特許 7527973 ストリップ製品を加熱するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-26

(45)【発行日】2024-08-05

(54)【発明の名称】ストリップ製品を加熱するための方法

(51)【国際特許分類】

   B21B 3/00 20060101AFI20240729BHJP

   B21B 1/22 20060101ALI20240729BHJP

   B21B 27/08 20060101ALI20240729BHJP

   B22F 7/00 20060101ALI20240729BHJP

   C22C 1/10 20230101ALI20240729BHJP

   C22C 32/00 20060101ALI20240729BHJP

   C22F 1/00 20060101ALI20240729BHJP

   C22C 21/06 20060101ALN20240729BHJP

   C22C 21/12 20060101ALN20240729BHJP

   C22C 47/14 20060101ALN20240729BHJP

   C22F 1/04 20060101ALN20240729BHJP

【ＦＩ】

B21B3/00 J

B21B1/22 Z

B21B27/08

B22F7/00 Z

C22C1/10 F

C22C32/00 Q

C22F1/00 685A

C22C21/06

C22C21/12

C22C47/14

C22F1/00 623

C22F1/00 627

C22F1/00 682

C22F1/00 694A

C22F1/00 694B

C22F1/00 694Z

C22F1/04 Z

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020562596

(86)(22)【出願日】2019-05-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-09-02

(86)【国際出願番号】 US2019030855

(87)【国際公開番号】W WO2019217279

(87)【国際公開日】2019-11-14

【審査請求日】2021-12-10

(31)【優先権主張番号】62/668,471

(32)【優先日】2018-05-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】508348680

【氏名又は名称】マテリオン コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100196597

【弁理士】

【氏名又は名称】横田 晃一

(72)【発明者】

【氏名】ジーグラー，カール・アール

【審査官】中西 哲也

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－２２０９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４３３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０５３４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２５２７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２７３０８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０４００３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３２７９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２９３５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４１６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０２５８０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１３１２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２９８６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９７３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０６０２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１７２８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２３５０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０７６７５０１０（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許第０６０３３６２２（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０００－１４４３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２３８５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２６５３０００（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４０６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５００９５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｂ １／００－９９／００

Ｃ２２Ｃ １／００－４９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属材料の投入材料の厚さを低下させる方法であって：
金属粉末及びセラミック粒子を混合して混合物を形成する工程；
前記混合物を圧縮して前記金属材料の前記投入材料を形成する工程；
前記投入材料の上面および底面を加熱されたローラーと接触させることにより、温間圧延温度に前記投入材料を予熱する工程；及び
予熱された投入材料を圧延ミルで温間圧延して前記投入材料の厚さを低下させ、最終厚さを有する金属ストリップを得る工程；
からなり、
前記金属材料が、アルミニウム合金および前記アルミニウム合金内に分散されたセラミック粒子を含む金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料を含み、
前記温間圧延温度が３５０°Ｆ～６００°Ｆ（１７７℃～３１５℃）である、前記方法。

【請求項2】

金属材料の投入材料の厚さを低下させる方法であって：
金属粉末及びセラミック粒子を混合して混合物を形成する工程；
前記混合物を圧縮して前記金属材料の前記投入材料を形成する工程；
前記投入材料の上面および底面を加熱されたローラーと接触させることにより、温間圧延温度に前記投入材料を予熱する工程；
予熱された投入材料を圧延ミルで温間圧延して前記投入材料の厚さを低下させ、最終厚さを有する金属ストリップを得る工程；及び
前記金属ストリップをコイルに巻き上げる工程；
からなり、
前記金属材料が、アルミニウム合金および前記アルミニウム合金内に分散されたセラミック粒子を含む金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料を含み、
前記温間圧延温度が３５０°Ｆ～６００°Ｆ（１７７℃～３１５℃）である、前記方法。

【請求項3】

前記加熱されたローラーが前記投入材料の厚さを３％を超えて低下させない、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記温間圧延が少なくとも７５％の厚さの全圧下率（％ＷＷ）まで行なわれる、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記温間圧延が複数回の温間パスにより行なわれ、各温間パスが６５％以下の厚さの圧下率（％ＷＷ）をもたらす、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記圧延ミルが１組の加熱されたバイトローラーを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記セラミック粒子が炭化物、酸化物、ケイ化物、ホウ化物、および窒化物からなる群から選択される少なくとも１種のセラミック材料を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記ＭＭＣ材料が１５ｖｏｌ％～５０ｖｏｌ％の前記セラミック粒子を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記セラミック粒子の平均粒径が０．３μｍ～５μｍである、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載の方法を使用して金属材料から金属ストリップを作製するためのシステムであって：
温間圧延温度に金属投入材料を予熱するための手段；及び
予熱された金属投入材料を温間圧延して前記金属ストリップを作製するための圧延ミル；
を含み、
前記金属材料が、アルミニウム合金および前記アルミニウム合金内に分散されたセラミック粒子を含む金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料を含む、前記システム。

【請求項11】

前記予熱するための手段が、送出ステーションと前記圧延ミルとの間に配置された１組の加熱されたローラーであり、前記加熱されたローラーが、前記金属投入材料の上面および底面が前記加熱されたローラーにより接触させられるように配置されている、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記圧延ミルの下流に巻き取りリールをさらに含む、請求項１０又は１１に記載のシステム。

【請求項13】

金属材料の投入材料の厚さを低下させる方法であって：
前記投入材料の上面および底面を加熱されたローラーと接触させることにより、温間圧延温度に前記投入材料を予熱する工程；及び
予熱された投入材料を圧延ミルで温間圧延して前記投入材料の厚さを低下させ、最終厚さを有する金属ストリップを得る工程；
からなり、
前記金属材料が、アルミニウム合金および前記アルミニウム合金内に分散されたセラミック粒子を含む金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料を含み、
前記温間圧延温度が３５０°Ｆ～６００°Ｆ（１７７℃～３１５℃）である、前記方法。

【請求項14】

金属材料の投入材料の厚さを低下させる方法であって：
前記投入材料の上面および底面を加熱されたローラーと接触させることにより、温間圧延温度に前記投入材料を予熱する工程；
予熱された投入材料を圧延ミルで温間圧延して前記投入材料の厚さを低下させ、最終厚さを有する金属ストリップを得る工程；及び
前記金属ストリップをコイルに巻き上げる工程；
からなり、
前記金属材料が、アルミニウム合金および前記アルミニウム合金内に分散されたセラミック粒子を含む金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料を含み、
前記温間圧延温度が３５０°Ｆ～６００°Ｆ（１７７℃～３１５℃）である、前記方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
[0001]本出願は２０１８年５月８日に出願された米国仮特許出願番号第６２／６６８，４７１号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

[0002]本開示は、様々な金属マトリックス複合材（metal matrix composite）（ＭＭＣ）からストリップ製品を作製する方法、およびかかる方法を実施するためのシステムに関する。特に、金属投入材料は温間圧延温度に予熱された後温間圧延されて、金属投入材料の厚さを低下させ、金属ストリップを作製する。

【背景技術】

【0003】

[0003]冷間加工による様々な複合材ＭＭＣ材料（特にアルミニウム合金）の厚さの低下は、室温におけるその比較的低い延性のため比較的遅く、結果として亀裂が生成し、したがって起こり得る厚さ低下の程度を制限する。

【発明の概要】

【0004】

これらの合金における亀裂の発生は本開示のシステムおよび方法によって回避されることができ、これらのシステムおよび方法は金属材料を予熱して温間圧延（低下）プロセス中の亀裂の発生のし易さを少なくする。かかる予熱を実行するためのシステムおよびデバイスが本明細書に開示される。これらのデバイスはまた、現存する圧延ミルを改造するのに用いられることもできる。

【0005】

[0004]本明細書には、金属材料の投入材料の厚さを低下させるための様々な方法であって、投入材料を金属材料の融点の半分未満の温間圧延温度（warm rolling temperature）に予熱する工程と、予熱された投入材料を圧延ミルで温間圧延して（warm rolling）投入材料の厚さを低下させ、一定の最終厚さを有する金属ストリップを得る工程を含む、方法が開示される。

【0006】

[0005]一部の実施形態において、予熱は、投入材料が圧延ミルに向かって供給される源である送出ステーション（payoff station）を加熱することにより行なわれる。他の実施形態において、予熱は加熱されたトンネルに投入材料を通すことにより行なわれ、ここで加熱されたトンネルは伝導、対流、または輻射によって投入材料に熱を供給する。代わりの実施形態において、予熱は投入材料の上面と底面を加熱されたローラーと接触させることにより行なわれ、ここで加熱されたローラーは投入材料の厚さを実質的に低下させない。

【0007】

[0006]温間圧延温度は約３５０°Ｆ～約６００°Ｆ（約１７７℃～約３１５℃）でよい。温間圧延は少なくとも７５％の全％ＷＷまで行なわれ得る。温間圧延は複数回の温間パスで行なわれてもよく、各温間パスが６５％以下の％ＷＷをもたらす。

【0008】

[0007]圧延ミルは１組の加熱されたバイトローラーを含み得る。いくつかの別の実施形態において、金属ストリップはまたコイルに巻き上げられる。
[0008]特定の実施形態において、金属材料は、アルミニウム合金およびアルミニウム合金内に分散したセラミック粒子を含む金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料である。セラミック粒子は炭化物、酸化物、ケイ化物、ホウ化物、および窒化物からなる群から選択される少なくとも１種のセラミック材料を含み得る。ＭＭＣ材料は約１５ｖｏｌ％～約５０ｖｏｌ％のセラミック粒子を含み得る。セラミック粒子の平均粒径は約０．３μｍ～約５μｍでよい。

【0009】

[0009]また本明細書には、これらの方法により作製される金属ストリップ、およびかかる金属ストリップから作製される物品も開示される。
[0010]また様々な実施形態において、金属ストリップを作製するためのシステムであって、金属材料の融点の半分未満である温間圧延温度に金属投入材料を予熱するための手段と、予熱された金属投入材料を温間圧延して金属ストリップを作製するための圧延ミルとを含む、システムも開示される。

【0010】

[0011]予熱するための手段は、（Ａ）金属投入材料を圧延ミルに供給し、（Ｂ）金属投入材料を予熱するように構成された送出ステーションであることができる。他の実施形態において、予熱するための手段は送出ステーションと圧延ミルとの間に配置された加熱されたトンネルであることができ、ここで加熱されたトンネルは伝導、対流、または輻射によって投入材料に熱を供給する。さらに他の実施形態において、予熱するための手段は送出ステーションと圧延ミルとの間に配置された１組の加熱されたローラーであることができ、ここで加熱されたローラーは金属投入材料の上面と底面が加熱されたローラーにより接触させられるように配置される。システムは、圧延ミルの下流に巻き取りリールをさらに含んでもよい。

【0011】

[0012]本開示の上記およびその他の限定されない特徴はより特定的に以下に開示される。
[0013]以下は、本明細書に開示されている代表的な実施形態を例示する目的であって、それを制限する目的ではなく提示されている図面の簡単な説明である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】[0014]図１は、金属投入材料を予熱した後温間圧延するための本開示のシステムの第１の代表的な実施形態を示す図である。ここで、予熱は送出ステーションで行なわれる。

【図2】[0015]図２は、金属投入材料を予熱した後温間圧延するための本開示のシステムの第３の代表的な実施形態を示す図である。ここで、予熱は送出ステーションと圧延ミルとの間の１組の加熱されたローラーによって行なわれる。

【図3】[0016]図３は、金属投入材料を予熱した後温間圧延するための本開示のシステムの第２の代表的な実施形態を示す図である。ここで、予熱は送出ステーションと圧延ミルとの間の加熱されたトンネル内で行なわれる。

【図4A】[0017]図４Ａは、冷間加工のみされたＭＭＣ材料の短いストリップの写真である。これは、ストリップは亀裂の発生を示している。

【図4B】図４Ｂは、冷間加工のみされたＭＭＣ材料の短いストリップの写真である。これは、ストリップは亀裂の発生を示している。

【図5】[0018]図５は、本開示の一部の実施形態に従って加工処理され、高められた特性を有するストリップ材料の写真である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

[0019]本明細書に開示されている構成要素、プロセスおよび装置のより完全な理解は添付の図面を参照することにより得ることができる。これらの図は便宜および本開示を実証する容易さに基づく単なる概略図であり、したがって、デバイスまたはその構成要素の相対的な大きさおよび寸法を示すこと、および／または代表的な実施形態の範囲を定義もしくは制限することを意図していない。

【0014】

[0020]以下の説明では分かり易くするために具体的な用語が使用されるが、これらの用語は図面中説明のために選択された実施形態の特定の構造にのみ言及することが意図されており、本開示の範囲を定義または制限することは意図されていない。図面および以下の説明において、類似の数字表示は類似の機能の構成要素に言及すると理解されたい。

【0015】

[0021]単数形態「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、状況が明らかに他のことを指示しない限り複数の指示対象を含む。
[0022]本明細書および特許請求の範囲において使用されるとき、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は実施形態「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」を包含し得る。用語「含む」、「包含する」、「有する」、「もつ」、「することができる」、「含有する」およびこれらの変化形は、本明細書で使用されるとき、指名された成分／構成要素／工程の存在を必要とし、他の成分／構成要素／工程の存在を許容する開放型の移行句、用語、または単語であることが意図されている。しかし、かかる記載はまた、組成物、物品、またはプロセスを、指名された成分／構成要素／工程のみの存在をそれらから生じ得るあらゆる不純物と共に許容し、他の成分／構成要素／工程を除外する、列挙された成分／構成要素／工程「からなる」および「から本質的になる」として記載するとも解釈されるべきである。

【0016】

[0023]本出願の明細書および特許請求の範囲中の数値は、同数の有効数字にされたときに同じである数値およびその値を決定するために本出願に記載されているタイプの伝統的な測定技術の実験誤差未満だけ表示されている値と異なる数値を包含すると理解されたい。

【0017】

[0024]本明細書に開示されているすべての範囲は表示されている端点を含み、独立して組み合わせることができる（例えば、「２グラム～１０グラム」の範囲は端点の２グラムおよび１０グラム、ならびにすべての中間の値を含む）。

【0018】

[0025]用語「約」は、当該値の基本的な機能を変えることなく変化することができるあらゆる数値を包含するために使用することができる。範囲と共に使用されているとき、「約」はまた２つの端点の絶対値により規定される範囲も開示し、例えば「約２～約４」はまた範囲「２～４」も開示する。用語「約」は示されている数のプラスマイナス１０％を指すことができる。

【0019】

[0026]本開示はある平均粒径を有する材料に関する。平均粒径は粒子の総数の（体積による）５０％の累積率が達成される粒子の直径として定義される。言い換えると、粒子の５０％が平均粒径を超える直径を有し、粒子の５０％が平均粒径を下回る直径を有する。粒子の粒度分布はガウス分布であり、表示されている平均粒径の２５％および７５％に上位および下位四分位点があり、すべての粒子が表示されている平均粒径の１５０％未満である。

【0020】

[0027]本開示はいくつかのプロセス工程に対して温度に言及することがある。本開示において、温度は通常、熱源（例えば炉、オーブン）が設定される温度ではなく、言及される材料により達成される温度を参照する。用語「室温」は６８°Ｆ（２０℃）～７７°Ｆ（２５℃）の範囲を指す。

【0021】

[0028]用語「バー」は、０．４８ｍｍより大きい厚さを有する長方形の断面の材料片を指す。用語「プレート」は、４．７８ｍｍより大きい厚さを有する長方形の断面の材料片を指す。用語「ストリップ」は、４．７８ｍｍ以下の厚さを有する長方形の断面の材料片を指す。用語「スラブ」は、長方形の断面を有する材料片を指し、単語「投入材料（input）」と同義で使用されて、本開示のプロセスによりコイル状に巻かれることができるストリップに加工される出発材料片を指すことができる。

【0022】

[0029]用語「コイル」は、コイル形態に巻き上げられた１本の材料を指し、一巻きの材料ともよばれ得る。
[0030]圧延とは、本明細書で使用されるとき、ストック投入材料が１対以上のローラーを通過させられてストック投入材料の厚さを低下させる金属成形プロセスである。

【0023】

[0031]用語「上流」および「下流」は金属投入材料が様々なシステムの構成要素を通って流れる際の方向に関連しており、すなわち、金属投入材料は上流の構成要素を通って進んだ後下流の構成要素を通って進む。

【0024】

[0032]本開示は金属マトリックス複合材料の投入材料の厚さを低下させて投入材料からストリップを形成するためのシステムおよび方法に関する。これは、投入材料を予熱し、次いで投入材料を温間圧延してストリップを得ることにより行なわれる。

【0025】

[0033]一般に、投入材料を形成する金属材料は金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）であり、これは金属マトリックスおよび金属マトリックス内に分散した強化材粒子を含む複合材料である。金属マトリックス相は通例連続であるが、強化用粒子は金属マトリックス相内で分散相を形成する。

【0026】

[0034]特定の実施形態において、マトリックス相はアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成される。強化材粒子は炭化物、酸化物、ケイ化物、ホウ化物、および窒化物から選択されるセラミック材料である。具体的な強化材粒子は炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、窒化ケイ素、窒化チタン、および酸化ジルコニウムを包含する。特定の実施形態において、炭化ケイ素が使用される。

【0027】

[0035]強化材粒子は０．３マイクロメートル（μｍ）～５μｍの範囲、例えば約３μｍの平均粒径（Ｄ５０）を有し得る。平均粒径は粒子の全体積の５０体積％（ｖｏｌ％）の累積率が達成される粒子の直径として定義される。言い換えると、粒子の５０ｖｏｌ％が平均粒径を超える直径を有し、粒子の５０ｖｏｌ％が平均粒径を下回る直径を有する。

【0028】

[0036]ＭＭＣは約１０ｖｏｌ％～約５０ｖｏｌ％、例えば約１５ｖｏｌ％～約３０ｖｏｌ％および約３０ｖｏｌ％～約５０ｖｏｌ％の強化材粒子を含み得る。
[0037]ＭＭＣに使用されるアルミニウム合金は２０００系アルミニウム合金（すなわち、銅を含むアルミニウム合金）、６０００系アルミニウム合金（すなわち、マグネシウムおよびケイ素を含むアルミニウム合金）、または７０００系アルミニウム合金（すなわち、亜鉛を含むアルミニウム合金）であり得る。適切なアルミニウム合金の非限定例は２００９、２１２４、２０９０、２０９９、６０６１、および６０８２を包含する。

【0029】

[0038]一部の実施形態において、アルミニウム合金は約９１．２ｗｔ％～約９４．７ｗｔ％のアルミニウム、約３．８ｗｔ％～約４．９ｗｔ％の銅、約１．２ｗｔ％～約１．８ｗｔ％のマグネシウム、および約０．３ｗｔ％～約０．９ｗｔ％のマンガンを含む。

【0030】

[0039]他の実施形態において、アルミニウム合金は約９５．８ｗｔ％～約９８．６ｗｔ％のアルミニウム、約０．８ｗｔ％～約１．２ｗｔ％のマグネシウム、および約０．４ｗｔ％～約０．８ｗｔ％のケイ素を含む。

【0031】

[0040]いくつかの特定の実施形態において、ＭＭＣは約１０ｖｏｌ％～約５０ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子、例えば約１５ｖｏｌ％～約３０ｖｏｌ％および約３０ｖｏｌ％～約５０ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された６０６１系または２１２４系アルミニウム合金を含む。

【0032】

[0041]より特定的な実施形態において、ＭＭＣ材料は４０ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された６０６１アルミニウム合金製であることができる。４０ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された６０６１アルミニウム合金の物理的性質としては、以下が挙げられる。

【0033】

【表1】

【0034】

[0042]他の特定の実施形態において、ＭＭＣ材料は２０ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された６０６１アルミニウム合金製であることができる。２０ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された６０６１アルミニウム合金の物理的性質としては、以下が挙げられる。

【0035】

【表2】

【0036】

[0043]追加の実施形態において、ＭＭＣ材料は２５ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された２１２４アルミニウム合金製であることができる。２５ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された２１２４アルミニウム合金の物理的性質はとしては、以下が挙げられる。

【0037】

【表3】

【0038】

[0044]特定の実施形態において、ＭＭＣ材料は１７ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された２１２４アルミニウム合金製であることができる。１７ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された２１２４アルミニウム合金の物理的性質としては、以下が挙げられる。

【0039】

【表4】

【0040】

[0045]他の実施形態において、ＭＭＣ材料は約１０ｖｏｌ％～約５０ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子、例えば約１５ｖｏｌ％～約３０ｖｏｌ％、または約３０ｖｏｌ％～約５０ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された６０６３、６０８２、２００９、または２６１８系アルミニウム合金製であることができる。

【0041】

[0046]いくつかの特定の実施形態において、ＭＭＣ材料は１５ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された２００９系アルミニウム合金製である。１５ｖｏｌ％の炭化ケイ素粒子で強化された２００９系アルミニウム合金の物理的性質としては、以下が挙げられる。

【0042】

【表5】

【0043】

[0047]投入ＭＭＣ材料は一般に粉末金属生産（例えば、限定されることはないが、粉末冶金および高エネルギー混合プロセス）により作製される。本開示のＭＭＣ材料はアルミニウム合金を強化材粒子と混合して混合物を形成することにより作製されることができる。混合物は圧密化され、圧縮され、押し出されるかまたは熱間圧延される。このプロセスは長方形の製品、すなわちスラブを作り出し、これは本開示のプロセスで投入材料として使用されることができる。

【0044】

[0048]例えば、金属粉末およびセラミック粒子はセラミック強化材粒子を金属マトリックス中に分配するために高エネルギー技術で混合され得る。この混合するための適切な技術は粉末構成成分に対して高エネルギー混合を提供するためにボールミル粉砕、機械的磨砕機、チーマーミル、ロータリーミルおよびその他の方法を包含する。機械的アロイングは粉末の過剰の酸化を避ける雰囲気中で完了されるべきである。例えば、不活性雰囲気は窒素またはアルゴンガスを用いて提供されることができる。プロセスパラメーターは金属マトリックス内のセラミック粒子の均一な分布を達成するように選択されるべきである。

【0045】

[0049]高エネルギー混合段階からの粉末は保持される湿気を粉末表面から除くために脱ガスされてもよい。これは３７℃～５００℃（１００°Ｆ～９３０°Ｆ）の間で完了され得る。

【0046】

[0050]また強化された複合材構造の密度を増大するために熱間圧縮工程が行なわれてもよい。熱間圧縮工程は約７５０°Ｆ（４００℃）～約１１１２°Ｆ（６００℃）の範囲、例えば約７９５°Ｆ（４２５℃）～約１０２０°Ｆ（５５０℃）および約９３０°Ｆ（５００℃）の温度で行なわれ得る。熱間圧縮は通例３０～１５０ＭＰａの圧力でのホットダイ圧縮、熱間静水圧プレスまたは熱間押出の使用を包含し得る。

【0047】

[0051]混合物は熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）により圧密化される。ＨＩＰプロセスにおいて、粉末は、粉末を圧縮固体にするために、高圧閉じ込め容器内で昇温および高いガス圧の両方に曝露される。静水圧は全方向性である。ＨＩＰプロセスは空隙および細孔を除去する。熱間静水圧プレスは金属部分を所要の温度に到達させることを可能にするのに充分な６６０°Ｆ（３５０℃）～１１１０°Ｆ（６００℃）の温度および３０～１５０ＭＰａの圧力で、通例１時間～８時間行なわれ得る。熱間静水圧プレスは市販のアルミニウム合金、鋼、またはニッケルＨＩＰシステムで行なわれ得る。

【0048】

[0052]先に述べたように、いくつかのＭＭＣ材料は室温で限定された延性を示す。これは、材料が、圧延中投入材料にかけられる応力のような圧力または圧縮応力下で変形する能力として限定された能力を有することを意味する。低下された厚さを有するストリップを作製するために慣用の方法によりこれらの材料を加工処理すると、結果として材料の縁部辺りに亀裂が発生する。これは、薄いゲージストリップを経済的に作製する能力を厳しく制限する。亀裂は、室温における金属材料のより低い延性ならびに材料中の冷間加工の蓄積により引き起こされる。

【0049】

[0053]金属材料の延性は、予熱した後に圧延に付すことにより改良することができる。温度が上昇させられると材料に幾つかの状況が生じる。第１に、材料の強度が低下させられ、圧延プロセスにおける材料の所与の負荷当たりのより大きな低下が可能になる。第２に、金属材料の延性が温度と共に増大する。金属材料の融点の半分付近の温度で、金属材料の微細構造が回復し、圧延により誘発された変形から再結晶することができる。これは圧延パス間に起こることができる。事実上、材料はパス間にその場で焼き戻される。再結晶化の程度は圧下率および圧延機を通る材料の速さに依存する。これにより、より低い温度で可能なよりもずっと大きい全変形を達成することが可能になる。

【0050】

[0054]図１は、金属投入材料の厚さを低下させて金属投入材料から形成されたストリップ製品を得るために使用されることができるシステム１００の第１の代表的な実施形態である。システム１００は送出ステーション１１０および圧延ミル１２０を含む。送出ステーションは金属投入材料を圧延ミル１２０に供給する。金属投入材料はスラブ、プレートまたはストリップのバッチとして供給されることができる。あるいは、金属投入材料は金属材料のコイルとして供給されることができる。図に示されているように、金属投入材料は図の左側で始まり、矢印の方向を図の右側に進む。

【0051】

[0055]一部の実施形態において、金属投入材料の厚さは、圧延ミル１２０に入る前である点１１２で測定され得る。測定はゲージ、センサー、などによりなし得る。金属投入材料の厚さは参照番号１０５で示される。これは「初期厚さ」または「出発厚さ」とも考えられ得る。

【0052】

[0056]金属投入材料は温間圧延温度に予熱された後圧延ミル１２０に入る。温間圧延温度は室温より高く、通常少なくとも３００°Ｆ（１４９℃）である。温間圧延温度は、投入材料が作られる金属材料の融点の半分未満である。より特定的な実施形態において、温間圧延温度は約３５０°Ｆ（１７７℃）～約６００°Ｆ（３１６℃）である。

【0053】

[0057]図１において、金属投入材料は送出ステーション１１０で温間圧延温度に予熱される。この実施形態において、送出ステーションはシステム１００を通して投入材料を送ることに加えてオーブンまたは炉として機能することができる。参照番号１０８は予熱された金属投入材料を示すのに使用される。金属投入材料はその厚さ全体にわたって温間圧延温度に加熱されるべきである。

【0054】

[0058]続いて、予熱された金属投入材料１０８は次いで予熱ステーション１１０から圧延ミル１２０中に供給される。ここで、予熱された材料１０８は一対のバイトローラー１２２および１２４により厚さが低下させられる。一部の実施形態において、バイトローラー１２２および１２４は一対のバックアップロール１２３および１２５により慣習的なやり方で互いに押し付けられる。バックアップロール１２３および１２５はチョック（図には示してない）に支持されており、バイトローラー間の隙間を変えるように機械的に制御可能である。一部の実施形態において、バイトローラーまたはバックアップロールの少なくとも１つは、圧延機１２０を通して材料を駆動する主駆動モーターに機械的に接続される。バイトローラー１２２、１２４は、予め選択されたニップ幅を維持するのに必要な圧力で、予熱された金属投入材料１０８を圧迫する。圧延ミル１２０はまた、バイトローラー１２２、１２４が予熱された金属投入材料１０８にかける実際の圧力、したがって圧延ミル１２０を出る金属ストリップの厚さを調節するニップ幅コントローラー１２８も含み得る。圧延ミル１２０を出る最終のストリップ製品は参照番号１０９で示されている。

【0055】

[0059]圧延ミル１２０の温間圧延における投入材料の厚さの低下率（圧下率）（reduction in thickness）（％ＷＷ）は変化し得る。金属投入材料は圧延パス当たり３０％までの厚さの低下率で熱間圧延され得る。一部の実施形態において、パス当たりの厚さ低下率は約５％～約３０％である。他の実施形態において、パス当たりの厚さ低下率は約１０％～約３０％である。一部の実施形態において、パス当たりの熱間圧延厚さ低下率は約１０％～約２５％であり得る。ここで１組のバイトローラーのみが示されているが、圧延ミルは、金属投入材料が複数回厚さを低下させられるように追加のバイトローラーを含有することができるということも留意される。圧延ミルにおける、すなわちすべての温間圧延パスが完了された後の全低下率（圧下率）（％ＷＷ）は金属投入材料の初期厚さの少なくとも７５％である。

【0056】

[0060]温間圧延プロセスは、金属投入材料内の亀裂の存在を除くか、または少なくとも大幅に低減するので有利である。また、温間圧延プロセスは冷間加工と比較して圧延ミルにおけるパス当たりの金属投入材料の厚さのより大きい低下を可能にする。熱間圧延温度と比較して比較的低い圧延温度は、通常熱間圧延温度で急速な酸化をより受け易い金属投入材料の酸化を制限する。

【0057】

[0061]一部の実施形態において、最終のストリップ１０９の厚さは圧延ミル１２０の下流である点１１４で測定され得る。測定はゲージ、センサー、などによりなされ得る。最終のストリップの厚さは参照番号１０７で示されている。これは「最終厚さ」または「終了厚さ」とも考えられ得る。最終厚さ１０７は初期厚さ１０５より小さい。望ましくは、最終厚さは０．５０８ｃｍ（０．２インチ）（０．５１ｍｍ）未満である。最終のストリップの幅も金属投入材料の幅より大きくてもよいが、必要ではない。

【0058】

[0062]次いでストリップ１０９は収集ステーション１３０で集められる。ストリップ製品の長さおよび幅は特に重要ではない。
[0063]図２は、金属投入材料の厚さを低下させて金属投入材料から形成されたストリップ製品を得るのに使用されることができるシステム１００の第２の代表的な実施形態であり、図１と類似している。この実施形態において、システム１００は既に記載されたように配置された送出ステーション１１０、圧延ミル１２０、および収集ステーション１３０を含む。しかしながら、予熱が送出ステーションでは起こらない。むしろ、予熱は送出ステーション１１０と圧延ミル１２０との間に配置された予熱ステーション１４０で起こる。金属投入材料は、予熱される前は参照番号１０３で示され、予熱ステーション１４０で予熱された後は参照番号１０８で示される。

【0059】

[0064]図２において、予熱ステーション１４０は少なくとも１つの加熱されたローラー、または１組の加熱されたローラー１４２、１４４の形態である。加熱されたローラー１４２、１４４は金属投入材料１０３の幅と適合するかまたはそれを超えるのに十分な幅がある。加熱されたローラー１４２は金属投入材料１０３の上面１０４と接触し、加熱されたローラー１４４は金属投入材料１０３の底面１０６と接触する。加熱されたローラー１４２、１４４は内部加熱素子または他の手段により加熱され得る。一部の実施形態において、内部加熱素子は抵抗加熱素子である。所望であれば、複数の加熱されたローラーが金属投入材料の各表面と接触することができる。加熱されたローラーはアルミニウム合金の比較的高い熱伝導率を利用して熱を金属投入材料に伝える。各加熱されたローラーは同一温度に設定されてもよい。金属投入材料の表面に接触する複数の加熱されたローラーを有する他の実施形態において、加熱されたローラーは金属投入材料が圧延ミル１２０に向かって進むにつれて次第に高くなる温度に設定されてもよい。加熱されたローラーは金属投入材料により達成されるのが望まれる温間圧延温度より高く設定されることが留意される。ここでも、金属投入材料はその厚さ全体にわたって温間圧延温度に加熱されるべきである。また、予熱ステーション１４０において、金属投入材料の厚さは加熱されたローラーにより実質的に低下されない（すなわち３％を超えては低下しない）ことも留意される。

【0060】

[0065]図３は、金属投入材料の厚さを低下させて金属投入材料から形成されたストリップ製品を得るのに使用されることができるシステム１００の第３の代表的な実施形態であり、図２と同様である。この実施形態において、システム１００は送出ステーション１１０、圧延ミル１２０、予熱ステーション１４０、および収集ステーション１３０を含む。

【0061】

[0066]図に示されているように、本開示の一部の実施形態において、送出ステーション１１０および収集ステーション１３０は金属投入材料のコイル／リール／ロールを収容するように適合されている。コイル／リール／ロールは巻き戻され、矢印により示されている方向にシステム１００を通って前進させられ得る。これにより、厚さ低下プロセスは事実上連続であることが可能になる。すなわち、送出ステーション１１０はコイル／リール／ロールから金属投入材料を連続的に供給し得る。最終のストリップ１０９は連続的に巻き上げられて（金属投入材料と比較して）より薄いストリップのコイルを形成することができる。

【0062】

[0067]図３において、予熱ステーション１４０は、金属投入材料１０３が送出ステーション１１０から圧延ミル１２０に進む際に通過する加熱されたトンネルの形態である。予熱ステーションは、金属投入材料を温間圧延温度に加熱するためにオーブンまたは炉として機能する。加熱されたトンネルは伝導、対流、または輻射により作用するオーブンの形態であり得る。例えば、加熱されたトンネルはガスオーブン、燃焼オーブン、または対流オーブンの形態であり得る。あるいは、オーブンは赤外線ヒーターのような放射性加熱素子を含むことができる。

【0063】

[0068]図２および図３に示されている予熱ステーション１４０は現存する圧延ミルまたは類似の機器および機械に改造されることができるということに留意するべきである。
[0069]また、一部の実施形態において、圧延ミル１２０内の少なくとも１つのバイトローラー１２２、１２４も加熱されたローラーであることができることも企図される。バイトローラーはローラーの芯内に配置された抵抗加熱素子で、または当技術分野で公知のその他の手段により加熱され得る。これは、圧延ミル１２０内の金属投入材料１０８の温間圧延温度を維持することができる。

【0064】

[0070]最終のストリップ１０９は金属投入材料と比較してより小さい厚さを有する。最終のストリップはさらに加工処理されることができるか、または次いで様々な物品および品物の大量生産に使用されることができる。かかる物品は宇宙、防衛、航空宇宙、自動車、ＯＥＭ、消費財、家電製品、および輸送用途のような用途に有用であり得る。例えば、最終のストリップは打抜き、切断、等されて物品を形成することができる。物品は出口案内翼；油圧／燃料ブロック；車輪；固定翼構造体／皮；ヘリコプター構成要素；ピストン；ピストンピン；シリンダーライナー；ブレーキキャリパー；連接棒；プッシュロッド；シャシー構成要素；光学センサー；および衛星構造を含むことができる。

【0065】

[0071]以下の実施例は本開示の組成物、物品、および方法を例示するために提供される。実施例は単なる例示であり、本開示をここに記載されている材料、条件、またはプロセスパラメーターに限定することは意図されていない。

【実施例】

【0066】

[0072]比較例１
[0073]２０ｖｏｌ％のＳｉＣ粒子で強化された６０６１アルミニウム合金製のＭＭＣ片を０．３５５６ｃｍ（０．１４０インチ）（３．５５ｍｍ）の厚さで押し出し、１２．０６５ｃｍ（４．７５インチ）の幅に切断した。これらの一片をパス当たり１０％ＣＷで冷間圧延した。図４Ａおよび図４Ｂに見られるように、縁部亀裂が発生した。

【0067】

[0074]実施例１
[0075]２０ｖｏｌ％のＳｉＣ粒子で強化された６０６１アルミニウム合金製のＭＭＣ片を０．３５５６ｃｍ（０．１４０インチ）（３．５５ｍｍ）の厚さで押し出し、１２．０６５ｃｍ（４．７５インチ）の幅に切断した。これらの一片を４５０°Ｆ（約２３２℃）～５５０°Ｆ（約２８８℃）の温度で、０．０４５７２ｃｍ（０．０１８インチ）（０．４６ｍｍ）の厚さ、または８７％の％ＷＷで、１２．０６５ｃｍ（４．７５インチ）幅に温間圧延した。図５に示されているように、材料に亀裂は存在せず、材料は容易にコイル状に巻き上げられた。

【0068】

[0076]当然のことながら、上に開示された実施形態の変形ならびに他の特徴および機能、またはそれらの代替案は、多くの他の異なるシステムまたは応用に組み合わせられ得る。本発明における様々な現在予測または予期できない代替、修正、変形または改良が後に当業者によりなされ得、それらもまた以下の特許請求の範囲またはその均等物に包含されると意図される。
本発明の具体的態様は以下のとおりである。
[態様１]
金属材料の投入材料の厚さを低下させる方法であって：
前記金属材料の融点の半分未満である温間圧延温度に前記投入材料を予熱する工程；及び
予熱された投入材料を圧延ミルで温間圧延して前記投入材料の厚さを低下させ、最終厚さを有する金属ストリップを得る工程；
を含む、前記方法。
[態様２]
前記予熱が、送出ステーションを加熱することにより行なわれ、前記投入材料が前記送出ステーションから圧延ミルの方へ向かわせられる、態様１に記載の方法。
[態様３]
前記予熱が加熱されたトンネルに前記投入材料を通すことにより行なわれ、前記加熱されたトンネルが伝導、対流、または輻射によって前記投入材料に熱を供給する、態様１に記載の方法。
[態様４]
前記予熱が前記投入材料の上面および底面を加熱されたローラーと接触させることにより行なわれ、前記加熱されたローラーが前記投入材料の厚さを実質的に低下させない、態様１に記載の方法。
[態様５]
前記温間圧延温度が約３５０°Ｆ～約６００°Ｆ（約１７７℃～約３１５℃）である、態様１から４のいずれか１項に記載の方法。
[態様６]
前記温間圧延が少なくとも７５％の全％ＷＷまで行なわれる、態様１から５のいずれか１項に記載の方法。
[態様７]
前記温間圧延が複数回の温間パスにより行なわれ、各温間パスが６５％以下の％ＷＷをもたらす、態様１から６のいずれか１項に記載の方法。
[態様８]
前記圧延ミルが１組の加熱されたバイトローラーを含む、態様１から７のいずれか１項に記載の方法。
[態様９]
前記金属ストリップをコイルに巻き上げる工程をさらに含む、態様１から８のいずれか１項に記載の方法。
[態様１０]
前記金属材料が、アルミニウム合金および前記アルミニウム合金内に分散されたセラミック粒子を含む金属マトリックス複合材（ＭＭＣ）材料である、態様１から９のいずれか１項に記載の方法。
[態様１１]
前記セラミック粒子が炭化物、酸化物、ケイ化物、ホウ化物、および窒化物からなる群から選択される少なくとも１種のセラミック材料を含む、態様１０に記載の方法。
[態様１２]
前記ＭＭＣ材料が約１５ｖｏｌ％～約５０ｖｏｌ％の前記セラミック粒子を含む、態様１０または１１に記載の方法。
[態様１３]
前記セラミック粒子の平均粒径が約０．３μｍ～約５μｍである、態様１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
[態様１４]
態様１から１３のいずれか１項に記載の方法により作製される金属ストリップ。
[態様１５]
態様１４に記載の金属ストリップから作製される物品。
[態様１６]
金属ストリップを作製するためのシステムであって：
前記金属材料の融点の半分未満である温間圧延温度に金属投入材料を予熱するための手段；及び
予熱された金属投入材料を温間圧延して前記金属ストリップを作製するための圧延ミル；
を含む、前記システム。
[態様１７]
前記予熱するための手段が、（Ａ）前記金属投入材料を前記圧延ミルに供給し、（Ｂ）前記金属投入材料を予熱するように構成された送出ステーションである、態様１６に記載のシステム。
[態様１８]
前記予熱するための手段が、送出ステーションと前記圧延ミルとの間に配置された加熱されたトンネルであり、前記加熱されたトンネルが伝導、対流、または輻射によって前記投入材料に熱を供給する、態様１６に記載のシステム。
[態様１９]
前記予熱するための手段が、送出ステーションと前記圧延ミルとの間に配置された１組の加熱されたローラーであり、前記加熱されたローラーが、前記金属投入材料の上面および底面が前記加熱されたローラーにより接触させられるように配置されている、態様１６に記載のシステム。
[態様２０]
前記圧延ミルの下流に巻き取りリールをさらに含む、態様１６から１９のいずれか１項に記載のシステム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】