JP4332671B2 - 切削屑からの高耐食性マグネシウム合金及びその製造方法 - Google Patents
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(1)マグネシウム合金切削屑から、再生材としての耐食性マグネシウム合金を製造する方法であって、マグネシウム合金切削屑を圧密体とし、それを押出し温度573K以上723K以下、押出し比25以上400以下で、大気中にて熱間押出し成形すること、平均25μm又はそれより密の間隔で、押出し方向と平行に分布する酸化膜層(MgO及びAl 2 O 3 )を形成すること、を特徴とする耐食性マグネシウム合金の製造方法。
(2)添加合金元素の一部として、アルミニウムを2.5〜9.5mass%、亜鉛を0.5〜2.5mass%、マンガンを0.1〜0.5mass%含むマグネシウム合金の切削屑を使用することを特徴とする、前記(1)に記載の耐食性マグネシウム合金製造方法。
(3)出発材料のマグネシウム合金切削屑を脱脂洗浄することを特徴とする、前記(1)に記載の耐食性マグネシウム合金の製造方法。
(4)マグネシウムとの腐食電位の差が大きい元素の、銅、ニッケル及び鉄の混入を極力避けて耐食性の低下を防ぐことを特徴とする、前記(1)から(3)のいずれかに記載の耐食性マグネシウム合金製造方法。
(5)前記(1)から(4)のいずれかに記載の耐食性マグネシウム合金の製造方法を使用してマグネシウム合金切削屑から製造された耐食性マグネシウム合金であって、銅の混入が300ppm以下(重量比)、ニッケルの混入が20ppm以下(重量比)、鉄の混入がマンガンとの比で、Fe/Mn=0.032以下(重量比)であり、平均25μm又はそれより密の間隔で、押出し方向と平行に分布する酸化膜層(MgO及びAl 2 O 3 )を有することを特徴とする耐食性マグネシウム合金。
(6)マグネシウム合金切削屑におけるマグネシウム合金よりも耐食性が向上した耐食性マグネシウム合金であることを特徴とする、前記(5)に記載の耐食性マグネシウム合金。
(7)アルミニウムを2.5〜9.5mass%、亜鉛を0.5〜2.5mass%、マンガンを0.1〜0.5mass%含むことを特徴とする、前記(5)又は(6)に記載の耐食性マグネシウム合金。
(8)前記(5)から(7)のいずれかに記載の耐食性マグネシウム合金を構成要素として含むことを特徴とする構造部材。
本発明は、マグネシウム合金切削屑を圧密体とし、それを押出し温度573K以上723K以下、押出し比25以上400以下で、大気中にて熱間押出し成形して、耐食性マグネシウム合金とすることを特徴としている。本発明は、マグネシウム合金切削屑から耐食性マグネシウム合金を作製する手法として、圧密したマグネシウム合金切削屑を大気中で押出す方法に着目してなされたものである。本発明は、マグネシウム合金切削屑圧密体を、再溶解や予備成形することなく、直接熱間押出し成形に供することにより素形材を創製する方法に係るものである。鉄鋼分野では、切削屑を冷間圧縮によりプリフォーム成形し、その後に大気中で熱間鍛造に供する再生法が、古くから提唱されていた。本発明の方法は、加工法として熱間押出し成形を採用し、強いせん断変形を切削屑に付与することにより切削屑表面の酸化膜を破壊して、新生面同士による固相接合を強制化することを大きな特徴とするものである。
Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2
上式のように、MgがMg(OH)2となることにより、マグネシウムの腐食が進行する。本発明により作製される再生材の場合、押出し方向に平行に酸化物層が形成されるため、酸化物層が、上記反応の進行を抑制することになる。しかも、酸化物層を構成するMgO及びAl2O3は、非導電性物質であり、Mg合金内部に混入した場合でも、内部の腐食特性を劣化させるものでは無く、有効に腐食の進行を抑制することができる。
本実施例では、代表的なMg−Al−Zn系マグネシウム合金展伸材である、AZ31(Mg−3mass%Al−1mass%Zn−0.5mass%Mn)マグネシウム合金の切削屑を供試材として用いた。図2に、この切削屑の外観(写真)を示す。切削屑の長さ、幅、及び厚みは、それぞれ、12mm、2mm及び100μm(平均値)であった。切削屑を脱脂洗浄後、φ40mmのコンテナに充填し、押出し温度673Kで、大気中でφ6mmの熱間押出しを実施した。ここでの押出し比は、45であった。得られた再生材内部の酸化膜分布を評価するために、EPMA(electron probe microanalyzer)により、酸素分布のマッピングを実施した。図3に、その結果を示す。図によると、平均13.1μmの間隔で、強い酸素ピークが確認された。すなわち、この押出し材には、押出し方向と平行に、酸化物層が形成されていることが確認された。
実施例1で作製した切削屑からの再生材を利用して、φ6mm×L40mmの円柱状試料を作製した。また、比較例として、φ40mm×L40mmのAZ31バージン材円柱状試料を、熱間押出しに供し、実施例1と同様の加工履歴によって、φ6mm×L40mmの円柱状試料を作製した。それらの試料を、72時間のアルカリ性塩水腐食試験(JISH0541)に供し、腐食速度を測定した。切削屑から再生した再生材の腐食速度は、4.1mm/yearであるのに対し、バージン材からの押出し材の腐食速度は、8.4mm/yearであった。すなわち、これらの押出し材では、内部に酸化物を導入することにより、腐食速度が抑制可能であることが確認された。
(純Mg再生材の製造及びその腐食試験)
実施例1で利用したAZ31切削屑と同形状の、純Mg切削屑を、脱脂洗浄後にφ40mmのコンテナに充填し、押出し温度673Kで、大気中でφ6mmの熱間押出しを実施した。得られた純Mg再生材から、φ6mm×40mmの円柱状試料を作製し、72時間のアルカリ性塩水腐食試験(JISH0541)に供し、腐食速度を測定した。純Mg再生材の腐食速度は、33.5mm/yearであった。この値は、実施例2のAZ31切削屑再生材の腐食速度(4.1mm/year)の約8倍であり、AZ31において、アルミニウム、亜鉛、マンガンが所定量だけ添加することにより、腐食特性が向上することが確認された。
実施例1と同様の切削屑を利用し、脱脂洗浄した切削屑を、φ40mmのコンテナに充填し、押出し温度673Kで、大気中で熱間押出しを実施した。また、比較例として、同様の材質のバージン材(φ40mm×40mm)を、φ40mmのコンテナに挿入し、押出し温度673K、大気中で熱間押出しを実施した。それぞれの試料について、押出し径をφ6mm、φ4mm、φ3mm、φ2mmと変化させることにより、種々の押出し比の材料を作製した。これらの押出し径φ6mm、φ4mm、φ3mm及びφ2mmの試料の押出し比は、それぞれ、45、100、180及び400である。それぞれの試料より、長さ40mmの試験片を作製し、72時間のアルカリ性塩水腐食試験(JISH0541)に供し、腐食速度を測定した。
実施例1と同様の切削屑を利用し、脱脂洗浄した切削屑をφ40mmのコンテナに充填し、押出し温度673Kで、大気中でφ6mmの熱間押出しを実施した。このようにして再生した試料(No.1)を再度、実施例1と同様の形状の切削屑に加工し、次いで、脱脂洗浄した切削屑をφ40mmのコンテナに充填し、押出し温度673Kで、大気中でφ6mm の熱間押出しを実施した。これらの操作を、3回繰り返して作製した試料(No.2)、5回繰り返して作製した試料(No.3)の、組成分析を行なった。表2に、組成分析の結果を示す。表2において、AZ31切削屑再生材(No.1)は、実施例1において作製した試料である。表2の組成分析結果から、再生を繰り返すと、工具からの汚染により、鉄濃度が上昇することが分かった。
Claims (8)
- マグネシウム合金切削屑から、再生材としての耐食性マグネシウム合金を製造する方法であって、マグネシウム合金切削屑を圧密体とし、それを押出し温度573K以上723K以下、押出し比25以上400以下で、大気中にて熱間押出し成形すること、平均25μm又はそれより密の間隔で、押出し方向と平行に分布する酸化膜層(MgO及びAl 2 O 3 )を形成すること、を特徴とする耐食性マグネシウム合金の製造方法。
- 添加合金元素の一部として、アルミニウムを2.5〜9.5mass%、亜鉛を0.5〜2.5mass%、マンガンを0.1〜0.5mass%含むマグネシウム合金の切削屑を使用することを特徴とする、請求項1に記載の耐食性マグネシウム合金製造方法。
- 出発材料のマグネシウム合金切削屑を脱脂洗浄することを特徴とする、請求項1に記載の耐食性マグネシウム合金の製造方法。
- マグネシウムとの腐食電位の差が大きい元素の、銅、ニッケル及び鉄の混入を極力避けて耐食性の低下を防ぐことを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の耐食性マグネシウム合金製造方法。
- 請求項1から4のいずれかに記載の耐食性マグネシウム合金の製造方法を使用してマグネシウム合金切削屑から製造された耐食性マグネシウム合金であって、銅の混入が300ppm以下(重量比)、ニッケルの混入が20ppm以下(重量比)、鉄の混入がマンガンとの比で、Fe/Mn=0.032以下(重量比)であり、平均25μm又はそれより密の間隔で、押出し方向と平行に分布する酸化膜層(MgO及びAl 2 O 3 )を有することを特徴とする耐食性マグネシウム合金。
- マグネシウム合金切削屑におけるマグネシウム合金よりも耐食性が向上した耐食性マグネシウム合金であることを特徴とする、請求項5に記載の耐食性マグネシウム合金。
- アルミニウムを2.5〜9.5mass%、亜鉛を0.5〜2.5mass%、マンガンを0.1〜0.5mass%含むことを特徴とする、請求項5又は6に記載の耐食性マグネシウム合金。
- 請求項5から7のいずれかに記載の耐食性マグネシウム合金を構成要素として含むことを特徴とする構造部材。
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