カーボンナノ複合マグネシウム合金
【課題】耐熱Ｍｇ合金並みの強度、特に耐熱強度を有しながら、安全管理コストが不要であり、製造コストを下げることができるマグネシウム合金を提供することを課題とする。
【解決手段】マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、温度が２００℃で荷重が５０ＭＰａの条件で求める最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であることを特徴とする。
【効果】最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇと同等の耐熱強度を有する。加えて、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であるため、放射線成分などを含まず、安全管理が不要であり、製造コストの低減が可能となる。
【解決手段】マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、温度が２００℃で荷重が５０ＭＰａの条件で求める最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であることを特徴とする。
【効果】最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇと同等の耐熱強度を有する。加えて、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であるため、放射線成分などを含まず、安全管理が不要であり、製造コストの低減が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム又はマグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有させたカーボンナノ複合マグネシウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金は軽量であるため、軽量化が求められる車両などの部品材料として実用に供されてきた。ただし、マグネシウム合金は耐熱性能の点で難があるため、耐熱性能の向上技術が提案されてきた（例えば、特許文献１（請求項２）参照。）。
【０００３】
特許文献１の請求項２には、Ａｌを４．０超〜６ｗｔ％、Ｃａを０．３〜２ｗｔ％、Ｓｒを０．２超〜１ｗｔ％、Ｍｎを０．１〜１ｗｔ％含有し、残部がＭｇ及び不可避不純物からなるダイカスト用マグネシウム合金が示されている。
【０００４】
このダイカスト用マグネシウム合金は、Ｓｒ（ストロンチウム）を含んでいるために、クリープ強度が大きく、耐熱性能を有する。
しかし、Ｓｒは高価であり、材料コストが嵩む。また、Ｓｒは放射性物質の一つであるために、厳重な安全管理が求められ、そのためのコストが嵩む。結果、得られるダイカスト用マグネシウム合金は高価なものとなる。
【０００５】
そのため、Ｓｒを含むダイカスト用マグネシウム合金（以下、耐熱Ｍｇ合金という）並みの強度、特に耐熱強度を有しながら、安全管理コストが不要であり、製造コストを下げることができるマグネシウム合金が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７３７３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、耐熱Ｍｇ合金並みの強度、特に耐熱強度を有しながら、安全管理コストが不要であり、製造コストを下げることができるマグネシウム合金を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、温度が２００℃で荷重が５０ＭＰａの条件で求める最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での引張強度が２４０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、３〜３０質量％であり、常温での引張強度が２６５ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が１６０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が２３０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、カーボンナノ材料は、予めＳｉ微粒子が付着されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載のカーボンナノ複合マグネシウム合金は、ダイカスト用又は鋳造用に供されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇと同等の耐熱強度を有する。
加えて、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であるため、放射線成分などを含まず、安全管理が不要であり、製造コストの低減が可能となる。
【００１６】
請求項２に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、常温での引張強度が２４０ＭＰａ以上であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇと同等の強度を有する。
【００１７】
請求項３に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、常温での引張強度が２６５ＭＰａ以上であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇ合金より高い強度を有する。
【００１８】
請求項４に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、常温での０．２％耐力が１６０ＭＰａ以上であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇ合金より高い耐力を有する。
【００１９】
請求項５に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、常温での０．２％耐力が２３０ＭＰａ以上であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇ合金より遙かに高い耐力を有する。
【００２０】
請求項６に係る発明は、カーボンナノ材料は、予めＳｉ微粒子が付着されている。このＳｉ微粒子がカーボンナノ材料とマトリックス金属（マグネシウム合金）とを結合する作用を発揮し、カーボンナノ複合マグネシウム合金の強度向上に寄与する。
【００２１】
請求項７に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、ダイカスト用又は鋳造用に供される。ダイカスト品や鋳造品の強度や耐熱強度を容易に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金の製造フロー図である。
【図２】製造時の温度曲線図である。
【図３】ダイカスト鋳造の原理を説明する図である。
【図４】混合体形成工程と真空蒸着工程を説明する図である。
【図５】微粒子付着カーボンナノ材料の模式図である。
【図６】図５の６−６線断面図である。
【図７】定温撹拌型温度曲線図である。
【図８】昇温撹拌型温度曲線を示す図である。
【図９】ステップ昇温撹拌型温度曲線を示す図である。
【図１０】カーボンナノ材料の含有割合と引張強さの相関を示すグラフである。
【図１１】カーボンナノ材料の含有割合と耐力の相関を示すグラフである。
【図１２】最小クリープ速度を説明するためのクリープ曲線図である。
【図１３】カーボンナノ材料の含有割合と最小クリープ速度の相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００２４】
図１（ａ）に示されるように、坩堝１１に、Ｍｇ合金インゴット１２を投入し、半溶融状態になるまで加熱することで、半溶融物Ｍｍ１を得る（半溶融工程）。
【００２５】
図１（ｂ）において、半溶融物に、カーボンナノ材料１４を投入し、撹拌機１５で撹拌する。すると、カーボンナノ材料１４はＭｇ合金１３の液相部分に分散する。これで半溶融物Ｍｍ２を得ることができる（第１撹拌工程）。
【００２６】
カーボンナノ材料１４の投入が完了したら、（ｃ）において、半溶融物Ｍｍ２を撹拌機１５で撹拌しながら、半溶融温度範囲内で加熱し、昇温することで、半溶融物Ｍｍ３を得る（第２撹拌工程）。
なお、坩堝１１は、（ａ）〜（ｃ）で共用であって差し支えない。ただし、大規模生産を図るのであれば、坩堝１１を（ａ）〜（ｃ）で個別に準備することもできる。
【００２７】
温度曲線図の一例を図２に示す。すなわち、製造工程は、マグネシウム合金を加熱して半溶融状態にする半溶融工程と、半溶融状態のマグネシウム合金へカーボンナノ材料を投入し撹拌する第１撹拌工程と、カーボンナノ材料の投入が終わった半溶融物を、半溶融温度領域で且つ前記第１撹拌工程での温度より高い温度で撹拌することでカーボンナノ複合マグネシウム合金を得る第２撹拌工程と、からなる。
【００２８】
第２撹拌工程では、半溶融領域の高温側に温度を設定し直すため、液相リッチに変化する。液相リッチであるから、図１（ｃ）において、カーボンナノ材料１４が隅々まで流動し分散される。なお、流動が過剰であるとカーボンナノ材料１４が流動先で合体し、凝固し始める虞がある。しかし、固相が存在するために、カーボンナノ材料１４の流動が適度に妨げられる。加えて、流動先で合体が起こっても、固相が合体を分離解消する役割を果たす。
【００２９】
（ｃ）での撹拌が終わったら、ポンプ１６で汲み出すことで、半溶融物の形態でのカーボンナノ複合マグネシウム合金１８を得ることができる。又は、インゴットなどの固体形態でのカーボンナノ複合マグネシウム合金１９を得ることができる。
得られたカーボンナノ複合マグネシウム合金１８又は１９はダイカスト又は鋳造に好適である。ダイカストの原理を次図で説明する
【００３０】
図３に示すように、カーボンナノ複合マグネシウム合金１８又は１９は、（ａ）に示すように、保温鍋２１で溶融温度に加熱し保温する。得られた溶湯２２は、柄杓（ひしゃく）などの汲上げ手段を用いて金属成形機２３へ供給する。
溶湯２２を、（ｂ）に示す金属成形機２３で金型２４のキャビティ２５へ供給する。（ｃ）に示す２６、２６は金型２４から取り出したカーボンナノ複合金属成形品（カーボンナノ複合金属鋳造品）である。
さらには、カーボンナノ複合金属成形品２６に、熱間圧延加工や熱間押出し加工を、施すことで、金属組織の微細化を行い、機械的特性や熱的特性を向上させることができる。
【００３１】
カーボンナノ複合金属成形品２６は、カーボンナノ材料が均一にマグネシウム合金に分散しているため、機械的性質の向上が期待される。
機械的性質のさらなる向上が要求される場合には、均一分散に加えて、濡れ性の改善が有効となる。すなわち、強化材としてのカーボンナノ材料と母材であるマグネシウム合金との間に、微細な隙間が発生すると、機械的性質が低下することが知られている。逆に、強化材が母材に密着していれば、所望の性能が発揮される。濡れ性が高いほど、密着性が高まり、高い水準の機械的性質が得られる。そこで、濡れ性の向上対策を次に説明する。
【００３２】
本発明の出発材料に一つであるカーボンナノ材料は、普通のカーボンナノ材料（Ｓｉが被覆されていない材料）と、次に説明するＳｉ被覆カーボン材料とがある。
普通のカーボンナノ材料は、直径が１．０ｎｍ（ナノメートル）〜１５０ｎｍで、長さが数μｍ〜１００μｍの超微細な炭素系材料である。
【００３３】
一方、Ｓｉ被覆カーボン材料は、例えば図４（ａ）〜（ｄ）の手順で製造される。
（ａ）：混合用容器３０に、有機溶媒（例えば１リットルのエタノール）３１を入れる。この有機溶媒３１へ、炭化物形成微粒子（例えば１０ｇのＳｉ）３２とカーボンナノ材料（例えば１０ｇ）１４とを入れる。そして、撹拌機３４にて、十分に撹拌する（例えば、毎分７５０回転で２時間）。撹拌が終了したら、吸引濾過し、高温（例えば１００℃）の空気中で十分に乾燥させる（例えば３時間）ことで、（ｂ）に示される混合体３５を得る。（ａ）〜（ｂ）が混合体形成工程である。
【００３４】
（ｃ）：得られた混合体３５を、ジルコニウム製容器３６に入れ、ジルコニウム製蓋３７を被せる。この蓋３７は非密閉蓋を採用することで、容器３６の内部と外部との通気を可能にする。
【００３５】
（ｄ）：密閉炉体３８と、炉体３８内部を加熱する加熱手段３９と、容器３６を載せる台４１、４１と、炉体３８内部を真空にする真空ポンプ４２とを備える真空炉４０を準備し、この真空炉４０に容器３６を入れる。
【００３６】
真空炉４０では、真空中で例えば１２００℃で２０時間の加熱を実施する。真空下で加熱することで、混合体３５中のＳｉ粉末が蒸発する。蒸発したＳｉがカーボンナノ材料の表面に接触し、炭化物を形成し、Ｓｉの微粒子（又はＳｉ炭化物層）となって付着する。（ｃ）〜（ｄ）が真空蒸着工程である。
得られた微粒子付着カーボンナノ材料の構造は次図で説明する。
【００３７】
図５は微粒子付着カーボンナノ材料の模式図、図６は図５の６−６線断面図であり、微粒子付着カーボンナノ材料５０は、カーボンナノ材料１４の表面全体が、炭化物層５１で被覆されている。
【００３８】
カーボンナノ材料１４表面に炭化物形成微粒子を付着させると、界面に例えばＳｉＣの反応層が形成し、カーボンナノ材料１４に炭化物層５１を強固に付着させることができる。したがって、炭化物層５１がカーボンナノ材料１４から脱落する心配はない。さらには、炭化物層５１は、カーボンナノ材料１４に比較してマトリックス金属との濡れ性が格段に良い。
【００３９】
図２で説明した温度曲線は、次に述べる図７〜図９に示す温度曲線に差し替えることができる。
図７は定温撹拌型温度曲線を示す図であり、マグネシウム合金ＡＺ９１Ｄの半溶融温度領域は４５０〜５９５℃であるが、この半溶融温度領域内の温度である、５８０℃で撹拌を実施する。すなわち、半溶融工程でＭｇ合金を５８０℃まで加熱して半溶融状態にする。次に、第１撹拌工程で、Ｍｇ合金を５８０℃に保ち、撹拌しながらＭｇ合金へカーボンナノ材料を徐々に投入する。投入が完了したら、第２撹拌工程で、Ｍｇ合金を５８０℃に保ち、６０分間撹拌する。一番重要な第２撹拌工程で、一定温度で撹拌を実施するため、定温撹拌と呼ぶ。
【００４０】
図８は昇温撹拌型温度曲線を示す図であり、半溶融工程でＭｇ合金を５７５℃まで加熱して半溶融状態にする。次に、第１撹拌工程で、Ｍｇ合金を５７５℃に保ち、撹拌しながらＭｇ合金へカーボンナノ材料を徐々に投入する。投入が完了したら、第２撹拌工程で、Ｍｇ合金を５７５℃から５９２℃まで６０分間かけて温度を高め、この間撹拌を継続する。一番重要な第２撹拌工程で、徐々に温度を上げながら撹拌を実施するため、昇温撹拌と呼ぶ。
【００４１】
図９はステップ昇温撹拌型温度曲線を示す図であり、半溶融工程でＭｇ合金を５７５℃まで加熱して半溶融状態にする。次に、第１撹拌工程で、Ｍｇ合金を５７５℃に保ち、撹拌しながらＭｇ合金へカーボンナノ材料を徐々に投入する。投入が完了したら温度を５９０℃まで上げる。第２撹拌工程で、Ｍｇ合金を５９０℃に保ち、６０分間撹拌する。第１撹拌工程の温度より第２撹拌工程の温度を上げたため、ステップ昇温撹拌と呼ぶ。
【００４２】
（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
○材料：
・マグネシウム合金：ＡＳＴＭ ＡＺ９１Ｄ（マグネシウム合金ダイカスト ＪＩＳ Ｈ ５３０３ ＭＤＣ１Ｄ相当品）。
・カーボンナノ材料：カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、又はＳｉ微粒子被覆カーボンナノチューブ（Ｓｉ＋ＣＮＴ）
・混合割合：次表に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
比較のために、耐熱Ｍｇ合金を用意した。この耐熱Ｍｇ合金の成分を次に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表１で説明したＣＮＴ−Ｍｇ合金及び表２で説明した耐熱Ｍｇ合金に以下の処理を施す。
○撹拌・温度条件：図２に示す温度曲線に基づく。
○高圧鋳造：
・加圧圧力：２００ＭＰａ
・溶融温度：６５０℃
・プレス速度：４００ｍｍ／秒
○テストピース：直径４．０ｍｍ×長さ５０ｍｍ。標点間隔２０ｍｍ
○引張試験方法：ＪＩＳ Ｚ ２２４１
【００４７】
耐熱Ｍｇ合金のテストピース及び０．１％〜４０％ＣＮＴ−Ｍｇ合金のテストピースを対象にして、常温での引張試験を実施した。その結果を次表に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
４０％ＣＮＴ−Ｍｇ合金での試験番号９では、試験片（テストピース）の作成が不可能であった。カーボンナノ材料が過剰であるため、脆くなり試験片の形状が維持できなかった。
【００５０】
試験番号１〜９での引張強さをグラフ化したものを図１０に示す。
図１０において、試験番号１は耐熱Ｍｇ合金であり、カーボンナノ材料は含まれていない。カーボンナノ材料が含まれている試験番号２〜９では、カーボンナノ材料の含有割合が増加するほど、引張強さが大きくなった。
【００５１】
比較基準となる試験番号１での引張強さが２４０ＭＰａであったのに、試験番号２は引張強さが２００ＭＰａ、試験番号３は引張強さが２３２ＭＰａであり、試験番号１（耐熱Ｍｇ合金）より小さかった。
【００５２】
逆に、横軸目盛りで２．０〜３０質量％カーボンナノ材料であれば、引張強さは２４０ＭＰａ以上となる。
【００５３】
そのため、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金において、カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での引張強度が２４０ＭＰａ以上であれば、耐熱Ｍｇ合金と同等又はそれ以上の引張強さのカーボンナノ複合マグネシウム合金が提供される。
【００５４】
加えて、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であるため、放射線成分などを含まず、安全管理が不要であり、製造コストの低減が可能となる。
【００５５】
ただし、図１０において、試験番号３の点と試験番号４の点とを結ぶ線は、横軸に対して傾斜が大きい。傾斜が大きいと、横軸の少しの変化で縦軸の読みが大きく変化し、引張強さが不安定になり勝ちである。この点、試験４〜試験８の間は傾斜が緩い。すなわち、試験４の点が、重要な変曲点となる。
【００５６】
結果、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金において、カーボンナノ材料の含有割合が、３〜３０質量％であり、常温での引張強度が２６５ＭＰａ以上であれば、耐熱Ｍｇ合金以上の引張強さのカーボンナノ複合マグネシウム合金が提供される。
【００５７】
次に、高温引張試験を実施した。なお、試験温度は１５０℃とした。試験の結果を次表に示す。
【００５８】
【表４】
【００５９】
試験番号１１〜１７（ＣＮＴ−Ｍｇ合金）の引張強さは、試験番号１０（耐熱Ｍｇ合金）の引張強さより、大きかった。カーボンナノ材料は、高温引張強度に好影響を及ぼすことが確認できた。
【００６０】
次に、引張試験と並行して、耐力試験を実施した。その結果を、次表で示す。なお、試験番号は便宜上、新たに付与した。
【００６１】
【表５】
【００６２】
試験番号１９〜２６での０．２％耐力をグラフ化したものを図１１に示す。
図１１において、試験番号１９は耐熱Ｍｇ合金であり、カーボンナノ材料は含まれていない。カーボンナノ材料が含まれている試験番号２０〜２６では、カーボンナノ材料の含有割合が増加するほど、耐力が大きくなった。
【００６３】
比較基準となる試験番号１９での耐力が１６０ＭＰａであったのに、試験番号２０は耐力が１３０ＭＰａ、試験番号２１は耐力が１５２ＭＰａであり、試験番号１９（耐熱Ｍｇ合金）より小さかった。
【００６４】
逆に、横軸目盛りで２．０〜３０質量％カーボンナノ材料であれば、耐力は１６０ＭＰａ以上となる。
【００６５】
そのため、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金において、カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が１６０ＭＰａ以上であれば、耐熱Ｍｇ合金と同等又はそれ以上の引張強さのカーボンナノ複合マグネシウム合金が提供される。
【００６６】
加えて、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であるため、放射線成分などを含まず、安全管理が不要であり、製造コストの低減が可能となる。
【００６７】
ただし、図１１において、試験番号２３の点と試験番号２４の点とを結ぶ線は、横軸に対して傾斜が大きい。傾斜が大きいと、横軸の少しの変化で縦軸の読みが大きく変化し、引張強さが不安定になり勝ちである。この点、試験２４〜試験２６の間は傾斜が緩い。すなわち、試験２４の点が、重要な変曲点となる。試験２４でのカーボン材料含有割合は９質量％で、０．２％耐力は２３７ＭＰａである。
【００６８】
結果、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金において、カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が２３０ＭＰａ以上であれば、耐熱Ｍｇ合金以上の０．２％耐力のカーボンナノ複合マグネシウム合金が提供される。
【００６９】
次に、高温耐力試験を実施した。なお、試験温度は１５０℃とした。試験の結果を次表に示す。
【００７０】
【表６】
【００７１】
試験番号２９〜３５（ＣＮＴ−Ｍｇ合金）の引張強さは、試験番号２８（耐熱Ｍｇ合金）の引張強さより、大きかった。カーボンナノ材料は、高温耐力に好影響を及ぼすことが確認できた。
【００７２】
次に、クリープ試験を実施した。
最小クリープ速度が高温強度を示す重要な数値である。この最小クリープ速度の定義を次図で説明する。
図１２に示すように、クリープ試験を行うと、先ず、試験片に１次クリープと呼ばれる初期クリープが発生する。この初期クリープは非一次関数（時間−歪）となる。クリープ試験を継続すると、一次関数の定常クリープ（２次クリープ）が現れる。クリープ試験で破断に至る場合には、破断の前に急激な歪み（伸び）が発生して非一次関数となる。この領域は３次クリープと呼ばれる。
【００７３】
定常クリープ（２次クリープ）での微分値（ｄε／ｄｔ）が、最小クリープ速度と呼ばれる。歪εは、（伸び／元の長さ）で定義されるため、無次元数である。そのために、最小クリープ速度の単位は、時間の逆数となる。以下の表では、最小クリープ速度の単位を、秒の逆数（／ｓ）とした。
【００７４】
クリープ試験は、クリープ試験機を用い、温度が２００℃で、荷重が５０ＭＰａの条件で、４００時間を限度に実施した。結果を次表に示す。
【００７５】
【表７】
【００７６】
表の最も右の欄で「破断せず」は、４００時間の試験時間が経過しても、破断に至らなかったことを意味する。試験４５は試験片が作成できなかったので、測定できなかった。
【００７７】
試験番号３７〜４４での最小クリープ速度とカーボンナノ材料との関係をグラフ化した。
図１３に示すように、カーボンナノ材料の含有割合が増加するほど、最小クリープ速度が小さくなった。最小クリープ速度は、高温伸びを表すため、高温強度を考える場合には、小さいほど好ましい。
【００７８】
比較のための試験番号３７（耐熱Ｍｇ合金）での最小クリープ速度は、１×１０−５／ｓである。試験番号３８〜４１の最小クリープ速度は試験番号３７より大きく、好ましくない。一方、試験番号４２〜４４の最小クリープ速度は試験番号３７より小さく、好ましい。試験番号４２のカーボン材料含有割合は、９質量％である。
【００７９】
図１３から、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金において、カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、温度が２００℃で荷重が５０ＭＰａの条件で求める最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であれば、耐熱Ｍｇ合金と同等又はより好ましい耐熱性能が得られることが確認できた。
【００８０】
尚、本発明に用いるカーボンナノ材料は、予めＳｉが被覆されている材料が望ましいが、Ｓｉが被覆されていない材料であっても、差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明のカーボンナノ複合マグネシウム合金は、ダイカスト用又は鋳造用に好適である。
【符号の説明】
【００８２】
１３…マグネシウム合金、１４…カーボンナノ材料、１８、１９…カーボンナノ複合マグネシウム合金、２６…ダイカスト品（カーボンナノ複合金属成形品）、３３…Ｓｉ微粒子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム又はマグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有させたカーボンナノ複合マグネシウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金は軽量であるため、軽量化が求められる車両などの部品材料として実用に供されてきた。ただし、マグネシウム合金は耐熱性能の点で難があるため、耐熱性能の向上技術が提案されてきた（例えば、特許文献１（請求項２）参照。）。
【０００３】
特許文献１の請求項２には、Ａｌを４．０超〜６ｗｔ％、Ｃａを０．３〜２ｗｔ％、Ｓｒを０．２超〜１ｗｔ％、Ｍｎを０．１〜１ｗｔ％含有し、残部がＭｇ及び不可避不純物からなるダイカスト用マグネシウム合金が示されている。
【０００４】
このダイカスト用マグネシウム合金は、Ｓｒ（ストロンチウム）を含んでいるために、クリープ強度が大きく、耐熱性能を有する。
しかし、Ｓｒは高価であり、材料コストが嵩む。また、Ｓｒは放射性物質の一つであるために、厳重な安全管理が求められ、そのためのコストが嵩む。結果、得られるダイカスト用マグネシウム合金は高価なものとなる。
【０００５】
そのため、Ｓｒを含むダイカスト用マグネシウム合金（以下、耐熱Ｍｇ合金という）並みの強度、特に耐熱強度を有しながら、安全管理コストが不要であり、製造コストを下げることができるマグネシウム合金が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７３７３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、耐熱Ｍｇ合金並みの強度、特に耐熱強度を有しながら、安全管理コストが不要であり、製造コストを下げることができるマグネシウム合金を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、温度が２００℃で荷重が５０ＭＰａの条件で求める最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での引張強度が２４０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、３〜３０質量％であり、常温での引張強度が２６５ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が１６０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が２３０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、カーボンナノ材料は、予めＳｉ微粒子が付着されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載のカーボンナノ複合マグネシウム合金は、ダイカスト用又は鋳造用に供されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇと同等の耐熱強度を有する。
加えて、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であるため、放射線成分などを含まず、安全管理が不要であり、製造コストの低減が可能となる。
【００１６】
請求項２に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、常温での引張強度が２４０ＭＰａ以上であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇと同等の強度を有する。
【００１７】
請求項３に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、常温での引張強度が２６５ＭＰａ以上であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇ合金より高い強度を有する。
【００１８】
請求項４に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、常温での０．２％耐力が１６０ＭＰａ以上であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇ合金より高い耐力を有する。
【００１９】
請求項５に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、常温での０．２％耐力が２３０ＭＰａ以上であるから、Ｓｒを含む耐熱Ｍｇ合金より遙かに高い耐力を有する。
【００２０】
請求項６に係る発明は、カーボンナノ材料は、予めＳｉ微粒子が付着されている。このＳｉ微粒子がカーボンナノ材料とマトリックス金属（マグネシウム合金）とを結合する作用を発揮し、カーボンナノ複合マグネシウム合金の強度向上に寄与する。
【００２１】
請求項７に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金は、ダイカスト用又は鋳造用に供される。ダイカスト品や鋳造品の強度や耐熱強度を容易に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るカーボンナノ複合マグネシウム合金の製造フロー図である。
【図２】製造時の温度曲線図である。
【図３】ダイカスト鋳造の原理を説明する図である。
【図４】混合体形成工程と真空蒸着工程を説明する図である。
【図５】微粒子付着カーボンナノ材料の模式図である。
【図６】図５の６−６線断面図である。
【図７】定温撹拌型温度曲線図である。
【図８】昇温撹拌型温度曲線を示す図である。
【図９】ステップ昇温撹拌型温度曲線を示す図である。
【図１０】カーボンナノ材料の含有割合と引張強さの相関を示すグラフである。
【図１１】カーボンナノ材料の含有割合と耐力の相関を示すグラフである。
【図１２】最小クリープ速度を説明するためのクリープ曲線図である。
【図１３】カーボンナノ材料の含有割合と最小クリープ速度の相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００２４】
図１（ａ）に示されるように、坩堝１１に、Ｍｇ合金インゴット１２を投入し、半溶融状態になるまで加熱することで、半溶融物Ｍｍ１を得る（半溶融工程）。
【００２５】
図１（ｂ）において、半溶融物に、カーボンナノ材料１４を投入し、撹拌機１５で撹拌する。すると、カーボンナノ材料１４はＭｇ合金１３の液相部分に分散する。これで半溶融物Ｍｍ２を得ることができる（第１撹拌工程）。
【００２６】
カーボンナノ材料１４の投入が完了したら、（ｃ）において、半溶融物Ｍｍ２を撹拌機１５で撹拌しながら、半溶融温度範囲内で加熱し、昇温することで、半溶融物Ｍｍ３を得る（第２撹拌工程）。
なお、坩堝１１は、（ａ）〜（ｃ）で共用であって差し支えない。ただし、大規模生産を図るのであれば、坩堝１１を（ａ）〜（ｃ）で個別に準備することもできる。
【００２７】
温度曲線図の一例を図２に示す。すなわち、製造工程は、マグネシウム合金を加熱して半溶融状態にする半溶融工程と、半溶融状態のマグネシウム合金へカーボンナノ材料を投入し撹拌する第１撹拌工程と、カーボンナノ材料の投入が終わった半溶融物を、半溶融温度領域で且つ前記第１撹拌工程での温度より高い温度で撹拌することでカーボンナノ複合マグネシウム合金を得る第２撹拌工程と、からなる。
【００２８】
第２撹拌工程では、半溶融領域の高温側に温度を設定し直すため、液相リッチに変化する。液相リッチであるから、図１（ｃ）において、カーボンナノ材料１４が隅々まで流動し分散される。なお、流動が過剰であるとカーボンナノ材料１４が流動先で合体し、凝固し始める虞がある。しかし、固相が存在するために、カーボンナノ材料１４の流動が適度に妨げられる。加えて、流動先で合体が起こっても、固相が合体を分離解消する役割を果たす。
【００２９】
（ｃ）での撹拌が終わったら、ポンプ１６で汲み出すことで、半溶融物の形態でのカーボンナノ複合マグネシウム合金１８を得ることができる。又は、インゴットなどの固体形態でのカーボンナノ複合マグネシウム合金１９を得ることができる。
得られたカーボンナノ複合マグネシウム合金１８又は１９はダイカスト又は鋳造に好適である。ダイカストの原理を次図で説明する
【００３０】
図３に示すように、カーボンナノ複合マグネシウム合金１８又は１９は、（ａ）に示すように、保温鍋２１で溶融温度に加熱し保温する。得られた溶湯２２は、柄杓（ひしゃく）などの汲上げ手段を用いて金属成形機２３へ供給する。
溶湯２２を、（ｂ）に示す金属成形機２３で金型２４のキャビティ２５へ供給する。（ｃ）に示す２６、２６は金型２４から取り出したカーボンナノ複合金属成形品（カーボンナノ複合金属鋳造品）である。
さらには、カーボンナノ複合金属成形品２６に、熱間圧延加工や熱間押出し加工を、施すことで、金属組織の微細化を行い、機械的特性や熱的特性を向上させることができる。
【００３１】
カーボンナノ複合金属成形品２６は、カーボンナノ材料が均一にマグネシウム合金に分散しているため、機械的性質の向上が期待される。
機械的性質のさらなる向上が要求される場合には、均一分散に加えて、濡れ性の改善が有効となる。すなわち、強化材としてのカーボンナノ材料と母材であるマグネシウム合金との間に、微細な隙間が発生すると、機械的性質が低下することが知られている。逆に、強化材が母材に密着していれば、所望の性能が発揮される。濡れ性が高いほど、密着性が高まり、高い水準の機械的性質が得られる。そこで、濡れ性の向上対策を次に説明する。
【００３２】
本発明の出発材料に一つであるカーボンナノ材料は、普通のカーボンナノ材料（Ｓｉが被覆されていない材料）と、次に説明するＳｉ被覆カーボン材料とがある。
普通のカーボンナノ材料は、直径が１．０ｎｍ（ナノメートル）〜１５０ｎｍで、長さが数μｍ〜１００μｍの超微細な炭素系材料である。
【００３３】
一方、Ｓｉ被覆カーボン材料は、例えば図４（ａ）〜（ｄ）の手順で製造される。
（ａ）：混合用容器３０に、有機溶媒（例えば１リットルのエタノール）３１を入れる。この有機溶媒３１へ、炭化物形成微粒子（例えば１０ｇのＳｉ）３２とカーボンナノ材料（例えば１０ｇ）１４とを入れる。そして、撹拌機３４にて、十分に撹拌する（例えば、毎分７５０回転で２時間）。撹拌が終了したら、吸引濾過し、高温（例えば１００℃）の空気中で十分に乾燥させる（例えば３時間）ことで、（ｂ）に示される混合体３５を得る。（ａ）〜（ｂ）が混合体形成工程である。
【００３４】
（ｃ）：得られた混合体３５を、ジルコニウム製容器３６に入れ、ジルコニウム製蓋３７を被せる。この蓋３７は非密閉蓋を採用することで、容器３６の内部と外部との通気を可能にする。
【００３５】
（ｄ）：密閉炉体３８と、炉体３８内部を加熱する加熱手段３９と、容器３６を載せる台４１、４１と、炉体３８内部を真空にする真空ポンプ４２とを備える真空炉４０を準備し、この真空炉４０に容器３６を入れる。
【００３６】
真空炉４０では、真空中で例えば１２００℃で２０時間の加熱を実施する。真空下で加熱することで、混合体３５中のＳｉ粉末が蒸発する。蒸発したＳｉがカーボンナノ材料の表面に接触し、炭化物を形成し、Ｓｉの微粒子（又はＳｉ炭化物層）となって付着する。（ｃ）〜（ｄ）が真空蒸着工程である。
得られた微粒子付着カーボンナノ材料の構造は次図で説明する。
【００３７】
図５は微粒子付着カーボンナノ材料の模式図、図６は図５の６−６線断面図であり、微粒子付着カーボンナノ材料５０は、カーボンナノ材料１４の表面全体が、炭化物層５１で被覆されている。
【００３８】
カーボンナノ材料１４表面に炭化物形成微粒子を付着させると、界面に例えばＳｉＣの反応層が形成し、カーボンナノ材料１４に炭化物層５１を強固に付着させることができる。したがって、炭化物層５１がカーボンナノ材料１４から脱落する心配はない。さらには、炭化物層５１は、カーボンナノ材料１４に比較してマトリックス金属との濡れ性が格段に良い。
【００３９】
図２で説明した温度曲線は、次に述べる図７〜図９に示す温度曲線に差し替えることができる。
図７は定温撹拌型温度曲線を示す図であり、マグネシウム合金ＡＺ９１Ｄの半溶融温度領域は４５０〜５９５℃であるが、この半溶融温度領域内の温度である、５８０℃で撹拌を実施する。すなわち、半溶融工程でＭｇ合金を５８０℃まで加熱して半溶融状態にする。次に、第１撹拌工程で、Ｍｇ合金を５８０℃に保ち、撹拌しながらＭｇ合金へカーボンナノ材料を徐々に投入する。投入が完了したら、第２撹拌工程で、Ｍｇ合金を５８０℃に保ち、６０分間撹拌する。一番重要な第２撹拌工程で、一定温度で撹拌を実施するため、定温撹拌と呼ぶ。
【００４０】
図８は昇温撹拌型温度曲線を示す図であり、半溶融工程でＭｇ合金を５７５℃まで加熱して半溶融状態にする。次に、第１撹拌工程で、Ｍｇ合金を５７５℃に保ち、撹拌しながらＭｇ合金へカーボンナノ材料を徐々に投入する。投入が完了したら、第２撹拌工程で、Ｍｇ合金を５７５℃から５９２℃まで６０分間かけて温度を高め、この間撹拌を継続する。一番重要な第２撹拌工程で、徐々に温度を上げながら撹拌を実施するため、昇温撹拌と呼ぶ。
【００４１】
図９はステップ昇温撹拌型温度曲線を示す図であり、半溶融工程でＭｇ合金を５７５℃まで加熱して半溶融状態にする。次に、第１撹拌工程で、Ｍｇ合金を５７５℃に保ち、撹拌しながらＭｇ合金へカーボンナノ材料を徐々に投入する。投入が完了したら温度を５９０℃まで上げる。第２撹拌工程で、Ｍｇ合金を５９０℃に保ち、６０分間撹拌する。第１撹拌工程の温度より第２撹拌工程の温度を上げたため、ステップ昇温撹拌と呼ぶ。
【００４２】
（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
○材料：
・マグネシウム合金：ＡＳＴＭ ＡＺ９１Ｄ（マグネシウム合金ダイカスト ＪＩＳ Ｈ ５３０３ ＭＤＣ１Ｄ相当品）。
・カーボンナノ材料：カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、又はＳｉ微粒子被覆カーボンナノチューブ（Ｓｉ＋ＣＮＴ）
・混合割合：次表に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
比較のために、耐熱Ｍｇ合金を用意した。この耐熱Ｍｇ合金の成分を次に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表１で説明したＣＮＴ−Ｍｇ合金及び表２で説明した耐熱Ｍｇ合金に以下の処理を施す。
○撹拌・温度条件：図２に示す温度曲線に基づく。
○高圧鋳造：
・加圧圧力：２００ＭＰａ
・溶融温度：６５０℃
・プレス速度：４００ｍｍ／秒
○テストピース：直径４．０ｍｍ×長さ５０ｍｍ。標点間隔２０ｍｍ
○引張試験方法：ＪＩＳ Ｚ ２２４１
【００４７】
耐熱Ｍｇ合金のテストピース及び０．１％〜４０％ＣＮＴ−Ｍｇ合金のテストピースを対象にして、常温での引張試験を実施した。その結果を次表に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
４０％ＣＮＴ−Ｍｇ合金での試験番号９では、試験片（テストピース）の作成が不可能であった。カーボンナノ材料が過剰であるため、脆くなり試験片の形状が維持できなかった。
【００５０】
試験番号１〜９での引張強さをグラフ化したものを図１０に示す。
図１０において、試験番号１は耐熱Ｍｇ合金であり、カーボンナノ材料は含まれていない。カーボンナノ材料が含まれている試験番号２〜９では、カーボンナノ材料の含有割合が増加するほど、引張強さが大きくなった。
【００５１】
比較基準となる試験番号１での引張強さが２４０ＭＰａであったのに、試験番号２は引張強さが２００ＭＰａ、試験番号３は引張強さが２３２ＭＰａであり、試験番号１（耐熱Ｍｇ合金）より小さかった。
【００５２】
逆に、横軸目盛りで２．０〜３０質量％カーボンナノ材料であれば、引張強さは２４０ＭＰａ以上となる。
【００５３】
そのため、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金において、カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での引張強度が２４０ＭＰａ以上であれば、耐熱Ｍｇ合金と同等又はそれ以上の引張強さのカーボンナノ複合マグネシウム合金が提供される。
【００５４】
加えて、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であるため、放射線成分などを含まず、安全管理が不要であり、製造コストの低減が可能となる。
【００５５】
ただし、図１０において、試験番号３の点と試験番号４の点とを結ぶ線は、横軸に対して傾斜が大きい。傾斜が大きいと、横軸の少しの変化で縦軸の読みが大きく変化し、引張強さが不安定になり勝ちである。この点、試験４〜試験８の間は傾斜が緩い。すなわち、試験４の点が、重要な変曲点となる。
【００５６】
結果、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金において、カーボンナノ材料の含有割合が、３〜３０質量％であり、常温での引張強度が２６５ＭＰａ以上であれば、耐熱Ｍｇ合金以上の引張強さのカーボンナノ複合マグネシウム合金が提供される。
【００５７】
次に、高温引張試験を実施した。なお、試験温度は１５０℃とした。試験の結果を次表に示す。
【００５８】
【表４】
【００５９】
試験番号１１〜１７（ＣＮＴ−Ｍｇ合金）の引張強さは、試験番号１０（耐熱Ｍｇ合金）の引張強さより、大きかった。カーボンナノ材料は、高温引張強度に好影響を及ぼすことが確認できた。
【００６０】
次に、引張試験と並行して、耐力試験を実施した。その結果を、次表で示す。なお、試験番号は便宜上、新たに付与した。
【００６１】
【表５】
【００６２】
試験番号１９〜２６での０．２％耐力をグラフ化したものを図１１に示す。
図１１において、試験番号１９は耐熱Ｍｇ合金であり、カーボンナノ材料は含まれていない。カーボンナノ材料が含まれている試験番号２０〜２６では、カーボンナノ材料の含有割合が増加するほど、耐力が大きくなった。
【００６３】
比較基準となる試験番号１９での耐力が１６０ＭＰａであったのに、試験番号２０は耐力が１３０ＭＰａ、試験番号２１は耐力が１５２ＭＰａであり、試験番号１９（耐熱Ｍｇ合金）より小さかった。
【００６４】
逆に、横軸目盛りで２．０〜３０質量％カーボンナノ材料であれば、耐力は１６０ＭＰａ以上となる。
【００６５】
そのため、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金において、カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が１６０ＭＰａ以上であれば、耐熱Ｍｇ合金と同等又はそれ以上の引張強さのカーボンナノ複合マグネシウム合金が提供される。
【００６６】
加えて、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であるため、放射線成分などを含まず、安全管理が不要であり、製造コストの低減が可能となる。
【００６７】
ただし、図１１において、試験番号２３の点と試験番号２４の点とを結ぶ線は、横軸に対して傾斜が大きい。傾斜が大きいと、横軸の少しの変化で縦軸の読みが大きく変化し、引張強さが不安定になり勝ちである。この点、試験２４〜試験２６の間は傾斜が緩い。すなわち、試験２４の点が、重要な変曲点となる。試験２４でのカーボン材料含有割合は９質量％で、０．２％耐力は２３７ＭＰａである。
【００６８】
結果、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金において、カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が２３０ＭＰａ以上であれば、耐熱Ｍｇ合金以上の０．２％耐力のカーボンナノ複合マグネシウム合金が提供される。
【００６９】
次に、高温耐力試験を実施した。なお、試験温度は１５０℃とした。試験の結果を次表に示す。
【００７０】
【表６】
【００７１】
試験番号２９〜３５（ＣＮＴ−Ｍｇ合金）の引張強さは、試験番号２８（耐熱Ｍｇ合金）の引張強さより、大きかった。カーボンナノ材料は、高温耐力に好影響を及ぼすことが確認できた。
【００７２】
次に、クリープ試験を実施した。
最小クリープ速度が高温強度を示す重要な数値である。この最小クリープ速度の定義を次図で説明する。
図１２に示すように、クリープ試験を行うと、先ず、試験片に１次クリープと呼ばれる初期クリープが発生する。この初期クリープは非一次関数（時間−歪）となる。クリープ試験を継続すると、一次関数の定常クリープ（２次クリープ）が現れる。クリープ試験で破断に至る場合には、破断の前に急激な歪み（伸び）が発生して非一次関数となる。この領域は３次クリープと呼ばれる。
【００７３】
定常クリープ（２次クリープ）での微分値（ｄε／ｄｔ）が、最小クリープ速度と呼ばれる。歪εは、（伸び／元の長さ）で定義されるため、無次元数である。そのために、最小クリープ速度の単位は、時間の逆数となる。以下の表では、最小クリープ速度の単位を、秒の逆数（／ｓ）とした。
【００７４】
クリープ試験は、クリープ試験機を用い、温度が２００℃で、荷重が５０ＭＰａの条件で、４００時間を限度に実施した。結果を次表に示す。
【００７５】
【表７】
【００７６】
表の最も右の欄で「破断せず」は、４００時間の試験時間が経過しても、破断に至らなかったことを意味する。試験４５は試験片が作成できなかったので、測定できなかった。
【００７７】
試験番号３７〜４４での最小クリープ速度とカーボンナノ材料との関係をグラフ化した。
図１３に示すように、カーボンナノ材料の含有割合が増加するほど、最小クリープ速度が小さくなった。最小クリープ速度は、高温伸びを表すため、高温強度を考える場合には、小さいほど好ましい。
【００７８】
比較のための試験番号３７（耐熱Ｍｇ合金）での最小クリープ速度は、１×１０−５／ｓである。試験番号３８〜４１の最小クリープ速度は試験番号３７より大きく、好ましくない。一方、試験番号４２〜４４の最小クリープ速度は試験番号３７より小さく、好ましい。試験番号４２のカーボン材料含有割合は、９質量％である。
【００７９】
図１３から、マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金において、カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、温度が２００℃で荷重が５０ＭＰａの条件で求める最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であれば、耐熱Ｍｇ合金と同等又はより好ましい耐熱性能が得られることが確認できた。
【００８０】
尚、本発明に用いるカーボンナノ材料は、予めＳｉが被覆されている材料が望ましいが、Ｓｉが被覆されていない材料であっても、差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明のカーボンナノ複合マグネシウム合金は、ダイカスト用又は鋳造用に好適である。
【符号の説明】
【００８２】
１３…マグネシウム合金、１４…カーボンナノ材料、１８、１９…カーボンナノ複合マグネシウム合金、２６…ダイカスト品（カーボンナノ複合金属成形品）、３３…Ｓｉ微粒子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、温度が２００℃で荷重が５０ＭＰａの条件で求める最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項２】
マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での引張強度が２４０ＭＰａ以上であることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項３】
マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、３〜３０質量％であり、常温での引張強度が２６５ＭＰａ以上であることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項４】
マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が１６０ＭＰａ以上であることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項５】
マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が２３０ＭＰａ以上であることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項６】
前記カーボンナノ材料は、予めＳｉ微粒子が付着されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載のカーボンナノ複合マグネシウム合金は、ダイカスト用又は鋳造用に供されることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項１】
マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、温度が２００℃で荷重が５０ＭＰａの条件で求める最小クリープ速度が１×１０−５／ｓ以下であることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項２】
マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での引張強度が２４０ＭＰａ以上であることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項３】
マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、３〜３０質量％であり、常温での引張強度が２６５ＭＰａ以上であることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項４】
マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、２〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が１６０ＭＰａ以上であることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項５】
マグネシウム合金に、カーボンナノ材料を含有してなるカーボンナノ複合マグネシウム合金であって、前記カーボンナノ材料の含有割合が、９〜３０質量％であり、常温での０．２％耐力が２３０ＭＰａ以上であることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項６】
前記カーボンナノ材料は、予めＳｉ微粒子が付着されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載のカーボンナノ複合マグネシウム合金は、ダイカスト用又は鋳造用に供されることを特徴とするカーボンナノ複合マグネシウム合金。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１８９７１７（Ｐ２０１０−１８９７１７Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３５５７１（Ｐ２００９−３５５７１）
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（０００２２７０５４）日精樹脂工業株式会社 (293)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（０００２２７０５４）日精樹脂工業株式会社 (293)
【Ｆターム（参考）】
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