JP2007138227A - マグネシウム合金材 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度で耐食性に優れ、構造材に適したマグネシウム合金材を提供する。
【解決手段】本発明マグネシウム合金材は、０．１〜１０．０質量％のＳｎを含有したマグネシウム合金からなる鋳造材に塑性加工を施して得られるものである。Ｓｎを含有することで本発明合金材は、耐食性に優れ、大気中といった環境下であっても使用することができる。また、塑性加工が施されることで本発明合金材は、構造材の使用に耐え得るような高強度を有することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、マグネシウム合金からなるマグネシウム合金材に関するものである。特に、高強度で耐食性に優れたマグネシウム合金材に関するものである。

マグネシウム合金は、比重が小さく、軽量材料として注目されている。しかし、一般に、マグネシウムやマグネシウム合金は耐食性が低いため、マグネシウム合金により種々の構造材を形成する場合、腐食対策が必要である。この対策の一つとして、合金組成の調整がある。例えば、近年、耐食性を低下させる金属であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕなどを低減させることが検討されている。また、Ａｌを９質量％程度含むＡＺ９１などの高Ａｌマグネシウム合金では、Ａｌ添加による耐食性向上効果がある。従って、このような高Ａｌマグネシウム合金からなる構造材は、自動車のエンジンルーム内などといった特定の環境下であれば、そのまま使用することができる。

しかし、エンジンルーム内といった特殊な環境ではなく、通常の大気や風雨に曝されるような環境下や人体に直接接する状態で使用される構造材、例えば、自動車や自転車などの輸送・移動手段の外装部材やパソコンなどの家電製品の外装部材では、上記合金組成を調整したマグネシウム合金を用いて形成しても、使用に耐え得ることが難しい。そこで、従来は、皮膜の形成などといった表面処理を施して耐食性を向上させることがなされている（特許文献１従来の技術参照）。しかしながら、表面処理された構造材が落下して疵が発生しり、同構造材の使用中に何らかの原因により皮膜が剥がれたりして、マグネシウム合金母材が露出されると、その露出部分から腐食が進行してしまう。従って、マグネシウム合金自体の耐食性を向上させることが望まれる。

特許文献１，２には、ＹやＣｅなどの希土類元素（ＲＥ）を含有させて耐食性を向上させることが開示されている。特許文献３には、マグネシウム合金の組織をアモルファス相を有する組織として、耐食性を向上させることが開示されている。一方、特許文献４には、Ｃａ及び希土類元素とＳｎとを含有させて耐熱性を向上させることが開示されている。

特開平５−１１７７９８号公報 特開２００３−６４４３８号公報 特開２００２−２４９８０１号公報 特開２００５−６８５５０号公報

しかし、特許文献１，２，４に記載されるマグネシウム合金材は、ダイカスト鋳造や射出鋳造などで得られた鋳造材であり、強度が低いことから極めて限定された領域でしか使用できない。また、これらの特許文献には、強度を高めることについて何ら検討されていない。ここで、鋳造材に押出、圧延、引抜などといった塑性加工を施した場合、得られた塑性加工材は、一般に、鋳造材と比較して強度が向上する傾向にある。従って、上記特許文献１，２，４に記載される鋳造材についても、強度を高めるために塑性加工を施すことが考えられる。しかし、これらの鋳造材は、耐食性向上のために希土類元素を含有していることで、塑性加工に適さない。

また、ダイカスト鋳造や射出鋳造などの鋳造では、長尺な板状材や線状材、パイプなどを得ることが難しい。更に、Ｃｅといった希土類元素を含有する特許文献１，２，４に記載される鋳造材は、軽量性を損ねるだけでなく、希土類元素が一般に高価であることから、製造コストが高くなる。

一方、特許文献３に記載されるマグネシウム合金材は、アモルファス相を有する粉末を焼結するといった特殊な製造方法により得られるものであり、鋳造などの汎用的な製造方法で得られるものと比較して、生産性の点で劣る。また、焼結の場合も、上記ダイカスト鋳造などと同様に長尺な板状材や線状材、パイプなどを得ることが難しい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主目的は、高強度で耐食性に優れるマグネシウム合金材を提供することにある。また、本発明の他の目的は、安価で簡単に製造することができるマグネシウム合金材を提供することにある。

本発明マグネシウム合金材は、特定量のＳｎを添加すると共に、塑性加工を施すことで耐食性と強度との双方の向上を図る。具体的な構成としては、本発明マグネシウム合金材は、Ｓｎを０．１〜１０．０質量％含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなり、塑性加工が施されていることを特徴とする。

従来、マグネシウム合金自体の耐食性を向上させる元素として、Ｓｎが検討されていなかったが、本発明者らが検討した結果、Ｓｎは、マグネシウム合金自体の耐食性の向上に寄与するとの知見を得た。特に、Ｓｎを含有したマグネシウム合金からなる塑性加工材は、耐食性により優れるとの知見も得た。そこで、本発明では、Ｓｎを含有する。上述のように本発明合金材は、鋳造材に塑性加工を施した塑性加工材とする。鋳造材のままとするのではなく塑性加工材とすることで本発明合金材は、第一に、強度を飛躍的に向上することができる。具体的には、例えば、引張強さを２７０ＭＰａ以上とすることができる。また、本発明合金材は、塑性加工が施されることで、合金組織が鋳造材と比較してより微細になっており、この微細化により耐食性をも向上することができる。特に、本発明合金材は、塑性加工性を低下させず耐食性の向上に寄与する元素としてＳｎを含有する。このように本発明合金材は、塑性加工とＳｎの添加とにより、強度の向上と耐食性の向上とを実現する。そのため、本発明合金材は、大気中や風雨に曝される環境下、人体と接触するような環境下であっても優れた耐食性を発揮し、また構造材に求められる程度の機械的特性を十分に具えることから、種々の分野の構造材に利用することができる。以下、本発明の構成をより詳しく説明する。

本発明合金材は、添加元素とＭｇ及び不可避的不純物とからなるマグネシウム合金にて構成される。上記添加元素は、Ｓｎを必須とする。Ｓｎの他に更に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｍｎからなる群から選択される少なくとも１種の元素を添加元素としてもよい。好ましくは、Ｓｎ及びＡｌを添加元素とし、より好ましくは、Ｓｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎを添加元素とする。これら添加元素の含有量は、合計で２０質量％以下とすることが好ましい。添加元素が２０質量％超となると、鋳造時に割れなどが生じる原因となる。本発明合金材の具体的な組成としては、例えば、以下のＩ〜Ｘの組成が挙げられる。

Ｉ． Ｓｎ：０．１質量％以上１０.０質量％以下含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物
ＩＩ． Ｓｎ：０．１質量％以上１０．０質量％以下と、Ａｌ：０質量％超５質量％未満とを含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物
ＩＩＩ． Ｓｎ：０．１質量％以上１０．０質量％以下と、Ａｌ：５質量％以上１２質量％以下とを含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物
ＩＶ． Ｓｎ：０．１質量％以上１０.０質量％以下と、Ａｌ：１質量％以上１２質量％以下、Ｓｉ：０．１質量％以上２質量％以下、Ｃａ：０．０１質量％以上３質量％以下、Ｚｎ：０．１質量％以上２質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以上２質量％以下からなる群から選択される１種以上の元素とを含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物
Ｖ． Ｓｎ：０．１質量％以上１０．０質量％以下と、Ａｌ：０質量％超５質量％未満と、Ｓｉ：０．１質量％以上２質量％以下、Ｃａ：０．０１質量％以上３質量％以下、Ｚｎ：０．１質量％以上２質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以上２質量％以下からなる群から選択される１種以上の元素とを含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物
ＶＩ． Ｓｎ：０．１質量％以上１０．０質量％以下と、Ａｌ：５質量％以上１２質量％以下と、Ｓｉ：０．１質量％以上２質量％以下、Ｃａ：０．０１質量％以上３質量％以下、Ｚｎ：０．１質量％以上２質量％以下、Ｍｎ：０．１質量％以上２質量％以下からなる群から選択される１種以上の元素とを含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物
ＶＩＩ． Ｓｎ：０．１質量％以上１０.０質量％以下と、Ａｌ：０質量％超５質量％未満と、Ｚｎ：０．１質量％以上２質量％以下と、Ｍｎ：０．１質量％以上２質量％以下とを含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物
ＶＩＩＩ． Ｓｎ：０．１質量％以上１０.０質量％以下と、Ａｌ：０質量％超５質量％未満と、Ｚｎ：０．１質量％以上２質量％以下と、Ｍｎ：０．１質量％以上２質量％以下と、Ｓｉ：０．１質量％以上２質量％以下及びＣａ：０．０１質量％以上３質量％以下の少なくとも一方の元素とを含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物
ＩＸ． Ｓｎ：０．１質量％以上１０.０質量％以下と、Ａｌ：５質量％以上１２質量％以下と、Ｚｎ：０．１質量％以上２質量％以下と、Ｍｎ：０．１質量％以上２質量％以下とを含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物
Ｘ． Ｓｎ：０．１質量％以上１０.０質量％以下と、Ａｌ：５質量％以上１２質量％以下と、Ｚｎ：０．１質量％以上２質量％以下と、Ｍｎ：０．１質量％以上２質量％以下と、Ｓｉ：０．１質量％以上２質量％以下及びＣａ：０．０１質量％以上３質量％以下の少なくとも一方の元素とを含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物

Ｓｎは、耐食性の向上に必要な元素であり、含有量が０．１質量％未満の場合、その効果が得られない。Ｓｎの含有量が多いほど、耐食性が向上する傾向にあるが、多過ぎると軽量化を阻害するため、Ｓｎの含有量の上限は、１０．０質量％とする。Ｓｎのより好ましい含有量は、０．５質量％以上６質量％以下である。なお、添加元素をＳｎのみとする場合、含有量の上限は、１４質量％とすることができる。

Ａｌは、マグネシウム合金を強化し、機械的性質を向上させると共に、耐食性にも寄与する。従って、マグネシウム合金には、上記Ｓｎに加えてＡｌを添加することが好ましい。上記効果を得るには、Ａｌの含有量を０超〜１２質量％とすることが好ましく、特に、１〜１２質量％とすることが好ましい。しかし、Ａｌは、過剰に添加すると靭性を低下させる傾向にある。従って、靭性よりも高強度化を望む場合、Ａｌの含有量は、５質量％以上１２質量％以下とすることが好ましく、強度よりも高靭性化を望む場合、Ａｌの含有量は、５質量％未満とすることが好ましい。

Ａｌに加えて更に、質量％でＭｎ：０．１〜２％、Ｚｎ：０．１〜２％、Ｓｉ：０．１〜２％から選択される１種以上の元素を含むマグネシウム合金を本発明合金材に利用してもよい。つまり、本発明合金材の形成には、ダイカスト用や鋳造用、展伸用として用いられているマグネシウム合金、具体的には、ＡＳＴＭ規格におけるＡＭ系合金、ＡＺ系合金、ＡＳ系合金のいずれも利用することができる。これらの合金のうち、いずれか一つの合金を主成分とし、上記特定範囲のＳｎを添加したマグネシウム合金を用いてもよい。例えば、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎが含有されるＡＺ系合金を主成分とするマグネシウム合金、具体的には、ＡＺ３１,ＡＺ６１,ＡＺ９１などの合金を主成分に用いてもよい。なお、これらの合金を用いる場合、特に、Ｓｉを含有するマグネシウム合金を用いる場合、鋳造時の冷却を自然冷却といった冷却速度が遅い冷却とすると、得られた鋳造材には、粗大な晶出物（例えば、Ｍｇ_２Ｓｉ）が晶出される。このような粗大な晶出物は、塑性加工性を阻害する。従って、上記合金を用いて本発明合金材を製造する場合、鋳造時の冷却は、できるだけ急冷して晶出物を微細にしておくことが好ましい。更に、添加元素としてＣａを含むと、塑性加工による再結晶時や、後述する塑性加工後の熱処理による再結晶時に結晶粒の成長を抑制する効果がある。この粒成長抑制効果を得るには、Ｃａの含有量を０．０１質量％以上とすることが好ましい。Ｃａの含有量が多いほど上記効果が大きくなるが、含有量の増加に従って粗大な金属間化合物、例えば、Ｍｇ−Ｃａ金属間化合物やＡｌ−Ｃａ金属間化合物（添加元素にＡｌを含む場合）が合金中に生成され易い。この粗大な金属間化合物の存在することで、合金の延性の低下を引き起こして、合金の塑性加工性が低下する。従って、Ｃａの含有量の上限は、３質量％とする。これら添加元素及び主体となるＭｇ以外に不可避的に含まれる不純物としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉなどが挙げられる。

本発明合金材は、まず、上記組成を有する合金を用意し、この合金を溶解、鋳造し、得られた鋳造材に塑性加工を施して製造される。この塑性加工は、そのままの鋳造材に施すよりも、熱処理（溶体化処理）を施してから行うことが好ましい。この熱処理条件としては、例えば、温度：３８０〜４２０℃、保持時間：２〜２０時間が挙げられる。

塑性加工としては、押出加工、圧延加工、引抜加工（伸線加工）、鍛造加工、プレス加工、曲げ加工、スウェージング加工などの種々の加工が適用でき、特に制限されない。従って、本発明合金材は、押出材、圧延材、中実又は中空の引抜材、鍛造材などの種々の塑性加工材となり得る。塑性加工は、所望の形状、形態となるように適宜選択するとよい。例えば、本発明合金材を板状材とする場合、圧延加工や押出加工を行うとよく、本発明合金材を線状材やパイプとする場合、引抜加工を行うとよい。圧延加工や引抜加工は、長尺材を得るのに適している。

上記各加工は、１回のみとしてもよいし、複数回（多パス）に亘って行ってもよいが、変形量がトータル断面減少率で１０％以上となるように行う。好ましくは、３０％以上となるように行う。また、鋳造材に最初に施す塑性加工は、鋳造材を所定の温度に加熱して行う熱間加工とすることが好ましく、以降の塑性加工は、被加工材を特に加熱することなく行う冷間加工としてもよいし、被加工材を所定の温度に加熱して行う熱間加工としてもよい。熱間加工とする場合、加熱温度は、２００℃〜４００℃が好ましい。複数回に亘って塑性加工を行う場合、１回ごと或いは複数回ごとに中間熱処理を行い、塑性加工に伴い導入された歪を回復させるようにしてもよい。中間熱処理条件としては、加熱温度：１００℃以上（好ましくは１５０℃以上）４００℃以下、保持時間：５〜２０分程度が挙げられる。

鋳造材に施す塑性加工は、２種以上の異なる加工としてもよい。即ち、鋳造材に１次加工を施し、得られた１次加工材に１次加工と異なる２次加工を施す、…（以下同様）としてもよい。このとき、１次加工を熱間加工とし、２次加工を冷間加工、熱間加工のいずれとしてもよい。１次加工と、２次加工、…とを分けて２次加工以下を熱間で行う場合、２次加工以降の加工の加熱温度は、２００℃以下としてもよい。例えば、１次加工で熱間圧延を行い、２次加工で熱間引抜を行う場合、引抜加工時の被加工材の加熱温度は、５０℃以上２００℃以下としてもよい。引抜加工、鍛造加工、プレス加工、曲げ加工、スウェージング加工などといった塑性加工は、鋳造材を押出した押出材、或いは鋳造材を圧延した圧延材に施すと、加工し易く好ましい。これら引抜加工などの２次加工は、押出材や圧延材に熱処理（溶体化処理）を施してから行ってもよい。この熱処理条件としては、例えば、温度：３８０〜４２０℃、保持時間：１〜１０時間が挙げられる。

また、押出材や圧延材を引き抜いた引抜材に鍛造加工、プレス加工、曲げ加工、スウェージング加工を施すと、鍛造加工などの３次加工が行い易く好ましい。これら鍛造加工などの３次加工は、引抜材に適宜熱処理を施してから行ってもよい。熱処理条件としては、温度：１００〜３００℃、好ましくは１５０〜３００℃、保持時間：５〜２０分程度が挙げられる。この熱処理により、引抜加工に伴う歪みを除去したり、再結晶化を促進して結晶粒を微細にし、塑性加工性を高めることができる。

上記引抜加工は、伸線ダイスやローラダイスを用いて行うとよく、特に、伸線ダイスを用いると、偏径差（線材の同一横断面における径の最大値と径の最小値との差）が小さく、寸法精度に優れる中実又は中空の線状材を容易に製造することができる。ダイス孔の大きさ（径）が異なるダイスを多段に用いて複数パスに亘って引抜加工を行うことで、所望の大きさの線状材を得ることができる。引抜加工条件は、加工温度への昇温速度：１℃／ｓｅｃ〜１００℃／ｓｅｃ、加工温度：５０℃以上３００℃以下（好ましくは１００℃以上２００℃以下）、加工度：１０％以上／パス（中実）、５％以上／パス（中空）、線速：１ｍ／ｍｉｎ以上、引抜加工後の冷却速度：０．１℃／ｓｅｃ以上が挙げられる。加工温度が高いほど、被加工材の引抜加工性を高めることができ、例えば、大きな加工度での加工が可能となる。上記のような加熱を行わず室温にて引抜加工を行ってもよい。この場合、１パスあたりの加工度を小さくしたり（合金組成にもよるが概ね１５％以下、好ましくは１０％以下）、引抜前に事前熱処理を施してもよい。事前熱処理条件としては、加熱温度：２００℃以上４５０℃以下（好ましくは２５０℃以上４００℃以下）、保持時間：１５〜６０分程度が挙げられる。上記引抜加工は、潤滑剤を用いて行うことが好ましい。引抜加工条件は、特開２００３−２９３０６９号公報、特開２００４−２３２０７５号公報に記載される条件と同様にしてもよい。

更に、最終の塑性加工後に以下の特定の熱処理を施してもよい。熱処理を施すことで、再結晶による更なる微細化、塑性加工に伴う歪みの除去を行うことができる。また、熱処理を施すことで析出による時効を促進することができる。上記塑性加工が施された本発明合金材は、結晶粒やＳｎを含む化合物（析出物）が微細化された微細組織を有するが、上述のように最終の塑性加工後に以下の特定の熱処理を施すことで、上記結晶粒の更なる微細化、上記析出物の更なる微細・分散化を図ることができる。この熱処理条件としては、温度：１５０〜３５０℃、好ましくは、２００〜３００℃、保持時間：１５分〜２０時間が挙げられる。上記温度で保持時間が１５分〜６０分程度の熱処理を行うことで、再結晶による微細化や歪みの除去に効果があるが、合金材に含有されるＡｌ量やＳｎ量によってはより長時間（１時間〜２０時間程度）とすることが好ましく、Ａｌ量やＳｎ量に応じて適宜調整するとよい。鋳造材では、平均結晶粒径が１００μｍ以上と比較的大きいのに対し、上記塑性加工と適宜な熱処理とを組み合わせて行った本発明合金材は、平均結晶粒径が３０μｍ以下といった微細な結晶組織を有する。また、鋳造材では、Ｓｎを含む析出物の平均径が２０μｍ以上と比較的大きいのに対し、上記塑性加工と適宜な熱処理とを組み合わせて行った本発明合金材は、同析出物の平均径を５．０μm以下とし、これら微細粒が均一的に分散された合金組織となる。このような微細な結晶粒からなり、微細なＳｎ含有析出物が分散した合金組織を有する本発明合金材は、合金組織全体として粒界の面積が増加することで、粒界単位面積あたりに存在する不純物（例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕなど）が少なく、かつＳｎが組織中に満遍なく存在するため、高い耐食性を有することができる。

平均結晶粒径及びＳｎを含む析出物の平均径は、以下のように測定する。まず、合金の断面において、表面から中心に向かって１００μｍの深さの領域を表層部、表面から中心までの距離をｒとしたときｒ／２の位置の領域を中央部、そして、中心の近傍を中心部とし、各部において任意の一箇所以上で光学顕微鏡などを用いて組織観察を行い（倍率：２００〜１０００倍）、特定面積（例えば、１００〜３００μｍ×１００〜３００μｍなど）内に存在する結晶粒の粒径、析出物の大きさを測定する。粒径や大きさの測定は、切断法（ＪＩＳ Ｈ ０５０１参照）により行うことが挙げられる。このような測定を２断面以上で行う。そして、得られた全結晶粒の粒径の平均を平均結晶粒径とし、得られた全析出物の大きさの平均を析出物の平均径とする。結晶粒径の測定は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や後方散乱電子回折法（ＥＢＳＰ）を用いて行ってもよい。

上述のように塑性加工を施すことで、本発明合金材は、優れた強度を有する。特に、Ａｌを適宜含有することで、引張強さ２７０ＭＰａ以上といった優れた強度を有する。また、Ａｌを適宜含有することで、伸び７％以上といった優れた靭性を有する。より具体的には、Ａｌを０超５質量％未満含有する本発明合金材は、引張強さ２７０ＭＰａ以上、伸び１０％以上を有する。Ａｌを５質量％以上１２質量％以下含有する本発明合金材は、引張強さ３００ＭＰａ以上、伸び７％以上を有する。なお、伸びの測定は、ＧＬ（標点距離）＝２５ｍｍで行うものとする。

本発明合金材は、上述のように高強度で、耐食性に優れるため、エンジンルーム内といった特定の環境下はもちろん、大気や風雨に曝されたり、人体と直接接触するような通常の環境下で使用される構造材に適する。具体的には、携帯電話などの携帯用電気機器の筐体や部品、パソコンなどの家電製品の筐体や部品、自転車や自動車などの輸送・移動用手段におけるフレームなどの外装部材などに利用することができる。

本発明合金材は、組成を調整して合金自体の耐食性を高めているため、表面処理を行うことなく、大気や風雨などに曝されるような環境下においても十分に使用することができる。また、本発明合金材は、表面処理を行った場合に表面処理層が脱落したり剥離したりしても、合金自体が耐食性に優れるため、腐食の進行を抑制することができる。特に、本発明合金材は、塑性加工を施していることで構造材として十分な強度を具えており、長期の使用に耐え得る。また、本発明合金材は、希土類元素を含有していないことから軽量であり、軽量化が望まれる種々の分野の構造材に利用できる。更に、希土類元素を含有していないことから、本発明合金材は、製造コストの低減も図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
（試験例１）
表１に示す組成（添加元素の含有量の単位は、質量％）のマグネシウム合金を溶解して鋳造し、φ３０ｍｍの円柱状の鋳造材を得た。得られた鋳造材に以下の熱処理や塑性加工を施し、得られた各試料に引張試験、組織観察、耐食性試験を行った。

表１の試料Ａ〜Ｅは、ＡＺ９１相当合金を主体とする試料、試料Ｆ〜Ｊは、ＡＺ６１相当合金を主体とする試料、試料Ｋ〜Ｏは、ＡＺ３１相当合金を主体とする試料であり、試料Ａ〜Ｄ，Ｆ〜Ｉ，Ｋ〜Ｎには、更にＳｎを添加し、試料Ｅ、Ｊ、Ｏには、Ｓｎを添加していない。また、試料Ｄ，Ｉ，Ｎには、更に、Ｓｉ及びＣａを添加している。表１の試料Ｐは、純マグネシウムに相当する試料、試料Ｑは、Ｓｎを添加した二元合金の試料、試料Ｒは、Ａｌを添加した二元合金の試料、試料Ｓ，Ｔは、Ｓｎ及びＡｌを添加した三元合金の試料である。

試料Ｃ，Ｈ，Ｍは、鋳造後、４００℃×１０時間の溶体化処理を行い、更に、熱処理（温度：２００℃、保持時間：表１に示す時間）を行った試料である。つまり、塑性加工を施していない試料である。
試料Ｂ，Ｇ，Ｌは、鋳造後、４００℃×１０時間の溶体化処理を行ってから表面研削を施してφ２５ｍｍの円柱状材とし、この円柱状材を４００℃に加熱した状態でφ２０ｍｍまで熱間圧延を行い（トータル断面減少率：３６％）、熱間圧延後、熱処理（温度：２００℃、保持時間：表１に示す時間）を行った試料である。圧延加工は、断面減少率：約１０％／パス、線速：１ｍ／ｍｉｎとして行った。以下の試料についても圧延条件は、同様である。
試料Ａ，Ｄ〜Ｆ，Ｉ〜Ｋ，Ｎ〜Ｔは、鋳造後、４００℃×１０時間の溶体化処理を行ってから表面研削を施してφ２５ｍｍの円柱状材とし、この円柱状材を４００℃に加熱した状態でφ２０ｍｍまで熱間圧延を行い、得られた圧延材を１８０℃に加熱した状態でφ１５ｍｍまで引抜加工を行い（トータル断面減少率：６４％）、引抜後、熱処理（温度：２００℃、保持時間：表１に示す時間）を行った試料である。引抜加工は、１８０℃への昇温速度：２０℃／ｓｅｃ、加工度：１０〜１５％／パス、線速：１ｍ／ｍｉｎとして行った。
上記の試料に加えて表１に示していないが試料Ａ’，Ｆ’，Ｋ’を用意した。これら試料Ａ’，Ｆ’，Ｋ’は、試料Ａ，Ｆ，Ｋと同様の組成で、上記引抜加工までの工程を試料Ａ，Ｆ，Ｋと同様に行い、引抜加工後、熱処理を施していない試料である。

引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準じて室温にて実施し、引張強さ（ＴＳ）、０．２％耐力（０．２％ＰＳ）、伸び（ＥＬ）を測定した。伸びは、ＧＬ＝２５ｍｍで実施した。
耐食性試験は、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準じて行い（塩水噴霧時間：１０００時間）、塩水噴霧の前後における重量の変化量（腐食減量）を測定した。
組織観察は、試料の断面を光学顕微鏡（倍率：４００倍）で観察した。合金の平均結晶粒径、Ｓｎ含有析出物の平均径は、同断面における特定面積（２００μｍ×１５０μｍ）内に存在する結晶粒、析出物の大きさを切断法に準じて測定し、この測定を３個の断面について行って、得られた全結晶粒の粒径の平均及び全析出物の大きさの平均を算出することで求めた。
引張試験、耐食性試験、組織観察の結果を表２に示す。

表２に示すように、特定量のＳｎを添加した塑性加工材は、強度に優れると共に、耐食性が大幅に向上していることがわかる。このように耐食性の向上を図ることができたのは、特定量のＳｎを添加すると共に、塑性加工を施すことで、結晶粒径を小さく、かつＳｎを含む析出物径も小さくして、組織中に均一的に分散させることができたためであると考えられる。特に、塑性加工を行うことに加えて、適宜熱処理を組み合わせることで、得られたマグネシウム合金材は、より耐食性に優れる。また、表２から、特定量のＳｎを添加することで、Ａｌの含有量によらず、マグネシウム合金材の耐食性を向上できることがわかる。更に、表２からＡｌの含有量が多いと、強度に優れ、Ａｌの含有量が少ないと、靭性に優れることがわかる。加えて、Ａｌ，Ｚｎ，Ｍｎなどの元素を添加すると、マグネシウム合金材の強度をより向上できることがわかる。

（試験例２）
表３に示す組成（添加元素の含有量の単位は、質量％）のマグネシウム合金を溶解して鋳造した鋳造材に、以下の熱処理や塑性加工を施し、得られた各試料に試験例１と同様にして引張試験、組織観察、耐食性試験を行った。

表３の試料ａ〜ｃは、ＡＺ９１相当合金を主体とする試料であり、更にＳｎを添加している。
試料ａは、厚さ１０ｍｍの板状の鋳造材を作製し、この鋳造材に４００℃×１０時間の溶体化処理を行い、得られた熱処理材を２００〜４００℃に加熱し、厚さ２．０ｍｍまで熱間圧延を行った後（トータル圧下率：８０％）、２００℃×４時間の熱処理を施した試料である。
試料ｂは、φ３０ｍｍの円柱状の鋳造材を作製し、この鋳造材に４００℃×１０時間の溶体化処理を行ってから表面研削を施してφ２５ｍｍの円柱状材とし、この円柱状材を４００℃に加熱し、φ１０ｍｍまで熱間鍛造を行った後（トータル断面減少率：８４％）、２００℃×４時間の熱処理を施した試料である。
試料ｃは、φ１００ｍｍの円柱状の鋳造材を作製し、この鋳造材に４００℃×１０時間の溶体化処理を行い、得られた熱処理材を４００℃に加熱して押出し、厚さ５ｍｍの板状とし、この板状材に２００℃×４時間の熱処理を施した試料である。
引張試験、耐食性試験、組織観察の結果を表４に示す。

表４に示すように、特定量のＳｎを添加したマグネシウム合金からなる鋳造材に、鍛造加工や押出加工といった塑性加工を施した合金材は、高強度で、耐食性に優れることがわかる。また、この試験結果から、線状材だけでなく、高強度で耐食性に優れるマグネシウム合金板材が得られることがわかる。

上述した試験例では、塑性加工として圧延加工、引抜加工、鍛造加工、押出加工を行ったが、その他、プレス加工、曲げ加工、スウェージング加工などを適用することも可能である。

本発明合金材は、構造材として好適に利用できる。具体的には、携帯電話などの携帯用電気機器の筐体や部品、パソコンなどの家電製品の筐体や部品、自転車や自動車などの輸送・移動用手段におけるフレームなどの外装部材などに利用することができる。

Claims (7)

1. Ｓｎを０．１〜１０．０質量％含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなり、
   塑性加工が施されていることを特徴とするマグネシウム合金材。
2. Ｓｎを０．１〜１０．０質量％含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなり、
   平均結晶粒径が３０μｍ以下であることを特徴とするマグネシウム合金材。
3. Ｓｎを０．１〜１０．０質量％含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなり、
   任意の断面内に存在するＳｎを含む化合物の平均径が５．０μｍ以下であることを特徴とするマグネシウム合金材。
4. 質量％でＡｌを０超５％未満、Ｓｎを０．１〜１０．０％含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなり、
   引張強さが２７０ＭＰａ以上、伸びが１０％以上であることを特徴とするマグネシウム合金材。
   ただし、伸びの測定は、ＧＬ＝２５ｍｍとする。
5. 質量％でＡｌを５〜１２％、Ｓｎを０．１〜１０．０％含み、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなり、
   引張強さが３００ＭＰａ以上、伸びが７％以上であることを特徴とするマグネシウム合金材。
   ただし、伸びの測定は、ＧＬ＝２５ｍｍとする。
6. 更に、マグネシウム合金材は、質量％でＡｌ：１〜１２％、Ｓｉ：０．１〜２％、Ｃａ：０．０１〜３％、Ｚｎ：０．１〜２％、Ｍｎ：０．１〜２％からなる群から選択される１種以上の元素を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマグネシウム合金材。
7. 更に、マグネシウム合金材は、質量％で、Ｓｉ：０．１〜２％、Ｃａ：０．０１〜３％、Ｚｎ：０．１〜２％、Ｍｎ：０．１〜２％からなる群から選択される１種以上の元素を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載のマグネシウム合金材。