JP2006218523A - 成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法および加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 室温以上３５０℃以下の温度範囲で優れた圧延加工性、成形加工性を発現し、高絞り比の容器を得ることが可能な成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法、またその方法を用いて圧延されたマグネシウム合金板の成形方法を提供する。
【解決手段】 マグネシウム合金板に、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性アクリル樹脂、水溶性エポキシ樹脂などの有機樹脂、またはこれらの樹脂にシランカップリング剤、コロイダルシリカ、潤滑剤などを含有させた有機樹脂、またはさらに耐熱性付与剤を含有させた有機樹脂を被覆して成形加工用マグネシウム合金板とし、室温以上３５０℃以下の温度範囲において圧延加工あるいは成形加工を施す。
【選択図】 なし

Description

本発明は絞り加工などの各種成形性に優れた成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法および加工方法に関する。

金属製品の加工においては、一部特殊材料などを除いて、圧延によって薄板化された金属板にプレス成形加工などを施す方法を採ることが、製造コストや形状安定性など総合的な品質面から一般的には有利であると考えられている。このため金属板の薄板化の加工では、周知のような圧延ロールなどを用いた圧延加工が多用されている。金属材料は塑性加工に伴って加工硬化することがあるので、ある程度塑性加工を行った後には、加工性改善を目的として一般的に焼鈍などが行われている。金属材料の変形抵抗は加工温度の上昇に伴って低下する傾向があるため、加工性に劣る金属材料に圧延を行うには、加熱炉などの加熱装置を用いて圧延時の材料の温度を高めた熱間圧延や温間圧延が行われている。しかしながらマグネシウム材は、熱伝導性に優れ比重も小さいことから、圧延前に予め加熱しても短時間で温度が低下していまうため、長尺のコイル材を安定的に圧延することには無理があった。そのためマグネシウムを主体とする合金などの難加工性材料では、圧下率を大きく採ることが難しいため、圧延パス回数を増すことで所要の薄さの板厚サイズを得ているのが現状である。また圧延性を向上させるために、圧延時には、一般的には油性潤滑剤が使用されるものの、温間圧延時において、潤滑油が気化して著しく白煙が発生し作業環境が劣悪であったり、油膜が切れることにより安定性に欠けるなどの問題があった。

軽量金属であるマグネシウム合金などは、軽量化が強く求められているモバイル通信機器やノートパソコンなどの携帯用電子機器の外装ケースとして好適に用いられてきている。しかしながら、マグネシウム合金は成形加工性に乏しいため様々な方法が提案されてきている。例えば、成形加工装置のダイ、パンチ、シワ押え部材など加工部の温度を１５０〜４００℃程度まで加熱して成形加工する方法や潤滑剤などを使用することなどである。なお特許文献１には、マグネシウムの圧延方法の一態様が開示されている。

特開２００３−３２８０６３号公報

本発明は絞り加工などの各種成形性に優れた成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法および成形加工方法を提供することを目的とする。特に板材エッジの耳割れを防止もしくは抑止しながら圧下率を高め効率よく圧延する方法および圧延後の成形加工性の向上に関する方法を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するため、本発明の成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法は、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性アクリル樹脂、水溶性エポキシ樹脂のうちいずれか１種、または２種以上からなる有機樹脂をマグネシウム合金板表面に被覆して圧延することを特徴とする方法であり、好ましくは、前記有機樹脂がシランカップリング剤、コロイダルシリカ、潤滑剤のうちいずれか１種、または２種以上を含有することを特徴とする方法である。また前記有機樹脂が耐熱性付与剤を含有することを特徴とする方法であり、さらには前記耐熱性付与剤がシロキサン化合物であることを特徴とする方法であり、あるいは板温が室温〜３５０℃の温度範囲で圧延することを特徴とする方法である。

また本発明のマグネシウム合金板の加工方法は、上記のいずれかに記載の圧延方法によって圧延された成形加工用マグネシウム合金板を成形加工することを特徴とする方法であり、さらには板温が室温〜３５０℃の温度範囲で成形加工することを特徴とする加工方法である。

本発明の成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法は、これまでの圧延時にマグネシウム合金板の表面に潤滑油や固形潤滑剤を塗布して圧延する方法ではなく、潤滑性などを有する有機樹脂を予め被覆したマグネシウム合金板を圧延する方法であるので、耳割れなどの圧延加工時の問題を防止もしくは抑止することが可能であり、マグネシウム合金板の加工方法は、成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法を用いて圧延された成形加工用マグネシウム合金板を有機樹脂が被覆されたまま成形加工する方法であり、特に有機樹脂にシロキサン化合物などの耐熱性付与剤を含有させた場合は、室温以上３５０℃以下の温度範囲で優れた圧延効果または加工効果を発現することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の成形加工用マグネシウム合金板の圧延および加工方法の基板となるマグネシウム合金板としては、純マグネシウム板や、合金成分としてアルミニウムを１．０〜９．０重量％、亜鉛を０．５〜６．０重量％、マンガンを０．０５〜２．０重量％含有してなり、残部がマグネシウムおよび不可避的不純物からなるマグネシウム合金からなり、結晶粒径が２〜５０μｍ、より好ましくは２〜１０μｍであるマグネシウム合金板であり、板厚が０．０５〜２．０ｍｍであることが好ましい。これらのマグネシウム合金板表面に有機樹脂を被覆して、圧延および成形加工に用いるマグネシウム合金板とする。

マグネシウム合金板の表面に被覆する有機樹脂としては、水溶性または水分散性樹脂であることが好ましく、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性アクリル樹脂、水溶性エポキシ樹脂のいずれかであることが好ましい。これらの有機樹脂は１種のみで用いることもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。また用途によっては溶剤性の樹脂を用いてもよい。

これらの有機樹脂は樹脂単独で上記のマグネシウム合金板に塗布乾燥して皮膜形成させて用いてもよいが、圧延加工性や耐食性を向上させるために、下記に示す物質を有機樹脂に含有させて用いてもよい。例えば、シランカップリング剤などを含有させることにより、有機樹脂皮膜のマグネシウム合金板に対する密着性、特に圧延加工時の密着性が著しく向上する。シランカップリング剤は有機樹脂皮膜中に５重量％以下で含有していることが好ましく、１重量％以下で含有していることがより好ましい。５重量％を超えて含有しても密着性の向上効果は飽和し、経済的には不利になってくる。

また、コロイダルシリカなどを含有させることにより、有機樹脂皮膜の硬さが向上して耐疵付性が向上し、耐食性も向上する。例えば、コロイダルシリカは有機樹脂皮膜中に５０重量％以下で含有していることが好ましい。５０重量％を超えて含有すると、有機樹脂皮膜が硬くなりすぎて、有機樹脂皮膜の加工性が劣化し、加工時に有機樹脂皮膜にクラックが生じやすくなる。

さらに、潤滑剤を含有させることにより、マグネシウム合金板に有機樹脂皮膜を形成させた成形加工用マグネシウム合金板の圧延加工性や成形加工性が向上する。潤滑剤としては、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸、これらの高級脂肪酸のカルシウム塩、アルミニウム塩、亜鉛塩、バリウム塩、マグネシウム塩、これらの高級脂肪酸エステル、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリオレフィンワックス、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素系ワックス、グラファイト、二硫化モリブデン、ボロンナイトライドなどの無機質粉末などを用いることができる。これらの潤滑剤は有機樹脂皮膜中に２０重量％以下で含有していることが好ましい。２０重量％を超えて含有すると、マグネシウム板に対する有機樹脂皮膜の加工時も密着性が劣化する。上記のシランカップリング剤、コロイダルシリカ、潤滑剤は有機樹脂皮膜中にそれぞれ１種で単独で含有していてもよいが、２種以上が含有していてもよい。

上記のようにして得られる有機樹脂を、純マグネシウム板やマグネシウム合金板の少なくとも片面に、場合によっては両面に塗布乾燥して有機樹脂皮膜を形成させる。有機樹脂皮膜の厚さは乾燥後の厚さで０．１〜３０μｍであることが好ましく、１〜１０μｍであることがより好ましい。このようにして本発明の圧延方法や加工方法に用いる成形加工用マグネシウム合金板が得られる。

以上のようにして得られる本発明の圧延方法や加工方法に用いる成形加工用マグネシウム合金板は圧延加工性や成形加工性に優れており、絞り加工により好適に容器に成形することができるが、成形加工用マグネシウム合金板を室温（例えば１０℃など）以上３５０℃以下の温度範囲、好ましくは２００〜３５０℃の温間加工温度範囲に加熱して、圧延加工や絞り加工すると加工性が向上し、絞り加工では底径に比較して側壁長の大きい容器に成形することが可能となる。しかし２００℃を超える温度範囲で圧延加工や成形加工する場合、有機樹脂皮膜が分解して変色したり皮膜にクラックが生じ、見栄えが劣化するとともに圧延加工性や絞り加工性を向上させることが困難になる。そのため、有機樹脂皮膜にさらに耐熱性付与剤を含有させることにより、２００〜３５０℃以下の高温の温間加工温度範囲で有機樹脂皮膜が変色したり、クラックを生じることなく、安定して成形加工を行うことが可能となり、圧延加工性や絞り加工性も向上させることができる。結果として、圧延加工や絞り加工において、従来から実施されている潤滑油を使用した場合と同じ加工性が得られる加工温度を、３５０℃以下の温度領域において、より低くすることが可能となり、必要以上の加熱処理が不要となるメリットが得られる。

例えば、耐熱性付与剤としては、ポリイミドなどの耐熱性樹脂やシロキサン化合物などを用いることが好ましい。シロキサン化合物としては、ジメチルシロキサン、ジエチルシロキサン、メチルエチルシロキサン、ジフェニルシロキサン、メチルフェニルシロキサンなどのオルガノシロキサンのポリマーやモノマー、またはこれらのオルガノシロキサン分子内にポリアルキレンオキシド基、水酸基、アミド基、カルボキシル基、スルホン基、アミノ基のいずれか１種または２種以上の置換基を１個以上有するものなどが好適に好適に用いられる。これらの耐熱性付与剤は、有機樹脂皮膜中に５〜８０重量％含有されていることが好ましく、１０〜６０重量％含有されていることがより好ましい。このように、有機樹脂皮膜中に耐熱性付与剤を含有させることにより、成形加工用マグネシウム合金板を２００〜３５０℃の温間加工温度範囲に加熱して、さらに高い圧下率での圧延加工することが可能となる。なお圧延後の室温以上３５０℃以下の温度範囲における成形加工においては、本発明のマグネシウム合金板をマグネシウム合金容器に絞り成形加工することが可能となる。また耐熱性付与剤は有機樹脂に単独で含有してもよいが、上記のシランカップリング剤、コロイダルシリカ、潤滑剤のいずれか１種、または２種以上と併用して含有していてもよい。

このようにして得られるマグネシウム合金容器は、有機樹脂皮膜上に塗装を施すことが可能である。あるいは上記の成形加工用マグネシウム合金板の有機樹脂皮膜上に予め塗装を施しておいた塗装板を成型加工してマグネシウム合金容器としてもよい。また、容器に成形した後にアルカリ溶液を用いて有機樹脂皮膜を除去したり、研磨粒子を表面に吹き付けるショットブラスト法などを用いて除去し、陽極酸化処理やめっきなどの表面処理を施すことも可能である。

以下、実施例にて本発明を詳細に説明する。
（成形加工用マグネシウム合金板の圧延）
下記の合金成分を有する板厚１．０ｍｍのマグネシウム合金板の両面に、表１に示す樹脂溶液、または、表１に示す樹脂に表１に示すシランカップリング剤、コロイダルシリカ、潤滑剤、耐熱性付与剤を含有させてなる樹脂溶液を、乾燥後の状態でそれぞれの添加物が表１に示す含有量となるように、また乾燥後の樹脂皮膜の厚さが表１に示す厚さとなるようにバーコーターを用いて塗布し乾燥させた成形加工用マグネシウム合金板：試料番号１〜５を、板温：１９０℃、ロール温度：９０℃、圧延速度：４ｍ／分、圧延率：２５％の条件で圧延加工した。試料番号６〜１３に関しては、板温：２３０℃、ロール温度：９０℃、圧延速度：４ｍ／分、圧延率：３２．５％の条件で圧延加工した。
＜合金成分＞
Ａｌ：３．２重量％、Ｚｎ：１．１重量％、Ｍｎ：０．３１重量％、残部：Ｍｇおよび 不可避的不純物元素
＜平均結晶粒径＞
１０μｍ

比較例として、上記のマグネシウム合金板の両面に潤滑油をスプレー塗布したものを同様の条件で圧延加工した。試料番号１４が板温：１９０℃、ロール温度：９０℃、圧延速度：４ｍ／分、圧延率：２５％の条件で、試料番号１５が板温：２３０℃、ロール温度：９０℃、圧延速度：４ｍ／分、圧延率：３２．５％の条件で、圧延加工したものである。圧延加工後のマグネシウム合金板、および有機樹脂皮膜の外観を肉眼観察するとともに、両エッジに発生する耳割れ（クラック）の深さを任意に選んだ２０本の平均値で示した。その結果を表２に示す。本発明のマグネシウム合金板では、有機樹脂皮膜に変色は認められず、また、耳割れに関しても発生が全く無いか、あるいは発生しても深さが小さく、圧延加工性に優れていることを確認した。それに対して、潤滑油を使用した比較例では表２に示すように、マグネシウム合金板に深い耳割れが認められ、圧延加工性が劣っていることを確認した。さらに本発明のマグネシウム合金圧延板の成形加工が可能かどうかを評価するために、表１に示す本発明のマグネシウム合金板を、試料番号１〜５に関しては、板温：１９０℃、ロール温度：９０℃、圧延速度：４ｍ／分、圧延率：２５％の条件で、試料番号６〜１３に関しては、板温：２３０℃、ロール温度：９０℃、圧延速度：４ｍ／分、圧延率：３２．５％の条件で圧延した後、そのまま試料番号１〜５に関しては、パンチ肩Ｒ：４ｍｍ、パンチ温度：常温、ダイス温度：１９０℃、ブランクホルダー温度：１９０℃、絞り速度：１ｍｍ／秒の条件で絞り比：１．８の絞り加工を行い、また、試料番号６〜１３に関しては、パンチ肩Ｒ：４ｍｍ、パンチ温度：常温、ダイス温度：２５０℃、ブランクホルダー温度：２５０℃、絞り速度：１ｍｍ／秒の条件で絞り比：２．５の絞り加工を行い、割れが発生することなく実用上問題となる疵の発生が無いことを確認した。比較例に関しては、再度潤滑油をスプレー塗布した後、試料番号１４がパンチ肩Ｒ：４ｍｍ、パンチ温度：常温、ダイス温度：１９０℃、ブランクホルダー温度：１９０℃、絞り速度：１ｍｍ／秒の条件で絞り比：１．８の絞り加工を行い、また、試料番号１５が、パンチ肩Ｒ：４ｍｍ、パンチ温度：常温、ダイス温度：２５０℃、ブランクホルダー温度：２５０℃、絞り速度：１ｍｍ／秒の条件で絞り比：２．５の絞り加工を行ったが、割れ発生により絞り加工が出来なかった。、

以上のように、マグネシウム合金板に有機樹脂を被覆してなる成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法は優れた圧延加工性を有している。また有機樹脂に耐熱性付与剤を含有させた場合は３５０℃までの高温で圧延加工することが可能である。また本発明のマグネシウム合金圧延板の成形加工の場合にも、優れた成形加工性を有しており、このような高温で絞り加工した場合にはさらに絞り比の高い加工度でマグネシウム合金容器に絞り加工することが可能である。

マグネシウム板に有機樹脂を被覆して行う本発明の成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法では、耳割れを防止もしくは抑止することが可能であるためより高い圧下率での圧延加工が可能である。また本発明の成形加工方法では、高加工度でマグネシウム合金容器に製造することが可能である。特に有機樹脂にシロキサン化合物などの耐熱性付与剤を含有させた場合には、室温以上３５０℃以下の温度範囲、特に２００〜３５０℃の温間加工温度範囲で優れた潤滑効果などが発現し、より高い圧延加工性が実現でき、さらに本発明のマグネシウム合金圧延板をマグネシウム合金容器に成形加工することが可能である。

Claims (7)

1. 水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性アクリル樹脂、水溶性エポキシ樹脂のうちいずれか１種、または２種以上からなる有機樹脂をマグネシウム合金板表面に被覆して圧延することを特徴とする成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法。
2. 前記有機樹脂がシランカップリング剤、コロイダルシリカ、潤滑剤のうちいずれか１種、または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法。
3. 前記有機樹脂が耐熱性付与剤を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法。
4. 前記耐熱性付与剤がシロキサン化合物であることを特徴とする請求項３に記載の成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法。
5. 板温が室温〜３５０℃の温度範囲で圧延することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形加工用マグネシウム合金板の圧延方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧延方法によって圧延された成形加工用マグネシウム合金板を成形加工することを特徴とするマグネシウム合金板の加工方法。
7. 板温が室温〜３５０℃の温度範囲で成形加工することを特徴とする請求項６に記載のマグネシウム合金板の加工方法。