JP5969713B1

JP5969713B1 - ダイカスト用アルミニウム合金およびこれを用いたアルミニウム合金ダイカスト

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Publication number: JP5969713B1
Application number: JP2015558290A
Authority: JP
Inventors: 瑛章團野; 宮尻　聡; 聡宮尻; 大城　直人; 直人大城
Original assignee: Daiki Aluminium Industry Co Ltd
Current assignee: Daiki Aluminium Industry Co Ltd
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: KR20170063891A; EP3196323A1; KR101935243B1; US20170314101A1; MY179378A; EP3196323B1; JPWO2016063320A1; MX2017004376A; CN107075622A; EP3196323A4; PL3196323T3; WO2016063320A1

Abstract

ＡＤＣ１２と同等の鋳造性及び機械的特性を有すると共に、ＡＤＣ６と同等の耐食性を有するダイカスト用アルミニウム合金と、当該合金でダイカストされたアルミニウム合金ダイカストとを提供する。すなわち、本発明のダイカスト用アルミニウム合金は、Ｃｕ：０．１０重量％以下、Ｓｉ：１２．０〜１５．０重量％、Ｍｇ：１．００重量％以下、Ｆｅ：０．０５〜１．００重量％、Ｃｒ：０．１０〜０．５０重量％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなることを特徴とする。

Description

本発明は、鋳造性と耐食性とを向上させたダイカスト用アルミニウム合金および当該合金を利用したアルミニウム合金ダイカストに関する。

アルミニウム合金は、軽量であると共に、優れた熱伝導性および高い耐食性などの諸特性から、自動車や産業機械、航空機、家庭電化製品その他各種分野において、その構成部品素材として広く使用されている。その一つとしてダイカスト用アルミニウム合金の分野があり、その代表的なものとして日本工業規格ＪＩＳＨ５３０２にて規定されたＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系ダイカスト用合金のＡＤＣ１２（以下、単に「ＡＤＣ１２」と称する。）がある。このＡＤＣ１２は、鋳造(ダイカスト)の際における流動性や充填性が良いことから、自動車のキャブレター，シリンダーブロック，シリンダーヘッドカバーなどのカバー類やケース類等の用途、或いは自動車以外のダイカスト部品に多用されてきた。
しかしながら、このＡＤＣ１２は耐食性に劣るため、腐食し易い環境で使用する場合には、陽極酸化処理などの耐食性向上処理が必要であり、手間やコスト等の面で問題が生じ得る。
これに対し、日本工業規格ＪＩＳＨ５３０２にて規定されたＡｌ−Ｍｇ系ダイカスト用合金のＡＤＣ５やＡＤＣ６（以下、単に「ＡＤＣ５」，「ＡＤＣ６」と称する。）は、耐食性に優れているが、凝固範囲が広いために湯流れ性が悪く、ダイカスト製品に割れが生じ易い。つまり、Ａｌ−Ｍｇ系ダイカスト用合金は、ＡＤＣ１２に比べて鋳造性が著しく劣るため、その用途が簡単な製品形状のものに限られることが多いという問題が有った。

そこで、鋳造性と耐食性とに優れたダイカスト用アルミニウム合金を提供する技術として、特許文献１には、Ｓｉ：９．０〜１２．０重量％、Ｍｇ：０．２０〜０．８０重量％、Ｍｎ＋Ｆｅ：０．７〜１．１重量％を含み、Ｍｎ／Ｆｅ比：１．５以上であり、不純物としてＣｕが０．５重量％以下に規制され、残部がアルミニウムと不可避的不純物からなるダイカスト用アルミニウム合金が開示されている。
この技術によれば、ダイカスト用アルミニウム合金成分量の中でもＭｎ，Ｆｅ，及びＣｕ量がアルミニウム合金の耐食性に大きく影響しており、Ｃｕ添加量を０．５重量％以下に規制すること等により、ＡＤＣ１２と比較して耐食性を大幅に向上させている。

特開２００６−１８３１２２号公報

しかしながら、上記の従来技術には、次のような欠点が有った。
すなわち、上記特許文献１に記載の技術では、日本工業規格ＪＩＳＨ５２０２にて規定されたＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系の鋳物用合金ＡＣ４Ｃと同程度にまで耐食性を向上させることができるものの、その機械的特性がＡＤＣ１２と比較してどのようになっているのか定かではない。
また、鋳造性についても、上記特許文献１に記載の技術では、流動長での比較において、ＡＤＣ１２の８０％程度の鋳造性を有するものの、その鋳造性がＡＤＣ１２と同等のレベルにまで達しているとは言い難い。
それゆえに、この発明の主たる課題は、ＡＤＣ１２と同等の鋳造性及び機械的特性を有すると共に、ＡＤＣ６と同等の耐食性を有するダイカスト用アルミニウム合金と、当該合金でダイカストされたアルミニウム合金ダイカストとを提供することである。

本発明における第１の発明は、「Ｃｕ：０．１０重量％以下（０％を含む）、Ｓｉ：１２．０〜１５．０重量％、Ｍｇ：１．００重量％以下（０％を含まない）、Ｆｅ：０．０５〜１．００重量％、Ｃｒ：０．１０〜０．５０重量％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなる」ことを特徴とするダイカスト用アルミニウム合金である。
この発明では、主にＳｉを１２．０〜１５．０重量％含有させて合金の鋳造性を向上させるのに加え、耐食性に最も大きな影響を与えると考えられるＣｕの含有割合を０．１０重量％以下に抑え、且つ、耐食性と耐焼付き性とを向上させる効果が有るＣｒを０．１０〜０．５０重量％含有させるようにしているので、ＡＤＣ１２並の鋳造性並びに機械的特性を有すると共に、ＡＤＣ６並の高い耐食性を持った合金を得ることができるようになる。
以上のように、本発明では、５種類の元素成分を所定の割合で含有させるだけで、鋳造性及び機械的特性のみならず耐食性にも優れたダイカスト用アルミニウム合金のインゴットを安全且つ簡便に製造することができる。

なお、本発明のダイカスト用アルミニウム合金では、Ｎａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種を３０〜２００ｐｐｍ添加することや、Ｓｂを０．０５〜０．２０重量％添加するのが好ましい。こうすることにより、共晶Ｓｉの粒子を細かくすることができ、アルミニウム合金の靱性や強度をより一層向上させることができる。
また、Ｔｉを０．０５〜０．３０重量％添加することや、Ｂを１〜５０ｐｐｍ添加することも好ましい。こうすることにより、特にＳｉ量が少ない場合や冷却速度の遅い鋳造方法を用いる場合であってもアルミニウム合金の結晶粒を微細化させることができ、その結果、当該アルミニウム合金の伸びを向上させることができる。

本発明における第２の発明は、上記第１の発明に記載のダイカスト用アルミニウム合金からなることを特徴とするアルミニウム合金ダイカストである。
本発明のダイカスト用アルミニウム合金からなるアルミニウム合金ダイカストは、鋳造性よく量産できると共に、耐力や伸びと言った機械的特性のみならず、耐食性にも優れているため、例えば自動車用構造部品など、長期間屋外環境で使用される用途に最適である。

本発明によれば、ＡＤＣ１２と同等の鋳造性及び機械的特性を有すると共に、ＡＤＣ６と同等の耐食性を有するダイカスト用アルミニウム合金と、当該合金でダイカストされたアルミニウム合金ダイカストとを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について具体例を示しながら詳述する。
本発明のダイカスト用アルミニウム合金(以下、単に「アルミニウム合金」とも云う。)は、主として０．１０重量％以下のＣｕ(銅)，１２．０〜１５．０重量％のＳｉ(シリコン；ケイ素)，１．００重量％以下のＭｇ(マグネシウム)，０．０５〜１．００重量％のＦｅ(鉄)，０．１０〜０．５０重量％のＣｒ(クロム)を含有し、残部がＡｌ(アルミニウム)と不可避不純物とで構成されている。以下、各元素の特性について説明する。

Ｃｕ(銅)は、アルミニウム合金の機械的強度や硬さを向上させるものであるが、その一方で、耐食性を著しく低下させる。このため、アルミニウム合金の耐食性を向上させるためには、不純物として混入する以外、低含有にする必要が有る。
そこで、本発明では、アルミニウム合金原料としてスクラップを受け入れることができるようにするため、アルミニウム合金全体の重量に対するＣｕの含有割合を０．１０重量％以下とした。なお、当該合金を用いたアルミニウム合金ダイカストにより厳しい耐食性が求められる場合には、アルミニウム合金全体の重量に対するＣｕの含有割合を０．０８重量％以下とするのが好ましく、より好ましくは０．０５重量％以下である。

Ｓｉ(シリコン；ケイ素)は、アルミニウム合金溶融時における流動性の向上や液相線温度の低下などに寄与して鋳造性を向上させる重要な元素である。
アルミニウム合金全体の重量に対するＳｉの含有割合は、上述したように１２．０〜１５．０重量％の範囲であることが好ましい。Ｓｉの含有割合が１２．０重量％未満の場合には、アルミニウム合金の溶融温度および鋳造温度が高くなると共に、アルミニウム合金を溶融した際の流動性が低下するためダイカスト時に十分な湯流れ性が確保できず、Ｓｉの含有割合が１５．０重量％より多い場合にも、流動性の低下や液相線温度の上昇により鋳造性が低下するようになるからである。

Ｍｇ(マグネシウム)は、主としてアルミニウム合金中のＡｌ母材に固溶した状態又はＭｇ_２Ｓｉとして存在し、アルミニウム合金に耐力および引張強さを付与する一方で、過大量の含有により鋳造性や耐食性に悪影響を及ぼす成分である。
アルミニウム合金全体の重量に対するＭｇの含有割合は、上述したように１．００重量％以下の範囲であることが好ましい。かかる範囲内でのＭｇの存在は、耐食性に大きな影響を与えることなく、アルミニウム合金の耐力や引張強さと言った機械的特性を向上させることができる。なお、Ｍｇの配合割合が１．００重量％より多い場合には、合金の伸びが低下し、かかる合金を用いて製造したアルミニウム合金ダイカストは品質が劣ったものとなる。

Ｆｅ(鉄)は、ダイカスト時の焼付き防止効果を有することが知られている。しかしながら、このＦｅは、Ａｌ-Ｓｉ-Ｆｅからなる針状晶を晶出し、アルミニウム合金の靱性を低下させると共に、大量に添加すると適温での溶解を困難にする。
アルミニウム合金全体の重量に対するＦｅの含有割合は、上述したように０．０５〜１．００重量％の範囲であることが好ましい。Ｆｅの含有割合が０．０５重量％未満の場合には、ダイカスト時の焼付き防止効果が十分ではなく、逆に、Ｆｅの含有割合が１．００重量％より多い場合にも、上記焼付き防止効果は十分なものになるが、当該合金の靱性が低下すると共に溶解温度が上昇して鋳造性が悪化するようになるからである。

Ｃｒ(クロム)は、主としてアルミニウム合金が溶融している時には溶融状態で存在し、固体の時にはＡｌ相に固溶した状態或いはＣｒ系化合物として晶出した状態で存在し、上述したＦｅ及びＭｎと同様に、ダイカスト時におけるアルミニウム合金と金型との焼付きを防止すると共に、合金の耐食性を向上させるためのものである。
アルミニウム合金全体の重量に対するＣｒの含有割合は、上述したように０．１０〜０．５０重量％の範囲であることが好ましい。Ｃｒの含有割合が０．１０重量％未満の場合には、合金の耐食性向上効果が十分ではなく、逆に、Ｃｒの含有割合が０．５０重量％より多い場合には、耐食性は十分なものになるが、液相線温度が高くなり流動性が低下して鋳造性が悪化するようになるからである。

以上の含有割合に従って、Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆｅ及びＣｒの含有割合を調整すると、安全性の高い簡単な処方で有りながら、ＡＤＣ１２と同等の鋳造性及び機械的特性を有すると共に、ＡＤＣ６と同等の耐食性を有するダイカスト用アルミニウム合金地金を得ることができる。

なお、上述した各元素成分のほかに、Ｎａ（ナトリウム），Ｓｒ（ストロンチウム），Ｃａ（カルシウム）およびＳｂ（アンチモン）から選ばれる少なくとも１種を改良処理材として添加するようにしてもよい。このような改良処理材を添加することによって共晶Ｓｉの粒子を細かくすることができ、アルミニウム合金の靱性や強度をより一層向上させることができる。
ここで、アルミニウム合金全体の重量に対する改良処理材の添加割合は、当該改良処理材がＮａ，ＳｒおよびＣａの場合には３０〜２００ｐｐｍ、Ｓｂの場合には０．０５〜０．２０重量％の範囲であることが好ましい。改良処理材の添加割合が３０ｐｐｍ(Ｓｂの場合には０．０５重量％)未満の場合には、アルミニウム合金中の共晶Ｓｉの粒子を微細化するのが困難となり、逆に、改良処理材の添加割合が２００ｐｐｍ(Ｓｂの場合には０．２０重量％)より多い場合には、アルミニウム合金中の共晶Ｓｉの粒子は十分に微細化されており、これ以上添加量を増やしても添加効果が上がらなくなるからである。

また、上記改良処理材に代えて、或いは改良処理材と共に、Ｔｉ（チタン）およびＢ（硼素）の少なくとも一方を添加するようにしてもよい。このようにＴｉおよびＢの少なくとも一方を添加することによってアルミニウム合金の結晶粒が微細化され、当該合金の伸びを向上させることができる。なお、かかる効果は、特にＳｉ量が少ない場合や冷却速度の遅い鋳造方法を用いる場合に顕著となる。
アルミニウム合金全体の重量に対するＴｉおよびＢの添加割合は、Ｔｉの場合には０．０５〜０．３０重量％、Ｂの場合には１〜５０ｐｐｍの範囲であることが好ましい。Ｔｉの添加割合が０．０５重量％未満或いはＢの添加割合が１ｐｐｍ未満の場合には、アルミニウム合金中の結晶粒を微細化するのが困難となり、逆に、Ｔｉの添加割合が０．３０重量％より多い場合或いはＢの添加割合が５０ｐｐｍより多い場合には、アルミニウム合金中の結晶粒は十分に微細化されており、これ以上添加量を増やしても添加効果が上がらなくなるからである。

本発明のダイカスト用アルミニウム合金を製造する際には、まず、Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆｅ及びＣｒの各元素成分が上述した所定の割合となるように含有させた原料を準備する。続いて、この原料を前炉付溶解炉や密閉溶解炉などの溶解炉に投入し、これらを溶解させる。溶解させた原料すなわちアルミニウム合金の溶湯は、必要に応じて脱水素処理および脱介在物処理などの精製処理が施される。そして、精製された溶湯を所定の鋳型などに流し込み、固化させることによって、アルミニウム合金の溶湯を合金地金インゴットなどに成形する。

また、本発明のダイカスト用アルミニウム合金を用いてアルミニウム合金ダイカストを鋳造した後、必要に応じて溶体化処理及び時効処理などが施される。このようにアルミニウム合金ダイカストに溶体化処理および時効処理などを施すことによってアルミニウム合金鋳物の機械的特性を改良することができる。

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
なお、所定の実施例および比較例における各機械的特性(引張強さ，伸び，０．２％耐力)は、次の方法で測定した。すなわち、型締力１３５トンの通常のダイカストマシン(東芝機械(株)社製・ＤＣ１３５ＥＬ)を用いて、射出速度１．０ｍ／秒、鋳造圧力６０ＭＰａでダイカスト鋳造し、ＡＳＴＭ(American Society for Testing and Material)規格に準拠した丸棒試験片を作製した。そして、鋳放しの状態のかかる丸棒試験片について、(株)島津製作所社製の万能試験機(ＡＧ−ＩＳ１００ｋＮ)を用いて、引張強さ，伸び，０．２％耐力を測定した。
また、耐食性については、日本工業規格ＪＩＳＺ２３７１に準拠した（中性）塩水噴霧試験にて評価を行なった。
さらに、ダイカストでの鋳造性については、合金の液相線温度を測定するのに加え、次の方法で評価した。すなわち、合金インゴットを溶解し、合金の液相線温度＋１００℃における溶体の流動長を測定した。測定には、ＭＩＴ式流動性試験機を使用した。ＭＩＴ試験装置の条件は、真空ポンプ差圧設定値：２００Ｔｏｒｒ（ゲージ圧）、吸引用パイレックス管（「パイレックス」は登録商標）：内径φ５ｍｍ（Ｌ字管）であり、ｎ＝５の平均値を算出して当該合金の流動長とした。

表１は、本発明の対象となるアルミニウム合金の実施例１〜９と比較例１〜９の元素組成、塩水噴霧測定結果、機械的特性を示したものである。

また、表２は、本発明の対象となるアルミニウム合金の実施例１〜５に近似する参考例１０〜１４と比較例１０及び１１の元素組成、液相線温度並びに流動長を示したものである。

表１より、塩水噴霧試験の結果、アルミニウム合金全体の重量に対して０．１０〜０．５０重量％の範囲でＣｒが含有されている実施例１〜９では、腐食による重量減少量が１．４ｍｇ／ｄｍ²／ｄａｙ以下であるのに対し、Ｃｕの含有割合が実施例１〜８に近いもののＣｒが全く含有されていない比較例１，４及び５では、同重量減少量が２．０ｍｇ／ｄｍ²／ｄａｙを大きく超えるものとなっている。これにより、上記所定範囲のＣｒを含有させることによって耐食性の向上することが窺える。
また、実施例１〜９と、ＡＤＣ１２に相当する比較例２とを比較した場合、実施例１〜９のアルミニウム合金は、比較例２のものに比べて、著しく高い耐食性を有すると共に、これと略同等の機械的特性を有することが窺える。

また、表２より、（実施例１〜５に近似する）参考例１０〜１４は、その液相線温度が、ＡＤＣ６に相当する比較例１１に比べて著しく低く、ＡＤＣ１２に相当する比較例１０と略同等である。これに対し、参考例１０〜１４の流動長は、比較例１０及び１１のものに比べて著しく長い。つまり、参考例１０〜１４（及びこれに近似する実施例１〜５）のアルミニウム合金は、比較例１０及び１１のものに比べて、ダイカストでの鋳造性に優れることが分かる。

Claims

Ｃｕ：０．１０重量％以下（０％を含む）、Ｓｉ：１２．０〜１５．０重量％、Ｍｇ：１．００重量％以下（０％を含まない）、Ｆｅ：０．０５〜１．００重量％、Ｃｒ：０．１０〜０．５０重量％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなることを特徴とするダイカスト用アルミニウム合金。
請求項１に記載のダイカスト用アルミニウム合金からなることを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト。