JPH0499244A - 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、かつ、耐食性に優れ
たマグネシウム基合金に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の非晶質合金としては、特願平１−１７９
１３９号に記載される非晶質マグネシウム基合金が出願
されているが、いずれも高強度化を促進するために非晶
質単相化を狙ったものである。

［発明が解決しようとする課題ｊ しかしなから、上記特願平１−１７９］３９号に記載の
非晶質マグネシウム基合金は、高強度及び高硬度などを
示す優れた合金であり、高力材料として優れているが、
合金材料における非晶質相と結晶質相との割合に着目す
ることにより、さらに強度及び硬度の改良の余地を残し
ている。

そこで本発明は上記に鑑み、非晶質相と結晶質相とに着
目することにより、さらに硬度、及び強度を向上するよ
うなマグネシウム基合金を提供することを目的としたも
のである。

［課題を解決するだめの手段〕 本発明は一般式：　Ｍ　ｇ　−Ｘ　ｂ ［但し、Ｘ　；　Ｃｕ　ＳＮ　ｔ　ｓ　Ｓ　ｎ　ＳＺ　
ｎ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し、Ｍ　ｇのマトリックス中にマト
リックス元素又は／及び上記元素により構成される種々
の金属間化合物を微細に分散して構成される結晶質相と
Ｍｇ元素とＭ元素とを含んでマトリックスを構成する非
晶質相とからなる高力マグネシウム基合金であって、前
記結晶質相と非晶質相とを体積率で結晶質相を多く含有
してなることを特徴とする高力マグネシウム合金。

または一般式：　Ｍｇ、Ｘ＝　Ｍａ ［但し、Ｘ：Ｃｕ、、Ｎｉ、、５ｎＳＺｎから選ばれる
１種または２種以上の元素、Ｍ＋ＡＩ、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コ て示される組成を有し、Ｍｇのマトリックス中にマトリ
ックス元素又は／及び上記元素により構成される種々の
金属間化合物を微細に分散して構成される結晶質相とＭ
ｇ元素とＭ元素とを含んでマトリックスを構成する非晶
質相とからなる高力マグネシウム基合金であって、前記
結晶質相と非晶質相とを体積率で結晶質相を多く含有し
てなることを特徴とする高力マグネシウム合金。

または一般式＋Ｍｇ、）（、ｌｎ。

［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ツシュメ
タル（Ｍｍ） ａＳｃ、　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し、Ｍｇのマトリックス中にマトリ
ックス元素又は／及び上記元素により構成される種々の
金属間化合物を微細に分散して構成される結晶質相とＭ
ｇ元素とＭ元素とを含んでマトリックスを構成する非晶
質相とからなる高力マグネシウム基合金であって、前記
結晶質相と非晶質相とを体積率で結晶質相を多く含有し
てなることを特徴とする高力マグネシウム合金。

さらには一般式＋　Ｍ、ｇ　、　Ｘ　ｅＭａ　Ｌ　ｎ　
。

［但し、Ｘ：Ｃｕ、Ｎｉ、５ｎＳＺｎから選ばれる１種
または２種以上の元素、Ｍ：Ａｌ、Ｓｌ、Ｃａから選ば
れる１種または２種以上の元素、Ｌ　ｎ　：　Ｙ　ｓ　
Ｌ　ａ　ＳＣｅ　ＳＮ　ｄ　％　Ｓ　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　）　　、 ４０≦　ａ　≦９５ １≦　Ｃ≦３５ １≦　ｄ　≦２５ ３≦ｅ　≦２５〕 で示される組成を有し、Ｍｇのマトリックス中にマトリ
ックス元素又は／及び上記元素により構成される種々の
金属間化合物を微細に分散して構成される結晶質相とＭ
ｇ元素とＭ元素とを含んでマトリックスを構成する非晶
質相とからなる高力マグネシウム基合金であって、前記
結晶質相と非晶質相とを体積率で結晶質相を多く含有し
てなることを特徴とする高力マグネシウム合金である。

上記組成で示される元素の内、Ｌａ５Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ
はそれらを主成分とする複合体であるミツシュメタル（
Ｍｍ）で置き換えることができる。

なお、ここでいうＭｍはＣｅ４０〜５０％、Ｌ　ａ　２
０〜２５％、残部は他の希土類元素からなり、許容範囲
の不純物（Ｍｇ、Ａ　ＩＳＳ　ｉ。

Ｆｅ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
源として紅済的効果が大きい。

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１０４〜１０’　Ｋ／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３００〜１１００Ｄ
Ｏｒｐの範囲の一定速度で回転している直径３０〜３０
００ａ＋ａ＋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〜’３００　ｔａｔｒで厚さが約５
〜５００７１ｍ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。

なお、本発明の合金は上記と同様の方法で冷却速度のみ
を上記より多少上げ、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±１００℃）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がある。

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
プレー法及びメカニカルアロイ法、メカリカルブライン
ディング法など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超えた過飽
和固溶体を形成しにくくなり、又、非晶質化しにくくな
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超
えた過飽和固溶体を形成しにくくなり、又、非晶質化し
にくくなるために、前記液体急冷等を利用した工業的な
急冷手段では、本発明の特性を持った合金を得ることが
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９６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
限を超えた過飽和固溶体を形成しにくくなり、又、一部
非晶質化しにくくなるために、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
たの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（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ｉ　−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超えた過飽和固溶体を形成しに
くくなり、又、非晶質化しにくくなるために、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
的の特性を持った合金を得ることができなくなるからで
ある。

Ｘ元素はＣｕＳＮｉ、５ｎＳＺｎより選ばれる元素であ
り、本発明の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および非晶質形成能を向上せ
しめ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併せ持つ。

また、Ｍ元素は、ＡＩ、Ｓ　ｉ、Ｃａから選ばれる元素
であり、本発明の微細結晶質相においては、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
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。非晶質相においては、比較的高温に
おける非晶質の安定性を付与する。上記元素のうち、Ａ
Ｉ、Ｃａ元素は耐食性を向上させる効果を持ち、またＳ
ｉ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、Ｌａ、　Ｃｅ、Ｎｄ、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、微細結
晶質相においては、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させ、
より大きな硬度の改善を可能にする。非晶質相において
は、前記Ｘ元素と共存させることにより、より優れた非
晶質形成能を向上させる効果を発揮する。

本発明のマグネシウム基合金は、結晶化温度近傍（Ｔｘ
±１００℃）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ＴＸ　±１．００
℃の温度範囲で押出し加工、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高度の粘さを有
し、大きな曲げ可能なものもある。

［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：　
（１，５ｍ５）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５００Ｏｒｐｍの高速回転下、石英管１内の溶融
合金３をアルゴンガスの加圧下（０，７ｋｇ／ｃ＋ｎ２
）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７
種の合金薄帯（幅：１■、厚さ二２ｏμｍ）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。

尚、上記により得られた合金薄帯をＴＥＭにより観察し
た結果、微細結晶質相と非晶質相とにより構成され、か
つ体積率で微細結晶質相を多く含んでいることが確認さ
れた。

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。

表中に示すとおり、いずれの試料も硬度Ｈｖ　（ＤＰＮ
）が１８５以上を示し、市販のマグネシウム基合金の硬
度Ｈｖ　（ＤＰＮ）６０〜９０の２．０〜３．０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
６３０ＭＰａ以上を示し、従来のマグネシウム基合金の
うち、もっとも高いものが４００ＭＰａであるのに対し
て、約１．５倍以上であり、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。

表 ［発明の効果コ 以上のように本発明のマグメジウム基合金は、従来最も
優れたものと評価されていた同種市販の合金に較べて２
．０倍以上の硬度と１゜５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つくる時に
使用した単ロール装置の説明図である。 １・・・石英管、２・・・銅製ロール、３・・・溶融合
金、４・・・急冷薄帯、５・・・小孔 特許出願人　　吉田工業株式会社 代理人　弁理士　小　松　秀　岳

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し、Ｍｇのマトリックス中にマトリ
   ックス元素又は／及び上記元素により構成される種々の
   金属間化合物を微細に分散して構成される結晶質相とＭ
   ｇ元素とＭ元素とを含んでマトリックスを構成する非晶
   質相とからなる高力マグネシウム基合金であって、前記
   結晶質相と非晶質相とを体積率で結晶質相を多く含有し
   てなることを特徴とする高力マグネシウム合金。
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し、Ｍｇのマトリックス中にマトリ
   ックス元素又は／及び上記元素により構成される種々の
   金属間化合物を微細に分散して構成される結晶質相とＭ
   ｇ元素とＭ元素とを含んでマトリックスを構成する非晶
   質相とからなる高力マグネシウム基合金であって、前記
   結晶質相と非晶質相とを体積率で結晶質相を多く含有し
   てなることを特徴とする高力マグネシウム合金。
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し、Ｍｇのマトリックス中にマトリ
   ックス元素又は／及び上記元素により構成される種々の
   金属間化合物を微細に分散して構成される結晶質相とＭ
   ｇ元素とＭ元素とを含んでマトリックスを構成する非晶
   質相とからなる高力マグネシウム基合金であって、前記
   結晶質相と非晶質相とを体積率で結晶質相を多く含有し
   てなることを特徴とする高力マグネシウム合金。
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）、 ４０≦ａ≦９５ １≦ｃ≦３５ １≦ｄ≦２５ ３≦ｅ≦２５］ で示される組成を有し、Ｍｇのマトリックス中にマトリ
   ックス元素又は／及び上記元素により構成される種々の
   金属間化合物を微細に分散して構成される結晶質相とＭ
   ｇ元素とＭ元素とを含んでマトリックスを構成する非晶
   質相とからなる高力マグネシウム基合金であって、前記
   結晶質相と非晶質相とを体積率で結晶質相を多く含有し
   てなることを特徴とする高力マグネシウム合金。