JP2002317236A - マグネシウム合金成形材料、その製法および成型品の製造方法 - Google Patents
マグネシウム合金成形材料、その製法および成型品の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】マグネシウム合金の半溶融成形に適した成形材
料を提供する。 【解決手段】マグネシウム合金のインゴットもしくは板
を、またはこれをチッピングして得た微細粒径の成形材
料を４００〜５３０℃の温度で１０時間以上加熱処理
し、引き続いて２００℃内外の温度で時効硬化処理を
し、材料中のα相結晶粒径を１０ミクロン内外に小さく
した半溶融射出成形材料およびその製法。
料を提供する。 【解決手段】マグネシウム合金のインゴットもしくは板
を、またはこれをチッピングして得た微細粒径の成形材
料を４００〜５３０℃の温度で１０時間以上加熱処理
し、引き続いて２００℃内外の温度で時効硬化処理を
し、材料中のα相結晶粒径を１０ミクロン内外に小さく
した半溶融射出成形材料およびその製法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマグネシウム合金の半溶
融成形に用いる成形材料とその製法、およびそれを用い
た成型品の製法に関する。
融成形に用いる成形材料とその製法、およびそれを用い
た成型品の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マグネシウムは実用金属中で最も軽く、
古くから鋳造、ダイキャストなどの方法で製造利用され
ていたが錆びる、燃えるなどの欠点のため大きな使用量
には発展しなかった。しかし近年は軽量材料としての他
に比強度、振動吸収性、放熱性、寸法安定性、電磁遮蔽
性などの優れた性能が見直され、更には公害につながら
ない、省エネに結びつく、など地球環境の面からも特に
注目されている軽量材料である。一方で成形方法におい
ても進歩があり、従来品よりも薄い膜厚製品が製造可能
なチクソ法とも呼称される半溶融射出成形法が各所で採
用される様になってきた。
古くから鋳造、ダイキャストなどの方法で製造利用され
ていたが錆びる、燃えるなどの欠点のため大きな使用量
には発展しなかった。しかし近年は軽量材料としての他
に比強度、振動吸収性、放熱性、寸法安定性、電磁遮蔽
性などの優れた性能が見直され、更には公害につながら
ない、省エネに結びつく、など地球環境の面からも特に
注目されている軽量材料である。一方で成形方法におい
ても進歩があり、従来品よりも薄い膜厚製品が製造可能
なチクソ法とも呼称される半溶融射出成形法が各所で採
用される様になってきた。
【０００３】半溶融成形法は固体状態の材料が５〜４０
％残っている固液混合状態で、強力な攪拌せん断力を与
えて流動性を高め射出成形する方法で、ダイキャスト法
などに比べて低温で成形でき、かつポロシティが少な
く、延性に富み、高い剛性と強度を持つ成型品が得られ
るとされている成形法である。しかし実際に半溶融成形
法で成型した場合、期待された剛性や強度が発現しない
場合がしばしば生じる。
％残っている固液混合状態で、強力な攪拌せん断力を与
えて流動性を高め射出成形する方法で、ダイキャスト法
などに比べて低温で成形でき、かつポロシティが少な
く、延性に富み、高い剛性と強度を持つ成型品が得られ
るとされている成形法である。しかし実際に半溶融成形
法で成型した場合、期待された剛性や強度が発現しない
場合がしばしば生じる。
【０００４】マグネシウム合金を半溶融成形法で成形す
る場合には通常、同合金のインゴットもしくは円盤状に
加工された合金板からチッピングと呼ばれる方法などで
約１〜１０ｍｍ程度の微粒子に加工した材料が用いられ
るが、この時最初に使用される原料合金は溶融状態の合
金を型（砂型など）に注入した後、自然に冷却するのを
待って取り出すため冷却時間がまちまちで、かつ多くの
場合は徐冷の形となるため同合金中のマグネシウム初晶
（α相）は１００ミクロン以上の大きなものとなってお
り、且つ不揃いである。これは特別の処理を施さない限
り成形材料に加工した後もこの大きさで残っているのが
普通である。半溶融射出成形においてはこれが最終成型
品中の結晶粒子が大きかったり不揃いだったりする原因
となり期待する性能の発現が出来ないでいる。一方、成
型品中の結晶粒径が小さいと引っ張り強度、伸び率、耐
力などが向上することは知られており、鋳型成形する場
合に８００℃以上に処理する過熱処理を施したり、型に
注入後の冷却速度を早くするなどの処理によって結晶粒
子が５０ミクロン程度まで小さくなることが知られてい
る。また、半溶融成形においては成形材料を固液共存状
態で激しく攪拌し、デンドライドと呼ばれる樹枝状の結
晶を極力少なくする工夫や、射出成形機への投入前に合
金を一旦完全溶融し、これを若干降温させながら半溶融
状態として成形機に導入し所期の特性を発現させる工夫
などがなされている。
る場合には通常、同合金のインゴットもしくは円盤状に
加工された合金板からチッピングと呼ばれる方法などで
約１〜１０ｍｍ程度の微粒子に加工した材料が用いられ
るが、この時最初に使用される原料合金は溶融状態の合
金を型（砂型など）に注入した後、自然に冷却するのを
待って取り出すため冷却時間がまちまちで、かつ多くの
場合は徐冷の形となるため同合金中のマグネシウム初晶
（α相）は１００ミクロン以上の大きなものとなってお
り、且つ不揃いである。これは特別の処理を施さない限
り成形材料に加工した後もこの大きさで残っているのが
普通である。半溶融射出成形においてはこれが最終成型
品中の結晶粒子が大きかったり不揃いだったりする原因
となり期待する性能の発現が出来ないでいる。一方、成
型品中の結晶粒径が小さいと引っ張り強度、伸び率、耐
力などが向上することは知られており、鋳型成形する場
合に８００℃以上に処理する過熱処理を施したり、型に
注入後の冷却速度を早くするなどの処理によって結晶粒
子が５０ミクロン程度まで小さくなることが知られてい
る。また、半溶融成形においては成形材料を固液共存状
態で激しく攪拌し、デンドライドと呼ばれる樹枝状の結
晶を極力少なくする工夫や、射出成形機への投入前に合
金を一旦完全溶融し、これを若干降温させながら半溶融
状態として成形機に導入し所期の特性を発現させる工夫
などがなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】半溶融成形法において
は成形材料として使用するマグネシウム合金の結晶構造
の変動が成型品の性能に大きく影響することを突き止
め、所定の性能が再現性良く高度に発現するための手段
を提供しようとするものである。
は成形材料として使用するマグネシウム合金の結晶構造
の変動が成型品の性能に大きく影響することを突き止
め、所定の性能が再現性良く高度に発現するための手段
を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はアルミニウム、
亜鉛、ジルコニウム、もしくは銀などを含有するマグネ
シウム合金からなり、大きさが１〜１０ｍｍの範囲にあ
る半溶融射出成形用の材料であって、該材料中のα相結
晶粒子の大部分が５〜２０ミクロンの範囲にある事を特
徴としている。また本発明は同上合金のインゴットまた
はチッピング用に加工された円盤を４００〜５３０℃で
３時間以上溶体化処理し、好ましくは溶体化処理の後に
１５０〜２５０℃で時効硬化処理を施し、これをチッピ
ング等によって半溶融成形用の成形材料とする製法であ
り、更にはこれを用いて半溶融状態で射出成形加工し、
マグネシウム合金成型品を得る方法である。或いは同合
金のインゴットまたは円盤状板をチッピング加工して１
〜１０ｍｍ程度に微細化し、これを４００〜５３０℃で
溶体化処理し、好ましくはこれを前記の温度で時効硬化
処理をする成形材料の製法とこれを用いた半溶融射出成
形法である。
亜鉛、ジルコニウム、もしくは銀などを含有するマグネ
シウム合金からなり、大きさが１〜１０ｍｍの範囲にあ
る半溶融射出成形用の材料であって、該材料中のα相結
晶粒子の大部分が５〜２０ミクロンの範囲にある事を特
徴としている。また本発明は同上合金のインゴットまた
はチッピング用に加工された円盤を４００〜５３０℃で
３時間以上溶体化処理し、好ましくは溶体化処理の後に
１５０〜２５０℃で時効硬化処理を施し、これをチッピ
ング等によって半溶融成形用の成形材料とする製法であ
り、更にはこれを用いて半溶融状態で射出成形加工し、
マグネシウム合金成型品を得る方法である。或いは同合
金のインゴットまたは円盤状板をチッピング加工して１
〜１０ｍｍ程度に微細化し、これを４００〜５３０℃で
溶体化処理し、好ましくはこれを前記の温度で時効硬化
処理をする成形材料の製法とこれを用いた半溶融射出成
形法である。
【０００７】以下に本発明の技術内容について詳しく説
明する。本発明で使用されるマグネシウム合金はＡＺ６
３、ＡＺ９１、ＡＺ９２，ＡＭ５０、ＡＭ６０、ＺＫ５
１，ＺＫ６１，ＥＺ３３、ＱＥ２２，ＺＥ４１などの様
にアルミニウム、亜鉛、ジルコニウムまたは銀などが少
し入ったものが用いられる。これらのマグネシウム合金
は通常インゴット化または円盤状に加工されており、そ
の中の結晶粒径（α相＝マグネシウムの初晶）は通常１
００ミクロン以上となっている。これを４００〜５３０
℃で３時間以上、好ましくは１０〜３０時間溶体化処理
を施すとβ相と呼ばれるマグネシウムと他の金属との化
合物がα相中に分散する。適切な溶体化の温度は合金中
に含まれる金属の種類と量によって変化する。アルミニ
ウム含有合金の場合は４００〜４３０℃が適当で、マグ
ネシウムとアルミニウムとの金属間化合物がα相中に分
散し固溶体化が行われる。アルミニウムを含有しないそ
の他の合金の場合は４７０〜５３０℃が適当である。こ
の処理の後に徐冷するか１５０〜２５０℃で数時間放置
するとβ相がα相から析出してくる。この操作によって
最初１００ミクロン以上もあったα相結晶の大きさは５
〜２０ミクロン程度に小さくなる。先に述べた過熱処理
や、徐冷の方法による微結晶化処理ではこの様に小さく
することが出来ない。
明する。本発明で使用されるマグネシウム合金はＡＺ６
３、ＡＺ９１、ＡＺ９２，ＡＭ５０、ＡＭ６０、ＺＫ５
１，ＺＫ６１，ＥＺ３３、ＱＥ２２，ＺＥ４１などの様
にアルミニウム、亜鉛、ジルコニウムまたは銀などが少
し入ったものが用いられる。これらのマグネシウム合金
は通常インゴット化または円盤状に加工されており、そ
の中の結晶粒径（α相＝マグネシウムの初晶）は通常１
００ミクロン以上となっている。これを４００〜５３０
℃で３時間以上、好ましくは１０〜３０時間溶体化処理
を施すとβ相と呼ばれるマグネシウムと他の金属との化
合物がα相中に分散する。適切な溶体化の温度は合金中
に含まれる金属の種類と量によって変化する。アルミニ
ウム含有合金の場合は４００〜４３０℃が適当で、マグ
ネシウムとアルミニウムとの金属間化合物がα相中に分
散し固溶体化が行われる。アルミニウムを含有しないそ
の他の合金の場合は４７０〜５３０℃が適当である。こ
の処理の後に徐冷するか１５０〜２５０℃で数時間放置
するとβ相がα相から析出してくる。この操作によって
最初１００ミクロン以上もあったα相結晶の大きさは５
〜２０ミクロン程度に小さくなる。先に述べた過熱処理
や、徐冷の方法による微結晶化処理ではこの様に小さく
することが出来ない。
【０００８】このような微小結晶を持つ成形材料を用い
た半溶融成形においては成型品中にそのまま微小結晶が
残存するので大変有利である。微小化されたα相結晶を
含む成形材料を半溶融状態として成形する場合、溶融し
てない固体比率（固相率）は１０〜５０％程度が適当で
ある。固相率は成形できる流動性さえ保てるなら高けれ
ば高いほど好ましい。これは固体比率が多いほど収縮率
が小さいので金型設計は容易になるし、製品の寸法安定
性も向上する為である。しかし、この流動性は固相率に
大きく左右され、或る段階から急速に粘性が高くなる傾
向を持つ。さらにこの流動性はα相結晶粒径の大小にも
影響を受け、それが小さいほど固相率を高くできる。半
溶融成形において固体状態として存在する結晶はすべて
α相であり、β相は溶融状態になっている。このため成
形材料中のα相結晶粒径が大きいと半溶融状態であって
もその結晶粒径は大きく、流動性が悪い。結果的に高温
成形が必要になり固相率も小さくならざるを得ない。一
方成形材料中のα相結晶粒径が小さいと固相率が高くて
もスムーズに流動性を確保できるのでより低温での成形
が可能となり、得られた成形品の寸法安定性が高く、引
っ張り強度、伸び率なども向上する。
た半溶融成形においては成型品中にそのまま微小結晶が
残存するので大変有利である。微小化されたα相結晶を
含む成形材料を半溶融状態として成形する場合、溶融し
てない固体比率（固相率）は１０〜５０％程度が適当で
ある。固相率は成形できる流動性さえ保てるなら高けれ
ば高いほど好ましい。これは固体比率が多いほど収縮率
が小さいので金型設計は容易になるし、製品の寸法安定
性も向上する為である。しかし、この流動性は固相率に
大きく左右され、或る段階から急速に粘性が高くなる傾
向を持つ。さらにこの流動性はα相結晶粒径の大小にも
影響を受け、それが小さいほど固相率を高くできる。半
溶融成形において固体状態として存在する結晶はすべて
α相であり、β相は溶融状態になっている。このため成
形材料中のα相結晶粒径が大きいと半溶融状態であって
もその結晶粒径は大きく、流動性が悪い。結果的に高温
成形が必要になり固相率も小さくならざるを得ない。一
方成形材料中のα相結晶粒径が小さいと固相率が高くて
もスムーズに流動性を確保できるのでより低温での成形
が可能となり、得られた成形品の寸法安定性が高く、引
っ張り強度、伸び率なども向上する。
【０００９】以下に実施例で本発明を具体的に説明す
る。
る。
【実施例】市販のＡＺ９１Ｄと呼ばれるマグネシウム合
金を４１０℃で１６時間加熱処理し、その後２１５℃で
４時間時効硬化処理したものをチッピングによって平均
３ｍｍの微粒径状にした。このものの光学顕微鏡写真に
よる結晶構造の測定で殆どが約５〜１０ミクロンの極め
て微細なα相結晶粒径を持っていることが観察された。
なお、本発明の処理前のマグネシウム合金の結晶構造は
１００〜２００ミクロンであり、本発明の溶体化処理に
より結晶粒径が著しく小さくなっていることが判る。こ
の材料を用いて日本製鋼所製射出成形機を用いて５８０
〜５９５℃で半溶融成形法で成型品を製造した。この時
の金型内へ射出する際の固相率はおよそ２０％で比較的
高かったが、完全液相と余り変わらない流動性が得られ
た。本発明の加熱処理をしない材料を使った場合は固相
率を７％程度にしないと同様の流動性が得られなかっ
た。
金を４１０℃で１６時間加熱処理し、その後２１５℃で
４時間時効硬化処理したものをチッピングによって平均
３ｍｍの微粒径状にした。このものの光学顕微鏡写真に
よる結晶構造の測定で殆どが約５〜１０ミクロンの極め
て微細なα相結晶粒径を持っていることが観察された。
なお、本発明の処理前のマグネシウム合金の結晶構造は
１００〜２００ミクロンであり、本発明の溶体化処理に
より結晶粒径が著しく小さくなっていることが判る。こ
の材料を用いて日本製鋼所製射出成形機を用いて５８０
〜５９５℃で半溶融成形法で成型品を製造した。この時
の金型内へ射出する際の固相率はおよそ２０％で比較的
高かったが、完全液相と余り変わらない流動性が得られ
た。本発明の加熱処理をしない材料を使った場合は固相
率を７％程度にしないと同様の流動性が得られなかっ
た。
【００１０】別の実施態様として、実施例１と同じＡＺ
９１Ｄをまずチッピングで約３ｍｍ程度の微細粒子とし
た後、４１０℃で１６時間、引き続き２１５℃で４時間
熱処理し、同様にして結晶粒径を観察したところ、上記
と同じ殆どが５〜１０ミクロンの範囲にある結晶粒子が
観察された。
９１Ｄをまずチッピングで約３ｍｍ程度の微細粒子とし
た後、４１０℃で１６時間、引き続き２１５℃で４時間
熱処理し、同様にして結晶粒径を観察したところ、上記
と同じ殆どが５〜１０ミクロンの範囲にある結晶粒子が
観察された。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、マグネシウム合金の半
溶融成形が低温でかつ固相率を高くした状態で可能とな
り、その結果、寸法安定性の良い、強度および伸び率の
向上した成型品を得ることが出来る効果を有する。
溶融成形が低温でかつ固相率を高くした状態で可能とな
り、その結果、寸法安定性の良い、強度および伸び率の
向上した成型品を得ることが出来る効果を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６１１ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６１１ ６８１ ６８１ ６８２ ６８２ ６９１ ６９１Ｂ ６９１Ｃ ６９４ ６９４Ｂ
Claims (8)
- 【請求項１】マグネシウム合金からなり、α相結晶粒子
の大きさが５〜２０ミクロンで、長さおよび径が１〜１
０ｍｍの範囲にある半溶融射出成形用の成形材料 - 【請求項２】アルミニウム、亜鉛、ジルコニウムもしく
は銀などを含有するマグネシウム合金のインゴットもし
くは合金板を４００〜５３０℃で溶体化処理し、これを
１〜１０ｍｍの成形材料に加工することを特徴とする半
溶融射出成形用マグネシウム合金成形材料の製法 - 【請求項３】アルミニウム、亜鉛、ジルコニウム、もし
くは銀などを含有するマグネシウム合金のインゴットも
しくは合金板を１〜１０ｍｍに加工した成形材料を４０
０〜５３０℃で溶体化処理することを特徴とする半溶融
射出成形用マグネシウム合金成形材料の製法。 - 【請求項４】溶体化処理の時間が３〜３０時間であるこ
とを特徴とする請求項２または３の製法 - 【請求項５】アルミニウムの含有量が５〜１２％である
マグネシウム合金を用いて溶体化処理の温度を４００〜
４３０℃とすることを特徴とする請求項２または３の製
造方法 - 【請求項６】４００〜５３０℃での溶体化処理の後、１
５０〜２５０℃で時効硬化処理を施す事を特徴とする請
求項２，３，４，または５の製法 - 【請求項７】アルミニウム、亜鉛、ジルコニウムもしく
は銀などを含有するマグネシウム合金のインゴットもし
くは合金板を４００〜５３０℃で溶体化処理し、これを
１〜１０ｍｍの成形材料に加工し、これを用いて半溶融
状態で射出成形することを特徴とするマグネシウム合金
成型品の製造方法 - 【請求項８】アルミニウム、亜鉛、ジルコニウム、もし
くは銀などを含有するマグネシウム合金のインゴットも
しくは合金板を１〜１０ｍｍの大きさに加工した成形材
料を４００〜５３０℃で溶体化処理し、半溶融状態で射
出成形することを特徴とするマグネシウム合金成型品の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001154644A JP2002317236A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | マグネシウム合金成形材料、その製法および成型品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001154644A JP2002317236A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | マグネシウム合金成形材料、その製法および成型品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002317236A true JP2002317236A (ja) | 2002-10-31 |
Family
ID=18998951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001154644A Pending JP2002317236A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | マグネシウム合金成形材料、その製法および成型品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002317236A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100424216C (zh) * | 2006-10-14 | 2008-10-08 | 重庆工学院 | 一种用于Mg-Al系铸造镁合金热处理强化的固溶处理方法 |
| CN101880845A (zh) * | 2010-06-11 | 2010-11-10 | 燕山大学 | 一种am60b铸造镁合金晶粒细化的方法 |
| US7909948B2 (en) | 2004-03-15 | 2011-03-22 | Gohsyu Co., Ltd. | Alloy powder raw material and its manufacturing method |
| CN102127723A (zh) * | 2011-02-21 | 2011-07-20 | 中南大学 | 一种获得高强度、高韧性镁合金的形变热处理方法 |
| CN110029259A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-19 | 重庆大学 | 一种镁-稀土系合金光谱标样的制备方法 |
-
2001
- 2001-04-17 JP JP2001154644A patent/JP2002317236A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7909948B2 (en) | 2004-03-15 | 2011-03-22 | Gohsyu Co., Ltd. | Alloy powder raw material and its manufacturing method |
| CN100424216C (zh) * | 2006-10-14 | 2008-10-08 | 重庆工学院 | 一种用于Mg-Al系铸造镁合金热处理强化的固溶处理方法 |
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| CN102127723A (zh) * | 2011-02-21 | 2011-07-20 | 中南大学 | 一种获得高强度、高韧性镁合金的形变热处理方法 |
| CN110029259A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-19 | 重庆大学 | 一种镁-稀土系合金光谱标样的制备方法 |
| CN110029259B (zh) * | 2019-05-17 | 2021-05-04 | 重庆大学 | 一种镁-稀土系合金光谱标样的制备方法 |
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