JPH0347954A - 耐食性アルミニウム基合金 - 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］ 本発明は硬度及び強度が高く、高耐熱性、高耐摩耗性を
備え、かつ耐食性に優れた特性を有し、産業上の利用分
野に利用可能なアルミニニウム基合金に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来のアルミニウム基合金としては、純Ａｌ系、Ａ　１
−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｎ系等の成分系の合
金が知られており、その材料特性に応じて、例えば航空
機、車輌、船舶等の部材として、又、建築用外装材、サ
ツシ、屋根材等として、あるいは海水機器用部材、原子
炉用部材等として広範囲の用途に供されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のアルミニウム基合金において、穏やかな環境では
金属材料を保護し得る不働態皮膜も、塩酸水溶液中又は
水酸化ナトリウム水溶液中では容易に破壊され、又、塩
化ナトリウム水溶液（海水等）中では長期に亘って安全
に使用できない。特に、塩酸水溶液、水酸化ナトリウム
水溶液は腐食作用が激しく安全に使用し得る金属材料が
なく、前記従来知られているアルミニウム基合金も当然
かかる目的には使用し難く、腐食性環境（腐食されやす
い環境）下での使用に長期に亘り十分耐えつる新規なア
ルミニウム基合金の出現が切望されていた。そこで本発
明は上記に鑑み、上記腐食性環境下において、高硬度、
高強度、高耐熱性、高耐摩耗性を備え、かつ耐食性に優
れた特性を有する新規なアルミニウム基合金を比較的安
価に提供することを目的としたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記の問題点を解決するため、通常の溶融鋳造
法では作成が困難なＡ１合金を、不均一な結晶質合金と
してではなく、高耐食性、高耐摩耗性等を備えたアモル
ファス（非晶質）合金として得るものである。

すなわち、本発明は、 一般式：Ａ１ａ　Ｍｂ　ＭｏｅＨｆｄＣｒ＊ただし、Ｍ
はＮ１５ＦｅＳＣｏから選ばれる一種もしくは二種以上
の金属元素、ａ、ｂ、ｃ。

ｄＳｅは原子パーセントで ５０％≦ａ≦８８％ ２％≦　ｂ　６２５％ ２％≦　Ｃ５１５％ ４％≦　ｄ　５２０％ ４％≦　ｅ　５２０％ で示される組成を有し、少なくとも５０パーセント（体
積率）の非晶質を有する複合体からなる耐食性アルミニ
ウム基合金である。

通常、合金は固体状態で結晶化しているが、合金組成を
限定して溶融状態から超急冷凝固させるなど、固体形成
の過程で原子配列に長周期的規則性を形成させない方法
を適用すると、結晶構造を持たず、液体に類似したアモ
ルファス構造が得られ、このような構造の合金をアモル
ファス合金という。アモルファス合金は多くは過飽和固
溶体の均一な単相合金であって、従来の実用金属に比べ
て著しく高い強度を保有し、かつ組成に応じて非常に高
い耐食性をはじめ種々の優れた特性を示す。

本発明のアルミニウム基合金は、上記組成を有する合金
の溶湯を液体急冷法で急冷凝固することにより得ること
ができる。この液体急冷法とは、溶融した合金を急速に
冷却させる方法をいい、例えば単ロール法、双ロール法
、回転液中紡糸法などが特に有効であり、これらの方法
では１０４〜１０７に／ｓｅｃ程度の冷却速度が得られ
る。この単ロール法、双ロール法等により薄帯材料を製
造するには、ノズル孔を通して約３００〜１１００００
ｒｐの範囲の一定速度で回転している直径３０〜３００
ｍｍの例えば銅あるいは鋼製のロールに溶湯を噴出する
。これにより幅が約１〜３００ｍ１で厚さが約５〜５０
０μ■の各種薄帯材料を容易に得ることができる。又、
回転液中紡糸法により細線材料を製造するにはノズル孔
を通じ、アルゴンガス背圧にて、約５０〜５００ｒｐｍ
で回転するドラム内に遠心力により保持された深さ約１
〜ｌＯｃ＋ｎの溶液冷媒層中に溶湯を噴出して、細線材
料を容易に得ることができる。この際のノズルからの噴
出溶湯と冷媒面とのなす角度は、約６０〜９０度、噴出
溶湯と溶液冷媒面の相対速度比は約０．７〜０．９であ
ることが好ましい。

更に本発明のアルミニウム基合金は上記一般式で示され
る組成になるように配合した材料をスパッタ蒸着、真空
蒸着、イオンブレーティングの如き薄膜形成手段を用い
て基体表面に付着させ、上記組成の薄膜を形成すること
により得ることができる。

スパッタ蒸着法には、２極スパツタ法、３極、４極スパ
ツタ法、マグネトロンスパッタ法、対向ターゲット式ス
パッタ法、イオンビームスパッタ法、デュアルイオンビ
ームスパッタ法等があり、更に前者４方式には直流印加
式と高周波印加式がある。

スパッタ蒸着法について説明すると、スパッタ蒸着法と
は、形成させようとする薄膜物質と同一組成からなるタ
ーゲットにイオンガンまたはプラズマ等により発生させ
たイオン源を衝突させ、その衝撃によりターゲットから
発生した原子状、分子状又はクラスタ状の中性粒子また
はイオン粒子を基板上に沈着させることにより製造する
もので種々のものが知られている。

その中でもイオンビームスパッタ法、プラズマスパッタ
法等が特に有効であり、これらの方法では１０５〜１．
０７に／ｓｅｃ程度の冷却速度が得られる。かかる冷却
速度により、少なくとも５０パセント（体積比）のアモ
ルファス相からなる合金薄膜を製造することができる。

また薄膜の厚さは処理時間の長さにより制御することが
でき、通常は１時間当り　２〜７μｍの形成速度で厚み
か形成される。

更にマグネトロンプラズマスパッタ法を用いて本発明を
実施する場合について具体的に説明すると、スパッタガ
スを　１〜ＩＯＸ　１０’　ｍｂａｒの低圧に保った容
器内に電極（電極）と上記組成からなるターゲット（−
極）を電極間距離４０〜８０ｒ１１Ｍで対向させ、電極
間に２００〜５００Ｖを印加し、電極間にプラズマを発
生させる。このプラズマ領域内又はプラズマ領域近傍に
薄膜を沈着させようとする基体を配置し薄膜を形成させ
る。

尚、上記方法によらず高圧ガス噴霧法などの各種アトマ
イズ法やスプレー法により急冷粉末を得ることかできる
。

そして、得られた急冷アルミニウム基合金か非晶質であ
るかどうかは通常のＸ線回折法によって非晶質組織特有
のハローパターンが存在するか否かによって知ることが
できる。

上記一般式で示される本発明のアルミニウム基合金にお
いて、原子％で８％　ｂ　％　Ｃｓ　ｄ　Ｓｅをそれぞ
れ上記のように限定したのは、各々その範囲から外れる
とアモルファス化しにくくなったり、脆弱になって曲げ
加工がしにくくなり、スパッタ蒸着等の工業的な手段で
は、少くとも５０バーセント（体積比）のアモルファス
相からなる複合体を得ることができなくなるからである
。

Ｍ元素はＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏより選ばれる金属元素であり
、このＭ元素、ＭＯ元素、Ｈｆ元素はアモルファス形成
能を向上させる効果を持ち、併せて硬度と強度とを向上
させ、又、耐熱性を向上させる。特にＨｆ元素は本発明
の合金系のアモルファス形成能を向上させるのに有用で
ある。

Ｃｒ元素は、重要な効果として、前記合金中てＭｏ及び
Ｈｆ元素と共存させることにより、両元素の相互作用で
不働態皮膜を形成し、前記合金の耐食性を向上させる効
果を奏す。ここで、Ｃｒ元素（ｅ）の原子％を上記のよ
うに限定したもう１つの理由は、Ｃｒ元素を４原子％未
満とした場合、本発明の目的である耐食性の向上が期待
できず、又、Ｃｒ元素を２０原子％を越える値とした場
合、前記合金が脆くなり過ぎて工業的に使用しがたく、
実用的ではなくなるからである。

本発明のアルミニウム基合金を薄膜とした場合、組成に
よっては高度の粘さを持ち、１８０゜の密着的げを行な
っても亀裂の発生がなかったり、基体からの剥離を生じ
ないものもある。

［実施例コ 以下本発明の詳細な説明する。

実施例１ 高周波溶解炉により所定の成分組成を有する溶融合金３
をつくり、これを第１図に示す先端に小孔５（孔径：　
Ｑ、５ｎｖ）を有する石英管１に装入し、加熱溶解した
後、その石英管１を銅製ロール２の直上に設置し、回転
数５０００ｒｐＩ１１の高速回転下、石英管１内の溶融
合金３をアルゴンガスの加圧（０，７ｋｇ／ｃＩ′１２
）により、石英管１の小孔５から噴射し、ロール２の表
面と接触させることにより急冷凝固させて合金薄帯４を
得る。

上記製造条件により、合金薄帯を得て、Ｘ線回折の結果
、生じた合金はアモルファス性を有することが確認され
、また薄帯組成は急冷凝固後、Ｘ線マイクロアナライザ
ーにより定量分析を行ったものである。

ここで本発明のアルミニウム基合金の薄帯を一定の長さ
に切り取り、３０°Ｃ］規定塩酸水溶液中に浸漬し、塩
酸に対する耐食性試験を行った。

又、この一定長さに切り取ったアルミニウム基合金薄膜
を３０℃１規定水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し、水
酸化ナトリウムに対する耐食性試験を行った。これらの
結果を表１に示す。表０ 中、耐食性の評価は腐食速度により表し、又、比較の対
象として市販の４　Ｎ　−Ａ　Ｉ　（９９，９９％ＡＩ
）、Ａｌ−Ｃｕ系合金（ジエラルミン）を用いた。表１
によれば、本発明のアルミニウム基合金が市販のアルミ
ニウム基合金に比し、塩酸水溶液、水酸化ナトリウム水
溶液に対し優れた耐食性を示すことが分かる。

表１３０℃のｌＮ−ＨＣｌ、ｌＮ−ＮａＯＨ水溶液中で
測定した１ 又、本発明の合金であるＡ　Ｉ　７０．０Ｆ　８９．４
ＭＯ４，７Ｈｆ　ｇ、　　Ｃｒ　６　　薄帯とＡ１７４
Ｎ　ｉ　６．ｓ　ＭＯ４，７Ｈｆ　７．５　Ｃｒ　６，
５薄帯とについて３０℃の３０ｇ／ｕ−Ｎ　ａ　Ｃｌ水
溶液中で測定した結果を表２に表し、更にＡ１７４．８
Ｎ　ｉ　６，５　ＭＯ４，７Ｈｆ　７．５　Ｃｒ６．ｓ
を２４時間１規定の塩酸水溶液中に浸漬した薄帯と、８
時間１規定の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬した薄帯
とについて、分極曲線を３０℃の３０ｇ７５１ＮａＣ１
水溶液中で測定し耐食性の評価を行った。この結果を表
２、第２図、第３図に示す。

表２中、耐食性の評価は孔食電位により表し、又、比較
の対象として市販の４Ｎ−Ａ　Ｉを用いた。表２によれ
ば、本発明のアルミニウム基合金が市販のアルミニウム
基合金に比し３０℃の３０ｇ１文の塩化ナトリウムを含
む水溶液中において自己不働態化することで強固な不働
態皮膜を形成し、更に塩酸水溶液中又は水酸化ナトリウ
ム水溶液中に浸漬し、本発明の合金を自己不働態化させ
ることで更に強固な不働態皮膜を形成す　２ ることかできる。特に、前記合金（ＡＩ７４．８Ｎｔ６
ｓ　ＭＯ４，７ｆ（ｆ７５Ｃｒ６．５　）を２４時間１
規定の塩酸水溶液中に浸漬したものは、孔食電位が＋３
８０ｍＶと貴金属であるＣｕ（銅）にも匹敵する値であ
る。これらのことより、本発明のアルミニウム基合金が
極めて高い耐食性を有するアルミニウム基合金であるこ
とが判る。

表２　　Ｂｏｇ／ｌ　−ＮａＯＨ水溶液中における孔食
電位実施例２ 上記実施例１の製造方法により得られた本発明の非晶質
合金を粉砕又は切断して粉末とすることにより、これを
メタリック塗料の顔料として使用した場合、塗料中での
腐食にも長期に亘３ って耐えつる耐久性に優れたメタリック塗料が得られる
。

［発明の効果］ 以上のように本発明のアルミニウム基合金は少くとも５
０％の非晶質を有する複合体であるから、アモルファス
合金の特性である高硬度、高強度、高耐熱性、高耐摩耗
性のすぐれた特性を有する他、自己不働態化した安定な
保護皮膜は塩酸、塩化ナトリウムなどの水溶液中におけ
る塩素イオンや水酸化ナトリウムなどの水溶液中におけ
る水酸イオンを含む激しい腐食性環境においても長期に
亘って耐えうるので、極めて高い耐食性を発揮するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製法の一例の説明図であり、第２図は
本発明の合金を２４時間、３０℃、ｌＮＨＣｌ水溶液中
に浸漬したものを３０℃、３０ｇ１５１−ＮａＣ１水溶
液中で測定した分極曲線であり、第３図は本発明の合金
を８時間、３０℃、ｌＮ−ＮａＯＨ水溶液中に浸漬した
ものを３０℃、４ ３０ｇ１５１−Ｎ　ａ　　Ｃ である。 １・・・石英管、 ４・・・急冷薄帯、 水溶液中で測定した分極曲線 ２・・・銅ロール、訃・・溶融合金、 訃・・小孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一般式：Ａｌ＿ａＭ＿ｂＭｏ＿ｃＨｆ＿ｄＣｒ＿ｅただ
   し、ＭはＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏから選ばれる一種もしくは二
   種以上の金属元素、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは原子パーセン
   トで ５０％≦ａ≦８８％ ２％≦ｂ≦２５％ ２％≦ｃ≦１５％ ４％≦ｄ≦２０％ ４％≦ｅ≦２０％ で示される組成を有し、少なくとも５０パーセント（体
   積率）の非晶質を有する複合体からなる耐食性アルミニ
   ウム基合金。