JPH042746A - アルミニウム合金制振材料の製造方法 - 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〕 本発明は優れた振動減衰特性を有し、音響機器、精密機
器、自動車などの振動を嫌う構造部材として使用される
アルミニウム合金制振材料の製造方法に関するものであ
る。

〔従来の技術及びその課題〕

一般に物体を振動させると、ある周波数（ｆｒ　）で振
幅が大きくなる（第１図）。この周波数を共振周波数と
いう。共振周波数における最大振幅をＡ、とすると、こ
のエネルギーに対し１／２となるのは振幅がＡｏ　／−
１２（ｄＢ表示では一３ｄＢ）となる周波数である。こ
の周波数幅（半値幅）をΔｆとすると、損失係数ηは次
式で表される。

η＝Δｆ　／　ｆ　ｒ この損失係数ηの値が大きい材料はど振動減衰能に優れ
、外力が除去された場合には振動が急速に減衰する０通
常の金属材料の損失係数ηは０．００１以下である。

そして、従来、音響機器、精密機器、自動車等の振動を
嫌う構造部材用の金属材料、いわゆる制振材料としては
、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｍｎ−Ｃｕ系、Ｚｎ−Ａｊ！系、Ｎｉ
−Ｔｉ系などの合金が知られている。これらの合金は振
動減衰性が大きいが、比重が大きいという共通の欠点を
有し、機器の軽量化を計ろうとする場合には不適当であ
る。

またＭｇ、Ｍｇ−Ｚｒ系の鋳造材も制振材料として知ら
れており、大きい振動減衰性を示し、しかも比重が小さ
いという長所を有するが、冷間加工が全くできないとい
う欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、比重が小さくしか
も冷間加工が容易である／ｌを主成分とした制振材料の
製造方法を開発したものである。

即ち請求項１記載の発明は、Ｖ０．１　＝１５ｗｔ％を
含有し、残部がＡＩｌと不可避的不純物とからなるアル
ミニウム合金鋳塊に３０％以上の減面率となる塑性加工
を施し、損失係数ηを０．００６以上とすることを特徴
とするアルミニウム合金制振材料の製造方法であり、請
求項２記載の発明は、Ｖ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃ０．Ｎｉ。

希土類元素のうち１種または２種以上を合計で０．１〜
１５ｗｔ％を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物から
なるアルミニウム合金塊に３０％以上の減面率となる塑
性加工を施し、損失係数ηを０．００６以上とすること
を特徴とするアルミニウム合金制振材料の製造方法であ
り、請求項３記戦の発明は、ＶＯ，１〜２５ｗｔ％を含
有し、Ｇｅ、Ｓｎ％　Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうち１
種または２種以上を合計で０．１〜１５ｗｔ％を含有し
、残部がＡｎと不可避的不純物からなるアルミニウム合
金塊に３０％以上の減面率となる塑性加工を施し、損失
係数ηを０．００６以上とすることを特徴とするアルミ
ニウム合金制振材料の製造方法であり、請求項４記戦の
発明は、ＶＯ，１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｍｎ、Ｃｒ、
Ｚｒ、、Ｃ０１Ｎｉ、希土類元素のうち１種または２種
以上を合計で０．１〜１５ｗｔ％含有し、更にＧｅ、Ｓ
ｎ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうち１種又は２種以上を
合計で０．１〜１５ｗｔ％含有し、残部がＡｆと不可避
的不純物からなるアルミニウム合金塊に３０％以上の減
面率となる塑性加工を施し、損失係数ηを０．００６以
上とすることを特徴とするアルミニウム合金制振材料の
製造方法であり、請求項５記載の発明は、Ｃｏ０．１〜
１５ｗｔ％を含有し、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｒ、希土類
元素のうち１種または２種以上を合計で０．０５〜１５
ｗｔ％を含有し、残部がＡｌ２と不可避的不純物からな
るアルミニウム合金塊に３０％以上の減面率となる塑性
加工を施し、損失係数ηを０．００６以上とすることを
特徴とするアルミニウム合金制振材料の製造方法であり
、請求項６記戦の発明は、Ｃｏ０．１〜１５ｗｔ％を含
有し、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうち１種
または２種以上を合計で０．１〜１５ｅｉｔ％含有し、
残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金
塊に３０％以上の減面率となる塑性加工を施し、損失係
数ηを０．００６以上とすることを特徴とするアルミニ
ウム合金制振材料の製造方法であり、請求項７記載の発
明は、Ｃｏ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｃｕ、Ｃｒ、
Ｎｉ、Ｚｒ、希土類元素のうち１種または２種以上を合
計で０．０５〜１５ｗｔ％含有し、更に、Ｇｅ、　Ｓｎ
、、Ｉ　ｎ、　Ｃｄ、　Ｂ　ｉ、　Ｓｂのうち１種また
は２種以上を合計で０．１〜１５ｗｔ％含有し、残部が
Ａ／２と不可避的不純物からなるアルミニウム合金塊に
３０％以上の減面率となる塑性加工を施し、損失係数η
を０．００６以上とすることを特徴とするアルミニウム
合金制振材料の製造方法である。

ここにおいて減面率とは圧延、押出等の塑性加工におい
て素材の断面積（Ｓｏ）と製品断面積（Ｓ）とから次式
で示される数値である。

Ｓ。

〔作用〕

制振材料はその振動減衰メカニズムにより複合相型、転
位型、強磁性型、双晶型が知られており、本発明は転位
型に該当する。

アルミニウムにＶまたはＣｏを添加すると微細な化合物
もしくはＶまたはＣｏ単体の粒子がアルミニウムマトリ
ックス中に微細に分布する。この様な材料に振動を加え
ると塑性加工に因って導入された転位が上記の粒子への
一時的な固着／＃脱を繰り返し、振動エネルギーを吸収
する。この様な効果に因って材料に与えられた振動を速
やかに減衰せしめるものである。この効果を発揮させる
にはＶまたはＣｏの添加のみでも充分であるが、さらに
■にＭｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｃ０．Ｎｉ、希土類元素、Ｃｏ
にＣｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｒ、希土類元素、そしてさらに
Ｇｅ５Ｓｎ、Ｉｎ、、Ｃｄ、、Ｂｉ、ｓｂなどを添加す
ると更に振動減衰性が向上する。

次に本発明の製造方法、限定範囲についてさらに詳しく
説明する。

■またはＣＯは上述の欅な振動の減衰効果を得るために
０．１〜１５ｗｔ％の範囲で添加する。　０．１　ｗｔ
％ｔ％ではマトリックス中に分布する粒子が少なく振動
減衰効果が不十分であり、１５ｗｔ％を超えると効果が
飽和するうえ、冷間加工が困難になる。

最も好適なＶまたはＣｏの添加量は０．５〜５ｗｔ％で
ある。

■に添加するＭｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｃ０．、Ｎｉ。

希土類元素はＶと同様に微細な化合物または粒子を形成
し、転位の一時的な固着／離脱に因って振動エネルギー
を吸収する。Ｍｎ５Ｚｒ、Ｃｒ、Ｃ０．Ｎｉ、希土類元
素のうち１種または２種以上を合計で０．１〜１５ｗｔ
％と限定した理由として、Ｑ、ｌ　ｗｔ％ｔ％ではマト
リックス中に分布する化合物量が少なく振動減衰効果が
不十分であり、１５ｉｉｔ％を超えると化合物または粒
子が粗大化し、振動減衰性改善の効果が小さくなるうえ
、冷間加工が困難となる。

Ｃｏに添加するＣｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｒ、希土類元素は
ＣＯと同様に微細化合物を形成し、転位の一時的な固着
／ＩＩ脱に因って振動エネルギーを吸収する。Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、■、Ｚｒ、希土類元素のうち１種または２種
以上を合計で０．０５〜１５ｗｔ％と限定した理由とし
て、０．０５ｗｔ％未満ではマトリックス中に分布する
化合物量が少なく振動減衰効果が不十分であり、１５ｗ
ｔ％を超えると化合物が粗大化し、振動減衰性改善の効
果が小さくなるうえ、冷間加工が困難となる。尚、希土
類元素はその種類が特に限定されるものではないが、具
体的にはＹ、Ｌａ、Ｃｅ５Ｐｒ、Ｎｂ、Ｐｍ、Ｓｍ等、
およびこれらの混合物を使用することが出来る。

一方、■またはＣｏに添加するＧｅ、Ｓｎ、、Ｉｎ、Ｃ
ｄ、Ｂｉ、Ｓｂは金属粒子、金属間化合物を母相中に形
成し、各粒子と母相との界面での粘性流動に因って振動
エネルギーを吸収する（複合型としての効果）、これら
の効果に因って振動減衰性を更に向上させることが可能
である。Ｇｅ、ＳｎＳ　Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうち
１種または２種以上を合計で０．１〜１５鍔ｔ％と限定
した理由としては、０．１　ｗｔ％未満ではマトリック
ス中に分布する金属粒子あるいは化合物が不十分であり
、１５ｗｔ％を超えると効果が飽和するうえ、金属粒子
あるいは化合物の分布が不均一となり振動減衰性にばら
つきが生じ、粗大な金属粒子あるいは化合物が形成され
ることに因って塑性加工性・機械的性質・耐食性等が劣
化する恐れがある。

尚、従来の溶解鋳造工程で鋳造組織の微細化剤として通
常添加されるＢ等は、それぞれＯ，１ｗｔ％以下の範囲
で添加しても本発明の効果を損なうことはない、一方、
Ｍｇの添加は材料の振動減衰性を低下させるため、０．
５ｗｔ％以下とすることが好ましい。

以上のような添加元素を含有するＡ２合金は従来の溶解
鋳造工程でもメカニカルアロイングや２゜冷凝固粉末法
等の粉末冶金法等、どの様な工程を取っても良い、続い
てこの１合金を必要に応じて均質化処理する。この均質
化処理は添加元素の分布状態をより均一にするために行
うが、常法通り、１５０〜６００℃の温度で数時間加熱
すれば良い。

この状態のＡｌ合金鋳塊は、通常のＡｌ合金に比べれば
若干価れた振動減衰性を有してはいるが、制振材料とし
て使用するには不充分である０次にこのＡｊ！合金塊に
減面率３０％以上の塑性加工を加えることにより振動減
衰性は大きく向上する０Ｍ性加工を加えることにより転
位密度が増大し、前述のように転位の化合物への一時的
な固着／３１脱の繰返しにより振動エネルギー吸収効果
が発揮され、振動減衰性が向上するのである。更には、
金属粒子あるいは化合物が塑性加工に因って分断微細化
されるとともに紡績型となり、これら粒子とマトリック
スの界面での粘性流動による振動エネルギー吸収効果が
大きく向上する。塑性加工としては熱間加工または冷間
加工、あるいは熱間加工後冷間加工を施せば良く、例え
ば圧延、押出、引抜き、鍛造などいずれの手段で行って
も良いが、減面率を３０％以上とし、損失係数ηが０．
００６以上になるようにする。損失係数ηが０．００６
未満では振動減衰性が不充分であり、制振材料としての
必要な特性が得られない、Ｉ２性加工量は大きくすれば
するほど損失係数は向上し、また熱間加工よりも冷間加
工の方がより高い損失係数が得られるが、合金塊から最
終製品までの減面率が３０％以上になるようにすれば熱
間、冷間にかかわらず損失係数ηが０．００６以上得ら
れ、制振材料としては充分な振動減衰性が得られる。

向、強度と延びの調整のために通例行われる中間焼鈍は
、熱間加工終了後、または冷間圧延の途中に施しても本
発明の効果を損なうことはない。

また、同じく強度と伸びの調整のために最終加工製品に
対して施される調質焼鈍は、塑性加工により導入された
転位を減少させるので振動減衰性を若干劣化させる傾向
があるが、４００℃以下の温度で２４時間程度以下なら
ば特に問題はない。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

実施例１ 第１表に示す組成のＡｔ合金を溶解、鋳造し、厚さ５０
ｍ、幅２００鵬、長さ３００閣の鋳塊とした。

これを開削後、５００℃で１０時間均質化処理を施し、
しかる後に熱間圧延により板厚５■の板材とした（塑性
加工による減面率は９０％）。

これより厚さ２−１幅ｌＯ園、長さ２５０閣の試験片を
切り出し、片持振動法により振動減衰性（損失係数η）
を評価した。即ち試験片の片側端部をチ中ツキングして
発振器で強制的に振動を与え、共振周波数ｆｒでの損失
係数Ｖを（１）式により求めた。その結果を第１表に併
記した。

η富Δｆ　／　ｆ　ｒ　　・・・（１）但しΔｆは３ｄ
Ｂ値幅（半値幅） 第１表より明らかなように、本発明合金組成のＮ１１ｌ
ｌ〜９は損失係数ηが大きく、優れた振動減衰性を有す
る。一方、本発明合金組成を外れるＮα１１１４は損失
係数ηが低く、Ｎ０．１０．１２．１３は塑性加工が不
可能であった。

実施例２ 第１表に示す組成のＡＩ！合金の中から狙２を溶湯を鋳
造し、直径３００ｍｍ、長さ４００ｍの鋳塊とした。こ
れを５００°Ｃで１０時間の均質化処理を行った後、押
し出し加工により第２表に示す直径の丸棒を作製した。

これより実施例１と同様に厚さ２ｒｍ、幅１０ｍ、長さ
２５０ＩＩＩＩｌ＋の短冊状試験片を切り出し、片持振
動法に因って振動減衰性（損失係数η）を測定した。第
２表に結果を併記する。

第 表 果を第３表に併記した。

第２表より明らかなように、減面率が３０％を超えるも
のについては損失係数ηが０．００６以上となり、３０
％に満たないものは損失係数ηが低く、０．００６を下
回った。

実施例３ 第３表に示す組成のＡｆ金合金溶解、鋳造し、厚さ５０
ｍ＋、幅２００ｍ、長さ３００閤の鋳塊とした。

これを開削後、５００°Ｃで１０時間均質化処理を施し
、しかる後に熱間圧延により板厚５ｍｍの板材とした（
塑性加工による減面率は９０％）。

これより厚さ２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ２５０ＩＩＩｌ
ｌｌの試験片を切り出し、実施例１と同様に片持振動法
により振動減衰性（損失係数η）を評価した。その結第
３表より明らかなように、本発明合金組成のＮα２１〜
２８は損失係数ηが大きく、優れた振動減衰性を有する
。一方、本発明合金組成を外れるＮα３０〜３３は損失
係数ηが低く、Ｎ０２９は塑性加工が不可能であった。

実施例４ 第３表に示す組成のＡｌ合金中からＮ０２１を溶湯を鋳
造し、直径３００ｍｍ、長さ４００ｍの丸棒とした。

これを５００°Ｃで１０時間の均質化処理を行った後、
冷間引抜きにより第４表に示す直径の丸棒に押出し、実
施例１と同様に厚さ２閣、幅１０閣、長さ２５０ｍの短
冊状試験片を切り出し、片持振動法に因って振動減衰性
（損失係数η）測定した。第４表に結果を併記する。

第 表 第４表より明らかなように、減面率が３０％を超える随
３４．３５については損失係数ηが０．００６以上とな
り、３０％に満たないＮａ３６．３７は損失係数ηが低
く、０．００６を下回った。

〔効果〕

以上述べたように本発明によれば、Ａｌを主成分とする
ため軽量で冷間加工性に優れ、しかも優れた振動減衰性
を有するＡｌｆｆ側振材料を得ることができるもので、
工業上顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は振動の共鳴曲線図である。 特許出願人　古河アルミニウム工業株式会社第 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｖ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、残部がＡｌと不
   可避的不純物とからなるアルミニウム合金鋳塊に３０％
   以上の減面率となる塑性加工を施し、損失係数ηを０．
   ００６以上とすることを特徴とするアルミニウム合金制
   振材料の製造方法。
2. （２）Ｖ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚ
   ｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、希土類元素のうち１種または２種以上
   を合計で０．１〜１５ｗｔ％を含有し、残部がＡｌと不
   可避的不純物からなるアルミニウム合金塊に３０％以上
   の減面率となる塑性加工を施し、損失係数ηを０．００
   ６以上とすることを特徴とするアルミニウム合金制振材
   料の製造方法。
3. （３）Ｖ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉ
   ｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうち１種または２種以上を合計
   で０．１〜１５ｗｔ％を含有し、残部がＡｌと不可避的
   不純物からなるアルミニウム合金塊に３０％以上の減面
   率となる塑性加工を施し、損失係数ηを０．００６以上
   とすることを特徴とするアルミニウム合金制振材料の製
   造方法。
4. （４）Ｖ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚ
   ｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、希土類元素のうち１種または２種以上
   を合計で０．１〜１５ｗｔ％含有し、更にＧｅ、Ｓｎ、
   Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうち１種又は２種以上を合計
   で０．１〜１５ｗｔ％含有し、残部がＡｌと不可避的不
   純物からなるアルミニウム合金塊に３０％以上の減面率
   となる塑性加工を施し、損失係数ηを０．００６以上と
   することを特徴とするアルミニウム合金制振材料の製造
   方法。
5. （５）Ｃｏ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｃｕ、Ｃｒ、
   Ｎｉ、Ｚｒ、希土類元素のうち１種または２種以上を合
   計で０．０５〜１５ｗｔ％を含有し、残部がＡｌと不可
   避的不純物からなるアルミニウム合金塊に３０％以上の
   減面率となる塑性加工を施し、損失係数ηを０．００６
   以上とすることを特徴とするアルミニウム合金制振材料
   の製造方法。
6. （６）Ｃｏ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｇｅ、Ｓｎ、
   Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうち１種または２種以上を合
   計で０．１〜１５ｗｔ％含有し、残部がＡｌと不可避的
   不純物からなるアルミニウム合金塊に３０％以上の減面
   率となる塑性加工を施し、損失係数ηを０．００６以上
   とすることを特徴とするアルミニウム合金制振材料の製
   造方法。
7. （７）Ｃｏ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｃｕ、Ｃｒ、
   Ｎｉ、Ｚｒ、希土類元素のうち１種または２種以上を合
   計で０．０５〜１５ｗｔ％含有し、更に、Ｇｅ、Ｓｎ、
   Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂのうち１種または２種以上を合
   計で０．１〜１５ｗｔ％含有し、残部がＡｌと不可避的
   不純物からなるアルミニウム合金塊に３０％以上の減面
   率となる塑性加工を施し、損失係数ηを０．００６以上
   とすることを特徴とするアルミニウム合金制振材料の製
   造方法。