(57)【要約】【課題】  、凝固の過程において長円柱体のナノ複合相を形成することができ、熱処理のプログラムを経る前に熱処理型のアルミニウム合金に相当する強度を達成することができ、さらに上記アルミニウム合金の機械的性質を高めることができるアルミニウム合金を提供する。【解決手段】  重量百分率が１．１％から７．０％のマンガン、０．１％から６．０％のマグネシウム、０．０１％から１．５％のスカンジウムおよびその他のアルミニウムが含まれる。アルミニウム合金にスカンジウム（Ｓｅ）、マンガン（Ｍｎ）とマグネシウム（Ｍｇ）の元素を添加することにより、長円柱体のナノ複合相が形成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量百分率が１．１％から７．０％のマンガン、０．１％から６．０％のマグネシウム、０．０１％から１．５％のスカンジウムおよびその他はアルミニウムが含まれることにより、アルミニウム合金において長円柱体のナノ複合相を形成することを特徴とするナノ複合相を有するアルミニウム合金。
【請求項２】
他に選択的に重量百分率が０．０１％から０．５％のシリコン、０．０１％から０．１０％の鉄、０．０１％から０．５０％の銅、０．０１％から０．５０％のクロム、０．０１％から０．５０％のニッケルおよびその混合物が含まれることを特徴とする請求項１記載のナノ複合相を有するアルミニウム合金。
【請求項３】
他に選択的に重量百分率が０．０１％から０．１％のチタン、０．０１％から０．１％のバナジウム、０．０１％から０．１％のコバルト、０．０１％から０．１％の亜鉛、０．０１％から０．１％のジルコニウム、０．０１％から０．１％のニオブ、０．０１％から０．１％のモリブデン、０．０１％から０．１％のイットリウム、０．０１％から０．１％のタングステン、０．０１％から０．１％のランタンおよびその混合物が含まれることを特徴とする請求項１記載のナノ複合相を有するアルミニウム合金。
【請求項４】
上記長円柱体のナノ複合相の直径の寸法は４０ナノから１００ナノの間にあることを特徴とする請求項１記載のナノ複合相を有するアルミニウム合金。
【請求項５】
上記長円柱体のナノ複合相の長さの寸法は０．２ミクロンから１．０ミクロンの間にあることを特徴とする請求項１記載のナノ複合相を有するアルミニウム合金。
【請求項６】
上記長円柱体のナノ複合相の生長方向は実質上として軸方向であることを特徴とする請求項１記載のナノ複合相を有するアルミニウム合金。
【請求項７】
上記アルミニウム合金はゴルフクラブヘッド、ゴルフクラブシャフトおよびその組立部品を製造するのに用いられることを特徴とする請求項１記載のナノ複合相を有するアルミニウム合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ複合相を有するアルミニウム合金に関するもので、特にマンガン‐マグネシウム‐アルミニウム合金に特定比率のスカンジウムの元素を添加することにより、長円柱体のナノ複合相の生成を促すナノ複合相を有するアルミニウム合金に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のアルミニウム合金としては、アメリカアルミニウム業協会（Aluminum Association）の番号識別システムが採用する四桁の数字によると、一桁目の数字は合金系を表し、例えば１、２、３……９の合金系であり、二桁目の数字は上記合金の改良回数を表し、例えば０、１、２。３……などであり、三桁目と四桁目の数字はアメリカアルミニウム業会社（Aluminum Company of America，Alcoa）の古い番号である。表１に示す如くである。
【０００３】
【表１】
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【０００４】
上述したアルミニウム合金系は熱処理型および非熱処理型と分けることができ、熱処理型として凡そ２０ＸＸ、４０ＸＸ、６０ＸＸと７０ＸＸなどの系列があり、そして非熱処理型として凡そ１０ＸＸ、３０ＸＸと５０ＸＸなどの系列がある。その中に、熱処理型のアルミニウム合金は析出熱処理のプログラムによりその硬度を増やすことができ、例えば７０７５型のアルミニウム合金は１１５℃から１２５℃の温度および２２から２６時間の時効熱処理を施してその引張強度と硬度などの機械的性質を高めなければならない。従来のアルミニウム合金の機械的性質は表２に示す如くである。
【０００５】
【表２】
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【０００６】
また、従来のアルミニウム合金としては、アメリカ特許番号第５，５９７，５２９号に掲示されるアルミニウム合金は、重量百分率が０．４％から０．８％のシリコン、０．７％の鉄、０．１５％から０．４％の銅、０．１５％のマンガン、０．８％から１．２％のマグネシウム、０．０４％から０．３５％のクロム、０．２５％の亜鉛、０．１５％のチタンの６０６１合金を重量百分率が０．２％から１．８％のシリコン、０．２％から０．８％のマンガン、０．４％から１．４％のマグネシウム、０．０２％から１０．０％のスカンジウムまで調整する。その中に、上記アルミニウム合金はスカンジウムをクロムの代わりとするため、実質上としてクロムを含んでいない。
【０００７】
また、アメリカ特許番号第５，５９７，５２９号において、他のアルミニウム合金が掲示される。重量百分率が０．２％のシリコン、０．３％の鉄、５．８％から６．８％の銅、０．２％から０．４％のマンガン、０．０２％のマグネシウム、０．１％の亜鉛、０．０５％から０．１５％のバナジウム、０．１％から０．２５％のジルコニウム、０．１％から０．２％のチタンの２３１９合金を重量百分率が２．０％から１０．０％の銅、０．０２％から１０．０％のスカンジウムまで調整する。
【０００８】
また、アメリカ特許番号第５，５９７，５２９号において、他のアルミニウム合金が掲示される。重量百分率が０．２５％のシリコン、０．４％の鉄、０．１％の銅、０．２５％から０．２％のマンガン、４．５％から５．５％のマグネシウム、０．０５％から０．２％のクロム、０．１％の亜鉛、０．０６％から０．２％のチタンの５３５６合金を重量百分率が２．７％から６．０％のマグネシウム、０．０２％から１０．０％のスカンジウムまで調整する。
【０００９】
さらに、アメリカ特許番号第５，５９７，５２９号において、他のアルミニウム合金が掲示される。重量百分率が４．５％から６．０％のシリコン、０．８％の鉄、０．３％の銅、０．０５％のマンガン、０．０５％のマグネシウム、０．１％の亜鉛、０．２％のチタンの４０４３合金を重量百分率が３．０％から１５．０％のシリコン、０．０２％から１０．０％のスカンジウムまで調整する。
【００１０】
しかし、叙述したアルミニウム合金は大量なスカンジウムを採用し、スカンジウムはコストが高い希少金属であるため、高使用量のスカンジウムでは必然的に製造コストが高くなるため、スカンジウムの使用量を減らさなければならず、さらにその他の金属元素の使用を探し求めることにより、元来の機械的性質を維持することができる。
【特許文献１】アメリカ特許番号第５，５９７，５２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、アルミニウム合金の元素を調整し、スカンジウムの使用量を減らし、さらにマンガンの使用量を高めることにより、上記アルミニウム合金は凝固の過程において長円柱体のナノ複合相を形成することができるため、熱処理のプログラムを経る前に熱処理型のアルミニウム合金に相当する強度を達成することができ、さらに上記アルミニウム合金の機械的性質を高めることができるナノ複合相を有するアルミニウム合金を提供しようとするものである。
【００１２】
本発明の第一の目的は、アルミニウム合金の中に適量のスカンジウム、マンガンとマグネシウムの元素を添加し、ナノ複合相を形成することにより、上記アルミニウム合金の機械的性質を高めることができるナノ複合相を有するアルミニウム合金を提供しようとするものである。
【００１３】
本発明の第二の目的は、アルミニウム合金の中に適量のスカンジウム、マンガンとマグネシウムの元素を添加してナノ複合相を形成し、さらに他に熱処理を経てナノ複合相の生長方向を軸方向に調整することにより、上記アルミニウム合金の機械的性質を高めることができるナノ複合相を有するアルミニウム合金を提供しようとするものである。
【００１４】
本発明の第三の目的は、アルミニウム合金の中にスカンジウムの使用量を減らし、さらに低コストのマンガンの使用量を高めることにより、コストを低く抑えることができるナノ複合相を有するアルミニウム合金を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明によるナノ複合相を有するアルミニウム合金は、下記のようになるものである。すなわち、
重量百分率が１．１％から７．０％のマンガン、０．１％から６．０％のマグネシウム、０．０１％から１．５％のスカンジウムおよびその他はアルミニウムが含まれることにより、アルミニウム合金において長円柱体のナノ複合相を形成する。
【００１６】
本発明によるナノ複合相を有するアルミニウム合金は、他に選択的に重量百分率が０．０１％から０．５％のシリコン、０．０１％から０．１０％の鉄、０．０１％から０．５０％の銅、０．０１％から０．５０％のクロム、０．０１％から０．５０％のニッケルおよびその混合物が含まれることもできる。また、他に選択的に重量百分率が０．０１％から０．１％のチタン、０．０１％から０．１％のバナジウム、０．０１％から０．１％のコバルト、０．０１％から０．１％の亜鉛、０．０１％から０．１％のジルコニウム、０．０１％から０．１％のニオブ、０．０１％から０．１％のモリブデン、０．０１％から０．１％のイットリウム、０．０１％から０．１％のタングステン、０．０１％から０．１％のランタンおよびその混合物が含まれることもできる。また、上記長円柱体のナノ複合相の直径の寸法は４０ナノから１００ナノの間にあることもできる。また、上記長円柱体のナノ複合相の長さの寸法は０．２ミクロンから１．０ミクロンの間にあることもできる。また、上記長円柱体のナノ複合相の生長方向は実質上として軸方向であることもできる。また、上記アルミニウム合金はゴルフクラブヘッド、ゴルフクラブシャフトおよびその組立部品を製造するのに用いられることもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のナノ複合相を有するアルミニウム合金によれば、アルミニウム合金の中に適量のスカンジウム、マンガンとマグネシウムの元素を添加し、ナノ複合相を形成することにより、上記アルミニウム合金の機械的性質を高めることができるという利点がある。
【００１８】
本発明のナノ複合相を有するアルミニウム合金によれば、アルミニウム合金の中に適量のスカンジウム、マンガンとマグネシウムの元素を添加してナノ複合相を形成し、さらに他に熱処理を経てナノ複合相の生長方向を軸方向に調整することにより、上記アルミニウム合金の機械的性質を高めることができるという利点がある。
【００１９】
本発明のナノ複合相を有するアルミニウム合金によれば、アルミニウム合金の中にスカンジウムの使用量を減らし、さらに低コストのマンガンの使用量を高めることにより、コストを低く抑えることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について、以下、図面を参照して説明する。
【００２１】
本発明の実施例のナノ複合相を有するアルミニウム合金はアルミニウム金属Al、マンガン金属Mnとマグネシウム金属Mgを主な合金の成分とし、その中に重量百分率が１．１％から７．０％のマンガン、０．１％から６．０％のマグネシウムが含まれ、そしてその他はアルミニウムにより重量百分率が１００％になるまで補充し、その中に低コストのマンガンの使用量を高める。本発明においてはアルミニウム金属により強靭性の改良を提供し、そしてマンガン金属の添加量を制御することによりアルミニウム合金の硬度を高め、さらにマグネシウム金属の添加量を制御することによりアルミニウム合金の強度と耐蝕性を高めることができる。
【００２２】
図１、２を参照すると、本発明の実施例のナノ複合相を有するアルミニウム合金には他に重量百分率が０．０１％から１．５％のスカンジウム金属が含まれることにより、スカンジウムの使用量を減らす。スカンジウム金属の添加により、アルミニウム合金がナノ複合相になるのを促すことができ、そして上記ナノ複合相は凝固の過程において均一核生成と分布することにより、長円柱体のナノ複合相（図１、２の標示箇所）を形成する。上記ナノ複合相の結晶粒子の直径の寸法は４０ｎｍから１００ｎｍ（ナノ）の間にあり、そして上記結晶粒子の長さの寸法は０．２μmから１．０μm（ミクロン）の間にある。本発明において、マンガンの使用量を重量百分率が１．１％から７．０％まで高めることにより、スカンジウムが上記アルミニウム合金においてナノ複合相を形成するのに役立つことができる。
【００２３】
本発明の実施例のナノ複合相を有するアルミニウム合金が凝固した後、さらに一歩進んで上記アルミニウム合金に対して熱処理を行うことにより、上記アルミニウム合金のナノ複合相の主な生長方向を実質上として全て軸方向の相になるまで調整することができ、さらに熱処理の過程において上記ナノ複合相の結晶粒子の直径がナノの寸法になるように確保することができる。上記熱処理により、上記アルミニウム合金の物理的性質と機械的性質をさらに高めることができる。
【００２４】
その他に、本発明の実施例のナノ複合相を有するアルミニウム合金は製品の使用上の需要性に応じて他に数種類の副次的な元素（添加物）を添加することができ、例えば重量百分率が０．０１％から０．５％のシリコンＳｉ、０．０１％から０．１０％の鉄Ｆｅ、０．０１％から０．５０％の銅Ｃｕ、０．０１％から０．５０％のクロムＣｒ、０．０１％から０．５０％のニッケルＮｉなどの元素またはその混合物を添加することにより、上記アルミニウム合金の物理的性質および機械的性質を高めることができる。その他に、本発明のアルミニウム合金にも選択的にその他の元素を添加することができ、例えば重量百分率が０．０１％から０．１％のチタンＴｉ、０．０１％から０．１％のバナジウムＶ、０．０１％から０．１％のコバルトＣｏ、０．０１％から０．１％の亜鉛Ｚｎ、０．０１％から０．１％のジルコニウムＺｒ、０．０１％から０．１％のニオブＮｂ、０．０１％から０．１％のモリブデンＭｏ、０．０１％から０．１％のイットリウムＹ、０．０１％から０．１％のタングステンＷ、０．０１％から０．１％のランタンＬａなどの元素またはその混合物を添加することができる。
【００２５】
表３を参照すると、本発明の実施例のナノ複合相を有するアルミニウム合金と従来のアルミニウム合金との機械的性質の比較が掲示される。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
表３に示すように、本発明の実施例のナノ複合相を有するアルミニウム合金の機械的性質（引張強度と降伏強度）は熱間圧延（hot rolled）の低炭素鋼の強度に到達することができ、そして充分な伸長率を有することができる。そのため、本発明の実施例のナノ複合相を有するアルミニウム合金は好ましくは運動器材などの分野に応用することができ、特にゴルフクラブヘッド、ゴルフクラブシャフトおよびその組立部品（例えばウエイト部材）に応用することができる。
【００２８】
再び図１、２を参照すると、本発明の実施例のナノ複合相を有するアルミニウム合金の軸方向および横方向の断面を走査式電子顕微鏡（ＳＥＭ、１５０００倍拡大）を利用して長円柱体のナノ複合相（標示箇所の如く）を撮影した電子顕微写真が掲示される。本発明の実施例のナノ複合相を有するアルミニウム合金は凝固の過程において均一核生成と分布することにより、ナノ複合相を形成することができる。その他に、本発明のアルミニウム合金のナノ複合相は熱処理の過程において軸方向の生長に調整されるため、上記ナノ複合相の半径方向の寸法を保持することができる。また、本発明のアルミニウム合金は熱間圧延の低炭素鋼に相当する機械的性質を有し、さらに充分な伸長率を有するため、ゴルフクラブヘッドまたはその他の特定の分野に応用することができる。その他に、本発明のアルミニウム合金は優れた耐腐食性を有する。
【００２９】
表４を参照すると、本発明のアルミニウム合金はスカンジウムの使用量を減らし、そして低コストのマンガンの使用量を増やすことにより、スカンジウムが上記アルミニウム合金においてナノ複合相を形成するのを促すことができるため、本発明のアルミニウム合金では良好な機械的性質を有するだけではなく、製造コストを低く抑えることもできる。
【００３０】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【００３１】
上述の如く、従来のアルミニウム合金には重量百分率が０．２％から０．８％のマンガン、０．８％から１．０％のマグネシウムおよびその他はアルミニウムなどの元素しか含まれていないため、結晶粒子の寸法の細粒化を制限してしまうという問題点があったが、本発明のナノ複合相を有するアルミニウム合金によれば、特定の比率範囲のマンガン‐マグネシウム‐アルミニウム合金の中に特定の範囲のスカンジウム（Ｓｃ）元素を添加することにより、上記アルミニウム合金には重量百分率が１．１％から７．０％のマンガン、０．１％から６．０％のマグネシウム、０．０１％から１．５％のスカンジウムおよびその他はアルミニウムが含まれるため、確実に上記アルミニウム合金において長円柱体のナノ複合相が形成されるため、上記アルミニウム合金の機械的性質を高めることができる。
【００３２】
本発明は、その精神及び必須の特徴事項から逸脱することなく他のやり方で実施することができる。従って、本明細書に記載した好ましい実施例は例示的なものであり、限定的なものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例のナノ複合相を有するアルミニウム合金の軸方向の断面を走査式電子顕微鏡（ＳＥＭ、１５０００倍拡大）を利用して長円柱体のナノ複合相（標示箇所の如く）を撮影した電子顕微写真である。
【図２】本発明の実施例のナノ複合相を有するアルミニウム合金の横方向の断面を走査式電子顕微鏡（ＳＥＭ、１５０００倍拡大）を利用して長円柱体のナノ複合相（標示箇所の如く）を撮影した電子顕微写真である。
【図１】
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【図２】
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