(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢおよびＳｉを含むＡｌ基合金の製造方法であって、
１０００系のＡｌを基本成分とし、
Ｂの含有量が０．５超〜１０％（質量％の意味、以下同じ）で、且つ
Ｓｉの含有量が下記（１）式を満足するＡｌ基合金を用い、
溶解温度を液相線温度以上９００℃未満とすると共に、
溶湯の昇温速度を３℃／ｍｉｎ以上とし、
製造する際の圧力を６７ｋＰａ以下とすることにより、下記（２）および（３）を満足するＡｌ基合金を製造することを特徴とする中性子吸収作用を有するホウ素含有Ａｌ基合金の製造方法。
［Ｓｉ％］≧０．１×［Ｂ％］１／２      ・・・（１）
（２）水素濃度が１ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含む）。
（３）前記Ａｌ基合金を溶解し振動片式粘度計を用いて８００℃で測定したときの溶融粘度が１．０Ｐａ・ｓ以下（０Ｐａ・ｓを含まない）。
【請求項２】
前記Ｂが、１０Ｂ／（１０Ｂ＋１１Ｂ）≧３０％を満足する請求項１に記載のホウ素含有Ａｌ基合金の製造方法。
【請求項３】
前記Ａｌ基合金中のＡｌとＢを含む化合物のサイズが、３００μｍ以下である請求項１または２に記載のホウ素含有Ａｌ基合金の製造方法。
【請求項４】
他の元素として、Ｔｉを０．００５〜０．１％含有するＡｌ基合金を製造する請求項１〜３のいずれかに記載のホウ素含有Ａｌ基合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、再臨界防止作用や中性子吸収作用を有し、中性子を放射する使用済み核燃料の輸送容器や貯蔵容器等の素材として有用なホウ素含有Ａｌ基合金とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
使用済み核燃料を再臨界状態とすることなく、且つ放射線を過度に漏洩させることなく安全に輸送及び貯蔵するための手段として、その容器自体（例えば、燃料集合体を収納するためのバスケットなど）の設計や、用いる材料に関して種々の検討が行われている。これらの用途に用いられる材料には、材料自体に中性子などの吸収能力があること、および使用済み核燃料を効率よく冷却できること、等の特性が要求される。
【０００３】
中性子吸収用材料としては、従来からホウ素を含有させたＡｌ基合金が多用されており、使用済み核燃料の輸送容器や貯蔵容器等の構成材料として用いられている。そして、中性子の吸収のために含有されるホウ素によって、Ａｌ基合金本来の機械的特性が損なわれないように、様々な工夫がなされてきた。
【０００４】
例えば、Ａｌ基合金が成分元素としてＭｇを含む場合（例えば、ＪＩＳ 5000系や6000系など）には、添加されたホウ素がＭｇと金属間化合物を形成して晶析出することにより固溶Ｍｇが減少し、その結果として、Ａｌ基合金の強度が低下するという問題を生じることがある。こうした問題の解決策として、例えば特開平1-312043号には、合金造塊のための溶解処理を1200℃以上の温度で行なうことでＢとＭｇの反応を抑制する方法が提案されている。また、特開平1-312044号には、ホウ素をＡｌＢ12化合物の形態で添加することによってＢとＭｇの反応を抑制し、それら金属間化合物の生成による強度低下を防止する方法が提案されている。
【０００５】
一方、特開平4-333542号には、ホウ素添加による溶湯の高粘性化を原因とする鋳込み性の悪化を防ぐという観点から、680〜850℃の温度範囲でＫＢＦ4フラックスを添加してＢとＡｌを反応させ、生成したＡｌＢ2結晶を含むＡｌ−Ｂ合金溶湯にＫ2ＴｉＦ6を少量添加することによって、低粘性で鋳込み性の良好なホウ素含有Ａｌ基合金を得る方法が提案されている。
【０００６】
発明者らも、上記のようなホウ素含有Ａｌ基合金の開発について、かねてより研究を進めており、その研究の一環として特開平9-165637号や特開2001-316745号のような技術を提案している。
【０００７】
このうち、特開平9-165637号に開示した技術は、ホウ素の中でも中性子吸収能の高い質量数10の同位体ホウ素10Ｂの比率を95％以上（10Ｂと11Ｂの総量に対する10Ｂ量の割合）に高めることによって、ホウ素含有Ａｌ基合金の中性子吸収能力を高めたものであり、加えてこの技術では、ホウ素をＡｌＢ2としてＡｌ合金中に分散・含有させることで、より安定した中性子吸収作用を発揮させると共に、スクラップとして再利用を可能にしている。又、特開2001-316745号では10Ｂの比率を30％以上に高めると共に、ホウ素を含有する化合物のサイズを規定することによって、高温での機械的特性を安定化し、さらに合金中に化合物として存在するホウ素の偏析を防止することにより、良好な中性子吸収作用を材料全体に亘って発揮できるＡｌ基合金を実現している。しかしながら、Ａｌ基合金の機械的特性や中性子吸収能の向上については更に改善する余地を残している。
【０００８】
しかも、これまでに提案されているホウ素含有Ａｌ基合金では、表面に空孔ができたり膨れが生じ、表面性状が悪くなるという問題があった。また、該空孔がＡｌ基合金内部に生じると、機械的特性や加工性を劣化させる原因にもなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、優れた中性子吸収作用を有すると共に、機械的特性が良好で加工性に優れており、さらに表面性状も良好なホウ素含有Ａｌ基合金を製造するための有用な方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた本発明に係る中性子吸収作用を有するホウ素含有Ａｌ基合金とは、ＢおよびＳｉを含むＡｌ基合金であって、Ｂの含有量が０．５超〜１０％（質量％の意味、以下同じ）で、且つ水素濃度が１ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含む）であり、Ｓｉの含有量が下記（１）式を満足する他、前記Ａｌ基合金を溶解し振動片式粘度計を用いて８００℃で測定したときの溶融粘度が１．０Ｐａ・ｓ以下（０Ｐａ・ｓを含まない）である点に要旨を有する。
［Ｓｉ％］≧０．１×［Ｂ％］1/2      ・・・（１）
尚、上記（１）式中［元素％］は、元素含有量（質量％）を示している。
【００１１】
本発明では、上記要件に加えて、下記（ａ）〜（ｃ）の要件の１以上を同時に満たすものが好ましい。
（ａ）前記Ｂが、10Ｂ／（10Ｂ＋11Ｂ）≧３０％を満足する、
（ｂ）前記Ａｌ基合金中のＡｌとＢを含む化合物のサイズが、３００μｍ以下である、
（ｃ）他の元素として、Ｔｉを０．００５〜０．１％含有する。
【００１２】
また、本発明の製法とは、中性子吸収作用を有する上記ホウ素含有Ａｌ基合金を効率良く製造することのできる有用な方法として位置付けられるもので、Ａｌ基合金の溶解温度を液相線温度以上９００℃未満とすると共に、溶湯の昇温速度を３℃／ｍｉｎ以上とし、製造する際の圧力を６７ｋＰａ（５００ｔｏｒｒ）以下とする点に要旨を有している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成するために、様々な角度から検討した。その結果、ホウ素（Ｂ）含有Ａｌ基合金を再度溶解したときの溶湯の粘度と、該合金の水素濃度を適正範囲に制御してやれば、優れた機械的特性と良好な表面性状を有するホウ素含有Ａｌ基合金が得られることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明の作用効果について説明する。
【００１４】
上述した様に、Ａｌ基合金にホウ素を含有させると中性子吸収作用が与えられるが、本発明でホウ素の含有量は0.5超〜10％とした理由は下記の通りである。
【００１５】
Ｂ：0.5超〜10％
ホウ素含有Ａｌ基合金の中性子吸収能は、天然ホウ素（10Ｂの存在比は約20％）をＡｌ基合金に多量に含有させることによって高められる。反面、ホウ素はＡｌ基合金中では化合物の形態で存在するので、Ｂ含有量が増加するにつれてＢ含有化合物の生成量も多くなり、該Ｂ含有化合物の影響によってＡｌ基合金の高温強度やクリープ強度が劣化する。しかも、Ｂ含有量が10％を超えると、後述する様にＳｉ含有量や製造条件を適切に制御したとしても、ホウ素含有Ａｌ基合金を溶解させたときの溶湯の粘度が高くなり、Ａｌ基合金の機械的特性にも悪影響を及ぼすからである。こうした観点から、本発明ではＢ含有量を10％以下にする必要がある。好ましくは9.5％以下である。
【００１６】
一方、Ｂ含有量が0.5％以下では、Ａｌ基合金に含まれるホウ素の全てが10Ｂであったとしても、合金中のＢの絶対量が不足するため、希望する中性子吸収能を発揮させることができなくなる。その対策として材料厚みを厚くすることも考えられるが、容器全体の寸法が大きくなるという問題も生じてくる。容器の大型化はコストの点でも現実的でない。こうした観点から、本発明ではＢ含有量を0.5％超とする。好ましくは0.6％以上である。
【００１７】
上記範囲でホウ素をＡｌ基合金に含有させると、中性子吸収作用が有効に発揮される。但し、Ｂ含有化合物がＡｌ基合金中で偏析したり、凝集または粗大化すると、ホウ素含有Ａｌ基合金全体に亘って中性子吸収作用が万遍なく発揮されなくなる。しかし、Ａｌ基合金中におけるＢ含有化合物の存在状態を正確に把握することは難しい。すなわち、Ａｌ基合金中に存在するＢ含有化合物の形態は塊状、針状あるいは板状など様々であるので、光学顕微鏡を用いてホウ素含有Ａｌ基合金の一断面を観察したとしても、該合金中におけるＢ含有化合物の形態を正確に定量化することはできないからである。そこで、更に検討を重ね、ホウ素含有Ａｌ基合金を溶解したときの溶湯の粘度との関係を調べたところ、驚くべきことに該粘度と当該合金の機械的特性の間に良好な相関関係を有していることが分かった。そして、更なる追求の結果、ホウ素含有Ａｌ基合金を溶解させたときの溶湯の粘度を一定の範囲内に制御すれば、安定して高レベルの機械的特性が保障されることをつきとめた。本発明で意図するレベルの機械的特性を確保するには、ホウ素含有Ａｌ基合金を溶解したときの粘度を1.0Ｐａ・ｓ以下とすべきであり、この様な粘度を確保するには、Ｓｉを適量に含有させればよいことが分かった。この理由を下記に示す。
【００１８】
［Ｓｉ％］≧0.1×［Ｂ％］1/2
ホウ素含有Ａｌ基合金を製造する際に、Ａｌ基合金にホウ素を添加するとＡｌ基合金中にＢ含有化合物が生成するが、このＢ含有化合物が凝集または粗大化すると、製造によって得られるホウ素含有Ａｌ基合金を再度溶融したときの溶融粘度が高くなることが分かった。そこで、ホウ素含有Ａｌ基合金の粘度を低くする手段について検討したところ、Ａｌ基合金にＳｉを含有させると良いこと、そして、このときのＳｉ含有量をＡｌ基合金に含有させるＢ量との関係で適切に制御すればよいことをつきとめた。すなわち、ホウ素含有Ａｌ基合金を製造する際に、Ｂ含量に応じてＳｉを含有させると、液相線温度が下がるので、合金の固液共存温度域が広がってアルミ溶湯及びＢ含有化合物の流れ性が向上する。よって、凝固中のＢ含有化合物の凝集または粗大化を抑制できるので、製造により得られるホウ素含有Ａｌ基合金を再度溶解させたときの溶湯の粘度が低くなるのである。具体的には、下記（1）式を満足する様にＳｉを含有させればよい。
［Ｓｉ％］≧0.1×［Ｂ％］1/2      ・・・（1）
上記（1）式は実験によって得られたものであり、Ｂ含有量が比較的高くても、Ｂに対して少量のＳｉを含有させることによって本発明の目的を達成することができる。好ましいＳｉ含有量の下限は0.15×［Ｂ％］1/2である。
【００１９】
但し、Ｓｉを過剰に添加すると、Ｓｉ単体が粗大な析出物として生成し、材料の強度や剛性を損なう原因となるので、Ｓｉ含有量の上限は20％とするのが好ましい。より好ましくは19.5％以下であるが、Ａｌ基合金として厳しい機械的特性（例えば、強度や剛性など）が要求される場合には、それに応じてＳｉ含有量の上限を適宜定めれば良い。
【００２０】
ホウ素含有Ａｌ基合金を溶解し振動片式粘度計を用いて800℃で測定したときの溶湯の粘度が1.0Ｐａ・ｓ以下（0Ｐａ・ｓを含まない）
ホウ素含有Ａｌ基合金中のＢ含有化合物が偏析したり、凝集または粗大化すると、製造によって得られたホウ素含有Ａｌ基合金を800℃で溶解したときの溶湯の溶融粘度が1.0Ｐａ・ｓを超えることがわかった。すなわち、Ａｌ基合金中に粗大なＢ含有化合物が多く存在していると、ホウ素含有Ａｌ基合金を800℃で溶解したとしても、Ｂ含有化合物は溶解しないので溶湯の溶融粘度が高くなるのである。この理由は、ホウ素含有Ａｌ基合金を製造する際の溶湯の粘度が高ければ、製造時の溶湯が充分攪拌されないのでホウ素がＡｌ基合金中に偏析したり、凝集または粗大化し易くなるからと考えられる。
【００２１】
前掲の通りホウ素含有Ａｌ基合金を再度溶解したときの溶湯の粘度が高ければ、Ｂ含有化合物の粗大化によって均一な中性子吸収作用を奏することができず、また、強度や耐力、伸びなどの機械的特性が劣化するので加工性も悪くなる。つまり、Ｂ含有化合物とＡｌ母相との界面は滑らかではないので、この界面には空孔が生じやすい。そして、Ｂ含有化合物が凝集すると、該化合物同士は結合していないので凝集内部はＡｌ母相が欠落した状態となる。そのため、Ｂ含有化合物が多く凝集すると、破壊の起点となるので、機械的特性や加工性が悪くなる原因となる。
【００２２】
さらに、ホウ素含有Ａｌ基合金を溶解したときの溶湯の粘度が1.0Ｐａ・ｓを超えると、該合金の表面性状も悪くなることが分かった。すなわち、Ｂ含有化合物の密度はＡｌ溶湯よりも大きいので、Ａｌ溶湯を積極的に攪拌することによってＢ含有化合物の重力偏析を防止する必要があるが、ホウ素含有Ａｌ基合金を製造する際の溶湯の粘度が高ければ、溶湯内で発生した気体が溶湯から放散され難くなると共に、溶湯の積極的な攪拌によって大気中のガス（例えば水蒸気）が溶湯内に巻き込まれやすくなるので、これらのガスが溶湯内に残留してホウ素含有Ａｌ基合金内に空孔を生じるのである。従って、ホウ素含有Ａｌ基合金の表面や内部に空孔が生じると、該合金の表面性状が損なわれ、さらに多量に生成する空孔によって機械的特性も損なわれるのである。
【００２３】
よって、本発明では、この様な観点から、ホウ素含有Ａｌ基合金を再度溶解したときの溶湯の粘度を1.0Ｐａ・ｓ以下にする必要がある。好ましくは0.9Ｐａ・ｓ以下である。尚、粘度は0Ｐａ・ｓにならないので、下限値は0Ｐａ・ｓを含まない。また、ホウ素含有Ａｌ基合金を溶解したときの溶湯の粘度を制御するためには、上述した様にＢ含有量に応じて適量のＳｉを含有させれば良い。
【００２４】
ここで、本発明において、ホウ素含有Ａｌ基合金を溶解したときの溶湯の粘度とは、振動片式粘度計（神戸製鋼所製）を用いて、Ａｒ雰囲気中で、800℃で測定したときの粘度を指し、溶体での粘性抵抗と密度から粘度を算出することができる。振動片式粘度計の概略説明図を図１に示す。
【００２５】
粘度の測定原理は次の通りである。図中、1は振動台であり、一定の振幅で上下方向に振動する。振動台1には、電気炉が備えられており、該電気炉で試料（ホウ素含有Ａｌ基合金）を加熱して溶解する。電気炉内へは2Ｌ／ｍｉｎの流量でＡｒガスが吹き込まれている。一方、振動発生器の板バネに接続された振動片を試料（液体）に浸漬させ、振動台1を一定の駆動力で振動させると、試料の粘性抵抗によって振動片の振幅は変化（減衰）する。
【００２６】
ここで、「振幅の変化量」と「試料の粘度と密度の積」は理論的に下記（2）式で表されることが知られている。尚、試料の密度はＪＩＳ Z8807に準拠して測定すれば良い。
ρμ＝Ｋ［（ｆ／ｆａ）×（Ｅａ／Ｅ）−１］2    ・・・（2）
但し、Ｋ＝Ｒｍ2／πｆＡ2であり、式中、ρ：試料密度（ｋｇ／ｍ3）、μ：試料粘度（Ｐａ・ｓ）、ｆ：試料中の共振周波数（Ｈｚ）、ｆａ：空気中の共振周波数（Ｈｚ）、Ｅａ：空気中での振幅（ｍ）、Ｅ：試料中での振幅（ｍ）、Ｒｍ：機械的インピーダンスの抵抗分（ｋｇ・ｍ／ｓ）、Ａ：振動片の体積（ｍ3）である。
【００２７】
上記（2）式が成立する前提条件は、▲１▼試料がニュートン流体であること、▲２▼振動片の振動によって乱流を生じないこと、▲３▼振動片と試料との間にすべりがないこと、▲４▼振動片の大きさが振動によって生じる波の波長に比べて充分に大きく、振動片の端の影響が無視でき、さらに波が平面波とみなせること、▲５▼試料容器が大きく反射波の影響が無視できること、である。そして、空気中と試料中の共振周波数が同じ（ｆ＝ｆａ）と仮定すると、上記（2）式は次式の様に変形できる。
ρμ＝Ｋ［（Ｅａ／Ｅ）−１］2    ・・・（3）
但し、Ｋ＝Ｒｍ2／πｆａＡ2である。本発明では、上記（3）式を用いてＡｒ雰囲気中で、800℃での粘度を測定した。尚、標準液にはＪＩＳ粘度標準液を用いた。
【００２８】
振動片式粘度計を用いた理由は、連続的な温度変化と同時に粘度を測定できると共に、高温でも測定可能であるからである。また、測定温度を800℃とした理由は、本発明が対象とする組成のホウ素含有Ａｌ基合金であれば、800℃で確実に溶解しており、粘度測定を安定に行えるからである。
【００２９】
本発明では、ホウ素含有Ａｌ基合金中の水素濃度を規定することも重要である。その理由を下記に示す。
【００３０】
ホウ素含有Ａｌ基合金の水素濃度が1ｐｐｍ以下（0ｐｐｍを含む）
ホウ素含有Ａｌ基合金中の水素濃度が1ｐｐｍを超えると、該合金内に生成する空孔が多くなり、表面性状や機械的性質が劣化するばかりでなく、加熱加工（例えば、熱間加工など）して最終製品にする際に不具合を生じる原因にもなる。すなわち、前記Ａｌ基合金を加熱すると、合金内部の水素が膨張して合金表面に膨れを生じたり、合金内部に空孔欠陥を生じるからである。よって、最終製品の表面性状が悪くなると共に、合金内部に生じる空孔欠陥によって機械的特性が低下する。こうした問題を回避するためには、本発明ではホウ素含有Ａｌ基合金の水素濃度を1ｐｐｍ以下にする必要がある。好ましくは0.9ｐｐｍ以下であり、水素濃度は低ければ低いほど好ましい。尚、Ａｌ基合金中の水素濃度を低減する手段として、例えばＡｌ基合金を造塊する際の圧力を制御する方法が挙げられるが、詳細は後述する。尚、ホウ素含有Ａｌ基合金中の水素濃度は、真空加熱溶融解−定容測圧法（ＪＩＳ Z2614）で測定することができる。
【００３１】
本発明では、上記要件を満足することによって、基本的には良好な中性子吸収作用を有すると共に、機械的特性および表面性状に優れたホウ素含有Ａｌ基合金を実現できるが、ホウ素含有Ａｌ基合金中における10Ｂの含有比を適切に調整することも推奨される。
【００３２】
10Ｂ／（10Ｂ＋11Ｂ）≧30％
10Ｂを約20％含有する天然ホウ素を用いて所望の中性子吸収能力を得るには、前述した如くホウ素含有Ａｌ基合金の材料厚みを厚くしたりホウ素含有量を多くする必要がある。しかしこれらの方法を採用すると、前述したような不都合を招く。そこで、機械的特性を損なわないＢ含有量の範囲内で一層の中性子吸収能を発揮させるには、ホウ素の同位体である10Ｂの含有比［10Ｂ／（10Ｂ＋11Ｂ）］を30％以上にすることが好ましい。即ち、10Ｂの含有比を30％以上にすることによって、ホウ素含有Ａｌ基合金の材料厚みを薄くできるので、容器寸法も小さくできる。
【００３３】
一方、10Ｂの含有比は、高くなればなるほど中性子吸収能が高くなるので、Ｂの含有量を抑えることができ、しかもホウ素含有Ａｌ基合金の厚みも薄くできる。しかし、設計上構造部材としてある程度の厚みは必要となること、および、その含有比があまり大きくなると非常に高価な10Ｂの多量使用によってコストが上昇するので、上記10Ｂの含有比は95％未満に抑えることが好ましい。
【００３４】
本発明のホウ素含有Ａｌ基合金では、Ｂ含有化合物の粗大化が問題となるが、このＢ含有化合物の種類についてさらに検討したところ、上記Ｂ含有化合物のうちＡｌとＢを含む化合物のサイズが前記Ａｌ基合金の機械的特性に特に影響を与えていることが分かった。本発明では、ＡｌとＢを含む化合物のサイズは、300μｍ以下であることが推奨される。
【００３５】
ＡｌとＢを含む化合物のサイズが300μｍ以下
ホウ素がＡｌ基合金中で凝集または粗大化し、ＡｌとＢを含む化合物として存在していると、中性子吸収能にバラツキが生じてくる。また、前記化合物が粗大化すると、機械的性質（特に、強度や伸び）が低下する。すなわち、ＡｌとＢを含む化合物は、製造条件によって粗大化、さらには巨大化し易く、しかも該化合物自体が硬いので、例えば圧延しても微細化することは非常に困難であるが、後述する方法を採用すると、ＡｌとＢを含む化合物のサイズが300μｍ以下の微細なものとなる。よって、Ａｌ基合金中に均一に分散され易く、中性子吸収能が均一となると共に、機械的性質も良好になる。
【００３６】
ここで、「ＡｌとＢを含む化合物」とは、ＡｌＢ2やＡｌＢ12などのＡｌとＢの化合物はもとより、Ａｌ−Ｂ−Ｍｇ系などの金属間化合物も含む意味である。また、Ａｌ−Ｂ−Ｍｇ系以外の金属間化合物としては、Ａｌ−Ｂ−Ｍｎ系やＡｌ−Ｂ−Ｃｕ系などが例示され、これらの複合化合物も本発明のＡｌとＢを含む化合物に含まれる。すなわち、本発明においては、合金元素としてＭｇを主に含む5000系や6000系のＡｌ基合金だけでなく、Ｍｎを主に含む3000系やＣｕを主に含む2000系Ａｌ基合金等においても、ＡｌとＢの他にこうした合金元素を含む化合物のサイズを制御することによって、本発明の効果が達成できることを確認している。
【００３７】
また、ＡｌとＢを含む化合物の形態は、塊状、針状あるいは板状等、様々であるが、本発明における「化合物のサイズ」とは、板厚方向や板幅方向にかかわらず、その最長の寸法を意味する。
【００３８】
化合物のサイズの測定方法としては、ＥＰＭＡ、ＳＥＭおよびＦＥ−ＳＥＭによるＥＤＸ（ＥＤＳとも呼ぶ）、ＴＥＭおよびＦＥ−ＴＥＭによるＥＤＸ（ＥＤＳとも呼ぶ）等によって、１つ１つ化合物を分析することでサイズを測定することができる。このとき、その精度をより向上させるには、測定個数を100個程度以上とするのが良い。
【００３９】
本発明では、Ａｌを含まないＢ含有化合物のサイズも300μｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
Ａｌを含まないＢ含有化合物の種類も特に限定されず、例えば、ＴｉＢやＣｒＢ、ＦｅＢ、Ｂ2Ｏ3、Ｂ4Ｃ等のいずれをも含む趣旨である。尚、これらの化合物は、Ａｌ基合金溶湯にＢを添加して生成したものの他、原料粉末の段階で予め化合物の形態にしたものをＡｌ基合金溶湯（またはＡｌ溶湯）に添加したものなどその由来には一切限定されない。また、Ａｌを含まないＢ含有化合物については、その全てが300μｍ以下である必要はないが、好ましくは80％以上が300μｍ以下のサイズとなっていると望ましい。
【００４１】
さらに、本発明のホウ素含有Ａｌ基合金は、Ｔｉを0.005〜0.1％含有することも好ましい。
【００４２】
Ｔｉ：0.005〜0.1％
Ｔｉは、ホウ素含有Ａｌ基合金の結晶粒を微細化させ、該合金の強度や耐力の向上に寄与する。また、前記Ａｌ基合金は溶融時に水素を固溶することが知られており、冷却・凝固時に放出された水素は結晶粒界に固着し易い。よって、Ａｌ基合金の結晶粒が微細になると、結晶粒界も多くなって水素の生成サイトが増大し個々の体積が小さくなることによって、前述したような水素ガスに由来する表面欠陥や強度欠陥なども軽減される。この様な効果は、Ｔｉを0.005％以上含有させることによって有効に発揮される。より好ましくは0.01％以上である。
【００４３】
しかし、Ｔｉを過剰に添加すると、Ａｌ−Ｔｉ系の化合物が多く晶出または析出し、Ａｌ基合金の延性や加工性を低下させることがあるので、Ｔｉの添加量の上限は0.1％とするのが好ましい。より好ましい上限は0.09％である。
【００４４】
次に、本発明の製造方法について説明する。上記した本発明のホウ素含有Ａｌ基合金を製造するにあたっては、溶解温度を液相線温度以上900℃未満とすると共に、溶湯の昇温速度を3℃／ｍｉｎ以上とし、更に製造する際の圧力を67ｋＰａ以下とすることが必要である。この様に規定した理由を説明する。
【００４５】
溶解温度：液相線温度以上900℃未満
添加したホウ素をＢ含有化合物として均一に分散させるためには、Ａｌ基合金溶湯中でＢを微細分散させる必要があるが、ホウ素の添加後に高温で長時間保持すると、溶湯中に生成するＢ含有化合物は凝集または粗大化する。この結果、得られるホウ素含有Ａｌ基合金を、再び溶解させた溶湯の粘度が高くなる。また、ホウ素が偏析すると、中性子吸収能にバラツキを生じる原因にもなる。さらに、溶湯を高温で長時間保持すると、水素の固溶量が増大し、冷却・凝固時に水素を多量に放出する原因になって、合金内に空孔欠陥が生成し易くなる。よって、本発明では、溶解温度を900℃未満と定めた。好ましくは800℃未満とすることが望ましい。尚、Ａｌ基合金を溶解させるのであるから、溶解温度の下限は液相線温度である。
【００４６】
溶湯の昇温速度：3℃／ｍｉｎ以上
本発明では、Ａｌ基合金を液相線温度以上として溶解させた後、該溶湯を昇温速度3℃／ｍｉｎ以上で上記溶解温度範囲内でさらに加熱する必要がある。溶湯の昇温速度が3℃／ｍｉｎ未満になると、溶湯を長時間加熱保持することとなり、この間に粗大化合物が生成し易くなり、機械的性質を劣化させる原因になるからである。従って、液相線温度以上になった溶湯（固液混合状態の溶湯）を均一温度に保持して溶解させると、固体分が完全に溶解するまでに時間がかかるが、本発明では液相線温度以上となった溶湯の昇温速度を高めることによって、全体（すなわち、合金が溶解し始めてから凝固が完了するまで）の時間を短縮でき、Ｂ含有化合物の凝集または偏析を抑制できる。好ましい溶湯の昇温速度は4℃／ｍｉｎ以上である。尚、溶湯の昇温速度の上限は特に限定されず、各設備に応じて安全に操業できる範囲で定めればよい。
【００４７】
圧力：67ｋＰａ以下
大気雰囲気［1ａｔｍ、101ｋＰａ（760ｔｏｒｒ）］で造塊すると、大気中の水蒸気が溶湯に巻き込まれて、鋳塊中に空孔が生じ易くなるばかりでなく、この空孔が生じた鋳塊を熱間で加工すると鋳塊中のガスが膨張して合金の表面や内部に欠陥が生じる。そこで、大気雰囲気中の水蒸気含有量を低くすると共に、溶湯に固溶している水素ガスの脱気を進めるため、製造時の圧力を67ｋＰａ（500ｔｏｒｒ）以下に抑えることが必要となる。圧力はできるだけ小さく真空状態に近い方が良いが、圧力を小さくする為のコストや労力、時間などを比較考慮すれば、好ましくは53ｋＰａ（400ｔｏｒｒ）以下である。尚、本発明において、圧力とはゲージ圧である。
【００４８】
本発明のホウ素含有Ａｌ基合金を製造する際には、上記の様に溶解温度、溶湯の昇温速度および製造時の圧力を夫々制御すれば良く、その他の条件については特に限定されず、本発明の目的を損なわない範囲で通常使用される条件を採用すればよい。また、鋳塊の製造方法も特に限定されず、インゴット造塊法の他例えば連続鋳造法など公知の方法を用いることができる。
【００４９】
さらに、上記方法で得られたホウ素含有Ａｌ基合金（例えば、鋳塊、板材および押出し材など）に熱処理を施すことも好ましい。この条件は要求される用途や強度によって異なるため、通常のＡｌ基合金に対して行われている熱処理や冷延処理の条件を採用すれば良い。但し、合金の種類によっては、所定の熱処理を施すことにより、さらに優れた機械的特性（引張強度や延性等）が得られる。例えば、6000系合金では、圧延や押出しなどの熱間加工を施した後、溶体化処理（515〜550℃）→焼入（水焼入れ等）→時効硬化熱処理（155〜165℃）を施すことにより、300ＭＰａ以上の非常に優れた引張強度を得ることができる。
【００５０】
鋳塊においては、表層部から深さ3ｍｍ以上の面削を行なうことも好ましく、こうした処理によって表面品質の良い鋳塊や板材、押出し材などができる。すなわち、この鋳塊の表面付近はホウ素の偏析が生じ易く、本発明で規定する化合物形態を外れることがあり、陽極酸化処理等の表面処理を施して使用する際に、表面むらが発生し好ましくないからである。この面削のより好ましい表面深さは、3.5ｍｍ以上である。
【００５１】
本発明で対象とするＡｌ基合金の基本成分については、１０００系のＡｌ基合金を使用できる。こうしたＡｌ基合金には、基本成分の他に、その特性を阻害しない程度の少量のＺｎ，Ｃｒ，Ｆｅ等を含んでいても良く、またＭｏ，Ｎｂ，Ｎｉ等を不可避不純物量で含むＡｌ基合金も本発明の対象となる。
【００５２】
本発明で、製造時に添加するホウ素の形態はＡｌＢ2，ＴｉＢ，Ｂ4Ｃなどの化合物の形で添加すると良い。また、10Ｂの存在比を多くするためには、化学交換法などの公知の方法を採用できる。
【００５３】
以下、実施例によって本発明の作用・効果をより具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更して実施することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５４】
【実施例】
実施例１
下記表１に示す組成（ａ〜ｇ）のＡｌ基合金を、溶解温度：800℃、昇温速度：5.0℃／ｍｉｎ、および圧力：40ｋＰａ（300ｔｏｒｒ）で造塊し、厚さ300ｍｍの鋳塊（インゴット）を得た。尚、ホウ素の各同位体（10Ｂおよび11Ｂ）の含量をＩＣＰ質量分析法で測定し、得られた結果から10Ｂの存在比［10Ｂ／（10Ｂ＋11Ｂ）］を算出して表１に合わせて示した。
【００５５】
【表１】
0003787311.tif 000002
【００５６】
上記インゴットを均熱処理した後表面面削し、更に開始温度500℃で熱間圧延を行ない、厚さ10ｍｍの板材を製造した。このとき、面削は均熱処理前でも良いが、均熱後に面削した方が表面酸化物を効率良く除去でき、表面品質の良い板ができる。また熱間圧延前に所定の形状に整えるために鍛造工程を行ってもよい。得られたＡｌ基合金板材について、下記の項目について調査した。
【００５７】
［溶湯粘度の測定］
作製した板材から50ｍｍ×100ｍｍ×板厚の試料をサンプリングし、振動式粘度計（神戸製鋼所製）を用いて、Ａｒガス雰囲気で、800℃で、材料の溶体での粘性抵抗と密度から粘度を算出した（測定原理は上述した通りである）。尚、Ａｒガスの流量は2Ｌ／ｍｉｎである。
【００５８】
［ＡｌとＢを含む化合物のサイズの測定］
作製した板材からサンプリングを行ない、ＳＥＭまたはＳＥＭ−ＥＤＸ（ＥＤＳとも呼ぶ）でＡｌとＢを含む化合物のサイズを測定した。また、ＥＤＸによって各化合物中のＢの存在を確認した。このとき前記化合物のサイズは、短形状であれば長軸側の長さ、球状形状であれば最大直径を化合物のサイズとして測定した。尚、測定個数は200個とし、平均値を求めた。
【００５９】
［水素濃度の測定］
作製した板材からサンプリングした試料（50ｍｍ×100ｍｍ×板厚）の水素濃度を、水素分析装置（ＲＩＧＯＳＨＡ社製）を用いて真空加熱融解−定容測圧法（ＪＩＳ Z2614による）で測定した。測定位置は、図２に黒丸（●）3で示した様に、試料2の先後端部における幅方向の中央と端の6点とし、これらの平均値を求めた。
【００６０】
［板材の表面性状］
作製した板材の表面性状を目視観察し、下記基準で評価した。
◎：試料表面に割れおよび膨れが認められない
○：試料表面に割れや膨れが若干観察されるが問題無い程度
×：試料表面に割れや膨れが観察される。
【００６１】
［室温引張り試験］
作製した板材からＪＩＳ Ｚ 2201の５号試験片（25ｗ×50ＧＬ×板厚）を採取し、室温で引張試験を行なった。このとき試験片の採取方向は、圧延方向に直角とし、引張速度は、0.2％耐力までは1ＭＰａ／ｓｅｃ、耐力以降は20ｍｍ／ｍｉｎとした。また、ＪＩＳ Z2241（1980）（金属材料引張試験方法）に基づき、室温20℃で試験を行なった。これらの方法によって強度、0.2％耐力、伸びの評価を行なった（Ｎ数は9）。
【００６２】
結果を下記表２に一括して示すが、この結果から以下のように考察できる。即ち、本発明で規定する要件を満足するホウ素含有Ａｌ基合金（No.1〜4）は、いずれも表面性状および室温引張特性が良好であることが分かる。これに対して本発明で規定する要件のいずれかを欠くホウ素含有Ａｌ基合金（No. 5〜7）では、表面性状および室温における引張特性のいずれかに問題がある。特に、No.5はホウ素含有量が本発明の規定範囲を外れているので、中性子吸収作用が充分でない。
【００６３】
【表２】
0003787311.tif 000003
【００６４】
実施例２
前記表１に示した組成ｈのＡｌ基合金を、下記表３に示す条件（溶解温度、昇温速度および圧力）で造塊し、厚さ300ｍｍの鋳塊（インゴット）を得た。尚、表１には、実施例１と同様に算出した10Ｂの存在比［10Ｂ／（10Ｂ＋11Ｂ）］を合わせて示した。
【００６５】
【表３】
0003787311.tif 000004
【００６６】
上記インゴットを前記実施例１と同様に均熱処理してから表面を面削し、更に開始温度500℃で熱間圧延を行ない、厚さ10ｍｍの板材を製造した。得られたＡｌ基合金板材について、上記実施例１と同様の基準で評価した。この結果を表４に示す。
【００６７】
【表４】
0003787311.tif 000005
【００６８】
表４から、本発明の要件を満足するホウ素含有Ａｌ基合金（No.8〜11）は、いずれも表面性状が良好で機械的特性にも優れている。一方、No.12〜14は、本発明の要件を満足しておらず、表面性状および機械的特性が劣っている。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、材料全体に亘って良好な中性子吸収作用を発揮すると共に、機械的特性に優れ且つ、表面性状の良好なホウ素含有Ａｌ基合金を製造するための有用な方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明で用いた振動片式粘度計の概略説明図である。
【図２】  水素濃度の測定位置を説明する図である。
【符号の説明】
１  振動台
２  試料
３  水素濃度測定位置
【図１】
0003787311.tif 000006
【図２】
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