JPH0322272B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、リチウムを含有するAl合金に、普
通の加熱条件下に（即ち空気中で）熱間共圧延
（colaminage ａ chaud）によつて被覆を施す
方法に係わる。本明細書中で使用する「熱間共圧
延」なる用語は、高温下でコア（素地）金属（も
しくは合金）と被覆金属（もしくは合金）とを密
着させて同時に圧延することを意味し、一般には
クラツデイング（合せ板法）と呼ばれている圧延
法のことである。

被覆を施したAl合金を特に航空産業に用いる
と、１個以上の表面被覆層を構成する金属あるい
は合金によつて、素地を構成する合金の表面状態
が改善され、また電気化学的保護が向上するとい
う二重の利点が得られることは公知である。

現在、シリーズ2000あるいは7000（アルミニウ
ム協会の命名法による）の合金に、例えばA5型
あるいはAZI型（それぞれ1050A、7072）の商業
的に純粋なアルミニウムを用いて被覆が施され
る。

しかし、上記のように被覆を施して得られる生
成物の素地物質と表面被覆層とは、該生成物の構
造が優れた機械的強度を有することを保証するよ
うにきわめて確実に付着し合わなければならな
い。

Liを含有したAl合金から成る素地と、特に
1050A及び7072から成る被覆層（本明細書では被
膜とも呼称する）との熱間共圧延による被覆を試
験すると、１個以上の被覆層が素地物質に良好に
付着しないことに由来していくつかの問題が生じ
る。

この現象はおそらく、共圧延の前に加熱を行な
うと素地表面の酸化が生起してLi₂Oが生成し、
このLi₂Oが水和してリチアLi（OH）を生じ、ま
た炉内雰囲気中の二酸化炭素と反応して炭酸塩
Li₂CO₃が生成することに起因する。

上記酸化生成物はいずれも、熱間共圧延の際の
素地と１個以上の被膜との冶金学的結合を妨げ
る。

素地−被膜アセンブリーを酸化を惹起しない乾
燥雰囲気中で、更には真空中で再加熱することは
可能であろうが、その場合は非常に特殊な設備の
使用並びに炉内の雰囲気の微妙な調節が必要とな
る。あるいはまた焼き戻しの前に１個以上の被膜
を、該被膜と素地との間で生起する酸化を防止す
るために素地に溶接することもできようが、この
ような方法は複雑で厄介である。

本願出願人は、Liを含有したAl合金に商業的
に純粋なアルミニウムかあるいはLiを含有しない
Al合金で、通常の加熱設備（空気炉air
furnaces）を用いて被覆する際のこのような問題
を、素地−被膜アツセンブリーを加熱して共圧延
する前に、当該素地合金を制御下に酸化すること
及び得られる酸化生成物を除去する前処理工程を
生産ライン中に導入することによつて解決した。

より詳しくは、空気炉内その他の任意の酸化雰
囲気中での加熱によつて、被覆を施すべき製品
の、例えば表面切削後の機械加工面を酸化する。
その際加熱の温度Toの範囲は 450℃≦To≦550℃ で、好ましくは500℃≦To≦530℃であり、また
加熱時間toは、Liが表面から損失する効果が及び
深さが30〜700μm、好ましくは100〜500μm、特
に好ましくは200〜500μmとなる（この深さの決
定方法については実施例１参照）ような長さであ
る。時間toの長さは、実験から容易に決定でき
る。

時間toの上限は、良好な生産性レベルを維持す
るためには酸化処理を過度に長時間実施してはな
らないことに基づき、また時間toの下限は、良好
な被覆効果を実現するために十分な程度まで減少
したLi含量を有する表面を得るのに必要である。

酸化後、ブラシ研磨、シヨツトブラスト、サン
ドブラスト、酸洗い等のそれ自体公知である任意
の化学的あるいは機械的手段によつて表面酸化生
成物を除去する。合金の損失は面毎に30μm、好
ましくは10μm未満である。

酸化生成物を除去するための諸条件は、非常に
単純な試験（重量損失）により実験的に容易に決
定できる。損失の深さが30μmを越えると、被覆
が合金に付着する確実な保証はもはやなくなつて
しまう。

素地と１個以上の被膜とから成るアセンブリー
の熱間共圧延に際しての加熱は、当該合金に関し
て当業者に周知である通常の圧延前加熱条件下で
実施可能である。しかし、付着性の高い被覆を形
成するためには、加熱温度は500℃以下、好まし
くは470℃以下（更には450℃）で、また加熱時間
は24時間以内、好ましくは12時間以内である。こ
のような条件下では、端面を通しての複合体の素
地と被膜との間での過度の酸化を回避でき、生産
性を向上し得る（端部及び縁部の切除の減少）。

熱間共圧延により得られる被覆されたAl合金
は、必要に応じて熱処理（アニーリング）、所望
の厚さへの冷間圧延等を施すことができる。

本発明を、添付図面と共に示す実施例によつて
以下に詳述する。

実施例 １ 酸化の影響を受ける深さの決定 組成（単位は重量％）がLi2.8％、Cu1.35％、
Mg1.0％、Zr0.12％、Fe0.06％及びSi0.03％であ
る合金8090で800×300mm²の大きさの断面を有する
プレートを鋳造し、このプレートを535℃で24時
間均質化した後、面毎に表面から15mmだけ切削
し、470℃で24時間再加熱し、熱間圧延を行なつ
て厚みを13mmとする。サンプルを取つて厚み１mm
に機械加工し、空気炉内において温度535℃で１
時間30分にわたり溶液処理を行なう。酸化表面に
対して垂直に求めた断面を磨き、SIMS（二次イ
オン質量スペクトル分析法）を用いてリチウム及
びマグネシウムの含量を、表面までの距離に対し
て測定する。測定結果を第１図に示す。表面から
約120μmにわたつてLiの量が減少している点が指
摘されよう。

実施例 ２ 組成（単位は重量％）がLi2.6％、Cu1.2％、
Mg1.1％、Zr0.08％、Fe0.06％及びSi0.02％で、
残りはアルミニウムである合金8090で350×150mm²
の大きさの断面を有する150Kgのプレートを鋳造
し、このプレートを540℃で24時間均質化した後、
面毎に表面から15mmだけ切削し、空気炉内におい
て温度535℃で12時間酸化し、低温硝酸浴（36゜B
酸50容量％）に６分間浸漬し、水で洗浄し、濃度
50g／リツトル、温度45℃の水酸化ナトリウム浴
に４分間浸漬し（腐食深度14μm）、水で洗浄し、
50容量％の36゜B酸を含有する低温硝酸浴中で15
分間にわたつて中和し、水で洗浄する。

次に、各々A5から成り、かつ６mmの厚みを有
する２個の被膜をプレートの大きい面にそれぞれ
に１個ずつ配置し、合金8090から成る上記プレー
トの一端に固定することによつて所定位置に保持
する。得られたアセンブリーを450℃で12時間加
熱した後、熱間共圧延を行なつて厚み3.2mmとし、
400℃で１時間30分焼き戻し、冷間圧延を行なつ
て厚み1.6mmとし、540℃で15分間溶液処理に付
し、冷水で焼き入れし、２％伸張させ、170℃で
６時間にわたつて焼き戻す。

上記のように焼き戻したシートを塩水霧
（asaline mist）（規格ASTM B117）に1000時間
晒す。得られた被覆物はまばらなピツトを有し、
このピツトは第２図に示したように、アルミニウ
ム−リチウム接触部で終つている。良好な素地−
被覆結合が得られた。

実施例 ３ 組成（単位は重量％）がLi2.0％、Cu2.1％、
Mg1.45％、Zr0.07％、Fe0.05％及びSi0.03％であ
る合金2091で、800×300mm²の大きさの断面を有す
る重量1500Kgのプレートを鋳造し、このプレート
を520℃で24時間均質化し、両端をトリミングし、
面毎に表面から15mmだけ切削し、空気炉内に縦に
配置して温度520℃で24時間酸化させ、無風の空
気中で冷却し、低温硝酸浴（36゜B酸50容量％）
に５分間浸漬し、水で洗浄し、濃度75g／リツト
ル、温度40℃の水酸化ナトリウム浴に３分間浸漬
し（腐食深さ8μm）、水で洗浄し、低温硝酸浴
（36゜B酸50容量％）中で10分間にわたつて中和
し、最後に冷水で洗浄する。

アルミニウム協会の命名によれば7072である合
金から成る２個の被膜をプレート上に（その大き
い面のそれぞれに１個ずつ）配置し、合金2091か
ら成る上記プレートの一端に固定することによつ
て所定位置に保持する。合金7072の厚みは、被膜
１個当たり20mmである。得られたアセンブリーを
空気炉内において470℃で12時間加熱した後、熱
間共圧延を行なつて厚み3.6mmとし、これを巻い
てコイル状にし、430℃で24時間焼き戻し、連続
的に冷間圧延を行なつて厚み1.2mmとする。

得られたシートの一部を他のシート部分に重ね
で再び圧延し、厚みを0.8mmとする。

この薄いシートを次に530℃で15分間溶液処理
に付し、冷水で焼き入れし、170℃で24時間にわ
たつて焼き戻す。焼き入れた後全体にわたつてブ
リスタ及び剥離が生じないことによつて、被覆の
良好な機械特性が確認される。

上記のようにして得られたシートは、塩水霧
（規格ASTM B117）に1000時間晒すと良好な耐
食性（第３図参照）を示し、その際有効なガルバ
ーニ電気的保護が達成される。

本発明による方法はあらゆるLi含有Al合金に
適用され、特にLiを0.3〜４重量％、並びにCu5重
量％以下、Mg7重量％以下、Zn15重量％以下、
Zr0.2重量％以下、Mn1.0重量％以下、Cr0.3重量
％以下、Nb0.2重量％以下、Ni0.5重量％以下、
Fe0.5重量％以下、Si0.5重量％以下及び他の各元
素0.05重量％以下の１種または２種以上を含み、
残りはAlである合金であつて、好ましくは、粗
い粒子の不存在や許容可能な程度の高温変形性等
の望ましい性質を有するために Zn％／30＋Mg％／18＋Li％／4.2＋Cu％／７≦１ の関係を満足するAl合金に適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は温度535℃で１時間30分酸化したあと
の、表面までの距離に対する素地合金のLi含量及
びMg含量の変化を示すグラフ、第２図はA5の被
覆を施し、焼き入れ及び焼き戻しを行なつて1.6
mm厚シートの形態にした合金8090を塩水霧中に
1000時間放置した後の合金の縦断面を顕微鏡的に
拡大して示す断面図（実施例２）、第３図は7072
を用いて被覆を施し、焼き入れ及び焼き戻しを行
なつて、0.8mm厚シートの形態にした合金2091を
塩水霧中に1000時間放置した後の合金の縦断面を
顕微鏡的に拡大して示す断面図（実施例３）であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Liを含有するAl合金（素地合金）に、商業
   的に純粋なAlあるいはLiを含有しないAl合金で
   熱間共圧延により被覆を施す方法において、前記
   素地合金に、 (i) 該素地合金を450〜550℃の温度で、Li含量が
   減少する領域の深さが50〜700μmとなるように
   酸化すること、及び (ii) 酸化した素地合金を、酸化生成物が除去され
   るようにまたこの際合金の表面損失が30μm以
   下となるように化学的及び／または機械的に処
   理すること よりなる前処理を施すことを特徴とする改良され
   た被覆を施す方法。 ２ 酸化を500〜530℃で行なうことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 化学的あるいは機械的処理で除去する合金の
   深さが10μm未満であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ４ Li含量が減少する領域の深さが100〜500μm
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第３項のいずれかに記載の方法。 ５ Li含量が減少する領域の深さが200〜500μm
   であることを特徴とする特許請求の範囲第４項に
   記載の方法。 ６ 熱間共圧延に際して行なう加熱を500℃以下
   の温度で、かつ24時間以内で実施することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第５項のいずれ
   かに記載の方法。 ７ 加熱を470℃より低温で（好ましくは450℃
   で）12時間より短い時間実施することを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項に記載の方法。 ８ Liを0.3〜４重量％、並びにCu5重量％以下、
   Mg7重量％以下、Zn15重量％以下、Zr0.2重量％
   以下、Mn1.0重量％以下、Cr0.3重量％以下、
   Nb0.2重量％以下、Ni0.5重量％以下、Fe0.5重量
   ％以下、Si0.5重量％以下及び他の各元素0.05重量
   ％以下の１種または２種以上を含み、残りはAl
   であるAl合金を素地合金として用いる特許請求
   の範囲第１項から第７項のいずれかに記載の方
   法。 ９ Al合金の組成がさらに下式、 Zn％／30＋Mg％／18＋Li％／4.2＋Cu％／７≦１ の関係を満足するものである特許請求の範囲第８
   項に記載の方法。