JP4596580B2 - マグネシウム合金の鋳造法及び鋳造品 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金型焼付きが生じやすいマグネシウム合金の鋳造法及び鋳造品に関し、より詳しくは、本発明は、特に自動車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し、金型焼付きが生じやすいマグネシウム合金の鋳造法及び鋳造品に関する。
【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、家電製品の筐体、特に、携帯用製品、例えばノート型パーソナルコンピュータ、プロジェクター、携帯電話、デジタルビデオカメラ、ＭＤウオークマン（登録商標）、カメラ等の携帯商品の筐体、自動車の各種ケース部品等の製造材料が樹脂材料からマグネシウム系材料、アルミニウム系材料等の軽量金属へと変わり、特に軽薄短小のトレンドの中で、金属としての剛性を有しながら実用軽量金属中最も密度の小さい軽量マグネシウム系材料の採用が相次いでいる。
【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、低圧鋳造法、重力鋳造法、チキソモールディング等の金属射出成形法等の金型鋳造法が一般的である。これらの金型鋳造法では金型焼付きを抑制して離型性を確保するため各種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、鋳造を繰り返すにつれて金型のキャビティ側表面に僅かずつ溶損、摩耗が進行して焼付きが生じ易くなり、これが金型鋳造法の生産性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、チキソモールディング等の金属射出成形法による家電製品の筐体、特に、ノート型パーソナルコンピュータ、プロジェクター、携帯電話、デジタルビデオカメラ、ＭＤウオークマン（登録商標）、カメラ等の携帯用製品の筐体の薄肉部品の製造においては、金型への充填性の確保のために高い射出圧力、高い射出速度、高い金型温度、高い溶湯温度で鋳造することになり、このような条件下での鋳造においては特に金型への焼付きが問題となっている。
【０００５】
また、高温及び室温でのクリープ特性を改善するためにカルシウム、希土類金属、ケイ素を含有する合金のように、金型焼付きを生じやすい合金の鋳造においても金型への焼付きが問題になる。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、カルシウム、希土類金属、ケイ素を含有する合金のように、金型焼付きを生じやすい合金の鋳造、特に自動車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し、金型焼付きが生じやすいマグネシウム合金鋳造品の鋳造法及び鋳造品を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記の目的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、金型材である鉄と高速、高圧で流動するマグネシウム合金の溶湯との間で金属間化合物を生成する化学反応であり、金型及び溶湯の双方の温度、溶湯が金型に衝突する際の速度及び圧力、溶湯中の成分と鉄との化学的親和力等の因子により焼付き性が決まることを知見した。
【０００８】
しかしながら、これらの鋳造条件因子については出来るだけ広い範囲を確保することが望ましく、また現実の鋳造においては、上記したように、金型焼付きが一層生じ易い方向に技術が進行している。そこで本発明者等は金型材の鉄と溶湯との接触そのものを避けること、特に焼付きが生じ易いゲート部直後の領域での金型材の鉄と溶湯との接触そのものを避けることが重要であると考えた。そのような接触を避けるためには、金型のキャビティ側表面の少なくとも一部に事前に鉄以外の溶湯との反応がゆるやかな材料からなる層を設けておき、且つ金型及び溶湯の双方の温度、溶湯が金型に衝突する際の速度及び圧力を調整することが有効であることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
即ち、本発明のマグネシウム合金の鋳造法は、
ｉ）アルミニウム１〜１０重量％、
ii）希土類元素０．２〜５重量％、カルシウム０．０２〜５重量％、及びケイ素０．２〜１０重量％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０．２〜１．５重量％
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の鋳造法において、コールドチャンバー型ダイカスト機を用い、金型のキャビティ側表面の少なくとも一部に溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法又は溶接肉盛法によって形成された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種を含むコーティング層が設けられている耐焼付き性に優れた鋳造用金型を用い、マグネシウム合金の溶湯温度を６５０〜７５０℃とし、キャビティへの充填時間を１／１００〜１０／１００秒とし、充填後の増圧を２００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上とし、金型温度を１５０〜３５０℃としてマグネシウム合金を鋳造することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のマグネシウム合金の鋳造品は、上記の鋳造法によって製造できるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のマグネシウム合金の鋳造法で用いる鋳造用金型（以下、説明の簡略化のために単に本発明の鋳造用金型と記載する）の構成及びその作製法、マグネシウム合金の鋳造法、鋳造法で用いることのできるマグネシウム合金の種類等について詳細に説明する。
【００１２】
本発明の鋳造用金型においては、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種を含むコーティング層が、金型のキャビティ側表面の少なくとも一部に設けられており、即ち、全面に設けられていても、焼付きが生じ易い部分のみに設けられていても良く、このことにより耐焼付き性に優れた鋳造用金型となっている。
【００１３】
このような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種を含むコーティング層は、溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、溶接肉盛法によって金型のキャビティ側の少なくとも一部の表面に直接に設けられていてもよく、或いは、熱衝撃によるコーティング層の剥離を避けるために、事前に、表面に溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、溶接肉盛法によって設けられたそのようなコーティング層を有する金属板を、金型のキャビティ側面の少なくとも一部に設けた凹部に付着、装着させて金型のキャビティ側表面の少なくとも一部を形成させることによって設けられていてもよい。
【００１４】
本発明の鋳造用金型においては、高融点金属がＷ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆからなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、また、セラミックスがＭｇＯ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＴｉＯ₂ 、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＣ、ＷＣ、ＭｏＯ₂ 及びＺｒＯ₂ からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。しかし、これらの高融点金属、セラミックスに限定されるものではない。
【００１５】
本発明のマグネシウム合金の鋳造法で用いるマグネシウム合金は、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得ることができる、
ｉ）アルミニウム１〜１０重量％、
ii）希土類元素０．２〜５重量％、カルシウム０．０２〜５重量％、及びケイ素０．２〜１０重量％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０．２〜１．５重量％
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であり、これらのマグネシウム合金は公知である。
【００１６】
本発明の鋳造法においては、コールドチャンバー型ダイカスト機を用い、前記の耐焼付き性に優れたマグネシウム合金鋳造用金型を用い、マグネシウム合金の溶湯温度を６５０〜７５０℃、好ましくは６５０〜７１０℃とし、キャビティへの充填時間を１／１００〜１０／１００秒、好ましくは１／１００〜５／１００秒とし、充填後の増圧を２００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、好ましくは４００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上とし、金型温度を１５０〜３５０℃、好ましくは１８０〜２８０℃としてマグネシウム合金を鋳造することが好ましい。このような条件下で鋳造することにより肉厚が１．５ｍｍ以下の部分を有するダイカスト製品を鋳造することが可能となる。
【００１７】
【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。
【００１８】
実施例１
自動車部品を模した３００ｍｍ×３００ｍｍ×１８０ｍｍで肉厚３ｍｍの箱型の試作品を鋳造することができ、溶湯がゲート部直後で金型のキャビティ側表面に直接垂直近くで当たる形状となっている金型を用意した。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溶湯が直接垂直近くで当たる領域にＭｏ合金を溶射してコーティング層を形成させることにより本発明の鋳造用金型を得た。
【００１９】
実施例２
実施例１で用いた金型と同一形状の金型を用い、実施例１で用いたＭｏ合金の代りにＷ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ又はＨｆ或いはそれらの何れかの金属の合金を用いて実施例１と同様に溶射して本発明の鋳造用金型を得た。
【００２０】
比較例１
実施例１で用いた金型と同一形状の金型であるが、金型のキャビティ側表面にコーティング層を持たない金型を比較例１とした。
【００２１】
実施例３
１００ｍｍ×１００ｍｍで深さ７ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの箱型の試作品を鋳造することができ、溶湯がゲート部直後で金型のキャビティ側表面に直接垂直近くで当たる形状となっている金型を用意した。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均一深さの浅い凹部を形成した。一方、この凹部の平面形状と同一の平面形状を持ち、この凹部の深さとほぼ同一の厚さ（厳格には、コーティング層を設けた時に同一の厚さになる）を持つ鉄板の表面にＣＶＤ法によりＴｉＣＮ（ＴｉＣとＴｉＮとの混合物）からなるコーティング層を形成させた。この鉄板を上記の凹部に嵌め込んで本発明の鋳造用金型を得た。
【００２２】
比較例２
実施例３で用いた金型と同一形状の金型であるが、表面にコーティング層を持たない鉄板を凹部に嵌め込んだ金型を比較例２とした。
【００２３】
比較例３
マグネシウム合金として、焼付き要因となるＲＥ（ミッシュメタル）及び／又はカルシウム及び／又はケイ素含有率の高い
合金１＝Ｍｇ−５Ａｌ−２Ｃａ−２ＲＥ−０．２Ｍｎ、
合金２＝Ｍｇ−５Ａｌ−４Ｃａ−０．２Ｍｎ、
合金３＝Ｍｇ−５Ａｌ−４ＲＥ−０．２Ｍｎ、
合金４＝Ｍｇ−５Ａｌ−８Ｓｉ−０．２Ｍｎ
のいずれかを用い、コールドチャンバー型ダイカスト機として宇部製の６５０ｔ機を用い、比較例１の金型を用い、金型のキャビティ側表面にタルク系離型剤（花野商事製）をショット毎に塗布し、合金溶湯温度を７００℃とし、キャビティへの充填時間を５／１００秒とし、充填後の増圧を５００ｋｇｆ／ｃｍ² とし、金型温度を２５０℃とし、ダイカスト鋳造時の金型内の空気圧を５０ｍｍＨｇとして、自動車部品を模した３００ｍｍ×３００ｍｍ×１８０ｍｍで肉厚３ｍｍの箱型の試作品の鋳造を実施した。これらの鋳造においては４種の合金とも１０ショット目以内に焼付きが発生した。
【００２４】
実施例４
比較例３で用いた比較例１の金型の代りに実施例１で得た金型を用いた以外は比較例３と同様にして鋳造した。これらの鋳造においては４種の合金とも３０００ショットの鋳造を実施したが、いずれも焼付きは発生せず、連続的に鋳造することができた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のマグネシウム合金の鋳造法は、特に自動車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し、金型焼付きが生じやすいマグネシウム合金の鋳造に適しており、より安価に高品質なマグネシウム合金鋳造品の製造が可能になった。

Claims (4)

1. ｉ）アルミニウム１〜１０重量％、
   ii）希土類元素０．２〜５重量％、カルシウム０．０２〜５重量％、及びケイ素０．２〜１０重量％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０．２〜１．５重量％
   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の鋳造法において、コールドチャンバー型ダイカスト機を用い、金型のキャビティ側表面の少なくとも一部に溶射法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法又は溶接肉盛法によって形成された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種を含むコーティング層が設けられている耐焼付き性に優れた鋳造用金型を用い、マグネシウム合金の溶湯温度を６５０〜７５０℃とし、キャビティへの充填時間を１／１００〜１０／１００秒とし、充填後の増圧を２００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上とし、金型温度を１５０〜３５０℃としてマグネシウム合金を鋳造することを特徴とするマグネシウム合金の鋳造法。
2. 表面に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種を含むコーティング層を有する金属板が、金型のキャビティ側面の少なくとも一部に付着、装着されていて金型のキャビティ側表面の少なくとも一部を形成している耐焼付き性に優れた鋳造用金型を用いる請求項１記載のマグネシウム合金の鋳造法。
3. 高融点金属がＷ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆからなる群より選ばれる少なくとも１種であり、セラミックスがＭｇＯ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＴｉＯ₂ 、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＣ、ＷＣ、ＭｏＯ₂ 及びＺｒＯ₂ からなる群より選ばれる少なくとも１種である耐焼付き性に優れた鋳造用金型を用いる請求項１又は２記載のマグネシウム合金の鋳造法。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の鋳造法によって製造できるマグネシウム合金の鋳造品。