JP2001342528A - マグネシウム合金の細粒化剤およびその製造方法およびそれを用いた微細化方法 - Google Patents

マグネシウム合金の細粒化剤およびその製造方法およびそれを用いた微細化方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 塩素発生による環境衛生および合金耐食性の
問題がなく、発熱反応によるマグネシウム火災発生の危
険性もなく、同時に、Al含有の有無によらず全てのマ
グネシウム合金に適用できるマグネシウム合金の細粒化
剤を提供する。 【解決手段】 MgまたはAlのマトリックス中に、A
lまたはTiの炭化物、窒化物および硼化物のいずれか
1種から成る粒子が分散しているマグネシウム合金細粒
化剤。典型的には、前記粒子はAl4 3 、TiC、A
lN、TiNおよびTiB2 のいずれか1種の粒子であ
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、マグネシウム合金
の細粒化剤、その製造方法、およびそれを用いた細粒化
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マグネシウム合金製品特にマグネシウム
合金鋳物は、鋳造組織の結晶粒径が耐食性、機械的性質
等の特性に影響を及ぼし、特性向上のためには結晶粒の
微細化すなわち細粒化が重要である。従来、マグネシウ
ム合金の細粒化方法として、特開平5−223759に
も記載されているように、Alを含有するMg合金の溶
湯にヘキサクロルエタン(C 2 Cl6 )を添加する方法
が知られている。この方法は、添加されたC2 Cl2
溶湯中のAlと反応して微細なAl4 3 粒子が多数生
成し、これを凝固核として多発的にMg合金結晶が晶出
することにより鋳造組織が細粒化するものであり、特殊
な鋳造プロセスを必要とせず、操作が容易であるため一
般に行われている。
【0003】しかし、上記従来の方法には、以下の問題
があった。 (1)溶湯中に添加されたC2 Cl6 の分解により塩素
が発生するため、環境衛生上好ましくない上、発生した
塩素が溶湯中に残留して合金の耐食性を劣化させる。 (2)C2 Cl6 とAlからのAl4 3 の生成は発熱
反応であるため、マグネシウム溶湯の温度が上昇し、マ
グネシウムの燃焼が誘起され、マグネシウム火災が発生
する危険性が高い。
【0004】(3)凝固核であるAl4 3 を、溶湯中
のAlとC2 Cl6 との反応で生成させる必要があるた
め、適用対象がAlを含有する合金のみに限られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題を解消し、塩素発生による環境衛生および合金
耐食性の問題がなく、発熱反応によるマグネシウム火災
発生の危険性もなく、同時に、Al含有の有無によらず
全てのマグネシウム合金に適用できるマグネシウム合金
の細粒化剤、その製造方法およびそれを用いた細粒化方
法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のマグネシウム合金の細粒化剤は、Mgま
たはAlのマトリックス中に、AlまたはTiの炭化
物、窒化物および硼化物のいずれか1種から成る粒子が
分散していることを特徴とする。典型的には、前記粒子
はAl4 3 、TiC、AlN、TiNおよびTiB2
のいずれか1種の粒子である。
【0007】本発明のマグネシウム合金の細粒化剤の製
造方法は、一態様においては、Mgの粉末と、Alまた
はTiの粉末と、AlまたはTiと加熱下で反応してA
lまたはTiの炭化物、窒化物および硼化物のいずれか
1種を生成する元素または化合物の粉末とから成る混合
粉末の加圧成形体を熱処理して上記炭化物、窒化物およ
び硼化物のいずれか1種を該成形体中に生成させること
を特徴とする。
【0008】典型的には、前記元素または化合物の粉末
を、C粉末、Mg32 粉末およびMgB2 粉末から成
る群から選択する。本発明の方法の他の態様において
は、前記混合粉末に代えて、Alの粉末と、Tiの粉末
と、CまたはAlB2 の粉末とから成る混合粉末を用い
る。本発明の方法の最も簡潔な態様においては、前記混
合粉末に代えて、Alの粉末とCの粉末とから成りAl
4 3 の化学量論比よりもAl量が多い混合比の混合粉
末を用いる。
【0009】本発明のマグネシウム合金の細粒化方法
は、前記のマグネシウム合金の細粒化剤をマグネシウム
合金の溶湯に添加した後、鋳造することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明によれば、マグネシウム合
金の凝固核として機能する粒子を含む成形体である細粒
化剤をマグネシウム合金溶湯中に添加することによりマ
グネシウム合金の鋳造組織を細粒化することができる。
したがって、従来のように溶湯中での細粒化剤の反応に
より凝固核粒子を生成させる必要がないため、(1)溶
湯と細粒化剤との反応によって環境衛生および合金耐食
性の上で問題がある塩素等の有害物質が生成することが
なく、(2)反応熱によるマグネシウム火災の危険性も
なく、更に、(3)溶湯の化学組成を限定する必要がな
く全てのマグネシウム合金に適用できる。
【0011】本発明の細粒化剤は、混合粉末成形体を熱
処理することにより凝固核粒子をその場生成(in-situ
生成)により微細に多数生成させて製造することができ
るので、MgあるいはAlをマトリックスとし、その中
に微細な粒子が多数分散した複合材料の形で得られる。
Mg合金溶湯中に添加した粒子が凝固核として有効に働
くためには、微細な粒子が溶湯中に迅速に分散すること
が必要である。本発明の細粒化剤は、Mg合金溶湯との
濡れ性の良いMgあるいはAlのマトリックスにより粒
子が覆われているので、溶湯に添加すると直ちに溶湯中
に粒子が分散して多数の凝固核すなわち晶出サイトとし
て作用する。これにより、多数の晶出サイトでMg合金
結晶が多発的に晶出する。このことが、Mg合金の鋳造
組織を細粒化するためには必須の条件である。微細な粒
子を単独で溶湯に添加しても、溶湯との濡れ性が悪いた
め溶湯中に入り込めず、有効な凝固核として機能させる
ことができない。
【0012】鋳造組織の細粒化により、マグネシウム合
金の耐食性、機械的性質等の特性を向上させることがで
きる。特にその効果は、鋳造組織が特性に直接影響する
鋳造用マグネシウム合金において顕著である。ただし、
展伸用マグネシウム合金においても、展伸後の特性に対
して間接的に効果を発揮することは勿論である。
【0013】
【実施例】本発明により、表1に示した原料粉末を混合
して成形体とし、これを熱処理してMgまたはAlをマ
トリックス中に凝固核粒子が分散した複合材料としての
細粒化材を製造した。
【0014】
【表1】
【0015】表1において、凝固核粒子の粒径は粒径範
囲であり、鋳造材結晶粒径は平均粒径である。先ず、原
料粉末としてAl粉末とC粉末を用いた場合について以
下に詳述する。Al粉末(19.5g)とC粉末(0.
5g)を混合攪拌し、得られた混合粉末を成形圧7×1
2 MPaで加圧成形して直径30mm、高さ15mm
の成形体とした。
【0016】この成形体をAr雰囲気中にて1200℃
で1時間加熱した。これにより、Alマトリックス中に
粒径1〜3μm程度のAl4 3 粒子が分散している細
粒化剤が得られた。ミクロ組織写真を図1に示す。75
0℃に保持した鋳造用Mg合金(ASTM AZ91D)の溶湯2
kg中に、上記の細粒化剤1個を添加した後、JIS4
号舟型の鋳造材に鋳造した。切片法により測定した平均
結晶粒径は50μmであった。鋳造材のミクロ組織写真
を図2に示す。
【0017】比較例として、細粒化剤を添加しない以外
は上記と同じ条件でMg合金溶湯を鋳造した結果、平均
結晶粒径は300μmであった。この鋳造材のミクロ組
織写真を図3に示す。本実施例において、凝固核粒子と
して用いたAl4 3 の化学量論比は重量比に換算する
とAl:C=3:1となり、これに対応した混合比であ
ればC粉末0.5gに対してAl粉末1.5gとなる。
これに対して、上記のように実際に混合したAl粉末は
19.5gであり、化学量論比よりも遙かにAl量が多
い混合比となっている。その結果、熱処理により生成し
たAl4 3 粒子はAlマトリックス中に分散した形に
Alで覆われており、AlとMg合金溶湯との濡れ性が
良いため、細粒化剤を溶湯中に挿入するだけで容易に溶
湯と混合し、Al4 3粒子が溶湯中に迅速に分散し、
凝固核として有効に機能する。
【0018】表1に示した他の原料粉末を用いて、上記
とほぼ同様の手順により細粒化剤を製造した。Alマト
リックス中にTiC粒子、TiB2 粒子がそれぞれ分散
した細粒化剤のミクロ組織写真をそれぞれ図4および図
5に示す。また、Mgマトリックス中にAlN粒子、T
iN粒子がそれぞれ分散した細粒化剤のミクロ組織写真
をそれぞれ図6および図7に示す。
【0019】表1には、上記各細粒化剤を添加して鋳造
したMg合金(ASTM AZ91D)鋳造材の結晶粒径も併せて
示した。表1に結果から、本発明の細粒化剤を添加する
ことにより無添加の場合に比べて顕著に細粒化している
ことが分かる。特に、凝固核粒子としてAl4 3 を含
む細粒化剤を用いた場合は、マトリックスがMgである
かAlであるかにかかわらず、いずれも平均結晶粒径5
0μmと非常に微細な鋳造組織が得られている。また、
凝固核粒子としてTiC、AlN、TiN、TiB2
用いた場合にも、マトリックスがMgであるかAlであ
るかにかかわらず、いずれも平均結晶粒径150μm
と、無添加時の300μmに対して顕著に微細化してい
る。
【0020】なお、本発明の細粒化剤は、凝固核粒子以
外に必ずマトリックス金属としてMgまたはAlを含有
しており、添加して鋳造されるMg合金の化学組成に影
響がある。したがって、最終的に必要なMg合金の化学
組成に応じて、マトリックス金属の種類(MgまたはA
l)と、鋳造材の量に対する細粒化材の添加量の比率と
を考慮する。
【0021】
【発明の効果】本発明の細粒化剤は、塩素発生による環
境衛生および合金耐食性の問題がなく、発熱反応による
マグネシウム火災発生の危険性もなく、同時に、Al含
有の有無によらず全てのマグネシウム合金に適用でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、Alマトリックス中に凝固核粒子とし
てAl4 3 粒子が分散している本発明の細粒化剤のミ
クロ組織写真である。
【図2】図2は、図1の細粒化剤を添加して鋳造したマ
グネシウム合金(ASTM AZ91D)の鋳造組織を示すミクロ組
織写真である。
【図3】図3は、比較のために細粒化剤を添加せずに鋳
造したマグネシウム合金(ASTMAZ91D)の鋳造組織を示す
ミクロ組織写真である。
【図4】図4は、Alマトリックス中に凝固核粒子とし
てTiC粒子が分散している本発明の細粒化剤のミクロ
組織写真である。
【図5】図5は、Alマトリックス中に凝固核粒子とし
てTiB2 粒子が分散している本発明の細粒化剤のミク
ロ組織写真である。
【図6】図6は、Mgマトリックス中に凝固核粒子とし
てAlN粒子が分散している本発明の細粒化剤のミクロ
組織写真である。
【図7】図7は、Mgマトリックス中に凝固核粒子とし
てTiN粒子が分散している本発明の細粒化剤のミクロ
組織写真である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MgまたはAlのマトリックス中に、A
    lまたはTiの炭化物、窒化物および硼化物のいずれか
    1種から成る粒子が分散していることを特徴とするマグ
    ネシウム合金の細粒化剤。
  2. 【請求項2】 前記粒子がAl4 3 、TiC、Al
    N、TiNおよびTiB2 のいずれか1種の粒子である
    ことを特徴とする請求項1記載の細粒化剤。
  3. 【請求項3】 Mgの粉末と、AlまたはTiの粉末
    と、AlまたはTiと加熱下で反応してAlまたはTi
    の炭化物、窒化物および硼化物のいずれか1種を生成す
    る元素または化合物の粉末とから成る混合粉末の加圧成
    形体を熱処理して上記炭化物、窒化物および硼化物のい
    ずれか1種を該成形体中に生成させることを特徴とする
    マグネシウム合金の細粒化剤の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記元素または化合物の粉末を、C粉
    末、Mg32 粉末およびMgB2 粉末から成る群から
    選択することを特徴とする請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記混合粉末に代えて、Alの粉末と、
    Tiの粉末と、CまたはAlB2 の粉末とから成る混合
    粉末を用いることを特徴とする請求項3記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記混合粉末に代えて、Alの粉末とC
    の粉末とから成りAl4 3 の化学量論比よりもAl量
    が多い混合比の混合粉末を用いることを特徴とする請求
    項3記載の方法。
  7. 【請求項7】 請求項1または2記載のマグネシウム合
    金の細粒化剤をマグネシウム合金の溶湯に添加した後、
    鋳造することを特徴とするマグネシウム合金の細粒化方
    法。
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