JP3110117B2 - 高強度マグネシウム基合金 - Google Patents

高強度マグネシウム基合金

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JP3110117B2 JP03345469A JP34546991A JP3110117B2 JP 3110117 B2 JP3110117 B2 JP 3110117B2 JP 03345469 A JP03345469 A JP 03345469A JP 34546991 A JP34546991 A JP 34546991A JP 3110117 B2 JP3110117 B2 JP 3110117B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、急冷凝固法によって得
られる機械的強度に優れたマグネシウム基合金に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のマグネシウム基合金には、Mg−
Al系、Mg−Al−Zn系、Mg−Th−Zr系、M
g−Th−Zn−Zr系、Mg−Zn−Zr系、Mg−
Zn−Zr−RE(希土類元素)系等の成分系の合金が
知られており、その材料特性に応じて軽量構造部材とし
て広範囲の用途に供されている。また、急冷凝固法によ
って得られる材料としては、特開平3−47941号公
報記載の合金が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
種系の従来のマグネシウム基合金は、一般に硬度および
強度が低いのが現状であり、上記特開平3−47941
号公報に示される合金は、硬度および引張強度において
は優れているものの熱的安定性および比強度の点で問題
を有する。
【0004】そこで、本発明は上記に鑑み、高硬度、高
強度、高耐熱性を有し、かつ、軽くて強い材料(高比強
度材料)として有用なマグネシウム基合金を提供するこ
とを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第一発明は、一
般式:MgaAlbc(ただし、MはGa、Baから選
ばれる少なくとも一種、a、b、cは原子パーセント
で、78≦a≦94、2≦b≦12、1≦c≦10)で
示される、結晶粒径が1.0μm以下でh.c.p.の
MgマトリックスにMgとAlまたはGaまたはBaと
の金属間化合物が均一微細に分散した微細結晶質組成を
有する高強度マグネシウム基合金である。
【0006】本発明の第二発明は、一般式:Mga'Al
bcd(ただし、MはGa、Baから選ばれる少なく
とも一種の元素、XはZn、Ce、Zr、Caから選ば
れる少なくとも一種の元素、a’、b、c、dは原子パ
ーセントで、75≦a’≦94、2≦b≦12、1≦c
≦10、0.1≦d≦3)で示される、結晶粒径が1.
0μm以下でh.c.p.のMgマトリックスにMgと
AlまたはGaまたはBaとの金属間化合物が均一微細
に分散した微細結晶質組成を有する高強度マグネシウム
基合金である。
【0007】上記本発明のマグネシウム基合金におい
て、aを78〜94、a’を75〜94、bを2〜1
2、cを1〜10、dを0.1〜3の範囲にそれぞれ限
定したのは、平衡固溶限を越えた過飽和固溶体を形成す
るため、および液体急冷法等を利用した工業的な急冷手
段で微細結晶質からなる合金を得るためである。さら
に、重要な理由として上記範囲内にすることによって、
h.c.p.のMgが析出し、この微細なh.c.p.
のMgに対して、さらに微細な少なくともMgと上記合
金元素とが生成する金属間化合物が析出し、これが均一
に分散するためである。上記h.c.p.のMgのマト
リックスに少なくともMgを含む金属間化合物を均一微
細に分散することにより、Mgマトリックスの強化が行
え、合金の強度を飛躍的に向上させることができる。な
お、上記Mgの量が78at%未満で非晶質相を少なく
とも含むものが得られ、これを特定の温度で加熱するこ
とにより、非晶質相を分解することができるが、このよ
うに加熱分解より作製した場合、h.c.p.のMg
と同時もしくはこれより優先的に金属間化合物が析出
し、靭性が低下する。また、Mgの量が78at%未満
の合金で、冷却速度を小さくすることによっても上記の
ものと類似したものが得られるが、冷却状態で固溶体相
にならないとともに化合物粒子の分散したものしか得ら
れないため、靭性の低いものしか得られない。
【0008】本発明のマグネシウム基合金で、Al元素
は、マグネシウム元素および他の添加元素と安定または
準安定な金属間化合物を形成するとともに微細結晶相を
安定化させる効果により優れており、展延性を保ったま
ま強度を向上させる。この他に、Al元素は、耐食性を
向上させる効果を有する。
【0009】Ga元素は、マグネシウム元素および他の
添加元素と安定または準安定な金属間化合物を形成し、
マグネシウムマトリックス(α相)中に均一微細に分散
させ、合金の硬度と強度とを著しく向上させ、高温にお
ける微細結晶質の粗大化を抑制させ耐熱性を付与する。
【0010】X元素はZn、Ce、Zr、Caから選ば
れる少なくとも1種の元素であり、上記合金系(Mg−
Al−Ga)に微量添加することによって、微細結晶相
および金属間化合物をより微細化する効果があり、これ
によってより強度の向上が計れ、比強度の向上が計れ
る。特に、低溶質側では急冷が効かないため、有効であ
る。
【0011】本発明のマグネシウム基合金は、上記組成
を有する合金の溶湯を液体急冷法で急冷凝固することに
より得ることができる。この際の冷却速度は102〜1
6K/secが特に有効である。
【0012】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明
する。
【0013】実施例1 高周波溶解炉により所定の成分組成を有する溶融組成3
をつくり、これを図1に示す先端に小孔5(孔径:0.
5mm)を有する石英管に挿入し、加熱溶融した後、そ
の石英管1を銅製ロール2の直上に設置し、回転数30
00〜5000rpmの高速回転下、石英管1内の溶融
合金3をアルゴンガスの加圧下(0.7kg/cm2
により石英管1の小孔5から噴射し、ロール2の表面と
接触させることにより急冷凝固させて合金薄帯4を得
る。
【0014】上記製造条件により表1、表2に示す組成
(原子%)を有する16種の合金薄帯(幅:1mm、厚
さ:20μm)を得た。
【0015】上記各供試薄帯につき、それぞれX線回折
に付した結果、硬度(Hv)、引張り強度(σf)、破断
伸び(εf)、ヤング率(E)、比強度(σf/ρ)の機
械的特性を測定した結果を各表の右欄に示す。硬度(H
v)は、25g荷重の微小ビッカース硬度計による測定
値(DPN)であり、比強度は、引張り強度を密度で割
ったものである。また、上記記載の合金について、TE
M観察を行った結果、結晶粒径が1.0μm以下でh.
c.p.のMgマトリックスにMgとAlまたはGaま
たはBaとの金属間化合物が均一微細に分散したもので
あった。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】表1、表2に示す通り、いずれの試料も硬
度Hv(DPN)は114以上を示し、市販のマグネシ
ウム基合金が60〜90であるのに対し優れていること
が分かる。また、引張り強度は304(MPa)以上、
破断伸びは1.0%以上、ヤング率は25(GPa)以
上、比強度159以上と優れた機械的特性を示す。
【0019】実施例2 上記実施例1と同様にして、Mg−Al−Gaの組成を
有し、これにZrを0.3at%、Zn、Ce又はCa
添加したもの(上記MgをZr、Zn、Ce又はCaで
置換したもの)を作製し、引張り強度等について検討を
行った。この結果を表に示す。
【0020】
【表3】
【0021】表によれば、Zr、Zn、Ce、Caを
少量添加することより、飛躍的強度の向上が行えること
が分かる。
【0022】実施例3 上記実施例1のMg86Al8Ga6合金について、引張り
温度と引張り強度との関係、および所定温度1時間熱処
理後の引張り強度を測定し、熱処理温度と引張り強度と
の関係とを調べた。この結果を図2及び図3に示す。な
お、前者高温での引張り強度は歪速度8.3×10-4
-1で測定した結果であり、後者熱処理後の強度は歪速度
5.6×10-4-1で測定した結果である。
【0023】図2によれば、Mg86Al8Ga6の組成の
合金で高温強度は、50℃で530MPa、100℃で
320MPa、200℃で110MPa、300℃で1
00MPaと優れたものであることが分かる。
【0024】図3によれば、Mg86Al8Ga6の組成の
合金で1時間熱処理後の特性が、75℃以下では530
MPa以上、75℃以上225℃以下では530MPa
と優れている。
【0025】以上の結果によれば、本発明の合金は高温
強度および熱処理後の強度に優れたものであることが分
かる。
【0026】
【発明の効果】以上のように本発明のマグネシウム基合
金は、硬度、強度および耐熱性が高く高力材料、高耐熱
性材料として有用であり、かつ比強度も高く高比強度材
料としても有用であり、また、高温での強度、熱処理に
おける強度、室温での伸び、ヤング率の点でも優れてい
るため、押出し、鋳造などの加工ができ、加工により得
られたものは原料材が持つ優れた機械的特性を維持した
ものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明合金の製造例の説明図である。
【図2】実施例3で示した合金の引張試験における温度
と強度との関係を示すグラフである。
【図3】実施例3で示した合金の熱処理1時間後におけ
る温度と強度との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内無番地川内住宅 11−806 (72)発明者 柴田 利介 宮城県仙台市青葉区米ケ袋1丁目5番12 号 (56)参考文献 特開 平4−231435(JP,A) 特開 昭63−282232(JP,A) 特開 平4−45246(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 23/00 - 23/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式:MgaAlbc(ただし、Mは
    Ga、Baから選ばれる少なくとも一種の元素、a、
    b、cは原子パーセントで、78≦a≦94、2≦b≦
    12、1≦c≦10)で示される、結晶粒径が1.0μ
    m以下でh.c.p.のMgマトリックスにMgとAl
    またはGaまたはBaとの金属間化合物が均一微細に分
    散した微細結晶質組成を有する高強度マグネシウム基合
    金。
  2. 【請求項2】 一般式:Mga'Albcd(ただし、
    MはGa、Baから選ばれる少なくとも一種、XはZ
    n、Ce、Zr、Caから選ばれる少なくとも一種の元
    素、a’、b、c、dは原子パーセントで、75≦a’
    ≦94、2≦b≦12、1≦c≦10、0.1≦d≦
    3)で示される微細結晶質組成を有する高強度マグネシ
    ウム基合金。
  3. 【請求項3】 h.c.p.のMgマトリックスに分散
    した金属間化合物がMg5Ga2またはMg17Ba2の金
    属間化合物の微細結晶質が均一に分散している請求項1
    又は請求項2に記載の高強度マグネシウム基合金。
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