JP2021508358A - 改善された接合耐久性を示す、および/またはリン含有表面を有するアルミニウム合金製品、ならびにその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
本出願は、2017年12月21日に出願された米国仮特許出願第62/608,614号および2018年10月5日に出願された同第62/741,688号の利益を主張し、それらは、参照によってそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
本明細書で使用される「発明」、「その発明」、「この発明」、および「本発明」という用語は、本特許出願および以下の特許請求の範囲の主題のすべてを広く参照することが意図されている。これらの用語を含有する記述は、本明細書に記載の主題を限定するものではなく、または以下の「特許請求の範囲」の意味もしくは範囲を限定するものではないことが理解されるべきである。
アルミニウム合金製品
本明細書には、所望の表面特性を有するアルミニウム合金製品が記載されている。他の特性のなかでも、本明細書に記載のアルミニウム合金製品は、合金製品の表面下を含む合金製品の厚さ全体にわたり、制御された濃度の移動元素を含有する。いくつかの非限定的な例において、開示された合金製品は、接合、結合、摩擦、耐食性、および光学特性について、改善された表面品質を有する。特定の場合において、合金製品は、非常に優れたアノード化品質も示す。いくつかの態様では、改善された接合特性および結合特性を含む望ましい表面特性を有する合金は、マグネシウム(Mg)およびケイ素(Si)の濃縮比が低い。合金の表面下領域と残部(すなわち、合金製品のバルク)との間の移動元素の原子濃度の違いにより、電気化学活性に勾配が生じることがある。電気化学活性の勾配により、よりアノード的に活性であり、かつ合金製品の表面下部分とバルク部分との間のガルバニックカップリングに基づいて腐食しやすい表面が生じ得る。
特定の態様では、開示される合金製品は、本明細書に記載の方法を使用して製造され得る。本発明を限定することを意図するものではないが、アルミニウム合金の特性は、合金の製造中の微細構造体の形成により部分的に決定される。特定の態様では、合金組成物を製造する方法により、合金が所望の用途に適した特性を有するか否かが決定される。下記のように、圧延(例えば、熱間圧延および/または冷間圧延)、熱処理(例えば、均質化、溶体化、および/または焼鈍し)、および前処理ステップおよび条件を含む特定の加工ステップおよび条件により、所望の接合耐久性および耐食性の特性を有する上記の合金製品がもたらされる。本明細書に記載のアルミニウム合金製品を製造する方法は、溶融アルミニウム合金を鋳造して鋳造アルミニウム合金物品を形成するステップと、アルミニウム合金物品を、例えば、焼入れ、圧延、熱処理、および/または前処理を含む1回以上のステップにより加工してアルミニウム合金製品を形成することと、を含み得る。
いくつかの場合において、本明細書に記載のアルミニウム合金製品は、インゴットなどの鋳造製品を形成するための直接チル(DC)鋳造プロセスを使用して鋳造され得る。次いで、得られたインゴットをスキャルピングすることができる。次いで、鋳造製品をさらなる加工ステップにかけてもよい。1つの非限定的な例では、加工方法は、アルミニウム合金インゴットを均質化させることと、アルミニウム合金インゴットを熱間圧延してアルミニウム合金ホットバンドを形成することとを含む。次いで、アルミニウム合金ホットバンドを、冷間圧延、溶体化熱処理、および任意で前処理ステップにかけてもよい。
均質化ステップは、約または少なくとも約450℃(例えば、少なくとも約460℃、少なくとも約470℃、少なくとも約480℃、少なくとも約490℃、少なくとも約500℃、少なくとも約510℃、少なくとも約520℃、少なくとも約530℃、少なくとも約540℃、少なくとも約550℃、少なくとも約560℃、少なくとも約570℃、または少なくとも約580℃)のピーク金属温度(PMT)に達するように、本明細書に記載の合金組成物から製造された鋳造製品を加熱することを含み得る。例えば、インゴットは、約450℃〜約580℃、約460℃〜約575℃、約470℃〜約570℃、約480℃〜約565℃、約490℃〜約555℃、または約500℃〜約550℃の温度に加熱され得る。いくつかの場合において、PMTまでの加熱速度は、約100℃/時間以下、75℃/時間以下、50℃/時間以下、40℃/時間以下、30℃/時間以下、25℃/時間以下、20℃/時間以下、または15℃/時間以下であり得る。他の場合には、PMTまでの加熱速度は、約10℃/分〜約100℃/分(例えば、約10℃/分〜約90℃/分、約10℃/分〜約70℃/分、約10℃/分〜約60℃/分、約20℃/分〜約90℃/分、約30℃/分〜約80℃/分、約40℃/分〜約70℃/分、または約50℃/分〜約60℃/分)であり得る。
均質化ステップの後、熱間圧延ステップを行ってホットバンドを形成することができる。特定の場合では、インゴットを横たわらせ、熱間圧延する。熱間圧延温度は、約200℃〜約550℃(例えば、約250℃〜約500℃、約300℃〜約400℃)であり得る。例えば、熱間圧延温度は、約200℃、約205℃、約210℃、約215℃、約220℃、約225℃、約230℃、約235℃、約240℃、約245℃、約250℃、約255℃、約260℃、約265℃、約270℃、約275℃、約280℃、約285℃、約290℃、約295℃、約300℃、約305℃、約310℃、約315℃、約320℃、約325℃、約330℃、約335℃、約340℃、約345℃、約350℃、約355℃、約360℃、約365℃、約370℃、約375℃、約380℃、約385℃、約390℃、約395℃、約400℃、約405℃、約410℃、約415℃、約420℃、約425℃、約430℃、約435℃、約440℃、約445℃、約450℃、約455℃、約460℃、約465℃、約470℃、約475℃、約480℃、約485℃、約490℃、約495℃、約500℃、約505℃、約510℃、約515℃、約520℃、約525℃、約530℃、約535℃、約540℃、約545℃、または約550℃であり得る。
熱間圧延ステップの後に、冷間圧延ステップを実施してもよい。特定の態様では、熱間圧延ステップからのホットバンドをシートに冷間圧延することができる。ホットバンド温度を、約20℃〜約200℃(例えば、約120℃〜約200℃)の範囲の温度に下げてもよい。冷間圧延ステップを一定期間にわたり実施して、所望の最終ゲージ厚さを得ることができる。任意で、冷間圧延ステップを、約1時間まで(例えば、約10分〜約30分)の期間にわたり実施してもよい。例えば、冷間圧延ステップを、約10分、約20分、約30分、約40分、約50分、または約1時間の期間にわたり実施してもよい。
次いで、冷間圧延されたコイルを溶体化熱処理ステップで溶体化させてもよい。溶体化は、最終ゲージのアルミニウム合金を、室温から、約400℃〜約580℃(例えば、約450℃〜約575℃、約520℃〜約580℃、約530℃〜約570℃、約545℃〜約575℃、約550℃〜約570℃、約555℃〜約565℃、約540℃〜約560℃、約560℃〜約580℃、または約550℃〜約575℃)の温度に加熱することを含み得る。例えば、溶体化ステップは、最終ゲージのアルミニウム合金を、約400℃、約405℃、約410℃、約415℃、約420℃、約425℃、約430℃、約435℃、約440℃、約445℃、約450℃、約455℃、約460℃、約465℃、約470℃、約475℃、約480℃、約485℃、約490℃、約495℃、約500℃、約505℃、約510℃、約515℃、約520℃、約525℃、約530℃、約535℃、約540℃、約545℃、約550℃、約555℃、約560℃、約565℃、約570℃、約575℃、または約580℃に加熱することにより実施され得る。
特定の態様では、アルミニウム合金製品を、次いで、選択されたゲージに基づく焼入れステップにおいて、約50℃/秒〜400℃/秒の間で変化し得る焼入れ速度で、約35℃の温度に冷却してもよい。例えば、焼入れ速度は、約50℃/秒〜約375℃/秒、約60℃/秒〜約375℃/秒、約70℃/秒〜約350℃/秒、約80℃/秒〜約325℃/秒、約90℃/秒〜約300℃/秒、約100℃/秒〜約275℃/秒、約125℃/秒〜約250℃/秒、約150℃/秒〜約225℃/秒、または約175℃/秒〜約200℃/秒であり得る。
本明細書に記載のアルミニウム合金製品は、アルミニウム合金物品を形成するための連続鋳造(CC)プロセスを使用して鋳造されてもよい。CCプロセスは、ツインベルト鋳造機、ツインロール鋳造機、またはブロック鋳造機の使用を含み得るが、それらに限定されることはない。いくつかの例では、鋳造プロセスは、CCプロセスにより実施され、ビレット、スラブ、シェート、ストリップなどのような鋳造製品を形成する。本明細書に記載のCC法は、以下でさらに記載されるように、溶融合金を水で冷却することにより溶融合金から熱を除去すること、溶融合金の供給速度を制御すること、または溶融合金の鋳造速度を制御することを含み得る。溶融合金から熱を除去することにより、溶融合金中の移動元素の拡散を制御することができる。
鋳造ステップの後に、鋳造アルミニウム合金物品を焼入れしてもよい。焼入れステップでは、鋳造アルミニウム合金物品を、約300℃以下の温度に冷却してもよい。例えば、鋳造アルミニウム合金物品を、約290℃以下、約280℃以下、約270℃以下、約260℃以下、約250℃以下、約240℃以下、約230℃以下、約220℃以下、約210℃以下、約200℃以下、約190℃以下、約180℃以下、約170℃以下、約160℃以下、約150℃以下、約140℃以下、約130℃以下、約120℃以下、約110℃以下、約100℃以下、約90℃以下、約80℃以下、約70℃以下、約60℃以下、約50℃以下、または約40℃以下(例えば、約25℃)の温度に冷却してもよい。焼入れステップは、液体(例えば、水)、気体(例えば、空気)、または別の選択された焼入れ媒体を使用して実施され得る。
この方法はまた、鋳造アルミニウム合金物品を熱間圧延して、圧延アルミニウム合金物品(例えば、ホットバンド)を製造するステップを含む。鋳造アルミニウム合金物品を熱間圧延するステップは、鋳造アルミニウム合金物品の厚さを、少なくとも約30%〜約80%まで(例えば、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、約65%、約70%、または約75%)減少させることを含み得る。熱間圧延は、約400℃〜約600℃(例えば、約425℃〜約575℃または約450℃〜約550℃)の温度で実施され得る。例えば、熱間圧延ステップは、約400℃、約410℃、約420℃、約430℃、約440℃、約450℃、約460℃、約470℃、約480℃、約490℃、約500℃、約510℃、約520℃、約530℃、約540℃、約550℃、約560℃、約570℃、約580℃、約590℃、約600℃、またはそれらの間のどこかの温度で実施され得る。
次いで、例えば、シングルスタンドミルまたはマルチスタンドミルを使用して冷間圧延ステップを実施してもよい。いくつかの場合において、冷間圧延ステップは、1段階冷間圧延プロセスである。いくつかの場合において、冷間圧延ステップは、2段階冷間圧延プロセスである。
次いで、冷間圧延されたコイルを溶体化熱処理ステップで溶体化させてもよい。溶体化は、最終ゲージのアルミニウム合金を、室温から、約520℃〜約590℃(例えば、約520℃〜約580℃、約530℃〜約570℃、約545℃〜約575℃、約550℃〜約570℃、約555℃〜約565℃、約540℃〜約560℃、約560℃〜約580℃、または約550℃〜約575℃)の温度に加熱することを含み得る。
特定の態様では、アルミニウム合金製品を、次いで、選択されたゲージに基づく焼入れステップにおいて、約50℃/秒〜400℃/秒の間で変化し得る焼入れ速度で、約35℃の温度に冷却してもよい。例えば、焼入れ速度は、約50℃/秒〜約375℃/秒、約60℃/秒〜約375℃/秒、約70℃/秒〜約350℃/秒、約80℃/秒〜約325℃/秒、約90℃/秒〜約300℃/秒、約100℃/秒〜約275℃/秒、約125℃/秒〜約250℃/秒、約150℃/秒〜約225℃/秒、または約175℃/秒〜約200℃/秒であり得る。焼入れステップは、液体(例えば、水)、気体(例えば、空気)、または別の選択された焼入れ媒体を使用して実施され得る。
任意で、本明細書に記載される、DC鋳造またはCCにより鋳造され、続いて加工されるアルミニウム合金製品を前処理してもよい。
本明細書に記載の前処理プロセスは、クリーナー(本明細書ではエントリークリーナーまたはプレクリーナーとも称される)を、アルミニウム合金製品の1つ以上の表面に塗布するステップを含む。エントリークリーナーは、アルミニウム合金製品表面から、残留油または緩く付着している酸化物を除去する。任意で、エントリー洗浄を、7.5以上のpHを有するアルカリ性溶液を使用して実施することができる。場合によって、アルカリ性溶液のpHは、約8、約8.5、約9、約9.5、約10、約10.5、約11、約11.5、約12、約12.5、または約13であり得る。アルカリ性溶液中のアルカリ性剤の濃度は、約1%〜約5%(例えば、アルカリ性溶液の体積に基づいて、約1%、約2%、約3%、約4%、または約5%)であり得る。適切なアルカリ性剤としては、例えば、ケイ酸塩および水酸化物(例えば、水酸化ナトリウム)が挙げられる。アルカリ性溶液は、例えば、アニオン性および非イオン性の界面活性剤を含む、1つ以上の界面活性剤をさらに含み得る。
本明細書に記載の前処理プロセスは、アルミニウム合金製品の表面をエッチングするステップを含むこともできる。アルミニウム合金製品の表面を、酸エッチング(すなわち、7未満のpHを有する酸性溶液を含むエッチング手順)、アルカリエッチング(すなわち、7超のpHを有する塩基性溶液を含むエッチング手順)、または中性条件下でのエッチング(すなわち、7のpHを有する中性溶液を含むエッチング手順)などの化学エッチングを使用してエッチングすることができる。化学エッチングは、前処理の後続の適用を受け入れるように、表面を製造する。このステップの間に、Al酸化物およびMgリッチ酸化物(Mg rich oxide)など、任意の緩く付着している酸化物、封入された油、または破片を適切に除去することができる。酸エッチングを実施するための例示的な化学物質としては、硫酸、フッ化水素酸、硝酸、リン酸、およびこれらの組み合わせが挙げられる。アルカリエッチングを実施するための例示的な化学物質としては、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムが挙げられる。酸エッチングステップの後、アルミニウム合金製品の表面を水性または有機溶媒で濯ぐことができる。
次いで、アルミニウム合金製品の表面に前処理を適用してもよい。任意で、前処理は、接着促進剤、腐食抑制剤、カップリング剤、抗菌剤、またはそれらの混合物を含み得る。前処理の適用後、アルミニウム合金製品の表面を、任意で、溶媒(例えば、水性または有機溶媒)で濯いでもよい。濯ぎステップの後、アルミニウム合金製品の表面を乾燥させてもよい。
本明細書に記載のアルミニウム合金製品および方法は、商用車、航空機または鉄道用途などの、自動車、電子機器および輸送機の用途で使用され得る。例えば、アルミニウム合金製品は、強度を得るために、シャシー、クロスメンバー、およびシャシー内構成要素(これらに限定するものではないが、商用車シャシー内の2つのCチャンネル間のすべての構成要素を包含する)に使用でき、高強度鋼の完全なまたは部分的な代替品として機能する。特定の例では、アルミニウム合金製品は、F、T4、T6、またはT8x調質度で使用され得る。
アルミニウム合金製品
本明細書には、例えば抵抗スポット溶接(「RSW」と称される)を含む特定の接合および結合の用途のための最適な接触抵抗特性を含む所望の表面特性を有するアルミニウム合金製品が記載されている。他の組成上の特徴のなかでも、本明細書に記載のアルミニウム合金製品は、アルミニウム合金製品の表面下部分において、ある濃度の残留元素を含む。
特定の態様では、本明細書に記載のアルミニウム合金製品は、本明細書に記載の方法を使用して製造され得る。範囲を限定することを意図するものではないが、アルミニウム合金製品の特性は、製品の製造中に特定の組成上の特徴が形成されることにより部分的に決定される。以下に記載のように、エッチングステップおよび条件を含む特定の加工ステップおよび条件によって、望ましい接合耐久性の特性、特に、抵抗スポット溶接(RSW)装置の電極先端部における電子応力を低減し、それによりRSW電極の使用寿命を延ばすために必要な最適な表面化学および/または接触抵抗を有する上記のアルミニウム合金製品がもたらされる。
本明細書に記載される、DC鋳造もしくはCCまたは他の方法で鋳造され、続いて加工されるアルミニウム合金製品を、以下に記載の表面処理プロセスにかけてもよい。
任意で、本明細書に記載の表面処理プロセスは、クリーナー(本明細書ではエントリークリーナーまたはプレクリーナーとも称される)を、アルミニウム合金製品の1つ以上の表面に塗布するステップを含む。エントリークリーナーは、アルミニウム合金製品表面から、残留油または緩く付着している酸化物を除去する。任意で、エントリー洗浄を、7.5以上のpHを有するアルカリ性溶液を使用して実施することができる。場合によって、アルカリ性溶液のpHは、約8、約8.5、約9、約9.5、約10、約10.5、約11、約11.5、約12、約12.5、または約13であり得る。アルカリ性溶液中のアルカリ性剤の濃度は、約1%〜約5%(例えば、アルカリ性溶液の体積に基づいて、約1%、約2%、約3%、約4%、または約5%)であり得る。適切なアルカリ性剤としては、例えば、ケイ酸塩および水酸化物(例えば、水酸化ナトリウム)が挙げられる。アルカリ性溶液は、例えば、アニオン性および非イオン性の界面活性剤を含む、1つ以上の界面活性剤をさらに含み得る。
本明細書に記載の前処理プロセスは、アルミニウム合金製品の表面をエッチングするステップを含む。アルミニウム合金製品の表面を、酸エッチング(すなわち、酸性溶液を含むエッチング手順)を使用してエッチングすることができる。エッチングステップにより、アルミニウム合金製品の表面下部分にPが堆積する。さらに、エッチングステップは、前処理の後続の適用を受け入れるように、表面を処理する。このステップの間に、Al酸化物およびMgリッチ酸化物など、任意の緩く付着している酸化物、封入された油、または破片を適切に除去すべきである。
エッチングステップの後、アルミニウム合金製品の表面を溶媒で濯いでもよい。任意で、溶媒は、脱イオン(DI)水、または逆浸透(RO)水などの水溶液であり得る。
任意で、次いで、アルミニウム合金製品の表面に前処理を適用してもよい。適切な前処理としては、例えば、接着促進剤および腐食抑制剤が挙げられる。前処理は、当技術分野で公知の任意の適切な温度で適用することができる。
本明細書に記載のアルミニウム合金製品および方法は、商用車、航空機もしくは鉄道用途、または他の任意の適切な用途などの、自動車、電子機器および輸送機の用途で使用され得る。例えば、アルミニウム合金製品は、強度を得るために、シャシー、クロスメンバー、およびシャシー内構成要素(商用車シャシー内の2つのCチャンネル間のすべての構成要素を包含するが、これらに限定されない)に使用でき、高強度鋼の完全または部分的な代替品として機能する。特定の例では、アルミニウム合金製品は、F、O、T4、T6、またはT8x調質度で使用され得る。
例示1は、アルミニウム合金製品であって、移動元素と、ある濃度の移動元素を有する表面下部分と、ある濃度の移動元素を有するバルク部分と、を含み、4.0以下の濃縮比を含み、濃縮比が、バルク部分の移動元素の濃度に対する表面下部分の移動元素の濃度の比である、アルミニウム合金製品である。
6xxx系アルミニウム合金の2つのサンプルを、直接チル鋳造により製造し、均質化、熱間圧延、冷間圧延、溶体化熱処理、空気焼入れ、7%のR243を使用したエッチング、および接着促進剤による前処理により加工した。加工法は、溶体化熱処理ステップのみが異なっていた。第1の合金サンプルを540℃で1秒にわたり溶体化熱処理し(方法1)、第2の合金サンプルを578℃で35秒にわたり溶体化熱処理した(方法2)。図4は、方法1により製造したサンプル中のMg含量(四角の記号で示される)、方法2により製造されたサンプル中のMg含量(三角の記号で示される)、および溶体化熱処理されなかった比較用6xxx系アルミニウム合金中のMg含量(「AA6xxx;」は丸の記号で示される)について、X線光電子分光法(XPS)深度プロファイルのデータを示す。図4で明らかなのは、表面下における移動Mgの濃度を制御し、アルミニウム合金製品全体にわたり均一なMgの濃度をもたらす能力である。方法1では、比較用6xxx系アルミニウム合金と比較してMg含量がより多く、アルミニウム合金の表面からバルクまでのMg濃度がより均一になった。方法2では、アルミニウム合金の表面に近いほど、Mg含量がより多くなり、アルミニウム合金のバルクにおけるMg含量はより少なくなり、また、方法1により製造した例示的なアルミニウム合金および比較用6xxx系アルミニウム合金と比較して、Mg含量がより多くなった。比較用6xxx系アルミニウム合金は、アルミニウム合金の表面からバルクまで非常に均一なMg濃度を示し、アルミニウム合金の表面付近では、より少ない総Mg含量を示した。
6xxx系アルミニウム合金の2つのサンプルを、直接チル鋳造により製造し、均質化、熱間圧延、冷間圧延、溶体化熱処理、空気焼入れ、7%のR243を使用したエッチング、および接着促進剤による前処理により加工した。加工法は、熱間圧延温度のみが異なっていた。第1の合金サンプルを、390℃のホットミル出口温度で熱間圧延し(方法1)、第2の合金サンプルを、330℃のホットミル出口温度で熱間圧延した(方法2)。図7は、高温(方法1)および低温(方法2)で圧延された表面により製造したアルミニウム合金製品におけるMg含量のXPS深度プロファイルを示す。方法1により製造したアルミニウム合金サンプルは、アルミニウム合金の表面下において、2の濃縮比および10%のMg濃度を示した。方法2により製造したアルミニウム合金は、アルミニウム合金の表面下において、1.6の濃縮比および5%のMg濃度を示した。
6xxx系アルミニウム合金の2つのサンプルを、直接チル鋳造により製造し、均質化、熱間圧延、冷間圧延、溶体化熱処理、空気焼入れ、7%のR243を使用したエッチング、および接着促進剤による前処理により加工した。加工法は、洗浄ステップのみが異なっていた。第1の合金サンプルを溶体化熱処理の前に前洗浄し(「前洗浄→SHT」と称される)、第2の合金サンプルを溶体化熱処理してから前洗浄した(「SHT→前洗浄」と称される)。双方の後に、酸エッチングおよび前処理の適用が続いた。
アルミニウム合金製品を、上記の連続鋳造法により製造した。これらの製品を、幅1450mmで鋳造し、1300mmにトリミングした。その後、これらの製品を熱間圧延し、冷間圧延して5.1mmにし、400℃で2時間にわたり焼鈍しし、冷間圧延して2mmにした。その後、表1に示されるように、これらの製品をさまざまな条件下で溶体化および焼入れした。
AA5xxx系アルミニウム合金の4つのサンプルを、直接チル鋳造により製造し、均質化、熱間圧延、1.5mmのゲージまでの冷間圧延、溶体化熱処理、空気焼入れ、および4種の異なるエッチング液を使用したエッチングにより製造した。用いたエッチング液は、(i)リン酸と硫酸との混合物(以下の表3では溶液「A」と称される)、(ii)硫酸とフッ化アンモニウムとの混合物(以下の表3では溶液「B」と称される)、(iii)硫酸と硫酸鉄(III)水和物との混合物(以下の表3では溶液「C」と称される)、および(iv)水酸化ナトリウム(以下の表3では溶液「D」と称される)であった。水酸化ナトリウム(NaOH)は、表面下から酸化物層を除去する能力があるため、比較用対照エッチング液として使用した。
いくつかの態様では、合金元素および/または合金元素酸化物の粒径および形態が、アルミニウム合金製品の表面特性に影響を与え得る。例えば、図21、22、23、および24は、上記のアルミニウム合金サンプルの走査型電子顕微鏡(SEM)顕微鏡写真を示す。図21A〜Dは、溶液Aを使用してエッチングしたアルミニウム合金サンプルのSEM顕微鏡写真を示す。図21Aおよび21Bは、エッチング1からのSEM顕微鏡写真を示す(表3を参照)。図21Cおよび21Dは、エッチング4からのSEM顕微鏡写真を示す。図21Aおよび21Cは、走査型電子モードからの顕微鏡写真である。図21Bおよび21Dは、後方散乱電子モードからの顕微鏡写真である。図22A〜Dは、溶液Bを使用してエッチングしたアルミニウム合金サンプルのSEM顕微鏡写真を示す。図22Aおよび22Bは、エッチング5からのSEM顕微鏡写真を示す。図22Cおよび22Dは、エッチング7からのSEM顕微鏡写真を示す。図22Aおよび22Cは、走査型電子モードからの顕微鏡写真である。図22Bおよび22Dは、後方散乱電子モードからの顕微鏡写真である。図23A〜Dは、溶液Cを使用してエッチングしたアルミニウム合金サンプルのSEM顕微鏡写真を示す。図23Aおよび23Bは、エッチング9からのSEM顕微鏡写真を示す。図23Cおよび23Dは、エッチング12からのSEM顕微鏡写真を示す。図23Aおよび23Cは、走査型電子モードからの顕微鏡写真である。図23Bおよび23Dは、後方散乱電子モードからの顕微鏡写真である。図24A〜Dは、溶液Dを使用してエッチングしたアルミニウム合金サンプルのSEM顕微鏡写真を示す。図24Aおよび24Bは、エッチング13からのSEM顕微鏡写真を示す。図24Cおよび24Dは、エッチング16からのSEM顕微鏡写真を示す。図24Aおよび24Cは、走査型電子モードからの顕微鏡写真である。図24Bおよび24Dは、後方散乱電子モードからの顕微鏡写真である。図21〜24で明らかであるように、溶液B(図22)は、エッチング溶液A、B、およびCのうち最大のエッチング重量をもたらし(図16を参照)、したがって、Mgおよび/またはMg含有化合物の粒子(図21、23、および24では明るい点で示される)の量が減少し、かつ変形した酸化物層(図21、23、および24ではより暗い灰色の領域として示される)が減少した表面をもたらした。
Claims (40)
- アルミニウム合金製品であって、
移動元素と、
ある濃度の前記移動元素を有する表面下部分と、
ある濃度の前記移動元素を有するバルク部分と、
を含み、4.0以下の濃縮比を含み、前記濃縮比が、前記バルク部分の前記移動元素の前記濃度に対する前記表面下部分の前記移動元素の前記濃度の比である、アルミニウム合金製品。 - 前記移動元素が、Zn、Cu、Mg、またはSiのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記表面下部分が、前記アルミニウム合金製品の表面から約5μmの深さまでの領域を含む、請求項1または2に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記表面下部分が、前記アルミニウム合金製品の表面から約2μmの深さまでの領域を含む、請求項3に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記濃縮比が、2.0以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記濃縮比が、1.5以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記濃縮比が、1.0である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品が、7xxx系アルミニウム合金、6xxx系アルミニウム合金、5xxx系アルミニウム合金、または2xxx系アルミニウム合金を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- アルミニウム合金製品を製造する方法であって、
移動元素を含むアルミニウム合金を鋳造して鋳造アルミニウム合金物品を製造することと、
前記鋳造アルミニウム合金物品を圧延して圧延アルミニウム合金物品を用意することと、
前記圧延アルミニウム合金物品を熱処理してアルミニウム合金製品を形成することと、
を含み、4.0低い濃縮比をもたらすように、前記移動元素が、前記アルミニウム合金製品の表面下部分およびバルク部分内に分布しており、前記濃縮比が、前記バルク部分の前記移動元素の濃度に対する前記表面下部分の前記移動元素の濃度の比である、方法。 - 前記圧延ステップが、約200℃〜約550℃の温度で実施される、請求項9に記載の方法。
- 前記熱処理ステップが、約400℃〜約580℃の温度で実施される、請求項9または10に記載の方法。
- 前記熱処理ステップが、約120秒以下にわたり実施される、請求項9〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記鋳造アルミニウム合金製品を前処理することをさらに含む、請求項9〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記前処理が、前記鋳造アルミニウム合金製品の表面を洗浄することと、前記鋳造アルミニウム合金製品の前記表面をエッチングすることと、前記鋳造アルミニウム合金製品の前記表面に前処理を適用することと、を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記前処理が、前記熱処理ステップの後に実施される、請求項13または14に記載の方法。
- 前記鋳造が、直接チル鋳造を含む、請求項9〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記鋳造が、連続鋳造を含む、請求項9〜15のいずれか1項に記載の方法。
- アルミニウム合金製品であって、
ある濃度の移動元素を有する表面下部分と、
ある濃度の前記移動元素を有するバルク部分と、
を含み、前記表面下部分の前記移動元素の前記濃度が、前記バルク部分の前記移動元素の前記濃度よりも高い、アルミニウム合金製品。 - 前記移動元素が、Cu、Mn、Cr、および/またはFeを含む、請求項18に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品が、6xxx系アルミニウム合金または5xxx系アルミニウム合金を含む、請求項18または19に記載のアルミニウム合金製品。
- 表面下部分およびバルク部分を含み、前記表面下部分がPを含む、アルミニウム合金製品。
- 前記Pが、元素P、五酸化リン、三酸化リン、一酸化リン、または四酸化二リンのうちの少なくとも1つとして前記表面下部分内に存在する、請求項21に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記表面下部分が、Pを、約2at%〜約10at%の量で含む、請求項21または22に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記表面下部分が、前記アルミニウム合金製品の表面から約150μmの深さまでの領域を含む、請求項21〜23のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記表面下部分が、前記アルミニウム合金製品の前記表面から約83μmの深さまでの領域を含む、請求項24に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品が、約15を上回る黄色度指数を含む、請求項21〜25のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記黄色度指数が、約20を上回る、請求項26に記載のアルミニウム合金製品。
- アルミニウム合金製品の表面を処理する方法であって、
表面下部分およびバルク部分を有するアルミニウム合金製品を用意することと、
前記アルミニウム合金製品の表面をP含有化合物を含むエッチング溶液でエッチングすることと、を含む、方法。 - 前記用意ステップが、少なくとも約0.001重量%のMgを含むアルミニウム合金製品を用意することを含む、請求項28に記載の方法。
- 前記用意ステップが、約0.001重量%〜約10重量%のMgを含むアルミニウム合金製品を用意することを含む、請求項29に記載の方法。
- 前記用意ステップが、5xxx系アルミニウム合金、6xxx系アルミニウム合金、または7xxx系アルミニウム合金を含むアルミニウム合金製品を用意することを含む、請求項28〜30のいずれか1項に記載の方法。
- 前記P含有化合物が、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、およびそれらの組み合わせを含む、請求項28〜31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記エッチング溶液が、1つ以上のさらなる酸をさらに含む、請求項28〜32のいずれか1項に記載の方法。
- 前記1つ以上のさらなる酸が、硫酸、フッ化水素酸、酢酸、および/または塩酸を含む、請求項33に記載の方法。
- 前記エッチング溶液が、リン酸および硫酸を含む、請求項28〜34のいずれか1項に記載の方法。
- 硫酸に対するリン酸の比が、約3〜約5である、請求項35に記載の方法。
- 前記アルミニウム合金製品の前記表面をエッチングすることにより、前記アルミニウム合金製品の前記表面にMgが曝露される、請求項28〜36のいずれか1項に記載の方法。
- Mgの曝露が、リン酸マグネシウム、リン化マグネシウム、亜リン酸マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせの形成を含む、請求項37に記載の方法。
- リン酸マグネシウム、リン化マグネシウム、亜リン酸マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせの形成が、前記表面下部分において0.001〜10のMgに対するPの原子濃度比をもたらすことを含む、請求項38に記載の方法。
- 請求項28〜39のいずれか1項に記載の方法により製造されるアルミニウム合金製品であって、前記アルミニウム合金製品は、自動車の本体部品を含む、アルミニウム合金製品。
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