マグネシウム合金の製造方法
【課題】ＬＰＳＯ相の析出熱処理を長時間行わなくても高強度化を維持することである。
【解決手段】本発明の一態様は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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ｂ原子％含有し、残部がＭｇからなり、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たす鋳造物を形成する工程と、前記鋳造物に溶体化処理を施すことにより、前記鋳造物に析出物を残存させる工程と、前記析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を形成する工程と、を具備し、前記溶体化処理を施す工程では前記鋳造物に長周期積層構造相が析出されず、前記塑性加工を行う工程では前記塑性加工物に長周期積層構造相が析出されることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法である。
（１）０．２≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ−０．５≦ｂ
【解決手段】本発明の一態様は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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ｂ原子％含有し、残部がＭｇからなり、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たす鋳造物を形成する工程と、前記鋳造物に溶体化処理を施すことにより、前記鋳造物に析出物を残存させる工程と、前記析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を形成する工程と、を具備し、前記溶体化処理を施す工程では前記鋳造物に長周期積層構造相が析出されず、前記塑性加工を行う工程では前記塑性加工物に長周期積層構造相が析出されることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法である。
（１）０．２≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ−０．５≦ｂ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
Ｍｇ−Ｚｎ−Ｇｄ合金は、鋳造直後の合金材（以下、「鋳造まま材」という。）では長周期積層構造相（以下、「ＬＰＳＯ相」という。）は発現せず、その鋳造まま材に溶体化処理（520℃×2hr）を行い、その後析出処理（400℃で10hr）を行うことでＬＰＳＯ相が析出する。特許文献１に開示されているように、通常はＬＰＳＯ相を析出させた後に押出加工などの塑性加工を行うことで高強度化が達成される。
【０００３】
しかし、上述のようにＬＰＳＯ相を析出するための熱処理条件が長時間かつ複雑工程であるため、工程数の増加、高負荷、高温析出であるためエネルギー効率も悪く、実産業向きではないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４１３９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一態様は、ＬＰＳＯ相の析出熱処理を長時間行わなくても高強度化を維持することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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ｂ原子％含有し、残部がＭｇからなり、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たす鋳造物を形成する工程と、
前記鋳造物に溶体化処理を施すことにより、前記鋳造物に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種類の析出物を残存させる工程と、
前記少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を形成する工程と、
を具備し、
前記溶体化処理を施す工程では前記鋳造物に長周期積層構造相が析出されず、
前記塑性加工を行う工程では前記塑性加工物に長周期積層構造相が析出されることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法である。
（１）０．２≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ−０．５≦ｂ
【０００７】
本発明の一態様は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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ｂ原子％含有し、残部がＭｇからなり、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たす鋳造物を形成する工程と、
前記鋳造物に溶体化処理を施すことにより、前記鋳造物に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種類の析出物を残存させる工程と、
前記少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を形成する工程と、
を具備し、
前記溶体化処理を施す工程では前記鋳造物に長周期積層構造相が析出されず、
前記塑性加工を行う工程では前記塑性加工物に長周期積層構造相が析出されることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法である。
（１）０．２≦ａ≦３．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）２ａ−３≦ｂ
【０００８】
上記の本発明の一態様によれば、鋳造物に溶体化処理を施すことにより前記少なくとも１種類の析出物を残存させ、この少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行っている。このため、塑性加工を行う工程で鋳造物に長周期積層構造相を析出させることができ、且つ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。つまり、前記塑性加工物は、ｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有する結晶組織を備え、前記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。
【０００９】
また、上記の本発明の一態様によれば、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。
【００１０】
また、本発明の一態様において、前記少なくとも１種類の析出物がＭｇ３Ｇｄ化合物であっても良い。
【００１１】
また、本発明の一態様において、前記鋳造物にＹｂ、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）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【００１２】
また、本発明の一態様において、前記鋳造物にＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ及びＭｍ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≦２．０
（５）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【００１３】
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。
【００１４】
また、本発明の一態様において、前記鋳造物にＹｂ、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及びＭｍ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≦２．０
（６）０．５≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様を適用することで、ＬＰＳＯ相の析出熱処理を長時間行わなくても高強度化を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】試験片１〜６、比較片１〜１２それぞれに室温（Ｒ．Ｔ．）で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。
【図２】試験片１〜６、比較片１〜１２に２５０℃の温度で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。
【図３】比較片１（鋳造まま＋押出加工）、試験片１（溶体化処理＋押出加工）及び比較片７（ＬＰＳＯ相析出＋押出加工）それぞれの結晶組織を示す写真である。
【図４】試験片７〜１３、比較片１３〜１９それぞれに室温（Ｒ．Ｔ．）で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。
【図５】試験片７〜１３、比較片１３〜１９に２５０℃の温度で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１８】
本発明の一態様は、作業工程の削減による高効率化と軽負荷化を目指したもので有り、従来技術と同等の強度と延性が得られるのであればエネルギー効率の向上と環境配慮が実工業部材としてより鮮明にしようとするもので、製造コストを下げ、高強度マグネシウム合金を得ようとするものである。
【００１９】
本発明の一態様は、従来のＭｇ−Ｚｎ−（Ｇｄ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｌｕ）合金の製造プロセスの工程省略に関するものである。従来のマグネシウム合金の発明は、その多くが強度の向上を目的とするものであるが、実用化にあたり、成形性の向上が必要となる。すなわち、本発明の一態様は、従来よりも延性の高いマグネシウム合金の製造方法である。
【００２０】
なお、本発明の一態様の産業上の利用分野としては、従来のＭｇ−Ｚｎ−Ｇｄ合金押出材と同一箇所に適用が可能である。強度を剛性にて規格化した場合、強度を用いる。その際に降伏応力が高いＭｇ合金を車両部材・内外装品に用いることは構造設計の観点からも軽量化が期待でき、エネルギー効率の向上とＣＯ２抑制が可能であるため、自動車や鉄道車両といった我が国の基幹産業への利用が見込まれる。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の一態様に係るマグネシウム合金は、Ｍｇ、Ｚｎ及びＧｄ又はＴｂ又はＴｍ又はＬｕを含む３元以上の合金である。このマグネシウム合金はＺｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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）を満たすような組成範囲を有する。また、ａとｂは下記式（１'）〜（３'）を満たすような組成範囲を有することがより好ましい。
（１）０．２≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ−０．５≦ｂ
（１'）０．２≦ａ≦３．０
（２'）０．５≦ｂ≦５．０
（３'）２ａ−３≦ｂ
【００２２】
尚、Ｇｄのさらに好ましい上限含有量は、経済性及び比重の増加を考慮すると、３原子％未満である。
また、前記マグネシウム合金におけるＧｄの含有量とＺｎの含有量の比は、２：１又はそれに近い比であることが特に好ましい。このような含有量の比にすることより高強度高靭性を特に向上させることができる。
【００２３】
また、前記マグネシウム合金にＹｂ、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。これらの元素を含有することにより、結晶粒を微細化させる効果、金属間化合物を析出させる効果が得られる。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【００２４】
また、前記マグネシウム合金にＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ及びＭｍ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。これらの元素を含有することにより、結晶粒を微細化させる効果、金属間化合物を析出させる効果が得られる。
（４）０≦ｃ≦２．０
（５）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【００２５】
また、前記マグネシウム合金にＹｂ、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及びＭｍ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。これらの元素を含有することにより、結晶粒を微細化させる効果、金属間化合物を析出させる効果が得られる。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ≦２．０
（６）０．５≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
【００２６】
また、前記マグネシウム合金にＤｙ、Ｈｏ及びＥｒ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１．５原子％以下含有することも可能である。また、前記マグネシウム合金にＹを合計で０原子％超１．０原子％以下含有することも可能である。これらの希土類元素を含有させることにより、長周期積層構造相の形成を促進させることができる。
【００２７】
また、前記マグネシウム合金にＡｌ、Ｔｈ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｂ及びＣ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。これらの元素を含有することにより、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。
【００２８】
上記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。このマグネシウム合金鋳造物には、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種類の析出物が析出されている。なお、このマグネシウム合金には長周期積層構造相が形成されていない。
【００２９】
次いで、マグネシウム合金鋳造物に溶体化処理を施す。この溶体化処理では、上記の少なくとも１種類の析出物を残存させる。また、この溶体化処理ではマグネシウム合金に長周期積層構造相が形成されない。
【００３０】
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、引抜及び鍛造、これらの繰り返し加工、ＦＳＷ（摩擦攪拌溶接）などの塑性変形を伴う加工を用いる。また、前記塑性加工は、圧延、押出し、ＥＣＡＥ、引抜加工及び鍛造のうち単独でも組み合わせでも可能である。なお、押出比は５以上であることが好ましい。
【００３１】
また、上記の塑性加工は、例えば押出し温度が２５０℃以上５００℃以下、押出しによる断面減少率が５％以上である押出加工、例えば圧延温度が２５０℃以上５００℃以下、圧下率が５％以上である圧延加工、例えば温度が２５０℃以上５００℃以下、ＥＣＡＥのパス回数が１パス以上であるＥＣＡＥ、例えば温度が２５０℃以上５００℃以下、断面減少率が５％以上である引抜加工、例えば２５０℃以上５００℃以下、加工率が５％以上である鍛造加工であっても良い。
【００３２】
また、前述したＹｂ、Ｓｍ及びＮｄそれぞれは、それらとＭｇとＺｎの３元合金では、鋳造物に長周期積層構造の結晶組織を形成しない希土類元素であってマグネシウムに固溶限があるものである。
【００３３】
また、前述したＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ及びＭｍそれぞれは、それらとＭｇとＺｎの３元合金では、前記マグネシウム合金鋳造物に長周期積層構造の結晶組織を形成しない希土類元素であってマグネシウムに固溶限が殆ど無いものである。
【００３４】
また、本発明の一態様においては、前記塑性加工物を形成する工程の後に、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】
本実施の形態によれば、鋳造物に溶体化処理を施すことにより上記の少なくとも１種類の析出物を残存させ、この少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行っている。このため、塑性加工を行う工程で鋳造物に長周期積層構造相を析出させることができ、且つ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。
【００３６】
つまり、上記のように塑性加工を行った塑性加工物は、常温においてα−Ｍｇ相及び少なくとも一部が湾曲又は屈曲した長周期積層構造相の結晶組織を有する。また、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。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
まず、本発明の実施例によるマグネシウム合金の試験片および比較片を作製した。
【００３８】
図１は、試験片１〜６、比較片１〜１２それぞれに室温（Ｒ．Ｔ．）で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。図２は、試験片１〜６、比較片１〜１２に２５０℃の温度で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。図１、図２に示す「Ｙ．Ｓ．」は降伏応力であり、「Ｅｌ．」は伸びである。試験片および比較片それぞれの製造方法は下記のとおりである。
【００３９】
（試験片１〜６）
Ｚｎを１原子％、Ｇｄを２原子％含有し、残部がＭｇと不可避的不純物からなるマグネシウム合金を真空溶解炉に投入して溶解を行った。次に、加熱溶解した材料を金型に入れて鋳造し、φ２９ｍｍ×Ｌ６０ｍｍのインゴット（鋳造材）を作製した。次に、インゴットに５２０℃の温度で２時間の溶体化処理を行った。次に、押出温度３５０℃において押出比１０、押出速度２．５ｍｍ／秒として塑性加工（押出加工）を行った。次に、試験片２〜６の押出材に２００℃〜４００℃の範囲で１時間熱処理を施した後に引張試験を行った。なお、試験片１の押出材には熱処理を施していない。
【００４０】
（比較片１〜６）
Ｚｎを１原子％、Ｇｄを２原子％含有し、残部がＭｇと不可避的不純物からなるマグネシウム合金を真空溶解炉に投入して溶解を行った。次に、加熱溶解した材料を金型に入れて鋳造し、φ２９ｍｍ×Ｌ６０ｍｍのインゴット（鋳造材）を作製した。次に、押出温度３５０℃において押出比１０、押出速度２．５ｍｍ／秒として塑性加工（押出加工）を行った。次に、比較片２〜６の押出材に２００℃〜４００℃の範囲で１時間熱処理を施した後に引張試験を行った。なお、比較片１の押出材には熱処理を施していない。比較片１〜６には溶体化処理を行っていない。
【００４１】
（比較片７〜１２）
Ｚｎを２原子％、Ｙを２原子％含有し、残部がＭｇと不可避的不純物からなるマグネシウム合金を真空溶解炉に投入して溶解を行った。次に、加熱溶解した材料を金型に入れて鋳造し、φ２９ｍｍ×Ｌ６０ｍｍのインゴット（鋳造材）を作製した。次に、インゴットに５２０℃の温度で２時間の溶体化処理を行った。次に、インゴットに４００℃で１０時間の熱処理を行うことにより、インゴットにＬＰＳＯ相を析出させた。次に、押出温度３５０℃において押出比１０、押出速度２．５ｍｍ／秒として塑性加工（押出加工）を行った。次に、比較片８〜１２の押出材に２００℃〜４００℃の範囲で１時間熱処理を施した後に引張試験を行った。なお、比較片７の押出材には熱処理を施していない。
【００４２】
図１及び図２において、参照符号１６Ｙは試験片１〜６の降伏応力を示すグラフであり、参照符号１６Ｅは試験片１〜６の伸びを示すグラフであり、参照符号１７Ｙは比較片１〜６の降伏応力を示すグラフであり、参照符号１７Ｅは比較片１〜６の伸びを示すグラフであり、参照符号１８Ｙは比較片７〜１２の降伏応力を示すグラフであり、参照符号１８Ｅは比較片７〜１２の伸びを示すグラフである。
【００４３】
図１及び図２によれば、試験片１〜６のように溶体化処理後にＬＰＳＯの析出処理を行うことなく、押出加工を行うことで、押出加工中にＬＰＳＯ相を析出せしめ、高強度マグネシウム合金を作製できることが確認された。室温での引張試験では、試験片１によって得られる押出加工材の降伏応力が３８５ＭＰａ、伸びが７．２％を示す。なお、比較片７によって得られる押出加工材の降伏応力は３９２ＭＰａ、伸びは６．５％である。また、試験温度を２５０℃としたときの試験片１によって得られる押出加工材の降伏応力が２９８ＭＰａ、伸びが２１．５％を示す。なお、比較片７によって得られる押出加工材の降伏応力は３１０ＭＰａ、伸びは２０．５％である。
また、200℃〜400℃の範囲で熱処理を施した後に引張試験を行うと熱処理温度325℃までは強度に変化は無く、延性は改善する。すなわち、熱処理を行っても強度低下を最小限に抑止する一方で延性は向上するといった特徴を有し、熱処理温度が高くともこれらは達成される。つまり、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｇｄ合金では多少の強度低下はあるものの３２５℃までは熱的に安定している。図１及び図２においては、左から熱処理無し、２００℃、３００℃、３２５℃、３５０℃、４００℃の熱処理温度でプロットしている。耐力は多少低下するが、伸びは大きく改善していることが分かる。
【００４４】
図１及び図２に示すように、室温と高温（２５０℃）に於ける強度特性に大きな変化が無いことから、４００℃で１０時間のＬＰＳＯ相の析出処理工程を削減できることが確認された。ここで、本実施例の鍵は、溶体化処理時に析出物（例えばＭｇ３Ｇｄ化合物）を全て消しきらずに残存させる点にある。残存する析出物によって押出加工中に受ける熱及び加工によりＬＰＳＯ相を析出できたものと考えられる。
【００４５】
試験片１〜６及び比較片１〜１２に２００℃〜４００℃の範囲で熱処理を施した後に引張試験を行うと熱処理温度３００℃までは機械的特性に変化は無く、その後熱処理温度を高くしても強度の低下傾向と延性の向上傾向はほぼ同一であった。
【００４６】
また、鋳造まま材をそのまま押出加工した比較片１〜６の強度は著しく低下し、延性は高い傾向にあった。
また、溶体化処理し、そのまま押出加工した試験片１〜６は、比較片７〜１２と同程度の強度と延性を有していた。
また、従来プロセス材である比較片７〜１２の強度と延性は、従来より報告されている程度であった。
【００４７】
図３は、比較片１（鋳造まま＋押出加工）、試験片１（溶体化処理＋押出加工）及び比較片７（ＬＰＳＯ相析出＋押出加工）それぞれの結晶組織を示す写真である。試験片１では、析出、化合物がありＬＰＳＯ相が現出している。
【００４８】
（実施例２）
まず、本発明の実施例によるマグネシウム合金の試験片および比較片を作製した。
【００４９】
図４は、試験片７〜１３、比較片１３〜１９それぞれに室温（Ｒ．Ｔ．）で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。図５は、試験片７〜１３、比較片１３〜１９に２５０℃の温度で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。図４、図５に示す「Ｙ．Ｓ．」は降伏応力であり、「Ｅｌ．」は伸びである。試験片および比較片それぞれの製造方法は下記のとおりである。
【００５０】
（試験片７〜１３）
Ｚｎを１原子％、Ｇｄを２原子％含有し、残部がＭｇと不可避的不純物からなるマグネシウム合金を真空溶解炉に投入して溶解を行った。次に、加熱溶解した材料を金型に入れて鋳造し、φ２９ｍｍ×Ｌ６０ｍｍのインゴット（鋳造材）を作製した。次に、インゴットに５２０℃の温度で２時間の溶体化処理を行った。次に、押出温度３５０℃において押出比１０、押出速度２．５ｍｍ／秒として塑性加工（押出加工）を行った。次に、試験片７〜１３の押出材に３００℃の温度で０．１〜１０００時間熱処理を施した後に引張試験を行った。
【００５１】
（比較片１３〜１９）
Ｚｎを２原子％、Ｙを２原子％含有し、残部がＭｇと不可避的不純物からなるマグネシウム合金を真空溶解炉に投入して溶解を行った。次に、加熱溶解した材料を金型に入れて鋳造し、φ２９ｍｍ×Ｌ６０ｍｍのインゴット（鋳造材）を作製した。次に、インゴットに５２０℃の温度で２時間の溶体化処理を行った。次に、インゴットに４００℃で１０時間の熱処理を行うことにより、インゴットにＬＰＳＯ相を析出させた。次に、押出温度３５０℃において押出比１０、押出速度２．５ｍｍ／秒として塑性加工（押出加工）を行った。次に、比較片１３〜１９の押出材に３００℃の温度で０．１〜１０００時間熱処理を施した後に引張試験を行った。
【００５２】
図４及び図５において、参照符号１９Ｙは試験片７〜１３の降伏応力を示すグラフであり、参照符号１９Ｅは試験片７〜１３の伸びを示すグラフであり、参照符号２０Ｙは比較片１３〜１９の降伏応力を示すグラフであり、参照符号２０Ｅは比較片１３〜１９の伸びを示すグラフである。
【００５３】
図４に示すように、室温引張試験では、試験片７〜１３及び比較片１３〜１９の押出材の熱的安定性が同じ傾向にあった。
【００５４】
図５に示すように、高温引張試験（２５０℃）では、熱処理時間の増加に伴う機械的特性の低下が試験片７〜１３及び比較片１３〜１９の押出材で同じ傾向にあったが、降伏応力は試験片７〜１３の押出材のほうが高かった。
【符号の説明】
【００５５】
１６Ｙ 試験片１〜６の降伏応力
１６Ｅ 試験片１〜６の伸び
１７Ｙ 比較片１〜６の降伏応力
１７Ｅ 比較片１〜６の伸び
１８Ｙ 比較片７〜１２の降伏応力
１８Ｅ 比較片７〜１２の伸び
１９Ｙ 試験片７〜１３の降伏応力
１９Ｅ 試験片７〜１３の伸び
２０Ｙ 比較片１３〜１９の降伏応力
２０Ｅ 比較片１３〜１９の伸び
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
Ｍｇ−Ｚｎ−Ｇｄ合金は、鋳造直後の合金材（以下、「鋳造まま材」という。）では長周期積層構造相（以下、「ＬＰＳＯ相」という。）は発現せず、その鋳造まま材に溶体化処理（520℃×2hr）を行い、その後析出処理（400℃で10hr）を行うことでＬＰＳＯ相が析出する。特許文献１に開示されているように、通常はＬＰＳＯ相を析出させた後に押出加工などの塑性加工を行うことで高強度化が達成される。
【０００３】
しかし、上述のようにＬＰＳＯ相を析出するための熱処理条件が長時間かつ複雑工程であるため、工程数の増加、高負荷、高温析出であるためエネルギー効率も悪く、実産業向きではないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４１３９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一態様は、ＬＰＳＯ相の析出熱処理を長時間行わなくても高強度化を維持することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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ｂ原子％含有し、残部がＭｇからなり、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たす鋳造物を形成する工程と、
前記鋳造物に溶体化処理を施すことにより、前記鋳造物に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種類の析出物を残存させる工程と、
前記少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を形成する工程と、
を具備し、
前記溶体化処理を施す工程では前記鋳造物に長周期積層構造相が析出されず、
前記塑性加工を行う工程では前記塑性加工物に長周期積層構造相が析出されることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法である。
（１）０．２≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ−０．５≦ｂ
【０００７】
本発明の一態様は、Ｚｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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ｂ原子％含有し、残部がＭｇからなり、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たす鋳造物を形成する工程と、
前記鋳造物に溶体化処理を施すことにより、前記鋳造物に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種類の析出物を残存させる工程と、
前記少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を形成する工程と、
を具備し、
前記溶体化処理を施す工程では前記鋳造物に長周期積層構造相が析出されず、
前記塑性加工を行う工程では前記塑性加工物に長周期積層構造相が析出されることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法である。
（１）０．２≦ａ≦３．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）２ａ−３≦ｂ
【０００８】
上記の本発明の一態様によれば、鋳造物に溶体化処理を施すことにより前記少なくとも１種類の析出物を残存させ、この少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行っている。このため、塑性加工を行う工程で鋳造物に長周期積層構造相を析出させることができ、且つ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。つまり、前記塑性加工物は、ｈｃｐ構造マグネシウム相及び長周期積層構造相を有する結晶組織を備え、前記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。
【０００９】
また、上記の本発明の一態様によれば、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。
【００１０】
また、本発明の一態様において、前記少なくとも１種類の析出物がＭｇ３Ｇｄ化合物であっても良い。
【００１１】
また、本発明の一態様において、前記鋳造物にＹｂ、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）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【００１２】
また、本発明の一態様において、前記鋳造物にＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ及びＭｍ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≦２．０
（５）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【００１３】
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。
【００１４】
また、本発明の一態様において、前記鋳造物にＹｂ、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及びＭｍ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≦２．０
（６）０．５≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様を適用することで、ＬＰＳＯ相の析出熱処理を長時間行わなくても高強度化を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】試験片１〜６、比較片１〜１２それぞれに室温（Ｒ．Ｔ．）で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。
【図２】試験片１〜６、比較片１〜１２に２５０℃の温度で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。
【図３】比較片１（鋳造まま＋押出加工）、試験片１（溶体化処理＋押出加工）及び比較片７（ＬＰＳＯ相析出＋押出加工）それぞれの結晶組織を示す写真である。
【図４】試験片７〜１３、比較片１３〜１９それぞれに室温（Ｒ．Ｔ．）で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。
【図５】試験片７〜１３、比較片１３〜１９に２５０℃の温度で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１８】
本発明の一態様は、作業工程の削減による高効率化と軽負荷化を目指したもので有り、従来技術と同等の強度と延性が得られるのであればエネルギー効率の向上と環境配慮が実工業部材としてより鮮明にしようとするもので、製造コストを下げ、高強度マグネシウム合金を得ようとするものである。
【００１９】
本発明の一態様は、従来のＭｇ−Ｚｎ−（Ｇｄ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｌｕ）合金の製造プロセスの工程省略に関するものである。従来のマグネシウム合金の発明は、その多くが強度の向上を目的とするものであるが、実用化にあたり、成形性の向上が必要となる。すなわち、本発明の一態様は、従来よりも延性の高いマグネシウム合金の製造方法である。
【００２０】
なお、本発明の一態様の産業上の利用分野としては、従来のＭｇ−Ｚｎ−Ｇｄ合金押出材と同一箇所に適用が可能である。強度を剛性にて規格化した場合、強度を用いる。その際に降伏応力が高いＭｇ合金を車両部材・内外装品に用いることは構造設計の観点からも軽量化が期待でき、エネルギー効率の向上とＣＯ２抑制が可能であるため、自動車や鉄道車両といった我が国の基幹産業への利用が見込まれる。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の一態様に係るマグネシウム合金は、Ｍｇ、Ｚｎ及びＧｄ又はＴｂ又はＴｍ又はＬｕを含む３元以上の合金である。このマグネシウム合金はＺｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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）を満たすような組成範囲を有する。また、ａとｂは下記式（１'）〜（３'）を満たすような組成範囲を有することがより好ましい。
（１）０．２≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ−０．５≦ｂ
（１'）０．２≦ａ≦３．０
（２'）０．５≦ｂ≦５．０
（３'）２ａ−３≦ｂ
【００２２】
尚、Ｇｄのさらに好ましい上限含有量は、経済性及び比重の増加を考慮すると、３原子％未満である。
また、前記マグネシウム合金におけるＧｄの含有量とＺｎの含有量の比は、２：１又はそれに近い比であることが特に好ましい。このような含有量の比にすることより高強度高靭性を特に向上させることができる。
【００２３】
また、前記マグネシウム合金にＹｂ、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。これらの元素を含有することにより、結晶粒を微細化させる効果、金属間化合物を析出させる効果が得られる。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【００２４】
また、前記マグネシウム合金にＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ及びＭｍ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。これらの元素を含有することにより、結晶粒を微細化させる効果、金属間化合物を析出させる効果が得られる。
（４）０≦ｃ≦２．０
（５）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【００２５】
また、前記マグネシウム合金にＹｂ、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及びＭｍ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。これらの元素を含有することにより、結晶粒を微細化させる効果、金属間化合物を析出させる効果が得られる。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０≦ｄ≦２．０
（６）０．５≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
【００２６】
また、前記マグネシウム合金にＤｙ、Ｈｏ及びＥｒ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１．５原子％以下含有することも可能である。また、前記マグネシウム合金にＹを合計で０原子％超１．０原子％以下含有することも可能である。これらの希土類元素を含有させることにより、長周期積層構造相の形成を促進させることができる。
【００２７】
また、前記マグネシウム合金にＡｌ、Ｔｈ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｂ及びＣ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。これらの元素を含有することにより、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。
【００２８】
上記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。このマグネシウム合金鋳造物には、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種類の析出物が析出されている。なお、このマグネシウム合金には長周期積層構造相が形成されていない。
【００２９】
次いで、マグネシウム合金鋳造物に溶体化処理を施す。この溶体化処理では、上記の少なくとも１種類の析出物を残存させる。また、この溶体化処理ではマグネシウム合金に長周期積層構造相が形成されない。
【００３０】
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、引抜及び鍛造、これらの繰り返し加工、ＦＳＷ（摩擦攪拌溶接）などの塑性変形を伴う加工を用いる。また、前記塑性加工は、圧延、押出し、ＥＣＡＥ、引抜加工及び鍛造のうち単独でも組み合わせでも可能である。なお、押出比は５以上であることが好ましい。
【００３１】
また、上記の塑性加工は、例えば押出し温度が２５０℃以上５００℃以下、押出しによる断面減少率が５％以上である押出加工、例えば圧延温度が２５０℃以上５００℃以下、圧下率が５％以上である圧延加工、例えば温度が２５０℃以上５００℃以下、ＥＣＡＥのパス回数が１パス以上であるＥＣＡＥ、例えば温度が２５０℃以上５００℃以下、断面減少率が５％以上である引抜加工、例えば２５０℃以上５００℃以下、加工率が５％以上である鍛造加工であっても良い。
【００３２】
また、前述したＹｂ、Ｓｍ及びＮｄそれぞれは、それらとＭｇとＺｎの３元合金では、鋳造物に長周期積層構造の結晶組織を形成しない希土類元素であってマグネシウムに固溶限があるものである。
【００３３】
また、前述したＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ及びＭｍそれぞれは、それらとＭｇとＺｎの３元合金では、前記マグネシウム合金鋳造物に長周期積層構造の結晶組織を形成しない希土類元素であってマグネシウムに固溶限が殆ど無いものである。
【００３４】
また、本発明の一態様においては、前記塑性加工物を形成する工程の後に、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】
本実施の形態によれば、鋳造物に溶体化処理を施すことにより上記の少なくとも１種類の析出物を残存させ、この少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行っている。このため、塑性加工を行う工程で鋳造物に長周期積層構造相を析出させることができ、且つ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。
【００３６】
つまり、上記のように塑性加工を行った塑性加工物は、常温においてα−Ｍｇ相及び少なくとも一部が湾曲又は屈曲した長周期積層構造相の結晶組織を有する。また、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。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
まず、本発明の実施例によるマグネシウム合金の試験片および比較片を作製した。
【００３８】
図１は、試験片１〜６、比較片１〜１２それぞれに室温（Ｒ．Ｔ．）で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。図２は、試験片１〜６、比較片１〜１２に２５０℃の温度で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。図１、図２に示す「Ｙ．Ｓ．」は降伏応力であり、「Ｅｌ．」は伸びである。試験片および比較片それぞれの製造方法は下記のとおりである。
【００３９】
（試験片１〜６）
Ｚｎを１原子％、Ｇｄを２原子％含有し、残部がＭｇと不可避的不純物からなるマグネシウム合金を真空溶解炉に投入して溶解を行った。次に、加熱溶解した材料を金型に入れて鋳造し、φ２９ｍｍ×Ｌ６０ｍｍのインゴット（鋳造材）を作製した。次に、インゴットに５２０℃の温度で２時間の溶体化処理を行った。次に、押出温度３５０℃において押出比１０、押出速度２．５ｍｍ／秒として塑性加工（押出加工）を行った。次に、試験片２〜６の押出材に２００℃〜４００℃の範囲で１時間熱処理を施した後に引張試験を行った。なお、試験片１の押出材には熱処理を施していない。
【００４０】
（比較片１〜６）
Ｚｎを１原子％、Ｇｄを２原子％含有し、残部がＭｇと不可避的不純物からなるマグネシウム合金を真空溶解炉に投入して溶解を行った。次に、加熱溶解した材料を金型に入れて鋳造し、φ２９ｍｍ×Ｌ６０ｍｍのインゴット（鋳造材）を作製した。次に、押出温度３５０℃において押出比１０、押出速度２．５ｍｍ／秒として塑性加工（押出加工）を行った。次に、比較片２〜６の押出材に２００℃〜４００℃の範囲で１時間熱処理を施した後に引張試験を行った。なお、比較片１の押出材には熱処理を施していない。比較片１〜６には溶体化処理を行っていない。
【００４１】
（比較片７〜１２）
Ｚｎを２原子％、Ｙを２原子％含有し、残部がＭｇと不可避的不純物からなるマグネシウム合金を真空溶解炉に投入して溶解を行った。次に、加熱溶解した材料を金型に入れて鋳造し、φ２９ｍｍ×Ｌ６０ｍｍのインゴット（鋳造材）を作製した。次に、インゴットに５２０℃の温度で２時間の溶体化処理を行った。次に、インゴットに４００℃で１０時間の熱処理を行うことにより、インゴットにＬＰＳＯ相を析出させた。次に、押出温度３５０℃において押出比１０、押出速度２．５ｍｍ／秒として塑性加工（押出加工）を行った。次に、比較片８〜１２の押出材に２００℃〜４００℃の範囲で１時間熱処理を施した後に引張試験を行った。なお、比較片７の押出材には熱処理を施していない。
【００４２】
図１及び図２において、参照符号１６Ｙは試験片１〜６の降伏応力を示すグラフであり、参照符号１６Ｅは試験片１〜６の伸びを示すグラフであり、参照符号１７Ｙは比較片１〜６の降伏応力を示すグラフであり、参照符号１７Ｅは比較片１〜６の伸びを示すグラフであり、参照符号１８Ｙは比較片７〜１２の降伏応力を示すグラフであり、参照符号１８Ｅは比較片７〜１２の伸びを示すグラフである。
【００４３】
図１及び図２によれば、試験片１〜６のように溶体化処理後にＬＰＳＯの析出処理を行うことなく、押出加工を行うことで、押出加工中にＬＰＳＯ相を析出せしめ、高強度マグネシウム合金を作製できることが確認された。室温での引張試験では、試験片１によって得られる押出加工材の降伏応力が３８５ＭＰａ、伸びが７．２％を示す。なお、比較片７によって得られる押出加工材の降伏応力は３９２ＭＰａ、伸びは６．５％である。また、試験温度を２５０℃としたときの試験片１によって得られる押出加工材の降伏応力が２９８ＭＰａ、伸びが２１．５％を示す。なお、比較片７によって得られる押出加工材の降伏応力は３１０ＭＰａ、伸びは２０．５％である。
また、200℃〜400℃の範囲で熱処理を施した後に引張試験を行うと熱処理温度325℃までは強度に変化は無く、延性は改善する。すなわち、熱処理を行っても強度低下を最小限に抑止する一方で延性は向上するといった特徴を有し、熱処理温度が高くともこれらは達成される。つまり、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｇｄ合金では多少の強度低下はあるものの３２５℃までは熱的に安定している。図１及び図２においては、左から熱処理無し、２００℃、３００℃、３２５℃、３５０℃、４００℃の熱処理温度でプロットしている。耐力は多少低下するが、伸びは大きく改善していることが分かる。
【００４４】
図１及び図２に示すように、室温と高温（２５０℃）に於ける強度特性に大きな変化が無いことから、４００℃で１０時間のＬＰＳＯ相の析出処理工程を削減できることが確認された。ここで、本実施例の鍵は、溶体化処理時に析出物（例えばＭｇ３Ｇｄ化合物）を全て消しきらずに残存させる点にある。残存する析出物によって押出加工中に受ける熱及び加工によりＬＰＳＯ相を析出できたものと考えられる。
【００４５】
試験片１〜６及び比較片１〜１２に２００℃〜４００℃の範囲で熱処理を施した後に引張試験を行うと熱処理温度３００℃までは機械的特性に変化は無く、その後熱処理温度を高くしても強度の低下傾向と延性の向上傾向はほぼ同一であった。
【００４６】
また、鋳造まま材をそのまま押出加工した比較片１〜６の強度は著しく低下し、延性は高い傾向にあった。
また、溶体化処理し、そのまま押出加工した試験片１〜６は、比較片７〜１２と同程度の強度と延性を有していた。
また、従来プロセス材である比較片７〜１２の強度と延性は、従来より報告されている程度であった。
【００４７】
図３は、比較片１（鋳造まま＋押出加工）、試験片１（溶体化処理＋押出加工）及び比較片７（ＬＰＳＯ相析出＋押出加工）それぞれの結晶組織を示す写真である。試験片１では、析出、化合物がありＬＰＳＯ相が現出している。
【００４８】
（実施例２）
まず、本発明の実施例によるマグネシウム合金の試験片および比較片を作製した。
【００４９】
図４は、試験片７〜１３、比較片１３〜１９それぞれに室温（Ｒ．Ｔ．）で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。図５は、試験片７〜１３、比較片１３〜１９に２５０℃の温度で引張試験を行い、機械的特性を評価した結果を示すグラフである。図４、図５に示す「Ｙ．Ｓ．」は降伏応力であり、「Ｅｌ．」は伸びである。試験片および比較片それぞれの製造方法は下記のとおりである。
【００５０】
（試験片７〜１３）
Ｚｎを１原子％、Ｇｄを２原子％含有し、残部がＭｇと不可避的不純物からなるマグネシウム合金を真空溶解炉に投入して溶解を行った。次に、加熱溶解した材料を金型に入れて鋳造し、φ２９ｍｍ×Ｌ６０ｍｍのインゴット（鋳造材）を作製した。次に、インゴットに５２０℃の温度で２時間の溶体化処理を行った。次に、押出温度３５０℃において押出比１０、押出速度２．５ｍｍ／秒として塑性加工（押出加工）を行った。次に、試験片７〜１３の押出材に３００℃の温度で０．１〜１０００時間熱処理を施した後に引張試験を行った。
【００５１】
（比較片１３〜１９）
Ｚｎを２原子％、Ｙを２原子％含有し、残部がＭｇと不可避的不純物からなるマグネシウム合金を真空溶解炉に投入して溶解を行った。次に、加熱溶解した材料を金型に入れて鋳造し、φ２９ｍｍ×Ｌ６０ｍｍのインゴット（鋳造材）を作製した。次に、インゴットに５２０℃の温度で２時間の溶体化処理を行った。次に、インゴットに４００℃で１０時間の熱処理を行うことにより、インゴットにＬＰＳＯ相を析出させた。次に、押出温度３５０℃において押出比１０、押出速度２．５ｍｍ／秒として塑性加工（押出加工）を行った。次に、比較片１３〜１９の押出材に３００℃の温度で０．１〜１０００時間熱処理を施した後に引張試験を行った。
【００５２】
図４及び図５において、参照符号１９Ｙは試験片７〜１３の降伏応力を示すグラフであり、参照符号１９Ｅは試験片７〜１３の伸びを示すグラフであり、参照符号２０Ｙは比較片１３〜１９の降伏応力を示すグラフであり、参照符号２０Ｅは比較片１３〜１９の伸びを示すグラフである。
【００５３】
図４に示すように、室温引張試験では、試験片７〜１３及び比較片１３〜１９の押出材の熱的安定性が同じ傾向にあった。
【００５４】
図５に示すように、高温引張試験（２５０℃）では、熱処理時間の増加に伴う機械的特性の低下が試験片７〜１３及び比較片１３〜１９の押出材で同じ傾向にあったが、降伏応力は試験片７〜１３の押出材のほうが高かった。
【符号の説明】
【００５５】
１６Ｙ 試験片１〜６の降伏応力
１６Ｅ 試験片１〜６の伸び
１７Ｙ 比較片１〜６の降伏応力
１７Ｅ 比較片１〜６の伸び
１８Ｙ 比較片７〜１２の降伏応力
１８Ｅ 比較片７〜１２の伸び
１９Ｙ 試験片７〜１３の降伏応力
１９Ｅ 試験片７〜１３の伸び
２０Ｙ 比較片１３〜１９の降伏応力
２０Ｅ 比較片１３〜１９の伸び
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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ｂ原子％含有し、残部がＭｇからなり、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たす鋳造物を形成する工程と、
前記鋳造物に溶体化処理を施すことにより、前記鋳造物に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種類の析出物を残存させる工程と、
前記少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を形成する工程と、
を具備し、
前記溶体化処理を施す工程では前記鋳造物に長周期積層構造相が析出されず、
前記塑性加工を行う工程では前記塑性加工物に長周期積層構造相が析出されることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法。
（１）０．２≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ−０．５≦ｂ
【請求項２】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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ｂ原子％含有し、残部がＭｇからなり、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たす鋳造物を形成する工程と、
前記鋳造物に溶体化処理を施すことにより、前記鋳造物に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種類の析出物を残存させる工程と、
前記少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を形成する工程と、
を具備し、
前記溶体化処理を施す工程では前記鋳造物に長周期積層構造相が析出されず、
前記塑性加工を行う工程では前記塑性加工物に長周期積層構造相が析出されることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法。
（１）０．２≦ａ≦３．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）２ａ−３≦ｂ
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記鋳造物にＹｂ、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マグネシウム合金の製造方法。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記鋳造物にＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ及びＭｍ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マグネシウム合金の製造方法。
（４）０≦ｃ≦２．０
（５）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【請求項５】
請求項１又は２において、
前記鋳造物にＹｂ、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及びＭｍ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）０．５≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記鋳造物を形成する工程は、Ａｌ、Ｔｈ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｂ及びＣ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％以下含有する鋳造物を形成する工程であることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記塑性加工は、圧延、押出し、ＥＣＡＥ、引抜加工及び鍛造、これらの繰り返し加工、ＦＳＷ加工のうちの少なくとも一つを行うものであるマグネシウム合金の製造方法。
【請求項１】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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ｂ原子％含有し、残部がＭｇからなり、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たす鋳造物を形成する工程と、
前記鋳造物に溶体化処理を施すことにより、前記鋳造物に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種類の析出物を残存させる工程と、
前記少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を形成する工程と、
を具備し、
前記溶体化処理を施す工程では前記鋳造物に長周期積層構造相が析出されず、
前記塑性加工を行う工程では前記塑性加工物に長周期積層構造相が析出されることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法。
（１）０．２≦ａ≦５．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）０．５ａ−０．５≦ｂ
【請求項２】
Ｚｎをａ原子％含有し、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｔｍ及びＬｕ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ｂ原子％含有し、残部がＭｇからなり、ａとｂは下記式（１）〜（３）を満たす鋳造物を形成する工程と、
前記鋳造物に溶体化処理を施すことにより、前記鋳造物に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種類の析出物を残存させる工程と、
前記少なくとも１種類の析出物が残存する鋳造物に塑性加工を行うことにより塑性加工物を形成する工程と、
を具備し、
前記溶体化処理を施す工程では前記鋳造物に長周期積層構造相が析出されず、
前記塑性加工を行う工程では前記塑性加工物に長周期積層構造相が析出されることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法。
（１）０．２≦ａ≦３．０
（２）０．５≦ｂ≦５．０
（３）２ａ−３≦ｂ
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記鋳造物にＹｂ、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マグネシウム合金の製造方法。
（４）０≦ｃ≦３．０
（５）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記鋳造物にＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ及びＭｍ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マグネシウム合金の製造方法。
（４）０≦ｃ≦２．０
（５）０．５≦ｂ＋ｃ≦６．０
【請求項５】
請求項１又は２において、
前記鋳造物にＹｂ、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及びＭｍ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）０．５≦ｂ＋ｃ＋ｄ≦６．０
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記鋳造物を形成する工程は、Ａｌ、Ｔｈ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｒ、Ｓｃ、Ｂ及びＣ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％以下含有する鋳造物を形成する工程であることを特徴とするマグネシウム合金の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記塑性加工は、圧延、押出し、ＥＣＡＥ、引抜加工及び鍛造、これらの繰り返し加工、ＦＳＷ加工のうちの少なくとも一つを行うものであるマグネシウム合金の製造方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２１４８５２（Ｐ２０１２−２１４８５２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１５７０（Ｐ２０１１−８１５７０）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（５０４１５９２３５）国立大学法人 熊本大学 (314)
【出願人】（８０１００００５０）財団法人くまもとテクノ産業財団 (38)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（５０４１５９２３５）国立大学法人 熊本大学 (314)
【出願人】（８０１００００５０）財団法人くまもとテクノ産業財団 (38)
【Ｆターム（参考）】
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