JP2007167908A - マグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤、マグネシウム合金の成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｃａや希土類元素が添加されたマグネシウム合金を鋳造する際に、金型への焼付きの発生を防止するとともに、マグネシウム合金ダイカスト製品の耐食性を低下させることの無いマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤を提供する。
【解決手段】Ｓｎ粉体を溶液中に分散させたマグネシウム合金成形用焼付き防止剤としている。また、Ｓｎ粉体を溶液中に分散させたマグネシウム合金成形用離型剤としている。
【選択図】無し

Description

本発明は、マグネシウム合金成形用焼き付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤、マグネシウム合金の成形方法に関する。

一般に、マグネシウム合金は、実用的な合金材料の中で最も軽く、室温及び高温時の強度特性に優れているため、各種用途で使用されている。
また、近年、地球環境の問題がクローズアップされ、自動車の軽量化のために、カルシウム（Ｃａ）や希土類元素を多量に添加した、耐クリープ性の高いマグネシウム合金材料が多く開発されている。

このようなマグネシウム合金材料を鋳造（ダイカスト）する際の問題点として、金型内での焼付きが発生しやすいことが知られている。
また、自動車のエンジン周辺の部品はいずれも大型であり、鋳造時の湯廻り不良を防止するため、金型温度を２４０℃以上の高温に設定する必要があるが、上述のＣａや希土類元素を添加した合金を鋳造する場合、更に焼付きが生じやすくなる。これは、Ｃａや希土類元素を含むマグネシウム合金溶湯は流動性が低くなるため、金型に設けられた狭いゲートを溶湯が通過する際の摩擦抵抗が大きくなり、キャビティ表面、中でもゲート近傍が局部的に高温になりやすいことによるものである。

上述のような焼付きを防止するため、マグネシウム合金の焼付き防止効果を有するとされるシリコンオイルを、離型剤に高濃度に含有させて用いることも考えられるが、このような離型剤を使用しても、焼付きを完全に防止することはできなかった。

鋳造時の焼付きを防止するため、黒鉛やタルク等を主成分とする粉体を添加した離型剤が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、特許文献１に記載の、黒鉛を主成分とした粉体を含有する離型剤を使用した場合、焼付きの発生は改善されるものの、ダイカストで得た製品の耐食性が低下するという問題があり、実用的ではない。また、タルクを粉体主成分とした離型剤を使用した場合、潤滑性に劣ることから、金型キャビティ内に高速で流入してくるマグネシウム溶湯によって金型キャビティから容易に剥離してしまうため、充分な効果が得られない。

このような問題に対処するため、雲母微粉末を希釈水溶液中に分散させ、水ガラスを添加して水溶性エマルジョンを呈してなる離型剤が提案されている（例えば、特許文献２）。
この離型剤は、Ｃａや希土類元素が添加されたマグネシウム合金を鋳造する場合であっても、金型への焼付きや、ダイカスト完成品の耐食性の低下を最小限に留めることができるというものである。
特開２０００−３０１２８７号公報 特開２００４−２３０４４６号公報

しかしながら、特許文献２に記載の離型剤を用いてマグネシウム合金の鋳造を行った場合であっても、依然として、金型キャビティ内に高速で流入するマグネシウム溶湯によって、離型剤がキャビティ表面から簡単に剥離してしまう虞があった。本発明者が検討したところ、これは、粉体の主成分である雲母と金型材料との親和性があまり高くないため、離型剤の金型キャビティ表面への接着力が弱いことが考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｃａや希土類元素が添加されたマグネシウム合金を鋳造する際に、金型への焼付きの発生を防止するとともに、マグネシウム合金ダイカスト製品の耐食性を低下させることの無いマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤を提供することを目的とする。

本発明者は、金型への焼付きの発生を防止するとともに、マグネシウム合金ダイカスト製品の耐食性を低下させることの無いマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤を得るべく鋭意検討を重ね、以下の発明を得るに至った。
（１）請求項１に記載の発明
Ｓｎ粉体を溶液中に分散させたことを特徴とするマグネシウム合金成形用焼付き防止剤。
（２）請求項２に記載の発明
Ｓｎ粉体を溶液中に分散させたことを特徴とするマグネシウム合金成形用離型剤。
（３）請求項３に記載の発明
前記マグネシウム合金が、質量％でＣａ：０．５〜５％、または希土類元素：０．３〜３％の内、少なくとも１種以上を含有するものであることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤。
（４）請求項４に記載の発明
前記マグネシウム合金が、質量％でＣａ：０．５〜５％、または希土類元素：０．３〜３％の内、少なくとも１種以上を含有するものであることを特徴とする請求項２に記載のマグネシウム合金成形用離型剤。
（５）請求項５に記載の発明
請求項１〜４に記載のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、またはマグネシウム合金成形用離型剤を用いて成形することを特徴とするマグネシウム合金の成形方法。

Ｃａや希土類元素が添加されたマグネシウム合金を鋳造する際、離型剤の金型キャビティ表面への接着力が弱いと、ゲートからキャビティ内に高速で流入するマグネシウム合金溶湯によって離型剤が剥離してしまい、焼付きを防止できなくなるとともに、離型性が悪くなる。
本発明のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤では、金型キャビティに用いられる鉄（Ｆｅ）との親和性の高い錫（Ｓｎ）の粉体を溶液中に分散させることにより、焼付き防止剤又は離型剤中のＳｎ粉体が、金型キャビティ表面に対して高い親和力で被膜を形成することができることを見出した。

本発明のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤によれば、Ｓｎ粉体を溶液中に分散させて構成している。また、本発明のマグネシウム合金成形用離型剤によれば、Ｓｎ粉体を溶液中に分散させて構成している。
Ｓｎ粉体を含有した焼付き防止剤又は離型剤を金型キャビティ表面に塗布することにより、キャビティ表面に強固な被膜が形成される。これにより、マグネシウム合金が金型へ焼付くのを防止するとともに、マグネシウム合金ダイカスト製品の耐食性を低下させることなく、マグネシウム合金を鋳造することができるマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤が得られる。
従って、本発明の焼付き防止剤又は離型剤を用いてマグネシウム合金の鋳造を行うことにより、高品質のマグネシウム合金ダイカスト製品を、効率良く製造することができる。

以下、本発明に係るマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤の実施の形態について説明する。
なお、本実施形態では、マグネシウム合金成形用離型剤（以下、離型剤と略称することがある）の例を挙げて説明する。

［マグネシウム合金成形用離型剤］
本発明の離型剤は、Ｓｎ粉が溶液中に分散されてなる。
本発明の離型剤は、Ｓｎ粉体を含有することにより、金型キャビティ表面に噴霧等の手段で塗布した際に粉体被膜を形成し、マグネシウム合金溶湯が金型キャビティ表面と直に接触するのを避け、焼付きを防止するとともに、ダイカスト製品の離型性を高める。

本実施形態では、離型剤溶液中にＳｎ粉体を添加して溶液中に分散させることにより、マグネシウム合金成形用離型剤とすることができる。
Ｓｎ粉体を添加する離型剤溶液としては特に限定されないが、例えば、シリコンオイルを主成分として界面活性剤（有機系バインダ）を添加したもの等、従来から用いられている離型剤溶液を使用することができる。

本発明の離型剤は、Ｓｎ粉体を添加することにより、離型剤を金型キャビティ表面に塗布した際に、離型剤中に分散したＳｎ粉体がキャビティ表面に被膜を形成する。
発明者が検討したところ、この被膜の形成は、離型剤中の有機系バインダによる接着力よりも、金型の材質（Ｆｅ）とＳｎとの親和性の高さによるところが大きいことが明らかとなった。
Ｆｅとの親和性が高いＳｎは、Ｆｅとの反応によって金型キャビティ表面に強固な被膜が形成する。このため、金型キャビティ内にマグネシウム合金溶湯が高速で流入した場合でも、被膜がキャビティ表面から剥離するのを防止することができる。
従って、マグネシウム合金溶湯と金型キャビティ表面とが直に接触するのを防止することができ、離型不良や焼付きの発生を防止することができる。

離型剤溶液中に添加するＳｎ粉体の量は、離型剤溶液１Ｌに対して１〜１００ｇの範囲内とすることが好ましく、ダイカスト金型における焼付けの発生頻度等に応じて、Ｓｎ粉体の添加量を適宜変更して使用することができる。
Ｓｎ粉体の添加量が、離型剤溶液１Ｌに対して１ｇ未満だと、金型キャビティ表面に強固な膜を形成するのが困難になり、焼付き防止作用が得られにくくなる。
Ｓｎ粉体の添加量が、離型剤溶液１Ｌに対して１００ｇを超えると、金型キャビティ表面への被膜形成作用及び焼付き防止の効果が飽和する。また、金型キャビティ表面への塗布を、噴霧器を用いて行った場合にノズルが詰まりやすくなったり、キャビティ内の隅にＳｎ粉体が凝集して残存し、ダイカスト製品に悪影響を与える虞がある。

Ｓｎ粉体のサイズは特に限定されないが、金型キャビティ表面で反応しやすく、且つキャビティ全面に均一に付着しやすいように粉末、または微粉末とすることが好ましく、サイズが５００メッシュ以下の微粉末であることが最も好ましい。
また、添加するＳｎは粉末状のものには限定されず、例えば、Ｓｎ薄片を添加して溶液中に分散させても良いので、本発明のＳｎ粉体とは、薄片状のものを含む概念とする。

また、本実施形態の離型剤は、イソプロパノール（イソプロピルアルコール：ＩＰＡ）を適量添加することが好ましい。
イソプロパノールを添加することにより、離型剤溶液中のＳｎ粉体を効果的に拡散することができる。また、固体粒子表面に吸着し、凝集している固定粒子を液体で濡れやすくし、表面電荷を増加させたり、立体障害による粒子間の反発力を高める。

なお、本発明の離型剤は、従来から一般的に行われているマグネシウム合金ダイカスト（鋳造）の他、チクソモールド等でも使用することができる。
ダイカストでは、例えば、コールドチャンバータイプ、ホットチャンバータイプの何れのダイカストマシンにおいても、本発明の離型剤を使用することができる。
また、マグネシウム合金を半溶湯として高圧で成形するチクソモールドマシンにおいても、本発明の離型剤を効果的に用いることができる。

［マグネシウム合金］
本実施形態のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤を金型キャビティ表面に塗布して鋳造を行うマグネシウム合金は、例えば、質量％でＣａ：０．５〜５％、または希土類元素：０．３〜３％の内、少なくとも１種以上を含有して構成されている。このマグネシウム合金を溶湯とし、金型に流し込むことによって鋳造を行う。
以下、マグネシウム合金に含有される、マグネシウム以外の成分組成の限定理由について説明する。

「Ｃａ」
カルシウム（Ｃａ）は、鋳造後のマグネシウム合金の耐クリープ性を向上させる作用を有する。
Ｃａの含有量は、質量％で０．５〜５％の範囲内であることが好ましい。
Ｃａの含有量が０．５％未満だと、マグネシウム合金の耐クリープ性向上の作用が得られにくくなる。
Ｃａの含有量が５％を超えると、マグネシウム合金溶湯の流動性が著しく低下し、合金組織中にミクロポロシティが発生し、目標とする機械的特性が得られなくなり、また、焼付きを起こす虞がある。
本発明のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤を用いて鋳造を行うマグネシウム合金は、Ｃａを上記範囲で添加することにより、鋳造後のマグネシウム合金の耐クリープ性が向上するため、ダイカスト製品を薄型、軽量化することが可能となる。

「希土類元素」
希土類元素は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの各元素であり、上述のＣａと同様、マグネシウム合金に適量添加することにより、鋳造後のマグネシウム合金の耐クリープ性を向上させる作用を有する。
希土類元素の含有量は、上記の内の少なくとも１種以上の合計含有量で、質量％で０．３〜３％の範囲内であることが好ましい。
希土類元素の含有量が０．３％未満だと、マグネシウム合金の耐クリープ性向上の効果が得られにくくなる。
希土類元素の含有量が３％を超えると、マグネシウム合金溶湯の流動性が著しく低下し、合金組織中にミクロポロシティが発生し、目標とする機械的特性が得られなくなり、また、焼付きを起こす虞がある。

［マグネシウム合金成形用焼付き防止剤］
本発明のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤（以下、焼付き防止剤と略称することがある）は、上述のマグネシウム合金成形用離型剤と同様、Ｓｎ粉体が溶液中に分散されてなる。
本発明の焼付き防止剤は、Ｓｎ粉体を含有することにより、金型キャビティ表面に噴霧等の手段で塗布した際に粉体被膜を形成し、マグネシウム合金溶湯が金型キャビティ表面と直に接触するのを避け、焼付きを防止する。

本発明の焼付き防止剤は、上述した本発明の離型剤と同様に、焼付き防止溶液中にＳｎ粉体を添加して溶液中に分散させることにより、マグネシウム合金成形用焼付き防止剤とすることができる。
Ｓｎ粉体を添加する焼付き防止剤溶液としては、本発明の離型剤と同様、特に限定されず、既存の焼付き防止剤溶液を使用することができる。
本発明の焼付き防止剤のその他の詳細は、上述した本発明の離型剤と同様であり、説明を省略する。

以上説明したように、本発明のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤によれば、Ｓｎ粉体が溶液中に分散されてなる。また、本発明のマグネシウム合金成形用離型剤によれば、Ｓｎ粉体が溶液中に分散されてなる。
Ｓｎ粉体を含有した焼付き防止剤又は離型剤を金型キャビティ表面に塗布することにより、キャビティ表面に強固な被膜が形成される。これにより、マグネシウム合金が金型へ焼付くのを防止するとともに、マグネシウム合金ダイカスト製品の耐食性を低下させることなく、アルミニウム合金を鋳造することができるマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤が得られる。
従って、本発明の焼付き防止剤又は剥離剤を用いてアルミニウム合金の鋳造を行うことにより、高品質のマグネシウム合金ダイカスト製品を、効率良く製造することができる。

以下に実施例を示して、本発明のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤を更に詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものでは無い。
本実施例では、各実施例及び比較例に示す条件でマグネシウム合金成形用離型剤を作製し、これらの離型剤を用いてマグネシウム合金のダイカスト（鋳造）を行い、評価した。

＜ダイカスト製造条件＞
１％ＳＦ_６＋Ｎ_２（１０００ｍＬ／ｍｉｎ）雰囲気中で、表１に示す成分組成のマグネシウム合金を各々溶解し、コールドチャンバータイプのダイカストマシン（型締力１３５トン）を使用して鋳造を行い、幅＝７０ｍｍ、長さ＝１５０ｍｍで、板厚がゲート側から順に３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ（５０ｍｍ間隔）と変量した階段状平板のダイカスト製品を作製した。
ダイカスト条件は、マグネシウム溶湯温度を７４０℃、金型キャビティ表面設定温度を１８０℃、溶湯のゲート通過速度を１００〜１２０ｍ／ｓの範囲とした。
また、ダイカストにおいては、ショット毎に一定量の離型剤各サンプル（０．０８ｇ）を、噴霧器を用いて、金型キャビティ表面に均一に塗布して行った。

＜評価方法＞
各実施例及び比較例の離型剤サンプルを用い、各成分組成のマグネシウム合金を使用して、上記条件で連続ショットにてダイカスト製造を行い、ショット毎に、金型温度（ゲート中央部）の温度をタッチメータを用いて測定した。
また、ショット毎にダイカスト製造品及び金型キャビティ表面を目視し、焼付きの発生の有無を確認した。

［実施例１］
（離型剤）
離型剤溶液として、シリコンオイルが主成分である市販のグラフェース３２１（花野商事製）を用い、この離型剤溶液１Ｌ（水：グラフェース＝８０：１）に対して、Ｓｎ微粉末２５ｇ（５００メッシュ）を添加し、さらにイソプロパノール２００ｍＬを加えて、本発明のマグネシウム合金成形用離型剤を得た。

（マグネシウム合金）
質量％で２．６％のＣａを含有し、また、Ａｌ：５．８％、Ｍｎ：０．３２％、Ｆｅ：０．００２６％、Ｃｕ：０．００１％、Ｎｉ：０．０００５％を含有する成分組成のマグネシウム合金を用いた。

［実施例２］
（離型剤）
実施例１と同様にして、本発明のマグネシウム合金成形用離型剤を得た。

（マグネシウム合金）
質量％で０．５％のＣａを含有し、また、Ａｌ：５．８％、Ｍｎ：０．３２％、Ｆｅ：０．００２６％、Ｃｕ：０．００１％、Ｎｉ：０．０００５％を含有する成分組成のマグネシウム合金を用いた。

［実施例３］
（離型剤）
実施例１と同様にして、本発明のマグネシウム合金成形用離型剤を得た。

（マグネシウム合金）
質量％で４．９％のＣａを含有し、また、Ａｌ：５．８％、Ｍｎ：０．３２％、Ｆｅ：０．００２６％、Ｃｕ：０．００１％、Ｎｉ：０．０００５％を含有する成分組成のマグネシウム合金を用いた。

［実施例４］
（離型剤）
実施例１と同様にして、本発明のマグネシウム合金成形用離型剤を得た。

（マグネシウム合金）
Ｃａを含有せずに、希土類元素（ミッシュメタル：５２．８％Ｃｅ、２７．４％Ｌａ、１５．０％Ｎｄ、４．７％Ｐｒ、０．１％Ｓｍ）を質量％で０．３％含有した点以外は、実施例１と同様の成分組成を有するマグネシウム合金を用いた。

［実施例５］
（離型剤）
実施例１と同様にして、本発明のマグネシウム合金成形用離型剤を得た。

（マグネシウム合金）
Ｃａを含有せずに、希土類元素（ミッシュメタル：同上）を質量％で２．７％含有した点以外は、実施例１と同様の成分組成を有するマグネシウム合金を用いた。

［比較例１］
（離型剤）
市販の離型剤（グラフェース３２１：花野商事製）を用い、これを水：離型剤の比で１：８０に希釈して、従来のマグネシウム合金成形用離型剤を得た。
なお、Ｓｎ粉体は添加しなかった。

（マグネシウム合金）
Ｃａを含有し、実施例１と同様の成分組成を有するマグネシウム合金を用いた。

［試験例１］
（離型剤）
離型剤溶液として、シリコンオイルが主成分である市販のグラフェース３２１（花野商事製）を用い、この離型剤溶液１Ｌに対してＳｎ微粉末２５ｇ（１００メッシュ）を添加し、さらにイソプロパノール２００ｍＬを加えて、試験例１のマグネシウム合金成形用離型剤を得た。

（マグネシウム合金）
Ｃａを含有し、実施例１と同様の成分組成を有するマグネシウム合金を用いた。

各実施例及び比較例、試験例の離型剤作製条件、及びマグネシウム合金成分組成の一覧を表１に示す。

＜評価結果＞
図１及び図２に、各実施例及び比較例、試験例における連続鋳造のショット数と金型ゲート中央部の温度との関係をプロットしたグラフを示す。
図１のグラフに示すように、実施例１の本発明のマグネシウム合金成形用離型剤を金型キャビティ表面に塗布してマグネシウム合金ダイカストを製造した場合には、ショットを繰り返す中で、ゲート温度が最大で２２４℃まで達したが、５０ショットの製造を行っても、焼付きは１度も発生しなかった。また、図２のグラフに示すように、実施例２〜３の本発明の離型剤を用いて、表１に示す量のＣａが添加されたマグネシウム合金ダイカストを製造した場合にも、５０ショットの製造において焼付きは１度も発生しなかった。
また、実施例４の本発明の離型剤を用いて、希土類元素（ミッシュメタル）が質量％で０．３％添加されたマグネシウム合金ダイカストを製造した場合にも、ショットを繰り返す中で、ゲート温度が最大で２２４℃まで達したが、５０ショットの製造を行っても、焼付きは１度も発生しなかった。また、実施例５に示すように、本発明の離型剤を用いて、希土類元素（ミッシュメタル）が質量％で２．７％添加されたマグネシウム合金ダイカストを製造した場合にも、５０ショットの製造において焼付きは１度も発生しなかった。

これに対し、従来のマグネシウム合金成形用離型剤を用いた比較例１では、図１に示すように、４ショット目でゲート温度が２０６℃まで上昇し、次の５ショット目において焼付きが発生したため、製造を中止した。
また、１００メッシュのＳｎ粉末を添加した離型剤を用いた試験例１では、図２に示すように、６ショット目でゲート温度が２０６℃まで上昇し、次の７ショット目において焼付きが発生したため、製造を中止した。

以上の結果により、Ｓｎ粉体を溶液中に分散させた本発明のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、及びマグネシウム合金成形用離型剤が、優れた焼付き防止効果及び離型性を有していることが明らかである。

本発明に係るマグネシウム合金成形用離型剤の実施例を説明する図であり、マグネシウム合金ダイカストの製造を行った際の金型温度とショット数の関係を示すグラフである。 本発明に係るマグネシウム合金成形用離型剤の実施例を説明する図であり、マグネシウム合金ダイカストの製造を行った際の金型温度とショット数の関係を示すグラフである。

Claims (5)

1. Ｓｎ粉体が溶液中に分散されてなることを特徴とするマグネシウム合金成形用焼付き防止剤。
2. Ｓｎ粉体が溶液中に分散されてなることを特徴とするマグネシウム合金成形用離型剤。
3. 前記マグネシウム合金は、質量％でＣａ：０．５〜５％、または希土類元素：０．３〜３％の内、少なくとも１種以上が含有されていることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤。
4. 前記マグネシウム合金は、質量％でＣａ：０．５〜５％、または希土類元素：０．３〜３％の内、少なくとも１種以上が含有されていることを特徴とする請求項２に記載のマグネシウム合金成形用離型剤。
5. 請求項１〜４に記載のマグネシウム合金成形用焼付き防止剤、またはマグネシウム合金成形用離型剤を用いて成形することを特徴とするマグネシウム合金の成形方法。
   
   

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