JP7329966B2 - アルミニウム合金材 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム合金材に関する。

工業製品や建築物、構造物などの種々の分野において、機器の使用中に生じる振動や外部から加わる振動が様々な問題を生じさせることがある。例えば、自動車や鉄道等の輸送機器においては、振動自体や振動によって発生する騒音により、乗員の快適性が低下するおそれがある。家電製品や音響機器においては、振動によって生じる騒音が使用者に不快感を生じさせるおそれがある。また、例えば精密機器においては、振動によって機器の動作に支障が生じるおそれがある。

これらの問題の発生を抑制するため、振動を減衰させる技術が種々提案されている。例えば、建築物や構造物の分野においては、ダンパーなどの制振部材を組み込む方法や、建築物等を構成する部材に振動を減衰させやすい形状を有する部材を採用する方法が多用されている。しかしながら、制振部材を組み込む方法は、工業製品等の部材の点数の増加を招くおそれがある。また、部材の形状によって振動を減衰させる方法は、部材の寸法や質量、形状の制約が大きな輸送機器や家電製品、精密機器等に適用することが難しい。

かかる問題に対し、比較的軽量であり加工性に優れるというアルミニウム合金の特性を活かし、制振性の高いアルミニウム合金から構成された部材を用いて工業製品等を組み立てる方法が検討されている。例えば、特許文献１には、Ｆｅ：０．５～２０ｗｔ％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鋳塊に減面率で３０％以上の塑性加工を施すアルミニウム合金制振材料の製造方法が記載されている。

特開平３－２２３４４６号公報

近年では、特許文献１のアルミニウム合金制振材料よりも更に制振性の高いアルミニウム合金材が求められている。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、高い制振性を有するアルミニウム合金材を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
Ａｌマトリクスと、前記Ａｌマトリクス中に分散した第二相粒子と、を有するアルミニウム合金材であって、
前記アルミニウム合金材は、Ｆｅ：０．３０～３．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を有しており、
下記式（１）で表される金属組織因子Ｆの値が０．００５以上である、アルミニウム合金材にある。
Ｆ＝Ａ・ρ・Ｌ・ｅｘｐ（Ｂ・Ｅ） ・・・（１）

但し、前記式（１）におけるＬは任意の断面に存在する前記第二相粒子のうち円相当径０．２μｍ以上の第二相粒子の周囲長の合計［μｍ／μｍ²］であり、ρは転位密度［μｍ^-2］であり、Ｅは２５℃における導電率［％ＩＡＣＳ］であり、Ａ及びＢは前記アルミニウム合金材の化学成分に応じて定まる補正係数である。Ａ及びＢは、それぞれ、０．２×１０^-15≦Ａ≦２０×１０^-15、０．１≦Ｂ≦１．０の範囲内の値をとり得る。

前記アルミニウム合金材における、２μｍ以上の円相当径を有する第二相粒子の周囲長の合計Ｌ、転位密度ρ及び導電率Ｅによって表される金属組織因子Ｆの値は前記特定の範囲である。これにより、前記第二相粒子とＡｌマトリクス中の転位との相互作用によって前記アルミニウム合金材の外部から加わる振動を効率よく減衰させることができる。その結果、従来のアルミニウム合金材よりも制振性を高めることができる。

従って、前記態様によれば、優れた制振性を有するアルミニウム合金材を提供することができる。

実施例における、アルミニウム合金材のＬ－ＬＴ断面の反射電子像の例である。 図１の反射電子像に二値化処理を施した二値化像の例である。 実施例における、損失係数の測定装置の要部を示す側面図である。 実施例における、振幅－周波数曲線の一例を示す説明図である。

（化学成分）
前記アルミニウム合金材は、Ａｌ（アルミニウム）と、Ａｌマトリクス中に第二相粒子を形成するための１種または２種以上の添加元素と、を含有している。添加元素としては、例えば、Ｆｅ（鉄）、Ｍｎ（マンガン）、Ｓｉ（シリコン）、Ｃｕ（銅）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）等を使用することができる。これらの添加元素をアルミニウム合金中に添加することにより、Ａｌマトリクス中に、前記添加元素を含む第二相粒子を形成することができる。

・Ｆｅ（鉄）：０．３０～３．０質量％
前記アルミニウム合金材は、０．３０～３．０質量％のＦｅを含んでいる。Ｆｅの含有量を０．３０質量％以上とすることにより、Ａｌマトリクス中の第二相粒子の量をより多くし、アルミニウム合金材の制振性を向上させることができる。アルミニウム合金材の制振性をより向上させる観点からは、Ｆｅの含有量を０．５０質量％以上とすることが好ましい。

一方、Ｆｅの含有量が過度に多い場合には、アルミニウム合金材中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、圧延性の低下を招くおそれがある。Ｆｅの含有量を３．０質量％以下、好ましくは２．０質量％以下とすることにより、かかる問題を容易に回避しつつアルミニウム合金材の制振性を向上させることができる。

・Ｍｎ：０．１０～１．５０質量％
前記アルミニウム合金材は、０．１０～１．５０質量％のＭｎを含んでいてもよい。Ｍｎの含有量を０．１０質量％以上とすることにより、Ａｌマトリクス中の第二相粒子の量をより多くし、アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。アルミニウム合金材の制振性を更に向上させる観点からは、Ｍｎの含有量を０．２０質量％以上とすることがより好ましい。

一方、Ｍｎの含有量が過度に多い場合には、アルミニウム合金材中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、圧延性の低下を招くおそれがある。かかる問題を容易に回避しつつ制振性向上の効果を得る観点からは、Ｍｎの含有量を１．５０質量％以下とすることが好ましく、１．０質量％以下とすることがより好ましい。

・Ｓｉ：０．００５０～３．０質量％
前記アルミニウム合金材は、０．００５０～３．０質量％のＳｉを含んでいてもよい。Ｓｉの含有量を０．００５０質量％以上とすることにより、Ａｌマトリクス中の第二相粒子の量をより多くし、アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。アルミニウム合金材の制振性を更に向上させる観点からは、Ｓｉの含有量を０．０５０質量％以上とすることがより好ましい。

一方、Ｓｉの含有量が過度に多い場合には、アルミニウム合金材中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、圧延性の低下を招くおそれがある。また、この場合には、Ａｌマトリクス中に固溶した添加元素の量が多くなることにより、制振性の低下を招くおそれがある。かかる問題を回避して制振性向上の効果を得る観点からは、Ｓｉの含有量を３．０質量％以下とすることが好ましく、２．０質量％以下とすることがより好ましい。

・Ｃｕ：０．００３０～０．１０質量％
前記アルミニウム合金材は、０．００３０～０．１０質量％のＣｕを含んでいてもよい。Ｃｕの含有量を０．００３０質量％以上とすることにより、Ａｌマトリクス中の第二相粒子の量をより多くし、アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。アルミニウム合金材の制振性を更に向上させる観点からは、Ｃｕの含有量を０．０１０質量％以上とすることがより好ましい。

一方、Ｃｕの含有量が過度に多い場合には、アルミニウム合金材中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、圧延性の低下を招くおそれがある。また、この場合には、Ａｌマトリクス中に固溶した添加元素の量が多くなることにより、制振性の低下を招くおそれがある。かかる問題を容易に回避して制振性向上の効果を得る観点からは、Ｃｕの含有量を０．１０質量％以下とすることが好ましく、０．０５０質量％以下とすることがより好ましい。

・Ｍｇ：０．００５０～３．０質量％
前記アルミニウム合金材は、０．００５０～３．０質量％のＭｇを含んでいてもよい。Ｍｇの含有量を０．００５０質量％以上とすることにより、Ａｌマトリクス中の第二相粒子の量をより多くし、アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。アルミニウム合金材の制振性を更に向上させる観点からは、Ｍｇの含有量を０．０５０質量％以上とすることがより好ましい。

一方、Ｍｇの含有量が過度に多い場合には、Ａｌマトリクス中に固溶した添加元素の量が多くなることにより、制振性の低下を招くおそれがある。かかる問題を回避して制振性向上の効果を得る観点からは、Ｍｇの含有量を３．０質量％以下とすることが好ましく、１．５０質量％以下とすることがより好ましい。

・Ｚｎ：０．１０～０．５０質量％
前記アルミニウム合金材は、０．１０～０．５０質量％のＺｎを含んでいてもよい。Ｚｎの含有量を０．１０質量％以上とすることにより、Ａｌマトリクス中の第二相粒子の量をより多くし、アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。アルミニウム合金材の制振性を更に向上させる観点からは、Ｚｎの含有量を０．２０質量％以上とすることがより好ましい。

一方、Ｚｎの含有量が過度に多い場合、Ａｌマトリクス中に固溶した添加元素の量が多くなることにより、制振性の低下を招くおそれがある。かかる問題を容易に回避して制振性向上の効果を得る観点からは、Ｚｎの含有量を０．５０質量％以下とすることが好ましく、０．４０質量％以下とすることがより好ましい。

・Ｎｉ：０．０５０～０．３０質量％、Ｃｒ：０．０５０～０．３０質量％、Ｔｉ：０．０５０～０．３０質量％、Ｖ：０．０５０～０．３０質量％
前記アルミニウム合金材は、Ｎｉ：０．０５０～０．３０質量％、Ｃｒ：０．０５０～０．３０質量％、Ｔｉ：０．０５０～０．３０質量％、Ｖ：０．０５０～０．３０質量％のうち１種または２種以上を含んでいてもよい。これらの添加元素の含有量を０．０５０質量％以上とすることにより、アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。アルミニウム合金材の制振性を更に向上させる観点からは、これらの添加元素の含有量を０．１０質量％以上とすることがより好ましい。

一方、これらの添加元素の含有量が過度に多い場合には、アルミニウム合金材中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、圧延性の低下を招くおそれがある。かかる問題を回避しつつ制振性向上の効果を得る観点からは、これらの添加元素の含有量を０．３０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下とすることがより好ましい。

・Ｚｒ：０．００１０～０．３０質量％
前記アルミニウム合金材は、０．００１０～０．３０質量％のＺｒを含んでいてもよい。Ｚｒの含有量を０．００１０質量％以上とすることにより、アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。アルミニウム合金材の制振性を更に向上させる観点からは、Ｚｒの含有量を０．０１０質量％以上とすることがより好ましい。

一方、Ｚｒの含有量が過度に多い場合には、アルミニウム合金材中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、圧延性の低下を招くおそれがある。かかる問題を回避しつつ制振性向上の効果を得る観点からは、Ｚｒの含有量を０．３０質量％以下とすることが好ましく、０．２０質量％以下とすることがより好ましい。

［金属組織］
前記アルミニウム合金材は、Ａｌマトリクス中に分散した第二相粒子を有している。第二相粒子は、例えば、Ａｌ－Ｆｅ系化合物、Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系化合物、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｍｎ系化合物、Ａｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｃｕ系化合物、Ａｌ－Ｍｇ系化合物、Ｍｇ－Ｓｉ系化合物、Ａｌ－Ｍｇ－Ｚｎ系化合物、Ａｌ－Ｃｕ－Ｚｎ系化合物、Ａｌ－Ｎｉ系化合物、Ａｌ－Ｃｒ系化合物、Ａｌ－Ｔｉ系化合物、Ａｌ－Ｖ系化合物、Ａｌ－Ｚｒ系化合物等から構成されている。第二相粒子は、析出物であってもよいし、晶出物であってもよい。

Ａｌマトリクス中に分散した第二相粒子は、種々の粒径を有している。前記アルミニウム合金材中には、円相当径０．２μｍ以上の第二相粒子の他に、円相当径０．２μｍ未満の第二相粒子が含まれていてもよいし、円相当径０．２μｍ未満の第二相粒子が含まれていなくてもよい。前記アルミニウム合金材は、Ａｌマトリクス中に円相当径０．２μｍ以上の第二相粒子を有していれば、制振性の向上という作用効果を奏することができる。

また、前述したように、Ａｌマトリクス中に粗大な第二相粒子が形成された場合には、圧延性の低下を招くおそれがある。かかる問題を容易に回避する観点から、Ａｌマトリクス中に分散した第二相粒子の円相当径は、２０μｍ以下であることが好ましい。

［金属組織因子Ｆ］
前記アルミニウム合金材は、前述したように、Ａｌマトリクス中に分散している第二相粒子と転位との相互作用によって振動を減少させることができる。それ故、前記アルミニウム合金材の制振性を高めるためには、金属組織における第二相粒子の態様だけではなく、転位の態様を制御する必要がある。前記アルミニウム合金材の制振性に関わる金属組織の特徴は、下記式（１）に示す金属組織因子Ｆの値によって表すことができる。
Ｆ＝Ａ・ρ・Ｌ・ｅｘｐ（Ｂ・Ｅ） ・・・（１）

但し、前記式（１）における記号Ｌは任意の断面に存在する前記第二相粒子のうち円相当径０．２μｍ以上の第二相粒子の周囲長の合計［μｍ／μｍ²］であり、記号ρは転位密度［μｍ^-2］であり、記号Ｅは２５℃における導電率［％ＩＡＣＳ］であり、記号Ａ及び記号Ｂは前記アルミニウム合金材の化学成分に応じて定まる補正係数である。

金属組織因子Ｆの値が０．００５以上となるような金属組織においては、アルミニウム合金材中に含まれる添加元素の存在形態と、マトリクス中の転位の存在形態とが、振動を減衰させるために好適な形態となりやすい。それ故、金属組織因子Ｆの値が０．００５以上であるアルミニウム合金材は、制振性を向上させることができる。制振性をより高める観点からは、前記金属組織因子Ｆの値は０．０１以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましい。なお、制振性を向上させる観点からは金属組織因子Ｆの値に上限はないが、一般的な製造方法では、金属組織因子Ｆの値が４００を超えるアルミニウム合金材を得ることは難しい。

前記金属組織因子Ｆの値が０．００５未満の場合には、固溶元素による制振性低下の効果が第二相粒子と転位の相互作用による制振性向上の効果を上回りやすくなるため、制振性の低下を招くおそれがある。

金属組織因子Ｆの値の算出に用いられる個々のパラメータは、以下のようにして決定することができる。

・第二相粒子の周囲長Ｌ

円相当径０．２μｍ以上の第二相粒子の周囲長の合計Ｌは、以下の方法によって算出することができる。まず、走査型電子顕微鏡を用い、前記アルミニウム合金材の断面を観察して反射電子像を取得する。観察時の倍率は、例えば、１０００～５０００倍の範囲から適宜設定することができる。

観察対象の断面は特に限定されることはない。例えば、前記アルミニウム合金材が圧延板の場合、観察対象の断面は、ＬＴ－ＳＴ面（つまり、圧延方向に対して直角な断面）であってもよいし、Ｌ－ＬＴ面（つまり、板面に平行な断面）であってもよいし、Ｌ－ＳＴ面（つまり、圧延方向に対して平行な断面）であってもよい。また、前記アルミニウム合金材が押出材の場合、観察対象の断面は、押出方向に平行な断面であってもよいし、押出方向に垂直な断面であってもよい。更に、観察対象の断面は、これら以外の断面であってもよい。

次に、反射電子像に画像処理装置等を用いて二値化処理を施し、Ａｌマトリクスと第二相粒子とが異なる明度で示された二値化像を得る。この二値化像から円相当径０．２μｍ以上の第二相粒子を抽出し、更にこれらの第二相粒子の周囲長を算出する。そして、二値化像中に存在する円相当径０．２μｍ以上の第二相粒子の周囲長の合計を面積１μｍ²当たりの値に換算する。以上により得られた値を円相当径０．２μｍ以上の第二相粒子の周囲長の合計の値Ｌ［μｍ／μｍ²］とする。

前述した第二相粒子の周囲長の合計Ｌは０．１μｍ／μｍ²以上であることが好ましく、０．２μｍ／μｍ²以上であることがより好ましい。第二相粒子の周囲長の合計Ｌを大きくすることにより、第二相粒子と転位との相互作用をより強くすることができる。その結果、前記アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。なお、制振性を向上させる観点からは、前記周囲長の合計に上限はないが、一般的な製造方法では、前記周囲長の合計Ｌが３．０μｍ／μｍ²を超えるアルミニウム合金材を得ることは難しい。

・転位密度ρ
アルミニウム合金材中の転位密度ρは、以下の方法によって測定することができる。まず、Ｘ線回折法により、複数のアルミニウム合金材について回折プロファイルを取得する。次に、回折プロファイル中に存在するピークのピーク位置２θと、各ピークの積分幅β（つまり、ピークの全幅）とを読み取る。

次に、Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ－Ｈａｌｌの式（下記式（２））に基づき、ピーク位置２θの値と積分幅βの値とからアルミニウム合金材の不均一ひずみｈの値を算出する。なお、下記式（２）におけるλは入射Ｘ線の波長を示す記号であり、Ｄは結晶子の大きさを示す記号である。

前記式（２）に示すように、不均一ひずみｈの値は、βｃｏｓθ／λの値をグラフの縦軸にとり、ｓｉｎθ／λの値を横軸に取った直線の傾きを１／２倍した値に等しい。従って、まず、回折プロファイル中に存在する全てのピークについて、縦軸の値がβｃｏｓθ／λ、横軸の値がｓｉｎθ／λとなるようにグラフ中にデータ点を打点してＷｉｌｌｉａｍｓｏｎ－Ｈａｌｌプロットを作成する。その後、最小二乗法によってこれらのデータ点の近似直線を決定する。この近似直線の傾きを１／２倍することにより、不均一ひずみｈの値を算出することができる。

なお、例えばアルミニウム合金材の結晶粒が粗大である場合等には、回折プロファイルにおいて特定の結晶方位に関連するピークの強度が極端に低くなることがある。この場合、当該ピークの積分幅がバックグラウンドの影響を強く受け、Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ－Ｈａｌｌプロットにおいて異常値となるデータ点が現れる場合がある。この場合には、Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ－Ｈａｌｌプロットから当該データ点を取り除いた上で、当該データ点が得られたアルミニウム合金材について測定位置を変更して再度回折プロファイルを取得し、上記と同様の手順によってＷｉｌｌｉａｍｓｏｎ－Ｈａｌｌプロットにデータ点を追加すればよい。

転位密度ρの値は、下記式（３）に不均一ひずみｈの値を代入することによって算出することができる。なお、下記式（３）におけるｂはアルミニウムのバーガースベクトルを示す記号である。ｂの値は、具体的には０．２８６３ｎｍである。

前記アルミニウム合金材の転位密度ρは１０μｍ^-2以上であることが好ましく、２０μｍ^-2以上であることがより好ましく、５０μｍ^-2以上であることがさらに好ましい。転位密度ρを大きくすることにより、第二相粒子と転位との相互作用をより強くすることができる。その結果、前記アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。なお、制振性を向上させる観点からは、アルミニウム合金材の転位密度ρに上限はないが、一般的な製造方法では、転位密度が２０００μｍ-²を超えるアルミニウム合金材を得ることは難しい。

・導電率Ｅ
前記アルミニウム合金材の２５℃における導電率Ｅは５０％ＩＡＣＳ以上である。アルミニウム合金材の導電率Ｅは、添加元素が第二相粒子として析出または晶出し、Ａｌマトリクス中に固溶した添加元素の量が少なくなるほど高くなる。前記アルミニウム合金材の導電率Ｅを５０％ＩＡＣＳ以上とすることにより、転位運動の妨げとなる固溶した添加元素の量を低減することができる。その結果、転位と第二相粒子の相互作用による制振性の向上効果をより高めることができる。制振性をより向上させる観点からは、前記アルミニウム合金材の２５℃における導電率は５５％ＩＡＣＳ以上であることがさらに好ましい。

前記導電率Ｅが５０％ＩＡＣＳ未満の場合には、Ａｌマトリクス中に固溶した添加元素により、転位の運動が阻害されやすくなる。その結果、転位と第二相粒子との相互作用が起こりにくくなり、制振性の低下を招くおそれがある。

なお、制振性を高める観点からは導電率Ｅの値に上限はないが、アルミニウム合金の物性上、導電率の値は６４％ＩＡＣＳ以下となる。

・補正係数Ａ、Ｂ
前記金属組織因子における補正係数Ａ及び補正係数Ｂは、アルミニウム合金材に含まれる添加元素の種類及び量に応じて種々の値をとり得る。この理由としては、例えば、添加元素の種類及び量が変化すると第二相粒子を構成する相が変化し、第二相粒子と転位との相互作用の寄与度が変化することや、添加元素の種類及び量が変化すると、Ａｌマトリクス中に固溶した添加元素による転位運動の阻害の程度が変化することなどが考えられる。

補正係数Ａの値の範囲は、具体的には、０．２×１０^-15≦Ａ≦２０×１０^-15であり、補正係数Ｂの値の範囲は０．１≦Ｂ≦１．０である。添加元素の種類や量が異なる複数種のアルミニウム合金材のうち、最も含有量の多い添加元素の種類が同一であるアルミニウム合金材については、同一の補正係数Ａ及び補正係数Ｂの値を使用することができる。例えば、前記アルミニウム合金材が最も含有量の多い添加元素として０．３～３．０質量％のＦｅを含んでいる場合、Ａの値として２．０×１０^-15を使用し、Ｂの値として０．４８５１を使用することができる。

補正係数Ａ及び補正係数Ｂの値は、以下の方法により決定することができる。まず、最も含有量の多い添加元素の種類が共通であり、当該添加元素の含有量や他の添加元素の含有量、製造条件等の異なる複数種のアルミニウム合金材を準備する。そして、これらのアルミニウム合金材における前述した周囲長の合計Ｌ、転位密度ρ及び導電率Ｅの値を算出する。そして、これらの値を用いて作成したプロットを前記式（１）で近似することにより、補正係数Ａ及び補正係数Ｂの値を決定することができる。

［制振性］
前記アルミニウム合金材の制振性は、自由共振法によって測定される損失係数ηを前記アルミニウム合金材の試料形状によって補正して得られる、補正損失係数η_c（下記式（４）参照）に基づいて評価することができる。
η_c＝η－０．５５６×ｔ^-2.434＋１．５ ・・・（４）

なお、前記式（４）における記号ｔは損失係数ηの測定に用いる試験片の厚み［ｍｍ］である。損失係数ηの測定に用いる試験片の長さは６０ｍｍとし、幅は８ｍｍとする。

補正損失係数η_cは１．６×１０^-3以上であることが好ましく、１．８×１０^-3以上であることがより好ましく、２．０×１０^-3以上であることがさらに好ましい。この場合には、前記アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。制振性を向上させる観点からは、補正損失係数η_cに上限はないが、前記特定の範囲の金属組織因子Ｆを有するアルミニウム合金材においては、通常、補正損失係数η_cは３００×１０^-3以下である。

なお、損失係数を測定する手法は、自由共振法の他にも、例えば片持振動法等の方法がある。しかし、本発明者らが鋭意検討した結果、片持振動法においては試験片の形状によって損失係数の値が変動することがあり、特に特許文献１に記載されたように試験片の長さが長い場合には、化学成分や金属組織が同等であるにもかかわらず、試験片の長さが短い場合に比べて損失係数の値が大きくなる傾向があることが明らかとなった。従って、片持振動法による損失係数の値と、自由共振法によって得られる損失係数の値とを単純に比較することはできない。

また、本発明者らが鋭意検討した結果、自由共振法においても、試験片の厚みや面積に応じて損失係数の値が変化することが明らかとなった。この原因としては、測定時の試験片と空気との摩擦などが考えられる。従って、自由共振法による損失係数の値を、補正損失係数の値と単純に比較することもできない。

・結晶粒
前記アルミニウム合金材は、繊維状組織を含んでいることが好ましく、繊維状組織から構成されていることがより好ましい。この場合には、前記アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。

なお、繊維状組織とは、圧延や押出、鍛造等の展伸加工によって加工方向に引き伸ばされた多数の結晶粒を備えた組織をいう。繊維状組織は、例えば、倍率２５～１００倍の金属顕微鏡を用いて加工方向に平行な断面を観察した場合に、加工方向に延びる筋状の模様として観察される。また、等軸状組織とは、多数の等軸な結晶粒を備えた組織をいう。等軸状組織は、例えば、倍率２５～１００倍の金属顕微鏡を用いて加工方向に平行な断面を観察した場合に、長径と短径との差が比較的小さい粒状の模様として観察される。

前記アルミニウム合金材は、例えば、前記特定の化学成分を有する鋳塊を鋳造した後、鋳造方法に応じて前記鋳塊に圧延、押出、鍛造等の展伸加工及び熱処理を適宜組み合わせて実施することにより作製することができる。

例えば、製造方法の一態様として、ＤＣ鋳造法により鋳塊としてのスラブを鋳造した後、スラブに展伸加工としての熱間圧延及び冷間圧延を順次行う方法を採用することができる。

ＤＣ鋳造における鋳造速度は２０～１００ｍｍ／分の範囲内であることが好ましい。鋳造速度を前記特定の範囲内とすることにより、粗大な第二相粒子の形成を抑制することができる。

本態様においては、ＤＣ鋳造を行った後、熱間圧延を行う前にスラブを加熱して均質化処理を行ってもよいし、均質化処理を行わずに熱間圧延を行ってもよい。均質化処理を行う場合、加熱温度は、例えば２００～５５０℃の範囲から適宜設定することができる。均質化処理における加熱温度は、５００℃以下であることが好ましく、３４０℃以下であることがより好ましい。この場合には、Ａｌマトリクス中の第二相粒子をより微細化し、第二相粒子の周囲長をより大きくすることができる。その結果、転位と第二相粒子との相互作用により制振性をより向上させることができる。

また、均質化処理においては、スラブの温度が前記加熱温度に到達した直後に加熱を終了してもよいし、前記加熱温度を一定時間保持してもよい。後者の場合の保持時間は、５０時間以下とすることができる。

均質化処理における加熱温度が２００℃未満の場合には、スラブの均質化が不十分となるおそれがある。また、均質化処理における加熱温度が５５０℃を超える場合または保持時間が５０時間を超える場合には、スラブ中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、制振性の低下を招くおそれがある。

次に、スラブに熱間圧延を行い、熱延板を作製する。熱間圧延における圧延開始時のスラブの温度は２００～５５０℃であることが好ましい。圧延開始時のスラブの温度が２００℃未満の場合には、スラブが変形しにくいため、熱間圧延を行うことが難しい。圧延開始時のスラブの温度が５５０℃を超える場合には、スラブ中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、制振性の低下を招くおそれがある。

前記熱間圧延は、鋳造後のスラブの温度が前記特定の範囲内である間に行ってもよい。鋳造後のスラブの温度が前記特定の温度よりも低い場合には、熱間圧延を行う前にスラブを加熱することにより、スラブの温度を前記特定の範囲とすることもできる。

熱間圧延前にスラブを加熱する場合には、スラブの温度が所望の温度に到達した直後に加熱を終了してもよいし、所望の温度を一定時間保持してもよい。後者の場合の保持時間は、３０時間以下とすることができる。保持時間が３０時間を超える場合には、スラブ中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、制振性の低下を招くおそれがある。

本態様においては、熱間圧延を行った後、冷間圧延を行う前に、熱延板を加熱して焼鈍を行ってもよい。この焼鈍における加熱温度は２００～４００℃の範囲から適宜設定することができる。焼鈍における加熱温度が２００℃未満の場合には、中間焼鈍の効果が不十分となるおそれがある。焼鈍における加熱温度が４００℃を超える場合には、熱延板中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、制振性の低下を招くおそれがある。

前記焼鈍においては、前記加熱温度に到達した直後に加熱を終了してもよいし、前記加熱温度を一定時間保持してもよい。後者の場合の保持時間は、１０時間以下とすることができる。保持時間が１０時間を超える場合には、熱延板中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、制振性の低下を招くおそれがある。

その後、熱延板に１パス以上の冷間圧延を行うことにより、前記アルミニウム合金材を得ることができる。冷間圧延においては、総圧下率が５０％以上となるように圧延を行うことが好ましい。つまり、熱間圧延を行った後冷間圧延を行う前の熱延板の厚みと、所望するアルミニウム合金材の厚みとの差が、前記熱延板の厚みの５０％以上であることが好ましい。これにより、前記アルミニウム合金材の転位密度をより高め、前記アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。

冷間圧延のパス数が２パス以上である場合には、冷間圧延のパス間に熱延板を加熱して中間焼鈍を行うこともできる。中間焼鈍における加熱温度は２００～４００℃の範囲から適宜設定することができる。中間焼鈍における加熱温度が２００℃未満の場合には、中間焼鈍の効果が不十分となるおそれがある。中間焼鈍における加熱温度が４００℃を超える場合には、アルミニウム合金材中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、制振性の低下を招くおそれがある。

また、中間焼鈍においては、前記加熱温度に到達した直後に加熱を終了してもよいし、前記加熱温度を一定時間保持してもよい。後者の場合の保持時間は、１０時間以下とすることができる。保持時間が１０時間を超える場合には、アルミニウム合金材中に粗大な第二相粒子が形成されやすくなり、制振性の低下を招くおそれがある。

前記中間焼鈍を行う場合には、中間焼鈍後の圧下率が５０％以上となるように圧延を行うことが好ましい。つまり、中間焼鈍を行った後冷間圧延を再開する前の熱延板の厚みと、所望するアルミニウム合金材の厚みとの差が、冷間圧延を再開する前の熱延板の厚みの５０％以上であることが好ましい。これにより、前記アルミニウム合金材の転位密度を高め、前記アルミニウム合金材の制振性を向上させることができる。

本態様においては、冷間圧延後のアルミニウム合金材を加熱して最終焼鈍を行ってもよい。最終焼鈍における加熱温度は１００～２００℃の範囲から適宜設定することができる。最終焼鈍における加熱温度が１００℃未満の場合には、最終焼鈍の効果が不十分となるおそれがある。最終焼鈍における加熱温度が２００℃を超える場合には、転位の再配列や消滅等によって転位密度が大幅に減少し、制振性の低下を招くおそれがある。

また、最終焼鈍においては、前記加熱温度に到達した直後に加熱を終了してもよいし、前記加熱温度を一定時間保持してもよい。後者の場合の保持時間は、１０時間以下とすることができる。保持時間が１０時間を超える場合には、転位の再配列や消滅等によって転位密度が減少し、制振性の低下を招くおそれがある。

前記アルミニウム合金材の製造方法の他の態様として、双ロール式連続鋳造圧延法や双ベルト式連続鋳造法等の連続鋳造法により鋳塊としてのストリップを鋳造した後、ストリップに展伸加工としての冷間圧延を行う方法を採用することもできる。

連続鋳造における鋳造速度は５００～３０００ｍｍ／分の範囲内であることが好ましい。鋳造速度を前記特定の範囲内とすることにより、粗大な第二相粒子の形成を抑制することができる。

連続鋳造を行った後、ストリップに１パス以上の冷間圧延を行うことにより、前記アルミニウム合金材を得ることができる。冷間圧延においては、前述したＤＣ鋳造を行う場合の処理条件と同様に、総圧下率が５０％以上となるように圧延を行うことが好ましい。つまり、連続鋳造を行った後冷間圧延を行う前のストリップの厚みと、所望するアルミニウム合金材の厚みとの差が、前記ストリップの厚みの５０％以上であることが好ましい。これにより、前記アルミニウム合金材の転位密度をより高め、前記アルミニウム合金材の制振性をより向上させることができる。

また、本態様においても、前述したＤＣ鋳造を行う場合と同様に、冷間圧延のパス間に中間焼鈍を行ってもよいし、冷間圧延が完了した後に最終焼鈍を行ってもよい。本態様における中間焼鈍の処理条件及び最終焼鈍の処理条件及びその作用効果は、前述したＤＣ鋳造を行う場合の処理条件と同様である。

前記アルミニウム合金材の実施例を、図１～図４を用いて説明する。なお、本発明に係るアルミニウム合金材の態様は具体的な態様は、以下に示す実施例の態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で実施例から適宜構成を変更することができる。

本例に係るアルミニウム合金材は、以下の方法により作製することができる。まず、ＤＣ鋳造法により、表１に示す化学成分を有する鋳塊を鋳造する。この鋳塊を表１の「熱間圧延前加熱」欄に示した加熱温度で加熱した後、熱間圧延を行って表１に示す厚さの熱延板を作製する。得られた熱延板に総圧下率が表１に示す値となるように冷間圧延を行う。以上により、表１に示す、厚さ０．７５ｍｍの試験材１～１２及び厚さ２．０ｍｍの試験材１３～１４を得ることができる。なお、表１に示す試験材１５、１６は、鋳塊中のＦｅの含有量またはＭｎの含有量が過度に多いため、粗大な第二相粒子が形成されやすい。そのため、これらの試験材は、圧延を行うことが難しい。

これらの試験材における、金属組織因子Ｆの値の算出方法、補正損失係数η_cの算出方法及び結晶粒の形態の評価方法は、以下の通りである。

［金属組織因子Ｆの算出方法］
金属組織因子Ｆの値は、以下の方法により得られた円相当径０．２ｕｍ以上の第二相粒子の周囲長の合計Ｌ［μｍ／μｍ²］、転位密度ρ［μｍ^-2］及び導電率Ｅ［ＩＡＣＳ％］の値を下記式（１）に代入することによって算出することができる。なお、本例における補正係数Ａの値は２．０×１０^-15であり、補正係数Ｂの値は０．４８５１である。試験材の金属組織因子Ｆの値は表２に示した通りである。
Ｆ＝Ａ・ρ・Ｌ・ｅｘｐ（Ｂ・Ｅ） ・・・（１）

Ｌ、ρ及びＥの値の測定方法を以下に詳説する。

・円相当径０．２ｕｍ以上の第二相粒子の周囲長の合計Ｌ
まず、試験材の板面を研磨し、Ｌ－ＬＴ面（板面に平行な面）を露出させる。走査型電子顕微鏡を用いてＬ－ＬＴ面から無作為に選択した５か所の観察位置を観察し、倍率２０００倍の反射電子像を取得する。反射電子像中には、Ａｌマトリクスと、Ａｌマトリクス中に分散した第二相粒子とが互いに異なる明度で表示される。例えば図１においては、アルミニウム合金材１中の第二相粒子１２がＡｌマトリクス１１よりも明るい明度で表示されている。

次に、画像処理装置等を用いて反射電子像に二値化処理を施し、図２に示す二値化像を作成する。なお、図２においては、便宜上、二値化処理を作成した後に、白色と黒色とを入れ替える反転処理が施されている。二値化処理における閾値は、反射電子像における第二相粒子１２の輪郭が二値化処理後においても維持されるように適宜設定すればよい。

この二値化像から円相当径０．２μｍ以上の第二相粒子１２を抽出した後、個々の第二相粒子１２の周囲長（つまり、第二相粒子１２の輪郭の長さ）を計測する。これらの周囲長の合計を視野面積の合計で除することにより、表２に示す円相当径０．２ｕｍ以上の第二相粒子１２の周囲長の合計Ｌ［μｍ／μｍ²］を算出することができる。

・転位密度ρ
まず、Ｘ線回折装置を用いて試験材のＸ線回折プロファイルを取得する。Ｘ線回折の条件は以下の通りである。
測定装置：株式会社リガク製「Ｓｍａｒｔ－ｌａｂｏ（登録商標）」
入射Ｘ線：Ｃｕ－Ｋα線（λ＝０．１５４０５ｎｍ）
管球電圧：４０ｋＶ
管球電流：２０ｍＡ
サンプリング幅：０．００４°
スキャンスピード：０．２°／分
２θスキャン範囲：４０°～８０°

取得したＸ線回折プロファイルを用い、前述の方法によってＷｉｌｌｉａｍｓｏｎ－Ｈａｌｌプロットを作成する。そして、Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ－Ｈａｌｌプロットにおける近似直線の傾きから不均一ひずみｈを算出した後、得られたｈの値を前記式（２）に代入することにより転位密度ρの値を算出することができる。試験材の転位密度ρの値を表２に示す。また、表２の「Ｌ×ρ」欄には、前述した方法によって算出した第二相粒子の周囲長の合計Ｌの値と転位密度ρの値との積の値を示す。

・導電率Ｅ
導電率Ｅの測定には、例えば、導電率計（日本フェルスター社製「シグマテスト２．０６９」）を使用することができる。２５℃における試験材の導電率Ｅを表２に示す。なお、試験材の温度を２５℃にするためには、例えば、２５℃に温度管理された室内に試験材を１時間程度静置すればよい。また、前記の導電率計を使用する場合、測定周波数は、例えば４８０ｋＨｚとすることができる。

［結晶粒の形態］
試験材を圧延方向に対して平行に切断し、Ｌ－ＳＴ面を露出させる。このＬ－ＳＴ面を研磨した後、陽極酸化を行うことにより、試料の表面に結晶方位に依存した偏光性を持つ酸化皮膜を形成する。その後、偏光顕微鏡を用い、Ｌ－ＳＴ面から無作為に選択した３か所の観察位置を倍率１００倍で観察して顕微鏡像を取得する。また、画像処理装置等を用い、顕微鏡像中の個々の結晶粒について、アスペクト比、つまり、結晶粒の厚みに対する結晶粒の長さの比率を算出する。

そして、顕微鏡像中に等軸な結晶粒（つまり、再結晶粒）が存在しておらず、かつ、アスペクト比の平均値が１０以上の場合には、試験材が繊維状組織から構成されていると判定し、顕微鏡像中に等軸な結晶粒が存在しているか、または、アスペクト比の平均値が１０未満の場合には、試験材に等軸状組織が含まれていると判断する。なお、結晶粒のアスペクト比が非常に高い場合には、圧延方向の両端が視野内に存在している結晶粒の数が少なくなり、アスペクト比の平均を正確に算出することができない。この場合には、アスペクト比の平均が１０である見本と対比することにより、アスペクト比の平均が１０以上であるか否かを判定する。

［補正損失係数η_c］
まず、試験材から採取した長さ６０ｍｍ、幅８ｍｍの短冊試験片を用い、自由共振法によって損失係数ηを測定する。

損失係数ηの測定には、自由共振式内部摩擦測定装置（日本テクノプラス株式会社製「ＪＥ－ＲＴ」）を用いることができる。図３に示すように、測定装置２は、駆動電極２１と、駆動電極２１に対面した振幅センサ２２とを有している。駆動電極２１と振幅センサ２２との間に短冊試験片Ｓを水平に配置し、振動の節となる位置において細線２３により短冊試験片Ｓを固定する。この状態で駆動電極２１に交流電流を流して短冊試験片Ｓにクーロン力を作用させることにより、短冊試験片Ｓを振動させることができる。そして、振幅センサ２２を用いて短冊試験片Ｓの振幅を測定することにより、振動の波形を得ることができる。

本例では、駆動電極２１から静電力を発生させて短冊試験片Ｓを強制的に振動させ、その振幅を測定する。この際、振動の周波数を掃引しながら短冊試験片Ｓを振動させることにより、図４に示すような振幅－周波数曲線を得ることができる。なお、図４の縦軸は振幅の大きさの常用対数であり、横軸は周波数（Ｈｚ）である。

試験材の損失係数ηは、図４に示す振幅－周波数曲線に基づき、半値幅法によって算出することができる。まず、振幅－周波数曲線上において振幅が最大となる周波数を求め、この周波数を共振周波数ｆ₀とする。次に、共振ピークの半値幅Δｆを求める。半値幅Δｆは、具体的には以下のようにして算出することができる。まず、共振周波数ｆ₀よりも周波数の低い範囲において、振幅の値が共振周波数ｆ₀での振幅の値Ａ₀の１／２となる周波数ｆ₁を求める。次に、共振周波数ｆ₀よりも周波数の高い範囲において、振幅の値が共振周波数ｆ₀での振幅の値Ａ₀の１／２となる周波数ｆ₂を求める。このようにして求めた周波数ｆ₂と周波数ｆ₁との差ｆ₂－ｆ₁の値が半値幅Δｆである。

以上により得られた共振周波数ｆ₀と半値幅Δｆとを下記式（５）に代入することにより、損失係数ηを算出することができる。

そして、このようにして得られた損失係数ηを下記式（４）に代入することにより、補正損失係数η_cを算出することができる。表２に、試験材の補正損失係数η_cの値を示す。
η_c＝η－０．５５６×ｔ^-2.434＋１．５ ・・・（４）

表１及び表２に示すように、試験材１～１１及び試験材１３における金属組織因子Ｆの値は、前記特定範囲内にある。そのため、これらの試験材の補正損失係数η_cの値は１．６×１０^-3以上となる。それ故、これらの試験材は、優れた制振性を有している。

試験材１２及び試験材１４における金属組織因子Ｆの値は前記特定の範囲よりも小さい。そのため、これらの試験材の制振性は、試験材１～１１及び試験材１３よりも劣る。

１ アルミニウム合金材
１１ Ａｌマトリクス
１２ 第二相粒子

Claims (4)

1. Ａｌマトリクスと、前記Ａｌマトリクス中に分散した第二相粒子と、を有するアルミニウム合金材であって、
   前記アルミニウム合金材は、Ｆｅ：０．３０～３．０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる化学成分を有しており、
   下記式（１）で表される金属組織因子Ｆの値が０．００５以上である、アルミニウム合金材。
   Ｆ＝Ａ・ρ・Ｌ・ｅｘｐ（Ｂ・Ｅ） ・・・（１）
   （但し、前記式（１）におけるＬは任意の断面に存在する前記第二相粒子のうち円相当径０．２μｍ以上の第二相粒子の周囲長の合計［μｍ／μｍ²］であり、ρは転位密度［μｍ^-2］であり、Ｅは２５℃における導電率［％ＩＡＣＳ］であり、Ａ及びＢは前記アルミニウム合金材の化学成分に応じて定まる補正係数であり、０．２×１０^-15≦Ａ≦２０×１０^-15であり、０．１≦Ｂ≦１．０である。）
2. 前記アルミニウム合金材は、更に、Ｍｎ：０．１０～１．５０質量％を含有している、請求項１に記載のアルミニウム合金材。
3. 前記アルミニウム合金材は、更に、Ｓｉ：０．００５０～３．０質量％、Ｃｕ：０．００３０～０．１０質量％、Ｍｇ：０．００５０～３．０質量％、Ｚｎ：０．１０～０．５０質量％、Ｎｉ：０．０５０～０．３０質量％、Ｃｒ：０．０５０～０．３０質量％、Ｔｉ：０．０５０～０．３０質量％、Ｖ：０．０５０～０．３０質量％、Ｚｒ：０．００１０～０．３０質量％のうち１種または２種以上を含有している、請求項１または２に記載のアルミニウム合金材。
4. 前記アルミニウム合金材は、繊維状組織を有している、請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金材。

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