本发明涉及一种用于车辆外板的铝合金以及制造该铝合金的方法。该用于车辆外板的铝合金和用于制造该铝合金的方法可以通过使硼化物的产生最大化来改善弹性、可成型性、和耐冲击性，因此改善硬度、以及噪声震动和声震粗糙度(NVH)特性。
背景技术：
通常，已经制造出铝合金以改善铝的性质以提供改进的特性。
一种高张力铝合金，例如通过向铝中加入铜而制造的硬铝(duralumin)，已改善了强度。通过向硬铝中加入镁生产出超级硬铝，以及通过向其中加入锌生产的超高强度硬铝已被用作航空器材料。
然而，高张力铝合金可能具有耐腐蚀性的问题。向其中加入镁和锌的铝建筑合金具有极好的耐腐蚀性且因此已被用于铁路车辆、桥梁等等。作为用于铸造的铝合金，已采用向其中加入硅的合金。此外，其他铝合金已与用于其他目的(如耐热性和亮度)的其他金属相结合。
铝合金可以被归入锻造用合金和铸造用合金。作为锻造用的铝合金，实例可以包括Al-Cu-Mg基铝合金(例如硬铝、超级硬铝)、Al-Mn基铝合金、Al-Mg-Si基铝合金、Al-Mg基铝合金、Al-Zn-Mg基铝合金(超高强度硬铝)等等。作为铸造用的铝合金，实例可以包括Al-Cu基铝合金、Al-Si基铝合金(例如铝硅合金)、Al-Cu-Si基铝合金(例如劳塔尔铝合金)、Al-Mg基铝合金(例如希德罗纳利姆耐蚀铝镁合金)、Al-Cu-Mg-Si基铝合金(例如Y合金)、Al-Si-Cu-Mg-Ni基铝合金(例如Lo-Ex合金)等等。
在本领域中，一种增强相，如金属基化合物或CNT，已被以粉末形式成型以改善铝合金的弹性，但在价格竞争力上可能有局限。
另外，当增强相以粉末形式在铸造工艺中注入时，产生了在损耗、润湿性、和Al熔融金属中的分散性方面上的技术困难。当加入增强相而不改善基体合金，且增强相基本上仅为达到目标弹性而加入时，制 造成本增加，且工艺不易控制。
因此，存在以下需求：用于使硼化合物的产生最大化的技术，以及用于在铝熔融金属中均匀地分散通过自发反应产生的硼化合物的技术，硼化合物在改善弹性中起到最重要的作用。
本领域中已经详细介绍了相比于传统铝合金具有改善的弹性的铝合金，其不使用昂贵的材料如碳纳米管(CNT)，且可以被应用在所有通常的铸造工艺中，包括高压铸造。
然而，在注入粉末形式的增强相时，损耗、润湿性和Al熔融金属中的分散性这些问题，以及增强相的大量添加引起的如制造成本增加和工艺控制困难的问题仍未解决。
本领域所述问题仅供于帮助理解本发明的背景，且不应被当作是对应于本领域技术人员已知的现有技术。
技术实现要素：
在优选的方面，本发明提供用于车辆外板的铝合金以及用于制造该铝合金的方法。因此，通过优化组分比以使作为增强相的硼化合物(如TiB2相和AlB2相)的产生最大化，从而改善铝合金的弹性、可成型性和耐冲击性。
根据本发明的示例性实施方式，提供用于车辆外板的铝合金。该铝合金可以包括钛(Ti)、硼(B)、镁(Mg)和铝合金余量的铝(Al)，特别地，可以既包括AlB2相也包括TiB2相作为增强相。基于铝合金的总重量Ti:B:Mg的组分比可以为约1:约2.0-2.5:约5.0-6.0，其中基于铝合金的总重量可以包括大于0wt％小于约1wt％量的Ti，且基于铝合金的总重量可以包括约1.1-2.5wt％量的B。
铝合金可以包括：基于铝合金的总重量约0.5-5wt％量的Mg、基于铝合金的总重量约0.55-1.0wt％量的Ti、基于铝合金的总重量约1.1-2.5wt％量的B、以及铝合金余量的铝。此外，Ti:B:Mg的组分比可以是约1:约2.0-2.5:约5.0-6.0，且铝合金可以包括AlB2相、TiB2相、和MgB2相作为增强相。
本发明还提供一种铝合金组合物，其可以由或基本上由以上铝合金组合物中的成分组成。比如，铝合金可以由或基本上由以下成分组 成：基于铝合金的总重量约0.5-5wt％量的Mg、基于铝合金的总重量约0.55-1.0wt％量的Ti、基于铝合金的总重量约1.1-2.5wt％量的B、以及铝合金余量的Al。特别地，Ti:B:Mg的组分比可以是约1:约2.0-2.5:约5.0-6.0，且铝合金可以包括AlB2相、TiB2相、和MgB2相作为增强相。
根据本发明的另一个示例性实施方式，提供一种制造用于车辆外板的铝合金的方法。该方法可以包括：在熔器如炉中，向包含0.5-5wt％的Mg的Al熔融金属中装入选自Al-Ti母合金、Al-B母合金和Al盐化合物的至少一种，以形成熔融金属；以及用搅拌器搅拌熔融金属以分散AlB2相和TiB2相，其可以通过自发反应生成而作为增强相。特别地，在装料步骤中，Ti:B:Mg的组分比可以是约1:约2.0-2.5:约5.0-6.0。
搅拌器可以成型为具有熔器直径的约0.4倍或更大的长度，且在搅拌中，熔融金属可以以约500rpm或更高的速度搅拌。
Al-Ti母合金可以包括基于Al-Ti母合金的总重量约5-20wt％量的Ti、以及Al-Ti母合金余量的Al。
Al-B母合金可以包括基于Al-B母合金的总重量约3-10wt％量的B、以及Al-B母合金余量的Al。
Al盐化合物可以包括基于化合物的总重量约75wt％量的铝盐。进一步提供的是包括本文所述的铝合金的车辆外板。
本发明的其他方面在下文公开。
附图说明
本发明的以上和其他目的、特征和优点将从以下与附图相结合的详细说明而更清楚地理解，其中：
图1示出示例性增强相的特性和依赖于该特征的弹性贡献。
具体实施方式
如本文所用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语理解为包括通常的机动车辆如载客汽车，包括运动型多用途车(SUV)、公交车、货车、各种商用车，包括多种小船和轮船的船舶，航空器等等，且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢能源车和其他代 用燃料车(例如来自除汽油之外的资源的燃料)。如本文所指，混合动力车是具有两种或多种动力来源的车辆，例如既有汽油动力也有电动力的车辆。
本文使用的术语仅为描述具体的示例性实施方式的目的，并不意味着对本发明的限制。如本文所用，单数形式的“一”、“一个”和“该”意味着也包括复数形式，除非上下文另有清楚的说明。用在本说明书中的术语“包括”和/或“含有”将进一步被理解为，指明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组分，但不排除存在或加入一种或多种其他特征、整数、步骤、操作、元素、组分和/或其组。如本文所用，术语“和/或”包括一种或多种相关所列项目的任何和所有结合。
除非特别指明或上下文显而易见，如本文所用的术语“约”被理解为在本领域正常的偏差范围之内，例如在平均数的2个标准差之内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文清楚可见，本文提供的所有数值由术语“约”所修饰。
在下文中，本发明的示例性实施方式将参考附图详细描述。然而，本发明不限于这些示例性实施方式。为了参考，本说明书中的参考数字将用于描述基本相同的组分。在此规则下，可以通过引用显示在其他附图中的内容和本领域技术人员熟知的内容提供说明，或者可以省略重复的内容。
根据本发明的示例性实施方式，用于车辆外板的铝合金可以包括AlB2相和TiB2相作为增强相以同时改善弹性、可成型性、和耐冲击性。
图1用Digimat程序阐明了示例性增强相的特性和依赖于该特性的弹性贡献。
如图1所阐明的，弹性贡献不仅由增强相本身的弹性决定，还由增强相的形状和密度的复合作用等决定。例如，即便在增强相本身的弹性大的情况下，弹性增长率也会依赖于其他特性如密度而改变。
此外，本发明涉及用于车辆外板的铝合金。该铝合金需具有极好的弹性、可成型性、和耐冲击性以改善硬度和NVH特性，且其重量需要被降低以由此降低车身的重量。
因此，当将增强相本身的弹性及其形状、密度等等结合考虑时， TiB2相、AlB2相、MgB2相等等可以适于作为增强相，由于这些可具有球形并具有相对更高的弹性增长率。
根据本发明的示例性实施方式的用于车辆外板的铝合金可以包括，基于铝合金的总重量约0.5-5wt％量的Mg，基于铝合金的总重量约0.55-1.0wt％量的Ti，基于铝合金的总重量约1.1-2.5wt％量的B，以及铝合金余量的Al。特别地，Ti:B:Mg的组分比可以是约1:约2.0-2.5:约5.0-6.0。
本发明的铝合金可以是Al-Mg-基铝合金，其中Ti和B的含量被调整。该Al-Mg-基铝合金可以具有类似于商业化5000系列铝合金的铸造温度，该5000系列铝合金中基于铝合金的总重量包含约0.5-5wt％量的Mg，但是本发明的Al-Mg-基铝合金可以同时将弹性、可成型性、和耐冲击性改善至比商业化5000系列铝合金更高。
通常，商业化5000系列铝合金已被主要用于车辆外板。根据本发明的示例性实施方式的用于车辆外板的铝合金可以基于主要用于车辆外板的商业化5000系列铝合金的组合物组分。因此，示例性实施方式的铝合金可以包括Ti、B和Mg，特别地，Ti:B:Mg的组分比可以是以重量比计约1:约2.0-2.5:约5.0-6.0。
通常，当向铝中加入Ti和B时，TiB2和Al3Ti增强相可以形成以极大地贡献于弹性。当Ti:B:Mg的组分比以重量比计为约1:约2.0-2.5:约5.0-6.0时，增强相可以具有椭球形，其中长轴与短轴之差很大。因此，增强相可以以AlB2相和TiB2相生成，同时使降低材料可成型性的Al3Ti相的产生最小化。此外，剩下的B可以与Mg反应以另外地产生MgB2相作为增强相，因此同时改善弹性、可成型性、和耐冲击性。
表1
表2
表1显示根据本发明的示例性实施方式，在初始冷却速度在50℃/s下，依赖于Ti:B:Mg组分比的5000系列铝合金的物理性质的改变，且表2显示根据本发明的示例性实施方式，依赖于Ti:B:Mg组分比的增强相分数。
如表1和表2中所示，当B的含量基于铝合金的总重量等于或大于约1.1wt％(或约为可以同时产生AlB2相和TiB2相的临界值)并且满足根据本发明的示例性实施方式的Ti:B:Mg组分比时，模量可以等于或大于约73GPa，代表可成型性的DAS可以等于或小于约19μm，屈服/拉伸强度比可以等于或大于约75，且拉伸/屈服差可以等于或大于约110，以及弹性、可成型性、和耐冲击性相对其他合金可以被极大地改善。
特别地，在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆外板的铝合金中，基于铝合金的总重量Ti含量可以在约1.0wt％或更低的量，且基于铝合金的总重量B含量可以在约1.1-2.5wt％的量。
当B含量低于约1.1wt％时，AlB2相的产生量可减少且仅有TiB2相可产生，因此弹性改善可能不足。当B含量高于约1.1wt％且Mg含量低于约5wt％时，强度可增加且因此耐冲击性可改善，然而，弹性和可成型性可能降低。当Mg含量高于约6wt％时，熔点可等于或高于约800℃，且因此在应用实际铸造工艺时熔融金属中可产生大量的氧化夹杂物，且熔融金属中的气体浓度可能增加因此使得铸造产品的内部质量劣化。
同时，当Ti含量高于约1.0wt％时，可以产生具有椭球形的Al3Ti相，且因此除拉伸/屈服差之外的其他物理性质变得不令人满意，因此使得弹性、可成型性、和耐冲击性劣化。
另外，可以根据基于铝合金的总重量约1:约2.0-2.5:约5.0-6.0的Ti:B:Mg组分比加入Mg含量。当Mg含量高于根据约1:约2.0-2.5:约5.0-6.0的Ti:B:Mg组分比时，可能产生具有椭球形的Al3Mg2，因此可成型性可能降低。
表3
表3显示了现有的5000系列铝的物理性质。
如表1-3所示，当根据本发明的示例性实施方式的Ti:B:Mg组分比为约1:约2.0-2.5:约5.0-6.0时，其可成型性可与常规材料相当，弹性可以增加约6％或更高，且耐冲击性(屈服/拉伸比)可以增加约15％。
因此，根据本发明的示例性实施方式的用于车辆外板的铝合金相对于常规的5000系列铝可以极大地改善硬度和部分NVH特性，且在 制造车辆时使得增强设计最简化，因此降低了车身重量并节省制造成本。
此外，提供制造用于车辆外板的铝合金的方法。该方法可以包括：向熔器如炉中，向包含0.5-5wt％的Mg的商业化5000系列Al熔融金属中装入选自Al-Ti母合金、Al-B母合金、和Al盐化合物的至少一种，以形成熔融金属；以及搅拌熔融金属以分散作为增强相产生的AlB2相和TiB2相。
在装料中，通过装入来自Al-Ti母合金、Al-B母合金和Al盐化合物中的至少一种使得熔融金属中的Ti:B:Mg组分比为约1:约2.0-2.5:约5.0-6.0。装入熔融金属中的Al-Ti母合金可以包括基于Al-Ti母合金总重量约5-20wt％量的Ti和Al-Ti母合金余量的Al，且Al-B母合金可以包括基于Al-B母合金总重量约3-10wt％量的B和Al-B母金属余量的Al。Al盐化合物可以包括基于该化合物总重量约75wt％量的铝盐。因此，可以同时产生TiB2相和AlB2相以改善可成型性和耐冲击性，同时有效改善弹性，并且进一步地，不利于可成型性和震动性能的Al3Ti相的产生可以最小化。
在此情况下，剩余的B可以与Mg反应以另外生成MgB2作为增强相，因此改善可成型性、弹性、和耐冲击性。
在搅拌中，通过使用具有约0.4倍于熔器直径或更大的长度的搅拌器，熔融金属可以以约500rpm或更高的速度搅拌，使得同时产生的作为增强相的TiB2相和AlB2可以均匀地分散。
搅拌器的长度和搅拌速度可以影响反应速度和增强相的分散。因此，可以采用长度等于或大于熔器直径40％的搅拌器。
当搅拌速度低于约500rpm时，TiB2相的产生量可能不足，同时可能产生不利于可成型性和震动性能的Al3Ti相，因此可成型性和震动性能降低，此外，产生的增强相可能不均匀地分散在熔融金属中，因此可引起依赖于熔融金属区域的物理性能的差异。
在本领域中，用于制造铝的典型方法具有注射碳纳米管或粉末形式的增强颗粒以改善弹性。然而，在熔融金属中可能出现技术困难如损耗、润湿性、分散性等等，由此增加制造成本。另一方面，根据本发明的示例性实施方式，可以控制组分比以同时产生TiB2相和AlB2 相且在熔融金属中均匀分散产生的TiB2相和AlB2相，同时抑制不利于可成型性和震动性能的Al3Ti相的产生，因此改善了弹性、可成型性、耐冲击性等等。
根据本发明的各种示例性实施方式，通过优化Ti、B和Mg的组分比以使作为增强相的TiB2相和AlB2相的产生最大化，从而同时改善材料的弹性、可成型性、和耐冲击性。
此外，可以通过搅拌TiB2相和AlB2相均匀地分散增强相中的硼化合物，TiB2相和AlB2相通过在优化条件下铝熔融金属中的自发反应产生。
如上所述，虽然本发明已参考其示例性实施方式描述，但本领域技术人员将认识到在不偏离如所附权利要求所述的本发明的范围和主旨的情况下，可以作出各种修改和变形。