JPWO2020012890A1 - Magnesium-based metal members, their manufacturing methods, and decorative articles using them. - Google Patents

Magnesium-based metal members, their manufacturing methods, and decorative articles using them. Download PDF

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Abstract

意匠性に優れ、耐食性を有するMg系金属部材、その製造方法、それを用いた装飾物品を提供する。本発明の実施例において、Mg系金属部材は、MgまたはMg合金の基体と、その基体の表面を被覆する酸化物層とを備え、酸化物層は、少なくとも、マグネシウム(Mg)とスカンジウム(Sc)と酸素(O)とを含有する。マグネシウムを主成分として、スカンジウムを0.1at%以上50at%未満の範囲で含有するMg合金を、熱酸化または陽極酸化することによって得られる。Provided are Mg-based metal members having excellent design and corrosion resistance, manufacturing methods thereof, and decorative articles using the same. In the embodiment of the present invention, the Mg-based metal member includes a substrate of Mg or Mg alloy and an oxide layer covering the surface of the substrate, and the oxide layer is at least magnesium (Mg) and scandium (Sc). ) And oxygen (O). It is obtained by thermal oxidation or anodizing an Mg alloy containing magnesium as a main component and scandium in a range of 0.1 at% or more and less than 50 at%.

Description

本発明は、耐食性を有し、意匠性に優れたマグネシウム(以下「Mg」と称する。)系金属部材、その製造方法、および、それを用いた装飾物品に関する。 The present invention relates to a magnesium (hereinafter referred to as "Mg")-based metal member having corrosion resistance and excellent design, a method for producing the same, and a decorative article using the same.

Mg合金は、実用合金の中で最も軽量であることから構造材料として注目を集めている。最近、高強度・高延性を有し、形状記憶効果を備えたMg合金が開発された(例えば、特許文献1および非特許文献1)。 Mg alloys are attracting attention as structural materials because they are the lightest of all practical alloys. Recently, Mg alloys having high strength and high ductility and having a shape memory effect have been developed (for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

特許文献1および非特許文献1によれば、例えば、Scを20at%添加し、Bcc(体心立方構造)(β)相を有するMg合金が、低温にて、超弾性および形状記憶効果を示すことが報告されており、Mg合金の実用化が期待されている。 According to Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, for example, an Mg alloy having a Bcc (body-centered cubic structure) (β) phase in which 20 at% of Sc is added exhibits superelasticity and shape memory effect at low temperature. It has been reported that Mg alloys are expected to be put into practical use.

このようなMg合金は、大気中で容易に酸化されるため、通常、耐食性を付与し、場合によっては、染色などによって意匠性/デザイン性を高めることが行われている(例えば、特許文献2、3を参照)。特許文献2によれば、Mg材の表面を粗面化処理し、これに化成処理又は陽極酸化処理によって被膜層を形成し、その上に電着塗装、スプレー塗装、浸漬塗装等により塗膜層を設けている。特許文献3によれば、陽極酸化の条件を精査することにより、Mg系金属部材に緻密な被膜が形成され、金属光沢を備えることを開示する。また、特許文献3によれば、電解液に染料を添加することにより、陽極酸化と同時に染色も可能とする。 Since such Mg alloys are easily oxidized in the atmosphere, corrosion resistance is usually imparted, and in some cases, designability / designability is enhanced by dyeing or the like (for example, Patent Document 2). 3). According to Patent Document 2, the surface of the Mg material is roughened, a coating film layer is formed on the surface by chemical conversion treatment or anodizing treatment, and a coating film layer is formed on the coating film layer by electrodeposition coating, spray coating, immersion coating or the like. Is provided. According to Patent Document 3, it is disclosed that a dense film is formed on the Mg-based metal member and has a metallic luster by carefully examining the conditions of anodization. Further, according to Patent Document 3, by adding a dye to the electrolytic solution, dyeing can be performed at the same time as anodizing.

しかしながら、Mg系金属の金属光沢のみならず意匠性を高めるためには、現状では塗料や染料を用いた塗装が必要である。塗料や染料を用いることなく、意匠性を高めたMg系金属部材が提供されれば望ましい。 However, in order to improve not only the metallic luster of Mg-based metals but also the designability, it is currently necessary to paint with paints and dyes. It is desirable to provide an Mg-based metal member with improved design without using paint or dye.

国際公開第2017/065208号International Publication No. 2017/065208 特開2001−192854号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-192854 特開2009−270190号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-270190

Y.Ogawaら,Shape Memory and Superelasticity,Vol.4,Issue 1,pp.163−173,2018Y. Ogawa et al., Shape Memory and Superiorastity, Vol. 4, Issue 1, pp. 163-173, 2018

以上から、本発明において、課題は、耐食性を有し、意匠性に優れたMg系金属部材、その製造方法、それを用いた装飾物品を提供することである。 From the above, an object of the present invention is to provide an Mg-based metal member having corrosion resistance and excellent design, a method for producing the same, and a decorative article using the same.

本発明の実施例において、Mg系金属部材は、MgまたはMg合金の基体と、前記基体の表面を被覆する酸化物層とを備え、前記酸化物層は、少なくとも、マグネシウム(Mg)とスカンジウム(Sc)および/またはイットリウム(Y)と酸素(O)とを含有し、これにより上記課題を解決する。
前記酸化物層は、Mg(ただし、x+y+z=1、Mは、Scおよび/またはYである)で表され、パラメータx、yおよびzは、
0.003≦x≦0.8
0.03≦y≦0.65
0.005≦z≦0.95
を満たしてもよい。
前記パラメータx、yおよびzは、
0.2≦x≦0.75
0.2≦y≦0.4
0.005≦z≦0.45
を満たしてもよい。
前記酸化物層は、多結晶であってもよい。
前記酸化物層の前記基体に対する被覆率は、70%以上であってもよい。
前記酸化物層は、50nm以上1μm以下の範囲の厚さを有してもよい。
前記酸化物層は、100nm以上350nm以下の範囲の厚さを有してもよい。
前記Mg合金は、マグネシウムを主成分として、スカンジウムおよび/またはイットリウムを0.1at%以上50at%未満の範囲で含有してもよい。
前記Mg合金は、マグネシウムを主成分として、スカンジウムおよび/またはイットリウムを0.3at%以上40at%以下の範囲で含有してもよい。
前記酸化物層の厚さは、均一であってもよい。
前記酸化物層の厚さは、不均一であってもよい。
前記酸化物層は、表面に5nm以上15nm以下の範囲の段差を有してもよい。
本発明の実施例において、上述のMg系金属部材を製造する方法は、マグネシウムが主成分でスカンジウムおよび/またはイットリウムを0.1at%以上50at%未満の範囲において含有する表面研磨されたMg合金を、少なくとも酸素が含有される雰囲気中、50℃を超えて800℃未満の温度範囲において熱酸化する工程を包含する。そして、上記課題を解決する。
前記熱酸化する工程は、300℃以上700℃以下の温度範囲で行われてもよい。
前記熱酸化する工程は、5分以上100日以下の間行われてもよい。
本発明の実施例 において、上述のMg系金属部材を製造する方法は、マグネシウムが主成分でスカンジウムおよび/またはイットリウムを0.1at%以上50at%未満の範囲において含有する表面研磨されたMg合金を、電解液中で陽極酸化する工程を包含する。そして、上記課題を解決する。
前記陽極酸化する工程は、2V以上40V以下の電圧を印加してもよい。
前記陽極酸化する工程は、5分以上20分以下の間行われてもよい。
本発明の実施例において、Mg系金属を用いた装飾物品は、前記Mg系金属が上述のMg系金属部材であり、これにより上記課題を解決する。
前記装飾物品は、時計、眼鏡、食器、および、携帯用電子機器の筐体からなる群から選択されてもよい。
In the embodiment of the present invention, the Mg-based metal member includes a substrate of Mg or Mg alloy and an oxide layer covering the surface of the substrate, and the oxide layer is at least magnesium (Mg) and scandium (Mg). It contains Sc) and / or yttrium (Y) and oxygen (O), thereby solving the above problems.
The oxide layer, Mg x M y O z (provided that, x + y + z = 1 , M is Sc and / or Y) is represented by the parameters x, y and z,
0.003 ≤ x ≤ 0.8
0.03 ≤ y ≤ 0.65
0.005 ≤ z ≤ 0.95
May be satisfied.
The parameters x, y and z are
0.2 ≤ x ≤ 0.75
0.2 ≤ y ≤ 0.4
0.005 ≤ z ≤ 0.45
May be satisfied.
The oxide layer may be polycrystalline.
The coverage of the oxide layer on the substrate may be 70% or more.
The oxide layer may have a thickness in the range of 50 nm or more and 1 μm or less.
The oxide layer may have a thickness in the range of 100 nm or more and 350 nm or less.
The Mg alloy may contain magnesium as a main component and scandium and / or yttrium in a range of 0.1 at% or more and less than 50 at%.
The Mg alloy may contain magnesium as a main component and scandium and / or yttrium in the range of 0.3 at% or more and 40 at% or less.
The thickness of the oxide layer may be uniform.
The thickness of the oxide layer may be non-uniform.
The oxide layer may have a step in the range of 5 nm or more and 15 nm or less on the surface.
In the embodiment of the present invention, the method for producing the above-mentioned Mg-based metal member comprises a surface-polished Mg alloy containing magnesium as a main component and scandium and / or yttrium in a range of 0.1 at% or more and less than 50 at%. Includes the step of thermal oxidation in a temperature range above 50 ° C. and below 800 ° C. in an atmosphere containing at least oxygen. Then, the above problem is solved.
The thermal oxidation step may be performed in a temperature range of 300 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.
The thermal oxidation step may be carried out for 5 minutes or more and 100 days or less.
In the embodiment of the present invention, the method for producing the above-mentioned Mg-based metal member comprises a surface-polished Mg alloy containing magnesium as a main component and scandium and / or yttrium in a range of 0.1 at% or more and less than 50 at%. Includes the step of anodizing in an electrolytic solution. Then, the above problem is solved.
In the anodizing step, a voltage of 2 V or more and 40 V or less may be applied.
The step of anodizing may be carried out for 5 minutes or more and 20 minutes or less.
In the decorative article using the Mg-based metal in the embodiment of the present invention, the Mg-based metal is the above-mentioned Mg-based metal member, thereby solving the above-mentioned problem.
The decorative article may be selected from the group consisting of watches, eyeglasses, tableware, and housings of portable electronic devices.

本発明の実施例において、Mg系金属部材は、MgまたはMg合金の基体と、基体の表面を被覆する酸化物層とを備える。酸化物層は、少なくとも、スカンジウム(Sc)および/またはイットリウム(Y)とマグネシウム(Mg)と酸素(O)とを含有する。酸化物層がスカンジウムおよび/またはイットリウムを含有することにより、マグネシウムよりも酸化が促進され、緻密な酸化物層となる。これにより、金属光沢のみならず、酸化物層の干渉により呈色したMg系金属部材を提供できる。また、このような酸化物層は耐食性に優れる。本発明の実施例において、Mg系金属部材は、意匠性に優れるため、時計、眼鏡、食器、あるいは、ノートパソコン、スマートフォン、デジタルカメラ等携帯用の電子機器などの筐体に使用すれば、軽量化とともに、意匠性を高めることができる。 In the embodiment of the present invention, the Mg-based metal member includes a Mg or Mg alloy substrate and an oxide layer covering the surface of the substrate. The oxide layer contains at least scandium (Sc) and / or yttrium (Y), magnesium (Mg) and oxygen (O). Since the oxide layer contains scandium and / or yttrium, oxidation is promoted more than magnesium, resulting in a dense oxide layer. This makes it possible to provide an Mg-based metal member that is colored not only by metallic luster but also by interference of an oxide layer. Moreover, such an oxide layer is excellent in corrosion resistance. In the embodiment of the present invention, since the Mg-based metal member is excellent in design, it is lightweight when used in a case of a watch, eyeglasses, tableware, or a portable electronic device such as a notebook computer, a smartphone, or a digital camera. Along with the change, the design can be enhanced.

本発明の実施例において、Mg系金属部材は、表面研磨された、マグネシウムを主成分として、スカンジウムおよび/またはイットリウムを0.1at%以上50at%未満の範囲で含有するMg合金を、電解液中で陽極酸化するか、または、大気中、50℃を超えて800℃未満の温度範囲で熱酸化することによって、上述の酸化物層が形成される。単に熱酸化または陽極酸化するだけで、塗料や染料を用いることなく、着色を可能とするため、有利である。 In the embodiment of the present invention, the Mg-based metal member contains a surface-polished Mg alloy containing magnesium as a main component and scandium and / or yttrium in a range of 0.1 at% or more and less than 50 at% in an electrolytic solution. The above-mentioned oxide layer is formed by anodizing with or by thermally oxidizing in the air in a temperature range of more than 50 ° C. and less than 800 ° C. It is advantageous because it enables coloring by simply performing thermal oxidation or anodizing without using a paint or dye.

本発明の実施例のMg系金属部材を模式的に示す図The figure which shows typically the Mg-based metal member of the Example of this invention. 本発明の実施例の別のMg系金属部材を模式的に示す図The figure which shows typically another Mg-based metal member of the Example of this invention. 本発明の実施例のMg系金属部材の製造工程を示すフローチャートA flowchart showing a manufacturing process of the Mg-based metal member according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施例のMg系金属部材の別の製造工程を示すフローチャートA flowchart showing another manufacturing process of the Mg-based metal member according to the embodiment of the present invention. 実施例40の試料の断面のTEM像を示す図The figure which shows the TEM image of the cross section of the sample of Example 40 実施例40の試料の断面の拡大したTEM像を示す図The figure which shows the enlarged TEM image of the cross section of the sample of Example 40 図6の丸印で示す領域の電子回折パターンを示す図The figure which shows the electron diffraction pattern of the region shown by the circle of FIG. 実施例40の試料の断面の元素マッピングを示す図The figure which shows the element mapping of the cross section of the sample of Example 40. 本発明の実施例のMg系金属部材を適用した時計A timepiece to which the Mg-based metal member of the embodiment of the present invention is applied. 本発明の実施例のMg系金属部材を適用した眼鏡Eyeglasses to which the Mg-based metal member of the embodiment of the present invention is applied. 本発明の実施例のMg系金属部材を適用した食器Tableware to which the Mg-based metal member of the embodiment of the present invention is applied. 本発明の実施例のMg系金属部材を適用したスマートフォンA smartphone to which the Mg-based metal member of the embodiment of the present invention is applied.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same elements are given the same numbers, and the description thereof will be omitted.

図1は、本発明の実施例において、Mg系金属部材(例えば、板材)を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an Mg-based metal member (for example, a plate material) in an embodiment of the present invention.

本発明の実施例のMg系金属部材100は、MgまたはMg合金の基体110と、その基体110の表面を被覆する酸化物層120とを備える。ここで酸化物層120は、少なくとも、マグネシウム(Mg)とスカンジウム(Sc)および/またはイットリウム(Y)と酸素(O)とを含有する。ScおよびYは、Mgよりも酸化されやすいため、緻密な酸化物層120となる。そのため、本発明の実施例において、Mg系金属部材100は、金属光沢を有し、酸化物層120の干渉により呈色する。また、酸化物層120は、緻密であるため、単なるMg酸化物の被覆層と比較しても、耐食性に優れている。また、本発明の実施例のMg系金属部材の酸化物層の成分は、マグネシウム(Mg)と、スカンジウム(Sc)および/またはイットリウム(Y)と、酸素(O)と、及び不可避成分のような不純物と、からなってもよい。また、実質的にこれらの成分のみからなる場合であってもよい。また、表面に所定の組成の酸化物層が後述する処理により得られる限りは、求められる機械的特性等に応じて、Mg合金の基体の組成は適宜選択されてよい。上述する緻密な酸化物層120とは、後述する被覆率によって規定されてよい。また、 Mg+O→MgO の酸化反応は、体積が減少する傾向にあり、MgOのみが生成する酸化物層形成では、基体の表面が酸化物で被覆されない部分が形成され易くなる、或いは、酸化物層中に空隙ができ易くなる虞がある。一方、YやScが酸化されると逆に体積が膨張し易くなると考えられ、酸化物層による基材表面の被覆率の向上及び酸化物層中の空隙を少なくする効果が得られるものと考えられる。そして、被覆率が低いと、酸化膜が存在する領域と存在しない領域の間で乱反射が生じることもあり、光沢が失われ易くなる。尚、金属光沢を示しているのは、酸化膜の直下に存在する金属相と考えられている。酸化物層は、金属相表面からの反射光に透過性を有するため、該酸化物層を表面に備えるMg合金は光沢を示してもよい。上述の干渉は、2nd=λ(nは屈折率、dは膜厚、λは波長)に基づく、酸化皮膜の表面で反射する光との干渉作用を意味してもよい。 The Mg-based metal member 100 of the embodiment of the present invention includes a base 110 made of Mg or an Mg alloy, and an oxide layer 120 that covers the surface of the base 110. Here, the oxide layer 120 contains at least magnesium (Mg) and scandium (Sc) and / or yttrium (Y) and oxygen (O). Since Sc and Y are more easily oxidized than Mg, a dense oxide layer 120 is formed. Therefore, in the embodiment of the present invention, the Mg-based metal member 100 has a metallic luster and is colored by the interference of the oxide layer 120. Further, since the oxide layer 120 is dense, it is excellent in corrosion resistance even when compared with a simple coating layer of Mg oxide. Further, the components of the oxide layer of the Mg-based metal member of the embodiment of the present invention are magnesium (Mg), scandium (Sc) and / or yttrium (Y), oxygen (O), and unavoidable components. It may consist of various impurities. Further, it may be a case where it is substantially composed of only these components. Further, as long as an oxide layer having a predetermined composition is obtained on the surface by a treatment described later, the composition of the Mg alloy substrate may be appropriately selected according to the required mechanical properties and the like. The above-mentioned dense oxide layer 120 may be defined by the covering ratio described later. Further, in the oxidation reaction of Mg + O → MgO, the volume tends to decrease, and in the formation of an oxide layer in which only MgO is formed, a portion where the surface of the substrate is not covered with oxide is likely to be formed, or the oxide layer is formed. There is a risk that voids will easily form inside. On the other hand, it is considered that the volume tends to expand when Y and Sc are oxidized, and it is considered that the effect of improving the coverage of the substrate surface by the oxide layer and reducing the voids in the oxide layer can be obtained. Be done. If the coverage is low, diffused reflection may occur between the region where the oxide film is present and the region where the oxide film is not present, and the gloss is easily lost. It is considered that the metallic luster is exhibited by the metal phase existing directly under the oxide film. Since the oxide layer is transparent to the reflected light from the surface of the metal phase, the Mg alloy having the oxide layer on the surface may exhibit gloss. The above-mentioned interference may mean an interference action with light reflected on the surface of the oxide film based on 2nd = λ (n is the refractive index, d is the film thickness, and λ is the wavelength).

酸化物層120は、Mg(ただし、x+y+z=1、Mは、Scおよび/またはYである)で表され、パラメータx、yおよびzは、
0.003≦x≦0.8
0.03≦y≦0.65
0.005≦z≦0.95
を満たす。これにより、緻密な酸化物層となり、金属光沢を有し、呈色する。
Oxide layer 120, Mg x M y O z (provided that, x + y + z = 1 , M is Sc and / or Y) is represented by the parameters x, y and z,
0.003 ≤ x ≤ 0.8
0.03 ≤ y ≤ 0.65
0.005 ≤ z ≤ 0.95
Meet. As a result, it becomes a dense oxide layer, has a metallic luster, and develops color.

パラメータx、yおよびzは、好ましくは、
0.2≦x≦0.75
0.2≦y≦0.4
0.005≦z≦0.45
を満たす。これにより、より緻密な酸化物層となり、金属光沢を有し、呈色する。
The parameters x, y and z are preferably
0.2 ≤ x ≤ 0.75
0.2 ≤ y ≤ 0.4
0.005 ≤ z ≤ 0.45
Meet. As a result, it becomes a denser oxide layer, has a metallic luster, and develops color.

特に、MがSc単独である場合、パラメータx、yおよびzは、より好ましくは、
0.25≦x≦0.75
0.25≦y≦0.35
0.005≦z≦0.4
を満たす。これにより、より緻密な酸化物層となり、金属光沢を有し、呈色する。
In particular, when M is Sc alone, the parameters x, y and z are more preferably.
0.25 ≤ x ≤ 0.75
0.25 ≤ y ≤ 0.35
0.005 ≤ z ≤ 0.4
Meet. As a result, it becomes a denser oxide layer, has a metallic luster, and develops color.

特に、MがY単独である場合、パラメータx、yおよびzは、より好ましくは、
0.25≦x≦0.4
0.25≦y≦0.35
0.3≦z≦0.4
を満たす。これにより、より緻密な酸化物層となり、金属光沢を有し、呈色する。
In particular, when M is Y alone, the parameters x, y and z are more preferably.
0.25 ≤ x ≤ 0.4
0.25 ≤ y ≤ 0.35
0.3 ≤ z ≤ 0.4
Meet. As a result, it becomes a denser oxide layer, has a metallic luster, and develops color.

特に、MがScおよびYの組み合わせである場合、パラメータx、yおよびzは、より好ましくは、
0.2≦x≦0.4
0.25≦y≦0.4
0.3≦z≦0.4
を満たす。これにより、より緻密な酸化物層となり、金属光沢を有し、呈色する。
In particular, when M is a combination of Sc and Y, the parameters x, y and z are more preferably.
0.2 ≤ x ≤ 0.4
0.25 ≤ y ≤ 0.4
0.3 ≤ z ≤ 0.4
Meet. As a result, it becomes a denser oxide layer, has a metallic luster, and develops color.

酸化物層120の組成は元素分析(例えば、実施例で示すエネルギー分散型分光法)等で測定することができるが、酸化物層120は、Mgと、Scおよび/またはYとの複合酸化物であるため、その組成は特定の化学量論組成を持たず、合金組成や熱酸化、陽極酸化条件に依存して変動する。ここで、特定の化学量論組成を持たないとは、上述するようなパラメータの範囲内であるMgで表される複合酸化物は、同一の性質・性能を有するものであり、特定の化学量論組成に限定されないことを意味してよく、上述するような範囲内にある限りは、その特定の化学量論組成もまた、本発明の実施例に含まれてよい。さらに、同一の合金組成、条件で形成された酸化物層であっても、測定箇所に依って組成はある程度の幅を有する。そのため、本願明細書では、酸化物層120の組成は、得られた酸化物層の複数視野で10か所で測定した値の平均値とする。視野の選択は、例えば、組成を特定しようとする酸化物層の領域から無作為に10か所選択してもよく、又は、その領域全体を面積比で10等分し、各区画から1視野ずつ選択することもできる。それぞれの視野において、TEM−EDSから得られた組成を算術平均して求められた平均値で表すことができる。The composition of the oxide layer 120 can be measured by elemental analysis (for example, energy dispersion spectroscopy shown in Examples), and the oxide layer 120 is a composite oxide of Mg and Sc and / or Y. Therefore, its composition does not have a specific chemical spectroscopic composition and varies depending on the alloy composition, thermal oxidation, and anodization conditions. Here, no specific stoichiometric composition, composite oxide represented by a range of parameters such as described above Mg x M y O z are those having the same properties and performance It may mean that the composition is not limited to a specific stoichiometric composition, and the specific stoichiometric composition may also be included in the examples of the present invention as long as it is within the above-mentioned range. Further, even if the oxide layer is formed under the same alloy composition and conditions, the composition has a certain range depending on the measurement location. Therefore, in the present specification, the composition of the oxide layer 120 is an average value of values measured at 10 points in a plurality of fields of view of the obtained oxide layer. For the selection of the visual field, for example, 10 locations may be randomly selected from the region of the oxide layer for which the composition is to be specified, or the entire region is divided into 10 equal parts by the area ratio and one visual field is selected from each compartment. You can also select them one by one. In each field of view, the composition obtained from TEM-EDS can be represented by an average value obtained by arithmetically averaging.

酸化物層120は、多結晶であってもよい。酸化物層120は、単結晶から構成される必要はなく、微細な単結晶が互いに隣り合う状態であってもよい。上述するようなパラメータの範囲内であるMgで表される酸化物からなる酸化物層120は、緻密な酸化物層となり、金属光沢を有し、呈色する。The oxide layer 120 may be polycrystalline. The oxide layer 120 does not need to be composed of single crystals, and fine single crystals may be adjacent to each other. Oxide layer 120 made of an oxide represented by a range of parameters such as described above Mg x M y O z becomes a dense oxide layer has a metallic luster and coloring.

酸化物層120は、緻密であることが望ましいが、簡易的には、酸化物層120の基体110表面の所望の領域に対する被覆率が少なくとも70%以上であれば酸化物層120を緻密であると判定できる。これにより、酸化物層120は金属光沢を有し、呈色する。酸化物層120の基体110表面の所望の領域に対する被覆率は、より好ましくは、少なくとも80%、なお好ましくは90%以上である。これにより、酸化物層120は、耐食性を有し、呈色する。被覆率は、走査型電子顕微鏡等による表面観察、あるいは、エネルギー分散型分光法等の酸素の存在する領域によって容易に測定できる。 The oxide layer 120 is preferably dense, but simply, if the coverage of the oxide layer 120 on the desired region of the surface of the substrate 110 is at least 70% or more, the oxide layer 120 is dense. Can be determined. As a result, the oxide layer 120 has a metallic luster and is colored. The coverage of the oxide layer 120 on the desired region of the surface of the substrate 110 is more preferably at least 80%, still more preferably 90% or more. As a result, the oxide layer 120 has corrosion resistance and develops color. The coverage can be easily measured by surface observation with a scanning electron microscope or the like, or by energy dispersion spectroscopy or the like in a region where oxygen is present.

酸化物層120は、好ましくは、50nm以上1μm以下の厚さを有する。この範囲であれば、本発明の実施例において、Mg系合金100は呈色する。層の厚さが薄い方から厚くなるにしたがって、紫、青、緑青、青緑、緑、黄緑、黄、橙、赤と変化させることができる。ここで、酸化物層120の厚さは、TEM−EDS用いた酸化物層を含む断面の元素マッピング図を利用して求めることができる。即ち、O原子が検出される領域が酸化物層120に相当し、O原子が実質的に検出されない領域が基体110に相当する。これらの境界近傍において、O原子の濃度分布を直線近似し、濃度の中間値のところを酸化物層120及び基体110の境界として定め、表面からその境界までの厚みを酸化物層の厚みとすることができる。 The oxide layer 120 preferably has a thickness of 50 nm or more and 1 μm or less. Within this range, the Mg-based alloy 100 develops color in the examples of the present invention. The thickness of the layer can be changed from thin to thicker to purple, blue, patina, blue-green, green, yellow-green, yellow, orange, and red. Here, the thickness of the oxide layer 120 can be obtained by using an element mapping diagram of a cross section including the oxide layer using TEM-EDS. That is, the region where O atoms are detected corresponds to the oxide layer 120, and the region where O atoms are not substantially detected corresponds to the substrate 110. In the vicinity of these boundaries, the concentration distribution of O atoms is linearly approximated, the intermediate value of the concentration is defined as the boundary between the oxide layer 120 and the substrate 110, and the thickness from the surface to the boundary is defined as the thickness of the oxide layer. be able to.

酸化物層120は、さらに好ましくは、100nm以上350nm以下の厚さを有する。この範囲であれば、本発明の実施例において、Mg系合金100の酸化物層120が形成されやすく、呈色する。なお、酸化物層120の厚さは、均一であってもよいし、意図的に傾斜等変化させて不均一にしてもよい。厚さが一定であれば、本発明の実施例において、Mg系合金100は、厚さに応じた特定の色を呈することができる。厚さが傾斜していれば、或いは、厚さが連続的に変化していれば、本発明の実施例において、Mg系合金100は、グラデーションなどの複雑な色を呈することができる。このような観点から、本願明細書において「酸化物層の厚さが不均一である」とは、酸化物層の厚さを大小させることで、複雑な呈色を目的としたものをさし、それ以外の特定の色を均一に呈色させるものを「酸化物層の厚さが均一である」と解釈してよい。例えば、酸化物層120を備える部材において、位置に対し呈色する色が連続的に変化する、具体的には、部材の位置を連続的に変えていくと、呈色する色の波長が連続的に変化する場合は、複雑に呈色することが含まれる。色の変化は、例えば、上記呈色の種類の紫、青、緑青、青緑、緑、黄緑、黄、橙、赤、或いは、虹の7色(例えば、紫、藍、青、緑、黄、橙、赤)において少なくとも2色に跨ってもよい。一方、均一な特定の色は、例えば、上記呈色の種類の紫、青、緑青、青緑、緑、黄緑、黄、橙、赤、或いは、虹の7色において何れか1色のみであってもよい。 The oxide layer 120 more preferably has a thickness of 100 nm or more and 350 nm or less. Within this range, in the examples of the present invention, the oxide layer 120 of the Mg-based alloy 100 is likely to be formed, and the color is developed. The thickness of the oxide layer 120 may be uniform or may be intentionally changed such as inclination to make it non-uniform. As long as the thickness is constant, in the embodiment of the present invention, the Mg-based alloy 100 can exhibit a specific color according to the thickness. In the embodiment of the present invention, the Mg-based alloy 100 can exhibit a complex color such as a gradation if the thickness is inclined or if the thickness is continuously changed. From this point of view, in the present specification, "the thickness of the oxide layer is non-uniform" means that the thickness of the oxide layer is increased or decreased for the purpose of complex coloration. , Other specific colors that are uniformly colored may be interpreted as "the thickness of the oxide layer is uniform". For example, in a member including the oxide layer 120, the color to be colored changes continuously with respect to the position. Specifically, when the position of the member is continuously changed, the wavelength of the color to be colored is continuous. When it changes, it includes complicated coloration. The color change is, for example, the seven colors of purple, blue, green-blue, blue-green, green, yellow-green, yellow, orange, red, or rainbow (for example, purple, indigo, blue, green, etc.). Yellow, orange, red) may span at least two colors. On the other hand, the uniform specific color is, for example, only one of the seven colors of purple, blue, green-blue, blue-green, green, yellow-green, yellow, orange, red, or rainbow of the above-mentioned coloration types. There may be.

基体110は、純Mgであってもよいし、Mg合金であってもよい。Mg合金である場合、好ましくは、Mgを主成分として、Scおよび/またはYを0.1at%以上50at%未満(例えば、Sc単独であれば、0.18重量%以上65.0重量%未満に相当、Y単独であれば、0.37重量%以上78.5重量%未満に相当)の範囲で含有する。これにより、このようなMg合金に後述する製造方法(熱酸化または陽極酸化)を採用するだけで、酸化物層120を形成できる。主成分とするマグネシウムの量は、50at%以上を含有することを意図する。なお、基体110が不可避不純物を含有することは言うまでもない。 The substrate 110 may be pure Mg or an Mg alloy. In the case of an Mg alloy, preferably Mg is the main component and Sc and / or Y is 0.1 at% or more and less than 50 at% (for example, Sc alone is 0.18% by weight or more and less than 65.0% by weight). In the case of Y alone, it is contained in the range of 0.37% by weight or more and less than 78.5% by weight). Thereby, the oxide layer 120 can be formed only by adopting the manufacturing method (thermal oxidation or anodizing) described later for such an Mg alloy. The amount of magnesium as a main component is intended to contain 50 at% or more. Needless to say, the substrate 110 contains unavoidable impurities.

Mg合金は、さらに好ましくは、Mgを主成分として、Scおよび/またはYを0.3at%以上40at%以下の範囲で含有する。この範囲であれば、Mg合金の基体110をより入手しやすい。 The Mg alloy more preferably contains Mg as a main component and Sc and / or Y in the range of 0.3 at% or more and 40 at% or less. Within this range, the Mg alloy substrate 110 is more easily available.

なおさらに好ましくは、Mg合金は、Mgを主成分として、Scを3at%以上40at%以下(5.4重量%以上55.2重量%以下に相当)の範囲で含有する。不可避不純物を除いて、Sc単独を上述の範囲で含有することにより、上述の酸化物層120を備えたMg系合金を提供できる。 Even more preferably, the Mg alloy contains Mg as a main component and Sc in the range of 3 at% or more and 40 at% or less (corresponding to 5.4% by weight or more and 55.2% by weight or less). By containing Sc alone in the above range excluding unavoidable impurities, it is possible to provide an Mg-based alloy having the above-mentioned oxide layer 120.

なおさらに好ましくは、Mg合金は、Mgを主成分として、Yを0.5at%以上3.5at%以下(1.8重量%以上11.7重量%以下に相当)の範囲で含有する。不可避不純物を除いて、Y単独を上述の範囲で含有することにより、上述の酸化物層120を備えたMg系合金を提供できる。 Even more preferably, the Mg alloy contains Mg as a main component and contains Y in the range of 0.5 at% or more and 3.5 at% or less (corresponding to 1.8% by weight or more and 11.7% by weight or less). By containing Y alone in the above range excluding unavoidable impurities, it is possible to provide an Mg-based alloy having the above-mentioned oxide layer 120.

なおさらに好ましくは、Mg合金は、Mgを主成分として、ScおよびYを1.5at%以上21.5at%以下の範囲で含有する。不可避不純物を除いて、ScおよびYの両方を上述の範囲で含有することにより、上述の酸化物層120を備えたMg系合金を提供できる。この場合、好ましくは、Mg合金は、上述の範囲において、ScをYよりも多く含有することがよい。 Even more preferably, the Mg alloy contains Mg as a main component and Sc and Y in a range of 1.5 at% or more and 21.5 at% or less. By containing both Sc and Y in the above range except for unavoidable impurities, it is possible to provide an Mg-based alloy having the above-mentioned oxide layer 120. In this case, preferably, the Mg alloy contains more Sc than Y in the above range.

図2は、本発明の実施例において、別のMg系金属部材(例えば、板材)を模式的に示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing another Mg-based metal member (for example, a plate material) in the embodiment of the present invention.

本発明の実施例において、別のMg系金属部材200は、上述したMgまたはMg合金の基体110と、その基体110の表面を被覆する酸化物層220とを備える。ここで酸化物層220は、酸化物層120と同様に、少なくとも、Mgと、Scおよび/またはYと、Oとを含有するが、酸化物層220が表面に段差を有する点が異なる。段差の範囲Dは、好ましくは、5nm以上15nm以下の範囲である。このような段差は、基体110の結晶粒の向きによって、酸化物層220の成長速度が異なるために生じる。このような本発明の実施例において、別のMg系合金200は、酸化物層220の段差によって、キラキラと光り輝くステンドグラス調(例えば、隣り合う領域の色が異なる状態)を発揮し、意匠性をさらに高めることができる。ここで、例えば、段差は段の高低差であるが、一般に、段は、上方へ高くのぼるように重なっている台状のもの又はその一つ一つのことを言い、台状は、(周りから比べて)小高くて上部が平らになっている形のことを言う。つまり、上部及びそれより低い低部を含む高低の差のあるところにおいて、上部及び低部の表面が実質的に平行であるところ、その高低の差のことを言ってもよい。上部及び低部を連続的に繋ぐ表面が存在する場合、その表面及び上部及び低部の表面の成す角度が、段差と言えるような角度、例えば、30度以上である場合であってもよい。この繋ぐ表面が湾曲する場合は、平坦な面で近似して、表面同士の成す角度を規定することもできる。また、ここでは、段差は単なる高低の差という量を意味するだけでなく、そのような形状を指し示す用語として用いることができる。つまり、形状としての段差は、所定の幅若しくは長さを有することができ、この幅若しくは長さは、上述する高低の差が続く距離(又は長さ)を有していてもよい。本発明の実施例においては、この幅若しくは長さについて、特に限定されるものではないが、上述のように基体110の結晶粒の向きに段差が依存する場合もある。このような段差を含むMg系金属部材200は、多様な色を呈することができ、いわば、ステンドグラス調を備えると言える。 In the embodiment of the present invention, another Mg-based metal member 200 includes the above-mentioned Mg or Mg alloy substrate 110 and an oxide layer 220 that covers the surface of the substrate 110. Here, the oxide layer 220 contains at least Mg, Sc and / or Y, and O, like the oxide layer 120, except that the oxide layer 220 has a step on the surface. The step range D is preferably in the range of 5 nm or more and 15 nm or less. Such a step occurs because the growth rate of the oxide layer 220 differs depending on the orientation of the crystal grains of the substrate 110. In such an embodiment of the present invention, another Mg-based alloy 200 exhibits a stained glass tone (for example, a state in which the colors of adjacent regions are different) due to the step difference of the oxide layer 220, and has a design property. Can be further enhanced. Here, for example, a step is a height difference of steps, but in general, a step is a trapezoidal one or each of them that is piled up so as to rise upward, and the trapezoidal shape is (from the surroundings). It is a shape that is slightly taller and has a flat top. That is, it may be said that the difference in height is where the surfaces of the upper part and the lower part are substantially parallel in the place where there is a difference in height including the upper part and the lower part lower than the upper part. When there is a surface that continuously connects the upper part and the lower part, the angle formed by the surface and the surface of the upper part and the lower part may be an angle that can be said to be a step, for example, 30 degrees or more. When the connecting surface is curved, the angle formed by the surfaces can be specified by approximating with a flat surface. Further, here, the step does not only mean the amount of the difference in height, but can also be used as a term indicating such a shape. That is, the step as a shape can have a predetermined width or length, and this width or length may have a distance (or length) in which the above-mentioned height difference continues. In the embodiment of the present invention, the width or length is not particularly limited, but as described above, the step may depend on the direction of the crystal grains of the substrate 110. The Mg-based metal member 200 including such a step can exhibit various colors, and can be said to have a stained glass tone.

このような本発明の実施例において、Mg系金属部材100、200は、軽量であり、なおかつ、耐食性および意匠性に優れるため、時計、眼鏡、食器、あるいは、スマートフォン、デジタルカメラ等携帯用の電子機器などの筐体などの装飾物品に適用できる。 In such an embodiment of the present invention, the Mg-based metal members 100 and 200 are lightweight and have excellent corrosion resistance and design. Therefore, a watch, eyeglasses, tableware, or a portable electronic device such as a smartphone or a digital camera. It can be applied to decorative articles such as housings of equipment.

次に、上述した本発明の実施例において、Mg系金属部材の製造方法を説明する。
図3は、本発明の実施例において、Mg系金属部材の製造工程を示すフローチャートである。
Next, a method for manufacturing the Mg-based metal member will be described in the above-described embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a manufacturing process of the Mg-based metal member in the embodiment of the present invention.

ステップS310:表面研磨されたMg合金を、少なくとも酸素を含有する雰囲気中、50℃を超えて800℃未満の温度範囲で熱酸化する。ここで、Mg合金は、マグネシウム(Mg)を主成分として、スカンジウム(Sc)および/またはイットリウム(Y)を0.1at%以上50at%未満の範囲で含有する。このような条件で熱酸化をすることにより、上述した酸化物層が形成される。本願発明者は、単に熱酸化するだけで、従来必要であった塗料や染料を用いることなく、金属光沢を維持したまま、呈色するMg系合金となることを見出した。なお、ステップS310に先立って、表面研磨されたMg合金を準備するステップを設けてもよい。上述する酸素を含有する雰囲気は、例えば、大気を含んでよい。含有する酸素が少ないと、十分な酸素が供給できなくなる虞もあり、酸化層を形成するのに十分な量の酸素を含有してよい。例えば、酸素分圧が10Pa以上、100Pa以上、または1kPa以上であってもよい。また、酸素が多く含まれ過ぎると、Mgは比較的活性な金属であるので、過剰な反応等により酸化物層の質が低下する虞もあり、緻密な酸化物層の形成が阻害されない量の酸素を含有してよい。例えば、酸素分圧が100MPa以下、10MPa以下、または1MPa以下であってもよい。 Step S310: The surface-polished Mg alloy is thermally oxidized in a temperature range of more than 50 ° C. and less than 800 ° C. in an atmosphere containing at least oxygen. Here, the Mg alloy contains magnesium (Mg) as a main component and scandium (Sc) and / or yttrium (Y) in a range of 0.1 at% or more and less than 50 at%. By performing thermal oxidation under such conditions, the above-mentioned oxide layer is formed. The inventor of the present application has found that a Mg-based alloy that develops color while maintaining metallic luster can be obtained by simply heat-oxidizing it without using paints and dyes that have been conventionally required. Prior to step S310, a step of preparing a surface-polished Mg alloy may be provided. The oxygen-containing atmosphere described above may include, for example, the atmosphere. If the amount of oxygen contained is small, sufficient oxygen may not be supplied, and a sufficient amount of oxygen may be contained to form an oxide layer. For example, the oxygen partial pressure may be 10 Pa or more, 100 Pa or more, or 1 kPa or more. Further, if too much oxygen is contained, Mg is a relatively active metal, so that the quality of the oxide layer may deteriorate due to an excessive reaction or the like, and the amount of the oxide layer is not hindered from being formed. It may contain oxygen. For example, the oxygen partial pressure may be 100 MPa or less, 10 MPa or less, or 1 MPa or less.

ここで、Mg合金は、上述した基体110として機能し、上述した組成を有するMg合金が採用されるが、重複して説明するのを避ける。また、Mg合金は、上述の組成を有すれば、特に制限はなく、入手可能なMg合金を使用できるが、例えば、高周波溶解、必要に応じて、圧延して製造してもよい。このような合金の製造は、例えば、特許文献1、非特許文献1に記載の方法等によって行われる。 Here, the Mg alloy functions as the above-mentioned substrate 110, and the Mg alloy having the above-mentioned composition is adopted, but it is avoided to explain in duplicate. Further, the Mg alloy is not particularly limited as long as it has the above-mentioned composition, and an available Mg alloy can be used. For example, it may be produced by high-frequency melting and, if necessary, by rolling. The production of such an alloy is carried out, for example, by the methods described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1.

Mg合金の表面は表面研磨されているので、緻密な酸化物層が形成されるが、表面研磨は、手研磨、機械研磨、化学研磨、電解研磨などの周知の方法が採用される。ここで、表面粗さRaが、0.0001μm以上2.0μm以下となるように表面研磨することがよい。これにより、Mg合金の表面は、鏡面あるいは微鏡面となり、続く熱酸化により緻密な酸化物層が形成されるとともに、酸化物層と基体との密着性に優れる。手研磨は、例示的には、シリコンカーバイド(SiC)、ジルコニウムコランダム、ボロンカーバイド等の砥材が付与された研磨紙を用いる。機械研磨は、例示的には、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、シリコンカーバイド、アルミナ等の研磨微粉を用いた湿式研磨を採用できる。化学研磨は、例示的には、硝酸を用いたリン酸−硝酸法、Kaiser法、硫酸を用いたAlupol法等を採用できる。電解研磨は、例示的には、Erfwerk法、Aluflex法を採用できる。なお、表面粗さRaは、0.05μm以上2.0μm以下であれば、密着性という観点では好ましい。 Since the surface of the Mg alloy is surface-polished, a dense oxide layer is formed. For surface polishing, well-known methods such as hand polishing, mechanical polishing, chemical polishing, and electrolytic polishing are adopted. Here, it is preferable to polish the surface so that the surface roughness Ra is 0.0001 μm or more and 2.0 μm or less. As a result, the surface of the Mg alloy becomes a mirror surface or a micro mirror surface, and a dense oxide layer is formed by the subsequent thermal oxidation, and the adhesion between the oxide layer and the substrate is excellent. For hand polishing, for example, abrasive paper to which an abrasive material such as silicon carbide (SiC), zirconium corundum, or boron carbide is applied is used. As the mechanical polishing, wet polishing using polishing fine powder such as diamond, cubic boron nitride, silicon carbide, and alumina can be adopted as an example. For the chemical polishing, for example, a phosphoric acid-nitric acid method using nitric acid, a Kaiser method, an Alupol method using sulfuric acid, or the like can be adopted. As the electrolytic polishing, the Erfwerk method and the Aulflex method can be adopted, for example. The surface roughness Ra is preferably 0.05 μm or more and 2.0 μm or less from the viewpoint of adhesion.

さらに、表面粗さを制御することによって、得られる酸化物層に基づく意匠性も自在に変化させることができる。表面粗さRaが小さいほど、高い金属光沢を有するMg系金属部材となり、表面粗さRaが大きいほど、すりガラスのようなマットな表面を有するMg系金属部材となる。例えば、表面粗さRaを0.0001μm以上0.2μm以下に制御すれば、金属光沢を有するMg系金属部材となり、表面粗さRaを0.2μmを超えて1.6μm以下に制御すれば、マットな表面を有するMg系金属部材となる。 Further, by controlling the surface roughness, the design property based on the obtained oxide layer can be freely changed. The smaller the surface roughness Ra, the higher the metallic luster of the Mg-based metal member, and the larger the surface roughness Ra, the more the Mg-based metal member has a matte surface such as frosted glass. For example, if the surface roughness Ra is controlled to 0.0001 μm or more and 0.2 μm or less, the Mg-based metal member has a metallic luster, and if the surface roughness Ra is controlled to exceed 0.2 μm and 1.6 μm or less, the surface roughness Ra becomes 1.6 μm or less. It is an Mg-based metal member with a matte surface.

熱酸化は、表面研磨されたMg合金を電気炉、雰囲気炉等の任意の炉に設置し、酸素を含有する雰囲気中で、加熱することによって行われる。この雰囲気、その他の諸条件に合わせて、適宜処理温度を選択してもよい。例えば、加熱し保持する温度が50℃以下の場合には、酸化物層が十分に形成されない虞がある。保持温度が800℃を超えると、Mg合金が溶解する虞がある。熱酸化は、好ましくは、300℃以上700℃以下の範囲で行われてもよい。この範囲において、上述の酸化物層が形成され得る。 Thermal oxidation is performed by installing a surface-polished Mg alloy in an arbitrary furnace such as an electric furnace or an atmosphere furnace and heating it in an atmosphere containing oxygen. The treatment temperature may be appropriately selected according to this atmosphere and other conditions. For example, when the heating and holding temperature is 50 ° C. or lower, the oxide layer may not be sufficiently formed. If the holding temperature exceeds 800 ° C., the Mg alloy may melt. Thermal oxidation is preferably carried out in the range of 300 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. In this range, the above-mentioned oxide layer can be formed.

熱酸化は、好ましくは、5分以上100日以下の間行われる。熱酸化の温度と時間とによって、得られる酸化物層の厚さを制御できる。例えば、低温で短時間の熱酸化を行うと、薄い酸化物層となり、熱酸化の温度の上昇または時間の増大にともなって、酸化物層の厚さは厚くなる。所望の厚さを有する酸化物層を得るために、当業者であれば、適宜熱酸化の温度および時間を上記範囲から選択し得る。 Thermal oxidation is preferably carried out for 5 minutes or more and 100 days or less. The thickness of the obtained oxide layer can be controlled by the temperature and time of thermal oxidation. For example, when thermal oxidation is performed at a low temperature for a short time, a thin oxide layer is formed, and the thickness of the oxide layer becomes thicker as the temperature of thermal oxidation increases or the time increases. In order to obtain an oxide layer having a desired thickness, those skilled in the art can appropriately select the temperature and time of thermal oxidation from the above range.

図4は、本発明の実施例において、Mg系金属部材の別の製造工程を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing another manufacturing process of the Mg-based metal member in the embodiment of the present invention.

ステップS410:表面研磨されたMg合金を、電解液中で陽極酸化する。ここで、Mg合金は、マグネシウム(Mg)を主成分として、スカンジウム(Sc)および/またはイットリウム(Y)を1at%以上50at%未満の範囲で含有する。このような条件で陽極酸化をすることにより、上述した酸化物層が形成される。本願発明者は、単に陽極酸化するだけで、従来必要であった塗料や染料を用いることなく、金属光沢を維持したまま、呈色するMg系合金となることを見出した。ここで、Mg合金は上述したとおりであるため、説明を省略する。ここでも、ステップS410に先立って、表面研磨されたMg合金を準備するステップを設けてもよい。 Step S410: The surface-polished Mg alloy is anodized in an electrolytic solution. Here, the Mg alloy contains magnesium (Mg) as a main component and scandium (Sc) and / or yttrium (Y) in a range of 1 at% or more and less than 50 at%. By anodizing under such conditions, the above-mentioned oxide layer is formed. The inventor of the present application has found that a Mg-based alloy that develops color while maintaining metallic luster can be obtained by simply anodizing, without using paints and dyes that have been conventionally required. Here, since the Mg alloy is as described above, the description thereof will be omitted. Here, too, a step of preparing a surface-polished Mg alloy may be provided prior to step S410.

電解液は、周期表の第1族および第2族の元素の水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、ケイ酸塩またはケイフッ化物を含有する電解水溶液が使用できる。例示的には、NaOH、KOH、Ba(OH)等の水酸化物、NaCO、KCO、CaCO、MgCO等の炭酸塩、NaHCO、KHCO、Ca(HCO等の重炭酸塩等を使用できる。電解液中の濃度は、好ましくは、0.1規定以上5規定以下の範囲である。As the electrolytic solution, an electrolytic aqueous solution containing hydroxides, carbonates, bicarbonates, silicates or silica fluorides of Group 1 and Group 2 elements of the periodic table can be used. Illustratively, hydroxides such as NaOH, KOH, Ba (OH) 2 , carbonates such as Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , CaCO 3 , MgCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , Ca (HCO 3) ) 2nd grade bicarbonate etc. can be used. The concentration in the electrolytic solution is preferably in the range of 0.1 or more and 5 or less.

陽極酸化は、好ましくは、電圧2V以上40V以下の範囲であり、電流密度0.5A/dm以上20A/dm以下の範囲で行われる。この範囲であれば、上述の酸化物層を形成できる。陽極酸化は、より好ましくは、電圧5V以上15V以下の範囲であり、電流密度1A/dm以上10A/dm以下の範囲で行われる。また、好ましくは、陽極酸化は、5分以上20分以下の間行う。陽極酸化の電圧と時間とによって、得られる酸化物層の厚さを制御できる。例えば、低電圧で短時間の陽極酸化を行うと、薄い酸化物層となり、電圧の上昇または時間の増大にともなって、酸化物層の厚さは厚くなる。所望の厚さを有する酸化物層を得るために、当業者であれば、適宜陽極酸化の電圧および時間を上記範囲から選択し得る。The anodizing is preferably carried out in a voltage range of 2 V or more and 40 V or less, and a current density of 0.5 A / dm 2 or more and 20 A / dm 2 or less. Within this range, the above-mentioned oxide layer can be formed. The anodizing is more preferably performed in a voltage range of 5 V or more and 15 V or less, and a current density of 1 A / dm 2 or more and 10 A / dm 2 or less. Also, preferably, anodization is carried out for 5 minutes or more and 20 minutes or less. The thickness of the obtained oxide layer can be controlled by the voltage and time of anodization. For example, anodizing at a low voltage for a short time results in a thin oxide layer, and the thickness of the oxide layer increases as the voltage increases or the time increases. In order to obtain an oxide layer having a desired thickness, those skilled in the art can appropriately select the voltage and time of anodization from the above ranges.

陽極酸化は、好ましくは、0℃以上35℃以下の温度範囲の電解液で行う。これにより、上述の酸化物層を形成できる。 Anodization is preferably carried out with an electrolytic solution in a temperature range of 0 ° C. or higher and 35 ° C. or lower. Thereby, the above-mentioned oxide layer can be formed.

図3を参照して説明した熱酸化においても、図4を参照して説明した陽極酸化においても、表面の結晶粒の向きがランダムなMg合金を使用することによって、図2で示したような、段差を有する酸化物層を有し、光輝性に優れたMg合金を製造できる。表面の結晶粒の向きがランダムなScを含有するMg合金は、例えば、Y.Ogawaら,Scripta Materialia,128(2017)27−31を参照して製造される。なお、結晶粒間で酸化物層に段差が存在することは簡易的には光学顕微鏡によって確認できるが、原子間力顕微鏡、レーザ顕微鏡あるいは透過型電子顕微鏡により詳細に確認できる。 In both the thermal oxidation described with reference to FIG. 3 and the anodizing described with reference to FIG. 4, by using an Mg alloy having random surface crystal grain orientations, as shown in FIG. It is possible to produce an Mg alloy having an oxide layer having a step and having excellent brilliance. The Mg alloy containing Sc having a random surface crystal grain orientation is described in, for example, Y. Manufactured with reference to Ogawa et al., Scripta Materia, 128 (2017) 27-31. The existence of a step in the oxide layer between crystal grains can be easily confirmed by an optical microscope, but can be confirmed in detail by an atomic force microscope, a laser microscope, or a transmission electron microscope.

本願発明者は、上述したように、Scおよび/またはYを含有するMg合金を用いて、単に熱酸化または陽極酸化するだけで、上述した酸化物層を形成でき、塗料や染料を有することなく、金属光沢を維持し、呈色する、意匠性に優れたMg系金属部材を提供できることを見出した。 As described above, the inventor of the present application can form the above-mentioned oxide layer by simply performing thermal oxidation or anodizing using an Mg alloy containing Sc and / or Y, without having a paint or a dye. , It has been found that it is possible to provide an Mg-based metal member having excellent designability, which maintains metallic luster and develops color.

図示しないが、純Mgまたは上述のMg合金の表面に、物理的気相成長法あるいは化学的気相成長法により、スカンジウム(Sc)および/またはイットリウム(Y)をソースに用いて酸化物層を形成してもよい。このようにしても、上述の酸化物層が得られる。 Although not shown, an oxide layer is formed on the surface of pure Mg or the above-mentioned Mg alloy by a physical vapor deposition method or a chemical vapor deposition method using scandium (Sc) and / or yttrium (Y) as a source. It may be formed. Even in this way, the above-mentioned oxide layer can be obtained.

次に具体的な実施例を用いて本発明について詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。 Next, the present invention will be described in detail with reference to specific examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples.

[基体1〜29]
それぞれ市販のMg金属(純度99.9%)、Sc金属(純度99.9%)およびY金属(純度99.9%)を原料に用い、高周波溶解(日新技研株式会社製、NEV−M5T)した。なお、Mg金属、Sc金属およびY金属は、表1に示す組成比を満たすように混合された。
[Hypokeimenon 1-29]
High-frequency melting (NEV-M5T manufactured by Nissin Giken Co., Ltd.) using commercially available Mg metal (purity 99.9%), Sc metal (purity 99.9%) and Y metal (purity 99.9%) as raw materials, respectively. )did. The Mg metal, Sc metal and Y metal were mixed so as to satisfy the composition ratios shown in Table 1.

基体1、2および8〜27を次のようにして製造した。原料を溶解後、鋳込まず坩堝止めとし、坩堝には高純度アルミナを用いた。得られたインゴットは圧化率10%とし冷間圧延で歪みを加え、600℃で16時間熱処理を施した。その後、必要に応じて500〜700℃で熱処理し水冷した。これは、基体の特性を所望のものとするための処理であり、この熱処理中に生じた表面の酸化被膜等は、以降の処理で除去された。次いで、得られた板状のMg系合金をシリコンカーバイド(SiC)研磨紙、ダイヤモンドペーストおよび研磨懸濁液を用いて鏡面研磨した。このようにして得られたMg系合金を、それぞれ、基体1、2および9〜27と称する。なお、基体8は、Scの含有量が多すぎたため、合金とならなかったため、以降の処理を行わなかった。 Hypokeimenons 1, 2 and 8 to 27 were manufactured as follows. After the raw material was melted, it was not cast and used as a crucible stopper, and high-purity alumina was used for the crucible. The obtained ingot was subjected to a compression ratio of 10%, strained by cold rolling, and heat-treated at 600 ° C. for 16 hours. Then, if necessary, it was heat-treated at 500 to 700 ° C. and cooled with water. This is a treatment for making the characteristics of the substrate desired, and the oxide film on the surface formed during this heat treatment was removed in the subsequent treatment. Next, the obtained plate-shaped Mg-based alloy was mirror-polished using silicon carbide (SiC) polishing paper, diamond paste and a polishing suspension. The Mg-based alloys thus obtained are referred to as substrates 1, 2 and 9 to 27, respectively. Since the substrate 8 did not form an alloy because the Sc content was too high, the subsequent treatment was not performed.

基体3〜7を次のようにして製造した。原料を溶解後、鋳込まず坩堝止めとし、坩堝には高純度アルミナを用いた。得られたインゴットは600℃で熱間圧延した.熱間圧延後、厚さ約0.7mmの板状になるまで適宜600℃で10分間の焼鈍を施しながら冷間圧延を施した。その後、必要に応じて500〜700°Cで熱処理し水冷した。次いで、得られた板状のMg系合金をシリコンカーバイド(SiC)研磨紙、ダイヤモンドペーストおよび研磨懸濁液を用いて鏡面研磨した。このようにして得られたMg系合金を、それぞれ、基体3〜7と称する。 The substrates 3 to 7 were manufactured as follows. After the raw material was melted, it was not cast and used as a crucible stopper, and high-purity alumina was used for the crucible. The obtained ingot was hot-rolled at 600 ° C. After hot rolling, cold rolling was performed while appropriately annealing at 600 ° C. for 10 minutes until a plate having a thickness of about 0.7 mm was formed. Then, if necessary, it was heat-treated at 500 to 700 ° C. and cooled with water. Next, the obtained plate-shaped Mg-based alloy was mirror-polished using silicon carbide (SiC) polishing paper, diamond paste and a polishing suspension. The Mg-based alloys thus obtained are referred to as substrates 3 to 7, respectively.

なお、基体1〜27の組成が、表1の仕込み組成に一致することを、組成分析(エネルギー分散型X線分光法(EDX))により確認した。また、鏡面研磨後の基体1〜7、9〜27の表面粗さRaは、0.05μm以上0.2μm以下の範囲であった。粗さ測定には、原子間力顕微鏡を用いて、JIS R 1683:2014に準拠した条件で測定を行った。 It was confirmed by composition analysis (energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX)) that the compositions of the substrates 1 to 27 corresponded to the charged compositions in Table 1. The surface roughness Ra of the substrates 1 to 7 and 9 to 27 after mirror polishing was in the range of 0.05 μm or more and 0.2 μm or less. The roughness was measured using an atomic force microscope under the conditions conforming to JIS R 1683: 2014.

基体28は、純Mgであった。基体29は、AZ31(Zn:3wt%、Al:1wt%)であった。 The substrate 28 was pure Mg. The substrate 29 was AZ31 (Zn: 3 wt%, Al: 1 wt%).

基体1〜7および9〜29を10mm×10mm×0.5〜5mmの矩形の板状にし、続く、熱酸化あるいは陽極酸化を実施した。 The substrates 1 to 7 and 9 to 29 were formed into a rectangular plate having a size of 10 mm × 10 mm × 0.5 to 5 mm, and subsequent thermal oxidation or anodization was carried out.

Figure 2020012890
Figure 2020012890

[実施例/比較例1〜34]
基体1〜7および9〜29を用い、表2に示す条件で熱酸化を行った。詳細には、各基体を電気炉に設置し、大気中で、表2に示す温度および時間にて熱酸化させた。なお、比較例32の試料は、熱処理により金属が溶解したため、これ以上の測定は行わなかった。
[Examples / Comparative Examples 1 to 34]
Thermal oxidation was performed using the substrates 1 to 7 and 9 to 29 under the conditions shown in Table 2. Specifically, each substrate was placed in an electric furnace and thermally oxidized in the air at the temperatures and times shown in Table 2. In the sample of Comparative Example 32, the metal was dissolved by the heat treatment, so no further measurement was performed.

Figure 2020012890
Figure 2020012890

[実施例/比較例35〜53]
基体3、5、12、22および26を用い、表3に示す条件で陽極酸化を行った。詳細には、各基体を1規定の水酸化ナトリウム浴に浸漬し、カーボン棒と一対の電極として電解を行った。なお、電解液温度は25℃であった。
[Example / Comparative Example 35-53]
Anodizing was performed using the substrates 3, 5, 12, 22 and 26 under the conditions shown in Table 3. Specifically, each substrate was immersed in a predetermined sodium hydroxide bath and electrolyzed as a pair of electrodes with a carbon rod. The electrolyte temperature was 25 ° C.

Figure 2020012890
Figure 2020012890

実施例/比較例1〜53で得られた試料について、エネルギー分散型X線分光法(EDX)を付属した透過型電子顕微鏡(TEM、日本電子社製、JEM−2100F)を用いて、表面および断面を観察し、回折パターンを得た。また、得られた試料について、EDXにより元素マッピングを調べ、点分析により組成を求めた。なお、組成は、試料の表面の10か所について行い、平均値とした。これらの結果を図5〜図8および表4に示す。 The samples obtained in Examples / Comparative Examples 1 to 53 were subjected to a surface and a transmission electron microscope (TEM, manufactured by JEOL Ltd., JEM-2100F) equipped with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The cross section was observed to obtain a diffraction pattern. In addition, the element mapping of the obtained sample was examined by EDX, and the composition was determined by point analysis. The composition was set at 10 locations on the surface of the sample and used as an average value. These results are shown in FIGS. 5 to 8 and Table 4.

さらに、得られた試料の表面の様子を観察し、金属光沢の有無、および、呈色状態について調べた。走査型電子顕微鏡(SEM、日本電子社製、JSM−7000F)により酸化物層の被覆率を求めた。さらに、得られた試料に対してスコッチテープテスト(JIS H 8504:1999「めっきの密着性試験方法」)を実施し、密着性を調べた。また、得られた試料を、水(25℃)に3日間浸漬し、耐食性を調べた。これらの結果を表5に示す。 Furthermore, the state of the surface of the obtained sample was observed, and the presence or absence of metallic luster and the coloration state were examined. The coverage of the oxide layer was determined by a scanning electron microscope (SEM, manufactured by JEOL Ltd., JSM-7000F). Further, a Scotch tape test (JIS H 8504: 1999 "Plating adhesion test method") was carried out on the obtained sample to examine the adhesion. Moreover, the obtained sample was immersed in water (25 ° C.) for 3 days, and the corrosion resistance was examined. These results are shown in Table 5.

図5は、実施例40の試料の断面のTEM像を示す図である。
図6は、実施例40の試料の断面の拡大したTEM像を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a TEM image of a cross section of the sample of Example 40.
FIG. 6 is a diagram showing an enlarged TEM image of the cross section of the sample of Example 40.

図5によれば、基体上に層(膜)が位置している様子が分かる。この層の厚さは、180nmであった。さらに拡大した図6によれば、層中に微結晶が確認された。図示しないが、他の実施例も同様の様態を示した。 According to FIG. 5, it can be seen that the layer (film) is located on the substrate. The thickness of this layer was 180 nm. According to FIG. 6 which was further enlarged, microcrystals were confirmed in the layer. Although not shown, other examples showed similar aspects.

図7は、図6の丸印で示す領域の電子回折パターンを示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing an electron diffraction pattern in the region indicated by the circle in FIG.

図7によれば、スポッティなリングパターンが示され、層は多結晶であることが分かった。図示しないが、他の実施例も同様の様態を示した。ここで、スポッティなとは、spotty状態であることを意味し、具体的には、斑点が多い状態を意味してもよい。従って、この酸化物層は、結晶方位が異なる微細な結晶相が混合した多結晶体を含有することが分かる。 FIG. 7 showed a spotty ring pattern and the layers were found to be polycrystalline. Although not shown, other examples showed similar aspects. Here, "spotty" means that it is in a sporty state, and specifically, it may mean a state in which there are many spots. Therefore, it can be seen that this oxide layer contains a polycrystal in which fine crystal phases having different crystal orientations are mixed.

図8は、実施例40の試料の断面の元素マッピングを示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing element mapping of a cross section of the sample of Example 40.

図8(A)には、実施例40の試料の断面のTEM像を示し、基体上に層が位置することが分かる。図8(B)〜(D)は、それぞれ、図8(A)に示す層の酸素(O)、マグネシウム(Mg)およびスカンジウム(Sc)の元素マッピングである。図面はグレースケールで示されるが、図8(A)に示される層と同じ位置において明るく示される領域が各元素に相当する。これによれば、層中、酸素、マグネシウムおよびスカンジウムが分散して位置していることが分かる。図示しないが、他の実施例も同様の元素マッピングを示した。 FIG. 8A shows a TEM image of a cross section of the sample of Example 40, and it can be seen that the layer is located on the substrate. 8 (B) to 8 (D) are elemental mappings of oxygen (O), magnesium (Mg) and scandium (Sc) in the layers shown in FIG. 8 (A), respectively. Although the drawings are shown in grayscale, the regions shown brightly at the same positions as the layers shown in FIG. 8 (A) correspond to each element. According to this, it can be seen that oxygen, magnesium and scandium are dispersedly located in the layer. Although not shown, other examples showed similar element mapping.

Figure 2020012890
Figure 2020012890

これらから、Mg合金を基体に用い、本発明の実施例において、図3に示す熱酸化、および、図4に示す陽極酸化によって、Mg合金上に、マグネシウムと、スカンジウムおよび/またはイットリウムと、酸素とを含有する酸化物層が形成されることが示された。表4によれば、酸化物層は、Mg(ただし、x+y+z=1、Mは、Scおよび/またはYである)で表され、パラメータx、yおよびzは、
0.003≦x≦0.8
0.03≦y≦0.65
0.005≦z≦0.95
を満たす多結晶であることが分かった。
この酸化物層は、上述するMgで表される限りは、同一の性質・性能を有すると考えられ同じ酸化物と解釈されてよい。この酸化物層が、このような同一の性質・性能を有する微細な結晶相を含むことは、実験的に確認された。従って、このような組成の範囲であれば、当該酸化物(若しくは複合酸化物)は、特定できる。ここで、Sc及びYは共に遷移金属に属する第3族元素であり、その原子半径は、162pm及び180pmと近く、酸化数も3、2、1であってもよく、互いに置換可能に上記結晶相に含まれることができる。また、熱酸化又は陽極酸化の何れの方法で形成されても、同一の性質・性能を有することが分かった。また、xがyに比較して大きくなると、上述するように酸化物層が粗になり易く、逆に、小さくなると、酸化物層は緻密になり易いと考えられる。酸化物層は、粗になりすぎても、或いは、緻密になりすぎてもその特性が劣化する虞がある。
また、表4において、比較例34及び53の層の厚さにおいて、凹凸大のため測定不能とあるが、これは、酸化層が基体の表面に連続して形成されなかったので、高さ(粗さ)方向の異常値が生じたことによる。
From these, using an Mg alloy as a substrate, in the examples of the present invention, magnesium, scandium and / or yttrium, and oxygen were added to the Mg alloy by thermal oxidation shown in FIG. 3 and anodizing shown in FIG. It was shown that an oxide layer containing and was formed. According to Table 4, the oxide layer, Mg x M y O z (provided that, x + y + z = 1 , M is a is Sc and / or Y) is represented by the parameters x, y and z,
0.003 ≤ x ≤ 0.8
0.03 ≤ y ≤ 0.65
0.005 ≤ z ≤ 0.95
It was found that it was a polycrystal satisfying the above conditions.
The oxide layer is, as long as represented by Mg x M y O z to above may be interpreted as the same oxide is considered to have the same properties and performance. It was experimentally confirmed that this oxide layer contained such a fine crystal phase having the same properties and performance. Therefore, the oxide (or composite oxide) can be specified within the range of such a composition. Here, Sc and Y are both Group 3 elements belonging to the transition metal, their atomic radii are close to 162 pm and 180 pm, and their oxidation numbers may be 3, 2 and 1, and the crystals can be replaced with each other. Can be included in the phase. It was also found that they have the same properties and performance regardless of whether they are formed by thermal oxidation or anodizing. Further, it is considered that when x is larger than y, the oxide layer tends to be coarse as described above, and conversely, when x is smaller, the oxide layer tends to be dense. If the oxide layer becomes too coarse or too dense, its characteristics may deteriorate.
Further, in Table 4, the thickness of the layers of Comparative Examples 34 and 53 cannot be measured due to the large unevenness, but this is because the oxide layer was not continuously formed on the surface of the substrate. This is due to the occurrence of an abnormal value in the (roughness) direction.

Figure 2020012890
Figure 2020012890

表5によれば、本発明の実施例において、図3に示す熱酸化、および、図4に示す陽極酸化によって得られ、上述の組成を満たす酸化物層を備えた実施例1〜31、35〜52の試料(Mg系合金)は、金属光沢を有しており、酸化物層の干渉により種々の色を呈色し、意匠性に優れることが確認された。また、酸化物層の厚さを変化することによって呈色を制御できることが示された。いずれの実施例の試料も、テープテストによって剥離することなく、酸化物層の密着性が高いことが示された。さらに、いずれの実施例の試料も、一部腐食が見られたが耐食性を有していた。特に、酸化物層の被覆率が高いほど(例えば、90%以上)、耐食性が向上することが示された。 According to Table 5, in the examples of the present invention, Examples 1 to 31 and 35 provided with an oxide layer obtained by thermal oxidation shown in FIG. 3 and anodized shown in FIG. 4 and satisfying the above composition. It was confirmed that the samples (Mg-based alloys) of ~ 52 had a metallic luster, exhibited various colors due to the interference of the oxide layer, and were excellent in designability. It was also shown that the coloration can be controlled by changing the thickness of the oxide layer. The samples of all the examples were shown to have high adhesion of the oxide layer without peeling by the tape test. Furthermore, the samples of all the examples had corrosion resistance although some corrosion was observed. In particular, it was shown that the higher the coverage of the oxide layer (for example, 90% or more), the better the corrosion resistance.

表5によれば、層の厚さが不均一な実施例46、47の試料は、グラデーションの呈色を示した。また、実施例39の試料は、ステンドグラス調を有していた。実施例39の試料を光学顕微鏡で観察したところ基体の結晶粒がランダムであり、酸化物層の表面に5nm以上15nm以下の範囲の段差を有することが分かった。 According to Table 5, the samples of Examples 46 and 47 having non-uniform layer thickness showed gradation coloration. In addition, the sample of Example 39 had a stained glass tone. When the sample of Example 39 was observed with an optical microscope, it was found that the crystal grains of the substrate were random and that the surface of the oxide layer had a step in the range of 5 nm or more and 15 nm or less.

以上説明してきたように、本発明の実施例において、Scおよび/またはYを含有するMg合金を基体として用い、単に、熱酸化あるいは陽極酸化を行うだけで、金属光沢を備え、呈色し、意匠性に優れたMg系合金を提供できることが示された。また、このような意匠性に優れたMg系合金は、耐食性にも優れる。また、基体の形状は、特に問われないが、最終製品の形状に近いものが好ましい。例えば、図1にあるような板状部材であってもよい。 As described above, in the examples of the present invention, an Mg alloy containing Sc and / or Y is used as a substrate, and simply by performing thermal oxidation or anodizing, metallic luster is provided and color is developed. It was shown that an Mg-based alloy having excellent designability can be provided. Further, such an Mg-based alloy having excellent designability is also excellent in corrosion resistance. The shape of the substrate is not particularly limited, but the shape of the substrate is preferably close to the shape of the final product. For example, it may be a plate-shaped member as shown in FIG.

本発明の実施例において、酸化物層を有するMg系金属部材は、金属光沢および呈色しているので、意匠性に優れる。また、酸化物層は、耐食性にも優れる。このようなMg系金属部材は、時計、眼鏡、食器、あるいは、スマートフォン、デジタルカメラ等携帯用の電子機器などの筐体等の装飾物品に適用される。例えば、図9において示される時計300の時計フレーム310に本発明の実施例のMg系金属部材を適用することができる。また、図10において示される眼鏡400の眼鏡フレーム410に本発明の実施例のMg系金属部材を適用することができる。図11において示される食器(プレート)500に本発明の実施例のMg系金属部材を適用することができる。図12において示されるスマートフォン600のフレーム610に本発明の実施例のMg系金属部材を適用することができる。ここで、酸化物層は、所定の形状に変形させる際に、表面ひずみが入り易いので、形状をほぼ仕上げた状態で、熱酸化又は陽極酸化処理を行い表面酸化物層を形成することが好ましい。 In the examples of the present invention, the Mg-based metal member having an oxide layer has a metallic luster and coloration, and is therefore excellent in designability. The oxide layer is also excellent in corrosion resistance. Such Mg-based metal members are applied to decorative articles such as watches, eyeglasses, tableware, and housings of portable electronic devices such as smartphones and digital cameras. For example, the Mg-based metal member of the embodiment of the present invention can be applied to the clock frame 310 of the clock 300 shown in FIG. Further, the Mg-based metal member of the embodiment of the present invention can be applied to the spectacle frame 410 of the spectacles 400 shown in FIG. The Mg-based metal member of the embodiment of the present invention can be applied to the tableware (plate) 500 shown in FIG. The Mg-based metal member of the embodiment of the present invention can be applied to the frame 610 of the smartphone 600 shown in FIG. Here, since the oxide layer is easily subjected to surface strain when it is deformed into a predetermined shape, it is preferable to perform thermal oxidation or anodizing treatment to form the surface oxide layer in a state where the shape is almost finished. ..

100、200 Mg系金属部材
110 MgまたはMg合金の基体
120、220 酸化物層
300 時計 310 Mg系金属部材が適用された時計フレーム
400 眼鏡 410 Mg系金属部材が適用された眼鏡フレーム
500 Mg系金属部材が適用された食器(プレート)
600 スマートフォン
610 Mg系金属部材が適用されたフレーム
100, 200 Mg-based metal member 110 Mg or Mg alloy substrate 120, 220 Oxide layer 300 Clock 310 Watch frame with Mg-based metal member 400 Eyeglasses 410 Eyeglass frame with Mg-based metal member 500 Mg-based metal Tableware (plate) to which the material is applied
600 Smartphone 610 Frame to which Mg-based metal member is applied

Claims (20)

マグネシウムまたはマグネシウム合金の基体と、
前記基体の表面を被覆する酸化物層と
を備え、
前記酸化物層は、少なくとも、マグネシウム(Mg)とスカンジウム(Sc)および/またはイットリウム(Y)と酸素(O)とを含有する、マグネシウム系金属部材。
With a magnesium or magnesium alloy substrate,
Provided with an oxide layer covering the surface of the substrate,
The oxide layer is a magnesium-based metal member containing at least magnesium (Mg), scandium (Sc) and / or yttrium (Y) and oxygen (O).
前記酸化物層は、Mg(ただし、x+y+z=1、Mは、Scおよび/またはYである)で表され、パラメータx、yおよびzは、
0.003≦x≦0.8
0.03≦y≦0.65
0.005≦z≦0.95
を満たす、請求項1に記載のマグネシウム系金属部材。
The oxide layer, Mg x M y O z (provided that, x + y + z = 1 , M is Sc and / or Y) is represented by the parameters x, y and z,
0.003 ≤ x ≤ 0.8
0.03 ≤ y ≤ 0.65
0.005 ≤ z ≤ 0.95
The magnesium-based metal member according to claim 1.
前記パラメータx、yおよびzは、
0.2≦x≦0.75
0.2≦y≦0.4
0.005≦z≦0.45
を満たす、請求項2に記載のマグネシウム系金属部材。
The parameters x, y and z are
0.2 ≤ x ≤ 0.75
0.2 ≤ y ≤ 0.4
0.005 ≤ z ≤ 0.45
The magnesium-based metal member according to claim 2, which satisfies the above conditions.
前記酸化物層は、多結晶である、請求項1〜3のいずれかに記載のマグネシウム系金属部材。 The magnesium-based metal member according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxide layer is polycrystalline. 前記酸化物層の前記基体に対する被覆率は、70%以上である、請求項1〜4のいずれかに記載のマグネシウム系金属部材。 The magnesium-based metal member according to any one of claims 1 to 4, wherein the coverage of the oxide layer on the substrate is 70% or more. 前記酸化物層は、50nm以上1μm以下の範囲の厚さを有する、請求項1〜5のいずれかに記載のマグネシウム系金属部材。 The magnesium-based metal member according to any one of claims 1 to 5, wherein the oxide layer has a thickness in the range of 50 nm or more and 1 μm or less. 前記酸化物層は、100nm以上350nm以下の範囲の厚さを有する、請求項6に記載のマグネシウム系金属部材。 The magnesium-based metal member according to claim 6, wherein the oxide layer has a thickness in the range of 100 nm or more and 350 nm or less. 前記マグネシウム合金は、マグネシウムを主成分として、スカンジウムおよび/またはイットリウムを0.1at%以上50at%未満の範囲で含有する、請求項1〜7のいずれかに記載のマグネシウム系金属部材。 The magnesium-based metal member according to any one of claims 1 to 7, wherein the magnesium alloy contains magnesium as a main component and scandium and / or yttrium in a range of 0.1 at% or more and less than 50 at%. 前記マグネシウム合金は、マグネシウムを主成分として、スカンジウムおよび/またはイットリウムを0.3at%以上40at%以下の範囲で含有する、請求項8に記載のマグネシウム系金属部材。 The magnesium-based metal member according to claim 8, wherein the magnesium alloy contains magnesium as a main component and scandium and / or yttrium in a range of 0.3 at% or more and 40 at% or less. 前記酸化物層の厚さは、均一である、請求項1〜9のいずれかに記載のマグネシウム系金属部材。 The magnesium-based metal member according to any one of claims 1 to 9, wherein the oxide layer has a uniform thickness. 前記酸化物層の厚さは、不均一である、請求項1〜9のいずれかに記載のマグネシウム系金属部材。 The magnesium-based metal member according to any one of claims 1 to 9, wherein the oxide layer has a non-uniform thickness. 前記酸化物層は、表面に5nm以上15nm以下の範囲の段差を有する、請求項1〜11のいずれかに記載のマグネシウム系金属部材。 The magnesium-based metal member according to any one of claims 1 to 11, wherein the oxide layer has a step in the range of 5 nm or more and 15 nm or less on the surface. マグネシウムが主成分でスカンジウムおよび/またはイットリウムを0.1at%以上50at%未満の範囲において含有する表面研磨されたマグネシウム合金を、少なくとも酸素が含有される雰囲気中、50℃を超えて800℃未満の温度範囲において熱酸化する工程を包含する、請求項1〜12のいずれかに記載のマグネシウム系金属部材を製造する方法。 A surface-polished magnesium alloy containing magnesium as the main component and scandium and / or yttrium in the range of 0.1 at% or more and less than 50 at% in an atmosphere containing at least oxygen, more than 50 ° C and less than 800 ° C. The method for producing a magnesium-based metal member according to any one of claims 1 to 12, which comprises a step of thermally oxidizing in a temperature range. 前記熱酸化する工程は、300℃以上700℃以下の温度範囲で行われる、請求項13に記載の方法。 The method according to claim 13, wherein the thermal oxidation step is performed in a temperature range of 300 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. 前記熱酸化する工程は、5分以上100日以下の間行う、請求項13または14に記載の方法。 The method according to claim 13 or 14, wherein the thermal oxidation step is carried out for 5 minutes or more and 100 days or less. マグネシウムが主成分でスカンジウムおよび/またはイットリウムを0.1at%以上50at%未満の範囲において含有するマグネシウム合金を、電解液中で陽極酸化する工程を包含する、請求項1〜12のいずれかに記載のマグネシウム系金属部材を製造する方法。 The invention according to any one of claims 1 to 12, further comprising anodizing a magnesium alloy containing magnesium as a main component and scandium and / or yttrium in a range of 0.1 at% or more and less than 50 at% in an electrolytic solution. Method for manufacturing magnesium-based metal members. 前記陽極酸化する工程は、2V以上40V以下の電圧を印加する、請求項16に記載の方法。 The method according to claim 16, wherein the step of anodizing applies a voltage of 2 V or more and 40 V or less. 前記陽極酸化する工程は、5分以上20分以下の間行う、請求項16または17に記載の方法。 The method according to claim 16 or 17, wherein the anodizing step is carried out for 5 minutes or more and 20 minutes or less. マグネシウム系金属を用いた装飾物品であって、
前記マグネシウム系金属は、請求項1〜12のいずれかに記載のマグネシウム系金属部材である、装飾物品。
It is a decorative article using magnesium-based metal.
The decorative article, wherein the magnesium-based metal is the magnesium-based metal member according to any one of claims 1 to 12.
前記装飾物品は、時計、眼鏡、食器、および、携帯用電子機器の筐体からなる群から選択される、請求項19に記載の装飾物品。 The decorative article according to claim 19, wherein the decorative article is selected from the group consisting of a clock, eyeglasses, tableware, and a housing of a portable electronic device.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07109598A (en) * 1993-10-07 1995-04-25 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Anodic oxidation of magnesium alloy product
JP2003166098A (en) * 2001-11-30 2003-06-13 Kasatani:Kk Composition for anodizing magnesium alloy and anodizing method
JP2005504884A (en) * 2001-10-04 2005-02-17 ブリッグス・アンド・ストラットン・コーポレイション Anodized magnesium or magnesium alloy piston and method of manufacturing the same
WO2008117890A1 (en) * 2007-03-26 2008-10-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Magnesium alloys and process for producing the same
WO2017065208A1 (en) * 2015-10-13 2017-04-20 国立大学法人東北大学 Magnesium alloy that exhibits superelastic effect and/or shape-memory effect

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07109598A (en) * 1993-10-07 1995-04-25 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Anodic oxidation of magnesium alloy product
JP2005504884A (en) * 2001-10-04 2005-02-17 ブリッグス・アンド・ストラットン・コーポレイション Anodized magnesium or magnesium alloy piston and method of manufacturing the same
JP2003166098A (en) * 2001-11-30 2003-06-13 Kasatani:Kk Composition for anodizing magnesium alloy and anodizing method
WO2008117890A1 (en) * 2007-03-26 2008-10-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Magnesium alloys and process for producing the same
WO2017065208A1 (en) * 2015-10-13 2017-04-20 国立大学法人東北大学 Magnesium alloy that exhibits superelastic effect and/or shape-memory effect

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