JPH07116546B2

JPH07116546B2 - 高力マグネシウム基合金

Info

Publication number: JPH07116546B2
Application number: JP1177974A
Authority: JP
Inventors: 健増本; 明久井上; 克昌大寺
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-09-05
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1995-12-13
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH0310041A; KR930000846B1; KR900004953A

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］従来のマグネシウム基合金には、Mg−Al系、Mg−Al−Zn
系、Mg−Th−Zr系、Mg−Th−Zn−Zr系、Mg−Zn−Zr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、
車輛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
く、耐食性も悪いのが現状である。

本発明は上記に鑑み、高硬度および高強度、高耐食性を
有し、かつ押出し加工やプレス加工等が可能であり、ま
た大きな曲げ加工にも耐える高力かつ耐食性に優れた新
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: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≦90 10≦ｂ≦60］で示される組成を有し、少なくとも50％（体積比）の非
晶質からなる高力マグネシウム基合金。

または一般式: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≦90 ４≦ｃ≦35 ２≦ｄ≦25］で示される組成を有し、少くとも50％（体積比）の非晶
質からなる高力マグネシウム基合金。

または一般式: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≦90 ４≦ｃ≦35 ４≦ｅ≦25］で示される組成を有し、少なくとも50％（体積比）の非
晶質からなる高力マグネシウム基合金。

さらには一般式: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≦90 ４≦ｃ≦35 ２≦ｄ≦25 ４≦ｅ≦25≦］で示される組成を有し、少なくとも50％（体積比）の非
晶質からなる高力マグネシウム基合金である。

なお、上記のMmはCe40〜50％、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、Al、Si、
Fe等）を含む複合体である。Mmはアモルファス形成能上
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10⁴〜10⁶K/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300〜10000rpmの範囲の一定速
度で回転している直径30〜3000mm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１〜30
0mm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。

なお、上記方法によらずスパッタリング法によって薄膜
を、また高圧ガス噴霧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。

得られた急冷マグネシウム基合金が非晶質であるかどう
かは通常のＸ線回折法によって知ることができる。すな
わち非晶質の場合は非晶質特有のハローパターンを示
す。この非晶質体は、前述の単ロール法、双ロール法、
回転液中紡糸法、スパッタリング、各種アトマイズ法、
スプレー法、メカニカルアロイ法等により得ることがで
きる。更に、この非晶質組織は加熱すると特定の温度以
上で結晶に分解する（この温度を結晶化温度Txと呼
ぶ）。

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40〜90％の
範囲に、また、ｂを10〜60％の範囲にそれぞれ限定した
のは、その範囲から外れると非晶質化しにくくなったり
脆くなり、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非晶質の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40〜90％の範囲に、
また、ｃを４〜35％、ｄを２〜25％の範囲にそれぞれ限
定したのは、その範囲から外れると非晶質化し難くなっ
たり、脆くなり、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非晶質の合金を得る
ことができなくなるからである。

また、上記請求項（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40〜90％、ｃ
を４〜35％、ｅを４〜25％の範囲にそれぞれ限定したの
は、その範囲から外れると非晶質化し難くなったり、脆
くなり、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非晶質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40〜90％、ｃ
を４〜35％、ｅを４〜25％、ｅを４〜25％の範囲にそれ
ぞれ限定したのは、その範囲から外れると非晶質化し難
くなったり、脆くなり、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非晶質の合
金を得ることができなくなるからである。

Ｘ元素はCu、Ni、Sn、Znより選ばれる元素であり、より
優れた非晶質形成能を向上させる効果と共に展延性を保
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、Al、Si、Caから選ばれる元素であり、
展延性を保ったまま強度を向上させる効果を持ち、上記
元素のうちAl、Ca元素は耐食性を向上させる効果を持
ち、またSi元素においては結晶化温度Txを向上させ、比
較的高温における非晶質の安定性を付与するとともに、
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、非晶質形成能を向上さ
せる効果を持つが、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±100℃
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、180゜密着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:0.5
mm）を有する石英管１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5000rp
m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/cm²）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71
種の合金薄帯（幅:1mm、厚さ:20μｍ）を得て、それぞ
れＸ線回折に付した結果、表に示すように非晶質が得ら
れていることが確認された。

又、各供試薄帯につき、結晶化温度（Tx）、硬度（Hv）
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（DPN）で
あり、結晶化温度（Tx）は、40k/minで加熱した走査示
差熱曲線における最初の発熱ピーク開始温度（Ｋ）であ
る。なお、表中の“A_mo"は非晶質であることを示し、
“A_mo＋C_ry"は非晶質と結晶質の複合体であることを示
す。又、“B_ri"は脆性を示し、“D_uc"は展延性を示す。

表に示す通り、いずれの試料も結晶化温度Txが420K以上
と高く、特に、硬度Hv（DPN）はいずれの試料も160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２〜３倍であることが判る。また、Mg−Ni−Ln
系、及びMg−Cu−Ln系の３元系にSi元素を添加すること
により結晶化温度Txが上昇し非晶質の安定性が改善され
ることが判る。

上記の例は非晶質構造のものの例を示したが、例えばMg
₇₀Ni₁₀Ce₂₀、 Mg₉₀Ni₅Ce₅、Mg₆₅Ni₃₀Ce₅、Mg₇₅Ni₅Ce₂₀、Mg₆₀Cu₂₀C
e₂₀、Mg₉₀Ni₅La₅、Mg₅₀Cu₂₀Si₈Ce₂₂等に50％以上の非晶
質を有するものもある。

次に上記試料No.4の耐食性試験を行った。供試薄帯を常
温の0.01N HCl水溶液、及び0.25N NaOH水溶液に浸漬
し、溶解減量より腐食速度を求めた結果、それぞれ89.2
mm/year、及び0.45mm/yearであった。これより、HCl水
溶液には全く抵抗を示さないが、NaOH水溶液には高い耐
食性を示すことが判る。かかる高い耐食性は他の試料に
ついても同様であった。

［発明の効果］本発明のマグネシウム基合金は、高硬度材料、高強度材
料、高耐食性材料として有用である。さらに押出し加工
やプレス加工等の加工ができ、又大きな曲げ加工にも耐
える高力かつ耐食性に優れた材料として種々の用途に供
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。１……石英管、２……銅製ロール、３……溶融合金、４
……急冷薄帯、５……小孔。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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≦90 10≦ｂ≦60］で示される組成を有し、少なくとも50％（体積比）の非
晶質からなる高力マグネシウム基合金。
【請求項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≦90 ４≦ｃ≦35 ２≦ｄ≦25］で示される組成を有し、少くとも50％（体積比）の非晶
質からなる高力マグネシウム基合金。
【請求項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≦90 ４≦ｃ≦35 ４≦ｅ≦25］で示される組成を有し、少なくとも50％（体積比）の非
晶質からなる高力マグネシウム基合金。
【請求項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≦90 ４≦ｃ≦35 ４≦ｄ≦25 ４≦ｅ≦25≦］で示される組成を有し、少くとも50％（体積比）の非晶
質からなる高力マグネシウム基合金。