JP2000104136A

JP2000104136A - 微細結晶粒をもつマグネシウム合金およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000104136A
Application number: JP11177276A
Authority: JP
Inventors: Naohisa Nishino; 直久西野; Hiroshi Kawahara; 博川原; Yoshihiro Shimizu; 吉広清水
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2000-04-11
Also published as: US6395224B1

Abstract

(57)【要約】【課題】微細結晶粒を持つマグネシウム合金及びその製
造方法を提供する。【解決手段】硼素とマンガンとを適量含有させることに
より、マグネシウム合金の結晶粒を微細化できることを
発見確認したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する分野】本発明は、鋳造組織、結晶粒を微
細化したマグネシウム合金とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マグネシウム合金の鋳造組織における結
晶粒の微細化は、マグネシウム合金の機械的性質の向上
に極めて有効である。このため、種々の試みがなされ、
以下の３つの方法が実用化されている。

【０００３】マグネシウム合金にジルコニウムを添加
する方法この方法は結晶粒の微細化に有効であり、ジルコニウム
を含むマグネシウム合金が規格化されている。

【０００４】マグネシウム−アルミニウム系合金にＣ
₂Ｃｌ₄（テトラクロルエチレン）、Ｃ₂Ｃｌ₆（ヘキサク
ロルエタン）等を添加する方法これらの炭素含有化合物を添加することによりＡｌ₄Ｃ₃
を生成、このアルミニウム炭化物によるマグネシウム合
金の結晶粒の微細化を実現していると、考えられてい
る。

【０００５】鋳造工程で注湯直前に溶湯を過熱し、急
冷した後に注湯する方法この過熱、急冷注湯方法はるつぼ等からマグネシウム合
金溶湯に溶解した鉄や炭素の影響であると考えられてい
る。

【０００６】上記の方法によりマグネシウム合金の鋳造
組織、結晶粒の微細化は可能であるが、以下に示すよう
な課題が残されている。

【０００７】のジルコニウムを添加する方法は、マグ
ネシウム合金の結晶粒の微細化に非常に有効であるが、
アルミニウムを含む合金ではその効果が消失する。これ
はジルコニウムがアルミニウムと反応して化合物を生成
するためであり、ジルコニウムのアルミニウム化合物は
マグネシウム結晶粒の微細化に効果がない。また、ジル
コニウムは塩化物系フラックスを用いたマグネシウム母
合金としてマグネシウム合金溶湯中に添加する場合が多
い。この場合、添加処理中に有害な塩素が発生する。ま
た、マグネシウム合金中に残った塩化物はマグネシウム
合金の腐食の原因となる。加えて、不純物除去のために
マグネシウム合金溶湯を鎮静保持すると、ジルコニウム
も沈殿して、マグネシウム合金から除去されて微細化効
果が消失する。

【０００８】のテトラクロルエチレンとかヘキサクロ
ルエタンを添加する方法は、ジルコニウムの添加と同様
の塩素の問題がある。つまり有害な塩素の発生、マグネ
シウム合金中に残った塩化物による腐食の問題である。
加えて、不純物除去のためにマグネシウム合金溶湯を鎮
静保持すると、マグネシウム合金から炭素が消失して微
細化効果が消失する。

【０００９】の過熱急冷注湯方法は、マグネシウム合
金溶湯を約９００℃まで過熱した後、溶解炉からるつぼ
を取り出して、注湯温度まで溶湯を急冷する必要があ
る。このため、鋳造工程が非常に煩雑になる。加えて、
溶湯の冷却速度が十分でないと結晶粒の微細化効果は現
れない。また、急冷後直ちに注湯を行わないと結晶粒の
微細化効果は生じない。

【００１０】また、この方法では得られるマグネシウム
合金中の鉄の含有量が増加するためにマグネシウム合金
の耐食性が低下する。

【００１１】なお、特開平９−１５７７８２号及び公報
特許第２７０５８４４号公報には硼素を０．００１〜
０．０２重量％含むマグネシウム合金が開示されてい
る。

【００１２】しかし、前者の公報のマグネシウム合金
は、ジルコニウムを０．５〜２重量％含む。このため上
述したような問題点が依然存在し、何らその解決手段を
与えるものではない。さらに、ジルコニウムはアルミニ
ウムと化合物を形成するため、広く使用されているマグ
ネシウム−アルミニウム合金の結晶粒の微細化には寄与
しない。

【００１３】また、後者の公報のマグネシウム合金は、
チタンを０．００５〜０．１重量％含んでいる。本発明
者らが試験調査したところによると、チタンはマグネシ
ウム合金の結晶粒を微細化しない。また、硼素と共に添
加すると、逆にマグネシウム合金の結晶粒を粗大化させ
た。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたものである。つまり、通常の鋳造条件で
容易にマグネシウム合金の鋳造組織、結晶粒の微細化が
でき、さらに鎮静化の目的で溶湯を高温で長時間保持し
たり、再溶解しても結晶粒の微細化が維持できるマグネ
シウム合金を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、この課題
を解決すべく、鋭意研究し、各種系統的実験を重ねた結
果、硼素およびマンガンを共存させることにより、マグ
ネシウムの結晶粒を微細化できることを発見確認したも
のである。

【００１６】更に、硼素とマンガンとを含むように調製
したマグネシウム合金の溶湯を冷却凝固させることによ
り、微細結晶粒をもつマグネシウム合金が得られる製造
方法を確立したものである。

【００１７】つまり、本発明の微細結晶粒をもつマグネ
シウム合金は、マグネシウムを主成分とし、０．０００
５重量％以上の硼素と０．０３〜１重量％のマンガンと
を含み、ジルコニウムおよびチタンを実質的に含まない
ことを特徴とする。

【００１８】硼素はマグネシウム合金の結晶粒微細化に
非常に有効な元素である。結晶粒微細化に必要な硼素の
含有量を０．０００５重量％以上としたのは、０．００
０５％未満ではほとんど微細化効果が得られないからで
ある。

【００１９】また、十分な結晶粒微細化の効果を得るた
めには、硼素を０．００１重量％以上とすると良い。

【００２０】一方、硼素量を多くしても、結晶粒微細化
に問題はない。但し、過多の硼素は化合物として沈殿し
てしまう。そして、沈殿した硼素は微細化に寄与しな
い。また、硼素の配合量を増すことは、コスト的にも不
利となる。しかも、本発明者らは硼素配合量が０．５％
程度で、結晶粒微細化の効果がほぼ最大になることを確
認した。従って、硼素の含有量は０．５％以下とすると
良い。

【００２１】従って、硼素の含有量を０．００１〜０．
５重量％とすると、一層好適である。

【００２２】マンガンは、硼素と共存してマグネシウム
合金の結晶粒の微細化を実現し、マグネシウム合金の結
晶粒を微細化するのに必要な元素である。そのマンガン
の含有量を０．０３重量％以上としたのは、０．０３重
量％未満では、ほとんど微細化効果が得られないからで
ある。

【００２３】一方、その含有量を１重量％以下としたの
は、１重量％を越えるとマンガンがマグネシウム合金溶
湯中において、不溶性の金属マンガンあるいはマンガン
化合物として存在し、これら不溶性の金属マンガンある
いはマンガン化合物が硼素を取込み、結晶粒微細化の効
果を低減させ若しくは消失させてしまうからである。従
って、マンガンの含有量は０．０３〜１重量％とするの
が望ましい。

【００２４】なお、マグネシウム合金の結晶粒を効率よ
く一層微細化するには、マンガンの含有量を０．０５〜
０．８重量％とすると、一層好適である。

【００２５】この結晶粒微細化が起るメカニズムの詳細
は必ずしも明らかではないが、硼素とマンガンの相乗効
果によるところが大きいと考えられる。これに関しては
後述する。

【００２６】ジルコニウムを実質的に含まないこととし
たのは、ジルコニウムはアルミニウムと化合物を生成し
て、アルミニウムを含むマグネシウム合金においては結
晶粒微細化の効果がないからである。また、ジルコニウ
ムは塩化物系フラックスを用いてマグネシウム合金溶湯
中に配合されることが多いため、配合処理中に有害な塩
素が発生し、望ましくないからである。

【００２７】また、チタンを実質的に含まないこととし
たのは、硼素とチタンが共存すると、逆にマグネシウム
合金の結晶粒を粗大化させる傾向にあり、望ましくない
からである。

【００２８】なお、ジルコニウムやチタンを「実質的
に」含まないとしたのは、ジルコニウムやチタンがマグ
ネシウム合金中に不純物として含まれることはあり得る
からである。

【００２９】また、本発明の微細結晶粒をもつマグネシ
ウム合金は、マグネシウムをその主成分とするものであ
って、硼素、マンガン、ジルコニウム及びチタン以外の
元素の含有を否定するものではない。例えば、マグネシ
ウム合金の主要合金元素であるアルミニウム、亜鉛、カ
ルシウム、ミッシュメタル等の希土類元素、銀等を、マ
グネシウム合金の種々の目的に応じて含有させることも
ある。勿論、鉄などの不可避的不純物を含むこともあ
る。

【００３０】上述してきたように、本発明の微細結晶粒
をもつマグネシウム合金は、結晶粒が微細であるが故
に、その強度、靱性等の機械的性質が格段に向上する。
ここで、その微細結晶粒について付言しておく。

【００３１】微細結晶粒の粒径については、特に限定さ
れるものではないが、本発明の微細結晶粒をもつマグネ
シウム合金は、例えば、結晶粒径が１００μｍ以下とい
う、従来にない微細な結晶粒をもつ。

【００３２】次に、本発明の微細結晶粒をもつマグネシ
ウム合金を製造するに際し、金属硼素、硼素を含有する
化合物および硼素を含有する合金の少なくとも１種と、
金属マンガン、マンガンを含有する化合物およびマンガ
ンを含有する合金の少なくとも１種を単独若しくは複合
して含む結晶粒微細化剤をマグネシウム合金の溶湯中に
調製する溶湯調製工程と、得られた溶湯を冷却凝固させ
てマグネシウム合金とする冷却凝固工程と、を含むこと
を特徴とする微細結晶粒をもつマグネシウム合金の製造
方法を用いると好適である。

【００３３】この微細結晶粒をもつマグネシウム合金の
製造方法によれば、煩雑な鋳造工程を経ずに、容易に微
細結晶粒をもつマグネシウム合金が得られ、非常に好都
合である。

【００３４】ここで、溶湯調製工程は、マグネシウム合
金中に硼素およびマンガンを含有させるために必要であ
る。この硼素とマンガンは結晶粒微細化剤によりマグネ
シウム合金の溶湯に調製される。

【００３５】溶湯調製工程は、例えば、溶融したマグネ
シウム合金に硼素とマンガンとを含有する結晶粒微細化
剤を配合する工程であってもよいし、マグネシウム合金
と前記結晶粒微細化剤とを含む原料を加熱して溶湯とす
る工程であってもよい。また、硼素とマンガンとは必ず
しも同時に配合若しくは添加する必要はない。例えば、
予めマンガンを含有するマグネシウム合金の溶湯中に金
属硼素や硼素化合物等を加えても良い。また、その逆で
も良い。

【００３６】何れにしろ、冷却凝固工程前の溶湯調製工
程終了時点に、硼素とマンガンを含むようにマグネシウ
ム合金の溶湯が調製されておれば良い。

【００３７】次に、冷却凝固工程は、こうして得られた
マグネシウム合金の溶湯から本発明の微細結晶粒をもっ
たマグネシウム合金を得るために必要である。この冷却
凝固工程として、例えば、ダイカスト、低圧鋳造、重力
鋳造、一方向凝固、連続鋳造、加圧鋳造等があり、目的
に応じて適切なものを適宜選択すればよい。

【００３８】なお、本発明の製造方法は、微細結晶粒を
もつマグネシウム合金を得るための製造方法として優れ
ている。しかし、微細結晶粒をもつマグネシウム合金を
得るための製造方法がこれに限定されることを意味する
ものではない。

【００３９】次に、硼素とマンガンとによるマグネシウ
ム合金の結晶粒微細化のメカニズムについて、本発明の
製造方法を用いた場合を例に取り、詳細に述べることに
する。前述したように、このメカニズムは必ずしも明ら
かではないが、次のように考えられる。

【００４０】マグネシウム合金の溶湯中に硼素を含有さ
せると、硼素の多くは溶湯下部に沈降するものの、０．
０１重量％程度は溶湯中に溶け込む。

【００４１】マンガンは、アルミニウムを含まないマグ
ネシウム合金の溶湯中では３重量％程度溶け込む。それ
以上のマンガンは金属マンガン若しくは化合物となっ
て、一部が溶湯下部に沈降する。

【００４２】また、マグネシウム合金の溶湯がアルミニ
ウムを含む場合には、その中に１重量％程度のマンガン
が溶け込む。これ以上のマンガンは、アルミニウム−マ
ンガン化合物となって、一部がマグネシウム合金の溶湯
中に浮遊し、一部が溶湯下部に沈降する。

【００４３】ここで、鋳造時、マグネシウム合金の溶湯
中に調製された硼素とマンガンの一部は、凝固過程にお
いてマグネシウムの晶出前に硼素−マンガン化合物を形
成していると考えられる。

【００４４】一方、マグネシウム合金の溶湯中にある一
部のマンガンはアルミニウム、鉄、炭素等とクラスタを
形成していると考えられる。マンガンはアルミニウム、
鉄、炭素等との結合力が強いからである。ところが、こ
のクラスタに硼素が加わると、そのクラスタは変化し、
マンガンや鉄の一部が除去されたような新たなクラスタ
が形成される。

【００４５】このように形成された硼素−マンガン化合
物若しくは新たに生じたクラスタが核となり、結晶粒微
細化を達成していると考えられる。

【００４６】以上のことを踏まえて、硼素とマンガンと
の含有量について再検討すると、次のように考えられ
る。

【００４７】本発明の微細結晶粒をもつマグネシウム合
金では、マンガンの含有量を０．０３重量％以上とし
た。これは、マンガンが０．０３重量％未満では、上述
した硼素−マンガン化合物若しくはクラスタを形成する
のに十分ではないからである。

【００４８】一方、マンガンの含有量を１重量％以下と
した。これは、マンガンが１重量％を越えると、溶湯中
に溶けきらないマンガンが、金属マンガン若しくはマン
ガン化合物として存在する。これらによる硼素の取込み
量が増え、溶湯下部に沈降してしまうからである。つま
り、マグネシウム合金の結晶粒微細化に必要な硼素の含
有量が不足し、核となる化合物若しくはクラスタが十分
形成されないからである。その結果、結晶粒微細化の効
果が発現せず、若しくはその効果が薄くなる。

【００４９】また、硼素の含有量を０．０００５重量％
以上としたのは、硼素が０．０００５重量％未満では前
述の化合物やクラスタを形成するの十分ではないからで
ある。従って、硼素が０．０００５重量％未満では、結
晶粒微細化の効果が発現せず、若しくはその効果が薄く
なる。

【００５０】

【発明の実施の形態】本発明の微細結晶粒をもつマグネ
シウム合金は、マグネシウムを主成分とし、０．０００
５重量％以上の硼素と０．０３〜１重量％のマンガンと
を含み、ジルコニウムおよびチタンを実質的に含まない
ことを特徴とするが、更に、アルミニウムを１重量％以
上含むとより好適である。

【００５１】アルミニウムは、マグネシウム合金の機械
的性質を向上させるのに有効な元素である。マンガンと
共に配合されるとマグネシウム合金の結晶粒微細化を一
層促進すると共に、マグネシウム合金の機械的性質を一
層向上させる。

【００５２】特に、アルミニウム５重量％以上でマグネ
シウム合金の結晶粒微細化が顕著であった。

【００５３】また、機械的性質、比重、鋳造性の観点か
ら、アルミニウム３０重量％以下とすると良い。

【００５４】また、マグネシウム合金の機械的性質と鋳
造性を向上させるために、０．１〜２０重量％の亜鉛を
含でも良い。

【００５５】また、機械的性質、耐熱性、耐食性の観点
から０．５〜２０重量％の希土類元素（ミッシュメタル
等）を含むことも好ましい。

【００５６】このように本発明の微細結晶粒をもつマグ
ネシウム合金は、硼素およびマンガンの他に亜鉛または
希土類元素等を含むことにより、機械的性質の一層の向
上が望める。

【００５７】本発明の微細結晶粒をもつマグネシウム合
金の製造方法は溶湯調製工程と冷却凝固工程とを含む。

【００５８】溶湯調製工程は、硼素もしくはマンガン
を、単独で若しくは両方同時に含む結晶粒微細化剤を用
いて、マグネシウム溶湯中に、硼素とマンガンとを同時
に合金化させる工程である。この溶湯調製工程は種々の
ものが考えられる。例えば、溶融したマグネシウム合金
に結晶粒微細化剤を配合しても良い。また、予めマグネ
シウム合金と結晶粒微細化剤とを含む原料を調製し、こ
の原料を加熱して溶湯としても良い。なお、溶解にはフ
ラックス等の溶解助剤を使用してもよい。

【００５９】結晶粒微細化剤は、金属硼素、硼素を含有
する化合物および硼素を含有する合金の少なくとも１種
あるいは金属マンガン、マンガンを含有する化合物およ
びマンガンを含有する合金の少なくとも１種を単独ある
いは複数同時に含む。結晶粒微細化剤には、次のものが
ある。

【００６０】例えば、金属硼素（硼素単体）、硼素を
含有する化合物および硼素を含有する合金の少なくとも
１種と、金属マンガン、マンガンを含有する化合物およ
びマンガンを含有する合金の少なくとも１種とを混合し
たもの、硼素とマンガンとを含有する化合物および硼
素とマンガンとを含有する合金の少なくとも１種を含む
もの、前記ととを混合したもの、である。

【００６１】更に、それらの具体的な構成材料には次の
ようなものがある。硼素を含有する化合物としては、アルミニウム硼化
物、マグネシウム硼化物、酸化硼素、硼砂、水素化硼
素、フッ化硼素、炭化硼素、窒化硼素、ケイ素化硼素、
硼素を含有するフラックス（例えばホウフッ化カリウ
ム、ホウフッ化ナトリウム、ホウフッ化リチウム等のホ
ウフッ化物）等がある。

【００６２】特に、アルミニウム硼化物としては、Ａｌ
Ｂ₂化合物またはβ−ＡｌＢ₁₂化合物がマグネシウム合
金の結晶粒微細化に有効である。しかも、ＡｌＢ₂を含
有する合金は入手が容易で、比較的安価である。これ
は、アルミニウムが一般的にマグネシウム合金の主要合
金元素の一つだからである。これは、この化合物を含む
合金の場合も同様である。

【００６３】なお、α−ＡｌＢ₁₂化合物は、マグネシウ
ム合金溶湯中で安定であり、マグネシウム合金の結晶粒
微細化への寄与は小さいと考えられる。従って、アルミ
ニウム硼化物として、ＡｌＢ₂若しくはβ−ＡｌＢ₁₂化
合物が好ましい。これらの化合物を含む合金の場合も同
様である。

【００６４】また、酸化硼素として、Ｂ₂Ｏ₃を用いるの
も有効である。硼素を含有する合金としては、アルミニウム−硼素合
金、亜鉛−硼素合金、ミッシュメタル−硼素合金、等が
挙げられる。

【００６５】特に、アルミニウム−硼素合金としては、
合金中にＡｌＢ₂化合物またはβ−ＡｌＢ₁₂化合物を含
むアルミニウム−硼素合金がマグネシウム合金の結晶粒
微細化に有効である。

【００６６】このように、化合物や母合金を用いて、マ
グネシウム合金に硼素を配合すること、好適である。こ
れにより、歩留り良く硼素を含有させることができる。
また、マグネシウム合金溶湯への硼素の溶入量は僅かで
あるため、硼素の含有量を適正にすることが容易となる
からである。マンガンを含有する化合物として、水酸化マンガン、
フッ化マンガン、塩化マンガン、マンガン酸カリウム、
マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム、過マン
ガン酸ナトリウム、硼化マンガン等がある。マンガンを含有する合金には、アルミニウム−マンガ
ン合金、マンガン−マグネシウム合金、亜鉛−マンガン
合金、希土類元素−マンガン合金等がある。

【００６７】なお、原料となるマグネシウムとしては、
純マグネシウム、マグネシウム−アルミニウム合金、マ
グネシウム−亜鉛合金、マグネシウム−希土類元素合金
等いずれでも使用可能である。

【００６８】本発明の冷却凝固工程は、結晶粒微細化剤
を含むマグネシウム合金を鋳型等に鋳込み冷却凝固させ
て固化させるものである。この凝固工程により微細なマ
グネシウム金属結晶粒をもつ鋳造組織が得られる。な
お、冷却凝固に際しては目的に応じて、ダイカスト、低
圧鋳造、重力鋳造、一方向凝固、連続鋳造、加圧鋳造等
を採用できる。

【００６９】本発明の製造方法により、結晶粒径が１０
０μｍ以下である金属組織をもつマグネシウム合金を得
られる。この製造方法により製造されたマグネシウム合
金はその結晶粒が微細であるため高強度、高靱性等優れ
た機械的性質をもつ。また、製造されたマグネシウム合
金は、長時間の溶湯保持あるいは再溶解後においても結
晶粒の微細化効果が維持できる。

【００７０】

【実施例】以下、本発明を具体的に説明する。（第１実施例）本実施例ではＡＺ９１マグネシウム合金
（ＡＳＴＭ規格の合金組成；Ａｌ：８．１〜９．３％、
Ｚｎ：０．４０〜１．０％、Ｍｎ：０．１３〜０．５
％）に硼素Ｂを配合し、硼素とマンガンとを共存させた
本発明のマグネシウム合金（Ａ）、および比較例として
硼素Ｂを含まないＡＺ９１マグネシウム合金（Ｂ）を調
製した。原料としては、純マグネシウム、純アルミニウ
ム、純亜鉛、Ａｌ−４％Ｂ合金、Ｍｇ−３．５％Ｍｎ合
金を使用した。（溶湯調製工程）本実施例の硼素を含むＡＺ９１合金
（Ａ）の硼素の配合量は０．３重量％とした。硼素の配
合に前記したＡｌ−４％Ｂ合金を用いたのは、硼素の含
有を容易に、かつ歩留まりよく行うためである。この場
合、硼素の大部分はアルミニウム硼化物（ＡｌＢ₂若し
くはβ−ＡｌＢ₁₂）となっていた。

【００７１】なお、Ａｌ−４％Ｂ合金中の硼素化合物の
種類別による影響については第４実施例で詳細に説明す
る。

【００７２】本実施例の硼素を含むＡＺ９１合金（Ａ）
および比較例の硼素を含まないＡＺ９１合金（Ｂ）につ
いて、Ｍｎが０．５％となるようにＭｇ−３．５Ｍｎ％
合金を加えた。

【００７３】なお、Ｍｎの含有量とマグネシウム合金の
結晶粒微細化との関係については、第２実施例及び第３
実施例で詳細に説明する。

【００７４】上記各合金（Ａ）（Ｂ）の溶解は、ＳＵＳ
４３０製るつぼを用いて、合金用試料を１ｋｇ溶解し溶
湯とした。合金が溶解するのに約３０分を要した。な
お、合金（Ａ）及び合金（Ｂ）では、マグネシウム合金
の機械的性質を向上させるために、亜鉛の配合を溶湯温
度が７５０℃に達した時に行った。この時、マグネシウ
ム合金溶湯のパドリングを行った。その後、溶湯中の介
在物、鉄化合物の沈殿除去を目的として７５０〜７７０
℃で１０分間鎮静保持した。この間、溶湯表面には燃焼
防止のために、Ａｒ−５％ＳＦ６ガスを少量吹き付けた
状態を保持した。

【００７５】得られた硼素を含むＡＺ９１合金（Ａ）、
硼素を含まないＡＺ９１合金（Ｂ）の組成を表１に示
す。（冷却凝固工程）溶解るつぼを炉中より取り出し、７０
０℃で注湯を行った。７００℃までの溶湯の冷却、注湯
には２〜３分を要した。鋳造は、初めに温度測定用の砂
型に、つづいて、１５０〜２５０℃に予熱した船型（Ｊ
ＩＳＨ５２０３）に行った。

【００７６】上記で作製した船型鋳物を長手方向の中央
部で切断し、組織観察を行った。各金属組織の顕微鏡写
真を図１に示す。

【００７７】また、鋳物に対し溶体化処理（４１５℃×
２４時間、アルゴンガス雰囲気中）を行った後の各試料
についても同様に組織観察を行った。各金属組織の顕微
鏡写真を図２に示す。

【００７８】硼素Ｂを含まないＡＺ９１合金（Ｂ）は、
図２の（ｂ）に示すようにその結晶粒は直径約３００μ
ｍと粗大であった。しかし、硼素を含むＡＺ９１合金
（Ａ）ではその結晶粒径が約７０μｍと小さく、硼素Ｂ
の配合で顕著な結晶粒の微細化が確認された。

【００７９】上記硼素配合ＡＺ９１合金（Ａ）を用いて
鋳造溶解時の鎮静保持時間を３０分とした試料の溶体化
処理（４１５℃×２４時間、アルゴンガス雰囲気中）後
の金属組織を図３に示す。この図からわかるように、３
０分鎮静保持した試料でも十分な結晶粒の微細化効果が
確認された。

【００８０】上記硼素Ｂを含むＡＺ９１合金（Ａ）を再
溶解して同様の溶解鋳造をおこなった試料の溶体化処理
（４１５℃×２４時間、アルゴンガス雰囲気中）後の組
織写真を図４に示す。この写真より再溶解した試料でも
結晶粒は小さく、結晶粒の微細化効果が確認された。

【００８１】上記硼素Ｂを含むＡＺ９１合金（Ａ）の硼
素配合量を変えた試料の溶体化処理（４１５℃×２４時
間、アルゴンガス雰囲気中）後の組織写真を図５に示
す。硼素の配合量（（ａ）：０．０５％、（ｂ）：０．
１％、（ｃ）：０．２％）が多いほど結晶粒の微細化効
果が顕著であった。

【００８２】

【表１】（第２実施例）本実施例では、第１実施例のマグネシウ
ム合金（Ａ）と同様に、配合量をアルミニウム９重量
％、亜鉛１重量％、硼素０．３重量％として、マンガン
の配合量を種々変えてマグネシウム合金を調製した。こ
の場合の原料、調製方法及びその後の鋳造条件等は第１
実施例と同じである。そして、マンガン含有量の異なる
９つの試料を得た。

【００８３】そして、これらの試料にそれぞれ溶体化処
理（４１５℃×２４時間、アルゴンガス雰囲気中）を行
い、第１実施例と同様にその鋳物の中央部で切断し、組
織観察を行った。

【００８４】この場合の結晶粒径の大きさを各試料の組
成と共に表２に示す。

【００８５】

【表２】

【００８６】（第３実施例）本実施例では、第２実施例
において加えた亜鉛を配合せず、原料として鉄含有量の
少ない純マグネシウムを用いた。また硼素の配合量を
０．２重量％、アルミニウムの配合量を８重量％とし、
マンガンの配合量を変化させて７つのマグネシウム合金
を調製した。これ以外の条件は第１実施例及び第２実施
例と同様である。その後これらの試料の組織観察を行っ
た。この場合の結晶粒径の大きさを各試料の組成と共に
表３に示す。

【００８７】実施例２及び実施例３より、０．０３〜
１．０重量％のマンガンを硼素と共にマグネシウム合金
の溶湯中に含有させると、マグネシウム合金の微細化に
有効であることが解る。

【００８８】特に、０．０５〜０．８重量％のマンガン
を硼素と共に配合すると、微細化が一層顕著であること
が解る。

【００８９】

【表３】

【００９０】（第４実施例）本実施例は、Ａｌ−４％Ｂ
合金として、ＡｌＢ₂とβ−ＡｌＢ₁₂とを含むものと、
α−ＡｌＢ₁₂を含むものの２種類を用意して、マグネシ
ウム合金を調製した。本実施例の配合量はアルミニウム
９重量％、亜鉛１重量％、マンガン０．５重量％、硼素
０．３８重量％とした。それ以外の条件は他の実施例と
同様である。その後、第１実施例と同条件で鋳造を行
い、溶体化処理（４１０℃×２４時間、強制空冷）を経
て、組織観察を行った。

【００９１】この場合の結晶粒径の大きさを各試料の組
成と共に表４に示す。また、このときの組織写真を図６
に示す。図６（ａ）がα−ＡｌＢ₁₂を含む場合の組織写
真であり、図６（ｂ）がＡｌＢ₂とβ−ＡｌＢ₁₂とを含
む場合の組織写真である。

【００９２】これから、ＡｌＢ₂及びβ−ＡｌＢ₁₂化合
物を含むアルミニウム−硼素合金（Ａｌ−４％Ｂ合金）
を使用して硼素を配合すると、マグネシウム合金の結晶
粒微細化が顕著に生じることが解る。

【００９３】一方、α−ＡｌＢ₁₂化合物のみを含むアル
ミニウム−硼素合金は、マグネシウム合金の結晶粒微細
化に及ぼす影響が小さいことが解る。これは、α−Ａｌ
Ｂ₁₂がマグネシウム合金溶湯中で安定であるため、結晶
粒微細化に寄与する硼素がその溶湯中に溶け込めなかっ
たためと考えられる。

【００９４】

【表４】

【００９５】

【発明の効果】本発明の微細結晶粒をもつマグネシウム
合金は、結晶粒径が微細で優れた機械的性質を有する。
特に、結晶粒径が１００μｍ以下のマグネシウム合金を
得ることができる。また、本発明のマグネシウム合金
は、高温で溶湯を長時間保持した場合にも結晶粒が微細
である。更に、再溶解した場合も結晶粒の微細化が保持
される。

【００９６】また、本発明の微細結晶粒をもつマグネシ
ウム合金の製造方法によれば、煩雑な鋳造工程を経るこ
となく、微細結晶粒をもつマグネシウム合金を容易に得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例及び比較例によるマグネシ
ウム合金の鋳造組織の写真を示す。

【図２】図１の試料について溶体化処理を行った後の各
合金の鋳造組織の写真を示す。

【図３】本発明の第１実施例のマグネシウム合金につい
て、溶体化処理後の沈静保持時間を３０分とした場合の
鋳造組織の写真を示す。

【図４】本発明の第１実施例のマグネシウム合金のにつ
いて、再溶解して溶解鋳造した試料の溶体化処理後の鋳
造組織の写真を示す。

【図５】本発明の第１実施例の合金で、配合する硼素の
量を変えた場合の溶体化処理後の鋳造組織の写真を示
す。

【図６】第４実施例について、溶体化処理を行った後の
各合金の鋳造組織の写真を示す。

【手続補正書】

【提出日】平成１１年７月１４日（１９９９．７．１
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水吉広愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネシウムを主成分とし、０．０００５
重量％以上の硼素と０．０３〜１重量％のマンガンとを
含み、ジルコニウムおよびチタンを実質的に含まないこ
とを特徴とする微細結晶粒を持つマグネシウム合金。
【請求項２】さらに１〜３０重量％のアルミニウムおよ
び／または０．１〜２０重量％の亜鉛と含む請求項１記
載の微細結晶粒をもつマグネシウム合金。
【請求項３】金属硼素、硼素を含有する化合物および硼
素を含有する合金の少なくとも１種と、金属マンガン、
マンガンを含有する化合物およびマンガンを含有する合
金の少なくとも１種とを含む結晶粒微細化剤をマグネシ
ウム合金の溶湯中に調製する溶湯調製工程と、得られた溶湯を冷却凝固させてマグネシウム合金とする
冷却凝固工程と、を含むことを特徴とする微細結晶粒をもつマグネシウム
合金の製造方法。
【請求項４】前記硼素を含有する化合物は、ＡｌＢ₂お
よび／またはβ−ＡｌＢ₁₂である請求項３記載の微細結
晶粒をもつマグネシウム合金の製造方法。