JP7362052B2 - 難燃性マグネシウム合金及びその製造方法 - Google Patents
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[1]Mg合金に0.05原子%以上0.6原子%以下(好ましくは0.1原子%以上0.6原子%以下)のYbを含有させた難燃性マグネシウム合金を溶解する工程を含み、
前記Mg合金は85原子%以上のMgを含有することを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
前記Mg合金は85原子%以上のMgを含有することを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
前記Mg合金は、Mg-Zn-Y合金、Mg-Zn-Gd合金、Mg-Zn-(Y-Gd)合金、Mg-Zn-Y-X-Z合金、Mg-Zn-Gd-X-Z合金、及びMg-Zn-Y-Gd-X-Z合金のいずれかであり、
前記Xは、Al、Ca及びLiからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Zは、希土類元素、Mn、Si、Zr、Ti、Hf、Nb、Sn、Ag、Sr、Sc、Sb、B、C及びBeからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Znの含有量をa原子%、前記Yの含有量をb原子%、前記Gdの含有量をb原子%、前記Y及びGdの合計含有量をb原子%、前記Xの含有量をc原子%、前記Zの含有量をd原子%とすると、下記(式1)~(式6)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
(式1)0.1≦a≦3.0
(式2)0.1≦b≦3.0
(式3)c≦3.0
(式4)d≦1.0
(式5)b≦a+2
(式6)b≧a-1
前記Mg合金は、Caをx原子%含有し、Alをy原子%含有し、残部がMgからなる組成を有し、
aとbが下記(式31)~(式33)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
(式31)3≦x≦7
(式32)4.5≦y≦12
(式33)1.2≦y/x≦3.0
前記Mg合金にZnをx1原子%含有し、x1が下記(式34)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
(式34)0<x1≦3
前記Mg合金にMn、Zr、Si、Sc、Sn、Ag、Cu、Li、Be、Mo、Nb、W、及び希土類元素の群から選択された少なくとも一つの元素をx2原子%含有し、x2が下記(式35)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
(式35)0<x2≦0.3
前記Mg合金は、下記(A)~(F)のいずれかの合金であることを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
(A)Mg-Al-Mn合金であり、Alの含有量をe原子%、Mnの含有量をf原子%とすると、下記(式7)及び(式8)を満たす。
(式7)2.7≦e≦9.2
(式8)0.02≦f≦0.07
(B)Mg-Al-Mn-Ca合金であり、Alの含有量をg原子%、Mnの含有量をh原子%、Caの含有量をi原子%とすると、下記(式9)~(式11)を満たす。
(式9)2.7≦g≦9.2
(式10)0.02≦h≦0.07
(式11)0.4≦i≦1.6
(C)Mg-Al-Zn合金であり、Alの含有量をj原子%、Znの含有量をk原子%とすると、下記(式12)及び(式13)を満たす。
(式12)2.7≦j≦8.4
(式13)0.3≦k≦1.2
(D)Mg-Al-Zn-Ca合金であり、Alの含有量をl原子%、Znの含有量をm原子%、Caの含有量をn原子%とすると、下記(式14)~(式16)を満たす。
(式14)2.7≦l≦8.5
(式15)0.3≦m≦1.2
(式16)0.4≦n≦1.6
(E)Mg-Nd-Y合金であり、Ndの含有量をo原子%、Yの含有量をp原子%とすると、下記(式17)及び(式18)を満たす。
(式17)0.3≦o≦0.7
(式18)0.7≦p≦1.4
(F)Mg-Al-RE合金であり、Alの含有量をq原子%、REの含有量をr原子%とすると、下記(式19)及び(式20)を満たす。
(式19)2.2≦q≦4.2
(式20)0.2≦r≦0.9
なお、REはすべての希土類元素を含む意味である。
前記Mg合金を溶解する際は大気雰囲気中の750℃以下の温度で行われることを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
前記Mg合金を溶解した後に、溶解したMg合金を鋳造することを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
前記Mg合金を鋳造する際の冷却速度は1000K/秒以下であることを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
前記鋳造した後のMg合金の酸化皮膜が、Yb及びBeを含有しないMg合金の酸化皮膜より薄いことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
前記鋳造した後のMg合金の内部酸化物の量が、Yb及びBeを含有しないMg合金の内部酸化物の量より少ないことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
前記Mg合金は85原子%以上のMgを含有することを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
前記Mg合金は85原子%以上のMgを含有することを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
前記Mg合金は、Mg-Zn-Y合金、Mg-Zn-Gd合金、Mg-Zn-(Y-Gd)合金、Mg-Zn-Y-X-Z合金、Mg-Zn-Gd-X-Z合金、及びMg-Zn-Y-Gd-X-Z合金のいずれかであり、
前記Xは、Al、Ca及びLiからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Zは、希土類元素、Mn、Si、Zr、Ti、Hf、Nb、Sn、Ag、Sr、Sc、Sb、B、C及びBeからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、
前記Znの含有量をa原子%、前記Yの含有量をb原子%、前記Gdの含有量をb原子%、前記Y及びGdの合計含有量をb原子%、前記Xの含有量をc原子%、前記Zの含有量をd原子%とすると、下記(式1)~(式6)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
(式1)0.1≦a≦3.0
(式2)0.1≦b≦3.0
(式3)c≦3.0
(式4)d≦1.0
(式5)b≦a+2
(式6)b≧a-1
前記Mg合金は、Caをx原子%含有し、Alをy原子%含有し、残部がMgからなる組成を有し、
aとbが下記(式31)~(式33)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
(式31)3≦x≦7
(式32)4.5≦y≦12
(式33)1.2≦y/x≦3.0
前記Mg合金にZnをx1原子%含有し、x1が下記(式34)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
(式34)0<x1≦3
前記Mg合金にMn、Zr、Si、Sc、Sn、Ag、Cu、Li、Be、Mo、Nb、W、及び希土類元素の群から選択された少なくとも一つの元素をx2原子%含有し、x2が下記(式35)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
(式35)0<x2≦0.3
前記Mg合金は、下記(A)~(G)のいずれかの合金であることを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
(A)Mg-Al-Mn合金であり、Alの含有量をe原子%、Mnの含有量をf原子%とすると、下記(式7)及び(式8)を満たす。
(式7)2.7≦e≦9.2
(式8)0.02≦f≦0.07
(B)Mg-Al-Mn-Ca合金であり、Alの含有量をg原子%、Mnの含有量をh原子%、Caの含有量をi原子%とすると、下記(式9)~(式11)を満たす。
(式9)2.7≦g≦9.2
(式10)0.02≦h≦0.07
(式11)0.4≦i≦1.6
(C)Mg-Al-Zn合金であり、Alの含有量をj原子%、Znの含有量をk原子%とすると、下記(式12)及び(式13)を満たす。
(式12)2.7≦j≦8.4
(式13)0.3≦k≦1.2
(D)Mg-Al-Zn-Ca合金であり、Alの含有量をl原子%、Znの含有量をm原子%、Caの含有量をn原子%とすると、下記(式14)~(式16)を満たす。
(式14)2.7≦l≦8.5
(式15)0.3≦m≦1.2
(式16)0.4≦n≦1.6
(E)Mg-Nd-Y合金であり、Ndの含有量をo原子%、Yの含有量をp原子%とすると、下記(式17)及び(式18)を満たす。
(式17)0.3≦o≦0.7
(式18)0.7≦p≦1.4
(F)Mg-Al-RE合金であり、Alの含有量をq原子%、REの含有量をr原子%とすると、下記(式19)及び(式20)を満たす。
(式19)2.2≦q≦4.2
(式20)0.2≦r≦0.9
前記Mg合金は750℃以上の発火温度を有することを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
前記Mg合金を溶解して鋳造した場合、その鋳造したMg合金の酸化皮膜が、Yb及びBeを含有しないMg合金の酸化皮膜より薄いことを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
前記Mg合金を溶解して鋳造した場合、その鋳造したMg合金の内部酸化物の量が、Yb及びBeを含有しないMg合金の内部酸化物の量より少ないことを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
前記Mg合金は鋳造物であることを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
本発明の一態様に係る難燃性マグネシウム合金の製造方法について説明する。
85原子%以上のMgを含有するMg合金に、0.05原子%以上0.6原子%以下(好ましくは0.1原子%以上0.6原子%以下)のYbを含有させた合金を、大気雰囲気中で750℃以下の温度で溶解して鋳造する。この合金は、Ybを含有することにより750℃超の発火温度を有するため、大気雰囲気中で溶解しても発火することがない。つまり、Mg合金に0.05原子%以上0.6原子%以下(好ましくは0.1原子%以上0.6原子%以下)のYbを含有させた合金の発火温度は、Ybを含有させない元のMg合金の発火温度より高くすることができる。なお、元のMg合金の組成によって発火温度は異なるが、元のMg合金の発火温度が高くても、Ybを添加することで、元のMg合金の発火温度より高くすることができる。このようにしてMg合金の鋳造物を作る。鋳造時の冷却速度は1000K/秒以下であり、より好ましくは100K/秒以下である。
前記Xは、Al、Ca及びLiからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。
前記Zは、希土類元素、Mn、Si、Zr、Ti、Hf、Nb、Sn、Ag、Sr、Sc、Sb、B、C及びBeからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。なお、希土類元素はすべての希土類元素を含む意味である。
(式1)0.1≦a≦3.0
(式2)0.1≦b≦3.0
(式3)c≦3.0
(式4)d≦1.0
(式5)b≦a+2
(式6)b≧a-1
(式31)3≦x≦7
(式32)4.5≦y≦12
(式33)1.2≦y/x≦3.0
(式34)0<x1≦3
(式35)0<x2≦0.3
(A)Mg-Al-Mn合金であり、Alの含有量をe原子%、Mnの含有量をf原子%とすると、下記(式7)及び(式8)を満たす。
(式7)2.7≦e≦9.2
(式8)0.02≦f≦0.07
(式9)2.7≦g≦9.2
(式10)0.02≦h≦0.07
(式11)0.4≦i≦1.6
(式12)2.7≦j≦8.4
(式13)0.3≦k≦1.2
(式14)2.7≦l≦8.5
(式15)0.3≦m≦1.2
(式16)0.4≦n≦1.6
(式17)0.3≦o≦0.7
(式18)0.7≦p≦1.4
(式19)2.2≦q≦4.2
(式20)0.2≦r≦0.9
鍛造による塑性加工を行う場合は、鍛造加工を行う際の温度が250℃以上500℃以下、前記鍛造加工の加工率が5%以上であることが好ましい。
本発明の一態様に係る難燃性マグネシウム合金の製造方法について説明する。
85原子%以上のMgを含有するMg合金に、3/100原子%以上3/10原子%以下のBeを含有させた合金を溶解して鋳造する。Mg合金に3/100原子%以上3/10原子%以下のBeを含有させた合金の発火温度は、Beを含有させない元のMg合金の発火温度より高くすることができる。なお、元のMg合金の組成によって発火温度は異なるが、元のMg合金の発火温度が高くても、Beを添加することで、元のMg合金の発火温度より高くすることができる。このようにしてMg合金の鋳造物を作る。鋳造時の冷却速度は1000K/秒以下であり、より好ましくは100K/秒以下である。
なお、上記第1及び第2の実施形態を適宜組み合わせて実施することも可能である。
Mg99X1合金材は、純マグネシウムに添加元素Xを1原子%添加することで作製した。詳細には、これらの合金成分を有するマグネシウム合金のインゴットを高周波溶解炉を用いてアルゴン雰囲気中で溶製し、これらのインゴットからφ32×70mmの形状に切り出して鋳造材を作製した。なお、Xは、Mg、Li、Na、Ca、Sr、Ba、Sc、Mn、Co、Ni、Cu、Y、Ag、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Yb、Al、Zn、Sn、Sbのいずれかである。
鋳造材のインゴットを旋盤でφ3.8×0.6 mmのディスク状に加工後、サンプルをアルミナパンに入れて、TG/DTAを用いて加熱(50K/min)し、発火温度を測定した。測定は3回行い、3回測定した発火点の平均値を算出した。この結果を図1に示した。
鋳造材のインゴットを旋盤でφ3.8×0.6 mmのディスク状に加工後、サンプルをアルミナパンに入れて、TG/DTAを用いて加熱(50K/min)し、発火温度を測定した。このようにして測定した結果を図2に示した。
このことから、Ybは、CaやYなどと比べて高い自由エネルギーを示すので、熱力学計算上では、YbはCaやYより発火温度が向上するとは予想されない。
Claims (17)
- Mg合金に0.05原子%以上0.6原子%以下のYbを含有させた難燃性マグネシウム合金を溶解する工程を含み、
前記Mg合金は85原子%以上のMgを含有し、
前記Mg合金は、Caをx原子%含有し、Alをy原子%含有し、残部がMgからなる組成を有し、
aとbが下記(式31)~(式33)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
(式31)3≦x≦7
(式32)4.5≦y≦12
(式33)1.2≦y/x≦3.0 - 請求項1において、
前記Mg合金にZnをx1原子%含有し、x1が下記(式34)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
(式34)0<x1≦3 - 請求項1または2において、
前記Mg合金にMn、Zr、Si、Sc、Sn、Ag、Cu、Li、Be、Mo、Nb、W、及び希土類元素の群から選択された少なくとも一つの元素をx2原子%含有し、x2が下記(式35)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
(式35)0<x2≦0.3 - Mg合金に0.05原子%以上0.6原子%以下のYbを含有させた難燃性マグネシウム合金を溶解する工程を含み、
前記Mg合金は85原子%以上のMgを含有し、
前記Mg合金は、下記(A)~(F)のいずれかの合金であることを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
(A)Mg-Al-Mn合金であり、Alの含有量をe原子%、Mnの含有量をf原子%とすると、下記(式7)及び(式8)を満たす。
(式7)2.7≦e≦9.2
(式8)0.02≦f≦0.07
(B)Mg-Al-Mn-Ca合金であり、Alの含有量をg原子%、Mnの含有量をh原子%、Caの含有量をi原子%とすると、下記(式9)~(式11)を満たす。
(式9)2.7≦g≦9.2
(式10)0.02≦h≦0.07
(式11)0.4≦i≦1.6
(C)Mg-Al-Zn合金であり、Alの含有量をj原子%、Znの含有量をk原子%とすると、下記(式12)及び(式13)を満たす。
(式12)2.7≦j≦8.4
(式13)0.3≦k≦1.2
(D)Mg-Al-Zn-Ca合金であり、Alの含有量をl原子%、Znの含有量をm原子%、Caの含有量をn原子%とすると、下記(式14)~(式16)を満たす。
(式14)2.7≦l≦8.5
(式15)0.3≦m≦1.2
(式16)0.4≦n≦1.6
(E)Mg-Nd-Y合金であり、Ndの含有量をo原子%、Yの含有量をp原子%とすると、下記(式17)及び(式18)を満たす。
(式17)0.3≦o≦0.7
(式18)0.7≦p≦1.4
(F)Mg-Al-RE合金であり、Alの含有量をq原子%、REの含有量をr原子%とすると、下記(式19)及び(式20)を満たす。
(式19)2.2≦q≦4.2
(式20)0.2≦r≦0.9 - Mg合金に3/100原子%以上3/10原子%以下のBeを含有させた難燃性マグネシウム合金を溶解する工程を含み、
前記Mg合金は85原子%以上のMgを含有し、
前記Mg合金は、下記(A)~(F)のいずれかの合金であることを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。
(A)Mg-Al-Mn合金であり、Alの含有量をe原子%、Mnの含有量をf原子%とすると、下記(式7)及び(式8)を満たす。
(式7)2.7≦e≦9.2
(式8)0.02≦f≦0.07
(C)Mg-Al-Zn合金であり、Alの含有量をj原子%、Znの含有量をk原子%とすると、下記(式12)及び(式13)を満たす。
(式12)2.7≦j≦8.4
(式13)0.3≦k≦1.2
(D)Mg-Al-Zn-Ca合金であり、Alの含有量をl原子%、Znの含有量をm原子%、Caの含有量をn原子%とすると、下記(式14)~(式16)を満たす。
(式14)2.7≦l≦8.5
(式15)0.3≦m≦1.2
(式16)0.4≦n≦1.6
(E)Mg-Nd-Y合金であり、Ndの含有量をo原子%、Yの含有量をp原子%とすると、下記(式17)及び(式18)を満たす。
(式17)0.3≦o≦0.7
(式18)0.7≦p≦1.4
(F)Mg-Al-RE合金であり、Alの含有量をq原子%、REの含有量をr原子%とすると、下記(式19)及び(式20)を満たす。
(式19)2.2≦q≦4.2
(式20)0.2≦r≦0.9 - 請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記Mg合金を溶解した後に、溶解したMg合金を鋳造することを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。 - 請求項6において、
前記Mg合金を鋳造する際の冷却速度は1000K/秒以下であることを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。 - 請求項6または7において、
前記鋳造した後のMg合金の酸化皮膜が、Yb及びBeを含有しないMg合金の酸化皮膜より薄いことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。 - 請求項6乃至8のいずれか一項において、
前記鋳造した後のMg合金の内部酸化物の量が、Yb及びBeを含有しないMg合金の内部酸化物の量より少ないことを特徴とする難燃性マグネシウム合金の製造方法。 - Mg合金に0.05原子%以上0.6原子%以下のYbを含有させた難燃性マグネシウム合金であり、
前記Mg合金は85原子%以上のMgを含有し、
前記Mg合金は、Caをx原子%含有し、Alをy原子%含有し、残部がMgからなる組成を有し、
aとbが下記(式31)~(式33)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
(式31)3≦x≦7
(式32)4.5≦y≦12
(式33)1.2≦y/x≦3.0 - 請求項10において、
前記Mg合金にZnをx1原子%含有し、x1が下記(式34)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
(式34)0<x1≦3 - 請求項10または11において、
前記Mg合金にMn、Zr、Si、Sc、Sn、Ag、Cu、Li、Be、Mo、Nb、W、及び希土類元素の群から選択された少なくとも一つの元素をx2原子%含有し、x2が下記(式35)を満たすことを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
(式35)0<x2≦0.3 - Mg合金に0.05原子%以上0.6原子%以下のYbを含有させた難燃性マグネシウム合金であり、
前記Mg合金は85原子%以上のMgを含有し、
前記Mg合金は、下記(A)~(G)のいずれかの合金であることを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
(A)Mg-Al-Mn合金であり、Alの含有量をe原子%、Mnの含有量をf原子%とすると、下記(式7)及び(式8)を満たす。
(式7)2.7≦e≦9.2
(式8)0.02≦f≦0.07
(B)Mg-Al-Mn-Ca合金であり、Alの含有量をg原子%、Mnの含有量をh原子%、Caの含有量をi原子%とすると、下記(式9)~(式11)を満たす。
(式9)2.7≦g≦9.2
(式10)0.02≦h≦0.07
(式11)0.4≦i≦1.6
(C)Mg-Al-Zn合金であり、Alの含有量をj原子%、Znの含有量をk原子%とすると、下記(式12)及び(式13)を満たす。
(式12)2.7≦j≦8.4
(式13)0.3≦k≦1.2
(D)Mg-Al-Zn-Ca合金であり、Alの含有量をl原子%、Znの含有量をm原子%、Caの含有量をn原子%とすると、下記(式14)~(式16)を満たす。
(式14)2.7≦l≦8.5
(式15)0.3≦m≦1.2
(式16)0.4≦n≦1.6
(E)Mg-Nd-Y合金であり、Ndの含有量をo原子%、Yの含有量をp原子%とすると、下記(式17)及び(式18)を満たす。
(式17)0.3≦o≦0.7
(式18)0.7≦p≦1.4
(F)Mg-Al-RE合金であり、Alの含有量をq原子%、REの含有量をr原子%とすると、下記(式19)及び(式20)を満たす。
(式19)2.2≦q≦4.2
(式20)0.2≦r≦0.9 - Mg合金に3/100原子%以上3/10原子%以下のBeを含有させた難燃性マグネシウム合金であり、
前記Mg合金は85原子%以上のMgを含有し、
前記Mg合金は、下記(A)~(G)のいずれかの合金であることを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
(A)Mg-Al-Mn合金であり、Alの含有量をe原子%、Mnの含有量をf原子%とすると、下記(式7)及び(式8)を満たす。
(式7)2.7≦e≦9.2
(式8)0.02≦f≦0.07
(C)Mg-Al-Zn合金であり、Alの含有量をj原子%、Znの含有量をk原子%とすると、下記(式12)及び(式13)を満たす。
(式12)2.7≦j≦8.4
(式13)0.3≦k≦1.2
(D)Mg-Al-Zn-Ca合金であり、Alの含有量をl原子%、Znの含有量をm原子%、Caの含有量をn原子%とすると、下記(式14)~(式16)を満たす。
(式14)2.7≦l≦8.5
(式15)0.3≦m≦1.2
(式16)0.4≦n≦1.6
(E)Mg-Nd-Y合金であり、Ndの含有量をo原子%、Yの含有量をp原子%とすると、下記(式17)及び(式18)を満たす。
(式17)0.3≦o≦0.7
(式18)0.7≦p≦1.4
(F)Mg-Al-RE合金であり、Alの含有量をq原子%、REの含有量をr原子%とすると、下記(式19)及び(式20)を満たす。
(式19)2.2≦q≦4.2
(式20)0.2≦r≦0.9 - 請求項13または14において、
前記Mg合金を溶解して鋳造した場合、その鋳造したMg合金の酸化皮膜が、Yb及びBeを含有しないMg合金の酸化皮膜より薄いことを特徴とする難燃性マグネシウム合金。 - 請求項13乃至15のいずれか一項において、
前記Mg合金を溶解して鋳造した場合、その鋳造したMg合金の内部酸化物の量が、Yb及びBeを含有しないMg合金の内部酸化物の量より少ないことを特徴とする難燃性マグネシウム合金。 - 請求項13乃至16のいずれか一項において、
前記Mg合金は鋳造物であることを特徴とする難燃性マグネシウム合金。
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