专利名称：：铝复合薄板材料的制作方法
技术领域：
：本发明涉及铝复合薄板材料形式的汽车车身薄板，其中包覆薄板(cladsheet)施加于芯部材料的至少一侧。
背景技术：
：所提到的复合材料在现有技术中是公知的，例如国际专利申请W0-01/02165中。在这样的复合材料中，芯部材料(其显著决定复合材料的最大组分)主要决定复合材料的整体机械性能，例如复合材料的强度。而包覆薄板(其因此只决定了复合材料的小部分，从而对其机械性能具有次要的重要性)与复合材料周围的环境接触，因而将决定化学活性，例如很大程度上决定复合材料的腐蚀性能。作为根据现有技术的铝复合材料的例子可以提到，首先是钎焊薄板，其典型具有AA3xxx系列的铝合金作为芯部材料(例如AA3003)，并在其一侧或者两侧具有AA4xxx系列铝合^K例如AA4045或AA4343)作为包覆薄板，以及用于航空用途的薄板(芯部材料包含AA2xxx系列的铝合金，包覆薄板典型包含AA1000系列的铝合金)，例如铝衣合金(Alclad)2024-1230。通常开发这些公知的复合材料用于特定用途和用于实现特定的要求。国际专利申请W0-00/26020公开了一种复合铝板件(panel)，该复合铝板件具有两个固定于波紋铝加强筋板的顶和槽的平行薄板或者板材。该波紋铝加强筋板由AlMgMn合金制成并具有0.4-5.0%的Zn。据公开这种波紋铝薄板具有很好的耐腐蚀性。然而，在特定的极端腐蚀环境中，提供包覆层可以是有用的，该包覆层进一步增强合金产品的耐腐蚀性。这样的包覆层可以是AA1000-型合金、具有多于1°/。合金化添加物的AA6000-型合金、以及具有多于0.8%Zn的AA7000-型合金例如AA7072。国际专利申请WO-98/24571公开了一种通过复合流铸造获得的多层金属复合产品。该产品包含优选为铝合金的芯部，该芯部的至少一侧上具有与芯部结合的中间层和与该中间层结合的包覆层。根据产品的应用，形成该复合产品外表面的包覆层可以是用于钎烨薄板的铝钎焊合金、用以获得镜面状表面光洁度的AAlxxx系列合金、或者含锌的铝合金、或者锌或锌合金以提高耐腐蚀性。在下文中应理解，所有的铝合金命名均是指2006年铝业协会出版的铝标准和数据以及注册记录中的铝业协会命名，除非另外指出。对于本发明，"薄板产品"指的是厚度超过0.15mm至2.5mm的具有剪切边、切割边、或者锯开边的轧制产品形式。对于本发明，"汽车车身薄板"或者"ABS"指的是用于汽车车身应用的铝合金薄板，特别是外部板件、内部板件和结构部件。对于合金组成或者优选合金组成的任何描述，提到的所有百分比都是指重量百分比，除非另外指出。发明概述本发明的目的是提供一种上述类型的改良铝复合材料，设计该铝复合材料用作汽车车身薄板。本发明涉及铝复合薄板材料形式的汽车车身薄板，本发明满足或者超过了这个和其它目的以及另外的优点，其中向芯部材料的至少一侧施加包覆薄板，并且其中芯部材料由选自AA2xxx、AA5xxx和AA7xxx系列合金的铝合金构成，并且其中该包覆薄板由具有小于0.2重量％Cu的AA6xxx系列构成，或者由具有小于3.6重量y。Mg的AA5xxx系列合金构成。优选实施方案详述本发明提供了铝复合薄板材料形式的汽车车身薄板，其中包覆薄板施加于芯部材料的至少一侧，并且其中芯部材料由选自AA2xxx、AA5xxx和AA7xxx系列合金的铝合金构成，并且其中该包覆薄板由具有小于0.2重量％Cu的AA6xxx系列合金构成，或者由具有小于3.6重量。/。Mg的AA5xxx系列合金构成。迄今为止，车辆中使用的板件(也称为汽车车身薄板或ABS)确实只使用了一种铝合金(因此将所述板件定义为非包覆或非复合体系)。通常，AA5xxx系列铝合金用于内部板件应用，而AA6xxx系列铝合金用于外部板件或者结构应用。虽然通过改变合金的化学组成能够获得宽广的机械性能变化，但并非所有的可能性均可用于实践中。对于车辆中的应用，由于腐蚀性能造成的限制，这些可能性尤其受到限制。例如在AA5xxx系列铝合金中提高Mg-水平的确增强了可成形性和强度，但同时腐蚀性能(尤其是所谓的晶间腐蚀)恶化。同样地，在AA2xxx-和AA7xxx系列铝合金中，分别增加Cu-水平和/或Zn-水平(这有利于强度性能)会不利地导致增加的涂漆面腐蚀敏感性(尤其是所谓的丝状腐蚀)，该腐蚀敏感性导致这些组合物在汽车车身薄板应用中(内部板件、外部板件和结构应用)的使用受到限制。因此，虽然技术人员可能希望在铝薄板中增加Mg-，Cu和/或Zn-水平以提高机械性能，但是随后的化学性质尤其是耐腐蚀性的降低不允许这样做。根据本发明，芯部薄板材料的性能与对复合材料表面的要求无关。因此，可以选择芯部材料以便尽可能满足机械要求(对于上述芯部合金意味着Mg、Cu和Zn水平的增加)，而可以选择包覆薄板以便满足与环境相互作用方面的要求。已经找到一种可以满足这些要求的芯部材料与包覆薄板的组合，该芯部材料包含AA2xxx-，AA5xxx-或者AA7xxx系列铝合金，该包覆薄板包含选自AA5xxx系列和AA6xxx系列的铝合金，所述AA5xxx系列具有小于3.6重量。/。Mg，且AA6xxx系列具有小于0.2重量。/。Cu。此外，在车辆中，发生汽车车身薄板的胶粘结合，这受特定要求控制(虽然没有航空领域中那样严格)。尽管非复合体系需要适当的表面预处理，然而根椐本发明的复合薄板材料似乎不需要这样的表面预处理以获取足够的耐久性，因为通过选择该包覆层已经提供了这种耐久性。根据一个实施方案，芯部的AA5xxx系列铝合金具有以下化学组成，以重量比计Mg3.6-6.0，优选为4.0-4.7Mn0.05-1.2，优选为O.07-0.8，更优选为0.2-0.55Zn<0.9，优选为<0.45，更优选为<0.3Fe<0.55，优选为<0.25Si<0.45，优选为<0.2Cr<0.3，优选为0.05-0.25，例如0.08-0.2Zr<0.3，优选为0.05-0.25，例如O.07-0.15Cu<0.5，例如<0.15或者0.2-0.5Ti<0.2,例如0.Ol-O.04，其它元素和不可避免的杂质，每种元素<0.05,总计<0.2，余量的铝。该组成范围特别包括AA5022、AA5023、AA5082、AA5182、AA5186、AA5059、AA5083、AA5058和AA5088中的铝合金。适当的AA2xxx系列芯部合金是具有至多6.8重量％且优选至多5.0重量°/。的Cu含量的合金，当根据本发明包覆时，AA2219、AA2024、AA2324、AA2008、AA2010和AA2036系列合金特别适合于汽车车身薄板。适当的AA7xxx系列芯部合金是含有如下成分的合金至多9.7重量°/。且优选至多6.5重量％的Zn含量，以及具有至多2.6重量％且优选至多2.0重量％的Cu含量，当根据本发明包覆时，AA7020、AA7021、AA7029、AA7050、AA7075、AA7003和AA7004系列合金特别适合于汽车车身薄板。这些合金因为它们的特殊性质因而非常适合汽车领域中的预期用途，这些特殊性质本身是为技术人员所熟知的。对于AA5xxx系列芯部材料，这提供了以下优势5xxx系列合金的良好可成形性可以和本文所限定的AA6xxx系列类型的包覆合金的极好的凹痕抗力(dentresistance)以及耐丝状腐蚀性和耐晶间腐蚀性相结合。对于AA2xxx和AA7xxx芯部材料，这提供了以下优势可以选择高Cu或者高Zn的变体(例如AA2219和AA7050)作为汽车车身薄板的芯部，以便获得整体上更高的强度。对于巻边性能和耐腐蚀性，通常已知的是这些类型的合金差于例如AA6016系列合金的性能。通过用具有小于0.2%Cu含量的AA6xxx系列包覆材料包覆高Cu和/或Zn含量的芯部材料，整体的高强度可以和良好的巻边性能以及良好的丝状腐蚀和晶间腐蚀抵抗性相结合，产生独特的性能组合。已经发现改善的巻边性能也导致根据本发明的汽车车身薄板改善的撞击性能。特别地，由于AA6016系列包覆合金极好的巻边性能、耐腐蚀性以及高凹痕抗力因而所述合金是优选的。另一种实施方案中，芯部特别包覆有具有小于3.6重量。/。Mg的AA5xxx系列铝合金以获得良好的耐晶间腐蚀性，尤其适合的合金选自AA5754、AA5051A或AA5018系列合金。依照本发明的复合薄板产品可以仅包含施加于芯部材料仅一侧上的一个包覆薄板。在另一种实施方案中，包覆薄板施加于芯部材料两侧。结果，复合材料表现优秀的均衡性能，即强度和可成形性相对于腐蚀性能、凹痕抗力以及巻边性能。虽然可以按许多方式(主要受具体用途和同时的要求影响)改变铝复合材料的尺寸，然而对于作为汽车车身薄板的应用，芯部材料的厚度是约0.5-2mm，优选为约0.7-1.3mm，且最优选为约lmm。一个或多个包覆层通常比芯部薄板薄得多，每个包覆层构成复合薄板总厚度的约1-25%。包覆层或包覆薄板更典型构成复合薄板总厚度的约1-12%。另一方面，本发明涉及汽车车身板件和由本发明的复合薄板材料形式的汽车车身薄板制成的汽车结构部件。另一方面，本发明涉及一种生产铝复合材料的方法，其中包覆薄板施加于芯部材料的至少一侧。根据本发明，芯部材料包含所限定的AA2xxx-、AA5xxx-或AA7xxx系列中的铝合金，并且其中所限定的包覆薄板通过辊压接合附着于芯部材料，以实现芯部薄板和包覆层之间的所需冶金接合。效的复合薄板材料。当然，辊压接合处理可以伴随有若干附加的处理步骤，例如决定复合薄板材料形式的汽车车身薄板最终性能的退火。当根据本发明执行这样的辊压接合处理来生产薄板材料时，优选芯部材料和包覆薄板两者在辊压结合期间经历厚度减小。例如，芯部材料最初可以为约400mm厚的坯块，两侧上具有最初约24腿厚的包覆薄板。辊压接合之后，芯部材料的最终宽度是约lmm，而包覆层的最终厚度是例如约60jLim。注意，复合薄板产品的最初尺寸和最终尺寸将由辊压接合处理的细节以及最终薄板产品的所需性能两者决定。可以按不同方式执行辊压接合处理。例如，辊压接合处理有可能包括热轧和冷轧。此外，辊压接合处理可以是单步处理或者多步处理，其中在连续的轧制步骤期间材料被压下(gaugedown)。然后可以通过其它的处理步骤将不同的轧制步骤分开，例如退火步骤、加热步骤、冷却步骤等等。在根据本发明的另一实施方案中，所限定的包覆薄板通过铸造技术附着于芯部材料，例如EP-1638715中所公开的技术，通过引用将该专利并入本文。如上文所述以及权利要求中所述，依照本发明的铝复合材料适合用作车辆中的汽车车身薄板。从AA2xxx-、AA5xxx-或AA7xxx系列中选择芯部材料导致优秀的机械性能，因为这些性能主要由芯部薄板决定，并且这些性能至少相当于用于该应用的标准工业薄板合金。对根据本发明的铝复合薄板材料试样进行的测试进一步表明在包覆薄板厚度和机械性能之间没有大的相关性，从而证实如上文所述的芯部材料的整体性质与对包覆薄板的要求不相关。此外，特别选择AA6016系列铝合金作为包覆薄板能够获得复合材料对于环境的优秀性能。例如，其晶间腐蚀敏感性可被限制在容许的限度内，且另外可以减少其丝状腐蚀敏感性，尤其是与涂漆表面结合时。下面将参照本发明的非限制性实施方案来说明本发明。实施例1以工业规模制造三种薄板产品并将其处理成处于0状态的lmm薄板产品。所述三种薄板产品是棵AA5182合金以及两侧包覆有AA6016合金或AA5051A合金的AA5182合金。AA5182经常用于汽车车身薄板应用。包覆薄板产品的芯部具有与棵薄板产品相同的热历程(thermalhistory)，例如两者都经受过500T下10小时的均匀化处理。使用如下的常用辊压接合操作来制造包覆薄板产品热轧包覆产品到7.5mm的中间厚度，且其中热轧机的出口温度是约300匸，然后冷轧到l纖的最终厚度。包覆薄板总厚度为lmm并且每个包覆层的厚度为80jum。精确的合金组成列于表1中。所有产品均在550。C下进行固溶热处理然后淬火，并在两周后当处于所谓的0-状态时在室温下测试其强度、总伸长率和巻边性能。在模拟循环中测量强度、抗晶间腐蚀性和凹痕抗力，由此O-状态下的产品进一步经受2%的冷伸展，随后在185'C下热处理20分钟。通过平巻边试验对均处在0状态的棵薄板产品和包覆薄板产品进行测试以获得其巻边性能(如ASTM规范E290-97A中所包括，以0.0mm的弯曲半径将试样弯曲180。)随后进行视觉评价。根据下列等级给出得分等级"5"表示没有可见缺陷，"4"表示轻微的表面粗糙化，"3"表示严重的表面粗糙化，"2"表示小的表面裂紋，而"1"表示连续的表面裂紋，并由此使用进一步的亚等级例如3!/2和3%。根据关于拉伸测试的ASTM规范EN10002,评价棵薄板产品和包覆薄板产品两者的机械性能。在所述的0-状态下以及在模拟循环之后测定拉伸性能。模拟循环之后根据欧洲规范ASTMG67-86测量抗晶间腐蚀性("IGC)，且结果表示为用mg/cn^表示的重量损失。另外模拟循环之后测量静态凹痕抗力，其中将产品固定并随后用半径63.5mm的钢制压头(indentor)以2mm/min的速度加载，从而由力-位移曲线，确定作为产生0.lmm深的压痕需要的力(以N计)的静态凹痕抗力F。.lram。测试结果列于表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>强的包覆层因而具有提高的强度，然而以伸长率表示的可成形性仍然有效地保持未改变。此外，凹痕抗力与强度一起有利地增加。尽管使用了AA6xxx系列包覆层，但发现包覆薄板产品的巻边性能没有受到不利影响，然而腐蚀性能却显著改善。虽然表2中未提及，但还发现与棵薄板产品相比包覆产品对皱紋状变形(roping)的敏感性未改变。由表2的结果还能够看出具有AA5051A包覆层的包覆薄板产品与未包覆薄板产品相比具有略微减小的强度和凹痕抗力，然而以伸长率表示的可成形性有效地保持未改变。除了强度的这种微小降低，获得了腐蚀性能的非常有利的改善。此外，可以看到巻边性能没有受到包覆薄板影响。虽然表2中未提及，但已经发现，与棵薄板产品相比，包覆产品对于皱紋状变形的敏感性未改变。在本实施例中，在生产中出于实用原因在芯部合金的两侧进行包覆，但是技术人员显然清楚可以通过仅使用一个包覆薄板或者包覆层来获得同样的益处。该实施例说明了本发明的原理，即可以通过提供合适的包覆层来改善适于汽车车身薄板的AA5000系列合金的腐蚀性能，然而仍受益于芯部薄板的有利特性，例如其强度、可成形性、巻边性能和凹痕抗力。本发明并不限于上述实施方案，而是可以在所附权利要求所限定的发明范围内广泛变化。权利要求1.铝复合薄板材料形式的汽车车身薄板，其中包覆薄板施加于芯部材料的至少一侧，并且其中芯部材料由选自AA2xxx、AA5xxx和AA7xxx系列合金的铝合金构成，且其中包覆薄板由具有小于0.2重量％Cu的AA6xxx系列合金构成，或者由具有小于3.6重量％Mg的AA5xxx系列合金构成。2.根据权利要求1所述的薄板材料，其中芯部材料是具有以下组成的AA5xxx系列合金，以重量％计Mg3.6-6.0,优选为4.0-4.7Mn0.05-1.2,优选为0.2-0.55Zn<0.9Fe<0.55Si<0.45Cr<0.3Zr<0.3Cu<0.5Ti<0.2，不可避免的杂质，每种<0.05，总计<0.2，余量的铝。3.根据权利要求2所述的薄板材料，其中芯部材料的Zn含量<0.45%，且优选为<0.3%。4.根据权利要求2所述的薄板材料，其中芯部材料的Mg含量是4.0-4.7%。5.根据权利要求2所述的薄板材料，其中芯部材料的Fe含量<0.25%。6.根据权利要求2所述的薄板材料，其中芯部材料的Mn含量是0.07-0.8%，且优选0.2-0.55%。7.根据权利要求1所述的薄板材料，其中芯部材料包含选自AA5022、AA5023、AA5082、AA5182、AA5186、AA5059、AA5083、AA5058和AA5088系列合金的铝合金。8.根据权利要求1所述的薄板材料，其中芯部材料是AA2xxx系列合金，该合金包含至多6.8%、且优选至多5.0%的Cu。9.根据权利要求1所述的薄板材料，其中芯部材料为AA7xxx系列合金，该合金包含至多9.7重量％、优选至多6.5重量°/。的Zn，和/或至多2.6重量％、优选至多2.0重量％的Cu。10.根据权利要求1所述的薄板材料，其中芯部材料包含选自如下的铝合金AA2008、AA2010、AA2036、AA2219、AA2024、AA2324、AA7020、AA7021、AA7029、AA7050、AA7075、AA7003和AA7004系列的合金。11.根据前述权利要求1-IO任一项所述的薄板材料，其中包覆薄板包含AA6016铝合金。12.根据前述权利要求l-10任一项所述的薄板材料，其中包覆薄板包含选自AA5754、AA505U和AA5018的铝合金。13.根据权利要求1所述的薄板材料，其中芯部材料包含选自AA5022、AA5023、AA5082、AA5182、AA5186、AA5059、AA5083、AA5058和AA5088系列合金的铝合金，并且包覆薄板包含选自AA5754、AA5051A和AA5018的铝合金。14.根据权利要求1所述的薄板材料，其中芯部材料包含选自AA5022、AA5023、AA5082、AA5182、AA5186、AA5059、AA5083、AA5058和AA5088系列合金的铝合金，并且包覆薄板由具有小于0.2重量。/。Cu的AA6xxx系列构成，优选由AA6016构成。15.根据前述权利要求1-14任一项所述的薄板材料，其中芯部材料的厚度是0.5-2mm，且优选为0.7-1.3mm。16.根据权利要求1-15任一项所述的薄板材料，其中复合薄板材料由仅在一侧上具有包覆薄板的芯部材料构成。17.根据权利要求1-15任一项所述的薄板材料，其中复合薄板材料由薄板两表面上都具有包覆薄板的芯部薄板构成。18.根据权利要求l-17任一项所述的薄板材料，其中一个或两个包覆薄板的厚度为复合薄板材料总厚度的1-25%。19.根据权利要求l-17任一项所述的薄板材料，其中一个或两个包覆薄板的厚度为复合薄板材料总厚度的2-12%。20.汽车车身板件，其是由权利要求1-19任一项所述的汽车车身薄板制成。全文摘要本发明涉及铝复合薄板材料形式的汽车车身薄板，其中包覆薄板施加于芯部材料的至少一侧，且其中芯部材料由选自AA2xxx、AA5xxx和AA7xxx系列的铝合金构成，并且其中包覆薄板包含具有小于0.2重量％Cu的AA6xxx系列或具有小于3.6重量％Mg的AA5xxx系列合金。文档编号B32B15/01GK101437678SQ200780015855公开日2009年5月20日申请日期2007年4月19日优先权日2006年5月2日发明者M-J·德哈斯,P·德斯梅特申请人:阿莱利斯铝业迪弗尔私人有限公司