特開 2023-77063 過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤及びその製造方法並びに過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023077063

(43)【公開日】2023-06-05

(54)【発明の名称】過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤及びその製造方法並びに過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 21/00 20060101AFI20230529BHJP

   C22C 21/12 20060101ALI20230529BHJP

   C22C 21/02 20060101ALI20230529BHJP

   C22C 1/02 20060101ALI20230529BHJP

【ＦＩ】

C22C21/00 N

C22C21/12

C22C21/02

C22C1/02 503J

C22C1/02 501E

C22C1/02 503K

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021190188

(22)【出願日】2021-11-24

(71)【出願人】

【識別番号】000004743

【氏名又は名称】日本軽金属株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】507073859

【氏名又は名称】日軽エムシーアルミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001885

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＰＲコンサルタント

(72)【発明者】

【氏名】織田 和宏

(72)【発明者】

【氏名】望月 鉄矢

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼買 瑞樹

(72)【発明者】

【氏名】下村 眞美

(72)【発明者】

【氏名】鍋田 汐南

(72)【発明者】

【氏名】王 多

(57)【要約】

【課題】初晶Ｓｉだけでなく共晶Ｓｉの粗大化も抑制することができる過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤及びその製造方法並びに初晶Ｓｉと共晶Ｓｉが共に微細化された過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法を提供する。
【解決手段】０．００４～１．４００ｗｔ％のＰを含有するアルミニウム合金からなり、ＡｌＰ化合物の平均円相当粒径が１μｍ以下であること、を特徴とする過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

０．００４～１．４００ｗｔ％のＰを含有するアルミニウム合金からなり、
ＡｌＰ化合物の平均円相当粒径が１μｍ以下であること、
を特徴とする過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤。

【請求項2】

５～２０ｗｔ％のＣｕを含有すること、
を特徴とする請求項１に記載の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤。

【請求項3】

１２～２０ｗｔ％のＳｉを含有すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤。

【請求項4】

請求項１～３のうちのいずれかに記載の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の組成を有する溶湯を、１０８０～１８００℃で１～２０分間保持する保持処理工程を有すること、
を特徴とする過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の製造方法。

【請求項5】

鋳造時の冷却速度を１００℃／ｓ以上とすること、
を特徴とする請求項４に記載の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の製造方法。

【請求項6】

鋳造後に時効処理を行うこと、
を特徴とする請求項４又は５に記載の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の製造方法。

【請求項7】

１２～２０ｗｔ％のＳｉを含有するアルミニウム合金溶湯中に、請求項１～３のうちのいずれかに記載の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を添加し、鋳造すること、
を特徴とする過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金の初晶Ｓｉの微細化に使用される微細化剤に関するものである。

【背景技術】

【0002】

Ａｌ－Ｓｉ合金は機械的性質に優れるだけでなく、良好な鋳造性を有しているため、鋳物用合金として用いられてきた。しかしながら、Ｓｉの含有量が１３ｗｔ％を超えると硬い初晶Ｓｉが多く晶出するようになり、耐摩耗性が向上する一方で、初晶Ｓｉが粗大化すると靭性や切削性が低下してしまう。

【0003】

これに対して、初晶Ｓｉの粗大化を抑制する方法として、Ａｌ－Ｃｕ－Ｐ合金、Ｃｕ－Ｐ合金及びＰフラックス等を用いてＰを添加する方法が知られている。Ｐを添加することにより、初晶Ｓｉの晶出の核となるＡｌＰ化合物が形成され、微細な初晶Ｓｉが一斉に晶出することにより、初晶Ｓｉの粗大化が抑制される。

【0004】

例えば、特許文献１（特開平８－１７０１３６号公報）では、初晶Ｓｉの大きさが任意に制御され、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物の耐摩耗性、機械的性質、機械加工性を要求特性に合わせてコントロールすることが可能であると共に、アルミニウム合金溶湯の湯流れ性・湯まわり性を改善して薄肉・軽量部品への適用も容易なものとすることが可能である過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金および過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物を提供する、ということを目的として、重量％で、Ｓｉ：１２．０～２５．０％、Ｃｕ：０．５～５．０％、Ｍｇ：０．１～２．０％、Ｐ：０．００３～０．０５％、Ｂｅ：０．００１～０．０１％を含み、残部ＡｌおよびＭｎ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ等のその他の必要合金元素ならびに不純物からなる過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金、ならびにＰおよび／またはＢｅを含まない前記過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金を鋳造素材としてなり、鋳造に際して晶出する初晶Ｓｉ微細化のためにＰ：０．００３～０．０５％および／またはＢｅ：０．００１～０．０１％の範囲で添加されている過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物、が提案されている。

【0005】

上記特許文献１に記載の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物においては、Ｐを０．００３～０．０５％、Ｂｅを０．００１～０．０１％含有しているために、これら両元素の添加量によって初晶Ｓｉが任意の大きさに制御されることとなり、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物の耐摩耗性、機械的性質、機械加工性は要求特性に合わせてコントロールされることとなる、とされている。

【0006】

また、特許文献２（特開平４－３６２３２６号公報）では、鉄道車両用ブレーキディスクとして使用可能な機械的特性及び摩擦摩耗特性を有するアルミニウム合金製の軽量ブレーキディスクを提供する、ということを目的として、ケイ素１３～１８重量％、銅３～５重量％及びマグネシウム０．１～１重量％を含み、更にリン０．００１～０．１重量％及びアンチモン０．００１～０．５重量％の一方又は両方を含み、残部がアルミニウムと不可避の不純物からなるアルミニウム合金製ブレーキディスク、が提案されている。

【0007】

上記特許文献２に記載のアルミニウム合金製ブレーキディスクにおいては、初晶Ｓｉによりアルミニウム合金に所望の耐摩耗性を付与するためにＳｉ含有量を１３～１８重量％とし、初晶Ｓｉを微細化するためにＰ及びＳｂが添加されている、とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平８－１７０１３６号公報

【特許文献2】特開平４－３６２３２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に記載の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物はＰ及びＢｅの添加によって初晶Ｓｉが微細化されているが、共晶Ｓｉには着目しておらず、初晶Ｓｉの粗大化抑制に伴って共晶Ｓｉが粗大化する場合があることには留意されていない。加えて、Ｂｅは毒性の強い元素であり、使用は極力控えることが望まれる。

【0010】

また、特許文献２に記載のアルミニウム合金製ブレーキディスクにおいても、ＰやＳｂの添加によって初晶Ｓｉが微細化されているが、共晶Ｓｉの状態については全く検討されていない。

【0011】

以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、初晶Ｓｉだけでなく共晶Ｓｉの粗大化も抑制することができる過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤及びその製造方法並びに初晶Ｓｉと共晶Ｓｉが共に微細化された過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明者らは、上記目的を達成すべく、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の組成及び微細組織等について鋭意研究を重ねた結果、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤に適量のＰを添加すると共に、微細なＡｌＰ化合物を分散させること等が極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。

【0013】

即ち、本発明は、
０．００４～１．４００ｗｔ％のＰを含有するアルミニウム合金からなり、
ＡｌＰ化合物の平均円相当粒径が１μｍ以下であること、
を特徴とする過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤、を提供する。

【0014】

本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤においては、極めて微細なＡｌＰ化合物（晶出物及び析出物）が多数分散していることが最大の特徴となっている。当該ＡｌＰ化合物の平均円相当粒径を１μｍ以下とすることで、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金の溶湯中に過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を添加した際に、ＡｌＰ化合物が速やかに初晶Ｓｉの晶出核となり、初晶Ｓｉの粗大化の抑制に寄与する。

【0015】

また、０．００４～１．４００ｗｔ％のＰ含有量において、ＡｌＰ化合物の平均円相当粒径が１μｍ以下であれば、ＡｌＰ化合物の数は多くなり、共晶Ｓｉの晶出の際にも多数の微細なＡｌＰ化合物が存在する。その結果、当該ＡｌＰ化合物が共晶Ｓｉの晶出核にもなることで、共晶Ｓｉの粗大化が極めて効果的に抑制される。

【0016】

また、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤においては、５～２０ｗｔ％のＣｕを含有すること、が好ましい。５～２０ｗｔ％のＣｕを含有する過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を用いることで、元の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金に適量のＣｕを添加することができる。過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＣｕの含有量を５ｗｔ％以上とすることで、固溶体強化及び時効硬化により過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物の強度を向上させることができる。また、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＣｕの含有量を２０ｗｔ％以下とすることで、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物の靭性の低下及び引け巣の発生を抑制することができる。

【0017】

ここで、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の添加により、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金のＣｕ含有量を０．１～６．０ｗｔ％とすることが好ましいが、５～２０ｗｔ％のＣｕを含有する過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を用いることにより、これを容易に実現することができる。

【0018】

また、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤においては、１２～２０ｗｔ％のＳｉを含有すること、が好ましい。本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を添加する過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金のＳｉ含有量は１２～２０ｗｔ％であり、当該含有量範囲内のＳｉを添加することで、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を添加した後の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金のＳｉ含有量の変化を最小限に留めることができる。加えて、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＳｉ含有量を１２～２０ｗｔ％とすることで、鋳造及びその後の塑性加工や切削加工等により、任意の大きさ及び形状の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を容易に得ることができる。

【0019】

また、本発明は、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の組成を有する溶湯を、１０８０～１８００℃で１～２０分間保持する保持処理工程を有すること、を特徴とする過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の製造方法、も提供する。

【0020】

本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤は０．００４～１．４００ｗｔ％のＰを含有しているところ、当該組成を有する溶湯を１０８０～１８００℃で１～２０分間保持する保持処理工程を有することで、ＡｌＰ化合物を溶解させることができる。その結果、粗大なＡｌＰ化合物が存在する場合であっても当該ＡｌＰ化合物を除去することができ、最終的に得られる過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＡｌＰ化合物の平均円相当粒径を１μｍ以下とすることができる。

【0021】

また、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の製造方法においては、鋳造時の冷却速度を１００℃／ｓ以上とすること、が好ましい。鋳造時の冷却速度を１００℃／ｓ以上とすることで、Ｐを過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金に過飽和固溶させることができる。Ｐを過飽和固溶した過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金を前駆体とすることで、最終的に得られる過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＡｌＰ化合物の平均円相当粒径を容易に制御することができる。

【0022】

また、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の製造方法においては、鋳造後に時効処理を行うこと、が好ましい。時効処理によって、ＡｌＰ化合物の平均円相当粒径を制御することができる。特に、Ｐを過飽和固溶した過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金に対して適当な条件で時効処理を施すことによって、より確実にＡｌＰ化合物の平均円相当粒径を１μｍ以下とすることができる。

【0023】

更に、本発明は、１２～２０ｗｔ％のＳｉを含有するアルミニウム合金溶湯中に、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を添加し、鋳造すること、を特徴とする過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法、も提供する。

【0024】

１２～２０ｗｔ％のＳｉを含有するアルミニウム合金溶湯中に、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を添加し、鋳造することで、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の初晶Ｓｉと共晶Ｓｉを共に微細化することができる。

【0025】

ここで、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の製造方法を、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物自体の製造に適用することも考えられるが、その場合はアルミニウム合金溶湯の全体を高温に保持（１０８０～１８００℃に１～２０分間保持）する必要がある。これに対し、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を用いる場合、これを従来公知の条件に保持されたアルミニウム合金溶湯に添加するのみで初晶Ｓｉと共晶Ｓｉを共に微細化することができるため、ＣＯ_２排出量の削減、省エネルギー及び製造コストの削減を達成することができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、初晶Ｓｉだけでなく共晶Ｓｉの粗大化も抑制することができる過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤及びその製造方法並びに初晶Ｓｉと共晶Ｓｉが共に微細化された過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法の模式図である。

【図2】実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１及び比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１～３のミクロ組織写真である。

【図3】実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１及び比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物４，５のミクロ組織写真である。

【図4】実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物２及び比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物４，５のミクロ組織写真である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤及びその製造方法並びに過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

【0029】

１．過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤
本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤は、適量のＰを含有するアルミニウム合金からなり、微細なＡｌＰ化合物が分散していることを特徴としている。以下、成分及び微細組織について詳細に説明する。

【0030】

（１）添加元素
（１－１）必須の添加元素
Ｐ：０．００４～１．４００ｗｔ％
過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤に含まれるＰは、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤に多数の微細なＡｌＰ化合物を分散させるためのものである。Ｐの含有量を０．００４ｗｔ％以上とすることで、ＡｌＰ化合物が形成され、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤をアルミニウム合金溶湯に添加して過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物を製造する際に、初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉを微細化する効果を得ることができる。また、Ｐの含有量を１．４００ｗｔ％以下とすることで、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＡｌＰ化合物が粗大化することを抑制できる。

【0031】

（１－２）任意の添加元素
本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤は、Ｐに加えて、以下の元素を添加してもよい。

【0032】

Ｃｕ：５～２０ｗｔ％
５～２０ｗｔ％のＣｕを含有する過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を用いることで、元の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金に適量のＣｕを添加することができる。過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＣｕの含有量を５ｗｔ％以上とすることで、固溶体強化及び時効硬化により過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物の強度を向上させることができる。また、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＣｕの含有量を２０ｗｔ％以下とすることで、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物の靭性の低下及び引け巣の発生を抑制することができる。

【0033】

過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の添加により、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金のＣｕ含有量を０．１～６．０ｗｔ％とすることが好ましいが、５～２０ｗｔ％のＣｕを含有する過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を用いることにより、これを容易に実現することができる。

【0034】

Ｓｉ：１２～２０ｗｔ％
過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＳｉ含有量を１２～２０ｗｔ％とすることで、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物のＳｉ含有量を容易に１２～２０ｗｔ％の範囲に調整することができる。加えて、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＳｉ含有量を１２～２０ｗｔ％とすることで、鋳造及びその後の塑性加工や切削加工等により、任意の大きさ及び形状の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を容易に得ることができる。

【0035】

その他、本発明の効果を損なわない限りにおいて、アルミニウム合金の添加元素として従来公知の種々の元素を含有させることができる。また、アルミニウム合金の不可避不純物として従来公知の種々の元素が含有されることも許容される。

【0036】

（２）微細組織
本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の微細組織は、微細なＡｌＰ化合物（晶出物及び析出物）が多数分散し、当該ＡｌＰ化合物の平均円相当粒径が１μｍ以下となっていることを特徴としている。過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金の溶湯中に過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を添加した際に、平均円相当粒径が１μｍ以下の微細なＡｌＰ化合物が速やかに初晶Ｓｉの晶出核となり、初晶Ｓｉの粗大化を極めて効果的に抑制することができる。ＡｌＰ化合物の平均円相当粒径は５００ｎｍ以下とすることが好ましく、２５０ｎｍ以下とすることがより好ましく、１００ｎｍ以下とすることが最も好ましい。

【0037】

また、０．００４～１．４００ｗｔ％のＰ含有量において、ＡｌＰ化合物の平均円相当粒径が１μｍ以下であれば、ＡｌＰ化合物の数は多くなり、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤をアルミニウム合金溶湯に添加して過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物を製造する際に、共晶Ｓｉの晶出の際にも多数の微細なＡｌＰ化合物が存在する。その結果、当該ＡｌＰ化合物が共晶Ｓｉの晶出核にもなることで、共晶Ｓｉの粗大化が極めて効果的に抑制される。

【0038】

ここで、円相当径とは、金属組織を観察した際に求まるＡｌＰ化合物の占める面積を円相当の面積に換算したときの直径である。具体的には、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察像や透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察像等を画像処理して容易に求めることができる。ＡｌＰ化合物の領域とその他の領域とは観察像において明瞭にコントラストが異なるため、二値化処理したのち、各種画像計測処理を行う。また、平均粒径としては、例えば、一定視野内における１０～１００個程度のＡｌＰ化合物の円相当径の平均値を用いることができる。

【0039】

なお、ＡｌＰ化合物以外の微細組織については、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、アルミニウム合金として従来公知の状態とすることができる。また、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の形状及び大きさも本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、アルミニウム合金溶湯への添加剤として従来公知の種々の形状及び大きさとすることができる。

【0040】

２．過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の製造方法
本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の製造方法は、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の組成を有する溶湯を、１０８０～１８００℃で１～２０分間保持する保持処理工程を有すること、を特徴としている。

【0041】

０．００４～１．４００ｗｔ％のＰを含有する溶湯を１０８０～１８００℃で１～２０分間保持する保持処理工程を有することで、ＡｌＰ化合物を溶解させることができる。その結果、粗大なＡｌＰ化合物が存在する場合であっても当該ＡｌＰ化合物を除去することができ、最終的に得られる過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＡｌＰ化合物の平均円相当粒径を１μｍ以下とすることができる。

【0042】

ＡｌＰ化合物の晶出温度は１０００℃前後であり、溶湯の温度を１０８０℃以上とすることで確実にＡｌＰ化合物を溶解させることができる。一方で、溶湯の温度を１８００℃以下とすることで、エネルギー消費量の増加や溶解炉等の設備の劣化を抑制することができる。

【0043】

また、１０８０～１８００℃における保持温度を１分以上とすることで粗大なＡｌＰ化合物は十分に除去することができ、２０分以下とすることでエネルギー消費量の増加や溶解炉等の設備の劣化を抑制することができる。

【0044】

また、鋳造時の冷却速度は１００℃／ｓ以上とすることが好ましい。鋳造時の冷却速度を１００℃／ｓ以上とすることで、Ｐを過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金に過飽和固溶させることができる。Ｐを過飽和固溶した過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金を前駆体とすることで、最終的に得られる過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤のＡｌＰ化合物の平均円相当粒径を容易に制御することができる。ここで、当該効果を得るためには冷却速度は１０００℃／ｓ以上とすることがより好ましく、１００００℃／ｓ以上とすることが最も好ましい。

【0045】

また、鋳造後には時効処理を行うことが好ましい。時効処理によって、ＡｌＰ化合物の平均円相当粒径を制御することができる。特に、Ｐを過飽和固溶した過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金に対して時効処理を施すことによって、より確実にＡｌＰ化合物の平均円相当粒径を１μｍ以下とすることができる。

【0046】

時効処理の条件はＡｌＰ化合物の平均円相当粒径が１μｍ以下となるように調整すればよいが、例えば、１６０℃で６時間とすることができる。

【0047】

３．過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法（過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の使用方法）
本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法は、発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を用いて、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の初晶Ｓｉと共晶Ｓｉを共に微細化するものである。

【0048】

図１に本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の製造方法の模式図を示す。一般的な溶解、脱滓及び脱ガス条件における１２～２０ｗｔ％のＳｉを含有するアルミニウム合金溶湯中には、粗大なＡｌＰ化合物が存在する場合が多い。これに対し、当該アルミニウム合金溶湯中に過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を添加し、微細なＡｌＰ化合物を大量に導入することで、当該微細ＡｌＰ化合物が過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の微細組織に及ぼす影響が支配的となり、初晶Ｓｉと共晶Ｓｉを共に微細化することができる。

【0049】

これに対し、粗大なＡｌＰ化合物を含むアルミニウム合金溶湯の全体をＡｌＰ化合物が溶解する高温条件に保持し、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の組織を微細化することも考えられるが、当該処理ではエネルギー消費やＣＯ_２排出量が大きくなる。一方で、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を用いる場合、これを従来公知の条件に保持されたアルミニウム合金溶湯に添加するのみで初晶Ｓｉと共晶Ｓｉを共に微細化することができるため、ＣＯ_２排出量の削減、省エネルギー及び製造コストの削減を実現することができる。

【0050】

なお、アルミニウム合金溶湯への過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の添加量は、当該アルミニウム合金溶湯の組成及び量や過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材の所望の微細組織等に応じて適宜調整すればよい。

【0051】

過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を用いて得られる過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳造材において、初晶Ｓｉの最大の円相当径は５０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以下であることがより好ましく、３０μｍ以下であることが最も好ましい。また、共晶Ｓｉの最大の相間隔は３０μｍ以下であることが好ましく、２５μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることが最も好ましい。

【0052】

初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉの観察方法は、本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の方法を用いることができ、例えば、光学顕微鏡観察やＳＥＭ観察を用いればよい。共晶Ｓｉの領域とその他の領域とは顕微鏡写真やＳＥＭ観察像で明瞭にコントラストが異なるため、明瞭に識別することができる。

【0053】

また、初晶Ｓｉの円相当径の測定方法は基本的にＡｌＰ化合物の場合と同様である。共晶Ｓｉの層間隔の測定方法は特に限定されず、従来公知の種々の方法によって測定することができるが、例えば、「軽金属学会鋳造・凝固部会：軽金属，３８（１９８８）５４－６０」に記載されているデンドライトアームスペーシング測定手順の交点法を用いて測定することができる。

【0054】

なお、その他の鋳造条件については本発明の効果を損なわない限りにおいて特に限定されず、従来公知の種々の鋳造方法及び鋳造条件を用いることができる。

【0055】

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。

【実施例0056】

≪実施例≫
表１の実施微細化剤１として示す組成となるように配合した原料を黒鉛坩堝に挿入し、７５０℃で大気溶解した後、７５０℃で回転式脱ガス装置による脱ガス処理を施した。次に、大気中で残湯を１０８０℃まで昇温して６０分間保持（溶湯過熱処理）した後に、重力鋳造法により銅型に鋳造し、本発明の実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤１を得た。なお、銅型温度は１２０℃であり、鋳造時の冷却速度は１００℃／以上であった。

【0057】

重力銅鋳型鋳造によって実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤１のＡｌＰ化合物の平均円相当粒径を測定したところ、１μｍとなっており、微細なＡｌＰ化合物が大量に分散していることが確認された。

【0058】

また、表１の実施微細化剤２として示す組成となるように配合した原料を用い、液体急冷装置にて過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を製造した。原料を１３００℃にて溶融させた後、冷却速度１０００００℃／ｓで急速冷却し、本発明の実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤２を得た。

【0059】

単ロール鋳造によって実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤２のＡｌＰ化合物の円相当粒径を測定したところ、４０～５００ｎｍとなっており、微細なＡｌＰ化合物が大量に分散していることが確認された。

【0060】

【表1】

【0061】

次に、Ｓｉ：１４．４ｗｔ％、Ｆｅ：０．１０ｗｔ％、Ｃｕ：０．１４ｗｔ％、Ｐ：０．０００５ｗｔ％で残部がＡｌからなるアルミニウム合金溶湯中に実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤１を添加した後、舟型形状（ＪＩＳ Ｈ ５２０２）に鋳造し、本発明の実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１を得た。なお、アルミニウム合金溶湯の温度は７５０℃とし、鋳型温度は１５０℃とした。ここで、実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１の組成は、表１で実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１として示すとおりである。

【0062】

また、Ｓｉ：１４．４ｗｔ％、Ｆｅ：０．１０ｗｔ％、Ｃｕ：０．１４ｗｔ％、Ｐ：０．０００５ｗｔ％で残部がＡｌからなるアルミニウム合金溶湯中に実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤２を添加した後、舟型形状（ＪＩＳ Ｈ ５２０２）に鋳造し、本発明の実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物２を得た。なお、アルミニウム合金溶湯の温度は７８０℃とし、鋳型温度は１５０℃とした。ここで、実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物２の組成は、表１で実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物２として示すとおりである。

【0063】

≪比較例≫
表１で比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１～５として示す組成とし、過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤を添加することなく、比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１～５を得た。ここで、比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１～３及び５については、アルミニウム合金溶湯を７８０℃とし、溶湯過熱処理（１０８０～１８００℃で１～２０分間保持）を施すことなく、舟型形状（ＪＩＳ Ｈ ５２０２）に鋳造し、比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１～３及び５を得た。なお、鋳型温度は１５０℃とした。

【0064】

比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物４については、大気中でアルミニウム合金溶湯を１０５０℃まで昇温して１０分間保持（溶湯過熱処理）した後に、重力鋳造法により舟型形状（ＪＩＳ Ｈ ５２０２）に鋳造し、比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物４を得た。なお、鋳型温度は１５０℃とした。

【0065】

［評価試験］
（１）微細組織
得られた実施アルミニウム合金鋳物及び比較アルミニウム合金鋳物の底面から１３ｍｍの位置を中心として、１ｃｍ角の立方体を切り出し、断面にバフ研磨を施して組織観察用試料とした。実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１及び比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１～３に関して、光学顕微鏡で観察されたミクロ組織を図２に示す。

【0066】

実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤１を添加して得られた実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１は、初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉが共に微細化されていることが分かる。これに対し、Ｐの含有量が極めて少ない比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１は、共晶Ｓｉは微細であるが、初晶Ｓｉの粗大化が顕著である。また、不純物レベルのＰ（０．００１７ｗｔ％）を含有する比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物２は、共晶Ｓｉが粗大化している。また、初晶Ｓｉの微細化を目的として添加される程度のＰ（０．００５７ｗｔ％）を含有する比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物３においては、初晶Ｓｉは微細化しているものの、共晶Ｓｉの粗大化が認められる。

【0067】

実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１及び比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物４，５に関して、光学顕微鏡で観察されたミクロ組織を図３に示す。これらの過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物のＰの含有量は同程度であるが、実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１では初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉが共に微細化されているのに対し、従来一般的な製造条件で得られた比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物５の共晶Ｓｉは粗大化し、アルミニウム合金全体に溶湯過熱処理を施した比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物４の初晶Ｓｉは粗大化傾向が認められる。これらの比較から、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤の添加は、初晶Ｓｉと共晶Ｓｉの微細化に極めて効果的であることが分かる。

【0068】

実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物２及び比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物４，５に関して、光学顕微鏡で観察されたミクロ組織を図４に示す。実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物２においても、実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１と同様に、初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉが共に微細化されていることが確認される。また、実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物２においては、共晶Ｓｉの長さ方向への成長も抑制されていることが分かる。

【0069】

各実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物及び比較過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物の光学顕微鏡観察結果から測定された初晶Ｓｉの平均粒径、共晶Ｓｉの平均長さ、共晶Ｓｉの平均相間隔を表２に示す。

【0070】

【表2】

【0071】

実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物においては初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉが共に微細化されており、特に、実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物１では共晶Ｓｉの相間隔が狭くなり、実施過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物２では初晶Ｓｉの粗大化及び共晶Ｓｉの長さの増加が抑制されている。これらの結果より、本発明の過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金用微細化剤をアルミニウム合金溶湯に添加するのみで、極めて簡便かつ効果的に過共晶Ａｌ－Ｓｉ合金鋳物の組織微細化を達成できることが分かる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】