JP2002194472A - 軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金、及びその製造方法 - Google Patents

軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金、及びその製造方法

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Minoru Shinpo
實 新保
Masanori Ueki
正憲 植木
Masaaki Kikura
正明 木倉
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度面においては従来のマグネシウム合金と
同等程度を確保できると共に、プラスチック並みの軽量
性を確保できた軽量高強度マグネシウム又はマグネシウ
ム合金を提供することである。 【解決手段】 5〜100μmの大きさの空孔を体積割
合で30〜70%有するマグネシウム合金。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は軽量高強度マグネシ
ウム又はマグネシウム合金、及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】近年、地球環境保全の
意識の高まりから、脱プラスチックが叫ばれ、資源リサ
イクルの向上が技術開発の大きな目標とされるようにな
った。
【0003】このような状況下において、マグネシウム
合金は、ノートパソコンや携帯電話を始めとして、換気
扇の羽根や、眼鏡のフレームと言ったように、各種の用
途に広がっている。
【0004】すなわち、軽量性および強度性の双方の特
長をマグネシウム合金が満たしていることから、プラス
チックの代替材料として大きな注目を浴び出している。
【0005】しかしながら、軽量性に優れていると言っ
ても、これは金属の中で比べた場合のことであり、すな
わちAlの2/3、亜鉛の1/4、鉄の1/4.5と言
った程度であるに過ぎない。そして、プラスチックと比
べたならば、ほぼ2倍の重さである。
【0006】この為、軽量性のみを考えたならば、マグ
ネシウム合金と謂えども、プラスチックの代替材料とし
て十分に満足できるものでは無い。
【0007】従って、本発明が解決しようとする課題
は、強度面においては従来のマグネシウム合金と同等程
度を確保できると共に、プラスチック並みの軽量性を確
保できた軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金
を提供することである。
【課題を解決するための手段】前記課題についての検討
を鋭意推し進めて行くうちに、すなわち様々な思考錯誤
を繰り返して行くうちに、マグネシウム又はマグネシウ
ム合金(以下、単に、マグネシウム合金とも言う)中に
軽石の如くの微細な空孔を形成してやれば、軽量性を確
保でき、しかしながら強度面でも大きな低下をもたらさ
ないであろうとの知見を得るに至った。
【0008】このような知見に基づいて本発明が達成さ
れたものであり、前記の課題は、5〜100μmの大き
さの空孔を体積割合で30〜70%有することを特徴と
する軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金によ
って解決される。
【0009】すなわち、金属中に形成する空孔が大き過
ぎた場合、強度低下が著しくなり、逆に、空孔が小さ過
ぎた場合、軽量性が得られず、軽量性と強度とが共に確
保できるのは、空孔の大きさ(空孔の平均孔径)が5〜
100μmのものであった。好ましくは40μm以下、
更には25μm以下の大きさのものである。かつ、前記
のような大きさの空孔でも、その割合が多すぎた場合、
軽量性は確保されるものの、その割には強度低下が著し
く、逆に、その割合が少な過ぎた場合には、強度面での
問題は無いものの、軽量性が達成できない。このような
観点から、軽量性と強度とが共に確保できるのは、前記
のような大きさの空孔が体積割合で30〜70%有する
場合であった。好ましくは、40%以上であり、60%
以下である。
【0010】さて、基本的に上記のような物理的構造を
有するマグネシウム合金であれば、軽量性と強度とが共
に確保できる。
【0011】しかし、マグネシウム合金であっても、そ
の合金組成が次のような場合、軽量性と強度性とが一層
発揮される。 (1) Alを1〜5wt%(好ましくは、2〜4wt
%)含有し、残部がMgと不可避不純物とからなるマグ
ネシウム合金。 (2) Zrを0.5〜4wt%(好ましくは、1〜3
wt%)含有し、残部がMgと不可避不純物とからなる
マグネシウム合金。 (3) Siを1〜3wt%(好ましくは、1.5〜
2.5wt%)含有し、残部がMgと不可避不純物とか
らなるマグネシウム合金。 (4) Alを1〜5wt%(好ましくは、2〜4wt
%)、Zrを0.5〜4wt%(好ましくは、1〜3w
t%)含有し、残部がMgと不可避不純物とからなるマ
グネシウム合金。 (5) Alを1〜5wt%(好ましくは、2〜4wt
%)、Siを1〜3wt%(好ましくは、1.5〜2.
5wt%)含有し、残部がMgと不可避不純物とからな
るマグネシウム合金。 (6) Zrを0.5〜4wt%(好ましくは、1〜3
wt%)、Siを1〜3wt%(好ましくは、1.5〜
2.5wt%)含有し、残部がMgと不可避不純物とか
らなるマグネシウム合金。 (7) Alを1〜5wt%(好ましくは、2〜4wt
%)、Zrを0.5〜4wt%(好ましくは、1〜3w
t%)、Siを1〜3wt%(好ましくは、1.5〜
2.5wt%)含有し、残部がMgと不可避不純物とか
らなるマグネシウム合金。
【0012】中でも、好ましいのは(1),(4),
(5),(7)のマグネシウム合金である。特に好まし
いのは(7)のマグネシウム合金である。すなわち、A
lを上記のような割合で含有させたMg合金は、室温強
度の向上が著しく、かつ、塑性加工特性に優れている。
又、Zrを上記のような割合で含有させたMg合金は、
強度の特性が向上する。又、Siを上記のような割合で
含有させたMg合金は、溶湯の流動性を確保でき、製造
効率の観点から好ましい。
【0013】又、前記の課題は、前記の軽量高強度マグ
ネシウム又はマグネシウム合金の製造方法であって、前
記軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金の元素
と、発泡剤と、増粘剤とを含む溶湯を冷却することを特
徴とする軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金
の製造方法によって解決される。
【0014】又、前記の軽量高強度マグネシウム又はマ
グネシウム合金の製造方法であって、前記軽量高強度マ
グネシウム又はマグネシウム合金の元素と増粘剤とを含
む溶湯に、発泡剤を添加し、冷却することを特徴とする
軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金の製造方
法によって解決される。
【0015】上記増粘剤としては炭化物が挙げられる。
更に具体的には炭化チタンが挙げられる。発泡剤として
は金属水素化物が挙げられる。更に具体的には水素化チ
タンが挙げられる。増粘剤の添加量は1.5〜20wt
%が好ましい。又、発泡剤の添加量は1.0〜5.0w
t%が好ましい。冷却速度は30〜80℃/minが好
ましい。
【発明の実施の形態】本発明になるマグネシウム合金
は、5〜100μm(特に、40μm以下、更には25
μm以下)の大きさの空孔を体積割合で30〜70%
(特に、40〜60%)有する。
【0016】マグネシウム合金としては、特に、下記の
合金組成のものである。好ましいのは(1),(4),
(5),(7)のマグネシウム合金である。特に好まし
いのは(7)のマグネシウム合金である。 (1) Alを1〜5wt%(好ましくは、2〜4wt
%)含有し、残部がMgと不可避不純物とからなるマグ
ネシウム合金。 (2) Zrを0.5〜4wt%(好ましくは、1〜3
wt%)含有し、残部がMgと不可避不純物とからなる
マグネシウム合金。 (3) Siを1〜3wt%(好ましくは、1.5〜
2.5wt%)含有し、残部がMgと不可避不純物とか
らなるマグネシウム合金。 (4) Alを1〜5wt%(好ましくは、2〜4wt
%)、Zrを0.5〜4wt%(好ましくは、1〜3w
t%)含有し、残部がMgと不可避不純物とからなるマ
グネシウム合金。 (5) Alを1〜5wt%(好ましくは、2〜4wt
%)、Siを1〜3wt%(好ましくは、1.5〜2.
5wt%)含有し、残部がMgと不可避不純物とからな
るマグネシウム合金。 (6) Zrを0.5〜4wt%(好ましくは、1〜3
wt%)、Siを1〜3wt%(好ましくは、1.5〜
2.5wt%)含有し、残部がMgと不可避不純物とか
らなるマグネシウム合金。 (7) Alを1〜5wt%(好ましくは、2〜4wt
%)、Zrを0.5〜4wt%(好ましくは、1〜3w
t%)、Siを1〜3wt%(好ましくは、1.5〜
2.5wt%)含有し、残部がMgと不可避不純物とか
らなるマグネシウム合金。
【0017】本発明になるマグネシウム合金の製造方法
は、前記の軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合
金の製造方法であって、前記軽量高強度マグネシウム又
はマグネシウム合金の元素と、発泡剤と、増粘剤とを含
む溶湯を冷却する方法である。特に、前記軽量高強度マ
グネシウム又はマグネシウム合金の元素と増粘剤とを含
む溶湯に、発泡剤を添加し、冷却する方法である。増粘
剤としては炭化物が挙げられる。更に具体的には炭化チ
タンが挙げられる。発泡剤としては金属水素化物が挙げ
られる。更に具体的には水素化チタンが挙げられる。増
粘剤の添加量は1.5〜20wt%が好ましい。又、発
泡剤の添加量は1.0〜5.0wt%が好ましい。冷却
速度は30〜80℃/minが好ましい。
【0018】以下、更に詳しく説明する。
【0019】表−1に示す組成となるようにAl,Z
r,Si,Mgを配合した。すなわち、アルゴン雰囲気
の真空溶解炉のルツボ(SUS304鋼製)に、Al,
Zr,Si,Mg各々の塊を表−1に示す組成となるよ
うに投入し、溶解させた。
【0020】 表−1 Al(wt%) Zr(wt%) Si(wt%) Mg及び不可避不純物 3 2 2 残り 合金1 4 2 2 残り 合金2 2 2 2 残り 合金3 3 1 2 残り 合金4 4 1 2 残り 合金5 2 1 2 残り 合金6 3 3 2 残り 合金7 4 3 2 残り 合金8 2 3 2 残り 合金9 5 2 2 残り 合金10 本発明のMg合金は、5〜100μmの大きさの空孔を
体積割合で30〜70%有するものである。このような
構造のものは次のようにして得られる。
【0021】上記溶解により得た母合金を大気中で再溶
解し、そしてこの溶融合金に対して粒径が約3mmのT
iC粉末を0.2〜3wt%添加し、攪拌する。これに
よって、粘性を1.0×10〜1.0×10cps
に調整する。この時、粘性が1.0×10cps未満
の低すぎたものであると、次工程での発泡が上手く出来
ず、本発明の体積割合で30〜70%の空孔を持つMg
合金が得られ難い。逆に、粘性が1.0×10cps
を越えて高すぎても、次工程での発泡が上手く出来ず、
本発明の体積割合で30〜70%の空孔を持つMg合金
が得られ難い。
【0022】この後、TiH粉末を1〜3wt%添加
し、発泡させる。
【0023】尚、添加されたTiC粉末(増粘剤)及び
TiH粉末(発泡剤)は、合金中にはTiC,Tiと
して含有されている。本実施例では、これらの含有量が
5wt%以下の少量である為、不可避不純物と考えてい
る。そして、これよりも多く含まれる場合もあり、その
ような場合、TiCは合金の分散強化に、Tiは固溶強
化に寄与する。
【0024】発泡後、30〜80℃/minの冷却速度
で冷却し、下記の表−2に示す特徴のMg合金を得た。
尚、冷却速度が80℃/minを越えて速すぎると、5
〜100μmの大きさの空孔を持つMg合金が得られ難
い。逆に、冷却速度が30℃/min未満の遅すぎて
も、5〜100μmの大きさの空孔を持つMg合金が得
られ難い。
【0025】 表−2 合金No 平均空孔径 空孔率 比重 引張強度 加工性 実施例1 1 20 50 0.82 253 良好 実施例2 2 20 50 0.93 242 良好 実施例3 3 20 50 0.81 213 良好 実施例4 4 20 50 0.82 223 良好 実施例5 5 20 50 0.91 242 良好 実施例6 6 20 50 0.79 212 良好 実施例7 7 20 50 0.84 223 良好 実施例8 8 20 50 0.94 229 良好 実施例9 9 20 50 0.82 245 良好 実施例10 1 5 50 0.95 255 良好 実施例11 1 10 50 0.86 231 良好 実施例12 1 20 30 0.85 243 良好 実施例13 1 20 40 0.84 245 良好 実施例14 1 20 60 0.80 238 良好 比較例1 1 − − 1.78 285 良好 比較例2 10 − − 1.79 290 割れ発生 比較例3 1 110 50 0.75 89 割れ発生 比較例4 1 20 20 1.34 200 良好 比較例5 1 20 80 0.50 45 割れ発生 *平均空孔径は走査型電子顕微鏡により測定したもので、単位はμm *空孔率は発泡合金比重と不発泡合金比重との比により 求めたもので、単位は体積% *引張強度はJIS Z2241に準拠して求めたもので、単位はMPa この表−2から判る通り、本実施例のものは、軽量で、
かつ、強度にも富み、更には加工性も良い。
【発明の効果】強度面においては従来のマグネシウム合
金と同等程度を確保できると共に、プラスチック並みの
軽量性を確保できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植木 正憲 石川県石川郡野々市町扇が丘7−1 金沢 工業大学内 (72)発明者 木倉 正明 富山県射水郡小杉町流通センター青井谷一 丁目8番3号 北陸テクノ株式会社内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 5〜100μmの大きさの空孔を体積割
    合で30〜70%有することを特徴とする軽量高強度マ
    グネシウム又はマグネシウム合金。
  2. 【請求項2】 Alを1〜5wt%含有し、残部がMg
    と不可避不純物とからなることを特徴とする請求項1記
    載の軽量高強度マグネシウム合金。
  3. 【請求項3】 更にZrを0.5〜4wt%含有し、残
    部がMgと不可避不純物とからなることを特徴とする請
    求項1又は請求項2記載の軽量高強度マグネシウム合
    金。
  4. 【請求項4】 更にSiを1〜3wt%含有し、残部が
    Mgと不可避不純物とからなることを特徴とする請求項
    1〜請求項3いずれかに記載の軽量高強度マグネシウム
    合金。
  5. 【請求項5】 請求項1〜請求項4いずれかに記載の軽
    量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法
    であって、 前記軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金の元
    素と、発泡剤と、増粘剤とを含む溶湯を冷却することを
    特徴とする軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合
    金の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜請求項4いずれかに記載の軽
    量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法
    であって、 前記軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金の元
    素と増粘剤とを含む溶湯に、発泡剤を添加し、冷却する
    ことを特徴とする軽量高強度マグネシウム又はマグネシ
    ウム合金の製造方法。
  7. 【請求項7】 増粘剤の添加量が1.5〜20wt%で
    あることを特徴とする請求項5又は請求項6記載の軽量
    高強度マグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法。
  8. 【請求項8】 発泡剤の添加量が1.0〜5.0wt%
    であることを特徴とする請求項5又は請求項6記載の軽
    量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金の製造方
    法。
  9. 【請求項9】 増粘剤が炭化物であることを特徴とする
    請求項5〜請求項8いずれかに記載の軽量高強度マグネ
    シウム又はマグネシウム合金の製造方法。
  10. 【請求項10】 発泡剤が金属水素化物であることを特
    徴とする請求項5〜請求項9いずれかに記載の軽量高強
    度マグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法。
  11. 【請求項11】 冷却速度が30〜80℃/minであ
    ることを特徴とする請求項5〜請求項10いずれかに記
    載の軽量高強度マグネシウム又はマグネシウム合金の製
    造方法。
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