(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウム系化合物を含む母合金及びアルミニウムを提供する工程と、
前記母合金及び前記アルミニウムが溶解された溶湯を形成する工程と、
前記溶湯を鋳造する工程と、を含み、
前記母合金は、母材にカルシウムを添加して製造されたものであり、前記母材は、純粋マグネシウム、または、アルミニウムを含むマグネシウム合金であることを特徴とするアルミニウム合金の製造方法。
【請求項２】
鉄（Ｆｅ）を１．０重量％以下（０超過）で添加する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項３】
前記鉄（Ｆｅ）を０．２重量％以下で添加することを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項４】
前記母合金は、アルミニウム１００重量部に対して０．０００１〜３０重量部の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項５】
前記カルシウムは、前記母材１００重量部に対して０．０００１〜１００重量部の範囲で添加されることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項６】
前記カルシウムは、前記母材１００重量部に対して固溶限度以上１００重量部以下の範囲で添加されることを特徴とする請求項５に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項７】
前記溶湯を形成する工程は、
前記アルミニウムを溶解してアルミニウム溶湯を形成する工程と、
前記アルミニウム溶湯に、前記母合金を添加して溶解する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項８】
前記溶湯を形成する工程は、
前記アルミニウム及び前記母合金を投入する工程と、
前記アルミニウム及び前記母合金をともに溶解する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項９】
前記母合金の製造方法は、
前記母材を溶解して母材溶湯を形成する工程と、
前記母材溶湯にカルシウムを添加する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項１０】
前記母合金の製造方法は、
前記母材及び前記カルシウムを投入する工程と、
前記母材及び前記カルシウムをともに溶解させる工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項１１】
前記カルシウム系化合物は、前記カルシウムと前記母材のマグネシウムまたはアルミニウムとが反応して生成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項１２】
前記カルシウム系化合物は、Ｍｇ−Ｃａ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物及びＭｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物のうち何れか一つ以上を含むことを特徴とする請求項１１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項１３】
前記Ｍｇ−Ｃａ化合物は、Ｍｇ２Ｃａを含むことを特徴とする請求項１２に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項１４】
前記Ａｌ−Ｃａ化合物は、Ａｌ２Ｃａ及びＡｌ４Ｃａのうち何れか一つ以上を含むことを特徴とする請求項１２に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項１５】
前記Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物は、（Ｍｇ、Ａｌ）２Ｃａを含むことを特徴とする請求項１２に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項１６】
前記アルミニウムは、純粋アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
【請求項１７】
カルシウム系化合物を含む母合金及びアルミニウムを提供する工程と、
前記母合金及び前記アルミニウムが溶解された溶湯を形成する工程と、
前記溶湯を鋳造する工程と、を含み、
前記母合金は、母材にカルシウムを固溶限度を超過して添加して製造されたものであり、前記母材は、純粋アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記母合金はＡｌ−Ｃａ化合物を含むことを特徴とするアルミニウム合金の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜請求項１７のうち何れか一項によるアルミニウム合金の製造方法によって製造されたアルミニウム合金。
【請求項１９】
前記アルミニウム合金は、１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系、７０００系及び８０００系の塑性加工用（Ｗｒｏｕｇｈｔ）アルミニウムまたは１００系、２００系、３００系、４００系、５００系及び７００系の鋳造用（Ｃａｓｔｉｎｇ）アルミニウムのうちから選択された何れか一つを含むことを特徴とする請求項１８に記載のアルミニウム合金。
【請求項２０】
アルミニウム基地と、
前記アルミニウム基地に存在するカルシウム系化合物と、を含み、
前記アルミニウム基地は、カルシウムが固溶限度以下で固溶されたことを特徴とする請求項１８に記載のアルミニウム合金。
【請求項２１】
前記カルシウムは、５００ｐｐｍ以下で固溶されたことを特徴とする請求項２０に記載のアルミニウム合金。
【請求項２２】
鉄（Ｆｅ）を１．０重量％以下（０超過）でさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載のアルミニウム合金。
【請求項２３】
鉄（Ｆｅ）を０．２重量％以下でさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載のアルミニウム合金。
【請求項２４】
前記アルミニウム基地は、境界を成し、互いに区分される複数個の領域を有し、前記境界には、前記カルシウム系化合物が存在することを特徴とする請求項２０に記載のアルミニウム合金。
【請求項２５】
前記アルミニウム基地は、境界を成し、互いに区分される複数個の領域を有し、前記領域内に、前記カルシウム系化合物が存在することを特徴とする請求項２０に記載のアルミニウム合金。
【請求項２６】
前記領域は、結晶粒であり、前記境界は、結晶粒界であることを特徴とする請求項２４または２５に記載のアルミニウム合金。
【請求項２７】
前記領域は、相異なる相によって限定される相領域であり、前記境界は、相境界であることを特徴とする請求項２４または２５に記載のアルミニウム合金。
【請求項２８】
前記領域の平均大きさが、同一条件で製造されたアルミニウム合金であって、前記カルシウム系化合物を有していないアルミニウム合金に比べてさらに小さいことを特徴とする請求項２４または２５に記載のアルミニウム合金。
【請求項２９】
引張強度が同一条件で製造されたアルミニウム合金であって、前記カルシウム系化合物を有していないアルミニウム合金に比べてさらに大きいことを特徴とする請求項２０に記載のアルミニウム合金。
【請求項３０】
引張強度は、同一条件で製造されたアルミニウム合金であって、前記カルシウム系化合物を有していないアルミニウム合金に比べてさらに大きく、延伸率はさらに大きいか、同等であることを特徴とする請求項２０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、アルミニウム合金及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、アルミニウム（Ａｌ）合金において、マグネシウム（Ｍｇ）は、主な合金元素中の一つである。このようなマグネシウムの添加でアルミニウム合金は強度が増加し、表面処理に有利であり、耐蝕性が向上する。しかし、マグネシウムをアルミニウム溶湯内で合金化する過程中に化学的に高い酸化性を有したマグネシウムによって、酸化物や介在物がアルミニウム溶湯に混入されて溶湯品質を低下させる問題点を起こす。このようなマグネシウムの添加による酸化物または介在物の混入を抑制するために、マグネシウムの添加時、ＳＦ６などの保護ガスで溶湯表面を塗布する方法が利用されうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、アルミニウム合金の製造工程上、大規模に添加されるマグネシウムを保護ガスで完璧に保護することは難しい。さらに、保護ガスとして使われるＳＦ６は、高価であるだけではなく、環境問題を誘発するガスであって、全世界的に次第にその使用が規制されている。
【０００４】
これにより、本発明は、親環境的に製造されながら、優れた合金特性を有するアルミニウム合金及びその製造方法を提供することである。また、本発明は、このようなアルミニウム合金を利用した加工製品を提供することである。このような課題は、例示的に提示され、本発明の範囲が、このような課題によって制限されるものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態によるアルミニウム合金の製造方法が提供される。この方法は、カルシウム系化合物を含む母合金及びアルミニウムを提供する工程と、前記母合金及び前記アルミニウムが溶解された溶湯を形成する工程と、前記溶湯を鋳造する工程と、を含み、前記母合金は、母材にカルシウムを添加して製造される。
【０００６】
前記製造方法の一側面によれば、前記母材は、純粋マグネシウム、マグネシウム合金、純粋アルミニウム及びアルミニウム合金のうち何れか一つであり、前記マグネシウム合金は、合金元素としてアルミニウムを含みうる。
【０００７】
前記製造方法の他の側面によれば、鉄（Ｆｅ）を１．０重量％以下（０超過）で添加する工程をさらに含みうる。
【０００８】
前記製造方法のまた他の側面によれば、前記母合金の製造方法は、前記母材を溶解して母材溶湯を形成する工程と、前記母材溶湯にカルシウムを添加する工程と、を含みうる。
【０００９】
前記製造方法のさらに他の側面によれば、前記母合金の製造方法は、前記母材及び前記カルシウムを投入する工程と、前記母材及び前記カルシウムをともに溶解させる工程と、を含みうる。
【００１０】
前記製造方法のさらに他の側面によれば、前記母材は、マグネシウム及びアルミニウムのうち何れか一つ以上を含み、前記カルシウム系化合物は、前記カルシウムと前記母材のマグネシウムまたはアルミニウムとが反応して生成されたものであり得る。前記カルシウム系化合物は、Ｍｇ−Ｃａ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物及びＭｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物のうち何れか一つ以上を含みうる。前記Ｍｇ−Ｃａ化合物は、Ｍｇ２Ｃａを含みうる。前記Ａｌ−Ｃａ化合物は、Ａｌ２Ｃａ及びＡｌ４Ｃａのうち何れか一つ以上を含みうる。前記Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物は、（Ｍｇ、Ａｌ）２Ｃａを含みうる。
【００１１】
本発明の他の形態によるアルミニウム合金の製造方法が提供される。この方法は、カルシウム及びアルミニウムを提供する工程と、前記カルシウム及び前記アルミニウムが溶解された溶湯を形成する工程と、前記溶湯を鋳造する工程と、を含み、前記カルシウムは、アルミニウム合金内に０．１ないし４０重量％の範囲になるように添加される。
【００１２】
本発明の一形態によるアルミニウム合金は、前述したアルミニウム合金の製造方法によって製造されたアルミニウム合金を含みうる。
【００１３】
本発明の他の形態によるアルミニウム合金は、アルミニウム基地と、前記アルミニウム基地に存在するカルシウム系化合物と、を含む。前記アルミニウム基地には、カルシウムが固溶限度以下で固溶される。
【００１４】
前記アルミニウム合金の一側面によれば、前記アルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）を１．０重量％以下（０超過）でさらに含みうる。
【００１５】
前記アルミニウム合金の他の側面によれば、前記アルミニウム基地は、境界を成し、互いに区分される複数個の領域を有し、前記境界には、前記カルシウム系化合物が存在することができる。
【００１６】
前記アルミニウム合金のまた他の側面によれば、前記アルミニウム基地は、境界を成し、互いに区分される複数個の領域を有し、前記領域内には、前記カルシウム系化合物が存在することができる。例えば、前記領域は、結晶粒であり、前記境界は、結晶粒界であり得る。他の例として、前記領域は、相異なる相によって限定される相領域であり、前記境界は、相境界であり得る。
【００１７】
本発明のまた他の形態によるアルミニウム合金は、カルシウムが固溶限度まで固溶されたアルミニウム基地と、前記アルミニウム基地に存在するカルシウム系化合物と、を含む。前記アルミニウム合金内のカルシウムの含有量は、０．１ないし４０重量％範囲であり得る。
【００１８】
前記アルミニウム合金の一側面によれば、前記領域の平均大きさが、同一条件で製造されたアルミニウム合金であって、前記カルシウム系化合物を有していないアルミニウム合金に比べてさらに小さいことがある。
【００１９】
前記アルミニウム合金の他の側面によれば、引張強度は、同一条件で製造されたアルミニウム合金であって、前記カルシウム系化合物を有していないアルミニウム合金に比べてさらに大きく、そして／または延伸率は、さらに大きいか、同等であり得る。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の実施形態によるアルミニウム合金の製造方法によれば、アルミニウム溶湯内にマグネシウムを添加する過程で、従来に使われるＳＦ６などの保護ガスの量を顕著に減少させるか、使わない場合にも、安定的にアルミニウム鋳造工程を行うことができる。したがって、アルミニウム内に添加されるマグネシウムの含有量を容易に増加させることができながらも、環境的な側面及びコスト的な側面で長所を有しうる。
【００２１】
また、鋳造中に、アルミニウムの溶湯にマグネシウムの高い酸化性による酸化物または介在物の混入を防止することができるので、溶湯の清浄度を向上させて溶湯の品質を改善させることができる。
【００２２】
このようなアルミニウム溶湯の品質改善で、これにより鋳造されるアルミニウム合金は、従来に比べて不純物の含有量が顕著に減少して、強度、延伸率などのような機械的特性がさらに優れた値を表すことができる。
【００２３】
また、本発明の実施形態によるアルミニウム合金は、母合金内に含まれたカルシウム系化合物が基地内に分散されることによって、分散強化の効果及び結晶粒の微細化の効果などを誘発して、アルミニウム合金の機械的特性を顕著に改善させることができる。
【００２４】
また、アルミニウム合金内にマグネシウム含有量を容易に増加させることができるということによって、鉄の含有量を減少させる場合にも、アルミニウムダイキャスティング時に発生する焼着を防止することができて、鉄による耐蝕性及び延伸率の悪化を防止することができる。
【００２５】
また、母合金内に固溶された形態であるカルシウム投入が可能であり、この際、母合金内に既固溶されたカルシウムの含有量が分かるので、これに基づいて計算された希釈化率を活用することによって、アルミニウム溶湯に直接カルシウムを添加する時に比べて溶湯内でのカルシウム含有量の制御が相対的に容易である。したがって、アルミニウム合金の基地に固溶されるカルシウム含有量を５００ｐｐｍ以下の目的する範囲で再演性あるように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるアルミニウム合金の製造時に利用される母合金の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】マグネシウム母合金内のカルシウム系化合物の成分を分析した結果である。
【図３】本発明によるアルミニウム合金の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態によって、カルシウムが添加されたマグネシウム母合金を添加したアルミニウム合金の成分を分析した結果である。
【図５】本発明の一実施形態によって、カルシウムが添加されたマグネシウム母合金を添加したアルミニウム合金と純粋マグネシウムを添加したアルミニウム合金との鋳造材の表面を比較観察した結果である。
【図６】６０６１合金にカルシウムが添加されたマグネシウム母合金を添加して製造したアルミニウム合金及び市販のアルミニウム合金である６０６１合金の微細組職を比較観察した結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して、本発明による望ましい実施形態を説明することによって、本発明を詳細に説明する。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態として具現され、単に本実施形態は、本発明の開示を完全にさせ、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。
【００２８】
本発明の一実施形態によれば、母材に所定の添加剤としてカルシウム（Ｃａ）を添加して、母合金を製造した後、この母合金をアルミニウムに添加することによって、アルミニウム合金を製造することができる。母合金は、純粋マグネシウムまたはマグネシウム合金を母材として使うマグネシウム母合金と純粋アルミニウムまたはアルミニウム合金を母材として使うアルミニウム母合金とを含みうる。
【００２９】
この実施形態で、純粋マグネシウムまたは純粋アルミニウムは、意図的に投入された合金元素がない状態であって、マグネシウムまたはアルミニウムを製造する過程中に不可避に投入される不純物を含む実質的意味と定義する。マグネシウム合金またはアルミニウム合金は、マグネシウムまたはアルミニウムに意図的に他の合金元素を添加して製造した合金である。マグネシウム合金は、合金元素としてアルミニウムを含み、合金元素としてアルミニウムを含むマグネシウム合金をマグネシウム−アルミニウム合金と指称することができる。このようなマグネシウム−アルミニウム合金は、合金元素としてアルミニウムのみを添加したものだけではなく、アルミニウムの以外の他の合金元素もともに添加されたものも含みうる。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態によるアルミニウム合金を作るために、アルミニウム溶湯に添加される母合金の製造方法を示すフローチャートである。図１を参照すると、母合金の製造方法は、母材溶湯形成工程（ステップＳ１）、添加剤添加工程（ステップＳ２）、撹拌・維持工程（ステップＳ３）、鋳造工程（ステップＳ４）及び冷却工程（ステップＳ５）を含みうる。
【００３１】
母材溶湯形成工程（ステップＳ１）は、例えば、マグネシウムを坩堝に入れてマグネシウムを溶融させ、マグネシウム溶湯を形成しうる。例えば、坩堝を６００ないし８００℃に加熱してマグネシウムを溶融させることができる。加熱温度が６００℃未満であれば、マグネシウム溶湯が形成され難く、加熱温度が８００℃を超過すれば、マグネシウム溶湯が発火する危険がある。
【００３２】
他の例として、母材溶湯形成工程（ステップＳ１）は、母材としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を使う場合、溶湯の温度を６００ないし９００℃範囲で加熱してアルミニウム溶湯を形成しうる。
【００３３】
次いで、添加剤添加工程（ステップＳ２）では、母材溶湯に添加剤としてカルシウムを添加することができる。
【００３４】
撹拌・維持工程（ステップＳ３）では、母材溶湯を適切な時間の間に撹拌するか、及び／または維持することができる。例えば、母材溶湯を１ないし４００分範囲内で撹拌するか、及び／または維持することができる。ここで、撹拌・維持時間が１分未満であれば、母材溶湯に添加剤であるカルシウムが十分に混じらず、４００分を超過すれば、母材溶湯の撹拌・維持時間が無駄に長くなる。
【００３５】
添加されるカルシウムは、母材１００重量部に対して０．０００１ないし１００重量部の範囲で添加され、好ましくは、０．００１ないし３０重量部範囲で添加されうる。添加剤が０．０００１重量部未満である場合には、添加剤による効果（硬度増加、酸化減少、発火温度増加及び保護ガス減少）が小さいことがある。また、母合金を通じて添加されるカルシウム系化合物の量は、一定部門希釈化されて添加され、したがって、母合金内に添加されるカルシウムの含量が高いほど同一のカルシウムの総量に対して添加される母合金の量は減少しうる。但し、カルシウムが１００重量部以上である場合には、製造の難易度が増加しうるので、望ましくないこともあり、このような点で３０重量部以下で添加することがさらに望ましい。
【００３６】
一方、母材として純粋マグネシウムまたはマグネシウム合金を使って溶湯を形成する場合、マグネシウム溶湯の発火を防止するために、付加的に少量の保護ガスが選択的に提供されることがある。保護ガスは、通常のＳＦ６、ＳＯ２、ＣＯ２、ＨＦＣ−１３４ａ、ＮｏｖｅｃＴＭ６１２、非活性ガス及びその等価物、またはこれらの混合ガスを用いて、マグネシウム溶湯の発火を抑制することができる。しかし、本発明で、このような保護ガスが必ずしも必要なものではなく、提供されないこともある。
【００３７】
すなわち、前述したように、添加剤添加工程（ステップＳ２）で、カルシウムを添加する場合には、溶湯内のマグネシウムの耐酸化性を増加させて発火温度を高めることによって、マグネシウムの溶解時に必要な保護ガスの量を著しく低減させて使うか、または使わないこともある。したがって、この実施形態によるマグネシウム母合金の製造は、環境上の理由で規制対象であるＳＦ６などのような保護ガス使用によって発生する問題点を解決することができる。
【００３８】
母材溶湯の撹拌・維持工程（ステップＳ３）が完了すれば、母材溶湯を鋳型に入れて鋳造し（ステップＳ４）、冷却させた後、鋳型から凝固された母合金を分離させる（ステップＳ５）。例えば、鋳造工程（ステップＳ４）での鋳型の温度は、常温（例えば、２５℃）ないし４００℃の温度範囲を有しうる。冷却工程（ステップＳ５）では、鋳型を常温まで冷却させた後、母合金を鋳型から分離させることができるが、常温以前でも母合金の凝固が完了する場合には、鋳型から母合金を分離させることができる。
【００３９】
前記鋳型は、金型、セラミック型、グラファイト型及びその等価物のうちから選択された何れか一つを利用することができる。また、鋳造方式は、砂型鋳造、ダイキャスティング（ｄｉｅ  ｃａｓｔｉｎｇ）、重力鋳造、連続鋳造、低圧鋳造、スクイズキャスティング、ロストワックス鋳造（ｌｏｓｔ  ｗａｘ  ｃａｓｔｉｎｇ）、チキソキャスティング（ｔｈｉｘｏ  ｃａｓｔｉｎｇ）などが挙げられる。重力鋳造は、溶融状態の合金を重力を用いて鋳型に注入する方法を指称し、低圧鋳造は、溶融された合金の溶湯面にガスを用いて圧力をかけて鋳型内に溶湯を注入する方式を指称することができる。チキソキャスティングは、半溶融状態での鋳造技術であって、通常的な鋳造と鍛造との長所を融合した方式である。しかし、本発明は、鋳型の種類及び鋳造の方式を限定するものではない。
【００４０】
このように製造されたマグネシウム母合金は、境界を成し、互いに区分される複数個の領域を有した基地を有する。この際、互いに区分される複数個の領域は、典型的に結晶粒界に区分される複数の結晶粒であり、また他の例として、２以上の相異なる相の相境界によって限定される複数の相領域であり得る。
【００４１】
一方、このような母合金の基地には、母合金の製造過程で生成されたカルシウム系化合物が分散されて存在することができる。このようなカルシウム系化合物は、添加剤添加工程（ステップＳ２）で母材溶湯内に添加されたカルシウムが、母材内で母材または母材内の他の合金元素と反応して生成されたものであり得る。
【００４２】
例えば、母材が、純粋マグネシウムまたはマグネシウム合金である場合には、カルシウムとマグネシウムとの反応でＭｇ−Ｃａ化合物、例えば、Ｍｇ２Ｃａが形成される。他の例として、母材が、純粋アルミニウムまたはアルミニウム合金である場合には、カルシウムがアルミニウムと反応してＡｌ−Ｃａ化合物、例えば、Ａｌ４Ｃａ、Ａｌ２Ｃａも形成される。
【００４３】
マグネシウム合金が、マグネシウム‐アルミニウム合金である場合には、カルシウムがマグネシウム及び／またはアルミニウムと反応して、Ｍｇ−Ｃａ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物及びＭｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物のうち何れか一つ以上を含みうる。例えば、Ｍｇ−Ｃａ化合物は、Ｍｇ２Ｃａであり、Ａｌ−Ｃａ化合物は、Ａｌ２Ｃａ及びＡｌ４Ｃａのうち何れか一つ以上を含み、Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物は、（Ｍｇ、Ａｌ）２Ｃａであり得る。
【００４４】
カルシウム系化合物は、このような結晶粒間の境界である結晶粒界または相領域間の境界である相境界に分布される確率が高い。これは、このような境界部分が、結晶粒または相領域の内部に比べて開放された構造であって、相対的に高いエネルギーを有しているので、カルシウム系化合物の核生成及び成長に有利な場所を提供することができるためである。
【００４５】
図２には、本発明による母合金の一実施形態であって、マグネシウム−アルミニウム合金を母材とし、これにカルシウムを添加して製造したマグネシウム母合金の微細組職及び成分をＴＥＭ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で分析した結果が表われている。
【００４６】
図２の（ａ）は、製造したマグネシウム母合金の微細組職をＢＦモードで観察した結果であり、図２の（ｂ）ないし（ｄ）は、同一のマグネシウム母合金をＴＥＭでマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）を行った結果であって、それぞれマグネシウム、アルミニウム及びカルシウムに対する結果である。
【００４７】
図２の（ａ）及び（ｂ）に表わしたように、結晶粒界に棒状（ｒｏｄ  ｔｙｐｅ）の化合物（矢印）が、マグネシウム基地に形成されていることが分かる。この際、マグネシウム基地は、境界を有して区分される領域（結晶粒）が複数形成されており、化合物は、このような領域の境界（結晶粒界）に沿って形成されているということが分かる。図２の（ｃ）及び（ｄ）を参照すると、棒状の化合物でアルミニウム及びカルシウムの信号強度が高く（明るい部分）、これにより、棒状の化合物は、Ａｌ−Ｃａ化合物であるということが分かる。このようなＡｌ−Ｃａ化合物は、Ａｌ２ＣａまたはＡｌ４Ｃａであり得る。これにより、マグネシウム−アルミニウム合金にカルシウムを添加した場合、カルシウムとアルミニウムとの反応でＡｌ−Ｃａ化合物が形成されたということを確認することができる。
【００４８】
一方、前記の分析結果には、Ａｌ−Ｃａ化合物が母合金基地の結晶粒界に分布すると分析され、これは、結晶粒の境界部分として開放構造を有する結晶粒界の特性上、結晶粒の内部よりは結晶粒界でカルシウム系化合物が分布する確率が高いためであると解析される。但し、このような分析結果が、あらゆるカルシウム系化合物である全的に結晶粒界にのみ分布すると本発明を限定するものではなく、場合によって、結晶粒の内部にも、このようなカルシウム系化合物が発見されうる。
【００４９】
前述した方法で製造された母合金は、本発明によるアルミニウム合金を製造するための合金化工程にアルミニウム溶湯に提供されるための用途として利用されうるが、これに必ずしも限定されるものでなく、場合によって、母合金自体が特定用途のための合金として使われる。
【００５０】
例えば、前述した方法で製作したアルミニウム母合金の場合には、アルミニウム−カルシウム合金として活用されうる。前述したように、純粋アルミニウムまたはアルミニウム合金にカルシウムを添加して製造したアルミニウム合金には、基地相にカルシウム系化合物が形成される。この際、アルミニウム基地には、カルシウムが固溶限度まで固溶されている。
【００５１】
すなわち、アルミニウムにカルシウムを添加する場合、アルミニウムに固溶され、もし固溶限度を超過してカルシウムを添加する場合には、余剰のカルシウムが、前述したように、アルミニウムと反応してＡｌ−Ｃａ化合物を形成しうる。この際、アルミニウムが、マグネシウムを含むアルミニウム合金である場合には、カルシウム系化合物としてＡｌ−Ｃａ化合物の以外にＭｇ−Ｃａ化合物、Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物などが形成される。
【００５２】
このようなカルシウム系化合物が、基地の結晶粒界または相境界に微細に存在する場合、結晶粒界または相境界の移動を妨害する要素として作用することによって、組職微細化に寄与することによって、引張強度、延伸率などのような機械的特性を向上させることができる。場合によって、このようなカルシウム系化合物は、不均一核生成座を提供してアルミニウム−カルシウム合金の凝固時、結晶粒を微細化する役割を行うことができる。また、カルシウム系化合物は、金属間化合物として基地に比べて高い強度を表わし、このようなカルシウム系化合物が基地に微細に分散される場合、電位の移動を抑制する要素として作用して、アルミニウム合金の強度増加に寄与することができる。
【００５３】
例えば、カルシウムは、アルミニウム合金内に０．１ないし４０重量％範囲にあるように添加されうる。０．１重量％以下では、前述したＡｌ−Ｃａ化合物による効果が表われないこともあり、４０重量％以上では、脆性が増加するにつれて機械的特性が悪化される。前述した目的のために、望ましくは、１０ないし３０重量％の範囲、さらに望ましくは、１５ないし３０重量％、さらに望ましくは、１５ないし２５重量％の範囲を有しうる。
【００５４】
但し、場合によって、アルミニウム基地に固溶されるカルシウムの量を可能な限り小さくすることが有利な時がある。一例として、アルミニウム基地に固溶されるカルシウムの固溶量が５００ｐｐｍ以下で調節されることができない場合、カルシウムが添加されるアルミニウム溶湯内の気泡が発生するなどアルミニウム溶湯の品質を低下させ、このような溶湯で鋳造された鋳造材の場合にも、このような気泡に起因した多数の微細気孔を内部に保有して、鋳造材の強度及び延伸率に悪影響を与えうる。
【００５５】
また、一般的に、カルシウムが、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金に添加される場合に、合金の強度向上に重要な役割を行うＭｇ２Ｓｉ相の生成を抑制して、機械的特性を低下させることもある。このような場合は、アルミニウム合金において、アルミニウム基地に固溶されるカルシウムの含有量を固溶限度以下、一例として、５００ｐｐｍ以下になるように調節することが必要である。アルミニウム溶湯に直接カルシウムを添加する場合には、溶湯内で消失されるカルシウムの量を正確に制御し難いので、アルミニウム内に固溶されるカルシウムの量を５００ｐｐｍ以下で再演性あるように制御し難い。したがって、このような場合には、アルミニウムに直接カルシウムを添加する代わりに、カルシウムを添加して製造した母合金を添加することによって、前述した問題を解決することができる。
【００５６】
すなわち、アルミニウムまたはマグネシウムにカルシウムを直接添加して製造した母合金には、添加されたカルシウムの少量がアルミニウムまたはマグネシウムに固溶され、大部分はカルシウム系化合物の形態で存在する。このようなカルシウム系化合物は、金属間化合物としてアルミニウムの融点（６５８℃）よりさらに高い融点を有している。一例として、Ａｌ−Ｃａ化合物であるＡｌ２ＣａまたはＡｌ４Ｃａの融点は、それぞれ１０７９℃及び７００℃であって、アルミニウムの融点に比べて高い。
【００５７】
したがって、このような少量固溶された純粋カルシウムとカルシウム系化合物とを含む母合金をアルミニウム溶湯に投入する場合、極めて少量の純粋なカルシウムのみが希釈化されてアルミニウム内に供給され、カルシウムの大部分はカルシウム系化合物の形態で提供されることによって製造されたアルミニウム合金は、５００ｐｐｍ以下の少量のカルシウムが固溶されたアルミニウム基地相に固溶されていないカルシウム系化合物が分散されて分布される組職を有する。これにより、カルシウムが５００ｐｐｍを超過して固溶される場合の問題点を解決すると同時に、カルシウム系化合物の分布による機械的特性の向上の効果を同時に得られる。
【００５８】
前述したように、カルシウム系化合物は、アルミニウム合金内で微細な粒子形態で分散されて分布することができ、カルシウム系化合物の分散分布によってアルミニウム合金の強度が増加しうる。また、本発明によるアルミニウム合金の場合、カルシウム系化合物が存在していないアルミニウム合金に比べてさらに微細で小さな結晶粒または相領域の平均大きさを有しうる。このような結晶粒または相領域の微細化は、強度、延伸率などのような機械的特性を向上させることができる。
【００５９】
以下、本発明によるアルミニウム合金の製造方法についてより具体的に説明する。本発明の一実施形態によるアルミニウム合金の製造方法は、カルシウム系化合物を含む母合金及びアルミニウムを提供する工程、母合金及びアルミニウムが溶解された溶湯を形成する工程及び溶湯を鋳造する工程を含む。
【００６０】
例えば、母合金及びアルミニウムが溶解された溶湯を形成するために、まずアルミニウムを溶解して溶湯を形成し、このアルミニウム溶湯にカルシウム系化合物を含む母合金を添加して溶解することで形成しうる。他の例として、アルミニウムと母合金とを坩堝などのような溶解用の装置内にともに投入した後、加熱してともに溶解することで形成することもできる。
【００６１】
図３は、本発明によるアルミニウム合金の製造方法の一実施形態であって、アルミニウム溶湯を先に形成した後、これにより、前述した方法で製造した母合金を添加して溶解する方式を利用したアルミニウム合金の製造方法のフローチャートである。
【００６２】
以下、アルミニウム母合金の製造方法のうち、前述した母合金の製造方法と重畳される部分については、説明を省略する。
【００６３】
図３に示されたように、本発明の一実施形態によるアルミニウム合金の製造方法は、アルミニウム溶湯形成工程（ステップＳ１１）、母合金添加工程（ステップＳ１２）、撹拌・維持工程（ステップＳ１３）、鋳造工程（ステップＳ１４）及び冷却工程（ステップＳ１５）を含みうる。
【００６４】
アルミニウム溶湯形成工程（ステップＳ１１）では、アルミニウムを坩堝に入れて６００ないし９００℃範囲で加熱してアルミニウム溶湯を形成する。アルミニウム溶湯形成工程（ステップＳ１１）で利用されたアルミニウムは、純粋アルミニウム、アルミニウム合金及びその等価物のうちから選択された何れか一つであり得る。アルミニウム合金は、１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系、７０００系及び８０００系の塑性加工用（Ｗｒｏｕｇｈｔ）アルミニウムまたは１００系、２００系、３００系、４００系、５００系、７００系の鋳造用（Ｃａｓｔｉｎｇ）アルミニウムのうちから選択された何れか一つであり得る。
【００６５】
ここで、アルミニウム合金についてさらに具体的に説明する。アルミニウム合金は、その使用用途によって種類も多様に開発され、アルミニウム合金の種類は、現在ほとんどの国でアメリカ・アルミニウム協会（Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ）の規格を採択して分類している。表１は、合金系列別に主要合金元素の構成を千単位で示しており、各合金系列に他の改良元素をさらに添加して４桁数字をさらに細分化して合金名を付ける。
【００６６】
【表１】
0005582982.tif 000002
【００６７】
最初の数字は、前記のように、主要合金元素を表わす合金系列を表示し、二番目の数字は、基本合金を０で表示し、改良した合金を１〜９という数字で表示し、独自的に開発した新たな合金は、Ｎ字を付ける。例として、２ｘｘｘは、Ａｌ−Ｃｕ系アルミニウムの基本合金であり、２１ｘｘ〜２９ｘｘは、Ａｌ−Ｃｕ系基本合金を改良した合金であり、２Ｎｘｘは、協会規格の以外に開発した新たな合金の場合である。三番目と四番目の数字は、純粋なアルミニウムの場合、アルミニウムの純度を表示し、合金である場合、過去に使ったアルコア社の合金名称である。例として、純粋アルミニウムの場合、１０８０はアルミニウムが９９．８０％Ａｌ以上であり、１１００は９９．００％Ａｌを表わす。このようなアルミニウム合金の主要構成は、下記表２のようである。
【００６８】
【表２】
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【００６９】
次いで、母合金添加工程（ステップＳ１２）では、前記アルミニウム溶湯に前述した方法で製造した母合金を添加する。この際、母合金添加工程（ステップＳ１２）で利用された母合金は、アルミニウム１００重量部に対して０．０００１ないし３０重量部が添加されうる。この際、母合金の形態は、塊状の形態で添加されうるが、本発明が、これに限定されるものではなく、粉末形態、グレニュル形態など他の形態を有しうる。また、母合金の大きさも、制限するものではない。
【００７０】
このような母合金の添加時、母合金に固溶された少量の純粋カルシウムと基地相に晶出されて存在するカルシウム系化合物もともにアルミニウム溶湯内に提供される。前述したように、アルミニウム溶湯内に提供されるカルシウム系化合物は、Ｍｇ−Ｃａ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物及びＭｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物のうち何れか一つ以上を含みうる。
【００７１】
この際、母合金がマグネシウム母合金である場合、酸化を防止するために、付加的に少量の保護ガスが提供されることがある。保護ガスは、通常のＳＦ６、ＳＯ２、ＣＯ２、ＨＦＣ−１３４ａ、ＮｏｖｅｃＴＭ６１２、非活性ガス及びその等価物、またはこれらの混合ガスを用いて、マグネシウム母合金の酸化を抑制することができる。
【００７２】
しかし、本発明で、このような保護ガスが必ずしも必要なものではなく、提供されないこともある。すなわち、本発明の実施形態のように、カルシウム系化合物を含むマグネシウム母合金を添加する場合には、マグネシウム母合金の耐酸化性の増加で耐発火抵抗性が増加し、従来のようなカルシウム系化合物を含まないマグネシウムを添加する場合に比べて溶湯に酸化物などの不純物の介在が顕著に減少する。したがって、本発明による時、保護ガスを使わないとしても、アルミニウム溶湯の清浄度が大きく向上して溶湯の品質を顕著に改善することができる。
【００７３】
次いで、撹拌・維持工程（ステップＳ１３）では、前記アルミニウム溶湯を適切な時間の間に撹拌及び／または維持することができる。例えば、アルミニウム溶湯を１ないし４００分間撹拌または維持することができる。ここで、撹拌・維持時間が１分未満であれば、アルミニウム溶湯にマグネシウム母合金が十分に混じらず、撹拌・維持時間が４００分を超過すれば、アルミニウム溶湯の撹拌・維持時間が無駄に長くなる。
【００７４】
次いで、アルミニウム溶湯の撹拌・維持工程（ステップＳ１３）が完了すれば、前記アルミニウム溶湯を鋳型に入れて鋳造し（ステップＳ１４）、冷却させた後、鋳型から凝固された合金を分離させる（ステップＳ１５）。鋳造工程（ステップＳ１４）での鋳型の温度は、常温（例えば、２５℃）ないし４００℃の温度範囲を有しうる。冷却工程（ステップＳ１５）では、鋳型を常温まで冷却させた後、母合金を鋳型から分離させることができるが、常温以前でも母合金の凝固が完了する場合には、鋳型から母合金を分離させることができる。鋳造方式については、母合金の製造方法について詳しく説明したので、説明を省略する。
【００７５】
このように製造されたアルミニウム合金は、１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系、７０００系及び８０００系の塑性加工用（Ｗｒｏｕｇｈｔ）アルミニウムまたは１００系、２００系、３００系、４００系、５００系、７００系の鋳造用（Ｃａｓｔｉｎｇ）アルミニウムのうちから選択された何れか一つであり得る。
【００７６】
前述したように、マグネシウム母合金を利用する場合、アルミニウム溶湯の清浄度の向上によって鋳造されるアルミニウム合金の機械的性質が顕著に向上する。すなわち、マグネシウム母合金の耐発火性に対する抵抗の増加に起因した溶湯の清浄度の向上によって、これにより鋳造されるアルミニウム合金内にも機械的特性を劣化させる酸化物や介在物のような不純物がなく、鋳造されたアルミニウム合金の内部の気泡発生も顕著に減少する。このように鋳造されたアルミニウム合金の内部が、従来のものに比べてさらに清浄な状態を有することによって、本発明によるアルミニウム合金は、従来のものに比べて優れた降伏強度及び引張強度を有する。また、強度が増加するにも、延伸率を同等であるか、さらに優秀になる理想的な機械的特性を有する。
【００７７】
したがって、同一のマグネシウム含有量を有するアルミニウム合金を製造しても、本発明による時、溶湯の品質を清浄にさせる効果によって鋳造されたアルミニウム合金の特性が良好になりうる。また、アルミニウムに添加されるマグネシウムの溶湯内での損失が減少して、実際従来に比べてさらに小さな量のマグネシウムを添加しても、アルミニウム合金内に含まれるマグネシウムの含有量を実質的に同様に製造することができることによって、経済的なアルミニウム合金の製造が可能となる。また、本発明によるマグネシウム母合金をアルミニウム溶湯に添加する場合、従来に比べてアルミニウム溶湯内でのマグネシウムの不安定性が顕著に改善されるので、マグネシウムの含量を従来に比べて容易に増加させることができる。
【００７８】
マグネシウムは、アルミニウムに最大１５重量％まで固溶され、固溶時にアルミニウム合金の機械的特性を向上させることができる。例えば、３００系または６０００系のアルミニウム合金にマグネシウムを添加すれば、アルミニウム合金の強度及び延伸率が向上する。しかし、従来には、前述したマグネシウムの高い酸化性によってマグネシウムによる酸化物及び介在物が溶湯に混入されてアルミニウム合金の品質を低下させ、このような問題は、添加されるマグネシウムの含有量が増加するほど深刻化するので、たとえ保護ガスを使っても、アルミニウム溶湯に添加されるマグネシウムの含有量を安定的に増加させることが非常に難しかった。
【００７９】
これに比べて、本発明による時、アルミニウム溶湯内にマグネシウム母合金を安定的に添加することができるので、アルミニウム合金内にマグネシウムの含有量を従来に比べて容易に増加させ、マグネシウムの比率を増加させながらも、鋳造性を確保することができる。したがって、本発明によるマグネシウム母合金を３００系または６０００系のアルミニウム合金に添加することによって、酸化物や介在物の混入を抑制して鋳造性だけではなく、強度及び延伸率も向上し、さらに、現在実質的に使用できない５００系または５０００系のアルミニウム合金を使用可能にできる。
【００８０】
一例として、本発明によるアルミニウム合金は、マグネシウムの固溶量が０．１重量％以上はもとより、５重量％以上、さらに６重量％以上、さらに１０重量％以上から固溶限である１５％までも容易に増加させることができる。
【００８１】
このようなアルミニウム合金内でのマグネシウムの安定性は、アルミニウム合金の廃棄物リサイクル時にも有利に作用することができる。例えば、アルミニウム合金の製造のための廃棄物をリサイクルする過程でマグネシウムの含有量が高い状態である場合、これを要求される比率で減少させる工程（以下、ジメギング工程と称する）を経る。この際、要求されるマグネシウム含有量の比率が低いほどジメギング工程の難易度及び必要となるコストが増加する。
【００８２】
例えば、３８３アルミニウム合金の場合、マグネシウムを０．３重量％まで低めることは技術的に容易でるが、０．１重量％まで低めることは非常に難しい。また、マグネシウムの比率を低めるために塩素ガス（Ｃｌ２）を使うが、このような塩素ガスの使用は、環境に有害であり、さらにコストが発生する問題点がある。
【００８３】
しかし、本発明によってカルシウム系化合物を含むマグネシウム母合金を用いて製造されたアルミニウム合金は、マグネシウムの比率を０．３重量％以上に維持することが可能であるので、技術的、環境的、コスト的利点がある。
【００８４】
また、本発明によるアルミニウム合金は、前述した製造過程のうち、例えば、アルミニウム溶湯形成工程（ステップＳ１１）または母合金添加工程（ステップＳ１２）以後に、鉄（Ｆｅ）を少量添加する工程をさらに含みうる。この際、添加される鉄の量は、従来に比べてさらに小さな値を有しうる。すなわち、従来からアルミニウム合金を鋳造、例えば、ダイキャスティングする場合に、鉄系金属からなる金型とアルミニウム鋳造材との間の焼着発生によって金型が損傷される問題が発生し、これを解決するために、従来からアルミニウム合金のダイキャスティング時に１．０ないし１．５重量％の鉄をアルミニウム合金内に添加した。しかし、このような鉄の添加によってアルミニウム合金の耐蝕性及び延伸率が減少するまた他の問題が発生することがある。
【００８５】
しかし、前述したように、本発明によるアルミニウム合金は、マグネシウムの含有量を高い比率で有することができ、マグネシウムを高含量で添加時、従来に比べて顕著に少ない比率の鉄を添加しても、従来に表われた金型との焼着問題を大きく改善することができる。したがって、従来にダイキャスティングされたアルミニウム合金の鋳造材に表われた耐蝕性及び延伸率の減少の問題を解決させうる。
【００８６】
この際、前述したアルミニウム合金を製造する過程で添加される鉄（Ｆｅ）の含有量は、アルミニウム合金に対して１．０重量％以下（０超過）、さらに嚴格には、０．２重量％以下（０超過）であり、これにより、アルミニウム合金の基地には、該当する組成範囲の鉄が含まれうる。
【００８７】
以下、本発明によって製造されたアルミニウム合金の特性について具体的に説明する。
【００８８】
本発明の製造方法によって製造されたアルミニウム合金は、アルミニウム基地及びアルミニウム基地に存在するカルシウム系化合物を含む。この際、アルミニウム基地には、カルシウムが固溶限度以下、一例として、５００ｐｐｍ以下で固溶されている。
【００８９】
この際、アルミニウム基地は、境界を成し、互いに区分される複数個の領域を有することができ、この際、前記境界または領域の内部に、前記カルシウム系化合物が存在することができる。アルミニウム基地は、アルミニウムを主な成分とするが、他の合金元素が固溶されているか、またはカルシウム系化合物の以外の他の化合物が、別個の相として形成されている金属組織体をいうものと定義されうる。
【００９０】
この際、互いに区分される複数個の領域は、典型的に結晶粒界に区分される複数の結晶粒であり、また他の例として、２以上の相異なる相の相境界によって限定される複数の相領域であり得る。
【００９１】
本発明によるアルミニウム合金の場合、母合金内に形成されたカルシウム系化合物に起因する機械的特性の向上効果を有しうる。既に前述したように、母合金がアルミニウム溶湯に添加される場合、母合金に含まれるカルシウム系化合物もともに溶湯に添加され、カルシウム系化合物は、カルシウムと他の金属元素とが反応して形成された金属間化合物として、いずれもアルミニウムの融点よりさらに高い融点を有している。
【００９２】
したがって、このようなカルシウム系化合物を含む母合金をアルミニウム溶湯に投入する場合、カルシウム系化合物は、溶湯内部で溶融されずに維持され、このような溶湯を鋳造してアルミニウム合金を製造する場合、アルミニウム合金内に前記カルシウム系化合物が含まれうる。
【００９３】
このようなカルシウム系化合物は、アルミニウム合金内で微細な粒子形態で分散されて分布することができる。この際、カルシウム系化合物は、金属間化合物として基地であるアルミニウムに比べて高強度物質であり、したがって、このような高強度物質の分散分布によってアルミニウム合金の強度が増加する。
【００９４】
一方、カルシウム系化合物は、アルミニウム合金が液相から固相に相遷移される過程で核生成が起きる場所を提供することができる。すなわち、アルミニウム合金の凝固時、液相から固相への相遷移は、核生成及び成長の形態でなされ、この際、カルシウム系化合物自体が不均一核生成座（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｓｉｔｅ）として機能することによって、カルシウム系化合物と液相とが界面で優先的に固相への相遷移のための核生成が起こる。このように核生成された固相は、カルシウム系化合物の周辺に形成しながら成長する。
【００９５】
このようなカルシウム系化合物が複数個に分散されるように分布する場合、それぞれのカルシウム系化合物の界面で成長された固相が互いに合って境界を成し、このように形成された境界は、結晶粒界または相境界をなしうる。したがって、カルシウム系化合物が核生成座として機能すれば、カルシウム系化合物は、結晶粒または相領域の内部に存在し、前記結晶粒または相領域は、カルシウム系化合物が存在しない場合に比べて微細化される効果を表わせる。
【００９６】
また、カルシウム系化合物は、結晶粒間の境界である結晶粒界または相領域間の境界である相境界に存在することができる。このような境界部分は、結晶粒または相領域の内部に比べて開放された構造であって、相対的に高いエネルギーを有しているので、カルシウム系化合物の核生成及び成長に有利な場所を提供することができるためである。
【００９７】
このように、カルシウム系化合物が、アルミニウム合金の結晶粒界または相境界に分布される場合には、このようなカルシウム系化合物が、結晶粒界または相境界の移動の障害物として作用して、結晶粒界または相境界の移動を抑制して結晶粒または相境界の平均大きさを減少させることができる。
【００９８】
したがって、本発明によるアルミニウム合金の場合、このようなカルシウム系化合物が存在していないアルミニウム合金に比べて平均的にさらに微細であり、小さな結晶粒または相領域の大きさを有しうる。このようなカルシウム系化合物に起因した結晶粒または相領域の微細化は、アルミニウム合金の強度及び延伸率の向上効果を同時にもたらしうる。
【００９９】
また、本発明によるアルミニウム合金のアルミニウム基地は、１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系、７０００系及び８０００系の塑性加工用（Ｗｒｏｕｇｈｔ）アルミニウムまたは１００系、２００系、３００系、４００系、５００系、７００系の鋳造用（Ｃａｓｔｉｎｇ）アルミニウムのうちから選択された何れか一つであり得る。
【実施例】
【０１００】
以下、本発明の理解を助けるために、実施例を提供する。但し、下記の実施例は、本発明の理解を助けるためのものであり、本発明が、下記の実施例によって限定されるものではない。
【０１０１】
表３は、カルシウムを添加して製造した母合金を用いて製造したアルミニウム合金（実施例１）とカルシウムを添加していない純粋なマグネシウムを添加して製造したアルミニウム合金（比較例１）との鋳造特性を比較して表わす。この際、実施例１に使われた母合金は、マグネシウム母合金であって、具体的に、母材としてアルミニウムを含むマグネシウム合金に母材に対して０．３の重量比でカルシウムを添加して製造したものである。
【０１０２】
実施例１は、アルミニウム２７５０ｇに前記マグネシウム母合金３０５ｇを添加して製造したものであり、これに比べて、比較例１は、アルミニウム２７５０ｇに純粋マグネシウム３０５ｇを添加して製造したものである。
【０１０３】
【表３】
0005582982.tif 000004
表３を参照すると、溶湯表面に浮かぶ不純物の量（ドロス量）が、純粋マグネシウムを添加した時（比較例１）よりマグネシウム母合金（実施例１）を添加した時に少なく生じるということが分かる。また、アルミニウム合金内のマグネシウム含有量は、純粋マグネシウムを添加した時（比較例１）よりマグネシウム母合金を添加した時（実施例１）にさらに高いということが分かる。これにより、本発明の製造方法による場合、純粋マグネシウムを添加する方法に比べてマグネシウムの損失が顕著に減少するということが分かる。
【０１０４】
また、溶湯の流動性及びアルミニウム合金の硬度も純粋マグネシウムを添加した時（比較例１）よりマグネシウム母合金を添加した時（実施例１）にさらに優れたものであることが分かる。
【０１０５】
図４の（ａ）には、実施例１のアルミニウム合金の組職をＥＰＭＡで観察した結果が表われており、図４の（ｂ）ないし（ｄ）には、ＥＰＭＡを利用した成分マッピング結果として、それぞれアルミニウム、カルシウム、マグネシウムのマッピング結果が表われている。
【０１０６】
図４の（ｂ）ないし（ｄ）を通じて分かるように、アルミニウム基地相にカルシウム、マグネシウム及びアルミニウムが同一位置で検出され、これにより、カルシウムは、マグネシウム及び／またはアルミニウムと反応してカルシウム系化合物として存在するということが分かる。
【０１０７】
図５は、実施例１及び比較例１によるアルミニウム合金の鋳造材の表面を比較した結果である。
【０１０８】
図５を参照すると、比較例１（ｂ）の純粋マグネシウムを添加したアルミニウム合金の鋳造材より実施例１（ａ）のマグネシウム母合金を添加したアルミニウム合金の鋳造材（ａ）がさらにきれいな表面を有することを確認することができる。これは、マグネシウム母合金に添加されたカルシウムによって鋳造性が向上したためである。すなわち、純粋マグネシウムが添加されたアルミニウム合金（比較例１）は、鋳造時、純粋マグネシウムの酸化によって表面に発火された痕跡が示す一方、カルシウムが添加されたマグネシウム母合金を使って鋳造されたアルミニウム合金（実施例１）の場合には、発火現象が抑制されてきれいな表面が得られる。これにより、マグネシウム母合金を添加する場合には、純粋マグネシウムを添加する時に比べて溶湯の品質が顕著に向上して鋳造性が改善されたということが分かる。
【０１０９】
表４は、市販のアルミニウム合金である６０６１合金にカルシウムを添加して製造したマグネシウム母合金を添加して製造したアルミニウム合金（実施例２）の機械的特性を６０６１合金（比較例２）と比較して示す。実施例２による試片は、鋳造後に圧出してＴ６熱処理を行い、比較例２のデータは、ＡＳＭ規格にある値（Ｔ６熱処理データ）を参照した。
【０１１０】
【表４】
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表４に表わされるように、本発明による実施例２のアルミニウム合金は、引張強度及び降伏強度でさらに高い値を示し、延伸率は、比較例２による市販のアルミニウム合金に比べて優れた特性を表わしたということが分かる。
【０１１１】
図６には、実施例２及び比較例２の微細組職を観察した結果が表われている。図６を参照すると、本発明による実施例２のアルミニウム合金（ａ）の結晶粒が、市販のアルミニウム合金による比較例２（ｂ）に比べて微細になったということが分かる。
【０１１２】
実施例２のアルミニウム合金での結晶粒の微細化は、結晶粒界に分布するカルシウム系化合物によって結晶粒界の成長が抑制されたか、またはカルシウム系化合物が凝固時、核生成座として機能したためであると判断される。このような結晶粒の微細化によって本発明によるアルミニウム合金が優れた機械的特性を示すものと判断される。
【０１１３】
本発明の実施形態は下記のものを含む。
＜１＞  カルシウム系化合物を含む母合金及びアルミニウムを提供する工程と、
前記母合金及び前記アルミニウムが溶解された溶湯を形成する工程と、
前記溶湯を鋳造する工程と、を含み、
前記母合金は、母材にカルシウムを添加して製造されたものであることを特徴とするアルミニウム合金の製造方法。
＜２＞  前記母材は、純粋マグネシウムまたはマグネシウム合金であることを特徴とする＜１＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜３＞  前記マグネシウム合金は、アルミニウムを含むものであることを特徴とする＜２＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜４＞  前記母材は、純粋アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする＜１＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜５＞  鉄（Ｆｅ）を１．０重量％以下（０超過）で添加する工程をさらに含むことを特徴とする＜２＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜６＞  前記鉄（Ｆｅ）を０．２重量％以下で添加することを特徴とする＜５＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜７＞  前記母合金は、アルミニウム１００重量部に対して０．０００１〜３０重量部の範囲であることを特徴とする＜１＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜８＞  前記カルシウムは、前記母材１００重量部に対して０．０００１〜１００重量部の範囲で添加されることを特徴とする＜１＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜９＞  前記カルシウムは、前記母材１００重量部に対して固溶限度以上１００重量部以下の範囲で添加されることを特徴とする＜８＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜１０＞  前記溶湯を形成する工程は、
前記アルミニウムを溶解してアルミニウム溶湯を形成する工程と、
前記アルミニウム溶湯に、前記母合金を添加して溶解する工程と、
を含むことを特徴とする＜１＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜１１＞  前記溶湯を形成する工程は、
前記アルミニウム及び前記母合金を投入する工程と、
前記アルミニウム及び前記母合金をともに溶解する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜１２＞  前記母合金の製造方法は、
前記母材を溶解して母材溶湯を形成する工程と、
前記母材溶湯にカルシウムを添加する工程と、
を含むことを特徴とする＜１＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜１３＞  前記母合金の製造方法は、
前記母材及び前記カルシウムを投入する工程と、
前記母材及び前記カルシウムをともに溶解させる工程と、
を含むことを特徴とする＜１＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜１４＞  前記母材は、マグネシウム及びアルミニウムのうち何れか一つ以上を含み、前記カルシウム系化合物は、前記カルシウムと前記母材のマグネシウムまたはアルミニウムとが反応して生成されたものであることを特徴とする＜１＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜１５＞  前記カルシウム系化合物は、Ｍｇ−Ｃａ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物及びＭｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物のうち何れか一つ以上を含むことを特徴とする＜１４＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜１６＞  前記Ｍｇ−Ｃａ化合物は、Ｍｇ２Ｃａを含むことを特徴とする＜１５＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜１７＞  前記Ａｌ−Ｃａ化合物は、Ａｌ２Ｃａ及びＡｌ４Ｃａのうち何れか一つ以上を含むことを特徴とする＜１５＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜１８＞  前記Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物は、（Ｍｇ、Ａｌ）２Ｃａを含むことを特徴とする＜１５＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜１９＞  前記アルミニウムは、純粋アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする＜１＞に記載のアルミニウム合金の製造方法。
＜２０＞  カルシウム及びアルミニウムを提供する工程と、
前記カルシウム及び前記アルミニウムが溶解された溶湯を形成する工程と、
前記溶湯を鋳造する工程と、を含むアルミニウム合金の製造方法であり、
前記カルシウムは、アルミニウム合金内に０．１ないし４０重量％の範囲になるように添加されることを特徴とするアルミニウム合金の製造方法。
＜２１＞  ＜１＞〜＜２０＞のうち何れか一項によるアルミニウム合金の製造方法によって製造されたアルミニウム合金。
＜２２＞  前記アルミニウム合金は、１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系、７０００系及び８０００系の塑性加工用（Ｗｒｏｕｇｈｔ）アルミニウムまたは１００系、２００系、３００系、４００系、５００系及び７００系の鋳造用（Ｃａｓｔｉｎｇ）アルミニウムのうちから選択された何れか一つを含むことを特徴とする＜２１＞に記載のアルミニウム合金。
＜２３＞  アルミニウム基地と、
前記アルミニウム基地に存在するカルシウム系化合物と、を含み、
前記アルミニウム基地は、カルシウムが固溶限度以下で固溶されたことを特徴とするアルミニウム合金。
＜２４＞  前記カルシウムは、５００ｐｐｍ以下で固溶されたことを特徴とする＜２３＞に記載のアルミニウム合金。
＜２５＞  鉄（Ｆｅ）を１．０重量％以下（０超過）でさらに含むことを特徴とする＜２３＞に記載のアルミニウム合金。
＜２６＞  鉄（Ｆｅ）を０．２重量％以下でさらに含むことを特徴とする＜２５＞に記載のアルミニウム合金。
＜２７＞  前記アルミニウム基地は、境界を成し、互いに区分される複数個の領域を有し、前記境界には、前記カルシウム系化合物が存在することを特徴とする＜２３＞に記載のアルミニウム合金。
＜２８＞  前記アルミニウム基地は、境界を成し、互いに区分される複数個の領域を有し、前記領域内に、前記カルシウム系化合物が存在することを特徴とする＜２３＞に記載のアルミニウム合金。
＜２９＞  前記領域は、結晶粒であり、前記境界は、結晶粒界であることを特徴とする＜２７＞または＜２８＞に記載のアルミニウム合金。
＜３０＞  前記領域は、相異なる相によって限定される相領域であり、前記境界は、相境界であることを特徴とする＜２７＞または＜２８＞に記載のアルミニウム合金。
＜３１＞  カルシウムが、固溶限度まで固溶されたアルミニウム基地と、
前記アルミニウム基地に存在するカルシウム系化合物と、を含むアルミニウム合金であり、前記アルミニウム合金内のカルシウムの含有量は、０．１ないし４０重量％範囲であることを特徴とするアルミニウム合金。
＜３２＞  前記カルシウム系化合物は、Ｍｇ−Ｃａ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物及びＭｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物のうち何れか一つ以上を含むことを特徴とする＜２３＞または＜３１＞のうち何れか一項に記載のアルミニウム合金。
＜３３＞  前記Ｍｇ−Ｃａ化合物は、Ｍｇ２Ｃａを含むことを特徴とする＜３２＞に記載のアルミニウム合金。
＜３４＞  前記Ａｌ−Ｃａ化合物は、Ａｌ２Ｃａ及びＡｌ４Ｃａのうち何れか一つ以上を含むことを特徴とする＜３２＞に記載のアルミニウム合金。
＜３５＞  前記Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ化合物は、（Ｍｇ、Ａｌ）２Ｃａを含むことを特徴とする＜３２＞に記載のアルミニウム合金。
＜３６＞  前記アルミニウム基地は、１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系、７０００系及び８０００系の塑性加工用（Ｗｒｏｕｇｈｔ）アルミニウムまたは１００系、２００系、３００系、４００系、５００系及び７００系の鋳造用（Ｃａｓｔｉｎｇ）アルミニウムのうちから選択された何れか一つを含むことを特徴とする＜２３＞または＜３１＞に記載のアルミニウム合金。
＜３７＞  前記領域の平均大きさが、同一条件で製造されたアルミニウム合金であって、前記カルシウム系化合物を有していないアルミニウム合金に比べてさらに小さいことを特徴とする＜２７＞または＜２８＞に記載のアルミニウム合金。
＜３８＞  引張強度が同一条件で製造されたアルミニウム合金であって、前記カルシウム系化合物を有していないアルミニウム合金に比べてさらに大きいことを特徴とする＜２３＞に記載のアルミニウム合金。
＜３９＞  引張強度は、同一条件で製造されたアルミニウム合金であって、前記カルシウム系化合物を有していないアルミニウム合金に比べてさらに大きく、延伸率はさらに大きいか、同等であることを特徴とする＜２３＞に記載のアルミニウム合金。
発明の特定実施形態及び実施例についての以上の説明は、例示及び説明を目的として提供された。したがって、本発明は、前記実施形態及び実施例に限定されず、本発明の技術的思想内で、当業者によって、前記実施形態を組み合わせて実施するなどさまざまな多くの修正及び変更が可能であることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、アルミニウム合金及びその製造方法関連の分野に適用可能である。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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