금속을 다이 공동 속으로 고속으로 주입하는 것을 포함한다. 이러한 높은 속도는 짧은 충전-시간(예컨대, 밀리초)을 초래할 수 있고, 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는(예컨대, 랩 및 공극이 실질적으로 없는) 주조된 상태의 부품을 생성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금은 마감처리된 형태 주조 제품에서 가시적으로 명확한 표면 결함을 감소 또는 제거하는 방식으로 주조될 수 있다. 신속한 주입은 또한 몰드 코팅이 필요하지 않음을 의미할 수 있는데, 여기서 제품 표면은 금속 다이 내 공동 표면을 복제한 것일 수 있다. 일부 실시양태에서, 다이 캐스팅 공정은 짧은 사이클 시간을 갖고 큰 체적의 제품을 용이하게 할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 캐스팅 공정은 용융 금속을 초기 경로(예컨대, 이하에 기재되는 바와 같이 러너(runner) 통로 및/또는 게이트 랜드 구역)로 흐르게 하고, 상기 용융 금속을 초기 경로로부터 캐스팅 공동 속으로 가압시키는 것을 포함한다. 용융 금속은 이러한 초기 경로를 통해 후술되는 전이 각도로 캐스팅 공동 속으로 가압되어, 적절한 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품의 생성을 용이하게 할 수 있다. 일단 캐스팅 공동에서, 용융 금속은 (사전결정된 속도로) 냉각되어 고화된 금속을 생성할 수 있으며, 이는 형태 주조 제품이 되고 적절한 마이크로구조를 가질 수 있다.
하나의 실시양태에서, 이하에서 더욱 상세히 기재되는 바와 같이, 표면 결함의 생성 제한을 용이하게 하기 위해, 용융 금속이 초기 경로로부터 캐스팅 공동 속으로 이동하는 거리를 제한한다. 하나의 실시양태에서, 이 이동한 거리는 약 15 mm를 초과하지 않는다. 다른 실시양태에서, 상기 이동한 거리는 약 10 mm 이하, 또는 약 5 mm 이하, 또는 약 4 mm 이하, 또는 약 3 mm 이하, 또는 약 2 mm 이하, 또는 약 1 mm 이하일 수 있다.
하나의 실시양태에서, 초기 경로는 전이 경로를 통해 캐스팅 공동에 연결된다. 예를 들어, 전이 경로는 게이트 랜드 구역 및/또는 게이트 예컨대 팬 게이트를 포함할 수 있다. 전이 경로는 용융 금속의 캐스팅 공동으로의 흐름의 전이를 도와, 형태 주조 제품에 목적한 마이크로구조를 생성하도록 할 수 있다. 전이 경로는 전이 각을 가질 수 있으며, 이는, 이하에서 더욱 상세히 제공되는 바와 같이, 약 0 내지 약 90°범위일 수 있다.
하나의 실시양태에서, 전이 경로는 접촉형 게이트를 포함한다. 이 실시양태에서, 초기 경로로부터 접촉형 게이트를 통한 캐스팅 공동으로의 전이 각은 약 30 내지 약 90°범위일 수 있다. 용융 금속은 초기 경로로부터 캐스팅 공동까지 상기 범위의 각도로 가압되어, 적합한 형태 주조 제품의 생성을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전이 각은 비교적 크며, 예를 들어 약 60 내지 약 90°, 또는 약 70 내지 약 90°, 또는 약 80 내지 약 90°이다. 큰 전이 각의 사용은 적절한 사전결정된 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품의 제조를 용이하게 하며, 이때 형태 주조 제품은, (예컨대, 형태 주조 제품의 양극산화 및/또는 착색 후에) 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는 장식적 형태 주조 제품을 제조하도록 쉽게 마감처리될 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 전이 경로는 게이트 랜드 및/또는 팬 게이트를 포함할 수 있다. 이들 실시양태에서, 전이 각은 비교적 작거나(예컨대, 약 5°이하), 또는 존재하지 않을 수 있다(즉, 초기 경로로부터 캐스팅 경로까지 선형 흐름 방향).
본 발명의 형태 주조 제품을 주조하기 위한 상기 및 다른 유용한 특징들은 이하에서 더욱 상세히 제공된다.
형태 주조 공정
본원에 기재된 장식적 형태 주조 제품을 제조하는 데 사용되는 다이 캐스트 공정은 임의의 적합한 다이 캐스팅 프레스를 통해 이루어질 수 있다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 공정(120)은 750 톤 진공 다이 캐스팅 프레스에서 수행될 수 있다. 일부 실시양태에서, 형태 주조 공정(120)은 주입을 자동 제어하면서 320 톤 다이 캐스팅 기계 또는 250 톤 다이 캐스팅 프레스에서 수행될 수 있다. 일부 얇은 벽의 형태 주조 제품의 경우, 형태 주조 공정(120)은 150 톤, 또는 이보다 훨씬 더 작은 다이 캐스팅 프레스에서 수행될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 다른 적합한 캐스팅 기계 또는 프레스가 상기 형태 주조 공정(120)을 수행하도록 이용될 수도 있다. 일부 실시양태에서, 형태 주조 공정(120)은 2004년 8월 10일자로 허여된 미국 특허 제 6,773,666 호에 기재된 것과 유사한 진공 다이 캐스팅 공정을 포함할 수 있으며, 이 문헌을 그 전체로 본원에 참고로 인용한다.
다이 캐스팅 기계는, 예를 들면 용융 금속의 샷 슬리브로의 수동 전달, 수동 다이 윤활 및 수동 부품 토출 등과 같이 수동으로 작동될 수 있다. 다른 실시양태에서, 다이 캐스팅 기계는, 예를 들면 용융 금속의 도가니 로로부터 샷 슬리브까지 자동 전달, 자동 다이 윤활 및 자동 부품 토출 등과 같이 자동화될 수 있다. 일부 실시양태에서, 트림 프레스(trim press)는 러너 및 벤트 제거용으로 혼입될 수 있다. 이들 및 다른 특징들은 하기 설명 및 첨부 도면에서 더욱 명확해질 것이다.
하나의 실시양태에서, 형태 주조 공정(120)을 위한 공정 흐름을 개시하기 전에, 형태 주조 제품에 대한 이젝터 다이 인서트(210) 및 커버 다이 인서트(212)(때로는 고정 다이 인서트라 함)는 도 9에 도시된 바와 같이 제조될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 이젝터 다이 인서트(210) 및 커버 다이 인서트(212)는 스틸로 제조될 수 있다. 캐스팅 다이 인서트(210, 212) 제조에 적합한 다른 물질, 예를 들어 세라믹, 철, 텅스텐 및 이들의 합금 및 초합금이 비제한적으로 사용될 수 있다. 다이 인서트(210, 212)를 형상화하여 전술한 임의의 소비자 전자 부품과 같이 다양한 형태 주조 제품을 제조할 수 있다.
각각의 다이 인서트(210, 212)는, 도 10에 예시된 이젝터 다이 인서트(210)로 나타낸 것과 유사한 다이 프레임(214)에 장착될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 다이 절반은, 다이 인서트(210, 212)를 갖는 다이 프레임(214)을 포함한다. 예를 들어, 이젝터 다이 인서트(210)는 이젝터 다이 프레임(214)에 장착되어 완성 다이의 절반을 형성하고, 커버 다이 인서트(212)는 커버 다이 프레임(214)에 장착되어 완성 다이의 다른 절반을 형성한다. 이어서, 다이 절반이, 도 11a 내지 11i에 예시된 형태 주조 공정(120)을 위한 다이 캐스팅 기계(300)에 장착될 수 있다.
도 11a에서, 이동 압반(311) 위에 장착된 이젝터 다이(310)는 다이 캐스팅 기계(300)의 한 측면에 위치할 수 있고, 고정 압반(315) 위에 장착된 커버 다이(312)는 다이 캐스팅 기계(300)의 반대 측에 위치할 수 있다. 다이 상판(310, 312)은, 두 상판(310, 312)이 도 11c에 도시된 바와 같이 함께 다이 공동(320)을 형성하도록 장착된다. 형태 주조 제품은, 용융 형태의 알루미늄 합금이 다이 공동(320)에서 냉각 및 고화되어 다이 공동(320)의 디자인에 따른 형태 주조 제품을 제조할 때 형성될 수 있다.
여전히 도 11a를 참조하면, 이젝터 판(332)은 적어도 하나의 이젝터 핀(330)을 포함하여, 다이 공동(320)으로부터 형태 주조 제품의 제거를 용이하게 할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 샷 슬리브(314)(때로는 저온 챔버라고 함)는 샷 슬리브(314) 내에 용융 금속을 유도하기 위한 개구(322)(때로는 주입 구멍이라고 함) 및 사출 피스톤(316)을 포함할 수 있다. 일부 경우, 샷 슬리브(314)는 커버 다이(312)에 장착될 수 있다. 샷 슬리브(314)는 다이 공동(320)으로 주입되는 용융 금속을 홀딩함으로써 형태 주조 공정(120)을 용이하게 한다. 형태 주조 공정(120)의 상기 및 다른 특징은 이하의 설명 및 첨부 도면에서 더욱 명백해질 것이다.
공정 흐름
하나의 실시양태에서, 형태 주조 공정(120)을 위한 공정 흐름은 특히 도 11에 도시된 바와 같은 하기 단계들 중 적어도 하나를 포함한다:
(1) 임의로 다이 표면을 코팅하는 단계(1010);
(2) 다이 공동을 형성하는 단계(1020);
(3) 용융 금속을 제조하는 단계(1030);
(4) 용융 금속을 홀딩 구역으로 이동시키는 단계(1040);
(5) 용융 금속을 다이 공동으로 주입하는 단계(1050);
(6) 임의로 충전된 다이 공동에 압력을 가하는 단계(1060);
(7) 다이 공동 내의 금속을 냉각하는 단계(1070);
(8) 다이 공동으로부터 형태 주조 제품을 제거하는 단계(1080); 및
(9) 임의로 다이를 세정하는 단계(1090).
이들 각각의 단계를 이하에서 더욱 상세히 설명한다.
(1) 임의로 다이 표면을 코팅하는 단계(1010)
하나의 실시양태에서, 한 방법은 임의로 도 11b에 도시된 바와 같이 이형제(313)(예컨대, 물에 희석된 그래파이트 또는 규소 에멀젼)를 사용하여 이젝터 다이(310) 및/또는 커버 다이(312)의 적어도 한 표면을 코팅하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서는, 또한 다이 하판(310, 312)에 이형제(313)를 적용하기 위해 공기-분무를 사용할 수도 있다. 하나의 실시양태에서, 이형제(313)는 또한 대부분 주변 물 및 첨가제로 제조된 윤활제일 수도 있다. 일부 실시양태에서, 이형제(313)는 건성 왁스-계 분말 윤활제 또는 분말-계 합성 실리콘일 수 있다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 이형제(313)는, 이젝터 판(332)이 커버 다이(312)를 향해 움직임에 따라 완전히 연장되는 경우에 이젝터 핀(330)을 윤활시킬 수 있다.
(2) 다이 공동을 형성하는 단계(1020)
하나의 실시양태에서, 한 방법은 도 11c에 화살표로 도시한 바와 같이 커버 다이(312)(예컨대, 고정 다이)에 대해 이젝터 다이(310)를 상대적으로 이동시킴으로써 다이 하판(310, 312)을 밀폐시킴으로써 다이 공동을 형성하는 것을 포함한다. 특히, 이동 판(311)은 커버 다이(312)를 향한 이젝터 다이(310)의 움직임을 용이하게 한다. 일부 경우, 다이 하판(310, 312)은 예를 들면 수압 및 기계 기작 등을 비롯한 다른 적합한 잠금 기작을 사용하여 서로 고정될 수 있다. 잠금 기작은, 다이 공동(320) 내에 배치된 용융 금속이 상기 두 다이 하판(310, 312)이 함께 있는 구역으로부터 회피될 수 없도록 도울 수 있다. 하나의 실시양태에서, 밀폐 단계 및 잠금 단계는 단일 단계로 통합될 수 있다. 도 11c에 도시된 바와 같이, 이젝터 판(332) 및 이젝터 핀(330)은 수축될 수 있다.
(3) 용융 금속을 제조하는 단계(1030)
하나의 실시양태에서, 한 방법은 도 11d에 도시된 바와 같이 형태 주조 제품을 캐스팅하기 위한 도가니 로(도시되어 있지 않음)에서 용융 금속(326)(예컨대, 용융 Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금)을 제조하는 것을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 용융 금속(326)은 핸드 레들(hand ladle)(324) 또는 로보트 레이들(324)을 통해 도가니 로를 샷 슬리브(314)로 이동할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 용융 금속(326)은 본원에 기재된 임의의 알루미늄 합금 등과 같은 합금 공급원료(110)에 의한다. 하나의 실시양태에서, 도가니 로는 약 550 파운드 용량의 가스 연료를 사용하는 도가니 로일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 도가니 로는 약 600 파운드 용량의 전기-가열식 도가니 로일 수 있다. 일부 실시양태에서는, 용융 금속을 제조하기 위한 다른 적합한 도가니 로 및/또는 가열 장치가 사용될 수도 있다.
(4) 용융 금속을 홀딩 구역으로 이동시키는 단계(1040)
하나의 실시양태에서, 한 방법은 도가니 내에 제조된 용융 금속(326)을 홀딩 구역, 이 경우에는 샷 슬리브(314)로 이동시키는 것을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 이러한 이동은 샷 슬리브(314) 상부에서 가까운 개구(322)(또는 때로는 주입 구멍이라 함)를 통해 수행될 수 있다. 그 안에 일단 수용되면, 용융 금속(326)은 샷 슬리브(314)의 길이 안에서 그리고 이를 통해 자유로이 흐를 수 있다. 흐른다는 것은 소정의 물질이 소정의 영역 또는 구역 내에서 매우 자유롭게 움직일 수 있는 능력을 의미한다. 예를 들어, 용융 금속(326)은 샷 슬리브(314) 내에서 자유로이 흐를 수 있다. 하나의 실시양태에서, 용융 금속(326)은 먼저 샷 슬리브(314)를 통해 형태 주조 공정(120)을 위한 다이 캐스팅 기계(300)로 도입될 수 있다.
하나의 실시양태에서, 용융 금속(326)은 전기-가열식 세탁기 또는 용기(도시되어 있지 않음)를 통해 이동할 수 있다. 일부 실시양태에서, 용융 금속(326)은 샷 슬리브(314) 상부에서 개구(322)를 통해 용융 금속(326)을 수동으로 주입, 핸드-레들링하거나, 또는 로봇을 이용하여 레들링함으로써 이동할 수 있다. 일부 실시양태에서, 용융 금속(326)은 샷 슬리브(314)의 바닥에 장착된 사이펀 튜브(도시되어 있지 않음)를 통해 샷 슬리브(314) 내로 유입될 수 있다. 일부 경우, 용융 금속(326)은 예를 들면 수압 시스템, 기계적 시스템 및 진공 시스템을 비롯한 다른 적합한 방법을 사용하여 샷 슬리브(314)로 제공될 수 있다.
일부 실시양태에서, 샷 슬리브(314) 내 용융 금속(326)의 양(예컨대, 샷 슬리브(314)의 %충전율)은 약 80 부피% 이하, 또는 약 50 부피% 이하, 또는 40 부피% 이하, 또는 35 부피% 이하, 또는 30 부피% 이하, 또는 25 부피% 이하, 또는 약 15 부피% 이하, 또는 약 10 부피% 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 다른 잠재적인 문제들 중에 특히 샷 슬리브(314)의 과충전이 사출 피스톤(316)을 작동시키고 이의 사출 속도를 유지하고 다이 공동(320)을 적당히 충전하는 데 문제가 될 수 있다. 사출 피스톤(316), 사출 속도 및 다이 공동(320)은 이하에서 더욱 상세히 설명된다.
일부 경우, 샷 슬리브(314)는 전기 카트리지 히터용 통로, 또는 필요한 경우 추가 가열을 위한 다른 가열 장치 형태를 포함할 수 있다. 용융 금속(326)의 온도를 조절하는 능력은 하기 설명 및 첨부 도면을 통해 더욱 명확해질 것이다.
(5) 용융 금속을 다이 공동으로 주입하는 단계(1050)
하나의 실시양태에서, 한 방법은 도 11e 내지 11f에 도시된 바와 같이 샷 슬리브(314) 내에서 사출 피스톤(316)을 이동시킴으로써 다이 공동(320) 속으로 용융 금속(326)을 사출시키는 것을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 이는, 다이 공동(320)이 샷 슬리브(314)와 유체 연통되기 때문에 가능할 수 있다(예컨대, 용융 금속(326)이 샷 슬리브(314)로부터 다이 공동(320)으로 흐를 수 있다). 일부 실시양태에서, 용융 금속(326)에 가해진 외력이 사출 피스톤(316)에 의해 제공될 수 있다. 이 경우, 사출 피스톤(316)으로부터의 외력은 적어도 하나의 통로(예컨대, 러너(354), 게이트 시스템(356))를 통해 샷 슬리브(314) 내의 용융 금속(326)으로 이동할 수 있다. 이는 후속 도면 및 논의로부터 명확해질 것이다.
하나의 실시양태에서, 피스톤(316)의 움직임은 도 11e 내지 11f에 도시된 바와 같이 두 단계(예컨대, 2회 샷)로 일어날 수 있다. 제 1 단계(또는 때로는 느린 샷이라고 함)는 도 11e에 도시된 바와 같이 느린 움직임(예컨대, 약 1 m/s 이하의 사출 속도)에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시양태에서, 제 1 단계에서의 피스톤(316)의 속도는 약 0.1 m/s 이하, 또는 약 0.2 m/s 이하, 또는 약 0.3 m/s 이하, 또는 약 0.4 m/s 이하, 또는 약 0.5 m/s 이하, 또는 약 0.6 m/s 이하, 또는 약 0.8 내지 0.9 m/s일 수 있다. 피스톤(316)의 느린 움직임은 도 11e에 도시된 바와 같이 다이 공동(320)에 가장 가까운 샷 슬리브(314)의 한 단부에 용융 금속(326)을 축적시키는 데 이용할 수 있다. 제 1 단계에서의 피스톤(316)의 속도는 특히 다이 공동(320)의 설계 및 다이 캐스팅 기계(300)의 속성을 비롯한 다양한 인자에 따른 임의의 다른 적합한 속도일 수 있다.
제 2 단계(또는 때로는 빠른 샷이라고 함)는 도 11f에 부분적으로 도시된 바와 같이 더 빠른 속도(예컨대, 약 2 내지 5 m/s)에서 달성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 제 2 단계에서의 피스톤(316)의 속도는 약 2 내지 5 m/s 범위일 수 있다. 예를 들어, 얇은 벽의 휴대용 전자 장치 커버용으로 설계된 다이 공동을 충전하기 위한 사출 속도는 약 2 m/s 이상, 또는 약 2.4 내지 약 2.8 m/s 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 용융 금속(326)은 빠른 샷에 의해 다이 공동(320) 속으로 신속하게 유입되거나 가압될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 용융 금속(326)이 다이 공동(320)을 완전히 충전할 기회를 갖기 전에 고화될 수 있기 때문에 훨씬 더 빠른 피스톤 속도(예컨대, 약 5 m/s 이하)로 빠른 샷을 수행할 필요가 있다. 위와 유사하게, 제 2 단계에서의 피스톤(316)의 속도는 특히 다이 공동(320)의 설계 및 다이 캐스팅 기계(300)의 속성을 비롯한 다양한 인자에 따른 임의의 다른 적합한 속도일 수 있다.
일부 실시양태에서, 투 샷(two-shot) 사출 공정의 경우, 개시 상(phase)(예컨대, 피스톤(316)의 가속)가 느린 샷과 빠른 샷 사이에 포함될 수 있다. 예를 들어, 개시 상은 건성 스트로크(예컨대, 빈 다이 공동(320))의 말미에서 측정시, 약 -50 내지 약 -65 mm 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 개시 상은 약 -65 내지 약 -75 mm 범위일 수 있다. 일부 경우, 개시 상 중에 피스톤(316)의 가속은 용융 금속(326)에 다량의 힘을 가하는 것을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시양태에서, 개시 상은 임의적일 수 있다.
하나의 실시양태에서, 단지 하나의 피스톤 상만이 있을 수 있다(예컨대, 도 11e 내지 11f에 도시된 바와 같은 다이 공동(320)의 충전은 단일 상으로 통합될 수 있다). 다른 실시양태에서, 3 단계 이상(예컨대, 3 상 이상)이 있을 수 있다.
하나의 실시양태에서, 피스톤(316)은 약 40 mm의 직경을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 피스톤(316)은 약 30 내지 약 35 mm 범위의 직경을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 피스톤(316)의 크기는, 샷 슬리브(314)를 통해 가압될 수 있는 용융 금속(326)의 체적을 나타낼 수 있고 용융 금속(326)이 얼마나 빠르게 샷 슬리브(314) 내에서 움직일 수 있는가를 나타낼 수 있다. 일반적으로, 피스톤(316)의 직경이 클수록, 샷 슬리브(314)를 통해 가압될 수 있는 용융 금속(326)의 체적이 커진다. 일부 실시양태에서, 피스톤(316)의 직경은 다이 캐스팅 기계에 따라 변할 수 있다.
다이 공동(320)의 충전 시간은 약 1 내지 약 100 ms(밀리초), 또는 약 3 내지 약 10 ms, 또는 약 40 내지 약 60 ms 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 더 작고/작거나 더 얇은 부품이 더 적은 충전 시간이 소요될 수 있는데, 그 이유는 상기 부품들은 일반적으로 감소된 체적을 가지고, 따라서 일반적으로 증가하는 체적 때문에 충전 시간이 더 오래 걸릴 수 있는 더 크고/크거나 더 두꺼운 부품만큼 공간을 충전하는 데 많은 시간이 필요하지 않기 때문이다. 하나의 실시양태에서, 다이 공동(320)을 용융 금속(326)으로 채우는 데 걸리는 시간은 약 6 내지 7 ms 범위(예컨대, 얇은 벽의 형태 주조 제품의 경우)일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 다이 공동(320)용 충전 시간은 약 30 내지 약 80 ms 범위(예컨대, 중간 또는 두꺼운 벽을 가진 형태 주조 제품의 경우)일 수 있다. 다이 공동(320)용 충전 시간은 특히 벽 두께 및 형태 주조 제품의 디자인에 따라 변할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 다이 공동(320)의 충전 시간은 빠른 샷 또는 사출 샷에 의해 대부분 결정될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 피스톤(316)은 외부 수압 시스템 또는 임의의 다른 적합한 전기, 기계 및/또는 액동 시스템에 의해 구동될 수 있다.
(6) 충전된 다이 공동에 압력을 가하는 단계(1060)
하나의 실시양태에서, 한 방법은 도 11g에 도시된 바와 같이 다이 공동(320)을 용융 금속(326)으로 실질적으로 채운 후 제 3 단계 동안(또는 때로는 강화 단계라고 함) 피스톤(316)을 통해 용융 금속(326)에 압력(예컨대, 약 200 내지 약 1600 바)을 가하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 가해지는 압력은 약 600 내지 약 1200 바, 또는 약 800 내지 약 1000 바 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 일반적으로 감소된 체적을 갖는 더 작은 및/또는 더 얇은 부품에는 더 낮은 압력이 적용될 수 있고, 따라서 일반적으로 증가된 체적 때문에 더 높은 충전 압력을 필요로 할 수 있는 더 큰 및/또는 더 두꺼운 부품만큼 높은 압력은 필요하지 않다.
일반적으로, 압력의 목적은, 도 11h에 도시된 바와 같이, 샷 슬리브(314)로부터, 용융 금속(326)의 고화 중에 다이 공동(320)에 형성될 수 있는 임의의 수축 및/또는 공극으로 용융 금속(326)을 가압하는 것이다. 즉, 용융 금속(326)이 다이 공동(320)에서 고화 및 냉각됨에 따라, 이는 온도 감소에 의한 금속 수축으로 인해 수축할 수 있다. 피스톤(316)에 의해 가해진 높은 압력은, 금속 수축 현상으로 인해 생성될 수 있는 공극을 충전하기 위해 다이 공동(320)으로 용융 금속(326)을 더 가압할 수 있다. 일부 실시양태에서, 강화 단계는 임의적일 수 있다.
단계 (5) 및 (5)을 참조하면, 피스톤(316)의 샷 프로파일의 예는 (a) 샷 슬리브(314)의 한 단부에 용융 금속(326)을 축적시키기 위한 느린 샷, (b) 빠른 샷 개시, (c) 용융 금속(326)을 다이 공동(320)으로 주입하기 위한 빠른 샷, 및 (d) 냉각 및/또는 고화 중에 용융 금속(326)에 높은 압력을 가하기 위한 강화 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 느린 샷 단계(a)는 추가로 제 1 상(예컨대, 개구(322) 커버) 및 중간 상(예컨대, 용융 금속(326) 축적)으로 부분 분할될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 빠른 샷 개시 단계(b)는 전술된 느린/빠른 투 샷 조합과 유사하게 빠른 샷 주입 단계(c)와 조합될 수 있다. 느린 샷 단계(a)로부터 빠른 샷 개시 단계(b)까지의 전이는 필요에 따라 점진적이거나 순간적이거나 지연되거나 또는 장기일 수 있다.
(7) 다이 공동 내의 금속을 냉각하는 단계(1070)
하나의 실시양태에서, 한 방법은 도 11h에 도시된 바와 같이, 일반적으로 용융 금속(326)을 고화시켜 형태 주조 제품을 형성하는 다이 공동(320) 내에서 용융 금속(326)을 냉각하는 것을 포함한다. 냉각 시간은 일반적으로 형태 주조 제품의 크기에 좌우된다. 예를 들어, 비교적 얇은 벽 두께의 부품(328)은 다이 캐스팅 공정의 것과 유사하게 더 빠르게 냉각될 수 있는 반면, 더 두꺼운 벽 두께의 부품(328)은 영구 몰드 캐스팅 공정의 것과 유사하게 더 느리게 냉각될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 냉각 시간은 약 1초 이상, 또는 약 3초 이상, 또는 약 5초 이상, 또는 약 7초 이상일 수 있다. 냉각 시간을 증가시키면 더 경질 및/또는 내변형성(예컨대, 형태 변형이 잘 안 되는)일 수 있는 용융 금속(326)을 제조할 수 있다. 일부 실시양태에서, 냉각 기간은 얇은 부품의 경우 약 2 내지 약 7초, 두꺼운 부품의 경우 약 7 내지 약 10초 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 냉각 시간은 큰 벽 두께를 가진 부품(328)의 경우 약 2분 이하일 수 있다.
(8) 다이 공동으로부터 형태 주조 제품을 제거하는 단계(1080)
하나의 실시양태에서, 한 방법은 형태 주조 제품(328)을 냉각한 후에 다이 공동(320)으로부터 형태 주조 제품(328)을 제거하는 것을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품(328)은 커버 다이(312)로부터 이젝터 다이(310)를 수축시켜 다이 공동(320)을 노출시킴으로써 제거될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 도 11h에 도시된 바와 같이, 다이 공동(320)으로부터 형태 주조 제품(328)을 토출시키기 위한 이젝터 핀(330)을 향해 이젝터 판(332)이 움직일 때까지 형태 주조 제품(328)이 고정될 수 있도록(예컨대, 이젝터 다이(310)에 의해 홀딩될 수 있도록) 다이 공동(320)을 설계할 수 있다. 이 경우, 이동 압반(311)은 화살표로 표시된 바와 같이 후퇴되지만, 그럼에도 불구하고 이젝터 판(332)은 이젝터 핀(330)을 통해 다이 공동(320)으로부터 형태 주조 제품(328)을 배출하기 위해 반대 방향으로 움직일 수 있다. 일부 실시양태에서, 이젝터 판(332) 및 이젝터 핀(330)은 임의적이고, 소비자 전자 부품(328)은 수동으로 또는 자동으로 제거될 수 있다.
일부 실시양태에서는, 형태 주조 제품(328)으로부터 플래시, 오버플로우, 벤트 및 러너를 제거하기 위해 트림 공정을 사용할 수도 있다. 일부 실시양태에서, 트림 공정은, 형태 주조 공정(120) 중 임의의 전 단계 동안 형태 주조 제품(328)에 발생할 수 있는 임의의 변형을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 특히 홀 및 컷아웃(cutout)을 비롯한 특징부가 또한 펀칭 공정을 사용하여 달성될 수 있다.
(9) 임의로 다이를 세정하는 단계(1090)
하나의 실시양태에서, 한 방법은, 도 11i에 도시된 바와 같이, 임의로 다음 부품을 캐스팅 제조함에 있어서 다이 하판(310, 312)의 표면에 축적될 수 있는 임의의 파편, 잔사 또는 미립자를 제거하기 위해 다이 하판(310, 312)을 (예컨대, 갑작스런 강한 에너지의 폭발을 통해) 세정 및/또는 플래싱하는 것을 포함한다.
일부 실시양태에서, 전술된 공정 단계는, 다음 형태 주조 제품(328)을 캐스팅 제조함에 있어서 도 11b에 도시된 바와 같이 단계 (1)에 유사하게 이형제(313)를 사용하여 다이 하판(310, 312)을 코팅함으로써 반복될 수 있다. 일부 실시양태에서, 전술된 공정 단계는 서로 동시에 수행될 수 있다. 예를 들어, 밀폐/잠금 단계(2) 및 용융 금속 제조 단계(3)는 거의 동시에 독립적으로 수행될 수 있다. 일례로, 코팅 단계(1) 및 다이 세정 단계(9)가 또한 거의 동시에 독립적으로 수행될 수 있다.
이러한 캐스팅 단계(120)에 대한 전체 사이클 시간은 일반적으로 특히 다이 디자인 및 다이 캐스팅 기계의 속성을 비롯한 복수 개의 변수에 의존한다. 하나의 실시양태에서, 전체 사이클 시간(예컨대, 단계 (1)로부터 단계 (9)까지)은 얇은 벽 두께의 부품(328)에 대해서는 수초 정도로 짧거나, 또는 두꺼운 벽 두께의 부품(328)에 대해서는 약 2 내지 약 3분 정도로 길다. 일부 실시양태에서, 전체 사이클 시간은 약 15 내지 약 25초, 또는 약 25 내지 약 30초, 또는 약 60 내지 약 120초 범위일 수 있다.
주조된 상태에서의 표면 결함
전술된 바와 같이, 일부 경우, 캐스팅 공정이 가시적으로 명확한 표면 결함, 예컨대 특히 콜드-셧트, 랩-라인 및 얼룩무늬 탈색이 거의 없거나 전혀 없는 형태 주조 제품을 형성하는 것이 유용할 수 있다. 콜드-셧트는 다이 공동 충전 중에 두 개의 용융 전단이 함께 나타나지만 완전히 융합되지 않는 표면 결함이다. 심(seam)이 표면 윤곽에 나타날 수 있다. 색 변색은 없지만, 반사광에서의 차이가 일반적으로 나타날 수 있다. 일부 경우, 콜드-셧트는 공극을 형성시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 콜드-셧트는 충전이 느리거나 또는 충전 중에 와류를 경험하는 곳에서 발견될 수 있다. 랩-라인은 실질적으로 콜드-셧트와 유사하지만 덜 뚜렷하다.
흐름선(때로는 윤활-선(lube-line)이라고도 함)은 어둔/밝은 줄무늬 및 색 변화를 포함하는 표면 결함이다. 심은 반드시 표면 윤곽에 나타나지 않을 수 있다. 그 이유는 다이 분무 잔사로 인한 것이지만, 고화 동안 마이크로-구조적인 분화 때문일 수도 있다. 흐름선은 특히 게이트 영역, 게이트 코너 또는 흐름이 다이 특징부 주변에서 있는 곳에서 발견될 수 있다. 일부 실시양태에서, 주조된 상태에서의 한 부품은 어두운 회색 또는 흑색 윤활-선 또는 흐름선을 나타낼 수 있는데, 이는 이형제(313)로부터의 잔사 때문일 수 있다. 일부 경우, 이러한 유형의 오염은 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 적절한 마감처리 단계에 의해 감소되거나 제거될 수 있다. 일부 경우, 줄무늬는 게이트 영역에서의 흐름-선의 보다 뚜렷한 형태이다. 얼룰무늬 탈색은 어두운 점으로서, 이는 표면 위 산화막의 형성 또는 고화 중의 마이크로-구조적 분화 때문일 수 있다. 얼룩무늬 탈색은 벤트 영역 또는 상기 라인의 다른 정체된 영역에서 발생할 수 있다. 일례로, 얼룩무늬 탈색은 다이 캐스팅의 벤트 단부에 존재할 수 있다. 이러한 유형의 표면 결함은, 주조 성분의 정체된 영역으로 압축되는 보다 저온인 용융물과 관련될 수 있다. 큰 오버-플로우가 용융물을 플러싱하기 위해 도입될 수 있다. 즉, 다이 공동(320)의 벤팅 모서리를 따라 보조 공동(예컨대, 오버플로우 구조(360))이 정체된 용융 금속(326)을 다이 공동(320)으로부터 플러싱할 수 있고 이를 보조 공동으로 가압시킬 수 있다. 일부 경우, 다이 공동(320)의 벤트 영역에서의 더 높은 다이 온도는 캐스트 케이스의 벤트 단부에서의 탈색 제한을 도울 수 있다. 다른 경우, 국지적 가열이 또는 유리할 수도 있다.
피스톤(316)의 속도는 다이 공동(320)의 입구(예컨대, 게이트)에서의 용융 금속(326)의 속도를 결정할 수 있다. 이러한 게이트 속력은 게이트(358)를 통해 다이 공동(320)으로 유입되는 용융 금속(326)의 속도로서 정의될 수 있다. 일부 실시양태에서, 게이트 속력은 약 30 내지 약 40 m/s, 또는 약 40 내지 약 60 m/s, 또는 약 60 내지 약 80 m/s, 또는 약 80 내지 약 90 m/s 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서, 더 느린 게이트 속력은 다이 공동(320)의 게이트(358)를 통한 더 느린 용융 금속(326) 흐름과 상호관련될 수 있다. 이들 실시양태는 게이트 영역에서의 다이 스틸의 부식을 피하는 데 유용할 수 있다. 일부 실시양태에서, 더 빠른 게이트 속력은 다이 공동(320)의 게이트(358)를 통한 더 빠른 용융 금속(326) 흐름과 상호관련될 수 있다. 이들 실시양태는 제품 또는 주조된 부품에서의 콜드-셧트 및 랩-라인 등과 같은 결함을 피하는 데 유용할 수 있다. 다이 공동(320) 충전 시간 및 게이트 속도는 다른 요인 및/또는 변수들 중에서도 특히 다이 하판(310, 312)의 디자인, 부품 두께 및 다이 캐시팅 기계의 속성에 따라 변할 수 있다.
팬 게이트 구성요소
시스템 게이트는 적절한 마감을 갖는 형태 주조 부품의 제조에 기여할 수 있다. 게이트 시스템의 일례는 팬 게이트이고, 이의 실시양태는 도 12a 내지 12c에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 게이트 시스템(356)의 형태는 팬-유사 형태(예컨대, 삼각형/사다리꼴)를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 게이트 시스템(356)의 가장자리는 형태 주조 제품(328)의 가장자리를 확인하는 데 사용될 수 있다. 도 12a 내지 12b에 도시된 바와 같이, 게이트 시스템(356)은 팬 게이트(359) 및 게이트 랜드(357)를 포함한다. 도 12c에 도시된 바와 같이, 게이트 시스템(356)은 단지 하나의 팬 게이트(359)만을 포함한다.
일반적으로, 용융 금속(326)은, 형태 주조 제품(328)의 제조 동안 다이 공동(320)으로 유입되기 전에, 샷 슬리브(314)로부터 러너(354) 및 게이트 시스템(356)을 통해 이동할 수 있다. 러너(354)는 용융 금속(326)의 흐름을 용이하게 하는 경로 또는 통로이다. 러너(354)는 필요에 따라 또는 가능한 한 임의의 형태, 크기 및/또는 각을 취할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 용융 금속(326)이 러너(354)를 통해 흐름에 따라, 이는 게이트 시스템(356)이라고 하는 구역으로 이동할 수 있다. 일단 게이트 시스템(356) 내에서는, 용융 금속(326)이 게이트(358)를 통해 다이 공동(320)으로 유입될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 게이트 시스템(356)은 실질적으로 삼각형/사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 게이트 시스템(356)은 다른 다각형 형태 및 크기를 취할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 게이트 시스템(356)은 러너(354)로부터 게이트(358)까지 측정시 약 15 mm 이상의 폭을 갖는다. 일부 실시양태에서, 게이트 시스템(356)의 폭은 약 10 mm 이하, 또는 약 5 mm 이하, 또는 약 4 mm 이하, 또는 약 3 mm 이하, 또는 약 2 mm 이하, 또는 약 1 mm 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 더 짧은 폭을 갖는 게이트 시스템(356)은 용융 금속(326)이 러너(354)로부터 게이트(358)까지 비교적 짧은 거리를 이동함으로써, 용융 금속(326)이 다량의 열 손실(예컨대, 용융 금속(326)이 러너(354)로부터 게이트(358)까지 움직일수록 온도 강하는 더 낮음)을 경험하게 될 가능성을 줄일 수 있음을 의미한다. 즉, 일부 실시양태에서, 초기 경로(예컨대, 러너(354))로부터 캐스팅 공동까지 용융 금속이 이동하는 거리는 게이트 시스템의 폭에 직접적으로 비례(예컨대, 균등)할 수 있다. 대조적으로, 더 큰 폭을 갖는 게이트 시스템(356)은 용융 금속(326)이 러너(354)로부터 게이트(358)까지 비교적 긴 거리를 이동함으로써, 용융 금속(326)이 다량의 열 손실(예컨대, 용융 금속(326)이 러너(354)로부터 게이트(358)까지 움직일수록 온도 강하는 더 높음)을 경험하게 될 가능성이 증가할 수 있음을 의미한다.
도 13a 내지 13c는 각각 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 형태 주조 공정(120)에 의해 제조된 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버(328)의 상부, 투시 및 측면 사진이다. 도 13a는 다이 공동(320)의 팬 게이트(359) 및 게이트(358)와 결합된 러너(354)를 나타내는 주조된 상태의 두 개의 나란한 휴대용 전자 장치 커버(328)의 외부 표면의 상부 사진이다. 일반적으로, 외부 표면은, 용융 금속(326)이 커버 다이(312)의 표면과 물리적으로 접촉하는 형태 주조 공정(120)으로부터 생긴다. 도 13b는 스크류 보스(331), 립(364) 및 오버플로우 구조(360)를 갖는 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버(328)의 내표면의 투시도 사진이다. 일반적으로, 내표면은 이젝터 다이(310)의 표면과 물리적으로 접촉하는 용융 금속(326)으로부터 생긴다.
일부 실시양태에서, 스크류 보스(331)는 이젝터 핀(330)을 수용할 때 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 오버플로우 구조(360)는 또한 이젝터 핀(330)을 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 오버플로우 구조(360)는, 공동 충전의 초기 단계 동안 용융 금속(326) 내에 형성될 수 있는 산화막의 제거를 용이하게 할 수 있다. 즉, 산화막이 풍부할 수 있는 임의의 용융 전단이 오버플로우 구조(360) 내로 흘러서 다이 공동(320)으로부터 플러싱될 수 있다. 이어서, 오버플로우 구조(360)는 도 13a에 도시된 바와 같이 트림 프레스(도시되어 있지 않음)에 의해 트리밍 또는 제거될 수 있다(오버플로우 구조(360)가 제거된 도 13a와 오버플로우 구조(360)가 여전히 존재하는 도 13b 비교). 일부 실시양태에서는, 러너(354)가 또한 유사하게 트리밍될 수 있다(도시되어 있지 않음). 일부 실시양태에서, 오버플로우 구조(360)는 하나 이상의 이젝터 핀(330)을 수용하기 위한 이젝터 패드(도시되어 있지 않음)로 교체될 수 있다.
이 예에서, 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버(328)의 내표면은, 다이 공동(320)의 게이트(358)에 인접해 있는 팬 게이트(359)에 결합된 러너(354)를 보여주고 있다. 도 13c는, 도 13c의 팬 게이트(359)의 단면이 도 12c의 팬 게이트(359)와 비교시 러너(354)에서 약간 더 오목할 수 있다는 것을 제외하고는 도 12c와 실질적으로 유사한 게이트 시스템(356)의 형태를 나타낸 도 13b의 측면 사진이다.
도 14a는 팬 게이트를 사용하여 형태 주조 공정(120)에 의해 제조된 주조된 상태의 휴대용 전자 장치 커버(328)의 외부 표면 사진이다. 도 14b는 도 14a의 휴대용 전자 장치 커버(328)의 이젝터 다이(310)의 CAD 도면이다. 위와 유사하게, 이젝터 다이(310)는 하나 이상의 스크류 보스(331), 복수 개의 립(364) 및 하나 이상의 오버플로우 구조(360)를 포함할 수 있다. 이 예에서, 이젝터 다이(310)는 또한 복수 개의 벤트(366)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 벤트(366)는, 다이 공동(320)이 용융 금속(326)으로 채워짐에 따라 다이 공동(320) 내에 포집될 수 있는 가스의 제거를 용이하게 할 수 있다. 일부 실시양태에서, 벤트(366)는 두 다이 하판(310, 312)이 만나는 면으로부터 용융 금속(326)의 사취를 방지하도록 디자인될 수 있다. 벤트(366)는 또한 도 14a(예컨대, 오버플로우 구조(360)와 벤트(366)가 트리밍되지 않음)와 비교시 도 13a(예컨대, 오버플로우 구조(360)와 벤트(366)가 트리밍됨)에 도시된 것과 유사한 부품으로부터 트리밍 및 제거될 수 있다.
도 14a 및 14b에서, 게이트 시스템(356)은 팬 게이트(359) 및 연장된 게이트 랜드(357)를 포함한다. 일례로, 연장된 게이트 랜드(357)는 게이트 시스템(356)에 포함되어, 주조된 상태의 부품의 줄무늬의 형성을 감소/제한할 수 있다. 즉, 게이트 시스템(356)은 전이 경로로 간주될 수 있고, 이 전이 경로는 팬 게이트 구성요소를 포함할 수 있다. 이 실시양태에서, 팬 게이트 구성요소는 게이트 랜드(357) 및 팬 게이트(359) 자체를 포함한다.
하나의 실시양태에서, 팬 게이트(359)는 이것이 연장된 게이트 랜드(357)를 만나면서 경사(예컨대, 테이퍼)진다(도 14a 및 14b). 하나의 실시양태에서, 팬 게이트(359)는 게이트(358)를 만나면서 경사진다(도 13a 내지 13c). 일부 실시양태에서, 팬 게이트(359)의 레이트(358) 또는 게이트 랜드(357) 내로의 각 모양은 특정 각(예컨대, 약 45°미만)보다 낮게 유지될 필요가 있다. 그렇지 않으면, 용융 전단이 빠르게 팽창되지 않고 유체 와류가 팬 게이트(359) 내에 생성되어, 다이 공동(320) 안의 부품에 결함을 일으킬 수 있다.
하나의 실시양태에서, 러너(354)는 약 10 ㎟ 이상의 단면적(예컨대, 폭×깊이)을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 단면적은 약 15 ㎟ 이상, 또는 약 20 ㎟ 이상, 또는 약 25 ㎟ 이상, 또는 약 35 ㎟ 이상, 또는 약 50 ㎟ 이상, 또는 약 75 ㎟ 이상, 또는 약 100 ㎟ 이상일 수 있다. 일부 실시양태에서, 단면적은 약 200 ㎟ 이상일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 러너(354)의 단면적은 용융 금속(326)이 고온을 유지하는 능력을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 비교적 얇은 러너(354)(예컨대, 비교적 얇은 단면적을 갖는 러너(354))는 비교적 고온에서 용융 금속(326)의 흐름을 유지할 수 없는데, 왜냐하면 용융 금속(326)의 중심이 러너(354)의 측벽과 비교적 쉽게 접촉할수록 용융 흐름의 중심 온도가 소멸될 수 있기 때문이다. 대조적으로, 비교적 두꺼운 러너(354)(예컨대, 비교적 두꺼운 단면적을 갖는 러너(354))는 비교적 고온에서 용융 금속(326)의 흐름을 유지할 수 있는데, 왜냐하면 용융 금속(326)의 중심이 러너(354)의 측벽과 접촉하기가 쉽지 않기 때문에 용융 흐름의 중심 온도가 소멸될 수 없기 때문이다. 따라서, 비교적 큰 단면적을 갖는 러너(354)로부터의 용융 금속(326)의 흐름은, 비교적 작은 단면적을 갖는 러너(354)로부터의 용융 금속(326)의 흐름에 비해, 비교적 고온에서 상기 흐름을 다이 공동(320)까지 유지하고 전달할 수 있다.
접촉형 게이트 구성요소
일부 실시양태에서, 게이트 시스템(356)의 디자인은 접촉형 게이트 형태이다. 도 15a는 접촉형 게이트 구성요소의 한 실시양태의 도면이고, 도 15b는 도 15a의 라인 A-A에 따른 단면이고, 도 15c는 게이트 랜드(357)가 없는 도 15a의 또 다른 실시양태의 단면이다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 주요 러너(354)는 좌측 접촉형 게이트 러너(355L) 및 우측 접촉형 게이트 러너(355R)로 분지될 수 있다. 이 경우, 러너(354)의 두 접촉형 게이트 러너(355L, 355R)로의 분지화는 용융 금속(326)이 게이트(358)(예컨대, 상기 부품의 게이트 가장자리)에 대해 접선 방향으로 흐를 수 있도록 한다. 하나의 실시양태에서, 게이트 시스템(356)의 가장자리는 또한 부품(예컨대, 형태 주조 제품(328))의 가장자리를 확인하는 데 사용될 수 있다. 도 15a 및 15b에 도시된 바와 같이, 게이트 시스템(356)은 두 분지 러너(355L, 355R) 및 게이트 랜드(357)를 포함한다. 도 15c에 도시된 바와 같이, 게이트 시스템(356)은 두 분지 러너(355L, 355R)를 포함하고 게이트 랜드(357)는 포함하지 않는다.
도 16a는 접촉형 게이트를 사용하여 형태 주조 공정(120)에 의해 제조된 주조된 상태의 휴대폰 커버(328)의 외부 표면 사진이다. 도 16b는 도 16a의 휴대폰 커버(328)의 이젝터 다이(310)의 CAD 도면이다. 위와 유사하게, 이젝터 다이(310)는 스크류 보스(331), 립 및 보스(364), 오버플로우 구조(360) 및 벤트(366)를 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 이젝터 다이(310)는 주요 러너(354)가 두 접촉형 게이트 러너(355L, 355R)로 분리된 것을 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 이젝터 다이(310)는 또한 하나 이상의 충격 흡수기(372)를 포함할 수 있으며, 이는 접촉형 러너(355L, 355R)의 단부 충격시 용융 금속(326)의 흐름을 용이하게 하거나 완충할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 주요 러너(354)는 접촉형 러너(355L, 355R)를 통해 다이 공동(320)의 가장자리를 따라 접선 방향으로 지나갈 수 있다. 일부 실시양태에서, 분지 러너(355L, 355R)의 게이트 가장자리는 테이퍼진 측면을 혼입 또는 포함할 수 있다. 일부 예에서, 게이트 가장자리는 최소의 테이퍼를 가질 수 있다. 일부 경우, 접촉형 러너(355L, 355R)는 부품(328)의 게이트 가장자리에 평행하게 진행할 수 있다. 다른 경우, 접촉형 러너(355L, 355R)는 부품(328)의 게이트 가장자리에 대해 어떤 각도로 진행할 수 있다. 접촉형 게이트는, 팬 게이트보다 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는 형태 주조 제품을 제조하는 데 더 유리할 수 있다.
다른 여러 가지 게이트 구성요소
도 17a 및 17b 및 18a 및 18b는 본 발명의 일부 실시양태에서 형태 주조 공정(120)에 의해 소비자 전자 부품을 제조하는 데 사용될 수 있는 다양한 게이트 구성요소를 나타낸다.
도 17a는 도 12a 내지 12c, 13a 내지 13c 및 14a 내지 14b의 것과 유사한 팬 게이트 구성요소(400a)의 예이다. 그러나, 이러한 팬 게이트 구성요소(400a)는 상술한 접촉형 게이트 구성요소와 유사한 좌측 및 우측 러너(355L, 355R)로 분지화된 주요 러너(354)를 가진 다중 팬 게이트(402)를 포함한다. 다중 게이트(402) 때문에, 이러한 팬 게이트 구성요소(400a)는 또한 분할된 팬 게이트 구성요소(400)라고도 할 수 있다. 다중 분할된 게이트(402)는, 용융 금속(326)이 게이트 시스템(356)으로부터 다이 공동(320)으로 유입됨에 따라, 다중 분할된 용융 전단(404)을 전달할 수 있다.
도 17b는 도 15a 내지 15c 및 16a 및 16b와 유사한 접촉형 게이트 구성요소(400b)의 예이다. 하나의 실시양태에서, 접촉형 게이트 구성요소(400b)는, 용융 금속(326)이 게이트 시스템(356)으로부터 다이 공동(320)으로 유입됨에 따라, 단일 용융 전단(404)을 전달할 수 있다. 앞선 접촉형 게이트 구성요소와 유사하게, 주요 러너(354)는 두 개의 접촉형 러너(355L, 355R)로 분지될 수 있고, 부품 공동(320)에 접선 방향으로 진행할 수 있다.
도 18a 및 18b는 두 개의 상이한 와류 게이트 구성요소(400c, 400d)의 예이다. 도 18a에서, 단일의 상당히 넓은 게이트 시스템(356)이, 다이 공동(320)으로 용융 금속(326)을 후속적으로 공급하는 다중 게이트(358)로 분지화될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 다이 공동(320)으로 전달된 용융 전단(404)은 이웃 게이트(358)로부터의 인접한 용융 전단(404)과 랜덤하게 혼합될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 생성 용융 전단(404)은 상기 부품을 와류 충전할 수 있고 다른 표면 결함들 중에서도 임의의 콜드-셧트 및/또는 공극을 제거할 수 있다. 도 18b에서, 게이트 시스템(356)은 넓을 뿐만 아니라 다이 공동(320)의 측면 주위로 연장되고, 후속적으로 용융 금속(326)을 다이 공동(320)으로 다중 공급시키는 다중 게이트(358)로 분지된다. 이들 다중 게이트(358)는 형태 및/또는 크기가 동일하고 서로 반대 측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 게이트(358)는 다이 공동(320)의 좌측에 위치할 수 있고, 유사한 형태/크기의 게이트(358)는 다이 공동(320)의 우측 반대쪽에 위치할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 다이 공동(320)으로 전달된 용융 전단(404)은 이웃 게이트(358)로부터의 다른 용융 전단(404)과 균일하게 그리고 랜덤하게 혼합될 수 있고, 조합된 용융 전단(404)은 상기 부품을 와류 충전하여 다른 표면 결함들 중에서도 임의의 콜드-셧트 및/또는 공극을 제거할 수 있다. 일부 실시양태에서, 와류 게이트 구성요소(400c, 400d)는 마블무늬 마감을 갖도록 의도된 형태 주조 제품을 제조하기 위해 균일한 랜덤 흐름 패턴을 형성할 수 있다.
게이트 랜드 영역
일부 실시양태에서, 접촉형 러너(355L, 355R) 및 게이트 랜드(357)는, 샷 슬리브로부터 다이 공동(320)으로 흐름에 따라 용융 금속(326)을 추가로 냉각시킬 수 있다. 하나의 실시양태에서, 게이트 랜드(357)는 다이 공동(320)의 저부 가장자리와 결합될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 게이트 랜드(357)는 다이 공동(320)의 측면과 결합될 수 있다. 상기 냉각은, 온도 조절이 되지 않을 수 있는 이들 상이한 영역(예컨대, 주요 러너(354), 접촉형 러너(355L, 355R), 게이트 랜드(357))과 용융 금속(326)이 물리적으로 접촉함에 따른 온도 강하 때문일 수 있다. 온도 변화는, 용융 금속(326)의 냉각에 따라 형성되는 상이한 마이크로구조 층을 형성하며, 이는 상기 부품의 표면에 상이한 층을 형성시킨다. 일부 실시양태에서, 상이한 표면층의 형성은 표면 결함(예컨대, 미적으로 유쾌하지 않은 제품)을 유발할 수 있다.
일부 실시양태에서, 용융 금속(326)이 종국적으로 게이트(358)를 통해 다이 공동(320)으로 흐르기 전에, 샷 슬리브로부터 주요 러너(354)와 게이트 시스템(356)을 통해 흐를수록 용융 금속(326)의 온도 강하를 제한할 필요가 있다. 하나의 실시양태에서, 금속이 주요 러너(354) 및 게이트 시스템(356)(예컨대, 팬 게이트 구성요소, 접촉형 게이트 구성요소)을 통해 이동함에 따른 용융 금속(326)의 온도 강하를 감소/제한하기 위해 샷 슬리브와 게이트(358) 사이에 약간의 거리를 두는 것이 유용할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 주요 러너(354)의 길이(예컨대, 샷 슬리브의 단부로부터 게이트 시스템(356)의 시작점까지 측정시)는 비교적 짧을 수 있다. 일부 실시양태에서, 단일 다이 공동(320)의 경우, 러너(354)의 길이는 약 50 mm 이하, 또는 약 40 mm 이하, 또는 약 30 mm 이하, 또는 약 20 mm 이하, 또는 약 15 mm 이하, 또는 약 10 mm 이하, 또는 약 5 mm 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 러너(354)의 길이가 짧을수록, 용융 금속(326)이 러너(354)를 통해 움직임에 따라 경험할 수 있는 열 손실의 양도 더 작아질 수 있다. 급격한 변동 없이 사전결정된 온도에서 용융 금속(326)의 흐름을 유지하는 능력은 목적한 마이크로구조의 캐스팅을 용이하게 할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 도 15a에 도시된 간격(S)(예컨대, 접촉형 러너(355L, 355R)로부터 게이트(358)까지 측정시 게이트 랜드(357)의 폭)은 약 10 mm 이하, 또는 약 5 mm 이하, 또는 약 4.5 mm 이하, 또는 약 4 mm 이하, 또는 약 3.5 mm 이하, 또는 약 3 mm 이하, 또는 약 2.5 mm 이하, 또는 약 2 mm 이하, 또는 약 1.5 mm 이하, 또는 약 1 mm 이하, 또는 약 0.5 mm 이하일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 간격(S)은 약 0 mm이거나 실질적으로 무시할 수 있다. 일부 실시양태에서, 간격(S)이 짧을수록, 게이트 랜드(357)를 통해 움직임에 따라 경험할 수 있는 용융 금속(326)의 열 손실의 양은 더 작아진다. 급격한 변동 없이 사전결정된 온도에서 용융 금속(326)의 흐름을 유지하는 능력은 상기 부품 표면 위에 단일의 마이크로구조의 캐스팅을 용이하게 할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 도 12a에 도시된 간격(S)(예컨대, 팬 게이트(359)로부터 게이트(358)까지 측정시의 게이트 랜드(357)의 폭)은 약 10 mm 이하, 또는 약 5 mm 이하, 또는 약 4.5 mm 이하, 또는 약 4 mm 이하, 또는 약 3.5 mm 이하, 또는 약 3 mm 이하, 또는 약 2.5 mm 이하, 또는 약 2 mm 이하, 또는 약 1.5 mm 이하, 또는 약 1 mm 이하, 또는 약 0.5 mm 이하일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 간격(S)은 약 0 mm이거나 실질적으로 무시할 수 있다. 일부 실시양태에서, 간격(S)이 짧을수록, 게이트 시스템(356)을 통해 움직임에 따라 경험할 수 있는 용융 금속(326)의 열 손실의 양은 더 작아진다. 급격한 변동 없이 사전결정된 온도에서 용융 금속(326)의 흐름을 유지하는 능력은 상기 부품 표면 위에 단일의 마이크로구조의 캐스팅을 용이하게 할 수 있다.
전이도(
degree
of
transition
)
이제, 도 19를 참조하면, 이는 본 발명의 하나의 실시양태에 따른 형태 주조 제품을 캐스팅하기 위한 접촉형 게이트 구성요소의 단면을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 용융 금속(326)은, 다이 공동(320)으로 유입되기 전에, 샷 슬리브(도시되어 있지 않음)로부터 접촉형 러너(355L, 355R)를 따라 흐를 수 있다. 하나의 실시양태에서, 게이트 시스템(356)은, 용융 금속(326)이 게이트 시스템(356)으로부터 게이트(358)를 통해 다이 공동(320)으로 흐를 수 있도록 하는 접촉형 러너(355L, 355R)를 포함한다. 게이트(358)는 다이 공동(320)(예컨대, 주조된 상태의 한 부품)의 가장자리와 게이트 시스템(356)의 가장자리 사이의 교점으로서 정의될 수 있다.
일부 실시양태에서, 게이트 랜드(357)와 다이 공동(320) 사이에는 다양한 전이도(
)가 있을 수 있다. 본원에서 "전이도"란 게이트 랜드(357)의 면(391)과 부품 공동(320)의 게이트 가장자리의 면(393) 사이의 전이각(
)이다. 일부 경우, 전이각 또는 전이도는 상호교환적으로 사용될 수 있다.
하나의 실시양태에서, 용융 금속(326)은 게이트 랜드(357)로부터 각(
)으로 다이 공동(320)으로 유입될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 용융 금속(326)은 게이트 랜드(357)로부터 게이트(358)를 통해 다이 공동(320)으로 흐르며, 전이도 또는 전이각(
)은 용융 금속(326)이 난류를 추가로 경험할 수 있도록 한다. 추가적인 난류는 용융 금속(326)의 흐름을 파괴해 용융 금속(326)을 추가로 혼합시킨다. 하나의 실시양태에서, 각(
)변화에 의한 추가적인 난류는 용융 금속(326)을 더욱 균일하게 혼합시킴으로써 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는 부품을 형성할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 전이도 또는 전이각()은 용융 금속(326)의 흐름 경로를 변화시킨다. 즉, 용융 금속(326)은 하나의 구역(예컨대, 게이트 랜드(357))로부터 또 다른 구역(예컨대, 다이 공동(320))으로 전이되는 중에 난류를 만날 수 있다. 난류는 용융 금속(326) 내에 존재할 수 있는 임의의 반-고체 입자들을 완전히 혼합시켜, 임의의 실질적인 줄무늬, 공극 또는 기타 표면 결함을 갖지 않는 부품을 허용한다.
하나의 실시양태에서, 용융 금속(326)이 게이트 랜드(357)로부터 다이 공동(320)으로 흐름에 따른 전이각 또는 전이도(
)는 약 30°이상일 수 있다. 일부 실시양태에서, 전이각(
)은 약 35°이상, 또는 40°이상, 또는 45°이상, 또는 50°이상, 또는 55°이상, 또는 60°이상, 또는 65°이상, 또는 70°이상, 또는 75°이상, 또는 80°이상이다. 다이의 복잡성을 증가시킬 수 있는 절단 또는 다른 문제가 일어날 수 있기 때문에, 전이각은 일반적으로 약 90°를 초과하지 않는다. 약 90°는 실질적으로 수직이고 일부 경우 상기 문제들이 나타나지 않는 한 정확히는 90°를 약간 초과할 수 있는 각을 의미한다. 도 19에 도시된 바와 같이 전이각(
)은 약 90°이다. 하나의 실시양태에서, 전이각은 약 80 내지 약 90° 범위이다.
표면 형태
상술된 바와 같이, 표면 결함은 특히 콜드-셧트, 랩-라인, 흐름선 및 얼룩무늬 탈색을 포함할 수 있다. 도 20a는 게이트 영역(358) 가까이에 흐름선을 갖는 주조된 휴대폰 커버(328)의 예시이다. 도 20b는 오버플로우 영역(360) 가까이에 어두운 얼룩무늬 탈색을 갖는 주조된 휴대폰 커버(328)의 예시이다.
마이크로구조 제어
전술된 바와 같이, 세 가지 상이한 마이크로구조가 마감 요건에 따라 제조될 수 있다: (1) (예컨대, 한정된 양의 가시적으로 명확한 표면 결함을 갖는 제품에 대해) 작은 외부 표면 두께를 갖는 적층 마이크로구조, (2) (예컨대, 얼룩무늬 제품에 대해) 배합된 양의 알파 알루미늄 상과 공융 상을 갖는 적층 마이크로구조, 또는 (3) 균질 마이크로구조. 본원에 기재된 캐스팅 공정은 목적한 마이크로구조를 달성하도록 조정될 수 있다. 주조된 상태의 부품(328)의 표면에 마이크로구조에 영향을 주는 인자는 특히 냉각 하에 용융 조성의 유지/취급, 게이트 구성 및 다이 온도 유지/제어를 포함한다. 팬 또는 와류 게이트는 마블무늬 제품을 제조하는 데 유용할 수 있고, 접촉형 게이트는 다른 마이크로구조를 제조하는 데 유용할 수 있다.
과냉각
일부 실시양태에서는, 용융 금속(326)의 냉각 속도가 평형시의 고화 동역학보다 더 큰 경우에서와 같이 캐스팅 중에 과냉각이 발생할 수 있다. 즉, 용융 금속(326)이 평형 냉각보다 더 빠른 속도로 냉각되는 경우에 과냉각이 발생할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 과냉각에 의해, 용융 금속(326)의 고화는 상 평형에 의해 표시된 온도보다 낮은 온도에서 발생할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 과냉각은 비교적 고온 용융 금속(326)이 비교적 저온 다이 하판(310, 312)과 접촉하는 표면에서 발생할 수 있다.
일부 실시양태에서, 과냉각 상태에서는, Al-Ni 2원 합금 또는 Al-Ni-Mn 3원 합금에 대한 용융 조성물은, 목적하는 마이크로구조, 즉 과공정 조성을 달성하기 위해, 평형 공융 조성보다 더 풍부할(예컨대, 더 높은 중량%) 필요가 있다. 평형 냉각 조건 동안, 거의 완전한 공융 마이크로구조가 공융 조성에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 평형 냉각 조건 동안, 약 5.66 중량% Ni, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물의 Al-Ni 조성물이 공융 마이크로구조를 생성할 것으로 예상된다. 그러나, 평형 냉각 조건은 다이 캐스팅 동안에 달성하기는 어려울 수 있으며, 예를 들어 과냉각은 고온 용융 금속이 비교적 훨씬 더 저온의 다이 공동과 먼저 접촉하게 되는 소비자 전자 부품의 표면에서 우세할 수 있다. 따라서, 목적하는 최종 마이크로구조를 달성하기 위해 비-공융 조성을 사용하는 것이 유용할 수 있다. 실제로, 공융 조성에서 한 합금의 비-평형 냉각은, 비교적 큰 외층을 갖는 적층 마이크로구조를 생성할 수 있고, 따라서 공융 조성의 사용은 특정 형태 주조 제품에는 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 일부 경우, 선택된 마감 유형으로 조정될 수 있는 적층 마이크로구조를 제조하기 위해 캐스팅 공정의 예상되는 냉각 조건을 참작하여 합금 조성을 과공정 범위로 조정한다. 다른 실시양태에서는, 균질한 마이크로구조를 제조하기 위해 합금 조성을 과공정 범위로 조정한다.
일례로, 얇은 외층을 갖는 적층 마이크로구조를 달성하기 위해 그리고 약 70℃/s의 냉각 속도를 사용하여, 예컨대 약 5.8 내지 약 6.6 중량% Ni, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 갖는 과공정 Al-Ni 조성물이 선택될 수 있다. 더 높은 냉각 속도의 경우, 심지어 보다 과공정 조성을 사용하여 목적하는 적층 마이크로구조를 달성할 수 있다. 일례로, 약 250℃/s의 냉각 속도에 의한 2원 합금 주조의 경우, 합금 조성물은 약 6.3 내지 약 6.8 중량% Ni, 잔량의 알루미늄, 부수적인 원소 및 불순물을 포함할 수 있다. 3원 Al-Ni-Mn 합금에 대해서도 유사하게 조정할 수 있다.
용융 조성
일부 실시양태에서, 용융 금속(326)(예컨대, 용융물)의 온도 제어 및/또는 유지는 형태 주조 공정(120) 동안 유용할 수 있다. 이는, 용융 온도가 형태 주조 공정(120)에 걸쳐 더 낮게 표류하는 경향을 가질수록 유용할 수 있다. 너무 낮은 용융 온도는 주조된 상태의 부품에 콜드-셧트 및/또는 랩-선을 생성시킬 수 있고, 너무 높은 용융 온도는 솔더링 및/또는 점착을 일으킬 수 있다. 하나의 실시양태에서, 용융 금속(326)을 과열시켜 캐스팅 공정을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 용융물은 액상 포인트보다 50℃ 이상 높은 온도(즉, 50℃ 이상 과열)로 유지될 수 있다. 일부 실시양태에서, 용융물은 약 60℃ 이상, 또는 약 70℃ 이상, 또는 약 80℃ 이상, 또는 약 90℃ 이상, 또는 약 100℃ 이상, 또는 약 120℃ 이상, 또는 약 140℃ 이상, 또는 그 초과로 과열될 수 있다.
일례로, 2원 Al-Ni를 캐스팅하는 경우, 용융 온도는 약 771±10℃로 유지될 수 있고, 이는 약 133±10℃ 과열을 제공할 수 있다. 다른 경우, 용융 온도는 2원 Al-Ni 합금의 경우 약 754±10℃로 유지될 수 있다. 또 다른 예에서, 3원 Al-Ni-Mn 합금을 캐스팅하는 경우, 용융 온도는 약 782±10℃로 유지되고, 이는 약 144±10℃ 과열을 제공할 수 있다. 다른 경우, 용융 온도는 3원 Al-Ni-Mn 합금에 대해 약 765±10℃로 유지될 수 있다. 일부 실시양태에서, 용융 온도는, 예를 들어 용융물이 다이 공동(320)으로 유입되기 전에, 샷 슬리브(314), 러너(354) 및/또는 게이트 시스템(356)을 통해 흐르기 때문에 발생하는 열 손실로 인해 형태 주조 공정(120)의 다양한 단계를 통한 열 손실 양에 따라 다른 과열 수준으로 유지될 수 있다.
일부 실시양태에서, 과도하게 높은 용융 온도는 Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금 모두에서 양극산화 처리된 주조품의 게이트 영역에서의 흐름선을 대비시키는 것을 더욱 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 공융 또는 거의 공융 조성을 갖는 Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금의 경우, 용융 온도는 약 788±10℃를 초과할 수 없다. 일부 실시양태에서, Al-Ni 2원 및 Al-Ni-Mn 3원 합금의 경우, 용융 온도가 약 760±10℃ 미만인 경우에 콜드-셧트 및/또는 랩-선이 발생할 수 있다. 일부 경우, 거의 공융 합금에 대한 용융 온도 범위는 약 760 내지 약 790℃로 유지될 수 있다.
일부 실시양태에서는, 기계적-연마 마감 단계 동안 "혜성 꼬리"의 형성을 피하기 위해 고도의 용융 순도가 요구될 수 있다. 도 21a는 기계적 연마 후의 휴대용 전자 장치 커버(328)의 사진이다. 복수 개의 혜성 꼬리를 게이트 영역(358) 가까이에서 볼 수 있다. 도 21b는 결점을 더욱 상세히 나타내는 도 21a의 혜성 꼬리의 200배 배율의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다. SEM 사진은 문제의 원인 중 하나가 회피 스크랩을 연속적으로 재-용융시킴으로써 발생하는 불순한 용융물(예컨대, Al2O3)일 수 있음을 암시한다. 혜성 꼬리는, 예를 들어 용융 금속(326)에 존재하는 금속 산화물에 의해 생길 수 있다. 얼룩 분석은 용융 조성물 중의 오염 입자가 특히 알루미늄, 산소, 탄소, 철, 구리, 나트륨, 마그네슘 및 니켈을 포함하고 있음을 나타낸다.
다이
온도
전술된 바와 같이, 과냉각은 형태 주조 제품의 마이크로구조에 영향을 준다. 일부 경우, 더 나은 다이 온도 제어를 위해 다이 캐스팅 공동(320)의 길이와 폭에 걸친 온도 변화(예컨대, ΔT)를 줄이고 과냉각 양을 줄이는 것이 유용하다. 다이 및 용융 온도는 다른 인자 및 변수 중에서도 다이 크기 및 용융 금속으로 사용되는 알루미늄 합금의 유형에 따라 변할 수 있다. 과냉각의 양을 제한하는 한 방법은 다이 온도를 증가시키는 것이다. 또 다른 방법은 낮은 열-전도성 물질을 사용하여 다이를 제조하거나, 또는 다이 표면을 이와 같은 물질로 코팅하는 것이다. 개스팅 다이는, 내부식성이도록 경화될 수 있는 스틸(예컨대, H13)로 제조될 수 있다. 다른 표면 처리 공정 중에서도, 질화 또는 PVD-적용된 금속-질화물(예컨대, CrN 및 TiN)과 같은 표면 처리방법을 적용할 수 있다. 일부 실시양태에서, 세라믹, 왁스-계 및/또는 규소-계 코팅을 낮은 열-전도성 물질로서 사용할 수 있다.
하나의 실시양태에서는, 다이 온도를 증가시켜 과냉각 효과를 감소시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 다이 하판(310, 312)은 약 220 내지 약 280℃의 온도로 유지될 수 있다. 다른 실시양태에서, 다이 하판(310, 312)은 다른 적절한 온도로 유지될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 주변 채널 및/또는 공동을 통해 고온 오일 또는 고온 수를 사용하여 가열시킬 수 있다. 일부 실시양태에서는, 전기 카트리지 히터, 전기로 또는 기타 적절한 매질을 사용하여 가열시킬 수도 있다. 다이 온도를 증가시키면 가시적으로 명확한 표면 결함을 감소시키거나 제거할 수 있다.
III
. 형태 주조 제품을 마감 처리하기 위한 방법, 시스템 및 장치
이제 도 1 및 23을 참조하면, 형태 주조 공정(120) 후, 보통 형태 주조 제품을 마감처리(130)하여 장식적 형태 주조 제품을 제조한다. 마감처리 단계(130)는 표면 제조(410), 양극산화(420) 및/또는 착색(430) 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이하에서 더욱 상세히 설명된다. 이들 하나 이상의 마감처리 단계를 사용하여 내구성 장식적 형태 주조 제품을 제조할 수 있다. 이들 형태 주조 제품은 의도된 시야면을 갖는 바디(body)를 가질 수 있다. 상기 바디는, 알루미늄 합금 베이스(예컨대, Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금), 및 (알루미늄 합금 베이스의 양극산화를 통해) 알루미늄 합금 베이스로부터 형성되고 알루미늄 함금 베이스 위에 놓이는 옥사이드 층을 포함할 수 있다. 옥사이드 층은 Al-Ni 및/또는 Al-Ni-Mn 합금의 사용으로 인해 비교적 균일 수 있다. 옥사이드 층은 형태 주조 제품의 의도된 시야면에 회합될 수 있다. 옥사이드 층은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 밀봉되고/되거나 이들 공극의 적어도 일부에 적어도 부분적으로 배치되는(예컨대, 충전시키는) 착색제를 포함할 수 있는 복수 개의 공극을 포함할 수 있다. 코팅이 사용되는 실시양태에서, 상기 코팅은 옥사이드 층의 적어도 일부 위에 놓일 수 있으며, 가시적으로 매력적인 장식적 형태 주조 제품을 생성하는 것을 적어도 부분적으로 도울 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 코팅은 규소 중합체 코팅이다. 장식적 형태 주조 제품의 의도된 시야면은, 장식적 형태 주조 제품을 제조하는 데 사용되는, 예를 들어 선택된 합금 조성, 선택된 마이크로구조, 선택된 캐스팅 공정 및/또는 선택된 마감처리 단계 중 하나 이상으로 인해 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않을 수 있다.
하나의 실시양태에서, 옥사이드 층은, Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금을 양극산화처리하는 경우와 같이 Al, Ni 및 O를 포함한다. 이들 실시양태에서, 옥사이드 층은, 각각 황산, 인산, 크롬산 및/또는 붕산으로 양극산화처리하는 경우와 같이 S, P, Cr 및 B 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 옥사이드 층은 Mn을 포함한다. 일부 실시양태에서, 옥사이드 층은 본질적으로 Al, Ni, O, S, P, Cr 및 B 중 하나 이상, 및 임의로 Mn으로 이루어진다. 일부 실시양태에서, 옥사이드 층은 본질적으로 Al, Ni, O, S 및 P 중 하나 이상, 및 임의로 Mn으로 이루어진다. 하나의 실시양태에서, 옥사이드 층은 본질적으로 Al, Ni, O 및 S 및 임의로 Mn으로 이루어진다. 이들 실시양태는, 염색되고, 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 없으며, 마블무늬 외관을 가질 수 있는 내구성 장식적 형태 주조 제품을 제조하는 데 유용할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 옥사이드 층은 본질적으로 Al, Ni, O 및 P 및 임의로 Mn으로 이루어진다. 이들 실시양태는, 코팅되고 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않을 수 있는 내구성 장식적 형태 주조 제품을 제조하는 데 유용할 수 있다.
일부 실시양태에서, 장식적 형태 주조 제품은 베이스와 옥사이드 층 사이에 비-옥사이드 층이 없다. 예를 들어, 옥사이드 층은 알루미늄 합금 베이스를 양극산화시켜 제조되기 때문에, 순수한 알루미늄이 (예컨대, 증기 침착을 통해) 알루미늄 합금 베이스 상에 침착되고, 그 후에 상기 침착된 순수한 알루미늄이 양극산화 처리되는 다른 제조 방법에서 존재할 수 있는, 옥사이드 층과 알루미늄 합금 베이스 사이의 전이 구역은 없을 것이다.
하나의 접근법에서, 한 방법은 Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금으로부터 형태 주조 알루미늄 합금 제품을 제조하는 단계, 상기 형태 주조 제품으로부터 외층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 상기 형태 주조 제품을 양극산화 처리하는 단계, 및 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 옥사이드 층에 착색제를 적용하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함하며, 이때 상기 적용 단계 후에, 착색제 중 적어도 일부가 옥사이드 층의 공극 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 비-마블무늬 제품의 경우, 상기 적용 단계 후에, 의도된 시야면은 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 함유하지 않는다. 이들 실시양태에서, 상기 적용 단계 후에, 의도된 시야면 색상의 가변성은 ±5.0 ΔE를 초과하지 않는다.
한 실시양태에서, 상기 제조 단계는 전술된 바와 같이 형태 주조 제품을 다이 캐스팅하는 것을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 전술된 바와 같이 적층 마이크로구조를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 전술된 바와 같이 균질한 마이크로구조를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 전술된 바와 같이 알파 알루미늄 상과 공융 마이크로구조의 매우 규칙적인 분포를 갖는다.
하나의 실시양태에서, 제거 단계는 전술된 바와 같이 형태 주조 제품을 화학적을 에칭하는 것을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 제거 단계는 형태 주조 제품으로부터 500 미크론 이하의 물질을 제거하는 것을 포함하며, 이하에서 더욱 상세히 설명된다. 일부 실시양태에서, 제거 단계는 필수적이지 않다(예컨대, 일부 마블무늬 제품 및/또는 일부 코팅된 제품의 경우). 하나의 실시양태에서, 양극산화 처리 단계는 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 일부로부터 옥사이드 층을 형성하는 것을 포함한다. 즉, 알루미늄 합금 베이스를 양극산화 처리하여 옥사이드 층을 제조한다.
하나의 실시양태에서, 착색제 적용 단계는 옥사이드 층을 전류의 부재 하에 염료와 접촉시키는 것을 포함한다. 즉, 본 발명의 착색제는 전해착색(electrocoloring)을 통해 적용될 필요는 없다. 하나의 실시양태에서, 옥사이드 층은 염료를 함유하는 욕에 침지되며, 이하에서 더욱 상세히 설명된다. 하나의 실시양태에서, 적용 단계는 옥사이드 층의 표면에 코팅 전구체를 침착하고, 이 코팅 전구체를 코팅으로 전환시키는 것을 포함하며, 이때 전환 단계 후에 상기 코팅이 옥사이드 층을 실질적으로 피복시킨다. 하나의 실시양태에서, 코팅 전구체는 규소 중합체에 대한 전구이고, 상기 피복 단계는 상기 코팅 전구체에 복사선 또는 열을 가하여 상기 규소 중합체를 함유하는 코팅을 생성하는 것을 포함한다. 마블무늬 실시양태에서, 적용 단계 후에, 형태 주조 제품의 의도된 시야면은 실질적으로 마블무늬 외관을 가지며, 이때 알파 알루미늄 상은 착색제로 인한 제 1 색상을 포함하고, 공융 마이크로구조는, 제 1 색상과는 상이한, 착색제로 인한 제 2 색상을 포함하며, 알파 알루미늄 상의 제 1 색상과 공융 마이크로구조의 제 2 색상의 조합은 적어도 부분적으로는 마블무늬 외관에 기여한다.
본원에 개시된 형태 주조 제품을 마감처리하기 위한 상기 및 다른 유용한 특징을 이하에서 더욱 상세히 제공한다.
A. 표면 제조
하나의 실시양태에서, 도 24를 참조하면, 마감처리 단계(130)는 표면 제조 단계(410)를 포함할 수 있으며, 이는 층 제거 단계(412), 연마 단계(414), 질감처리 단계(416) 및/또는 양극산화-전 세정 단계(418)를 포함할 수 있다. 적층 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품의 경우(예컨대, 도 5a 참조), 층 제거 단계(412)는 한정된 양의 가시적으로 명확한 표면 결함을 갖는 제품을 달성하는 데 이용될 수 있다. 적층 마이크로구조를 갖지만 조정된 양의 알파 알루미늄 상을 갖는 형태 주조 제품의 경우, 층 제거 단계(412)는 필요하지 않을 수 있다(예컨대, 마블무늬 마감의 경우). 또한, 균질한 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품의 경우(예컨대, 도 5b 참조), 층 제거 단계(412)는 필요하지 않을 수 있다.
가시적으로 명확한 표면 결함의 양을 제한하고자 의도된 형태 주조 제품의 경우, 표면 제조 단계(410)는 층 제거 단계(412)를 포함할 수 있다. 층 제거 단계(412)는, 이들 제품이 염색 과정(예컨대, 착색제의 가열 욕에 침지)을 통해 착색될 수 있기 때문에 유용할 수 있으며, 이 염색 과정은 주조품의 표면 상세(양호 또는 불량)를 부각시킬 수 있다. 외층(500)의 상부 표면으로부터 수 미크론 아래에 놓일 수 있는 알파 알루미늄을 갖는 외층(500)의 경우(도 5a 참조), 이러한 염색 과정은 주조품의 비-매력적인 패턴을 나타낼 수 있다. 따라서, 이러한 실시양태에서, 층 제거 단계(412)는 이하에서 기재되는 바와 같이 주조품의 외측부(500)의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 층 제거 단계(412)는 화학적 에칭 또는 기계적 연마 등과 같은 임의의 적절한 공정을 통해 달성될 수 있다. 기계적 연마는 임의의 적절한 기법을 통해 달성될 수 있지만, 시간 및/또는 비용 집약적일 수 있다. 화학적 에칭의 경우, 주조품의 외측부(500)에서 비-선택적 에칭이 수행될 수 있도록 하는 에칭제를 선택할 수 있다. 화학적 에칭은, 적어도 일부 경우에는 제 2 부(510)가 거의 또는 전혀 제거되지 않으면서, 외층(500)의 적어도 일부의 맞춤형 제거를 용이하게 하는 환경 및 시간 동안 수행될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 층 제거 단계(412)는 주조품의 외측부(500)의 약 50%(부피 기준) 이상을 제거한다. 다른 실시양태에서, 제거 단계(412)는 주조품의 외층의 약 75% 이상, 또는 약 85% 이상, 또는 약 95% 이상, 또는 약 99% 이상을 제거한다. 하나의 실시양태에서, 층 제거 단계(412)는 제 2 부의 약 50%(부피 기준) 미만을 제거한다. 다른 실시양태에서, 층 제거 단계(412)는 약 25% 미만, 또는 약 20% 미만, 또는 약 15% 미만, 또는 약 10% 미만, 또는 약 5% 미만, 또는 약 3% 미만, 또는 약 1% 미만의 제 2 부를 제거한다. 하나의 유용한 층 제거 화학물질은, 층 제거 단계(412)를 용이하게 하기 위한 적절한 농도로 존재할 수 있는 NaOH이다. 하나의 실시양태에서, 주조품은, 약 104 내지 약 160℉의 온도를 갖는 약 5% NaOH 용액에 노출된다. 이 실시양태에서, 주조품은, 제거되는 물질의 양에 따라, 약 12 내지 약 25분 범위의 기간 동안 노출될 수 있다. 다른 실시양태에서, 주조품은 약 2 내지 약 25분 범위의 기간 동안 더 높은 농도를 갖는 에칭 용액에 노출될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 주조품의 외부 표면의 약 25 미크론(약 1 밀) 내지 500 미크론(약 12 밀)이 비-선택적으로(예컨대, 균일하게) 제거될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 약 100 내지 약 200 미크론(한 측면당 50 내지 125 미크론)의 물질이 제거된다. 하나의 실시양태에서, 형태 주조 제품은 약 18분 동안 약 145℉의 온도에서 하우토 에치(HOUGHTO ETCH) AX-1865를 이용하여 5% NaOH 욕에 노출되며, 약 200 미크론(한 측면당 100 미크론)의 제거를 달성한다.
대부분의 마감의 경우, 일반적으로 표면 제조 단계(410)는 (적층 또는 균질) 마이크로구조에 관계없이 주조-후 연마 단계(414)를 포함한다. 이러한 연마 단계(414)는 주조품의 매끄럽고/매끄럽거나 거울 외부 표면의 제조를 용이하게 하며, 후 가공 단계를 용이하게 할 수 있다. 일반적으로 연마 단계(414)는, 적합한 종래 방법, 시스템 및/또는 장치를 통해 달성될 수 있는 기계적 연마 단계이다. 기계적 연마 후에, 표면을 적절한 세정제(예컨대, 메틸-에틸-케톤(MEK))로 세정하여 잔류 연마 화합물의 제거를 용이하게 할 수 있다.
연마(414) 이전에, 화학적 세정 단계를 사용하여 제품 외부 표면 위 임의의 파편을 제거할 수 있다. 하나의 유형의 화학적 세정은 비-에칭제 유형의 화학물질(예컨대, 50% 질산 욕, 실온에서 약 30초 동안)에 형태 주조 제품을 노출시키는 것이다.
일부 경우, 표면 제조 단계(410)는 (적층 또는 균질) 마이크로구조에 관계 없이 질감처리 단계(416)를 포함할 수 있다. 이 질감처리 단계(416)는 주조품의 외부 표면에 조정되고 반복된 토폴로지(topology)를 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 질감처리 단계(416)는 주조품의 외부 표면 전부 또는 거의 전부에 실질적으로 균일한 토폴로지를 생성하는 것을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 질감처리 단계(416)는 주조품의 제 1 부 위에 제 1 토폴로지를 갖는 제 1 텍스쳐 및 주조품의 제 2 부 위에 제 2 토폴로지를 갖는 제 2 텍스쳐를 생성하는 것을 포함하며, 이때 (예컨대, 육안으로 보았을 때 및/또는 신체 접촉을 통해 느꼈을 때) 제 2 토폴로지는 제 1 토폴로지와는 상이하다. 질감처리 단계(416)는 주조품의 외부 표면을 선택적 힘, 예컨대 블라스팅에 적용함으로써 달성될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 주조품의 외부 표면을, 선택된 물질, 예를 들어 금속 또는 금속 산화물 분말(예컨대, 철, 알루미나), 비드(예컨대, 유리), 또는 천연 매질(예컨대, 옥수수 껍질, 호두 껍질)로 블라스팅시켜 주조품 위에 질감처리된 외부 표면을 생성할 수 있다. 다른 적합한 텍스쳐 형성 매질을 사용할 수도 있다. 질감처리 단계(416)로 인해, 주조 공정, 예컨대 열-피로 균열(heat-checking) 및/또는 유실붕괴(wash-out) 등과 같은 주조 공정으로 인한 주조품의 사소한 표면 결함이 감추어질 수 있으며, 이로 인해 제품 사용률이 높아질 수 있다. 다른 실시양태에서, 블라스팅에 의해 형성되는 것과 유사한 비-방향성 고 표면적 텍스쳐는 전기화학적 결정화에 의해 생성될 수 있다. 이러한 경우, 약 1 중량%의 질산 또는 염산 용액이 약 70 내지 약 130℉의 온도 범위에서 사용될 수 있고, AC 전원을 사용하여 약 10 내지 약 60 볼트의 전압을 약 1 내지 약 30분 동안 가할 수 있다. 다른 실시양태에서, 질감처리 단계(416)는 예를 들어 목적한 텍스쳐 패턴을 갖는 다이를 통해 주조 과정 중에 달성된다. 레이저, 엠보싱 및 기타 공정을 사용하여 텍스쳐를 생성할 수도 있다.
대부분의 마감처리에 있어서, 일반적으로 표면 제조 단계(410)는 (적층 또는 균질) 마이크로구조에 관계없이 양극산화-전 세정 단계(418)를 포함한다. 이러한 양극산화-전 세정(418)은 파편, 화학물질 또는 기타 쉽게 게거가능한 불필요한 성분들을 양극산화 이전에 주조품의 표면으로부터 제거할 수 있다. 일부 경우, 세정(418)은 화학물질을 통해 쉽게 제거가능한 불필요한 성분들을 제거하는 데 적합한 시간 동안 소정의 환경에서 적합한 화학물질에 대한 노출을 통해 달성될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 세정 화학물질은 비-에칭성 알칼리 유형의 세정제, 예컨대 미시건주 48071 메디슨 하이츠 스테펜손 하이웨이 32100 소재 헨켈 서피스 테크놀로지스(Henkel Surface Technologies)에 의해 제조된 A31K이다. 하나의 실시양태에서는, 약 140 내지 약 160℉ 범위의 온도에서 약 180초 이하의 시간 동안 비-에칭성 알칼리 세정제에 주조품이 노출된다. 다른 실시양태에서는, 에칭 유형 및/또는 산성 유형의 세정제가 사용될 수도 있다.
B.
옥사이드
층 형성
다시 도 23을 참조하면, 주지된 바와 같이, 통상 마감처리 공정은, 조정된 두께 및 공극 크기의 옥사이드 층을 생성함으로써 주조품의 내구력을 개선하고/하거나 차후 적용되는 물질의 접착을 용이하게 할 수 있는 양극산화 단계(420)를 포함한다. 또한, 양극산화는, 부적절한 알루미늄 합금을 사용하는 경우, 주조품의 용인할 수 없는 음영(shading)(예컨대, 전술된 바와 같이, 용인할 수 없는 회색도 및/또는 휘도)을 초래할 수 있다. Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금, 및 몇몇 경우, 일부 Al-Si 합금을 양극산화 처리하여 장식적 형태 주조 제품에 대해 용인할 수 있는 음영을 여전히 실현할 수 있다. 생성 옥사이드 층은 또한 균일할 수 있으며, 이것은 전술한 바와 같은 색 및/또는 광택 균일도를 촉진할 수 있다.
이제 도 25를 참조하면, 양극산화 단계(420)의 하나의 실시양태는 연마-전 단계(422) 및 황산 용액(424), 인산 용액(426) 및 혼합 전해질 용액(428) 중 하나 이상으로 양극산화 단계 중 하나 이상을 포함한다.
일부 마감의 경우, 양극산화 단계(420)는, 일반적으로 화학적 연마인 예비-연마 단계(422)를 포함할 수 있다. 이러한 연마 단계는 주조품의 외부 표면의 백화를 촉진할 수 있다. 일례로, 화학적 연마는 높은 선영성 표면을 생성할 수 있다. 또 다른 예로, 화학적 연마는 (예컨대, 높은 ISO 휘도를 갖는) 더 밝은 표면을 생성할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 화학적 연마/브라이트닝(brightening) 단계는 양극산화 작업 전에 수행된다. 하나의 실시양태에서, 화학적 연마는 표면 제조(410) 후에 산성 용액, 예컨대 인산 및 질산 용액에 주조품을 노출시켜 달성된다. 하나의 실시양태에서, 화학적 연마는 고온(약 200 내지 약 240℉)에서 약 60초 미만의 기간 동안 다량의 인산(예컨대, 약 85%) 및 소량의 질산(예컨대, 약 15 내지 약 2.0%)을 함유하는 산성 용액에 주조품을 노출시켜 달성된다. 다른 변형도 가능하다. 하나의 실시양태에서, 화학적 연마 용액은 일리노이주 60062 스코키 빌딩 1101 소재 포타쉬 코포레이션(Potash Corporation)에 의해 제조된 DAB80이다. 규소 중합체를 사용하는 마감처리가 또한 이러한 연마 단계(422)를 사용할 수 있지만, 종종 불필요하다. 다른 실시양태에서, 화학적 연마/브라이트닝 욕은 특히 인산, 질산, 황산 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 에칭 공정은 화학적 연마/브라이트닝 욕 내에서 화학적 조성 중 하나 이상을 조정함으로써 제어될 수 있다.
염색을 통해 제조되는 것과 같은 일부 마감처리의 경우, 양극산화 단계(420)는, 주조품에 전기화학적으로 산화처리된 황 함유 대역(본원에서는 이를 "Al-O-S 대역"이라 함)을 생성하기 위한 황산 용액(424)을 통한 양극산화를 포함할 수 있다. 주조 합금이 Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn인 실시양태에서, 니켈 및 때로는 망간이 합금에의 사용으로 인해 상기 대역에 포함될 것이다. 적층 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품의 경우, Al-O-S 대역은 주조품의 중간 부분(예컨대, 도 5a의 510)(예컨대, 이의 적어도 일부)과 연결될 수 있고, 이러한 중간 부분은 예를 들어 전술된 표면 제조 단계(410)로 인해 주조품의 외부 표면에 또는 그 가까이에 있을 수 있다. 일부 실시양태에서, Al-O-S 대역은 주조품의 외층(예컨대, 도 5a의 500) 및/또는 제 3 부(예컨대, 도 5a의 520)와 연결될 수 있다. 규소 중합체를 사용하는 마감은 황산 용액(424)으로 양극산화될 수 있지만, 이는 일반적으로 생성 코팅의 충분한 표면 접착을 실현할 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 균질 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품의 경우, Al-O-S 대역은 형태 주조 제품의 외부 표면과 연결될 수 있다.
염색을 통해 생성되는 것과 같은 일부 마감처리의 경우, Al-O-S 대역은 착색제가 옥사이드 층의 공극으로 이동하는 것을 촉진할 수 있는 공극을 포함할 수 있고/있거나 Al-O-S 대역은 주조품의 내구력을 강화시키는 두께를 가질 수 있다. Al-O-S 대역은 일반적으로 약 2.5 미크론(약 0.1 밀) 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, Al-O-S 대역은 약 3.0 미크론 이상, 또는 약 3.5 미크론 이상, 또는 약 4.0 미크론 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, Al-O-S 대역은약 20 미크론 이하, 또는 약 10 미크론 이하, 또는 약 7 미크론 이하, 또는 약 6.5 미크론 이하, 또는 약 6 미크론 이하의 두께를 갖는다. 약 2.5 내지 약 6.5 미크론 범위의 옥사이드 두께를 갖는 Al-O-S 대역은 내구성이고 색 균일도를 갖는 의도된 시야면을 생성하는 데 유용할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 양극산화 단계는, 예를 들어 약 8 내지 약 24 ASF(암페어/평방 피트)의 전류 밀도를 가지고 약 65 내지 약 75℉의 온도에서 약 5 내지 약 30분 동안 약 20% 황산 욕에 주조품을 노출시키는 것과 같은 유형 II의 양극산화를 포함할 수 있다. 다른 유형 II의 양극산화 조건을 사용할 수도 있다. 이러한 유형의 옥사이드 층의 공극은 일반적으로 주상 기하구조를 가지고 약 10 내지 20 나노미터의 크기를 갖는다.
마블무늬 마감을 갖도록 의도된 것과 같은 다른 마감의 경우, 주조품의 Al-O-S 대역은, 경질 코트(즉, 고도의 내구성)를 달성하기 위해 유형 III의 양극산화 공정을 통해 생성될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 유형 III의 양극산화는 약 30 내지 약 40 ASF(암페어/평방 피트)의 전류 밀도를 가지고 약 40 내지 약 55℉의 온도에서 약 15 내지 약 30분 동안 약 20% 황산 용액에 주조품을 노출시키는 것을 포함한다. 이 실시양태에서, Al-O-S 대역은 일반적으로 약 5 미크론(약 0.2 밀) 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, Al-O-S 대역은 약 10 미크론 이상, 또는 약 12.5 미크론 이상, 또는 약 15 미크론 이상, 또는 약 17.5 미크론 이상, 또는 약 20 미크론 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, Al-O-S 대역은 약 35 미크론 이하, 또는 약 30 미크론 이하, 또는 약 20 미크론 이하의 두께를 갖는다. 이러한 유형의 옥사이드 층의 공극은 일반적으로 약 10 내지 20 나노미터의 크기를 갖는다.
규소 중합체를 사용하는 일부 마감의 경우, 양극산화 단계(420)는 주조품에 전기화학적으로 산화처리된 인-함유 대역(본원에서는 이를 "Al-O-P 대역"이라 함)을 생성하기 위해 인산 용액(426)을 통한 양극산화를 포함할 수 있다. 주조 합금이 Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn인 실시양태에서, 니켈 및 때로는 망간이 합금에의 사용으로 인해 상기 대역에 포함될 것이다. 이 실시양태에서, 인산(426)을 통한 양극산화는, 차후 주조품의 표면에 침착되는 물질의 접착을 촉진하는 데 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 인계 양극산화 단계(426)는, 접착을 촉진하는 작용을 할 수 있는 비교적 작은 Al-O-P 대역(예컨대, 수 옹스트롬의 두께)을 생성할 수 있다. 이러한 Al-O-P 대역은 또한 옥사이드 층의 불규칙한 형태의 공극으로 인해 후에 적용되는 색상 층의 접착을 용이하게 할 수 있다.
적층 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품의 경우, Al-O-P 대역은 주조품의 중간 부분(예컨대, 도 5a의 510)(예컨대, 이의 적어도 일부)과 연결될 수 있고, 이러한 중간 부분은 예를 들어 전술된 표면 제조 단계(410)로 인해 주조품의 외부 표면에 또는 그 가까이에 있을 수 있다. 일부 실시양태에서, Al-O-P 대역은 주조품의 외층(예컨대, 도 5a의 500) 및/또는 제 3 부(예컨대, 도 5a의 520)와 연결될 수 있다. 균질 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품의 경우, Al-O-P 대역은 형태 주조 제품의 외부 표면과 연결될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 주조품은 약 10 내지 약 20 볼트에서 약 70 내지 약 100℉의 온도에서 약 30초 이하(예컨대, 약 5 내지 약 15초) 동안 약 10 내지 약 20% 인산 욕에 노출된다. 하나의 실시양태에서, 욕은 약 16% 이상의 인 농도를 갖는다. 다른 실시양태에서, 욕은 약 17% 이상, 또는 약 18% 이상, 또는 약 19% 이상, 또는 약 20% 이상의 인 농도를 갖는다. 이러한 실시양태에서, Al-O-P 대역은 일반적으로 약 1000 옹스트롬 이하의 두께를 갖지만, 약 5 옹스트롬 이상이다. 일부 실시양태에서, Al-O-P 대역은 약 500 옹스트롬 이하, 또는 약 450 옹스트롬 이하, 또는 약 400 옹스트롬 이하, 또는 약 300 옹스트롬 이하의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, Al-O-P 대역은 약 100 옹스트롬 이상, 또는 약 150 옹스트롬 이상, 또는 약 200 옹스트롬 이상의 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 양극산화 단계(420)는, 예를 들어 "내부식성 알루미늄 합금 기재 및 이의 제조 방법"이라는 제호 하에 2008년 8월 22일자로 출원된 공동 소유의 미국 특허 출원 제 12/197,097 호(이는 2009년 3월 5일자로 미국 특허 출원 공개 제 2009/0061218 호로서 공개됨)(이를 그 전체로 본원에 참고로 인용함)에 개시된 혼합 전해질 방법에 의하는 것과 같은 혼합 전해질(428)에서 양극산화 처리하는 것을 포함할 수 있다.
C. 형태 주조 제품의 착색
C. 형태 주조 제품의 착색
도 23으로 되돌아가서, 주지하듯이, 마감처리공정은 주조 제품을 장식적 형태 주조 제품으로 착색하고/하거나 최종처리하기 위한 착색 단계(430)를 포함한다. 이제 도 26을 참조하면, 착색 단계(430)의 한 실시양태는, 주조 제품에 착색제를 적용하는 단계(432), 주조 제품을 밀봉하는 단계(436), 및 주조 제품을 연마하는 단계(438) 중 하나 이상을 포함하며, 이 후에 상기 주조 제품은 일반적으로 최종 형태이며 소비자에 의해 사용될 준비가 된 것일 수 있다.
하나의 실시양태에서, 상기 착색제 적용 단계(432)는 주조 제품을 염색하는 단계(433)를 포함한다 (예를 들면, 양극산화 단계 후에). 제품을 착색시키기 위한 염색 단계(433)의 사용은, 황산을 사용하는 양극산화 단계(424)와 함께 사용시 유용할 수 있다. 염색 단계(433)은 임의의 적합한 염색 공정에 의해, 예를 들면 적합한 염료(dye color)를 함유하는 욕에 침지시킴으로써 달성될 수 있다. 이 목적에 적합한 염료는, 미국 노쓰캘리포니아주 샬롯 소재의 클라리언트 코포레이션 또는 일본 오사카 소재의 오쿠노 케미칼 인더스트리즈(주)에서 생산되는 것들을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 주조 제품은 염료 함유 욕에 적합한 기간(예를 들면 약 1분 내지 약 15분) 동안 침지시킨다. 일부 실시양태에서는, 승온(예컨대 약 120 내지 약 140 ℉)이 상기 침지 공정을 가속화하고/하거나 공극내로 흡수되는 염료의 양을 개선할 수도 있다.
또다른 실시양태에서는, 상기 착색제 적용 단계(432)는, 주조 제품의 표면 상에 착색되거나 투명한 외부 코팅을 제공하기 위해, 주조 제품에 코팅을 적용하는 단계(434)(예를 들면 양극산화 단계 후)를 포함한다. 상기 코팅 단계(434)의 사용은, 인산을 사용하는 양극산화 단계(426)와 함께 사용시 유용할 수 있다(예컨대, 실리콘 중합체 코팅된 제품의 경우). 상기 코팅 단계(434)의 사용은, 혼합 전해질을 사용하는 양극산화 단계(428)와 함께 사용시 유용할 수 있다. 상기 코팅 단계(434)는 임의의 적합한 코팅 공정, 예컨대 분무, 브러슁 등에 의해 달성될 수 있다. 상기 코팅 단계(434)에 사용될 수 있는 적합한 코팅 유형의 몇몇 예는 중합체 코팅 및 세라믹 코팅을 포함한다. 이들 유형은 추가로 유기, 무기 또는 하이브리드(유기/무기 복합) 코팅으로 분류될 수도 있다. 사용될 수 있는 유기 코팅의 예는 아크릴레이트, 에콕시, 폴리우레탄, 폴리에스터, 비닐, 우레탄 아크릴레이트 등을 포함한다. 사용될 수 있는 무기 코팅의 예는 이산화티탄, 용융 실리카, 실란, 실리케이트 유리 등을 포함한다. 사용될 수 있는 하이브리드 코팅의 예는 플루오로중합체, 유기-개질된 폴리실록산, 유기-개질된 폴리실라잔 등을 포함한다.
하나의 실시양태에서, 상기 코팅 단계(434)는 UV 경화성 코팅, 예컨대 스트라쓰모어 프로덕츠 인코포레이티드(Strathmore Products, Inc.), 칼코 코팅즈(Calcor Coatings) 및 발스파(Valspar) 등으로부터 구입가능한 것들의 사용을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 코팅은 규소 중합체(예컨대, 규소 주쇄, 예를 들면 -Si-O-Si- 또는 -Si-N-Si-를 갖는 실록산 또는 실라잔)를 함유하는 콜로이드 형태이다. 다른 실시양태에서, 상기 코팅 단계(434)는 열경화되는 코팅, 예컨대 피피지 및 발스파로부터 구입가능한 것들의 사용을 포함한다. 이들 코팅은 임의의 색소(안료)를 가질 수 있으며, 일부 경우에는 투명 코팅일 수도 있다.
일부 실시양태에서, 상기 코팅 단계(434)는 주조 제품의 표면상에 외부 코팅을 생성할 수도 있다. 이 외부 코팅은 2 또는 2.5 미크론(약 0.1 밀) 내지 약 100 미크론의 범위의 두께를 가질 수 있다. 상기 코팅의 두께는 용도에 따라 좌우되지만, 상기 코팅은 제품의 내구성을 유리하게 하기에 충분히 두껍되 제품의 금속 외관 및/또는 느낌을 감소시킬 정도로 두껍지 않아야 하고/하거나 코팅의 그래킹 가능성을 증가시킬 정도로 두껍지 않아야 한다.
일부 적용에서, 상기 코팅은 3 내지 8 미크론 범위의 두께를 가질 것이다. 하나의 살시양태에서, 상기 외부 코팅은 약 5 미크론 이상의 두께를 갖는다. 다른 적용에서, 상기 외부 코팅은 약 10 미크론 이상, 또는 약 15 미크론 이상, 또는 약 20 미크론 이상의 두께를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 상기 코팅 단계(434)는, 주조 제품의 외부 표면에 코팅이 충분히 접착되도록 임의의 양극산화 단계(420) 후 최소한 약 48시간 이내에서 수행된다.
일부 실시양태에서, 상기 장식적 형태 주조 제품은 금속처럼 보이거나 금속 느낌이 나는 것이 유용하다. 금속 제품의 외관을 용이하게 하기 위해, 상기 옥사이드 층이 잘 맞추어진 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 염색된 제품과 관련하여, 상기 옥사이드 층은, 내구적일 수 있도록 하기에 충분히 두꺼우면서도 옥사이드 층을 통해 광이 전파되어 하부에 위치된 금속 기재에 의해 흡수 및/또는 반사되기에 충분히 얇아서, 최종 장식적 형태 주조 제품이 금속성 외관(예컨대, 비-플라스틱성)을 갖도록 할 수 있다. 염색된 제품의 경우, 이 옥사이드 두께는 일반적으로 상술한 바와 같이 2.0 내지 25 미크론 범위이지만, 흔히 7 미크론 미만(예컨대, 2.5 내지 6.5 미크론 범위)이다. 코팅된 제품의 경우, 상기 옥사이드 층은 일반적으로, 금속성 외관이 일반적으로 용이하도록 충분히 얇다(1000 Å 이하). 금속성 외관과 관련하여, 상기 장식적 형태 주조 제품은 일반적으로 알루미늄 금속의 열전도도(예컨대 약 250 W/mK)에 달하는 열전도도를 갖는다. 이는, 상기 제품을, 일반적으로 낮은 열전도도(일반적으로 약 1 W/mK 미만)를 갖는 순수 플라스틱 장치 커버와 차별화시키며, 이에 따라 본원에 기술된 장식적 형태 주조 제품의 적어도 일부에서 "쿨러" 느낌을 용이하게 한다.
사용된 코팅은 형태 주조 제품의 표면에 부착되어야 한다. 하나의 실시양태에서, 코팅을 갖는 형태 주조 제품은 ASTM D3359-09에 따른 크로스-해칭 시험에 통과한다. 하나의 실시양태에서, 코팅을 갖는 형태 주조 제품은 ASTM D3359-09에 따라 시험시 95% 이상의 접착력을 달성한다. 다른 실시양태에서, 코팅을 갖는 형태 주조 제품은 ASTM D3359-09에 따라 시험시, 96% 이상의 접착력, 또는 97% 이상의 접착력, 또는 98% 이상의 접착력, 또는 99% 이상의 접착력, 또는 99.5% 이상의 접착력, 또는 그 이상을 갖는다.
착색 단계(430)은 주조 제품 표면의 밀봉을 용이하게 하기 위해 밀봉 단계(436)을 포함할 수 있다. 상기 밀봉 단계(436)은 일반적으로 염색 단계(433)과 함께 이용되며, 양극산화되고 염색된 주조 제품의 공극을 밀봉하는 기능을 할 수 있다. 적합한 밀봉제는 승온의 수성 염 용액(예를 들면 비등수) 또는 아세트산 니켈을 포함한다.
착색 단계(430)은 연마 단계(438)을 포함할 수도 있다. 이 연마 단계(438)은 임의의 기계적 유형의 연마일 수 있다. 이 연마 단계(438)는, 장식적 형태 주조 제품의 최종 색상, 광택 및/또는 반짝임을 제공하는 데 이용될 수 있다.
d. 최종 제품 품질
최종처리 단계(130) 후, 상기 장식적 형태 주조 제품은 가시적인 매력, 강도, 인성(toughness), 내부식성, 내마모성, UV 저항성, 내화학성 및 경도를 포함하는 특성들의 고유한 조합을 달성할 수 있다.
가시적인 매력과 관련하여, 상기 장식적 형태 주조 제품은, 공융 미세구조 및 알파 알루미늄 상의 테일링형 분포에 의해 형성되는 마블무늬 외관 때문에 표면 결함이 가시적으로 매력적으로 보이는 마블무늬 제품을 제외하고는, 상술한 바와 같이 표면 결함이 실질적으로 없을 수 있다. 상기 장식적 형태 주조 제품은 또한 상술한 바와 같이 우수한 색 균일도를 달성할 수도 있다.
강도 및 인성과 관련하여, 상기 장식적 형태 주조 제품은 상술된 인장 강도 및/또는 충격 강도 특성 중 어느 것을 나타낼 수 있다. 몇몇 경우는, 상기 강도 및/또는 인성이, 코팅 증의 존재 및/또는 착색제의 적용 중에 상기 장식적 형태 주조 제품의 가열 때문에 일어날 수 있는 침전 경화 때문에 증가될 수도 있다.
내부식성과 관련하여, 상기 장식적 형태 주조 제품은, 승온에서 염분무 기후에 노출되는 ASTM B117을 통과할 수도 있다. 이 시험은, 밀폐된 챔버에 시험 시편을 위치시키고 약 35℃ 이상의 온도를 가진 챔버에서 중성(pH 6.5 내지 7.2) 5% 염수 용액을 연속적이고 간접적으로 분무하는 공정에 노출되는 것을 포함한다. 상기 기후는 일정하고 안정된 상태의 조건으로 유지된다. 상기 시험 시편은 보통 직각도로부터 15 내지 30 도 각도로 위치되지만, 자동차용 구성요소는 "차내(in-car)" 위치로 시험될 수도 있다. 이러한 배향은 응축이 시편 아래로 흘러내리게 하여 응축물 풀링을 감소시킨다. 캐비넷 내의 샘플의 과밀화는 피해져야 한다. 상기 시험의 중요한 특징은, 시험 샘플 상에 고르게 정착하는 자유-낙하 미스트(mist)의 이용이다. 샘플은 상기 챔버에 응축물이 하나에서 다른 하나로 떨어지지 않도록 위치되어야 한다. 하나의 실시양태에서, 상기 장식적 형태 주조 제품은 2시간 이상의 노출 후에 의도된 시야면 상에 피트를 함유하지 않으면서 ASTM B117에 합격한다. 다른 실시양태에서, 상기 장식적 형태 주조 제품은, 약 4시간 이상의 노출, 또는 약 8시간 이상의 노출, 또는 약 12시간 이상의 노출, 또는 약 16시간 이상의 노출, 또는 약 20시간 이상의 노출, 또는 약 24시간 이상의 노출, 또는 약 36시간 이상의 노출, 또는 약 40시간 이상의 노출, 또는 그 이상의 노출 후에 의도된 시야면 상에 피트를 함유하지 않으면서 ASTM B117에 합격한다.
내마모성과 관련하여, 상기 장식적 형태 주조 제품은, ASTM D4060-07에 따른 테이버(Taber) 마모 시험에 합격할 수 있다. 이 시험은, 형태 주조 제품의 의도된 시야면에 코팅층이 회합되는 코팅 침적 공정을 통해 생성되는 제품의 경우에 유용할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 장식적 형태 주조 제품은, 약 25 사이클 이상의 내마모성을 달성한다. 하나의 실시양태에서, 상기 시험은 회전 마모 시험이다. 다른 실시양태에서, 상기 시험은 선형 마모 시험이다.
UV 저항성과 관련하여, 상기 장식적 형태 주조 제품의 의도된 시야면은 ISO 11507에 따라 시험시, 340 nm의 공칭 파장을 가진 QUV-A 벌브에 24시간 노출 후 약 0.7 미만의 델타-E를 나타낼 수 있다. 델타-E 측정은, 테크니다인(Technidune)에 의한 칼라 터치(Color Touch) PC에 의해 달성될 수 있다. 다른 실시양태에서, 상기 장식적 형태 주조 제품의 의도된 시야면은 48시간 노출 후, 또는 96시간 노출 후, 또는 1주 노출 후, 또는 그 이상 노출 후 약 0.7 미만의 델타-E를 나타낼 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 상기 장식적 형태 주조 제품은 그러한 UV 노출 후에도 상술한 접착력 시험에 합격한다.
내화학성과 관련하여, 상기 장식적 형태 주조 제품은, 니켈 추출에 대한 EN1811에 따라 시험시 인공 땀에 노출된 후 의도된 시야면 상에 아무런 물질의 가시적 변화를 나타내지 않을 수 있다. 상기 가시적 변화를 평가하기 위해, 기준물질인 비-노출 샘플을 사용할 수 있다. 몇가지의 견시 각도를 이용하여, 상기 장식적 형태 주조 제품의 의도된 시야면이 물질의 가시적 변화를 나타내는지의 여부를 평가한다.
경도와 관련하여, 상기 장식적 형태 주조 제품은, ASTM D3363-09의 연필 경도 시험에 따라 측정시 약 2H 이상의 등급을 나타낼 수 있다. 다른 실시양태에서, 상기 장식적 형태 주조 제품은, ASTM D3363-09의 연필 경도 시험에 따라 측정시 약 3H 이상, 또는 약 4H 이상, 또는 약 5H 이상, 또는 약 6H 이상, 또는 약 7H 이상, 또는 약 8H 이상, 또는 약 9H 이상의 등급을 나타낼 수 있다.
상기 특성들 중 임의의 것이 달성될 수 있으며, 조합적으로 달성될 수 있다.
실시예
실시예
1:
Al
-
Ni
-
Mn
합금의
주조성을
평가하기 위한, 약 2 내지 4.5
mm
의 공칭 벽 두께를 갖는 형태 주조 제품의 진공-
다이
캐스팅(
VDC
)
이 실시예에서는, 진공-다이 캐스팅 기법을 사용하여 Al-Ni-Mn 및 Al-Si-Mg 두 합금을 평가하였다. Al-Si-Mg 합금은 비교 목적으로 포함하였다.
Al-Ni-Mn 합금의 다양한 조성을 표 4에 제공하고, Al-Si-Mg 합금의 조성은 표 4에 제공하였다.
[표 4] VDC 사용 Al-Ni-Mn 합금의 조성
도 27은 Al-Ni-Mn 합금 주물이다. 단지 Al-Ni-Mn 합금만을 도시하였지만, Al-Ni-Mn 및 Al-Si-Mg 두 합금 모두 적당한 주조성을 나타낸다. 이어서, 유리 비드 블라스팅에 의해 잔류 윤활제를 제거하기 위해 이 주물을 세정한다.
도 28은 유리 비드 블라스팅 후 Al-Ni-Mn 합금의 주물 외관이다. Al-Ni-Mn 주물품은 Al-Si-Mg 합금(도시되어 있지 않음)보다 더 높은 표면 균일도를 나타낸다. 또한, Al-Ni-Mn 합금은 하기 표 5의 차피(Charpy) 충격 에너지 시험 결과에 의해 나타나 있듯이 Al-Si-Mg 합금보다 주조된 상태(F 템퍼)에서 더 높은 충격 에너지를 나타낸다.
[표 5] 합금들의 차피 충격 에너지(ASTM E23-07, 비-노치 시편)
상기 주물을 또한 이들의 양극산화성에 대해 평가하였다. 이 경우, 양극산화 처리 후에, Al-Si-Mg 주물의 표면은 흑색으로 변한 반면, Al-Ni-Mn 합금 주물은 더 밝은 색상(도시되어 있지 않음)을 나타낸다. 도 29는 양극산화 처리 후 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 형태 주조 제품의 마이크로구조를 나타낸 사진이다. 도시된 바와 같이, 옥사이드 층의 두께는 양극산화 처리된 Al-Ni-Mn 합금 전반에 걸쳐 비교적 균일하다. 이는 옥사이드 성장이 일반적으로 (예컨대, 알파 알루미늄 상 또는 금속간 화합물 상에 의해) 중단되지 않았음을 나타낸다.
일부 양극산화 처리된 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품을 다양하게 염료 처리하였다. 도 30a의 제품은 어두운 색상 양극산화에 의해 균일한 외관을 갖는다. 도 30b의 제품은 밝은 색상 양극산화에 의해 마블무늬 외관을 갖는다. 비-마블무늬 제품의 경우, 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는 의도된 시야면을 갖는 형태 주조 제품을 제공하기 위해, 다른 조정요소들 중에서도, 합금 조성 및 캐스팅 변수에 대한 조정을 통해 및/또는 층 제거를 통해 흐름 선을 감소시키고, 일부 경우에는 제거시킬 수 있다.
도 31a 및 31b는 표면에 어둡고(도 31a) 및 밝은(도 31b) 외관을 갖는 연마 및 양극산화 처리된 Al-Ni-Mn 형태 주조 제품의 마이크로구조를 예시하는 현미경 사진이다. 어두운 영역(도 31a)은 옥사이드 표면 가까이에 더 많은 알파 알루미늄 상(어두운 구역)을 갖는 반면, 밝은 영역(도 31b)은 더 많은 공융 마이크로구조(밝은 구역)를 가지거나, 또는 일부 알루미늄 상을 갖는 것에 더하여 옥사이드 층 가까이에 공융 상이 풍부하다. 이는 특히 합금 조성 및/또는 캐스팅 변수를 조정 및 조절하여, 제품 마감처리 요건에 따른 맞춤형 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품을 제조할 수 있음을 나타낸다.
실시예
2:
Al
-
Ni
-
Mn
합금 시스템의
공융
마이크로구조를 평가하기 위한, 랩-규모의 방향성 고화(
DS
) 캐스팅
이 실시예에서는, 방향성 고화(DS) 캐스팅을 사용하여 다양한 북몰드(bookmold)를 생성하여 다양한 Ni 함량의 다양한 Al-Ni-Mn 합금DMF 제조하였다. Al-Ni-Mn 합금 조성을 하기 표 6에 제공하였다.
[표 6] 방향성 고화로부터 제조된 Al-Ni-Mn 합금의 조성
약 1℃/초의 고화 속도로 합금을 캐스팅하였다. 도 32에 도시된 바와 같이, 공융 마이크로구조의 양은 Ni 함량(최대 약 6.84 중량% Ni(합금 4))에 따라 증가하였고, 이후 공융 마이크로구조의 양은 감소하였다(합금 5).
실시예
3:
Al
-
Ni
-
Mn
합금의 종래의
다이
캐스팅(
DC
) 평가
이 실시예에서는, 전통적인 다이 캐스팅(DC) 기법을 이용하여, Al-Ni-Mn 합금을 사용한 휴대폰 하우징을 다이 캐스팅하였다. 두 형태 주조 휴대폰 하우징의 예를 도 33에 예시하였다. 휴대폰 하우징(70)은 러너(72), 게이트(74) 및 오버플로우(76)를 갖는다. 이 경우, 휴대폰 하우징(70)은 약 0.7 mm의 벽 두께를 갖는다. 휴대폰 하우징을 제조하는 데 사용된 Al-Ni-Mn 캐스팅 합금의 조성을 하기 표 7에 제시하였다.
[표 7] 휴대폰 하우징을 제조하는 데 사용된 Al-Ni-Mn 합금의 조성
이들 실시예에서는, Ni 함량을 약 6.3 중량%로 정하고, 이어서 Ni을 증가시켜 그 증가의 효과를 평가하였다. 비교 목적으로, Al-Si-Mg 합금(A380)을 사용하여 휴대폰 하우징(70)을 또한 캐스팅하였다. 도 34는 Al-Ni-Mn 및 A380 합금으로 제조된 휴대폰 하우징을 나타낸다. Al-Ni-Mn 합금은 동일하거나 유사한 캐스팅 변수 하에서 A380 대응품보다 양호한 주조성을 나타내고 콜드-셧트 및 피트(pit)를 형성하는 경향이 작다.
휴대폰 하우징 캐스팅의 인장 특성을 하기 표 8에 나타내었다. 표에 보인 결과로부터, Al-Ni-Mn 합금은 Al-Si-Mg(A380) 합금보다 주조된 상태(F 템퍼)에서 평균적으로 더 높은 최대 인장 강도(UTS) 및 더 높은 연신율(%)을 나타내지만, 더 낮은 인장 항복 강도(TYS)를 나타낸다.
[표 8] DC를 이용한 Al-Ni-Mn 및 Al-Si-Mg 합금의 인장 특성
추가로, Al-Ni-Mn 주물은 또한 양극산화 처리 후에 (예컨대, 균일한 옥사이드 층의 형성으로 인해) 증대된 표면 품질을 나타내며, 이는 A380 합금 주물에 의해서는 달성될 수 없었던 것이다.
실시예
4:
과공정
조성을 갖는
Al
-
Ni
-
Mn
합금의 통상적인
다이
캐스팅(
DC
) 평가
이 실시예에서는, 전통적인 다이 캐스팅(DC) 기법을 이용하여 다양한 과공정 합금 조성에서 다양한 휴대폰 하우징을 다이 캐스팅함으로써 표면 결함 및 색상에 미치는 조성 및 냉각 속도의 영향을 평가하였다. 시험 Al-Ni-Mn 합금의 조성을 하기 표 9에 제시하였다.
[표 9] 시험 Al-Ni-Mn 합금 조성
도 35는 양극산화 처리 후 다양한 휴대폰 하우징을 예시한 사진이다. 도 35에서, 제품 (A)는 1410℉에서의 합금 주물이고, 제품 (B)는 1445℉에서의 합금 주물이며, 제품 (C)는 1535℉에서의 합금 주물이다. 이들 주물은 합금 조성 및 용융 온도 모두가 표면 결함 및/또는 색상에 영향을 줄 수 있음을 나타낸다. 이들 실시예는 1410℉에 보다 가까운 과공정 합금 주물이 더욱 균일한 표면 외관을 제공할 수 있음을 나타낸다.
실시예
5:
Al
-
Ni
-
Mn
합금의
주조성
캐스팅 합금 A356, 및 약 4 중량% Ni 및 2 중량% Mn을 갖는 Al-Ni-Mn 합금을, 알루미늄 주조 규격 협회(Aluminum Foundry Society standards)에 따른 나선형 몰드 캐스팅을 통해 유동성에 대해 시험하였다. 이들 합금을 그 액상 온도보다 높은 약 180℉(약 82.2℃)에서 캐스팅하였다. 캐스팅 합금 A356은 약 11 cm의 길이를 달성하였다. Al-Ni-Mn 합금은 약 14 cm의 길이를 달성하거나, 또는 A356 합금보다 약 27% 우수한 성능을 달성하였다.
캐스팅 합금 A380, A359, 및 약 4 중량% Ni 및 2 중량% Mn을 갖는 Al-Ni-Mn 합금을, 알루미늄 주조 규격 협회에 따른 나선형 몰드 캐스팅을 통해 유동성에 대해 시험하였다. 이들 합금 모두를 1250℉(약 676.6℃)의 동일한 용융 온도에서 캐스팅하였다. 캐스팅 합금 A380은 약 8.5 cm의 평균 길이를 달성하고, 캐스팅 합금 A359는 약 10 cm의 평균 길이를 달성하였으며, Al-Ni-Mn 합금은 약 9.2 cm의 평균 길이를 달성하였다. Al-Ni-Mn 합금은 A380 합금보다는 우수한 유동성을 가지며, A359 합금과는 거의 동일한 유동성을 갖는다.
캐스팅 합금 A356, A359, A380, 및 약 4 중량% Ni 및 2 중량% Mn을 갖는 Al-Ni-Mn 합금을, 연필 탐침봉 시험을 사용하여 이들의 고온 균열 성향에 대해 시험하였다. 모든 합금은 2 mm의 고온 균열 성향을 달성하였으며, 이는 이들이 양호한 주조성을 가짐을 나타낸다.
실시예
6: 합금의 회색도 및 휘도
i. 주조된 상태에서 시험
세 개의 서로 다른 합금을 두 개의 얇은 벽의 형태 주조 제품으로 캐스팅하였다. 제 1 제품은 약 6.9 중량% Ni을 함유하는 Al-Ni 합금으로 제조하였다. 제 2 제품은 약 7.1 중량% Ni 및 약 2.9 중량% Mn을 함유하는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조하였다. 제 3 제품은 캐스팅 합금 A380으로 제조하였다. 주조된 제품을, 테크니다인의 컬러 터치 PC를 사용하여 CIELAB에 따른 색상 시험 및 ISO 2469 및 2470에 따른 휘도 시험을 하였다. Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금을 함유하는 제품은, 하기 표 10 및 11에 나타낸 바와 같이, Al-Si 합금 A380보다 회색도는 낮고 휘도는 더 밝았다.
[표 10] 형태 주조 제품의 회색도(주조된 상태)
[표 11] 형태 주조 제품의 휘도(주조된 상태)
ii. 화학적 밀링 및 양극산화 후 시험
세 개의 서로 다른 합금을 두 개의 얇은 벽의 형태 주조 제품으로 캐스팅하였다. 제 1 제품은 약 6.6 중량% Ni을 함유하는 Al-Ni 합금으로 제조하였다. 제 2 제품은 약 6.9 중량% Ni 및 약 2.9 중량% Mn을 함유하는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조하였다. 제 3 제품은 캐스팅 합금 A380으로 제조하였다. 형태 주조 제품을 화학적 밀링(에칭)하여 주조품의 외부 표면의 약 0.008 인치(200 미크론; 한 측면당 100 미크론)를 제거하였다. 이어서, 형태 주조 제품을 연마하고, 알루미나로 블라스팅하고, 약 0.15 밀(약 3.8 미크론)의 옥사이드 두께로 양극산화 처리하고, 이어서 밀봉하였다. 양극산화 처리된 제품을, 테크니다인의 컬러 터치 PC를 사용하여 CIELAB에 따른 색상 시험 및 ISO 2469 및 2470에 따른 휘도 시험을 하였다. Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금을 함유하는 제품은, 하기 표 12 및 13에 나타낸 바와 같이, Al-Si 합금 A380보다 회색도는 낮고 휘도는 더 밝았다. Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금을 함유하는 제품은 또한 주조된 상태보다 회색도는 단지 약간 증가하고 휘도는 약간 감소하였다.
[표 12] 형태 주조 제품의 회색도(양극산화된 상태)
[표 13] 형태 주조 제품의 휘도(양극산화된 상태)
iii. 디그리싱 및 양극산화 후 시험
두 개의 서로 다른 합금을 얇은 벽의 형태 주조 제품으로 캐스팅하였다. 제 1 제품은 약 6.9 중량% Ni 및 약 1.9 중량% Mn을 함유하는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조하였다. 제 2 제품은 캐스팅 합금 A380으로 제조하였다. 형태 주조 제품을 디그리싱한 후 0.15 밀(약 3.8 미크론)의 옥사이드 두께를 가지도록 양극산화 처리한 다음 밀봉하였다. 양극산화 처리된 제품을, 테크니다인의 컬러 터치 PC를 사용하여 CIELAB에 따른 색상 시험 및 ISO 2469 및 2470에 따른 휘도 시험을 하였다. Al-Ni-Mn 합금을 함유하는 제품은, 하기 표 14 및 15에 나타낸 바와 같이, Al-Si 합금 A380보다 회색도는 낮고 휘도는 더 밝았다. Al-Ni-Mn 합금을 함유하는 제품은 또한 주조된 상태보다 회색도는 단지 약간 증가하고 휘도는 약간 감소하였다.
[표 14] 형태 주조 제품의 회색도(양극산화된 상태)
[표 15] 형태 주조 제품의 휘도(양극산화된 상태)
iv. 주조된 상태의 저 함량 Ni 합금의 추가 시험
다양한 얇은 벽의 형태 주조 제품을 두 개의 서로 다른 저-Ni 합금 유형으로 제조하였다. 제 1 제품 세트는 약 2.0 중량% Ni 및 약 1.0 중량% Mn을 함유하는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조하였다. 제 2 제품 세트는 약 3.0 중량% Ni 및 약 2.0 중량% Mn을 함유하는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조하였다. 주조된 제품(F 템퍼에서)을 ASTM B557 및 ASTM E23-07에 따라 기계적 시험하였다. 평균 결과를 하기 표 16A에 제공하였다.
[표 16A] 저-Ni 합금의 기계적 특성
이들 샘플을 캐스팅 합금 A380으로 제조된 비교 제품 세트와 더불어, 테크니다인의 컬러 터치 PC를 사용하여 CIELAB에 따른 색상 시험 및 ISO 2469 및 2470에 따른 휘도 시험을 하였다. Al-Ni-Mn 합금을 함유하는 제품은, 하기 표 16B에 나타낸 바와 같이, Al-Si 합금 A380보다 회색도는 낮고 휘도는 더 밝았다.
[표 16B] 형태 주조 제품의 회색도 및 휘도(주조된 상태)
실시예
7: 색 균일도
상기 실시예 6의 양극산화 처리된 제품의 일부를 색 균일도 시험하였다. 형태 주조 제품의 제 1 표면 부분 위의 제 1 참조 영역을 제 1 CIELAB 측정을 위해 선택하였다. 형태 주조 제품의 제 2 표면 부분 위의 제 2 참조 영역을 제 2 CIELAB 측정을 위해 선택하였다. 제 1 및 제 2 참조 영역은 모두 약 0.5 인치의 직경을 갖는 원이다. 측정된 두 CIELAB 값을 비교하여 형태 주조 제품의 부분에 대한 ΔE를 계산하였다. 결과를 하기 표 17에 제공하였다.
[표 17] 형태 주조 제품의 색 균일도(양극산화된 상태)
L-값은 흑백 수준(100 = 순백색, 0 = 순흑색)을 나타내고, a-값은 적-녹 수준(+ = 적색, - = 녹색)을 나타내고, b-값은 황-청 수준(+ = 황색, - = 청색)을 나타낸다. 일반적으로, Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금으로 제조되는 형태 주조 제품의 의도된 시야면은 종래 A380 합금으로 제조된 형태 주조 제품보다 양극산화 처리된 상태에서 휘도, 회색도 및 색 균일도의 우수한 조합을 갖는다. 또한, 도 43a(A380 제품) 및 도 43b(Al-Ni6.6 제품)에 도시된 바와 같이, A380 합금을 함유하는 형태 주조 제품의 의도된 시야면은 복수 개의 가시적으로 명확한 표면 결함을 포함하는 반면, Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금을 함유하는 형태 주조 제품의 의도된 시야면은 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는다.
실시예
8: 매트(
matte
) 마감을 갖는 형태 주조 제품의 제조
Al-Ni 합금은 휴대용 전자 장치 커버로 캐스팅하였다. Al-Ni 합금은 약 6.6 중량% Ni, 약 0.07 중량% Mn, 약 0.04 중량% Ti 및 약 0.012 중량% B, 잔량의 알루미늄 및 불순물을 포함한다. 상기 장치 커버는 약 0.7 mm의 공칭 벽 두께를 갖고, 2-공동 스틸 다이를 사용하여 250-톤 도시바 HPDC 프레스 위에서 캐스팅된다. 주조된 Al-Ni 합금 제품의 마이크로구조는 알파-알루미늄 상과 공융 마이크로구조를 갖는 비교적 얇은 외측부 및 일반적으로 공융 마이크로구조를 갖는 제 2 부를 갖는다. Al-Ni 주조품을, 약 150℉의 용액 온도로 약 18분 동안 5% NaOH 용액에 침지시켜 화학적 에칭함으로써 약 200 미크론(전체 약 8 밀), 또는 한 측면당 100 미크론을 제거하며, 이는 알파 알루미늄 상을 갖는 원래 주조품의 외측부 상당량을 제거한다. 이어서, 상기 제품을 화학적 연마하여 매끄러운 거울면을 제공하고, 이어서 MEK 용액을 통해 깨끗이 닦아낸다. 이어서, 제품의 외부 표면을, 약 6 내지 약 9 인치의 거리에서 약 20 내지 약 40 psi의 압력으로 실질적으로 법선 각(약 수직)으로 알루미늄 옥사이드를 사용하여 블라스팅 처리한다. 이어서, 제품을 약 150℉에서 약 2분 동안 A31K(비-에칭성 알칼리 세정제)로 세정한다. 이어서, 제품을 약 220℉에서 약 40초 동안 DAB80(인산(약 85%) 및 질산(약 2%) 용액)을 통해 화학적 연마한다. 이어서, 제품을, 약 12 ASF의 전류 밀도 및 약 70℉의 온도에서 약 9분 동안 약 20% 황산 욕에서 양극산화 처리하여, 약 2.5 내지 약 4 미크론의 두께를 갖는 균일한 Al-O-S 대역(옥사이드 층)을 생성한다. 주조품의 Al-O-S 대역은 통상의 유형 II 양극산화 처리된 주조품보다 약간 작아서, 더 밝은 최종 외관을 촉진한다. 이어서, 제품을 색상-특이적 클라리언트(Clariant) 염료(예컨대, 핑크, 청색, 적색, 은색)에 약 140℉의 용액 온도에서 약 3분 동안 침지한다. 이어서, 제품을 약 190℉의 용액 온도에서 약 10분 동안 수성 염 용액으로 밀봉한다. 최종 제품은 소비자 허용 기준을 만족시키는 밝은 매트 마감을 갖는다. 서로 다른 염료 색상을 갖는 다양한 다른 Al-Ni 주조된 휴대용 전자 장치 커버에 의해 공정을 반복한다. 도 36은 제조된 휴대용 장치 커버를 나타낸 사진이며, 모두 가시적으로 명확한 표면 결함을 갖지 않는 밝은 매트 마감을 갖는다.
제 1 제품이 화학적으로 에칭되거나 기계적으로 연마되지 않는 것을 제외하고는, 전술된 바와 유사하게 두 개의 Al-3Ni-2Mn 합금을 제조하였다. 두 제품 모두 적색 클라리언트 염료로 염색하였다. 도 41a 및 41b에 도시된 바와 같이, 화학적 에칭 처리되는 제품은 단지 미량의 가시적으로 명확한 표면 결함을 함유하는 반면(도 41b), 화학적으로 에칭 처리되지 않는 제품은 상당량의 가시적으로 명확한 표면 결함을 함유한다(도 41a).
실시예
9: 광택 마감을 갖는 형태 주조 제품의 제조
Al-Ni-Mn 합금을 휴대용 전자 장치 커버로 형태 주조하였다. Al-Ni-Mn 합금은 약 7.1 중량% Ni, 약 2.8 중량% Mn, 약 0.02 중량% Ti 및 0.01 중량% 미만의 B, 잔량의 알루미늄 및 불순물을 포함한다. 상기 장치 커버는 약 0.7 mm의 공칭 벽 두께를 갖고, 2-공동 스틸 다이를 사용하여 250-톤 도시바 HPDC 프레스 위에서 캐스팅된다. 이 주조품을 기계적으로 연마하여 매끄러운 거울 면을 제공하고, 이어서 이를 MEK 용액으로 깨끗이 닦는다. 이어서, 이 제품을 약 150℉에서 약 2분 동안 A31K(비-에칭성 알칼리 세정제)로 세정한다. 이어서, 이 제품을, 약 15 볼트의 전압 및 약 90℉의 온도에서 약 10분 동안 약 20% 황산 욕에서 양극산화 처리하여, 단 수 옹스트롬의 두께를 갖는 Al-O-P 대역(옥사이드 층)을 생성한다. 착색된 색상의 PPG 세라노쉴드(CeranoShield) 코팅을 상기 제품에 도포하고, 이어서 UV 경화시킨다. 도포된 코팅은 약 7.0 내지 약 18 미크론 범위의 두께를 갖는다. 최종 제품은 소비자 허용 기준을 만족시키는 빛나는 광택 마감을 갖고, 상기 코팅은 주조품의 표면에 접착성이다. 서로 다른 색상을 갖는 다양한 다른 Al-Ni-Mn 주조된 휴대용 전자 장치 커버에 의해 공정을 반복한다. 도 37은 제조된 휴대용 장치 커버를 나타낸 사진이며, 모두 가시적으로 명확한 표면 결함을 갖지 않는 광택 마감을 갖고, 상기 코팅은 주조품의 외부 표면에 접착성이다.
제 1 제품이 화학적으로 에칭되거나 기계적으로 연마되지 않는 것을 제외하고는, 전술된 바와 유사하게 두 개의 Al-3Ni-2Mn 합금을 제조하였다. 두 제품 모두 적색 규소 중합체 코팅으로 코팅하였다. 도 42a 및 42b에 도시된 바와 같이, 화학적 에칭 처리되는 제품은 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는 반면(도 42a), 화학적으로 에칭 처리되지 않는 제품은 가시적으로 명확한 표면 결함을 함유한다(도 42b).
실시예
10: 마블무늬 마감을 갖는 형태 주조 제품의 제조
Al-Ni-Mn 합금을 자동차 부품으로 캐스팅하였다. Al-Ni-Mn 합금은 약 4.0 중량% Ni, 약 2.0 중량% Mn, 약 0.06 중량% Ti 및 0.02 중량% 미만의 B, 잔량의 알루미늄 및 불순물을 포함한다. 상기 자동차 부품은 약 3.5 mm의 공칭 벽 두께를 갖고, 1-공동 스틸 다이를 사용하여 변형된 배큐럴(Vacural) 공정으로 750-톤 뮬러-바인가르텐(Mueller-Weingarten) HPDC 프레스 위에서 캐스팅된다. 이 제품을 기계적으로 연마하여 매끄러운 거울 면을 제공하고, 이어서 이를 MEK 용액으로 깨끗이 닦는다. 이어서, 이 제품을 약 150℉에서 약 2분 동안 A31K(비-에칭성 알칼리 세정제)로 세정한다. 이어서, 이 제품을, 약 36 ASF의 전류 밀도 및 약 45℉의 온도에서 약 20분 동안 약 20% 황산 욕에서 양극산화 처리하여, 약 17.5 미크론의 두께를 갖는 균일한 Al-O-S 대역(옥사이드 층)을 생성한다. 이어서, 이 제품을 약 140℉의 용액 온도로 약 10분 동안 오쿠노(Okuno) 블루 TAC 염료에 침지한다. 이어서, 이 제품을 약 190℉의 온도에서 약 10분 동안 수성 염 용액으로 밀봉한다. 이어서, 이 제품을 기계적으로 연마하여 고 광택을 형성한다. 이 최종 제품은 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는 밝은 마블무늬의 마감을 갖는다. 도 38은 제조된 마블무늬의 자동차 부품을 나타낸 사진이다.
실시예
11: 휴대용 전자 장치 커버의 캐스팅
Al-6.7Ni-2.2-Mn 캐스팅 합금을 사용하여 다양한 사출 속도에서 접선형 게이트 구성요소를 사용하여 4개의 휴대용 전자 장치 커버를 형태 주조하였다. 이어서, 이 형태 주조 장치를 디그리싱하고 유형 II 양극산화 처리하였다. 2.7 내지 2.9 m/s의 최고 사출 속도를 가진 합금 4는 단지 미량의 가시적으로 명확한 표면 결함을 갖는 우수한 외관을 달성한 반면, 비교적 낮은 사출 속도로 제조된 부품은 가시적으로 명확한 표면 결함이 현저히 많았다.
추가로 다양한 Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금을 형태 주조 휴대용 전자 장치 커버로 다이 캐스팅하였다. 이들 합금을 캐스팅하기 위한 작동 변수를 하기 표 18에 제공하였다.
[표 18] Al-Ni 및 Al-Ni-Mn 합금을 캐스팅하기 위한 작동 변수
도 22a 및 22b는 각각, 표 18의 작동 변수에 따른 팬 게이트 구성요소를 사용하여 약 6.6 중량% Ni을 함유하는 Al-Ni 합금으로 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 사진이다. 도 22c 및 22d는 각각, 표 18의 작동 변수에 따른 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 약 6.8 중량% Ni을 함유하는 Al-Ni 합금으로 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 사진이다. 이들 사진에 도시된 바와 같이, 특히 러너 및 게이트 랜드 등을 포함하는 특징부들이 트리밍되고/되거나 제거되었다.
도 22e 및 22f는 각각, 표 18의 작동 변수에 따른 팬 게이트 구성요소를 사용하여 약 6.8 중량% Ni 및 약 2.8 중량% Mn을 함유하는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 사진이다. 도 22g 및 22h는 각각, 표 18의 작동 변수에 따른 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 약 7.1 중량% Ni 및 약 2.9 중량% Mn을 함유하는 Al-Ni-Mn 합금으로 제조된 주조된 제품의 투시도 및 상부 사진이다. 위와 유사하게, 특히 러너 및 게이트 랜드 등을 포함하는 특징부들이 이들 주조된 제품으로부터 트리밍되고/되거나 제거되었다.
도 22a 내지 22h는 팬 게이트 또는 접촉형 게이트 구성요소를 사용하여 주요 결함이 없는 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품이 성공적으로 주조될 수 있음을 나타낸다. 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않도록 의도된 제품의 경우, 접촉형 게이트 구성요소가 유용할 수 있다. 마블무늬의 외관을 갖도록 의도된 제품의 경우, 팬 게이트 구성요소가 유용할 수 있다. 도 20a 및 20b, 및 22a 내지 22h의 주조된 제품의 경우, 임의의 스크래치, 탈색 또는 변색은 그 주조된 상태의 주조된 부품의 전형적인 특징으로서 표면 결함으로 간주되지 않는다. 예를 들어, 도 22b의 부품에서 보일 수 있는 변색은, 대부분 부품의 반대 측면 상에 있는 스크류 보스 및/또는 립 특징부로 인한 고화 속도의 변화에 의한 것일 수 있는 캐스팅 공정의 특징이다. 일반적으로, 도 20a 및 20b 및 22a 내지 22h에 도시된 부품은, 도 36 및 37에 도시된 바와 같이, 적절한 마감 공정으로 처리된 후 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는 소비자 전자 부품을 제조할 수는 있지만, 그 주조된 상태에서의 부품은 다른 캐스팅 특성들 중에서도 특히 소수의 스크래치, 탈색 및/또는 변색을 나타낼 수 있다.
상기 표 18에 제공된 것과 유사한 캐스팅 변수를 사용하여 두 개의 형태 주조 Al-6.7Ni 합금을 제조하며, 이때 하나는 팬 게이트 구성요소이고 다른 하나는 접촉형 게이트 구성요소이다. 이어서, 두 제품을 디그리싱하고 양극산화 처리하고 밀봉한다. 접촉형 게이트 구성요소에 의해 제조된 형태 주조 제품은 팬 게이트 구성요소에 의해 제조된 제품보다 표면 결함이 실질적으로 적게 나타난다. 이는 도 39a(접촉형 게이트 구성요소) 및도 39b(팬 게이트 구성요소)에 나타나 있다. 두 개의 유사한 제품(하나의 접촉형 게이트 및 하나의 팬 게이트)을 화학적 에칭, 양극산화, 염색 및 기계적 연마시켜 마감처리 하였다. 마감 처리 후에도, 가시적으로 명확한 표면 결함이 팬 게이트 구성요소로부터 제조된 제품에서는 보였지만, 접촉형 게이트 구성요소에 의해 제조된 형태 주조 제품에는 표면 결함이 실질적으로 덜 나타났다. 이는 도 40a(접촉형 게이트 구성요소) 및도 40b(팬 게이트 구성요소)에 나타나 있다.
본 발명의 다양한 실시양태를 상세히 기술하였지만, 이들 실시양태의 변경 및 조정이 당해 분야 기술자에게 가능함은 명백하다. 그러나, 이와 같은 변경 및 조정 역시 본 발명의 사상 및 범주 내에 있음을 명확히 이해해야 한다.
Claims (46)
- 약 6.6 내지 약 8.0 중량%의 Ni;
약 0.5 내지 약 3.5 중량%의 Mn;
약 0.25 중량% 이하의, Fe 및 Si 중 어느 하나;
약 0.5 중량% 이하의, Cu, Zn 및 Mg 중 어느 하나;
약 0.2 중량% 이하의, Ti, Zr 및 Sc 중 어느 하나(이때, B 및 C 중 하나가 약 0.1 중량% 이하로 포함될 수 있음);
약 0.05 중량% 이하의 다른 원소들(이때, 상기 다른 원소들의 총량은 0.15 중량% 이하임); 및
잔량의 알루미늄
으로 본질적으로 이루어진 알루미늄 주조 합금. - 제 1 항의 알루미늄 주조 합금으로부터 제조된 형태 주조 및 양극산화 처리된(anodized) 제품으로서, 상기 형태 주조 제품이 약 20 이상의 ISO 휘도(brightness)를 갖는, 형태 주조 및 양극산화 처리된 제품.
- 제 2 항에 있어서,
상기 형태 주조 제품이 약 55 이상의 CIELAB L-값을 갖는, 형태 주조 및 양극산화 처리된 제품. - 제 2 항에 있어서,
상기 형태 주조 제품이 F 템퍼(temper)에서 약 100 MPa 이상의 인장 항복 강도를 나타내는, 형태 주조 및 양극산화 처리된 제품. - 제 2 항에 있어서,
상기 형태 주조 제품이 F 템퍼에서 약 4 주울(joule) 이상의 충격 강도를 나타내는, 형태 주조 및 양극산화 처리된 제품. - 제 2 항에 있어서,
상기 제품이 적층 마이크로구조를 가지며, 이때 상기 적층 마이크로구조가 외층 및 제 2 층을 포함하고; 상기 외층이 알파 알루미늄 상 및 공융(eutectic) 마이크로구조를 포함하고; 상기 외층이 약 400 미크론 이하의 두께를 갖는, 형태 주조 및 양극산화 처리된 제품. - (a) 형태 주조 알루미늄 합금 제품에 대한 제품 용도를 선택하는 단계;
(b) 상기 형태 주조 알루미늄 합금 제품에 대한 마감처리 유형을 선택하는 단계;
(c) 단계 (a) 및 (b) 중 하나 이상에 근거하여, (i) 상기 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 사전결정된 마이크로구조; 및 (ii) 상기 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 제조에 사용하기 위한 합금을 선택하는 단계로서, 상기 합금이
(A) 약 0.5 내지 약 8.0 중량%의 Ni을 포함하는 Al-Ni 주조 합금; 및
(B) 약 0.5 내지 약 8.0 중량%의 Ni 및 약 0.5 내지 약 3.5 중량%의 Mn을 포함하는 Al-Ni-Mn 주조 합금
중 하나인, 단계; 및
(d) 상기 선택 단계 (c)에 맞추어 상기 형태 주조 제품을 생성하는 단계로서, (i) 상기 Al-Ni 또는 Al-Ni-Mn 합금으로부터 제조된 형태 주조 제품을 다이 캐스팅(die casting)하는 단계; 및 (ii) 상기 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 일부로부터 균일한 옥사이드 층을 형성하는 것을 포함하는 상기 형태 주조 알루미늄 합금 제품을 양극산화 처리하는 단계를 포함하는, 단계
를 포함하며,
상기 양극산화 처리 단계(ii) 후에, 상기 형태 주조 알루미늄 합금 제품이 (A) 약 55 이상의 CIELAB-L 값 및 (B) 약 20 이상의 ISO 휘도 둘 다를 나타내는, 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 양극산화 처리 단계(ii) 후에, 상기 형태 주조 알루미늄 합금 제품이 약 5.0 이하의 ΔE를 나타내는, 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 마감처리 유형이, 가시적으로 명확한 표면 결함을 갖지 않는 표면을 포함하며, 이때
상기 선택 단계(c)가, 알파 알루미늄 상 및 공융 마이크로구조를 갖는 외층을 포함하는 적층 마이크로구조를 선택하는 것을 포함하고,
상기 생성 단계 (d)가, 외층이 약 400 미크론 이하의 두께를 갖는, 적층 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품을 생성하고, 상기 형태 주조 제품으로부터 상기 외층의 적어도 일부를 제거하는 것을 포함하는, 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 선택 단계 (c)가 과공정(hypereutectic) 합금 조성을 선택하는 것을 포함하는, 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 합금이 Al-Ni-Mn 합금인, 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제품의 의도된 시야면에 균일한 옥사이드 층이 회합되며, 이때 상기 방법이 상기 균일한 옥사이드 층의 적어도 일부에 착색제를 적용하는 단계를 포함하고, 이때 상기 적용 단계 후에, 상기 형태 주조 제품의 의도된 시야면이, 적어도 부분적으로는 상기 옥사이드 층의 균일성으로 인해, 약 5.0 이하의 ΔE를 갖고, 상기 의도된 시야면이 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는, 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 마감처리 유형이 마블무늬(marbled) 표면이며, 이때
상기 선택 단계 (c)가, 알파 알루미늄 상 및 공융 마이크로구조의 매우 규칙적인 분포를 갖는 외층을 포함하는 적층 마이크로구조를 선택하는 것을 포함하고,
상기 생성 단계 (d)가, 상기 적층 마이크로구조를 갖는 형태 주조 제품을 생성하고; 상기 적층 마이크로구조의 균일한 옥사이드 층에 착색제를 적용하되, 이 적용 단계 후에, 상기 형태 주조 제품이, 적어도 부분적으로는 상기 선택된 알파 알루미늄 상 및 공융 마이크로구조로 인해, 마블무늬의 의도된 시야면을 갖는 것을 포함하는, 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 선택 단계 (c)가 아공정(hypoeutectic) 합금 조성을 선택하는 것을 포함하는, 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 합금이 Al-Ni-Mn 합금인, 방법. - (a) 초기 경로로 용융 금속을 흐르게 하는 단계;
(b) 상기 용융 금속을 약 30 내지 약 90°범위의 각도로 상기 초기 경로로부터, 상기 초기 경로와 유체 연통(fluid communication)되어 있는 캐스팅 공동(cavity)으로 강제이동시키는 단계;
(c) 상기 캐스팅 공동 내의 용융 금속을 냉각시켜 고화된 금속을 생성하는 단계; 및
(d) 상기 고화된 금속으로부터, 의도된 시야면을 갖고 약 2.0 mm 이하의 공칭 벽 두께를 갖는 알루미늄 제품을 생성하는 단계로서, 이 생성 단계가 상기 알루미늄 제품을 양극산화 처리하는 것을 포함하고, 상기 양극산화 처리 후에, 상기 알루미늄 제품의 의도된 시야면이 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는, 단계
를 포함하는, 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 알루미늄 제품이 약 1.0 mm 이하의 공칭 벽 두께를 갖는, 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 용융 금속이 상기 초기 경로로부터 상기 캐스팅 공동으로 이동한 거리가 약 15 mm 이하인, 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 용융 금속이 상기 초기 경로로부터 상기 캐스팅 공동으로 이동한 거리가 약 10 mm 이하인, 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 용융 금속이 상기 초기 경로로부터 상기 캐스팅 공동으로 이동한 거리가 약 5 mm 이하인, 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 초기 경로가 러너(runner) 통로를 포함하는, 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 초기 경로가 전이(transition) 경로를 통해 상기 캐스팅 공동에 연결되는, 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 전이 경로가 접촉형 게이트(tangential gate)를 포함하고, 상기 양극산화 처리 후에, 상기 알루미늄 제품의 의도된 시야면이, 적어도 부분적으로는 상기 접촉형 게이트로 인해, 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는, 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 강제이동 단계가 상기 용융 금속을 60 내지 90°범위의 각도로 상기 초기 경로로부터 캐스팅 공동으로 강제이동시키는 것을 포함하는, 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 강제이동 단계가 상기 용융 금속을 70 내지 90°범위의 각도로 상기 초기 경로로부터 캐스팅 공동으로 강제이동시키는 것을 포함하는, 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 강제이동 단계가 상기 용융 금속을 80 내지 90°범위의 각도로 상기 초기 경로로부터 캐스팅 공동으로 강제이동시키는 것을 포함하는, 방법. - (a) 초기 경로로 용융 금속을 흐르게 하는 단계;
(b) 상기 용융 금속을 약 0 내지 약 90°범위의 각도로 상기 초기 경로로부터, 상기 초기 경로와 유체 연통되어 있는 캐스팅 공동으로 강제이동시키는 단계로서, 상기 용융 금속이 상기 초기 경로로부터 상기 캐스팅 공동으로 이동한 거리가 약 15 mm 이하인, 단계;
(c) 상기 캐스팅 공동 내의 용융 금속을 냉각시켜 고화된 금속을 생성하는 단계; 및
(d) 상기 고화된 금속으로부터, 의도된 시야면을 갖고 약 2.0 mm 이하의 공칭 벽 두께를 갖는 알루미늄 제품을 생성하는 단계로서, 이 생성 단계가 상기 알루미늄 제품을 양극산화 처리하는 것을 포함하고, 상기 양극산화 처리 후에, 상기 알루미늄 제품의 의도된 시야면이 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않는, 단계
를 포함하는, 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 알루미늄 제품이 약 1.0 mm 이하의 공칭 벽 두께를 갖는, 방법. - 제 28 항에 있어서,
상기 용융 금속이 상기 초기 경로로부터 상기 캐스팅 공동으로 이동한 거리가 약 5 mm 이하인, 방법. - 제 29 항에 있어서,
상기 강제이동 단계가 상기 용융 금속을 80 내지 90°범위의 각도로 상기 초기 경로로부터 캐스팅 공동으로 강제이동시키는 것을 포함하는, 방법. - 의도된 시야면을 포함하는 바디(body)를 포함하는 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품으로서,
상기 바디가
(I) 약 0.5 내지 약 8.0 중량%의 Ni 및 약 3.5 중량% 이하의 Mn을 포함하는 알루미늄 합금 베이스; 및
(II) 상기 알루미늄 합금 베이스로부터 형성되되, 복수 개의 공극을 포함하고, 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 의도된 시야면과 회합된 균일한 옥사이드 층
을 포함하며,
상기 형태 주조 제품의 상기 의도된 시야면이 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않고, 상기 알루미늄 합금 제품이 F 템퍼에서 약 100 MPa 이상의 인장 항복 강도를 갖는, 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품. - 제 31 항에 있어서,
상기 옥사이드 층이 본질적으로 Al, Ni, O, 및 S, P, Cr 및 B 중 하나 이상으로 이루어진, 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품. - 제 31 항에 있어서,
상기 옥사이드 층이 본질적으로 Al, Ni, O, 및 S 및 P 중 하나 이상으로 이루어진, 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품. - 제 31 항에 있어서,
상기 바디가 상기 알루미늄 합금 베이스와 상기 옥사이드 층 사이에 비-옥사이드 층을 갖지 않는, 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품. - 제 31 항에 있어서,
상기 형태 주조 제품의 의도된 시야면의 색 변이도가 ±5.0 ΔE 이하이고, 상기 변이도가, 적어도 부분적으로는 상기 균일한 옥사이드 층의 균일성으로 인한 것인, 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품. - 제 31 항에 있어서,
상기 옥사이드 층의 공극을 적어도 부분적으로 충전시키는 착색제를 포함하는, 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품. - 제 36 항에 있어서,
상기 착색제가 규소 중합체 코팅의 형태이고, 이때 상기 코팅이 상기 옥사이드 층의 적어도 일부 위에 위치되는, 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품. - 제 37 항에 있어서,
상기 코팅이 ASTM D3359-09에 따른 크로스-해칭(cross-hatching) 시험을 통과하고,
상기 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 의도된 시야면이, ASTM B117에 따라 시험하였을 때, 염 용액에 2시간 노출 후에 상기 의도된 시야면에 피트(pit)를 전혀 함유하지 않고,
상기 코팅이 ASTM D4060-07에 따른 테이버(Taber) 마모 시험을 통과하고,
상기 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 코팅이, ISO 11507에 따라 시험하였을 때, 340 nm의 파장을 갖는 QUV-A 벌브에 24시간 노출 후에 약 0.7 미만의 ΔE를 나타내고,
상기 의도된 시야면이, 니켈 추출에 대한 EN 1811에 따라 시험하였을 때, 인공 땀에 노출 후에 물질의 시각적 변화를 나타내지 않고,
장식적 형태 주조 제품의 의도된 시야면이, ASTM D3363-09의 연필 경도 시험에 따라 측정하였을 때, 약 2H 이상의 등급을 달성하고,
상기 형태 주조 제품의 의도된 시야면의 색 변이도가 ±5.0 ΔE 이하인,
얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품. - 제 36 항에 있어서,
상기 형태 주조 제품의 의도된 시야면의 색 변이도가 ±5.0 ΔE 이하인, 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품. - 제 31 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금 조성이 알루미늄, 니켈 및 망간의 과공정 합금 조성을 포함하는, 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품. - 의도된 시야면을 포함하는 바디를 포함하는 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품으로서,
상기 바디가
(I) 약 0.5 내지 약 8.0 중량%의 Ni 및 약 3.5 중량% 이하의 Mn을 포함하는, 적층 마이크로구조를 갖는 알루미늄 합금 베이스; 및
(II) 상기 알루미늄 합금 베이스로부터 형성되되, 복수 개의 공극을 포함하고, 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 의도된 시야면과 회합된 옥사이드 층
을 포함하며,
상기 옥사이드 층의 공극을 착색제가 적어도 부분적으로 충전시키고,
상기 형태 주조 제품의 의도된 시야면이 실질적으로 마블무늬의 외관을 갖고, 알파 알루미늄 상이 상기 착색제로 인해 제 1 색상을 포함하고, 공융 마이크로구조가 상기 착색제로 인해 제 2 색상을 포함하며, 상기 알파 알루미늄 상의 제 1 색상과 상기 공융 마이크로구조의 제 2 색상의 조합이 상기 마블무늬 외관에 적어도 부분적으로 기여하는,
얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품. - (a) 의도된 시야면을 갖는 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품을 생성하는 단계로서,
(i) 상기 생성 단계가, 약 0.5 내지 약 8.0 중량%의 Ni 및 약 3.5 중량% 이하의 Mn을 함유하는 알루미늄 합금을 다이 캐스팅하는 것을 포함하고,
(ii) 상기 생성 단계 후에, 상기 얇은 벽의 형태 주조 제품이, 알파 알루미늄 및 공융 상을 갖는 외층을 포함하는, 단계;
(b) 상기 얇은 벽의 형태 주조 제품으로부터 상기 외층의 약 500 미크론 이하를 제거하는 단계;
(c) 상기 얇은 벽의 형태 주조 제품을 양극산화 처리하는 단계로서, 상기 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 일부로부터, 상기 의도된 시야면과 회합된 복수 개의 공극을 포함하는 옥사이드 층을 형성하는 것을 포함하는 단계;
(d) 상기 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 상기 옥사이드 층에 착색제를 적용하는 단계로서,
상기 적용 단계 후에, 상기 착색제의 적어도 일부가 상기 옥사이드 층의 공극 내에 적어도 부분적으로 배치되고,
상기 적용 단계 후에, 상기 의도된 시야면이 가시적으로 명확한 표면 결함을 실질적으로 갖지 않으며,
상기 적용 단계 후에, 상기 의도된 시야면의 색 변이도가 ±5.0 ΔE 이하인, 단계
를 포함하는, 방법. - 제 42 항에 있어서,
상기 착색제 적용 단계가 전류의 부재 하에 상기 옥사이드 층을 염료와 접촉시키는 것을 포함하는, 방법. - 제 42 항에 있어서,
상기 적용 단계가
상기 옥사이드 층의 표면에 코팅 전구체를 침착시키는 단계; 및
상기 코팅 전구체를 코팅으로 전환시키는 단계로서, 상기 전환 단계 후에, 상기 코팅이 실질적으로 상기 옥사이드 층을 피복시키는, 단계
를 포함하는, 방법. - 제 44 항에 있어서,
상기 코팅 전구체가 규소 중합체에 대한 전구체이고, 상기 전환 단계가 상기 코팅 전구체에 복사선 또는 열을 적용하여, 상기 규소 중합체를 함유하는 코팅을 생성하는 것을 포함하는, 방법. - (a) 의도된 시야면을 갖는 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품을 생성하는 단계로서,
(i) 상기 생성 단계가, 약 0.5 내지 약 8.0 중량%의 Ni 및 약 3.5 중량% 이하의 Mn을 함유하는 알루미늄 합금을 다이 캐스팅하는 것을 포함하고,
(ii) 상기 생성 단계 후에, 상기 얇은 벽의 형태 주조 제품이 알파 알루미늄 및 공융 상의 매우 규칙적인 분포를 포함하는, 단계;
(b) 상기 얇은 벽의 형태 주조 제품으로부터 상기 외층의 약 500 미크론 이하를 제거하는 단계;
(c) 상기 얇은 벽의 형태 주조 제품을 양극산화 처리하는 단계로서, 상기 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 일부로부터, 상기 의도된 시야면과 회합된 복수 개의 공극을 포함하는 옥사이드 층을 형성하는 것을 포함하는, 단계;
(d) 상기 얇은 벽의 형태 주조 알루미늄 합금 제품의 상기 옥사이드 층에 착색제를 적용하는 단계로서,
상기 적용 단계 후에, 상기 착색제의 적어도 일부가 상기 옥사이드 층의 공극 내에 적어도 부분적으로 배치되고,
상기 적용 단계 후에, 상기 형태 주조 제품의 상기 의도된 시야면이 실질적으로 마블무늬 모양을 갖고, 알파 알루미늄 상이 상기 착색제로 인해 제 1 색상을 포함하고, 공융 마이크로구조가 상기 착색제로 인해, 상기 제 1 색상과는 다른 제 2 색상을 포함하며, 상기 알파 알루미늄 상의 제 1 색상과 상기 공융 마이크로구조의 제 2 색상의 조합이 상기 마블무늬 외관에 적어도 부분적으로 기여하는, 단계
를 포함하는, 방법.
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