JP3185147B2 - ベリリウムを含むアルミニウム合金を作る方法 - Google Patents
ベリリウムを含むアルミニウム合金を作る方法Info
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Description
発明の背景 発明の分野 本発明はベリリウムとアルミニウムの合金に関する。
特に、本発明はベリリウムを含むアルミニウムの合金の
製造方法および、それらを有用な構造の製品に形成する
方法について述べる。 従来技術の簡単な説明 アルミニウムとベリリウムの合金は従来技術ではよく
知られている。例えば、クーパー（Cooper）米国特許第
1,254,987号は、切削性を向上させるためにアルミニウ
ムをベリリウムに添加することを記載している。フェン
（Fenn）米国特許第3,337,334号では、アルミニウムベ
ース金属と62重量パーセントのベリリウムを有する商品
ロックアロイ（1960年代にロックヒード（Lockheed）と
ベリルコ（Berylco）によって改良された）に関して開
示し、請求している。 ロックアロイは、板状で生産され、実験機YF12の腹び
れに用いられている（デューバ、YF−12ロックアロイの
腹びれプログラム、ファイナルレポート、NASA,CR−144
971,1976年（Duba,YF−12 Lockalloy Ventral Fin Prog
ram,Final Report,NASA CR−144971 1976））。ロック
アロイの導入に続いて、62重量パーセントのベリリウム
を含むプレアロイアルミニウムからできている圧延合金
に関して、大量のデータが得られた。例えば、ロンド
ン、合金と合成物、ベリリウム科学と技術、第２巻、プ
レナム出版、ニューヨーク（1979）（London,Alloys an
d Composites,Beryllium Science and Technology）を
参照いただきたい。 アルミニウム−ベリリウム合金への２次および３次添
加元素が、文献で報告されている。これらは、マッカー
シー（McCarthy）特許第３、664、889号に記載されてい
るように、アルミニウムとベリリウム３元および４元合
金を製造するために、マグネシウム、シリコン、ニッケ
ル、あるいは、銀の添加物を含んでいる。これらの合金
は、すぐに凝固された合金粉末から、従来の手段によっ
て固められ、加工される。３次およびそれ以上の高次の
アルミニウム−ベリリウム合金に関するロシアの業績
は、モルカノーバ、600度のアルミニウム−ベリリウム
−ニッケルシステムにおける均衡相、ベスト、モスクワ
大学、キム、第27（３）巻、ページ266−271、（1986）
（Molchanova,Phase Equilibria in the Al−Be−Ni Sy
stem at 600 Deg.C,Vest.Mosk.Univ.Khim.）、カマロ
フ、加熱処理によるアルミニウム−ベリリウム−マグネ
シウムの溶接結合力の強度向上、ウェルド、プロド、第
26（１）巻、ページ32−33（1979）（Komarov,Increasi
ng the Strength of Welded Joints in an Al−Be−Mg
Alloy by Heat Treatment,Weld.Prod.）、コラチェフ、
アルミニウム−ベリリウム−マグネシウムの合金の構
造、メタルラブト、ターム、オブラブ、メタル、第13
巻、ページ196−249（1980）（Kolachev,Constructiona
l Alloys of Aluminum Beryllium and Magnesium,Metal
loved.term.Obrab.Metal.）ナゴルスカヤ、アルミニウ
ム−ベリリウム−マグネシウム−亜鉛の第４システム合
金の結晶化、メタルラブド、ターム、オブラブ、メタ
ル、第９巻、ページ72−74（1973）（Nagorskaya,Cryst
allization in Al−Be−Mg−Zn Quaternary System All
oys,Metalloved.Term.Obrab.Metal）。 典型的には、少量のベリリウムが、溶解や注入等の処
理段階でアルミニウムやその他の成分の酸化を防ぐため
に、アルミニウムの豊富な合金に加えられる。主な例と
して、オハイオ州、、エルモアのラッシュ・ウェルマン
社は10パーセント以下のベリリウムを含むアルミニウム
の豊富な母合金を生産し供給している。これらは、商品
製造業者により後処理に付される。後処理されたアルミ
ニウム製品のベリリウム残量のレベルは、0.01パーセン
ト未満が好ましい。 最近のアルミニウム−ベリリウム相図は両端に本質的
に端部固溶解性（terminal solid solubility）を有し
ない単純な共晶を示している。このアルミニウム−ベリ
リウム相図は、マリー、アルミニウム−ベリリウムシス
テム、２つのベリリウム合金の相図、ASM、合金の相図
に関する国際研究論文、ページ９（1987）（Murray,The
Aliminum−Beryllium System,Phase Diagrams of Bina
ry Beryllium Alloys,ASM International Monographs o
n Alloy Phase Diagrams）、から採用されたもので、本
明細書の図１に再掲される。 ブラッシュ・ウェルマン社は、約10から75重量パーセ
ントのベリリウムを含有するアルミニウム合金に関して
さらに広範な研究を行った。橋口の、航空宇宙に適用の
ためのアルミニウム、ベリリウム合金、ヨーロッパ宇宙
局構造材料会議、アムステルダム、（1992年３月）（Ha
shiguchi,Aluminum Beryllium Alloys for Aero−space
Application European Space Agency Structural Mate
rials Conference,Amsterdam）を参照いただきたい。こ
の研究により、約62重量パーセントのベリリウムを含む
アルミニウム合金は約70体積パーセントのベリリウムを
有し、50重量パーセントのベリリウムを含む合金は約59
体積パーセントのベリリウムを有することを示してい
る。そしてまた、このシステムにおける合金組成物の密
度と弾性率は混合の法則に従っている、すなわち、合金
の性質は一般的に、純粋なベリリウムとアルミニウムの
それぞれの特性の間で補間可能であることが確認され
た。 ブラッシュ・ウェルマン社のエルモア施設における研
究の結果によれば、大きな鋳造インゴットと細かな霧化
されたプレアロイの粉末粒子は、アルミニウムマトリッ
クス中にのベリリウムを含んだ金属複合体を示すミクロ
構造をもって生産され得ることが分かる。現在、ブラッ
シュ・ウェルマン社は商標AlBeMetを付けて、押し出し
成形製品や圧断板状製品としてこれらの合金を販売して
いる。 ベリリウムを含むアルミニウムベースの合金を作るた
めの現在知られているすべての方法は、アミニウムとベ
リリウムの出発材料を完全に溶かし切ることを必要とし
ている。投入されたアルミニウムとベリリウム金属は、
ベリリウムの融点の1280℃以上の温度で真空状態で、耐
火性材料で内張りされた部屋で溶かされる。その溶湯
は、普通鋳型にいれられるか、不活性ガスでプレアロイ
粉末に霧化されるかする。これらの高温治金方法は比較
的高価なので、スクラップされるチップ損を少なくする
ために、機械加工をあまり必要としない定温の方法を必
要としている。 ブラッシュ・ウェルマン社は、２つの選択的方法によ
って、有用な構成部品にAlBeMetを加工している。これ
らいずれの方法においても、約1350から約1450℃の温度
範囲でセラミック内張りの耐火性るつぼ内で、出発材料
であるアルミニウムとベリリウムの真空溶解を必要とし
ている。第１の方法において、アルミニウム−ベリリウ
ム溶湯を耐火性のノズルを通して流出させ、その流れを
不活性ガスの高速噴射によって遮断する。このガス噴射
は液体の流れを微細な粒子に分散し、その粒子が凝固し
てプレアロイ粉末となる。粉末プレアロイを構成するそ
れぞれの粒子は、アルミニウム合金マトリックスの中の
ベリリウム相からなる非常に細かな樹枝状のミクロ構造
を有している。プレアロイ粉末は、有用な商品へ機械加
工される前の粗形を作るために、コールド静水圧プレ
ス、ホット静水圧プレス、あるいは押し出し成形によっ
て固められる。 AlBeMetを構成部品に加工するための第２の方法は、
従来のインゴット鋳造法であり、溶解したアルミニウム
−ベリリウムを黒鉛製の鋳型キャビティに注入し、直径
が６インチまでの固体のインゴットに冷却する。インゴ
ットの表面と押湯部は取り除かれ、廃棄され、インゴッ
トはさらに圧延、押し出し成形、機械加工で最終製品の
形に処理される。 これらの選択的方法は比較的高価で、より安い正味成
形（net shaping）方法が好ましい。従来の半固体処理
方法あるいは金属のチクソ成形法は、加熱溶解された金
属を冷却中に連続的に強く撹拌することで低い見かけの
粘性が得られる利点を有している。これらの技術は一般
的に、ブラウンによって、半固体処理方法によるネット
型形成、進んだ材料と方法、ページ327−338（1993年１
月）（Brown,Net−Shape Forming Via SemiSolid Proce
ssing,Advanced Materials ＆ Processes）に記載され
ている。有用な商業的製品を形成するための金属の半固
体処理方法について、レオキャスティン、スラリーキャ
スティング、チクソ鋳造、そして半固体鋳造といった、
さまざまな用語な現在では使用されている。これらの用
語のそれぞれは半固体処理方法の途中工程、あるいは使
用している装置のタイプの変化と関係している。 半固体処理方法は、まず、金属を溶解された金属ある
いは合金を形成するための溶融温度以上の温度で加熱す
ることによって始まる。従来技術で知られている様々な
方法を用いて、ゆっくりとした冷却中の溶湯に剪断力を
導入して、溶湯中に切断された粒が等しい粒子を自然位
置に形成する。これらの状況下において、金属は“チク
ソトロピック（擬液性）”あるいは、半固体スラリー状
態と呼ばれる。チソトロピックスラリーは樹枝状のミク
ロ構造ではないことが特徴で、鋳造素材の生産性が上昇
する一方で、プロセスオートメーションと正確な制御が
できる大量生産装置によって比較的簡単に扱うことがで
きる。キンネイの半固体金属鋳造とプレス加工、金属ハ
ンドブック、第９版、第15巻、ページ327−338（1988）
（Kenney,Semisolid Metal Casting and Forming,Metal
s Handbook）を参照いただきたい。 半固体金属スラレーの樹枝状でないミクロ構造は、こ
の技術分野の状態を説明しているフレミング（Fleming
s）米国特許第３、902、544号に記載されている。記載
されている方法は、樹枝状でないミクロ構造を導く等し
い大きさに切断された粒子分散を達成するために、ゆっ
くりした冷却中の強対流の使用に集中している。フレミ
ングの半固体状態における金属合金の作用、冶金処理、
第22A巻、ページ957−981（1991）（Flemings,Behavior
or Metal Alloys in the semisolid State,Metallurgi
cal Transactions）を参照いただきたい。 この開示よりも前に公開になった文献は、高温剪断を
用いて樹枝状構造を変形破断するのに必要な力の大きさ
に焦点をあてている。半固体合金は、剪断速度に応じて
数百、あるいは数千ポアズにまで上昇した粘性を示すこ
と、（キンネイ、半固体金属の鋳造とプレス加工、金属
ハンドブック、第９版、第15巻、ページ327（1988）（K
enney,Semisolid Metal Casting and Forging,Metals H
andbook））と、連続冷却中に測定した半固体スラリー
の粘性は、剪断速度が増加すれば測定された粘性が減少
することから、加えた剪断力と強く関係していることが
分かった。（フレミング、半固体状態の金属合金の作
用、、ASMニュース、ページ４−５（1991年９月）（Fle
mings,Behavior or Metal Alloys in the Semi−Solid
State,ASM News））。 その後の商業的処理方法は、半固体スラリーの中に、
荒い球状あるいは微細な粒状のミクロ構造を得るため
に、溶かした金属を撹拌する異なった方法の開発に焦点
を当てていた。２つの一般的なアプローチ（１）スラリ
ーを分離したミキサー中で作り、型に入れるというレオ
キャスティングと、（２）ミキサーを備えたモールド内
でビレットを作り、直接モールド内で球状ミクロ構造を
作る半固体鍛造法が開発されてきた。 ウィンター（Winter）米国特許第４、229、210号は分
離したミキサーにおいて金属を冷却するとき電流力で乱
流を誘導する方法を開示しており、また、ウィンター
（winter）米国特許第４、434、837号と４、457、355号
は磁気流体力学の撹拌機を伴ったモールド装置について
開示している。冷却金属に剪断力を導入して半固体スラ
リーを形成するため様々の撹拌方法が開発されてきた。
例えば、ヤング（Young）米国特許第4,482,012、ダンチ
グ（Dantzrg）米国特許第4,607,682号とアショク（Asho
k）米国特許第4,642,146号では、溶解された金属の中の
必要な剪断力を作るための電磁撹拌の手段について記載
している。剪断速度を作り出すための機械的撹拌につい
て、キンネイ（Kenney）米国特許第4,771,818号と、ガ
バサラー（Gabathuler）米国特許第5,186,236号とコレ
ット（collot）米国特許第4,510,987号に記載されてい
る。 ベリリウムを含むアルミニウムの合金に対する、現在
知られている半固体処理方法技術の適用は、プレアロイ
材料中に現れる樹枝状構造が、真空圧力のもとでの超高
温のチクソトロピック処理を要求するので、難しい。そ
のような高温は、ベリリウムの融点（1280℃）を越えな
ければならない。 本明細書は、ベリリウムを含むアルミニウムの合金製
造における上記した問題点の解決について記載し、更
に、金属合金の半固体処理方法における改良を開示して
いる。 本発明の目的 本発明の目的は、修正した半固体の処理方法によっ
て、１から99重量パーセントの範囲でベリリウム添加物
を有する実用的なアルミニウムベース合金を提供するこ
とである。 また、修正した半固体処理方法によって、好ましくは
５から80重量パーセントの範囲でベリリウム添加物を有
する実用的なアルミニウムベース合金を提供すること
も、本発明の目的である。 もう一つの本発明の目的は、ベリリウムのような特定
の金属に必要な極度に高い液相温度へ加熱することを必
要としていない半固体処理方法を提供することである。 もう一つの目的は、高温真空溶解を必要としないアル
ミニウム−ベリリウム合金の近似正味形状処理方法を提
供することである。 さらに本発明の目的は、ベリリウム相を酸化から保護
するために低温で不活性ガスのブランケットを使用する
アルミニウム−ベリリウム合金近似正味形状処理方法を
提供することである。 本発明の他の目的は、剪断力の導入を必要としない半
固体処理方法を提供することである。 もう一つの本発明の目的は、十分に液体になっている
金属の処理の必要性を除去する５から80重量パーセント
の粉末ベリリウムを使用するアルミニウム合金のための
修正した半固体処理方法を提供することである。 もう一つの目的は、精密な正味形状のアルミニウム構
成部品が、かなりの量のベリリウムをもって形成する方
法を提供することである。 さらに、本発明の目的は、５から80の重量パーセント
の範囲のベリリウムを含むアルミニウムベースの合金の
精密な部品を製造する技術を提供することである。 本発明の他の目的は、以下の説明を検討したあと、当
業者には明らかになるであろう。 発明の要約 本発明は、ベリリウムを含んだアルミニウムの実用的
な合金を提供する方法と相当量のベリリウムを含んでい
る正味形状のアルミニウム−ベリリウム構成部品を作る
ための手段を含んでいる。本明細書において“正味形
状”という用語は、完成の形に非常に近い構成品、すな
わち、最終用途に持たらす前に、ほとんど機械加工を必
要としない精密鋳造を表している。 この開示は、また、半固体処理のためのアルミニウム
のベリリウムを含んだ合金を作るために、液状、あるい
は粉末アルミニウムの中に分散された固体ベリリウム粒
子の新しい使用について記載している。ここで請求され
る合金（そして対応する部品）は、他の公知のアルミニ
ウム合金より低い密度とベリリウムに近い弾性率を有し
ている。弾性率はベリリウム含有とともに増加し、アル
ミニウムの量が10.0×106psiでベリリウムの量が44×10
6psiの時、一次結合に近似する。 本合金は、従来のインゴット治金技術あるいは霧化技
術によって作ることができる。しかし、ここで記憶する
方法は、より容易に、劇的な程低温で固体粒子のベリリ
ウムを、固体、液体どちらでも構わないが、アルミニウ
ムと結合させることが可能である。固体ベリリウム粉末
を添加して、所望の配混合物および明記された低温で液
体あるいは粉末のアルミニウムへの適当な拡散を得るこ
とは、本発明の開示で、独自なものとして説明され請求
されている。以下の表は本発明によって作られる様々な
ベリリウムを含むアルミニウム合金の特性をまとめたも
のである。
特に、本発明はベリリウムを含むアルミニウムの合金の
製造方法および、それらを有用な構造の製品に形成する
方法について述べる。 従来技術の簡単な説明 アルミニウムとベリリウムの合金は従来技術ではよく
知られている。例えば、クーパー（Cooper）米国特許第
1,254,987号は、切削性を向上させるためにアルミニウ
ムをベリリウムに添加することを記載している。フェン
（Fenn）米国特許第3,337,334号では、アルミニウムベ
ース金属と62重量パーセントのベリリウムを有する商品
ロックアロイ（1960年代にロックヒード（Lockheed）と
ベリルコ（Berylco）によって改良された）に関して開
示し、請求している。 ロックアロイは、板状で生産され、実験機YF12の腹び
れに用いられている（デューバ、YF−12ロックアロイの
腹びれプログラム、ファイナルレポート、NASA,CR−144
971,1976年（Duba,YF−12 Lockalloy Ventral Fin Prog
ram,Final Report,NASA CR−144971 1976））。ロック
アロイの導入に続いて、62重量パーセントのベリリウム
を含むプレアロイアルミニウムからできている圧延合金
に関して、大量のデータが得られた。例えば、ロンド
ン、合金と合成物、ベリリウム科学と技術、第２巻、プ
レナム出版、ニューヨーク（1979）（London,Alloys an
d Composites,Beryllium Science and Technology）を
参照いただきたい。 アルミニウム−ベリリウム合金への２次および３次添
加元素が、文献で報告されている。これらは、マッカー
シー（McCarthy）特許第３、664、889号に記載されてい
るように、アルミニウムとベリリウム３元および４元合
金を製造するために、マグネシウム、シリコン、ニッケ
ル、あるいは、銀の添加物を含んでいる。これらの合金
は、すぐに凝固された合金粉末から、従来の手段によっ
て固められ、加工される。３次およびそれ以上の高次の
アルミニウム−ベリリウム合金に関するロシアの業績
は、モルカノーバ、600度のアルミニウム−ベリリウム
−ニッケルシステムにおける均衡相、ベスト、モスクワ
大学、キム、第27（３）巻、ページ266−271、（1986）
（Molchanova,Phase Equilibria in the Al−Be−Ni Sy
stem at 600 Deg.C,Vest.Mosk.Univ.Khim.）、カマロ
フ、加熱処理によるアルミニウム−ベリリウム−マグネ
シウムの溶接結合力の強度向上、ウェルド、プロド、第
26（１）巻、ページ32−33（1979）（Komarov,Increasi
ng the Strength of Welded Joints in an Al−Be−Mg
Alloy by Heat Treatment,Weld.Prod.）、コラチェフ、
アルミニウム−ベリリウム−マグネシウムの合金の構
造、メタルラブト、ターム、オブラブ、メタル、第13
巻、ページ196−249（1980）（Kolachev,Constructiona
l Alloys of Aluminum Beryllium and Magnesium,Metal
loved.term.Obrab.Metal.）ナゴルスカヤ、アルミニウ
ム−ベリリウム−マグネシウム−亜鉛の第４システム合
金の結晶化、メタルラブド、ターム、オブラブ、メタ
ル、第９巻、ページ72−74（1973）（Nagorskaya,Cryst
allization in Al−Be−Mg−Zn Quaternary System All
oys,Metalloved.Term.Obrab.Metal）。 典型的には、少量のベリリウムが、溶解や注入等の処
理段階でアルミニウムやその他の成分の酸化を防ぐため
に、アルミニウムの豊富な合金に加えられる。主な例と
して、オハイオ州、、エルモアのラッシュ・ウェルマン
社は10パーセント以下のベリリウムを含むアルミニウム
の豊富な母合金を生産し供給している。これらは、商品
製造業者により後処理に付される。後処理されたアルミ
ニウム製品のベリリウム残量のレベルは、0.01パーセン
ト未満が好ましい。 最近のアルミニウム−ベリリウム相図は両端に本質的
に端部固溶解性（terminal solid solubility）を有し
ない単純な共晶を示している。このアルミニウム−ベリ
リウム相図は、マリー、アルミニウム−ベリリウムシス
テム、２つのベリリウム合金の相図、ASM、合金の相図
に関する国際研究論文、ページ９（1987）（Murray,The
Aliminum−Beryllium System,Phase Diagrams of Bina
ry Beryllium Alloys,ASM International Monographs o
n Alloy Phase Diagrams）、から採用されたもので、本
明細書の図１に再掲される。 ブラッシュ・ウェルマン社は、約10から75重量パーセ
ントのベリリウムを含有するアルミニウム合金に関して
さらに広範な研究を行った。橋口の、航空宇宙に適用の
ためのアルミニウム、ベリリウム合金、ヨーロッパ宇宙
局構造材料会議、アムステルダム、（1992年３月）（Ha
shiguchi,Aluminum Beryllium Alloys for Aero−space
Application European Space Agency Structural Mate
rials Conference,Amsterdam）を参照いただきたい。こ
の研究により、約62重量パーセントのベリリウムを含む
アルミニウム合金は約70体積パーセントのベリリウムを
有し、50重量パーセントのベリリウムを含む合金は約59
体積パーセントのベリリウムを有することを示してい
る。そしてまた、このシステムにおける合金組成物の密
度と弾性率は混合の法則に従っている、すなわち、合金
の性質は一般的に、純粋なベリリウムとアルミニウムの
それぞれの特性の間で補間可能であることが確認され
た。 ブラッシュ・ウェルマン社のエルモア施設における研
究の結果によれば、大きな鋳造インゴットと細かな霧化
されたプレアロイの粉末粒子は、アルミニウムマトリッ
クス中にのベリリウムを含んだ金属複合体を示すミクロ
構造をもって生産され得ることが分かる。現在、ブラッ
シュ・ウェルマン社は商標AlBeMetを付けて、押し出し
成形製品や圧断板状製品としてこれらの合金を販売して
いる。 ベリリウムを含むアルミニウムベースの合金を作るた
めの現在知られているすべての方法は、アミニウムとベ
リリウムの出発材料を完全に溶かし切ることを必要とし
ている。投入されたアルミニウムとベリリウム金属は、
ベリリウムの融点の1280℃以上の温度で真空状態で、耐
火性材料で内張りされた部屋で溶かされる。その溶湯
は、普通鋳型にいれられるか、不活性ガスでプレアロイ
粉末に霧化されるかする。これらの高温治金方法は比較
的高価なので、スクラップされるチップ損を少なくする
ために、機械加工をあまり必要としない定温の方法を必
要としている。 ブラッシュ・ウェルマン社は、２つの選択的方法によ
って、有用な構成部品にAlBeMetを加工している。これ
らいずれの方法においても、約1350から約1450℃の温度
範囲でセラミック内張りの耐火性るつぼ内で、出発材料
であるアルミニウムとベリリウムの真空溶解を必要とし
ている。第１の方法において、アルミニウム−ベリリウ
ム溶湯を耐火性のノズルを通して流出させ、その流れを
不活性ガスの高速噴射によって遮断する。このガス噴射
は液体の流れを微細な粒子に分散し、その粒子が凝固し
てプレアロイ粉末となる。粉末プレアロイを構成するそ
れぞれの粒子は、アルミニウム合金マトリックスの中の
ベリリウム相からなる非常に細かな樹枝状のミクロ構造
を有している。プレアロイ粉末は、有用な商品へ機械加
工される前の粗形を作るために、コールド静水圧プレ
ス、ホット静水圧プレス、あるいは押し出し成形によっ
て固められる。 AlBeMetを構成部品に加工するための第２の方法は、
従来のインゴット鋳造法であり、溶解したアルミニウム
−ベリリウムを黒鉛製の鋳型キャビティに注入し、直径
が６インチまでの固体のインゴットに冷却する。インゴ
ットの表面と押湯部は取り除かれ、廃棄され、インゴッ
トはさらに圧延、押し出し成形、機械加工で最終製品の
形に処理される。 これらの選択的方法は比較的高価で、より安い正味成
形（net shaping）方法が好ましい。従来の半固体処理
方法あるいは金属のチクソ成形法は、加熱溶解された金
属を冷却中に連続的に強く撹拌することで低い見かけの
粘性が得られる利点を有している。これらの技術は一般
的に、ブラウンによって、半固体処理方法によるネット
型形成、進んだ材料と方法、ページ327−338（1993年１
月）（Brown,Net−Shape Forming Via SemiSolid Proce
ssing,Advanced Materials ＆ Processes）に記載され
ている。有用な商業的製品を形成するための金属の半固
体処理方法について、レオキャスティン、スラリーキャ
スティング、チクソ鋳造、そして半固体鋳造といった、
さまざまな用語な現在では使用されている。これらの用
語のそれぞれは半固体処理方法の途中工程、あるいは使
用している装置のタイプの変化と関係している。 半固体処理方法は、まず、金属を溶解された金属ある
いは合金を形成するための溶融温度以上の温度で加熱す
ることによって始まる。従来技術で知られている様々な
方法を用いて、ゆっくりとした冷却中の溶湯に剪断力を
導入して、溶湯中に切断された粒が等しい粒子を自然位
置に形成する。これらの状況下において、金属は“チク
ソトロピック（擬液性）”あるいは、半固体スラリー状
態と呼ばれる。チソトロピックスラリーは樹枝状のミク
ロ構造ではないことが特徴で、鋳造素材の生産性が上昇
する一方で、プロセスオートメーションと正確な制御が
できる大量生産装置によって比較的簡単に扱うことがで
きる。キンネイの半固体金属鋳造とプレス加工、金属ハ
ンドブック、第９版、第15巻、ページ327−338（1988）
（Kenney,Semisolid Metal Casting and Forming,Metal
s Handbook）を参照いただきたい。 半固体金属スラレーの樹枝状でないミクロ構造は、こ
の技術分野の状態を説明しているフレミング（Fleming
s）米国特許第３、902、544号に記載されている。記載
されている方法は、樹枝状でないミクロ構造を導く等し
い大きさに切断された粒子分散を達成するために、ゆっ
くりした冷却中の強対流の使用に集中している。フレミ
ングの半固体状態における金属合金の作用、冶金処理、
第22A巻、ページ957−981（1991）（Flemings,Behavior
or Metal Alloys in the semisolid State,Metallurgi
cal Transactions）を参照いただきたい。 この開示よりも前に公開になった文献は、高温剪断を
用いて樹枝状構造を変形破断するのに必要な力の大きさ
に焦点をあてている。半固体合金は、剪断速度に応じて
数百、あるいは数千ポアズにまで上昇した粘性を示すこ
と、（キンネイ、半固体金属の鋳造とプレス加工、金属
ハンドブック、第９版、第15巻、ページ327（1988）（K
enney,Semisolid Metal Casting and Forging,Metals H
andbook））と、連続冷却中に測定した半固体スラリー
の粘性は、剪断速度が増加すれば測定された粘性が減少
することから、加えた剪断力と強く関係していることが
分かった。（フレミング、半固体状態の金属合金の作
用、、ASMニュース、ページ４−５（1991年９月）（Fle
mings,Behavior or Metal Alloys in the Semi−Solid
State,ASM News））。 その後の商業的処理方法は、半固体スラリーの中に、
荒い球状あるいは微細な粒状のミクロ構造を得るため
に、溶かした金属を撹拌する異なった方法の開発に焦点
を当てていた。２つの一般的なアプローチ（１）スラリ
ーを分離したミキサー中で作り、型に入れるというレオ
キャスティングと、（２）ミキサーを備えたモールド内
でビレットを作り、直接モールド内で球状ミクロ構造を
作る半固体鍛造法が開発されてきた。 ウィンター（Winter）米国特許第４、229、210号は分
離したミキサーにおいて金属を冷却するとき電流力で乱
流を誘導する方法を開示しており、また、ウィンター
（winter）米国特許第４、434、837号と４、457、355号
は磁気流体力学の撹拌機を伴ったモールド装置について
開示している。冷却金属に剪断力を導入して半固体スラ
リーを形成するため様々の撹拌方法が開発されてきた。
例えば、ヤング（Young）米国特許第4,482,012、ダンチ
グ（Dantzrg）米国特許第4,607,682号とアショク（Asho
k）米国特許第4,642,146号では、溶解された金属の中の
必要な剪断力を作るための電磁撹拌の手段について記載
している。剪断速度を作り出すための機械的撹拌につい
て、キンネイ（Kenney）米国特許第4,771,818号と、ガ
バサラー（Gabathuler）米国特許第5,186,236号とコレ
ット（collot）米国特許第4,510,987号に記載されてい
る。 ベリリウムを含むアルミニウムの合金に対する、現在
知られている半固体処理方法技術の適用は、プレアロイ
材料中に現れる樹枝状構造が、真空圧力のもとでの超高
温のチクソトロピック処理を要求するので、難しい。そ
のような高温は、ベリリウムの融点（1280℃）を越えな
ければならない。 本明細書は、ベリリウムを含むアルミニウムの合金製
造における上記した問題点の解決について記載し、更
に、金属合金の半固体処理方法における改良を開示して
いる。 本発明の目的 本発明の目的は、修正した半固体の処理方法によっ
て、１から99重量パーセントの範囲でベリリウム添加物
を有する実用的なアルミニウムベース合金を提供するこ
とである。 また、修正した半固体処理方法によって、好ましくは
５から80重量パーセントの範囲でベリリウム添加物を有
する実用的なアルミニウムベース合金を提供すること
も、本発明の目的である。 もう一つの本発明の目的は、ベリリウムのような特定
の金属に必要な極度に高い液相温度へ加熱することを必
要としていない半固体処理方法を提供することである。 もう一つの目的は、高温真空溶解を必要としないアル
ミニウム−ベリリウム合金の近似正味形状処理方法を提
供することである。 さらに本発明の目的は、ベリリウム相を酸化から保護
するために低温で不活性ガスのブランケットを使用する
アルミニウム−ベリリウム合金近似正味形状処理方法を
提供することである。 本発明の他の目的は、剪断力の導入を必要としない半
固体処理方法を提供することである。 もう一つの本発明の目的は、十分に液体になっている
金属の処理の必要性を除去する５から80重量パーセント
の粉末ベリリウムを使用するアルミニウム合金のための
修正した半固体処理方法を提供することである。 もう一つの目的は、精密な正味形状のアルミニウム構
成部品が、かなりの量のベリリウムをもって形成する方
法を提供することである。 さらに、本発明の目的は、５から80の重量パーセント
の範囲のベリリウムを含むアルミニウムベースの合金の
精密な部品を製造する技術を提供することである。 本発明の他の目的は、以下の説明を検討したあと、当
業者には明らかになるであろう。 発明の要約 本発明は、ベリリウムを含んだアルミニウムの実用的
な合金を提供する方法と相当量のベリリウムを含んでい
る正味形状のアルミニウム−ベリリウム構成部品を作る
ための手段を含んでいる。本明細書において“正味形
状”という用語は、完成の形に非常に近い構成品、すな
わち、最終用途に持たらす前に、ほとんど機械加工を必
要としない精密鋳造を表している。 この開示は、また、半固体処理のためのアルミニウム
のベリリウムを含んだ合金を作るために、液状、あるい
は粉末アルミニウムの中に分散された固体ベリリウム粒
子の新しい使用について記載している。ここで請求され
る合金（そして対応する部品）は、他の公知のアルミニ
ウム合金より低い密度とベリリウムに近い弾性率を有し
ている。弾性率はベリリウム含有とともに増加し、アル
ミニウムの量が10.0×106psiでベリリウムの量が44×10
6psiの時、一次結合に近似する。 本合金は、従来のインゴット治金技術あるいは霧化技
術によって作ることができる。しかし、ここで記憶する
方法は、より容易に、劇的な程低温で固体粒子のベリリ
ウムを、固体、液体どちらでも構わないが、アルミニウ
ムと結合させることが可能である。固体ベリリウム粉末
を添加して、所望の配混合物および明記された低温で液
体あるいは粉末のアルミニウムへの適当な拡散を得るこ
とは、本発明の開示で、独自なものとして説明され請求
されている。以下の表は本発明によって作られる様々な
ベリリウムを含むアルミニウム合金の特性をまとめたも
のである。
【表Ｉ】 出発原料が２つの粉末の混合であり、処理の間に２つ
の粉末が分離する明確な傾向もないので、１から99重量
パーセントのベリリウムと、残部アルミニウムとからな
る合金の組成物が、本発明の方法に従って得られる。 市場では、高弾性率と低密度のアルミニウムベース合
金が要求されている。表Ｉに示すように、一方でのアル
ミニウム合金の特性から他方でのベリリウムの特性ま
で、連続した特性の変化が得られる。例えば、５パーセ
ントベリリウムが増加すると、アルミニウムベースの合
金と比較すると、同じ密度で約25パーセント弾性率が上
がる。 １実施例において、液体のベリリウムから、好ましく
は、霧化処理によって作られた球状のベリリウム粉末
は、粉末状、小片、あるいはその他の粗粉砕物のアルミ
ニウムと混合される。当業者には良く知られた技術であ
る不活性ガスの霧化が球状のベリリウム粉末を作るため
に、以下のいくつかの例において使用されている。霧状
のベリリウムの使用は、球状粒子が形成の間に流れを改
良し、また、使用する装置の表面の腐食の発生を抑える
ため、ここで開示する半固体処理方法においては、好ま
しいことである。 ベリリウム粉末を作るその他の方法が、ここで参考文
献で挙げられるストーンハウスの不純物相の分布、ベリ
リウム科学と技術、第１巻、ペーシ182−184（1979）
（Stonehouse,Distributino of Impurity Phases,Beryl
lium Science ＆ Tech.）に記載されている。粉砕され
たベリリウムもまた、球状のベリリウム粉末と共に、あ
るいは代わりとして、適用できる。粉砕されたベリリウ
ムは、普通は、当業者に良く知られた低温流水方法のよ
うな衝撃粉砕によって作られる。ベリリウム粉末の粉砕
のためのこのようなあるいはその他の標準的な方法は、
この技術の分野で得られる。ここに参考文献としてあげ
られている、マーダーのP/M軽金属、金属ハンドブッ
ク、第９版、第７巻、ページ755−763（1984）（Marde
r,P/M Lightweight Metals,Metals Handbook）、ストー
ンハウスのベリリウム、ASM国際金属ハンドブック、第1
0版、第２巻、ページ683−687（1990）（Stonehouse,Be
ryllium,ASM International Handbook）と、フェレラの
ロッキーフラットベリリウム粉末製品、英国原子力権威
規約、第２巻、JOWOG 22/M20（1984）（Ferrera,Rocky
Flats Beryllium Powder Production,Unieted Kingdom
Atomic Energy Authority Memorandum）を参照いただき
たい。これら全てのケースにおいて、ベリリウムが出発
原料は、ブラッシュ・ウェルマン社によって提供され
た。 商業的に純粋なアルミニウムとアルミニウム合金粉末
はカリフォルニア、ストックトンのヴァリメット社から
入手できる。本方法による処理に適する特殊なアルミニ
ウムベース合金は、米国金属協会アルミニウム合金番
号、1100、1300、2024、5056、6061、A356とA357とい
う、ボイヤー−ゲイルのアルミニウム合金、ASM国際金
属ハンドブック、1985、ディスク版、表２、ページ６−
24と６−25、表３、ページ６−55（Boyer−Gail,Alumin
um Alloys,ASM International Metals Handbook）に作
表されている組成を含んでいて、これらのページはここ
に参考文献として挙げられる。 好ましい実施例において、球状のベリリウム粉末と小
片の固体アルミニウムの混合物は、アルミニウム成分の
みが溶ける温度（基本的には640℃以上）まで加熱され
る。この結果、液体のアルミニウム中にベリリウム粒子
が浮遊する。ベリリウムとアルミニウムの半固体スラリ
ーが極端な温度の上昇もなく得られて、非樹枝状ベリリ
ウム相のミクロ構造が溶解された液体金属に外部剪断力
を導入することなく達成される。この方法は、保護雰囲
気、基本的には真空下、あるいは、アルゴン、ニトロジ
ェン、あるいはヘリウムのような、不活性ガスの下で、
成功裏に行われる。 図２は、アルミニウム合金粉末と等大切断ベリリウム
粉末を約704℃で真空ホットプレスすることによって作
られるアルミニウム−ベリリウム合金の望ましい非樹枝
状構造を示している顕微鏡写真である。図２に示されて
いる構造を有する合金は、構成部品を作るために適所で
固体化することを要求している直接的な技術的適用に有
用である。これは、引き続く転造、鍛造、押し出し成形
を含む従来の金属加工処理に付される。 図２に示されている構造を有する合金は、正味形状部
品を作る半固体処理方法のための先駆物質として提供で
きる。図３はアルミニウム−ベリリウム合金の修正され
た半固体処理後のあとの好ましい構造を示している顕微
鏡写真である。図３のミクロ構造は図２に示されている
ものとよく似ている。この修正された半固体処理方法
は、固体化以前にどんな剪断力の導入も含まない。図３
に示されているものに似ている構造をもつチクソトロピ
ック混合物は、適当に修正された押し出し成形あるいは
ダイスカスト装置を使用して射出あるいは、鋳込まれ
る。これらの方法は基本的にプラチックの射出成型に使
用されるものに似ている装置において行われる。 従来の半固体処理方法は２つの主な操作に分けられ
る。（１）最初のミクロ構造を生成するのに必要な原料
の準備段階と、（２）半固体成形段階である。公知の半
固体処理方法とは異なり、ここに開示した方法は、２つ
の粉末成分をたった１つの成分の液相温度以上で加熱す
ることによって開始すると、すぐに自動的に適当なミク
ロ構造が得られるので、上記の原料の準備段階を必要と
しない。 アルミニウムの中へのベリリウムの末端溶解度あるい
は、ベリリウムの中へのアルミニウムの末端溶解度はほ
とんど存在しない。それゆえ、ここで請求している半固
体処理方法によってチクソトロピックに形成されるべき
材料の処理温度は、アルミニウム−ベリリウム合金の液
相温度より低い。これにより、ベリリウムを溶かすのに
必要な高い温度（1280℃以上）に耐える必要のない複雑
でない比較的安価な工業材料で作られている装置が使用
できる。選択される処理温度はスラリー中の固体材料の
体積分に依存する。スラリーの中に存在する固体の正味
の量は加えられた固体ベリリウムと部分的に溶けたアル
ミニウム成分の（もしあれば）固体部分を足した量によ
って決まる。これらの革新的な考えにより、アルミニウ
ム製品の代表的な低温でアルミニウム−ベリリウム合金
の正味形状半固体処理が可能となる。 半固体成形には、一般的に知られた２つの方法があっ
て、その（１）はチクソトロピック加工で、合金の加工
片が、閉じたダイス中で圧縮されるかあるいは、耐久性
鋳型中にプランジャーによって注入されることによって
作られる、そして（２）はチクソトロピック鋳造で、半
固体の金属が、回転オーガーの供給機によって耐久性鋳
型中に運ばれる。これらの両方の方法は以下の例によっ
て説明されているように本発明と矛盾しない。 本発明の詳細な説明 以下の例が、ベリリウム添加物を含むアルミニウム合
金の正味形状を作るために行われた。これらのアルミニ
ウム−ベリリウム合金は、凍結、あるいは閉じたダイス
加工を、その場で使用して半固体状態から正味形状に近
い状態で生産される。この例は明らかに、固体ベリリウ
ム添加物のアルミニウムベース合金のチクソトロピック
形成は、剪断力を外部から導入することなく実行可能で
あることを証明している。 補助のHEPAVAC換気を含む、全ての環境的に健康で安
全な装置は、試験の開始に先立って備え付けられる。空
気測定が試験中定期的にまた最終洗浄操作の間に行われ
る。試験の間全ての関係者は適当なエアフィルターマス
クと衣服を着用する。さらに安全性の詳細はオハイオ、
クリーブランドのブラッシュ・ウェルマン社から入手で
きる。 チクソモールディングは、米国特許第4,694,881号、
4,694,882号と5,040,589号に一般的に記載されている半
固体鋳造法である。それぞれの特許はここで参考文献と
して挙げられる。本明細書の背景の項で述べたように、
現在の技術は、必要な非樹枝状ミクロ構造を得るために
十分に溶解した金属に剪断力を加えることを要求してい
る。チクソモールディングに用いる装置は、以下に報告
されている試験のために、修正されたが、非樹枝状ミク
ロ構造を生成するために液体金属に剪断力を適用するこ
とを要求するチクソ鋳造工程は実施されなかった。 実施例１ アルミニウム−ベリリウム合金の半固体処理方法のため
の出発原料 商業的に純粋なアルミニウム以外のアルミニムベース
合金は、本アルミニウム−ベリリウム合金を作るための
溶融相を得るために使用されても良い。これらは、本発
明の修正されたチクソトロピック処理のための先駆物質
として使用することができる。アルミニウムの合金はベ
リリウムとの融合性に基づいて選択される。この融合性
は、一般的に、半固体処理に使用される比較的低い温度
でベリリウムと、弱い、砕けやすい、あるいはその他、
有害な金属間化合物を形成する元素が存在しないという
特徴がある。 米国金属協会のアルミニウム合金番号第1100,1300,20
24,5056,6061,A356,とA357番を含むいくつかの候補合金
がこの融合性の条件を満たしている。ボイヤーのアルミ
ニウム合金、ASM,国際金属ハンドブック、ディスク版、
ページ６−24、６−25、と６−55（1985）（Boyer,Alum
inum Alloys,ASM Int'l Metals Handbook）を参照いた
だきたい。これらの合金の組成は表IIに示されている。
の粉末が分離する明確な傾向もないので、１から99重量
パーセントのベリリウムと、残部アルミニウムとからな
る合金の組成物が、本発明の方法に従って得られる。 市場では、高弾性率と低密度のアルミニウムベース合
金が要求されている。表Ｉに示すように、一方でのアル
ミニウム合金の特性から他方でのベリリウムの特性ま
で、連続した特性の変化が得られる。例えば、５パーセ
ントベリリウムが増加すると、アルミニウムベースの合
金と比較すると、同じ密度で約25パーセント弾性率が上
がる。 １実施例において、液体のベリリウムから、好ましく
は、霧化処理によって作られた球状のベリリウム粉末
は、粉末状、小片、あるいはその他の粗粉砕物のアルミ
ニウムと混合される。当業者には良く知られた技術であ
る不活性ガスの霧化が球状のベリリウム粉末を作るため
に、以下のいくつかの例において使用されている。霧状
のベリリウムの使用は、球状粒子が形成の間に流れを改
良し、また、使用する装置の表面の腐食の発生を抑える
ため、ここで開示する半固体処理方法においては、好ま
しいことである。 ベリリウム粉末を作るその他の方法が、ここで参考文
献で挙げられるストーンハウスの不純物相の分布、ベリ
リウム科学と技術、第１巻、ペーシ182−184（1979）
（Stonehouse,Distributino of Impurity Phases,Beryl
lium Science ＆ Tech.）に記載されている。粉砕され
たベリリウムもまた、球状のベリリウム粉末と共に、あ
るいは代わりとして、適用できる。粉砕されたベリリウ
ムは、普通は、当業者に良く知られた低温流水方法のよ
うな衝撃粉砕によって作られる。ベリリウム粉末の粉砕
のためのこのようなあるいはその他の標準的な方法は、
この技術の分野で得られる。ここに参考文献としてあげ
られている、マーダーのP/M軽金属、金属ハンドブッ
ク、第９版、第７巻、ページ755−763（1984）（Marde
r,P/M Lightweight Metals,Metals Handbook）、ストー
ンハウスのベリリウム、ASM国際金属ハンドブック、第1
0版、第２巻、ページ683−687（1990）（Stonehouse,Be
ryllium,ASM International Handbook）と、フェレラの
ロッキーフラットベリリウム粉末製品、英国原子力権威
規約、第２巻、JOWOG 22/M20（1984）（Ferrera,Rocky
Flats Beryllium Powder Production,Unieted Kingdom
Atomic Energy Authority Memorandum）を参照いただき
たい。これら全てのケースにおいて、ベリリウムが出発
原料は、ブラッシュ・ウェルマン社によって提供され
た。 商業的に純粋なアルミニウムとアルミニウム合金粉末
はカリフォルニア、ストックトンのヴァリメット社から
入手できる。本方法による処理に適する特殊なアルミニ
ウムベース合金は、米国金属協会アルミニウム合金番
号、1100、1300、2024、5056、6061、A356とA357とい
う、ボイヤー−ゲイルのアルミニウム合金、ASM国際金
属ハンドブック、1985、ディスク版、表２、ページ６−
24と６−25、表３、ページ６−55（Boyer−Gail,Alumin
um Alloys,ASM International Metals Handbook）に作
表されている組成を含んでいて、これらのページはここ
に参考文献として挙げられる。 好ましい実施例において、球状のベリリウム粉末と小
片の固体アルミニウムの混合物は、アルミニウム成分の
みが溶ける温度（基本的には640℃以上）まで加熱され
る。この結果、液体のアルミニウム中にベリリウム粒子
が浮遊する。ベリリウムとアルミニウムの半固体スラリ
ーが極端な温度の上昇もなく得られて、非樹枝状ベリリ
ウム相のミクロ構造が溶解された液体金属に外部剪断力
を導入することなく達成される。この方法は、保護雰囲
気、基本的には真空下、あるいは、アルゴン、ニトロジ
ェン、あるいはヘリウムのような、不活性ガスの下で、
成功裏に行われる。 図２は、アルミニウム合金粉末と等大切断ベリリウム
粉末を約704℃で真空ホットプレスすることによって作
られるアルミニウム−ベリリウム合金の望ましい非樹枝
状構造を示している顕微鏡写真である。図２に示されて
いる構造を有する合金は、構成部品を作るために適所で
固体化することを要求している直接的な技術的適用に有
用である。これは、引き続く転造、鍛造、押し出し成形
を含む従来の金属加工処理に付される。 図２に示されている構造を有する合金は、正味形状部
品を作る半固体処理方法のための先駆物質として提供で
きる。図３はアルミニウム−ベリリウム合金の修正され
た半固体処理後のあとの好ましい構造を示している顕微
鏡写真である。図３のミクロ構造は図２に示されている
ものとよく似ている。この修正された半固体処理方法
は、固体化以前にどんな剪断力の導入も含まない。図３
に示されているものに似ている構造をもつチクソトロピ
ック混合物は、適当に修正された押し出し成形あるいは
ダイスカスト装置を使用して射出あるいは、鋳込まれ
る。これらの方法は基本的にプラチックの射出成型に使
用されるものに似ている装置において行われる。 従来の半固体処理方法は２つの主な操作に分けられ
る。（１）最初のミクロ構造を生成するのに必要な原料
の準備段階と、（２）半固体成形段階である。公知の半
固体処理方法とは異なり、ここに開示した方法は、２つ
の粉末成分をたった１つの成分の液相温度以上で加熱す
ることによって開始すると、すぐに自動的に適当なミク
ロ構造が得られるので、上記の原料の準備段階を必要と
しない。 アルミニウムの中へのベリリウムの末端溶解度あるい
は、ベリリウムの中へのアルミニウムの末端溶解度はほ
とんど存在しない。それゆえ、ここで請求している半固
体処理方法によってチクソトロピックに形成されるべき
材料の処理温度は、アルミニウム−ベリリウム合金の液
相温度より低い。これにより、ベリリウムを溶かすのに
必要な高い温度（1280℃以上）に耐える必要のない複雑
でない比較的安価な工業材料で作られている装置が使用
できる。選択される処理温度はスラリー中の固体材料の
体積分に依存する。スラリーの中に存在する固体の正味
の量は加えられた固体ベリリウムと部分的に溶けたアル
ミニウム成分の（もしあれば）固体部分を足した量によ
って決まる。これらの革新的な考えにより、アルミニウ
ム製品の代表的な低温でアルミニウム−ベリリウム合金
の正味形状半固体処理が可能となる。 半固体成形には、一般的に知られた２つの方法があっ
て、その（１）はチクソトロピック加工で、合金の加工
片が、閉じたダイス中で圧縮されるかあるいは、耐久性
鋳型中にプランジャーによって注入されることによって
作られる、そして（２）はチクソトロピック鋳造で、半
固体の金属が、回転オーガーの供給機によって耐久性鋳
型中に運ばれる。これらの両方の方法は以下の例によっ
て説明されているように本発明と矛盾しない。 本発明の詳細な説明 以下の例が、ベリリウム添加物を含むアルミニウム合
金の正味形状を作るために行われた。これらのアルミニ
ウム−ベリリウム合金は、凍結、あるいは閉じたダイス
加工を、その場で使用して半固体状態から正味形状に近
い状態で生産される。この例は明らかに、固体ベリリウ
ム添加物のアルミニウムベース合金のチクソトロピック
形成は、剪断力を外部から導入することなく実行可能で
あることを証明している。 補助のHEPAVAC換気を含む、全ての環境的に健康で安
全な装置は、試験の開始に先立って備え付けられる。空
気測定が試験中定期的にまた最終洗浄操作の間に行われ
る。試験の間全ての関係者は適当なエアフィルターマス
クと衣服を着用する。さらに安全性の詳細はオハイオ、
クリーブランドのブラッシュ・ウェルマン社から入手で
きる。 チクソモールディングは、米国特許第4,694,881号、
4,694,882号と5,040,589号に一般的に記載されている半
固体鋳造法である。それぞれの特許はここで参考文献と
して挙げられる。本明細書の背景の項で述べたように、
現在の技術は、必要な非樹枝状ミクロ構造を得るために
十分に溶解した金属に剪断力を加えることを要求してい
る。チクソモールディングに用いる装置は、以下に報告
されている試験のために、修正されたが、非樹枝状ミク
ロ構造を生成するために液体金属に剪断力を適用するこ
とを要求するチクソ鋳造工程は実施されなかった。 実施例１ アルミニウム−ベリリウム合金の半固体処理方法のため
の出発原料 商業的に純粋なアルミニウム以外のアルミニムベース
合金は、本アルミニウム−ベリリウム合金を作るための
溶融相を得るために使用されても良い。これらは、本発
明の修正されたチクソトロピック処理のための先駆物質
として使用することができる。アルミニウムの合金はベ
リリウムとの融合性に基づいて選択される。この融合性
は、一般的に、半固体処理に使用される比較的低い温度
でベリリウムと、弱い、砕けやすい、あるいはその他、
有害な金属間化合物を形成する元素が存在しないという
特徴がある。 米国金属協会のアルミニウム合金番号第1100,1300,20
24,5056,6061,A356,とA357番を含むいくつかの候補合金
がこの融合性の条件を満たしている。ボイヤーのアルミ
ニウム合金、ASM,国際金属ハンドブック、ディスク版、
ページ６−24、６−25、と６−55（1985）（Boyer,Alum
inum Alloys,ASM Int'l Metals Handbook）を参照いた
だきたい。これらの合金の組成は表IIに示されている。
例えば、粉末アルミニウム合金6061番（ケンタッキ
ー、ルイスビル、レイノルドアルミニウム社から入手で
きる）は、ブラッシュ・ウェルマン社によって提供され
る衝撃粉砕された等大切断されたベリリウム粉末と配合
される。その結果、その混合物は、合金6061番の液相点
（約645℃）以上の温度で、しかしベリリウムの融点以
下で熱間静水圧プレスされる。 その結果の材料は、たとえば、精密部品を作る修正チ
クソモールディング処理への入力として供給する。この
出発材料に使用される処理温度は、アルミニウムのみが
融ける645から700℃の間である。 表IIが示すように、アルミニウム合金6061番は、従来
の十分に溶かす方法で要求される高温で処理される時、
融合なベリリウム金属間化合物をそれぞれ作る、マグネ
シウム、銅、クロミウムを含んでいる。アサーストのI/
Mアルミニウムベリリウム合金の構造と特性、ASM−スポ
ンサードエアロマット、ロングビーチ、カリフォルニ
ア、（1991年５月）（Ashurst,Structure and Properti
es of I/M AlBe Alloys,ASM−Sponsored Aeromat,Long
Beach,California）。液状のアルミニウムが豊富な相を
得るために使用される比較的低い処理温度の故に、有害
な合成物の形成を防止でき、合金の可能性がさらに広げ
られる。 実施例２ 従来の処理方法に対する先駆物質の準備 本発明の修正された半固体処理方法は、付加的な、従
来の冶金処理のための先駆材料を作製するために使用さ
れる。アルミニウムの粉末、あるいは合金6061番のよう
なアルミニウムベースの合金、そしてベリリウムが混合
され、例１に記されているように、アルミニウムの固相
線以上の温度範囲で、ベリリウムの融点以下の温度で真
空中ホットプレスされる。この半固体の凝固段階の製品
は、正味形状構成部品を閉じたダイス鍛造のためのビレ
ットの形である。 開いたダイス鍛造法も、製造方法の経済性に依存する
が、使用される。この構成部品の鍛造は、アルミニウム
合金の固相線以下の温度で行われ、従来のように処理さ
れた、正味形状の最終部品を提供する。 実施例３ 半固体処理方法の先駆物質の準備 本発明の修正された半固体処理方法は、また半固体処
理方法の先駆物質を作成するために使用される。アルミ
ニウム、あるいは合金6061番のようなアルミニウムベー
ス合金の粉末と、ベリリウムとが、混合され、実施例
１、２、に記したように、アルミニウム合金の固相点以
上ベリリウムの溶融点以下の範囲の温度で真空中ホット
プレスされる。 この半固体凝固段階は、正味形状構成部品を閉じたダ
イスで鍛造するためのビレットを作る。これらの構成部
品は、アルミニウム合金の固相点以上の範囲の温度で好
ましくは鍛造され、半固体処理された正味形状の最終部
品を提供する。しかしながら、この最終鍛造段階の温度
は、アルミニウム合金の液相線の上下で最終段階の間固
体材料の全体に対して調製するために実行されることは
特記に値する。全固体分は存在するベリリウムの分と等
しく、もしあるなら、アルミニウムの合金の固体寄与分
が加わる。 実施例４ 閉じられたダイス鍛造のための先駆物質材料の準備 図２は、本発明により、645℃と700℃の間の温度でア
ルミニウム粉末と等大切断されたベリリウム粉末と真空
中ホットプレスしてできたアルミニウム−ベリリウム合
金の望ましい、被樹枝状構造を示した顕微鏡写真であ
る。この非樹枝状構造は、凝固前に撹拌のような剪断力
を必要とせずに得られた。図２に示されている構造は、
構成部品を適所で作るために固化を要求する工業的応用
に有用である。これらはまた、次に続く、転造、鍛造、
押し出し成形といった、従来の金属加工処理に付され
る。 図２に示されている非樹枝状ミクロ構造は、商業的に
純粋なアルミニウム粉末と粉末ベリリウムを真空中ホッ
トプレスで適切に凝固させた後、40パーセントベリリウ
ムアルミニウム合金について得られたものである。アル
ミニウム粉末は、ケンタッキー州、ルイスビル、レイモ
ンドアルミニウム社から得られる。粉末ベリリウムは、
マサチューセッツ州、ウエストコンコード、ニュークリ
アーメタル社から得られる。 60重量パーセントの商業的に純粋なアルミニウム粉末
（−400メッシュ）と40重量パーセント霧化ベリリウム
（−50メッシュ）の粉末ブレンドを、大量の半固体物を
圧縮するために圧力をかけ、704℃で真空中で加熱し
た。全処理の間に第２の相（ベリリウム）が固体のまま
で残るので、剪断力の導入することなしでも非樹枝状構
造が得られた。 代わりに、粉末は、アルミニウムが溶けないようにア
ルミニウムの固相点以下の温度、約645℃で凝固され得
る。固相点以下での凝固によって得られた非樹枝状構造
は図２に示されているミクロ構造に似ている。これらの
合金は、次の実施例で述べる半固体処理のための先駆物
質として使用された。 実施例５ 閉じられたダイス鍛造 図２に示されている構造は、正味形状構成部品を作す
るための半固体処理用先駆物質として使用される。図３
はアルミニウム−ベリリウム合金の半固体処理の後の望
ましい構造を示している顕微鏡写真である。この処理
は、凝固前の撹拌のような剪断処理は含んでいない。図
３に示されているものに似ている構造をもつチクソトロ
ピック混合物は、適当に修正された押し出し成形機ある
いはダイスカスト装置を使用して射出あるいは、鋳造さ
れる。これらの方法は、典型的に、プラスチックの射出
成型のために使用されるものに似ている装置で行われ
る。 図３は、半固体鋳造のあとでさえ、非樹枝状ミクロ構
造が、実施例４に記載された技術に準じて作られたアル
ミニウム−ベリリウム合金についても保証されているこ
とを示している。実施例４の処理のように、半固体鍛造
は外部の剪断力を必要としない。 固体のアルミニウム−ベリリウムのビレットは、実施
例４で述べたものに似ている以下の技術で作られている
先駆物質から機械加工された。特に、この例の先駆物質
は、アルミニウムの固相点以下の621℃で、40重量パー
セントの霧化ベリリウム（−325メッシュ）と60重量パ
ーセントの商業的に純粋なアルミニウム粉末（−400メ
ッシュ）をブレンドしたものを凝固することで作られ
た。この霧化ベリリウムは、ブラッシュ・ウェルマン社
から、また純粋アルミニウム粉末はレイノルズアルミニ
ウム社から、入手することができる。 このビレットは、次に、炉中で半固体領域（約704
℃）に加熱された。前加熱されたビレットは、トングを
使用してダイスに移され、閉じられた鋳孔に射出され、
そこで凝固された。図３は射出／鍛造処理のあとの結果
のミクロ構造を示している。ベリリウム相の大きさと形
は、ベリリウムが全体の処理の間固体のまま残っている
ので、付加的な処理の結果、何も変わらなかった。薄い
断片をもつ部品は、また、この例に記載されている方法
を使用し、しかし薄い切片のために設計された鋳造型で
修正して、鍛造される。 実施例６ 鋳造による先駆材料の準備 等大切断されたベリリウムが、酸化を防ぐためにアル
ミニウムフラクスを使用して溶解したアルミニウムに添
加された。40重量パーセントものベリリウムがアルミニ
ウムの溶解に添加された。その溶湯は、続いて適切に固
化された。ベリリウムが固体として等大切断された形で
添加され、形が変化しないので、剪断力を必要とせずに
非樹枝状構造が形成された。 得られた構造は、構造部品を作るために適切な凝固を
必要とする工業上の用途に有用である。これらは、次の
転造、鍛造、押し出し成形を含む従来の金属加工処理に
付される。得られた構造は、正味形状部品を作るための
半固体処理のための先駆物資として働く。 実施例７ アルミニウム合金の半固体処理 この実施例は、混合した粉末から修正された半固体処
理方法を使用し、その後の十分な密度を得るための熱間
静水圧プレスと形状を規定する従来の鍛造によって、ど
のように構成部品が作られるのかを要約している。 アルミニウム粉末は40重量パーセントのベリリウム粉
末と混合され、真空ホットプレスダイス中に装入され
る。次に、約650℃で1000psiの気圧で真空ホットプレス
が行われ、理論的に95パーセント（５パーセント多孔
性）の密度を達成する。 ビレットは、十分な密度を達成するために、15ksiで
約600℃の熱間静水圧プレスの状態に置かれる。そのあ
と、得られた部品は、十分に固体になる温度、例えば、
約600℃の温度で鍛造され、最終品は機械加工され、表
Ｉに挙げられているものと似たような特性を有する。 部品は、混合粉末の修正された半固体処理、それに続
いて十分な密度を達成し、形を規定するための熱間静水
圧プレスと半固体鍛造によって、作られることができ
る。約650℃で1000psiの真空ホットプレスは理論的に95
パーセントまで（５パーセント多孔性）密度をあげられ
る。ビレットは、約740℃で半固体の状態で正味形状近
くに鍛造され、それは、表Ｉにあるものと似たような特
性を有する。 真空ホットプレス、熱間静水圧プレあるいはその他の
粉末凝固方法によって作成されたベリリウム含有アルミ
ニウム合金の予備成形体が、チクソトロピック鍛造、チ
クソトロピック鍛造、そしてチクソトロピック（半固
体）押し出し成形を含む半固体処理操作で、更に処理さ
れる。 実施例８ 十分な固体処理の比較テスト まず、アルミニウムとベリリウムの元素の組合せが溶
解され、Al−Be粉末を形成し、これを十分な固体処理で
熱間転造した。別の方法で、ベリリウム粉末と別に形成
したアルミニウム粉末とを混合し、十分な固体処理にお
いて熱間圧延された。この両処理のために、アルミニウ
ム合金番号1100と20重量パーセントのベリリウム粉末が
使用され押し出し成形および引き続く板への圧延によっ
て処理された。圧延されたままで除荷状態で引張りテス
トが行われた。このデータを、両熱処理の状態にあるプ
レアロイ霧化（元素混合したものとは対称的に）粉末原
料の特性と比較した。その結果が以下の表IIIに要約さ
れている。
ー、ルイスビル、レイノルドアルミニウム社から入手で
きる）は、ブラッシュ・ウェルマン社によって提供され
る衝撃粉砕された等大切断されたベリリウム粉末と配合
される。その結果、その混合物は、合金6061番の液相点
（約645℃）以上の温度で、しかしベリリウムの融点以
下で熱間静水圧プレスされる。 その結果の材料は、たとえば、精密部品を作る修正チ
クソモールディング処理への入力として供給する。この
出発材料に使用される処理温度は、アルミニウムのみが
融ける645から700℃の間である。 表IIが示すように、アルミニウム合金6061番は、従来
の十分に溶かす方法で要求される高温で処理される時、
融合なベリリウム金属間化合物をそれぞれ作る、マグネ
シウム、銅、クロミウムを含んでいる。アサーストのI/
Mアルミニウムベリリウム合金の構造と特性、ASM−スポ
ンサードエアロマット、ロングビーチ、カリフォルニ
ア、（1991年５月）（Ashurst,Structure and Properti
es of I/M AlBe Alloys,ASM−Sponsored Aeromat,Long
Beach,California）。液状のアルミニウムが豊富な相を
得るために使用される比較的低い処理温度の故に、有害
な合成物の形成を防止でき、合金の可能性がさらに広げ
られる。 実施例２ 従来の処理方法に対する先駆物質の準備 本発明の修正された半固体処理方法は、付加的な、従
来の冶金処理のための先駆材料を作製するために使用さ
れる。アルミニウムの粉末、あるいは合金6061番のよう
なアルミニウムベースの合金、そしてベリリウムが混合
され、例１に記されているように、アルミニウムの固相
線以上の温度範囲で、ベリリウムの融点以下の温度で真
空中ホットプレスされる。この半固体の凝固段階の製品
は、正味形状構成部品を閉じたダイス鍛造のためのビレ
ットの形である。 開いたダイス鍛造法も、製造方法の経済性に依存する
が、使用される。この構成部品の鍛造は、アルミニウム
合金の固相線以下の温度で行われ、従来のように処理さ
れた、正味形状の最終部品を提供する。 実施例３ 半固体処理方法の先駆物質の準備 本発明の修正された半固体処理方法は、また半固体処
理方法の先駆物質を作成するために使用される。アルミ
ニウム、あるいは合金6061番のようなアルミニウムベー
ス合金の粉末と、ベリリウムとが、混合され、実施例
１、２、に記したように、アルミニウム合金の固相点以
上ベリリウムの溶融点以下の範囲の温度で真空中ホット
プレスされる。 この半固体凝固段階は、正味形状構成部品を閉じたダ
イスで鍛造するためのビレットを作る。これらの構成部
品は、アルミニウム合金の固相点以上の範囲の温度で好
ましくは鍛造され、半固体処理された正味形状の最終部
品を提供する。しかしながら、この最終鍛造段階の温度
は、アルミニウム合金の液相線の上下で最終段階の間固
体材料の全体に対して調製するために実行されることは
特記に値する。全固体分は存在するベリリウムの分と等
しく、もしあるなら、アルミニウムの合金の固体寄与分
が加わる。 実施例４ 閉じられたダイス鍛造のための先駆物質材料の準備 図２は、本発明により、645℃と700℃の間の温度でア
ルミニウム粉末と等大切断されたベリリウム粉末と真空
中ホットプレスしてできたアルミニウム−ベリリウム合
金の望ましい、被樹枝状構造を示した顕微鏡写真であ
る。この非樹枝状構造は、凝固前に撹拌のような剪断力
を必要とせずに得られた。図２に示されている構造は、
構成部品を適所で作るために固化を要求する工業的応用
に有用である。これらはまた、次に続く、転造、鍛造、
押し出し成形といった、従来の金属加工処理に付され
る。 図２に示されている非樹枝状ミクロ構造は、商業的に
純粋なアルミニウム粉末と粉末ベリリウムを真空中ホッ
トプレスで適切に凝固させた後、40パーセントベリリウ
ムアルミニウム合金について得られたものである。アル
ミニウム粉末は、ケンタッキー州、ルイスビル、レイモ
ンドアルミニウム社から得られる。粉末ベリリウムは、
マサチューセッツ州、ウエストコンコード、ニュークリ
アーメタル社から得られる。 60重量パーセントの商業的に純粋なアルミニウム粉末
（−400メッシュ）と40重量パーセント霧化ベリリウム
（−50メッシュ）の粉末ブレンドを、大量の半固体物を
圧縮するために圧力をかけ、704℃で真空中で加熱し
た。全処理の間に第２の相（ベリリウム）が固体のまま
で残るので、剪断力の導入することなしでも非樹枝状構
造が得られた。 代わりに、粉末は、アルミニウムが溶けないようにア
ルミニウムの固相点以下の温度、約645℃で凝固され得
る。固相点以下での凝固によって得られた非樹枝状構造
は図２に示されているミクロ構造に似ている。これらの
合金は、次の実施例で述べる半固体処理のための先駆物
質として使用された。 実施例５ 閉じられたダイス鍛造 図２に示されている構造は、正味形状構成部品を作す
るための半固体処理用先駆物質として使用される。図３
はアルミニウム−ベリリウム合金の半固体処理の後の望
ましい構造を示している顕微鏡写真である。この処理
は、凝固前の撹拌のような剪断処理は含んでいない。図
３に示されているものに似ている構造をもつチクソトロ
ピック混合物は、適当に修正された押し出し成形機ある
いはダイスカスト装置を使用して射出あるいは、鋳造さ
れる。これらの方法は、典型的に、プラスチックの射出
成型のために使用されるものに似ている装置で行われ
る。 図３は、半固体鋳造のあとでさえ、非樹枝状ミクロ構
造が、実施例４に記載された技術に準じて作られたアル
ミニウム−ベリリウム合金についても保証されているこ
とを示している。実施例４の処理のように、半固体鍛造
は外部の剪断力を必要としない。 固体のアルミニウム−ベリリウムのビレットは、実施
例４で述べたものに似ている以下の技術で作られている
先駆物質から機械加工された。特に、この例の先駆物質
は、アルミニウムの固相点以下の621℃で、40重量パー
セントの霧化ベリリウム（−325メッシュ）と60重量パ
ーセントの商業的に純粋なアルミニウム粉末（−400メ
ッシュ）をブレンドしたものを凝固することで作られ
た。この霧化ベリリウムは、ブラッシュ・ウェルマン社
から、また純粋アルミニウム粉末はレイノルズアルミニ
ウム社から、入手することができる。 このビレットは、次に、炉中で半固体領域（約704
℃）に加熱された。前加熱されたビレットは、トングを
使用してダイスに移され、閉じられた鋳孔に射出され、
そこで凝固された。図３は射出／鍛造処理のあとの結果
のミクロ構造を示している。ベリリウム相の大きさと形
は、ベリリウムが全体の処理の間固体のまま残っている
ので、付加的な処理の結果、何も変わらなかった。薄い
断片をもつ部品は、また、この例に記載されている方法
を使用し、しかし薄い切片のために設計された鋳造型で
修正して、鍛造される。 実施例６ 鋳造による先駆材料の準備 等大切断されたベリリウムが、酸化を防ぐためにアル
ミニウムフラクスを使用して溶解したアルミニウムに添
加された。40重量パーセントものベリリウムがアルミニ
ウムの溶解に添加された。その溶湯は、続いて適切に固
化された。ベリリウムが固体として等大切断された形で
添加され、形が変化しないので、剪断力を必要とせずに
非樹枝状構造が形成された。 得られた構造は、構造部品を作るために適切な凝固を
必要とする工業上の用途に有用である。これらは、次の
転造、鍛造、押し出し成形を含む従来の金属加工処理に
付される。得られた構造は、正味形状部品を作るための
半固体処理のための先駆物資として働く。 実施例７ アルミニウム合金の半固体処理 この実施例は、混合した粉末から修正された半固体処
理方法を使用し、その後の十分な密度を得るための熱間
静水圧プレスと形状を規定する従来の鍛造によって、ど
のように構成部品が作られるのかを要約している。 アルミニウム粉末は40重量パーセントのベリリウム粉
末と混合され、真空ホットプレスダイス中に装入され
る。次に、約650℃で1000psiの気圧で真空ホットプレス
が行われ、理論的に95パーセント（５パーセント多孔
性）の密度を達成する。 ビレットは、十分な密度を達成するために、15ksiで
約600℃の熱間静水圧プレスの状態に置かれる。そのあ
と、得られた部品は、十分に固体になる温度、例えば、
約600℃の温度で鍛造され、最終品は機械加工され、表
Ｉに挙げられているものと似たような特性を有する。 部品は、混合粉末の修正された半固体処理、それに続
いて十分な密度を達成し、形を規定するための熱間静水
圧プレスと半固体鍛造によって、作られることができ
る。約650℃で1000psiの真空ホットプレスは理論的に95
パーセントまで（５パーセント多孔性）密度をあげられ
る。ビレットは、約740℃で半固体の状態で正味形状近
くに鍛造され、それは、表Ｉにあるものと似たような特
性を有する。 真空ホットプレス、熱間静水圧プレあるいはその他の
粉末凝固方法によって作成されたベリリウム含有アルミ
ニウム合金の予備成形体が、チクソトロピック鍛造、チ
クソトロピック鍛造、そしてチクソトロピック（半固
体）押し出し成形を含む半固体処理操作で、更に処理さ
れる。 実施例８ 十分な固体処理の比較テスト まず、アルミニウムとベリリウムの元素の組合せが溶
解され、Al−Be粉末を形成し、これを十分な固体処理で
熱間転造した。別の方法で、ベリリウム粉末と別に形成
したアルミニウム粉末とを混合し、十分な固体処理にお
いて熱間圧延された。この両処理のために、アルミニウ
ム合金番号1100と20重量パーセントのベリリウム粉末が
使用され押し出し成形および引き続く板への圧延によっ
て処理された。圧延されたままで除荷状態で引張りテス
トが行われた。このデータを、両熱処理の状態にあるプ
レアロイ霧化（元素混合したものとは対称的に）粉末原
料の特性と比較した。その結果が以下の表IIIに要約さ
れている。
元素混合粉末シートの強はプレアロイ霧化粉末シート
より十分低い。元素混合材料の弾性率の値はプレアロイ
霧化材料のそれよりも十分に低い。これは、半固体処理
段階がないと、この材料に要求されている特性が元素粉
末の混合によっては達成できないことを示している。 この例は、単にアルミニウムとベリリウムを配合し
て、その後凝固し、圧延しただけでは、望ましい特性を
得るには不十分であることを示している。本発明の修正
された半固体処理方法が必要となる。 実施例９ 有用な構造体製品 本発明の合金で製造される製品の例は、限定されるも
のではないが、ディスクドライブのためのアクチュエー
ターアーム、タービンブレイド、航空電子機器用ボック
ス、飛行機の外板を含む。 図４と５は、ディスクを径方向に横切入っているヘッ
ドの位置を決めるためにディスクドライブのシャフトの
回りを回転するための孔部を有するアクチュエーターの
回転可能なアームセットを示していて、そのアームセッ
トは、約１から99重量パーセントのベリリウムと残部ア
ルミニウム成分から成るベリリウム含有アルミニウム合
金から基本的に構成される一体ユニットである。 特に図４は、アクチュエーターアーム14上に搭載され
ている多数のヘッド12を有するハードディスクドライブ
10の読み出し／書込みアッセンブリーを示している。ヘ
ッド12とアクチュエーターアーム14は、マグネットハウ
ジング22中に配置されているワイヤーコイル18とマグネ
ット20の相互作用によって回転するアクチュエーターシ
ャフト16上に一緒に組み立てられている。アクチュエー
ターアーム14は、静止している時にディスク上に乗るよ
うにバネ付勢されている。ディスクが回転している時、
空気圧がヘッド12の下で発達し、それを僅かにディスク
の上に持ち上げる。 アクチュエーターアーム14には、図５に示されるよう
に、回転角方向の力26と垂直方向の力24がかかる。アク
チュエーターアーム14は、垂直方向の振動の振幅を最小
にして、アクチュエーターアーム14の上下のディスクに
損傷を与えないように、十分に剛であるべきである。同
様に、アクチュエーターアーム14は、横方向振動の振幅
を最小にして、ディスクの適当なアドレスで読出した
り、書込んだりする応答時間をより早くするために十分
に剛であるべきである。 積層した材料は、主に垂直方向の偏向を最小にするの
に効果的である。本発明に従って作られたアルミニウム
−ベリリウム合金のベリリウム相における等大切断組織
は、垂直および横方向の両方における偏向を最小にする
のに効果的である。 図面の簡単な説明
より十分低い。元素混合材料の弾性率の値はプレアロイ
霧化材料のそれよりも十分に低い。これは、半固体処理
段階がないと、この材料に要求されている特性が元素粉
末の混合によっては達成できないことを示している。 この例は、単にアルミニウムとベリリウムを配合し
て、その後凝固し、圧延しただけでは、望ましい特性を
得るには不十分であることを示している。本発明の修正
された半固体処理方法が必要となる。 実施例９ 有用な構造体製品 本発明の合金で製造される製品の例は、限定されるも
のではないが、ディスクドライブのためのアクチュエー
ターアーム、タービンブレイド、航空電子機器用ボック
ス、飛行機の外板を含む。 図４と５は、ディスクを径方向に横切入っているヘッ
ドの位置を決めるためにディスクドライブのシャフトの
回りを回転するための孔部を有するアクチュエーターの
回転可能なアームセットを示していて、そのアームセッ
トは、約１から99重量パーセントのベリリウムと残部ア
ルミニウム成分から成るベリリウム含有アルミニウム合
金から基本的に構成される一体ユニットである。 特に図４は、アクチュエーターアーム14上に搭載され
ている多数のヘッド12を有するハードディスクドライブ
10の読み出し／書込みアッセンブリーを示している。ヘ
ッド12とアクチュエーターアーム14は、マグネットハウ
ジング22中に配置されているワイヤーコイル18とマグネ
ット20の相互作用によって回転するアクチュエーターシ
ャフト16上に一緒に組み立てられている。アクチュエー
ターアーム14は、静止している時にディスク上に乗るよ
うにバネ付勢されている。ディスクが回転している時、
空気圧がヘッド12の下で発達し、それを僅かにディスク
の上に持ち上げる。 アクチュエーターアーム14には、図５に示されるよう
に、回転角方向の力26と垂直方向の力24がかかる。アク
チュエーターアーム14は、垂直方向の振動の振幅を最小
にして、アクチュエーターアーム14の上下のディスクに
損傷を与えないように、十分に剛であるべきである。同
様に、アクチュエーターアーム14は、横方向振動の振幅
を最小にして、ディスクの適当なアドレスで読出した
り、書込んだりする応答時間をより早くするために十分
に剛であるべきである。 積層した材料は、主に垂直方向の偏向を最小にするの
に効果的である。本発明に従って作られたアルミニウム
−ベリリウム合金のベリリウム相における等大切断組織
は、垂直および横方向の両方における偏向を最小にする
のに効果的である。 図面の簡単な説明
【図１】 現在のアルミニウム−ベリリウム相図である。
【図２】 本発明によって作られたアルミニウム−ベリリウム合
金のベリリウム相の中の等大切断組織を示した顕微鏡写
真である。
金のベリリウム相の中の等大切断組織を示した顕微鏡写
真である。
【図３】 アルミニウム−ベリリウム合金の修正半固体処理され
た後、等大切断されたベリリウム組織の維持を示してい
る顕微鏡写真である。その構造は図２に示されているも
のに似ている。
た後、等大切断されたベリリウム組織の維持を示してい
る顕微鏡写真である。その構造は図２に示されているも
のに似ている。
【図４】 ここで開示されているアルミニウム−ベリリウム合金
で構成された読取り／書き込みヘッドの組立体を示して
いる。
で構成された読取り／書き込みヘッドの組立体を示して
いる。
【図５】 図４の組立体における１つの正味形状のアクチュエー
ターアームを示している。アームにはたらく力は、ベク
トルで示される。
ターアームを示している。アームにはたらく力は、ベク
トルで示される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭51−20944（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭44−31687（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭44−31686（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 1/02,1/04 C22C 21/00 - 21/18 C22C 25/00
Claims (24)
- 【請求項１】ベリリウムを含むアルミニウム合金を作る
方法において、以下の段階、 （ａ）粉末状のアルミニウム成分と粉末状のベリリウム
成分を供給すること、 （ｂ）前記アルミニウムとベリリウムの成分を混合する
こと、 （ｃ）液体アルミニウム中に固体ベリリウムを分散した
半固体スラリーを作るために、アルミニウムの固相温度
より高い温度でアルミニウムの成分を溶かすこと、そし
て （ｄ）その半固体スラリーをダイス或いはモールドに入
れた状態でその場で鋳造することを有することを特徴と
する方法。 - 【請求項２】１〜99重量％のベリリウムと残部アルミニ
ウムからなるベリリウム−アルミニウム合金から正味形
状製品（net shape article）を形成する方法におい
て、前記ベリリウムはアルミニウムのマトリックスに分
散された固体の等しい大きさとされた粒子（solid equi
axed particules）の形状をしており、前記方法は、 （１）粉末状のアルミニウム成分と粉末状のベリリウム
成分の混合物を、液体アルミニウム中にベリリウム粒子
のスラリーを成形するためにアルミニウムの固相温度よ
り高く且つベリリウムの溶解温度より低い温度に加熱す
るステップと、 （２）実質的な剪断力を前記スラリーに導入せずに半固
体処理技術によって、前記スラリーを前記正味形状製品
に成形するステップを有することを特徴とする方法。 - 【請求項３】チクソトロピック鍛造によって前記スラリ
ーが前記正味形状製品に成形されることを特徴とする請
求項２の方法。 - 【請求項４】前記スラリーが閉じられたダイスに圧搾さ
れる（squeezed）ことを特徴とする請求項３の方法。 - 【請求項５】プランジャを用いて前記スラリーをパーマ
ネントモールドキャビティ（permanent mold cavity）
に注ぎ入れることを特徴とする請求項３の方法。 - 【請求項６】チクソトロピック鋳造によって前記スラリ
ーが前記正味形状製品に成形されることを特徴とする請
求項２の方法。 - 【請求項７】回転オーガー（rotating auger）によって
パーマネントモールドキャビティに前記スラリーを入れ
ることを特徴とする請求項６の方法。 - 【請求項８】フリージング（freezing）あるいはダイス
鍛造をその場で施すことによって前記スラリーを正味形
状製品に成形することを特徴とする請求項２の方法。 - 【請求項９】前記スラリーをパーマネントモールドキャ
ビティに入れることによって前記スラリーが正味形状製
品に成形される請求項２の方法において、前記方法はさ
らに、 （３）正味形状製品をパーマネントモールドキャビティ
から除去するステップを有することを特徴とする方法。 - 【請求項１０】正味形状製品に作業操作を施して精密な
正味形状製品を成形するステップをさらに有することを
特徴とする請求項９の方法。 - 【請求項１１】転造、鋳造、押し出し成形することによ
って、正味形状製品を前記精密な正味形状製品に変形す
ることを特徴とする請求項10の方法。 - 【請求項１２】前記合金は、５から80重量％のベリリウ
ムを有することを特徴とする請求項２の方法。 - 【請求項１３】前記合金は、実質的に不純物を含まない
アルミニウムに分散されている、５から80重量％の等し
い大きさとされた、固体ベリリウムを有することを特徴
とする請求項２の方法。 - 【請求項１４】前記合金は、アルミニウムが豊富な組成
物中に分散されている、５から80重量％の等しい大きさ
とされた、固体ベリリウムを有することを特徴とする請
求項２の方法。 - 【請求項１５】前記アルミニウムが豊富な組成物は、50
56番、6061番、1100番、A356番、及びA357番のアルミニ
ウム合金からなるグループから選択されることを特徴と
する請求項14の方法。 - 【請求項１６】前記合金をなすベリリウムは、非樹枝状
（non−dendritic）ミクロ構造を有することを特徴とす
る請求項２の方法。 - 【請求項１７】前記合金は、修正された半固体方法によ
って処理されることを特徴とする請求項２の方法。 - 【請求項１８】前記修正された半固体方法は、閉じたダ
イス鍛造、半固体鍛造、及び半固体鍛造からなるグルー
プから選ばれることを特徴とする請求項17の方法。 - 【請求項１９】前記等しい大きさとされたベリリウム
は、機械的に粉砕した粉末ベリリウムと霧化された球状
の粉末ベリリウムからなるグループから選択されること
を特徴とする請求項２の方法。 - 【請求項２０】前記合金は、アルミニウムよりも25パー
セントも高い弾性率を有することを特徴とする請求項13
の方法。 - 【請求項２１】前記混合物は、アルゴン、ヘリウム、及
びニトロジェンからなるグループから選択される不活性
ガスのブランケットの被覆のもとで加熱されることを特
徴とする請求項２の方法。 - 【請求項２２】加熱は真空の環境中で達成されることを
特徴とする請求項21の方法。 - 【請求項２３】前記合金は、真空ホットプレス、熱間静
水圧プレス、あるいは、押し出し成形によって作られる
ことを特徴とする請求項２の方法。 - 【請求項２４】前記スラリーは先駆物質を形成するよう
に固化可能であり、さらに前記先駆物質は、先駆物質を
正味形状製品に半固体処理するために、アルミニウムの
固相温度より高く且つベリリウムの溶解温度より低い温
度に加熱されることを特徴とする請求項２の方法。
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