JP5427816B2 - 常温用マグネシウム合金及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明において、マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解のための温度は純粋マグネシウム金属がとける温度とマグネシウム合金がとける温度を意味する。合金の種類によって溶融温度には差があり得る。十分な反応のためには、マグネシウムまたはマグネシウム合金がまったく溶解された状態で酸化カルシウムが投入される。マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶解温度は固相が充分にとけて完全な液状で存在する温度であれば十分である。ただ、本発明において、酸化カルシウムの添加によって溶湯の温度が低下する点を考慮し、充分な余裕を持つ温度範囲で溶湯を維持する作業が必要である。
反応のために投入される酸化カルシウムはどんな形態で投入されてもかまわない。好ましくは、効率的な反応のために反応表面積を増大させるために粉末状の投入が好ましい。しかし、0.1μm未満とあまり微細な場合は、気化するマグネシウムや熱風によって飛散して炉に投入されにくくなる。そして、液状の溶融金属となかなか混じらなく、互いに凝集して塊になる。あまり粗大な場合には、前述したように表面積の増大の観点で好ましくない。理想的なパウダーの粒度は500μm以下にすることが好ましい。より好ましくは200μm以下であることが良い。
溶湯に添加されるアルカリ土類金属酸化物として、本発明においては酸化カルシウム(CaO)が使われた。その他にも、SrO、BeOまたはMgO及びその等価物の中で選ばれた少なく1種であることができる。
本発明のマグネシウムまたはマグネシウム合金と酸化カルシウムとの効率的な反応のために撹拌が好ましい。一般に、撹拌の形態は、溶湯を収容している炉の周りに電磁場を印加することができる装置を備えることで電磁場を発生させて溶湯の対流を誘導することができる。また、外部から溶湯に人為的な撹拌(機械的な撹拌)を加えることができる。機械的な撹拌の場合、投入される酸化カルシウム粉末が凝集しないように適切に撹拌することもできる。本発明において、撹拌の究極の目的は溶湯と投入される粉末との還元反応を適切に誘導することにある。
撹拌の時期は酸化物粉末の投入と同時に行うことが有効である。また、酸化物が溶湯から熱を受けて一定温度以上に到逹した後、撹拌を始めて反応を促進させることもできる。溶湯の表面で投入された酸化物の粉末が感知されないまで撹拌を続ける。酸化カルシウムが反応によって全部消尽された後に撹拌を完了する。
一般に、溶湯にアルカリ土類金属の中でCaとSrを直接添加する場合には、比重差によって低比重のマグネシウム溶湯中に沈みながら反応が起こる。したがって、Caの溶解に役立てるために、単に溶湯を掻きまぜることで合金化がなされる。
純粋Mg+CaO→Mg(マトリックス)+Mg2Ca
・・・[O2発生+MgOドロス発生]
マグネシウム合金溶湯の場合には、溶湯中のマグネシウム成分はアルカリ土類金属と反応してマグネシウム(アルカリ土類金属)化合物またはアルミニウム(アルカリ土類金属)化合物を形成する。また、マグネシウムまたはアルミニウムとともにマグネシウム合金元素がアルカリ土類金属と化合物を形成する。本発明においては、アルカリ土類金属酸化物がCaOの場合は、Mg2Ca、Al2Ca、または(Mg、Al、その他の合金元素)2Caが形成される。そして、CaOをなしていた酸素は純粋マグネシウムの場合と同様にO2になって溶湯の外に排出されるか、あるいはMgと結合してMgOになり、ドロスの形態で排出される。(下記の反応式2参照)
Mg合金+CaO→Mg合金(マトリックス)+
{Mg2Ca+Al2Ca+(Mg、Al、その他の合金元素)2Ca}
・・・[O2発生+MgOドロス発生]
Mg合金の硬度を比較したグラフである。それぞれの合金を用いてコールドチャンバー(Cold Chamber)ダイカストした後、ロックウェル(Rockwell)硬度を測定した。CaOが添加されたMg合金が、添加されなかった合金より硬度が高いことを確認することができた。また、CaOの添加量が増加するほど常温硬度が増加することを確認することができた。本発明において、“CaOの添加”は添加後に還元反応過程を経ることを意味する。
Mg合金の常温降伏強度を比較したグラフである。ホットチャンバー(Hot Chamber)ダイカスト方法で試験片を製造した後、常温降伏強度を測定した。CaOが添加されたMg合金が添加されなかった合金より常温降伏強度が高いことを確認することができた。CaOを添加する前と比較して、0.7wt%添加した場合に常温降伏強度が約15%増加することが分かる。また、CaOの添加量が増加するほど常温降伏強度が増加することを確認することができた。
Mg合金の常温引張強度を比較したグラフである。ホットチャンバー(Hot Chamber)ダイカスト方法で試験片を製造した後、常温引張強度を測定した。
Mg合金の常温伸び率を比較したグラフである。CaOが添加されたMg合金が、添加されなかった合金より常温伸び率が高いことを確認することができた。CaOを添加する前と比較して、0.7wt%添加した場合に常温伸び率が約3倍増加することが分かる。また、CaOの添加量が増加するほど常温伸び率が増加することを確認することができた。
Mg合金の常温伸び率に対する常温降伏強度の関係を示すグラフである。CaOが添加されたMg合金が、添加されなかった合金より常温伸び率が高いことを確認することができた。また、CaOの添加量が増加するほど常温降伏強度と常温伸び率が同時に増加することを確認することができた。
Claims (4)
- マグネシウム系合金を製造する方法において、
マグネシウムまたはマグネシウム合金を溶解する段階;
前記マグネシウムまたはマグネシウム合金が溶解された溶湯の表面にCaOを0.05〜1.2wt%添加する段階;
前記溶湯と添加された前記CaOの反応によって、マグネシウムまたはマグネシウム合金中にCaOを残留しないように、表面撹拌によって消尽させる段階;及び
前記酸素成分が除去されたCaを前記マグネシウムまたはマグネシウム合金中に残留しないように反応させる段階;を含むことを特徴とする、常温用マグネシウム系合金の製造方法。 - 前記添加されるCaOの量は0.2wt%〜0.9wt%であることを特徴とする、請求項1に記載の常温用マグネシウム系合金の製造方法。
- 前記添加されるCaOの量は0.3wt%〜0.7wt%であることを特徴とする、請求項2に記載の常温用マグネシウム系合金の製造方法。
- 前記CaOの添加によって生成される化合物は、Mg2Ca、Al2Ca、及び(Mg、Al)2Caの中で少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1に記載の常温用マグネシウム系合金の製造方法。
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