JPH0565584A - 高強度アルミニウム基合金粉末の製造方法 - Google Patents

高強度アルミニウム基合金粉末の製造方法

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JPH0565584A
JPH0565584A JP3225972A JP22597291A JPH0565584A JP H0565584 A JPH0565584 A JP H0565584A JP 3225972 A JP3225972 A JP 3225972A JP 22597291 A JP22597291 A JP 22597291A JP H0565584 A JPH0565584 A JP H0565584A
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alloy powder
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strength aluminum
based alloy
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Katsumasa Odera
克昌 大寺
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YKK Corp
Yoshida Kogyo KK
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    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
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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Al1-x 1 -y 1x 1y 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、
1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 2Nix 2Lny 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 -zNix 2zLny 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Al88.5Ni8Mm3.5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Al88.5Ni8
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Al88.5Ni8Mm3.5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、Al85Ni510の非
晶質粉末、Al89.5Ni6.5Fe1Mm3の微細結晶質粉
末、Al88Co66の微細結晶質粉末、Al88.5Fe8
Mm3.5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 (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Alの粉末にAl1-x 1 -y 1x 1y 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、
    1、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。
  2. 【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。
  3. 【請求項3】 Alの粉末にAl1-x 2 -y 2Nix 2Lny 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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【請求項6】 Alの粉末にAl1-x 2 -y 2 -zNix 2z
    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。
  7. 【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。
  8. 【請求項8】Al粉末に混合する合金粉末における
    2、y2、zの原子量の割合の範囲が0.08≦x2
    2+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。
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