JP2003129158A - 耐食マグネシウム合金とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食性、耐摩耗性、密着性を有するマグネシ
ウム合金用表面被膜を、対象となるマグネシウム部材の
形状を変化させることなく付与することを特徴とする耐
食マグネシウム合金とその製造方法を提供する。 【解決手段】 四フッ化エチレンを主成分とする樹脂微
粉末を熱硬化性樹脂に分散させた樹脂を、樹脂系プライ
マにより下地処理した後にマグネシウム合金に塗布し、
１５０゜Ｃから４００゜Ｃと比較的低温で焼成する方法
であり、マグネシウム合金表面に耐食性被膜を密着性を
有した状態で生成させることを可能にしたことによる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性を向上させ
たマグネシウム合金およびその製造方法に関するもので
あり、宇宙・航空材料・電子機器材料、自動車部材等幅
広い分野で利用することが可能な高耐食マグネシウム合
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】マグネシウム合金は実用金属中において
最も密度が小さく、比強度特性に優れている。そのた
め、排出ＣＯ₂ 量の削減が緊急の課題となっている自動
車産業では、ドアフレーム、インパネ、ステアリング等
多くの部品をマグネシウム合金により製作し、車両重量
の軽量化を図ろうとする試みが近年活発に行われてい
る。また家電リサイクル法の適用に伴い、樹脂材料の代
替としてマグネシウム合金をパソコン・携帯電話等の電
子機器の筐体として利用する試みも着々と実用化に向か
いつつある。

【０００３】しかしながら、マグネシウムは実用金属の
中で電気的に最も卑であるため、空気中においても化学
的腐食を受け易いという問題がある。そのため、上記部
材にマグネシウム合金を使用するためには、防食を目的
とした表面処理が必要である。

【０００４】従来、マグネシウム合金の表面処理として
は、化成処理・陽極酸化処理（特開平７−１０９５９８
号公報など）および化成処理・陽極酸化処理を施したマ
グネシウム合金表面に電着塗装により合成樹脂膜を塗布
する手法（特開昭６３−２５０４９８号公報）、金型・
中子にＡｌ等の金属を予め塗布した状態でマグネシウム
合金を鋳造する方法（特開昭６３−２８５２５５号公
報）等の優れた耐食を示す表面処理方法が提案されてい
る。

【０００５】しかしながら、いずれの手法も表面に塗布
される材質の種類に制限があると共に、耐摩耗性に劣る
等の欠点が存在する。電子機器の筐体、自動車部材以外
にマグネシウム合金の利用が見込まれる分野としては、
食器、工具等の生活に密着した什器類、耐摩耗性を必要
とする工業部品類が挙げられ、腐食特性に優れただけで
無く、耐摩耗性等にも優れた表面被膜の形成法の開発が
急務とされている。

【０００６】耐摩耗性を具備した表面被膜としては、フ
ッ素加工を利用した表面被膜が挙げられる。マグネシウ
ム合金用のフッ素加工表面処理技術としては、フッ化マ
グネシウム層をマグネシウム合金表面上に生成する方法
（特開２０００−２１２７２５号公報）、フッ素含有セ
ラミック膜をゾルゲル法によりマグネシウム合金に塗布
する方法（特開平１０−２０４６４７号公報）等が提案
されている。

【０００７】上記２つの公報に開示の発明は、耐摩耗性
を有する表面被膜の作製が可能であるものの、フッ化マ
グネシウム層をマグネシウム合金表面上に塗布する方法
では、設備としてスパッタリング装置、蒸着装置、イオ
ンプレーティング装置等の真空機器が必要であり加工費
用が高価になる。また、フッ素含有セラミック膜をゾル
ゲル法によりマグネシウム合金に塗布する方法では、セ
ラミックの焼成温度が２５０゜Ｃ〜５００゜Ｃと比較的
高温であり、母材であるマグネシウム合金の変形が生じ
てしまう等の問題が存在する。

【発明が解決しようとする課題】

【０００８】本発明は上記のような耐食マグネシウム合
金およびその製造方法に関する現状に鑑みてなされたも
ので、その目的は、比較的安価なプロセスである樹脂に
よる塗装処理により、四フッ化エチレンを主成分とする
樹脂微粉末を熱硬化性樹脂に分散させた樹脂を１５０゜
Ｃ〜４００゜Ｃの比較的低温でマグネシウム合金上に焼
成することにより、耐食性、耐摩耗性を具備したマグネ
シウム合金を提供することにある。

【０００９】また、他の目的は、熱硬化性樹脂の特性を
選択することにより、焼成温度および色彩、熱伝導性を
自由に選択できるマグネシウム合金表面被膜を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の耐食マグネシウム合金は、樹脂系プライマを塗布し
たマグネシウム合金に四フッ化エチレンを主成分とする
樹脂を塗布することにより形成されることを特徴とす
る。

【００１１】本発明係る請求項２記載の耐食マグネシウ
ム合金は、樹脂系プライマを塗布したマグネシウム合金
に、四フッ化エチレンを主成分とする樹脂微粉末を熱硬
化性樹脂に分散させた樹脂を塗布し、焼成を行うことに
より形成されていることを特徴とする。

【００１２】本発明係る請求項３記載の耐食マグネシウ
ム合金は、請求項１に記載の耐食マグネシウム合金にお
いて、ウレタン樹脂を主成分とするプライマにより下地
処理を施したことを特徴とする。

【００１３】本発明係る請求項４記載の耐食マグネシウ
ム合金は、請求項２に記載の耐食マグネシウム合金にお
いて、ウレタン樹脂を主成分とするプライマにより下地
処理を施したことにより形成されることを特徴とする。

【００１４】本発明に係る請求項５に記載の耐食マグネ
シウム合金製造方法は、樹脂系プライマを塗布したマグ
ネシウム合金に、四フッ化エチレンを主成分とする樹脂
微粉末を熱硬化性樹脂に分散させた樹脂を塗布し、１５
０゜Ｃ〜４００゜Ｃにおいて５分以上焼成を行い作製す
ることを特徴とする。

【００１５】本発明に係る請求項６に記載の耐食マグネ
シウム合金製造方法は、ウレタン樹脂を主成分とする樹
脂系プライマにより下地処理を施したマグネシウム合金
表面に、四フッ化エチレンを主成分とする樹脂微粉末を
熱硬化性樹脂に分散させた樹脂を塗布し、１５０゜Ｃ〜
４００゜Ｃにおいて５分以上焼成を行い作製することを
特徴とする。

【００１６】

【発明実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明に
係る四フッ化エチレンを主成分とする樹脂微粉末を利用
した耐食マグネシウム合金およびその製造方法を説明す
る。発明者らは前述の目的を達成するために、四フッ化
エチレンを主成分とする樹脂微粉末を含有した熱硬化性
樹脂をマグネシウム合金表面に塗布および焼成する方法
を、また、塗膜の密着性を高めるために、樹脂系プライ
マを塗布する方法に着目した。

【００１７】従来のフッ素を利用したコーティング方法
としては、真空蒸着法等を利用してフッ化マグネシウム
層をマグネシウム合金表面に生成する方法、フッ素を含
有したセラミック膜を焼成する方法が知られている。

【００１８】前者の方法においては、フッ化マグネシウ
ム被膜をマグネシウム合金表面に形成する際に真空蒸着
法、スパッタリング法等の真空プロセスを利用するた
め、表面処理に多くの工程およびコストを必要とする問
題がある。後者の方法においては、セラミック膜をマグ
ネシウム合金表面に塗布する際に２５０゜Ｃ〜５００゜
Ｃの高温を必要とする。マグネシウム合金はｈｃｐ構造
を有しており、常温では（００１）面（底面）の滑りに
起因して材料は変形する。一方、２５０゜Ｃ以上に設定
されると、他の滑り面（｛１０１０｝（柱面滑り）、
｛１０１１｝（錐面滑り））の動きも活発化し、熱拡散
の増加に伴う結晶粒径の粗大化等の相乗効果により、材
料は少量の応力で変形する。ここで、代表的なマグネシ
ウム合金であるＡＺ９１マグネシウム合金（Ｍｇ−９ｗ
ｔ％Ａｌ−１ｗｔ％Ｚｎ）の引張り強度の温度依存性を
図１に示す。なお、実験に利用したマグネシウム合金は
加工温度４００゜Ｃ、押出し比１００：１で押出し加工
を行った試料である。ＡＺ９１マグネシウム合金の引張
り強度は２００゜Ｃ以上では常温での強度と比較して約
半分以下まで減少することが確認できる。そのため、寸
法精度を要求されるマグネシウム合金部材の表面処理に
際しての利用は困難である。

【００１９】発明者らは上記問題に鑑みて、安価な製造
コストで、かつ２００゜Ｃ程度の比較的低温で耐摩耗性
に優れたフッ素加工をマグネシウム表面に施す手法とし
て、四フッ化エチレンを主成分とする樹脂微粉末のマグ
ネシウム表面への焼き付けに注目した。発明者は四フッ
化エチレン樹脂微粉末を５％以上含有した熱硬化性樹脂
（例えばアミノ樹脂）をマグネシウム合金表面に塗布し
１８０゜Ｃで１０分間以上焼成することにより、マグネ
シウム合金の寸法精度を損なうことなく、フッ素加工を
マグネシウム合金表面に施すことが可能であることを確
認した。

【００２０】しかしながら、熱硬化性樹脂とマグネシウ
ム合金の濡れ性の悪さに起因し、作製した塗装被膜の剥
離特性が著しく低くなるという新たな問題に直面した。

【００２１】この問題点を解決する手段として、発明者
らは表面処理前のマグネシウム合金表面に、マグネシウ
ム合金および熱硬化性樹脂と濡れ性が良好である樹脂系
プライマを塗布することにより、密着性を保持しつつ、
耐腐食性、耐摩耗性を有するフッ素樹脂をマグネシウム
合金表面に塗布する技術を考案した。特に、ウレタン樹
脂を主成分とする樹脂系プライマをマグネシウム合金表
面に塗布することにより良好な密着性を有する表面被膜
を形成させることに成功した。斯して、発明者等は低コ
ストかつ低温プロセスにてマグネシウム合金表面に、良
好な密着性を有する状態で、四フッ化樹脂粉末を含有し
た熱硬化性樹脂を焼成するための知見を得た。この発明
は、上記知見に立脚するものである。

【００２２】以下、本発明を詳細に説明する。図２は、
本発明である耐食マグネシウム合金を製造するためのプ
ロセスの流れを示すフローチャートである。本プロセス
は、（１）基材であるマグネシウム合金表面の粗面化お
よび洗浄、（２）樹脂系プライマの塗布、（３）四フッ
化エチレンを主成分とする樹脂粉末を含有する熱硬化性
樹脂の塗布、（４）塗料の焼成、より構成される。

【００２３】上記では、ショットピーニング、エッチン
グ処理等により粗面化したマグネシウム合金基材の表面
を脱脂処理等により洗浄した後、常温にて、樹脂系プラ
イマを基材表面に塗布することにより基材の前処理を行
う。樹脂系プライマを塗布する厚みは１０μｍ以上に設
定すると良好な剥離特性を有する表面処理が可能であ
る。

【００２４】特にウレタン樹脂を主成分とする樹脂系プ
ライマをマグネシウム合金基材に塗布することにより、
良好な剥離特性を有する表面処理が可能である。

【００２５】四フッ化エチレンを主成分とする樹脂粉末
を含有した熱硬化性樹脂をマグネシウム合金基材に２０
μｍ以上塗布し、１５０゜Ｃから４００゜Ｃの焼成温度
で５分以上焼き付けを行うことにより、マグネシウム合
金表面被膜の形成が可能である。目的とする１５０゜Ｃ
程度の低温にてフッ素樹脂の焼成を行う際には、上記熱
硬化性樹脂として、アミノ樹脂等の焼成温度の低い樹脂
を利用し、１０分以上の焼き付けを行うことが好まし
い。

【００２６】また、精度を必要としない表面処理に際し
ては、ポリアミドイミド等の焼成温度が比較的高い熱硬
化性樹脂を主成分とする樹脂を利用することにより、２
００゜Ｃ以上の耐熱性を保証した表面処理被膜の形成も
可能である。

【００２７】なお、この発明においてマグネシウム合金
とはマグネシウムを主成分とする合金全般を指し、添加
元素の割合の大小は許容する。また、樹脂系プライマと
は、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹
脂、塩化ビニル樹脂、塩化ゴム樹脂、フッ素樹脂、エポ
キシ樹脂、石炭酸樹脂等を主成分とするプライマ全般を
指す。また、樹脂系プライマとして利用するウレタン樹
脂とは、ウレタン樹脂を主成分とする樹脂全般を指し、
他の添加物の大小は許容する。さらに、四フッ化エチレ
ンを主成分とする樹脂粉末とは、四フッ化エチレンを含
有する樹脂微粉末全般をさし、他の添加物質の割合の大
小は許容する。また、熱硬化性樹脂とはフェノール樹
脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポ
リウレタン樹脂、石炭酸樹脂、アミノ樹脂、ポリアミド
イミド樹脂等の熱硬化性樹脂全般を指す。

【００２８】

【実施例１】市販のＡＺ９１Ｄマグネシウム合金（Ｍｇ
−８．７ｗｔ％Ａｌ−０．７ｗｔ％Ｚｎ−０．１７ｗｔ
％）鋳造品にショットピーニングによる表面の粗面化、
脱脂処理による表面洗浄を行った後、その表面に油変ウ
レタン樹脂３８ｗｔ％、トルエン１０ｗｔ％、１ブタノ
ール１０ｗｔ％、酢酸ブチル７ｗｔ％を主成分としたウ
レタン樹脂系プライマを塗布した。そして、四フッ化エ
チレン樹脂粉末をアミノ樹脂（熱硬化性樹脂）に含有さ
せた樹脂をマグネシウム合金表面に塗布した後、１０分
間、１８０゜Ｃにて焼成を行った。また、作製された試
料の腐食特性を調査するために塩水噴霧試験を行った。

【００２９】図３（ａ）、（ｂ）にそれぞれ、塗装処理
前のＡＺ９１Ｄマグネシウム合金基材と塗装後の基材を
示す。この図によれば、本実施例の方法により、試料一
面に均一にフッ素樹脂を塗布可能であることが確認でき
る。なお、塗布されたフッ素樹脂の厚みは約８０μｍで
あった。

【００３０】

【実施例２】市販のＡＺ９１Ｄマグネシウム合金（Ｍｇ
−８．７ｗｔ％Ａｌ−０．７ｗｔ％Ｚｎ−０．１７ｗｔ
％）鋳造品にショットピーニングによる表面の粗面化、
脱脂処理による表面洗浄を行った後、その表面に油変ウ
レタン樹脂３８ｗｔ％、トルエン１０ｗｔ％、１ブタノ
ール１０ｗｔ％、酢酸ブチル７ｗｔ％を主成分としたウ
レタン樹脂系プライマを塗布した。そして、四フッ化エ
チレン樹脂粉末をアミノ樹脂（熱硬化性樹脂）に含有さ
せた樹脂をマグネシウム合金表面に塗布した後、１０分
間、１８０゜Ｃにて焼成を行った。一方、ウレタン樹脂
系プライマとは別に、代表的な金属製品用プライマであ
る、石炭酸系樹脂系プライマ（石炭酸系樹脂１８ｗｔ
％、ポリエステル樹脂２１ｗｔ％、ケトン類２８ｗｔ
％、芳香族炭化水素類２６ｗｔ％）を利用して表面被膜
を形成させた試料も作製し、作製された試料の腐食特性
を調査するために塩水噴霧試験を行った。

【００３１】図４に１００時間塩水噴霧試験後の試料の
表面状態を示す。図４（ａ）はウレタン樹脂系プライマ
を利用した試料の表面の概観を示し、図４（ｂ）は石炭
酸系樹脂系プライマを利用した試料の表面の概観を示
す。ウレタン樹脂系プライマを利用した試料の表面状態
は腐食試験前の試料表面の状態と殆ど同様であったのに
対し、石炭酸系樹脂系プライマを利用した試料の表面に
は、腐食の進行が確認できる。この結果は、ウレタン樹
脂系プライマの塗布により、マグネシウム合金基材と表
面被膜の密着性が向上し、塩水噴霧試験中に試料表面の
剥離が発生せず、腐食の進行が妨げられたことを示して
いる。

【００３２】上記のように本実施例によれば、マグネシ
ウム合金鋳造品表面に表面処理被膜を形成させることに
より、耐食性が著しく向上することが確認できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、腐
食特性を有しつつ、耐摩耗性を具備したマグネシウム合
金を得ることができる。本発明により作製される耐食マ
グネシウム合金は、食器、工具等の生活に密着した什器
類等、幅広い分野に適用可能であり、使用用途は非常に
広いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＡＺ９１マグネシウム合金（Ｍｇ−９ｗｔ％Ａ
ｌ−１ｗｔ％Ｚｎ）の引張り強度の温度依存性を示す
図。

【図２】本発明に係る耐食マグネシウム合金の製造手順
を示す流れ図。

【図３】表面処理前後のＡＺ９１Ｄマグネシウム合金鋳
造品を示す図であり、（ａ）が表面処理前を示す図、
（ｂ）が表面処理後を示す図。

【図４】塩水噴霧試験後のＡＺ９１Ｄマグネシウム合金
鋳造品を示す図であり、（ａ）はウレタン樹脂系プライ
マを利用した試料の表面を示す図、（ｂ）は石炭酸系樹
脂系プライマを利用した試料の表面を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千野 靖正 愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ 洞 2266−98 独立行政法人 産業技術総 合研究所 中部センター内 (72)発明者 馬渕 守 愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ 洞 2266−98 独立行政法人 産業技術総 合研究所 中部センター内 (72)発明者 一本木 康二 東京都中央区日本橋堀留町１−２−10 伊 藤忠ポリマー株式会社内 (72)発明者 森 美昭 岐阜県恵那市大井町552−21番地 Ｆターム(参考） 4K044 AA06 BA21 BC02 CA53 CA62

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂系プライマを塗布したマグネシウム
   合金に四フッ化エチレンを主成分とする樹脂を塗布する
   ことにより形成されることを特徴とする耐食マグネシウ
   ム合金。
2. 【請求項２】 樹脂系プライマを塗布したマグネシウム
   合金に、四フッ化エチレンを主成分とする樹脂微粉末を
   熱硬化性樹脂に分散させた樹脂を塗布し、焼成を行うこ
   とにより形成されることを特徴とする耐食マグネシウム
   合金。
3. 【請求項３】 ウレタン樹脂を主成分とするプライマに
   より下地処理を施すことを特徴とする請求項１記載の耐
   食マグネシウム合金。
4. 【請求項４】 ウレタン樹脂を主成分とするプライマに
   より下地処理を施すことを特徴とする請求項２記載の耐
   食マグネシウム合金。
5. 【請求項５】 樹脂系プライマを塗布したマグネシウム
   合金に、四フッ化エチレンを主成分とする樹脂微粉末を
   熱硬化性樹脂に分散させた樹脂を塗布し、１５０゜Ｃ〜
   ４００゜Ｃにおいて５分以上焼成を行うことにより形成
   されることを特徴とする耐食マグネシウム合金製造方
   法。
6. 【請求項６】ウレタン樹脂を主成分とするプライマによ
   り下地処理を施すことを特徴とする請求項５記載の耐食
   マグネシウム合金製造方法。