JPS62202064A - 表面処理を施したマグネシウムまたはマグネシウム合金およびその表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は耐食性、表面導電性が改善され、かつ熱伝導性
、耐摩耗性、耐熱衝撃性が優れた、たとえば航空宇宙機
器用、精密機器用、自動車部品として好適な、表面処理
を施したマグネシウムまたはマグネシウム合金とその表
面処理方法に関する。

［従来の技術］ 航空宇宙機器用、精密機器用ならびに自動車部品などに
使用される金属材料は軽量化、省エネルギー化、高性能
化のため、アルミニウム（１）を始めとする軽合金が多
用されている。たとえば人工衛星用中継器きよう体等に
見られるように、電気・電子部品または回路を内蔵する
きよう体では、良好な電気的特性を得るのに必要な安定
な接地（アース）および耐電磁干渉性を確保するための
表面導電性が必要とされる。加えて実装部品からの発熱
を効率的に伝達するための熱伝導性も要求される。これ
らきよう体に従来用いられてきたＡＪ２合金の場合には
、耐食性か優れているため淳い防錆皮膜を表面に生成す
る必要は１１い。

最近、上述した機器用材料として、　Ａｆ！、合金に替
わり　へ１合金よりも３０％以上比重の小さいマグネシ
ウム（Ｍｇ）合金が用いられる傾向がある。しかし、Ｍ
ｇ合金は実用金属中量も活性な金属であり、その実用に
あたって防食のための表面処理を欠くことはできない。

ＭｇまたはＭｇ合金の表面処理については多くの研究が
なされているが、防食技術はいまだに確立されていない
。通常の化成処理、陽極酸化処理、湿式めっき、乾式め
っきあるいは塗装等により防錆膜をＭｇまたはＭｇ合金
上に付着させたとしても、これらの膜中にはミクロなピ
ンホールが存在するため、下地のＭｇが表面に拡散して
くるのを防ぎきれず、耐食性の劣化をきたす。さらに表
面導電性を付与するために化成皮膜、陽極酸化皮膜上に
金、アルミニウム等の導電性皮膜を設けると、Ｍｇまた
はＭｇ合金と導電性皮膜の間には湿った環境下では上記
ピンホールを介してガルバニ電池が形成され、Ｍｇまた
はＭｇ合金の腐食が著しく進行するという問題がある。

このようにＭｇまたはＭｇ合金については、有効な防食
法が確立しておらず、まして耐食性と表面導電性さらに
は熱導電性を兼備したＭｇまたはＭｇ合金はこれまで実
現しておらず、またそのようなＭｇまたはＭｇ合金の表
面処理方法もこれまでなかった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上述した従来の欠点を解消し、ＭｇまたはＭｇ
合金と表面皮膜の密着力が強く、皮膜の密度か高く、特
に耐食性１表面導電性とともに耐摩耗性、耐熱両軍性、
熱伝導性に優れた表面処理の施されたＭｇまたはＭｇ合
金を提供することおよびそのための表面処理方法を提供
することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明の表面処理を
施したマグネシウムまたはマグネシウム合金は、マグネ
シウムまたはマグネシウム合金の表面に、ピンホールの
ないピンホールフリー全泥層と金属皮膜層が順次設けら
れた層構成を有することを特徴とする。

また本発明のマグネシウムまたはマグネシウム合金の表
面処理方法は、マグネシウムまたはマグネシウム合金の
表面に異種金属の皮膜を付着させ、皮膜を付着させたマ
グネシウムまたはマグネシウム合金を圧力媒体中で静水
圧加圧しながら、マグネシウムまたはマグネシウム合金
と異種金属との共晶温度以上かつマグネシウムまたはマ
グネシウム合金と異種金属皮膜のいずれもが溶融しない
温度に加熱することを特徴とする。

［作　用］ ＭｇまたはＭｇ合金と付着金属との共晶温度以上で、か
つＭｇまたはＭｇ合金および付着金属のいずれもが溶融
しない温度での加熱を圧力媒体中で静水圧下で行うこと
によって、部分的な液相と固相との共存下での加圧が行
われ、液相浸透による焼結反応と加圧による圧潰との相
乗作用により、表面皮膜内部のピンホールが減少し、高
密度化が達成され、耐食性、耐摩耗性１表面伝導性、熱
伝導性が改善できるとともに、表面皮膜とＭｇまたはＭ
ｇ合金との密着力が拡散接合により極めて強固なものと
なり、耐熱衝草性が優れたものとなる。加えて、還元性
圧力媒体を使用した場合、上述の焼結反応が促進される
とともに、皮膜表面は還元により金属光沢を増し、装飾
性が富んだものとすることもできる。

［実施例コ 以下実施例によって本発明の詳細な説明する。

実施例Ｉ Ｍｇ合金にｌ被膜を付着し、不活性ガス雰囲気の高静水
圧下での加熱の結果を調べた。

用いたＭｇ合金はＡＳＴＭ　へＺ３１合金（３ｗｔ＊Ａ
　ｌｌ−１ｗｔ９４Ｚｎ−残部Ｍｇ）およびＺＫ６０合
金（５，５ｗｔｋＺｎ　−０，５ｖｔλＺｒ−残部Ｍｇ
）である。厚さ４ｍｍの両合金板より４ｃｍＸ５ｃｍの
試料を切り出し、その表面にＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ
のＡｒ罪囲気中で、イオンブレーティングによって５０
μｍ厚さのＡＪ２皮膜を付着させた。このＭｇ合金板を
、概略を第１図に示すような装置内に入れて、アルゴン
ガスの高静水圧下で加熱した。図において１は耐圧槽、
２はガス導入孔、３は断熱Ｈ１４は発熱体、５は試料支
持台、６は試料支持具、７は試料である。

Ａｆｌ皮膜を形成したＭｇ合金試料を、耐圧イｚ１内に
納めアルゴン圧を高めて加熱する。加圧条件は、７００
ｋｇｆ／　ｃｍ２．加熱は４６０℃×３時間、４４０℃
×３時間、４１０℃×３時間、２００℃×３時間の４通
りとした。これらの試料についてＡｕ皮膜の付着強度を
評価するために、　Ａ℃皮膜にカッターで縦横に切り込
みを入れ、１．ｍｍ四角形の区画を１００個形成し、そ
の区画化されたＡｆｌ皮膜に粘着テープを押しつけた後
、剥して１００個の区画されたＡ！ｌ皮膜のうちの何個
が粘着テープに着いて下地から剥離するかを調べる、い
わゆるビーリング試験を行った。また、耐食性を調べる
ために３５℃の５９ｔ、ｌ４ａＣ１溶液を用いて塩水噴
霧試験を行った。

一方比較のために、ｌ皮膜を付着したままのもの、およ
びＡｆｌ皮膜付着後真空中４７０℃。

４３０℃、４００℃それぞれ３時間加熱したものについ
て同様の試験を行った。それらの結果をまとめて第１表
に示す。第１表のビーリング試験および塩水噴霧試験の
結果は、各試料とも４例の平均であり、ビーリング試験
の柵に−で示すものは、Ａｆｌ皮膜が部分的に溶融して
ビーリング試験に耐えぬことを示す。

第１表に示した結果から、　ＡＩＬ皮膜を付着させたま
まの試料番号９．１０　（比較例）と比較して本実施例
の試料番号２．３および７すなわち７００ｋｇｆ／Ｃ１
１２の静水圧下で４４０℃×３時間または４１０℃×３
時間加熱したＡＺ３１および同じく加圧下で４１０℃×
３時間加熱したＺＫ６Ｑが、　ＡＩ皮膜の下地合金への
密着力、耐食性の双方が大きく改善されていることがわ
かる。このような効果が何故生ずるかを、第２図および
第３図に示す模式図を参照して説明する。第２図はＡＪ
Ｚ被覆を施したＭｇ合金の断面と、その深さ方向に沿っ
た融点を示したものである。曲線ＡはＡｆｌとＭｇとの
界面が合金化した時の融点を示す。へｎ被ＮＭｇ合金を
温度Ｂに加熱しても界面に液相は発生しない。温度を０
点まで上げると、八１とＭｇとの相互拡散による合金化
が進行し、界面に液相が生じる。温度をさらにＤ点まで
上昇させると全体が溶融する：試料番号２，３および７
の試料は、第２図におけるＣ゛点の加熱に相当し、八ｆ
ｌ　−Ｍｇ−Ｚｎ系３元合金の３元共晶点３６３セ　ト
］１．．ハ・）旦１を　？シ　イ旧港ｈ　ヤ　柄　？−
Ａ７）　　ｔカ舊りＵ。イトイトｈくＩＩヶ＾金と　Ａ
ｊ２皮膜の接触面内において部分的に液相を生じ、その
状態で加圧されることで下地合金と１皮膜との密着力が
強められ、またピンホールなどをなくすことによってＡ
ｊ２皮膜の密度を高めたことによるものと考えられる。

第３図はこの状態を模式、的に示したもので、ｌＡｇ合
金下地１１とＡ℃皮膜１２との間に、ピンホールのない
ピンホールフリ一層１３が形成されていることを示す。

ＡＩＬ皮膜１２の表面のピンホール１４も、完全にはな
くすことができないにしても、著しく減少する。

２００℃×３時間の加熱（試料番号４．８）では温度が
低くすぎて効果が小さく、４６０″’ＣＸ３時間の加熱
ではＡＺ３１　（試料番号１）、ｚに６０（試料番号５
）両合金とも表面のへｕ皮膜が部分的に溶融してしまう
。ＡＪ２の融点は約６６０℃であるが、付着させたＡｆ
ｌ皮膜は５０μｍと薄いので、４６０℃の加熱でＭｇ合
金と合金化し溶融してしまう。４４０℃での加熱の結果
がＡ２３１とＺＫ［ｉｏによって違うのは、後者のＺｎ
量が５．５％と高く、そのためＡＪ２−１１１ｇ　−ｌ
ｎ合金の液相線温度が低下するためと考えられる。

従って、静水圧加圧下での効果ある加熱温度範囲は、下
地合金（または金属）と皮膜金属の共晶点以上であって
、かつその双方のいずれもが溶融しない温度と言える。

静水圧加圧を伴わない真空加熱を行フた試料番号１１な
いし１６のうち、４７０℃×３時間の加熱を行った試料
番号１１Ｊ４は温度が高すぎてｌ皮膜が溶融する。加熱
温度４３０℃。

４００℃の試料番号１２，１３，１５．１６は、試料番
号９゜１０と比較して改善が見られるが、その度合いが
小さい。本実施例の試料番号２，３．７が、真空中加熱
した比較例に比して、ビーリング試験、塩水噴霧試験の
双方ですぐれた結果を示す。

実施例２ 還元性ガスを含む雰囲気の高静水圧下での加熱の結果を
調べた。

用いたＭｇ合金はＡＳＴＭＡＺ３１合金およびＡＳＴＭ
ＺＫ６０合金である。実施例Ｉと同様に厚さ４ｍｍの板
゛から４ｃｍＸ５ｃｌ′ｌＩの試料を切り出し、その表
面に１×１０−’ＴｏｒｒのＡｒ雰囲気中で、イオンブ
レーティングによって５０μｍの厚さのΔ℃皮膜を付着
させた。

このＡｆ！、皮膜付Ｍｇ合金板を耐圧４９１に納め、３
％ＣＯを含むＡｒガスの圧力を高めて加熱した。加圧条
件は７００ｋｇｆ／ｃｍ２一定とし、加熱条件はＡＺ３
１合金については４３０℃×３時間、４００℃×３時間
および２００℃×３時間、ＺＫ６０合金については４０
０℃×３時間および２００℃×３時間とした。加熱温度
は全てＡ、ｅ　−Ｍｇ　−Ｚｎ　ａ元共晶点３６３℃よ
り高い温度である。

高静水圧下の加熱処理を行った各試料について、実施例
と同様の耐食性試験（塩水噴霧試験）と付着力試験（ビ
ーリングテスト）を行った。その結果を第２表に示す。

７００ｋｇｆ／ｃｍ２の高静水圧下で４３０℃×３時間
および４００℃×３時間加熱した＾１皮膜を施したＡ７
．３１合金（試料番号１７および１８）は第１表に示し
た試料番号２および３の実施例、すなわち同じ圧力の静
水圧下で４４０℃×３時間および４１０℃×３時間加熱
した／ｌ皮？！ｉ　Ａ　２３１合金と同様に良好な結果
を示す。また、４００℃×３時間加熱したｌ皮膜を施し
た２に３１合金（試料番号１９）も、第１表における試
料番号７の２に３１合金と同様の良好な結果を示す。本
実施例の場合、還元性雰囲気中での処理によって、不活
性ガス中での処理に比較して表面の金属光沢が増した。

高静水圧下での加熱処理の後のクロメート処理は、それ
のない場合に比べて来貢的な改善をもたらさない。２０
０℃×３時間の加熱では温度が低すぎ、ＡＺ３１合金、
２に６０合金ともに効果が小さい。

先に本発明表面処理により耐食性および付着力が大きく
改善された理由として、加熱温度４００℃および４３０
℃はＡｆｌ、−Ｍｇ−Ｚｎ３元系共晶温度（３６３℃）
より高温であり、この加熱によりΔ℃被ＮＭｇ合金のｌ
皮膜とＭｇ合金との接触面内において相互拡散による合
金化が進行し部分的に液相が生じ、さらにこの状態で加
圧されることで下地Ｍｇ合金とＡｆｌ皮膜との密着力が
強められ、またピンホールなどをなくすことによってＡ
ｎ皮膜の密度を高めたことによるものと考えられると述
べた。

このことを裏付けるために、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ
）およびＸ線マイクロアナライザ（ＸＭＡ）による組織
観察を行った。第４図および第５図はそれぞれＡＩＩＩ
！ｉ！着は後無処理の試料（比較例、試料番号１０）の
試料断面および表面のＳＥＭ像であり、Ａｎ皮膜中にピ
ンホールが存在していることが確認される。一方、第６
図は本発明による表面処理を施した試料（試料番号２０
）の膜断面ＳＥＭ像であり、　ｌ［皮膜中にピンホール
は観察できない。

第７図に比較例（試料番号１０）の断面のＳＥＭ写真を
、第８図（Ａ）に同一試料の断面のＡ℃のＸＭＡ像を、
５８図（Ｂ）に同じ＜ｋ４ｇのＸＭＡ像を示す。第９図
は本発明による処理を施した試料（試料番号２０）の断
面のＳＥＭ写真、第１０図（Ａ）　、　（Ｂ）はそれぞ
れ同一試料の断面のＡｆＬおよびＭｇのＸＭＡ像である
。Ｎ８図（Ａ）および第１Ｏ図（Δ）において白色部分
がＡ℃検出部分であり、第８図（Ｂ）および第１θ図（
Ｂ）　　において、白色部分はＭｇの検出部分である。

第９図のＳＥＭ写真からもｌ皮膜とＭｇ合金との間に拡
散が生じていることが観察されるが、第８図（Ａ）　　
と第１０図（＾）および第８図（８１と第１Ｏ図（Ｂ）
を比較すると拡散の差が非常にはっきりする。すなわち
、比較例ではＡｆｌはめつぎ膜内のみ、Ｍｇは基板のみ
で検出されており、基板中へのＡｊ２の拡散およびめっ
き膜中へのＭｇの拡散は見られない、一方実施例では基
板中への八での拡散およびめっき膜中へのＭｇの拡散が
起こっている。これらの写真から本発明表面処理を行う
ことによフて、相互拡散（ｌ膜中へのＭｇの拡散および
Ｍｇ合金中へのＡｊ２の拡散）が盛んに起こっているこ
とが確記できる。

なお、以上の実施例においては、圧力媒体としてガス媒
体を例として説明したが、上述した宥効な温度範囲で安
定な液体が得られるならば、圧力媒体として液体を使用
することも可能である。この場合、ラバープレス法のよ
うに、表面に皮膜を施したＭｇまたはＭｇ合金を例えば
ポリイミド樹脂シートで密封し、静水圧加圧下で加熱す
るとよい。

また基板材料をＺＫ６０合金およびＡＺ３１合金を例と
して説明したが、本発明の方法をその他の卿合金および
純Ｍ８にも適用できることは言うまでもないことである
。

［発明の効果］ 以上述べたように、表面に皮膜を設けたＭｇまたはＭｇ
合金を圧力媒体中の静水圧下で加熱するので、Ｍｇまた
はＭｇ合金と表面皮膜間の密着力を強め、また皮膜の密
度を高め、それにより、防錆。

耐摩耗性、耐熱衝撃性を著しく向上させることができる
。加えて圧力媒体を還元性媒体とすることにより、表面
皮膜の金属光沢が増し、装飾性および表面導電性を向上
させることができる。また、耐食性向上のため陽極酸化
処理または塗料などを施した従来の表面処理法に比べ、
本表面処理法ではその構成を金属材料のみとしているの
で熱伝導性が著しく改善され、これまで適用できなかっ
た熱的に厳しい環境へのＭｇまたはＭｇ合金の適用が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置の概要を示
す断面図、 第２図は表面処理断面における融点の変化を示す模式図
、 第３図は本発明の実施例のＭｇ合金の断面の模式第４図
および第５図はそれぞれ比較例の断面および表面の結晶
組織を示す走査電子顕微鏡写真、 第６図は本発明の実施例の断面の結晶組織を示す走査電
子顕微鏡写真、 第７図は比較例の断面の金属組織を示す走査電子顕微鏡
写真、 第８図（八）　、　（Ｂ）はそれぞれ比較例の断面の金
属組織を示すＸ線マイクロアナライザ写真、第９図は本
発明実施例の断面の金属組織を示す走査電子顕微鏡写真
、 第１０図（Ａ）　、　（Ｂ）はそれぞれ本発明実施例の
断面の金属組織を示すＸ線マイクロアナライザ写真で′
あ゛る。 １・・・耐圧槽、 ？・・・ガス導入孔、 ３・・・断熱材、 ４・・・発熱体、 ５・・・試料支持台、 ６・・・試料支持具、 ７・・・試料。 特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）マグネシウムまたはマグネシウム合金の表面に、ピ
   ンホールのないピンホールフリー金属層と、金属皮膜層
   が順次設けられた層構成を有することを特徴とする表面
   処理を施したマグネシウムまたはマグネシウム合金。 ２）マグネシウムまたはマグネシウム合金の表面に異種
   金属の皮膜を付着させ、前記皮膜を付着させたマグネシ
   ウムまたはマグネシウム合金を圧力媒体中で静水圧加圧
   しながら、マグネシウムまたはマグネシウム合金と前記
   異種金属との共晶温度以上かつ前記マグネシウムまたは
   マグネシウム合金と前記異種金属皮膜のいずれもが溶融
   しない温度に加熱することを特徴とするマグネシウムま
   たはマグネシウム合金の表面処理方法。