(57)【要約】【課題】難燃性と、強度および延性の両立を図ることができるマグネシウム合金（「Ｍｇ合金」という。）を提供する。【解決手段】本発明のＭｇ合金は、質量％で、Ａｌ：４〜６％、Ｃａ：０．２〜０．８％、残部 ：Ｍｇと不純物からなる。特に、Ａｌ：Ｘ％、Ｃａ：Ｙ％としたときに、５．５≦Ｘ＋５Ｙ≦９であると好ましい。また、Ｍｎ：０．０５〜１％を含むと好ましい。本発明のＭｇ合金は、Ａｌの含有量が比較的少なく高延性であると共に、少量のＣａが溶湯の防燃とＭｇ合金の強度向上に寄与する。このように本発明のＭｇ合金は、合金元素の種類や含有量が少ないにも拘わらず、優れた難燃性とバランスの良い機械的特性を発揮するため、例えば、高品質な鋳物の低コストな製造を可能とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体を１００質量％（以下単に「％」という。）として、下記の組成範囲を満たすマグネシウム合金。
Ａｌ ：４〜６％
Ｃａ ：０．２〜０．８％
残部 ：Ｍｇと不純物
【請求項２】
Ａｌ：Ｘ％、Ｃａ：Ｙ％としたときに、下記の組成範囲を満たす請求項１に記載のマグネシウム合金。
５．５≦Ｘ＋５Ｙ≦９
【請求項３】
さらに、Ｍｎ ：０．０５〜１％を含む請求項１または２に記載のマグネシウム合金。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のマグネシウム合金からなるマグネシウム合金鋳物。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載のマグネシウム合金からなる溶湯を調製する調製工程と、
該溶湯を鋳型に注湯して冷却凝固した鋳物を得る鋳造工程と、
を備えるマグネシウム合金鋳物の製造方法。
【請求項６】
前記鋳造工程は、ダイカスト鋳造を行う工程である請求項５に記載のマグネシウム合金鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、難燃性と良好な機械的特性（強度、延性等）を発揮し得るマグネシウム合金（適宜、単に「Ｍｇ合金」という。）と、そのＭｇ合金からなる鋳物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｍｇ合金は軽量かつ比強度等に優れるため、軽量化等を要求される各種製品に使用されつつある。もっとも、Ｍｇは反応性の高い金属元素であり、Ｍｇ合金の溶湯やその切り屑等は外気中の酸素や水等と反応して燃焼等を起こし易い。
【０００３】
このため、例えば、Ｍｇ合金の溶湯を調製・保持する際には、溶湯表面（湯面）へ六フッ化硫黄（ＳＦ６）、二酸化硫黄（ＳＯ２）、ＦＫ（フロロケトン）等の防燃ガスを供給して、Ｍｇ合金溶湯の燃焼を抑止されることが多い。もっとも、ＳＦ６等の使用には、高い設備費用やランニングコスト等を要する。また、ＳＦ６等は環境負荷物質でもあり、使用量は少ないほど好ましい。
【０００４】
このような観点から、Ｍｇ合金溶湯の難燃性（防燃性ともいう。）やＭｇ合金の発火抵抗性（発火温度）を高めるために、Ｍｇ合金にＣａを添加することが従来から提案されており、関連した記載が下記の特許文献にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５７４７８号公報
【特許文献２】特開２０１３−７０６８号公報
【特許文献３】特表２０１３−５１２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、Ａｌ：約６質量％とＣａ：約２質量％とを含むＭｇ−Ａｌ系合金を提案している（［００２４］、［００２５］等）。特許文献１では、Ｃａを比較的多く添加して難燃性を高めると共に、組織制御によりＡｌ２Ｃａの晶出を抑制して伸びを確保している。
【０００７】
特許文献２は、ベースとなるＡＺ９１合金（ＡＳＴＭ／Ｍｇ−９％Ａｌ−１％Ｚｎ−０．２３％Ｍｎ）へ、０．７質量％以上のＣａを添加したＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金を提案している（［０１００］、［０１１４］等）。特許文献２では、Ｃａを比較的多く添加して難燃性を高めると共に、割れの起点となり易い金属間化合物（Ａｌ２Ｃａ）の微細化（ＤＡＳの低減）により、展伸加工性の確保を図っている。
【０００８】
特許文献３は、Ｃａに加えて高価なＹも比較的多く添加することにより、難燃性と強度を確保したＭｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金を提案している（［００３１］、［００４９］等）。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来とは異なる成分組成からなり、難燃性、強度および延性に優れたＭｇ合金またはそのＭｇ合金からなる鋳物と、その鋳物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、ＣａとＡｌの含有量が従来よりも比較的少ない特定の成分組成からなるＭｇ合金は、難燃性であると共に、強度と延性が高次元で両立した好バランスなものとなることを発見した。この成果を発展させることにより、以降に述べる一連の本発明を完成させるに至った。
【００１１】
《マグネシウム合金》
（１）本発明のマグネシウム合金は、全体を１００質量％（以下単に「％」という。）として、下記の組成範囲を満たす。
Ａｌ ：４〜６％
Ｃａ ：０．２〜０．８％
残部 ：Ｍｇと不純物
【００１２】
（２）本発明のＭｇ合金により、難燃性の確保と、強度と延性の両立が可能となる。この理由は、次のように推察される。
【００１３】
先ず、本発明のＭｇ合金は、Ｃａを含むため、その溶湯の表面には緻密な酸化カルシウム（ＣａＯ）膜が形成され、溶湯中から発生するＭｇ蒸気の放散が抑制される。このため本発明のＭｇ合金によれば、多くの防燃ガス（ＳＦ６等）を用いるまでもなく、調製または保持された溶湯の防燃を図れ、溶湯の取扱性が向上して、鋳造設備や鋳造コストの削減、鋳造品質の向上等も可能となる。ちなみに、本発明者の研究により、Ｃａの含有量が比較的少ない溶湯でも、十分な防燃性を示すことがわかった。
【００１４】
次に、本発明のＭｇ合金は、Ａｌを含むことにより強化されるが、Ａｌの含有量が比較的少ないため、Ｍｇ１７Ａｌ１２化合物の生成量も相対的に減少し、その結果、本発明のＭｇ合金は、十分な延性を発揮するようになったと考えられる。但し、Ａｌの含有量の減少によりＭｇ合金の強度低下が懸念される。しかし、本発明者の研究によれば、実際には、ＣａがＡｌと別の化合物（Ａｌ２Ｃａ等）を生成して、これによりＭｇ合金は十分に補強されることがわかった。
【００１５】
こうしてＡｌとＣａが特定の組成範囲内にあることにより、難燃性に加えて、強度と延性が高次元で両立したＭｇ合金が得られるようになったと考えられる。
【００１６】
《Ｍｇ合金鋳物とその製造方法》
（１）本発明のＭｇ合金は、鋳造材に限らず、展伸材等でも良い。もっとも、本発明のＭｇ合金によれば、防燃ガス等を用いるまでもなく溶湯の燃焼を抑止できるため、溶湯の取扱性の向上、ひいては鋳物の生産性や品質の向上も図られる。従って本発明のＭｇ合金は、特に鋳物（鋳造材）であると好ましい。
【００１７】
（２）また本発明は、その鋳物の製造方法としても把握できる。すなわち本発明は、上述したマグネシウム合金からなる溶湯を調製する調製工程と、該溶湯を鋳型に注湯して冷却凝固した鋳物を得る鋳造工程と、を備えるマグネシウム合金鋳物の製造方法でもよい。
【００１８】
なお、鋳造方法は、重力鋳造でも加圧鋳造でもよいし、砂型鋳造でも金型鋳造でもよい。もっとも、本発明のＭｇ合金はＣａの含有量が比較的少なく、鋳造性にも優れる。そこで本発明に係る鋳造工程は、金型のキャビティへ加圧した溶湯を注入（射出）するダイカスト鋳造を行う工程であると、高品質な鋳物を効率よく生産できて好ましい。
【００１９】
《その他》
（１）本明細書でいう「Ｍｇ合金」は、上述したように、鋳造材でも展伸材でもよく、最終製品の他、素材（中間素材を含む）でもよい。具体的にいうと、鋳造品、鍛造品、切削品等の他、インゴット、バルク材、棒状、管状、板状等の素材も、本発明のＭｇ合金に含まれる。
【００２０】
（２）特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は、下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した数値自体や数値範囲中から抽出した任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】各試料に係るＣａ量と０．２％耐力の関係を示す散布図である。
【図１Ｂ】各試料に係るＣａ量と伸びの関係を示す散布図である。
【図２】各試料に係るＡｌ量とＣａ量をプロットした組成分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書で説明する内容は、本発明のＭｇ合金またはその鋳物のみならず、それらの製造方法にも該当し得る。上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一以上の構成要素を付加し得る。製造方法に関する構成要素は、一定の場合、「物」に関する構成要素ともなり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【００２３】
《成分組成》
本発明のＭｇ合金は、主成分（残部）であるＭｇの他、少なくともＡｌおよびＣａを含み、さらにＭｎを含み得る。これら合金元素について以下に詳述する。なお、下記に示す組成範囲（％）は、Ｍｇ合金全体を１００質量％として示した。
【００２４】
（１）Ａｌは、Ｍｇ−Ａｌ系化合物（Ｍｇ１７Ａｌ１２等）やＡｌ−Ｃａ系化合物（Ａｌ２Ｃａ等）を母材中に生成して、Ｍｇ合金を強化する。Ａｌが過少ではその効果が乏しく、Ａｌが過多になるとＭｇ合金の延性を低下させる。そこでＡｌは４〜６％、４．３〜５．８％さらには４．７〜５．３％であると好ましい。なお、ＡｌはＭｇ合金の耐食性の向上にも寄与し得る。
【００２５】
（２）Ｃａは、Ｍｇ合金の溶湯表面に緻密なＣａＯ膜を形成して、その防燃性を高める。また、上述したＡｌ−Ｃａ系化合物（Ａｌ２Ｃａ等）の生成により、Ｍｇ合金を補強する。Ｃａが過少ではその効果が乏しく、Ｃａが過多になるとＭｇ合金の延性や鋳造性が低下する。そこでＣａは０．２〜０．８％、０．３〜０．７％さらには０．４〜０．６％であると好ましい。なお、ＣａはＭｇ合金の耐熱性の向上にも寄与し得る。
【００２６】
（３）Ｍｎは、Ｍｇ合金の溶湯中から腐食原因元素であるＦｅを除去し、Ｆｅに起因したＭｇ合金の腐食を抑制し得る。またＭｎは、Ｍｎ−Ａｌ系化合物（ＭｎＡｌ４等）の生成により、Ｍｇ合金を強化し得る。Ｍｎが過少ではその効果が乏しい。またＭｎは溶湯中にあまり溶解しないので、Ｍｎが過多になっても効果の向上は望めない。そこでＭｎは、０．０５〜１％、０．１〜０．７％さらには０．２〜０．５％であると好ましい。
【００２７】
（４）ところで、ＡｌとＣａは、上述した組成範囲内にあることに加えて、Ａｌ：Ｘ％、Ｃａ：Ｙ％として、５．５≦Ｘ＋５Ｙ≦９、５．７≦Ｘ＋５Ｙ≦８．５さらには６≦Ｘ＋５Ｙ≦７．５であると好ましい。このような範囲は、Ａｌが減少するとＣａが緩やかに増加し、またはＡｌが増加するとＣａが緩やかに減少するような範囲であるため、ＡｌとＣａの均衡が図れ、Ｍｇ合金の強度と延性が高次元で両立し易くなる。
【００２８】
（５）本発明のＭｇ合金は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｎ以外の元素であって、その特性改善に有効な改質元素を微量に含んでもよい。改善される特性や各元素の組合せ等は種々考えられるが、いずれにしても各改質元素の含有量は微量である。また本発明のＭｇ合金は、コスト的または技術的に除去困難な「不可避不純物」を含み得る。
【００２９】
《Ｍｇ合金の用途》
本発明のＭｇ合金は、必須の合金元素が少ないにも拘わらず、難燃性、強度および延性に優れる。そこで本発明のＭｇ合金は、高バランスな特性と低コスト化が要求されるステアリングホイール、キーシリンダーケース、ロードホイール、センターコンソール、インパネリンフォース、メーターケース、ＥＣＵケース等に用いられると好ましい。なお、本発明のＭｇ合金（鋳物）は、熱処理や防食処理等が適宜なされてもよい。
【実施例】
【００３０】
ＡｌとＣａの含有量を変更した種々のＭｇ合金からなる鋳物（試料）を製造した。各試料の製造時に用いた溶湯の防燃性と、各試料（Ｍｇ合金鋳物）の０．２％耐力（強度）と伸び（延性）を評価した。このような具体例を挙げつつ、以下に本発明をさらに詳しく説明する。
【００３１】
《試料の製造》
（１）調製工程
原料として、市販されているＡＭ６０合金（Ｍｇ−６％Ａｌ−０．３％Ｍｎ／標準材）、純ＭｇおよびＭｇ−３０％Ｃａ合金を用意した。ＡＭ６０合金に対する純ＭｇとＭｇ−３０％Ｃａとの添加量を調整した原料を電気炉で溶解し、ＡｌとＣａの含有量が異なる種々の溶湯を調製した（溶解工程）。各溶湯の合金組成は表１に示した。また、各溶湯に含まれるＡｌとＣａの含有量の組合わせを図２に示した。なお、本実施例で示す組成（％）は、秤量した原料全体（ひいては溶湯全体またはＭｇ合金全体）を１００質量％として示したものである。なお、いずれの試料もＭｎの含有量は約０．３％とした。
【００３２】
（２）鋳造工程
上述の各溶湯をランズレー鋳型へ注湯して、自然放冷により冷却凝固させた。この重量鋳造により、円柱形状の鋳物素材を作製した。なお、溶湯の調製および鋳型への注湯は保護ガス（ＳＦ６）下でおこなった。
【００３３】
《引張試験》
各試料に係る鋳物素材から、ダンベル形状の試験片を切り出した。各試験片を引張試験に供して、引張強さ（０．２％耐力）と、伸びを測定した。こうして得られた各試料に係る０．２％耐力と伸びを表１に併せて示した。また、各試料に係る０．２％耐力と伸びを、図１Ａと図１Ｂにそれぞれプロットした。なお、ＡＭ６０Ｂ合金（標準材／試料１３）を基準として、各試料の評価（優：〇、劣：×）も表１に併せて示した。具体的にいうと、強度の優劣は標準材の０．２％耐力の９０％相当（６３．０ＭＰａ）を基準とし、延性の優劣は標準材の最大伸の９０％相当（１２％）を基準とした。
【００３４】
《溶湯難燃性評価試験》
各試料に係る溶湯を保護ガス（ＳＦ６）下で溶製した。溶湯温度を７００℃に保ちながら、保護ガスの供給を止め、溶湯表面の被膜を除去した。こうして溶湯表面を大気に暴露し、この状態で５分間保持した後、溶湯表面で燃焼が生じたかを観察した。溶湯表面で燃焼（極端な酸化）が生じた場合を「×」、燃焼が生じなかった場合を「○」として、各試料に係る溶湯の難燃性を表１に示した。
【００３５】
《評価》
表１、図１Ａおよび図１Ｂ（両者を併せて単に「図１」という。）から次のことがわかる。試料２、７および１３はＣａを含まず溶湯の難燃性に欠ける。試料１３を除いてＣａを含まない（０％）場合は高延性であるが低強度である。逆にＣａを１％以上含む場合は高強度であるが低延性である。ＣａとＡｌが本発明の組成範囲内にある場合は、強度および延性が共に良好となっている。しかも、それらのＭｇ合金は、Ｃａを含むことにより、溶湯の防燃も図られている。このように、強度、延性さらに防燃性（難燃性）も確保されているＭｇ合金は、表１の総評欄と図２に「〇」で示すものである。このことから、図２に示した破線で囲まれた組成範囲内にあるＭｇ合金は、強度、延性および防燃性（難燃性）に優れるといい得る。
【００３６】
【表１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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