(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形（ALM）および／または噴霧法によって耐熱性軽金属加工物を製造するためのアルミニウム合金であって、
上記合金の総重量に対して３．０〜６．０重量％のマグネシウム（Ｍｇ）と、
上記合金の総重量に対して、１．０重量％よりも大きく４．０重量％までのシリコン（Ｓｉ）と、
上記合金の総重量に対して０．００５〜０．２重量％のチタン（Ｔｉ）と、
上記合金の総重量に対して０．１〜０．７５重量％のスカンジウム（Ｓｃ）と、
上記合金の総重量に対して０．０１〜０．３７５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．５重量％である、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）およびバナジウム（Ｖ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素と、
上記合金の総重量に対して０〜０．８重量％のマンガン（Ｍｎ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）と、
上記合金の総重量に対して０〜１．０重量％の銅（Ｃｕ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．０５重量％の亜鉛（Ｚｎ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．６重量％の鉄（Ｆｅ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．００４重量％のベリリウム（Ｂｅ）と、からなり、
残余は複数の不純物を含むアルミニウムであり、
上記複数の不純物のそれぞれは上記合金の総重量に対して最大でも０．１重量％、上記不純物の全体は上記合金の総重量に対して最大でも０．５重量％であり、
上記ジルコニウム（Ｚｒ）および上記チタン（Ｔｉ）の合計量は、最大でも上記スカンジウム（Ｓｃ）の量の半分であることを特徴とするアルミニウム合金。
【請求項２】
上記合金の総重量に対して３．５〜５．５重量％のマグネシウム（Ｍｇ）、および／または、上記合金の総重量に対して１．１〜４．０重量％のシリコン（Ｓｉ）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。
【請求項３】
上記合金の総重量に対して０．０１〜０．２重量％のチタン（Ｔｉ）、および／または、上記合金の総重量に対して０．２〜０．７５重量％のスカンジウム（Ｓｃ）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
ジルコニウム（Ｚｒ）の量が、スカンジウム（Ｓｃ）の量の５０％未満であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
ジルコニウム（Ｚｒ）に対するスカンジウム（Ｓｃ）の重量比（Ｓｃ重量／Ｚｒ重量）が、２：０．９〜１０：１となるような量で、ジルコニウム（Ｚｒ）を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
【請求項６】
ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）に対するスカンジウム（Ｓｃ）の重量比（Ｓｃ重量／（Ｚｒ重量＋Ｔｉ重量））が、２：１〜１０：１となるような合計量で、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
【請求項７】
バナジウム（Ｖ）、ガドリウム（Ｇｄ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）および亜鉛（Ｚｎ）からなる群より選択される少なくとも１つの元素を、上記合金の総重量に対して、０．００１重量％以上含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
【請求項８】
ハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）のそれぞれの量が、スカンジウム（Ｓｃ）の量に対して、最大でも１／４であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
【請求項９】
上記合金の総重量に対して、０．０５〜０．６重量％の鉄（Ｆｅ）を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１０】
上記合金の総重量に対して、０．１５重量％以下、あるいは、０．４〜０．８重量％のマンガン（Ｍｎ）を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１１】
粉末形態で提供されるものであって、平均粒子径ｄ５０が１００μｍ以下である粒子を含む粉末形態で提供されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のアルミニウム合金。
【請求項１２】
軽金属加工物の製造方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする製造方法。
ａ）請求項１から１１のいずれか１項に記載のアルミニウム合金を準備するステップ、
ｂ）積層造形（ALM）および／または噴霧法（spraying methods）によって、ステップａ）から得られる上記アルミニウム合金を含む軽金属加工物を製造するステップ、
ｃ）ステップｂ）で得られた軽金属加工物を、１０，０００，０００Ｋ／secの凝固速度で２００℃以下に冷却するステップ、
ｄ）ステップｃ）で得られた軽金属加工物を、１００〜４００℃の温度範囲で熱処理するステップ。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のアルミニウム合金を含むことを特徴とする軽金属加工物。
【請求項１４】
エンジンの構成部品、シリンダーヘッド、クランクハウジング、耐熱性保安部品、空調システムの構成部品、超音速航空機における航空機の構造的構成部品、動力ユニットセグメント、パイロンのための、または構成部品の被覆材料としての、請求項１から１１のいずれか１項に記載のアルミニウム合金の使用。
【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、軽金属加工物を製造する方法、アルミニウム合金を備える軽金属加工物に関するものである。さらには、本発明は、アルミニウム合金を、積層造形（ALM）および／または噴霧法（spraying methods）で耐熱性軽金属加工物を製造するために使用すること、エンジンの構成部品、シリンダーヘッド、クランクハウジング、耐熱性保安部品、空調システムの部品、特に超音速航空機における航空機の構造的構成部品、動力ユニットのセグメント、パイロンのため、または構成部品の被覆材料として使用することにも関する。
【背景技術】
【０００２】
積層造形（ALM）の技術には、異なるいくつかの造形方法があり、例えば粉末ベッド法（powder bed methods）、粉末ジェット法（powder jet methods）、ワイヤーベースのプロセス（wire-based processes）が従来技術として知られている。重負荷の構造体／構成部品にとって、この種におけるプロセス技術によれば、異なる材料あるいは“合金関連（alloy-related）”の材料から統合かつ一体化された材料構成を得るといったように、負荷が最適化された構成部品の構造体を、多様な個別の設計を可能としながら提供することが可能となる。創成的な方法によれば、上記製造方法に応じて、構成部品の複雑性に見合った材料を最大限活用することができる。ここで、特に、多数または少なくとも２つの材料粉末容器または材料ロットガイドを統合させることで、上記プロセス中で近くの材料と適応／変化／強化しながら直接一体化できる可能性を有して、ニアエンド外形（near-end-contour）の構成部品をカスタマイズ製造することが可能になる。このような活用においては、例えばAlMg3Si1またはAlMg5Si2（それぞれがスカンジウムとジルコニウムでドーピングすることができる）といったような、同等の特性を有する材料を使用することが好適な場合がある。それゆえ、構造体の特性は、構成成分あるいは構造の僅かな変動により選択的に制御できるようになる。この種のプロセス技術の潜在力を最大限活用するためにプロセスに適した材料を使用することが必要である。
【０００３】
近年、積層造形（ALM）のプロセスに標準材料が主に使用されている。チタニウム合金の場合、上記材料はTi6A14Vで、アルミニウム合金の場合、上記材料はAlSi10Mgである。
【０００４】
積層造形（ALM）のプロセスは、特に航空機の分野において、精密鋳造技術に対する技術的競争の最中にあり、主に航空機または医療技術にとっての複合構成部品を製造するために使用され、それらの構成部品は上記合金に応じて薄肉化かつ負荷の最適化がなされる。精密鋳造の場合、アルミニウム合金A357（AlSi7Mg0.6）は主に薄肉構造のために用いられ、さらにA201/KO1（AlCu5MgTiAg）は主により厚い壁厚を有する構成部品のための強固な改良型として使用される。合金の鋳造に関する材料特性のために鍵となる開始条件は鋳造の構造であり、その後の熱処理のための基準となる。その理由は鋳造の構成部品の場合、追加の熱加工処理はなく、積層造形（ALM）の構成部品の場合も同様のためである。
【０００５】
しかしながら、積層造形（ALM）プロセス技術の利点を上記構成部品の用途に適して完全に活用できるようにするためには、プロセスに対して最適化された合金を設計する必要がある。
【０００６】
それゆえ、アルミニウム合金を提供することが望ましい。また、部分的または一体的な構成部品の製造における製造過程に直接用いることが可能であるアルミニウム合金を提供することも望ましい。さらには、複雑な熱加工処理を省略することができ、それゆえ、コストが嵩み時間のかかる処理ステップを低減することによってアルミニウム合金を提供することが望ましい。さらには、材料破損および／または熱応力／歪みを伴うことなく、熱処理を行うことが可能となるアルミニウム合金を提供することが好ましい。さらには、複雑な部品の平滑化（levelling）を省略することができ、部品の再現性および経済性も向上させることができるアルミニウム合金を提供することが望ましい。それゆえ、特に積層造形（ALM）および／または噴霧法（spraying methods）による軽金属加工物の製造に適しているアルミニウム合金を提供することが特段望ましい。
【０００７】
それゆえ、本発明の一つの目的は、アルミニウム合金を提供することである。本発明のさらなる目的は、アルミニウム合金を部分的または一体的な構成部品の製造における製造過程に直接用いることを可能にすることである。本発明はさらに、本発明に係るアルミニウム合金の使用により複雑な熱加工処理を省略し、それゆえ、コストが嵩み時間のかかる処理ステップを低減することを目的とする。さらには、本発明は、アルミニウム合金について、材料破損および／または熱応力／歪みを伴うことなく、熱処理を行うことを可能とすることを目的とする。さらに本発明は、アルミニウム合金を使用することで、複雑な部品の平滑化（levelling）を省略することができ、部品の再現性および経済性も向上させることを目的とする。さらに本発明は、特に積層造形（ALM）および／または噴霧法（spraying methods）による軽金属加工物の製造に適しているアルミニウム合金を形成することを目的とする。
【０００８】
上記の目的はクレームで定義された主題により実現される。好適な実施態様については従属クレームで開示される。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の第１の主題は、
上記合金の総重量に対して３．０〜６．０重量％のマグネシウム（Ｍｇ）と、
上記合金の総重量に対して１．０重量％よりも大きく４．０重量％までのシリコン（Ｓｉ）と、
上記合金の総重量に対して０．００５〜０．２重量％のチタン（Ｔｉ）と、
上記合金の総重量に対して０．１〜０．７５重量％のスカンジウム（Ｓｃ）と、
上記合金の総重量に対して０．０１〜０．３７５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．５重量％である、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）およびバナジウム（Ｖ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素と、
上記合金の総重量に対して０〜０．８重量％のマンガン（Ｍｎ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）と、
上記合金の総重量に対して０〜１．０重量％の銅（Ｃｕ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．０５重量％の亜鉛（Ｚｎ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．６重量％の鉄（Ｆｅ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．００４重量％のベリリウム（Ｂｅ）と、からなり、
残余は複数の不純物を含むアルミニウムであり、
上記複数の不純物のそれぞれは上記合金の総重量に対して最大でも０．１重量％、上記不純物の全体は上記合金の総重量に対して最大でも０．５重量％であり、
上記ジルコニウム（Ｚｒ）および上記チタン（Ｔｉ）の合計量は、最大でも上記スカンジウム（Ｓｃ）の量の半分であるアルミニウム合金にある。
【００１０】
本発明に係るアルミニウム合金は、部分的または一体的な構成部品の製造における製造過程に直接用いることが可能である。本発明に係るアルミニウム合金のより有利な点は、複雑な熱加工処理を省略することができ、それゆえ、コストが嵩み時間のかかる処理ステップを低減することができる点にある。さらに利点として、本発明に係るアルミニウム合金によれば、材料破損および／または熱応力／歪みを伴うことなく、熱処理を行うことが可能となる点がある。さらに利点として、本発明に係るアルミニウム合金を用いることによって、複雑な部品の平滑化（levelling）を省略することができ、部品の再現性および経済性も向上させることができる点がある。さらに利点として、本発明に係るアルミニウム合金は、特に積層造形（ALM）および／または噴霧法（spraying methods）による軽金属加工物の製造に適しているという点がある。
【００１１】
たとえば、上記合金は、上記合金の総重量に対して３．５〜５．５重量％のマグネシウム（Ｍｇ）、および／または、上記合金の総重量に対して１．１〜４．０重量％、特に１．１〜３．０重量％のシリコン（Ｓｉ）を含む。
【００１２】
たとえば、上記合金は、上記合金の総重量に対して０．０１〜０．２重量％、特に０．０５〜０．１５重量％のチタン（Ｔｉ）、および／または、上記合金の総重量に対して０．２〜０．７５重量％、特に０．２５〜０．７重量％のスカンジウム（Ｓｃ）を含む。
【００１３】
たとえば、ジルコニウム（Ｚｒ）の量は、スカンジウム（Ｓｃ）の量の５０％未満である。
【００１４】
たとえば、上記合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）に対するスカンジウム（Ｓｃ）の重量比（Ｓｃ重量／Ｚｒ重量）が、２：０．９〜１０：１、特に２：０．９〜５：１となるような量で、ジルコニウム（Ｚｒ）を含む。
【００１５】
たとえば、上記合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）に対するスカンジウム（Ｓｃ）の重量比（Ｓｃ重量／（Ｚｒ重量＋Ｔｉ重量））が、２：１〜１０：１、特に２：１〜５：１となるような合計量で、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含む。
【００１６】
たとえば、上記合金は、バナジウム（Ｖ）、ガドリウム（Ｇｄ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）および亜鉛（Ｚｎ）からなる群より選択される少なくとも１つの元素を、上記合金の総重量に対して、０．００１重量％以上含む。
【００１７】
たとえば、ハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）のそれぞれの量は、スカンジウム（Ｓｃ）の量に対して、最大でも１／４である。
【００１８】
たとえば、上記合金は、上記合金の総重量に対して、０．０５〜０．６重量％の鉄（Ｆｅ）を含む。
【００１９】
たとえば、上記合金は、上記合金の総重量に対して、０．１５重量％以下、あるいは、０．４〜０．８重量％のマンガン（Ｍｎ）を含む。
【００２０】
たとえば、上記合金は、粉末形態で提供され、特に、平均粒子径ｄ５０が１００μｍ以下であり、より好ましくは２０〜７０μｍである粒子を含む粉末形態で提供される。
【００２１】
また、本発明は、以下のステップを含む軽金属加工物の製造方法を提供するものである。
【００２２】
ａ）ここに規定されたアルミニウム合金を準備するステップ、
ｂ）積層造形（ALM）および／または噴霧法（spraying methods）によって、ステップａ）から得られる上記アルミニウム合金を含む軽金属加工物を製造するステップ、
ｃ）ステップｂ）で得られた軽金属加工物を、１０，０００，０００Ｋ／secの凝固速度で２００℃以下に冷却するステップ、
ｄ）ステップｃ）で得られた軽金属加工物を、１００〜４００℃の温度範囲で熱処理するステップ。
【００２３】
また、本発明は、ここに規定されたアルミニウム合金を含む軽金属加工物にも関する。
【００２４】
また、本発明は、積層造形（ALM）および／または噴霧法（spraying methods）によって耐熱性軽金属加工物を製造するために、ここに規定されたアルミニウム合金を使用することにも関する。本発明は、上記アルミニウム合金を、エンジンの構成部品、シリンダーヘッド、クランクハウジング、耐熱性保安部品、空調システムの構成部品、特に超音速航空機における航空機の構造的構成部品、動力ユニットセグメント、パイロンのために用いること、または構成部品の被覆材料として用いることにも関する。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、アルミニウム合金に係るものでる。当該アルミニウム合金は、上記合金の総重量に対して３．０〜６．０重量％のマグネシウム（Ｍｇ）と、
上記合金の総重量に対して、１．０重量％よりも大きく４．０重量％までのシリコン（Ｓｉ）と、
上記合金の総重量に対して０．００５〜０．２重量％のチタン（Ｔｉ）と、
上記合金の総重量に対して０．１〜０．７５重量％のスカンジウム（Ｓｃ）と、
上記合金の総重量に対して０．０１〜０．３７５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．５重量％である、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）およびバナジウム（Ｖ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素と、
上記合金の総重量に対して０〜０．８重量％のマンガン（Ｍｎ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）と、
上記合金の総重量に対して０〜１．０重量％の銅（Ｃｕ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．０５重量％の亜鉛（Ｚｎ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．６重量％の鉄（Ｆｅ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．００４重量％のベリリウム（Ｂｅ）と、からなり、
残余は複数の不純物を含むアルミニウムであり、
上記複数の不純物のそれぞれは上記合金の総重量に対して最大でも０．１重量％、上記不純物の全体は上記合金の総重量に対して最大でも０．５重量％であり、
上記ジルコニウム（Ｚｒ）および上記チタン（Ｔｉ）の合計量は、最大でも上記スカンジウム（Ｓｃ）の量の半分である。
【００２６】
したがって、本発明については、上記合金の総重量に対して３．０〜６．０重量％のマグネシウムをアルミニウム合金が含むことが１つの条件となる。アルミニウム合金は、より好ましくは、合金の総重量に対して３．５〜５．５重量％のマグネシウムを含む。
【００２７】
さらに、本発明については、上記合金の総重量に対して、１．０重量％よりも大きく４．０重量％までのシリコンを含むことも要件となる。アルミニウム合金は、より好ましくは、上記合金の総重量に対して１．１〜４．０重量％、特に１．１〜３．０重量％のシリコンを含む。
【００２８】
上記アルミニウム合金は、特に、耐熱性軽金属加工物を製造することに適している。耐熱性を向上させるためには、上記アルミニウム合金がチタンおよびスカンジウムを含むことが必要である。
【００２９】
上記アルミニウム合金は、当該合金の総重量に対して０．００５〜０．２重量％のチタンを含む。上記アルミニウム合金は、より好ましくは、上記合金の総重量に対して０．０１〜０．２重量％、特に０．０５〜０．１５重量％のチタンを含む。さらにチタンは、導電率を低下させる。
【００３０】
上記アルミニウム合金は、当該合金の総重量に対して０．１〜０．７５重量％のスカンジウムを含む。上記アルミニウム合金は、より好ましくは、上記合金の総重量に対して０．２〜０．７５重量％、特に０．２５〜０．７重量％のスカンジウム（Ｓｃ）を含む。
【００３１】
本発明に係るアルミニウム合金に必要な構成は、ジルコニウムである。チタンおよびスカンジウムと同様に、ジルコニウムも耐熱性を向上させる。
【００３２】
上記アルミニウム合金は、当該合金の総重量に対して０．０１〜０．３７５重量％のジルコニウムを含む。上記アルミニウム合金は、より好ましくは、当該合金の総重量に対して０．０２〜０．３５重量％、特に０．０５〜０．３重量％のジルコニウムを含む。
【００３３】
本発明の１つの利点として、上記アルミニウム合金は、チタンおよびジルコニウムに比べて高い量のスカンジウムを含んでおり、特に、従来のアルミニウム合金よりもスカンジウムの量が高い。
【００３４】
本発明に係るアルミニウム合金の要件の１つとして、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）の合計量は、最大でもスカンジウム（Ｓｃ）の量の半分である。換言すれば、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）の合計量は、スカンジウム（Ｓｃ）の量の５０％以下である。
【００３５】
さらに／または、アルミニウム合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）に対するスカンジウム（Ｓｃ）の重量比（Ｓｃ重量／（Ｚｒ重量＋Ｔｉ重量））が、２：１〜１０：１となるような合計量で、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含む。たとえば、アルミニウム合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）に対するスカンジウム（Ｓｃ）の重量比（Ｓｃ重量／（Ｚｒ重量＋Ｔｉ重量））が、２：１〜５：１となるような合計量で、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含む。
【００３６】
好適なアルミニウム合金としては、特定の重量比でスカンジウムおよびジルコニウムを含んでいる。
【００３７】
本発明に係る一実施形態においては、ジルコニウム（Ｚｒ）の量が、スカンジウム（Ｓｃ）の量の５０％未満である。たとえば、アルミニウム合金におけるジルコニウム（Ｚｒ）の量は、スカンジウム（Ｓｃ）の量の４０％未満である。
【００３８】
さらに／または、アルミニウム合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）に対するスカンジウム（Ｓｃ）の重量比（Ｓｃ重量／Ｚｒ重量）が、２：０．９〜１０：１となるような量で、ジルコニウム（Ｚｒ）を含む。たとえば、アルミニウム合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）に対するスカンジウム（Ｓｃ）の重量比（Ｓｃ重量／Ｚｒ重量）が、２：０．９〜５：１となるような量で、ジルコニウム（Ｚｒ）を含む。
【００３９】
したがって、本発明に係るアルミニウム合金は、
上記合金の総重量に対して３．５〜５．５重量％のマグネシウム（Ｍｇ）と、
上記合金の総重量に対して、１．１〜４．０重量％、好ましくは１．１〜３．０重量％のシリコン（Ｓｉ）と、
上記合金の総重量に対して０．０１〜０．２重量％、好ましくは０．０５〜０．１５重量％のチタン（Ｔｉ）と、
上記合金の総重量に対して０．２〜０．７５重量％、好ましくは０．２５〜０．７重量％のスカンジウム（Ｓｃ）と、
上記合金の総重量に対して０．０２〜０．３５重量％、好ましくは０．０５〜０．３重量％のジルコニウム（Ｚｒ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．５重量％である、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）およびバナジウム（Ｖ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素と、
上記合金の総重量に対して０〜０．８重量％のマンガン（Ｍｎ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）と、
上記合金の総重量に対して０〜１．０重量％の銅（Ｃｕ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．０５重量％の亜鉛（Ｚｎ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．６重量％の鉄（Ｆｅ）と、
上記合金の総重量に対して０〜０．００４重量％のベリリウム（Ｂｅ）と、からなり、
残余は複数の不純物を含むアルミニウムであり、
上記複数の不純物のそれぞれは上記合金の総重量に対して最大でも０．１重量％、上記不純物の全体は上記合金の総重量に対して最大でも０．５重量％であり、
上記ジルコニウム（Ｚｒ）および上記チタン（Ｔｉ）の合計量は、最大でも上記スカンジウム（Ｓｃ）の量の半分である。
【００４０】
さらに、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）およびバナジウム（Ｖ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素を、アルミニウム合金に添加してもよい。特に、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）およびバナジウム（Ｖ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素は、アルミニウム合金の総重量に対して０〜０．５重量％の割合で、アルミニウム合金に添加されてもよい。
【００４１】
一実施形態においては、アルミニウム合金は、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）およびバナジウム（Ｖ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素を、アルミニウム合金の総重量に対して０．００１〜０．５重量％含んでもよい。たとえば、アルミニウム合金は、ハフニウム（Ｈｆ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）およびバナジウム（Ｖ）からなる群から選択される少なくとも１つの元素を、アルミニウム合金の総重量に対して０．００１〜０．５重量％含んでもよい。
【００４２】
一実施形態においては、アルミニウム合金は、ハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）を、アルミニウム合金の総重量に対して０．００１〜０．５重量％含んでもよい。一実施形態においては、アルミニウム合金は、ハフニウム（Ｈｆ）およびテルビウム（Ｔｂ）を、これらの合計でアルミニウム合金の総重量に対して０．００１〜０．５重量％含んでもよい。あるいは、アルミニウム合金は、ハフニウム（Ｈｆ）またはテルビウム（Ｔｂ）を、アルミニウム合金の総重量に対して０．００１〜０．５重量％含んでもよい。
【００４３】
アルミニウム合金がハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）を含む場合は、ハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）のそれぞれの量は、スカンジウム（Ｓｃ）の量に対して、最大でも１／４である。すなわち、アルミニウム合金は、ハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）のそれぞれについて、スカンジウム（Ｓｃ）の量の２５％以下に対応する量で含んでいる。たとえば、ハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）のそれぞれについて、スカンジウム（Ｓｃ）の量の２５％未満に対応する量で含んでいる。
【００４４】
また、アルミニウム合金は、０〜０．８重量％のマンガン（Ｍｎ）と、０〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）と、０〜１．０重量％の銅（Ｃｕ）と、０〜０．０５重量％の亜鉛（Ｚｎ）と、０〜０．６重量％の鉄（Ｆｅ）と、０〜０．００４重量％のベリリウム（Ｂｅ）とを含む。上記の重量％値は、合金の総重量に対しての値である。
【００４５】
しかしながら、アルミニウム合金は、バナジウム（Ｖ）、ガドリウム（Ｇｄ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）および亜鉛（Ｚｎ）からなる群より選択される少なくとも１つの元素を、上記合金の総重量に対して、０．００１重量％以上含むことが特に好適である。たとえば、アルミニウム合金は、０．００１〜０．５重量％のバナジウム（Ｖ）、０．００１〜０．５重量％のガドリウム（Ｇｄ）、０．００１〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）、０．００１〜１．０重量％の銅（Ｃｕ）および／または０．００１〜０．０５重量％の亜鉛（Ｚｎ）を含んでもよい。上記の重量％値は、合金の総重量に対しての値である。
【００４６】
一実施形態においては、アルミニウム合金は、０．００１〜０．５重量％のバナジウム（Ｖ）、０．００１〜０．５重量％のガドリウム（Ｇｄ）、０．００１〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）、０．００１〜１．０重量％の銅（Ｃｕ）または０．００１〜０．０５重量％の亜鉛（Ｚｎ）を含んでもよい。または、アルミニウム合金は、０．００１〜０．５重量％のバナジウム（Ｖ）、０．００１〜０．５重量％のガドリウム（Ｇｄ）、０．００１〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）、０．００１〜１．０重量％の銅（Ｃｕ）および０．００１〜０．０５重量％の亜鉛（Ｚｎ）を含んでもよい。上記の重量％値は、合金の総重量に対しての値である。
【００４７】
鉄および／またはマンガンを添加することにより、粘着効果が低減する。したがって、鉄および／またはマンガン、好ましくは鉄またはマンガンをアルミニウム合金に添加することが好適である。
【００４８】
アルミニウム合金は、当該合金の総重量に対して、０〜０．８重量％のマンガン（Ｍｎ）、および当該合金の総重量に対して、０〜０．６重量％の鉄（Ｆｅ）を含む。
【００４９】
たとえば、アルミニウム合金は、当該合金の総重量に対して０．０５〜０．６重量％、好ましくは０．０５〜０．２重量％の鉄（Ｆｅ）を含む。
【００５０】
さらに／または、アルミニウム合金は、当該合金の総重量に対して、０．１５重量％以下、または０．４〜０．８重量％のマンガン（Ｍｎ）を含む。
【００５１】
アルミニウム合金が鉄とマンガンを含む場合、アルミニウム合金は、該合金総重量に対して、０．０５〜０．６重量％、好ましくは０．０５〜０．２重量％の鉄（Ｆｅ）を含み、さらに０．８％重量％以下のマンガン（Ｍｎ）を含む。
【００５２】
上記アルミニウム合金は、粉末または金属線の状態で提供される。粉体または金属線の状態で合金を製造する方法は既存の技術である。
【００５３】
本発明に係るアルミニウム合金は、積層造形（ALM）プロセス技術および／または噴霧法（spraying methods）によって軽金属加工物を製造するために特に適している。従って本発明に係るアルミニウム合金は、粉末、金属線またはフィラー材料の状態で提供される。
【００５４】
一例として、上記のアルミニウム合金は、平均粒子径ｄ５０が１００μｍ以下であり、より好ましくは１０〜７０μｍである粒子を含む粉末の状態で提供される。
【００５５】
一実施形態において、アルミニウム合金は、平均粒子径ｄ５０が２０〜７０μｍの粒子、より好ましくは２０μｍ〜６０μｍである粒子を含む粉末の状態で提供される。あるいは、アルミニウム合金は、平均の線径（wire diameter）が０．８ｍｍ〜５ｍｍであり、より好ましくは０．８ｍｍ〜１．２ｍｍである金属線の状態で提供される。
【００５６】
アルミニウム合金が噴霧法（spraying methods）で処理される場合、アルミニウム合金は、好ましくは粉末状態のものを使用する。噴霧法（spraying methods）は既存の技術である。一例として、軽金属加工物を、冷ガス、大気プラズマ、高速フレーム溶射（HVOF）、またはフレーム溶射（frame spraying）によって製造することができる。軽金属加工物を大気プラズマ、高速フレーム溶射（HVOF）、またはフレーム溶射によって製造する場合、平均の粒子径ｄ５０は１００μｍ以下が好ましく、より一層好ましくは５０〜９０μｍがよい。軽金属加工物が冷ガスにより製造される場合、粉末の平均粒径ｄ５０は５〜７０μｍであり、より好ましくは５〜６０μｍである。
【００５７】
従って、本発明に係るアルミニウム合金は、噴霧法（spraying methods）によって軽金属加工物を製造することにも適している。本発明に係るアルミニウム合金は、粉末または金属線の形態で提供されることが好ましい。
【００５８】
一実施形態において、金属線またはフィラー材料は、始めにアルミニウム合金の粉末から製造される。上記の製造方法は既存の技術である。
【００５９】
本発明は、積層造形（ALM）法によって軽金属加工物を製造する方法に関する。軽金属加工物は以下に示す方法によって製造される。
【００６０】
本発明に係る軽金属加工物の製造方法は、少なくとも以下のステップを含む。
【００６１】
ａ）アルミニウム合金を準備するステップ、
ｂ）積層造形（ALM）によって、ステップａ）から得られる上記アルミニウム合金を含む軽金属加工物を製造するステップ、
ｃ）ステップｂ）で得られた軽金属加工物を、１０，０００，０００Ｋ／secの凝固速度で２００℃以下に冷却するステップ、
ｄ）ステップｃ）で得られた軽金属加工物を、１００〜４００℃の温度範囲で熱処理するステップ。
【００６２】
一実施形態において、軽金属加工物を製造するための上記製造方法は以下のステップを含む。
【００６３】
ａ）アルミニウム合金を準備するステップ、
ｂ）積層造形（ALM）によって、ステップａ）から得られる上記アルミニウム合金を含む軽金属加工物を製造するステップ、
ｃ）ステップｂ）で得られた軽金属加工物を、１０，０００，０００Ｋ／secの凝固速度で２００℃以下に冷却するステップ、
ｄ）ステップｃ）で得られた軽金属加工物を、１００〜４００℃の温度範囲で熱処理するステップ。
【００６４】
ステップａ）によれば、本発明に係る方法の一条件は、アルミニウム合金が提供されることである。
【００６５】
アルミニウム合金に関しては、アルミニウム合金とその実施形態についての上記定義によって説明した。
【００６６】
本発明に係る方法のステップｂ）によれば、アルミニウム合金を含んだ軽金属加工物が積層造形（ALM）法によって製造される。
【００６７】
積層造形（ALM）法によって軽金属加工物を製造する方法は既存の技術である。
【００６８】
本発明に係る方法のステップｃ）によれば、ステップｂ）で得られた軽金属加工物が１０，０００，０００Ｋ／secの凝固速度で２００℃以下に冷却される。
【００６９】
一例としてステップｃ）での冷却は１００℃以下まで実施され、より好ましくは室温まで冷却される。
【００７０】
凝固速度は、製造された軽金属構成部品／加工品の径に合わせて調整されるべきこと、および、製造された軽金属加工物の放熱に影響を受けることは、当業者には明らかである。それゆえ、当業者であれば、製造された軽金属加工物に対して凝固速度を可能な範囲において調整するであろう。本発明に係る一実施例では、ステップｃ）での冷却は凝固速度が１，０００〜１０，０００，０００Ｋ／secで実施され、より好ましくは５，０００〜１００，０００Ｋ／secがよい。一例としてステップｃ）での冷却は凝固速度が１０，０００〜１００，０００Ｋ／secで実施され、好ましくは２５，０００〜１００，０００Ｋ／secがよく、最も良いのは５０，０００〜１００，０００Ｋ／secである。特に上記のような凝固速度では、より多く量のスカンジウムがアルミニウム合金に添加されるという点において利点がある。
【００７１】
軽金属加工物を冷却するための上記のような方法は既存の技術である。一例として軽金属加工物は、送風での冷却を利用した所定の方法で冷却されてもよいし、水の中で焼き入れすることで冷却されてもよい。
【００７２】
あるいは、ステップｃ）での冷却は開放された空気中で実施される。
【００７３】
本発明に係る方法でのステップｄ）によれば、ステップｃ）で得られた軽金属加工物は１００〜４００℃の温度範囲で熱処理される。
【００７４】
ステップｃ）で得られた軽金属加工物は１００〜３５０℃の温度範囲で熱処理される。
【００７５】
本発明に係る一実施形態では、本発明に係る方法のステップｄ）での熱処理は、１０分間〜５０時間の間、１００〜４００℃の温度範囲で実施され、一例では１００〜３５０℃の温度範囲で実施される。上記熱処理は１０分間〜１０時間の間、通常１００〜４００℃の温度範囲で実施され、一例では１００〜３５０℃の温度範囲で実施される。上記熱処理は１０分間〜５時間の間または、３０分間〜４時間の間、１００〜４００℃の温度範囲で実施され、一例では１００〜３５０℃の温度範囲で実施される。
【００７６】
一例では、熱処理は、大気中、遮蔽ガス中、真空中で実施することができる。本発明に係る方法のステップｄ）での熱処理は、多数の段階および／またはステップでも実施可能である。一例として、本発明に係る方法のステップｄ）による熱処理は、窒素、アルゴンのような遮蔽ガス中で３０分間〜４時間の間、１００℃から４００℃の温度範囲で実施され、一例では１００℃から３５０℃の間で実施される。
【００７７】
本発明に係る一実施形態では、本発明に係る方法のステップｄ）による熱処理は、ステップｃ）の直後に実施される。すなわち、本発明に係るステップｄ）の熱処理は、ステップｃ）で得られた軽金属加工物に対して直接に実施される。換言すれば、本発明に係る方法は、ステップｃ）とステップｄ）との間に１つまたはそれ以上の方法を追加せずに実施される。あるいは、本発明に係る方法のステップｄ）での熱処理はステップｃ）の後に実施されるが、ある時間経過後である。つまり、本発明に係る方法のステップｄ）の熱処理はステップｃ）で得られた軽金属加工物に対して実施されるが、ステップｃ）の直後では実施されない。すなわち、本発明に係る方法は、ステップｃ）とステップｄ）との間に１つあるいはそれ以上のステップを追加することなく実施される。
【００７８】
本発明に係る一実施形態では、ステップｄ）で得られた熱処理後の軽金属加工物を、さらに冷却してもよい。
【００７９】
一例として、ステップｄ）で得られた熱処理された軽金属加工物は室温まで冷却される。一実施形態では、ステップｄ）で得られた熱処理された軽金属加工物は一つのステップで室温まで冷却される。あるいは、ステップｄ）で得られた熱処理された軽金属加工物は多数のステップで室温まで冷却される。一例として、ステップｄ）で得られた熱処理された軽金属加工物は、ステップｄ）での熱処理温度より低い所定の温度まで冷却された後、開放された空気中で室温まで冷却される。
【００８０】
本発明に係る一実施形態では、ステップｄ）で得られる熱処理後の軽金属加工物は、冷却速度１０Ｋ／sec 以上で室温まで冷却され、好ましくは１０Ｋ／sec以上から２０Ｋ／secまでがよい。一例として、熱処理された軽金属加工物は２０Ｋ／sec以上、または２０Ｋ／sec〜１，０００Ｋ／secの範囲での冷却速度で冷却される。
【００８１】
このような熱処理された軽金属加工物の冷却は既存の技術である。一例として、熱処理された軽金属加工物は、送風での冷却を利用した所定の方法で冷却されてもよいし、水の中で焼き入れすることで冷却されてもよい。
【００８２】
他の方法では、ステップｄ）で得られる熱処理後の軽金属加工物は開放された空気中で室温まで冷却される。
【００８３】
本発明はさらに、噴霧法（spraying methods）によって軽金属加工物を製造する方法にも関する。軽金属加工物は、好ましくは下記に説明する方法にて製造される。
【００８４】
軽金属加工物を製造するための本発明に係る方法は少なくとも以下のステップを含む。
【００８５】
ａ）アルミニウム合金を準備するステップ、
ｂ）噴霧法（spraying methods）によって、ステップａ）で得られた上記アルミニウム合金を含む軽金属加工物を製造するステップ、
ｃ）ステップｂ）で得られた軽金属加工物を、１０，０００，０００Ｋ／sec以下の凝固速度で２００℃以下に冷却するステップ、
ｄ）ステップｃ）で得られた軽金属加工物を、１００〜４００℃の温度範囲で熱処理するステップ。
【００８６】
一実施形態では、軽金属加工物を製造する方法は以下のステップを含む。
【００８７】
ａ）アルミニウム合金を準備するステップ、
ｂ）噴霧法（spraying methods）によって、ステップａ）から得られる上記アルミニウム合金を含む軽金属加工物を製造するステップ、
ｃ）ステップｂ）で得られた軽金属加工物を、１０，０００，０００Ｋ／sec以下の凝固速度で２００℃以下に冷却するステップ、
ｄ）ステップｃ）で得られた軽金属加工物を、１００〜４００℃の温度範囲で熱処理するステップ。
【００８８】
ステップａ）、ステップｃ）、ステップｄ）については、上記アルミニウム合金、および積層造形（ALM）で形成された軽金属加工品を製造する上記方法、さらには上記実施形態の上記定義において説明した。
【００８９】
噴霧法（spraying methods）により形成される軽金属加工物の製造方法は既存の技術である。一例として、軽金属加工物は冷ガス、大気プラズマ、高速フレーム溶射（HVOF），フレーム溶射を介して製造することができる。
【００９０】
本発明に係る軽金属加工物によって利点を得ることができるため、本発明は、アルミニウム合金を含む軽金属加工物にも関する。一例では、軽金属加工物はアルミニウム合金よりなる。
【００９１】
本発明はさらに、積層造形法（ALM）および／または噴霧法（spraying methods）により耐熱性軽金属加工物を製造するためにアルミニウム合金を使用することも目的である。
【００９２】
本発明のさらなる態様は、エンジンの構成部品、シリンダーヘッド、クランクハウジング、耐熱性保安部品、空調システムの構成部品、特に超音速航空機における航空機の構造的構成部品、動力ユニットセグメント、パイロンのためにアルミニウム合金を使用すること、または構成部品の被覆材料としてアルミニウム合金を使用することにも関する。
【００９３】
上述したように、本発明に係るアルミニウム合金は、部分的または一体的な構成部品の製造における製造過程に直接用いることが可能であるという利点を有する。さらなる利点として、本発明に係るアルミニウム合金を用いることにより、複雑な熱加工処理を省略することができ、それゆえ、さらにコストが嵩み時間のかかる処理ステップを低減することができるという点もある。さらに利点として、本発明に係るアルミニウム合金によれば、材料破損および／または熱応力／歪みを伴うことなく、熱処理を行うことが可能となる点もある。さらに利点として、本発明に係るアルミニウム合金を用いることによって、複雑な部品の平滑化（levelling）を省略することができ、部品の再現性および経済性も向上させることができる。さらに利点として、本発明に係るアルミニウム合金は、特に積層造形（ALM）および／または噴霧法（spraying methods）による軽金属加工物の製造に適しているという点もある。