(57)【要約】      （修正有）【課題】自動車製造又は航空機製造及び航空宇宙用途、プラントエンジニアリング、医療技術における荷重最適化部品の為の、又は構造部品用被覆材料としての、積層造形（ＡＬＭ）及び／又は噴霧法により高強度軽金属加工品の製造の為のアルミニウム合金及び軽金属加工品の製造方法の提供。【解決手段】重量％として、Ｚｎ：4.0〜10.0％、Ｍｇ：1.0〜3.5％、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｔｂ、Ｎｂ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｖから選択される１つ以上の元素：0〜0.5％、Ｃｕ：0〜2.5％、Ｓｉ：0〜0.4％、Ｆｅ：0〜0.5％、Ｍｎ：0〜0.5％、Ｃｒ：0〜0.3％、Ｔｉ：0〜0.2％、Ｓｃ：0〜1.25％、残部Ａｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金。合金全体の全重量に対し、４．０〜８．０の重量％、特に好ましくは０．０３〜８．０重量％のＺｎ及び／又は、好ましくは１．１〜３．０重量％のＭｎを含有するアルミニウム合金。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金の全重量に対して、４．０〜１０．０重量％の亜鉛（Ｚｎ）と、
前記合金の全重量に対して、１．０〜３．５重量％のマグネシウム（Ｍｇ）と、
前記合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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、
前記合金の全重量に対して、０〜２．５重量％未満の銅（Ｃｕ）と、
前記合金の全重量に対して、０〜０．４重量％未満のケイ素（Ｓｉ）と、
前記合金の全重量に対して、０〜０．５重量％未満の鉄（Ｆｅ）と、
前記合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のマンガン（Ｍｎ）と、
前記合金の全重量に対して、０〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）と、
前記合金の全重量に対して、０〜０．２重量％のチタン（Ｔｉ）と、
前記合金の全重量に対して、０〜１．２５重量％のスカンジウム（Ｓｃ）と、
前記合金の全重量に対して、個別で最大０．１重量％、前記合金の全重量に対して、全体で最大０．５重量％のさらなる不純物を有するアルミニウムである残部からなる、アルミニウム合金。
【請求項２】
前記合金は、前記合金の全重量に対して、４．０〜８．０重量％、特に４．１〜８．０重量％の亜鉛（Ｚｎ）および／または前記合金の全重量に対して、１．１〜３．０重量％のマグネシウム（Ｍｇ）を含有する、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
前記合金は、前記合金の全重量に対して、０．０１〜０．２重量％、特に０．０３〜０．１５重量％のチタン（Ｔｉ）および／または前記合金の全重量に対して、０．０２〜０．７５重量％、特に０．０５〜０．７重量％のスカンジウム（Ｓｃ）を含有する、請求項１または２に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
前記合金は、前記合金の全重量に対して、０．０１〜２．０重量％、特に０．０５〜１．５重量％の銅（Ｃｕ）および／または前記合金の全重量に対して、０．０１〜０．５重量％、特に０．０５〜０．４重量％のマンガン（Ｍｎ）および／または前記合金の全重量に対して、０．０１〜０．２重量％、特に０．０２〜０．１５重量％のクロム（Ｃｒ）を含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
前記合金は、亜鉛（Ｚｎ）対マグネシウム（Ｍｇ）の重量比［重量（Ｚｎ）／重量（Ｍｇ）］が２：１〜３：１になるような量でマグネシウム（Ｍｇ）を含有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項６】
前記合金は、前記合金の全重量に対して、０．００１〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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つの元素を含有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項７】
ハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）の量は、それぞれ、スカンジウム（Ｓｃ）の量の多くても１／４に相当する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項８】
前記合金は粉末の形態で、特に、１００μｍ以下、好ましくは、２０〜７０μｍの平均粒径ｄ５０を有する粒子を含む粉末の形態で提供される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
【請求項９】
ａ）請求項１〜８のいずれか一項に記載のアルミニウム合金を提供するステップと、
ｂ）積層造形（ＡＬＭ）および／または噴霧法によってステップａ）の前記アルミニウム合金を含む軽金属加工品を製造するステップと、
ｃ）ステップｂ）で得た前記軽金属加工品を、１０，０００，０００Ｋ／秒以下の凝固速度で８０℃以下まで冷却するステップと
を含む、軽金属加工品の製造方法。
【請求項１０】
前記方法は、ステップｃ）の前記軽金属加工品を８０〜５００℃の温度範囲での熱処理にかけるさらなるステップｄ）を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のアルミニウム合金を含む、軽金属加工品。
【請求項１２】
積層造形（ＡＬＭ）および／または噴霧法により高強度軽金属加工品を製造するための、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアルミニウム合金の使用。
【請求項１３】
特に、自動車製造、もしくは航空機製造および航空宇宙用途、プラントエンジニアリング、医療技術における構造部品のための、または構造部品用被覆材料としての、請求項１〜８のいずれか一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、軽金属加工品の製造方法、アルミニウム合金を含む軽金属加工品、ならびに、さらに特に自動車製造、もしくは航空機製造および航空宇宙用途、プラントエンジニアリング、医療技術における荷重最適化部品のための、または構造部品用被覆材料としての、積層造形（ＡＬＭ）および／または噴霧法により高強度軽金属加工品を製造するためのアルミニウム合金の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＬＭ技術の範疇において、粉末床法、粉末噴射法、または針金に基づくプロセス等のさまざまな製造方法がある。荷重が大きな構造体／構造部品のために、この種のプロセス技術は、例えば、さまざまな、またはさらには「合金関連」材料製の統合された一体材料構成によって、個々が多用途な設計の可能性を有する荷重最適化構成部品の構築を提供する。生産方法は、製造方法に応じて、構成部品の複雑性と同時に材料の最大利用を支持する。ここで、とりわけ可能になるのは、プロセスに直接組み込まれた局所的な材料の適合／変化／補強が行われる可能性があり、複数のまたは少なくとも２つの材料粉末容器もしくは材料針金ガイドの組込みが行われた近端輪郭（ｎｅａｒ−ｅｎｄ−ｃｏｎｔｏｕｒ）構造部品のカスタマイズされた製造である。
【０００３】
特に航空におけるＡＬＭプロセスは、精密鋳造技術の技術的な競争相手となる。精密鋳造技術は、主として航空機製造または医療技術用の複雑な構造部品を製造するために使用され、当該構造部品は、壁が薄く、合金に応じて荷重最適化されている。必要とされる構造部品が少量であることも非常に重要である。精密鋳造の場合、アルミニウム合金Ａ３５７（ＡｌＳｉ７Ｍｇ０．６）は主として薄肉構造物に使用され、Ａ２０１／ＫＯ１（ＡｌＣｕ５ＭｇＴｉＡｇ）は主としてより大きな壁厚さを有する構造部品のより頑丈な変形として使用される。標準的な材料は主としてＡＬＭプロセスに使用される。チタン合金の場合は、材料は特にＴｉ６Ａｌ４Ｖであり、アルミニウム合金の場合には材料はＡｌＳｉ１０Ｍｇである。今日必要とされる強度値は、４００ＭＰａを大幅に超え、多くの場合、鍛錬用合金を用いてのみ達成できるが、鍛錬用合金は、一般的な鋳造方法を用いて鋳造することは困難ではないか、またはわずかにしか困難でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、構造部品の用途に応じて存分にＡＬＭプロセス技術の利点を利用できるようにするために、プロセスが最適化された材料を設計する必要がある。
【０００５】
したがって、アルミニウム合金を提供することが望ましい。さらに、局所的または一体的な構成部品製造における生産プロセスに直接組み込む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。複雑な熱機械処理を回避でき、したがって、さらに費用および時間がかかるプロセスステップを省けるアルミニウム合金を提供することもさらに望ましい。材料の損傷および／または熱応力／反りなしでの熱処理を可能とするアルミニウム合金を提供することもまた望ましい。さらに、複雑な構成部品の平滑化なしで済ませることができ、さらに、構成部品の再現性および経済性を上げることもできるアルミニウム合金を提供することが望ましい。したがって、より詳細には、特にＡＬＭプロセス技術および／または噴霧法による、軽金属加工品の製造に特に適しているアルミニウム合金を提供することが望ましい。
【０００６】
したがって、本発明の１つの目的は、アルミニウム合金、特に、高強度軽金属加工品の製造に適している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局所的または一体的な構成部品製造における生産プロセスに直接組み込むことを可能にすることである。本発明のさらなる目的は、複雑な熱機械処理（例えば、圧延、押出成形、および鍛造）を回避できることであり、したがって、アルミニウム合金によってさらに費用および時間がかかるプロセスステップを省ける。本発明のさらなる目的は、アルミニウム合金により、材料の損傷および／または熱応力／反りなしで熱処理にかけることを可能にすることである。本発明のさらなる目的は、アルミニウム合金の使用によって複雑な構成部品の平滑化なしで済ませ、さらに、構成部品の再現性および経済性を上げられるようにすることである。本発明のさらなる目的は、アルミニウム合金を、特にＡＬＭプロセス技術および／または噴霧法による、高強度軽金属加工品の製造に適したものにすることである。
【０００７】
これらの目的は、特許請求の範囲に定義される主題によってかなえられる。有利な実施形態は従属クレームの主題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明の第１の主題は、
合金の全重量に対して、４．０〜１０．０重量％の亜鉛（Ｚｎ）と、
合金の全重量に対して、１．０〜３．５重量％のマグネシウム（Ｍｇ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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、
合金の全重量に対して、０〜２．５重量％未満の銅（Ｃｕ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．４重量％未満のケイ素（Ｓｉ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．５重量％未満の鉄（Ｆｅ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のマンガン（Ｍｎ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．２重量％のチタン（Ｔｉ）と、
合金の全重量に対して、０〜１．２５重量％のスカンジウム（Ｓｃ）と
合金の全重量に対して、個別で最大０．１重量％、合金の全重量に対して、全体で最大０．５重量％のさらなる不純物を有するアルミニウムである残部と
からなる、アルミニウム合金である。
【０００９】
本発明のアルミニウム合金は特に、熱的に安定している。さらなる利点は、本発明のアルミニウム合金が、局所的または一体的な構成部品製造における生産プロセスに直接組み込むことができることである。さらなる利点は、本発明のアルミニウム合金によって複雑な熱機械処理が回避でき、したがって、さらに費用および時間がかかるプロセスステップを省けることである。さらなる利点は、本発明のアルミニウム合金により、材料の損傷および／または熱応力／反りなしでの熱処理が可能になることである。さらなる利点は、本発明のアルミニウム合金の使用によって複雑な構成部品の平滑化なしで済ませ、さらに、構成部品の再現性および経済性を上げることもできることである。さらなる利点は、特に、本発明のアルミニウム合金が、特にＡＬＭプロセス技術および／または噴霧法による、高強度軽金属加工品の製造に適していることである。
【００１０】
例として、合金は、合金の全重量に対して、４．０〜８．０重量％、特に４．１〜８．０重量％の亜鉛（Ｚｎ）および／または合金の全重量に対して、１．１〜３．０重量％のマグネシウム（Ｍｇ）を含有する。
【００１１】
例として、合金は、合金の全重量に対して、０．０１〜０．２重量％、特に０．０３〜０．１５重量％のチタン（Ｔｉ）および／または合金の全重量に対して、０．０２〜０．７５重量％、特に０．０５〜０．７重量％のスカンジウム（Ｓｃ）を含有する。
【００１２】
例として、合金は、合金の全重量に対して、０．０１〜２．０重量％、特に０．０５〜１．５重量％の銅（Ｃｕ）および／または合金の全重量に対して、０．０１〜０．５重量％、特に０．０５〜０．４重量％のマンガン（Ｍｎ）および／または合金の全重量に対して、０．０１〜０．２重量％、特に０．０２〜０．１５重量％のクロム（Ｃｒ）を含有する。
【００１３】
例として、合金は、亜鉛（Ｚｎ）対マグネシウム（Ｍｇ）の重量比［重量（Ｚｎ）／重量（Ｍｇ）］が２：１〜３：１になるような量でマグネシウム（Ｍｇ）を含有する。
【００１４】
例として、合金は、合金の全重量に対して、０．００１〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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つの元素を含有する。
【００１５】
例として、ハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）の量は、それぞれ、スカンジウム（Ｓｃ）の量の多くても１／４に相当する。
【００１６】
例として、合金は粉末の形態で、特に、１００μｍ以下、好ましくは、２０〜７０μｍの平均粒径ｄ５０を有する粒子を含む粉末の形態で提供される。
【００１７】
本発明はまた、
ａ）本明細書に定義されるアルミニウム合金を提供するステップと、
ｂ）積層造形（ＡＬＭ）および／または噴霧法によってステップａ）のアルミニウム合金を含む軽金属加工品を製造するステップと、
ｃ）ステップｂ）で得た軽金属加工品を、１０，０００，０００Ｋ／秒以下の凝固速度で８０℃以下まで冷却するステップと
を含む、軽金属加工品の製造方法を提供する。
【００１８】
例として、本方法は、ステップｃ）の軽金属加工品を８０〜５００℃の温度範囲での熱処理にかけるさらなるステップｄ）を含む。
【００１９】
本発明は、さらに、本明細書に定義するアルミニウム合金を含む軽金属加工品に関する。
【００２０】
本発明は、さらに、積層造形（ＡＬＭ）および／または噴霧法により高強度軽金属加工品を製造するための本明細書に定義するアルミニウム合金の使用に関する。本発明は、加えて、特に、自動車製造、もしくは航空機製造および航空宇宙用途、プラントエンジニアリング、医療技術における構造部品のための、または構造部品用被覆材料としての本明細書に定義するアルミニウム合金の使用に関する。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、アルミニウム合金に関する。
【００２２】
アルミニウム合金は、
合金の全重量に対して、４．０〜１０．０重量％の亜鉛（Ｚｎ）と、
合金の全重量に対して、１．０〜３．５重量％のマグネシウム（Ｍｇ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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、
合金の全重量に対して、０〜２．５重量％未満の銅（Ｃｕ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．４重量％未満のケイ素（Ｓｉ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．５重量％未満の鉄（Ｆｅ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のマンガン（Ｍｎ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．２重量％のチタン（Ｔｉ）と、
合金の全重量に対して、０〜１．２５重量％のスカンジウム（Ｓｃ）と、
合金の全重量に対して、個別で最大０．１重量％、合金の全重量に対して、全体で最大０．５重量％のさらなる不純物を有するアルミニウムである残部
からなる。
【００２３】
アルミニウム合金は、ＡＬＭプロセス技術および／または噴霧法による、高強度軽金属加工品の製造に特に適しているべきである。
【００２４】
したがって、本発明の１つの必要条件は、アルミニウム合金が、合金の全重量に対して、４．０〜１０．０重量％の量の亜鉛（Ｚｎ）を含有することである。アルミニウム合金は、好ましくは、合金の全重量に対して、４．０〜８．０重量％、特に４．１〜８．０重量％の量の亜鉛（Ｚｎ）を含有する。
【００２５】
本発明のさらなる必要条件は、アルミニウム合金が、合金の全重量に対して、１．０〜３．５重量％の量のマグネシウム（Ｍｇ）を含有することである。アルミニウム合金は、好ましくは、合金の全重量に対して、１．１〜３．０重量％の量のマグネシウム（Ｍｇ）を含有する。
【００２６】
例として、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、４．０〜１０．０重量％の量の亜鉛（Ｚｎ）および１．０〜３．５重量％の量のマグネシウム（Ｍｇ）を含有する。アルミニウム合金は、好ましくは、合金の全重量に対して、４．０〜８．０重量％の量の亜鉛（Ｚｎ）および１．１〜３．０重量％の量のマグネシウム（Ｍｇ）を含有する。アルミニウム合金は、いっそうより好ましくは、合金の全重量に対して、４．１〜８．０重量％の量の亜鉛（Ｚｎ）および１．１〜３．０重量％の量のマグネシウム（Ｍｇ）を含有する。
【００２７】
本発明の利点の１つは、アルミニウム合金が、マグネシウム（Ｍｇ）よりも多い量の亜鉛（Ｚｎ）を含有し、特に、亜鉛の量は従来のアルミニウム合金よりも多いことである。
【００２８】
合金は、好ましくは亜鉛（Ｚｎ）対マグネシウム（Ｍｇ）の重量比［重量（Ｚｎ）／重量（Ｍｇ）］が２：１〜３：１になるような量で亜鉛（Ｚｎ）およびマグネシウム（Ｍｇ）を含有する。亜鉛（Ｚｎ）対マグネシウム（Ｍｇ）のこの重量比は、腐食耐性を改善するのに特に有利である。
【００２９】
アルミニウム合金はさらにさまざまな追加の合金元素を含有できる。 
【００３０】
加えて、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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つの元素がアルミニウム合金に添加されてもよい。より詳細には、合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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つの元素がアルミニウム合金に添加されてもよい。
【００３１】
一実施形態において、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０．００１〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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つの元素を含有する。例として、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０．００１〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、テルビウム（Ｔｂ）、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つの元素を含有する。
【００３２】
一実施形態において、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０．００１〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）および／またはバナジウム（Ｖ）を含有する。例として、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０．００１〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）およびバナジウム（Ｖ）を含有する。あるいは、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０．００１〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）またはバナジウム（Ｖ）を含有する。
【００３３】
例として、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、それぞれ、０．００１〜０．５重量％の量でジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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２つの元素、特に２つの元素を含有する。あるいは、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、それぞれ、０．００１〜０．５重量％の量でジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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３つの元素、特に３つまたは４つの元素を含有する。
【００３４】
アルミニウム合金がジルコニウム（Ｚｒ）を含有する場合、ジルコニウム（Ｚｒ）の量は、スカンジウム（Ｓｃ）の量の多くても１／４に相当する。換言すれば、アルミニウム合金は、スカンジウム（Ｓｃ）の量の２５％以下に相当する量のジルコニウム（Ｚｒ）を含有する。例として、アルミニウム合金は、スカンジウム（Ｓｃ）の量の２５％未満に相当する量のジルコニウム（Ｚｒ）を含有する。
【００３５】
好ましくは、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、例として０．０１〜０．３７５重量％の量のジルコニウム（Ｚｒ）を含有する。好ましくは、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０．０２〜０．３５重量％、特に０．０５〜０．３重量％の量のジルコニウム（Ｚｒ）を含有する。
【００３６】
代替的実施形態では、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）を含有する。一実施形態において、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、（合計）０．００１〜０．５重量％のハフニウム（Ｈｆ）およびテルビウム（Ｔｂ）を含有する。あるいは、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０．００１〜０．５重量％のハフニウム（Ｈｆ）またはテルビウム（Ｔｂ）を含有する。
【００３７】
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）を含有する場合、ハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）の量は、それぞれ、スカンジウム（Ｓｃ）の量の多くても１／４に相当する。換言すれば、アルミニウム合金は、それぞれ、スカンジウム（Ｓｃ）の量の２５％以下に相当する量のハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）を含有する。例として、アルミニウム合金は、それぞれ、スカンジウム（Ｓｃ）の量の２５％未満に相当する量のハフニウム（Ｈｆ）および／またはテルビウム（Ｔｂ）を含有する。
【００３８】
一実施形態では、アルミニウム合金は、０．００１〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）または０．００１〜０．５重量％のバナジウム（Ｖ）または０．００１〜０．５重量％のガドリニウム（Ｇｄ）または０．００１〜０．５重量％のハフニウム（Ｈｆ）または０．００１〜０．５重量％のモリブデン（Ｍｏ）または０．００１〜０．５重量％のテルビウム（Ｔｂ）または０．００１〜０．５重量％のニオビウム（Ｎｂ）または０．００１〜０．５重量％のエルビウム（Ｅｒ）を含有する。あるいは、アルミニウム合金は、０．００１〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）および０．００１〜０．５重量％のバナジウム（Ｖ）および０．００１〜０．５重量％のガドリニウム（Ｇｄ）および０．００１〜０．５重量％のハフニウム（Ｈｆ）および０．００１〜０．５重量％のモリブデン（Ｍｏ）および０．００１〜０．０５重量％のテルビウム（Ｔｂ）および０．００１〜０．５重量％のニオビウム（Ｎｂ）および０．００１〜０．５重量％のエルビウム（Ｅｒ）を含有する。重量％での値はそれぞれ、合金の全重量に関する。
【００３９】
アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０〜０．２重量％の量のチタン（Ｔｉ）を含有する。アルミニウム合金は、好ましくは、合金の全重量に対して、０．０１〜０．２重量％、特に０．０３〜０．１５重量％の量のチタン（Ｔｉ）を含有する。特に、チタンは導電率を低下させる。
【００４０】
アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０〜１．２５重量％の量のスカンジウム（Ｓｃ）をさらに含有する。アルミニウム合金は、好ましくは、合金の全重量に対して、０．０２〜０．７５重量％、特に０．０５〜０．７重量％の量のスカンジウム（Ｓｃ）を含有する。
【００４１】
アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０〜２．５重量％未満の量の銅（Ｃｕ）をさらに含有する。アルミニウム合金は、好ましくは、合金の全重量に対して、０．０１〜２．０重量％、特に０．０５〜１．５重量％の量の銅（Ｃｕ）を含有する。
【００４２】
アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０〜０．５重量％の量のマンガン（Ｍｎ）をさらに含有する。アルミニウム合金は、好ましくは、合金の全重量に対して、０．０１〜０．５重量％、特に０．０５〜０．４重量％の量のマンガン（Ｍｎ）を含有する。
【００４３】
アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０〜０．５重量％未満の量の鉄（Ｆｅ）をさらに含有する。アルミニウム合金は、好ましくは、合金の全重量に対して、０．０５〜０．４重量％、特に０．０５〜０．２重量％の量の鉄（Ｆｅ）を含有する。
【００４４】
アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０〜０．３重量％の量のクロム（Ｃｒ）をさらに含有する。アルミニウム合金は、好ましくは、合金の全重量に対して、０．０１〜０．２重量％、特に０．０２〜０．１５重量％の量のクロム（Ｃｒ）を含有する。
【００４５】
アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、０〜０．４重量％未満の量のケイ素（Ｓｉ）をさらに含有する。アルミニウム合金は、好ましくは、合金の全重量に対して、０．０１〜０．２重量％、特に０．０５〜０．１５重量％の量のケイ素（Ｓｉ）を含有する。
【００４６】
一実施形態において、アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、好ましくは、０．０５〜０．４重量％、特に０．０５〜０．２重量％の量の鉄（Ｆｅ）および合金の全重量に対して、０．０１〜０．２重量％、特に０．０５〜０．１５重量％の量のケイ素（Ｓｉ）を含む。
【００４７】
アルミニウム合金の残部はアルミニウムである。アルミニウム合金は、合金の全重量に対して、個別で最大０．１重量％、合金の全重量に対して全体で最大で０．５重量％の不純物をさらに含有し得る。
【００４８】
したがって、アルミニウム合金は、好ましくは、
合金の全重量に対して、４．０〜８．０重量％、好ましくは、４．１〜８．０重量％の亜鉛（Ｚｎ）と、
合金の全重量に対して、１．１〜３．０重量％のマグネシウム（Ｍｇ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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、
合金の全重量に対して、０〜２．５重量％未満の銅（Ｃｕ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．４重量％未満のケイ素（Ｓｉ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．５重量％未満の鉄（Ｆｅ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のマンガン（Ｍｎ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．２重量％のチタン（Ｔｉ）と、
合金の全重量に対して、０〜１．２５重量％のスカンジウム（Ｓｃ）と、
合金の全重量に対して、個別で最大０．１重量％、合金の全重量に対して、全体で最大０．５重量％のさらなる不純物を有するアルミニウムである残部
からなる。
【００４９】
したがって、アルミニウム合金は、好ましくは、
合金の全重量に対して、４．０〜８．０重量％、好ましくは、４．１〜８．０重量％の亜鉛（Ｚｎ）と、
合金の全重量に対して、１．１〜３．０重量％のマグネシウム（Ｍｇ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、モリブデン（Ｍｏ）、テルビウム（Ｔｂ）、ニオビウム（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、
合金の全重量に対して、０〜２．５重量％未満の銅（Ｃｕ）と、
合金の全重量に対して、０．０１〜０．２重量％のケイ素（Ｓｉ）と、
合金の全重量に対して、０．０５〜０．４重量％の鉄（Ｆｅ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．５重量％のマンガン（Ｍｎ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．３重量％のクロム（Ｃｒ）と、
合金の全重量に対して、０〜０．２重量％のチタン（Ｔｉ）と、
合金の全重量に対して、０〜１．２５重量％のスカンジウム（Ｓｃ）と、
合金の全重量に対して、個別で最大０．１重量％、合金の全重量に対して、全体で最大０．５重量％のさらなる不純物を有するアルミニウムである残部
からなる。
【００５０】
アルミニウム合金は粉末または針金の形態で提供され得る。粉末または針金の形態での合金の製造方法は先行技術において公知である。
【００５１】
本発明のアルミニウム合金は、ＡＬＭプロセス技術および／または噴霧法による、軽金属加工品、特に、高強度軽金属加工品の製造に特に適している。したがって、本発明のアルミニウム合金は、好ましくは、粉末、針金、または充填材料の形態で提供される。
【００５２】
例として、アルミニウム合金は、１００μｍ以下、好ましくは、１０〜７０μｍの平均粒径ｄ５０を有する粒子を含む粉末の形態で提供される。
【００５３】
一実施形態では、アルミニウム合金は、２０〜７０μｍ、好ましくは、２０〜６０μｍの平均粒径ｄ５０を有する粒子を含む粉末の形態で提供される。あるいは、アルミニウム合金は、０．８ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは０．８ｍｍ〜１．２ｍｍの平均線径を有する針金の形態で提供される。
【００５４】
アルミニウム合金は、好ましくは、アルミニウム合金が噴霧法により処理される場合は粉末として使用される。噴霧法は先行技術で公知である。例として、軽金属加工品は、冷ガス、大気圧プラズマ、ＨＶＯＦ、またはフレーム溶射を介して製造され得る。粉末の平均粒径ｄ５０は、軽金属加工品が大気圧プラズマ、ＨＶＯＦ、またはフレーム溶射を介して製造される場合、好ましくは、１００μｍ以下、さらにより好ましくは５０〜９０μｍである。軽金属加工品が冷ガスを介して製造される場合、粉末は、５〜７０μｍ、好ましくは５〜６０μｍの平均粒径ｄ５０を有する。
【００５５】
したがって、本発明のアルミニウム合金は噴霧法による高強度軽金属加工品の製造にも適している。本発明のアルミニウム合金は、好ましくは、粉末または針金の形態で提供される。
【００５６】
一実施形態において、針金または充填材料はまず、アルミニウム合金の粉末から製造される。このような製造方法は先行技術で公知である。
【００５７】
本発明は、積層造形（ＡＬＭ）による軽金属加工品、特に、高強度軽金属加工品の製造方法にさらに関する。軽金属加工品は好ましくは、本明細書に記載される方法により製造される。
【００５８】
軽金属加工品、特に、高強度軽金属加工品を製造するための本発明の方法は、少なくとも
ａ）アルミニウム合金を提供するステップと、
ｂ）積層造形（ＡＬＭ）によってステップａ）のアルミニウム合金を含む軽金属加工品を製造するステップと、
ｃ）ステップｂ）で得た軽金属加工品を、１０，０００，０００Ｋ／秒以下の凝固速度で８０℃以下まで冷却するステップとを含む。
【００５９】
例として、軽金属加工品、特に、高強度軽金属加工品の製造方法は、ステップｃ）の軽金属加工品を８０〜５００℃の温度範囲での熱処理にかけるさらなるステップｄ）を含む。
【００６０】
一実施形態において、軽金属加工品、特に、高強度軽金属加工品の製造方法は、
ａ）アルミニウム合金を提供するステップと、
ｂ）積層造形（ＡＬＭ）によってステップａ）のアルミニウム合金を含む軽金属加工品を製造するステップと、
ｃ）ステップｂ）で得た軽金属加工品を、１０，０００，０００Ｋ／秒以下の凝固速度で８０℃以下まで冷却するステップと、
ｄ）所望により、ステップｃ）の軽金属加工品を８０〜５００℃の温度範囲での熱処理にかけるステップと
からなる。
【００６１】
したがって、ステップａ）によると、本発明の方法の１つの必要条件は、アルミニウム合金が提供されることである。
【００６２】
アルミニウム合金に関しては、アルミニウム合金およびその実施形態に関する上記の定義を参照されたい。
【００６３】
本発明の方法のステップｂ）によると、アルミニウム合金を含む軽金属加工品は、積層造形（ＡＬＭ）によって製造される。
【００６４】
積層造形（ＡＬＭ）による軽金属加工品の製造方法は先行技術において公知である。
【００６５】
本発明の方法のステップｃ）によると、ステップｂ）で得た軽金属加工品を、１０，０００，０００Ｋ／秒以下の凝固速度で８０℃以下まで冷却する。
【００６６】
例として、ステップｃ）の冷却は、６０℃以下、好ましくは、室温まで行う。
【００６７】
凝固速度は製造した軽金属構成部品／加工品の直径に合わせて調節すべきであり、製造された軽金属加工品の熱放散に依存することは当業者に公知である。したがって、当業者は、可能な限り、製造した軽金属加工品に合わせて凝固速度を調節する。本発明の一実施形態では、ステップｃ）の冷却は、１，０００〜１０，０００，０００Ｋ／秒、好ましくは５，０００〜１００，０００Ｋ／秒の凝固速度で行う。例として、ステップｃ）の冷却は、１０，０００〜１００，０００Ｋ／秒、好ましくは２５，０００〜１００，０００Ｋ／秒、最も好ましくは５０，０００〜１００，０００Ｋ／秒の凝固ステップで行う。このような凝固速度は特に、より多量のスカンジウムがアルミニウム合金に添加可能であるという利点を有する。
【００６８】
このような軽金属加工品の冷却方法は先行技術で公知である。例として、軽金属加工品は、移動する空気中での冷却を用いて、または水中でクエンチすることによって、所定の方法で、冷却され得る。
【００６９】
あるいは、ステップｃ）の冷却は野外で行われる。
【００７０】
本発明の方法の任意のステップｄ）では、ステップｃ）で得た軽金属加工品を８０〜５００℃の温度範囲での熱処理にかけることができる。
【００７１】
本発明の方法の任意のステップｄ）の熱処理は、複数の段階および／またはステップで行うこともできる。
【００７２】
ステップｃ）で得た軽金属加工品は、好ましくは、８０〜４７０℃の温度範囲での熱処理にかけられる。
【００７３】
本発明の一実施形態では、任意のステップｄ）の熱処理は、２段階プロセスで行われる。例として、熱処理の第１のステップは、１００〜５００℃の温度範囲、例えば、１００〜４７０℃の温度範囲で、１０分〜２時間行うことができ、熱処理の第２のステップは、８０〜１６０℃の温度範囲で、１０分〜５０時間行うことができる。
【００７４】
例として、熱処理は、空気中、シールドガス中、または真空中で行うことができる。例として、本発明の方法の任意のステップｄ）の熱処理は、シールドガス、例えば、窒素またはアルゴン中で、８０〜５００℃の温度、例えば、８０〜４７０℃の温度で、１０分〜５２時間行う。
【００７５】
本発明の一実施形態では、本発明の方法の任意のステップｄ）の熱処理は、ステップｃ）の直後に行う、すなわち、本発明の方法のステップｄ）の熱処理は、ステップｃ）で得た軽金属加工品を用いてすぐに行う。換言すれば、ステップｄ）の熱処理が行われる場合、本発明の方法は方法ステップｃ）からｄ）の間に１つまたは複数のさらなる方法ステップなしで行うことが好ましい。あるいは、本発明の方法のステップｄ）の任意の熱処理は、ステップｃ）の後であるが、より遅い時点で行う、すなわち、本発明の方法のステップｄ）の熱処理は、ステップｃ）で得た軽金属加工品を用いて、しかしステップｃ）の直後ではないときに行う。換言すれば、本発明の方法は方法ステップｃ）からｄ）の間に１つまたは複数のさらなる方法ステップなしで行う。
【００７６】
本発明の一実施形態では、ステップｄ）で得た熱処理済み軽金属加工品をさらに冷却できる。
【００７７】
例として、ステップｄ）で得た熱処理済み軽金属加工品を室温まで冷却する。一実施形態において、ステップｄ）で得た熱処理済み軽金属加工品を１つのステップで室温まで冷却する。あるいは、ステップｄ）で得た熱処理済み軽金属加工品を複数のステップで室温まで冷却する。例として、ステップｄ）で得た熱処理済み軽金属加工品を、ステップｄ）の熱処理温度より低い所定の温度まで冷却し、次に外気で室温まで冷却する。
【００７８】
本発明の一実施形態では、ステップｄ）で得た熱処理済み軽金属加工品を、１０Ｋ／秒以上、好ましくは１０Ｋ／秒以上〜２０Ｋ／秒の冷却速度で室温まで冷却する。例として、熱処理済み軽金属加工品を、２０Ｋ／秒以上または２０Ｋ／秒〜１０００Ｋ／秒の冷却速度で室温まで冷却する。
【００７９】
このような熱処理済み軽金属加工品の冷却方法は先行技術で公知である。例として、熱処理済み軽金属加工品は、移動する空気中での冷却を用いて、または水中でクエンチすることによって、所定の方法で室温に冷却され得る。
【００８０】
あるいは、ステップｄ）で得た熱処理済み軽金属加工品を外気で室温まで冷却する。
【００８１】
本発明は、噴霧法による軽金属加工品、特に、高強度軽金属加工品の製造方法にさらに関する。軽金属加工品は好ましくは、本明細書に記載される方法により製造される。
【００８２】
軽金属加工品、特に、高強度軽金属加工品を製造するための本発明の方法は、少なくとも
ａ）アルミニウム合金を提供するステップと、
ｂ）噴霧法によってステップａ）のアルミニウム合金を含む軽金属加工品を製造するステップと、
ｃ）ステップｂ）で得た軽金属加工品を、１０，０００，０００Ｋ／秒以下の凝固速度で８０℃以下まで冷却するステップと
を含む。
【００８３】
例として、軽金属加工品の製造方法は、ステップｃ）の軽金属加工品を８０〜５００℃の温度範囲での熱処理にかけるさらなるステップｄ）を含む。
【００８４】
一実施形態において、軽金属加工品、特に、高強度軽金属加工品の製造方法は、
ａ）アルミニウム合金を提供するステップと、
ｂ）噴霧法によってステップａ）のアルミニウム合金を含む軽金属加工品を製造するステップと、
ｃ）ステップｂ）で得た軽金属加工品を、１０，０００，０００Ｋ／秒以下の凝固速度で８０℃以下まで冷却するステップと、
ｄ）所望により、ステップｃ）の軽金属加工品を８０〜５００℃の温度範囲での熱処理にかけるステップと
からなる。
【００８５】
ステップａ）、ｂ）、ｃ）、および任意のステップｄ）については、アルミニウム合金、積層造形による軽金属加工品の製造方法、およびこれらの実施形態に関する上記の定義を参照されたい。
【００８６】
噴霧法を用いた軽金属加工品の製造方法は先行技術で公知である。例として、軽金属加工品は、冷ガス、大気圧プラズマ、ＨＶＯＦ、およびフレーム溶射を介して製造され得る。
【００８７】
本発明の軽金属加工品により提供される利点のため、本発明は、アルミニウム合金を含む軽金属加工品、特に、高強度軽金属加工品にさらに関する。例として、軽金属加工品、特に、高強度軽金属加工品は、アルミニウム合金からなる。
【００８８】
本発明は、さらに、積層造形（ＡＬＭ）および／または噴霧法により高強度軽金属加工品を製造するためのアルミニウム合金の使用に関する。
【００８９】
本発明のさらなる態様は、特に、自動車製造、もしくは航空機製造および航空宇宙用途、プラントエンジニアリング、医療技術における構造部品のための、または構造部品用被覆材料としてのアルミニウム合金の使用に関する。 
【００９０】
上記のように、本発明のアルミニウム合金は、局所的または一体的な構成部品製造における生産プロセスに直接組み込むことができるという利点を提供する。さらなる利点は、本発明のアルミニウム合金によって複雑な熱機械処理が回避でき、したがって、さらに費用および時間がかかるプロセスステップを省けることである。さらなる利点は、本発明のアルミニウム合金により、材料の損傷および／または熱応力／反りなしでの熱処理が可能になることである。さらなる利点は、本発明のアルミニウム合金の使用により、複雑な構成部品の平滑化なしで済ませ、さらに、構成部品の再現性および経済性を上げることもできることである。さらなる利点は、本発明のアルミニウム合金が、特にＡＬＭプロセス技術および／または噴霧法による、高強度軽金属加工品の製造に適していることである。
【外国語明細書】
2017186651000001.pdf