JP2010031357A

JP2010031357A - 耐クリープマグネシウム合金

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Publication number: JP2010031357A
Application number: JP2009123515A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Omura; 博幸大村
Original assignee: Ryobi Ltd
Current assignee: Ryobi Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: JP5383314B2

Abstract

【課題】耐クリープ性、耐食性、鍛造性、防燃性及び防振性に優れた耐クリープマグネシウム合金を提供する。
【解決手段】Ａｌを６．５〜１１．０質量％、Ｃａを０．３〜１．９質量%、Ｓｎを０．１５〜１．５質量%、Ｍｎを０．１〜０．５質量%、Ｓｒを０．０１〜０．３質量％、Ｎａを０．０３〜０．５質量％含み残部がＭｇおよび不可避的不純物からなる耐クリープマグネシウム合金であり、特にＡｌが８．００〜１１．０重量％であることが好ましい。
【選択図】図９

Description

本発明は耐クリープマグネシウム合金に関し、特に優れた耐クリープ性、耐食性及び鋳造性（ダイカスト性）を有し、しかも防燃性に優れた耐クリープマグネシウム合金に関する。

自動車用部品の素材に使用される合金として、Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ系合金が知られている。また、最近ではＭｇ−Ａｌ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｍｎ系合金が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この合金は耐クリープ性及び耐食性に優れ、質量％でＡｌが２．０〜６．０％、Ｃａが０．３〜２．０％、Ｓｒが０．０１〜１．０％、Ｍｎが０．１〜１．０％を含み、残部がＭｇ及び不純物からなる合金である。また、上記合金に、更にＳｉを質量％で０．１〜１．０％又はＺｎを質量％で０．２〜１．０％添加した合金も提案されている。
また、耐クリープ性に優れた合金としては、Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｎ系合金が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この合金は、質量％でＡｌが０．０〜４．０％、Ｓｉが０．２〜２．０％、Ｓｎが６．０〜２０．０％を含み、残部がＭｇ及び不純物からなる合金である。
また、耐クリープ性及び耐食性に優れた合金としては、Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ−Ｓｎ−Ｍｎ系合金が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この合金は、質量％でＡｌが４．７〜７．３％、Ｃａが１．８〜３．２％、Ｓｎが０．３〜２．２％、Ｍｎが０．１７〜０．６０％を含み、残部がＭｇ及び不純物からなる合金である。

特開２００１−３１６７５２号公報特開平７−３３７３号公報特開２００４−２３８６７６号公報

従来のＭｇ−Ａｌ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｍｎ系合金では、Ｃａを含有するためダイカスト性が悪く、実製品のダイカストは困難である。Ｓｒを添加することにより割れを防止する対策をしているが、引け割れなどの問題が懸念される。湯流れ性を向上させるために、Ａｌを増加させることが考えられるが、Ａｌを増加させると耐クリープ性及び耐食性が低下する。そして、この合金にＳｉを添加すると耐クリープ性及び耐食性が低下する。また、Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｎ系合金は、耐食性がＭｇ−Ａｌ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｍｎ系合金と比較して非常に劣っている。

また、Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ−Ｓｎ―Ｍｎ系合金は、優れた耐クリープ性と耐食性を示すが、Ｃａは鋳造性（ダイカスト性）を低下させる為、ダイカスト性の向上のために鋳造温度を高く設定してダイカストする必要がある。この合金にはＣａが添加されているので燃焼の制御がある程度は可能であるが、高品質の製品をこの合金でダイカストするためには、湯流れ、湯回り性を考慮して鋳造温度を上げる必要性があり、要求される温度範囲（６８０〜７３０℃, この範囲以上は溶湯管理困難）においてはＣａが入っていても燃焼の制御が難しく、一旦燃焼すると鎮火しないという問題点を有している。
そこで本発明は、耐クリープ性、耐食性、鋳造性、防燃性及び防振性に優れた耐クリープマグネシウム合金を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明はＡｌを６．５〜１１．０質量％、Ｃａを０．３〜１．９質量％、Ｓｎを０．１５〜１．５質量％、Ｍｎを０．１〜０．５質量％、
Ｓｒを０．０１〜０．３質量％、Ｎａを０．０３〜０．５質量％含み残部がＭｇおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐クリープマグネシウム合金を提供している。特にＡｌが８．０〜１１．０質量％であることが好ましい。特にＣａが１．３〜１．９質量％であることが好ましい。

請求項１に記載の耐クリープマグネシウム合金によれば、従来のダイカスト用マグネシウム合金と比較して、耐クリープ性、耐食性、鋳造性及び防燃性に優れていることから、生産性及び安全性の向上や鋳造管理の容易化など、実用性に優れたマグネシウム合金が実現できる。さらに、請求項１に記載の耐クリープマグネシウム合金によれば、Ｓｎ及びＮａの添加により防振性を向上させているため、実際に各種部品に導入した際の振動や音の抑制効果を有するマグネシウム合金が実現できる。

請求項２に記載の耐クリープマグネシウム合金によれば、従来のダイカスト用マグネシウム合金と比較して、優れた防燃性及び引張特性を有するマグネシウム合金が実現できる。さらに、請求項２に記載の耐クリープマグネシウム合金によれば、従来のダイカスト用マグネシウム合金と比較して、優れた鋳造性を有するマグネシウム合金が実現できる。

請求項３に記載の耐クリープマグネシウム合金によれば、従来のダイカスト用マグネシウム合金と比較して、優れた耐クリープ性を有するマグネシウム合金が実現できる。

実験１の割れ性の評価に用いた試験片の形状を示す正面図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料の実験１による割れ性の評価に関する測定結果を示す図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料のＳｎ成分の割れ性への影響に関する測定結果を示す図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料のＣａ成分の割れ性への影響に関する測定結果を示す図実験２の耐クリープ性の実験に用いた試験片の形状を示す図実験２の耐クリープ性の実験の様子を示す側面図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料の実験２による耐クリープ性実験Ｉの評価に関する測定結果を示す図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料の実験２による耐クリープ性実験ＩＩの評価に関する測定結果を示す図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料の実験３による耐食性の評価に関する測定結果を示す図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料の実験４−１による防燃性の評価に関する測定結果を示す図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料の実験４−２による防燃性の評価に関する測定結果を示す図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料の実験４−３による防燃性の評価に関する測定結果を示す図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料の実験５による引張特性の評価に関する測定結果を示す図実験６の防振性の評価に用いた試験片の形状を示す正面図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料の実験６による防振性の評価に関する測定結果を示す図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料の実験７による引張特性の評価に関する測定結果を示す図実験８の湯流れ性の評価に用いた試験片の形状を示す正面図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金及び比較材料の実験８による湯流れ性の評価に関する測定結果を示す図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金の実験９による湯流れ性の評価に関する測定結果を示す図マグネシウム合金の実験１０による耐クリープ性の評価に関する測定結果を示す図本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金と接触材料との接触腐食の評価に関する測定結果を示す図

本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金について説明する。この耐クリープマグネシウム合金は、Ａｌ（アルミニウム）が６．５〜１１．０質量％、Ｃａ（カルシウム）が０．３〜１．９質量％、Ｓｎ（スズ）が０．１５〜１．５質量％、Ｍｎ（マンガン）が０．１〜０．５質量％、Ｓｒ（ストロンチウム）が０．０１〜０．３質量％、Ｎａ（ナトリウム）が０．０３〜０．５質量％含まれ、残部はＭｇ（マグネシウム）と不可避的不純物である。ここで、Ａｌを添加すると湯流れ性や割れ性などの鋳造性及び防燃性に効果があるが、Ｍｇ_１７Ａｌ_１２化合物を晶出するため耐クリープ性が低下する。Ａｌの添加量が１１．０質量％を超えると高い耐クリープ性が得られない。従って、Ａｌ添加量は１１．０質量％以下とした。一方、Ａｌの添加量が６．５質量％未満であると、湯流れ性や割れ性などの鋳造性が低下し、ダイカストが困難となる。従って、Ａｌ添加量は６．５質量％以上とした。良好な防燃性及び引張特性を有するためには、Ａｌ添加量は８．０〜１１．０質量％の範囲がより好ましい。さらに、Ａｌ添加量を８．０質量％以上とすることにより、優れた引張特性及び湯回り性を有する。

Ｃａを添加するとマグネシウム合金の防燃性を向上させ、ある程度の高い鋳造温度でも鋳造を可能とする。また、ＣａＡｌ_２として晶出し、粒界すべりを制御させて耐クリープ性を向上させる。しかし、添加しすぎると湯流れ性、粒界割れ性、焼付き性が低下して健全な鋳造品を得ることができない。従って、Ｃａの添加量は、１．９質量％以下とした。一方で、Ｃａの添加量が０．３質量％未満であると、十分な耐クリープ性が得られない。従って、Ｃａの添加量は０．３質量％以上とした。さらに、Ｃａの添加量を１．３〜１．９質量％とすることにより、良好な耐クリープ性を有する。

Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ系合金でＡｌとＣａだけでは金型に焼付きや粒界割れを発生し、ダイカストが困難であるが、Ｓｎを添加すると焼付きが激減する。また、ＳｎはＣａと接合し、Ｓｎ−Ｃａ化合物を晶出して粒内変形を制御する。また、Ｓｎを添加することにより粒界割れが改善する。ただ、Ｓｎの添加量が１．５質量％を超えると、割れ性への効果があまりなく、むしろ焼付きなどが発生しやすくなる。又、Ｓｎの添加量を増やすと耐食性が低下し、ＡＺ９１Ｄ合金並みの耐食性が得られなくなる。従って、Ｓｎ添加量は１．５質量％以下とした。一方、Ｓｎの添加量が０．１５質量％未満であると、鋳造割れや金型への焼付きをおこしやすく、健全な鋳造品を得ることができない。従って、Ｓｎの添加量は０．１５質量％以上とした。

Ｍｎを添加すると耐食性に効果があるが、Ｍｎの添加量が０．５質量％を超えると、金型への焼付きが発生するなど鋳造性が低下しダイカストが困難となる。従って、Ｍｎの添加量は、０．５質量％以下とした。一方で、Ｍｎの添加量が０．１質量％未満であると、耐食性が低下する。従って、Ｍｎの添加量は、０．１質量％以上とした。

少量のＳｒは、耐クリープ性において効果が少ないが、Ｓｒを添加するとマグネシウム合金の鋳造性を向上し、粒界割れなどを防ぐことができる。また、ＳｒはＭｇ_１７Ａｌ_１２の粒界への晶出を制御することができる。Ｓｒの添加量が０．３質量％を超えると、焼付きが発生しやすくなる。従って、Ｓｒの添加量は０．３質量％以下とした。一方、Ｓｒの添加量が０．０１質量％未満であると、ひけ割れや粒界割れ等への効果はあまり得られない。従って、Ｓｒの添加量は０．０１質量％以上とした。

Ｎａを添加すると防燃性に効果があるが、Ｎａの添加量が０．５質量％を超えると、耐食性や引張特性に悪影響を及ぼす。従って、Ｎａの添加量は０．５質量％以下とした。一方で、Ｎａの添加量が０．０３質量％未満であると防燃性の効果をあまり得られない。従って、Ｎａの添加量は０．０３質量％以上とした。

一般的にＡＺ９１Ｄなどのマグネシウム合金は、アルミニウム材料と比較すると防振性に効果があると考えられているが、ＡＤＣ１２などのアルミニウム合金と比較すると差が小さい。そこで、防振効果を向上させるために本発明の実施の形態による耐クリープマグネシウム合金では、ＳｎとＮａを添加している。

なお、通常存在する不可避的不純物は０．００４質量％未満のＦｅ（鉄）、０．００１質量％未満のＮｉ（ニッケル）、０．０８質量％未満のＣｕ（銅）、０．０１質量％未満のＺｎ（亜鉛）等である。

本発明の実施の形態の合金と比較材料について種々の実験を行った。
（実験１）
実験１では、テストピース形状での鋳造性（割れ性）の評価を行った。実験に用いた試料の組成は表１に示すとおりである。ここで、試料１が特開２００１−３１６７５２の合金−１、試料３が特開２００１−３１６７５２の合金−２、試料４が特開２００４−２３８６７６の合金−１、試料５が本実施の形態のマグネシウム合金−1、試料６及び試料９がＳｎの添加質量％が本実施の形態の範囲外である合金であり、試料７が本実施の形態のマグネシウム合金−２（0.8％Ｓｎ）、試料８が本実施の形態のマグネシウム合金−３（1.5％Ｓｎ）、試料１０が本実施の形態のマグネシウム合金−４（0.3Ｃａ）、試料１１が本実施の形態のマグネシウム合金−５（1.5％Ｃａ）試料１２及び試料１３がＣａの添加質量％が本実施の形態の範囲外である合金となる。

これらの試料を用いて、表２に示す４種類の鋳造条件で図１に示す形状の試験片１を鋳造し、割れ性の実験を行った。図１の試験片１は平行部の長さが１０５ｍｍであり、拘束端部の角部Ｒは曲率半径０ｍｍである。割れについては、目視及びカラーチェックによってチェックした。割れ性の評価は、割れ率により算出した。

図２は、各成分が割れに及ぼす影響を検証するために、試料１乃至試料５を条件１乃至４で鋳造し、それぞれの試験片１の割れ性をグラフ化したものである。表２の条件１の結果は斜線、条件２の結果は白塗り、条件３の結果は黒塗り、条件４の結果は灰色で示されている。試料１（特開２００１−３１６７５２の合金−１）と試料３（特開２００１−３１６７５２の合金−２）は条件３及び条件４において割れ性が５０％と高い割合で割れが発生している。これは、Ｓｎの添加がなされていないことが原因と考えられる。一方、Ｓｎが添加されている試料２、試料４（特開２００４−２３８６７６の合金）と試料５（本実施の形態のマグネシウム合金−１）を比較すると、試料５（本実施の形態のマグネシウム合金−1）ではすべての条件において割れ性が３０％以下となっている。これは、Ｎａの元素添加の効果と考えられる。よって、０．０５％のＮａの添加は割れに対して効果が認められる。

図３は、Ｓｎ濃度の割れ性への影響を検証するために、本実施の形態のマグネシウム合金をベースとしてＳｎの添加量を変化させた試験片１の割れ性をグラフ化したものである。表２の条件１の結果は斜線、条件２の結果は白塗り、条件３の結果は黒塗り、条件４の結果は灰色で示されている。全ての試験片において、条件１は割れ性が低く条件３及び４は割れ性が高いという結果となった。また、試料６（0.1％Ｓｎ）、試料７（本実施の形態のマグネシウム合金−２ 0.8％Ｓｎ）、試料８（本実施の形態のマグネシウム合金−３ 1.5％Ｓｎ）においては、割れ性への効果が認められたが、試料９（2.0％Ｓｎ）では割れが発生しやすい結果となった。このことから、Ｓｎ添加量は１．５％以下とするのが好ましく、Ｓｎを１．５％以下とした本実施の形態のマグネシウム合金においては、割れ性は低い結果となった。

図４は、Ｃａ成分の割れ性への影響を検証するために、本実施の形態のマグネシウム合金をベースとしてＣａの添加量を変化させた試験片１の割れ性をグラフ化したものである。表２の条件１の結果は斜線、条件２の結果は白塗り、条件３の結果は黒塗り、条件４の結果は灰色で示されている。試料１０（本実施の形態のマグネシウム合金−４ 0.3Ｃａ）及び試料１１（本実施の形態のマグネシウム合金−５ 1.5％Ｃａ）については、割れ性が４０％以下となっている。一方、試料１２（2.0％Ｃａ）及び試料１３（2.5％Ｃａ）では、全ての条件において割れ性が４０％以上でありＣａ量が多くなるに従って、割れ性が増加する。特に、２．０％以上添加した場合には割れ性が増加している。Ｃａを１．９％以下とした本実施の形態のマグネシウム合金においては、割れ性は低い結果となった。

（実験２）
本発明の実施の形態の合金と比較材料について耐クリープ性の実験を行った。２５０℃の温度雰囲気で４３時間曲げ加重を負荷する耐クリープ性実験Ｉと２００℃の温度雰囲気で１００時間曲げ加重を負荷する耐クリープ性実験ＩＩとを行いそれぞれ変位を測定した。耐クリープ性実験Ｉでは、試料１４（本実施の形態のマグネシウム合金−６）、試料１５、試料１６、試料１７（特開２００４−２３８６７６の合金−２）、試料１８（ＡＺ９１Ｄ−１）及び試料１９（ＡＤＣ１２）を用いて図５Ａに示す試験片２を鋳造した。耐クリープ性実験ＩＩでは、試料１４（本実施の形態のマグネシウム合金−６）、試料２０（本実施の形態のマグネシウム合金−７）、試料１５、試料１６、試料１７（特開２００４−２３８６７６の合金−２）、試料２１、試料２２、試料１９（ＡＤＣ１２）を用いて図５−１に示す試験片２を鋳造した。試験片２は、ＡＳＴＭのＢ−８５の引張試験片（平行部の直径６．３５ｍｍ、標点間距離５７．５ｍｍ、長さ２１０ｍｍ）であり、図５−２で示されるように、試験片２の両端を支持台３ａ、３ｂにて支持し、支持台３ａと３ｂの間の距離は１５０ｍｍとし、試験片２の中央部に１９．６Ｎの荷重を所定の時間かけ、試験片２に曲げ変位を生じさせた。

図６は耐クリープ性実験Ｉの結果、図７は耐クリープ性実験ＩＩの結果を示している。本実施の形態のマグネシウム合金は黒塗り、比較材料は白塗りで示す。図６より、試料１４（本実施の形態のマグネシウム合金−６）は、試料１７（特開２００４−２３８６７６の合金−２）と比較して優れた結果となっている。これは、Na添加によるＳｎ−Ｎａ化合物の晶出によると考えられる。

図７において、試料１４（本実施の形態のマグネシウム合金−６）及び試料２０（本実施の形態のマグネシウム合金−７）は他の比較材料と比べても歪みが小さく、試料１９（ＡＤＣ１２）とほぼ同程度の耐クリープ性を示している。本実施の形態のマグネシウム合金は、マグネシウム合金では困難だと考えられているアルミダイカスト合金並み、また同程度に近い耐クリープ性を得ている。

（実験３）
本発明の実施の形態の合金と比較材料について、塩水噴霧試験（ＪＩＳＺ２３７１）により耐食性の実験を行った。実験に用いた合金の種類及び腐食率を表４に示す。試料２３は本実施の形態のマグネシウム合金−８、試料２５は特開２００４−２３８６７６の合金−３、試料２６はＳｎの添加質量％が本実施の形態の範囲外である合金、試料２７はＡＺ９１Ｄ−２、試料２９は特開２００１−３１６７５２の合金−３となる。

図８に実験３の結果を本実施の形態のマグネシウム合金を黒塗り、比較材料を白塗りで示す。塩水噴霧試験の実施結果から、試料２３（本実施の形態のマグネシウム合金−８）の耐食性は試料２７（ＡＺ９１Ｄ−２）と同程度であり、試料２５（特開２００４−２３８６７６の合金−３）及びその他の比較材料よりも優れた耐食性を示した。一般にＳｎを添加すると耐食性が低下することが知られているが、試料２３（本実施の形態のマグネシウム合金−８）の耐食性は試料２７（ＡＺ９１Ｄ−２）と同程度であり耐食性の低下は見られなかった。これは、本実施の形態のＳｎの添加範囲においては、Ｍｇマトリックス中にＳｎが固溶して固溶体を形成することにより、Ｍｇマトリックス総体の電位が上がり、Ｍｇマトリックスと金属間化合物などの析出物との電位差が少なくなり、局部腐食が促進されなくなるためだと考えられる。また、Ｍｇに対するＳｎの固溶域が広い高温からダイカストを急冷することにより、耐食性に影響しない固溶体、又は多少は耐食性に効果がある固溶体が得られ、かつ耐食性を低下させる金属間化合物などの析出があまり生成されないことが考えられる。しかし、Ｓｎの添加量が多い試料２５（特開２００４−２３８６７６の合金−３）、試料２６、試料２８においては、耐食性が低下した。これは耐食性に悪影響を及ぼす金属間化合物が晶出するためと考えられる。

（実験４）
Ｍｇ合金の溶解、鋳造時のＭｇ合金溶湯の防燃性は、鋳造性、生産性に影響を及ぼす不可欠の要素である。防燃効果の無い合金は、鋳造温度を上げることができないため、湯流れ不良や充填不良が発生する。特に、Ｍｇ合金は鋳造温度の影響が大きいため、防燃効果は不可欠である。溶湯温度の制御可能な温度目安は、６８０℃から７３０℃程度でこれ以上の溶湯温度で鋳造すると、インゴット投入時などで着火して燃焼反応し、燃焼を制御できなくなる。

（実験４−１）
本実施の形態のマグネシウム合金と比較材料についての防燃性の評価を行った。実験方法は、７００℃に溶湯温度を保持して表面の酸化物を除去し、１０分間沈静した後、蓋を開けて着火時間を測定するというものである。実験に用いた合金の種類を表５に示す。表６の着火時間は、着火が２箇所になった時の時間を測定したものである。試料３２は特開２００４−２３８６７６の合金−４、試料３３は本実施の形態のマグネシウム合金−９、試料３４はＡＭ６０Ｂである。

図９及び表６に実験の結果を示す。試料３３（本実施の形態のマグネシウム合金−９）では、試料３０、試料３１、試料３２（特開２００４−２３８６７６）と比較して着火時間が２０秒以上長く、防燃性が認められた。これは、Ｍｇ溶湯表面にＮａの比較的安定な防護皮膜が発生したことによる。

（実験４−２）
次に各Ｎａ成分の防燃性に及ぼす影響について調査を行った。実験４−１と同様の方法で、表７に示す合金について実験を行った。試料３６は特開２００４−２３８７６の合金−４、試料３８は本実施の形態のマグネシウム合金−１０、試料３９は本実施の形態のマグネシウム合金−１１、試料４０は本実施の形態のマグネシウム合金−１２となる。

その結果を図１０及び表８に示す。試料３７（Ｎａ0.009％）と試料３８（本実施の形態のマグネシウム合金−１０Ｎａ0.03％）との比較から、Ｎａ成分が0.009%程度では効果が無いが、0.03%程度になると効果が認められた。0.009%Ｎａ添加量では、効果が少なく着火時間は比較材料と同程度である。試料３９（本実施の形態のマグネシウム合金−１１Ｎａ0.2％）及び試料４０（本実施の形態のマグネシウム合金−１２Ｎａ0.5％）から、Ｎａは成分量が多いと、さらに防燃効果が認められる。ただ、Ｎａ添加量が多いと耐食性や引張特性に悪影響を及ぼすことから上限は０．５%程度が適当である。

（実験４−３）
Ｎａ添加により防燃効果が向上するが、さらにＡｌ成分を増加させることによって防燃効果は向上する。特に、Ａｌが多いほど効果が大きい。よってＡｌの添加量を変化させた表９に示す合金について実験を行った。試料４１は本実施の形態のマグネシウム合金−１３、試料４２は本実施の形態のマグネシウム合金−１４、試料４３は特開２００４−２３８６７６の合金−５、試料４４本実施の形態のマグネシウム合金−１５、試料４５は本実施の形態のマグネシウム合金−１６となる。

図１１及び表１０に実験の結果を示す。実験４−１から、本実施の形態のマグネシウム合金は、いずれの比較材料と比較しても防燃性は良く、図１１より試料４３（特開２００４−２３８６７６の合金−５）と本実施の形態のマグネシウム合金との差は明確である。また、試料４１（本実施の形態のマグネシウム合金−１３Ａｌ6.5％）と比べて試料４４（本実施の形態のマグネシウム合金−１５Ａｌ8.0％）及び試料４５（本実施の形態のマグネシウム合金−１６Ａｌ9.0％）は防燃性が良いことから、Ａｌ成分を増加させると防燃効果が向上することがわかる。これは, Ａｌ添加によりスピネルやアルミナ皮膜が溶湯表面に発生するためである。これらの皮膜は安定で、表面のＭｇＯ化を制御することができる。ただ、Ａｌ添加により鋳造性などが向上するが、耐クリープ性が低下する。試料４３（特開２００４−２３８６７６の合金−５）はＮａが添加されていないため本実施の形態のマグネシウム合金と比較すると防燃性が低い。本実施の形態のマグネシウム合金の防燃性が良いのは、Ｎａを添加するとＭｇ溶湯表面にＮａ酸化物が生じ、Ａｌとの相乗効果により安定な皮膜が生成し、防燃性が向上するためである。

（実験５）
本実施の形態のマグネシウム合金と比較材料についての引張特性の調査を行った。表１１に示す金属について実験を行った。試料４６は本実施の形態のマグネシウム合金−１７、試料４７は本実施の形態のマグネシウム合金−１８、試料４８は本実施の形態のマグネシウム合金−１９、試料４９は特開２００４−２３８６７６の合金−６、試料５０はＡＤＣ１２となる。

結果を表１２及び図１２に示す。図１２において、引張強さを斜線、耐力を白塗り、比強度を黒塗り、比耐力を灰色とする。Ａｌの質量%が増加するにしたがって、引張強さ、耐力が増加する。特に耐力が増加し、試料４８（本実施の形態のマグネシウム合金−１９Ａｌ9.5％）は試料５０（ＡＤＣ１２）並の耐力値が認められた。また、比強度、比耐力においては試料４６（本実施の形態のマグネシウム合金−１７）、試料４７（本実施の形態のマグネシウム合金−１８）及び試料４８（本実施の形態のマグネシウム合金−１９）は試料５０（ＡＤＣ１２）合金より高い値を示している。また、それらと試料４９（特開２００４−２３８６７６の合金−６）とを比較しても僅かに高い値を示している。Ａｌ％を調節することにより、高強度、高耐力が得られるが、耐クリープ性は低下する。

（実験６）
本発明の実施の形態のマグネシウム合金と比較材料について防振性の実験を行った。防振性は、振動や音に対して影響を及ぼすことから、実際の製品に導入された場合は重要な特性である。試料１（特開２００１−３１６７５２の合金−１）、試料４（特開２００４−２３８６７６の合金）、試料５（本実施の形態のマグネシウム合金−１）、試料２７（ＡＺ９１Ｄ−２）、試料１９（ＡＤＣ１２）について実験を行った。図１３の試験片を用いて防振性の評価を行った。ハンマ-で冶具ヘッドに入力を与えて固定振動数を求め,対数減衰率を以下の式を用いて計算した。

式（１）において、ｆｎは１次固有振動数、ΔＸは時間変化量、ΔＹは変化量である。

図１４に防振性の実験の結果を示す。本実施の形態のマグネシウム合金は黒塗り、比較材料は白塗りで示す。一般的に、マグネシウム合金はアルミニウム合金と比較すると防振性は優れている。本実験においても、試料１９（ＡＤＣ１２）のアルミニウム合金と比較するといずれのマグネシウム合金の防振性は高い結果となった。また、マグネシウム合金の防振性は合金系によって異なるが、試料２７（ＡＺ９１Ｄ−２）のＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金と比較すると、本実施の形態のマグネシウム合金を含むＭｇ−Ａｌ−Ｃａ系合金は防振性に優れた結果となった。本実施の形態のマグネシウム合金である試料５（本実施の形態のマグネシウム合金−１）は最も優れた防振効果を有する。同じＭｇ−Ａｌ−Ｃａ系合金である試料１（特開２００１−３１６７５２の合金−１）や試料４（特開２００４−２３８６７６の合金）と比較してもより高い防振効果が得ることができたのは、Ｓｎ添加とＮａ添加により、双晶変形し易くなったためである。

（実験７）
図５−１に示す試験片にて、試料５（本実施の形態のマグネシウム合金−１）、試料４７（本実施の形態のマグネシウム合金−１８）、試料１（特開２００１−３１６７５２の合金−１）、試料２７（ＡＺ９１Ｄ−２）、及び試料５０（ＡＤＣ１２）について引張特性の調査を行った。

結果を図１５に示す。図１５において、引張強さを斜線、耐力を白塗りとし、破断伸びを折れ線グラフで示す。試料５（本実施の形態のマグネシウム合金−１）及び試料４７（本実施の形態のマグネシウム合金−１８）の引張特性は、代表的なマグネシウム合金である試料２７（ＡＺ９１Ｄ−２）と比較すると同等か、それ以上である。より具体的には、Ａｌの添加量が８．０質量％以上である場合に試料２７よりも優れた引張特性を示している。この傾向はＡｌの添加量の増大に伴い、より顕著なものとなる。

（実験８）
図１６に示す湯流れ試験片を用いて表１３に示す条件で、試料５（本実施の形態のマグネシウム合金−１、Ａｌ6.5％）、試料４７（本実施の形態のマグネシウム合金−１８Ａｌ8.5％）、試料２７（ＡＺ９１Ｄ−２）、試料３７について湯流れ試験を実施した。

その結果を図１７に示す。試料５（本実施の形態のマグネシウム合金−１、Ａｌ6.5％）及び試料４７（本実施の形態のマグネシウム合金−１８Ａｌ8.5％）は、試料３７と同程度の湯流れ性が認められた。さらに、本実施の形態のマグネシウム合金であっても試料５よりＡｌの添加量が８．５％である試料４７のほうが、より優れた湯流れ性が得られた。

（実験９）
実験８と同様の条件にて試料４５（本実施の形態のマグネシウム合金−１６Ａｌ9.0％）、試料４４（本実施の形態のマグネシウム合金−１５Ａｌ8.0％）、試料４１（本実施の形態のマグネシウム合金−１３Ａｌ6.5％）についてさらに湯流れ試験を実施した。

その結果を図１８に示す。Ａｌの添加量が増加するに伴い、湯流れ性が向上している。具体的には、Ａｌ添加量が８．０％以上となると優れた湯流れ性を得ることができる。この理由は、液相温度と固相温度がＡｌの添加量の増加に伴い低下するためと考えられる。

（実験１０）
実験２にて行った耐クリープ性の試験を、２５０℃の雰囲気で５０時間曲げ加重を負荷することにより行った。カルシウム添加量を変化させた試料５１（Ｃａ0.3％）、試料５２（Ｃａ1.3％）、試料５３（Ｃａ1.9％）について試験を行った。

その結果を図１９に示す。Ｃａを１．３％以上とした試料はＣａを０．３％とした試料よりも耐クリープ性が優れた結果となった。従って、Ｃａの添加量は１．３〜１．９質量％であることが望ましい。

（実験１１）
次に、本実施の形態のマグネシウム合金と表１５に示す合金及び試料２７とを接触させて塩水噴霧試験（ＪＩＳＺ２３７１）を行い、１００時間後の腐食率を測定した。

その結果を図２０に示す。接触腐食は合金成分によって異なるが、試料５４、５５、５６のアルミニウム材料が効果的で、腐食率が小さい結果となった。本発明による耐クリープマグネシウム合金は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。

本発明の耐クリープマグネシウム合金は、自転車用部品の素材に使用される合金として利用することができる。

１：試験片１、２：試験片２、３ａ：支持台、３ｂ：支持台

Claims

Ａｌを６．５〜１１．０質量％、Caを０．３〜１．９質量%、Ｓｎを０．１５〜１．５質量%、Ｍｎを０．１〜０．５質量%、Ｓｒを０．０１〜０．３質量％、Ｎａを０．０３〜０．５質量％含み残部がＭｇおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐クリープマグネシウム合金。
Ａｌを８．０〜１１．０質量％含むことを特徴とする請求項１に記載の耐クリープマグネシウム合金。
Ｃａを１．３〜１．９質量％含むことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の耐クリープマグネシウム合金。