JP4212170B2 - マグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法に関し、詳しくは金属又は合金特性を変化させることなしに、マグネシウムの燃焼を防止することができ、しかも環境性に優れたマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、材料の軽量化へのニーズが高まり、実用合金中最も密度の小さいマグネシウム又はマグネシウム合金が注目されている。特に、航空機材料あるいは自動車用材料として注目されている。
【0003】
一般に、マグネシウムやマグネシウム合金の溶湯は空気に触れると燃焼しやすい。このために燃焼防止を図る必要がある。マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の燃焼防止には、古くはフラックスやイオウ粉の散布等が行われてきた。また、フロン系ガスであるSF6 ガスの有用性が見出されてからはSF6 ガスの使用が一般的である。この際のSF6 ガス濃度は、0.2〜0.3容量%で、残りは空気と炭酸ガス(0〜50容量%)の混合ガスである。また、溶解炉の条件や製品の条件によっては、さらに高濃度のSF6 ガスが使用されている。また、SF6 ガスと同様の有用性からSO2 ガスも用いられている。
【0004】
昨今、地球温暖化の懸念からフロン系ガスの使用の削減が求められており、マグネシウム産業では、上記SF6 ガスの使用も抑制される方向にある。また、公害の発生を防止するという観点から、同様に上記SO2 ガスの使用も抑制される方向にある。
【0005】
その他、燃焼防止には、マグネシウム又はマグネシウム合金へのカルシウムの添加により溶湯が難燃化するとの報告があるが、カルシウムの添加量は0.5重量%程度と高く、マグネシウム又はマグネシウム合金の特性を変えてしまう懸念とSF6 ガスやSO2 ガスを使用しないため燃焼の恐れがあり、工業的な量産には不向きであり実用化されていない。
【0006】
従って、本発明の目的は、金属又は合金特性を変化させることなしに、マグネシウムの燃焼を防止することができ、しかも環境性に優れたマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討の結果、カルシウムによるマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の難燃化の傾向に着目し、金属又は合金特性を変えない範囲でのカルシウム添加と、それに伴うSF6 ガスやSO2 ガス使用の具体的な条件を検討した結果、本発明に到達した。
【0008】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、溶湯温度700℃以下のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯にカルシウムを合金成分として0.02〜0.1重量%添加し、かつ雰囲気中のSF6 ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金10kgに対して2cc/分未満あるいはカルシウム無添加に比べて2/3未満に抑制したことを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法を提供するものである。
【0009】
また、本発明は、溶湯温度700℃以下のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯にカルシウムを合金成分として0.02〜0.1重量%添加し、かつ雰囲気中のSO2 ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金10kgに対して6cc/分未満あるいはカルシウム無添加に比べて2/3未満に抑制したことを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、溶湯温度700℃以下のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯にカルシウムを添加する。ここにおいて用いられるマグネシウム又はマグネシウム合金としては、ダイカスト等の鋳造用原料及び鋳造に伴って発生するバリ、ランナー等のリターン材である。また、マグネシウム合金としては、マグネシウムに加えて、亜鉛、アルミニウム、マンガン等を一定量含有するものであり、具体的には亜鉛を1.0重量%程度含有するAZ91、アルミニウムを6.0重量%、マンガンを0.2重量%含有するAM60等である。
【0011】
上記マグネシウム又はマグネシウム合金に対するカルシウムの添加量は、0.02〜0.1重量%である。
【0012】
マグネシウム又はマグネシウム合金へのカルシウムの添加によって、一般に耐クリープ性が改善されるが、衝撃強度や伸びが低下することが知られる。
【0013】
本発明者らは、カルシウムの添加量について検討した結果、次の知見を得た。先ず、カルシウム添加量が0.2重量%以下では機械的性質には殆ど影響がなく、添加量が1.0重量%以下では鋳造性にもほとんど影響がない。そして、添加量が0.1重量%以下では耐食性の劣化もほとんどなく、添加量が1.0重量%以下では表面処理性にも影響がない。すなわち、カルシウムの添加量が0.1重量%以下ではマグネシウム又はマグネシウム合金の特性を殆ど劣化させることはない。
【0014】
一方、こうしたカルシウムの添加量の範囲でSF6 ガス又はSO2 ガスに対してどの程度の燃焼防止効果が得られるかを検討した。先ず、SF6 ガス又はSO2 ガスを全く流動させない場合はカルシウム0.1重量%では30分以内で発火した。さらにカルシウムを増量(0.5重量%)した場合でも静置状態では発火しないが、インゴット添加や撹拌により発火した。以上のことよりカルシウムによる難燃化は溶湯の静置状態では可能でも、インゴット添加や撹拌等の生産過程では実際には困難で、カルシウムの添加量を増量するだけでは、マグネシウム又はマグネシウム合金の燃焼防止には危険であると考えられる。
【0015】
また、カルシウムの添加量が0.02重量%未満ではSF6 ガス又はSO2 ガスの削減効果は見られず、実際の溶湯の劣化や溶湯温度の上昇の危険性を加味するとカルシウム添加量の下限は0.02重量%である。以上のことから、カルシウムの添加量は、上記のように、0.02〜0.1重量%である。また、カルシウムの添加時期は、合金製造時での添加、溶解ポットの溶湯への直接添加等いずれでもよい。但し、リターン材の溶解に際しては、カルシウムが酸化物として抜けるので、追加添加する必要がある。
【0016】
カルシウム添加の効果は溶湯温度を低くすればするほど大きく、溶湯にカルシウムを添加しない場合に難燃化のために用いられるSF6 ガス又はSO2 ガス消費量に比べて2/3未満に削減できる。
【0017】
シールガスであるSF6 ガス又はSO2 ガス消費量は、溶湯温度や保持時間、溶湯の表面積、溶湯上の空気層の厚さ、溶湯ポットの密閉度に依存すると共に、ガスの流し方、流出穴の個数、配置、向きの影響も大きい。また、溶湯表面の酸化物の状態やスラッジの状態等の溶湯の保持状態にも大きく依存する。従来、SF6 ガス2容量%以下程度で燃焼抑制できている管理状態に対して、本発明は有効で従来に比べて同じ比率程度でSF6 ガス又はSO2 ガス消費量を削減することができる。
【0018】
本発明において、SF6 ガスの消費量は、マグネシウム又はマグネシウム合金10kgに対して2cc/分未満、好ましくは1cc/分未満である。また、SO2 ガス消費量は、マグネシウム又はマグネシウム合金10kgに対して6cc/分未満、好ましくは4cc/分未満である。
【0019】
溶解炉の密閉度を従来以上に向上させた場合には、上記範囲の量のカルシウムを溶湯に添加すると溶解時やインゴットの投入時の密閉が破れる時以外は、SF6 ガス又はSO2 ガスを雰囲気中に流動させなくてもマグネシウム又はマグネシウム合金の燃焼は起こらない。但し、その場合でも燃焼が何らかのきっかけで始まる可能性は残っており、5分につき1分以下の間欠的にSF6 ガス又はSO2 ガスを溶解炉に送入する。この場合には、SF6 ガス又はSO2 ガスの送入量を、カルシウムを添加しない場合と同量とすることが望ましい。
【0020】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
【0021】
〔実施例1〜7及び比較例1〜3〕
溶湯温度650℃又は670℃のマグネシウム合金(亜鉛1.0重量%含有、AZ91合金)溶湯中に、表1に示す量のカルシウムを添加した。なお、比較例1はカルシウムを添加しなかった。この時の雰囲気ガス中のSF6 ガス濃度及び流量を表1に示す。なお、実施例7のガス流入の間欠は、5分のうち1分流動、4分停止を繰り返した。
【0022】
この際のSF6 ガス消費量(cc/分/10kg・Mg溶湯)を表1に示す。また、下記の方法によって、燃焼抑制試験を行うと共に、溶湯の状態を評価した。これらの結果を表1に示す。
【0023】
(燃焼抑制試験)
図1の装置を用い、マグネシウム合金を溶解し、10分に一度蓋を開け、100gのマグネシウム棒を投入して酸化被膜を破った。マグネシウム棒を投入の際に、蓋は約30秒開き、シールド性が破れる。120分まで経過させ、発火すれば×、ドロス量が増えれば△、清浄を保てば○とした。
【0024】
(溶湯状態)
スラッジが堆積して汚染し、発火しやすい状態とドロスが増え汚染が始まっていると状態と新地金を溶解直後の清浄状態の3段階で評価した。
【0025】
【表1】
【0026】
〔実施例8〜10及び比較例4〜5〕
溶湯温度670℃のマグネシウム合金(アルミニウム6.0重量%、マンガン0.2重量%含有、AM60合金)溶湯中に、表2に示す量のカルシウムを添加した。なお、比較例4はカルシウムを添加しなかった。この時の雰囲気ガス中のSF6 ガス濃度及び流量を表2に示す。
【0027】
この際のSF6 ガス消費量(cc/分/10kg・Mg溶湯)を表2に示す。また、実施例1と同様に燃焼抑制試験を行うと共に、溶湯の状態を評価した。これらの結果を表2に示す。
【0028】
【表2】
【0029】
〔実験例1〕
実施例3及び9と比較例1及び4の溶湯をダイカストし、丸棒試験片を調製し(評点間距離50mm、径6.35mm、JIS H 5301ダイカスト引張試験片)、クロスヘッド速度10mm/分、測定温度25℃、N(個数)=5で機械的強度(引っ張り強度、破断伸び)を測定した。結果を表3に示す。
【0030】
【表3】
【0031】
〔実施例11〜14及び比較例6〜8〕
溶湯温度650℃又は670℃のマグネシウム合金(亜鉛1.0重量%含有、AZ91合金)溶湯中に、表4に示す量のカルシウムを添加した。なお、比較例6及び7はカルシウムを添加しなかった。この時の雰囲気ガス中のSO2 ガス濃度及び流量を表4に示す。なお、実施例14のガス流入の間欠は、5分のうち1分流動、4分停止を繰り返した。
【0032】
この際のSO2 ガス消費量(cc/分/10kg・Mg溶湯)を表4に示す。また、実施例1と同様に燃焼抑制試験を行うと共に、溶湯の状態を評価した。これらの結果を表4に示す。
【0033】
【表4】
【0034】
〔実施例15及び比較例9〕
溶湯温度670℃のマグネシウム合金(アルミニウム6.0重量%、マンガン0.2重量%含有、AM60合金)溶湯中に、表5に示す量のカルシウムを添加した。なお、比較例9はカルシウムを添加しなかった。この時の雰囲気ガス中のSO2 ガス濃度及び流量を表5に示す。
【0035】
この際のSO2 ガス消費量(cc/分/10kg・Mg溶湯)を表5に示す。また、実施例1と同様に燃焼抑制試験を行うと共に、溶湯の状態を評価した。これらの結果を表5に示す。
【0036】
【表5】
【0037】
表1〜2及び表4〜5から明らかなように、実施例1〜15は、溶湯状態に拘わらず、SF6 ガス又はSO2 ガス消費量を低減でき、また燃焼を抑制することができる。また、表3から明らかなように、実施例3及び9の機械的強度は、カルシウムを含有しない比較例1及び4の機械的強度とほぼ同等である。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法は、金属又は合金特性を変化させることなしに、マグネシウムの燃焼を防止することができ、しかも環境性に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、実施例及び比較例で用いた試験装置の概略断面図。
Claims (4)
- 溶湯温度670℃以下のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯にカルシウムを合金成分として0.02〜0.1重量%添加し、かつ雰囲気中のSF6ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金10kgに対して2cc/分未満あるいはカルシウム無添加に比べて2/3未満に抑制し、
溶融を行う溶解炉を密閉状態とし、上記SF 6 ガスを該溶解炉に5分につき1分以下の間欠的に送入することを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法。 - 上記SF6ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金10kgに対して1cc/分未満とした請求項1に記載のマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法。
- 溶湯温度670℃以下のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯にカルシウムを合金成分として0.02〜0.1重量%添加し、かつ雰囲気中のSO2ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金10kgに対して6cc/分未満あるいはカルシウム無添加に比べて2/3未満に抑制し、
溶融を行う溶解炉を密閉状態とし、上記SF 6 ガスを該溶解炉に5分につき1分以下の間欠的に送入することを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法。 - 上記SO2ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金10kgに対して4cc/分未満とした請求項3に記載のマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法。
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