アルミニウム合金複合材
【課題】 耐食性、耐応力腐食割れに優れ、かつ、疲労強度を含む機械的強度に優れたアルミニウム合金材料を提供する。
【解決手段】 円柱状の第一アルミニウム合金部材１１と、該第一アルミニウム合金部材１１の周面を囲繞するように拡散接合された第二アルミニウム合金部材１２ａと、を備え、第一アルミニウム合金部材１１は、第二アルミニウム合金部材１２ａに比べて、疲労強度が高い材料からなり、第二アルミニウム合金部材１２ａは、第一アルミニウム合金部材１１に比べて、耐食性が高い材料からなる。
【解決手段】 円柱状の第一アルミニウム合金部材１１と、該第一アルミニウム合金部材１１の周面を囲繞するように拡散接合された第二アルミニウム合金部材１２ａと、を備え、第一アルミニウム合金部材１１は、第二アルミニウム合金部材１２ａに比べて、疲労強度が高い材料からなり、第二アルミニウム合金部材１２ａは、第一アルミニウム合金部材１１に比べて、耐食性が高い材料からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種のアルミニウム合金材料を含むアルミニウム合金複合材に係り、特に、疲労特性及び耐食性に優れたアルミニウム合金複合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋼などの鉄系材料を使用した場合に比べて、軽量化を図ることができることから、アルミニウム合金は、車両、船舶、航空機、自動二輪、自動車などの構造材の一部に使用されることが多い。特に、自動車の足回りの軽量化は、車両の燃費を向上させることができるので有効である。
【０００３】
しかしながら、自動車の足回りなど環境下は、他の使用環境に比べて腐食が発生しやすい環境下であるため、耐食性及び応力腐食割れに優れたアルミニウム合金材料が要求される。このような材料として、例えば、ＪＩＳ規格で規定される６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ 系）などのアルミニウム合金材料が使用されるのが一般的であり、これらの材料の開発が進められている。
【０００４】
このような６０００系アルミニウム合金材料として、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉなどの遷移元素を所定量添加して、溶体化処理を行い、その後、人工時効硬化処理後、鍛造により金属組織の平均粒径をコントロールする技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。この技術によれば、アルミニウム合金材を、結晶粒を確実に微細化できるので、従来の６０００系のアルミニウム合金材料に比べて、機械的強度、靭性、耐食性、及び応力腐食割れを向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９２９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の如く、６０００系アルミニウム合金材料の金属組織を微細化することにより、確かに、耐腐食性及び機械的強度も向上するが、例えば車両のシャフトなど、走行時に繰返し荷重による疲労に対しては、充分な機械的強度を有するものであるとはいえなかった。
【０００７】
従って、６０００系アルミニウム合金材料で、このような部材を製造したとしても、疲労強度を向上させるためには、部材の寸法（軸径）を大きくせざるを得ず、結果的には、車両の軽量化を図ることが充分にできるものではなかった。
【０００８】
一方、６０００系アルミニウム合金材料よりも約４０％程度疲労強度が高い材料として、例えば、７０００系アルミニウム合金材料が知られているが、この７０００系合金材料は、６０００系アルミニウム合金材料に比べて、耐食性や応力腐食割れの感受性が悪いため、足回りなどの腐食環境下に使用できるものではなかった。
【０００９】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐食性に優れ、かつ、疲労強度を含む機械的強度に優れたアルミニウム合金材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を鑑み、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、１種のアルミニウム合金の成分を調整したり、鍛造などにより金属組織を微細化したりしても、耐食性と機械的強度の向上とを両立させるには限界があり、機械的強度（疲労強度）の高いアルミニウム合金材の表面に、耐腐食性を有する材料（耐食性材料）で覆うことにより、耐食性と機械的強度の向上とを両立させることができると考えた。
【００１１】
そこで、表面を覆う耐腐食性材料として、同種の金属である耐食性のあるアルミニウム合金材料を選定すれば、内部のアルミニウム合金材料と、表面の耐食性材料であるアルミニウム合金材料の接合性を高めることができるばかりでなく、これらの材料間では、異種金属による腐食も発生することがなく、継続的に使用できるとの新たな知見を得た。
【００１２】
本発明は、前記新たな知見に基づくものであり、本発明に係るアルミニウム合金材料は、円柱状の第一アルミニウム合金部材と、該第一アルミニウム合金部材の周面を囲繞するように拡散接合された第二アルミニウム合金部材と、を少なくとも備え、前記第一アルミニウム合金部材は、前記第二アルミニウム合金部材に比べて、疲労強度が高い材料からなり、第二アルミニウム合金部材は、前記第一アルミニウム合金部材に比べて、耐食性が高い材料からなる。
【００１３】
本発明によれば、アルミニウム合金複合材の内部に、第二アルミニウム合金部材よりも疲労強度が高い第一アルミニウム合金部材を配置することにより、第二アルミニウム合金部材と同じ材料のみからなるアルミニウム合金部材に比べて、疲労強度を向上させることができる。
【００１４】
一方、アルミニウム合金複合材の表面には、第一アルミニウム合金部材よりも耐食性の高い材料が配置されるので、第一アルミニウム合金部材と同じ材料のみからなるアルミニウム合金部材に比べて、耐食性を向上させることができる。
【００１５】
また、第一アルミニウム合金部材と第二アルミニウム合金部材とは、いずれもアルミニウムを主材とした材料であるので、他の異種金属同士の場合に比べて、これらの合金部材同士の拡散接合性は良く、合金材料同士の間において電気化学反応による腐食が発生することはない。
【００１６】
ここで、本発明でいう、疲労強度が高い材料とは、２つのアルミニウム合金材料に対して、同じ試験条件で、疲労試験を行った場合に、相対的に疲労寿命が長い材料をいう。また、耐食性が高い材料とは、２つのアルミニウム合金材料に対して、同じ試験条件で、腐食試験（例えば暴露試験等）を行った場合に、相対的に腐食し難い材料をいう。
【００１７】
また、「拡散接合」とは材料同士の接合面に存在する原子の拡散を利用して固体のまま接合することをいい、固相接合の一種である。一般的には、材料同士を融点以下まで熱し加圧することにより接合することができる。
【００１８】
また、本発明に係るアルミニウム合金複合材は、前記第一アルミニウム合金部材の両端の端面に、第一アルミニウム合金部材の材料よりも耐食性の高い材料が拡散接合されていることがより好ましい。
【００１９】
本発明によれば、第一アルミニウム合金部材の両端面に、第一アルミニウム合金部材の材料よりも耐食性の高い材料（例えば、第二アルミニウム合金部材と同じ材料）が拡散接合され、第一アルミニウム合金部材の周りを全て覆うことができるので、アルミニウム合金複合材の耐食性を確実に向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の第一アルミニウム合金部材は、第二アルミニウム合金部材に比べて、疲労強度が高い材料からなり、第二アルミニウム合金部材は、第一アルミニウム合金部材に比べて、耐食性が高い材料からなるという、条件を満たすことができるのであれば、これらのアルミニウム合金部材の材料の選定は特に限定されるものではない。
【００２１】
しかしながら、より好ましくは、前記第一アルミニウム合金部材は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金又はＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金からなり、前記第二アルミニウム合金部材は、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、又は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる。
【００２２】
本発明によれば、第一アルミニウム合金部材の材料が、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金の場合、Ｃｕ，Ｍｇの添加元素により、固溶強化と析出強化を図ることができる。すなわち、Ｃｕは、Ａｌに対して固溶強化と、Ａｌ２Ｃｕ層の中間相による析出強化の効果をもち、常温及び高温における機械的強度を向上させることができる。また、Ｍｇとの共存で、Ａｌ２ＣｕＭｇ相の中間相の析出によりさらなる析出強化を図ることができる。
【００２３】
また、第一アルミニウム合金部材の材料が、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金の場合、Ｚｎ，Ｃｕ，Ｍｇの添加により、前述した固溶強化と析出強化に加え、ＺｎとＭｇの共存によりさらなる析出強化を図ることができる。このような結果、第一のアルミニウム合金部材の材料は、他のアルミニウム合金金属材料に比べて、疲労強度を向上させることができる。
【００２４】
このようなアルミニウム合金材料としては、例えば、展伸用アルミニウム合金である、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ規格：２０００系合金）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金（ＪＩＳ規格：７０００系合金）などを挙げることがでる。また、鋳物用アルミニウム合金として、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ規格：ＡＣ１Ｂ）等を挙げることができる。また、これら合金に、さらに、Ｓｉ、Ｎｉ等の元素が添加されていてもよい。
【００２５】
本発明によれば、第二アルミニウム合金部材の材料は、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、又は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であり、Ａｌよりも貴な金属元素（たとえばＣｕなど）が添加されていないため、アノード部とカソード部の局部電池を作り難い組織であり、大気中においても耐食性に優れている。なお、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の場合、Ｍｇ２Ｓｉの時効析出によって、強度を確保することができる。
【００２６】
このようなアルミニウム合金材料としては、例えば、展伸用アルミニウム合金である、Ａｌ−Ｍｎ系合金（ＪＩＳ規格：３０００系合金）、Ａｌ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ規格：５０００系合金）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格：６０００系合金）などを挙げることができる。なお、６０００系合金でもＪＩＳ規格６０６１のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金はＣｕが微量のため比較的耐食性が良い。また、鋳物用アルミニウム合金として、Ａｌ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ規格：ＡＣ７Ａ）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格：ＡＣ４Ａ，ＡＣ４Ｃ等）を挙げることができる。
【００２７】
また、第一アルミニウム合金部材と第二アルミニウム合金部材の例示として、展伸用アルミニウム合金材料を挙げたが、第一アルミニウム合金部材及び第二アルミニウム合金部材のいずれも、上に示す成分を含むのであれば、鋳物用アルミニウム合金部材であってもよい。この場合には、第一アルミニウム合金部材の材料が、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系のアルミニウム合金材料であって、第二アルミニウム合金部材の材料が、Ａｌ−Ｍｇ系やＡｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金材料であることがより好ましい。
【００２８】
第二アルミニウム合金部材は、円筒状であり、第一アルミニウム合金部材の半径は、第二アルミニウム合金部材の径方向の肉厚よりも大きいことがより好ましい。本発明によれば、第一アルミニウム合金部材の半径は、第二アルミニウム合金部材の径方向の肉厚よりも大きくすることにより、アルミニウム合金複合材の全体的な強度を向上させることができる。
【００２９】
本発明に係るアルミニウム合金複合材の前記拡散接合は、例えば、第一アルミニウム合金部材と第二アルミニウム合金部材との接合性を確保することができるのであれば、加熱等により拡散接合等、特にその方法は限定されるものではないが、より好ましくは、前記拡散接合は、摩擦接合によりなされることがよりこのましい。
【００３０】
本発明によれば、第一アルミニウム合金部材と、第二アルミニウム合金部材とは、いずれもアルミニウムを主材とした部材であるので、摩擦接合により、両部材の接合を容易に向上させることができる。また、この場合、第二アルミニウム合金部材を円柱状の第一アルミニウム合金部材に嵌合するような、円筒状（パイプ状）とすることにより、両部材を軸方向に相対的に回転させて、両部材の接合性を向上させることができる。また、より好ましくは、第一アルミニウム合金部材の周面が軸方向に傾斜しており、第二のアルミニウム合金部材が、この形状に嵌合する傾斜した内周面を有していれば、両部材を回転させつつ、軸方向に両部材を押圧することにより、両部材の摩擦接合性をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、耐食性と、疲労強度を含む機械的強度の双方を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係るアルミニウム合金複合材の全体構成図を示しており、図１（ａ）は、本実施形態のアルミニウム合金複合材の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面図。
【図２】本実施形態に係るアルミニウム合金複合材の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は圧入工程、（ｂ）は第一の摩擦接合工程、（ｃ）は切断工程、（ｄ）は、第二の摩擦接合工程、（ｅ）は製造されたアルミニウム合金複合材（図１と同じ）を示した図。
【図３】（ａ）は、実施例１の拡散接合前の断面写真図であり、（ｂ）は、実施例１の拡散接合後の断面写真図。
【図４】実施例１及び比較例１に係る引張試験及び疲労試験の試験結果であり、（ａ）０．２％耐力を示した図であり、（ｂ）は、１０７回繰返し荷重を作用させたときの疲労強度を示した図。
【図５】（ａ）は、実施例２の拡散接合前の断面写真図であり、（ｂ）は、実施例２の拡散接合後の断面写真図であり、（ｃ）は、（ｂ）の実施例２の拡大写真図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、図面を参照して、本発明に係るアルミニウム合金複合材の実施形態を説明する。
【００３４】
図１は、本実施形態に係るアルミニウム合金複合材の全体構成図を示しており、図１（ａ）は、本実施形態のアルミニウム合金複合材の模式的斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【００３５】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、アルミニウム合金複合材１０は、２種類の材料からなるアルミニウム合金部材を拡散接合により接合した複合材料である。具体的には、アルミニウム合金複合材１０は、円柱状の第一アルミニウム合金部材１１と、第一アルミニウム合金部材１１の周面を囲繞する円柱状の第二アルミニウム合金部材１２ａと、第一アルミニウム合金部材１１の両側の端面を少なくとも覆う円板状アルミニウム合金部材（第三アルミニウム合金部材）１２ｂと、を備えている。
【００３６】
ここで、第一アルミニウム合金部材１１は円柱状の部材であり、第一アルミニウム合金部材１１は、第二アルミニウム合金部材１２ａに比べて、疲労強度が高い材料からなる。例えば、第一アルミニウム合金部材１１の材料として、Ａｌ−Ｃｕ系合金又はＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金など、疲労強度を向上させることができる成分元素として少なくともＣｕ、またはＺｎ、Ｍｇ、及びＣｕが添加されたアルミニウム合金材料を挙げることができる。
【００３７】
また、第二アルミニウム合金部材１２ａは、第一アルミニウム合金部材に対して拡散接合された円筒状の部材であり、第二アルミニウム合金部材１２ａは、第一アルミニウム合金部材１１に比べて、耐食性が高い材料からなる。具体的には、第二アルミニウム合金部材１２ａの材料として、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金など、Ｃｕ、Ｚｎなどが添加されていないアルミニウム合金材料を挙げることができる。また、円筒状の第二アルミニウム合金部材１２ａの径方向の肉厚の大きさは、第一アルミニウム合金部材１１の半径よりも小さくなっている。
【００３８】
さらに、円板状アルミニウム合金部材１２ｂの材料は、第一アルミニウム合金部材１１の材料に比べて、耐食性の高い材料である。円板状アルミニウム合金部材１２ｂの材料は、上述した第二アルミニウム合金部材１２ａの材料として例示した材料から選択されてもよいが、本実施形態の場合は、第二アルミニウム合金部材１２ａと同じ材料である。
【００３９】
本実施形態のアルミニウム合金複合材１０によれば、アルミニウム合金複合材１０の内部には、第二アルミニウム合金部材１２ａよりも疲労強度が高い第一アルミニウム合金部材１１ａを配置することにより、第二アルミニウム合金部材１２ａの材料のみからなるアルミニウム合金部材に比べて、疲労強度を向上させることができる。
【００４０】
一方、アルミニウム合金複合材１０の表面には、第一アルミニウム合金部材１１よりも耐食性の高い材料が配置されるので、第一アルミニウム合金部材１１と同じ材料のみからなるアルミニウム合金部材に比べて、耐食性を向上させることができる。また、第一アルミニウム合金部材１１の両端面に、第一アルミニウム合金部材１１よりも耐食性の高い材料（第二アルミニウム合金部材１２ａと同じ材料）が拡散接合されるので、その結果として、第一アルミニウム合金部材の周りを、耐食性の高い材料で全て覆うことになり、アルミニウム合金複合材１０の耐食性を確実に向上させることができる。
【００４１】
このようなアルミニウム合金複合材の製造方法について、以下に説明する。図２は、本実施形態に係るアルミニウム合金複合材の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は圧入工程、（ｂ）は第一の摩擦接合工程、（ｃ）は切断工程、（ｄ）は第二の摩擦接合工程、（ｅ）は製造されたアルミニウム合金複合材（図１と同じ）を示した図である。
【００４２】
図２（ａ）に示すように、鍛造素形材として、円柱状の第一アルミニウム合金部材１１Ａと、円柱状の第一アルミニウム合金部材１１Ａと嵌合するように内部に空間が形成された円筒状の第二アルミニウム合金部材１２Ａと、を準備する。第一アルミニウム合金部材１１Ａの軸方向の長さは、後述する図２（ｂ）の接合装置５０のチャック４０ａ，４０ｂで把持できる程度に、第二アルミニウム合金部材１２Ａの軸方向の長さよりも長いものを準備する。
【００４３】
次に、第一アルミニウム合金部材１１Ａの外周面１１ｃと、第二アルミニウム合金部材１２Ａの内周面１２ｃが嵌合するように、第一アルミニウム合金部材１１Ａを第二アルミニウム合金部材１２Ａに圧入する。この際に、第一アルミニウム合金部材１１Ａの両端部が、第二アルミニウム合金部材１２Ａから突出するように圧入する。この突出した両端部が、図２に示す接合装置３０のチャック４０ａ，４０ｂの把持部になる。
【００４４】
次に、図２（ｂ）に示すように、接合装置５０の半割り構造の一対のクランプ３１に、第二アルミニウム合金部材１２Ａの外周面をクランプし、クランプ３１を固定台３２に固定すると共に、ヒータ５１が配置された加熱炉５２内に配置する。一方、第一アルミニウム合金部材１１Ａの両端部をチャック４０ａ，４０ｂで把持する。なお、一方のチャック４０ａは、モータ６０に接続されており、他方のチャック４０ｂは、モータ６０の回転軸を軸心として支承する支持台６１に接続されている。
【００４５】
このような状態で、ヒータ５１により加熱炉５２内部を加熱し、さらに、モータ６０を駆動させる。これにより、第一アルミニウム合金部材１１Ａは、モータ６０により回転し、第二アルミニウム合金部材１２Ａは、クランプ３１を介して固定台３２により固定さているので、第一アルミニウム合金部材１１Ａの外周面１１ｃは、第二アルミニウム合金部材１２Ａの内周面１２ｃに対して相対的に移動する（図２（ｂ）Ａ−Ａ断面参照）。この結果、第一アルミニウム合金部材１１Ａと第二アルミニウム合金部材１２Ａとは、拡散接合（摩擦接合）される。
【００４６】
なお、本実施形態では、第一アルミニウム合金部材１１Ａを回転させ、第二アルミニウム合金部材１２Ａを固定したが、第一アルミニウム合金部材１１Ａの外周面１１ｃが、第二アルミニウム合金部材１２Ａの内周面１２ｃに対して相対的に移動することができるのであれば、接合装置の装置構成は特に限定されるものではない。
【００４７】
すなわち、第一アルミニウム合金部材１１Ａを固定し、第二アルミニウム合金部材１２Ａを回転させてもよい。この場合、第二アルミニウム合金部材１２Ａは、第一アルミニウム合金部材１１Ａよりも軽いため、モータの負荷を軽減することができる。また、第一アルミニウム合金部材１１Ａを回転させ、第二アルミニウム合金部材１２Ａを逆回転させてもよい。また、第二アルミニウム合金部材１２Ａの回転方法としては、ローレンツ力を作用させて回転させてもよく、機械的に回転装置で回転させてもよい。
【００４８】
また、ヒータ５１により加熱炉５２の内部を加熱することで、第二アルミニウム部材１２Ａを予め加熱して膨張させておくと、第一アルミニウム合金部材１１Ａを圧入させやすくなる。また、第一アルミニウム合金部材１１Ａと第二アルミニウム合金部材１２Ａとの拡散接合性をさらに向上させることができる。特に、第一アルミニウム合金部材１１Ａの熱膨張率が、第二アルミニウム合金部材１２Ａの熱膨張率より大きい材料を選定することがより好ましい。これにより、ヒータ５１による熱により、第一アルミニウム合金部材１１Ａが膨張し、第一アルミニウム合金部材１１Ａの外周面１１ｃが、第二アルミニウム合金部材１２Ａの内周面１２ｃに確実に接触し、この状態で摩擦接合させる。この結果、第一アルミニウム合金部材１１Ａと、第二アルミニウム合金部材１２Ａとの密着をより確実にすることができる。
【００４９】
次に図２（ｃ）に示すように、第一アルミニウム合金部材１１Ａと、第二アルミニウム合金部材１２Ａを拡散接合したアルミニウム合金複合材１０Ａの突出した両端部を切断する。さらに、図２（ｄ）に示すように、アルミニウム合金複合材１０Ａの切断された両端面に対して、円板状のアルミニウム合金部材１２Ｂ，１２Ｂを摩擦接合により拡散接合させる。このようにして、図２（ｅ）に示す、アルミニウム合金複合材１０を得ることができる。
【実施例】
【００５０】
（実施例１）
第一アルミニウム合金部材として、直径８ｍｍ、長さ２００ｍｍ、円柱状のＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金（ＪＩＳ規格７０００系合金）のアルミニウム合金材料からなる部材（７０００系材）を準備した。第二アルミニウム合金部材として、外径９．５ｍｍ、内径７．５ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒状のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格６０００系合金）のアルミニウム合金材料からなる部材（６０００系材）を準備した。次に、予め３００℃で予熱した６０００系材の内部に、７０００系材を圧入し、図２（ｂ）に示す装置を用いて、モータの回転数１０００〜２０００ｒｐｍ、拡散接合時の雰囲気温度３００℃として、これらの部材を摩擦接合により拡散接合させ、アルミニウム合金複合材を製造した。図３（ａ）は、拡散接合前の断面写真図であり、図３（ｂ）は、拡散接合後の断面写真図である。
【００５１】
得られたアルミニウム合金複合材に対して、引張試験及び疲労試験を行った。この結果を図４に示す。図４（ａ）は、０．２％耐力であり、（ｂ）は、１０７回繰返し荷重を作用させたときの疲労強度である。また、このようにして製作された試験片を大気中に放置して、暴露試験をおこなった。
【００５２】
（実施例２）
実施例１と同じようにして、第一と第二のアルミニウム合金部材を製作した。実施例１と相違する点は、第一アルミニウム合金部材は、軸方向に傾斜しており、第二アルミニウム合金部材の内周面も軸方向に傾斜している点である。そして、第一アルミニウム合金部材を第二アルミニウム合金部材に圧入すると共に、第一アルミニウム合金部材の端部をダイスを利用した引き抜きにより、両者の接触面に摩擦力を生じさせ、第一と第二のアルミニウム合金部材を摩擦接合により拡散接合させた。図５（ａ）は、拡散接合前の断面写真図であり、図５（ｂ）は、拡散接合後の断面写真図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）の拡大写真図である。
【００５３】
（比較例１）
実施例１の第二アルミニウム合金部材の材料と同じ材料からなる試験片を製作し、実施例１と同様の方法で、引張試験、疲労試験、及び暴露試験をおこなった。この結果を図４に示す。
【００５４】
（比較例２）
実施例１の第一アルミニウム合金部材の材料と同じ材料からなる試験片を製作し、実施例１と同様の方法で、引張試験、疲労試験、及び暴露試験をおこなった。
【００５５】
（結果及び考察）
実施例１及び２のアルミニウム合金複合材は、図３（ｂ）、図５（ｂ），（ｃ）からも明らかなように、第一アルミニウム合金部材と第二アルミニウム合金部材とが、良好に拡散接合されていることが確認できた。
【００５６】
また、図４（ａ）からも明らかなように、実施例１は、比較例１に比べて、０．２％耐力、疲労強度が高かった。また、図示しないが、実施例１及び２、比較例２の０．２％耐力、疲労強度は、同程度であった。これは、実施例１、２は、第一アルミニウム合金部材の材料に、０．２％耐力及び疲労強度が高いＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金（ＪＩＳ規格７０００系合金）のアルミニウム合金材料を用いたからであると考えられる。
【００５７】
また、実施例１、２、比較例１は、暴露試験を行っても、試験片の表面に腐食はみられなかったが、比較例２は、試験片の表面に腐食が発生していた。これは、実施例１、２、比較例１の試験片の表面には、耐食性の高いＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格６０００系合金）のアルミニウム合金材料があるからであると考えられる。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５９】
１０：アルミニウム合金複合材、１１：第一アルミニウム合金部材、１２ａ：第二アルミニウム合金部材、１２ｂ：円板状アルミニウム合金部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種のアルミニウム合金材料を含むアルミニウム合金複合材に係り、特に、疲労特性及び耐食性に優れたアルミニウム合金複合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋼などの鉄系材料を使用した場合に比べて、軽量化を図ることができることから、アルミニウム合金は、車両、船舶、航空機、自動二輪、自動車などの構造材の一部に使用されることが多い。特に、自動車の足回りの軽量化は、車両の燃費を向上させることができるので有効である。
【０００３】
しかしながら、自動車の足回りなど環境下は、他の使用環境に比べて腐食が発生しやすい環境下であるため、耐食性及び応力腐食割れに優れたアルミニウム合金材料が要求される。このような材料として、例えば、ＪＩＳ規格で規定される６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ 系）などのアルミニウム合金材料が使用されるのが一般的であり、これらの材料の開発が進められている。
【０００４】
このような６０００系アルミニウム合金材料として、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉなどの遷移元素を所定量添加して、溶体化処理を行い、その後、人工時効硬化処理後、鍛造により金属組織の平均粒径をコントロールする技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。この技術によれば、アルミニウム合金材を、結晶粒を確実に微細化できるので、従来の６０００系のアルミニウム合金材料に比べて、機械的強度、靭性、耐食性、及び応力腐食割れを向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９２９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の如く、６０００系アルミニウム合金材料の金属組織を微細化することにより、確かに、耐腐食性及び機械的強度も向上するが、例えば車両のシャフトなど、走行時に繰返し荷重による疲労に対しては、充分な機械的強度を有するものであるとはいえなかった。
【０００７】
従って、６０００系アルミニウム合金材料で、このような部材を製造したとしても、疲労強度を向上させるためには、部材の寸法（軸径）を大きくせざるを得ず、結果的には、車両の軽量化を図ることが充分にできるものではなかった。
【０００８】
一方、６０００系アルミニウム合金材料よりも約４０％程度疲労強度が高い材料として、例えば、７０００系アルミニウム合金材料が知られているが、この７０００系合金材料は、６０００系アルミニウム合金材料に比べて、耐食性や応力腐食割れの感受性が悪いため、足回りなどの腐食環境下に使用できるものではなかった。
【０００９】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐食性に優れ、かつ、疲労強度を含む機械的強度に優れたアルミニウム合金材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を鑑み、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、１種のアルミニウム合金の成分を調整したり、鍛造などにより金属組織を微細化したりしても、耐食性と機械的強度の向上とを両立させるには限界があり、機械的強度（疲労強度）の高いアルミニウム合金材の表面に、耐腐食性を有する材料（耐食性材料）で覆うことにより、耐食性と機械的強度の向上とを両立させることができると考えた。
【００１１】
そこで、表面を覆う耐腐食性材料として、同種の金属である耐食性のあるアルミニウム合金材料を選定すれば、内部のアルミニウム合金材料と、表面の耐食性材料であるアルミニウム合金材料の接合性を高めることができるばかりでなく、これらの材料間では、異種金属による腐食も発生することがなく、継続的に使用できるとの新たな知見を得た。
【００１２】
本発明は、前記新たな知見に基づくものであり、本発明に係るアルミニウム合金材料は、円柱状の第一アルミニウム合金部材と、該第一アルミニウム合金部材の周面を囲繞するように拡散接合された第二アルミニウム合金部材と、を少なくとも備え、前記第一アルミニウム合金部材は、前記第二アルミニウム合金部材に比べて、疲労強度が高い材料からなり、第二アルミニウム合金部材は、前記第一アルミニウム合金部材に比べて、耐食性が高い材料からなる。
【００１３】
本発明によれば、アルミニウム合金複合材の内部に、第二アルミニウム合金部材よりも疲労強度が高い第一アルミニウム合金部材を配置することにより、第二アルミニウム合金部材と同じ材料のみからなるアルミニウム合金部材に比べて、疲労強度を向上させることができる。
【００１４】
一方、アルミニウム合金複合材の表面には、第一アルミニウム合金部材よりも耐食性の高い材料が配置されるので、第一アルミニウム合金部材と同じ材料のみからなるアルミニウム合金部材に比べて、耐食性を向上させることができる。
【００１５】
また、第一アルミニウム合金部材と第二アルミニウム合金部材とは、いずれもアルミニウムを主材とした材料であるので、他の異種金属同士の場合に比べて、これらの合金部材同士の拡散接合性は良く、合金材料同士の間において電気化学反応による腐食が発生することはない。
【００１６】
ここで、本発明でいう、疲労強度が高い材料とは、２つのアルミニウム合金材料に対して、同じ試験条件で、疲労試験を行った場合に、相対的に疲労寿命が長い材料をいう。また、耐食性が高い材料とは、２つのアルミニウム合金材料に対して、同じ試験条件で、腐食試験（例えば暴露試験等）を行った場合に、相対的に腐食し難い材料をいう。
【００１７】
また、「拡散接合」とは材料同士の接合面に存在する原子の拡散を利用して固体のまま接合することをいい、固相接合の一種である。一般的には、材料同士を融点以下まで熱し加圧することにより接合することができる。
【００１８】
また、本発明に係るアルミニウム合金複合材は、前記第一アルミニウム合金部材の両端の端面に、第一アルミニウム合金部材の材料よりも耐食性の高い材料が拡散接合されていることがより好ましい。
【００１９】
本発明によれば、第一アルミニウム合金部材の両端面に、第一アルミニウム合金部材の材料よりも耐食性の高い材料（例えば、第二アルミニウム合金部材と同じ材料）が拡散接合され、第一アルミニウム合金部材の周りを全て覆うことができるので、アルミニウム合金複合材の耐食性を確実に向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の第一アルミニウム合金部材は、第二アルミニウム合金部材に比べて、疲労強度が高い材料からなり、第二アルミニウム合金部材は、第一アルミニウム合金部材に比べて、耐食性が高い材料からなるという、条件を満たすことができるのであれば、これらのアルミニウム合金部材の材料の選定は特に限定されるものではない。
【００２１】
しかしながら、より好ましくは、前記第一アルミニウム合金部材は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金又はＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金からなり、前記第二アルミニウム合金部材は、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、又は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる。
【００２２】
本発明によれば、第一アルミニウム合金部材の材料が、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金の場合、Ｃｕ，Ｍｇの添加元素により、固溶強化と析出強化を図ることができる。すなわち、Ｃｕは、Ａｌに対して固溶強化と、Ａｌ２Ｃｕ層の中間相による析出強化の効果をもち、常温及び高温における機械的強度を向上させることができる。また、Ｍｇとの共存で、Ａｌ２ＣｕＭｇ相の中間相の析出によりさらなる析出強化を図ることができる。
【００２３】
また、第一アルミニウム合金部材の材料が、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金の場合、Ｚｎ，Ｃｕ，Ｍｇの添加により、前述した固溶強化と析出強化に加え、ＺｎとＭｇの共存によりさらなる析出強化を図ることができる。このような結果、第一のアルミニウム合金部材の材料は、他のアルミニウム合金金属材料に比べて、疲労強度を向上させることができる。
【００２４】
このようなアルミニウム合金材料としては、例えば、展伸用アルミニウム合金である、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ規格：２０００系合金）、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金（ＪＩＳ規格：７０００系合金）などを挙げることがでる。また、鋳物用アルミニウム合金として、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ規格：ＡＣ１Ｂ）等を挙げることができる。また、これら合金に、さらに、Ｓｉ、Ｎｉ等の元素が添加されていてもよい。
【００２５】
本発明によれば、第二アルミニウム合金部材の材料は、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、又は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金であり、Ａｌよりも貴な金属元素（たとえばＣｕなど）が添加されていないため、アノード部とカソード部の局部電池を作り難い組織であり、大気中においても耐食性に優れている。なお、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の場合、Ｍｇ２Ｓｉの時効析出によって、強度を確保することができる。
【００２６】
このようなアルミニウム合金材料としては、例えば、展伸用アルミニウム合金である、Ａｌ−Ｍｎ系合金（ＪＩＳ規格：３０００系合金）、Ａｌ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ規格：５０００系合金）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格：６０００系合金）などを挙げることができる。なお、６０００系合金でもＪＩＳ規格６０６１のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金はＣｕが微量のため比較的耐食性が良い。また、鋳物用アルミニウム合金として、Ａｌ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ規格：ＡＣ７Ａ）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格：ＡＣ４Ａ，ＡＣ４Ｃ等）を挙げることができる。
【００２７】
また、第一アルミニウム合金部材と第二アルミニウム合金部材の例示として、展伸用アルミニウム合金材料を挙げたが、第一アルミニウム合金部材及び第二アルミニウム合金部材のいずれも、上に示す成分を含むのであれば、鋳物用アルミニウム合金部材であってもよい。この場合には、第一アルミニウム合金部材の材料が、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系のアルミニウム合金材料であって、第二アルミニウム合金部材の材料が、Ａｌ−Ｍｇ系やＡｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金材料であることがより好ましい。
【００２８】
第二アルミニウム合金部材は、円筒状であり、第一アルミニウム合金部材の半径は、第二アルミニウム合金部材の径方向の肉厚よりも大きいことがより好ましい。本発明によれば、第一アルミニウム合金部材の半径は、第二アルミニウム合金部材の径方向の肉厚よりも大きくすることにより、アルミニウム合金複合材の全体的な強度を向上させることができる。
【００２９】
本発明に係るアルミニウム合金複合材の前記拡散接合は、例えば、第一アルミニウム合金部材と第二アルミニウム合金部材との接合性を確保することができるのであれば、加熱等により拡散接合等、特にその方法は限定されるものではないが、より好ましくは、前記拡散接合は、摩擦接合によりなされることがよりこのましい。
【００３０】
本発明によれば、第一アルミニウム合金部材と、第二アルミニウム合金部材とは、いずれもアルミニウムを主材とした部材であるので、摩擦接合により、両部材の接合を容易に向上させることができる。また、この場合、第二アルミニウム合金部材を円柱状の第一アルミニウム合金部材に嵌合するような、円筒状（パイプ状）とすることにより、両部材を軸方向に相対的に回転させて、両部材の接合性を向上させることができる。また、より好ましくは、第一アルミニウム合金部材の周面が軸方向に傾斜しており、第二のアルミニウム合金部材が、この形状に嵌合する傾斜した内周面を有していれば、両部材を回転させつつ、軸方向に両部材を押圧することにより、両部材の摩擦接合性をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、耐食性と、疲労強度を含む機械的強度の双方を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係るアルミニウム合金複合材の全体構成図を示しており、図１（ａ）は、本実施形態のアルミニウム合金複合材の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面図。
【図２】本実施形態に係るアルミニウム合金複合材の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は圧入工程、（ｂ）は第一の摩擦接合工程、（ｃ）は切断工程、（ｄ）は、第二の摩擦接合工程、（ｅ）は製造されたアルミニウム合金複合材（図１と同じ）を示した図。
【図３】（ａ）は、実施例１の拡散接合前の断面写真図であり、（ｂ）は、実施例１の拡散接合後の断面写真図。
【図４】実施例１及び比較例１に係る引張試験及び疲労試験の試験結果であり、（ａ）０．２％耐力を示した図であり、（ｂ）は、１０７回繰返し荷重を作用させたときの疲労強度を示した図。
【図５】（ａ）は、実施例２の拡散接合前の断面写真図であり、（ｂ）は、実施例２の拡散接合後の断面写真図であり、（ｃ）は、（ｂ）の実施例２の拡大写真図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、図面を参照して、本発明に係るアルミニウム合金複合材の実施形態を説明する。
【００３４】
図１は、本実施形態に係るアルミニウム合金複合材の全体構成図を示しており、図１（ａ）は、本実施形態のアルミニウム合金複合材の模式的斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【００３５】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、アルミニウム合金複合材１０は、２種類の材料からなるアルミニウム合金部材を拡散接合により接合した複合材料である。具体的には、アルミニウム合金複合材１０は、円柱状の第一アルミニウム合金部材１１と、第一アルミニウム合金部材１１の周面を囲繞する円柱状の第二アルミニウム合金部材１２ａと、第一アルミニウム合金部材１１の両側の端面を少なくとも覆う円板状アルミニウム合金部材（第三アルミニウム合金部材）１２ｂと、を備えている。
【００３６】
ここで、第一アルミニウム合金部材１１は円柱状の部材であり、第一アルミニウム合金部材１１は、第二アルミニウム合金部材１２ａに比べて、疲労強度が高い材料からなる。例えば、第一アルミニウム合金部材１１の材料として、Ａｌ−Ｃｕ系合金又はＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金など、疲労強度を向上させることができる成分元素として少なくともＣｕ、またはＺｎ、Ｍｇ、及びＣｕが添加されたアルミニウム合金材料を挙げることができる。
【００３７】
また、第二アルミニウム合金部材１２ａは、第一アルミニウム合金部材に対して拡散接合された円筒状の部材であり、第二アルミニウム合金部材１２ａは、第一アルミニウム合金部材１１に比べて、耐食性が高い材料からなる。具体的には、第二アルミニウム合金部材１２ａの材料として、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金など、Ｃｕ、Ｚｎなどが添加されていないアルミニウム合金材料を挙げることができる。また、円筒状の第二アルミニウム合金部材１２ａの径方向の肉厚の大きさは、第一アルミニウム合金部材１１の半径よりも小さくなっている。
【００３８】
さらに、円板状アルミニウム合金部材１２ｂの材料は、第一アルミニウム合金部材１１の材料に比べて、耐食性の高い材料である。円板状アルミニウム合金部材１２ｂの材料は、上述した第二アルミニウム合金部材１２ａの材料として例示した材料から選択されてもよいが、本実施形態の場合は、第二アルミニウム合金部材１２ａと同じ材料である。
【００３９】
本実施形態のアルミニウム合金複合材１０によれば、アルミニウム合金複合材１０の内部には、第二アルミニウム合金部材１２ａよりも疲労強度が高い第一アルミニウム合金部材１１ａを配置することにより、第二アルミニウム合金部材１２ａの材料のみからなるアルミニウム合金部材に比べて、疲労強度を向上させることができる。
【００４０】
一方、アルミニウム合金複合材１０の表面には、第一アルミニウム合金部材１１よりも耐食性の高い材料が配置されるので、第一アルミニウム合金部材１１と同じ材料のみからなるアルミニウム合金部材に比べて、耐食性を向上させることができる。また、第一アルミニウム合金部材１１の両端面に、第一アルミニウム合金部材１１よりも耐食性の高い材料（第二アルミニウム合金部材１２ａと同じ材料）が拡散接合されるので、その結果として、第一アルミニウム合金部材の周りを、耐食性の高い材料で全て覆うことになり、アルミニウム合金複合材１０の耐食性を確実に向上させることができる。
【００４１】
このようなアルミニウム合金複合材の製造方法について、以下に説明する。図２は、本実施形態に係るアルミニウム合金複合材の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は圧入工程、（ｂ）は第一の摩擦接合工程、（ｃ）は切断工程、（ｄ）は第二の摩擦接合工程、（ｅ）は製造されたアルミニウム合金複合材（図１と同じ）を示した図である。
【００４２】
図２（ａ）に示すように、鍛造素形材として、円柱状の第一アルミニウム合金部材１１Ａと、円柱状の第一アルミニウム合金部材１１Ａと嵌合するように内部に空間が形成された円筒状の第二アルミニウム合金部材１２Ａと、を準備する。第一アルミニウム合金部材１１Ａの軸方向の長さは、後述する図２（ｂ）の接合装置５０のチャック４０ａ，４０ｂで把持できる程度に、第二アルミニウム合金部材１２Ａの軸方向の長さよりも長いものを準備する。
【００４３】
次に、第一アルミニウム合金部材１１Ａの外周面１１ｃと、第二アルミニウム合金部材１２Ａの内周面１２ｃが嵌合するように、第一アルミニウム合金部材１１Ａを第二アルミニウム合金部材１２Ａに圧入する。この際に、第一アルミニウム合金部材１１Ａの両端部が、第二アルミニウム合金部材１２Ａから突出するように圧入する。この突出した両端部が、図２に示す接合装置３０のチャック４０ａ，４０ｂの把持部になる。
【００４４】
次に、図２（ｂ）に示すように、接合装置５０の半割り構造の一対のクランプ３１に、第二アルミニウム合金部材１２Ａの外周面をクランプし、クランプ３１を固定台３２に固定すると共に、ヒータ５１が配置された加熱炉５２内に配置する。一方、第一アルミニウム合金部材１１Ａの両端部をチャック４０ａ，４０ｂで把持する。なお、一方のチャック４０ａは、モータ６０に接続されており、他方のチャック４０ｂは、モータ６０の回転軸を軸心として支承する支持台６１に接続されている。
【００４５】
このような状態で、ヒータ５１により加熱炉５２内部を加熱し、さらに、モータ６０を駆動させる。これにより、第一アルミニウム合金部材１１Ａは、モータ６０により回転し、第二アルミニウム合金部材１２Ａは、クランプ３１を介して固定台３２により固定さているので、第一アルミニウム合金部材１１Ａの外周面１１ｃは、第二アルミニウム合金部材１２Ａの内周面１２ｃに対して相対的に移動する（図２（ｂ）Ａ−Ａ断面参照）。この結果、第一アルミニウム合金部材１１Ａと第二アルミニウム合金部材１２Ａとは、拡散接合（摩擦接合）される。
【００４６】
なお、本実施形態では、第一アルミニウム合金部材１１Ａを回転させ、第二アルミニウム合金部材１２Ａを固定したが、第一アルミニウム合金部材１１Ａの外周面１１ｃが、第二アルミニウム合金部材１２Ａの内周面１２ｃに対して相対的に移動することができるのであれば、接合装置の装置構成は特に限定されるものではない。
【００４７】
すなわち、第一アルミニウム合金部材１１Ａを固定し、第二アルミニウム合金部材１２Ａを回転させてもよい。この場合、第二アルミニウム合金部材１２Ａは、第一アルミニウム合金部材１１Ａよりも軽いため、モータの負荷を軽減することができる。また、第一アルミニウム合金部材１１Ａを回転させ、第二アルミニウム合金部材１２Ａを逆回転させてもよい。また、第二アルミニウム合金部材１２Ａの回転方法としては、ローレンツ力を作用させて回転させてもよく、機械的に回転装置で回転させてもよい。
【００４８】
また、ヒータ５１により加熱炉５２の内部を加熱することで、第二アルミニウム部材１２Ａを予め加熱して膨張させておくと、第一アルミニウム合金部材１１Ａを圧入させやすくなる。また、第一アルミニウム合金部材１１Ａと第二アルミニウム合金部材１２Ａとの拡散接合性をさらに向上させることができる。特に、第一アルミニウム合金部材１１Ａの熱膨張率が、第二アルミニウム合金部材１２Ａの熱膨張率より大きい材料を選定することがより好ましい。これにより、ヒータ５１による熱により、第一アルミニウム合金部材１１Ａが膨張し、第一アルミニウム合金部材１１Ａの外周面１１ｃが、第二アルミニウム合金部材１２Ａの内周面１２ｃに確実に接触し、この状態で摩擦接合させる。この結果、第一アルミニウム合金部材１１Ａと、第二アルミニウム合金部材１２Ａとの密着をより確実にすることができる。
【００４９】
次に図２（ｃ）に示すように、第一アルミニウム合金部材１１Ａと、第二アルミニウム合金部材１２Ａを拡散接合したアルミニウム合金複合材１０Ａの突出した両端部を切断する。さらに、図２（ｄ）に示すように、アルミニウム合金複合材１０Ａの切断された両端面に対して、円板状のアルミニウム合金部材１２Ｂ，１２Ｂを摩擦接合により拡散接合させる。このようにして、図２（ｅ）に示す、アルミニウム合金複合材１０を得ることができる。
【実施例】
【００５０】
（実施例１）
第一アルミニウム合金部材として、直径８ｍｍ、長さ２００ｍｍ、円柱状のＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金（ＪＩＳ規格７０００系合金）のアルミニウム合金材料からなる部材（７０００系材）を準備した。第二アルミニウム合金部材として、外径９．５ｍｍ、内径７．５ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒状のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格６０００系合金）のアルミニウム合金材料からなる部材（６０００系材）を準備した。次に、予め３００℃で予熱した６０００系材の内部に、７０００系材を圧入し、図２（ｂ）に示す装置を用いて、モータの回転数１０００〜２０００ｒｐｍ、拡散接合時の雰囲気温度３００℃として、これらの部材を摩擦接合により拡散接合させ、アルミニウム合金複合材を製造した。図３（ａ）は、拡散接合前の断面写真図であり、図３（ｂ）は、拡散接合後の断面写真図である。
【００５１】
得られたアルミニウム合金複合材に対して、引張試験及び疲労試験を行った。この結果を図４に示す。図４（ａ）は、０．２％耐力であり、（ｂ）は、１０７回繰返し荷重を作用させたときの疲労強度である。また、このようにして製作された試験片を大気中に放置して、暴露試験をおこなった。
【００５２】
（実施例２）
実施例１と同じようにして、第一と第二のアルミニウム合金部材を製作した。実施例１と相違する点は、第一アルミニウム合金部材は、軸方向に傾斜しており、第二アルミニウム合金部材の内周面も軸方向に傾斜している点である。そして、第一アルミニウム合金部材を第二アルミニウム合金部材に圧入すると共に、第一アルミニウム合金部材の端部をダイスを利用した引き抜きにより、両者の接触面に摩擦力を生じさせ、第一と第二のアルミニウム合金部材を摩擦接合により拡散接合させた。図５（ａ）は、拡散接合前の断面写真図であり、図５（ｂ）は、拡散接合後の断面写真図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）の拡大写真図である。
【００５３】
（比較例１）
実施例１の第二アルミニウム合金部材の材料と同じ材料からなる試験片を製作し、実施例１と同様の方法で、引張試験、疲労試験、及び暴露試験をおこなった。この結果を図４に示す。
【００５４】
（比較例２）
実施例１の第一アルミニウム合金部材の材料と同じ材料からなる試験片を製作し、実施例１と同様の方法で、引張試験、疲労試験、及び暴露試験をおこなった。
【００５５】
（結果及び考察）
実施例１及び２のアルミニウム合金複合材は、図３（ｂ）、図５（ｂ），（ｃ）からも明らかなように、第一アルミニウム合金部材と第二アルミニウム合金部材とが、良好に拡散接合されていることが確認できた。
【００５６】
また、図４（ａ）からも明らかなように、実施例１は、比較例１に比べて、０．２％耐力、疲労強度が高かった。また、図示しないが、実施例１及び２、比較例２の０．２％耐力、疲労強度は、同程度であった。これは、実施例１、２は、第一アルミニウム合金部材の材料に、０．２％耐力及び疲労強度が高いＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金（ＪＩＳ規格７０００系合金）のアルミニウム合金材料を用いたからであると考えられる。
【００５７】
また、実施例１、２、比較例１は、暴露試験を行っても、試験片の表面に腐食はみられなかったが、比較例２は、試験片の表面に腐食が発生していた。これは、実施例１、２、比較例１の試験片の表面には、耐食性の高いＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ規格６０００系合金）のアルミニウム合金材料があるからであると考えられる。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５９】
１０：アルミニウム合金複合材、１１：第一アルミニウム合金部材、１２ａ：第二アルミニウム合金部材、１２ｂ：円板状アルミニウム合金部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の第一アルミニウム合金部材と、該第一アルミニウム合金材の周面を囲繞するように拡散接合された第二アルミニウム合金部材と、を備え、
前記第一アルミニウム合金部材は、前記第二アルミニウム合金部材に比べて、疲労強度が高い材料からなり、
前記第二アルミニウム合金部材は、前記第一アルミニウム合金部材に比べて、耐食性が高い材料からなることを特徴とするアルミニウム合金複合材。
【請求項２】
前記第一アルミニウム合金部材の両端の端面に、第一アルミニウム合金部材の材料よりも耐食性が高い材料が拡散接合されていることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金複合材。
【請求項３】
前記第一アルミニウム合金部材は、Ａｌ−Ｃｕ系合金又はＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金からなり、前記第二アルミニウム合金部材は、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、又はＡｌ−Ｍｇ系合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金複合材。
【請求項４】
前記拡散接合は、摩擦接合によりなされることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金複合材。
【請求項１】
円柱状の第一アルミニウム合金部材と、該第一アルミニウム合金材の周面を囲繞するように拡散接合された第二アルミニウム合金部材と、を備え、
前記第一アルミニウム合金部材は、前記第二アルミニウム合金部材に比べて、疲労強度が高い材料からなり、
前記第二アルミニウム合金部材は、前記第一アルミニウム合金部材に比べて、耐食性が高い材料からなることを特徴とするアルミニウム合金複合材。
【請求項２】
前記第一アルミニウム合金部材の両端の端面に、第一アルミニウム合金部材の材料よりも耐食性が高い材料が拡散接合されていることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金複合材。
【請求項３】
前記第一アルミニウム合金部材は、Ａｌ−Ｃｕ系合金又はＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金からなり、前記第二アルミニウム合金部材は、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、又はＡｌ−Ｍｇ系合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金複合材。
【請求項４】
前記拡散接合は、摩擦接合によりなされることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金複合材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２２１２４４（Ｐ２０１０−２２１２４４Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７０１９９（Ｐ２００９−７０１９９）
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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