アルミ合金水素脆化防止法

技術概要

計算科学研究により、アルミ合金中で水素を吸蔵する化合物を発見しました。さらにアルミ合金の水素脆化の抑制・防止効果を実験的に確認しました。

用途・応用

水素脆化防止

背景

　広範な用途を有するアルミニウム合金材は、水素脆化割れが生じる問題があり、この問
題を解消することが提案されてきている（特許文献１～４参照）。

　特許文献１には、質量％にて、Ｚｎ：４．０～６．７％、Ｍｇ：０．７５～２．９％、
Ｃｕ：０．００１～２．６％、Ｓｉ：０．０５～０．４０％、Ｔｉ：０．００５～０．２
０％、Ｆｅ：０．０１～０．５％を各々含み、更に、Ｍｎ：０．０１～０．７％、Ｃｒ：
０．０２～０．３％、Ｚｒ：０．０１～０．２５％、Ｖ：０．０１～０．１０％の一種ま
たは二種以上を、１．０％≧Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｃｒ＋Ｚｒ＋Ｖ≧０．１％の関係を満足した上
で含み、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金組成を有するとともに
、導電率（％ＩＡＣＳ）が、前記Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖの合計含有量との関係で、
導電率（％）≧－４．９×（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｃｒ＋Ｚｒ＋Ｖ）＋４０．０の関係を満足し、
かつ、０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上である、耐水素脆化特性に優れた高圧ガス容器用
アルミニウム合金材が記載されている。

　特許文献２には、Ｚｎ５．０～７．０％、Ｍｇ１．０～３．０％、Ｃｕ１．０～３．０％を含有し、かつＣｒ０．０５～０．３％、Ｚｒ０．０５～０．２５％、Ｍｎ０．０５～
０．４０％、Ｓｃ０．０５～０．３５％のうちから選ばれた１種もしくは２種以上を合計
量が０．０５～０．５％の範囲内で含有し、さらに不純物としてＳｉを０．２５％以下、
Ｆｅを０．２５％以下に規制し、残部がＡｌおよびその他の不可避的不純物としたＡｌ－
Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕ系アルミニウム合金を用い、その鋳塊に、４５０～５２０℃の範囲内の
温度で１時間以上保持する均質化処理を行なった後、鋳塊を冷却する過程において、少な
くとも４００℃までの平均冷却速度を１００℃／ｈｒ以上に規制し、その後３００～４４
０℃の範囲内の温度で５０ｍｍ以上の板厚まで熱間圧延を行なった後、溶体化処理・焼入
れおよび人工時効処理を施し、円相当径で５μｍを越える金属間化合物の総面積率を２％
以下とした厚板を得る、強度および延性に優れたアルミニウム合金厚板の製造方法が記載
されている。

　特許文献３には、Ｚｎ４．５～８．５ｗｔ％、Ｍｇ１．５～３．５ｗｔ％、Ｃｕ０．８
～２．６ｗｔ％を含有し、さらに、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔｉを少なくとも１種類含有
し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金を鍛造によりＨセクションを有する
鍛造材に成型するに際し、合金中のＦｅ含有量を０．１５ｗｔ％以下に規制するなどする
、対応力腐食割れ性に優れた高強度Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系アルミニウム合金鍛造材の製造方
法が記載されている。

　特許文献４には、Ｚｎ５～８重量％、Ｍｇ１．２～４．０重量％、Ｃｕ１．５重量％を
越え４．０重量％以下、Ａｇ０．０３～１．０重量％、Ｆｅ０．０１～１．０重量％、Ｔ
ｉ０．００５～０．２重量％、Ｖ０．０１～０．２重量％を含有し、かつ、Ｍｎ０．０１
～１．５重量％、Ｃｒ０．０１～０．６重量％、Ｚｒ０．０１～０．２５重量％、Ｂ０．
０００１～０．０８重量％、Ｍｏ０．０３～０．５重量％のうちの少なくとも１種または
２種以上を含み、残りアルミニウム及び不可避不純物からなる耐応力腐食割れ性に優れた
溶接構造材用高力アルミニウム合金が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】

【特許文献１】特開２００９－２２１５６６号公報
【特許文献２】特開２０１１－０５８０４７号公報
【特許文献３】特公平１－０２５３８６号公報
【特許文献４】特許第２９１５４８７号 

課題

しかしながら、航空機や宇宙産業に求められるレベルで水素脆化を十分に効果的に防止
ないし抑制できるアルミニウム合金材は知られていなかった。
　本発明が解決しようとする課題は、水素脆化を効果的に防止ないし抑制できるアルミニ
ウム合金材およびアルミニウム合金材の水素脆化防止剤を提供することである。

手段

本発明によれば、特定の合金組成を有するアルミニウム合金材、または特定の第二相粒
子からなるアルミニウム合金材の水素脆化防止剤により、水素脆化を効果的に防止ないし
抑制できることを見出し、上記課題を解決した。
　このような合金は、新規な合金である。特許文献１～４には、ＪＩＳ　Ｈ　４１００：
２０１４「アルミニウム及びアルミニウム合金の板及び条」の合金番号７０５０において
Ｆｅ量が規定量よりも高いが、いずれも本発明のアルミニウム合金材の範囲外である。
例えば、特許文献１の表１の発明例６の組成はＳｉ：０．２１質量％、Ｆｅ：０．２８質
量％などであり、許文献２の第１１頁表１の合金Ａの組成はＳｉ：０．２１質量％、Ｆｅ ：０．２８質量％などであり、特許文献３の第４頁第１表の試料４の組成はＳｉ：０．１
０質量％、Ｆｅ：０．１９質量％などであり、特許文献４の第４頁第１表の比較合金１０
の組成は、Ｓｉ：０．１０質量％、Ｆｅ：０．２０質量％などであるが、これらはいずれ
も本発明のアルミニウム合金材の範囲外である。　上記課題を解決するための具体的な手
段である本発明の構成と、本発明の好ましい構成を以下に記載する。

［１］　アルミニウム合金組成が、下記アルミニウム合金組成（１）～（７）のいずれか
である、アルミニウム合金材。
アルミニウム合金組成（１）
　Ｓｉ：０．３０質量％以下、Ｆｅ：０．３５質量％超、Ｃｕ：０．２０質量％以下、Ｍ
ｎ：０．２０～０．７０質量％、Ｍｇ：１．０～２．０質量％、Ｃｒ：０．３０質量％以
下、Ｚｎ：４．０～５．０質量％、Ｖ：０．１０質量％以下、Ｚｒ：０．２５質量％以下
、Ｔｉ：０．２０質量％以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（２）
　Ｓｉ：０．１２質量％以下、Ｆｅ：０．１５質量％超、Ｃｕ：１．５～２．０質量％、
Ｍｎ：０．１０質量％以下、Ｍｇ：２．１～２．６質量％、Ｃｒ：０．０５質量％以下、
Ｚｎ：５．７～６．７質量％、Ｎｉ：０．０５質量％以下、Ｚｒ：０．１０～０．１６質
量％、Ｔｉ：０．０６質量％以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（３）
　Ｓｉ：０．１２質量％以下、Ｆｅ：０．２５質量％超、Ｃｕ：２．０～２．６質量％、
Ｍｎ：０．１０質量％以下、Ｍｇ：１．９～２．６質量％、Ｃｒ：０．０４質量％以下、
Ｚｎ：５．７～６．７質量％、Ｚｒ：０．０８～０．１５質量％、Ｔｉ：０．０６質量％
以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（４）
　Ｓｉ：０．４０質量％以下、Ｆｅ：０．５０質量％超、Ｃｕ：１．２～２．０質量％、
Ｍｎ：０．３０質量％以下、Ｍｇ：２．１～２．９質量％、Ｃｒ：０．１８～０．２６質
量％、Ｚｎ：５．１～６．１質量％、Ｔｉ：０．２０質量％以下であり、さらにＡｌを含
む 。
アルミニウム合金組成（５）
　０．７質量％＜Ｓｉ＋Ｆｅ、Ｃｕ：０．１０質量％以下、Ｍｎ：０．１０質量％以下、
Ｍｇ：０．１０質量％以下、Ｚｎ：０．８～１．３質量％であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（６）
　Ｓｉ：０．１２質量％以下、Ｆｅ：０．１２質量％超、Ｃｕ：２．０～２．６質量％、
Ｍｎ：０．０６質量％以下、Ｍｇ：１．９～２．６質量％、Ｃｒ：０．０４質量％以下、
Ｚｎ：５．７～６．７質量％、Ｚｒ：０．０８～０．１５質量％、Ｔｉ：０．０５質量％
以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（７）
　Ｓｉ：０．４０質量％以下、Ｆｅ：０．５０質量％超、Ｃｕ：１．６～２．４質量％、
Ｍｎ：０．３０質量％以下、Ｍｇ：２．４～３．１質量％、Ｃｒ：０．１８～０．２８質
量％、Ｚｎ：６．３～７．３質量％、Ｔｉ：０．２０質量％以下であり、さらにＡｌを含
む 。
［２］　アルミニウム合金組成が、アルミニウム合金組成（３）である、［１］に記載の
アルミニウム合金材。
［３］　半整合析出物界面よりも高い水素トラップエネルギーを有する第二相粒子を含む
、［１］または［２］に記載のアルミニウム合金材。
［４］　第二相粒子がＡｌ ７ Ｃ ｕ ２ Ｆｅ粒子である、［３］に記載のアルミニウム合金材
。
［５］　アルミニウム合金材の水素脆化を防止でき、
　Ａｌ ７ Ｃ ｕ ２ Ｆｅ粒子からなる、アルミニウム合金材の水素脆化防止剤。
［６］　下記アルミニウム合金組成（Ａ）であるアルミニウム合金材の水素脆化を防止できる、［５］に記載のアルミニウム合金材の水素脆化防止剤。
アルミニウム合金組成（Ａ）
　Ｓｉ：０．４０質量％以下、Ｃｕ：２．６質量％以下、Ｍｎ：０．７０質量％以下、Ｍ
ｇ：３．１質量％以下、Ｃｒ：０．３０質量％以下、Ｚｎ：７．３質量％以下、Ｔｉ：０
．２０質量％以下であり、さらにＦｅおよびＡｌを含む。
［７］　下記アルミニウム合金組成（１）～（７）のいずれかであるアルミニウム合金材
の水素脆化を防止できる、［５］または［６］に記載のアルミニウム合金材の水素脆化防
止剤。
アルミニウム合金組成（１）
　Ｓｉ：０．３０質量％以下、Ｆｅ：０．３５質量％超、Ｃｕ：０．２０質量％以下、Ｍ
ｎ：０．２０～０．７０質量％、Ｍｇ：１．０～２．０質量％、Ｃｒ：０．３０質量％以
下、Ｚｎ：４．０～５．０質量％、Ｖ：０．１０質量％以下、Ｚｒ：０．２５質量％以下
、Ｔｉ：０．２０質量％以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（２）
　Ｓｉ：０．１２質量％以下、Ｆｅ：０．１５質量％超、Ｃｕ：１．５～２．０質量％、
Ｍｎ：０．１０質量％以下、Ｍｇ：２．１～２．６質量％、Ｃｒ：０．０５質量％以下、
Ｚｎ：５．７～６．７質量％、Ｎｉ：０．０５質量％以下、Ｚｒ：０．１０～０．１６質
量％、Ｔｉ：０．０６質量％以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（３）
　Ｓｉ：０．１２質量％以下、Ｆｅ：０．２５質量％超、Ｃｕ：２．０～２．６質量％、
Ｍｎ：０．１０質量％以下、Ｍｇ：１．９～２．６質量％、Ｃｒ：０．０４質量％以下、
Ｚｎ：５．７～６．７質量％、Ｚｒ：０．０８～０．１５質量％、Ｔｉ：０．０６質量％
以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（４）
　Ｓｉ：０．４０質量％以下、Ｆｅ：０．５０質量％超、Ｃｕ：１．２～２．０質量％、
Ｍｎ：０．３０質量％以下、Ｍｇ：２．１～２．９質量％、Ｃｒ：０．１８～０．２６質
量％、Ｚｎ：５．１～６．１質量％、Ｔｉ：０．２０質量％以下であり、さらにＡｌを含
む 。
アルミニウム合金組成（５）
　０．７質量％＜Ｓｉ＋Ｆｅ、Ｃｕ：０．１０質量％以下、Ｍｎ：０．１０質量％以下、
Ｍｇ：０．１０質量％以下、Ｚｎ：０．８～１．３質量％であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（６）
　Ｓｉ：０．１２質量％以下、Ｆｅ：０．１２質量％超、Ｃｕ：２．０～２．６質量％、
Ｍｎ：０．０６質量％以下、Ｍｇ：１．９～２．６質量％、Ｃｒ：０．０４質量％以下、
Ｚｎ：５．７～６．７質量％、Ｚｒ：０．０８～０．１５質量％、Ｔｉ：０．０５質量％
以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（７）
　Ｓｉ：０．４０質量％以下、Ｆｅ：０．５０質量％超、Ｃｕ：１．６～２．４質量％、
Ｍｎ：０．３０質量％以下、Ｍｇ：２．４～３．１質量％、Ｃｒ：０．１８～０．２８質
量％、Ｚｎ：６．３～７．３質量％、Ｔｉ：０．２０質量％以下であり、さらにＡｌを含
む 。
［８］　下記アルミニウム合金組成（Ａ１）～（Ａ７）のいずれかであるアルミニウム合
金材の水素脆化を防止できる、［５］または［６］に記載のアルミニウム合金材の水素脆
化防止剤。
アルミニウム合金組成（Ａ１）
　Ｓｉ：０．３０質量％以下、Ｆｅ：０．３５質量％以下、Ｃｕ：０．２０質量％以下、
Ｍｎ：０．２０～０．７０質量％、Ｍｇ：１．０～２．０質量％、Ｃｒ：０．３０質量％
以下、Ｚｎ：４．０～５．０質量％、Ｖ：０．１０質量％以下、Ｚｒ：０．２５質量％以
下、Ｔｉ：０．２０質量％以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（Ａ２） 
Ｓｉ：０．１２質量％以下、Ｆｅ：０．１５質量％以下、Ｃｕ：１．５〜２．０質量％
、Ｍｎ：０．１０質量％以下、Ｍｇ：２．１〜２．６質量％、Ｃｒ：０．０５質量％以下
、Ｚｎ：５．７〜６．７質量％、Ｎｉ：０．０５質量％以下、Ｚｒ：０．１０〜０．１６
質量％、Ｔｉ：０．０６質量％以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（Ａ３）
　Ｓｉ：０．１２質量％以下、Ｆｅ：０．１５質量％以下、Ｃｕ：２．０〜２．６質量％
、Ｍｎ：０．１０質量％以下、Ｍｇ：１．９〜２．６質量％、Ｃｒ：０．０４質量％以下
、Ｚｎ：５．７〜６．７質量％、Ｚｒ：０．０８〜０．１５質量％、Ｔｉ：０．０６質量
％以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（Ａ４）
　Ｓｉ：０．４０質量％以下、Ｆｅ：０．５０質量％以下、Ｃｕ：１．２〜２．０質量％
、Ｍｎ：０．３０質量％以下、Ｍｇ：２．１〜２．９質量％、Ｃｒ：０．１８〜０．２６
質量％、Ｚｎ：５．１〜６．１質量％、Ｔｉ：０．２０質量％以下であり、さらにＡｌを
含む。
アルミニウム合金組成（Ａ５）
　Ｓｉ＋Ｆｅ≦０．７質量％、Ｃｕ：０．１０質量％以下、Ｍｎ：０．１０質量％以下、
Ｍｇ：０．１０質量％以下、Ｚｎ：０．８〜１．３質量％であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（Ａ６）
　Ｓｉ：０．１２質量％以下、Ｆｅ：０．１２質量％以下、Ｃｕ：２．０〜２．６質量％
、Ｍｎ：０．０６質量％以下、Ｍｇ：１．９〜２．６質量％、Ｃｒ：０．０４質量％以下
、Ｚｎ：５．７〜６．７質量％、Ｚｒ：０．０８〜０．１５質量％、Ｔｉ：０．０５質量
％以下であり、さらにＡｌを含む。
アルミニウム合金組成（Ａ７）
　Ｓｉ：０．４０質量％以下、Ｆｅ：０．５０質量％以下、Ｃｕ：１．６〜２．４質量％
、Ｍｎ：０．３０質量％以下、Ｍｇ：２．４〜３．１質量％、Ｃｒ：０．１８〜０．２８
質量％、Ｚｎ：６．３〜７．３質量％、Ｔｉ：０．２０質量％以下であり、さらにＡｌを
含む。

効果

本発明によれば、水素脆化を効果的に防止ないし抑制できるアルミニウム合金材および
アルミニウム合金材の水素脆化防止剤を提供することができる。

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