JP2583718B2 - High strength corrosion resistant aluminum base alloy - Google Patents
High strength corrosion resistant aluminum base alloyInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は高比強度かつ耐食性に優
れたアルミニウム基合金、特に、非晶質もしくは非晶質
中に微細結晶を分散させた組織を有するものに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aluminum-based alloy having high specific strength and excellent corrosion resistance, and more particularly to an aluminum-based alloy having an amorphous structure or a structure in which fine crystals are dispersed in an amorphous material.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のアルミニウム基合金には、Al-
Cu系、Al-Si系、Al-Mg系、Al-Cu-Si系、A
l-Cu-Mg系、Al-Zn-Mg系などの種々の成分系の合
金が知られており、いずれの系のものにおいても軽量で
耐食性に優れていることから、それらの個々の材料特性
に応じて、車両、船舶、航空機などの機械構造部材用と
して、または、建築用外装材、サッシ、屋根葺材、LN
Gタンク用構造材などとして広く使用されている。2. Description of the Related Art Conventional aluminum-based alloys include Al-
Cu-based, Al-Si-based, Al-Mg-based, Al-Cu-Si-based, A
Alloys of various component systems such as l-Cu-Mg system and Al-Zn-Mg system are known, and any of these systems is lightweight and has excellent corrosion resistance. Depending on the machine, structural members of vehicles, ships, aircraft, etc., or building exterior materials, sashes, roofing materials, LN
It is widely used as a structural material for G tanks.
【0003】ところが、従来のアルミニウム基合金は、
Fe系の材料に比較して一般に硬度が低く、また耐熱性
も低い欠点がある。また、Cu、MgあるいはZnなどの
元素を添加して強度を高めたもののなかには、耐食性に
欠点を有するものがある。However, conventional aluminum-based alloys are:
In general, there are disadvantages that the hardness is lower and the heat resistance is lower than Fe-based materials. Some of the elements whose strength is increased by adding an element such as Cu, Mg or Zn have a defect in corrosion resistance.
【0004】一方、近来、アルミニウム基合金を溶湯状
態から急冷凝固させることにより組織の微細化を図り、
機械強度と耐食性の両面で優れさせた特性を発揮させる
試みもなされている。このような背景において、特開平
1ー275732号公報に開示されているように、特定
の組成比のAlMX系(Mは、V、Cr、Mn、Fe、C
o、Ni、Cu、Zrなどの元素を示し、Xは、La、Ce、
Sm、Ndなどの希土類元素、Y、Nb、Ta、Mm(ミッ
シュメタル)などを示す。)の組成であって、組織が非
晶質または非晶質と微細結晶質とからなるアルミニウム
基合金が特許出願されている。[0004] On the other hand, recently, the structure of the aluminum-based alloy has been refined by rapidly solidifying it from a molten metal state.
Attempts have also been made to exhibit properties that are superior in both mechanical strength and corrosion resistance. Against this background, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-275732, an AlMX-based alloy having a specific composition ratio (M is V, Cr, Mn, Fe, C
O, Ni, Cu, Zr and the like are shown, and X is La, Ce,
Rare earth elements such as Sm and Nd, Y, Nb, Ta, Mm (mish metal) and the like are shown. ), Wherein an aluminum-based alloy having an amorphous structure or an amorphous and fine crystalline structure has been applied for a patent.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前記特許出願のアルミ
ニウム基合金は、高硬度材料、高強度材料、高電気抵抗
材料、耐摩耗材料、ろう付け材料などとして有用であ
り、結晶化温度近傍における超塑性現象を利用して押出
加工やプレス加工も可能であって、耐熱材料としても優
れているものである。ところが、前記のアルミニウム基
合金は、高価な希土類元素や高活性なYなどの金属元素
を多く含有するために、コスト高になる欠点がある。即
ち、高価な原料を用いる必要があるとともに、高活性で
取り扱いの面で難点のある原料を用いる必要があるため
に、製造設備の規模が大きくなって費用が高くなり、人
件費もかかる問題がある。そこで本発明者らは、前記組
成のアルミニウム基合金と同等の優れた特性を発揮し得
るアルミニウム基合金について鋭意研究を重ねた結果、
本願発明に到達した。The aluminum-based alloy of the patent application is useful as a high-hardness material, a high-strength material, a high-resistance material, a wear-resistant material, a brazing material, and the like. Extrusion and press working are also possible utilizing the plastic phenomenon, and are excellent as heat-resistant materials. However, the above-mentioned aluminum-based alloy has a disadvantage that the cost is high because it contains a large amount of expensive rare earth elements and highly active metal elements such as Y. In other words, it is necessary to use expensive raw materials, and it is necessary to use raw materials having high activity and difficulties in handling, so that the scale of the manufacturing equipment is increased, the cost is increased, and labor costs are increased. is there. Therefore, the present inventors have conducted intensive research on an aluminum-based alloy capable of exhibiting the same excellent properties as an aluminum-based alloy having the above composition.
The present invention has been reached.
【0006】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、希土類元素などの高価な元素あるいはYなどの高
活性な元素の含有量をごく少量に抑え、低コスト化、低
活性化を実現するとともに、高強度で耐食性に優れさせ
たアルミニウム基合金を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and realizes low cost and low activation by minimizing the content of expensive elements such as rare earth elements or highly active elements such as Y. It is another object of the present invention to provide an aluminum-based alloy having high strength and excellent corrosion resistance.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は前
記課題を解決するために、一般式 AlxMyRz(ただ
しMは、Ti、Cu、Nbの中から選択される1種もしく
は2種以上の金属元素、あるいはTi、Cu、Nbの中か
ら選択される1種もしくは2種以上の金属元素とNiを
示し、Rは、Y、Ce、La、Nd、Mm(ミッシュメタ
ル)の中から選択される1種もしくは2種以上の元素ま
たは混合物を示す。)で示される組成を有し、組成比を
示すx,y,zは、原子%でx+y+z=100、64.5≦x
≦95、0.5≦y≦35、0<z<0.5なる関係を満足
するとともに、非晶質もしくは非晶質と微細結晶質との
混合組織を主体としてなるものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus, comprising: a compound represented by the general formula: AlxMyRz (where M is at least one selected from Ti, Cu, and Nb ); Metal elements or Ti, Cu, Nb
One or more metal elements selected from the group consisting of Ni and Ni , and R represents one or more elements or a mixture of Y, Ce, La, Nd and Mm (mish metal) Is shown. X, y, and z, which have a composition represented by the following composition ratio, are x + y + z = 100 in atomic% and 64.5 ≦ x
≤95, 0.5≤y≤35, and 0 <z <0.5, and mainly consist of amorphous or a mixed structure of amorphous and fine crystalline.
【0008】請求項2記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項1記載の混合組織の微細結晶質が、アル
ミニウム相、安定または準安定な金属間化合物相、もし
くは、アルミニウムマトリックスの金属固溶体のうち、
少なくとも1つを主体としてなるものである。According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the mixed structure according to the first aspect has an aluminum phase, a stable or metastable intermetallic compound phase, or a metal of an aluminum matrix. Of the solid solution
At least one is mainly used.
【0009】[0009]
【作用】本発明に係るアルミニウム基合金は、一般式
AlxMyRz(ただし、Alはアルミニウムを示し、M
は、Ti(チタン)、Cu(銅)、Nb(ニオブ)の中か
ら選択される1種もしくは2種以上の金属元素、あるい
はTi、Cu、Nbの中から選択される1種もしくは2種
以上の金属元素とNi(ニッケル)を示し、Rは、Y
(イットリウム)、Ce(セリウム)、La(ランタ
ン)、Nd(ネオジム)、Mm(ミッシュメタル)の中か
ら選択される1種もしくは2種以上の元素を示す。)で
示される組成を有し、組成比を示すx,y,zは、原子%
でx+y+z=100、64.5≦x≦95、0.5≦y≦3
5、0<z<0.5なる関係を満足するとともに、非晶質
もしくは非晶質と微細結晶質との混合組織を主体として
なるものである。The aluminum-based alloy according to the present invention has the general formula
AlxMyRz (where Al represents aluminum, M
Is, Ti (titanium), Cu (copper), one or more metal elements selected from among Nb (niobium), there have
Is one or two selected from Ti, Cu and Nb
The above metal elements and Ni (nickel) are shown, and R is Y
One or two or more elements selected from (yttrium), Ce (cerium), La (lanthanum), Nd (neodymium), and Mm (mish metal). X), y, and z, which have the composition shown in ()) and indicate the composition ratio, are atomic%.
X + y + z = 100, 64.5 ≦ x ≦ 95, 0.5 ≦ y ≦ 3
It satisfies the relationship of 5, 0 <z <0.5 and is mainly composed of amorphous or a mixed structure of amorphous and fine crystalline.
【0010】前記混合組織の微細結晶質とは、アルミニ
ウムの微細結晶相、安定または準安定な金属間化合物
相、もしくは、アルミニウムマトリックスからなる金属
固溶体のうち、少なくも1つを主体としてなるものであ
る。これらの微細結晶質の結晶粒径は、30〜50nm程
度のものである。[0010] The microcrystalline material of the mixed structure is mainly composed of at least one of a fine crystal phase of aluminum, a stable or metastable intermetallic compound phase, and a metal solid solution comprising an aluminum matrix. is there. The crystal grain size of these fine crystalline materials is about 30 to 50 nm.
【0011】前記アルミニウム基合金は、前記組成の合
金溶湯を液体急冷法で急冷凝固させて製造することがで
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104〜106 K/sec程度の冷却速度が容易に得られ
る。この単ロール法、双ロール法などにより薄帯材料を
製造するには、溶湯を入れた石英管などの収納容器に形
成したノズル孔を通して約300〜10000rpmの範
囲の一定速度で回転している直径30〜300mmの銅あ
るいは銅製などのロールに溶湯を噴出する。これによ
り、幅が約1〜300mmで厚さが約5〜500μmの各
種薄帯材料を容易に得ることができる。The aluminum-based alloy can be produced by rapidly solidifying a molten alloy having the above composition by a liquid quenching method. The liquid quenching method refers to a method of rapidly cooling a molten alloy, for example, a single roll method, a twin roll method,
Spinning in a rotating liquid is particularly effective, and in these methods, a cooling rate of about 10 4 to 10 6 K / sec can be easily obtained. In order to manufacture a ribbon material by the single roll method, the twin roll method, or the like, a diameter rotating at a constant speed in a range of about 300 to 10000 rpm through a nozzle hole formed in a storage container such as a quartz tube containing a molten metal. The molten metal is jetted onto a roll of copper or copper of 30 to 300 mm. As a result, various kinds of ribbon materials having a width of about 1 to 300 mm and a thickness of about 5 to 500 μm can be easily obtained.
【0012】一方、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で回転する中空ドラム内に遠心
力により保持された深さ約1〜10cmの溶液冷媒層中に
溶湯を噴出して急冷することで細線材料を容易に得るこ
とができる。この際のノズル孔からの噴出溶湯と冷媒面
とのなす角度は、約60〜90度であることが好まし
く、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。また、前記の方法によら
ずに、スパッタリング法などの成膜法により前記組成の
アルミニウム基合金の薄膜を得ることができ、また高圧
ガス噴霧法などの各種アトマイズ法、スプレー法により
前記溶湯を急冷して前記組成のアルミニウム基合金粉末
を得ることができる。On the other hand, in order to produce a thin wire material by spinning in a rotating liquid, a depth held by centrifugal force through a nozzle hole in a hollow drum rotating at about 50 to 500 rpm under argon gas back pressure. A thin wire material can be easily obtained by jetting a molten metal into a solution refrigerant layer of about 1 to 10 cm and rapidly cooling it. At this time, the angle between the molten metal jetted from the nozzle hole and the refrigerant surface is preferably about 60 to 90 degrees, and the relative speed ratio between the jetted molten metal and the solution refrigerant surface is about 0.7 to 90 degrees.
It is preferably 0.9. Instead of the above method, a thin film of the aluminum-based alloy having the above composition can be obtained by a film forming method such as a sputtering method, and the molten metal is rapidly cooled by various atomizing methods such as a high-pressure gas spraying method and a spraying method. Thus, an aluminum-based alloy powder having the above composition can be obtained.
【0013】得られた急冷アルミニウム基合金が、非晶
質、あるいは非晶質と微細結晶質からなる複合体または
微細結晶質であるかどうかは、通常のX線回折法によっ
て容易に知ることができる。即ち、非晶質の場合は、得
られたX線回折図に非晶質特有のハローパターンを示
し、非晶質と微細結晶質の複合体である場合は、ハロー
パターンと微細結晶質に起因する回折ピークの合成され
た回折パターンを示し、微細結晶質の場合は、アルミニ
ウム固溶体(α相)および合金組成によって異なる金属
間化合物に起因するピークの合成回折パターンを示す。
これらの非晶質、非晶質と微細結晶質の複合体、また
は、微細結晶質は、前述の単ロール法、双ロール法、回
転液中紡糸法、スパッタリング、各種アトマイズ法、ス
プレー法、メカニカルアロイング法などにより得ること
ができる。また、必要に応じて適当な製造条件を選択す
ることにより、非晶質と微細結晶の混相を得ることもで
きる。Whether or not the quenched aluminum-based alloy thus obtained is amorphous, or a composite of amorphous and microcrystalline or microcrystalline, can be easily known by ordinary X-ray diffraction. it can. That is, in the case of amorphous, a halo pattern peculiar to amorphous is shown in the obtained X-ray diffraction pattern, and in the case of a complex of amorphous and fine crystalline, the halo pattern and fine crystalline are caused. In the case of a fine crystalline material, a synthesized diffraction pattern of a peak caused by an intermetallic compound that varies depending on the aluminum solid solution (α phase) and the alloy composition is shown.
These amorphous materials, a composite of amorphous and fine crystalline materials, or fine crystalline materials can be obtained by the above-mentioned single roll method, twin roll method, spinning in a rotating liquid, sputtering, various atomizing methods, spraying methods, mechanical methods. It can be obtained by an alloying method or the like. Further, by selecting appropriate production conditions as needed, a mixed phase of amorphous and fine crystals can be obtained.
【0014】次に、前記非晶質組織は、加熱すると特定
の温度以上で結晶に分解する(この温度を結晶化温度と
呼ぶ)。この非晶質相の加熱分解を利用することによっ
ても微細結晶質からなるアルミニウム固溶相および合金
組成によって異なる金属間化合物の複合体を得ることが
できる。Next, when heated, the amorphous structure is decomposed into crystals at a specific temperature or higher (this temperature is called a crystallization temperature). By utilizing the thermal decomposition of the amorphous phase, it is possible to obtain a composite of a finely crystalline aluminum solid solution phase and an intermetallic compound that differs depending on the alloy composition.
【0015】一方、前記組成比において、Alの原子%
を64.5〜95の範囲に、元素Mの原子%を0.5〜3
5の範囲に、元素Rの原子%を0〜0.5の範囲にそれ
ぞれ限定したのは、各元素の組成がこれらの範囲から外
れると、非晶質化しにくくなったり、固溶限を越えた過
飽和固溶体を形成し難くなるために、前記液体急冷法等
を利用した工業的な急冷手段では、本願発明の目的の特
性を持った非晶質、非晶質と微細結晶質との複合体、あ
るいは、微細結晶質のアルミニウム基合金を得ることが
できなくなるからである。また、前記組成範囲を外れる
と、急冷法によって得られた非晶質相を適当な加熱処理
または、従来の粉末冶金技術を利用した粉末成形過程の
温度制御により、結晶化させ微結晶質の複合体を得るた
めの非晶質相を得ることが困難になる。On the other hand, in the above composition ratio, the atomic% of Al
In the range of 64.5 to 95 and the atomic% of the element M in the range of 0.5 to 3
The reason why the atomic% of the element R is limited to the range of 0 to 0.5 in the range of 5 is that if the composition of each element is out of these ranges, it becomes difficult to become amorphous or to exceed the solid solubility limit. In order to make it difficult to form a supersaturated solid solution, an industrial quenching means utilizing the liquid quenching method or the like is required to provide an amorphous, composite of amorphous and fine crystalline having the properties of the present invention. Alternatively, a microcrystalline aluminum-based alloy cannot be obtained. When the composition is out of the above-mentioned composition range, the amorphous phase obtained by the quenching method is crystallized by a suitable heat treatment or temperature control in a powder molding process using a conventional powder metallurgy technique to form a microcrystalline composite. It becomes difficult to obtain an amorphous phase for obtaining a body.
【0016】元素Mは、Ti、Cu、Nbの中から選択さ
れる1種もしくは2種以上の金属元素、あるいは、T
i、Cu、Nbの中から選択される1種もしくは2種以上
の金属元素とNiを示し、元素Rと共存して非晶質形成
能を向上させる効果および非晶質相の結晶化温度を上昇
させる効果も示すが、ここでは非晶質相の硬度および強
度を著しく向上させる効果が重要である。一方、微細結
晶を製造する条件下にあっては、微細結晶相を安定化さ
せる効果を持ち、アルミニウムおよび他の添加元素と安
定または準安定な金属間化合物を形成し、アルミニウム
マトリックス(α相)中に均一微細に分散させ、合金の
硬度と強度を著しく向上させ、高温における微細結晶質
の粗大化を抑制して耐熱性を付与する。また、元素Mの
原子%が0.5%より小さいと強度と硬度が低下するの
で好ましくなく、35%を越えると金属間化合物を生成
し易くなり脆化するので好ましくない。The element M is one or more metal elements selected from Ti, Cu, and Nb ;
One or more selected from i, Cu, Nb
And the effect of increasing the crystallization temperature of the amorphous phase together with the element R. Here, the hardness and strength of the amorphous phase are shown here. The effect of remarkably improving is important. On the other hand, under the conditions for producing fine crystals, it has the effect of stabilizing the fine crystal phase, forms a stable or metastable intermetallic compound with aluminum and other additional elements, and forms an aluminum matrix (α phase). It is uniformly and finely dispersed in the alloy to remarkably improve the hardness and strength of the alloy, and suppresses coarsening of fine crystals at a high temperature to impart heat resistance. If the atomic percentage of the element M is less than 0.5%, the strength and hardness decrease, which is not preferable. If the atomic percentage exceeds 35%, an intermetallic compound is easily formed, which is not preferable.
【0017】元素Rは、Y、Ce、La、Nd、Mm(ミッ
シュメタル)の中から選択される1種もしくは2種以上
の元素を示す。ここでミッシュメタルとは、主要元素が
La、Ceであり、そのほかに前記La、Ceを除く希土類
元素および不可避不純物(Si、Fe、Mgなど)を含有
する複合体の総称である。元素Rは、特に非晶質形成能
を向上させるとともに、非晶質相の結晶化温度を向上さ
せるとともに、非晶質相の結晶化温度を上昇させる効果
を分担する。これにより、耐食性を著しく改善できると
ともに、非晶質相を高温まで安定的に存在させることが
できる。また、微細結晶質合金を製造する条件下にあっ
ては、元素Mと共存して微細結晶相を安定化させる効果
を持つ。また、元素Rの原子%が0.5%を越えると合
金が酸化し易くなり、また製造コストも高くなるために
好ましくない。The element R represents one or more elements selected from Y, Ce, La, Nd, and Mm (mish metal). Here, the misch metal is a general term for a complex containing a main element of La and Ce and a rare earth element other than La and Ce and unavoidable impurities (Si, Fe, Mg, etc.). The element R has an effect of improving the crystallization temperature of the amorphous phase and increasing the crystallization temperature of the amorphous phase, in addition to improving the ability to form an amorphous phase. Thereby, the corrosion resistance can be remarkably improved, and the amorphous phase can be stably present at a high temperature. Further, under the conditions for producing a microcrystalline alloy, the alloy has the effect of coexisting with the element M and stabilizing the microcrystalline phase. On the other hand, if the atomic percentage of the element R exceeds 0.5%, the alloy is liable to be oxidized, and the production cost is undesirably increased.
【0018】本発明のアルミニウム基合金は、結晶化温
度近傍(結晶化温度±100℃)または微細結晶相の安
定温度領域内の高温域において、超塑性現象を示すの
で、容易に押出加工やプレス加工、熱間鍛造等の加工を
行なうことができる。従って、薄帯、線、板状あるいは
粉末の形態で得られた前記組成のアルミニウム基合金を
前記温度で押出加工、プレス加工、熱間鍛造加工するこ
とで、容易にバルク材を得ることができる。更に前記組
成のアルミニウム基合金は、高度の粘さを有するので、
180度曲げ可能なものとなる。The aluminum-based alloy of the present invention exhibits a superplastic phenomenon in the vicinity of the crystallization temperature (crystallization temperature ± 100 ° C.) or in the high temperature range within the stable temperature range of the fine crystal phase. Processing such as processing and hot forging can be performed. Therefore, a bulk material can be easily obtained by extruding, pressing, and hot-forging an aluminum-based alloy having the above composition obtained in the form of a ribbon, wire, plate, or powder at the above-mentioned temperature. . Further, since the aluminum-based alloy having the above composition has a high viscosity,
It can be bent 180 degrees.
【0019】なお、前記アルミニウム基の非晶質もしく
は非晶質と微細結晶の混合組成の合金には、結晶質合金
のような結晶粒界、偏析等の構造的不均一性や化学的不
均一性がなく、さらにアルミ酸化膜の形成により、不動
態化を起こすために高耐食性を示す。また、希土類元素
を含んでいると、その希土類元素の活性のために合金表
面の不動態膜に不均一性を生じやすく、その部分から内
部への腐蝕が進行する欠点があるが、前記組成の合金に
あっては希土類元素を微量しか含んでいないためにその
点の問題も解決され、合金内部への腐蝕が進展すること
がない。The above-mentioned alloys based on aluminum-based amorphous or a mixed composition of amorphous and fine crystals include structural non-uniformities such as crystal grain boundaries and segregation such as crystalline alloys, and chemical non-uniformities. It has no corrosion resistance and exhibits high corrosion resistance due to passivation caused by the formation of an aluminum oxide film. In addition, when a rare earth element is included, the passivation film on the alloy surface tends to cause non-uniformity due to the activity of the rare earth element, and there is a disadvantage that corrosion proceeds from that portion to the inside, Since the alloy contains only a trace amount of a rare earth element, the problem in that respect is also solved, and corrosion inside the alloy does not progress.
【0020】次に前記組成のアルミニウム基合金につい
て、バルク(塊)状の部材を製造する場合について説明
する。本発明に係るアルミニウム基合金は、加熱すると
微細結晶相を析出して結晶化するとともに、アルミニウ
ムマトリックス(α相)を析出し、それ以上の温度に加
熱すると金属間化合物も析出するので、これらの性質を
利用してバルク化を行なうことができる。具体的には、
急冷法により製造した薄帯合金をボールミルにて粉砕
し、真空ホットプレスにより真空下(例えば、10-3T
orr)、結晶化温度よりも多少低い温度で(例えば47
0K程度で)圧粉することにより直径数十mm、長さ数十
mmの押出し用ビレットを作成する。このビレットを押出
機のコンテナ内にセットし、結晶化温度よりも若干高い
温度で数十分保持した後、押出加工を行なって丸棒など
の所望の形状の押出材を得ることができる。Next, a description will be given of a case where a bulk member is manufactured for the aluminum-based alloy having the above composition. The aluminum-based alloy according to the present invention, when heated, precipitates and crystallizes a fine crystalline phase, precipitates an aluminum matrix (α phase), and when heated to a higher temperature, also precipitates an intermetallic compound. Bulking can be performed using the properties. In particular,
The ribbon alloy produced by the quenching method is pulverized by a ball mill, and is vacuum-pressed by a vacuum hot press (for example, 10 -3 T
orr) at a temperature slightly lower than the crystallization temperature (eg, 47
Approximately tens of mm in diameter and several tens in length
Make an extruded billet of mm. The billet is set in a container of an extruder, and is held at a temperature slightly higher than the crystallization temperature for several tens of minutes, and then extruded to obtain an extruded material having a desired shape such as a round bar.
【0021】[0021]
【実施例】高周波溶解炉により所定の成分組成を有する
溶融合金を製造し、これを図1に示すような先端に小孔
5(孔径:0.2〜0.5mm)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を銅製のロール2の
直上に設置し、ロール2を回転数4000rpmで高速回
転させ、石英管1にアルゴンガス圧(0.7kg/cm3)を
かけて石英管1の小孔5から溶湯をロール2の表面に噴
射することにより急冷凝固させて合金薄帯4を得た。前
記製造条件により図2と図3に示す組成(原子%)の多
数の合金薄帯試料(幅1mm、厚さ20μm)を作成し、
それぞれの試料についてX線回折とTEM(透過型電子
顕微鏡)による観察に付した結果、図2と図3の組織状
態の欄に示すように非晶質(Amorphous)単相組織、ま
たは、金属間化合物もしくは固溶体からなる結晶組織
(Crystalline)、または、非晶質母層中にfcc構造のア
ルミニウムが微細結晶粒子となって分散した2相組織
(fcc-Al+Amo)が得られていることが確認された。EXAMPLE A molten alloy having a predetermined composition was produced by a high-frequency melting furnace, and this was converted into a quartz tube 1 having small holes 5 (pore diameter: 0.2 to 0.5 mm) at the tip as shown in FIG. After charging and melting by heating, the quartz tube 1 is placed directly above a roll 2 made of copper, and the roll 2 is rotated at a high speed of 4000 rpm to apply an argon gas pressure (0.7 kg / cm 3 ) to the quartz tube 1. The molten metal was sprayed onto the surface of the roll 2 from the small hole 5 of the quartz tube 1 to rapidly solidify it to obtain an alloy ribbon 4. Under the above manufacturing conditions, a number of alloy ribbon samples (width 1 mm, thickness 20 μm) having the composition (atomic%) shown in FIGS. 2 and 3 were prepared.
As a result of subjecting each sample to X-ray diffraction and TEM (transmission electron microscope) observation, as shown in the column of the structure state in FIGS. 2 and 3, an amorphous (Amorphous) single-phase structure or an intermetallic structure was obtained. It has been confirmed that a crystal structure composed of a compound or a solid solution (Crystalline) or a two-phase structure (fcc-Al + Amo) in which aluminum having an fcc structure is dispersed as fine crystal particles in an amorphous matrix is obtained. Was.
【0022】次に、各薄帯試料につき、硬度(Hv)と
引張破断強度(σf:MPa)を測定し、図2と図3に示
す結果を得た。硬度は、微小ビッカース硬度計による測
定値(DPN:Diamond Pyramid Number)である。更
に、各薄帯試料について、コ字状になるように180度
折り曲げて端部どうしを密着させる180度密着曲げ試
験を行なった結果、破断しない程度の延性を示すものを
図2と図3にDucで示し、破断したものをBriで示した。Next, the hardness (Hv) and the tensile strength at break (σ f : MPa) of each ribbon sample were measured, and the results shown in FIGS. 2 and 3 were obtained. The hardness is a value measured by a micro Vickers hardness tester (DPN: Diamond Pyramid Number). Further, each of the ribbon samples was subjected to a 180-degree adhesion bending test in which each of the ribbon samples was bent at 180 degrees so as to form a U-shape and the ends thereof were adhered to each other. Duc is shown, and the broken one is shown by Bri.
【0023】図2と図3に示す結果から、原子%で6
4.5≦Al≦95、0.5≦M≦35、0<R<0.5
なる関係を満足させることによって、耐力が高く、硬度
が高く、曲げにも強く加工が可能なアルミニウム基合金
を得ることができることが明らかになった。From the results shown in FIG. 2 and FIG.
4.5 ≦ Al ≦ 95, 0.5 ≦ M ≦ 35, 0 <R <0.5
It has been clarified that by satisfying the following relationship, it is possible to obtain an aluminum-based alloy which has a high proof stress, a high hardness, and a high bending resistance.
【0024】図2と図3に示す本発明に係る試料におい
ては、通常のアルミニウム基合金がHv:50〜100
DPN程度であるのに対して約260〜340DPNと
極めて高い硬度を示している。次に、引張破断強度(σ
f)に関しては、通常の時効硬化型アルミニウム基合金
(Al-Si-Fe系)の値が、200〜600MPaであ
るのに対し、本発明試料のものは約800〜1250の
範囲になり、極めて優れていることが明らかになった。
なお、引張強さに関し、JIS規定の6000系あるい
は7000系のアルミニウム基合金においては、250
〜300MPa程度であり、Fe系の構造用鋼板で400
MPa程度、Fe系の高張力鋼板で800〜980MPa
程度であることを考慮すると、本発明に係るアルミニウ
ム合金が極めて優れていることが明らかである。In the samples according to the present invention shown in FIGS. 2 and 3, the ordinary aluminum-based alloy has a Hv of 50 to 100.
It shows an extremely high hardness of about 260 to 340 DPN, which is about DPN. Next, the tensile breaking strength (σ
Regarding f), the value of a normal age hardening type aluminum-based alloy (Al-Si-Fe-based) is 200 to 600 MPa, whereas that of the sample of the present invention is in the range of about 800 to 1250, It turned out to be excellent.
Regarding the tensile strength, in the case of a 6000 or 7000 aluminum alloy based on JIS, 250 tensile strength is required.
About 300 MPa, and 400 for Fe-based structural steel sheets.
Approx.MPa, 800 ~ 980MPa with Fe-based high-tensile steel plate
Considering the degree, the aluminum alloy according to the present invention is clearly excellent.
【0025】図4はAl88Ni11.6Ce0.4なる組成の
合金試料のX線回折図形を示すもので、この図では結晶
ピークが見られないブロードなパターンとなっていて、
合金試料が非晶質単相構造になっていることを示してい
る。図5はAl89.7Ni5Fe0.5Ce0.3なる組成の合
金試料のX線回折図形を示すもので、この図では非晶質
相中にナノスケールのfcc構造の微細なAl粒子が分散
した2相構造になっていることを示している。図中にお
いて、(111)、(200)で示すものは、fcc構造
のAlの結晶ピークである。FIG. 4 shows an X-ray diffraction pattern of an alloy sample having a composition of Al 88 Ni 11.6 Ce 0.4 . In this figure, a broad pattern without a crystal peak is observed.
This shows that the alloy sample has an amorphous single-phase structure. FIG. 5 shows an X-ray diffraction pattern of an alloy sample having a composition of Al 89.7 Ni 5 Fe 0.5 Ce 0.3 . In this figure, two phases in which fine Al particles having a nanoscale fcc structure are dispersed in an amorphous phase are shown. It shows that it has a structure. In the figure, those indicated by (111) and (200) are crystal peaks of Al having the fcc structure.
【0026】図6はAl89.6Ni5Co5Ce0.4なる組
成の合金試料を0.67k/sの昇温速度で加熱した場合の
DSC(示差走査熱量測定)曲線を示し、図7はAl88
Ni11.6Y0.4なる組成の合金試料を0.67k/sの昇温
速度で加熱した場合のDSC曲線を示すものである。図
6と図7から明らかなように低温側のブロードなピーク
は、fcc構造のAl粒子の結晶化ピークを示し、高温側
の鋭いピークは化合物の結晶化ピークを示している。こ
のような2つのピークを有することは、適切な温度で焼
き入れ等の熱処理を行なえば、非晶質母相中に分散する
Al粒子の体積分率を制御することができるので、熱処
理により機械的特性を向上させることができることが明
らかである。[0026] Figure 6 shows an Al 89.6 Ni 5 Co 5 DSC of when the alloy samples of Ce 0.4 a composition was heated at a heating rate of 0.67k / s (differential scanning calorimetry) curve, FIG. 7 Al 88
9 shows a DSC curve when an alloy sample having a composition of Ni 11.6 Y 0.4 is heated at a temperature rising rate of 0.67 k / s. As is clear from FIGS. 6 and 7, the broad peak on the low temperature side indicates the crystallization peak of Al particles having the fcc structure, and the sharp peak on the high temperature side indicates the crystallization peak of the compound. Having such two peaks means that if heat treatment such as quenching is performed at an appropriate temperature, the volume fraction of Al particles dispersed in the amorphous matrix can be controlled. It is clear that the mechanical properties can be improved.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るアルミ
ニウム基合金は、高硬度材料、高強度材料、耐食性に富
む材料として有用である。更に、熱処理により機械特性
を向上させることが可能であり、曲げにも強いので機械
加工もできるなどの優れた特性を有する。以上のことか
ら本発明に係るアルミニウム基合金は、航空機、車両、
船舶などの構造用部材、あるいはエンジン部分の構造用
部材、または、建築用外装材、サッシ、屋根材として、
更には、海水機器用部材、原子炉用部材などとして広く
使用することができる。また、本発明に係る合金は、前
記の優れた材料特性を備える上に、希土類元素やYなど
高活性元素をごく少量のみ含む組成とし、低コスト化、
低活性化を実現することができる。 As described above, the aluminum-based alloy according to the present invention is useful as a high-hardness material, a high-strength material, and a material having high corrosion resistance. Further, the heat treatment can improve the mechanical properties, and has excellent properties such as being able to be machined because it is strong against bending. From the above, aluminum-based alloy according to the present invention, aircraft, vehicles,
As a structural member of a ship or the like, or a structural member of an engine part, or a building exterior material, sash, or roofing material,
Furthermore, it can be widely used as a member for seawater equipment, a member for a nuclear reactor, and the like. Further, the alloy according to the present invention
In addition to having the above excellent material properties, rare earth elements and Y
A composition containing only a very small amount of highly active elements, lower cost,
Low activation can be realized.
【図1】図1は本発明合金を急冷凝固して薄帯を製造す
る際に使用した単ロール装置の一例を示す構成図であ
る。FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a single roll device used for producing a ribbon by rapidly solidifying an alloy of the present invention.
【図2】図2は得られた合金試料の特性を測定した結果
を示すものである。FIG. 2 shows the results of measuring the properties of the obtained alloy samples.
【図3】図3は得られた合金試料の特性を測定した結果
を示すものである。FIG. 3 shows the results of measuring the properties of the obtained alloy samples.
【図4】図4はAl88Ni11.6Ce0.4なる組成の合金
のX線回折分析結果を示す図である。FIG. 4 is a view showing an X-ray diffraction analysis result of an alloy having a composition of Al 88 Ni 11.6 Ce 0.4 .
【図5】図5はAl89.7Ni5Fe5Ce0.3なる組成の
合金のX線回折分析結果を示す図である。FIG. 5 is a view showing an X-ray diffraction analysis result of an alloy having a composition of Al 89.7 Ni 5 Fe 5 Ce 0.3 .
【図6】図6はAl89.6Ni5Co5Ce0.4なる組成の
合金の熱的な特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the thermal characteristics of an alloy having a composition of Al 89.6 Ni 5 Co 5 Ce 0.4 .
【図7】図7はAl88Ni11.6Y0.4なる組成の合金の
熱的特性を示す図である。FIG. 7 is a view showing thermal characteristics of an alloy having a composition of Al 88 Ni 11.6 Y 0.4 .
1 石英管、 2 ロール、 3
溶湯、4 薄帯、 5 ノズル
孔、1 quartz tube, 2 rolls, 3
Molten metal, 4 ribbons, 5 nozzle holes,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 堀尾 裕磨 静岡県浜松市中沢町10番1号 ヤマハ株 式会社内 (56)参考文献 特開 平3−260037(JP,A) 特開 平4−41654(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akihisa Inoue 11-806 Kawauchi Residence, Kawauchi, Aoba-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture (72) Inventor Hiroma Horio 10-1 Nakazawacho, Hamamatsu-shi, Shizuoka Yamaha In-company (56) References JP-A-3-260037 (JP, A) JP-A-4-41654 (JP, A)
Claims (2)
もしくは2種以上の金属元素、あるいは、Ti、Cu、N
bの中から選択される1種もしくは2種以上の金属元素
とNiを示し、Rは、Y、Ce、La、Nd、Mm(ミッシ
ュメタル)の中から選択される1種もしくは2種以上の
元素または混合物を示す。)で示される組成を有し、 組成比を示すx,y,zは、原子%でx+y+z=100、6
4.5≦x≦95、 0.5≦y≦35、0<z<0.5なる関係を満足するとと
もに、 非晶質もしくは非晶質と微細結晶質との混合組織を主体
としてなることを特徴とする高強度耐食性アルミニウム
基合金。1. A general formula AlxMyRz (where M is, Ti, Cu, 1 kind or 2 or more metal elements selected from among Nb, or,, Ti, Cu, N
one or more metal elements selected from b
And Ni , and R represents one or more elements or a mixture selected from among Y, Ce, La, Nd, and Mm (mish metal). X, y, z indicating the composition ratio are x + y + z = 100, 6 in atomic%.
4.5 ≦ x ≦ 95, 0.5 ≦ y ≦ 35, 0 <z <0.5, and mainly composed of amorphous or a mixed structure of amorphous and fine crystalline A high-strength corrosion-resistant aluminum-based alloy characterized by the following:
アルミニウム相、安定または準安定な金属間化合物相、
もしくは、アルミニウムマトリックスからなる金属固溶
体のうち、少なくとも1つを主体としてなることを特徴
とする高強度耐食性アルミニウム基合金。2. The fine crystalline material of the mixed structure according to claim 1,
Aluminum phase, stable or metastable intermetallic phase,
Alternatively, a high-strength corrosion-resistant aluminum-based alloy characterized by mainly comprising at least one of a metal solid solution comprising an aluminum matrix.
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