(57)【要約】【課題】酸、アルカリなどの腐食性条件下においても優れた耐食性を有するアルミニウム合金を提供する。【解決手段】マグネシウム含有量が１重量％以上８重量％以下、ケイ素含有量が０．０００１重量％以上０．０２重量％以下、鉄含有量が０．０００１重量％以上０．０３重量％以下のアルミニウム合金であって、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、鉄以外の元素の含有量が、それぞれ０．００５重量％以下であり、かつ、アルミニウム、マグネシウム以外の元素の含有量の合計が、０．１重量％以下であるアルミニウム合金。該アルミニウム合金は、酸、アルカリなどの腐食性条件下においても優れた耐食性を有すため、建築材料、自動車材料、電池、キャパシタなどの蓄電デバイス材料として好適に使用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム含有量が１重量％以上８重量％以下、ケイ素含有量が０．０００１重量％以上０．０２重量％以下、鉄含有量が０．０００１重量％以上０．０３重量％以下のアルミニウム合金であって、
アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、鉄以外の元素の含有量が、それぞれ０．００５重量％以下であり、かつ、
アルミニウム、マグネシウム以外の元素の含有量の合計が、０．１重量％以下であることを特徴とするアルミニウム合金。
【請求項２】
合金マトリックス中に金属間化合物粒子を含み、
合金表面において観察される金属間化合物粒子のうち、
粒子サイズが０．１μｍ2以上１００μｍ2未満の金属間化合物粒子の密度が、１０００個／ｍｍ2以下であり、
粒子サイズが１００μｍ2以上の金属間化合物粒子の密度が、１０個／ｍｍ2以下であり、かつ、
アルミニウム合金単位面積当りの金属間化合物粒子の占有面積が、０．５％以下である
請求項１記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
０．２％耐力が、１５０Ｎ／ｍｍ2以上である請求項１または２記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
圧延されてなる請求項１から３のいずれか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、アルミニウム合金に関する。詳細には本発明は、酸、アルカリなどの腐食性条件下においても優れた耐食性を有するアルミニウム合金に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金は、建築材料、自動車材料として広く使用されている。また、近年、アルミニウム合金は電池やキャパシタなどの蓄電デバイス材料への適用が検討されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２１４２２９号公報
【特許文献２】特開２００９−６４５６０号公報
【特許文献３】特開２００９−２０５８６４号公報
【特許文献４】米国特許明細書４９４２１００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のアルミニウム合金は、酸やアルカリに対する耐食性が十分とはいえなかった。そのため、アルミニウム合金を蓄電デバイス材料へ適用する場合、電解液へのアルミニウム合金の構成成分の溶出や電池の自己放電の原因となるため、アルミニウム合金の耐食性の向上が求められてきた。
【０００５】
かかる状況下、本発明の目的は、酸、アルカリなどの腐食性条件下においても高い耐久性を有するアルミニウム合金を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
＜１＞  マグネシウム含有量が１重量％以上８重量％以下、ケイ素含有量が０．０００１重量％以上０．０２重量％以下、鉄含有量が０．０００１重量％以上０．０３重量％以下のアルミニウム合金であって、
アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、鉄以外の元素の含有量が、それぞれ０．００５重量％以下であり、かつ、
アルミニウム、マグネシウム以外の元素の含有量の合計が、０．１重量％以下であるアルミニウム合金。
＜２＞合金マトリックス中に金属間化合物粒子を含み、
合金表面において観察される金属間化合物粒子のうち、
粒子サイズが０．１μｍ2以上１００μｍ2未満の金属間化合物粒子の密度が、１０００個／ｍｍ2以下であり、
粒子サイズが１００μｍ2以上の金属間化合物粒子の密度が、１０個／ｍｍ2以下であり、かつ、
アルミニウム合金単位面積当りの金属間化合物粒子の占有面積が、０．５％以下である前記＜１＞記載のアルミニウム合金。
＜３＞  ０．２％耐力が、１５０Ｎ／ｍｍ2以上である前記＜１＞または＜２＞記載のアルミニウム合金。
＜４＞  圧延されてなる前記＜１＞から＜３のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のアルミニウム合金は、酸、アルカリなどの腐食性条件下においても優れた耐久性を有する。このアルミニウム合金を電池、キャパシタなどの蓄電デバイス材料に使用することにより、電解液へのアルミニウム合金の構成成分の溶出が抑制され、自己放電が低下されるなど電池などの蓄電デバイスの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】Ａｌ溶出量−溶出時間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、マグネシウム含有量が１重量％以上８重量％以下、ケイ素含有量が０．０００１重量％以上０．０２重量％以下、鉄含有量が０．０００１重量％以上０．０３重量％以下のアルミニウム合金であって、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、鉄以外の元素の含有量が、それぞれ０．００５重量％以下であり、かつ、アルミニウム、マグネシウム以外の元素の含有量の合計が、０．１重量％以下であるアルミニウム合金（以下、「本発明のアルミニウム合金」あるいは、単に「アルミニウム合金」と称す場合がある。）に係るものである。
【００１１】
本発明のアルミニウム合金は、マグネシウム（Ｍｇ）含有量が１〜８重量％、好ましくは２〜６重量％である。Ｍｇ含有量が１重量％未満であると、アルミニウム合金の強度が低下する。Ｍｇ含有量が８重量％を超えると、アルミニウム合金鋳造や圧延加工が困難になる。
【００１２】
本発明のアルミニウム合金は、シリコン（Ｓｉ）含有量が、０．０００１〜０．０２重量％、好ましくは０．０００５〜０．００５重量％である。Ｓｉ含有量が、０．０００１重量％未満であると、製造が困難でコスト高になるという問題があり、０．０２重量％を超えると、アルミニウム合金の耐食性が低下する。
【００１３】
本発明のアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）含有量が、０．０００１〜０．０３重量％、好ましくは０．０００１〜０．００５重量％である。Ｆｅ含有量が、０．０００１重量％未満であると、製造が困難でコスト高になるという問題があり、０．０３重量％を超えると、アルミニウム合金の耐食性が低下する。
【００１４】
本発明のアルミニウム合金は、アルミニウム（Ａｌ）、Ｍｇ、ＳｉおよびＦｅを除く他の金属の含有量が、それぞれ、０．００５重量％以下、好ましくは０．００２重量％以下である。他の金属は、例えば、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ニッケル（Ｎｉ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）である。他の金属の含有量が０．００５重量％を超えると、アルミニウム合金の耐食性が低下する。
【００１５】
本発明のアルミニウム合金は、ＡｌおよびＭｇ以外の金属の含有量の合計が、０．１重量％以下、好ましくは０．０２重量％以下である。ＡｌおよびＭｇ以外の金属の含有量の合計が、０．１重量％を超えるとアルミニウム合金の耐食性が低下する。
【００１６】
本発明のアルミニウム合金は、０．２％耐力が１５０Ｎ／ｍｍ2以上であることが好ましく、２００Ｎ／ｍｍ2以上であることがさらに好ましい。なお、０．２％耐力とは、永久ひずみが０．２％になるために要する負荷の大きさである。
０．２％耐力が１５０Ｎ／ｍｍ2以上であるアルミニウム合金は、応力が加えられても変形が少なく、建築材料、自動車材料などの構造材料、および電極などの蓄電デバイス材料として好適に使用される。
【００１７】
本発明に係るアルミニウム合金は、合金マトリックス中にＡｌ3Ｍｇ、Ｍｇ2Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ系等の金属間化合物粒子（以下、単に「粒子」と称す場合がある。）を含むことができる。
ここで、合金表面において観察される金属間化合物粒子のうち、粒子サイズが０．１μｍ2以上１００μｍ2未満の金属間化合物粒子の密度が、１０００個／ｍｍ2以下であることが好ましく、５００個／ｍｍ2以下であることがより好ましい。
また、粗大な化合物である粒子サイズが１００μｍ2以上の金属間化合物粒子の密度は、１０個／ｍｍ2以下であることが好ましい。
ここで、粒子サイズ、粒子密度は、アルミニウム合金の表面を鏡面研磨後に、エッチング液により表面をエッチングして、撮影した光学顕微鏡写真から求めることができる。
なお、粒子サイズは、光学顕微鏡写真において観察されるそれぞれの金属間化合物粒子が占める面積から判断する。
【００１８】
粒子サイズが０．１μｍ2以上１００μｍ2未満の金属間化合物粒子の密度が１０００個／ｍｍ2以下であると、アルミニウム合金の耐食性がより向上する。他方、粒子サイズが０．１μｍ2以上１００μｍ2未満の金属間化合物粒子の密度が前記範囲内であっても、粒子サイズが１００μｍ2を超える金属間化合物粒子の密度が高すぎると、耐食性が低下する傾向にある。すなわち、粒子サイズが１００μｍ2以上粗大な金属間化合物粒子が、アルミニウム合金中に粒子密度として１０個／ｍｍ2超えて含まれている場合には耐食性を低下させるおそれがあるため好ましくない。
【００１９】
また、アルミニウム合金単位面積当りの金属間化合物粒子の占有面積は、好ましくは０．５％以下であり、より好ましくは０．２％以下であり、さらに好ましくは０．１％以下である。
該占有面積は、アルミニウム合金の単位面積当りにおいて観測される個々の金属間化合物粒子の粒子サイズの合計、すなわち、個々の粒子が占める面積の合計を表す。
【００２０】
本発明のアルミニウム合金は、酸、アルカリなどの腐食性条件下においても優れた耐食性を有することから、リチウム電池の集電体、空気電池の負極、キャパシタの電極などの蓄電デバイス材料として好適に使用することができる。また、耐食性と共に高い強度を有するので、建築材料、自動車材料などの構造材料に使用できる。
【００２１】
（アルミニウム合金の製造方法）
上記のアルミニウム合金は、例えば、高純度アルミニウム（純度：９９．９９９％以上）を約６８０〜８００℃で溶融し、所定量のマグネシウム（純度：９９．９９％以上）を溶融アルミニウム中に挿入して合金溶湯を得、合金溶湯に含まれる水素ガスや非金属介在物を除去して清浄にする処理（例えば、合金溶湯の真空処理）を行い製造することができる。真空処理は、通常、約７００℃〜約８００℃で約１時間〜約１０時間、真空度０．１〜１００Ｐａの条件で行われる。合金を清浄にする処理としては、フラックス、不活性ガスや塩素ガスを吹き込む処理も利用できる。真空処理などで清浄にされた合金溶湯は、通常、鋳型にて鋳造され、鋳塊とされる。鋳型は５０〜２００℃に加熱した鉄や黒鉛製を用いて、６８０〜８００℃の合金溶湯を流し込む方法で鋳造する。また、一般的に利用されている連続鋳造により鋳塊を得ることもできる。
【００２２】
次いで、鋳塊は溶体化処理される。溶体化処理は、鋳塊を室温から約４３０℃まで約５０℃／時の速度で昇温して約１０時間保持し、引き続き、約５００℃まで約５０℃／時の速度で昇温して約１０時間保持した後、約５００℃から約２００℃まで約３００℃／時の速度で冷却する方法で行うことができる。
【００２３】
その後、鋳塊はそのまま切削加工して電池部材に利用できる。鋳塊を圧延加工や押出加工、鍛造加工などを施して板材や型材にすると、部材に利用しやすく、０．２％耐力のより高いアルミニウム合金が得られる。
鋳塊の圧延加工においては、例えば、熱間圧延と冷間圧延とを行い、鋳塊を板材に加工する。熱間圧延は、例えば、鋳塊を温度３５０〜４５０℃、１パス加工率２〜２０％の条件で、目的の厚さまで繰り返し行われる。
熱間圧延後には、通常、冷間圧延の前に焼鈍処理を行う。焼鈍処理は、例えば、熱間圧延した板材を、３５０〜４５０℃に加熱、昇温後直ちに放冷してもよいし、１〜５時間程度保持後に放冷してもよい。この処理にて、材料が軟質化して、冷間圧延に好ましい状態が得られる。
冷間圧延は、例えば、アルミニウム合金の再結晶温度未満の温度、通常、室温から８０℃以下で、１パス加工率１〜１０％の条件で、目的の厚さまで繰り返し行われる。冷間圧延により、薄い板材で、０．２％耐力が１５０Ｎ／ｍｍ2以上であるアルミニウム合金が得られる。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００２５】
物性測定は以下にて行った。
（アルミニウム合金の成分分析）
発光分光分析装置（型式：ＡＲＬ−４４６０、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製）を使用し、アルミニウム合金中のＭｇ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｖ、Ｚｎを定量した。
【００２６】
（圧延の加工率）
加工前のアルミニウム合金の断面積（Ｓ0）と加工後のアルミニウム合金の断面積（Ｓ）から下式により算出した。
加工率（％）＝（Ｓ0−Ｓ）／Ｓ0×１００
【００２７】
（アルミニウム合金中の金属間化合物の粒子サイズ、粒子密度、占有面積）
アルミニウム合金の表面を鏡面研磨した後、アルミニウム合金を２０℃、１重量％水酸化ナトリウム水溶液に６０秒間浸漬してエッチングし、水洗した。次いで、光学顕微鏡を使って表面を撮影した。撮影倍率２００倍の光学顕微鏡写真から、金属間化合物粒子の粒子サイズ、粒子密度（単位面積当りの個数）及び占有面積を求めた。なお、光学顕微鏡写真での判断が困難な０．１μｍ2未満の粒子はカウントしていない。
【００２８】
（アルミニウム合金の強度（０．２％耐力））
強度は、ＪＩＳ５号試験片についてＩＮＳＴＲＯＮ  ８８０２を使用して、試験速度：２０ｍｍ／分、０．２％オフセット法により求めた。
【００２９】
実施例１
高純度アルミニウム（純度：９９．９９９％以上）を７５０℃で溶融し、マグネシウム（純度：９９．９９％以上）を溶融アルミニウム中に挿入して、Ｍｇ含有量が２．５重量％であるＡｌ−Ｍｇ合金溶湯を得た。次に、合金溶湯を温度７５０℃で、２時間、真空度５０Ｐａの条件で保持して清浄化した。清浄化した合金溶湯を１５０℃の鋳鉄鋳型（２２ｍｍ×１５０ｍｍ×２００ｍｍ）にて鋳造し、鋳塊を得た。鋳塊の成分を表１に示す。
次いで、鋳塊を次の条件で溶体化処理した。
鋳塊を室温（２５℃）から４３０℃まで５０℃／時の速度で昇温し、４３０℃で１０時間保持した。引き続き、５００℃まで５０℃／時の速度で昇温し、５００℃で１０時間保持した。その後、５００℃から２００℃まで３００℃／時の速度で冷却した。
溶体化処理した鋳塊の両面を２ｍｍ面削加工した後、熱間圧延してアルミニウム合金板を得た。熱間圧延は、３５０℃から４５０℃にて厚さ１８ｍｍから３ｍｍまで加工率８３％で行った。次に、熱間圧延した板材を温度３７０℃に加熱、昇温後１時間保持して、放冷する方法で、焼鈍処理を行った。次に、アルミニウム合金板を冷間圧延して圧延板を得た。冷間圧延は５０℃以下にて厚さ３ｍｍから０．５ｍｍまで加工率８３％で行った。
圧延板の強度（０．２％耐力）および圧延板の金属間化合物粒子の粒子サイズ、粒子密度、占有面積を求めた。圧延板の０．２％耐力を表２に示す。粒子密度、占有面積を表３，４にそれぞれ示す。
【００３０】
アルミニウム合金の耐食性評価として、ＡｌおよびＭｇ溶出試験を行った。
圧延板からなる試験片（縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）を硫酸（濃度１ｍｏｌ／Ｌ、温度８０℃）に浸漬した。浸漬後、２時間、８時間、２４時間経過後、溶出したＡｌ、Ｍｇを測定した。溶出したＡｌ、Ｍｇは誘導結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により定量した。ＡｌおよびＭｇ溶出試験の結果を表５に示す。
【００３１】
実施例２
Ｍｇ含有量を２．５重量％から３．８重量％に変更したこと以外、実施例１と同じ操作を行ってアルミニウム合金および圧延板を得た。これらに対し、実施例１と同様の評価を行った。評価結果を表１〜５、図１に示す。
【００３２】
比較例１
高純度Ａｌ（純度：９９．９９９％以上）を普通純度Ａｌ（純度：９９．８％）に変更したこと、およびＭｇ含有量を２．５重量％から０重量％（Ｍｇ未添加）に変更したこと以外、実施例１と同じ操作を行ってアルミニウム合金および圧延板を得た。これらに対し、実施例１と同様の評価を行った。評価結果を表１〜５、図１に示す。
【００３３】
比較例２
高純度Ａｌ（純度：９９．９９９％以上）を普通純度Ａｌ（純度：９９．８％）に変更したこと以外、実施例１と同じ操作を行ってアルミニウム合金および圧延板を得たこれらに対し、実施例１と同様の評価を行った。評価結果を表１〜５、図１に示す。
【００３４】
比較例３
高純度Ａｌ（純度：９９．９９９％以上）を普通純度Ａｌ（純度：９９．８％）に変更したこと、およびＭｇ含有量を２．５重量％から３．７重量％に変更したこと以外、実施例１と同じ操作を行ってアルミニウム合金および圧延板を得た。これらに対し、実施例１と同様の評価を行った。評価結果を表１〜５、図１に示す。
【００３５】
【表１】
2011174159.tif 000003
【００３６】
【表２】
2011174159.tif 000004
【００３７】
【表３】
2011174159.tif 000005
【００３８】
【表４】
2011174159.tif 000006
【００３９】
【表５】
2011174159.tif 000007
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明のアルミニウム合金は、酸、アルカリなどの腐食性条件下においても優れた耐食性を有し、従来のアルミニウム合金では使用が困難であった環境下、又は使用条件下において、建築材料、自動車材料、電池、キャパシタなどの蓄電デバイス材料として好適に使用される。
【図１】
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