JP2017512261A - 高温用途用アルミニウム超合金 - Google Patents

高温用途用アルミニウム超合金 Download PDF

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Abstract

高温、高応力、および様々な他の用途で使用可能なアルミニウム−ジルコニウムおよびアルミニウム−ジルコニウム−ランタニド超合金が記載される。ランタニドは、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、またはイッテルビウムが好ましく、エルビウムが最も好ましい。また、上記の合金の作製方法が開示される。約２２０℃を超える温度で工業的に適切な硬さを有する超合金には、高熱条件に耐えられる高強度合金を作り出す、ナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物ならびに、任意選択でナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物が含まれる。これらのナノスケール析出物は、α−Ａｌ（ｆ．ｃ．ｃ）マトリックス中にＬｌ２構造を有し、約２０ナノメートル（「ｎｍ」）未満、好ましくは約１０ｎｍ未満、より好ましくは約４〜６ｎｍの平均直径を有し、ナノスケール析出物において、例えば約１０２１ｍ−３超といった、高い数密度を有する。高い数密度のナノスケール析出物の形成は、例えば３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属などの接種剤の添加によるものと考えられる。加えて、Ａｌ中のＺｒの拡散率を増加させる方法が開示される。

Description

本出願は、特定のアルミニウム合金に関する。より詳細には、高温で改善された性質を示すアルミニウム合金について記載される。
種類としてのアルミニウム合金は、入手できる最も汎用性の高い工業および建設材料に含まれる。例えば、アルミニウム合金は、鉄や銅と比較して軽く、高い重量比強度を有する。加えて、アルミニウム合金は腐食を受けにくく、鉄の最大３倍の熱伝導性があり、容易に様々な形への二次加工が可能である。しかし、現状の軽量で時効硬化可能な工業用アルミニウム合金は、約２２０℃（４２８°Ｆ）を超えると、含有する強化析出物の溶解、粗大化、または望ましくない相への変化が生じるため、使用することができない。アルミニウム−スカンジウム合金はより高温に耐えるよう開発されたが、スカンジウムの使用に伴うコストのため、概して非常に高価である。したがって、良好な加工性の特性を有し、例えば自動車用ブレーキローターまたはエンジン構成部品などの、より高温（例えば、３００〜４５０℃または５７２〜８４２°Ｆ）に曝露される用途に使用できる、工業的に存立可能な非被覆アルミニウム合金が必要とされている。アルミニウムの約３倍の重さである鋳鉄や、アルミニウム合金よりはるかに高価なチタン合金が、こういった高温、高応力用途で一般に使用されている。
このようなアルミニウム超合金の他の潜在的用途としては、ピストンなどのエンジン構成部品が含まれるが、現状、自動車メーカーでは作動最高温度が約２２０℃のアルミニウム構成部品に限られており、このためエンジン効率の低下、排出の増加ならびに冷却装置のコストおよび質量の増大を招いている。別の用途としては、飛行機の尾翼に位置する補助動力源（ＡＰＵ）などの、航空機エンジンの構造部品がある。ＡＰＵフレーム、取付ブラケット、および排気ダクトには、約３００℃（５７２°Ｆ）という高温環境のため、現在は高価なチタン合金が用いられているが、本明細書で開示する、より軽量ではるかに安価な高温アルミニウム合金がこれに置き換わる可能性がある。
本明細書の様々な実施形態に記載している本発明の合金は、アルミニウム、ジルコニウム、および少なくとも１つの接種剤、例えば３Ａ、４Ａ、および５Ａ族の金属または半金属を含み、ナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物のうち１種以上を含む。合金にはまた、アルミニウム、ジルコニウム、エルビウムなどのランタニド系列金属および少なくとも１種の接種剤、例えば３Ａ、４Ａ、および５Ａ族の金属または半金属、が含まれうる。そのような合金は、Ａｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物などの、１種以上の高い数密度のナノスケール析出物を有しうる。本発明の合金は、高温で良好な強度、硬さ、耐クリープ性、および耐老化性を示し、全ての温度において優れた電気および熱伝導率を示し、一方でＳｃ含有アルミニウム合金よりも安価である。
本出願は、とりわけ、高温、高応力および様々な他の用途で用いることが可能なアルミニウム−ジルコニウムおよびアルミニウム−ジルコニウム−ランタニド超合金を対象にしている。ランタニドは、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、またはイッテルビウムが好ましく、エルビウムが最も好ましい。また、上記の合金の作製方法が開示される。約２２０℃を超える温度で工業的に適切な硬さを有する超合金には、ナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物ならびに、任意選択でナノスケールＡｌ３ＥｒおよびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物が含まれ、これらは高熱条件に耐えられる高強度合金を作り出す。これらのナノスケール析出物は、α−Ａｌ（ｆ．ｃ．ｃ）マトリックス中にＬｌ２構造を有し、約２０ナノメートル（「ｎｍ」）未満、好ましくは約１０ｎｍ未満、より好ましくは約４〜６ｎｍの平均直径を有し、ナノスケール析出物において、例えば約１０２１ｍ−３超といった、高い数密度を有する。加えて、Ａｌ中Ｚｒの拡散率を増加させる方法が開示される。
本発明の第１の実施形態は、ジルコニウム、および以下の元素のうち１種以上：スズ、インジウム、アンチモン、およびマグネシウムを用いて作る（任意の不可避な不純物を含む）アルミニウムの合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
本発明の第２の実施形態は、ジルコニウム、エルビウム、および以下の元素のうち１種以上：ケイ素、スズ、インジウム、アンチモン、およびマグネシウムを用いて作る（任意の不可避な不純物を含む）アルミニウムの合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
本発明の第３の実施形態は、ジルコニウム、および以下の元素のうち任意の２種、３種、４種、または５種全ての組み合わせ：ケイ素、スズ、インジウム、アンチモン、およびマグネシウムを用いて作る（任意の不可避な不純物を含む）アルミニウムの合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
本発明の第４の実施形態は、ジルコニウム、ランタニド系列金属の好ましくはホルミウム、エルビウム、ツリウムまたはイッテルビウム、最も好ましくはエルビウム、および以下の元素のうち任意の２種、３種、４種、または５種全ての組み合わせ：ケイ素、スズ、インジウム、アンチモン、およびマグネシウムを用いて作る（任意の不可避な不純物を含む）アルミニウムの合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｘ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｘ）析出物を含み、Ｘはランタニド系列金属である。
第５の実施形態は、約０．３原子パーセント（「ａｔ．％」）のＺｒ（別段の記載がない限り、本明細書中の全ての濃度は原子パーセントで示される）、約１．５ａｔ．％のＳｉ、約０．１ａｔ．％のＳｎ、約０．１ａｔ．％のＩｎ、約０．１ａｔ．％のＳｂ、残余がアルミニウムおよび任意の不可避な不純物で作られる合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物をさらに含む。
第６の実施形態は、約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０１ａｔ．％のＳｎ、ならびに残余がアルミニウムおよび任意の不可避な不純物で作られる合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第７の実施形態は、約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０２ａｔ．％のＳｎ、ならびに残余がアルミニウムおよび任意の不可避な不純物で作られる合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第８の実施形態は、約０．０６ａｔ．％のＺｒ、約０．０２ａｔ．％のＩｎ、ならびに残余がアルミニウムおよび任意の不可避な不純物で作られる合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第９の実施形態は、約０．３ａｔ．％のＺｒ、約０．０５ａｔ．％のＥｒ、約１．５ａｔ．％のＳｉ、約０．１ａｔ．％のＳｎ、約０．１ａｔ．％のＩｎ、約０．１ａｔ．％のＳｂ、ならびに残余がアルミニウムおよび任意の不可避な不純物で作られる合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第１０の実施形態は、約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０１ａｔ．％のＳｎ、ならびに残余がアルミニウムおよび任意の不可避な不純物で作られる合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第１１の実施形態は、約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０２ａｔ．％のＳｎ、ならびに残余がアルミニウムおよび任意の不可避な不純物で作られる合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第１２の実施形態は、約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．２ａｔ．％のＳｉ、ならびに残余がアルミニウムおよび任意の不可避な不純物で作られる合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第１３の実施形態は、約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０２ａｔ．％のＩｎ、ならびに残余がアルミニウムおよび任意の不可避な不純物で作られる合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第１４の実施形態は、約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０２ａｔ．％のアンチモン、ならびに残余がアルミニウムおよび任意の不可避な不純物で作られる合金を対象にしており、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第１５の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＳｉおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。合金元素は、例えば１０００〜８０００系列合金などの、工業用アルミニウム合金に典型的に存在する元素であると理解される。
第１６の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＳｉおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは４Ａ族金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第１７の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＳｉおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第１８の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＳｉおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第１９の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＳｉおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは４Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第２０の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｓｉ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＳｉおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第２１の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｆｅ合金を対象にしており、Ｆｅは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第２２の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｆｅ合金を対象にしており、Ｆｅは合金元素であり、Ｘは４Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第２３の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｆｅ合金を対象にしており、Ｆｅは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第２４の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｆｅ合金を対象にしており、Ｆｅは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第２５の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｆｅ合金を対象にしており、Ｆｅは合金元素であり、Ｘは４Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第２６の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｆｅ合金を対象にしており、Ｆｅは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第２７の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｍｇ合金を対象にしており、Ｍｇは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第２８の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｍｇ合金を対象にしており、Ｍｇは合金元素であり、Ｘは４Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第２９の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｍｇ合金を対象にしており、Ｍｇは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第３０の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｍｇ合金を対象にしており、Ｍｇは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第３１の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｍｇ合金を対象にしており、Ｍｇは合金元素であり、Ｘは４Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第３２の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｍｇ合金を対象にしており、Ｍｇは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第３３の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｃｕ合金を対象にしており、Ｃｕは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第３４の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｃｕ合金を対象にしており、Ｃｕは合金元素であり、Ｘは４Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第３５の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｃｕ合金を対象にしており、Ｃｕは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第３６の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｃｕ合金を対象にしており、Ｃｕは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第３７の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｃｕ合金を対象にしており、Ｃｕは合金元素であり、Ｘは４Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第３８の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｃｕ合金を対象にしており、Ｃｕは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第２９の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｓｉ合金を対象にしており、Ｓｉは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第４０の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｓｉ合金を対象にしており、Ｓｉは合金元素であり、Ｘは４Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第４１の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｓｉ合金を対象にしており、Ｓｉは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第４２の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｓｉ合金を対象にしており、Ｓｉは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第４３の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｓｉ合金を対象にしており、Ｓｉは合金元素であり、Ｘは４Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第４４の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｓｉ合金を対象にしており、Ｓｉは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第４５の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｚｎ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＺｎおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第４６の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｚｎ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＺｎおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは４Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第４７の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｚｎ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＺｎおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であることができ、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
第４８の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｚｎ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＺｎおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは３Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第４９の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｚｎ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＺｎおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは４Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
第５０の実施形態は、Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｚｎ−Ｍｇ合金を対象にしており、ＺｎおよびＭｇは合金元素であり、Ｘは５Ａ族の金属または半金属であり、合金はＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
本発明の第５１の実施形態は、アルミニウム、ジルコニウム、および以下の元素のうち１種以上：スズ、インジウム、およびアンチモン、で作られる合金を対象にしており、合金は、本質的にスカンジウムを含まず、Ｌｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。
本発明の第５２の実施形態は、アルミニウム、ジルコニウム、エルビウム、および以下の元素のうち１種以上：ケイ素、スズ、インジウム、およびアンチモン、で作られる合金を対象にしており、合金は、本質的にスカンジウムを含まず、Ｌｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む。
本発明の別の態様において、Ａｌ３Ｚｒ析出物および／またはナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物および／またはナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物は、平均直径が約１０ｎｍ未満である。本発明の別の態様において、Ａｌ３Ｚｒ析出物および／またはナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物は、平均直径が約４〜６ｎｍである。
本発明の別の態様において、Ｌｌ２構造を有しＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）Ｌｌ２からなる群から選択される複数のナノスケール析出物を有する、本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法が開示される。方法には、以下のステップが含まれうる：（ａ）アルミニウム溶融物を作製すること、ならびにジルコニウムと、エルビウム、ケイ素、スズ、インジウム、アンチモン、およびマグネシウムのうち１種以上とを添加すること；（ｂ）溶融物を凝固させること、および得られた固体片を約０℃（３２°Ｆ）〜約３００℃（５７２°Ｆ）の温度に冷却すること；（ｃ）固体片を約６００℃（１１１２°Ｆ）〜約６６０℃（１２２０°Ｆ）（例えば、６４０℃または１１８４°Ｆ）の温度で約０．３時間〜約７２時間任意選択で均質化すること；（ｄ）一部の合金元素を析出するために、約１００℃（２１２°Ｆ）〜約３７５℃（７０７°Ｆ）の温度を約１〜約１２時間維持することが含まれる、第１の熱処理ステップを任意選択で実施すること；および（ｅ）第１の任意選択の熱処理ステップの後、約３７５℃（７０７°Ｆ）〜約５５０℃（１０２２°Ｆ）の温度を約１時間〜４８時間加熱および維持することが含まれる、主たる熱処理ステップを実施すること。
本発明の別の態様において、Ｌｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、またはナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）を有する、本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法が開示される。方法には、以下のステップが含まれうる：（ａ）アルミニウム溶融物を作製すること、ならびにジルコニウムと、エルビウム、ケイ素、スズ、インジウム、アンチモン、およびマグネシウムのうち１種以上とを添加すること；（ｂ）溶融物を凝固させること、および得られた固体片を約０℃（３２°Ｆ）〜約３００℃（５７２°Ｆ）の温度に冷却すること；（ｃ）固体片を約６００℃（１１１２°Ｆ）〜約６６０℃（１２２０°Ｆ）（例えば、６４０℃または１１８４°Ｆ）の温度で約０．３時間〜約７２時間任意選択で均質化すること；（ｄ）約１００℃（２１２°Ｆ）〜約３７５℃（７０７°Ｆ）の温度を約１時間〜約１２時間維持することにより、第１の熱処理ステップを実施すること；および（ｅ）約３７５℃（７０７°Ｆ）〜約５５０℃（１０２２°Ｆ）の温度を約１時間〜４８時間維持して第２の熱処理ステップを実施すること。
開示されるアルミニウム合金および作製方法のさらなる詳細および態様は、図面を含む以下の記述に記載される。
α−Ａｌマトリックス中の溶質が拡散するための活性化エネルギー測定値を図示したもので、Ｓｃ、４Ｂ族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、およびＨｆ）および一部の選択接種剤の相対拡散率に対応する。 Ａｌ−０．１Ｚｒ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０１Ｓｎ ａｔ．％、およびＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０２Ｓｎ ａｔ．％について、６４０℃（１１８４°Ｆ）で２４時間均質化した後に２５℃／３時間の刻みで等時時効した際の、図２Ａはビッカース微小硬さの時間的進展、図２Ｂは室温での電気伝導率の時間的進展を示す。 Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０２Ｓｎ ａｔ．％について、６４０℃（１１８４°Ｆ）で２４時間均質化した後または均質化を行わずに（例えば、鋳放しで）、２５℃／３時間の刻みで等時時効した際の、図３Ａはビッカース微小硬さの時間的進展を、図３Ｂは室温での電気伝導率の時間的進展を示す。比較のため、Ａｌ−０．１Ｚｒ ａｔ．％合金のデータも含まれている。 Ａｌ−０．０６Ｚｒ ａｔ．％について均質化を行わずに、Ａｌ−０．０６Ｚｒ−０．０２Ｉｎ ａｔ．％について６４０℃（１１８４°Ｆ）で２４時間均質化した後に２５℃／３時間の刻みで等時時効した際の、図４Ａはビッカース微小硬さの時間的進展を、図４Ｂは室温での電気伝導率の時間的進展を示す。 Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０１Ｓｎ ａｔ．％、およびＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｎ ａｔ．％について、６４０℃（１１８４°Ｆ）で２４時間均質化した後に２５℃／３時間の刻みで等時時効した際の、図５Ａはビッカース微小硬さの時間的進展を、図５Ｂは室温での電気伝導率の時間的進展を示す。 Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｉｎ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｂ ａｔ．％、およびＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．１７Ｓｉ ａｔ．％について、６４０℃（１１８４°Ｆ）で２４時間均質化した後に２５℃／３時間の刻みで等時時効した際の、図６Ａはビッカース微小硬さの時間的進展を、図６Ｂは室温での電気伝導率の時間的進展を示す。 Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ ａｔ．％について６４０℃（１１８４°Ｆ）で２４時間均質化した後、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｉｎ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｂ ａｔ．％について均質化を行わずに、２５℃／３時間の刻みで等時時効した際の、図７Ａはビッカース微小硬さの時間的進展を、図７Ｂは室温での電気伝導率の時間的進展を示す。 Ａｌ−０．０６Ｚｒ ａｔ．％、Ａｌ−０．０６Ｚｒ−０．０２Ｉｎ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０１Ｓｎ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０２Ｓｎ ａｔ．％について、６４０℃（１１８４°Ｆ）で２４時間均質化した後に２５℃／３時間の刻みで等時時効した際の、第１および第２のピーク硬さにおける基準値２００ＭＰａからの微小硬さの増加を概括的に示したものである。 Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０１Ｓｎ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｎ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．１７Ｓｉ ａｔ．％について６４０℃（１１８４°Ｆ）で２４時間均質化した後、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｉｎ ａｔ．％、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｂ ａｔ．％について均質化を行わずに、２５℃／３時間の刻みで等時時効した際の、第１および第２のピーク硬さにおける基準値２００ＭＰａからの微小硬さの増加を概括的に示したものである。 ６４０℃（１１８４°Ｆ）で２４時間均質化し４００℃（７５２°Ｆ）で７２時間時効した後に直径約８〜１２ｎｍのＡｌ３Ｚｒナノ析出物を示した、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０２Ｓｎ ａｔ．％の３−Ｄ原子プローブ断層撮影を再構成したものである。また図９には、Ｚｒ原子（緑）およびＳｎ原子（赤）を示す一組のナノ析出物を拡大して再構成したものも含まれる。マトリックスから析出物を区別するため、解析における等濃度面に１２ａｔ．％のＺｒを用いた。
発明の詳細な説明
本開示は、複数の実施形態を有する本発明の例示と考えるべきであり、示された特定の実施形態に本発明を限定することは意図されていないと理解すべきである。さらに、本出願の本項目の表題（「発明の詳細な説明」）は米国特許庁の要件に関するものであり、本明細書に開示された主題を制限するものと見出すべきではないと理解すべきである。
新規のアルミニウム基超合金が開示される。合金は、アルミニウム、ジルコニウム、および少なくとも１つの接種剤を含み、またナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む。また、アルミニウムとジルコニウムと、好ましくはホルミウム、エルビウム、ツリウム、またはイッテルビウム、最も好ましくはエルビウムである、ランタニドと、少なくとも１つの接種剤とを含み、ナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３ランタニド析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，ランタニド）析出物を含む、合金が開示される。これらの超合金は容易に加工可能であり、特に約３００〜４５０℃（５７２〜８４２°Ｆ）における高耐熱性を有する。さらに、接種剤として３Ａ、４Ａまたは５Ａ族の金属または半金属を用いることによってアルミニウム中ジルコニウムの拡散率を増加させる方法が開示される。また、接種剤の使用によってＡｌ３Ｚｒ（Ｌｌ２）析出物の析出物直径を減少させる方法が開示される。３Ａ、４Ａおよび５Ａ族の金属または半金属などの接種剤が、高い数密度のナノスケール析出物の形成をもたらすのに十分な量で供給され、その量は実施例や図に記載される量が含まれる。
検討されるアルミニウム合金はまた、本質的にスカンジウムを含まない（スカンジウム（Ｓｃ）が合金に約０．００ａｔ．％〜約０．０４ａｔ．％未満の範囲で存在することを意味する）可能性があり、その一方で、スカンジウム含有アルミニウム合金と比較したとき、周囲温度および高温で同等または改善された機械的性質を示す。従来の定説では、例えばα−Ａｌマトリックス中のＳｃと同等な熱力学的および動力学的性質を有する元素が他に存在しないことを理由に、合金中のＳｃの除去は成功の可能性が低いとされており、性質には、共晶（包晶ではなく）凝固、融点付近の固体アルミニウムにおける相対的に高い溶解性であって約２００℃（３９２°Ｆ）でゼロ値付近に減少する溶解性、コヒーレントおよびセミコヒーレントなＡｌ３Ｘ析出物（Ｘは高いせん断抵抗性、低粗大化速度の傾向および格子定数のＡｌとのわずかなミスマッチを備えた（Ｌｌ２構造）を有する金属である）を作り出す能力、粗大化を防ぐ上で十分に低いが均質化を可能にする上で十分に速い拡散率、溶解後の高耐食性および抗酸化性、低密度、液体アルミニウム中の高速溶解を可能にするために十分に低い融点、が含まれる。例えば、図１に示されるように、アルミニウム中ジルコニウムの拡散率はＳｃよりも２〜３桁遅い。この低拡散率のため、Ａｌ−Ｚｒ希薄合金は、核形成の化学的駆動力が非常に高い低温時効時に高い数密度のナノスケールＡｌ３Ｚｒ（Ｌｌ２）析出物を用いて強化することができない。
図２Ａ、３Ａ、および４Ａは、二元Ａｌ−０．０６ＺｒおよびＡｌ−０．１Ｚｒについて、析出が高温で生じている（約５００℃でピーク硬さ）ことを示し、相対的に低いピーク微小硬さをもたらしている。これは、温度がより高いと過飽和度はより小さくなり拡散はより速くなるため、微小硬さの増加を担うＡｌ３Ｚｒ析出物が２０ｎｍ〜２００ｎｍという相対的に大きなサイズで形成するからである。
したがって、Ａｌ中Ｚｒの拡散率を増加させ、よってＡｌ中Ｚｒの過飽和度を増加させることにより、析出温度を低い温度にシフトさせる接種剤を添加するのが望ましい。そのような合金においては、約２００℃（３９２°Ｆ）〜約４００℃（７５２°Ｆ）の温度で時効することで、より高い体積分率でより小さく、よってより効果的な強化をもたらす析出物が作り出される。しかし、ジルコニウムはこの温度範囲における拡散が非常に遅く、したがってアルミニウム中で直径２０ｎｍ未満の小さな析出物の核形成を行わない。より高い温度である約４００℃（７５２°Ｆ）〜約６００℃（１１１２°Ｆ）で人工時効する際、または溶融物から固体塊に冷却する際は、Ａｌ３Ｚｒ析出物の形成が可能だが、約２０ｎｍ〜約２００ｎｍと相対的に大きい直径となる。したがって、ジルコニウムのみを含有するアルミニウム合金は、概して高強度合金を形成するに不十分である。
アルミニウム−ジルコニウム合金中に以下の元素のうち１種以上：スズ、インジウム、およびアンチモン、が存在すると、高強度合金が作り出されうることが見出された。またケイ素もこれらの元素のうち１種以上と組み合わせて使用されうる。スズ、インジウム、およびアンチモンの原子は、ジルコニウム原子と結合し、アルミニウム中ジルコニウムのより速い拡散をもたらすと考えられている。その後に、より低い温度である約３００℃（５７２°Ｆ）〜約４００℃（７５２°Ｆ）で人工時効する際、接種剤を含まないＡｌ−Ｚｒ合金と比較してより小さいＡｌ３Ｚｒ析出物が作り出されうる。これらのナノスケール析出物は形成し、約２０ｎｍ未満、好ましくは約１０ｎｍ未満、より好ましくは約４〜６ｎｍの平均直径を有する。図９に一例を示すが、これはＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０２Ｓｎ ａｔ．％の３−Ｄ原子プローブ断層撮影を再構成したもので、６４０℃（１１８４°Ｆ）で２４時間均質化し４００℃（７５２°Ｆ）で７２時間時効した後に、平均直径約８〜１２ｎｍのＡｌ３Ｚｒナノ析出物を示している。
したがって、接種剤がないときよりも高強度の合金を作り出す、以下の元素のうち１種以上：スズ、インジウムおよびアンチモン、と共にジルコニウムを含み、任意選択でケイ素をも含む、アルミニウム合金が開示される。
また、アルミニウム−ジルコニウム合金であって以下の元素のうち１種以上：スズ、インジウムおよびアンチモンをさらに含み、任意選択でケイ素をも含む、アルミニウム−ジルコニウム合金の中にエルビウムを添加すると、より低い温度である約２００℃（５７２°Ｆ）〜約３５０℃（６６２°Ｆ）で人工時効する際、高い数密度のＡｌ３Ｅｒ析出物が作り出されうることが見出された。これらの合金はまた、Ｅｒを含まない合金と同様、約３５０℃（６６２°Ｆ）〜約５５０℃（１０２２°Ｆ）の温度でＡｌ３Ｚｒ析出物を析出するが、さらにＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物をも析出する。ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物は、エルビウム添加のないＡｌ３Ｚｒ合金と比較して強度における改善を示す複合マトリックスを作り出す。
以下の実施例は、本発明を理解する助けとするために示されるものであり、いかなる形であっても後に続く請求項で規定される本発明を限定するものと解釈すべきではない。
合金１〜４
合金の組成、加工および分析手法
１つの二元対照合金および３つの三元接種合金を、原子パーセント（ａｔ．％）で、Ａｌ−０．１Ｚｒ、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０１Ｓｎ、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０２Ｓｎ、Ａｌ−０．０６Ｚｒ−０．０２Ｉｎの名目組成で鋳込んだ。９９．９９ｗｔ．％純Ａｌ、Ａｌ−５．０Ｚｒｗｔ．％、９９．９９ｗｔ．％純Ｓｎ、および９９．９９ｗｔ．％純Ｉｎを含むマスター合金を、空気中のアルミナるつぼ中で融解した。溶融物を８００℃で６０分保持し、激しく撹拌し、次に、任意選択で２００℃に予熱した、グラファイト鋳型に鋳込んだ。凝固の際、方向性凝固を強化し引け巣の形成を減らすため、鋳型を氷冷した銅取付板上に置いた。合金の化学組成を、直流プラズマ原子発光分光法（ＤＣＰ−ＡＥＳ）によって測定した。
鋳込んだ合金を空気中で約６４０℃で２４時間（「ｈ」）均質化し、次に周囲温度まで水焼き入れした。約１５０℃〜約５５０℃の温度について２５℃ごとに３時間等時時効を行った。全ての熱処理は空気中で行い、周囲温度までの水焼き入れで終了した。
Ｄｕｒａｍｉｎ−５微小硬さ試験機（Ｓｔｒｕｅｒｓ）を用いて、１μｍ表面仕上に研磨した試料に２００ｇの荷重を５秒（ｓ）間適用し、ビッカース微小硬さ測定を行った。試験片ごとに、異なる粒子にまたがって少なくとも１０個のへこみを作った。Ｓｉｇｍａｔｅｓｔ２．０６９渦電流測定器を用いて、電気伝導率測定を室温で行った。試験片ごとに、１２０、２４０、４８０、および９６０ｋＨｚで５回測定が実施された。
等時時効熱処理
合金１〜３において、６４０℃で２４時間均質化した後に２５℃／３時間の各段で等時時効した際の、微小硬さおよび電気伝導率の時間的進展を、図２Ａおよび２Ｂに示す。Ａｌ−０．１Ｚｒ対照合金においては、微小硬さは４００℃で増加し始め、約５００℃でピークに達して３６７±１４ＭＰａのピーク微小硬さとなる。微小硬さピークはＡｌ３Ｚｒ析出物の形成によるものであり、Ａｌ３Ｚｒ析出物の直径は、相対的に大きい（＞２０ｎｍ）。微小硬さは、時効温度が５００℃を超えると、析出物が粗大化することおよびマトリックス中へ再溶解することにより連続的に減少する。
Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０１Ｓｎ合金においては、微小硬さは１５０℃で増加し始め、約２２５℃で１回目のピークに達して２８７±６ＭＰａの微小硬さとなる。その後より高い温度では減少するが、３７５℃で再び増加し、約４７５℃で２回目のピークに達して４５１±１７ＭＰａの微小硬さとなる。微小硬さは、時効温度の４７５℃を超えると連続的に減少する。Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０２ＳｎもＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０１Ｓｎ合金と同じような挙動であるが、第１の微小硬さのピークはより低い温度の２００℃でより高い値の３５７±９ＭＰａとなり、第２の微小硬さのピークはより低い温度の４２５°でより高い値の４９３±２２ＭＰａとなる。２００℃で生じるＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０２Ｓｎの第１のピーク微小硬さ値が、５００℃で生じるＡｌ−０．１Ｚｒ合金のピーク微小硬さ値と同じである点に留意されたい。また、０．０１〜０．０２ａｔ．％のＳｎを添加することによって、Ａｌ−０．１Ｚｒのピーク微小硬さが３６７からそれぞれ４５１および４９３ＭＰａに改善し、一方でピーク温度が減少する点にも留意されたい。Ｓｃ含有合金において得られたより大きなピーク微小硬さ値は、１０ｎｍ未満の、直径がより小さいナノスケール析出物が形成されたことによるものと考えられる。析出物の体積分率が同じ場合、より小さい析出物が分布すれば、より粗大な析出物で構成される合金と比べると、より効率的に合金が強化されることが判明した。
合金１〜３における電気伝導率の時間的進展を図２Ｂに示す。Ａｌ−０．１Ｚｒ合金の電気伝導率は、均質化状態において３１．２４±０．１３ＭＳ／ｍである。４２５℃で増加し始め、４７５℃でピークに達して３４．０３±０．０６ＭＳ／ｍの値となるが、これは国際焼きなまし銅線標準（ＩＡＣＳ）における５８．７％である。電気伝導率の増加はＡｌ３Ｚｒ相の析出によるもので、これによってＡｌマトリックスからＺｒ溶質原子が除去される。伝導率はより高い温度で連続的に減少するが、これはＡｌマトリックス中においてＡｌ３Ｚｒ析出物が溶解しＺｒ原子が溶解するためである。Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０１ＳｎおよびＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０２Ｓｎについては、電気伝導率はＡｌ−０．１Ｚｒ合金と同様時間的に変化するが、より低い温度の４００℃および３７５℃でそれぞれ電気伝導率の値が増加し始める。また、共により低い温度の４５０℃でピークに達して、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０１ＳｎおよびＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０２Ｓｎ合金のそれぞれについて、より大きい値の３４．３８±０．０６ＭＳ／ｍ（５９．３％ＩＡＣＳ）および３４．３１±０．０６ＭＳ／ｍ（５９．２％ＩＡＣＳ）となる。
合金３のＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０２Ｓｎにおいて、図３Ａおよび３Ｂはそれぞれ微小硬さおよび電気伝導率の時間的進展を示し、共に鋳放しおよび均質化状態（６４０℃で２４時間）について、２５℃／３時間の各段における等時時効処理時の時間的進展である。共に同じような挙動であるが、第１の微小硬さピークはその限りではなく、鋳放し合金は２２５℃で最初にピークに達して値は２９３±９ＭＰａとなり、均質合金は２００℃で最初にピークに達して値は３５７±９ＭＰａとなる。２つの合金における電気伝導率の時間的進展は、同じような挙動である。
図４Ａおよび４Ｂは、それぞれ微小硬さおよび電気伝導率の時間的進展を示し、均質化を行わない鋳放しのＡｌ−０．０６Ｚｒおよび均質化されたＡｌ−０．０６Ｚｒ−０．０２Ｉｎ合金についての、２５℃／３時間の各段における等時時効処理時の時間的進展である。Ａｌ−０．０６Ｚｒ合金においては、微小硬さは４００℃で増加し始め、約４９０℃でピークに達して２９０ＭＰａのピーク微小硬さとなる。微小硬さは、またしてもＡｌ３Ｚｒ析出物の形成によりピークに達する。Ａｌ−０．０６Ｚｒ−０．０２Ｉｎ合金においては、微小硬さは１５０℃未満で増加し始め、約１５０℃で１回目のピークに達して３２１±１２ＭＰａの微小硬さとなり、これはＡｌ−０．０６Ｚｒ合金のピークより大きい。その後より高い温度では減少するが、４００℃で再び増加し、４７５℃で２回目のピークに達して３２３±１０ＭＰａの微小硬さとなり、これはまたしてもＡｌ−０．０６Ｚｒ合金のピーク微小硬さより大きい。微小硬さは、時効温度が４７５℃を超えると連続的に減少する。Ａｌ−０．０６Ｚｒ合金の電気伝導率は、鋳放し状態で３１．９ＭＳ／ｍである。４２５℃で増加し始め、４７５℃でピークに達して３４．２５ＭＳ／ｍ（５９．１％ＩＡＣＳ）の値となる。Ａｌ−０．０６Ｚｒ−０．０２Ｉｎ合金の電気伝導率は、均質化状態において３３．１７±０．０９ＭＳ／ｍである。１５０℃をわずかに下回るところで増加し、より高い温度で飽和状態になり、４２５℃で再び増加し、４７５℃でピークに達して３４．００±０．０５ＭＳ／ｍ（５８．６％ＩＡＣＳ）の値となる。
データは、Ａｌ−０．１Ｚｒ合金において０．０１〜０．０２ａｔ．％Ｓｎを接種剤として添加することで微小硬さの改善がもたらされ、よって機械的強度、電気伝導率、およびおそらくは熱伝導率、の改善がもたらされることを示す。接種剤として２００ｐｐｍのＩｎを添加すると、微小硬さが改善し、よって機械的強度が改善し、電気伝導率はわずかに減少する。接種剤は、ナノサイズの析出物のより低温での形成を容易にし、直径２０ｎｍ未満、通常は直径約１０ｎｍ未満、の析出物を有する高強度合金を作り出す。
図８Ａは、全てのＡｌ−０．０６Ｚｒ基およびＡｌ−０．１Ｚｒ基合金について２５℃／３時間の刻みで等時時効した際の第１および第２のピーク微小硬さにおける、基準値２００ＭＰａからの微小硬さの増加を概括的に示したものである。
合金５〜１０
合金の組成、加工および分析手法
１つの三元合金および５つの四元合金を、原子パーセント（ａｔ．％）で、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．１７Ｓｉ、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０１Ｓｎ、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｎ、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｉｎ、Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｂの名目組成で鋳込んだ。９９．９９ｗｔ．％純Ａｌ、Ａｌ−５．０Ｚｒｗｔ．％、Ａｌ−５．０Ｅｒｗｔ．％、Ａｌ−１２Ｓｉｗｔ．％、９９．９９ｗｔ．％純Ｓｎ、９９．９９ｗｔ．％純Ｉｎ、および９９．９９ｗｔ．％純Ｓｂを含むマスター合金を、空気中のアルミナるつぼ中で融解した。溶融物を８００℃で６０分保持し、激しく撹拌し、次に、任意選択で２００℃に予熱した、グラファイト鋳型に鋳込んだ。凝固の際、方向性凝固を強化し引け巣の形成を減らすため、鋳型を氷冷した銅取付板上に置いた。合金の化学組成を、直流プラズマ原子発光分光法（ＤＣＰ−ＡＥＳ）によって測定した。
等時時効熱処理
合金５〜７について、６４０℃で２４時間均質化した後に２５℃／３時間の各段で等時時効処理した際、微小硬さおよび電気伝導率の時間的進展を測定し、図５Ａおよび５Ｂに示す。接種剤を有しないＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ対照合金においては、微小硬さが２００℃で増加し始め、３２５℃で１回目のピークに達して３１３±３ＭＰａの微小硬さとなる。次に、より高い温度で減少するが、４００℃で再び増加し、４７５℃で２回目のピークに達して３６９±６ＭＰａの微小硬さとなる。第１のピークの微小硬さはＡｌ３Ｅｒ析出物の形成によるものであり、第２のピークの微小硬さは、Ａｌ３Ｚｒ析出物の析出によるものである。時効温度が４７５℃を超えると、析出の粗大化および析出物の溶解の両方により、微小硬さの値が連続的に減少する。Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０１Ｓｎ合金においては、微小硬さは非常に低い温度で、おそらくは１５０℃未満で増加し始め、２００℃で１回目のピークに達し、３３１±８ＭＰａの微小硬さとなる。その後より高い温度では飽和状態になるが、４００℃で再び増加し、４５０℃で２回目のピークに達して、対照合金の場合より大きい、４３５±１２ＭＰａの微小硬さとなる。微小硬さは時効温度が４５０℃を超えると連続的に減少する。Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｎ合金においては、微小硬さは非常に低い温度で、おそらくは１５０℃未満で増加し始め、約１５０℃で１回目のピークに達して３０３±６ＭＰａの微小硬さとなる。その後微小硬さはより高い温度では飽和状態になるが、３７５℃で再び増加し、約４２５℃で２回目のピークに達して、対照合金およびＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０１Ｓｎ合金より大きい、４４９±１６ＭＰａの微小硬さとなる。微小硬さは時効温度が４２５℃を超えると連続的に減少する。
Ａｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ、Ａｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０１Ｓｎ、およびＡｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｎにおいて、６４０℃で２４時間均質化した後の、電気伝導率の時間的進展は類似している。相対的に高い変動度では、均質化状態における電気伝導率の値は３２．２〜３２．５ＭＳ／ｍの範囲内である。３５０℃〜４００℃で増加し始め、その後、Ａｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒについては４７５℃でピークに達して３４．３３±０．２３（５９．２％ＩＡＣＳ）の値となり、Ａｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０１Ｓｎについては５００℃でピークに達して３４．２７±０．０６（５９．１％ＩＡＣＳ）の値となり、Ａｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｎについては４５０℃でピークに達して３４．２０±０．０６（５９．０％ＩＡＣＳ）の値となる。
合金５（対照合金）および８〜１０において、６４０℃で２４時間均質化した後に２５℃／３時間の各段で等時時効処理した際の、微小硬さおよび電気伝導率の値の時間的進展を、図６Ａおよび６Ｂに示す。Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．１７Ｓｉ合金については、微小硬さは２２５℃で増加し始め、約２７５℃で１回目のピークに達して３１６±８ＭＰａの微小硬さとなる。その後より高い温度では飽和状態になるが、３５０℃で再び増加し、約４００℃で２回目のピークに達して、接種剤を有しない対照合金より大きい、４７０±２２ＭＰａの微小硬さとなる。微小硬さは時効温度が４００℃を超えると連続的に減少する。Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｉｎ合金においては、微小硬さは非常に低い温度で、おそらくは１５０℃未満で増加し始め、約２５０℃で１回目のピークに達して３６２±１０ＭＰａの微小硬さとなる。その後より高い温度では減少するが、４２５℃で再び増加し、４５０℃で２回目のピークに達して、またしても対照合金より大きい、３８３±１１ＭＰａの微小硬さとなる。微小硬さは時効温度が４２５℃を超えると連続的に減少する。Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｂにおける微小硬さの時間的進展は、先に述べたものと比べて明確な違いを示す。１５０℃で増加し始め、約３２５℃で１回目のピークに達して２９１±１３ＭＰａの微小硬さとなり、次により高い温度では減少するが、４２５℃で再び増加し、約４７５℃で２回目のピークに達して、対照合金よりも小さい２７５±１０ＭＰａになる。微小硬さは時効温度が４７５℃を超えると連続的に減少する。
図６ＢのＡｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｉｎ合金について、均質化状態の電気伝導率は３２．４６±０．１２であり、４００℃まで連続的に増加し、その後急速に増加し４７５℃でピークに達して３４．０３±０．１３（５８．７％ＩＡＣＳ）の値となる。Ａｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｉｎ合金の約１５０℃〜約４００℃の温度における電気伝導率は、対照合金の電気伝導率より大きい。Ａｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．１７Ｓｉ合金においては、均質化状態の電気伝導率が３２．００±０．０７であり、３５０℃で増加し始め、４２５℃でピークに達して３３．４６±０．０８（５７．７％ＩＡＣＳ）の値となり、次に５２５℃までは飽和状態になり、５２５℃から減少し始める。図６ＢのＡｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｂ合金においては、均質化状態の電気伝導率が３３．６９±０．０７であり、４５０℃で増加し始め、５００℃でピークに達して３４．４１±０．０４（５９．３％ＩＡＣＳ）の値となり、次に５００℃未満で減少する。
合金９〜１０において均質化を行わずに２５℃／３時間の各段で等時時効処理した際の、合金５（対照合金）において６４０℃で２４時間均質化した後の、微小硬さおよび電気伝導率の値の時間的進展を、図７Ａおよび７Ｂに示す。Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｉｎ合金においては、微小硬さは１５０℃で増加し始め、約１７５℃で１回目のピークに達して３４０±１６ＭＰａの微小硬さとなる。１７５℃から３００℃までは飽和状態になり、次に３５０℃までは減少するが、３７５℃で再び増加し、約５００℃で２回目のピークに達して、接種剤を有しない対照合金より大きい、４２７±１３ＭＰａの微小硬さとなる。Ａｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｂ合金においては、微小硬さは１５０℃で増加し始め、約２００℃で１回目のピークに達して２７３±１０ＭＰａの微小硬さとなる。２００℃から２５０℃までは飽和状態になり、次に２５０℃で再び増加し、約４７５℃で２回目のピークに達して、接種剤を有しない対照合金より大きい、４６３±７ＭＰａの微小硬さとなる。
図７ＢのＡｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｉｎ合金については、鋳放し状態の電気伝導率が３１．２５±０．１２であり、３７５℃までは飽和状態になり、その後急速に増加し５００℃でピークに達して３４．６９±０．１１（５９．８％ＩＡＣＳ）の値となる。Ａｌ−０．０１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ−０．０２Ｓｂ合金においては、鋳放し状態の電気伝導率が３１．４０±０．０９であり、３７５℃までは飽和状態になり、その後急速に増加し５００℃でピークに達して３４．５２±０．１２（５９．５％ＩＡＣＳ）の値となる。
０．１７Ｓｉ、０．０１Ｓｎ、０．０２Ｓｎ、０．０２Ｉｎ、または０．０２Ｓｂのいずれかを接種剤としてＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ合金に添加することで、微小硬さを改善し、したがって機械的強度を改善し、一方でピーク微小硬さにおける相対的に高い電気伝導率と同じものを維持する、手段がもたらされる。接種剤は、低い温度での析出物の早期形成を容易にする。析出物はナノサイズで直径約２０ｎｍ未満であり、約１０ｎｍ未満と考えられる。
電気および熱伝導率は、互いに関連があることが知られており、そのため、本明細書に記載の電気伝導率の改善によって、熱伝導率において対応する改善が結果的にもたらされる可能性がある。
図８Ｂは、全てのＡｌ−０．１Ｚｒ−０．０４Ｅｒ基合金について、２５℃／３時間の刻みで等時時効した際の第１および第２のピークの微小硬さにおける微小硬さの増加を概括的に示したものである。
上記の記述および実施例は例示を意図したものであり、達成可能な内容を限定するものと解釈すべきではない。本発明の精神および範囲内でさらに他の変形が可能であり、電気および熱伝導率について具体的な目標を有する、合金調製の技術および学術分野における当業者であれば考え出されるだろう。
上記の記述および実施例は例示を意図したものであり、達成可能な内容を限定するものと解釈すべきではない。本発明の精神および範囲内でさらに他の変形が可能であり、電気および熱伝導率について具体的な目標を有する、合金調製の技術および学術分野における当業者であれば考え出されるだろう。
なお、本発明には以下の実施形態が包含される。
［１］アルミニウム、ジルコニウム、接種剤、およびナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含み、前記ナノスケール析出物が約２０ｎｍ以下の平均直径を有し、α−Ａｌ面心立方マトリックス中にＬｌ ２ 構造を有する、アルミニウム合金。
［２］最大約０．０４ａｔ．％スカンジウム（Ｓｃ）までの検出不可能な量のスカンジウムを含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［３］ランタニド系列金属をさらに含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［４］前記析出物が原子プローブ断層撮影法による測定で約１０ｎｍ以下の平均直径を有する、［１］に記載のアルミニウム合金。
［５］前記ナノスケール析出物が約４〜６ｎｍの平均直径を有する、［１］に記載のアルミニウム合金。
［６］前記ナノスケール析出物の平均数密度が約１０ ２１ ｍ −３ 以上である、［１］に記載のアルミニウム合金。
［７］前記接種剤がＳｎ、Ｉｎ、ＳｂまたはＭｇのうち１種以上を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［８］前記接種剤が、マグネシウム、および３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属のうち１種以上を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［９］前記接種剤がＳｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、ＳｂまたはＭｇのうち１種以上を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［１０］前記ナノスケール析出物がＡｌ ３ Ｚｒ、Ａｌ ３ Ｅｒ、およびＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［１１］前記合金がエルビウムを含むランタニド系列金属をさらに含み、前記接種剤がＳｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ ３ Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［１２］前記接種剤がＳｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上の組み合わせを含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［１３］ランタニド系列金属と、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上を含む接種剤とをさらに含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ ３ Ｘ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｘ）析出物を含み、Ｘがランタニド系列金属である、［１］に記載のアルミニウム合金。
［１４］ランタニド系列金属と、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上を含む接種剤とをさらに含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ ３ Ｘ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｘ）析出物を含み、ＸがＨｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＹｂのうち１種以上である、［１］に記載のアルミニウム合金。
［１５］ランタニド系列金属と、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上を含む接種剤とをさらに含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［１６］約０．３ａｔ．％のＺｒ、約１．５ａｔ．％のＳｉ、約０．１ａｔ．％のＳｎ、約０．１ａｔ．％のＩｎ、約０．１ａｔ．％のＳｂ、残余がＡｌであり、かつＬｌ ２ 構造を有するナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物をさらに含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［１７］約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０１ａｔ．％のＳｎ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［１８］約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０２ａｔ．％のＳｎ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［１９］約０．０６ａｔ．％のＺｒ、約０．０２ａｔ．％のＩｎ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［２０］約０．３ａｔ．％のＺｒ、約０．０５ａｔ．％のＥｒ、約１．５ａｔ．％のＳｉ、約０．１ａｔ．％のＳｎ、約０．１ａｔ．％のＩｎ、約０．１ａｔ．％のＳｂ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ ３ Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）析出物をさらに含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［２１］約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０１ａｔ．％のＳｎ、ならびに残余がアルミニウムであり、かつＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ ３ Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［２２］約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０２ａｔ．％のＳｎ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ ３ Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［２３］約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．２ａｔ．％のＳｉ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ ３ Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［２４］約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０２ａｔ．％のＩｎ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ ３ Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［２５］約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０２ａｔ．％のＳｂ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ ３ Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［２６］Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｓｉ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、ＳｉおよびＭｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
［２７］前記ナノスケール析出物がＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、［２６］に記載のアルミニウム合金。
［２８］Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｓｉ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、ＳｉおよびＭｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のＡｌ ３ Ｚｒ、Ａｌ ３ Ｅｒ、およびＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
［２９］Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｆｅの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｆｅが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
［３０］前記ナノスケール析出物がＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、［２９］に記載のアルミニウム合金。
［３１］Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｆｅの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｆｅが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のＡｌ ３ Ｚｒ、Ａｌ ３ Ｅｒ、およびＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
［３２］Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｍｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、アルミニウム合金。
［３３］Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｍｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のＡｌ ３ Ｚｒ、Ａｌ ３ Ｅｒ、およびＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
［３４］Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｃｕの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｃｕが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、アルミニウム合金。
［３５］Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｃｕの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｃｕが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のＡｌ ３ Ｚｒ、Ａｌ ３ Ｅｒ、およびＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
［３６］Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｓｉの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｓｉが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、アルミニウム合金。
［３７］Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｓｉの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｓｉが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のＡｌ ３ Ｚｒ、Ａｌ ３ Ｅｒ、およびＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
［３８］Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｚｎ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、ＺｎおよびＭｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、アルミニウム合金。
［３９］Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｚｎ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、ＺｎおよびＭｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ ２ 構造を有する複数のＡｌ ３ Ｚｒ、Ａｌ ３ Ｅｒ、およびＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
［４０］前記接種剤がＳｎ、ＩｎおよびＳｂのうち１種以上を含み、前記合金が、本質的にスカンジウム（Ｓｃ）を含まず、Ｌｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［４１］前記接種剤がＳｎ、ＩｎおよびＳｂのうち１種以上を含み、前記合金が、約０．０４ａｔ．％未満のスカンジウム（Ｓｃ）を有し、Ｌｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［４２］Ｅｒをさらに含み、前記接種剤がＳｉ、Ｓｎ、ＩｎおよびＳｂのうち１種以上であり、前記合金が本質的にスカンジウムを含まず、Ｌｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ ３ Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、［１］に記載のアルミニウム合金。
［４３］前記ナノスケール析出物がＡｌ ３ Ｚｒ、Ａｌ ３ Ｅｒ、およびＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）を含み、前記析出物が約１０ｎｍ以下の平均直径を有する、［１］に記載のアルミニウム合金。
［４４］前記ナノスケール析出物がＡｌ ３ Ｚｒ、Ａｌ ３ Ｅｒ、およびＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）を含み、前記析出物が約４〜６ｎｍの平均直径を有する、［１］に記載のアルミニウム合金。
［４５］Ｌｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ、Ａｌ ３ Ｅｒ、およびＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を有する、本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法であって、
（ａ）アルミニウム溶融物を作製すること、ならびにジルコニウムと、エルビウム、ケイ素、スズ、インジウム、アンチモン、およびマグネシウムのうち１種以上とを添加すること、
（ｂ）前記溶融物を凝固させること、および得られた固体片を約０℃〜約３００℃の温度に冷却すること
を含む、形成方法。
［４６］前記固体片を約６００℃〜約６６０℃の温度で約０．３時間〜約７２時間均質化することをさらに含む、［４５］に記載の本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法。
［４７］約１００℃〜約３７５℃の温度を約１〜約１２時間維持することにより第１の熱処理ステップを実施すること、および前記第１の任意選択の熱処理ステップの後に約３７５℃〜約５５０℃の温度を約１時間〜４８時間加熱および維持することを含む主たる熱処理ステップを実施することをさらに含む、［４６］に記載の本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法。
［４８］Ｌｌ ２ 構造を有する複数のナノスケールＡｌ ３ Ｚｒ、Ａｌ ３ Ｅｒ、およびＡｌ ３ （Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を有する、本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法であって、
（ａ）アルミニウム溶融物を作製すること、ならびにジルコニウムと、Ｅｒ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上とを添加すること、
（ｂ）前記溶融物を凝固させること、および得られた固体片を約０℃以上から約３００℃の温度に冷却すること
を含む、形成方法。
［４９］前記固体片を約６００℃以上から約６６０℃の温度で約０．３時間〜約７２時間均質化することをさらに含む、［４８］に記載の本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法。
［５０］約１００℃以上から約３７５℃の温度で約１時間〜約１２時間維持することにより第１の熱処理ステップを実施すること、ならびに約３７５℃〜約５５０℃の温度で約１時間〜４８時間維持する第２の熱処理ステップを実施することをさらに含む、［４９］に記載の本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法。
［５１］［１］に記載のアルミニウム合金を含むブレーキローター、ピストン、補助動力源、補助動力源フレーム、取付ブラケット、航空機エンジン排気ダクトからなる構成部品の群から選択される、アルミニウム合金構成部品。

Claims (51)

  1. アルミニウム、ジルコニウム、接種剤、およびナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含み、前記ナノスケール析出物が約２０ｎｍ以下の平均直径を有し、α−Ａｌ面心立方マトリックス中にＬｌ２構造を有する、アルミニウム合金。
  2. 最大約０．０４ａｔ．％スカンジウム（Ｓｃ）までの検出不可能な量のスカンジウムを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  3. ランタニド系列金属をさらに含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  4. 前記析出物が原子プローブ断層撮影法による測定で約１０ｎｍ以下の平均直径を有する、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  5. 前記ナノスケール析出物が約４〜６ｎｍの平均直径を有する、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  6. 前記ナノスケール析出物の平均数密度が約１０２１ｍ−３以上である、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  7. 前記接種剤がＳｎ、Ｉｎ、ＳｂまたはＭｇのうち１種以上を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  8. 前記接種剤が、マグネシウム、および３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属のうち１種以上を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  9. 前記接種剤がＳｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、ＳｂまたはＭｇのうち１種以上を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  10. 前記ナノスケール析出物がＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  11. 前記合金がエルビウムを含むランタニド系列金属をさらに含み、前記接種剤がＳｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  12. 前記接種剤がＳｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上の組み合わせを含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  13. ランタニド系列金属と、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上を含む接種剤とをさらに含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｘ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｘ）析出物を含み、Ｘがランタニド系列金属である、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  14. ランタニド系列金属と、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上を含む接種剤とをさらに含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｘ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｘ）析出物を含み、ＸがＨｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、およびＹｂのうち１種以上である、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  15. ランタニド系列金属と、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上を含む接種剤とをさらに含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  16. 約０．３ａｔ．％のＺｒ、約１．５ａｔ．％のＳｉ、約０．１ａｔ．％のＳｎ、約０．１ａｔ．％のＩｎ、約０．１ａｔ．％のＳｂ、残余がＡｌであり、かつＬｌ２構造を有するナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物をさらに含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  17. 約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０１ａｔ．％のＳｎ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  18. 約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０２ａｔ．％のＳｎ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  19. 約０．０６ａｔ．％のＺｒ、約０．０２ａｔ．％のＩｎ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  20. 約０．３ａｔ．％のＺｒ、約０．０５ａｔ．％のＥｒ、約１．５ａｔ．％のＳｉ、約０．１ａｔ．％のＳｎ、約０．１ａｔ．％のＩｎ、約０．１ａｔ．％のＳｂ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物をさらに含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  21. 約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０１ａｔ．％のＳｎ、ならびに残余がアルミニウムであり、かつＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  22. 約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０２ａｔ．％のＳｎ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  23. 約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．２ａｔ．％のＳｉ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  24. 約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０２ａｔ．％のＩｎ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  25. 約０．１ａｔ．％のＺｒ、約０．０４ａｔ．％のＥｒ、約０．０２ａｔ．％のＳｂ、残余がアルミニウムであり、かつＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  26. Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｓｉ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、ＳｉおよびＭｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
  27. 前記ナノスケール析出物がＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、請求項２６に記載のアルミニウム合金。
  28. Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｓｉ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、ＳｉおよびＭｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
  29. Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｆｅの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｆｅが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
  30. 前記ナノスケール析出物がＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、請求項２９に記載のアルミニウム合金。
  31. Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｆｅの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｆｅが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
  32. Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｍｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、アルミニウム合金。
  33. Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｍｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
  34. Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｃｕの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｃｕが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、アルミニウム合金。
  35. Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｃｕの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｃｕが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
  36. Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｓｉの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｓｉが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、アルミニウム合金。
  37. Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｓｉの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、Ｓｉが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
  38. Ａｌ−Ｚｒ−Ｘ−Ｚｎ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、ＺｎおよびＭｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、アルミニウム合金。
  39. Ａｌ−Ｚｒ−Ｅｒ−Ｘ−Ｚｎ−Ｍｇの組み合わせを有するアルミニウム合金であって、ＺｎおよびＭｇが合金元素であり、Ｘが３Ａ、４Ａ、５Ａ族の金属または半金属を含み、前記合金がＬｌ２構造を有する複数のＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）ナノスケール析出物を含む、アルミニウム合金。
  40. 前記接種剤がＳｎ、ＩｎおよびＳｂのうち１種以上を含み、前記合金が、本質的にスカンジウム（Ｓｃ）を含まず、Ｌｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  41. 前記接種剤がＳｎ、ＩｎおよびＳｂのうち１種以上を含み、前記合金が、約０．０４ａｔ．％未満のスカンジウム（Ｓｃ）を有し、Ｌｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  42. Ｅｒをさらに含み、前記接種剤がＳｉ、Ｓｎ、ＩｎおよびＳｂのうち１種以上であり、前記合金が本質的にスカンジウムを含まず、Ｌｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ析出物、ナノスケールＡｌ３Ｅｒ析出物、およびナノスケールＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  43. 前記ナノスケール析出物がＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）を含み、前記析出物が約１０ｎｍ以下の平均直径を有する、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  44. 前記ナノスケール析出物がＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）を含み、前記析出物が約４〜６ｎｍの平均直径を有する、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  45. Ｌｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を有する、本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法であって、
    （ａ）アルミニウム溶融物を作製すること、ならびにジルコニウムと、エルビウム、ケイ素、スズ、インジウム、アンチモン、およびマグネシウムのうち１種以上とを添加すること、
    （ｂ）前記溶融物を凝固させること、および得られた固体片を約０℃〜約３００℃の温度に冷却すること
    を含む、形成方法。
  46. 前記固体片を約６００℃〜約６６０℃の温度で約０．３時間〜約７２時間均質化することをさらに含む、請求項４５に記載の本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法。
  47. 約１００℃〜約３７５℃の温度を約１〜約１２時間維持することにより第１の熱処理ステップを実施すること、および前記第１の任意選択の熱処理ステップの後に約３７５℃〜約５５０℃の温度を約１時間〜４８時間加熱および維持することを含む主たる熱処理ステップを実施することをさらに含む、請求項４６に記載の本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法。
  48. Ｌｌ２構造を有する複数のナノスケールＡｌ３Ｚｒ、Ａｌ３Ｅｒ、およびＡｌ３（Ｚｒ，Ｅｒ）析出物を有する、本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法であって、
    （ａ）アルミニウム溶融物を作製すること、ならびにジルコニウムと、Ｅｒ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＭｇのうち１種以上とを添加すること、
    （ｂ）前記溶融物を凝固させること、および得られた固体片を約０℃以上から約３００℃の温度に冷却すること
    を含む、形成方法。
  49. 前記固体片を約６００℃以上から約６６０℃の温度で約０．３時間〜約７２時間均質化することをさらに含む、請求項４８に記載の本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法。
  50. 約１００℃以上から約３７５℃の温度で約１時間〜約１２時間維持することにより第１の熱処理ステップを実施すること、ならびに約３７５℃〜約５５０℃の温度で約１時間〜４８時間維持する第２の熱処理ステップを実施することをさらに含む、請求項４９に記載の本質的にスカンジウムを含まないアルミニウム合金の形成方法。
  51. 請求項１に記載のアルミニウム合金を含むブレーキローター、ピストン、補助動力源、補助動力源フレーム、取付ブラケット、航空機エンジン排気ダクトからなる構成部品の群から選択される、アルミニウム合金構成部品。
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