高強度マグネシウム合金のミクロ組織安定性と強度改善

Mg-AlおよびMg-Zn二元系では組織安定性が低いため,Mg-Al-CaおよびMg-Y-Zn三元系においてクリープ試験を行い,そのクリープ強度と組織安定性を評価した.【Mg-Al-Ca三元合金】上記合金をダイキャストおよびチクソモールディング法で実現される冷却速度で作成すると,粒界内部に大量の欠陥を有する共晶化合物が連続的に晶出した特異な組織を持つ.この合金に高温での熱処理を施すと,粒界上の晶出物は最終安定形状を持つ球状Al_2Caへと変化する.しかしながら両者にクリープ試験を施すと熱的には安定な球状Al_2Caは強度にほとんど寄与せず,熱的にはむしろ不安定な,連続的な粒界第二相を持つ組織を持つ試料が100倍以上高い強度を示した.連続した粒界第二相は粒内の転位運動を拘束し,高強度を実現すると考えられる.Mg-Al二元合金でも粒界を連続的に被覆する晶出物は得られるが,この晶出物はAlの拡散を促進させるために強度を低下させる方向に働く.従ってAlとCaの同時添加により,粒界を連続的に被覆し,かつ高速拡散パスを作らないミクロ組織を導入することが可能となる.【Mg-Y-Zn三元合金】MgにYとZnを同時添加すると粒内に大量の積層欠陥が導入され,更に積層欠陥部分にYとZnが偏析することで積層欠陥が高温下で安定化する.この条件でクリープ試験を行うと,積層欠陥が転位運動の障害物となるだけではなく,一次すべり面での転位の拡張幅を著しく上昇させるために,元々変形の異方性の大きなMgにおいて転位の運動が効果的に抑制され,高い強度を示す.従ってYとZnの同時添加により,積層欠陥という転位運動に対しての第二相に準ずる障害物を導入するだけでなく,母相の物理定数を変化させ基底強度の上昇が実現可能となる.

Mg-AlおよびMg-Zn二元系では組織安定性が低いため,Mg-Al-CaおよびMg-Y-Zn三元系においてクリープ試験を行い,そのクリープ強度と組織安定性を評価した.【Mg-Al-Ca三元合金】上記合金をダイキャストおよびチクソモールディング法で実現される冷却速度で作成すると,粒界内部に大量の欠陥を有する共晶化合物が連続的に晶出した特異な組織を持つ.この合金に高温での熱処理を施すと,粒界上の晶出物は最終安定形状を持つ球状Al_2Caへと変化する.しかしながら両者にクリープ試験を施すと熱的には安定な球状Al_2Caは強度にほとんど寄与せず,熱的にはむしろ不安定な,連続的な粒界第二相を持つ組織を持つ試料が100倍以上高い強度を示した.連続した粒界第二相は粒内の転位運動を拘束し,高強度を実現すると考えられる.Mg-Al二元合金でも粒界を連続的に被覆する晶出物は得られるが,この晶出物はAlの拡散を促進させるために強度を低下させる方向に働く.従ってAlとCaの同時添加により,粒界を連続的に被覆し,かつ高速拡散パスを作らないミクロ組織を導入することが可能となる.【Mg-Y-Zn三元合金】MgにYとZnを同時添加すると粒内に大量の積層欠陥が導入され,更に積層欠陥部分にYとZnが偏析することで積層欠陥が高温下で安定化する.この条件でクリープ試験を行うと,積層欠陥が転位運動の障害物となるだけではなく,一次すべり面での転位の拡張幅を著しく上昇させるために,元々変形の異方性の大きなMgにおいて転位の運動が効果的に抑制され,高い強度を示す.従ってYとZnの同時添加により,積層欠陥という転位運動に対しての第二相に準ずる障害物を導入するだけでなく,母相の物理定数を変化させ基底強度の上昇が実現可能となる.