JP2020059894A - マグネシウム合金、及びその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐食性が良好なマグネシウム合金などの提供。【解決手段】 マグネシウムと、リチウムと、亜鉛と、炭化ケイ素とを含有するマグネシウム合金である。【選択図】 図１

Description

本発明は、マグネシウム合金、及びその製造方法、並びに電子機器に関する。

ノートパソコン等の電子機器の筐体内部には、機械駆動部や電源等の内部部品が配置されている。このような電子機器は、外部から受ける衝撃や圧力等から内部部品を保護する必要があるため、筐体には機械的強度が要求される。そのような筐体には、金属筐体として、鉄、アルミニウム合金のプレス加工品や切削加工品が多く用いられてきた。

電子機器の用途及び使用場所が多様化することにより、電子機器は持ち運ぶことが想定されるようになってきた。このような電子機器の筐体には、機械的強度に加えて、軽さも要求されるようになってきた。この要求に応えるために、軽量かつ高剛性であるマグネシウム合金をプレス加工したものが使用されるようになってきた。

プレス加工用のマグネシウム合金としては、マグネシウムにアルミニウムを３％、亜鉛を１％添加したＡＺ３１Ｂ合金が上市されている。また、リチウムを含有するマグネシウム合金が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、これらの材料は、鉄、又はアルミニウム合金と比較すると、非常に活性なため、耐食性に劣ることが問題であった。

耐食性に劣る問題を解決するため、金属メッキ、化成処理、亜鉛拡散膜などにより合金表面に被膜を形成し表面の耐食性を向上技術が提案されている（例えば、非特許文献１、特許文献２〜３参照）。しかし、被膜の厚みが増えると、合金そのものが重くなる問題がある。この問題を解決するため、被膜の厚みを減らすために薄い被膜を作製する方法が考えられる。しかし、薄い被膜の作製では、成膜欠陥などにより、合金表面を完全に覆うことが難しい。合金表面が完全に覆われていないと、耐食性が不十分となる。このため、耐食性が良好なマグネシウム合金が望まれてきた。

特開平９−４１０６６号公報 特開平１０−１４０３６９号公報 特開平２０００−１６０３２０号公報

アルミニウム研究会誌 Ｎｏ．９、ｐ１２１

本発明は、耐食性が良好なマグネシウム合金、及びその製造方法、並びにそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。

１つの態様では、マグネシウム合金は、マグネシウムと、リチウムと、亜鉛と、炭化ケイ素とを含有する。

また、１つの態様では、マグネシウム合金の製造方法は、マグネシウム、リチウム、亜鉛、及び炭化ケイ素を含む７５０℃以上８００℃以下の混合物を、電磁誘導撹拌しながら５８０℃±１０℃まで２０℃±５℃／分の降温速度で降温させる降温工程を含む。

また、１つの態様では、電子機器は、
マグネシウム合金を有し、
前記マグネシウム合金が、マグネシウムと、リチウムと、亜鉛と、炭化ケイ素とを含有する。

１つの側面として、耐食性が良好なマグネシウム合金を提供できる。
また、１つの側面として、耐食性が良好なマグネシウム合金の製造方法を提供できる。
また、１つの側面として、耐食性が良好なマグネシウム合金を用いた電子機器を提供できる。

図１は、開示のマグネシウム合金の一例の走査型電子顕微鏡写真である。 図２は、従来のマグネシウム合金の一例の走査型電子顕微鏡写真である。 図３は、開示の電子機器の一例としてのノート型パソコンの斜視図である。

（マグネシウム合金）
開示のマグネシウム合金は、マグネシウムと、リチウムと、亜鉛と、炭化ケイ素とを少なくとも含有し、更に必要に応じて、その他の金属を含有する。
マグネシウム合金は、不可避な不純物を含有していてもよい。

＜マグネシウム＞
マグネシウムは、マグネシウム合金の主成分である。
マグネシウム合金におけるマグネシウムの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、８０質量％以上であってもよいし、８５質量％以上であってもよい。

＜リチウム＞
リチウムは、マグネシウム合金の軽量化に寄与する。
マグネシウム合金におけるリチウムの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、６質量％以上１６質量％以下が好ましく、７質量％以上１１質量％以下がより好ましく、８質量％以上１０質量％以下が特に好ましい。含有量が、１６質量％以下であると、耐食性を低下させずに軽量化することができる。

＜亜鉛＞
亜鉛は、マグネシウム合金の強度向上に寄与する。
マグネシウム合金における亜鉛の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．１質量％以上４質量％以下が好ましく、０．２質量％以上２質量％以下がより好ましく、０．５質量％以上１．５質量％以下が特に好ましい。含有量が、４質量％以下であると、脆化を起こさずに強度を向上させることができる。

＜炭化ケイ素＞
炭化ケイ素は、マグネシウム合金の耐食性向上に寄与する。
マグネシウム合金における炭化ケイ素の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．１質量％以上２質量％以下が好ましい。

＜α−Ｍｇ相、β−Ｍｇ相＞
マグネシウム合金においては、α−Ｍｇ相と、β−Ｍｇ相とを有することが好ましい。
α−Ｍｇ相、及びβ−Ｍｇ相とは、マグネシウム、リチウム、及び亜鉛の合金において形成される相のことである。
α−Ｍｇ相は、マグネシウム、リチウム、及び亜鉛を含むマグネシウム合金の相である。α−Ｍｇ相においては、構成元素は最密立方格子をとっている。
β−Ｍｇ相は、マグネシウム、リチウム、及び亜鉛を含むマグネシウム合金の相である。β−Ｍｇ相においては、構成元素は体心立方格子をとっている。
マグネシウム合金において、α−Ｍｇ相、及びβ−Ｍｇ相の両方が存在するためには、マグネシウム、リチウム、及び亜鉛の含有割合が重要である。例えば、リチウムの含有量としては、マグネシウム合金に対して、８質量％以上１０質量％が好ましい。亜鉛の含有量としては、マグネシウム合金に対して、０．１質量％以上１．５質量％以下が好ましい。

マグネシウム合金においては、耐食性がより優れる点から、β−Ｍｇ相が炭化ケイ素を含むことが好ましく、β−Ｍｇ相がα−Ｍｇ相よりも炭化ケイ素を多く含むことが好ましい。β−Ｍｇ相がα−Ｍｇ相よりも炭化ケイ素を多く含むことで、β−Ｍｇ相とα−Ｍｇ相との電位差が低くなる。そのことは、マグネシウム合金の更なる耐食性向上に寄与する。
ここで、β−Ｍｇ相がα−Ｍｇ相よりも炭化ケイ素を多く含む際、α−Ｍｇ相に炭化ケイ素が含まれていなくてもよい。
また、β−Ｍｇ相がα−Ｍｇ相よりも炭化ケイ素を多く含むかどうかは、マグネシウム合金の断面観察において、同一面積で比較した際のα−Ｍｇ相及びβ−Ｍｇ相それぞれにおける炭化ケイ素の面積を比較することで確認することができる。
マグネシウム合金の断面観察において同一面積で比較した際の、α−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積と、β−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積との比率（α−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積：β−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積）としては、０：１００〜４０：６０が好ましく、０：１００〜３０：７０がより好ましく、０：１００〜１０：９０が特に好ましい。

図１は、開示のマグネシウム合金の一例の走査型電子顕微鏡写真である。この写真は、実施例１で作製したマグネシウム合金の写真である。
図１の写真では、α−Ｍｇ相と、β−Ｍｇ相とが観察される。そして、β−Ｍｇ相内に点状の炭化ケイ素（ＳｉＣ）が多く観察される。
図１の写真において、同一面積で比較した際の、α−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積と、β−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積との比率（α−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積：β−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積）は、およそ２：８である。

なお、参考までに、図２に、従来のマグネシウム合金（Ｍｇ−Ｌｉ−Ｚｎ）の一例の走査型電子顕微鏡写真を示す。

＜その他の金属＞
その他の金属としては、例えば、アルミニウム、錫、シリコン、カルシウムなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

（マグネシウム合金の製造方法）
開示のマグネシウム合金の製造方法は、降温工程を少なくとも含み、更に必要に応じて、保持工程、放冷工程、混合物作製工程などのその他の工程を含む。
マグネシウム合金の製造方法は、開示のマグネシウム合金を製造する好適な方法である。

本発明者らは、耐食性に優れるマグネシウム合金を得るために、鋭意検討を行った。
そのところ、マグネシウム、リチウム、亜鉛、及び炭化ケイ素を含有するマグネシウム合金を、電磁誘導撹拌を行いつつ製造すると、耐食性が非常に優れることを見出した。

なお、電磁誘導撹拌とは、電磁力による撹拌エネルギーを利用して溶融物を撹拌する方法であり、金属溶融物などの高温の溶融物の撹拌に一般的に利用される。電磁誘導撹拌は、電磁撹拌とも言われる。
電磁誘導撹拌は、例えば、電磁誘導撹拌装置を用いて行うことができる。
電磁誘導撹拌装置による電磁誘導撹拌の方法としては、例えば、移動磁場、回転磁場などを用いる誘導方式が一般的である。移動磁場、回転磁場などを形成することにより、溶融物を移動させることで、溶融物の撹拌が行われる。

開示のマグネシウム合金の製造方法における電磁誘導撹拌の撹拌条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。

＜降温工程＞
降温工程は、マグネシウム、リチウム、亜鉛、及び炭化ケイ素を含む７５０℃以上８００℃以下の混合物を、電磁誘導撹拌しながら５８０℃±１０℃まで２０℃±５℃／分の降温速度で降温させる工程である。
降温工程における電磁誘導撹拌の撹拌条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。

混合物は、例えば、後述の混合物作製工程を用いて作製することができる。
混合物におけるマグネシウムの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前述のマグネシウム合金の説明において例示したマグネシウム合金におけるマグネシウムの含有量などが挙げられる。
混合物におけるリチウムの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前述のマグネシウム合金の説明において例示したマグネシウム合金におけるリチウムの含有量などが挙げられる。
混合物における亜鉛の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前述のマグネシウム合金の説明において例示したマグネシウム合金における亜鉛の含有量などが挙げられる。
混合物における炭化ケイ素の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前述のマグネシウム合金の説明において例示したマグネシウム合金における炭化ケイ素の含有量などが挙げられる。

開示のマグネシウム合金の製造方法においては、降温工程の条件で降温を行わないと、β−Ｍｇ相に炭化ケイ素が多く含まれるマグネシウム合金を得ることができない。

＜保持工程＞
保持工程は、降温工程の後に、混合物を電磁誘導撹拌しながら５８０℃±１０℃で５分間以上保持する工程である。保持工程を設けることで、β−Ｍｇ相に炭化ケイ素がより多く含まれるマグネシウム合金を得ることができる。
保持工程における電磁誘導撹拌の撹拌条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。
保持工程における保持時間としては、５分間以上であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、５分間以上３０分間以下であってもよいし、５分間以上２０分間以下であってもよい。

＜放冷工程＞
放冷工程は、保持工程の後に、混合物を５８０℃±１０℃から常温まで放冷する工程である。
放冷工程の際には、鍛造により所定の形状に加工してもよい。
鍛造としては、例えば、重力鋳造法、金型鋳造法、半固体鋳造法などが挙げられる。
重力鋳造法とは、混合物であるマグネシウム合金を重力を用いて金型に流し込むことで鋳造する方法である。重力鋳造法は、グラビティとも呼ばれる。
金型鋳造法とは、混合物であるマグネシウム合金を圧力を用いて金型に流し込むことで鋳造する方法である。金型鋳造法は、ダイキャストとも呼ばれる。

＜混合物作製工程＞
混合物作製工程は、マグネシウムと、リチウムと、亜鉛とを７５０℃以上８００℃以下で溶解させた溶解物に、炭化ケイ素を添加して混合物を得る工程である。

（電子機器）
電子機器は、開示のマグネシウム合金を有する。電子機器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、パソコン（ノート型パソコン、デスクトップ型パソコン）、電話機、携帯電話、コピー機、ファクシミリ、各種プリンター、デジタルカメラ、テレビ、ビデオ、ＣＤ装置、ＤＶＤ装置、エアコン、リモコン装置などが挙げられる。これらの中でも、携帯して使用する点でノート型パソコン、携帯電話（スマートフォンを含む）が特に好ましい。

電子機器において、マグネシウム合金は、例えば、電子機器の筐体である。

ここで、図３に、開示の電子機器の一例としてのノート型パソコンを示す。
この図３のノート型パソコン２０は、ノート型パソコン本体２１と、回動して開かれる液晶表示パネル部２２とを備える。ノート型パソコン本体２１は、扁平形状のハウジング２５の上面に入力手段としてのキーボード部２３及びポインティングディバイス２４を有する。ハウジング２５の内部には、ハードディスク装置、及びＣＰＵ、メモリ等を搭載したプリント基板、バッテリなどが収納されている。
例えば、ハウジング２５にマグネシウム合金が使用される。

（実施例１）
マグネシウム合金として、マグネシウム（９０質量部）、リチウム（９質量部）、及び亜鉛（１質量部）を含有するＭＬＺ含有マグネシウム合金（ＬＺ９１）を用いた。マグネシウム合金（１００質量部）を８００℃で溶解させた後に、電磁誘導撹拌した。そこへ、炭化珪素（ＳｉＣ）（２質量部）を添加し、電磁誘導撹拌を継続した。その後、電磁誘導撹拌を継続しながら、５８０℃まで２０℃／分の冷却温度で冷却した。５８０℃で１０分間電磁誘導撹拌を継続した。その後、２５０ｍｍ×３０ｍｍ×４５ｍｍの型を用いて重力鋳造したものを、室温まで自然冷却し、実施例１のマグネシウム合金を得た。

＜耐食性の評価＞
以下の方法により、得られたマグネシウム合金の耐食性を塩水噴霧試験により試験した。
得られたマグネシウム合金を幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍに切り出し、表面を４００番の研磨紙で凹凸が無くなるまで研磨し、塩水噴霧試験片（サンプル）を得た。
得られたサンプルをＪＩＳ Ｚ ２３７１−２００１準拠の方法により塩水噴霧試験を行った。噴霧条件を以下に示す。

＜＜噴霧条件＞＞
噴霧室内温度：３５±２℃
空気飽和度：４７±２℃
噴霧量：１．５±０．５ｍｌ／８０ｃｍ^２／ｈ
塩水濃度：５±１％
ＮａＣｌ純度：９９．５％以上
ｐＨ値：６．５〜７．２
噴霧暴露時間：２４０ｈ
上記条件により塩水噴霧を行った後、サンプルを純水洗浄、乾燥後、初期からの重量変化を測定し、重量変化割合を算出した。

＜＜評価基準＞＞
塩水噴霧試験後の重量変化割合により下記の点数を付けた。なお、評価３以上を合格（実用に耐えうるマグネシウム合金）とした。
・重量変化割合：変化なし ５
・重量変化割合：２．５％以下 ４
・重量変化割合：５％以下 ３
・重量変化割合：１０％以下 ２
・重量変化割合：１０％超 １
実施例１のサンプルを塩水噴霧試験にかけた後の重量変化割合の評点は４であった。

（実施例２）
実施例１において、炭化珪素（ＳｉＣ）を０．５質量部に変えた以外は、実施例１と同様にして、実施例２のマグネシウム合金を得た。
得られた実施例２のマグネシウム合金を、実施例１と同様にして塩水噴霧試験にかけた。サンプルを塩水噴霧試験にかけた後の重量変化割合の評点は４であった。

（実施例３）
実施例１において、炭化珪素（ＳｉＣ）を１質量部に変えた以外は、実施例１と同様にして、実施例３のマグネシウム合金を得た。
得られた実施例３のマグネシウム合金を、実施例１と同様にして塩水噴霧試験にかけた。サンプルを塩水噴霧試験にかけた後の重量変化割合の評点は４であった。

（比較例１）
実施例１において、炭化珪素（ＳｉＣ）を添加しなかった以外は、実施例１と同様にして、比較例１のマグネシウム合金を得た。
得られた比較例１のマグネシウム合金を、実施例１と同様にして塩水噴霧試験にかけた。サンプルを塩水噴霧試験にかけた後の重量変化割合の評点は１であった。

更に以下の付記を開示する。
（付記１）
マグネシウムと、リチウムと、亜鉛と、炭化ケイ素とを含有することを特徴とするマグネシウム合金。
（付記２）
前記炭化ケイ素の含有量が、０．１質量％以上２質量％以下である付記１に記載のマグネシウム合金。
（付記３）
α−Ｍｇ相と、β−Ｍｇ相とを有し、
前記β−Ｍｇ相が前記炭化ケイ素を含む付記１から２のいずれかに記載のマグネシウム合金。
（付記４）
前記β−Ｍｇ相が前記α−Ｍｇ相よりも前記炭化ケイ素を多く含む付記３に記載のマグネシウム合金。
（付記５）
前記マグネシウム合金の断面観察において同一面積で比較した際の、前記α−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積と、前記β−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積との比率（α−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積：β−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積）が、０：１００〜１０：９０である付記４に記載のマグネシウム合金。
（付記６）
前記マグネシウム合金の断面観察において同一面積で比較した際の、前記α−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積と、前記β−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積との比率（α−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積：β−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積）が、０：１００〜３０：７０である付記４に記載のマグネシウム合金。
（付記７）
前記マグネシウム合金の断面観察において同一面積で比較した際の、前記α−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積と、前記β−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積との比率（α−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積：β−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積）が、０：１００〜４０：６０である付記４に記載のマグネシウム合金。
（付記８）
マグネシウム、リチウム、亜鉛、及び炭化ケイ素を含む７５０℃以上８００℃以下の混合物を、電磁誘導撹拌しながら５８０℃±１０℃まで２０℃±５℃／分の降温速度で降温させる降温工程を含むことを特徴とするマグネシウム合金の製造方法。
（付記９）
前記降温工程の後に、前記混合物を電磁誘導撹拌しながら５８０℃±１０℃で５分間以上保持する保持工程を含む付記８に記載のマグネシウム合金の製造方法。
（付記１０）
前記保持工程の後に、前記混合物を５８０℃±１０℃から常温まで放冷する放冷工程を含む付記９に記載のマグネシウム合金の製造方法。
（付記１１）
マグネシウム合金を有し、
前記マグネシウム合金が、マグネシウムと、リチウムと、亜鉛と、炭化ケイ素とを含有することを特徴とする電子機器。
（付記１２）
前記マグネシウム合金における前記炭化ケイ素の含有量が、０．１質量％以上２質量％以下である付記１１に記載の電子機器。
（付記１３）
前記マグネシウム合金が、α−Ｍｇ相と、β−Ｍｇ相とを有し、
前記β−Ｍｇ相が前記炭化ケイ素を含む、付記１１から１２のいずれかに記載の電子機器。
（付記１４）
前記β−Ｍｇ相が前記α−Ｍｇ相よりも前記炭化ケイ素を多く含む付記１３に記載の電子機器。
（付記１５）
前記マグネシウム合金の断面観察において同一面積で比較した際の、前記α−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積と、前記β−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積との比率（α−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積：β−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積）が、０：１００〜１０：９０である付記１４に記載の電子機器。
（付記１６）
前記マグネシウム合金の断面観察において同一面積で比較した際の、前記α−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積と、前記β−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積との比率（α−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積：β−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積）が、０：１００〜３０：７０である付記１４に記載の電子機器。
（付記１７）
前記マグネシウム合金の断面観察において同一面積で比較した際の、前記α−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積と、前記β−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積との比率（α−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積：β−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積）が、０：１００〜４０：６０である付記１４に記載の電子機器。

２０ ノート型パソコン
２１ ノート型パソコン本体
２２ 液晶表示パネル部
２３ キーボード部
２４ ポインティングディバイス
２５ ハウジング

Claims (9)

1. マグネシウムと、リチウムと、亜鉛と、炭化ケイ素とを含有することを特徴とするマグネシウム合金。
2. 前記炭化ケイ素の含有量が、０．１質量％以上２質量％以下である請求項１に記載のマグネシウム合金。
3. α−Ｍｇ相と、β−Ｍｇ相とを有し、
   前記β−Ｍｇ相が前記炭化ケイ素を含む請求項１から２のいずれかに記載のマグネシウム合金。
4. 前記β−Ｍｇ相が前記α−Ｍｇ相よりも前記炭化ケイ素を多く含む請求項３に記載のマグネシウム合金。
5. 前記マグネシウム合金の断面観察において同一面積で比較した際の、前記α−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積と、前記β−Ｍｇ相における前記炭化ケイ素の面積との比率（α−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積：β−Ｍｇ相における炭化ケイ素の面積）が、０：１００〜４０：６０である請求項４に記載のマグネシウム合金。
6. マグネシウム、リチウム、亜鉛、及び炭化ケイ素を含む７５０℃以上８００℃以下の混合物を、電磁誘導撹拌しながら５８０℃±１０℃まで２０℃±５℃／分の降温速度で降温させる降温工程を含むことを特徴とするマグネシウム合金の製造方法。
7. 前記降温工程の後に、前記混合物を電磁誘導撹拌しながら５８０℃±１０℃で５分間以上保持する保持工程を含む請求項６に記載のマグネシウム合金の製造方法。
8. 前記保持工程の後に、前記混合物を５８０℃±１０℃から常温まで放冷する放冷工程を含む請求項７に記載のマグネシウム合金の製造方法。
9. マグネシウム合金を有し、
   前記マグネシウム合金が、マグネシウムと、リチウムと、亜鉛と、炭化ケイ素とを含有することを特徴とする電子機器。