(57)【要約】【課題】  高温でも強度が維持できるように分散強化され、高温での用途に広く適合するアルミニウム合金に関する。【解決手段】  分散強化された鋳造可能なアルミニウム−希土類合金は、高温で高強度を提供する。一例は、重量比でほぼ１．０〜２０．０％のガドリニウムと、イッテルビウム、エルビウム、又はイットリウムを含む総重量比でほぼ０．１から１０．０％の他の希土類元素と、総重量比でほぼ０．１〜１５．０％の微量合金元素を含む。他の例は、重量比でほぼ１．０〜２０％のイッテルビウムと、ガドリニウム、エルビウム、又はイットリウムを含む総重量比でほぼ０．１〜１０．０％の他の希土類元素と、総重量比でほぼ０．１〜１０．０％の微量合金元素を含む。鋳造後、アルミニウム合金は凝固及び冷却され、凝固中に、希土類合金元素を母材から排除し、アルミニウム母材を強化する共晶希土類元素含有分散質が形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量比でほぼ１．０から２０．０％のイッテルビウム及びガドリニウムよりなる群から選ばれる第１の希土類元素と、
前記第１の希土類元素で形成される複数の不溶性の粒子と、
前記第１の希土類元素がイッテルビウムの場合には、ガドリニウム、エルビウム、及びイットリウムよりなる群から選ばれ、前記第１の希土類元素がガドリニウムの場合には、イッテルビウム、エルビウム、及びイットリウムよりなる群から選ばれる、重量比でほぼ０．１から１０．０％の少なくとも１つの第２の希土類元素と、を有し、
アルミニウム合金の残部がアルミニウムであるアルミニウム合金。
【請求項２】
さらに、総重量比でほぼ１．０から１５％の少なくとも１つの微量合金元素を含む請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
前記少なくとも１つの微量合金元素は、銅、亜鉛、銀、マグネシウム、マンガン、錫、チタン、コバルト、及びカルシウムよりなる群から選ばれる請求項２に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
前記第１の希土類元素はイッテルビウムであり、前記複数の不溶性の粒子は前記イッテルビウムで形成される請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第２の希土類元素は前記イットリウムである請求項４に記載のアルミニウム合金。
【請求項６】
ほぼ１４．０から１５％の前記イッテルビウムとほぼ４．０％の前記イットリウムを含む請求項５に記載のアルミニウム合金。
【請求項７】
前記第１の希土類元素はガドリニウムであり、前記複数の不溶性の粒子は前記ガドリニウムで形成される請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第２の希土類元素は前記イットリウムである請求項７に記載のアルミニウム合金。
【請求項９】
ほぼ１３．０から１６．０％の前記ガドリニウムとほぼ４．０％の前記イットリウムを含む請求項８に記載のアルミニウム合金。
【請求項１０】
ほぼ１．０から２０．０％のイッテルビウム及びガドリニウムよりなる群から選ばれる第１の希土類元素と、前記第１の希土類元素で形成される複数の不溶性の粒子と、前記第１の希土類元素がイッテルビウムの場合には、ガドリニウム、エルビウム、及びイットリウムよりなる群から選ばれ、前記第１の希土類元素がガドリニウムの場合には、イッテルビウム、エルビウム、及びイットリウムよりなる群から選ばれる、重量比でほぼ０．１から１０．０％の少なくとも１つの第２の希土類元素と、を有し、アルミニウム合金の残部がアルミニウムであるアルミニウム合金の構成部品、
を備えたガスタービンエンジン構成部品。
【請求項１１】
さらに、総重量比でほぼ１．０から１５％の少なくとも１つの微量合金元素を含む請求項１０に記載のガスタービンエンジン構成部品。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの微量合金元素は、銅、亜鉛、銀、マグネシウム、マンガン、錫、チタン、コバルト、及びカルシウムよりなる群から選ばれる請求項１１に記載のガスタービンエンジン構成部品。
【請求項１３】
前記第１の希土類元素はイッテルビウムであり、前記複数の不溶性の粒子は前記イッテルビウムで形成される請求項１０に記載のガスタービンエンジン構成部品。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第２の希土類元素は前記イットリウムである請求項１３に記載のガスタービンエンジン構成部品。
【請求項１５】
前記第１の希土類元素はガドリニウムであり、前記複数の不溶性の粒子は前記ガドリニウムで形成される請求項１０に記載のガスタービンエンジン構成部品。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの第２の希土類元素は前記イットリウムである請求項１５に記載のガスタービンエンジン構成部品。
【請求項１７】
ａ）アルミニウムを溶融状態に溶解する段階と、
ｂ）重量比でほぼ１．０から２０．０％のガドリニウム及びイッテルビウムよりなる群から選ばれる第１の希土類元素を加える段階と、
ｃ）第１の希土類元素により複数の不溶性の粒子を形成する段階と、
ｄ）前記第１の希土類元素がイッテルビウムの場合には、ガドリニウム、エルビウム、及びイットリウムよりなる群から選ばれ、前記第１の希土類元素がガドリニウムの場合には、イッテルビウム、エルビウム、及びイットリウムよりなる群から選ばれる、重量比でほぼ０．１から１０．０％の少なくとも１つの第２の希土類元素を加える段階と、
を有するアルミニウム合金の形成方法。
【請求項１８】
前記第１の希土類元素はイッテルビウムであり、前記段階ｃは、イッテルビウムにより複数の不溶性の粒子を形成することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの第２の希土類元素はイットリウムである請求項１８に記載のアルミニウム合金。
【請求項２０】
第１の希土類元素はガドリニウムであり、前記段階ｃは、ガドリニウムにより複数の不溶性の粒子を形成することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの第２の希土類元素はイットリウムである請求項２０に記載のアルミニウム合金。
【請求項２２】
アルミニウム合金を鋳造する段階と、アルミニウム合金を凝固させる段階と、複数の不溶性の粒子を形成する段階と、をさらに有する請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記鋳造する段階は、砂型鋳造、焼き流し鋳造、及びダイカスト鋳造のうちから選ばれる請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
さらに、総重量比でほぼ１．０から１５％の少なくとも１つの微量合金元素を加える段階をさらに有する請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つの微量合金元素は、銅、亜鉛、銀、マグネシウム、マンガン、錫、チタン、コバルト、及びカルシウムよりなる群から選ばれる請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温での用途に広く適合するアルミニウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、通常、チタン、鉄、コバルト、及びニッケルベースの合金からなる。ガスタービンエンジンの多くの構成部品は、通常、使用中には高温にさらされる。アルミニウムやマグネシウムなどの軽金属は、性能向上とエンジン構成部品の軽量化のために、いくつかの構成部品にしばしば利用される。従来のアルミニウム合金の欠点は、このような合金の多くの強度が１５０℃を超える温度で急激に低下し、これらの合金をある一定の高温用途に適さないようにしている、ということである。
【０００３】
析出強化は、通常、強化アルミニウム合金に利用される。主要な合金系、即ち２元あるいは３元のいずれかの共晶が鋳造され、凝固させられた後、５００℃前後で熱処理され、合金の溶解と、銅、珪素、亜鉛などの主要な合金元素の最適な配置が行われる。希土類元素は、微量合金元素として、一般に重量比で１％未満の量がしばしば使用される。鋳造後、アルミニウム合金は水冷され、合金元素が固体アルミニウム母材中で過飽和な溶解状態に維持される。アルミニウム合金は、適切な温度で種々の時間、例えば１６０℃から１８０℃で１０から１２時間の間、再加熱されることにより時効され、そして、過飽和な溶解状態にある元素が、アルミニウム母材から徐々に分散され、アルミニウム合金を強化する微小な粒子を形成する。そして、機械加工作業により、鋳造形状の形成を終了することができる。
【０００４】
アルミニウム合金の形成に使用される従来の析出強化方法に対して、いくつかの欠点が存在する。一つは、析出した合金粒子が１５０度を超える温度で成長し、合金粒子数及びアルミニウム合金の強度を低下させることである。この欠陥は、温度に対して安定な粒子を使用することで、金属間分散強化によって克服される。しかしながら、大気温度において同等の強化の効果を得るためには、急激な凝固が要求され、アルミニウム合金の製造コストが増加する。前述のアルミニウム合金では、細かく均一な微細構造は、合金系が共晶の時に徐冷し、その後の析出及び急冷によってのみ達成される。
【０００５】
従って、この技術分野においては、高温でも強度が維持でき、従来からの鋳造方法によって製造でき、従来技術の他の問題点を克服するように、アルミニウム合金を改良する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高温でもアルミニウム合金の強度が維持できるように分散強化され、高温での用途に広く適合するアルミニウム合金に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
鋳造可能なアルミニウム合金の一つの例は、重量比でほぼ１．０から２０．０％の希土類元素を含む。一例では、アルミニウム合金は、ほぼ１．０から２０．０％のイッテルビウムを含む。そのアルミニウム合金は、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、及びイットリウム（Ｙ）のうち１つ以上の組み合わせを含んだ総重量比でほぼ０．１から１０．０％の他の希土類元素をも含む。微量合金元素も、総重量比でほぼ１．０から１５％の範囲で用いられ、銅、亜鉛、銀、マグネシウム、マンガン、錫、チタン、コバルト、及びカルシウムを含む。アルミニウム合金の残部はアルミニウムである。凝固中に、アルミニウム母材は、イッテルビウム及び他の希土類元素をアルミニウム母材から排除し、アルミニウム母材を強化する共晶希土類元素含有ディスパーソイド（分散質）が形成される。
【０００８】
鋳造可能なアルミニウム合金の他の例は、重量比でほぼ１．０から２０．０％のガドリニウムを含む。そのアルミニウム合金は、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、及びイットリウム（Ｙ）のうち１つ以上の組み合わせを含んだ総重量比でほぼ０．１から１０．０％の他の希土類元素をも含む。微量合金元素も、総重量比でほぼ１．０から１５％の範囲で用いられ、銅、亜鉛、銀、マグネシウム、マンガン、錫、チタン、コバルト、及びカルシウムを含む。アルミニウム合金の残部はアルミニウムである。凝固中に、アルミニウム母材は、ガドリニウム及び他の希土類元素をアルミニウム母材から排除し、アルミニウム母材を強化する共晶ガドリニウム含有ディスパーソイドが形成される
【０００９】
アルミニウム合金の全ての構成成分はるつぼに加えられ、加熱及び溶融される。溶融した構成成分は鋳型に注入され、冷却されてプレ・アロイ・インゴット(pre-alloy ingot)が形成される。プレ・アロイ・インゴットは再溶融され、最終形状に形成された空洞を有する鋳型に溶融材料を注入して鋳造される。微量合金元素を排除し、排出するために、さらなる熱処理工程を用いることができる。
【００１０】
本発明のこれらの、及び他の特徴は、以下の明細書及び図面から、最もよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の本実施の形態の詳細な記述により、本発明の多くの特徴と利点は、この技術分野に属する当業者にとって明白なものとなるであろう。詳細な説明に付属する図面は、［図面の簡単な説明］において簡単に説明されている。
【００１２】
図１は、発電や推進力発生のために使用されるガスタービンエンジン１０を概略的に示す。ガスタービンエンジン１０は中心軸１２を有し、またファン１４、コンプレッサー１６、燃焼部１８、及びタービン２０を有する。コンプレッサー１６で圧縮された空気は、燃料と混合され、燃焼部１８で燃焼し、そしてタービン２０で膨張する。コンプレッサー１６で圧縮された空気とタービン２０で膨張した混合気は、共に高温ガス流２８として表されている。タービン２０のロータ２２は、膨張によって回転し、コンプレッサー１６及びファン１４を駆動する。タービン２０は、交互に配列したロータ上の回転翼２４と固定翼またはベーン２６を有する。
【００１３】
アルミニウム合金の一例として、ガスタービンエンジン１０の或る構成部品をアルミニウム−希土類合金で構成することが可能である。このアルミニウム合金は、イッテルビウム、エルビウム、イットリウム、及びガドリニウムを含んだ重量比でほぼ１．０から２０．０％の希土類元素を含む。一例として、アルミニウム合金は、ほぼ１．０から２０．０％のイッテルビウムを含む。
【００１４】
アルミニウム合金は、イットリウム、エルビウム、ガドリニウムを含んだ合計１つ以上の他の希土類元素を含むことも可能である。好ましくは、アルミニウム合金は、総重量比でほぼ０．１から１０．０％の他の希土類元素をも含む。即ち、アルミニウム合金における他の全ての希土類元素の総重量は０．１から１０．０％である。好ましくは、他の希土類元素はイットリウムである。イッテルビウムとイットリウムは、単純格子構造を有する共晶Ａｌ３Ｘ金属間化合物を形成する。核生成及び凝固中の結晶成長初期の段階において、アルミニウム母材とＡｌ３Ｘ金属間化合物の間には、整合構造または半整合構造の界面が存在しうる。Ａｌ３Ｘ金属間化合物の融点は、アルミニウムの融点よりかなり高いが、合金共晶温度はアルミニウムの融点よりあまり低くない。イッテルビウムは他の希土類元素として開示されているが、いくつかの、あるいは全ての他の希土類元素を用いることが可能であることが理解されるべきである。
【００１５】
一つの好ましい例として、本発明のアルミニウム−イッテルビウム合金は、重量比でほぼ１４．０から１５．０％のイッテルビウムと、他の希土類元素としてほぼ４．０％のイットリウムを含む。
【００１６】
１つ以上の微量合金元素も、総重量比でほぼ１．０から１５％の範囲で用いられる。即ち、アルミニウム合金における全ての微量合金元素の総重量は、ほぼ１．０から１５．０％である。好ましくは、微量合金元素は、銅、亜鉛、銀、マグネシウム、マンガン、錫、チタン、コバルト、及びカルシウムを含む。列挙した微量合金元素のいかなる組み合わせも用いることができる。好ましくは、用いられる各微量合金元素の個々の重量は、合計で、０．１から６％である。アルミニウム合金の残部はアルミニウム母材である。
【００１７】
本発明のアルミニウム合金は、２．７８から３．１ｇ／ｃｍ２の範囲の密度を有し、チタン（４．５ｇ／ｃｍ２）よりも３０．０％以上軽い。イッテルビウムとイットリウムは、アルミニウム母材に対し零に近い溶解性を有するため、良好な長期間の安定性を示す。本発明のアルミニウム合金のディスパーソイドは、５００℃までは粗大化せず、３７５℃までの高温においても合金の強度はかなり維持される。
【００１８】
アルミニウム−希土類合金が所望の形状に鋳造された後、アルミニウム合金は凝固させられ、冷却される。凝固中に、アルミニウム母材は、希土類元素をアルミニウム母材から排除し、アルミニウム母材を強化する共晶希土類元素含有ディスパーソイドが形成される。鋳造段階は、低密度の転位も生成する。
【００１９】
図２は、ダイカストで製造された本発明のアルミニウム−イッテルビウム−イットリウム合金の引張特性に対する温度依存性を示すグラフである。アルミニウム−イッテルビウム−イットリウム合金の降伏強さは、２４℃から２０５℃までほぼ同一であり、２０５℃より高い温度では徐々に強度が低下する（曲線１）。伸び（曲線３）は安定しており、２０５℃を超える温度で増加し、最大引張強さ（曲線２）は、温度と共に低下する。
【００２０】
図３は、本発明のアルミニウム−イッテルビウム−イットリウム合金の鋳放し状態のものの降伏強さ（曲線１）と、従来の析出強化アルミニウム合金である６０６１−Ｔ６合金の時効強化後のものの降伏強さ（曲線２）を、温度の関数として比較している。６０６１−Ｔ６合金は、２４℃では高い降伏強さを有するが、１５０℃を超える温度では降伏強さは急激に低下する。１９０℃付近では、０６１−Ｔ６合金を含むほとんどの従来のアルミニウム合金の強度を弱める粒子の肥大化の結果として、０６１−Ｔ６合金の降伏強さは、本発明のアルミニウム−イッテルビウム−イットリウム合金の降伏強さを下回る。
【００２１】
図４及び図５は、アルミニウム−イッテルビウム−イットリウム合金の鋳放し状態と、焼鈍後の状態とをそれぞれ比較する顕微鏡写真である。焼鈍は５００℃で６２時間行った。図に示すように、少数の肥大化した粒界粒子が焼鈍サンプルにあることを除いては、鋳放しサンプルと焼鈍サンプルには粒子の大きさに関する明白な違いはない。
【００２２】
他の例として、ガスタービンエンジン１０の或る構成部品をアルミニウム−ガドリニウム合金で構成することが可能である。このアルミニウム−ガドリニウム合金は、重量比でほぼ１．０から２０．０％のガドリニウムを含む。ガドリニウムは、単純格子構造を有する２元共晶Ａｌ３Ｇｄ金属間化合物を形成する。凝固中の核生成及び結晶成長初期の段階において、アルミニウム母材とＡｌ３Ｇｄ金属間化合物の間には、整合構造または半整合構造の界面が存在しうる。Ａｌ３Ｇｄ金属間化合物の融点は、アルミニウムの融点よりかなり高いが、合金共晶温度はアルミニウムの融点よりあまり低くない。
【００２３】
ガドリニウムは、イッテルビウム、エルビウム、イットリウムなどの他の希土類元素ほどには高価でない希土類元素である。ガドリニウムの重量は、軽い希土類元素と重い希土類元素の間である。また、現在、ガドリニウムは、イットリウムの７０％の価格である。アルミニウム−ガドリニウム系は、一般に５．０％未満の希土類元素含有量を有する他の全てのアルミニウム希土類元素二元系のうちの２元共晶化合物において、最も高い希土類元素含有量を有する。Ａｌ３Ｇｄ金属間化合物は、１１２５℃の融解の初期では最も安定である。Ａｌ３Ｇｄ金属間化合物の結晶構造はＡｌ３Ｙ金属間化合物に最も類似しており，アルミニウム母材中で整合構造及び半整合構造の界面から容易に生成する。凝固中に、アルミニウム母材は、ガドリニウムをアルミニウム母材から排除し、アルミニウム母材を強化する共晶ガドリニウム含有ディスパーソイドが形成される
【００２４】
アルミニウム合金は、イッテルビウム、エルビウム、及びイットリウムを含んだ少量の他の希土類元素をも含むことができる。好ましくは、アルミニウム合金は、総重量比でほぼ０．１から１０．０％の他の希土類元素を含む。即ち、アルミニウム合金における他の全ての希土類元素の総重量は０．１から１０．０％である。さらに好ましくは、アルミニウム合金は、ほぼ５．０％未満のこれらの希土類元素を含む。
【００２５】
一つの好ましい例として、本発明のアルミニウム−ガドリニウム合金は、重量比でほぼ１３．０から１６．０％のガドリニウムと、他の希土類元素としてほぼ４．０％のイットリウムを含む。
【００２６】
微量合金元素も、総重量比でほぼ１．０から１５．０％の範囲で用いられる。好ましくは、微量合金元素は、銅、亜鉛、銀、マグネシウム、マンガン、錫、チタン、コバルト、及びカルシウムを含む。即ち、アルミニウム合金における全ての微量合金元素の総重量は、ほぼ１．０から１５．０％である。好ましくは、用いられる各微量合金元素の個々の重量は、合計で、０．１から６％である。アルミニウム合金の残部はアルミニウム母材である。
【００２７】
本発明のアルミニウム−ガドリニウム合金は、２．７８から３．１ｇ／ｃｍ２の範囲の密度を有し、チタン（４．５ｇ／ｃｍ２）よりも３０．０％以上軽い。ガドリニウムとイットリウムは、アルミニウム母材に対し零に近い溶解性を有するため、本発明のアルミニウム−ガドリニウム合金のディスパーソイドは、５００℃までは粗大化せず、３７５℃までの高温においても強度はかなり維持される。
【００２８】
アルミニウム−ガドリニウム合金が所望の形状に鋳造された後、アルミニウム合金は凝固させられ、冷却される。凝固中に、アルミニウム母材は、ガドリニウムをアルミニウム母材から排除し、アルミニウム母材を強化する共晶ガドリニウム含有ディスパーソイドが形成される。図６は、アルミニウム−ガドリニウム合金の鋳放し状態の顕微鏡写真を示す。鋳造段階は、低密度の転位も生成する。
【００２９】
図７は、本発明のアルミニウム−ガドリニウム金属間化合物の格子構造の概略を示す。アルミニウム−ガドリニウム合金は、六法晶系構造を形成する。第１の平面Ａにおいて、アルミニウム原子は参照番号３０、３２、３４、３６、及び３８で示され、ガドリニウム原子は参照番号４０、４２、４４、及び４６で示される。各々のアルミニウム原子は６つの原子、即ち、４つのアルミニウム原子と２つのガドリニウム原子に囲まれている。平面Ａのアルミニウム原子３０は６つの原子に囲まれ、六角形を形成している。アルミニウム原子３０は４つのアルミニウム原子３２、３４、３６、及び３８と、２つのガドリニウム原子４２及び４４に囲まれている。第３の平面Ｃにおいて、アルミニウム原子は参照番号４８、５０、５２、５４、及び５６で示され、ガドリニウム原子は参照番号５８、６０、６２、及び６４で示される。各々のアルミニウム原子は６つの原子、即ち、４つのアルミニウム原子と２つのガドリニウム原子に囲まれている。例えば、平面Ｃのアルミニウム原子４８は６つの原子に囲まれ、六角形を形成している。アルミニウム原子４８は４つのアルミニウム原子５０、５２、５４、及び５６と、２つのガドリニウム原子６０及び６２に囲まれている。図に示すように、第１の平面Ａの原子は第３の平面Ｃの原子と同一配列をなしている。即ち、第１の平面Ａのアルミニウム原子は、第３の平面Ｃのアルミニウム原子の直上にあり、第１の平面Ａのガドリニウム原子は、第３の平面Ｃのガドリニウム原子の直上にある。アルミニウム−ガドリニウムマトリクスは、第１の平面Ａと第３の平面Ｃの間に第２の平面Ｂを有する。第２の平面の原子は第１の平面Ａ及び第３の平面Ｃと同様のパターンを形成するが、それらの平面より少しずれている。図に示すように、アルミニウム原子６６はアルミニウム原子３２及び５０より少しずれており、アルミニウム原子７０はアルミニウム原子３０及び４８より少しずれており、アルミニウム原子７２はアルミニウム原子３６及び５４より少しずれている。ガドリニウム原子６８も、ガドリニウム原子４２及び６０より少しずれている。ずれによって、第２の平面の原子は、鉛直方向にみると、第１の平面Ａ及び第３の平面Ｃの原子とは同一配列をなしていない。この格子構造は、アルミニウムーガドリニウム化合物と母材の間の整合構造または半整合構造の格子関係が可能であるようなアルミニウム母材の格子構造と類似している。
【００３０】
本発明のアルミニウム合金を形成する際には、全ての構成成分がるつぼに加えられる。そして構成成分は加熱、溶融、及び撹拌される。希土類元素及び微量合金元素が加えられて、溶融状態のアルミニウム母材中で充分分散される。溶融材料は鋳型に注入され、冷却されてプレ・アロイ・インゴットが形成される。
【００３１】
上記プレ・アロイ・インゴットは鋳造によって所望の形状に成形される。その鋳造工程においては、プレ・アロイ・インゴットが再溶融され、最終形状に形成された空洞を有する鋳型に、環境条件の下に溶融材料を注入して鋳造される。
【００３２】
ガスタービンエンジンの所望の部品を形成するために様々な鋳造方法が利用される。一つの例として、最終部品を形成するために砂型鋳造が用いられる。まず、最終部品の外観が木材又は成形プラスチックに彫刻される。砂、高分子材料、油脂の混合物が一緒に混合され、彫刻された木材または成形プラスチックに対してプレスされる。混合物は彫刻された形状に押し付けられて、鋳型の空洞を形成する。溶融されたプレ・アロイ・インゴットが空洞に注入され、部品を形成する。砂型鋳造は安価で、複雑な幾何学構造を有するエンジン部品で生産量の少ないものを製造するのに有益である。この方法は、エンジン枠体製造に利用することができ、更なる設計の自由度を可能とする。
【００３３】
所望の部品を形成するためには、焼き流し鋳造も用いることができる。まず、最終部品形状を有するワックスの型が形成される。そして、セラミックの被覆がそのワックス型に塗布される。塗布される被覆の数は、必要な厚さに依存し、この技術分野に属する当業者であれば、用いられる層をどれだけにするかがわかるであろう。そして、セラミック被覆されたワックス型は炉内で過熱され、ワックスが溶かされて、セラミック被覆のシェル（ｓｈｅｌｌ）が残る。焼き流し鋳造はエンジン枠体製造に利用することができ、更なる設計の自由度を可能とする。細工とシェル型のために相対的に高価にはなるが、焼き流し鋳造は、複雑な幾何学構造を有するエンジン部品を製造するのに有益であり、高い精度で複雑な鋳造を部品に施すことが可能となる。
【００３４】
一方、最終部品はダイカスト鋳造で形成することもできる。プレ・アロイ・インゴットを溶融した後、それは最終部品の外観を有する金型の空洞に注入される。部品は一旦冷却されて、金型から外され、最終作業が必要となる。ダイカスト鋳造には、相対的に急冷（１０１〜２Ｋ／ｓｅｃ）と高生産率を可能にするという利点がある。この方法は、高強度が要求される小型のエンジンベーンの製造に有利である。
【００３５】
アルミニウム合金は鋳造された後、最小の機械加工数で、鋳造後の溶解や時効処理をすることなく、エンジン用途のための精密形状に加工される。しかしながら、微量合金元素を排除し、排出するために、さらなる熱処理工程を用いることができる。アルミニウム合金はアルミニウム希土類ディスパーソイドによって大いに強化される。希土類元素は安定なＡｌ３Ｘ粒子またはディスパーソイドの形態で存在するので、いかなる熱処理も、アルミニウム母材中の希土類元素の状態を大きくは変えない。アルミニウム合金を所望の形状に鋳造した後、アルミニウム合金は凝固及び冷却される。
【００３６】
好ましくは、アルミニウム合金は、従来の多くの鋳造方法において典型的な１０１〜２Ｋ／ｓｅｃの速度で冷却される。この合金系は共晶で、整合構造または半整合構造の格子関係がＡｌ３Ｘディスパーソイドとアルミニウム母材の間に存在するので、ゆるやかな冷却速度を用いたとしても、高強度と高温における安定性が達成される。
【００３７】
本発明のアルミニウム合金にはいくつかの利点が存在する。一つは、アルミニウム合金が高温での良好な強度と、３７５℃までの高温安定性を有することである。アルミニウム合金は、最も慣習的な方法による製造に適切な、良好な鋳造性をも有する。強化した相は高融点を有し、微細で充分に分散し、アルミニウム合金を強化する粒子の状態に鋳造することができる。ガスタービンエンジンにおけるチタンまたは鉄鋼部品の代わりに利用すれば、本発明のアルミニウム合金は、上述のような軽量化に加えて実質的なコスト削減につながる。
【００３８】
先行の説明は本発明の理念の模範的なものであって、上述の教示を踏まえた上での本発明の多くの改良及び変化が可能である。本発明の好ましい実施の形態が開示されたが、この技術分野に属する通常の当業者であれば、本発明の範囲内で一定の改良が可能であることを理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のアルミニウム合金組みを込んだガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】本発明のアルミニウム−イッテルビウム−イットリウム合金の引張特性を、温度の関数として示すグラフである。
【図３】本発明のアルミニウム−イッテルビウム−イットリウム合金と、６０６１−Ｔ６合金の降伏強さを比較するグラフである。
【図４】本発明のアルミニウム−イッテルビウム−イットリウム合金の鋳放し状態の顕微鏡写真を示す。
【図５】本発明のアルミニウム−イッテルビウム−イットリウム合金の焼鈍後の顕微鏡写真である。
【図６】本発明のアルミニウム−ガドリニウム合金の鋳放し状態の顕微鏡写真である。
【図７】本発明のアルミニウム−ガドリニウム合金の結晶格子構造の概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ガスタービンエンジン
１２  中心軸
１４  ファン
１６  コンプレッサー
１８  燃焼部
２０  タービン
２２  ロータ
２４  回転翼
２６  ベーン
２８  高温ガス流
３０、３２、３６、３４、３８  アルミニウム原子
４０、４２、４４、４６  ガドリニウム原子
４８、５０、５２、５４、５６  アルミニウム原子
５８、６０、６２、６４  ガドリニウム原子
６６、７０、７２  アルミニウム原子
６８  ガドリニウム原子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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