JP3030338B1 - 高強度難燃性マグネシウム合金の製造方法 - Google Patents

高強度難燃性マグネシウム合金の製造方法

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Abstract

【要約】 【課題】 機械的強度の向上したカルシウムを含有する
難燃性マグネシウム合金を効率よく製造する方法を提供
する。 【解決手段】 カルシウム0.1〜15重量%を含む難
燃性マグネシウム合金を塑性加工処理するか、又はカル
シウム0.1〜15重量%を含む難燃性マグネシウム合
金の既存含有量に加えて、融解時にアルミニウム又は亜
鉛をさらに添加し、冷却後塑性加工処理することにより
高強度難燃性マグネシウム合金を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高強度難燃性マグネ
シウム合金の製造方法、さらに詳しくは、カルシウム及
びアルミニウムを含有する所定難燃性マグネシウム合金
を、押出しや圧延などの塑性加工処理することにより、
機械的強度を向上させる方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】マグネシウムやその合金は種々の用途に
用いられており、特にマグネシウム合金は、実用金属と
して最も軽量である上、切削性や塑性加工が良好で、か
つ強度/密度比が高いことから、航空機材料、自動車材
料、家電製品材料、工具材料などとして用いられてい
る。そして、このマグネシウム合金としては、例えばM
g−Al系、Mg−Mn系、Mg−Zn系、Mg−Al
−Zn系、Mg−Zn−Zr系などが知られている。
【0003】本発明者らは、先にマグネシウム又は前記
マグネシウム合金にカルシウムを添加することにより、
難燃性マグネシウム合金を製造しうること、そしてこの
マグネシウム合金を金型及び砂型などにより鋳造したも
のは、カルシウムを添加しないマグネシウム合金とほぼ
同等の機械的強度を示すことを見出した。
【0004】しかしながら、このカルシウムを添加した
難燃性マグネシウム合金は、さらに機械的強度を高くし
ようとして熱処理を行うと、カルシウムを含まないマグ
ネシウム合金の熱処理をした場合よりも機械的強度がむ
しろ低下するという欠点がある。この際、熱処理温度を
高くし、難燃性マグネシウム合金中の結晶粒界に生成す
る金属間化合物を均一に固溶、析出させ、強度を高めよ
うとしても、該難燃性マグネシウム合金の熱処理温度の
上限では、結晶粒界の金属間化合物をマグネシウム基地
中に固溶できず、また、長時間の熱処理を行っても、金
属間化合物をほとんど固溶させることができない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、機械的強度の向上したカルシウムを含有
する難燃性マグネシウム合金を効率よく製造する方法を
提供することを目的としてなされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、カルシウ
ムを含有する難燃性マグネシウム合金の機械的強度の向
上について鋭意研究を重ねた結果、結晶粒界にカルシウ
ム含有金属間化合物を有する所定カルシウム含量のアル
ミニウム含有難燃性マグネシウム合金を塑性加工処理す
ることにより、意外にも結晶粒界の金属間化合物が微細
に破砕され、均一に分散して機械的強度が向上するこ
と、また、該マグネシウム合金として所定合金の融解時
にアルミニウムあるいはさらにカルシウムを添加して得
たものを用いることにより、さらに機械的強度が向上す
ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成する
に至った。
【0007】すなわち、本発明は、結晶粒界にカルシウ
ム含有金属間化合物を有する、カルシウム1〜10重量
%及びアルミニウムを含む難燃性マグネシウム合金を塑
性加工処理して該金属間化合物を微細に破砕し、分散さ
せることを特徴とする高強度難燃性マグネシウム合金の
製造方法を提供するものである。さらに、本発明は、カ
ルシウム1〜10重量%を含む難燃性マグネシウム合金
を融解し、これにカルシウムの重量の2倍を越えない量
のアルミニウムを添加し、冷却して結晶粒界に金属間化
合物を生成させたのち、塑性加工処理して該金属間化合
物を微細に破砕し、分散させることを特徴とする高強度
難燃性マグネシウム合金の製造方法を提供するものであ
る。さらに、本発明は、マグネシウム合金を融解し、こ
れに、カルシウムをそれとマグネシウム合金の合計量当
り1〜10重量%、アルミニウムをカルシウムの重量の
2倍を越えない量それぞれ添加し、冷却して結晶粒界に
金属間化合物を生成させたのち、塑性加工処理して該金
属間化合物を微細に破砕し、分散させることを特徴とす
る高強度難燃性マグネシウム合金の製造方法を提供する
ものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明方法において塑性加工処理
されるマグネシウム合金としては、カルシウム1〜10
重量%及びアルミニウムを含む難燃性マグネシウム合金
や、カルシウム1〜10重量%を含む難燃性マグネシウ
ム合金を融解し、これにカルシウムの重量の2倍を越え
ない量のアルミニウムを添加して調製されたものや、マ
グネシウム合金を融解し、これに、カルシウムをそれと
マグネシウム合金の合計量当り1〜10重量%、アルミ
ニウムをカルシウムの重量の2倍を越えない量それぞれ
添加して調製されたものなどが挙げられる。このカルシ
ウムを含む難燃性マグネシウム合金としては、例えばカ
ルシウムを上記割合で含有するマグネシウム、マグネシ
ウム−アルミニウム、マグネシウム−マンガン、マグネ
シウム−亜鉛、マグネシウム−アルミニウム−亜鉛、マ
グネシウム−亜鉛−ジルコニウムなどの合金が挙げられ
る。
【0009】難燃性マグネシウム合金において、カルシ
ウムの含有量は、難燃性及び他の物性のバランスなどの
面から、1〜10重量%の範囲である。この量が1重量
%未満では難燃効果が充分に発揮されないし、10重量
%を超えるとその他の物性が低下する。
【0010】本発明方法において用いられる塑性加工処
理は、金属の延性、展性などの塑性変形する性質を利用
する加工方法であり、例えば押出し、圧延、せん孔、型
打ち、引抜きなどの加工方法などがあるが、本発明にお
いては、押出し又は圧延による塑性加工処理が好まし
い。また、この塑性加工処理における温度は、合金の種
類により適宜選定されるが、通常180〜420℃の範
囲である。
【0011】また、押出し加工により塑性加工処理を行
う場合、押出し比は、高い方が機械的強度が向上するの
で好ましいが、あまり押出し比が高くなると強度の向上
はほとんど認められなくなり、むしろ装置の経済性が低
下するので、一般的には10〜100の範囲で選ばれ
る。
【0012】この塑性加工処理により、結晶粒界の金属
間化合物が破砕され、この破砕粒子が均一に分散するた
め、機械的強度が向上する。この際、金属間化合物の析
出を効果的に行うために、カルシウム含有難燃性マグネ
シウム合金に対し、融解時にアルミニウムを添加し、冷
却後塑性加工処理するのが有利である。また、これと同
様のことは、実施例にも示すように、マグネシウム合金
を融解し、これに前記したような難燃性マグネシウム合
金組成含量に相当する量のカルシウムとともにアルミニ
ウムを添加し、冷却後塑性加工処理することによっても
達成される。このような場合、機械的強度の向上効果の
点から、アルミニウムの添加量は、カルシウム含有量の
2倍を越えない量特に1.35倍に相当する量が好まし
い。このようにして、高強度難燃性マグネシウム合金が
効率よく得られる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、結晶粒界にカルシウム
含有金属間化合物を有する所定難燃性マグネシウム合金
を、押出し又は圧延加工などの塑性加工処理することに
より、結晶粒界の金属間化合物が破砕され、破砕粒子が
均一に分散することにより、機械的強度が向上する。ま
た、本発明によれば、カルシウム含有難燃性マグネシウ
ム合金の融解時にアルミニウムを添加するかあるいはマ
グネシウム合金の融解時にカルシウム及びアルミニウム
を添加し、冷却後、塑性加工処理することにより、さら
に機械的強度が向上する。
【0014】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。
【0015】比較例ステンレス鋼製るつぼに、ダイカス
ト用マグネシウム合金AZ91(Al 9重量%、Zn
0.7重量%を含有するMg−Al−Zn合金)を入れ
たのち蓋をし、これを700℃の電気炉で加熱して、マ
グネシウム合金を溶解させた。その後、全重量に基づき
カルシウム2重量%を添加し、難燃性マグネシウム合金
を作製した。次に、この難燃性マグネシウム合金を室温
の金型に鋳造したのち、機械加工して引張り試験と顕微
鏡観察を行った。その結果、引張り強さは、破断強度1
80MPaであった。また、図1に顕微鏡写真を示す。
この図から分かるように、網目状の金属間化合物が観察
される。
【0016】実施例1 比較例と同様にして、マグネシウム合金を溶解し、これ
に全重量に基づきカルシウム2重量%を添加し、難燃性
マグネシウム合金を作製したのち、室温の金型に鋳造し
た。次いで、これを外径40mmの円柱状に切削加工
し、押出し温度400℃、押出比19で押出し、塑性加
工処理した。この塑性加工処理したものを旋盤で切削加
工して試験片を作製し、引張り試験を行った。その結
果、破断強度は368MPaであり、塑性加工処理前
(比較例)の約2倍の破断強度となり、塑性加工処理に
よる効果が大きいことが分かった。図2に、この押出し
材料の顕微鏡写真を示す。この図2から分かるように、
比較例の組織とは異なり、結晶粒界の金属間化合物が微
細に破砕され、粒子分散効果が発揮されている。
【0017】実施例2 比較例と同様にして、マグネシウム合金を溶解し、これ
に全重量に基づき、カルシウム2重量%を添加すると共
に、カルシウム添加量の1.35倍である2.7重量%
のアルミニウムを添加して、難燃性マグネシウム合金を
作製した。次に、実施例1と同様な操作を行い、塑性加
工処理し、引張り試験を行った。その結果、破断強度は
376MPaであり、実施例1と比べてアルミニウム量
を増加させた効果がみられた。
【0018】実施例3 比較例と同様にして、マグネシウム合金を溶解し、これ
に全重量に基づき、カルシウム6重量%を添加すると共
に、カルシウム添加量の1.35倍に相当する8.1重
量%のアルミニウムを添加して、難燃性マグネシウム合
金を作製した。次に、実施例1と同様な操作を行い、塑
性加工処理し、引張り試験を行った。その結果、破断強
度は410MPaであり、実施例1と比べてカルシウム
とアルミニウムの添加量を増やし、結晶粒界の金属間化
合物を増加させ、塑性加工によって粉砕して粒子分散量
を増加させることにより、破断強度が高くなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 難燃性マグネシウム合金を塑性加工処理しな
い場合の組織の1例を示す顕微鏡写真図。
【図2】 難燃性マグネシウム合金を塑性加工処理した
場合の組織の1例を示す顕微鏡写真図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C22F 1/00 685 C22F 1/00 685A (72)発明者 秋山 茂 福岡県八女市柳島363−2 (72)発明者 上野 英俊 佐賀県鳥栖市真木町2004−32 (72)発明者 坂本 満 佐賀県三養基郡北茂安町大字白壁894− 8 (56)参考文献 特開 昭54−67508(JP,A) 特公 昭40−7651(JP,B2) 特許98956(JP,C2) 特許163430(JP,C2) 秋山 茂,”Ca添加による難燃性M g合金”,鋳物,社団法人日本鋳物協 会,平成6年1月15日,第66巻,第1 号,p.38−42 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22F 1/06 C22C 23/00 - 23/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶粒界にカルシウム含有金属間化合物
    を有する、カルシウム1〜10重量%及びアルミニウム
    を含む難燃性マグネシウム合金を塑性加工処理して該金
    属間化合物を微細に破砕し、分散させることを特徴とす
    る高強度難燃性マグネシウム合金の製造方法。
  2. 【請求項2】 カルシウム1〜10重量%を含む難燃性
    マグネシウム合金を融解し、これにカルシウムの重量の
    2倍を越えない量のアルミニウムを添加し、冷却して結
    晶粒界に金属間化合物を生成させたのち、塑性加工処理
    して該金属間化合物を微細に破砕し、分散させることを
    特徴とする高強度難燃性マグネシウム合金の製造方法。
  3. 【請求項3】 マグネシウム合金を融解し、これに、カ
    ルシウムをそれとマグネシウム合金の合計量当り1〜1
    0重量%、アルミニウムをカルシウムの重量の2倍を越
    えない量それぞれ添加し、冷却して結晶粒界に金属間化
    合物を生成させたのち、塑性加工処理して該金属間化合
    物を微細に破砕し、分散させることを特徴とする高強度
    難燃性マグネシウム合金の製造方法。
  4. 【請求項4】 押出し又は圧延により塑性加工処理する
    請求項1、2又は3記載の高強度難燃性マグネシウム合
    金の製造方法。
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