JPH0892680A - 高強度アルミニウム基合金 - Google Patents
高強度アルミニウム基合金Info
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- JPH0892680A JPH0892680A JP6251595A JP25159594A JPH0892680A JP H0892680 A JPH0892680 A JP H0892680A JP 6251595 A JP6251595 A JP 6251595A JP 25159594 A JP25159594 A JP 25159594A JP H0892680 A JPH0892680 A JP H0892680A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 準結晶アルミニウム合金の伸び、耐熱性、強
度と比強度を高める。 【構成】 一般式Al100-a-b-c Qa Mb Xc (但し、
Q:Cr,Mn,Fe,V,Mo,Wから選ばれる一種
もしくは二種以上の元素、M:Co,Niから選ばれる
一種もしくは二種の元素、X:Ti,Zr,Hf,N
b,Y(イットリウム)を含む希土類元素またはミッシ
ュメタル(Mm)から選ばれる一種もしくは二種以上の
元素であり、a,b,cは原子%で1≦a≦7,0.5
≦b≦5,0<c≦5)で示される組成を有し、かつ約
1nm以下の短範囲領域では無秩序な原子配列を有し、
約2nm以上の長範囲領域では正20面体構造を有する
準結晶を含む組織を有するアルミニウム基合金。
度と比強度を高める。 【構成】 一般式Al100-a-b-c Qa Mb Xc (但し、
Q:Cr,Mn,Fe,V,Mo,Wから選ばれる一種
もしくは二種以上の元素、M:Co,Niから選ばれる
一種もしくは二種の元素、X:Ti,Zr,Hf,N
b,Y(イットリウム)を含む希土類元素またはミッシ
ュメタル(Mm)から選ばれる一種もしくは二種以上の
元素であり、a,b,cは原子%で1≦a≦7,0.5
≦b≦5,0<c≦5)で示される組成を有し、かつ約
1nm以下の短範囲領域では無秩序な原子配列を有し、
約2nm以上の長範囲領域では正20面体構造を有する
準結晶を含む組織を有するアルミニウム基合金。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度アルミニウム合
金に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、高
硬度・高強度、伸びなどの機械的特性に優れかつ比強度
が高いアルミニウム基合金に関する。
金に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、高
硬度・高強度、伸びなどの機械的特性に優れかつ比強度
が高いアルミニウム基合金に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高強度と高耐熱性を有するアルミ
ニウム基合金は液体急冷法等の急冷凝固手段によって製
造されている。特に特開平1−275732号公報に開
示されている、急冷凝固手段によって得られるアルミニ
ウム基合金は、組織が非晶質または微結晶質であり、特
に開示されている微結晶質は、アルミニウムマトリクス
からなる金属固溶体、微結晶質のアルミニウムマトリク
ス相および安定または準安定な金属間化合物相で構成さ
れた複合体からなるものである。
ニウム基合金は液体急冷法等の急冷凝固手段によって製
造されている。特に特開平1−275732号公報に開
示されている、急冷凝固手段によって得られるアルミニ
ウム基合金は、組織が非晶質または微結晶質であり、特
に開示されている微結晶質は、アルミニウムマトリクス
からなる金属固溶体、微結晶質のアルミニウムマトリク
ス相および安定または準安定な金属間化合物相で構成さ
れた複合体からなるものである。
【0003】前記特開平1−275732号公報に開示
されているアルミニウム基合金は、高強度、高耐熱性、
高耐食性を示す優れた合金であり、高強度材料としては
加工性にも優れているが、300℃以上の高温度領域で
は、急冷凝固材としての優れた特性が低下するので、耐
熱性の点特に耐熱強度の点で改善の余地を残している。
また、上記公報の合金は比較的比重が高い元素を添加す
るため、比強度が比較的高くならず、高比強度の点にお
いても改善の余地を残している。また、上記公報の合金
は金属間化合物の体積率が高いため延性が乏しく、特に
伸びの点にも改善の余地を残している。
されているアルミニウム基合金は、高強度、高耐熱性、
高耐食性を示す優れた合金であり、高強度材料としては
加工性にも優れているが、300℃以上の高温度領域で
は、急冷凝固材としての優れた特性が低下するので、耐
熱性の点特に耐熱強度の点で改善の余地を残している。
また、上記公報の合金は比較的比重が高い元素を添加す
るため、比強度が比較的高くならず、高比強度の点にお
いても改善の余地を残している。また、上記公報の合金
は金属間化合物の体積率が高いため延性が乏しく、特に
伸びの点にも改善の余地を残している。
【0004】ところで、本発明者等は、準結晶組織をも
つAl−Mn−Ce系アルミニウム合金につき研究及び
論文発表を行っており、その一部がセミナーテキスト
「ナノスケール組織制御材料」(社)日本金属学会、平
成5年1月25日発行、第63−66頁に要約して解説
されている。このテキストで解説しているとおり、準結
晶組織をもつAl93Mn4 Ce3 ,Al92Mn6 Ce2
は溶質量が7〜8at%と低く、1320MPaの高い
引張強度を有し、その比強度は従来の最高強度非晶質ア
ルミニウム合金よりも約20%高い。さらに準結晶は5
0nmの結晶粒径を有し、7nm領域の電子線回折図形
はリング状散漫な斑点を示すことが観察された。
つAl−Mn−Ce系アルミニウム合金につき研究及び
論文発表を行っており、その一部がセミナーテキスト
「ナノスケール組織制御材料」(社)日本金属学会、平
成5年1月25日発行、第63−66頁に要約して解説
されている。このテキストで解説しているとおり、準結
晶組織をもつAl93Mn4 Ce3 ,Al92Mn6 Ce2
は溶質量が7〜8at%と低く、1320MPaの高い
引張強度を有し、その比強度は従来の最高強度非晶質ア
ルミニウム合金よりも約20%高い。さらに準結晶は5
0nmの結晶粒径を有し、7nm領域の電子線回折図形
はリング状散漫な斑点を示すことが観察された。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らが研究・発
表した準結晶アルミニウム合金は高い強度と比強度をも
つものであるが、実用材料として使用する上ではさらに
高い伸び、耐熱性が望まれる。また、溶質元素量をさら
に低くすることにより強度と比強度を一層高めることが
望まれる。
表した準結晶アルミニウム合金は高い強度と比強度をも
つものであるが、実用材料として使用する上ではさらに
高い伸び、耐熱性が望まれる。また、溶質元素量をさら
に低くすることにより強度と比強度を一層高めることが
望まれる。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
準結晶の構造をさらに研究した結果、アルミニウムから
なるマトリクス中に、少なくとも組織中に約1nm以下
の短範囲領域では無秩序な原子配列を有し、約2nm以
上の長範囲領域では正20面体構造を有する準結晶を微
細に分散した組織とすることにより、耐熱性に優れ、室
温における強度及び高温における強度および硬度に優
れ、比強度が高く、粘さのあるアルミニウム基合金を提
供できることを発見した。すなわち、本発明の準結晶は
従来発表されていた準結晶よりも正20面体構造が形成
される領域を短範囲側に移動させ、無秩序原子配列は1
nm以下の短範囲とすることにより良好な粘さを発現さ
せたものである。
準結晶の構造をさらに研究した結果、アルミニウムから
なるマトリクス中に、少なくとも組織中に約1nm以下
の短範囲領域では無秩序な原子配列を有し、約2nm以
上の長範囲領域では正20面体構造を有する準結晶を微
細に分散した組織とすることにより、耐熱性に優れ、室
温における強度及び高温における強度および硬度に優
れ、比強度が高く、粘さのあるアルミニウム基合金を提
供できることを発見した。すなわち、本発明の準結晶は
従来発表されていた準結晶よりも正20面体構造が形成
される領域を短範囲側に移動させ、無秩序原子配列は1
nm以下の短範囲とすることにより良好な粘さを発現さ
せたものである。
【0007】上記の準結晶を形成するとともに機械的性
質を良好にするためのアルミニウム合金組成は、一般式
Al100-a-b-c Qa Mb Xc (但し、Q:Cr,Mn,
Fe,V,Mo,Wから選ばれる一種もしくは二種以上
の元素、M:Co,Niから選ばれる一種もしくは二種
の元素、X:Ti,Zr,Hf,Nb,Y(イットリウ
ム)を含む希土類元素またはミッシュメタル(Mm)か
ら選ばれる一種または二種以上の元素であり、a,b,
cは原子%で1≦a≦7,0.5≦b≦5,0<c≦
5)で示される組成である。
質を良好にするためのアルミニウム合金組成は、一般式
Al100-a-b-c Qa Mb Xc (但し、Q:Cr,Mn,
Fe,V,Mo,Wから選ばれる一種もしくは二種以上
の元素、M:Co,Niから選ばれる一種もしくは二種
の元素、X:Ti,Zr,Hf,Nb,Y(イットリウ
ム)を含む希土類元素またはミッシュメタル(Mm)か
ら選ばれる一種または二種以上の元素であり、a,b,
cは原子%で1≦a≦7,0.5≦b≦5,0<c≦
5)で示される組成である。
【0008】また、上記準結晶は約1nm以下の短範囲
領域では無秩序な原子配列を有し、約2nm以上の長範
囲領域では正20面体構造を有する一種のAl−ric
hな過飽和準周期構造相であり、溶質元素は上記のQ,
M,Xである。準周期構造とは上記した無秩序構造と秩
序構造が周期的に観察されることである。本発明が特徴
とする準結晶は上記した単範囲規則構造であることとA
l−rich組成であることが相まって高い粘さを発現
する。因に準結晶の溶質元素量は下記の非晶質合金相な
どより高いと考えられるが、それにも拘らず粘さが優れ
ているのは準結晶構造に特異な性質である。なお、本発
明の合金において初晶で準結晶を晶出させてその中に取
り込まれる溶質量を多くし、その後、溶質量が少ないそ
の他の相が形成されるように冷却速度を調節することが
強度の向上に好ましい。
領域では無秩序な原子配列を有し、約2nm以上の長範
囲領域では正20面体構造を有する一種のAl−ric
hな過飽和準周期構造相であり、溶質元素は上記のQ,
M,Xである。準周期構造とは上記した無秩序構造と秩
序構造が周期的に観察されることである。本発明が特徴
とする準結晶は上記した単範囲規則構造であることとA
l−rich組成であることが相まって高い粘さを発現
する。因に準結晶の溶質元素量は下記の非晶質合金相な
どより高いと考えられるが、それにも拘らず粘さが優れ
ているのは準結晶構造に特異な性質である。なお、本発
明の合金において初晶で準結晶を晶出させてその中に取
り込まれる溶質量を多くし、その後、溶質量が少ないそ
の他の相が形成されるように冷却速度を調節することが
強度の向上に好ましい。
【0009】本発明に係るアルミニウム合金の組織は、
好ましくは体積率で20〜80%の準結晶と、非晶質合
金、アルミニウム結晶及びアルミニウムの過飽和固溶体
の1種または2種以上とから、実質的になるものであっ
てよい。これら非晶質合金、アルミニウム結晶及びアル
ミニウムの過飽和固溶体は、やはりAl−richは構
造体であるが、強度は準結晶より低く、粘さの傾向はほ
ぼアルミニウム合金>準結晶>アルミニウム過飽和固溶
体>もしくは≒非晶質合金である。
好ましくは体積率で20〜80%の準結晶と、非晶質合
金、アルミニウム結晶及びアルミニウムの過飽和固溶体
の1種または2種以上とから、実質的になるものであっ
てよい。これら非晶質合金、アルミニウム結晶及びアル
ミニウムの過飽和固溶体は、やはりAl−richは構
造体であるが、強度は準結晶より低く、粘さの傾向はほ
ぼアルミニウム合金>準結晶>アルミニウム過飽和固溶
体>もしくは≒非晶質合金である。
【0010】Q,X元素は非晶質化を促進するので、こ
れらの元素量が多いと非晶質合金生成傾向が大きくな
る。Q,X元素量が少ないとアルミニウム結晶やアルミ
ニウム過飽和固溶体の生成傾向が大きくなり、全溶質元
素量が多いと後者が生成される。
れらの元素量が多いと非晶質合金生成傾向が大きくな
る。Q,X元素量が少ないとアルミニウム結晶やアルミ
ニウム過飽和固溶体の生成傾向が大きくなり、全溶質元
素量が多いと後者が生成される。
【0011】一方金属間化合物は粘さが非常に低いため
に、準結晶以外の非晶質合金、アルミニウム結晶及びア
ルミニウムの過飽和固溶体等の相の主たる割合を占める
ことは好ましくないが、若干量含有されていてもよい。
すなわち、本発明においては、アルミニウムとQ,M,
Xに含まれる少なくとも1種の元素とが生成する第1の
金属間化合物及び/またはQ,M,Xに含まれ2種以上
の元素が生成する第2の金属間化合物が含まれていても
よい。適量含有されるこれら金属間化合物は組織中に微
細に分散してマトリクスの強化及び結晶粒の制御に有効
である。その量は上記した非晶質合金、アルミニウム結
晶及びアルミニウムの過飽和固溶体を越えない範囲であ
ることがよく、特に3〜10体積%の範囲であることが
好ましい。
に、準結晶以外の非晶質合金、アルミニウム結晶及びア
ルミニウムの過飽和固溶体等の相の主たる割合を占める
ことは好ましくないが、若干量含有されていてもよい。
すなわち、本発明においては、アルミニウムとQ,M,
Xに含まれる少なくとも1種の元素とが生成する第1の
金属間化合物及び/またはQ,M,Xに含まれ2種以上
の元素が生成する第2の金属間化合物が含まれていても
よい。適量含有されるこれら金属間化合物は組織中に微
細に分散してマトリクスの強化及び結晶粒の制御に有効
である。その量は上記した非晶質合金、アルミニウム結
晶及びアルミニウムの過飽和固溶体を越えない範囲であ
ることがよく、特に3〜10体積%の範囲であることが
好ましい。
【0012】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単ロール法、双ロール法、回転液
中紡糸法、各種アトマイズ法、スプレー法などの液体急
冷法、スパッタリング法、メカニカルアロイング法、メ
カニカルグライディング法などにより直接得ることがで
きる。これらの方法の場合合金組成によって多少異なる
が、102 〜104 K/sec程度の冷却速度により製
造することができる。また、本発明のアルミニウム基合
金は、上記製造方法により得られた急冷凝固材を熱処理
することによっても得ることができる。あるいは急冷凝
固材を集成し、これに圧粉、押出などの熱加工を加える
ことにより準結晶を過飽和固溶体から析出することによ
っても本発明のアルミニウム基合金を得ることができ
る。この際の温度は300〜600℃が好ましい。
を有する合金の溶湯を単ロール法、双ロール法、回転液
中紡糸法、各種アトマイズ法、スプレー法などの液体急
冷法、スパッタリング法、メカニカルアロイング法、メ
カニカルグライディング法などにより直接得ることがで
きる。これらの方法の場合合金組成によって多少異なる
が、102 〜104 K/sec程度の冷却速度により製
造することができる。また、本発明のアルミニウム基合
金は、上記製造方法により得られた急冷凝固材を熱処理
することによっても得ることができる。あるいは急冷凝
固材を集成し、これに圧粉、押出などの熱加工を加える
ことにより準結晶を過飽和固溶体から析出することによ
っても本発明のアルミニウム基合金を得ることができ
る。この際の温度は300〜600℃が好ましい。
【0013】以下、本発明のアルミニウム合金の組成限
定理由について詳細に説明する。前記一般式Al100-a-
b-c Qa Mb Xc において原子%でaを1〜7at%、
bを0.5〜5at%、cを0(0は含まない)〜5a
t%の範囲にそれぞれ限定したのは、その範囲内である
と従来の非晶質系高強度アルミニウム合金より室温およ
び300℃以上の高温下においても強度が高く、しかも
に実用の加工に耐えうるだけの粘さを備えているためで
ある。Q,M,Xの量が上記下限より少ないと強度が非
常に低くなり、一方上限より多いと組織が非晶質化する
傾向が大になって粘さが著しく低下する。
定理由について詳細に説明する。前記一般式Al100-a-
b-c Qa Mb Xc において原子%でaを1〜7at%、
bを0.5〜5at%、cを0(0は含まない)〜5a
t%の範囲にそれぞれ限定したのは、その範囲内である
と従来の非晶質系高強度アルミニウム合金より室温およ
び300℃以上の高温下においても強度が高く、しかも
に実用の加工に耐えうるだけの粘さを備えているためで
ある。Q,M,Xの量が上記下限より少ないと強度が非
常に低くなり、一方上限より多いと組織が非晶質化する
傾向が大になって粘さが著しく低下する。
【0014】比重が高い溶質元素量を少なくして高比強
度材料を得る上で好ましいのは3≦(a+b+c)≦8
の範囲である。Q,M,X元素をバランスをした上で、
3≦(a+b+c)≦7の範囲とすることも可能であ
る。Q,M,X元素量の合計量を3〜5.5at%とし
て引張強度が約1200MPa以上でかつ比強度の高い
材料を得ることもできる。ただし、この場合b=1〜2
at%,c=0.8〜1.3%とQ,M,X元素量をバ
ランスさせることが好ましい。
度材料を得る上で好ましいのは3≦(a+b+c)≦8
の範囲である。Q,M,X元素をバランスをした上で、
3≦(a+b+c)≦7の範囲とすることも可能であ
る。Q,M,X元素量の合計量を3〜5.5at%とし
て引張強度が約1200MPa以上でかつ比強度の高い
材料を得ることもできる。ただし、この場合b=1〜2
at%,c=0.8〜1.3%とQ,M,X元素量をバ
ランスさせることが好ましい。
【0015】Q元素はCr,Mn,Fe,V,Mo,W
から選ばれる一種もしくは二種以上の元素であり、準結
晶の生成に不可欠な元素である。さらに後述するM元素
と組み合わせることにより、準結晶を低溶質量で容易に
生成させるとともに、合金組織の熱的安定性を向上させ
る効果がある。
から選ばれる一種もしくは二種以上の元素であり、準結
晶の生成に不可欠な元素である。さらに後述するM元素
と組み合わせることにより、準結晶を低溶質量で容易に
生成させるとともに、合金組織の熱的安定性を向上させ
る効果がある。
【0016】M元素はCo,Niから選ばれる一種もし
くは二種の元素であり、これらの元素は上述のQ元素と
組み合わせることにより、低溶質量での準結晶生成を容
易にするとともにQ元素と同様に熱的安定性を向上させ
る。また、M元素は主元素であるAlに対して拡散能が
小さい元素であり、Alマトリクスを強化する効果があ
るとともに、主元素のAlまたはその他の元素と種々の
金属間化合物を形成し、合金の強度の向上および耐熱性
に貢献する。
くは二種の元素であり、これらの元素は上述のQ元素と
組み合わせることにより、低溶質量での準結晶生成を容
易にするとともにQ元素と同様に熱的安定性を向上させ
る。また、M元素は主元素であるAlに対して拡散能が
小さい元素であり、Alマトリクスを強化する効果があ
るとともに、主元素のAlまたはその他の元素と種々の
金属間化合物を形成し、合金の強度の向上および耐熱性
に貢献する。
【0017】また、X元素はTi,Zr,Hf,Nb,
Y(イットリウム)を含む希土類元素またはミッシュメ
タル(Mm)から選ばれる一種または二種以上の元素で
あり、これらの元素は準結晶の生成域を添加遷移金属の
低溶質濃度へ拡大するのに有効であるとともに、合金液
体の冷却による微細化効果を向上させる効果がある。よ
って、これらの元素は、微細化効果により機械的特性を
向上させるとともに、低溶質濃度の準結晶生成により粘
さを向上させる効果がある。従って、上記一般式に示さ
れる組成とすることにより、ヤング率、高温・室温強
度、粘さ、疲労強度などをより向上させることができ
る。室温における引張強度は500MPa以上、同じく
伸びは5%以上あることが実用材料として望ましい特性
である。また、本発明では強度が高強度鋼同等で伸びが
15%以上と言う非常に優れた機械的性質も広範囲の組
成で得ることができる。
Y(イットリウム)を含む希土類元素またはミッシュメ
タル(Mm)から選ばれる一種または二種以上の元素で
あり、これらの元素は準結晶の生成域を添加遷移金属の
低溶質濃度へ拡大するのに有効であるとともに、合金液
体の冷却による微細化効果を向上させる効果がある。よ
って、これらの元素は、微細化効果により機械的特性を
向上させるとともに、低溶質濃度の準結晶生成により粘
さを向上させる効果がある。従って、上記一般式に示さ
れる組成とすることにより、ヤング率、高温・室温強
度、粘さ、疲労強度などをより向上させることができ
る。室温における引張強度は500MPa以上、同じく
伸びは5%以上あることが実用材料として望ましい特性
である。また、本発明では強度が高強度鋼同等で伸びが
15%以上と言う非常に優れた機械的性質も広範囲の組
成で得ることができる。
【0018】上記において合金組織中に含まれる準結晶
は体積率で20〜80%であることが好ましい。20%
未満である場合、本発明の目的を十分に達成できず、8
0%を超えた場合、合金の脆化を招き、得られた材料の
加工が十分に行えなくなる可能性が生じる。さらに合金
組織中に含まれる準結晶は体積率で50〜80%である
ことがより好ましい。
は体積率で20〜80%であることが好ましい。20%
未満である場合、本発明の目的を十分に達成できず、8
0%を超えた場合、合金の脆化を招き、得られた材料の
加工が十分に行えなくなる可能性が生じる。さらに合金
組織中に含まれる準結晶は体積率で50〜80%である
ことがより好ましい。
【0019】また本発明において合金の組織を構成す
る、準結晶、非晶質相、アルミニウム結晶相、アルミニ
ウムの過飽和固溶体相が均一に分散していることが好ま
しい。準結晶相組織及び場合により上記した二次相組織
をもつ急冷材もしくは固化材形態の合金を、好ましくは
450〜600℃で加熱することにより種々の金属間化
合物生成することができる。主として合金液体の冷却及
び加熱条件により基本的に決定されるこれら準結晶及び
金属間化合物の平均粒子寸法は10〜1000nmであ
ることが好ましい。平均粒子寸法が10nm未満の場
合、合金の強度に寄与しにくく、また10nm未満の粒
子が多量に組織中に存在させると、合金の脆化を招く危
険が生じ、一方平均粒子寸法が1000nmを越えた場
合、粒子が大きくなりすぎて、強化相の働きがなくなり
強度維持ができなくなるとともに強化要素として働きが
少なくなる。
る、準結晶、非晶質相、アルミニウム結晶相、アルミニ
ウムの過飽和固溶体相が均一に分散していることが好ま
しい。準結晶相組織及び場合により上記した二次相組織
をもつ急冷材もしくは固化材形態の合金を、好ましくは
450〜600℃で加熱することにより種々の金属間化
合物生成することができる。主として合金液体の冷却及
び加熱条件により基本的に決定されるこれら準結晶及び
金属間化合物の平均粒子寸法は10〜1000nmであ
ることが好ましい。平均粒子寸法が10nm未満の場
合、合金の強度に寄与しにくく、また10nm未満の粒
子が多量に組織中に存在させると、合金の脆化を招く危
険が生じ、一方平均粒子寸法が1000nmを越えた場
合、粒子が大きくなりすぎて、強化相の働きがなくなり
強度維持ができなくなるとともに強化要素として働きが
少なくなる。
【0020】さらに、基本的に冷却速度および溶質元素
量により決定される、他の相を介して隣接する最近接準
結晶粒子相互間の平均粒子間距離が10〜500nmで
あることが好ましい。平均粒子間距離が10nm未満の
場合、得られた合金は強度、硬度は高いが粘さの点で不
十分となり、500nmを越える場合、強度が急激に低
下し、高強度の合金が得られなくなる可能性が生じるた
めである。
量により決定される、他の相を介して隣接する最近接準
結晶粒子相互間の平均粒子間距離が10〜500nmで
あることが好ましい。平均粒子間距離が10nm未満の
場合、得られた合金は強度、硬度は高いが粘さの点で不
十分となり、500nmを越える場合、強度が急激に低
下し、高強度の合金が得られなくなる可能性が生じるた
めである。
【0021】本発明のアルミニウム基合金においては、
溶質元素の量、溶湯の冷却速度、集成材の加熱温度・時
間、加工温度、加工度、粉末充填ビレットの脱ガス加熱
温度の等の製造条件を選ぶことにより、合金組織、準結
晶などの各相の粒径、分散状態などを制御でき、この制
御により種々の使用目的に合致した例えば強度、硬度、
粘さ、耐熱性等を得ることができる。また前記のように
準結晶または種々の金属間化合物の平均粒子の大きさを
10〜1000nmの範囲に制御し、平均粒子間距離を
10〜500nmの範囲に制御することにより、優れた
超塑性加工材としての性質も付与できる。以下、実施例
によりさらに本発明を詳しく説明する。
溶質元素の量、溶湯の冷却速度、集成材の加熱温度・時
間、加工温度、加工度、粉末充填ビレットの脱ガス加熱
温度の等の製造条件を選ぶことにより、合金組織、準結
晶などの各相の粒径、分散状態などを制御でき、この制
御により種々の使用目的に合致した例えば強度、硬度、
粘さ、耐熱性等を得ることができる。また前記のように
準結晶または種々の金属間化合物の平均粒子の大きさを
10〜1000nmの範囲に制御し、平均粒子間距離を
10〜500nmの範囲に制御することにより、優れた
超塑性加工材としての性質も付与できる。以下、実施例
によりさらに本発明を詳しく説明する。
【0022】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明
する。 実施例1 Al94.5Cr3 Co1.5 Ce1 で示される組成(原子
比)の母合金をアーク溶解炉で溶製し、一般的に用いら
れるロール式液体急冷装置(メルトスピニング装置)に
よって薄帯(厚さ:20μm,幅1.5mm)を製造し
た。その際のロールは直径200mmの銅製、回転数は
4000rpm,雰囲気は10-3torr以下のArで
ある。製造した薄帯を電解研磨後TEM観察及び電子線
回折を行った結果薄帯の組織は準結晶相とアルミニウム
相とからなる混相合金であることが分かった。
する。 実施例1 Al94.5Cr3 Co1.5 Ce1 で示される組成(原子
比)の母合金をアーク溶解炉で溶製し、一般的に用いら
れるロール式液体急冷装置(メルトスピニング装置)に
よって薄帯(厚さ:20μm,幅1.5mm)を製造し
た。その際のロールは直径200mmの銅製、回転数は
4000rpm,雰囲気は10-3torr以下のArで
ある。製造した薄帯を電解研磨後TEM観察及び電子線
回折を行った結果薄帯の組織は準結晶相とアルミニウム
相とからなる混相合金であることが分かった。
【0023】電子線回折結果を示す図1において白色部
はアルミニウム結晶相であり、黒色部では直径が約30
nmの準結晶相がマトリクス中に均一に分散している。
準結晶相は体積率で68%であり、合金組織中主相であ
ることが分かった。
はアルミニウム結晶相であり、黒色部では直径が約30
nmの準結晶相がマトリクス中に均一に分散している。
準結晶相は体積率で68%であり、合金組織中主相であ
ることが分かった。
【0024】上記方法により得られた薄帯の準結晶とA
lよりなる2相組織中の準結晶部を高分解能電子顕微鏡
観察を行った結果を図2に示す。5〜10nm径の明瞭
な周期的コントラストを持つ領域(A)は電子回折図形
(b)に見えるようにAl相であったが、他の大部分の
領域では周期的コントラストのみならず正20面体準結
晶に特有な5回対象性を示すコントラストは全く認めら
れなかった。また、この領域の1nmの微小域から得た
電子回折図形(c)にもブロードなハローが認められる
のみであった。しかし、この周期的コントラストが見ら
れない領域から得る電子回折図形の領域を3nmに拡大
した場合には図3に示すように10回対称性が認められ
るようになった。従って、準結晶と見なされていた相
は、約1nm以下の短範囲領域では無秩序な原子配列を
有し、約2nm以上の長範囲領域では正20面体構造を
有する一種のAl−richな過飽和準周期構造相であ
ることが分かった。
lよりなる2相組織中の準結晶部を高分解能電子顕微鏡
観察を行った結果を図2に示す。5〜10nm径の明瞭
な周期的コントラストを持つ領域(A)は電子回折図形
(b)に見えるようにAl相であったが、他の大部分の
領域では周期的コントラストのみならず正20面体準結
晶に特有な5回対象性を示すコントラストは全く認めら
れなかった。また、この領域の1nmの微小域から得た
電子回折図形(c)にもブロードなハローが認められる
のみであった。しかし、この周期的コントラストが見ら
れない領域から得る電子回折図形の領域を3nmに拡大
した場合には図3に示すように10回対称性が認められ
るようになった。従って、準結晶と見なされていた相
は、約1nm以下の短範囲領域では無秩序な原子配列を
有し、約2nm以上の長範囲領域では正20面体構造を
有する一種のAl−richな過飽和準周期構造相であ
ることが分かった。
【0025】実施例2 Al99-a-bCra Cob Ce1 で示される組成(原子
比)の母合金をアーク溶解炉で溶製し、実施例1と同様
の製造条件により薄帯(厚さ:20μm,幅1.5m
m)を製造した。製造したそれぞれの薄帯をインストロ
ン型引張試験機によって室温における強度を測定した。
また、180°密着曲げを行い合金の粘さを調べた。こ
の結果を表1に示す。
比)の母合金をアーク溶解炉で溶製し、実施例1と同様
の製造条件により薄帯(厚さ:20μm,幅1.5m
m)を製造した。製造したそれぞれの薄帯をインストロ
ン型引張試験機によって室温における強度を測定した。
また、180°密着曲げを行い合金の粘さを調べた。こ
の結果を表1に示す。
【0026】
【表1】 組 成 (at%) 引張強度 180° Al Cr Co Ce (MPa) 密着曲げ 本発明例 1 残 2 1 1 530 可能 本発明例 2 残 2 1.5 1 970 可能 本発明例 3 残 2 2 1 1020 可能 本発明例 4 残 3 1 1 1120 可能 本発明例 5 残 3 1.5 1 1340 可能 本発明例 6 残 3 2 1 1290 可能 本発明例 7 残 3 2.5 1 1250 可能 本発明例 8 残 3 3 1 965 可能 本発明例 9 残 4 1 1 1250 可能 本発明例10 残 4 1.5 1 1280 可能 本発明例11 残 4 2 1 1180 可能 本発明例12 残 4 2.5 1 1010 可能 本発明例13 残 5 1 1 1140 可能 比較例1 残 8 1 1 990 不可能 比較例2 残 0 1 1 190 可能
【0027】表1によれば本発明の合金は比較的低溶質
量であるが強度的に優れ、かつ優れた粘さを有する合金
であることが分かった。なお、合金の組織はTEM観察
および電子線回折を行った結果、ほぼ実施例1と同様で
あった。
量であるが強度的に優れ、かつ優れた粘さを有する合金
であることが分かった。なお、合金の組織はTEM観察
および電子線回折を行った結果、ほぼ実施例1と同様で
あった。
【0028】実施例3 実施例1、2において薄帯製造の際の冷却速度を大きく
することにより、合金の組織中に非晶質相が混在するも
のとすることができた。また、実施例1、2に得られた
薄帯を450〜600℃に加熱することにより、金属間
化合物の析出させ、引張強度を高めることができた。
することにより、合金の組織中に非晶質相が混在するも
のとすることができた。また、実施例1、2に得られた
薄帯を450〜600℃に加熱することにより、金属間
化合物の析出させ、引張強度を高めることができた。
【0029】実施例4 図4、5の表2に示す組成を有するアルミニウム基合金
粉末をガスアトマイズにより作製した。作製したアルミ
ニウム基合金粉末を金属製のカプセルに充填後、脱ガス
を行い押出用ビレットを作製した。このビレットを押出
機によって300〜600℃の温度で押出を行って固化
させた。上記製造条件により得られた押出材(固化材)
の室温における機械的性質(室温における硬度、強度、
伸び)および高温下における機械的性質(300℃で1
時間保持後の強度)を調べ、この結果を図4,5(表
2)に示す。
粉末をガスアトマイズにより作製した。作製したアルミ
ニウム基合金粉末を金属製のカプセルに充填後、脱ガス
を行い押出用ビレットを作製した。このビレットを押出
機によって300〜600℃の温度で押出を行って固化
させた。上記製造条件により得られた押出材(固化材)
の室温における機械的性質(室温における硬度、強度、
伸び)および高温下における機械的性質(300℃で1
時間保持後の強度)を調べ、この結果を図4,5(表
2)に示す。
【0030】表2の結果より、本発明の合金(固化材)
は、従来の高強度非晶質系アルミニウム合金と比較する
と、溶質量が少ないにも拘らず、室温における硬度、強
度に優れ、かつ該従来合金より伸びが非常に高い特性を
有するとともに、高温(300℃)環境下における強度
に優れた特性を有することが分かる。また、固化材を作
製するにあたって加熱を行うが、加熱による特性の変化
が少ないことおよび室温と高温下における強度の差が少
ないことより耐熱性に優れた合金であることが分かる。
さらに上記製造条件により得られた押出材よりTEM観
察用試験を切り出し、合金の組織、それぞれの相の粒径
について観察を行った。TEM観察および電子線回折の
結果より準結晶は約1nm以下の短範囲領域では無秩序
な原子配列を有し、約2nm以上の長範囲領域では正2
0面体構造を有する一種のAl−richな過飽和準周
期構造相であった。また組織中の準結晶は体積率で20
〜80%であった。
は、従来の高強度非晶質系アルミニウム合金と比較する
と、溶質量が少ないにも拘らず、室温における硬度、強
度に優れ、かつ該従来合金より伸びが非常に高い特性を
有するとともに、高温(300℃)環境下における強度
に優れた特性を有することが分かる。また、固化材を作
製するにあたって加熱を行うが、加熱による特性の変化
が少ないことおよび室温と高温下における強度の差が少
ないことより耐熱性に優れた合金であることが分かる。
さらに上記製造条件により得られた押出材よりTEM観
察用試験を切り出し、合金の組織、それぞれの相の粒径
について観察を行った。TEM観察および電子線回折の
結果より準結晶は約1nm以下の短範囲領域では無秩序
な原子配列を有し、約2nm以上の長範囲領域では正2
0面体構造を有する一種のAl−richな過飽和準周
期構造相であった。また組織中の準結晶は体積率で20
〜80%であった。
【0031】また合金組織はアルミニウムまたはアルミ
ニウムの過飽和固溶体相と準結晶相との混相であり、合
金種によってはこれに種々の金属間化合物相が存在して
いた。さらに準結晶相、金属間化合物相との平均粒径は
10〜1000nmであるとともに、平均粒子間距離は
10〜500nmであった。金属間化合物が析出した組
成においては、合金組織中に均一に微細に金属間化合物
が分散していた。
ニウムの過飽和固溶体相と準結晶相との混相であり、合
金種によってはこれに種々の金属間化合物相が存在して
いた。さらに準結晶相、金属間化合物相との平均粒径は
10〜1000nmであるとともに、平均粒子間距離は
10〜500nmであった。金属間化合物が析出した組
成においては、合金組織中に均一に微細に金属間化合物
が分散していた。
【0032】
【発明の効果】以上のように本発明の合金は、室温およ
び高温における硬度、強度に優れ、従来の高硬度・高強
度材(非晶質系アルミニウム合金)の課題であった伸び
を改善し、耐熱性に優れているとともに、溶質元素、特
にY,Ce等の希土類元素の添加量が少ないことによ
り、高強度で比重が小さい高比強度材料としても有用で
ある。さらに本発明者らが従来研究してきたAlMnC
e系準結晶合金と比較しても本発明の合金は上記した特
性で優れている。特に本発明においてはその構造の特殊
性から、耐熱性が高く硬度が高い準結晶相が特定量存在
しているので、高強度、耐熱性に優れている。
び高温における硬度、強度に優れ、従来の高硬度・高強
度材(非晶質系アルミニウム合金)の課題であった伸び
を改善し、耐熱性に優れているとともに、溶質元素、特
にY,Ce等の希土類元素の添加量が少ないことによ
り、高強度で比重が小さい高比強度材料としても有用で
ある。さらに本発明者らが従来研究してきたAlMnC
e系準結晶合金と比較しても本発明の合金は上記した特
性で優れている。特に本発明においてはその構造の特殊
性から、耐熱性が高く硬度が高い準結晶相が特定量存在
しているので、高強度、耐熱性に優れている。
【0034】さらに、請求項2〜4のように溶質元素総
量を規制することにより好ましい比強度を得ることがで
きる。
量を規制することにより好ましい比強度を得ることがで
きる。
【0035】また優れた耐熱性を有することにより、請
求項8による加工の際の熱的影響を受けても急冷凝固法
によって作製された優れた特性や、請求項9による熱処
理または熱加工によって作製された特性を維持すること
ができるものである。
求項8による加工の際の熱的影響を受けても急冷凝固法
によって作製された優れた特性や、請求項9による熱処
理または熱加工によって作製された特性を維持すること
ができるものである。
【図1】実施例1における合金のTEM観察および電子
線回折結果により金属組織を示す写真である。
線回折結果により金属組織を示す写真である。
【図2】実施例1における高分解能TEM観察及び電子
線回折結果により金属組織を示す写真である。
線回折結果により金属組織を示す写真である。
【図3】実施例1における高分解能TEM観察及び電子
線回折結果により金属組織を示す写真である。
線回折結果により金属組織を示す写真である。
【図4】実施例4における合金組成と特性を示す図表で
ある。
ある。
【図5】実施例4における合金組成と特性を示す図表で
ある。
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000006828 ワイケイケイ株式会社 東京都千代田区神田和泉町1番地 (71)出願人 000004075 ヤマハ株式会社 静岡県浜松市中沢町10番1号 (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内無番地 川内住宅 11−806 (72)発明者 木村 久道 宮城県亘理郡亘理町荒浜字藤平橋44
Claims (10)
- 【請求項1】 一般式Al100-a-b-c Qa Mb Xc (但
し、Q:Cr,Mn,Fe,V,Mo,Wから選ばれる
一種もしくは二種以上の元素、M:Co,Niから選ば
れる一種もしくは二種の元素、X:Ti,Zr,Hf,
Nb,Y(イットリウム)を含む希土類元素またはミッ
シュメタル(Mm)から選ばれる一種もしくは二種以上
の元素であり、a,b,cは原子%で1≦a≦7,0.
5≦b≦5,0<c≦5)で示される組成を有し、かつ
約1nm以下の短範囲領域では無秩序な原子配列を有
し、約2nm以上の長範囲領域では正20面体構造を有
する準結晶を含む組織を有することを特徴とする高強度
アルミニウム基合金。 - 【請求項2】 3≦(a+b+c)≦8である請求項1
記載の高強度アルミニウム基合金。 - 【請求項3】 3≦(a+b+c)≦7である請求項1
記載の高強度アルミニウム基合金。 - 【請求項4】 3≦(a+b+c)≦5.5である請求
項1記載の高強度アルミニウム基合金。 - 【請求項5】 組織が体積率で20〜80%の準結晶
と、非晶質合金、アルミニウム結晶及びアルミニウムの
過飽和固溶体の1種または2種以上とから、実質的にな
る請求項1から4までの何れか1項記載の高強度アルミ
ニウム基合金。 - 【請求項6】 組織中に、更にアルミニウムと前記Q,
M,Xに含まれる少なくとも1種の元素とが生成する第
1の金属間化合物及び/または前記Q,M,Xに含まれ
2種以上の元素が生成する第2の金属間化合物が含まれ
てなる請求項1記載の高強度アルミニウム基合金。 - 【請求項7】 急冷凝固材である請求項1から6まで何
れか1項記載の高強度アルミニウム基合金。 - 【請求項8】 急冷凝固粉末を固化成形した請求項1か
ら6まで何れか1項記載の高強度アルミニウム基合金。 - 【請求項9】 請求項7の急冷凝固材又は請求項8の固
化成形材を熱処理した高強度アルミニウム基合金。 - 【請求項10】 室温での引張強度が500MPa以上
でありかつ伸びが5%以上である請求項1から9までの
何れか1項記載の高強度アルミニウム基合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6251595A JPH0892680A (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | 高強度アルミニウム基合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6251595A JPH0892680A (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | 高強度アルミニウム基合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0892680A true JPH0892680A (ja) | 1996-04-09 |
Family
ID=17225164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6251595A Pending JPH0892680A (ja) | 1994-09-21 | 1994-09-21 | 高強度アルミニウム基合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0892680A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0821072A1 (en) * | 1996-07-23 | 1998-01-28 | Akihisa Inoue | Highly wear-resistant aluminium-based composite alloy and wear-resistant parts |
| JP2008231519A (ja) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Honda Motor Co Ltd | 準結晶粒子分散アルミニウム合金およびその製造方法 |
| JP2008248343A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Honda Motor Co Ltd | アルミニウム基合金 |
| EP3019638A4 (en) * | 2013-07-10 | 2017-03-29 | United Technologies Corporation | Aluminum alloys and manufacture methods |
| CN112680622A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-20 | 深圳优越科技新材料有限公司 | 轻质高强的碳化硼颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 |
| CN115772618A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-10 | 安徽中科春谷激光产业技术研究院有限公司 | 一种高强韧耐热铝合金材料及其制备方法和热处理方法 |
-
1994
- 1994-09-21 JP JP6251595A patent/JPH0892680A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0821072A1 (en) * | 1996-07-23 | 1998-01-28 | Akihisa Inoue | Highly wear-resistant aluminium-based composite alloy and wear-resistant parts |
| US6074497A (en) * | 1996-07-23 | 2000-06-13 | Akihisa Inoue | Highly wear-resistant aluminum-based composite alloy and wear-resistant parts |
| JP2008231519A (ja) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Honda Motor Co Ltd | 準結晶粒子分散アルミニウム合金およびその製造方法 |
| JP2008248343A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Honda Motor Co Ltd | アルミニウム基合金 |
| EP3019638A4 (en) * | 2013-07-10 | 2017-03-29 | United Technologies Corporation | Aluminum alloys and manufacture methods |
| US10450636B2 (en) | 2013-07-10 | 2019-10-22 | United Technologies Corporation | Aluminum alloys and manufacture methods |
| EP3739073A1 (en) * | 2013-07-10 | 2020-11-18 | United Technologies Corporation | Aluminum alloys and manufacture methods |
| CN112680622A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-20 | 深圳优越科技新材料有限公司 | 轻质高强的碳化硼颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 |
| CN115772618A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-10 | 安徽中科春谷激光产业技术研究院有限公司 | 一种高强韧耐热铝合金材料及其制备方法和热处理方法 |
| CN115772618B (zh) * | 2022-11-21 | 2024-03-22 | 安徽中科春谷激光产业技术研究院有限公司 | 一种高强韧耐热铝合金材料及其制备方法和热处理方法 |
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