JP2019011505A - マグネシウムと、カルシウムと、クロム、マンガン及びジルコニウムのうちの少なくとも１つとを添加したアルミニウム合金、並びにその製造方法 - Google Patents

マグネシウムと、カルシウムと、クロム、マンガン及びジルコニウムのうちの少なくとも１つとを添加したアルミニウム合金、並びにその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高い強度対重量比をもつアルミニウム合金を提供する。【解決手段】アルミニウムと、約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウムと、約０．２重量パーセントまでのクロム、約０．２重量パーセントまでのジルコニウム及び約０．３重量パーセントまでのマンガンのうちの少なくとも１つとを含むアルミニウム合金。【選択図】なし

Description

本出願は、アルミニウム合金及びアルミニウム合金を製造するための方法に関する。
アルミニウム合金は、比較的高い強度対重量比を有している。したがって、金属外板で覆われた航空機が導入されて以来、アルミニウム合金は、航空宇宙製造において重要である。様々な種類のアルミニウム合金が開発されてきた。例えば、アメリカのアルミニウム協会は、マグネシウム含有アルミニウム合金を５０００系アルミニウム合金として分類している。
アルミニウム-マグネシウム合金は、他の従来のアルミニウム合金と比べ、ある利点（例えば、軽量）を提供する。マグネシウムの添加により、アルミニウム合金の強度が増し、合金を表面処理により好ましいものとし、耐食性が改善する。しかしながら、アルミニウム-マグネシウム合金のマグネシウム含有量が５重量パーセント以上など増加すると、そのような合金は、鋳造するのが難しくなる。更に、高マグネシウム含有量のアルミニウム−マグネシウム合金には大きな金属間介在物が見られたのであるが、これは、低延性をもたらし、疲労性能を低下させる傾向がある。
したがって、当業者は、アルミニウム合金分野の研究開発の努力を継続している。
１つの実施形態では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウムと、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約０．２重量パーセントまでのクロムとを含む。
別の実施形態では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウムと、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約０．３重量パーセントまでのマンガンとを含む。
別の実施形態では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウムと、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約０．２重量パーセントまでのジルコニウムとを含む。
別の実施形態では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウムと、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約０．２重量パーセントまでのクロム、約０．３重量パーセントまでのマンガン及び約０．２重量パーセントまでのジルコニウムのうちの少なくとも１つとを含む。
別の実施形態では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウムと、約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウムと、約０．２重量パーセントまでのクロムとを含む。
別の実施形態では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウムと、約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウムと、約０．３重量パーセントまでのマンガンとを含む。
別の実施形態では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウムと、約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウムと、約０．２重量パーセントまでのジルコニウムとを含む。
更に別の実施形態では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウムと、約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウムと、約０．２重量パーセントまでのクロム、約０．３重量パーセントまでのマンガン及び約０．２重量パーセントまでのジルコニウムのうちの少なくとも１つとを含む。
１つの実施形態では、開示されたアルミニウム合金を製造するための方法は、カルシウムを含有するマグネシウム母合金を調製するステップと、カルシウムを含有するマグネシウム母合金をアルミニウムに添加するステップとを含む。カルシウムを含有するマグネシウム母合金は、母材を溶融することにより溶融母材を形成するステップと、カルシウム系化合物を溶融母材に添加するステップとによって、調製することができる。カルシウム系化合物は、カルシウムと、マグネシウム、クロム、ジルコニウム、チタニウム及びアルミニウムのうちの少なくとも１つとを含むことができるだろう。代替的には、カルシウム系化合物は、カルシウムと、酸素、シアン化物、炭化物、水酸化物及び炭酸塩のうちの少なくとも１つとを含むことができるだろう。添加されるカルシウムの量は、マグネシウム含有量に比例しうる。
別の実施形態では、開示されたアルミニウム合金を製造するための方法は、ベリリウム及びマグネシウム合金を形成するためにベリリウムとマグネシウムとを一緒に合金化するステップと、続いてベリリウム及びマグネシウム合金をアルミニウムに添加するステップとを含む。
更に別の実施形態では、開示されたアルミニウム合金を製造するための方法は、溶融物（ｍｏｌｔｅｎ ｍａｓｓ）を生成するために、アルミニウムと、マグネシウムと、クロム、マンガン及びジルコニウムのうちの少なくとも１つとを溶融するステップであって、真空及び表面フラックスのうちの少なくとも１つの下で溶融が行われる、溶融するステップと、固体の塊（ｓｏｌｉｄ ｍａｓｓ）を生成するために溶融物を冷却するステップとを含む。
開示されたアルミニウム合金及びその製造方法の他の実施形態は、以下の詳細な説明、添付の図面及び別記の特許請求の範囲により、明確になるであろう。
開示されたアルミニウム合金を製造するための方法の１つの実施形態を示すフロー図である。 開示されたアルミニウム合金を製造するための方法の別の実施形態を示すフロー図である。 開示されたアルミニウム合金を製造するための方法の更に別の実施形態を示すフロー図である。 航空機の製造及び保守方法のフロー図である。 航空機のブロック図である。
クロム、マンガン及びジルコニウムのうちの少なくとも１つ、並びに任意選択的にカルシウムの添加を伴う、アルミニウム合金、特にアルミニウム-マグネシウム合金が開示される。アルミニウム合金において従来使用されてきた様々な他の成分もまた、開示されたアルミニウム合金内に存在しうる。
開示されたアルミニウム合金は、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントといった、約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのレベルでマグネシウムを含みうる。典型的には市販製品のマグネシウムの重量パーセントが５．０パーセント以下である、従来の５０００系合金と比べて、比較的高いマグネシウムは、延性及び強度の増加などの強化された特性をもたらすことがある。クロム及び／又はマンガン及び／又はジルコニウムの添加は、開示されたアルミニウム合金での粒成長及び再結晶を抑制しうる。
開示されたアルミニウム合金において、クロム、マンガン及びジルコニウムの量は、アルミニウム合金のマグネシウム含有量に対して、特に調整されうる。クロム、マンガン及びジルコニウムに加え、カルシウムがまた、ある実施例において存在してもよく、カルシウムがまた、粒成長及び再結晶の抑制に貢献しうる。用いられるカルシウムの量は、特に、マグネシウム含有量に対して調整されうる。
開示されたアルミニウム合金は、改善した引張伸びといった強化された特性を提示しうる。例えば、開示されたアルミニウム合金の引張伸びは、形成性、ひずみ硬化及び損傷耐性に関するアルミニウム-マグネシウム合金の性能の著しい改善でありうる、従来の５０００系アルミニウム合金より少なくとも約１０パーセント大きくてもよい。
第１の一般例として、開示されたアルミニウム合金は、表１に示す組成を有しうる。
Figure 2019011505
したがって、表１のアルミニウム合金は、アルミニウム、約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウム、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウム、及び約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のクロムを含みうる。加えて、表１のアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
表１のアルミニウム合金に対する１つの変形例では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウム、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウム、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウム、及び約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のクロムを含みうる。加えて、開示されたアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
第２の一般例として、開示されたアルミニウム合金は、表２に示す組成を有しうる。
Figure 2019011505
したがって、表２のアルミニウム合金は、アルミニウム、約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウム、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウム、及び約０．３重量パーセントまでのゼロではない量のマンガンを含みうる。加えて、表２のアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
表２のアルミニウム合金の１つの変形例では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウム、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウム、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウム、及び約０．３重量パーセントまでのゼロではない量のマンガンを含みうる。加えて、開示されたアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
第３の一般例として、開示されたアルミニウム合金は、表３に示す組成を有しうる。
Figure 2019011505
したがって、表３のアルミニウム合金は、アルミニウム、約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウム、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウム、及び約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のジルコニウムを含みうる。加えて、表３のアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
表３のアルミニウム合金の１つの変形例では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウム、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウム、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウム、及び約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のジルコニウムを含みうる。加えて、開示されたアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
第４の一般例として、開示されたアルミニウム合金は、表４に示す組成を有しうる。
Figure 2019011505
したがって、表４のアルミニウム合金は、アルミニウム、約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウム、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウム、並びに約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のクロム、約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のジルコニウム、及び約０．３重量パーセントまでのゼロではない量のマンガンのうちの少なくとも１つを含みうる。加えて、表４のアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
表３のアルミニウム合金の１つの変形例では、開示されたアルミニウム合金は、アルミニウム、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウム、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウム、並びに約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のクロム、約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のジルコニウム、及び約０．３重量パーセントまでのゼロではない量のマンガンのうちの少なくとも１つを含みうる。加えて、開示されたアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
第５の一般例として、開示されたアルミニウム合金は、表５に示す組成を有しうる。
Figure 2019011505
したがって、表５のアルミニウム合金は、アルミニウム、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウム、約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のクロム、及び任意選択的にベリリウムを含みうる。加えて、表５のアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
第６の一般例として、開示されたアルミニウム合金は、表６に示す組成を有しうる。
Figure 2019011505
したがって、表６のアルミニウム合金は、アルミニウム、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウム、約０．３重量パーセントまでのゼロではない量のマンガン、及び任意選択的にベリリウムを含みうる。加えて、表６のアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
第７の一般例として、開示されたアルミニウム合金は、表７に示す組成を有しうる。
Figure 2019011505
したがって、表７のアルミニウム合金７は、アルミニウム、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウム、約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のジルコニウム、及び任意選択的にベリリウムを含みうる。加えて、表７のアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
第８の一般例として、開示されたアルミニウム合金は、表８に示す組成を有しうる。
Figure 2019011505
したがって、表８のアルミニウム合金は、アルミニウムと、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のクロム、約０．２重量パーセントまでのゼロではない量のジルコニウム、及び約０．３重量パーセントまでのゼロではない量のマンガンのうちの少なくとも１つと、任意選択的にベリリウムとを含みうる。加えて、表８のアルミニウム合金は、約１．４重量パーセントまでのケイ素；約１．２重量パーセントまでの鉄；約０．８重量パーセントまでの銅；約０．１重量パーセントまでのニッケル；約２．８重量パーセントまでの亜鉛；約０．０５重量パーセントまでのガリウム；約０．０５重量パーセントまでのバナジウム；約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム；及び／又は約０．２０重量パーセントまでのチタニウムを含みうる。
第９の一般例として、開示されたアルミニウム合金は、表９に示す組成を有しうる。
Figure 2019011505
表９の一般例では、Ｃｒ、Ｚｒ及びＭｎのうちの少なくとも１つが、特定の限度までのゼロではない量で存在する。
物理的特性に実質的に影響しない様々な不純物もまた、開示されたアルミニウム合金の中に存在しうる。当業者は、そのような不純物の存在が、結果的に本開示の範囲から逸脱しないことを理解するだろう。
開示されたアルミニウム合金を製造する方法もまた開示される。製造されるアルミニウム合金の最終組成は、使用される製造方法に依存しうる。
第１の実施形態では、開示されたアルミニウム合金を製造するための方法は、アルミニウムと、約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウムと、約０．２重量パーセントまでのクロム、約０．２重量パーセントまでのジルコニウム及び約０．３重量パーセントまでのマンガンのうちの少なくとも１つとを含むアルミニウム合金を生成する。開示された方法は、（１）カルシウムを含むマグネシウム母合金を調製するステップと、（２）当該マグネシウム母合金をアルミニウム（純アルミニウムか合金化されたアルミニウムかのどちらか）に添加するステップとを含む。
図１を参照すると、一般に１０で示されている、第１の実施形態によるアルミニウム合金を製造するための方法は、ブロック１２において溶融したマグネシウムを調製するステップで開始しうる。マグネシウム（純マグネシウムか合金化されたマグネシウムかのどちらか）がるつぼ内に置かれ、約４００℃から約８００℃の範囲の温度まで加熱されうる。溶融温度は、組成に応じて変化しうる。
ブロック１４では、溶融したマグネシウムをカルシウム系化合物と組み合わせる。様々なカルシウム系化合物が使用されうる。１つの一般的かつ非限定的例として、カルシウム系化合物は、カルシウム及びアルミニウムを含みうる。別の一般的かつ非限定的例として、カルシウム系化合物は、カルシウム及びマグネシウムを含みうる。適切なカルシウム系化合物の特定の非限定的実施例は、ＣａＯ、ＣａＣＮ２、ＣａＣ２、Ｃａ（ＯＨ）２、ＣａＣＯ３、Ｍｇ２Ｃａ、Ａｌ２Ｃａ、Ａｌ４Ｃａ、（Ｍｇ、Ａｌ）２Ｃａ、及びこれらの組み合わせを含む。
ブロック１６では、溶融したマグネシウム及びカルシウム系化合物の混合物が、マグネシウムとカルシウム系化合物との間の反応を促進し、最終的にマグネシウム母合金１８を生成するために、撹拌されうる。撹拌すること（ブロック１６）は、溶融したマグネシウムを保持する炉周囲に電磁場を印加し、溶融したマグネシウムの対流を誘導することができるデバイスを使用して電磁場を生成することによって実行されうる。また、人工撹拌（機械撹拌）が、外側から溶融したマグネシウムの上で実行されてもよい。
ブロック２０では、開示されたアルミニウム合金２２を生成するために、マグネシウム母合金がアルミニウム（純アルミニウムか合金化されたアルミニウムかのどちらか）に添加される。ブロック２４では、アルミニウム合金２２を室温で又は予熱状態で型に注ぐことによって、鋳造が実行されうる。型は、金属型、セラミック型、黒鉛型又はそのようなものを含みうる。また、鋳造は、重力鋳造、継続鋳造及びこれらに同等の方法を含みうる。凝固させるステップでは、ブロック２６で、型が室温まで冷却され、その後、凝固したアルミニウム合金が型から除去されうる。続いて、任意選択的にだが、凝固したアルミニウム合金は、加熱処理及び／又は成形（例えば、熱間成形／温間成形）などの更なる処理を受けてもよい。
第２の実施形態では、開示されたアルミニウム合金を製造するための方法は、アルミニウムと、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、ベリリウムと、約０．２重量パーセントまでのクロム、約０．２重量パーセントまでのジルコニウム及び約０．３重量パーセントまでのマンガンのうちの少なくとも１つとを含むアルミニウム合金を生成する。開示された方法は、（１）ベリリウム及びマグネシウム合金を形成するために、ベリリウム及びマグネシウムを一緒に合金化するステップ、及び（２）ベリリウム及びマグネシウム合金をアルミニウムに添加するステップを含む。ベリリウムは、５ｐｐｍから１００ｐｐｍで存在しうる。
図２を参照すると、一般に４０で示されている、第２の実施形態によるアルミニウム合金を製造するための方法は、ブロック４２で、マグネシウム（例えば、純マグネシウム）をベリリウム（例えば、純ベリリウム）と合金化するステップで開始し、ベリリウム及びマグネシウム合金４４を生成する。例えば、合金化するステップ（ブロック４２）は、マグネシウム及びベリリウムを約４００℃から約８００℃の範囲の温度で溶融解させることを含みうる。
ブロック４６では、開示されたアルミニウム合金４８を生成するために、ベリリウム及びマグネシウム合金４４がアルミニウム（純アルミニウム又は合金化されたアルミニウム）に添加される。ブロック５０では、アルミニウム合金４８を室温で又は予熱状態で型に注ぐことによって、鋳造が実行されうる。型は、金属型、セラミック型、黒鉛型又はそのようなものを含みうる。また、鋳造は、重力鋳造、継続鋳造及びこれらに同等の方法を含みうる。凝固させるステップでは、ブロック５２で、型が室温まで冷却され、その後、凝固したアルミニウム合金が型から除去されうる。続いて、任意選択的にだが、凝固したアルミニウム合金は、均質化などといった、熱間／温間成形（ブロック５４）及び／又は加熱処理（ブロック５６）などの更なる処理を受けてもよい。任意選択の成形するステップ（ブロック５４）及び加熱処理のステップ（ブロック５６）は、ＳＯ２ガスの保護ブランケット下で実行されうる。
第３の実施形態では、開示されたアルミニウム合金を製造するための方法は、アルミニウムと、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、約０．２重量パーセントまでのクロム、約０．２重量パーセントまでのジルコニウム及び約０．３重量パーセントまでのマンガンのうちの少なくとも１つとを含むアルミニウム合金を生成する。開示された方法は、（１）溶融物を生成するために、アルミニウムと、マグネシウムと、クロム、ジルコニウム及びマンガンのうちの少なくとも１つを溶融解させるステップ、及び（２）固体の塊を生成するために、溶融物を冷却するステップを含む。
図３を参照すると、第３の実施形態によるアルミニウム合金を製造するための方法は、一般に７０で示されているが、ブロック７２で、アルミニウムと、クロム、ジルコニウム及びマンガンのうちの少なくとも１つとを含む溶融物を調製するステップで開始しうる。溶融物は、約４００℃から約８００℃の範囲の温度まで加熱されうる。
ブロック７４では、マグネシウム（例えば、純マグネシウム）が、開示されたアルミニウム合金７６を生成するために、アルミニウムと、クロム、ジルコニウム及びマンガンのうちの少なくとも１つとの溶融物に添加されうる。１つの実施態様では、マグネシウムの溶融物への添加（ブロック７４）が、真空下で実行されてもよい。別の実施態様では、マグネシウムの溶融物への添加（ブロック７４）の前に、表面フラックスが使用されてもよい。
ブロック７８では、アルミニウム合金７６を室温で又は予熱状態で型に注ぐことによって、鋳造が実行されうる。型は、金属型、セラミック型、黒鉛型又はそのようなものを含みうる。また、鋳造は、重力鋳造、継続鋳造及びこれらに同等の方法を含みうる。凝固させるステップでは、ブロック８０で、型が室温まで冷却され、その後、凝固したアルミニウム合金が型から除去されうる。続いて、任意選択的にだが、凝固したアルミニウム合金は、均質化などといった、熱間／温間成形（ブロック８２）及び／又は加熱処理（ブロック８４）などの更なる処理を受けてもよい。任意選択の成形するステップ（ブロック８２）及び加熱処理のステップ（ブロック８４）は、ＳＯ２ガスの保護ブランケット下で実行されうる。
実施例１-１３
開示されたアルミニウム合金、特に、Ａｌ-Ｍｇ-Ｃｒ-Ｃａ合金の１０の特定の非限定的実施例が表１０に提示される。
Figure 2019011505
実施例１４−２６
開示されたアルミニウム合金、特に、Ａｌ-Ｍｇ-Ｍｎ-Ｃａ合金の１０の特定の非限定的実施例が表１１に提示される。
Figure 2019011505
実施例２７−３９
開示されたアルミニウム合金、特に、Ａｌ-Ｍｇ-Ｃｒ-Ｍｎ-Ｃａ合金の１０の特定の非限定的実施例が表１２に提示される。
Figure 2019011505
実施例４０-５２
開示されたアルミニウム合金、特に、Ａｌ-Ｍｇ-Ｚｒ-Ｃａ合金の１０の特定の非限定的実施例が表１３に提示される。
Figure 2019011505
以下の表１４は、表１２からのあるＡｌ-Ｍｇ-Ｃｒ-Ｍｎ-Ｃａ合金の機械的特性を示す。最適化されていない合金よりも延性及び伸びが改善された合金を生成するために、Ｃｒ及びＭｎのレベルは、Ｍｇに対して最適化され、最適化されたＣａの存在下で組み合わされる。
Figure 2019011505
比較例Ｃ１-Ｃ３
表１５は、５重量％のマグネシウム（実施例Ｃ１）、７重量％のマグネシウム（実施例Ｃ２）及び９重量％のマグネシウム（実施例Ｃ３）を含む、Ａｌ-Ｍｇ-Ｃａ合金組成物の実施例を示す。実施例Ｃ１-Ｃ３は、表１０の実施例と同じ一般的プロセス（図１を参照）を用いて生成されたが、開示された量のクロム、マンガン及び／又はジルコニウムは含んでいない。
Figure 2019011505
表１４及び表１５を見れば、最適化されていない合金から最適化された合金の特性の改善が引張伸びの改善された値において例証されていることが明らかである。この点で、引張伸びは、表１５の最適化されていない合金と比較して、表１４に示す最適化された合金では少なくとも約１０％大きい。表１４の開示されたアルミニウム合金では、伸びは少なくとも３５％であるのに対して、表１５の最適化されていない合金の伸びは２８％未満である。
例えば、表１４の実施例３０は、６重量％のマグネシウム及びカルシウム（６００ｐｐｍ）、及び最適化された量のクロム（０．０６重量％）及びマンガン（０．１２５重量％）を含み、伸びが３６．２パーセントであるのに対して、表１５の実施例Ｃ１は、６重量％のマグネシウム及びカルシウムを含むが、最適化された量のクロム及びマンガンを含んでおらず、２５パーセントの伸びがもたらされる。これは、１１パーセント以上の差である。表１４の実施例３１は、７重量％のマグネシウム及びカルシウム（７００ｐｐｍ）、及び最適化された量のクロム（０．０５重量％）及びマンガン（０．１２５重量％）を含み、伸びが３５．７パーセントであるのに対して、表１５の実施例Ｃ２は、７重量％のマグネシウム及びカルシウムを含むが、最適化された量のクロム及びマンガンを含んでおらず、２３パーセントの伸びがもたらされる。これは、１２パーセント以上の差である。表１４の実施例３３は、９重量％のマグネシウム及びカルシウム（９００ｐｐｍ）、及び最適化された量のクロム（０．０３重量％）及びマンガン（０．１重量％）を含み、伸びが３６．９パーセントであるのに対して、表１５の実施例Ｃ３は、９重量％のマグネシウム及びカルシウムを含むが、最適化された量のクロム及びマンガンを含んでおらず、２７．３パーセントの伸びがもたらされる。これは、ほぼ１０パーセントの差である。これらの伸びの差は、特に成形性、ひずみ硬化及び損傷耐性に関して、開示されたアルミニウム合金の性能における改善を示す。
本開示の実施例は、図４に示す航空機の製造及び保守方法１００と、図５に示す航空機１０２に照らして説明されうる。製造前の段階では、航空機の製造及び保守方法１００は、例えば、航空機１０２の仕様及び設計１０４と、材料の調達１０６とを含む。製造段階では、航空機１０２の構成要素／サブアセンブリの製造１０８と、システムインテグレーション１１０とが行われる。その後、航空機１０２は認可及び納品１１２を経て運航１１４に供されうる。顧客により運航される期間に、航空機１０２には、改造、再構成、改修なども含みうる定期的な整備及び保守１１６が予定される。
方法１００のプロセスの各々は、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客）によって実行若しくは実施されうる。本明細書の目的のために、システムインテグレータは、限定しないが、任意の数の航空機製造者及び主要システムの下請業者を含み、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。
図５に示すように、例示的方法１００によって製造された航空機１０２は、例えば、複数のシステム１２０及び内装１２２を備えた機体１１８を含む。複数のシステム１２０の実施例には、推進システム１２４、電気システム１２６、油圧システム１２８、及び環境システム１３０の一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれていてもよい。
開示されたアルミニウム合金は、航空機の製造及び保守方法１００の任意の一又は複数の段階中に採用されうる。１つの例として、構成要素／サブアセンブリの製造１０８、システムインテグレーション１１０、及び／又は整備及び保守１１６に対応する構成要素又はサブアセンブリは、開示されているアルミニウム合金を使用して製作又は製造されうる。別の例として、機体１１８は、開示されたアルミニウム合金を使用して構築されうる。また、一又は複数の装置の例、方法の例、又はこれらの組み合わせは、例えば、機体１１８及び／又は内装１２２のような航空機１０２の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機１０２のコストを削減することにより、構成要素／サブアセンブリの製造１０８及び／又はシステムインテグレーション１１０中に利用されうる。同様に、システムの実施例、方法の実施例、或いはこれらの組み合わせのうちの１つ又は複数は、例えば、航空機１０２の運航期間中に、且つ限定しないが、整備及び保守１１６に対して、利用され得る。
開示されたアルミニウム合金が航空機に照らして説明されているが、当業者は、開示されたアルミニウム合金が様々な用途に利用される可能性があることを容易に認識するだろう。例えば、開示されたアルミニウム合金は、例えば、ヘリコプター、客船、自動車、海洋製品（ボート、モーターなど）といったものを含む様々な種類の輸送体で実施されうる。
開示されるアルミニウム合金及びそれを製造するための方法の様々な実施形態が図示され説明されてきたが、当業者は、本明細書を読むことで、変形例を想起することがあろう。本出願は、このような変更例を含み、特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (20)

  1. アルミニウムと、
    約２．５重量パーセントから約１７．４重量パーセントのマグネシウムと、
    約５０ｐｐｍから約３０００ｐｐｍのカルシウムと、
    約０．２重量パーセントまでのクロム、
    約０．３重量パーセントまでのマンガン、及び
    約０．２重量パーセントまでのジルコニウムのうちの少なくとも１つと
    を含むアルミニウム合金。
  2. 前記クロムを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  3. 前記クロムが、約０．０１重量パーセントから約０．１重量パーセントで存在する、請求項１又は２に記載のアルミニウム合金。
  4. 前記マンガンを含む、請求項１から３の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  5. 前記マンガンが、約０．０１重量パーセントから約０．２重量パーセントで存在する、請求項１から４の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  6. 前記クロムと前記マンガンとの両方を含む、請求項１から５の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  7. 前記ジルコニウムを含む、請求項１から６の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  8. 前記ジルコニウムが、約０．０１重量パーセントから約０．１重量パーセントで存在する、請求項１から７の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  9. 前記カルシウムが、約５０ｐｐｍから約２０００ｐｐｍで存在する、請求項１から８の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  10. 前記カルシウムが、約５００ｐｐｍから約１６００ｐｐｍで存在する、請求項１から９の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  11. 前記マグネシウムが、約６重量パーセントから約１７．４重量パーセントで存在する、請求項１から１０の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  12. 前記マグネシウムが、約１０重量パーセントから約１７．４重量パーセントで存在する、請求項１から１１の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  13. 前記マグネシウムが、約８重量パーセントから約１３重量パーセントで存在する、請求項１から１２の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  14. 約１．４重量パーセントまでのケイ素、
    約１．２重量パーセントまでの鉄、
    約０．８重量パーセントまでの銅、
    約０．１重量パーセントまでのニッケル、
    約２．８重量パーセントまでの亜鉛、
    約０．０５重量パーセントまでのガリウム、
    約０．０５重量パーセントまでのバナジウム、
    約０．０５重量パーセントまでのスカンジウム、及び
    約０．２０重量パーセントまでのチタニウム
    のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項１から１３の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  15. 前記アルミニウム合金が、本質的に、前記アルミニウムと、前記マグネシウムと、前記カルシウムと、前記クロム、前記マンガン及び前記ジルコニウムのうちの少なくとも１つとから成る、請求項１から１４の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  16. 少なくとも３０パーセントの引張伸びを有する、請求項１から１５の何れか一項に記載のアルミニウム合金。
  17. カルシウムを含むマグネシウム母合金を調製することと、
    前記マグネシウム母合金をアルミニウムに添加することと
    を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金を製造するための方法。
  18. 前記マグネシウム母合金を前記調製することが、
    溶融母材を生成するために、マグネシウムを含む母材を溶融することと、
    カルシウム系化合物を前記溶融母材に添加することと
    を含む、請求項１７に記載の方法。
  19. カルシウム系化合物が、カルシウムと、マグネシウム及びアルミニウムのうちの少なくとも１つとを含む、請求項１７又は１８に記載の方法。
  20. 前記カルシウム系化合物が、ＣａＯ、ＣａＣＮ２、ＣａＣ２、Ｃａ（ＯＨ）２、ＣａＣＯ３、Ｍｇ２Ｃａ、Ａｌ２Ｃａ、Ａｌ４Ｃａ、（Ｍｇ、Ａｌ）２Ｃａ、及びこれらの組み合わせから成る群から選択されている、請求項１７から１９の何れか一項に記載の方法。
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