JP4526769B2

JP4526769B2 - マグネシウム合金

Info

Publication number: JP4526769B2
Application number: JP2003028839A
Authority: JP
Inventors: ブロンフィン，ボリス; アギオン，エリヤフ; バック，フランクフォン; シューマン，ゾンケ
Original assignee: Dead Sea Magnesium Ltd
Current assignee: Dead Sea Magnesium Ltd
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2023-02-05
Also published as: JP2004238678A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は優れた耐クリープ性、改善した鋳造性を持つマグネシウム合金に関するもので、本発明のマグネシウム合金は高温での使用に優れ、また優れた耐食性を持つものである。
【０００２】
【従来の技術】
同じ体積のアルミニウムより１／３軽いマグネシウム合金は、重量を減らす数多くの可能性を提供し、その為、自動車産業、航空宇宙産業においては大変魅力的である。ＣＡＦＥ（ＣｌｅａｎＡｉｒｆｏｒＥｕｒｏｐｅ欧州大気清浄）その他の環境法制定後は、多くの自動車メーカーは近い将来、自動車一台あたり、マグネシウム合金を４０〜１００ｋｇ使用すべく目標としている。マグネシウム合金の部品は、高圧ダイキャスト（ｈｉｇｈ−ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｅｃａｓｔｉｎｇ）、砂型鋳造（ｓａｎｄｃａｓｔｉｎｇ）や永久鋳型鋳造（ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍｏｌｄｃａｓｔｉｎｇ）といった様々な鋳造工程によって製造される。その他の製造技術としては、高圧鋳造（ｓｑｕｅｅｚｅｃａｓｔｉｎｇ）、半凝固成形（ｓｅｍｉ−ｓｏｌｉｄｃａｓｔｉｎｇ）、チクソ成形（ｔｈｉｘｏｃａｓｔｉｎｇ）やチクソモールディング（ｔｈｉｘｏｍｏｌｄｉｎｇ）がある。国際マグネシウム協会（ＩＭＡ：ｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭａｇｎｅｓｉｕｍＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）は、ダイキャストマグネシウムの使用が増え続けるだろうと予測している。
【０００３】
自動車部品の為の理想的マグネシウム合金は、費用効果が高いことの他に、鋳造過程で、また継続的応力負荷の下での使用の過程で、その特性に関係するいくつかの条件を満たさなければならない。良い成形性（ｃａｓｔａｂｉｌｉｔｙ）とは、溶融合金の薄い鋳型部への流れの良さ、溶融合金の鋳型への固着のしにくさ、キャスティング過程での耐酸化性がある。良い合金はキャスティングの冷却固化工程で亀裂を生じない。合金の鋳造物である部品は高い引張及び圧縮降伏強度を持ち、使用に際しては、高温下で応力負荷されても、連続ひずみ（ｃｏｎｔｉｎｕｅｄｓｔｒａｉｎ）が低くなければならない（耐クリープ性）。
合金の鋳造物である部品がクランクケースのギアボックスの部品とするなら、１２０℃以上の高温においても優れた機械的特質を維持しなければならない。
また、合金は耐食性も備える必要がある。
合金の物理的化学的特性は、実質的に、種々の金属間化合物（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を形成するほかの金属元素の存在によって異なる。こうした金属間化合物は高温時の応力下で結晶粒が滑ること（ｇｒａｉｎｓｌｉｄｉｎｇ）を妨げる。
【０００４】
従来のダイキャストマグネシウム合金は、全てＭｇ−Ａｌ系によるものである。Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系（市場で入手可能な合金としてはＡＺ９１Ｄ等）やＭｇ−Ａｌ−Ｍｎ系の合金は鋳造性、耐食性に優れ、全体の強度と可塑性（ａｍｂｉｅｎｔｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｄｕｃｔｉｌｉｔｙ）にすぐれているが、耐クリープ性と、高温下での強度とが劣る。一方、Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｉ合金及びＭｇ−Ａｌ−ＲＥ合金は耐クリープ性に優れているものの耐食性は不十分であり（ＡＳ４１合金及びＡＳ２１合金）、鋳造性も劣る（ＡＳ２１合金及びＡＥ４２合金）。どちらのタイプの合金も常温（ａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）での引張降伏強度（ｔｅｎｓｉｌｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ）が比較的低い。さらに、希土類元素（ｒａｒｅｅｌｅｍｅｎｔｓ。以下、ＲＥともいう）の含有量が高いと、例えばＡＥ４２では２．４％であるが、コストが増す。
【０００５】
上記合金にＣａ或いはＳｒを含有することで上記のうちいくつかの欠点は克服できる。
ドイツ特許出願第８４７，９９２号（特許文献１）は、マグネシウム合金について記載している。このマグネシウム合金は、２〜１０重量％のアルミニウム、０〜４重量％の亜鉛、０．００１〜０．５重量％のマンガン、０．５〜３重量％のカルシウム、及び０．００５重量％までのベリリウムを含む。更に、この合金は熱による亀裂を防ぐ為に比較的高い含有量（０．３重量％までの）の鉄を含んでいる。
イギリス特許出願公開第２，２９６，２５６号（特許文献２）は、２重量％までのＲＥ及び５．５重量％までのＣａを含むマグネシウム合金を開示している。
国際特許出願公開ＷＯ９６２５５２９号（特許文献３）は、マグネシウム合金について開示している。このマグネシウム合金は、０．８重量％までのカルシウムを含み、３５ＭＰａの応力負荷のもと、１５０℃で２００時間の条件において、０．５％未満のクリープひずみを示している。
欧州特許出願公開第７９９９０１号（特許文献４）は、４重量％までのカルシウム及び０．１５重量％までのストロンチウムを含む半凝固成形用のマグネシウム合金を記載しており、この合金においてＣａ／Ａｌ比は０．８未満である。
欧州特許出願公開第７９１６６２号（特許文献５）は、３重量％までのＣａ及び３重量％までのＲＥ元素を含むマグネシウム合金を開示しており、該合金は元素のある特定の比率に対してのみダイキャスト可能である。
欧州特許出願公開第１０４８７４３号（特許文献６）は、キャスティングの為の３．３％までのＣａ及び０．２％までのＳｒを含むマグネシウム合金の製造方法を教示している。
米国特許第６，１３９，６５１号（特許文献７）は、１．２重量％までのＣａ、０．２重量％までのＳｒを含み、一方、Ｚｎの含有率は０．０１〜１重量％或いは５〜１０重量％であるマグネシウム合金を開示している。
国際特許出願公開ＷＯ０１４４５２９号（特許文献８）は、２．２％までのＳｒを含むキャスト用のマグネシウム合金を記載している。
【０００６】
【特許文献１】
ドイツ特許出願第８４７，９９２号
【特許文献２】
イギリス特許出願公開第２，２９６，２５６号
【特許文献３】
国際特許出願公開ＷＯ９６２５５２９号
【特許文献４】
欧州特許出願公開第７９９９０１号
【特許文献５】
欧州特許出願公開第７９１６６２号
【特許文献６】
欧州特許出願公開第１０４８７４３号
【特許文献７】
米国特許第６，１３９，６５１号
【特許文献８】
国際特許出願公開ＷＯ０１４４５２９号
【特許文献９】
欧州特許出願公開第１，１２７，９５０
【非特許文献１】
ハワードアイカプラン、ジョンエヌハリン、バイロンビークロウ：”マグネシウムテクノロジー２０００、プロシーディングズオブザシンポジウム”２０００年３月、ｐｐ．２７９−２８４（ＨｏｗａｒｄＩＫａｐｌａｎ、ＪｏｈｎＮ．Ｈｒｙｎ＆ＢｙｒｏｎＢ．Ｃｌｏｗ：”ＭａｇｎｅｓｉｕｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２０００，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅｓｙｍｐｏｓｉｕｍ”Ｍａｒｃｈ２０００，ｐｐ．２７９−２８４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、少なくとも１５０℃までの高温時の耐クリープ性を改良しつつ、常温（ａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）時及び高温時の強度を改良した合金を提供することを目的としている。
【０００８】
また本発明の別の目的は、特に高圧ダイキャスト工程によく適応し、鋳型にくっ付き難く、酸化し難く、熱間割れが少なく、かつ流動性に優れた合金を提供することである。
【０００９】
また本発明の別の目的は、耐食性に優れ、高温時の使用に適したマグネシウム合金を提供することである。
【００１０】
さらに本発明の目的は、砂型鋳造、永久鋳型鋳造、高圧鋳造、半凝固成形、チクソ成形、チクソモールディングといった他の工法にも使用できる合金を提供することである。
【００１１】
さらに本発明の目的は、ベリリウムを使用せず鋳造できる合金を提供することである。
【００１２】
本発明の目的は、上述した動作と特性を持つ比較的安価な合金を提供することである。
【００１３】
そのほかの本発明の目的や利点は後述によって明らかとなる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は優れた耐クリープ性、鋳造性があり、高温での使用に適した強度の高いマグネシウム合金に関するものである。本発明の合金は鋳造性に優れ、耐食性に優れている。上記合金は、アルミニウム、マンガン、亜鉛、カルシウム、ストロンチウム、ジルコニウム、及び希土類元素から成る。
この発明のマグネシウム合金は、
１）６．１〜９．２（「〜」の含有量の表記は、両端の数値を含む６．１質量％以上９．２質量％以下を意味する。以下、同じ。）質量％のアルミニウム、
２）０．０８〜０．３８質量％のマンガン、
３）０．００〜０．９質量％の亜鉛、
４）０．２〜１．２質量％のカルシウム、
５）０．０５〜１．４質量％のストロンチウム、
６）０．００〜０．８質量％の希土類元素
を含み、残部マグネシウム及び不純物からなり、前記不純物としてＳｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕを含み得ると共に、さらに、カルシウムとストロンチウムの合計量が０．９質量％を超え１．６質量％未満であることを特徴とする。
合金中の鉄、ニッケル、銅及びケイ素（シリコン）の含有量はそれぞれ、０．００４質量％、０．００１質量％、０．００３質量％、０．０３質量％を超えない。カルシウムとストロンチウム含有量の合計は０．９質量％を超え、１．６質量％未満である。本発明の合金の微細組織は、母相（ｍａｔｒｉｘ）としてＭｇ−Ａｌ固溶体（ｓｏｌｉｄｓｌｕｔｉｏｎ）を持ち、Ｍｇ−Ａｌ固溶体の結晶粒界（ｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ）に位置するＭｇ₁₇Ａｌ₉Ｃａ₂Ｓｒ、Ａｌ₂Ｃａ_0.5Ｓｒ_0.5、Ａｌ₈（Ｍｎ，ＲＥ）₅、Ａｌ₂（Ｓｒ，Ｃａ）₁、Ａｌ₂（Ｓｒ，Ｃａ，ＲＥ）₁、Ａｌ_x（Ｍｎ，ＲＥ）_yといった金属間化合物から成る。
【００１５】
本発明の合金は、常温（ａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）及び１５０℃の高温のいずれにおいても、優れた強度と、優れたクリープ特性とを持つ。また、優れた耐食性を持つ。鋳造工程中では、流動性に優れ、鋳型にくっ付き難く、酸化し難く、熱間割れが少ない。本発明の合金は更に比較的安価である。
【００１６】
本発明はさらに高圧ダイキャスト、砂型鋳造、永久鋳型鋳造、高圧鋳造、半凝固成形、チクソ成形、チクソモールディングといった様々な工程にも使用できる合金に関するものである。
【００１７】
本発明はさらに前述した構成のマグネシウム合金によって製造した物品に関するもので、その合金は耐クリープ性、鋳造性に優れている。上記物品は高温での使用に適し、優れた耐食性を持つものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
マグネシウム合金（ｍａｇｎｅｓｉｕｍｂａｓｅｄａｌｌｏｙｓ）においては、アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ）、マンガン（ｍａｎｇａｎｅｓｅ）、亜鉛（ｚｉｎｃ）、カルシウム（ｃａｌｃｉｕｍ）、ストロンチウム（ｓｔｒｏｎｔｉｕｍ）、ジルコニウム（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ）及び希土類元素（ｒａｒｅ
ｅａｒｔｈｅｌｅｍｅｎｔｓ）といった元素の組み合わせ方によって先行技術の合金より優れた特性を持つようになることがわかった。これらの特性としては、常温（ａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）及び高温での優れた引張降伏強度（ｔｅｎｓｉｌｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ）及び圧縮降伏強度（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ）、優れた溶融金属動作（ｍｏｌｔｅｎｍｅｔａｌｂｅｈａｖｉｏｒ）、鋳造性、改良された耐クリープ性、耐食性といったものである。
【００１９】
本実施の形態のマグネシウム合金は４．８〜９．２質量％のアルミニウムを含む。アルミニウムの含有量が４．８質量％未満では鋳造性のうち、特に流動性については、それほど向上しない。一方、アルミニウムの含有量が９．２質量％を超えると脆くなり、また、耐クリープ性もそれほど良くならない。
本実施の形態の合金は０．０８〜０．３８質量％のマンガンを含み、及び０．９質量％までの亜鉛を含んでもよい。
本実施の形態の合金はカルシウム及びストロンチウムの両方を含む。カルシウム含有量は好ましくは０．２〜１．２質量％であり、ストロンチウムの含有量は０．０５〜１．４質量％が好ましい。カルシウムとストロンチウムとの含有によって安定した金属間化合物を形成し、この金属間化合物が結晶粒の滑りを防ぐ為、耐クリープ性が大幅に増す。β相、金属間化合物Ｍｇ₁₇（Ａｌ，Ｚｎ）₁₂が形成されるのを抑え、耐クリープ性を改善する為、カルシウム及びストロンチウムの合計量は０．９質量％より高くなければならない。一方で、脆くなるのを防ぎ、熱間割れの原因となる鋳型への固着を防ぐ為、カルシウムとストロンチウムの合計は１．６質量％を超えてはならない。カルシウムの含有はさらに合金の耐酸化性を高める。
本実施の形態の合金の殆どはインゴットで調合されベリリウム（ｂｅｒｙｌｌｉｕｍ）を使用せずダイキャストされる。
本実施の形態の合金は、０．８質量％までの希土類元素を含んでもよい。希土類元素は、析出した金属間化合物（ｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）に働きその安定性を増す。さらに、ＲＥ元素を含有することで耐食性が高まる。しかしながら、０．８質量％を超えるＲＥ元素による合金は強度を損ない、鋳造性も損なう。また、合金のコストが高くなるのは言うまでも無い。
【００２０】
本実施の形態の合金は低い腐食率（ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒａｔｅ）を保つ為、鉄（ｉｒｏｎ）、銅（ｃｏｐｐｅｒ）及びニッケル（ｎｉｃｋｅｌ）の含有は最小量とする。本実施の形態の合金は、鉄の含有は０．００４質量％未満、望ましくは０．００３質量％未満とする。マンガンを加えることで鉄の含有量を減らすことが出来る。最小でも残存マンガンが０．１７質量％あれば鉄の含有量を０．００３質量％未満に減らすことが出来る。ここで、０．０２質量％までの少量のジルコニウムを入れると０．０８質量％のマンガンで同じ結果を得られる。本実施の形態の合金は０．００１質量％を超えるニッケル、０．００３質量％を超える銅、０．０３質量％を超えるケイ素（シリコン）（ｓｉｌｉｃｏｎ）を含まない。
【００２１】
好適な実施の形態によれば、マグネシウム合金は７．８〜８．８質量％のアルミニウム、０．００〜０．３質量％の亜鉛、０．６５〜１．０５質量％のカルシウム、０．１５〜０．６５質量％のストロンチウム、０．００〜０．２質量％の希土類元素、０．０８〜０．２８質量％のマンガンを含み、希土類元素はセリウムを主とするミッシュメタルとして加えたものである。
本好適な実施の形態による合金は、Ｍｇ−Ａｌ固溶体を母相（ｍａｔｒｉｘ）として、Ｍｇ₁₇Ａｌ₉Ｃａ₂Ｓｒ、Ａｌ₂Ｃａ_0.5Ｓｒ_0.5、Ａｌ₈（Ｍｎ，ＲＥ）₅といった金属間化合物を持ち、上記金属間化合物はＭｇ−Ａｌ固溶体の結晶粒界に位置する。
【００２２】
別の好適な実施の形態によれば、マグネシウム合金は４．８〜６．０質量％のアルミニウム、０．１０〜０．３７質量％のマンガン、０．００〜０．３質量％の亜鉛、０．２０〜０．３０質量％のカルシウム、０．７〜１．４質量％のストロンチウム、０．１〜０．６質量％の希土類元素を含み、希土類元素はセリウムを主とするミッシュメタルとして加えたものである。
本好適な実施の形態による合金は、Ｍｇ−Ａｌ固溶体を母相（ｍａｔｒｉｘ）として、Ａｌ₂（Ｓｒ，Ｃａ）、Ａｌ₂（Ｓｒ，Ｃａ，ＲＥ）₁、Ａｌ_x（Ｍｎ，ＲＥ）_yといった金属間化合物を持ち、上記金属間化合物はＭｇ−Ａｌ固溶体の結晶粒界に位置する。
【００２３】
ここに記載した質量％のカルシウム、ストロンチウム、希土類元素、亜鉛、及びマンガンを添加することは、更に、Ｍｇ₁₇（Ａｌ，Ｃａ，Ｓｒ）₁₂、Ｍｇ₁₇（Ａｌ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｚｎ）₁₂、（Ａｌ，Ｚｎ）₂（Ｃａ，Ｓｒ）といった他の金属間化合物を本実施の形態の合金中に析出させることがわかった。上記金属間化合物相（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｐｈａｓｅｓ）はＭｇ−Ａｌ固溶体の母相（ｍａｔｒｉｘ）の結晶境界に位置することが観察された。
【００２４】
本実施の形態に係るマグネシウム合金をテストし、広く使われており、市場で入手可能なマグネシウム合金のＡＺ９１ＤやＡＥ４２といった比較サンプルと比較した。走査型電子顕微鏡による金属組織学試験（ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ）と析出物のＸ線回折分析とによって、比較サンプルと本実施の形態の合金の間には、例えば新しい金属間析出物（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ）の形成において、はっきり違いが現れた。新しい合金の微細組織は、例えば、Ｍｇ−Ａｌ固溶体の微細結晶粒と結晶粒界に位置する共晶相（ｅｕｔｅｃｔｉｃｐｈａｓｅｓ）から成る。
【００２５】
鋳造性の評価は、鋳造過程での合金の性質を特徴付ける流動性（ｆｌｕｉｄｉｔｙ）、鋳型への固着性（ｓｔｉｃｋｉｎｇｔｏｔｈｅｄｉｅ）、耐酸化性（ｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）といった三つのパラメータの組み合わせによって行った。全ての比較サンプル中で、ＡＺ９１Ｄ合金だけが本実施の形態の合金と同様の鋳造性を持っており、ＡＥ４２合金より鋳造動作がはるかに良かった。
【００２６】
引張及び圧縮試験によれば、本実施の形態の合金は、常温（ａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）及び１５０℃でも、ＡＺ９１Ｄ合金及びＡＥ４２合金よりも遥に高い引張降伏強度（ｔｅｎｓｉｌｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ）（ＴＹＳ）また圧縮降伏強度（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ）（ＣＹＳ）を示した。
【００２７】
ＮａＣｌ溶液に浸した後で測定した新らしい合金の耐食性は、ＡＺ９１Ｄ合金と同じかより良く、ＡＥ４２合金より遥に良かった。
【００２８】
クリープ特性については８５ＭＰａ及び５０ＭＰａの応力の下で２００時間に渡り１３５℃及び１５０℃でそれぞれ測定された。この測定条件はギアボックスハウジング、インテーク・マニホールド（ｉｎｔａｋｅｍａｎｉｆｏｌｄｓ）等といったパワートレイン部品（ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）の要件を考慮して選択したものである。耐クリープ性は最小クリープ速度（ｍｉｎｉｍｕｍｃｒｅｅｐｒａｔｅ）によって決まるもので、最小クリープ速度（ｍｉｎｉｍｕｍｃｒｅｅｐｒａｔｅ）は、パワートレイン部品を設計する上で最も重要なパラメータと考えられている。本実施の形態の合金はＡＥ４２合金より高い、さらにＡＺ９１Ｄよりかなり高い耐クリープ性を持っていた。
【００２９】
好適な実施の形態によれば、本実施の形態の合金で作った物品は高圧ダイキャスト鋳造物である。
【００３０】
本実施の形態の別の実施の形態によれば、本実施の形態の合金で作った物品は砂型鋳造、永久鋳型鋳造、高圧鋳造、半凝固成形、チクソ成形、チクソモールディングのいずれかの工程による鋳造物である。
【００３１】
上記のような認識によって本実施の形態は更にマグネシウム合金による物品製造に適用できる。そうした製造品は強度が高く、常温（ａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）及び高温において耐クリープ性があり耐食性も良好であり、自動車或いは航空宇宙建造システムの一部として使用されるものである。
【００３２】
本実施の形態は更に以下の実施例によって記述及び図示される。
【００３３】
【実施例】
全体手順
本実施の形態の合金は低カーボンスティール（ｌｏｗｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌ）で作った１００リットルのるつぼで調合された。ＣＯ₂＋０．５％ＳＦ₆（二酸化炭素と０．５％の六フッ化硫黄）の混合体が保護用ガスとして使用された。原材料は以下のとおりである。
マグネシウム−純粋マグネシウム、階級９９８０Ａ、少なくとも９９．８％のＭｇ。
マンガン−マンガン含有量により異なるが、７００℃〜７２０℃の溶融温度で溶解マグネシウムに加えられたＡｌ−６０％Ｍｎ母合金（ａｎＡｌ−６０％Ｍｎ
ｍａｓｔｅｒａｌｌｏｙ）。帯電片を特別に準備し、１５−３０分間溶融物を集中的に攪拌することで、溶解マグネシウムへのマンガンの溶融を促進した。
アルミニウム−商用純粋Ａｌ（不純物０．２％未満）。
希土類元素−セリウムを基礎とするミッシュメタル、含有量は５０％Ｃｅ＋２５％Ｌａ＋２０％Ｎｄ＋５％Ｐｒ。
カルシウム−母合金Ａｌ−７５％Ｃａ（ａｍａｓｔｅｒａｌｌｏｙＡｌ−７５％Ｃａ）。
ストロンチウム−母合金Ａｌ−９０％Ｓｒ（ａｍａｓｔｅｒａｌｌｏｙＡｌ−９０％Ｓｒ）。
亜鉛−商用純粋Ｚｎ（不純物０．１％未満）。
Ａｌ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｚｎ導入時の典型的温度は６９０℃〜７１０℃であった。２−１５分間集中的に攪拌することで溶解マグネシウムへこれらの元素を溶融できた。
ベリリウム−鋳造に先立ち、６６０〜６９０℃の温度で溶融物を加減した（適度な硬度にした）後、Ａｌ−１％Ｂｅ母合金（ａｍａｓｔｅｒａｌｌｏｙＡｌ−１％Ｂｅ）の形態で本実施の形態による新しい合金のいくつかに５×１０^-4％〜１０×１０^-4％（５〜１０ｐｐｍ）のベリリウムを添加した。しかし、殆どの本実施の形態による新しい合金はベリリウムを使用せず調合し鋳造した。
【００３４】
必要な組成物を調合した後、本実施の形態の合金を８ｋｇのインゴットへと成形した。鋳型中で固形化する間、溶解金属は保護なしで鋳造された。全ての実験用インゴットの表面に焼成（ｂｕｒｎｉｎｇ）も酸化も見られなかった。放電スペクトロメータ（ｓｐａｒｋｅｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いて化学的分析を行った。
ダイキャスティング試作（ｄｉｅｃａｓｔｉｎｇｔｒｉａｌｓ）は、３３８１ＫＮ（キロニュートン）（３４５トン）の型締力でＩＤＲＡＯＬ−３２０冷加圧室ダイキャスト機を使用して行われた。実験用サンプルを製造するのに用いたダイは六個取り金型であり、以下を鋳造した。
−ＡＳＴＭ（ＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ材料試験協会）標準Ｂ５５７Ｍ−９４により引張試験のための丸い試験片２つ、
−クリープ試験の為のサンプル１つ、
−疲労試験の為のサンプル１つ、
−ＡＳＴＭＥ２３標準の衝撃試験サンプル１つ、
−ＡＳＴＭＧ３１標準の浸漬腐食試験の為の直径１０ｍｍの丸いサンプル１つ、
ダイキャスト性は、ダイキャスティング試作（ｄｉｅｃａｓｔｉｎｇｔｒｉａｌｓ）中の流動性（ｆｌｕｉｄｉｔｙ）（Ｆ）、耐酸化性（ｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）（ＯＲ）、鋳型への固着性（ｄｉｅｓｔｉｃｋｉｎｇ）（Ｄ）によって評価された。それぞれの合金は、３つの特性に関して、質が向上するに従って、１〜１０までにランク付けされた。組み合わせた「鋳造性因子」（ｃａｓｔａｂｉｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ）（ＣＦ）は、３つのパラメータの重み付けで計算され、鋳型への固着性は重み因子４、流動性と酸化はそれぞれ重み因子１である。
ＣＦ＝〔（Ｔ／６７０）・ＯＲ＋（６７０／Ｔ）・Ｆ＋４Ｄ〕・（１００／６０）
ここでＴは実際の鋳造温度、６７０はＡＺ９１Ｄ合金の鋳造温度［℃］である。
【００３５】
金属組織学試験は光学顕微鏡と、エネルギー分散型分光計（ＥＤＳ）を装備した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）とを用いて行われた。相組成（ｐｈａｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）は、ＥＤＳ分析とＸ線回折分析を組み合わせて測定された。
【００３６】
常温（ａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）及び高温での引張圧縮試験は、高温室を装備したインストロン（Ｉｎｓｔｒｏｎ）（登録商標）４４８３試験機を使用して行った。引張降伏強度（ｔｅｎｓｉｌｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ）（ＴＹＳ）、最大引張強さ（ｕｌｔｉｍａｔｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ）（ＵＴＳ）、伸び率（ｐｅｒｃｅｎｔｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）（％Ｅ）、圧縮降伏強度（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ）（ＣＹＳ）を測定した。
【００３７】
ＳＡＴＥＣ型Ｍ−３試験機をクリープ特性の試験に使用した。クリープ性の試験は１００ＭＰａ及び５５ＭＰａの応力下で２００時間に渡り１５０℃及び２００℃でそれぞれ行った。これらの試験条件はクランクケース、オイルパン、インテーク・マニホールド（ｉｎｔａｋｅｍａｎｉｆｏｌｄｓ）といったパワートレイン部品のクリープ動作要件を考慮して選択した。耐クリープ性は最小クリープ速度（ｍｉｎｉｍｕｍｃｒｅｅｐｒａｔｅ）（ＭＣＲ）の値によって特徴付けられ、最小クリープ速度（ｍｉｎｉｍｕｍｃｒｅｅｐｒａｔｅ）（ＭＣＲ）は、パワートレイン部品の設計において最も重要なパラメータと考えられている。
【００３８】
腐食性はＡＳＴＭ標準Ｇ３１−８７に従って浸漬腐食試験を行うことで評価した。試験をしたサンプルは、長さ１００ｍｍ、直径１０ｍｍの円筒形ロッドであるが、アセトン中で脱脂した後、７２時間に渡り、２３±１℃の常温（ａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）で、５％ＮａＣＬ溶液に浸した。それぞれの合金の５つのサンプルをテストした。その後、クロム酸溶液（１リットル当たりＣｒＯ₃１８０ｇ）中で３分間８０℃でサンプルから腐食物を剥離した。重量損失を測定し、平均腐食率（ａｖｅｒａｇｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒａｔｅ）（ＣＲ）をｍｇ／ｃｍ²／日で計算するのに使用した。
【００３９】
合金の実施例
図１〜図４における表１〜表４は本実施の形態による合金と比較例の合金の化学的組成及び特性を表している。図１の表１は、５つの比較例と共に本実施の形態による１４の新しい合金の化学的組成を表したものである。比較例１と２はそれぞれ、商用マグネシウム合金のＡＺ９１Ｄ及びＡＥ４２である。図５〜図６には本実施の形態による新しい合金と比較例１、２の金属組織学試験の結果を示す。新しい合金の微細組織は、Ｍｇ−Ａｌ固溶体の結晶粒と結晶粒界の共晶の析出物（ｅｕｔｅｃｔｉｃｐｈａｓｅｓ）より成る。これらの析出物はＸ線回折分析及びＥＤＳ分析によって確認された。これらの分析結果を比較用の合金のデータと共に図２の表２に示す。
【００４０】
図２の表２によって、アルミニウム、カルシウム、ストロンチウム、希土類元素、マンガン、亜鉛を用いて合金をつくることにより、ＡＺ９１ＤやＡＥ４２合金に見られる金属間化合物とは異なる、新しい析出物が形成されていることがわかる。
【００４１】
図３の表３に、新しい合金のダイキャスト性を示す。本実施の形態による新しい合金はＡＺ９１Ｄと同様のダイキャスト性を示し、ＡＥ４２合金（比較例２）や他の比較例よりはるかに良いダイキャスト性を示していることは明らかである。
図４の表４には、新しい合金の引張、圧縮、クリープ特性及び耐食性を示す。常温（ａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）及び特に１５０℃において、本実施の形態による合金の引張降伏強度（ｔｅｎｓｉｌｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ）（ＴＹＳ）と圧縮降伏強度（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ）（ＣＹＳ）は、ＡＺ９１Ｄ合金より高く、ＡＥ４２合金よりもはるかに高い。
【００４２】
新しい合金の耐食性もＡＺ９１Ｄ合金の耐食性と同様か良く、ＡＥ４２合金の耐食性よりもはるかに良い。
【００４３】
図４の表４に見られるように、本実施の形態の合金は、１３５℃及び１５０℃においての耐クリープ性がＡＺ９１Ｄ合金よりはるかに良く、その最小クリープ速度（ｍｉｎｉｍｕｍｃｒｅｅｐｒａｔｅ）（ＭＣＲ）の違いは２桁に及ぶこともある（例えば図４の表４において、１３５℃、８５ＭＰａでは例１のＭＣＲは１．８×１０^-9／秒（１．８×１０^-9（ｓ^-1））であり、ＡＺ９１Ｄである比較例１のＭＣＲは３０５×１０^-9／秒（３０５×１０^-9（ｓ^-1））である。）。
８５Ｍｐａの応力下、１３５℃で、本実施の形態の合金はＡＥ４２合金の耐クリープ性にも勝っている。
【００４４】
本実施の形態はいくつかの特定の例によって説明してきたが、多くの修正変更が可能である。従って、上記の請求項の範囲において、これまで説明した以外に本実施の形態を適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも１５０℃までの高温時の耐クリープ性を改良しつつ、常温（ａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）時及び高温時の強度を改良した合金を提供することができる。
【００４６】
また本発明によれば、特に高圧ダイキャスト工程によく適応し、鋳型にくっ付き難く、酸化し難く、熱による亀裂が少なく、かつ流動性に優れた合金を提供することができる。
【００４７】
また本発明によれば、耐食性に優れ、高温時の使用に適したマグネシウム合金を提供することができる。
【００４８】
さらに本発明によれば、砂型鋳造、永久鋳型鋳造、高圧鋳造、半凝固成形、チクソ成形、チクソモールディングといった他の工法にも使用できる合金を提供することができる。
【００４９】
さらに本発明によれば、ベリリウムを使用せず鋳造できる合金を提供することができる。
【００５０】
さらに本発明によれば、上述した動作と特性を持つ比較的安価な合金を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】合金の化学的組成を示す表１の図である。
【図２】新しい合金の金属間相（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｐｈａｓｅｓ）を示す表２の図である。
【図３】新しい合金の鋳造特性を示す表３の図である。
【図４】新しい合金の機械的特性を示す表４の図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ例４及び例９によるダイキャスト合金の微細組織を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ比較例１及び比較例２によるダイキャスト合金の微細組織を示す図である。

Claims

マグネシウム合金であって、
１）６．１〜９．２質量％のアルミニウム、
２）０．０８〜０．３８質量％のマンガン、
３）０．００〜０．９質量％の亜鉛、
４）０．２〜１．２質量％のカルシウム、
５）０．０５〜１．４質量％のストロンチウム、
６）０．００〜０．８質量％の希土類元素
を含み、残部マグネシウム及び不純物からなり、前記不純物としてＳｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕを含み得ると共に、さらに、カルシウムとストロンチウムの合計量が０．９質量％を超え１．６質量％未満であることを特徴とするマグネシウム合金。
上記マグネシウム合金は、７．８〜８．８質量％のアルミニウムと、０．００〜０．３質量％の亜鉛と、０．６５〜１．０５質量％のカルシウムと、０．１５〜０．６５質量％のストロンチウムと、０．００〜０．２質量％の希土類元素と、０．０８〜０．２８質量％のマンガンとを含むことを特徴とする請求項１記載のマグネシウム合金。
上記マグネシウム合金は、母相（ｍａｔｒｉｘ）としてＭｇ−Ａｌ固溶体（ｓｏｌｉｄｓｌｕｔｉｏｎ）を持ち、Ｍｇ₁₇Ａｌ₉Ｃａ₂Ｓｒと、Ａｌ₂Ｃａ_0.5Ｓｒ_0.5と、Ａｌ₈（Ｍｎ，ＲＥ）₅との金属間化合物（ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を持ち、前記金属間化合物は、前記Ｍｇ−Ａｌ固溶体の結晶粒界に位置すること特徴とする請求項２のマグネシウム合金。
上記マグネシウム合金は、希土類元素はミッシュメタル（ｍｉｓｃｈｍｅｔａｌ）を含むことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のマグネシウム合金。
請求項１乃至４のいずれかに記載のマグネシウム合金の鋳造物であることを特徴とする物品（ａｒｔｉｃｌｅ）。
上記物品は、高圧ダイキャスト（ｈｉｇｈ−ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｅｃａｓｔｉｎｇ）、砂型鋳造（ｓａｎｄｃａｓｔｉｎｇ）、永久鋳型鋳造（ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍｏｌｄｃａｓｔｉｎｇ）、高圧鋳造（ｓｑｕｅｅｚｅｃａｓｔｉｎｇ）、半凝固成形（ｓｅｍｉ−ｓｏｌｉｄｃａｓｔｉｎｇ）、チクソ成形（ｔｈｉｘｏｃａｓｔｉｎｇ）、チクソモールディング（ｔｈｉｘｏｍｏｌｄｉｎｇ）のいずれかによる鋳造物であることを特徴とする請求項５記載の物品（ａｒｔｉｃｌｅ）。