JP3852769B2 - 耐食性に優れた室温成形可能なマグネシウム合金 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用部品、各種家電製品並びに各種ＯＡ機器において使用される高い比強度を有するマグネシウム合金に関し、特に耐食性に優れ室温成形が可能なマグネシウム合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシウム合金は軽量で電磁波遮断性や切削性、リサイクル性に優れることから、実用合金として注目されているが、室温での塑性加工が困難なことが知られている。そのため、従来のプレス成形などで用いられているマグネシウム合金は、温間（１５０〜３５０℃）での成形が必要であり、作業性、安全性、コストの面からも室温成形性を有する材料開発が望まれている。
【０００３】
Ｍｇは結晶構造が六方晶（ｈ．ｃ．ｐ．）で塑性変形時の滑り面が少ないため、成形性が悪いといわれている。そこで、Ｍｇへの各種元素の添加による結晶構造の変化（滑り面の増加）による成形性の向上への取り組みが行なわれている。そのような中で、Ｍｇ−Ｌｉ共晶合金は、６％以上のＬｉの添加によりＭｇにＬｉを固溶した体心立方晶（ｂ．ｃ．ｃ．）であるβ相を晶出させ、成形性を向上させた合金である。このＭｇ−Ｌｉ共晶合金は、室温での成形が可能であり、この特徴を生かすことで新しい加工方法の可能性が大きく広がる。
【０００４】
しかし、このＭｇ−Ｌｉ共晶合金は室温成形性に優れるものの、成形性の向上に伴う引張強度の低下およびＬｉという活性元素の添加による耐食性の低下という欠点を有する。引張強度および耐食性の向上のためにＡｌ、Ｚｎなどを多量に添加した場合には、この合金の特徴である室温成形性を低下させるという大きなマイナス効果が現れる。
【０００５】
引張強度に関しては、Ｍｇ−Ｌｉ合金にＹを添加することで強度向上と強度安定性の向上についての提案（特許文献１参照）があるが、Ｌｉと同様に活性元素であるＹを使用していることで耐食性に関する課題は依然残ったままである。
また、Ｍｇ−Ｌｉ共晶合金にＡｇを添加した合金において引張強度が向上するという報告もあるが、Ａｇという高価な材料の使用は合金の製造コストが上昇することからあまり好ましくない。
【特許文献１】
特公平８−２３０５７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、室温成形が可能でしかも耐食性に優れたマグネシウム合金を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記（１）〜（３）の構成より成る。
（１）質量％で、Ｌｉ：８．０〜１１．０％、Ｚｎ：０．１〜４．０％、Ｂａ：０．１〜４．５％含有し、残部はＭｇおよび不可避的不純物からなることを特徴とする耐食性に優れた室温成形可能なマグネシウム合金。
（２）上記（１）にさらに質量％で、Ａｌ：０．１〜０．５％含有する耐食性に優れた室温成形可能なマグネシウム合金。
（３）上記（１）または（２）にさらに質量％で、Ｌｎ（ランタノイドの１種または２種以上の総量）：０．１〜２．５％、Ｃａ：０．１〜１．２％含有する耐食性に優れた室温成形可能なマグネシウム合金。
【０００８】
本発明における成分の限定理由は次の通りである。％は質量％である。
Ｌｉ：Ｍｇの結晶構造（ｈ．ｃ．ｐ．）を改善し、成形性を有するためには８．０％以上のＬｉが必要である。一方、１１．０％を超える添加は組織がｂ．ｃ．ｃ．単相となり、室温成形性が向上するものの、耐食性が低下する。そこで、引張強度および耐食試験の結果を基に、Ｌｉの範囲は８．０〜１１．０％とする。
【０００９】
Ｚｎ：Ｚｎは耐食性、強度を改善する元素であるが、成形性低下の悪影響も同時に及ぼすため、室温成形性を有するには多量に添加することは好ましくない。一方、ミクロ組織観察の結果では、Ｍｇ−Ｌｉ共晶合金に対して、２％Ｚｎを添加した合金において成形性へ悪影響を及ぼすα相（ｈ．ｃ．ｐ．のＭｇ相）の減少が観察された。そこで、圧延試験、引張試験および耐食試験の結果を基に、Ｚｎの範囲は０．１〜４．０％とする。
【００１０】
Ｂａ：Ｂａはｂ．ｃ．ｃ．であるがＭｇへの固溶限は小さく、Ｍｇとの金属間化合物（Ｍｇ₁₇Ｂａ₂）が形成される。Ｍｇ₁₇Ｂａ₂は、Ｍｇ−Ｌｉの共晶反応温度である５８８℃に近く、それよりも高い温度の６３４℃で析出するためにαおよびβ相の晶出時にその核として働き、αおよびβ相の微細化、分散均一化を達成する。ただし、Ｍｇ₁₇Ｂａ₂はｈ．ｃ．ｐ．のため、存在量が増加すると成形性低下の悪影響が懸念される。そこで、引張強度の結果を基に、Ｂａの範囲は０．１〜４．５％とする。
【００１１】
請求項２におけるＡｌの添加理由は下記のとおりである。
Ａｌ：Ａｌは耐食性、強度を大きく改善する元素であるが、強度上昇にともなう成形性低下の悪影響も大きいため、室温成形性を有するには多量に添加することは好ましくない。そこで、耐食性試験の結果を基に耐食性改善効果から下限を０．１％とし、引張試験（伸び）の結果を基に室温成形性を有する範囲である０．５％を上限とする。
【００１２】
請求項３におけるＬｎ，Ｃａの組成限定理由は下記のとおりである。
Ｌｎ：Ｌｎ（Ｌａ、Ｃｅ、ミッシュメタル等）は耐食性、耐熱性を改善する元素であるが、引張強度低下の悪影響も同時に及ぼす。又、高価な材料であるため多量に使用することは合金の製造コストが上昇することからあまり好ましくない。そこで、引張試験の結果を基に、Ｌｎの範囲は０．１〜２．５％とする。
【００１３】
Ｃａ：Ｃａは引張強度を改善する元素であるが、耐食性低下の悪影響も同時に及ぼすため、多量に添加することは好ましくない。そこで、引張試験の結果を基に、強度改善効果から下限を０．１％とし、耐食性試験の結果を基に上限を１．２％とする。
【００１４】
本発明は、上記の各元素の成分範囲をとることにより、室温成形が可能で耐食性に優れたマグネシウム合金を提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に具体的な実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
１０２〜１０３ｋＰａに調整したアルゴン雰囲気の高周波誘導溶解炉において、表１に示す組成の合金を溶製した。溶解はステンレス坩堝を使用し、フラックス等は使用しなかった。溶湯は２５０ｍｍ×３００ｍｍ×３０ｍｍ^tの金型に鋳込むことで、試験用インゴットを作製した。この様にして得られたインゴットから試験片を採取し、ミクロ組織観察を実施した。
【００１６】
試験片 １０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍ^t（鋳造方向の断面を鏡面研磨）
熱処理 無（Ａｓ Ｃａｓｔ）
エッチング条件 ナイタール溶液にて１０秒間腐食し、洗浄後乾燥
【００１７】
【表１】

【００１８】
その後、０．６ｍｍ^tまで圧延し、（１）引張試験、（２）耐食試験を実施した。
（１）引張試験条件
装置 島津オートグラフ（ＡＪ−１００ｋＮＢ）
試験片 厚さ０．６ｍｍ^t、標点間幅 ５ｍｍ、標点間長さ ４０ｍｍ
（ＪＩＳ１３Ｂ号の８／１２．５倍、圧延方向より採取）
熱処理条件 無（Ａｓ Ｒｏｌｌ）
雰囲気 室温、大気中
引張速度 ２ｍｍ／ｍｉｎ（初期歪速度 ８．３×１０^-4ｓ^-1）
評価 引張強度、伸び
（２）耐食試験条件
装置 塩水噴霧試験機 スガ試験機
試験片 ６０ｍｍ×１２０ｍｍ×０．６ｍｍ^t
熱処理条件 無（Ａｓ Ｒｏｌｌ）
噴霧溶液 ３５℃、５％ＮａＣｌ
噴霧圧 １ｋｇｆ／ｃｍ²
評価 腐食損傷部（腐食反応部）を除去し、損傷部面積率を測定
引張試験および耐食試験の測定結果を表１に示す。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成によるマグネシウム合金は、室温成形が可能で耐食性に優れた合金を提供するものである。

Claims (3)

1. 質量％で、Ｌｉ：８．０〜１１．０％、Ｚｎ：０．１〜４．０％、Ｂａ：０．１〜４．５％含有し、残部はＭｇおよび不可避的不純物からなる、ことを特徴とする耐食性に優れた室温成形可能なマグネシウム合金。
2. 請求項１にさらに質量％で、Ａｌ：０．１〜０．５％含有する、耐食性に優れた室温成形可能なマグネシウム合金。
3. 請求項１または２にさらに質量％で、Ｌｎ（ランタノイドの１種または２種以上の総量）：０．１〜２．５％、Ｃａ：０．１〜１．２％含有する、耐食性に優れた室温成形可能なマグネシウム合金。