JP3537131B2 - マグネシウム合金の金型鋳造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマグネシウム合金の
金型鋳造法に関し、より詳しくは、本発明はダイカスト
鋳造法、チクソモールディング法、スクイズ鋳造法、低
圧鋳造法、重力鋳造法等の金型を用いるマグネシウム合
金の鋳造、成形法において耐焼付き性良く鋳造できる金
型鋳造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車業界においては燃費向上のための
軽量化の必要性、家電製品等においては携帯性向上のた
めの軽量化の必要性から軽量材料のニーズが高まり、樹
脂材料や軽量金属材料が用いられてきている。しかし、
樹脂材料は一般的にリサイクルが困難であるため地球環
境保全の点で問題があるのに対して、金属材料は一般的
にリサイクルが容易であるため、先ずアルミニウム合金
が多用され、最近では更に軽量のマグネシウム合金が家
電製品の筐体、自動車の各種ケース部品等の製造に使用
されてきている。

【０００３】マグネシウム合金の加工法としてはダイカ
スト鋳造法、チクソモールディング法、スクイズ鋳造
法、低圧鋳造法、重力鋳造法等の金型を用いる鋳造、成
形法が一般的であり、これらの金型鋳造法では焼付きを
抑制して離型性を確保するために各種の離型剤が使用さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マグネ
シウム合金の金型鋳造においては固有的に金型への焼付
きが生じ易く、通常の離型剤では焼付きの防止は極めて
困難であり、このことが金型鋳造法の生産性や鋳造品の
品質を大きく下げているのが現状である。特に、ダイカ
スト鋳造法やチクソモールディング法等のように溶湯が
高速・高圧で金型と接触する鋳造法ではこの焼付きが顕
著であり、また、マグネシウム合金のうちでも、高温及
び室温でのクリープ特性を改善するために鉄との反応性
の高いカルシウムや希土類元素を含むマグネシウム合金
を金型鋳造する場合にこの焼付きが顕著である。

【０００５】本発明はこのような従来技術の有する問題
点に鑑みてなされたものであり、本発明はマグネシウム
合金の金型鋳造において耐焼付き性良く鋳造できる金型
鋳造法を提供し、このことによりより安価で高品質なマ
グネシウム合金鋳造品を提供することを課題としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
を達成するために種々検討を重ねた結果、金型への焼付
きは金型材の鉄とマグネシウム合金溶湯との間の化学的
親和性によるものであり、これを抑制するためには金型
材自体とマグネシウム合金溶湯との直接の接触を妨げる
こと、特に焼付きが生じ易いゲート部直後等の領域での
金型材自体とマグネシウム合金溶湯との直接の接触を妨
げることが現実的であるとの結論に達した。

【０００７】金型材自体とマグネシウム合金溶湯との直
接の接触を妨げる対策としては、従来、離型剤が使用さ
れており、更には金型の内面を処理する各種の表面処理
が提案されている。しかし、実際の金型鋳造では溶湯の
流れに依存して焼付きの生じ易い部位ができるので、従
来の離型剤や表面処理の採用では大部分の部位で焼付き
の防止が可能であっても、そのような焼付きの生じ易い
部位では焼付きの防止が不十分であったり、少数回の鋳
造作業後に焼付きの防止が不十分になったりする。従っ
て、そのような部位については焼付きの防止のために特
に処置する必要がある。

【０００８】多数回の鋳造作業で焼付きが発生する回の
鋳造作業の少し前の時点で、金型のキャビティ側全表面
に、又は鋳造時に焼付きが生じ易い部位の金型キャビテ
ィ側表面に、マグネシウム合金溶湯とは化学的親和性の
小さい物質を容易に固着させることができれば、同一の
金型を用いる鋳造作業の繰り返しにおいて焼付きが発生
することなしで多数回の鋳造作業を実施できることにな
る。

【０００９】それで、そのような物質及びその固着方法
について検討した結果、高融点金属及びセラミックスか
らなる群より選ばれる少なくとも１種と界面活性剤水溶
液又は低沸点液状油脂肪との混合物を用い、そのような
混合物を金型のキャビティ側表面の少なくとも一部に塗
布し、加熱処理してその塗布部分に固着したコーティン
グ層を形成させることにより上記の課題が達成されるこ
とを見出し、本発明を完成した。

【００１０】即ち、本発明の耐焼付き性良く鋳造できる
金型鋳造法は、高融点金属及びセラミックスからなる群
より選ばれる少なくとも１種と界面活性剤水溶液又は低
沸点液状油脂肪との混合物を、金型のキャビティ側表面
の少なくとも一部に塗布し、加熱処理してその塗布部分
に固着したコーティング層を形成させ、その後該コーテ
ィング層付き金型にマグネシウム合金溶湯を繰り返し鋳
込むことを特徴とする。

【００１１】また、本発明の耐焼付き性良く鋳造できる
金型鋳造法は、高融点金属及びセラミックスからなる群
より選ばれる少なくとも１種と界面活性剤水溶液又は低
沸点液状油脂肪との混合物を、金型のキャビティ側表面
の少なくとも一部に塗布し、加熱処理してその塗布部分
に固着したコーティング層を形成させ、その後該コーテ
ィング層付き金型にマグネシウム合金溶湯を繰り返し鋳
込み、鋳込作業を複数回実施した後で焼付きの発生前
に、再度該混合物を金型のキャビティ側表面の少なくと
も一部に塗布し、加熱処理してその塗布部分に固着した
コーティング層を形成させ、その後該コーティング層付
き金型にマグネシウム合金溶湯を繰り返し鋳込むことを
特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の金型鋳造法につ
いて具体的に説明する。本発明の金型鋳造法で用いるこ
とのできる高融点金属及びセラミックスの種類について
は特には限定されない。しかし、高融点金属がＷ、Ｎ
ｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆであることが好ましく、
また、セラミックスがＢＮ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＴｉＮ、Ｔｉ
Ｏ₂ 、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＣ、ＷＣ、Ｍｏ
Ｏ₂ 、ＭｏＳ₂ 及びＺｒＯ ₂ であることが好ましい。

【００１３】本発明の金型鋳造法で用いることのできる
界面活性剤としては、水溶性の陰イオン界面活性剤、水
溶性の陽イオン界面活性剤、水溶性の非イオン界面活性
剤等があり、水溶性の陰イオン界面活性剤としては脂肪
酸石けん等のカルボン酸塩、アルキルベンゼンスルホン
酸塩等のスルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩
等の硫酸エステル塩等があり、水溶性の陽イオン界面活
性剤としては脂肪族アミン塩、脂肪族４級アンモニウム
塩等があり、水溶性の非イオン界面活性剤としてはポリ
オキシエチレングリセリン脂肪酸エステル等のエーテル
エステル型、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル等
のエステル型、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等
のエーテル型等がある。

【００１４】本発明の金型鋳造法で用いることのできる
低沸点液状油脂肪は、上記の混合物を鋳造現場で金型に
塗布し、蒸発させても人体、環境に悪影響を及ぼさない
ものである必要があり、例えば低沸点油、低沸点液体ワ
ックス等を用いることが好ましい。

【００１５】本発明の金型鋳造法で用いる「高融点金属
及びセラミックスからなる群より選ばれる少なくとも１
種と界面活性剤水溶液又は低沸点液状油脂肪との混合
物」においては、該混合物の混合比は塗布作業に支障を
きたさない程度の粘度、流動性を持つ範囲で、例えば分
散液、ペースト等として、また加熱処理後のコーティン
グ層の厚さ、耐久性を考慮して当業者が任意に決定でき
るものである。

【００１６】本発明の金型鋳造法においては、上記の混
合物を金型のキャビティ側表面の少なくとも一部（即
ち、全表面又は焼付きの生じ易い部位）にスプレー法、
刷毛塗り法等の任意の手段で塗布し、その後一般的には
２００℃近辺に加熱して水分又は油脂肪を蒸発させるこ
とにより、又は上記の分散液を２００℃近辺に加熱され
た金型（例えば、鋳込作業継続段階の加熱された金型）
のキャビティ側表面の少なくとも一部にスプレー法、刷
毛塗り法等の任意の手段で塗布して水分又は油脂肪を蒸
発させることによりその塗布部分に固着した均一で安定
なコーティング層を形成させる。

【００１７】上記のようにして製造されたコーティング
層付き金型においては、そのコーティング層はマグネシ
ウム合金溶湯とは化学的親和性が小さいので耐焼付き性
に優れており、そのコーティング層の鋳造耐久性はコー
ティング層を形成する物質の種類にも依存するが、通常
は５０回以上、好ましくは１００回以上の鋳込作業に耐
え得るものである。しかし、そのコーティング層は消耗
するので、高品質なマグネシウム合金鋳造品を連続して
安定に多数鋳造するためには、焼付きの発生前に、例え
ば、１０回、２０回又は３０回の鋳込作業毎に上記の混
合物を金型のキャビティ側表面の少なくとも一部（即
ち、焼付きの生じ易い部位のみ、又は全表面）に塗布
し、加熱処理してその塗布部分に固着したコーティング
層を形成させることが望ましく、このようにすることに
より、本発明の金型鋳造法においては、同一の金型にマ
グネシウム合金溶湯を多数回繰り返し鋳込むことができ
る。

【００１８】本発明の金型鋳造法においては、鋳造品の
離型が容易になるように、毎回の鋳込作業毎に金型のキ
ャビティ側表面のコーティング層上に通常の離型剤を塗
布して鋳込作業を実施することもできる。本発明の金型
鋳造法は、マグネシウム合金溶湯をダイカスト鋳造法、
チクソモールディング法、スクイズ鋳造法、低圧鋳造
法、又は重力鋳造法で鋳造するのに適している。

【００１９】本発明の金型鋳造法で鋳造することのでき
るマグネシウム合金は、ダイカスト鋳造法、チクソモー
ルディング法、スクイズ鋳造法、低圧鋳造法、重力鋳造
法等の金型鋳造法で鋳造できるマグネシウム合金であれ
ばいかなるものでもよく、例えば、従来一般的に用いら
れているＭＤ１Ａ、ＭＤ１Ｂ、ＭＤ１Ｄ、ＭＤ２Ａ、Ｍ
Ｄ２Ｂ、ＭＤ３Ａ等を用いることができる。しかし、高
温及び室温でのクリープ特性を改善するために鉄との反
応性の高いカルシウムや希土類元素を含むマグネシウム
合金を鋳造するのに特に適している。

【００２０】例えば、自動車エンジン部品などの軽量化
において要請されている５２３Ｋ程度までの高温でも十
分な強度を有するマグネシウム合金の高耐食性鋳造品を
目的とする場合には、 ｉ）アルミニウム１〜１０質量％、 ii）希土類元素０．２〜５質量％及びカルシウム０．０
２〜５質量％よりなる群から選ばれた少なくとも１種、
及び iii)マンガン１．５質量％以下（０質量％の場合も含
む） を含み、残部がマグネシウム及び不可避の不純物からな
るマグネシウム合金を鋳造することが好ましい。

【００２１】

【実施例】以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明
を具体的に説明する。 実施例１ 石けん水中に平均粒径が５μｍのＢＮ粉末を分散させた
分散液、及び自動車エンジン部品を模した２５０ｍｍ×
３００ｍｍ×１５０ｍｍで肉厚３ｍｍの箱型の試作品を
鋳造することができる金型を用意した。鋳造のために金
型を約２００℃に加熱し、この金型のキャビティ側全表
面に該分散液を塗布した。金型が約２００℃に加熱され
ていたので分散液の水分が蒸発し、金型のキャビティ側
全表面に固着したコーティング層が形成された。

【００２２】上記のようにして得た金型と、東芝製のコ
ールドチャンバー型ダイカスト機１０００Ｔ機とを用
い、特に焼付性の高いマグネシウム合金であるＭｇ−５
質量％Ａｌ−２質量％Ｍｍ−１質量％Ｃａ合金の溶湯温
度を７００℃とし、金型温度を２００℃とし、最高射出
速度を３．５ｍ／ｓｅｃとし、充填後の増圧を６００ｋ
ｇｆ／ｃｍ² として鋳造した。この鋳造作業を連続して
１００回実施したが、焼付きは認められなかった。

【００２３】また、上記と同一の鋳造条件で鋳造作業を
連続して１０回実施し、その後この金型のキャビティ側
表面の焼付きが生じ易いゲート部直後の領域に上記の分
散液を塗布し、水分を蒸発させてその塗布部分に固着し
たコーティング層を形成させた。その後、上記と同一の
鋳造条件で鋳造作業を連続して１０回実施した。このコ
ーティング層の形成と鋳造作業とを繰り返し、合計で１
０００回の鋳造作業を実施したが、焼付きは認められな
かった。

【００２４】実施例２ 実施例１で用いたＭｇ−５質量％Ａｌ−２質量％Ｍｍ−
１質量％Ｃａ合金の代わりに汎用のＡＺ９１（Ｍｇ−９
質量％Ａｌ−０．７質量％Ｚｎ−０．２質量％Ｍｎ）合
金を用い、溶湯温度を６５０℃とした以外は実施例１と
同様にしてコーティング層の形成と鋳造作業とを繰り返
した。その結果は実施例１と同様に、鋳造作業を連続し
て１００回実施しても焼付きは認められず、またコーテ
ィング層の形成と鋳造作業とを繰り返し、合計で１００
０回の鋳造作業を実施しても焼付きは認められなかっ
た。

【００２５】実施例３〜６ 実施例１で用いたＢＮ粉末の代わりにそれぞれ平均粒径
５μｍのＳｉＯ₂ 粉末（実施例３）、ＭｏＳ₂ 粉末（実
施例４）、Ｗ粉末（実施例５）又はＡｌ₂ Ｏ₃粉末（実
施例６）を用いた以外は実施例１と同様にしてコーティ
ング層の形成と鋳造作業とを繰り返した。実施例１と同
様にして鋳造作業を連続して実施したところ、実施例３
については７４ショット目、実施例４については９６シ
ョット目、実施例５については８６ショット目、実施例
６については９２ショット目に焼付きの兆候が現れた。
しかし、実施例１と同様にコーティング層の形成と鋳造
作業とを繰り返し、合計で１０００回の鋳造作業を実施
したが、実施例３〜６の何れの場合も焼付きは認められ
なかった。

【００２６】実施例７ 実施例１で用いた石けん水の代わりに低沸点液体ワック
スを用いた以外は実施例１と同様にしてコーティング層
の形成と鋳造作業とを繰り返した。その結果は実施例１
と同様に、鋳造作業を連続して１００回実施しても焼付
きは認められず、またコーティング層の形成と鋳造作業
とを繰り返し、合計で１０００回の鋳造作業を実施して
も焼付きは認められなかった。

【００２７】比較例１ 自動車エンジン部品を模した２５０ｍｍ×３００ｍｍ×
１５０ｍｍで肉厚３ｍｍの箱型の試作品を鋳造すること
ができる金型（実施例１で用いた金型と同じ形状の金
型）を用意し、この金型のキャビティ側全表面にシリコ
ンワックス系離型剤を通常の方法で吹きつけた。この離
型剤を吹きつけた金型と、東芝製のコールドチャンバー
型ダイカスト機１０００Ｔ機とを用い、特に焼付性の高
いマグネシウム合金であるＭｇ−５質量％Ａｌ−２質量
％Ｍｍ−１質量％Ｃａ合金の溶湯温度を７００℃とし、
金型温度を２００℃とし、最高射出速度を３．５ｍ／ｓ
ｅｃとし、充填後の増圧を６００ｋｇｆ／ｃｍ² として
鋳造を試みた。しかし、１回目の鋳造で焼付きが発生
し、その焼付きの程度は金型を鋳造機から取り外して型
補修をしなければ再使用できないほどであった。

【００２８】比較例２ 比較例１で用いたＭｇ−５質量％Ａｌ−２質量％Ｍｍ−
１質量％Ｃａ合金の代わりに汎用のＡＺ９１（Ｍｇ−９
質量％Ａｌ−０．７質量％Ｚｎ−０．２質量％Ｍｎ）合
金を用い、溶湯温度を６５０℃とした以外は比較例１と
同様にしてシリコンワックス系離型剤を吹きつけて、鋳
造作業を連続して繰り返した。この場合には、６回目の
鋳造作業までの鋳造品は一応合格品であったが、７回目
の鋳造作業の鋳造品は焼付きのために不合格品となり、
８回目の鋳造作業では焼付きはかなりひどかった。

【００２９】

【発明の効果】本発明の金型鋳造法を採用することによ
り、マグネシウム合金の金型鋳造において耐焼付き性良
く鋳造でき、このことによりより安価で高品質なマグネ
シウム合金鋳造品を提供することができる。

フロントページの続き (72)発明者 小池 精一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 鷲頭 和裕 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 木皮 和男 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開2001−96336（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−295102（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22C 1/00 - 1/26,3/00,9/06 B22D 17/20

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高融点金属及びセラミックスからなる群よ
   り選ばれる少なくとも１種と界面活性剤水溶液又は低沸
   点液状油脂肪との混合物を、金型のキャビティ側表面の
   少なくとも一部に塗布し、加熱処理してその塗布部分に
   固着したコーティング層を形成させ、その後該コーティ
   ング層付き金型にマグネシウム合金溶湯を繰り返し鋳込
   むことを特徴とする耐焼付き性良く鋳造できる金型鋳造
   法。
2. 【請求項２】高融点金属及びセラミックスからなる群よ
   り選ばれる少なくとも１種と界面活性剤水溶液又は低沸
   点液状油脂肪との混合物を、金型のキャビティ側表面の
   少なくとも一部に塗布し、加熱処理してその塗布部分に
   固着したコーティング層を形成させ、その後該コーティ
   ング層付き金型にマグネシウム合金溶湯を繰り返し鋳込
   み、鋳込作業を複数回実施した後で焼付きの発生前に、
   再度該混合物を金型のキャビティ側表面の少なくとも一
   部に塗布し、加熱処理してその塗布部分に固着したコー
   ティング層を形成させ、その後該コーティング層付き金
   型にマグネシウム合金溶湯を繰り返し鋳込むことを特徴
   とする耐焼付き性良く鋳造できる金型鋳造法。
3. 【請求項３】毎回の鋳込作業毎に金型のキャビティ側表
   面のコーティング層上に離型剤を塗布して鋳込作業を実
   施する請求項１又は２記載の耐焼付き性良く鋳造できる
   金型鋳造法。
4. 【請求項４】高融点金属がＷ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ
   及びＨｆであり、セラミックスがＢＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｍｇ
   Ｏ、ＴｉＮ、ＴｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ₂、Ｔｉ
   Ｃ、ＷＣ、ＭｏＯ₂、ＭｏＳ₂及びＺｒＯ₂ である請求項
   １〜３の何れかに記載の耐焼付き性良く鋳造できる金型
   鋳造法。
5. 【請求項５】高融点金属がＷであり、セラミックスがＡ
   ｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＳｉＯ ₂ 及びＭｏＳ ₂ である請求項４記載の
   耐焼付き性良く鋳造できる金型鋳造法。
6. 【請求項６】希土類元素及びカルシウムからなる群より
   選ばれる少なくとも１種を合計量で０．５質量％以上含
   有するマグネシウム合金溶湯を鋳込む請求項１〜５の何
   れかに記載の耐焼付き性良く鋳造できる金型鋳造法。