最高強度をもつアルミニウム合金を開発
研究成果の概要
平成14年度から開始された文科省産官学連携イノベーション創出事業により、
1) 実用材として950MPaと最も強度が高く、比強度が金属材料中で最高のアルミニウム合金(商標名:メゾ20Zr合金)を開発した。
これはAl-Zn-Mg-Cu4元合金にMn,Zr,Agを添加した合金であり、ナノスケールの微細な析出物、Mn金属間化合物短繊維、微細結晶粒等の組織的特質から実現された高強度材料である。
期待される用途としては、先端技術分野において低ヤング率・軽量・高強度性を利用して電動義手、介護・医療器具、ロボットに、さらに伸び計、ポリゴンミラーのような先端計測機器への応用が、省エネルギー・耐環境分野において、高強度性を利用してオールアルミ化に必要なネジ、ボルトナットへの適用、高比強度性を利用して自動車、車両、航空機・宇宙機器機材の軽量化に対応できる。
2) 引張強度790MPa、伸び8%をもつ直径10cmにおよぶ高延性アルミニウム合金大型押出材を開発した。これは上記合金と類似であるが、Mn,
Zrを含まないAl-Zn-Mg-Cu-Ag合金(商標名:メゾ10合金)であり、製造プロセスの改良により延性を大幅に改良したものであり、展伸材料として工業化が達成された。
開発合金の化学組成(mass%)
| |
合金名
|
Zn
|
Mg
|
Cu
|
Mn
|
Zr
|
Ag
|
| 開発合金 |
Meso20Zr
|
9.5
|
3
|
1.5
|
4
|
0.8
|
0.04
|
Meso20 |
9.5 |
3 |
1.5 |
4 |
<0.01 |
0.04 |
Meso10
|
9.5
|
3
|
1.5
|
-
|
<0.01
|
0.04
|
| 参考 |
7075
(超々ジュラルミン)
|
5.5 |
2.5 |
1.6 |
- |
0.25* |
- |
* = Zr + Ti
開発合金の強度
引張特性
| 合金名 |
ヤング率
[GPa] |
0.2%耐力
[MPa] |
引張強度
[MPa] |
伸び
[%] |
| Mezo20Zr |
84
|
910
|
950
|
1.4
|
| Meso20 |
84 |
900 |
910 |
0.7 |
| Mezo10 |
74
|
780
|
790
|
8
|
圧縮特性
| 合金名 |
ヤング率
[GPa] |
0.2%耐力
[MPa] |
引張強度
[MPa] |
伸び
[%] |
| Mezo20Zr |
84
|
858
|
1155
|
11.9
|
| Meso20 |
84 |
815 |
1131 |
12.8 |
| Mezo10 |
74
|
724
|
1083
|
18.7
|
開発実用合金の強度の比較
| 合金/熱処理 |
ヤング率[GPa] |
耐力[MPa] |
引張強度[MPa] |
伸び[%] |
溶質組成 [mass%] |
| 2024/T86 |
75 |
489 |
516 |
6 |
4.4Cu-1.5Mg-0.6Mn(超ジュラルミン) |
| 2090/T8 |
78.6 |
530 |
569 |
7.9 |
2.2Li-2.6Cu |
| 6063/T6 |
68.6 |
280 |
316 |
15 |
0.6Mg-0.5Si |
| 7075/T6 |
74 |
526 |
597 |
11 |
5.5Zn-2.5Mg-1.6Cu (超々ジュラルミン)
|
| Weldalite |
- |
638 |
718 |
3.8 |
1.3Li-4.5Cu-0.4Ag-0.4Mg |
| GIGAS10 |
95 |
640 |
740 |
5 |
8Ni-2.1Cu-5.6Ti-1.5Zr |
| GIGAS20 |
90 |
640 |
740 |
5 |
6Ni-1.2Cu-1.0Mn-1.2Ti-1.2Zr-0.15Mg |
| Meso10/T6 |
74 |
780 |
790 |
8 |
9.5Zn-3Mg-1.5Cu-0.04Ag |
| Meso20/T6 |
84 |
900 |
910 |
0.8 |
9.5Zn-3Mg-1.5Cu-4Mn-0.04Ag |
| Meso20Zr |
84 |
910 |
950 |
1.4 |
9.5Zn-3Mg-1.5Cu-4Mn-0.8Zr-0.04Ag |
開発合金の比強度の比較
| 材料 |
比重

|
弾性率 E[GPa]
|
引張強度 Rm[MPa]
|
比弾性率
E/ [GPa] |
比強度 Rm/ [MPa]
|
| Meso20Zr |
2.9 |
84 |
950 |
28.2 |
327 |
| Mg-6Zn-0.8Zr |
-1.74 |
45 |
318 |
25.8 |
182 |
| Al-7075 |
2.8 |
71.5 |
573 |
26.4 |
212 |
| GIGAS |
3 |
95 |
740 |
31.6 |
246 |
| Ti-6Al-4V |
4.42 |
110 |
1160 |
24.9 |
262 |
| ステンレス鋼 |
7.9 |
203 |
1385 |
25.6 |
175 |
| 超強力鋼 |
7.9 |
196 |
2548 |
24.8 |
322 |
|