JP2008260975A - 溶湯酸化抑制アルミニウム−マグネシウム合金 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム合金、特にアルミニウム−マグネシウム合金における溶湯酸化を抑制する。
【解決手段】マグネシウムを１〜１０重量％含有するアルミニウム−マグネシウム合金において、ビスマスの含有量を３０ｐｐｍ以下とすることで、アルミニウム−マグネシウム合金溶湯面は、ビスマスの存在が少なくなるとともに、アルミニウムやマグネシウムによる酸化膜で覆われるので、ビスマスを介してアルミニウム−マグネシウム合金溶湯中のマグネシウムへの酸素の供給が防止される結果、酸化マグネシウムの生成が抑制される。
【選択図】なし

Description

本願発明は、アルミニウム−マグネシウム合金（以下、「Ａｌ−Ｍｇ合金」とする。）の溶湯酸化を抑制する技術に関する。

Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯中では、マグネシウム（以下、「Ｍｇ」とする。）の酸化物生成自由エネルギーはアルミニウム（以下、「Ａｌ」とする。）よりも小さいため、優先的に酸化される。そして、生成される酸化マグネシウム（以下、「ＭｇＯ」とする。）は鋳塊に混入し、介在物として存在し易くなるものである。その結果、最終板製品或いは最終押出製品において、前記ＭｇＯは、表面性状の劣化、穿孔、或いはプレス成形時の割れ等の不具合につながるものとなる。

そこで、Ａｌ−Ｍｇ合金におけるＭｇの溶湯酸化を抑制するため、一般的にはベリリウム（以下、「Ｂｅ」とする。）を数ｐｐｍ添加することが行われている。即ち、Ａｌ−Ｍｇ合金中にＢｅを数ｐｐｍ添加することでＭｇＯの生成は抑制され、表面性状の劣化又はイボ様突起の発生が防止されることが確認されている（非特許文献１参照）。
しかしながら、作業者が前記Ｂｅを微粉末やヒュームとして継続的に吸引し続けると、慢性呼吸機能障害を引き起こす原因となる恐れがある。
そのため、作業者の安全や作業環境の向上のため、Ｂｅの添加を抑制することが望まれている。
軽金属、Ｎｏ．２１（１９５６）、６８頁

本願発明は、Ａｌ−Ｍｇ合金において、Ｂｅを添加しなくてもＭｇの溶湯酸化を抑制できるようにする。

上記課題を解決するため、本願発明は、Ｍｇを１〜１０重量％含有するＡｌ−Ｍｇ合金において、ビスマス（以下、「Ｂｉ」とする。）の含有量を３０ｐｐｍ以下とするものである。

以上のように、Ａｌ−Ｍｇ合金中におけるＢｉの含有量を３０ｐｐｍ以下とすると、Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯面にＢｉの存在が少なくなって、Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯面はＡｌやＭｇ等の固体の酸化膜で覆われることになる。その結果、Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯中のＭｇに対してＢｉを介する酸素の供給は防止されるので、ＭｇＯの生成を抑制することができる。
即ち、ＢｉはＡｌ−Ｍｇ合金溶湯の表面張力を低下させるとともに、低融点であるので、Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯面においてＢｉは液体状態でＡｌやＭｇ等の酸化膜と共に偏在している。そして、Ｂｉの酸化物生成自由エネルギーは負の値であって、Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯面に偏在するＢｉは大気中の酸素と結合して酸化物を生成するものである。ところが、ＭｇとＢｉとの酸化物生成自由エネルギーを比較すると、Ｍｇの酸化物生成自由エネルギーの負の値はＢｉよりも大であることから、ＭｇＯは非常に安定で生成し易いものである。その上、Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯面において、Ｂｉは液体状態で存在するので、固体であるＡｌやＭｇの酸化膜と比較しても迅速に酸素が拡散するものとなる。その結果、ＢｉがＡｌ−Ｍｇ合金溶湯中のＭｇに対して酸素を供給するように振る舞い、Ｍｇの酸化を促進するものとなる。そのため、Ａｌ−Ｍｇ合金中におけるＢｉの含有量を３０ｐｐｍ以下とすることによって、Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯面におけるＢｉの存在を少なくしてＢｉによるＭｇに対する酸素の供給を防止するとともに、Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯面を酸素の拡散速度の遅いＡｌやＭｇの酸化膜によって覆うことで、Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯中におけるＭｇＯの生成を抑制しようとするものである。

ここで、Ａｌ−Ｍｇ合金中のＭｇの含有量を１〜１０重量％とするのは、Ｍｇの含有量が１重量％未満であれば最終板製品或いは最終押出製品においてＭｇＯの影響はほとんどなく、１０重量％を超えるとＭｇの偏析により鋳造割れが発生し、造塊が困難となるため、製品加工に適さなくなるためである。
また、Ｂｉの含有量を３０ｐｐｍ以下とするのは、３０ｐｐｍを超えると上述のように鋳造段階でＭｇＯの生成を促進し製品の品質を劣化させるからである。
従って、Ｍｇ−Ａｌ合金中のＢｉの含有量は３０ｐｐｍ以下とするが、好ましくは２０ｐｐｍ以下とするものがよい。
なお、Ｂｉの含有量を３０ｐｐｍ以下とする方法としては、元来Ｂｉの少ないＡｌ地金を選択する方法が効率的であると考えられる。

本願発明は、Ａｌ−Ｍｇ合金の溶湯酸化、即ちＭｇＯの生成を抑制することができるので、最終板製品或いは最終押出製品において表面性状の劣化、穿孔、或いはプレス成形時の割れ等の不具合を防止し、品質を著しく向上させることができる優れた効果を有するものである。

以下において、本願発明の実施例について説明する。
なお、この実施例は、本願発明の好ましい一実施態様を説明するためのものであって、これにより本願発明が制限されるものでない。

本願発明の実施例と比較例とを対比して説明する。
そこで、試料として、Ａｌ−５重量％Ｍｇ合金に対してＢｉを含有するＡｌ合金三種類を各々鋳込んだものを用意した。なお、該Ｂｉを含有するＡｌ合金におけるＢｉ含有量は発光分光分析の結果、各々１６ｐｐｍ（試料１）、３３ｐｐｍ（試料２）、２２０ｐｐｍ（試料３）であった。そこで、これらの合金の溶解保持前後の重量を測定し、溶湯保持の段階での酸化による重量増加を、重量増加率（％）として算出し、評価を行った。即ち、具体的な手順は、
（１）溶解前の試料の重量（約４００ｇ）を測定し、その値をＡとする。
（２）溶解用の坩堝の重量（約２９０ｇ）を測定し、その値をＢとする。
（３）該坩堝に試料を投入後、電気炉内で大気雰囲気中で７５０℃に加熱して溶解し、完全に溶解して溶湯になった時点から電気炉内で大気雰囲気中で保持して酸化させる。
（４）電気炉内で、大気雰囲気中での保持時間が１時間、２時間及び４時間になった時点で、電気炉内から取り出して、そのままの状態で坩堝の重量を測定し、その値をＣとする。
（５）そこで、上記測定値、試料の重量Ａ、坩堝の重量Ｂ及び電気炉内で所定時間保持された坩堝の重量Ｃとしたとき、次の式から酸化による重量増加率を算出した（表１参照）。
重量増加率（％）＝｛（Ｃ−Ｂ）−Ａ｝÷（Ｃ−Ｂ）×１００
なお、参考例としてＡｌ−５重量％Ｍｇ合金に対してＢｅを５ｐｐｍ添加した場合の重量増加率についても合わせて記載する。

その結果、本願発明に相当する試料１と、比較例に相当する試料２及び３とを比較すると、Ａｌ−Ｍｇ合金溶湯での酸化が抑制されるという効果が確認された。
また、参考例として記載したＢｅを５ｐｐｍ添加する場合と比較しても、Ｂｉの含有量が３０ｐｐｍ以下であれば同等の効果が得られることが確認された。

本願発明は、Ａｌ合金、特にＡｌ−Ｍｇ合金を使用する製品の製造において広く適用することができる。

Claims (1)

1. マグネシウムを１〜１０重量％含有するアルミニウム−マグネシウム合金において、ビスマスの含有量を３０ｐｐｍ以下とすることを特徴とする溶湯酸化抑制アルミニウム−マグネシウム合金。