(57)【要約】【課題】より低コストで、比較的簡単な工程で製造することが可能である高強度マグネシウム合金を提供すること。【解決手法】  マグネシウムに銅または銅とイットリウムを微量添加し、アルゴン等の不活性雰囲気下において、カーボン製ルツボ中で加熱溶融した合金を、銅製の回転するドラムへ高速で吹き付けるといった方法で急速に冷却する。急冷凝固された合金は、薄帯状の微量の銅または銅とイットリウムを含有したマグネシウム合金を得ることができる。銅の単独添加の場合、得られた合金は微細な結晶粒および均一な析出物を有する。また、銅とイットリウムの複合添加の場合は、結晶粒内に分散する微細なアモルファス相の周囲に長周期六方稠密構造を形成する。このようにして得た合金は機械的に高強度な材料である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を単独またはイットリウムと共にマグネシウムに微量に添加し、その溶融物を急冷凝固することにより作製した高強度マグネシウム合金
【請求項２】
原子％による組成が、組成式Ｍｇ１００−（ａ＋ｂ）ＣｕａＹｂで、０．１≦ａ≦５、０≦ｂ≦１０で表される請求項１記載の高強度マグネシウム合金。
【請求項３】
加熱溶融した合金組成物を急速冷却する場合に、溶融物を噴射するのに用いるノズルとしてカーボン製のノズルを使用することを特徴とする請求項１，２記載の高強度マグネシウム合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅を単独またはイットリウムと共に微量添加したマグネシウムの溶融物を急冷凝固する方法を用い、銅単独の添加の場合には、結晶粒を微細化すると共に析出物を均一分散させ、銅とイットリウムの添加の場合には、結晶粒内に均一分散した微細なアモルファス相の周囲に長周期六方稠密構造を生成させ、マグネシウムの機械的強度を著しく向上させたマグネシウム合金及びその製造法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銅はマグネシウムに対して固溶領域がほとんど存在しないことから、これまで添加元素として注目されてこなかった。このため銅を含むマグネシウム系合金として、これまで知られている物は、その多くが３元系以上の多元素系であった。増本等はＭｇ−（Ｃｕ＋Ｍ）（Ｍ＝Ｎｉ，Ｓｎ，Ｚｎ）合金について開示しているが、高強度を得るためには非晶質合金で無ければならないし、また経時と共にもろさが出るといった合金の安定性に欠けるものであった。更に、強度の高い合金を得るためには銅を含む添加元素の添加量は１０〜６０原子％とかなり多量添加する必要がある（特許文献１参照）。また増本等は、溶融急冷法を用いたＭｇ−Ｚｎ−Ｙ系合金等では、高強度のマグネシウム合金が得られることを開示しているが、５０％以上の非晶質相を有する非晶質合金を条件としている（特許文献２参照）。さらに井上等は、Ｍｇ９７Ｚｎ１Ｙ２（原子％）合金で５００ＭＰａ以上の降伏強度を報告しているが、その製造過程は、溶融急冷法を利用したガスアトマイズによって作製した粉末を、５７３Ｋで押し出し成形した後に、さらに機械加工によって成形したものを測定試料としており、複雑な製造過程を有しているため実用性に乏しいという問題点を有している（特許文献３参照）。マグネシウムへの銅とイットリウムの２種の添加について井上等は、Ｍｇ−Ｍ−Ｙの非晶質合金を報告しているが、比較的高価なイットリウム元素を１５〜３５原子％添加する必要がある上に、Ｍｇ−Ｍ−ＹのＭには銅，銀，パラジウムから２種類の元素を選択する必要があり、材料構成もより複雑である。このように、これまでの高強度マグネシウム合金では、比較的高価な添加元素を含んだものであり、多元素系の高強度マグネシウム合金の作製方法も複雑な製造過程を必要としている。従って高強度マグネシウム基合金では、より製造コストを抑えた合金の開発が求められている。また、一般的な溶融急冷法に用いられる石英製の溶融金属噴射ノズルは、マグネシウムと反応しやすく、作製されたマグネシウム合金への珪素及び酸素の混入によって、著しく合金の機械的特性を弱める。そのため、合金の溶解時に珪素や酸素等の不純物の混入を防ぐノズルの開発も求められている。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１００４１号公報
【特許文献２】特開平６−４１７０１号公報
【特許文献３】特開平２００２−２５６３７０号公報
【特許文献４】特開平２００２−２５４１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明ではマグネシウムに、より安価な金属を微量添加し、珪素及び酸素等の不純物が混入しない、より単純な製造方法を用いることによって、製造コストを抑えた高強度マグネシウム合金を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
マグネシウムに対して固溶領域をほとんど持たない銅を単独またはイットリウムと共に添加した合金を溶融状態から急冷凝固すること、さらに従来の石英製ノズルに代わるカーボン製ノズルを使用することにより、高強度のＭｇ−Ｃｕ合金およびＭｇ−Ｃｕ−Ｙ合金が得られることを見出し、本発明に至った。そのような方法にて得られるマグネシウム合金は上記問題点の解決策を与えるものである。
【発明の効果】
【０００６】
マグネシウムに銅を添加したＭｇ−Ｃｕ合金の場合は、加熱溶解した溶融合金を適当な方法にて急速に冷却すると、得られた合金は微細な結晶粒を有すると共に、微細な析出物が均一に分散した高強度マグネシウム合金となる。さらに、銅の濃度や急冷速度によって、結晶粒径を自由に選択できると同時に、合金の強度を任意に制御するが可能になる。マグネシウムに銅とイットリウムを共に添加したＭｇ−Ｃｕ−Ｙ合金の場合は、結晶粒内に均一に分散した微細な非晶質相を形成すると共に、その非晶質相の周囲には長周期六方稠密構造を持つ複相構造を示す。また、この溶融急冷時にカーボン製のノズルを使用することによって、合金への珪素及び酸素等の不純物の混入を防ぎ、より高強度なＭｇ基合金を作製することが可能となる。より安価な銅元素とイットリウム元素を微量に用い、単純な製造方法によって作製されるこのＭｇ−Ｃｕ合金及びＭｇ−Ｃｕ−Ｙ合金は、従来のマグネシウム合金よりも製造コストを抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本法のＭｇ１００−（ａ＋ｂ）ＣｕａＹｂの成分組成は、原子％で０．１≦ａ≦５％，０≦ｂ≦１０の範囲が好ましい。この合金は例えば、マグネシウムと銅およびイットリウム金属をノズル状容器内において、高周波溶解法を用い溶融した状態から、冷却速度約５０００〜１００００℃／ｓｅｃで急冷凝固することによって作製される。ノズルの材質としては石英、セラミックス、カーボンなど色々なものを使用できる。その中でもカーボン製のノズルを使用すると非常に特性的に良好な合金が得ることができる。薄帯リボンの場合は、縦に高速回転させた銅製ロールの回転表面に、溶融状態の合金を射出し、溶融合金をロール表面に接触急冷させることによって、リボン状の合金の作製が可能となる。また、インゴットの場合は、冶金型鋳造法や遠心鋳造法を用いることによって、インゴット状の合金の作製が可能になる。さらに粉末試料の場合は、粉末凝固法による作製方法も適用できる。この急冷凝固では、より高い冷却速度によって結晶粒の微細化が促進され、高強度のマグネシウム合金を得ることができる。マグネシウムへの銅の添加量は、銅５原子％までであれば、実用性を確保することが可能である。イットリウムは１０原子％までの添加が好ましい。
【実施例１】
【０００８】
総量約３ｇのマグネシウムおよび銅のインゴットを、射出口径０．５ｍｍのカーボン製のノズルに入れ、アルゴン雰囲気中、８００℃、５分間の高周波溶解によって溶融する。その後、溶融した合金を周速度４０ｍ／ｓで回転する銅製の単ロール表面へ、０．２ＭＰａの圧力で射出することにより急速冷却し、薄帯状のマグネシウム−銅合金を作製した。得られた薄帯試料は、およそ幅１．５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの形状をもつ。この方法によって作製されたＭｇ９６Ｃｕ４（原子％）の薄帯試料の０．２％耐力の値は、純マグネシウムの薄帯に対して約３倍であった。（図１参照）。
【実施例２】
【０００９】
総量約３ｇのマグネシウム、銅およびイットリウムのインゴットから、実施例１と同様の溶融状態からの急冷凝固によって薄帯試料を作製した。得られたＭｇ９８Ｃｕ２Ｙ１の薄帯試料の０．２％耐力の値は、純マグネシウムの薄帯に対して約２倍であった。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
従来のマグネシウム合金と異なり、比較的安価な銅と微量なイットリウムのみを添加元素としている点や、複雑な熱処理過程および製造工程を必要としない点、更に銅およびイットリウムの添加量と急冷速度のみによって、任意に合金強度を制御できることから、製造コストを抑えた高強度マグネシウム合金として、携帯電子機器や航空機及び自動車等の部品材料として利用される可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】溶融急冷法によって作製されたＭｇ１００−ｘＣｕｘの急冷薄帯試料における０．２％耐力の銅濃度依存性
【図１】
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