JPH0347941A - 高力マグネシウム基合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、硬度および強度に優れ、産業上の利用分野に
利用可能なマグネシウム基合金に関する。

［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、Ｍ　ｇ　−Ｔ　ｈ　−Ｚ　ｒ系、Ｍ　ｇ
　−Ｔ　ｈ　−Ｚ　ｎ　−Ｚ　ｒ系、Ｍ　ｇ　−Ｚ　ｎ
　−Ｚ　ｒ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、例えば、航空機、車輌等の軽量構造部材として
、あるいは電池用材料、犠牲電極等として広範囲の用途
に供されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のマグネシウム基合金は、一般に硬度及び強度が低
いのが現状である。

本発明は上記に鑑み、高硬度および高強度を有し、かつ
押出し加工等が可能である新規なマグネシウム基合金を
比較的安価に提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は一般式：　Ｍ　ｇ　−Ｘ　ｂ ［但し、Ｘ４Ｃｕｓ　Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎから選ばれる２
種以上の元素、 ａ、ｂは原子バ′−セントで ４０≦　ａ　≦９５ ５≦ｂ≦６０］ で示される組成を有する微細結晶質からなる高力マグネ
シウム基合金。

または一般式：　Ｍ　ｇ　、　Ｘ　ｅＭａ［但し、Ｘ：
Ｃｕ、Ｎ１５ＳｎＸＺｎから選ばれる１種または２種以
上の元素、Ｍ：Ａｌ。

Ｓｉ、Ｃａから選ばれる１種または２種以上の元素、 ａ、ｃＳｄは原子パーセントで ４０≦ａ≦９５ １≦ｃ≦３５ １≦ｄ≦２５］ で示される組成を有する微細結晶質からなる高力マグネ
シウム基合金。

または一般式：Ｍｇ＊　ＸｃＬｎ。

［但し、Ｘ　：　Ｃｕ　Ｎ　Ｎ　ｔ　ＳＳ　ｎ　ＳＺ　
ｎから選ばれる１種または２種以上の元素、Ｌｎ：Ｙ。

Ｌ　ａ　％　Ｃｅ　ＳＮ　ｄ　ＳＳ　ｍから選ばれる１
種または２種以上の元素、または希土類元素の集合体で
あるミツシュメタル（Ｍ　ｍ　）、ａ、ｃＳｅは原子パ
ーセントで ４０≦　ａ　≦９５ ■≦　Ｃ≦３５ ３≦ｅ　≦２５］ で示される組成を有する微細結晶質からなる高力マグネ
シウム基合金。

さらには一般式：ＭｇａＸｃＭｄ　Ｌｎ。

［但し、Ｘ　：　Ｃｕ　ＳＮ　ｌ　％　Ｓ　ｎ　ｓ　Ｚ
　ｎから選ばれる１種または２種以上の元素、Ｍ：Ａｌ
。

Ｓ　Ｌ　％　Ｃａから選ばれる１種または２種以上の元
素、Ｌｎ　：　ＹＳＬａ、ＣｅＳＮｄ５５ｍから選ばれ
る１種または２種以上の元素または希土類元素の集合体
であるミツシュメタル（Ｍ　ｍ　）、 ａ、ｃＳｄ、ｅは原子パーセントで ４０≦ａ≦９５ １≦ｃ≦３５ １≦ｄ≦２５ ３≦　ｅ　≦　２５コ で示される組成を有する微細結晶質からなる高力マグネ
シウム基合金である。

なお、ここでいう微細結晶質とは、過飽和固溶体、安定
または準安定な金属間化合物相または複合相からなるも
のである。

上記組成で示される元素の内、Ｌａ、Ｃｅ。

Ｎｄ５５ｍはそれらを主成分とする複合体であるミツシ
ュメタル（Ｍ　ｍ　）で置き換えることができる。

なお、ここでいうＭｍはＣｅ４Ｄ〜５０％、Ｌａ２０〜
２５％、残部は他の希土類元素からなり、許容範囲の不
純物（Ｍｇ、Ａ　Ｉ、Ｓ　ｉ、Ｆ　ｅ等）を含む複合体
である。Ｍｍは他のＬｎ元素の一元素とほぼ１対１（原
子％）の割合で置き換えることができるとともに、安価
であり実際の合金元素Ｌｎの供給源として経済的効果が
大きい。

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。この液体急冷法とは、溶融した合金を急速に
冷却させる方法をいい、例えば単ロール法、双ロール法
、回転液中紡糸法などが特に有効であり、これらの方法
では１０３〜１０５に／ＳｅＣ程度の冷却速度が得られ
る。この単ロール法、双ロール法等により薄帯材料を製
造するには、ノズル孔を通して約３００〜１１００００
ｐｐの範囲の一定速度で回転している直径３０〜３００
０＋ｎｍの例えば銅あるいは鋼製のロールに溶湯を噴出
する。これにより幅が約１〜３００Ｉｌ１ｍで厚さが約
５〜５００μｍの各種薄帯材料を容易に得ることができ
る。また、回転液中紡糸法により細線材料を製造するに
は、ノズル孔を通じ、アルゴンガス背圧にて、約５０〜
５００ｒｐｍで回転するドラム内に遠心力により保持さ
れた深さ約１〜１０ｃｍの溶液冷媒層中に溶湯を噴出し
て、細線材料を容易に得ることができる。この際のノズ
ルからの噴出溶湯と溶液冷媒面とのなす角度は、約６０
〜９０度、噴出溶湯と溶液冷媒面の相対速度比は約０．
７〜０．９であることが好ましい。

ここで冷却速度を１０３〜１０”　ｋ／ｓｅｃ程度にし
て行ったのは、１０３以下の場合では本発明の目的の特
性を持った微細結晶質からなる合金を得ることができな
くなり、１０５以上の場合では組織が非晶質もしくは非
晶質と微細結晶質とからなる複合体となるため、上記の
ような冷却速度にして行った。

なお、本発明の合金は上記と同様の方法で冷却速度のみ
を３０４〜１０６に／ｓｅｃ程度にし、まず非晶質合金
を得て、これを結晶化温度の近傍（結晶化温度±　１０
０℃）で加熱し結晶化させることによっても得ることが
できる。ここである一部の合金においては前記結晶化温
度より　１００℃低い値よりさらに低い温度でできる場
合かある。

また、上記方法によらずスパッタリング法によって薄膜
を、さらに高圧ガス噴出法などの各種アトマイズ法やス
プレー法により急冷粉末を得ることができる。

上記請求項（１）の一般式で示される本発明のマグネシ
ウム基合金において、原子パーセントでａを４０〜９５
％の範囲に、また、ｂを５〜６０％の範囲にそれぞれ限
定したのは、その範囲から外れると固溶限を越えた過飽
和固溶体を形成し難くなるために、前記液体急冷等を利
用した工業的な急冷手段では本発明の特性をもった微細
結晶質からなる合金を得ることができなくなるからであ
る。

上記請求項（２）の一般式で示される本発明のマグネシ
ウム基合金において、原子％でａを４０〜９５％の範囲
に、また、Ｃを１〜３５％、ｄを１〜２５％の範囲にそ
れぞれ限定したのは、その範囲から外れると固溶限を越
えた過飽和固溶体を形成し難くなるために、前記液体急
冷等を利用した工業的な急冷手段では、本発明の目的の
特性を持った微細結晶質からなる合金を得ることができ
なくなるからである。

また、上記請求項（３）の一般式で示される本発明のマ
グネシウム基合金において、原子％でａを４０〜９５％
、Ｃを１〜３５％、ｅを３〜２５％の範囲にそれぞれ限
定したのは、上記と同様にその範囲から外れると固溶限
を越えた過飽和固溶体を形成し難くなるために、前記液
体急冷などを利用した工業的な急冷手段では、本発明の
特性を持った微細結晶質からなる合金を得ることができ
なくなるからである。

０ また、上記請求項（４）の一般式で示される本発明のマ
グネシウム基合金において、原子％でａを４０〜９５％
、Ｃを１〜３５％、ｄを１〜２５％、ｅを３〜２５％の
範囲にそれぞれ限定したのは、上記と同様に、その範囲
から外れると固溶限を越えた過飽和固溶体を形成し難く
なるために、前記液体急冷などを利用した工業的な急冷
手段では、本発明の目的の特性を持った微細結晶質から
なる合金を得ることができなくなるからである。

Ｘ元素はＣｕ５ＮｉＳＳｎＳＺｎより選ばれる元素であ
り、微細結晶質合金を製造する条件下にあっては、微細
結晶質相を安定化させる効果により優れており、そのほ
かに展延性を保ったまま強度を向上させる効果を持つ。

また、Ｍ元素は、Ａｌ５ＳｔＳＣａから選ばれる元素で
あり、微細結晶質合金を製造する条件下にあっては、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１ 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。上記元素のうちＡ１、Ｃａ元元素耐食
性を向上させる効果を持ち、またＳｉ元素は合金溶湯の
湯流れ性を向上させる効果を持つ。

Ｌｎ元素はＹ、Ｌａ５ＣｅＳＮｄ、Ｓｍから選ばれる元
素又は希土類元素の集合体であるＭｍであり、該Ｌｎ元
素をＭｇ−Ｘ系、Ｍｇ−Ｘ−Ｍ系に加えることにより微
細組織をさらに安定にさせ、より大きな硬度の改善を可
能にする。

本発明のマグネシウム基合金は、微細結晶質相の安定温
度領域内の高温域において、超塑性現象を示すので、容
易に押出し加工やプレス加工、熱間鍛造等の加工を行う
ことができる。したがって、薄帯、線、板状あるいは粉
末状の形態で得られた本発明のマグネシウム基合金を微
細結晶質相の安定な高温領域で押出し加工、プレス加工
、熱間鍛造等に付することにより、バ２ ルク材を製造することができる。さらに、本発明のマグ
ネシウム基合金は粘さを有し、大きな曲げが可能なもの
もある。

［実施例］ 高周波溶解炉により所定の成分組成を有する溶融合金３
をつくり、これを第１図に示す先端に小孔５（孔径：　
０．５＋ｏｎ＋）を有する石英管ｌに装入し、加熱溶解
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５０００ｒｐＩＩｌの高速回転下、石英管ｌ内の
溶融合金３をアルゴンガスの加圧下（０，７ｋｇ／ｃｍ
　２）により石英管１の小孔５から噴射し、銅製ロール
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。

上記製造条件により表に示す組成（原子％）を有する２
２種の合金薄帯（幅：１１、厚さ：２０μｌ１ｌ）を得
て、これら各供試帯につき硬度と引張り強度とを測定し
、表の右欄に示す結果を得た。

硬度（Ｈｖ　）は、２５ｇ荷重の微小ビッカース硬度計
による測定値（Ｄ　Ｐ　Ｎ）である。

表中に示す通り、いずれの試料も硬度Ｈｖ（Ｄ　Ｐ　Ｎ
）が２４０以上を示し、従来のマグネシウム基合金の硬
度Ｈｖ　　（ＤＰＮ）　６０〜９０の２．５〜４．０倍
であり、また、引張強度においては、本発明のいずれの
試料も８５０ＭＰａ以上を示し、従来のマグネシウム基
合金のうち、もつとも高いものが４００ＭＰａであるの
に対して約２倍であり、これらのことより本発明の合金
が硬度、強度に優れた材料であることが判る。

また、例えば表中、Ｎ０１３．７．１２などにおいては
優れた展延性（Ｄｕｃｔｉｌｅ）を示し、大きな曲げ加
工ができ、加工性に優れている。

表 試　　料 １、　Ｍｇｂ５旧２５Ｌａ＋。

２、　Ｍｇ９ｏＮｉｓ　Ｌａ５ ３−　Ｍｇ９ｏＮｉｓ　Ｃｅ５ ４、　Ｍｇ７Ｊ’＋ｏＹ　１５ ５、　Ｍｇ７５Ｎｉ＋ｏＳｉｓ　Ｃｅ１゜）１ｖ（ＤＰ
Ｎ）　　　σず ２５ ９５ ４９ ４６ ０２ （ＭＰａ） １５０ ０１０ ２０ ２８０ １００ ３ ４ 試　　料 Ｍｇ７Ｊｉ　＋　ｏＭＩｌ　＋　５ Ｍｇ９ｏ１ｈ５Ｍｍ５ ８ｇ６ｏＮｉ２ｏＭｍ２゜ Ｍｇ７ｏＮｉ＋ｏＣａｓ　ＭＩＩＩ＋５Ｍｇ７ｏＮｉ、
Ａｌｓ　Ｍｍ２゜ Ｍｇ５ｓＮｉ２ｏＳｎ＋ｏＹ　１５ Ｍｇ９ｏＣｕｓ　Ｌａ５ Ｍｇ５ｏＣｕ＋ｏＬａ＋。

Ｍｇ５ｏＣｕ２ｏＬａ＋ｏＣｅ２゜ Ｍｇ７５ＣＵ＋ｏＺｎ５Ｌａ＋。

Ｍｇ７ｓＣＵ＋５Ｍｍ＋。

Ｍｇ５ｏＣＵ＋　ｏＹ　＋　。

Ｍｇ７５Ｃｕ＋ｏＳｎ５Ｙ　Ｉ。

Ｍｇ７０ＣｕＩ２Ａｌｓ　Ｙ　Ｉ。

Ｍｇ５ｏＳＩｌ＋ｏＬａ＋。

Ｍｇ７ｏＺｎ＋５Ｌａ＋ｏＣｅ５ Ｈｖ　（ＤＰＮ） ９５ ７０ ５７ １３ ４６ ５５ ４６ ６６ ２７ ４６ ６５ ７４ ５２ ０７ ９１ ０４ σ　ｔ　　（ＭＰａ） １２０ ２０ １５０ １８０ ２６０ ２１５ ７２ ３５ １６０ １９５ ７７ ０１ １５０ １８０ ０８７ １２５ 従来最も優れたものと評価されていた同種合金に較べて
２．５倍の硬度と２倍以上の引張強度を有し、押出し加
工などの加工ができるので、産業上の種々の用途におい
て優れた効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金を急冷凝固して薄帯を作る時に使用
した単ロール装置の説明図である。 ■・・・石英管、２・・・銅製ロール、３・・・溶融合
金、４・・・急冷薄帯、５・・・小孔。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）一般式：Ｍｇ＿ａＸ＿ｂ ［但し、Ｘ：Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎから選ばれる２種
   以上の元素、 ａ、ｂは原子パーセントで ４０≦ａ≦９５ ５≦ｂ≦６０］ で示される組成を有する微細結晶質からなる高力マグネ
   シウム基合金。
2. （２）一般式：Ｍｇ＿ａＸ＿ｃＭ＿ｄ ［但し、Ｘ：Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎから選ばれる１種
   または２種以上の元素、Ｍ：Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａから選ば
   れる１種または２種以上の元素、 ａ、ｃ、ｄは原子パーセントで ４０≦ａ≦９５ １≦ｃ≦３５ １≦ｄ≦２５］ で示される組成を有する微細結晶質からなる高力マグネ
   シウム基合金。
3. （３）一般式：Ｍｇ＿ａＸ＿ｃＬｎ＿ｅ ［但し、Ｘ：Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎから選ばれる１種
   または２種以上の元素、Ｌｎ：Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、
   Ｓｍから選ばれる１種または２種以上の元素、または希
   土類元素の集合体であるミッシュメタル（Ｍｍ）、 ａ、ｃ、ｅは原子パーセントで ４０≦ａ≦９５ １≦ｃ≦３５ ３≦ｅ≦２５］ で示される組成を有する微細結晶質からなる高力マグネ
   シウム基合金。
4. （４）一般式：Ｍｇ＿ａＸ＿ｃＭ＿ｄＬｎ＿ｅ［但し、
   Ｘ：Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎから選ばれる１種または２
   種以上の元素、Ｍ：Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａから選ばれる１種
   または２種以上の元素、Ｌｎ：Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、
   Ｓｍから選ばれる１種または２種以上の元素または希土
   類元素の集合体であるミッシュメタル（Ｍｍ）、 ａ、ｃ、ｄ、ｅは原子パーセントで ４０≦ａ≦９５ １≦ｃ≦３５ １≦ｄ≦２５ ３≦ｅ≦２５］ で示される組成を有する微細結晶質からなる高力マグネ
   シウム基合金。