本發(fā)明涉及一種用于車輛外板的鋁合金以及制造該鋁合金的方法。該用于車輛外板的鋁合金和用于制造該鋁合金的方法可以通過使硼化物的產(chǎn)生最大化來改善彈性、可成型性、和耐沖擊性，因此改善硬度、以及噪聲震動(dòng)和聲震粗糙度(NVH)特性。

背景技術(shù)：

通常，已經(jīng)制造出鋁合金以改善鋁的性質(zhì)以提供改進(jìn)的特性。

一種高張力鋁合金，例如通過向鋁中加入銅而制造的硬鋁(duralumin)，已改善了強(qiáng)度。通過向硬鋁中加入鎂生產(chǎn)出超級硬鋁，以及通過向其中加入鋅生產(chǎn)的超高強(qiáng)度硬鋁已被用作航空器材料。

然而，高張力鋁合金可能具有耐腐蝕性的問題。向其中加入鎂和鋅的鋁建筑合金具有極好的耐腐蝕性且因此已被用于鐵路車輛、橋梁等等。作為用于鑄造的鋁合金，已采用向其中加入硅的合金。此外，其他鋁合金已與用于其他目的(如耐熱性和亮度)的其他金屬相結(jié)合。

鋁合金可以被歸入鍛造用合金和鑄造用合金。作為鍛造用的鋁合金，實(shí)例可以包括Al-Cu-Mg基鋁合金(例如硬鋁、超級硬鋁)、Al-Mn基鋁合金、Al-Mg-Si基鋁合金、Al-Mg基鋁合金、Al-Zn-Mg基鋁合金(超高強(qiáng)度硬鋁)等等。作為鑄造用的鋁合金，實(shí)例可以包括Al-Cu基鋁合金、Al-Si基鋁合金(例如鋁硅合金)、Al-Cu-Si基鋁合金(例如勞塔爾鋁合金)、Al-Mg基鋁合金(例如希德羅納利姆耐蝕鋁鎂合金)、Al-Cu-Mg-Si基鋁合金(例如Y合金)、Al-Si-Cu-Mg-Ni基鋁合金(例如Lo-Ex合金)等等。

在本領(lǐng)域中，一種增強(qiáng)相，如金屬基化合物或CNT，已被以粉末形式成型以改善鋁合金的彈性，但在價(jià)格競爭力上可能有局限。

另外，當(dāng)增強(qiáng)相以粉末形式在鑄造工藝中注入時(shí)，產(chǎn)生了在損耗、潤濕性、和Al熔融金屬中的分散性方面上的技術(shù)困難。當(dāng)加入增強(qiáng)相而不改善基體合金，且增強(qiáng)相基本上僅為達(dá)到目標(biāo)彈性而加入時(shí)，制 造成本增加，且工藝不易控制。

因此，存在以下需求：用于使硼化合物的產(chǎn)生最大化的技術(shù)，以及用于在鋁熔融金屬中均勻地分散通過自發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生的硼化合物的技術(shù)，硼化合物在改善彈性中起到最重要的作用。

本領(lǐng)域中已經(jīng)詳細(xì)介紹了相比于傳統(tǒng)鋁合金具有改善的彈性的鋁合金，其不使用昂貴的材料如碳納米管(CNT)，且可以被應(yīng)用在所有通常的鑄造工藝中，包括高壓鑄造。

然而，在注入粉末形式的增強(qiáng)相時(shí)，損耗、潤濕性和Al熔融金屬中的分散性這些問題，以及增強(qiáng)相的大量添加引起的如制造成本增加和工藝控制困難的問題仍未解決。

本領(lǐng)域所述問題僅供于幫助理解本發(fā)明的背景，且不應(yīng)被當(dāng)作是對應(yīng)于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在優(yōu)選的方面，本發(fā)明提供用于車輛外板的鋁合金以及用于制造該鋁合金的方法。因此，通過優(yōu)化組分比以使作為增強(qiáng)相的硼化合物(如TiB₂相和AlB₂相)的產(chǎn)生最大化，從而改善鋁合金的彈性、可成型性和耐沖擊性。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，提供用于車輛外板的鋁合金。該鋁合金可以包括鈦(Ti)、硼(B)、鎂(Mg)和鋁合金余量的鋁(Al)，特別地，可以既包括AlB₂相也包括TiB₂相作為增強(qiáng)相?；阡X合金的總重量Ti:B:Mg的組分比可以為約1:約2.0-2.5:約5.0-6.0，其中基于鋁合金的總重量可以包括大于0wt％小于約1wt％量的Ti，且基于鋁合金的總重量可以包括約1.1-2.5wt％量的B。

鋁合金可以包括：基于鋁合金的總重量約0.5-5wt％量的Mg、基于鋁合金的總重量約0.55-1.0wt％量的Ti、基于鋁合金的總重量約1.1-2.5wt％量的B、以及鋁合金余量的鋁。此外，Ti:B:Mg的組分比可以是約1:約2.0-2.5:約5.0-6.0，且鋁合金可以包括AlB₂相、TiB₂相、和MgB₂相作為增強(qiáng)相。

本發(fā)明還提供一種鋁合金組合物，其可以由或基本上由以上鋁合金組合物中的成分組成。比如，鋁合金可以由或基本上由以下成分組 成：基于鋁合金的總重量約0.5-5wt％量的Mg、基于鋁合金的總重量約0.55-1.0wt％量的Ti、基于鋁合金的總重量約1.1-2.5wt％量的B、以及鋁合金余量的Al。特別地，Ti:B:Mg的組分比可以是約1:約2.0-2.5:約5.0-6.0，且鋁合金可以包括AlB₂相、TiB₂相、和MgB₂相作為增強(qiáng)相。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，提供一種制造用于車輛外板的鋁合金的方法。該方法可以包括：在熔器如爐中，向包含0.5-5wt％的Mg的Al熔融金屬中裝入選自Al-Ti母合金、Al-B母合金和Al鹽化合物的至少一種，以形成熔融金屬；以及用攪拌器攪拌熔融金屬以分散AlB₂相和TiB₂相，其可以通過自發(fā)反應(yīng)生成而作為增強(qiáng)相。特別地，在裝料步驟中，Ti:B:Mg的組分比可以是約1:約2.0-2.5:約5.0-6.0。

攪拌器可以成型為具有熔器直徑的約0.4倍或更大的長度，且在攪拌中，熔融金屬可以以約500rpm或更高的速度攪拌。

Al-Ti母合金可以包括基于Al-Ti母合金的總重量約5-20wt％量的Ti、以及Al-Ti母合金余量的Al。

Al-B母合金可以包括基于Al-B母合金的總重量約3-10wt％量的B、以及Al-B母合金余量的Al。

Al鹽化合物可以包括基于化合物的總重量約75wt％量的鋁鹽。進(jìn)一步提供的是包括本文所述的鋁合金的車輛外板。

本發(fā)明的其他方面在下文公開。

附圖說明

本發(fā)明的以上和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下與附圖相結(jié)合的詳細(xì)說明而更清楚地理解，其中：

圖1示出示例性增強(qiáng)相的特性和依賴于該特征的彈性貢獻(xiàn)。

具體實(shí)施方式

如本文所用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其他類似術(shù)語理解為包括通常的機(jī)動(dòng)車輛如載客汽車，包括運(yùn)動(dòng)型多用途車(SUV)、公交車、貨車、各種商用車，包括多種小船和輪船的船舶，航空器等等，且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插電式混合電動(dòng)車、氫能源車和其他代 用燃料車(例如來自除汽油之外的資源的燃料)。如本文所指，混合動(dòng)力車是具有兩種或多種動(dòng)力來源的車輛，例如既有汽油動(dòng)力也有電動(dòng)力的車輛。

本文使用的術(shù)語僅為描述具體的示例性實(shí)施方式的目的，并不意味著對本發(fā)明的限制。如本文所用，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“該”意味著也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有清楚的說明。用在本說明書中的術(shù)語“包括”和/或“含有”將進(jìn)一步被理解為，指明存在所述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或組分，但不排除存在或加入一種或多種其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、組分和/或其組。如本文所用，術(shù)語“和/或”包括一種或多種相關(guān)所列項(xiàng)目的任何和所有結(jié)合。

除非特別指明或上下文顯而易見，如本文所用的術(shù)語“約”被理解為在本領(lǐng)域正常的偏差范圍之內(nèi)，例如在平均數(shù)的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之內(nèi)。“約”可以理解為在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之內(nèi)。除非從上下文清楚可見，本文提供的所有數(shù)值由術(shù)語“約”所修飾。

在下文中，本發(fā)明的示例性實(shí)施方式將參考附圖詳細(xì)描述。然而，本發(fā)明不限于這些示例性實(shí)施方式。為了參考，本說明書中的參考數(shù)字將用于描述基本相同的組分。在此規(guī)則下，可以通過引用顯示在其他附圖中的內(nèi)容和本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的內(nèi)容提供說明，或者可以省略重復(fù)的內(nèi)容。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，用于車輛外板的鋁合金可以包括AlB₂相和TiB₂相作為增強(qiáng)相以同時(shí)改善彈性、可成型性、和耐沖擊性。

圖1用Digimat程序闡明了示例性增強(qiáng)相的特性和依賴于該特性的彈性貢獻(xiàn)。

如圖1所闡明的，彈性貢獻(xiàn)不僅由增強(qiáng)相本身的彈性決定，還由增強(qiáng)相的形狀和密度的復(fù)合作用等決定。例如，即便在增強(qiáng)相本身的彈性大的情況下，彈性增長率也會(huì)依賴于其他特性如密度而改變。

此外，本發(fā)明涉及用于車輛外板的鋁合金。該鋁合金需具有極好的彈性、可成型性、和耐沖擊性以改善硬度和NVH特性，且其重量需要被降低以由此降低車身的重量。

因此，當(dāng)將增強(qiáng)相本身的彈性及其形狀、密度等等結(jié)合考慮時(shí)， TiB₂相、AlB₂相、MgB₂相等等可以適于作為增強(qiáng)相，由于這些可具有球形并具有相對更高的彈性增長率。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛外板的鋁合金可以包括，基于鋁合金的總重量約0.5-5wt％量的Mg，基于鋁合金的總重量約0.55-1.0wt％量的Ti，基于鋁合金的總重量約1.1-2.5wt％量的B，以及鋁合金余量的Al。特別地，Ti:B:Mg的組分比可以是約1:約2.0-2.5:約5.0-6.0。

本發(fā)明的鋁合金可以是Al-Mg-基鋁合金，其中Ti和B的含量被調(diào)整。該Al-Mg-基鋁合金可以具有類似于商業(yè)化5000系列鋁合金的鑄造溫度，該5000系列鋁合金中基于鋁合金的總重量包含約0.5-5wt％量的Mg，但是本發(fā)明的Al-Mg-基鋁合金可以同時(shí)將彈性、可成型性、和耐沖擊性改善至比商業(yè)化5000系列鋁合金更高。

通常，商業(yè)化5000系列鋁合金已被主要用于車輛外板。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛外板的鋁合金可以基于主要用于車輛外板的商業(yè)化5000系列鋁合金的組合物組分。因此，示例性實(shí)施方式的鋁合金可以包括Ti、B和Mg，特別地，Ti:B:Mg的組分比可以是以重量比計(jì)約1:約2.0-2.5:約5.0-6.0。

通常，當(dāng)向鋁中加入Ti和B時(shí)，TiB₂和Al₃Ti增強(qiáng)相可以形成以極大地貢獻(xiàn)于彈性。當(dāng)Ti:B:Mg的組分比以重量比計(jì)為約1:約2.0-2.5:約5.0-6.0時(shí)，增強(qiáng)相可以具有橢球形，其中長軸與短軸之差很大。因此，增強(qiáng)相可以以AlB₂相和TiB₂相生成，同時(shí)使降低材料可成型性的Al₃Ti相的產(chǎn)生最小化。此外，剩下的B可以與Mg反應(yīng)以另外地產(chǎn)生MgB₂相作為增強(qiáng)相，因此同時(shí)改善彈性、可成型性、和耐沖擊性。

表1

表2

表1顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，在初始冷卻速度在50℃/s下，依賴于Ti:B:Mg組分比的5000系列鋁合金的物理性質(zhì)的改變，且表2顯示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，依賴于Ti:B:Mg組分比的增強(qiáng)相分?jǐn)?shù)。

如表1和表2中所示，當(dāng)B的含量基于鋁合金的總重量等于或大于約1.1wt％(或約為可以同時(shí)產(chǎn)生AlB₂相和TiB₂相的臨界值)并且滿足根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的Ti:B:Mg組分比時(shí)，模量可以等于或大于約73GPa，代表可成型性的DAS可以等于或小于約19μm，屈服/拉伸強(qiáng)度比可以等于或大于約75，且拉伸/屈服差可以等于或大于約110，以及彈性、可成型性、和耐沖擊性相對其他合金可以被極大地改善。

特別地，在根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛外板的鋁合金中，基于鋁合金的總重量Ti含量可以在約1.0wt％或更低的量，且基于鋁合金的總重量B含量可以在約1.1-2.5wt％的量。

當(dāng)B含量低于約1.1wt％時(shí)，AlB₂相的產(chǎn)生量可減少且僅有TiB₂相可產(chǎn)生，因此彈性改善可能不足。當(dāng)B含量高于約1.1wt％且Mg含量低于約5wt％時(shí)，強(qiáng)度可增加且因此耐沖擊性可改善，然而，彈性和可成型性可能降低。當(dāng)Mg含量高于約6wt％時(shí)，熔點(diǎn)可等于或高于約800℃，且因此在應(yīng)用實(shí)際鑄造工藝時(shí)熔融金屬中可產(chǎn)生大量的氧化夾雜物，且熔融金屬中的氣體濃度可能增加因此使得鑄造產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量劣化。

同時(shí)，當(dāng)Ti含量高于約1.0wt％時(shí)，可以產(chǎn)生具有橢球形的Al₃Ti相，且因此除拉伸/屈服差之外的其他物理性質(zhì)變得不令人滿意，因此使得彈性、可成型性、和耐沖擊性劣化。

另外，可以根據(jù)基于鋁合金的總重量約1:約2.0-2.5:約5.0-6.0的Ti:B:Mg組分比加入Mg含量。當(dāng)Mg含量高于根據(jù)約1:約2.0-2.5:約5.0-6.0的Ti:B:Mg組分比時(shí)，可能產(chǎn)生具有橢球形的Al₃Mg₂，因此可成型性可能降低。

表3

表3顯示了現(xiàn)有的5000系列鋁的物理性質(zhì)。

如表1-3所示，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的Ti:B:Mg組分比為約1:約2.0-2.5:約5.0-6.0時(shí)，其可成型性可與常規(guī)材料相當(dāng)，彈性可以增加約6％或更高，且耐沖擊性(屈服/拉伸比)可以增加約15％。

因此，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛外板的鋁合金相對于常規(guī)的5000系列鋁可以極大地改善硬度和部分NVH特性，且在 制造車輛時(shí)使得增強(qiáng)設(shè)計(jì)最簡化，因此降低了車身重量并節(jié)省制造成本。

此外，提供制造用于車輛外板的鋁合金的方法。該方法可以包括：向熔器如爐中，向包含0.5-5wt％的Mg的商業(yè)化5000系列Al熔融金屬中裝入選自Al-Ti母合金、Al-B母合金、和Al鹽化合物的至少一種，以形成熔融金屬；以及攪拌熔融金屬以分散作為增強(qiáng)相產(chǎn)生的AlB₂相和TiB₂相。

在裝料中，通過裝入來自Al-Ti母合金、Al-B母合金和Al鹽化合物中的至少一種使得熔融金屬中的Ti:B:Mg組分比為約1:約2.0-2.5:約5.0-6.0。裝入熔融金屬中的Al-Ti母合金可以包括基于Al-Ti母合金總重量約5-20wt％量的Ti和Al-Ti母合金余量的Al，且Al-B母合金可以包括基于Al-B母合金總重量約3-10wt％量的B和Al-B母金屬余量的Al。Al鹽化合物可以包括基于該化合物總重量約75wt％量的鋁鹽。因此，可以同時(shí)產(chǎn)生TiB₂相和AlB₂相以改善可成型性和耐沖擊性，同時(shí)有效改善彈性，并且進(jìn)一步地，不利于可成型性和震動(dòng)性能的Al₃Ti相的產(chǎn)生可以最小化。

在此情況下，剩余的B可以與Mg反應(yīng)以另外生成MgB₂作為增強(qiáng)相，因此改善可成型性、彈性、和耐沖擊性。

在攪拌中，通過使用具有約0.4倍于熔器直徑或更大的長度的攪拌器，熔融金屬可以以約500rpm或更高的速度攪拌，使得同時(shí)產(chǎn)生的作為增強(qiáng)相的TiB₂相和AlB₂可以均勻地分散。

攪拌器的長度和攪拌速度可以影響反應(yīng)速度和增強(qiáng)相的分散。因此，可以采用長度等于或大于熔器直徑40％的攪拌器。

當(dāng)攪拌速度低于約500rpm時(shí)，TiB₂相的產(chǎn)生量可能不足，同時(shí)可能產(chǎn)生不利于可成型性和震動(dòng)性能的Al₃Ti相，因此可成型性和震動(dòng)性能降低，此外，產(chǎn)生的增強(qiáng)相可能不均勻地分散在熔融金屬中，因此可引起依賴于熔融金屬區(qū)域的物理性能的差異。

在本領(lǐng)域中，用于制造鋁的典型方法具有注射碳納米管或粉末形式的增強(qiáng)顆粒以改善彈性。然而，在熔融金屬中可能出現(xiàn)技術(shù)困難如損耗、潤濕性、分散性等等，由此增加制造成本。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，可以控制組分比以同時(shí)產(chǎn)生TiB₂相和AlB₂ 相且在熔融金屬中均勻分散產(chǎn)生的TiB₂相和AlB₂相，同時(shí)抑制不利于可成型性和震動(dòng)性能的Al₃Ti相的產(chǎn)生，因此改善了彈性、可成型性、耐沖擊性等等。

根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實(shí)施方式，通過優(yōu)化Ti、B和Mg的組分比以使作為增強(qiáng)相的TiB₂相和AlB₂相的產(chǎn)生最大化，從而同時(shí)改善材料的彈性、可成型性、和耐沖擊性。

此外，可以通過攪拌TiB₂相和AlB₂相均勻地分散增強(qiáng)相中的硼化合物，TiB₂相和AlB₂相通過在優(yōu)化條件下鋁熔融金屬中的自發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生。

如上所述，雖然本發(fā)明已參考其示例性實(shí)施方式描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到在不偏離如所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明的范圍和主旨的情況下，可以作出各種修改和變形。