JP2911267B2 - 高強度非晶質マグネシウム合金及びその製造方法 - Google Patents
高強度非晶質マグネシウム合金及びその製造方法Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C23/00—Alloys based on magnesium
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- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は比強度及び延性に優れた
特性をもつ非晶質マグネシウム合金及びその製造方法に
関する。
特性をもつ非晶質マグネシウム合金及びその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】マグネシウム合金は、ＪＩＳ Ｈ５２０
３，ＭＣ２で規定されている如く引張強さが約２４ｋｇ
／ｍｍ2 、比重が１．８であるために比強度が高く、最
近の自動車の燃費軽減などのための車重軽量化に対して
有力な材料である。マグネシウム合金は特開平３−１０
０４１に見られるようにＭｇ−希土類金属−遷移金属系
非晶質合金とすることにより高強度化できるが、非晶質
化のために添加される希土類元素の量が多いため比強度
が期待される程大きくならず、他の高比強度材料との競
争力に問題があった。そのため現在の軽量化材料の代表
であるアルミニウム合金に比べて用途開発が遅れてい
た。
３，ＭＣ２で規定されている如く引張強さが約２４ｋｇ
／ｍｍ2 、比重が１．８であるために比強度が高く、最
近の自動車の燃費軽減などのための車重軽量化に対して
有力な材料である。マグネシウム合金は特開平３−１０
０４１に見られるようにＭｇ−希土類金属−遷移金属系
非晶質合金とすることにより高強度化できるが、非晶質
化のために添加される希土類元素の量が多いため比強度
が期待される程大きくならず、他の高比強度材料との競
争力に問題があった。そのため現在の軽量化材料の代表
であるアルミニウム合金に比べて用途開発が遅れてい
た。
【０００３】前掲特許公開公報以外にさらにＭｇ−Ａｌ
−Ａｇ三元系マグネシウム合金も非晶質化できることが
知られている。
−Ａｇ三元系マグネシウム合金も非晶質化できることが
知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前掲Ｍｇ−Ａｌ−Ａｇ
系非晶質合金は結晶化温度が低く、作製後室温で大気中
に２４時間程度放置すると脆化を生じる問題点があっ
た。また、前掲特開平３−１００４１号で公開されたＭ
ｇ−希土類金属−遷移金属系非晶質Ｍｇ合金は、Ｍｇ−
Ａｌ−Ａｇ系合金より比重が高いために比強度が十分に
高くなく、また同様に放置すると脆化するものが少なく
ないため特性が安定していなかった。
系非晶質合金は結晶化温度が低く、作製後室温で大気中
に２４時間程度放置すると脆化を生じる問題点があっ
た。また、前掲特開平３−１００４１号で公開されたＭ
ｇ−希土類金属−遷移金属系非晶質Ｍｇ合金は、Ｍｇ−
Ａｌ−Ａｇ系合金より比重が高いために比強度が十分に
高くなく、また同様に放置すると脆化するものが少なく
ないため特性が安定していなかった。
【０００５】したがって、本発明は、Ｍｇ含有量を多く
しつつ高強度を得て比強度を高め、結晶化温度の上昇に
より耐熱性を高め、さらに常温放置でも脆化しない非晶
質マグネシウム合金及びその製法を提供することを目的
とする。
しつつ高強度を得て比強度を高め、結晶化温度の上昇に
より耐熱性を高め、さらに常温放置でも脆化しない非晶
質マグネシウム合金及びその製法を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｍｇリッチ側
の組成範囲で特定の元素を添加することによりマグネシ
ウム非晶質合金を得るとともにその強度上昇を図ること
を見出し、完成した。
の組成範囲で特定の元素を添加することによりマグネシ
ウム非晶質合金を得るとともにその強度上昇を図ること
を見出し、完成した。
【０００７】
【０００８】本発明のマグネシウム合金は、組成が、Ｍ
ｇd Ｍe Ｘf Ｔg （ＭはＺｎ，Ｇａの１種または２種の
元素、ＸはＬａ，Ｃｅ，Ｍｍ（ミッシュメタル）、Ｙ，
Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ及びＧｄからなる１種または２種以上
の元素、ＴはＡｇ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆからなる１種また
は２種以上の元素、ｄは６５〜９６．５ａｔ％、ｅは２
〜３０ａｔ％、ｆは０．２〜８ａｔ％、ｇは０．５〜１
０ａｔ％）で表される組成を有し、非晶質相マトリック
スと、このマトリックスに分散したｈｃｐ−Ｍｇ粒子と
からなる複合組織を有し、非晶質相の割合が５０％以上
であることを特徴とする高強度非晶質マグネシウム合金
である。
ｇd Ｍe Ｘf Ｔg （ＭはＺｎ，Ｇａの１種または２種の
元素、ＸはＬａ，Ｃｅ，Ｍｍ（ミッシュメタル）、Ｙ，
Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ及びＧｄからなる１種または２種以上
の元素、ＴはＡｇ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆからなる１種また
は２種以上の元素、ｄは６５〜９６．５ａｔ％、ｅは２
〜３０ａｔ％、ｆは０．２〜８ａｔ％、ｇは０．５〜１
０ａｔ％）で表される組成を有し、非晶質相マトリック
スと、このマトリックスに分散したｈｃｐ−Ｍｇ粒子と
からなる複合組織を有し、非晶質相の割合が５０％以上
であることを特徴とする高強度非晶質マグネシウム合金
である。
【０００９】
【００１０】本発明に係る高強度非晶質マグネシウム合
金の製造方法は、Ｍｇd Ｍe Ｘf Ｔg （ＭはＺｎ，Ｇａ
の１種または２種の元素、ＸはＬａ，Ｃｅ，Ｍｍ（ミッ
シュメタル）、Ｙ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ及びＧｄからなる
１種または２種以上の元素、ＴはＡｇ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈ
ｆからなる１種または２種以上の元素、ｄは６５〜９
６．５ａｔ％、ｅは２〜３０ａｔ％、ｆは０．２〜８ａ
ｔ％、ｇは０．５〜１０ａｔ％）で表される組成を有す
るマグネシウム合金溶湯を１０2 〜１０ 5℃／ｓｅｃの
冷却速度で冷却することにより、非晶質相マトリックス
と、このマトリックスに分散したｈｃｐ−Ｍｇ粒子とか
らなる複合組織を有し、非晶質相の割合が５０％以上で
あるマグネシウム合金を製造する方法である。
金の製造方法は、Ｍｇd Ｍe Ｘf Ｔg （ＭはＺｎ，Ｇａ
の１種または２種の元素、ＸはＬａ，Ｃｅ，Ｍｍ（ミッ
シュメタル）、Ｙ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ及びＧｄからなる
１種または２種以上の元素、ＴはＡｇ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈ
ｆからなる１種または２種以上の元素、ｄは６５〜９
６．５ａｔ％、ｅは２〜３０ａｔ％、ｆは０．２〜８ａ
ｔ％、ｇは０．５〜１０ａｔ％）で表される組成を有す
るマグネシウム合金溶湯を１０2 〜１０ 5℃／ｓｅｃの
冷却速度で冷却することにより、非晶質相マトリックス
と、このマトリックスに分散したｈｃｐ−Ｍｇ粒子とか
らなる複合組織を有し、非晶質相の割合が５０％以上で
あるマグネシウム合金を製造する方法である。
【００１１】
【作用】本発明のマグネシウム合金は、非晶質化元素Ｍ
（Ｚｎ及び／又はＧａ）及びＸ（Ｌａ，Ｃｅ，Ｍｍ、
Ｙ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ及び／又はＧｄ）を、さらに耐熱
性と強度付与元素Ｔ（Ａｇ，Ｚｒ，Ｔｉ及び／又はＨ
ｆ）を、軽量化のための主成分であるＭｇに添加するこ
とによって構成される。
（Ｚｎ及び／又はＧａ）及びＸ（Ｌａ，Ｃｅ，Ｍｍ、
Ｙ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ及び／又はＧｄ）を、さらに耐熱
性と強度付与元素Ｔ（Ａｇ，Ｚｒ，Ｔｉ及び／又はＨ
ｆ）を、軽量化のための主成分であるＭｇに添加するこ
とによって構成される。
【００１２】次に各成分の限定理由について述べる。Ｍ
は３０ａｔ％以上ではＭｇとの化合物が多量に析出する
ことに加えて比重が大きくなり、一方３ａｔ％以下では
非晶質合金化が困難になる。Ｘは０．２ａｔ％以下では
非晶質化が困難になり、８ａｔ％を超えると脆化が起こ
ることに加えて比重が大きくなる。Ｔは０．５ａｔ％以
下では耐熱特性や高強度化に効果がなく、１０ａｔ％を
超えると非晶質化が困難になる。非晶質相を５０％以上
と限定した理由は５０％未満であると脆化が生じるため
である。
は３０ａｔ％以上ではＭｇとの化合物が多量に析出する
ことに加えて比重が大きくなり、一方３ａｔ％以下では
非晶質合金化が困難になる。Ｘは０．２ａｔ％以下では
非晶質化が困難になり、８ａｔ％を超えると脆化が起こ
ることに加えて比重が大きくなる。Ｔは０．５ａｔ％以
下では耐熱特性や高強度化に効果がなく、１０ａｔ％を
超えると非晶質化が困難になる。非晶質相を５０％以上
と限定した理由は５０％未満であると脆化が生じるため
である。
【００１３】これらの合金は溶湯から通常の冷却速度１
０2 〜１０5 ℃／sec で冷却されることにより５０％以
上が非晶質化される。非晶質相は冷却速度を高めること
により１００％となる。非晶質相以外の結晶質相はｈｃ
ｐ構造をしたα−Ｍｇ（Ｍ，Ｘ，Ｔを固溶する）であ
る。このマグネシウム相が非晶質相中に粒子として分散
してマグネシウム合金の強度を高める。このマグネシウ
ム粒子の大きさが１〜１００ｎｍであり、マグネシウム
粒子が均一に分散しているときに強度が著しく大きい。
０2 〜１０5 ℃／sec で冷却されることにより５０％以
上が非晶質化される。非晶質相は冷却速度を高めること
により１００％となる。非晶質相以外の結晶質相はｈｃ
ｐ構造をしたα−Ｍｇ（Ｍ，Ｘ，Ｔを固溶する）であ
る。このマグネシウム相が非晶質相中に粒子として分散
してマグネシウム合金の強度を高める。このマグネシウ
ム粒子の大きさが１〜１００ｎｍであり、マグネシウム
粒子が均一に分散しているときに強度が著しく大きい。
【００１４】急冷後の非晶質合金を結晶化温度（Ｔｘ）
以下で熱処理することにより、非晶質基地からマグネシ
ウム粒子を析出させ強度を高めることができる。熱処理
すると伸びは減少するが、急冷状態の時に比べて強度は
高くなる。
以下で熱処理することにより、非晶質基地からマグネシ
ウム粒子を析出させ強度を高めることができる。熱処理
すると伸びは減少するが、急冷状態の時に比べて強度は
高くなる。
【００１５】以下、実施例により本発明を詳しく説明す
る。
る。
実施例１ 高周波溶解炉により表１の組成のマグネシウム合金を母
合金として用意した。それを非晶質合金の作成法として
よく知られている片ロール法（図１参照）により急冷凝
固し箔帯に作成した。図１に示すように先端に小孔１
（口径：０．１ｍｍ）を有する片ロール装置の石英管２
にインゴットを充填し、母合金を加熱溶解した後、銅製
のロール３の真上に設置した。石英管２内の溶融合金４
をアルゴンガスの加圧の下で石英管の小孔１から噴射
し、ロール３の表面と接触させることにより急冷凝固さ
せて合金箔帯５を得た。
合金として用意した。それを非晶質合金の作成法として
よく知られている片ロール法（図１参照）により急冷凝
固し箔帯に作成した。図１に示すように先端に小孔１
（口径：０．１ｍｍ）を有する片ロール装置の石英管２
にインゴットを充填し、母合金を加熱溶解した後、銅製
のロール３の真上に設置した。石英管２内の溶融合金４
をアルゴンガスの加圧の下で石英管の小孔１から噴射
し、ロール３の表面と接触させることにより急冷凝固さ
せて合金箔帯５を得た。
【００１６】このようにして得た厚さは２０μｍ幅１ｍ
ｍの組成Ｍｇ85Ｚｎ12Ｃｅ3 合金をディフラクトメータ
ーによりＸ線回折した回折図を図２のＡに示す。回折像
には非晶質の散乱像中にＭｇのピークが認められる。結
晶質相の割合は１２％であった。
ｍの組成Ｍｇ85Ｚｎ12Ｃｅ3 合金をディフラクトメータ
ーによりＸ線回折した回折図を図２のＡに示す。回折像
には非晶質の散乱像中にＭｇのピークが認められる。結
晶質相の割合は１２％であった。
【００１７】また、この材料を結晶化温度より約１℃よ
り低い温度で２０sec 熱処理したところ図２のＢの回折
を得た。熱処理の施さない合金の回折像と比べてｈｃｐ
構造のＭｇのピークが明確になっている。この合金の熱
処理後の組織を観察したところ非晶質基地に１０ｎｍ以
下の粒子が２０％の割合で分散していることが認められ
た（図３参照）。上記マグネシウム合金の特性を表１に
示す。
り低い温度で２０sec 熱処理したところ図２のＢの回折
を得た。熱処理の施さない合金の回折像と比べてｈｃｐ
構造のＭｇのピークが明確になっている。この合金の熱
処理後の組織を観察したところ非晶質基地に１０ｎｍ以
下の粒子が２０％の割合で分散していることが認められ
た（図３参照）。上記マグネシウム合金の特性を表１に
示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】実施例２ 実施例１の方法により、高周波溶解炉により表２に組成
を示すマグネシウム合金を母合金として用意し、片ロー
ル法により急冷凝固し、箔帯を得た。箔帯のＸ線回折の
結果を図２に示す。また、２４時間放置後箔帯から１８
０°曲げ試験片及び引張試験片を採取して試験した結果
を表２に示す。
を示すマグネシウム合金を母合金として用意し、片ロー
ル法により急冷凝固し、箔帯を得た。箔帯のＸ線回折の
結果を図２に示す。また、２４時間放置後箔帯から１８
０°曲げ試験片及び引張試験片を採取して試験した結果
を表２に示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】上記箔帯につき結晶化温度−１０℃で０．
１時間熱処理をした後同様の試験を行った結果を表３、
表４に示す。
１時間熱処理をした後同様の試験を行った結果を表３、
表４に示す。
【００２２】
【表３】
【００２３】
【表４】
【００２４】以上の実験結果、本発明の非晶質合金はＭ
ｇリッチな組成でも高強度化と非晶質化が可能であり、
従来の非晶質合金に比べて比強度に優れ、また延性にす
ぐれた合金であることが確認できた。
ｇリッチな組成でも高強度化と非晶質化が可能であり、
従来の非晶質合金に比べて比強度に優れ、また延性にす
ぐれた合金であることが確認できた。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により軽量
化材料としてのマグネシウム合金の用途開発が可能にな
った。
化材料としてのマグネシウム合金の用途開発が可能にな
った。
【図１】 片ロール装置の図である。
【図２】 Ｘ線回折図である。
【図３】 熱処理後のＭｇ85Ｚｎ12Ｃｅ3 合金の非晶質
基地に粒子が分散していることを示す電子顕微鏡による
金属組織写真である。
基地に粒子が分散していることを示す電子顕微鏡による
金属組織写真である。
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 加藤 晃 宮城県仙台市太白区八木山本町２−36− １ サクセス 26Ｂ101 (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 (72)発明者 西山 信行 東京都中央区八重洲一丁目９番９号 帝 国ピストンリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−10041（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−83446（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−45246（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 45/00 C22C 1/00 C22C 1/02 503 C22F 1/06
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｍｇd Ｍe Ｘf Ｔg （ＭはＺｎ，Ｇａの
１種または２種の元素、ＸはＬａ，Ｃｅ，Ｍｍ（ミッシ
ュメタル）、Ｙ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ及びＧｄからなる１
種または２種以上の元素、ＴはＡｇ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ
からなる１種または２種以上の元素、ｄは６５〜９６．
５ａｔ％、ｅは２〜３０ａｔ％、ｆは０．２〜８ａｔ
％、ｇは０．５〜１０ａｔ％）で表される組成を有し、
非晶質相マトリックスと、このマトリックスに分散した
ｈｃｐ−Ｍｇ粒子とからなる複合組織を有し、非晶質相
の割合が５０％以上であることを特徴とする高強度非晶
質マグネシウム合金。 - 【請求項２】 Ｍｇd Ｍe Ｘf Ｔg （ＭはＺｎ，Ｇａの
１種または２種の元素、ＸはＬａ，Ｃｅ，Ｍｍ（ミッシ
ュメタル）、Ｙ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ及びＧｄからなる１
種または２種以上の元素、ＴはＡｇ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ
からなる１種または２種以上の元素、ｄは６５〜９６．
５ａｔ％、ｅは２〜３０ａｔ％、ｆは０．２〜８ａｔ
％、ｇは０．５〜１０ａｔ％）で表される組成を有する
マグネシウム合金溶湯を１０2 〜１０ 5℃／ｓｅｃの冷
却速度で冷却することにより、非晶質相マトリックス
と、このマトリックスに分散したｈｃｐ−Ｍｇ粒子とか
らなる複合組織を有し、非晶質相の割合が５０％以上で
ある高強度非晶質マグネシウム合金を製造する方法。 - 【請求項３】 冷却後に結晶化温度より低い温度で熱処
理を行うことを特徴とする請求項２記載の高強度非晶質
マグネシウム合金の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3254143A JP2911267B2 (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | 高強度非晶質マグネシウム合金及びその製造方法 |
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