JPH01316433A - 耐熱性アルミニウム合金材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は耐熱性に優れるアルミニウム合金材及び粉末冶
金法によるその製造方法に関する。

（従来の技術） 自動車用エンジン部品、ガスタービンのインペラー、航
空機部材などの材料は１００〜４００℃での高温強度が
必要とされる。これらの材料をアルミニウム合金とすれ
ば、軽量化に伴う多くの利点が得られる。しかし、アル
ミニウム及びその合金は、一般に高温での強度が低い０
例えば室温での強度に優れるアルミニウム合金（ＡＡ２
０１８．２２１８．４０３２など）においても２００°
Ｃ以上の温度では著しく強度が低下する。

これに対し、近年、アルミニウムに種々の遷移元素を多
量に添加し、溶湯な急冷凝固させて得られる粉末または
リボン状薄帯な高温圧縮加工して耐熱性アルミニウム合
金とするアルミニウム粉末冶金法が開発され、Ａ１−８
Ｆｅ−４Ｃｅ、Ａｎ−８Ｆｅ−２Ｍ０．Ａｌ１−８Ｆｅ
−２Ｇｏなどの合金が提供されている。

アルミニウム合金系の粉末冶金法による製造工程は急冷
凝固法としてアトマイズ法、双ロール法、又は噴霧ロー
ル法等により合金溶湯な急冷凝固して粉末状、リボン状
、又はフレーク状とし、これを冷開成形により密度比（
真密度に対する比率）７０％以上の圧粉体とし封缶後、
真空脱ガス処理を行った後熱間加工により密度比ｉｏｏ
％のビレットを成形し、さらに粒子間の結合力を高める
だめに押出し、鍛造等により成形する方法が一般的に用
いられている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記ＡＵ−８Ｆｅ−４Ｃｅ、Ａｆｔ−８Ｆ
ｅ−２Ｍ０．Ａｎ−８Ｆｅ−２Ｃｏなどの合金は、溶湯
を１０５°ｃ／　ｓ　ｅ　ｃ以上で超急冷凝固させたも
のを圧縮成形加工することにより、はじめて優れた耐熱
性を発揮する合金であり、製造が容易でかつ安価なガス
アトマイズ粉末（冷却速度１０〜１０５°Ｃ／５ｅｃ）
では、十分な強度および耐熱性が得られないという問題
があった。

一方、１０”Ｃ／ｓｅｃ以上の冷却速度が達成できる超
急冷凝固法には、急冷ロール法メルトスピニング法など
があるが、いずれも特殊な製造装置及び凝固技術を必要
とするため、コスト上昇をもたらす、さらに、急冷ロー
ル法によって製造される超急冷凝固材は、リボン状薄帯
またはフレーク状であり、このままの形状では圧縮成形
に不適であるため、これを細片化する必要も生じ、その
ためコスト高となるという問題があった。

従って本発明の目的は、製造が容易でかつ安価な、ガス
アトマイズ粉末を圧縮成形加工して得られる耐熱性アル
ミニウム合金及びその製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは上記課題を解決するため鋭意研究を行った
結果特定のアルミニウム合金！Ｉ成の溶湯な用いてガス
アトマイズ粉末を形成することにより上記目的を達成し
うる（とを見出しこの知見に基づき本発明を完成するに
いたワた。

すなわち１本発明は （１）　Ｆ　ｅ　５．５〜１５　重量％（以下単に％と
記す、　）、Ｍｇ　０．１〜５％を含み、かつ、Ｎｉ０
．５〜１５％、　Ｃｏ　０．５〜１５Ｘ、　Ｃｒ　０．
７〜１５％、Ｚｒ０．３〜１０％、Ｖ０．３〜１０％、
　Ｃｅ　０．５〜１０％、Ｗ０．２〜８％、Ｔｉ　　０
．５〜１０％、　Ｍ　ｏ　０．’２〜１０％。

Ｍｎｌ’、５〜１５％及びＺｎ　０．１〜５％のうち１
種または２種以上を含み、添加元素の総量が２５％以下
であり残部Ａ！；Ｌと不可避的不純物を有してなり、Ｆ
ｅを含む金属間化合物の平均サイズが０．０７〜ｌＪＬ
ｍであることを特徴とする耐熱性アルミニウム合金材及
び （２）　Ｆｅ　５．５〜１５％、Ｍｇ０．１〜５％を含
み、かツ、　Ｎ　ｉ　　０．５〜１５％、Ｃｏ　０．５
　ヘ１５％、Ｃｒ０．７〜１５％、Ｚｒ０．３〜１０％
、Ｖ　０．：１〜１０％、Ｃｅ　　０．５〜１０％、　
Ｗ０．２〜８　　％、　Ｔ　　ｉ　　０．５〜１０％、
　Ｍ　ｏ　０．２〜１０％、　Ｍ　ｎ　１．５〜１５％
、　Ｚｎ　０．１〜５％のうち１種または２種以上を含
み、添加元素の総量が２５％以下であり残部ＡＪＩと不
可避的不純物を有してなるＡ１合金溶湯な、ガスアトマ
イズ法によつて急冷凝固させて粉末を形成し、これを熱
間で圧縮成形加工することを特徴とする前記組成を有し
、かつ、Ｆｅを含む金属間化合物の平均サイズが０．０
７〜１μｍである＃熱性アルミニウム合金材の製造方法
を提供するものである。

本発明によるアルミニウム合金材中の各成分の作用及び
その含有量を限定した理由は次の通りである。

Ｆｅ含有量は５．５〜１５％とする。Ｆｅはガスアトマ
イズ法による急冷凝固中にＦｅを含む金属間化合物とし
て微細に分散して高温強度を高める作用をする。この作
用はＦｅ含有量が５．５％より少ない場合は十分でなく
、Ｆｅ含有量が１５％を越えるとその作用の度合が飽和
するばかりではなく、金属間化合物が粗大となってしま
う。

Ｍｇ含有量は０．１〜５％とする。ＭｇはＡｎ中に固溶
することによって、強度を向上させる作用があり、また
一部はＦｅを含まない金属間化合物として微細に析出し
常温強度を向上させる作用がある。これらの作用はＭｇ
の含有量が０．１％より少ない場合は十分ではなく、他
方５％を越えるとその作用が飽和するだけでコストの上
昇をまねく。

Ｎｉ、Ｇ０．Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｅ、Ｗ。

Ｔｉ、ＭｏはＦｅを含む金属間化合物を熱的に安定化さ
せる作用があり、その作用によって高温強度を高めるａ
　Ｍ　ｎ　、　Ｚ　ｎはＭｇと同様にＡｎに固溶するこ
とによって強度を向上させる作用とその一部が微細に析
出することによって強度を向上させる作用がある。Ｎｉ
、Ｃ，０．Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ。

Ｃｅ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍ０．Ｍｎ、Ｚｎはそれぞれ。

Ｎｉ０．５〜１５％、Ｇｏ　０．５〜１５％、Ｃｒ０．
７〜１５％、Ｚｒ０．３〜１０％、Ｖ　０．３〜１０％
、　Ｃｅ　　０．５〜１０％、Ｗ０．２〜８％、Ｔｉ０
．５〜ｌＧ％、Ｍｏ０．２〜１０％、Ｍｎ　１．５〜１
５％、Ｚｎ０．１〜５％の範囲で１種又は２種以上複合
添加する。添加量が下限よりも少ないとその作用が十分
ではなく、また上限を越えても作用の度合が飽和するば
かりではなく、コストの上昇をもたらす。

また全添加元素の総量は２５％以下とする。この総量が
２５％を越えるとその作用は飽和するばかりではなく、
コストの上昇をもたらす。

またＡｎ中にＢｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｃａ等の不可避的不純物
が０．５〜５００ｐｐｍ含まれていても、その特性に何
ら影響を受けない。

次に、本発明において上記組成を有するアルミニウム合
金のＦｅを含む金属間化合物の平均サイズは０．０７〜
ｌＩＬｍとする。

本発明のアルミニウム合金材の製造に当り、上記組成を
有するアルミニウム合金溶湯からガスアトマイズ法によ
って好ましくは１０〜１０５℃／　ｓ　ｅ　ｃの冷却速
度で急冷凝固させて粉末を形成し、これを熱間で圧縮成
形加工する。ガスアトマイズ法は、塗料用、ロケットの
固体燃料用の純Ａｎ粉末製造方法としてすでに広く用い
られている方法であり、その製造装置を利用することに
よって容易にかつ大量の合金粉末の製造が可能である。

したがって、製造技術が確立しており、大量生産プラン
トがすでにあるガスアトマイズ法を利用することは、コ
スト面で多大の利益を有する。また、ガスアトマイズ法
で製造される急冷凝固材は粒子状の粉末であるので、急
冷ロール法等によって製造されるリボン状薄帯、フレー
クなどの形状に比べて、その取扱、圧！１成形が容易で
あるという利点があり、製造コスト上有利となる。

しかし、ガスアトマイズ法では、急冷凝固時に微細分散
するＦｅを含む金属間化合物のサイズを”０．０７ｐｍ
より小さくすることは現在のところ困難である。一般に
急冷凝固材中の化合物サイズは凝固速度が大きくなれば
小さく邊る０例えば粒径が５Ｂｍ以下の粉末では、Ｆｅ
を含む金属間化合物のサイズが０．０７１Ｌｍ以下とな
るが、ガスアトマイズ法で製造した粉末における５ｇｍ
以下の粉末の割合は約２〜３％と低く、それのみを分級
して使用することは著しいコスト上昇をもたらす、よっ
てこの場合Ｆｅを含む金属間化合物の大きさを０．０７
１Ｌｍより小さくすることは実質的にできない、しかし
、通常のガスアトマイズ粉末を圧縮成形した成形材中の
Ｆｅを含む金属間化合物の平均サイズは０．０７〜ｌｐ
ｍである。Ｆｅを含む金属間化合物の大きさが０．０７
〜ｌＩＬｍの範囲であれば十分耐熱性を発揮する。

次に粉末の熱間圧縮成形加工自体は常法に従って行うこ
とができるが温度は４００℃以下とするのが好ましい、
成形加工性の点からは加工温度は高いほど良い、しかし
、Ｎｉ、Ｃ０．Ｃｒ。

Ｚｒ、Ｖ、Ｃｅ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏの添加がＦｅを含む金
属間化合物を熱的に安定させ粗大化するのを防止すると
はいえ、４００℃を越えた加工温度では金属間化合物が
粗大化し、強度及び耐熱性が低下することがある。また
高温加工した成形材は加工後直ちに水焼入れ等により急
冷するのが好ましい、これによりＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎの固
溶量が増加してよりいっそうの強度向上がはかれる。

（実施例） 次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。

実施例 第１表に示す組成を有するアルミニウム合金（Ｎ０．１
−Ｎ０．２０）をそれぞれ常法により溶湯とし、この溶
湯からＡｒガスアトマイズ法によって平均粒径７０ＩＬ
ｍの粉末を製造した。このアトマイズにおける冷却速度
は１０　−１０’℃／ｓｅｃであった。

次いで得られた各合金粉末を用いてそれぞれ、冷間予備
成形（密度比８０％まで圧縮、直径１００ｍｍ、長さ１
２０ｍｍ）−＋アルミニウム缶封入→高温真空脱ガス（
３００℃）峠熱間プレス成形（真密度まで）→外削・脱
臼の工程により、直径８０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのビレ
ットを作製し、これを３００℃において押出し、直径３
０ｍｍの押出棒とした。

以上のようにして得られた各合金押出材について、室温
および３００℃（保持時間１００ｈｒ）における引張試
験及びＦｅを含む金属間化合物の平均サイズの測定を行
った。その結果を第２表に示す。

なお、Ｆｅを含む金属間化合物の平均サイズは次のよう
にして求めた。すなわち、各押出材組織を透過型電子顕
微鏡を用いて観察し、その組織写真から化合物の大きさ
を画像解析を用いて測定する。多数（１０００個以上）
の化合物について測定を行い、その大きさを平均して化
合物の平均サイズとする。

第２表の結果から明らかなように、本発明方法によるア
ルミニウム合金（Ｎ０．１−Ｎ０．１７）は超急冷凝固
法において用いられていた比較例（Ｎ０．１８〜Ｎ０．
２０）に比し、室温及び高温保持後の強度の双方におい
て優れている。

（発明の効果） 本発明によれば、超急冷凝固法によらず、ガスアトマイ
ズ法により、耐熱強度（高温強度）を必要とするエンジ
ン部品、タービンインペラー、航空機部材などの材料に
好適な耐熱性アルミニウムー合金を得ることができる。

しかも１本発明によるアルミニウム合金急冷凝固材は製
造が容易であるばかりでなく、アトマイズ粉末として得
られるのでそのまま圧縮成形に用いることができ上記材
料の量産及びコスト低下に顕著な優れた効果を奏する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ５．５〜１５％，Ｍｇ０．１〜５％を含み、
   かつ、Ｎｉ０．５〜１５％、Ｃｏ０．５〜１５％、Ｃｒ
   ０．７〜１５％、Ｚｒ０．３〜１０％、Ｖ０．３〜１０
   ％、Ｃｅ０．５〜１０％、Ｗ０．２〜８％、Ｔｉ０．５
   〜１０％、Ｍｏ０．２〜１０％、Ｍｎ１．５〜１５％及
   びＺｎ０．１〜５％のうち１種又は２種以上を含み、添
   加元素の総量が２５％以下（以上、％は重量％を示す。 ）であり残部Ａｌと不可避的不純物を有してなり、Ｆｅ
   を含む金属間化合物の平均サイズが０．０７〜１μｍで
   あることを特徴とする耐熱性アルミニウム合金材。
2. （２）Ｆｅ５．５〜１５％、Ｍｇ０．１〜５％を含み、
   かつ、Ｎｉ０．５〜１５％、Ｃｏ０．５〜１５％、Ｃｒ
   ０．７〜１５％，Ｚｒ０．３〜１０％、Ｖ０．３〜１０
   ％、Ｃｅ０．５〜１０％、Ｗ０．２〜８％、Ｔｉ０．５
   〜１０％、Ｍｏ０．２〜１０％、Ｍｎ１．５〜１５％、
   Ｚｎ０．１〜５％のうち１種又は２種以上を含み、添加
   元素の総量が２５％以下（以上、％は重量％を示す。）
   であり残部Ａｌと不可避的不純物を有してなるＡｌ合金
   溶湯を、ガスアトマイズ法によって急冷凝固させて粉末
   を形成し、これを熱間で圧縮成形加工することを特徴と
   する前記組成を有し、かつ、Ｆｅを含む金属間化合物の
   平均サイズが０．０７〜１μｍである耐熱性アルミニウ
   ム合金材の製造方法。