JP2016520714A5

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Publication number: JP2016520714A5
Application number: JP2016506784A
Authority: JP
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2034-04-08

Description

アルミニウム不含のマグネシウム合金

本発明は、アルミニウム不含のマグネシウム合金並びに押し出しプレスされたか、連続鋳造されたか、又はダイキャストされた半製品あるいは部材、並びにシートメタルを製造するためのそれの使用に関する。

マグネシウム合金は軽量構造部材の原料であり、これは、その他の金属の合金に比較して非常に小さい重量を有しており、そして低重量が重要な役割を果たす、特に、自動車技術、エンジン構造物及び航空及び宇宙技術において使用されている。

非常に良好な強度特性及び小さな比重により、マグネシウム合金は、金属構成材料として、自動車部品及び航空機部品にとりわけ高い関心が持たれている。

特に自動車部品において軽量化が必要とされている。というのも、快適さ及び安全性に関する標準が高まっていることに起因して追加的な要素が組み込まれているからである。また、省エネ自動車を製造するための軽量部品も重要である。マグネシウム原材料を加工する場合の方法は、ダイキャストによる成形並びに押し出し成形、鍛造、圧延、延伸又は深絞りによる成形がますます重要になっている。これらの方法によって軽量部材を製造することができ、このために、特に自動車の製造における重要性が増大している。

従来技術において、有利な機械特性、特に高い引張り強度を有する合金が存在する。

ドイツ国特許第８０６０５５号明細書（特許文献１）からは、希土類の群の金属０．５〜１０％、残部のマグネシウムの組成であって、但し、該希土類は、少なくとも５０％まで、好ましくは少なくとも７５％までがネオジムからなり、最大で、２５％以下がランタン及びセリウムの合計又はランタン及びセリウムのそれぞれからなり、そして、プラセオジム、少量のサマリウム及び微量のイットリウム族の元素を残部として含み、その際、次の元素、マンガン、アルミニウム、カルシウム、トリウム、水銀、ベリリウム、亜鉛、カドミウム及びジルコニウムの一種又は二種以上が添加される、マグネシウム合金が知られている。

ドイツ国特許出願公開第４２０８５０４Ａ１号明細書（特許文献２）からは、２〜８％の希土類金属を含有し、その際、該希土類金属がサマリウムからなるマグネシウム合金が知られている。

更に、有利な機械特性を有するマグネシウム合金を含む合金が知られており、これは亜鉛及び希土類金属の混合物を含有しており、該希土類金属の混合物は、高い割合のセリウムを有する。そのような合金は、約４．５重量％の亜鉛及び約１．０重量％の、高い割合のセリウムを有する希土類を含有している。これらの合金は、良好な機械特性を達成できるが、非常に鋳造しにくいため、満足のいく品質の部材に鋳造することが困難である。複雑に複合した部材の場合、溶接が困難になる可能性がある。

より改善された鋳造性を有する合金は、より高い添加量の亜鉛及び希土類によって得ることができる。しかしながらこれは、脆性を招く。これは、水素処理によって回避できるが、製造費用が高価になる。

例えば、アルミニウム及び亜鉛のようなその他の金属の成分をより高い含有量で有する、いわば、微細な凝固組織を有するマグネシウム合金は、純粋なマグネシウム又はマグネシウム−マンガン−合金と比較して、それらの腐食特性に関して本質的に劣っている。

ドイツ国特許出願公開第１４３３１０８Ａ１号明細書（特許文献３）からは、微細な凝固組織を有するケイ素含有の、耐腐食性のマグネシウム合金が知られている。そのマグネシウム合金は、ケイ素以外に、マンガン、亜鉛、チタン、及び、更なる合金成分としてのアルミニウム、カドミウム及び銀が添加される。

主成分のマグネシウム以外のマンガン及び更なる元素、例えば、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、カルシウム等を含有する別の合金は、例えば、ドイツ国特許出願第１９９１５２７６Ａ１号明細書（特許文献４）、ドイツ国特許出願公開第１９６３８７６４Ａ１号明細書（特許文献５）、ドイツ国特許第６７９１５６号明細書（特許文献６）、ドイツ国特許第６９７０４８０１Ｔ２号明細書（特許文献７）、ドイツ国特許出願公開第４４４６８９８Ａ１号明細書（特許文献８）から知られている。

これら公知のマグネシウム合金は、様々な欠点を有する。

米国特許第６５４４３５７号明細書（特許文献９）は、０．１又は０．２重量％〜３０又は４０重量％のＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｂ、Ｂｅ、Ｇｅ及びＳｂをその他の元素と一緒に含有するマグネシウム合金及びアルミニウム合金を開示している。製造し得る合金の範囲は、以下の従属項に記載される合金に当業者が到達することは不可能であるほど極めて広くかつ管理できるものではない。

カルシウムが存在する場合、高い冷却速度による鋳造法、例えば、射出成形における鋳造後に高温クラックが発生する可能性がある。マグネシウム−アルミニウム−亜鉛−マンガン、あるいはマグネシウム−アルミニウム−マンガンを含有する合金の場合、より高い温度における強度が低減する。

全体的に、成形挙動、溶接性又は耐腐食性が低下する。

最も慣用的なマグネシウム合金の低温成形性は、その六方晶構造及びその小さい展性に起因して制限される。ほとんどのマグネシウム合金は、室温で脆性挙動を示す。マグネシウム合金から半製品を製造するための所定の成形法は、高い引張り強度の他に展性挙動を必要とする。より高い展性によって、改善された成形挙動及び変形挙動が可能であり、場合によっては、より高い強度及び靭性も可能となる。

公知のマグネシウム合金の多くが、製造状態によって非常に様々な特性を有する。

ドイツ国特許第８０６０５５号明細書ドイツ国特許出願公開第４２０８５０４Ａ１号明細書ドイツ国特許出願公開第１４３３１０８Ａ１号明細書ドイツ国特許出願第１９９１５２７６Ａ１号明細書ドイツ国特許出願公開第１９６３８７６４Ａ１号明細書ドイツ国特許第６７９１５６号明細書ドイツ国特許第６９７０４８０１Ｔ２号明細書ドイツ国特許出願公開第４４４６８９８Ａ１号明細書

本発明の課題は、シートメタル、溶接ワイヤ、押出形材及び／又はダイキャスト形材又は押し出し成形部品及び／又はダイキャスト部品を製造するのに適した、すなわち、良好な成形特性、高い耐腐食性、改善された溶接性、高い延伸性並びに良好な低温成形性を有するマグネシウム合金を開発することである。

本発明によれば、次の組成を有するマグネシウム合金によってそれは達成される。
マンガン１．４〜２．２
セリウム０．４〜４．０
ランタン０．２〜２．０
スカンジウム０．０００１〜５
（ここで、これらの値は該合金の重量百分率（重量％）に関係しており、そして、該合金の１００重量％まではマグネシウム並びに製造時に生じる不純物であり、そして、セリウムのランタンに対する割合は２：１である。）

このマグネシウム合金は、少なくとも１２０Ｍｐａの降伏力Ｒｐ０．２を有し、並びに、より大きな温度範囲にわたる良好な強度特性、及び高いクリープ耐性を有する一方で十分な成形性を有する。

本発明のマグネシウム合金は、シートメタル、半製品又は押出成形部品及び／又はダイキャスト部品及び／又は押出形材及び／又はダイキャスト形材を製造するのに、並びに溶接ワイヤを製造するのに使用できる。それから、特別な部品、好ましくは、自動車部品、列車部品、船舶部品及び航空機部品、例えば、シート、窓又はドアのフレーム、自動車の外装、ハウジング、支持部材、保持部材、架台及びその他の小型部品における使用のために製造することができる。

本発明のマグネシウム合金の特に有利な組成は、９７．１５重量％のアルミニウム不含のマグネシウム、１．８重量％のマンガン、０．６重量％のセリウム、０．３重量％のランタン及び０．１５重量％のスカンジウムの構成成分から製造される場合に得られる。

この組成を有する合金は、良好な耐腐食性、改善された低温成形挙動、低減された高温クリープ挙動、並びに高い降伏力を特徴とする。スカンジウムの添加によって、微細凝固構造（ｋｏｒｎｇｒｏｅｓｓｅｎｆｅｉｎｅｎｄｅ）効果が生じる。

このマグネシウム合金は、特に、シートメタル、押出形材及び／又はダイキャスト形材又は押し出し成形部品及び／又はダイキャスト部品、並びに延伸溶接ワイヤの製造に使用することができる。
本発明の特徴は次のとおりである。
１．次の組成のアルミニウム不含のマグネシウム合金。
マンガン１．４〜２．２
セリウム０．４〜４．０
ランタン０．２〜２．０
スカンジウム０．０００１〜５
（ここで、これらの値は該合金の重量百分率（重量％）に関係しており、そして、該合金の１００重量％まではマグネシウム並びに製造時に生じる不純物であり、そして、セリウムのランタンに対する割合は２：１である。）
２．前記マグネシウム合金が、押出形材及び／又はダイキャスト形材を製造するために使用されることを特徴とする、上記の特徴１に記載のアルミニウム不含のマグネシウム合金。
３．前記マグネシウム合金が、延伸溶接ワイヤを製造するために使用されることを特徴とする、上記の特徴１に記載のアルミニウム不含のマグネシウム合金。

Claims

マンガン１．４〜２．２重量％
セリウム０．４〜４．０重量％
ランタン０．２〜２．０重量％
及び、残部のマグネシウム並びに製造時に生じる不純物の組成を有するアルミニウム不含のマグネシウム合金であって、
該合金に０．１５重量％のスカンジウムが添加され、そして、該合金におけるセリウムのランタンに対する重量割合が２：１であることを特徴とする、上記のアルミニウム不含のマグネシウム合金。
９７．１５重量％のマグネシウム、１．８重量％のマンガン、０．６重量％のセリウム、０．３重量％のランタン及び０．１５重量％のスカンジウムからなる、請求項１に記載のアルミニウム不含のマグネシウム合金。
押出形材を製造するための、請求項１または２に記載の合金の使用。
延伸溶接ワイヤを製造するための請求項１または２に記載の合金の使用。