JP4523529B2 - Aluminum alloy foam and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、自動車の構造部材など、衝突時に圧縮の衝撃荷重を受けた際に変形して衝撃エネルギを吸収する、衝撃エネルギ吸収部材として用いられるアルミニウム合金発泡体およびその製造方法に関するものである。なお、アルミニウム合金発泡体を、以下、発泡アルミニウムとも言う。 The present invention relates to an aluminum alloy foam used as an impact energy absorbing member that deforms and absorbs impact energy when subjected to a compressive impact load, such as a structural member of an automobile, and a method for manufacturing the same. is there. Hereinafter, the aluminum alloy foam is also referred to as foamed aluminum.
上記したような衝撃エネルギ吸収部材(クラッシュボックス)として、通常、自動車の構造部材には、閉断面を有する鋼製の中空部材が汎用されている。鋼製の中空部材は、軸方向や断面方向の圧縮の衝撃入力を受けると潰れ変形して、その衝撃エネルギを吸収する。この際、限られた変形量で、より大きなエネルギを吸収可能とするには、部材の寸法や肉厚を大きくすることが有効である。しかし、これは鋼製中空部材の体積や重量の増加を招いてしまい、燃費が悪化したり車両同士の衝突時における相手車両に与えるダメージが大きくなったりして好ましくない。また、軟鋼板に代わって、高強度鋼板(ハイテン)を使用して、鋼製中空部材の体積や重量の増加を抑制することも実際に行なわれているが、高強度鋼板は成形性が劣るため、部材形状が制約を受けることや、成形工程が増加することといった不都合がある。 As the impact energy absorbing member (crash box) as described above, a steel hollow member having a closed cross section is generally used as a structural member of an automobile. The steel hollow member is crushed and deformed to absorb the impact energy when it receives a compression impact input in the axial direction or the cross-sectional direction. At this time, in order to be able to absorb a larger amount of energy with a limited amount of deformation, it is effective to increase the size and thickness of the member. However, this leads to an increase in the volume and weight of the steel hollow member, which is not preferable because fuel consumption deteriorates and damage to the opponent vehicle at the time of collision between vehicles increases. Moreover, in place of a mild steel plate, a high-strength steel plate (HITEN) is used to suppress an increase in the volume and weight of the steel hollow member, but the high-strength steel plate is inferior in formability. Therefore, there are inconveniences such that the member shape is restricted and the molding process is increased.
これに対して、近年では、これら衝撃エネルギ吸収部材として、リサイクル性の良好な発泡アルミニウムなどの発泡金属が注目されている。このクラッシュボックスは、発泡アルミニウムを角柱状の形状としたものである。そして、この角柱軸芯方向を衝突方向に一致させるように配置し、衝突時に圧縮応力を受けて圧壊することにより衝突エネルギを吸収し、乗員や構造体への衝撃を減少させるようにしたものである。 On the other hand, in recent years, foam metal such as foam aluminum having good recyclability has attracted attention as these impact energy absorbing members. This crash box is made of foamed aluminum in a prismatic shape. And this prismatic axis direction is arranged to coincide with the collision direction, and it absorbs the collision energy by receiving the compressive stress and collapsing at the time of collision, and reduces the impact on the occupant and the structure. is there.
このような発泡アルミニウムを用いたクラッシュボックスへの適用例としては、自動車車体のサイドメンバなどの構造部材として、断面形状が略円形状あるいは多角形状をなす鋼製の管体の中空部に、発泡アルミニウムを充填したものが知られている(特許文献1、2、3、4、5参照)。 As an application example to such a crash box using aluminum foam, as a structural member such as a side member of an automobile body, foaming is performed in a hollow portion of a steel tube having a substantially circular or polygonal cross-sectional shape. What filled aluminum is known (refer patent documents 1, 2, 3, 4, 5).
これは、一定の反力を示しつつ圧縮変形する発泡アルミニウムの特性を利用したものであって、管体の圧縮変形を制御することによって、衝撃エネルギの吸収能を高めることが可能になる。 This utilizes the characteristic of foamed aluminum that compresses and deforms while exhibiting a constant reaction force. By controlling the compressive deformation of the tubular body, it is possible to increase the ability to absorb impact energy.
更に、発泡アルミニウム自体の衝撃エネルギ吸収能を高めるために、アルミニウム組成として、重量%で、Cu:0.1〜7%、Ca:0.2〜5%、Zn:0.1〜10%、Mg:0.1〜20%、Ti:0.1〜5%からなる群の1種又は2種以上を含み、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金が、相対密度が0.20以下、平均気泡粒径が3.7mm以下とともに提案されている(特許文献6、7参照)。
ところが、上記したような鋼製の管体や中空部材の中空部に発泡アルミニウムを充填したタイプのクラッシュボックスは、その皮材としての鋼製の管体や中空部材によって、初期瞬間応力、即ち、荷重−変位関係(特性)における最大荷重が高くなるとともに、プラトー応力(圧縮変形の際の圧縮応力)の安定性にも欠けるという問題がある。このため、実際問題として、発泡アルミニウム自体の衝撃エネルギ吸収性を活かし得ていない。 However, the crush box of the type in which foamed aluminum is filled in the hollow portion of the steel pipe body or hollow member as described above has an initial instantaneous stress, that is, by the steel pipe body or hollow member as its skin material, that is, There is a problem that the maximum load in the load-displacement relationship (characteristic) becomes high and the stability of the plateau stress (compressive stress at the time of compressive deformation) is lacking. For this reason, as a practical problem, the impact energy absorption property of the foamed aluminum itself cannot be utilized.
即ち、前記したような従来の発泡アルミニウムでは、近年益々高くなっている、衝撃エネルギ吸収部材としての上記要求エネルギ吸収量に対応できていない。このため、発泡アルミニウム製構造部材は、軽量化の利点があっても、自動車などの高張力鋼板製の構造部材には代替できていない。 That is, the conventional foamed aluminum as described above cannot cope with the required energy absorption amount as an impact energy absorbing member, which has been increasing in recent years. For this reason, even if the structural member made of aluminum foam has the advantage of weight reduction, it cannot be replaced by a structural member made of high-tensile steel plate such as an automobile.
例えば、近年の自動車の衝突安全基準としては、従来の5mile/h 程度の低速衝突から、16km/h、64km/hなどの中高速衝突に対応できる車体前面構造が求められるようになっている。即ち、このような中高速衝突でも、低速衝突時と同様に、自動車車体の左右のサイドメンバなどの構造部材が、軸方向の圧壊変形による衝突エネルギ吸収ができる設計が必要になってきている。 For example, in recent years, automobile safety standards have been demanded for vehicle body front structures that can cope with medium-to-high-speed collisions such as 16km / h and 64km / h from conventional low-speed collisions of about 5mile / h. That is, even in such a medium-high speed collision, as in the case of a low-speed collision, it is necessary to design the structural members such as the left and right side members of the automobile body so as to absorb collision energy due to axial crushing deformation.
これに対して、現在、一般的に使用されている440MPa級高張力鋼板製のクラッシュボックスでは、クラッシュボックスが50%変形するまでに6.0kJ/kg程度のエネルギ吸収量がある。このため、発泡アルミニウムが、このような高張力鋼板製のクラッシュボックスに代替できるようにするためには、発泡アルミニウム単体クラッシュボックスとして、高張力鋼板製クラッシュボックスと同等の体積を有することを前提に、高張力鋼板製クラッシュボックスと同等か、それ以上のエネルギ吸収量が必要である。 On the other hand, a crush box made of a 440 MPa class high-tensile steel sheet that is currently used generally has an energy absorption amount of about 6.0 kJ / kg before the crush box is deformed by 50%. For this reason, in order for aluminum foam to be able to replace such a high tensile steel plate crash box, it is assumed that the aluminum foam crash box has the same volume as the high tensile steel plate crash box. An energy absorption amount equivalent to or higher than that of a high tensile steel plate crash box is required.
なお、高張力鋼板製クラッシュボックスと同等の体積を有しなければ、発泡アルミニウムを高張力鋼板製クラッシュボックスに代替する軽量化の利点が生じない。 In addition, if it does not have a volume equivalent to the high tensile steel plate crash box, the advantage of weight reduction that substitutes foam aluminum for the high tensile steel plate crash box does not occur.
発泡アルミニウムの密度を上げれば、エネルギ吸収量も必然的に向上する。しかし、発泡アルミニウムの密度を上げれば、重量が増加し、発泡アルミニウムの大きな利点である前記軽量化効果が損なわれる。 Increasing the density of the foamed aluminum inevitably improves the energy absorption. However, if the density of the foamed aluminum is increased, the weight increases, and the lightening effect, which is a great advantage of the foamed aluminum, is impaired.
したがって、密度を上げずに(軽量化効果を損なわずに)エネルギ吸収量を向上させる、という難しい課題がエネルギ吸収部材として用いられるアルミニウム合金発泡体にはある。 Therefore, there is a difficult problem of improving the amount of energy absorption without increasing the density (without impairing the weight reduction effect), and there is an aluminum alloy foam used as an energy absorbing member.
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、高張力鋼板製の衝撃エネルギ吸収部材に代替できるアルミニウム合金発泡体を提供することである。 The present invention has been made to solve such problems, and it is an object of the present invention to provide an aluminum alloy foam that can be substituted for an impact energy absorbing member made of a high-strength steel plate.
この目的を達成するために、本発明のアルミニウム合金発泡体の要旨は、エネルギ吸収部材として用いられるアルミニウム合金発泡体であって、質量%で、Zn:1.0〜20.0%、Ca:0.1〜5.0%、Ti:0.1〜5.0%、Mg:0.1〜5.0%を各々含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を発泡させてなり、相対密度が0.1以上であり、粒径が0.5nm以上で、50nm以下の析出物粒子が体積分率で1.0%以上分散するとともに、クラスターを有する組織であって、かつXAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルにおいて、規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギが、9.660keV以上、9.680keV以下の範囲であるとともに、9.67keVにおいて最大値を示す組織とする。 In order to achieve this object, the gist of the aluminum alloy foam of the present invention is an aluminum alloy foam used as an energy absorbing member, and is in mass%, Zn: 1.0 to 20.0%, Ca: 0.1% to 5.0%, Ti: 0.1% to 5.0%, Mg: 0.1% to 5.0%, respectively, and a foamed aluminum alloy composed of the balance aluminum and inevitable impurities A precipitate having a relative density of 0.1 or more, a particle size of 0.5 nm or more, and a particle size of 50 nm or less dispersed in a volume fraction of 1.0% or more , and having a cluster structure, and XAFS In the Zn absorption edge XANES spectrum of Zn by the analysis method, the photon energy of X-rays having the maximum normalized absorption is in the range of 9.660 keV to 9.680 keV, and 9.67. a tissue exhibiting Oite maximum value e V.
また、この目的を達成するために、上記要旨あるいは後述する好ましい態様のアルミニウム合金発泡体を製造する本発明方法の要旨は、アルミニウム合金溶湯に対して、水素化チタンを添加して発泡させて、質量%で、Zn:1.0〜20.0%、Ca:0.1〜5.0%、Ti:0.1〜5.0%、Mg:0.1〜5.0%を各々含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金発泡体を得、このアルミニウム合金発泡体を400℃以上の温度で溶体化処理後に水冷し、その後100〜150℃の温度範囲で熱処理を行なうことである。 In order to achieve this object, the gist of the method of the present invention for producing the above-described gist or a preferred embodiment of the aluminum alloy foam described below is that titanium hydride is added to the molten aluminum alloy and foamed. In mass%, Zn: 1.0 to 20.0%, Ca: 0.1 to 5.0%, Ti: 0.1 to 5.0%, Mg: 0.1 to 5.0%, respectively An aluminum alloy foam composed of the remaining aluminum and unavoidable impurities is obtained, the aluminum alloy foam is water-cooled after solution treatment at a temperature of 400 ° C. or higher, and then heat-treated at a temperature range of 100 to 150 ° C. is there.
本発明者らは、先に、特願2004−277531号(平成16年9月24日出願)にて、エネルギ吸収部材として用いられる同じ成分組成のアルミニウム合金発泡体につき、粒径が0.5nm以上で、50nm以下の析出物粒子が体積分率で1.0%以上分散した組織を有することを特徴として特許出願した。これは、上記粒径が0.5nm以上で、50nm以下の微細な析出物粒子のエネルギ吸収量向上効果が、これより粗大な析出物粒子よりも、格段に大きいことを知見したためである。 The inventors of the present invention previously described in Japanese Patent Application No. 2004-277531 (filed on Sep. 24, 2004) that an aluminum alloy foam having the same composition used as an energy absorbing member has a particle size of 0.5 nm. Thus, a patent application was filed characterized by having a structure in which precipitate particles of 50 nm or less were dispersed by 1.0% or more in volume fraction. This is because it has been found that the effect of improving the amount of energy absorption of fine precipitate particles having a particle size of 0.5 nm or more and 50 nm or less is much larger than coarse precipitate particles.
このように、アルミニウム合金発泡体の組織中に、これら微細な析出物粒子をできるだけ多く、分散乃至存在させることで、アルミニウム合金発泡体のエネルギ吸収量を格段に高めることができる。そして、アルミニウム合金発泡体単体製クラッシュボックスのエネルギ吸収量を高めることができる。 Thus, the energy absorption amount of the aluminum alloy foam can be remarkably increased by dispersing or existing these fine precipitate particles as much as possible in the structure of the aluminum alloy foam. And the energy absorption amount of the crash box made of a single aluminum alloy foam can be increased.
これに対して、本発明では、更に、この微細な析出物粒子分散に加えて、上記要旨のように、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルにおいて、規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギを上記特定の範囲とする組織とすることによって、アルミニウム合金発泡体の密度を上げずに(軽量化効果を損なわずに)、エネルギ吸収量を向上できることを知見した。 In contrast, in the present invention, in addition to the fine precipitate particle dispersion, the normalized absorption amount shows the maximum value in the K absorption edge XANES spectrum of Zn by the XAFS analysis method as described in the above summary. It has been found that the energy absorption amount can be improved without increasing the density of the aluminum alloy foam (without impairing the weight reduction effect) by setting the photon energy of the X-ray to the above specific range.
上記XAFS解析法による組織規定は、上記アルミニウム合金発泡体の合金元素であるZn、Mgなどから構成される、後述するAl, Zn, Mgからなる、ナノレベル以下の微細なクラスター(原子構造レベルでの、結晶化する前の原子の集団)の存在を意味する。 The structure definition by the XAFS analysis method is a fine cluster (at the atomic structure level) composed of Al, Zn, Mg, which will be described later, composed of alloy elements such as Zn, Mg, and the like of the aluminum alloy foam. Of a group of atoms before crystallization).
この微細なクラスターの存在が、前記した微細な析出物粒子との相乗効果で、アルミニウム合金発泡体の密度を上げずに、エネルギ吸収量を向上させる効果を発揮する。言い換えると、この微細なクラスターの上記XAFS解析法による規定と、前記した微細な析出物粒子規定とを、ともに満足することによって、アルミニウム合金発泡体の密度を上げずに、エネルギ吸収量を向上させることができる。 The presence of this fine cluster exhibits the effect of improving the energy absorption amount without increasing the density of the aluminum alloy foam due to a synergistic effect with the fine precipitate particles described above. In other words, the energy absorption amount is improved without increasing the density of the aluminum alloy foam by satisfying both the definition of the fine cluster by the XAFS analysis method and the fine precipitate particle specification. be able to.
前記した従来のアルミニウム合金発泡体のエネルギ吸収量が低いのは、上記微細な析出物粒子が少ない、あるいは、この微細なクラスターが存在しないことにも一因がある。因みに、通常の発泡アルミニウムの製法では、発泡後の冷却は室温まで放冷するために、本発明における上記微細な析出物粒子はほとんど生成しない。また、通常の発泡アルミニウムの製法では、発泡後に溶体化および焼入れ処理を行なわないために、本発明における上記微細なクラスターはほとんど生成しない。 The low energy absorption of the conventional aluminum alloy foam described above is also due to the fact that the fine precipitate particles are few or the fine clusters do not exist. Incidentally, in the usual manufacturing method of foamed aluminum, since the cooling after foaming is allowed to cool to room temperature, the fine precipitate particles in the present invention are hardly generated. Moreover, in the usual manufacturing method of foamed aluminum, since the solution treatment and quenching treatment are not performed after foaming, the fine clusters in the present invention are hardly generated.
このため、従来のアルミニウム合金発泡体は、これら微細な析出物粒子とクラスターとを合わせて生成させる本発明アルミニウム合金発泡体に比して、密度を上げずに、エネルギ吸収量を向上させることができない。 For this reason, the conventional aluminum alloy foam can improve the energy absorption amount without increasing the density as compared with the aluminum alloy foam of the present invention, which is produced by combining these fine precipitate particles and clusters. Can not.
このように、本発明のように、特定合金組成からなる発泡アルミニウムの上記微細な析出物粒子とクラスターとを増すためには、後述する通り、特別な製造方法が必要となる。そして、本発明によれば、高張力鋼板製の構造部材に代替可能な、高い衝撃エネルギ吸収量を達成できる、アルミニウム合金発泡体を提供できる。 As described above, in order to increase the fine precipitate particles and clusters of foamed aluminum having a specific alloy composition as in the present invention, a special manufacturing method is required as described later. And according to this invention, the aluminum alloy foam which can achieve the high impact energy absorption amount which can be substituted for the structural member made from a high-tensile steel plate can be provided.
(発泡体の相対密度)
本発明では、密度を上げずに(軽量化効果を損なわずに)、エネルギ吸収量を向上できる。しかし、そうは言っても、アルミニウム合金発泡体に必要なエネルギ吸収量を得るためには、発泡体がある程度の相対密度を有することが前提となる。
(Relative density of foam)
In the present invention, the amount of energy absorption can be improved without increasing the density (without impairing the lightening effect). Nevertheless, in order to obtain the amount of energy absorption required for the aluminum alloy foam, it is assumed that the foam has a certain relative density.
この点、前記した、一般的な440MPa級高張力鋼板製クラッシュボックスの50%変形までのエネルギ吸収量、6.0kJ/kg以上のエネルギ吸収量を得るための目安として、発泡体(発泡)の相対密度を0.1以上とする。発泡体の相対密度が0.1未満では、本発明における上記微細な析出物粒子とクラスターとを合わせて有する組織としても、アルミニウム合金発泡体の6.0kJ/kg以上の前記エネルギ吸収量が得られない可能性がある。 In this respect, as a guideline for obtaining an energy absorption amount up to 50% deformation of a general 440 MPa class high strength steel plate crash box described above, an energy absorption amount of 6.0 kJ / kg or more, The relative density is 0.1 or more. When the relative density of the foam is less than 0.1, the energy absorption amount of 6.0 kJ / kg or more of the aluminum alloy foam is obtained even in the structure having the fine precipitate particles and the cluster combined in the present invention. It may not be possible.
ここで、発泡体の相対密度の上限は特に規定しないが、相対密度が高いほど重量が大きくなり、発泡体の利点である軽量化効果が損なわれ、自動車などの軽量化に対する寄与が小さくなる。ただ、用途によっては、軽量化効果よりも変形応力が高い方が要求される場合もある。この点、相対密度は1.0以下が好ましい。また、特に軽量化の効果が要求される用途では0.6以下が好ましい。 Here, although the upper limit of the relative density of the foam is not particularly defined, the higher the relative density, the larger the weight, the weight reduction effect that is an advantage of the foam is impaired, and the contribution to weight reduction of automobiles and the like is reduced. However, depending on the application, a higher deformation stress than the weight reduction effect may be required. In this respect, the relative density is preferably 1.0 or less. Moreover, 0.6 or less is preferable especially for the use where the effect of weight reduction is required.
なお、この発泡体の相対密度は、合金組成や製造条件、設備条件などに応じて、発泡剤(TiH2 )の添加量を調整して制御する。この相対密度は、発泡体から50×50×50mm(125cm3 )の試料を切り出し、この試料の重量を測定して、水の相当体積125cm3 =125gで割って求める。 The relative density of the foam is controlled by adjusting the amount of foaming agent (TiH 2 ) added according to the alloy composition, production conditions, equipment conditions, and the like. The relative density is obtained by cutting a 50 × 50 × 50 mm (125 cm 3 ) sample from the foam, measuring the weight of the sample, and dividing by a corresponding volume of water of 125 cm 3 = 125 g.
(発泡の平均発泡径)
アルミニウム合金発泡体の前記エネルギ吸収量を得るためには、アルミニウム合金発泡体の発泡径(発泡あるいは気泡の粒径)は微細なほど好ましい。本発明における上記微細な析出物粒子とクラスターとを合わせて有する組織としても、平均発泡径(発泡の平均粒径)が粗大化した場合、アルミニウム合金発泡体の6.0kJ/kg以上の前記エネルギ吸収量が得られない可能性がある。
(Average foam diameter of foam)
In order to obtain the energy absorption amount of the aluminum alloy foam, the foam diameter (foam or bubble particle diameter) of the aluminum alloy foam is preferably as fine as possible. Even if the average foam diameter (average foam diameter) is coarsened, the energy of 6.0 kJ / kg or more of the aluminum alloy foam, when the average foam diameter (average foam diameter) is coarsened as a structure having the fine precipitate particles and clusters in the present invention. Absorption may not be obtained.
その目安として、アルミニウム合金発泡体の平均発泡径を5mm以下とすることが好ましい。平均発泡径を5mm以下の微細な発泡とすることにより、発泡粒径の均一性が保障され、圧縮強度や衝撃吸収特性が向上する。一方、アルミニウム合金発泡体の平均発泡径が5mmを超えて粗大化した場合、圧縮強度や衝撃吸収特性が低下する可能性が高い。 As a guideline, it is preferable that the average foam diameter of the aluminum alloy foam is 5 mm or less. By setting the average foam diameter to a fine foam of 5 mm or less, the uniformity of the foamed particle diameter is ensured, and the compressive strength and impact absorption characteristics are improved. On the other hand, when the average foam diameter of the aluminum alloy foam exceeds 5 mm, the compressive strength and impact absorption characteristics are likely to deteriorate.
平均発泡径は、発泡アルミニウムの断面を観察して各発泡の粒径を測定する通常の断面測定法で、測定可能である。 The average foam diameter can be measured by an ordinary cross-section measurement method in which the cross-section of foamed aluminum is observed to measure the particle diameter of each foam.
(析出物粒子)
本発明では、密度を上げずに、エネルギ吸収量を向上させるために、先ず、アルミニウム合金発泡体の組織を、粒径が0.5nm以上で、50nm以下の析出物粒子が体積分率で1.0%以上分散した組織とする。
(Precipitate particles)
In the present invention, in order to improve the energy absorption amount without increasing the density, first, the structure of the aluminum alloy foam is such that the precipitate particles having a particle diameter of 0.5 nm or more and 50 nm or less are 1 in volume fraction. A structure in which 0% or more is dispersed.
これら微細な析出物粒子の存在量が、体積分率で1.0%未満では、アルミニウム合金発泡体の前記エネルギ吸収量を6.0kJ/kg以上とすることが困難となる。この析出物粒子の体積分率につき、上限は、合金元素含有量や製造条件により自ずと決まるため、特に定めないが、10%程度が上限となる。 If the amount of these fine precipitate particles is less than 1.0% in terms of volume fraction, it is difficult to make the energy absorption amount of the aluminum alloy foam 6.0 kJ / kg or more. The upper limit of the volume fraction of the precipitate particles is naturally determined by the alloy element content and manufacturing conditions, and is not particularly limited, but is about 10%.
この析出物粒子の主体は、合金元素であるZnやMg由来の、MgZn2 、Mg2 Zn11を主体とするZn−Mg化合物若しくはZn単体である。この析出物粒子としては、この他、Al、Ca、Ti化合物なども含まれる。したがって、本発明における析出物粒子とは、Al、Ca、Ti化合物なども加えた、主として、Zn−Mg化合物からなるものと、Zn単体である。なお、これら析出物の元素は後述するTEM観察にて識別と定量化が可能である。 The main body of the precipitate particles is a Zn—Mg compound or Zn simple substance derived from alloying elements such as Zn and Mg, mainly composed of MgZn 2 and Mg 2 Zn 11 . In addition, the precipitate particles include Al, Ca, Ti compounds and the like. Accordingly, the precipitate particles in the present invention are mainly composed of a Zn-Mg compound and Al alone, to which Al, Ca, Ti compounds and the like are added. The elements of these precipitates can be identified and quantified by TEM observation described later.
一方、粒径が50nmを超える粗大な析出物粒子は、前記した通り、エネルギ吸収量向上効果が小さい。このため、このような粗大な析出物粒子が多くなっても、アルミニウム合金発泡体の前記エネルギ吸収量を6.0kJ/kg以上とすることが困難となる。また、粒径が0.5nm未満の析出物粒子は、後述する透過型電子顕微鏡によっても検出、測定が困難であり、粒径が0.5nm以上で、50nm以下の析出物粒子に比べれば、やはりエネルギ吸収量向上効果が小さい。 On the other hand, coarse precipitate particles having a particle size exceeding 50 nm have a small energy absorption improvement effect as described above. For this reason, even if the number of such coarse precipitate particles increases, it becomes difficult to set the energy absorption amount of the aluminum alloy foam to 6.0 kJ / kg or more. In addition, the precipitate particles having a particle size of less than 0.5 nm are difficult to detect and measure even with a transmission electron microscope described later. Compared with the precipitate particles having a particle size of 0.5 nm or more and 50 nm or less, After all, the energy absorption improvement effect is small.
アルミニウム合金発泡体組織中の、これら析出物粒子の識別と定量化は、10万〜30万倍の透過型電子顕微鏡(TEM)にて、組織を観察して行なう。本発明では、1μm×1μm(1μm2 )のTEM視野内の組織中に存在する、各析出物粒子の最大直径を各析出物粒子の粒径d として測定する。そして、これら粒径d が0.5〜50nmの範囲内に入る析出物粒子全ての合計面積率を求め、この値を、粒径が0.5nm以上で、50nm以下の析出物粒子の体積分率とする。勿論、再現性や発泡体組織の均一性を図るために、上記観察視野を、発泡体の各部位によって複数化しても良く、この場合の面積率や体積分率は、複数視野の測定結果を更に平均化したものとなる。 These precipitate particles in the aluminum alloy foam structure are identified and quantified by observing the structure with a transmission electron microscope (TEM) of 100,000 to 300,000 times. In the present invention, the maximum diameter of each precipitate particle present in the structure in the TEM field of 1 μm × 1 μm (1 μm 2 ) is measured as the particle diameter d of each precipitate particle. Then, the total area ratio of all the precipitate particles whose particle diameter d falls within the range of 0.5 to 50 nm is obtained, and this value is calculated as the volume fraction of the precipitate particles having a particle diameter of 0.5 nm or more and 50 nm or less. Rate. Of course, in order to achieve reproducibility and uniformity of the foam structure, the observation field of view may be made plural for each part of the foam. In this case, the area ratio and volume fraction are obtained by measuring the results of multiple fields of view. Further averaged.
したがって、本発明では、前記粒径d (最大直径)が0.5nm未満の析出物粒子や、粒径d が50nmを超える析出物粒子を、上記体積分率の測定対象とはしない。 Therefore, in the present invention, precipitate particles having a particle diameter d (maximum diameter) of less than 0.5 nm or precipitate particles having a particle diameter d of more than 50 nm are not measured for the volume fraction.
言い換えると、本発明では、粒径が0.5nm以上で、50nm以下の析出物粒子が体積分率で1.0%以上分散した組織であれば、アルミニウム合金発泡体のエネルギ吸収量などの要求特性を阻害しにない範囲で、粒径d が50nmを超える粗大な析出物粒子や、あるいは粒径d が0.5nm未満の析出物粒子の存在を許容する。 In other words, in the present invention, if the structure has a particle size of 0.5 nm or more and precipitate particles of 50 nm or less dispersed by 1.0% or more in volume fraction, a request for energy absorption amount of the aluminum alloy foam is required. The presence of coarse precipitate particles having a particle diameter d of more than 50 nm or precipitate particles having a particle diameter d of less than 0.5 nm is allowed within a range not impairing the characteristics.
(クラスター)
本発明では、密度を上げずに、エネルギ吸収量を向上させるために、更に、上記微細析出物規定に加えて、アルミニウム合金発泡体の組織を、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルにおいて、規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギを上記特定の範囲とした組織とする。
(cluster)
In the present invention, in order to improve the energy absorption amount without increasing the density, in addition to the above fine precipitate regulation, the structure of the aluminum alloy foam is measured in the Zn K absorption edge XANES spectrum by the XAFS analysis method. In addition, it is assumed that the X-ray photon energy at which the normalized absorption amount has the maximum value is the above specific range.
本発明では、アルミニウム合金発泡体の組織中における、Znのミクロ的な(局所的な) 存在形態や構造を、Znの原子構造レベルで把握する手法として、XAFS(X-ray Absorption Fine Structure、X線吸収微細構造)解析法を用いた。 In the present invention, XAFS (X-ray Absorption Fine Structure, X-AFS) is a technique for grasping the microscopic (local) form and structure of Zn in the structure of an aluminum alloy foam at the atomic structure level of Zn. (Line absorption fine structure) analysis method was used.
前記した通り、このXAFS解析法による組織規定は、上記アルミニウム合金発泡体の合金元素であるZn、Mgなどから構成される、Al17-xZn3 Mgx 、Al19-xZnMgx などの、Al, Zn, Mgからなる、ナノレベル以下の微細なクラスターの存在を意味する。 As described above, the structure definition by this XAFS analysis method is such as Al 17-x Zn 3 Mg x , Al 19-x ZnMg x , which is composed of the alloy elements of the aluminum alloy foam, such as Zn and Mg. It means the existence of fine clusters consisting of Al, Zn, Mg and below nano level.
この微細なクラスターの存在が、前記した微細な析出物粒子の存在とともに、アルミニウム合金発泡体の密度を上げずに、エネルギ吸収量を向上する効果を発揮する。言い換えると、この微細なクラスターと、前記した微細な析出物粒子とをともに特定量存在させることによって、アルミニウム合金発泡体の密度を上げずに、エネルギ吸収量を向上させることができる。 The presence of the fine clusters exhibits the effect of improving the energy absorption amount without increasing the density of the aluminum alloy foam together with the presence of the fine precipitate particles. In other words, the energy absorption amount can be improved without increasing the density of the aluminum alloy foam by causing both the fine clusters and the fine precipitate particles described above to exist in a specific amount.
具体的には、XAFS解析法による結果、ZnのK吸収端XANESスペクトルにおいて、規格化吸収量が最大値を示す際の、X線の光子エネルギが9.660keV以上、9.680keV以下の範囲にあるとともに、9.67keVにおいて最大値を示す場合に、エネルギ吸収量が増加する。 Specifically, as a result of the XAFS analysis method, in the Zn K absorption edge XANES spectrum, the photon energy of the X-ray when the normalized absorption amount shows the maximum value is in the range of 9.660 keV or more and 9.680 keV or less. with some, to indicate Oite maximum value 9.67Ke V, the energy absorption amount increases.
したがって、本発明では、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルにおいて、規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギが、9.660keV以上、9.680keV以下の範囲であるとともに、9.67keVにおいて最大値を示す組織とする。これによって、前記した析出物規定と合わせて、アルミニウム合金発泡体の密度を上げずに、エネルギ吸収量を向上できる。 Therefore, in the present invention, in the Zn K absorption edge XANES spectrum by the XAFS analysis method, the X-ray photon energy at which the normalized absorption amount shows the maximum value is in the range of 9.660 keV or more and 9.680 keV or less, a tissue exhibiting Oite maximum value 9.67ke V. This makes it possible to improve the energy absorption amount without increasing the density of the aluminum alloy foam together with the above-mentioned precipitate regulation.
(XAFS解析法)
ただ、これら微細なクラスターは、ナノレベル以下の微細さであり、SEM、TEMなどを含む通常の組織観察手段では、直接、その存在を検出できない。これに対して、本発明では、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルにおける、規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギの波形の特徴によって、間接的ではあるが、その存在を検出した。
(XAFS analysis method)
However, these fine clusters have a nanometer level or less, and their presence cannot be directly detected by ordinary tissue observation means including SEM, TEM and the like. On the other hand, in the present invention, the presence of an indirect presence due to the characteristics of the X-ray photon energy waveform in which the normalized absorption amount shows the maximum value in the K absorption edge XANES spectrum of Zn by the XAFS analysis method. Was detected.
これは、Znを含有するアルミニウム合金発泡体の組織中におけるZnの原子構造レベルでの存在形態や構造が、アルミニウム合金発泡体のエネルギ吸収量と相関していると推考したからである。そして、前記した通り、通常の組織解析に利用されるSEMやTEMなどの顕微鏡解析、あるいは、X線回折試験などでも、Znの原子構造レベルでの詳細な把握は難しいからである。 This is because the existence form and structure at the atomic structure level of Zn in the structure of the aluminum alloy foam containing Zn correlates with the energy absorption amount of the aluminum alloy foam. And as mentioned above, it is because it is difficult to grasp in detail at the atomic structure level of Zn even by microscopic analysis such as SEM and TEM used for normal structure analysis or X-ray diffraction test.
前記した通り、通常の組織解析に利用されるSEMやTEMなどの顕微鏡解析では、倍率を大きくしても、Znのミクロ的な存在形態や構造である、Znの原子構造レベルでの詳細な把握は難しい。また、X線回折試験などでも、Znのクラスター(原子構造レベルでの、結晶化する前の原子の集団)等の情報を得ることはできない。 As described above, in the microscopic analysis such as SEM and TEM used for the normal structure analysis, even when the magnification is increased, the Zn microscopic existence form and structure, the detailed grasp at the atomic structure level of Zn Is difficult. Moreover, information such as Zn clusters (a group of atoms before crystallization at the atomic structure level) cannot be obtained even in an X-ray diffraction test or the like.
これに対して、XAFS解析法は、測定対象物のX線の吸収スペクトルを解析することにより、原子構造乃至クラスターに関する情報が得られる。このXAFS解析法を用いて、鋼材表面の耐候性に関連の深いさび層の原子の並び(鉄原子の周りの動径分布)を求めた例が、特開2002-256463 号公報([0012] 〜[0023]) に報告されている。また、液晶表示板配線材料用Al−Nd合金薄膜のNd周りのAl−Ndの構造解析を求めた例が検査技術2000.1. 「第6 回電子材料の局所的構造の解析技術」(36〜39頁) に報告されている。また、XAFS測定装置自体も、特開2002-318208 号公報、特開2001-21507号公報、特開2001-33403号公報などで多数公開されている。 On the other hand, in the XAFS analysis method, information on the atomic structure or cluster can be obtained by analyzing the X-ray absorption spectrum of the measurement object. An example of using this XAFS analysis method to determine the arrangement of atoms (radial distribution around iron atoms) in a rust layer deeply related to the weather resistance of the steel surface is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-256463 ([0012]). ~ [0023]). An example of the structural analysis of Al-Nd around Nd in an Al-Nd alloy thin film for liquid crystal display panel wiring materials is the inspection technology 2000.1. "6th Analysis Technology for Local Structure of Electronic Materials" Page). A number of XAFS measuring devices themselves are also disclosed in JP 2002-318208 A, JP 2001-21507 A, JP 2001-33403 A, and the like.
(XAFS解析法の原理)
XAFS解析法による材料の構造解析の原理を以下に説明する。X線の光子エネルギを増加させながら、材料の吸収率を測定すると、X線の光子エネルギの増加に対応して減少する。しかし、材料に特定なあるX線の光子エネルギ(X線吸収端)においてその吸収率が急激に増加するX線の光子エネルギが存在する。この際、X線の吸収によって発生した光電子の一部が、複数の原子による散乱と干渉によって、X線の吸収量に対して構造情報として反映される。したがって、材料のX線の吸収量をモニタすれば、材料の原子構造乃至組織中のクラスターに関する情報が得られる。
(Principle of XAFS analysis method)
The principle of material structure analysis by the XAFS analysis method will be described below. When the absorptance of a material is measured while increasing the photon energy of X-rays, it decreases corresponding to the increase of photon energy of X-rays. However, there is an X-ray photon energy whose absorption rate increases rapidly at a certain X-ray photon energy (X-ray absorption edge) specific to the material. At this time, some of the photoelectrons generated by the X-ray absorption are reflected as structural information on the X-ray absorption amount by scattering and interference by a plurality of atoms. Therefore, if the amount of X-ray absorption of the material is monitored, information on the atomic structure of the material or clusters in the structure can be obtained.
更に具体的には、蛍光X線のビームライン上に物質をおいた場合、物質に照射されたX線強度(入射X線強度:I0)と物質を通過してきたX線強度(蛍光X線強度:I t )とから、その物質によるX線の吸収量(X線吸収係数μ)が、μt=In(I0 /I t )より算出される(但し、t:試料厚さ) 。 More specifically, when a substance is placed on the fluorescent X-ray beam line, the X-ray intensity irradiated to the substance (incident X-ray intensity: I0) and the X-ray intensity transmitted through the substance (fluorescent X-ray intensity) : I t), the amount of X-ray absorption (X-ray absorption coefficient μ) by the substance is calculated from μt = In (I 0 / I t) (where t: sample thickness).
ここで、上記物質であるZnを含有するアルミニウム合金発泡体に入射するX線光子エネルギ(波長)を変化させ、X線吸収係数μの増減をモニタ(スキャン) しながら、着目原子であるZnのX線吸収スペクトルを測定する。すると、特定なX線の光子エネルギにおいて、X線吸収係数が最大となる、急激な立ち上がり(Zn原子の吸収端:ZnのK吸収端)が観測される。これは、入射X線の光子エネルギが着目原子であるZnの内殻電子の結合エネルギに匹敵する強さになると、入射X線の励起エネルギとZnの内殻電子の結合エネルギとの差に相当する運動エネルギを持った光電子が放出されるためである。 Here, the X-ray photon energy (wavelength) incident on the aluminum alloy foam containing Zn, which is the above substance, is changed, and the increase or decrease of the X-ray absorption coefficient μ is monitored (scanned). An X-ray absorption spectrum is measured. Then, a sharp rise (Zn atom absorption edge: Zn K absorption edge) at which the X-ray absorption coefficient is maximized is observed at a specific X-ray photon energy. This corresponds to the difference between the excitation energy of the incident X-ray and the binding energy of the core electron of Zn when the photon energy of the incident X-ray becomes comparable to the binding energy of the core electron of Zn as the target atom. This is because photoelectrons having kinetic energy are emitted.
この吸収端のエネルギ位置は、例えばZnなど、各元素に固有である。このため、この吸収端付近のエネルギ領域で構造情報を抽出できれば、それは元素固有の情報であることを意味する。 The energy position of the absorption edge is unique to each element, such as Zn. For this reason, if structural information can be extracted in the energy region near the absorption edge, this means that the information is unique to the element.
(ZnのXANES)
このような吸収端の光子エネルギで現れる微細構造を、XAFSの中でも、X線吸収端近傍微細構造(XANES:X-ray Absorption Near Edge Structure)と言い、この微細構造のX線吸収スペクトルをXANESスペクトルと言う。そして、蛍光X線収量法によるXAFS測定では、このようなZn原子の吸収端のXANESスペクトルを選択的に測定することができる。
(ZAN XANES)
The X-ray absorption near edge structure (XANES) is a fine structure that appears in the photon energy at the absorption edge in XAFS, and the X-ray absorption spectrum of this fine structure is the XANES spectrum. Say. In the XAFS measurement by the fluorescent X-ray yield method, the XANES spectrum at the absorption edge of such Zn atoms can be selectively measured.
(実際のXAFS解析法による例示)
図1に、アルミニウム合金発泡体のXAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルにおけるX線光子エネルギの(吸収)スペクトルを示す。図1において、Aが発明例(後述する実施例表2における発明例1)、Bが発明例(後述する実施例表2における発明例2)の実測されたX線光子エネルギのスペクトルである。
(Example by actual XAFS analysis method)
FIG. 1 shows the (absorption) spectrum of X-ray photon energy in the K absorption edge XANES spectrum of Zn by XAFS analysis of an aluminum alloy foam. In FIG. 1, A is an actually measured spectrum of X-ray photon energy of an invention example (invention example 1 in an example table 2 described later), and B is an actually measured X-ray photon energy spectrum of the invention example (invention example 2 in an example table 2 described later).
また、図1において、CはAl17-xZn3 Mgx 、DはAl19-xZnMgx クラスターのシミュレーションによるX線の光子エネルギスペクトルである。更に、EはMgZn2 析出物、FはMg2 Zn11析出物のシミュレーションによるX線の光子エネルギスペクトルである。 In FIG. 1, C is an Al 17-x Zn 3 Mg x , and D is an X-ray photon energy spectrum by simulation of an Al 19-x ZnMg x cluster. Further, E is a photon energy spectrum of X-rays by simulation of MgZn 2 precipitates and F is Mg 2 Zn 11 precipitates.
なお、この図1においては、各々のスペクトルは互いに重ならないように、図の上方にゼロ点をずらして表示している。 In FIG. 1, the spectra are displayed with the zero point shifted so as not to overlap each other.
参考までに、図2に、これらAl17-xZn3 Mgx 、Al19-xZnMgx の各クラスター、およびMgZn2 、Mg2 Zn11の各析出物の原子構造を模式的に各々示す。 For reference, FIG. 2 schematically shows the atomic structures of the Al 17-x Zn 3 Mg x , Al 19-x ZnMg x clusters, and the MgZn 2 and Mg 2 Zn 11 precipitates.
図1の発明例A、Bのスペクトルでは、規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギが、9.660keV以上、9.680keV以下の範囲である。と同時に、9.67keVにおいて最大値を示すスペクトル形状となっている。 In the spectra of Invention Examples A and B in FIG. 1, the photon energy of X-rays having the maximum normalized absorption is in the range of 9.660 keV or more and 9.680 keV or less. At the same time, has a spectrum shape illustrated a Oite maximum value 9.67ke V.
一方、発明例A、Bのスペクトルは、規格化吸収量が最大値を示す上記範囲のスペクトル形状(波形)が、特に、9.67keV以降の高エネルギ−側における振動周期、振幅とも、上記範囲における、C、DのAl,Zn,Mgのクラスター(推定)のシミュレーションスペクトル形状(波形)と、非常に良く似たスペクトル形状を呈している。 On the other hand, in the spectra of Invention Examples A and B, the spectrum shape (waveform) in the above range where the normalized absorption amount shows the maximum value, especially the vibration period and amplitude on the high energy side after 9.67 keV are within the above range In FIG. 5, the spectrum shape (waveform) of the C, D Al, Zn, Mg cluster (estimated) is very similar.
C、DのAl,Zn,Mgのクラスター(推定)のシミュレーションスペクトル形状では、9.67keV以降、9.68keVまでの間の高エネルギ−側において最大値を示している。なお、C、DのAl,Zn,Mgのクラスターは、いずれもTEMでは観察できなかったために、クラスターと推定した。 In the simulation spectrum shape of C, D Al, Zn, Mg clusters (estimated), the maximum value is shown on the high energy side from 9.67 keV to 9.68 keV. Note that C, D Al, Zn, and Mg clusters could not be observed by TEM, so they were assumed to be clusters.
一方で、図1の発明例A、Bは、9.65〜9.67keVの吸収スペクトルの立ち上がりからピ−クトップ(頂部、最大値)にかけてのスペクトル形状(波形)は、E、FのMgZn析出物の、この範囲におけるシミュレ−ションスペクトルに非常に良く似たスペクトル形状を呈している。 On the other hand, in the invention examples A and B of FIG. 1, the spectrum shape (waveform) from the rise of the absorption spectrum of 9.65 to 9.67 keV to the peak top (top, maximum value) is the MgZn precipitation of E and F The object exhibits a spectral shape very similar to the simulation spectrum in this range.
E、FのMgZn析出物のシミュレーションスペクトル形状では、9.66keV以降、9.67keVまでの間の低エネルギ−側において最大値を示している。なお、E、FのMgZn析出物は、析出物であることを実際にTEMで確認した。 In the simulation spectrum shape of the MgZn precipitates of E and F, the maximum value is shown on the low energy side from 9.66 keV to 9.67 keV. It was confirmed by TEM that the MgZn precipitates of E and F were actually precipitates.
即ち、図1の発明例A、Bは、E、FのMgZn析出物のこの範囲における波形とが合成されたスペクトル形状(波形)となっていることが分かる。発明例Aの特に9.67keVにおける最大値(頂部)は、C、Dのクラスターの前記高エネルギ−側における頂部の波形と、E、Fの析出物の前記低エネルギ−側における頂部の波形とが合成されて構成されている。 That is, it can be seen that Invention Examples A and B in FIG. 1 have a spectrum shape (waveform) in which the waveforms of E and F MgZn precipitates in this range are synthesized. Maximum particularly definitive in 9.67Ke V of invention sample A (top) is, C, the high energy of the cluster of D - the waveform of the top in the side, E, the low-energy deposition of F - the top in the side It is composed by combining waveforms.
より具体的には、発明例A、Bは、ZnのK吸収端XANESスペクトルにおいて、規格化吸収量が最大値を示す際の、X線の光子エネルギが9.660keV以上、9.680keV以下の範囲にあるとともに、9.67keVにおいて最大値を示すスペクトル形状となっている。 More specifically, in Invention Examples A and B, the X-ray photon energy is 9.660 keV or more and 9.680 keV or less when the normalized absorption amount shows the maximum value in the K absorption edge XANES spectrum of Zn. with the range, and has a spectral shape showing a Oite maximum value 9.67ke V.
この図1から、発明例Aは、C、Dのクラスターと、E、Fの析出物とを両方合わせ有する組織となっていることが分かる。言い換えると、図1の発明例Aは、XAFS解析法による本発明クラスター規定と、本発明析出物規定とを両方満足する組織となっている。 From FIG. 1, it can be seen that Invention Example A has a structure having both C and D clusters and E and F precipitates. In other words, Invention Example A in FIG. 1 has a structure that satisfies both the cluster definition of the present invention by the XAFS analysis method and the precipitate definition of the present invention.
一方、前記した、特願2004−277531号(平成16年9月24日出願)の発明のアルミニウム合金発泡体の組織のように、前記E、Fの析出物を有するものの、前記C、Dのクラスターは存在しない組織では、E、FのMgZn析出物のシミュレーションスペクトル形状のように、9.66keV以降、9.67keVまでの間の低エネルギ−側において最大値を示している。言い換えると、規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギが、9.660keV以上、9.680keV以下の範囲ではあるものの、9.67keVにおいて最大値を示すスペクトル形状となっていない。 On the other hand, like the structure of the aluminum alloy foam of the invention of the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2004-277531 (filed on Sep. 24, 2004), the precipitates of E and F have the above-mentioned C and D. In the structure where no cluster exists, the maximum value is shown on the low energy side between 9.66 keV and 9.67 keV as in the simulation spectrum shape of the MgZn precipitates of E and F. In other words, the photon energy of X-rays normalized absorption indicates a maximum value, or 9.660KeV, although in the following range 9.680KeV, have a spectral shape showing a Oite maximum value 9.67Ke V Absent.
また、前記C、Dのクラスターを有するものの、前記E、Fの析出物は存在しないアルミニウム合金発泡体の組織では、C、Dのクラスターのシミュレーションスペクトル形状のように、9.67keV以降、9.68keVまでの間の高エネルギ−側において最大値を示している。言い換えると、規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギが、9.660keV以上、9.680keV以下の範囲ではあるものの、同様に、9.67keVにおいて最大値を示すスペクトル形状となっていない。 Further, in the structure of the aluminum alloy foam having the C and D clusters but not having the precipitates of E and F, as in the simulation spectrum shape of the C and D clusters, 9.67 keV and later, 9. The maximum value is shown on the high energy side up to 68 keV. In other words, the photon energy of X-rays normalized absorption indicates a maximum value, or 9.660KeV, although in the following range 9.680KeV, similarly, spectral shape indicating the Oite maximum value 9.67Ke V It is not.
(XAFS解析の実験・解析方法)
(財)高輝度光科学研究センター、大型シンクロトロン放射光実験施設SPring−8の産業用専用ビームライン建設利用共同体のサンビームBL16B2のXAFS実験装置にて、透過法による測定を行った。2結晶分光器にはSi( 111) 結晶を採用し、常温でZnのK吸収端測定を行った。
(Experiment and analysis method of XAFS analysis)
Measurements were made by the transmission method using the XAFS experimental apparatus for the sun beam BL16B2, a dedicated industrial beamline construction and use consortium at the High Brightness Optical Science Research Center and SPring-8, a large synchrotron radiation experiment facility. A Si (111) crystal was adopted as the two-crystal spectrometer, and the K absorption edge measurement of Zn was performed at room temperature.
得られたデータ(スペクトル)は、カリフォルニア大Thorsten Ressler作のXAFS解析ソフト「WinXAS3.1 」により解析した。 The obtained data (spectrum) was analyzed by XAFS analysis software “WinXAS3.1” produced by Thorsten Ressler, University of California.
また、ワシントン大学FEFFプロジェクト発行のJ.J. Rehr 作の「FEFF8 」XAFSスペクトルシミュレーションソフトを用いて、図1における、CのAl17-xZn3 Mgx 、DのAl19-xZnMgx の各クラスター、およびEのMgZn2 、FのMg2 Zn11の各析出物の、XANES, RDFスペクトルシミュレーション(X線の光子エネルギスペクトル形状シミュレーション)を行った。 In addition, using the “FEFF8” XAFS spectrum simulation software by JJ Rehr published by the University of Washington FEFF Project, each cluster of Al 17-x Zn 3 Mg x of C and Al 19-x ZnMg x of D in FIG. and MgZn 2, each deposit of F of Mg 2 Zn 11 of E, was performed XANES, RDF spectrum simulated (photon energy spectrum shape simulation of X-ray).
理論解析は、実存しているAl−Zn合金( Al17Zn3 、Al19Zn) をベ−スにMgxを入れ込んだもの、及び、実在するMg−Zn合金2種(MgZn2 、Mg2 Zn11)について、FEFF8でXANESスペクトルシミュレ−ション計算を行ったものである。 Theoretical analysis shows that an existing Al—Zn alloy (Al 17 Zn 3 , Al 19 Zn) is filled with Mgx and two existing Mg—Zn alloys (MgZn 2 , Mg 2). Zn 11 ) is XANES spectrum simulation calculation by FEFF8.
各々の構造モデルは「The Materials Information Society 」が発行している、「Pearson's Handbook of Crystallographic Data for Intermetallic Phases, Second Edition, 1996」(Al-Zn合金:p1035, Mg-Zn合金:pp4318-4319 )から引用した。 Each structural model is from "Pearson's Handbook of Crystallographic Data for Intermetallic Phases, Second Edition, 1996" (Al-Zn alloy: p1035, Mg-Zn alloy: pp4318-4319) published by "The Materials Information Society" Quoted.
(発泡用アルミニウム合金組成)
アルミニウム合金発泡体の、エネルギ吸収部材として必要強度やエネルギ吸収能などの特性を満たすとともに、発泡の均一性にも関わる、発泡用アルミニウム合金組成を以下に説明する。
(Aluminum alloy composition for foaming)
The aluminum alloy composition for foaming, which satisfies the characteristics of the aluminum alloy foam, such as required strength and energy absorbing ability as an energy absorbing member, and also relates to the uniformity of foaming, will be described below.
本発明において、発泡用アルミニウム合金の組成は、前記微細な析出物量を確保するために、また、前記エネルギ吸収量など、発泡体としての必要特性を満たすために、質量%で、Zn:1.0〜20.0%、Ca:0.1〜5.0%、Ti:0.1〜5.0%、Mg:0.1〜5.0%を各々含有し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなるものとする。 In the present invention, the composition of the aluminum alloy for foaming is such that, in order to ensure the amount of fine precipitates and to satisfy the necessary properties as a foam, such as the amount of energy absorption, Zn: 1. 0 to 20.0%, Ca: 0.1 to 5.0%, Ti: 0.1 to 5.0%, Mg: 0.1 to 5.0%, respectively, the balance aluminum and inevitable impurities It shall consist of
(Zn)
Znは、Zn単体で析出するほか、Mgと共存して、上記析出物粒子の主体であるZn−Mg化合物を形成する。また、クラスター形成による強度向上にも有効な元素でもある。更に、凝固収縮する作用があり、セル壁の一部に膜厚の薄い部分を形成させ、圧縮変形能を高める作用がある。これらの作用を発揮させるためには、1.0%以上の含有が必要である。しかし、20.0%を超えて過度に含有すると、粗大なZn−Mg化合物を形成し、却って、エネルギ吸収量を低下させる。また、発泡アルミニウムの気泡粒径の安定化を阻害し、気泡が粗くなってしまい、圧縮強度を低下させる。従って、Znの含有量は1.0〜20.0%の範囲とする。
(Zn)
Zn precipitates as a simple substance of Zn and coexists with Mg to form a Zn—Mg compound that is the main component of the precipitate particles. It is also an effective element for improving the strength by cluster formation. Further, it has an effect of coagulating and shrinking, and an effect of increasing the compressive deformability by forming a thin film portion on a part of the cell wall. In order to exert these actions, the content of 1.0% or more is necessary. However, if it is excessively contained exceeding 20.0%, a coarse Zn—Mg compound is formed, and on the contrary, the energy absorption amount is reduced. Moreover, stabilization of the bubble particle diameter of foaming aluminum will be inhibited, a bubble will become coarse, and compressive strength will be reduced. Therefore, the Zn content is in the range of 1.0 to 20.0%.
(Mg)
Mgは、Znと共存して、上記析出物粒子の主体であるZn−Mg化合物を形成する。また、クラスター形成による強度向上に有効な元素であり、更に、Znと共同して発泡アルミニウムの製造時に、溶湯の粘性を増加させ、かつ気泡を安定化させて、発泡体を均質にする作用を有する。その効果を得るためには、Mgを少なくとも0.1%以上含有する必要がある。一方、5.0%を超えて過度に含有すると、粗大なZn−Mg化合物を形成し、却って、エネルギ吸収量を低下させる。また、溶湯の粘性を過度に高め、溶湯の流動性を著しく低下させ、発泡剤の分散が困難となり、却って、発泡の微細化、均一性が阻害され、圧縮強度を低下させる。したがって、Mg含有量は0.1〜5.0%の範囲とする。
(Mg)
Mg coexists with Zn to form a Zn—Mg compound that is the main component of the precipitate particles. In addition, it is an element effective for improving the strength by cluster formation. Furthermore, in the production of foamed aluminum in cooperation with Zn, it acts to increase the viscosity of the molten metal and stabilize the bubbles to make the foam homogeneous. Have. In order to obtain the effect, it is necessary to contain at least 0.1% of Mg. On the other hand, when it contains excessively exceeding 5.0%, a coarse Zn-Mg compound will be formed and an energy absorption amount will be reduced on the contrary. Further, the viscosity of the molten metal is excessively increased, the fluidity of the molten metal is remarkably lowered, and the foaming agent is difficult to disperse. On the other hand, the fineness and uniformity of the foam are inhibited, and the compressive strength is lowered. Therefore, the Mg content is in the range of 0.1 to 5.0%.
(Ca)
Caは、発泡アルミニウムの製造時におけるアルミニウム合金溶湯の粘性を増加させ、かつ気泡を安定化させて、発泡体を均質にするとともに、発泡の微細化、均一性を達成するための、発泡作用を有する。その効果を得るためには、少なくとも0.1%以上の含有が必要である。一方、5.0%を超えて過度に含有すると、溶湯の粘性を過度に高め、溶湯の流動性を著しく低下させ、発泡剤の分散が困難となり、却って、発泡の微細化、均一性が阻害され、圧縮強度を低下させる。従って、Caの含有量は0.1〜5.0%の範囲とする。
(Ca)
Ca increases the viscosity of the molten aluminum alloy at the time of producing foamed aluminum and stabilizes the bubbles to make the foam homogeneous and to achieve foam refinement and uniformity. Have. In order to obtain the effect, the content of at least 0.1% is necessary. On the other hand, if the content exceeds 5.0% excessively, the viscosity of the molten metal is excessively increased, the fluidity of the molten metal is remarkably lowered, and it becomes difficult to disperse the foaming agent. And reduce the compressive strength. Therefore, the Ca content is in the range of 0.1 to 5.0%.
(Ti)
Tiは、発泡アルミニウムの強度向上に有効な元素である。その効果を引き出すためには、少なくとも0.1%以上の含有が必要である。一方、5.0%を超えて過度に含有すると、溶湯の流動性を低下させ、晶出することにより、アルミニウムを脆くする。したがって、Tiの含有量は0.1〜5.0%の範囲とする。
(Ti)
Ti is an element effective for improving the strength of foamed aluminum. In order to bring out the effect, it is necessary to contain at least 0.1% or more. On the other hand, when it contains excessively exceeding 5.0%, the fluidity | liquidity of a molten metal will be reduced and it will crystallize and it will make aluminum brittle. Therefore, the Ti content is in the range of 0.1 to 5.0%.
なお、Cuは発泡過程での発泡粒径の均一性を阻害する可能性がある。このため、本発明ではCuは不純物であり、Cu含有量は極力少ない方が好ましい。また、この他の元素も不純物であり、含有量が極力少ない方が好ましい。ただ、この他の元素の含有量を下げるための溶解、精錬など、発泡アルミニウム製造上のコストの問題もあり、発泡アルミニウムの特性を低下させない、通常の発泡アルミニウムにおける不純物量範囲、不純物レベルでの含有は許容する。 In addition, Cu may inhibit the uniformity of the foamed particle diameter in the foaming process. For this reason, in the present invention, Cu is an impurity, and the Cu content is preferably as low as possible. Further, other elements are also impurities, and it is preferable that the content is as small as possible. However, there are also problems in the production of foamed aluminum, such as melting and refining to reduce the content of these other elements, and it does not degrade the characteristics of foamed aluminum. Inclusion is allowed.
(製造条件)
次に、本発明発泡アルミニウムを製造するための、好ましい製造条件について以下に説明する。本発明では、発泡アルミニウムの製造工程自体は、従来と同様である。
(Production conditions)
Next, preferable production conditions for producing the foamed aluminum of the present invention will be described below. In the present invention, the manufacturing process itself of the foamed aluminum is the same as the conventional one.
但し、前記した通り、特定合金組成からなる発泡アルミニウムの発泡粒径を、平均粒径として微細気泡化した上で、本発明規定の組織とするためには、後述する通り、アルミニウム合金発泡体を得た後、このアルミニウム合金発泡体を400℃以上の温度で溶体化処理後に水冷し、100℃以上の温度で熱処理 (時効処理) を行なう必要がある。 However, as described above, in order to make the foamed particle diameter of the foamed aluminum having a specific alloy composition into microbubbles as an average particle diameter and to make the structure defined in the present invention, as described later, an aluminum alloy foam is used as described later. After being obtained, this aluminum alloy foam needs to be subjected to a solution treatment at a temperature of 400 ° C. or higher, then water-cooled, and heat treatment (aging treatment) at a temperature of 100 ° C. or higher is required.
先ず、溶解炉内で、工業用純アルミニウムに対し、上記Zn:1.0〜20.0%、Mg:0.1〜5.0%などの合金成分元素と、カルシウム0.1〜5.0%を添加し、大気中で溶湯を例えば約5分程度攪拌して増粘させる。 First, in a melting furnace, alloy component elements such as Zn: 1.0 to 20.0% and Mg: 0.1 to 5.0% and calcium 0.1 to 5. 0% is added, and the molten metal is stirred in the atmosphere for about 5 minutes to increase the viscosity.
そして、この増粘後の溶湯を600〜700℃の大気溶解炉中の鋳型に注湯した後、水素化チタンを所定量添加する。その後、例えば1〜10分間攪拌した後、攪拌機を取り除き、鋳型を前記温度範囲の大気溶解炉内で、1〜10分間程度保持して発泡を完了させる。 And after pouring the molten metal after this thickening into the casting_mold | template in a 600-700 degreeC atmospheric melting furnace, a predetermined amount of titanium hydride is added. Then, for example, after stirring for 1 to 10 minutes, the stirrer is removed, and the mold is held for about 1 to 10 minutes in the atmospheric melting furnace in the temperature range to complete foaming.
従来は、この保持後に、炉から鋳型を出し、室温まで放冷したままで製品化するために、必然的に析出物粒子がほとんど析出せず、組織中に前記微細な析出物粒子を必要量分散させることができない。また、発泡のセル壁の硬さが低くならざるを得ない。 Conventionally, after this holding, the mold is taken out from the furnace and commercialized while being allowed to cool to room temperature. Therefore, the precipitate particles are inevitably hardly deposited, and the necessary amount of the fine precipitate particles is in the structure. Cannot be dispersed. In addition, the hardness of the foamed cell wall must be low.
これに対して、本発明では、炉から鋳型を出し、室温まで放冷した後(発泡体を得た後)、このアルミニウム合金発泡体を400℃以上の温度で溶体化処理後に水冷し、100℃以上の温度で熱処理 (時効処理) を行なう。 On the other hand, in the present invention, after the mold is taken out from the furnace and allowed to cool to room temperature (after obtaining the foam), this aluminum alloy foam is water-cooled after solution treatment at a temperature of 400 ° C. or higher, and 100 Heat treatment (aging treatment) is performed at a temperature of ℃ or higher.
(溶体化処理)
溶体化処理は400℃以上の温度とする。この温度が400℃未満と低過ぎると、溶体化処理効果が無く、溶体化処理をしない場合と同様となり、アルミニウム合金発泡体組織に、微細なクラスターを存在させることができない。このため、後述する熱処理を行なわなければ、微細な析出物粒子も存在させることができずに、従来のアルミニウム合金発泡体と同じとなる。したがって、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルにおいて、規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギが、9.660keV以上、9.680keV以下の範囲にはならない。
(Solution treatment)
The solution treatment is performed at a temperature of 400 ° C. or higher. If this temperature is too low as less than 400 ° C., there will be no solution treatment effect, and it will be the same as when no solution treatment is performed, and fine clusters cannot be present in the aluminum alloy foam structure. For this reason, unless the heat treatment described later is performed, fine precipitate particles cannot be present, and the conventional aluminum alloy foam is obtained. Therefore, in the K absorption edge XANES spectrum of Zn by the XAFS analysis method, the photon energy of X-rays with the maximum normalized absorption amount is not in the range of 9.660 keV or more and 9.680 keV or less.
因みに、溶体化処理温度が400℃未満と低過ぎるか、溶体化処理をしない場合で、後述する熱処理を行なった場合には、アルミニウム合金発泡体組織には、微細なクラスターは存在しないが、微細な析出物粒子は存在する状態となって、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルは、前記図1のEまたはFに近い形状となる。 Incidentally, when the solution treatment temperature is too low as less than 400 ° C. or when the solution treatment is not performed and the heat treatment described below is performed, the aluminum alloy foam structure has no fine clusters, 1 are present, and the K absorption edge XANES spectrum of Zn by the XAFS analysis method has a shape close to E or F in FIG.
この溶体化処理後は水冷によって、急冷(強制冷却)する。溶体化処理後に空冷あるいは放冷した場合には、冷却速度が小さ過ぎるため、冷却途中で析出するMgZn2 、Mg2 Zn11を主体とするZn−Mg化合物析出物が粗大化する。このため、組織中に、粒径が0.5nm以上で、50nm以下の析出物粒子を体積分率で1.0%以上分散させることができない。また、発泡のセル壁の硬さも低下する。 After this solution treatment, it is rapidly cooled (forced cooling) by water cooling. When air cooling or standing cooling is performed after the solution treatment, the cooling rate is too low, and the Zn—Mg compound precipitate mainly composed of MgZn 2 and Mg 2 Zn 11 is coarsened. For this reason, it is impossible to disperse precipitate particles having a particle size of 0.5 nm or more and 50 nm or less in the structure by 1.0% or more in terms of volume fraction. Further, the hardness of the foamed cell wall is also reduced.
(熱処理)
溶体化処理および水冷後に、100℃以上の温度で保持する熱処理(時効処理)を行なう。保持時間は、この温度範囲で3時間以上、100時間程度以下程度保持する。熱処理温度の上限は150℃とする。
(Heat treatment)
After solution treatment and water cooling, a heat treatment (aging treatment) is performed at a temperature of 100 ° C. or higher. The holding time is about 3 hours or more and about 100 hours or less in this temperature range. The upper limit of the heat treatment temperature is 150 ° C.
この熱処理は、上記水冷を室温まで行なってから再加熱しても良く、また、上記水冷を100〜150℃の温度範囲で停止して、その後、100〜150℃の温度範囲で保持しても良い。 This heat treatment may be reheated after the water cooling is performed to room temperature, or the water cooling may be stopped in a temperature range of 100 to 150 ° C. and then maintained in a temperature range of 100 to 150 ° C. good.
このような、比較的低温、かつ長時間の熱処理を行なうことによって、組織中に、粒径が0.5nm以上で、50nm以下の析出物粒子を体積分率で1.0%以上分散させることができる。また、発泡のセル壁の硬さを向上させることができる。 By carrying out such a relatively low temperature and long-time heat treatment, precipitate particles having a particle size of 0.5 nm or more and 50 nm or less are dispersed in the structure by 1.0% or more by volume fraction. Can do. Further, the hardness of the foamed cell wall can be improved.
勿論、成分組成その他の条件にもよるが、この保持温度が低過ぎても、保持時間が短過ぎても、上記熱処理による効果が無くなる。一方、保持温度が高過ぎても、あるいは保持時間が長過ぎても、析出物粒子を却って粗大化させる。 Of course, depending on the component composition and other conditions, even if the holding temperature is too low or the holding time is too short, the effect of the heat treatment is lost. On the other hand, even if the holding temperature is too high or the holding time is too long, the precipitate particles are coarsened instead.
このような冷却後に、鋳型から発泡体を取り出し、機械加工して、角柱や角形など、所望形状の製品アルミニウム合金発泡体とする。 After such cooling, the foam is taken out from the mold and machined to obtain a product aluminum alloy foam having a desired shape such as a prism or square.
以下に本発明の実施例を説明する。表2に示す発泡後の熱処理条件を変えて、表1に示す各化学成分組成のアルミニウム合金発泡体を製造した。これら発泡体の特性として、平均発泡径、相対密度、セル壁硬さ、析出物の体積分率、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルにおいて、規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギを調査した。また、発泡体の性能として、50%エネルギ吸収量を評価した。 Examples of the present invention will be described below. By changing the heat treatment conditions after foaming shown in Table 2, aluminum alloy foams having respective chemical component compositions shown in Table 1 were produced. As the characteristics of these foams, X-rays exhibiting the maximum normalized absorption in the average foam diameter, relative density, cell wall hardness, volume fraction of precipitates, and the K absorption edge XANES spectrum of Zn by the XAFS analysis method. The photon energy of was investigated. Moreover, 50% energy absorption was evaluated as a performance of a foam.
具体的には、先ず、溶解炉内で、工業用純アルミニウムに対し、Zn、Mg、Caなどの合金成分元素を添加し、大気中で溶湯を約5分程度攪拌して増粘させた。そして、この増粘後の溶湯を、約700℃の大気溶解炉中の鋳型に注湯した後、水素化チタンをTiとして0.1〜5.0%程度添加した。その後、約2分間攪拌した後、攪拌機を取り除き、鋳型を前記約700℃の大気溶解炉内で、約4分間程度保持して発泡を完了させた。 Specifically, first, alloy component elements such as Zn, Mg, and Ca were added to industrial pure aluminum in a melting furnace, and the molten metal was stirred in the atmosphere for about 5 minutes to increase the viscosity. And after pouring the molten metal after this thickening into the casting_mold | template in an about 700 degreeC air melting furnace, about 0.1 to 5.0% of titanium hydride was added as Ti. Then, after stirring for about 2 minutes, the stirrer was removed, and the mold was held in the atmospheric melting furnace at about 700 ° C. for about 4 minutes to complete foaming.
この保持後に、炉から鋳型を出し、室温まで放冷した。そして、これら各発泡体を、表2に示す条件で熱処理を行なった。その後、これら各発泡体から試料を採取して、組織や特性、性能の調査を以下の通り行なった。 After this holding, the mold was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature. Each of these foams was heat-treated under the conditions shown in Table 2. Thereafter, samples were collected from each of these foams, and the structure, characteristics, and performance were investigated as follows.
(平均発泡径、発泡セル壁硬さ)
上記試料の平均発泡径を前記した断面測定法により測定し、これら試料の相対密度も前記した方法で求めた。そして、これら試料の発泡セル壁の硬さも、マイクロビッカース硬度計にて、50gの荷重を加えて5箇所行い、それらの平均値として各々求めた。
(Average foam diameter, foam cell wall hardness)
The average foam diameter of the sample was measured by the above-described cross-sectional measurement method, and the relative density of these samples was also determined by the method described above. And the hardness of the foamed cell wall of these samples was also measured with a micro Vickers hardness tester by applying a load of 50 g at five locations, and the average values thereof were obtained.
(析出物)
試料の前処理として、上記試料の発泡セルの一部から、Φ3mmの薄膜試料を切り出し、この試料を、硝酸による化学研磨および機械研磨により200μmまで薄くした後、硝酸アルコール液による電解研磨による更なる薄膜化を行った。これを明視野法によるTEM観察で、前記した方法で、粒径が0.5nm以上で、50nm以下の析出物粒子の体積分率を測定した。測定部位は5箇所とし、体積分率はその平均とした。なお、これら析出物粒子の組成を前記した方法で確認したところ、主体は、Zn−Mg化合物とZn単体であった。
(Precipitate)
As a pretreatment of the sample, a Φ3 mm thin film sample was cut out from a part of the foam cell of the above sample, and this sample was further thinned to 200 μm by chemical polishing with nitric acid and mechanical polishing, and further subjected to electrolytic polishing with nitric alcohol solution. Thinning was performed. This was measured by TEM observation using a bright field method, and the volume fraction of precipitate particles having a particle size of 0.5 nm or more and 50 nm or less was measured by the method described above. There were five measurement sites, and the volume fraction was the average. In addition, when the composition of these precipitate particles was confirmed by the method described above, the main components were a Zn—Mg compound and Zn alone.
(XAFS解析法)
上記試料を用いて、前記したXAFS実験装置にて、透過法により、ZnのK吸収端XANESスペクトル測定と、前記した方法にて解析を行った。そして、この規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギが、9.660keV以上、9.680keV以下の範囲であるとともに、9.67keVにおいて最大値を示すものを○、最大値を示すX線の光子エネルギが上記範囲内ではあるが、9.67keVにおいて最大値を示さないものを△、最大値を示すX線の光子エネルギが範囲外であるものを×として評価した。
(XAFS analysis method)
Using the above sample, the X-AFS experimental apparatus described above was used to measure Zn K absorption edge XANES spectrum by the transmission method, and the analysis was performed as described above. The photon energy of X-rays the normalized absorption indicates a maximum value, or 9.660KeV, as well as a range of 9.680KeV, ○ those that exhibit Oite maximum value 9.67Ke V, maximum Although the photon energy of X-rays showing the value is within the above range, those which do not exhibit Oite maximum value 9.67ke V △, as × those photon energy of X-rays showing the maximum value is outside the range evaluated.
(エネルギ吸収量)
前記アルミニウム合金発泡体から、機械加工にて高さ50mm×幅50mm×長さ50mmを切り出し、インストロン社製万能圧縮試験機を用いて、発泡体の長手方向に静的に圧縮試験した際の50%エネルギ吸収量を求めた。これらの結果も表2に示す。
(Energy absorption)
From the aluminum alloy foam, 50 mm in height, 50 mm in width, and 50 mm in length were cut out by machining, and when subjected to a static compression test in the longitudinal direction of the foam using an Instron universal compression tester 50% energy absorption was determined. These results are also shown in Table 2.
表1、2から明らかな通り、本発明組成内のアルミニウム合金A〜Dである発明例1〜4は、表2に示す適正条件で、溶体化処理および水冷による冷却、その後の熱処理を行なっている。この結果、粒径が0.5nm以上で、50nm以下の析出物粒子が体積分率で1.0%以上分散した組織とするとともに、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルにおいて、規格化吸収量が最大値を示すX線の光子エネルギが、9.660keV以上、9.680keV以下の範囲であるとともに、9.67keVにおいて最大値を示している。 As apparent from Tables 1 and 2, Invention Examples 1 to 4, which are aluminum alloys A to D within the composition of the present invention, were subjected to solution treatment, cooling by water cooling, and subsequent heat treatment under appropriate conditions shown in Table 2. Yes. As a result, the grain size is 0.5 nm or more and 50 nm or less precipitate particles are dispersed in a volume fraction of 1.0% or more, and normalized in the Zn K absorption edge XANES spectrum by the XAFS analysis method. photon energy of X-rays absorption indicates the maximum value is more than 9.660KeV, as well as a range of 9.680KeV, it shows Oite maximum value 9.67ke V.
このため、相対密度が0.24の比較的低い密度レベルでありながら、発泡のセル壁の平均硬さが60Hv以上であり、エネルギ吸収量が6.5kJ/kg以上である。 For this reason, while the relative density is a relatively low density level of 0.24, the average hardness of the foamed cell wall is 60 Hv or more, and the energy absorption is 6.5 kJ / kg or more.
これに対して、比較例5は、本発明組成内のアルミニウム合金Aであるが、従来同様、発泡体の溶体化処理や、その後の熱処理を行なっていない。このため、上記微細析出物粒子の体積分率が1.0%未満であり、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルも発明範囲を外れる。この結果、発泡のセル壁の平均硬さが60Hv未満であり、圧縮応力やエネルギ吸収量も低い。 On the other hand, although the comparative example 5 is the aluminum alloy A in this invention composition, the solution treatment of a foam and the subsequent heat processing are not performed like the past. For this reason, the volume fraction of the fine precipitate particles is less than 1.0%, and the K absorption edge XANES spectrum of Zn by the XAFS analysis method is also outside the scope of the invention. As a result, the average hardness of the foamed cell wall is less than 60 Hv, and the compressive stress and energy absorption are low.
比較例6は、本発明組成内のアルミニウム合金Aであり、発泡体の熱処理を行なっているものの、溶体化処理を行なっていない。このため、上記微細析出物粒子の体積分率は発明範囲内であるものの、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルも発明範囲を外れる。この結果、発泡のセル壁の平均硬さ、エネルギ吸収量が発明例よりもやや低い。因みに、この比較例6は前記した特願2004−277531号に相当する。 Comparative Example 6 is an aluminum alloy A within the composition of the present invention, in which the foam is heat-treated but not subjected to a solution treatment. Therefore, although the volume fraction of the fine precipitate particles is within the scope of the invention, the K absorption edge XANES spectrum of Zn by the XAFS analysis method is also outside the scope of the invention. As a result, the average hardness and energy absorption of the foamed cell walls are slightly lower than those of the inventive examples. Incidentally, this comparative example 6 corresponds to the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2004-277531.
図4に前記発明例1の発泡体の組織、図3に比較例6の発泡体の組織を、15万倍のTEM(透過型電子顕微鏡)写真で示す。図3、4において、白地がアルミニウムであり、黒い点々が析出物粒子を示す。図3、4から、発明例1の方が、析出物粒子が微細で、高密度かつ均一に分散していることが分かる。 FIG. 4 shows the structure of the foam of Invention Example 1 and FIG. 3 shows the structure of the foam of Comparative Example 6 as a 150,000-fold TEM (transmission electron microscope) photograph. 3 and 4, the white background is aluminum, and the black dots indicate precipitate particles. 3 and 4, it can be seen that Invention Example 1 has finer, more densely and uniformly dispersed precipitate particles.
比較例7は、本発明組成内のアルミニウム合金Aであり、発泡体の熱処理を行なっているものの、溶体化処理温度が低過ぎる。このため、比較例6と同様、上記微細析出物粒子の体積分率は発明範囲内であるものの、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルが発明範囲を外れる。このため、相対密度が0.24と発明例よりもやや高めで、かつ、発泡のセル壁の平均硬さ、エネルギ吸収量が発明例よりもやや低い。 Comparative Example 7 is an aluminum alloy A within the composition of the present invention, and the solution treatment temperature is too low although the foam is heat-treated. For this reason, as in Comparative Example 6, although the volume fraction of the fine precipitate particles is within the range of the invention, the K absorption edge XANES spectrum of Zn by the XAFS analysis method is out of the range of the invention. For this reason, the relative density is 0.24, which is slightly higher than that of the invention example, and the average hardness and energy absorption amount of the foamed cell wall are slightly lower than those of the invention example.
比較例8は、本発明組成内のアルミニウム合金Aであり、溶体化処理、その後の熱処理を行なっているものの、溶体化処理後の冷却が空冷であり、冷却速度が小さ過ぎる。このため、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルは発明範囲内であるものの、上記微細析出物粒子の体積分率が発明範囲を外れる。このため、発泡のセル壁の平均硬さ、エネルギ吸収量が発明例よりもやや低い。 Comparative Example 8 is an aluminum alloy A within the composition of the present invention, which is subjected to solution treatment and subsequent heat treatment, but cooling after the solution treatment is air cooling, and the cooling rate is too small. For this reason, although the K absorption edge XANES spectrum of Zn by the XAFS analysis method is within the scope of the invention, the volume fraction of the fine precipitate particles is outside the scope of the invention. For this reason, the average hardness and energy absorption amount of the foamed cell wall are slightly lower than those of the inventive examples.
比較例9は、本発明組成内のアルミニウム合金Aであり、溶体化処理を行なっているものの、その後の熱処理を行なっていない。このため、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルは発明範囲内であるものの、上記微細析出物粒子の体積分率が発明範囲を外れる。このため、発泡のセル壁の平均硬さ、エネルギ吸収量が発明例よりもやや低い。 Comparative Example 9 is an aluminum alloy A within the composition of the present invention, which is subjected to a solution treatment but is not subjected to a subsequent heat treatment. For this reason, although the K absorption edge XANES spectrum of Zn by the XAFS analysis method is within the scope of the invention, the volume fraction of the fine precipitate particles is outside the scope of the invention. For this reason, the average hardness and energy absorption amount of the foamed cell wall are slightly lower than those of the inventive examples.
比較例10〜17は、Zn、Ca、Ti、Mgの含有量が、各々、本発明組成の下限、あるいは上限に外れている表1のアルミニウム合金E〜Lを用いている。このため、発明例のような熱処理を行なっており、XAFS解析法によるZnのK吸収端XANESスペクトルや、上記微細析出物粒子の体積分率が発明範囲内であるものの、総じて、エネルギ吸収量が低い。 Comparative Examples 10 to 17 use aluminum alloys E to L in Table 1 in which the contents of Zn, Ca, Ti, and Mg are out of the lower limit or upper limit of the composition of the present invention, respectively. For this reason, heat treatment as in the invention example is performed, and although the K absorption edge XANES spectrum of Zn by the XAFS analysis method and the volume fraction of the fine precipitate particles are within the scope of the invention, the energy absorption amount is generally Low.
以上の結果から、本発明アルミニウム合金発泡体における各要件の意義と好ましい製造条件の意義とが裏付けられる。 From the above results, the significance of each requirement in the aluminum alloy foam of the present invention and the significance of preferred production conditions are supported.
以上説明したように、本発明によれば、高張力鋼板製の衝撃エネルギ吸収部材に代替できるアルミニウム合金発泡体を提供することができる。この結果、自動車の構造部材など、衝突時に圧縮の衝撃荷重を受けた際に変形して衝撃エネルギを吸収する、衝撃エネルギ吸収部材に適用することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an aluminum alloy foam that can replace an impact energy absorbing member made of a high-tensile steel plate. As a result, the present invention can be applied to an impact energy absorbing member that deforms and absorbs impact energy when subjected to a compressive impact load at the time of collision, such as a structural member of an automobile.
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