JP2017538861A - 鉄、ケイ素、バナジウム及び銅を有するアルミニウム合金 - Google Patents

鉄、ケイ素、バナジウム及び銅を有するアルミニウム合金 Download PDF

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Abstract

鉄、バナジウム、ケイ素及び銅を有する新規アルミニウム合金が開示されている。新規合金は、３〜１２重量％のＦｅ、０．１〜３重量％のＶ、０．１〜３重量％のＳｉ、及び１．０〜６重量％のＣｕ、アルミニウム及び不純物である残部を含んでよい。アルミニウム合金の溶融池が急速に凝固するのを促進し得る添加剤製造技術を介して、新規アルミニウム合金を製造してよい。【選択図】 図１

Description

アルミニウム合金は、様々な用途において有用である。しかし、多くのアルミニウム合金は、高温にさらした際の強度が低下する傾向にある。
広範には、本開示は、鉄、ケイ素、バナジウム及び銅を有する新規アルミニウム合金体に関する。アルミニウム合金体内に含有される鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）及びバナジウム（Ｖ）の量は、少なくとも５ｖｏｌ．％のＡｌＦｅＶＳｉ分散質を提供するのに十分であり得る。アルミニウム合金体内に含有される銅（Ｃｕ）の量は、少なくとも０．２５ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物及び／又は分散強化剤を実現するのに十分であり得る（例えば、分散した相中又は細胞組織中のいずれかで、銅がＦｅ、Ｖ又はＳｉと組み合わされる場合）。ＡｌＦｅＶＳｉ分散質は、高温での適用において強度の保持を促進する場合もある（例えば、航空宇宙産業及び／又は自動車関係での用途のため）。任意のＡｌ２Ｃｕ沈殿物は析出硬化を促進し得、また銅を含有する任意の分散強化剤は分散硬化を促進し得、それによりアルミニウム合金体の強度を増大させる。なお、本Ａｌ２Ｃｕ沈殿物及び／又は銅を含有する分散質は、高温での結晶粒粗大化に対して耐性を示し得、またアルミニウム合金体の高温特性を更に向上させ得る。この関連で、新規アルミニウム合金体は、一般に、３〜１２重量％のＦｅ、０．１〜３重量％のＶ、０．１〜３重量％のＳｉ、及び１．０〜６重量％のＣｕ、アルミニウム及び不純物である残部を含む（場合によっては、それから本質的になる）。
アルミニウム合金体内の鉄、ケイ素及びバナジウムの量は、ＡｌＦｅＶＳｉ分散質の所望の量に応じて変化してよいが、アルミニウム合金体内の鉄、ケイ素及びバナジウムの量は、少なくとも５ｖｏｌ．％のＡｌＦｅＶＳｉ分散質、及び３５ｖｏｌ．％以下のＡｌＦｅＶＳｉ分散質を提供するのに十分であり得る。アルミニウム合金中のＡｌＦｅＶＳｉ分散質の量は、適切な画像解析ソフトウエアを備える走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用してＡｌＦｅＶＳｉ分散質相の領域分率を測定し、また妥当な場合には、適切な画像分析ソフトウエアを用いて、最終部品のフォイルを透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により分析して捕捉し、金属組織的に作製した最終部品にわたる断面積によって、決定される。ＡｌＦｅＶＳｉ分散質は、一般に約４０ｎｍ〜約５００ｎｍの平均サイズを有する。最終生成物中のＡｌＦｅＶＳｉ分散質の平均サイズは、この範囲の下端へとなることが好ましい。一実施形態では、ＡｌＦｅＶＳｉ分散質は、約２５０ｍｍ以下の平均サイズを有する。別の実施形態では、ＡｌＦｅＶＳｉ分散質は、約２００ｍｍ以下の平均サイズを有する。更に別の実施形態では、ＡｌＦｅＶＳｉ分散質は、約１５０ｍｍ以下の平均サイズを有する。別の実施形態では、ＡｌＦｅＶＳｉ分散質は、約１００ｍｍ以下の平均サイズを有する。更に別の実施形態では、ＡｌＦｅＶＳｉ分散質は、約７５ｍｍ以下の平均サイズを有する。別の実施形態では、ＡｌＦｅＶＳｉ分散質は、約６０ｍｍ以下の平均サイズを有する。
一実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される鉄、ケイ素及びバナジウムの量は、少なくとも１０ｖｏｌ．％のＡｌＦｅＶＳｉ分散質を提供するのに十分であり得る。別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される鉄、ケイ素及びバナジウムの量は、少なくとも１５ｖｏｌ．％のＡｌＦｅＶＳｉ分散質を提供するのに十分であり得る。更に別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される鉄、ケイ素及びバナジウムの量は、少なくとも２０ｖｏｌ．％のＡｌＦｅＶＳｉ分散質を提供するのに十分であり得る。別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される鉄、ケイ素及びバナジウムの量は、少なくとも２５ｖｏｌ．％のＡｌＦｅＶＳｉ分散質を提供するのに十分であり得る。更に別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される鉄、ケイ素及びバナジウムの量は、少なくとも３０ｖｏｌ．％のＡｌＦｅＶＳｉ分散質を提供するのに十分であり得る。一実施形態では、アルミニウム合金体は、２５＋／−３ｖｏｌ．％のＡｌＦｅＶＳｉ分散質を含有する。幾つかの実施形態では、微小分析により測定した際に、少なくとも若干の銅（例えば、分散質の１〜５重量％）が、ＡｌＦｅＶＳｉ分散質中に含まれる。
一実施形態では、新規アルミニウム合金体は４〜１１重量％のＦｅを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は５〜１０重量％のＦｅを含む。更に別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は６〜９．５重量％のＦｅを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は６．５〜９．０重量％のＦｅを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金は、約８．５重量％のＦｅを含む。鉄は一般に、アルミニウムだけでなく、アルミニウム合金体のより優れた合金元素である。
一実施形態では、新規アルミニウム合金体は０．２５〜３重量％のＶを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は０．５〜３重量％のＶを含む。更に別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は０．７５〜２．７５重量％のＶを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は１．０〜２．５０重量％のＶを含む。更に別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は１．０〜２．２５重量％のＶを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は１．０〜２．０重量％のＶを含む。更に別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は、約１．５重量％のＶを含む。
一実施形態では、新規アルミニウム合金体は０．２５〜３重量％のＳｉを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は０．５〜３重量％のＳｉを含む。更に別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は、０．７５〜２．７５重量％のＳｉを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は１．０〜２．５０重量％のＳｉを含む。更に別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は、１．２５〜２．５０重量％のＳｉを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は１．２５〜２．２５重量％のＳｉを含む。更に別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は、約１．７重量％のＳｉを含む。一実施形態では、ケイ素の量は、アルミニウム合金体中でバナジウムの量を超過する。
アルミニウム合金体内での銅の量は、Ａｌ２Ｃｕ沈殿物及び／又は銅を含有する分散強化剤の所望の量に応じて、変化してよい。一実施形態では、新規アルミニウム合金体は１．０〜５．５重量％のＣｕを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は１．５〜５．０重量％のＣｕを含む。更に別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は２．０〜４．５重量％のＣｕを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は２．５〜４．５重量％のＣｕを含む。更に別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は３．０〜４．５重量％のＣｕを含む。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は３．０〜４．０重量％のＣｕを含む。別の実施態様において、新規アルミニウム合金体は、約３．５重量％のＣｕを含む。
一実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも０．２５ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。Ａｌ２Ｃｕ沈殿物は均衡（非凝集性）状態であってよく、場合により当業者によって「シータ（θ）相」と称される、又はＡｌ２Ｃｕ沈殿物は非均衡（凝集性）状態であってよく、場合により当業者によって「シータプライム（θ’）プライム相」と称される。銀の不存在下で、幾らかのＡｌ２Ｃｕ沈殿物はアルミニウム合金結晶粒｛１００｝面（ＦＣＣ）に位置してよい。銀が合金に使用される場合、少なくとも後述のように、幾らかのＡｌ２Ｃｕ沈殿物は更に又は別の方法として、アルミニウム合金結晶粒｛１１１｝面（ＦＣＣ）に位置してもよい。アルミニウム合金体中のＡｌ２Ｃｕ沈殿物の量は、前述のようにＳＥＭ及び／又はＴＥＭを介して決定される。一実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも０．５０ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも１．０ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。更に別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも１．５ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも２．０ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。更に別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも２．５ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも３．０ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。更に別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも３．５ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも４．０ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。更に別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも４．５ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも５．０ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。更に別の実施形態では、アルミニウム合金体内に含有される銅の量は、少なくとも５．５ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物、及び６．５ｖｏｌ．％以下のＡｌ２Ｃｕ沈殿物を提供するのに十分であり得る。
別の実施形態では、アルミニウム合金体は、アルミニウムマトリックス内に細胞組織を含んでよく、また銅（Ｃｕ）が部分的にこの細胞組織を構成してもよい。例えば、銅は鉄及び／又はケイ素と結合して、アルミニウムマトリックス内に細胞組織を形成し得る。細胞組織は、例えば、１〜１０重量％のＣｕを含んでよい。
下表１では、表は種々の合金組成物を一覧表で記載する（全値は重量％である）。
Figure 2017538861
不純物に関しては、アルミニウム合金体が銀を含まない（＜０．１０重量％のＡｇ）場合、アルミニウム合金体は、一般にＳ相（Ａｌ２ＣｕＭｇ）沈殿物の形成を十分に制限／回避するよう、通常高温での適用にて有害であるマグネシウム（Ｍｇ）を含まない。マグネシウムの存在は、アルミニウム合金体内のＡｌ２Ｃｕ沈殿物の量もまた低減し得る。この関連で、アルミニウム合金体が銀を含まない場合、アルミニウム合金体は一般に、０．３０重量％以下のＭｇを含有する。一実施形態では、アルミニウム合金体は銀を含まず、また０．２０重量％以下のＭｇを含有する。別の実施形態では、アルミニウム合金体は銀を含まず、また０．１５重量％以下のＭｇを含有する。更に他の実施形態では、アルミニウム合金体は銀を含まず、また０．１０重量％以下のＭｇを含有する。
銀は、アルミニウム合金体中に任意に含まれてよい。銀が含まれる場合、アルミニウム合金体は、アルミニウム合金の結晶粒の１つ以上の｛１１１｝面上に、Ａｌ２Ｃｕ沈殿物の生成を促進するマグネシウムの量を、更に含むべきである。一実施形態では、アルミニウム合金体は、少なくとも幾らかのＡｌ２Ｃｕ沈殿物がアルミニウム合金の結晶粒の１つ以上の｛１１１｝面上に生成されるよう、十分な量の銀及びマグネシウムを含有するが、銅及びマグネシウムの量は、Ｓ相などの望ましくない相を回避する又は制限するよう制限される。この関連で、アルミニウム合金体は、相対量がＳ相などの望ましくない相を回避する又は制限するように限定される相対量で、０．１０〜１．０重量％のＡｇ及び０．１０〜１．０重量％Ｍｇを含んでよい。
アルミニウム合金体は一般に、通常では高温での適用に有害であるエータ（η）相（ＭｇＺｎ２）沈殿物の形成を十分に制限／回避するよう、亜鉛（Ｚｎ）を含ない。この関連で、アルミニウム合金体は一般に、０．５重量％以下のＺｎを含有する。一実施態様では、アルミニウム合金体は、０．３５重量％以下のＺｎを含有する。別の実施態様では、アルミニウム合金体は、０．２５重量％以下のＺｎを含有する。更に別の実施形態では、アルミニウム合金体は、０．１５重量％以下のＺｎを含有する。別の実施態様では、アルミニウム合金体は、０．１０重量％以下のＺｎを含有する。更に別の実施形態では、アルミニウム合金体は、０．０５重量％以下のＺｎを含有する。別の実施態様では、アルミニウム合金体は、０．０１重量％以下のＺｎを含有する。更に別の実施形態では、アルミニウム合金体は、０．０１重量％以下のＺｎを含有する。
新規アルミニウム合金体は一般に、Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ及びＣｕを含む粉末の選択的な加熱を、特定のアルミニウム合金体が形成される液相線温度である上記の温度へと促進して、それによりＡｌ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ及びＣｕを有する溶融池を形成し、続いて溶融池を急速に凝固させる方法を介して製造される。急速な凝固は、固溶体中の銅の少なくとも幾らかの維持を促進し得る。
一実施形態では、新規アルミニウム合金体は添加剤製造技術、とりわけ選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）、選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）、及び電子ビーム溶融（ＥＢＭ）などを介して製造される。添加剤製造技術は、Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ及びＣｕを含む粉末の選択的な加熱を、特定のアルミニウム合金の液相線温度である上記の温度へと促進して、それによりＡｌ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ及びＣｕを有する溶融池を形成し、続いて溶融池を急速に凝固させる。
一実施形態では、方法は、（ａ）Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ及びＣｕを含む粉末を床中に分散させること、（ｂ）粉末の一部を、特定のアルミニウム合金体が形成される液相線温度を超える温度へと選択的に（例えば、レーザーを介して）加熱すること、（ｃ）Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ及びＣｕを有する溶融池を形成すること、及び（ｄ）少なくとも毎秒１０００Ｃ°の冷却速度にて溶融池を冷却すること、とを含む。一実施形態では、冷却速度は少なくとも毎秒１０，０００Ｃ°である。別の実施形態では、冷却速度は少なくとも毎秒１００，０００Ｃ°である。別の実施形態では、冷却速度は少なくとも毎秒１０００，０００Ｃ°である。工程（ａ）〜（ｄ）は、アルミニウム合金体が完成するまで、即ち、相加的に製造される最終のアルミニウム合金体が形成される／完成するまで、必要に応じて繰り返されてよい。最終のアルミニウム合金体は、少なくとも５ｖｏｌ．％のＡｌＦｅＶＳｉ分散質、及び３５ｖｏｌ．％以下のＡｌＦｅＶＳｉ分散質を有し得る。最終のアルミニウム合金体は、複雑な形状であってよい、又は単純な形状であってよい（例えば、シート又は面の形態）。
添加剤製造で使用される粉末の粒子は、任意の好適な方法を介して得てよい、又は形成してよい。一実施形態では、Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ及びＣｕの、別個で異なる粒子が使用される（例えば、Ｆｅの粒子、Ｖの粒子、Ｓｉの粒子、及びＣｕの粒子が得られて、適切な量にて床へ提供される）。別の実施形態では、通常均質の粒子を使用し、粒子は通常、Ａｌ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ及びＣｕの全てを含む。本実施形態では、通常、所望量のＡｌ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ及びＣｕを含む溶融した金属の霧化を介して、均質の粒子を製造してよい。
１つのアプローチでは、電子ビーム（ＥＢ）技術を利用してアルミニウム合金体を製造する。電子ビーム技術は、レーザーでの添加剤製造技術を介して簡易に製造されるものより大きい部品の製造を促進し得る。例えば、また目下の図１に関して、一実施形態では、方法は、小さい直径のワイヤ（２５）（例えば、直径が≦２．５４ｍｍの管）を電子ビームガン（５０）のワイヤ供給部分に供給することを含む。ワイヤ（２５）は、上記のアルミニウム合金組成物であってよく、引き伸ばし可能な組成物であるよう供給され得る（米国特許第５，２８６，５７７号明細書のプロセス条件によって製造する場合）。電子ビーム（７５）が、ワイヤ又は管を加熱すると、アルミニウム合金部分の上記液相線点が形成され、続いて溶融池が急速に凝固し、堆積したアルミニウム合金材料（１００）（例えば、少なくとも５ｖｏｌ．％のＡｌＦｅＶＳｉ分散質、及び３５ｖｏｌ．％以下のＡｌＦｅＶＳｉ分散質を有するアルミニウム合金体）を形成し得る。一実施形態では、ワイヤ（２５）は、管の外殻がアルミニウム又は高純度のアルミニウム合金（例えば好適な１ＸＸＸアルミニウム合金）を含みつつ、管が上記のアルミニウム合金組成物の粒子を管内に含んでよく、芯が粉末であるワイヤ（２００）である。
急速な凝固（冷却）工程の完了後、最終のアルミニウム合金体は、所望により自然に熟成され、所望により冷間加工され、また次に人工的に熟成されてよい。自然熟成は、アルミニウム合金体の性質を安定させるのに十分にしばらくの間（例えば、数日間）、発生し得る。任意の冷間加工工程は、アルミニウム合金体を１〜１０％変形させること（例えば、圧縮又は延伸による）を含んでよい。アルミニウム合金体は、人工的に熟成させてよい（例えば、アルミニウム合金体が、０．２５ｖｏｌ．％〜６．５ｖｏｌ．％のＡｌ２Ｃｕ沈殿物及び／又は銅を含有する分散質を含むように、Ａｌ２Ｃｕ沈殿物を形成するため）。人工熟成は、Ａｌ２Ｃｕ沈殿物及び／又は銅を含有する分散質の所望の量を形成するのに十分な時間にわたり、十分な温度で発生し得る（例えば、１２５Ｃ°〜２００Ｃ°の温度で、２〜４８時間にわたって、あるいは、適切であればより長い時間にわたっての人工熟成）。人工熟成は単一工程、又は多段階の人工熟成の実施であってよい。一実施形態では、例えば、高温を使用して、（適切である場合）ＡｌＦｅＶＳｉ分散質の少なくとも幾らか（例えば、場合により３００℃程で、提供された高温はＡｌ２Ｃｕ粒子及び／又は銅を含有する分散質を過度に粗大化させない）を、場合により改質してよい（例えば、球状化）。場合によっては、最終のアルミニウム合金体を焼きなまし、続いて徐冷してよい。焼きなましは、微細構造を弛緩させ得る。例えば、冷間加工に先立って、あるいは人工熟成の前後において、焼きなましを行うことができる。場合によっては、最終のアルミニウム合金体は、任意の自然熟成、所望の冷間加工、及び人工的な熟成が完了した後に、熱処理し、かつ次に急冷される溶液であってよい。溶液の熱処理及び急冷は、例えば、銅の少なくとも幾らかをアルミニウムと共に固溶体中に配置することにより、Ａｌ２Ｃｕ沈殿物の体積分率の増大を促進し得る。
本発明のアルミニウム合金は、合金元素と同様に鉄及びバナジウムを有するものとして一般に本明細書に記載される一方、種々の代用物が鉄及びバナジウムに対して使用可能であると考えられている。例えば、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、及びニッケル（Ｎｉ）は、ＡｌＦｅＶＳｉ分散質に類似した分散質が形成される限り、完全に又は部分的に、鉄、及び任意の組み合わせで置き換えてよいと考えられている。クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）及びニオビウム（Ｎｂ）は、ＡｌＦｅＶＳｉ分散質に類似した分散質が形成される限り、部分的に鉄（例えば、場合により、約５重量％以下）、及び任意の組み合わせで置き換えることができる。バナジウムに関しては、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、スカンジウム（Ｓｃ）、クロム（Ｃｒ）、又はチタン（Ｔｉ）は、ＡｌＦｅＶＳｉ分散質に類似した分散質が形成される限り、完全に又は部分的に、バナジウム、及び任意の組み合わせで置き換えてよいと考えられている。
新規アルミニウム合金体は、適用の中でもとりわけ航空宇宙産業又は自動車両用の高温での適用などの、多様な用途に利用してよい。一実施形態では、新規アルミニウム合金体は、航空宇宙機におけるエンジンコンポーネントとして利用される（例えば、エンジン内に組み込まれる圧縮機ブレードなどのブレードの形態）。別の実施形態では、新規アルミニウム合金体は、航空宇宙機のエンジン用熱交換器として使用される。エンジンコンポーネント／熱交換器を含む航空宇宙機は、その後に稼働させてよい。一実施形態では、新規アルミニウム合金体は、自動車エンジンコンポーネントである。エンジンコンポーネントを含む自動車両は、その後に稼働させてよい。例えば、新規アルミニウム合金体は、ターボ過給機コンポーネントとして使用してよく（例えば、ターボ過給機の後ろを介してエンジン排気ガスを再利用することより、高温が実現され得るターボ過給機の圧縮機ホィール）、またターボ過給機コンポーネントを含む自動車両を稼働させてよい。別の実施形態では、アルミニウム合金体は地上をベースとした（静止した）電力発電用のタービンにおけるブレードとして使用してよく、またアルミニウム合金体を含む地上をベースとしたタービンを稼働させて、電力発電を促進してよい。
相加的に製造されるアルミニウム合金体の製造に使用する電子ビーム装置の、実施形態の概略的透視図である。
完成時の状況におけるＡｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｓｉ−Ｃｕ合金の走査電子像である。図２（Ａ）は、Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｓｉ分散質の微細分布を示す。図２（Ｂ）は、Ｆｅ及びＣｕを含む細胞組織を示す。
実施例１
Ａｌ−Ｆｅ−Ｖ−Ｓｉ−Ｃｕの鋳塊を供給材料として使用し、かつ不活性ガスの霧化プロセスに従って粉末を生成した。粉末を次にふるいにかけ、かつ相加的に製造される生成物の製造に使用するために混合した。機械装置ＥＯＳＭ２８０を使用した粉末床溶融結合（ＰＢＦ）を介して、生成物を相加的に製造した。粉末の化学分析及び完成時の構成成分（最終生成物）を、誘導結合高周波プラズマ（ＩＣＰ）を介して実施し、その結果を下表２に示す（全値は重量％である）。
Figure 2017538861
完了時構成成分の密度を、ＮＩＳＴ規格に従うアルキメデス法による密度分析を使用して測定した。アルキメデス法による密度分析により、理論上の密度の９９％を超える密度が、完成時の構成成分内で得られることが明らかとなった。
完成時の構成成分の微細構造を、光学金属組織学（ＯＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、エレクトロン・プローブ・マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）、及び透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を介して分析した。ベークライトにおける完成時の被検査物の取り付け断面により作製される、被検査物上でＯＭを実施し、次に研磨媒体の組み合わせを使用して研削し、かつ研磨した。ＯＭ分析は、被検査物内に存在する１％未満の多孔性を明らかにし、それによりアルキメデス密度の結果を確認した。
ＯＭ分析により作製した同一の被検査物を使用してＥＭ結像を実施し、また球状分散質相（即ち、再溶解して固溶体へ戻ることが不可能である微細粒子）と微細気泡質相の両方の存在を明らかにし、典型的な像を図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示した。これら被検査物のうち１つの画像解析を実施して、分散質相の粒度分布及び体積分率を測定した。＞１００μｍ２の領域を伴う単一の像を、画像解析に使用した。得られた分析では、約７５ｎｍの平均を伴う約３０〜４００ｎｍの直径幅の分散質であることが明らかとなった。分散質の体積分率が約６．７％であったとも結論付けた。ＥＰＭＡでは、微細分散質は鉄（Ｆｅ）及びバナジウム（Ｖ）が豊富であることが明らかとなり、かつＡｌ１２（Ｆｅ，Ｖ）３Ｓｉ型と考えられている。
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、細胞壁の組成物を測定した。２０〜３０ボルトの適用電圧にて硝酸（ＨＮＯ３）及びメタノールからなる溶液を使用し、最終の高層電流研磨工程を適用することに先立って機械的に被検査物を間伐することにより、完成時の被検査物及び熱的に処理された被検査物（約１９１℃（約３７５°Ｆ）で約１８時間）の両方から電子透過ＴＥＭフォイルを作製した。ＴＥＭ分析は、細胞壁では銅（Ｃｕ）及び鉄（Ｆｅ）が豊富であることを明らかにした。
本開示の様々な実施形態が詳細に記載されてきたが、これらの実施形態の変形例及び変更例を当業者が考案することとなることは明らかである。しかしながら、そのような変形例及び変更例は、本開示の趣旨及び範囲内にあることを明確に理解されたい。

Claims (15)

  1. アルミニウム合金であって、
    ３〜１２重量％のＦｅと、
    ０．１〜３重量％のＶと、
    ０．１〜３重量％のＳｉと、及び
    １．０〜６重量％のＣｕと、
    アルミニウム及び不純物である残部、とから本質的になるアルミニウム合金。
  2. 請求項１に記載のアルミニウム合金から製造される、アルミニウム合金体。
  3. 前記アルミニウム合金体が、航空宇宙機用のエンジンコンポーネントの形態である、請求項２に記載のアルミニウム合金体。
  4. ５〜３５ｖｏｌ．％のＡｌＦｅＶＳｉ分散質を含む、請求項２に記載のアルミニウム合金体。
  5. 前記ＡｌＦｅＶＳｉ分散質が、少なくとも幾らかの銅を含む、請求項４に記載のアルミニウム合金体。
  6. 鉄及び銅を含む細胞組織を含む、請求項２に記載のアルミニウム合金体。
  7. アルミニウム合金体の製造方法であって、
    （ａ）粉末を分散させることであって、
    ３〜１２重量％のＦｅと、
    ０．１〜３重量％のＶと、
    ０．１〜３重量％のＳｉと、及び
    １．０〜６重量％のＣｕと、
    アルミニウム（Ａｌ）及び不純物である残部、とから本質的になる前記粉末を床中に分散させることと、
    （ｂ）前記粉末の一部を、前記特定のアルミニウム合金体が形成される前記液相線温度を超える温度へと選択的に加熱することと、
    （ｃ）Ｆｅ、Ｖ、Ｓｉ、Ｃｕ、及びＡｌを有する溶融池を形成することと、
    （ｄ）少なくとも毎秒１，０００℃の冷却速度で、前記溶融池を冷却することと、及び
    （ｅ）（ａ）〜（ｄ）の工程を繰り返して、相加的に製造されるアルミニウム合金体を形成すること、とを含む方法。
  8. 前記相加的に製造されるアルミニウム合金体を完成させ、
    それにより最終のアルミニウム合金生成物を実現させることと、
    前記最終のアルミニウム合金生成物を自然に熟成することと、及び
    前記自然熟成の後、前記最終のアルミニウム合金生成物を人工的に熟成すること、とを含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記自然熟成工程の後、前記最終のアルミニウム合金生成物を１〜１０％変形させることを含む、
    請求項８に記載の方法。
  10. 前記人工熟成が、１２５℃〜３００℃の温度にて、かつ２〜４８時間の間、前記最終のアルミニウム合金生成物を加熱することを含む、
    請求項８又は９に記載の方法。
  11. 前記最終のアルミニウム合金生成物が、航空宇宙機用又は自動車両用のエンジンコンポーネントの形態である方法であって、
    前記方法が、エンジンコンポーネントを前記航空宇宙機又は前記自動車両へ組み込むことを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記航空宇宙機又は前記自動車両を稼働させることを含む、
    請求項１１の方法。
  13. 前記最終のアルミニウム合金生成物が、ターボ過給機用の圧縮機ホィールである、請求項１１の方法。
  14. 前記最終のアルミニウム合金生成物が、タービン用のブレードである、請求項１１の方法。
  15. 前記最終のアルミニウム合金生成物が、熱交換器である、請求項１１に記載の方法。
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