斜盘及其制造方法与流程

本发明涉及能够适用于固定型或可变型空调压缩机等的斜盘及其制造方法，更详细地讲，涉及高强度和耐磨损特性等物理特性优秀且价格竞争力和减重效果优秀的斜盘及其制造方法。

背景技术：

一般而言，在汽车空调装置中使用的斜盘式压缩机是用于将以低压状态从蒸发器排出的气态的制冷剂压缩成容易液化的高压状态，向冷凝器吐出的装置。

在这种斜盘式压缩机内部，具有边通过斜盘(Swash Plate)的旋转进行往返运动，边对压缩机的压缩室内的制冷剂进行压缩的活塞。

此时，构成为：斜盘依据驱动轴以倾斜的状态旋转，并且滑动面与活塞的滑靴相接触，从而在斜盘旋转时，使活塞在缸内径的内部进行往返运动。

因此，关于斜盘，除了耐磨损性等机械性能以外，与滑靴产生摩擦的滑动面的润滑方面也是重要的设计要素。

适用于这种斜盘的材质大致分为过共晶铝合金、铜合金、铸铁等3种。

首先，在适用于固定型空调压缩机的过共晶铝-硅合金的情况下，利用连铸工艺的快速的冷却速度，使硅粒子微细化之后，通过锻造进行制造。此时，为了提高表面的润滑性，进行自润滑性锡(Sn)涂覆。

作为参考，自润滑性涂覆是指，即使没有适用摩擦材料也利用减少摩擦阻力的材料而进行涂覆的技术。

但是，在上述的过共晶铝-硅合金的情况下，难以调节硅粒子的大小，由此代替一般的重力铸造、砂型铸造而使用连续铸造和锻造工艺，因此与一般的铝产品相比，价格较贵。另外，与铜合金、铸铁相比，抗咬合性(Seizure stress)达不到一半的水平，因此难以在面压高，驱动环境苛刻的可变型空调压缩机中适用。

其次，作为适用于可变型空调压缩机的斜盘的材料，有铜合金和铸铁。

这两种材质均具有优秀的机械性能、耐磨损性、抗咬合性，因此目前适用于几乎所有的可变型空调压缩机中。

但是，在铜合金的情况下，具有价格比现有的铸铁或铝锻造材料贵的缺点，在铸铁的情况下，因为由与滑靴相同的材质构成，该滑靴为驱动环境下的滑动面的相对部件，从而具有同类咬合的问题，因此必须进行能够构成界面的特殊树脂涂覆。

当考虑如上所述的情况时，迫切需要开发使用如下的新型铝合金的斜盘，该新型铝合金为：与现有的过共晶铝-硅合金相比，工艺的自由度高，价格低廉，但是与铜合金、铸铁相比，具有同等水平以上的耐磨损性和抗咬合性。

上述作为背景技术所说明的事项仅用于增进对本发明的背景的理解，不应理解为其属于本领域技术人员所公知的现有技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：韩国公开特许公报第10-2005-0076251号(2005.07.26.)

技术实现要素：

发明所要解决的课题

本发明为了解决如上所述的问题而提出，其提供由如下的铝合金制造的斜盘及其制造方法，该铝合金既轻、又与现有铜合金相比，具有同等水平以上的高强度和耐磨损性。

用于解决课题的方法

本发明的一实施例的斜盘，其以重量％计，包含34.5％～43.0％的铜(Cu)、0.5％～2.8％的硅(Si)、余量的铝(Al)以及其他不可避免的杂质。

在上述斜盘中，优选为沿着侧面外周面，向中心方向形成有多个芯销孔。

上述芯销孔的特征在于，其直径为上述斜盘厚度的1/2以下。

上述斜盘的特征在于，形成有Al₂Cu初晶相和Al-Al₂Cu片层(lamella)组织。

上述斜盘的特征在于，上述Al₂Cu初晶相的相分率为10体积％～50体积％，弹性系数为120GPa以上。

优选上述斜盘的拉伸强度为400MPa以上，通过下述式(1)定义的铸造性评价因子(C)为2.0以上，

铸造性评价因子(C)＝液相线温度(K)/{液相线温度(K)-(热量(Q)×组分(F))}-----------------(1)。

本发明的一实施例的斜盘制造方法，其包括：准备以重量％计，包含34.5％～43.0％的铜(Cu)、0.5％～2.8％的硅(Si)、余量的铝(Al)以及其他不可避免的杂质的铝合金熔体的准备步骤；利用结合有多个芯销的模具，对上述铝合金熔体进行铸造，形成斜盘的铸造步骤；以及从上述模具中除去上述芯销，从上述模具分离上述斜盘的后整理步骤。

上述铸造步骤的特征在于，通过重力铸造或离心铸造的方式，铸造上述斜盘。

上述铸造步骤的特征在于，优选以595℃～625℃的温度进行铸造，并且上述芯销的厚度为上述斜盘厚度的1/2以下。

上述斜盘的特征在于，上述Al₂Cu初晶相的相分率为10体积％～50体积％，弹性系数为120GPa以上。

优选上述斜盘的拉伸强度为400MPa以上，通过下述式(1)定义的铸造性评价因子(C)为2.0以上，

铸造性评价因子(C)＝液相线温度(K)/{液相线温度(K)-(热量(Q)×组分(F))}-----------------(1)。

发明的效果

根据本发明的实施例，在铝中添加过量的铜(Cu)和硅(Si)等，形成初晶相(Al₂Cu)和片层(lamella)组织，存在与现有铜合金相比，能够确保同等以上的优秀的拉伸强度和弹性的效果。

另外，通过铸造时利用芯销除去多余部分，具有能够实现轻量化的效果。

附图说明

图1是示出本发明的一实施例的斜盘的图。

图2是示出本发明的一实施例的斜盘的微观组织的图。

图3是示出铜(Cu)含量超过43.0重量％的铝合金的微观组织中的Al₂Cu初晶相的群集和晶粒粗化的图。

图4是图示根据铜(Cu)含量的弹性系数变化的图表。

图5是图示根据铜(Cu)含量的Al₂Cu初晶相分率的图表。

图6是图示根据硅(Si)含量的拉伸强度变化的图表。

图7是图示根据铜(Cu)含量的铸造性评价因子(C)的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，但是本发明并不限制和限定于实施例。作为参考，在本说明书中，相同编号实质上表示相同构件，根据该规则，能够引用记载于其他附图的内容，进行说明，而且可以省略对于本领域技术人员而言显而易见的内容和重复的内容。

本发明的一实施例的斜盘构成为：将铝(Al)作为主要成分，并且其中包括34.5～43.0重量％的铜(Cu)、0.5～2.8重量％的硅(Si)以及其他不可避免的杂质。

本发明的铝合金与以往用作斜盘的过共晶铝合金的不同点在于：铜的含量为34.5重量％以上，然而硅的含量为0.5～2.8重量％，与硅含量为12.6重量％以上的以往的过共晶铝合金相比，其含量显著减少。

由此，能够同时满足对于斜盘所要求的耐磨损性和高强度性能。

更详细地讲，优选将本发明的斜盘中所包含的铜的含量限定为34.5～43.0重量％。

其理由是因为，在以34.5重量％以下的含量添加铜时，无法确保120GPa以上的弹性系数，在超过43.0重量％时，成为在微观组织上形成有50％以上的作为金属间化合物的Al₂Cu初晶相的金属间化合物特性的原材料，从而引起脆性及加工性问题，因此无法用于斜盘。

另一方面，硅是以在含有过量的铜的铝合金中增强强度为目的而添加的，在硅的含量满足0.5～2.8重量％时，能够确保400～550MPa的拉伸强度，相反在以小于0.5重量％或超过2.8重量％的含量添加时，拉伸强度为400MPa以下，无法确保高强度。

因此，优选硅的含量添加为0.5～2.8重量％。

图1是示出本发明的一实施例的斜盘的图。

如图1所示，在本发明的一实施例的斜盘中，在其侧面沿着外周面向中心方向形成有多个芯销孔。

此时，优选形成为芯销孔的直径为斜盘厚度的1/2以下，其理由是因为，在为了轻量化而形成的芯销孔的直径超过斜盘厚度的1/2时，无法确保结构稳定性，并且多个芯销孔在斜盘的侧面，向中心方向以放射状配置，其个数最多可以形成36个(相邻的芯销孔形成的角度为10°)。

即，芯销孔的个数为2～36，并且其直径形成为斜盘厚度的1/2以下，相邻的芯销孔形成的角度满足10～180°。

图2是示出本发明的一实施例的斜盘的微观组织的图，图3是示出铜(Cu)含量超过43.0重量％的铝合金的微观组织中的Al₂Cu初晶相的群集和晶粒粗化的图。

如图2至图3所示，当本发明的一实施例的斜盘以重量％计，满足铜的含量为34.5～43.0％，硅为0.5～2.8％时，以Al₂Cu初晶相具有10～50体积％的相分率的方式均匀地形成，从而能够确保优秀的弹性系数和拉伸强度，相反，在铜的含量超过43.0重量％，过量添加的情况下，产生群集和晶粒粗化现象，从而材料产生脆性，降低加工性(工具损坏)。

另一方面，本发明的一实施例的斜盘制造方法包括：准备铝合金熔体(aluminum alloy melt)的准备步骤；形成斜盘的铸造步骤；以及从模具分离斜盘的后整理步骤。

对于在准备步骤中使用的铝合金熔体，优选以重量％计，包含34.5～43.0％的铜(Cu)、0.5～2.8％的硅(Si)、余量的铝(Al)以及其他不可避免的杂质。

【表1】

表1是针对各种实施例和比较例，示出根据铜含量的Al₂Cu初晶相的相分率和弹性系数的表，图4是图示根据铜(Cu)含量的弹性系数变化的图表，图5是图示根据铜(Cu)含量的Al₂Cu初晶相的相分率的图表。

如表1和图4、图5所示，在铜含量小于34.5重量％时，随着Al₂Cu初晶相的相分率减少，弹性系数小于120GPa，无法满足所要求的弹性系数值，在超过43重量％时，随着Al₂Cu初晶相的相分率超过50％，引起群集和晶粒粗化现象，从而产生脆性并且降低加工性，因此铜的含量限制为34.5～43重量％。

【表2】

表2是针对各种实施例和比较例，示出根据硅含量的拉伸强度的变化的表，图6是图示根据硅(Si)含量的拉伸强度变化的图表。

如表2和图6所示，在硅的含量满足0.5～2.8重量％时，拉伸强度为400MPa以上，能够确保优秀的强度，相反，在小于0.5重量％或超过2.8重量％时，拉伸强度急剧降低，减少至小于400MPa，因此优选将硅的含量限制为0.5～2.8重量％。

如上所述，当在准备步骤中准备好铝合金熔体，则在铸造步骤中通过铸造形成斜盘，在本发明的一实施例的铸造步骤中，优选以重力铸造或离心铸造的方式制造，此外还能够通过砂型铸造方式制造。

即，与以往的过共晶铝合金等相比，本发明的斜盘制造方法中所使用的铝合金熔体具有550～575℃的低的液相线温度，因此几乎不产生由冷却速度降低而引起的微观组织的晶粒粗化现象，从而在重力铸造或高压铸造方式中均能够使用。

另一方面，在本发明中，铸造步骤优选以595～625℃的温度进行。

其理由如前述，用于本发明的铝合金熔体的液相线温度最大为575℃，为了确保熔体的流动性，优选以与液相线的温度相比至少为20℃以上、即最小595℃的温度进行铸造。

另外，在铸造温度相比于液相线超过50℃时，所生成的Al₂Cu初晶相的大小粗化，由氢气引起气孔的产生，因而导致产品的高强度和耐磨损特性降低，因此优选将铸造温度限定为595～625℃。

【表3】

表3是针对各种实施例和比较例，计算铸造性评价因子并且示出的表，图7是图示根据铜(Cu)含量的铸造性评价因子(C)的图表。

按照下述式(1)计算铸造性评价因子(C)。

铸造性评价因子(C)＝液相线温度(K)/{液相线温度(K)-(热量(Q)×组分(F))}-----------------(1)

如表3和图7所示，根据本发明的实施例，铸造性评价因子为2.0以上，是优秀的，并且防止所生成的Al₂Cu初晶相的群集和晶粒粗化现象的产生，由此具有确保优秀的高强度和耐磨损特性的同时，能够使加工性优秀的效果。

如上所述，参照本发明的优选实施例进行了说明，但是本领域技术人员应理解：在不超出权利要求书所记载的本发明的构思和领域的范围内，可以对本发明进行各种修改和变更。