JP6245267B2 - アルミニウム−炭化ホウ素複合材料の可鍛性を向上させるための添加剤 - Google Patents
アルミニウム−炭化ホウ素複合材料の可鍛性を向上させるための添加剤 Download PDFInfo
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Description
本出願は、2012年11月19日に出願され、その全体が本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第61/727,949号の優先権を主張するものである。
765℃の温度の炉内で一次アルミニウム金属合金(AA1100)溶融した。Tiを加え、次いでSrを加えた。その後、B4C粒子を溶融物に注入した。TiおよびSrの最終濃度は、両方とも1.65重量%であった。B4C粒子の最終濃度は、28体積%であった。
765℃の温度の炉内で一次アルミニウム金属合金(AA1100)溶融した。Zrを加えた。その後、B4C粒子を溶融物に注入した。Zrの最終濃度は、3.8重量%であった。B4C粒子の最終濃度は、19体積%であった。
本発明の好ましい態様は、下記の通りである。
〔1〕(i)アルミニウム、(ii)添加剤とホウ素との包晶反応の生成物、(iii)分散する炭化ホウ素粒子、および(iv)任意選択的にチタンを含む鋳造複合材料であって、
・前記添加剤は、クロム、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム、ストロンチウム、スカンジウム、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択され、
・前記複合材料の試料は、鋳造前に、約700℃の温度まで約120分間加熱した後、前記試料を収容するための溝を有する型を使用して測定した場合に少なくとも100mmの鋳造長さに対応する流動性を有し、前記溝は、約33mmの幅、約6.5mm〜約4.0mmの高さを有し、約10°の水平軸から下方に傾斜する、方法。
〔2〕前記鋳造長さは、少なくとも190mmである、前記〔1〕に記載の鋳造複合材料。
〔3〕前記鋳造複合材料は、保持時間中に保持に供され、鋳造時間中に鋳造に供され、前記保持時間および前記鋳造時間の組み合わせは、少なくとも120分である、前記〔1〕または〔2〕に記載の鋳造複合材料。
〔4〕前記添加剤は、ジルコニウム、ストロンチウム、スカンジウム、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、前記〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の鋳造複合材料。
〔5〕前記添加剤は、スカンジウムである、前記〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の鋳造複合材料。
〔6〕前記添加剤は、ストロンチウムである、前記〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の鋳造複合材料。
〔7〕前記添加剤は、ジルコニウムである、前記〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の鋳造複合材料。
〔8〕前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して4%〜40%である、前記〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の鋳造複合材料。
〔9〕前記添加剤の濃度(w/w)は、前記鋳造複合材料の総重量に対して0.47%〜8.00%である、前記〔8〕に記載の鋳造複合材料。
〔10〕前記鋳造複合材料の総重量に対して0.50%〜4.00%の濃度(w/w)でチタンをさらに含む、前記〔9〕に記載の鋳造複合材料。
〔11〕前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して4.5%〜18.9%である、前記〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の鋳造複合材料。
〔12〕前記添加剤の濃度(w/w)は、前記鋳造複合材料の総重量に対して0.38%〜4.00%である、前記〔11〕に記載の鋳造複合材料。
〔13〕前記鋳造複合材料の総重量に対して0.40%〜2.00%の濃度(w/w)でチタンをさらに含む、前記〔12〕に記載の鋳造複合材料。
〔14〕前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して19.0%〜28.0%である、前記〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の鋳造複合材料。
〔15〕前記添加剤の濃度(w/w)は、前記鋳造複合材料の総重量に対して1.69%〜6.00%である、前記〔14〕に記載の鋳造複合材料。
〔16〕前記鋳造複合材料の総重量に対して1.80%〜3.00%の濃度(w/w)でチタンをさらに含む、前記〔15〕に記載の鋳造複合材料。
〔17〕前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して25.0%〜28.0%である、前記〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の鋳造複合材料。
〔18〕前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して28.0%〜33.0%である、前記〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の鋳造複合材料。
〔19〕前記添加剤の濃度(w/w)は、前記鋳造複合材料の総重量に対して0.94%〜4.00%である、前記〔17〕または〔18〕に記載の鋳造複合材料。
〔20〕前記鋳造複合材料の総重量に対して1.00%〜2.00%の濃度(w/w)でチタンをさらに含む、前記〔19〕に記載の鋳造複合材料。
〔21〕鋳造複合材料を調製する方法であって、
(a)(i)ホウ素と任意のチタンと包晶反応を起こすことが可能な添加剤を含む溶融アルミニウム合金を、(ii)炭化ホウ素粒子の源と組み合わせて、前記添加剤とホウ素との包晶反応の生成物、および分散する炭化ホウ素粒子を含む鋳造複合材料を提供することであって、
・前記添加剤は、クロム、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム、ストロンチウム、スカンジウム、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択され、
・前記複合材料の試料は、鋳造前に、約700℃の温度まで約120分間加熱した後、前記試料を収容するための溝を有する型を使用して測定した場合に少なくとも100mmの鋳造長さに対応する流動性を有し、前記溝は、約33mmの幅、約6.5mm〜約4.0mmの高さを有し、約10°の水平軸から下方に傾斜する、提供することと、
(b)前記溶融複合物を成形して前記鋳造複合材料を形成することと、を含む、方法。
〔22〕前記鋳造長さは、少なくとも190mmである、前記〔21〕に記載の方法。
〔23〕ステップ(b)の前に、保持時間中に前記溶融複合材料を保持することと、鋳造時間中に前記溶融複合物を鋳造することと、をさらに含む、前記〔21〕または〔22〕に記載の方法。
〔24〕ステップ(a)の前に、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金を前記添加剤と組み合わせることによって前記溶融アルミニウム合金を提供することをさらに含む、前記〔21〕〜〔23〕のいずれか1項に記載の方法。
〔25〕前記添加剤は、ジルコニウム、ストロンチウム、スカンジウム、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、前記〔21〕〜〔24〕のいずれか1項に記載の方法。
〔26〕前記添加剤は、スカンジウムである、前記〔21〕〜〔24〕のいずれか1項に記載の方法。
〔27〕前記添加剤は、ストロンチウムである、前記〔21〕〜〔24〕のいずれか1項に記載の方法。
〔28〕前記添加剤は、ジルコニウムである、前記〔21〕〜〔24〕のいずれか1項に記載の方法。
〔29〕前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して4%〜40%である、前記〔21〕〜〔28〕のいずれか1項に記載の方法。
〔30〕前記添加剤の濃度(w/w)は、前記鋳造複合材料の総重量に対して0.47%〜8.00%である、前記〔29〕に記載の方法。
〔31〕前記鋳造複合材料の総重量に対して0.50%〜4.00%の濃度(w/w)でチタンをさらに含む、前記〔30〕に記載の方法。
〔32〕前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して4.5%〜18.9%である、前記〔21〕〜〔28〕のいずれか1項に記載の方法。
〔33〕前記添加剤の濃度(w/w)は、前記鋳造複合材料の総重量に対して0.38%〜4.00%である、前記〔32〕に記載の方法。
〔34〕前記複合材料は前記鋳造複合材料の総重量に対して0.40%〜2.00%の濃度(w/w)でチタンをさらに含む、前記〔33〕に記載の方法。
〔35〕前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して19.0%〜28.0%である、前記〔21〕〜〔28〕のいずれか1項に記載の方法。
〔36〕前記添加剤の濃度(w/w)は、前記鋳造複合材料の総重量に対して1.68%〜6.00%である、前記〔35〕に記載の方法。
〔37〕前記複合材料は、前記鋳造複合材料の総重量に対して1.80%〜3.00%の濃度(w/w)でチタンをさらに含む、前記〔36〕に記載の方法。
〔38〕前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して25.0%〜28.0%である、前記〔21〕〜〔28〕のいずれか1項に記載の方法。
〔39〕前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して28.0%〜33.0%である、前記〔21〕〜〔28〕のいずれか1項に記載の方法。
〔40〕前記添加剤の濃度(w/w)は、前記鋳造複合材料の総重量に対して0.94%〜4.00%である、前記〔38〕または〔39〕に記載の方法。
〔41〕前記複合材料は、前記鋳造複合材料の総重量に対して1.00%〜2.00%の濃度(w/w)でチタンをさらに含む、前記〔40〕に記載の方法。
〔42〕前記〔21〕〜〔41〕のいずれか1項に記載の方法によって得られる、鋳造複合材料。
〔43〕(i)アルミニウム、(ii)添加剤とホウ素との包晶反応の生成物、(iii)分散する炭化ホウ素粒子、および(iv)任意選択的にチタンを含む溶融複合材料の鋳造特性および/または成形特性を向上させる方法であって、前記方法は、(a)ホウ素と包晶反応を起こすことが可能な前記添加剤を含む溶融アルミニウム合金を(b)炭化ホウ素粒子の源と組み合わせて融複合材料を提供することを含み、
・前記添加剤は、クロム、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム、ストロンチウム、スカンジウム、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択され、
・前記複合材料の試料は、鋳造前に、約700℃の温度まで約120分間加熱した後、前記試料を収容するための溝を有する型を使用して測定した場合に少なくとも100mmの鋳造長さに対応する流動性を有し、前記溝は、約33mmの幅、約6.5mm〜約4.0mmの高さを有し、約10°の水平軸から下方に傾斜する、方法。
〔44〕前記鋳造長さは、少なくとも190mmである、前記〔43〕に記載の方法。
〔45〕(i)アルミニウム、(ii)添加剤とホウ素との包晶反応の生成物、(iii)分散する炭化ホウ素粒子、および(iv)任意選択的にチタンを含む溶融複合材料の溶融複合材料の成形を促進する方法であって、前記方法は、(a)ホウ素と包晶反応を起こすことが可能な前記添加剤を含む溶融アルミニウム合金を(b)炭化ホウ素粒子の源と組み合わせて融複合材料を提供することを含み、
・前記添加剤は、クロム、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム、ストロンチウム、スカンジウム、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択され、
・前記複合材料の試料は、鋳造前に、約700℃の温度まで約120分間加熱した後、前記試料を収容するための溝を有する型を使用して測定した場合に少なくとも100mmの鋳造長さに対応する流動性を有し、前記溝は、約33mmの幅、約6.5mm〜約4.0mmの高さを有し、約10°の水平軸から下方に傾斜する、方法。
〔46〕前記鋳造長さは、少なくとも190mmである、前記〔45〕に記載の方法。
Claims (21)
- (i)アルミニウム合金の総重量に基づいて1.8重量%までのケイ素を含むアルミニウム合金、(ii)添加剤とホウ素との包晶反応の生成物、および(iii)分散する炭化ホウ素粒子、ならびに(iv)任意選択的にチタンを含む鋳造複合材料であって、
・前記添加剤は、クロム、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム、ストロンチウム、スカンジウム、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択され、
・前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して4%〜40%であり、
・前記複合材料の試料は、鋳造前に、700℃の温度まで120分間加熱した後、前記試料を収容するための溝を有する型を使用して測定した場合に少なくとも100mmの鋳造長さに対応する流動性を有し、前記溝は、33mmの幅、6.5mm〜4.0mmの高さを有し、水平軸から10°下方に傾斜している、鋳造複合材料。 - 前記鋳造長さは、少なくとも190mmである、請求項1に記載の鋳造複合材料。
- 前記鋳造複合材料は、保持時間中に保持に供され、鋳造時間中に鋳造に供され、前記保持時間および前記鋳造時間の合計は、少なくとも120分である、請求項1に記載の鋳造複合材料。
- 前記添加剤は、スカンジウムである、請求項1に記載の鋳造複合材料。
- 前記添加剤は、ストロンチウムである、請求項1に記載の鋳造複合材料。
- 前記添加剤は、ジルコニウムである、請求項1に記載の鋳造複合材料。
- 前記添加剤の濃度(w/w)は、前記鋳造複合材料の総重量に対して0.47%〜8.00%である、請求項1に記載の鋳造複合材料。
- 前記添加剤が、0.95〜7.61重量%のジルコニウム、0.91〜7.32重量%のストロンチウム、0.47〜3.75重量%のスカンジウム、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記添加剤の重量%が、前記炭化ホウ素を含む複合材料の総重量に基づく、請求項1に記載の鋳造複合材料。
- 前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)が、前記鋳造複合材料の総体積に対して4.5%〜18.9%である、請求項1に記載の鋳造複合材料。
- 前記添加剤の濃度(w/w)が、前記鋳造複合材料の総重量に対して0.38%〜4.00%である、請求項9に記載の鋳造複合材料。
- 前記添加剤が、0.76〜3.81重量%のジルコニウム、0.73〜3.66重量%のストロンチウム、0.38〜1.88重量%のスカンジウム、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記添加剤の重量%が、前記炭化ホウ素を含む複合材料の総重量に基づく、請求項9又は10に記載の鋳造複合材料。
- 前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)が、前記鋳造複合材料の総体積に対して19.0%〜28.0%である、請求項1に記載の鋳造複合材料。
- 前記添加剤の濃度(w/w)が、前記鋳造複合材料の総重量に対して1.69%〜6.00%である、請求項12に記載の鋳造複合材料。
- 前記添加剤が、3.43〜5.71重量%のジルコニウム、3.29〜5.49重量%のストロンチウム、1.69〜2.82重量%のスカンジウム、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記添加剤の重量%が、前記炭化ホウ素を含む複合材料の総重量に基づく、請求項12又は13に記載の鋳造複合材料。
- 前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)が、前記鋳造複合材料の総体積に対して25.0%〜28.0%である、請求項1に記載の鋳造複合材料。
- 前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)が、前記鋳造複合材料の総体積に対して28.0%〜33.0%である、請求項1に記載の鋳造複合材料。
- 前記添加剤の濃度(w/w)が、前記鋳造複合材料の総重量に対して0.94%〜4.00%である、請求項15又は16に記載の鋳造複合材料。
- 前記添加剤が、1.90〜3.81重量%のジルコニウム、1.83〜3.66重量%のストロンチウム、0.94〜1.88重量%のスカンジウム、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記添加剤の重量%が、前記炭化ホウ素を含む複合材料の総重量に基づく、請求項15〜17のいずれか1項に記載の鋳造複合材料。
- 鋳造複合材料を調製する方法であって、
(a)(i)アルミニウム合金の総重量に基づいて1.8重量%までのケイ素と、ホウ素と包晶反応を起こすことが可能な添加剤と、任意にチタンとを含む溶融アルミニウム合金を、(ii)炭化ホウ素粒子の源と組み合わせて、前記添加剤とホウ素との包晶反応の生成物、および分散する炭化ホウ素粒子を含む溶融複合材料を提供するステップであって、
・前記添加剤は、クロム、モリブデン、バナジウム、ニオブ、ジルコニウム、ストロンチウム、スカンジウム、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択され、
・前記複合材料の試料は、鋳造前に、700℃の温度まで120分間加熱した後、前記試料を収容するための溝を有する型を使用して測定した場合に少なくとも100mmの鋳造長さに対応する流動性を有し、前記溝は、33mmの幅、6.5mm〜4.0mmの高さを有し、水平軸から10°下方に傾斜している、
ステップと、
(b)前記溶融複合物を鋳造して前記鋳造複合材料を形成するステップであって、前記分散する炭化ホウ素粒子の濃度(v/v)は、前記鋳造複合材料の総体積に対して4%〜40%である、ステップと、
を含む、方法。 - 前記鋳造長さは、少なくとも190mmである、請求項19に記載の方法。
- ステップ(b)の前に、保持時間中に前記溶融複合材料を保持するステップと、鋳造時間中に前記溶融複合物を鋳造するステップと、をさらに含み、前記保持時間および前記鋳造時間の合計は、少なくとも120分である、請求項19に記載の方法。
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