(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム粉末が鉄単独、ニッケル単独、ならびに鉄およびニッケルの組み合わせからなる群から選択された部材とプレ合金化された噴霧アルミニウム粉末金属と、
アルミニウムおよび銅を含む第１のマスター合金粉末金属と、
アルミニウムおよびシリコンを含む第２のマスター合金粉末金属と、
マグネシウムを含む第１の元素粉末金属と、
錫を含む第２の元素粉末金属とを含む、粉末金属組成物。
【請求項２】
アルミニウムおよびシリコンを含む前記第２のマスター合金はＡｌ−１２Ｓｉマスター合金である、請求項１に記載の粉末金属。
【請求項３】
アルミニウムおよび銅を含む前記第１のマスター合金粉末金属はＡｌ−５０Ｃｕマスター合金であり、アルミニウムおよびシリコンを含む前記第２のマスター合金はＡｌ−１２Ｓｉマスター合金であり、前記第１および第２の元素粉末金属は高純度元素粉末金属である、請求項１に記載の粉末金属。
【請求項４】
前記粉末金属組成物は、銅を２．３重量パーセント、マグネシウムを１．６重量パーセント、錫を０．２重量パーセント、およびシリコンを０．２重量パーセント含む、請求項１に記載の粉末金属。
【請求項５】
前記粉末金属組成物は鉄を１．０重量パーセント含む、請求項４に記載の粉末金属。
【請求項６】
前記粉末金属組成物はニッケルを１．０重量パーセント含む、請求項４に記載の粉末金属。
【請求項７】
前記粉末金属組成物は鉄を１．０重量パーセントおよびニッケルを１．０重量パーセント含む、請求項４に記載の粉末金属。
【請求項８】
前記粉末金属組成物中のシリコンの重量パーセントは０．１〜０．３重量パーセントの範囲である、請求項１に記載の粉末金属。
【請求項９】
前記粉末金属組成物中のシリコンの重量パーセントは０．２重量パーセントである、請求項８に記載の粉末金属。
【請求項１０】
Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物をシリコン添加物でドープすることによって前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物から作製される焼結成分の機械的性質を向上する方法であって、
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物に構成物質としてのシリコンを添加するステップと、
プリフォームを形成するために前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物を圧縮するステップと、
前記焼結成分を形成するために前記プリフォームを焼結するステップと
を含み、
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物は、
アルミニウム粉末が鉄単独、ニッケル単独、ならびに鉄およびニッケルの組み合わせからなる群から選択された部材とプレ合金化された噴霧アルミニウム粉末金属と、
アルミニウムおよび銅を含む第１のマスター合金粉末金属と、
アルミニウムおよびシリコンを含む前記第２のマスター合金粉末金属と、
マグネシウムを含む第１の元素粉末金属と、
錫を含む第２の元素粉末金属とを含む方法。
【請求項１１】
前記焼結するステップは高純度窒素の雰囲気で行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記シリコンは、Ａｌ−１２Ｓｉマスター合金粉末金属が溶解して液相を形成する５７７℃の共融温度を有する前記Ａｌ−１２Ｓｉマスター合金粉末金属として提供され、前記焼結は前記共融温度より高い焼結温度で起こる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記焼結ステップの開始と同時に、前記Ａｌ−１２Ｓｉマスター合金粉末金属からの前記液相が形成され、毛管力によって前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物の未焼結粒子の間に運ばれる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記Ａｌ−１２Ｓｉマスター合金粉末金属からの前記液相中の前記シリコンは、前記液相から前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物中の他の固体アルミニウム粒中に拡散する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
アルミニウムおよびシリコンを含む前記第２のマスター合金はＡｌ−１２Ｓｉマスター合金である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
アルミニウムおよび銅を含む前記第１のマスター合金粉末金属はＡｌ−５０Ｃｕマスター合金であり、アルミニウムおよびシリコンを含む前記第２のマスター合金はＡｌ−１２Ｓｉマスター合金であり、前記第１および第２の元素粉末金属は高純度元素粉末金属である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物は銅を２．３重量パーセント、マグネシウムを１．６重量パーセント、錫を０．２重量パーセント、およびシリコンを０．２重量パーセント含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物は鉄を１．０重量パーセント含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物はニッケルを１．０重量パーセント含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物は鉄を１．０重量パーセントおよびニッケルを１．０重量パーセント含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物中のシリコンの重量パーセントは０．１〜０．３重量パーセントの範囲にあり、前記焼結成分の機械的性質の熱的安定性を向上する、請求項１０に記載の方法。
【請求項２２】
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物中のシリコンの重量パーセントは０．２重量パーセントである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物中のシリコンの重量パーセントは０．１〜０．３重量パーセントの範囲にあり、前記焼結成分の機械的性質の熱的安定性を向上する、請求項１０に記載の方法。
【請求項２４】
前記シリコンはアルミニウム・シリコンマスター合金の一部として添加される、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１４年４月１１日に出願された「機械的性質を向上するためのシリコン添加物を含むアルミニウム合金粉末金属配合物」と題する米国特許仮出願第６１／９７８，４６１号明細書の出願日の利益を享受し、その全体が本明細書に記載されるように、すべての目的のために参照することによって本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
［連邦政府によって支援される研究あるいは開発の陳述］
不適用
【０００３】
この開示は粉末冶金に関する。特に、この開示は、あるアルミニウム合金系での機械的性質を大幅に向上するためのシリコン添加物の使用に関する。
【背景技術】
【０００４】
粉末冶金は、部品が比較的微細な特徴を有する高体積部品の製造に適切である。粉末冶金では、初期の粉末金属は、金型およびダイのセット内で圧縮されてプリフォーム（ｐｒｅｆｏｒｍ）を形成する。このプリフォームは、その後、粉末金属の粒子を結合するために焼結されて単一体を形成する。焼結は、主として、隣接した粒子が互いの中に入り込む固体拡散駆動プロセスである。しかし、特定の粉末の化学的性質によって、少量の液相が生じ得、部品の焼結および高密度化を支援する。いかなる場合も、ある量の寸法収縮とは別に、焼結された部品は、大部分は圧縮されたままのプリフォームの形状を保持する。焼結後、焼結された部品は、その後、最終成分（ａ  ｆｉｎａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）に所望の形状、寸法精度、および微構造を備えるために、例えば、鍛造、機械加工、熱処理などのポスト焼結プロセス（ｐｏｓｔ-ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を行ってもよい。
【０００５】
粉末冶金の多くの利点にもかかわらず、粉末金属部品がこれらのプロセスによって製造されるので、多くの場合、それらの鍛造同等物と比較して部品の機械的品質に妥協がある。例えば、鋳造鍛造部品は十分に緻密であるので、この鍛造部品は、通常、同様の化学的性質を有する焼結粉末金属部品と比較して優れた強度特性を示す。この差は、成分を形成するために使用されるプロセス、および焼結されたままの成分が、多くの場合十分に緻密未満であるということに、ある程度起因する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、粉末冶金が高体積部品の製造のために経済的なプロセスをもたらしながら、結果の焼結成分の機械的性質を向上する必要が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
様々な化学的な改良が基本アルミニウム合金粉末金属システムになされた。これらの改良は、比較的少量（およそ０．２重量パーセント、０．１〜０．３重量パーセントの範囲）のシリコンおよびプレ合金銅および／または鉄の単独および組み合わせを含んだ。改良された粉末の化学的性質は、いかなる承諾しがたい副作用も示すことなく、例外的で驚くべき機械的改良を示した。
【０００８】
シリコンは、各合金システムが十分な理論密度（＞９９％）の近くに焼結されたことを考えれば、焼結に障害をもたらさなかった。一旦Ｔ６条件に熱処理されたなら、シリコンは各実例で降伏強度（２０〜３０％）およびＵＴＳ（１０〜２０％）の大幅な進歩を促進した。データは、またシリコンの有益な効果が２６０℃の高い温度で長期の熱暴露の間につづいたことを確認した。結局、特性の最も望ましい組み合わせが、プレ合金鉄およびニッケル（１重量パーセントの各添加物が粉末成分の１つ中のアルミニウムとプレ合金化された）がシリコン変性物（０．２重量パーセントのシリコンがＡｌ−１２Ｓｉマスター合金として粉末に与えられて、その融点を低下させて焼結の間中に液相を生成する共晶組成物に近似する）と結合されて調製されたＡｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎ系で達成された。この焼結合金の性能は鍛造２６１８−Ｔ６に匹敵し、従来の工業粉末金属混合物ＡＣ２０１４−Ｔ６を大きく超えた。
【０００９】
１つの態様によれば、粉末金属組成物は、アルミニウム粉末と、鉄単独、ニッケル単独、または鉄およびニッケルの組み合わせとがプレ合金化された噴霧アルミニウム粉末金属（ａｎ  ａｔｏｍｉｚｅｄ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｐｏｗｄｅｒ  ｍｅｔａｌ）を含み、さらに、アルミニウムおよび銅を含む第１のマスター合金粉末金属（ｍａｓｔｅｒ  ａｌｌｏｙ  ｐｏｗｄｅｒ  ｍｅｔａｌ）と、アルミニウムおよびシリコンを含む第２のマスター合金粉末金属と、マグネシウムを含む第１の元素粉末金属（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｐｏｗｅｒ  ｍｅｔａｌ）と、錫を含む第２の元素粉末金属とを含む。
【００１０】
いくつかの形態では、アルミニウムおよびシリコンを含む前記第２のマスター合金はＡｌ−１２Ｓｉマスター合金であってもよい。
【００１１】
いくつかの形態では、アルミニウムおよび銅を含む前記第１のマスター合金粉末金属はＡｌ−５０Ｃｕマスター合金であってもよく、アルミニウムおよびシリコンを含む前記第２のマスター合金はＡｌ−１２Ｓｉマスター合金であってもよく、前記第１および第２の元素粉末金属は高純度元素粉末金属であってもよい。
【００１２】
１つの特定の形態では、前記粉末金属組成物は、銅を２．３重量パーセント、マグネシウムを１．６重量パーセント、錫を０．２重量パーセント、およびシリコンを０．２重量パーセント含んでいてもよい。この形態では、前記粉末金属組成物は、鉄を１．０重量パーセント、ニッケルを１．０重量パーセント、または鉄を１．０重量パーセントおよびニッケルを１．０重量パーセント潜在的に含んでいてもよい。
【００１３】
いくつかの形態では、前記粉末金属組成物は混合Ｌｉｃｏｗａｘ  Ｃ粉末を１．５重量パーセント含んでいてもよい。
【００１４】
前記粉末金属組成物のいくつかの形態では、粉末金属組成物中のシリコンの重量パーセントは０．１〜０．３重量パーセントの範囲であってもよく、例えば、０．２重量パーセントである。
【００１５】
別の態様によれば、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物をシリコン添加物でドープすることによって前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物から作製される焼結成分の機械的性質を向上する方法が行われる。この方法は、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物に構成物質としてシリコンを添加すること、プリフォームを形成するために前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物を圧縮すること、および前記焼結成分を形成するために前記プリフォームを焼結させること、を含む。
【００１６】
方法のいくつかの形態では、前記焼結するステップは高純度窒素の雰囲気で行われてもよい。
【００１７】
方法のいくつかの形態では、前記シリコンは、Ａｌ−１２Ｓｉマスター合金粉末金属が溶解して液相を形成するおよそ５７７℃の共融温度を有する前記Ａｌ−１２Ｓｉマスター合金粉末金属として提供されてもよく、前記焼結は前記共融温度より高い焼結温度で起こってもよい。前記焼結ステップの開始と同時に、前記Ａｌ−１２Ｓｉマスター合金粉末金属からの前記液相が形成され、毛管力によって前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物の未焼結粒子の間に運ばれてもよい。前記Ａｌ−１２Ｓｉマスター合金粉末金属からの前記液相中の前記シリコンは、前記液相から前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物中の他の固体アルミニウム粒中に拡散してもよい。
【００１８】
方法のいくつかの形態では、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物は、アルミニウム粉末が鉄単独、ニッケル単独、または鉄およびニッケルの組み合わせとプレ合金化された噴霧アルミニウム粉末金属を含むことができ、さらに、アルミニウムおよび銅を含む第１のマスター合金粉末金属と、アルミニウムおよびシリコンを含む第２のマスター合金粉末金属と、マグネシウムを含む第１の元素粉末金属と、錫を含む第２の元素粉末金属とを含むことができる。いくつかの形態では、アルミニウムおよびシリコンを含む前記第２のマスター合金はＡｌ−１２Ｓｉマスター合金であってもよい。他の形態では、アルミニウムおよび銅を含む前記第１のマスター合金粉末金属はＡｌ−５０Ｃｕマスター合金であってもよく、アルミニウムおよびシリコンを含む前記第２のマスター合金はＡｌ−１２Ｓｉマスター合金であってもよく、前記第１および第２の元素粉末金属は高純度元素粉末金属であってもよい。さらに他の形態では、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物は銅を２．３重量パーセント、マグネシウムを１．６重量パーセント、錫を０．２重量パーセント、およびシリコンを０．２重量パーセント含んでいてもよい。これらの形態では、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物は鉄を１．０重量パーセント、ニッケルを１．０重量パーセント、または鉄を１．０重量パーセントおよびニッケルを１．０重量パーセント含んでいてもよいことが期待される。いくつかの実例では、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物は混合Ｌｉｃｏｗａｘ  Ｃ粉末を１．５重量パーセント含んでいてもよい。いくつかの形態では、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物中のシリコンの重量パーセントは０．１〜０．３重量パーセントの範囲にあり（例えば、０．２重量パーセント）、前記焼結成分の機械的性質の熱的安定性を向上し得る。
【００１９】
いくつかの形態では、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｎ合金粉末金属混合物中のシリコンの重量パーセントは０．１〜０．３重量パーセントの範囲にあり、前記焼結成分の機械的性質の熱的安定性を向上し得る。そのような形態では、前記シリコンはアルミニウム・シリコンマスター合金の一部として添加され得ることが期待される。
【００２０】
別の態様によれば、焼結部品は、本明細書に記載される方法によって作製される。
【００２１】
本発明のこれらおよび他の利点は、詳細な説明および図面から明らかになる。ここに示すのは、単に本発明の好ましい実施形態についてである。本発明の全範囲を評価するためには特許請求の範囲に基づくべきであり、好ましい実施形態は特許請求の範囲に入る実施形態のみを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】鍛造用２６１８および選択ＰＭ合金の硬度への熱暴露（２６０℃の温度）の効果を説明する。すべての材料はＴ６焼き戻し条件に熱処理された。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に集めた比較データについて、Ａｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎの名目バルクの化学的性質およびこの基本粉末金属合金システムの化学的性質に対する変更を評価した。Ａｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎの表示は、アルミニウム合金粉末が、銅を２．３重量パーセント、マグネシウムを１．６重量パーセント、および錫を０．２重量パーセント含み、残部すなわち残りの割合は実質的にアルミニウム（少量の不純物を除く）を含むことを意味する。Ａｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎを基本とする組成物の冶金特性を変更するために、シリコンの微量添加が、およそ０．２重量パーセントの量で、調製された試験片のうちのいくつかでなされた。このＡｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎ基本システムへの少量シリコン添加の効果の測定に加えて、前記基本システムの変形例も（シリコン添加物を含むこの基本システムと同様に）、プレ合金鉄、プレ合金ニッケル、ならびにプレ合金鉄およびプレ合金ニッケルの両方で調製された。
【００２４】
様々な調製された試験片の名目要素組成物（ｔｈｅ  ｎｏｍｉｎａｌ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）（重量パーセント）を、以下の表Ｉに記載する。
【００２５】
【表１】
0006538713.tif 000002
【００２６】
第１の４つの試験片は、シリコン添加物なしで「Ａｌ」（命名規則で、Ａｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎ組成物についての簡潔表現である）、Ａｌ−１Ｆｅ（さらに鉄１重量パーセントを含むＡｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎである）、Ａｌ−１Ｎｉ（さらにニッケル１重量パーセントを含むＡｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎである）、およびＡｌ−１Ｆｅ−１Ｎｉ（さらに鉄１重量パーセントおよびニッケル１重量パーセントを含むＡｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎである）を含めて調製されたことが分かる。４つの第２の試験片は、４つの第１の試験片と同様の組成を有するが、シリコン０．２重量パーセントも含む。ある文脈をもたらすために、これらの８つの試験片を、工業グレードＡＣ２０１４粉末試料および鍛造用（ｗｒｏｕｇｈｔ）２６１８合金（それは鋳造され、粉末金属ではない）と比較する。
【００２７】
これらの様々な試験サンプルの粉末金属組成物および配合物は、最終生成物の形態にとって重要になり得る。噴霧アルミニウムはすべての実験配合物での基本材料であった。いくつかの実例では、噴霧アルミニウムは純粋アルミニウムであり、一方、他の実例では、噴霧アルミニウムは、名目要素で示される遷移金属（鉄、ニッケルあるいは鉄およびニッケルの両方）の十分な含有量とプレ合金化されたアルミニウムであった。他のすべての合金構成物質を、個別の混合粉末として供給した。銅およびシリコンを、マスター合金の形態（それぞれ、Ａｌ−５０ＣｕおよびＡｌ−１２Ｓｉ）で供給したが、マグネシウムおよび錫を高純度元素粉末として添加した。各混合物は、工具の潤滑の目的に混合Ｌｉｃｏｗａｘ  Ｃ粉末１．５％も含んでいた。
【００２８】
試験片は、その後、高純度窒素を流す雰囲気下で、連続メッシュ・ベルト炉内で工業的に焼結された。焼結時の測定された酸素含有量および露点は、それぞれ５ｐｐｍ未満および−６０℃未満であった。焼結サイクルのターゲット加熱パラメーターは、脱潤滑のために４００℃で１５分の保持、その後６１０℃で２０分間の焼結を含んでいた。
【００２９】
Ａｌ−１２Ｓｉのマスター合金粉末中のシリコンの提示が、液相の形成を可能にすることが留意される。Ａｌ−１２Ｓｉは、５７７℃の共融温度より完全に上で溶解する共晶組成物である。このＡｌ−１２Ｓｉマスター合金粉末が、成形体のバルク焼結が開始する前に（６１０℃より上と特定されるが、６００〜６３０℃の範囲内であってもよい）あるいは最小の焼結が固体拡散によって速度論的に生じたポイントで溶解するので、液相は圧縮粉末内に存在する多量の毛細管部位により実質的な未焼結体に速く広がることができる。シリコンは、次いで、焼結品全体にわたって一定のシリコン含有量を結局生じるように、液相から粉末金属混合物内での固体アルミニウム粒に拡散する。
【００３０】
シリコンは、添加物からのいかなる直接の利点も確立するために、低レベル（シリコン含有量は０．０５〜０．８重量パーセントの範囲で潜在的に有効であることが期待されるが、好ましくは、アルミニウム合金粉末金属の全体のおよそ０．１重量パーセント〜およそ０．３重量パーセントである）で維持されるべきである。合金０．３重量パーセントより上のような、シリコン濃度が大きいほど、シリコン添加物は熱的安定性の向上に関して効果がなく、軟化率を実際に増大させる可能性がある。
【００３１】
鉄およびニッケルのプレ合金化された添加物を、シリコン添加物に関して検討がなされることなしに、この合金系にうまく組み入れることができることを以前に行った実験室での研究が実証したことがさらに留意される。例えば、Ｒ．Ｗ．Ｃｏｏｋｅ，Ｒ．Ｌ．Ｈｅｘｅｍｅｒ，Ｉ．Ｗ．Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ，および  Ｄ．Ｐ．Ｂｉｓｈｏｐ，“Ｄｉｓｐｅｒｓｏｉｄ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ  ｏｆ  ａｎ  Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ  ＰＭ  ａｌｌｏｙ  Ｕｓｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔａｌ  Ａｄｄｉｔｉｏｎｓ”，Ｐｏｗｄｅｒ  Ｍｅｔａｌｌ．５５，Ｎｏ．３，２０１２，１９１−１９９を参照されたい。このプレ合金鉄および／またはニッケルの導入は、圧縮または焼結に対するいかなる悪影響なしで行うことができる。遷移金属の添加物が作用して、焼結微構造内の金属間分散質の均質な分布を形成することが分かった。そのような相はアルミニウム、遷移金属、および銅でリッチになり、Ｔ１状態で合金を強化するように作用した。
【００３２】
以下、シリコン添加物の検討に戻って、初期の未変形基本Ａｌシステム、Ａｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎは、既に工業用焼結に高く反応し、優れた焼結品質を備えた十分理論密度の近くを達成することができた。これらの特性は、鉄、ニッケルもしくはシリコンが焼結挙動を落とさないと考えられる化学変形物のすべてで保たれた。
【００３３】
鉄またはニッケルの単独の添加は、Ａｌ13Ｆｅ4およびＡｌ3Ｎｉであると考えられるアルミナイド金属間化合物の形成を促進した。そのような相の存在は機械的進歩を付与すると期待されるが、引張特性の適度な低減が、銅スカビンジングの結果、実際に観察された。鉄およびニッケルの両方の同時の添加は、結果の金属間化合物種が銅の溶解度が低減する傾向がある三元配合物（最もおそらくはＡｌ9ＦｅＮｉ）であったので、この効果を緩和した。
【００３４】
シリコンの少量の添加は、検討されたすべての粉末金属合金の硬度および引張特性に一般的にプラスの効果を有していた。これは、焼結挙動あるいは観察可能な微構造特徴へのいかなる変化なしで生じ、それによって、基本析出構造（ｔｈｅ  ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ  ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が精製されたことを暗示した。
【００３５】
シリコン・ドーピングによって生じた進歩は、図１によって示されるように研究された熱暴露条件下で維持された。図１は、様々な時間、２６０℃の温度でサンプルを保持した後に、ＡＣ２０１４および鍛造用２６１８と同様に、様々な試験片の組成物の硬度を比較する。比較されたすべての材料は、熱暴露テストを受ける前にＴ６焼き戻しに熱処理された。図１のデータから、Ａｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎ試料がＡＣ２０１４比較サンプルより硬度をより良好に維持したことが分かる。ＡＣ２０１４サンプルは２６０℃でおよそ１４００分後に１０ＨＲＢ未満の硬度を有したが、Ａｌ−２．３Ｃｕ−１．６Ｍｇ−０．２Ｓｎ試料は、すべて、この暴露時間後に３５ＨＲＢを超えた。しかし、中でも注目すべきは、Ａｌ−１Ｆｅ−１Ｎｉ−（Ｓｉ）試料は、鍛造用２６１８比較サンプルとほとんど同様に行われ、異なる暴露時間でＡｌ−１Ｆｅ−１Ｎｉ−（Ｓｉ）試験片と鍛造用２６１８との間にわずかな点のみの差があった。
【００３６】
サンプルの様々な相対的機械的性質も集められた。下記表ＩＩは、シリコン添加物ありおよびシリコン添加物なしの両方で様々な粉末金属アルミニウム合金からなる成分の機械的性質を比較する。サンプルはすべてＴ６条件に熱処理された。
【００３７】
【表２】
0006538713.tif 000003
【００３８】
表ＩＩから、シリコンの少量（０．２重量パーセント）の添加で降伏強度、最大抗張力、および硬度が一般的に向上したことが分かる。降伏強度および最大抗張力の増加は、降伏強度でおよそ４５〜８８ＭＰａ、最大抗張力で３０〜８０ＭＰａの大幅な向上を示す。同様に、硬度の向上も、ＨＲＢスケール上の２０点もの進歩がシリコンの添加物に起因して示される。伸長の量がわずかに劣ることが分かる。しかし、多くの用途については、伸長のこの低下は許容範囲にある、または問題ではない。
【００３９】
下記表ＩＩＩは、機械加工された引張棒を使用して研究された合金について測定されたＴ６引張特性を比較する。
【００４０】
【表３】
0006538713.tif 000004
【００４１】
２６１８−Ｓｎシステム（上記Ａｌ−１Ｆｅ−１Ｎｉ組成物の化学プロフィールと一致し、それは錫を含む）では、Ａｌ9ＦｅＮｉ分散質（ｄｉｓｐｅｒｓｏｉｄｓ）は、セラミック粒子とほとんど同じで実質的に化学的に安全な硬化特徴である（ＭＭＣ）。明白な相違は、セラミックスが非常に固く、より永続性であるということである。しかし、Ａｌ9ＦｅＮｉ分散質の１つの利益は、セラミック粒子の導入に比較して、Ａｌ9ＦｅＮｉ分散質がプレ合金によってより均質に分布されるということである。
【００４２】
結局、ＰＭ合金Ａｌ−１Ｆｅ−１Ｎｉ−（Ｓｉ）は試験片中に最も望ましいシステムとして出現した。この合金の硬度の大きさおよび安定性は、高機能鍛造用合金２６１８−Ｔ６に匹敵し、広範囲工業用ＰＭ合金ＡＣ２０１４−Ｔ６より非常に優れていた。
【００４３】
１つの特定のアルミニウム合金システムについての実験データが上記提供されたが、シリコン添加物の使用は、組成物または合金添加物を変えた他の合金系の機械的向上をもたらすために使用されてもよい。
【００４４】
例えば、鉄およびニッケルの各々の１重量パーセント以下のみが、上記実験データに提供されるが、鉄およびニッケルの組み合わせの含有量は、粉末金属材料の組み合わせで４重量パーセント以下であってもよいことが期待される。鉄１重量パーセントおよびニッケル１重量パーセントの組成物は、鍛造用アルミニウム合金でみられる組成物との比較のために上記提供されるのみであった。鍛造用システムでは、この鉄１重量パーセントおよびニッケル１重量パーセントは、欠陥のない製品の製造を非常に魅力的にする鋳造および成形プロセスでの複雑な関係により添加されることができる鉄およびニッケルの最大量を表す。粉末金属中の鉄およびニッケルをプレ合金化する場合、それらの割合は鍛造用鋳物での場合よりも高くでき、粉末金属は圧縮可能であり、健全な製品に焼結する。ニッケルおよび鉄の含有量が比較的バランスが取れていれば、これらのより高いニッケルおよび鉄の濃度は有効であり得る。構成物質のバランスを取ることは、それが析出硬化と関係する構成物質（銅、マグネシウム、シリコン）を消費する傾向がある第２の金属間化合物の形成を最小化するので、合金の強度の減少が回避される。
【００４５】
さらに、アルミニウム合金中の銅およびマグネシウムの含有量は変更され、さらに、シリコン添加物の利益を受け得る。銅が１〜５重量パーセントの範囲内で変化され得、マグネシウムは０．５〜２パーセントの範囲内で変化され得ることが期待される。使用可能なシステムの組成物は、例えば、Ａｌ−２．５Ｃｕ−１．５ＭｇおよびＡｌ−１．５Ｃｕ−０．７５Ｍｇを含む。Ｓ相（Ａｌ2ＣｕＭｇ）およびそのメタ安定変形物によって強化された合金は、典型的にはシリコン添加物に最も反応すると考えられる。
【００４６】
上記検討されたものに加えて他の合金元素もアルミニウム合金粉末混合物に添加されてもよい。チタンおよびマンガンなどの他の遷移元素は、合計２重量パーセントまで添加され得ることが期待される。ジルコニウムなどの他の構成物質は１重量パーセントまでの量で添加され得るが、任意のジルコニウム添加物はおよそ０．２重量パーセントであることがおそらくより好ましい。
【００４７】
さらに、この材料は、セラミック添加物が２０％までの量で作製され得る金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）用ベースとして役立ち得ることが期待される。
【００４８】
好ましい実施形態に対する様々な変更および改質は、本発明の精神および範囲に含まれ得る。したがって、本発明は、前述した実施形態に限定されない。本発明の全範囲は、以下の特許請求の範囲によって定まる。
【図１】
0006538713.tif 000005