JPH05125473A - アルミニウム基合金集成固化材並びにその製造方法 - Google Patents

アルミニウム基合金集成固化材並びにその製造方法

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JPH05125473A
JPH05125473A JP3287919A JP28791991A JPH05125473A JP H05125473 A JPH05125473 A JP H05125473A JP 3287919 A JP3287919 A JP 3287919A JP 28791991 A JP28791991 A JP 28791991A JP H05125473 A JPH05125473 A JP H05125473A
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aluminum
matrix
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solidified
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JP3287919A
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Kazuhiko Kita
和彦 喜多
Hidenobu Nagahama
秀信 長浜
Takeshi Terabayashi
武司 寺林
Masato Kawanishi
真人 川西
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YKK Corp
Yoshida Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度で、しかも実用の加工に耐えうる伸び
を有するアルミニウム基合金集成固化材並びにその製造
方法に関する。 【構成】 AlaNibcd(X:La,Ce,Mm,
Ti,Zrの1種又は、2種以上、M:V、Cr、M
m、Fe、Co、Y、Nb、Mo、Hf、Ta、Wの1
種又は2種以上、a、b、c、dは原子パーセントで8
5≦a≦94.4、5≦b≦10、0.5≦c≦3、
0.1≦d≦2)又はAlaNibce(Q:Mg、S
i、Cu、Znの1種以上、eは原子パーセントで0.
1≦e≦2)あるいはAla´Nibcdeで示され
る急冷凝固材を集成固化してなるもの、及び上記塑性の
材料を溶融して急冷凝固させ、得られた粉末又は薄片を
集成して通常の塑性加工手段により加圧成形固化する製
造方法である。 【効果】 本発明の固化材は、二次加工を施す場合に加
工に耐えうる伸び(靭性)の優れたもので、その二次加
工が容易に行えるとともに、原材料のもつ優れた特性を
そのまま維持できるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度で、しかも実用
の加工に耐えうる伸びを有するアルミニム基合金集成固
化並びにその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高強度、高耐熱性を有するアルミ
ニウム基合金が液体急冷法等によって製造されている。
特に特開平1−275732号公報に開示されている。
液体急冷法によって得られるアルミニウム合金は非晶質
又は微細結晶質であり、高強度、高耐熱性、高耐食性を
有する優れた合金である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のアルミニウ
ム基合金は、高強度、高耐熱性、高耐食性を示す優れた
合金であり、これを液体急冷法によって粉末又は薄片と
して得、これらを原料として種々加工して最終製品を得
る場合、すなわち一次加工のみで製品とする場合につい
ては加工性においても優れているが、該粉末又は薄片を
原料として固化材を形成し、さらにこれを加工する場
合、すなわち二次加工する場合には、その加工性および
加工後の材料の優れた特性の維持の点において改善の余
地を残している。
【0004】そこで、本発明は、二次加工(押出、切
削、鍛造等)を施すに際し、その加工が容易に行え、か
つ加工後においても原料が有している優れた特性を維持
できる特定の組成によりなるアルミニウム基合金集成固
化材を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1発明は、一
般式:AlaNibc (ただし、X:La,Ce,Mm,Ti,Zrから選ば
れる少なくとも1種以上の元素、M:V,Cr,Mn,
Fe,Co,Y,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選ば
れる少なくとも1種以上の元素であり、a、b、c、d
は原子パーセントで85≦a≦94.4、5≦b≦1
0、0.5≦c≦3、0.1≦d≦2)で示される組成
の急冷凝固材を集成固化してなるアルミニウム基合金集
成固化材である。
【0006】本発明の第2発明は、一般式:AlNi
bce (ただし、X:La,Ce,Mm,Ti,Zrから選ば
れる少なくとも1種以上の元素、Q:Mg,Si,C
u,Znから選ばれる少なくとも1種以上の元素であ
り、a、b、c、eは原子パーセントで85≦a≦9
4.4、5≦b≦10、0.5≦c≦3、0.1≦e≦
2)で示される組成の急冷凝固材を集成固化してなるこ
とを特徴とするアルミニウム基合金集成固化材である。
【0007】本発明の第3発明は、一般式:Ala´N
bcde (ただし、X:La,Ce,Mm,Ti,Zrから選ば
れる少なくとも1種以上の元素、M:V,Cr,Mn,
Fe,Co,Y,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選ば
れる少なくとも1種以上の元素、Q:Mg,Si,C
u,Znから選ばれる少なくとも1種以上の元素であ
り、a´、b、c、d、eは原子パーセントで83≦a
´≦94.3、5≦b≦10、0.5≦c≦3、0.1
≦d≦2、0.1≦e≦2)で示される組成の急冷凝固
材を集成固化してなるアルミニウム基合金集成固化材で
ある。
【0008】本発明の第4発明は、一般式:AlaNib
cd (ただし、X:La,Ce,Mm,Ti,Zrから選ば
れる少なくとも1種以上の元素、M:V,Cr,Mn,
Fe,Co,Y,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選ば
れる少なくとも1種以上の元素であり、a、b、c、d
は原子パーセントで85≦a≦94.4、5≦b≦1
0、0.5≦c≦3、0.1≦d≦2)で示される組成
の材料を溶融して急冷凝固させ、得られた粉末または薄
片を集成して通常の塑性加工手段により加圧成形固化す
るアルミニウム基合金集成固化材の製造方法である。
【0009】本発明の第5発明は、一般式:AlaNib
ce (ただし、X:La,Ce,Mm,Ti,Zrから選ば
れる少なくとも1種以上の元素、Q:Mg,Si,C
u,Znから選ばれる少なくとも1種以上の元素であ
り、a、b、c、eは原子パーセントで85≦a≦9
4.4、5≦b≦10、0.5≦c≦3、0.1≦e≦
2)で示される組成の材料を溶融して急冷凝固させ、得
られた粉末または薄片を集成して通常の塑性加工手段に
より加圧成形固化することを特徴とするアルミニウム基
合金集成固化材の製造方法である。
【0010】本発明の第6発明は、一般式:Ala´N
bcde (ただし、X:La,Ce,Mm,Ti,Zrから選ば
れる少なくとも1種以上の元素、M:V,Cr,Mn,
Fe,Co,Y,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選ば
れる少なくとも1種以上の元素、Q:Mg,Si,C
u,Znから選ばれる少なくとも1種以上の元素であ
り、a´、b、c、d、eは原子パーセントで83≦a
´≦94.3、5≦b≦10、0.5≦c≦3、0.1
≦d≦2、0.1≦e≦2)で示される組成の材料を溶
融して急冷凝固させ、得られた粉末または薄片を集成し
て通常の塑性加工手段により加圧成形固化するアルミニ
ウム基合金集成固化材の製造方法である。
【0011】又、上記固化材は平均結晶粒径40〜10
00nmのアルミニウムまたはアルミニウムの過飽和固
溶体のマトリックスであり、かつマトリックス元素とそ
の他の合金元素とが生成する種々の金属間化合物及び/
又はその他の合金元素同士が生成する種々の金属間化合
物の安定相又は準安定相からなる粒子が前記マトリック
ス中に均一に分布し、その金属間化合物の平均粒子の大
きさが10〜800nmである。
【0012】上記第4、第5、第6発明において、原材
料となる粉末又は薄片は、非晶質、過飽和固溶体又は上
記に示すような平均結晶粒径100nm以下で金属間化
合物の平均粒子の大きさが1〜800nmの微細結晶質
又はこれらの混相であることが必要である。非晶質材の
場合は集成時に50℃〜400℃に加熱することによっ
て上記条件の微細結晶質又は混相とすることができる。
【0013】上記通常の塑性加工技術とは広義のもの
で、加圧成形や粉末冶金技術も包含する。
【0014】前記一般式において、原子パーセントでa
を85〜94.4%、a´を83〜94.3%、bを5
〜10%、cを0.5〜3%、dを0.1〜2%、eを
0.1〜2%の範囲にそれぞれ限定したのは、その範囲
内であると従来(市販)の高強度アルミニウム合金より
室温から300℃までの強度が高いとともに実用の加工
に耐え得るだけの延性を備えているためである。
【0015】本発明の合金固化材において、Ni元素は
Alマトリックス中の拡散能が比較的小さい元素であ
り、Alマトリックス中に微細に金属間化合物として分
散することにより、マトリックスを強化するとともに結
晶粒の成長を制御する効果がある。すなわち合金の硬度
と強度と剛性を著しく向上させ、常温をもとより高温に
おける微細結晶質相を安定化させ、耐熱性を付与する。
【0016】また、X元素はLa,Ce,Mm,Ti,
Zrから選ばれる1種もしくは2種の元素であり、X元
素はAlマトリックス中の拡散能が小さい元素であり、
種々の準安定または安定な金属間化合物を形成し、微細
結晶組織の安定化に貢献する。
【0017】さらに、上記元素の組み合わせにより既存
の加工の際に必要な延性を付与することができる。な
お、Mm(ミッシュメタル)とは主要元素がLa、Ce
であり、そのほかに上記La、Ceを除く希土類(ラン
タノイド系列)元素および不可避的不純物(Si,F
e,Mg,Alなど)を含有する複合体の通称であり、
MmはLa、Ceとほぼ1対1(原子%)の割合で置き
換えることができるとともに、安価であり経済的効果が
大きい。
【0018】M元素はV,Cr,Mn,Fe,Co,
Y,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選ばれる少なくと
も1種以上の元素であり、M元素はAlと化合物を作
り、Al−Ni系、Al−X系の金属間化合物よりもさ
らに小さい10〜100nmの大きさで、上記化合物間
に均一微細に分散する。このAl−M系化合物が転位を
ピン止めし、応力の集中を緩和するために、延性が向上
する。M元素を微量添加することにより、急冷状態では
Al中に固溶していたM元素がAl−M系の金属化合物
として温間加工(圧粉、押出し、鍛造等)時に析出する
ために、微細分散化が可能となる。しかし、M元素の添
加により、より良い靭性(延性)と耐熱性が得られる
が、2at%を越えると、耐熱性、強度的には優れた効
果が期待できるが、本発明の目的の一つである延性が不
足してしまう。
【0019】Q元素は、Mg,Si,Cu,Znから選
ばれる少なくとも1種の元素であり、Q元素はAlと化
合物またはQ元素同士で化合物を作り、マトリックスを
強化するとともに、耐熱性を向上させる。また、比強
度、比弾性を向上させる。
【0020】本発明のアルミニウム基合金固化材におい
て、平均結晶粒径を40〜1000nmの範囲に限定し
たのは、40nm未満の場合強度は強いが延性の点で不
充分であり、既存の加工に必要な延性を得るためには、
40nm以上が必要であり、また1000nmを越える
場合強度が急激に低下し、高強度のものが得られなくな
るためであり、高強度の固化材を得るためには1000
nm以下が必要であるためである。また、金属間化合物
の平均粒子の大きさを10〜800nmの範囲に限定し
たのは、Alマトリックスの強化要素として働かないた
めである。すなわち、10nm未満の場合、Alマトリ
ックス強化に寄与せず、必要以上にマトリックス中に固
溶させると脆化の危険を生じる。また、800nmを越
えた場合、分散粒子が大きくなり過ぎて、強度の維持が
できなくなるとともに強化要素として働かなくなる。し
たがって、上記範囲にすることによりヤング率、高温強
度、疲労強度を向上させることができる。
【0021】本発明のアルミニウム基合金固化材は、適
当な製造条件を選ぶことにより、平均結晶粒径と金属間
化合物の分散状態を制御できるが、強度を重視する場
合、平均結晶粒径および金属間化合物の平均粒子径を小
さく制御し、延性を重視する場合、平均粒径および金属
間化合物の平均粒子経を大きくすることによって、種々
の目的にあったものを得ることができる。
【0022】また、平均結晶粒径を40〜1000nm
の範囲に制御することにより、優れた超塑性加工材とし
ての性質も付与できる。
【0023】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明
する。
【0024】実施例1 ガスアトマイズ装置により所定の成分組成を有するアル
ミニウム基合金粉末(Al91.5-XNi7Mm1.5NbX
Al90-XNi8Mm2CrX)を作製する。作製されたア
ルミニウム基合金粉末を金属カプセルに充填後、真空ホ
ットプレスにより、脱ガスを行いながら押出し用のビレ
ットを作製する。このビレットを押出機にて200〜5
50℃の温度で押出を行った。上記の製造条件により得
られた押出材(固化材)の室温における機械的性質(引
張強度、伸び)をそれぞれ図1および図2に示す。
【0025】図1、2に示すように、室温における固化
材の引張強度は、Nb、Crの量が0.2at%以下で
急激に低下していることが分かる。また、一般的な加工
に最低限必要な伸び(2%)はNb、Crの量が2at
%以下で得られていることが分かる。したがって、冷間
加工において(室温に近い温度の加工において)高強度
の成形材を加工する場合、Nb、Crの量が0〜2at
%で可能であると言うことが分かる。なお、比較のため
従来の高強度アルミニウム基合金固化材(ジュラルミン
の押出材)について、室温における引張強度を測定し
た。その結果、約650MPaであった。これからも、
上記本発明の固化材は強度的に優れたものであることが
分かる。
【0026】また、上記の製造条件により得られた固化
材のヤング率について調べた。本発明の固化材は従来の
高強度Al合金(ジュラルミン)が約7000kgf/
mm2であるのに対し8500〜12000kgf/m
2と高く、このことより、同一荷重がかかるとたわみ
量および変形量が小さくて済むといった効果を奏する。 実施例2 上記の実施例1と同様の製造条件により得られた押出材
(固化材)Al89.4Ni8Mm2Fe0.5Mg0.1につい
て、所定温度で100時間保持後における機械的性質
(引張強度、伸び)を所定温度下で調べた。この温度と
上記機械的性質との関係の結果を図3に示す。なお、比
較のため従来の高強度アルミニウム基合金固化材(超々
ジュラルミンの押出材)について、同様に測定した。
【0027】図3に示すように本発明の合金固化材は、
室温から300℃まで高い引張強度を示すとともに、従
来の高強度アルミニウム基合金固化材である超々ジュラ
ルミンと比較しても、室温から300℃まで高い引張強
度を示す。また、本発明の合金固化材は、引張強度が高
いにもかかわらず、優れた伸びを示していることが分か
る。
【0028】実施例3 上記実施例1と同様の製造条件により、表1に示す組成
(at%)の押出材(固化材)を作製し、表1中の右欄
に示すように、室温での引張強度、室温での伸び、47
3K(200℃)環境下における引張強度について調べ
た。なお、473K環境下おける引張強度は、得られた
押出材を473Kで100時間保持後における引張強度
を473K下で調べたものである。
【0029】表1の結果より、本発明の押出材は、室温
から473Kまでの間ですぐれた引張強度を示している
とともに、すぐれた伸びを有するものであることが分か
る。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【発明の効果】以上のように、本発明のアルミニウム基
合金固化材は、次の加工を施すのに際し、靭性に優れた
ものでありその加工が容易に行えるとともに固化前の材
料が持つ急冷凝固材の優れた特性を維持できるものであ
る。
【0033】また、比重の高い元素の添加が少ないた
め、比強度の高い合金材料を提供することができる。
【0034】さらに、かかる固化材は急冷凝固によって
得た粉末又は薄片を集成して塑性加工するだけの簡単な
手段によって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のNb含有合金の固化材の室温におけ
る伸びと引張強度のNbの変化量に応じたグラフであ
る。
【図2】実施例1のCr含有合金の固化材の室温におけ
る伸びと引張強度のCrの変化量に応じたグラフであ
る。
【図3】実施例2の固化材と従来材の室温から300℃
までの機械的性質を示すグララフである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年2月6日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0030
【補正方法】変更
【補正内容】
【0030】
【表1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0031
【補正方法】変更
【補正内容】
【0031】
【表2】

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式:AlaNibcd (ただし、X:La,Ce,Mm〈ミッシュメタル〉,
    Ti,Zrから選ばれる少なくとも1種以上の元素、
    M:V,Cr,Mn,Fe,Co,Y,Nb,Mo,H
    f,Ta,Wから選ばれる少なくとも1種以上の元素で
    あり、a、b、c、dは原子パーセントで85≦a≦9
    4.4、5≦b≦10、0.5≦c≦3、0.1≦d≦
    2)で示される組成の急冷凝固材を集成固化してなるこ
    とを特徴とするアルミニウム基合金集成固化材。
  2. 【請求項2】 平均結晶粒径40〜1000nmのアル
    ミニウムまたはアルミニウムの過飽和固溶体のマトリッ
    クスであり、かつマトリックス元素とその他の合金元素
    とが生成する種々の金属間化合物および/またはその他
    の合金元素同士が生成する種々の金属間化合物の安定相
    または準安定相からなる粒子が前記マトリックス中に均
    一に分布し、その金属間化合物の平均粒子の大きさが1
    0〜800nmである請求項1記載のアルミニウム基合
    金集成固化材。
  3. 【請求項3】 一般式:AlaNibce (ただし、X:La,Ce,Mm,Ti,Zrから選ば
    れる少なくとも1種以上の元素、Q:Mg,Si,C
    u,Znから選ばれる少なくとも1種以上の元素であ
    り、a、b、c、eは原子パーセントで85≦a≦9
    4.4、5≦b≦10、0.5≦c≦3、0.1≦e≦
    2)で示される組成の急冷凝固材を集成固化してなるこ
    とを特徴とするアルミニウム基合金集成固化材。
  4. 【請求項4】 平均結晶粒径40〜1000nmのアル
    ミニウムまたはアルミニウムの過飽和固溶体のマトリッ
    クスであり、かつマトリックス元素とその他の合金元素
    とが生成する種々の金属間化合物および/またはその他
    の合金元素同士が生成する種々の金属間化合物の安定相
    または準安定相からなる粒子が前記マトリックス中に均
    一に分布し、その金属間化合物の平均粒子の大きさが1
    0〜800nmである請求項3記載のアルミニウム基合
    金集成固化材。
  5. 【請求項5】 一般式:Ala’Nibcde (ただし、X:La,Ce,Mm,Ti,Zrから選ば
    れる少なくとも1種以上の元素、M:V,Cr,Mn,
    Fe,Co,Y,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選ば
    れる少なくとも1種以上の元素、Q:Mg,Si,C
    u,Znから選ばれる少なくとも1種以上の元素であ
    り、a、b、c、d、eは原子パーセントで83≦a≦
    94.3、5≦b≦10、0.5≦c≦3、0.1≦d
    ≦2、0.1≦e≦2)で示される組成の急冷凝固材を
    集成固化してなることを特徴とするアルミニウム基合金
    集成固化材。
  6. 【請求項6】 平均結晶粒径40〜1000nmのアル
    ミニウムまたはアルミニウムの過飽和固溶体のマトリッ
    クスであり、かつマトリックス元素とその他の合金元素
    とが生成する種々の金属間化合物および/またはその他
    の合金元素同士が生成する種々の金属間化合物の安定相
    または準安定相からなる粒子が前記マトリックス中に均
    一に分布し、その金属間化合物の平均粒子の大きさが1
    0〜800nmである請求項3記載のアルミニウム基合
    金集成固化材。
  7. 【請求項7】 一般式:AlaNibcd (ただし、X:La,Ce,Mm,Ti,Zrから選ば
    れる少なくとも1種以上の元素、M:V,Cr,Mn,
    Fe,Co,Y,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選ば
    れる少なくとも1種以上の元素であり、a、b、c、d
    は原子パーセントで85≦a≦94.4、5≦b≦1
    0、0.5≦c≦3、0.1≦d≦2)で示される組成
    の材料を溶融して急冷凝固させ、得られた粉末または薄
    片を集成して通常の塑性加工手段により加圧成形固化す
    ることを特徴とするアルミニウム基合金集成固化材の製
    造方法。
  8. 【請求項8】 固化材は平均結晶粒径40〜1000n
    mのアルミニウムまたはアルミニウムの過飽和固溶体の
    マトリックスであり、かつマトリックス元素とその他の
    合金元素とが生成する種々の金属間化合物および/また
    はその他の合金元素同士が生成する種々の金属間化合物
    の安定相または準安定相からなる粒子が前記マトリック
    ス中に均一に分布し、その金属間化合物の平均粒子の大
    きさが10〜800nmである請求項5記載のアルミニ
    ウム基合金集成固化材の製造方法。
  9. 【請求項9】 一般式:AlaNibce (ただし、X:La,Ce,Mm,Ti,Zrから選ば
    れる少なくとも1種以上の元素、Q:Mg,Si,C
    u,Znから選ばれる少なくとも1種以上の元素であ
    り、a、b、c、eは原子パーセントで85≦a≦9
    4.4、5≦b≦10、0.5≦c≦3、0.1≦e≦
    2)で示される組成の材料を溶融して急冷凝固させ、得
    られた粉末または薄片を集成して通常の塑性加工手段に
    より加圧成形固化することを特徴とするアルミニウム基
    合金集成固化材の製造方法。
  10. 【請求項10】 固化材は平均結晶粒径40〜1000
    nmのアルミニウムまたはアルミニウムの過飽和固溶体
    のマトリックスであり、かつマトリックス元素とその他
    の合金元素とが生成する種々の金属間化合物および/ま
    たはその他の合金元素同士が生成する種々の金属間化合
    物の安定相または準安定相からなる粒子が前記マトリッ
    クス中に均一に分布し、その金属間化合物の平均粒子の
    大きさが10〜800nmである請求項9記載のアルミ
    ニウム基合金集成固化材の製造方法。
  11. 【請求項11】 一般式:Ala’Nibcde (ただし、X:La,Ce,Mm,Ti,Zrから選ば
    れる少なくとも1種以上の元素、M:V,Cr,Mn,
    Fe,Co,Y,Nb,Mo,Hf,Ta,Wから選ば
    れる少なくとも1種以上の元素、Q:Mg,Si,C
    u,Znから選ばれる少なくとも1種以上の元素であ
    り、a´、b、c、d、eは原子パーセントで83≦a
    ´≦94.3、5≦b≦10、0.5≦c≦3、0.1
    ≦d≦2、0.1≦e≦2)で示される組成の材料を溶
    融して急冷凝固させ、得られた粉末または薄片を集成し
    て通常の塑性加工手段により加圧成形固化することを特
    徴とするアルミニウム基合金集成固化材の製造方法。
  12. 【請求項12】 固化材は平均結晶粒径40〜1000
    nmのアルミニウムまたはアルミニウムの過飽和固溶体
    のマトリックスであり、かつマトリックス元素とその他
    の合金元素とが生成する種々の金属間化合物および/ま
    たはその他の合金元素同士が生成する種々の金属間化合
    物の安定相または準安定相からなる粒子が前記マトリッ
    クス中に均一に分布し、その金属間化合物の平均粒子の
    大きさが10〜800nmである請求項7記載のアルミ
    ニウム基合金集成固化材の製造方法。
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