日本枥木--（美国商业资讯）--金属与技术株式会社（总公司：枥木县那须乌山市、代表董事：伊藤 修一）与白金株式会社（总公司：枥木县那须乌山市、代表董事总经理：伊地知 基义）共同开发，成功地在至今为止被认为很困难的铝铜合金中添加碳粒子，并使其均匀分散。在这种新材料中，已经确认了结晶组织的精细化，我们可以期待机械强度的飞跃发展。现在，两家公司已经共同申请“添加碳元素的铝铜合金”相关专利。今后，会进行“添加碳元素的铝铜合金材料”市场引进方面的研究开发。此外，这次研究事业被选定为日本政府、中小企业厅公开征集的“2015年战略基础技术高度化支援事业”。

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【“添加碳元素铝铜合金材料”开发背景】

• 致力于通过结晶组织的精细化来提高机械强度

按照Hall-Petch法则我们得知，一般情况下，合金的结晶粒变小，金属材料的强度会和结晶粒直径的1/2次方成反比上升。为此，近些年非常盛行在铝合金等非铁金属领域研究通过结晶组织的精细化来提高机械的强度。

一直以来，在铁以外的非铁金属中添加碳元素是很困难的，白金株式会社运用积累了30多年经验的金属提炼技术要领，成功的在“无铅焊接合金” “纯铜”中添加了碳元素。其结果就是使结晶组织的结构精细化，实现了提高机械强度的设想，并为此取得了专利。这些研究事业是作为筑波大学的产学合作事业而开展的，并且得到了日本政府文部科学省外围团体“科学技术振兴机构”的专利申请费用的补助。

我公司着眼于白金株式会社向非铁金属中添加碳元素的技术，为了共同发展此项技术，在“铝铜合金材料”中添加碳粒子，使其均匀分散，成功达成结晶组织精细化，从而打开了提高实用材料机械强度之路。

【“添加碳元素的铝铜合金”的特征】

• 使用扫描电子显微镜（SEM）观察Al-5wt.%Cu以及Al-5wt.%Cu+0.3wt.%C合金的结晶组织。

为了调查未添加碳元素的Al-5wt.%Cu合金和已添加碳元素的Al-5wt.%Cu+0.3wt.%C合金的结晶组织的不同，我们使用电子束微分析仪（EPMA）进行了观察。图1（a）是从未添加碳元素的Al-5wt.%Cu合金试验材料中拍到的，图1（ｂ）是从已添加碳元素的Al-5wt.%Cu+0.3wt.%C合金试验材料中拍到的照片。两者进行比较我们可以看出，在（ｂ）照片中，共晶相的薄白色区域增加，从而可以确认组织的精细化。

• 已添加碳元素的铝铜合金的结晶结构的组织。

图1（ｂ）显示的是使用X线微分析仪（XMA）分析到的已添加碳元素的Al-5wt.%Cu+0.3wt.%C合金试验材料的各个元素的分布情况。图2（a）、（ｂ）、（ｃ）显示的分别是表示铜（Cu）、铝（Al）、碳（C）元素的位置和存在量的彩色映射图像。通过图2（c）我们可以观察到碳在整个组织上均匀分散，从而我们可以推测碳可以阻碍合金结晶组织的成长，引起结晶组织的精细化。

※其他添加碳元素的铝铜合金的电子显微镜照片参照以下URL。
http://metal-techno.jp/chinese/alloys/

• 已添加碳元素的铝铜合金的机械强度。

为了调查添加碳元素对铝铜合金机械强度的影响，我们使用拉伸强度实验机，测定了拉伸应力。结果，已添加碳元素的铝铜合金的拉伸强度比没有碳元素的合金要强，根据碳元素添加量的不同以及热处理温度条件的不同，得到了2倍以上的值，这也就说明了已添加碳元素的铝铜合金作为实用材料供给市场的可能性。

【“已添加碳元素的铝铜合金”的设想使用范围】

基于节约能源、节约资源、环境和谐性等的社会要求考虑，金属材料的轻量化、高强度化是当务之急。此外，在汽车、铁道车辆等运输机械领域也正在进行结构材料高硬度化和轻量化试验。我公司以有效利用开发的“添加碳元素的铝铜合金材料”的高强度、高伸展性的特征为汽车、铁道车辆、船舶结构材料的轻量化和高强度化做贡献为目标。现在，日本计划与日本有名望的铝相关制造业合作，共同进行其产品化的研究。再进一步讲，我们计划今后探寻国外的铝相关企业，与其合作，加快研究开发・产品化的进程。

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图2　已添加碳元素的Al-5wt.%Cu+0.3wt.%C合金的彩色映射图像。（从左至右）(a)铜(Cu)， (b)铝(Al)， (c)碳(C) (照片：美国商业资讯)

图1　碳元素添加前后的合金组织对比照片。可以观察到碳元素添加后，薄白色区域增加，组织精细化。（从左至右）（a）Al-5wt.%Cu（无碳元素）， (b)Al-5wt.%Cu+0.3wt.%C（有碳元素） (照片：美国商业资讯)

我公司代表伊藤（左）和筑波大学大岛名誉教授（右）（我公司董事）在筑波大学拍摄 (照片：美国商业资讯)