CN111809086B

CN111809086B - 一种压铸铝合金及其制备方法和应用

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Publication number: CN111809086B
Application number: CN201910293278.5A
Authority: CN
Inventors: 李运春; 郭强; 任又平; 谢勇亮
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2039-04-12
Also published as: EP3954797A1; JP7252374B2; EP3954797A4; JP2022528180A; US20220195563A1; US12448669B2; KR102638496B1; CN111809086A; WO2020207259A1; KR20210137552A; EP3954797B1

Abstract

本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种压铸铝合金及其制备方法和应用。以重量百分含量计，本发明所述压铸铝合金包含：Mg 4％‑9％，Si 1.6％‑2.8％，Zn 1.1％‑2％，Mn 0.5％‑1.5％，Ti 0.1％‑0.3％，Be 0.009％‑0.05％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.2％。通过上述技术方案，本发明提供的压铸铝合金具有良好的力学性能、稳定性和压铸成型性。

Description

一种压铸铝合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种压铸铝合金及其制备方法和应用。

背景技术

压铸用Al-Mg合金因为其具有良好的力学性能及抗腐蚀性，得到广大客户的认可，但镁元素比较活泼，铸造时容易氧化烧损，氧化烧损的残渣进入产品中会影响合金的力学性能，导致产品性能的波动性大，稳定性差，且后续制备合金压铸件时易出现开裂的问题，由此，压铸用Al-Mg合金在应用方面会受到一定的限制。具体地，比如：ADC6铝合金，其铸造时容易氧化烧损造渣，影响产品的综合性能，应用面不广。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种压铸铝合金及其制备方法，该压铸铝合金具有良好的力学性能、稳定性和压铸成型性。

本发明第一方面，提供一种压铸铝合金，以重量百分含量计，所述压铸铝合金包含：Mg 4％-9％，Si 1.6％-2.8％，Zn 1.1％-2％，Mn 0.5％-1.5％，Ti 0.1％-0.3％，Be0.009％-0.05％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.2％。

优选地，所述压铸铝合金包含：Mg 5％-7％，Si 1.6％-2.5％，Zn 1.1％-1.4％，Mn0.6％-1.0％，Ti 0.1％-0.3％，Be 0.01％-0.022％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.2％。

优选地，所述压铸铝合金中Zn与Be比例为(60-140)：1。

优选地，所述压铸铝合金中Mg与Zn的比例为(4.5-5)：1；Si与Zn的比例为(1.5-2)：1。

优选地，所述压铸铝合金中Cu、Ni、Cr、Zr、Ag、Sr、Sn单个杂质的含量＜0.1％，Fe杂质的含量＜0.15％。

优选地，所述压铸铝合金中包括Mg₂Si相、MgZn₂相、Al₆Mn相和TiAl₂相。

优选地，所述压铸铝合金的抗拉强度≥350MPa，延伸率≥4％，抗拉强度的相对标准差≤10％。

优选地，所述压铸铝合金的抗拉强度为350-390MPa，延伸率为6-9％，抗拉强度的相对标准差为5-8％。

本发明第二方面，提供一种压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：按照压铸铝合金的组分配比，先在熔炼炉中加入含铝料，含铝料熔化后再加入含硅料、含锰料、含锌料、含镁料、含铍料、含钛料进行熔炼，再经精炼除气处理后进行浇铸得到铝合金铸锭，将铝合金铸锭熔融压铸成型，得到本发明第一方面所述的压铸铝合金。

优选地，熔炼含铝料的温度为710℃-730℃；熔炼含硅料、含锰料、含锌料、含镁料、含铍料、含钛料的温度为680℃-710℃。

本发明第三方面，提供一种本发明所述压铸铝合金在计算机、通信电子产品或消费类电子产品中的应用。

通过上述技术方案，本发明提供的压铸铝合金含有上述限定含量的组分，可以具有良好的力学性能、稳定性和压铸成型性。

附图说明

图1、实施例1得到的压铸铝合金的XRD图。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明实提供的压铸铝合金，兼有优良的力学性能、稳定性和压铸成型性，这是由于本发明采用特定含量的Mg、Si、Zn、Mn、Ti、Be多种元素相互配合，均衡了合金的各种性能，从而得到了综合性能优异的压铸铝合金。

本发明一实施方式中，所述Mg的质量百分含量为5％-7％。

本发明一优选实施方式中，所述Mg的质量百分含量为6％。

本发明一实施方式中，所述Si的质量百分含量为1.6％-2.5％。

本发明一优选实施方式中，所述Si的质量百分含量为1.7％-2.4％。

本发明一优选实施方式中，所述Si的质量百分含量为2.2％。

本发明一实施方式中，所述Zn的质量百分含量为1.1％-1.4％。

本发明一优选实施方式中，Zn的质量百分含量为1.2％。

本发明一实施方式中，所述Mn的质量百分含量为0.6％-1.0％。

本发明一优选实施方式中，所述Mn的质量百分含量为0.7％。

本发明一实施方式中，所述Ti的质量百分含量为0.1％-0.25％。

本发明一优选实施方式中，所述Ti的质量百分含量为0.15％。

本发明一实施方式中，所述Be的质量百分含量为0.01％-0.022％。

本发明一优选实施方式中，所述Be的质量百分含量为0.015％。

为了进一步提高压铸铝合金的力学性能、稳定性和压铸成型性，本发明一优选实施方式，所述压铸铝合金包含：Mg 5％-7％，Si 1.6％-2.5％，Zn 1.1％-1.4％，Mn 0.6％-1.0％，Ti 0.1％-0.3％，Be 0.01％-0.022％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.2％。

本发明中，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Mg、Si、Zn，能够起到良好的固熔强化效果，同时Mg能够与Si、Zn结合形成Mg₂Si相，MgZn₂相起到析出强化效果，保证了合金产品的强韧性(强韧性是指合金同时具有良好的拉伸强度和延伸率)。本发明所述压铸铝合金中Mg或Si含量过低，合金的强韧化效果得不到保证，力学性能偏低；Mg含量过高，则容易氧化造渣，合金的塑性和强韧性降低，Si含量过高，易析出脆性单质硅相，同样会导致合金的塑性和强韧性下降。而且，由图1可以看出，本发明所述压铸铝合金中含有氧化锌，Zn在铝镁系合金熔体表面形成一层氧化膜，防止熔体过快氧化，本发明所述压铸铝合金中Zn含量过低，对合金熔体的氧化保护减弱，熔体渣多，力学性能波动性增加，产品稳定性差，合金的力学性能偏低；Zn含量过高，则容易析出低熔点脆性相，塑性下降，合金的强韧性降低。

本发明中，熔体是指高温下，原本常温是固体的物质变成液体的状态。具体地，在本发明中熔体是指制备压铸铝合金过程中金属原料经熔炼处理变成熔融状态(液体)。

本发明中，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Be，能够在铝镁系合金熔体表面形成一层氧化膜，防止熔体过快氧化，减少熔体氧化造渣，由图1可以看出，本发明所述压铸铝合金中明显含有氧化铍。若本发明所述铝合金中Be含量过低，对合金熔体的氧化保护减弱，熔体渣多，力学性能波动性增加；Be含量过高，则容易导致晶粒粗大，塑性下降，合金的强韧性降低。

本发明中，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Mn，可以与Al结合形成Al₆Mn相，起到析出强化效果，进一步增加了合金产品的强韧性，且上述含量范围的Mn能够在压铸生产中缓解模具冲蚀，增加模具寿命。若本发明所述铝合金中Mn含量过低，合金的强韧化效果下降，力学性能下降，模具寿命降低；Mn含量过高，则容易析出脆性相，塑性下降，合金的强韧性降低。

本发明中，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Ti，可以与Al结合形成TiAl₂相，起到细化晶粒的效果，进一步增加了合金产品的强韧性。若本发明所述铝合金中Ti含量过低，合金的细晶强韧化效果下降；Ti含量过高，则容易偏析形成粗大脆性相，塑性下降，合金的强韧性降低。

根据本发明，优选地，所述压铸铝合金中Zn与Be重量比为(60-140)：1。本发明的发明人通过大量实验尝试，发现所述压铸铝合金中Zn、Be满足上述比例关系，能在铝合金(尤其是铝镁合金)溶体表面形成一层致密的氧化膜，能更好的起到保护溶体防止氧化的作用，铝合金溶体氧化减少，造渣也减少，压铸出来的产品性能及性能稳定性都得到提升，铝镁合金在铝合金中属于氧化造渣比较严重的体系，本发明通过添加合理地添加锌、铍元素，并控制其加入量，能够明显减少合金溶体中的造渣现象。

根据本发明，优选地，所述压铸铝合金中Mg与Zn的比例为(4.5-5)：1；Si与Zn的比例为(1.5-2)：1。Mg与Zn、Si容易形成Mg₂Si相，MgZn₂相，起到析出强化作用，本发明的发明人通过大量实验尝试，发现所述压铸铝合金中Mg、Zn、Si满足上述比例关系时，Mg能充分地与Zn、Si作用形成析出强化相，同时过剩的Mg还能够在铝合金基体中进一步起到固溶强化的效果，由此本发明所述压铸铝合金具有更佳优异的强韧性能。

根据本发明，所述压铸铝合金允许存在少量其它金属元素，如Fe、Cu、Ni、Cr、Zr、Ag、Sr、Sn中的一种、两种或三种以上，所述其它金属元素一般来源于制备合金时合金原料中的杂质。过多的杂质元素容易导致压铸合金延伸率下降、产品开裂等问题，因此，本发明所述压铸铝合金中Fe杂质的含量＜0.15％，Cu、Ni、Cr、Zr、Ag、Sr、Sn单个杂质的含量均＜0.1％，优选＜0.02％。

根据本发明，优选地，所述压铸铝合金中包括Mg₂Si相、MgZn₂相、Al₆Mn相和TiAl₂相。本发明含有上述晶相能够有效增加合金的力学性能。

根据本发明，优选地，所述压铸铝合金的抗拉强度≥350MPa，延伸率≥4％，抗拉强度相对标准差≤10％。本发明所述相对标准差是由标准偏差除以相应的平均值乘100％所得到的值，相对标准偏差能够体现产品性能的稳定性，其中，相对标准偏差越小，产品的性能越稳定。更优选地，所述压铸铝合金的屈服强度为350-390Mpa，延伸率为6-9％，抗拉强度相对标准差为5-8％。

本发明中，所述含铝料、含镁料、含硅料、含锌料、含锰料、含钛料和含铍料可以是能够提供制备本发明的压铸铝合金所需各种元素的物料，可以是含上述元素的合金或纯金属，只要加入的铝合金原料熔炼后得到的铝合金中的组成成分在上述范围内即可。优选地，所述铝合金原料可以包括纯Al或Al合金、纯Mg或Mg合金、纯Si或Si合金、纯Zn或Zn合金、纯Mn或Mn合金、纯Ti或Ti合金以及纯Be或Be合金。更优选地，所述铝合金原料包括纯Al、纯Mg、Al-Si合金、纯Zn、Al-Mn合金、Al-Ti合金及Al-Be合金。

根据本发明所述压铸铝合金的制备方法，优选地，所述熔炼的条件为：熔炼温度700-750℃。更优选地，熔炼含铝料的温度为710-730℃；熔炼含硅料、含锰料、含锌料、含镁料、含铍料、含钛料的温度为680-710℃。

根据本发明所述压铸铝合金的制备方法，优选地，所述精炼包括向金属熔液中加入精炼剂并搅拌实现精炼除气；所述精炼剂为六氯乙烷、氯化锌、氯化锰和氯化钾中的至少一种，精炼温度为720-740℃。

根据本发明所述压铸铝合金的制备方法，优选地，所述浇注的温度680～720℃。

根据本发明所述压铸铝合金的制备方法，优选地，所述压铸是将所述铝合金铸锭在680-720℃的温度下重新熔化为铝合金液，将一定量的铝合金液浇入压铸机压室，再通过射锤将铝合金液压入金属模具中成型产品。

本发明第三方面，提供一种本发明所述压铸铝合金在计算机、通信电子产品或消费类电子产品中的应用。优选地，本发明所述压铸铝合金应用于3C电子产品壳体。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1-52

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料；将纯Al加入熔炼炉，在710-730℃下进行熔炼；纯Al熔化后，加入Al-Si合金、Al-Mn合金、纯Zn、纯Mg、Al-Be合金、和Al-Ti合金，在680-710℃下进行熔炼并搅拌均匀，得到金属熔液；

在720-740℃条件下，向金属熔液中加入精炼剂，进行精炼除气，直到精炼剂充分反应完毕，然后进行扒渣得到合金熔液，将合金熔液浇铸得到铝合金铸锭；将铝合金铸锭在680-720℃的温度下重新熔化为铝合金液，将一定量的铝合金液浇入压铸机压室，再通过射锤将铝合金液压入金属模具中成型产品，得到压铸铝合金，测试结果如表2。

对比例1-19

采用于实施例相同的方法制备压铸铝合金，不同的是，按照表1的组成配制铝合金原料，测试结果如表2。

性能测试

铝合金拉伸测试：采用压铸方式得到不同成分配方的拉伸试棒(直径6.4mm*标距50mm)，按照GBT 228.1-2010，采用型号为CMT5105的电子万能试验机进行拉伸性能测试，标距为50mm，加载速率为2mm/Min，记录测量数据(抗拉强度与延伸率)，每个配方点测试六根样件，其中抗拉强度与延伸率为六个数据的平均值，抗拉强度的相对标准偏差为6个抗拉强度数据的标准偏差与平均值的比值百分数。

压铸成型性测试：采用不同配方的铝合金进行压铸，若配方流动性好，容易充满型腔，熔体表面浮渣少，评价为优；若配方流动性一般，需要较高压力速度才能充满型腔，熔体表面浮渣少，评价为良；若配方流动性一般，需要较高压力速度才能充满型腔，熔体表面浮渣多，评价为差。

表1

注：表1中各配比均以重量百分比计，另外，不可避免的杂质和铝中杂质元素总重量小于0.2％。表2

由表2的结果可以看出，本发明所述的压铸铝合金铝合金具有良好的力学性能(强韧性)、稳定性和压铸成型性。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种压铸铝合金，其特征在于，以重量百分含量计，所述压铸铝合金包含：Mg 4％-9％，Si 1.6％-2.8％，Zn 1.1％-2％，Mn 0.5％-1.5％，Ti 0.1％-0.3％，Be 0.009％-0.05％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.2％；其中，所述压铸铝合金中Zn与Be比例为(60-140)：1。

2.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金包含：Mg 5％-7％，Si1.6％-2.5％，Zn 1.1％-1.4％，Mn 0.6％-1.0％，Ti 0.1％-0.3％，Be 0.01％-0.022％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.2％。

3.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金中Mg与Zn的比例为(4.5-5)：1；Si与Zn的比例为(1.5-2)：1。

4.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金中Cu、Ni、Cr、Zr、Ag、Sr、Sn单个杂质的含量＜0.1％，Fe杂质的含量＜0.15％。

5.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金中包括Mg₂Si相、MgZn₂相、Al₆Mn相和TiAl₂相。

6.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金的抗拉强度≥350MPa，延伸率≥4％，抗拉强度的相对标准差≤10％。

7.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金的抗拉强度为350-390MPa，延伸率为6-9％，抗拉强度的相对标准差为5-8％。

8.一种压铸铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照压铸铝合金的组分配比，先在熔炼炉中加入含铝料，含铝料熔化后再加入含硅料、含锰料、含锌料、含镁料、含铍料、含钛料进行熔炼，再经精炼除气处理后进行浇铸得到铝合金铸锭，将铝合金铸锭熔融压铸成型，得到权利要求1-7中任一项所述的压铸铝合金。

9.根据权利要求8所述压铸铝合金的制备方法，其特征在于，熔炼含铝料的温度为710℃-730℃；熔炼含硅料、含锰料、含锌料、含镁料、含铍料、含钛料的温度为680℃-710℃。

10.一种权利要求1-7中任意一项所述的压铸铝合金在计算机、通信电子产品或消费类电子产品中的应用。