(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子比にて、ＬｉとＴｉとの合計で０．０１〜１５％、Ｙ，希土類元素から選ばれる１種または２種の合計０．０１〜１０％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物とからなり、減衰能が１０×１０−３以上を有することを特徴とするＡｌ合金。
【請求項２】
原子比にて、Ｌｉ０．０１〜１５％、Ｙ，希土類元素から選ばれる１種または２種の合計０．０１〜１０％、副成分としてＧｅ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃｄ，Ｉｎをそれぞれ２５％以下、Ｆｅ２０％以下、Ｔａ１０％以下、Ｂ及びＣａの1種または2種の５％以下のうちいずれか１種または２種以上の合計０．０１〜３５％を含有し、残部Alと不可避不純物とからなり、減衰能が１０×１０−３以上を有することを特徴とするＡｌ合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、原子比にて、Ｌｉ（リチウム）単独、あるいはＬｉとＴｉ（チタン）の両者の合計０．０１〜１５％、Ｙ（イットリウム）、希土類元素から選ばれる１種または２種の合計０．０１〜１０％からなる合金、またはこれを主成分とし、副成分としてＧｅ（ゲルマニウム），Ｓｉ（珪素），Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃｄ（カドミウム），Ｉｎ（インジウム）をそれぞれ２５％以下、Ｆｅ（鉄）２０％以下、Ｔａ（タリウム）１０％以下、Ｂ（硼素）及びＣａ（カルシウム）の1種または2種の５％以下のうちいずれか１種または２種以上の合計０．０１〜３５％を含有するＡｌ合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軽量で非磁性の代表的吸振合金としては、Ａｌ−Ｚｎ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ系あるいはＴｉ−Ｎｉ系合金などが知られている。しかしながら、前者においては減衰能が極めて大きい特長を有する反面、比重が４ｇ／ｃｍ３前後のように比較的大きく、大型の構造体には適用できない欠点があり、また後２者については冷間加工性が悪く高加工率の薄片材を造るには特別の製造工程が必要であるなど、多くの問題があった。  このように、上記公知の材料には一長一短があり、高い振動減衰能を持つ軽量で加工性の良い特性を具備した新規な材料の要望がなされていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの吸振材料は、組成や熱処理によってその吸振特性を制御しているが、近年益々進歩するマイクロ化した精密機器、あるいは大型の構造物などには、かなり複雑な加工を行い、さらに多段の熱処理を施すなどして特性を得ている。
しかも使用環境の多様化に伴い、広い温度範囲でそれらの特性の実現が要求されている。
【０００４】
吸振材料に具備すべき条件としては、
１．吸振性すなわち減衰能が大きいこと
２．減衰能の経時変化が小さいこと
３．疲労強度が大きいこと
４．耐食性がよいこと
５．加工性が良好なこと
６．製造工程が簡便であること
７．軽量であること
８．使用によっては非磁性であること
９．安価であること
などが挙げられる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは、上記課題の解決を図ることを目的として、種々の実験と研究を重ねた結果、本質的に非磁性であるＡｌ-Ｌｉ系もしくはＡｌ−Ｌｉ−Ｔｉ系に、Ｙ，希土類元素を添加した合金を基礎とし、さらにこれに種々の元素を複合的に添加した合金を、見い出すに至り、この発明を完成したものである。
【０００６】
本発明は、原子比にて、Ｌｉ単独、あるいはＬｉとＴｉの合計で０．０１〜１５％、Ｙ，希士類元素から選ばれる１種または２種の合計０．０１〜１０％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物を主成分とし、副成分として、Ｇｅ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃｄ，Ｉｎをそれぞれ２５％以下、Ｆｅ２０％以下、Ｔａ１０％以下、Ｂ及びＣａの1種または2種の５％以下のうちいずれか１種または２種以上の合計０．０１〜３５％を添加してなる合金を要旨とする。
【０００７】
本発明の特徴とするところは、次の通りである。第１発明は、原子比にて、ＬｉとＴｉの合計で０．０１〜１５％、Ｙ，希士類元素から選ばれる１種または２種の合計０．０１〜１０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物とからなり、減衰能が１０×１０−３以上であることを特徴とするＡｌ合金に関するものである。
【０００８】
第２発明は、原子比にて、Ｌｉ０．０１〜１５％、Ｙ，希土類元素から選ばれる１種または２種の合計０．０１〜１０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、副成分として、Ｇｅ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃｄ，Ｉｎをそれぞれ２５％以下、Ｆｅ２０％以下、Ｔａ１０％以下、Ｂ及びＣａの1種または2種の５％以下のうちいずれか1種または2種以上を合計０．０１〜３５％を添加してなり、減衰能が１０×１０−３以上であることを特徴とするＡｌ合金に関するものである。
【０００９】
第１発明の合金を２５０℃以上融点未満の温度で５分間以上加熱後毎秒０．１℃以上の速度で冷却するか、あるいは冷却後冷間加工率５％以上の冷間加工を施す工程により、減衰能が１０×１０−３以上の合金を得ることができる。
【００１０】
第２発明の合金を２５０℃以上融点未満の温度で５分間以上加熱後毎秒０．１℃以上の速度で冷却するか、あるいは冷却後冷間加工率５％以上の冷間加工を施す工程により、減衰能が１０×１０−３以上の合金を得ることができる。
【００１１】
【作用】
本発明の吸振材料用Ａｌ合金は、Ａｌリッチ合金であるために、他元素との合金化によってもＡｌのもつ軽量性が失われず、しかも、冷間加工性に富むために、製品の精度が高く低コスト化を図れる特長を有する。
【００１２】
本発明のＡｌ合金において、吸振材料として必要な成分中、原子比にてＬｉ単独あるいはＬｉとＴｉの合計で０．０１〜１５％、Ｙ，希土類元素から選ばれる１種または２種の合計０．０１〜１０％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなると限定したのは、この範囲内では共晶組成であって結晶粒が微細となるため、前記熱処理あるいは熱処理後の加工により、振動減衰能が１０×１０−３以上の高減衰能合金が得られるが、この範囲から外れると化合物相となって粒界に析出し、振動減衰能を下げると同時に加工性を難しくするからである。
【００１３】
また、Ｚｎ，Ｐｂ，Ｓｂをそれぞれ３０％以下、Ｇｅ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｂｉをそれぞれ２５％以下、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，をそれぞれ２０％以下、Ｃｕ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ａｇ，Ａｕ，白金族元素をそれぞれ１０％以下、Ｂ，Ｃａをそれぞれ５％以下のうちいずれか１種または２種以上の合計０．０１〜３５％であることが必要である。これらの範囲を外れると上述の理由に加えて、Ｚｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｂｉは冷間塑性加工性の低下、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉは強磁性相の現出、Ｃｕ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ａｇ，Ａｕ，白金族元素は冷間加工性および軽量性の低下、Ｂ，Ｃａは耐食性の低下を来すからである。なお、希士類元素はランタン系元素からなり、元素単独の使用は勿論ミッシュメタルやジジムなどの希士類混合物を使用することも出来、また、白金族元素はＲｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔからなるものであり、それらの副成分添加の効果は上述のように同一である。
【００１４】
次に、上述合金を２５０℃以上融点未満の温度で５分間以上加熱後、毎秒０．１℃以上の速度で冷却すると限定したのは、それ以外の温度および時間あるいは冷却速度では適切な均質化処理ができないために、高振動減衰能を得るために適切な微細結晶粒が得られなくなるからである。
【００１５】
また、熱処理を施した後の冷間加工において、その加工率を５％以上と限定したのは、それを下回ると、合金は殆ど焼鈍組織が保持されたままの状態となり、高減衰能を得るための充分な応力を与えられなくなる結果、１０×１０−３以上の高減衰能合金が得られなくなるからである。
【００１６】
［実施例］
以下、実施例によりさらに詳しく本発明を説明する。
実施例 １
表１および表２に示すＡｌ基の吸振合金のうち、代表例として、合金番号１の成分組成を有する合金について説明する。最初に、適宜配合された原料を予めアーク溶解して１つの合金となし、これを粉砕して小片としたものをアルミナ坩堝中でＡｒを通じながら、高周波誘導溶解炉によって再び溶解し、鉄型に鋳込んで直径３０ｍｍの鋳塊を得た。なお、高周波溶解を行うに際しては、遮断材として、ＭｇＣｌ２、硼砂、ＣａＦ２、ＫＣｌなどの全量５％以下のフラックスを、また、脱酸剤として、Ｍｇ、Ｂｅなどの全量５％以下の元素を加えてもよい。次に、この鋳塊を５００℃で５時間加熱して徐冷する均質化処理を行った後、熱間鍛造および５％以下の冷間圧延によって厚さ１〜２ｍｍの板とし、これから幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの直方体を切り取って試料とした。この試料は、蛍光Ｘ線分析によって正しい組成成分となっていることを確かめた。 表1中、合金番号４〜９は参考例である。また、表２中、合金番号１０〜１２、１６〜１９、２３〜２５、２７〜３２は参考例である。
【００１７】
【表１】
0004327952.tif 000002
【００１８】
【表２】
0004327952.tif 000003
【００１９】
実施例  ２
実施例１と同様にして作製した、種々のＡｌ基吸振合金試料について、減衰能Ｑ−１の測定を行った。減衰能測定はカンチレバー加振式一端撓曲法により、振動数４００〜１，３００Ｈｚ、最大歪み振幅γｍ＝１０×１０−６により、常温で行った。
一般に固体材料の減衰量を表す減衰係数δと、自然振動の１Ｈｚ中に失われる振動エネルギーΔＥおよび全振動エネルギーＥとの間には、
δ＝（１／２）（ΔＥ／Ｅ）
の関係があり、また、減衰係数δと減衰能Ｑ−１との間には次のような関係がある。
Ｑ−１＝δ／π。
図１には、種々の加工率で冷間圧延加工を施した合金番号２の合金について、減衰係数δを測定し、上式によってＱ−１を求め加工率依存性として示してある。図から明らかなように、合金のＱ−１は加工率とともにほぼ直線的に上昇することがわかる。
【００２０】
参考例３
実施例１と同様にして作製したＡｌ基吸振合金のうち、Ａｌ−１％Ｚｒ−１％Ｎｄ合金にＣｕ、Ｖ、Ｃｒ、ＡｇあるいはＰｔを添加し、５００℃から水焼入れした多元合金について、Ｑ−１の添加元素濃度依存性を調べ図９に示した。図に見るように、Ａｌ合金のＱ−１は、最初添加量とともに増大し、添加元素により３〜５％付近に極大を形成する傾向を示し、一定組成範囲内では１０×１０−３以上の優れた吸振合金となることがわかる。
【００２１】
【表３】
0004327952.tif 000004
【００２２】
実施例  ４
実施例１と同様にして作製した合金番号３の吸振合金にっいて、Ｌｉ以外の組成を固定して基礎合金とし、冷間加工状態および５００℃から水焼入れした状態のＱ−１のＬｉ濃度依存性を調べその結果を図２に示した。図に見るように、基礎合金のＱ−１はいずれの状態においてもＬｉの添加量とともに増大し、冷間圧延状態よりも熱処理状態で大きくなり、優れた吸振合金となることがわかる。
【００２３】
参考例1
実施例１と同様にして作製した合金番号５の吸振合金について、Ｔｉ以外の組成を固定して基礎合金とし、冷間加工状態および５００℃から水焼入れした状態のＱ−１のＴｉ濃度依存性を調べその結果を図３に示した。図に見るように、基礎合金のＱ−１はいずれの状態においてもＴｉの添加量とともに増大し、また、冷間加工状態よりも熱処理を施すことによって一層大きな値となり、優れた吸振合金となることがわかる。
【００２４】
参考例２
実施例１と同様にして作製した合金番号７の吸振合金について、Ｌａ以外の元素を固定して基礎合金とし、冷間加工状態および５００℃から水焼入れした状態のＱ−１のＬａ濃度依存性を調べその結果を図４に示した。図に見るように、基礎合金のＱ−１はいずれの状態においてもＬａの添加量とともに増大する傾向を示し、冷間圧延状態よりも熱処理状態で一層大きな値となり、優れた吸振合金となることがわかる。
【００２５】
参考例３
実施例１と同様にして作製した合金番号９の吸振合金について、Ｎｄ以外の元素を固定して基礎合金とし、冷間加工状態および５００℃から水焼入れした状態のＱ−１のＮｄ濃度依存性を調べその結果を図５に示した。図に見るように、基礎合金のＱ−１はいずれの状態においても、Ｎｄの添加量とともに増大する傾向を示し、また、冷間加工状態よりも熱処理を施すことによって一層大きな値となり、優れた吸振合金となることがわかる。
【００２６】
参考例  ４
実施例１と同様にして作製したＡｌ基吸振合金のうち、Ａｌ−１％Ｌｉ−１％Ｚｒ合金にＺｎ、ＰｂあるいはＳｂを添加し、５００℃から水焼入れした多元合金について、Ｑ−１の添加元素濃度依存性を調べその結果を図６に示した。図に見るように、Ａｌ合金のＱ−１は、最初添加元素量とともに増大し１０％付近に極大を形成する傾向を示し、一定組成範囲内では１０×１０−３以上の優れた吸振合金となることがわかる。
【００２７】
実施例 ４
実施例１と同様にして作製したＡｌ基吸振合金のうち、Ａｌ−１％Ｌｉ−１％Ｎｄ合金にＧｅ、Ｓｉ、ＭｇあるいはＣｄを添加し、５００℃から水焼入れした多元合金について、Ｑ−１の添加元素濃度依存性を調べその結果を図７に示した。図に見るように、Ａｌ合金のＱ−１は、最初添加元素量とともに増大し１０％付近に極大を形成する傾向を示し、一定組成範囲内では１０×１０−３以上の優れた吸振合金となることがわかる。
【００２８】
参考例 ５
実施例１と同様にして作製したＡｌ基吸振合金のうち、Ａｌ−１％Ｚｒ−１％Ｌａ合金にＦｅ、ＣｏあるぃはＮｉを添加し、５００℃から水焼入れした多元合金について、
Ｑ−１の添加元素濃度依存性を調べその結果を図８に示した。図に見るように、Ａｌ合金のＱ−１は、最初添加元素量とともに増大して、５〜１０％付近に極大を形成する傾向を示し、一定組成範囲内では１０×１０−３以上の優れた吸振合金となることがわかる。
【００２９】
参考例 ６
実施例１と同様にして作製したＡｌ基吸振合金のうち、Ａｌ−１％Ｚｒ−１％Ｎｄ合金にＣｕ、Ｖ、Ｃｒ、ＡｇあるいはＰｔを添加し、５００℃から水焼入れした多元合金について、Ｑ−１の添加元素濃度依存性を調べ図９に示した。図に見るように、Ａｌ合金のＱ−１は、最初添加量とともに増大し、添加元素により３〜５％付近に極大を形成する傾向を示し、一定組成範囲内では１０×１０−３以上の優れた吸振合金となることがわかる。
【００３０】
参考例 ７
実施例１と同様にして作製したＡｌ基吸振合金のうち、Ａｌ−１％Ｌａ−１％Ｎｄ合金にＢあるいはＣaを添加し、５００℃から水焼入れした多元合金について、Ｑ−１の添加元素濃度依存性を調べ図１０に示した。 図に見るように、Ａｌ合金のＱ−１は最初添加量とともに増大し、添加元素により２〜３％付近に極大を形成する傾向を示し、一定組成範囲内では１０×１０−３以上の優れた吸振合金となることがわかる。
【００３１】
実施例 ５
実施例１と同様にして作製したＡｌ−２％Ｌｉ−５％Ｔｉ吸振合金について、機械的性質のうち耐力、引張強さおよび伸びの加工率依存性を調べその結果を図11に示した。機械的性質はインストロン型の引張試験機を用い、歪み速度１．３×１０−２／ｓにより常温で行った。図に見るように、耐力、引張強さともに加工率とともに増大し、伸びは２０％程度までは急激に、その後は緩やかに減少しているのがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、原子比にて、Ｌｉ単独あるいはＬｉとＴｉの合計０．０１〜１５％、Ｙ，希土類元素から選ばれる１種または２種の合計０．０１〜１０％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなり、副成分として、Ｇｅ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃｄ，Ｉｎをそれぞれ２５％以下、Ｆｅ２０％以下、Ｔａ１０％以下、Ｂ及びＣａの1種または2種の５％以下のうちいずれか１種または２種以上の合計０．０１〜３５％を添加してなる合金であり、振動減衰能が１０×１０−３以上の高吸振特性を有し、同時に軽量で加工性に優れた新規な特性も保有する吸振合金を提供するもので、騒音や振動を嫌う各種の用途に最適である。なお、本発明合金はＡｌ基であるため、製造コストが低く安価な材料を提供できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は合金番号２合金のＱ−１の加工率依存性を示す特性図である。
【図２】図２は合金番号３合金のＱ−１のＬｉ濃度依存性を示す特性図である。
【図３】図３は合金番号５合金のＱ−１のＴｉ濃度依存性を示す特性図である。
【図４】図４は合金番号７合金のＱ−１のＬａ濃度依存性を示す特性図である。
【図５】図５は合金番号９合金のＱ−１のＮｄ濃度依存性を示す特性図である。
【図６】図６はＡｌ−１％Ｌｉ−１％Ｚｒ合金にＺｎ、ＰｂあるいはＳｂを添加し、５００℃から水焼入れした場合のＱ−１の添加元素濃度依存性を示す特性図である。
【図７】図７はＡｌ−１％Ｌｉ−１％Ｎｄ合金にＧｅ、Ｓｉ、ＭｇあるいはＣｄを添加し、５００℃から水焼入れした場合のＱ−１の添加元素濃度依存性を示す特性図である。
【図８】図８はＡｌ−１％Ｚｒ−１％Ｌａ合金にＦｅ、ＣｏあるいはＮｉを添加し、５００℃から水焼入れした場合のＱ−１の添加元素濃度依存性を示す特性図である。
【図９】図９はＡｌ−１％Ｚｒ−１％Ｎｄ合金にＣｕ、Ｖ、Ｃｒ、ＡｇあるいはＰｔを添加し、５００℃から水焼入れした場合のＱ−１の添加元素濃度依存性を示す特性図である。
【図１０】図１０はＡｌ−１％Ｌａ−１％Ｎｄ合金にＢあるいはＣａを添加し、５００℃から水焼入れした場合のＱ−１の添加元素濃度依存性を示す特性図である。
【図１１】図１１はＡｌ−２％Ｌｉ−５％Ｔｉ合金の耐力、引張強さおよび伸びの加工率依存性を示す特性図である。
【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】
0004327952.tif 000011
【図８】
0004327952.tif 000012
【図９】
0004327952.tif 000013
【図１０】
0004327952.tif 000014
【図１１】
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