JP7068674B2 - アルミニウム合金材 - Google Patents
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Description
本開示は、アルミニウム合金材に関する。
本出願は、２０２０年０４月１７日付の日本国出願の特願２０２０－０７３８０５に基づく優先権を主張し、前記日本国出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
本出願は、２０２０年０４月１７日付の日本国出願の特願２０２０－０７３８０５に基づく優先権を主張し、前記日本国出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
特許文献１，２は、Ｆｅ又はＮｉと、Ｎｄとを特定の範囲で含むアルミニウム合金を開示する。特許文献１は、厚さが２０μｍである薄帯合金を開示する。特許文献２は、線径が０．５ｍｍである線材を開示する。なお、Ｆｅは鉄である。Ｎｉはニッケルである。Ｎｄはネオジムである。
本開示のアルミニウム合金材は、Ｆｅを１．２原子％以上６．５原子％以下、Ｎｄ，Ｗ，及びＳｃからなる群より選択される１種以上の第一元素を０．１５原子％以上５原子％以下、Ｃ及びＢからなる群より選択される１種以上の第二元素を０．００５原子％以上２原子％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物である組成を備える。
本開示においてＦｅは鉄である。Ｎｄはネオジムである。Ｗはタングステンである。Ｓｃはスカンジウムである。Ｃは炭素である。Ｂは硼素である。Ａｌはアルミニウムである。以下の説明では元素名を元素記号で示すことがある。
本開示においてＦｅは鉄である。Ｎｄはネオジムである。Ｗはタングステンである。Ｓｃはスカンジウムである。Ｃは炭素である。Ｂは硼素である。Ａｌはアルミニウムである。以下の説明では元素名を元素記号で示すことがある。
［本開示が解決しようとする課題］
耐力に優れるアルミニウム合金材が望まれている。
耐力に優れるアルミニウム合金材が望まれている。
電食対策、軽量化、低コスト化等の目的から、ばね接点等の導電部材の構成材料として、アルミニウム合金を用いるニーズが高まっている。しかし、アルミニウム合金の耐力は、例えばリン青銅、コルソン銅等の銅合金に比較して低い。そのため、アルミニウム合金から構成されるばね接点等を実用化するためには、アルミニウム合金の耐力の向上が望まれる。
また、アルミニウム合金は、例えば上記銅合金に比較して耐熱性に劣る。ばね接点等の導電部材では、使用時、通電に伴って温度が上昇する。そのため、耐熱性に優れることは、導電部材の長期の信頼性が高められて好ましい。
特許文献１は、上述の薄帯合金が高い引張破断強度を有することを開示する。しかし、特許文献１に記載されるように上記薄帯合金を用いてホットプレス後に熱間押出を行うことでバルク材を製造すると、引張破断強度が著しく低下する。０．２％耐力も、他のアルミニウム合金と同様に、引張破断強度に対して低い値になる。上述の熱間押出されたバルク材は、母相にＦｅが固溶している薄帯合金の組織とは異なり、母相に固溶していたＦｅがＡｌを含む化合物として析出した組織を有する。そのため、上記熱間押出材では、Ｆｅの固溶強化による強度の向上効果が得られない。上記熱間押出材において上記化合物の分散強化による強度の向上効果は、Ｆｅの固溶強化の消失に比較してわずかであると考えられる。また、特許文献１の図６は、Ａｌ－Ｎｉ－Ｎｄ合金が約５００Ｋを超える温度で加熱されると、引張破断強度が急激に低下することを開示する。これらのことから、特許文献１に記載される薄帯合金を用いて、熱間押出、熱処理を施してバルク材を作製しても、このバルク材は強度、耐力に劣ると考えられる。
そこで、本開示は、耐力に優れるアルミニウム合金材を提供することを目的の一つとする。
［本開示の効果］
本開示のアルミニウム合金材は、耐力に優れる。
本開示のアルミニウム合金材は、耐力に優れる。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の一態様に係るアルミニウム合金材は、Ｆｅを１．２原子％以上６．５原子％以下、Ｎｄ，Ｗ，及びＳｃからなる群より選択される１種以上の第一元素を０．１５原子％以上５原子％以下、Ｃ及びＢからなる群より選択される１種以上の第二元素を０．００５原子％以上２原子％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物である組成を備える。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の一態様に係るアルミニウム合金材は、Ｆｅを１．２原子％以上６．５原子％以下、Ｎｄ，Ｗ，及びＳｃからなる群より選択される１種以上の第一元素を０．１５原子％以上５原子％以下、Ｃ及びＢからなる群より選択される１種以上の第二元素を０．００５原子％以上２原子％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物である組成を備える。
本開示のアルミニウム合金材は、上述の特定の組成を備えることで、以下に説明するように、耐力に優れる。第一元素、第二元素の詳細は後述する。
本開示のアルミニウム合金材は、代表的には微細な結晶組織中に、ＡｌとＦｅとを含む化合物から構成される微細な粒子が分散した組織を有する。具体的な組織は後述の（２）に記載される。第一元素は上記化合物からなる粒子を安定化させる作用を有すると考えられる。第二元素は、上記化合物を構成するＡｌ，Ｆｅの原子拡散を抑制することで、上記化合物の成長を抑制する作用を有すると考えられる。即ち、第二元素によって、上記化合物が粗大になり難いと考えられる。上記化合物が微細な状態で母相に分散していれば、微細な上記化合物の粒子によって、軟質なＡｌを主体とする母相が塑性変形することが抑制される。結果として、第二元素によって、上記母相の転位が移動することが抑制される。このような本開示のアルミニウム合金材は、室温、例えば２５℃において高い０．２％耐力を有する。また、本開示のアルミニウム合金材は、室温において高い引張強さを有する。
更に、第一元素を上記の範囲で含むことで、第一元素は、耐熱性の向上に寄与すると考えられる。そのため、高温、例えば２５０℃でも上述の微細な組織が維持され易い。このような本開示のアルミニウム合金材は、上記高温でも、高い引張強さを有し易い。この点から、本開示のアルミニウム合金材は、耐熱性にも優れる。
（２）本開示のアルミニウム合金材の一例として、Ａｌを９９原子％以上含む母相と、前記母相の中に存在し、ＡｌとＦｅとを含む化合物からなる粒子とを含む組織を備え、断面において、前記母相を構成する結晶粒の平均粒径が１７００ｎｍ以下であり、前記粒子の平均長さが１４０ｎｍ以下である形態が挙げられる。
以下、ＡｌとＦｅとを含む化合物からなる粒子を化合物粒子と呼ぶことがある。
以下、ＡｌとＦｅとを含む化合物からなる粒子を化合物粒子と呼ぶことがある。
上記結晶粒の平均粒径、上記化合物粒子の平均長さは、アルミニウム合金材の任意の断面において測定した大きさとする。上記平均粒径、上記平均長さの測定方法の詳細は、後述の試験例１で説明する。
上記形態のアルミニウム合金材は、微細な化合物粒子によって、上述の母相の転位の移動の抑制効果を良好に得られる。また、上記形態のアルミニウム合金材は、微細な化合物粒子による分散強化と、微細な結晶粒による粒界強化とによって、機械的強度の向上効果を良好に得られる。更に、微細な化合物粒子は、割れの起点になり難い。これらの点から、上記形態のアルミニウム合金材は、室温での耐力、強度に優れる。上述のように高温でも微細な組織が維持され易い。そのため、上記形態のアルミニウム合金材は耐熱性にも優れる。
また、化合物粒子が割れの起点になり難い。この点から、上記形態は、室温での伸びにも優れる。更には、微細な化合物粒子はＡｌの導電パスを阻害し難い。この点から、上記形態は、導電性にも優れる。
（３）上記（２）のアルミニウム合金材の一例として、前記粒子のアスペクト比が３．５以下である形態が挙げられる。
上記アスペクト比の測定方法の詳細は、後述の試験例１で説明する。
上記アスペクト比の測定方法の詳細は、後述の試験例１で説明する。
アスペクト比が３．５以下である化合物粒子は球形に近い。このような化合物粒子は、均一的に分散し易い。また、このような化合物粒子は割れの起点になり難い。更にこのような化合物粒子はＡｌの導電パスを阻害し難い。
（４）本開示のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における引張強さが２７５ＭＰａ以上である形態が挙げられる。
上記形態のアルミニウム合金材は、室温において高い引張強さを有する。このようなアルミニウム合金材は、室温において高い０．２％耐力を有するため耐力に優れる。
（５）本開示のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における０．２％耐力の値が２５℃における引張強さの値の７０％以上である形態が挙げられる。
上記形態のアルミニウム合金材は室温において高い０．２％耐力を有する。
（６）本開示のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における引張強さの値と２５０℃における引張強さの値とから求められる引張強さの低下率が０．３０％／℃以下である形態が挙げられる。
上記形態のアルミニウム合金材では２５０℃といった高温でも引張強さが低下し難い。このようなアルミニウム合金材は、耐熱性に優れる。
（７）本開示のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における破断伸びが３％以上である形態が挙げられる。
上記形態のアルミニウム合金材は室温での耐力に優れる上に、伸びにも優れる。このようなアルミニウム合金材は、ばね接点等の導電部材の構成材料に好適である。
（８）本開示のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における導電率が２５％ＩＡＣＳ以上である形態が挙げられる。
上記形態のアルミニウム合金材は室温での耐力に優れる上に、導電性にも優れる。このようなアルミニウム合金材は、ばね接点等の導電部材の構成材料に好適である。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施の形態を詳細に説明する。
以下、本開示の実施の形態を詳細に説明する。
［アルミニウム合金材］
（概要）
実施形態のアルミニウム合金材はアルミニウムを基とするアルミニウム合金から構成される成形体である。上記アルミニウム合金は、添加元素として鉄と以下の第一元素及び第二元素とを含む。具体的には、実施形態のアルミニウム合金材は、鉄を１．２原子％以上６．５原子％以下、第一元素を０．１５原子％以上５原子％以下、第二元素を０．００５原子％以上２原子％以下含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物である組成を備える。
第一元素は、ネオジム，タングステン，及びスカンジウムからなる群より選択される１種以上の金属元素である。
第二元素は、炭素及び硼素からなる群より選択される１種以上の非金属元素である。
（概要）
実施形態のアルミニウム合金材はアルミニウムを基とするアルミニウム合金から構成される成形体である。上記アルミニウム合金は、添加元素として鉄と以下の第一元素及び第二元素とを含む。具体的には、実施形態のアルミニウム合金材は、鉄を１．２原子％以上６．５原子％以下、第一元素を０．１５原子％以上５原子％以下、第二元素を０．００５原子％以上２原子％以下含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物である組成を備える。
第一元素は、ネオジム，タングステン，及びスカンジウムからなる群より選択される１種以上の金属元素である。
第二元素は、炭素及び硼素からなる群より選択される１種以上の非金属元素である。
実施形態のアルミニウム合金材は、代表的には以下のような組織を有する。上記組織は、図１に示すようにＡｌを主体とする母相が微細な結晶から構成されると共に、ＦｅとＡｌとを含む化合物から構成される微細な粒子が母相中に分散している。図１において黒色の粒子及び灰色の粒子は母相を構成する結晶粒である。図１において白色の粒子は、ＦｅとＡｌとを含む化合物からなる粒子である。特に、第二元素を上記の範囲で含むことで、微細な化合物粒子が軟質な母相の塑性変形を抑制する効果が得られる。この効果によって、実施形態のアルミニウム合金材は、耐力に優れる。また、第一元素を上記の範囲で含むことで、実施形態のアルミニウム合金材は、耐熱性にも優れる。
以下、より詳細に説明する。
以下、より詳細に説明する。
（組成）
〈Ｆｅ〉
Ｆｅは、以下の条件（Ｉ）から（ＩＩＩ）を満たす。
（Ｉ）Ａｌに対する平衡状態での固溶限界に関して、５００℃、１気圧という条件における固溶限界が０．２５原子％以下である。
（ＩＩ）Ａｌに対する平衡状態での固溶限界に関して、９５０℃、１気圧という条件における固溶限界が６．５原子％以上である。
（ＩＩＩ）Ｆｅは、Ａｌと化合物を形成する。
ＡｌとＦｅとの二元の金属間化合物のうち、Ｆｅの元素比率が最も低い化合物、例えばＡｌ１３Ｆｅ４の融点が１１００℃以上である。そのため、上記化合物は、例えば２５０℃といった高温での安定性に優れる。
〈Ｆｅ〉
Ｆｅは、以下の条件（Ｉ）から（ＩＩＩ）を満たす。
（Ｉ）Ａｌに対する平衡状態での固溶限界に関して、５００℃、１気圧という条件における固溶限界が０．２５原子％以下である。
（ＩＩ）Ａｌに対する平衡状態での固溶限界に関して、９５０℃、１気圧という条件における固溶限界が６．５原子％以上である。
（ＩＩＩ）Ｆｅは、Ａｌと化合物を形成する。
ＡｌとＦｅとの二元の金属間化合物のうち、Ｆｅの元素比率が最も低い化合物、例えばＡｌ１３Ｆｅ４の融点が１１００℃以上である。そのため、上記化合物は、例えば２５０℃といった高温での安定性に優れる。
実施形態のアルミニウム合金材の製造過程において、例えば、９５０℃以上の温度で、Ｆｅを上述の範囲で含むアルミニウム合金の溶湯を作製する。この溶湯を、例えば１×１０５℃／秒以上といった冷却速度で凝固すると、Ｆｅが固溶されたアルミニウム合金が得られる。このＦｅが固溶されたアルミニウム合金を、Ｆｅが析出可能な温度に加熱すれば、固溶されていたＦｅは、ＡｌとＦｅとを含む化合物となって母相に析出する。析出された上記化合物は、母相中に分散する。実施形態のアルミニウム合金材では、この化合物粒子による分散強化を合金の強化構造の一つとして利用することができる。なお、ここでの「Ｆｅが固溶されたアルミニウム合金」は、ＡｌとＦｅとを含む化合物が１０ｎｍ未満の微細な粒子として析出している状態を含む。
Ｆｅの含有量が１．２原子％以上であれば、化合物粒子の量が多くなり易い。そのため、化合物粒子の分散強化による強度の向上効果が良好に得られる。このような実施形態のアルミニウム合金材は、Ｆｅの含有量が１．２原子％未満であり、Ｆｅが主として固溶されている場合に比較して、室温での強度、耐力に優れる。また、耐熱性も高められる。Ｆｅの含有量が多いほど、室温での強度、耐力が高くなり易い。また、耐熱性も高くなり易い。耐力、耐熱性等の向上の観点から、Ｆｅの含有量は、１．４原子％以上、１．５原子％以上、２．０原子％以上でもよい。更には、Ｆｅの含有量は、２．５原子％以上、３．０原子％以上でもよい。
Ｆｅの含有量が６．５原子％以下であれば、ＡｌとＦｅとを含む化合物が針状に成長した粗大な粒子になり難く、微細になり易い。上記化合物が微細であれば、以下の効果（ｉ）～（ｖ）が得られ易い。
（ｉ）微細な化合物粒子の分散強化による強度の向上効果が得られ易い。
（ｉｉ）微細な化合物粒子は、母相を構成する結晶の成長を抑制し易い。そのため、上記結晶が微細になり易い。結晶が微細であれば、粒界強化による強度の向上効果が得られ易い。
（ｉｉｉ）粗大な化合物粒子によるアルミニウム合金の脆化が抑制され易い。
（ｉｖ）微細な化合物粒子には応力が集中し難い。そのため、微細な化合物粒子は割れの起点になり難い。
（ｖ）微細な化合物粒子は母相を構成するＡｌの導電パスを阻害し難い。
（ｉｉ）微細な化合物粒子は、母相を構成する結晶の成長を抑制し易い。そのため、上記結晶が微細になり易い。結晶が微細であれば、粒界強化による強度の向上効果が得られ易い。
（ｉｉｉ）粗大な化合物粒子によるアルミニウム合金の脆化が抑制され易い。
（ｉｖ）微細な化合物粒子には応力が集中し難い。そのため、微細な化合物粒子は割れの起点になり難い。
（ｖ）微細な化合物粒子は母相を構成するＡｌの導電パスを阻害し難い。
実施形態のアルミニウム合金材は、特に上記効果（ｉ）～（ｉｖ）によって、室温での強度、耐力に優れる。また、後述するように、上述の微細な組織が高温になっても維持され易い。そのため、実施形態のアルミニウム合金材は、耐熱性にも優れる。更に、実施形態のアルミニウム合金材は、特に上記効果（ｉｖ）によって、伸びにも優れる。そのため、実施形態のアルミニウム合金材は屈曲させ易い。実施形態のアルミニウム合金材は、特に上記効果（ｖ）によって、導電性にも優れる。Ｆｅの含有量が上記の範囲であれば、化合物粒子の量が適量であることで、Ａｌの導電パスが阻害され難い。また、Ｆｅが化合物であることで、Ａｌに対するＦｅの固溶量が少ない。これらの点からも、導電性が高められる。これらの効果が良好に得られることから、Ｆｅの含有量は、６．２原子％以下、更に６．０原子％以下でもよい。
Ｆｅの含有量が１．４原子％以上６．２原子％以下、１．５原子％以上６．０原子％以下である実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度及び耐力、耐熱性に優れると共に、靭性、導電性にも優れる。
〈第一元素〉
第一元素は、主として、ＡｌとＦｅとを含む化合物に含まれて存在すると考えられる。また、第一元素は、上記化合物に対して、微細な析出核を発生させることを促進すると考えられる。そのため、上記化合物が微細に析出され易い。また、第一元素は、上記化合物を安定化させる作用を有すると考えられる。安定化のメカニズムの詳細は不明であるが、上記化合物が熱力学的に安定になることは、状態図の計算から示される。初期に発生した上記化合物が微細なサイズで安定することで、隣り合う上記化合物同士が合体し難い。合体によって上記化合物が粗大になることが抑制されると考えられる。上記の安定化の作用によって、後述するように製造過程において熱間加工、熱処理等が行われた場合でも、上記化合物が粗大になり難いと考えられる。更に、第一元素を含む上記化合物は、第一元素を含まないＡｌとＦｅとの金属間化合物より耐熱性に優れる。そのため、アルミニウム合金材の使用時に高温、例えば２５０℃になっても、上記化合物が粗大になり難く、微細な状態を維持し易い。そのため、上記高温であっても、上述の効果（ｉ）～（ｖ）が得られ易い。
第一元素は、主として、ＡｌとＦｅとを含む化合物に含まれて存在すると考えられる。また、第一元素は、上記化合物に対して、微細な析出核を発生させることを促進すると考えられる。そのため、上記化合物が微細に析出され易い。また、第一元素は、上記化合物を安定化させる作用を有すると考えられる。安定化のメカニズムの詳細は不明であるが、上記化合物が熱力学的に安定になることは、状態図の計算から示される。初期に発生した上記化合物が微細なサイズで安定することで、隣り合う上記化合物同士が合体し難い。合体によって上記化合物が粗大になることが抑制されると考えられる。上記の安定化の作用によって、後述するように製造過程において熱間加工、熱処理等が行われた場合でも、上記化合物が粗大になり難いと考えられる。更に、第一元素を含む上記化合物は、第一元素を含まないＡｌとＦｅとの金属間化合物より耐熱性に優れる。そのため、アルミニウム合金材の使用時に高温、例えば２５０℃になっても、上記化合物が粗大になり難く、微細な状態を維持し易い。そのため、上記高温であっても、上述の効果（ｉ）～（ｖ）が得られ易い。
第一元素の含有量が０．１５原子％以上であれば、ＡｌとＦｅとを含む化合物が安定し易いことで、粗大になり難い。第一元素の含有量が多いほど、上記化合物が粗大になり難く、微細である。そのため、上述の効果（ｉ）～（ｖ）が得られ易い。その結果、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れる上に、耐熱性にも優れる。また、実施形態のアルミニウム合金材は、伸び、導電性にも優れる。これらの効果が良好に得られることから、第一元素の含有量は、０．１８原子％以上、０．２０原子％以上でもよい。
第一元素の含有量が５原子％以下であれば、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れつつ、伸びの低下、導電率の低下が抑制される。この理由の一つとして、比較的融点が低い析出物が生成され難いからである。ここで、第一元素の含有量が多くなると、ＡｌとＦｅとを含む化合物以外の化合物として、比較的融点が低い化合物が析出され易い。比較的融点が低い化合物は粗大になり易い。粗大な化合物は、割れの起点となったり、Ａｌの導電パスを阻害したりする。良好な伸び、良好な導電性の観点から、第一元素の含有量は、３．０原子％以下、２．０原子％以下、１．５原子％以下でもよい。更には、第一元素の含有量は、１．０原子％以下、０．８原子％以下、０．５原子％以下でもよい。
第一元素の含有量が０．１８原子％以上３．０原子％以下である実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度及び耐力、耐熱性に優れると共に、靭性、導電性にも優れる。
実施形態のアルミニウム合金材は、第一元素としてＮｄ，Ｗ，Ｓｃのうち、１種の元素のみを含んでもよいし、２種の元素又は３種の元素を含んでもよい。２種の元素又は３種の元素を含む場合、上述の第一元素の含有量は、合計量とする。
第一の元素のうち、ＡｌとＦｅとを含む化合物の安定化の効果等が得られ易い順序は後述する試験例から以下のように推測される。後述する第二元素がＣである場合、上記安定化の効果等が得られ易い順序は、Ｗ、次にＮｄ、その次にＳｃである。即ち、第二元素がＣである場合、Ｗが上記安定化の効果等を最も得易いと推測される。第二元素がＢである場合、上記安定化の効果等が得られ易い順序は、Ｓｃ、次にＮｄ、その次にＷである。即ち、第二元素がＢである場合、Ｓｃが上記安定化の効果等を最も得易いと推測される。
第一元素の原子半径は、後述する第二元素の原子半径に比較して大きい。そのため、第一元素は、第二元素の原子を母相に入り易くすることにも寄与すると考えられる。
その他、第一元素がＮｄ又はＳｃである実施形態のアルミニウム合金材は、製造性にも優れる。この理由は、Ｎｄの融点はＦｅの融点よりも低いことで、製造過程で溶湯が得られ易いからである。また、Ｓｃの融点はＦｅの融点に近いことで、製造過程で溶湯が得られ易いからである。ＡｌとＮｄ又はＳｃとの共晶温度が低い点も製造上、有利である。
なお、実施形態のアルミニウム合金材において、第一元素の一部が、Ａｌを含み、Ｆｅを含まない化合物として存在することを許容する。Ａｌを含みＦｅを含まない化合物は代表的には第一元素とＡｌとの金属間化合物が挙げられる。第一元素とＡｌとの金属間化合物としては、例えば、Ａｌ４Ｎｄ、Ａｌ３Ｓｃ、Ａｌ１２Ｗが挙げられる。これらの金属間化合物の融点は１１００℃超であり、上述のＡｌとＦｅとの二元の金属間化合物の融点より高い。そのため、第一元素とＡｌとの金属間化合物は、耐熱性の向上に寄与すると考えられる。また、融点が高いことで、第一元素とＡｌとの金属間化合物は、ＡｌとＦｅとの二元の金属間化合物に比較して、析出物として安定して存在し易い。第一元素とＡｌとの金属間化合物が析出することによって、析出強化による強度の向上効果が期待される。
〈第二元素〉
第二元素は、主として、ＡｌとＦｅとを含む化合物の周囲又は、上記化合物の内部に極めて微細な炭化物又は硼化物として存在すると考えられる。上記炭化物又は上記硼化物は、上記化合物を構成するＡｌ，Ｆｅが原子拡散することを抑制する作用を有すると考えられる。上記原子拡散が抑制されることによって、隣り合う上記化合物同士が合体することで上記化合物が粗大になること、特に針状に成長することが抑制され易いと考えられる。ＡｌとＦｅとを含む化合物が微細であれば、上述の効果（ｉ）から（ｖ）が得られる。また、製造過程において、加熱状態で大きな塑性変形が行われる場合、例えば熱間押出等が行われる場合でも、上記化合物が微細な状態に維持され易い。そのため、最終的に、上記化合物が微細である組織が得られ易い。微細な上記化合物によって、上述の母相の転位の移動が抑制され易い。第一元素を上記の範囲で含むものの第二元素を含まないアルミニウム合金材では、上記転位の移動抑制の効果が得られない。そのため、第一元素を上記の範囲で含むものの第二元素を含まないアルミニウム合金材は実施形態のアルミニウム合金材に比較して耐力に劣ると考えられる。
第二元素は、主として、ＡｌとＦｅとを含む化合物の周囲又は、上記化合物の内部に極めて微細な炭化物又は硼化物として存在すると考えられる。上記炭化物又は上記硼化物は、上記化合物を構成するＡｌ，Ｆｅが原子拡散することを抑制する作用を有すると考えられる。上記原子拡散が抑制されることによって、隣り合う上記化合物同士が合体することで上記化合物が粗大になること、特に針状に成長することが抑制され易いと考えられる。ＡｌとＦｅとを含む化合物が微細であれば、上述の効果（ｉ）から（ｖ）が得られる。また、製造過程において、加熱状態で大きな塑性変形が行われる場合、例えば熱間押出等が行われる場合でも、上記化合物が微細な状態に維持され易い。そのため、最終的に、上記化合物が微細である組織が得られ易い。微細な上記化合物によって、上述の母相の転位の移動が抑制され易い。第一元素を上記の範囲で含むものの第二元素を含まないアルミニウム合金材では、上記転位の移動抑制の効果が得られない。そのため、第一元素を上記の範囲で含むものの第二元素を含まないアルミニウム合金材は実施形態のアルミニウム合金材に比較して耐力に劣ると考えられる。
又は、第二元素の一部は、母相に固溶すると考えられる。第二元素が母相に固溶している場合には、固溶強化による強度の向上効果が得られると考えられる。
第二元素の含有量が０．００５原子％以上であれば、ＡｌとＦｅとを含む化合物が微細であることによる上述の効果（ｉ）～（ｖ）が得られ易い。また、固溶強化による強度の向上効果が得られる。そのため、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れる上に、耐熱性にも優れる。また、実施形態のアルミニウム合金材は、伸び、導電性にも優れる。これらの効果が良好に得られることから、第二元素の含有量は、０．０１原子％以上、０．０３原子％以上、０．０５原子％以上でもよい。
第二元素の含有量が２原子％以下であれば、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れつつ、伸びの低下、導電率の低下が抑制される。良好な伸び、良好な導電性の観点から、第二元素の含有量は、１．５原子％以下、１．２原子％以下、１．０原子％以下でもよい。更には、第二元素の合計量は、０．５原子％以下、０．１原子％以下でもよい。
第二元素の含有量は、０．０１原子％以上１．５原子％以下、０．０３原子％以上１．２原子％以下である実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度及び耐力、耐熱性に優れると共に、靭性、導電性にも優れる。
実施形態のアルミニウム合金材は、第二元素としてＣ及びＢのうち、１種の元素のみを含んでもよいし、２種の元素を含んでもよい。２種の元素を含む場合、上述の第二元素の含有量は、合計量とする。
第二元素のうち、Ｂのみを含むアルミニウム合金材は、Ｃのみを含む場合に比較して、強度、耐力、耐熱性に優れる傾向にある。第二元素のうち、Ｃのみを含むアルミニウム合金材は、Ｂのみを含む場合に比較して、靭性の改善効果が高い傾向にある。Ｃ及びＢの双方を含むアルミニウム合金材は、強度、耐力、耐熱性と靭性をバランスよく有し易いと期待される。
その他、Ａｌ及びＦｅと、第一元素と、第二元素とでは、融点、酸等に対する反応性等が異なる。従って、Ａｌ及びＦｅと、第一元素と、第二元素とは、分離可能である。また、Ｆｅの融点は、Ａｌの融点より８００℃以上高い。そのため、ＡｌとＦｅとは分離可能である。これらの点から、実施形態のアルミニウム合金材は、リサイクル性にも優れる。
〈その他〉
ここでのＦｅの含有量、第一元素の含有量、第二元素の含有量は、アルミニウム合金材を構成するアルミニウム合金を１００原子％とするときの原子比率である。また、各元素の含有量は、上記アルミニウム合金に含まれる量である。製造過程において、原料が不純物としてＦｅ、第一元素、第二元素を含む場合、これらＦｅ等の元素の含有量が上述の範囲を満たすように、原料に対するＦｅ等の元素の添加量が調整される。
ここでのＦｅの含有量、第一元素の含有量、第二元素の含有量は、アルミニウム合金材を構成するアルミニウム合金を１００原子％とするときの原子比率である。また、各元素の含有量は、上記アルミニウム合金に含まれる量である。製造過程において、原料が不純物としてＦｅ、第一元素、第二元素を含む場合、これらＦｅ等の元素の含有量が上述の範囲を満たすように、原料に対するＦｅ等の元素の添加量が調整される。
（組織）
実施形態のアルミニウム合金材は、例えば、Ａｌを９９原子％以上含む母相と、ＡｌとＦｅとを含む化合物からなる粒子とを含む組織を備える。化合物粒子は、母相の中に存在する。また、図１に示されるように化合物粒子は母相中に分散している。実施形態のアルミニウム合金材では、断面において、母相を構成する結晶粒の平均粒径が１７００ｎｍ以下であることが挙げられる。また、上記断面において、化合物粒子の平均長さが１４０ｎｍ以下であることが挙げられる。
実施形態のアルミニウム合金材は、例えば、Ａｌを９９原子％以上含む母相と、ＡｌとＦｅとを含む化合物からなる粒子とを含む組織を備える。化合物粒子は、母相の中に存在する。また、図１に示されるように化合物粒子は母相中に分散している。実施形態のアルミニウム合金材では、断面において、母相を構成する結晶粒の平均粒径が１７００ｎｍ以下であることが挙げられる。また、上記断面において、化合物粒子の平均長さが１４０ｎｍ以下であることが挙げられる。
〈母相〉
実施形態のアルミニウム合金材において、母相は、ＡｌとＦｅとを含む化合物等の析出物を除く主たる相である。母相を１００原子％として、母相におけるＡｌの含有量が９９原子％以上であれば、Ａｌに対するＦｅ等の添加元素の固溶量が少ない。また、アルミニウム合金材中のＦｅは、実質的に上記化合物として存在する。このような実施形態のアルミニウム合金材は、化合物粒子の分散強化による強度の向上効果を良好に得られる。その結果、室温での強度、耐力が高められる。また、耐熱性も高められる。更に、Ｆｅ等の固溶量が少ないことで、導電性も高められる。母相中のＡｌの含有量が多いほど、Ｆｅ等の固溶量が少なく、かつ化合物粒子が適切に存在する。そのため、上述の効果が得られ易いことから、母相におけるＡｌの含有量は、９９．２原子％以上、９９．５原子％以上でもよい。母相におけるＡｌの含有量が所定の範囲となるように、Ｆｅ等の添加元素の量、製造条件等が調整される。
実施形態のアルミニウム合金材において、母相は、ＡｌとＦｅとを含む化合物等の析出物を除く主たる相である。母相を１００原子％として、母相におけるＡｌの含有量が９９原子％以上であれば、Ａｌに対するＦｅ等の添加元素の固溶量が少ない。また、アルミニウム合金材中のＦｅは、実質的に上記化合物として存在する。このような実施形態のアルミニウム合金材は、化合物粒子の分散強化による強度の向上効果を良好に得られる。その結果、室温での強度、耐力が高められる。また、耐熱性も高められる。更に、Ｆｅ等の固溶量が少ないことで、導電性も高められる。母相中のＡｌの含有量が多いほど、Ｆｅ等の固溶量が少なく、かつ化合物粒子が適切に存在する。そのため、上述の効果が得られ易いことから、母相におけるＡｌの含有量は、９９．２原子％以上、９９．５原子％以上でもよい。母相におけるＡｌの含有量が所定の範囲となるように、Ｆｅ等の添加元素の量、製造条件等が調整される。
〈結晶粒〉
実施形態のアルミニウム合金材の任意の断面において、母相の結晶粒の平均粒径が１７００ｎｍ以下であれば、結晶が小さい。結晶が小さいことで、結晶粒界が多い。結晶粒界が多いと、すべり面が結晶粒界を介して不連続になり易い。そのため、すべりに対する抵抗が高められる。この抵抗の向上によって、粒界が強化される。このように母相が微細な結晶組織からなる実施形態のアルミニウム合金材では、粒界強化を合金の強化構造の一つとして利用することができる。
実施形態のアルミニウム合金材の任意の断面において、母相の結晶粒の平均粒径が１７００ｎｍ以下であれば、結晶が小さい。結晶が小さいことで、結晶粒界が多い。結晶粒界が多いと、すべり面が結晶粒界を介して不連続になり易い。そのため、すべりに対する抵抗が高められる。この抵抗の向上によって、粒界が強化される。このように母相が微細な結晶組織からなる実施形態のアルミニウム合金材では、粒界強化を合金の強化構造の一つとして利用することができる。
ここでの母相の結晶の平均粒径とは、上述の断面において、結晶粒の断面積と等価の面積を有する円の直径を結晶粒の粒径とし、複数の結晶粒の粒径を平均したものである。測定方法の詳細は、試験例１で説明する。
母相の結晶粒の平均粒径が小さいほど、粒界強化による強度の向上効果が得られ易い。また、結晶が小さいほど、微細な化合物粒子が母相に均一的に分散し易い。そのため、微細な化合物粒子の分散強化による強度の向上効果が得られ易い。これらの強度の向上効果によって、室温での強度、耐力が高められる。また、耐熱性も高められる。強度、耐力、耐熱性の向上の観点から、上記平均粒径は１６８０ｎｍ以下、１６５０ｎｍ以下でもよい。
母相の結晶粒の平均粒径が１６００ｎｍ以下であれば、粒界強化による強度の向上効果がより得られ易い。強度、耐力、耐熱性の更なる向上の観点から、上記平均粒径は１５５０ｎｍ以下、１５００ｎｍ以下でもよい。更には、上記平均粒径は１３００ｎｍ以下、１２００ｎｍ以下、１０００ｎｍ以下でもよい。
母相の結晶粒の平均粒径における下限は特に設けない。製造性等を考慮すると、上記平均粒径は例えば２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以上が挙げられる。
母相の結晶粒の平均粒径が２００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下、３００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下である実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度及び耐力、耐熱性に優れる上に、製造性にも優れる。
〈化合物粒子〉
《大きさ》
実施形態のアルミニウム合金材の任意の断面において、化合物粒子の平均長さが１４０ｎｍ以下である化合物粒子は、母相中に連続しておらず短い又は小さい。微細な化合物粒子は、母相に孤立して存在し易い、即ち分散し易い。微細な化合物粒子による分散強化によって、強度、耐力が高められる。
《大きさ》
実施形態のアルミニウム合金材の任意の断面において、化合物粒子の平均長さが１４０ｎｍ以下である化合物粒子は、母相中に連続しておらず短い又は小さい。微細な化合物粒子は、母相に孤立して存在し易い、即ち分散し易い。微細な化合物粒子による分散強化によって、強度、耐力が高められる。
ここでの化合物粒子の平均長さは、上述の断面において、化合物粒子の最大長さとする。測定方法の詳細は、試験例１で説明する。
化合物粒子の平均長さが短いほど、上述の効果（ｉ）から（ｖ）が得られ易い。その結果、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れる上に、耐熱性にも優れる。また、実施形態のアルミニウム合金材は、伸び、導電性にも優れる。これらの効果が良好に得られることから、上記平均長さは１３５ｎｍ以下、１３０ｎｍ以下、１２５ｎｍ以下でもよい。更には、上記平均長さが１００ｎｍ以下でもよい。
化合物粒子の平均長さの下限は特に設けない。製造性等を考慮すると、上記平均長さは例えば１０ｎｍ以上、１５ｎｍ以上が挙げられる。
化合物粒子の平均長さが１０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下、１５ｎｍ以上１３５ｎｍ以下である実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度及び耐力、耐熱性に優れると共に、靭性、導電性、製造性にも優れる。
なお、実施形態のアルミニウム合金材では、熱間加工、熱処理等が施される製造過程でも、化合物粒子が微細になり易い。この点から、製造条件の自由度が高いことで、実施形態のアルミニウム合金材は、製造性にも優れる。
《形状》
化合物粒子の形状は、針状といった細長い形状ではなく、長軸長さと短軸長さとの差が小さい楕円状、更には球状に近いほど好ましい。この理由として、化合物粒子が母相に均一的に分散し易いこと、屈曲等で化合物粒子が割れの起点になり難いこと、化合物粒子がＡｌの導電パスを阻害し難いことが挙げられる。実施形態のアルミニウム合金材では、上述のように化合物粒子が針状になり難い。いわば、化合物粒子が楕円状、球状になり易い。例えば、化合物粒子のアスペクト比が３．５以下であることが挙げられる。
化合物粒子の形状は、針状といった細長い形状ではなく、長軸長さと短軸長さとの差が小さい楕円状、更には球状に近いほど好ましい。この理由として、化合物粒子が母相に均一的に分散し易いこと、屈曲等で化合物粒子が割れの起点になり難いこと、化合物粒子がＡｌの導電パスを阻害し難いことが挙げられる。実施形態のアルミニウム合金材では、上述のように化合物粒子が針状になり難い。いわば、化合物粒子が楕円状、球状になり易い。例えば、化合物粒子のアスペクト比が３．５以下であることが挙げられる。
ここでのアスペクト比は、上述の断面において、以下の短軸長さに対する長軸長さの比（長軸長さ／短軸長さ）である。長軸長さは、化合物粒子の最大長さとする。短軸長さは、化合物粒子について、長軸方向に直交する方向の長さを求め、この長さのうち、最大の長さとする。測定方法の詳細は、試験例１で説明する。
化合物粒子のアスペクト比が３．５以下である実施形態のアルミニウム合金材は、以下の（ｉ）から（ｉｉｉ）の効果を得られる。（ｉ）化合物粒子が母相に均一的に分散し易い。（ｉｉ）化合物粒子が割れの起点になり難い。（ｉｉｉ）化合物粒子がＡｌの導電パスを阻害し難い。このような実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れる上に、耐熱性にも優れる。また、実施形態のアルミニウム合金材は、伸び、導電性にも優れる。上記アスペクト比が１に近いほど、形状の異方性が小さい又は実質的に無いことから、上述の三つの効果（ｉ）から（ｉｉｉ）がより得られ易い。そのため、上記アスペクト比は、１以上３．３以下、３．０以下、２．８以下でもよい。更には、上記アスペクト比は１以上２．５以下でもよい。
〈相対密度〉
実施形態のアルミニウム合金材は、例えば９０％以上の相対密度を有することが挙げられる。このような緻密なアルミニウム合金材では、割れの起点になり得る空孔が少ない。この点から、室温での強度及び耐力、耐熱性が高められる。靭性も高くなり易い。上記相対密度は９２％以上、９５％以上、９８％以上が好ましい。相対密度の上限は１００％である。相対密度が１００％であれば、真密度を有するアルミニウム合金材である。相対密度は、（見かけ密度／真密度）×１００で求める。見かけ密度は、（質量／見かけ体積）で求める。アルミニウム合金材の質量は、適宜な計測装置で測定する。見かけ体積は、アルミニウム合金材の内部に存在し得る空隙等を含む体積である。真密度は、アルミニウム合金材を構成する物質のブラべ格子密度を用いて求める。真密度の測定方法の詳細は、後述の試験例で説明する。
実施形態のアルミニウム合金材は、例えば９０％以上の相対密度を有することが挙げられる。このような緻密なアルミニウム合金材では、割れの起点になり得る空孔が少ない。この点から、室温での強度及び耐力、耐熱性が高められる。靭性も高くなり易い。上記相対密度は９２％以上、９５％以上、９８％以上が好ましい。相対密度の上限は１００％である。相対密度が１００％であれば、真密度を有するアルミニウム合金材である。相対密度は、（見かけ密度／真密度）×１００で求める。見かけ密度は、（質量／見かけ体積）で求める。アルミニウム合金材の質量は、適宜な計測装置で測定する。見かけ体積は、アルミニウム合金材の内部に存在し得る空隙等を含む体積である。真密度は、アルミニウム合金材を構成する物質のブラべ格子密度を用いて求める。真密度の測定方法の詳細は、後述の試験例で説明する。
〈機械的特性〉
《引張強さ》
実施形態のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における引張強さが２７５ＭＰａ以上であることが挙げられる。２５℃といった室温での引張強さが２７５ＭＰａ以上であれば、室温での０．２％耐力も高くなり易い。また、高温、例えば２５０℃において引張強さが低下しても、アルミニウム合金材はある程度高い引張強さを有し易い。このような実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度及び耐力に優れる上に、耐熱性にも優れる。
《引張強さ》
実施形態のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における引張強さが２７５ＭＰａ以上であることが挙げられる。２５℃といった室温での引張強さが２７５ＭＰａ以上であれば、室温での０．２％耐力も高くなり易い。また、高温、例えば２５０℃において引張強さが低下しても、アルミニウム合金材はある程度高い引張強さを有し易い。このような実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度及び耐力に優れる上に、耐熱性にも優れる。
２５℃における引張強さは、２８０ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以上、３２０ＭＰａ以上でもよい。この場合、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力により優れる上に、耐熱性により優れる。更には、上記引張強さは、３５０ＭＰａ以上、３８０ＭＰａ以上、４００ＭＰａ以上でもよい。
２５℃における引張強さが例えば２７５ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下、２８０ＭＰａ以上５８０ＭＰａ以下である実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れつつ、高い伸びも有し易い。
《０．２％耐力》
実施形態のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上であることが挙げられる。室温での０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上であれば、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での耐力に優れる。
実施形態のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上であることが挙げられる。室温での０．２％耐力が１９０ＭＰａ以上であれば、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での耐力に優れる。
２５℃における０．２％耐力は２００ＭＰａ以上、２１５ＭＰａ以上、２２０ＭＰａ以上であると、室温での耐力がより高く好ましい。０．２％耐力は２５０ＭＰａ以上、２８０ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以上でもよい。
２５℃における０．２％耐力は、例えば１９０ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、２００ＭＰａ以上５２０ＭＰａ以下である実施形態のアルミニウム合金材は、室温での耐力に優れつつ、高い伸びも有し易い。
《引張強さの値に対する０．２％耐力の値》
実施形態のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における０．２％耐力の値が２５℃における引張強さの値の７０％以上であることが挙げられる。以下、２５℃における引張強さの値に対する０．２％耐力の値をＹＰ値と呼ぶことがある。上記ＹＰ値が７０％以上であれば、実施形態のアルミニウム合金材は室温において高い０．２％耐力を有する。上記ＹＰ値が７５％以上、８０％以上であれば、実施形態のアルミニウム合金材は室温での耐力により優れて好ましい。
実施形態のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における０．２％耐力の値が２５℃における引張強さの値の７０％以上であることが挙げられる。以下、２５℃における引張強さの値に対する０．２％耐力の値をＹＰ値と呼ぶことがある。上記ＹＰ値が７０％以上であれば、実施形態のアルミニウム合金材は室温において高い０．２％耐力を有する。上記ＹＰ値が７５％以上、８０％以上であれば、実施形態のアルミニウム合金材は室温での耐力により優れて好ましい。
通常、０．２％耐力の値は、引張強さの値より小さい。従って、上述のＹＰ値は１００％未満である。
《破断伸び》
実施形態のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における破断伸びが３％以上であることが挙げられる。上述のようにＦｅが析出している場合、母相が延性的な挙動を示し易い。また、上述のように微細な化合物粒子は割れの起点になり難い。そのため、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れつつ、伸びにも優れる。
実施形態のアルミニウム合金材の一例として、２５℃における破断伸びが３％以上であることが挙げられる。上述のようにＦｅが析出している場合、母相が延性的な挙動を示し易い。また、上述のように微細な化合物粒子は割れの起点になり難い。そのため、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れつつ、伸びにも優れる。
２５℃における破断伸びが３％以上であれば、室温での靭性が高い。このようなアルミニウム合金材は屈曲等を行い易い。上記破断伸びが３．５％以上、４．０％以上、４．５％以上であると、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での靭性により優れる。
２５℃における破断伸びが例えば３％以上２５％以下、３．５％以上２０％以下である実施形態のアルミニウム合金材は、室温において、高い引張強さ、高い０．２％耐力と、高い破断伸びとをバランスよく有し易い。
《耐熱性》
実施形態のアルミニウム合金材では、上述のように高温、例えば２５０℃になっても、引張強さが低下し難い。定量的には、２５℃における引張強さの値と２５０℃における引張強さの値とから求められる引張強さの低下率が０．３０％／℃以下であることが挙げられる。上記引張強さの低下率（％／℃）は、以下の式から求められる値である。
引張強さの低下率＝［（Ｔｒ－Ｔｈ）／｛（２５０－２５）×Ｔｒ｝］×１００
Ｔｒは、２５℃における引張強さ（ＭＰａ）の値である。Ｔｈは、２５０℃における引張強さ（ＭＰａ）の値である。
実施形態のアルミニウム合金材では、上述のように高温、例えば２５０℃になっても、引張強さが低下し難い。定量的には、２５℃における引張強さの値と２５０℃における引張強さの値とから求められる引張強さの低下率が０．３０％／℃以下であることが挙げられる。上記引張強さの低下率（％／℃）は、以下の式から求められる値である。
引張強さの低下率＝［（Ｔｒ－Ｔｈ）／｛（２５０－２５）×Ｔｒ｝］×１００
Ｔｒは、２５℃における引張強さ（ＭＰａ）の値である。Ｔｈは、２５０℃における引張強さ（ＭＰａ）の値である。
上記引張強さの低下率が０．３０％／℃以下であれば、２５０℃での引張強さの低下量が少ない。そのため、２５０℃において、高い引張強さが確保される。この点から、実施形態のアルミニウム合金材は、耐熱性に優れる。上記引張強さの低下率が０．２８％／℃以下、０．２５％／℃以下、０．２０％／℃以下であれば、引張強さの低下量がより少ない。このような実施形態のアルミニウム合金材は耐熱性により優れる。
上記引張強さの低下率の理想値は、０％／℃である。上記引張強さの低下率が０％／℃に近いほど、実施形態のアルミニウム合金材は耐熱性に優れて好ましい。
〈電気的特性〉
実施形態のアルミニウム合金の一例として、２５℃における導電率が２５％ＩＡＣＳ以上であることが挙げられる。上述のようにＦｅが析出している場合、Ｆｅの固溶に起因する導電性の低下が抑制される。また、上述のように微細な化合物粒子はＡｌの導電パスを阻害し難い。そのため、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れつつ、導電性にも優れる。
実施形態のアルミニウム合金の一例として、２５℃における導電率が２５％ＩＡＣＳ以上であることが挙げられる。上述のようにＦｅが析出している場合、Ｆｅの固溶に起因する導電性の低下が抑制される。また、上述のように微細な化合物粒子はＡｌの導電パスを阻害し難い。そのため、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れつつ、導電性にも優れる。
２５℃における導電率が２５％ＩＡＣＳ以上であれば、室温での導電率が高い。このような実施形態のアルミニウム合金材は、ばね接点等の導電部材に好適に利用できる。上記導電率が２８％ＩＡＣＳ以上であると、実施形態のアルミニウム合金材は、室温での導電性により優れる。
実施形態のアルミニウム合金材は、添加元素がＡｌに固溶することを許容する。そのため、実施形態のアルミニウム合金材の導電率は、例えば２５％ＩＡＣＳ以上５０％ＩＡＣＳ以下が挙げられる。
〈特性の調整方法〉
上述の結晶粒の平均粒径、化合物粒子の平均長さ、アルミニウム合金材の引張強さ、０．２％耐力、破断伸び、導電率は、例えば、添加元素の含有量、相対密度、製造条件等を調整することで変更できる。例えば、添加元素の含有量が上述の範囲で多いほど、引張強さ、０．２％耐力が高くなる傾向にある。例えば、Ｆｅの含有量が上述の範囲で少ないほど、上述の平均粒径、平均長さが小さくなる傾向にある。また、添加元素の含有量が上述の範囲で少ないほど、破断伸びが高くなる傾向にある。
上述の結晶粒の平均粒径、化合物粒子の平均長さ、アルミニウム合金材の引張強さ、０．２％耐力、破断伸び、導電率は、例えば、添加元素の含有量、相対密度、製造条件等を調整することで変更できる。例えば、添加元素の含有量が上述の範囲で多いほど、引張強さ、０．２％耐力が高くなる傾向にある。例えば、Ｆｅの含有量が上述の範囲で少ないほど、上述の平均粒径、平均長さが小さくなる傾向にある。また、添加元素の含有量が上述の範囲で少ないほど、破断伸びが高くなる傾向にある。
（利用形態）
実施形態のアルミニウム合金材は、種々の形状、大きさをとり得る。例えば、実施形態のアルミニウム合金材は、棒材や線材、板材に代表される中実体、貫通孔を有する筒体等が挙げられる。実施形態のアルミニウム合金材は、上述のように室温での機械的特性に優れることから、室温で使用される製品として利用できる。また、実施形態のアルミニウム合金材は、上述のように耐熱性にも優れることから、使用環境が高温、例えば２００℃から２５０℃となり得る製品として利用できる。なお、実施形態のアルミニウム合金材における形状、大きさは、成形型の形状、切削加工、塑性加工等の加工量等を調整することで変更できる。
実施形態のアルミニウム合金材は、種々の形状、大きさをとり得る。例えば、実施形態のアルミニウム合金材は、棒材や線材、板材に代表される中実体、貫通孔を有する筒体等が挙げられる。実施形態のアルミニウム合金材は、上述のように室温での機械的特性に優れることから、室温で使用される製品として利用できる。また、実施形態のアルミニウム合金材は、上述のように耐熱性にも優れることから、使用環境が高温、例えば２００℃から２５０℃となり得る製品として利用できる。なお、実施形態のアルミニウム合金材における形状、大きさは、成形型の形状、切削加工、塑性加工等の加工量等を調整することで変更できる。
又は、実施形態のアルミニウム合金材は、上述のように微細な組織を有したり、伸びに優れたりすることで、塑性加工性に優れる。そのため、実施形態のアルミニウム合金材は、鍛造、押出、伸線、圧延等の塑性加工に供される素材として利用できる。上記の塑性加工は、冷間加工でもよい。実施形態のアルミニウム合金材を上記の塑性加工用の素材とする場合、形状の自由度が高いことで、種々の形状のアルミニウム合金製品が製造可能である。この点から、実施形態のアルミニウム合金材は、各種のアルミニウム合金製品の量産に寄与する。
（主な効果）
実施形態のアルミニウム合金材は、室温において、強度、耐力に優れる。また、実施形態のアルミニウム合金材は、耐熱性にも優れる。更には、実施形態のアルミニウム合金材は、室温において、伸び、導電性にも優れる。これらの効果を後述の試験例１で具体的に説明する。
実施形態のアルミニウム合金材は、室温において、強度、耐力に優れる。また、実施形態のアルミニウム合金材は、耐熱性にも優れる。更には、実施形態のアルミニウム合金材は、室温において、伸び、導電性にも優れる。これらの効果を後述の試験例１で具体的に説明する。
［アルミニウム合金材の製造方法］
（概要）
実施形態のアルミニウム合金材は、例えば、以下の工程を備える製造方法によって製造することが挙げられる。
（第一の工程）Ｆｅを１．２原子％以上６．５原子％以下、Ｎｄ，Ｗ，及びＳｃからなる群より選択される１種以上の第一元素を０．１５原子％以上５原子％以下、Ｃ及びＢからなる群より選択される１種以上の第二元素を０．００５原子％以上２原子％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金からなる溶湯を急冷して、Ｆｅが固溶された凝固素材を製造する。
（第二の工程）上記凝固素材を用いて、冷間又は温間で、相対密度が８０％以上である中間素材を作製する。
（第三の工程）上記中間素材を用いて、上記化合物が析出する温度で、所定の形状の成形体を作製する。
（第四の工程）上記成形体に、熱処理を施す。
（概要）
実施形態のアルミニウム合金材は、例えば、以下の工程を備える製造方法によって製造することが挙げられる。
（第一の工程）Ｆｅを１．２原子％以上６．５原子％以下、Ｎｄ，Ｗ，及びＳｃからなる群より選択される１種以上の第一元素を０．１５原子％以上５原子％以下、Ｃ及びＢからなる群より選択される１種以上の第二元素を０．００５原子％以上２原子％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物であるアルミニウム合金からなる溶湯を急冷して、Ｆｅが固溶された凝固素材を製造する。
（第二の工程）上記凝固素材を用いて、冷間又は温間で、相対密度が８０％以上である中間素材を作製する。
（第三の工程）上記中間素材を用いて、上記化合物が析出する温度で、所定の形状の成形体を作製する。
（第四の工程）上記成形体に、熱処理を施す。
上記溶湯を急冷することで製造される凝固素材は、Ｆｅが実質的にＡｌに固溶されることで、ＡｌとＦｅとを含む化合物が実質的に析出していない凝固材である。又は、上記凝固素材は、上記化合物が析出していても、上記化合物が１０ｎｍ未満といった非常に微細な粒子であり、粗大ではない凝固材である。また、急冷によって、結晶粒も微細である。このような凝固素材は、加工時に破壊の起点となる上記化合物の影響が実質的にない点で、塑性加工性に優れる。そのため、上記凝固素材は、相対密度が上述のように大きい中間素材を均質に成形可能である。即ち緻密な中間素材の製造が可能である。中間素材を成形する際には、上記化合物が析出するものの、特に第二元素の作用によって微細な粒子になり易い。上記化合物が微細であることで、結晶粒も微細な状態に維持され易い。
そして、成形体への加工とは独立して熱処理を行うことで、上記化合物が適切な大きさに制御され易い。結果として、微細な結晶組織に、上記化合物からなる微細な粒子が分散した実施形態のアルミニウム合金材が製造される。また、熱処理によって、成形時の歪みが除去される。そのため、伸び、導電性にも優れる実施形態のアルミニウム合金材が製造される。上記の製造方法は、上述のように塑性加工性に優れる凝固素材を用いることで、実施形態のアルミニウム合金材を生産性よく製造できる。
その他、主たる添加元素であるＦｅが上述の条件（Ｉ）を満たすことで、上記化合物が微細な状態を維持可能な温度範囲で熱処理等の工程が実施可能である。Ｆｅが上述の条件（ＩＩ）を満たすことで、溶解及び鋳造工程が比較的低コストで実施可能である。これらのことからも、上記の製造方法は、実施形態のアルミニウム合金材を生産性よく製造できる。
以下、工程ごとに説明する。
以下、工程ごとに説明する。
（第一の工程）
〈概要〉
この工程は、上述の特定の組成を有するアルミニウム合金からなる溶湯を急冷することで、代表的には、ＦｅがＡｌに実質的に固溶した凝固素材を製造する。上記凝固素材は、ＡｌとＦｅとを含む化合物、例えばＡｌ１３Ｆｅ４型の化合物、Ａｌ６Ｆｅ型の化合物等が実質的に析出していない。ここでの溶湯の凝固速度は、特許文献１に記載されるように、１×１０５℃／秒（１００，０００℃／秒）以上が好ましい。
〈概要〉
この工程は、上述の特定の組成を有するアルミニウム合金からなる溶湯を急冷することで、代表的には、ＦｅがＡｌに実質的に固溶した凝固素材を製造する。上記凝固素材は、ＡｌとＦｅとを含む化合物、例えばＡｌ１３Ｆｅ４型の化合物、Ａｌ６Ｆｅ型の化合物等が実質的に析出していない。ここでの溶湯の凝固速度は、特許文献１に記載されるように、１×１０５℃／秒（１００，０００℃／秒）以上が好ましい。
〈原料〉
凝固素材の原料は、上述の特定の組成を有する母合金が挙げられる。母合金の原料は、例えば、純アルミニウム粉、純鉄粉、以下のＡｌ系合金粉、Ｆｅ含有合金粉、ダイヤモンド粉等が挙げられる。必要に応じて、母合金に溶体化処理を施すことができる。
凝固素材の原料は、上述の特定の組成を有する母合金が挙げられる。母合金の原料は、例えば、純アルミニウム粉、純鉄粉、以下のＡｌ系合金粉、Ｆｅ含有合金粉、ダイヤモンド粉等が挙げられる。必要に応じて、母合金に溶体化処理を施すことができる。
Ａｌ系合金は、例えば、Ａｌと１種の第一元素とを含み、残部がＡｌ及び不可避不純物である合金が挙げられる。
Ａｌ系合金における第一元素の含有量は、例えば、融点が１０００℃以下である共晶合金の組成比、又は上記組成比に近い組成比、又は上記共晶合金の組成比よりも第一元素の含有量が少ない組成比を満たすことが挙げられる。
Ａｌ系合金における第一元素の含有量は、例えば、融点が１０００℃以下である共晶合金の組成比、又は上記組成比に近い組成比、又は上記共晶合金の組成比よりも第一元素の含有量が少ない組成比を満たすことが挙げられる。
Ｆｅ含有合金は、例えば、１種の第一元素及び１種の第二元素の少なくとも一方の元素とＦｅとを含み、残部がＡｌ及び不可避不純物である合金が挙げられる。Ｆｅ含有合金の具体例として、ＮｄとＦｅとを含む合金、ＮｄとＣとＦｅとを含む合金、ＮｄとＢとＦｅとを含む合金、ＣとＦｅとを含む合金が挙げられる。
ＮｄとＦｅとを含む合金におけるＮｄの含有量は、例えば２０原子％以上２５原子％以下が挙げられる。ＮｄとＦｅとを含む合金は、共晶合金でもよい。Ｆｅ含有合金は、融点が低いほど、製造性の点等で好ましい。
ＮｄとＦｅとＣとを含む合金におけるＮｄの含有量は、例えば１０原子％以上１５原子％以下、Ｃの含有量は０．５原子％以上１．５原子％以下が挙げられる。ＮｄとＦｅとＣとを含む合金の一例として、ＮｄＦｅ４Ｃ４が挙げられる。
ＣとＦｅとを含む合金におけるＣの含有量は、例えば１５原子％以上２０原子％以下が挙げられる。
ＮｄとＦｅとを含む合金におけるＮｄの含有量は、例えば２０原子％以上２５原子％以下が挙げられる。ＮｄとＦｅとを含む合金は、共晶合金でもよい。Ｆｅ含有合金は、融点が低いほど、製造性の点等で好ましい。
ＮｄとＦｅとＣとを含む合金におけるＮｄの含有量は、例えば１０原子％以上１５原子％以下、Ｃの含有量は０．５原子％以上１．５原子％以下が挙げられる。ＮｄとＦｅとＣとを含む合金の一例として、ＮｄＦｅ４Ｃ４が挙げられる。
ＣとＦｅとを含む合金におけるＣの含有量は、例えば１５原子％以上２０原子％以下が挙げられる。
Ａｌ系合金粉、Ｆｅ含有合金粉は、第一元素、第二元素を高濃度に含んでもよい。Ａｌ系合金粉、Ｆｅ含有合金粉を用いる場合、母合金におけるＦｅの含有量、第一元素の含有量、第二元素の含有量が所定の範囲となるように、純アルミニウム粉等の添加量が調整される。
その他、ダイヤモンド粉末の平均粒径は例えば１μｍ以下が挙げられる。
〈凝固素材の形状〉
凝固素材は、薄帯状又は粉末状である。薄帯状であれば厚さが薄いことで、粉末状であれば粉末径が小さいことで、１×１０５℃／秒以上という凝固速度が達成され易い。薄帯状の凝固素材は、粉砕して粉末状とする。又は、薄帯状の凝固素材は、例えば薄帯の厚さと同程度の長さを有するように短く砕いて薄片状とする。凝固素材が、粉末状又は薄片状であれば、塑性加工性に優れる。そのため、緻密な中間素材が成形され易い。
凝固素材は、薄帯状又は粉末状である。薄帯状であれば厚さが薄いことで、粉末状であれば粉末径が小さいことで、１×１０５℃／秒以上という凝固速度が達成され易い。薄帯状の凝固素材は、粉砕して粉末状とする。又は、薄帯状の凝固素材は、例えば薄帯の厚さと同程度の長さを有するように短く砕いて薄片状とする。凝固素材が、粉末状又は薄片状であれば、塑性加工性に優れる。そのため、緻密な中間素材が成形され易い。
〈凝固素材の大きさ〉
上述の薄帯又は薄片の厚さは、例えば１μｍ以上１００μｍ以下、更に５０μｍ以下、４０μｍ以下が挙げられる。粉末の直径は、例えば５μｍ以上２００μｍ以下、更に１００μｍ以下、２０μｍ以下が挙げられる。
上述の薄帯又は薄片の厚さは、例えば１μｍ以上１００μｍ以下、更に５０μｍ以下、４０μｍ以下が挙げられる。粉末の直径は、例えば５μｍ以上２００μｍ以下、更に１００μｍ以下、２０μｍ以下が挙げられる。
〈凝固素材の製造方法〉
薄帯状の凝固素材を製造する方法として、いわゆる液体急冷凝固法が挙げられる。液体急冷凝固法の一例として、メルトスパン法が挙げられる。
粉末状の凝固素材を製造する方法として、アトマイズ法が挙げられる。アトマイズ法の一例として、ガスアトマイズ法が挙げられる。
薄帯状の凝固素材を製造する方法として、いわゆる液体急冷凝固法が挙げられる。液体急冷凝固法の一例として、メルトスパン法が挙げられる。
粉末状の凝固素材を製造する方法として、アトマイズ法が挙げられる。アトマイズ法の一例として、ガスアトマイズ法が挙げられる。
メルトスパン法は、高速回転するロール又はディスク等の冷却媒体上に、原料の溶湯を噴射して急冷することで、薄帯を作製する方法である。上記冷却媒体の構成材料は、銅等の金属が挙げられる。メルトスパン法では、溶湯中の添加元素の含有量、薄帯の厚さ等にもよるが、上述の凝固速度を１．２×１０５℃／秒以上にすることができる。上記凝固速度は、１．５×１０５℃／秒以上、５．０×１０５℃／秒以上、１．０×１０６℃／秒以上でもよい。上記凝固速度が１×１０５℃／秒以上となるように、回転速度等が調整される。
アトマイズ法は、原料の溶湯をるつぼの底部の小孔から流出し、冷却能の高いガス又は水を高圧噴射して、溶湯の細い流れを飛散させて急冷することで、粉末を作製する方法である。上記ガスは、アルゴンガス、空気、窒素等が挙げられる。アトマイズ法では、上述の凝固速度が１×１０５℃／秒以上となるように、製造条件が調整される。調整される条件は、ガス種、溶湯の噴射圧力、溶湯の流速、溶湯の空間密度、溶湯の温度等が挙げられる。溶湯の空間密度は、溶湯をアルミニウム合金と噴射ガスとの混合物として仮定した場合に、アルミニウム合金の真密度に対する相対密度である。この相対密度は、溶湯の体積を上記混合物の体積とみなして求める。
また、本発明者らは、以下の知見を得た。
（１）上述のようにＦｅが実質的に析出していない凝固素材では、析出物を起点とする破壊が起こり難い。このような上記凝固素材は、適当な圧力、温度を加えることで、均質な塑性加工を施すことができる。そのため、いわゆる粉末圧延といった圧延が良好に行える。
（２）上記圧延が施された圧延材は、冷間加工であっても緻密な中間素材を成形可能な程度に塑性加工性に優れる。
以上の知見から、粉末状の凝固素材は、上述の溶湯を急冷して製造した凝固素材に、更に圧延を施した後、粉砕したものでもよい。
（１）上述のようにＦｅが実質的に析出していない凝固素材では、析出物を起点とする破壊が起こり難い。このような上記凝固素材は、適当な圧力、温度を加えることで、均質な塑性加工を施すことができる。そのため、いわゆる粉末圧延といった圧延が良好に行える。
（２）上記圧延が施された圧延材は、冷間加工であっても緻密な中間素材を成形可能な程度に塑性加工性に優れる。
以上の知見から、粉末状の凝固素材は、上述の溶湯を急冷して製造した凝固素材に、更に圧延を施した後、粉砕したものでもよい。
〈凝固速度の測定〉
上述の凝固速度は、溶湯の組成、溶湯の温度、製造する凝固素材の粉末径、厚さ等の大きさ等に基づいて調整することが挙げられる。上記凝固速度の測定は、例えば、高感度の赤外線サーモグラフィカメラを用いて、鋳型に接した溶湯の温度を観測することで求めることが挙げられる。上記赤外線サーモグラフィカメラは、例えば、フリアーシステムズ社製Ａ６７５０が挙げられる。時間分解能は、０．０００２ｓｅｃが挙げられる。上記鋳型は、例えば、後述するメルトスパン法では銅ロール等が挙げられる。上記凝固速度（℃／秒）は、（湯温－３００）／ｔで求める。ｔ（秒）は、湯温（℃）から３００℃まで冷却する間に経過する時間である。例えば、湯温が７００℃であれば、上記凝固速度は４００／ｔ（℃／秒）で求める。
上述の凝固速度は、溶湯の組成、溶湯の温度、製造する凝固素材の粉末径、厚さ等の大きさ等に基づいて調整することが挙げられる。上記凝固速度の測定は、例えば、高感度の赤外線サーモグラフィカメラを用いて、鋳型に接した溶湯の温度を観測することで求めることが挙げられる。上記赤外線サーモグラフィカメラは、例えば、フリアーシステムズ社製Ａ６７５０が挙げられる。時間分解能は、０．０００２ｓｅｃが挙げられる。上記鋳型は、例えば、後述するメルトスパン法では銅ロール等が挙げられる。上記凝固速度（℃／秒）は、（湯温－３００）／ｔで求める。ｔ（秒）は、湯温（℃）から３００℃まで冷却する間に経過する時間である。例えば、湯温が７００℃であれば、上記凝固速度は４００／ｔ（℃／秒）で求める。
〈凝固素材の組織〉
上記凝固速度が大きいほど、ＡｌとＦｅとを含む化合物、特に１０００ｎｍ以上といった粗大な化合物粒子をほとんど含まない凝固素材が得られ易く好ましい。ここで、Ｘ線回折（ＸＲＤ）による構造解析において、Ｆｅの全量が析出したと仮定したときのＡｌのトップピーク強度と、上記化合物のトップピーク強度との比率（Ａｌのトップピーク強度／上記化合物のトップピーク強度）は理論的には体積比に相当する。上記理論的な比率では、分母と分子との差がそれほど大きく無い。これに対し、上述の凝固素材では、分母である「上記化合物のトップピーク強度」が分子である「Ａｌのトップピーク強度」に比較して非常に小さい。そのため、上記凝固素材では、上記比率が大きい。例えば、上記比率は、上記理論的な比率の１０倍以上、１２倍以上、１５倍以上、２０倍以上が挙げられる。上記比率が大きいほど、Ｆｅの全量に対する固溶量の割合が高く、かつＦｅが上記化合物として存在する割合が低い。上記固溶量の割合が高い凝固素材は、粗大な化合物粒子を含み難い。そのため、粗大な化合物粒子が割れの起点にならない。この点から、上記固溶量の割合が高い凝固素材は、塑性加工性により優れる。なお、上記比率は、凝固素材に上述の粉末圧延等が施されても、実質的に変化しない。
上記凝固速度が大きいほど、ＡｌとＦｅとを含む化合物、特に１０００ｎｍ以上といった粗大な化合物粒子をほとんど含まない凝固素材が得られ易く好ましい。ここで、Ｘ線回折（ＸＲＤ）による構造解析において、Ｆｅの全量が析出したと仮定したときのＡｌのトップピーク強度と、上記化合物のトップピーク強度との比率（Ａｌのトップピーク強度／上記化合物のトップピーク強度）は理論的には体積比に相当する。上記理論的な比率では、分母と分子との差がそれほど大きく無い。これに対し、上述の凝固素材では、分母である「上記化合物のトップピーク強度」が分子である「Ａｌのトップピーク強度」に比較して非常に小さい。そのため、上記凝固素材では、上記比率が大きい。例えば、上記比率は、上記理論的な比率の１０倍以上、１２倍以上、１５倍以上、２０倍以上が挙げられる。上記比率が大きいほど、Ｆｅの全量に対する固溶量の割合が高く、かつＦｅが上記化合物として存在する割合が低い。上記固溶量の割合が高い凝固素材は、粗大な化合物粒子を含み難い。そのため、粗大な化合物粒子が割れの起点にならない。この点から、上記固溶量の割合が高い凝固素材は、塑性加工性により優れる。なお、上記比率は、凝固素材に上述の粉末圧延等が施されても、実質的に変化しない。
（第二の工程）
この工程は、上述の粉末状の凝固素材又は薄片状の凝固素材を成形することで、緻密な中間素材を製造する。この成形は、ＡｌとＦｅとを含む化合物が析出しない温度、即ち冷間又は温間で行う。緻密化によって、内部の空隙が低減される。そのため、空隙部分に応力集中することに起因する割れが生じ難い。また、中間素材の組織は、代表的には上記凝固素材の組織を実質的に維持する、又は近い組織を有する。そのため、中間素材は、粗大な化合物粒子及び粗大な結晶粒が実質的に存在しない。この点から、中間素材は、塑性加工性に優れる。温間加工を行った場合でも、化合物粒子の析出量が少ない上に、化合物粒子も非常に微細である。
この工程は、上述の粉末状の凝固素材又は薄片状の凝固素材を成形することで、緻密な中間素材を製造する。この成形は、ＡｌとＦｅとを含む化合物が析出しない温度、即ち冷間又は温間で行う。緻密化によって、内部の空隙が低減される。そのため、空隙部分に応力集中することに起因する割れが生じ難い。また、中間素材の組織は、代表的には上記凝固素材の組織を実質的に維持する、又は近い組織を有する。そのため、中間素材は、粗大な化合物粒子及び粗大な結晶粒が実質的に存在しない。この点から、中間素材は、塑性加工性に優れる。温間加工を行った場合でも、化合物粒子の析出量が少ない上に、化合物粒子も非常に微細である。
〈冷間加工〉
冷間加工は、成形時に上述の化合物が実質的に析出せず、かつ結晶粒も実質的に成長しない。そのため、上記化合物を実質的に含まず、微細な結晶組織を有する中間素材が製造され易い。冷間加工は、例えば、一軸プレス装置等を用いたプレス成形が挙げられる。
冷間加工は、成形時に上述の化合物が実質的に析出せず、かつ結晶粒も実質的に成長しない。そのため、上記化合物を実質的に含まず、微細な結晶組織を有する中間素材が製造され易い。冷間加工は、例えば、一軸プレス装置等を用いたプレス成形が挙げられる。
冷間加工における加工温度は、例えば常温程度が挙げられる。常温は５℃から３５℃の範囲の温度であり、２５℃程度である室温を含む。常温であれば、上述の化合物の析出及び結晶の成長が抑制される。また、この成形において、熱エネルギーが不要である。この点から、製造コストが低減される。
冷間加工における加工温度は、常温超２５０℃未満でもよい。この場合、凝固素材の塑性加工性が高められる。そのため、中間素材が成形され易い。上記加工温度は、２４０℃以下、２００℃以下、１５０℃以下でもよい。
冷間加工における印加圧力は、成形後の中間素材の相対密度が８０％以上となる範囲で選択するとよい。例えば、印加圧力は、０．１ＧＰａ以上２．０ＧＰａ以下が挙げられる。印加圧力は、０．５ＧＰａ以上、０．８ＧＰａ以上、１．０ＧＰａ以上でもよい。上述の凝固素材の組成、大きさ等にもよるが、印加圧力が高いほど、中間素材の相対密度が高くなり易い。そのため、緻密な中間素材が得られ易い。
〈温間加工〉
温間加工は、冷間加工に比較して、上述の凝固素材の塑性加工性を高められる。そのため、中間素材が良好に成形される。温間加工は、例えば、一軸プレス装置等を用いたプレス成形、いわゆるホットプレスが挙げられる。又は、温間加工は、例えば、温間押出が挙げられる。
温間加工は、冷間加工に比較して、上述の凝固素材の塑性加工性を高められる。そのため、中間素材が良好に成形される。温間加工は、例えば、一軸プレス装置等を用いたプレス成形、いわゆるホットプレスが挙げられる。又は、温間加工は、例えば、温間押出が挙げられる。
温間加工における加工温度は、例えば３００℃以上４００℃未満が挙げられる。上記加工温度が３００℃以上であれば、上述の凝固素材の塑性加工性が高められる。上記加工温度が４００℃未満であれば、上述の化合物の析出が少なくなり易い。また、上記化合物が粗大になり難い。母相の結晶粒も粗大になり難い。結果として、上記凝固素材は、塑性加工性に優れる。良好な塑性加工性、上記化合物及び結晶の成長の抑制等の観点から、上記加工温度は、３２０℃以上３９０℃以下、３８０℃以下でもよい。上記加工温度が３７５℃以下、３５０℃以下であれば、上記化合物が実質的に析出しないことで、成形がより行い易い。
温間加工における加工温度は、凝固素材を加熱する温度、いわば予備加熱温度である。加熱時間は、例えば１分以上３０分以下が挙げられる。加熱時の雰囲気は、大気雰囲気、窒素雰囲気、真空雰囲気等が挙げられる。大気雰囲気とすれば、雰囲気制御が不要である。この点から、温間加工が行い易い。
温間加工における印加圧力は、成形後の中間素材の相対密度が８０％以上となる範囲で選択するとよい。例えば、印加圧力は５０ＭＰａ以上２．０ＧＰａ以下が挙げられる。印加圧力は、１００ＭＰａ（０．１ＧＰａ）以上、７００ＭＰａ以上でもよい。印加圧力が１．０ＧＰａ以上、１．５ＧＰａ以上であると、中間素材がより緻密になり易い。
〈相対密度〉
中間素材の相対密度が８０％以上であれば、次の工程で、熱間加工等が行い易い。また、次の工程で製造される成形体は、８０％以上の相対密度を有し易い。結果として、緻密なアルミニウム合金材が製造される。良好な塑性加工性、緻密化等の観点から、中間素材の相対密度は８５％以上、更に９０％以上、９２％以上、９３％以上、９５％以上が好ましい。温間加工が温間押出である場合、より高い相対密度を有する中間素材が製造される。押出前の凝固素材の状態、押出条件等にもよるが、例えば中間素材である押出材の相対密度は９８％以上、更に９９％以上、実質的に１００％が挙げられる。
中間素材の相対密度が８０％以上であれば、次の工程で、熱間加工等が行い易い。また、次の工程で製造される成形体は、８０％以上の相対密度を有し易い。結果として、緻密なアルミニウム合金材が製造される。良好な塑性加工性、緻密化等の観点から、中間素材の相対密度は８５％以上、更に９０％以上、９２％以上、９３％以上、９５％以上が好ましい。温間加工が温間押出である場合、より高い相対密度を有する中間素材が製造される。押出前の凝固素材の状態、押出条件等にもよるが、例えば中間素材である押出材の相対密度は９８％以上、更に９９％以上、実質的に１００％が挙げられる。
〈その他の成形方法〉
上述のホットプレス、押出の他、上述の粉末状の凝固素材を金属管に収納して、金属管の両端を封止したものを押し出すことができる。上記金属管は、例えば、純アルミニウム又はアルミニウム合金、純銅又は銅合金等からなるものが挙げられる。押出後、金属管に基づく表層は除去されてもよいし、残されてもよい。上記表層が残される場合、上記表層を被覆層とする被覆アルミニウム合金材が製造される。
上述のホットプレス、押出の他、上述の粉末状の凝固素材を金属管に収納して、金属管の両端を封止したものを押し出すことができる。上記金属管は、例えば、純アルミニウム又はアルミニウム合金、純銅又は銅合金等からなるものが挙げられる。押出後、金属管に基づく表層は除去されてもよいし、残されてもよい。上記表層が残される場合、上記表層を被覆層とする被覆アルミニウム合金材が製造される。
（第三の工程）
この工程は、上述の中間素材を更に成形して、所定の形状の成形体を製造する。この成形は、ＡｌとＦｅとを含む化合物が析出可能な温度、例えば熱間で行う。熱間加工は、上記中間素材の塑性加工性を更に高められる。そのため、所定の形状の成形体が良好に成形される。
この工程は、上述の中間素材を更に成形して、所定の形状の成形体を製造する。この成形は、ＡｌとＦｅとを含む化合物が析出可能な温度、例えば熱間で行う。熱間加工は、上記中間素材の塑性加工性を更に高められる。そのため、所定の形状の成形体が良好に成形される。
熱間加工における加工温度は、例えば４００℃以上５００℃以下が挙げられる。上記加工温度が４００℃以上であれば、上記中間素材の塑性加工性が高められる。そのため、所定の形状の成形体が良好に成形される。上記加熱温度が５００℃以下であれば、ＡｌとＦｅとを含む化合物が析出するものの、上記化合物が粗大になり難い。母相の結晶粒も粗大になり難い。結果として、上記中間素材は、塑性加工性に優れる。良好な塑性加工性、上記化合物及び結晶の成長の抑制等の観点から、上記加工温度は、４００℃以上４８０℃以下、４００℃以上４５０℃以下でもよい。
熱間加工における加工温度は、中間素材を加熱する温度、いわば予備加熱温度である。加熱時間は、例えば１分以上３０分以下が挙げられる。加熱時の雰囲気は、上述の温間加工の条件で説明した雰囲気を利用できる。
熱間加工は、例えば、熱間押出、熱間鍛造が挙げられる。
（熱処理工程）
この工程は、上述の成形体に熱処理を施して、ＡｌとＦｅとを含む化合物を析出させたり、既に析出している上記化合物の大きさを調整したりして、上記化合物が分散した組織を有するアルミニウム合金材を製造する。このようなアルミニウム合金材は、上述のように強度、耐力に優れる。例えば、熱処理条件は、熱処理後のアルミニウム合金材が２５℃において２７５ＭＰａ以上の引張強さを有するように調整することが挙げられる。又は、熱処理条件は、熱処理後のアルミニウム合金材における上述のＹＰ値が７０％以上を満たすように調整することが挙げられる。また、熱処理が施されたアルミニウム合金材は、上述のように歪みの低減によって、伸び、導電性にも優れる。そのため、例えば、熱処理条件は、熱処理後のアルミニウム合金材が、２５℃において、２７５ＭＰａ以上の引張強さを有すると共に、５％以上の破断伸びを有すること及び２５％ＩＡＣＳ以上の導電率を有することの少なくとも一方を満たすように調整することが挙げられる。
この工程は、上述の成形体に熱処理を施して、ＡｌとＦｅとを含む化合物を析出させたり、既に析出している上記化合物の大きさを調整したりして、上記化合物が分散した組織を有するアルミニウム合金材を製造する。このようなアルミニウム合金材は、上述のように強度、耐力に優れる。例えば、熱処理条件は、熱処理後のアルミニウム合金材が２５℃において２７５ＭＰａ以上の引張強さを有するように調整することが挙げられる。又は、熱処理条件は、熱処理後のアルミニウム合金材における上述のＹＰ値が７０％以上を満たすように調整することが挙げられる。また、熱処理が施されたアルミニウム合金材は、上述のように歪みの低減によって、伸び、導電性にも優れる。そのため、例えば、熱処理条件は、熱処理後のアルミニウム合金材が、２５℃において、２７５ＭＰａ以上の引張強さを有すると共に、５％以上の破断伸びを有すること及び２５％ＩＡＣＳ以上の導電率を有することの少なくとも一方を満たすように調整することが挙げられる。
熱処理は、バッチ処理でも連続処理でもよい。バッチ処理は、雰囲気炉等の加熱容器に熱処理対象を封入した状態で加熱する処理である。連続処理は、ベルト炉等の加熱容器に熱処理対象を連続的に供給して加熱する処理である。
〈バッチ処理〉
バッチ処理では、加熱温度は例えば３００℃超５５０℃以下が挙げられる。加熱温度が３００℃超であれば、ＡｌとＦｅとを含む化合物の大きさが調整されたり、上述の熱間加工に伴う歪みが除去されたりする。加熱温度が５５０℃以下であれば、上記化合物が粗大になり難い。母相を構成する結晶も粗大になり難い。また、上記化合物の熱変質等も防止され易い。加熱温度は４００℃以上５５０℃以下、更に４５０℃以上でもよい。
バッチ処理では、加熱温度は例えば３００℃超５５０℃以下が挙げられる。加熱温度が３００℃超であれば、ＡｌとＦｅとを含む化合物の大きさが調整されたり、上述の熱間加工に伴う歪みが除去されたりする。加熱温度が５５０℃以下であれば、上記化合物が粗大になり難い。母相を構成する結晶も粗大になり難い。また、上記化合物の熱変質等も防止され易い。加熱温度は４００℃以上５５０℃以下、更に４５０℃以上でもよい。
保持時間は、例えば１０秒以上６時間以下程度が挙げられる。上記加熱温度が高いほど、保持時間が短くても、ＡｌとＦｅとを含む化合物が析出し易い。保持時間が短いほど、製造時間が短い点から、アルミニウム合金材の生産性が向上する。添加元素の含有量、成形体の大きさ等にもよるが、保持時間は、０．１時間以上４時間以下、更に１時間以上３時間以下、２時間以下、１．５時間以下でもよい。所定の保持時間が経過したら加熱を止めて、バッチ処理による熱処理を終了する。
〈連続処理〉
連続処理では、例えば、熱処理後のアルミニウム合金材の引張強さ、０．２％耐力、破断伸び、導電率等が上述の範囲を満たすようにパラメータを調整することが挙げられる。上記パラメータは電流値、搬送速度、炉の大きさ等が挙げられる。
連続処理では、例えば、熱処理後のアルミニウム合金材の引張強さ、０．２％耐力、破断伸び、導電率等が上述の範囲を満たすようにパラメータを調整することが挙げられる。上記パラメータは電流値、搬送速度、炉の大きさ等が挙げられる。
〈雰囲気〉
熱処理中の雰囲気は、例えば、大気雰囲気、又は低酸素雰囲気が挙げられる。大気雰囲気であれば、雰囲気制御が不要である。低酸素雰囲気は、酸素含有量が大気よりも少ない雰囲気である。この点から、アルミニウム合金材の表面酸化が低減される。低酸素雰囲気は、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、還元ガス雰囲気等が挙げられる。
熱処理中の雰囲気は、例えば、大気雰囲気、又は低酸素雰囲気が挙げられる。大気雰囲気であれば、雰囲気制御が不要である。低酸素雰囲気は、酸素含有量が大気よりも少ない雰囲気である。この点から、アルミニウム合金材の表面酸化が低減される。低酸素雰囲気は、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、還元ガス雰囲気等が挙げられる。
（その他の工程）
第二の工程で製造される中間素材、第三の工程で製造される成形体、第四の工程で製造される熱処理材には、必要に応じて、切削加工等が施されてもよい。
第二の工程で製造される中間素材、第三の工程で製造される成形体、第四の工程で製造される熱処理材には、必要に応じて、切削加工等が施されてもよい。
［試験例１］
種々の組成のアルミニウム合金材について、以下に組織及び特性を示す。
種々の組成のアルミニウム合金材について、以下に組織及び特性を示す。
（表の説明）
以下の表１，表２は、各アルミニウム合金材の組成及び組織を示す。表３，表４は、各アルミニウム合金材の特性を示す。
表１，表３は、Ｆｅと、Ｎｄ，Ｗ，Ｓｃのいずれか１種の元素と、Ｃとを含むアルミニウム合金から構成される試料を示す。
表２，表４は、Ｆｅと、Ｎｄ，Ｗ，Ｓｃのいずれか１種の元素と、Ｂとを含むアルミニウム合金から構成される試料を示す。
以下、Ｎｄ，Ｗ，Ｓｃを第一元素と呼ぶことがある。Ｃ，Ｂを第二元素と呼ぶことがある。
以下の表１，表２は、各アルミニウム合金材の組成及び組織を示す。表３，表４は、各アルミニウム合金材の特性を示す。
表１，表３は、Ｆｅと、Ｎｄ，Ｗ，Ｓｃのいずれか１種の元素と、Ｃとを含むアルミニウム合金から構成される試料を示す。
表２，表４は、Ｆｅと、Ｎｄ，Ｗ，Ｓｃのいずれか１種の元素と、Ｂとを含むアルミニウム合金から構成される試料を示す。
以下、Ｎｄ，Ｗ，Ｓｃを第一元素と呼ぶことがある。Ｃ，Ｂを第二元素と呼ぶことがある。
（試料の作製）
各試料のアルミニウム合金材は、以下のように作製する。
〈凝固素材の作製〉
Ｆｅと第一元素及び第二元素とを含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を作製する。ここでは、溶湯は、母合金を用いて作製する。母合金は、原料として、純アルミニウム粉、純鉄粉、Ａｌ系合金粉、Ｆｅ系合金粉、ダイヤモンド粉等を用いて作製するとよい。表１，表２に示すＦｅ、第一元素、第二元素の含有量（原子％）は、アルミニウム合金を１００原子％とするときの原子割合である。Ｆｅ、第一元素、第二元素の含有量が表１，表２に示す含有量となるように、上記原料の添加量が調整される。
各試料のアルミニウム合金材は、以下のように作製する。
〈凝固素材の作製〉
Ｆｅと第一元素及び第二元素とを含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を作製する。ここでは、溶湯は、母合金を用いて作製する。母合金は、原料として、純アルミニウム粉、純鉄粉、Ａｌ系合金粉、Ｆｅ系合金粉、ダイヤモンド粉等を用いて作製するとよい。表１，表２に示すＦｅ、第一元素、第二元素の含有量（原子％）は、アルミニウム合金を１００原子％とするときの原子割合である。Ｆｅ、第一元素、第二元素の含有量が表１，表２に示す含有量となるように、上記原料の添加量が調整される。
上述の溶湯を用いて、以下の条件のメルトスパン法によって、薄帯を作製する。得られた薄帯を粉砕して粉末状とする。
減圧したアルゴン雰囲気（－０．０２ＭＰａ）において、１０００℃に昇温して、上述の母合金を溶解することで、溶湯が作製される。５０ｍ／ｓの周速で回転する銅製ロールに上記溶湯を噴射することで、薄帯が作製される。ここでの凝固速度は、７．５×１０６℃／秒である。薄帯の幅は２ｍｍ程度である。薄帯の厚さは３０μｍ程度である。薄帯の長さは不定である。
得られた各試料の薄帯についてＸＲＤによる構造解析を行うと、ＡｌとＦｅとを含む化合物、例えばＡｌ１３Ｆｅ４のピークが見られる。しかし、比率（Ａｌのトップピーク強度／上記化合物のトップピーク強度）は、上述の理論的な比率の１０倍以上である。また、各試料の薄帯の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察すると、１０００ｎｍ以上のサイズの上記化合物が見られない。ここでの観察の倍率は、１０，０００倍である。これらのことから、各試料の薄帯は、粗大な化合物粒子を実質的に含まない。
〈中間素材の作製〉
上述の薄帯を粉砕した粉末を用いることで、中間素材が作製される。ここでは、上記粉末を乾燥して、上記粉末の表面に吸着された水分を除去した後、冷間加工によって、相対密度が５０％以上である第一成形体が作製される。次に、第一成形体を予備加熱して、温間加工によって、相対密度が８０％以上である第二成形体が作製される。第二成形体が中間素材である。上記中間素材は、直径４０ｍｍであり、長さ５０ｍｍである円柱体である。
上述の薄帯を粉砕した粉末を用いることで、中間素材が作製される。ここでは、上記粉末を乾燥して、上記粉末の表面に吸着された水分を除去した後、冷間加工によって、相対密度が５０％以上である第一成形体が作製される。次に、第一成形体を予備加熱して、温間加工によって、相対密度が８０％以上である第二成形体が作製される。第二成形体が中間素材である。上記中間素材は、直径４０ｍｍであり、長さ５０ｍｍである円柱体である。
第一成形体の成形は、冷間プレス成形である。ここでの冷間プレス成形は、室温での成形である。印加圧力は０．１ＧＰａである。
第二成形体の成形は、以下の予備加熱を行う温間プレス成形である。印加圧力は１ＧＰａである。予備加熱は、４００℃に予熱されている成形治具を用いて行う。予備加熱の条件は、大気雰囲気であり、保持時間が３０分間である。成形治具によって加熱された第一成形体の温度は３５０℃である。
〈押出材の作製〉
上述の中間素材に熱間加工が施されることで、成形体が作製される。熱間加工は、以下の予備加熱を行う熱間押出である。予備加熱は、５００℃に予熱されている成形治具を用いて行う。予備加熱の条件は、大気雰囲気であり、保持時間が１０分間である。成形治具によって加熱された中間素材の温度は、４００℃以上４５０℃以下の範囲から選択される温度である。押出圧力は、最大１ＧＰａである。押出圧力は、押出材の相対密度が９８％から１００％になるように調整する。この熱間押出による押出材が成形体である。作製した成形体は、直径１０ｍｍであり、長さ約７００ｍｍである円柱体である。なお、上記成形体に以下の熱処理が施された熱処理材は、押出材の相対密度を実質的に維持する。中間素材の材質によっては、押出圧力を上述の最大圧力である１ＧＰａに調整しても、押出材の相対密度が９８％未満になり得る。結果として、熱処理材の相対密度も９８％未満になり得る。
上述の中間素材に熱間加工が施されることで、成形体が作製される。熱間加工は、以下の予備加熱を行う熱間押出である。予備加熱は、５００℃に予熱されている成形治具を用いて行う。予備加熱の条件は、大気雰囲気であり、保持時間が１０分間である。成形治具によって加熱された中間素材の温度は、４００℃以上４５０℃以下の範囲から選択される温度である。押出圧力は、最大１ＧＰａである。押出圧力は、押出材の相対密度が９８％から１００％になるように調整する。この熱間押出による押出材が成形体である。作製した成形体は、直径１０ｍｍであり、長さ約７００ｍｍである円柱体である。なお、上記成形体に以下の熱処理が施された熱処理材は、押出材の相対密度を実質的に維持する。中間素材の材質によっては、押出圧力を上述の最大圧力である１ＧＰａに調整しても、押出材の相対密度が９８％未満になり得る。結果として、熱処理材の相対密度も９８％未満になり得る。
〈熱処理〉
上述の押出材に熱処理が施されることで、各試料のアルミニウム合金材が作製される。熱処理の条件は、加熱温度が４５０℃であり、保持時間が３０分である。
上述の押出材に熱処理が施されることで、各試料のアルミニウム合金材が作製される。熱処理の条件は、加熱温度が４５０℃であり、保持時間が３０分である。
（組織観察）
各試料のアルミニウム合金材について任意の断面をとり、断面をＳＥＭによって観察する。いずれの試料においても、母相は結晶組織を有する。また、いずれの試料においても、ＡｌとＦｅとを含む化合物が母相中に存在する。上記化合物は、主として析出物である。また、上記化合物からなる粒子は母相中に分散している。ここでの「ＡｌとＦｅとを含む化合物」は、Ａｌに対するＦｅの原子割合が０．１以上（１０原子％以上）のものを意味する。この化合物の一例として、Ａｌ１３Ｆｅ４が挙げられる。
各試料のアルミニウム合金材について任意の断面をとり、断面をＳＥＭによって観察する。いずれの試料においても、母相は結晶組織を有する。また、いずれの試料においても、ＡｌとＦｅとを含む化合物が母相中に存在する。上記化合物は、主として析出物である。また、上記化合物からなる粒子は母相中に分散している。ここでの「ＡｌとＦｅとを含む化合物」は、Ａｌに対するＦｅの原子割合が０．１以上（１０原子％以上）のものを意味する。この化合物の一例として、Ａｌ１３Ｆｅ４が挙げられる。
上記断面において、母相をなす結晶粒の平均粒径（ｎｍ）、化合物粒子の平均長さ（ｎｍ）、化合物粒子のアスペクト比を表１、表２に示す。
母相の結晶粒の平均粒径（ｎｍ）は以下のように求める。
アルミニウム合金材の断面をＳＥＭで観察する。この断面のＳＥＭ像から、視野として、１０μｍ×１０μｍの測定領域をとる。１つの断面又は複数の断面から、合計３０以上の測定領域をとる。各測定領域に存在する結晶粒を全て抽出する。各結晶粒の断面積と等価の面積を有する円を求める。この円の直径、即ち等価面積円の直径を結晶粒の粒径とする。抽出した結晶粒の粒径を平均する。求めた平均値が平均粒径である。
アルミニウム合金材の断面をＳＥＭで観察する。この断面のＳＥＭ像から、視野として、１０μｍ×１０μｍの測定領域をとる。１つの断面又は複数の断面から、合計３０以上の測定領域をとる。各測定領域に存在する結晶粒を全て抽出する。各結晶粒の断面積と等価の面積を有する円を求める。この円の直径、即ち等価面積円の直径を結晶粒の粒径とする。抽出した結晶粒の粒径を平均する。求めた平均値が平均粒径である。
なお、ここでは、５０ｎｍ以上の粒径を有する結晶粒を抽出する。即ち、粒径が５０ｎｍ未満の結晶粒は平均粒径の算出に用いない。また、観察の倍率は１０，０００倍である。この倍率における解像度では、１０ｎｍ未満の結晶、後述する１０ｎｍ未満の化合物粒子を明確に測定することが非常に困難である。そのため、ここでは、５０ｎｍ以上の結晶を平均粒径の算出に用いる。
上記結晶粒の抽出、後述の化合物粒子の抽出は、市販の画像処理ソフトウェアを利用して、ＳＥＭ像を画像処理すると、容易に行える。なお、断面の観察には、金属顕微鏡を用いることもできる。顕微鏡の倍率は、上述のように、又は後述するように、測定対象のサイズを明確に測定可能な範囲で調整する。断面の観察を行う際には、適切な溶液処理で粒界エッチングを行うことが有効である。また、断面の観察を行う際には、ＥＢＳＤ（電子線後方散乱回折法）によって結晶方位の情報を有するＳＥＭ像とすることも有効である。
化合物粒子の平均長さ（ｎｍ）は以下のように求める。
アルミニウム合金材の断面をＳＥＭで観察する。この断面のＳＥＭ像から、１０μｍ×１０μｍの測定領域をとる。１つの断面又は複数の断面から、合計３０以上の測定領域をとる。各測定領域に析出する化合物粒子を全て抽出する。各化合物粒子の最大長さを測定する。最大長さは、以下のように測定する。図２に示すように、上述の断面のＳＥＭ像において、２本の平行線Ｐ１，Ｐ２によって、化合物粒子１を挟む。この状態で、平行線Ｐ１，Ｐ２の間隔を測定する。上記間隔は、平行線Ｐ１，Ｐ２に直交する方向の距離である。任意の方向の平行線Ｐ１，Ｐ２の組を複数とり、上記間隔をそれぞれ測定する。平行線Ｐ１，Ｐ２の組は例えば５以上とる。測定した複数の上記間隔のうち、最大値を化合物粒子１の最大長さＬ１とする。抽出した化合物粒子の最大長さを平均する。求めた平均値が平均長さである。ここでは、観察の倍率が１０，０００倍である。また、ここでは、上述のように、明確に判別可能である１０ｎｍ以上の最大長さを有する化合物粒子を抽出する。即ち、最大長さが１０ｎｍ未満の化合物粒子は平均長さの算出に用いない。
アルミニウム合金材の断面をＳＥＭで観察する。この断面のＳＥＭ像から、１０μｍ×１０μｍの測定領域をとる。１つの断面又は複数の断面から、合計３０以上の測定領域をとる。各測定領域に析出する化合物粒子を全て抽出する。各化合物粒子の最大長さを測定する。最大長さは、以下のように測定する。図２に示すように、上述の断面のＳＥＭ像において、２本の平行線Ｐ１，Ｐ２によって、化合物粒子１を挟む。この状態で、平行線Ｐ１，Ｐ２の間隔を測定する。上記間隔は、平行線Ｐ１，Ｐ２に直交する方向の距離である。任意の方向の平行線Ｐ１，Ｐ２の組を複数とり、上記間隔をそれぞれ測定する。平行線Ｐ１，Ｐ２の組は例えば５以上とる。測定した複数の上記間隔のうち、最大値を化合物粒子１の最大長さＬ１とする。抽出した化合物粒子の最大長さを平均する。求めた平均値が平均長さである。ここでは、観察の倍率が１０，０００倍である。また、ここでは、上述のように、明確に判別可能である１０ｎｍ以上の最大長さを有する化合物粒子を抽出する。即ち、最大長さが１０ｎｍ未満の化合物粒子は平均長さの算出に用いない。
化合物粒子のアスペクト比は、化合物粒子の短軸長さに対する長軸長さの比、即ち（長軸長さ／短軸長さ）である。
長軸長さ（ｎｍ）は、上述の化合物粒子の最大長さである。短軸長さ（ｎｍ）は、長軸方向に直交する方向の線分をとり、これら線分の長さのうち、最大値である。ここでは、上述のように最大長さが１０ｎｍ以上の化合物粒子について、アスペクト比を求める。これらの化合物粒子のアスペクト比を平均する。求めた平均値がアスペクト比である。
長軸長さ（ｎｍ）は、上述の化合物粒子の最大長さである。短軸長さ（ｎｍ）は、長軸方向に直交する方向の線分をとり、これら線分の長さのうち、最大値である。ここでは、上述のように最大長さが１０ｎｍ以上の化合物粒子について、アスペクト比を求める。これらの化合物粒子のアスペクト比を平均する。求めた平均値がアスペクト比である。
（成分分析）
その他、母相におけるＡｌ比率（原子％）を表１，表２に示す。Ａｌ比率は、母相を構成する元素を同定して、母相におけるＡｌの含有量（原子％）を測定することで求めることが挙げられる。上記同定には、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）による測定装置を付属する透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の局所的な成分分析が可能な装置を用いることが挙げられる。
その他、母相におけるＡｌ比率（原子％）を表１，表２に示す。Ａｌ比率は、母相を構成する元素を同定して、母相におけるＡｌの含有量（原子％）を測定することで求めることが挙げられる。上記同定には、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）による測定装置を付属する透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の局所的な成分分析が可能な装置を用いることが挙げられる。
なお、アルミニウム合金材の断面において、ＸＲＤによる構造解析を行うことで、上述の化合物の構造を調べることができる。例えば、上記化合物がＡｌ１３Ｆｅ４であることが調べられる。この分析は、表面酸化物等の影響が大きい。そのため上記分析は表面酸化物等を十分に除去してから行うと精度よく行える。又は上記分析は放射光を用いた透過ＸＲＤ等により試料の内部を評価すると精度よく行える。また、上記化合物を構成する元素を同定することで、ＦｅとＡｌとを含む化合物に、例えばＮｄを含むことが確認できる。
（相対密度）
各試料のアルミニウム合金材について、相対密度を表３，表４に示す。
アルミニウム合金材の相対密度は、（見かけ密度／真密度）×１００で求め、小数点以下の値を四捨五入する。アルミニウム合金材の真密度は、例えば、以下のように求める。
各試料のアルミニウム合金材に対して、成分分析、Ｘ線回折分析、及び組織観察を行う。これらの分析及び観察から、各試料のアルミニウム合金材を構成する物質のそれぞれについて、結晶構造と体積比とを決定する。
上述の構成物質の結晶構造は、ブラべ格子における３辺の長さ（ａ，ｂ，ｃ）と、３辺の立体角（α，β，γ）とで規定される。ブラべ格子を規定する変数（ａ，ｂ，ｃ，α，β，γ）は、以下の格子面間隔を求めることで決定できる。上記格子面間隔は、上述の構成物質に対応するブラべ格子において、平行でない６以上の面方位について、Ｘ線回折ピークの回折角を用いて、ブラッグの式によって求める。得られたブラべ格子を規定する変数（ａ，ｂ，ｃ，α，β，γ）を用いて、ブラべ格子の原子質量と体積とを計算する。上記原子質量と体積との比をブラべ格子密度とする。
上述の構成物質の体積比は、組織観察から求める。試料について、任意の直交３軸方向の断面をとる。即ち、ｘ軸方向の断面、ｙ軸方向の断面、及びｚ軸方向の断面という三断面をとる。上記三断面のそれぞれに対して、３０以上のＳＥＭ像を撮像する。撮像視野、即ち測定領域の大きさは、１０μｍ×１０μｍとする。上記三断面の撮像数はそれぞれ、同数とする。ＳＥＭの倍率は、１０，０００倍とする。各ＳＥＭ像において、構成物質の合計面積を求める。各撮像視野の面積を１００％として、各撮像視野中の構成物質の合計面積の比率を求める。この比率は０％以上１００％以下の値をとる。全撮像視野における上記面積の比率を平均した値を体積比率とみなす。上述の３軸方向の断面における面積の比率を平均化することで、任意の一方向の断面における面積の比率を体積比率とみなす場合に比較して、体積比率が適切に求められる。
アルミニウム合金材の真密度は、それぞれの構成物質のブラべ格子密度を、上記構成物質の体積比を用いて加算平均して得られた値である。
各試料のアルミニウム合金材について、相対密度を表３，表４に示す。
アルミニウム合金材の相対密度は、（見かけ密度／真密度）×１００で求め、小数点以下の値を四捨五入する。アルミニウム合金材の真密度は、例えば、以下のように求める。
各試料のアルミニウム合金材に対して、成分分析、Ｘ線回折分析、及び組織観察を行う。これらの分析及び観察から、各試料のアルミニウム合金材を構成する物質のそれぞれについて、結晶構造と体積比とを決定する。
上述の構成物質の結晶構造は、ブラべ格子における３辺の長さ（ａ，ｂ，ｃ）と、３辺の立体角（α，β，γ）とで規定される。ブラべ格子を規定する変数（ａ，ｂ，ｃ，α，β，γ）は、以下の格子面間隔を求めることで決定できる。上記格子面間隔は、上述の構成物質に対応するブラべ格子において、平行でない６以上の面方位について、Ｘ線回折ピークの回折角を用いて、ブラッグの式によって求める。得られたブラべ格子を規定する変数（ａ，ｂ，ｃ，α，β，γ）を用いて、ブラべ格子の原子質量と体積とを計算する。上記原子質量と体積との比をブラべ格子密度とする。
上述の構成物質の体積比は、組織観察から求める。試料について、任意の直交３軸方向の断面をとる。即ち、ｘ軸方向の断面、ｙ軸方向の断面、及びｚ軸方向の断面という三断面をとる。上記三断面のそれぞれに対して、３０以上のＳＥＭ像を撮像する。撮像視野、即ち測定領域の大きさは、１０μｍ×１０μｍとする。上記三断面の撮像数はそれぞれ、同数とする。ＳＥＭの倍率は、１０，０００倍とする。各ＳＥＭ像において、構成物質の合計面積を求める。各撮像視野の面積を１００％として、各撮像視野中の構成物質の合計面積の比率を求める。この比率は０％以上１００％以下の値をとる。全撮像視野における上記面積の比率を平均した値を体積比率とみなす。上述の３軸方向の断面における面積の比率を平均化することで、任意の一方向の断面における面積の比率を体積比率とみなす場合に比較して、体積比率が適切に求められる。
アルミニウム合金材の真密度は、それぞれの構成物質のブラべ格子密度を、上記構成物質の体積比を用いて加算平均して得られた値である。
（特性）
〈機械的特性、電気的特性〉
各試料のアルミニウム合金材について、引張強さ（ＭＰａ）、０．２％耐力（ＭＰａ）、破断伸び（％）、導電率（％ＩＡＣＳ）を表３，表４に示す。
〈機械的特性、電気的特性〉
各試料のアルミニウム合金材について、引張強さ（ＭＰａ）、０．２％耐力（ＭＰａ）、破断伸び（％）、導電率（％ＩＡＣＳ）を表３，表４に示す。
引張強さ（ＭＰａ）、破断伸び（％）は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：１９９８「金属材料引張試験方法」に準拠して測定する。ここでは、２５℃における引張強さ及び破断伸びと、２５０℃における引張強さとをそれぞれ測定する。測定には、２５℃及び２５０℃における引張試験が可能な市販の測定装置を用いることが挙げられる。
０．２％耐力は、引張試験における応力－ひずみ曲線、即ちＳＳカーブから算出する。
また、引張強さの値に対する０．２％耐力の値、即ちＹＰ値も表３，表４に示す。ＹＰ値は、「０．２％耐力の値／引張強さの値」によって求める。
０．２％耐力は、引張試験における応力－ひずみ曲線、即ちＳＳカーブから算出する。
また、引張強さの値に対する０．２％耐力の値、即ちＹＰ値も表３，表４に示す。ＹＰ値は、「０．２％耐力の値／引張強さの値」によって求める。
〈耐熱性〉
各試料のアルミニウム合金材について、強度低下率（％／℃）を表３，表４に示す。ここでの強度低下率は２５℃における引張強さの値と２５０℃における引張強さの値とから求められる引張強さの低下率である。
上記引張強さの低下率は、［（Ｔｒ－Ｔｈ）／｛（２５０－２５）×Ｔｒ｝］×１００によって求める。Ｔｒは、２５℃における引張強さの値である。Ｔｈは、２５０℃における引張強さの値である。
各試料のアルミニウム合金材について、強度低下率（％／℃）を表３，表４に示す。ここでの強度低下率は２５℃における引張強さの値と２５０℃における引張強さの値とから求められる引張強さの低下率である。
上記引張強さの低下率は、［（Ｔｒ－Ｔｈ）／｛（２５０－２５）×Ｔｒ｝］×１００によって求める。Ｔｒは、２５℃における引張強さの値である。Ｔｈは、２５０℃における引張強さの値である。
以下、試料のうち、Ｆｅの含有量が１．２原子％以上６．５原子％以下であり、第一元素の含有量が０．１５原子％以上５原子％以下であり、第二元素の含有量が０．００５原子％以上２原子％以下である組成を有する試料を特定試料群と呼ぶ。表１，表３では、特定試料群は、試料Ｎｏ．２からＮｏ．５、Ｎｏ．８，Ｎｏ．９、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１６，Ｎｏ．１７、Ｎｏ．２０、Ｎｏ．２１、Ｎｏ．２４、Ｎｏ．２５、Ｎｏ．２８、Ｎｏ．２９である。表２，表４では、特定試料群は、試料Ｎｏ．３２，Ｎｏ．３３、Ｎｏ．３６、Ｎｏ．３７、Ｎｏ．４０，Ｎｏ．４１、Ｎｏ．４４、Ｎｏ．４５、Ｎｏ．４８、Ｎｏ．４９、Ｎｏ．５２、Ｎｏ．５３、Ｎｏ．５６、Ｎｏ．５７である。
まず、表３，表４を参照して、特性に着目する。
表３，表４に示すように、特定試料群では、その他の試料に比較して室温での強度、耐力が高い。定量的には、２５℃での引張強さは２７５ＭＰａ以上である。２５℃での０．２％耐力は１９０ＭＰａ以上である。また、特定試料群では、その他の試料に比較してＹＰ値も高い。定量的には、ＹＰ値は７０％以上である。特定試料群が室温での強度、耐力、ＹＰ値が高い理由の一つとして、上述の特定の組成を有することが挙げられる。Ｆｅの含有量、第一元素の含有量、第二元素の含有量によっては、２５℃での引張強さは、２８０ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以上である。ＹＰ値は、７５％以上、８０％以上である。２５℃での引張強さが３５０ＭＰａ以上、更には４００ＭＰａ以上である試料もある。ＹＰ値が８５％以上である試料もある。上述の特定の含有範囲において、Ｆｅの含有量、第一元素の含有量、及び第二元素の含有量が多いほど、室温での引張強さ、室温での０．２％耐力、ＹＰ値が高い傾向にある。
表３，表４に示すように、特定試料群では、その他の試料に比較して室温での強度、耐力が高い。定量的には、２５℃での引張強さは２７５ＭＰａ以上である。２５℃での０．２％耐力は１９０ＭＰａ以上である。また、特定試料群では、その他の試料に比較してＹＰ値も高い。定量的には、ＹＰ値は７０％以上である。特定試料群が室温での強度、耐力、ＹＰ値が高い理由の一つとして、上述の特定の組成を有することが挙げられる。Ｆｅの含有量、第一元素の含有量、第二元素の含有量によっては、２５℃での引張強さは、２８０ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以上である。ＹＰ値は、７５％以上、８０％以上である。２５℃での引張強さが３５０ＭＰａ以上、更には４００ＭＰａ以上である試料もある。ＹＰ値が８５％以上である試料もある。上述の特定の含有範囲において、Ｆｅの含有量、第一元素の含有量、及び第二元素の含有量が多いほど、室温での引張強さ、室温での０．２％耐力、ＹＰ値が高い傾向にある。
特定試料群では、その他の試料に比較して、２５０℃での引張強さも高い。即ち、特定試料群では、２５℃から２５０℃に温度が上昇しても、引張強さが低下し難い。定量的には、上記引張強さの低下率が０．３０％／℃以下である。このような特定試料群は、耐熱性にも優れる。特定試料群が耐熱性に優れる理由の一つとして、上述の特定の組成を有することが考えられる。Ｆｅの含有量、第一元素の含有量、第二元素の含有量によっては、上記引張強さの低下率は、０．２５％／℃以下、０．２０％／℃以下である。上述の特定の含有範囲において、Ｆｅの含有量、第一元素の含有量、及び第二元素の含有量が多いほど、上記引張強さの低下率が小さい傾向にある。
また、特定試料群では、２５℃での破断伸びが３％以上である。この点から、特定試料群は、室温において、強度、耐力に優れる上に、伸びにも優れる。
更に、特定試料群では、２５℃での導電率が２５％ＩＡＣＳ以上である。この点から、特定試料群は、導電性にも優れる。特定試料群が導電性に優れる理由の一つとして、母相におけるＡｌ比率が９９原子％以上と高いことが考えられる。このような母相は、添加元素がＡｌに実質的に固溶していない。そのため、添加元素の固溶に起因する導電率の低下が抑制されたと考えられる。このことは、Ａｌ比率が９８原子％以下である試料Ｎｏ．１０，Ｎｏ．１８，Ｎｏ．２６では、導電率が２３％ＩＡＣＳ以下であることからも裏付けられる。
次に、表１，表２を参照して、組織に着目する。
表１，表２に示すように、特定試料群では、結晶粒の平均粒径が１７００ｎｍ以下であると共に、化合物粒子の平均長さが１４０ｎｍ以下である。このような特定試料群は、微細な結晶組織中に微細な化合物粒子が分散した組織を有する。特定試料群は、上述の特定の組成に加えて、このような特定の組織を有することで、化合物粒子の分散強化と、結晶粒の粒界強化とによって、室温での強度、耐力、ＹＰ値が向上したと考えられる。
表１，表２に示すように、特定試料群では、結晶粒の平均粒径が１７００ｎｍ以下であると共に、化合物粒子の平均長さが１４０ｎｍ以下である。このような特定試料群は、微細な結晶組織中に微細な化合物粒子が分散した組織を有する。特定試料群は、上述の特定の組成に加えて、このような特定の組織を有することで、化合物粒子の分散強化と、結晶粒の粒界強化とによって、室温での強度、耐力、ＹＰ値が向上したと考えられる。
また、特定試料群では、化合物粒子のアスペクト比は３．５以下である。このような化合物粒子は、針状ではなく、球形に近い。球形に近い化合物粒子は割れの起点になり難いことからも、室温での強度、耐力が高められたと考えられる。また、室温での伸びも高められたと考えられる。更に、球形に近い化合物粒子はＡｌの導電パスを阻害し難い。このことからも、導電性が高められ易いと考えられる。
更に、特定試料群では、２５０℃の高温でも引張強さが低下し難い。このことから、上述の特定の組成を有することで、上記高温でも、上述の微細な結晶組織中に微細な化合物粒子が分散した状態が維持され易いと考えられる。
製造過程では、熱間加工及び熱処理が施されているものの、熱処理後において、上述の特定の微細な組織を有する。このことからも、上述の特定の組成を有することで、特に化合物粒子が微細に維持され易いと考えられる。
また、この試験では、化合物粒子が微細であることで、結晶粒が微細になり易い傾向があると考えられる。引張強さ、耐力の向上には、Ｆｅの増量及びＮｄ等の第一元素の増量に比較して、Ｃ等の第二元素の増量が効果的である傾向があると考えられる。
その他、特定試料群では、相対密度が９８％以上と高く、緻密である。空隙に起因する破断等が生じ難いことからも、特定試料群は、強度に優れると考えられる。製造過程では、相対密度が高い押出材が得られることから、特定試料群は、製造性にも優れる。
以上のことから、Ｆｅ、第一元素、第二元素を上述の特定の範囲で含むアルミニウム合金から構成されるアルミニウム合金材は、室温での強度、耐力に優れることが示された。また、上記アルミニウム合金材は、耐熱性にも優れることが示された。特に、上記アルミニウム合金材は、母相をなす結晶が微細であり、この母相に微細な化合物粒子が分散していると、良好な耐熱性を有する。
更に、上述の耐力に優れるアルミニウム合金材は、溶湯の急冷を経て製造した粉末等を用いて緻密な中間素材を作製し、この中間素材を所定の温度に加熱した状態で塑性加工等を施し、更に熱処理を施すことで製造できることが示された。
本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、試験例１において、Ｆｅの含有量、第一元素の含有量、第二元素の含有量、製造条件、アルミニウム合金材の形状・寸法等が変更可能である。製造条件は、例えば溶湯の冷却速度、成形時の加工温度・印加圧力、熱処理時の加熱温度・保持時間等が挙げられる。
例えば、試験例１において、Ｆｅの含有量、第一元素の含有量、第二元素の含有量、製造条件、アルミニウム合金材の形状・寸法等が変更可能である。製造条件は、例えば溶湯の冷却速度、成形時の加工温度・印加圧力、熱処理時の加熱温度・保持時間等が挙げられる。
１ 化合物粒子
Ｐ１，Ｐ２ 平行線
Ｌ１ 最大長さ
Ｐ１，Ｐ２ 平行線
Ｌ１ 最大長さ
Claims (8)
- Ｆｅを１．２原子％以上６．５原子％以下、
Ｎｄ，Ｗ，及びＳｃからなる群より選択される１種以上の第一元素を０．１５原子％以上５原子％以下、
Ｃ及びＢからなる群より選択される１種以上の第二元素を０．００５原子％以上２原子％以下含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物である組成を備える、
アルミニウム合金材。 - Ａｌを９９原子％以上含む母相と、前記母相の中に存在し、ＡｌとＦｅとを含む化合物からなる粒子とを含む組織を備え、
断面において、前記母相を構成する結晶粒の平均粒径が１７００ｎｍ以下であり、前記粒子の平均長さが１４０ｎｍ以下である、請求項１に記載のアルミニウム合金材。 - 前記粒子のアスペクト比が３．５以下である、請求項２に記載のアルミニウム合金材。
- ２５℃における引張強さが２７５ＭＰａ以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材。
- ２５℃における０．２％耐力の値が２５℃における引張強さの値の７０％以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材。
- ２５℃における引張強さの値と２５０℃における引張強さの値とから求められる引張強さの低下率が０．３０％／℃以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材。
- ２５℃における破断伸びが３％以上である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材。
- ２５℃における導電率が２５％ＩＡＣＳ以上である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材。
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