JP2008069414A

JP2008069414A - マグネシウム合金部材

Info

Publication number: JP2008069414A
Application number: JP2006249786A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kawai; 秀樹河合
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2008-03-27

Abstract

【課題】耐食性を有するとともに化成処理及び塗装膜形成後もマグネシウム合金素材自体の持つ金属感のある色調を維持し、環境への負荷の小さい新規マグネシウム合金を提供することである。
【解決手段】ＡＳＴＭ合金記号のＡＺ３１又はＡＺ３１Ｂで規定されるマグネシウム合金からなる基体と、前記基体の表面に形成される化成皮膜とを備え、前記化成皮膜はＣａとＰとを含有し濃度比Ｃａ／Ｐが０．７以下であることを特徴とするマグネシウム合金部材である。濃度比Ｃａ／Ｐを０．７以下とすることにより化成皮膜を実質的に透明にすることができ、マグネシウム合金素材自体の持つ金属感のある色調を維持したマグネシウム合金部材を得ることができる。

Description

本発明は、家電製品や自動車部品などにおいて使用されるマグネシウム合金部材に関するものであり、特に表面処理により優れた耐食性を有しながら素材自体の持つ金属感のある色調を維持することのできるマグネシウム合金部材に関する。

マグネシウムは、その密度が１．８ｇ／ｃｍ³と現在実用化されている金属材料の中で最も密度が小さい材料であり、一般に金属の軽量化材料として各種用途に広く使用されているアルミニウムの密度２．７ｇ／ｃｍ³と比較しても２／３と小さい。このため、マグネシウム合金はアルミニウム合金に代わる軽量化材料として近年注目され、幅広い分野において使用されつつある。

ところが、マグネシウム及びその合金は非常に錆びやすい性質を持っているため実用化するには耐食性を改善する必要がある。一方で、カメラや携帯用音楽プレーヤー等の家電製品、携帯電話機等の小形通信機器、ノート型あるいはモバイル型パソコン等の小型事務機器、その他多くの用途、特に携帯用の機器の筐体においては小型化・軽量化の要求に加えて美観も重要視されている。そのため、軽量化、長期の耐食性および美観を付与することを目的として様々な表面処理方法が検討されている。一例としてマグネシウム合金の表面に化成処理膜を形成して耐食性を付与し、更にその上に塗装膜を形成して耐候性と着色を付与する表面処理方法が実施されている。

特許文献１では、耐食性に優れるとともに色彩を有しつつリサイクルが容易なマグネシウム合金成形品を提供することを目的とし、マグネシウム合金成形体と、前記マグネシウム合金成形体の表面に形成されたアルミニウム層と、前記アルミニウム層の表面に形成された化成皮膜層と、前記化成皮膜層の表面に形成された透明塗装膜とからなるマグネシウム合金成形品を開示している。特許文献１のマグネシウム合金成形品において、色彩は化成皮膜層に生じる干渉色によって得られる。干渉色を生ずる化成皮膜層を得るには、アルミナなどの透明な皮膜を形成するとともにその厚さを可視光波長の１／４以上になるように調節する。そして、化成皮膜層の厚さを種々の厚さに変えることによって所望の色彩が得られるとしている。そしてこの干渉色は、前記アルミニウム層の表面で反射する光と化成皮膜層の表面で反射する光とが干渉して干渉色として色彩が視認されるものとしている。

特開２００２−１６１３７６号公報

携帯用の機器の筐体においては美観も重要視され前述のようにして色彩が施されるのであるが、化成処理及び塗装膜形成後もマグネシウム合金素材自体の持つ金属感のある色調を維持したいという要望がある。金属感のある色調は特定の色彩より重厚感や高級感に富むからである。これを実現するには化成皮膜層と塗装膜の何れもが透明でなければならないが、従来の形成方法によって得られる化成皮膜層は色彩を有しており素材自体の持つ金属感を残すことが困難であった。また、従来の化成皮膜はＣｒやＭｎ等の環境への負荷の大きい元素が使われてきた。

従って本発明の目的は、耐食性を有するとともに化成処理及び塗装膜形成後もマグネシウム合金素材自体の持つ金属感のある色調を維持し、環境への負荷の小さい新規マグネシウム合金を提供することである。

本願発明者は鋭意研究の結果、従来の化成皮膜の形成方法によっても特定の条件下で化成処理を行うと透明な化成皮膜層が得られ、マグネシウム合金素材自体の持つ金属感のある色調を維持できることを知見した。

即ち、本願第一の発明は、ＡＳＴＭ合金記号のＡＺ３１又はＡＺ３１Ｂで規定されるマグネシウム合金からなる基体と、前記基体の表面に形成される化成皮膜とを備え、前記化成皮膜はＣａとＰとを含有し濃度比Ｃａ／Ｐが０．７以下であることを特徴とするマグネシウム合金部材である。

本発明で濃度比Ｃａ／Ｐを０．７以下とすることにより化成皮膜を実質的に透明にすることができ、化成皮膜がもつ耐食性の改善効果とともにマグネシウム合金素材自体が持つ金属感のある色調を維持したマグネシウム合金部材を得ることができる。

本願第二の発明は、ＡＳＴＭ合金記号のＡＺ３１又はＡＺ３１Ｂで規定されるマグネシウム合金からなる基体と、前記基体の表面に形成される化成皮膜と、前記化成皮膜の表面に形成される塗装皮膜とを備え、前記化成皮膜はＣａとＰとを含有し濃度比Ｃａ／Ｐが０．７以下であることを特徴とするマグネシウム合金部材である。

本発明で濃度比Ｃａ／Ｐを０．７以下とすることにより化成皮膜を実質的に透明にし、かつその上に透明な塗装皮膜を形成することでマグネシウム合金素材自体の持つ金属感のある色調を維持したマグネシウム合金部材を得ることができる。

上述のように、本発明のマグネシウム合金部材によれば、環境への負荷の小さいＣａとＰにより耐食性の改善とともに化成処理及び塗装膜形成後もマグネシウム合金素材自体の持つ金属感のある色調を維持することができる。

ＡＳＴＭ合金記号のＡＺ３１又はＡＺ３１Ｂで規定されるマグネシウム合金の化学成分は重量％でＡｌ２．５〜３．５，Ｚｎ０．５０〜１．５，Ｍｎ０．２以上，Ｆｅ０．０３以下，Ｓｉ０．１０以下，Ｃｕ０．１０以下，Ｎｉ０．００５以下，Ｃａ０．０４以下，残部Ｍｇである。

マグネシウム合金部材に化成処理皮膜が形成されるメカニズムは必ずしも明らかではないが発明者は次のように推定している。

このことから化成皮膜の主成分は(ｎＭｇｍＣａ)（ＰＯ_４）_２と考えられ、この皮膜のＣａ量とＰ量を制御することにより本発明のマグネシウム合金部材が得られると考えている。

次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
［マグネシウム合金基体］
マグネシウム合金材からなるタテ25mm×ヨコ25mm×厚さ1mmの基体を準備した。
［前処理］
マグネシウム合金基体に前処理として脱脂および水洗をおこなった。
［化成処理液］
燐酸を３．２６ml/l、硝酸カルシウムを２．５８g/l含有する水溶液を室温で作製して化成処理液とした。これを標準の化成処理液とした。
［化成処理条件］
前処理を施したマグネシウム合金基体を２３±１℃の化成処理液に６０秒間浸漬して化成皮膜を形成させた後、水洗、乾燥させた。
［化成皮膜分析］
皮膜の組成はＳＥＭ／ＥＤＸ分析を行った。耐食性の評価は塩水噴霧試験を行い単位面積(cm^２)あたりの錆の発生個数が７未満を合格としそれ以上を不合格とした。得られた化成皮膜が透明であるか否かは目視により評価した。

本発明のマグネシウム合金部材の化成皮膜のＣａとＰの濃度比Ｃａ／Ｐは以下の様に定義される。マグネシウム合金部材より走査電子顕微鏡用試料を作成し、ＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）／ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ-ＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ-ｒａｙＡｎａｌｙｚｅｒ）により、加速電圧１０ＫＶで、化成処理面をＥＤＸで、基体と化成皮膜の主成分であるＭｇ、Ａｌ、Ｐ、Ｏ、ＣａのＸ線強度を測定し、１００％に規格化した数値を化成処理面の組成とした。このようにして求めたＣａ量をＰ量で除して化成皮膜のＣａとＰの濃度比Ｃａ／Ｐとした。

ＡＺ３１マグネシウム合金からなる基体を準備した。化成処理液は標準液と燐酸濃度または硝酸カルシウム濃度を変えた処理液を使用した。また、錆発生の比較の基準としてＡＺ３１素材ままの評価も行った。化成処理条件と化成皮膜の評価結果を表１に纏めた。さらに化成皮膜中のＣａ濃度と錆個数の関係を図１に、化成皮膜中のＰ濃度と錆個数の関係を図２に、化成皮膜中の濃度比Ｃａ／Ｐと錆個数の関係を図３にそれぞれ示した。図１，２から膜中ＣａとＰ濃度が高いと錆の発生数が減る傾向にあることがわかる。図３から膜中の濃度比Ｃａ／Ｐが小さいほど錆の発生数が減る傾向にあることがわかる。またＣａ／Ｐが０．７を超えると化成皮膜に着色が認められるようになるため本発明ではＣａ／Ｐの上限を０．７とする。

比較例

ＡＺ９１マグネシウム合金からなる基体を準備した。化成処理液は標準液と硝酸カルシウム濃度を５倍にした処理液を使用した。また、錆発生の比較の基準としてＡＺ９１素材ままの評価も行った。化成処理条件と化成皮膜の評価結果を表１に纏めた。燐酸カルシウム化成皮膜を形成すると耐食性は向上するものの何れの皮膜にも着色が認められた。

本発明は、携帯用機器の筐体や部品などにおいて使用されるマグネシウム合金部材に関するものであり、特に表面処理により優れた耐食性を有しながら素材自体の持つ金属感のある色調を維持することのできるマグネシウム合金部材を提供するものである。また、マグネシウム部材は自動車の軽量化に寄与することから自動車部品への適用に向けた研究がおこなわれている。自動車部品の多くは人目に触れることは無いため色調は問題にされないが、ホイール等のように外部に露出する部品では金属感のある色調が求められるものもある。この様な自動車部品には本発明のマグネシウム合金部材を適用することができる。

化成皮膜中のＣａ濃度と錆個数の関係を示すグラフである。化成皮膜中のＰ濃度と錆個数の関係を示すグラフである。化成皮膜中の濃度比Ｃａ／Ｐと錆個数の関係を示すグラフである。

Claims

ＡＳＴＭ合金記号のＡＺ３１又はＡＺ３１Ｂで規定されるマグネシウム合金からなる基体と、前記基体の表面に形成される化成皮膜とを備え、前記化成皮膜はＣａとＰとを含有し濃度比Ｃａ／Ｐが０．７以下であることを特徴とするマグネシウム合金部材。
前記化成皮膜が実質的に透明である請求項１記載のマグネシウム合金部材。
ＡＳＴＭ合金記号のＡＺ３１又はＡＺ３１Ｂで規定されるマグネシウム合金からなる基体と、前記基体の表面に形成される化成皮膜と、前記化成皮膜の表面に形成される塗装皮膜とを備え、前記化成皮膜はＣａとＰとを含有し濃度比Ｃａ／Ｐが０．７以下であることを特徴とするマグネシウム合金部材。
前記化成皮膜と前記塗装皮膜とが実質的に透明である請求項３記載のマグネシウム合金部材。