JP2000160320A

JP2000160320A - マグネシウム合金およびその製造方法

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Publication number: JP2000160320A
Application number: JP33745798A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tamura; 田村　　剛
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-06-13
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: JP3656802B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マグネシウム合金の表面処理方法として、従
来の金属メッキ、化成処理、陽極酸化法は、耐食性が悪
く、また落下衝撃等により処理膜が剥離する恐れがあっ
た。【解決手段】マグネシウム合金の表面に亜鉛層を形成
し、続いて不活性雰囲気或いは真空中で２００℃〜４０
０℃、３０分〜５時間の条件にて加熱処理を施し、素材
の結晶および結晶粒界に亜鉛を拡散させ合金化すること
で、耐食性と剛性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子機器等
の金属製筐体に使用されるマグネシウム合金およびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば電子回路や機械駆動部や電
源等の内部部品を備える電子機器は、筐体の中に前記内
部部品を配置する構造となっている。このような電子機
器は、外部から受ける衝撃等より内部回路を保護する必
要があるので、筐体には機械的強度が要求されている。
さらに電子機器の中でもモバイル機器のように常に人が
持ち運びするものは、筐体を構成する材料には前記機械
的強度のほかに軽さが要求されている。

【０００３】従来の金属製筐体は、ステンレス、アルミ
ニウム合金のプレス加工品が多く用いられてきたが、近
年は軽量かつ高剛性であるマグネシウム合金をプレス加
工したものが検討されるようになってきた。

【０００４】プレス加工用のマグネシウム合金は、ＡＺ
３１が上市されており、その他に特開平９−４１０６６
号公報で開示されているようなリチウムを含有するマグ
ネシウム合金（以下、マグネシウムリチウム合金と称す
る）が開発されている。これらの素材はステンレスやア
ルミニウム合金と比較すると非常に活性なため耐食性が
劣っている。

【０００５】そこで、実務表面技術Ｖｏｌ．３５、Ｎｏ
６，１９８８，ｐ２９９やアルミニウム研究会誌Ｎｏ．
９，ｐ１２１に開示される金属メッキ、特開平１０−１
４０３６９号公報や日本マグネシウム協会‘９７マグネ
シウムマニュアルｐ５４に開示される化成処理や陽極酸
化法の何れかの方法で筐体表面に皮膜を作製し、表面の
耐食性を向上させることが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属メ
ッキ、化成処理、陽極酸化法でマグネシウム合金表面に
皮膜を形成しても、充分な耐食性は得ることができなか
った。それは上記方法はマグネシウム合金の表面に新た
な金属層若しくは金属化合物層からなる皮膜を形成する
だけであり、表面の耐食性は向上しているもののマグネ
シウム合金自体の耐食性は向上していないためである。

【０００７】皮膜は生産性やコスト等により厚さが約数
μｍ〜２０μｍ前後で形成されているが、皮膜とマグネ
シウム合金は合金化しているわけではなく、また強固に
密着していないため、落下衝撃等によって容易にひび割
れや剥離を起こしやすく、そしてマグネシウム合金素地
が露出し、ひいてはそこに直接大気や水分が接触し、腐
食や電食が発生するという問題があった。また、皮膜が
途切れたところから水分が侵入すると、そこを起点とし
て周辺の皮膜が徐々に剥離していく恐れがあった。

【０００８】一方、ＡＺ３１やマグネシウムリチウム合
金は、プレス加工性が良好である反面、例えば鋳造用等
の他のマグネシウム合金よりも機械強度が低くなってい
る。したがって、プレス加工後に何らかの方法で機械強
度を向上させ、剛性に優れたマグネシウム合金構造体を
得る方法が望まれるが、現在のところそのような方法は
見当たらない。

【０００９】本発明は、上記問題を解決し、マグネシウ
ム合金およびその圧延材を用いて作製したプレス加工部
品の強化と、落下衝撃等で傷が生じてもその部分から腐
食や電食をおこさず耐食性の優れたマグネシウム合金お
よびその構造体を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたものであって、請求項１記載の発明
は、マグネシウムを主成分とする合金の表面に形成され
た亜鉛層がマグネシウムの結晶粒界および結晶中に拡散
した状態で合金化したことを特徴とするマグネシウム合
金である。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、前記合金の
表面に形成された亜鉛層の厚さを０．５μｍ〜１０μｍ
とし、前記合金化した厚さを５０μｍ以上とすることを
特徴とする請求項１記載のマグネシウム合金である。

【００１２】また、請求項３記載の発明は、マグネシウ
ムを主成分とする合金の表面に亜鉛層を形成後に、不活
性雰囲気或いは真空中で、２００℃〜４００℃、３０分
〜５時間の条件にて加熱処理を行うことを特徴とするマ
グネシウム合金の製造方法である。

【００１３】また、請求項４記載の発明は、亜鉛置換処
理若しくは亜鉛置換処理後に電気亜鉛メッキを行うこと
で亜鉛層を形成することを特徴とする請求項３記載のマ
グネシウム合金の製造方法である。

【００１４】また、請求項５記載の発明は、前記マグネ
シウムを主成分とする合金にリチウムを含有する場合、
前記亜鉛置換処理前に、不活性雰囲気或いは真空中で、
１００〜３００℃、３０分〜３時間の条件にて加熱処理
を行い、表層をα相化することを特徴とする請求項４記
載のマグネシウム合金の製造方法である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図をもとに詳細に説明す
る。

【００１６】マグネシウム合金に亜鉛置換を施し、合金
化させる方法について、マグネシウム合金としてＡＺ３
１を用いた場合について、図１のフローチャート図をも
とに説明する。

【００１７】ＡＺ３１はアルミニウムを３重量％、亜鉛
を１重量％、残部がマグネシウムと不純物からなるマグ
ネシウム合金である。

【００１８】まず、全てのサンプルを脱脂した（Ｓ
１）。脱脂にはキシレンを用い、キシレン浴中で超音波
洗浄を行った。その後、アセトン浴中で超音波洗浄する
ことにより油脂分を完全に除去した。

【００１９】次に、酸洗を行い（Ｓ２）、表面の酸化膜
を除去した。酸洗は濃度が０．５重量％の硝酸と残部が
純水からなる浴中で、２５℃で約１０秒間実施した。

【００２０】次に、亜鉛置換処理を行った（Ｓ３）。処
理浴は酢酸亜鉛が２．１重量％、ピロリン酸塩が９重量
％、弗化物が０．９重量％、カチオン系界面活性剤が８
８重量％からなり、この浴中に試験片を６０℃で４０分
間浸漬した。そして、回収後に純水で水洗した（Ｓ
４）。

【００２１】次に、亜鉛置換処理後に電気亜鉛メッキを
施すことで、厚さが約５μｍの亜鉛層を形成した（Ｓ
５）。

【００２２】そして、真空度１０^-4〜１０^-6ｔｏｒｒの
真空加熱炉中またはＡｒ、Ｈｅ等の不活性雰囲気中で、
後に示す温度条件と時間で加熱処理を行い、亜鉛を拡散
させ、合金化した（Ｓ６）。

【００２３】加熱処理条件に関しては、温度が２００℃
以下になると亜鉛の拡散に費やす処理時間が長くなった
り拡散が十分に行われない恐れがあり、また４００℃以
上になるとマグネシウム合金が熱変形を起こしやすくな
る。そのため、２００〜４００℃の範囲で処理を行う。
さらに好ましくは２７０℃〜３７０℃の範囲で処理を行
う。

【００２４】また、加熱処理時間は、処理時間が短くな
ると亜鉛がマグネシウム合金に十分に拡散しきれず、ま
た５時間以上行うと量産性が悪くなるため、３０分〜５
時間の範囲で行う。さらに好ましくは１．８時間〜４．
５時間の範囲で行う。

【００２５】ここで、ステップＳ５の電気亜鉛メッキ処
理を行わずに、加熱処理を行ったものを実施例１とし、
ステップＳ５の電気亜鉛メッキ処理を行ない、その後加
熱処理を行ったものを実施例２とする。

【００２６】次に、マグネシウム合金に亜鉛置換を施
し、合金化させる方法について、マグネシウム合金とし
て、マグネシウムリチウム合金のインゴットから所定の
圧延工程などを経て得られた板材を用いた場合につい
て、図２のフローチャート図をもとに説明する。

【００２７】マグネシウムリチウム合金はリチウムを８
重量％、残部がマグネシウムと不純物からなるマグネシ
ウム合金（以下、Ｌ８と称する）である。

【００２８】ここでは、図１のフローチャート図と異な
る部分についてのみ説明する。ステップＳ１１のサンプ
ル脱脂の後、ステップＳ１２において、真空度１０^-5ｔ
ｏｒｒの真空炉中または不活性雰囲気中で１００〜３０
０℃、３０分〜３時間で加熱処理を行い、表層のリチウ
ムを蒸散させて表層をα相化させた。この処理を行わな
いと後述の亜鉛置換処理を施すことが困難になるためで
ある。その後の処理は図１のフローチャート図と同様で
あるので、説明を省略する。

【００２９】ここで、ステップＳ１６の電気亜鉛メッキ
処理を行わずに、加熱処理を行ったものを実施例３と
し、ステップＳ１６の電気亜鉛メッキ処理を行ない、そ
の後加熱処理を行ったものを実施例４とする。

【００３０】上記実施例１〜４に対して、従来の化成処
理皮膜、無電解メッキを施したものを比較例とした。

【００３１】比較例１、２はマグネシウム合金として、
ＡＺ３１を用い、比較例３、４はマグネシウム合金とし
て、マグネシウムリチウム合金のインゴットから所定の
圧延工程などを経て得られた板材を用いた。

【００３２】比較例の全てのサンプルに脱脂を行い、比
較例１、３については化成処理を施した。この化成処理
はダウケミカル社のＤｏｗ２０に準ずる方法で行った。
また、比較例２、４については、クロム酸浴中にてエッ
チングを行ってクロメート皮膜を形成し、その後表面を
弗化させ、続いて無電解ニッケルメッキを施した。メッ
キ膜厚は約１７μｍとした。

【００３３】さらに、実施例１〜４の比較例として、実
施例１〜４の表面亜鉛層を形成後、加熱処理を施さない
すなわち合金化処理を行っていない状態のサンプルを比
較例５〜８とした。

【００３４】以上の実施例１〜４、比較例１〜８につい
て耐食性を調べる実験を行った。耐食性の評価は、まず
サンプルをクロスカット（カッターナイフで×印の切り
込みを付与）しておき、続いてそのサンプルを濃度が１
％のＮａＣｌ水溶液（以下、塩水と称する）中で２４時
間浸漬しておき、その後の表面状態を観察した。

【００３５】さらに、１８０°折り曲げ試験と、１．３
ｍの高さからコンクリート床面へ自由落下させる衝撃試
験を実施した。

【００３６】上記実施例１〜４および比較例１〜８の表
面処理方法、耐食性の評価、１８０°折り曲げ試験ある
い衝撃試験、それらの総合判定を表１に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】ここで、塩水浸漬試験の結果について説明
する。

【００３９】比較例１、３は化成処理膜が塩水中に溶解
し、つづいて素材が塩水によって腐食した。

【００４０】比較例２、４はクロスカット部で著しく電
食が発生した。電食は素材を完全に貫通していた。この
原因はメッキの主成分であるニッケルと、素材の主成分
であるマグネシウムの標準電位差が大きいため、クロス
カット部で局部電池が形成されたためであると考えられ
る。

【００４１】実施例１〜４は亜鉛層が素材に拡散し、表
面の耐食性が向上していた。その様子を図３の実施例１
の断面図を用いて説明する。ここで１のＡＺ３１に形成
した亜鉛層が加熱処理を行うことで２の結晶粒界に亜鉛
が拡散して合金化し、マグネシウム−亜鉛の合金化層を
形成している。ここで合金化層とは、亜鉛が結晶粒界に
入り込んでいる先端までの厚さを示す。この合金化層は
明らかに耐食性に優れている。

【００４２】また、合金化した層の強度を把握するため
に、１８０°折り曲げ試験と、１．３ｍの高さからコン
クリート床面へ自由落下させる衝撃試験とを実施した結
果、実施例１〜４に関しては合金化した層の剥離はみら
れなかった。しかし、亜鉛層形成後、加熱処理を施して
いない比較例１〜８に関しては剥離がみられ、曲げや、
落下による衝撃については十分とはいえない結果となっ
た。

【００４３】上記の実施例においてはプレス加工用のＡ
Ｚ３１やマグネシウムリチウム合金を例にとって説明し
ているが、例えば鋳造法やダイカスト法やチキソモール
ディング法や鍛造法に利用されるようなマグネシウム合
金素材やその成形品にも適用して耐食性を向上させるこ
とが可能である。

【００４４】また、上記の方法で作成したマグネシウム
合金およびマグネシウム合金構造体は、そのままの状態
で外装部品等に使用することが可能であるが、より外観
の質感が要求される場合は、塗装等を施して仕上げると
良い。

【００４５】次に、図１のフローチャート図をもとに作
製したＡＺ３１マグネシウム合金に上記表面処理を施し
た筐体の捩り強度の比較を行った。

【００４６】まず、実施例１および２に記載の亜鉛置
換、拡散を施したマグネシウム合金ＡＺ３１と、マグネ
シウム合金ＡＺ３１素材（未表面処理）を図４に示す筐
体形状にプレス加工を行い、実施例５、実施例６、比較
例９とした。

【００４７】筐体の大きさは９０ｍｍ×７０ｍｍ×１０
ｍｍであり、板厚を０．６ｍｍ、コーナーＲを３ｍｍ〜
１２ｍｍ、パンチ肩Ｒを１ｍｍとした。

【００４８】上記作製したの筐体の一端を固定し、もう
一端にトルクメーターを取り付け、所定のトルクを負荷
した時の捩り角を測定した。その結果を図５に示す。こ
こでは実施例１の亜鉛置換を施した筐体を実施例５、実
施例２の亜鉛置換および電気メッキを施した筐体を実施
例６、未表面処理品を比較例９として記載している。

【００４９】図５に示すように亜鉛層を形成し加熱処理
を行っている実施例５、６の方が、素地のままである比
較例９よりも捩り角が小さく捩り強さが向上していた。
捩り強さは合金化層が厚い実施例６の方が強いという結
果になった。

【００５０】次にそれらの捩り強度に差が現れる原因と
考えられる亜鉛層および、合金化層の厚さを調べるため
に、上記実施例５および６について筐体の一部分を切り
出し、断面の観察を行った。これらの筐体の亜鉛層の厚
さと加熱処理によって得られた合金層の厚さを表２に示
す。

【００５１】

【表２】

【００５２】ここで亜鉛層の厚さとしては実施例１が
０．９μｍ、実施例２が４．８μｍであり、亜鉛層の厚
さとしては０．５〜１０μｍ程度が適当である。１０μ
ｍより厚くなると亜鉛層の形成に要する時間が長くなる
ためコスト的に不利になる。さらに合金化層の厚さ（図
３のＬ１）は、実施例１で９５μｍ、実施例２で２４７
μｍであった。したがって、亜鉛層および合金化層が厚
い方が捩り強度が大きく、実用的な合金化層の厚さとし
ては５０μｍ以上とするのが好ましい。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、マグネシウム合金の表
面に亜鉛層を形成し、さらに加熱処理を行って亜鉛をマ
グネシウム合金素材の内部に拡散させ合金化することに
より、耐食性と剛性が向上したマグネシウム合金を得る
ことが可能となり、落下衝撃によって亜鉛層が剥離等を
起こす恐れもなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マグネシウム合金の表面に亜鉛を合金化させる
フローチャート図である。

【図２】マグネシウム合金の表面に亜鉛を合金化させる
フローチャート図である。

【図３】ＡＺ３１に亜鉛を拡散した後の断面写真を示す
図である。

【図４】マグネシウム合金筐体の該略図である。

【図５】亜鉛層の有無による捩り強さの比較図である。

【符号の説明】

１ＡＺ３１２粒界内部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネシウムを主成分とする合金の表面
に形成された亜鉛層がマグネシウムの結晶粒界および結
晶中に拡散した状態で合金化したことを特徴とするマグ
ネシウム合金。
【請求項２】前記合金の表面に形成された亜鉛層の厚
さを０．５μｍ〜１０μｍとし、前記合金化した厚さを
５０μｍ以上とすることを特徴とする請求項１記載のマ
グネシウム合金。
【請求項３】マグネシウムを主成分とする合金の表面
に亜鉛層を形成後に、不活性雰囲気或いは真空中で、２
００℃〜４００℃、３０分〜５時間の条件にて加熱処理
を行うことを特徴とするマグネシウム合金の製造方法。
【請求項４】亜鉛置換処理若しくは亜鉛置換処理後に
電気亜鉛メッキを行うことで亜鉛層を形成することを特
徴とする請求項３記載のマグネシウム合金の製造方法。
【請求項５】前記マグネシウムを主成分とする合金に
リチウムを含有する場合、前記亜鉛置換処理前に、不活
性雰囲気或いは真空中で、１００〜３００℃、３０分〜
３時間の条件にて加熱処理を行い、表層をα相化するこ
とを特徴とする請求項４記載のマグネシウム合金の製造
方法。