(57)【要約】【課題】耐熱性に優れる上に割れが生じ難いマグネシウム合金、及び鋳造部材を提供する。【解決手段】質量％で、Ａｌを１．０％以上３．０％以下、希土類元素を１．５％以上３．０％以下、Ｃａを０．５％以上１．５％以下、Ｍｎを０．１％以上０．５％以下含み、残部がＭｇ及び不可避不純物であり、Ａｌと、希土類元素及びＣａの少なくとも一方の元素とを含む化合物が粒界に分散し、かつ断面におけるＭｇとＡｌとを含む化合物の面積割合が５％以下である組織を備えるマグネシウム合金。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ａｌを１．０％以上３．０％以下、
希土類元素を１．５％以上３．０％以下、
Ｃａを０．５％以上１．５％以下、
Ｍｎを０．１％以上０．５％以下含み、残部がＭｇ及び不可避不純物であり、
Ａｌと、希土類元素及びＣａの少なくとも一方の元素とを含む化合物が粒界に分散し、かつ断面におけるＭｇとＡｌとを含む化合物の面積割合が５％以下である組織を備えるマグネシウム合金。
【請求項２】
希土類元素とＣａとの合計含有量に対するＡｌの含有量の質量比が０．４以上１．５以下である請求項１に記載のマグネシウム合金。
【請求項３】
内部空間を形成する形状を有し、角部を備える鋳造部材であって、
請求項１又は請求項２に記載のマグネシウム合金から構成され、
前記角部と前記角部以外の部分では厚みが異なる鋳造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の部品の素材などに利用されるマグネシウム合金、マグネシウム合金から構成され、各種の部品などに利用される鋳造部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
実用金属で最も比重が小さく、比強度、比剛性に優れるマグネシウム合金は、軽量素材として注目されている。特に、自動車等の輸送機器類では、ＣＯ２排出量の削減や省エネルギーなどの環境問題に対応するために軽量化への要求が高まっており、従来汎用されているアルミニウム合金に代えて、マグネシウム合金の利用が期待される。
【０００３】
マグネシウム合金からなる部品としては、鋳造法の一つであるダイカスト法によって製造されたダイカスト材が挙げられる（特許文献１の［００３６］）。ダイカスト用マグネシウム合金は、ＪＩＳ  Ｈ  ５３０３（２００６年）に規定されるＭＤＣ１Ｂ（ＡＳＴＭ規格のＡＺ９１Ｂ合金相当）、ＭＤＣ１Ｄ（同ＡＺ９１Ｄ相当材）などが代表的である。特許文献２は、Ｚｎ，Ａｌ，Ｃａ，希土類元素（ＲＥ）を添加元素とするダイカスト用マグネシウム合金を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３６７２７号公報
【特許文献２】特開２００２−１２９２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
耐熱性に優れる上に、ダイカスト法などの金型鋳造法を利用する場合に鋳造部材に割れが生じ難いマグネシウム合金が望まれている。
【０００６】
自動車部品や航空機部品などの部品では、使用環境温度が常温よりも高い場合がある。例えば、エンジンルームの近くに配置される部品では、使用環境温度が１００℃〜１８０℃程度である場合があり、このような用途では耐熱性に優れることが望まれる。特に、これらの部品の使用状態が他の部品や設置対象にボルトなどによって締結された状態である場合には、経時的な変形によって締結状態が緩み、締結力（残留軸力）が低下し難いこと、即ち高温耐クリープ性に優れることが望まれる。
【０００７】
一方、ダイカスト材などの金型鋳造部材の合金評価を試験的に行う場合などでは、一般に、テストピースの形状を、全体に亘って均一な肉厚を有する、又は肉厚変動が実質的に無い板材、棒材、直方体状の箱材といった単純な形状にする。しかし、実際に鋳造しようとするダイカスト材の形状は、肉厚変動が大きかったり、肉厚変動量が異なる箇所を複数有していたりといった複雑な形状とすることが考えられる。例えば、リブを有する場合には、リブ近傍の肉厚変動が大きい。また、リブの厚さなどによって、肉厚変動量が異なる。本発明者らは、実製品により即した複雑な形状のマグネシウム合金のテストピースを作製した結果、従来のマグネシウム合金ではダイカスト材に熱間割れなどの欠陥が生じ易いとの知見を得た。また、上記熱間割れは、ダイカスト材において、複数の面の継ぎ目である角部を有し、この角部とそれ以外の部分とで厚みが異なる場合にこの角部に生じ易い、との知見を得た。
【０００８】
そこで、本発明の目的の一つは、耐熱性に優れる上に割れが生じ難いマグネシウム合金を提供することにある。本発明の別の目的は、マグネシウム合金から構成され、耐熱性に優れ、外観にも優れる鋳造部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係るマグネシウム合金は、
質量％で、
Ａｌを１．０％以上３．０％以下、
希土類元素を１．５％以上３．０％以下、
Ｃａを０．５％以上１．５％以下、
Ｍｎを０．１％以上０．５％以下含み、残部がＭｇ及び不可避不純物であり、
Ａｌと、希土類元素及びＣａの少なくとも一方の元素とを含む化合物が粒界に分散し、かつ断面におけるＭｇとＡｌとを含む化合物の面積割合が５％以下である組織を備える。
【００１０】
本発明の一態様に係る鋳造部材は、
内部空間を形成する形状を有し、角部を備える鋳造部材であって、
上記の本発明の一態様に係るマグネシウム合金から構成され、
前記角部と前記角部以外の部分では厚みが異なる。
【発明の効果】
【００１１】
上記のマグネシウム合金は、耐熱性に優れる上に割れが生じ難い。
【００１２】
上記の鋳造部材は、耐熱性に優れ、外観にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】試験例１で作製した試料Ｎｏ．１−１の鋳造部材の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した顕微鏡写真である。
【図２】試験例１で作製した試料Ｎｏ．１−１０１の鋳造部材の断面をＳＥＭで観察した顕微鏡写真である。
【図３】実施形態１の鋳造部材の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、ダイカスト材などの金型鋳造部材を対象として耐熱性に優れるマグネシウム合金を検討した。その結果、耐クリープ性に優れるマグネシウム合金は、Ａｌ，希土類元素（ＲＥ），Ｃａ，Ｍｎを添加元素とし、Ａｌ，Ｃａの含有量が比較的少なく、かつＲＥを特定の範囲で含む組成であると共に、Ａｌが、ＲＥを含む化合物やＣａを含む化合物（以下、Ａｌ−ＲＥ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物と呼ぶことがある）として結晶粒界に存在し、Ｍｇを含む化合物（以下、Ｍｇ−Ａｌ化合物と呼ぶことがある）として存在する量が非常に少ない組織を有していた。また、この特定の組成及び特定の組織を有するマグネシウム合金は、鋳造部材本体におけるリブやボス、フランジなどの接続箇所にあたる角部、いわば角部以外の部分とは異なる厚さを有し、複数の面の接続部分である角部に熱間割れが生じ難いとの知見を得た。本発明は、上記の知見に基づくものである。
【００１５】
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
（１）本発明の一態様に係るマグネシウム合金は、
質量％で、
Ａｌを１．０％以上３．０％以下、
希土類元素を１．５％以上３．０％以下、
Ｃａを０．５％以上１．５％以下、
Ｍｎを０．１％以上０．５％以下含み、残部がＭｇ及び不可避不純物であり、
Ａｌと、希土類元素及びＣａの少なくとも一方の元素とを含む化合物が粒界に分散し、かつ断面におけるＭｇとＡｌとを含む化合物の面積割合が５％以下である組織を備える。
【００１６】
上記のマグネシウム合金は、Ａｌ、希土類元素（ＲＥ）、Ｃａ、Ｍｎを特定の範囲で含有する特定の組成であることを一つの理由として、結晶粒界に、Ａｌ−ＲＥ化合物やＡｌ−Ｃａ化合物が分散して存在すると共に、Ｍｇ−Ａｌ化合物が非常に少ないという特定の組織を有する。粒界に存在するＡｌ−ＲＥ化合物やＡｌ−Ｃａ化合物は、代表的にはＭｇ−Ａｌ化合物よりも融点が高い。マグネシウム合金中のＡｌが、融点がより高い化合物として存在し、融点がより低い化合物が少ないため、上記のマグネシウム合金は使用環境温度が比較的高い部品、例えば１００℃以上１８０℃以下程度である部品を構成する場合に、経時的に変形し難く、耐熱性、特に耐クリープ性に優れる。
【００１７】
また、上記のマグネシウム合金は、Ａｌ−ＲＥ化合物やＡｌ−Ｃａ化合物が適切に存在するため、割れの起点になり得る化合物が非常に少ないといえる。従って、上記のマグネシウム合金がダイカスト材などの鋳造部材を構成する場合、この鋳造部材は熱間割れなどの欠陥が実質的に無く、外観に優れる。この鋳造部材が上述の角部以外の部分とは異なる厚さを有する角部を備える場合でも、この角部に上記熱間割れなどの欠陥が実質的に無い（後述の試験例参照）。従って、上記のマグネシウム合金は、優れた外観を有するダイカスト材などの鋳造部材を製造でき、このような鋳造部材の製造に供する素材に好適に利用できる。
【００１８】
（２）上記のマグネシウム合金の一例として、希土類元素とＣａとの合計含有量に対するＡｌの含有量の質量比が０．４以上１．５以下である形態が挙げられる。
【００１９】
上記形態は、Ａｌに対してＲＥ及びＣａを適切に含むため、Ａｌ−ＲＥ化合物やＡｌ−Ｃａ化合物が粒界に分散して存在すると共に、ＡｌがＭｇ−Ａｌ化合物となって存在することを抑制でき、Ｍｇ−Ａｌ化合物が非常に少ない特定の組織をより確実に有することができる。従って、上記形態は、耐熱性に優れる上に、割れがより生じ難い。
【００２０】
（３）本発明の一態様に係る鋳造部材は、
内部空間を形成する形状を有し、角部を備える鋳造部材であって、
上記（１）又は上記（２）のマグネシウム合金から構成され、
前記角部と前記角部以外の部分では厚みが異なる。
【００２１】
上記の鋳造部材は、上述の特定の組成及び組織を有するマグネシウム合金によって構成されるため、耐熱性、特に耐クリープ性に優れる。また、上記の鋳造部材は、ダイカスト法などの金型鋳造法によって製造されたものである場合に、角部以外の部分とは異なる厚さの角部を備えるものの、この角部及び近傍に熱間割れなどの欠陥が実質的に無く、外観にも優れる。
【００２２】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態の形態に係るマグネシウム合金、鋳造部材を具体的に説明する。以下の説明において、元素の含有量の単位は、質量％とする。
【００２３】
［マグネシウム合金］
（組成）
実施形態のマグネシウム合金は、Ａｌ，希土類元素（ＲＥ），Ｃａ，Ｍｎを添加元素とし、Ａｌを比較的少なく含有すると共に、このＡｌに対してＲＥ及びＣａの双方を特定の範囲で含有する。具体的な組成は、Ａｌを１．０％以上３．０％以下、ＲＥを１．５％以上３．０％以下、Ｃａを０．５％以上１．５％以下、Ｍｎを０．１％以上０．５％以下含み、残部がＭｇ及び不可避不純物である。上記の範囲のＡｌに対して、ＲＥとＣａとを合計で２．０％以上含む。
【００２４】
≪アルミニウム（Ａｌ）≫
Ａｌは、ＲＥを含む化合物やＣａを含む化合物を形成して合金組織中に存在することで、耐クリープ性を向上する機能を有する。この効果を良好に有するためにＡｌの含有量を１．０％以上とする。一方、従来の耐クリープ性に優れるマグネシウム合金では、Ａｌの含有量を４質量％以上としている。Ａｌの含有量がこのように多い場合、ＲＥ及びＣａの含有量を適切な範囲としなければ、Ａｌ-ＲＥ化合物やＡｌ−Ｃａ化合物が過剰に存在したり、Ｍｇ１７Ａｌ１２などのＭｇ−Ａｌ化合物が形成されたりする。過剰なＡｌ-ＲＥ化合物やＡｌ−Ｃａ化合物は、より複雑な形状のダイカスト材を製造する場合に熱間割れなどの欠陥の原因になり易い。比較的低融点であるＭｇ−Ａｌ化合物は、耐熱性の低下を招く。そこで、実施形態のマグネシウム合金ではＡｌの含有量を３．０％以下とする。
【００２５】
Ａｌの含有量を更に１．５％以上、２．０％以上とすると、Ａｌ-ＲＥ化合物やＡｌ−Ｃａ化合物が適切に存在して高い耐クリープ性を有することができる上に、強度の向上、耐食性の向上なども期待できる。Ａｌの含有量を更に２．５％以下、２．０％以下とすると、Ｍｇ−Ａｌ化合物の含有量をより低減し易く、Ｍｇ−Ａｌ化合物の含有による耐クリープ性の低下を抑制し易い。
【００２６】
≪希土類元素（ＲＥ）≫
ＲＥは、Ａｌ２ＲＥ、Ａｌ１１ＲＥ３などのＡｌを含む化合物（Ａｌ−ＲＥ化合物、代表的には晶出物）を形成して合金組織中に存在することで、耐クリープ性を向上する機能を有する。また、Ａｌ−ＲＥ化合物の形成によって、Ｍｇ−Ａｌ化合物の形成（析出）を抑制する機能も有する。上記の効果を良好に有するためにＲＥの含有量を１．５％以上とする。ＲＥの含有量が多いほど、Ａｌ-ＲＥ化合物が十分に形成されて、粒界により多く存在して粒界すべりなどを抑制し易い。一方、ＲＥの含有量が多過ぎると、Ａｌ-ＲＥ化合物が過剰に存在して熱間割れなどの欠陥の原因になり易いため、実施形態のマグネシウム合金では、ＲＥの含有量を３．０％以下とする。
【００２７】
ＲＥの含有量を更に２．０％以上、２．５％以上とすると、耐クリープ性の更なる向上が期待できる。ＲＥの含有量を更に２．５％以下、２．０％以下とすると、ダイカスト材などの鋳造部材における熱間割れなどの欠陥の更なる低減、抑制を期待できる。また、ＲＥの含有量を低減することで、コストの低減も期待できる。
希土類元素は、周期表３族の元素、即ちスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド、アクチノイド、その他、ミッシュメタルを含む。
【００２８】
≪カルシウム（Ｃａ）≫
Ｃａは、Ａｌ２Ｃａ，（Ａｌ，Ｍｇ）２ＣａなどのＡｌを含む化合物（Ａｌ−Ｃａ化合物、代表的には晶出物）を形成して合金組織中に存在することで、耐クリープ性を向上する機能を有する。また、Ａｌ−Ｃａ化合物の形成によって、Ｍｇ−Ａｌ化合物の形成（析出）を抑制する機能も有する。上記の効果を良好に有するためにＣａの含有量を０．５％以上とする。Ｃａの含有量が多いほど、Ａｌ-Ｃａ化合物が十分に形成されて、粒界により多く存在して粒界すべりなどを抑制し易い。一方、Ｃａの含有量が多過ぎると、Ａｌ-Ｃａ化合物が過剰に存在して熱間割れなどの欠陥の原因になり易いため、実施形態のマグネシウム合金では、Ｃａの含有量を１．５％以下とする。
【００２９】
Ｃａの含有量を更に１．０％以上とすると、耐クリープ性の更なる向上、その他難燃性の向上などが期待できる。Ｃａの含有量を更に１．２％以下、１．０％以下とすると、ダイカスト材などの鋳造部材における熱間割れなどの欠陥の更なる低減、抑制を期待できる。
【００３０】
≪マンガン（Ｍｎ）≫
Ｍｎは、Ａｌを含む化合物（以下、Ａｌ−Ｍｎ化合物と呼ぶことがある）を形成することで、Ｍｇ−Ａｌ化合物の形成を抑制する機能を有する。また、Ｍｎは、マグネシウム合金中に不純物として存在し得るＦｅを低減して、耐食性の向上にも寄与する。上記の効果を良好に有するためにＭｎの含有量を０．１％以上とする。Ｍｎの含有量が多いほど、Ｍｇ−Ａｌ化合物の形成（析出）の抑制、耐食性の向上に寄与する。上記の効果は、Ｍｎの含有量が０．５％程度で飽和するため、実施形態のマグネシウム合金では、Ｍｎの含有量を０．５％以下とする。Ｍｎの含有量を更に０．２％以上０．４％以下とすることができる。
【００３１】
≪Ａｌ／（ＲＥ＋Ｃａ）≫
ＲＥ及びＣａの含有量が上述の範囲を満たすことに加えて、ＲＥとＣａとの合計含有量に対するＡｌの含有量の質量比をＡｌ／（ＲＥ＋Ｃａ）とするとき、Ａｌ／（ＲＥ＋Ｃａ）が特定の範囲を満たすことが好ましい。特に、Ａｌ／（ＲＥ＋Ｃａ）が０．４以上であるとＡｌ−ＲＥ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物が適切に存在すると共に、Ｍｇ−Ａｌ化合物の含有量を低減できて耐クリープ性に優れる。Ａｌ／（ＲＥ＋Ｃａ）が１．５以下であると、Ａｌ-ＲＥ化合物及びＡｌ-Ｃａ化合物が過剰に存在せず、ダイカスト材などの鋳造部材における熱間割れなどの欠陥を抑制し易い。Ａｌ／（ＲＥ＋Ｃａ）が更に０．５以上１．０以下であると、耐クリープ性により優れる上に上記欠陥をより抑制し易い。
【００３２】
（組織）
実施形態のマグネシウム合金は、上述のＡｌ−ＲＥ化合物及びＡｌ−Ｃａ化合物の少なくとも一方、代表的には両方が粒界に分散し、かつＭｇ−Ａｌ化合物が少ない又は実質的に存在しない組織を備える（後述の図１参照）。Ａｌ−ＲＥ化合物の融点は１１００℃以上であり、Ａｌ−Ｃａ化合物の融点は１０００℃以上であり、Ｍｇ−Ａｌ化合物の融点（４６２℃）よりも十分に高い。このような高融点化合物であるＡｌ−ＲＥ化合物やＡｌ−Ｃａ化合物が粒界に分散して存在し、低融点の化合物が少ないことで、高温に保持された場合でも粒界すべりなどを抑制し、クリープ変形し難くすることができると考えられる。
【００３３】
Ｍｇ−Ａｌ化合物が少ない又は実質的に存在しない組織とは、定量的には、マグネシウム合金の断面におけるＭｇ−Ａｌ化合物の面積割合が５％以下である組織とする。上記面積割合が少ないほど、耐熱性に優れる上に上記欠陥を抑制できるため、上記面積割合は４％以下、更に２％以下が好ましい。上記面積割合が０％、即ちＭｇ−Ａｌ化合物が存在しないことが最も好ましい。上記面積割合の測定方法は後述する。
【００３４】
上述の化合物の組成は、例えば、エネルギー分散Ｘ線分析法（ＥＤＸ）や、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）などによって成分分析を行うことで確認できる。
【００３５】
（用途）
実施形態のマグネシウム合金は、ダイカスト材などの金型鋳造部材の製造に供する素材に好適に利用できる。この用途では、所望の大きさの直方体状の塊や、球体状などの塊とすることができる。また、実施形態のマグネシウム合金は、ダイカスト材などの金型鋳造部材自体を構成することができる（実施形態の鋳造部材に相当）。この用途では、後述するように種々の形状、大きさとすることができる。例えば、その全体が均一的な厚さの板材、その全体が均一的な太さの棒材、その全体が均一的な厚さの長方形状の箱材や筒材などとすることができる。即ち、実施形態のマグネシウム合金は、中実体、箱材や筒材のような内部空間を形成すると共に一つの開口部又は連通する開口部を有する中空体のいずれも構成することができる。これら鋳造用素材も鋳造部材も上述の特定の組成及び特定の組織を備える。
【００３６】
［鋳造部材］
（形状）
実施形態の鋳造部材１は、実施形態のマグネシウム合金から構成され、上述の特定の組成及び特定の組織を備える。この鋳造部材１は、上述のように熱間割れなどの起点となる化合物が少なく又は実質的に存在せず、割れなどの欠陥が生じ難い実施形態のマグネシウム合金で構成されるため、図３に示すように内部空間を形成する形状を有し、角部を備えるものであって、角部３と角部３以外の部分とでは厚みが異なるものとすることができる。ここでの角部３とは、複数の面が交差する稜線部分である。例えば、図３に示すように内部空間を形成する容器状の本体１０を備える場合、天面部や、開口縁がつくる仮想平面に直交する平面で切断した縦断面における隣り合う二つの面が交差する部分が角部３に相当する。角部３は、外方に突出するもの（例、後述の角部３０など）、内側に窪んだもの（例、後述の角部３１〜３６）のいずれでもよい。
【００３７】
図３は、天面部と側壁部とを備え、一方が開口した容器状の本体１０を備える鋳造部材１を模式的に示す。図３の右半分は本体１０の天面部を上側に、開口部を下側に配置した状態の正面図、左半部はその断面図である。図３に示す鋳造部材１は、上述の割れなどの生じ易い複雑な形状の鋳造部材を概念的に示す。
【００３８】
図１に示す鋳造部材１は、本体１０の開口縁から外方に延設されるフランジ１２と、本体１０の内天面から開口側に向かって突出する少なくとも一つのボス１３と、本体１０の天面部から外方に突出する筒部１５と、天面部の外面と筒部１５の外面との交差部分に設けられる少なくとも一つのリブ１４と、側壁部の内側に設けられた凹部１６とを備える場合を例示する。フランジ１２、ボス１３、リブ１４、筒部１５、及び凹部１６から選択される少なくとも一つを備えていれば、その他を省略することができる。また、外方に突出する筒部１５に代えて、内部空間に突出する筒部を有することもできる。容器状に代えて、フランジ付きパイプなどとすることができる。
【００３９】
代表的には、フランジ１２は、ボルト孔が設けられて、他の部品や設置対象にボルトによって締結される部分として機能する。フランジ１２は、開口縁や側壁部の外周面に連続して設けられる環状の形態、開口縁や側壁部の外周面に沿って所定の間隔をあけて複数設けられる形態などが挙げられる。ボス１３は天面部などに他の部品を固定や連結などするためにボルトやねじ用の雌ねじを形成したり、ピンなどを圧入する挿入孔などを形成したりするものであり、代表的には筒状である。リブ１４は、貫通孔１５ｈが設けられた筒部１５を補強するものであり、代表的には板状である。また、代表的には、筒部１５の外周に放射状に複数のリブ１４が設けられる。ボス１３及びリブ１４の個数、大きさ、形状などは適宜選択できる。これらの個数が多いほど角部３が多くなり、上述の割れなどが生じ易い複雑な形状といえる。
【００４０】
鋳造部材１には、天面部の外面と側壁部の外面とが交差する外側の角部３０、外側の角部３０に対応する内側の角部３１といった本体１０自体に設けられる角部、本体１０とフランジ１２とが交差する角部３２、本体１０とボス１３とが交差する角部３３、本体１０とリブ１４とが交差する角部３４、本体１０と筒部１５とが交差する角部３５、凹部１６を形成する内底面と内壁面とが交差する角部３６などの複数の角部３が存在し得る。そして、この例の鋳造部材１では、各角部３とそれ以外の部分とは厚みが異なる。角部３の厚さｔとは、例えば、角部３１に示すように上記縦断面において角部３０をつくる天面部の外面と側面部の外面との角の二等分線上にとることが挙げられる。図１に示す例では、本体１０の角部３０，３１やボス１３近傍の角部３３、リブ１４近傍の角部３４などでは、その周囲の厚さよりも厚く、凹部１６における角部３６ではその周囲の厚さよりも薄い。また、図１に示す例では、各角部３は実質的に直角である。このような各角部３は、厚さの変化（肉厚変動）、形状の変化が大きい箇所といえ、割れなどが生じ易い箇所と考えられる。定量的には、上記縦断面における隣り合う二つの面が交差する角部３における交差角度が０°超１２０°以下程度、特に直角及びその近傍であり、角部３における厚さの変化量（その周囲の厚さを基準としたときの変化量）が１０％以上、更に２５％以上、５０％以上である箇所は、割れなどが生じ易い箇所と考えられる。実施形態のマグネシウム合金は、このような割れなどが生じ易い箇所を複数備える複雑な形状の鋳造部材１、特に上述の角部３を１個以上、更に５個以上備える鋳造部材１の製造に供する素材、又は鋳造部材１自体の構成材料に好適である。
【００４１】
（大きさ）
実施形態の鋳造部材１は、その全体の厚さが均一的ではなく、上述のように部分的に異なる。各部の厚さは適宜選択できる。例えば、最小厚さは０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度、最大厚さは８ｍｍ〜１５ｍｍ程度が挙げられる。内部空間を形成する容器状などの形状である場合には、その容積は適宜選択できる。例えば、容積は１０００ｃｍ３以上、更に１００００ｃｍ３以上程度が挙げられる。上述の最小厚さ、最大厚さ、及び容積を満たす鋳造部材は、割れなどが生じ易いと考えられるため、上述した実施形態のマグネシウム合金を好適に利用できる。
【００４２】
（マグネシウム合金の製造方法）
実施形態のマグネシウム合金は、代表的には、上述した特定の組成のマグネシウム合金溶湯を作製し、鋳造することで製造できる。実施形態の鋳造部材１は、作製した溶湯を用いて、ダイカスト法などの金型鋳造法によって鋳造することで製造できる。成形型には、所望の形状のものが利用できる。
【００４３】
マグネシウム合金溶湯は、以下のように作製することが挙げられる。原料には純度（質量割合、以下純度について同様）が９９％以上、好ましくは９９．５％以上の純マグネシウムの塊、各添加元素金属の塊又は添加元素を合金化した塊を用いる。
【００４４】
用意した原料塊を用いて、まず純マグネシウムを完全に溶解して、純マグネシウム溶湯を作製する。雰囲気ガスは、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの希ガス、窒素ガス、ＣＯ２ガスといった不活性ガスであると、Ｍｇなどの酸化を防止できて好ましい。また、雰囲気ガスは、ＳＦ６などの防燃ガスを含むと、発火を防止できて好ましい。
【００４５】
純マグネシウム溶湯にＡｌ，ＲＥ，Ｃａの順で添加元素を添加する。また、添加する際の純マグネシウム溶湯の温度を６５０℃以上７３０℃以下とする。添加後、十分に撹拌する。実施形態のマグネシウム合金は、Ａｌ，ＲＥ，Ｃａを主として化合物とし、かつ粒界に均一的に分散させて存在させる。このように添加順序、温度、撹拌を特定のものとするマグネシウム合金の製造方法は、純マグネシウム溶湯内に添加元素が均一的に溶解して特定の組成のマグネシウム合金溶湯を精度よく製造でき、工業的な量産に適する方法の一例として好ましいと考えられる。
【００４６】
Ａｌを最初に添加することでＭｇの活性度を低下できる。ＲＥは、純マグネシウムに完全に溶解するまでの時間が他の元素に比較して長くなり易いため、早めに添加する。Ｃａは、純マグネシウムに溶解し易いため、最後に添加する。ＲＥとＣａとを同時に添加せず、分けて添加することで、両元素を確実に溶解できる。Ｍｎは、溶解時間が比較的長いため、Ａｌと同時に添加することが好ましい。
【００４７】
各添加元素を添加するときの純マグネシウム溶湯の温度を６５０℃以上とすることで、各添加元素を完全に溶解できる。上記温度が高いほど、添加元素の未溶解を防止できると共に、溶解時間を短縮できるため、上記温度を６６０℃以上、更に６８０℃以上、６９０℃以上とすることができる。純マグネシウム溶湯の温度を７３０℃以下とすることで、マグネシウムの酸化を抑制し易い上に、鉄製の坩堝を用いる場合にＦｅの溶出に起因するＦｅの混入を防止し易いため、上記温度を７２０℃以下、更に７００℃以下とすることができる。
【００４８】
撹拌は、棒状の治具や市販の撹拌機などを用いて機械的に行う。撹拌時間は、撹拌方法や溶湯量などにもよるが、例えば５分以上１５分以下程度とすると均一的な成分の溶湯が得られる。撹拌後、例えば１０分以上１５分以下程度静置することで溶湯の介在物を分離し、その後直ちに鋳造することで添加元素の分離（沈殿又は浮遊）を防止でき、Ａｌ−ＲＥ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物を適切に晶出できる。鋳造工程の冷却速度は０．１℃／秒以上、更に１０℃／秒以上、５０℃／秒以上とすると、Ａｌ−ＲＥ化合物、Ａｌ−Ｃａ化合物を適切に晶出できる。上記冷却速度となるように冷却条件を調整するとよい。
【００４９】
［試験例１］
表１に示す種々の組成（質量％、残部Ｍｇ及び不可避不純物）のマグネシウム合金を用いてダイカスト材を作製し、得られたダイカスト材の組織観察を行うと共に、耐熱性及び割れの状態を評価した。
【００５０】
原料として、純度９９．９％の純マグネシウムの塊を５０ｋｇ用意し、Ａｒ雰囲気の溶解炉を用いて６９０℃で溶解し、純マグネシウム溶湯を作製した。完全に溶解した純マグネシウム溶湯中に、湯温を６９０℃に保持して以下の添加元素の塊を以下の順序で添加した後、棒状の治具によって１０分間撹拌し、表１に示す組成のマグネシウム合金溶湯をそれぞれ作製した。純度は、全て質量％である。
１．純度９９．９％の純アルミニウム塊及び純度９９．９％の純マンガン塊
２．純度９９．９％のミッシュメタル塊
ミッシュメタルの含有元素及びその含有量は、Ｌａが２８％、Ｃｅが５１％、Ｎｄが１６％、Ｐｒが５％である。
３．純度９９．５％のＣａ塊
【００５１】
作製した各試料のマグネシウム合金溶湯を用いて、コールドチャンバーダイカストマシン（宇部興産機械株式会社製、型番ＵＢ５３０ｉＳ２）でダイカスト材を作製した。この試験では、図３に示す容器状の本体と、本体の開口側に設けられ、ボルト孔を有する環状のフランジと、本体の内部に設けられた５個以上のボスと、本体の天面部から外方に突出する筒部と、本体と筒部との交差部分に放射状に離間して設けられた１５個以上のリブとを備えるものを作製した。本体に対してフランジ、ボス、筒部、リブは実質的に直交するように設けられている。また、本体とフランジとが交差する角部、本体とボスとが交差する角部、本体と筒部とが交差する角部、本体とリブとが交差する角部はいずれも、その周囲の厚さと異なる厚さを有する（厚い又は薄い）。本体における角部を除く箇所の平均厚さは４ｍｍ、上記角部における厚さの変化量（上記平均厚さ４ｍｍに対する変化量）の最大値は５００％（最大厚さ２０ｍｍ）である。作製した鋳造部材のサイズは、幅２００ｍｍ×奥行１５０ｍｍ×最大高さ１５０ｍｍ（筒部を含む）程度であり、使用するマグネシウム合金の体積は４５０ｃｍ３〜５００ｃｍ３程度である。鋳造過程の冷却速度は、５０℃／秒以上とした。
【００５２】
作製した各試料のダイカスト材について断面をとり、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で組織観察を行った。断面の採取は、市販のクロスセクションポリッシャ（ＣＰ）加工装置を用いて行った。ＣＰ断面について任意に観察視野をとる。図１は試料Ｎｏ．１−１の顕微鏡写真、図２は試料Ｎｏ．１−１０１の顕微鏡写真である。
【００５３】
図１において、濃い灰色で示される部分はマグネシウム合金の母相、薄い灰色で示される部分は、Ａｌ２Ｃａ，（Ａｌ，Ｍｇ）２ＣａなどのＡｌ−Ｃａ化合物、白色で示される部分は、Ａｌ２ＲＥ、Ａｌ１１ＲＥ３などのＡｌ−ＲＥ化合物である。図２において、濃い灰色で示される部分はマグネシウム合金の母相、薄い灰色や白色で示される部分は、Ａｌ２ＲＥ、Ａｌ１１ＲＥ３などのＡｌ−ＲＥ化合物がラメラ状に晶出している領域であり、薄い灰色部分は微細に晶出している領域、白色部分（大きな粒を含む）は薄い灰色部分に比較して粗大に晶出している領域である。
【００５４】
Ａｌ，ＲＥ，Ｃａ，Ｍｎを特定の範囲で含む試料Ｎｏ．１−１は、図１に示すように、Ａｌ−ＲＥ化合物及びＡｌ−Ｃａ化合物が結晶粒界に分散して存在することが分かる。また、試料Ｎｏ．１−１は、Ｍｇ−Ａｌ化合物が確認できず、実質的に存在しない。試料Ｎｏ．１−２〜Ｎｏ．１−５も試料Ｎｏ．１−１と概ね同様な組織を有する。
【００５５】
これに対し、図２に示すように、Ａｌ及びＲＥを多く含む試料Ｎｏ．１−１０１は、Ａｌ−ＲＥ化合物が非常に多い上に粗大なＡｌ−ＲＥ化合物が存在することが分かる。
【００５６】
上述の顕微鏡写真を用いて、観察視野Ｓｆ（３５０μｍ×２５０μｍ）中に存在するＭｇ−Ａｌ化合物（主としてＭｇ１７Ａｌ１２）を抽出してその断面積を求め、更にその合計断面積Ｓｍを求める。そして、（Ｓｍ／Ｓｆ）×１００％をその断面におけるＭｇ−Ａｌ化合物の面積割合として求め、１０個の観察視野における面積割合の平均を各試料の面積割合（％）として表１に示す。Ｍｇ−Ａｌ化合物の断面積は、画像処理装置によって顕微鏡写真（ＳＥＭ像）を二値化処理した二値化像などを利用すると容易に測定できる。
【００５７】
作製した各試料のダイカスト材について亀裂数を調べて、割れの状態を評価した。ここでは、各試料について１０個のダイカスト材を用意し、目視確認によってそれぞれの亀裂数を調べ、１０個のダイカスト材における亀裂数の平均を各試料の亀裂発生頻度（個）として表１に示す。
【００５８】
作製した各試料のダイカスト材について、以下のようにして耐熱性を評価した。ここでは、アルミニウム製のブロック材の適宜な位置にボルト孔を設け、ブロック材におけるボルト孔を備える取付面と、各試料のダイカスト材に備えるフランジの締付座面とを合わせて、両者のボルト孔に鉄製のボルトを配置し、このボルトによって各試料のダイカスト材と上記ブロック材とを締結した試験部材を作製した。この試験部材を１５０℃で１７０時間保持した後、ボルトの締結力（残留軸力）を調べた。残留軸力は、ボルトに市販の歪ゲージを配置し、締結直後であって１５０℃に加熱する前の歪量Ｓ０（ここでは初期締付軸力を９Ｎとして締め付けた際の歪量）、１５０℃×１７０時間の熱履歴を与えた後の歪量Ｓｔとを調べ、［（Ｓｔ−Ｓ０）／Ｓ０］×１００（％）を残留軸力（％）として表１に示す。
【００５９】
【表１】
2017160495.tif 000003
【００６０】
表１に示すように、Ａｌ，ＲＥ，Ｃａ，Ｍｎを特定の範囲で含み、かつＡｌ−ＲＥ化合物やＡｌ−Ｃａ化合物が粒界に分散して存在すると共にＭｇ−Ａｌ化合物が非常に少ない又は実質的に存在しない組織を有する試料Ｎｏ．１−１〜１−５は、残留軸力が高く耐熱性（特に耐クリープ性）に優れる上に、亀裂発生頻度が極めて低く、ダイカスト材に割れが生じ難いことが分かる。定量的には、残留軸力が６４％以上であり、６５％以上の試料が多い。また、Ｍｇ−Ａｌ化合物の面積割合が５％以下、ここでは更に４％以下であり、０％である試料もある。試料Ｎｏ．１−３〜Ｎｏ．１−５を比較すると、ＲＥ＋Ｃａの合計質量に対するＡｌの含有量が少ないほど（質量比Ａｌ／（ＲＥ＋Ｃａ）が小さいほど）、Ｍｇ−Ａｌ化合物が形成され難いといえる。また、ここでは試料Ｎｏ．１−１〜１−５の亀裂発生頻度が０個であり、亀裂が生じていない。
【００６１】
一方、上述の特定の組成及び特定の組織を有していない試料Ｎｏ．１−１０１〜Ｎｏ．１−１０５はいずれも、亀裂発生頻度が１個以上であり亀裂が生じている。この亀裂はいずれも上述の角部に生じていた。このことから、周囲の厚さと異なる厚さの角部は、割れが生じ易い箇所であるといえる。Ａｌ及びＣａの双方が多い試料Ｎｏ．１−１０２、Ｃａが多い試料Ｎｏ．１−１０５は、亀裂発生頻度がとりわけ大きく、割れがより生じ易いといえる。Ａｌ及びＲＥの双方を多く含み、Ｃａを含まない試料Ｎｏ．１−１０１，Ａｌを４質量％以上多く含む試料Ｎｏ．１−１０３，ＲＥ及びＣａの双方が少ない試料Ｎｏ．１−１０４は、残留軸力が低く耐熱性に劣る。
【００６２】
詳しくは、試料Ｎｏ．１−１０１は、Ａｌ及びＲＥの双方が多く、Ａｌ−ＲＥ化合物が優先的に形成されて、Ｍｇ−Ａｌ化合物を形成し難かったと考えられる。しかし、Ａｌ−ＲＥ化合物が過剰に存在することで、亀裂が生じ易くなったと考えられる。また、Ｃａを含有しないことで、残留軸力が低くなったと考えられる。
試料Ｎｏ．１−１０２，Ｎｏ．１−１０５は、Ｃａが多いことでＡｌ−Ｃａ化合物が多く存在して残留軸力が高くなったと考えられる。しかし、Ａｌ−Ｃａ化合物が過剰に存在して、亀裂が非常に生じ易くなったと考えられる。
試料Ｎｏ．１−１０３，Ｎｏ．１−１０４は、ＲＥ及びＣａに対してＡｌが多いため、低融点であるＭｇ−Ａｌ化合物が多く存在することで、クリープ変形し易くなって残留軸力が低くなったと考えられる。特に、Ｎｏ．１−１０３はＡｌが４質量％以上と多く、Ｍｇ−Ａｌ化合物がより多く存在するため、残留軸力が大幅に低くなったと考えられる。
【００６３】
以上のことから、耐熱性に優れ、ダイカスト材などの鋳造部材の製造に適したマグネシウム合金は、Ａｌ，ＲＥ，Ｃａ，Ｍｎを特定の範囲で含み、Ａｌ−ＲＥ化合物やＡｌ−Ｃａ化合物が粒界に分散して存在し、かつＭｇ−Ａｌ化合物が非常に少ない又は実質的に存在しない組織を有することが好ましいことが示された。
【００６４】
本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、試験例１において、組成（添加元素の含有量）、鋳造部材の形状や大きさ（厚さ、容積など）、製造条件（湯温、撹拌条件など）などを適宜変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明のマグネシウム合金は、ダイカスト材などの金型鋳造部材の素材に好適に利用できる。本発明の鋳造部材は、種々の部品、特に軽量であることが望まれる部品に利用できる。このような部品として、例えば、自動車や航空機などの輸送機器類、各種の電子・電気機器類（パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型ＰＣ、スマートフォンや折り畳み式携帯電話などの携帯電話、デジタルカメラなど）の筐体やカバーなどの外装部材、補強部材、骨格部材などが挙げられる。
【符号の説明】
【００６６】
１  鋳造部材  １０  本体
１２  フランジ  １３  ボス  １４  リブ  １５  筒部  １６  凹部
３，３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６  角部  １５ｈ  貫通孔
【図１】
2017160495.tif 000004
【図２】
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【図３】
2017160495.tif 000006