JP2005179776A

JP2005179776A - マグネシウム合金

Info

Publication number: JP2005179776A
Application number: JP2004341395A
Authority: JP
Inventors: Kiyomi Nakamura; 清美中村; Mitsuo Hayashibara; 光男林原; Masatoshi Inagaki; 正寿稲垣; Yasuhisa Aono; 泰久青野; Shigeyuki Mama; 重行間馬
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】
湯流れ性に優れ、クリープ特性に優れたマグネシウム合金を提供すること。
【解決手段】
第一の手段として、マグネシウム合金において、１０〜１５重量％のＡｌと、０.５〜
１０重量％のＳｎと、０.１〜３重量％のＹと、０.１〜１重量％のＭｎと、残部のＭｇ
及び不可避の不純物とからなることを特徴とする。
または第二の手段として、マグネシウム合金において、１０〜１５重量％のＡｌと、
０.５〜１０重量％のＳｎと、０.１〜３重量％のＹと、０.１〜１重量％のＭｎと、０.１
〜５重量％のＺｎと、残部のＭｇ及び不可避の不純物とからなることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、マグネシウム合金に関する。

マグネシウム合金は軽量で比強度が高いことから、自動車や携帯用電子機器のハウジン
グ等に構造材として用いられてきた。これらマグネシウム合金部材の多くはダイカストや
射出成形で製造されており、ダイカスト用マグネシウム合金として以下のものが知られて
いる。

（１）Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系（例えばＡＳＴＭ：ＡＺ９１Ｄ）
（２）Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系（例えばＡＳＴＭ：ＡＭ６０Ｂ，ＡＭ５０Ａ）
（３）Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ系（例えばＡＳＴＭ：ＡＳ４１Ｂ）
（４）Ｍｇ−Ａｌ−希土類元素系（例えばＡＳＴＭ：ＡＥ４２）
上記（１）は最も一般的に利用されており、特にＡＺ９１Ｄは湯流れ性，機械的特性，
耐食性にバランスの取れた合金とされ、携帯電話やノート型パソコンの筐体として利用さ
れてきた。上記（２）は耐衝撃性、上記（３），（４）はクリープ特性など機械的特性を
向上させた合金系である。

特開２００１−１５８９３０号公報

近年、車両等の軽量化に伴う燃費向上等を目的として、省エネルギー化，リサイクルの観点から、マグネシウム合金に寄せる期待は大きく、エンジン周りの部材への適用も期待されている。例えばエンジン、フレーム等の構成部材、特にエンジン周辺部の部品で実用化が検討されているものとして、インテークマニホールドやシリンダヘッドカバー，オイルパン，トランスミッションケース等があげられる。

しかし、ダイカスト及び射出成形可能な代表的なマグネシウム合金としてＡＺ９１Ｄ合金やＡＭ６０Ｂ合金があるが、これら合金の耐熱性は高温下において急激に低下する。例えば部材を締付けているボルトが揺むなどの問題が生じる可能性があり、１００℃以上の環境で使用される部品に適用するには困難である。よって上述のようなエンジン周りの部材へマグネシウム合金を適用する場合には、高温，高応力下での変形を小さくする必要があり、つまり耐クリープ性を向上することが必須となる。

上記合金系のうち、ＡＺ９１Ｄは比較的湯流れは良好であるが、クリープ特性が低く、エンジンまわりの部材として使用するには好ましくない。

クリープ特性を改善した合金として前述のＡＳ４１ＢやＡＥ４２といった合金があるが
ＡＺ９１Ｄに比べ湯流れ性が低く、成形歩留りが低いといった問題がある。

以上、本発明の目的は、湯流れ性に優れ、クリープ特性に優れたマグネシウム合金を提
供することにある。

上記目的を達成するための第一の手段として、マグネシウム合金において、１０〜１５重量％のＡｌと、０.５〜１０重量％のＳｎと、０.１〜３重量％のＹと、０.１〜１重量
％のＭｎと、残部のＭｇ及び不可避の不純物とからなることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための第二の手段として、マグネシウム合金において、１０
〜１５重量％のＡｌと、０.５〜１０重量％のＳｎと、０.１〜３重量％のＹと、０.１〜
１重量％のＭｎと、０.１〜５重量％のＺｎと、残部のＭｇ及び不可避の不純物とからな
ることを特徴とする。

Ａｌは融点を下げ、合金の湯流れ性を改善する。またＭｇ−Ａｌ系化合物を形成し、室
温強度を改善する。Ａｌ含有量が１０重量％未満であると湯流れ性が不十分で、特に射出成形における成形歩留りは必ずしも満足できるものではない。Ａｌ含有量が１５重量％を超えると、Ｍｇ−Ａｌ系化合物が多量に発生してネットワークを形成するようになり、延性が低下してしまう。

Ｓｎは融点を下げ、合金の湯流れ性を改善する。Ｓｎ含有量が０.５重量％未満の場合
、湯流れ性が改善されず鋳造が困難となる。一方Ｓｎ含有量が１０重量％を超えると次第
に融点低下の効果は小さくなってしまう。また合金の比重が大きくなり、軽量化というマ
グネシウム合金の利点が十分に生かせなくなる。

Ｙは比較的融点の高いＡｌ−Ｙ系化合物を形成し、クリープ特性を改善する。Ｙ含有量
が０.１重量％未満だと、十分なクリープ性が得られない。一方でＹ含有量が３重量％を
超えると高融点のＡｌ−Ｙ系化合物が多量に発生し、合金融点が上昇してくるため、鋳造
が困難となる。またＹは高価な元素であるためコスト高となる。

ＭｎはＭｇに対する固溶度が極めて低く、Ｍｇ合金の腐食の原因となるＦｅと結合して固定することにより、耐食性を改善する。Ｍｎ含有量が０.１重量％未満だと、耐食性改善効果は小さい。１重量％を超えて添加してもＭｇ系化合物は比重が大きいために溶解時に炉底に沈んだり、大きな塊となって局所的に存在することとなったりするため、合金溶湯中に均一に分散させることが難しく溶解歩留りが悪くなる傾向にあり、耐食性のさらなる改善は期待できない。また、ＭｎはＡｌとの合金を形成するが、その析出量が多くなると、機械的特性を悪化させる原因ともなり得る。

Ｚｎは加える場合と加えない場合があるが、Ｚｎを加えると融点を下げ、湯流れ性を改
善することができる。但し３重量％を超えると鋳造われを発生する傾向がある。

本発明の合金は、従来合金よりも耐クリープ性に優れていることから、高温高応力下での使用が可能となり、且つＡＺ９１Ｄ合金と同等以上の湯流れ性を有しているので、ダイカストや射出成形で欠陥の少ない良品を量産することが可能であり、エンジン部材として優れたものを提供できる。

（実施例１）
本発明のマグネシウム合金の実施例について説明する。表１の組成（単位は重量％）と
なるよう製造したマグネシウム合金インゴットを切削加工して、２〜５mmの合金チップ
（長さ約５mm以下，径約３mm以下で目開き２.８mm のふるいを透過するもの）を作製し、射出成形の原料として用いた。なお合金Ｎo.１は従来材：ＡＺ９１Ｄ合金である。射出成形は型締め力７５ｔのマシンを用いた。図１は湯流れ性評価試験に用いた金型の試験片部形状を示す。射出速度１.０ｍ／sec，金型温度２００℃一定とし、成形温度は適宜変化させた。各温度にて成形した試験片の、ゲートから外部欠陥発生部までの長さを測定し、これを流動長とした。

図２は合金Ｎo.１（ＡＺ９１Ｄ）と合金Ｎo.３の流動長測定結果の一例を示す。図２の横軸は射出成形時のシリンダ温度、縦軸は平均流動長である。合金Ｎo.３はＮo.１に比べて最大流動長が大きく、湯流れ性に優れていることがわかる。またＮo.１よりも２０〜
４０℃低温での射出成形が可能であることがわかる。

合金Ｎo.２，４〜６についても同様の試験を行い、湯流れ性を評価した結果を表２に示す。表２の記号は以下のように定めた。◎は、ＡＺ９１Ｄと比較して最大平均流動長が大きく（およそ３３０以上）、かつ最大流動長が得られる時の成形温度も低い（６００℃未満）ことを示す。○は、最大平均流動長が大きく（３３０以上）、最大流動長が得られるときの成形温度が６００〜６３０℃である。△は最大平均流動長がＡＺ９１Ｄと同等
（２７０〜３３０）であり、最大流動長が得られる成形温度が６００〜６３０℃である。×は、最大平均流動長が小さい（２７０未満）ものである。合金Ｎo.２〜４はＮo.１
（ＡＺ９１Ｄ合金）に比べて良好な湯流れ性を示した。なおＹの含有量が本発明よりも多い合金Ｎo.６は、金型への焼き付けが度々生じ、成形が困難であった。

従来材である合金Ｎo.１と湯流れ性評価試験において良好な結果が得られた合金Ｎo.２
〜４を用いてクリープ特性を評価した。図３は１５０℃，５０ＭＰａでのクリープ試験結
果を示す。図３において、白の菱形はＮo.３の例、黒の菱形はＮo.４の例を示す。

合金Ｎo.１は、５０時間前後程度でクリープ伸びが５％以上と大きい。合金Ｎo.２は合
金Ｎo.１よりも優れているが、クリープ伸びが２５０時間後で４％を超えてしまたためエ
ンジンまわり部材に適用するには不十分である。

これに対して本発明材である合金Ｎo.３及びＮo.４は、クリープ伸びが２５０時間後で
約２％と合金Ｎo.１，２に比べて極めて優れていることがわかる。例えばＮo.２合金に比して、本願の合金の適用によりクリープ伸びを約１／２とすることが可能である。

以上、湯流れ性の評価，クリープ特性の評価より、Ｎo.３，４が湯流れの向上とクリープ特性の向上の双方の特性を満足する結果であることがわかった。このような特性を有する合金であれば、熱変動の激しいエンジン部材、例えばインテークマニホールド，シリンダヘッドカバー，オイルパン，トランスミッションケースやギアボックスに適用した際にもボルトが緩む等の問題が少ない。

また、上記結果を考慮し、本願特徴を満足するその他組成を検討した。従来の各成分を添加した際の状況，特性の変化等を勘案すれば、下記表３の比率で各成分を混合することによっても、上記特性を満足する合金が形成されると推察される。

湯流れ性評価試験に用いた金型の試験片部形状を示す図。流動長測定結果を示す図。クリープ試験結果を示す図。

符号の説明

１０…金型。

Claims

１０〜１５重量％のＡｌと、０.５〜１０重量％のＳｎと、０.１〜３重量％のＹと、
０.１〜１重量％のＭｎと、残部のＭｇ及び不可避の不純物とからなるマグネシウム合金
。
１０〜１５重量％のＡｌと、０.５〜１０重量％のＳｎと、０.１〜３重量％のＹと、
０.１〜１重量％のＭｎと、０.１〜５重量％のＺｎと、残部のＭｇ及び不可避の不純物
とからなるマグネシウム合金。
１０〜１５重量％のＡｌと、０.５〜１０重量％のＳｎと、０.１〜３重量％のＹと、
０.１〜１重量％のＭｎと、残部のＭｇ及び不可避の不純物とからなるマグネシウム合金
を用いたエンジン部材。
前記Ｙは１〜２重量％の範囲内であることを特徴とする請求項１記載のマグネシウム合
金。
前記Ｙは１〜２重量％の範囲内であることを特徴とする請求項２記載のマグネシウム合
金。