JP7362267B2 - マグネシウム－リチウム系合金、光学機器、撮像装置、電子機器、及び移動体 - Google Patents
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Description
本発明は、マグネシウム－リチウム系合金に関する。
物品を軽量化するうえで、マグネシウム合金が金属材料として使用されている。近年、物品の更なる軽量化が要求されてきており、例えば特許文献１に記載のようなマグネシウム－リチウム系合金が提案されている。しかし、リチウムは、非常に活性な（イオン化しやすい、溶解しやすい）金属元素であるため、例えば、湿潤状態において腐食しやすい性質を有する。このため、マグネシウム－リチウム系合金は、マグネシウム合金よりも耐食性が重要となっている。特許文献１には、アルミニウムを含有させることにより強度を向上させることが記載されている。
しかしながら、従来のマグネシウム－リチウム系合金で物品を形成しても、物品が高温高湿の環境に長期間に亘って晒されると、合金が腐食する問題が生じていた。このため、従来よりも更に耐食性に優れている合金が求められていた。
そこで、本発明は、高温高湿環境に長期間に亘って晒されても、耐食性に優れたマグネシウム－リチウム系合金を提供することを目的とする。
本発明者は、従来法により作製したマグネシウム－リチウム系合金が腐食する原因を検討したところ、マグネシウム－リチウムからなる母相中に、アルミニウムと、マグネシウムとが化合した析出相を作ることが原因ではないかと考えた。また、母相中に、リチウムリッチな粒界（リチウムリッチ相）が偏析することが原因ではないかと考えた。そして、本発明者は、合金の表面に水が付着すると、析出相又はリチウムリッチ相と母相との間で局部電食が生じ、リチウムが溶出することで、合金が腐食すると考えた。そこで、本発明者は、合金にゲルマニウムを含有させることで、析出や偏析を抑制できることを見出した。
本開示の第１態様は、Ｍｇ，Ｌｉ，Ａｌ及びＧｅを含有し、Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つを更に含有し、残部が不可避不純物であるマグネシウム－リチウム系合金であって、前記Ｍｇの含有量と前記Ｌｉの含有量との和が９０質量％以上であり、前記Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であり、前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であり、前記Ｇｅの含有量が０．１質量％以上１質量％未満であり、前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とするマグネシウム－リチウム系合金である。
本開示の第２態様は、Ｍｇ，Ｌｉ，Ａｌ，Ｇｅ及びＢｅを含有し、Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つを更に含有し、残部が不可避不純物であるマグネシウム－リチウム系合金であって、前記Ｍｇの含有量と前記Ｌｉの含有量との和が９０質量％以上であり、前記Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であり、前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であり、前記Ｇｅの含有量が０．１質量％以上１質量％未満であり、前記Ｂｅの含有量が０．０４質量％以上３質量％未満であり、前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とするマグネシウム－リチウム系合金である。
本開示の第３態様は、Ｍｇ，Ｌｉ，Ａｌ，Ｇｅ及びＣａを含有し、Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つを更に含有し、残部が不可避不純物であるマグネシウム－リチウム系合金であって、前記Ｍｇの含有量と前記Ｌｉの含有量との和が９０質量％以上であり、前記Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であり、前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であり、前記Ｇｅの含有量が０．１質量％以上１質量％未満であり、前記Ｃａの含有量が、０．１質量％以上１．６質量％以下であり、前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とするマグネシウム－リチウム系合金である。
本開示の第４態様は、Ｍｇ，Ｌｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｂｅ及びＣａを含有し、Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つを更に含有し、残部が不可避不純物であるマグネシウム－リチウム系合金であって、前記Ｍｇの含有量と前記Ｌｉの含有量との和が９０質量％以上であり、前記Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であり、前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であり、前記Ｇｅの含有量が０．１質量％以上１質量％未満であり、前記Ｂｅの含有量が０．０４質量％以上３質量％未満であり、前記Ｃａの含有量が、０．１質量％以上１．６質量％以下であり、前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とするマグネシウム－リチウム系合金である。
本開示の第２態様は、Ｍｇ，Ｌｉ，Ａｌ，Ｇｅ及びＢｅを含有し、Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つを更に含有し、残部が不可避不純物であるマグネシウム－リチウム系合金であって、前記Ｍｇの含有量と前記Ｌｉの含有量との和が９０質量％以上であり、前記Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であり、前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であり、前記Ｇｅの含有量が０．１質量％以上１質量％未満であり、前記Ｂｅの含有量が０．０４質量％以上３質量％未満であり、前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とするマグネシウム－リチウム系合金である。
本開示の第３態様は、Ｍｇ，Ｌｉ，Ａｌ，Ｇｅ及びＣａを含有し、Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つを更に含有し、残部が不可避不純物であるマグネシウム－リチウム系合金であって、前記Ｍｇの含有量と前記Ｌｉの含有量との和が９０質量％以上であり、前記Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であり、前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であり、前記Ｇｅの含有量が０．１質量％以上１質量％未満であり、前記Ｃａの含有量が、０．１質量％以上１．６質量％以下であり、前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とするマグネシウム－リチウム系合金である。
本開示の第４態様は、Ｍｇ，Ｌｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｂｅ及びＣａを含有し、Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つを更に含有し、残部が不可避不純物であるマグネシウム－リチウム系合金であって、前記Ｍｇの含有量と前記Ｌｉの含有量との和が９０質量％以上であり、前記Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であり、前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であり、前記Ｇｅの含有量が０．１質量％以上１質量％未満であり、前記Ｂｅの含有量が０．０４質量％以上３質量％未満であり、前記Ｃａの含有量が、０．１質量％以上１．６質量％以下であり、前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とするマグネシウム－リチウム系合金である。
本発明によれば、高温高湿の環境に長期間に亘って晒されても、合金が腐食するのを抑制することができる。
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の撮像装置の好適な実施形態の一例である、一眼レフデジタルカメラ６００の構成を示している。図１において、カメラ本体６０２と光学機器であるレンズ鏡筒６０１とが結合されているが、レンズ鏡筒６０１はカメラ本体６０２対して着脱可能ないわゆる交換レンズである。
被写体からの光は、レンズ鏡筒６０１の筐体６２０内の撮影光学系の光軸上に配置された複数のレンズ６０３、６０５などからなる光学系６３０を通過して撮像素子６１０が受光することにより撮影される。ここで、レンズ６０５は内筒６０４によって支持されて、フォーカシングやズーミングのためにレンズ鏡筒６０１の外筒に対して可動支持されている。
撮影前の観察期間では、被写体からの光は、カメラ本体６０２の筐体６２１内の主ミラー６０７により反射され、プリズム６１１を透過後、ファインダレンズ６１２を通して撮影者に撮影画像が映し出される。主ミラー６０７は例えばハーフミラーとなっており、主ミラーを透過した光はサブミラー６０８によりＡＦ（オートフォーカス）ユニット６１３の方向に反射され、例えばこの反射光は測距に使用される。また、主ミラー６０７は主ミラーホルダ６４０に接着などによって装着、支持されている。不図示の駆動機構を介して、撮影時には主ミラー６０７とサブミラー６０８を光路外に移動させ、シャッタ６０９を開き、撮像素子６１０にレンズ鏡筒６０１から入射した撮影光像を結像させる。また、絞り６０６は、開口面積を変更することにより撮影時の明るさや焦点深度を変更できるよう構成される。なお、一眼レフデジタルカメラ６００を一例として本発明の撮像装置を説明したが、本発明はこれに限定されず、スマートフォンやコンパクトデジタルカメラであっても構わない。
図２は、実施形態に係るレンズ鏡筒６０１の筐体６２０及びその表面上に形成された膜の部分断面図である。図２に示すように、筐体６２０の表面６２０Ａ上には、化成被膜１１０、プライマ１２０、及び塗装膜１３０が形成されている。化成被膜１１０は、筐体６２０の耐食性を向上させるための被膜であり、例えばリン酸マグネシウム等のリン酸系の被膜とするのが好ましい。塗装膜１３０は、遮熱材を含む遮熱用の塗料から形成される塗装膜である。筐体６２０は、マグネシウム－リチウム系合金（Ｍｇ－Ｌｉ系合金）で構成された部材（成形品）である。本実施形態の筐体６２０を構成するＭｇ－Ｌｉ系合金は、Ｍｇ（マグネシウム）を主成分としている。
Ｍｇ－Ｌｉ系合金は、軽量金属材料であり、筐体６２０を軽量にすることができ、剛性や振動の吸収性（制振性）を高めることができる。しかし、Ｌｉ（リチウム）は卑な金属で腐食しやすいため、Ｍｇ－Ｌｉ系合金の耐食性を向上させる必要がある。そのため、本実施形態では、筐体６２０の表面上に、塗装膜１３０の下地として、耐食性を向上させる化成被膜１１０を被覆させている。
一方で、従来、Ａｌ（アルミニウム）を含有するＭｇ－Ｌｉ系合金が知られている。このＭｇ－Ｌｉ系合金からなる部材を作製し、部材の表面に化成被膜を被覆した後、塗装膜を被覆したサンプルを作製した。このサンプルに対し、高温高湿環境で長期間、具体的には温度７０℃及び湿度８０％ＲＨの環境で、１０００ｈｒの耐久試験を行ったところ、塗装膜が剥がれ落ち、部材の表面において腐食が進んでいた。
このＭｇ－Ｌｉ系合金中には、強度向上を目的としてＡｌが添加されており、Ａｌと、Ｍｇとが化合した析出相が生じると考えられる。また、母相中に、リチウムリッチな粒界（リチウムリッチ相）が偏析することが考えられる。そして、合金の表面に水が付着すると、析出相又はリチウムリッチ相と母相との間で局部電食が生じ、リチウムが表面に溶出することで表面の水と反応し、水素ガスが発生して塗装膜の膨れや剥がれが生じると推定される。
本発明者は、Ｍｇ－Ｌｉ系合金において、偏析や析出の成長を抑制した均質な組成を得るためには、合金を混合溶解し凝固する際に、原子の移動を阻害すればよいことを見出した。具体的には、合金の主要な元素間の原子半径が１．２倍以上異なることで、凝固時間内に偏析や析出が抑制できるようになると考えた。また、主要元素間の混合エンタルピーが負であると、原子の混合分散の状態がエネルギー的に安定になることから、このような組み合わせの元素を選択することでも、偏析や析出が抑制できるようになると考えた。
Ａｌを含有するＭｇ－Ｌｉ系合金においては、上述のように主成分のＭｇ元素の原子半径（１６０ｐｍ）がＡｌの原子半径（１４３ｐｍ）に対して１．１倍と小さい。そこで、上記の条件を満足したＡｌ元素より原子半径の小さな周期表２族および１１～１５族の元素をＡｌ元素と一部置き換えればよいことを見出した。
Ａｌ元素を一部置き換える金属元素は、Ｇｅ（ゲルマニウム）元素及びＢｅ（ベリリウム）元素の一方又は両方が好ましい。すなわち、Ｍｇ－Ｌｉ系合金において、Ａｌ及びＧｅとＢｅの少なくとも１種類を含有することで、腐食の起点となる偏析及び析出が防止され、合金が均質な組成となりやすい。つまり、合金が非晶質化、又は合金に含まれる結晶粒が微細化しやすい。合金の結晶の微細化、又は合金の非晶質化により、析出及び偏析が防止されているので、合金の耐食性が向上する。ここで、ＧｅとＢｅの原子半径はともに１２２ｐｍである。合金におけるＧｅの含有量は、合金の強度を高めるという点で、０．１質量％以上１質量％未満が好ましく、０．１質量％以上０．８質量％以下がより好ましい。合金におけるＢｅの含有量は、合金の強度を高めるという点で、０．０４質量％以上３質量％未満が好ましく、０．０４質量％以上０．１１質量％以下がより好ましい。また、ＢｅおよびＧｅの含有量は、Ａｌの含有量より少ない。
また、Ａｌ元素を一部置き換える金属元素としてはＧｅおよびＢｅ以外に、Ｓｉ（ケイ素）、Ｐ（リン）、Ｚｎ（亜鉛）及びＡｓ（ヒ素）のうち少なくとも１つの金属元素を更に含有するのが好ましい。ここで、Ｓｉ、Ｐ、ＺｎおよびＡｓの原子半径はそれぞれ、１１７ｐｍ、１１０ｐｍ、１３７ｐｍおよび１２１ｐｍである。これら金属元素もＡｌ元素よりも原子半径が小さく、より一層、析出及び偏析が防止されているので、合金の耐食性が向上する。なお、Ｃｕの原子半径は１２８ｐｍとＡｌの原子半径より小さいが、Ｍｇ－Ｌｉ系合金にＣｕが含有されると、酸化しやすくなるおそれがある。そのため、Ｃｕを含有させることは好ましくない。また、Ｓｉ、Ｐ、ＺｎおよびＡｓの含有量は、Ａｌの含有量より少ない。
本実施形態のＭｇ－Ｌｉ系合金において、析出及び偏析を防止するうえで、Ｍｇの含有量と、Ｌｉの含有量との和を、９０質量％以上とする必要がある。９０質量％未満であると、結晶粒の微細化、又は非晶質化が期待できず、また加工性が低下し、製造コストが高くなり、実用的でない。
本実施形態のＭｇ－Ｌｉ系合金において、Ａｌの含有量とＧｅおよびＢｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であるのが好ましい。これにより、Ｍｇ－Ｌｉ系合金において、Ａｌによる合金の強度を高める効果と、ＧｅおよびＢｅによる合金の強度を高める効果とを、相乗することが可能となる。
また、本実施形態のＭｇ－Ｌｉ系合金において、Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であるのが好ましい。これにより、Ｍｇ－Ｌｉ系合金において、合金を効果的に軽量化することができる。Ｌｉの含有量が０．５質量％未満であると、Ｍｇ合金に対して軽量にすることができないので、軽量化の観点では好ましくない。Ｌｉの含有量が１５質量％より多いと制振性が十分でなくなるおそれがある。
また、本実施形態のＭｇ－Ｌｉ系合金において、ＧｅおよびＢｅの含有量と、Ａｌの含有量と、Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ及びＡｓの中から選択される１つ又は複数の金属元素の含有量との和が、３質量％以上１０質量％以下であるのが好ましい。これにより、より一層、結晶粒の微細化もしくは非晶質化しやすくなる。よって、より一層、合金の耐食性が向上する。なおＭｇ－Ｌｉ系合金において、Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ及びＡｓの中から選択される複数の金属元素を含有する場合には、選択された複数の金属元素の総含有量と、Ｇｅ及びＢｅの含有量と、Ａｌの含有量との和が、３質量％以上７質量％以下であるということになる。例えば、Ｍｇ－Ｌｉ系合金がＳｉ及びＺｎを含有する場合には、ＧｅおよびＢｅの含有量と、Ａｌの含有量と、Ｓｉの含有量と、Ｚｎの含有量との和が、３質量％以上７質量％以下であるということになる。
また、本実施形態のＭｇ－Ｌｉ系合金において、Ｃａの含有量が０．１質量％以上１．６質量％以下であるのが好ましい。これにより、Ｍｇ－Ｌｉ系合金において、より一層、合金の耐食性が向上する。
なお、本実施形態のＭｇ－Ｌｉ系合金は、上記に掲げた金属元素以外の金属元素を、特性を変動しない範囲で含有させても構わない。これらの金属元素には製造上、混入を回避できない不可避不純物も含まれる。不可避不純物としては、例えばＦｅ、Ｎｉ、ＣｕおよびＭｎがある。Ｆｅ，ＮｉおよびＣｕであれば、Ｍｇ－Ｌｉ合金中に含まれるそれぞれの含有量が０．１質量％未満であれば特性は変動しない。また、Ｍｎであれば、それぞれ１質量％未満であれば特性は変動しない。
以上、レンズ鏡筒６０１の筐体６２０を構成する金属に、Ｍｇ－Ｌｉ系合金を用いた場合について説明したが、これに限定するものではない。カメラ本体６０２の筐体６２１を構成する金属についても、筐体６２０に用いたものと同様の構成のＭｇ－Ｌｉ系合金を用いてもよい。
本実施形態のＭｇ－Ｌｉ系合金の製造方法は特に限定されない。製造方法としては、例えば、鋳造や押し出し、鍛造がある。組成を調整する方法としては、所望の金属元素からなる金属片もしくは合金片を混合させて溶融する方法等が挙げられる。
また、本実施形態のＭｇ－Ｌｉ系合金は、溶融状態から固化させた後に、熱処理（ポストアニール）を行うことが好ましい。再結晶温度付近で、Ｍｇ－Ｌｉ系合金に含有されるＭｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｇｅ等の金属元素が拡散し、新たに化合物を形成して、硬度を増大させることができるためである。
＜電子機器＞
図７は、本発明の電子機器の好適な実施形態の一例である、パーソナルコンピュータの構成を示している。図７において、パーソナルコンピュータ８００は表示部８０１と本体部８０２を備える。本体部８０２の筐体８２０の内部には電子部品８３０が備えられている。本発明のマグネシウム－リチウム系合金は本体部８０２の筐体８２０に用いることができる。筐体８２０は本発明のマグネシウム－リチウム系合金のみで構成されても良いし、本発明のマグネシウム－リチウム系合金に塗装膜を設けても良い。本発明のマグネシウム－リチウム系合金は軽量かつ耐食性に優れるため、従来のパーソナルコンピュータより軽量かつ耐食性に優れたパーソナルコンピュータを提供することができる。
図７は、本発明の電子機器の好適な実施形態の一例である、パーソナルコンピュータの構成を示している。図７において、パーソナルコンピュータ８００は表示部８０１と本体部８０２を備える。本体部８０２の筐体８２０の内部には電子部品８３０が備えられている。本発明のマグネシウム－リチウム系合金は本体部８０２の筐体８２０に用いることができる。筐体８２０は本発明のマグネシウム－リチウム系合金のみで構成されても良いし、本発明のマグネシウム－リチウム系合金に塗装膜を設けても良い。本発明のマグネシウム－リチウム系合金は軽量かつ耐食性に優れるため、従来のパーソナルコンピュータより軽量かつ耐食性に優れたパーソナルコンピュータを提供することができる。
なお、パーソナルコンピュータ８００を一例として本発明の電子機器を説明したが、本発明はこれに限定されず、スマートフォンやタブレットであっても構わない。
＜移動体＞
図８は、本発明の移動体の一例であるドローンの一実施形態を示す図である。ドローン７００は、複数の駆動部７０１と、駆動部７０１と接続される本体部７０２を備える。駆動部７０１は、例えば、プロペラを有する。図８のように、本体部７０２には脚部７０３を接続しても良いし、カメラ７０４を接続する構成にしても良い。本発明のマグネシウム－リチウム系合金は、本体部７０２および脚部７０３の筐体７１０に用いることが可能である。筐体７１０は本発明のマグネシウム－リチウム系合金のみで構成されても良いし、本発明のマグネシウム－リチウム系合金に塗装膜を設けても良い。本発明のマグネシウム－リチウム系合金は、制振性かつ耐食性に優れるため、従来のドローンより制振性かつ耐食性に優れたドローンを提供することができる。
図８は、本発明の移動体の一例であるドローンの一実施形態を示す図である。ドローン７００は、複数の駆動部７０１と、駆動部７０１と接続される本体部７０２を備える。駆動部７０１は、例えば、プロペラを有する。図８のように、本体部７０２には脚部７０３を接続しても良いし、カメラ７０４を接続する構成にしても良い。本発明のマグネシウム－リチウム系合金は、本体部７０２および脚部７０３の筐体７１０に用いることが可能である。筐体７１０は本発明のマグネシウム－リチウム系合金のみで構成されても良いし、本発明のマグネシウム－リチウム系合金に塗装膜を設けても良い。本発明のマグネシウム－リチウム系合金は、制振性かつ耐食性に優れるため、従来のドローンより制振性かつ耐食性に優れたドローンを提供することができる。
［実施例］
まず、アルゴン雰囲気中でＭｇ地金を７００～８００℃に加熱して溶融させた。その後、各元素（Ａｌ、Ｇｅ等）の金属片もしくは合金片を、表１に示す組成比になるように、必要量添加した後に金型に鋳造冷却し、Ｍｇ合金のインゴットを作製した。
まず、アルゴン雰囲気中でＭｇ地金を７００～８００℃に加熱して溶融させた。その後、各元素（Ａｌ、Ｇｅ等）の金属片もしくは合金片を、表１に示す組成比になるように、必要量添加した後に金型に鋳造冷却し、Ｍｇ合金のインゴットを作製した。
次に、Ｍｇ合金のインゴットを小片に切断し、セラミックス製の溶解るつぼに同小片とＬｉ合金片とを混合し、アルゴン雰囲気中で高周波誘導加熱により８５０℃で再溶解し、溶解るつぼ内で十分に電磁撹拌した。Ｌｉ合金片の添加量を変えてＬｉ濃度を変化させ、表１に示す組成の合金を作製した。以下、「質量％」を「％」と「質量」の文字を省略して表記することもある。
セラミック製またはカーボン製のるつぼで溶融した合金素材をアルゴンガス圧により銅ロール上に溶融合金を吹き付け、厚み約０．２ｍｍ、幅７ｍｍのリボンを得た。元素成分は蛍光Ｘ線にて計測し濃度の補正を行った。
環境試験として、得られたリボンの表面は無処理とし、温度７０℃及び湿度８０ＲＨ％の高温高湿環境下に、１０００ｈｒ放置した。放置後、同サンプルの光学顕微鏡やＳＥＭ－ＥＤＸ（ＺＥＩＳＳ社製、商品名：ＦＥ－ＳＥＭ）にて表面変化を確認した。また、ビッカース硬度計（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製、商品名：マイクロビッカース硬さ試験機ＨＭ－２００）により硬さを測定した。環境試験による表面状態の評価結果及び硬さの測定の結果を表２に示す。なお、表２において、環境試験による表面状態が良好であったものを“Ａ”、良好ではなかったものを“Ｂ”で示す。また、Ｘ線回折装置（Ｒｉｇａｋｕ社製、商品名：多目的Ｘ線回折装置ＵｌｔｉｍａＩＶ）の２θ－θ測定により結晶状態を測定した。
＜実施例１、実施例２および実施例７＞
実施例１として、Ｍｇ－１．６７％Ｌｉ－１．６％Ｃａ－４．８％Ａｌ－０．８％Ｇｅ－０．２％Ｚｎ－０．０２％ＭｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。実施例２として、Ｍｇ－３．３５％Ｌｉ－１．２％Ｃａ－４．６％Ａｌ－０．６％Ｇｅ－０．４％Ｚｎ－０．０４％ＭｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。実施例７として、Ｍｇ－８．６％Ｌｉ－１．２％Ｃａ－５．７％Ａｌ－０．１％Ｇｅ－０．１１％Ｍｎ－０．０５％ＳｉのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。
実施例１として、Ｍｇ－１．６７％Ｌｉ－１．６％Ｃａ－４．８％Ａｌ－０．８％Ｇｅ－０．２％Ｚｎ－０．０２％ＭｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。実施例２として、Ｍｇ－３．３５％Ｌｉ－１．２％Ｃａ－４．６％Ａｌ－０．６％Ｇｅ－０．４％Ｚｎ－０．０４％ＭｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。実施例７として、Ｍｇ－８．６％Ｌｉ－１．２％Ｃａ－５．７％Ａｌ－０．１％Ｇｅ－０．１１％Ｍｎ－０．０５％ＳｉのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。
実施例１，２，７のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和を９０質量％以上とした。そして、実施例１，２，７のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ａｌ，Ｃａ，Ｇｅを含有させた。
更に、実施例１，２，７のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ａｌの含有量と、Ｇｅの含有量との和を、３質量％以上７質量％以下の範囲内とした。更に、実施例１，２，７のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｃａの含有量を、０．１質量％以上１．６質量％以下の範囲内とした。また、実施例１，２，７のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量を、０．５質量％以上１５質量％以下の範囲内とした。また、実施例１，２のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ及びＡｓのうち少なくとも１つの金属元素として、Ｚｎを含有させた。また、実施例１，２のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｇｅの含有量と、Ａｌの含有量と、Ｚｎの含有量との和を、３質量％以上７質量％以下の範囲内とした。
＜実施例３および実施例４＞
実施例３として、Ｍｇ－５．９％Ｌｉ－１．２％Ｃａ－４．４％Ａｌ－０．１１％ＢｅのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。実施例４として、Ｍｇ－８．８％Ｌｉ－０．９％Ｃａ－３．９％Ａｌ－０．０７％ＢｅのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。
実施例３として、Ｍｇ－５．９％Ｌｉ－１．２％Ｃａ－４．４％Ａｌ－０．１１％ＢｅのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。実施例４として、Ｍｇ－８．８％Ｌｉ－０．９％Ｃａ－３．９％Ａｌ－０．０７％ＢｅのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。
実施例３，４のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和を９０質量％以上とした。そして、実施例３，４のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ａｌ，Ｃａ，Ｂｅを含有させた。
更に、実施例３，４のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ａｌの含有量と、Ｂｅの含有量との和を、３質量％以上１０質量％以下の範囲内とした。更に、実施例３，４のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｃａの含有量を、０．１質量％以上４質量％以下の範囲内とした。また、実施例３，４のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量を、０．５質量％以上１５質量％以下の範囲内とした。
＜実施例５および実施例６＞
実施例５として、Ｍｇ－１０．３％Ｌｉ－１．４％Ｃａ－３．６％Ａｌ－０．６％Ｇｅ－０．０５％Ｂｅ－０．３％ＳｉのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。実施例６として、Ｍｇ－１１％Ｌｉ－１．０％Ｃａ－３．４％Ａｌ－０．４％Ｇｅ－０．０４％Ｂｅ－０．２％ＳｉのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。
実施例５として、Ｍｇ－１０．３％Ｌｉ－１．４％Ｃａ－３．６％Ａｌ－０．６％Ｇｅ－０．０５％Ｂｅ－０．３％ＳｉのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。実施例６として、Ｍｇ－１１％Ｌｉ－１．０％Ｃａ－３．４％Ａｌ－０．４％Ｇｅ－０．０４％Ｂｅ－０．２％ＳｉのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。
実施例５，６のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和を９０質量％以上とした。そして、実施例５，６のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ａｌ，Ｃａ，Ｇｅ、Ｂｅを含有させた。
更に、実施例５，６のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ａｌの含有量と、ＧｅおよびＢｅの含有量との和を、３質量％以上１０質量％以下の範囲内とした。更に、実施例５，６のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｃａの含有量を、０．１質量％以上４質量％以下の範囲内とした。また、実施例５，６のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量を、０．５質量％以上１５質量％以下の範囲内とした。また、実施例５，６のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ及びＡｓのうち少なくとも１つの金属元素として、Ｓｉを含有させた。また、実施例５，６のいずれのＭｇ－Ｌｉ系合金においても、ＧｅおよびＢｅの含有量と、Ａｌの含有量と、Ｓｉの含有量との和を、３質量％以上１０質量％以下の範囲内とした。
実施例１～７のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、前述の環境試験を行ったところ、金属光沢を保持していた。環境試験後、実施例１のＭｇ－Ｌｉ系合金について、ＳＥＭ観察を行った。図３は、実施例２のＭｇ－Ｌｉ系合金の表面のＳＥＭ画像である。図３に示すように、表面の大部分が平滑であった。
図４は、実施例１のＭｇ－Ｌｉ系合金の表面における成分分析結果を示すグラフである。実施例１のＭｇ－Ｌｉ系合金における表面の平滑部分についてＥＤＸ観察を行ったところ、図４に示すように、Ｍｇ、Ｌｉ、およびＯ元素は初期の状態とほぼ同じで、表面での酸化、即ち腐食が抑制されていた。
特に、Ｇｅ元素の含有量を１質量％未満とした、実施例１，２，５～７のＭｇ－Ｌｉ系合金やＢｅ元素の含有量を０．１質量％未満とした、実施例３，４のＭｇ－Ｌｉ系合金では、合金表面の酸化腐食が効果的に抑制されていた。ＸＲＤの結果、実施例１～７の合金は、多結晶体であり、Ｍｇ母相には圧縮による高角側へのシフトが見られた。なお、ピークシフトの有無は２θ＝６３°付近のピークで判断した。このピークシフトより、Ｍｇ以外の構成元素が母相に置換固溶されていることが推察される。また、表１のように、硬度はＧｅ元素を添加するとおよそＨｖ１０ほど高くなり、最大Ｈｖ８０に達した。
次に、実施例７については、さらに加熱処理を行った。具体的にはサンプルであるＭｇ―Ｌｉ系合金の温度が２５０℃になるよう、ホットプレートで３０分加熱した。加熱後の実施例７のＭｇ－Ｌｉ合金の硬度はＨｖ９４まで増大した。これは再結晶温度付近で、Ｍｇ－Ｌｉ系合金に含有されるＭｇ、Ｌｉ、Ａｌ、Ｇｅ等の金属元素が拡散し、新たに化合物を形成したために、硬度が増大したと考えられる。
＜比較例１＞
比較例１として、Ｍｇ－０．２８％Ｌｉ―２％Ｃａ－６％ＡｌのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。比較例１のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、前述の環境試験を行ったところ、表面の多くの部分が黒色化した。
比較例１として、Ｍｇ－０．２８％Ｌｉ―２％Ｃａ－６％ＡｌのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。比較例１のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、前述の環境試験を行ったところ、表面の多くの部分が黒色化した。
環境試験後、比較例１のＭｇ－Ｌｉ系合金について、ＳＥＭ観察を行った。
図６は、比較例１のＭｇ－Ｌｉ系合金の表面における成分分析結果を示すグラフである。比較例１のＭｇ－Ｌｉ系合金における表面についてＥＤＸ観察を行ったところ、図６に示すように、ＬｉおよびＯ元素は初期の状態より大きく増加し、表面において酸化が進んでいることが分かった。ＸＲＤの結果、比較例１のＭｇ－Ｌｉ系合金は、多結晶体であり、化合物相が認められ、一方実施例で見られたピークシフトは認められなかった。一般にＭｇ合金の耐食性を改善するために用いられるＡｌ、Ｃａ元素を添加した比較例１の合金においても、この環境下では腐食を止めることはできなかった。
＜比較例２及び比較例３＞
比較例２として、Ｍｇ－１．６７％Ｌｉ－１．６％Ｃａ－５．６％Ａｌ－０．２％Ｚｎ－０．０２％ＭｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。比較例３として、Ｍｇ－３．３５％Ｌｉ－１．２％Ｃａ－５．２％Ａｌ－０．４％Ｚｎ－０．０４％ＭｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。比較例２及び比較例３のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、前述の環境試験を行ったところ、表面の多くの部分が黒色化した。図５は、比較例２のＭｇ－Ｌｉ系合金の表面のＳＥＭ画像である。図５に示すように、表面の大部分が大きく凹凸化していた。
比較例２として、Ｍｇ－１．６７％Ｌｉ－１．６％Ｃａ－５．６％Ａｌ－０．２％Ｚｎ－０．０２％ＭｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。比較例３として、Ｍｇ－３．３５％Ｌｉ－１．２％Ｃａ－５．２％Ａｌ－０．４％Ｚｎ－０．０４％ＭｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。比較例２及び比較例３のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、前述の環境試験を行ったところ、表面の多くの部分が黒色化した。図５は、比較例２のＭｇ－Ｌｉ系合金の表面のＳＥＭ画像である。図５に示すように、表面の大部分が大きく凹凸化していた。
環境試験後、比較例２及び比較例３のＭｇ－Ｌｉ系合金について、ＳＥＭ観察を行ったところ、比較例１と同様、表面の大部分が大きく凹凸化していた。比較例２及び比較例３のＭｇ－Ｌｉ系合金における表面についてＥＤＸ観察を行ったところ、ＬｉおよびＯ元素は初期の状態より大きく増加し、表面において酸化が進んでいることが分かった。一般にＭｇ合金の耐食性を改善するために用いられるＡｌ、Ｚｎ、Ｍｎ元素を添加した比較例２及び比較例３の合金においても、この環境下では腐食を止めることはできなかった。
＜比較例４＞
比較例４として、Ｍｇ－１４．４８％Ｌｉ－０．３％Ｃａ－３％Ａｌ－０．１５％ＭｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。比較例４のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、前述の環境試験を行ったところ、表面全体が白色化し、表面が脆く崩れた。
比較例４として、Ｍｇ－１４．４８％Ｌｉ－０．３％Ｃａ－３％Ａｌ－０．１５％ＭｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。比較例４のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、前述の環境試験を行ったところ、表面全体が白色化し、表面が脆く崩れた。
＜比較例５＞
比較例５として、Ｍｇ－９．５％Ｌｉ－４．２％Ａｌ－１．０％ＺｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。比較例５のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、前述の環境試験を行ったところ、比較例４と同様に、表面全体が白色化し、表面が脆く崩れた。
比較例５として、Ｍｇ－９．５％Ｌｉ－４．２％Ａｌ－１．０％ＺｎのＭｇ－Ｌｉ系合金を作製した。比較例５のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、前述の環境試験を行ったところ、比較例４と同様に、表面全体が白色化し、表面が脆く崩れた。
ここで、実施例１のＭｇ－Ｌｉ系合金は、比較例２のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、Ａｌの一部をＧｅに置換したものである。また、実施例２のＭｇ－Ｌｉ系合金は、比較例３のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、Ａｌの一部をＧｅに置換したものである。また、実施例３，４のＭｇ－Ｌｉ系合金は、比較例１のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、Ａｌの一部をＢｅに置換したものである。また、実施例５～７のＭｇ－Ｌｉ系合金は、比較例４のＭｇ－Ｌｉ系合金に対し、Ａｌの一部をＧｅあるいはＧｅとＢｅとＳｉに置換したものである。環境試験の結果、実施例１～７の合金は、高温高湿環境に長期間に亘って晒されても、比較例１～４の合金よりも耐食性が向上していることがわかった。
環境試験後、比較例４及び５のＭｇ－Ｌｉ系合金について、ＳＥＭ観察を行ったところ、表面の大部分が激しく凹凸化していた。比較例４及び５のＭｇ－Ｌｉ系合金における表面についてＥＤＸ観察を行ったところ、ＬｉおよびＯ元素は初期の状態より大きく増加し、表面において酸化が進んでいることが分かった。多量のＬｉ元素を固溶した合金は激しく腐食することが認められた。
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。
６００ 一眼レフデジタルカメラ（撮像装置）
６０１ レンズ鏡筒（光学機器）
７００ ドローン（移動体）
８００ パーソナルコンピュータ（電子機器）
６０１ レンズ鏡筒（光学機器）
７００ ドローン（移動体）
８００ パーソナルコンピュータ（電子機器）
Claims (18)
- Ｍｇ，Ｌｉ，Ａｌ及びＧｅを含有し、Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つを更に含有し、残部が不可避不純物であるマグネシウム－リチウム系合金であって、
前記Ｍｇの含有量と前記Ｌｉの含有量との和が９０質量％以上であり、
前記Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であり、
前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であり、
前記Ｇｅの含有量が０．１質量％以上１質量％未満であり、
前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とするマグネシウム－リチウム系合金。 - 前記Ｇｅの含有量と、前記Ａｌの含有量と、前記Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ及びＡｓの含有量との和が、３質量％以上１０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム－リチウム系合金。
- Ｍｇ，Ｌｉ，Ａｌ，Ｇｅ及びＢｅを含有し、Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つを更に含有し、残部が不可避不純物であるマグネシウム－リチウム系合金であって、
前記Ｍｇの含有量と前記Ｌｉの含有量との和が９０質量％以上であり、
前記Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であり、
前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であり、
前記Ｇｅの含有量が０．１質量％以上１質量％未満であり、
前記Ｂｅの含有量が０．０４質量％以上３質量％未満であり、
前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とするマグネシウム－リチウム系合金。 - 前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅ及びＢｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であることを特徴とする請求項３に記載のマグネシウム－リチウム系合金。
- 前記Ｇｅ及びＢｅの含有量と、前記Ａｌの含有量と、前記Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ及びＡｓの含有量との和が、３質量％以上１０質量％以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載のマグネシウム－リチウム系合金。
- 前記Ｇｅ，Ｂｅ，Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のマグネシウム－リチウム系合金。
- Ｍｇ，Ｌｉ，Ａｌ，Ｇｅ及びＣａを含有し、Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つを更に含有し、残部が不可避不純物であるマグネシウム－リチウム系合金であって、
前記Ｍｇの含有量と前記Ｌｉの含有量との和が９０質量％以上であり、
前記Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であり、
前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であり、
前記Ｇｅの含有量が０．１質量％以上１質量％未満であり、
前記Ｃａの含有量が、０．１質量％以上１．６質量％以下であり、
前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とするマグネシウム－リチウム系合金。 - 前記Ｇｅの含有量と、前記Ａｌの含有量と、前記Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ及びＡｓの含有量との和が、３質量％以上１０質量％以下であることを特徴とする請求項７に記載のマグネシウム－リチウム系合金。
- Ｍｇ，Ｌｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｂｅ及びＣａを含有し、Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つを更に含有し、残部が不可避不純物であるマグネシウム－リチウム系合金であって、
前記Ｍｇの含有量と前記Ｌｉの含有量との和が９０質量％以上であり、
前記Ｍｇの含有量とＬｉの含有量との和に対して、Ｌｉの含有量が０．５質量％以上１５質量％以下であり、
前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であり、
前記Ｇｅの含有量が０．１質量％以上１質量％未満であり、
前記Ｂｅの含有量が０．０４質量％以上３質量％未満であり、
前記Ｃａの含有量が、０．１質量％以上１．６質量％以下であり、
前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とするマグネシウム－リチウム系合金。 - 前記Ａｌの含有量と、前記Ｇｅ及びＢｅの含有量との和が３質量％以上７質量％以下であることを特徴とする請求項９に記載のマグネシウム－リチウム系合金。
- 前記Ｇｅ及びＢｅの含有量と、前記Ａｌの含有量と、前記Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ及びＡｓの含有量との和が、３質量％以上１０質量％以下であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のマグネシウム－リチウム系合金。
- 前記Ｇｅ，Ｂｅ，Ｓｉ、Ｐ、Ｚｎ及びＡｓの含有量の和が、前記Ａｌの含有量より少ないことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のマグネシウム－リチウム系合金。
- 前記Ｓｉ，Ｐ，Ｚｎ及びＡｓから選ばれる少なくとも１つは、前記Ａｌを一部置き換える元素であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のマグネシウム－リチウム系合金。
- 筐体と、該筐体内に配置された複数のレンズからなる光学系と、を備える光学機器であって、
前記筐体が請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のマグネシウム－リチウム系合金を有することを特徴とする光学機器。 - 筐体と、該筐体内に配置された撮像素子と、を備える撮像装置であって、
前記筐体が請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のマグネシウム－リチウム系合金を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像装置がカメラであることを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
- 筐体と、該筐体内に配置された電子部品と、を備える電子機器であって、
前記筐体が請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のマグネシウム－リチウム系合金を有することを特徴とする電子機器。 - 本体部と駆動部とを備える移動体であって、
前記本体部の筐体が請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のマグネシウム－リチウム系合金を有することを特徴とする移動体。
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