JP2014505789A - 遷移元素を有する改良アルミニウム合金粉末金属 - Google Patents

Abstract

遷移元素ドープアルミニウム粉末金属およびこの粉末金属の製造方法を開示する。製造方法には、溶融アルミニウム遷移元素の遷移元素含有が６重量パーセント未満であるアルミニウム遷移元素融解を形成する工程を有する。アルミニウム遷移元素融解が次いで粉末化された遷移元素ドープアルミニウム粉末金属を形成する。粉末化が、たとえば、空気噴射で行われて良い。
【選択図】なし

Description

本開示は粉末冶金に関わり、詳細には、粉末冶金向けの粉末金属の形成に関わる。

粉末冶金が、鋳造などの従来の金属形成技術の代替技術である。粉末冶金を用いて、複雑な形状を有する部品が作られ、部品が希望する最終部品の寸法に非常に近い寸法を有する。この寸法の正確さが機械加工または再加工における、特には、大きな製品容積を有する部品に対する高い経費を抑えることができる。

典型的に、粉末冶金で作られる部品は次のように形成される。最初に、１つまたは複数の粉末金属および潤滑剤を含有した配合が、加圧下の治具型で圧縮されて、ＰＭ（粉末金属）成型体を形成する。このＰＭ成型体が次いで加熱されて潤滑剤が除去され、粉末金属の個々の粒子を拡散ベース物質遷移によって一緒に焼結する。焼結は典型的には粉末金属材料をそれの固相線温度のわずか上か下の温度に加熱して実行される。固相線温度以下に保持された場合、液相の無い状態の焼結が起こる。これを一般に固体相焼結と呼ぶ。固相線温度以上に保持された場合、少量の制限された液相が形成される。このような焼結が液相焼結として知られる。用いられる焼結温度に関わらず、焼結された部品が形状で開始成型体と良く似ている。

一般に、焼結処理中に部品が大きさで収縮する。拡散の発生と共に、隣接の粒子がくびれて一緒になって互いに永久結合し、粒子間の何れの空隙を埋め始める。この緻密化が終わって、および／または細孔の大きさを縮小して、成型体に比べて焼結部品の全体大きさが縮小する。焼結時間が長くても、空隙が焼結部品内に残る。残念ながら、完全に緻密化していない焼結部品にとって、この焼結部品の機械的強度がやはり通常、鍛造された部品よりもいくらか劣る。

よって、改善された粉末金属が必要である。具体的には、粉末金属に対して継続的に必要なのは、焼結時に、鍛造部品に近づく機械的強度を有することである。

改善されたアルミニウム合金粉末金属および該粉末金属を生成する関連の方法を開示する。ＰＭ部品が従来のアルミニウム粉末金属混合および微細構造と比較して改善された強度特性を有する開示のアルミニウム合金粉末金属から作られる。アルミニウム合金粉末金属が部分的に少なくとも改善された強度特性を有し、とういうのは、遷移元素が粉末金属全体に比較的均質にアルミニウム合金粉末にドープされるからである。これが粒界に沿って形成される限定的に有益な金属間化合物量を減少させ、焼結部品全体に亘って強化分散質相の成型体を促進する。この種の形態は加圧焼結タイプの生成物において知られていない。

粉末金属部品の生成用の粉末金属を作る方法が開示される。該方法がアルミニウム遷移元素融解中の遷移元素の含有量が６重量パーセント未満であるアルミニウム遷移元素融解を形成する。アルミニウム遷移元素融解を粉末化して遷移元素のドープされたアルミニウム粉末金属（以降、「遷移元素ドープアルミニウム粉末金属」と呼ぶ）を形成する。遷移元素が鉄、ニッケル、チタニウム、マンガンの１つまたは複数を含む。

方法の１つには、粉末化が、アルミニウム遷移元素融解を空気噴霧する工程を含んで良い。方法の他の形態に、アルミニウム遷移元素融解を噴霧して遷移元素ドープアルミニウム粉末金属を形成する工程には、アルゴン、窒素、ヘリウムなどの他の気体で噴霧するか、粉砕、研削、化学反応、および／または電解析出の工程を含んで良い。

粉末金属部品がこの遷移元素ドープアルミニウム粉末金属から形成されて良い。粉末金属部品中の遷移元素の濃度が、前記粉末金属部品を形成するのに使用される前記遷移元素ドープアルミニウム粉末金属中に見いだされる遷移元素の濃度に、実質的に等価で良く、すなわち、粉末元素要素に、別の元素粉末または金属合金の要素として添加される遷移元素がわずかかまたは無い。遷移元素ドープアルミニウム粉末金属から形成された粉末金属部品が、類似の混合で、前記遷移元素が元素粉末または母合金の要素として添加される、粉末金属から形成される粉末金属部品に比べて実質的に少ない、前記部品の粒界に沿って形成される金属間化合物を含有して良い。

遷移元素ドープアルミニウム粉末金属が他の粉末金属と混合されて少なくとも１つの他の合金化元素が提供されて良い。遷移元素ドープアルミニウム粉末金属を別の粉末金属と混合することで、混合粉末金属が作れられて、次いで粉末金属部品を作るように用いられて良い。

上述の方法で作られた粉末金属がやはり開示される。粉末金属が遷移元素ドープアルミニウム粉末金属を含有し、遷移元素が、前記遷移元素ドープアルミニウム粉末金属全体に均質的に分散され、かつ、前記遷移元素ドープアルミニウム粉末金属が６重量パーセント未満の遷移元素を含有する。

また、遷移元素ドープアルミニウム粉末金属が、空気噴霧、または本明細書で説明する他の形態の噴霧で作られて良い。

遷移元素が１つまたは複数の鉄、ニッケル、チタン、およびマンガンを含んで良い。ＳｉＣまたはＡｌＮなどの少なくとも１つのセラミック添加剤が１５体積パーセントまで添加されて良い。

粉末金属の生成のための粉末金属を作る別の方法がやはり開示される。該方法が、アルミニウム合金元素融解中の合金元素の含有量が６重量パーセント未満であるアルミニウム合金元素融解を形成する工程を含む。合金元素が鉄、ニッケル、チタン、およびマンガンで構成されたグループから選択される。アルミニウム合金元素融解が、粉末化されて合金元素ドープアルミニウム粉末金属を形成する。

また、粉末金属の生成のための粉末金属を作る別の方法がやはり開示される。この方法によれば、アルミニウム合金元素融解中の合金元素の含有量が６重量パーセント未満であるアルミニウム合金元素融解を形成する。アルミニウム合金元素融解を粉末化して、合金化元素ドープアルミニウム粉末金属を形成する。合金化元素が前記アルミニウムと金属間相を形成し、かつ、金属間相が合金化元素ドープアルミニウム粉末金属全体に均質的に分散される。とりわけ、金属間相がこの粉末金属から作られた部品の強度を改善するが、というのは、金属間相が従来のＰＭ材料のように最初から粒界に配置されないからである。

本発明のこれらのおよびさらに他の有利な点が詳細な説明および図面から明らかになる。以下は本発明のいくつか好適な実施形態の単なる説明に過ぎない。本発明の範囲を完全に見積もるには、特許請求の範囲を見れば良く、これら好適な実施形態のみを特許請求の範囲内の実施形態とするものではない。

２３２４アルミニウム合金（Al-4.5Cu-1.5Mg-0.2Sn）の各種粉末変異体の生強度を示す図である。 ２３２４アルミニウム合金およびそれの変異体の粉末への各種成形圧力で得られる理論密度を百分率で示す図である。 ２３２４アルミニウム合金およびそれの各種変異体から焼結されたサンプルに対して得られる理論密度を百分率で示す図である。 Ｔ１加熱処理をされたアルミニウム合金粉末金属で作られたサンプルの降伏強度を比較したグラフであって、アルミニウム合金粉末金属への遷移元素の予備合金化（prealloyed）および元素添加間の相違も含んだグラフである。 Ｔ１加熱処理をされたアルミニウム合金粉末金属で作られたサンプルの最大引張強度（ＵＴＳ）を比較したグラフであって、アルミニウム合金粉末金属への遷移元素の予備合金化および元素添加間の相違も含んだグラフである。 Ｔ１加熱処理をされたアルミニウム合金粉末金属で作られたサンプルの延伸を比較したグラフであって、アルミニウム合金粉末金属への遷移元素の予備合金化および元素添加間の相違も含んだグラフである。 Ｔ１加熱処理をされたアルミニウム合金粉末金属で作られたサンプルのヤング率を比較したグラフであって、アルミニウム合金粉末金属への遷移元素の予備合金化および元素添加間の相違も含んだグラフである。 Ｔ６加熱処理をされたアルミニウム合金粉末金属から作られたサンプルのヤング率を比較したグラフである。 Ｔ６加熱処理をされたアルミニウム合金粉末金属から作られたサンプルの強度を比較したグラフである。

比較のために、様々な化学的性質を有する多くの粉末金属が生成された。比較用のベースとして、２３２４合金粉末金属が用いられた（合金の番号が国際合金命名系統（International Alloy Designation System）に基づく合金名に対応している）。基礎に使用される２３２４アルミニウム合金には、銅４．５重量パーセント、マグネシウム１．５重量パーセント、スズ０．２重量パーセント、残りにアルミニウムが含有される（他の何れの不純物が少量含まれる）。混合にはやはり潤滑剤として１．５重量パーセントリコワックス（Licowax）が使用される。リコワックスＣが、潤滑剤で加熱中に取り除かれる。

また、２３２４アルミニウム合金の変異体に、鉄およびニッケルを含む遷移元素の添加が用意された。これら遷移元素が空気噴霧による予備合金化構成として、または異なる準備サンプルの元素粉末として添加された。

尚、変異体の粉末混合が、遷移元素の６重量パーセントのある遷移元素のドープされたアルミニウム粉末である。従来は、合金化元素が粉末混合に添加されるときに、これら合金化元素が元素粉末（すなわち、合金化元素のみ含有する純粉末）として、または基本材料、この場合はアルミニウム、および合金化元素（たとえば、５０／５０母合金）の両方の相当量を含有する母合金として、添加される。母合金が使用されるとき、最終部品に合金化元素の所望量を得るために、母合金が基礎材料の元素粉末で「切断」される。

これとは対照的に、遷移元素ドープアルミニウム粉末金属が、遷移元素または元素の所望の最終組成物を含有するアルミニウム遷移元素融解を空気またはガス噴霧することで得られる。粉末を空気噴霧することが、より高い遷移元素濃度で問題となり、よって、遷移元素の高い重量パーセント（現時点で６重量パーセントを超えると思われる）を有する遷移元素をドープされた粉末を噴霧することは困難である。

遷移元素の添加が、合金の強度を高め、温度範囲で安定する金属間化合物を形成させる。遷移元素が従来に実施されていたように元素粉末または母合金の部分として添加されるならば、金属間化合物相が粒界沿いに好適に形成されるであろうし、比較的ゆっくりの拡散反応速度および化学融解度が遷移元素の焼結された微細構造内に均一に分散するので、サイズで粗くなるであろう。これらの条件下で、最終部品の特性において金属内組成物相が限られた改善を与えるに過ぎない。

アルミニウム粉末に遷移元素をドーピングすることにより、むしろ元素粉末の形態の中に、または母合金の部分として遷移元素を添加することよりも、遷移元素が粉末金属全体に亘って均質に一様に拡散される。このように、遷移元素のドープされた要素の最終形態が遷移元素をアルミニウム全体に配置させ、金属間化合物が、限られた効果にしかならない主に粒界沿いの配置に追いやられるか限定される。

用意したサンプルが、鉄および／またはニッケルの遷移元素を含むが、または他の遷移元素も用いられて良いことは、理解されよう。たとえば、マグネシウムおよびチタンがドープされる予備合金遷移元素として追加的に添加され得る。

種々の粉末金属を比較するために、２３２４および変異体粉末が試験棒にされた。粉末がそれぞれ圧縮されて試験棒サンプルにされ、焼結、次いでＴ１またはＴ６の加熱処理された。

図１を見ると、各種粉末組成物の生強度が互いに比較される。比較、試験されたサンプルの中に、２３２４アルミニウム合金、空気噴霧で予備合金されたジルコニウム０．２重量パーセントを含有の２３２４アルミニウム合金、空気噴霧で予備合金されたニッケル１重量パーセントを含有のもの、空気噴霧で予備合金された鉄１重量パーセントを含有のもの、空気噴霧で予備合金された鉄１重量パーセントおよびニッケル１重量パーセントを含有のもの、元素粉末としてニッケル１重量パーセントを添加のもの、および、元素粉末として鉄１重量パーセントを添加のものである。これらサンプルがすべて４００ＭＰａ成形圧で圧縮された。

図１を見て分かるのは、１重量パーセントの鉄および／または１重量パーセントのニッケルの添加がサンプルの生強度の好適な増加となることである。これが鉄および／またはニッケルが空気噴霧または元素粉末添加を介して添加されるかどうかの場合である。２３２４アルミニウム合金がちょうど１０ＭＰａ下の生強度を有し、一方で鉄および／またはニッケルを含有するサンプルが約１２ＭＰａ以上の生強度を有する。

図２が焼結濃度での成形圧および予備合金添加の効果を示す。４つのサンプル組成物が、空気噴霧で予備合金された１重量パーセントのニッケルを含有のもの、空気噴霧で予備合金された１重量パーセントの鉄を含有のもの、空気噴霧で予備合金された１重量パーセントの鉄および１重量パーセントのニッケルを含有の２３２４アルミニウム合金、および、２３２４ベースのアルミニウム単体を含んで比較される。これら組成物のそれぞれのサンプルが２００ＭＰａ、４００ＭＰａ、および６００ＭＰａの成形圧力で準備され、次いで焼結された。

それぞれの組成物の種々の成形圧力での理論的な濃度の平均百分率を図２に示し、併せて理論的な濃度の百分率の観測範囲も示す。この集計データの試験から見られるように、予備合金の組成物はすべて成形圧力に対して９８パーセント以上の平均百分率理論濃度を有する。比較すると、予備合金ニッケルまたは鉄を有しない２３２４アルミニウム合金の百分率理論濃度が、２００Ｍｐａ成形圧力において、わずか９６．４パーセントである。さらに、遷移元素の添加が平均百分率理論濃度周囲の範囲を小さくするということを予備合金の試験が示す。これが、遷移元素で予備合金された組成物が平均百分率理論濃度周囲の焼結濃度をより確実に得ることを示す。

次に図３に戻り、様々なサンプル（すなわち、２３２４アルミニウム合金ベースの粉末、遷移元素の元素粉末添加を有する２３２４）で得られた理論密度の百分率がそれぞれに比較される。図３が最も顕著に表わしているのが、元素粉末として１重量パーセントの鉄の添加が焼結を劣化させる一方、空気噴霧による同量の鉄の予備合金がそうならないことである。元素粉末として添加された１パーセント重量の鉄を有するサンプルが理論濃度の９４パーセントにしかならない。それと対照的に、空気噴霧を介して予備合金された１重量パーセントの鉄を有するサンプルが理論濃度の９８．５パーセントちょうどに達する。

次いで図４〜７を見ると、２３２４ベースのアルミニウム合金粉末金属およびそれらのいくつかの変体から作られた機械的特性が、焼結およびＴ１加熱処理の後に比較される。具体的には、比較が、２３２４アルミニウム合金、１重量パーセント鉄を有する２３２４アルミニウム合金（両方とも空気噴霧および元素粉末として添加される）、１重量パーセントのニッケルを有する２３２４アルミニウム（両方とも空気噴霧および元素粉末として添加される）、および空気噴霧で予備合金された１重量パーセントの鉄およびニッケルを有する２３２４アルミニウムとの間でなされる。

予備合金Ｔ１加熱処理サンプルの張力特性が、一般に、２３２４アルミニウム合金ベースの合成物および元素粉末の形態で遷移元素が添加された合成物よりも良いか、または少なくとも比較し得るほどである。具体的には、１重量パーセントの鉄および１重量パーセントのニッケルの予備合金されたサンプルが、２３２４ベース材料サンプル、（空気噴霧で作られて元素粉末として添加される）１重量パーセント鉄サンプル、（空気噴霧で作られて元素粉末として添加される）１重量パーセントニッケルサンプルよりも大きな張力特性（降伏強度、最大引張強度、延性、ヤング率を含む）を有する。１重量パーセントの鉄および１重量パーセントのニッケルのサンプルが他のサンプルに劣るのは、たとえば、１重量パーセントの鉄空気噴霧が粉砕前のわずかな延性を示した延性だけである。１重量パーセントの鉄および１重量パーセントのニッケルの空気噴霧粉末金属から作られる部品が約２２０ＭＰａの平均降伏強度、約２７５ＭＰａの最大引張強度、１．７５パーセントをちょうど上回る延性百分率、および７０ＧＰａを超えるヤング率である。

次に図８、９で、２３２４ベースの合金材および空気噴霧で予備合金される遷移元素を含有する種々の合成物のヤング率および降伏強度が４００ＭＰａで圧縮されたサンプルと比較され、Ｔ６加熱処理を受ける。再度、空気噴霧された１重量パーセントの鉄および１重量パーセントのニッケルの予備合金添加によって、その結果、これらの添加のされない２３２４ベース粉末よりもヤング率および降伏強度が観察される。最も興味深い相違点が図８に見られ、２３２４ベースアルミニウム合金の平均ヤング率が約４５ＧＰａであり、一方、１重量パーセントの鉄および１重量パーセントのニッケルを有する２３２４ベースアルミニウム合金の平均ヤング率が約８５ＧＰａである。

２３２４アルミニウム合金粉末金属ベースがサンプルとして用いられて、上記に準備されて試験されたが、他のアルミニウム合金系が間に予備合金される遷移元素を含有して良い。これらのアルミニウム合金系が、これに限らないが、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ（たとえば、Ａｌ−４．５Ｃｕ−０．５Ｍｇ−０．７Ｓｉ）や、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ（たとえば、Ａｌ−５．５Ｚｎ−２．５Ｍｇ−１．５Ｃｕ）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｎ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ（たとえば、Ａｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎ）などを含む。

Ａｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎアルミニウム合金系への追加の比較データが、アルミニウム粉末金属においてニッケルおよび鉄を予備合金することの利益をさらに支持する一例として次に提供される。

焼結された粉末金属サンプルがＡｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎアルミニウム合金粉末から用意され、この粉末金属の処方が１重量パーセント鉄で予備合金され、１重量パーセント鉄を有するこの粉末金属が元素粉末添加として添加され、この粉末金属の処方が１重量パーセントニッケルで予備合金され、この１重量パーセントニッケルを有する粉末金属の処方が元素粉末添加として添加される。

予備合金された１重量パーセント鉄および１重量パーセントニッケルを有する合金が、本質的に固有の圧縮率曲線を示し、それが両方の場合における理論到達の９６．３パーセントの最大密度を有する。比較して、元素粉末として１重量パーセント鉄およびニッケル組み込む混合に固有のピーク値が観察された。このように、予備合金添加が基本合金の圧縮率を阻害しなかった。

予備合金粉末から処方された混合に考えられた２つの生強度曲線がグレーン密度プロットとしてやはり比較できるが、全く同じ範囲ということではない。実験的に、予備合金ニッケルを組み込んだ混合が予備合金鉄を含有するものを超えて向上した生強度を示したことが分かった。名目の利得が約８００ｋＰａで成形圧が３００ＭＰａ以上で発生した。類似の挙動が元素粉末として鉄およびニッケル添加を含有する基本粉末の粉末金属サンプルにあることが分かる。これらのサンプルには、ニッケル添加がやはり鉄よりもニッケル添加が高い生強度を示した。

興味深いことに、遷移元素添加の予備合金対元素手段に対する生強度データが予備合金サンプルがより高い強度の成形体を生成することを示した。増加が相当量で用いられた添加および成形圧に依存して１０―２０パーセント程度の利得であった。

ＡＣ２０１４などの商用Ｐ／Ｍ合金が名目生強度で２，５００〜１４，０００ｋＰａの間を示し、それは観察された生強度に接近して匹敵する圧力の類似範囲以上である。これらの混合が首尾よく産業規模で利用されれば、実験系それぞれにおける比較の生強度の減衰が産業利用の将来の何れの見通しを良く予測する。全般に、価値のあるのは、元素および予備合金添加の何れも合金の圧縮挙動に有害な作用を誘発しないことである。

予備合金粉末と比較されるグリーン成形体の顕微鏡写真がやはり集められた。ベース粉末金属への元素添加を含有するそれらのサンプルにおいて、比較的高い純度および元素分離に一貫する２次相が見つからなかった。これが予備合金材料と明確に対照的であった。予備合金粉末からの成形体において、２次相の顕著な濃度が明白であった。それらの相が微細な大きさでアルミニウム粒子に均一に分散された。

次の表１を参照すると、ベース粉末単独（Ａｌ―２．３Ｃｕ―１．６Ｍｇ―０．２Ｓｎ）の一般的な焼結応答を示すでデータが提供され、粉末が１重量パーセント鉄またはニッケルで予備合金され、分離元素粉末として添加の１重量パーセント鉄またはニッケルを含有する。

それぞれ例で、予備合金アルミニウム粉末から処方された合金が元素の一方よりも高い焼結濃度を達成した。これがやはり明らかな強度においても改善を伴い、そらがロックウェル硬さＥスケール（ＨＲＥ）で５―６ポイントに上る。

いくつか他の観察結果も注目に値する。焼結濃度に対して、１重量パーセント鉄予備合金を達成した最終値が鉄のないサンプルと統計的に等価であった。これは予備合金ニッケルの場合には当てはまらず、密度に小さいが測定可能な損失が発生した。

元素粉末添加の観察結果が上記第１の例のサンプル（図３を参照）に顕著なものに類似し、１重量パーセント鉄元素添加が濃度に良好な作用を有する一方で、１重量パーセントニッケル元素添加が焼結濃度を減少させた。

ベースアルミニウム粉末の予備合金化がやはりベース合金よりも高い明らかな硬さの焼結物を産出した。改善はニッケル添加で緩やかで（約２ＨＲＥ）、鉄でもっと顕著であった（約７ＨＲＥ）。

これら粉末金属処方で調合されたサンプルの張力特性が下記の表２に概要を示される。

遷移元素添加それぞれに対して、予備合金系が元素の一方を劇的に凌いだ。降伏強度およびＵＴＳにおける改善が、鉄に対して２０〜３０パーセント程度で、延性の若干の損失であり、ニッケルの場合、大幅な増加であった。

列記の粉末金属処方の中で、特性の最適な組合せが、１重量パーセント鉄がベースアルミニウム粉末へ予備合金される場合に達成された。この合金の張力への貢献が合金ニッケルおよびベース合金自身で観察されるものを凌いだ。後者の点が特に重要であるのは、分散質強度の減衰が事実達成されたことが確認されたことである。例示のように、予備合金された１重量パーセント鉄の添加によって、変更されない合金を降伏強度およびＵＴＳにおいて１２パーセント改善された。延性が減少したが、最大値（約４パーセント）がプレス焼結粉末金属合金に対してさらに顕著であった。事実、分散質強度合金に対する最終特性が、同じＴ１焼戻しへ処理したときのＡＣ２０１４、Ａ６０６１，Ａｌ−１４Ｓｉなどの商用混合物において観察されるものより、かなり良好であった。

さらに、焼結の顕微鏡写真の分析を実施すると、Ａｌ₃（Ｎｉ、Ｃｕ）₂のより大量の銅吸収が、予備合金ニッケル粉末サンプルの顕微鏡写真の何れの点でも検出されなかった。この観察結果によって、ニッケルアルミニウムが最後の掃気小量銅を顕微鏡写真のアルファアルミニウム粒子から予備合金することを通して存在することが示された。ＥＤＳ分析がこの点をサポートしたのは、今や、名目銅含有がアルファアルミニウム粉末において高い点である。

元素粉末添加を介するアルミニウムタイプ分散質相を誘導するときに、焼結処理中に不可避的にその場に形成される。これが反応の進行連続であって、そこで多くの中間相が存在する。これら中間相のいくつかが、銅（たとえば、Ａｌ₃Ｎｉ₂）への顕著な融解度を示すことが知られる。これらの反応がやはり発熱性で、アルミニウム粉末のインサイチュ窒化物形成をある程度誘発でき、そこで有毒副反応となる。しかしながら、予備合金粉末の場合、アルミナイドが、元素粉末添加に関連した複雑な結合を無くす、事前に存在する特徴であった。また、これが、焼結物の分散質相の精製された均一の分散となった。プレス―焼結製造サイクルの何れの段階での逆効果のなく、顕著な強度改善を誘導するように、これらの強化機能を組み込む能力が、予備合金のアプローチに対する主な利益として見られ、産業規模での結果的な実施を良く予測する。

上記にいくつか処方が特定されたが、遷移元素ドープアルミニウム粉末が添加合金元素と混合されても良く、それが予備合金添加の形態、または元素粉末としての何れかで良い。元素粉末が添加されると、元素粉末が焼結性能を劣化させるかどうかを検討せねばならない。たとえば、上記のデータが鉄の元素粉末添加が焼結性能を劣化させ、一方、ニッケルの元素粉末添加が焼結性能を犠牲にせずに行われる。このように、ニッケルが元素粉末としてベースアルミニウム合金に容易に添加できる一方で、鉄は回避されねばならない。

遷移元素ドープアルミニウム粉末金属が強度特性および焼結応答の改善用に多くの合金系に使用されるベース粉末として機能できる。ある処方では、この遷移元素ドープアルミニウム粉末金属がＭＭＣ（金属マトリクス合成物）と合金系に使用される。これらの系では、セラミック強化材が遷移元素ドープアルミニウム粉末金属へ、１５容積パーセント程度添加される。添加できるセラミック強固材には、これに限定しないが、ＡｌＮおよび／またはＳｉＣが含まれる。

好適な実施形態に種々の他の変態および変異が発明の趣旨および範囲内でなされることは明白である。したがって、発明が記載の実施形態に限定されるものではない。発明の完全な範囲を確実にするためには、次の特許請求の範囲が参照される。

Claims (18)

1. 粉末金属部品を製造するのための粉末金属の製造方法であって、
   アルミニウム遷移元素融解における遷移元素の含有量が６重量パーセント未満であるアルミニウム遷移元素融解を形成する工程と、
   前記アルミニウム遷移元素融解を粉末化して遷移元素のドープされたアルミニウム粉末金属（以降、「遷移元素ドープアルミニウム粉末金属」と呼ぶ）を形成する工程と、を含む
   ことを特徴とする粉末金属の製造方法。
2. 前記粉末化する工程に、前記アルミニウム遷移元素融解を空気噴霧する工程を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記アルミニウム遷移元素融解を粉末化して前記遷移元素ドープアルミニウム粉末金属を形成する工程には、アルゴン、窒素、ヘリウムなどの他の気体での噴霧、粉砕、研削、化学反応、および電解析出、の少なくとも1つの工程を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記遷移元素ドープアルミニウム粉末金属から前記粉末金属部品を形成する工程をさらに含み、
   前記粉末金属部品における前記遷移元素の濃度が、前記粉末金属部品を形成するのに使用される前記遷移元素ドープアルミニウム粉末金属の中にある前記遷移元素の濃度と実質的に等価とされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記粉末金属部品が２重量パーセント未満の量の前記遷移元素を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記遷移元素ドープアルミニウム粉末金属を少なくとも1つの他の粉末金属と混合して少なくとも1つの他の合金化元素を調合し、それによって、前記粉末金属部品を形成するのに使用される混合粉末金属を製造することを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 前記遷移元素ドープアルミニウム粉末金属から形成された前記粉末金属部品における、前記粉末金属部品の粒界に沿って形成される金属間化合物が、類似の組成を有するが前記遷移元素が元素粉末または母合金の一部として添加された粉末金属で形成された粉末金属部品に比べて、実質的に少ないことを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. 前記遷移元素が、鉄、ニッケル、チタニウム、マンガンで構成されるグループから選ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記遷移元素が、１重量パーセントの鉄および１重量パーセントのニッケルを含有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. ＳｉＣまたはＡｌＮなどの少なくとも１つのセラミック添加剤が、１．５体積パーセントまで添加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 請求項１の方法で作られる粉末金属。
12. 遷移元素のドープされたアルミニウム粉末金属（以降、「遷移元素ドープアルミニウム粉末金属」と呼ぶ）を含有した粉末金属であって、
    前記遷移元素が、前記遷移元素ドープアルミニウム粉末金属の全体に均質に分散され、かつ、
    前記遷移元素ドープアルミニウム粉末金属が、６重量パーセント未満の遷移元素を含有している
    ことを特徴とする粉末金属。
13. 前記遷移元素ドープアルミニウム粉末金属が、空気噴霧されたことを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属。
14. 前記遷移元素が鉄、ニッケル、チタン、およびマンガンで構成されたグループから選択されたことを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属。
15. ＳｉＣまたはＡｌＮなどの少なくとも１つのセラミック添加剤が、１．５体積パーセントまで添加されることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属。
16. 前記遷移元素が１重量パーセントの鉄および１重量パーセントのニッケルを含有していることを特徴とする請求項１２に記載の粉末金属。
17. 粉末金属部品を製造するための粉末金属の製造方法であって、
    鉄、ニッケル、チタン、およびマンガンで構成されたグループから選択される合金元素の含有量が、６重量パーセント未満であるアルミニウム合金元素融解を形成する工程と、
    前記アルミニウム合金元素融解を粉末化して遷移元素のドープされたアルミニウム粉末金属（以降、「遷移元素ドープアルミニウム粉末金属」と呼ぶ）を形成する工程と、を含む
    ことを特徴とする粉末金属の製造方法。
18. 合金化元素の含有量が６重量パーセント未満であるアルミニウムの合金化元素融解を形成する工程と、
    前記アルミニウムの合金化元素融解を粉末化して、合金化元素のドープされたアルミニウム合金元素融解を形成する工程と、を含んだ粉末金属部品を製造するのための粉末金属の製造方法であって、
    前記合金化元素が前記アルミニウムと金属間相を形成し、かつ、
    前記金属間相が合金化元素のドープされたアルミニウム粉末金属の全体に均質に分散されている
    ことを特徴とする粉末金属の製造方法。

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