(57)【要約】【課題】  溶湯の流動性に優れ鋳造性を確保するとともに、鋳造品が良好な伸び特性をするマグネシウム合金インゴット及びその製造方法を提供する。【解決手段】  マグネシウム合金インゴットの製造方法は、アルミニウム（Ａｌ）を５．５〜６．５重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．８〜１．２重量％、マンガン（Ｍｎ）を０．２４〜０．６重量％、銅（Ｃｕ）を０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）を０．００５％重量以下、シリコンを０．１重量％以下、その他の不純物を０．０２重量％以下とし、残部がマグネシウム（Ｍｇ）からなる組成のマグネシウム合金に、ストロンチウム（Ｓｒ）を０．００１〜０．０１重量％添加する工程と、鋳造温度（６３０〜７３０℃）において鋳込み行う工程と、を備える。上記方法により作製されたストロンチウムを含有するインゴットから良好な機械的性質を有する鋳造品が作製できる。【選択図】    図１
2005248301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム（Ａｌ）を５．５〜６．５重量％、マンガン（Ｍｎ）を０．２４〜０．６重量％、銅（Ｃｕ）を０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）を０．００５％重量以下、シリコンを０．１重量％以下、その他の不純物を０．０２重量％以下で含有するマグネシウム合金原料であって、
さらにストロンチウム（Ｓｒ）を０．００１〜０．０１重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．８〜１．２重量％で含有し、残部がマグネシウム（Ｍｇ）からなることを特徴とするマグネシウム合金原料。
【請求項２】
アルミニウム（Ａｌ）を５．５〜６．５重量％、マンガン（Ｍｎ）を０．２４〜０．６重量％、銅（Ｃｕ）を０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）を０．００５％重量以下、シリコンを０．１重量％以下、その他の不純物を０．０２重量％以下で含有するマグネシウム合金インゴットであって、
さらにストロンチウム（Ｓｒ）を０．００１〜０．００５重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．８〜１．２重量％で含有し、残部がマグネシウム（Ｍｇ）からなることを特徴とするマグネシウム合金インゴット。
【請求項３】
アルミニウム（Ａｌ）を５．５〜６．５重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．８〜１．２重量％、マンガン（Ｍｎ）を０．２４〜０．６重量％、銅（Ｃｕ）を０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）を０．００５％重量以下、シリコンを０．１重量％以下、その他の不純物を０．０２重量％以下とし、残部がマグネシウム（Ｍｇ）からなる組成のマグネシウム合金に、ストロンチウム（Ｓｒ）を０．００１〜０．０１重量％添加する工程と、
鋳造温度（６３０〜７３０℃）において鋳込み行う工程と、を備えることを特徴とするマグネシウム合金インゴットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイカストなどの鋳造に適したマグネシウム合金及びその鋳造方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金は軽量で、主に電気製品の筐体などに用いられているが、近年、二輪車や自動車等の機械部品への適用が期待されている。
【０００３】
従来のマグネシウム合金としては、ＡＳ系合金（ＡＳ４１、ＡＳ２１）とＡＥ系合金（ＡＥ４２）が代表的である。さらに以下の各種合金が提案されている。
（１）Ａｌ：１〜６質量％、Ｃａ：０．５〜４質量％、Ｓｉ：０．５〜１．５質量％、Ｍｎ：０．１５〜０．５質量％、Ｚｎ：０．１〜０．３質量％を含むマグネシウム合金（特許文献１）。
（２）Ａｌ：２〜１０質量％、Ｃａ：１．４〜１０質量％、Ｃａ／Ａｌ≧０．７、Ｓｉ、Ｚｎ：≦２質量％、希土類元素：≦４質量％を含むマグネシウム合金（特許文献２）。
（３）Ａｌ：５〜１０質量％、Ｓｉ：０．２〜１．０質量％、Ｃａ：０．０５〜０．５質量％、Ｓｒ：≦０．１質量％を含むマグネシウム合金（特許文献３）。
（４）Ａｌ：２〜１０質量％、Ｃａ：１．０〜１０質量％、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｚｒの少なくとも一種：≦２質量％、希土類元素：≦４質量％を含むマグネシウム合金（特許文献４）。
（５）Ａｌ：２〜６質量％、Ｃａ：０．５〜４質量％、Ｃａ／Ａｌ≦０．８、Ｓｒ：≦０．１５質量％を含むマグネシウム合金（特許文献５）。
（６）Ａｌ：６〜８質量％、Ｃａ：２〜４質量％、Ｍｎ：０．１〜０．８質量％、Ｓｒ：０．００１〜０．０５質量％、Ｓｉ：０〜０．５質量％、Ｚｎ：０〜０．５質量％を含むマグネシウム合金（特許文献６）。
（７）Ａｌ：１．５〜６質量％、Ｃａ：０．５〜３質量％、Ｍｎ：０．１〜１質量％、Ｓｒ：０．２１〜１質量％を含むマグネシウム合金（特許文献７）。
【０００４】
上記各合金における成分元素の作用は、概ね以下のとおりである。ＡｌはＭｇとの間で硬い金属間化合物（Ｍｇ１７Ａｌ１２）を形成し、その分散強化により合金の耐力及び引張強さを高める。ＣａはＡｌあるいはＭｇとの間で高融点の金属間化合物を形成し、引張強さとクリープ抵抗性を高める。ＳｉはＭｇとの間で高融点の金属間化合物（Ｍｇ２Ｓｉ）を形成し、引張強さとクリープ抵抗性を高める。Ｚｎは時効硬化能を向上させ、強度の向上に寄与する。希土類元素（主としてミッシュメタル）はＡｌとの間で金属間化合物を形成し、高温の破断伸びとともにクリープ抵抗性を向上させる。Ｓｒは、粒界の晶出物に固溶することで高いクリープ抵抗性を保持したまま、晶出物の耐食性を向上させ、Ｃａ含有による耐食性の低下を排除する。Ｍｎは、Ａｌと化合して金属間化合物を形成しＦｅ等を固溶することにより耐食性を高める効果、また溶湯の流動性を向上させる効果を有する。
【特許文献１】特公平３−１７８９０号公報
【特許文献２】特開平６−２５７９０号公報
【特許文献３】特開平９−１０４９４２号公報
【特許文献４】特開平９−２７１９１９号公報
【特許文献５】特開平９−２７２９４５号公報
【特許文献６】特開２００１−３１６７５３号公報
【特許文献７】特開２００２−３２７２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した従来のマグネシウム合金では、強度やクリープ特性を向上させるために組成の調整が図られているが、溶湯の流動性が悪く、鋳造欠陥が生じやすかった。また、機械部品として強度、伸び、靱性を十分に有していなかった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、溶湯の流動性に優れ鋳造性を確保するとともに、鋳造品が良好な伸び特性をするマグネシウム合金インゴット及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、アルミニウム（Ａｌ）を５．５〜６．５重量％、マンガン（Ｍｎ）を０．２４〜０．６重量％、銅（Ｃｕ）を０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）を０．００５％重量以下、シリコンを０．１重量％以下、その他の不純物を０．０２重量％以下で含有するマグネシウム合金原料において、さらにストロンチウム（Ｓｒ）を０．００１〜０．０１重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．８〜１．２重量％で含有し、残部がマグネシウム（Ｍｇ）からなることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、アルミニウム（Ａｌ）を５．５〜６．５重量％、マンガン（Ｍｎ）を０．２４〜０．６重量％、銅（Ｃｕ）を０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）を０．００５％重量以下、シリコンを０．１重量％以下、その他の不純物を０．０２重量％以下で含有するマグネシウム合金インゴットにおいて、さらにストロンチウム（Ｓｒ）を０．００１〜０．００５重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．８〜１．２重量％で含有し、残部がマグネシウム（Ｍｇ）からなることを特徴とするマグネシウム合金インゴット。
【０００９】
第３の発明は、マグネシウム合金インゴットの製造方法において、アルミニウム（Ａｌ）を５．５〜６．５重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．８〜１．２重量％、マンガン（Ｍｎ）を０．２４〜０．６重量％、銅（Ｃｕ）を０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）を０．００５％重量以下、シリコンを０．１重量％以下、その他の不純物を０．０２重量％以下とし、残部がマグネシウム（Ｍｇ）からなる組成のマグネシウム合金に、ストロンチウム（Ｓｒ）を０．００１〜０．０１重量％添加する工程と、鋳造温度（６３０〜７３０℃）において鋳込み行う工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によるマグネシウム合金原料を用いて、ストロンチウム（Ｓｒ）を含有するマグネシウム合金インゴットを作製することができる。このインゴットを溶融して鋳造部品を鋳造すると、鋳造時のストロンチウム（Ｓｒ）の効果により、溶湯の流動性が向上し、鋳造における成形性が良好になる。また、亜鉛（Zｎ）の含有量の調整により強度と伸び特性のバランスが良好な鋳造部品が得られる。
【００１１】
第２の発明によるマグネシウム合金インゴットを用いて鋳造部品を鋳造すると、鋳造時のストロンチウム（Ｓｒ）の効果により、溶湯の流動性が向上し、鋳造における成形性が良好になる。また、亜鉛（Zｎ）の含有量の調整により強度と伸び特性のバランスが良好な鋳造部品が得られる。この鋳造部品は機械用部品として好適な特性を有する。
【００１２】
第３の発明による製造方法により、ストロンチウム（Ｓｒ）を含有するマグネシウム合金インゴットを作製することができる。このインゴットを溶融して鋳造部品を鋳造すると、鋳造時のストロンチウム（Ｓｒ）の効果により、溶湯の流動性が向上し、鋳造における成形性が良好になる。強度と伸び特性のバランスが良好であるマグネシウム合金を鋳造により作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のインゴットの製造方法は、マグネシウム合金原料を溶融する工程、マグネシウム合金原料にストロンチウム（Ｓｒ）を添加する工程、溶湯を鋳込みする工程からなる。このように、一度、ストロンチウム（Ｓｒ）を添加したインゴットを作製しておけば、以後このインゴットを用いて様々な鋳造部品が作製することができ、鋳造部品の作製の度にストロンチウム（Ｓｒ）を添加することがなく簡便である。
【００１４】
アルミニウム（Ａｌ）を５．５〜６．５質量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．８〜１．２質量％、マンガン（Ｍｎ）を０．２４〜０．６質量％、シリコン（Ｓｉ）を０．１質量％以下、銅（Ｃｕ）を０．０１質量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．００２質量％以下、鉄（Ｆｅ）を０．００５質量％以下で含有し、残部がＭｇ及び微量の不純物（０．０２重量％以下）からなる原料マグネシウム合金に対して、インゴット作製時に、ストロンチウム（Ｓｒ）を０．００１〜０．０１質量％の添加量で添加する。ここで添加量は原料マグネシウム合金質量に対する値である。全体の組成として、ストロンチウム（Ｓｒ）を０．００１〜０．０１重量％、アルミニウム（Ａｌ）を５．５〜６．５重量％、亜鉛（Ｚｎ）を０．８〜１．２質量％、マンガン（Ｍｎ）を０．２４〜０．６重量％、シリコンを０．１重量％以下、銅（Ｃｕ）を０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）を０．００５％重量以下、その他の不純物を０．０２重量％以下とし、残部がマグネシウム（Ｍｇ）からなるインゴット原料が、溶湯の状態で生じることになる。
【００１５】
ストロンチウム（Ｓｒ）の添加量が０．００１重量％未満の場合、インゴット中に含まれるストロンチウム（Ｓｒ）が過少なため、顕著な効果は得られにくい。ストロンチウム（Ｓｒ）の添加量が０．０１重量％より大きい場合、ストロンチウム（Ｓｒ）が高価な材料であることから経済的に好ましくない。
【００１６】
マグネシウム合金の重力鋳造によりインゴット作製を行う。インゴットは、６３０〜７３０℃の鋳造温度で鋳造される。添加剤としてのストロンチウム（Ｓｒ）は、鋳造に要する時間にも依存するが、インゴット鋳造時に一部が消失し、最終的にインゴット中に残留するストロンチウム（Ｓｒ）量が０．００１質量％〜０．００５質量％となる。なお、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）等のストロンチウム（Ｓｒ）以外の成分元素の量は、インゴットの鋳造前後でほとんど変化しない。こうして、マグネシウム合金インゴットの組成は、インゴット全体に対する重量比で、ストロンチウム（Ｓｒ）が０．００１〜０．００５重量％、アルミニウム（Ａｌ）が５．５〜６．５重量％、亜鉛（Ｚｎ）が０．８〜１．２質量％、マンガン（Ｍｎ）が０．２４〜０．６重量％、シリコンが０．１重量％以下、銅（Ｃｕ）が０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）が０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）が０．００５％重量以下、その他の不純物が０．０２重量％以下、残部がマグネシウム（Ｍｇ）となる。
【００１７】
さらに、上記のように作製されたマグネシウム合金インゴットを再溶融してダイカスト成形することにより様々な鋳造部品を作製することができる。鋳造部品の鋳造時に６２５〜６４０℃の鋳造温度にてダイカスト成形を行う。
【００１８】
本発明のインゴットを融かした場合、インゴット中に含有されるストロンチウムにより溶湯の流動性が改善され、この溶湯を用いて鋳造したマグネシウム合金部品の機械的性質が改善される。ストロンチウムは溶湯の液体粘度を低下し鋳造部品の成形性を良好にするためである。さらに、インゴットから鋳造された部品の良好な機械的性質を得るために、亜鉛（Ｚｎ）の成分量を調整してある。
【００１９】
上記の実施形態において、Ｓｉは０．１質量％以下、Ｃｕは０．０１質量％以下、Ｎｉは０．００２質量％以下、Ｆｅは０．００５質量％以下で含有されるが、これらの元素は耐食性等に悪影響を与えないよう制限されており、含有量は低いほど好ましい。Ａｌの添加量について、汎用マグネシウム合金のＡＭ６０材と同じく５．５〜６．５重量％の添加量が機械的性質の面から適当である。また、Ｍｎの添加量について、小さい場合Ｍｎ添加効果は顕著でなく、大きい場合成形品強度および溶湯の流動性の低下を招いてしまう傾向にあるので、汎用マグネシウム合金のＡＭ６０材と同じく０．２４〜０．６質量％のＭｎ添加量が適当である。
【００２０】
実施形態を以下の実施例によりさらに詳しく説明する。
（実施例）ストロンチウム（Ｓｒ）を０．００５重量％、アルミニウム（Ａｌ）を６．０重量％、亜鉛（Ｚｎ）を１．０質量％、マンガン（Ｍｎ）を０．２５重量％、銅（Ｃｕ）を０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）を０．００５％重量以下、シリコンを０．１重量％以下、その他の不純物を０．０２重量％以下とし、残部がマグネシウム（Ｍｇ）からなるインゴット原料が、溶融状態で作製された。これは、Ｚｎ０％としたＡＭ６０材に、ストロンチウム（Ｓｒ）を０．００５重量％、亜鉛（Ｚｎ）を１．０質量％を加えて融かしたものである。その後、インゴット原料溶湯を６３０〜７３０℃で鋳造してインゴットを作製した。インゴットの組成は、インゴット全体に対する重量比で、ストロンチウム（Ｓｒ）が０．００３重量％、アルミニウム（Ａｌ）が６．０重量％、亜鉛（Ｚｎ）が１．０質量％、マンガン（Ｍｎ）が０．２５重量％、銅（Ｃｕ）が０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）が０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）が０．００５％重量以下、シリコンが０．１重量％以下、その他の不純物が０．０２重量％以下、残部がマグネシウム（Ｍｇ）となった。
【００２１】
上記インゴットを溶融して得た溶湯の流動性に関してのストロンチウム（Ｓｒ）添加の効果を調べるため、振動片式粘度計を用いて溶湯の粘度測定を６２５℃、６４０℃で行った。振動片式粘度計による粘度測定において、一定の駆動力で正弦波振動させた薄い平板を溶湯中に浸漬させ、溶湯の粘性抵抗による振動振幅変化から溶湯の粘度が得られた。振動の変化はレーザ変位計によって測定された。粘度μ（Pa・s）は、理論式μ=(K/ρ){(Ea/E)-1}2により求められた。ここで、ρ(Kg/m3)は溶湯密度、Ea(m)は空気中での振幅、E(m)は溶湯中での振幅であり、Kは粘度標準液の振幅測定から求められる定数である。
【００２２】
ＡＭ６０材（比較例）の粘度は、６２５℃で０．０４２（Pa・s）、６４０℃で０．０４１（Pa・s）であったのに対して、実施例では粘度は６２５℃で０．０１（Pa・s）、６４０℃で０．０１６（Pa・s）であり、ＡＭ６０材に対して溶湯の液体粘度は３分の１から４分の１程度になった。このようにストロンチウム、亜鉛を含有するマグネシウム合金インゴットの溶湯の粘度は低く、流動性が改善された。
【００２３】
また、上記インゴットの溶融後、６２５〜６４０℃の鋳造温度にてダイカスト成形を行うことによりＪＩＳ４号試験片が作製された。本発明のインゴットから鋳造された鋳造部品の機械的性質は向上する。
【００２４】
表１に、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に従って、実施例及び比較例のダイカスト成形試験片について耐力、引張強度、伸びについて試験した結果を示す。実施例では、比較例に比べ耐力、引張強さ及び伸びは向上している。
【００２５】
【表１】
2005248301.tif 000003
次に、図１を参照して、亜鉛（Ｚｎ）の適切な量について説明する。
【００２６】
図１の（ａ）−（ｃ）は、Ｚｎ添加量を変えてマグネシウム合金部品の耐力、引張強度、伸びを測定した結果を示す。耐力、引張強度、伸びは、標準試験片（ＪＩＳ４号試験片）を用いて、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１規格に基づいて測定された。試験片は、上記実施例と同様の鋳造方法により作製され、Ｚｎの他に、Ａｌを６．０重量％、Ｍｎを０．２５重量％、銅（Ｃｕ）を０．０１重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）を０．００２重量％以下、鉄（Ｆｅ）を０．００５％重量以下、シリコンを０．１重量％以下、その他の不純物を０．０２重量％以下含有し、残部はマグネシウムからなる。試験片においてＳｒ含有量は０重量％であるが、実施形態のインゴットのように微量のストロンチウム（Ｓｒ）含有量０．００１〜０．００５重量％、においても同様の耐力、引張強度、伸びのＺｎ添加量依存性が得られる。    
【００２７】
図１（ａ）を参照すると、Ｚｎ添加量を０質量％から２質量％まで変化させる場合、マグネシウム合金の耐力はＺｎ添加量の増加とともに高まる。
【００２８】
図１（ｂ）を参照すると、引張強度は、Ｚｎ添加量が０質量％から１質量％にかけて高まり、１質量％を超えて増えるのに伴って急激に低下する。
【００２９】
図１（ｃ）を参照すると、伸びは、Ｚｎ添加量が０質量％から１質量％にかけて高まり、１質量％を超えて増えるのに伴って低下する。
【００３０】
したがって、耐力に関しては、Ｚｎ添加量が２質量％のものが１質量％のものより若干優れているが、引張強度及び伸びに関しては、Ｚｎ添加量が１質量％のマグネシウム合金が最も優れている。本発明では、Ｚｎ添加量を０．８〜１．２質量％の範囲に設定することにより、マグネシウム合金部品の耐力、引張強度、伸びを十分に確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のマグネシウム合金は、例えば二輪車や自動車等の機械部品を始め、種々機械部品（ポンプやスプール）や電気製品の筐体などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれＺｎ添加量を変えてマグネシウム合金部品の耐力（０．２％耐力）、引張強度、伸びをそれぞれ測定した結果を示す線図である。
【図１】
2005248301.tif 000004