[发明专利]含有Cu和C的Al合金及其制造方法

说明书

通过具备在含有Cu的Al的熔融液中添加石墨粒子和含有硼或硼化合物的增碳促进剂粒子的工序的制造方法，提供制造含有Cu和C的Al合金的方法。

技术领域

本发明涉及含有Cu和C的Al合金及其制造方法。

背景技术

作为高强度铝合金的代表性产品，有被称作硬铝(duralumin)、超硬铝等的Al-Cu系的所谓牌号2000的铝(Al)合金。牌号2000的铝合金的主要成分为铜(Cu)，主要通过CuAl₂(θ相)或与此类似的相的析出来强化合金。

还可通过在Al-Cu系合金中添加Mg等元素来实现进一步的强度提高，但这样的金属元素的添加所带来的强度提高是有限度的。另外Al-Cu系合金原本耐腐蚀性并不优异，在进一步添加合金元素时，需要在合金设计上考虑不要使耐腐蚀性降低。另外在Al-Cu二元系合金中，有难以获得均匀的组织的倾向，而且Cu含量设定的自由度也有降低倾向。

专利文献1(该专利的发明人与本发明的发明人重复)中记载，通过在铜中添加石墨形态的碳(C)，所得Cu-C合金具有更高的拉伸强度。还记载了用于制作这样的Cu-C合金的方法。发明人认为，如果可以与Cu同样在Al-Cu合金中添加C，或许可实现Al-Cu合金的高强度化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利5397966号公报。

发明内容

本发明的目的在于提供：在含有Cu的Al合金中，进行可提高该Al合金的强度的C添加的技术。

根据本发明的一个实施方案，提供制造含有Cu和C的Al合金的方法。该方法包含在含有Cu的Al的熔融液中添加石墨粉末和增碳(加炭)促进剂。

作为增碳促进剂，例如可使用含有硼(B)或硼化合物、例如硼砂的物质。

优选添加石墨粉末和增碳促进剂时的熔融液的温度为800-1000℃。低于800℃，则石墨粉末溶解于熔融液中需要时间或者可能未充分溶解。另外，若超过1000℃，则铝的氧化剧烈，而且熔炉的电费等高涨，不经济。

优选将添加石墨粉末和增碳促进剂时的熔融液周围的氧浓度抑制为较低。低氧浓度气氛例如可通过使用密闭式的反射炉(例如参照后述实施方案)来实现。通过将氧浓度抑制为较低，可以抑制石墨粉末的氧化、燃烧导致的损耗。需说明的是，代替上述，也可以将熔炉容纳于真空室内，还可以用包含氩气等惰性气体的保护气体覆盖熔融液表面。

添加石墨粉末和增碳促进剂时的熔融液的组成优选为Al-Cu合金的共晶组成(即Al-33wt%Cu)或其附近的组成(Cu量向亚共晶一侧略微位移或者向过共晶一侧略微位移)。例如熔融液的组成可以是在Al-27-36wt%Cu的范围内。人们熟知在二元系合金中添加第3元素(金属元素)时，通过在共晶组成或其附近的组成的二元系合金中添加第3元素，可以高效地添加第3元素，但通过发明人的研究才明确：这也适用于在Al-Cu二元系合金中进行石墨添加的情况。

在添加了石墨粉末和增碳促进剂后的熔融液中至少熔入纯Al(例如纯Al的锭)，由此可以稀释熔融液，调整为所需的Cu浓度和C浓度。也可以在添加了石墨粉末和增碳促进剂后的熔融液中添加Al，以及镁(Mg)、锰(Mn)等的被称为硬铝或超硬铝的Al-Cu系合金中所含的合金成分，制作具有相当于硬铝或超硬铝的组成且含有C的合金。这些合金成分可以以母合金的形态添加。

代替上述，也可以在具有所需组成的以Cu为主要添加元素的铝合金、例如具有相当于上述硬铝或超硬铝的组成的熔融液中添加石墨粒子和增碳促进剂粒子，由此制备添加了碳的铝合金。这样做，也可以在合金中均匀地添加碳。