JPH07126790A - 高耐食性Ｍｇ基合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｚｎ−Ｚｒ−ＲＥ（ＲＥ：希土類元素）系Ｍ
ｇ基合金よりなり、Ｚｎ−ＲＥ金属間化合物を主成分と
する包晶反応生成物相の面積率が３０％以下であり、且
つ、基体中に、Ｚｒ晶出量が該Ｍｇ基合金中の平均Ｚｒ
含有量に対して１／５重量部超である相と、Ｚｒ晶出量
が該Ｍｇ基合金中の平均Ｚｒ含有量に対して１／５重量
部以下である相とが存在する高耐食性Ｍｇ基合金を開示
する。 【効果】 Ｚｎ，Ｚｒ，ＲＥを含むＭｇ基合金の特に結
晶構造を特定し、β相を分断すると共にγ相を出現させ
ることによって、耐食性の著しく高められたＭｇ基合金
を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性に優れたＭｇ基
合金に関し、特に金属組織を改質するとことによって耐
食性を大幅に改善したＭｇ基合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｍｇ基合金は、宇宙産業機材、航空機
材、パソコンのハードディスク周辺部品材料、レーシン
グマシーンにおけるエンジン回りの機材あるいはホイー
ル等の様に、軽量性と過酷な条件下で高強度が要求され
る部品材料として採用されてきた。また最近では、一般
自動車用ハンドルの芯材やシートフレーム等にも利用さ
れており、その需要は年々増加している。

【０００３】ところがＭｇ基合金は、本来非常に活性な
金属であるため、容易に錆が発生し腐食し易いという問
題点がある。これは、Ｍｇの自然電位が−２．３６３Ｖ
と非常に低いことに起因するものであり、そのためＭｇ
基合金を普通の環境で使用する場合にも、防錆を主目的
とした表面処理が不可欠とされている。

【０００４】この様なＭｇ合金の表面処理としては、陽
極酸化処理や反応型クロメート処理等の化成処理、エポ
キシ樹脂やアクリル樹脂等による樹脂被覆等が実施され
ているが、これらの表面処理では防食保護機能が永久的
とはいえず、また高腐食環境下でのＭｇ基合金の使用に
対する信頼性は満たされない。

【０００５】Ｍｇ基合金自体の耐食性の観点からする
と、まず自然電位が高くＭｇ基合金と極部電池を形成し
て腐食の原因となる金属間化合物を形成する有害な不純
物であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ等を可及的に除去する
方法が考えられる。この方法については、現在、Ｍｎを
添加することによってＦｅ等との化合物を生成させ、密
度差によって有害不純元素を除去する方法が知られてい
る。また、四塩化チタンガスやホウ素のハロゲン化誘導
体で処理して有害な不純元素を除去する方法も提案され
ている（たとえば特公昭３１−５０４や特開昭５８−９
６８３０等）。

【０００６】また別の方法として、Ｍｇ基合金中に自然
電位が高く安定な化合物を析出させＭｇ基合金の腐食電
流を小さくする方法も考えられるが、現在のところこの
様な方法でＭｇ基合金の耐食性を高める技術は確立され
ていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、Ｍｇ
基合金中に含まれる合金元素の種類や含有率を特定する
と共に、金属組織までも追求し、それ自体で優れた耐食
性を発揮し得る様なＭｇ基合金を提供しようとするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る高耐食性Ｍｇ基合金の構成は、Ｚ
ｎ：０．１〜１０重量％、Ｚｒ：０．１〜２重量％、Ｒ
Ｅ（ＲＥ：希土類元素）：０．１〜８重量％を含有し、
残部Ｍｇおよび不可避不純物からなるＭｇ基合金よりな
り、Ｚｎ−ＲＥ金属間化合物を主成分とする共晶反応生
成物相の面積率が３０％以下であり、且つ、基体中に、
Ｚｒ晶出量が該Ｍｇ基合金中の平均Ｚｒ含有量に対して
１／５重量部超である相と、Ｚｒ晶出量が該Ｍｇ基合金
中の平均Ｚｒ含有量に対して１／５重量部以下である相
とが存在するところに特徴を有するものである。

【０００９】

【作用】本発明者らは、まず硬質で高温強度特性の優れ
たＺｎ−Ｚｒ−ＲＥ系Ｍｇ基合金を選択し、当該Ｍｇ基
合金に求められる物理的諸特性を有効に発揮させるため
の要件として、添加合金元素の種類と含有率を下記の様
に定めた。

【００１０】Ｚｎ：０．１〜１０重量％ Ｚｎは固溶硬化を増進してＭｇ基合金の強度を高める作
用を発揮するもので、その効果を有効に発揮させるには
０．１重量％以上含有させなければならない。しかし、
Ｚｎは約１０重量％で固溶限に達し、それ以上含有させ
てもそれに見合った強度向上効果は発揮されず、かえっ
て耐食性を悪化させる傾向が生じてくるので１０重量％
を上限とする。

【００１１】Ｚｒ：０．１〜２重量％ Ｚｒは、結晶粒を微細化すると共に析出硬化作用により
強度を高めるうえで重要な元素であり、それらの効果を
有効に発揮させるには０．１重量％以上含有させなけれ
ばならない。しかし、Ｚｒは約２重量％で固溶限に達
し、それ以上含有させてもそれに見合った強度向上効果
は得られず、むしろ耐食性に悪影響を及ぼす様になるの
で、２重量％を上限とする。

【００１２】ＲＥ（希土類元素）：０．１〜８重量％ ＲＥはＭｇ基合金の高温強度を高めるうえで欠くことの
できない元素であり、その効果は０．１重量％以上の添
加で有効に発揮される、しかしＭｇ基合金中におけるＲ
Ｅの固溶限は約８重量％であり、それ以上含有させても
それ以上に高温強度は上がらず、むしろ過剰量のＲＥに
よって耐食性が悪化する傾向が現われてくるので、８重
量％を上限とする。

【００１３】本発明のＭｇ基合金中に含まれる必須の合
金元素は以上の通りであり、残部はＭｇと不可避不純物
からなるものであり、このＭｇ基合金に適当な熱処理を
施すことによって以下に詳述する様な金属組織とし、そ
れによりそれ自身の耐食性を高めたものであるが、上記
合金元素の作用効果や後述する金属組織の生成を阻害し
ない範囲で、たとえばＡｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｔｉ等の１種
もしくは２種以上の合金元素を適量含有させることも可
能である。

【００１４】即ちＡｌは、強度を高める作用を有してい
るが、多過ぎると固溶限に達して２相分離し、かえって
強度に悪影響が現われてくるので１２重量％以下に抑え
るべきである。

【００１５】Ｍｎは、熱間加工時の強度低下を抑え、Ｆ
ｅの耐食性への悪影響を抑える作用を有しているが、多
過ぎると耐食性に悪影響が現われてくるので１重量％以
下に抑えるべきである。

【００１６】Ｓｉは、結晶粒微細化効果を有している
が、多過ぎると強度に悪影響が現われてくるので０．３
重量％以下に抑えるべきである。Ｔｉは、強度および耐
食性を高める作用を有しているが、多過ぎると２相分離
して強度に悪影響が現われてくるので０．３重量％以下
に抑えるべきである。

【００１７】上記で定める様な含有率のＺｎ，Ｚｒおよ
びＲＥを必須成分として含有するＭｇ基合金自体は、た
とえばＥＺ３３合金等として公知であり、これらのＭｇ
基合金は溶製、鋳造後時効処理することにより金属組織
を整えて製品化される。ところがこの種のＭｇ基合金
は、基体の合金（一般にα相といわれるので、以下α相
と称す）と、共晶反応により晶出しネットワーク状に発
達したＺｎ−ＲＥ金属間化合物を主成分とする晶出相
（一般にβ相と呼ばれるので、以下β相と称す）からな
り、このβ相は活性の高いＲＥを含む金属間化合物であ
るため自然電位が卑であってα相よりも早く溶出する。
そのため、腐食条件下ではまずネットワーク状に晶出し
たβ相が腐食を受けて溶出し、次いで該β相に囲まれた
α相が順次脱落していって全体の腐食が進行する。

【００１８】そこで本発明者らは、上記の様なＺｎ，Ｚ
ｒおよびＲＥ含有Ｍｇ基合金のβ相に由来する腐食を防
止すべく、特に金属組織の観点から種々研究を進めてき
た。その結果、上記の様な成分組成の要件を満たすＭｇ
基合金の鋳造時に故意に高温に保持し、もしくは時効処
理後に溶体化熱処理を施してやれば、ネットワーク状に
晶出したβ相が分離して三重点等に球状に集中するこ
と、その結果、β相は耐食性の優れたα相中に島状に点
在することになり、α相に保護されて腐食が進み難くな
ること、しかもα相の脱落も起こらなくなり、全体とし
ての耐食性が大幅に高められることを知った。

【００１９】そして更に研究を進めた結果、ネットワー
ク状に生成したβ相が溶体熱処理等によって島状に分離
する為には、当該Ｍｇ基合金断面におけるβ相の面積率
が３０％以下でなければならず、３０％を超える多量の
β相が存在する場合は、β相よりなるネットワークの分
断が不十分となって耐食性向上効果が殆んど得られなく
なることを知った。しかもβ相ネットワークを分断し島
状に集中させる為の熱処理等を行なうと、β相に囲まれ
るα相中に固溶していたＺｒが晶出し、α相中にＺｒ晶
出物を含む相（以下、γ相と称す）が現われてくる。こ
のγ相は、Ｚｒ晶出物を含むものであるから電位が貴で
あり、それ自身優れた耐食性を発揮するばかりでなく周
辺の電位も貴にして全体の耐食性も高める作用も発揮す
る。

【００２０】またβ相よりなるネットワークを分断した
後の金属組織を更に詳細に観察すると、分断されたβ相
と、α相中にＺｒ晶出物が生成したγ相に加えて、β相
ネットワークが分断された部位付近にＺｒ晶出量の少な
い相が現われることも確認された。

【００２１】即ち本発明に係るＭｇ基合金は、ＥＺ３３
合金等として知られたＭｇ基合金の金属組織（Ｚｒが固
溶したα相を取り囲む様にβ相がネットワーク状に発達
した組織）に比べて特異な金属組織（分断されたβ相と
γ相およびＺｒ晶出量の少ないα相）を有しており、該
金属組織により従来材では期待できなかった高レベルの
耐食性が発揮されることを明らかにしたものである。

【００２２】尚上記γ相は、前述の如くα相中にＺｒ晶
出物を含む相であり、該Ｚｒ晶出物の存在によって耐食
性向上効果を発揮するものであるが、こうした効果は、
該Ｍｇ基合金中の平均Ｚｒ含有量に対して１／５重量部
超のＺｒが晶出物としてα相中に存在することによって
有効に発揮されるので、本発明ではα相中に含まれるＺ
ｒ晶出物の量を、上記の様に定めた。そして前述の如く
β相ネットワークが存在していた部分はＺｒ含有率の低
いα相となり、この部分にはＺｒ晶出物は殆んど含まれ
ないが、この相を上記γ相と区別するため、Ｍｇ基合金
中の平均Ｚｒ含有量に対して１／５重量部以下である相
とした。

【００２３】上記の様な金属組織は、前述した化学成分
の要件を満たすＭｇ基合金を常法に従って溶製し、鋳造
および時効処理した後、２５０〜６００℃で１時間以
上、より好ましくは５４０〜５６０℃で２〜３時間以上
の熱処理を施すことによって得ることができる。即ち、
前記化学成分の要件を満たすＭｇ基合金であっても、一
般に実施されている２１５℃で５時間程度の時効処理を
行なったものでは、金属組織はネットワーク状のβ相と
Ｚｎが固溶したα相とからなる実質的に２相構造のもの
であるが、これに上記の様な熱処理を施すと、先に述べ
た様にβ相ネットワークが分断して島状に集合すると共
に、α相内にはＺｒ晶出物が晶出して高耐食性のγ相が
生成し、耐食性の格段に優れたＭｇ基合金に変わるので
ある。

【００２４】尚上記金属組織の変化は、上記熱処理条件
の中でも比較的高温域で進行し易く、その様な高温条件
下ではＭｇの酸化が起こり易いので、熱処理雰囲気は不
活性ガスやＣＯ等の非酸化性ガス雰囲気で行なうことが
望まれる。

【００２５】また上記の様な金属組織を得るための他の
方法として、鋳造の末期に上記の様な温度条件に保持し
てβ相の分断とγ相の出現を行なう等の方法を採用する
ことも可能であるが、本発明では前述の様な特異な金属
組織によって耐食性を高めたところに特徴を有するもの
であるから、この様な金属組織を得るための処理条件そ
のものは、本発明に制限を加えるものではない。

【００２６】

【実施例】次に本発明の実施例を示すが、本発明はもと
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。

【００２７】実施例１ 下記成分組成のＭｇ基合金（ＥＺ３３合金）を溶解し、
砂型鋳型を用いて鋳造した後２１５℃で５時間の時効熱
処理を施し、市販のＥＺ３３−Ｔ５合金と同様の状態と
した。この合金の断面金属組織は、Ｚｎ−ＲＥ金属間化
合物を主成分とする包晶反応生成物相（β相）がα相を
取り囲んでネットワーク状に存在する２相構造を有する
ものであった。

【００２８】（Ｍｇ基合金組成）Ｚｎ：２．５９重量
％、Ｚｒ：０．６６重量％、ＲＥ：２．８２重量％、残
部Ｍｇおよび不可避不純物、β相の面積率：４５％ 上記の時効熱処理材を一酸化炭素雰囲気中５５０℃で１
〜１２時間溶体化熱処理した後、夫々についてＪＩＳ
Ｚ ２３７１で定める塩水噴霧試験に準じて耐食性試験
を行ない、５日後の腐食減量によって耐食性を評価し
た。結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１からも明らかである様に、溶体化熱処
理なしの従来材では、β相の面積率が高くそれらがネッ
トワーク状にα相を取り囲んでおり、且つγ相の出現も
みられず、腐食減量は非常に高い。また熱処理時間が１
時間程度ではβ相ネットワークの分断が不十分で且つγ
相も出現せず、熱処理が２時間になると、γ相の出現は
見られるもののβ相ネットワークの分断が不十分であ
り、いずれも腐食減量はまだ十分に低減していない。

【００３１】ところが熱処理時間を４時間以上に延長す
ると、γ相が出現すると共に、β相の面積率は３０％以
下になってβ相ネットワークの分断とも相まって腐食減
量は未処理材の１／８程度にまで激減していることが分
かる。即ち、β相の面積率を３０％以下にしてβ相ネッ
トワークを分断すると共にγ相を出現させてやれば、耐
食性が格段に高められることを確認することができる。

【００３２】尚、図１（Ａ），（Ｂ）は上記実験で得た
未処理材および８時間溶体化熱処理材の断面金属組織を
示す図面代用写真であり、特にβ相ネットワークの存在
とその分断状況およびγ相の出現状態が明確に表われて
いる。

【００３３】実施例２ 表２に示す化学成分のＭｇ基合金を溶製した後、実施例
１と同様にして鋳造および時効熱処理を行なった。次い
で各熱処理材を一酸化炭素雰囲気中５５０℃で５時間の
溶体化熱処理を施し、金属組織を観察すると共に実施例
１と同様にして耐食性試験を行ない、併せて引張試験を
行なった。結果を表３に一括して示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、Ｚ
ｎ，Ｚｒ，ＲＥを含むＭｇ基合金の特に結晶構造を特定
し、β相を分断すると共にγ相を出現させることによっ
て、耐食性の著しく高められたＭｇ基合金を提供し得る
ことになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で得たＭｇ基合金および比較Ｍｇ基合金
の断面金属組織を示す図面代用顕微鏡写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｚｎ：０．１〜１０重量％、Ｚｒ：０．
   １〜２重量％、ＲＥ（ＲＥ：希土類元素）：０．１〜８
   重量％を含有し、残部Ｍｇおよび不可避不純物からなる
   Ｍｇ基合金よりなり、 Ｚｎ−ＲＥ金属間化合物を主成分とする共晶反応生成物
   相の面積率が３０％以下であり、且つ、 基体中に、Ｚｒ晶出量が該Ｍｇ基合金中の平均Ｚｒ含有
   量に対して１／５重量部超である相と、Ｚｒ晶出量が該
   Ｍｇ基合金中の平均Ｚｒ含有量に対して１／５重量部以
   下である相とが存在することを特徴とする高耐食性Ｍｇ
   基合金。