(57)【要約】  高強度、良好な延性、高い耐クリープ性、高い熱安定性、及び耐久性を示すアルミニウム−マグネシウム−マンガン−ジルコニウム−接種剤合金。
2020510759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム、マグネシウム、マンガン、ケイ素、ジルコニウム、及び接種剤を含み、且つＡｌ３Ｚｒを含むナノスケール析出物を含むアルミニウム合金であって
前記ナノスケール析出物が約２０ｎｍ以下の平均直径を有し、α−Ａｌ面心立方構造マトリックス中にＬ１２構造を有し；
前記ナノスケール析出物の平均数密度が約２０２１ｍ−３以上であり；
前記接種剤が、スズ、ストロンチウム、及び亜鉛の１種以上を含み；
前記アルミニウム合金がハードテンパーである場合、それが、室温で、少なくとも約３８０ＭＰａの降伏強度、少なくとも約４４０ＭＰａの引張強度、及び少なくとも約５％の伸びを有し；且つ
前記アルミニウム合金がソフトテンパーである場合、それが、室温で、少なくとも約１９０ＭＰａの降伏強度、少なくとも約３２０ＭＰａの引張強度、及び少なくとも約１８％の伸びを有する、アルミニウム合金。
【請求項２】
約３．０〜約６．２重量％のマグネシウム；
約０．０１〜約１．８重量％のマンガン；
約０．０１〜約０．２重量％のケイ素；
約０．２〜約０．５重量％のジルコニウム；
約０．０１〜約０．２重量％のスズ；及び
残部としてのアルミニウムを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項３】
約３．０〜約６．２重量％のマグネシウム；
約０．０１〜約１．８重量％のマンガン；
約０．０１〜約０．２重量％のケイ素；
約０．２〜約０．５重量％のジルコニウム；
約０．００１〜約０．１重量％のストロンチウム；及び
残部としてのアルミニウムを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項４】
約３．０〜約６．２重量％のマグネシウム；
約０．０１〜約１．８重量％のマンガン；
約０．０１〜約０．２重量％のケイ素；
約０．２〜約０．５重量％のジルコニウム；
約０．１〜約１重量％の亜鉛；及び
残部としてのアルミニウムを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項５】
前記複数のＬ１２析出物が約１０ｎｍ以下の平均直径を有する、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項６】
前記複数のＬ１２析出物が約３ｎｍ〜約７ｎｍの平均直径を有する、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項７】
約４．５重量％のマグネシウム；
約０．３５重量％のマンガン；
約０．２重量％のケイ素；
約０．３重量％のジルコニウム；
約０．１重量％のスズ；及び
残部としてのアルミニウムを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項８】
約４．５重量％のマグネシウム；
約０．２５重量％のマンガン；
約０．０９重量％のケイ素；
約０．２重量％の鉄；
約０．３重量％のジルコニウム；
約０．１重量％のスズ；及び
残部としてのアルミニウムを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項９】
約４．５重量％のマグネシウム；
約０．３５重量％のマンガン；
約０．２重量％のケイ素；
約０．３重量％のジルコニウム；
約０．００３重量％のストロンチウム；及び
残部としてのアルミニウムを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１０】
約４．５重量％のマグネシウム；
約０．３５重量％のマンガン；
約０．２重量％のケイ素；
約０．３重量％のジルコニウム；
約０．５重量％の亜鉛；及び
残部としてのアルミニウムを含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１１】
約３００℃の再結晶温度を有する、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１２】
基本的にスカンジウムを含まない、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１３】
不純物として約０．５％以下の鉄を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
【請求項１４】
請求項１に記載のアルミニウム合金から部品を製造する方法であって
ａ）前記合金を約７００℃〜約９００℃の温度で融解すること；
ｂ）次いで、前記融解された合金を鋳型中に周囲温度で鋳造すること；
ｃ）次いで、冷却媒体を使用して、前記鋳造された鋳塊を冷却すること；及び
ｄ）次いで、前記鋳造された鋳塊を、約３５０℃〜約４５０℃の温度で約２時間〜約４８時間の期間、熱時効させること
を含む方法。
【請求項１５】
前記鋳造された鋳塊を冷間圧延して、シート製品を形成することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
約１４０℃〜約１７０℃の温度で約１〜約５時間の期間、前記シート製品を安定化熱処理することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１に記載のアルミニウム合金から部品を製造する方法であって
ａ）前記合金を約７００℃〜約９００℃の温度で融解すること；
ｂ）次いで、前記合金を鋳型中に周囲温度で鋳造すること；
ｃ）次いで、冷却媒体を使用して、前記鋳造された鋳塊を冷却すること；及び
ｄ）次いで、前記鋳造された鋳塊を熱間圧延して、シートを形成すること
を含む方法。
【請求項１８】
前記シートを、約３５０℃〜約４５０℃の温度で約２時間〜約４８時間の期間、熱時効させることをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
次いで、前記熱時効工程の後、前記シートを冷間圧延して、薄板又は箔製品を形成することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記薄板又は箔製品を、約１４０℃〜約１７０℃の温度で約１〜約５時間の期間、熱安定化処理することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
ｅ）次いで、前記シートを冷間圧延して、薄板又は箔製品を形成すること；及び
ｆ）次いで、前記薄板又は箔製品を、約３００℃〜約４１０℃の温度で約２時間〜約２４時間の期間、熱時効させることをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１に記載のアルミニウム合金を含む飲料缶の蓋。
【請求項２３】
請求項１に記載のアルミニウム合金を含む飲料缶のタブ。
【請求項２４】
請求項１に記載のアルミニウム合金を含むアルミニウム合金部品であって、屋根ふき材、板張り材、化学製造装置、食品製造装置、貯蔵タンク、家電製品、板金加工、海洋部品、輸送部品、高耐久性調理用品、油圧管、燃料タンク、圧力容器、トラックのボディ、トラック組立て部品、トレーラーのボディ、トレーラー組立て部品、掘削装置、ミサイル部品、及び鉄道車両からなら群から選択されるアルミニウム合金部品。
【請求項２５】
ワイヤ、シート、プレート、及び箔からなる群から選択される、請求項１に記載のアルミニウム合金の成形加工された形態。
【請求項２６】
アルミニウム、マグネシウム、マンガン、ケイ素、ジルコニウム、及び接種剤を含み、且つＡｌ３Ｚｒを含むナノスケール析出物を含むアルミニウム合金であって；
前記ナノスケール析出物が約２０ｎｍ以下の平均直径を有し、α−Ａｌ面心立方構造マトリックス中にＬ１２構造を有し；
前記ナノスケール析出物の平均数密度が約２０２１ｍ−３以上であり；
前記接種剤が、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、インジウム、アンチモン、鉛、及びビスマスの１種以上を含み；
前記アルミニウム合金がハードテンパーである場合、それが、室温で、少なくとも約３８０ＭＰａの降伏強度、少なくとも約４４０ＭＰａの引張強度、及び少なくとも約５％の伸びを有し；且つ
前記アルミニウム合金がソフトテンパーである場合、それが、室温で、少なくとも約１９０ＭＰａの降伏強度、少なくとも約３２０ＭＰａの引張強度、及び少なくとも約１８％の伸びを有する、アルミニウム合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本願は、２０１７年３月８日に出願され、High-Performance 5000-Series Aluminum Alloysという名称の米国特許出願第６２／４６８，４６７号の出願日の利益を主張し、その内容を参照により本明細書に組み込む。本発明は、アメリカ国立科学財団（National Science Foundation）により与えられる連邦給付金第ＩＩＰ  １５４９２８２号による政府支援によりなされた。政府は本発明に特定の権利を有する。
【０００２】
[0002]  本願は、高強度、良好な延性、高い耐クリープ性、高い熱安定性、及び耐久性を有する５０００系アルミニウム合金のファミリーに関する。開示される合金は、非限定的に飲料缶の蓋及びタブの性能を改善するのに特に有利である。さらに、開示される合金は、例えば、屋根ふき及び板張り材、化学及び食品装置、貯蔵タンク、家電製品、板金加工、海洋部品、輸送部品、高耐久性調理用品、油圧管、燃料タンク、圧力容器、高耐久性のトラック及びトレーラーのボディ及び組立て部品、掘削装置、ミサイル部品、並びに鉄道車両の性能を改善するのに有利である。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  主として飲料を保存するためのアルミニウム缶の製造は、世界中のアルミニウムの唯一最大の使用である。年間生産量は、１年あたり３２００億缶という莫大なものであり、４１億６０００万キログラムのアルミニウムに等しい。さらに、缶に使用されるアルミニウムの７５％は再生利用されるので、アルミニウム缶製造は、恐らく世界の最良の再生利用の例である。アルミニウム缶の製造量は莫大なので、効率改善は、倍数的に増加する巨大な効果を伴う；１グラムの重量が缶で節約されると、世界中で１年あたり２０万トン超のアルミニウムを節約できる。この重量の利益と共に、エネルギー消費並びに輸送の間のＣＯ２排出量が低減される−両方とも環境の持続可能性における主要な測定基準である。さらに、アルミニウム缶が軽いことにより、充填、貯蔵、輸送、及び製品の寿命の最後での廃棄の間に資源の節約を助ける。このように、缶の軽量化は、数十年の間、最優先事項であった。
【０００４】
[0004]  飲料包装産業は、できるだけ多く材料を削減し続けながら、缶の性能を維持する方法を常に求めてきた。通常の缶のデザインは２つの部分からなる：缶の本体は、３０００系アルミニウム、具体的にはＡＡ３００４でできており、缶の蓋及びオープナーは、５０００系アルミニウム、具体的にはＡＡ５１８２でできている。アルミニウム缶の一貫した正確な製造の裏にある成功は、強いけれども成形可能な３０００系及び５０００系アルミニウムシートに基づいている。缶の本体は缶の質量の約７５％であり、より小さい蓋は、残りの２５％である。より軽い缶を設計する最も明らかな２つの方法は：（ｉ）より小さい蓋を設計すること、並びに（ｉｉ）缶の壁及び蓋の厚さを減少させることである。缶の本体及び蓋を薄くするために、密度、成形性、及び耐食性などの重要な特性を維持しながら、より強い３０００系及び５０００系合金が必要である。航空宇宙グレードの２０００系及び７０００系は非常に強いが、その低い成形性は缶製造に適していない。そのため、新たな缶製造材料を開発する通常の手法は、現在利用されている合金を改変すること、すなわち、合金組成及び熱機械的プロセスの変更を現在の３０００系及び５０００系合金に加えて、他の重要な性質を犠牲にせずにそれらを強化することである。さらに、缶中のアルミニウムの７５％は再生利用され、現在、アルミニウムシートを鋳直すことに使用されつつあり、それは缶製造業者に返されて、新たなバッチの缶が製造される。再生利用は、缶製造の経済学において重要な役割を果たしており、そのため現在の３０００系及び５０００系合金の改変は、低コストの再生利用された缶の使用を維持することを助けるだろう。
【０００５】
[0005]  市販のアルミニウム合金の強度を増大させ、延性を維持するための周知の手段は、低濃度のスカンジウム（Ｓｃ）の添加である。強化は、時効処理の間のＬ１２構造Ａｌ３Ｓｃナノ析出物（直径およそ５〜１０ｎｍ）の生成から生じ、それはアルミニウムマトリックスと密着する。これらの析出物の低い体積分率、ナノサイズ、及びマトリックス結合力は、合金が延性及び成形性などの他の性質を維持するのを助ける。しかし、スカンジウムは、非常に高価なので（銀の１０倍高価である）、食品及び飲料包装などのコストに敏感な用途でのその使用が阻まれる。
【０００６】
[0006]  したがって、密度、成形性、及び耐食性などの重要な特性を維持しながら、より強い５０００系アルミニウム合金が必要とされている。より強い材料により、缶の蓋及びタブはより薄くすることができ、より軽い飲料缶がもたらされる。さらに、高性能５０００系アルミニウム合金は、軽量化の目的で他の多くの用途で常に必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0007]  本明細書に記載される実施形態は、Ａｌ３Ｚｒナノスケール析出物を含む熱処理型アルミニウム−マンガン系（５０００系）合金であって、ナノスケール析出物が約２０ｎｍ以下の平均直径を有し、α−Ａｌ面心立方構造マトリックス中にＬ１２構造を有し、ナノスケール析出物の平均数密度が約２０２１ｍ−３以上である合金に関する。それらは、基本的にスカンジウムを含まない一方で（すなわち、スカンジウムが故意的に全く加えられない）、高強度、良好な延性、高い耐クリープ性、高い熱安定性、及び耐久性を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】[0008]図１Ａは、（Ａ）Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ重量％（ＡＡ５１８２）、Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．３Ｚｒ重量％（ＡＡ５１８２＋Ｚｒ）及びＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．１Ｓｎ重量％（ＡＡ５１８２＋Ｚｒ＋Ｓｎ）（本発明の合金）の４００℃での等時時効の間の微小硬度の展開である。図を見やすくするために、エラーバーは、いくつかのデータポイントで省略されている。
【図１Ｂ】[0008]図１Ｂは、（Ｂ）Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ重量％（ＡＡ５１８２）、Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．３Ｚｒ重量％（ＡＡ５１８２＋Ｚｒ）及びＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．１Ｓｎ重量％（ＡＡ５１８２＋Ｚｒ＋Ｓｎ）（本発明の合金）の４００℃での等温時効の間の微小硬度の展開である。図を見やすくするために、エラーバーは、いくつかのデータポイントで省略されている。
【図２Ａ】[0009]図２Ａは、（Ａ）Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．１Ｓｎ重量％（本発明の合金）の明視野２ビーム透過型電子顕微鏡である。
【図２Ｂ】[0009]図２Ｂは、（Ｂ）Ａｌ３Ｚｒナノ析出物（円）の存在を示す高倍率の図である。
【図３】[0010]図３は、Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ重量％（ＡＡ５１８２）、Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．００３Ｓｒ重量％（ＡＡ５１８２＋Ｚｒ＋Ｓｒ）（本発明の合金）及びＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．５Ｚｎ重量％（ＡＡ５１８２＋Ｚｒ＋Ｚｎ）（本発明の合金）の等時時効の間の微小硬度の展開である。図を見やすくするために、エラーバーは、いくつかのデータポイントで省略されている。
【図４】[0011]図４は、ピーク時効及び冷間圧延の後のＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ重量％（ＡＡ５１８２）及びＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．１Ｓｎ重量％（ＡＡ５１８２＋ナノ析出物）（本発明の合金）の機械的性質である。
【図５】[0012]図５は、冷間圧延されたＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ重量％（ＡＡ５１８２）及びＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．１Ｓｎ重量％（ＡＡ５１８２＋ナノ析出物）（本発明の合金）のアニール温度（各温度で１時間）に対する微小硬度である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0013]  ５０００系アルミニウム合金は、歪み硬化性であり、熱処理型ではない。それらは、マグネシウムを主な合金元素として、任意選択でマンガンと共に含み、典型的には良好な強度、成形性、及び耐食性を有する。４〜５Ｍｇ及び０．２〜０．５Ｍｎ（重量％）を含むＡＡ５１８２アルミニウム合金は、現在飲料缶の蓋に利用されている。それは、自動車用途にも使用されている。この合金の機械的性質に対するＡｌ３Ｚｒナノ析出物の効果が調査された。図１Ａは、Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ重量％（ＡＡ５１８２、例の合金）、Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．３Ｚｒ重量％及びＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．１Ｓｎ重量％（本発明の合金）の等時時効の間の微小硬度の展開を表す。ＡＡ５１８２は熱処理型ではなく、そのため、その微小硬度の展開は全温度で変わらない。０．３％Ｚｒの添加によっても、微小硬度の展開は、やはり全温度で変わらないようである。ＡＡ５１８２基合金と比べて４００〜５５０℃で微小硬度のわずかな増加があるが、これは実験誤差内である。０．３Ｚｒ＋０．１Ｓｎ重量％を添加すると、ＡＡ５１８２基合金の７０±４ＨＶと比べた８６±３ＨＶのピーク微小硬度（２３％増加）が４５０℃で観察された。これは、この温度付近で形成し、強度を増大させることが知られているＡｌ３Ｚｒナノ析出物を強く示すものである。これは、図１Ｂに示される通り、この３種の合金の４００℃での等温の間の微小硬度の展開により裏付けられる。ＡＡ５１８２基合金の微小硬度は変化しない一方で、Ｚｒの添加により微小硬度は２４時間の時効処理後に増加し始める。Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．１Ｓｎ重量％本発明の合金において、それは、時効処理の間に迅速に増加し、２４時間で最高になり、ＡＡ５１８２基合金の７０±５ＨＶと比べて約９０±５ＨＶ（２９％増加）に達する。接種剤（Ｓｎ）のないＺｒのみの添加がＡｌ３Ｚｒナノ析出物の高い数密度を生じさせるのに充分でなく、そのために、ＳｎのないＺｒ添加による強度増加が著しくないことに留意されたい。ピーク時効されたＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．１Ｓｎ重量％本発明の合金の析出物構造は、図２Ａ及び２Ｂに示されている。３種の異なる析出物の集団、Ａｌ６Ｍｎ、六面α−Ａｌ（Ｍｎ、Ｆｅ）Ｓｉ、及びＡｌ３Ｚｒナノ析出物が観察される。Ｆｅは、不純物元素として合金中に存在する。最初の２種の集団は低い数密度であるようだが、Ａｌ３Ｚｒナノ析出物の高い数密度が観察される。
【００１０】
[0014]  図３は、Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ重量％（ＡＡ５１８２）、Ａｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．００３Ｓｒ重量％（本発明の合金）及びＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．５Ｚｎ重量％（本発明の合金）の等時時効の間の微小硬度の展開を示す。０．３Ｚｒ＋０．００３Ｓｒ重量％の添加により、ＡＡ５１８２基合金と比べて２５０〜５００℃で微小硬度の著しい増加があり、８２±４ＨＶ（１９％増加）に達した。０．３Ｚｒ＋０．５Ｚｎ重量％の添加により、ＡＡ５１８２基合金と比べて４００〜５５０℃でやはり微小硬度の著しい増加があり、８２±３ＨＶ（１９％増加）に達する。これは、強度を増大させる、ＳｒかＺｎのいずれかにより補助されるＡｌ３Ｚｒナノ析出物の形成を強く示すものである。
【００１１】
[0015]  ピーク時効及び冷間圧延の後のＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ重量％（ＡＡ５１８２）及びＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．１Ｓｎ重量％（本発明の合金）の機械的性質が図４に示される。ナノ析出物が加えられたＡＡ５１８２の強度と伸びのどちらもＡＡ５１８２基合金と比べて増加している。降伏強度の１２％の増加、引張強度の８％の増加、及び伸びの２６％の増加が観察される。
【００１２】
[0016]  さらに、図５は、再結晶温度が、冷間圧延されたＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ重量％（ＡＡ５１８２）では約２５０℃、及びナノ析出物を含む冷間圧延されたＡｌ−４．５Ｍｇ−０．３５Ｍｎ−０．２Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．１Ｓｎ重量％（本発明の合金）では約３００℃（５０℃の増加）であることを示唆する。これは、Ａｌ３Ｚｒナノ析出物が、ツェナーピニングにより結晶粒界の動きを止めることにより、再結晶化を抑制することを示唆する。
【００１３】
[0017]  表１は、ハードテンパー(hard-temper)（例の合金１）及びソフトテンパー(soft temper)（例の合金２）のＡｌ−４．５Ｍｇ−０．２５Ｍｎ−０．２Ｆｅ−０．０９Ｓｉ重量％（ＡＡ５１８２）、ハードテンパー（本発明の合金１）及びソフトテンパー（本発明の合金２）のＡｌ−４．５Ｍｇ−０．２５Ｍｎ−０．２Ｆｅ−０．０９Ｓｉ−０．３Ｚｒ−０．１Ｓｎ重量％（ＡＡ５１８２−ナノ）の薄板（厚さ０．２５ｍｍ）の機械的性質を列記する。ＡＡ５１８２ハードテンパーは、飲料缶の蓋用の通常のアルミニウム合金であり、ＡＡ５１８２ソフトテンパーは、自動車用途に通常使用される。ＡＡ５１８２−ナノ合金は、ハードテンパーとソフトテンパーのどちらも（本発明の合金１及び２）、基本的に同じ破断点伸びを維持しながら、それぞれのテンパーのＡＡ５１８２合金（例の合金１及び２）と比べてより高い降伏強度及び引張強度を達成する。表１の合金の薄板は、以下の工程：鋳造、熱間圧延、アニーリング、冷間圧延、及びハードテンパーのための安定化熱処理；並びに、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、及びソフトテンパーのためのアニーリングにより製造した。
【００１４】
【表１】
2020510759.tif 000003
【００１５】
[0018]  開示されるアルミニウム合金は基本的にスカンジウムを含まず、それは、スカンジウムが故意に全く加えられていないことを意味すると理解される。アルミニウム合金へのスカンジウムの添加は、機械的性質にとって有利である。例えば、それは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，６２４，６３２号に記載されている。しかし、スカンジウムは非常に高価であるため（銀の１０倍高価である）、その実際的な用途が厳しく制限されている。
【００１６】
[0019]  約０．３重量％までの濃度のジルコニウムが、結晶粒微細化のためにアルミニウム合金に加えられることがある。微細化された結晶粒構造は、最終生成物の鋳造性、延性、及び加工性を改善するのを助ける。一例は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，９７６，２７８号に記載されている。本願において、基合金の機械的強度、延性、耐クリープ性、熱安定性、及び耐久性を改善する目的で、約０．５重量％未満、好ましくは約０．４重量％未満の濃度のジルコニウムが接種剤元素と共に加えられて、Ａｌ３Ｚｒナノ析出物が形成するが、ナノスケール析出物は約２０ｎｍ以下の平均直径を有し、α−Ａｌ面心立方構造マトリックス中にＬ１２構造を有し、ナノスケール析出物の平均数密度は約２０２１ｍ−３以上である。一般的に、約０．２重量％を超える濃度のジルコニウムが、Ｚｒ原子がＡｌ３Ｚｒナノ析出物を形成する充分な推進力を持つために必要とされる。
【００１７】
[0020]  開示されるアルミニウム合金は接種剤を含むが、接種剤は、スズ、ストロンチウム、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、インジウム、アンチモン、鉛、及びビスマスの１種以上を含む。接種剤の存在は、Ａｌ３Ｚｒナノ析出物の析出速度を加速させ、そのためこれらの析出物は、熱処理の間の実際的な時間内に形成され得る。言い換えると、有益なＡｌ３Ｚｒナノ析出物は、接種剤の存在しない場合の数週間〜数か月の熱処理と比べて、接種剤の存在により数時間の熱処理内に形成できる。全接種剤元素の中で、スズは、Ａｌ３Ｚｒナノ析出物の析出速度を加速させる点で最良の性能を発揮するようである。約０．２％未満のスズ濃度が、言及された目的に必要である。この値を超えると、スズはアルミニウム固体マトリックス中にバブル及び／又は液相を形成するが、それは機械的性質には有害である。この挙動は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９，４５３，２７２号に記載されている。
【００１８】
[0021]  一実施形態において、アルミニウム合金は、アルミニウム、マグネシウム、マンガン、ケイ素、ジルコニウム、及び接種剤を含み、Ａｌ３Ｚｒを含むナノスケール析出物を含み、ナノスケール析出物は約２０ｎｍ以下の平均直径を有し、α−Ａｌ面心立方構造マトリックス中にＬ１２構造を有し、ナノスケール析出物の平均数密度は約２０２１ｍ−３以上であり、接種剤は、スズ、ストロンチウム、及び亜鉛の１種以上を含む。
【００１９】
[0022]  一実施形態において、アルミニウム合金がハードテンパーである場合、それは、室温で、少なくとも約３８０ＭＰａの降伏強度、少なくとも約４４０ＭＰａの引張強度、及び少なくとも約５％の伸びを有する。
【００２０】
[0023]  一実施形態において、アルミニウム合金がソフトテンパーである場合、それは、室温で、少なくとも約１９０ＭＰａの降伏強度、少なくとも約３２０ＭＰａの引張強度、及び少なくとも約１８％の伸びを有する。
【００２１】
[0024]  一実施形態において、アルミニウム合金は約３００℃の再結晶温度を有する。
【００２２】
[0025]  一実施形態において、アルミニウム合金は、約３．０〜約６．２重量％のマグネシウム；約０．０１〜約１．８重量％のマンガン；約０．０１〜約０．２重量％のケイ素；約０．２〜約０．５重量％のジルコニウム；約０．０１〜約０．２重量％のスズ；及び残部としてのアルミニウムを含む。
【００２３】
[0026]  一実施形態において、アルミニウム合金は、約３．０〜約６．２重量％のマグネシウム；約０．０１〜約１．８重量％のマンガン；約０．０１〜約０．２重量％のケイ素；約０．２〜約０．５重量％のジルコニウム；約０．００１〜約０．１重量％のストロンチウム；及び残部としてのアルミニウムを含む。
【００２４】
[0027]  一実施形態において、アルミニウム合金は、約３．０〜約６．２重量％のマグネシウム；約０．０１〜１．８重量％のマンガン；約０．０１〜約０．２重量％のケイ素；約０．２〜約０．５重量％のジルコニウム；約０．１〜約１重量％の亜鉛；及び残部としてのアルミニウムを含む。
【００２５】
[0028]  一実施形態において、アルミニウム合金は、約１０ｎｍ以下の平均直径を有する複数のＬ１２析出物を含む。
【００２６】
[0029]  一実施形態において、アルミニウム合金は、約３ｎｍ〜約７ｎｍの平均直径を有する複数のＬ１２析出物を含む。
【００２７】
[0030]  一実施形態において、アルミニウム合金は、約４．５重量％のマグネシウム、約０．３５重量％のマンガン、約０．２重量％のケイ素、約０．３重量％のジルコニウム、約０．１重量％のスズ、及び残部としてのアルミニウムを含む。
【００２８】
[0031]  一実施形態において、アルミニウム合金は、約４．５重量％のマグネシウム、約０．３５重量％のマンガン、約０．２重量％のケイ素、約０．３重量％のジルコニウム、約０．００３重量％のストロンチウム、及び残部としてのアルミニウムを含む。
【００２９】
[0032]  一実施形態において、アルミニウム合金は、約４．５重量％のマグネシウム、約０．３５重量％のマンガン、約０．２重量％のケイ素、約０．３重量％のジルコニウム、約０．５重量％の亜鉛、及び残部としてのアルミニウムを含む。
【００３０】
[0033]  一実施形態において、アルミニウム合金は、不純物元素として約０．５％以下の鉄を含む。
【００３１】
[0034]  一実施形態において、アルミニウム合金は、アルミニウム、マグネシウム、マンガン、ケイ素、ジルコニウム、及び接種剤を含み、Ａｌ３Ｚｒを含むナノスケール析出物を含み、ナノスケール析出物は約２０ｎｍ以下の平均直径を有し、α−Ａｌ面心立方構造マトリックス中にＬ１２構造を有し、ナノスケール析出物の平均数密度は約２０２１ｍ−３以上であり、接種剤は、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、インジウム、アンチモン、鉛、及びビスマスの１種以上を含む。
【００３２】
[0035]  開示されるアルミニウム合金から部品を製造する一方法は：ａ）合金を約７００〜約９００℃の温度で融解すること；ｂ）次いで、融解された合金を、鋳型中に周囲温度で鋳造すること；ｃ）次いで、冷却媒体を使用して、鋳造された鋳塊を冷却すること；及びｄ）次いで、鋳造された鋳塊を、約３５０℃〜約４５０℃の温度で約２〜約４８時間の期間、熱時効させることを含む。一実施形態において、方法は、鋳造された鋳塊を冷間圧延してシート製品を形成することをさらに含む。一実施形態において、方法は、約１４０℃〜約１７０℃の温度で約１〜約５時間の期間のシート製品の最終的な安定化熱処理をさらに含む。いくつかの実施形態において、冷却媒体は、空気でも、水でも、氷でも、ドライアイスでもよい。上述の熱時効工程（３５０〜４５０℃で２〜４８時間）は、開示されるアルミニウム合金を含む部品のためのピーク時効であると決定される。開示されるアルミニウム合金から製造された部品がピーク時効される場合、部品のミクロ構造は熱的に安定であり、長時間高温に曝されても変化しない。
【００３３】
[0036]  開示されるアルミニウム合金から部品を製造する別の方法は：ａ）合金を、約７００〜９００℃の温度で融解すること；ｂ）次いで、合金を、鋳型中に周囲温度で鋳造すること；ｃ）次いで、冷却媒体を使用して、鋳造された鋳塊を冷却すること；及びｄ）次いで、鋳造された鋳塊を熱間圧延してシートにすることを含む。一実施形態において、方法は、次いで、シートを、約３５０℃〜約４５０℃の温度で約２〜約４８時間の期間、熱時効させることをさらに含む。一実施形態において、方法は、次いで、熱時効工程の後に、シートを冷間圧延して、薄板又は箔製品を形成することをさらに含む。一実施形態において、方法は、約１４０℃〜約１７０℃の温度で約１〜約５時間の期間の、薄板又は箔製品の最終的な安定化熱処理をさらに含む。
【００３４】
[0037]  開示されるアルミニウム合金から部品を製造する別な方法は：ａ）合金を約７００〜９００℃の温度で融解すること；ｂ）次いで、合金を、鋳型中に周囲温度で鋳造すること；ｃ）次いで、冷却媒体を使用して、鋳造された鋳塊を冷却すること；ｄ）次いで、鋳造された鋳塊を熱間圧延してシートにすること；ｅ）次いで、シートを冷間圧延して、薄板又は箔製品を形成すること；及びｆ）次いで、薄板又は箔製品を、約３００℃〜約４１０℃の温度で約２〜約２４時間の期間、熱時効させることを含む。
【００３５】
[0038]  開示される合金のいくつかの用途には、例えば、飲料缶の蓋、飲料缶のタブ、屋根ふき材、板張り材、化学製造装置、食品製造装置、貯蔵タンク、家電製品、板金加工、海洋部品、輸送部品、高耐久性調理用品、油圧管、燃料タンク、圧力容器、トラックのボディ、トラック組立て部品、トレーラーのボディ、トレーラー組立て部品、掘削装置、ミサイル部品、及び鉄道車両がある。開示されるアルミニウム合金のいくつかの成形加工された形態には、例えば、ワイヤ、シート、プレート、及び箔がある。
【００３６】
[0039]  上記から、本発明の新規な概念の真の趣旨及び範囲から逸脱せずに、多くの改変体及び変形体が実施され得ることが理解されるだろう。示され且つ説明された具体的な実施形態に関して限定は全く意図されず、推測されるべきでないことが理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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