(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金からなる鋳造物であって、前記鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
【請求項２】
請求項１において、前記高強度高靭性マグネシウム合金は、ｈｃｐ構造マグネシウム相を有し、前記鋳造物に塑性加工を行った塑性加工物であることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項３】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行った後の塑性加工物は、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
【請求項４】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行って塑性加工物を作り、前記塑性加工物に熱処理を行った後の塑性加工物は、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
【請求項５】
請求項２乃至４において、前記ｈｃｐ構造マグネシウム相の平均粒径は２μｍ以上であることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか一項において、前記ｈｃｐ構造マグネシウム相の転位密度に比べて前記長周期積層構造相の転位密度が少なくとも１桁小さいことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれか一項において、前記長周期積層構造相の結晶粒の体積分率が５％以上である高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項８】
請求項２乃至７のいずれか一項において、前記塑性加工物はＭｇと希土類元素の化合物、ＭｇとＺｎの化合物、Ｚｎと希土類元素の化合物及びＭｇとＺｎと希土類元素の化合物からなる析出物群から選択される少なくとも１種類の析出物を有していることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項９】
請求項８において、前記少なくとも１種類の析出物の合計体積分率は０％超４０％以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項１０】
請求項２乃至９のいずれか一項において、前記塑性加工は、圧延、押出し、ＥＣＡＥ、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、ＦＳＷ加工及びこれらの繰り返し加工のうち少なくとも一つを行うものである高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項１１】
請求項２乃至１０のいずれか一項において、前記塑性加工を行った際の総歪量は１５以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項１２】
請求項２乃至１０のいずれか一項において、前記塑性加工を行った際の総歪量は１０以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれか一項において、前記ＭｇにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすこと、又は（５）及び（６）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（４）０≦ｃ＜２．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０
（６）ｃ／ｂ≦１．５
【請求項１５】
請求項１乃至１２のいずれか一項において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｄ原子％含有し、ｃ及びｄは下記式（４）〜（６）を満たすこと、又は（６）及び（７）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ＜２．０
（６）０．２≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
（７）ｄ／ｂ≦１．５
【請求項１６】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金からなる鋳造物であって、前記鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
【請求項１７】
請求項１６において、前記高強度高靭性マグネシウム合金は、ｈｃｐ構造マグネシウム相を有し、前記鋳造物を切削した後に塑性加工を行った塑性加工物であることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項１８】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物を切削することによってチップ形状の鋳造物を作り、前記鋳造物を塑性加工により固化した塑性加工物は、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
【請求項１９】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物を切削することによってチップ形状の鋳造物を作り、前記鋳造物を塑性加工により固化した塑性加工物を作り、前記塑性加工物に熱処理を行った後の塑性加工物は、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
【請求項２０】
請求項１７乃至１９において、前記ｈｃｐ構造マグネシウム相の平均粒径は０．１μｍ以上であることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項２１】
請求項１７乃至２０のいずれか一項において、前記ｈｃｐ構造マグネシウム相の転位密度に比べて前記長周期積層構造相の転位密度が少なくとも１桁小さいことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項２２】
請求項１８乃至２１のいずれか一項において、前記長周期積層構造相の結晶粒の体積分率が５％以上である高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項２３】
請求項１７乃至２２のいずれか一項において、前記塑性加工物はＭｇと希土類元素の化合物、ＭｇとＺｎの化合物、Ｚｎと希土類元素の化合物及びＭｇとＺｎと希土類元素の化合物からなる析出物群から選択される少なくとも１種類の析出物を有していることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項２４】
請求項２３において、前記少なくとも１種類の析出物の合計体積分率は０％超４０％以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項２５】
請求項１７乃至２４のいずれか一項において、前記塑性加工は、圧延、押出し、ＥＣＡＥ、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、ＦＳＷ加工及びこれらの繰り返し加工のうち少なくとも一つを行うものである高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項２６】
請求項１７乃至２５のいずれか一項において、前記塑性加工を行った際の総歪量は１５以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項２７】
請求項１７乃至２５のいずれか一項において、前記塑性加工を行った際の総歪量は１０以下である高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項２８】
請求項１６乃至２７のいずれか一項において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．１≦ｂ＋ｃ≦６．０
【請求項２９】
請求項１６乃至２７のいずれか一項において、前記ＭｇにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．１≦ｂ＋ｃ≦６．０
【請求項３０】
請求項１６乃至２７のいずれか一項において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｄ原子％含有し、ｃ及びｄは下記式（４）〜（６）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ≦３．０
（６）０．１≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
【請求項３１】
請求項１乃至３０のいずれか一項において、前記ＭｇにＡｌ、Ｔｈ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｂ、Ｃ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｂａ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｌｉ、Ｐｄ、Ｓｂ及びＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計で０原子％超２．５原子％以下含有する高強度高靭性マグネシウム合金。
【請求項３２】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作る工程と、
前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備し、
前記マグネシウム合金鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
【請求項３３】
請求項３２において、前記マグネシウム合金鋳造物はｈｃｐ構造マグネシウム相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
【請求項３４】
請求項３２又は３３において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０
【請求項３５】
請求項３２又は３３において、前記ＭｇにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすこと、又は（５）及び（６）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
（４）０≦ｃ＜２．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０
（６）ｃ／ｂ≦１．５
【請求項３６】
請求項３２又は３３において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｄ原子％含有し、ｃ及びｄは下記式（４）〜（６）を満たすこと、又は（６）及び（７）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ＜２．０
（６）０．２≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
（７）ｄ／ｂ≦１．５
【請求項３７】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作る工程と、
前記マグネシウム合金を切削することによってチップ形状の切削物を作る工程と、
前記切削物に塑性加工による固化を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備し、
前記マグネシウム合金鋳造物は長周期積層構造相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
【請求項３８】
請求項３７において、前記マグネシウム合金鋳造物はｈｃｐ構造マグネシウム相を有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
【請求項３９】
請求項３７又は３８において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．１≦ｂ＋ｃ≦６．０
【請求項４０】
請求項３７又は３８において、前記ＭｇにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．１≦ｂ＋ｃ≦６．０
【請求項４１】
請求項３７又は３８において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｄ原子％含有し、ｃ及びｄは下記式（４）〜（６）を満たすことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ≦３．０
（６）０．１≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
【請求項４２】
請求項３２乃至４１のいずれか一項において、前記ＭｇにＡｌ、Ｔｈ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｂ、Ｃ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｂａ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｌｉ、Ｐｄ、Ｓｂ及びＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計で０原子％超２．５原子％以下含有することを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
【請求項４３】
請求項３２乃至４２のいずれか一項において、前記塑性加工は、圧延、押出し、ＥＣＡＥ、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、ＦＳＷ加工及びこれらの繰り返し加工のうち少なくとも一つを行うものである高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
【請求項４４】
請求項３２乃至４３のいずれか一項において、前記塑性加工を行う際の総歪量は１５以下である高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
【請求項４５】
請求項３２乃至４３のいずれか一項において、前記塑性加工を行う際の総歪量は１０以下である高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
【請求項４６】
請求項３２乃至４５のいずれか一項において、前記塑性加工物を作る工程の後に、前記塑性加工物に熱処理を行う工程をさらに具備する高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
【請求項４７】
請求項４６において、前記熱処理の条件は、２００℃以上５００℃未満で１０分以上２４時間未満であることを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
【請求項４８】
請求項３２乃至４７のいずれか一項において、前記塑性加工を行った後のマグネシウム合金におけるｈｃｐ構造マグネシウム相の転移密度は長周期積層構造相の転位密度に比べて１桁以上大きいことを特徴とする高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、高強度高靭性マグネシウム合金及びその製造方法に関し、より詳細には特定の希土類元素を特定割合で含有することにより高強度高靭性を達成した高強度高靭性マグネシウム合金及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  マグネシウム合金は、そのリサイクル性とあいまって、携帯電話やノート型パソコンの筐体あるいは自動車用部品として急速に普及し始めている。
これらの用途に使用するためにはマグネシウム合金に高強度と高靭性が要求される。高強度高靭性マグネシウム合金の製造のために従来から材料面及び製法面から種々検討されている。
製法面では、ナノ結晶化の促進のために、急冷凝固粉末冶金（ＲＳ−Ｐ／Ｍ）法が開発され、鋳造材の約２倍の４００ＭＰａ程度の強度のマグネシウム合金が得られるようになった。【０００３】  マグネシウム合金として、Ｍｇ−Ａｌ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ｔｈ−Ｚｎ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いる。これらの組成を有するマグネシウム合金を鋳造法で製造しても十分な強度が得られない。前記組成を有するマグネシウム合金を前記ＲＳ−Ｐ／Ｍ法で製造すると鋳造法で製造する場合より高強度にはなるが依然として強度が不十分であったり、強度が十分でも靭性（延性）が不十分で、高強度及び高靭性を要求される用途には使用し難いという欠点があった。
これらの高強度及び高靭性を有するマグネシウム合金として、Ｍｇ−Ｚｎ−ＲＥ（希土類元素）系合金が提案されている（例えば特許文献１、２及び３）。【０００４】  また、液体急冷法によって作製されたＭｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｙ合金、Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−３原子％Ｙ合金が特許文献４に開示されている。この合金は、急冷によって結晶粒を微細化することで高強度化を達成している。【０００５】  また、Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｙ合金の鋳造物を押出し比４、温度４２０℃で押出し、ＥＣＡＥ加工を１６回行ったマグネシウム合金が非特許文献１に開示されている。このマグネシウム合金は、急冷によって結晶粒を微細化することで高強度化を達成する特許文献４に開示された発明の思想の延長にあるものである。そのため、ＥＣＡＥ加工を１６回行うことで結晶粒の微細化を目指している。【０００６】
【特許文献１】特許３２３８５１６号公報（図１）
【特許文献２】特許２８０７３７４号公報
【特許文献３】特開２００２−２５６３７０号公報（特許請求の範囲、実施例）
【特許文献４】ＷＯ０２／０６６６９６（ＰＣＴ／ＪＰ０１／００５３３）
【非特許文献１】Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．４（２００３）４６３〜４６７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、従来のＭｇ−Ｚｎ−ＲＥ系合金では、例えばアモルファス状の合金材料を熱処理し、微細結晶化して高強度のマグネシウム合金を得ている。そして前記アモルファス状の合金材料を得るためには相当量の亜鉛と希土類元素が必要であるという先入観があり、亜鉛と希土類元素を比較的多量に含有するマグネシウム合金が使用されている。【０００８】  特許文献１及び２では高強度及び高靭性が得られたと記載されているが、実際に強度及び靭性ともに実用に供するレベルに達している合金は殆ど無い。更に現在ではマグネシウム合金の用途が拡大して、従来の強度及び靭性では不十分で、より以上の強度及び靭性を有するマグネシウム合金が要請されている。【０００９】  また、非特許文献１では、押出し比４で押出した後、１６回のＥＣＡＥ加工を行っているため、製造コストが増大するという欠点がある。また、１６回のＥＣＡＥ加工を行うという手間隙をかけて総歪量を１６以上も加えても、降伏強度が２００ＭＰａ台に留まっており、強度が不十分である。【００１０】  本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、マグネシウム合金の拡大した用途に対して強度及び靭性ともに実用に供するレベルにある高強度高靭性マグネシウム合金及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  上記課題を解決するため、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすことを特徴とする。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ【００１２】  また、前記高強度高靭性マグネシウム合金は、ｈｃｐ構造マグネシウム相を有し、マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行った塑性加工物であることが好ましい。【００１３】  本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行った後の塑性加工物は、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ【００１４】  本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行って塑性加工物を作り、前記塑性加工物に熱処理を行った後の塑性加工物は、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ【００１５】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記ｈｃｐ構造マグネシウム相の平均粒径は２μｍ以上であることが好ましい。また、前記長周期積層構造相の平均粒径は０．２μｍ以上であり、前記長周期積層構造相の結晶粒内には複数のランダム粒界が存在し、前記ランダム粒界で規定される結晶粒の平均粒径は０．０５μｍ以上であることが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記ｈｃｐ構造マグネシウム相の転位密度に比べて前記長周期積層構造相の転位密度が少なくとも１桁小さいことが好ましい。【００１６】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記長周期積層構造相の結晶粒の体積分率が５％以上であることが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工物はＭｇと希土類元素の化合物、ＭｇとＺｎの化合物、Ｚｎと希土類元素の化合物及びＭｇとＺｎと希土類元素の化合物からなる析出物群から選択される少なくとも１種類の析出物を有していることも可能である。【００１７】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記少なくとも１種類の析出物の合計体積分率は０％超４０％以下であることも可能である。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工は、圧延、押出し、ＥＣＡＥ、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、ＦＳＷ加工及びこれらの繰り返し加工のうち少なくとも一つを行うものであることが好ましい。【００１８】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工を行った際の総歪量は１５以下であることが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工を行った際の総歪量は１０以下であることが好ましい。【００１９】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０【００２０】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記ＭｇにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすこと、又は（５）及び（６）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ＜２．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０
（６）ｃ／ｂ≦１．５【００２１】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｄ原子％含有し、ｃ及びｄは下記式（４）〜（６）を満たすこと、又は（６）及び（７）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ＜２．０
（６）０．２≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
（７）ｄ／ｂ≦１．５【００２２】  本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすことを特徴とする。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
また、前記高強度高靭性マグネシウム合金は、ｈｃｐ構造マグネシウム相を有し、マグネシウム合金鋳造物を切削した後に塑性加工を行った塑性加工物であることが好ましい。【００２３】  本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物を切削することによってチップ形状の鋳造物を作り、前記鋳造物を塑性加工により固化した塑性加工物は、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ【００２４】  本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作り、前記マグネシウム合金鋳造物を切削することによってチップ形状の鋳造物を作り、前記鋳造物を塑性加工により固化した塑性加工物を作り、前記塑性加工物に熱処理を行った後の塑性加工物は、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することを特徴とする。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ【００２５】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記ｈｃｐ構造マグネシウム相の平均粒径は０．１μｍ以上であることが好ましい。チップ固化成形材の結晶粒径は鋳造材より細かい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記ｈｃｐ構造マグネシウム相の転位密度に比べて前記長周期積層構造相の転位密度が少なくとも１桁小さいことがことが好ましい。【００２６】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記長周期積層構造相の結晶粒の体積分率が５％以上であることが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工物はＭｇと希土類元素の化合物、ＭｇとＺｎの化合物、Ｚｎと希土類元素の化合物及びＭｇとＺｎと希土類元素の化合物からなる析出物群から選択される少なくとも１種類の析出物を有していることも可能である。【００２７】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記少なくとも１種類の析出物の合計体積分率は０％超４０％以下であることが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工は、圧延、押出し、ＥＣＡＥ、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、ＦＳＷ加工及びこれらの繰り返し加工のうち少なくとも一つを行うものであることが好ましい。【００２８】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工を行った際の総歪量は１５以下であることが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記塑性加工を行った際の総歪量は１０以下であることがより好ましい。【００２９】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．１≦ｂ＋ｃ≦６．０【００３０】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記ＭｇにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．１≦ｂ＋ｃ≦６．０【００３１】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｄ原子％含有し、ｃ及びｄは下記式（４）〜（６）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ≦３．０
（６）０．１≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０【００３２】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金において、前記ＭｇにＡｌ、Ｔｈ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｂ、Ｃ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｂａ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｌｉ、Ｐｄ、Ｓｂ及びＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計で０原子％超２．５原子％以下含有することも可能である。【００３３】  本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作る工程と、
前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備することを特徴とする。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記マグネシウム合金鋳造物はｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することが好ましい。【００３４】  上記の本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法によれば、マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行うことにより、塑性加工後の塑性加工物の硬さ及び降伏強度を塑性加工前の鋳造物に比べて向上させることができる。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法においては、前記マグネシウム合金鋳造物を作る工程と前記塑性加工物を作る工程の間に、前記マグネシウム合金鋳造物に均質化熱処理を施す工程を追加しても良い。この際の熱処理条件は、温度が４００℃〜５５０℃、処理時間が１分〜１５００分であることが好ましい。
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法においては、前記塑性加工物を作る工程の後に、前記塑性加工物に熱処理を施す工程を追加しても良い。この際の熱処理条件は、温度が１５０℃〜４５０℃、処理時間が１分〜１５００分であることが好ましい。【００３５】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０【００３６】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記ＭｇにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすこと、又は（５）及び（６）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ＜２．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０
（６）ｃ／ｂ≦１．５【００３７】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｄ原子％含有し、ｃ及びｄは下記式（４）〜（６）を満たすこと、又は（６）及び（７）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ＜２．０
（６）０．２≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
（７）ｄ／ｂ≦１．５【００３８】  本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｙをｂ原子％含有し、残部がＭｇから成り、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすマグネシウム合金鋳造物を作る工程と、
前記マグネシウム合金を切削することによってチップ形状の切削物を作る工程と、
前記切削物に塑性加工による固化を行うことにより塑性加工物を作る工程と、
を具備することを特徴とする。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記マグネシウム合金鋳造物はｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有することが好ましい。【００３９】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．１≦ｂ＋ｃ≦６．０【００４０】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記ＭｇにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、ｃは下記式（４）及び（５）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．１≦ｂ＋ｃ≦６．０【００４１】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記ＭｇにＹｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｃ原子％含有し、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計でｄ原子％含有し、ｃ及びｄは下記式（４）〜（６）を満たすことも可能である。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ≦３．０
（６）０．１≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０【００４２】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記ＭｇにＡｌ、Ｔｈ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｂ、Ｃ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｂａ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｌｉ、Ｐｄ、Ｓｂ及びＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素を合計で０原子％超２．５原子％以下含有することも可能である。【００４３】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記塑性加工は、圧延、押出し、ＥＣＡＥ、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、ＦＳＷ加工及びこれらの繰り返し加工のうち少なくとも一つを行うものであることが好ましい。つまり、前記塑性加工は、圧延、押出し、ＥＣＡＥ、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、ＦＳＷ加工のうち単独でも組み合わせでも可能である。【００４４】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記塑性加工を行う際の総歪量は１５以下であることが好ましく、また、より好ましい総歪量は１０以下である。また、前記塑性加工を行う際の１回あたりの歪量は０．００２以上４．６以下であることが好ましい。【００４５】  尚、総歪量とは、焼鈍しなどの熱処理によってキャンセルされない総歪量を意味する。つまり、製造工程の途中で熱処理を行ってキャンセルされた歪については総歪量にカウントされない。【００４６】  但し、チップ形状の切削物を作る工程を行う高強度高靭性マグネシウム合金の場合は、最終的に固化成形に供するものを作った後に塑性加工を行った際の総歪量を意味する。つまり、最終的に固化成形に供するものを作るまでの歪量については総歪量にカウントされない。前記最終的に固化成形に供するものとは、チップ材の接合性が悪く、引張強度が２００ＭＰａ以下のものを指す。また、チップ材の固化成形は、押出、圧延、鍛造、プレス、ＥＣＡＥなどを用いたものである。固化成形後には、圧延、押出、ＥＣＡＥ、引き抜き、鍛造、プレス、転造、曲げ、ＦＳＷなどを適用しても良い。また、最終的な固化成形前に、チップ材をボールミル、繰り返し鍛造、スタンピングミル、など種々の塑性加工を加えることもできる。【００４７】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記塑性加工物を作る工程の後に、前記塑性加工物に熱処理を行う工程をさらに具備することも可能である。これにより、熱処理後の塑性加工物の硬さ及び降伏強度を熱処理前に比べてさらに向上させることができる。【００４８】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記熱処理の条件は、２００℃以上５００℃未満で１０分以上２４時間未満であることが好ましい。【００４９】  また、本発明に係る高強度高靭性マグネシウム合金の製造方法において、前記塑性加工を行った後のマグネシウム合金におけるｈｃｐ構造マグネシウム相の転移密度は長周期積層構造相の転位密度に比べて１桁以上大きいことが好ましい。
【発明の効果】
【００５０】  以上説明したように本発明によれば、マグネシウム合金の拡大した用途に対して強度及び靭性ともに実用に供するレベルにある高強度高靭性マグネシウム合金及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】  以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明者は、基本に立ち返り、２元マグネシウム合金から始めて合金の強度及び靭性を検討し、更にその検討を多元マグネシウム合金まで拡大した。その結果、強度及び靭性とも高いレベルで有するマグネシウム合金はＭｇ−Ｚｎ−Ｙ系であり、更に従来技術とは異なり亜鉛の含有量が５．０原子％以下でＹの含有量が５．０原子％以下という低含有量において従来にない高強度及び高靭性が得られることを見出した。【００５２】  長周期積層構造相が形成される鋳造合金は、塑性加工後あるいは塑性加工後に熱処理を施すことによって、高強度・高延性・高靭性のマグネシウム合金が得られることが分かった。また、長周期積層構造が形成されて、塑性加工後あるいは塑性加工熱処理後に高強度・高延性・高靭性が得られる合金組成を見出した。【００５３】  また、長周期積層構造が形成される鋳造合金を切削することによってチップ形状の鋳造物を作り、この鋳造物に塑性加工を行い、あるいは塑性加工後に熱処理を施すことによって、チップ形状に切削する工程を行わない場合に比べて、より高強度・高延性・高靭性のマグネシウム合金が得られることが分かった。また、長周期積層構造が形成されて、チップ形状に切削し、塑性加工後あるいは塑性加工熱処理後に高強度・高延性・高靭性が得られる合金組成を見出した。【００５４】  長周期積層構造相を有する金属を塑性加工することによって長周期積層構造相の少なくとも一部を湾曲又は屈曲させることができる。それにより高強度・高延性・高靭性の金属が得られることを見出した。【００５５】  また、湾曲又は屈曲した長周期積層構造相にはランダム粒界が含まれている。このランダム粒界によってマグネシウム合金が高強度化され、高温での粒界すべりが抑制されると考えられ、高温で高強度が得られる。【００５６】  また、ｈｃｐ構造マグネシウム相に高密度の転位を含むことによりマグネシウム合金が高強度化され、長周期積層構造相の転位密度が低いことによりマグネシウム合金の延性の向上と高強度化が実現されると考えられる。前記長周期積層構造相の転位密度は前記ｈｃｐ構造マグネシウム相の転位密度に比べて少なくとも１桁小さいことが好ましい。【００５７】  （実施の形態１）
本発明の実施の形態１によるマグネシウム合金は、基本的にＭｇ、Ｚｎ及びＹを含む３元以上の合金である。【００５８】  本実施の形態によるＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の組成範囲は図８に示すＨ−Ｉ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｈの線で囲む範囲である。すなわち、亜鉛の含有量をａ原子％とし、Ｙをｂ原子％とすると、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ【００５９】  また、本実施の形態によるＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の組成範囲は、好ましくは図８に示すＦ−Ｇ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆの線で囲む範囲である。すなわち、亜鉛の含有量をａ原子％とし、Ｙをｂ原子％とすると、ａとｂは下記式（１）〜（４）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
（４）０．７５≦ｂ【００６０】  また、本実施の形態によるより好ましいＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の組成範囲は、図８に示すＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ａの線で囲む範囲である。すなわち、亜鉛の含有量をａ原子％とし、Ｙをｂ原子％とすると、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ≦５．０
（２）１．０≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ【００６１】  亜鉛の含有量が５原子％以上であると、特に靭性（又は延性）が低下する傾向があるからである。またＹの含有量が合計で５原子％以上であると、特に靭性（又は延性）が低下する傾向があるからである。【００６２】  また亜鉛の含有量が０．５原子％未満、又はＹの含有量が１．０原子％未満であると強度及び靭性の少なくともいずれかが不十分になる。従って、亜鉛の含有量の下限を０．５原子％とし、Ｙの含有量の下限を１．０原子％とする。【００６３】  強度及び靭性の増大は亜鉛が０．５〜１．５原子％において顕著になる。亜鉛含有量が０．５原子％付近において希土類元素含有量が少なくなると強度が低下する傾向があるが、その範囲の場合でも従来よりも高強度及び高靭性を示す。従って、本実施の形態のマグネシウム合金における亜鉛の含有量の範囲は最も広くて０．５原子％以上５．０原子％以下である。【００６４】  本実施の形態のＭｇ−Ｚｎ−Ｙ系マグネシウム合金では、前述した範囲の含有量を有する亜鉛と希土類元素以外の成分がマグネシウムとなるが、合金特性に影響を与えない程度の不純物を含有しても良い。【００６５】  （実施の形態２）
本発明の実施の形態２によるマグネシウム合金は、基本的にＭｇ、Ｚｎ及びＹを含む４元以上の合金であり、第４元素は、Ｙｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される１又は２以上の元素である。【００６６】  本実施の形態によるマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の合計含有量をｃ原子％とすると、ａ、ｂ及びｃは下記式（１）〜（５）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０【００６７】  また、本実施の形態による好ましいマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の合計含有量をｃ原子％とすると、ａ、ｂ及びｃは下記式（１）〜（６）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
（４）０．７５≦ｂ
（５）０≦ｃ≦３．０
（６）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０【００６８】  また、本実施の形態によるより好ましいマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の合計含有量をｃ原子％とすると、ａ、ｂ及びｃは下記式（１）〜（５）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ≦５．０
（２）１．０≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０【００６９】  亜鉛の含有量を５原子％以下とする理由、Ｙの含有量を５原子％以下とする理由、亜鉛の含有量が０．５原子％以上とする理由、Ｙの含有量を１．０原子％以上とする理由は、実施の形態１と同様である。また、第４元素の含有量の上限を３．０原子％とした理由は、第４元素の固溶限が低いからである。また、第４元素を含有させる理由は、結晶粒を微細化させる効果があること、金属間化合物を析出させる効果があることによる。【００７０】  本実施の形態のＭｇ−Ｚｎ−Ｙ系マグネシウム合金においても、合金特性に影響を与えない程度の不純物を含有しても良い。【００７１】  （実施の形態３）
本発明の実施の形態３によるマグネシウム合金は、基本的にＭｇ、Ｚｎ及びＹを含む４元以上の合金であり、第４元素は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される１又は２以上の元素である。尚、Ｍｍ（ミッシュメタル）とは、Ｃｅ及びＬａを主成分とする複数の希土類元素の混合物又は合金であり、鉱石から有用な希土類元素であるＳｍやＮｄなどを精錬除去した後の残渣であり、その組成は精錬前の鉱石の組成に依存するものである。【００７２】  本実施の形態によるマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の含有量を合計でｃ原子％とすると、ａ、ｂ及びｃは下記式（１）〜（５）を満たすもの、又は（１）〜（３）、（５）及び（６）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
（４）０≦ｃ＜２．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０
（６）ｃ／ｂ≦１．５【００７３】  また、本実施の形態による好ましいマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の含有量を合計でｃ原子％とすると、ａ、ｂ及びｃは下記式（１）〜（６）を満たすもの、又は（１）〜（４）、（６）及び（７）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
（４）０．７５≦ｂ
（５）０≦ｃ＜２．０
（６）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０
（７）ｃ／ｂ≦１．５【００７４】  本実施の形態によるより好ましいマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の含有量を合計でｃ原子％とすると、ａ、ｂ及びｃは下記式（１）〜（５）を満たすもの、又は（１）〜（３）、（５）及び（６）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ≦５．０
（２）１．０≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
（４）０≦ｃ＜２．０
（５）０．２≦ｂ＋ｃ≦６．０
（６）ｃ／ｂ≦１．５【００７５】  上記式（６）とする理由は、１．５倍より大きくすると長周期積層構造相の形成の効果が薄れるためであり、マグネシウム合金の重さが重くなってしまうからである。【００７６】  亜鉛の含有量を５原子％以下とする理由、１又は２以上の希土類元素の含有量が合計で５原子％以下とする理由、亜鉛の含有量が０．５原子％以上とする理由、希土類元素の含有量が合計で１．０原子％以上とする理由は、実施の形態１と同様である。また、第４元素の含有量の上限を２．０原子％とした主な理由は、第４元素の固溶限が殆ど無いからである。また、第４元素を含有させる理由は、結晶粒を微細化させる効果があること、金属間化合物を析出させる効果があることによる。【００７７】  本実施の形態のＭｇ−Ｚｎ−Ｙ系マグネシウム合金においても、合金特性に影響を与えない程度の不純物を含有しても良い。【００７８】  （実施の形態４）
本発明の実施の形態４によるマグネシウム合金は、基本的にＭｇ、Ｚｎ及びＹを含む５元以上の合金であり、第４元素は、Ｙｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される１又は２以上の元素であり、第５元素は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される１又は２以上の元素である。【００７９】  本実施の形態によるマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の含有量を合計でｃ原子％とし、１又は２以上の第５元素の含有量を合計でｄ原子％とすると、ａ、ｂ、ｃ及びｄは下記式（１）〜（６）を満たすもの、又は（１）〜（３）、（６）及び（７）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ＜２．０
（６）０．２≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
（７）ｄ／ｂ≦１．５【００８０】  また、本実施の形態による好ましいマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の含有量を合計でｃ原子％とし、１又は２以上の第５元素の含有量を合計でｄ原子％とすると、ａ、ｂ、ｃ及びｄは下記式（１）〜（７）を満たすもの、又は（１）〜（３）、（７）及び（８）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ＜５．０
（２）０．５＜ｂ＜５．０
（３）２／３ａ−５／６≦ｂ
（４）０．７５≦ｂ
（５）０≦ｃ≦３．０
（６）０≦ｄ＜２．０
（７）０．２≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
（８）ｄ／ｂ≦１．５【００８１】  また、本実施の形態によるより好ましいマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の含有量を合計でｃ原子％とし、１又は２以上の第５元素の含有量を合計でｄ原子％とすると、ａ、ｂ、ｃ及びｄは下記式（１）〜（６）を満たすもの、又は（１）〜（３）、（６）及び（７）を満たすものとなる。
（１）０．５≦ａ≦５．０
（２）１．０≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ＜２．０
（６）０．２≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
（７）ｄ／ｂ≦１．５【００８２】  上記式（７）とする理由は、１．５倍より大きくすると長周期積層構造相の形成の効果が薄れるためであり、マグネシウム合金の重さが重くなってしまうからである。【００８３】  Ｚｎ、Ｙ、第４元素及び第５元素の合計含有量を６．０原子％以下とする理由は、６％を超えると重くなり、原料コストが高くなり、さらに靭性が低下するからである。Ｚｎの含有量を０．５原子％以上、Ｙ、第４元素及び第５元素の合計含有量を１．０原子％以上とする理由は、より低濃度とすると強度が不十分となるからである。また、第４元素、第５元素を含有させる理由は、結晶粒を微細化させる効果があること、金属間化合物を析出させる効果があることによる。【００８４】  本実施の形態のＭｇ−Ｚｎ−Ｙ系マグネシウム合金においても、合金特性に影響を与えない程度の不純物を含有しても良い。【００８５】  （実施の形態５）
本発明の実施の形態５によるマグネシウム合金としては、実施の形態１〜４の組成にＭｅを加えたマグネシウム合金が挙げられる。但し、ＭｅはＡｌ、Ｔｈ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｂ、Ｃ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｂａ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｌｉ、Ｐｄ、Ｓｂ及びＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。このＭｅの含有量は０原子％超２．５原子％以下とする。Ｍｅを添加すると、高強度高靭性を維持したまま、他の性質を改善することができる。例えば、耐食性や結晶粒微細化などに効果がある。【００８６】  （実施の形態６）
本発明の実施の形態６によるマグネシウム合金の製造方法について説明する。
実施の形態１〜５のいずれかの組成からなるマグネシウム合金を溶解して鋳造し、マグネシウム合金鋳造物を作る。鋳造時の冷却速度は１０００Ｋ／秒以下であり、より好ましくは１００Ｋ／秒以下である。鋳造プロセスとしては、種々のプロセスを用いることが可能であり、例えば、高圧鋳造、ロールキャスト、傾斜板鋳造、連続鋳造、チクソモールディング、ダイカストなどを用いることが可能である。また、マグネシウム合金鋳造物を所定形状に切り出したものを用いてもよい。
次いで、マグネシウム合金鋳造物に均質化熱処理を施しても良い。この際の熱処理条件は、温度が４００℃〜５５０℃、処理時間が１分〜１５００分（又は２４時間）とすることが好ましい。【００８７】  次に、前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行う。この塑性加工の方法としては、例えば押出し、ＥＣＡＥ（ｅｑｕａｌ−ｃｈａｎｎｅｌ−ａｎｇｕｌａｒ−ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）加工法、圧延、引抜加工、鍛造、プレス、転造、曲げ、ＦＳＷ（ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｓｔｉｒ  ｗｅｌｄｉｎｇ；摩擦撹拌溶接）加工、これらの繰り返し加工などを用いる。
押出しによる塑性加工を行う場合は、押出し温度を２５０℃以上５００℃以下とし、押出しによる断面減少率を５％以上とすることが好ましい。【００８８】  ＥＣＡＥ加工法は、試料に均一なひずみを導入するためにパス毎に試料長手方向を９０°ずつ回転させる方法である。具体的には、断面形状がＬ字状の成形孔を形成した成形用ダイの前記成形孔に、成形用材料であるマグネシウム合金鋳造物を強制的に進入させて、特にＬ状成形孔の９０°に曲げられた部分で前記マグネシウム合金鋳造物に応力を加えて強度及び靭性が優れた成形体を得る方法である。ＥＣＡＥのパス回数としては１〜８パスが好ましい。より好ましくは３〜５パスである。ＥＣＡＥの加工時の温度は２５０℃以上５００℃以下が好ましい。【００８９】  圧延による塑性加工を行う場合は、圧延温度を２５０℃以上５００℃以下とし、圧下率を５％以上とすることが好ましい。【００９０】  引抜加工による塑性加工を行う場合は、引抜加工を行う際の温度が２５０℃以上５００℃以下、前記引抜加工の断面減少率が５％以上であることが好ましい。
鍛造による塑性加工を行う場合は、鍛造加工を行う際の温度が２５０℃以上５００℃以下、前記鍛造加工の加工率が５％以上であることが好ましい。【００９１】  前記マグネシウム合金鋳造物に行う塑性加工は、１回あたりの歪量が０．００２以上４．６以下であって総歪量が１５以下であることが好ましい。また、前記塑性加工は、１回あたりの歪量が０．００２以上４．６以下であって総歪量が１０以下であることがより好ましい。好ましい総歪量を１５以下、より好ましい総歪量を１０以下にする理由は、総歪量を多くしてもそれに従ってマグネシウム合金の強度が増加するわけではないからであり、また、総歪量を多くすればするほど製造コストが高くなってしまうからである。【００９２】  尚、ＥＣＡＥ加工の歪量は０．９５〜１．１５／回であり、例えばＥＣＡＥ加工を１６回行った場合の総歪量は０．９５×１６＝１５．２となり、ＥＣＡＥ加工を８回行った場合の総歪量は０．９５×８＝７．６となる。
また、押出し加工の歪量は、押出し比が２．５の場合が０．９２／回であり、押出し比が４の場合が１．３９／回であり、押出し比が１０の場合が２．３０／回であり、押出し比が２０の場合が２．９９５／回であり、押出し比が５０の場合が３．９１／回であり、押出し比が１００の場合が４．６１／回であり、押出し比が１０００の場合が６．９０／回である。【００９３】  上記のようにマグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行った塑性加工物は、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相の結晶組織を有し、この長周期積層構造を持つ結晶粒の体積分率は５％以上（より好ましくは１０％以上）となり、前記ｈｃｐ構造マグネシウム相の平均粒径は２μｍ以上であり、前記長周期積層構造相の平均粒径は０．２μｍ以上である。この長周期積層構造相の結晶粒内には複数のランダム粒界が存在し、このランダム粒界で規定される結晶粒の平均粒径は０．０５μｍ以上である。ランダム粒界においては転移密度が大きいが、長周期積層構造相におけるランダム粒界以外の部分の転位密度は小さい。従って、ｈｃｐ構造マグネシウム相の転移密度は、長周期積層構造相におけるランダム粒界以外の部分の転位密度に比べて１桁以上大きい。【００９４】  前記長周期積層構造相の少なくとも一部は湾曲又は屈曲している。また、前記塑性加工物は、Ｍｇと希土類元素の化合物、ＭｇとＺｎの化合物、Ｚｎと希土類元素の化合物及びＭｇとＺｎと希土類元素の化合物からなる析出物群から選択される少なくとも１種類の析出物を有していても良い。前記析出物の合計体積分率は０％超４０％以下であることが好ましい。前記塑性加工を行った後の塑性加工物については、塑性加工を行う前の鋳造物に比べてビッカース硬度及び降伏強度がともに上昇する。【００９５】  前記マグネシウム合金鋳造物に塑性加工を行った後の塑性加工物に熱処理を施しても良い。この熱処理条件は、温度が２００℃以上５００℃未満、熱処理時間が１０分〜１５００分（又は２４時間）とすることが好ましい。熱処理温度を５００℃未満とするのは、５００℃以上とすると、塑性加工によって加えられた歪量がキャンセルされてしまうからである。【００９６】  この熱処理を行った後の塑性加工物については、熱処理を行う前の塑性加工物に比べてビッカース硬度及び降伏強度がともに上昇する。また、熱処理後の塑性加工物にも熱処理前と同様に、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相の結晶組織を有し、この長周期積層構造を持つ結晶粒の体積分率は５％以上（より好ましくは１０％以上）となり、前記ｈｃｐ構造マグネシウム相の平均粒径は２μｍ以上であり、前記長周期積層構造相の平均粒径は０．２μｍ以上である。この長周期積層構造相の結晶粒内には複数のランダム粒界が存在し、このランダム粒界で規定される結晶粒の平均粒径は０．０５μｍ以上である。ランダム粒界においては転移密度が大きいが、長周期積層構造相におけるランダム粒界以外の部分の転位密度は小さい。従って、ｈｃｐ構造マグネシウム相の転移密度は、長周期積層構造相におけるランダム粒界以外の部分の転位密度に比べて１桁以上大きい。【００９７】  前記長周期積層構造相の少なくとも一部は湾曲又は屈曲して��る。また、前記塑性加工物は、Ｍｇと希土類元素の化合物、ＭｇとＺｎの化合物、Ｚｎと希土類元素の化合物及びＭｇとＺｎと希土類元素の化合物からなる析出物群から選択される少なくとも１種類の析出物を有していても良い。前記析出物の合計体積分率は０％超４０％以下であることが好ましい。【００９８】  上記実施の形態１〜６によれば、マグネシウム合金の拡大した用途、例えば強度及び靭性共に高性能が要求されるハイテク用合金としての用途に対して、強度及び靭性ともに実用に供するレベルにある高強度高靭性マグネシウム合金及びその製造方法を提供することができる。【００９９】  （実施の形態７）
本発明の実施の形態７によるマグネシウム合金は、鋳造物を切削することによって作られた複数の数ｍｍ角以下のチップ形状鋳造物に適用するものであり、基本的にＭｇ、Ｚｎ及びＹを含む３元以上の合金である。【０１００】  本実施の形態によるＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の組成範囲は図９に示すＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅの線で囲む範囲である。すなわち、亜鉛の含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とすると、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たすものとなる。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ【０１０１】  亜鉛の含有量が５原子％以上であると、特に靭性（又は延性）が低下する傾向があるからである。また、Ｙの含有量が５原子％以上であると、特に靭性（又は延性）が低下する傾向があるからである。【０１０２】  また亜鉛の含有量が０．２５原子％未満、又はＹの含有量が０．５原子％未満であると強度及び靭性の少なくともいずれかが不十分になる。従って、亜鉛の含有量の下限を０．２５原子％とし、希土類元素の合計含有量の下限を０．５原子％とする。このように亜鉛の含有量及びＹの含有量それぞれの下限を実施の形態１に比べて１／２と低くできるのは、チップ形状鋳造物に適用するからである。【０１０３】  強度及び靭性の増大は亜鉛が０．５〜１．５原子％において顕著になる。亜鉛含有量が０．５原子％付近において希土類元素含有量が少なくなると強度が低下する傾向があるが、その範囲の場合でも従来よりも高強度及び高靭性を示す。従って、本実施の形態のマグネシウム合金における亜鉛の含有量の範囲は最も広くて０．２５原子％以上５．０原子％以下である。【０１０４】  本実施の形態のＭｇ−Ｚｎ−ＲＥ系マグネシウム合金では、前述した範囲の含有量を有する亜鉛と希土類元素以外の成分がマグネシウムとなるが、合金特性に影響を与えない程度の不純物を含有しても良い。【０１０５】  （実施の形態８）
本発明の実施の形態８によるマグネシウム合金は、鋳造物を切削することによって作られた複数の数ｍｍ角以下のチップ形状鋳造物に適用するものであり、基本的にＭｇ、Ｚｎ及びＹを含む４元以上の合金であり、第４元素は、Ｙｂ、Ｔｂ、Ｓｍ及びＮｄからなる群から選択される１又は２以上の元素である。【０１０６】  本実施の形態によるマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の含有量を合計でｃ原子％とすると、ａ、ｂ及びｃは下記式（１）〜（５）を満たすものとなる。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．１≦ｂ＋ｃ≦６．０【０１０７】  亜鉛の含有量を５原子％以下とする理由、１又は２以上の希土類元素の含有量が合計で５原子％以下とする理由、亜鉛の含有量が０．２５原子％以上とする理由、Ｙの含有量が０．５原子％以上とする理由は、実施の形態７と同様である。また、第４元素の含有量の上限を３．０原子％とした理由は、第４元素の固溶限が低いからである。また、第４元素を含有させる理由は、結晶粒を微細化させる効果があること、金属間化合物を析出させる効果があることによる。【０１０８】  本実施の形態のＭｇ−Ｚｎ−ＲＥ系マグネシウム合金においても、合金特性に影響を与えない程度の不純物を含有しても良い。【０１０９】  （実施の形態９）
本発明の実施の形態９によるマグネシウム合金は、鋳造物を切削することによって作られた複数の数ｍｍ角以下のチップ形状鋳造物に適用するものであり、基本的にＭｇ、Ｚｎ及びＹを含む４元又は５元以上の合金であり、第４元素は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｍｍ及びＧｄからなる群から選択される１又は２以上の元素である。【０１１０】  本実施の形態によるマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の含有量を合計でｃ原子％とすると、ａ、ｂ及びｃは下記式（１）〜（５）を満たすものとなる。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．１≦ｂ＋ｃ≦６．０【０１１１】  亜鉛の含有量を５原子％以下とする理由、１又は２以上の希土類元素の含有量が合計で５原子％以下とする理由、亜鉛の含有量を０．２５原子％以上とする理由、Ｙの含有量を０．５原子％以上とする理由は、実施の形態７と同様である。また、第４元素の含有量の上限を２．０原子％とした理由は、第４元素の固溶限が殆ど無いからである。また、第４元素を含有させる理由は、結晶粒を微細化させる効果があること、金属間化合物を析出させる効果があることによる。【０１１２】  本実施の形態のＭｇ−Ｚｎ−ＲＥ系マグネシウム合金においても、合金特性に影響を与えない程度の不純物を含有しても良い。【０１１３】  （実施の形態１０）
本発明の実施の形態１０によるマグネシウム合金は、鋳造物を切削することによって作られた複数の数ｍｍ角以下のチップ形状鋳造物に適用するものであり、基本的にＭｇ、Ｚｎ及びＹを含む５元以上の合金であり、第４元素は、Ｙｂ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｎｄ及びＧｄからなる群から選択される１又は２以上の元素であり、第５元素は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ及びＭｍからなる群から選択される１又は２以上の元素である。【０１１４】  本実施の形態によるマグネシウム合金の組成範囲は、Ｚｎの含有量をａ原子％とし、Ｙの含有量をｂ原子％とし、１又は２以上の第４元素の含有量を合計でｃ原子％とし、１又は２以上の第５元素の含有量を合計でｄ原子％とすると、ａ、ｂ、ｃ及びｄは下記式（１）〜（６）を満たすものとなる。
（１）０．２５≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ≦ｂ
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ≦３．０
（６）０．１≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０【０１１５】  Ｚｎ、Ｙ、第４元素及び第５元素の合計含有量を６．０原子％未満とする理由、Ｚｎ、Ｙ、第４元素及び第５元素の合計含有量を１．０原子％超とする理由は、実施の形態４と同様である。【０１１６】  本実施の形態のＭｇ−Ｚｎ−ＲＥ系マグネシウム合金においても、合金特性に影響を与えない程度の不純物を含有しても良い。【０１１７】  （実施の形態１１）
本発明の実施の形態１１によるマグネシウム合金としては、実施の形態７〜１０の組成にＭｅを加えたマグネシウム合金が挙げられる。但し、ＭｅはＡｌ、Ｔｈ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｂ、Ｃ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｂａ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｌｉ、Ｐｄ、Ｓｂ及びＶからなる群から選択される少なくとも１種の元素である。このＭｅの含有量は０原子％超２．５原子％以下とする。Ｍｅを添加すると、高強度高靭性を維持したまま、他の性質を改善することができる。例えば、耐食性や結晶粒微細化などに効果がある。【０１１８】  （実施の形態１２）
本発明の実施の形態１２によるマグネシウム合金の製造方法について説明する。
実施の形態７〜１１のいずれかの組成からなるマグネシウム合金を溶解して鋳造し、マグネシウム合金鋳造物を作る。鋳造時の冷却速度は１０００Ｋ／秒以下であり、より好ましくは１００Ｋ／秒以下である。このマグネシウム合金鋳造物としては、インゴットから所定形状に切り出したものを用いる。【０１１９】  次いで、マグネシウム合金鋳造物に均質化熱処理を施しても良い。この際の熱処理条件は、温度が４００℃〜５５０℃、処理時間が１分〜１５００分（又は２４時間）とすることが好ましい。
次いで、このマグネシウム合金鋳造物を切削することによって複数の数ｍｍ角以下のチップ形状鋳造物を作製する。【０１２０】  次いで、チップ形状鋳造物を圧縮又は塑性加工法的手段を用いて予備成形し、均質化熱処理を施しても良い。この際の熱処理条件は、温度が４００℃〜５５０℃、処理時間が１分〜１５００分（又は２４時間）とすることが好ましい。また、前記予備成形した成形物に、１５０℃〜４５０℃の温度で１分〜１５００分（又は２４時間）の熱処理を施しても良い。【０１２１】  チップ形状の鋳造物は例えばチクソーモールドの原料に一般的に用いられている。
尚、チップ形状鋳造物とセラミック粒子とを混合したものを圧縮又は塑性加工法的手段を用いて予備成形し、均質化熱処理を施しても良い。また、チップ形状鋳造物を予備成形する前に、付加的に強歪加工を施しても良い。【０１２２】  次に、前記チップ形状鋳造物に塑性加工を行うことにより、チップ形状鋳造物を固化成形する。この塑性加工の方法としては、実施の形態６の場合と同様に種々の方法を用いることができる。尚、このチップ形状鋳造物を固化成形する前に、ボールミルやスタンプミル、高エネルギーボールミルなどのメカニカルアロイング、あるいはバルクメカニカルアロイングなどの繰り返し加工処理を加えても良い。また、固化成形後に、さらに塑性加工やブラスト加工を加えても良い。また、前記マグネシウム合金鋳造物を金属間化合物粒子あるいはセラミック粒子や繊維などと複合化しても良いし、前記切削物をセラミック粒子や繊維などと混合しても良い。【０１２３】  このように塑性加工を行った塑性加工物は、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相の結晶組織を有する。この長周期積層構造相の少なくとも一部は湾曲又は屈曲している。前記塑性加工を行った後の塑性加工物については、塑性加工を行う前の鋳造物に比べてビッカース硬度及び降伏強度がともに上昇する。【０１２４】  前記チップ形状鋳造物に塑性加工を行う際の総歪量は１５以下であることが好ましく、また、より好ましい総歪量は１０以下である。また、前記塑性加工を行う際の１回あたりの歪量は０．００２以上４．６以下であることが好ましい。
尚、ここでいう総歪量とは、焼鈍しなどの熱処理によってキャンセルされない総歪量であって、チップ形状鋳造物を予備成形した後に塑性加工を行った際の総歪量を意味する。つまり、製造工程の途中で熱処理を行ってキャンセルされた歪については総歪量にカウントされず、また、チップ形状鋳造物を予備成形するまでの歪量については総歪量にカウントされない。【０１２５】  前記チップ形状鋳造物に塑性加工を行った後の塑性加工物に熱処理を施しても良い。この熱処理条件は、温度が２００℃以上５００℃未満、熱処理時間が１０分〜１５００分（又は２４時間）とすることが好ましい。熱処理温度を５００℃未満とするのは、５００℃以上とすると、塑性加工によって加えられた歪量がキャンセルされてしまうからである。
この熱処理を行った後の塑性加工物については、熱処理を行う前の塑性加工物に比べてビッカース硬度及び降伏強度がともに上昇する。また、熱処理後の塑性加工物にも熱処理前と同様に、常温においてｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相の結晶組織を有する。この長周期積層構造相の少なくとも一部が湾曲又は屈曲している。【０１２６】  上記実施の形態１２では、鋳造物を切削することによってチップ形状鋳造物を作製することにより、組織が微細化するので、実施の形態６に比べてよりより高強度・高延性・高靭性の塑性加工物などを作製することが可能となる。また、本実施の形態によるマグネシウム合金は実施の形態１〜６によるマグネシウム合金に比べて亜鉛及び希土類元素がより低濃度であっても高強度及び高靭性の特性を得ることができる。【０１２７】  上記実施の形態７〜１２によれば、マグネシウム合金の拡大した用途、例えば強度及び靭性共に高性能が要求されるハイテク用合金としての用途に対して、強度及び靭性ともに実用に供するレベルにある高強度高靭性マグネシウム合金及びその製造方法を提供することができる。
【実施例】
【０１２８】  以下、実施例について説明する。
実施例１では、９７原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｙの３元系マグネシウム合金を用いる。【０１２９】  実施例２では、９６．５原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−１原子％Ｙ−１．５原子％Ｇｄの４元系マグネシウム合金を用いる。実施例２マグネシウム合金は、長周期積層構造を形成する希土類元素と長周期積層構造を形成しない希土類元素とを複合的に添加したものである。【０１３０】  実施例３では、９７．５原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｙ−０．５原子％Ｌａの４元系マグネシウム合金を用いる。
実施例４では、９７．５原子％Ｍｇ−０．５原子％Ｚｎ−１．５原子％Ｙ−０．５原子％Ｙｂの４元系マグネシウム合金を用いる。
実施例３及び４それぞれのマグネシウム合金は、長周期積層構造を形成する希土類元素と長周期積層構造を形成しない希土類元素とを複合的に添加したものである。【０１３１】  実施例５では、９６．５原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−１．５原子％Ｙ−１原子％Ｇｄの４元系マグネシウム合金を用いる。
実施例６では、９６原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−３原子％Ｙの３元系マグネシウム合金を用いる。【０１３２】  比較例１では、９７原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｌａの３元系マグネシウム合金を用いる。
比較例２では、９７原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｙｂの３元系マグネシウム合金を用いる。【０１３３】  比較例３では、９７原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｃｅの３元系マグネシウム合金を用いる。
比較例４では、９７原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｐｒの３元系マグネシウム合金を用いる。
比較例５では、９７原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｎｄの３元系マグネシウム合金を用いる。
比較例６では、９７原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｓｍの３元系マグネシウム合金を用いる。
比較例７では、９７原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｅｕの３元系マグネシウム合金を用いる。
比較例８では、９７原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｔｍの３元系マグネシウム合金を用いる。
比較例９では、９７原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−２原子％Ｌｕの３元系マグネシウム合金を用いる。【０１３４】  参考例としては、９８原子％Ｍｇ−２原子％Ｙの２元系マグネシウム合金を用いる。【０１３５】  （鋳造材の組織観察）
まず、Ａｒガス雰囲気中で高周波溶解によって実施例１〜６、比較例１〜９及び参考例それぞれの組成のインゴットを作製し、これらのインゴットからφ１０×６０ｍｍの形状に切り出す。この切り出した鋳造材の組織観察をＳＥＭ、ＸＲＤによって行った。これらの結晶組織の写真を図１〜図７に示す。【０１３６】  図１には、実施例１及び比較例１、２それぞれの結晶組織の写真が示されている。図３には、実施例２の結晶組織の写真が示されている。図４には、実施例３，４の結晶組織の写真が示されている。図５には、実施例５の結晶組織の写真が示されている。図６には、比較例３〜９の結晶組織の写真が示されている。図７には、参考例の結晶組織の写真が示されている。図１０には、実施例６の結晶組織の写真が示されている。【０１３７】  図１、図３〜図５に示すように、実施例１〜６のマグネシウム合金には長周期積層構造の結晶組織が形成されている。これに対し、図１、図６及び図７に示すように、比較例１〜９及び参考例それぞれのマグネシウム合金は長周期積層構造の結晶組織が形成されていない。【０１３８】  実施例１〜６及び比較例１〜９それぞれの結晶組織から以下のことが確認された。
Ｍｇ−Ｚｎ−ＲＥ３元系鋳造合金では、ＲＥがＹの場合に長周期積層構造が形成されるのに対し、ＲＥがＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙｂの場合は長周期積層構造が形成されない。Ｇｄは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｙｂと少し挙動が異なっており、Ｇｄの単独添加（Ｚｎは必須）では長周期積層構造は形成されないが、長周期積層構造を形成する元素であるＹとの複合添加では２．５原子％でも長周期積層構造が形成される（実施例２、５参照）。
また、Ｙｂ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｎｄ及びＧｄは、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｙに添加する場合には、５．０原子％以下なら、長周期積層構造の形成を妨げない。また、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ及びＭｍは、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｙに添加する場合には、５．０原子％以下なら、長周期積層構造の形成を妨げない。【０１３９】  比較例１の鋳造材の結晶粒径は１０〜３０μｍ程度であり、比較例２の鋳造材の結晶粒径は３０〜１００μｍ程度であり、実施例１の鋳造材の結晶粒径は２０〜６０μｍであり、いずれも粒界に多量の晶出物が観察された。また、比較例２の鋳造材の結晶組織では粒内に微細な析出物が存在していた。【０１４０】  （鋳造材のビッカース硬度試験）
実施例１、比較例１及び比較例２それぞれの鋳造材をビッカース硬度試験により評価した。比較例１の鋳造材のビッカース硬度は７５Ｈｖであり、比較例２の鋳造材のビッカース硬度は６９Ｈｖであり、実施例１の鋳造材のビッカース硬度は７９Ｈｖであった。【０１４１】  （ＥＣＡＥ加工）
上記の実施例１及び比較例１、２それぞれの鋳造材に４００℃でＥＣＡＥ加工を施した。ＥＣＡＥ加工法は、試料に均一なひずみを導入するためにパス毎に試料長手方向を９０度ずつ回転させる方法を用いて、パス回数を４回及び８回で行った。この際の加工速度は２ｍｍ／秒の一定である。【０１４２】  （ＥＣＡＥ加工材のビッカース硬度試験）
ＥＣＡＥ加工を施した試料をビッカース硬度試験により評価した。４回のＥＣＡＥ加工後の試料のビッカース硬度は、比較例１の試料が８２Ｈｖ、比較例２の試料が７６Ｈｖ、実施例１の試料が９６Ｈｖであり、ＥＣＡＥ加工前の鋳造材と比較して１０〜２０％の硬さの向上が見られた。８回のＥＣＡＥ加工をした試料では、４回のＥＣＡＥ加工をした試料とほとんど硬さに変化はなかった。【０１４３】  （ＥＣＡＥ加工材の結晶組織）
ＥＣＡＥ加工を施した試料の組織観察をＳＥＭ、ＸＲＤによって行った。比較例１、２の加工材では粒界に存在していた晶出物が数μｍオーダーに分断され、微細に均一分散しているのに対し、実施例１の加工材では晶出物は微細に分断されることなく、マトリックスと整合性を保ったまま剪断を受けているのが確認された。８回のＥＣＡＥ加工をした試料では、４回のＥＣＡＥ加工をした試料とほとんど組織に変化はなかった。【０１４４】  （ＥＣＡＥ加工材の引張試験）
ＥＣＡＥ加工を施した試料を引張試験により評価した。引張試験は、押出し方向に対して平行に初期ひずみ速度５×１０−４／秒の条件で行った。４回のＥＣＡＥ加工をした試料の引張特性については、比較例１、２の試料では２００ＭＰａ以下の降伏応力と２〜３％の伸びしか示さないのに対し、実施例１の試料では２６０ＭＰａの降伏応力と１５％の伸びを示した。これは、鋳造材の特性が０．２％耐力１００ＭＰａ、伸び４％であるのを遥かに凌駕する特性であった。【０１４５】  図１２は、実施例１の試料に３７５℃の温度でＥＣＡＥ加工を施した場合のＥＣＡＥのパス回数と降伏強度（σｙ）、引張強さ（σＵＴＳ）、伸び（％）の関係を示すグラフである。
図１３は、実施例１の試料に４００℃の温度でＥＣＡＥ加工を施した場合のＥＣＡＥのパス回数と降伏強度（σｙ）、引張強さ（σＵＴＳ）、伸び（％）の関係を示すグラフである。【０１４６】  図１２及び図１３からＥＣＡＥのパス回数を多くして総歪量を多くしていっても、それに従ってマグネシウム合金の強度が増加するわけではないことが分かる。【０１４７】  （ＥＣＡＥ加工材の熱処理）
４回のＥＣＡＥ加工を施した試料を２２５℃で等温保持し、保持時間と硬度変化の関係を調査した。実施例１の試料では、２２５℃の熱処理を施すことで硬さがさらに向上し、引張試験による降伏応力は３００ＭＰａまで向上できることがわかった。【０１４８】  また、実施例１の鋳造材を３７５℃までＥＣＡＥの加工温度を下げると（即ち実施例１の鋳造材を４００℃ではなく３７５℃で４回のＥＣＡＥ加工を施すと）、実施例１のＥＣＡＥ加工材の降伏応力は３００ＭＰａと１２％の伸びを示した。そして、このＥＣＡＥ加工を施した試料に２２５℃の熱処理を施すことにより、引張試験による降伏応力は３２０ＭＰａまで向上できることが確認された。【０１４９】  （実施例６の鋳造合金の押出し）
実施例６の鋳造合金は、長周期積層構造を持つ９６原子％Ｍｇ−１原子％Ｚｎ−３原子％Ｙの３元系マグネシウム合金である。この鋳造合金を、温度が３００℃、断面減少率が９０％、押出し速度２．５ｍｍ／秒の条件で押出し加工した。この押出し後のマグネシウム合金は、室温において４２０ＭＰａの引張降伏強度と２％の伸びを示した。【０１５０】  （実施例６〜４２及び比較例１０〜１５の鋳造合金の押出し後の特性）
表１に示す組成を有するマグネシウム合金の鋳造材を作製し、その鋳造材に表１に示す押出し温度及び押出し比で押出し加工を行った。この押出し加工後の押出し材を、表１に示す試験温度で引張試験により０．２％耐力（降伏強度）、引張強さ、伸びを測定した。これらの測定結果を表１に示している。【０１５１】
【表１】
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【０１５２】  表１は、ＺｎとＹの添加量が異なる種々のＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金鋳造材を、表に示す押出し温度と押出し比で、押出し速度２．５ｍｍ／秒で押出し加工を行った後の室温における引張試験の結果を示している。
実施例３０の組成を有するマグネシウム合金の鋳造材の結晶組織を図１１に示す。【０１５３】  実施例１７〜２０の測定結果から、第４元素を添加することにより３元系に比べて強度や伸びあるいは強度と伸びの両方を改善することができることが分かる。【０１５４】  高強度高靭性マグネシウム合金の実用化の観点からすると、伸びが小さくても強度が高ければ実用に耐え得るし、また強度がやや低くても伸びが大きければ実用に耐え得るといえる。そこで、降伏強度（ＭＰａ）をＳとし、伸び（％）をｄとした場合、下記式（１）及び（２）を満たすマグネシウム合金であることが実用化の観点から好ましい。
Ｓ＞−１５ｄ＋４３５・・・（１）
Ｓ≧３２５・・・（２）【０１５５】  表１の測定データから上記式（１）及び（２）を満たすＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の組成範囲は図２に示すとおりである。
つまり、上記式（１）及び（２）を満たすＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の組成範囲は、図２に示すＫ−Ｌ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ｋの線で囲む範囲であって、Ｇ−Ｈ−Ｋ−Ｌ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆの線上を含まない範囲である。
また、上記式（１）及び（２）を満たす好ましいＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の組成範囲は、図２に示すＩ−Ｊ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ｉの線で囲む範囲であって、Ｇ−Ｈ−Ｉ−Ｊ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆの線上を含まない範囲である。
また、上記式（１）及び（２）を満たすより好ましいＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の組成範囲は、図２に示すＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ａの線で囲む範囲であって、Ｇ−Ｈ−Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆの線上を含まない範囲である。【０１５６】  尚、図２に示す点ＩはＺｎが１原子％、Ｙが０．７５原子％であり、点ＫはＺｎが１原子％、Ｙが０．５原子％であり、点ＫはＺｎが１原子％、Ｙが０．５原子％であり、点ＬはＺｎが５／３原子％、Ｙが０．５原子％であり、点ＪはＺｎが２原子％、Ｙが０．７５原子％であり、点ＣはＺｎが５原子％、Ｙが３原子％であり、点ＤはＺｎが５原子％、Ｙが５原子％であり、点ＥはＺｎが２．５原子％、Ｙが５原子％であり、点ＦはＺｎが０．５原子％、Ｙが３．５原子％であり、点ＧはＺｎが０．５原子％、Ｙが２原子％であり、点ＨはＺｎが１原子％、Ｙが２原子％である。【０１５７】  （実施例４３〜６２の鋳造合金の押出し後の特性）
表２に示す組成を有するＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金のインゴットを高周波溶解炉を用いてＡｒガス雰囲気中で溶製し、そのインゴットを切削することによってチップ形状の鋳造材を作る。次いで、チップ材を銅製の缶に充填した後で１５０℃で加熱真空脱ガスを行って封止した。その後、缶に充填されたチップ材を缶ごと、表２に示す押出し温度及び押出し比で押出し加工を行った。この押出し加工後の押出し材を、表２に示す試験温度で引張試験により０．２％耐力（降伏強度）、引張強さ、伸びを測定した。また、押出し材の硬さ（ビッカース硬度）についても測定した。これらの測定結果を表２に示している。【０１５８】
【表２】
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【０１５９】  表２は、ＺｎとＹの添加量が異なるＭｇ−Ｚｎ−Ｙ合金の鋳造材を切削することによって作製したチップ材を種々の押出し温度と押出し比で、押出し速度２．５ｍｍ／秒で押出し固化した試料の室温における引張試験及び硬さ試験の結果を示している。【０１６０】  実施例４６〜４８の測定結果から、２００℃までの高温強度が鋳造塑性加工合金よりも高くなることが分かる。【０１６１】  尚、本発明は上述した実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】実施例１、比較例１及び比較例２それぞれの鋳造材の結晶組織を示す写真である。
【図２】実用化の観点から好ましいマグネシウム合金の組成範囲を示す図である。
【図３】実施例２〜４それぞれの鋳造材の結晶組織を示す写真である。
【図４】実施例５及び６それぞれの鋳造材の結晶組織を示す写真である。
【図５】実施例７〜９それぞれの鋳造材の結晶組織を示す写真である。
【図６】比較例３〜９それぞれの鋳造材の結晶組織を示す写真である。
【図７】参考例の鋳造材の結晶組織を示す写真である。
【図８】本発明の実施の形態１によるマグネシウム合金の組成範囲を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態７によるマグネシウム合金の組成範囲を示す図である。
【図１０】実施例１０の鋳造材の結晶組織を示す写真である。
【図１１】実施例２６の鋳造材の結晶組織を示す写真である。
【図１２】実施例１の試料に３７５℃の温度でＥＣＡＥ加工を施した場合のＥＣＡＥのパス回数と降伏強度（σｙ）、引張強さ（σＵＴＳ）、伸び（％）の関係を示すグラフである。
【図１３】実施例１の試料に４００℃の温度でＥＣＡＥ加工を施した場合のＥＣＡＥのパス回数と降伏強度（σｙ）、引張強さ（σＵＴＳ）、伸び（％）の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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