JPH0240732B2 - Richiumuganjuaruminiumugokinbannoseizohoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はとくに航空機構造用材料として好適な
リチウムを含有するアルミニウム合金の製造方法
に関する。

金属リチウムは比重が0.53と小さいため、アル
ミニウム合金に添加すると比重が低下する。単純
計算によると比重の低下は、リチウム１％につい
て3.93％、リチウム2.54％の添加で10％ととな
る。従つて高比強度、高比弾性率の合金がえられ
るため、最近航空機構造用材料として研究開発が
進められ、次期新型旅客機ボーイング社の7J7及
びエアバス・インダストリー社のA320に本格的
採用が検討されている。

現在開発研究中のリチウムを含むアルミニウム
合金はAl−Li−Cu−Zr系（2090）又はAl−Li−
Cu−Mg−Zr系（8090、8091）に大別される。

（従来の技術） 従来のリチウム含有アルミニウム合金板の代表
的な製造方法をAl−Cu−Zr−Li合金板を例とし
て第１図Ｂにより説明する。

即ちまずAl−Cu−Zr合金を溶解し、これに金
属リチウム、又はアルミニウム．リチウム母合金
（特開昭60−110891に製造法の例示あり）を添加
し、これより圧延用鋳塊を製造し、前記鋳塊に熱
間圧延、冷間圧延等を行つて板とし、さらに溶体
化処理、水焼入れ、焼戻し等の公知の処理を行つ
て製品としている。

又本出願人の提出せる特願昭60−236350号明細
書においては、溶融アルミニウム合金を陰極と
し、塩化リチウムを主成分として含有する溶融塩
浴を電解浴とし、両極間に多孔質中空体をもうけ
電解して陰極の溶融アルミニウム合金にリチウム
を含有せしめている。（第１図Ｃ）このようにし
て得られたリチウム含有アルミニウム合金は例え
ば前述の第１図Ｂに示される公知の処理で板とす
ることができる。

金属リチウムは化学的にきわめて反応しやす
く、空気中の酸素及びちつ素と容易に反応するた
め、 前記の金属リチウム、アルミニウム．リチウム
母合金を溶融アルミニウム合金に添加する方法で
は従来のアルミニウム合金の製造過程においては
見られない問題点が、溶解、鋳造、圧延、及び熱
処理の各工程に、又特願昭60−236350号明細書記
載の方法でも、鋳造以降の各工程に生じる。

（発明が解決しようとする問題点） (1) 溶解工程での問題点 金属リチウム添加のさい、金属リチウムは比
重が小さく、そのためアルミニウム合金溶湯の
表面に浮び酸化しやすい。そのためアルゴンガ
ス雰囲気中で塩化リチウムとフツ化リチウムか
らなるフラツクスのカバリングを行うなどの方
法がとられているが、それでも高価な金属リチ
ウムの10〜20％が酸化し、目標成分から偏差を
生じることが多い。さらに生成したリチウム酸
化物は板などに混入すると機械的性質を著しく
低下させるので除去する必要があるが、完全に
除去することは困難で板などに混入して問題と
なる。

なお金属リチウムの代りに前述のアルミニウ
ム・リチウム母合金を添加すると、酸化の影響
は若干軽減されるが完全ではない。

特開昭60−236350の記載の方法では前記の問
題点は解消されている。

(2) 鋳塊工程での問題点 板用鋳塊であるスラブは普通連続鋳塊法
（DC鋳造法）で作られるが、このさい冷却のた
め多量の水を使用する。金属リチウムは水と反
応しやすく、リチウムが1.5％以上アルミニウ
ム合金に含有されていると反応して爆発を起し
た例があり、水の代りにエチレングリコールな
どの使用も研究され、安全で低コストの鋳塊法
の開発が望まれている。

(3) 圧延工程での問題点 リチウムを含むアルミニウム合金は圧延工程
で加工割れをおこしやすく、最適加工温度範囲
が限られるなどの問題点がある。

(4) 熱処理工程での問題点 リチウムはアルミニウム合金中に含まれてい
る場合でも熱処理のさい酸化して表面における
濃度が減少し、このため該合金の機械的性質が
低下する。従つてアルゴンガス雰囲気を採用す
る必要があり、低コストの酸化防止が問題とな
つている。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するための本発明は銅、マグ
ネシウム、ジルコニウムの少なくとも１種を0.05
〜5.0重量％の範囲で含むアルミニウム合金鋳塊
を圧延加工してアルミニウム合金板を得、次にこ
のアルミニウム合金板を陰極とし、塩化リチウム
を主成分として含む溶融塩を電解することによ
り、リチウムをアルミニウム合金板に析出させ、
さらにリチウムをアルミニウム合金板に拡散させ
ることを特徴とするリチウム含有アルミニウム合
金板の製造方法に関する。

アルミニウム合金は、前記の金属の外に他の金
属を含んでいても差支えない。又圧延は冷間圧
延、熱間圧延のいずれか、又は両方の処理を必要
により行なう。

拡散は、自然拡散の外に電解后のリチウムの析
出せるアルミニウム合金板を一定の範囲の時間、
一定の範囲の温度に保持することにより行われ
る。

リチウム含有アルミニウム合金を製造する本発
明方法をAl−Cu−Zr合金よりAl−Cu−Zr−Li合
金を製造を示す第１図Ａにもとづいて説明する。

Al−Cu−Zr合金を溶解し、ついで鋳塊をうる。
次にこの鋳塊を熱間圧延、冷間圧延してAl−Cu
−Zr板を得、この板を陰極とし、塩化リチウム
を主成分とする溶融塩を電解浴として電解して、
陰極である板にリチウムを析出させ、ついで拡散
させる。以上の方法において電解、拡散を合金の
溶体化処理温度で行なうことにより、溶体化処理
は不要で、拡散処理后、水焼入れ、焼戻しを行な
うことにより、Al−Cu−Zr−Li合金板をうるこ
とができる。

本発明により製造されるAl合金は構造材が主
用途であり、銅、マグネシウム、ジルコニウムの
少なくとも１種を含んでいることが必要である。
本発明の適用されるアルミニウム合金は特定され
ない。

前述の如く電解温度又は拡散温度を合金の溶体
化処理温度で行なうと、溶体化処理をせず、直ち
に水焼入れを行なうことができるが、リチウム含
有量が約2.6重量％までの合金の拡散処理は500〜
520℃で30〜１時間である。

以上本発明のリチウムを含まないアルミニウム
合金を溶解、鋳塊、圧延の各工程によつて目的寸
法に仕上げた後、リチウムを電解によつて合金さ
せ、電解温度又は拡散温度をこの合金の溶体化処
理温度と同一とすることによつて、従来の方法に
おける溶解、鋳塊、圧延、溶体化処理の各工程の
問題点がすべて完全に解決される。

第２図は本発明の方法においてアルミニウム合
金板にリチウムを電解合金させる装置の一例を示
すものである。

１はリチウムを電解合金させようとするアルミ
ニウム合金板で陰極とする。２は陽極として作用
する炭素電極板で電極板で電解時には表面に塩素
が発生する。３は塩化リチウムを含む溶融電解
浴、４は耐熱ガラス製容器、５は電流計、６は電
圧計である。

直流を通じて電解を行うと陰極であるアルミニ
ウム合金板上に金属リチウムが析出し、この状態
で一定時間、一定温度に保持すると、リチウム
は、アルミニウム合金板中に拡散して合金され
る。これはリチウム原子が小さいため、アルミニ
ウム格子間は拡散しやすいためである。

合金中のリチウムの含有量は電流密度電解時間
等電解条件により制御できる。

なお電解によるリチウムの合金を大規模かつ連
続的に行うためには、鉄板に電解によつてすず鍍
金を施す場合のごとく、長尺板を連続的に溶融電
解浴中に通して電解を行う方法も考えられる。

本発明方法においてはリチウムをアルミニウム
合金に拡散させてリチウム含有アルミニウム合金
を得ているので実用的にはその厚さ最大５mm程度
まで処理が可能である。

（効果） 従来の製造方法に比べ、本発明の方法による効
果はきわめて顕著であり、品質的にも、また経済
的にも利益が大きい。

(1) 高価な金属リチウムを全く必要としない。従
つて発火しやすく取扱いが危険な金属リチウム
の保管、取扱いの問題も全くおこらない。

(2) 溶解工程においては金属リチウムを添加する
必要がないので、アルゴンガス雰囲気又は塩化
リチウム、フツ化リチウム、フラツクスを全く
使用する必要がない。またリチウム酸化物が溶
湯中に混入するおそれもない。従つてリチウム
を含まない合金に対する従来どおりの溶解方法
を採用すればよく、経済的にきわめて有利であ
る。

(3) 鋳塊工程においても、リチウムを含まない合
金を取扱うので爆発の危険はなく、普通の大気
中で安全に、また経済的に作業を行うことがで
きる。

(4) 圧延工程においてもリチウムを含まないの
で、きわめて容易であり、圧延時において加工
割れを発生する問題はない。

(5) 電解温度及び拡散処理温度を溶体化処理温度
と同一とすることにより、アルゴンガス雰囲気
中での溶体化処理を省略でき、直に水焼入れす
ることができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を示す。

実施例 １ 99.9％アルミニウム地金、アルミニウム・銅34
％母合金及びアルミニウム・ジルコニウム５％母
合金を配合、銅2.7％、ジルコニウム0.14％を含
むアルミニウム合金を溶解して鋳塊となし、圧延
して厚さ２mmの板に仕上げた。圧延はきわめて容
易で、冷間圧延のみで仕上げることができ、熱間
圧延及び中間焼鈍を行う必要はなかつた。

この板を陰極として第２図に示す電解装置を用
い、塩化リチウム50％、塩化カリウム50％からな
り、500〜520℃に温度調節を行つた溶融塩電解浴
中において、0.05A／cm²の電流密度で40分間電解
を行つた後さらに１時間拡散処理を行つた。拡散
処理後の板は直に水焼入れを行つた。

えられたアルミニウム合金板中のリチウム含有
量の分析を行つたところ2.23％となり、2090合金
の成分規格（Li1.9〜2.6％、Cu2.4〜3.0％、
Zr0.08〜0.15％）に合格した。１ｇのリチウムの
析出に必要とする理論電気量3.863Ahから計算す
ると、リチウム含有量は3.20％となり、リチウム
が析出合金する電流効率は69.7％となる。

実施例 ２ 99.9％アルミニウム地金、アルミニウム・銅34
％母合金、アルミニウム・マグネシウム10％母合
金、アルミニウム・ジルコニウム５％母合金を配
合、銅1.3％、マグネシウム0.8％、ジルコニウム
0.14％を含むアルミニウム合金を溶解して鋳塊と
なし、圧延して厚さ２mmの板に仕上げた。この合
金はマグネシウムを含むため実施例１の合金より
硬く、熱間圧延で４mm厚とした後冷間圧延２mmと
した。

電解時間を45分とした以外はすべて、実施例１
と同様に処理した。えられた合金板のリチウム含
有量は2.48％となり、8090合金の成分規格
（Li2.3〜2.6％、Cu1.0〜1.6％、Mg0.5〜1.0％、
Zr0.08〜0.16％）に合格した。

この場合リチウムの理論含有量は3.60％ととな
り、リチウムが析出合金する電流効率は68.9％と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明および公知技術の工程を示す図
で、ａは本発明ｂ，ｃは公知技術を示す。第２図
は本発明方法によりリチウムを含有するアルミニ
ウム合金を製造するための代表的な装置の一例を
示す。 図において、１はリチウムを含有させるアルミ
ニウム合金板、２は炭素陽極、３は電解浴、４は
容器、（電解槽）、５は電流計、６は電圧計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銅、マグネシウム、ジルコニウムの少なくと
   も１種を0.05〜5.0重量％の範囲で含むアルミニ
   ウム合金鋳塊を圧延処理して、アルミニウム合金
   板を得、次にこのアルミニウム合金板を陰極と
   し、塩化リチウムを主成分として含む浴を電解す
   ることにより、リチウムをアルミニウム合金板に
   析出させ、リチウムをアルミニウム合金板中に拡
   散させることを特徴とするリチウム含有アルミニ
   ウム合金板の製造方法。 ２ 電解后のアルミニウム合金板を一定範囲の温
   度に、一定範囲の時間保持することにより拡散さ
   せる特許請求の範囲第１項のリチウム含有アルミ
   ニウム合金板の製造方法。 ３ 電解温度又は拡散温度を目的とする合金の溶
   体化処理温度と同一とする特許請求の範囲第１
   項、又は第２項のリチウム含有アルミニウム合金
   板の製造方法。