(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式：ＡｌbalＣｕaＭb（ただしＭ:Ｍｎ、Ｃｒから選ばれる一種もしくは二種の元素であり、ａ、ｂは原子パーセントで０＜ａ≦３、２＜ｂ≦５)で示される組成を有し、組織中に２０から８０％の準結晶を含み、伸びが１０％以上であり、ヤング率が８５ＧＰａ以上あることを特徴とする高強度、高延性アルミニウム合金。
【請求項２】
一般式：ＡｌbalＣｕaＭbＴＭｃ（ただしＭ：Ｍｎ、Ｃｒから選ばれる一種もしくは二種の元素、ＴＭ：Ｔｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒから選ばれる少なくとも一種の元素であり、ａ、ｂ、ｃは原子パーセントで０＜ａ≦３、２＜ｂ≦５、０＜ｃ≦２）で示される組成を有し、組織中に２０から８０％の準結晶を含み、伸びが１０％以上であり、ヤング率が８５ＧＰａ以上であることを特徴とする高強度、高延性アルミニウム合金。
【請求項３】
準結晶が２０面体相（ｉｃｏｓａｈｅｄｒａｌ、Ｉ相）、正十角形相（ｄｅｃａｇｏｎａｌ、Ｄ相）又はこれらの近似結晶相のいずれかである請求項１又は請求項２記載の高強度、高延性アルミニウム合金。
【請求項４】
その組織が、準結晶相とアルミニウム相又は準結晶相とアルミニウムの過飽和固溶体相のいずれかからなる請求項１又は請求項２記載の高強度、高延性アルミニウム合金。
【請求項５】
さらにアルミニウムとその他の元素とが生成する種々の金属化合物および／又はその他の元素同士が生成する金属間化合物が含まれてなる請求項４記載の高強度、高延性アルミニウム合金。
【請求項６】
急冷凝固材、急冷凝固材を熱処理した熱処理材、急冷凝固材を集成固化してなる集成固化材のいずれかである請求項１又は請求項２記載の高強度、高延性アルミニウム合金。
【請求項７】
ｂ≧ａである請求項１記載の高強度、高延性アルミニウム合金。
【請求項８】
ｂ≧ａ＋ｃである請求項２記載の高強度、高延性アルミニウム合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温強度、延性、衝撃強度、引張強度などの機械的特性に優れたアルミニウム合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアルミニウム合金には、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系等の成分系の合金が知られており、その材料特性に応じて、例えば航空機、車輌、船舶等の部材として、又、建築用外装材、サッシ、屋根材等として、あるいは海水機器用部材、原子炉用部材等として広範囲の用途に供されている。しかし、これらのアルミニウム合金は一般に硬度や耐熱性が十分とはいえない。そこで近年ではアルミニウム合金材料を急冷凝固させることにより、組織を微細化して強度等の機械的性質や耐食性等の化学的性質を改善する試みもなされている（特開平１−２７５７３２号公報、特開平６−２５６８７５号公報、特開平８−１９９３１７号公報参照）。これらは高強度、耐熱性の材料として優れたものであるが、さらに実用性を高めるためには、延性さらには成形加工性の点でさらなる改善の余地がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の点に鑑みて鋭意研究した結果、特定組成のアルミニウムからなるマトリックス中に、準結晶又は近似結晶が微細に分散した組織とすることにより、強度および硬度に優れ、さらに延性並びに成形加工性に優れ、比強度の高いアルミニウム合金を提供することを目的とするものである。
【０００４】
本発明は、一般式：ＡｌbalＣｕaＭb又はＡｌbalＣｕaＭbＴＭｃ（ただしＭ:Ｍｎ，Ｃｒから選ばれる一種もしくは二種の元素、ＴＭ：Ｔｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒから選ばれる少なくとも一種の元素であり、ａ、ｂ、ｃは原子パーセントで０＜ａ≦３、２＜ｂ≦５、０＜ｃ≦２)で示される組成を有し、組織中に２０から８０％の準結晶を含み、伸びが１０％以上であり、ヤング率が８５ＧＰａ以上であることを特徴とする高強度、高延性アルミニウム合金である。
【０００５】
本発明において、準結晶粒子は、ＡｌＣｕＭ系の３つの必須元素によって構成される。ＡｌとＭとの組合せは準結晶形成に不可欠な元素であり、Ｍの量が２原子パーセント以下だと準結晶が形成しなくなり、強化量が不足する。ＭのＭｎとＣｒとは組合せて添加することにより、その相乗効果で、少ない添加量でも準結晶相の形成が行えると共により安定な準結晶相を形成できる。Ｍの量が５原子パーセントを超えると準結晶粒子が粗大化すると共に体積率が多くなりすぎて延性が低下する。ＴＭは準結晶の構成元素として強化に寄与すると共に、マトリックスに固溶することによりマトリックスを強化する。さらに金属間化合物として存在し得て、強化に効果がある。ＴＭの量が２原子パーセントより多すぎると準結晶が形成しなくなり、又、粗大な金属間化合物を形成してしまい、延性が著しく低下する。ｂ≧ａ、ｂ≧ａ＋ｃとすることにより準結晶をより安定なものとすることができるとともに、より有用なマトリックス及び金属間化合物の形態に制御できる。
【０００６】
準結晶の粒子は１μｍ以下が望ましく、さらに望ましくは５００ｎｍ以下が望ましい。Ｃｕ元素はマトリックスへの固溶や析出によりマトリックス強化に効果のある元素であり、これが添加されていないとマトリックスの強度が不十分である。その量が３原子パーセントを超えるとマトリックス中に粗大なＡｌ2Ｃｕとして析出してしまい延性を低下させる。
【０００７】
又、上記準結晶は２０面体相（ｉｃｏｓａｈｅｄｒａｌ，Ｉ相）、正十角形相（ｄｅｃａｇｏｎａｌ，Ｄ相）又はこれらの近似結晶相のいずれかである。さらにその組織は準結晶とアルミニウム、アルミニウムの過飽和固溶体のいずれかからなる相とからなり、さらに場合によってはこれらの組織中にアルミニウムとその他の元素とが生成する種々の金属間化合物および／又はその他の元素同士が生成する金属間化合物が含まれていてもかまわない。特に金属間化合物が存在することにより、マトリックスの強化および結晶粒の制御をするのに有効である。
【０００８】
合金組織中に含まれる準結晶は体積率で２０〜８０％であることが好ましい。２０％未満である場合、本発明の目的を十分に達成できず８０％を超えた場合、合金の脆化を招く可能性があるため、得られた材料の加工が十分に行えなくなる可能性が生じるためである。さらに合金組織中に含まれる準結晶は体積率で５０〜８０％であることがより好ましい。又、本発明において、アルミニウム相、アルミニウムの過飽和固溶体相の平均粒径は４０〜２０００ｎｍであることが好ましい。平均粒径が４０ｎｍ未満の場合、得られた合金は強度、硬度は高いが延性の点で不十分となり、２０００ｎｍを超える場合、強度が急激に低下し、高強度の合金が得られなくなる可能性が生じるためである。
【０００９】
本発明のアルミニウム合金は、上記組成を有する合金の溶湯を単ロール法、双ロール法、回転液中紡糸法、各種アトマイズ法、スプレー法などの液体急冷法、スパッタリング法、メカニカルアロイング法、メカニカルグライディング法などにより直接得ることができる。これらの方法の場合、合金の組成によって多少異なるが、１０2〜１０4Ｋ／ｓｅｃ程度の冷却速度により製造することができる。又、本発明のアルミニウム合金は、上記製造方法により得られた急冷凝固材を、熱処理又は例えば急冷凝固材を集成し、これを圧粉、押出しなどの熱加工により準結晶を固溶体から析出することができる。この際の温度は３２０〜５００℃が好ましい。
本発明で得られる合金の伸びは１０％以上であり、ヤング率は８５ＧＰａ以上である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
ガスアトマイズ装置により表１左欄に示す組成を有するアルミニウム合金粉末を作製した。得られたアルミニウム合金粉末を金属カプセルに充填後、脱ガスを行い、押出し用ビレットを作製した。このビレットを押出機によって３２０〜５００℃の温度で押出しを行った。
【００１１】
上記製造条件により得られた押出材（固化材）の室温における強度、伸び、弾性率（ヤング率）および硬度を調べ、Ｎo.１５およびＮo.１７についてはさらにシャルピー衝撃試験の結果を調べた。この結果を表１の右欄に示す。
【００１２】
【表１】
0003725279.tif 000002
【００１３】
上記結果より、本発明の合金（固化材）は、室温における強度、伸び、弾性率（ヤング率）、硬度などに優れた特性を示し、特に伸びが１０％以上、弾性率（ヤング率）が８５ＧＰａ以上と非常に優れた特性を示す。又、固化材を作製するに当って加熱を行うが、加熱による特性の変化が生じたにもかかわらず、優れた特性を有することが分かる。
【００１４】
上記製造条件により得られた押出材よりＴＥＭ観察用試験片を切り出し、合金の組織、それぞれの相の粒径について観察を行った。ＴＥＭ観察の結果より準結晶は２０面体相の単独又は２０面体相と正十角形相との混相であった。又、合金種によっては近似結晶相が存在していた。又、組織中の準結晶は体積率で２０〜８０％であった。
【００１５】
又、合金組織はアルミニウム又はアルミニウムの過飽和固溶体相と準結晶相との混相であり、特にＴＭ元素を添加した合金種によっては、これに種々の金属間化合物相（アルミニウムとＴＭ元素との金属間化合物相）が存在していた。さらにアルミニウム又はアルミニウムの過飽和固溶体相の平均粒径は４０〜２０００ｎｍであり、準結晶相の平均粒径は１０〜１０００ｎｍで、殆どが５００ｎｍ以下であると共に、金属間化合物相が存在する合金種においては、その平均粒径が１０〜１０００ｎｍであった。金属間化合物相が析出した組成においては、合金組織中に均一微細に金属間化合物相が分散していた。本実施例において、合金組織の制御および各相の粒径などの制御は、脱ガス（脱ガス時の圧粉を含む）及び押出の熱加工により行われたものと考えられる。
【００１６】
また、Ａｌ95Ｃｒ1Ｍｎ2Ｃｕ2合金（表１、Ｎo.１５）について、高温強度を調べた。高温強度は所定温度（３７３Ｋ、４７３Ｋ、５７３Ｋ、６７３Ｋ）で１時間保持後、前記所定温度にて測定したものである。この結果を図１に示す。図１より市販の高強度アルミニウム合金である超々ジュラルミン（７０７５）が３７３Ｋで３９７ＭＰａ、４７３Ｋで２４５ＭＰａ、５７３Ｋで８３ＭＰａであるのに対し、本発明の合金が３７３Ｋで４２３ＭＰａ、４７３Ｋで３０７ＭＰａ、５７３Ｋで１８３ＭＰａと優れていることが分かる。特に４７３Ｋ（２００℃）及び５７３Ｋ（３００℃）で優れていることが分かる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明の合金は、室温における強度、伸び、弾性率（ヤング率）、硬度などに優れた特性を示し、特に伸びが１０％以上、弾性率（ヤング率）が８５ＧＰａ以上と非常に優れた特性を示す。又、固化材を作製するに当って加熱を行って特性に変化が生じるにもかかわらず、優れた特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明合金の高温強度の試験結果を示すグラフである。
【図１】
0003725279.tif 000003