(57)【要約】【課題】溶湯アルミニウム合金中又は粒子分散アルミニウム合金複合材料の溶湯中に酸化アルミニウム（アルミナ）粒子を添加し、溶湯アルミニウム合金中のマグネシウム成分が酸化アルミニウム粒子との反応で消耗されることによりアルミニウム合金中のマグネシウムの濃度を調整することができる方法を提供する。【解決手段】マグネシウム含有のアルミニウム合金溶湯中に酸化アルミニウム粒子（アルミナ粒子）を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、マグネシウムの含有量を調整したり、酸化アルミニウムマグネシウム（スピネル）と酸化アルミニウムの複合粒子を分散したりする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム含有のアルミニウム合金溶湯中に酸化アルミニウム粒子を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、マグネシウムの含有量を調整す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】
マグネシウム含有のアルミニウム合金溶湯中に酸化アルミニウム粒子を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子を分散したことを特徴とするアルミニウム合金複合材料の製造方法。
【請求項３】
マグネシウム含有のセラミック粒子を分散したアルミニウム合金複合材料の溶湯中に酸化アルミニウム粒子を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、マグネシウムの含有量を調整することを特徴とするセラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法。
【請求項４】
マグネシウム含有のセラミック粒子を分散したアルミニウム合金複合材料の溶湯中に酸化アルミニウム粒子を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子とセラミック粒子を分散したことを特徴とするセラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法。
【請求項５】
前記セラミック粒子が、酸化アルミニウムマグネシウム粒子と炭化ケイ素粒子のいずれか又は両方であることを特徴とする請求項３又は４のセラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム成分を含むアルミニウム合金、アルミニウム合金複合材料、及び、セラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法に関し、より詳細には、アルミニウム合金中のマグネシウムの濃度を調整することができる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）系のアルミニウム合金においては、マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が、アルミニウム合金の機械的性質に大きな影響を及ぼす。例えば、ケイ化マグネシウム（Ｍｇ2Ｓｉ）の中間相の析出による熱処理効果で、アルミニウム合金の強度を高めることができるが、マグネシウムの添加量が多くなると、アルミニウム−ケイ素系のアルミニウム合金の靭性が低下することがある。
【０００３】
マグネシウム含有のアルミニウム合金中のマグネシウムの量の調整は、マグネシウムやアルミニウム−マグネシウム合金を添加することで行われるが、マグネシウムの濃度が基準値以上になった場合には、アルミニウム又はアルミニウム合金の添加によりで希釈するか、マグネシウム除去フラックスを添加して、マグネシウムの濃度を低下させる。
【０００４】
これに関連して、セラミックス粒子と金属シリコン粒子を予混合した後に、攪拌法で混合粒子を溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金に分散させて、粒子分散アルミニウム複合材を製造する粒子分散アルミニウム複合材の製造方法と、溶融アルミニウム又は溶融アルミニウム合金に、一つ又は複数の金属を添加すると共に、この添加した金属の添加量を調整することにより、あるいは、アルミニウム又はアルミニウム合金を添加することにより、粒子分散アルミニウム複合材の組成を調整する粒子分散アルミニウム複合材の組成調整方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、セラミックス粒子分散アルミニウム合金の作製においては、粒子と溶湯アルミニウムの濡れ性を改善するために、アルミニウム合金中にマグネシウムを添加することがある。マグネシウムを添加すると、自然にアルミニウム合金のマグネシウム濃度が向上する。粒子分散アルミニウム合金に多めにマグネシウムを添加した場合には、この添加したマグネシウムを低減させる方法として、マグネシウムの濃度が低いアルミニウム合金を添加する方法がある。しかしながら、この方法では、添加したセラミックス粒子の濃度（含有量）も低減してしまうという問題がある。
【０００６】
また、マグネシウム除去フラックスを添加して、溶湯アルミニウム中のマグネシウムを除去する方法が考えられるが、マグネシウム除去フラックスを添加することで、折角添加したセラミックス粒子も除去されてしまうという問題がある。
【０００７】
また、上記のように問題があるものの、溶湯アルミニウム合金中のマグネシウムの濃度を減らす方法はあるが、粒子分散アルミニウム複合材料中のマグネシウム濃度を減らす方法は未だに開発されていない。そのため、粒子分散アルミニウム複合材料の作製において、溶湯アルミニウム合金中のマグネシウムの濃度を調整できる製造方法が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８―２８５７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、溶湯アルミニウム合金中又は粒子分散アルミニウム合金複合材料の溶湯中に酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ2Ｏ3）粒子を添加し、溶湯アルミニウム合金中のマグネシウム成分が酸化アルミニウム粒子との反応で消耗されることによりアルミニウム合金中のマグネシウム濃度を調整することができる方法を提供することにある。
【００１０】
また、更なる目的は、添加された酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムの反応で酸化アルミニウムマグネシウム（スピネル：ＭｇＡｌ2Ｏ4）と酸化アルミニウムの複合粒子を生成させることにより、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子を分散したアルミニウム合金複合材料、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子と他のセラミック粒子（スピネルと炭化ケイ素（ＳｉＣ））を分散したアルミニウム合金複合材料の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するためのアルミニウム合金の製造方法は、マグネシウム含有のアルミニウム合金溶湯中に酸化アルミニウム粒子を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、マグネシウムの含有量を調整することを特徴とする方法である。
【００１２】
また、上記の目的を達成するためのアルミニウム合金複合材料の製造方法は、マグネシウム含有のアルミニウム合金溶湯中に酸化アルミニウム粒子を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子を分散したことを特徴とする方法である。
【００１３】
また、上記の目的を達成するためのセラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法は、マグネシウム含有のセラミック粒子を分散したアルミニウム合金複合材料の溶湯中に酸化アルミニウム粒子を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、マグネシウムの含有量を調整することを特徴とする方法である。
【００１４】
あるいは、上記の目的を達成するためのセラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法は、マグネシウム含有のセラミック粒子を分散したアルミニウム合金複合材料の溶湯中に酸化アルミニウム粒子を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子とセラミック粒子を分散したことを特徴とする方法である。
【００１５】
そして、更に、上記のセラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法において、前記セラミック粒子を、酸化アルミニウムマグネシウム粒子と炭化ケイ素粒子のいずれか又は両方とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のアルミニウム合金、アルミニウム合金複合材料、及び、セラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法によれば、溶湯アルミニウム合金中又は粒子分散アルミニウム合金複合材料の溶湯中に酸化アルミニウム（アルミナ）粒子を添加し、溶湯アルミニウム合金中のマグネシウム成分が酸化アルミニウム粒子との反応で消耗されることによりアルミニウム合金中のマグネシウム濃度を最適の値に調整することができる。
【００１７】
また、添加された酸化アルミニウム粒子は反応により酸化アルミニウムマグネシウム（スピネル）と酸化アルミニウムの複合粒子となるので、そのままアルミニウム合金または粒子分散アルミニウム合金複合材料に残すことにより、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子を分散したアルミニウム合金複合材料や、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子と他のセラミック粒子を分散したアルミニウム合金複合材料が得られる。
【００１８】
従って、本発明のアルミニウム合金、アルミニウム合金複合材料、及び、セラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法によれば、アルミニウム合金と粒子分散アルミニウム合金複合材料の強度、耐熱性、耐摩耗性や靭製等を改善することができ、製造されたアルミニウム合金、アルミニウム合金複合材料、及び、セラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料は、高強度軽量化部材として自動車産業等で利用できる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施の形態のアルミニウム合金、アルミニウム合金複合材料、及び、セラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法について説明する。この実施の形態のアルミニウム合金、アルミニウム合金複合材料、及び、セラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法は、アルミニウム合金をアルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム（Ｍｇ）の含有量の低いアルミニウム合金で希釈することなく、また、マグネシウム除去フラックスを使用することもなく、アルミニウム合金中のマグネシウム含有量を減らす方法である。溶湯アルミニウム合金中、又は、粒子分散アルミニウム合金複合材料の溶湯中に酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ2Ｏ3）粒子を添加し、溶湯アルミニウム合金中のマグネシウム成分を酸化アルミニウム粒子との反応で消耗させることにより、アルミニウム合金中のマグネシウム濃度を低くする。
【００２０】
また、添加された酸化アルミニウム粒子は反応により酸化アルミニウムマグネシウム（スピネル：ＭｇＡｌ2Ｏ4）と酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ2Ｏ3）の複合粒子になるので、そのままアルミニウム合金又は粒子分散アルミニウム合金複合材料に残すと、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子を分散したアルミニウム合金複合材料や酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子と他のセラミック粒子（ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＳｉＣ等）を分散したアルミニウム合金複合材料が得られる。また、この場合にマグネシウムの量の減少に際して、セラミック粒子の濃度は減少しない。
【００２１】
最初に、アルミニウム合金の製造方法について説明する。この場合に、アルミニウム合金としては、アルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）合金やアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）合金やアルミニウム−マグネシウム（Ａｌ−Ｍｇ）合金等が用いられる。
【００２２】
使用する酸化アルミニウム粒子は、粒径１μｍ以上１５０μｍ以下の粒子とする。このような粒径の比較的大きな酸化アルミニウム粒子を使用すると、溶湯アルミニウム合金に添加した後、速やかに溶解炉の下部に沈降するので、溶解炉の上部に酸化アルミニウム粒子を含まない溶湯アルミニウム合金を形成することができる。
【００２３】
特に、アルミニウム合金を製造する場合には、つまり、添加したマグネシウム除去用酸化アルミニウム粒子を取り除く場合には、溶湯アルミニウム合金に、攪拌法で粒径２０μｍ以上１５０μｍ以下の酸化アルミニウム粒子を添加し、攪拌しながら、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムとを反応させることが好ましい。この反応により、アルミニウム合金中のマグネシウムの濃度を低くすることができる。つまり、マグネシウム含有のアルミニウム合金溶湯中に酸化アルミニウム粒子を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、マグネシウムの含有量を調整する。所定の量のマグネシウムを除去した後、攪拌を止める。この場合は粒径が大きいので、酸化アルミニウム粒子が沈降し、溶解炉の上部に酸化アルミニウム粒子を含まない溶湯アルミニウム合金が形成されるので、このアルミニウム合金を鋳込むことにより、酸化アルミニウム粒子を含まないアルミニウム合金を得ることができる。
【００２４】
また、マグネシウム除去用の酸化アルミニウム粒子を完全に除去するには、通常のフラックスを半凝固の状態で添加し、攪拌しながら７００℃〜７５０℃に加熱する。この加熱後に、すべての酸化アルミニウム粒子が溶湯酸化アルミニウム合金の表面に浮くので、それを除去すればよい。
【００２５】
次に、アルミニウム合金複合材料の製造方法について説明する。この場合に、アルミニウム合金としては、アルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）合金やアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）合金やアルミニウム−マグネシウム（Ａｌ−Ｍｇ）合金等が用いられる。また、セラミックス粒子としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウムマグネシウム（スピネル：ＭｇＡｌ2Ｏ4）の粒子が用いられる。
【００２６】
使用する酸化アルミニウム粒子は、粒径１μｍ以上１５０μｍ以下の粒子とする。溶湯アルミニウム合金に、攪拌法で酸化アルミニウム粒子を添加し、攪拌しながら、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムとを反応させる。この反応により、アルミニウム合金中のマグネシウムの濃度を低くする。その後、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムとの複合粒子がアルミニウム合金中に分散するので、アルミニウム合金複合材料を製造することができる。つまり、マグネシウム含有のアルミニウム合金溶湯中に酸化アルミニウム粒子を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子を分散させる。
【００２７】
次に、粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法について説明する。この場合に、アルミニウム合金としては、アルミニウム−ケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）合金やアルミニウム−銅（Ａｌ−Ｃｕ）合金やアルミニウム−マグネシウム（Ａｌ−Ｍｇ）合金等が用いられる。また、強化粒子としてのセラミックス粒子には、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウムマグネシウム（スピネル：ＭｇＡｌ2Ｏ4）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）等の粒子が用いられる。
【００２８】
このセラミック粒子が分散した粒子分散アルミニウム合金複合材料においては、攪拌法で酸化アルミニウム粒子を添加すると、酸化アルミニウム粒子はアルミニウム合金中のマグネシウムと反応し、酸化アルミニウム粒子の表面に酸化アルミニウムマグネシウムを生成させるので、アルミニウム合金中のマグネシウムの濃度が低くなる。つまり、マグネシウム含有のセラミック粒子分散アルミニウム合金複合材料の溶湯中に酸化アルミニウム粒子を添加し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させることにより、マグネシウムの含有量を調整すると共に、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子とセラミック粒子を分散する。
【００２９】
添加される酸化アルミニウム粒子の量、酸化アルミニウム粒子の粒径や溶湯アルミニウム合金の温度を変えることにより酸化アルミニウム粒子と溶湯アルミニウム合金中のマグネシウムとの反応を制御することができるので、最終的にアルミニウム合金中のマグネシウムの量を低く調整することができる。
【００３０】
また、粒子分散アルミニウム合金複合材料中に酸化アルミニウム粒子を添加すると、酸化アルミニウム粒子自身はセラミック粒子であるので、複合材料の強度、耐熱性、耐磨耗性に良い影響をもたらすことができる。従って、添加された酸化アルミニウム粒子をそのまま複合材料中に残すこともできる。
【００３１】
一方、粒子分散アルミニウム合金複合材料から、添加された酸化アルミニウム粒子を除去したい場合は、粒径２０μｍ以上１５０μｍ以下の大きな酸化アルミニウム粒子を添加した後、攪拌を停止する。その後、粗粒の酸化アルミニウム粒子が溶解炉の下部に沈殿するので、上部の酸化アルミニウム粒子を含まない溶湯アルミニウム合金複合材料を鋳込むとにより、酸化アルミニウム粒子を除去した粒子分散アルミニウム合金複合材料を得ることができる。
【実施例】
【００３２】
次に、上記の製造方法を用いた実施例１，２について説明する。実施例１では、マグネシウム含有量０．４２ｗｔ％のＪＩＳ規格のＡＣ４Ｃのアルミニウム合金を６００℃に加熱し、攪拌法で、粒径３０μｍの酸化アルミニウム粒子を添加した。その後、攪拌しながら、７４０℃に加熱した後、攪拌を停止し、マグネシウムと反応した酸化アルミニウム粒子を沈殿させた。
【００３３】
上澄みのアルミニウム合金を採取し、分析した結果、マグネシウムの含有量は０．３９ｗｔ％で、アルミニウム合金中には酸化アルミニウムの粒子が観察されなかった。溶湯アルミニウム合金を金型に鋳込み、この鋳込んだアルミニウム合金をＪＩＳ規格のＴ６で熱処理した後、機械的特性を評価した。ＡＣ４Ｃアルミニウム合金の引張強度と破断伸びはそれぞれ３４５ＭＰａと４．８３％であった。
【００３４】
実施例２では、炭化ケイ素の分散性を改善するため、マグネシウムを添加して攪拌法で８ｗｔ％の粒径１０μｍの炭化ケイ素粒子を、ＪＩＳ規格のＡＣ４Ｃのアルミニウム合金に均一に分散させた。溶湯アルミニウム合金の成分を分析した結果、マグネシウムの濃度は０．７ｗｔ％であった。溶湯アルミニウム合金中のマグネシウム含有量を規格値の０．４ｗｔ％に抑えるため、更に、粒径１０μｍの酸化アルミニウム粒子を攪拌法で添加した。
【００３５】
酸化アルミニウム粒子を添加した後、溶湯アルミニウム合金を７４０℃に加熱し、酸化アルミニウム粒子とアルミニウム合金中のマグネシウムを反応させ、酸化アルミニウム粒子の表面に酸化アルミニウムマグネシウム（スピネル）粒子を生成させることにより、アルミニウム合金中のマグネシウムの濃度を低くした。
【００３６】
粒子を含まない溶湯アルミニウム合金を採取し、分析した結果、アルミニウム合金中のマグネシウム濃度は０．４ｗｔ％であった。その後、炭化ケイ素粒子と酸化アルミニウム粒子を含む溶湯アルミニウム合金を金型に鋳込み、この鋳込んだアルミニウム合金をＪＩＳ規格のＴ６で熱処理した後、機械的特性を評価した。引張強度と破断伸びはそれぞれ３７５ＭＰａと２．４３％であった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のアルミニウム合金、アルミニウム合金複合材料、及び、セラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料の製造方法によれば、アルミニウム合金中のマグネシウム濃度を最適の値に調整することができ、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子を分散したアルミニウム合金複合材料や、酸化アルミニウムマグネシウムと酸化アルミニウムの複合粒子と他のセラミック粒子を分散したアルミニウム合金複合材料が得られるので、アルミニウム合金と粒子分散アルミニウム合金複合材料の強度、耐熱性、耐摩耗性や靭製等を改善することができる。
【００３８】
そのため、製造されたアルミニウム合金、アルミニウム合金複合材料、及び、セラミックス粒子分散アルミニウム合金複合材料は、高強度軽量化部材として自動車産業等で利用できる。