JP2003171724A - Ａｌ−Ｓｃ母合金の製造法およびその方法によって得られたＡｌ−Ｓｃ母合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱還元法を採用しつつも従来の含有量を凌ぐ
ことは勿論、理論含有量をも超えるスカンジウムを含ん
だＡｌ−Ｓｃ母合金を生成できること、低温域における
操業を可能にして製造設備の熱負荷を軽減し、製造コス
トの低減に大きく寄与できるようにすること。 【解決手段】 アルミニウムとアルミニウム中のスカン
ジウム含有量が２％前後に納まるような量のハロゲン化
スカンジウムとを原料として、それらに金属還元剤を加
えて熱還元する。その熱還元された融液を、アルミニウ
ムの凝固温度まで１０ないし７０℃／分の冷却速度で炉
冷し、その後は常温まで自然冷却する。このような操作
によって、Ａｌ−Ｓｃ化合物をアルミニウム合金塊の一
部分に高密度に析出させる。１，０００℃未満での操業
が可能となり、製造設備の熱負荷を大いに軽減すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＡｌ−Ｓｃ母合金の
製造法およびその方法によって得られたＡｌ−Ｓｃ母合
金に係り、詳しくは、アルミニウム・スカンジウム合金
を製造するに当たり、その合金の特性を飛躍的に改質し
て工業的に高い機能を発揮させるために使用することが
できるマザーアロイの製造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スカンジウムは、軽金属に微量添加する
だけでその性質を著しく改善できることが明らかになっ
てきており、添加元素として近年注目を浴びている。Ａ
ｌ−Ｚｎ−Ｍｇ合金にスカンジウムを０．０９％添加す
れば耐熱性が向上し、Ａｌ−Ｌｉ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｚｒ合
金のスカンジウム添加量を０．１３％にすると降伏応力
・引張強さが増大し、さらに、Ａｌ−５％Ｚｎ−１．８
％Ｍｇ−０．１％Ｚｒに０．２％以上のスカンジウムを
添加すると超塑性が見られ、一般に溶接が難しいと言わ
れているアルミニウム合金にスカンジウムを添加すると
溶接性が著しく改善されるということが、例えば軽金属
第４９巻第３号（１９９９年）の１２８−１４４頁に紹
介されている。

【０００３】このようなＡｌ−Ｓｃ合金は、特開平４−
２３５２３１号公報に記載されているように、スカンジ
ウム酸化物をアルミニウムと共にペレット化し、それを
溶融アルミニウム浴で合金化して製造したり、特開平６
−１７２８８７号公報に開示されているように、溶融塩
電解法によって製造することができる。

【０００４】前者の製法においては或る一定以上の圧力
下において溶製しなければならず、製造設備が複雑化し
また幾つもの処理工程が必要となり、安価にＡｌ−Ｓｃ
合金を得ることができるというものではない。後者によ
る場合、活性度の高いＳｃを如何に効率よく析出させる
かが問題であり、Ａｌ−Ｓｃ合金生成における安定性や
生産の円滑化を欠く懸念がある。

【０００５】ところで、スカンジウムは豊富に存在する
ものであるが、活性度が高いゆえに高純度の鉱石という
形では殆ど入手が不可能である。そこで、スカンジウム
化合物を以後処理しやすいハロゲン化物に変えるなどし
て、量的に或る程度纏まった純粋なスカンジウムを得る
努力が続けられている。その生成法の一つに、熱還元法
がある。

【０００６】これは、ハロゲン化スカンジウムに還元剤
の金属カルシウム、低融点合金化剤の亜鉛、さらにはフ
ラックスとしてのフッ化リチウム等を混合し、不活性ガ
ス中で還元処理してＺｎ−Ｓｃ合金を生成する。その
後、Ｚｎを揮発除去して金属Ｓｃを得るというものであ
る。そのような例が、特開平４−１３１３０８号公報に
記載されている。また、特開平１０−１２１１６４号公
報には、金属スカンジウムを脱酸素する方法も開示され
ている。

【０００７】いずれも、原則として金属スカンジウムを
単離させることを目的としたものである。このような熱
還元法において望まれることは、ハロゲン化スカンジウ
ム原料の蒸発による損失を少なくし、作業性がよく、結
局は設備面・製造面での採算性がとれるようにすること
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような観点から、
現在では、所望するスカンジウム含有率のＡｌ−Ｓｃ合
金を直接製造するのではなく、スカンジウム化合物を用
いてＡｌ−Ｓｃ母合金を予め製造し、それをＡｌ−Ｓｃ
合金の製造の際に添加剤として供するという考えが現れ
てきている。これは、母合金（マザー・アロイ）に含ま
れるスカンジウムが２％というものが、最近出回ってい
ることからも頷けるところである。

【０００９】ところで、図８に表したＡｌ−Ｓｃ二元系
の相平衡状態図を見れば分かるとおり、理論上は８００
℃でＳｃが２ないし３％、１，０００℃になると６ない
し７％，１，２００℃では１２ないし１４％といったよ
うに、スカンジウム含有量が温度と共に増える傾向にあ
る。しかし、現実には多元系を呈していることから、熱
還元法によって製造できるＡｌ−Ｓｃ母合金のスカンジ
ウムの含有率は、状態図とはほど遠い２％程度に過ぎな
いものとなる。

【００１０】言うまでもないが、Ａｌ−Ｓｃ母合金のス
カンジウム含有量が高ければ、Ａｌ−Ｓｃ合金を製造す
るにあたり、母合金の添加量は少なくて済む。勿論、運
搬も容易であり、総じて取扱性も向上する。しかし、現
在の技術水準においては、その含有量は２％に留まるた
め、Ａｌ−Ｓｃ母合金の添加は多量にならざるを得な
い。

【００１１】スカンジウム含有量を増やすためには、上
記状態図の説明から分かるように単純には熱還元の温度
を上昇させればよい。しかし、るつぼから不純物が滲出
して合金に混入するおそれが高くなったり、Ｔａ，Ｍｏ
るつぼといった耐熱性の高い高価なるつぼの使用も余儀
なくされ、コスト高となる。また、ハロゲン化スカンジ
ウム原料の蒸発によるロスも増大し、安価なＡｌ−Ｓｃ
母合金の提供は依然として容易でない。

【００１２】本発明は上記の問題に鑑みなされたもの
で、その目的は、熱還元法を採用しつつも従来の含有量
を凌ぐことは勿論、理論含有量をも超えるスカンジウム
を含んだ市場ニーズに応えられるＡｌ−Ｓｃ母合金を生
成できること、低温域における操業を可能にして製造設
備の熱負荷を軽減し、製造コストの低減にも大きく寄与
できること、るつぼからの不純物の混入を抑制して高品
質な母合金が得られるようにすることを実現したＡｌ−
Ｓｃ母合金の製造法およびその方法によって得られるＡ
ｌ−Ｓｃ母合金を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ａｌ−Ｓｃ合
金を製造するために使用されるＡｌ−Ｓｃ母合金を製造
する方法に適用される。その特徴とするところは、アル
ミニウムとアルミニウム中のスカンジウム含有量が２％
前後に納まるような量のハロゲン化スカンジウムとを原
料として、それらに金属還元剤を加えて熱還元し、その
熱還元された融液を、アルミニウムの凝固温度もしくは
それより１００℃低い範囲の温度まで１０ないし７０℃
／分の速度で冷却し、Ａｌ−Ｓｃ化合物をアルミニウム
合金塊の一部分に集中して高密度に析出させるようにし
たことである。

【００１４】原料の溶融は８００℃から高くても１，０
００℃までの温度域での加熱によるものとし、冷却速度
は冷却開始当初大きくアルミニウム凝固温度近くで小さ
くなるように漸次減少させて行う。

【００１５】ハロゲン化スカンジウムはフッ化スカンジ
ウムまたは塩化スカンジウムとしておけばよい。アルミ
ニウム合金塊からＡｌ−Ｓｃ化合物の低密度析出部を除
去して、高密度析出部を得るようにする。高密度析出部
を真空溶解することにより、残留した金属還元剤を除去
し、品質の高いＡｌ−Ｓｃ母合金を得る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るＡｌ−Ｓｃ
母合金の製造法およびその方法によって得られるＡｌ−
Ｓｃ母合金を、その実施の形態を基にして詳細に説明す
る。図１および図２は、Ａｌ−Ｓｃ母合金の製造過程を
模式的に示したもので、主として以下のＡからＥの工程
よりなっている。これによって、スカンジウム含有量を
従前の２重量％（以下単に％と表記する）から飛躍的に
増大させた母合金を得ることができる。

【００１７】その全工程は、アルミニウムとハロゲン化
スカンジウムとを原料１にして、るつぼ２に投入された
それらに金属還元剤とフラックスなどの副原料３を加
え、例えば９００℃で熱還元する工程（Ａ）、その熱還
元された融液４をアルミニウムの凝固温度もしくはそれ
より１００℃低い範囲の温度まで１０ないし７０℃／分
の速度で冷却し、その後に常温まで自然冷却する工程
（Ｂ）、生成金属塊５を取り出し周囲のスラグ６を除去
する工程（Ｃ）、アルミニウム合金塊５からＡｌ−Ｓｃ
化合物の低密度析出部５Ａを除去する工程（Ｄ）、およ
び高密度析出部５Ｂを真空溶解する工程（Ｅ）で構成さ
れる。

【００１８】このような５つの工程を経れば、７％以
上、場合によっては２０％をも超えるスカンジウム含有
率のＡｌ−Ｓｃ母合金が得られる。この理論値を超える
飛躍的に高い含有率を達成した本発明は、幾多の実験か
らなる研究を重ねて得られた知見をもとに完成したもの
であるが、その根幹をなすのは、アルミニウム・スカン
ジウム化合物Ａｌ₃ Ｓｃを、アルミニウム合金塊の一部
分に集中して析出させる（偏析させる）ための条件を見
い出したことにある。

【００１９】個々に詳しく述べると、Ａｌ−Ｓｃ母合金
を製造するにあたり、先ずＳｃの含有量が２％前後とな
るように、アルミニウムとハロゲン化スカンジウムとを
原料として調整する。Ｓｃ含有量の高いＡｌ−Ｓｃ母合
金は、上で触れたように最終的に低密度析出部５Ａから
分離して得られた高密度析出部５Ｂのみで形成されるの
であるが、低密度析出部５Ａと高密度析出部５Ｂとが一
体の合金塊を全体的に見た場合のＳｃ含有量が、２％前
後となるようにしておくという意味である。

【００２０】ここで言う２％前後とは、１％や３％に近
い部分は除くことを意味している。この含有率としてい
るのは、スカンジウムの量を３％もしくはそれ以上に多
くすると融点が高くなってしまい、従って熱還元温度を
上げなければならなくなること、溶融後の金属とスラグ
の分離が難しくなり、合金塊にスラグが混入して製品の
信頼性を低下させる要因を招くことになるからである。
一方、１％もしくはそれ以下であると、生成されるＡｌ
−Ｓｃ化合物の析出の絶対量が少なくなりすぎるという
理由による。

【００２１】それらの理由に加えて、Ａｌ₃ Ｓｃを部分
的に高い密度で析出させるにあたりそれを工業的生産に
ふさわしくするためには、本発明者らの研究によれば
１．５％ないし２．７％の含有量に留めておく必要のあ
ることが見い出された。もう少し詳しく述べれば、それ
より少し狭い１．８％から２．５％の範囲なら、高密度
析出部５Ｂの形成した箇所の断面観察を目視で行って
も、低密度析出部５Ａから容易に区別することができ、
都合がよい。

【００２２】因みに、上記した含有量が１．５％より少
ないと高密度析出部５Ｂが得られるものの、それが占め
る体積比率は小さくなり、その部分のみを分離しても、
量産に適した量が得られなくなってしまう。また、２．
７％を超えると、高密度析出部が生成されることはあっ
ても、再現性を常に高い率では期待しがたい。

【００２３】ここで、析出の形態を簡単に説明すると、
Ａｌ−Ｓｃ化合物は、その大部分がＡｌ₃ Ｓｃである。
これは原子量から計算して明らかなように約３６％のＳ
ｃを含む。このＡｌ₃ Ｓｃの結晶は、図３に示した光学
顕微鏡写真（ｃ）のようにいろいろな形をしており、３
０ないし２００μｍの大きさまで成長してアルミニウム
素地中のかなりの部分を占める。しかし、通常は図３の
写真（ｂ）に示されるように直線状に並んで析出する特
性があり、概して樹枝状となって散在する。しかし、そ
の析出には何の規則性を伴うものでない。

【００２４】ところが、本発明に基づく処理を施すと、
図４の（ａ）に示したように、一か所に集まったかのよ
うにＡｌ₃ Ｓｃが高密度に析出する。その集中した高密
度析出部５Ｂの相には樹枝状配列といったものは殆ど見
当たらず、図３の（ｃ）に示したごとく、析出物の一つ
ひとつが他とは関連を持つことなくほぼ均一に分布す
る。この部分だけに着目して、いま析出物がアルミニウ
ム素地に対して４０％占めているとすれば、この高密度
析出部５Ｂには０．４×０．３６＝０．１４、即ち１４
％ものＳｃが含まれていることになる。

【００２５】一方、高密度析出部５Ｂ以外は、殆どがア
ルミニウム素地であるか、若干の析出が見られる程度の
低密度析出部５Ａとなっている。図３の写真（ａ）は図
４の（ａ）の仮想線Ｋで囲んだ矩形部分の拡大であり、
その上過半部はその低密度析出部５Ａである。この部分
でのＳｃ含有量は多くても１．５％に留まり、通常は１
％前後もしくはそれ以下といって過言でない。

【００２６】ここで特徴的なことは、高密度析出部５Ｂ
と低密度析出部５Ａとの間に中密度析出部や析出層とい
った部分が殆ど見られないか、有っても僅かであるとい
うことである。これも又貴重な知見であり、従って、高
密度析出部５Ｂと低密度析出部５Ａとの境界が明瞭であ
ることは、目視による分別操作を大いに助けるものとな
る。

【００２７】このように中密度析出部の存在を見い出す
ことが困難であると言えるほどはっきりした二相の発現
は、本発明者らによって初めて認められたものである
が、この現象を踏まえれば、Ａｌ−Ｓｃ母合金としてＳ
ｃ含有量の多い即ち含有率の高い部分を無駄なく簡単に
得ることができるようになる。

【００２８】この高密度析出部５Ｂを取り出すにあたっ
ては、図２の（Ｄ）の（１）に示したように、低密度析
出部５Ａ₁ を回転刃７で切り落としてもよいし、後述す
るが（２）のように削り粉５ａにして掻き集めてもよ
い。いずれも、低密度析出部５Ａから分離して高密度析
出部５Ｂのみを得ることに大した違いはない。

【００２９】次に、処理工程を順に説明する。（Ａ）で
は、アルミニウムとＳｃの含有量が２％前後となるよう
な量のハロゲン化スカンジウムとを原料にして、それに
金属還元剤とフラックスを加えて例えば９００℃で熱還
元する。スカンジウムはニッケル精製工程等において酸
化物のかたちで副産物として得られるが、それを処理し
たフッ化スカンジウムは容易に入手できる（例えば特開
２０００−３１３９２８号公報を参照）。

【００３０】金属還元剤としては通常はＬｉ，Ｃａ，Ｍ
ｇ等の還元力を有する金属で、ハロゲン化スカンジウム
を還元するに十分な量が添加される。実際には後処理を
考慮して、１ないし３当量添加しておけばよい。フラッ
クスは合金融液の融点降下ならびに金属とスラグとの分
離を促進するために添加するもので、通常は後処理工程
も考慮して、生成する合金塊に対して重量比で０．１な
いし３倍程度のＬｉＦやＣａＣｌ₂ 等が添加される。

【００３１】これらをるつぼ２に投入するが、８００な
いし１，０００℃で加熱することにしているので、高級
なタンタルるつぼでなくても、耐熱性の低いアルミナや
マグネシアまたは黒鉛など安価なるつぼを用いることが
できる。溶解温度が１，０００℃以下であるのでるつぼ
成分の滲出のおそれも極めて少なく、合金塊の汚染も可
及的に抑制される。

【００３２】ところで、フッ化スカンジウムの融点は
１，２２７℃であるが、融点に到達する前から一部蒸散
することが知られている。本発明者らが使用したもので
は、４００℃あたりから蒸散が始まり、１，０００℃で
は約５％の質量損失の生じることが確認された（図５中
のＱを参照）。また、融点に近づくと急激に質量の低下
を示し、昇華も活発に併発していることを伺わせた。こ
のようなことを踏まえると、８００℃から高くてもせい
ぜい１，０００℃までで処理することが好ましいと言え
る。例えば９００℃で加熱すれば、ハロゲン化スカンジ
ウムの蒸発による原料ロスが生じても、それを最小限に
喰い止めておくことができる。

【００３３】原料や副原料の投入されたるつぼはステン
レス製等の加熱炉（図示せず）に入れられ、内部空気を
引いた後に不活性ガスとしてのアルゴンまたはヘリウム
等が充填される。この不活性ガスの封入は、フッ化スカ
ンジウムの蒸散を抑制するためであるが、活性度の高い
スカンジウムの酸化やアルミニウムの酸化を抑止し、Ａ
ｌ−Ｓｃ母合金の品質低下をきたさないようにするため
でもある。まず、１気圧の静置状態で熱還元温度の９０
０℃まで上げられ、それを一定時間保持して還元合金化
が図られる。熱還元温度の保持時間は５分以上必要であ
り、操業は十分な反応時間とエネルギコストや効率を考
慮して、０．５ないし３時間程度とされる。

【００３４】その熱還元された融液４を、（Ｂ）の工程
であるアルミニウムの凝固点６６０℃前後までもしくは
それより１００℃低い５６０℃までの範囲の温度、例え
ば６００℃まで、１０ないし７０℃／分の速度により炉
冷すると、その後は炉から取り出して室雰囲気に曝し、
室温まで自然冷却（空冷）される。なお、１０ないし７
０℃／分の速度による冷却は、アルミニウムが凝固して
いることを確認できる時点までで十分であるので、５０
０℃といったようにアルミニウムの凝固温度より１００
℃以上低いところまで続ける必要はない。

【００３５】このような冷却処理によれば、図４の
（ａ）のように、アルミニウム合金塊５の下部に集中し
て高密度析出部５Ｂが形成される。即ち、冷却速度が１
０ないし７０℃／分の範囲にあれば、Ａｌ−Ｓｃ析出物
の生成とＡｌ素地との僅かであるが比重差によりＡｌ−
Ｓｃ析出物が沈降分離され、合金塊の鉛直方向下部にＳ
ｃが濃縮されたかのように見える高密度析出部５Ｂが、
その上に位置する低密度析出部５Ａと明瞭に区別された
形で現れる。

【００３６】冷却速度は、７０℃／分を超えるとＡｌ−
Ｓｃ化合物が十分析出しなく、さらに比重差により沈降
分離する前に合金塊自体が凝固してしまって高密度析出
部が得られず、低密度析出部との二相化現象は見られな
い。一方、冷却速度が１０℃／分であると図４の（ｂ）
のようになり、それより少なくなると（ｃ）のように合
金塊中央に向かってＡｌ−Ｓｃ析出物５Ｍが樹枝状に成
長し、これが散在する恰好となって高密度析出部が見ら
れなくなる。

【００３７】上記したように冷却速度は１０ないし７０
℃／分としているが、これは、例えば２０℃／分とか１
０℃／分といった一定の温度降下率を採用することを意
味するだけでなく、冷却開始当初は大きくアルミニウム
凝固温度近くでは小さくなるように漸次減少させるよう
にしてもよいことを意味している。

【００３８】本発明者らの研究によれば、温度降下勾配
がアルミニウムの凝固温度を下回るまで図６の実線Ｘの
ように一定であっても、破線Ｙで示すように時間が経つ
につれて温度勾配を小さくしても、結果的に大きな差を
見い出すことはなかった。ただ後者を採用すれば、温度
制御が容易となるだけでなく、その後の常温までの自然
冷却にもスムーズに移行させることができて都合がよ
い。なお、実験においては、温度をるつぼ外周部におい
て計測した。

【００３９】ところで、冷却は、るつぼを加熱用の炉の
中に置いたままの炉冷としてもよいし、炉から取り出し
て空冷したりオイルバスに浸すといった方法でもよい。
いずれにしても、アルミニウムの凝固温度もしくはそれ
より１００℃低い範囲の温度までは、上記した１０ない
し７０℃／分としておくが、アルミニウムの凝固温度に
到るかそれを下回った時点で、Ａｌ−Ｓｃの析出は殆ど
完了する。即ち、９００℃から６６０℃までの間を例え
ば３５℃／分で冷却してもよいし、５６０℃までの間を
３５℃／分で冷却してもよい。言うまでもないが、後者
の場合にはアルミニウムをその冷却速度でもって完全に
凝固させることができる。

【００４０】その後の常温までの冷却は炉冷で続けるよ
うにしてもよいし、自然または強制空冷で続けてもよ
い。炉内にるつぼを置いたまま冷却する場合には、アル
ゴンガスを炉内に吹き込むといったことも適宜行うこと
ができる。Ａｌ−Ｓｃは既に析出しており、その後の温
度降下率は是非幾らでなければならないということもな
い。従って、場合によっては水冷しても差し支えない。

【００４１】このようにして生成された合金塊５は、工
程（Ｃ）において、周囲に付着するスラグ６が除去され
る。アルミニウム合金塊はるつぼ２の壁面に沿った外面
を呈し、上面は表面張力等の作用でやや丸く膨らんだ全
体として歪んだボール状をなす。その周囲に付着するス
ラグ６は叩くなどして衝撃を加えると簡単に剥がれ、ア
ルミニウム合金塊５が得られる。

【００４２】スラグが除去されると、工程（Ｄ）に移さ
れ、アルミニウム合金塊５からＡｌ−Ｓｃ化合物の低密
度析出部５Ａが除去され、高密度析出部５Ｂだけが取り
出される。合金塊の外から高密度析出部と低密度析出部
との境界が目視できる場合には、その境界に沿って回転
刃７を入れるなどして高密度析出部５Ｂが切り落とされ
る。外部からの目視で明瞭に境界が掴めなければ、
（３）のように半分に切り開き、その切断面５ｐにおけ
る境界５ｓを目安にして高密度析出部のみを得ればよ
い。

【００４３】因みに、高密度析出部５Ｂの占める体積は
アルミニウム合金塊５の全体の２０％より少ない程度で
あるが、その狭い部分に集中するという点では、Ａｌ−
Ｓｃ母合金を得るための処理（切削等）の手間が軽減さ
れることにもなり、極めて都合がよいと言える。

【００４４】先にも少し触れたが、図２の（Ｄ）の
（２）に表したように、ミーリングカッタ８を使用する
などして高密度析出部５Ｂ₂ を削り落とし、その削り粉
５ａを集めるようにしてもよい。この場合も必要に応じ
て合金塊を二つ割れに切断し、断面に現れる析出部境界
を見定めながら、刃物に送りを掛ければよい。いずれに
しても、低密度析出部５Ａとは分別されることになり、
上記した例のように高い％のＡｌ−Ｓｃ化合物を得るこ
とができる。なお、除去された低密度析出部は、スカン
ジウム低含有量のＡｌ−Ｓｃ合金として別途使用しても
よいし、本発明に係るＡｌ−Ｓｃ母合金の原料として再
利用することもできる。

【００４５】表１は、冷却速度を変えた幾つかの場合の
結果の一例である。これから分かるように、例５の３５
℃／分においては高密度析出部５Ｂの含有率が２１％に
も達している。速度を７０℃／分まで大きくしても、１
０℃／分まで小さくしても、例３や例８のように約８な
いし１０％が得られることが分かる。原料段階での２％
に比べれば、その高密度ぶりが伺える。いずれも、Ａｌ
−Ｓｃ二元系の相平衡状態図に基づく１，０００℃の液
相線で７％といったＳｃ理論含有量（図８を参照）をも
超えており、極端に言うと、このような非平衡状態の調
整を経て理論上製造不可能な含有量が達成されたことに
なる。

【表１】

【００４６】因みに、低密度析出部５ＡにおけるＳｃ含
有量を表１のＢの欄に示した。その含有率は１％前後で
あり、低密度析出部５ＡにおけるＳｃ含有量と高密度析
出部５Ｂにおけるそれとの比を表したＡ／Ｂの欄から分
かるように、高密度析出部は低密度析出部の１０ないし
２０倍近くにも及ぶ高い集積率となっている。これだけ
含有率に差が生じるほどの偏析を実現したことは、画期
的であると言える。なお、表１中の横線は、その例にお
いて高密度析出部が発現しなかったために、数値記入不
能となったことを示している。

【００４７】最後に、低密度析出部が取り除かれた高密
度析出部５Ｂを集め、工程（Ｅ）において真空溶解もし
くは他の公知の処理を施し、高密度析出部に残留したカ
ルシウム等の金属還元剤が除去される。このようにして
得られたＡｌ−Ｓｃ母合金はスカンジウムの純度が高
く、これを添加剤として使用すれば、各種の優れた性質
や特性を発揮するアルミニウム・スカンジウム合金を製
造することができる。

【００４８】アルミニウムの融点は６６０℃であるゆえ
に、原料の溶解温度の下限としては８００℃好ましくは
８５０℃が要求される。この温度にすれば還元剤として
のカルシウム（８３８℃）、フラックス（造滓剤）とし
てのＬｉＦ（８５０℃）やＣａＣｌ₂ （７７４℃）の融
解も簡単になされ、フッ化スカンジウムの還元が円滑と
なる。

【００４９】このように炉温を１，０００℃までに留め
ることにすれば、先にも述べたようにるつぼからの不純
物の混入が抑制され、フッ化スカンジウムの蒸発による
消失も少なくできる。それのみならず、１，０００℃を
超える場合に比べれば、加熱エネルギ投入量は飛躍的に
節減される。投入エネルギが少なければ、装置の熱負荷
対策も軽減され、ひいては設備コストや操業コストの低
廉化も図られ、安価なＡｌ−Ｓｃ母合金の提供が可能と
なる。

【００５０】ところで、原料のハロゲン化スカンジウム
としてフッ化スカンジウムを使用した例を述べたが、塩
化スカンジウムであっても原料として供することができ
る。ハロゲン化物は反応性に富むが、塩化スカンジウム
の場合には、フッ化スカンジウムよりも低い温度域での
反応が可能となる利点がある。

【００５１】

【実施例】ここで、実際のＡｌ−Ｓｃ化合物の生成例を
一つ挙げる。原料としてフッ化スカンジウム５ｇ、アル
ミニウム粉末１０９ｇを準備する。これに金属カルシウ
ム６ｇ、フッ化リチウム５ｇ、塩化カルシウム３０ｇを
混合してアルミナるつぼに入れ、Ａｒ雰囲気中抵抗加熱
式電気炉で９００℃に３０分間保持する。還元反応を行
わせた後は、図６の実線Ｘの要領で冷却した。

【００５２】取り出した合金塊を分析評価した結果は、
先に述べた表１のとおりである。因みに、Ｓｃ含有率は
焦点範囲３ｍｍφの蛍光Ｘ線分析装置により測定した。
試験の結果からも明らかなように、実施例３ないし８は
いずれもＳｃ含有率が７％以上であって低密度析出部の
５倍以上を有し、他の例よりも高いＳｃ含有量を保有し
ていた。

【００５３】比較例１や２は冷却速度が速いためＡｌ−
Ｓｃ化合物の析出前に溶融物が凝固してしまい、Ｓｃ含
有率の高い部分が生成されなかった。比較例９ないし１
２は冷却速度が遅いため析出物が合金塊中央に樹枝状に
成長してしまい、明瞭な高密度析出部が得られなかっ
た。

【００５４】図７は、合金塊を垂直面で切断し、さらに
それを９０度異なる垂直面で切り落として１／４塊と
し、その二面のうちの一方の切り口を数倍に拡大して見
た写真である。その（ａ）はアルミニウムの凝固温度ま
で２０℃／分で冷却した結果Ａｌ−Ｓｃ化合物が集中し
て下部分に析出したもので、それが明瞭に現れているこ
とが分かる。

【００５５】（ｂ）は７．５℃／分で冷却したもので、
高密度析出部の発現が見られず、樹枝状の析出が合金塊
全体に散在しているにすぎない。（ｃ）は７５℃／分で
冷却したもので、Ａｌ−Ｓｃ化合物の析出が十分把握で
きない。（ｄ）はアルミニウム中のスカンジウム含有量
が３％の場合のものを２０℃／分で冷却した例で、高密
度析出部の発現は見られるものの中間密度も併存してお
り、再現性も低いものであった。（ｅ）は１％のものを
２０℃／分で冷却した場合であり、高密度析出部は発現
するが、その層は（ａ）よりも著しく薄いものとなって
いる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、アルミニウムとアルミ
ニウム中のスカンジウム含有量が２％前後に納まるよう
な量のハロゲン化スカンジウムとを原料とし、その熱還
元された融液を、１０ないし７０℃／分の温度降下速度
で冷却するようにしたので、Ａｌ−Ｓｃ化合物をアルミ
ニウム合金塊の一部分に集中して高密度に析出させるこ
とができる。この高密度析出部は、Ａｌ−Ｓｃ母合金と
して好適な量のスカンジウムを含む。その量はアルミニ
ウム・スカンジウム相平衡状態から把握されるスカンジ
ウムの理論含有量を超えるものであり、高品質なＡｌ−
Ｓｃ母合金の提供が可能となる。

【００５７】原料の溶融は、８００℃から高くても１，
０００℃までの温度域での加熱によるものとしているの
で、溶解に要するエネルギは１，０００℃を超える場合
に比べて少なくなり、溶解装置における熱負荷も軽減さ
れ、総じて設備に関わるコストや操業コストの低廉化が
推し進められる。また、安価なるつぼの採用やるつぼか
らの滲出物の抑制も図られ、Ａｌ−Ｓｃ母合金の安価な
生産も実現される。

【００５８】冷却速度としては、冷却開始当初大きくア
ルミニウムの凝固温度あたりで小さくなるように漸次減
少させるようにしておけば、温度制御が容易であると共
に、常温までの自然冷却へもスムーズに移行させやすく
なる。

【００５９】ハロゲン化スカンジウムとして、フッ化ス
カンジウムまたは塩化スカンジウムを使用すれば、その
入手は比較的簡単であり、反応性にも富む。Ａｌ−Ｓｃ
母合金の製造の容易化と高品質化が図られる。

【００６０】アルミニウム合金塊からＡｌ−Ｓｃ化合物
の低密度析出部を除去して、高密度析出部を得るように
しておけば、高密度析出部のみを集めることができ、そ
のＳｃ含有量を高くすることが容易である。

【００６１】高密度析出部を真空溶解等その他の公知の
処理を施しておけば、残留した金属還元剤を除去するこ
とができ、Ａｌ−Ｓｃ母合金の品質向上が図られる。い
ずれにしても本発明に係る方法によって製造されたＡｌ
−Ｓｃ母合金は、スカンジウムを含むことによって飛躍
的な改質が図られたＡｌ−Ｓｃ合金を安価に提供するこ
とを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Ａｌ−Ｓｃ母合金の製造過程を模式的に表し
た工程図。

【図２】 図１に続くＡｌ−Ｓｃ母合金の製造過程を表
した工程図。

【図３】 溶製されたアルミニウム合金塊の断面の光学
顕微鏡写真であり、（ａ）は低密度析出部から高密度析
出部にかけての境界部位の写真、（ｂ）は樹枝状に発生
したＡｌ−Ｓｃ化合物の析出状態を示す写真、（ｃ）は
高密度析出部の拡大写真。

【図４】 アルミニウム合金塊に現れたＡｌ−Ｓｃ化合
物の析出状態の説明用模式図であって、（ａ）は高密度
析出部が明瞭に現れ低密度析出部との境界がはっきりし
ている場合、（ｂ）高密度析出部が一応発現しているが
低密度析出部に樹枝状析出があった場合、（ｃ）は樹枝
状析出のみが発現した場合。

【図５】 炉温の上昇に伴うフッ化スカンジウムの蒸散
特性のグラフ。

【図６】 融液の冷却速度の典型例を表したグラフ。

【図７】 高密度析出部の発現の有無を示した幾つかの
例の断面写真。

【図８】 Ａｌ−Ｓｃ二元系の相平衡状態図。

【符号の説明】 ５Ａ，５Ａ₁ …低密度析出部、５Ｂ，５Ｂ₂ …高密度
析出部、５Ｍ…樹枝状析出物、５ａ…削り粉。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 潔 青森県八戸市大字市川町字田ノ沢頭３−22 青森県機械金属技術研究所内 (72)発明者 一山 義夫 青森県八戸市大字市川町字田ノ沢頭３−22 青森県機械金属技術研究所内 (72)発明者 松山 大 青森県八戸市大字市川町字田ノ沢頭３−22 青森県機械金属技術研究所内 (72)発明者 薬師寺 弘昌 青森県八戸市大字河原木字遠山新田５−２ 大平洋金属株式会社内 (72)発明者 伊藤 誠治 青森県八戸市大字河原木字遠山新田５−２ 大平洋金属株式会社内 Ｆターム(参考） 4K001 AA39 BA04 DA01 HA03

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ−Ｓｃ合金を製造するために使用さ
   れるＡｌ−Ｓｃ母合金を製造する方法において、 アルミニウムとアルミニウム中のスカンジウム含有量が
   ２％前後に納まるような量のハロゲン化スカンジウムと
   を原料として、それらに金属還元剤を加えて熱還元し、 その熱還元された融液を、アルミニウムの凝固温度もし
   くはそれより１００℃低い範囲の温度まで１０ないし７
   ０℃／分の速度で冷却し、 Ａｌ−Ｓｃ化合物をアルミニウム合金塊の一部分に高密
   度に析出させるようにしたことを特徴とするＡｌ−Ｓｃ
   母合金の製造法。
2. 【請求項２】 前記原料の溶融は、８００℃から高くて
   も１，０００℃までの温度域での加熱によることを特徴
   とする請求項１に記載されたＡｌ−Ｓｃ母合金の製造
   法。
3. 【請求項３】 前記冷却速度は、冷却開始当初大きくア
   ルミニウム凝固温度近くで小さくなるように漸次減少さ
   せることを特徴とする請求項１または請求項２に記載さ
   れたＡｌ−Ｓｃ母合金の製造法。
4. 【請求項４】 前記ハロゲン化スカンジウムは、フッ化
   スカンジウムまたは塩化スカンジウムであることを特徴
   とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載さ
   れたＡｌ−Ｓｃ母合金の製造法。
5. 【請求項５】 前記アルミニウム合金塊からＡｌ−Ｓｃ
   化合物の低密度析出部を除去して、高密度析出部を得る
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一
   項に記載されたＡｌ−Ｓｃ母合金の製造法。
6. 【請求項６】 前記高密度析出部を真空溶解し、残留し
   た金属還元剤を除去することを特徴とする請求項５に記
   載されたＡｌ−Ｓｃ母合金の製造法。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれか一項
   に記載された方法により製造されたことを特徴とするＡ
   ｌ−Ｓｃ母合金。