マグネシウム合金
【課題】室温および高温で充分に高い強度を有するマグネシウム合金を提供する。
【解決手段】アルミニウム（Ａｌ）：１４．０〜２３．０質量％、カルシウム（Ｃａ）：１１．０質量％以下（０質量％を含まず）、ストロンチウム（Ｓｒ）：１２．０質量％以下（０質量％を含まず）、および亜鉛（Ｚｎ）：０．２〜１．０質量％を含むことを特徴とするマグネシウム合金。
【解決手段】アルミニウム（Ａｌ）：１４．０〜２３．０質量％、カルシウム（Ｃａ）：１１．０質量％以下（０質量％を含まず）、ストロンチウム（Ｓｒ）：１２．０質量％以下（０質量％を含まず）、および亜鉛（Ｚｎ）：０．２〜１．０質量％を含むことを特徴とするマグネシウム合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネシウム合金、とりわけ、押出し、鍛造などの展伸材に加工可能な高強度および高耐熱マグネシウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは、実用金属中、最も軽量で比強度が高いことが知られている。例えば、地球温暖化対策として、車両の軽量化による二酸化炭素排出量の低減および電気自動車の１回の充電で走行可能な距離の拡大を実現するために、マグネシウム合金を用いて軽量化した部品が適用されなど、マグネシウム合金は多くの用途で使用が拡大している。
マグネシウム合金の部品は、多くの場合、鋳造やダイカスト法によって成形される。
【０００３】
これは、従来の多くのマグネシウム合金は、押出し加工、圧延加工および鍛造加工等の塑性加工によって、結晶粒径を微細化して比較的高い室温強度を得ることができる一方で、網目状に形成された粒界析出物が破壊されるため、高温における引張り特性が低下するために特に高温で使用する部品に塑性加工により得た展伸材を用いることが制限されるためである。
【０００４】
これに対して、カルシウム０．１〜１５重量％を含有し、更に必要に応じてはアルミニウムまたは亜鉛をカルシウムの２倍を超えない量含有するマグネシウム合金を押出しや圧延などの塑性加工することで、破砕された金属間化合物を結晶粒内に均一に分散させて、機械的強度が向上させることが特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｍｎ系合金を用いて、所定の加工温度と圧下率で熱間圧延または鍛造を行うことにより、結晶粒の微細化を抑制し、結晶粒界に析出した網目状び金属間化合物を著しく破壊することなく、結晶粒のアスペクト比（結晶粒の長軸の長さ／結晶粒の短軸の長さ）を制御することで、耐熱性を向上させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１０９９６３号公報
【特許文献２】特開２００７−７０６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に係るマグネシウム合金では、耐熱性、すなわち高温での強度がまだ不足する場合があるという問題があった。
【０００８】
一方、引用文献２に係るマグネシウム合金は、規定した結晶粒のアスペクト比を得るために、熱間圧延および鍛造の加工度（圧下率）を低い値に抑制する必要があることから、室温での強度が充分でない場合があるという問題があった。
【０００９】
すなわち、特許文献１および２に係るマグネシウム合金では、高温強度および室温強度のいずれかが充分でない場合がある。
高温下で使用されるマグネシウム合金であっても、環境温度は、必ず室温から高温までの範囲を含むため、マグネシウム合金の引張り特性は、実用上は室温および高温の両方の環境において優れていることが必要である。このため、室温および高温において充分な強度を有するマグネシウム合金が求められていた。
【００１０】
本願発明は、このような要望に応えることを目的として為されたものであり、従って、室温および高温で充分に高い強度を有するマグネシウム合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の態様１は、アルミニウム（Ａｌ）：１４．０〜２３．０質量％、カルシウム（Ｃａ）：１１．０質量％以下（０質量％を含まず）、ストロンチウム（Ｓｒ）：１２．０質量％以下（０質量％を含まず）、および亜鉛（Ｚｎ）：０．２〜１．０質量％
を含むことを特徴とするマグネシウム合金である。
【００１２】
本発明の態様２は、シリコン（Ｓｉ）：０．１〜１．５質量％、レアアース（ＲＥ）：０．１〜１．２質量％、ジルコニウム（Ｚｒ）：０．２〜０．８質量％、スカンジウム（Ｓｃ）：０．２〜３．０質量％、イットリウム（Ｙ）：０．２〜３．０ 質量％ 、スズ（Ｓｎ）：０．２〜３．０質量％、バリウム（Ｂａ）：０．２〜３．０質量％およびアンチモン（Ｓｂ）：０．１〜１．５質量％からなる群から選択される少なくとも１つを更に含有むことを特徴とする態様１に記載のマグネシウム合金である。
【００１３】
本発明の態様３は、カルシウム（Ｃａ）の含有量に対するストロンチウム（Ｓｒ）の含有量の比率が質量比で１：０．３〜１：１．５であることを特徴とする態様１または２に記載のマグネシウム合金である。
【００１４】
本発明の態様４は、アルミニウム（Ａｌ）の含有量とカルシウム（Ｃａ）の含有量とストロンチウム（Ｓｒ）の含有量とが、以下の（１）式に示す関係を満足することを特徴とする態様１〜３のいずれかに記載のマグネシウム合金である。
０．８×＜Ａｌ＞≦１．３５×＜Ｃａ＞＋１．２３×＜Ｓｒ＞＋８．５≦１．２×＜Ａｌ＞ （１）
（但し、＜Ａｌ＞は質量％で表したアルミニウム（Ａｌ）の含有量であり、＜Ｃａ＞は質量％で表したカルシウム（Ｃａ）の含有量であり、＜Ｓｒ＞は質量％で表したストロンチウム（Ｓｒ）の含有量である。）
【００１５】
本発明の態様５は、結晶粒界にＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物が互いに間隔を空けて析出していることを特徴とする態様１〜４のいずれかに記載のマグネシウム合金である。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明により、充分な室温強度と充分な高温強度を有するマグネシウム合金を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、共焦点レーザー顕微鏡により観察した金属組織を示し、図１（ａ）は押し出しまま材の金属組織を示し、図１（ｂ）は４００℃×４８時間均質化熱処理材の金属組織を示し、図１（ｃ）は４２０℃×４８時間均質化熱処理材の金属組織を示す。
【図２】図２は、押し出しまま材、４００℃×４８時間均質化熱処理材および４２０℃×４８時間均質化熱処理材の１５０℃における高温引張試験結果（真応力−真歪線図）を示す。
【図３】図３は、室温における引張り強度の測定結果である。
【図４】図４は高温引張り強さの測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本願発明者らは、マグネシウム合金の強化機構として知られて固溶強化と析出強化の両方を同時に活用することを検討した。
すなわち、アルミニウムとストロンチウムとカルシウムの含有量を適正に制御することで固溶強化機構と析出強化機構の両方を効果的に作用させることを検討した。
【００１９】
そして、本願発明者は、アルミニウムのマグネシウム合金マトリクスに対する固溶限を求め、この固溶限をベースにして、適切なアルミニウム量、カルシウム量、ストロンチウム量を見出した。これによりマトリクスが充分な量のアルミニウムを固溶するとともに、適切な量の金属間化合物Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒが析出した、室温および高温の両方で充分な強度を有する本願発明に係るマグネシウム合金を完成したのである。
以下にその詳細を説明する。
【００２０】
本願発明に係るマグネシウム合金は、アルミニウム（Ａｌ）：１４．０〜２３．０質量％、カルシウム（Ｃａ）：１１質量％以下（０質量％を含まず）、ストロンチウム（Ｓｒ）：１２質量％以下（０質量％を含まず）、亜鉛（Ｚｎ）：０．２〜１．０質量％を含んでいる。
【００２１】
（１）アルミニウム
マグネシウム合金の高温における変形において、積層欠陥エネルギーが低いと、転位の移動が阻害され、変形が困難となることから、積層欠陥エネルギーを低下させることができると、耐熱性（高温強度およびクリープ）向上させることができる。
マグネシウム合金に固溶させて積層欠陥エネルギーを下げることができる元素として、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｃ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｎ、Ｂｉをあげることができる。これらの中で、安全性および経済性の観点からアルミニウム（Ａｌ）が好ましい。
【００２２】
また発明者らの検討により、アルミニウムとともに、カルシウム（Ｃａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）を添加することにより、結晶粒径が微細化し、室温強度の向上させることができること、および析出（晶出）する金属間化合物Ａｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒとが他の第２相（析出物）とともに結晶粒界に共存して、これにより室温及び高温特性が向上することがわかった。
【００２３】
マグネシウム合金は、鋳造後、所望の形状、靱性、強度等を得るために、圧延、押し出し、引き抜き等の塑性加工を行い展伸材にすると網目状に結晶粒界に析出している、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相は破壊（分断）され変形方向に整列する。
このような変形方向に整列したＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物は、高温強度の向上に寄与する。
【００２４】
しかし、本願発明者ら、鋭意検討を重ねた結果、３５０〜４５０℃で均質化熱処理を行うことでＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相粒子を再析出させ分散させることができ、より強度を向上できることを見出した。そして、より好ましくは３８５℃〜４１５℃で均質化熱処理を行うことでＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相を結晶粒界に均一に分散させることができ、より確実に強度を上昇させることができることが判った。
【００２５】
本願発明者は、さらに検討を続け、押し出し等の塑性加工後に４００℃×４８時間の均質化熱処理を行ったサンプルのマトリクスへのアルミニウムの最大固溶量（固溶限）が８．３質量％（７．５ａｔ％）であることを見出した。測定は、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いて点分析により行った。
【００２６】
この固溶限を用いて、本願発明に係るマグネシウム合金のアルミニウム量は１４．０〜２３．０質量％が適切であること突き止めた。
アルミニウムが１４．０質量％以上であれば、たとえ８．５質量％程度のアルミニウムがマトリクスに固溶しても充分な量のアルミニウムが、カルシウムおよびストロンチウムと金属間化合物Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを形成できるからである。また、アルミニウム量が２３．０質量％以下であれば、伸び等の延性を確保できる。
【００２７】
より好ましくは、アルミニウム量は１５．０質量％〜２０．０質量％である。
この範囲であればより確実に金属間化合物Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを形成できかつ延性を確保できるからである。
【００２８】
（２）カルシウム
カルシウムの含有量は、１１．０質量％以下（０質量％を含まず）である。
カルシウムの最大含有量１１．０質量％は、固溶しなかったアルミニウムがほとんど全てＡｌ２Ｃａを形成するのに必要なカルシウム量（（アルミニウムの上限−最大固溶量）／Ａｌの原子量×Ａｌ２ＣａのＡｌに対するＣａの原子比×Ｃａの原子量＝１０．９）に概ね等しい。これにより固溶しないアルミニウムを確実に所望の金属間化合物として析出させることが可能となる。
一方、カルシウムが必ず含有されているよう、０質量％は除外してある。
【００２９】
より好ましくは、カルシウムは１．０〜８．０質量％である。より確実にＡｌ２Ｃａを形成できるとともに、余剰となることを抑制できるからである。
【００３０】
（３）ストロンチウム
ストロンチウムの含有量は、１２．０質量％以下（０質量％を含まず）である。
ストロンチウムの最大含有量１２．０質量％は、固溶しなかったアルミニウムがほとんど全てＡｌ４Ｓｒを形成するのに必要なカルシウム量（（アルミニウムの上限−最大固溶量）／Ａｌの原子量×Ａｌ４ＳｒのＡｌに対するＳｒの原子比×Ｓｒの原子量＝１１．９）に概ね等しい。これにより固溶しないアルミニウムを確実に所望の金属間化合物として析出させることが可能となる。
一方、ストロンチウムが必ず含有されているよう、０質量％は除外してある。
【００３１】
好ましくは、ストロンチウムは０．５〜８．０質量％である。より確実にＡｌ４Ｓｒを形成できるとともに、余剰となることを抑制できるからである。より好ましくは１．０〜６．０質量％である。ストロンチウムの効果を最大限に発揮できるからである。
【００３２】
（４）亜鉛
本願発明に係るマグネシウム合金は、亜鉛（Ｚｎ）を０．２〜１．０質量％含有している。
亜鉛には、強度向上、鋳造性向上の効果があるからである。
【００３３】
（５）アルミニウムとカルシウムとストロンチウムの関係
・カルシウムとストロンチウムの比率
金属間化合物Ａｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒの両方を、より適した比率（Ａｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒの生成量の比）で形成するように、好ましくは、カルシウムの含有量：ストロンチウムの含有量の比率（カルシウムの含有量を１としてときのストロンチウムの含有量）は質量比で、１：０．３〜１：１．５であり、より好ましくは質量比で、１：０．５〜１：１．１である。
【００３４】
・アルミニウム含有量とカルシウム含有量とストロンチウム含有量の関係
本願発明に係るマグネシウム合金において、含有するストロンチウムとカルシウムとがそれぞれ、全てＡｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒとして析出するには、以下の（２）式のｙで表されるアルミニウム量（質量％）が必要である。
【００３５】
ｙ＝＜Ｃａ＞／４０．０８（Ｃａの原子量）×２（Ａｌ２ＣａのＣａに対するＡｌの原子比）×２６．９８（Ａｌの原子量）＋＜Ｓｒ＞／８７．６２（Ｓｒの原子量）×４（Ａｌ４ＳｒのＳｒに対するＡｌの原子比）×２６．９８（Ａｌの原子量）＋８．３（Ａｌの最大固溶量）
＝１．３５×＜Ｃａ＞＋１．２３×＜Ｓｒ＞＋８．５ （２）
【００３６】
ここで、＜Ｃａ＞は質量％で示したカルシウムの含有量であり、＜Ｓｒ＞は質量％で示したストロンチウムの含有量である。
また、式中の数値の物理的意味は数値の後の（ ）内に示した。
【００３７】
そして、本願発明に係るマグネシウム合金では、以下の（１）式を満足することが好ましい。
すなわち、のストロンチウムとカルシウムとがそれぞれ、全てＡｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒとして析出するのに必要な（２）式で示されるアルミニウム量ｙが、アルミニウム含有量の０．８〜１．２倍の範囲内となるようにアルミニウムを含有させることが好ましい。
アルミニウム含有量が（１）式に示される範囲内だと、アルミニウム、カルシウムおよびストロンチウムのいずれの元素も概ね過不足なく、化学量論組成に概ね近いＡｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒとを析出させ、かつアルミニウムが充分にマトリクスに固溶するからである。
【００３８】
０．８×＜Ａｌ＞≦１．３５×＜Ｃａ＞＋１．２３×＜Ｓｒ＞＋８．５≦１．２×＜Ａｌ＞ （１）
ここで＜Ａｌ＞は質量％で示したアルミニウムの含有量である。
【００３９】
（６）その他の成分
本願発明の合金は、上述のアルミニウム、カルシウム、ストロンチウムおよび亜鉛を含有し、残部はマグネシウム（Ｍｇ）と不可避の不純物からなってもよい。
【００４０】
しかし、マグネシウム合金の特性を向上することができる任意の元素を含んでよい。この場合、マグネシウム合金が持つ、比強度が高い等の特性を失うことがないように好ましくはマグネシウムを４０質量％以上含有し、より好ましくはマグネシウムを５０質量％以上含有する。
マグネシウムを４０％以上含有し、アルミニウム、カルシウム、ストロンチウムおよび亜鉛を上記に規定した量含有するマグネシウム合金は、他の任意の元素を含んでも、その元素の種類によらず、ほとんどの場合、上述の本願発明の効果を示すことが可能である。
【００４１】
このように添加可能の任意の元素として以下を例示することができる。
シリコン（Ｓｉ）：０．１〜１．５質量％、
レアアース（ＲＥ）：０．１〜１．２質量％、
ジルコニウム（Ｚｒ）：０．２〜０．８質量％、
スカンジウム（Ｓｃ）：０．２〜３．０質量％、
イットリウム（Ｙ）：０．２〜３．０ 質量％ 、
スズ（Ｓｎ）：０．２〜３．０質量％、
バリウム（Ｂａ）：０．２〜３．０質量％および
アンチモン（Ｓｂ）：０．１〜１．５質量％
からなる群から選択される少なくとも１つを含有してよい。
【００４２】
以下に、例示したそれぞれの元素を添加する効果を示す。
【００４３】
シリコンは、マグネシウムと金属間化合物を形成し、得られた金属間化合物が高温において安定なため、高温における変形において、粒界滑りを効果的に抑制し、耐熱性を向上させることができる。シリコンの含有量が０．１〜１．５質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４４】
レアアースは、マグネシウムと金属間化合物を形成し、得られた金属間化合物が高温において安定なため、高温における変形において、粒界滑りを効果的に抑制し、耐熱性を向上させることができる。レアアースの含有量が０．１〜１．２質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４５】
ジルコニウムは、マグネシウムと金属間化合物を形成し、得られた金属間化合物が高温において安定なため、高温における変形において、粒界滑りを効果的に抑制し、耐熱性を向上させることができる。ジルコニウムの含有量が０．２〜０．８質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４６】
スカンジウムは、マグネシウムに添加すると、積層欠陥エネルギーを下げ、高温における変形速度を低下させる効果がある。スカンジウムの含有量が０．２〜３．０質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４７】
イットリウムは、マグネシウムに添加すると、積層欠陥エネルギーを下げ、高温における変形速度を低下させる効果がある。イットリウムの含有量が０．２〜３．０質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４８】
スズ（錫）は、マグネシウムに添加すると、積層欠陥エネルギーを下げ、高温における変形速度を低下させる効果がある。スズの含有量が０．２〜３．０質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４９】
バリウムは、マグネシウムに添加すると、積層欠陥エネルギーを下げ、高温における変形速度を低下させる効果がある。バリウムの含有量が０．２〜３．０質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００５０】
アンチモンは、マグネシウムに添加すると、積層欠陥エネルギーを下げ、高温における変形速度を低下させる効果がある。スカンジウムの含有量が０．１〜１．５質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００５１】
（７）熱処理
Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒは、結晶粒界に網目状にＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相として析出することが多い。そして、上述したように塑性加工を受けると、網目状のＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相（析出物）は、破壊（分断）され変形方向に整列する傾向がある。
このような分断された、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物は、高温強度の向上に寄与することから、塑性加工（塑性変形）により得たマグネシウム合金物品（マグネシウム合金展伸材）も高い高温強度を有する。
【００５２】
しかし、塑性加工後に３５０〜４５０℃で均質化熱処理を行うことにより、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相粒子を再析出させ分散させることができる。これに高温強度をより向上できることを見出した。従って、本願発明に係るマグネシウム合金（マグネシウム合金物品（展伸材））は塑性加工後に３５０〜４５０℃で均質化熱処理を行うことが好ましい。３５０〜４５０℃での均質化熱処理は、この温度範囲で２４〜７２時間保持することが好ましい。この処理により、析出物が再溶解（再析出）して熱安定性が向上するからである。
【００５３】
さらに、本願発明者は、３８５℃〜４１５℃で均質化熱処理を行うことにより、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相粒子を再析出させ粒界に沿って均一に分散させることができ、更にいっそう高温強度を向上できることを見出した。塑性加工後に３８５℃〜４１５℃で均質化処理を行った場合、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相粒子（析出物）が網目状ではなく粒状に互いに間隔を空けて（すなわち不連続）に粒界に沿って析出し、この形態の析出物は高温強度の向上に大きく寄与する。従って、本願発明に係るマグネシウム合金（マグネシウム合金物品（展伸材））は塑性加工後に３８５〜４１５℃で均質化熱処理を行うことがより好ましい。３８５〜４１５℃での均質化熱処理は、この温度範囲で２４〜７２時間保持することが好ましい。この処理により、析出物が再溶解して組織が均一化され、また、粒界の熱安定性の高い金属間化合物組織を均一化、安定化できるからである。
【００５４】
なお、ここでいう塑性加工とは、熱間および冷間の各種の塑性加工を含む。塑性加工として、押し出し、圧延、鍛造、引き抜き、スウェージングおよびこれらの組み合わせを例示することができる。
【実施例】
【００５５】
表１に成分を有する合金サンプルを準備した。
表１に示す実施例サンプル（実施例１および実施例２）の（２）式に示すｙの値については、実施例１が１５．５であり、実施例が２０．９となっており、（１）式を満足している。また、実施例１および実施例２のいずれも、カルシウムの含有量：ストロンチウムの含有量の比率が、質量比で１：１となっている。
【００５６】
【表１】
【００５７】
合金サンプルは、７００℃で溶製し、円筒形の金型でビレットに鋳造した。鋳造ビレットを昇温速度０.５℃／分で４００℃まで昇温し、４８時間保持した後、水冷した。表面の酸化層を機械加工で除去した後、押出し温度３５０℃、押出し速度０.２ｍｍ／秒、押出し比１６で押出し、丸棒（直径１０ｍｍ）とした。
【００５８】
１）均質化熱処理
均質化熱処理の影響をみるために、上述の実施例１のサンプル（押し出し丸棒）について、押し出しまま、４００℃×４８時間の均質化熱処理を行った材料、４２０℃×４８時間の均質化熱処理を行った材料を作製した。
【００５９】
図１は、共焦点レーザー顕微鏡により観察した金属組織を示し、図１（ａ）は押し出しまま材の金属組織を示し、図１（ｂ）は４００℃×４８時間均質化熱処理材の金属組織を示し、図１（ｃ）は４２０℃×４８時間均質化熱処理材の金属組織を示す。
押し出しまま材では、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物（第２相）が、分断されて押し出し方向（図の上下方向）に整列している。これに対して、４００℃×４８時間均質化熱処理材と４２０℃×４８時間均質化熱処理材では、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物（第２相）が分散しており、特に４００℃×４８時間均質化熱処理材では、比較的微細なＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む粒状の析出物が粒界に沿って均一に互いに間隔を空けて分布している。
【００６０】
図２は、押し出しまま材、４００℃×４８時間均質化熱処理材および４２０℃×４８時間均質化熱処理材の１５０℃における高温引張試験結果（真応力−真歪線図）を示す。引張試験は、温度１５０℃、引張り速度１×１０−３／秒で実施した。
【００６１】
いずれのサンプルも１５０℃での引張強度が２５０ＭＰａと優れた高温強度（耐熱性）を示している。そのなかでも４００℃×４８時間均質化熱処理材および４２０℃×４８時間均質化熱処理材は、押し出しまま材より高い高温強度を示している。特に、４００℃×４８時間均質化熱処理材は、３００ＭＰａを超える極めて高い高温強度を有している。
【００６２】
以上の結果から、以降の評価は、実施例１、２および比較例１〜３の押出し丸棒に４００℃×４８時間の均質化熱処理を施し、引張り試験片に加工した後実施した。
【００６３】
２）結晶粒径測定結果
表２にそれぞれの合金サンプルの結晶粒径を示す。
結晶粒径の測定は、ＥＢＳＤ（Electron back scattered diffraction patterns）法により求めた。１５°以上の方位のずれを結晶粒界とし、結晶粒を定義した。
平均結晶粒径は全面積を単純に結晶粒の数で割ることにより求めた。
【００６４】
【表２】
【００６５】
比較例３では、析出物が粗大化したため、結晶粒径を測定することが出来なかった。比較例３を除くと、アルミニウム、カルシウムおよびストロンチウムの添加量が増加するにつれて、結晶粒径（ピークトップ粒径および面積平均粒径のいずれも）は小さくなっている。
【００６６】
３）室温引張特性
図３は、室温における引張り強度の測定結果である。それぞれの合金サンプルの引張り強さ、０．２％耐力、伸びの測定結果を示す。比較例２および３では、材料が脆くて０．２％耐力を測定することができなかった。
【００６７】
引張強さは、比較例１、実施例１および実施例２が３００ＭＰａ以上と優れた値を示した。しかし、比較例１は０．２％耐力が２５０ＭＰａ未満であり、２５０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有する実施例１および実施例２は比較例サンプルと比べ室温強度に優れていることが判る。伸びについても実施例１および実施例２は２％以上であり充分な延性を有していることが判る。
また、高強度マグネシウム合金として知られているＡＺ９１合金を実施例１および２サンプルと同程度の押し出し温度３６０℃および同程度の押出し比２２で押し出して作製したサンプルの引張り強さが２９５ＭＰａであることが知られており（Hanlin Ding et.al, Journal of alloys and compounds, 456(2008) 400-406）、これからも実施例１および２のサンプルが高い室温強度を有することが判る。
【００６８】
４）高温強度
図４は高温引張り強さの測定結果である。高温引張試験は、測定温度１７５℃、ひずみ速度１×１０−４／秒で実施した。
比較例３のサンプルは引張り応力を付与して間もなく破断したため、高温強度を測定できなかった。
実施例１および実施例２は、１７５℃における高温強度が２１０ＭＰａ以上と比較例と比べて高い高温強度を示した。
【００６９】
以上より、実施例サンプルは室温および高温の両方において、高い強度を示すことが判る。
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネシウム合金、とりわけ、押出し、鍛造などの展伸材に加工可能な高強度および高耐熱マグネシウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは、実用金属中、最も軽量で比強度が高いことが知られている。例えば、地球温暖化対策として、車両の軽量化による二酸化炭素排出量の低減および電気自動車の１回の充電で走行可能な距離の拡大を実現するために、マグネシウム合金を用いて軽量化した部品が適用されなど、マグネシウム合金は多くの用途で使用が拡大している。
マグネシウム合金の部品は、多くの場合、鋳造やダイカスト法によって成形される。
【０００３】
これは、従来の多くのマグネシウム合金は、押出し加工、圧延加工および鍛造加工等の塑性加工によって、結晶粒径を微細化して比較的高い室温強度を得ることができる一方で、網目状に形成された粒界析出物が破壊されるため、高温における引張り特性が低下するために特に高温で使用する部品に塑性加工により得た展伸材を用いることが制限されるためである。
【０００４】
これに対して、カルシウム０．１〜１５重量％を含有し、更に必要に応じてはアルミニウムまたは亜鉛をカルシウムの２倍を超えない量含有するマグネシウム合金を押出しや圧延などの塑性加工することで、破砕された金属間化合物を結晶粒内に均一に分散させて、機械的強度が向上させることが特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｍｎ系合金を用いて、所定の加工温度と圧下率で熱間圧延または鍛造を行うことにより、結晶粒の微細化を抑制し、結晶粒界に析出した網目状び金属間化合物を著しく破壊することなく、結晶粒のアスペクト比（結晶粒の長軸の長さ／結晶粒の短軸の長さ）を制御することで、耐熱性を向上させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１０９９６３号公報
【特許文献２】特開２００７−７０６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に係るマグネシウム合金では、耐熱性、すなわち高温での強度がまだ不足する場合があるという問題があった。
【０００８】
一方、引用文献２に係るマグネシウム合金は、規定した結晶粒のアスペクト比を得るために、熱間圧延および鍛造の加工度（圧下率）を低い値に抑制する必要があることから、室温での強度が充分でない場合があるという問題があった。
【０００９】
すなわち、特許文献１および２に係るマグネシウム合金では、高温強度および室温強度のいずれかが充分でない場合がある。
高温下で使用されるマグネシウム合金であっても、環境温度は、必ず室温から高温までの範囲を含むため、マグネシウム合金の引張り特性は、実用上は室温および高温の両方の環境において優れていることが必要である。このため、室温および高温において充分な強度を有するマグネシウム合金が求められていた。
【００１０】
本願発明は、このような要望に応えることを目的として為されたものであり、従って、室温および高温で充分に高い強度を有するマグネシウム合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の態様１は、アルミニウム（Ａｌ）：１４．０〜２３．０質量％、カルシウム（Ｃａ）：１１．０質量％以下（０質量％を含まず）、ストロンチウム（Ｓｒ）：１２．０質量％以下（０質量％を含まず）、および亜鉛（Ｚｎ）：０．２〜１．０質量％
を含むことを特徴とするマグネシウム合金である。
【００１２】
本発明の態様２は、シリコン（Ｓｉ）：０．１〜１．５質量％、レアアース（ＲＥ）：０．１〜１．２質量％、ジルコニウム（Ｚｒ）：０．２〜０．８質量％、スカンジウム（Ｓｃ）：０．２〜３．０質量％、イットリウム（Ｙ）：０．２〜３．０ 質量％ 、スズ（Ｓｎ）：０．２〜３．０質量％、バリウム（Ｂａ）：０．２〜３．０質量％およびアンチモン（Ｓｂ）：０．１〜１．５質量％からなる群から選択される少なくとも１つを更に含有むことを特徴とする態様１に記載のマグネシウム合金である。
【００１３】
本発明の態様３は、カルシウム（Ｃａ）の含有量に対するストロンチウム（Ｓｒ）の含有量の比率が質量比で１：０．３〜１：１．５であることを特徴とする態様１または２に記載のマグネシウム合金である。
【００１４】
本発明の態様４は、アルミニウム（Ａｌ）の含有量とカルシウム（Ｃａ）の含有量とストロンチウム（Ｓｒ）の含有量とが、以下の（１）式に示す関係を満足することを特徴とする態様１〜３のいずれかに記載のマグネシウム合金である。
０．８×＜Ａｌ＞≦１．３５×＜Ｃａ＞＋１．２３×＜Ｓｒ＞＋８．５≦１．２×＜Ａｌ＞ （１）
（但し、＜Ａｌ＞は質量％で表したアルミニウム（Ａｌ）の含有量であり、＜Ｃａ＞は質量％で表したカルシウム（Ｃａ）の含有量であり、＜Ｓｒ＞は質量％で表したストロンチウム（Ｓｒ）の含有量である。）
【００１５】
本発明の態様５は、結晶粒界にＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物が互いに間隔を空けて析出していることを特徴とする態様１〜４のいずれかに記載のマグネシウム合金である。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明により、充分な室温強度と充分な高温強度を有するマグネシウム合金を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、共焦点レーザー顕微鏡により観察した金属組織を示し、図１（ａ）は押し出しまま材の金属組織を示し、図１（ｂ）は４００℃×４８時間均質化熱処理材の金属組織を示し、図１（ｃ）は４２０℃×４８時間均質化熱処理材の金属組織を示す。
【図２】図２は、押し出しまま材、４００℃×４８時間均質化熱処理材および４２０℃×４８時間均質化熱処理材の１５０℃における高温引張試験結果（真応力−真歪線図）を示す。
【図３】図３は、室温における引張り強度の測定結果である。
【図４】図４は高温引張り強さの測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本願発明者らは、マグネシウム合金の強化機構として知られて固溶強化と析出強化の両方を同時に活用することを検討した。
すなわち、アルミニウムとストロンチウムとカルシウムの含有量を適正に制御することで固溶強化機構と析出強化機構の両方を効果的に作用させることを検討した。
【００１９】
そして、本願発明者は、アルミニウムのマグネシウム合金マトリクスに対する固溶限を求め、この固溶限をベースにして、適切なアルミニウム量、カルシウム量、ストロンチウム量を見出した。これによりマトリクスが充分な量のアルミニウムを固溶するとともに、適切な量の金属間化合物Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒが析出した、室温および高温の両方で充分な強度を有する本願発明に係るマグネシウム合金を完成したのである。
以下にその詳細を説明する。
【００２０】
本願発明に係るマグネシウム合金は、アルミニウム（Ａｌ）：１４．０〜２３．０質量％、カルシウム（Ｃａ）：１１質量％以下（０質量％を含まず）、ストロンチウム（Ｓｒ）：１２質量％以下（０質量％を含まず）、亜鉛（Ｚｎ）：０．２〜１．０質量％を含んでいる。
【００２１】
（１）アルミニウム
マグネシウム合金の高温における変形において、積層欠陥エネルギーが低いと、転位の移動が阻害され、変形が困難となることから、積層欠陥エネルギーを低下させることができると、耐熱性（高温強度およびクリープ）向上させることができる。
マグネシウム合金に固溶させて積層欠陥エネルギーを下げることができる元素として、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｃ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｙ、Ｓｎ、Ｂｉをあげることができる。これらの中で、安全性および経済性の観点からアルミニウム（Ａｌ）が好ましい。
【００２２】
また発明者らの検討により、アルミニウムとともに、カルシウム（Ｃａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）を添加することにより、結晶粒径が微細化し、室温強度の向上させることができること、および析出（晶出）する金属間化合物Ａｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒとが他の第２相（析出物）とともに結晶粒界に共存して、これにより室温及び高温特性が向上することがわかった。
【００２３】
マグネシウム合金は、鋳造後、所望の形状、靱性、強度等を得るために、圧延、押し出し、引き抜き等の塑性加工を行い展伸材にすると網目状に結晶粒界に析出している、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相は破壊（分断）され変形方向に整列する。
このような変形方向に整列したＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物は、高温強度の向上に寄与する。
【００２４】
しかし、本願発明者ら、鋭意検討を重ねた結果、３５０〜４５０℃で均質化熱処理を行うことでＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相粒子を再析出させ分散させることができ、より強度を向上できることを見出した。そして、より好ましくは３８５℃〜４１５℃で均質化熱処理を行うことでＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相を結晶粒界に均一に分散させることができ、より確実に強度を上昇させることができることが判った。
【００２５】
本願発明者は、さらに検討を続け、押し出し等の塑性加工後に４００℃×４８時間の均質化熱処理を行ったサンプルのマトリクスへのアルミニウムの最大固溶量（固溶限）が８．３質量％（７．５ａｔ％）であることを見出した。測定は、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いて点分析により行った。
【００２６】
この固溶限を用いて、本願発明に係るマグネシウム合金のアルミニウム量は１４．０〜２３．０質量％が適切であること突き止めた。
アルミニウムが１４．０質量％以上であれば、たとえ８．５質量％程度のアルミニウムがマトリクスに固溶しても充分な量のアルミニウムが、カルシウムおよびストロンチウムと金属間化合物Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを形成できるからである。また、アルミニウム量が２３．０質量％以下であれば、伸び等の延性を確保できる。
【００２７】
より好ましくは、アルミニウム量は１５．０質量％〜２０．０質量％である。
この範囲であればより確実に金属間化合物Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを形成できかつ延性を確保できるからである。
【００２８】
（２）カルシウム
カルシウムの含有量は、１１．０質量％以下（０質量％を含まず）である。
カルシウムの最大含有量１１．０質量％は、固溶しなかったアルミニウムがほとんど全てＡｌ２Ｃａを形成するのに必要なカルシウム量（（アルミニウムの上限−最大固溶量）／Ａｌの原子量×Ａｌ２ＣａのＡｌに対するＣａの原子比×Ｃａの原子量＝１０．９）に概ね等しい。これにより固溶しないアルミニウムを確実に所望の金属間化合物として析出させることが可能となる。
一方、カルシウムが必ず含有されているよう、０質量％は除外してある。
【００２９】
より好ましくは、カルシウムは１．０〜８．０質量％である。より確実にＡｌ２Ｃａを形成できるとともに、余剰となることを抑制できるからである。
【００３０】
（３）ストロンチウム
ストロンチウムの含有量は、１２．０質量％以下（０質量％を含まず）である。
ストロンチウムの最大含有量１２．０質量％は、固溶しなかったアルミニウムがほとんど全てＡｌ４Ｓｒを形成するのに必要なカルシウム量（（アルミニウムの上限−最大固溶量）／Ａｌの原子量×Ａｌ４ＳｒのＡｌに対するＳｒの原子比×Ｓｒの原子量＝１１．９）に概ね等しい。これにより固溶しないアルミニウムを確実に所望の金属間化合物として析出させることが可能となる。
一方、ストロンチウムが必ず含有されているよう、０質量％は除外してある。
【００３１】
好ましくは、ストロンチウムは０．５〜８．０質量％である。より確実にＡｌ４Ｓｒを形成できるとともに、余剰となることを抑制できるからである。より好ましくは１．０〜６．０質量％である。ストロンチウムの効果を最大限に発揮できるからである。
【００３２】
（４）亜鉛
本願発明に係るマグネシウム合金は、亜鉛（Ｚｎ）を０．２〜１．０質量％含有している。
亜鉛には、強度向上、鋳造性向上の効果があるからである。
【００３３】
（５）アルミニウムとカルシウムとストロンチウムの関係
・カルシウムとストロンチウムの比率
金属間化合物Ａｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒの両方を、より適した比率（Ａｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒの生成量の比）で形成するように、好ましくは、カルシウムの含有量：ストロンチウムの含有量の比率（カルシウムの含有量を１としてときのストロンチウムの含有量）は質量比で、１：０．３〜１：１．５であり、より好ましくは質量比で、１：０．５〜１：１．１である。
【００３４】
・アルミニウム含有量とカルシウム含有量とストロンチウム含有量の関係
本願発明に係るマグネシウム合金において、含有するストロンチウムとカルシウムとがそれぞれ、全てＡｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒとして析出するには、以下の（２）式のｙで表されるアルミニウム量（質量％）が必要である。
【００３５】
ｙ＝＜Ｃａ＞／４０．０８（Ｃａの原子量）×２（Ａｌ２ＣａのＣａに対するＡｌの原子比）×２６．９８（Ａｌの原子量）＋＜Ｓｒ＞／８７．６２（Ｓｒの原子量）×４（Ａｌ４ＳｒのＳｒに対するＡｌの原子比）×２６．９８（Ａｌの原子量）＋８．３（Ａｌの最大固溶量）
＝１．３５×＜Ｃａ＞＋１．２３×＜Ｓｒ＞＋８．５ （２）
【００３６】
ここで、＜Ｃａ＞は質量％で示したカルシウムの含有量であり、＜Ｓｒ＞は質量％で示したストロンチウムの含有量である。
また、式中の数値の物理的意味は数値の後の（ ）内に示した。
【００３７】
そして、本願発明に係るマグネシウム合金では、以下の（１）式を満足することが好ましい。
すなわち、のストロンチウムとカルシウムとがそれぞれ、全てＡｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒとして析出するのに必要な（２）式で示されるアルミニウム量ｙが、アルミニウム含有量の０．８〜１．２倍の範囲内となるようにアルミニウムを含有させることが好ましい。
アルミニウム含有量が（１）式に示される範囲内だと、アルミニウム、カルシウムおよびストロンチウムのいずれの元素も概ね過不足なく、化学量論組成に概ね近いＡｌ２ＣａとＡｌ４Ｓｒとを析出させ、かつアルミニウムが充分にマトリクスに固溶するからである。
【００３８】
０．８×＜Ａｌ＞≦１．３５×＜Ｃａ＞＋１．２３×＜Ｓｒ＞＋８．５≦１．２×＜Ａｌ＞ （１）
ここで＜Ａｌ＞は質量％で示したアルミニウムの含有量である。
【００３９】
（６）その他の成分
本願発明の合金は、上述のアルミニウム、カルシウム、ストロンチウムおよび亜鉛を含有し、残部はマグネシウム（Ｍｇ）と不可避の不純物からなってもよい。
【００４０】
しかし、マグネシウム合金の特性を向上することができる任意の元素を含んでよい。この場合、マグネシウム合金が持つ、比強度が高い等の特性を失うことがないように好ましくはマグネシウムを４０質量％以上含有し、より好ましくはマグネシウムを５０質量％以上含有する。
マグネシウムを４０％以上含有し、アルミニウム、カルシウム、ストロンチウムおよび亜鉛を上記に規定した量含有するマグネシウム合金は、他の任意の元素を含んでも、その元素の種類によらず、ほとんどの場合、上述の本願発明の効果を示すことが可能である。
【００４１】
このように添加可能の任意の元素として以下を例示することができる。
シリコン（Ｓｉ）：０．１〜１．５質量％、
レアアース（ＲＥ）：０．１〜１．２質量％、
ジルコニウム（Ｚｒ）：０．２〜０．８質量％、
スカンジウム（Ｓｃ）：０．２〜３．０質量％、
イットリウム（Ｙ）：０．２〜３．０ 質量％ 、
スズ（Ｓｎ）：０．２〜３．０質量％、
バリウム（Ｂａ）：０．２〜３．０質量％および
アンチモン（Ｓｂ）：０．１〜１．５質量％
からなる群から選択される少なくとも１つを含有してよい。
【００４２】
以下に、例示したそれぞれの元素を添加する効果を示す。
【００４３】
シリコンは、マグネシウムと金属間化合物を形成し、得られた金属間化合物が高温において安定なため、高温における変形において、粒界滑りを効果的に抑制し、耐熱性を向上させることができる。シリコンの含有量が０．１〜１．５質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４４】
レアアースは、マグネシウムと金属間化合物を形成し、得られた金属間化合物が高温において安定なため、高温における変形において、粒界滑りを効果的に抑制し、耐熱性を向上させることができる。レアアースの含有量が０．１〜１．２質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４５】
ジルコニウムは、マグネシウムと金属間化合物を形成し、得られた金属間化合物が高温において安定なため、高温における変形において、粒界滑りを効果的に抑制し、耐熱性を向上させることができる。ジルコニウムの含有量が０．２〜０．８質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４６】
スカンジウムは、マグネシウムに添加すると、積層欠陥エネルギーを下げ、高温における変形速度を低下させる効果がある。スカンジウムの含有量が０．２〜３．０質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４７】
イットリウムは、マグネシウムに添加すると、積層欠陥エネルギーを下げ、高温における変形速度を低下させる効果がある。イットリウムの含有量が０．２〜３．０質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４８】
スズ（錫）は、マグネシウムに添加すると、積層欠陥エネルギーを下げ、高温における変形速度を低下させる効果がある。スズの含有量が０．２〜３．０質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００４９】
バリウムは、マグネシウムに添加すると、積層欠陥エネルギーを下げ、高温における変形速度を低下させる効果がある。バリウムの含有量が０．２〜３．０質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００５０】
アンチモンは、マグネシウムに添加すると、積層欠陥エネルギーを下げ、高温における変形速度を低下させる効果がある。スカンジウムの含有量が０．１〜１．５質量％であれば、その効果を充分に発揮することが可能である。
【００５１】
（７）熱処理
Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒは、結晶粒界に網目状にＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相として析出することが多い。そして、上述したように塑性加工を受けると、網目状のＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相（析出物）は、破壊（分断）され変形方向に整列する傾向がある。
このような分断された、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物は、高温強度の向上に寄与することから、塑性加工（塑性変形）により得たマグネシウム合金物品（マグネシウム合金展伸材）も高い高温強度を有する。
【００５２】
しかし、塑性加工後に３５０〜４５０℃で均質化熱処理を行うことにより、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相粒子を再析出させ分散させることができる。これに高温強度をより向上できることを見出した。従って、本願発明に係るマグネシウム合金（マグネシウム合金物品（展伸材））は塑性加工後に３５０〜４５０℃で均質化熱処理を行うことが好ましい。３５０〜４５０℃での均質化熱処理は、この温度範囲で２４〜７２時間保持することが好ましい。この処理により、析出物が再溶解（再析出）して熱安定性が向上するからである。
【００５３】
さらに、本願発明者は、３８５℃〜４１５℃で均質化熱処理を行うことにより、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相粒子を再析出させ粒界に沿って均一に分散させることができ、更にいっそう高温強度を向上できることを見出した。塑性加工後に３８５℃〜４１５℃で均質化処理を行った場合、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む第２相粒子（析出物）が網目状ではなく粒状に互いに間隔を空けて（すなわち不連続）に粒界に沿って析出し、この形態の析出物は高温強度の向上に大きく寄与する。従って、本願発明に係るマグネシウム合金（マグネシウム合金物品（展伸材））は塑性加工後に３８５〜４１５℃で均質化熱処理を行うことがより好ましい。３８５〜４１５℃での均質化熱処理は、この温度範囲で２４〜７２時間保持することが好ましい。この処理により、析出物が再溶解して組織が均一化され、また、粒界の熱安定性の高い金属間化合物組織を均一化、安定化できるからである。
【００５４】
なお、ここでいう塑性加工とは、熱間および冷間の各種の塑性加工を含む。塑性加工として、押し出し、圧延、鍛造、引き抜き、スウェージングおよびこれらの組み合わせを例示することができる。
【実施例】
【００５５】
表１に成分を有する合金サンプルを準備した。
表１に示す実施例サンプル（実施例１および実施例２）の（２）式に示すｙの値については、実施例１が１５．５であり、実施例が２０．９となっており、（１）式を満足している。また、実施例１および実施例２のいずれも、カルシウムの含有量：ストロンチウムの含有量の比率が、質量比で１：１となっている。
【００５６】
【表１】
【００５７】
合金サンプルは、７００℃で溶製し、円筒形の金型でビレットに鋳造した。鋳造ビレットを昇温速度０.５℃／分で４００℃まで昇温し、４８時間保持した後、水冷した。表面の酸化層を機械加工で除去した後、押出し温度３５０℃、押出し速度０.２ｍｍ／秒、押出し比１６で押出し、丸棒（直径１０ｍｍ）とした。
【００５８】
１）均質化熱処理
均質化熱処理の影響をみるために、上述の実施例１のサンプル（押し出し丸棒）について、押し出しまま、４００℃×４８時間の均質化熱処理を行った材料、４２０℃×４８時間の均質化熱処理を行った材料を作製した。
【００５９】
図１は、共焦点レーザー顕微鏡により観察した金属組織を示し、図１（ａ）は押し出しまま材の金属組織を示し、図１（ｂ）は４００℃×４８時間均質化熱処理材の金属組織を示し、図１（ｃ）は４２０℃×４８時間均質化熱処理材の金属組織を示す。
押し出しまま材では、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物（第２相）が、分断されて押し出し方向（図の上下方向）に整列している。これに対して、４００℃×４８時間均質化熱処理材と４２０℃×４８時間均質化熱処理材では、Ａｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物（第２相）が分散しており、特に４００℃×４８時間均質化熱処理材では、比較的微細なＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む粒状の析出物が粒界に沿って均一に互いに間隔を空けて分布している。
【００６０】
図２は、押し出しまま材、４００℃×４８時間均質化熱処理材および４２０℃×４８時間均質化熱処理材の１５０℃における高温引張試験結果（真応力−真歪線図）を示す。引張試験は、温度１５０℃、引張り速度１×１０−３／秒で実施した。
【００６１】
いずれのサンプルも１５０℃での引張強度が２５０ＭＰａと優れた高温強度（耐熱性）を示している。そのなかでも４００℃×４８時間均質化熱処理材および４２０℃×４８時間均質化熱処理材は、押し出しまま材より高い高温強度を示している。特に、４００℃×４８時間均質化熱処理材は、３００ＭＰａを超える極めて高い高温強度を有している。
【００６２】
以上の結果から、以降の評価は、実施例１、２および比較例１〜３の押出し丸棒に４００℃×４８時間の均質化熱処理を施し、引張り試験片に加工した後実施した。
【００６３】
２）結晶粒径測定結果
表２にそれぞれの合金サンプルの結晶粒径を示す。
結晶粒径の測定は、ＥＢＳＤ（Electron back scattered diffraction patterns）法により求めた。１５°以上の方位のずれを結晶粒界とし、結晶粒を定義した。
平均結晶粒径は全面積を単純に結晶粒の数で割ることにより求めた。
【００６４】
【表２】
【００６５】
比較例３では、析出物が粗大化したため、結晶粒径を測定することが出来なかった。比較例３を除くと、アルミニウム、カルシウムおよびストロンチウムの添加量が増加するにつれて、結晶粒径（ピークトップ粒径および面積平均粒径のいずれも）は小さくなっている。
【００６６】
３）室温引張特性
図３は、室温における引張り強度の測定結果である。それぞれの合金サンプルの引張り強さ、０．２％耐力、伸びの測定結果を示す。比較例２および３では、材料が脆くて０．２％耐力を測定することができなかった。
【００６７】
引張強さは、比較例１、実施例１および実施例２が３００ＭＰａ以上と優れた値を示した。しかし、比較例１は０．２％耐力が２５０ＭＰａ未満であり、２５０ＭＰａ以上の０．２％耐力を有する実施例１および実施例２は比較例サンプルと比べ室温強度に優れていることが判る。伸びについても実施例１および実施例２は２％以上であり充分な延性を有していることが判る。
また、高強度マグネシウム合金として知られているＡＺ９１合金を実施例１および２サンプルと同程度の押し出し温度３６０℃および同程度の押出し比２２で押し出して作製したサンプルの引張り強さが２９５ＭＰａであることが知られており（Hanlin Ding et.al, Journal of alloys and compounds, 456(2008) 400-406）、これからも実施例１および２のサンプルが高い室温強度を有することが判る。
【００６８】
４）高温強度
図４は高温引張り強さの測定結果である。高温引張試験は、測定温度１７５℃、ひずみ速度１×１０−４／秒で実施した。
比較例３のサンプルは引張り応力を付与して間もなく破断したため、高温強度を測定できなかった。
実施例１および実施例２は、１７５℃における高温強度が２１０ＭＰａ以上と比較例と比べて高い高温強度を示した。
【００６９】
以上より、実施例サンプルは室温および高温の両方において、高い強度を示すことが判る。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム（Ａｌ）：１４．０〜２３．０質量％、
カルシウム（Ｃａ）：１１．０質量％以下（０質量％を含まず）、
ストロンチウム（Ｓｒ）：１２．０質量％以下（０質量％を含まず）、および
亜鉛（Ｚｎ）：０．２〜１．０質量％
を含むことを特徴とするマグネシウム合金。
【請求項２】
シリコン（Ｓｉ）：０．１〜１．５質量％、
レアアース（ＲＥ）：０．１〜１．２質量％、
ジルコニウム（Ｚｒ）：０．２〜０．８質量％、
スカンジウム（Ｓｃ）：０．２〜３．０質量％、
イットリウム（Ｙ）：０．２〜３．０ 質量％ 、
スズ（Ｓｎ）：０．２〜３．０質量％、
バリウム（Ｂａ）：０．２〜３．０質量％および
アンチモン（Ｓｂ）：０．１〜１．５質量％
からなる群から選択される少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム合金。
【請求項３】
カルシウム（Ｃａ）の含有量に対するストロンチウム（Ｓｒ）の含有量の比率が質量比で１：０．３〜１：１．５であることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシウム合金。
【請求項４】
アルミニウム（Ａｌ）の含有量とカルシウム（Ｃａ）の含有量とストロンチウム（Ｓｒ）の含有量とが、以下の（１）式に示す関係を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマグネシウム合金。
０．８×＜Ａｌ＞≦１．３５×＜Ｃａ＞＋１．２３×＜Ｓｒ＞＋８．５≦１．２×＜Ａｌ＞ （１）
（但し、＜Ａｌ＞は質量％で表したアルミニウム（Ａｌ）の含有量であり、＜Ｃａ＞は質量％で表したカルシウム（Ｃａ）の含有量であり、＜Ｓｒ＞は質量％で表したストロンチウム（Ｓｒ）の含有量である。）
【請求項５】
結晶粒界にＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物が互いに間隔を空けて析出していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマグネシウム合金。
【請求項１】
アルミニウム（Ａｌ）：１４．０〜２３．０質量％、
カルシウム（Ｃａ）：１１．０質量％以下（０質量％を含まず）、
ストロンチウム（Ｓｒ）：１２．０質量％以下（０質量％を含まず）、および
亜鉛（Ｚｎ）：０．２〜１．０質量％
を含むことを特徴とするマグネシウム合金。
【請求項２】
シリコン（Ｓｉ）：０．１〜１．５質量％、
レアアース（ＲＥ）：０．１〜１．２質量％、
ジルコニウム（Ｚｒ）：０．２〜０．８質量％、
スカンジウム（Ｓｃ）：０．２〜３．０質量％、
イットリウム（Ｙ）：０．２〜３．０ 質量％ 、
スズ（Ｓｎ）：０．２〜３．０質量％、
バリウム（Ｂａ）：０．２〜３．０質量％および
アンチモン（Ｓｂ）：０．１〜１．５質量％
からなる群から選択される少なくとも１つを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム合金。
【請求項３】
カルシウム（Ｃａ）の含有量に対するストロンチウム（Ｓｒ）の含有量の比率が質量比で１：０．３〜１：１．５であることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシウム合金。
【請求項４】
アルミニウム（Ａｌ）の含有量とカルシウム（Ｃａ）の含有量とストロンチウム（Ｓｒ）の含有量とが、以下の（１）式に示す関係を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマグネシウム合金。
０．８×＜Ａｌ＞≦１．３５×＜Ｃａ＞＋１．２３×＜Ｓｒ＞＋８．５≦１．２×＜Ａｌ＞ （１）
（但し、＜Ａｌ＞は質量％で表したアルミニウム（Ａｌ）の含有量であり、＜Ｃａ＞は質量％で表したカルシウム（Ｃａ）の含有量であり、＜Ｓｒ＞は質量％で表したストロンチウム（Ｓｒ）の含有量である。）
【請求項５】
結晶粒界にＡｌ２ＣａおよびＡｌ４Ｓｒを含む析出物が互いに間隔を空けて析出していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマグネシウム合金。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２０７２５３（Ｐ２０１２−２０７２５３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７２５０５（Ｐ２０１１−７２５０５）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度経済産業省、戦略的基盤技術高度化支援事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０６３６２２２２）株式会社新技術研究所 (9)
【出願人】（５０５１２７７２１）公立大学法人大阪府立大学 (688)
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度経済産業省、戦略的基盤技術高度化支援事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０６３６２２２２）株式会社新技術研究所 (9)
【出願人】（５０５１２７７２１）公立大学法人大阪府立大学 (688)
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