JP4963527B2

JP4963527B2 - 成形加工用マグネシウム合金板、マグネシウム合金容器およびマグネシウム合金容器の製造方法

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Publication number: JP4963527B2
Application number: JP2005170770A
Authority: JP
Inventors: 正雄駒井; 興吉岡
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: JP2006051801A

Description

本発明は、成形加工用マグネシウム合金板、マグネシウム合金容器およびマグネシウム合金容器の製造方法に係り、特に絞り成形性に優れた成形加工用マグネシウム合金板、限界絞り比３．５以下で絞り成形されてなるマグネシウム合金容器、および限界絞り比３．５以下で絞り成形することを特徴とするマグネシウム合金容器の製造方法に関する。

モバイル通信機器やノートパソコンなどの携帯用電子機器においては軽量化が常に求められており、これらの機器の外装ケースとして軽量金属であるマグネシウム合金が用いられている。しかし、マグネシウム合金は加工性に乏しく、高絞り比で絞り成形する低絞り率の容器を得ることが極めて困難である。このような難加工性のマグネシウム合金を絞り加工するため、絞り成形加工装置のダイ、パンチ、シワ押え部材の温度を１５０〜４００℃程度まで加熱して絞り成形加工する方法（例えば、特許文献１参照）、ダイ、パンチ、ブランクホルダーを加熱し、これらの成形加工工具を介してマグネシウムを再結晶温度域まで加熱し、その加熱によりマグネシウムが再結晶して軟化し塑性変形しやすい焼鈍効果を誘発させながらマグネシウムブランクを箱状に熱間深絞りするマグネシウム合金製ハードケースの製造方法（例えば、特許文献２参照）などの成形加工時にマグネシウム合金を加熱する方法や、ポンチとダイの少なくとも一方の表面に、マグネシウム材の板より軟質の純マグネシウム、純アルミニウム、樹脂などの板を取り付けて塑性加工を行う方法（例えば、特許文献３参照）、加熱したマグネシウム薄板の上下面に断熱材としてテトラフルオロエチレンシートを設置して、高温でプレス成形する方法（例えば、特許文献４参照）などが提案されている。これらの提案に示されているように、マグネシウム合金に絞り加工などの成形加工を施す場合は、再結晶温度域まで加熱することが不可欠である。

さらに、加工を容易にするため潤滑剤を使用することも提案されている。例えば、プレス金型の型表面に、チタンナイトライド、ダイヤモンドライクカーボンなどの超硬質膜をコーティング処理により形成させる方法（例えば、特許文献５参照）、生分解性油脂、防錆・潤滑剤、極圧添加剤、さらに有機亜鉛化合物、有機モリブデン系化合物を含有してなるマグネシウム合金またはアルミニウム合金用塑性加工油を用いて成形加工する方法（例えば、特許文献６参照）が提案されている。しかし、これらの方法はいずれも冷間加工で成形加工する場合に用いられており、上記の例におけるように、２００℃を超える加工温度で成形加工する場合には有効な潤滑効果が得られない。

本発明に関する先行技術文献として以下のものがある。

特開２００３−２９０８４３号公報特開２００２−２５４１１５号公報特開２００１−３００６４３号公報特開平０６−３２８１５５号公報特開２００３−１５４４１８号公報特開２００３−１０５３６４号公報

本発明は、３５０℃以下の温度域で優れた潤滑効果を発現し、潤滑油や二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を用いることなく、高い絞り比の容器を得ることが可能な成形加工用マグネシウム合金板、それを用いたマグネシウム合金容器、および高い絞り比の容器を得ることが可能なマグネシウム合金容器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するため、
（１）本発明は、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性アクリル樹脂、水溶性エポキシ樹脂のいずれか１種、または２種以上からなる有機樹脂をマグネシウム合金板表面に直に被覆してなり、
前記有機樹脂は、シランカップリング剤、コロイダルシリカ、潤滑剤のいずれか１種、または２種以上を含有してなり、
２００〜３５０℃の温間加工温度範囲における成形加工用マグネシウム合金板であることを特徴とする。
（２）上記（１）において、前記有機樹脂は、耐熱性付与剤を含有してなることを特徴とする。
（３）上記（２）において、前記耐熱性付与剤は、シロキサン化合物であることを特徴とする。

また、本発明のマグネシウム合金容器は、
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の成形加工用マグネシウム合金板を絞り加工してなることを特徴とする。
（５）上記（４）において、限界絞り比が３．５以下であることを特徴とする。

そして本発明のマグネシウム合金容器の製造方法は、
（６）上記（１）〜（３）のいずれかの成形加工用マグネシウム合金板を、２００〜３５０℃の温度範囲で絞り比３．５以下で絞り加工することを特徴とする。

本発明の成形加工用マグネシウム合金板は、潤滑性を有する有機樹脂をマグネシウム合金板表面に被覆してなるので、高加工度でマグネシウム合金容器に製造することが可能であり、特に有機樹脂にシロキサン化合物などの耐熱性付与剤を含有させた場合は、特に２００〜３５０℃の温間加工温度域で優れた潤滑効果が発現し、絞り比が３．５以下の高加工度でマグネシウム合金容器に成形加工することが可能となる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の成形加工用マグネシウム合金板の基板となるマグネシウム板としては、純マグネシウム板や、合金成分としてアルミニウムを１．０〜９．０重量％、亜鉛を０．５〜６．０重量％、マンガンを０．０５〜２．０重量％含有してなり、残部がマグネシウムおよび不可避的不純物からなるマフネシウム合金からなり、結晶粒径が２〜５０μｍ、より好ましくは２〜１０μｍであり、板厚が０．０５〜２．０ｍｍのものであることが好ましい。これらのマグネシウム合金板表面に有機樹脂を被覆して、成形加工用マグネシウム合金板とする。

マグネシウム合金板表面に被覆する有機樹脂としては、水溶性または水分散性樹脂であることが好ましく、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性アクリル樹脂、水溶性エポキシ樹脂のいずれかであることが好ましい。これらの有機樹脂は１種のみで用いることもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。

これらの有機樹脂は樹脂単独で上記のマグネシウム板に塗布乾燥して皮膜形成させて用いてもよいが、成形加工性や耐食性を向上させるために、下記に示す物質を有機樹脂に含有させて用いてもよい。シランカップリング剤を含有させることにより、有機樹脂皮膜のマグネシウム板に対する密着性、特に成形加工時の密着性が著しく向上する。シランカップリング剤は有機樹脂皮膜中に５重量％以下で含有していることが好ましく、１重量％以下で含有していることがより好ましい。５重量％を超えて含有しても密着性の向上効果は飽和し、経済的に有利でなくなる。

また、コロイダルシリカを含有させることにより、有機樹脂皮膜の硬さが向上して耐疵付性が向上し、耐食性も向上する。コロイダルシリカは有機樹脂皮膜中に５０重量％以下で含有していることが好ましい。５０重量％を超えて含有すると、有機樹脂皮膜が硬くなりすぎて、有機樹脂皮膜の加工性が劣化し、成形加工時に有機樹脂皮膜にクラックが生じやすくなる。

さらに、潤滑剤を含有させることにより、マグネシウム板に有機樹脂皮膜を形成させた成形加工用マグネシウム合金板の成形加工性が向上する。潤滑剤としては、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸、これらの高級脂肪酸のカルシウム塩、アルミニウム塩、亜鉛塩、バリウム塩、マグネシウム塩、これらの高級脂肪酸エステル、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリオレフィンワックス、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素系ワックス、グラファイト、二硫化モリブデン、ボロンナイトライドなどの無機質粉末などを用いることができる。これらの潤滑剤は有機樹脂皮膜中に２０重量％以下で含有していることが好ましい。２０重量％を超えて含有すると、マグネシウム板に対する有機樹脂皮膜の成形加工時も密着性が劣化する。上記のシランカップリング剤、コロイダルシリカ、潤滑剤は有機樹脂皮膜中にそれぞれ１種で単独で含有していてもよいが、２種以上が含有していてもよい。

上記のようにして得られる有機樹脂を、純マグネシウム板やマグネシウム合金板の少なくとも片面に、好ましくは両面に塗布乾燥して有機樹脂皮膜を形成させる。有機樹脂皮膜の厚さは乾燥後の厚さで０．１〜３０μｍであることが好ましく、１〜１０μｍであることがより好ましい。このようにして本発明の成形加工用マグネシウム合金板が得られる。

以上のようにして得られる本発明の成形加工用マグネシウム合金板は成形加工性に優れており、絞り加工時にこれまで常用されていた潤滑油や二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を用いることなく、好適に容器に成形することができる。また、これまで常用されていた潤滑油や二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を用いても好適に容器に成形することができる。さらに、成形加工用マグネシウム合金板を３５０℃以下の温度範囲、好ましくは２００〜３５０℃の温間加工温度範囲に加熱して絞り加工すると絞り加工性が向上し、底径に比較して側壁長の大きい容器に成形することが可能となる。しかし、２００℃を超える温度範囲で成形加工する場合、有機樹脂皮膜が分解して変色したり皮膜にクラックが生じ、見栄えが劣化するとともに絞り比を向上させることが困難になる。そのため、有機樹脂皮膜にさらに耐熱性付与剤を含有させることにより、２００〜３５０℃以下の高温の温間加工温度範囲で有機樹脂皮膜が変色したり、クラックを生じることなく、安定して成形加工を行うことが可能となり、絞り比も向上させることができる。

耐熱性付与剤としては、ポリイミドなどの耐熱性樹脂やシロキサン化合物を用いることが好ましい。シロキサン化合物としては、ジメチルシロキサン、ジエチルシロキサン、メチルエチルシロキサン、ジフェニルシロキサン、メチルフェニルシロキサンなどのオルガノシロキサンのポリマーやモノマー、またはこれらのオルガノシロキサン分子内にポリアルキレンオキシド基、水酸基、アミド基、カルボキシル基、スルホン基、アミノ基のいずれか１種または２種以上の置換基を１個以上有するものが好適に用いられる。これらの耐熱性付与剤は、有機樹脂皮膜中に５〜８０重量％含有されていることが好ましく、１０〜６０重量％含有されていることがより好ましい。このように、有機樹脂皮膜中に耐熱性付与剤を含有させることにより、成形加工用マグネシウム合金板を２００〜３５０℃の温間加工温度範囲まで加熱し、絞り比３．５程度の高い絞り比で、底径に比較して側壁長の大きいマグネシウム合金容器に絞り成形加工することが可能となる。なお、耐熱性付与剤は有機樹脂に単独で含有してもよいが、上記のシランカップリング剤、コロイダルシリカ、潤滑剤のいずれか１種、または２種以上と併用して含有していてもよい。

このようにして得られるマグネシウム合金容器は、有機樹脂皮膜上に塗装を施すことが可能である。あるいは上記の成形加工用マグネシウム合金板の有機樹脂皮膜上に予め塗装を施しておいた塗装板を成型加工してマグネシウム合金容器としてもよい。また、容器に成形した後にアルカリ溶液を用いて有機樹脂皮膜を溶解除去したり、研磨粒子を表面に吹き付けるショットブラスト法を用いて除去し、陽極酸化処理やめっきなどの表面処理を施すことも可能である。

以下、実施例にて本発明を詳細に説明する。

（成形加工用マグネシウム合金板の作成）
下記の合金成分を有する板厚０．７２５ｍｍのマグネシウム合金板の両面に、表１に示す樹脂溶液、または、表１に示す樹脂に表１に示すシランカップリング剤、コロイダルシリカ、潤滑剤、耐熱性付与剤を含有させてなる樹脂溶液を、乾燥後の状態でそれぞれの添加物が表１に示す含有量となるように、また乾燥後の樹脂皮膜の厚さが表１に示す厚さとなるようにバーコーターを用いて塗布し乾燥させ、供試用の成形加工用マグネシウム合金板を作成した。
＜合金成分＞
Ａｌ：３．０重量％、Ｚｎ：１．０重量％、Ｍｎ：０．３０重量％、残部：Ｍｇおよび不可避的不純物元素
＜平均結晶粒径＞
８μｍ

（成形加工用マグネシウム合金板の絞り加工性の評価）
上記のようにして得られた成形加工用マグネシウム合金板を、下記の条件で絞り加工し限界絞り比を求め、絞り加工性を評価した。
＜パンチ肩Ｒ＞
４ｍｍ
＜パンチ温度＞
常温
＜ダイス温度＞
５０℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃
＜ブランクホルダー温度＞
５０℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃
＜絞り速度＞
１ｍｍ／秒
＜潤滑剤＞
一部の試料に二硫化モリブデンを使用

比較用として、上記のマグネシウム合金板、およびマグネシウム合金板の両面に５０μｍの厚さのテトラフルオロエチレンフィルムを取付けたものを同様の条件で絞り加工し、限界絞り比を求めた。なお、テトラフルオロエチレンフィルムを取付けないマグネシウム合金板の場合、常温での加工性が極めて劣っており、潤滑油や固体潤滑剤を用いても絞り加工することが困難であるので、ダイス温度およびブランクホルダー温度が２００℃以上の場合にのみ絞り加工した。また、テトラフルオロエチレンフィルムを取付けたマグネシウム合金板の場合、ダイス温度およびブランクホルダー温度が３５０℃であるとテトラフルオロエチレンフィルムの損傷が激しく絞り加工することが困難であるので、ダイス温度およびブランクホルダー温度が１５０〜３００℃の場合にのみ絞り加工した。

（有機樹脂皮膜の外観の評価）
また、成形加工後のマグネシウム合金容器表面の有機樹脂皮膜の外観を肉眼観察し、下記の基準で評価した。
◎：皮膜の変色および損傷は認められない。
○：わずかに皮膜の変色が認められるが、損傷は認められない。
△：皮膜の変色および損傷が認められる。
×：皮膜の激しい損傷、および成形容器表面に実用上問題となる疵が認められる。
これらの結果を表２〜４に示す。

表２〜４に示すように、マグネシウム合金板に有機樹脂を被覆してなる本発明の成形加工用マグネシウム合金板は優れた絞り加工性を有している。また、有機樹脂に耐熱性付与剤を含有させた場合は３５０℃までの高温で絞り加工することが可能であり、このような高温で絞り加工した場合に絞り比が３．５までの高加工度でマグネシウム合金容器に絞り加工することが可能である。

マグネシウム板に有機樹脂を被覆してなる本発明の成形加工用マグネシウム合金板は、高加工度でマグネシウム合金容器に製造することが可能であり、特に有機樹脂にシロキサン化合物などの耐熱性付与剤を含有させた場合は、２００〜３５０℃の温間加工温度範囲で優れた潤滑効果が発現し、絞り比が３．５までの高加工度で底径に比較して側壁長の大きいマグネシウム合金容器に成形加工することができる。

Claims

水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性アクリル樹脂、水溶性エポキシ樹脂のいずれか１種、または２種以上からなる有機樹脂をマグネシウム合金板表面に直に被覆してなり、
前記有機樹脂は、シランカップリング剤、コロイダルシリカ、潤滑剤のいずれか１種、または２種以上を含有してなり、
２００〜３５０℃の温間加工温度範囲における成形加工用マグネシウム合金板。
前記有機樹脂は、耐熱性付与剤を含有してなることを特徴とする請求項１に記載の成形加工用マグネシウム合金板。
前記耐熱性付与剤は、シロキサン化合物であることを特徴とする請求項２に記載の成形加工用マグネシウム合金板。
請求項１〜３のいずれかに記載の成形加工用マグネシウム合金板を絞り加工してなることを特徴とするマグネシウム合金容器。
限界絞り比が３．５以下であることを特徴とする請求項４に記載のマグネシウム合金容器。
請求項１〜３のいずれかに記載の成形加工用マグネシウム合金板を、２００〜３５０℃の温度範囲で絞り比３．５以下で絞り加工することを特徴とするマグネシウム合金容器の製造方法。