NO174817B

NO174817B - Korrosjonbestandige aluminiumsbaserte legeringer

Info

Publication number: NO174817B
Application number: NO891147A
Authority: NO
Inventors: Tsuyoshi Masumoto; Akihisa Inoue; Katsumasa Odera
Original assignee: Tsuyoshi Masumoto; Yoshida Kogyo Kk
Priority date: 1988-03-17
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1994-04-05
Also published as: DE68908443T2; NO891147L; JPH0637695B2; EP0333217B1; DE68908443D1; CA1336652C; KR910009971B1; NO891147D0; JPH01240632A; DE333217T1; KR890014769A; NO174817C; EP0333217A1; US4911767A

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører aluminiumbaserte legeringer som har en sammensetning representert ved den generelle formelen

med en ønsket kombinasjon av egenskaper av høy korrosjonsmotstand, høy hardhet, høy slitasjebestandighet og høy varmebestandighet.

Som konvensjonelle aluminiumbaserte legeringer, har det vært kjent forskjellige typer av aluminiumbaserte legeringer, såsom Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Si, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg legeringer etc. Disse aluminiumbaserte legeringene har vært utstrakt anvendt i mange forskjellige anvendelser, såsom konstruksjonsmaterialer for fly, biler, skip og lignende; andre bygningsmaterialer, vindusrammer, tak, etc; konstruksjonsmaterialer for marine anlegg og kjernekraft-reaktorer, etc, i samsvar med deres egenskaper.

For å oppnå høy korrosjonsmotstand er de konvensjonelle aluminiumbaserte legeringene vanligvis blitt utsatt for spesiell behandling, f.eks. anodiserende behandling eller belegging med organiske eller uorganiske stoffer ved maling eller elektrolytisk belegging. Slik kjent behandling kan imidlertid komplisere fremstillingsmåten for konstruksjons-materialene nevnt ovenfor, og resultere i økte produksjons-kostnader. Dessuten kan det, avhengig av f.eks. formene, idet det referes til at konstruksjons- eller bygningsmaterialer eller rørmaterialer har kompliserte former, være umulig eller vanskelig å forme korrosjonsbestandige beskyttende belegg. Derfor har ^an hittil ikke oppnådd tilfredsstillende korrosj onsmotstand.

Dessuten har de konvensjonelle aluminiumbaserte legeringene vanligvis en lav hardhet og dårlig varmebestandighet. Nylig har man gjort forsøk på å gi aluminiumbaserte legeringer en finstruktur ved å størkne legeringene hurtig og derved forbedre de mekaniske egenskapene, såsom fasthet, og kjemiske egenskaper, såsom korrosjonsmotstand. De hurtig størknede aluminiumbaserte legeringene som hittil er kjent, er imidlertid fremdeles utilfredsstillende i fasthet, korrosjonsmotstand etc.

I betraktning av det foregående er det et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe nye aluminiumbaserte legeringer som har en fordelaktig kombinasjon av egenskaper som høy korrosjonsbestandighet, høy fasthet og overlegen varmebestandighet ved relativt lave kostnader.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe aluminiumbaserte legeringsmaterialer som har høy korrosjonsbestandighets-karakteristikk uten å kreve noen spesiell behandling, såsom anodiserende behandling eller belegging med organiske eller uorganiske stoffer, for å bibringe korrosjonsmotstand.

Ytterligere et formål ved den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe aluminiumbaserte legeringsmaterialer som har høy hardhet og slitebestandighets-egenskaper, og som kan underkastes ekstrudering, pressing, en stor grad av bøying, etc.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer aluminiumbaserte legeringer som har høy korrosjonsbestandighet, høy fasthet og varmebestandighet, idet de aluminiumbaserte legeringene har en sammensetning representert ved den generelle formelen som innledningsvis nevnt,

særpreget ved at

M er et metallisk element valgt fra gruppen bestående av Y, La, Ce, Nd og Sm; og x og y er atomprosenter som faller innenfor følgende områder: 75 = x <<>=98 °9 2 = v = 25'

idet de aluminiumbaserte legeringene inneholder minst 50 volum-% amorf fase.

De aluminiumbaserte legeringene ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan anvendes som materialer med høy korrosjonsbestandighet, høy hardhet og høy fasthet. Dessuten kan de, da de aluminiumbaserte legeringene utviser superplastisitet i nærheten av krystalliseringstemperaturen, med hell bearbeides ved ekstrudering, pressing eller lignende. De bearbeidede artiklene kan anvendes som korrosjonsbestandige, høyfasthets-, og høy- varmebestandighets-materialer i mange praktiske anvendelser på grunn av sine gode korrosjonsbestandighets-, høye hardhets- og høye strekkfasthets-egenskaper. De aluminiumbaserte legeringene kan anvendes som korrosjonsbestandige beleggmaterialer for forskjellige slag konstruksjonskompo-nenter ved påsprøytingsprosesser. Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av et enkelt valse-smelteapparat anvendt til å fremstille tynne bånd av legeringene ifølge den foreliggende oppfinnelsen ved en hurtig størkne-fremgangsmåte; og Figurene 2 til 6 er diagram som viser forandringene i krystalliseringstemperaturen Tx (K) og hardheten Hv (DPN) avhengig av sammensetningen av de tynne båndene av legeringen ifølge den foreliggende oppfinnelsen.

De aluminiumbaserte legeringene ifølge den foreliggende oppfinnelsen kan oppnås ved raskt å størkne en smelte av legeringen som har en sammensetning som spesifisert ovenfor ved hjelp av bråkjølingsteknikk med væske. Væskebråkjølings-teknikken medfører en rask avkjøling av den smeltede legeringen, og spesielt nevnes enkeltvalse-smeltespinneteknikken, dobbeltvalse-smeltespinneteknikken og smelte-spinneteknikken i roterende vann som spesielt effektive eksempler på slike teknikker. I disse teknikkene kan man oppnå en avkjølingshastighet på omlag IO<*> til IO<6> K/sekund. For å frembringe materialer i tynne bånd ved enkeltvalse-smelte-spinneteknikken eller dobbeltvalse-smeltespinneteknikken, blir den smeltede legeringen sprøytet ut fra åpningen av en dyse mot en valse av f.eks. kobber eller stål, med en diameter på omlag 30-3 00 mm, som roterer med konstant hastighet på omlag 300-10000 rpm. I diss teknikkene kan man lett oppnå forskjellige materialer i tynne bånd med en bredde på omlag 1-3 00 mm og en tykkelse på omlag 5-500 /im. Alternativt, for å frembringe trådmaterialer ved smelte-spinneteknikken i roterende vann, rettes en stråle av smeltet legering, under anvendelse av baktrykk av argongass, gjennom en dyse inn i et sjikt av flytende kjølemiddel med en dypde på omlag 1-10 cm som dannes ved sentrifugalkraften i en trommel som roterer ved en hastighet på omlag 50 til 500 rpm. På denne måten kan man lett oppnå fine trådmaterialer. I denne teknikken er vinkelen mellom den smeltede legeringen som sprøytes ut gjennom dysen og den flytende kjølemiddeloverflaten fortrinnsvis i området mellom omlag 60° og 90°, og forholdet mellom den relative hastigheten av den utstrømmende smeltede legeringen og den relative hastigheten av den flytende kjølemiddeloverflaten er fortrinnsvis i området mellom omlag 0,7 og 0,9.

I tillegg til teknikkene ovenfor kan legeringen ifølge den foreliggende oppfinnelsen også oppnås i form av en tynn film ved en påsprøytingsprosess. Dessuten kan oppnås raskt størknende pulver av legeringssammensetningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen ved forskjellige atomiserings-fremgangsmåter, f.eks. høyttrykksgass-atomiseringsprosess eller sprøyteprosess. Hvorvidt de raskt størknende aluminiumbaserte legeringene oppnådd på denne måten er amorfe eller ikke, kan man få vite ved å undersøke nærvær av halo-mønstre som er karakteristiske for en amorf struktur ved anvendelse av en ordinær røntgenstrålediffraksjonsmetode. Den amorfe strukturen omdannes til en krystallinsk struktur ved oppvarming til en bestemt temperatur (kalt "krystalliseringstemperaturen") eller høyere temperaturer.

I aluminiumlegeringene ifølge den foreliggende oppfinnelsen representert ved den generelle formelen ovenfor, begrenses x til området mellom 75 og 98 atom-% og y begrenses til området mellom 2 og 25 atom-%. Årsaken til denne begrensningen er at når x og y beveger seg utenfor disse områdene, er det vanskelig å oppnå en amorf struktur i de resulterende legeringene, og de tilsiktede legeringene med minst 50 volum-% amorf fase kan ikke oppnås ved industrielle raske avkjølingsteknikker som anvender den ovenfor nevnte

flytende bråkjølingen, etc.

Elementet M som velges fra gruppen bestående av Y, La,

Ce, Nd og Sm har den virkningen at de forbedrer evnen til å frembringe en amorf struktur, og forbedrer korrosjonsmot-standen betydelig. Dessuten gir elementet M ikke bare forbedringer i hardhet og styrke, men øker også krystallisasjonstemperaturen, og forbedrer derved varmemotstanden. Et misch-metall kan anvendes istendenfor det forannevnte elementet M, dvs. Y, La, Ce, Nd og Sm, og de samme virkningene kan oppnås.

Siden de aluminiumbaserte legeringene ifølge den foreliggende oppfinnelsen utviser superplastisitet i nærheten av sin kry st al1isasj onstemperatur (krystal1isasj onstemperatur + 100°C), kan de dessuten lett underkastes ekstrudering, pressing, varmesmiing, etc. Derfor kan de aluminiumbaserte legeringene ifølge den foreliggende oppfinnelsen, fremstilt i form av tynne bånd, tråd, folie eller pulver, med hell bearbeides til bulkmaterialer ved hjelp av ekstrudering, pressing, varmesmiing, etc, ved en temperatur innenfor området for krystallisasjonstemperaturen + 100°C. Dessuten kan noen av dem bøyes 180° uten brudd, da de aluminiumbaserte legeringene ifølge den foreliggende oppfinnelsen har en høy grad av seighet.

De fordelaktige trekkene ved de aluminiumbaserte legeringene ifølge den foreliggende oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med referanse til følgende eksempler.

Eksempel 1

Smeltet legering 3 med en forutbestemt sammensetning ble fremstilt i en høyfrekvens-smelteovn og fylt i et kvartsrør 1 med en liten åpning 5 med en diameter på 0,5 mm i enden av røret, som vist i Fig. 1. Etter oppvarming og smelting av legeringen 3, ble kvartsrøret 1 plassert rett over en kobber-valse 2. Deretter ble den smeltede legeringen 3 i kvartsrøret 1 sprøytet ut gjennom den lille åpningen 5 i kvartsrøret 1 under anvendelse av et argongasstrykk på 0,7 kg/cm<2>, og bragt i kontakt med overflaten av valsen 2 som roterte raskt ved en hastighet på 5000 rpm. Den smeltede legeringen 3 størknet raskt, og det ble oppnådd et tynt bånd 4 av legeringen.

Ifølge bearbeidingsbetingelsene som beskrevet ovenfor,

ble det fremstilt tynne bånd av den aluminiumbaserte binære legeringen av Al-Y, Al-La, Al-Ce, Al-Nd og Al-Sm ifølge den foreliggende oppfinnelsen av de sammensetningene som er vist i

Figurene 2 til 6, nemlig Fig. 2 for legeringen i Al-Y-systemet, Fig. 3 for legeringen i Al-La-systemet, Fig. 4 for legeringen i Al-Ce-systemet, Fig. 5 for legeringen i Al-Nd-systemet og Fig. 6 for legeringen i Al-Sm-systemt. Prøve-stykkene fra de respektive tynne båndene ble underkastet røntgenstråledriffraksjonsanalyse, og som resultat ble det bekreftet halo-mønstere karakteristiske for amorf struktur i alle prøvestykkene. Dessuten er vist den sammensetnings-messige avhengigheten av krystallisasjonstemperaturen Tx (K)

og hardheten Hv (DPN) for prøvestykkene i Figurene 2 til 6. Krystallisasjonstemperaturen Tx (K) er utgangstemperaturen (K) for den første eksoterme toppen på differensial-skanning-kalorimeterkurven som ble oppnådd ved en oppvarmingshastighet på 40 K/minutt, og hardheten (Hv) er vist ved verdier (DPN)

som er målt ved anvendelse av en mikro Vickers-hardhetstester under en last på 25 g.

Som vist på tegningene har alle de aluminiumbaserte legeringene ifølge den foreliggende oppfinnelsen en svært høy krystallisasjonstemperatur Tx på 420 til 510 K, og har en høy hardhet av størrelsesorden omlag 120 til 220 DPN. Man har funnet at aluminiumlegeringene er materialer med høy korrosjonsmotstand og høy hardhet.

Eksempel 2

Tynne bånd av aluminiumbaserte legeringer i Al-La-systemet og Al-Ce-systemet ble fremstilt på samme måten som beskrevet i Eksempel 1, og prøvestykker med en forutbestemt lengde ble kappet av de tynne legeringsbåndene. Prøvestykkene ble neddykket saltsyreløsning med en bestemt konsentrasjon ved 50°C, og undersøkt på korrosjonsmotstand mot saltsyre. Prøve-resultatene er vist i Tabell 1. Evalueringen av korrosjons-motstanden ble representert ved den tiden som var nødvendig for å løse opp prøvestykkene, og en kommersielt tilgjengelig aluminiumfolie ble anvendt som referanseprøve for denne evalueringen. Som vist i Tabell 1, krevde de fleste av de tynne båndene en oppløsningstid på 20 til 30 ganger tiden for den kommersielt tilgjengelige aluminiumfolien, og det bemerkes at de aluminiumbaserte legeringene ifølge den foreliggende oppfinnelsen har en utmerket korrosjonsmotstand mot saltsyre-løsning sammenlignet med aluminiumbaserte legeringer ifølge tidligere teknologi.

Claims

Aluminiumbasert legering med høy korrosjonsbestandighet, som har en sammensetning representert ved den generelle formelen:

karakterisert ved at: M er et metallisk element valgt fra gruppen bestående av Y, La, Ce, Nd og Sm; og x og y er atomprosenter som faller innenfor følgende områder: 75 < x < 98 og 2 < y < 25, idet nevnte aluminiumbaserte legering inneholder minst 50 volum-% amorf fase.