TWI721769B - 鋁合金組成物及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本案為一種鋁合金組成物及其製造方法。利用鉭與銀互不相容的特性，且依序添加鉻、鉭、銀至含有銅的鋁母金中進行熔煉，可避免鉻與銀先產生共晶反應，且能形成所需的共晶組成物，進而獲得耐腐蝕、耐疲勞、耐磨耗與耐高溫之鋁合金組成物。鋁合金組成物包含4.2~5.5 wt.%的銅、1.4~2.0 wt.%的鎂、0.5~1.2 wt.%的錳、0.05~1.0 wt.%的矽、0.05~0.8 wt.%的鉻、0.01至0.5 wt.%的鉭、0.01~0.5 wt.%的銀，以及餘量的鋁。
Description
一種鋁合金組成物，尤指一種耐腐蝕、耐疲勞、耐磨耗與耐高溫之鋁合金組成物及其製造方法。
鋁合金材料之密度約為銅或鋼的三分之一，具有良好耐蝕性、加工性、導熱性以及導電性，且表面處理特性佳。因此，已廣泛的應用於航太、汽車、橋樑、建築、機械製造、電器家具、半導體等各領域。
因應不同應用領域的需求，鋁合金材料可以透過於一鋁母金中加入其他成份來提昇機械性能。以應用於減速機或力量感測器為例，鋁合金材料必須符合耐腐蝕性、耐疲勞性、耐磨耗性、耐高溫性以及高機械強度的基本需求。然而常見提昇鋁合金機械強度之方式係於鋁母金中加入銅合金或銅鎂合金，以形成具有高機械強度之鋁-銅-鎂合金。然而鋁-銅-鎂合金在提昇機械強度的同時，卻也產生了耐腐蝕性不佳、耐疲勞性不佳、耐磨耗性不佳以及耐高溫性不佳等問題，無法符合減速機或力量感測器之需求。
有鑑於此，實有必要提供一種耐腐蝕、耐疲勞、耐磨耗與耐高溫之鋁合金組成物及其製造方法，以解決習知技藝所面臨之問題。
本案之目的在於提供一種鋁合金組成物及其製造方法。在含有銅的鋁母金中，藉由添加鉻，形成鋁鉻共晶組成物(AlCr
2)，俾利於解決耐腐蝕不佳以及耐疲勞性不佳的問題。藉由添加鉭，形成鋁鉭共晶組成物(Al
3Ta)或與鋁母金中足量的銅形成鋁銅鉭共晶組成物(Al
3(Cu)Ta或Al
2(Ta)Cu)，俾利於解決耐磨耗性不佳的問題。藉由添加銀，形成鋁銀共晶組成物(Ag
2Al)或與鋁母金中餘量的鉻形成鋁鉻銀共晶組成物(Ag
2(Cr)Al)，俾利於解決耐高溫性不佳的問題。
本案之另一目的在於提供鋁合金組成物及其製造方法。利用鉭與銀互不相容的特性，且藉由依序添加鉻、鉭、銀至一含有銅的鋁母金中，分別進行第一次熔煉、第二次熔煉以及第三次熔煉，可避免鉻與銀同步添加時產生的共晶反應，且能形成所需的共晶組成物，進而獲得耐腐蝕、耐疲勞、耐磨耗與耐高溫之鋁合金組成物。當鋁合金組成物應用於例如減速機或力量感測器中時，耐腐蝕、耐疲勞、耐磨耗與耐高溫等性能可符合應用需求，並避免鋁合金組成物之原料成本過度增加。
為達成前述目的，本案提供一種鋁合金組成物，包含重量百分比4.2至5.5的銅、重量百分比1.4至2.0的鎂、重量百分比0.5至1.2的錳、重量百分比0.05至1.0的矽、重量百分比0.05至0.8的鉻、重量百分比0.01至0.5的鉭、重量百分比0.01至0.5的銀，以及餘量的鋁。
為達成前述目的，本案另提供一種鋁合金組成物之製造方法，依序包含步驟：(S1) 提供一鋁母金，其中鋁母金至少包含鋁、銅；(S2)於鋁母金中加入鉻，進行一第一次熔煉；(S3) 加入一鉭鉻合金，進行一第二次熔煉；以及(S4) 加入銀，進行一第三次熔煉，並形成鋁合金組成物。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用於限制本案。
第1圖係揭示本案鋁合金組成物之製造方法之流程圖。於本實施例中，鋁合金組成物可例如但不限應用於減速機或力量感測器。由於減速機或力量感測器之工作環境嚴峻，使用之鋁合金組成物除了必須具有高機械強度外，更需符合耐腐蝕性、耐疲勞性、耐磨耗性以及耐高溫性等特性需求。於本實施例中，如步驟S1所示，首先提供一鋁母金，其中該鋁母金至少包含鋁、銅。於一實施例中，鋁母金可例如是依據美國鋁業協會規範(簡稱AA規範)之2024鋁合金，除了主要的鋁之外，至少尚包含有銅、鎂、錳、矽等元素。接著，如步驟S2所示，於前述之鋁母金中加入鉻，置於熔煉爐中進行一第一次熔煉，熔煉爐真空度例如但不限於低於10
-2Pa，熔煉溫度範圍介於例如但不限於700 ℃至800 ℃之間，高於鋁的熔點660.3 ℃。並於第一次熔煉過程中持續進行攪拌，以使熔煉爐內之原料充分混合均勻。於一實施例中，當鉻含量相對鋁母金而大於例如重量百分比3.8時，將於鋁合金組成物中形成鋁鉻共晶組成物(AlCr
2)，其中鋁鉻共晶組成物包含元素比1的鋁與元素比2的鉻。本案之鋁合金組成物藉由添加鉻形成之鋁鉻共晶組成物(AlCr
2)，有助於解決耐腐蝕不佳以及耐疲勞性不佳的問題。
爾後，於步驟S3，加入一鉭鉻合金，置於熔煉爐中進行一第二次熔煉，熔煉爐真空度亦例如但不限於低於10
-2Pa，且熔煉溫度範圍例如但不限於介於700℃至800℃之間，並於第二次熔煉過程中持續進行攪拌，以使熔爐內之原料充分混合均勻。由於鉭的熔點高達3017℃，若直接加入進行第二次熔煉時，需耗費較長的時間進行熔煉。於本實施例中，藉由加入鉭鉻合金，可以較短的熔煉時間完成第二次熔煉。再者，鉭鉻合金中更加入餘量的鉻，進一強化步驟S2中鉻的含量。藉由添加鉭可形成鋁鉭共晶組成物(Al
3Ta)，鋁鉭共晶組成物包含元素比3的鋁與元素比1的鉭。於本實施例中，鋁母金中更含有足量的銅，可與鋁鉭共晶組成物形成耐磨耗的鋁銅鉭共晶組成物(Al
3(Cu)Ta或Al
2(Ta)Cu)，鋁銅鉭共晶組成物包含元素比3的鋁、元素比1的銅與元素比1的鉭，或包括元素比2的鋁、元素比1的鉭與元素比1的銅，有助於解決耐磨耗性不佳的問題。於本實施例中，鉭鉻合金可例如是包含元素比2的鉻與元素比1的鉭，即鉭鉻合金包含重量百分比12的鉭以及重量百分比88的鉻。
接著，於步驟S4中，加入銀，置於熔煉爐中進行一第三次熔煉，熔煉爐真空度例如但不限於低於10
-2Pa，熔煉溫度範圍例如但不限於介於700℃至800℃之間，並於第三次熔煉過程中持續進行攪拌，以使熔爐內之原料充分混合均勻，並形成本案之鋁合金組成物。藉由添加銀可形成鋁銀共晶組成物(Ag
2Al)，鋁銀共晶組成物包含元素比1的鋁與元素比2的銀。而鋁銀共晶組成物更可與前述餘量的鉻形成鋁鉻銀共晶組成物(Ag
2(Cr)Al)，鋁鉻銀共晶組成物包含元素比2的銀、元素比1的鉻以及元素比1的鋁，有助於解決耐高溫性不佳的問題。值得注意的是，由於銀的熔點961.8℃，遠小於鉭的熔點3017℃，且銀與鉭互不相容，銀與鉻同步添加時更將產生共晶反應，影響鋁合金組成物之組成與性能。因此本案利用鉭與銀互不相容的特性，且依序添加鉻、鉭、銀至含有銅的鋁母金中分別進行第一次熔煉、第二次熔煉以及第三次熔煉的方式，可避免鉻與銀因同步添加而產生共晶反應，且能形成所需的共晶組成物，進而獲得耐腐蝕、耐疲勞、耐磨耗與耐高溫之鋁合金組成物。於本實施例中，鋁合金組成物至少包含重量百分比4.2至5.5的銅、重量百分比1.4至2.0的鎂、重量百分比0.5至1.2的錳、重量百分比0.05至1.0的矽、重量百分比0.05至0.8的鉻、重量百分比0.01至0.5的鉭、重量百分比0.01至0.5的銀，以及餘量的鋁。於一些實施例中，鋁母金中除含有鋁、銅、鎂、錳、矽等元素外更包含鋅，故鋁合金組成物至少包含重量百分比4.2至5.5的銅、重量百分比1.4至2.0的鎂、重量百分比0.5至1.2的錳、重量百分比0.05至1.0的矽、重量百分比0.05至0.8的鉻、重量百分比0.01至0.5的鉭、重量百分比0.01至0.5的銀，重量百分比0.05至0.8的鋅，以及餘量的鋁。於另一些實施例中，鋁母金中除含有鋁、銅、鎂、錳、矽等元素外更包含鋅、鐵以及鈦，故鋁合金組成物至少包含重量百分比4.2至5.5的銅、重量百分比1.4至2.0的鎂、重量百分比0.5至1.2的錳、重量百分比0.05至1.0的矽、重量百分比0.05至0.8的鉻、重量百分比0.01至0.5的鉭、重量百分比0.01至0.5的銀，重量百分比0.05至0.8的鋅、重量百分比0.05至1.0的鐵、重量百分比0.01至0.3的鈦，以及餘量的鋁。惟本案並不以此為限。
於本實施例中，依序添加鉻、鉭、銀至一含有銅的鋁母金中進行三次熔煉後，鋁合金組成物可例如再經過精煉、除渣處理、均勻化處理、固溶處理以及人工完全時效處理(Heat treating temper code, T6)，以進一步獲得鋁合金組成物之測試樣品，藉以進行耐疲勞性、耐腐蝕性、耐磨耗性以及耐高溫性之測試。當然，本案並不以此為限。於耐疲勞性之測試中，測試樣品於150 Mpa之壓力條件下以10 Hz之頻率進行拉放測試(Tensile testing)，並紀錄疲勞極限數(Fatigue life)，其中疲勞極限數越高代表耐疲勞性越佳。於耐腐蝕性之測試中，測試樣品置於3.5 wt.% 氯化鈉(NaCl)的溶液中，經極化試驗獲得之極化曲線後，可進一步計算出腐蝕電位(Ecorr V)，其中腐蝕電位下降趨勢越大代表耐腐蝕性越佳。而於耐磨耗性之測試中，利用氧化矽(SiO
2)或氧化鋁(Al
2O
3)固體粉末沖蝕顆粒作為參數，以例如30°沖蝕角度沖蝕測試樣品的表面，並紀錄沖蝕磨耗率(Erosion Rate)。其中沖蝕磨耗率係指測試樣品之質量損失相對於所沖蝕的固體粉末沖蝕顆粒之總質量的百分率，百分率值越低代表耐磨耗性越佳。至於耐高溫性之測試，則可藉由觀察常溫與高溫下之拉伸強度(Tensile strength)的變化而得知。
需說明的是，本案利用鉭與銀互不相容的特性，且藉由依序添加鉻、鉭、銀至一含有銅的鋁母金中進行第一次熔煉、第二次熔煉以及第三次熔煉，可避免鉻與銀因同步添加而產生共晶反應，影響鋁合金組成物之組成與性能，且能形成所需的共晶組成物，進而獲得耐腐蝕、耐疲勞、耐磨耗與耐高溫之鋁合金組成物。此外，鋁合金組成物亦考量應用於例如減速機或力量感測器中之需求，避免鋁合金組成物之原料成本過度增加。於本實施例中，鋁合金組成物至少包含重量百分比4.2至5.5的銅、重量百分比1.4至2.0的鎂、重量百分比0.5至1.2的錳、重量百分比0.05至1.0的矽、重量百分比0.05至0.8的鉻、重量百分比0.01至0.5的鉭、重量百分比0.01至0.5的銀，以及餘量的鋁。於一些實施例中，鋁合金組成物至少包含重量百分比4.2至5.5的銅、重量百分比1.4至2.0的鎂、重量百分比0.5至1.2的錳、重量百分比0.05至1.0的矽、重量百分比0.05至0.8的鉻、重量百分比0.01至0.5的鉭、重量百分比0.01至0.5的銀，重量百分比0.05至0.8的鋅，以及餘量的鋁。後續的示範例將結合第一次熔煉、第二次熔煉以及第三次熔煉之程序說明依序添加鉻、鉭、銀至含有銅的鋁母金所達成的功效。
於示範例1中，以AA規範之2024鋁合金作為鋁母金，置於熔煉爐中進行第一次熔煉，熔煉爐真空度例如低於10
-2Pa，熔煉溫度700 ℃，並於第一次熔煉過程中持續進行攪拌，以使熔煉爐內之原料充分混合均勻。熔煉後之鋁母金組成物經過固溶處理以及人工完全時效處理，即完成示範例1的測試樣品。於示範例中，鋁母金組成物至少包含重量百分比4.9的銅、重量百分比1.8的鎂、重量百分比0.9的錳、重量百分比0.5的矽、重量百分比0.5的鐵、重量百分比0.25的鋅、重量百分比0.15的鈦，以及餘量的鋁。示範例1的測試樣品於150Mpa之壓力條件下以10 Hz之頻率進行拉放測試(Tensile testing)，所得疲勞極限數(Fatigue life)如表1所示。另外，示範例的測試樣品亦於3.5 wt.% 氯化鈉(NaCl)的溶液中進行腐蝕電位測試，所得腐蝕電位(Ecorr V)亦如表1所示。
於示範例2至8中，以相同於示範例1中的AA規範之2024鋁合金作為鋁母金，添加不同重量的鉻，置於熔煉爐中進行第一次熔煉，熔煉爐真空度例如低於10
-2Pa，熔煉溫度700 ℃，並於第一次熔煉過程中持續進行攪拌，以使熔煉爐內之原料充分混合均勻。熔煉後之鋁合金組成物經過固溶處理以及人工完全時效處理，即完成示範例2至8的測試樣品。示範例2至8的測試樣品中，鋁合金組成物中之鉻含量(wt.%)如表1所示，鋁合金組成物中包含的銅、鎂、錳、矽、鐵、鋅、鈦以及鋁維持與鋁母金相同之比例。示範例2至8的測試樣品於前述相同條件下分別進行拉放測試(Tensile testing)以及腐蝕電位測試，所得疲勞極限數(Fatigue life)以及腐蝕電位(Ecorr V)亦如表1所示。
表1
| 一次熔煉 | 鉻含量 (wt.%) | 疲勞極限數
(Fatigue life) (N)
 | 腐蝕電位 (Ecorr V) | |
| 示範例1 | 鋁母金 | 0 | 0.42 | -0.730 |
| 示範例2 | 鋁母金+鉻 | 0.05 | 0.47 | -0.741 |
| 示範例3 | 鋁母金+鉻 | 0.22 | 0.51 | -0.752 |
| 示範例4 | 鋁母金+鉻 | 0.25 | 0.56 | -0.779 |
| 示範例5 | 鋁母金+鉻 | 0.67 | 0.60 | -0.805 |
| 示範例6 | 鋁母金+鉻 | 0.80 | 0.60 | -0.808 |
| 示範例7 | 鋁母金+鉻 | 0.97 | 0.60 | -0.811 |
| 示範例8 | 鋁母金+鉻 | 1.22 | 0.60 | -0.811 |
由表1之拉放測試(Tensile testing)以及腐蝕電位測試結果可知，相較於示範例1中未再添加鉻的鋁母金組成物，本案於例如AA規範之2024鋁合金的鋁母金中加入鉻，進行第一次熔煉後所得示範例2至8之鋁合金組成物，隨著所得鋁合金組成物中鉻含量(wt.%)的增加，疲勞極限數(Fatigue life)增加，腐蝕電位下降，耐腐蝕性增加。其中，鋁合金組成物中鉻含量介於重量百分比0.05至0.8的範圍時，耐疲勞性以及耐腐蝕性更佳。換言之，鋁合金組成物中鉻含量介於重量百分比0.05至0.8的範圍時，將於鋁合金組成物中形成鋁鉻共晶組成物(AlCr
2)，有助於解決耐腐蝕不佳以及耐疲勞性不佳的問題。
於示範例9至15中，以相同於示範例1中的AA規範之2024鋁合金作為鋁母金，添加鉻，置於熔煉爐中完成第一次熔煉後，再分別添加不同重量的鉭或鉭鉻合金進行第二次熔煉，熔煉爐真空度例如低於10
-2Pa，熔煉溫度700 ℃，並於第二次熔煉過程中持續進行攪拌，以使熔煉爐內之原料充分混合均勻。第一次熔煉以及第二次熔煉後之鋁合金組成物經過固溶處理以及人工完全時效處理，即完成示範例9至15的測試樣品。其中示範例9至15中，第一次熔煉添加之鉻與第二熔煉添加的鉭鉻合金，更維持鋁合金組成物中之鉻含量(wt.%)固定。示範例9至15的測試樣品中，鋁合金組成物中之鉻含量(wt.%)以及鉭含量(wt.%)如表2所示，鋁合金組成物中包含的銅、鎂、錳、矽、鐵、鋅、鈦以及鋁維持與鋁母金相同之比例。示範例9至15的測試樣品以氧化矽(SiO
2)固體粉末沖蝕顆粒作為沖蝕媒介，以30°沖蝕角度沖蝕測試樣品的表面，紀錄單位克數氧化矽(SiO
2)固體粉末沖蝕顆粒沖蝕磨耗掉之測試樣品克數，以獲取沖蝕磨耗率1(g/g
10
-4)。示範例9至15的測試樣品另以氧化鋁(Al
2O
3)固體粉末沖蝕顆粒作為沖蝕媒介，以30°沖蝕角度沖蝕測試樣品的表面，紀錄單位克數氧化鋁(Al
2O
3)固體粉末沖蝕顆粒沖蝕磨耗掉之測試樣品克數，以獲取沖蝕磨耗率2(g/g
10
-4)。示範例9至15的測試樣品於沖蝕磨耗測試中獲取之沖蝕磨耗率1(g/g
10
-4)以及沖蝕磨耗率2(g/g
10
-4)如表2所示。
表2
| 二次熔煉 | 鉻含量 (wt.%) | 鉭含量 (wt.%) | 沖蝕磨耗率1
(g/g
| 沖蝕磨耗率2
(g/g
| |
| 示範例9 | 鋁母金+鉻+鉭鉻 | 0.22 | 0.01 | 56 | 78 |
| 示範例10 | 鋁母金+鉻+鉭鉻 | 0.22 | 0.23 | 44 | 70 |
| 示範例11 | 鋁母金+鉻+鉭鉻 | 0.22 | 0.25 | 32 | 62 |
| 示範例12 | 鋁母金+鉻+鉭鉻 | 0.22 | 0.42 | 25 | 59 |
| 示範例13 | 鋁母金+鉻+鉭鉻 | 0.22 | 0.51 | 18 | 56 |
| 示範例14 | 鋁母金+鉻+鉭鉻 | 0.22 | 0.78 | 17 | 56 |
| 示範例15 | 鋁母金+鉻+鉭鉻 | 0.22 | 0.81 | 16 | 55 |
由表2之沖蝕磨耗測試結果可知，本案於鋁母金中依序添加鉻、鉭進行第一次熔煉以及第二次熔煉後，所得示範例9至15之鋁合金組成物，隨著鋁合金組成物中鉭含量(wt.%)的增加，沖蝕磨耗率1以及沖蝕磨耗率2均降低，耐磨耗性增加。其中鋁合金組成物中鉭含量介於重量百分比0.01至0.5的範圍時，耐磨耗率符合應用於例如減速機或力量感測器中需求。換言之，鋁合金組成物中鉭含量介於重量百分比0.01至0.5的範圍時，將與鋁合金組成物中足量的銅形成耐磨耗的鋁銅鉭共晶組成物(Al
3(Cu)Ta或Al
2(Ta)Cu)，有助於解決耐磨耗性不佳的問題，同時避免因添加鉭而過度增加原料成本。另外，於示範例9至15中鉭添加更可以鉭鉻合金進行，有助於縮短第二次熔煉的時間，而鉭鉻合金中的鉻含量，更進一強化先前第一次熔煉的鉻含量。
於示範例16至25中，以相同於示範例11中的AA規範之2024鋁合金作為鋁母金，添加鉻，置於熔煉爐中完成第一次熔煉，且添加鉭鉻合金完成第二次熔煉後，再分別添加不同重量之銀，置於熔煉爐中進行第三次熔煉，熔煉爐真空度例如低於10
-2Pa，熔煉溫度700℃，並於第三次熔煉過程中持續進行攪拌，以使熔煉爐內之原料充分混合均勻。第一次熔煉、第二次熔煉以及第三次熔煉後之鋁合金組成物經過固溶處理以及人工完全時效處理，即完成示範例16至25的測試樣品。其中示範例16至25中，第一次熔煉、第二次熔煉以及第三次熔煉後之鋁合金組成物，更維持鋁合金組成物中之鉻含量(wt.%)以及鉭含量固定(wt.%)，與示範例11相同。示範例16至25的測試樣品中，鋁合金組成物中之鉻含量(wt.%)、鉭含量(wt.%)以及銀含量(wt.%)如表3所示，鋁合金組成物中包含的銅、鎂、錳、矽、鐵、鋅、鈦以及鋁維持與鋁母金相同之比例。示範例16至25的測試樣品分別於常溫25℃以及高溫200℃與250℃下進行拉伸強度(tensile strength)測試，所得結果如表3所示。
表3
| 三次熔煉 | 鉻含量 (wt.%) | 鉭含量 (wt.%) | 銀含量 (wt.%) | 25℃ 拉伸強度 (Mpa) | 200℃ 拉伸強度 (Mpa) | 250℃ 拉伸強度 (Mpa) | |
| 示範例16 | 鋁母金+鉻+鉭鉻+銀 | 0.22 | 0.25 | 0.01 | 462 | 308 | 260 |
| 示範例17 | 鋁母金+鉻+鉭鉻+銀 | 0.22 | 0.25 | 0.22 | 469 | 312 | 264 |
| 示範例18 | 鋁母金+鉻+鉭鉻+銀 | 0.22 | 0.25 | 0.24 | 475 | 316 | 268 |
| 示範例19 | 鋁母金+鉻+鉭鉻+銀 | 0.22 | 0.25 | 0.31 | 481 | 324 | 273 |
| 示範例20 | 鋁母金+鉻+鉭鉻+銀 | 0.22 | 0.25 | 0.37 | 486 | 332 | 277 |
| 示範例21 | 鋁母金+鉻+鉭鉻+銀 | 0.22 | 0.25 | 0.48 | 492 | 336 | 281 |
| 示範例22 | 鋁母金+鉻+鉭鉻+銀 | 0.22 | 0.25 | 0.50 | 497 | 338 | 284 |
| 示範例23 | 鋁母金+鉻+鉭鉻+銀 | 0.22 | 0.25 | 0.53 | 498 | 339 | 285 |
| 示範例24 | 鋁母金+鉻+鉭鉻+銀 | 0.22 | 0.25 | 0.70 | 505 | 340 | 286 |
| 示範例25 | 鋁母金+鉻+鉭鉻+銀 | 0.22 | 0.25 | 0.86 | 511 | 340 | 287 |
由表3中常溫25℃以及高溫200℃與250℃下拉伸強度(Mpa)結果可知，本案於含有銅的鋁母金中依序添加鉻、鉭、銀進行第一次熔煉、第二次熔煉以及第三次熔煉後，所得示範例16至25之鋁合金組成物，隨著鋁合金組成物中銀含量(wt.%)的增加，於高溫200 ℃與250 ℃的拉伸強度均有提昇，改善耐高溫性。其中鋁合金組成物中銀含量介於重量百分比0.01至0.5的範圍時，耐磨耗率符合應用於例如減速機或力量感測器中需求。換言之，鋁合金組成物中銀含量介於重量百分比0.01至0.5的範圍時，將與鋁合金組成物中形成前述鋁鉻共晶組成物(AlCr
2)外的餘量鉻形成耐磨耗的鋁鉻銀共晶組成物(Ag
2(Cr)Al)，有助於解決耐高溫性不佳的問題，同時避免因添加銀而過度增加原料成本。此外，由於銀與鉭互不相容，且銀與鉻若同步添加時更將產生共晶反應，影響鋁合金組成物之組成與性能。因此本案利用銀與鉭互不相容的特性，且依序添加鉻、鉭、銀至含有銅的鋁母金中分別進行第一次熔煉、第二次熔煉以及第三次熔煉的方式，更可避免鉻與銀因同步添加而產生共晶反應，且能形成所需的共晶組成物，進而獲得耐腐蝕、耐疲勞、耐磨耗與耐高溫之鋁合金組成物。應用於例如減速機或力量感測器中，亦不會過度增加鋁合金組成物之原料成本。
綜上所述，本案提供一種鋁合金組成物及其製造方法。藉由添加鉻，形成鋁鉻共晶組成物(AlCr
2)，俾利於解決耐腐蝕不佳以及耐疲勞性不佳的問題。藉由添加鉭，形成鋁鉭共晶組成物(Al
3Ta)或與鋁母金中足量的銅形成鋁銅鉭共晶組成物(Al
3(Cu)Ta或Al
2(Ta)Cu)，俾利於解決耐磨耗性不佳的問題。藉由添加銀，形成鋁銀共晶組成物 (Ag
2Al)或與鋁母金中餘量的鉻形成鋁鉻銀共晶組成物(Ag
2(Cr)Al)，俾利於解決耐高溫性不佳的問題。再者，利用鉭與銀互不相容的特性，且依序添加鉻、鉭、銀至一含有銅的鋁母金中，分別進行第一次熔煉、第二次熔煉以及第三次熔煉，可避免鉻與銀同步添加時產生的共晶反應，且能形成所需的共晶組成物，進而獲得耐腐蝕、耐疲勞、耐磨耗與耐高溫之鋁合金組成物。當鋁合金組成物應用於例如減速機或力量感測器中時，耐腐蝕、耐疲勞、耐磨耗與耐高溫等性能可符合其所需，並避免鋁合金組成物之原料成本過度增加。
本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
S1~S4:步驟
第1圖係揭示本案鋁合金組成物之製造方法之流程圖。
S1~S4:步驟
Claims (18)
- 一種鋁合金組成物，包含： 重量百分比4.2至5.5的銅、重量百分比1.4至2.0的鎂、重量百分比0.5至1.2的錳、重量百分比0.05至1.0的矽、重量百分比0.05至0.8的鉻、重量百分比0.01至0.5的鉭、重量百分比0.01至0.5的銀，以及餘量的鋁。
- 如請求項1所述之鋁合金組成物，更包含重量百分比0.05至0.8的鋅。
- 如請求項1或2所述之鋁合金組成物，更包含重量百分比0.05至1.0的鐵，以及重量百分比0.01至0.3的鈦。
- 如請求項1所述之鋁合金組成物，其中該鋁合金組成物包含一鋁鉻共晶組成物，其中該鋁鉻共晶組成物包含元素比1的鋁與元素比2的鉻。
- 如請求項1所述之鋁合金組成物，其中該鋁合金組成物包含一鋁鉭共晶組成物，其中該鋁鉭共晶組成物包含元素比3的鋁與元素比1的鉭。
- 如請求項1所述之鋁合金組成物，其中該鋁合金組成物包含一鋁銅鉭共晶組成物，其中該鋁銅鉭共晶組成物包含元素比3的鋁、元素比1的銅與元素比1的鉭，或包括元素比2的鋁、元素比1的鉭與元素比1的銅。
- 如請求項1所述之鋁合金組成物，其中該鋁合金組成物包含一鋁銀共晶組成物，其中該鋁銀共晶組成物包含元素比1的鋁與元素比2的銀。
- 如請求項1所述之鋁合金組成物，其中該鋁合金組成物包含一鋁鉻銀共晶組成物，其中該鋁鉻銀共晶組成物包含元素比2的銀、元素比1的鉻以及元素比1的鋁。
- 一種鋁合金組成物之製造方法，依序包含步驟： (S1) 提供一鋁母金，其中該鋁母金至少包含鋁、銅； (S2) 於該鋁母金中加入鉻，進行一第一次熔煉； (S3) 加入一鉭鉻合金，進行一第二次熔煉；以及 (S4) 加入銀，進行一第三次熔煉，並形成該鋁合金組成物。
- 如請求項9所述之製造方法，其中於該步驟（S3）中，該鉭鉻合金包含元素比2的鉻與元素比1的鉭。
- 如請求項9所述之製造方法，其中於該步驟(S1)中，該鋁母金包含鋁、銅、鎂、錳、矽，且於該步驟(S4)中，該鋁合金組成物包含重量百分比4.2至5.5的銅、重量百分比1.4至2.0的鎂、重量百分比0.5至1.2的錳、重量百分比0.05至1.0的矽、重量百分比0.05至0.8的鉻、重量百分比0.01至0.5的鉭、重量百分比0.01至0.5的銀，以及餘量的鋁。
- 如請求項11所述之製造方法，其中於該步驟(S1)中，該鋁母金更包含鋅，且於該步驟(S4)中，該鋁合金組成物更包含重量百分比0.05至0.8的鋅。
- 如請求項11或12所述之製造方法，其中於該步驟(S1)中，該鋁母金更包含鐵以及鈦，且於該步驟(S4)中，該鋁合金組成物更包含重量百分比0.05至1.0的鐵以及重量百分比0.01至0.3的鈦。
- 如請求項9所述之製造方法，其中於該步驟(S2)中，於該鋁母金中加入該鉻進行該第一次熔煉後，形成一鋁鉻共晶組成物，其中該鋁鉻共晶組成物包含元素比1的鋁與元素比2的鉻。
- 如請求項9所述之製造方法，其中於該步驟(S3)中，加入該鉭鉻合金進行該第二次熔煉後，形成一鋁鉭共晶組成物，其中該鋁鉭共晶組成物包含元素比3的鋁與元素比1的鉭。
- 如請求項9所述之製造方法，其中於該步驟(S3)中，加入該鉭鉻合金進行該第二次熔煉後，形成一鋁銅鉭共晶組成物，其中該鋁銅鉭共晶組成物包含元素比3的鋁、元素比1的銅與元素比1的鉭，或包括元素比2的鋁、元素比1的鉭與元素比1的銅。
- 如請求項9所述之製造方法，其中於該步驟(S4)中，加入該銀進行該第三次熔煉後，形成一鋁銀共晶組成物，其中該鋁銀共晶組成物包含元素比1的鋁與元素比2的銀。
- 如請求項9所述之製造方法，其中於該步驟(S4)中，加入該銀進行該第三次熔煉後，形成一鋁鉻銀共晶組成物，其中該鋁鉻銀共晶組成物包含元素比2的銀、元素比1的鉻以及元素比1的鋁。
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| TW109103212A TWI721769B (zh) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | 鋁合金組成物及其製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101484604A (zh) * | 2006-07-07 | 2009-07-15 | 阿勒里斯铝业科布伦茨有限公司 | Aa2000系列铝合金产品及其制造方法 |
| CN108884526A (zh) * | 2016-07-13 | 2018-11-23 | 苹果公司 | 具有高强度和美观吸引力的铝合金 |
-
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- 2020-02-03 TW TW109103212A patent/TWI721769B/zh active
Patent Citations (2)
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