(57)【要約】【課題】金属合金、より特定的には電気、電子および機械部品に用いられるアルミ合金、そのアルミ合金を用いて製造されるアルミ合金鋳物が提供される。【解決手段】本発明の態様によるアルミ合金は、４〜１３重量％のシリコン、１〜５重量％の銅，２６〜４０重量％未満の亜鉛、および残りはアルミニウムおよび不純物を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４重量％〜１３重量％のシリコン（Ｓｉ）；
１重量％〜５重量％の銅（Ｃｕ）；
２６重量％〜約４０重量％未満の亜鉛（Ｚｎ）；および
残りはアルミニウム（Ａｌ）および混入が避けられない不純物
からなるアルミニウム合金。
【請求項２】
シリコン含有量が５重量％〜１０重量％である請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
シリコン（Ｓｉ）含有量が５重量％〜８重量％である請求項２に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
銅（Ｃｕ）の含有量が２重量％〜５重量％である請求項３に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
亜鉛（Ｚｎ）含有量が２６重量％〜３５重量％である請求項４に記載のアルミニウム合金。
【請求項６】
４重量％〜１３重量％のシリコン（Ｓｉ）；
１重量％〜５重量％の銅（Ｃｕ）；
２６重量％〜４０重量％未満の亜鉛（Ｚｎ）；
０．１重量％以下のストロンチウム；および
４３重量％〜６９重量％のアルミニウム（Ａｌ）
からなるアルミニウム合金。
【請求項７】
シリコン含有量が５重量％〜１０重量％である請求項６に記載のアルミニウム合金。
【請求項８】
シリコン（Ｓｉ）含有量が５重量％〜８重量％である請求項７に記載のアルミニウム合金。
【請求項９】
銅（Ｃｕ）の含有量が２重量％〜５重量％である請求項８に記載のアルミニウム合金。
【請求項１０】
亜鉛（Ｚｎ）含有量が２６重量％〜３５重量％である請求項９に記載のアルミニウム合金。
【請求項１１】
ストロンチウム（Ｓｒ）の含有量が０．０４重量％以下（０を除く）である請求項６に記載のアルミニウム合金。
【請求項１２】
ストロンチウム（Ｓｒ）の含有量が０．０２重量％以下（０を除く）である請求項６に記載のアルミニウム合金。
【請求項１３】
チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、バナジウム（Ｖ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびマンガン（Ｍｎ）から選ばれる１またはそれ以上の原子を合計３重量％以下（０より大）含む請求項６に記載のアルミニウム合金。
【請求項１４】
請求項１〜１３の何れかに記載のアルミニウム合金を用いて製造されるアルミニウム合金鋳物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権主張］
本願は、出願日２０１０年５月２９日に韓国知的財産局に出願された、韓国特許出願番号１０−２０１０−００５０６９３の利益を請求し、その開示事項は、その全体が参照によって本願に組込まれる。
【０００２】
本願発明は、金属合金、より特定すれば、電気、電子および機械部品に用いられるアルミニウム合金、及びそのアルミ合金を用いて製造されるアルミニウム合金鋳物に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、変形に対してより耐性のある高強度材料のニーズが、ノートブックおよび携帯電話のような電子製品がその外観や機能の観点においてより複雑化するにつれて増大している。殊に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルの部分および薄く複雑な形状を有するヒンジ（蝶番）を支持するブラケットの如き部品が、携帯用の軽量の材料、およびステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）と類似の高強度を要求する。しかし乍、ステンレス鋼は圧縮または鋳造で成形することができるが、ステンレス鋼は大量生産及び精密製品形状に限界があり、比重が８．００ｇ／ｃｍ３あり重い。したがって、高強度で軽い合金を開発するニーズが増加している。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、一般のステンレス鋼の半分の重量の軽い、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）と同様の強度を有する、そして一般のダイキャスト法によってさえ一般の工業用アルミニウムよりも優れたアルミニウム合金、およびそのアルミ合金を用いて製造されたアルミ合金鋳物を提供する。本発明の目的は例示的に示され、本発明の範囲はこれらの目的によって制限されない。
本発明の一つの観点によれば、４〜１３重量％のシリコン（Ｓｉ）；１〜５重量％の銅；２６重量％以上４０重量％未満の亜鉛（Ｚｎ）；および残りはアルミニウム（Ａｌ）および混入が避けられない不純物を含むアルミ合金が提供される。
前記アルミニウム合金の別の観点によれば、シリコンの含有量は５〜１０重量％である。
前記アルミニウム合金のまた別の観点によれば、シリコンの含有量は５〜８重量％である。この場合、銅の含有量は２〜５重量％、および亜鉛の含有量は２６〜３５重量％である。
本発明のさらに別の観点によれば、４〜１３重量％のシリコン；１〜５重量％の銅、２６重量％以上、４０重量％未満の亜鉛；０．１重量％以下のストロンチウム（Ｓｒ）；及び４３〜６９重量％のアルミニウム（Ａｌ）を含むアルミニウム合金である。
アルミニウム合金の別の観点によれば、シリコンの含有量は５〜１０重量％である。
前記アルミニウム合金の別の観点によれば、シリコンの含有量は５〜８重量％である。このとき、銅の含有量は２〜５重量％、およびさらに亜鉛の含有量は２６〜３５重量％である。
前記アルミニウム合金の別の観点によれば、ストロンチウム（Ｓｒ）の含有量は０重量％より大で０．０４重量％以下である。
前記アルミニウム合金の別の観点によれば、ストロンチウム（Ｓｒ）の含有量は０重量％より大で０．０２重量％以下である。
前記アルミニウム合金の別の観点によれば、アルミニウム合金はさらにチタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、バナジウム（Ｖ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびマンガン（Ｍｎ）からなる群から選ばれる１またはそれ以上の原子を合計３重量％以下（但し、０より大）含む。
前記アルミニウム合金の別の観点によれば、前記アルミニウム合金を用いて製造されるアルミニウム合金鋳物を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
上記その他の特徴及び本発明の利点は、添付した図面を参照してその例示の態様を詳細に記載することによって、より明らかになるであろう。それら図面は以下の如くである：
【図１】工業用のＡＤＣ１２アルミニウム合金および本発明の態様によるアルミニウム合金の引張試験結果を示す。
【図２】工業用アルミニウム合金および本発明の態様によるアルミニウム合金のミクロ構造の比較結果を示す。
【図３】本発明の態様によるアルミニウム合金のミクロ構造に関する観察結果を示す。
【図４】本発明の態様によるアルミニウム合金のミクロ構造に関する別の観察結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
このあと、本発明は添付する図面をもっと充分に参照して記載され、その中で、本発明の例示の態様が示される。本発明は、しかし乍、多くの異なる形体で実施され、ここに記載した態様に限定すべきではない。むしろ、これら態様は、本開示が本発明のコンセプトを完全且つ徹底的におよび充分に当業者に伝えるように提供される。
【０００７】
本発明の態様において、重量％（ｗｔ％）は、１つの合金の総重量中に１つの成分が占める重量を％表示したものである。重量％の範囲がより大または未満のときにはその境界値を含まず、等しいか大、または等しいか小で単純に示されたときは、境界値は含まれると理解し得る。
【０００８】
本発明の態様において、混入が避けられない不純物とは、アルミニウム合金の製造中またはアルミニウム鋳物中に、意図せずに導入される不純物を云う。
【０００９】
本発明の態様によるアルミニウム合金は、シリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）および亜鉛（Ｚｎ）を主成分のアルミニウム（Ａｌ）に添加することによって形成され得る。アルミニウム合金の主成分のアルミニウムの含有量は、追加の原子以外のバランス（残り）を占める。したがって、アルミニウムの含有量は、追加の原子の含有量によって変化する。アルミニウム合金は、各原子それ自体に含まれるか、または合金操作中に意図せず含まれる避けられない不純物を含む。
【００１０】
例えば、アルミニウム合金は４〜１３重量％のシリコン、１〜５重量％の銅、及び２６重量％〜４０重量％未満の亜鉛を含み、バランス（残り）はアルミおよび避けられない不純物である。
【００１１】
シリコンは溶融アルミニウムの流動性を増大し、固体化中のフィード能力を改良するために添加される。また、アルミニウム−シリコン合金（Ａｌ−Ｓｉ合金）の場合、一次α−アルミニウム相および共融シリコン相を有する複合構造は、鋳造中に形成される。機械的強度は、共融シリコン相の構造が針状から特定形状または繊維状に変性処理することによって精製されるときに目覚ましく改善され得る。
【００１２】
しかし乍、合金の脆性の増加の故にあるケースでは機械的性質が低下するので、製品は、ダイ鋳造プロセス中に金型から離型されるときに損傷され得る。したがって、全ての前出の効果を考慮するときに、本発明の態様によるシリコンの含有量は、４〜１３重量％、特に５〜１０重量％、より特定的には５重量％〜８重量％の範囲に限定される。
【００１３】
銅は、アルミニウムに対して共融温度５４８℃において最大５．６％の溶解度を有し、アルミニウムに溶解するときに固体溶液強化効果を発揮する。また、銅は銅を亜鉛と一緒にアルミニウムに添加するとき、亜鉛及びアルミニウムと反応してＡｌ−Ｚｎ−Ｃｕ化合物を形成する。Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ化合物は、合金の変形の際に転位の動きを防ぐ障害として振る舞うか、粒子の成長を防ぐから、当該化合物は合金の強度改良に貢献し得る。
【００１４】
しかし乍、銅の含有量が高すぎると、機械的性質は脆性の増加の故に低下する。また、銅はアルミより重いから、合金の比重を減少させるのは効果的でない。それ以上に、過剰の銅含有量は、アルミニウムの鋳造性を劣化させる。したがって、前記の効果をすべて考慮すると、本態様における銅の含有量は、１〜５重量％、殊に２〜５重量％の範囲に制限され得る。
【００１５】
８０重量％の亜鉛がアルミニウムに添加されるとき、３８２℃に於いて溶解するが、亜鉛の溶解度は温度低下と共に急激に減少する。したがって、本発明によるアルミ合金の場合は、鋳造アルミ合金のマトリクス中に１８重量％の亜鉛が溶解する。このとき、未溶解の過剰の亜鉛はアルミと銅と反応し、上述のようにＡｌ−Ｚｎ−Ｃｕ化合物を形成する。したがって、固体溶液強化効果と亜鉛による化合物形成効果の両者を得るために、アルミニウムに２６重量％以上の亜鉛を添加する必要がある。
【００１６】
しかし乍、亜鉛はアルミよりも重い原子であるから、軽量の合金を作るには好ましくない。亜鉛含有量が３８重量％より多いと、低強度と高伸長率を有する共融構造の含有量が、β相のβ’相およびα相の複合構造への二相共析変態が進行するに従って減少するから、強度は低下する。また、亜鉛含有量が４０重量％のとき、アルミニウム合金の一次α相中に共融シリコンが存在するから、強度はアルミ合金の粒子サイズの減少の故に低下し得る。したがって、亜鉛の添加量は前出の効果を考慮する際に、４０重量％未満に制限され得る。
【００１７】
本発明の別の態様によるアルミニウム合金は、４〜１３重量％のシリコン（Ｓｉ）、１〜５重量％の銅（Ｃｕ）、２６重量％〜４０重量％未満の亜鉛（Ｚｎ）、０．１重量％のストロンチウム（Ｓｒ）および４３〜６９重量％のアルミ（Ａｌ）を含み得る。
【００１８】
例えば、ストロンチウムが追加して添加されるとき、ストロンチウムはアルミ合金の結晶構造を精製するから、アルミニウム合金の強度は改良され得る。すなわち、シリコンを含有するアルミ合金の場合、一次α相および共融Ｓｉ相の複合構造が鋳造中に得られ、ストロンチウムは共融Ｓｉ相の構造を精製することによって、強度を改善することに貢献し得る。
【００１９】
しかし乍、ストロンチウムの含有量が高いと、機械的性質はストロンチウムを含有する化合物の結晶化のために弱くなり得る。したがって、これらすべての効果を考慮するとき、本態様によるストロンチウム（Ｓｒ）の含有量は０．１重量％以下に、殊に０重量％より大で０．０２重量％以下の範囲に制限され得る。
【００２０】
また、アルミ合金の強度を改善するために、シリコン、銅、亜鉛、およびストロンチウムに加えて追加の原子の痕跡量がアルミに添加され得る。追加の原子は、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、バナジウム（Ｖ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、およびマンガン（Ｍｎ）を含む。上記の添加原子から選ばれる１またはそれ以上の原子の合計は、３重量％を超えない。
【００２１】
本発明の一態様によるアルミ合金の鋳物は、上記のアルミ合金を用いて製造され得る。ここで、鋳物は、鋳造を介して製造される純粋な鋳物、鋳造を所定の形状に成形することによって得られる製品、例えば押出用ビレット（砲弾状成形品）、回転用板等を含み得る。純粋鋳造の例は、砂鋳造、ダイ鋳造、重力鋳造、低圧鋳造、スクイズ鋳造、ロストワックス鋳造、チクソ鋳造などを含む。
【００２２】
重力鋳造は、重力によって金型へ溶融合金を注ぐ方法で、低圧鋳造は、ガスを使って溶融合金の表面に圧力を掛けて溶融物を注ぐ方法である。チクソ鋳造は、半固体状態で行なわれる鋳造で、一般の鋳造と鍛造の長所を採用した組合せ方法である。
【００２３】
本態様によるアルミ合金鋳造は、鍛造を含む如何なるプロセスによっても製造し得、適当な強度および熱処理なしに加工性を保有する。その代わりに、アルミ合金鋳物は、その用途及びその形状によって製造後に熱処理工程に付され得る。
【実施例】
【００２４】
ここから、実施例が本発明をより明確に理解するために提供される。しかし乍、以下の実施例は本発明をよりクリアに理解するためだけに提供されるが、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２５】
表１は、本発明の実験例、比較例の合金組成物、及び合金組成物の機械的性質としての引張強度の結果を示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
高純度アルミニウム（９９．８％）および亜鉛（９９．９％）は、本発明に従ってアルミ合金を製造するために用いられ、シリコン、銅、及びストロンチウムが添加されたアルミニウムマスター合金は、シリコン、銅、及びストロンチウムを各々添加するために用いられた。
【００２８】
各合金原子は電気抵抗炉を用いて溶融され、脱ガス及び灰分除去は脱ガス装置で５分間アルゴン（Ａｒ）ガスを吹き込み注型する前に、行なわれた。
【００２９】
ストロンチウムの場合、ストロンチウムを含むアルミニウムマスター合金が添加され、所定時間保持した後にタッピングによって試験片が製造された。
【００３０】
各実施例に於いて機械的性質の測定に使用された試験片は、ダイ鋳造によって作られた。殊に、ロッド形状引張強度試験片は、１３００ＫＮの型締め力を有する東洋ダイ鋳造機を用いて鋳造され、引張試験は、機械的性質の変動を減らすべく試験片の鋳造のあと２日後に行われた。７個またはそれ以上の試験片が機械的性質の測定に用いられ、その平均値が結果として示された。
【００３１】
本試験に用いられたダイ鋳造は、９６３〜９８７Ｋの範囲の鋳造温度と４６３〜４７３Ｋのダイ温度範囲の条件下で行なわれた。当該試験に用いられた試験片は、ＫＳＢ０８０２基準に従ってＮｏ．１４ロッド形状比例試験片として作られた。
【００３２】
また、試料は、光学顕微鏡を使うミクロ構造観察のために、引張試験用試験片の中心部から収集された。収集された試料は研磨紙および布によって研磨され、アルコールで２０分間洗浄し、その後エッチングされた。また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）およびエネルギー分散分光計（ＥＤＳ）を用いた分析が、α−アルミニウム相マトリクス中の亜鉛の溶解度、形成した共融相タイプと形状を分析するために行なわれた。
【００３３】
その一方で、工業用アルミニウムＡＤＣ１２合金が、実施例によるアルミ合金の引張強度を比較する対象として用いられ、図１は実施例１９によって作られた合金およびＡＤＣ１２合金の引張試験結果を示す。
【００３４】
表１を参照すれば、同じ銅および亜鉛含有量を有する実施例２１および比較例１を比較するとき、シリコンを添加した実施例２１の引張強度は、シリコンを添加しない比較例１との比較に於いて、１１０ＭＰａ大であった。したがって、本発明の態様によれば、アルミ合金の場合、シリコンの添加が引張強度値を著しく改善することが分かった。
【００３５】
また、図１を参照すると、本発明の実施例１９に従う合金の引張強度は、合金原子主成分として亜鉛と銅を有する工業用アルミ合金であるＡＤＣ１２合金の引張強度より１２０ＭＰａ高いと云う、優れた結果が得られることが分かる。
【００３６】
したがって、本発明の態様によるアルミ合金は、一般のアルミ合金に比べてたいへん良い機械強度特性を発揮することが分かる。
【００３７】
本願実施例に従うアルミ合金がＡＤＣ１２に比べて優れた性質を発揮する理由は、合金構造がアルミニウムに亜鉛と銅と一緒にシリコンを添加して精製されることが考えられる。
【００３８】
このあと、記載の単純化のためにＡｌ−ｘＺｎ−ｙＳｉ−ｚＣｕは、ｘ、ｙ及びｚが亜鉛、シリコン及び銅のアルミに添加される各々重量％であるアルミ合金を表す。
【００３９】
図２（ａ），２（ｂ），２（ｃ）は、Ａｌ−３０Ｚｎ，Ａｌ−３０Ｚｎ−６Ｓｉ−２ＣｕおよびＡｌ−４０Ｚｎ−６Ｓｉ−２Ｃｕ合金の合金構造から各々得られたＳＥＭ観察結果を示す。
【００４０】
図２（ａ）を参照すると、Ａｌ−３０Ｚｎ合金の場合、Ａｌ−Ｚｎ共融相が一次α相に溶解しない過剰の亜鉛のために粒界に均一に分布されると理解され得る。
【００４１】
対照的に、図２（ｂ）を参照すると、Ａｌ−３０Ｚｎ−６Ｓｉ−２Ｃｕ合金に於ける粒径は、一次α相の成長が妨げられるから約数μｍ〜２０μｍの範囲に著しく小さくなることが理解され得る。
【００４２】
図３は、表と共に図２（ｂ）に示されたＡｌ−３０Ｚｎ−６Ｓｉ−２Ｃｕ合金の各範囲に於ける亜鉛含有量（ｗｔ％）のＥＤＳ分析結果を示す。
図３に示されたように、亜鉛はα−アルミ相（領域１）に於いて１８重量％まで溶解し、亜鉛はまた共融シリコン相（領域２）の周りに１８重量％まで安定的に存在すると分かる。このとき、不溶の過剰亜鉛はアルミニウムと銅と反応し、Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ化合物を形成する（領域３および４）と分かる。Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ化合物は粒子の動きを妨げることによって粒子の精製に貢献する。したがって、Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ化合物は共融シリコンと同様にアルミ合金の強度改善に貢献し得る。
【００４３】
しかし乍、図２（Ｃ）に示されたように、共融シリコン相は、粒界に分布されず、一次α−相に存在する。結果として、粒径が増大し、その結果強度の増加が予想される。したがって、強度改善上、亜鉛含有量は４０重量％未満に調整され得る。
【００４４】
表１に示された合金組成物による実験結果は、以下により詳しく述べられる。
表１を参照すると、実施例５，６，１４，１５，１６及び１７は、シリコン含有量が６重量％超〜８重量％及び銅含有量が２〜３．５重量％であり、全ての亜鉛含有量に於いて４３０〜４４５ＭＰａの範囲の比較的優れた引張強度を示した。
【００４５】
したがって、本発明の態様によるアルミ合金は、シリコン含有量が６重量％以下のときに比べて６重量％を超えると比較的優れ、安定した強度特性を示す。実施例１９〜２１は全て、シリコン、銅および亜鉛に加えてストロンチウムを０．０２〜０．１重量％アルミ合金の添加剤原子としてさらに添加した、アルミ合金に相当する。実施例１９及び２０は実施例１８および２と比較したとき、引張強度は２０〜６０ＭＰａまたはそれ以上の範囲で増加する。引張強度の著しい増加は、ストロンチウムの添加による共融Ｓｉ−相の精製に起因すると考えられる。
【００４６】
図４（ａ）および４（ｂ）は、ストロンチウムを含まない実施例１８、および実施例１８と同じシリコン、銅および亜鉛組成物にストロンチウムを０．０４重量％添加してなるアルミ合金の合金構造から得られたＳＥＭ観察を示す。
図４（ａ）及び４（ｂ）に於いて共融Ｓｉ−相のミクロ構造（矢印を見よ）を比較すると、ストロンチウムを添加すると細かい共融Ｓｉ−相が得られることが確認される。
【００４７】
一方で、実施例１９及び２１を比較すると、ストロンチウム含有量が０．１重量％のときに比べて０．０２重量％のときに、比較的良い引張強度が得られた。したがって、ストロンチウム含有量は０．１重量％未満に維持する必要があると理解される。
【００４８】
本発明の態様によるアルミ合金およびアルミ合金鋳物は一般の工業用アルミ合金に比べて優れた強度を有し、また、ステンレス鋼に比べて極めて軽量特性を発揮する。したがって、本発明の態様によるアルミ合金およびアルミ合金鋳物は、コンパクトで軽量の製品、並びに大型品に安定的に適用され得る。
【００４９】
本発明は実施態様を参照して殊に示され、記載されたが、以下の特許請求の範囲に規定したように本発明の精神と範囲から逸脱しなければ、種々の形体及び詳細の変化は可能である旨、当業者によって理解されるであろう。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図４（ａ）】
2013529255.tif 000008
【図４（ｂ）】
2013529255.tif 000009
【図３】
2013529255.tif 000010
【国際調査報告】
2013529255.tif 000011
2013529255.tif 000012
2013529255.tif 000013
2013529255.tif 000014