具有复合微观结构的耐磨合金.pdf

1、10申请公布号CN104141080A43申请公布日20141112CN104141080A21申请号201410270144922申请日20140507102013005129020130507KRC22C21/10200601C22C21/0220060171申请人现代自动车株式会社地址韩国首尔72发明人姜熙三74专利代理机构北京尚诚知识产权代理有限公司11322代理人龙淳54发明名称具有复合微观结构的耐磨合金57摘要本发明提供一种具有复合微观结构的耐磨合金，其可以包括约8WT至约17WT范围的锌ZN、约5WT至8WT范围的锡SN、约94WT至约126WT范围的硅SI和余量的铝AL。30优

2、先权数据51INTCL权利要求书1页说明书5页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图1页10申请公布号CN104141080ACN104141080A1/1页21一种具有复合微观结构的耐磨合金，包括约817WT范围的锌ZN、约58WT范围的锡SN、约94126WT范围的硅SI和余量的铝AL。2如权利要求1所述的耐磨合金，还包括约13WT范围的铜CU。3如权利要求1所述的耐磨合金，还包括约0308WT范围的镁MG。4如权利要求1所述的耐磨合金，还包括约13WT范围的铜CU和约0308WT范围的镁MG。5一种具有复合微观结构的耐磨合金，包括约817WT

3、范围的锌ZN、约58WT范围的铋BI、约94126WT范围的硅SI和余量的铝AL。6如权利要求2所述的合金，其基本上由817WT的锌ZN、58WT的锡SN、94126WT的硅SI、13WT的铜CU和余量的铝AL组成。7如权利要求3所述的合金，其基本上由817WT的锌ZN、58WT的锡SN、94126WT的硅SI、13WT的铜CU、0308WT的镁和余量的铝AL组成。8如权利要求5所述的合金，其基本上由817WT的锌ZN、58WT的铋BI、94126WT的硅SI和余量的铝AL组成。9一种汽车部件，其包括如权利要求1所述的合金。10一种汽车部件，其包括如权利要求5所述的合金。权利要求书CN1041

4、41080A1/5页3具有复合微观结构的耐磨合金0001相关申请的交叉引用0002本申请要求2013年5月7日提交的韩国专利申请第1020130051290号的优先权，该申请的全部内容出于所有目的并入本文以供参考。技术领域0003本发明涉及一种用于可能需要耐磨性和自润滑性的车辆部件中的铝合金以及制造该铝合金的方法。特别地，提供一种具有复合微观结构的铝合金，其可以包括耐磨硬颗粒和自润滑软颗粒。背景技术0004用于车辆部件的耐磨铝合金可以包括过共晶ALSI合金，其可以含有约135WT至约18WT、或特别地约12WT或更高的硅SI和约2WT至约4WT的铜CU。该过共晶ALSI合金可以具有包括大小为约

5、3050M的初生SI颗粒的微观结构，并且相比于纯ALSI合金可以具有增强的耐磨性。因此，该过共晶ALSI合金可以最广泛地用于需要耐磨性的车辆部件中，例如换挡叉、后盖、防波板SWASHPLATE等。0005典型的商用合金的例子可以包括R14合金RYOBI，JAPAN、与R14类似的K14合金、以及用于整块或者铝衬里的A390合金。0006然而，具有高SI含量的这种过共晶合金可能具有降低的可铸性，并且控制SI颗粒的尺寸和分布可能较困难。另外，该合金可能具有较低的耐冲击性，并且被特别地开发，因而与常规铝合金相比可能花费更多。0007另外，用于车辆部件的自润滑铝合金的例子可以包括ALSN合金。该ALS

6、N合金可以包含约8WT至约15WT的锡SN，因而可以在微观结构中生成自润滑SN软颗粒，从而降低摩擦。因此，该合金已被用作高摩擦接触界面中金属轴承的基材。虽然强度可以通过添加SI而增强，但是该合金可能具有约150MPA或更低的低强度，可能不能用于结构部件。0008以上提供为本发明的相关技术的描述仅用于帮助理解本发明的背景，而不应该被理解为包括在本领域技术人员已知的相关技术中。发明内容0009因此，本发明可以提供用于解决上述问题的技术方案。具体地，本发明提供一种具有复合微观结构的新型合金，该微观结构可以同时包括硬颗粒和软颗粒。因此，该新型合金可以是同时具有来自于过共晶ALSI合金的耐磨性和来自于A

7、LSN合金的自润滑性的自润滑高强度耐磨合金。0010在本发明的一个示例性实施方式中，具有复合微观结构的耐磨合金可以包括约817WT范围的锌ZN、约58WT范围的锡SN、约94126WT范围的硅SI和余量的铝AL。该耐磨合金还可以包括约13WT范围的铜CU。该耐磨合金还可以包括约0308WT范围的镁MG。另外，该耐磨合金可以包括约13WT范围的铜说明书CN104141080A2/5页4CU和约0308WT范围的镁MG。0011在另一示例性实施方式中，本发明提供一种具有复合微观结构的耐磨合金，其可以包括约817WT范围的锌ZN、约58WT范围的铋BI、约94126WT范围的硅SI和余量的铝AL。0

8、012应该理解的是，除非另外指明，本文公开的合金组分的重量百分比基于合金的总重量。0013本发明还提供基本上由所公开的材料组成，或由所公开的材料组成的上述合金。例如，提供一种合金，其基本上由以下组成，或由以下组成817WT的锌ZN、58WT的锡SN、94126WT的硅SI，13WT的铜CU和余量的铝AL。在另一方面，提供一种合金，其基本上由以下组成，或由以下组成817WT的锌ZN、58WT的锡SN、94126WT的硅SI、13WT的铜CU、0308WT的镁和余量的铝AL。在又一方面，提供一种合金，其基本上由以下组成，或由以下组成817WT的锌ZN、58WT的铋BI、94126WT的硅SI和余量

9、的铝AL。0014还提供包括本文所公开的一种或多种合金的车辆和车辆部件。优选的是包括本文所公开的合金的汽车部件。0015本发明的其它方面在下文中公开。附图说明0016根据以下详细说明并结合附图，将更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中0017图1示出示例性图，其显示摩擦系数与SN或ZN的量之间的相关性，其中SN或ZN可以在根据本发明的示例性实施方式的具有复合微观结构的耐磨合金的实施例和比较例中形成软颗粒。具体实施方式0018应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车SUV、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶

10、的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车例如，来源于石油以外的资源的燃料。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。0019本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/

11、或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。0020除非特别说明或从上下文明显得到，否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内，例如在均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为在所述数值的10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、05、01、005或001内。除非另外从上下文说明书CN104141080A3/5页5清楚得到，本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。0021下文将详细描述根据本发明的各个示例性实施方式的具有复合微观结构的耐磨合金。0022本发明提供具有复合微观结构的新型合金，该复合微观结构可以同时包括硬颗粒和软颗粒。0023在常规合金的某些实施例中，用于生成自润滑颗粒的

12、合金元素可以包括锡SN、铅PB、铋BI、锌ZN等。由于这些元素不与AL进行化学反应，因此不会生成金属间化合物且不会发生相分离。另外，这些元素可能具有很低的熔融温度，其在严苛摩擦条件下部分熔融的同时可以具有用于形成润滑膜的自润滑性。0024在前述的四种化学元素中，在考虑自润滑性和成本时，铅PB可以是用于生成自润滑颗粒的最合适元素。然而，铅为有害金属元素，且禁止用于车辆工业中。0025因此，在示例性实施方式中，可以广泛地使用锡SN代替PB，或者可以使用铋BI代替PB。另外，相比于SN和BI，锌ZN可以具有相当高的熔融温度，且可能具有相当低的自润滑性。因此，ZN因其低成本可以以相当大的量添加，并且考

13、虑到材料的价格竞争力，其可以用作用于生成软颗粒且代替部分量的昂贵SN或BI的元素。0026在示例性实施方式中，用于生成硬颗粒的合金元素可以包括硅SI和铁FE。SI或FE可以具有与AL的共晶反应性，并且在以等于或高于预定量的量添加时可以生成角形硬颗粒。在铝合金中，SI可以生成硬颗粒，并可以提供耐磨性。具体地，当在ALSI二元合金中以约126WT或更大的量添加SI时，可以生成初生SI颗粒。然而，当SI与用于生成软颗粒的ZN一起添加时，SI的量可以根据ZN的量变化从而生成硬颗粒。例如，当ZN的量为约10WT时，SI可以以约7WT至约14WT范围的量添加。当SI以低于约7WT的量添加时，可能不会生成硬

14、颗粒。相反，当SI以大于14WT的量添加时，硬颗粒可能增大，从而不利地影响机械特性和耐磨性。0027在示例性实施方式中，铁FE可以为ALSI合金中的杂质。然而，当在没有SI的ALFE二元合金中以约05WT或更高的量添加FE时，可以形成耐磨ALFE金属间化合物颗粒，并且可以增强耐磨性。在另一方面，当以约3WT或更高的量添加FE时，可能过量地形成金属间化合物，从而使机械特性劣化并提高熔融温度。0028在示例性实施方式中，用于增强基础强度的合金元素可以包括铜CU和镁MG。CU可以通过与AL的化学反应形成金属间化合物，并大大增强铝合金的机械强度。CU的作用可以根据合金的CU量以及铸造/冷却条件和热处理

15、条件而变化。另外，MG可以通过与SI或ZN的化学反应形成金属间化合物，并大大增强机械强度。类似于CU，MG的作用也可以根据合金的MG量以及铸造/冷却条件和热处理条件而变化。0029下文将在更加详细的示例性实施方式中描述本发明。0030在本发明的示例性实施方式中，铝合金可以包括主要的铝，约817WT范围的ZN，约58WT范围的SN，约13WT范围的CU，约0308WT范围的MG，和约94126WT范围的SI用于生成硬颗粒。特别地，当ZN以低于约8WT的量添加时，软颗粒形式的ZN相的生成可能会相当低，并且可能不会获得获得足够的自润滑性。相反，当ZN以大于约17WT的量添加时，合金的固相线可能会相当

16、低，因此可能导致不利的铸造条件。说明书CN104141080A4/5页60031在示例性实施方式中，当具有与ZN相比更高的自润滑性的SN以低于约5WT的量添加时，软颗粒形式的SN相的生成可能会相当低，因此ZN相的低自润滑性可能不会得到补偿。相反，当SN以大于8WT的量添加时，所得的铝合金可能具有相当低的熔融温度，并且可能不会用作商业有效材料。0032在示例性实施方式中，当用于生成硬颗粒的SI以低于约94WT的量添加时，可能不会充足地生成硬颗粒形式的初生SI，例如，低于约05，因此可能不能确保耐磨性。相反，当SI以高于约126WT的量添加时，可能过量地生成硬颗粒，例如，高于约5，因而硬颗粒可能粗

17、化，并且耐磨性和机械特性可能劣化。0033另外，当添加CU以提高机械特性时，CU的量可以为约1WT或更高从而确保合适的机械特性。然而，当CU以大于3WT的量添加时，可能与其它元素生成金属间化合物，并且机械特性可能劣化。因此，可以如上对CU的量进行限制。或者，MG可以以约03WT或更高的量添加，并且可以提高机械特性。然而，当MG以大于约08WT的量添加时，MG可能形成使机械特性劣化的化合物。因此，可以如上对MG的量进行限制。0034如图1的图所示，在改变ZN和SN的量的同时制造用于评价软颗粒的低摩擦特性的实施例和比较例的示例性铝合金，并且测量每个合金的摩擦系数的变化。0035结果，可以在示例性5

18、SN9ZN合金中在约5WTSN的条件下获得所需的低摩擦特性，例如，约0150或更低的摩擦系数，虽然在5SN5ZN和5SN7ZN合金的比较例中获得了不令人满意的结果。因而，当在SN的最小量为约5WT的条件下以大于8WT的量添加时ZN，可以获得所需的低摩擦特性，例如，约0150或更低的摩擦系数。另外，当SN和ZN的量增加时，可以获得相当低的摩擦特性。0036在下面的表1中，根据比较例和实施例，制造AL15ZN5SNXSI合金，并且评价其耐磨性和机械特性。0037表100380039如表1所示，对于包括约92WTSI的比较例的示例性AL15ZN5SNXSI合金体系，硬颗粒形式的SI颗粒可以以约03的

19、量成成，但是可能不会获得足够的耐磨性。相反，对于包括约94WT至约126WTSI的实施例的示例性铝合金，可以生成高达约5的硬颗粒，因此可以确保足够的耐磨性。然而，当由于过量使用SI例如约128WT说明书CN104141080A5/5页7或更高量而生成大于约5的初生SI颗粒时，可能会显著地发生SI颗粒的粗化和偏析SEGREGATION。因此，可以如上对SI的量进行限制。同时，当SI的量处于约94WT至约126WT的预定范围内时，可以获得约290300MPA的强度。因此，所得的铝合金可以用作结构材料而没有任何困难。0040在本发明的另一示例性实施方式中，具有复合微观结构的耐磨合金可以包括约817WT范围的ZN、约58WT范围的BI、约94126WT范围的SI和余量的AL。特别地，BI可以代替SN用作强自润滑元素。0041因此，本发明提供具有复合微观结构的耐磨合金。具体地，根据本发明的具有复合微观结构的示例性耐磨合金，可以得到同时具有来自过共晶ALSI合金的耐磨性和来自ALSN合金的自润滑性的新型自润滑高强度耐磨合金。0042尽管已公开附图中所示的本发明的示例性实施方式用于示例说明的目的，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离所附权利要求中公开的本发明范围和宗旨的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。说明书CN104141080A1/1页8图1说明书附图CN104141080A