JP7190286B2 - Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金 - Google Patents
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Description
本発明は、Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金に関し、より詳細には、熱安定性及び可塑性に優れた粉末冶金用Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金に関する。
以下の関連技術の説明は、関連技術に関する発明者の知識及びその中の特定の問題を提示しており、先行技術における知識を自認したものとして解釈されるべきではない。
最近では、特に軽量自動車の統合や航空宇宙部品の需要が高まるにつれて、高温用途向けのアルミニウム合金の開発がますます注目されている。
過去から現在に至るまで、チタン合金は、その高強度及び高耐熱性という優れた特性のために航空宇宙部品用の最も有望な合金の１つである。近年、アルミニウム合金の研究が増加しており、そのいくつかの調査・研究は、伝統的なチタン合金がその優れた特性、より低いコスト、及びより低い密度のために、アルミニウム合金に置き換えられ得ることを明らかにした。
豊富なアルミニウム合金が世界中で市販されている。何十年もの開発の間、例えばＡ２６１８、Ａ４０３２、及びＡ２２１８のような約４００ＭＰａの高い引張強度で処理されたアルミニウム合金が広く使用されてきた。更に、これらの合金は、温度が摂氏２００度に達すると、２７０ＭＰａより高い引張強度を得ることができた。より良い特性のために、アルミニウム共晶Ｓｉ系合金が強調されてきた。努力によって、２００℃で３３０ＭＰａの引張強度が得られた。
しかしながら、高温で適用される傾向があり、かつ軽量化が要求されるために、アルミニウム合金はより良好な高温特性を有することが要求される。このため新しい合金が設計されなければならない。
アルミニウム合金において高温特性を達成するために、新しい合金及び新しい金属間析出物分散が研究されてきた。
Ａｌ－Ｆｅ系アルミニウム合金は、高温で適用するための最も有望な合金の１つである。Ａｌ－Ｆｅ－Ｃｅ系アルミニウム合金、Ａｌ－Ｆｅ－Ｖ－Ｓｉ系アルミニウム合金、及びＡｌ－Ｆｅ－Ｍｏ－Ｖ系アルミニウム合金は、いずれも熱安定性があることを示している。アルミニウム合金中の析出分散としては、ｂｃｃ構造のＡｌ－Ｆｅ－Ｓｉ相、立方晶構造のＡｌ－Ｃｕ－Ｃｅ－Ｆｅ相、Ｌ１２構造のＡｌ３（Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ）が、高温特性を改善するためには一般的である。
これらの析出物のうち、高温で粗大化することは困難であり、転位をマイグレーションから停止させるための良好なピン止め効果を有するので、Ｌ１２相が注目されている。Ｚｒの他に、Ｔｉ、Ｖ、及び例えばＳｃ、Ｅｒ、Ｔｍ、及びＹｂのような希土類元素が、それらの結晶粒を微細化し、かつアルミニウムと共にＬ１２相を形成する能力のために、アルミニウム合金に添加されてきた。
ＳｃやＴｍのようにほとんどの希土類元素が高価であることはよく知られている。Ｅｒは比較的経済的である。多くの論文により、Ｅｒが、安定した高温強度のための説得力のある添加元素であることを明らかにしている。主なメカニズムは、Ｌ１２相析出とその粒界のピニングであり、これは粒界拡散と過度の再結晶化を防ぐ。
希土類合金を含有する高強度合金は長い間研究されてきており、そして素晴らしい結果が米国特許出願公開第２０１７／００５８３８６に開示されている。
この特許は、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔｂ、Ｌｕのような希土類元素を添加することによってナノ相析出が強化された一種のＡｌ－Ｚｒ系合金を明らかにしている。約２％ないし１．５％の希土類元素を添加すると、Ａｌ－Ｚｒ合金中に含有するＬ１２相粒子ができ、その結果、その合金は３００度未満でも高い強度を維持することができる。
工学に応用される材料については、加工が必要である。そのため、材料は適切な伸びを備えていなければならず、そのため材料がほんのわずかな変形で容易に破壊されなくなる。確かに、各合金の元素を添加することは、分散液の成分及び構造、製造方法に強く影響を与え、別の方法では、分散に大きな影響を与える。例えば、Ａｌ－Ｆｅ系合金は、他の合金より偏析の傾向が高い。その結果、より速い冷却速度が主な影響因子となる。製造には、平面流延、霧化等の方法が用いられる。
本開示における幾つかの実施形態は、関連技術における上述した及び／または他の問題に鑑みて開発されたものである。本開示における実施形態は、既存の方法及び／または装置を大幅に改善することができる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱安定性及び可塑性に優れたＡｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金を提供することを目的とする。
本発明の幾つかの実施形態の他の目的及び利点は、以下の好ましい実施形態から明らかになる。
上記課題を解決するために、本発明の幾つかの実施形態は以下の構成を有する。
［１］ Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金は、Ｆｅと、Ｅｒとを含み、残部がＡｌ及び不可避の不純物であり、Ｆｅが、約５重量％～約１５重量％であり、Ｅｒが、約０．２重量％～約１．２重量％である。
［２］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｍｏ：１重量％～４重量％を含む。
［３］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、Ｖ：１重量％～４重量％を含む。
［４］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｚｒ：０重量％～４重量％を含む。
［５］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｔｉ：０重量％～４重量％を含む。
［６］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｍｏ：１重量％～４重量％と、Ｖ：１重量％～４重量％とを含む。
［７］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｍｏ：１重量％～４重量％と、Ｚｒ：０重量％～４重量％とを含む。
［８］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｍｏ：１重量％～４重量％と、Ｔｉ：０重量％～４重量％とを含む。
［９］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｖ：１重量％～４重量％と、Ｚｒ：０重量％～４重量％とを含む。
［１０］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｖ：１重量％～４重量％と、Ｔｉ：０重量％～４重量％とを含む。
［１１］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｚｒ：０重量％～４重量％と、Ｔｉ：０重量％～４重量％とを含む
［１２］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｍｏ：１重量％～４重量％と、Ｖ：１重量％～４重量％と、Ｚｒ：０重量％～４重量％とを含む。
［１３］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｍｏ：１重量％～４重量％と、Ｖ：１重量％～４重量％と、Ｔｉ：０重量％～４重量％とを含む。
［１４］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｍｏ：１重量％～４重量％と、Ｚｒ：０重量％～４重量％と、Ｔｉ：０重量％～４重量％とを含む。
［１５］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｖ：１重量％～４重量％と、Ｚｒ：０重量％～４重量％と、Ｔｉ：０重量％～４重量％とを含む。
［１６］ 前記［１］に記載のアルミニウム合金は、好ましくは、更に、Ｍｏ：１重量％～４重量％と、Ｖ：１重量％～４重量％と、Ｚｒ：０重量％～４重量％と、Ｔｉ：０重量％～４重量％とを含む。
前記［１］ないし［１６］項に記載の本発明によれば、熱安定性及び可塑性に優れた粉末冶金用Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金を提供することができる。
以下の段落では、本開示における幾つかの実施形態は、限定としてではなく例として説明する。本開示に基づいて、これらの例示された実施形態に基づいて他の様々な実施形態が当業者によってなされ得ると理解されるべきである。
一般に、高温での良好な特性の要求を満たし、密度の限度を考慮すると、粉末冶金によって製造された、より良い熱安定性のために、添加元素を有するＡｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系合金処理Ｌ１２構造は、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ、及びＴｉを含む。
本実施形態に係るＡｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金は、ＦｅとＥｒとを含み、残部がＡｌと不可避的不純物からなる組成を有する。ＦｅとＥｒは合金元素である。Ｆｅは、５重量％～１５重量％程度、Ｅｒは、０．２重量％～１．２重量％程度である。
本実施形態において、アルミニウム合金の各構成成分（添加元素）の添加量（含有量）及びその効果は以下の通りである。
Ｆｅの添加量は、約５重量％から約１５重量％である。Ｆｅは、高温特性を向上させる効果がある。Ｆｅの添加量が５重量％未満であると、高温引張強度が低下する。一方、Ｆｅの添加量が１５重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。そのため、Ｆｅの添加量は約５重量％～約１５重量％であることが必要であり、より好ましくは６重量％～１２重量％である。
Ｅｒの添加量は、約０．２重量％から約１．２重量％である。Ｅｒは、不純物を除去してＡｌを用いてＬ１２析出物を形成することで析出促進効果を高めることで溶融物の品質を向上させる効果がある。Ｅｒの添加量が０．２重量％未満であると、溶融物が精製されにくくなり、粉末冶金による析出物が少なくなるおそれがある。一方、Ｅｒの添加量が約１．２重量％を超えると、密度が高すぎると合金は軽量車両に適さなくなる。そのため、Ｅｒの添加量は、約０．２重量％～約１．２重量％である必要があり、より好ましくは０．５重量％～１重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＭｏを含むことが好ましい。
Ｍｏの添加量は、１重量％～４重量％である。Ｍｏは、引張強度を向上させる効果がある。Ｍｏの添加量が１重量％未満の場合、引張強度が低下する。一方、Ｍｏの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。そのため、Ｍｏの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。
上記のＡｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＶを含むことが好ましい。
Ｖの添加量は、１重量％から４重量％である。Ｖは、ある範囲で可塑性を向上させる効果がある。Ｖの添加量が１重量％未満では可塑性が低下する。一方、Ｖの添加量が４重量％を超えると、可塑性も低下し、これはＡｌ－Ｆｅ－Ｖ金属間化合物の形成に起因すると考えられる。そのため、Ｖの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、０重量％～４重量％のＺｒを含むことが好ましい。
Ｚｒの添加量は、０重量％から４重量％である。Ｚｒは、析出強化の効果を向上させる効果を有する。Ｚｒの添加量が０重量％未満であると、析出促進が弱くなる。一方、Ｚｒの添加量が４重量％を超えると、材料の液相線の増加は合金の製造にとって有害となる。そのため、Ｚｒの添加量は０重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、Ｔｉを０重量％～４重量％含有することが好ましい。
Ｔｉの添加量は０重量％～４重量％である。Ｔｉは、析出強化により引張強度を向上させる効果がある。Ｔｉの添加量が０重量％未満では、析出強化が弱くなる。一方、Ｔｉの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。そのため、Ｔｉの添加量は０重量％～４重量％であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＭｏと、１重量％～４重量％のＶとを含むことが好ましい。
Ｍｏの添加量は、１重量％～４重量％、Ｖは、１重量％～４重量％である。Ｍｏは、引張強度を向上させる効果がある。Ｍｏの添加量が１重量％未満の場合、引張強度が低下する。一方、Ｍｏの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｍｏの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｖは、ある範囲で可塑性を向上させる効果がある。この添加量が１重量％未満では可塑性が低下する。一方、Ｖの添加量が４重量％を超えると、可塑性も低下し、これはＡｌ－Ｆｅ－Ｍｏ－Ｖ金属間化合物の形成に起因すると考えられる。このため、Ｖの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＭｏと、０重量％～４重量％のＺｒとを含むことが好ましい。
Ｍｏの添加量は、１重量％～４重量％、Ｚｒの添加量は、０重量％～４重量％である。Ｍｏは、引張強度を向上させる効果がある。Ｍｏの添加量が１重量％未満の場合、引張強度が低下する。一方、Ｍｏの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｍｏの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｚｒは、析出強化の効果を向上させる効果を有する。Ｚｒの添加量が０重量％未満であると、析出促進が弱くなる。一方、Ｚｒの添加量が４重量％を超えると、材料の液相線の増加は合金の製造にとって有害となる。このため、Ｚｒの添加量は０重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＭｏと、０重量％～４重量％のＴｉとを含むことが好ましい。
Ｍｏの添加量は、１重量％～４重量％、Ｔｉの添加量は、０重量％～４重量％である。Ｍｏは、引張強度を向上させる効果がある。Ｍｏの添加量が１重量％未満の場合、引張強度が低下する。一方、Ｍｏの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｍｏの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｔｉは、析出強化により引張強度を向上させる効果がある。Ｔｉの添加量が０重量％未満では、析出強化が弱くなる。一方、Ｔｉの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｔｉの添加量は０重量％～４重量％であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＶと、０重量％～４重量％のＺｒとを含むことが好ましい。
Ｖの添加量は、１重量％～４重量％、Ｚｒの添加量は、０重量％～４重量％である。Ｖは、ある範囲で可塑性を向上させる効果がある。Ｖの添加量が１重量％未満では可塑性が低下する。一方、Ｖの添加量が４重量％を超えると、可塑性も低下し、これはＡｌ－Ｆｅ－Ｖ金属間化合物の形成に起因すると考えられる。このため、Ｖの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｚｒは、析出強化の効果を向上させる効果を有する。Ｚｒの添加量が０重量％未満であると、析出促進が弱くなる。一方、Ｚｒの添加量が４重量％を超えると、材料の液相線の増加は合金の製造にとって有害となる。このため、Ｚｒの添加量は、０重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＶと、０重量％～４重量％のＴｉとを含むことが好ましい。
Ｖの添加量は、１重量％～４重量％、Ｔｉの添加量は、０重量％～４重量％である。Ｖは、ある範囲で可塑性を向上させる効果がある。Ｖの添加量が１重量％未満では可塑性が低下する。一方、Ｖの添加量が４重量％を超えると、可塑性も低下し、これはＡｌ－Ｆｅ－Ｖ金属間化合物の形成に起因すると考えられる。このため、Ｖの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｔｉは、析出強化により引張強度を向上させる効果がある。Ｔｉの添加量が０重量％未満では、析出強化が弱くなる。一方、Ｔｉの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｔｉの添加量は０重量％～４重量％であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＺｒと、０重量％～４重量％のＴｉとを含むことが好ましい。
Ｚｒの添加量は、０重量％～４重量％、Ｔｉの添加量は、０重量％～４重量％である。Ｚｒは、析出強化の効果を向上させる効果を有する。Ｚｒの添加量が０重量％未満であると、析出促進が弱くなる。一方、Ｚｒの添加量が４重量％を超えると、材料の液相線の増加は合金の製造にとって有害となる。このため、Ｚｒの添加量は０重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。Ｔｉは、析出強化により引張強度を向上させる効果がある。Ｔｉの添加量が０重量％未満では、析出強化が弱くなる。一方、Ｔｉの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｔｉの添加量は０重量％～４重量％であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＭｏと、１重量％～４重量％のＶと、０重量％～４重量％のＺｒとを含むことが好ましい。
Ｍｏの添加量は、１重量％～４重量％、Ｖは、１重量％～４重量％、Ｚｒは、０重量％～４重量％である。Ｍｏは、引張強度を向上させる効果がある。Ｍｏの添加量が１重量％未満の場合、引張強度が低下する。一方、Ｍｏの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｍｏの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｖは、ある範囲で可塑性を向上させる効果がある。Ｖの添加量が１重量％未満では可塑性が低下する。一方、Ｖの添加量が４重量％を超えると、可塑性も低下し、これはＡｌ－Ｆｅ－Ｍｏ－Ｖ系金属間化合物の形成に起因すると考えられる。このため、Ｖの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｚｒは、析出強化の効果を向上させる効果を有する。Ｚｒの添加量が０重量％未満であると、析出促進が弱くなる。一方、Ｚｒの添加量が４重量％を超えると、材料の液相線の増加は合金の製造にとって有害となる。このため、Ｚｒの添加量は０重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＭｏと、１重量％～４重量％のＶと、０重量％～４重量％のＴｉとを含むことが好ましい。
Ｍｏの添加量は、１重量％～４重量％、Ｖは、１重量％～４重量％、Ｔｉは、０重量％～４重量％である。Ｍｏは、引張強度を向上させる効果がある。Ｍｏの添加量が１重量％未満の場合、引張強度が低下する。一方、Ｍｏの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｍｏの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｖは、ある範囲で可塑性を向上させる効果がある。Ｖの添加量が１重量％未満では可塑性が低下する。一方、Ｖの添加量が４重量％を超えると、可塑性も低下し、これはＡｌ－Ｆｅ－Ｍｏ－Ｖ系金属間化合物の形成に起因すると考えられる。このため、Ｖの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｔｉは、析出強化により引張強度を向上させる効果がある。Ｔｉの添加量が０重量％未満では、析出強化が弱くなる。方、Ｔｉの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｔｉの添加量は０重量％～４重量％であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＭｏと、０重量％～４重量％のＺｒと、０重量％～４重量％のＴｉとを含むことが好ましい。
Ｍｏの添加量は、約１重量％～４重量％、Ｚｒは、０重量％～４重量％、Ｔｉは、０重量％～４重量％である。Ｍｏは、引張強度を向上させる効果がある。Ｍｏの添加量が１重量％未満の場合、引張強度が低下する。一方、Ｍｏの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｍｏの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｚｒは、析出強化の効果を向上させる効果を有する。Ｚｒの添加量が０重量％未満であると、析出促進が弱くなる。一方、Ｚｒの添加量が４重量％を超えると、材料の液相線の増加は合金の製造にとって有害となる。このため、Ｚｒの添加量は０重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。Ｔｉは、析出強化により引張強度を向上させる効果がある。Ｔｉの添加量が０重量％未満では、析出強化が弱くなる。一方、Ｔｉの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｔｉの添加量は０重量％～４重量％であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＶと、０重量％～４重量％のＺｒと、０重量％～４重量％のＴｉとを含むことが好ましい。
Ｖの添加量は、１重量％～４重量％、Ｚｒは、０重量％～４重量％、Ｔｉは、０重量％～４重量％である。Ｖは、ある範囲で可塑性を向上させる効果がある。Ｖの添加量が１重量％未満では可塑性が低下する。一方、Ｖの添加量が４重量％を超えると、可塑性も低下し、これはＡｌ－Ｆｅ－Ｖ金属間化合物の形成に起因すると考えられる。このため、Ｖの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｚｒの添加量は０重量％～４重量％である。Ｚｒは、析出強化の効果を向上させる効果を有する。Ｚｒの添加量が０重量％未満であると、析出促進が弱くなる。一方、Ｚｒの添加量が４重量％を超えると、材料の液相線の増加は合金の製造にとって有害となる。このため、Ｚｒの添加量は０重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。Ｔｉは、析出強化により引張強度を向上させる効果がある。Ｔｉの添加量が０重量％未満では、析出強化が弱くなる。一方、Ｔｉの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｔｉの添加量は０重量％～４重量％であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
上記Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金において、更に、１重量％～４重量％のＭｏと、１重量％～４重量％のＶと、０重量％～４重量％のＺｒと、０重量％～４重量％のＴｉとを含むことが好ましい。
Ｍｏの添加量は、約１重量％～４重量％、Ｖの添加量は、１重量％～４重量％、Ｚｒの添加量は、０重量％～４重量％、Ｔｉは、０重量％～４重量％である。Ｍｏは、引張強度を向上させる効果がある。Ｍｏの添加量が１重量％未満の場合、引張強度が低下する。一方、Ｍｏの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｍｏの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｖは、ある範囲で可塑性を向上させる効果がある。Ｖの添加量が１重量％未満では可塑性が低下する。一方、Ｖの添加量が４重量％を超えると、可塑性も低下し、これはＡｌ－Ｆｅ－Ｍｏ－Ｖ系金属間化合物の形成に起因すると考えられる。このため、Ｖの添加量は１重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは１．５重量％～３．５重量％である。Ｚｒは、析出強化の効果を向上させる効果を有する。Ｚｒの添加量が０重量％未満であると、析出促進が弱くなる。一方、Ｚｒの添加量が４重量％を超えると、材料の液相線の増加は合金の製造にとって有害となる。このため、Ｚｒの添加量は０重量％～４重量％であることが必要であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。Ｔｉは、析出強化により引張強度を向上させる効果がある。Ｔｉの添加量が０重量％未満では、析出強化が弱くなる。一方、Ｔｉの添加量が４重量％を超えると、伸びが低下し、可塑性が悪化する。このため、Ｔｉの添加量は０重量％～４重量％であり、より好ましくは０．５重量％～３重量％である。
次に、本実施形態に係るアルミニウム合金の製造方法の一例について説明する。なお、本発明はこの製造方法に限定されないことに留意すべきである。
本実施形態に係るアルミニウム合金の製造方法は、いわゆる粉末冶金法と呼ばれるものであり、簡単にまとめると以下のようになる。
ステップ１：原料を摂氏約１，０００度で溶かす。
ステップ２：溶融物を空気噴霧して粉末にし、それらの直径に応じて分離する。偏析のある質の悪い粉末を使用する場合は、直径１２０μｍを超える粉末を除外する。
ステップ３：粉末をプレスして直径２０３ｍｍのビレットにする。
ステップ４：ビレットを、例えば４００℃等の適切な温度で、８３ｍｍまで押し出す。
ステップ５：材料を試験片に加工し、これを引張実験などに適用する。
［実施例］
ステップ１：原料を摂氏約１，０００度で溶かす。
ステップ２：溶融物を空気噴霧して粉末にし、それらの直径に応じて分離する。偏析のある質の悪い粉末を使用する場合は、直径１２０μｍを超える粉末を除外する。
ステップ３：粉末をプレスして直径２０３ｍｍのビレットにする。
ステップ４：ビレットを、例えば４００℃等の適切な温度で、８３ｍｍまで押し出す。
ステップ５：材料を試験片に加工し、これを引張実験などに適用する。
［実施例］
以下、本発明に係る実施例及び実施例と比較するための比較例について説明する。
表１に、実施例１～１６及び比較例１７～１９のアルミニウム合金材料（試料）の組成成分をその伸び、評価、密度、評価及び総合評価と共に示す。
［引張強度実験の詳細］
試料を調製し、続いてＡＳＴＭ－Ｒ３を用いて引張強度実験を室温で１ｍｍ／分の伸び速度で試験した。
［密度測定と計算の詳細］
試料を調製し、続いてＡＳＴＭ－Ｒ３を用いて引張強度実験を室温で１ｍｍ／分の伸び速度で試験した。
［密度測定と計算の詳細］
密度はアルキメデスの原理によって、重さを体積で割って測定する。
比較合金の密度の計算に関しては、それらはおよそＥｒの添加量（０と１％）と各サンプルの重さによって決定される線形方程式によって仮定した。
表１の結果から明らかなように、Ｆｅ、Ｅｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉの添加量を本発明の特定範囲及び好ましい範囲内で適宜調整した実施例１～１６のアルミニウム合金において、総合評価は良かった。
一方、Ｅｒ添加量が本発明の特定範囲外である比較例１７～１９に示すように、総合評価は不良であった。
本発明の実施において、より良い特性を達成するために多くの合金が試みられた。多くの要因が考慮された。それが表に示されているように、高温引張強度の他に、加工能力の伸び、軽量の密度もまた、測定要因の一つである。
比較的安価な希土類元素であるＥｒは、溶融物の不純物を除去することができるだけでなく、Ａｌと一緒にＬ１２構造化合物を形成することができることから、添加元素として考えられる主なものである。
Ｅｒを合金から除外すると、微量の不純物が残留するために伸びが３％に減少し、加工中に破断しにくくなる。Ｅｒを添加すると、高温引張強度は低下するが、伸びは改善され、そしてより良い加工能力をもたらす。
しかしながら、添加量が増加すると、Ｅｒは８．７９５ ｇ／ｃｍ３の重金属であるため、密度も急激に増加し、２．７ｇ／ｃｍ３のＡｌと比較する。明らかに、大量のＥｒは軽量の要件に適合しない。
本明細書で使用される用語及び表現は説明のために使用されるものであり、限られた方法に解釈するために使用する意図はなく、ここに示され言及された特徴と同等のものを排除せず、本発明の特許請求の範囲内に包含される様々な変更を可能にするものであることを理解されたい。
Claims (8)
- Ｆｅと、
Ｅｒとを含み、
残部がＡｌ及び不可避の不純物であり、
Ｆｅが、５重量％～１５重量％であり、
Ｅｒが、０．２重量％～１．２重量％であり、
金属組織としてＬ１２相を有している
ことを特徴とする、Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金。 - Ｆｅと、
Ｅｒとを含み、
残部がＡｌ及び不可避の不純物であり、
Ｆｅが、５重量％～１５重量％であり、
Ｅｒが、０．２重量％～１．２重量％であり、
金属粉末の圧縮成型品によって構成されている
ことを特徴とする、Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金。 - 更に、Ｍｏ：１重量％～４重量％を含む、
請求項１または２に記載のアルミニウム合金。 - 更に、Ｖ：１重量％～４重量％を含む、
請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。 - 更に、Ｚｒ：０重量％超４重量％以下を含む、
請求項１～４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。 - 更に、Ｔｉ：０重量％超４重量％以下を含む、
請求項１～４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。 - 更に、Ｚｒ：０重量％超４重量％以下と、
Ｔｉ：０重量％超４重量％以下とを含む、
請求項３または４に記載のアルミニウム合金。 - Ｆｅと、Ｅｒとを含み、残部がＡｌ及び不可避の不純物であり、Ｆｅが、５重量％～１５重量％であり、Ｅｒが、０．２重量％～１．２重量％であるＡｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金の製造方法であって、
粉末冶金法を用いて製造するようにした
ことを特徴とする、Ａｌ－Ｆｅ－Ｅｒ系アルミニウム合金の製造方法。
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