JPH03221450A - 高強度アルミニウム合金制振材 - 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、軽量で優れた振動減衰性を有し、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
される高強度アルミニウム合金制振材に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

一般に物体を振動させると、第１図に示すようにある周
波数（ｆｒ）で振幅が大きくなる。

この周波数を共振周波数という。共振周波数での振幅を
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／Ｊ「（ｄＢ表示では３ｄＢ）となる周波数
である。この周波数幅（半値値、３ｄＢ値幅）を△ｆと
すると、損失係数ηは次式で表される。

η＝△ｆ　／　ｆ　ｒ この損失係数ηの値が大きい材料はど振動減衰性に優れ
、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０００１以下である。

従来、音響機器、精密機器、自動車などの振動を嫌う構
造部材の金属材料、所謂制振材料としては、Ｆｅ−Ｃｒ
系、Ｍｎ−Ｃｕ系、　　ＺｎＡｌ系、Ｎｉ−Ｔｉ系など
の合金が知られている。またＭｇ、Ｍｇ−Ｚｒ系の鋳造
材も制振材として知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｍｎ−Ｃｕ系、Ｚｎ−Ａｌ系。

Ｎ　ｉ　−Ｔ　ｉ系など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
を図ろうとする場合には不適当である。一方、Ｍｇ、Ｍ
ｇ−Ｚｒ系の鋳造材も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しているが、冷間加工が全
く出来ないという欠点がある。また従来の制振材料は何
れも強度が低く、構造材料等に用いることは困難である
。

〔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
も冷間加工が容易な高強度アルミニウム合金制振材を開
発したものである。

本発明の一つは、Ｍｇ０．３〜８ｖｆ％（以下Ｗ（％を
％と略記）、Ｚｎ０．３〜１０％を含み、残部Ａｌと不
可避的不純物からなるアルミニウム合金に、表面から少
なくとも２０μｍ以上の深さの粒界腐食層を形成したこ
とを特徴とするものである。

本発明の他の一つは、Ｍｇ０．３〜８％、ＺｎＯ１３〜
１０％を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなるアル
ミニウム合金に、表面から少なくとも２０μｍ以上の深
さの粒界腐食層を形成し、これに樹脂を含浸して表面か
ら少なくとも２０μｍ以上の深さの樹脂を含浸した粒界
腐食層を形成したことを特徴とするものである。

本発明の他の一つは、Ｍｇ０．３〜８％、ＺｎＯ３〜１
０％を含み、更にＣｕ　０．１〜１０％、Ｚｒ０．０３
〜０．３％、Ｃｒ　０．０３〜２．５％、Ｍ　ｎ　０．
０３〜３５％の転向て何れか１種又は２種以上を含み、
残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金に
、表面から少なくとも２０μｍ以上の深さの粒界腐食層
を形成したことを特徴とするものである。

更に本発明の他の一つは、Ｍｇ０．３〜８％、Ｚｎ　　
０．３〜ＩＱ％を含み、更にＣｕ　　Ｑ、Ｉ　〜ＩＯ％
、Ｚｒ０．０３〜　０．３％、Ｃｒ　０．０３〜２．５
％、Ｍｎ０１０３〜３．５％の範囲内で何れか１種又は
２種以上を含み、残部Ａ／と不可避的不純物からなるア
ルミニウム合金に、表面から少なくとも２０μｍ以上の
深さの粒界腐食層を形成し、これに樹脂を含浸して表面
から少なくとも２０μｍ以上の深さの樹脂を含浸した粒
界腐食層を形成したことを特徴とするものである。

〔作　用〕

制振材はその振動減衰メカニズムにより、転位型、複合
相型１強磁性型、双晶型に分類される。本発明制振材の
高い制振性は上記メカニズムとは異なり、表面に形成せ
しめた粒界腐食層の結晶粒同士の微小な擦れあいにより
振動エネルギーを吸収させ、振動を速やかに吸収させ、
あるいは表面に形成せしめた粒界腐食層に樹脂を含浸し
、粒界の微小空隙に充填された樹脂の粘弾性的変形によ
り振動エネルギーを吸収させ、振動を速やかに吸収させ
ることにより得られるものである。即ち本発明は表面か
ら少なくとも２０μｍ以上の深さまで粒界腐食処理した
アルミニウム合金、あるいは表面から少なくとも２０μ
ｍ以上の深さまで樹脂を含浸した粒界腐食層を形成した
アルミニウム合金が極めて良好な振動減衰性を示し、し
かも比重が小さく冷間加工が容易であることを見出した
ものである。また本発明制振材に用いるアルミニウム合
金としては、粒界腐食処理性に優れ、かつ高い強度が得
られるものであることが必要であり、本発明はかかる思
想に基づいて検討の結果開発されたものである。

以下本発明制振材の合金組成を上記の如く限定した理由
を述べる。

Ｍｇ含有量を０．３〜８％と限定したのは、Ｍｇはマト
リックス中に固溶して素材の強度に寄与すると共に、Ｚ
ｎと共にＺ　ｎ　−Ｍ　ｇ系の析出物を生じて強度の向
上に大きく寄与し、更にこのＺｎ−Ｍｇ系の析出物は粒
界に生じやすく、粒界腐食性の向上に大きく寄与するも
、下限未満では効果が充分でなく、上限を越えると材料
の延性が低下し加工性が低下するためである。

Ｚｎ含有量を０．３〜１０％と限定したのは、ＺｎはＭ
ｇと共に前述の様にＺｎ−Ｍｇ系の析出物を生じて強度
の向上及び粒界腐食性の向上に大きく寄与し、またマト
リックスに固溶して粒界腐食処理時の反応性を増大させ
る効果を有するも、下限未満ではこれ等の効果が充分で
なく、上限を越えると材料の反応性が高（なりすぎて、
粒界腐食処理時に粒内腐食が生じて充分な粒界腐食処理
層の形成が困難となるためである。

次にＣｕ　０１〜１０％、Ｚｒ００３〜０３％、Ｃｒ０
．０３〜２．５％、Ｍｎ０．０３〜３．５％の転向で何
れか１種又は２種以上を含有せしめたのは、Ｃｕは主と
してＡＡ’　−Ｃｕ−Ｍｇ系析出物を生じて材料の強度
の向上に寄与すると共に、粒界腐食性の向上にも寄与す
るも、下限未満ではこれら効果が充分でなく、上限を越
えると材料の延性が低下して加工性を低下するためであ
る。

尚Ｃｕの添加は材料の延性を低下すると共に反応性を急
激に増大する傾向があるため、使用する用途に応じて添
加の有無を決定することが望ましい。Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ
は素材の再結晶粒を微細化し、素材の強度及び靭性を向
上させるも、それぞれ下限未満ではこれら効果が充分で
なく、上限を越えると鋳造時に粗大な晶出物を生じて延
性を低下させる危険性が高くなるためである。

尚これら元素は粒界腐食処理性を若干低下させる傾向が
あるため、使用する用途に応じて添加の有無を決定する
ことが望ましい。

尚Ｓｉ、Ｆｅなど通常のアルミ地金に含まれる不純物は
０．５％以下であれば特に本発明の効果を損なうことは
ない。また鋳造組織の微細化剤として通常添加されるＴ
ｉ、Ｂなどは０．５％以下であれば特に本発明の効果を
損なうことはない。

結晶粒界を優先的に腐食させる手段としては結晶粒界に
腐食されやすい電位が卑な金属間化合物を析出させるか
、あるいは結晶粒界近傍を粒内に比べ電位を卑にした後
に腐食処理を施すことが効果的である。それ故に、材料
に加工及び／又は熱処理を組み合せた処理を施した後に
、粒界腐食処理が施されることが多いが、本発明制振材
においては合金組成を適性に選定することにより、いか
なる熱処理状態においても粒界腐食処理に供することが
可能である。

粒界腐食処理はＮａＣ１などの塩類、ＨＦ　。

ＨＣｌなどの酸やＮａＯＨなどのアルカリなどの水溶液
中またはこれらの混合溶液中に浸漬するか、更にはアノ
ード電流を付加して電解することにより行なわれ、何れ
の場合も腐食層が２θμｍ以上の深さになるように行な
えばよい。

このような粒界腐食処理を施したアルミニウム合金は、
そのままでも優れた振動減衰性を示すが、更に粒界腐食
層に樹脂を含浸させると、振動減衰性は飛躍的に向上す
る。含浸させる樹脂としてはアルキド樹脂、ニトロセル
ローズ樹脂、ブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ
プロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂
、エポキシ樹脂、アミノアルキド樹脂。

アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、シリ
コン樹脂などや、これらの混合樹脂及びこれらを変形さ
せたものなど何れも好適に用いられるが、これらのなか
でも特に粘弾性が高いポリエステル樹脂、ポリプロピレ
ン樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂等が最も高い
振動減衰性を示す。これ等の樹脂はスプレー塗装。

静電塗装、ＴＦＳ塗装、浸漬、粉体塗装なとの方法によ
り粒界腐食処理を施したアルミニウム合金に含浸される
。その際少なくとも粒界腐食層を完全に充填するまで含
浸することが望ましい。

一般に振動時には物体の表面において振幅が最大となる
ので、粒界腐食と樹脂含浸は表面層に施せば有効である
が、その深さが２０μｍ未満では振動減衰性が不十分て
あり、制振材料として使用するには２０μｍ以上の深さ
の粒界腐食層もしくは樹脂を含浸した粒界腐食層を形成
する必要がある。

尚本発明アルミニウム合金制振材料は冷間加工が可能で
あるが、必要に応じて粒界腐食処理前又は樹脂含浸処理
前に冷間加工を行なっても特に本発明の効果を損なうこ
とはない。

〔実施例〕

以下本発明を実施例について説明する。

実施例１ 第１表に示す組成のアルミニウム合金鋳塊を熱間圧延と
１合間圧延により厚さ２ｍ［１１の板材とした。これに
第１表に示す熱処理を施した後、３％Ｎａ（１＋１％Ｈ
Ｃ１水溶液（５０°Ｃ）中に浸漬し、種々の深さの粒界
腐食層を形成した。これより厚さ２ｍｍ、幅１０　ｍｍ
、長さ２５０　ｍｍの試験片を切り出し、片持ち梁振動
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
的にランダム振動を与え、それによる試験片の振動を検
出し、この入力振動と検出（出力）振動とを２チヤンネ
ル高速フーリエ変換器（２ｃｈ、ＦＦＴ）により周波数
領域での入出力振幅比（周波数応答関数）を求め、最大
の振幅比を示す共振周波数（ｆ　ｒ）及び最大振幅比よ
り３ｄＢ低下する周波数幅（△ｆ）を測定し、次式によ
り損失係数ηを求めた。

η＝△ｆ　／　ｆ　ｒ 尚粒界腐食層の深さは試験片の断面を研磨し、光学顕微
鏡により測定した。また各試験片について引張強さを測
定した。これらの結果を第２表に併記した。

第２表 第１表及び第２表から明らかなように、本発明例＆１〜
７ては強度が高く、損失係数ηは高い値を示す。これに
対し本発明制振材の合金組成より外れる比較例に８〜１
０では腐食処理を施しても粒界を優先的に腐食させるこ
とができず、全面溶解型の腐食形態となり、損失係数η
は低い値を示す。

実施例２ 第１表中Ｎα↓に示す合金を使用し、実施例１と同様の
方法により粒界腐食層の深さを変化させ、かつその一部
は粒界腐食層にポリエチレン樹脂を含浸させ、それぞれ
実施例１と同様の試験片を切り出した。

これらの試験片について実施例１と同様の方法で損失係
数を測定した。その結果を第３表に示す。

第３表 第３表から明らかなように、本発明制振材の合金組成内
であるものの粒界腐食層が２０μｍ未満の比較例Ｎα１
４．１５では損失係数ηが低い。

方粒界腐食層か２０μｍ以上の本発明例Ｎα１１〜１３
では何れも高い損失係数ηを示し、特に樹脂を含浸させ
た本発明例ＮαＩ＋、　１３では顕著である。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、アルミをベースとするため
軽量で、高強度を有し、かつ冷間加工性に優れ、しかも
優れた振動域真性を有するアルミニウム合金制振材を得
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図は物体の振動共振曲線を示す説明図である。 ｆｒ：共振周波数 Ａｏ：共振周波数での振幅 △ｆ：周波数幅

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ０．３〜８ｗｔ％、Ｚｎ０．３〜１０ｗｔ％
   を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウ
   ム合金に、表面から少なくとも２０μｍ以上の深さの粒
   界腐食層を形成したことを特徴とする高強度アルミニウ
   ム合金制振材。
2. （２）Ｍｇ０．３〜８ｗｔ％、Ｚｎ０．３〜１０ｗｔ％
   を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウ
   ム合金に、表面から少なくとも２０μｍ以上の深さの粒
   界腐食層を形成し、これに樹脂を含浸して表面から少な
   くとも２０μｍ以上の深さの樹脂を含浸した粒界腐食層
   を形成したことを特徴とする高強度アルミニウム合金制
   振材。
3. （３）Ｍｇ０．３〜８ｗｔ％、Ｚｎ０．３〜１０ｗｔ％
   を含み、更にＣｕ０．１〜１０ｗｔ％および／または、
   Ｚｒ０．０３〜０．３ｗｔ％、Ｃｒ０．０３〜２．５ｗ
   ｔ％、Ｍｎ０．０３〜３．５ｗｔ％の範囲内で何れか１
   種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避的不純物から
   なるアルミニウム合金に、表面から少なくとも２０μｍ
   以上の深さの粒界腐食層を形成したことを特徴とする高
   強度アルミニウム合金制振材。
4. （４）Ｍｇ０．３〜８ｗｔ％、Ｚｎ０．３〜１０ｗｔ％
   を含み、更にＣｕ０．１〜１０ｗｔ％および／または、
   Ｚｒ０．０３〜０、３ｗｔ％、Ｃｒ０．０３〜２．５ｗ
   ｔ％、Ｍｎ０．０３〜３．５ｗｔ％の範囲内で何れか１
   種又は２種以上を含み、残部Ａｌと不可避的不純物から
   なるアルミニウム合金に、表面から少なくとも２０μｍ
   以上の深さの粒界腐食層を形成し、これに樹脂を含浸し
   て表面から少なくとも２０μｍ以上の深さの樹脂を含浸
   した粒界腐食層を形成したことを特徴とする高強度アル
   ミニウム合金制振材。