JP2019202532A - Hard-soft laminate structural material and method for producing the same - Google Patents

Hard-soft laminate structural material and method for producing the same Download PDF

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能人 河村
倫昭 山崎
Tomoaki Yamazaki
倫昭 山崎
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拓 斎藤
阿部英司
Eiji Abe
英司 阿部
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Abstract

To provide a hard-soft laminate structural material having higher strength than that of the original materials.SOLUTION: An embodiment of this invention is a hard-soft laminate structural material, which is a material having a structure in which a plurality of hard layers and a plurality of soft layers are alternately laminated, the soft layer being thicker than the hard layer, the soft layer having a thickness of 1 μm or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、硬質・軟質積層構造材料及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a hard / soft laminated structure material and a method for producing the same.

マグネシウム合金は、携帯電話やノート型パソコンの筐体あるいは自動車用部品などに急速に普及している。これらの用途に使用するためにはマグネシウム合金には高強度が要求される。   Magnesium alloys are rapidly spreading in mobile phone and notebook PC casings and automotive parts. High strength is required for magnesium alloys for use in these applications.

KUMADAIマグネシウム合金は従来の常識を覆す機械的強度と耐熱性を有するとともに高い発火温度を持つことから次世代の高強度マグネシウム合金として注目され、輸送機器材料や医療機器材料として研究開発が進められている。KUMADAI 耐熱マグネシウム合金の強化の源は、長周期積層構造(LPSO構造)とそのキンク形成である。これらは、KUMADAI マグネシウム合金で初めて見出された構造と材料強化法である。   KUMADAI Magnesium Alloy is attracting attention as a next-generation high-strength magnesium alloy because it has mechanical strength and heat resistance that overturn conventional wisdom and has a high ignition temperature, and research and development is being promoted as a material for transport equipment and medical equipment. Yes. The source of strengthening of KUMADAI heat-resistant magnesium alloy is long-period laminated structure (LPSO structure) and its kink formation. These are the structural and material strengthening methods first discovered in KUMADAI magnesium alloy.

LPSO型マグネシウム合金の「LPSO構造」は、硬質層と軟質積層がアトミックオーダーで密にしかも秩序的に積層した構造を持っている。硬質層(重い添加元素で構成)が密に積層しているので、添加元素が増えるために、LPSO型マグネシウム合金の比重は比較的に重くなる(例えば特許文献1,2参照)。   The “LPSO structure” of LPSO type magnesium alloy has a structure in which hard layers and soft laminates are densely and orderly laminated in an atomic order. Since the hard layers (consisting of heavy additive elements) are densely stacked, the additive elements increase, so that the specific gravity of the LPSO-type magnesium alloy becomes relatively heavy (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

上記のKUMADAIマグネシウム合金のような強化法が見出されると、その材料の用途範囲が広がり、産業の飛躍的な発展に貢献するため、元の材料より強度を高くできる材料の新しい強化法は常に求められている。   When a strengthening method such as the above KUMADAI magnesium alloy is found, the range of application of the material will be expanded and it will contribute to the dramatic development of the industry. Therefore, there is always a need for new strengthening methods for materials that can be stronger than the original materials. It has been.

WO2005/052203号公報WO2005 / 052203 publication WO2005/052204号公報WO2005 / 052204

本発明の一態様は、元の材料より強度が高くされた硬質・軟質積層構造材料またはその製造方法を提供することを課題とする。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a hard / soft laminated structure material whose strength is higher than that of the original material or a method for manufacturing the same.

以下に本発明の種々の態様について説明する。
[1]硬質層と軟質層が交互に複数積層された構造を有する材料であり、
前記軟質層の厚さは前記硬質層の厚さより厚く、
前記軟質層の厚さは1μm以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[2]上記[1]において、
前記材料は、キンク変形する物質であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[3]上記[1]または[2]において、
前記硬質層及び前記軟質層にキンクが形成されていることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
Various aspects of the present invention will be described below.
[1] A material having a structure in which a plurality of hard layers and soft layers are alternately laminated,
The soft layer is thicker than the hard layer,
A hard / soft laminated material, wherein the soft layer has a thickness of 1 μm or less.
[2] In the above [1],
The material is a hard / soft laminated material characterized in that the material is a kink-deforming substance.
[3] In the above [1] or [2],
A hard / soft laminated material, wherein kinks are formed in the hard layer and the soft layer.

[4]上記[3]に記載の硬質・軟質積層構造材料は、前記キンクが形成されていない上記[1]に記載の硬質・軟質積層構造材料より強度が高いことを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。 [4] The hard / soft laminated material according to [3] has higher strength than the hard / soft laminated material according to [1] in which the kink is not formed. Laminated structure material.

[5]上記[1]乃至[4]のいずれか一項において、
前記硬質層の相互間に前記軟質層が隙間なく充填されており、
前記材料を塑性変形させる際の前記軟質層のすべり変形もしくはせん断変形が、前記軟質層の層面に限定されていることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[5] In any one of [1] to [4] above,
The soft layer is filled with no gap between the hard layers,
A hard / soft laminated material characterized in that slip deformation or shear deformation of the soft layer when plastically deforming the material is limited to a layer surface of the soft layer.

[6]上記[1]乃至[5]のいずれか一項において、
前記材料は、金属系、セラミックス系及び高分子系のいずれかの材料であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[6] In any one of [1] to [5] above,
A hard / soft laminated material, wherein the material is any one of a metal, a ceramic, and a polymer.

[7]上記[1]乃至[6]のいずれか一項において、
前記硬質層の厚さが100nm以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[7] In any one of the above [1] to [6],
A hard / soft laminated material, wherein the hard layer has a thickness of 100 nm or less.

[8]上記[1]乃至[7]のいずれか一項において、
前記硬質層の厚さが前記軟質層の厚さの1/2以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[8] In any one of the above [1] to [7],
A hard / soft laminated material, wherein the thickness of the hard layer is ½ or less of the thickness of the soft layer.

[9]上記[1]乃至[8]のいずれか一項において、
前記硬質層は、薄い軟質層と薄い硬質層が交互に積層した板状層で構成されていることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[9] In any one of [1] to [8] above,
The hard / soft laminated material is characterized in that the hard layer is composed of a plate-like layer in which thin soft layers and thin hard layers are alternately laminated.

[10]上記[9]において、
前記薄い軟質層及び前記薄い硬質層それぞれの厚さが10nm以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[10] In the above [9],
A hard / soft laminated material, wherein each of the thin soft layer and the thin hard layer has a thickness of 10 nm or less.

[11]上記[1]乃至[10]のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は金属系の材料であり、
前記硬質層の結晶構造が、前記軟質層の結晶構造と異なることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[11] The hard / soft laminated structure material according to any one of [1] to [10] is a metal-based material,
A hard / soft laminated material, wherein the crystal structure of the hard layer is different from the crystal structure of the soft layer.

[12]上記[1]乃至[10]のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は金属系の材料であり、
前記硬質層と前記軟質層の結晶構造が同じであり、
前記硬質層の溶質元素濃度が、前記軟質層の溶質元素濃度と異なることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
前記硬質層の溶質元素濃度が、前記軟質層の溶質元素濃度と異なることにより、結晶構造が同じで、濃度変調が無い金属系の材料は除外される。
[12] The hard / soft laminated structure material according to any one of [1] to [10] is a metal-based material,
The crystal structure of the hard layer and the soft layer is the same,
A hard / soft laminated material, wherein a solute element concentration of the hard layer is different from a solute element concentration of the soft layer.
When the solute element concentration of the hard layer is different from the solute element concentration of the soft layer, metal-based materials having the same crystal structure and no concentration modulation are excluded.

[13]上記[1]乃至[10]のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は金属系の材料であり、
前記硬質層がhcp構造及びbcc構造の一方を有し、
前記軟質層がhcp構造及びbcc構造の他方を有することを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[13] The hard / soft laminated structure material according to any one of [1] to [10] is a metal material,
The hard layer has one of an hcp structure and a bcc structure;
A hard / soft laminate material, wherein the soft layer has the other of an hcp structure and a bcc structure.

[14]上記[1]乃至[10]のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は金属系の材料であり、
前記硬質層がhcp構造及びfcc構造の一方を有し、
前記軟質層がhcp構造及びfcc構造の他方を有することを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[14] The hard / soft laminated structure material according to any one of [1] to [10] is a metal-based material,
The hard layer has one of an hcp structure and an fcc structure;
A hard / soft laminated material, wherein the soft layer has the other of an hcp structure and an fcc structure.

[15]上記[1]乃至[10]のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は金属系の材料であり、
前記硬質層がfcc構造及びbcc構造の一方を有し、
前記軟質層がfcc構造及びbcc構造の他方を有することを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[15] The hard / soft laminated material according to any one of [1] to [10] is a metal-based material,
The hard layer has one of an fcc structure and a bcc structure;
A hard / soft laminate material, wherein the soft layer has the other of an fcc structure and a bcc structure.

[16]上記[14]に記載の硬質・軟質積層構造材料はMg合金であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。 [16] The hard / soft laminated material according to [14] is a Mg alloy.

[17]上記[16]において、
前記Mg合金は、Mg−Zn−Y合金、Mg−Zn−Gd合金、Mg−Zn−(Y−Gd)合金、Mg−Zn−Y−X−Z合金、Mg−Zn−Gd−X−Z合金、及びMg−Zn−Y−Gd−X−Z合金のいずれかであり、
前記Xは、Al、Ca及びLiからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Zは、希土類元素、Mn、Si、Zr、Ti、Hf、Nb、Sn、Ag、Sr、Sc、Sb、B、C及びBeからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Znの含有量をa原子%、前記Yの含有量をb原子%、前記Gdの含有量をb原子%、前記Y及びGdの合計含有量をb原子%、前記Xの含有量をc原子%、前記Zの含有量をd原子%とすると、下記(式1)〜(式6)を満たすことを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
(式1)0.1≦a≦3.0
(式2)0.1≦b≦3.0
(式3)c≦3.0
(式4)d≦1.0
(式5)b≦a+2
(式6)b≧a−1
なお、前記希土類元素は全ての希土類元素を含む意味である。
[17] In the above [16],
The Mg alloy includes Mg—Zn—Y alloy, Mg—Zn—Gd alloy, Mg—Zn— (Y—Gd) alloy, Mg—Zn—Y—X—Z alloy, Mg—Zn—Gd—X—Z. Alloy, or Mg-Zn-Y-Gd-XZ alloy,
X is at least one element selected from the group consisting of Al, Ca and Li;
Z is at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, Mn, Si, Zr, Ti, Hf, Nb, Sn, Ag, Sr, Sc, Sb, B, C, and Be;
The Zn content is a atomic%, the Y content is b atomic%, the Gd content is b atomic%, the total content of Y and Gd is b atomic%, and the X content is c. A hard / soft laminated structure material satisfying the following (formula 1) to (formula 6) when the atomic percent and the Z content are d atomic percent.
(Formula 1) 0.1 ≦ a ≦ 3.0
(Formula 2) 0.1 ≦ b ≦ 3.0
(Formula 3) c ≦ 3.0
(Formula 4) d ≦ 1.0
(Formula 5) b ≦ a + 2
(Formula 6) b ≧ a−1
The rare earth element is meant to include all rare earth elements.

[18]金属を鋳造する工程を有し、
前記鋳造後の金属は、硬質層と軟質層が交互に複数積層された構造を有し、
前記軟質層の厚さは前記硬質層の厚さより厚く、
前記軟質層の厚さは1μm以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[18] having a step of casting a metal;
The metal after casting has a structure in which a plurality of hard layers and soft layers are alternately laminated,
The soft layer is thicker than the hard layer,
The method for producing a hard / soft laminated structure material, wherein the soft layer has a thickness of 1 μm or less.

[19]上記[18]において、
前記鋳造時の冷却速度は10万℃/秒未満であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[20]上記[19]において、
前記鋳造工程の後に、前記鋳造後の金属を融点(絶対温度)の50%以上の温度に加熱する工程を有することを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[21]上記[19]または[20]において、
前記鋳造時の冷却速度は100℃/秒以上であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[19] In the above [18],
A method for producing a hard / soft laminated structure material, wherein a cooling rate during casting is less than 100,000 ° C./second.
[20] In the above [19],
A method for producing a hard / soft laminated material, comprising a step of heating the cast metal to a temperature of 50% or more of a melting point (absolute temperature) after the casting step.
[21] In the above [19] or [20],
A method for producing a hard / soft laminated structure material, wherein a cooling rate during casting is 100 ° C./second or more.

[22]上記[18]乃至[21]のいずれか一項において、
前記金属は、Mg−Zn−Y合金、Mg−Zn−Gd合金、Mg−Zn−(Y−Gd)合金、Mg−Zn−Y−X−Z合金、Mg−Zn−Gd−X−Z合金、及びMg−Zn−Y−Gd−X−Z合金のいずれかであり、
前記Xは、Al、Ca及びLiからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Zは、希土類元素、Mn、Si、Zr、Ti、Hf、Nb、Sn、Ag、Sr、Sc、Sb、B、C及びBeからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Znの含有量をa原子%、前記Yの含有量をb原子%、前記Gdの含有量をb原子%、前記Y及びGdの合計含有量をb原子%、前記Xの含有量をc原子%、前記Zの含有量をd原子%とすると、下記(式1)〜(式6)を満たすことを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
(式1)0.1≦a≦3.0
(式2)0.1≦b≦3.0
(式3)c≦3.0
(式4)d≦1.0
(式5)b≦a+2
(式6)b≧a−1
[22] In any one of [18] to [21] above,
The metal is Mg—Zn—Y alloy, Mg—Zn—Gd alloy, Mg—Zn— (Y—Gd) alloy, Mg—Zn—Y—X—Z alloy, Mg—Zn—Gd—X—Z alloy. And Mg—Zn—Y—Gd—X—Z alloy,
X is at least one element selected from the group consisting of Al, Ca and Li;
Z is at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, Mn, Si, Zr, Ti, Hf, Nb, Sn, Ag, Sr, Sc, Sb, B, C, and Be;
The Zn content is a atomic%, the Y content is b atomic%, the Gd content is b atomic%, the total content of Y and Gd is b atomic%, and the X content is c. A method for producing a hard / soft laminated material characterized by satisfying the following (formula 1) to (formula 6) when the atomic percent and the Z content are d atomic percent.
(Formula 1) 0.1 ≦ a ≦ 3.0
(Formula 2) 0.1 ≦ b ≦ 3.0
(Formula 3) c ≦ 3.0
(Formula 4) d ≦ 1.0
(Formula 5) b ≦ a + 2
(Formula 6) b ≧ a−1

[23]上記[18]乃至[22]のいずれか一項において、
前記硬質層の相互間に前記軟質層が隙間なく充填されており、
前記材料を塑性変形させる際の前記軟質層のすべり変形もしくはせん断変形が、前記軟質層の層面に限定されていることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[23] In any one of [18] to [22] above,
The soft layer is filled with no gap between the hard layers,
A method for producing a hard / soft laminated material, wherein slip deformation or shear deformation of the soft layer when the material is plastically deformed is limited to a layer surface of the soft layer.

[24]上記[18]乃至[23]のいずれか一項において、
前記マグネシウム合金鋳造物を作る際の冷却速度は、1000K/秒以下(好ましくは100K/秒以下)であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[24] In any one of [18] to [23] above,
A method for producing a hard / soft laminated material, wherein a cooling rate in producing the magnesium alloy casting is 1000 K / second or less (preferably 100 K / second or less).

[25]上記[1]乃至[8]のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は高分子系の材料であり、
前記硬質層が結晶層であり、前記軟質層が非晶層であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[25] The hard / soft laminated structure material according to any one of [1] to [8] is a polymer material,
A hard / soft laminated structure material, wherein the hard layer is a crystalline layer and the soft layer is an amorphous layer.

[26]上記[25]において、
前記高分子系の材料は、結晶性高分子、第1の結晶性高分子に第2の結晶性高分子を混ぜたブレンド物、結晶性高分子にポリマーを混ぜたブレンド物、第1のポリマーに第2のポリマーを混ぜたブレンド物のいずれかであることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[26] In the above [25],
The polymer material includes a crystalline polymer, a blend of the first crystalline polymer and the second crystalline polymer, a blend of the crystalline polymer and the polymer, and the first polymer. A hard / soft laminate material characterized in that it is one of blends obtained by mixing a second polymer.

[27]上記[1]乃至[8]のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は高分子系の材料であり、
前記硬質層が非晶層であり、前記軟質層が非晶層であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[27] The hard / soft laminated material according to any one of [1] to [8] is a polymer material,
A hard / soft laminated material, wherein the hard layer is an amorphous layer and the soft layer is an amorphous layer.

[28]上記[27]において、
前記高分子系の材料は、ポリマー、第1のポリマーに第2のポリマーを混ぜたブレンド物、弾性率の高い成分高分子と弾性率の低い成分高分子とが相分離したポリマーブレンド物のいずれかであることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[28] In the above [27],
The polymer material may be any of a polymer, a blend obtained by mixing the first polymer with the second polymer, and a polymer blend obtained by phase-separating a component polymer having a high elastic modulus and a component polymer having a low elastic modulus. A hard / soft laminated material characterized by

[29]上記[25]乃至[28]のいずれか一項において、
前記高分子系の材料の構成成分になる高分子は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン1、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルフォン、ポリエチレンオキサイド、ポリ乳酸、ナイロン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルとその共重合体、ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、ポリエーテルケトン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリスチレンーポリブタジエン共重合体、ポリアクリロニトリルーポリスチレン共重合体、及び、ポリアクリロニトリルーポリブタジエン共重合体の少なくとも一つを含むことを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
[29] In any one of [25] to [28] above,
Polymers that are constituent components of the polymer material include polypropylene, polyethylene, polybutene 1, polyvinylidene fluoride, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethylene oxide, Polylactic acid, nylon, polystyrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate and its copolymer, polyvinyl chloride, phenol resin, polyether ketone, polybutadiene, polyisoprene, polystyrene-polybutadiene copolymer, polyacrylonitrile-polystyrene copolymer, And a hard / soft laminated material comprising at least one of polyacrylonitrile-polybutadiene copolymer.

[30]結晶性高分子、第1の結晶性高分子に第2の結晶性高分子を混ぜたブレンド物、結晶性高分子にポリマーを混ぜたブレンド物、第1のポリマーに第2のポリマーを混ぜたブレンド物、ポリマー、弾性率の高い成分高分子と弾性率の低い成分高分子とが相分離したポリマーブレンド物のいずれかの高分子系の材料を準備する工程(a)と、
前記高分子系の材料に室温より高い温度で塑性加工を行う工程(b)と、
を具備し、
前記工程(b)の後の材料は、硬質層と軟質層が交互に複数積層された構造を有し、
前記軟質層の厚さは前記硬質層の厚さより厚く、
前記軟質層の厚さは1μm以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[30] A crystalline polymer, a blend of the first crystalline polymer and the second crystalline polymer, a blend of the crystalline polymer and the polymer, and the first polymer and the second polymer (A) preparing a polymer material of any one of a blend, a polymer, and a polymer blend obtained by phase-separating a component polymer having a high elastic modulus and a component polymer having a low elastic modulus.
(B) performing plastic working on the polymer material at a temperature higher than room temperature;
Comprising
The material after the step (b) has a structure in which a plurality of hard layers and soft layers are alternately laminated,
The soft layer is thicker than the hard layer,
The method for producing a hard / soft laminated structure material, wherein the soft layer has a thickness of 1 μm or less.

[31]上記[30]において、
前記工程(b)は、前記高分子系の材料に200%以上のひずみを加える熱延伸を行う工程であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[32]上記[30]または[31]において、
前記硬質層は、配向した分子鎖を有することを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[31] In the above [30],
The method (b) is a method for producing a hard / soft laminated structure material, characterized in that the step (b) is a step of performing hot stretching to apply strain of 200% or more to the polymer material.
[32] In the above [30] or [31],
The method for producing a hard / soft laminated material, wherein the hard layer has an oriented molecular chain.

[33]上記[30]乃至[32]のいずれか一項において、
前記工程(b)の後に、室温で前記材料に塑性加工を行う工程(c)を含むことを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[33] In any one of the above [30] to [32],
A method for producing a hard / soft laminate material, comprising a step (c) of performing plastic working on the material at room temperature after the step (b).

[34]上記[33]において、
前記工程(c)は、室温で前記材料に10%以上のひずみを加える延伸を行う工程であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[35]上記[33]または[34]において、
前記工程(c)の後の前記硬質層及び前記軟質層にキンクが形成されていることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[34] In the above [33],
The step (c) is a step of performing stretching by applying a strain of 10% or more to the material at room temperature, and a method for producing a hard / soft laminated structure material.
[35] In the above [33] or [34],
A kink is formed in the hard layer and the soft layer after the step (c), and the method for producing a hard / soft laminated structure material is provided.

[36]上記[30]乃至[35]のいずれか一項において、
前記硬質層及び前記軟質層それぞれの長軸方向は、前記工程(b)における延伸方向に交差する方向であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
[36] In any one of the above [30] to [35],
The method for producing a hard / soft laminated structure material, wherein a major axis direction of each of the hard layer and the soft layer is a direction intersecting with an extending direction in the step (b).

本発明の一態様によれば元の材料より強度が高くされた硬質・軟質積層構造材料またはその製造方法を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a hard / soft laminated structure material whose strength is higher than that of the original material or a manufacturing method thereof.

本発明の一態様に係る硬質・軟質積層構造材料の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the hard and soft laminated structure material which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る硬質・軟質積層構造材料の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the hard and soft laminated structure material which concerns on 1 aspect of this invention. Mg93.5Ni3.5合金からなる硬質・軟質積層構造材料のTEM写真である。It is a TEM photograph of Mg 93.5 Ni 3 Y 3.5 hard-soft layered structure material made of an alloy. Mg93.5Ni3.5合金からなる硬質・軟質積層構造材料の引張試験の結果を示す図である。It is a diagram showing the results of tensile testing of Mg 93.5 Ni 3 Y 3.5 hard-soft layered structure material made of an alloy. 本発明の一態様に係る硬質・軟質積層構造材料がマグネシウム合金である場合の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example in case the hard and soft laminated structure material which concerns on 1 aspect of this invention is a magnesium alloy. 実施例(■)、比較例1(◆)及び比較例2(●)それぞれのMg97ZnGd合金展伸材の押出比と機械的特性(0.2%耐力)の関係を示す図である。The figure which shows the relationship between the extrusion ratio and mechanical characteristic (0.2% yield strength) of each Mg 97 Zn 1 Gd 2 alloy wrought material of Example (■), Comparative Example 1 (♦), and Comparative Example 2 (●). It is. (A),(B)は、実施例による高分子系の硬質・軟質積層構造材料を説明するための図である。(A), (B) is a figure for demonstrating the polymer-type hard and soft laminated structure material by an Example.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below.

[第1の実施形態]
マグネシウム合金において、秩序・無秩序に関係なく硬質層と軟質層がサブミクロンオーダーで積層した硬質・軟質積層構造がキンク形成により強くなることを見出した。
[First Embodiment]
In magnesium alloys, we have found that a hard / soft laminated structure in which a hard layer and a soft layer are laminated in the order of submicron is strengthened by kink formation regardless of order or disorder.

このサブミクロンオーダーで無秩序な硬質・軟質積層構造のキンク強化は、希土類元素を含む系マグネシウム合金のみならず、希土類元素を含まない系マグネシウム合金あるいはチタン合金やアルミニウム合金などの他の金属系材料、セラミックス系材料、高分子系材料及び後部新材料にも適用することが可能である。   The kink strengthening of this submicron disordered hard / soft laminated structure is not only based on magnesium alloys containing rare earth elements, but also other metal-based materials such as magnesium alloys that do not contain rare earth elements or titanium alloys and aluminum alloys, It can also be applied to ceramic materials, polymer materials and rear new materials.

まず、KUMADAIマグネシウム合金について説明する。
KUMADAIマグネシウム合金の強化の源は、長周期積層構造(図1に示すLPSO構造)とそのキンク形成である。この長周期積層構造は、図1に示す4原子面からなるクラスター配列層(硬質層)と1〜4原子面からなるhcpマグネシウム層(軟質層)が相互に秩序積層した構造、すなわち、硬質層と軟質層が密に秩序積層した構造を持っている。そして、このような積層構造を持つことが原因で、塑性加工によりキンクが形成されて強化される。このようにKUMADAIマグネシウム合金は、硬質層と軟質層が交互に秩序積層された結晶構造を有する材料である。
First, the KUMADAI magnesium alloy will be described.
The source of strengthening of the KUMADAI magnesium alloy is the long-period laminated structure (LPSO structure shown in FIG. 1) and its kink formation. This long-period stacked structure is a structure in which a cluster arrangement layer (hard layer) having 4 atomic faces and an hcp magnesium layer (soft layer) having 1 to 4 atomic faces shown in FIG. And the soft layer has a densely ordered structure. And because of having such a laminated structure, kinks are formed and strengthened by plastic working. As described above, the KUMADAI magnesium alloy is a material having a crystal structure in which hard layers and soft layers are alternately stacked.

これに対し、本発明の一態様に係る硬質・軟質積層構造材料は、硬質層と軟質層が交互に無秩序に複数積層された構造を有する材料である。この材料は、例えばマグネシウム合金、チタン合金、アルミニウム合金などの金属系材料、セラミックス系材料及び高分子系材料で作製することができる。「無秩序に積層された」とは、秩序積層された構造を除くことを意味する。   On the other hand, the hard / soft laminated structure material according to one embodiment of the present invention is a material having a structure in which a plurality of hard layers and soft layers are alternately and randomly laminated. This material can be made of, for example, a metal material such as a magnesium alloy, a titanium alloy, or an aluminum alloy, a ceramic material, and a polymer material. “Disorderly stacked” means removing an ordered stacked structure.

前記軟質層の厚さは前記硬質層の厚さより厚く、前記軟質層の厚さは1μm以下であるとよい。軟質層の厚さが硬質層の厚さより厚いため、4原子層の硬質層と1〜4原子層の軟質層が周期的・規則的に積層するLPSO構造は含まれない。   The soft layer may be thicker than the hard layer, and the soft layer may have a thickness of 1 μm or less. Since the thickness of the soft layer is larger than the thickness of the hard layer, an LPSO structure in which a hard layer of 4 atomic layers and a soft layer of 1 to 4 atomic layers are periodically and regularly stacked is not included.

また、上記の硬質・軟質積層構造材料は、キンク変形する物質であるとよい。また、前記硬質層及び前記軟質層にキンクが形成されているとよい。また、上記の硬質・軟質積層構造材料は、キンクが形成されていない硬質・軟質積層構造材料より強度が高くなる。   The hard / soft laminated structure material may be a kink-deforming substance. Further, kinks may be formed on the hard layer and the soft layer. Further, the above-mentioned hard / soft laminated structure material has higher strength than the hard / soft laminated structure material in which kinks are not formed.

「キンク」とは、強加工された硬質層が折れ曲がり(bent)を生じることであり、硬質層に塑性変形を加えることで硬質層内に導入される屈曲・湾曲した部分である。   “Kink” means that a hard-worked hard layer is bent, and is a bent / curved part introduced into the hard layer by plastic deformation of the hard layer.

また、前記硬質層の相互間に前記軟質層が隙間なく充填されている。詳細には、材料を強加工することで硬質層にキンクを形成した時に硬質層が軟質層から剥離する層間剥離が生じない。そのため、硬質層と硬質層の間に空隙が形成されず、キンクが形成された硬質層の相互間に軟質層が隙間なく充填される。つまり、硬質層は軟質層から剥離されていない。   The soft layer is filled with no gap between the hard layers. Specifically, when the material is strongly processed to form a kink in the hard layer, delamination that causes the hard layer to peel from the soft layer does not occur. Therefore, no gap is formed between the hard layer and the hard layer, and the soft layer is filled with no gap between the hard layers formed with kinks. That is, the hard layer is not peeled from the soft layer.

また、前記材料を塑性変形させる際の前記軟質層のすべり変形もしくはせん断変形が、前記軟質層の層面に限定されているとよい。別言すれば、前記材料を塑性変形させる際の結晶の容易すべり系が、前記軟質層の層面に限定されているとよい。   In addition, it is preferable that slip deformation or shear deformation of the soft layer when plastically deforming the material is limited to a layer surface of the soft layer. In other words, the easy slip system of crystals when plastically deforming the material is preferably limited to the layer surface of the soft layer.

また、前記硬質層の厚さが100nm以下であることが好ましい。また、前記硬質層の厚さが前記軟質層の厚さの1/2以下であることが好ましい。なお、軟質層の厚さは、硬質層の層間距離(硬質層と硬質層との間の距離)である。   Moreover, it is preferable that the thickness of the said hard layer is 100 nm or less. Moreover, it is preferable that the thickness of the said hard layer is 1/2 or less of the thickness of the said soft layer. In addition, the thickness of a soft layer is an interlayer distance (distance between a hard layer and a hard layer) of a hard layer.

また、本発明の一態様に係る硬質・軟質積層構造材料は、硬質層が、薄い軟質層と薄い硬質層が交互に積層した板状層で構成されているとよい。ここでいう硬質層の一例としては、マグネシウム合金の場合、LPSO相である。その場合、薄い軟質層は1〜4原子面からなるhcpマグネシウム層であり、薄い硬質層は4原子面からなるクラスター配列層(硬質層)である。   In the hard / soft laminated structure material according to one embodiment of the present invention, the hard layer may be formed of a plate-like layer in which thin soft layers and thin hard layers are alternately stacked. An example of the hard layer here is an LPSO phase in the case of a magnesium alloy. In this case, the thin soft layer is an hcp magnesium layer having 1 to 4 atomic faces, and the thin hard layer is a cluster arrangement layer (hard layer) having 4 atomic faces.

また、前記薄い軟質層及び前記薄い硬質層それぞれの厚さは10nm以下であるとよい。また、この硬質・軟質積層構造材料が金属系の材料である場合、前記硬質層の結晶構造が、前記軟質層の結晶構造と異なることが好ましい。   Moreover, the thickness of each of the thin soft layer and the thin hard layer is preferably 10 nm or less. When the hard / soft laminated structure material is a metal material, it is preferable that the crystal structure of the hard layer is different from the crystal structure of the soft layer.

また、上記の硬質・軟質積層構造材料が金属系の材料である場合、前記硬質層と前記軟質層の結晶構造が同じであり、前記硬質層の溶質元素濃度が、前記軟質層の溶質元素濃度と異なることが好ましい。これにより、結晶構造が同じで、濃度変調が無い金属系の材料は除外される。なお、濃度変調とは、溶質元素濃度が数原子層毎に周期的に変化する事をいう。   When the hard / soft laminated material is a metal-based material, the hard layer and the soft layer have the same crystal structure, and the solute element concentration of the hard layer is equal to the solute element concentration of the soft layer. And are preferably different. This excludes metal-based materials having the same crystal structure and no concentration modulation. Concentration modulation means that the concentration of a solute element changes periodically every several atomic layers.

また、上記の硬質・軟質積層構造材料が金属系の材料である場合、前記硬質層がhcp構造及びbcc構造の一方を有し、前記軟質層がhcp構造及びbcc構造の他方を有するとよい。   When the hard / soft laminated material is a metal material, the hard layer may have one of an hcp structure and a bcc structure, and the soft layer may have the other of an hcp structure and a bcc structure.

また、上記の硬質・軟質積層構造材料が金属系の材料である場合、前記硬質層がhcp構造及びfcc構造の一方を有し、前記軟質層がhcp構造及びfcc構造の他方を有するとよい。   When the hard / soft laminated material is a metal-based material, the hard layer may have one of an hcp structure and an fcc structure, and the soft layer may have the other of an hcp structure and an fcc structure.

また、上記の硬質・軟質積層構造材料が金属系の材料である場合、前記硬質層がfcc構造及びbcc構造の一方を有し、前記軟質層がfcc構造及びbcc構造の他方を有するとよい。   When the hard / soft laminated material is a metal-based material, the hard layer may have one of an fcc structure and a bcc structure, and the soft layer may have the other of an fcc structure and a bcc structure.

上記の硬質・軟質積層構造材料はMg合金であってもよい。このMg合金は、Mg−Zn−Y合金、Mg−Zn−Gd合金、Mg−Zn−(Y−Gd)合金、Mg−Zn−Y−X−Z合金、Mg−Zn−Gd−X−Z合金、及びMg−Zn−Y−Gd−X−Z合金のいずれかであるとよい。前記Xは、Al、Ca及びLiからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、前記Zは、希土類元素、Mn、Si、Zr、Ti、Hf、Nb、Sn、Ag、Sr、Sc、Sb、B、C及びBeからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。前記Znの含有量をa原子%、前記Yの含有量をb原子%、前記Gdの含有量をb原子%、前記Y及びGdの合計含有量をb原子%、前記Xの含有量をc原子%、前記Zの含有量をd原子%とすると、下記(式1)〜(式6)を満たすとよい。
(式1)0.1≦a≦3.0
(式2)0.1≦b≦3.0
(式3)c≦3.0
(式4)d≦1.0
(式5)b≦a+2
(式6)b≧a−1
なお、前記希土類元素は全ての希土類元素を含む意味である。
また、上記のMg合金は、その合金特性に影響を与えない程度の不純物を含有しても良い。
The hard / soft laminated material may be an Mg alloy. This Mg alloy includes Mg—Zn—Y alloy, Mg—Zn—Gd alloy, Mg—Zn— (Y—Gd) alloy, Mg—Zn—Y—X—Z alloy, Mg—Zn—Gd—X—Z. It may be either an alloy or an Mg—Zn—Y—Gd—X—Z alloy. X is at least one element selected from the group consisting of Al, Ca and Li, and Z is a rare earth element, Mn, Si, Zr, Ti, Hf, Nb, Sn, Ag, Sr, Sc And at least one element selected from the group consisting of Sb, B, C and Be. The Zn content is a atomic%, the Y content is b atomic%, the Gd content is b atomic%, the total content of Y and Gd is b atomic%, and the X content is c. When the atomic% and the Z content are d atomic%, the following (formula 1) to (formula 6) may be satisfied.
(Formula 1) 0.1 ≦ a ≦ 3.0
(Formula 2) 0.1 ≦ b ≦ 3.0
(Formula 3) c ≦ 3.0
(Formula 4) d ≦ 1.0
(Formula 5) b ≦ a + 2
(Formula 6) b ≧ a−1
The rare earth element is meant to include all rare earth elements.
Further, the Mg alloy may contain impurities that do not affect the alloy characteristics.

本実施形態による硬質・軟質積層構造材料では、元の材料より強度を高くすることができる。なお、元の材料とは、組成が同一の材料であって従来から一般的に使用されている材料を意味する。   In the hard / soft laminated structure material according to the present embodiment, the strength can be made higher than that of the original material. The original material means a material having the same composition and generally used conventionally.

上記の硬質・軟質積層構造材料がマグネシウム合金である場合は、図1に示す単一のクラスター配列層(4原子面からなる硬質層)が軟質のhcpマグネシウム母相中にまばらに無秩序に析出した硬質・軟質積層構造にキンクが形成されることで、マグネシウム合金が強化される。このような硬質層であるクラスター配列層がまばらに積層した構造であると、KUMADAIマグネシウム合金のようなLPSO構造に比べて、マグネシウムへの添加元素量を低減できるので、合金の軽量化と低コスト化を図ることができる。   When the above-mentioned hard / soft laminated material is a magnesium alloy, the single cluster arrangement layer (hard layer consisting of four atomic planes) shown in FIG. 1 is sparsely and randomly deposited in the soft hcp magnesium matrix. By forming kinks in the hard / soft laminate structure, the magnesium alloy is strengthened. Compared to LPSO structures such as KUMADAI magnesium alloy, this hard layer cluster arrangement layer, which is a sparsely layered structure, can reduce the amount of elements added to magnesium, thus reducing the weight and cost of the alloy. Can be achieved.

つまり、KUMADAIマグネシウム合金と同一の組成のマグネシウム合金に、単一のクラスター配列層(4原子面からなる硬質層)を軟質のhcpマグネシウム母相中にまばらに無秩序に析出させた硬質・軟質積層構造においてキンクを形成すると、同一の組成のKUMADAIマグネシウム合金より強度を高くすることができる(これについては図2を用いて後述する)。そのため、KUMADAIマグネシウム合金より添加元素量を低減したマグネシウム合金に、単一のクラスター配列層を軟質のhcpマグネシウム母相中にまばらに無秩序に析出させた硬質・軟質積層構造においてキンクを形成しても、添加元素量が多いKUMADAIマグネシウム合金とほぼ同じ強度を発現させることが可能となる。従って、合金の軽量化と低コスト化を図ることができる。   In other words, a hard / soft laminated structure in which a single cluster arrangement layer (a hard layer consisting of four atomic planes) is sparsely and randomly deposited in a soft hcp magnesium matrix on a magnesium alloy with the same composition as the KUMADAI magnesium alloy When kink is formed in, the strength can be made higher than that of the KUMADAI magnesium alloy having the same composition (this will be described later with reference to FIG. 2). Therefore, even if kinks are formed in a hard / soft laminate structure in which a single cluster arrangement layer is sparsely and randomly deposited in a soft hcp magnesium matrix in a magnesium alloy with a reduced amount of additive elements than the KUMADAI magnesium alloy It is possible to develop almost the same strength as the KUMADAI magnesium alloy with a large amount of added elements. Therefore, the weight and cost of the alloy can be reduced.

図5は、上記の硬質・軟質積層構造材料がマグネシウム合金である場合の一例を模式的に示す断面図である。図5に示すマグネシウム合金は、クラスター配列層SFが軟質のα−Mg中にまばらに無秩序に積層した硬質・軟質積層構造にキンクが形成されたものである。   FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of the case where the hard / soft laminated material is a magnesium alloy. The magnesium alloy shown in FIG. 5 is one in which kinks are formed in a hard / soft laminated structure in which cluster arrangement layers SF are sparsely and randomly laminated in soft α-Mg.

[第2の実施形態]
本発明の一態様に係る硬質・軟質積層構造材料の製造方法について説明する。この硬質・軟質積層構造材料は金属系材料である。
[Second Embodiment]
A method for manufacturing a hard / soft laminated structure material according to one embodiment of the present invention will be described. This hard / soft laminated material is a metal-based material.

まず、金属を準備する。この金属は、Mg−Zn−Y合金、Mg−Zn−Gd合金、Mg−Zn−(Y−Gd)合金、Mg−Zn−Y−X−Z合金、Mg−Zn−Gd−X−Z合金、及びMg−Zn−Y−Gd−X−Z合金のいずれかである。前記Xは、Al、Ca及びLiからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、前記Zは、希土類元素、Mn、Si、Zr、Ti、Hf、Nb、Sn、Ag、Sr、Sc、Sb、B、C及びBeからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。前記Znの含有量をa原子%、前記Yの含有量をb原子%、前記Gdの含有量をb原子%、前記Y及びGdの合計含有量をb原子%、前記Xの含有量をc原子%、前記Zの含有量をd原子%とすると、下記(式1)〜(式6)を満たす。
(式1)0.1≦a≦3.0
(式2)0.1≦b≦3.0
(式3)c≦3.0
(式4)d≦1.0
(式5)b≦a+2
(式6)b≧a−1
First, prepare a metal. This metal includes Mg—Zn—Y alloy, Mg—Zn—Gd alloy, Mg—Zn— (Y—Gd) alloy, Mg—Zn—Y—X—Z alloy, Mg—Zn—Gd—X—Z alloy. , And Mg—Zn—Y—Gd—X—Z alloy. X is at least one element selected from the group consisting of Al, Ca and Li, and Z is a rare earth element, Mn, Si, Zr, Ti, Hf, Nb, Sn, Ag, Sr, Sc And at least one element selected from the group consisting of Sb, B, C and Be. The Zn content is a atomic%, the Y content is b atomic%, the Gd content is b atomic%, the total content of Y and Gd is b atomic%, and the X content is c. When the atomic% and the Z content are d atomic%, the following (formula 1) to (formula 6) are satisfied.
(Formula 1) 0.1 ≦ a ≦ 3.0
(Formula 2) 0.1 ≦ b ≦ 3.0
(Formula 3) c ≦ 3.0
(Formula 4) d ≦ 1.0
(Formula 5) b ≦ a + 2
(Formula 6) b ≧ a−1

次に、前記金属を鋳造する。この鋳造後の金属は、硬質層と軟質層が交互に複数積層された構造を有し、前記軟質層の厚さは前記硬質層の厚さより厚く、前記軟質層の厚さは1μm以下である。   Next, the metal is cast. The cast metal has a structure in which a plurality of hard layers and soft layers are alternately laminated. The thickness of the soft layer is thicker than the thickness of the hard layer, and the thickness of the soft layer is 1 μm or less. .

上記の鋳造後の金属が上記の構造を有さない場合でも、上記の鋳造後に、この金属を融点(絶対温度)の50%以上の温度に加熱することで、上記の構造を有する金属が形成される。硬質層はクラスター配列層であり、軟質層はhcpマグネシウム層である。   Even when the metal after the casting does not have the above structure, the metal having the above structure is formed by heating the metal to a temperature of 50% or more of the melting point (absolute temperature) after the casting. Is done. The hard layer is a cluster arrangement layer, and the soft layer is an hcp magnesium layer.

上記の鋳造時の冷却速度は、10万℃/秒未満であるとよく、好ましくは100℃/秒以上10万℃/秒未満である。また、上記の鋳造時の冷却速度は、1000K/秒以下であってもよい。   The cooling rate during the casting is preferably less than 100,000 ° C./second, and preferably 100 ° C./second or more and less than 100,000 ° C./second. Further, the cooling rate at the time of casting may be 1000 K / second or less.

上記の製造方法で製造された金属は、第1の実施形態で説明した特徴を有する。   The metal manufactured by the above manufacturing method has the characteristics described in the first embodiment.

[第3の実施形態]
図1及び図2は、本発明の一態様に係る硬質・軟質積層構造材料の製造方法を説明するための図である。
[Third Embodiment]
1 and 2 are diagrams for explaining a method of manufacturing a hard / soft laminated structure material according to one embodiment of the present invention.

まず、Mg97ZnGd合金材料を準備する。本実施形態では、Mg97ZnGd合金を用いるが、この合金に限定されるものではなく、以下の[1]〜[11]のいずれかの組成のマグネシウム合金を用いることも可能である。これらのマグネシウム合金はKUMADAIマグネシウム合金の「Type-II」と呼ばれるものである。 First, an Mg 97 Zn 1 Gd 2 alloy material is prepared. In the present embodiment, an Mg 97 Zn 1 Gd 2 alloy is used. However, the present invention is not limited to this alloy, and a magnesium alloy having any one of the following compositions [1] to [11] can also be used. . These magnesium alloys are called “Type-II” of KUMADAI magnesium alloy.

[1]マグネシウム合金は、Znをa原子%含有し、Gd、Tb、Tm及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMg及び不可避的不純物からなる合金であり、aとbは下記の(式41)〜(式43)または(式44)〜(式46)を満たすとよい。
(式41)0.1≦a≦5.0
(式42)0.25≦b≦5.0
(式43)0.5a−0.5≦b
(式44)0.1≦a≦3.0
(式45)0.25≦b≦5.0
(式46)2a−3≦b
尚、Gdのさらに好ましい上限含有量は、経済性及び比重の増加を考慮すると、3原子%未満である。
[1] The magnesium alloy contains a atom% of Zn, contains a total of b atom% of at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb, Tm, and Lu, with the balance being Mg and inevitable impurities It is preferable that a and b satisfy the following (formula 41) to (formula 43) or (formula 44) to (formula 46).
(Formula 41) 0.1 ≦ a ≦ 5.0
(Formula 42) 0.25 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 43) 0.5a−0.5 ≦ b
(Formula 44) 0.1 ≦ a ≦ 3.0
(Formula 45) 0.25 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 46) 2a-3 ≦ b
In addition, the more preferable upper limit content of Gd is less than 3 atomic% in consideration of the increase in economy and specific gravity.

[2]マグネシウム合金は、Znをa原子%含有し、Gd、Tb、Tm及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMg及び不可避的不純物からなる合金であり、aとbは下記の(式41')、(式42')及び(式43)または(式44')、(式45')及び(式46)を満たすとよい。
(式41')0.2≦a≦5.0
(式42')0.5≦b≦5.0
(式43)0.5a−0.5≦b
(式44')0.2≦a≦3.0
(式45')0.5≦b≦5.0
(式46)2a−3≦b
[2] The magnesium alloy contains a atom% of Zn, contains a total of b atom% of at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb, Tm, and Lu, with the balance being Mg and inevitable impurities It is preferable that a and b satisfy the following (formula 41 ′), (formula 42 ′) and (formula 43) or (formula 44 ′), (formula 45 ′) and (formula 46).
(Formula 41 ′) 0.2 ≦ a ≦ 5.0
(Formula 42 ′) 0.5 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 43) 0.5a−0.5 ≦ b
(Formula 44 ′) 0.2 ≦ a ≦ 3.0
(Formula 45 ′) 0.5 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 46) 2a-3 ≦ b

[3]上記の[1]または[2]に記載のマグネシウム合金は、さらにYb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記の(式47)及び(式48)を満たすとよい。
(式47)0≦c≦3.0
(式48)0.25(0.5)≦b+c≦6.0
[3] The magnesium alloy according to the above [1] or [2] further contains at least one element selected from the group consisting of Yb, Sm and Nd in total c atom%, and c is the following: (Expression 47) and (Expression 48) should be satisfied.
(Formula 47) 0 ≦ c ≦ 3.0
(Formula 48) 0.25 (0.5) ≦ b + c ≦ 6.0

[4]上記の[1]または[2]に記載のマグネシウム合金は、さらにLa、Ce、Pr、Eu及びMmからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記(式49)及び(式50)を満たすとよい。
(式49)0≦c≦2.0
(式50)0.25(0.5)≦b+c≦6.0
[4] The magnesium alloy according to the above [1] or [2] further contains at least one element selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Eu and Mm in total c atom%, c should satisfy the following (formula 49) and (formula 50).
(Formula 49) 0 ≦ c ≦ 2.0
(Formula 50) 0.25 (0.5) ≦ b + c ≦ 6.0

[5]上記の[1]または[2]に記載のマグネシウム合金は、さらにYb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、La、Ce、Pr、Eu及びMmからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でd原子%含有し、c及びdは下記(式51)〜(式53)を満たすとよい。
(式51)0≦c≦3.0
(式52)0≦d≦2.0
(式53)0.25(0.5)≦b+c+d≦6.0
[5] The magnesium alloy according to the above [1] or [2] further contains at least one element selected from the group consisting of Yb, Sm and Nd in total c atom%, and La, Ce, It is preferable that at least one element selected from the group consisting of Pr, Eu, and Mm is contained in a total of d atomic%, and c and d satisfy the following (formula 51) to (formula 53).
(Formula 51) 0 ≦ c ≦ 3.0
(Formula 52) 0 ≦ d ≦ 2.0
(Formula 53) 0.25 (0.5) ≦ b + c + d ≦ 6.0

[6]上記の[1]乃至[5]のいずれか一に記載のマグネシウム合金は、さらにDy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計で0原子%超1.5原子%以下含有するとよい。 [6] In the magnesium alloy according to any one of [1] to [5], the total amount of at least one element selected from the group consisting of Dy, Ho, and Er is more than 0 atomic%. It is good to contain 5 atomic% or less.

[7]上記の[1]乃至[5]のいずれか一に記載のマグネシウム合金は、さらにYを0原子%超1.0原子%以下含有するとよい。 [7] The magnesium alloy according to any one of [1] to [5] may further contain Y in an amount of more than 0 atomic% and not more than 1.0 atomic%.

[8]上記の[1]乃至[7]のいずれか一に記載のマグネシウム合金は、さらにGd、Tb、Tm及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計で3原子%未満含有するとよい。 [8] The magnesium alloy according to any one of [1] to [7], further comprising at least one element selected from the group consisting of Gd, Tb, Tm, and Lu in total less than 3 atomic% It is good to contain.

[9]上記の[1]乃至[8]のいずれか一に記載のマグネシウム合金は、さらにAl、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B及びCからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計で0原子%超2.5原子%以下含有するとよい。 [9] The magnesium alloy according to any one of [1] to [8], further includes Al, Th, Ca, Si, Mn, Zr, Ti, Hf, Nb, Ag, Sr, Sc, B, and It is preferable to contain at least one element selected from the group consisting of C more than 0 atomic% and 2.5 atomic% or less in total.

[10]マグネシウム合金は、Znをa原子%含有し、GdおよびTbの少なくとも一つの元素を合計でb原子%含有し、Al、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Dy、Ho、Er、TmおよびYbからなる群から選択された少なくとも一つの元素を合計でc原子%含有し、残部がMg及び不可避的不純物からなる合金であって、aとbとcは下記の(式81)〜(式84)を満たすとよい。
(式81)0.2≦a≦5.0
(式82)0.2≦b≦5.0
(式83)2a−3≦b
(式84)0.05b≦c<0.75b
[10] The magnesium alloy contains Zn by a atom%, and contains at least one element of Gd and Tb by b atom% in total, Al, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Dy, Ho, An alloy containing at least one element selected from the group consisting of Er, Tm, and Yb in a total amount of c atomic%, with the balance being Mg and inevitable impurities, wherein a, b, and c are represented by the following formula (Formula 81 ) To (Equation 84) should be satisfied.
(Formula 81) 0.2 ≦ a ≦ 5.0
(Formula 82) 0.2 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 83) 2a-3 ≦ b
(Formula 84) 0.05b ≦ c <0.75b

[11]マグネシウム合金ワイヤは、Alをa原子%含有し、Gdをb原子%含有し、残部がMg及び不可避的不純物からなる合金であって、aとbが下記の(式91)および(式92)を満たすとよい。
(式91)0.01≦a≦2.0
(式92)0.2≦b≦5.0
[11] The magnesium alloy wire is an alloy containing Al at a atom%, Gd at b atom%, the balance being Mg and inevitable impurities, wherein a and b are the following (formula 91) and ( Equation 92) should be satisfied.
(Formula 91) 0.01 ≦ a ≦ 2.0
(Formula 92) 0.2 ≦ b ≦ 5.0

次に、Mg97ZnGd合金を溶解して鋳造し、マグネシウム合金鋳造物を作る。鋳造時の冷却速度は1000K/秒以下であるとよく、100K/秒以下であってもよい。このマグネシウム合金鋳造物としては、インゴットから所定形状に切り出したものを用いる。このマグネシウム合金鋳造物はα−MgとMgGdを有するが、クラスター配列層は形成されていない。そのため、図2に示すように、マグネシウム合金鋳造物の降伏強度(0.2%耐力)は290MPa程度である。 Next, the Mg 97 Zn 1 Gd 2 alloy is melted and cast to make a magnesium alloy casting. The cooling rate during casting may be 1000 K / sec or less, or 100 K / sec or less. As this magnesium alloy casting, what was cut out into a predetermined shape from an ingot is used. This magnesium alloy casting has α-Mg and Mg 3 Gd, but no cluster alignment layer is formed. Therefore, as shown in FIG. 2, the yield strength (0.2% yield strength) of the magnesium alloy casting is about 290 MPa.

次に、マグネシウム合金鋳造物に溶体化処理を施す。次いで、マグネシウム合金鋳造物に熱処理を施す。この際の熱処理条件は、図1に示すT-T-T Diagramの「S.F.」の範囲とするとよい。具体的には、熱処理条件は、温度が300℃以上(好ましくは350℃以上)で融点より20℃低い温度以下、処理時間が0.1時間以上100時間以下とするとよい。この熱処理によってマグネシウム合金にクラスター配列層(硬質層)とhcpマグネシウム層(軟質層)が交互に複数積層された結晶構造が形成される。軟質層の厚さは硬質層の厚さより厚く、軟質層の厚さは1μm以下であるとよい。   Next, the magnesium alloy casting is subjected to a solution treatment. Next, the magnesium alloy casting is subjected to heat treatment. The heat treatment conditions at this time are preferably in the range of “SF” in the T-T-T Diagram shown in FIG. Specifically, the heat treatment conditions are such that the temperature is 300 ° C. or higher (preferably 350 ° C. or higher) and 20 ° C. lower than the melting point, and the processing time is 0.1 hour or longer and 100 hours or shorter. This heat treatment forms a crystal structure in which a plurality of cluster arrangement layers (hard layers) and hcp magnesium layers (soft layers) are alternately stacked on the magnesium alloy. The thickness of the soft layer is larger than the thickness of the hard layer, and the thickness of the soft layer is preferably 1 μm or less.

次に、前記マグネシウム合金鋳造物に300℃以上450℃以下の温度で塑性加工を行う。この塑性加工の方法としては、例えば押出し、ECAE(equal−channel−angular−extrusion)加工法、圧延、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、FSW(friction stir welding;摩擦撹拌溶接)加工、これらの繰り返し加工などを用いる。   Next, the magnesium alloy casting is subjected to plastic working at a temperature of 300 ° C. or higher and 450 ° C. or lower. Examples of the plastic working method include extrusion, ECAE (equal-channel-angular-extrusion) processing, rolling, drawing, forging, pressing, rolling, bending, FSW (friction stir welding), These repeated processes are used.

上記の塑性加工によって硬質層及び軟質層にキンクが形成される。つまり、塑性加工を行った塑性加工物は、キンク変形を有する。   Kinks are formed in the hard layer and the soft layer by the plastic processing described above. That is, a plastic workpiece subjected to plastic working has kink deformation.

上記塑性加工物は、硬質層であるクラスター配列層と軟質層であるhcpマグネシウム層が無秩序に積層され、クラスター配列層がキンク変形を有する。別言すれば、硬質のクラスター配列層が軟質のhcpマグネシウム母相中にまばらに無秩序に析出した硬質・軟質積層構造にキンクが形成される。これにより、図2に示すようにマグネシウム合金(塑性加工物)の降伏強度を380MPa程度と高くすることができる。なお、この塑性加工物が硬質層と軟質層が無秩序に積層された構造を有していれば、この塑性加工物に長周期積層構造相(LPSO)が形成されていてもよい。また、図2に示す380MPaの降伏強度が得られた塑性加工物は、623Kの温度で押出比10の押出加工が施されたものである。   In the plastic workpiece, a cluster arrangement layer as a hard layer and an hcp magnesium layer as a soft layer are randomly stacked, and the cluster arrangement layer has kink deformation. In other words, kinks are formed in a hard / soft laminated structure in which hard cluster arrangement layers are sparsely and randomly deposited in a soft hcp magnesium matrix. Thereby, as shown in FIG. 2, the yield strength of the magnesium alloy (plastic workpiece) can be increased to about 380 MPa. In addition, as long as this plastic workpiece has a structure in which a hard layer and a soft layer are randomly stacked, a long-period stacked structure phase (LPSO) may be formed on the plastic workpiece. Further, the plastic workpiece obtained with a yield strength of 380 MPa shown in FIG. 2 is subjected to extrusion with an extrusion ratio of 10 at a temperature of 623K.

また、図2に示すように、上記の塑性加工物と同一組成のKUMADAIマグネシウム合金(長周期積層構造とキンク形成)の降伏強度は350MPa程度である。このKUMADAIマグネシウム合金の製造方法が上記の塑性加工物と異なる点は、マグネシウム合金鋳造物に熱処理を施す際の熱処理条件だけであり、この熱処理条件は図1に示すT-T-T Diagramの「14H−LPSO phase」の範囲とする条件である。
従って、上記の塑性加工物はKUMADAIマグネシウム合金より強度を高くすることができる。
Further, as shown in FIG. 2, the yield strength of the KUMADAI magnesium alloy (long-period laminated structure and kink formation) having the same composition as the plastic workpiece is about 350 MPa. The KUMADAI magnesium alloy manufacturing method is different from the above-mentioned plastic work product only in heat treatment conditions when heat-treating the magnesium alloy casting, and this heat treatment condition is “14H-LPSO phase” of TTT Diagram shown in FIG. The range of the
Therefore, the above-mentioned plastic workpiece can be made stronger than the KUMADAI magnesium alloy.

図6は、実施例(■)、比較例1(◆)及び比較例2(●)それぞれのMg97ZnGd合金展伸材の押出比と機械的特性(0.2%耐力)の関係を示している。 FIG. 6 shows the extrusion ratio and mechanical properties (0.2% proof stress) of the Mg 97 Zn 1 Gd 2 alloy wrought material of each of Example (■), Comparative Example 1 (♦), and Comparative Example 2 (●). Showing the relationship.

比較例1(◆)は、Mg97ZnGd合金を溶解して鋳造し、マグネシウム合金鋳造物を作る。次いで、この鋳造物に350℃の温度で押出加工を行った。その際の押出比を6、10、15とした。次に、押出比6、10、15それぞれの押出加工物に引張試験を行い、その結果を図6に示した。 In Comparative Example 1 (♦), a Mg 97 Zn 1 Gd 2 alloy is melted and cast to make a magnesium alloy casting. Next, the casting was extruded at a temperature of 350 ° C. The extrusion ratios at that time were 6, 10, and 15. Next, tensile tests were performed on the extruded products having extrusion ratios of 6, 10, and 15, and the results are shown in FIG.

比較例2(●)は、Mg97ZnGd合金を溶解して鋳造し、マグネシウム合金鋳造物を作る。次いで、この鋳造物に熱処理を施す。この際の熱処理条件は、温度が500℃で、処理時間が10時間である。この熱処理によって長周期積層構造相が形成され、KUMADAIマグネシウム合金が作製される。その後、この合金に350℃の温度で押出加工を行った。その際の押出比を6、10、15とした。次に、押出比6、10、15それぞれの押出加工物に引張試験を行い、その結果を図6に示した。 In Comparative Example 2 (●), a Mg 97 Zn 1 Gd 2 alloy is melted and cast to make a magnesium alloy casting. Next, the casting is subjected to heat treatment. The heat treatment conditions at this time are a temperature of 500 ° C. and a treatment time of 10 hours. By this heat treatment, a long-period laminated structure phase is formed, and a KUMADAI magnesium alloy is produced. Thereafter, the alloy was extruded at a temperature of 350 ° C. The extrusion ratios at that time were 6, 10, and 15. Next, tensile tests were performed on the extruded products having extrusion ratios of 6, 10, and 15, and the results are shown in FIG.

実施例(■)は、Mg97ZnGd合金を溶解して鋳造し、マグネシウム合金鋳造物を作る。次いで、この鋳造物に熱処理を施す。この際の熱処理条件は、温度が400℃で、処理時間が10時間である。この熱処理によって硬質層と軟質層が交互に複数積層された構造を有する硬質・軟質積層構造材料が形成される。その後、この合金に350℃の温度で押出加工を行った。その際の押出比を6、10、15とした。次に、押出比6、10、15それぞれの押出加工物に引張試験を行い、その結果を図6に示した。 In Example (■), a Mg 97 Zn 1 Gd 2 alloy is melted and cast to make a magnesium alloy casting. Next, the casting is subjected to heat treatment. The heat treatment conditions at this time are a temperature of 400 ° C. and a treatment time of 10 hours. By this heat treatment, a hard / soft laminated material having a structure in which a plurality of hard layers and soft layers are alternately laminated is formed. Thereafter, the alloy was extruded at a temperature of 350 ° C. The extrusion ratios at that time were 6, 10, and 15. Next, tensile tests were performed on the extruded products having extrusion ratios of 6, 10, and 15, and the results are shown in FIG.

図6に示すように、実施例(■)の硬質・軟質積層構造材料からなる合金は、比較例2(●)のKUMADAIマグネシウム合金に比べて優れた機械的特性(0.2%耐力)を有することが確認された。   As shown in FIG. 6, the alloy made of the hard / soft laminated material of Example (■) has superior mechanical properties (0.2% proof stress) compared to KUMADAI magnesium alloy of Comparative Example 2 (●). It was confirmed to have.

[第4の実施形態]
本発明の一態様に係る硬質・軟質積層構造材料の製造方法について説明する。
まず、Mg93.5Ni3.5合金材料を準備する。本実施形態では、Mg93.5Ni3.5合金を用いるが、この合金に限定されるものではなく、以下の[12]〜[18]のいずれかの組成のマグネシウム合金を用いることも可能である。これらのマグネシウム合金はKUMADAIマグネシウム合金の「Type-I」と呼ばれるものである。
[Fourth Embodiment]
A method for manufacturing a hard / soft laminated structure material according to one embodiment of the present invention will be described.
First, an Mg 93.5 Ni 3 Y 3.5 alloy material is prepared. In this embodiment, an Mg 93.5 Ni 3 Y 3.5 alloy is used, but the present invention is not limited to this alloy, and a magnesium alloy having any one of the following compositions [12] to [18] is used. Is also possible. These magnesium alloys are called “Type-I” of KUMADAI magnesium alloy.

[12]マグネシウム合金は、Cu、Ni及びCoの少なくとも1種の金属を合計でa原子%含有し、Y、Dy、Er、Ho、Gd、Tb及びTmからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMg及び不可避的不純物からなる合金であって、aとbは下記の(式61)〜(式63)を満たすとよい。
(式61)0.2≦a≦10
(式62)0.2≦b≦10
(式63)2/3a−2/3<b
[12] The magnesium alloy contains a total of at least one metal of Cu, Ni, and Co, and is at least one selected from the group consisting of Y, Dy, Er, Ho, Gd, Tb, and Tm. These elements are a total of b atomic%, the balance being Mg and inevitable impurities, and a and b preferably satisfy the following (formula 61) to (formula 63).
(Formula 61) 0.2 ≦ a ≦ 10
(Formula 62) 0.2 ≦ b ≦ 10
(Formula 63) 2 / 3a-2 / 3 <b

[13]上記の[12]に記載のマグネシウム合金は、さらにZnをc原子%含有し、前記aとcは下記の(式64)を満たすとよい。
(式64)0.2<a+c≦15
[13] The magnesium alloy according to [12] above further contains c atomic% of Zn, and a and c preferably satisfy the following (formula 64).
(Formula 64) 0.2 <a + c ≦ 15

[14]上記の[13]において、前記aとcはさらに下記の(式65)を満たすとよい。
(式65)c/a≦1/2
[14] In the above [13], the a and c may further satisfy the following (formula 65).
(Formula 65) c / a ≦ 1/2

[15]上記の[12]乃至[14]のいずれか一に記載のマグネシウム合金は、さらにLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Yb及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でd原子%含有し、前記bとdは下記の(式66)を満たすとよい。
(式66)0.2<b+d≦15
[15] The magnesium alloy according to any one of [12] to [14] is further at least one selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Yb, and Lu. It is preferable that the element contains d atomic% in total, and the b and d satisfy the following (formula 66).
(Formula 66) 0.2 <b + d ≦ 15

[16]上記の[15]において、前記bとdはさらに下記の(式67)を満たすとよい。
(式67)d/b≦1/2
[16] In the above [15], b and d may further satisfy the following (formula 67).
(Formula 67) d / b ≦ 1/2

[17]上記の[12]乃至[16]のいずれか一に記載のマグネシウム合金は、さらにZr、Ti、Mn、Al、Ag、Sc、Sr、Ca、Si、Hf、Nb、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb、V、Fe、Cr及びMoからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でe原子%含有し、eは下記の(式68)を満たすとよい。
(式68)0<e≦2.5
[17] The magnesium alloy according to any one of [12] to [16], further includes Zr, Ti, Mn, Al, Ag, Sc, Sr, Ca, Si, Hf, Nb, B, C, Containing at least one element selected from the group consisting of Sn, Au, Ba, Ge, Bi, Ga, In, Ir, Li, Pd, Sb, V, Fe, Cr, and Mo in a total of e atomic%, It is preferable that e satisfies the following (Formula 68).
(Formula 68) 0 <e ≦ 2.5

[18]上記の[17]において、前記eとaとbとdはさらに下記の(式69)を満たすとよい。
(式69)e/(a+b+c+d)≦1/2
[18] In the above [17], the e, a, b, and d may further satisfy the following (formula 69).
(Formula 69) e / (a + b + c + d) ≦ 1/2

次に、Mg93.5Ni3.5合金を溶解して鋳造し、マグネシウム合金鋳造物を作る。鋳造時の冷却速度は0.05K/秒以上1000(10)K/秒以下であり、より好ましくは0.5K/秒以上1000(10)K/秒以下であり、さらに好ましくは0.5K/秒以上100K/秒以下である。このマグネシウム合金鋳造物としては、インゴットから所定形状に切り出したものを用いる。このマグネシウム合金鋳造物にはクラスター配列層が形成されている。 Next, the Mg 93.5 Ni 3 Y 3.5 alloy is melted and cast to make a magnesium alloy casting. The cooling rate at the time of casting is 0.05 K / second or more and 1000 (10 3 ) K / second or less, more preferably 0.5 K / second or more and 1000 (10 3 ) K / second or less, and still more preferably 0.8. 5K / second or more and 100K / second or less. As this magnesium alloy casting, what was cut out into a predetermined shape from an ingot is used. In this magnesium alloy casting, a cluster arrangement layer is formed.

次いで、マグネシウム合金鋳造物に熱処理を施す。この際の熱処理条件は、温度が300℃以上(好ましくは350℃以上)で融点より20℃低い温度以下、処理時間が0.1時間以上100時間以下とするとよい。この熱処理によってマグネシウム合金にクラスター配列層(硬質層)とhcpマグネシウム層(軟質層)が交互に複数積層された結晶構造が形成される。軟質層の厚さは硬質層の厚さより厚く、軟質層の厚さは1μm以下であるとよい。   Next, the magnesium alloy casting is subjected to heat treatment. The heat treatment conditions at this time are preferably a temperature of 300 ° C. or higher (preferably 350 ° C. or higher) and a temperature lower than the melting point by 20 ° C. or lower, and a processing time of 0.1 hours or longer and 100 hours or shorter. This heat treatment forms a crystal structure in which a plurality of cluster arrangement layers (hard layers) and hcp magnesium layers (soft layers) are alternately stacked on the magnesium alloy. The thickness of the soft layer is larger than the thickness of the hard layer, and the thickness of the soft layer is preferably 1 μm or less.

次に、前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行う。この塑性加工の具体例は以下のとおりである。   Next, plastic working is performed on the magnesium alloy casting. Specific examples of this plastic working are as follows.

押出しによる塑性加工を行う場合は、押出し温度を200℃以上500℃以下とし、押出しによる断面減少率を5%以上とすることが好ましい。   When performing plastic working by extrusion, it is preferable that the extrusion temperature is 200 ° C. or more and 500 ° C. or less, and the cross-sectional reduction rate by extrusion is 5% or more.

ECAE加工法は、試料に均一なひずみを導入するためにパス毎に試料長手方向を90°ずつ回転させる方法である。具体的には、断面形状がL字状の成形孔を形成した成形用ダイの前記成形孔に、成形用材料であるマグネシウム合金鋳造物を強制的に進入させて、特にL状成形孔の90°に曲げられた部分で前記マグネシウム合金鋳造物に応力を加えて強度及び靭性が優れた成形体を得る方法である。ECAEのパス回数としては1〜8パスが好ましい。より好ましくは3〜5パスである。ECAEの加工時の温度は200℃以上 500℃以下が好ましい。   The ECAE processing method is a method of rotating the sample longitudinal direction by 90 ° for each pass in order to introduce a uniform strain to the sample. Specifically, a magnesium alloy cast material as a molding material is forcibly entered into the molding hole of the molding die in which a L-shaped molding hole is formed. This is a method of applying a stress to the magnesium alloy casting at a portion bent at a degree to obtain a molded body having excellent strength and toughness. The number of ECAE passes is preferably 1 to 8 passes. More preferably, it is 3 to 5 passes. The temperature during processing of ECAE is preferably 200 ° C. or more and 500 ° C. or less.

圧延による塑性加工を行う場合は、圧延温度を200℃以上500℃以下とし、圧下率を5%以上とすることが好ましい。   When performing plastic working by rolling, it is preferable that the rolling temperature is 200 ° C. or more and 500 ° C. or less, and the rolling reduction is 5% or more.

引抜加工による塑性加工を行う場合は、引抜加工を行う際の温度が200℃以上500℃以下、前記引抜加工の断面減少率が5%以上であることが好ましい。   When performing plastic working by drawing, it is preferable that the temperature at the time of drawing is 200 ° C. or more and 500 ° C. or less, and the cross-sectional reduction rate of the drawing is 5% or more.

鍛造による塑性加工を行う場合は、鍛造加工を行う際の温度が200℃以上500℃以下、前記鍛造加工の加工率が5%以上であることが好ましい。
また、上記の塑性加工の繰り返し加工、FSW(摩擦攪拌溶接)などの塑性変形を伴う加工を用いてもよい。
When performing plastic working by forging, it is preferable that the temperature at the time of forging is 200 ° C. or more and 500 ° C. or less, and the processing rate of the forging is 5% or more.
Moreover, you may use the process accompanying plastic deformation, such as the above-mentioned repetition of plastic processing, FSW (friction stir welding).

上記の塑性加工によって硬質層及び軟質層にキンクが形成される。つまり、塑性加工を行った塑性加工物は、キンク変形を有する。   Kinks are formed in the hard layer and the soft layer by the plastic processing described above. That is, a plastic workpiece subjected to plastic working has kink deformation.

上記塑性加工物は、硬質層であるクラスター配列層と軟質層であるhcpマグネシウム層が無秩序に積層され、クラスター配列層がキンク帯を有する。別言すれば、硬質のクラスター配列層が軟質のhcpマグネシウム母相中にまばらに無秩序に析出した硬質・軟質積層構造にキンクが形成される(図3参照)。これにより、図4に示すようにマグネシウム合金(塑性加工物)の降伏強度(σ0.2)を512MPaと高くすることができ、伸び(δ)を8.9%とすることができる。なお、この塑性加工物が硬質層と軟質層が無秩序に積層された構造を有していれば、この塑性加工物に長周期積層構造相(LPSO)が形成されていてもよい。また、図3に示すTEM写真の組織及び図4に示す512MPaの降伏強度が得られた塑性加工物は、673Kの温度で押出比10の押出加工が施されたものである。 In the plastic workpiece, a cluster arrangement layer that is a hard layer and an hcp magnesium layer that is a soft layer are randomly stacked, and the cluster arrangement layer has a kink band. In other words, kinks are formed in a hard / soft laminated structure in which hard cluster arrangement layers are sparsely and randomly deposited in a soft hcp magnesium matrix (see FIG. 3). Thereby, as shown in FIG. 4, the yield strength (σ 0.2 ) of the magnesium alloy (plastic workpiece) can be increased to 512 MPa, and the elongation (δ) can be 8.9%. In addition, as long as this plastic workpiece has a structure in which a hard layer and a soft layer are randomly stacked, a long-period stacked structure phase (LPSO) may be formed on the plastic workpiece. Moreover, the plastic work product in which the structure of the TEM photograph shown in FIG. 3 and the yield strength of 512 MPa shown in FIG. 4 were obtained was subjected to extrusion with an extrusion ratio of 10 at a temperature of 673K.

また、図4に示す試験が行われた塑性加工物と同一組成のKUMADAIマグネシウム合金(長周期積層構造とキンク形成)の降伏強度は、512MPaよりかなり低い。このKUMADAIマグネシウム合金の製造方法が上記の塑性加工物と異なる点は、マグネシウム合金鋳造物に熱処理を施す際の熱処理条件だけである。   Moreover, the yield strength of the KUMADAI magnesium alloy (long-period laminated structure and kink formation) having the same composition as the plastic workpiece subjected to the test shown in FIG. 4 is considerably lower than 512 MPa. The only difference between the KUMADAI magnesium alloy manufacturing method and the plastic workpiece is the heat treatment conditions when the magnesium alloy casting is heat treated.

[第5の実施形態]
本発明の一態様に係る硬質・軟質積層構造材料の製造方法について説明する。
まず、以下の[19]〜[40]のいずれかの組成のマグネシウム合金を準備する。これらのマグネシウム合金はKUMADAIマグネシウム合金の「Type-I」と呼ばれるものである。
[Fifth Embodiment]
A method for manufacturing a hard / soft laminated structure material according to one embodiment of the present invention will be described.
First, a magnesium alloy having any one of the following compositions [19] to [40] is prepared. These magnesium alloys are called “Type-I” of KUMADAI magnesium alloy.

[19]マグネシウム合金は、Znをa原子%含有し、Yをb原子%含有し、残部がMg及び不可避的不純物からなる合金であって、aとbは下記の(式11)〜(式13)または(式14)〜(式16)を満たすとよい。
(式11)0.25≦a<5.0
(式12)0.5<b<5.0
(式13)2/3a−5/6≦b
(式14)0.25≦a≦5.0
(式15)0.5≦b≦5.0
(式16)0.5a≦b
[19] The magnesium alloy is an alloy containing Zn at a atom%, Y at b atom%, and the balance being Mg and inevitable impurities, wherein a and b are the following (formula 11) to (formula) 13) or (Expression 14) to (Expression 16) may be satisfied.
(Formula 11) 0.25 ≦ a <5.0
(Formula 12) 0.5 <b <5.0
(Formula 13) 2 / 3a-5 / 6 ≦ b
(Formula 14) 0.25 ≦ a ≦ 5.0
(Formula 15) 0.5 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 16) 0.5a ≦ b

[20]マグネシウム合金は、Znをa原子%含有し、Yをb原子%含有し、残部がMg及び不可避的不純物からなる合金であって、aとbは下記の(式11')、(式12)及び(式13)を満たすとよい。
(式11')0.5≦a<5.0
(式12)0.5<b<5.0
(式13)2/3a−5/6≦b
[20] The magnesium alloy is an alloy containing Zn at a atom%, Y at b atom%, the balance being Mg and unavoidable impurities, wherein a and b are the following (formula 11 ′), ( It is preferable to satisfy Expression 12) and Expression 13.
(Formula 11 ′) 0.5 ≦ a <5.0
(Formula 12) 0.5 <b <5.0
(Formula 13) 2 / 3a-5 / 6 ≦ b

[21]上記の[19]または[20]に記載のマグネシウム合金は、さらにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記の(式17)及び(式18)を満たすとよい。
(式17)0≦c≦3.0
(式18)0.1(0.2)≦b+c≦6.0
[21] The magnesium alloy according to the above [19] or [20] further contains at least one element selected from the group consisting of Yb, Tb, Sm and Nd in total c atom%, and c is It is preferable to satisfy the following (Equation 17) and (Equation 18).
(Formula 17) 0 ≦ c ≦ 3.0
(Formula 18) 0.1 (0.2) ≦ b + c ≦ 6.0

[22]上記の[19]または[20]に記載のマグネシウム合金は、さらにLa、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記の(式19)及び(式20)を満たすとよい。
(式19)0≦c<2.0
(式20)0.2≦b+c≦6.0
[22] The magnesium alloy according to [19] or [20] further includes at least one element selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Eu, Mm, and Gd in total c atom% C preferably satisfies the following (formula 19) and (formula 20).
(Formula 19) 0 ≦ c <2.0
(Formula 20) 0.2 ≦ b + c ≦ 6.0

[23]上記の[19]または[20]に記載のマグネシウム合金は、さらにLa、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記の(式20)及び(式21)を満たすとよい。
(式20)0.2≦b+c≦6.0
(式21)c/b≦1.5
[23] The magnesium alloy according to [19] or [20] further includes at least one element selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Eu, Mm, and Gd in total c atom% C preferably satisfies the following (formula 20) and (formula 21).
(Formula 20) 0.2 ≦ b + c ≦ 6.0
(Formula 21) c / b ≦ 1.5

[24]上記の[19]または[20]に記載のマグネシウム合金は、さらにLa、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記の(式22)及び(式23)を満たすとよい。
(式22)0≦c≦3.0
(式23)0.1≦b+c≦6.0
[24] The magnesium alloy according to [19] or [20] further includes at least one element selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Eu, Mm, and Gd in total c atom% C preferably satisfies the following (Equation 22) and (Equation 23).
(Formula 22) 0 ≦ c ≦ 3.0
(Formula 23) 0.1 <= b + c <= 6.0

[25]上記の[19]または[20]に記載のマグネシウム合金は、さらにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、La、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でd原子%含有し、c及びdは下記の(式14)〜(式16)を満たすとよい。
(式14)0≦c≦3.0
(式15)0≦d<2.0
(式16)0.2≦b+c+d≦6.0
[25] The magnesium alloy according to [19] or [20] described above further includes at least one element selected from the group consisting of Yb, Tb, Sm, and Nd in total c atom%, La, It is preferable that at least one element selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Mm and Gd is contained in total in d atom%, and c and d satisfy the following (formula 14) to (formula 16).
(Formula 14) 0 ≦ c ≦ 3.0
(Formula 15) 0 ≦ d <2.0
(Formula 16) 0.2 ≦ b + c + d ≦ 6.0

[26]上記の[19]または[20]に記載のマグネシウム合金は、さらにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、La、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でd原子%含有し、c及びdは下記の(式16)及び(式17)を満たすとよい。
(式16)0.2≦b+c+d≦6.0
(式17)d/b≦1.5
[26] The magnesium alloy according to the above [19] or [20] further contains at least one element selected from the group consisting of Yb, Tb, Sm and Nd in total c atom%, La, It is preferable that at least one element selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Mm, and Gd is contained in total in d atom%, and c and d satisfy the following (formula 16) and (formula 17).
(Formula 16) 0.2 ≦ b + c + d ≦ 6.0
(Formula 17) d / b ≦ 1.5

[27]上記の[19]または[20]に記載のマグネシウム合金は、さらにYb、Tb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、La、Ce、Pr、Eu、Mm及びGdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でd原子%含有し、c及びdは下記の(式18)〜(式20)を満たすとよい。
(式18)0≦c≦3.0
(式19)0≦d≦3.0
(式20)0.1≦b+c+d≦6.0
[27] The magnesium alloy according to the above [19] or [20] further contains at least one element selected from the group consisting of Yb, Tb, Sm, and Nd in total c atom%, La, It is preferable that at least one element selected from the group consisting of Ce, Pr, Eu, Mm and Gd is contained in total in d atomic%, and c and d satisfy the following (formula 18) to (formula 20).
(Formula 18) 0 ≦ c ≦ 3.0
(Formula 19) 0 ≦ d ≦ 3.0
(Formula 20) 0.1 ≦ b + c + d ≦ 6.0

[28]上記の[19]乃至[27]のいずれか一に記載のマグネシウム合金は、さらにAl、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及びVからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計で0原子%超2.5原子%以下含有するとよい。 [28] The magnesium alloy according to any one of [19] to [27], further includes Al, Th, Ca, Si, Mn, Zr, Ti, Hf, Nb, Ag, Sr, Sc, B, A total of at least one element selected from the group consisting of C, Sn, Au, Ba, Ge, Bi, Ga, In, Ir, Li, Pd, Sb and V is more than 0 atom% and less than 2.5 atom% It is good to contain.

[29]マグネシウム合金は、Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMg及び不可避的不純物からなる合金であって、aとbは下記の(式21)〜(式23)または(式24)〜(式26)を満たすとよい。
(式21)0.1≦a≦5.0
(式22)0.1≦b≦5.0
(式23)0.5a−0.5≦b
(式24)0.1≦a≦3.0
(式25)0.1≦b≦5.0
(式26)2a−3≦b
[29] The magnesium alloy contains Zn at a atom%, contains at least one element selected from the group consisting of Dy, Ho, and Er in total b atom%, and the balance consists of Mg and inevitable impurities. It is an alloy, and a and b may satisfy the following (formula 21) to (formula 23) or (formula 24) to (formula 26).
(Formula 21) 0.1 ≦ a ≦ 5.0
(Formula 22) 0.1 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 23) 0.5a-0.5 <= b
(Formula 24) 0.1 ≦ a ≦ 3.0
(Formula 25) 0.1 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 26) 2a-3 ≦ b

[30]マグネシウム合金は、Znをa原子%含有し、Dy、Ho及びErからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でb原子%含有し、残部がMg及び不可避的不純物からなる合金であって、aとbは下記の(式21')、(式22')及び(式23)または(式24')、(式25')及び(式26)を満たすとよい。
(式21')0.2≦a≦5.0
(式22')0.2≦b≦5.0
(式23)0.5a−0.5≦b
(式24')0.2≦a≦3.0
(式25')0.2≦b≦5.0
(式26)2a−3≦b
[30] The magnesium alloy contains Zn at a atom%, contains at least one element selected from the group consisting of Dy, Ho, and Er in total b atom%, with the balance being Mg and inevitable impurities. In the alloy, a and b may satisfy the following (formula 21 ′), (formula 22 ′) and (formula 23) or (formula 24 ′), (formula 25 ′) and (formula 26).
(Formula 21 ′) 0.2 ≦ a ≦ 5.0
(Formula 22 ′) 0.2 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 23) 0.5a-0.5 <= b
(Formula 24 ′) 0.2 ≦ a ≦ 3.0
(Formula 25 ′) 0.2 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 26) 2a-3 ≦ b

[31]上記の[29]または[30]に記載のマグネシウム合金は、さらにYb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記の(式27)及び(式28)を満たすとよい。
(式27)0≦c≦3.0
(式28)0.1(0.2)≦b+c≦6.0
[31] The magnesium alloy according to [29] or [30] further contains at least one element selected from the group consisting of Yb, Sm, and Nd in total c atom%, and c is the following: (Expression 27) and (Expression 28) should be satisfied.
(Formula 27) 0 ≦ c ≦ 3.0
(Formula 28) 0.1 (0.2) <= b + c <= 6.0

[32]上記の[29]または[30]に記載のマグネシウム合金は、さらにLa、Ce、Pr、Eu及びMmからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、cは下記の(式29)及び(式30)を満たすとよい。
(式29)0≦c≦3.0
(式30)0.1(0.2)≦b+c≦6.0
[32] The magnesium alloy according to the above [29] or [30] further contains at least one element selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Eu, and Mm in a total of c atomic%, c should satisfy the following (formula 29) and (formula 30).
(Formula 29) 0 ≦ c ≦ 3.0
(Formula 30) 0.1 (0.2) ≦ b + c ≦ 6.0

[33]上記の[29]または[30]に記載のマグネシウム合金は、さらにYb、Sm及びNdからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でc原子%含有し、La、Ce、Pr、Eu及びMmからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計でd原子%含有し、c及びdは下記の(式31)〜(式33)を満たすとよい。
(式31)0≦c≦3.0
(式32)0≦d≦3.0
(式33)0.1(0.2)≦b+c+d≦6.0
[33] The magnesium alloy according to the above [29] or [30] further contains at least one element selected from the group consisting of Yb, Sm and Nd in total c atom%, and La, Ce, It is preferable that at least one element selected from the group consisting of Pr, Eu, and Mm is contained in d atom% in total, and c and d satisfy the following (formula 31) to (formula 33).
(Formula 31) 0 ≦ c ≦ 3.0
(Formula 32) 0 ≦ d ≦ 3.0
(Formula 33) 0.1 (0.2) ≦ b + c + d ≦ 6.0

[34]上記の[29]乃至[33]のいずれか一に記載のマグネシウム合金は、さらにY及びGdの少なくとも一方を合計でy原子%含有し、yは下記の(式34)及び(式35)を満たすとよい。
(式34)0≦y≦4.9
(式35)0.1≦b+y≦5.0
[34] The magnesium alloy according to any one of [29] to [33] described above further contains at least one of Y and Gd in a total of y atomic%, wherein y is represented by the following (Formula 34) and (Formula: 35) should be satisfied.
(Formula 34) 0 ≦ y ≦ 4.9
(Formula 35) 0.1 ≦ b + y ≦ 5.0

[35]上記の[29]乃至[34]のいずれか一に記載のマグネシウム合金は、さらにAl、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Sn、Au、Ba、Ge、Bi、Ga、In、Ir、Li、Pd、Sb及びVからなる群から選択される少なくとも1種の元素を合計で0原子%超2.5原子%以下含有するとよい。 [35] The magnesium alloy according to any one of [29] to [34] described above further includes Al, Th, Ca, Si, Mn, Zr, Ti, Hf, Nb, Ag, Sr, Sc, B, A total of at least one element selected from the group consisting of C, Sn, Au, Ba, Ge, Bi, Ga, In, Ir, Li, Pd, Sb and V is more than 0 atom% and less than 2.5 atom% It is good to contain.

[36]マグネシウム合金は、Znをa原子%含有し、Y、Dy、HoおよびErの少なくとも一つの元素を合計でb原子%含有し、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、TbおよびYbからなる群から選択された少なくとも一つの元素を合計でc原子%含有し、残部がMg及び不可避的不純物からなる合金であって、aとbとcは下記の(式71)〜(式74)を満たすとよい。
(式71)0.2≦a≦5.0
(式72)0.2≦b≦5.0
(式73)2a−3≦b
(式74)0.05b≦c<0.75b
[36] The magnesium alloy contains Zn by a atom%, and contains at least one element of Y, Dy, Ho and Er in total b atom%, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb and It is an alloy containing at least one element selected from the group consisting of Yb in a total of c atomic% and the balance being Mg and inevitable impurities, wherein a, b and c are the following (formula 71) to (formula 74) should be satisfied.
(Formula 71) 0.2 <= a <= 5.0
(Formula 72) 0.2 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 73) 2a-3 ≦ b
(Formula 74) 0.05b ≦ c <0.75b

[37]上記の[36]に記載のマグネシウム合金は、さらにAlをd原子%含有し、下記の(式75)を満たすとよい。
(式75)0.05b≦d<0.75b
[37] The magnesium alloy according to [36] may further contain d atomic% of Al and satisfy the following (formula 75).
(Formula 75) 0.05b ≦ d <0.75b

[38]上記の[36]または[37]に記載のマグネシウム合金は、前記Y、Dy、HoおよびErの少なくとも二つの元素を合計でb原子%含有するとよい。 [38] The magnesium alloy according to the above [36] or [37] may contain a total of b atom% of at least two elements of Y, Dy, Ho and Er.

[39]マグネシウム合金は、Znをa原子%含有し、Y、Dy、Ho、Er、Gd、Tb及びTmからなる群から選択される少なくとも1種類の元素を合計でb原子%含有し、Alをc原子%含有し、残部がMg及び不可避的不純物からなる合金であって、aとbとcは下記の(式101)〜(式104)を満たすとよい。
(式101)0.2≦a≦5.0
(式102)0.2≦b≦5.0
(式103)2a−3≦b
(式104)0.05b≦c<0.75b
[39] The magnesium alloy contains Zn by a atom%, and contains at least one element selected from the group consisting of Y, Dy, Ho, Er, Gd, Tb and Tm in total b atom%, Al It is preferable that a, b, and c satisfy the following (formula 101) to (formula 104).
(Formula 101) 0.2 ≦ a ≦ 5.0
(Formula 102) 0.2 ≦ b ≦ 5.0
(Formula 103) 2a-3 ≦ b
(Formula 104) 0.05b ≦ c <0.75b

[40]上記の[39]に記載のマグネシウム合金は、さらにLi、Sn、Di、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Mm、Yb、Th、Ca、Si、Mn、Zr、Ti、Hf、Nb、Ag、Sr、Sc、B、C、Ga及びGeからなる群から選択される少なくとも1種類の元素を合計でd原子%含有し、dは下記の(式105)を満たすとよい。
(式105)0≦d≦b/2
[40] The magnesium alloy according to the above [39] further includes Li, Sn, Di, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Mm, Yb, Th, Ca, Si, Mn, Zr, Ti, At least one element selected from the group consisting of Hf, Nb, Ag, Sr, Sc, B, C, Ga, and Ge is contained in total in d atomic%, and d may satisfy the following (Formula 105). .
(Formula 105) 0 ≦ d ≦ b / 2

次に、上記のいずれかのマグネシウム合金を溶解して鋳造し、マグネシウム合金鋳造物を作る。鋳造時の冷却速度は1000K/秒以下であり、より好ましくは100K/秒以下である。鋳造プロセスとしては、種々のプロセスを用いることが可能であり、例えば、高圧鋳造、ロールキャスト、傾斜板鋳造、連続鋳造、チクソモールディング、ダイカストなどを用いることが可能である。また、マグネシウム合金鋳造物を所定形状に切り出したものを用いてもよい。このマグネシウム合金鋳造物にはクラスター配列層が形成されている。   Next, one of the above magnesium alloys is melted and cast to make a magnesium alloy casting. The cooling rate at the time of casting is 1000 K / second or less, more preferably 100 K / second or less. Various processes can be used as the casting process. For example, high pressure casting, roll casting, inclined plate casting, continuous casting, thixo molding, die casting, and the like can be used. Moreover, you may use what cut out the magnesium alloy casting in the predetermined shape. In this magnesium alloy casting, a cluster arrangement layer is formed.

次いで、マグネシウム合金鋳造物に熱処理を施す。この際の熱処理条件は、温度が300℃以上(好ましくは350℃以上)で融点より20℃低い温度以下、処理時間が0.1時間以上100時間以下とするとよい。この熱処理によってマグネシウム合金にクラスター配列層(硬質層)とhcpマグネシウム層(軟質層)が交互に複数積層された結晶構造が形成される。軟質層の厚さは硬質層の厚さより厚く、軟質層の厚さは1μm以下であるとよい。   Next, the magnesium alloy casting is subjected to heat treatment. The heat treatment conditions at this time are preferably a temperature of 300 ° C. or higher (preferably 350 ° C. or higher) and a temperature lower than the melting point by 20 ° C. or lower, and a processing time of 0.1 hours or longer and 100 hours or shorter. This heat treatment forms a crystal structure in which a plurality of cluster arrangement layers (hard layers) and hcp magnesium layers (soft layers) are alternately stacked on the magnesium alloy. The thickness of the soft layer is larger than the thickness of the hard layer, and the thickness of the soft layer is preferably 1 μm or less.

次に、前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行う。この塑性加工の方法としては、例えば押出し、ECAE(equal−channel−angular−extrusion)加工法、圧延、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、FSW(friction stir welding;摩擦撹拌溶接)加工、これらの繰り返し加工などを用いる。   Next, plastic working is performed on the magnesium alloy casting. Examples of the plastic working method include extrusion, ECAE (equal-channel-angular-extrusion) processing, rolling, drawing, forging, pressing, rolling, bending, FSW (friction stir welding), These repeated processes are used.

上記の塑性加工によって硬質層及び軟質層にキンクが形成される。つまり、塑性加工を行った塑性加工物は、キンク変形を有する。   Kinks are formed in the hard layer and the soft layer by the plastic processing described above. That is, a plastic workpiece subjected to plastic working has kink deformation.

上記塑性加工物は、硬質層であるクラスター配列層と軟質層であるhcpマグネシウム層が無秩序に積層され、クラスター配列層がキンク帯を有する。別言すれば、硬質のクラスター配列層が軟質のhcpマグネシウム母相中にまばらに無秩序に析出した硬質・軟質積層構造にキンクが形成される。これにより、上記の塑性加工物の強度を高くすることができる。なお、この塑性加工物が硬質層と軟質層が無秩序に積層された構造を有していれば、この塑性加工物に長周期積層構造相(LPSO)が形成されていてもよい。   In the plastic workpiece, a cluster arrangement layer that is a hard layer and an hcp magnesium layer that is a soft layer are randomly stacked, and the cluster arrangement layer has a kink band. In other words, kinks are formed in a hard / soft laminated structure in which hard cluster arrangement layers are sparsely and randomly deposited in a soft hcp magnesium matrix. Thereby, the intensity | strength of said plastic workpiece can be made high. In addition, as long as this plastic workpiece has a structure in which a hard layer and a soft layer are randomly stacked, a long-period stacked structure phase (LPSO) may be formed on the plastic workpiece.

[第6の実施形態]
本発明の一態様に係る硬質・軟質積層構造材料の製造方法について説明する。
[Sixth Embodiment]
A method for manufacturing a hard / soft laminated structure material according to one embodiment of the present invention will be described.

まず、結晶性高分子、第1の結晶性高分子に第2の結晶性高分子を混ぜたブレンド物、結晶性高分子にポリマーを混ぜたブレンド物、第1のポリマーに第2のポリマーを混ぜたブレンド物のいずれかの高分子系の材料を準備する。これらの高分子系の材料の構成成分となる高分子として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン1、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルフォン、ポリエチレンオキサイド、ポリ乳酸、ナイロン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルとその共重合体、ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、ポリエーテルケトン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリスチレンーポリブタジエン共重合体、ポリアクリロニトリルーポリスチレン共重合体、及び、ポリアクリロニトリルーポリブタジエン共重合体の少なくとも一つを用いることができる。   First, a crystalline polymer, a blend of the first crystalline polymer with the second crystalline polymer, a blend of the crystalline polymer with the polymer, and the second polymer into the first polymer Prepare any polymeric material of the blended blend. Polypropylene, polyethylene, polybutene 1, polyvinylidene fluoride, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethylene oxide , Polylactic acid, nylon, polystyrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate and its copolymer, polyvinyl chloride, phenol resin, polyether ketone, polybutadiene, polyisoprene, polystyrene-polybutadiene copolymer, polyacrylonitrile-polystyrene copolymer , And at least one of polyacrylonitrile-polybutadiene copolymers can be used.

次に、上記の高分子系の材料に室温より高い温度で塑性加工を行う。例えば、上記の高分子系の材料に200%以上(好ましくは300%以上、より好ましくは400%以上、さらに好ましくは500%以上)のひずみを加える熱延伸を行う。なお、熱延伸とは、室温より高く、高分子系の材料の融点より低い温度の範囲で延伸を行うことを意味する。   Next, the polymer material is subjected to plastic working at a temperature higher than room temperature. For example, thermal stretching is performed in which a strain of 200% or more (preferably 300% or more, more preferably 400% or more, and still more preferably 500% or more) is applied to the above polymer material. The thermal stretching means stretching in a temperature range higher than room temperature and lower than the melting point of the polymer material.

上記の熱延伸を行った材料は、硬質層と軟質層が交互に複数積層された構造を有し、硬質層は結晶層であり、軟質層は非晶層である。そして、軟質層の厚さは硬質層の厚さより厚く、軟質層の厚さが1μm以下となる。また、硬質層は、配向した分子鎖を有するとよい。また、この材料は、キンク変形する物質である。また、硬質層及び軟質層それぞれの長軸方向は、熱延伸方向に交差する方向(例えば熱延伸方向に対して垂直方向)であるとよい。   The material subjected to the heat stretching has a structure in which a plurality of hard layers and soft layers are alternately laminated, the hard layer is a crystalline layer, and the soft layer is an amorphous layer. And the thickness of a soft layer is thicker than the thickness of a hard layer, and the thickness of a soft layer will be 1 micrometer or less. The hard layer preferably has an oriented molecular chain. Further, this material is a substance that undergoes kink deformation. In addition, the major axis direction of each of the hard layer and the soft layer is preferably a direction that intersects the heat stretching direction (for example, a direction perpendicular to the heat stretching direction).

この後、この材料に室温で塑性加工を行う。例えば、この材料に室温で10%以上(好ましくは20%以上、より好ましくは30%以上、さらに好ましくは40%以上)の延伸を行う。この塑性加工中に硬質層及び軟質層にキンクが形成されるので、降伏後も応力(強度)の増加がへたることなく、金属の加工硬化で見られるような強度の増加が発現され、高強度と延性の両者が示される。そして、延伸後の材料における硬質層及び軟質層にキンクが形成されている。このキンクは、材料を加工硬化し、高強度化する。   Thereafter, this material is plastically processed at room temperature. For example, the material is stretched by 10% or more (preferably 20% or more, more preferably 30% or more, and further preferably 40% or more) at room temperature. Since kinks are formed in the hard layer and soft layer during this plastic working, the increase in strength as seen in work hardening of metal is expressed without increasing the stress (strength) after yielding, and high Both strength and ductility are shown. And the kink is formed in the hard layer and soft layer in the material after extending | stretching. This kink works hardens the material and increases its strength.

つまり、低温でキンク形成することで、材料が加工硬化を示すことから、金属と同じように冷間加工により高強度化できる。そのため、この材料は、自動車の車体材料など金属の冷間加工で作られている材料用途に適用できる。   In other words, since the material exhibits work hardening by forming the kink at a low temperature, the strength can be increased by cold working as in the case of metal. Therefore, this material can be applied to material applications made by cold working of metals such as automobile body materials.

図7(A),(B)は、実施例による高分子系の硬質・軟質積層構造材料を説明するための図である。   FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining a polymer-based hard / soft laminated structure material according to an example.

試料として、50/50の組成のポリフッ化ビニリデン(PVDF)/ポリメタクリル酸メチル(PMMA)のブレンド物を用いた。なお、PVDFは結晶性、PMMAは非晶性の高分子である。   As a sample, a blend of polyvinylidene fluoride (PVDF) / polymethyl methacrylate (PMMA) having a composition of 50/50 was used. PVDF is a crystalline polymer and PMMA is an amorphous polymer.

PVDF/PMMAブレンド試料をPVDFの融点以上で溶融した状態で熱プレスして、その後、急冷することで成分高分子のPVDFが結晶化したフィルム試料を得た(図7(B)の未処理試料)。   The PVDF / PMMA blend sample was hot-pressed in a state of being melted at a melting point or higher of PVDF, and then rapidly cooled to obtain a film sample in which PVDF of the component polymer was crystallized (untreated sample in FIG. 7B) ).

次に、PVDFの融点以下の100℃(PVDFの融点は約160℃)で、一軸の熱延伸(塑性加工)することでPVDF結晶層である硬質層とPVDF/PMMA非晶層である軟質層が交互に複数積層された層状構造を有する硬質・軟質積層構造材料が形成された。この熱延伸により300%以上のひずみを加えた。この熱延伸を行ったときのひずみ(%)と応力(MPa)の関係を図7(A)に示す。この層状構造における層の長軸方向は、延伸方向に対して垂直方向を向いている。これは、小角X線散乱測定において、子午線方向にブロードなアーク状の散乱像が観察されていることから確認できる。図7(A)に示す小角X線散乱像は、層状構造による散乱像を示している。また、PVDF結晶(硬質層)は延伸方向(SD方向)に分子鎖が配向している。   Next, a hard layer which is a PVDF crystal layer and a soft layer which is a PVDF / PMMA amorphous layer by uniaxial thermal stretching (plastic processing) at 100 ° C. which is lower than the melting point of PVDF (the melting point of PVDF is about 160 ° C.) A hard / soft laminated material having a layered structure in which a plurality of layers are alternately laminated is formed. A strain of 300% or more was applied by this thermal stretching. FIG. 7A shows the relationship between strain (%) and stress (MPa) when this heat stretching is performed. The major axis direction of the layer in this layered structure is oriented in the direction perpendicular to the stretching direction. This can be confirmed from the fact that in the small-angle X-ray scattering measurement, a broad arc-shaped scattered image in the meridian direction is observed. A small angle X-ray scattering image shown in FIG. 7A shows a scattering image by a layered structure. The PVDF crystal (hard layer) has molecular chains oriented in the stretching direction (SD direction).

なお、本実施例では、一軸の熱延伸による塑性加工を行うことで硬質・軟質積層構造材料を作製したが、一軸の熱延伸だけではなく、汎用の射出成型機などによる塑性加工でも硬質・軟質積層構造材料を作製することが可能である。   In this example, a hard / soft laminated structure material was produced by plastic working by uniaxial thermal stretching, but not only by uniaxial thermal stretching, but also by hard plastic working by general-purpose injection molding machines. It is possible to produce a laminated structure material.

この後、上記の未処理試料、ひずみ300%まで熱延伸した試料、限界に近いひずみ500%まで熱延伸した試料それぞれに対して室温での延伸(引張試験)を行った。その結果のひずみ(%)と応力(MPa)の関係を図7(B)に示す。   Thereafter, stretching (tensile test) at room temperature was performed on each of the untreated sample, the sample heat-stretched to a strain of 300%, and the sample heat-stretched to a strain close to 500%. The relationship between the strain (%) and the stress (MPa) is shown in FIG.

比較例としての未処理試料は、一般の高分子と同じように、ひずみが増加すると応力のへたりが生じて降伏後の強度の増加がなかった。
それに対し、ひずみ300%まで熱延伸した試料は、一般の高分子の応力―ひずみ挙動とは異なり、未処理試料に比べて4倍程度の破断強度を示した。
ひずみ500%まで熱延伸して得られた試料は、一般の高分子の応力―ひずみ挙動とは全く異なり、金属の加工硬化で見られるような応力の増加が発現して、未処理試料に比べて10倍の破断強度を示すことが見出された。
The untreated sample as a comparative example, like a general polymer, had a stress sag when the strain increased, and there was no increase in strength after yielding.
On the other hand, the sample heat-stretched to 300% strain, unlike the general polymer stress-strain behavior, showed a breaking strength about 4 times that of the untreated sample.
Samples obtained by hot stretching up to strain of 500% are completely different from the stress-strain behavior of general polymers, and show an increase in stress as seen in work hardening of metals, compared to untreated samples. It was found to show 10 times the breaking strength.

ひずみ500%の熱延伸の破断試料のSEM観察では明瞭なキンクの形成が見られたことから、500%熱延伸試料における劇的な破断応力の増加と特異な応力―ひずみ挙動は、室温での延伸中のキンク形成によるものと考えられる。
また、ひずみ300%の熱延伸の破断試料のSEM観察では明瞭なキンクの形成は見られなかったが、強度の増加からするとわずかにキンクが形成されていることも考えられる。
SEM observation of a 500% strained stretch sample showed a clear kink formation, so that a dramatic increase in fracture stress and a unique stress-strain behavior in the 500% stretch sample were observed at room temperature. This is thought to be due to kink formation during stretching.
In addition, although clear kink formation was not observed in the SEM observation of a 300% strain stretched sample, it was considered that kinks were slightly formed from the increase in strength.

また、キンク強化された500%熱延伸試料では、延伸方向に裂けにくいこと、延伸方向に対して垂直方向への強度低下が抑制されることが分かった。このことから、キンク強化された高分子系の硬質・軟質積層構造材料は3次元的な構造材料に応用できることが期待される。   In addition, it was found that the kink-reinforced 500% heat stretched sample is difficult to tear in the stretching direction and suppresses a decrease in strength in the direction perpendicular to the stretching direction. From this, it is expected that the kink-reinforced polymer hard / soft laminated material can be applied to a three-dimensional structural material.

上述した材料の強化方法がポリプロピレン系に応用できれば成形加工法を工夫することで車や電化製品のボディなどへの応用が期待される。   If the above-mentioned material strengthening method can be applied to polypropylene, it can be expected to be applied to the body of cars and electrical appliances by devising the molding method.

[第7の実施形態]
本発明の一態様に係る硬質・軟質積層構造材料の製造方法について説明する。
[Seventh Embodiment]
A method for manufacturing a hard / soft laminated structure material according to one embodiment of the present invention will be described.

まず、ポリマー、第1のポリマーに第2のポリマーを混ぜたブレンド物、弾性率の高い成分高分子と弾性率の低い成分高分子とが相分離したポリマーブレンド物のいずれかの高分子系の材料を準備する。これらの高分子系の材料の構成成分となる高分子として、第6の実施形態と同様のものを用いることができる。   First, a polymer, a blend obtained by mixing the first polymer with the second polymer, or a polymer blend obtained by phase-separating a component polymer having a high modulus of elasticity and a component polymer having a low modulus of elasticity. Prepare the materials. As the polymer that is a constituent component of these polymer materials, the same polymers as those in the sixth embodiment can be used.

次に、上記の高分子系の材料に第6の実施形態と同様の方法で塑性加工を行う。   Next, plastic processing is performed on the above-described polymer material by the same method as in the sixth embodiment.

上記の塑性加工を行った材料は、硬質層と軟質層が交互に複数積層された構造を有し、硬質層は非晶層であり、軟質層は非晶層である。そして、軟質層の厚さは硬質層の厚さより厚く、軟質層の厚さが1μm以下となる。また、この材料は、キンク変形する物質である。また、硬質層及び軟質層それぞれの長軸方向は、第6の実施形態と同様に、熱延伸方向に交差する方向であるとよい。   The material subjected to the above plastic working has a structure in which a plurality of hard layers and soft layers are alternately laminated, the hard layer is an amorphous layer, and the soft layer is an amorphous layer. And the thickness of a soft layer is thicker than the thickness of a hard layer, and the thickness of a soft layer will be 1 micrometer or less. Further, this material is a substance that undergoes kink deformation. Further, the major axis direction of each of the hard layer and the soft layer may be a direction that intersects the heat stretching direction, as in the sixth embodiment.

この後、第6の実施形態と同様に、この材料に室温で塑性加工を行う。この塑性加工中に硬質層及び軟質層にキンクが形成されるので、降伏後も応力(強度)の増加がへたることなく、金属の加工硬化で見られるような強度の増加が発現され、高強度と延性の両者が示される。そして、塑性加工後の材料における硬質層及び軟質層にキンクが形成されている。このキンクは、材料を加工硬化し、高強度化する。   Thereafter, as in the sixth embodiment, this material is plastically processed at room temperature. Since kinks are formed in the hard layer and soft layer during this plastic working, the increase in strength as seen in work hardening of metal is expressed without increasing the stress (strength) after yielding, and high Both strength and ductility are shown. And the kink is formed in the hard layer and the soft layer in the material after plastic working. This kink works hardens the material and increases its strength.

なお、上記第1〜第7の実施形態を適宜組み合わせて実施することも可能である。   It should be noted that the first to seventh embodiments can be implemented in appropriate combination.

Claims (36)

硬質層と軟質層が交互に複数積層された構造を有する材料であり、
前記軟質層の厚さは前記硬質層の厚さより厚く、
前記軟質層の厚さは1μm以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
A material having a structure in which a plurality of hard layers and soft layers are alternately laminated,
The soft layer is thicker than the hard layer,
A hard / soft laminated material, wherein the soft layer has a thickness of 1 μm or less.
請求項1において、
前記材料は、キンク変形する物質であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
In claim 1,
The material is a hard / soft laminated material characterized in that the material is a kink-deforming substance.
請求項1または2において、
前記硬質層及び前記軟質層にキンクが形成されていることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
In claim 1 or 2,
A hard / soft laminated material, wherein kinks are formed in the hard layer and the soft layer.
請求項3に記載の硬質・軟質積層構造材料は、前記キンクが形成されていない請求項1に記載の硬質・軟質積層構造材料より強度が高いことを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。   The hard / soft laminate structure material according to claim 3, wherein the hard / soft laminate structure material has higher strength than the hard / soft laminate structure material according to claim 1, wherein the kink is not formed. 請求項1乃至4のいずれか一項において、
前記硬質層の相互間に前記軟質層が隙間なく充填されており、
前記材料を塑性変形させる際の前記軟質層のすべり変形もしくはせん断変形が、前記軟質層の層面に限定されていることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The soft layer is filled with no gap between the hard layers,
A hard / soft laminated material characterized in that slip deformation or shear deformation of the soft layer when plastically deforming the material is limited to a layer surface of the soft layer.
請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記材料は、金属系、セラミックス系及び高分子系のいずれかの材料であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
A hard / soft laminated material, wherein the material is any one of a metal, a ceramic, and a polymer.
請求項1乃至6のいずれか一項において、
前記硬質層の厚さが100nm以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
A hard / soft laminated material, wherein the hard layer has a thickness of 100 nm or less.
請求項1乃至7のいずれか一項において、
前記硬質層の厚さが前記軟質層の厚さの1/2以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
A hard / soft laminated material, wherein the thickness of the hard layer is ½ or less of the thickness of the soft layer.
請求項1乃至8のいずれか一項において、
前記硬質層は、薄い軟質層と薄い硬質層が交互に積層した板状層で構成されていることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
In any one of Claims 1 thru | or 8,
The hard / soft laminated material is characterized in that the hard layer is composed of a plate-like layer in which thin soft layers and thin hard layers are alternately laminated.
請求項9において、
前記薄い軟質層及び前記薄い硬質層それぞれの厚さが10nm以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
In claim 9,
A hard / soft laminated material, wherein each of the thin soft layer and the thin hard layer has a thickness of 10 nm or less.
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は金属系の材料であり、
前記硬質層の結晶構造が、前記軟質層の結晶構造と異なることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
The hard / soft laminated structure material according to any one of claims 1 to 10 is a metal-based material,
A hard / soft laminated material, wherein the crystal structure of the hard layer is different from the crystal structure of the soft layer.
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は金属系の材料であり、
前記硬質層と前記軟質層の結晶構造が同じであり、
前記硬質層の溶質元素濃度が、前記軟質層の溶質元素濃度と異なることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
The hard / soft laminated structure material according to any one of claims 1 to 10 is a metal-based material,
The crystal structure of the hard layer and the soft layer is the same,
A hard / soft laminated material, wherein a solute element concentration of the hard layer is different from a solute element concentration of the soft layer.
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は金属系の材料であり、
前記硬質層がhcp構造及びbcc構造の一方を有し、
前記軟質層がhcp構造及びbcc構造の他方を有することを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
The hard / soft laminated structure material according to any one of claims 1 to 10 is a metal-based material,
The hard layer has one of an hcp structure and a bcc structure;
A hard / soft laminate material, wherein the soft layer has the other of an hcp structure and a bcc structure.
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は金属系の材料であり、
前記硬質層がhcp構造及びfcc構造の一方を有し、
前記軟質層がhcp構造及びfcc構造の他方を有することを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
The hard / soft laminated structure material according to any one of claims 1 to 10 is a metal-based material,
The hard layer has one of an hcp structure and an fcc structure;
A hard / soft laminated material, wherein the soft layer has the other of an hcp structure and an fcc structure.
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は金属系の材料であり、
前記硬質層がfcc構造及びbcc構造の一方を有し、
前記軟質層がfcc構造及びbcc構造の他方を有することを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
The hard / soft laminated structure material according to any one of claims 1 to 10 is a metal-based material,
The hard layer has one of an fcc structure and a bcc structure;
A hard / soft laminate material, wherein the soft layer has the other of an fcc structure and a bcc structure.
請求項14に記載の硬質・軟質積層構造材料はMg合金であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。   The hard / soft multilayer structure material according to claim 14 is an Mg alloy. 請求項16において、
前記Mg合金は、Mg−Zn−Y合金、Mg−Zn−Gd合金、Mg−Zn−(Y−Gd)合金、Mg−Zn−Y−X−Z合金、Mg−Zn−Gd−X−Z合金、及びMg−Zn−Y−Gd−X−Z合金のいずれかであり、
前記Xは、Al、Ca及びLiからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Zは、希土類元素、Mn、Si、Zr、Ti、Hf、Nb、Sn、Ag、Sr、Sc、Sb、B、C及びBeからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Znの含有量をa原子%、前記Yの含有量をb原子%、前記Gdの含有量をb原子%、前記Y及びGdの合計含有量をb原子%、前記Xの含有量をc原子%、前記Zの含有量をd原子%とすると、下記(式1)〜(式6)を満たすことを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
(式1)0.1≦a≦3.0
(式2)0.1≦b≦3.0
(式3)c≦3.0
(式4)d≦1.0
(式5)b≦a+2
(式6)b≧a−1
In claim 16,
The Mg alloy includes Mg—Zn—Y alloy, Mg—Zn—Gd alloy, Mg—Zn— (Y—Gd) alloy, Mg—Zn—Y—X—Z alloy, Mg—Zn—Gd—X—Z. Alloy, or Mg-Zn-Y-Gd-XZ alloy,
X is at least one element selected from the group consisting of Al, Ca and Li;
Z is at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, Mn, Si, Zr, Ti, Hf, Nb, Sn, Ag, Sr, Sc, Sb, B, C, and Be;
The Zn content is a atomic%, the Y content is b atomic%, the Gd content is b atomic%, the total content of Y and Gd is b atomic%, and the X content is c. A hard / soft laminated structure material satisfying the following (formula 1) to (formula 6) when the atomic percent and the Z content are d atomic percent.
(Formula 1) 0.1 ≦ a ≦ 3.0
(Formula 2) 0.1 ≦ b ≦ 3.0
(Formula 3) c ≦ 3.0
(Formula 4) d ≦ 1.0
(Formula 5) b ≦ a + 2
(Formula 6) b ≧ a−1
金属を鋳造する工程を有し、
前記鋳造後の金属は、硬質層と軟質層が交互に複数積層された構造を有し、
前記軟質層の厚さは前記硬質層の厚さより厚く、
前記軟質層の厚さは1μm以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
Having a process of casting metal,
The metal after casting has a structure in which a plurality of hard layers and soft layers are alternately laminated,
The soft layer is thicker than the hard layer,
The method for producing a hard / soft laminated structure material, wherein the soft layer has a thickness of 1 μm or less.
請求項18において、
前記鋳造時の冷却速度は10万℃/秒未満であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
In claim 18,
A method for producing a hard / soft laminated structure material, wherein a cooling rate during casting is less than 100,000 ° C./second.
請求項19において、
前記鋳造工程の後に、前記鋳造後の金属を融点(絶対温度)の50%以上の温度に加熱する工程を有することを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
In claim 19,
A method for producing a hard / soft laminated material, comprising a step of heating the cast metal to a temperature of 50% or more of a melting point (absolute temperature) after the casting step.
請求項19または20において、
前記鋳造時の冷却速度は100℃/秒以上であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
In claim 19 or 20,
A method for producing a hard / soft laminated structure material, wherein a cooling rate during casting is 100 ° C./second or more.
請求項18乃至21のいずれか一項において、
前記金属は、Mg−Zn−Y合金、Mg−Zn−Gd合金、Mg−Zn−(Y−Gd)合金、Mg−Zn−Y−X−Z合金、Mg−Zn−Gd−X−Z合金、及びMg−Zn−Y−Gd−X−Z合金のいずれかであり、
前記Xは、Al、Ca及びLiからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Zは、希土類元素、Mn、Si、Zr、Ti、Hf、Nb、Sn、Ag、Sr、Sc、Sb、B、C及びBeからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Znの含有量をa原子%、前記Yの含有量をb原子%、前記Gdの含有量をb原子%、前記Y及びGdの合計含有量をb原子%、前記Xの含有量をc原子%、前記Zの含有量をd原子%とすると、下記(式1)〜(式6)を満たすことを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
(式1)0.1≦a≦3.0
(式2)0.1≦b≦3.0
(式3)c≦3.0
(式4)d≦1.0
(式5)b≦a+2
(式6)b≧a−1
In any one of claims 18 to 21,
The metal is Mg—Zn—Y alloy, Mg—Zn—Gd alloy, Mg—Zn— (Y—Gd) alloy, Mg—Zn—Y—X—Z alloy, Mg—Zn—Gd—X—Z alloy. And Mg—Zn—Y—Gd—X—Z alloy,
X is at least one element selected from the group consisting of Al, Ca and Li;
Z is at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, Mn, Si, Zr, Ti, Hf, Nb, Sn, Ag, Sr, Sc, Sb, B, C, and Be;
The Zn content is a atomic%, the Y content is b atomic%, the Gd content is b atomic%, the total content of Y and Gd is b atomic%, and the X content is c. A method for producing a hard / soft laminated material characterized by satisfying the following (formula 1) to (formula 6) when the atomic percent and the Z content are d atomic percent.
(Formula 1) 0.1 ≦ a ≦ 3.0
(Formula 2) 0.1 ≦ b ≦ 3.0
(Formula 3) c ≦ 3.0
(Formula 4) d ≦ 1.0
(Formula 5) b ≦ a + 2
(Formula 6) b ≧ a−1
請求項18乃至22のいずれか一項において、
前記硬質層の相互間に前記軟質層が隙間なく充填されており、
前記材料を塑性変形させる際の前記軟質層のすべり変形もしくはせん断変形が、前記軟質層の層面に限定されていることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
In any one of claims 18 to 22,
The soft layer is filled with no gap between the hard layers,
A method for producing a hard / soft laminated material, wherein slip deformation or shear deformation of the soft layer when the material is plastically deformed is limited to a layer surface of the soft layer.
請求項18乃至23のいずれか一項において、
前記鋳造時の冷却速度は、1000K/秒以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
A method according to any one of claims 18 to 23.
The method for producing a hard / soft laminated structure material, wherein a cooling rate during casting is 1000 K / second or less.
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は高分子系の材料であり、
前記硬質層が結晶層であり、前記軟質層が非晶層であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
The hard / soft laminated structure material according to any one of claims 1 to 8 is a polymer material,
A hard / soft laminated structure material, wherein the hard layer is a crystalline layer and the soft layer is an amorphous layer.
請求項25において、
前記高分子系の材料は、結晶性高分子、第1の結晶性高分子に第2の結晶性高分子を混ぜたブレンド物、結晶性高分子にポリマーを混ぜたブレンド物、第1のポリマーに第2のポリマーを混ぜたブレンド物のいずれかであることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
In claim 25,
The polymer material includes a crystalline polymer, a blend of the first crystalline polymer and the second crystalline polymer, a blend of the crystalline polymer and the polymer, and the first polymer. A hard / soft laminate material characterized in that it is one of blends obtained by mixing a second polymer.
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の硬質・軟質積層構造材料は高分子系の材料であり、
前記硬質層が非晶層であり、前記軟質層が非晶層であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
The hard / soft laminated structure material according to any one of claims 1 to 8 is a polymer material,
A hard / soft laminated material, wherein the hard layer is an amorphous layer and the soft layer is an amorphous layer.
請求項27において、
前記高分子系の材料は、ポリマー、第1のポリマーに第2のポリマーを混ぜたブレンド物、弾性率の高い成分高分子と弾性率の低い成分高分子とが相分離したポリマーブレンド物のいずれかであることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
In claim 27,
The polymer material may be any of a polymer, a blend obtained by mixing the first polymer with the second polymer, and a polymer blend obtained by phase-separating a component polymer having a high elastic modulus and a component polymer having a low elastic modulus. A hard / soft laminated material characterized by
請求項25乃至28のいずれか一項において、
前記高分子系の材料の構成成分になる高分子は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン1、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルフォン、ポリエチレンオキサイド、ポリ乳酸、ナイロン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルとその共重合体、ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、ポリエーテルケトン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリスチレンーポリブタジエン共重合体、ポリアクリロニトリルーポリスチレン共重合体、及び、ポリアクリロニトリルーポリブタジエン共重合体の少なくとも一つを含むことを特徴とする硬質・軟質積層構造材料。
A device according to any one of claims 25 to 28.
Polymers that are constituent components of the polymer material include polypropylene, polyethylene, polybutene 1, polyvinylidene fluoride, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethylene oxide, Polylactic acid, nylon, polystyrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate and its copolymer, polyvinyl chloride, phenol resin, polyether ketone, polybutadiene, polyisoprene, polystyrene-polybutadiene copolymer, polyacrylonitrile-polystyrene copolymer, And a hard / soft laminated material comprising at least one of polyacrylonitrile-polybutadiene copolymer.
結晶性高分子、第1の結晶性高分子に第2の結晶性高分子を混ぜたブレンド物、結晶性高分子にポリマーを混ぜたブレンド物、第1のポリマーに第2のポリマーを混ぜたブレンド物、ポリマー、弾性率の高い成分高分子と弾性率の低い成分高分子とが相分離したポリマーブレンド物のいずれかの高分子系の材料を準備する工程(a)と、
前記高分子系の材料に室温より高い温度で塑性加工を行う工程(b)と、
を具備し、
前記工程(b)の後の材料は、硬質層と軟質層が交互に複数積層された構造を有し、
前記軟質層の厚さは前記硬質層の厚さより厚く、
前記軟質層の厚さは1μm以下であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
Crystalline polymer, blend of first crystalline polymer mixed with second crystalline polymer, blend of crystalline polymer mixed with polymer, blended first polymer with second polymer Preparing a polymer material of any one of a blend, a polymer, and a polymer blend in which a component polymer having a high elastic modulus and a component polymer having a low elastic modulus are phase-separated;
(B) performing plastic working on the polymer material at a temperature higher than room temperature;
Comprising
The material after the step (b) has a structure in which a plurality of hard layers and soft layers are alternately laminated,
The soft layer is thicker than the hard layer,
The method for producing a hard / soft laminated structure material, wherein the soft layer has a thickness of 1 μm or less.
請求項30において、
前記工程(b)は、前記高分子系の材料に200%以上のひずみを加える熱延伸を行う工程であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
In claim 30,
The method (b) is a method for producing a hard / soft laminated structure material, characterized in that the step (b) is a step of performing hot stretching to apply strain of 200% or more to the polymer material.
請求項30または31において、
前記硬質層は、配向した分子鎖を有することを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
In claim 30 or 31,
The method for producing a hard / soft laminated material, wherein the hard layer has an oriented molecular chain.
請求項30乃至32のいずれか一項において、
前記工程(b)の後に、室温で前記材料に塑性加工を行う工程(c)を含むことを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
In any one of claims 30 to 32,
A method for producing a hard / soft laminate material, comprising a step (c) of performing plastic working on the material at room temperature after the step (b).
請求項33において、
前記工程(c)は、室温で前記材料に10%以上のひずみを加える延伸を行う工程であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
In claim 33,
The step (c) is a step of performing stretching by applying a strain of 10% or more to the material at room temperature, and a method for producing a hard / soft laminated structure material.
請求項33または34において、
前記工程(c)の後の前記硬質層及び前記軟質層にキンクが形成されていることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
In claim 33 or 34,
A kink is formed in the hard layer and the soft layer after the step (c), and the method for producing a hard / soft laminated structure material is provided.
請求項30乃至35のいずれか一項において、
前記硬質層及び前記軟質層それぞれの長軸方向は、前記工程(b)における延伸方向に交差する方向であることを特徴とする硬質・軟質積層構造材料の製造方法。
In any one of claims 30 to 35,
The method for producing a hard / soft laminated structure material, wherein a major axis direction of each of the hard layer and the soft layer is a direction intersecting with an extending direction in the step (b).
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