JP2707139B2 - 耐孔食性アルミニウム合金及びその製造法 - Google Patents
耐孔食性アルミニウム合金及びその製造法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、海水中又は潮汐帯、飛沫帯、海浜地区等の
海洋性雰囲気の環境及び食塩水を使用する装置や環境等
の高濃度塩素イオンの存在する場所において、高耐食
性、特に耐孔食性を要求される用途に使用される耐孔食
性アルミニウム合金に関するものである。
海洋性雰囲気の環境及び食塩水を使用する装置や環境等
の高濃度塩素イオンの存在する場所において、高耐食
性、特に耐孔食性を要求される用途に使用される耐孔食
性アルミニウム合金に関するものである。
海水中又は海洋性雰囲気の環境における水門、陸閘門
扉、タラップ、浮子、生簀、生簀枠、浮桟橋、船舶、海
上コンテナ、陸送コンテナ、海水脱塩装置および海浜地
帯の建築材料、エクステリア商品、自動車や家庭用クー
ラー等の熱交換器、融雪のために食塩を散布する地域の
自動車部品など高濃度の海塩粒子（塩素イオン）の付着
しやすい用途では、主として市販のJIS 5052,5083また
は3003等の高耐食性アルミニウム合金が使用されてい
る。
扉、タラップ、浮子、生簀、生簀枠、浮桟橋、船舶、海
上コンテナ、陸送コンテナ、海水脱塩装置および海浜地
帯の建築材料、エクステリア商品、自動車や家庭用クー
ラー等の熱交換器、融雪のために食塩を散布する地域の
自動車部品など高濃度の海塩粒子（塩素イオン）の付着
しやすい用途では、主として市販のJIS 5052,5083また
は3003等の高耐食性アルミニウム合金が使用されてい
る。
また、公開特許公報 昭53−14410及び同 昭62−861
41では、耐孔食性に優れたアルミニウム合金を開示して
いる。
41では、耐孔食性に優れたアルミニウム合金を開示して
いる。
前者では水道水環境での、後者ではJISZ2371に規定さ
れている塩水噴霧環境での耐孔食性改善についてであ
り、実際の海水又は海洋性雰囲気環境ではない。
れている塩水噴霧環境での耐孔食性改善についてであ
り、実際の海水又は海洋性雰囲気環境ではない。
ところで、これら市販の高耐食性アルミニウム合金
は、他の汎用金属、例えば鋼材やステンレス材よりは、
優れた耐食性を有するものの、腐食の発生は避けられ
ず、特に孔食により腐食貫通孔が出来て、機能に悪影響
をおよぼすことがあり、さらに、美観を保つためにも、
塗装を施すことが多く、塗装の塗替費用あるいは機能的
信頼性の点で課題があった。
は、他の汎用金属、例えば鋼材やステンレス材よりは、
優れた耐食性を有するものの、腐食の発生は避けられ
ず、特に孔食により腐食貫通孔が出来て、機能に悪影響
をおよぼすことがあり、さらに、美観を保つためにも、
塗装を施すことが多く、塗装の塗替費用あるいは機能的
信頼性の点で課題があった。
そこで、本発明者は、耐孔食性の優れたアルミニウム
合金を開発すべく10年間から15年間の長期間にわたって
海水および海洋大気環境における実体孔食試験を行った
結果、重量％で（以下成分組成に関する％は重量％とす
る）Mnが0.9％を越え2.5％まで、不純物としてのFeを0.
2％未満、Siを0.2％以下とし、残部はAlおよび不可避不
純物からなる組成で、Al（Mn・Fe）Si相の晶出物の最大
粒子径が５μｍ以下かつ、Al（Mn・Fe）相が光学顕微鏡
では実質上認められない組織を持ったアルミニウム合金
が、耐孔食性に優れた効果をもたらすことを見出したの
である。そして、そのような組織を持つ合金の製造条件
として、鋳塊凝固時の冷却速度を20℃/sec以上にすれば
良いことも見出したのである。
合金を開発すべく10年間から15年間の長期間にわたって
海水および海洋大気環境における実体孔食試験を行った
結果、重量％で（以下成分組成に関する％は重量％とす
る）Mnが0.9％を越え2.5％まで、不純物としてのFeを0.
2％未満、Siを0.2％以下とし、残部はAlおよび不可避不
純物からなる組成で、Al（Mn・Fe）Si相の晶出物の最大
粒子径が５μｍ以下かつ、Al（Mn・Fe）相が光学顕微鏡
では実質上認められない組織を持ったアルミニウム合金
が、耐孔食性に優れた効果をもたらすことを見出したの
である。そして、そのような組織を持つ合金の製造条件
として、鋳塊凝固時の冷却速度を20℃/sec以上にすれば
良いことも見出したのである。
以下、合金の成分組成と、晶出物の大きさと形態、凝
固時の冷却速度を上記のように定めた理由を説明する。
固時の冷却速度を上記のように定めた理由を説明する。
なお、一般のAl合金において行われている結晶粒微細
化のための微量のTI−Ｂ系添加剤は、本発明合金におい
ても有効であり必要におおじてTi量として0.1％以下の
範囲内で添加するとよい。
化のための微量のTI−Ｂ系添加剤は、本発明合金におい
ても有効であり必要におおじてTi量として0.1％以下の
範囲内で添加するとよい。
（１） 晶出物の大きさと孔食の深さの関係 実体孔食試験（10年間）結果による孔食の深さと晶出
物の最大粒子径との関係を第１図に示す。10年間の間に
成長した最大孔食の深さが50μｍ以下ならば、耐孔食性
が良好と判断出来たゆえ第１図より、耐孔食性を良好に
するための晶出物の最大粒子径を５μｍ以下と定めた。
そして、その晶出物の形態はＸ線回折およびXMA分析の
結果Al（Mn・Fe）Si相であることが判った。
物の最大粒子径との関係を第１図に示す。10年間の間に
成長した最大孔食の深さが50μｍ以下ならば、耐孔食性
が良好と判断出来たゆえ第１図より、耐孔食性を良好に
するための晶出物の最大粒子径を５μｍ以下と定めた。
そして、その晶出物の形態はＸ線回折およびXMA分析の
結果Al（Mn・Fe）Si相であることが判った。
（２） Si相と晶出物の大きさの関係 孔食の起きる原因としては、Al（Mn・Fe）Si相やAl
（Mn・Fe）相がマトリックスのアルミニウムとの間に局
部電池を形成し、晶出物周囲のマトリックスが溶解した
り、また、晶出物そのものが溶解したりして、孔食の核
となり、孔食として成長すると言われている。そして、
晶出物の大きさが大きいほど、孔食は起りやすい。
（Mn・Fe）相がマトリックスのアルミニウムとの間に局
部電池を形成し、晶出物周囲のマトリックスが溶解した
り、また、晶出物そのものが溶解したりして、孔食の核
となり、孔食として成長すると言われている。そして、
晶出物の大きさが大きいほど、孔食は起りやすい。
市販品の耐食性合金の晶出物の最大粒子径は、５μｍ
を越え、20μｍ位いまでの大きさであるのが普通であ
り、それゆえ、孔食が起りやすかった。
を越え、20μｍ位いまでの大きさであるのが普通であ
り、それゆえ、孔食が起りやすかった。
Fe0.1％、Mn1.8％の組成へSi％を変化させ、冷却速度
を20℃/secとしてSi量と晶出物の最大粒子径との関係を
調べた。
を20℃/secとしてSi量と晶出物の最大粒子径との関係を
調べた。
第２図に不純物としてのSi量と、晶出物の最大粒子径
との関係を示す。第１図で述べたように、実体孔食試験
の結果、Al（Mn・Fe）Si相の最大粒子径が５μｍ以下な
らば、耐孔食性が良好のため、Si量を0.2％以下と定め
た。
との関係を示す。第１図で述べたように、実体孔食試験
の結果、Al（Mn・Fe）Si相の最大粒子径が５μｍ以下な
らば、耐孔食性が良好のため、Si量を0.2％以下と定め
た。
（３） Fe量とAl（Mn・Fe）相のＸ線強度 実体孔食試験の結果、組織中にAl（Mn・Fe）相が存在
すると、その最大粒子径に関係なく孔食が発生し、か
つ、Al（Mn・Fe）相の存在は、不純物としてのFe量に関
係していることが判った。
すると、その最大粒子径に関係なく孔食が発生し、か
つ、Al（Mn・Fe）相の存在は、不純物としてのFe量に関
係していることが判った。
Si0.1％、Mn1.8％の組成へFe量を変化させ、20℃/sec
の冷却速度で製造した試料の晶出物をＸ線回折により同
定した。第３図にFe量とAl（Mn・Fe）相の存在の関係を
示す。
の冷却速度で製造した試料の晶出物をＸ線回折により同
定した。第３図にFe量とAl（Mn・Fe）相の存在の関係を
示す。
第３図よりFe量が0.2％を越えるとAl（Mn・Fe）相の
存在が認められるため、Fe量を0.2％未満の量と定め
た。
存在が認められるため、Fe量を0.2％未満の量と定め
た。
（４） Mn量と孔食の深さの関係 材料における固溶Mn量は、孔食電位を貴にし、かつ、
自然電位を卑にする性質を持っている。両者の絶対電位
差が、実測による一例では、約750mVときわめて大き
く、これが孔食を起しにくい作用をしていることが判っ
た。この意味から、材料中の固溶Mn量をいかに大きくす
るかが重要となるわけであるが、Mnの添加量を大きくす
ると、Al（Mn・Fe）相の晶出をうながし、Al（Mn・Fe）
Si相の晶出物も大きくする。
自然電位を卑にする性質を持っている。両者の絶対電位
差が、実測による一例では、約750mVときわめて大き
く、これが孔食を起しにくい作用をしていることが判っ
た。この意味から、材料中の固溶Mn量をいかに大きくす
るかが重要となるわけであるが、Mnの添加量を大きくす
ると、Al（Mn・Fe）相の晶出をうながし、Al（Mn・Fe）
Si相の晶出物も大きくする。
また、Mn固溶量は凝固時の冷却速度にも依存してい
る。Fe0.1％、Si0.1％の組成へMn量を変化させ、冷却速
度20℃/secで作成した試料を海水中へ10年間浸漬してお
いた。第４図に、実体孔食試験による最大孔食の深さ
と、Mn量の関係を示す。
る。Fe0.1％、Si0.1％の組成へMn量を変化させ、冷却速
度20℃/secで作成した試料を海水中へ10年間浸漬してお
いた。第４図に、実体孔食試験による最大孔食の深さ
と、Mn量の関係を示す。
10年間の最大孔食の深さが、50μｍ以下ならば、耐孔
食性が良好と判断出来たゆえ、第４図よりMn量を0.9％
を越え2.5％までと定めた。
食性が良好と判断出来たゆえ、第４図よりMn量を0.9％
を越え2.5％までと定めた。
なお、凝固後の塑性加工工程において、熱処理により
Al（Mn・Fe）相の析出が考えられるが、これは、すでに
述べたように、耐孔食性を劣化させる効果を持つゆえ、
Al（Mn・Fe）相を析出させない熱処理条件を選ぶ必要が
あった。その条件としては昇温速度100℃/min以上、保
持温度200℃〜600℃、保持時間10min以下、降温速度100
℃/min以上が適当であった。もちろん、均一化熱処理を
せずH18材のままで使用出来る用途ならば、これが最も
望ましい。
Al（Mn・Fe）相の析出が考えられるが、これは、すでに
述べたように、耐孔食性を劣化させる効果を持つゆえ、
Al（Mn・Fe）相を析出させない熱処理条件を選ぶ必要が
あった。その条件としては昇温速度100℃/min以上、保
持温度200℃〜600℃、保持時間10min以下、降温速度100
℃/min以上が適当であった。もちろん、均一化熱処理を
せずH18材のままで使用出来る用途ならば、これが最も
望ましい。
（５） 凝固時の冷却速度と晶出物の大きさの関係 Al（Mn・Fe）Si相の晶出物の大きさを小さく、かつMn
固溶量を大きくさせるには、凝固時の冷却速度を大きく
した方が良い。Fe0.1％、Si0.1％、Mn1.8％の組成で、
冷却速度を変化させ晶出物の最大粒子径を調べた。
固溶量を大きくさせるには、凝固時の冷却速度を大きく
した方が良い。Fe0.1％、Si0.1％、Mn1.8％の組成で、
冷却速度を変化させ晶出物の最大粒子径を調べた。
第５図に冷却速度と晶出物の最大粒子径の関係を示
す。実体孔食試験結果から晶出物の最大粒子径は５μｍ
以下が良好であることが判っているゆえ、そのような晶
出物の径にコントロールするには、凝固時の冷却速度を
20℃/sec以上と定めた。
す。実体孔食試験結果から晶出物の最大粒子径は５μｍ
以下が良好であることが判っているゆえ、そのような晶
出物の径にコントロールするには、凝固時の冷却速度を
20℃/sec以上と定めた。
なお、凝固後の製品製造のための、塑性加工工程で、
晶出物は小さく砕かれる事もあるが、その時の大きさも
最大５μｍ以下が良好であることは言うまでも無い。
晶出物は小さく砕かれる事もあるが、その時の大きさも
最大５μｍ以下が良好であることは言うまでも無い。
次にこの発明を実施例にもとづいて具体的に説明す
る。
る。
第１表に示すような組成の本発明品、比較品１、比較
品２、比較品３の試料は、凝固時の冷却速度をコントロ
ール出来る水冷金型へ、第１表に示すような冷却速度条
件で鋳造された。冷却速度のコントロールは、冷却水量
以外に、鋳造される鋳塊の厚さでもコントロールした。
このようにして得られた鋳塊を冷間圧延し、1mm厚さの
板にし、H18材の状態で第１表に示す環境試験に供し
た。比較品４の試料は耐食性材料として使用されている
JIS 5052のH34材を市中から調達した。
品２、比較品３の試料は、凝固時の冷却速度をコントロ
ール出来る水冷金型へ、第１表に示すような冷却速度条
件で鋳造された。冷却速度のコントロールは、冷却水量
以外に、鋳造される鋳塊の厚さでもコントロールした。
このようにして得られた鋳塊を冷間圧延し、1mm厚さの
板にし、H18材の状態で第１表に示す環境試験に供し
た。比較品４の試料は耐食性材料として使用されている
JIS 5052のH34材を市中から調達した。
環境試験結果は最大孔食の深さを測定し、その結果を
μｍの単位で第１表に示した。孔食の深さ50μｍ以下を
良好と評価し、評価結果を第２表に示した。
μｍの単位で第１表に示した。孔食の深さ50μｍ以下を
良好と評価し、評価結果を第２表に示した。
次に各試験品の主な特徴を述べる。
本発明品は、腐食の形態は均一腐食が主な特徴で、腐
食量は、１μm/年であった。従って、10年間で約10μｍ
の全面腐食が起きており、大きな孔食は認められなかっ
た。
食量は、１μm/年であった。従って、10年間で約10μｍ
の全面腐食が起きており、大きな孔食は認められなかっ
た。
それに対し、比較品1,2,3,4では、孔食が激しく、比
較品３、比較品４では1mm厚さのサンプルに貫通孔を起
こしている例も見られた。特にサンプルを２枚向き合せ
て試験する耐隙間腐食性試験の結果は、実際材料を使用
する時のデーターとしては、きわめて大切で、本発明品
は孔食の発生が認められなかった。
較品３、比較品４では1mm厚さのサンプルに貫通孔を起
こしている例も見られた。特にサンプルを２枚向き合せ
て試験する耐隙間腐食性試験の結果は、実際材料を使用
する時のデーターとしては、きわめて大切で、本発明品
は孔食の発生が認められなかった。
比較品１は、凝固時の冷却速度を本発明品と同じに
し、晶出物の大きさを３μｍと押えた例であるが、Fe量
が多いため、Al（Mn・Fe）相の晶出物が発生し、孔食の
原因となった。
し、晶出物の大きさを３μｍと押えた例であるが、Fe量
が多いため、Al（Mn・Fe）相の晶出物が発生し、孔食の
原因となった。
比較品２は、組成は本発明品の範囲内であるが、冷却
速度が遅いため、Al（Mn・Fe）Si相の晶出物が大きくな
り、かつ、Al（Mn・Fe）相の晶出物が発生し孔食の原因
となった。
速度が遅いため、Al（Mn・Fe）Si相の晶出物が大きくな
り、かつ、Al（Mn・Fe）相の晶出物が発生し孔食の原因
となった。
比較品３は、Fe、Si量を大きく、冷却速度を遅くした
例である。Al（Mn・Fe）Si相の晶出物は特に大きく、か
つ、Al（Mn・Fe）相が晶出し孔食も激しく起きた。比較
品４は、JIS 5052の実際に使われている材料であるが、
海水又は海洋性雰囲気においては、孔食性に対し、本発
明品よりも劣ることが判る。
例である。Al（Mn・Fe）Si相の晶出物は特に大きく、か
つ、Al（Mn・Fe）相が晶出し孔食も激しく起きた。比較
品４は、JIS 5052の実際に使われている材料であるが、
海水又は海洋性雰囲気においては、孔食性に対し、本発
明品よりも劣ることが判る。
本発明品のH24材の作成時の加工条件はH18材を昇温速
度100℃/min、保持温度300℃、保持時間10sec、降温速
度100℃/minの条件にて熱処理して作成した。結果及び
評価を第１表及び第２表に示すように海水10年間浸漬試
験では、H18材よりも若干劣るものの十分良好な結果が
得られている。
度100℃/min、保持温度300℃、保持時間10sec、降温速
度100℃/minの条件にて熱処理して作成した。結果及び
評価を第１表及び第２表に示すように海水10年間浸漬試
験では、H18材よりも若干劣るものの十分良好な結果が
得られている。
また、本発明品の機械的性質は第３表に示すように、
海水10年間浸漬後も十分実用に耐える事がわかる。
海水10年間浸漬後も十分実用に耐える事がわかる。
第６図に、海水10年間浸漬試験の本発明品のH18材、
比較品３および比較品４（JIS 5052）の孔食部分の断面
写真を示す。倍率はいずれも100倍である。
比較品３および比較品４（JIS 5052）の孔食部分の断面
写真を示す。倍率はいずれも100倍である。
本発明品は孔食腐食ではなく全面腐食であるのに対
し、比較品３および比較品４は孔食腐食が進行している
事が判る。
し、比較品３および比較品４は孔食腐食が進行している
事が判る。
第７図に本発明品のH18材、比較品２および比較品３
のミクロ組織を示す。倍率はいずれも1000倍である。本
発明品は晶出物の最大粒子径は２μｍ位であるが、比較
品２および比較品３の晶出物の最大粒子径は、５μｍを
越えているのが判る。
のミクロ組織を示す。倍率はいずれも1000倍である。本
発明品は晶出物の最大粒子径は２μｍ位であるが、比較
品２および比較品３の晶出物の最大粒子径は、５μｍを
越えているのが判る。
第８図に本発明品のH18材および比較品３の晶出物のX
MA試験結果を示す。晶出物のMn、Fe、Siの分布状態を示
しており、倍率は900倍である。これにより、本発明品
の晶出物の小さなAl（Mn・Fe）Si相であるのに対し比較
品３の晶出物は大きなAl（Mn・Fe）Si相であることが判
る。
MA試験結果を示す。晶出物のMn、Fe、Siの分布状態を示
しており、倍率は900倍である。これにより、本発明品
の晶出物の小さなAl（Mn・Fe）Si相であるのに対し比較
品３の晶出物は大きなAl（Mn・Fe）Si相であることが判
る。
第１表の実施例の試験結果および第２表の評価から明
らかなように、本発明品の成分組成、組織の合金を海水
中又は、海洋性雰囲気で使用すれば、従来品（JIS505
2）よりはその製品の孔食による寿命劣化を大巾に阻止
することが可能ゆえ材料の機能的信頼性を向上させ、実
用上極めてすぐれた効果を奏する。
らかなように、本発明品の成分組成、組織の合金を海水
中又は、海洋性雰囲気で使用すれば、従来品（JIS505
2）よりはその製品の孔食による寿命劣化を大巾に阻止
することが可能ゆえ材料の機能的信頼性を向上させ、実
用上極めてすぐれた効果を奏する。
また、塗装をしなくても済むゆえ、塗装費及び塗替費
も不要となる。
も不要となる。
第１図 晶出物の最大粒子径と孔食の深さの関係を示す
グラフ 第２図 Si量と晶出物の最大粒子径を示すグラフ 第３図 Fe量とAl（Mn・Fe）相のＸ線強度を示すグラフ 第４図 Mn量と最大孔食の深さを示すグラフ 第５図 凝固時の冷却速度と晶出物の最大粒子径を示す
グラフ 第６図 海水10年間浸漬結果を示す金属組織写真 第７図 試料のミクロ組織を示す金属組織写真 第８図 試料のXMA分析結果を示すＸ線写真
グラフ 第２図 Si量と晶出物の最大粒子径を示すグラフ 第３図 Fe量とAl（Mn・Fe）相のＸ線強度を示すグラフ 第４図 Mn量と最大孔食の深さを示すグラフ 第５図 凝固時の冷却速度と晶出物の最大粒子径を示す
グラフ 第６図 海水10年間浸漬結果を示す金属組織写真 第７図 試料のミクロ組織を示す金属組織写真 第８図 試料のXMA分析結果を示すＸ線写真
Claims (2)
- 【請求項１】Mnが0.9％を越え2.5％までを含み、不純物
としてFeを0.2％未満、Siを0.2％以下とし、残部はアル
ミニウムおよび製造にともなう不可避的不純物より成る
組成（以上重量％）を有し、 Al（Mn・Fe）Si相の晶出物の最大粒子径が５μｍ以下で
かつAl（Mn・Fe）相の晶出物が実質上認められない合金
組織である事を特徴とする海水中ないしは海洋性雰囲気
用耐孔食性アルミニウム合金。 - 【請求項２】合金を製造する工程において、鋳塊の凝固
時の冷却速度を20℃/sec以上にすることを特徴とする請
求項（１）記載の耐孔食性アルミニウム合金の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1171990A JP2707139B2 (ja) | 1989-07-05 | 1989-07-05 | 耐孔食性アルミニウム合金及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1171990A JP2707139B2 (ja) | 1989-07-05 | 1989-07-05 | 耐孔食性アルミニウム合金及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0339438A JPH0339438A (ja) | 1991-02-20 |
| JP2707139B2 true JP2707139B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=15933485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1171990A Expired - Fee Related JP2707139B2 (ja) | 1989-07-05 | 1989-07-05 | 耐孔食性アルミニウム合金及びその製造法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2707139B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6029239B2 (ja) * | 2013-05-16 | 2016-11-24 | 日本軽金属株式会社 | 鋳造性および耐食性に優れたアルミニウム合金鋳物、およびその製造方法，熱交換器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH640273A5 (en) * | 1978-02-24 | 1983-12-30 | Alusuisse | Corrosion-resistant aluminium alloy |
| JPS61194144A (ja) * | 1984-10-23 | 1986-08-28 | Furukawa Alum Co Ltd | 耐孔食性アルミニウム合金 |
| JPS6286141A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-04-20 | Kobe Steel Ltd | 耐孔蝕性に優れたアルミニウム合金 |
| JPS63195240A (ja) * | 1987-02-10 | 1988-08-12 | Furukawa Alum Co Ltd | Ａｌ製ブレ−ジングシ−ト |
-
1989
- 1989-07-05 JP JP1171990A patent/JP2707139B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0339438A (ja) | 1991-02-20 |
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