(57)【要約】【解決手段】本発明は、選択元素（Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ）を組み合わせて製造された高強度で耐熱性のあるＡｌ−Ｆｅ−Ｅｒ系合金材料に関する。適切な延性を有する高強度合金を採用するために、好ましい主なアルミニウム合金元素の式は、Ｆｅ、Ｅｒ、及び残部Ａｌ、及び重量％で：Ｆｅ：５〜１５％及びＥｒ：０．２〜１．２を含む。これらの２つの添加元素の他に、この合金はまた、重量％で：Ｆｅ：５〜１５％、Ｅｒ：０．２〜１．２％、Ｍｏ：１〜４％、Ｖ：１〜４％、Ｚｒ：  ０〜４％、Ｔ：０〜４％を含んでも良い。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
ことを特徴とする、Ａｌ−Ｆｅ−Ｅｒ系アルミニウム合金。
【請求項２】
更に、Ｍｏ：１重量％〜４重量％を含む、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
更に、
Ｖ：１重量％〜４重量％を含む、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
更に、
Ｚｒ：０重量％〜４重量％を含む、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
更に、
Ｔｉ：０重量％〜４重量％を含む、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項６】
更に、
Ｍｏ：１重量％〜４重量％と、
Ｖ：１重量％〜４重量％とを含む、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項７】
更に、
Ｍｏ：１重量％〜４重量％と、
Ｚｒ：０重量％〜４重量％と
を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項８】
更に、
Ｍｏ：１重量％〜４重量％と、
Ｔｉ：０重量％〜４重量％とを含む、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項９】
更に、
Ｖ：１重量％〜４重量％と、
Ｚｒ：０重量％〜４重量％とを含む、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１０】
更に、
Ｖ：１重量％〜４重量％と、
Ｔｉ：０重量％〜４重量％とを含む、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１１】
更に、
Ｚｒ：０重量％〜４重量％と、
Ｔｉ：０重量％〜４重量％とを含む、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１２】
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
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１３】
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
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１４】
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、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１５】
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、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１６】
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、
請求項１に記載のアルミニウム合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／００５８３８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
［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。
【００２０】
［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。
【００２１】
［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。
【００２２】
［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。
【００２３】
［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。
【００２４】
［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。
【００２５】
［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。
【００２６】
［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。
【００２７】
［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。
【００２８】
［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。
【００２９】
［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
【００３０】
［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。
【００３１】
［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。
【００３２】
［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。
【００３３】
［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。
【００３４】
［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。
【発明の効果】
【００３５】
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。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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］
【００７４】
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。
【００７５】
【表１】
2020033598.tif 000002
【００７６】
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。
【００７７】
［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］
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【外国語明細書】
DESCRIPTION
Al-Fe-Er ALUMINUM ALLOY
BACKGROUND OF THE INVENTION
Field of the Invention
The present invention relates to an Al-Fe-Er aluminum alloy, and more specifically to a powder metallurgical Al-Fe-Er aluminum alloy excellent in thermal stability and plasticity.
Description of the Related Art
The following description of related art sets forth the inventor’s knowledge of related art and certain problems therein and should not be constructed as an admission of knowledge in the prior art.
Recently, more attention has been paid to the development of aluminum alloys for high temperature applications, especially as the trend of the lightweight car’s merging, and aerospace components’ demand increasing.
From past to now, a Ti alloy has been one of the most promising alloys for aerospace components for its great property of high strength and high heat resistant.  While recent years, the research of an aluminum alloy is increasing, and some of the investigation revealed that a traditional Ti alloy can be replaced  with an Al alloy because of its great properties, lower cost, and lower density.
Abundant Al alloys are commercially available in the world.  For decades of developing, Al alloys processed with high tensile strength of about 400 MPa, such as, e.g., A2618, A4032, and A2218, have been widely used.  Further, those alloys could obtain tensile strength higher than 270 MPa when the temperature reaches 200 degrees Celsius.  For better properties, alloys like Al eutectic Si series have been put emphasis on.  The efforts were responded with 330 MPa of tensile strength at 200 degrees Celsius.
Prior Art
Patent Document
U.S. Patent Application Laid-open Publication No. 2017/0058386
SUMMARY OF THE INVENTION
Problems to be Solved by the Invention
However, because of the trend of application in high temperature and requirement of light weight, Al alloys are required to have better high temperature properties.  This implies new alloys have to be designed.
In order to achieve high temperature properties in Al alloys, new alloy and new intermetallic precipitation dispersions have been investigated.
An Al-Fe series aluminum alloy is one of the most promising alloys for applying in high temperature.   An Al-Fe-Ce aluminum alloy, an Al-Fe-V-Si aluminum alloy, and an Al-Fe-Mo-V aluminum alloy all show the potential of thermal stability.  As for the precipitation dispersions in the Al alloys, an Al-Fe-Si phase with a bcc structure, an Al-Cu-Ce-Fe phase with cubic structure, and Al3 (Zr, Ti, V) with an L12 structure are popular for improving the high temperature properties.
Among those precipitations, the L12 phase is been focused since it is difficult to coarse in high temperature, and have good pinning effects for stopping dislocations from migration.  Besides Zr, Ti, V, and rare earth elements, such as, e.g., Sc, Er,  Tm, and Yb, have been added to an Al alloy for their ability of refining grains and forming L12 phase with an Al.
It is well known that most rare earth elements are expensive like Sc and Tm.  While Er is comparatively economical.  Abundant papers reveal that Er is a convincing adding element for stable high temperature strength.  The main mechanism is about L12 phase precipitation and its pining of the grain boundary, which prevent grain boundary diffusion and excessive recrystallization.
A high strength alloy which contains a rare earth alloy has been under research for a long time, and fabulous results have been disclosed in US2017/0058386.
The patent reveals a kind of Al-Zr series alloy with nanophase precipitation strengthen by adding rare earth elements like Er, Tm, Tb, Lu.  The adding of rare earth elements about 2% to 1.5% guarantees L12 phase particles containing in the Al-Zr alloy, and as a result, this alloy could maintain high strength even under 300 degrees.
For the materials that are devoted to engineering applications, processing is necessary.  As a result, materials should be equipped with proper elongation, which guarantees materials would not be easily broken with a tiniest bit of deformation.  Admittedly, adding elements of each alloy strongly affect the dispersions' component and structure, manufacture method, in another way, also has great influence of the dispersions. For example, an Al-Fe series alloy has higher trend of segregation than other alloys.  As a result, a higher cooling speed become the primary influencing factor.  Methods such as plane flow casting, and atomization are used in manufacturing.
Some embodiments in this disclosure have been developed in view of the above-mentioned and/or other problems in the related art.  The embodiments in this disclosure can significantly improve upon existing method and/or apparatuses.
The present invention has been made in view of the aforementioned problems, and aim to provide an Al-Fe-Er aluminum alloy excellent in thermal stability and plasticity.
The other purposes and advantages of some embodiments of the present invention will be made apparent from the following preferred embodiments.
Means for Solving the Problems
In order to solve the aforementioned problems, some embodiments of the present invention have the following structure.
[1]  An Al-Fe-Er aluminum alloy includes Fe, Er, and the balance being Al and unavoidable impurities, wherein Fe is about 5 to about 15 wt%, and wherein Er is about 0.2 to about 1.2 wt%.
[2]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo.
[3]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of V.
[4]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further includes 0 to 4 wt% of Zr.
[5]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 0 to 4 wt% of Ti.
[6]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, and 1 to 4 wt% of V.
[7]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, and 0 to 4 wt% of Zr.
[8]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, and 0 to 4 wt% of Ti.
[9]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of V, and 0 to 4 wt% of Zr.
[10]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of V, and 0 to 4 wt% of Ti.
[11]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 0 to 4 wt% of Zr, and 0 to 4 wt% of Ti.
[12]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, 1 to 4 wt% of V, and 0 to 4 wt% of Zr.
[13]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, 1 to 4 wt% of V, and 0 to 4 wt% of Ti.
[14]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, 0 to 4 wt% of Zr, and 0 to 4 wt% of Ti.
[15]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of V, 0 to 4 wt% of Zr, and 0 to 4 wt% of Ti.
[16]  In the aluminum alloy as recited in the aforementioned Item [1], it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, 1 to 4 wt% of V, 0 to 4 wt% of Zr, and 0 to 4 wt% of Ti.
[Effects of the Invention]
According to the present invention as recited in the aforementioned Items [1] to [16], a powder metallurgical Al-Fe-Er aluminum alloy excellent in thermal stability and plasticity can be provided.
EMBODIMENTS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the following paragraphs, some embodiments in the present disclosure will be described by way of example and not limitation.  It should be understood based on this disclosure that various other embodiments can be made by those in the art based on these illustrated embodiments.
In general, as for satisfying the demand of good properties at high temperature, and considering the restriction of density, AI-Fe-Er alloys processing L12 structure with adding elements contain Mo, V, Zr, and Ti for better thermal stability, produced by powder metallurgy is developed.
An Al-Fe-Er aluminum alloy according to this embodiment has a composition including Fe, Er, and the balance being Al and unavoidable impurities.  Fe and Er are alloying elements.  Fe is about 5 to 15 wt%, and Er is about 0.2 to 1.2 wt%.
In this embodiment, the additive amount (content) of each composition component (additive element) of the aluminum alloy and its effects are as follows.
The additive amount of Fe is about 5 wt% to about 15 wt%.  Fe has an effect of improving high temperature properties.  When the additive amount of Fe is less than about 5 wt%, high temperature tensile strength will be lower.  On the other hand, when the additive amount of Fe exceeds about 15 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Fe needs to be about 5 wt% to about 15 wt%, more preferably 6 wt% to 12 wt%.
The additive amount of Er is about 0.2 wt% to about 1.2 wt%.  Er has an effect of improving the quality of the molten by removing impurities and increasing the effect of precipitation enhancement by forming L12 precipitations with Al.  When the additive amount of Er is less than about 0.2 wt%, the molten would be hard to be purified, and less precipitation could be formed by powder metallurgy.  On the other hand, when the additive amount of Er exceeds about 1.2 wt%, excessive density will make the alloy unsuitable for the lightweight vehicles.  For this reason, the additive amount of Er needs to be about 0.2 wt% to about 1.2 wt%, more preferably 0.5 wt% to 1 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo.
The additive amount of Mo is 1 wt% to 4 wt%.  Mo has an effect of improving tensile strength.  When the additive amount of Mo is less than 1 wt%, tensile strength will be lower.  On the other hand, when the additive amount of Mo exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Mo needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy,  it is preferable to further include 1 to 4 wt% of V.
The additive amount of V is 1 wt% to 4 wt%.  V has an effect of improving plasticity in a certain range.  When the additive amount of V is less than 1 wt%, plasticity will be lower.  On the other hand, when the additive amount of V exceeds 4 wt%, plasticity will also be lower, which might be caused by the formation of Al-Fe-V intermetallic.  For this reason, the additive amount of V needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy,  it is preferable to further include 0 to 4 wt% of Zr.
The additive amount of Zr is 0 wt% to 4 wt%.  Zr has an effect of improving the effect of precipitation enhancement.  When the additive amount of Zr is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Zr exceeds 4 wt%, the increase of material’s liquidus line will be detrimental to the manufacture of the alloy.  For this reason, the additive amount of Zr needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 0 to 4 wt% of Ti.
The additive amount of Ti is 0 wt% to 4 wt%.  Ti has an effect of improving tensile strength by precipitation enhancement.  When the additive amount of Ti is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Ti exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Ti needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, and 1 to 4 wt% of V.
The additive amount of Mo is 1 wt% to 4 wt% and V is 1 to 4 wt%.  Mo has an effect of improving tensile strength.  When the additive amount of Mo is less than 1 wt%, tensile strength will be lower.  On the other hand, when the additive amount of Mo exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Mo needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  V has an effect of improving plasticity in a certain range.  When the additive amount of V is less than 1 wt%, plasticity will be lower.  On the other hand, when the additive amount of V exceeds 4 wt%, plasticity will also be lower, which might be caused by the formation of Al-Fe-Mo-V intermetallic.  For this reason, the additive amount of V needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, and 0 to 4 wt% of Zr.
The additive amount of Mo is 1 wt% to 4 wt% and Zr is 0 to 4 wt%.  Mo has an effect of improving tensile strength.  When the additive amount of Mo is less than 1 wt%, tensile strength will be lower.  On the other hand, when the additive amount of Mo exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Mo needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  Zr has an effect of improving the effect of precipitation enhancement.  When the additive amount of Zr is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Zr exceeds 4 wt%, the increase of material’s liquidus line will be detrimental to the manufacture of the alloy.  For this reason, the additive amount of Zr needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, and 0 to 4 wt% of Ti.
The additive amount of Mo is 1 wt% to 4 wt% and Ti 0 to 4 wt%.  Mo has an effect of improving tensile strength.  When the additive amount of Mo is less than 1 wt%, tensile strength will be lower.  On the other hand, when the additive amount of Mo exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which implies worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Mo needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  Ti has an effect of improving tensile strength by precipitation enhancement.  When the additive amount of Ti is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Ti exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Ti needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of V and 0 to 4 wt% of Zr.
The additive amount of V is 1 wt% to 4 wt% and Zr is 0 to 4 wt%.  V has an effect of improving plasticity in a certain range.  When the additive amount of V is less than 1 wt%, plasticity will be lower.  On the other hand, when the additive amount of V exceeds 4 wt%, plasticity will also be lower, which might be caused by the formation of Al-Fe-V intermetallic.  For this reason, the additive amount of V needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  Zr has an effect of improving the effect of precipitation enhancement.  When the additive amount of Zr is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Zr exceeds 4 wt%, the increase of material’s liquidus line will be detrimental to the manufacture of the alloy.  For this reason, the additive amount of Zr needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of V, and 0 to 4 wt% of Ti.
The additive amount of V is 1 wt% to 4 wt%, and Ti is 0 to 4 wt%.  V has an effect of improving plasticity in a certain range.  When the additive amount of V is less than 1 wt%, plasticity will be lower.  On the other hand, when the additive amount of V exceeds 4 wt%, plasticity will also be lower, which might be caused by the formation of Al-Fe-V intermetallic.  For this reason, the additive amount of V needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  Ti has an effect of improving tensile strength by precipitation enhancement.  When the additive amount of Ti is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Ti exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Ti needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Zr, and 0 to 4 wt% of Ti.
The additive amount of Zr is 0 wt% to 4 wt%, and Ti is 0 to 4 wt%.  Zr has an effect of improving the effect of precipitation enhancement.  When the additive amount of Zr is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Zr exceeds 4 wt%, the increase of material’s liquidus line will be detrimental to the manufacture of the alloy.  For this reason, the additive amount of Zr needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.  Ti has an effect of improving tensile strength by precipitation enhancement.  When the additive amount of Ti is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Ti exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Ti needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, 1 to 4 wt% of V, and 0 to 4 wt% of Zr.
The additive amount of Mo is 1 wt% to 4 wt% and V is 1 to 4 to 4 wt%, and Zr is 0 to 4 wt%.  Mo has an effect of improving tensile strength.  When the additive amount of Mo is less than 1 wt%, tensile strength will be lower.  On the other hand, when the additive amount of Mo exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Mo needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  V has an effect of improving plasticity in a certain range.  When the additive amount of V is less than 1 wt%, plasticity will be lower.  On the other hand, when the additive amount of V exceeds 4 wt%, plasticity will also be lower, which might be caused by the formation of Al-Fe-Mo-V intermetallic.  For this reason, the additive amount of V needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  Zr has an effect of improving the effect of precipitation enhancement.  When the additive amount of Zr is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Zr exceeds 4 wt%, the increase of material’s liquidus line will be detrimental to the manufacture of the alloy.  For this reason, the additive amount of Zr needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, 1 to 4 wt% of V, and 0 to 4 wt% of Ti.
The additive amount of Mo is 1 wt% to 4 wt%, V is 1 to 4 wt%, and Ti is 0 to 4 wt%.  Mo has an effect of improving tensile strength.  When the additive amount of Mo is less than 1 wt%, tensile strength will be lower.  On the other hand, when the additive amount of Mo exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Mo needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  V has an effect of improving plasticity in a certain range.  When the additive amount of V is less than 1 wt%, plasticity will be lower.  On the other hand, when the additive amount of V exceeds 4 wt%, plasticity will also be lower, which might be caused by the formation of Al-Fe-Mo-V intermetallic.  For this reason, the additive amount of V needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  Ti has an effect of improving tensile strength by precipitation enhancement.  When the additive amount of Ti is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Ti exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Ti needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, 0 to 4 wt% of Zr, and 0 to 4 wt% of Ti.
The additive amount of Mo is about 1 wt% to 4 wt%, Zr is 0 to 4 wt%, and Ti is 0 to 4 wt%.  Mo has an effect of improving tensile strength.  When the additive amount of Mo is less than 1 wt%, tensile strength will be lower.  On the other hand, when the additive amount of Mo exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Mo needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  Zr has an effect of improving the effect of precipitation enhancement.  When the additive amount of Zr is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Zr exceeds 4 wt%, the increase of material’s liquidus line will be detrimental to the manufacture of the alloy.  For this reason, the additive amount of Zr needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.  Ti has an effect of improving tensile strength by precipitation enhancement.  When the additive amount of Ti is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Ti exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which implies worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Ti needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of V, 0 to 4 wt% of Zr, and 0 to 4 wt% of Ti.
The additive amount of V is 1 wt% to 4 wt%, Zr is 0 to 4 wt%, and Ti is 0 to 4 wt%.  V has an effect of improving plasticity in a certain range.  When the additive amount of V is less than 1 wt%, plasticity will be lower.  On the other hand, when the additive amount of V exceeds 4 wt%, plasticity will also be lower, which might be caused by the formation of Al-Fe-V intermetallic.  For this reason, the additive amount of V needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  The additive amount of Zr is 0 to 4 wt%.  Zr has an effect of improving the effect of precipitation enhancement.  When the additive amount of Zr is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Zr exceeds 4 wt%, the increase of material’s liquidus line will be detrimental to the manufacture of the alloy.  For this reason, the additive amount of Zr needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.  Ti has an effect of improving tensile strength by precipitation enhancement.  When the additive amount of Ti is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Ti exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Ti needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
In the aforementioned Al-Fe-Er aluminum alloy, it is preferable to further include 1 to 4 wt% of Mo, 1 to 4 wt% of V, 0 to 4 wt% of Zr, and 0 to 4 wt% of Ti.
The additive amount of Mo is 1 to 4 wt%, V is 1 to 4 wt%, Zr is 0 to 4 wt%, and Ti is 0 to 4 wt%.  Mo has an effect of improving tensile strength.  When the additive amount of Mo is less than 1 wt%, tensile strength will be lower.  On the other hand, when the additive amount of Mo exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Mo needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  V has an effect of improving plasticity in a certain range.  When the additive amount of V is less than 1 wt%, plasticity will be lower.  On the other hand, when the additive amount of V exceeds 4 wt%, plasticity will also be lower, which might be caused by the formation of Al-Fe-Mo-V intermetallic.  For this reason, the additive amount of V needs to be 1 wt% to 4 wt%, more preferably 1.5 wt% to 3.5 wt%.  Zr has an effect of improving the effect of precipitation enhancement.  When the additive amount of Zr is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Zr exceeds 4 wt%, the increase of material’s liquidus line will be detrimental to the manufacture of the alloy.  For this reason, the additive amount of Zr needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.  Ti has an effect of improving tensile strength by precipitation enhancement.  When the additive amount of Ti is less than 0 wt%, precipitation enhancement will be weaker.  On the other hand, when the additive amount of Ti exceeds 4 wt%, elongation will be lower, which results in worse plasticity.  For this reason, the additive amount of Ti needs to be 0 wt% to 4 wt%, more preferably 0.5 wt% to 3 wt%.
Next, an example of a process of producing the aluminum alloy according to this embodiment will be described.  It should be noted that the present invention is not limited to this production method.
The method of producing the aluminum alloy according to this embodiment is so-called as powder metallurgy, which could be simply summarized as follows:
Step 1:  Melting the raw material at about 1,000 degrees Celsius.
Step 2:  Air atomize the melt into powders, and separate by their diameter.  Exclude the powders with diameter larger than 120 μm, in case the poor qualitied powders with segregation would be used.
Step 3:  Press the powders into a billet with a diameter of 203 mm.
Step 4:  Extrude the billet to 83 mm under proper temperature, such as 400 degrees Celsius.
Step 5:  Processing the material to test pieces, which would be applied to tensile experiments and so on.
[Example]
Hereinafter, Examples related to the present invention and Comparative Examples to be compared with Examples will be described.
[Table 1]                                             
2020033598.tif 000003
Table 1 shows composition components of the aluminum alloy materials (samples) of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 17 to 19 together with Elongation, Evaluation, Density, Evaluation, and Overall Evaluation thereof.
[Tensile Strength Experiments Detail]
Sample were prepared followed by ASTM-R3, and the tensile strength experiments were tested under the room temperature, with elongation speed of 1 mm/min.
[Density Measurement and Calculation Detail]
The density was measured by Archimedes’ principle, with the division of the weight and the volume.
As for the calculation of the companion alloys’ density they were assuming roughly by the linear equation determined by the adding amount (0 and 1%) of Er, and the weight of each samples.
As is apparent from the results shown in Table １, in the aluminum alloys of Examples 1 to 16 in which the additive amounts of Fe, Er, Mo, V, Zr, and Ti were appropriately adjusted within the specific range and preferred range of the present invention, the overall evaluation was good.
On the other hand, as shown in Comparative Examples 17 to 19 in which the additive amount of Er were out of the specific range of the present invention, the overall evaluation was poor.
In the practice of the invention, lots of alloys had been tried to achieve better properties.  Lots of factors were being taken into consideration. Besides high temperature tensile strength, elongation for process ability, density for light weight, are also conceive of measurement factors, as it is showed in the table.
Er, a relatively cheap rare earth element, not only could remove the impurities of the molten, but also be able to form L12 structure compound with an Al, is the main considered adding elements.
When Er is excluded from the alloy, the elongation is decreased to 3% because of the residual of micro amount of impurities, which made it little bit easily broken during the processing.  With the adding of Er, though the high temperature tensile strength decreases, the elongation is improved, and result in better processing ability.
However, with the adding amount increasing, the density also increases severely since Er is heavy metal with 8.795 g/cm3, comparing to 2.7 g/cm3 of Al. Obviously, a large amount of Er will not conform to the requirement of light weight.
It should be understood that the terms and expressions used herein are used for explanation and have no intention to be used to construe in a limited manner, do not eliminate any equivalents of features shown and mentioned herein, and allow various modifications falling within the claimed scope of the present invention.
CLAIMS
1.  An Al-Fe-Er aluminum alloy, comprising:
Fe;
Er; and 
the balance being Al and unavoidable impurities,
wherein Fe is about 5 to about 15 wt%, and
wherein Er is about 0.2 to about 1.2 wt%.
2.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of Mo.
3.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of V.
4.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
0 to 4 wt% of Zr.
5.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
0 to 4 wt% of Ti.
6.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of Mo; and
1 to 4 wt% of V.
7.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of Mo; and
0 to 4 wt% of Zr.
8.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of Mo; and
0 to 4 wt% of Ti.
9.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of V; and
0 to 4 wt% of Zr.
10.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of V; and
0 to 4 wt% of Ti.
11.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
0 to 4 wt% of Zr; and
0 to 4 wt% of Ti.
12.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of Mo;
1 to 4 wt% of V; and
0 to 4 wt% of Zr.
13.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of Mo;
1 to 4 wt% of V; and
0 to 4 wt% of Ti.
14.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of Mo;
0 to 4 wt% of Zr; and
0 to 4 wt% of Ti.
15.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of V;     
0 to 4 wt% of Zr; and
0 to 4 wt% of Ti.
16.  The aluminum alloy as recited in claim 1, further comprising:
1 to 4 wt% of Mo;
1 to 4 wt% of V; 
0 to 4 wt% of Zr; and
0 to 4 wt% of Ti.
ABSTRACT
The invention relates to a high-strength and heat-resisting Al-Fe-Er alloy material which manufactured by combining selected elements (Mo, V, and Ti).  For adopting high-strength alloy with proper ductile, the preferring main aluminum alloy element formula comprises Fe and Er, and the balance of Ai with the amounts in the percentage by weight: Fe: 5 to 15%, and Er: 0.2 to 1.2.  Besides those two adding elements, this alloy may also comprise the following components in the percentage by weight: Fe: 5 to 15%, Er: 0.2 to 1.2%, Mo: 1 to 4%, V: 1 to 4%, Zr: 0 to 4%, and T:0 to 4%.