用于模铸的铝合金和使用该用于模铸的铝合金制造铸造铝合金的方法与流程

本发明涉及用于模铸的铝合金和使用该用于模铸的铝合金生产铸造铝合金的方法。用于模铸的铝合金可以具有优异的热导率和耐腐蚀性，因此可用于需要散热和高耐腐蚀性的部件。

背景技术：

通常，由于铝(al)易于铸造、与其它金属很好地形成合金、在环境大气中具有优异的耐腐蚀性以及表现出优秀的电导率和热导率，因此其已被广泛地用于各个行业。

特别地，近几年，铝已被积极地用于减轻车辆重量和提高燃料效率，然而由于铝本身的强度不如其它金属，因此通常使用通过使铝与其它金属混合而获得的铝合金。

模铸已被广泛地用作使用这种铝合金制造产品的方法。模铸是一种精密铸造方法，其涉及将熔融金属注入至具有被精确地加工为具有期望形状的空腔的模具中，从而获得具有与空腔相同的形状的铸造产品。

对于通过模铸生产模制合金产品，铝合金可能需要满足以下方法的要求的性质，所述方法包括在高速率和高压力下用熔融金属填充模具中的空腔，然后使其凝固。例如，用于模铸的铝合金应具有适合于高压铸造的流动性，并能够通过提供适当水平的高温粘度和潜热来弥补凝固过程中可能出现的收缩缺陷。

目前，广泛使用的用于模铸的铝合金包括al-si基合金(例如，adc3、adc10和adc12)和al-mg基合金(例如，adc5和adc6)。然而，由于其低散热和低耐腐蚀性，这些用于模铸的铝合金在拓宽应用范围方面存在限制。

在相关领域中，已经报道了能够改善热导率和耐腐蚀性的用于模铸的铝合金。

然而，尽管可以在一定程度上改善热导率和耐腐蚀性，但是由于常规铝合金中mg含量/si含量的比值较低，因此在改善热导率和耐腐蚀性的有效性方面存在限制。

提供在本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景技术的理解，因此，其可以包含不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

在优选的方面，提供了用于模铸的铝合金、模制产品(例如，需要散热和高耐腐蚀性的部件或车辆部件)以及使用该用于模铸的铝合金生产铸造铝合金的方法，所述用于模铸的铝合金具有优异的热导率和耐腐蚀性。特别地，可以通过控制所包含的si、mg、fe、mn和al的含量来获得铝合金。

在一方面中，提供了一种用于模铸的铝合金，通过控制si和mg的含量及其比值，所述用于模铸的铝合金可以保持优秀的可铸造性和可成型性，同时保持优异的热导率和耐腐蚀性。在另一方面中，提供了一种使用该用于模铸的铝合金生产铸造铝合金的方法。

用于模铸的铝合金可以包含约7.8wt％至10.5wt％的量的硅(si)、约3.6wt％至5.5wt％的量的镁(mg)、约0.3wt％至1.0wt％的量的铁(fe)、约0.1wt％至1.0wt％的量的锰(mn)以及余量的铝(al)和其它不可避免的杂质。所有的wt％均基于铝合金的总重量。

铝合金还可以包含约0.002wt％至0.02wt％的量的铍(be)。

优选地，铝合金可以包含约8.0wt％至10.5wt％的量的硅(si)。

si/mg的比值可不小于约1.5且小于约3.0。

在铝合金中包含的作为杂质的铜(cu)、锌(zn)和镍(ni)的总含量可以为约0.2wt％或更少的量。

铝合金的屈服强度可以为约260mpa或更高。

铝合金的拉伸强度可以为约320mpa或更高。

铝合金的伸长可以为约2.0％至3.0％。

铝合金的热导率可以为约135w/m·k或更高。

铝合金的电导率可以为约30％iacs或更大。

还提供了一种生产铸造铝合金的方法。所述方法可以包括：通过熔化铝(al)或al废料来制备熔融铝(al)批料；加热制备的熔融al批料；通过将经加热的熔融al中的硅(si)含量调节至约7.8wt％至10.5wt％以进行初次合金化，从而制备初次熔融合金；二次加热初次熔融合金；通过将经加热的初次熔融合金中的铁(fe)含量调节至约0.3wt％至1.0wt％并将锰(mn)含量调节至约0.1wt％至1.0wt％以进行二次合金化，从而制备二次熔融合金；冷却二次熔融合金；以及通过将经冷却的二次熔融合金中的镁(mg)含量调节至约3.6wt％至5.5wt％以进行三次合金化，从而制备三次熔融合金。所有的wt％均基于铸造铝合金的总重量。

初次合金化可以包括将si含量调节至约8.0wt％至10.5wt％，以制备初次熔融合金。

二次合金化还可以包括向经加热的初次熔融合金中加入约0.002wt％至0.02wt％的量的铍(be)。

初次加热可以包括将熔融al坯料加热至约800℃至850℃的第一温度。

二次加热可以包括将初次熔融合金加热至约900℃至950℃的第二温度。

冷却可以包括将二次熔融合金冷却至约700℃至750℃的第三温度。

所述方法还可以包括铸造注入至模具中的三次熔融合金以生产铸造铝合金。

铸造可以包括在约680℃至750℃的铸造温度下将三次熔融合金注入至用于模铸的模具中。

还提供了包含本文描述的铝合金的模制产品，例如，车辆部件。例如，可以使用铝合金通过本文描述的方法制造模制部件。

下文公开本发明的其它方面。

附图说明

通过结合附图呈现的如下详细描述，将更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征以及其它优点，在这些附图中：

图1显示了比较对比实施例2和根据本发明的示例性实施方案的实施例3之间的盐水喷雾试验结果的图像；

图2显示了比较对比实施例1和根据本发明的示例性实施方案的实施例1-2之间的盐水喷雾试验结果的图像；

图3为显示对比实施例和根据本发明的示例性实施方案的实施例的微结构的图像；以及

图4为显示对比实施例和根据本发明的示例性实施方案的实施例的样品的微结构的图像。

具体实施方式

现将详细参考本发明的优选实施方案，其实施例显示在附图中。然而，本发明并不限于所述实施方案，并且可以以各种形式实施。提供这些实施方案仅用于充分说明本发明，并使本领域技术人员完全了解本发明的范围。

本文所使用的术语仅用于描述具体的示例性实施方案的目的，并不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”也旨在包括复数形式。还将理解当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或加入一个或多个其它的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群体。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列举项目中的任何和所有组合。

除非特别声明或者从上下文显而易见，否则本文所使用的术语“约”理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可理解为偏差在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文显而易见，否则本文提供的所有数值均通过术语“约”来进行修改。

在一个方面中，用于模铸的铝合金可以包含约7.8wt％至10.5wt％的量的硅(si)、约3.6wt％至5.5wt％的量的镁(mg)、约0.3wt％至1.0wt％的量的铁(fe)、约0.1wt％至1.0wt％的量的锰(mn)以及余量的铝(al)和不可避免的杂质。所有的wt％均基于铝合金的总重量。此外，铝合金还可以包含约0.002wt％至0.02wt％的量的铍(be)。

此外，用于模铸的铝合金可任选地不包含铜(cu)、锌(zn)和镍(ni)。然而，铝合金可以包含作为不可避免的杂质的铜(cu)、锌(zn)和镍(ni)。然而，甚至当包含作为杂质的铜(cu)、锌(zn)和镍(ni)时，优选将其总含量调节至约0.2wt％或更低。

接下来，将描述限制合金成分的原因及其组成范围。所有的wt％均基于铝合金(或其组成)的总重量。

约7.8wt％至10.5wt％的量的硅(si)

硅(si)是可以改善可铸造性和耐磨性并影响热导率和强度的主要元素。

当以小于约7.8wt％的量加入硅(si)时，改善可铸造性、耐磨性和强度的效果并不令人满意，并且当以大于约10.5wt％的量加入硅(si)时，获得的铸造产品的加工性(例如，机械加工性)可能降低，并且热处理可能无效。因此，硅(si)含量限制在这一范围内。

特别地，硅(si)是在模铸过程中确保熔融金属的流动性和可成型性的必要元素。随着镁(mg)含量的增加，可以改善耐腐蚀性，而随着镁(mg)含量的增加，可成型性和流动性显著降低。为了弥补这些问题，可以在模铸过程中升高熔融金属的温度以获得产品。然而，当熔融金属的温度升高时，生产率可能降低并且缺陷率会增加。例如，产品可能会出现热裂纹，并且可能会降低模铸模具的使用寿命。

为了在合金中控制该问题，可以增加si含量。si含量可调节至约7.8wt％至10.5wt％，以确保耐腐蚀性、可铸造性和生产率。优选地，si含量可以为约8.0wt％至10.5wt％，或特别地约8.5wt％至约10.5wt％。

约3.6wt％至5.5wt％的量的镁(mg)

镁(mg)是不仅可以改善耐腐蚀性而且可以改善强度、伸长以及铸造加工性的主要元素，当其与硅(si)反应形成mg2si晶化相时，mg2si晶化相将成为牺牲腐蚀部位。

当镁(mg)以小于约3.6wt％的量存在时，改善耐腐蚀性、强度和伸长的效果可能不足。当镁(mg)以大于约5.5wt％的量存在时，由于在铸造过程中熔融金属的流动性降低，因此可铸造性可能会降低，并且由于熔融金属的氧化倾向性增大，因此浮渣可能会增加。因此，镁(mg)含量限制在这一范围内。

约0.3wt％至1.0wt％的量的铁(fe)

铁(fe)是有助于防止模具粘砂和产品刮擦的元素。

在这种情况下，当铁(fe)以小于0.3％的量存在时，改善强度的效果不足，并且当铁(fe)以大于1％的量存在时，耐磨性和热导率会降低。因此，铁(fe)含量限制在这一范围内。

约0.1wt％至1.0wt％的量的锰(mn)

锰(mn)是可与铁(fe)共同有助于增强固溶体的元素，从而改善铸件的高温强度、防止模具粘砂并改善溶解度。

当锰(mn)以小于约0.1wt％的量存在时，改善强度的效果可能不足，而当锰(mn)以大于约1.0wt％的量存在时，可铸造性和机械加工性可能会降低，并且热导率可能会降低。因此，锰(mn)含量限制在这一范围内。

约0.002wt％至0.02wt％的量的铍(be)

铍(be)是可防止镁(mg)氧化、抑制在铸造过程中形成的浮渣和改善耐腐蚀性的元素。

当铍(be)以小于约0.002wt％的量存在时，改善耐腐蚀性的效果可能不足，而当铍(be)以大于约0.02wt％的量存在时，耐腐蚀性可能会降低。因此，铍(be)含量限制在这一范围内。

同时，除了上述成分之外，余量由铝(al)和其它不可避免的杂质组成。

例如，为了确保铝合金的耐腐蚀性达到期望水平，铝合金优选任选地不包含铜(cu)、锌(zn)或镍(ni)(造成腐蚀的元素)。然而，即使当不可避免地含有铜(cu)、锌(zn)和/或镍(ni)时，优选将其总含量调节至约0.2wt％或更低。

此外，为了适当地产生mg2si(增强耐腐蚀性的因素)，si/mg的比值可限制为不小于约1.5并小于约3.0。

此外，与耐磨性和强度的改善相比，可以调节si的含量，以防止可铸造性降低，由于热裂纹发生率的增加而导致的生产率降低和缺陷率增加(所有这些都由mg含量的增加造成的)。通过优化两种成分可以预测热导率的增加。

当si/mg的比值小于约1.5时，si含量可能相对地小于mg含量，其会在铸造过程中造成可铸造性降低和发生热裂纹的问题。此外，当si/mg的比值大于约3.0时，相对的si含量可能会增加且mg含量会降低，其会造成耐腐蚀性和强度的改善未达到期望的水平的问题。

在一方面中，提供了一种生产铸造铝合金的方法。铸造铝合金可以包括本文描述的铝合金的组成。

首先，可以在约750℃的温度下熔化铝(al)或al废料以制备熔融al(制备熔融al)。为了使al废料中包含的杂质含量最小化，优选使用高质量的al废料。例如，为了将cu(降低耐腐蚀性的元素)含量降低至约0.15wt％，优选仅使用锻造铝高质量铝废料作为al废料。因此，优选地，不应使用基于1000-、6000-和7000-的al废料。

当通过充分熔化al或al废料来制备熔融al时，可以将制备的熔融al加热至约800℃至850℃的第一温度(初次加热)。

当将熔融al加热至800℃至850℃的第一温度时，可以将熔融al中的si的含量调节至约8.5wt％至10.5wt％，以制备si充分熔化的初次熔融合金(初次合金化)。

当如上所述制备在al中具有受控的si含量的初次熔融合金时，可以将初次熔融合金加热至约900℃至950℃的第二温度(二次加热)。

然后，可以将经加热的初次熔融合金中的fe的含量调节至约0.3wt％至1.0wt％，并可以将mn的含量调节至约0.1wt％至1.0wt％，以制备二次熔融合金(二次合金化)。

可以将经加热的初次熔融合金中的be的含量调节至约0.002wt％至0.02wt％。

为了充分熔化初次熔融合金中的fe、mn和be，可充分地保持升高的温度约5小时。

因此，当制备二次熔融合金时，可以将二次熔融合金冷却至约700℃至750℃的第三温度(冷却)。

然后，可以将经冷却的二次熔融合金中的mg的含量调节至约3.6wt％至5.5wt％，以制备三次熔融合金(三次合金化)。

同时，可以设计初次加热、二次加热和冷却中的温度范围，从而控制氧化铝(al)和氧化镁(mg)，在每一步中建议的温度范围之外可能会产生不必要的氧化铝(al)和氧化镁(mg)(其会阻碍均匀的合金化)，因此不能在本发明中实现期望的物理性质。

例如，当在冷却过程中保持的温度小于建议的第三温度时，在三次合金化的过程中可能会产生碳酸镁，从而导致铝合金具有不期望的黄色。此外，当在冷却中保持的温度大于建议的第三温度时，在三次合金化的过程中可能会产生氧化镁，从而导致铝合金具有不期望的蓝色。

此时，可以缓慢地进行冷却，同时将三次熔融合金的温度保持在约700℃至750℃的温度约1小时。因此，可以去除在三次熔融合金中产生的浮渣和氧化物。

在上述初次合金化至三次合金化的过程中，调节每种合金元素的含量可以包括将熔融合金中包含的每种合金元素的含量调节至期望的范围。因此，在熔融al的制备中使用纯al制备熔融al的情况下，可以通过在待调节的含量中加入元素来调节每个合金化步骤中的每种合金元素的含量。另一方面，在熔融al的制备中使用al废料制备熔融al的情况下，在每次合金化的过程中加入每种合金元素之前，其他合金元素可能已经作为杂质包含在熔融al中。这样，可以通过测量相应元素的含量，然后以对应于与待调节的含量之差的量加入相应元素来调节每种合金元素的含量。

当制备三次熔融合金时，可以将三次熔融合金注入至模具中以生产铸造铝合金产品(铸造)。

可以通过将三次熔融合金注入至用于模铸的模具中来进行铸造，同时将三次熔融合金保持在约680℃至750℃的铸造温度下，以确保平滑铸造。

铸造可以为通过注入至用于模铸的模具中来铸造最终产品的步骤，但是铸造不限于铸造最终产品的步骤，并且可以为铸造为了生产最终产品而制备的铸锭或中间产品的步骤。

根据本发明，可以通过调节加入mg的时机、调节合金化过程中的温度和保留时间、以及调节be的加入和加入时机来尽可能地防止mg组分的氧化。

实施例

在后文中，参考实施例和对比实施例描述了本发明。

下表1显示了根据本发明的示例性实施方案的实施例和对比实施例的各种组成，并且作为astm亚尺寸样品通过将根据上述生产铸造铝合金的方法制备的三次熔融合金加热至680℃至750℃的温度并将其注入至75mpa的astm亚尺寸板模中来生产根据实施例和对比实施例的样品。

表1

对比实施例1为相关技术的合金组成，对比实施例2为aldc12，其为常规通用的用于模铸的铝合金，并且为商业可得的al-si基合金。

此外，试验了生产的样品，以测量热导率、电导率、拉伸强度、屈服强度和伸长，结果显示在下表2中。

在将制备的样品加工成尺寸为10mm*10mm*2t的样品之后，测量热导率和电导率。此时，根据热导率测量试验(astme1461)测量热导率。

此外，根据拉伸试验(ksb0802)测量拉伸强度和屈服强度。

此外，进行盐水喷雾试验，结果显示在图1和图2中。

在制备所制备的astm亚尺寸模铸拉伸试样之后，根据盐水喷雾试验(ksd9502)使用作为盐水的5％nacl进行盐水喷雾试验。

表2

如表2所示，示例性铸造铝合金具有优异的物理性质，例如，其热导率为135w/m·k或更高，其电导率为30％iacs或更高，其拉伸强度为320mpa或更高，其屈服强度为260mpa或更高，其伸长为2.0％至3.0％或更高。

特别地，当与对比实施例2(常规通用的用于模铸的铝合金)相比时，示例性铝合金的屈服强度提高了约70％或更多，热导率提高了40％或更多，伸长可以确保在相同水平或更高水平。因此，生产出与常规铸造产品的性质相比具有显著改进的性质的本发明的示例性实施方案中的铸造产品。因此，根据本发明的示例性实施方案的用于模铸的铝合金可以用于车辆的电子部件和便携式电子设备。

此外，图1为在盐水(nacl5％)喷雾之后的24小时和48小时比较根据本发明的示例性实施方案的实施例3和对比实施例2的图像，图2为在盐水喷雾(nacl5％)之后的第一天和第二天中比较初始阶段的根据本发明的示例性实施方案的实施例3和对比实施例2的图像。

如图1所示，在对比实施例2(aldc12，商业al-si基合金之一)中，在盐水喷雾之后的24小时发生了严重地腐蚀，而根据本发明的实施例3能够保持几乎不发生腐蚀的初始状态(即使在48小时之后)。

此外，如图2所示，对比实施例1从第一天起显示出了部分腐蚀，对比实施例2从第一天起在整个区域内显示出了腐蚀，而根据本发明的示例性实施方案的实施例1和实施例2能够保持几乎不发生腐蚀的初始状态(即使在第二天)。

为了确定随mg含量的变化是否形成了mg2si微结构，还进行了试验。

图3为显示对比实施例和根据本发明的实施例的微结构的图像。

为了确定随mg含量变化的mg2si微结构的形成，制备了包含8.5wt％的量的si，0.5wt％的量的fe，0.1wt％的量的mn和余量的al和其它不可避免的杂质的铝合金，wt％基于铝合金的总重量。通过将mg含量分别改变为1.5wt％、3.0wt％和4.5wt％来制备铝合金，然后观察根据生产铝合金的示例性方法使用铝合金制备的样品的微结构。

如图3中所示，在包含1.5wt％的mg的样品中未观察到mg2si的微结构(其为提高耐腐蚀性的因素)。此外，在包含3.0wt％的mg的样品中开始产生了mg2si微结构，并且在包含4.5wt％的mg的样品中产生了大量的mg2si微结构。

为了确定随mg含量变化的改进耐腐蚀性的效果，进行了另外的实验。

图4为显示对比实施例和根据本发明的实施例的样品的微结构的图像。

为了确定随mg含量变化的改进耐腐蚀性的效果，制备了包含8.5wt％的量的si、0.5wt％的量的fe、0.1wt％的量的mn以及余量的al和不可避免的杂质的铝合金，并且在将mg含量分别改变为3.0wt％和4.5wt％时，在根据生产铝合金的示例性方法使用铝合金制备的样品上进行盐水喷雾试验，结果显示在图4中。

在获得制备的astm亚尺寸模铸拉伸试样之后，使用作为盐水的5％nacl根据盐水喷雾试验(ksd9502)进行盐水喷雾试验。此时，分别在0小时、48小时和96小时进行观察。

如图4所示，具有3.0wt％的mg含量的样品具有相对较好的耐腐蚀性，但是，从图4中可以看出，与0小时的样品相比，48小时和96小时的样品的表面随时间逐渐发生腐蚀。

另一方面，具有4.5wt％的mg含量的样品具有非常优异的耐腐蚀性。特别地，当与0小时的样品相比时，即使经过一段时间，48小时和96小时的样品的样品表面上也没有发生腐蚀。

这些结果证实，取决于mg2si微结构的量，耐腐蚀性存在显著差异。

与用于模铸的常规铝合金相比，本发明的示例性实施方案具有确保优异的热导率和耐腐蚀性的效果，从而能够生产用于制造车辆电子部件和便携式电子设备(其需要散热和高的耐腐蚀性)的各种铸造产品。

此外，与用于模铸的常规铝合金相比，本发明的示例性实施方案能够生产具有优异的强度和伸长的铸造产品。

尽管已出于说明的目的公开了本发明的各个示例性实施方案，但是本领域技术人员应当理解，各种修改、增加和删减是可能的，而不会脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神。