JP2013501854A

JP2013501854A - 高強度アルミニウム−マグネシウム系合金の製造方法

Info

Publication number: JP2013501854A
Application number: JP2012524664A
Authority: JP
Inventors: チェ，ホンシン; チェ，ヨンジュ
Original assignee: エスエルエムカンパニー，リミテッド; チェ，ホンシン; チェ，ヨンジュ
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2013-01-17
Also published as: CN102482738A; WO2011037398A3; WO2011037398A2; KR100978558B1

Abstract

本発明は、ＡｌにＭｇを９〜１８ｗｔ％含み、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉを少量添加したＡｌ−Ｍｇ系高強度合金であって、自動車、自転車、電子部品、携帯用通信機器のケースの素材に使用するために開発された合金であり、前記製品を軽量化させるとともに強度を高くする合金に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は軽量で強度の高いＡｌ−Ｍｇ系合金に関する。

近年、自動車部品、自転車部品、電気電子部品、ロボットなどに使われる合金素材は軽量で高強度ではなければならないので、このような合金素材の開発に対する研究が活発に進んでいる。

本発明は前記のような超軽量及び高強度Ａｌ−Ｍｇ系合金に関するものを技術分野としている。

Ａｌ−Ｍｇ系合金を代表するＨｙｄｒｏｎａｌｉｕｍはＡｌにＭｇを５〜８ｗｔ％程度含むもので、耐食性、強度、伸び率に優れ、比重が低くて被削性が良好なものとして広く知られている。

前記Ｈｙｄｒｏｎａｌｉｕｍは４５０℃でα固溶体とβ相（Ａｌ_３Ｍｇ_２相）が共存する共晶を成す合金であり、この合金は凝固温度の範囲が広くて偏析が起こりやすく、さらに高温でＭｇ固溶度が高くなるので、４００℃で焼鈍し熱処理を行って強度及び伸び率を向上させなければならない。

一方、Ａｌ−Ｍｇ系合金の溶湯は酸化しやすく、Ｍｇは強還元性金属原素であるので、空気中の水素（Ｈ）と接すれば水素（Ｈ）を吸収する、いわゆる金属−鋳型反応（Ｍｅｔａｌ−ｍｏｌｄｒｅａｃｔｉｏｎ）を引き起こして鋳物の表面に気泡を生成するので、これを防止するためには少量のＢｅを入れて合金の酸化を防止する。

または、鋳型砂にホウ酸フッ化アンモニウムなどを約２％程度混合して鋳型を作れば効果がある。

ところで、Ａｌ−Ｍｇ系合金は、Ｍｇ含量８％を超えれば軽量で強度も高い合金を製造することができるが、このようにＭｇ含量が高くなるほど溶湯での酸化量と水素（Ｈ）を吸収する量が多くなり、これは合金表面の気泡発生の原因として作用してＭｇ含量８％ｗｔ超過合金は経済性がなく、技術的に製造しにくいため、一般的に広く使われない。

本発明は、ＡｌにＭｇを９〜１８ｗｔ％含み、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＴｉを少量添加したＡｌ−Ｍｇ系高強度合金であり、軽量で熔接性に優れ、表面が美麗であるので、自動車、自転車、電子部品と携帯用通信機器のケースなどに使うための素材開発を技術的課題とする。

Ａｌ溶湯に多量のＭｇを投入すればＭｇが酸化してＡｌ基地組職にＭｇが残留し得ない問題点を抱いている。

本発明は、黒鉛るつぼでＡｌを６００〜７００℃に加熱してＡｌ溶湯を作り、溶剤（ＦＬＵＸ）を投入してＡｌ溶湯の表面に酸化遮断膜を生成させ、Ａｌ溶湯の表面下にＭｇを投入することにより、Ｍｇの酸化を防止する溶解で高強度マグネシウム含有Ａｌ合金を開発することを課題の解決手段とする。

このように、Ａｌ−Ｍｇ系合金においてＭｇ量を９〜１８ｗｔ％含んで強度が高い超軽量Ａｌ−Ｍｇ系合金素材を開発することで、超軽量化が必須である自動車及び自転車のフレームなどの部品、電気電子部品、ロボット部品、そして携帯用電子機器などのケースなどに広く適用される効果が期待される合金の開発である。

本発明は、Ｍｇ９〜１８ｗｔ％、Ｓｉ０．１〜０．３ｗｔ％、Ｆｅ０．１〜０．３ｗｔ％、Ｍｎ０．３〜１．０ｗｔ％、Ｔｉ０．１５〜０．２５ｗｔ％の組成を有するＡｌ−Ｍｇ系合金であり、強度と表面硬度が高く、重量も既存のＡｌ−Ｍｇ系合金に比べて２倍程度軽い超軽量素材に関するものである。

以下、実施例に基づいて本発明によるＡｌ−Ｍｇ系合金を説明する。

（実施例）
アルミニウム８２．９Ｋｇ、Ｓｉ０．２Ｋｇ、Ｆｅ０．２Ｋｇ、Ｍｎ０．５Ｋｇ、Ｔｉ０．２Ｋｇを黒鉛るつぼに投入し、６００〜７００℃に加熱して溶融させた後、フラックス（ＦＬＵＸ）をるつぼ内に投入して溶湯表面に酸化防止膜であるフラックス層を形成した。

前記フラックスは非鉄金属の溶解時に多く使われる製品を使った。

その後、酸化防止層が形成された溶湯中に長いパイプを通じてＭｇ１６Ｋｇを投入した後、６００〜７００℃で０．５〜１時間程度維持した後、鋳造して強度試験のための試験片２個を製造して実験した結果は表１のようである。

機械的性質

前記表１のように、引張強度及び硬度が既存のＡｌ−Ｍｇ系合金に比べて約３０〜４０％程度向上していることが分かり、単位体積当たり重量も約１．８倍程度に軽量化していることも確認した。

一方、本発明において、合金組成比による数値限定理由を詳細に説明すれば、
（１）Ｍｇ：９〜１８ｗｔ％
ＭｇはＡｌ合金の強度向上に寄与するのはもちろんのこと、鋳造後の凝固過程での寸法変化が小さく、軽くて、鋳造性、機械加工性、衝撃靱性、及び熔接性にもすぐれた金属原素である。

Ｍｇ９ｗｔ％未満であれば、強度が低くなり、Ｍｇ１８ｗｔ％を超えれば、圧延または押出しの際、エッジ部が破壊されやすくて加工性及び生産性が落ちる。

また、Ｍｇ含量が１８ｗｔ％を超えれば、積層欠陷エネルギー値が低くなって部分転位間の距離が広くなり、よって合金基地組職の積層欠陷領域が広くなって合金表面に微細気泡が発生する問題点を抱いている。

（２）Ｓｉ：０．１〜０．３ｗｔ％
ＳｉはＡｌマトリックスに固溶されてＡｌ合金の疲労強度と耐磨耗性を向上させる元素として作用する。

その含量が０．１ｗｔ％未満であれば、効果がほとんど現れなく、０．３ｗｔ％を超えれば、Ｓｉ粒子が粗大に析出されるため、加工性が悪くなる。

（３）Ｆｅ：０．１〜０．３ｗｔ％
ＦｅはＡｌ合金において金属間化合物として晶出され、Ａｌ合金の耐磨耗性を向上させる元素である。

その含量が０．１ｗｔ％未満であれば、耐磨耗の効果がほとんどなく、０．３ｗｔ％を超えれば、粒子が粗大化して加工性が落ちる。

（４）Ｍｎ０．３〜１．０ｗｔ％
ＭｎはＭｇ系化合物を均一で微細に析出させ、成形後に加熱するときに強度を増加させ、微細結晶粒を得るのに必要な金属原素である。

その含量が０．３ｗｔ％未満であれば、前記効果が現れなく、１．０ｗｔ％を超えれば、粗大な金属間化合物が形成されて伸び率を低下させて靱性が低くなる。

したがって、Ｍｎの組成範囲は０．３〜１．０ｗｔ％にする。

（５）Ｔｉ：０．１５〜０．２５ｗｔ％
Ｔｉは粒子微細化元素で、Ａｌ合金の強度を一層向上させるのに必要である。

その含量が０．２５ｗｔ％を超えれば、粗大な金属間化合物を形成して成形性（加工性）を減少させ、０．１５ｗｔ％未満であれば、合金の強度向上に寄与することができない。

Claims

Ｍｇ９〜１８ｗｔ％、Ｓｉ０．１〜０．３ｗｔ％、Ｆｅ０．１〜０．３ｗｔ％、Ｍｎ０．３〜１．０ｗｔ％、Ｔｉ０．１５〜０．２５ｗｔ％、及び残部Ａｌでなる合金を製造する方法において、
前記Ｍｇを除いた合金を黒鉛るつぼに投入して６００〜７００℃に加熱して溶湯を作り、
前記溶湯に溶剤（ＦＬＵＸ）を投入して溶湯表面に酸化防止層である溶剤層（ＦＬＵＸ）を形成し、
前記酸化防止層が形成された溶湯中に長いパイプを通じてＭｇを投入し、これを６００〜７００℃で０．１５〜１時間維持した後、鋳造して自然冷却させることを特徴とする、高強度アルミニウム−マグネシウム合金の製造方法。