(57)【要約】【課題】３００℃の高温でも優れた機械特性を備えたアルミニウム合金材を提供する。【解決手段】Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金材であって、該アルミニウム合金材についてのＸ線回折測定で得られるＸ線回折パターンにおけるＡｌ6Ｆｅ相の回折ピークの積分強度を「Ｑ1」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）とし、Ａｌ相の（２００）面の回折ピークの積分強度を「Ｑ2」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）としたとき、Ｑ1／Ｑ2の値が０．００６以下である構成とする。前記アルミニウム合金は、さらに、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｅからなる群より選ばれる１種または２種以上の元素を、それぞれ０．０１質量％〜５．０質量％含有するのが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金材であって、
前記アルミニウム合金材についてのＸ線回折測定で得られるＸ線回折パターンにおけるＡｌ6Ｆｅ相の回折ピークの積分強度を「Ｑ1」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）とし、Ａｌ相の（２００）面の回折ピークの積分強度を「Ｑ2」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）としたとき、Ｑ1／Ｑ2の値が０．００６以下であることを特徴とするアルミニウム合金材。
【請求項２】
前記アルミニウム合金は、さらに、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｅからなる群より選ばれる１種または２種以上の元素を、それぞれ０．０１質量％〜５．０質量％含有する請求項１に記載のアルミニウム合金材。
【請求項３】
前記アルミニウム合金は、さらに、Ｂを０．０００１質量％〜０．０３質量％含む請求項１または２に記載のアルミニウム合金材。
【請求項４】
前記アルミニウム合金材中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記アルミニウム合金材の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲である請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材。
【請求項５】
Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程と、
前記得られた溶湯を鋳造加工することによって鋳造材を得る鋳造工程と、
前記アルミニウム合金の示差走査熱量測定で得られる示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度を「Ｘ」（℃）としたとき、前記得られた鋳造材を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱処理を行う熱処理工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金鋳造材の製造方法。
【請求項６】
前記アルミニウム合金溶湯は、さらに、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｅからなる群より選ばれる１種または２種以上の元素を、それぞれ０．０１質量％〜５．０質量％含有する請求項５に記載のアルミニウム合金鋳造材の製造方法。
【請求項７】
前記アルミニウム合金溶湯は、さらに、さらに、Ｂを０．０００１質量％〜０．０３質量％含む請求項５または６に記載のアルミニウム合金鋳造材の製造方法。
【請求項８】
Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧縮成形工程と、
前記アルミニウム合金粉末の示差走査熱量測定で得られる示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度を「Ｘ」（℃）としたとき、前記得られた圧粉体を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱間押出しして押出材を得る押出工程と、
前記押出材を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱処理を行う熱処理工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金粉末押出材の製造方法。
【請求項９】
前記アルミニウム合金は、さらに、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｅからなる群より選ばれる１種または２種以上の元素を、それぞれ０．０１質量％〜５．０質量％含有する請求項８に記載のアルミニウム合金粉末押出材の製造方法。
【請求項１０】
前記アルミニウム合金は、さらに、さらに、Ｂを０．０００１質量％〜０．０３質量％含む請求項８または９に記載のアルミニウム合金粉末押出材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温における機械特性に優れたアルミニウム合金材、高温における機械特性に優れたアルミニウム合金鋳造材の製造方法、高温における機械特性に優れたアルミニウム合金粉末押出材の製造方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度」とは、示差走査熱量曲線において４００℃以上の領域に複数個の発熱ピークが存在する場合には、これら複数個の発熱ピーク開始温度のうち、最も温度が低い発熱ピーク開始温度を意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
四輪自動車、二輪自動車等の車両（以下、単に「自動車」という）に搭載される内燃機関では、内燃機関の軽量化による燃焼効率、出力等の向上を図るために、例えば、アルミニウム合金製のピストンが用いられる。特許文献１〜３には、アルミニウム合金製のピストン等のアルミニウム合金成形品の製造方法が開示されている。このような用途に用いられるアルミニウム合金には高温において高強度であることが要求される。高温で高強度を有するアルミニウム合金として、特許文献４には、重量％で、Ｓｉ：１０．０〜１４．０％、Ｃｕ：３．０〜６．０％、Ｍｇ：０．１〜１．０％、Ｆｅ：０．６〜１．８％、Ｎｉ：０．８〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜０．７％、Ｔｉ：０．１〜０．７％、Ｚｒ：０．０５〜０．３％、Ｖ：０．０５〜０．５％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金が記載され、特許文献５には、Ｓｉ：１１．０〜１３．０質量％，Ｎｉ：４．５〜６．０質量％，Ｃｕ：３．５〜４．５質量％，Ｍｇ：０．８〜１．２質量％，Ｆｅ：０．２〜０．６５質量％，Ｍｎ：０．１０〜０．４０質量％、Ｐ：０．００３〜０．０１５質量％及びＣａ：０．００２質量％以下を含み、残部が実質的にＡｌからなり、含有ＦｅとＮｉの間でＦｅ≦−０．２５Ｎｉ＋１．７５の関係を満たすとともに、晶出物の平均粒径が５μｍ以下であるアルミニウム合金が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９０５４５号公報
【特許文献２】特開２００９−１９１３６７号公報
【特許文献３】国際公開第２００８／０１６１６９号パンフレット
【特許文献４】特開平７−２１６４８７号公報
【特許文献５】特開２００４−２７３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、内燃機関の燃焼効率、出力等について更なる向上を図るため、ピストン等の内燃機関の部品の材料に用いられるアルミニウム合金として、より一層高い温度において高強度を備えていることが求められるようになっている。具体的には、３００℃の高温度でも高強度を備えていることが要求されるようになってきている。これに対し、上記特許文献４に記載されたアルミニウム合金では、１５０℃の高温で高強度を有したものであり、上記特許文献５に記載されたアルミニウム合金では、２５０℃の高温で高強度を有したものである。
【０００６】
本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、３００℃の高温でも優れた機械特性を備えたアルミニウム合金材、３００℃の高温でも優れた機械特性を備えたアルミニウム合金鋳造材の製造方法、および３００℃の高温でも優れた機械特性を備えたアルミニウム合金粉末押出材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
【０００８】
［１］Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金材であって、
前記アルミニウム合金材についてのＸ線回折測定で得られるＸ線回折パターンにおけるＡｌ6Ｆｅ相の回折ピークの積分強度を「Ｑ1」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）とし、Ａｌ相の（２００）面の回折ピークの積分強度を「Ｑ2」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）としたとき、Ｑ1／Ｑ2の値が０．００６以下であることを特徴とするアルミニウム合金材。
【０００９】
［２］前記アルミニウム合金は、さらに、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｅからなる群より選ばれる１種または２種以上の元素を、それぞれ０．０１質量％〜５．０質量％含有する前項１に記載のアルミニウム合金材。
【００１０】
［３］前記アルミニウム合金は、さらに、Ｂを０．０００１質量％〜０．０３質量％含む前項１または２に記載のアルミニウム合金材。
【００１１】
［４］前記アルミニウム合金材中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記アルミニウム合金材の断面組織構造において前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲である前項１〜３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材。
【００１２】
［５］Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程と、
前記得られた溶湯を鋳造加工することによって鋳造材を得る鋳造工程と、
前記アルミニウム合金の示差走査熱量測定で得られる示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度を「Ｘ」（℃）としたとき、前記得られた鋳造材を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱処理を行う熱処理工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金鋳造材の製造方法。
【００１３】
［６］前記アルミニウム合金溶湯は、さらに、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｅからなる群より選ばれる１種または２種以上の元素を、それぞれ０．０１質量％〜５．０質量％含有する前項５に記載のアルミニウム合金鋳造材の製造方法。
【００１４】
［７］前記アルミニウム合金溶湯は、さらに、さらに、Ｂを０．０００１質量％〜０．０３質量％含む前項５または６に記載のアルミニウム合金鋳造材の製造方法。
【００１５】
［８］Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧縮成形工程と、
前記アルミニウム合金粉末の示差走査熱量測定で得られる示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度を「Ｘ」（℃）としたとき、前記得られた圧粉体を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱間押出しして押出材を得る押出工程と、
前記押出材を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱処理を行う熱処理工程と、を含むことを特徴とするアルミニウム合金粉末押出材の製造方法。
【００１６】
［９］前記アルミニウム合金は、さらに、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｅからなる群より選ばれる１種または２種以上の元素を、それぞれ０．０１質量％〜５．０質量％含有する前項８に記載のアルミニウム合金粉末押出材の製造方法。
【００１７】
［１０］前記アルミニウム合金は、さらに、さらに、Ｂを０．０００１質量％〜０．０３質量％含む前項８または９に記載のアルミニウム合金粉末押出材の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
［１］の発明では、高温における機械特性に優れたアルミニウム合金材（鋳造材、押出材等）が提供される。
【００１９】
［２］の発明では、高温における機械特性をより向上させたアルミニウム合金材を提供できる。
【００２０】
［３］の発明では、高温における機械特性をより一層向上させたアルミニウム合金材を提供できる。
【００２１】
［４］の発明では、高温における機械特性をさらに向上させたアルミニウム合金材を提供できる。
【００２２】
［５］の発明では、前記［１］の発明の構成を備えていて、高温における機械特性に優れたアルミニウム合金鋳造材を製造できる。
【００２３】
［６］の発明では、高温における機械特性をより向上させたアルミニウム合金鋳造材を製造できる。
【００２４】
［７］の発明では、高温における機械特性をより一層向上させたアルミニウム合金鋳造材を製造できる。
【００２５】
［８］の発明では、前記［１］の発明の構成を備えていて、高温における機械特性に優れたアルミニウム合金粉末押出材を製造できる。
【００２６】
［９］の発明では、高温における機械特性をより向上させたアルミニウム合金粉末押出材を製造できる。
【００２７】
［１０］の発明では、高温における機械特性をより一層向上させたアルミニウム合金粉末押出材を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る製造方法で得られたアルミニウム合金鋳造材の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る製造方法で得られたアルミニウム合金粉末押出材の一例を示す斜視図である。
【図３】実施例１のアルミニウム合金についての示差走査熱量曲線（ＤＳＣ曲線）を示す。
【図４】実施例１で得られたアルミニウム合金鋳造材についてＸ線回折測定を行って得られたＸ線回折パターン（Ａｌ相及びＡｌ6Ｆｅ相の回折ピークを含む）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明に係るアルミニウム合金材は、Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金材であって、前記アルミニウム合金材についてのＸ線回折測定で得られるＸ線回折パターンにおけるＡｌ6Ｆｅ相の回折ピークの積分強度を「Ｑ1」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）とし、Ａｌ相の（２００）面の回折ピークの積分強度を「Ｑ2」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）としたとき、積分強度の比率（Ｑ1／Ｑ2）が０．００６以下である構成（ただし、Ｑ1／Ｑ2の値が０であるものを除く）である。このような構成のアルミニウム合金材は、高温における機械特性に優れており、例えば、高温機械特性に優れたアルミニウム合金鋳造材、高温機械特性に優れたアルミニウム合金押出材等を提供できる。
【００３０】
本発明では、前記アルミニウム合金材（鋳造材、押出材等）中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、前記アルミニウム合金材の断面組織構造においてＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍの範囲であるのが好ましい。Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ以上であることで、分散強化の効果が十分に得られると共に、前記平均円相当直径が３．０μｍ以下であることで、粗大な金属間化合物を起点として破断するようなことがなくて十分な機械的特性を確保できる。中でも、前記アルミニウム合金材の断面組織構造においてＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．５μｍ〜２．０μｍの範囲であるのが特に好ましい。
【００３１】
前記Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物の円相当直径とは、前記アルミニウム合金材（鋳造材、押出材等）の断面のＳＥＭ写真（画像）におけるＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の面積と同じ面積を有する円の直径として換算した値である。
【００３２】
なお、本発明に係るアルミニウム合金材（鋳造材、押出材等）は、以下の製造方法で得られたアルミニウム合金鋳造材、以下の製造方法で得られたアルミニウム合金粉末押出材に限定されるものではなく、他の製造方法で得られたものも包含する。
【００３３】
次に、本発明に係る、アルミニウム合金鋳造材の製造方法について説明する。本製造方法は、Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程と、前記得られた溶湯を鋳造加工することによって鋳造材を得る鋳造工程と、前記アルミニウム合金の示差走査熱量測定で得られる示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度を「Ｘ」（℃）としたとき、前記得られた鋳造材を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱処理を行う熱処理工程と、を含む。
【００３４】
前記溶湯形成工程では、Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成となるように溶解調製されたアルミニウム合金溶湯を得る。
【００３５】
次に、前記得られた溶湯を鋳造加工することによって鋳造材を得る（鋳造工程）。鋳造方法としては、特に限定されるものではないが、水平連続鋳造法、ホットトップ鋳造法、縦型連続鋳造法およびＤＣ鋳造法からなる群より得らばれる鋳造法を適用するのが、鋳造性に優れている点で、望ましい。
【００３６】
連続鋳造時における鋳造速度は、特に限定されないものの、水平連続鋳造法では鋳造速度を３００ｍｍ／分〜２０００ｍｍ／分に設定するのが好ましく、ホットトップ鋳造法、縦型連続鋳造法およびＤＣ鋳造法では、鋳造速度を８０ｍｍ／分〜４００ｍｍ／分に設定するのが好ましい。
【００３７】
以下、連続鋳造法の一例として、ホットトップ鋳造装置を用いたホットトップ鋳造法により連続鋳造材を製造する場合について説明する。ホットトップ鋳造装置は、モールド（鋳型）、溶湯受容器（ヘッダー）等を備えている。モールドは、その内部に充満された冷却水により冷却されている。溶湯受容器は、一般に耐火物製であり、モールドの上側に配置されている。そして、溶湯受容器内に収容されている上記特定組成のアルミニウム合金の溶湯が、該溶湯受容器から、冷却されたモールド内に下方向に注入されると共に、モールドから噴出された冷却水により所定の冷却速度で冷却されて凝固し、更に水槽内の水に浸されて完全に凝固する。こうして棒状等の長尺の連続鋳造材が得られる。連続鋳造材の横断面形状は、特に限定されないが、例えば、円形状等が挙げられる。連続鋳造材の直径は、特に限定されるものではないが、１０ｍｍ〜３００ｍｍであるのが望ましい。
【００３８】
前記熱処理工程では、前記アルミニウム合金の示差走査熱量測定で得られる示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度を「Ｘ」（℃）としたとき、前記得られた鋳造材を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱処理を行う。例えば、４００℃以上の温度領域における発熱ピーク開始温度が４３０℃である場合には、前記得られた鋳造材を２００℃〜４３０℃の範囲の温度で熱処理を行う。前記得られた鋳造材を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱処理を行うことによって、粗大なＡｌ3Ｎｉ2の析出を防止できると共に、Ａｌ−Ｆｅ化合物の相変化を防ぐことができ、高温において優れた機械的特性を得ることができる。熱処理温度が２００℃未満では、例えばＭｇ2ＳｉやＣｕＡｌ2等の粗大な析出物をＡｌ母相中に固溶させることができないため、高温において優れた機械的特性を得ることができない。一方、熱処理温度がＸ℃を超えると、粗大なＡｌ3Ｎｉ2の析出を生じる上に、Ａｌ−Ｆｅ化合物の相変化により、高温において優れた機械的特性を得ることができない。中でも、熱処理温度は２２０℃〜Ｘ℃に設定するのが好ましい。前記熱処理工程における熱処理時間は、１時間〜１０時間に設定するのが好ましく、２時間〜５時間に設定するのがより好ましい。
【００３９】
上述した溶湯形成工程、鋳造工程、熱処理工程を経て得られた鋳造材１は、該鋳造材についてのＸ線回折測定で得られるＸ線回折パターンにおけるＡｌ6Ｆｅ相の回折ピークの積分強度を「Ｑ1」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）とし、Ａｌ相の（２００）面の回折ピークの積分強度を「Ｑ2」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）としたとき、積分強度の比率（Ｑ1／Ｑ2）が０．００６以下である構成になっており、得られた鋳造材１は、高温における機械特性（引張強度等）に優れている。更に、得られたアルミニウム合金鋳造材１は、該鋳造材中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、鋳造材の断面組織構造においてＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍである構成になっている。
【００４０】
次に、本発明に係る、アルミニウム合金粉末押出材の製造方法について説明する。本製造方法は、Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧縮成形工程と、前記アルミニウム合金粉末の示差走査熱量測定で得られる示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度を「Ｘ」（℃）としたとき、前記得られた圧粉体を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱間押出しして押出材を得る押出工程と、前記押出材を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱処理を行う熱処理工程と、を含む。
【００４１】
まず、アルミニウム合金粉末の製法の一例について説明する。Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金溶湯をアトマイズ法によって急冷凝固させて粉末化して、アルミニウム合金粉末（アルミニウム合金アトマイズ粉末）を得る（粉末化工程）。
【００４２】
前記粉末化工程では、上記特定組成のアルミニウム合金溶湯を通常の溶解法によって調製する。得られたアルミニウム合金溶湯をアトマイズ法によって粉末化する。アトマイズ法は、噴霧ノズルからの窒素ガス等のガス流によりアルミニウム合金溶湯の微小液滴をミスト化して噴霧し、微小液滴を急冷凝固させて微細なアルミニウム合金粉末を得る方法である。冷却速度は、１０2〜１０5℃／秒であるのが好ましい。平均粒子径が３０μｍ〜７０μｍのアルミニウム合金粉末が得られるようにするのがよい。得られたアルミニウム合金粉末は、篩を用いて分級するのが好ましい。上記アルミニウム合金粉末の製法は、その一例を示したものに過ぎず、特にこのような製法で製造されたアルミニウム合金粉末に限定されるものではなく、他の製法で得られたアルミニウム合金粉末を使用してもよい。
【００４３】
次に、前記粉末化工程で得られたアルミニウム合金粉末を圧縮成形して圧粉体を得る（圧縮成形工程）。一例を挙げると、２５０℃〜３００℃に加熱したアルミニウム合金粉末を、２３０℃〜２７０℃に加熱された金型内に充填し、所定形状に圧縮成形して圧粉体を得る。前記圧縮成形の圧力は、特に限定されないが、通常は、０．５トン／ｃｍ2〜３．０トン／ｃｍ2に設定するのが好ましい。また、相対密度が６０％〜９０％の圧粉体にするのが好ましい。前記圧粉体の形状は、特に限定されないが、次の押出工程を考慮して、円柱形状または円盤状とするのが好ましい。
【００４４】
次いで、前記圧縮成形工程で得られた圧粉体を熱間押出しして押出材を得る（押出工程）。前記圧粉体には、必要に応じて面削等の機械加工を施してから、脱ガス処理を施し、加熱して押出工程に供する。押出に際しては、例えば、圧粉体を押出コンテナ内に挿入して押出ラムにより加圧力を加え、押出ダイスから例えば丸棒形状に押出して押出材を得る。この時、前記アルミニウム合金粉末の示差走査熱量測定で得られる示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度を「Ｘ」（℃）としたとき、前記圧粉体を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱間押出しして押出材を得る。例えば、４００℃以上の温度領域において発熱ピーク開始温度が４３０℃である場合には、前記圧粉体を２００℃〜４３０℃の範囲の温度で熱間押出しして押出材を得る。熱間で押し出すことによって圧粉体の塑性変形が進行し、アルミニウム合金粉末（粒子）同士が結合して一体化した押出材が得られる。前記押出の際に、押出圧力は１０ＭＰａ〜２５ＭＰａに設定するのが好ましい。
【００４５】
前記熱処理工程では、前記得られた押出材を２００℃〜Ｘ℃の範囲の温度で熱処理を行う。このような特定範囲の温度にて熱処理を行うことによって、残留応力を十分に除去できる。熱処理温度が２００℃未満では、残留応力を十分に除去できず、十分な引張強度等が得られない。一方、熱処理温度がＸ℃を超えると、粗大なＡｌ3Ｎｉ2の析出を生じる上に、Ａｌ−Ｆｅ化合物の相変化により、高温において優れた機械的特性を得ることができない。中でも、熱処理温度は２５０℃〜Ｘ℃に設定するのが好ましい。前記熱処理工程における熱処理時間は、１時間〜１０時間に設定するのが好ましく、２時間〜５時間に設定するのがより好ましい。
【００４６】
上述した圧縮成形工程、押出工程、熱処理工程を経て得られたアルミニウム合金粉末押出材１０は、該押出材についてのＸ線回折測定で得られるＸ線回折パターンにおけるＡｌ6Ｆｅ相の回折ピークの積分強度を「Ｑ1」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）とし、Ａｌ相の（２００）面の回折ピークの積分強度を「Ｑ2」（ｃｐｓ・ｄｅｇ）としたとき、積分強度の比率（Ｑ1／Ｑ2）が０．００６以下である構成になっており、得られた押出材１０は、高温における機械特性（引張強度等）に優れている。更に、得られたアルミニウム合金粉末押出材１０は、該押出材中にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を含有し、押出材の断面組織構造においてＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径が０．１μｍ〜３．０μｍである構成になっている。
【００４７】
次に、上述した本発明に係るアルミニウム合金材およびアルミニウム合金鋳造材の製造方法、アルミニウム合金粉末押出材の製造方法における「アルミニウム合金」の組成について以下詳述する。前記アルミニウム合金は、Ｆｅ：０．５質量％〜８．０質量％、Ｔｉ：０．０５質量％〜２．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金である。
【００４８】
前記Ｆｅ（成分）は、高い融点を有するＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を生成し、例えば２００℃〜３５０℃の高い温度域での機械特性を向上させることができる元素である。前記アルミニウム合金におけるＦｅ含有率は、０．５質量％〜８．０質量％の範囲とする。Ｆｅ含有率が０．５質量％未満になると、アルミニウム合金材、アルミニウム合金鋳造材、アルミニウム合金粉末押出材等の製品の強度が低下する。一方、Ｆｅ含有率が８．０質量％を超えると、アルミニウム合金材、アルミニウム合金鋳造材、アルミニウム合金粉末押出材等の製品の延性が低下し、前記製品として高温での機械特性に優れたものを得ることができない。中でも、前記アルミニウム合金におけるＦｅ含有率は、０．７質量％〜６．０質量％の範囲であるのが好ましい。
【００４９】
前記Ｔｉ（成分）は、Ａｌマトリックス中での拡散係数が小さいので、クリープ特性を向上させることができる元素である。前記アルミニウム合金におけるＴｉ含有率は、０．０５質量％〜２．０質量％の範囲とする。Ｔｉ含有率が０．０５質量％未満になると、析出強化及び分散強化の効果を発揮できない。一方、Ｔｉ含有率が２．０質量％を超えると、延性が低下して、高温において優れた機械的特性を得ることができない。中でも、前記アルミニウム合金におけるＴｉ含有率は、０．５質量％〜１．０質量％の範囲であるのが好ましい。
【００５０】
前記アルミニウム合金には、さらにＳｉを含有せしめてもよい。Ｓｉを含有させる場合には、Ｓｉ含有率は、１０．５質量％〜１２．０質量％に設定するのが好ましい。
【００５１】
前記アルミニウム合金は、さらに、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｅからなる群より選ばれる１種または２種以上の元素を、それぞれ０．０１質量％〜５．０質量％含有する構成（組成）としてもよい。このような組成とすることで、高温における機械特性をより向上させることができる。Ｃｕを含有させる場合には、Ｃｕ含有率は、４．０質量％〜５．０質量％に設定するのが好ましい。Ｍｇを含有させる場合には、Ｍｇ含有率は、０．４質量％〜０．６質量％に設定するのが好ましい。Ｎｉを含有させる場合には、Ｎｉ含有率は、３．０質量％〜５．０質量％に設定するのが好ましい。Ｍｎを含有させる場合には、Ｍｎ含有率は、０．０１質量％〜０．１質量％に設定するのが好ましい。
【００５２】
前記アルミニウム合金は、さらに、Ｂ（硼素）を０．０００１質量％〜０．０３質量％含む構成（組成）としてもよい。Ｂを上記特定含有率で含有せしめた組成とすることにより、結晶粒を微細化し、機械的特性をさらに向上できる。
【実施例】
【００５３】
次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。
【００５４】
＜実施例１＞
Ｆｅ：０．７０質量％、Ｓｉ：１１．２０質量％、Ｃｕ：５．００質量％、Ｍｇ：０．５０質量％、Ｎｉ：４．８０質量％、Ｍｎ：０．０１質量％、Ｔｉ：０．１５質量％、Ａｌ：７７．６４質量％を含有し、不可避不純物を含有するアルミニウム合金を得た。このアルミニウム合金について示差走査熱量測定を行って得られた示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度は、４３０℃であった（図３、表１参照）。
【００５５】
次に、前記アルミニウム合金を加熱してアルミニウム合金溶湯を得た後、該アルミニウム合金溶湯をホットトップ鋳造法によって鋳造径５７ｍｍで連続鋳造を行うことによって連続鋳造材を得た。得られた連続鋳造材に対して３７０℃で５時間の熱処理を行った後、空冷した。空冷後の連続鋳造材を長さ８０ｍｍに切断して、図１に示す円柱形状の鋳造材１を得た。
【００５６】
＜実施例２〜８＞
前記アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表１に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いると共に、表１に示す熱処理温度で５時間の熱処理を行った以外は、実施例１と同様にして、図１に示す円柱形状の鋳造材１を得た。なお、各アルミニウム合金について示差走査熱量測定を行って得られた示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度は、それぞれ表１に示した。
【００５７】
＜実施例９〜１２＞
前記アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表２に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いると共に、表２に示す熱処理温度で５時間の熱処理を行った以外は、実施例１と同様にして、図１に示す円柱形状の鋳造材１を得た。なお、各アルミニウム合金について示差走査熱量測定を行って得られた示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度は、それぞれ表２に示した。
【００５８】
＜実施例１３＞
Ｆｅ：０．７０質量％、Ｓｉ：１１．２０質量％、Ｃｕ：５．００質量％、Ｍｇ：０．５０質量％、Ｎｉ：４．８０質量％、Ｍｎ：０．０１質量％、Ｔｉ：１．３０質量％、Ａｌ：７６．４９質量％を含有し、不可避不純物を含有するアルミニウム合金を加熱して１０００℃のアルミニウム合金溶湯を得た後、該アルミニウム合金溶湯をガスにてアトマイズして急冷凝固させて粉末化して、平均粒子径が３０μｍ〜７０μｍのアルミニウム合金粉末（アルミニウム合金アトマイズ粉末）を得た。得られたアルミニウム合金粉末について示差走査熱量測定を行って得られた示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度は、４７６℃であった。
【００５９】
次に、得られたアルミニウム合金粉末を２８０℃の温度に予熱し、この予熱したアルミニウム合金粉末を、同じ２８０℃に加熱保持した金型内に充填し、１．５トン／ｃｍ2の圧力で圧縮成形して、直径２１０ｍｍ、長さ２５０ｍｍの円柱形状の圧粉体（成形体）を得た。次に、得られた圧粉体を旋盤にて直径２０３ｍｍまで面削して、圧粉体のビレットを得た。
【００６０】
次に、得られたビレットを４３０℃に加熱し、この加熱ビレットを、４００℃に加熱保持された内径２１０ｍｍの押出コンテナ中に挿入し、内径８３ｍｍのダイスで間接押出法により押出比６．４で押出して押出材を得た後、該押出材に対して３００℃で２時間の熱処理を行った後、空冷して、図２に示す押出材１０を得た。
【００６１】
＜実施例１４〜１６＞
前記アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表２に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いると共に、表２に示す熱処理温度で２時間の熱処理を行った以外は、実施例１３と同様にして、図２に示す押出材１０を得た。なお、各アルミニウム合金粉末について示差走査熱量測定を行って得られた示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度は、それぞれ表２に示した。
【００６２】
＜比較例１〜９＞
前記アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表３に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いると共に、表３に示す熱処理温度で２時間の熱処理を行った以外は、実施例１と同様にして、円柱形状の鋳造材を得た。なお、各アルミニウム合金について示差走査熱量測定を行って得られた示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度は、それぞれ表３に示した。
【００６３】
＜比較例１０〜１３＞
前記アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表４に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いると共に、表４に示す熱処理温度で２時間の熱処理を行った以外は、実施例１と同様にして、円柱形状の鋳造材を得た。なお、各アルミニウム合金について示差走査熱量測定を行って得られた示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度は、それぞれ表４に示した。
【００６４】
＜比較例１４〜１７＞
前記アルミニウム合金溶湯を形成するためのアルミニウム合金として、表４に示す合金組成（不可避不純物を含有する）のアルミニウム合金を用いると共に、表４に示す熱処理温度で２時間の熱処理を行った以外は、実施例１３と同様にして、図２に示す押出材を得た。なお、各アルミニウム合金粉末について示差走査熱量測定を行って得られた示差走査熱量曲線から導き出される発熱ピーク開始温度であって４００℃以上の発熱ピーク開始温度は、それぞれ表４に示した。
【００６５】
なお、表１〜４中の各元素欄において「−」の表記は、検出限界（０．００５質量％）未満の数値であること（即ち当該元素が検出されなかったこと）を示している。
【００６６】
また、表１〜４中の「金属間化合物の平均円相当直径（μｍ）」は、各鋳造材、各押出材のマトリックス中に存在するＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物の平均円相当直径（μｍ）である。この「金属間化合物の平均円相当直径（μｍ）」は、得られたアルミニウム合金鋳造材（円柱体）、アルミニウム合金押出材（円柱体）のＬ方向（長さ方向即ち軸線方向）の中央部（中間二等分位置）から縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの大きさの組織観察用サンプル片を切り出し、このサンプル片を断面試料作製装置（Cross section polisher）を用いてミクロ研磨し、このミクロ研磨後のサンプル片のＳＥＭ写真（走査電子顕微鏡写真）を撮影し、この写真画像から金属間化合物の平均円相当直径（μｍ）を求めた（評価した）。前記ＳＥＭ写真における視野１．５８１５ｍｍ2の範囲に存在する１０個のＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物についての平均円相当直径を求めた。
【００６７】
＜アルミニウム合金材のＡｌ相及びＡｌ6Ｆｅ相の回折ピークの積分強度測定法＞
各アルミニウム合金鋳造材、各アルミニウム合金押出材について株式会社リガク製Ｘ線回折装置（SmartLab）を用いてＸ線回折測定を行った。なお、鋳造材や押出材の横断面中央部から１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ２ｍｍの板状体を採取して、これをＸ線回折測定試料として用いた。Ｘ線回折測定により得られたＸ線回折パターンにおいてＡｌ相の（２００）面の回折ピークを同定し、該Ａｌ相の（２００）面の回折ピーク強度の積分値（回折ピークの積分強度Ｑ2）を求めると共に、Ａｌ6Ｆｅ相の回折ピークを同定し、このＡｌ6Ｆｅ相の回折ピーク強度の積分値（回折ピークの積分強度Ｑ1）を求め、これらよりＱ1／Ｑ2の値を求めた。これらの結果を表１〜４に示した。
【００６８】
【表１】
2020007594.tif 000003
【００６９】
【表２】
2020007594.tif 000004
【００７０】
【表３】
2020007594.tif 000005
【００７１】
【表４】
2020007594.tif 000006
【００７２】
上記のようにして得られた各アルミニウム合金鋳造材・各アルミニウム合金押出材について下記評価法に基づいて高温での引張強度を評価した。その結果を表１〜４に示す。
【００７３】
＜高温での引張強度評価法＞
得られたアルミニウム合金鋳造材、アルミニウム合金押出材を、標点間距離２０ｍｍ、平行部直径４ｍｍの引張試験片に加工して、該引張試験片の高温引張試験を行うことによって高温引張強度（３００℃での引張強度）を測定した。前記高温引張試験は、高温引張試験片を３００℃に１００時間保持した後に３００℃の測定環境下で試験を行った。この結果（３００℃での引張強度）を表１〜４に示す。
【００７４】
表から明らかなように、本発明に係る実施例１〜１６のアルミニウム合金材（鋳造材、押出材）は、高温（３００℃）における機械特性に優れていた。
【００７５】
これに対し、本発明の規定範囲を逸脱する比較例１〜１７のアルミニウム合金押出材は、高温（３００℃）での機械特性に劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係るアルミニウム合金材、本発明に係る製造方法で得られたアルミニウム合金鋳造材、および本発明に係る製造方法で得られたアルミニウム合金粉末粉末押出材は、高温における機械特性に優れているから、例えば、自動車等の内燃機関に使用されるエンジンピストン等の、高温下で高速で摺動する摺動部材（摺動部品）等として好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７７】
１…アルミニウム合金鋳造材（アルミニウム合金材）
１０…アルミニウム合金粉末押出材（アルミニウム合金材）
【図１】
2020007594.tif 000007
【図２】
2020007594.tif 000008
【図３】
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【図４】
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