JP2006077317A - アルミニウム合金発泡体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 Zn:1.0〜20.0%、Ca:0.1〜5.0%、Ti:0.1〜5.0%、Mg:0.1〜5.0%を各々含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を発泡させてなり、発泡の平均粒径を5mm以下、相対密度を0.1以上とするとともに、発泡のセル壁の平均硬さを60Hv以上とし、アルミニウム合金発泡体のプラトー応力を4MPa以上とする。
【選択図】 図1
Description
本発明では、前提的な要件として、アルミニウム合金発泡体の発泡径(気泡径、あるいは気泡粒径)を制御し、平均粒径を5mm以下とする。発泡の平均粒径を5mm以下とすることにより、発泡粒径の均一性が保障される。アルミニウム合金発泡体の発泡の平均粒径が5mmを超えた場合、発泡のセル壁の平均硬さを60Hv以上とすることが困難となるとともに、圧縮強度や衝撃吸収特性が低下する。
本発明では、発泡のセル壁の平均硬さを60Hv以上と規定する。アルミニウム合金発泡体における発泡のセル壁は、各発泡(気泡)の周囲壁あるいは各発泡同士を仕切る壁と定義される。この発泡のセル壁の平均硬さを60Hv未満の場合は、上記発泡粒径の微細化を果たしても、アルミニウム合金発泡体のプラトー応力を4MPa以上とすることができない。
アルミニウム合金発泡体の発泡セル壁の硬さは、マイクロビッカース硬度計にて、当該発泡セル壁測定部分に、50gの荷重を加えて、例えば5箇所などの複数箇所行い、それらの平均値として求める。
更に、アルミニウム合金発泡体のプラトー応力を得るための条件として、上記発泡粒径の微細化や、発泡粒径の均一性とともに、発泡体(発泡)の相対密度を0.1以上とすることが好ましい。発泡体の相対密度が0.1未満では、上記発泡粒径の微細化や、発泡粒径の均一性を果たしても、アルミニウム合金発泡体の前記プラトー応力が得られない可能性がある。発泡体の相対密度の上限は特に規定しないが、相対密度が高いほど重量が大きくなり、自動車などの軽量化に対する寄与が小さくなる。用途によっては、軽量化効果よりも変形応力が高い方が要求される場合もあるので、1.0以下が好ましい。なお、この発泡体の相対密度は、合金組成や製造条件、設備条件などに応じて、発泡剤(TiH2 )の添加量を調整して制御する。相対密度は、発泡体から50×50×50mm(125cm3 )の試料を切り出し、この試料の重量を測定して、水の相当体積125cm3 =125gで割って求める。
本発明では、アルミニウム合金発泡体のプラトー応力(圧縮試験における圧縮応力)を4MPa以上と規定する。プラトー応力が4MPa未満では、高張力鋼板製クラッシュボックスと同等の体積を有することを前提に、高張力鋼板製クラッシュボックスと同等か、それ以上のエネルギ吸収量が確保できない。具体的には、クラッシュボックスが50%変形するまでに、6.0kJ/kg程度のエネルギ吸収量が確保できない。
アルミニウム合金発泡体の、エネルギ吸収部材として必要強度やエネルギ吸収能などの特性を満たすとともに、発泡の均一性にも関わる、発泡用アルミニウム合金組成を以下に説明する。
Znは、Mgと共存した際に強度向上に有効な元素でもあるが、凝固収縮する作用があり、セル壁の一部に膜厚の薄い部分を形成させ、圧縮変形能を高める作用がある。この作用を発揮させるためには、1.0%以上の含有が必要である。しかし、20.0%を超えて過度に含有すると、発泡アルミニウムの気泡粒径の安定化を阻害し、気泡が粗くなってしまい、圧縮強度を低下させる。従って、Znの含有量は1.0〜20.0%の範囲とする。
Caは、発泡アルミニウムの製造時におけるアルミニウム合金溶湯の粘性を増加させ、かつ気泡を安定化させて、発泡体を均質にするとともに、発泡の微細化、均一性を達成するための、発泡作用を有する。その効果を得るためには、少なくとも0.1%以上の含有が必要である。一方、5.0%を超えて過度に含有すると、溶湯の粘性を過度に高め、溶湯の流動性を著しく低下させ、発泡剤の分散が困難となり、却って、発泡の微細化、均一性が阻害され、圧縮強度を低下させる。従って、Caの含有量は0.1〜5.0%の範囲とする。
Mgは、強度向上に有効な元素であり、また、上記した通り、Znと共同して発泡アルミニウムの製造時に、溶湯の粘性を増加させ、かつ気泡を安定化させて、発泡体を均質にする作用を有する。その効果を得るためには、Mgを少なくとも0.1%以上含有する必要がある。一方、5.0%を超えて過度に含有すると、溶湯の粘性を過度に高め、溶湯の流動性を著しく低下させ、発泡剤の分散が困難となり、却って、発泡の微細化、均一性が阻害され、圧縮強度を低下させる。したがって、Mg含有量は0.1〜5.0%の範囲とする。
Tiは、発泡アルミニウムの強度向上に有効な元素である。その効果を引き出すためには、少なくとも0.1%以上の含有が必要である。一方、5.0%を超えて過度に含有すると、溶湯の流動性を低下させ、晶出することにより、アルミニウムを脆くする。したがって、Tiの含有量は0.1〜5.0%の範囲とする。
次に、本発明発泡アルミニウムを製造するための、好ましい製造条件について以下に説明する。本発明では、発泡アルミニウムの製造工程自体は、従来と同様である。但し、前記した通り、特定合金組成からなる発泡アルミニウムの発泡粒径を、平均粒径として微細気泡化した上で、発泡のセル壁の平均硬さを60Hv以上とするためには、後述する通り、特に、炉から鋳型を出した後に(発泡完了後に)約100〜200℃の範囲まで一旦冷却した後、この温度範囲で10分以上保持する熱処理を行なうことが必要である。
また、これらアルミニウム合金発泡体の相対密度を前記した方法で求めた。そして、これらアルミニウム合金発泡体の発泡セル壁の硬さも、マイクロビッカース硬度計にて、50gの荷重を加えて5箇所行い、それらの平均値として各々求めた。
比較例6は、本発明組成内のアルミニウム合金Aを用い、発明例のような冷却停止温度で所定時間保持する熱処理を行なっているが、時間が短過ぎて、熱処理の効果が出ていない。このため、発泡のセル壁の平均硬さが60Hv未満であり、圧縮応力も4MPa未満と低い。
Claims (2)
- エネルギ吸収部材として用いられるアルミニウム合金発泡体であって、質量%で、Zn:1.0〜20.0%、Ca:0.1〜5.0%、Ti:0.1〜5.0%、Mg:0.1〜5.0%を各々含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を発泡させてなり、発泡の平均粒径が5mm以下、相対密度が0.1以上であるとともに、発泡のセル壁の平均硬さが60Hv以上であることを特徴とするアルミニウム合金発泡体。
- 前記アルミニウム合金発泡体が単体としてエネルギ吸収部材に用いられる請求項1に記載のアルミニウム合金発泡体。
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