[发明专利]铝基合金

说明书

提供一种不含有陶瓷等硬质粒子就能够达到高刚性，并且制造工序简单且机械加工容易的铝基合金。以铝为主要元素的铝基合金是下述通式(1)所示的铝基合金(其中，通式中的X和Y分别从Cu、Zn、Ag以及Li中选择，a和b是质量％，是利用固溶处理可固溶的范围)。Al‑aX‑bY(1)。

技术领域

本发明涉及一种通过使特殊的添加元素固溶于铝母相而具有高杨氏模量的铝基合金。

背景技术

虽然伴随着车辆、航空器等的轻量化的需求增加，铝合金的应用变得广泛起来，但是存在从以往的铁系材料向铝材料的材料置换时，由杨氏模量的降低所造成的刚性降低变大的课题。为了应对这样的课题，以往利用铝和陶瓷的复合效果实现刚性提高(例如，专利文献1～4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4825776号

专利文献2：日本专利第4119357号

专利文献3：日本专利第4119348号

专利文献4：日本专利第3391636号

发明内容

然而，含有陶瓷这样的强化材料等的复合材料存在因为制造工序复杂而造成制造成本昂贵这样的课题。另外，存在因为含有硬质粒子而造成机械加工等困难这样的课题。因此，本发明的目的在于提供一种不含有陶瓷等硬质粒子就能够达到高刚性，并且制造工序简单且机械加工容易的铝基合金。

本发明的发明人们在提高铝基合金的杨氏模量的过程中，针对由固溶和时效带来的强化反复进行深入研究。结果(根据计算结果)发现：通过利用原子半径比Al的原子半径小的元素置换Al，可实现高刚性化。即、通过在利用添加元素提高电子密度的同时使原子间距离(晶格间距)接近，能够使结合能提高，实现高刚性化。本发明的发明人们研究从周期表的第一周期至第五周期的元素的原子半径的结果发现，Cu、Zn、Ag以及Li的原子半径分别是Al的原子半径的-10.5％、-6.99％、+1.05％以及+5.70％。

另外，本发明的发明人们针对从周期表的第一周期至第五周期的元素，计算出在Al中含有25at％的添加元素的情况下的铝基合金的杨氏模量。计算中所使用的理论公式就是下述算式1，公式中E是杨氏模量，r是晶格(面心立方晶格)中的原子间距离，A、n、m是依赖于元素的常数。然后，使用下述公式利用解析软件(CASTEP、超晶胞模拟(super cellmodel))计算出杨氏模量。此外，解析软件的设定与一般化密度梯度相似，截止能为350eV、K点网格设定为6×6×6。

[算式1]

将计算出的各铝基合金的杨氏模量和纯铝的杨氏模量相比较，将各铝基合金的添加元素的添加量换算为1wt％并求出杨氏模量的增加率，此时Cu、Zn、Ag以及Li的杨氏模量的增加率分别为0.65％、0.04％、0.24％以及0.95％。

进而，本发明的发明人们想到，如果能够使添加元素大量过饱和固溶在Al中，就能够利用与时效温度下的固溶极限的差值使中间层(Al和添加元素的金属间化合物、添加元素彼此的金属间化合物等)析出，进一步实现高刚性化，并且对从周期表的第一周期至第五周期的元素进行了研究。其结果发现：Cu、Zn、Ag以及Li的相对于Al的最大固溶量分别为2.48wt％、49.1wt％、23.9wt％以及13.9wt％。

对于铝基合金的高刚性化而言，能够认为是上述杨氏模量的增加率与最大固溶量的协同效应，计算两者的乘积得到Cu：1.612、Zn：1.964、Ag：5.736以及Li：13.205，其他的元素均不足1。