JPH042747A - 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Ａｏ　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／ｒｒ 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。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−Ａｌ！系、Ｎ　
ｉ　−Ｔ　ｉ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Ａ１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。

即ち各請求項のＡ１合金制振材料の製造方法は、（１）
Ｍ　ｏ　０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｓｔ、Ｆｅ、Ｃ
ｕ。

Ｍｎ５Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ５Ｎｉ、希土類元素のうち
の１種または２種以上を合計で０．０５〜２０ｗ　ｔ％
含有し、残部がＡｊ！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、　（２）
Ｍ　ｏ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ
、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｐｂのうちの１種または２種以上
を合計で０．１〜３０＠ｔ％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
の減面率となるヤ性加工を施し、損失係数ηを０．００
６以上とすること。（３）Ｍｏ０．１〜１５ｗｔ％を含
有し、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ５Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ０
．Ｎｉ、希土類元素のうちの１種または２種以上を合計
で０．０５〜２０ｗｔ％含有し、更にＧｅ、Ｓｎ、Ｉｎ
、Ｃｄ、Ｂｉ、５ｂＳＰｂのうち１種または２種以上を
合計で０．１〜３０ｗ　ｔ％含有し、残部がＡ１と不可
避的不純物からなるアルミニウム合金塊に３０ｗｔ％以
上の減面率となる塑性加工を施し、損失係数ηを０．０
０６以上とすること。

（４）Ｗ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃ
ｕ。

Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ０．Ｎｉ、希土類元素のうち
の１種または２種以上を合計で０．０５〜２０ｗｔ％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、　（５）Ｗ０
．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｄ％
Ｂｉ、Ｓｂ、Ｐｂのうちの１種または２種以上を合計で
０．１〜３０ｗｔ％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。（６）　Ｗ　Ｏ、１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｓ
ｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ０．Ｎｉ、
希土類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．０
５〜２０ｗｔ％含有し、更にＧｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｄ、
Ｂｉ、Ｓｂ、Ｐｂのうちの１種または２種以上を合計で
０．１〜３０ｗｔ％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３０ｉｉ　ｔ％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ものである。

こと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）と製品の断面積（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、双晶型が知られているが、本発明の製
造方法になる制振材料は複合相型と転位型の要素を合わ
せ持つこれまでにない型式ものである。即ち材料内部に
分布するＭＯまたはＷの微細粒子とＡｌマトリックスの
界面の粘性流動による振動エネルギーの吸収（複合相型
としての要素）、および塑性加工により導入された転位
のＭｏまたはＷ微細粒子による一時的固着／離脱の繰返
しによる振動エネルギーの吸収（転位型としての要素）
の相乗効果により、材料に与えられた振動をきわめて速
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ＭｏまたはＷの添加のみでも充分であるが、さらに
これにＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ５Ｃ
０．Ｎｉ１希土類元素、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ
、Ｓｂ、ｐｂ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。

ＭＯまたはＷは上述の様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
衰効果が不充分であり、１５ｗｔ％を超えると効果が飽
和するうえ、ＭＯまたはＷの均一な分散が困難になる、
強度が低下する、比重が増大する、冷間加工が困難にな
る等の問題を生しる。最も好適なＭｏまたはＷの添加量
は０．２〜５ｗｔ％である。

Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、、ｃ０．Ｎ
ｉ、希土類元素は微細化合物を形成し、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。Ｓｉ、
Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃ０．Ｎｉ、希土
類元素のうちの１種または２種以上を合計で０．０５〜
２０ｗｔ％と限定した理由としては、０　、０５ｗ　ｔ
％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、２Ｑｗｔ％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
。

Ｃｅ、、Ｐｒ５Ｎｂ、Ｐｍ５５ｍ等、およびこれらの混
合物を使用することが出来る。

一方、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂ。

Ｐｂ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（？Ｘ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、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｄ。

Ｂｉ、Ｓｂ、Ｐｂのうちの１種または２種以上を合計で
０．１〜３０ｗｔ％と限定した理由としては、０．１　
ｗｔ％ｔ％ではマトリックス中に分布する金属粒子ある
いは化合物が不充分あり、３０ｗｔ％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し、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側として通
常添加されるＢ等は、それぞれ０．１ｗｔ％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Ａｌ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象、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。この
Ａｆ金合金必要に応して均質化処理する。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°Ｃ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Ａ１合
金に比べれば若干優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。次にこのＡ
１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。塑性加工を加えるこ
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／離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。塑性加工量は大きく
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。

尚、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、り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’Ｃ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、実施例について説明する。

実施例１ 第１表に示す組成のＡ１合金を溶解、鋳造し、厚さ５０
ｍ＋、輻２００ｍ、長さ３００ｆｆｌＩ１１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５ＩＩＩ１１の板材と
した（塑性加工による減面率は９０％）。

これより厚さ２ｓｎ、幅１０ｎｎ、長さ２５０ＩＩＩｆ
ｆｌ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
ャッ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ηを（］）式により求めた。その結
果を第１表に併記した。

η＋Δｆ　／　ｆ　ｒ　・・・（１） 但しΔｆは３ｄＢ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Ｎ０．　
１〜８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Ｎ０．１０１３は損
失係数ηが低く、Ｎ０．９．１１．１２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Ａｌ、合金の中からＮα１の組成の
溶湯を鋳造し、直径３００ＩＩｌｆｆｌ、長さ４００ｍ
ｍの鋳塊とした。これをｓｏｏ”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２Ｉ
ＩＩ１１、幅１０ｍａ＋、長さ２５０■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２表 第２表より明らかなように、減面率が３０％を超えるＮ
０．１４．１５については損失係数ηが０．００６以上
となり、３０％に満たない比較例Ｎα１６．１７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Ａｌ、合金を溶解、鋳造し、厚さ５
０ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ３００ｍｍの鋳塊とした。

これを面削後、５００°Ｃで１０時間均質化処理を施し
、しかる後番こ熱間圧延により板厚５ＩＩＩＩ＋の板材
とした（製性加工による減面率は９０％）。

これより厚さ２ＩＩＩｆｆｌ、輻ｌＯ閣、長さ２５０−
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。その結果を第
３表に併記した。

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Ｎ０３０３３は損失
係数ηが低く、Ｎ１１２９．３１．３２は塑性加工が不
可能であった。

実施例４ 第１表に示す組成のＡ１合金中からＮα１１の組成の溶
湯を鋳造し、直径３００＋ｍ＋、長さ４００ａｍ＋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４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２閣、輻１
０ｍｍ、長さ２５ｈａ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４表 第４表より明らかなように、減面率が３０％を超えるＮ
０．３４．３５については損失係数ηが０．００６以上
となり、３０％に満たない比較例Ｎ０．３６．３７は損
失係数ηが低く、０．００６を下回った。

〔効果〕

このように本発明によれば、ＡＰ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
るアルミニウム合金制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。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｏ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｓｉ、Ｆｅ、
   Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、希土類元素
   のうちの１種または２種以上を合計で０．０５〜２０ｗ
   ｔ％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。
2. （２）Ｍｏ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｇｅ、Ｓｎ、
   Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｐｂのうちの１種または２種
   以上を合計で０．１〜３０ｗｔ％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０．０
   ０６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）Ｍｏ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｓｉ、Ｆｅ、
   Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、希土類元素
   のうちの１種または２種以上を合計で０．０５〜２０ｗ
   ｔ％含有し、更にＧｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂ
   、Ｐｂのうちの１種または２種以上を合計で０．１〜３
   ０ｗｔ％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３０ｗｔ％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）Ｗ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃ
   ｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、希土類元素の
   うちの１種または２種以上を合計で０．０５〜２０ｗｔ
   ％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）Ｗ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉ
   ｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｐｂのうちの１種または２種以
   上を合計で０．１〜３０ｗｔ％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。
6. （６）Ｗ０．１〜１５ｗｔ％を含有し、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃ
   ｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、希土類元素の
   うちの１種または２種以上を合計で０．０５〜２０ｗｔ
   ％含有し、更にＧｅ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｂｉ、
   Ｓｂ、Ｐｂのうちの１種または２種以上を合計で０．１
   〜３０ｗｔ％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３０ｗｔ％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
   。