铝合金及其制备方法和铝合金结构件转让专利
申请号 : CN201911370452.8
文献号 : CN113046606B
文献日 : 2022-05-13
发明人 : 郭强 , 曹梦梦 , 巩泉雨
申请人 : 比亚迪股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种铝合金,其特征在于,基于所述铝合金的总质量,按照质量百分比计,所述铝合金包括:
11%~13%的Zn;
8%~9%的Si;
1.2%~1.5%的Cu;
0.4%~0.5%的Mn;
0.05%~0.2%的Mg;
0.1%~0.15%的Ni;
0.001%~0.04%的Sr;
0.1%~0.25%的Ti;
0.05%~0.1%的Fe;和
72.26%~79.1%的Al。
2.根据权利要求1所述的铝合金,其特征在于,所述Cu和Mg的质量比为6:1~30:1。
3.根据权利要求2所述的铝合金,其特征在于,基于所述铝合金的总质量,按照质量百分比计,所述铝合金包括11%~12%的Zn,且Cu和Mg的质量比为6:1~10:1,Ti和Ni的质量比为0.9:1.1~1.1:0.9。
4.根据权利要求2所述的铝合金,其特征在于,基于所述铝合金的总质量,按照质量百分比计,所述铝合金包括12%~15%的Zn,且Cu和Mg的质量比为12:1~24:1,Ti和Ni的质量比为1.9:1.1~2.1:0.9。
5.根据权利要求1所述的铝合金,其特征在于,满足以下条件的至少一种:Fe和Mn的含量之和大于等于0.45%;
Fe和Mn的质量比为1:4~1:10。
6.根据权利要求1所述的铝合金,其特征在于,满足以下条件的至少一种:Fe和Mn的含量之和为0.45%~0.6%;
Fe和Mn的质量比为1:5~1:9。
7.根据权利要求1所述的铝合金,其特征在于,还包括不可避免的杂质,基于所述铝合金的总质量,按照质量百分比计,所述不可避免的杂质中单个元素的含量不大于0.01%,所述不可避免的杂质的总含量不大于0.1%。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的铝合金,其特征在于,满足以下条件的至少一种:屈服强度大于或等于240MPa;
抗拉强度大于或等于390MPa;
延伸率大于或等于4%;
压铸流动性大于等于1700mm。
9.根据权利要求1~7中任一项所述的铝合金,其特征在于,满足以下条件的至少一种:屈服强度为240~300MPa;
抗拉强度为390~435MPa;
延伸率为4~7.5%;
压铸流动性为1700~1800mm。
10.一种制备权利要求1~9中任一项所述的铝合金的方法,其特征在于,包括:将铝、含锌原料、含硅原料、含铜原料、含锰原料、含镁原料、含镍原料、含锶原料、含钛原料和含铁原料加热融化,得到铝合金液;
对所述铝合金液依次进行除渣、精炼和浇铸处理,得到铝合金锭。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,包括:将铝和所述含硅原料加热熔化,并加入所述含铜原料、所述含锰原料、所述含锶原料、所述含镍原料、含铁原料和所述含钛原料后加热熔化,得到第一铝合金液;
向所述第一铝合金液中加入所述含锌原料并加热融化,得到第二铝合金液;
惰性气氛条件下,向所述第二铝合金液中加入所述含镁原料并加热融化,得到第三铝合金液;
对所述第三铝合金液依次进行除渣、精炼和浇铸处理,得到所述铝合金锭。
12.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,还包括:将所述铝合金锭进行压铸成型处理。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,所述压铸成型满足以下条件的至少之一:
模温200~300℃;
给汤温度670~720℃;
压射速度1.9~2.3m/s。
14.一种铝合金结构件,其特征在于,所述铝合金结构件的至少一部分是利用权利要求
1~9中任一项所述的铝合金构成的。
15.根据权利要求14所述的铝合金结构件,其特征在于,所述铝合金结构件包括3C产品结构件和汽车承重结构件中的至少一种。
说明书 :
铝合金及其制备方法和铝合金结构件
技术领域
背景技术
型性能好、成型工艺窗口大、性价比高,已广泛用于铝合金压铸产品。ADC12具有密度低、比
轻度高等优点,可用于压铸壳体、小尺寸薄型产品或支架等,但其压铸的产品强度中等,其
抗拉强度为230‑250MPa,屈服强度为160‑190MPa,延伸率<3%,易导致产品变形等问题,难
以满足未来手机、笔记本电脑等产品的强度需求。
1.2%~2%的Cu;0.3%~0.5%的Mn;0.05%~0.3%的Mg;0.1%~0.2%的Ni;0.001%~
0.04%的Sr;0.05%~0.3%的Ti;0.01%~0.15%的Fe;和72.51%~79.79%的Al。该铝合
金通过控制合金元素的组成及含量,在具有较高的机械强度高的同时,兼具延展性佳、铸造
成型性优异等优势,适用于对强度要求高的结构件,如3C产品结构件、汽车承重结构件等。
镍原料、含锶原料、含钛原料和含铁原料加热融化,得到铝合金液;对所述铝合金液依次进
行除渣、精炼和浇铸处理,得到铝合金锭。该方法操作简单、方便,易于工业化实施,且得到
的铝合金兼具机械强度高、延展性佳、铸造成型性优异等优势。
述的铝合金的全部特征和优点,在此不再一一赘述。
具体实施方式
献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均
为可以通过市购获得的常规产品。
1.2%~2%的Cu;0.3%~0.5%的Mn;0.05%~0.3%的Mg;0.1%~0.2%的Ni;0.001%~
0.04%的Sr;0.05%~0.3%的Ti;0.01%~0.15%的Fe;和72.51%~79.79%的Al。该铝合
金通过控制合金元素的组成及含量,在具有较高的机械强度高的同时,兼具延展性佳、铸造
成型性优异等优势,适用于对强度要求高的结构件,如3C产品结构件、汽车承重结构件等。
多,因Zn的固溶有限,会导致多余的Zn析出,降低合金塑性,并增大合金热裂倾向;如果Zn含
量过少,Zn的固溶强化不足,降低合金强度。
同时,保证压铸流动性,兼顾批量生产的良率问题。如果Si含量过多,则Al‑Si共晶数量会过
多,会降低合金塑性;如果Si含量过少,则Al‑Si共晶数量会过少,降低合金压铸性能,使合
金不具备量产性。
足够多时,除了固溶强化,还有多余的Cu从基体中析出形成弥散的第二相CuAl2,提高铝合
金硬度、强度。如果Cu含量过多,会导致断裂韧性、延伸率降低;如果Cu含量过少,降低合金
强度。在上述含量范围内,既能够起到较好的增强作用,又不会导致断裂韧性、延伸率降低。
增大合金热裂倾向;如果Mn含量过少,会降低合金的压铸性能。
随着Mg进一步增多,材料合金化程度高,流动性反而上升,但是材料的热裂倾向加大,实际
压铸中出现产品开裂等不良缺陷的可能性增大,因此如果Mg含量过多,会降低合金的压铸
性能;如果Mg含量过少,则Mg对合金的强化作用有限,降低合金的强度。
金组织,净化晶界,减小合金内电子运动的阻力,从而进一步提升材料的导热性能和力学性
能。如果Sr含量过多,导致合金AlZn固溶体粗大,且分布周围的共晶硅相开始明显长大,降
低合金塑性与强度;如果Sr含量过少,则Sr对合金的强化作用有限,降低合金的强度。
的综合性能。如果Ni和Ti的含量过多,导致共晶硅相晶粒异常长大,降低合金塑性与强度;
如果Ni和Ti的含量过少,会降低合金的强度。
金的韧性降低,导致产品断裂;如果Fe含量过少,则合金的粘模倾向加大,降低合金的压铸
性能。
总质量,按照质量百分比计,所述铝合金包括11%~12%(包括端点11%和12%)的Zn,且Cu
和Mg的质量比为6:1~10:1(具体如6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.5:1、9:1、9.5:1、10:1
等),Ti和Ni的质量比为0.9:1.1~1.1:0.9(具体如0.9:1.1、1:1、1.1:0.9等)。在该含量范
围内,全部的Cu可以固溶于铝基体中,Mg和Zn可以形成大量的Al2Mg3Zn3相,此相具有明显的
强化效果,通过微量的Ti变质细化Al2Mg3Zn3相,可以得到细小均匀的沉淀强化相,同时微量
的Ni且添加量与Ti比例为(0.9‑1.1):(0.9‑1.1)时,可以形成硬质AlNi颗粒,促进形核,铝
基体尺寸得到明显细化,铝合金的强度明显提升且延伸率基本不变。
体如12:1、13:1、14:1、15:1、16:1、17:1、18:1、19:1、20:1、21:1、22:1、23:1、24:1等),Ti和
Ni的质量比为1.9:1.1~2.1:0.9(具体如1.9:1.1、2:1、2.1:1、2.1:0.9等)。此时,由于Zn含
量超过临界值12%,使得Cu的固溶度急剧减小,小部分Cu固溶于铝基体中,大部分形成
CuAl2,Mg形成Al2Mg3Zn3相,并出现MgZn2相,由于MgZn2相呈粗大枝状,影响铝合金延伸率,需
添加更多的Ti细化MgZn2,在合适的添加比例下MgZn2变质为纤维状,并出现强化相Mg2Ti,同
时剩余的Ti与Ni可以形成硬质AlNi颗粒,促进形核,铝基体尺寸得到明显细化材料的强度
得到提升。
在生产过程中对模具的冲蚀性能优良。
针状相,恶化铝合金塑性。
免的杂质的总含量不大于0.1%。具体的,由于原料的纯度很难达到100%,且制备过程中也
很可能引入杂质,因此铝合金中通常均含有不可避免的杂质(如P、Cr、Zr和Sc等),在本申请
中,铝合金中杂质元素单个元素的含量具体可以为0.01%、0.009%、0.008t%、0.007%、
0.006%、0.005%、0.004%、0.003%、0.002%、0.001%等等,而杂质元素的总含量具体可
以为0.1%、0.09%、0.08%、0.07%、0.06%、0.05%、0.04%、0.03%、0.02%、0.01%等。具
体的,以铝合金中含有Zr、Cr和P三种杂质元素为例,Zr、Cr和P中每一种元素的含量均小于
0.01%,而Zr、Cr和P三种元素的含量之和小于0.1%。由此,可以很好的保证铝合金的各项
性能满足要求,不会对铝合金产生负面影响。
0.2%的Mg;0.1%~0.15%的Ni;0.001%~0.04%的Sr;0.1%~0.25%的Ti;0.05%~
0.1%的Fe;和72.26%~79.1%的Al。
0.05%~0.3%的Mg;0.1%~0.2%的Ni;0.001%~0.04%的Sr;0.05%~0.3%的Ti;
0.01%~0.15%的Fe;和余量的Al。
0.05%~0.2%的Mg;0.1%~0.15%的Ni;0.001%~0.04%的Sr;0.1%~0.25%的Ti;
0.05%~0.1%的Fe;和余量的Al。
件等。
300MPa等);抗拉强度大于等于390MPa,具体可以为390~435MPa(如390MPa、400MPa、
410MPa、420MPa、430MPa、435MPa等等);延伸率大于等于4%,具体可以为4%~7.5%(如
4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%等);压铸流动性大于等于1700mm,具体可以
为1700~1800mm(具体如1700mm、1710mm、1720mm、1730mm、1740mm、1750mm、1760mm、1770mm、
1780mm、1790mm、1800mm等)。具体的,该铝合金满足上述任意一个条件、任意两个条件、任意
三个条件或者全部四个条件,一些具体实施例中,该铝合金可以满足上述全部四个条件。由
此,该铝合金同时具备良好的强度、压铸性能和塑性,可有效用于3C产品结构件、汽车承重
结构件等的制造。
镍原料、含锶原料、含钛原料和含铁原料加热融化,得到铝合金液;对所述铝合金液依次进
行除渣、精炼和浇铸处理,得到铝合金锭。该方法操作简单、方便,易于工业化实施,且得到
的铝合金兼具机械强度高、延展性佳、铸造成型性优异等优势。
化,得到第一铝合金液;向所述第一铝合金液中加入所述含锌原料并加热融化,得到第二铝
合金液;惰性气氛条件下,向所述第二铝合金液中加入所述含镁原料并加热融化,得到三铝
合金液;对所述第三铝合金液依次进行除渣、精炼和浇铸处理,得到所述铝合金锭。
料、含镍原料、含锶原料、含钛原料和含铁原料则可以以单质或者中间合金的形式提供。本
申请的一些具体实施例中,该方法可以包括:将纯Al锭、Al‑Si中间合金放入熔炼炉加热至
全部熔化,间隔2~3min搅拌熔体一次(共搅拌约3~5次);然后依次加入Al‑Cu中间合金、
Al‑Mn中间合金、Al‑Sr中间合金、Al‑Ni中间合金及Al‑Ti中间合金没入熔体中直至熔化;最
后加入纯Zn锭,待其熔化后,在惰性气氛(如氮气气氛)下,加入纯镁锭,待其融化后,搅拌,
使成分均匀。然后,检测并调整各元素成分含量直至达到要求的范围,再加入0.5wt%除渣
剂除渣,0.5wt%精炼剂精炼除气,完成后扒渣静置10~15分钟,然后降温至700℃左右开始
浇铸成锭。该方法操作简单、方便,易于工业化实施,且得到的铝合金具有高强度的同时,兼
具良好的力学性能和压铸性能。
足以下条件的至少之一:模温200~300℃(具体如200℃、220℃、250℃、280℃、300℃等);给
汤温度670~720℃(具体如670℃、680℃、690℃、700℃、710℃、720℃等);压射速度1.9~
2.3m/s(具体如1.9m/s、2.0m/s、2.1m/s、2.2m/s、2.3m/s等)。该条件下更利于铝合金的成
型。
高,同时延展性佳、铸造成型性优异,适用于对强度要求高的结构件,如3C产品结构件、汽车
承重结构件等;可以通过简单的压铸工艺进行成型,使用效果佳,制备成本低,即使在具有
较薄的厚度时,仍然具有较佳的使用效果。
的力学强度、塑性和压铸性能,能够很好的满足用户对产品高强度的要求,提高用户体验。
Ni中间合金及Al‑Ti中间合金没入熔体中直至熔化;最后加入纯Zn锭,待其熔化后,氮气气
氛下加入纯镁锭,待其熔化后,搅拌,使成分均匀。然后,检测并调整各元素成分含量直至达
到要求的范围,再加入0.5wt%除渣剂除渣,0.5wt%精炼剂精炼除气,完成后扒渣静置10~
15分钟,然后降温至700℃左右开始浇铸成锭,待铸锭冷却后进行压铸,压铸参数可以为:模
温200~300℃,给汤温度670‑720℃,压射速度1.9~2.3m/s。
强度、屈服强度和延伸率,具体结果见表2。
通过所得样件的长度评价其压铸流动性,长度越长表明流动性越好,一般来讲,流动性需大
于ADC12流动性的95%才具有压铸薄壁件的可行性(最常见的商用压铸铝合金ADC12流动性
1750)。具体结果见表2。
蚀性、热裂性和粘模性。根据对比例1‑17可知,如果各组分的含量不在本申请的保护范围之
内,则铝合金的力学性能(屈服强度和抗拉强度)、延伸率、流动性、耐蚀性、热裂性和粘模性
无法兼顾,要么上述性能均不好,要么上述某一个或某两个性能好,另外的性能不佳,无法
很好地平衡力学性能、延伸率和流动性。综上可知,本发明的铝合金通过各组分和配比的调
整,使其相互配合、协同作用,使得铝合金同时具有较佳的力学性能延伸率和流动性,适用
于对强度要求高的结构件。
点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
实施例进行变化、修改、替换和变型。