(57)【要約】【課題】急冷凝固法による多量のSi等を添加した従来のアルミ合金と同等以上の高温強度を有し、従来のコンプレッサー部材より高い熱膨張係数を有するアルミニウム合金からなるコンプレッサー部材を提供する。【解決手段】コンプレッサー部材の組成を、質量％で、Si：10.0〜16.0％、Cu：4.5〜9.5％、Mg：0.2〜3.0％、Fe：3.0〜9.0％、残部がAl及び不可避的不純物からなる組成とし、かつ、Al合金マトリックス中に金属間化合物粒子とSi粒子を分散させる。【選択図】図10
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Si：10.0〜16.0％、Cu：4.5〜9.5％、Mg：0.2〜3.0％、Fe：3.0〜9.0％、残部がAl及び不可避的不純物からなり、Al合金マトリックス中に金属間化合物粒子とSi粒子が分散しているアルミニウム合金部材。
【請求項２】
前記金属間化合物粒子がAl-Fe-Si系化合物粒子及びAl-Cu-Fe系化合物粒子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部材。
【請求項３】
前記Al-Cu-Fe系化合物粒子がAl7Cu2Fe化合物粒子を含むことを特徴とする請求項2に記載のアルミニウム合金部材。
【請求項４】
前記Al-Fe-Si系化合物粒子がAl3FeSi2化合物粒子及びAl9Fe2Si2化合物粒子を含むことを特徴とする請求項2又は3に記載のアルミニウム合金部材。
【請求項５】
前記金属間化合物粒子が平均粒径2μm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のアルミニウム合金部材。
【請求項６】
前記Si粒子が平均粒径5μm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のアルミニウム合金部材。
【請求項７】
X線回折プロファイルにおける前記Al7Cu2Fe化合物粒子の(214)面のピーク強度がAlの(111)面のピーク強度を100としたときの0.5〜6.0であることを特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載のアルミニウム合金部材。
【請求項８】
前記アルミニウム合金部材が、コンプレッサー部材であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のアルミニウム合金部材
【請求項９】
前記コンプレッサー部材の室温及び150℃における引張強さが、それぞれ500 MPa以上及び360 MPa以上であることを特徴とする請求項8に記載のアルミニウム合金部材。
【請求項１０】
前記コンプレッサー部材の室温から200℃間の熱膨張係数が18.0×10-6/K以上であることを特徴とする請求項8又は9のいずれかに記載のアルミニウム合金部材。
【請求項１１】
前記コンプレッサー部材がベーンであることを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載のアルミニウム合金部材。
【請求項１２】
前記コンプレッサー部材がローターであることを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載のアルミニウム合金部材。
【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部材に関し、詳しくは、耐熱性に優れ、比較的高い熱膨張係数を有するアルミニウム合金（以下「アルミ合金」又は「Al合金」ともいう。）部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は、鉄合金などに比べて比重が軽く、例えばコンプレッサー部材などの回転や往復動する部材において、作動時の効率向上や動作中の追従性向上に対応できるため、広く用いられるようになった。一例として、ベーン型のロータリーコンプレッサーは、図1に示すように、内周断面が非円形のシリンダー(2)の内側を回転運動するローター(1)を有し、ベーン(3)はローター(1)の外周部に形成された溝に挿入され、図示しないバネや油圧、さらには回転運動の遠心力によって背面からシリンダー(2)に向けて付勢されることで、ベーン(3)の先端部とシリンダー(2)の内周面が当接し、ベーン(3)、ローター(1)、シリンダー(2)、及び図示しないサイドプレートによって複数の作動空間(6)をシリンダー(2)内に形成する。ローター(1)にはシャフト(7)が締結されており、図示しない動力源によってシャフト(7)を回転させることで、ローター(1)がシリンダー内で回転する。ローター(1)が回転すると、作動空間(6)の容積変化が生じるため、吸入口(4)から冷媒ガスを吸入し、作動空間(6)内の冷媒ガスを圧縮し、吐出口(5)から圧縮された冷媒ガスを吐出してコンプレッサーとして作用することになる。ベーン型ロータリーコンプレッサーとしては、図1に示すものの他に、シリンダー(2)の内周断面を円形としシリンダー(2)の中心とローター(1)の中心を偏芯させる形式のものや、ベーン(3)がローター(1)の外周部ではなくシリンダー(2)側に配されるものもある。
【０００３】
このような機構の中で使用されているベーン(3)は、ローター回転時のベーンの遠心力の関係でベーン自体が軽量であること、部材温度が室温から150℃程度まで上昇するのでその間の温度で高強度と高耐摩耗性を有すること、また運転初期のコンプレッサーの能力低下を避けるため部材同士（特にベーンとサイドプレート）のクリアランスを小さく抑えること、すなわち、部材同士の熱膨張係数の差が小さいこと、などが要求される。
【０００４】
特許文献1には、急冷凝固法を用いて多量のSiや遷移金属元素を添加したアルミ合金粉末成形体が提案されている。この成形体は、例えば、重量％で、Si：20〜25％、Ni：2〜9％、Cu：1〜5％、Mg：0.2〜3％を含有し、残部がAl及び不純物からなるアルミニウム合金からなる急冷凝固粉末を圧粉成形後、熱間押出により固化し、その後の溶体化処理や時効処理により適切な硬度に調整することで製造される。多量のSiやNiを添加することで高い強度を有しつつ、熱負荷にも強いアルミ合金が得られている。
【０００５】
また、特許文献2は、Si：12〜35％、Cu：10％以下、Mg：3％以下、残部実質的にAlからなり、極めて微細な初晶Siが分布している基地中に、該基地よりも硬く、かつ熱膨張係数の小さい硬質材料の平均粒径3〜60μmの粒子が3〜25％分散している組織を有する耐摩耗アルミニウム・珪素押出成形体を開示している。この押出成形体は、微細な過共晶Al-Siアトマイズ合金粉、及び、これより粗粒で、過共晶Al-Si合金より一層優れた耐摩耗性を有し、かつ熱膨張係数の小さい粉末、特に好ましくは金属Si及び窒化珪素（Si3N4）の一つ又は両方を原料として熱間押出加工によって、従来の過共晶Al-Si合金より一層優れた耐摩耗性を有し、かつ熱膨張係数の小さいAl-Si成形体としているため、Fe系（例えば、鋳鉄）のサイドプレートであっても、ベーンとの熱膨張係数の差を小さく抑えることができるため、運転初期のコンプレッサーの能力低下を回避することが可能となっている。
【０００６】
しかしながら、昨今の各種部材の更なる軽量化ニーズに対応するため、コンプレッサー部材の多くにFe系材料から汎用アルミニウム合金への変更が行われるようになってきており、これに伴い、特許文献1や特許文献2のアルミ合金では摺動相手材との熱膨張係数の差が大きくなるため、逆に熱膨張係数を低下させないようにすることが求められている。上記特許文献の技術的思想の反対の方向に、Si含有量を少なくしたり、Si3N4等の硬質粒子含有量を少なくしたりすれば、熱膨張係数を大きくすることができるが、その場合、強度の低下が懸念される。
【０００７】
加えて、軽量化ニーズに対応するため、アルミニウム合金材料を用いたコンプレッサー部材であっても、コンプレッサー自身を小規模化する傾向もある。小規模化を行う一方、現在のアルミニウム部材コンプレッサーと同等の出力が必要となるため、使用環境下での負荷応力は増加する傾向にあり、ローター等のコンプレッサー部材であっても強度を向上させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平11-302807号公報
【特許文献２】特公昭61-50132号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑み、従来の急冷凝固法による多量のSi等を添加したアルミ合金と同等以上の高温強度を有し、比較的高い熱膨張係数を有するアルミニウム合金部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者達は、上記の課題を解決すべく鋭意研究した結果、Siの添加量を少なくするとともに、添加元素としてFeを含む状況下でのCuの添加量を固溶限以上にしてAl-Fe-Si系の金属間化合物に加えてAl-Cu-Fe系の金属間化合物を微細に晶出又は析出することにより、高温強度を改善し、且つ、比較的高い熱膨張係数を有するアルミニウム合金を得ることに成功し、本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明のアルミニウム合金部材は、質量％で、Si：10.0〜16.0％、Cu：4.5〜9.5％、Mg：0.2〜3.0％、Fe：3.0〜9.0％、残部がAl及び不可避的不純物からなり、Al合金マトリックス中に金属間化合物粒子とSi粒子が分散していることを特徴とする。
【００１２】
前記金属間化合物粒子は、Al-Fe-Si系化合物粒子及びAl-Cu-Fe系化合物粒子を含むことが好ましい。また、前記Al-Cu-Fe系化合物粒子はAl7Cu2Fe化合物粒子を含むことが好ましく、前記Al-Fe-Si系化合物粒子はAl3FeSi2化合物粒子及びAl9Fe2Si2化合物粒子を含むことが好ましい。前記金属間化合物粒子は平均粒径2μm以下であることが好ましい。
【００１３】
また、前記Si粒子は平均粒径5μm以下であることが好ましい。
【００１４】
X線回折プロファイルにおける前記Al7Cu2Fe化合物粒子の(214)面のピーク強度はAlの(111)面のピーク強度を100としたときの0.5〜6.0であることが好ましい。
【００１５】
さらに、前記アルミニウム合金部材はコンプレッサー部材であることが好ましい。前記コンプレッサー部材の室温及び150℃における引張強さは、それぞれ500 MPa以上及び360 MPa以上であることが好ましく、また、室温から200℃間の熱膨張係数は18.0×10-6/K以上であることが好ましい。
【００１６】
さらに、前記コンプレッサー部材はベーンであることが好ましい。
【００１７】
さらに、前記コンプレッサー部材はローターであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のアルミニウム合金部材はSiの添加量を少なくしているため、多量のSiを含有した部材より、熱膨張係数の低下を抑えることができる。例えば、本発明のアルミニウム合金部材をコンプレッサー部品のベーンに適用し、周りの部材をFe系材料から汎用アルミニウム合金に変更したとしても、部材間の熱膨張係数差を小さく抑えることができ、運転初期のコンプレッサーの能力低下を回避することができる。また、硬く脆性なSiが少ないので、熱間押出における加工性を向上し、複雑な形状の部材への適用が可能となる。さらに、本発明のアルミニウム合金部材は、Feを含む状況下でCuの含有量を増加しているため、Al-Fe-Si系の金属間化合物に加えてAl-Cu-Fe系の金属間化合物を微細に晶出又は析出し、使用温度範囲（室温〜約150℃）で高い強度を維持することが可能となって、過酷な環境下での使用に耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のアルミニウム合金部材が適用されるロータリー型圧縮機の一例の断面の概略を示した図である。
【図２】実施例1の押出素材の押出方向に垂直な面の電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）による二次電子像写真を示した図である。
【図３】実施例1の押出素材の押出方向に垂直な面の電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）による反射電子像写真を示した図である。
【図４】実施例1の押出素材の押出方向に垂直な面の電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）による二次電子像写真を示した図である。
【図５】実施例1の押出素材の押出方向に垂直な面の電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）による反射電子像写真を示した図である。
【図６】図5の明白色を呈した金属間化合物(13)のエネルギー分散型Ｘ線（EDX）分析の結果を示した図である。
【図７】図5の暗白色を呈した金属間化合物(14)のエネルギー分散型Ｘ線（EDX）分析の結果を示した図である。
【図８】実施例1の急冷凝固粉末のＸ線回折（XRD）プロファイルを示した図である。
【図９】実施例1の押出素材の押出方向に垂直な面のＸ線回折（XRD）プロファイルを示した図である。
【図１０】本発明のAl-Si-Cu-Mg-Fe合金（Cu含有量以外は、質量％で、Si：14.0％、Mg：1.2％、Fe：5.0％、残部：Al に固定）熱処理材のCu含有量が3.3〜9質量％（比較例1、実施例1〜3）の範囲における室温引張強さとCu含有量の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のアルミニウム合金部材は、強度、耐熱性、熱膨張係数の観点から、質量％で、Si：10.0〜16.0％、Cu：4.5〜9.5％、Mg：0.2〜3.0％、Fe：3.0〜9.0％、残部がAl及び不可避的不純物からなる組成を有する。
【００２１】
Siは、一般に半金属的で硬く脆性的な物質であり、Al合金マトリックス中にSi粒子として微細に分散し、耐摩耗性やヤング率を向上させる。また、Siの一部は、時効によりMgと結合してMg-Si系析出物を形成し、析出・分散強化により、特に室温強度を向上させる。しかし、SiはAlに比べて熱膨張係数がかなり低いため（Siの熱膨張係数はAlの熱膨張係数の約1/7）、合金の熱膨張係数を引き下げる。本発明では、この熱膨張係数の引き下げを抑えるため、Si含有量を10.0〜16.0％と低めに設定する。Si含有量が10.0％未満であると耐摩耗性やヤング率の向上効果が十分に得られず、逆に16.0％を超えると合金の熱膨張係数が小さくなりすぎてしまう。また、Si含有量が16.0％を超えて高くなるほど、伸びが低下する傾向を示すので好ましくない。Si含有量は12.5〜15.5％とすることが好ましく、13.0〜15.0％とすることがより好ましい。
【００２２】
Cuは、2024系のAl-Cu系合金では、例えば、Cuが3.8〜4.9質量％で、時効によりG-Pゾーンを含むAl-Cu系の析出物を形成し、強度を向上する。しかし、Cuを固溶限以上に添加すると、比較的粗大なAl2Cu化合物が溶体化処理をしても母相中に残留し、合金の強度や伸びを低下させてしまう。そのような知見があるにもかかわらず、本発明では、Feを含む状況下でCuの含有量を固溶限以上に増加していることを特徴とし、Cu含有量は4.5〜9.5％とする。Cu含有量が4.5％未満ではAl-Cu-Fe系の金属間化合物が形成されないため、室温及び高温における強度の向上が得られず、9.5％を超えるとAl2Cu化合物やAl-Cu-Fe系金属間化合物が粗大化し、強度や伸びが低下するため好ましくない。Cu含有量は5〜9.0％が好ましく、6〜8.0％がより好ましい。
【００２３】
Mgは、上述したように、時効によりSiと結合してMg-Si系析出物を形成し、析出・分散強化により室温強度を向上させるが、耐食性も向上させる。特に、Cuを多く含むと耐食性が低下するので、その低下を抑えるためにも所定のMgが必要である。Mg含有量は0.2〜3.0％とする。Mg含有量が0.2％未満では上記の効果が十分に得られず、3.0％を超えると伸びが低下するので好ましくない。また押出加工等の加工性も悪くなる。Mg含有量は0.5〜2.0％が好ましく、0.8〜1.5％がより好ましい。
【００２４】
Feは、本発明においてAl-Fe-Si系及びAl-Cu-Fe系の金属間化合物を形成する。これらの金属間化合物は、特に高温強度を向上する。また、ヤング率を向上する効果も有している。Fe含有量は3.0〜9.0％とする。Fe含有量が3.0％未満では上記の効果が十分に得られず、9.0％を超えると各金属間化合物が粗大化して強度や伸びが低下するので好ましくない。また押出加工等の加工性も悪くなる。Fe含有量は4.0〜8.0％が好ましく、5.0〜7.0％がより好ましい。
【００２５】
また、本発明のアルミニウム合金部材は、質量％で、Si：10.0〜16.0％、Cu：4.5〜9.5％、Mg：0.2〜3.0％、Fe：3.0〜9.0％、残部がAl及び不可避的不純物からなる組成のアルミニウム合金溶湯からアトマイズ法によって作製した急冷凝固粉末を使って製造される。前記急冷凝固粉末は、アトマイズするガスの圧力にも依存するが、空気でアトマイズした場合は平均粒径が30〜80μmであることが好ましく、Arガスでアトマイズした場合は平均粒径が10〜50μmであることが好ましい。
【００２６】
本発明のアルミニウム合金部材は、前記急冷凝固粉末を圧粉成形して予備成形体を作製し、前記予備成形体を570℃以下の不活性雰囲気中に1〜10時間保持した後、温度400℃以上で押出比10〜35の範囲で熱間押出してその素材（以下「押出素材」ともいう。）とする。前記素材は、前記熱間押出後に、所定の温度、時間の溶体化処理、水焼入れ、及び時効処理からなる熱処理（所謂T6処理）を施すことが好ましい。なお、熱間押出後の押出素材は、Al合金マトリックス中にAl-Fe-Si系化合物粒子及びAl-Cu-Fe系化合物粒子を含む金属間化合物粒子並びにSi粒子が分散した顕微鏡組織を有しているが、急冷凝固粉末中には、Al-Cu-Fe系化合物粒子が含まれずに、Si粒子、Al3FeSi2化合物粒子を含むAl-Fe-Si系化合物粒子、及びAl2Cu化合物粒子が形成されているだけである。本発明に特徴的なAl-Cu-Fe系化合物粒子は、予備成形体の加熱保持から熱間押出までの工程間で、すなわち、高温・高圧下の拡散速度が上昇した状況下で、マトリックス中のAlとFe にAl2Cu化合物粒子中のCuが結合して形成される。その結果、急冷凝固粉末中に存在したAl2Cu化合物粒子は熱間押出後には消失してしまう。Al-Cu-Fe系化合物粒子としては、Al7Cu2Fe化合物粒子を含むものが好ましい。同時に、予備成形体の加熱保持から熱間押出までの工程間でAl9Fe2Si2化合物粒子が形成される。Al-Fe-Si系化合物粒子としては、Al3FeSi2化合物粒子及びAl9Fe2Si2化合物粒子を含むことが好ましい。
【００２７】
Al-Cu-Fe系化合物粒子およびAl-Fe-Si系化合物粒子を形成する観点では、質量％においてCu含有量のFe含有量に対する比（Cu/Fe）は1.0〜3.0であることが好ましく、1.2〜1.6であることがより好ましい。
【００２８】
Al合金マトリックス中に形成・分散するAl-Cu-Fe系及びAl-Fe-Si系金属間化合物の大きさは、強度向上の観点で、平均粒径が2μm以下であることが好ましい。1.5μm以下がより好ましく、1.0μm以下がさらに好ましい。
【００２９】
また、Al合金マトリックス中に分散するSi粒子の大きさは、平均粒径が5μm以下であることが好ましい。4μm以下がより好ましく、3μm以下がさらに好ましい。
【００３０】
また、本発明のアルミニウム合金部材は、Ｘ線回折プロファイルにおけるAl(111)面のピーク強度を100としたときのAl7Cu2Fe(214)面のピーク強度が0.5〜6.0であることが好ましい。Al7Cu2Fe(214)面のピーク強度は1.0〜5.0であることがより好ましい。
【００３１】
以上のような材料組成と顕微鏡組織を有する本発明のアルミニウム合金部材をコンプレッサー部材として使用するとき、前記コンプレッサー部材の室温及び150℃において、それぞれ500 MPa以上及び360 MPa以上の引張強さを有することが好ましい。150℃における引張強さは400 MPa以上であることがより好ましい。
【００３２】
また、本発明のコンプレッサー部材は、室温から200℃間の熱膨張係数が18.0×10-6/K以上であることが好ましく、18.5×10-6/K以上であることがより好ましい。
【実施例】
【００３３】
実施例1
質量％で、Si：14.0％、Cu：7.0％、Mg：1.2％、Fe：5.0％、残部が実質的にAlからなる組成のアルミニウム合金溶湯を用意し、エアアトマイズ法により急冷凝固粉末を作製した。得られた粉末のメディアン径（D50）は59.8μmであった。得られた合金粉末から圧粉成形により予備成形体を作製し、所定温度のアルゴン雰囲気中で60分間保持した後、押出比12にて熱間押出を行い、直径25 mmの丸棒状の押出素材を作製した。その後、押出素材を適当な長さに切断し、溶体化処理後、水焼入れし、時効処理からなる熱処理（T6処理）を行った。以下、前記熱処理後の素材を熱処理材という。
【００３４】
[1] 顕微鏡組織の観察
鏡面研磨した押出素材の押出方向に垂直な断面について、図2及び図3に、電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）（日立製作所S4800）により観察した二次電子像及び反射電子像を示す。二次電子像（図2）からAl合金マトリックス(11)中に黒色のSi粒子(12)と白色の金属間化合物が分散していることが観察され、反射電子像（図3）からは明白色の金属間化合物(13)と暗白色の金属間化合物(14)が識別して観察された。反射電子像では、質量の大きなものが明るく見えるため、その特性を利用して二種類の金属間化合物を識別できている。図4（二次電子像）及び図5（反射電子像）は、倍率を高くして観察したものである。1〜2μm程度のサイズで比較的多量の金属間化合物が観察されている。
【００３５】
[2] 金属間化合物のEDX（エネルギー分散型Ｘ線）分析
図5の金属間化合物(13及び14)の組成を定性分析するため、FE-SEMに付帯のエネルギー分散型X線分析装置(堀場製作所EMAX ENERGY EX-350)にてスポット分析した結果を図6（金属間化合物13）及び図7（金属間化合物14）に示す。金属間化合物13（図6）からはAl、Cu及びFeが検出されたので、Al-Cu-Fe系の金属間化合物であると推定され、金属間化合物14（図7）からはAl、Fe及びSiが検出されたので、Al-Fe-Si系の金属間化合物であると推定された。
【００３６】
[3] Ｘ線回折測定
急冷凝固粉末、及び組織観察した押出素材について、それぞれの構成相を同定するため、Ｘ線回折測定（リガク製Smart Lab、Cu-Kα線、出力：45 kV、200 mA、2θ：20〜50°、スキャンスピード：5.0 deg./min、ステップ幅：0.02 deg.）を行った。急冷凝固粉末及び押出素材のXRDプロファイルをそれぞれ図8及び図9に示す。図8の急冷凝固粉末では、Al(PDF No. 00-004-0787)及びSi(PDF No. 01-071-4631)の他にFeAl3Si2化合物(PDF No. 01-083-0614)及びAl2Cu化合物(PDF No. 01-076-3073)が検出され、一方、図9の押出素材では、Al及びSiの他にFeAl3Si2化合物、Al9Fe2Si2化合物(PDF No. 01-082-0546)及びAl7Cu2Fe化合物(PDF No. 00-025-1121)が検出された。しかし、押出素材にAl2Cu化合物は検出されなかった。このことから、Al9Fe2Si2化合物及びAl7Cu2Fe化合物は予備成形体の加熱保持から熱間押出までの工程間で形成され、同時にAl2Cu化合物が消失したことが分かる。なお、熱処理材についてもＸ線回折測定を行ったが、熱処理材では、上記の押出素材の構成相に加えてAl2Cu化合物が僅かに検出された。Al7Cu2Fe化合物の(214)面のピーク強度は、Alの(111)面のピーク強度を100としたとき2.7であった。
【００３７】
[4] 引張試験
熱処理材から切削加工により、JIS Z2241の14号A試験片に準拠して、直径6 mm、評点距離30 mm、平行部長さ50 mmの引張試験片を作製した。引張試験は、大気中、破断まで毎分0.3％の歪み速度で、室温、150℃の2温度条件につき2回行った。引張強さは、室温で526 MPaと523 MPa、150℃で401 MPaと406 MPaであり、伸びは、室温で2回とも1％、150℃で4％と3％であった。
【００３８】
[5] 熱膨張係数の測定
押出素材から直径5mm、長さ15mmの円筒状の試験片を切り出し、また、リファレンスには同形状のアルミナ標準試料を用いた。示差熱膨張計（ブルカーAXS社製TD5000）を用いて、昇降温速度5K/分で、温度範囲：室温〜400℃の間の熱膨張を測定（降温側で算出）し、室温から200℃間の熱膨張係数を求めた。結果は、同じ試料で3回測定した結果の平均値で表している。実施例1の室温から200℃間の熱膨張係数は18.7×10-6/Kであった。なお、熱処理材についても同様の試験を行ったが、結果は19.0×10-6/Kであった。
【００３９】
実施例2〜3
Cuの含有量を、質量％で、5％（実施例2）及び9％（実施例3）とした以外は、実施例1と同様にして急冷凝固粉末を作製し、実施例1と同様にして押出素材を作製し、また、熱処理を施して熱処理材を作製した。熱処理材について熱膨張係数の測定および引張試験を行った結果を、実施例1の結果とともに、表1に示す。引張強さは、室温で500 MPa以上、150℃でも360 MPa以上であり、伸びは、室温で1％、150℃で3％以上であることが分かる。また、熱膨張係数も18.5×10-6/K以上であった。Cu含有量が7％以上（実施例1及び実施例3）では150℃の引張強度が400 MPa以上、熱膨張係数が19.0×10-6/K以上に向上することも分かった。Al7Cu2Fe化合物の(214)面のピーク強度は、それぞれ1.1（実施例2）、4.5（実施例3）であった。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
実施例4〜7
実施例4及び5については、Siの含有量を、質量％で、10％（実施例4）及び16％（実施例5）とし、実施例6及び7については、Feの含有量を質量％で、3％（実施例6）及び9％（実施例7）とした以外は、実施例1と同様にして急冷凝固粉末を作製し、実施例1と同様にして押出素材を作製し、また、熱処理を施して熱処理材を作成した。熱処理材について熱膨張係数の測定と引張試験を行った結果を、表2に示す。
【００４２】
【表２】
2018070930.tif 000004
【００４３】
実施例4と実施例5の熱膨張係数の差（1.7×10-6/K）と実施例6と実施例7の熱膨張係数の差（0.9×10-6/K）を比較すると、Siの組成に強く依存する傾向を示していた。
【００４４】
比較例1
Cuの含有量を3.3質量％とした以外は、実施例1と同様にして急冷凝固粉末を作製し、実施例1と同様にして押出素材を作製し、また、熱処理を施して熱処理材を作製した。熱処理材の引張強さは、室温で476 MPa、150℃で356 MPaであり、伸びは、室温で1.6％、150℃で9.0％であり、熱膨張係数は室温から200℃間で19.9×10-6/Kであった。
【００４５】
比較例2
Siの含有量を20.0質量％とした以外は、実施例1と同様にして急冷凝固粉末を作製し、実施例1と同様にして押出素材を作製し、また、熱処理を施して熱処理材を作製した。熱処理材の引張強さは、室温で537MPa、150℃で452 MPaであり、伸びは、室温で0.8％、150℃で1.5％であり、熱膨張係数は室温から200℃間で17.5×10-6/Kであった。
【００４６】
図10は、Cu含有量以外は、質量％で、Si：14.0％、Mg：1.2％、Fe：5.0％、残部：Al に固定した実施例1〜3及び比較例1の室温引張強さを、Cu含有量に対してプロットしたものである。引張強さはCu含有量の多いほど高くなる傾向を示し、Cu含有量が3.3質量％から5.0質量％に増えると、引張強さは急激に上昇し、520 MPaのレベルの到達していることが分かる。
【００４７】
本発明のアルミニウム合金部材は、比較例2と対比すると、Si含有量を少なくすることによって熱膨張係数を確実に増加できることが確認された。
【００４８】
本発明のアルミニウム合金部材は、前述のベーンおよびローター以外にも用途を有する。例えばコンプレッサー用のハウジング、斜板、シュー、スクロール、ピストン、自動車用のシリンダライナー、ピストン、シンクロナイザリング、コンロッド、バルブリテーナ、ブレーキ、リフター、タベット、航空機用の2次構造材、その他としてVTRシリンダ、各種ギア、シャフト、プーリー、IC基盤、ヒートシンク等がある。
【符号の説明】
【００４９】
1   ローター
2   シリンダー
3   ベーン
4   吸入口
5   吐出口
6   作動空間
7   シャフト
11   Al合金マトリックス
12   Si粒子
13   金属間化合物（Al-Cu-Fe系）
14   金属間化合物（Al-Fe-Si系）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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