JP2010125624A - マグネシウム合金部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のマグネシウム合金片(基材1と補強材2、ボス3、ピン4)が、無機接合層を介して接合されている。無機接合層の具体例としては、無機系接着剤や、ホットクラッドを行う際にマグネシウム合金片に形成される金属薄膜が挙げられる。無機接合層を介してマグネシウム合金片同士を接合しているため、切削により補強材などを形成する場合に比べて、材料の無駄を省くことができる。無機接合層を用いることで、マグネシウム合金部材をリサイクルする際に溶解しても、有害な煤煙が発生したりしない。
【選択図】図1
Description
本発明のマグネシウム合金部材における接合対象は、複数のマグネシウム合金片からなる。各合金片は、無機接合層を介して接合される。
接合対象の各々は、いずれもマグネシウム合金からなるものとする。このマグネシウム合金は、Mgに添加元素を含有した種々の組成のもの(残部:Mg及び不純物)が利用できる。例えば、Mg-Al系、Mg-Zn系、Mg-RE(希土類元素)系、Y添加合金などが挙げられる。特に、Alを含有するMg-Al系合金は、耐食性が高い。Mg-Al系合金は、例えば、ASTM規格におけるAZ系合金(Mg-Al-Zn系合金、Zn:0.2〜1.5質量%)、AM系合金(Mg-Al-Mn系合金、Mn:0.15〜0.5質量%)、AS系合金(Mg-Al-Si系合金、Si:0.6〜1.4質量%)、Mg-Al-RE(希土類元素)系合金などが挙げられる。Al量は、1.0〜11質量%以下、さらには3.5質量%以上が好ましく、特に、Alを8.3〜9.5質量%、Znを0.5〜1.5質量%含有し、残部がMg及び不純物からなるMg-Al系合金が好ましい。その代表例であるAZ91合金は、AZ31合金といった他のMg-Al系合金と比較して、耐食性や強度、耐塑性変形性といった機械的特性に優れる。
無機接合層は、上記のマグネシウム合金片同士を接合する。この無機接合層は、実質的に無機系材料のみからなるため、有機系材料が含有されない。そのため、マグネシウム合金部材をリサイクルする際に溶融しても、有害な煤煙などが発生することがない。この無機接合層は、マグネシウム合金片の少なくとも一方と異種の材質からなる。つまり、無機接合層は、少なくとも一方のマグネシウム合金片の一部を変形させて形成しているのではない。そのため、いずれのマグネシウム合金片も接合個所近傍で薄くなったりすることがない。
本発明のマグネシウム合金部材は、防食被膜や塗装を備えていても良い。これらの少なくとも一方を備えることで、耐食性を向上すると共に、合金部材の外観を良好にすることができる。
以上のようなマグネシウム合金片の接合は、無機系接着剤を用いる接着、又はホットクラッドを用いる接合を利用することが好適である。
無機系接着剤には、AlやSiを含有する接着剤が挙げられる。この接着剤がマグネシウム合金片の接合後に無機接合層になる。より具体的には、Alの酸化物及びSiの酸化物の少なくとも1種を含有する接着剤が挙げられる。このような無機系接着剤は、十分な接着力を有することはもちろん、高い耐熱性を備えている。そのため、マグネシウム合金部材に、後述するように、種々の熱処理を施すことができる。
ホットクラッドは、接合対象の合金片同士を加熱して押圧することで接合する。通常、接合対象となる両合金片の少なくとも一方の接合面に金属薄膜を形成しておく。この金属薄膜がマグネシウム合金片の接合後に無機接合層になる。金属薄膜は、マグネシウム合金よりも塑性変形性に優れ、酸化しにくい金属からなることが好ましい。具体的には、Cu,Fe,及びNiの少なくとも1種が挙げられる。一層あるいは複数の層からなる金属薄膜の厚みは、0.1〜10μm程度が好ましい。下限値未満では、十分な接合強度を得ることが難しく、上限値を超えても過剰に金属薄膜の厚みが増大するばかりで、接合強度を向上することが難しい。この金属薄膜の形成手段としては、めっきの他、PVDまたはCVDによる成膜が挙げられ、中でもめっきが好適である。めっきの具体的な方法は、電気めっき、無電解めっきなどが挙げられる。
マグネシウム合金片同士の接合を行う前に、両接合対象に脱脂処理を施すことが好ましい。この脱脂処理により、接合対象同士を強固に接合することができる。
マグネシウム合金片の少なくとも一方には、接合前または接合後に塑性加工を行っても良い。この塑性加工の種類は、特に限定されない。例えば、絞り成形、張り出し成形、曲げ成形などが挙げられる。
本発明のマグネシウム合金部材には熱処理を施すことが好ましい。通常、無機系接着剤には、有機溶剤や水が含まれているため、この有機溶剤や水を除去するための熱処理を行うことが好ましい。有機溶剤を除去することで、接合層を実質的に無機系材料のみで構成とすることができる。また、水を除去することで、接合層周辺の耐食性を向上できる。この熱処理温度は、マグネシウム合金片同士の接合箇所を80℃以上350℃以下とすることが好ましい。熱処理温度を80℃以上とすることで、短時間に有機溶剤や水を十分に除去することができる。また、熱処理温度を350℃以下とすることで、マグネシウム合金の軟化に伴う変形を防止し、マグネシウム合金の結晶粒径の粗大化に伴う強度低下を抑制する。さらに、上記熱処理温度に保持する熱処理時間は、長ければ十分に有機溶剤の除去が行えるが、過剰に処理時間が長いと合金部材の生産性が低下するため、30分以下、特に5分以下程度が好ましい。接合層が実質的に無機系材料のみで構成されていることは、例えば、接合層を含む接合体を加熱した際に発生するガスの有無をガスクロマトグラフィーなどで検出すれば確認できる。
図3に示すように、AZ91相当又はAZ31相当の組成からなるプレス成形板の基材1にAZ91相当の組成からなる補強材2を接合して下記のサンプルを作製し、その各々についてリサイクル性、耐熱性、外観、作製時間、及び耐食性を調べた。
、両者の長さの比Lr/Lbは1.0である。成形板・補強材2のいずれにも、防食処理も塗装も行っていない。一方、ボス3はAZ91相当の組成からなる鋳造材で構成され、直径5mmφ、高さ5mmである。
上述した成形板に補強材とボスとを接合する。接合方法は以下の4種類の方法で行った。
補強材及びボスにおける成形板との接合面に無機系接着剤を塗布し、この接合面を成形板に圧接する。無機系接着剤には、スリーボンド社製の耐熱性無機接着剤スリーボンド3732を用いた。この接着剤は酸化アルミニウムを主成分としている。成形板に補強材とボスを接合した後、その接合体に熱処理を施し、無機系接着剤中の有機溶媒(アルコール系溶剤)を除去する。この熱処理は、200℃で20分とした。
補強材及びボスにおける成形板との接合面に有機系接着剤を塗布して、この接合面を成形板に圧接する。有機系接着剤はセメダイン社製110である。
補強材及びボスにおける接合面を成形板の所定位置に配置し、スポット溶接を行う。ここでは、補強材の接合面に3箇所、ボスの接合面に1箇所のスポット溶接をした。
補強材及びボスに対し、電気めっきによりCuめっき及びNiストライクめっきを順次施し、この補強材及びボスのめっき形成面を成形板に約300℃の雰囲気下にて60MPaで圧接して接合する。Cuめっき及びNiストライクめっきの合計厚さは4μmである。
サンプル1-1:AZ91の矩形板を断面[型にプレス成形した後、無機系接着剤を用いて補強材及びボスをプレス成形板に接合する。
上記のサンプルについて、以下の評価を行う。その結果を表1に示す。
2 補強材
3 ボス
4 ピン
10 ステー
12 バー
14 支持部材
14A 円弧片 14B L型片
Claims (6)
- 複数のマグネシウム合金片が、無機接合層を介して接合されていることを特徴とするマグネシウム合金部材。
- 前記無機接合層は、Al,Si,Cu,Fe,及びNiの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1に記載のマグネシウム合金部材。
- 前記無機接合層は、Alの酸化物及びSiの酸化物の少なくとも1種からな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部材。
- 接合されたマグネシウム合金片間の接合強度が100MPa以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のマグネシウム合金部材。
- 接合されるマグネシウム合金片の少なくとも一つが、圧延板であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のマグネシウム合金部材。
- 前記圧延板が、Alを3.5質量%以上含むことを特徴とする請求項5に記載のマグネシウム合金部材。
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