JPH0565584A

JPH0565584A - 高強度アルミニウム基合金粉末の製造方法

Info

Publication number: JPH0565584A
Application number: JP3225972A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Odera; 克昌大寺
Original assignee: YKK Corp; Yoshida Kogyo KK
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1991-09-05
Filing date: 1991-09-05
Publication date: 1993-03-19
Also published as: EP0530560A1; DE69211451T2; DE69211451D1; US5279642A; EP0530560B1

Abstract

(57)【要約】【目的】高強度、耐熱性に優れたアルミニウム基合金
粉末の製造方法に関する。【構成】Ａｌ粉末にＡｌ−Ｔ−Ｘ系合金粉末（Ｔ：
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃａ、
Ｌｉ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｘ：Ｙ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｌａ、
Ｃｅ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｍ）を配合し、この
混合粉末を機械的合金化処理する粉末の製造方法。【効果】室温から高温までの温度領域で高強度を保持
し、かつこの温度領域で優れた延性を示すとともに、室
温から高温まで低熱膨張率を示すため、加工性および信
頼性に優れたアルミニウム基合金粉末を提供することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度、耐熱性に優れ
たアルミニウム基合金粉末の製造方法に関し、さらに詳
しく述べると機械的合金化処理（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ａｌｌｏｙｉｎｇ法；ＭＡ法）により製造するアルミ
ニウム基合金粉末の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高強度、高耐熱性を有するアルミ
ニウム基合金が液体急冷法等によって製造されている。
特に上記組成のものについては特開平１−２７５７３２
号公報に開示されている、上記液体急冷法によって得ら
れるアルミニウム基合金は、その組織が非晶質または微
細結晶質であり、高強度、高耐熱性、高耐食性を有する
優れた合金である。また、上記公報には直接機械的合金
化処理（ＭＡ法）することにより、上記合金が得られる
ことについて開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１−２７５７３２号公報に開示されている液体急冷
法または機械的合金化処理によって製造されるアルミニ
ウム基合金は、高強度、高耐熱性、高耐食性を示す優れ
た合金であるが、室温から高温までの温度域で強度、熱
膨張率、延性の点で改善の余地を残している。特に得ら
れた合金粉末を集成し、これを既存の粉末冶金技術を用
い固化材を製造する場合、上記問題点は重要なファクタ
ーとなる。

【０００４】そこで、本発明はＡｌ粉末にＡｌ−Ｔ−Ｘ
合金粉末（請求項１、３、６に記載のものを総称する）
を配合し、これらを機械的合金化処理することにより、
室温から高温までの温度域で高強度を保持し、低熱膨張
率を有し、かつ延性を有する合金粉末を製造する高強度
アルミニウム基合金粉末の製造方法を提供することを目
的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明は、Ａ
ｌの粉末にＡｌ_1-x ¹ _-y ¹Ｔ_x ¹Ｘ_y ¹｛ただし、Ｔ：Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃａ、Ｌｉ、
Ｍｇ、Ｓｉから選ばれる１種もしくは２種以上の元素、
Ｘ：Ｙ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｎｄ、
Ｚｒ、Ｔｉから選ばれる１種もしくは２種以上の元素ま
たはＭｍ（ミッシュメタル）であり、ｘ¹、ｙ¹は原子量
の割合（総量は１）で０．００５≦ｘ¹≦０．３５、
０．００５≦ｙ¹≦０．２５｝の合金粉末を配合し、こ
の混合粉末を機械的合金化処理することにより粉末を製
造する高強度アルミニウム基合金粉末の製造方法であ
る。

【０００６】上記Ａｌの粉末は既存の粉末製造方法によ
り製造され、Ａｌの粉末は純Ａｌまたは６ａｔ％までの
Ｃｒ、Ｍｇを含むＡｌ合金であってもよく、前記Ａｌ合
金を用いた場合、純Ａｌを用いた場合と同様の効果を奏
する。

【０００７】上記Ａｌ−Ｔ−Ｘ合金粉末は、急冷凝固粉
末でこれは各種アトマイズ法、メカニカルアロイング法
（ＭＡ法）、メカニカルグラインディグ法（ＭＧ法）な
どにより直接粉末として、単ロール、双ロール、回転液
中紡糸法などの液体急冷法および気相蒸着法により一端
薄帯、細線、薄膜として得てこれを粉砕することにより
得ることができる。

【０００８】上記Ａｌ−Ｔ−Ｘ合金粉末において、原子
量割合でｘ¹を０．００５〜０．３５の範囲に、また、
ｙ¹を０．００５〜０．２５の範囲にそれぞれに限定し
たのは、そ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、前記液体急冷などを利用した工業的な急冷手段で
は、本発明の目的である高強度、耐熱性に優れた特性を
有する急冷凝固合金粉末（非晶質、非晶質と微細結晶質
の複合体あるいは微細結晶質からなる合金粉末）を得る
ことができなくなるからである。また、この様にして得
られた非晶質相は適当な加熱処理により結晶化させ微細
結晶質とすることができるとともに加熱処理の際、その
温度および時間などを制御することにより、結晶粒径お
よび金属間化合物の大きさを制御することができる。な
お、この合金粉末において、平均結晶粒径が１μｍ以下
で、金属間化合物の大きさが５００ｎｍ以下であること
が、急冷凝固材料の持つ優れた特性を有する上で、ま
た、この粉末を固化成形したものが、前記優れた特性を
維持する上で好ましい。

【０００９】また、Ａｌ−Ｔ−Ｘ合金粉末において、Ｔ
元素はＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｓｉより選ばれる１種もし
くは２種以上の元素であり、Ｘ元素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、非晶質相の硬度および強度を著
しく向上させる効果も重要である。微細結晶質合金にあ
っては、微細結晶質相を安定化させる効果を持ち、Ａｌ
元素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、Ａｌ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。Ｘ元素は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｈｆ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉより選ばれる１種もしくは２種以
上の元素又はＭｍ（ミッシュメタル）であり、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
く改善させるとともに、非晶質相を高温まで安定に存在
させることができる。また、微細結晶質合金にあって
は、Ｘ元素と共存して微細結晶質相を安定化させる効果
を持つ。

【００１０】上記Ａｌの粉末と上記Ａｌ−Ｔ−Ｘ合金粉
末とを混合し、この混合粉末を機械的合金化処理により
ミキシングすることにより、Ａｌの粉末はバインダー的
役割も果たす。さらに、ミキシング後の粉末は固化成形
する場合、室温での伸びと高温での強度の保持の点で優
れた特性を示す。また、機械的合金化処理（ＭＡ法）す
ることにより、急冷凝固合金粉末表面の酸化膜が粉砕さ
れ、Ａｌ中に分散され酸化物の凝集が生じにくくなり室
温での伸びを向上できるとともに、低熱膨張率の固化材
を得ることができる。

【００１１】また、上記Ａｌの粉末量は原子パーセント
で２０〜９０％、又、合金化処理後のＡｌ合計量は９２
〜９８％となるように混合することが好ましい。ここ
で、Ａｌ粉の量を２０〜９０ａｔ％に限定したのは、こ
の範囲外であるとバインダー的役割が損なわれるためで
あるとともにＡｌの粉末が持つ延性を機械的合金化処理
後の粉末に与えることができなくなるためである。又、
合金化処理後のＡｌ合計量を９２〜９８ａｔ％に限定し
たのは、９２ａｔ％未満であると得られた粉末を固化成
形した場合、その固化材が脆くなりやすくなるためであ
り、９８ａｔ％を越えると室温での強度を確保すること
ができなくなるためである。

【００１２】本発明の第２発明は、Ａｌの粉末にＡｌ
_1-x ² _-y ²Ｎｉ_x ²Ｌｎ_y ²（ただし、Ｌｎ：Ｙ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｚｒ、Ｔｉから選ばれる１種もしくは２種以上の元
素またはＭｍ（ミッシュメタル）であり、ｘ²、ｙ²は原
子量の割合（総量は１）で０．０３≦ｘ²≦０．１５、
０．０１≦ｙ²≦０．１０）の合金粉末を配合し、この
混合粉末を機械的合金化処理することにより粉末を製造
する高強度アルミニウム基合金粉末の製造方法である。

【００１３】本発明の第２発明で本発明の第１発明にお
けるＴ元素をＮｉに限定したのは、Ｎｉを添加すること
により強度および延性の点で室温から高温まで優れた値
を示すことと固化成形の際、成形温度を他の元素より低
くすることができ、固化成形の際に問題となる強度およ
び延性に悪影響を与える金属間化合物の析出を抑えるこ
とができるためである。また、Ｘ元素を上記Ｌｎ元素
（Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉから選ばれる少なくとも
１種の元素又はＭｍ）に限定したのは、Ａｌ−Ｎｉ系に
おいてはこれらの元素を添加することにより、非晶質化
しやすいとともに例えばＡｌとの金属間化合物を形成
し、これら金属間化合物がＡｌマトリックス中に微細に
分散しやすく、これより強度の向上を付与できるためで
ある。さらにＮｉ元素およびＬｎ元素を原子量割合でｘ
²を０．０３〜０．１５、ｙ²を０．０１〜０．１０とそ
れぞれ限定したのは、得られた粉末を集成固化し、さら
にこれを加工するのに際し強度および延性において優れ
た特性を示すとともに加工後の固化材もこの優れた特性
を維持するためである。そして、ｘ²＋ｙ²を原子量割合
で０．０８〜０．２０と限定することにより、合金の急
冷効果がより期待できるとともに機械的合金化処理によ
るミキシングが容易に行えるためである。加えて、Ａｌ
の粉末の量を原子パーセントで２０〜９０％、合金化処
理後のＡｌ合計量を９２〜９８％と限定したのは、上記
本発明の第１発明と同様の理由からである。

【００１４】本発明の第３発明は、Ａｌの粉末にＡｌ
_1-x ² _-y ² _-zＮｉ_x ²Ｍ_zＬｎ_y ²（ただし、Ｍ：Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｍｎ、Ｃｒから選ばれる１種もしくは２種以上の元素、
Ｌｎ：Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉから選ばれる１種も
しくは２種以上の元素またはＭｍ（ミッシュメタル）で
あり、ｘ²、ｙ²、ｚは原子量の割合（総量は１）で０．
０３≦ｘ²≦０．１５、０．０１≦ｙ²≦０．１０、０．
００１≦ｚ≦０．０１）の合金粉末を配合し、この混合
粉末を機械的合金化処理することにより粉末を製造する
高強度アルミニウム基合金粉末の製造方法である。

【００１５】本発明の第３発明で本発明の第２発明にお
けるＡｌ−Ｎｉ−Ｌｎ合金粉末に、さらに原子量割合で
０．００１〜０．０１のＭ元素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃ
ｒから選ばれる少なくとも１種の元素）を加えることに
より、延性に悪影響をもたらす金属間化合物を抑えなが
ら、飛躍的に強度の向上が行えるためであり、特に高温
度下での飛躍的な強度の向上が行える。

【００１６】機械的合金化処理（ＭＡ法）は、粉末粒子
を例えばボールのごとき粉砕媒体の存在化で、原料の粉
末粒子を微粉砕するのに十分な高エネルギー条件下で乾
式粉砕にかけ、その粉砕処理により繰り返して行われる
微粉砕と融着作用の組み合わせを通して、密接に組み合
わされまたは相互分散されたもとの粉末の破片を含む緻
密な複合粒子を作るものである。高エネルギーによる上
記処理により、所定の合金においては直接非晶質合金が
得られる。

【００１７】例えば上記機械的合金化処理（ＭＡ法）に
は、１つのポットの中にボールと粉末を入れ中心に配さ
れた棒を回転することによりボールと粉末を衝突させる
ボールミルによるもの（アトライター）、ポットが複数
個ありその中にボールと粉末を入れ、ポットが乗ってい
る台座およびポットを回転させボールと粉末を衝突させ
るボールミルによるもの（遊星ボールミル）などがあ
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明
する。

【００１９】高圧ガスアトマイズ装置で作製した微細結
晶質からなるＡｌ_88.5Ｎｉ₈Ｍｍ_3.5を分級し、４５〜１
０５μｍの粉末を実験に供した。この粉末を所定量のＡ
ｌ粉末の中に混入し遊星ボールミルによって機械的合金
化処理（ＭＡ処理）した。なお、機械的合金化処理にお
けるミキシング条件は回転速度４．５、ミキシング時間
６時間にて行った。また、ミキシングに際し、助剤とし
てエタノールを混入した。このようにして得られた粉末
を、銅カプセルに充填し、これを６７３〜７９３Ｋの温
度域で押出しを行い試料（押出材）を得た。諸特性（引
張強度、延性、熱膨張率など）については、この試料を
基に調べた。また比較のために、上記Ａｌ_88.5Ｎｉ₈Ｍ
ｍ_3.5の粉末を機械的合金化処理したものについても、
同様の諸特性について調べた。ここでミキシング条件は
上記と同様である。

【００２０】さらにＡｌ_88.5Ｎｉ₈Ｍｍ_3.5の２２μｍ以
下の粒径の非晶質合金粉末を、直接銅カプセルに充填
し、これを押出したものについても、同様の諸特性を調
べた。この結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１から分かるように、本発明の製造方法
により室温での伸び、高温度環境下（３００℃の環境
下）での引張強度に優れたアルミニウム基合金粉末が得
られる。また本発明の製造方法によれば、低熱膨張率の
アルミニウム基合金粉末が得られ、これより熱応力に基
づく歪みが生じにくく、加工性に優れるとともに信頼性
に優れていることが分かる。

【００２３】上記と同様にして、Ａｌ₈₅Ｎｉ₅Ｙ₁₀の非
晶質粉末、Ａｌ_89.5Ｎｉ_6.5Ｆｅ₁Ｍｍ₃の微細結晶質粉
末、Ａｌ₈₈Ｃｏ₆Ｙ₆の微細結晶質粉末、Ａｌ_88.5Ｆｅ₈
Ｍｍ_3.5の微細結晶粉末についても調べた。この結果を
表２、表３に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】表２、表３から分かるように、本発明の製
造方法によれば、上記と同様に室温での伸び、高温での
引張強度に優れるとともに低熱膨張率であるアルミニウ
ム基合金粉末が得られる。

【００２７】また、上記表２、表３よりＴ元素をＮｉと
したものは、Ｃｏ、Ｆｅにしたものより、強度、伸び、
熱膨張率で優れた特性を示すことが分かる。

【００２８】なお、上記と同様にＡｌ₉₀Ｎｉ₇Ｚｒ₃、Ａ
ｌ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｖ−Ｍｍについても調べたが、同様の
結果が得られた。

【００２９】

【発明の効果】以上より、本発明の高強度アルミニウム
基合金粉末の製造方法によれば、室温から高温までの温
度領域で高強度を保持し、かっこの温度領域で優れた延
性を示すとともに室温から高温まで低熱膨張率を示すた
め、加工性および信頼性に優れたアルミニウム基合金粉
末を提供することができる

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌの粉末にＡｌ_1-x ¹ _-y ¹Ｔ_x ¹Ｘ_y ¹｛た
だし、Ｔ：Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、
Ｗ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｓｉから選ばれる１種もしくは
２種以上の元素、Ｘ：Ｙ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｚｒ、Ｔｉから選ばれる１種もしくは
２種以上の元素またはＭｍ（ミッシュメタル）であり、
ｘ¹、ｙ¹は原子量の割合（総量は１）で０．００５≦ｘ
¹≦０．３５、０．００５≦ｙ¹≦０．２５｝の合金粉末
を配合し、この混合粉末を機械的合金化処理することに
より粉末を製造することを特徴とする高強度アルミニウ
ム基合金粉末の製造方法。
【請求項２】Ａｌ粉末の量は原子％で２０〜９０％
で、合金化処理後のＡｌ合計量は９２〜９８％である請
求項１記載の高強度アルミニウム基合金粉末の製造方
法。
【請求項３】Ａｌの粉末にＡｌ_1-x ² _-y ²Ｎｉ_x ²Ｌｎ_y ²
｛ただし、Ｌｎ：Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｉから選ば
れる１種もしくは２種以上の元素またはＭｍ（ミッシュ
メタル）であり、ｘ²、ｙ²は原子量の割合（総量は１）
で０．０３≦ｘ²≦０．１５、０．０１≦ｙ²≦０．１
０｝の合金粉末を配合し、この混合粉末を機械的合金化
処理することにより粉末を製造することを特徴とする高
強度アルミニウム基合金粉末の製造方法。
【請求項４】Ａｌ粉末の量は原子％で２０〜９０％
で、合金化処理後のＡｌ合計量は９２〜９８％である請
求項３記載の高強度アルミニウム基合金粉末の製造方
法。
【請求項５】Ａｌ粉末に混合する合金粉末におけるｘ
²、ｙ²の原子量の割合の範囲が０．０８≦ｘ²＋ｙ²≦
０．２０である請求項３記載の高強度アルミニウム基合
金粉末の製造方法。
【請求項６】Ａｌの粉末にＡｌ_1-x ² _-y ² _-zＮｉ_x ²Ｍ_zＬ
ｎ_y ²（ただし、Ｍ：Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒから選ばれ
る１種もしくは２種以上の元素、Ｌｎ：Ｙ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｚｒ、Ｔｉから選ばれる１種もしくは２種以上の元
素またはＭｍ（ミッシュメタル）であり、ｘ²、ｙ²、ｚ
は原子量の割合（総量は１）で０．０３≦ｘ²≦０．１
５、０．０１≦ｙ²≦０．１０、０．００１≦ｚ≦０．
０１）の合金粉末を配合し、この混合粉末を機械的合金
化処理することにより粉末を製造することを特徴とする
高強度アルミニウム基合金粉末の製造方法。
【請求項７】Ａｌ粉末の量は原子％で２０〜９０％
で、合金化処理後のＡｌ合計量は９２〜９８％である請
求項６記載の高強度アルミニウム基合金粉末の製造方
法。
【請求項８】Ａｌ粉末に混合する合金粉末における
ｘ²、ｙ²、ｚの原子量の割合の範囲が０．０８≦ｘ²＋
ｙ²＋ｚ≦０．２０である請求項６記載の高強度アルミ
ウム基合金粉末の製造方法。