JP2022180175A - アルミニウム合金アトマイズ粉末、アルミニウム合金押出材及びアルミニウム合金押出材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が少ないアルミニウム合金押出材の製造原料として有利に用いることができるアルミニウム合金アトマイズ粉末を提供する。【解決手段】Ｆｅを２．９質量％以上６．０質量％以下の範囲内、Ｓｉを１７．８質量％以上２２．３質量％以下の範囲内、Ｖを０．５質量％以上１．７質量％以下の範囲内、Ｃｕを１．４質量％以上５．０質量％以下の範囲内の量にて含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であって、ＶとＣｕの合計量に対するＦｅの含有量の比が２．３以下であって、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を含むアルミニウム合金アトマイズ粉末。【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム合金アトマイズ粉末、アルミニウム合金押出材及びアルミニウム合金押出材の製造方法に関する。

アルミニウムは、密度が低く軽量で、加工性が高く、熱伝導性や導電性に優れることから様々な用途に利用されている。特に、アルミニウムにケイ素を高濃度で添加したＡｌ－Ｓｉ系合金は、耐摩耗性や剛性に優れることから、自動車のエンジンピストンなどのアルミニウム合金製品の材料として用いられている。

ケイ素を高濃度で含有するＡｌ－Ｓｉ系合金は、初晶Ｓｉが粗大に晶出したり、偏析したりすることによって、強度及び靱性が低下することがある。このため、Ａｌ－Ｓｉ系合金を用いたアルミニウム合金製品の製造方法として、Ａｌ－Ｓｉ系合金粉末を用いて押出法により作製した押出材を成形加工する方法が行われている。Ａｌ－Ｓｉ系合金粉末としては、ガスアトマイズ法によって製造されたアトマイズ粉末が広く利用されている。

Ａｌ－Ｓｉ系合金アトマイズ粉末の耐クリープ性や加工性などの特性を改良するために、Ａｌ－Ｓｉ系合金に、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｕ、Ｍｇなどの金属を添加することが検討されている（特許文献１，２）。さらに、Ａｌ－Ｓｉ系合金アトマイズ粉末の押出成形性を向上させると共に、その粉末を用いて製造した押出材の引張強度や伸びを向上させるために、Ａｌ－Ｓｉ系合金アトマイズ粉末の粒子表面に、Ａｌ－Ｆｅ系金属間化合物もしくはＡｌ－Ｓｉ－Ｆｅ系金属間化合物の一部をアルミニウム母相から突出させて、粒子表面に微小な凹凸を付与することが検討されている（特許文献３）。

特開昭６３－１９２８３８号公報 特開昭６３－２３０８４２号公報 特許第６６７０６３５号公報

ケイ素を高濃度で含有するＡｌ－Ｓｉ系合金アトマイズ粉末を用いたアルミニウム合金押出材は、耐摩耗性や剛性に優れることから、自動車のエンジンピストンのような高強度が要求されるアルミニウム合金製品の材料として有用である。しかしながら、アルミニウム合金押出材は、押出法による製造時の押出方向（Ｌ方向）と押出垂直方向（ＬＴ方向）で機械的特性に異方性がある。この機械的特性の異方性により、アルミニウム合金押出材を成形加工する際には、設計上の制約が多く、用途が広がりにくい。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が少ないアルミニウム合金押出材及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が少ないアルミニウム合金押出材の製造原料として有利に用いることができるアルミニウム合金アトマイズ粉末を提供することもその目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明者は鋭意研究の結果、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｕの各元素を所定の量にて含有し、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を含むアルミニウム合金アトマイズ粉末を用いて作製した押出材に対して熱処理を施すことによって、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が少ないアルミニウム合金押出材を得ることが可能となることを見出した。そして、上記のアルミニウム合金アトマイズ粉末を用いて製造した押出材に対して熱処理を行なうことによって、斜方晶（β相）のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物を含み、押出方向の伸びδ_Ｌに対する押出垂直方向の伸びδ_ＬＴの比δ_ＬＴ／δ_Ｌが０．８以上１．２以下の範囲内にあるアルミニウム合金押出材を得ることが可能となることを確認して本発明を完成させた。
したがって、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

［１］Ｆｅを２．９質量％以上６．０質量％以下の範囲内、Ｓｉを１７．８質量％以上２２．３質量％以下の範囲内、Ｖを０．５質量％以上１．７質量％以下の範囲内、Ｃｕを１．４質量％以上５．０質量％以下の範囲内の量にて含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であって、ＶとＣｕの合計量に対するＦｅの含有量の比が２．３以下であって、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を含むアルミニウム合金アトマイズ粉末。

［２］Ｆｅを２．９質量％以上６．０質量％以下の範囲内、Ｓｉを１７．８質量％以上２２．３質量％以下の範囲内、Ｖを０．５質量％以上１．７質量％以下の範囲内、Ｃｕを１．４質量％以上５．０質量％以下の範囲内の量にて含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であって、ＶとＣｕの合計量に対するＦｅの含有量の比が２．３以下であって、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物を含み、押出方向の伸びδ_Ｌに対する押出垂直方向の伸びδ_ＬＴの比δ_ＬＴ／δ_Ｌが０．８以上１．２以下の範囲内にあるアルミニウム合金押出材。

［３］上記［１］に記載のアルミニウム合金アトマイズ粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧縮形成工程と、前記圧粉体を熱間で押出成形し、押出材を得る押出成形工程と、前記押出材を、４８０℃以上５００℃以下の温度で加熱し、次いで水冷した後、１８０℃以上２８０℃以下の温度で加熱する熱処理工程と、を含むアルミニウム合金押出材の製造方法。

本発明によれば、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が少ないアルミニウム合金押出材及びその製造方法を提供することが可能となる。また、本発明によれば、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が少ないアルミニウム合金押出材の製造原料として有利に用いることができるアルミニウム合金アトマイズ粉末を提供することができる。

実施例１で得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末のＳＥＭ写真である。 図１の拡大ＳＥＭ写真である。 実施例１で得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末のＸ線回折パターンである。

以下、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金アトマイズ粉末、アルミニウム合金押出材及びアルミニウム合金押出材の製造方法について、詳細に説明する。

＜アルミニウム合金アトマイズ粉末＞
本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末は、アルミニウム合金押出材の原料として用いられる。本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末は、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｕの各元素を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であって、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を含む。なお、不可避不純物は、製造原料または製造工程において不可避的に混入する不純物である。

Ｆｅは、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｕ及びＡｌと共に、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｕ化合物などの化合物を生成する。Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物は、主に斜方晶（β相）を形成する。立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物は準安定相であって、Ｖが結晶内に取り込まれることによって安定化する。よって、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物は、立方晶を形成する。本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末において、Ｆｅは主として立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物として存在する。また、本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末を用いて作製した押出材に含まれる立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物は、熱処理を施すことによって、下記の反応によって斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物に変化する。すなわち、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物はＣｕと反応して、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｕ化合物とＶとを生成する。立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｕ化合物は、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物を生成する。

立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物は、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物と比較して異方性が低い。このため、アルミニウム合金アトマイズ粉末を用いて作製した押出材に含まれる立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物はランダムな方向に分散している。このため、押出材を熱処理することによって、ランダムな方向に延びた斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物が生成する。これにより、熱処理後の押出材は、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が低減する。

アルミニウム合金アトマイズ粉末のＦｅの含有量は、２．９質量％以上６．０質量％以下の範囲内とされている。Ｆｅの含有量が２．９質量％未満であると、押出材の異方性を低減させるために十分な量の斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物が得られないおそれがある。一方、Ｆｅの含有量が６．０質量％を超えると、押出材中にＡｌ－Ｆｅ化合物及び過剰な斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物が生成し、押出材の延性や成形性が悪化するおそれがある。

Ｓｉは、Ａｌに固溶してＡｌ－Ｓｉ合金を形成することによって、アルミニウム合金の耐摩耗性や剛性を向上させる作用がある。また、Ｓｉは、Ｆｅ、Ｖ、Ｃｕ及びＡｌと共に、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｕ化合物などの化合物を生成する。

アルミニウム合金アトマイズ粉末のＳｉの含有量は１７．８質量％以上２２．３質量％以下の範囲内とされている。Ｓｉの含有量が１７．８質量％未満であると、押出材の異方性を低減させるために十分な量の斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物が得られないおそれがある。一方、Ｓｉの含有量が２２．３質量％を超えると、アルミニウム合金アトマイズ粉末中に粗大な初晶Ｓｉが生じ、アルミニウム合金アトマイズ粉末及び押出材の脆化をもたらすおそれがある。

Ｖは、Ｆｅ、Ｓｉ及びＡｌと共に、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を生成する。
アルミニウム合金アトマイズ粉末のＶの含有量は、０．５質量％以上１．７質量％以下の範囲内とされている。Ｖの含有量が０．５質量％未満であると、押出材の異方性を低減させるために十分な量の斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物が得られないおそれがある。一方、Ｖの含有量が１．７質量％を超えると、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物の状態で安定し、押出材中のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物が斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物に変化しにくくなるおそれがある。

Ｃｕは、Ｆｅ、Ｖ及びＡｌと共に、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｕ化合物を生成する。
アルミニウム合金アトマイズ粉末のＣｕの含有量は、１．４質量％以上５．０質量％以下の範囲内とされている。Ｖの含有量が１．４質量％未満であると、押出材の異方性を低減さえるために十分な量の斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物が得られないおそれがある。一方、Ｃｕの含有量が５．０質量％を超えると、アルミニウム合金アトマイズ粉末の押出加工性が低下するおそれがある。

本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末は、ＶとＣｕの合計量に対するＦｅの含有量の比Ｆｅ／（Ｖ＋Ｃｕ）は２．３以下とされている。比Ｆｅ／（Ｖ＋Ｃｕ）が２．３を超えると、押出材中にＡｌ－Ｆｅ化合物及び過剰な斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物が生成し、押出材の延性や成形性が悪化するおそれがある。

アルミニウム合金アトマイズ粉末の立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物の有無は、Ｘ線回折パターンによって確認することができる。例えば、Ｘ線源としてＣｕＫαを用いたＸ線回折パターンにおいて、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物は、２θの回折角度として、２２．４±０．５度、２６．５±０．５度、４１．８±０．５度、４３．１±０．５度、４４．３±０．５度、４９．１±０．５度にピークを示す。アルミニウム合金アトマイズ粉末は、アルミニウムに起因する２θの回折角度３８．５±１．０度のピークの強度に対して、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物に起因する２θの回折角度４１．８±０．５度のピークの強度は１／１２以上１／５以下の範囲内にあることが好ましい。

また、アルミニウム合金アトマイズ粉末は、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物を含まないか、含んでいるとしても立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物のよりも含有量が少ないことが好ましい。斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の有無は、Ｘ線回折パターンによって確認することができる。例えば、Ｘ線源としてＣｕＫαを用いたＸ線回折パターンにおいて、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物に起因する２θの回折角度４１．８±０．５度のピークの強度に対して、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物に起因する２θの回折角度３４．１±０．５度のピークの強度は１／３以下であることが好ましい。

本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末に含まれる、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物は形状の異方性が低い。このため、本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末は、粒子表面に針状結晶の突出物が析出しにくい。アルミニウム合金アトマイズ粉末は、平均粒子径（Ｄ５０）が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。アルミニウム合金アトマイズ粉末の平均粒子径は、レーザー回折・散乱法で測定した値である。

本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末は、アトマイズ法によって製造される。アトマイズ法は、アルミニウム合金の溶湯を気体（アトマイズガス）を用いて噴霧して、急冷することによって凝固させる方法である。アルミニウム合金アトマイズ粉末の製造方法としては、アトマイズガスとして酸化性ガス（例えば、空気）を用いて、アルミニウム合金の溶湯を上方に噴霧することにより、微小液滴として霧化させながら酸化性雰囲気中（例えば空気中）で急冷凝固させる方法を用いることができる。

アルミニウム合金アトマイズ粉末の製造用のアトマイズ装置としては、例えば、特許第６６７０６３５号公報に記載のアトマイズ装置を用いることができる。ただし、アトマイズ装置はこれに限定されるものではなく、アルミニウム合金アトマイズ粉末の製造用として用いる各種のアトマイズ装置を利用することができる。

＜アルミニウム合金押出材＞
本実施形態のアルミニウム合金押出材は、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｕの各元素を含有する。これらの元素の含有量は、上述した本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末の場合と同じである。

本実施形態のアルミニウム合金押出材は、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物を含む。斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物は、結晶形状が針状となり易いため、結晶自体は異方性が高い。本実施形態のアルミニウム合金押出材は、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物がランダムな方向に配向しているため、押出材全体としては、異方性が低くなる。このため、押出方向の伸びδ_Ｌに対する押出垂直方向の伸びδ_ＬＴの比δ_ＬＴ／δ_Ｌが０．８以上１．２以下の範囲内となる。

アルミニウム合金押出材の斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の有無は、Ｘ線回折パターンによって確認することができる。例えば、Ｘ線源としてＣｕＫαを用いたＸ線回折パターンにおいて、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物は、２θの回折角度として、１８．７±０．５度、２０．６±０．５度、３４．１±０．５度、４３．５±０．５度、４６．９±０．５度、４８．５±０．５度にピークを示す。アルミニウム合金押出材は、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の含有量が２．０質量％以上１２．０質量％以下の範囲内にあることが好ましい。斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の含有量は、例えば、アルミニウム合金押出材のＸ線回折パターンを、リートベルト解析を用いることによって算出することができる。具体的には、Ｘ線回折パターンをリートベルト解析により、空間群Ｆｍ－３ｍのＡｌ相、空間群Ｆｄ－３ｍのＳｉ相、空間群Ｉｍ－３の立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ相、空間群Ａ２／ａの斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ相、空間群Ｐ４／ｍｎｃのＡｌ－Ｃｕ－Ｆｅ相の５つの相のＸ線回折パターンに分離し、これらのＸ線回折パターンの割合から算出することができる。

＜アルミニウム合金押出材の製造方法＞
本実施形態のアルミニウム合金押出材の製造方法では、上述した本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末を原料として用いる。本実施形態のアルミニウム合金押出材の製造方法は、圧縮形成工程と、押出成形工程と、熱処理工程と、を含む。

圧縮成形工程は、アルミニウム合金粉末を圧縮成形して圧粉体を得る工程である。圧縮成形工程では、例えば、プレス成型機を用いて、アルミニウム合金粉末を加圧することによって圧粉体を得る。圧縮成形時の形成圧は、例えば、０．５ｔｏｎ／ｃｍ^２以上３．０ｔｏｎ／ｃｍ^２以下の範囲内にある。圧縮成形は加熱しながら行ってもよい。加熱温度は、例えば、３５０℃以上４００℃以下の範囲内である。

押出成形工程は、圧縮成形工程で得られた圧粉体を熱間で押出成形して押出材を得る工程である。押出成形工程では、例えば、押出成型機を用いて、圧粉体を加熱しながら押出成形することによって押出材を得る。加熱温度は、アルミニウム合金の再結晶化温度以上であれば特に制限はなく、例えば、４５０℃以上５００℃以下の範囲内である。押出圧力は、例えば、１０ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下の範囲内である。押出比は、例えば、５．０以上５０以下の範囲内である。

押出材の形状は特に制限はなく、例えば、円柱状、角柱状、円筒状、角筒状としてもよい。押出形成直後の押出材中は、前述のとおり、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を含む。押出成形によって作製される押出材は、成形時の押出方向の伸びδ_Ｌが押出垂直方向の伸びδ_ＬＴがよりも相対的に大きくなる。押出成形工程で得られる押出材は、押出方向の伸びδ_Ｌに対する押出垂直方向の伸びδ_ＬＴの比δ_ＬＴ／δ_Ｌが０．７未満であってもよい。

熱処理工程は、押出成形工程で得られた押出材を熱処理することによって、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性を低減させる工程である。熱処理工程では、押出材を４８０℃以上５００℃以下の温度で加熱し、次いで水冷した後、１８０℃以上２８０℃以下の温度で加熱する。

押出材を４８０℃以上５００℃以下の温度で加熱することによって、押出材中の立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物が斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物に変化する。押出材中の立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物はランダムな方向に配向しているため、生成する斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物もまたランダムな方向に配向する。このため、加熱後の押出材は押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が低減し、押出方向の伸びδ_Ｌに対する押出垂直方向の伸びδ_ＬＴの比δ_ＬＴ／δ_Ｌが小さくなる。加熱時間は、押出材のサイズなどの条件によって異なるが、通常は、２時間以上４時間以下の範囲内である。

次いで、押出材の水冷をすることによって、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物を安定化させる。冷却用水の水温は、例えば、０℃以上５０℃以下の範囲内にあってもよい。

次いで、押出材を１８０℃以上２８０℃以下の温度で加熱することによって、冷却によって生じた押出材の残留応力を除去する。加熱時間は、押出材のサイズなどの条件によって異なるが、通常は、０．５時間以上１時間以下の範囲内である。

以上のようにして、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物を含み、押出方向の伸びδ_Ｌに対する押出垂直方向の伸びδ_ＬＴの比δ_ＬＴ／δ_Ｌが０．８以上１．２以下の範囲内にあるアルミニウム合金押出材を得ることができる。

本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末は、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｕの各元素を上記の範囲内の量で含有し、ＶとＣｕの合計量に対するＦｅの含有量の比Ｆｅ／（Ｖ＋Ｃｕ）が上記の範囲内にあって、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を含む。本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末を用いて作製した押出材はその内部にランダムな方向に配向した立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を含むため、熱処理によって、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物に変化させることによって、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が小さい押出材を得ることができる。よって、本実施形態のアルミニウム合金アトマイズ粉末は、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が少ないアルミニウム合金押出材の製造原料として有利に用いることができる。

本実施形態のアルミニウム合金押出材は、押出方向の伸びδ_Ｌに対する押出垂直方向の伸びδ_ＬＴの比δ_ＬＴ／δ_Ｌが０．８以上１．２以下の範囲内にあり、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が小さく、機械加工が容易である。よって、本実施形態のアルミニウム合金押出材は、成形加工する際の設計上の制約が少なく、種々のアルミニウム合金押出材の製造に利用することができる。

本実施形態のアルミニウム合金押出材によれば、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が小さいアルミニウム合金押出材を、工業的に有利に製造することができる。

［実施例１］
（１）アルミニウム合金アトマイズ粉末の作製
Ｆｅの含有量が４．７質量％、Ｓｉの含有量が１９．５質量％、Ｖの含有量が１．０質量％、Ｃｕの含有量が２．８質量％、残部がＡｌで、Ｆｅ／（Ｖ＋Ｃｕ）比が１．２４のアルミニウム合金を用意した。このアルミニウム合金を、特許第６６７０６３５号公報に記載のアトマイズ装置を用いて、アルミニウム合金アトマイズ粉末を作製した。アトマイズ装置のアトマイズガス（空気）の流量は３ｍ^３／分とし、アルミニウム合金の溶湯の温度は１１００℃とした。

得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末の平均粒子径を、レーザー回折・散乱法により測定した。その結果、アルミニウム合金アトマイズ粉末の平均粒子径（Ｄ５０）は、７３．０μｍであった。また、得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末について、組成を誘導結合プラズマ発光分光分析により測定した。その結果、アルミニウム合金アトマイズ粉末の組成は、原料のアルミニウム合金の組成と同じであった。

また、得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末の表面形状を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察した。その結果を、図１と図２に示す。また、アルミニウム合金アトマイズ粉末から任意に選択した１００個の粒子について表面を観察した結果、全ての粒子の表面に針状結晶が見られなかった。

また、得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末のＸ線回折パターンを、Ｘ線回折装置（ＳｍａｒｔＬａｂ、株式会社リガク社製）を用いて測定した。Ｘ線源にはＣｕＫαを用い、測定温度は２５℃とした。得られたＸ線回折パターンを、図３に示す。
図３において、矢印で示されたピークは、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物に起因するＸ線回折ピークである。よって、図３のＸ線回折パターンから、得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末は、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を含むことがわかる。

（２）アルミニウム合金押出材の作製
上記（１）で得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末をプレス成型機に投入して、成型温度３８０℃、成形圧１．５ｔｏｎ／ｃｍ^２の条件でプレス成型して、圧粉体を得た。

得られた圧粉体を４９５℃で、１．５時間加熱した。次いで、加熱した圧粉体を押出成型機に投入して、押出比６．０、押出圧力１１～１６ＭＰａの条件で押出成型して、アルミニウム合金押出材を得た。

得られたアルミニウム合金押出材について、押出方向の伸びδ_Ｌと押出垂直方向の伸びδ_ＬＴとを測定し、その比δ_ＬＴ／δ_Ｌを求めた。その結果、比δ_ＬＴ／δ_Ｌは０．５であり、押出方向の伸びδ_Ｌが押出垂直方向の伸びδ_ＬＴに対して２倍となった。
なお、押出方向の伸びδ_Ｌと押出垂直方向の伸びδ_ＬＴは、接触式自動伸び計（ＳＩＥ－５６０、ＳＨＩＭＡＤＺＵ社製）により測定した。

得られたアルミニウム合金押出材のＸ線回折パターンを、Ｘ線源にＣｕＫαを用いたＸ線回折装置（ＳｍａｒｔＬａｂ、株式会社リガク社製）を用いて測定した。Ｘ線源にはＣｕＫαを用い、測定温度は２５℃とした。
得られたＸ線回折パターンを用いて、上記の方法より斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ相の含有量（質量％）を算出した。その結果、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ相の含有量は、４．３質量％であった。

（３）アルミニウム合金押出材の熱処理
上記（２）で得られたアルミニウム合金押出材を、室温から４９０℃まで４時間かけて昇温し、さらに４９０℃で３時間加熱した。次いで、アルミニウム合金押出材を水中に投入して、室温まで水冷した後、アルミニウム合金押出材を水中から取り出し、アルミニウム合金押出材に付着している水分を十分に拭き取った。水分を拭き取ったアルミニウム合金押出材を、室温から２２０℃まで１時間かけて昇温し、さらに２２０℃で１時間加熱した。次いで、アルミニウム合金押出材を室温まで空冷した。

熱処理後のアルミニウム合金押出材について、押出方向の伸びδＬと押出垂直方向の伸びδＬＴとを測定し、その比δ_ＬＴ／δ_Ｌを求めた。その結果、比δ_ＬＴ／δ_Ｌは１．１であり、押出方向の伸びδ_Ｌと押出垂直方向の伸びδ_ＬＴとの差が熱処理前と比較して顕著に小さくなった。

得られたアルミニウム合金押出材のＸ線回折パターンを、Ｘ線源にＣｕＫαを用いたＸ線回折装置を用いて測定した。
得られたＸ線回折パターンを用いて、上記の方法より斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ相の含有量（質量％）を算出した。その結果、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の含有量は、１０．４質量％であり、熱処理前に対する熱処理後の斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の含有量の変化量は１４２質量％であった。

以上の結果から、実施例１で得られたアルミニウム合金押出材は、熱処理によって、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物が生成することが確認された。そして斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物が生成することによって、アルミニウム合金押出材の押出方向の伸びδ_Ｌと押出垂直方向の伸びδ_ＬＴとの差が熱処理前と比較して顕著に小さくなることが確認された。

［実施例２～８、比較例１～５］
（１）アルミニウム合金アトマイズ粉末の作製において、アルミニウム合金として、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｕの含有量及びＦｅ／（Ｖ＋Ｃｕ）が下記の表１に記載の値のものを用いたこと以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金アトマイズ粉末を作製した。

実施例２～８及び比較例１～５で得られた各アルミニウム合金アトマイズ粉末について、組成を実施例１と同様にして測定した。その結果、各アルミニウム合金アトマイズ粉末の組成は、原料のアルミニウム合金の組成と同じであった。

実施例２～８及び比較例１～５で得られた各アルミニウム合金アトマイズ粉末について、ＳＥＭを用いて表面形状（針状結晶の有無）を観察した。また、アルミニウム合金アトマイズ粉末のＸ線回折パターンを測定して、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物に起因するＸ線回折ピークの有無を確認した。その結果を、下記の表１に示す。

実施例２～８及び比較例１～５で得られた各アルミニウム合金アトマイズ粉末を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム合金押出材の作製し、得られたアルミニウム合金押出材を熱処理した。
熱処理前と後で得られたＸ線回折パターンをリートベルト解析により解析して、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ相の含有量（質量％）を算出した。そして、熱処理前に対する熱処理後の斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の含有量の変化量を算出した。その結果を表１に示す。

表１の結果から、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｕの各元素を本発明の範囲内の量で含有し、ＶとＣｕの合計量に対するＦｅの含有量の比Ｆｅ／（Ｖ＋Ｃｕ）が本発明の範囲内にあって、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を含むアルミニウム合金アトマイズ粉末を用いて作製した押出材は、所定の熱処理を施すことによって、斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の含有量が顕著に増加することがわかる。このアルミニウム合金押出材に含まれる斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物はランダムな方向に配向しているので、アルミニウム合金押出材は、押出方向と押出垂直方向との機械的特性の異方性が少なくなる。

これに対して、比較例１で得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末は、押出材の段階で加熱しても斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物が生成しなかった。これは、Ｆｅの含有量が少なくなりすぎたためと考えられる。比較例２で得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末はＳｉの含有量が少なくなりすぎたため、押出材の段階で加熱したときの斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の増加量が少なくなったと考えられる。比較例３で得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末はＶの含有量が少なくなりすぎたため、立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物が生成せず、押出材の段階で加熱したときの斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の増加量が少なくなったと考えられる。比較例４で得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末はＣｕの含有量が少なくなりすぎたため、押出材の段階で加熱したときの斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の増加量が少なくなったと考えられる。比較例５で得られたアルミニウム合金アトマイズ粉末は比Ｆｅ／（Ｖ＋Ｃｕ）が大きくなりすぎたため、押出材の段階で加熱したときの斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物の増加量が少なくなったと考えられる。

Claims (3)

1. Ｆｅを２．９質量％以上６．０質量％以下の範囲内、Ｓｉを１７．８質量％以上２２．３質量％以下の範囲内、Ｖを０．５質量％以上１．７質量％以下の範囲内、Ｃｕを１．４質量％以上５．０質量％以下の範囲内の量にて含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であって、
   ＶとＣｕの合計量に対するＦｅの含有量の比が２．３以下であって、
   立方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ－Ｖ化合物を含むアルミニウム合金アトマイズ粉末。
2. Ｆｅを２．９質量％以上６．０質量％以下の範囲内、Ｓｉを１７．８質量％以上２２．３質量％以下の範囲内、Ｖを０．５質量％以上１．７質量％以下の範囲内、Ｃｕを１．４質量％以上５．０質量％以下の範囲内の量にて含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であって、
   ＶとＣｕの合計量に対するＦｅの含有量の比が２．３以下であって、
   斜方晶のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物を含み、
   押出方向の伸びδ_Ｌに対する押出垂直方向の伸びδ_ＬＴの比δ_ＬＴ／δ_Ｌが０．８以上１．２以下の範囲内にあるアルミニウム合金押出材。
3. 請求項１に記載のアルミニウム合金アトマイズ粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧縮形成工程と、
   前記圧粉体を熱間で押出成形し、押出材を得る押出成形工程と、
   前記押出材を、４８０℃以上５００℃以下の温度で加熱し、次いで水冷した後、１８０℃以上２８０℃以下の温度で加熱する熱処理工程と、を含むアルミニウム合金押出材の製造方法。

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