JP4098917B2 - 高強度アルミニウム合金 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム純度が高く、かつ高強度のアルミニウム合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高純度アルミニウム材は電導性が高く光沢性が良好であり、これらの性質を利用して電線材料や反射板等の材料として用いられている。しかしながら、高純度アルミニウム材は機械的強度が低いために、より強度の高い合金を重ね合わせる等の工夫が凝らされている。たとえば、反射板では９９．９wt％Ａｌ／Ａ３００３クラッド材が使用されている。
【０００３】
一方、アルミニウム材の強度向上の一方法として、Ｓｃの添加が有効であることが知られている（ 1)N.Blake and M.A.Hopkins:J.Mater.Sci.,20(1985),2861 2) 佐野、曹、平野、桜井：軽金属,99(1989),4441 3)M.L.Kharakterova,D.G.Eskin and L.S.Toropova:Acta meter.,42(1994),2285 4)M.E.Dries,S.G.Pavienko,L.S.Toropova,Yu.G.Bukov and L.B.Ber:Sov.Pya.Doki.,26(1981),344 5) 中山、古田，美浦：日本金属学会,59,Vol.5,(1995),487）。Ｓｃは、Ａｌに添加することでＡｌ3 Ｓｃの微細析出物を形成し、再結晶を遅延させてマトリックスの強度を向上させる効果があり、この点に着眼した特許も出願されている（ＷＯ ９５３２７４，ＵＳＰ９５３２７４，ＵＳＰ ５６２０６５２，ＵＳＰ ５５９７５２９）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＳｃ添加アルミニウム合金は、Ｓｃ含有量が、例えばＵＳＰ ５６２０６５２で０．０２〜１０．０wt％と多いために、高純度アルミニウム特有の電導性や光沢が損なわれるという問題点があった。また、Ｓｃは高価であるため、添加量が増えるとコストが上がるという問題点もあった。
【０００５】
この発明は、前述の技術背景に鑑み、高純度アルミニウムの特性を損なうことなく高強度を具備し、しかも低コストのアルミニウム合金の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明の第１の高強度アルミニウム合金は、Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、残部が不可避不純物からなることを基本要旨とする。
【０００７】
また、第２の高強度アルミニウム合金は、Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、さらにＦｅ：５〜２００ｐｐｍ、Ｓｉ：５〜２５０ｐｐｍ、Ｍｎ：５〜５０ｐｐｍ、Ｍｇ：５〜５０ｐｐｍ、Ｔｉ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、残部が不可避不純物からなることを基本要旨とする。
【０００８】
また、第３の高強度アルミニウム合金は、Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、さらにＣｕ：５〜５００ｐｐｍ、Ａｇ：５〜８００ｐｐｍ、Ｇａ：５〜５０ｐｐｍ、Ｚｎ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、残部が不可避不純物からなることを基本要旨とする。
【０００９】
さらに、第４の高強度アルミニウム合金は、Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、さらにＦｅ：５〜２００ｐｐｍ、Ｓｉ：５〜２５０ｐｐｍ、、Ｍｎ：５〜５０ｐｐｍ、Ｍｇ：５〜５０ｐｐｍ、Ｔｉ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、さらにＣｕ：５〜５００ｐｐｍ、Ａｇ：５〜８００ｐｐｍ、Ｇａ：５〜５０ｐｐｍ、Ｚｎ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、残部が不可避不純物からなることを基本要旨とする。
【００１０】
この発明の高強度アルミニウム合金は、高純度のアルミニウムマトリックスに極微量のＳｃおよびＺｒを所定比率で添加して微細なＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系金属間化合物を析出させることにより強度および伸びの向上を図ったものである。Ａｌ−Ｓｃ系金属間化合物による再結晶遅延効果は既に知られているところであるが、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系金属間化合物は、Ｓｃ、Ｚｒの単体、あるいはＡｌ3 Ｓｃ、Ａｌ3 Ｚｒよりも再結晶を遅延させる効果が大きく、ＳｃおよびＺｒをそれぞれ単独で添加した合金に比べて相乗的に強度を向上させることができる。また、再結晶後も結晶粒が微細であり伸びも良い。
【００１１】
この発明の４種のアルミニウム合金組成において、Ａｌ含有量は、純アルミニウムとしての電導性や光沢を維持するために９９．６０wt％以上とする。特に９９．８０wt％以上が好ましい。
【００１２】
また、各微量添加元素の添加意義と含有量の限定理由は、次のとおりである。
【００１３】
Ｓｃは、上述したように最終焼鈍後の再結晶、換言すれば軟化を遅延させ、かつ再結晶後も結晶粒を微細化し、合金の強度と伸びの向上に寄与する。前記効果を得るために、Ｓｃ含有量は１０ｐｐｍ以上必要であり、一方１０００ｐｐｍ以上ではＡｌ含有量の９９．６０wt％以上を確保して高純度アルミニウムの特性を維持することが困難となるし、コスト的にも不利である。Ｓｃ含有量は１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満が好ましく、特に５０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満が好ましい。
【００１４】
Ｚｒは、Ｓｃと同様に再結晶の遅延と結晶粒の微細化により、合金の強度と伸びの向上に寄与する。前記効果を得るために、Ｚｒ含有量は１０ｐｐｍ以上必要であり、一方２０００ｐｐｍ以上ではＡｌ含有量の９９．６０wt％以上を確保して高純度アルミニウムの特性を維持することが困難となる。Ｚｒ含有量は１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満が好ましく、特に５０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満が好ましい。
【００１５】
ＳｃおよびＺｒの各含有量を上記範囲に規定した上で、さらにこれらの元素を−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率とする。ＳｃおよびＺｒを前記比率で添加することにより、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系金属間化合物を効率良く形成して析出させ、これらの相乗効果を助長することができる。前記比率を外れると、Ｓｃ、Ｚｒが単独、またはＡｌ3 ＳｃやＡｌ3 Ｚｒとして存在する量が多くなって、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物によるＳｃ、Ｚｒの相乗効果を十分に得ることができない。
【００１６】
Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、ＭｇおよびＴｉは、いずれもマトリックスの強度を向上させる元素である。これらの元素は少なくとも１種を添加すれば前記効果を得られるが、２種以上を併用することにより相乗効果が得られる。これらの元素の含有量は、それぞれ５ｐｐｍ未満ではその効果に乏しい。一方、Ｆｅ含有量が２００ｐｐｍを超え、Ｓｉ含有量が２５０ｐｐｍを超えるとＳｃおよびＺｒの再結晶遅延効果が弱まり，却って強度が低下する。また、Ｍｎ含有量、Ｍｇ含有量およびＴｉ含有量がそれぞれ５０ｐｐｍを超えると化学エッチング性を阻害する。Ｆｅ含有量の特に好ましい下限値は８ｐｐｍであり、上限値は８０ｐｐｍである。Ｓｉ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は１００ｐｐｍである。Ｍｎ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は４０ｐｐｍである。Ｍｇ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は４０ｐｐｍである。Ｔｉ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は４０ｐｐｍである。
【００１７】
Ｃｕ、Ａｇ、ＧａおよびＺｎは、いずれもＳｃおよびＺｒの再結晶遅延効果を妨げることなく、特に電解研磨等の化学溶解性を高める効果があり、光沢性の向上に寄与する。これらの元素は少なくとも１種を添加すれば前記効果を得られるが、２種以上を併用することにより相乗効果が得られる。これらの元素の含有量は、それぞれ５ｐｐｍ未満ではその効果に乏しい。一方、Ｃｕ含有量が５００ｐｐｍを超え、Ａｇ含有量が８００ｐｐｍを超えると、電気伝導度が悪くなる。また、Ｇａ含有量およびＺｎ含有量がそれぞれ５０ｐｐｍを超えると化学エッチング性を阻害する。Ｃｕ含有量の特に好ましい下限値は３０ｐｐｍであり、上限値は３００ｐｐｍである。Ａｇ含有量の特に好ましい下限値は５０ｐｐｍであり、上限値は５００ｐｐｍである。Ｇａ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は４０ｐｐｍである。Ｚｎ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は４０ｐｐｍである。
【００１８】
さらに、前記組成の高強度アルミニウム合金において、十分な再結晶遅延効果を得るためにＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物は微細かつ密に存在することが好ましく、析出物の粒子サイズと間隔を規定する。粒子サイズは、５ｎｍ未満では再結晶遅延効果に乏しく、５０ｎｍを超えて粗大化すると析出物数が相対的に減少して、再結晶遅延効果が低下する。粒子サイズの好ましい下限値は５ｎｍであり上限値は３０ｎｍである。また、析出間隔が２ｎｍ未満では密になりすぎて析出物が粗大化しやすく却って再結晶遅延効果が低下し、また８００ｎｍを超えて疎になっても再結晶遅延効果が低下する。析出間隔の好ましい下限値は、５０ｎｍであり、上限値は７００ｎｍである。
【００１９】
また、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物の粒子サイズおよび間隔を前記範囲に制御するための方法として、２５０〜３５０℃で０．５〜３時間の１段目時効を行い、８０％以上の加工率で冷間加工を行った後、２５０〜３５０℃で１〜１０時間の２段目時効を行う方法を例示できる。
【００２０】
なお、この発明の高強度アルミニウム合金中には、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物以外の析出物、例えばＡｌ−Ｓｃ系、Ａｌ−Ｚｒ系、Ａｌ−Ｆｅ系の析出物等がマトリックス中に存在していても良い。また、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物は、５ｎｍ未満あるいは５０ｎｍを超えるサイズの粒子が存在していても良いし、２ｎｍ未満あるいは８００ｎｍを超える間隔で存在していても良い。
【００２１】
この発明の高強度アルミニウム合金においては、９９．６０wt％以上の高純度アルミニウムに極微量のＳｃおよびＺｒを所定比率で添加することにより、マトリックスに微細なＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系金属間化合物が析出し、電導性や光沢を損なうことなく強度や伸びを向上させることができる。
【００２２】
さらに、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉのうちの少なくとも１種を添加することによりマトリックス強度が向上し、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇａ、Ｚｎのうちの少なくとも１種を添加することにより光沢性が向上する。
【００２３】
【実施例】
次に、この発明の高強度アルミニウム合金の具体的実施例について説明する。
【００２４】
（実施例１）
後掲の表１に示す各化学組成のアルミニウム鋳塊を面削し、熱間圧延、冷間圧延を施した後、５００℃×５時間の最終焼鈍を施した。熱間圧延は、開始温度を５００℃、終了温度を３００℃とし、熱間圧延後直ちに水冷した。また、熱間圧延上がりの板厚を１０ｍｍ、冷間圧延板を厚さ１ｍｍとした。
【００２５】
そして、各圧延板に対し、機械的特性、導電率、光沢性について評価した。機械的特性は、ＪＩＳ５号片形状での引張試験によって引張強度、耐力および伸びを測定した。電気伝導度は、渦電流式の導電率計により室温２５℃での導電率（Ｉ．Ａ．Ｃ．Ｓ％）により測定した。また、光沢性は、リン酸：硝酸＝１５：１の溶液に０．１％硝酸銅を添加し、１００℃で２分間処理後、反射率計で４５°反射率を測定した。これらの測定結果を表２に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】
表２の結果から、この発明の高強度アルミニウム合金は、純アルミニウム特有の高い電導性や光沢を損なうことなく、高い強度および伸びを有することを確認できた。
【００２９】
（実施例２）
表３に示す組成の同一アルミニウム合金について、熱間圧延後の処理条件を変えて圧延板を製作した。
【００３０】
アルミニウム鋳塊を面削し、熱間圧延を開始温度を５００℃、終了温度を３００℃で行い、熱間圧延上がりの板厚を８mmとした。その後、次の３種類の異なる処理を施した後、冷間圧延して板厚１mmに仕上げた。
【００３１】
処理Ａ：直ちに水冷により急冷
処理Ｂ：ソルトバス中で３００℃、１時間保持
処理Ｃ：ソルトバス中で５５０℃、１時間保持
さらに、各冷間圧延板に対して、昇温速度５０℃／秒、保持温度５００℃、保持時間１０時間の同一条件で最終焼鈍を施した。
【００３２】
これらの冷間圧延板に対して、実施例１と同じ方法で、機械的特性、導電率、光沢性（反射率）について測定するとともに、ＴＥＭによりＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物の粒子サイズと析出間隔を観察した。これらの結果を表４に示す。なお、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物の粒子サイズおよび析出間隔は平均値を示す。
【００３３】
【表３】
【００３４】
【表４】
【００３５】
表４の結果より、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物の制御を行うことにより、高い強度および伸びが得られることを確認できた。
【００３６】
【発明の効果】
以上の次第で、この発明の高強度アルミニウム合金は、Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、残部が不可避不純物からなるものであるため、純アルミニウム特有の高い電導性および光沢性を有しつつ、高い強度および伸びを有する。そのため、電線や反射板等の材料として好適に使用できる。また、ＳｃおよびＺｒの相乗効果によって、従来のＳｃ添加合金よりも極微量のＳｃで強度を発現させることができるから、低コストで高強度アルミニウム合金を得ることができる。
【００３７】
また、ＳｃおよＺｒに加えて、Ｆｅ：５〜２００ｐｐｍ、Ｓｉ：５〜２５０ｐｐｍ、Ｍｎ：５〜５０ｐｐｍ、Ｍｇ：５〜５０ｐｐｍ、Ｔｉ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種が添加された合金では、さらに強度が向上する。
【００３８】
また、ＳｃおよＺｒに加えて、Ｃｕ：５〜５００ｐｐｍ、Ａｇ：５〜８００ｐｐｍ、Ｇａ：５〜５０ｐｐｍ、Ｚｎ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種が添加された合金では、さらに光沢性が向上する。
【００３９】
また、Ｆｅ：５〜２００ｐｐｍ、Ｓｉ：５〜２５０ｐｐｍ、、Ｍｎ：５〜５０ｐｐｍ、Ｍｇ：５〜５０ｐｐｍ、Ｔｉ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種が添加され、かつＣｕ：５〜５００ｐｐｍ、Ａｇ：５〜８００ｐｐｍ、Ｇａ：５〜５０ｐｐｍ、Ｚｎ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種が添加された合金では、さらに強度および光沢性が向上する。
【００４０】
また、前記各高強度アルミニウム合金において、Ｓｃ含有量が１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満であり、Ｚｒ含有量が１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満である場合はさらに強度が向上する。またさらに、Ｓｃ含有量が５０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満であり、Ｚｒ含有量が５０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満である場合は、なお一層強度が向上する。
【００４１】
また、前記各高強度アルミニウム合金において、粒子サイズが５〜５０ｎｍのＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物が２〜８００ｎｍの間隔で存在する場合は、強度向上が確かなものとなる。
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム純度が高く、かつ高強度のアルミニウム合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高純度アルミニウム材は電導性が高く光沢性が良好であり、これらの性質を利用して電線材料や反射板等の材料として用いられている。しかしながら、高純度アルミニウム材は機械的強度が低いために、より強度の高い合金を重ね合わせる等の工夫が凝らされている。たとえば、反射板では９９．９wt％Ａｌ／Ａ３００３クラッド材が使用されている。
【０００３】
一方、アルミニウム材の強度向上の一方法として、Ｓｃの添加が有効であることが知られている（ 1)N.Blake and M.A.Hopkins:J.Mater.Sci.,20(1985),2861 2) 佐野、曹、平野、桜井：軽金属,99(1989),4441 3)M.L.Kharakterova,D.G.Eskin and L.S.Toropova:Acta meter.,42(1994),2285 4)M.E.Dries,S.G.Pavienko,L.S.Toropova,Yu.G.Bukov and L.B.Ber:Sov.Pya.Doki.,26(1981),344 5) 中山、古田，美浦：日本金属学会,59,Vol.5,(1995),487）。Ｓｃは、Ａｌに添加することでＡｌ3 Ｓｃの微細析出物を形成し、再結晶を遅延させてマトリックスの強度を向上させる効果があり、この点に着眼した特許も出願されている（ＷＯ ９５３２７４，ＵＳＰ９５３２７４，ＵＳＰ ５６２０６５２，ＵＳＰ ５５９７５２９）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＳｃ添加アルミニウム合金は、Ｓｃ含有量が、例えばＵＳＰ ５６２０６５２で０．０２〜１０．０wt％と多いために、高純度アルミニウム特有の電導性や光沢が損なわれるという問題点があった。また、Ｓｃは高価であるため、添加量が増えるとコストが上がるという問題点もあった。
【０００５】
この発明は、前述の技術背景に鑑み、高純度アルミニウムの特性を損なうことなく高強度を具備し、しかも低コストのアルミニウム合金の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明の第１の高強度アルミニウム合金は、Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、残部が不可避不純物からなることを基本要旨とする。
【０００７】
また、第２の高強度アルミニウム合金は、Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、さらにＦｅ：５〜２００ｐｐｍ、Ｓｉ：５〜２５０ｐｐｍ、Ｍｎ：５〜５０ｐｐｍ、Ｍｇ：５〜５０ｐｐｍ、Ｔｉ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、残部が不可避不純物からなることを基本要旨とする。
【０００８】
また、第３の高強度アルミニウム合金は、Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、さらにＣｕ：５〜５００ｐｐｍ、Ａｇ：５〜８００ｐｐｍ、Ｇａ：５〜５０ｐｐｍ、Ｚｎ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、残部が不可避不純物からなることを基本要旨とする。
【０００９】
さらに、第４の高強度アルミニウム合金は、Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、さらにＦｅ：５〜２００ｐｐｍ、Ｓｉ：５〜２５０ｐｐｍ、、Ｍｎ：５〜５０ｐｐｍ、Ｍｇ：５〜５０ｐｐｍ、Ｔｉ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、さらにＣｕ：５〜５００ｐｐｍ、Ａｇ：５〜８００ｐｐｍ、Ｇａ：５〜５０ｐｐｍ、Ｚｎ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、残部が不可避不純物からなることを基本要旨とする。
【００１０】
この発明の高強度アルミニウム合金は、高純度のアルミニウムマトリックスに極微量のＳｃおよびＺｒを所定比率で添加して微細なＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系金属間化合物を析出させることにより強度および伸びの向上を図ったものである。Ａｌ−Ｓｃ系金属間化合物による再結晶遅延効果は既に知られているところであるが、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系金属間化合物は、Ｓｃ、Ｚｒの単体、あるいはＡｌ3 Ｓｃ、Ａｌ3 Ｚｒよりも再結晶を遅延させる効果が大きく、ＳｃおよびＺｒをそれぞれ単独で添加した合金に比べて相乗的に強度を向上させることができる。また、再結晶後も結晶粒が微細であり伸びも良い。
【００１１】
この発明の４種のアルミニウム合金組成において、Ａｌ含有量は、純アルミニウムとしての電導性や光沢を維持するために９９．６０wt％以上とする。特に９９．８０wt％以上が好ましい。
【００１２】
また、各微量添加元素の添加意義と含有量の限定理由は、次のとおりである。
【００１３】
Ｓｃは、上述したように最終焼鈍後の再結晶、換言すれば軟化を遅延させ、かつ再結晶後も結晶粒を微細化し、合金の強度と伸びの向上に寄与する。前記効果を得るために、Ｓｃ含有量は１０ｐｐｍ以上必要であり、一方１０００ｐｐｍ以上ではＡｌ含有量の９９．６０wt％以上を確保して高純度アルミニウムの特性を維持することが困難となるし、コスト的にも不利である。Ｓｃ含有量は１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満が好ましく、特に５０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満が好ましい。
【００１４】
Ｚｒは、Ｓｃと同様に再結晶の遅延と結晶粒の微細化により、合金の強度と伸びの向上に寄与する。前記効果を得るために、Ｚｒ含有量は１０ｐｐｍ以上必要であり、一方２０００ｐｐｍ以上ではＡｌ含有量の９９．６０wt％以上を確保して高純度アルミニウムの特性を維持することが困難となる。Ｚｒ含有量は１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満が好ましく、特に５０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満が好ましい。
【００１５】
ＳｃおよびＺｒの各含有量を上記範囲に規定した上で、さらにこれらの元素を−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率とする。ＳｃおよびＺｒを前記比率で添加することにより、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系金属間化合物を効率良く形成して析出させ、これらの相乗効果を助長することができる。前記比率を外れると、Ｓｃ、Ｚｒが単独、またはＡｌ3 ＳｃやＡｌ3 Ｚｒとして存在する量が多くなって、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物によるＳｃ、Ｚｒの相乗効果を十分に得ることができない。
【００１６】
Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、ＭｇおよびＴｉは、いずれもマトリックスの強度を向上させる元素である。これらの元素は少なくとも１種を添加すれば前記効果を得られるが、２種以上を併用することにより相乗効果が得られる。これらの元素の含有量は、それぞれ５ｐｐｍ未満ではその効果に乏しい。一方、Ｆｅ含有量が２００ｐｐｍを超え、Ｓｉ含有量が２５０ｐｐｍを超えるとＳｃおよびＺｒの再結晶遅延効果が弱まり，却って強度が低下する。また、Ｍｎ含有量、Ｍｇ含有量およびＴｉ含有量がそれぞれ５０ｐｐｍを超えると化学エッチング性を阻害する。Ｆｅ含有量の特に好ましい下限値は８ｐｐｍであり、上限値は８０ｐｐｍである。Ｓｉ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は１００ｐｐｍである。Ｍｎ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は４０ｐｐｍである。Ｍｇ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は４０ｐｐｍである。Ｔｉ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は４０ｐｐｍである。
【００１７】
Ｃｕ、Ａｇ、ＧａおよびＺｎは、いずれもＳｃおよびＺｒの再結晶遅延効果を妨げることなく、特に電解研磨等の化学溶解性を高める効果があり、光沢性の向上に寄与する。これらの元素は少なくとも１種を添加すれば前記効果を得られるが、２種以上を併用することにより相乗効果が得られる。これらの元素の含有量は、それぞれ５ｐｐｍ未満ではその効果に乏しい。一方、Ｃｕ含有量が５００ｐｐｍを超え、Ａｇ含有量が８００ｐｐｍを超えると、電気伝導度が悪くなる。また、Ｇａ含有量およびＺｎ含有量がそれぞれ５０ｐｐｍを超えると化学エッチング性を阻害する。Ｃｕ含有量の特に好ましい下限値は３０ｐｐｍであり、上限値は３００ｐｐｍである。Ａｇ含有量の特に好ましい下限値は５０ｐｐｍであり、上限値は５００ｐｐｍである。Ｇａ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は４０ｐｐｍである。Ｚｎ含有量の特に好ましい下限値は１０ｐｐｍであり、上限値は４０ｐｐｍである。
【００１８】
さらに、前記組成の高強度アルミニウム合金において、十分な再結晶遅延効果を得るためにＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物は微細かつ密に存在することが好ましく、析出物の粒子サイズと間隔を規定する。粒子サイズは、５ｎｍ未満では再結晶遅延効果に乏しく、５０ｎｍを超えて粗大化すると析出物数が相対的に減少して、再結晶遅延効果が低下する。粒子サイズの好ましい下限値は５ｎｍであり上限値は３０ｎｍである。また、析出間隔が２ｎｍ未満では密になりすぎて析出物が粗大化しやすく却って再結晶遅延効果が低下し、また８００ｎｍを超えて疎になっても再結晶遅延効果が低下する。析出間隔の好ましい下限値は、５０ｎｍであり、上限値は７００ｎｍである。
【００１９】
また、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物の粒子サイズおよび間隔を前記範囲に制御するための方法として、２５０〜３５０℃で０．５〜３時間の１段目時効を行い、８０％以上の加工率で冷間加工を行った後、２５０〜３５０℃で１〜１０時間の２段目時効を行う方法を例示できる。
【００２０】
なお、この発明の高強度アルミニウム合金中には、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物以外の析出物、例えばＡｌ−Ｓｃ系、Ａｌ−Ｚｒ系、Ａｌ−Ｆｅ系の析出物等がマトリックス中に存在していても良い。また、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物は、５ｎｍ未満あるいは５０ｎｍを超えるサイズの粒子が存在していても良いし、２ｎｍ未満あるいは８００ｎｍを超える間隔で存在していても良い。
【００２１】
この発明の高強度アルミニウム合金においては、９９．６０wt％以上の高純度アルミニウムに極微量のＳｃおよびＺｒを所定比率で添加することにより、マトリックスに微細なＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系金属間化合物が析出し、電導性や光沢を損なうことなく強度や伸びを向上させることができる。
【００２２】
さらに、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉのうちの少なくとも１種を添加することによりマトリックス強度が向上し、Ｃｕ、Ａｇ、Ｇａ、Ｚｎのうちの少なくとも１種を添加することにより光沢性が向上する。
【００２３】
【実施例】
次に、この発明の高強度アルミニウム合金の具体的実施例について説明する。
【００２４】
（実施例１）
後掲の表１に示す各化学組成のアルミニウム鋳塊を面削し、熱間圧延、冷間圧延を施した後、５００℃×５時間の最終焼鈍を施した。熱間圧延は、開始温度を５００℃、終了温度を３００℃とし、熱間圧延後直ちに水冷した。また、熱間圧延上がりの板厚を１０ｍｍ、冷間圧延板を厚さ１ｍｍとした。
【００２５】
そして、各圧延板に対し、機械的特性、導電率、光沢性について評価した。機械的特性は、ＪＩＳ５号片形状での引張試験によって引張強度、耐力および伸びを測定した。電気伝導度は、渦電流式の導電率計により室温２５℃での導電率（Ｉ．Ａ．Ｃ．Ｓ％）により測定した。また、光沢性は、リン酸：硝酸＝１５：１の溶液に０．１％硝酸銅を添加し、１００℃で２分間処理後、反射率計で４５°反射率を測定した。これらの測定結果を表２に示す。
【００２６】
【表１】
【表２】
表２の結果から、この発明の高強度アルミニウム合金は、純アルミニウム特有の高い電導性や光沢を損なうことなく、高い強度および伸びを有することを確認できた。
【００２９】
（実施例２）
表３に示す組成の同一アルミニウム合金について、熱間圧延後の処理条件を変えて圧延板を製作した。
【００３０】
アルミニウム鋳塊を面削し、熱間圧延を開始温度を５００℃、終了温度を３００℃で行い、熱間圧延上がりの板厚を８mmとした。その後、次の３種類の異なる処理を施した後、冷間圧延して板厚１mmに仕上げた。
【００３１】
処理Ａ：直ちに水冷により急冷
処理Ｂ：ソルトバス中で３００℃、１時間保持
処理Ｃ：ソルトバス中で５５０℃、１時間保持
さらに、各冷間圧延板に対して、昇温速度５０℃／秒、保持温度５００℃、保持時間１０時間の同一条件で最終焼鈍を施した。
【００３２】
これらの冷間圧延板に対して、実施例１と同じ方法で、機械的特性、導電率、光沢性（反射率）について測定するとともに、ＴＥＭによりＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物の粒子サイズと析出間隔を観察した。これらの結果を表４に示す。なお、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物の粒子サイズおよび析出間隔は平均値を示す。
【００３３】
【表３】
【表４】
表４の結果より、Ａｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物の制御を行うことにより、高い強度および伸びが得られることを確認できた。
【００３６】
【発明の効果】
以上の次第で、この発明の高強度アルミニウム合金は、Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、残部が不可避不純物からなるものであるため、純アルミニウム特有の高い電導性および光沢性を有しつつ、高い強度および伸びを有する。そのため、電線や反射板等の材料として好適に使用できる。また、ＳｃおよびＺｒの相乗効果によって、従来のＳｃ添加合金よりも極微量のＳｃで強度を発現させることができるから、低コストで高強度アルミニウム合金を得ることができる。
【００３７】
また、ＳｃおよＺｒに加えて、Ｆｅ：５〜２００ｐｐｍ、Ｓｉ：５〜２５０ｐｐｍ、Ｍｎ：５〜５０ｐｐｍ、Ｍｇ：５〜５０ｐｐｍ、Ｔｉ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種が添加された合金では、さらに強度が向上する。
【００３８】
また、ＳｃおよＺｒに加えて、Ｃｕ：５〜５００ｐｐｍ、Ａｇ：５〜８００ｐｐｍ、Ｇａ：５〜５０ｐｐｍ、Ｚｎ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種が添加された合金では、さらに光沢性が向上する。
【００３９】
また、Ｆｅ：５〜２００ｐｐｍ、Ｓｉ：５〜２５０ｐｐｍ、、Ｍｎ：５〜５０ｐｐｍ、Ｍｇ：５〜５０ｐｐｍ、Ｔｉ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種が添加され、かつＣｕ：５〜５００ｐｐｍ、Ａｇ：５〜８００ｐｐｍ、Ｇａ：５〜５０ｐｐｍ、Ｚｎ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種が添加された合金では、さらに強度および光沢性が向上する。
【００４０】
また、前記各高強度アルミニウム合金において、Ｓｃ含有量が１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満であり、Ｚｒ含有量が１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満である場合はさらに強度が向上する。またさらに、Ｓｃ含有量が５０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満であり、Ｚｒ含有量が５０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満である場合は、なお一層強度が向上する。
【００４１】
また、前記各高強度アルミニウム合金において、粒子サイズが５〜５０ｎｍのＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物が２〜８００ｎｍの間隔で存在する場合は、強度向上が確かなものとなる。
Claims (7)
- Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、
ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、
残部が不可避不純物からなることを特徴とする高強度アルミニウム合金。 - Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、
ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、
さらにＦｅ：５〜２００ｐｐｍ、Ｓｉ：５〜２５０ｐｐｍ、Ｍｎ：５〜５０ｐｐｍ、Ｍｇ：５〜５０ｐｐｍ、Ｔｉ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、
残部が不可避不純物からなることを特徴とする高強度アルミニウム合金。 - Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、
ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、
さらにＣｕ：５〜５００ｐｐｍ、Ａｇ：５〜８００ｐｐｍ、Ｇａ：５〜５０ｐｐｍ、Ｚｎ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、
残部が不可避不純物からなることを特徴とする高強度アルミニウム合金。 - Ａｌ：９９．６０wt％以上を含むとともに、
ＳｃおよびＺｒを、Ｓｃ：１０ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満、Ｚｒ：１０ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満で、かつ−４００ｐｐｍ＜２Ｓｃ−Ｚｒ＜９５０ｐｐｍを満足する比率で含み、
さらにＦｅ：５〜２００ｐｐｍ、Ｓｉ：５〜２５０ｐｐｍ、、Ｍｎ：５〜５０ｐｐｍ、Ｍｇ：５〜５０ｐｐｍ、Ｔｉ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、
さらにＣｕ：５〜５００ｐｐｍ、Ａｇ：５〜８００ｐｐｍ、Ｇａ：５〜５０ｐｐｍ、Ｚｎ：５〜５０ｐｐｍのうちの少なくとも１種を含み、
残部が不可避不純物からなることを特徴とする高強度アルミニウム合金。 - Ｓｃ含有量が１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満であり、Ｚｒ含有量が１０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満である請求項１〜４のいずれかに記載の高強度アルミニウム合金。
- Ｓｃ含有量が５０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満であり、Ｚｒ含有量が５０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ未満である請求項１〜４のいずれかに記載の高強度アルミニウム合金。
- 粒子サイズが５〜５０ｎｍのＡｌ−Ｓｃ−Ｚｒ系析出物が２〜８００ｎｍの間隔で存在する請求項１〜６のいずれかに記載の高強度アルミニウム合金。
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