专利名称：：具有纳米复合相的铝合金及其应用的制作方法
技术领域：
：本发明关于一种具有纳米复合相的铝合金及其应用，特别是关于在锰镁铝合金中加入特定比例的钪元素，以促使其形成长圆柱体的纳米复合相的铝合金。
背景技术：
：传统铝合金，依美国铝业协会〔AlumiumAssociation!)的编号识别系统采取四位数字，第一位数字代表合金系，有l、2、3......9合金系；第二位数字代表合金的改良次数，可为0、1、2、3......等；第三及第四位数字为美国铝业公司〔AluminumCompanyofAmerica,Alcoa〕旧编号。如附表一所示。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>上述的铝合金系可分为热处理型及非热处理型，热处理型为20XX、40XX、60XX及70XX等系列；而非热处理型有IOXX、30XX及50XX等系列。其中，热处理型铝合金可通过析出热处理程序来增加其硬度，例如，7075型铝合金必须施以温度115°C-125。C及时间22-26小时的时效热处理，来提升其抗拉强度及硬度等机械性质。传统铝合金的机械性质如下附表二所示表二<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>传统的铝合金，如美国专利第5597529号之「钪铝合金」所示，其揭示的铝合金是将6061合金的0.4至0.8的硅〔Si〕、0.7的铁〔Fe〕、0.15至0.4的铜〔Cu〕、0.15的锰〔Mn〕、0.8至1.2的4美〔Mg〕、0.04至0.35的铬〔Cr〕、0.25的锌〔Zn〕、0.15的钛〔Ti〕，调整至0.2至1.8的硅〔Si〕、0.2至0.8的锰〔Mn〕、0.4至1.4的镁〔Mg〕、0.02至10.0的钪〔Sc〕。其中r钪合金」的钪〔Sc〕替代铬〔Cr〕，因此r钪铝合金」实质不含铬〔Cr〕。美国专利第5597529号另揭示铝合金是将2319合金的0.2的硅〔Si〕、0.3的铁〔Fe〕、5.8至6.8的铜〔Cu〕、0.2至0.4的锰〔Mn〕、0.02的镁〔Mg〕、0.1的锌〔Zn〕、0.05至0-15的钒〔V〕、0,1至0.25的锆〔Zr〕、0.1至0.2的钬〔Ti〕，调整至2.0至10.0的铜〔Cu〕、0.02至10.0的4元〔Sc〕。美国专利第5597529号另揭示铝合金系将5356合金的0.25的硅〔Si〕、0.4的铁〔Fe〕、0.1的铜〔Cu〕、0.05-0.2的锰〔Mn〕、4.5至5.5的4美〔Mg〕、0.05至0.2的4各〔Cr〕、0.1的锌〔Zn〕、0.06至0.2的钛〔Ti〕，调整至2.7至6.0的镁〔Mg〕、0.02至10.0的钪〔Sc〕。美国专利第5597529号另揭示铝合金是将4043合金的4.5至6.0的硅〔Si〕、0.8的铁〔Fe〕、0.3的铜〔Cu〕、0.05的锰[Mn]、0.05的镁[Mg]、0.1的锌〔Zn〕、0.2的钛〔Ti〕，调整至3.0至15.0的硅〔Si〕、0.02至10.0的钪[Sc]。然而，前述合金是采用高量的钪，其钪属高成本的稀有金属，显然钪的高使用量必然提高制造成本。因此，其有必要进一步减少钪的使用量，并寻求提升其它金属元素的使用量，以便能达成仍维持原先的机械性质。有鉴于此，本发明改进上述缺点，调配铝合金的元素，减少钪〔Sc〕的使用量，并提高锰〔Mn〕的使用量，使铝合金可在凝固过程中形成长圆柱体的纳米复合相，在未经热处理程序前，即可达成与热处理型铝合金相当的强度，进而相对提升该铝合金的机械性质。
发明内容本发明的主要目的是提供一种具有纳米复合相的铝合金，其在铝合金中加入适量的钪、锰及镁元素，以形成纳米复合相，达到本发明具有提升机械性质的目的。本发明次要目的是提供一种具有纳米复合相的铝合金，其在铝合金中加入适量的钪、锰及镁元素，以形成纳米复合相，并另经热处理调整纳米复合相的生长方向成为轴向，达到本发明具有提升机械性质的目的。本发明另一目的是提供一种具有纳米复合相之铝合金，其是在铝合金中减少加入钪〔Sc〕的使用量，并提高低成本的锰〔Mn〕的使用量，达到降低成本的目的。本发明的目的是这样实现的一种具有纳米复合相的铝合金，其特征是其包含重量百分比的锰1.1%至7.0%、镁0.1%至6.0%、钪0.01%至1.5%及其余为铝，在该铝合金中形成长圓柱体的纳米复合相。所述铝合金系还包含重量百分比的硅0.01%至0.5%、铁0.01%至0.10%、铜0.01%至0.50%、铬0.01%至0.50%、镍0.01%至0.50%或其组合物。所述铝合金中另包含重量百分比的钛0.01%至0.1%、钒0.01%至0.1%、钴0.01%至0.1%、锌0.01%至0.1%、锆0.01%至0.1%、铌0.01%至0.1%、钼0.01%至0.1%、钇0.01%至0.1%、鴒0.01%至0.1%、镧0.01%至0.1%或其组合物。所述长圓柱体纳米复合相的直径尺寸介于40纳米至IOO纳米之间。所述长圓柱体纳米复合相的长度尺寸介于0.2微米至l.O微米之间。所述长圆柱体纳米复合相的生长方向实质为轴向。本发明还提供一种具有纳米复合相的铝合金的应用，其特征是所述铝合金用以制造高尔夫杆头、高尔夫杆体或其配件。本发明的主要优点是根据本发明的具有纳米复合相的铝合金，其包含重量百分比的锰1.1%至7.0%、镁0.1%至6.0%、钪0.01%至1.5%及其余为铝。通过在铝合金中加入钪〔Sc〕、锰〔Mn〕及镁〔Mg〕元素，使铝合金中是形成长圆柱体的纳米复合相，进而相对提升铝合金的物理性质及4几械性质。下面结合较佳实施例和附图详细说明图1为本发明的具有纳米复合相的铝合金的轴向截面利用扫描式电子显微镜〔SEM，放大15000倍〕拍摄长圆柱体纳米复合相〔如标示处〕的电子显孩t照相图。图2为本发明的具有纳米复合相的铝合金的横向截面利用扫描式电子显微镜〔SEM,放大15000倍〕拍摄长圓柱体纳米复合相〔如标示处〕的电子显微照相图。具体实施例方式为让本发明的上述及其它目的、特征、优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图作详细说明如下本发明较佳实施例具有纳米复合相的铝合金，是以铝金属Al、锰金属Mn及镁金属Mg为主要合金成份，其中包含重量百分比的锰1.1%至7.0%、镁0.1%至6.0%及其余由铝补足至100%，其中提高低成本的锰之使用量。本发明通过铝金属提供改良韧性；通过控制锰金属的添加量提升铝合金硬度；及通过控制镁金属的添加量提升铝合金强度及耐蚀性。参阅图1-2所示，本发明较佳实施例具有纳米复合相的铝合金，其另包含重量百分比的钪〔Sc〕金属0.01%至1.5%,其减少加入钪的使用量。通过加入钪金属，可促使铝合金形成纳米复合相，且纳米复合相在凝固过程中均勻成核及分布，以形成长圓柱体的纳米复合相〔如附图1、2的标示处。纳米复合相晶粒的直径尺寸介于40nm至100nm〔纳米〕之间，且该晶粒的长度尺寸介于0.2pm至1.(Him〔微米〕之间。本发明的铝合金是将锰的使用量提高至重量百分比1.1%至7.0%,其有助于钪在该铝合金形成纳米复合相。本发明较佳实施例具有纳米复合相的铝合金在凝固之后，可进一步对铝合金进行热处理，以便将铝合金的纳米复合相的主要生长方向调整成实质皆为轴相，并在热处理过程中确保纳米复合相的晶粒的直径为纳米尺寸。通过热处理，可进一步提升铝合金的物理性质及机械性质。另一方面，本发明较佳实施例具有纳米复合相的铝合金可依产品需求选择另加入多种次要元素〔掺质〕，例如重量百分比的硅〔Si〕0.01%至0.5%、铁〔Fe〕0,01%至0.10%、铜〔Cu〕0,01%至0.50%、铬〔Cr〕0.01%至0.50%、镍〔Ni〕0.01%至0.50%等元素或其组合物，以提升铝合金的物理及机械性质。此外，本发明的合金亦可选择加入其它元素，例如重量百分比的钛〔Ti〕0.01%至0.1%、钒〔V〕0.01%至0.1%、钴〔Co〕0.01%至0.10/0、锌〔Zn〕0.01%至0,1%、锆〔Zr〕0.01%至0.1%、铌〔Nb〕0.01%至0.1o/o、钼〔Mo〕0.01%至0.1%、钇〔Y〕0.01%至0.1%、鴒〔W〕0.01%至0.1%、镧〔La〕0.01%至0.1%等元素或其组合物。参阅表三所示，其揭示本发明较佳实施例具有纳米复合相的铝合金与传统合金的机械性质比较表三、本发明的铝合金与传统合金的机械性质比较<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>如表三所示，本发明较佳实施例铝合金的机械性质〔抗拉强度及降伏强度〕可达到热轧〔hotrolled〕低碳钢的强度，且具有足够的伸长率。因此，本发明较佳实施例具有纳米复合相的铝合金较佳应用于运动器材等领域，特别是应用于高尔夫杆头、高尔夫杆体及其配件〔例如配重块〕。请再参阅图l-2所示，本发明具有纳米复合相的铝合金的轴向截面及横向截面分别利用扫描式电子显微镜〔SEM，放大15000倍〕拍摄长圆柱体纳米复合相〔如标示处〕的电子显微照相图。本发明较佳实施例具有纳米复合相的铝合金可在凝固过程中均勻成核及分布，以形成纳米复合相。此外，本发明铝合金的纳米复合相在热处理过程中调整为轴向生长，因而可保持纳米复合相的径向尺寸。再者，本发明的铝合金具有与热轧低碳钢相当的机械性质，且具有足够的伸长率，因而可应用于高尔夫杆头或其它特定领域。另外，本发明的铝合金具有优异的耐腐蚀性。表四、本发明的铝合金与传统合金的纳米复合相比较<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本发明的铝合金虽然减少加入钪〔Sc〕的使用量，但由于提高低成本锰〔Mn〕的使用量，以促使钪在该铝合金形成纳米复合相，如表四所示。因此，本发明的铝合金不但具有良好的机械性质，且亦具有降低制造成本的功效。如上所述，相较于传统铝合金仅包含重量百分比的锰0.2至0.8%、镁0.8%至1.0%及其余为铝等元素，因而相对限制晶粒尺寸的细小化程度等缺点，本发明通过在特定比例范围的锰镁铝合金中加入特定范围的钪〔Sc〕元素，以使铝合金包含重量百分比的锰1.1%至7%、镁0.1%至6%、钪0.01%至1.5%及其余为铝，其确实可在铝合金中形成长圓柱体的纳米复合相，进而提升铝合金的机械性质。权利要求1、一种具有纳米复合相的铝合金，其特征是其包含重量百分比的锰1.1％至7.0％、镁0.1％至6.0％、钪0.01％至1.5％及其余为铝，在该铝合金中形成长圆柱体的纳米复合相。2、根据权利要求1所述的具有纳米复合相的铝合金，其特征是所述铝合金还包含重量百分比的硅0.01%至0.5%、铁0.01%至0.10%、铜0.01%至0.50%、铬0.01%至0.50%、镍0.01%至0.50%或其组合物。3、根据权利要求1所述的具有纳米复合相的铝合金，其特征是所述铝合金中另包含重量百分比的钛0.01%至0.1%、钒0.01%至0.1%、钴0.01%至0.1%、锌0.01%至0.1°/。、锆0.01%至0.1%、铌0.01%至0.1%、钼0.01%至0.1%、钇0.01%至0.1%、鴒0.01%至0.1%、镧0.01%至0.1%或其组合物。4、根据权利要求1所述的具有纳米复合相的铝合金，其特征是所述长圆柱体纳米复合相的直径尺寸介于40纳米至100纳米之间。5、根据权利要求1所述的具有纳米复合相的铝合金，其特征是所述长圆柱体纳米复合相的长度尺寸介于0.2微米至l.O微米之间。6、根据权利要求1所述的具有纳米复合相的铝合金，其特征是所述长圆柱体納米复合相的生长方向实质为轴向。7、根据权利要求1所述的具有纳米复合相的铝合金的应用，其特征是所述铝合金用以制造高尔夫杆头、高尔夫杆体或其配件。全文摘要一种具有纳米复合相的铝合金及其应用，其包含重量百分比的锰1.1％至7.0％、镁0.1％至6.0％、钪0.01％至1.5％及其余为铝。通过在铝合金中加入钪、锰及镁元素，使铝合金中形成长圆柱体的纳米复合相，进而相对提升铝合金的物理性质及机械性质。文档编号A63B53/00GK101100716SQ20061009037公开日2008年1月9日申请日期2006年7月3日优先权日2006年7月3日发明者洪卫朋,陈建同申请人:杰出材料科技股份有限公司;楠盛股份有限公司