JP4382389B2

JP4382389B2 - マグネシウム又はマグネシウム合金製製品の製造方法

Info

Publication number: JP4382389B2
Application number: JP2003137363A
Authority: JP
Inventors: 好純福田
Original assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: TWI288032B; EP1623824B1; JP2004338218A; CN1780734B; TW200505608A; CA2525068A1; EP1623824A4; US20060216522A1; EP1623824A1; HK1087981A1; CN1780734A; WO2004101271A1; CA2525068C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱塑性加工に適したマグネシウム又はマグネシウム合金製複合材料を用いたマグネシウム又はマグネシウム合金製製品の製造方法に関するものであり、詳細には、容易に加熱塑性加工しうる樹脂とマグネシウム（合金）との複合材料を用いたマグネシウム又はマグネシウム合金製製品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、比強度、熱拡散性等について優れた特性を有することで知られるマグネシウム板あるいはマグネシウム合金板は塑性加工、特に、冷間（室温）で塑性加工することが困難であった。このため、ノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器の筐体など、軽量性、高剛性、電磁波シールド性、放熱性などの特性が要求される製品に好適ではあるものの、深絞り、リブやボスなど複雑な形状の成形など、加工度の高い成形が難しいという問題点があり、複雑な構造部位については塑性加工後、塑性加工以外の切削等の加工又は部品接合が必要になり、加工コストを含む生産性に劣っていた。
【０００３】
塑性加工性を向上させる方法としては、金属材料或いは成形に用いる金型の少なくとも一方に潤滑剤を塗布した後、加熱塑性加工する方法や、金属材料と金型との間にフッ素樹脂シートを介在させて加熱塑性加工する方法が行なわれている。しかしながら、潤滑剤を塗布した後、加熱すると潤滑剤が温度によっては表面に焼き付くなどの事態を引き起こす懸念があり、加工後に潤滑剤を完全に除去するのが困難であった。また、フッ素樹脂シートは表面エネルギーが低く、金属材料や金型に密着し難く、複雑な形状の成形が困難で、高い加工性を要求される場合には不適切であるという問題があった。また、いずれの方法も加工後に表面保護のための処理を必要とする。
【０００４】
マグネシウム材料に加工度の高い成形を行なうという目的に対して、潤滑剤や樹脂シートを加工時に介在させる方法は上記のような問題点を有するため、近年、樹脂と金属の一体複合成形が提案されている。例えば、金属板に熱可塑性樹脂を被覆したものをプレス成形し、熱可塑性樹脂層側にリブやボスなどをインモールド成形にて取り付ける技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、金属部品に耐熱ゴム系接着剤を塗布するか、ポリウレタン系等のホットメルト接着剤を塗布し、その接着剤層上にリブ、ボスを形成する位置に樹脂を射出成形する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
上記の各技術は、目的の部品１ピース毎に射出成形する熱可塑性樹脂とその樹脂と金属材料との接着性向上処理が必要であり、例えば、前者では、必要な成形を行なうために、塑性加工とインモールド成形の２工程を必要とし、後者では、所定の位置への接着剤の塗布工程と、インモールド成形の２工程を必要とし、製造工程が複雑で生産性が低く、且つ、射出成形する熱可塑性樹脂の材質の選択肢が狭い等の問題があった。
さらに、リブなどをインモールド成形するのに適する耐熱性の低い樹脂を用いた場合、マグネシウム（合金）の塑性加工に必要な加熱条件では均一な被膜は維持し難く、高温の加熱を伴う塑性加工には適用できないという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３１５１６２号公報
【特許文献２】
特開平７−１２４９９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点を考慮した本発明の目的は、深絞り、リブやボスの形成など、複雑な形状や高い加工度を必要とする場合であっても、潤滑剤などを使用することなく、容易に加熱塑性加工による成形を行うことができる、加熱塑性加工に好適なマグネシウム（合金）複合材料を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そのような複合材料を用いて加熱塑性加工により得られたマグネシウム（合金）塑性加工品を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、検討の結果、融点或いは熱分解温度が１５０℃以上の耐熱性樹脂からなる被覆層を有するマグネシウム板又はマグネシウム合金板を、１００℃〜３５０℃の加熱条件で塑性加工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製製品の製造方法によって前記課題を解決し得ることを見出した。ここで、前記耐熱性樹脂が、熱硬化性樹脂であることが好ましく、なかでも、熱硬化性のポリイミド系樹脂であることが好ましい態様である。また、被覆層の厚みは、１〜２５０μｍの範囲にあることが効果の観点から好ましい。
なお、本明細書においては、「マグネシウム又はマグネシウム合金」を「マグネシウム（合金）」と表示することがある。
【０００９】
このような耐熱性樹脂被覆層を有するシート状の複合材料は、塑性加工品（成形体）を得る目的で加熱した金型を用いて塑性加工をする際に、樹脂被覆層が金属材料と金型との間に介在することで金属板表面への金型からの直接的な応力を緩和すると共に、金属に比較して柔軟な樹脂被覆層が被加工物と金型との摩擦力を低下させる潤滑剤としての機能を果たすため、潤滑剤や樹脂シートの介在なしでは塑性加工が困難なマグネシウム（合金）板を用いた場合にも、複雑な形状の塑性加工品を容易に得ることがきでる。
この目的で樹脂被覆層に用いられる樹脂は、耐熱性に優れたものであることを要する。即ち、樹脂被覆層は塑性加工時の加熱条件下においても、溶融或いは熱分解することなく被覆層の形状を維持することが重要であり、例えば、樹脂被覆層自体がある程度軟化していてもよいが、流動状態となって塑性加工時に流失したり、熱分解や炭化により樹脂被覆層の機能を失うものは本発明の効果を奏し得ないことから、少なくとも、融点或いは熱分解温度が１５０℃以上の耐熱性樹脂を用いることを要する。さらに２５０℃以上の融点或いは熱分解温度の耐熱性樹脂を用いることがより好ましい。このような樹脂被覆層の存在により、潤滑剤を用いずに加熱塑性加工が可能となるため、通常加工後に行なわれる、脱脂、洗浄などの潤滑剤除去工程が不要となる。
【００１０】
なお、この樹脂被覆層は少なくとも片面に設けられればよいが、両面に設けられることが好ましい。特に、複雑な凹凸を有する金型を用いて加工度の高い加熱塑性加工を行なう場合には、両面の金型との接触面で本発明の効果を発現することが好ましい。
また、塑性加工の終了後も表面に樹脂被覆層を有するため、通常、塑性加工後に実施される表面の酸化や傷付きを防止するための表面処理が不要になるという利点をも有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体例をあげて詳細に説明する。
図１は、厚さ０．１ｍｍのマグネシウム合金板１２の両面にポリイミド樹脂からなる厚さ１０μｍの樹脂被覆層１４が形成された本発明の複合材料１０の一態様を示す概略断面図である。マグネシウム（合金）板上に樹脂被覆層を形成するには、公知の方法を適用すればよく、具体的には、マグネシウム（合金）板表面に樹脂材料を塗工して被膜形成する塗布方法と、樹脂を主成分とするフィルムを予め形成し、そのフィルムをラミネートするラミネート方法が代表的なものとして挙げられる。
【００１２】
本発明の複合材料の構成及び製造方法を順次説明する。
まず、マグネシウム（合金）をシート状に成形して基板とする。このシートの厚みは成形品の特性に応じて適宜選択されるが、塑性加工における加工性の観点からは、０．０３〜５．０ｍｍの範囲であることが好ましい。
シート状の基板を常法により洗浄、脱脂して表面の汚れや油分を除去する。その後、樹脂被覆層との接着性向上のための前処理、例えば、接着性向上剤の塗布、表面の疎面化処理等を施してもよい。
なお、本態様では塑性加工される材料としてシート状の基板を用いる場合を説明するが、被加工材料はこれに限定されず、コイル状のマグネシウム（合金）基材などの成形に適用することもできる。
【００１３】
樹脂被覆層を塗布法により形成する場合には、基板表面に、加熱溶融した樹脂或いは適当な溶媒に分散或いは溶解した樹脂溶液（分散液）を常法により塗布し、加熱溶融の場合には室温まで冷却し、溶液塗布法による場合には、乾燥により溶媒を除去して、樹脂被覆層を形成する方法をとることができる。
液状の樹脂組成物を塗布する場合、塗布方法としては、種々の方法を用いることができる。例えば、スプレー塗布、ディップ塗布、バーコーター塗布、ロールコーター塗布、カーテン塗布、エアーナイフ塗布、ブレード塗布等が挙げられる。
本発明においては、薄く均一な樹脂被覆層を設けることが効果の観点から好ましく、その目的からは、バーコーター塗布、ロールコーター塗布、ブレード塗布が好適である。
一方、樹脂を粉末状組成物として基材表面に適用する場合は、静電粉体塗装等によりコーティング後、オーブンなどで焼成して製膜することもできる。
また、電着塗装も好適に使用することができる。
【００１４】
その後、ラミネート法により耐熱樹脂層を形成する場合、所望により接着剤を塗布し、樹脂フィルムをラミネートにより基板に接着して樹脂被覆層を形成する。樹脂フィルムは用いる樹脂の特性に合わせた公知の製法により、形成する樹脂被覆層の厚みに適合するように製膜する。得られた樹脂フィルムを基板にラミネートする工程においては、樹脂被覆層の密着性向上の目的で、加熱、圧着することが好ましい。加熱温度は樹脂の特性により適宜選択できる。加熱、圧着は、通常、基板と樹脂フィルムとを積層し、少なくとも一方に加熱手段を備えた一組の加圧ロールにより行なわれる。
【００１５】
樹脂被覆層の厚みは、成形体の特性、基板の厚み、加工する形状、用いる樹脂の種類などにより適宜選択し得る。なお、樹脂被覆層は薄く、均一であることにより、塑性加工時における金属板の割れが抑制されて塑性加工が容易になり、また、加工後にマグネシウム（合金）が有する金属光沢や触感（手触り）などの質感や振動特性などの物性を損ない難いという利点があり、さらに加工性向上などを考慮すれば、樹脂被覆層の厚みは１μｍ〜２５０μｍ程度であることが好ましい。
樹脂被覆層は、マグネシウム（合金）基板の少なくとも片面に設ければよいが、基板の両面に設けることが好ましい。マグネシウム（合金）は、酸化されやすいため、加工前の保存時や加工後においても、表面保護に種々の対策を取る必要があるが、本発明の如く表面に樹脂被覆層が存在する場合、基板表面に直接空気（酸素）が接触することがなく、酸化される懸念がないため、取扱い雰囲気の制御が不要となり、ハンドリング性が一層向上するという利点をも有するものである。
【００１６】
本発明において、耐熱性樹脂被覆層を形成する樹脂としては、塑性加工時の処理温度条件下においても樹脂被覆層としての形状を維持することが必要であり、このため、具体的には、融点或いは熱分解温度が１５０℃以上の耐熱性樹脂を用いることを要するが、当該条件下で表面は軟化していてもよい。
なお、耐熱性樹脂は、融点或いは熱分解温度が１５０℃以上であれば、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよいが、なかでも、常温では液状をなし、加熱により薄く均一な被膜が形成され、塑性加工における加熱によっても被膜特性が変化しにくいといった観点から、熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。
以下に、本発明において耐熱性樹脂被覆層を形成するのに好適な樹脂の具体例を挙げるが本発明はこれらに制限させるものではない。
【００１７】
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
特に、マグネシウム(合金）は表面酸化されやすく、加熱加工時の酸化部位で破断したり、加工後に表面酸化層を除去することでその領域の強度が低下するなどの懸念があり、塑性加工時の加熱条件下においても、樹脂被覆層が傷つき難く、十分な硬さと伸張性を有することにより金属表面が保護されることが好ましく、この観点からは、自己潤滑性に優れたポリイミド系樹脂が好ましい。ポリイミド系樹脂は、マグネシウム（合金）板表面の金属光沢を生かすことができる透明性を有し、燃焼してもダイオキシン等の有害物質を発生しにくいという利点をも有する。
なかでも、分子内に環状構造を導入することで熱分解温度が３００℃を超える樹脂が得られるポリイミド系樹脂が好ましく、ラクトン化合物と塩基とからなる酸触媒存在下でテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを重縮合して得られるブロック共重合ポリイミドなどが好ましく使用できる。
【００１８】
また、熱可塑性樹脂であっても、エンジニアリングプラスチックとして汎用の耐熱性樹脂であれば本発明に用いることができる。具体的には例えば、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられる。
本発明の樹脂被覆層を構成する樹脂はこれらのなかから目的に応じて選ぶことができる。これらは１種のみを用いてもよく、また、２種以上を併用してもよい。さらに、耐熱性向上剤などを添加したり、架橋剤を添加して樹脂の架橋密度を向上させることで耐熱性を向上させたものを用いてもよい。
【００１９】
上記のようにして得られた本発明の複合材料は、塑性加工を施されて成形品（塑性加工品）となる。塑性加工工程においては、前記複合材料の樹脂被覆層を有する面を金型と接するようにセットし、金型を１００〜３５０℃に加熱しながら金属プレス成形を行い、目的とするマグネシウム（合金）の塑性加工品を得る。この様にして得られた塑性加工品は、マグネシウム（合金）板の塑性加工性が改良されているため、深絞り加工やリブやボス等の細かい部材を有する部分の成形なども加熱塑性加工の一体成形で形成することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
（実施例１）
厚さ０．１ｍｍのマグネシウム合金板（ＡＺ３１）の表面を脱脂、酸洗浄処理した後、表面にポリイミド樹脂（重量平均分子量：７０，０００、熱分解温度：４２０℃）を塗布法により適用した後、２５０℃で３０分加熱して硬化させ、マグネシウム合金板１２の両面に厚さ１０μｍのポリイミド樹脂被覆層１４を形成してなる図１に示す如き複合材料１０を得た。
この複合材料１０を３００℃に加熱した金型を用いてプレス成形し、図２に示す如き直径３０ｍｍ、高さ１５ｍｍのスピーカ振動板用ドーム状加工品を成形した。
成形後の加工品の外観を目視にて観察したところ、割れがなく、塑性加工による外観の劣化は見られず、良好な塑性加工性を示すことがわかった。
【００２１】
（比較例１）
樹脂被覆層に用いる樹脂をポリエステル樹脂（重量平均分子量：４０，０００、融点：１００℃）に変えた他は実施例１と同様にして、マグネシウム合金板の両面にポリエステル樹脂被覆層を形成してなる複合材料を得た。
この複合材料を実施例１と同様にして塑性加工した。
成形後の加工品の外観を目視にて観察したところ、樹脂被覆層の溶融や部分的剥離、マグネシウム合金表面の酸化がみられた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、深絞り、リブやボスの形成など、複雑な形状や高い加工度を必要とする場合であっても、潤滑剤などを使用することなく、容易に加熱塑性加工で成形を行い得る樹脂とマグネシウム（合金）との複合材料を提供することができる。また、本発明の複合材料を用いることで、容易に複雑な形状のマグネシウム（合金）の加熱塑性加工品を得ることができ、加工後の表面処理を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マグネシウム合金板表面にポリイミド樹脂からなる樹脂被覆層が形成された本発明の複合材料の一態様を示す概略断面図である。
【図２】実施例１で形成したドーム状の塑性加工品を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０複合材料
１２マグネシウム合金板（基板）
１４耐熱性樹脂からなる被覆層（樹脂被覆層）

Claims

融点或いは熱分解温度が１５０℃以上の耐熱性樹脂からなる被覆層を有するマグネシウム板又はマグネシウム合金板を、１００℃〜３５０℃の加熱条件で塑性加工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製製品の製造方法。