KR20110091856A

KR20110091856A - 마그네슘 합금 부재

Info

Publication number: KR20110091856A
Application number: KR20117010995A
Authority: KR
Inventors: 마사타다 누마노; 류이치 이노우에; 노부유키 오쿠다; 노조무 가와베; 고지 모리; 노부유키 모리; 유키히로 오이시; 다카히코 기타무라
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-08-16
Also published as: AU2009320919A1; US20110229733A1; JP5392465B2; EP2364842A1; RU2011126112A; CN102224005A; TW201026966A; JP2010125624A; WO2010061732A1

Abstract

복수의 마그네슘 합금편[기재(1)와 보강재(2), 보스(3), 핀(4)]이 무기 접합층을 통해 접합된다. 무기 접합층의 구체예로서는, 무기계 접착제나, 핫 클래드를 행할 때에 마그네슘 합금편에 형성되는 금속 박막을 들 수 있다. 무기 접합층을 통해 마그네슘 합금편들끼리 접합하기 때문에, 절삭에 의해 보강재 등을 형성하는 경우에 비해, 재료의 낭비를 없앨 수 있다. 무기 접합층을 이용함으로써, 마그네슘 합금 부재를 리사이클할 때에 용해하여도, 유해한 매연이 발생하지 않는 마그네슘 합금 부재를 제공한다.

Description

마그네슘 합금 부재{MAGNESIUM ALLOY MEMBER}

본 발명은 마그네슘 합금 부재에 관한 것이다. 특히, 유기계 재료의 사용량을 가급적으로 저감할 수 있는 마그네슘 합금 부재에 관한 것이다.

휴대 전화나 노트형 퍼스널 컴퓨터와 같은 휴대 기기류의 케이스나 자동차 부품 등의 구성 재료에, 경량이며 비강도가 높은 마그네슘 합금이 이용되어 왔다. 마그네슘 합금 부재에서는, 기재에 보강재를 설치하거나, 기재에 구획이나 위치 결정에 이용되는 핀을 설치하는 경우가 있다.

마그네슘 합금 기재에 보강재를 설치하는 경우, 절삭에 의해 기재와 일체인 보강재를 형성하거나(특허문헌 1), 기재에 보강재나 핀을 설치하는 경우, 이들 보강재나 핀을 기재에 접합하는 것을 생각할 수 있다. 이 접합의 구체적인 수단으로서는, 유기계 접착 시트에 의해 보강재나 핀을 기재에 접착하거나, 볼트와 너트를 이용하여 접합 대상끼리 접합하는 것을 들 수 있다.

일본 특허 공개 제2002-018626호 공보

그러나, 절삭에 의한 보강재의 형성에서는, 절삭에 의해 제거되는 마그네슘 합금이 많기 때문에 생산 효율이 낮아진다. 또한, 절삭칩의 발생이나 비산은 환경이나 안전 면에서도 피해야 한다.

한편, 유기계 접착 시트를 이용한 접합에서는, 마그네슘 합금 부재를 리사이클할 때, 같은 부재를 용해하면, 유해한 가스나 매연이 발생하는 등 환경상의 문제가 있다.

또한, 볼트와 너트에 의한 접합은 부품 개수가 많아지는 것에 추가로, 접합 지점이 많으면, 접합 작업도 번잡해진다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적 중 하나는 접합 대상들끼리 생산성 좋게 접합할 수 있는 마그네슘 합금 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 리사이클 시에 유해한 가스나 매연 등이 발생하지 않는 마그네슘 합금부를 제공하는 것이다.

본 발명의 마그네슘 합금 부재는 무기 접합층을 통해 복수의 마그네슘 합금편이 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 무기 접합층을 통해 마그네슘 합금편끼리 접합하기 때문에, 절삭에 의해 보강재 등을 형성하는 경우에 비해, 재료 낭비를 없앨 수 있다. 또한, 무기 접합층을 이용함으로써, 마그네슘 합금 부재를 리사이클할 때에 용해하여도, 유해한 매연이 발생하지 않는다. 또한, 볼트와 너트를 이용하여 접합하는 경우에 비해, 부품 개수가 많아지지 않고, 또한 접합 지점이 많아도 비교적 접합 작업을 간이하게 행할 수 있다.

본 발명의 마그네슘 합금 부재에 있어서, 상기 무기 접합층은 Al, Si, Cu, Fe, 및 Ni 중 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, Al, Si, Cu, Fe, 및 Ni 중 1종 이상을 함유하는 접합층을 형성함으로써, 접합 강도와 내열성이 우수한 접합을 할 수 있다.

특히, 상기 무기 접합층은 Al의 산화물 및 Si의 산화물 중 1종 이상으로 이루어지는 것이 적합하다.

이 구성에 의하면, 특히 높은 내열성을 갖는 접합층을 통해 판재와 보강재를 접합할 수 있다.

본 발명의 마그네슘 합금 부재에 있어서, 접합된 마그네슘 합금편 간의 접합 강도는 100 MPa 이상인 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 높은 강도로 마그네슘 합금편끼리 접합할 수 있다.

본 발명의 마그네슘 합금 부재에 있어서, 접합되는 마그네슘 합금편 중 하나 이상을 압연판으로 할 수 있다.

이 구성에 의하면, 접합 대상의 한 쪽 이상을 압연판으로 함으로써, 주조재에 비해 고강도로 표면 평활성이 우수한 마그네슘 합금 부재를 얻을 수 있다.

본 발명의 마그네슘 합금 부재에 있어서, 상기 압연판은 Al을 3.5 질량% 이상 함유하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 충분한 강도와 높은 내식성을 갖는 마그네슘 합금 부재로 할 수 있다.

본 발명의 마그네슘 합금 부재에 의하면, 리사이클할 때에 유해한 가스나 매연이 발생하는 일이 없다.

도 1a는 본 발명의 실시형태에 따른 마그네슘 합금 부재의 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 실시형태에 따른 마그네슘 합금 부재의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 스테이를 도시하는 사시도이다.
도 3은 실시예 1에 따른 마그네슘 합금 부재의 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 또한, 도면의 설명에서는, 동일 요소에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면의 치수 비율은 설명과 반드시 일치하지 않는다.

<마그네슘 합금 부재>

본 발명의 마그네슘 합금 부재에서의 접합 대상은 복수의 마그네슘 합금편으로 이루어진다. 각 합금편은 무기 접합층을 통해 접합된다.

《접합 대상》

접합 대상 각각은 모두 마그네슘 합금으로 이루어지는 것으로 한다. 이 마그네슘 합금은 Mg에 첨가 원소를 함유한 여러 가지 조성의 것(잔부: Mg 및 불순물)을 이용할 수 있다. 예컨대, Mg-Al계, Mg-Zn계, Mg-RE(희토류 원소)계, Y 첨가 합금 등을 들 수 있다. 특히, Al을 함유하는 Mg-Al계 합금은 내식성이 높다. Mg-Al계 합금은, 예컨대 ASTM 규격에서의 AZ계 합금(Mg-Al-Zn계 합금, Zn: 0.2∼1.5 질량%), AM계 합금(Mg-Al-Mn계 합금, Mn: 0.15∼0.5 질량%), AS계 합금(Mg-Al-Si계 합금, Si:0.6∼1.4 질량%), Mg-Al-RE(희토류 원소)계 합금 등을 들 수 있다. Al량은 1.0∼11 질량% 이하, 더 나아가서는 3.5 질량% 이상이 바람직하고, 특히 Al을 8.3∼9.5 질량%, Zn을 0.5∼1.5 질량% 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 Mg-Al계 합금이 바람직하다. 그 대표예인 AZ91 합금은 AZ31 합금 및 다른 Mg-Al계 합금과 비교하여, 내식성이나 강도, 내소성 변형성과 같은 기계적 특성이 우수하다.

이 AZ91은 내식성이 우수하기 때문에, 케이스의 내면이나 케이스 내부에 수납되는 부재 등, 외부에 노출되지 않는 지점의 부재에 이용할 경우, 도장되지 않거나 또는 방식 피막이 형성되지 않는 것도 허용될 수도 있다. 도장이나 방식 피막을 형성하지 않으면, 이들의 형성 공정을 생략할 수 있다. 또한, 도장 등을 하지 않으면, 통상 도료 등에 포함되는 유기 용매도 존재하지 않기 때문에 마그네슘 합금 부재를 리사이클할 때에 유해한 가스나 매연이 발생하는 것도 억제할 수 있다. 방식 피막에는 화성 피막이나 양극 산화막을 들 수 있다.

접합 대상이 되는 마그네슘 합금편들은 동일 조성 또는 동일계의 마그네슘 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 동일 조성 또는 동일계의 마그네슘 합금들끼리의 접합이면, 양자의 선팽창 계수가 대략 동일하기 때문에, 합금편 또는 합금 부재에 열처리를 실시하는 경우에도, 각 합금편의 팽창·수축량에 차가 거의 없고, 접합 작업이 용이한 것에 추가로, 접합 후에도 강고히 접합된다.

또한, 접합 대상이 되는 마그네슘 합금편의 제조 공정은 특별히 한정되지 않는다. 주조, 압연, 압출, 신선(伸線) 등 어느 것이어도 좋다. 주조재는 복잡한 형상의 합금편을 제작하는 데 적합하다. 압연재는 고강도이며 표면 평활성이 우수한 평판을 제작하는 데 적합하다. 압출은 여러 가지 단면의 장척재(long material)를 제작하는 데 적합하다. 신선은 와이어 제작에 적합하다. 물론, 이 합금편은 주조재를 압연한 압연판, 압출재를 압연한 압연판, 주조재를 압출한 압출재, 또는 주조재를 신선한 신선재여도 좋다. 합금편을 주조판으로 하는 경우, 그 주조판은 쌍롤법과 같은 연속 주조법, 특히 WO/2006/003899에 기재된 주조 방법으로 제조한 주조판을 이용하는 것이 바람직하다. 합금편을 압연판으로 하는 경우, 그 압연판은, 예컨대 일본 특허 공개 제2007-98470호 공보에 기재된 압연 방법으로 제조한 압연판을 이용하는 것이 바람직하다.

접합 대상이 되는 마그네슘 합금편의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 평판재, 굽힘 판재, 원통형, 봉형, 블록형 등 여러 가지 형태를 선택할 수 있다. 필요에 따라, 딥 드로잉(deep-drawing) 가공이나 굽힘 가공 등의 소성 가공이나, 절삭 또는 연삭 가공을 실시함으로써, 보다 복잡한 형상의 접합 대상으로 하여도 좋다.

예컨대, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 바와 같이, 한쪽의 합금편을 트레이형 기재(1)의 바닥면으로 하고, 다른쪽의 합금편을, 상기 바닥면을 보강하는 L형의 보강재(2)로 하는 것을 들 수 있다. 그 외, 다른쪽 합금편으로서, 원통형의 보스(3)로 하거나, 봉형의 핀(4)으로 하는 것도 들 수 있다. 특히, 통형의 보스(3)의 내면에 암나사를 형성하고, 그 암나사에 수나사를 나사 결합할 수 있도록 하여도 좋다.

한쪽의 합금편이 평판형이면, 다른쪽의 합금편을 안정적으로 강고히 접합하기 쉽다. 한쪽의 합금편을 판재로 한 경우, 판재의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 2.0 ㎜ 이하, 특히 1.5 ㎜ 이하, 더 나아가서는 1 ㎜ 이하가 바람직하다. 상기 범위에서 두꺼울수록 강도가 우수하고, 얇을수록 박형·경량인 케이스에 적합하다. 마그네슘 합금 부재의 용도에 따라 판 두께를 선택하면 된다.

한쪽 합금편이 판재, 다른쪽 합금편이 판재의 보강재인 경우, 판재의 길이는, 보강재의 길이에 대하여 지나치게 길지 않는 것이 바람직하다. 특히, 보강재의 길이 방향의 길이를 Lr, 판재의 보강재에 따른 방향의 길이를 Lb로 했을 때, 양자의 길이의 비(Lr/Lb)를 0.8 이상으로 하는 것이 바람직하다. 광대한 판재의 극히 일부에 보강재를 접합한다면, 거의 보강 기능을 할 수 없기 때문에, 보강재로 판재를 보강하기 위해서는, 판재에 대하여 어느 정도 광범위에 걸쳐 보강재가 접합되어 있어야 한다. 이 때문에 상기 비(Lr/Lb)를 0.8 이상으로 함으로써, 보강재에 판재의 강성을 높이는 보강 기능을 충분히 갖게 할 수 있다. 물론, 판재와 보강재의 접합면끼리는 국부적인 접합이어도 좋지만, 전면에 걸쳐 접합되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 판재 자체가 어느 정도 큰 치수인 경우에 보강재를 접합할 필요성이 높고, 판재가 작으면 보강할 필요성이 낮다. 이 때문에, 판재의 길이가 10 ㎝ 이상(판재의 두께의 50배 이상)인 경우에, 보강재를 접합하는 유효성이 높다.

이 보강재의 형상은 판재를 보강할 수 있으면 좋고, 특별히 한정되지 않는다. 이론상, 평판형의 보강재를 판재에 면 접합하여도 좋지만, 실용상, 판재와 직교하는 방향으로 돌출하는 돌출부를 갖는 형상의 보강재(2)를 이용하는 것이 바람직하다. 대표적으로는, 도 1b에 도시하는 단면이 L형의 장척재 외, T형이나 I형의 장척재를 들 수 있다. 특히, 보강재를 판재에 접합한 상태에서, 판재의 표면으로부터 돌출하는 보강재의 높이가 판재 두께의 2배 이상이 되는 부분을 갖는 형상의 보강재가 바람직하다. 일반적으로, 판재에 대해 단조 등을 하는 것만으로는, 판재 두께의 2배 이상이 되는 돌출부를 판재에 형성하는 것은 사실상 불가능하다. 또한, 높이가 낮은 돌출부를 단조로 성형했다고 해도, 돌출부 주위의 판재가 국소적으로 얇아진다. 그러나, 본 발명에서는, 보강재의 높이를 자유롭게 선택할 수 있기 때문에, 판재 두께의 2배 이상이 되는 높이를 갖는 보강재를 판재에 접합함으로써, 높은 보강 성능을 실현할 수 있다. 물론, 보강재 주변의 판재가 얇아지는 경우도 없다.

이들 평판형의 보강재, 또는 단면이 T형, L형이나 I형의 보강재 중 어느 경우나, 판재와의 접합편 및 돌출부 중 한쪽 이상에는, 필요에 따라, 보강재의 강도를 유지할 수 있는 한도에서 적절한 관통 구멍을 형성하여도 좋다. 이 관통 구멍의 형성에 의해 보강재의 경량화를 도모할 수 있다. 이 관통 구멍은 나사 구멍으로서 이용하여도 좋다.

보강재의 판재에 대한 배열 패턴으로서는, 긴 보강재를 판재의 길이 방향을 따라 연속적으로 접합하는 것이 바람직하다. 복수의 짧은 보강재를 간격을 두고 판재에 접합하면, 보강 효과는 낮지만, 장척재를 연속적으로 보강재에 접합함으로써, 양호한 보강 특성을 얻을 수 있다.

그 외, 마그네슘 합금의 구체예로서는, 도 2에 도시하는 스테이(10)를 들 수 있다. 이 스테이(10)는 파이프형 바(12)에서의 양단부 근처 2지점을 지지 부재(14)로 유지하는 구성이다. 이 바(12)와 지지 부재(14)가 마그네슘 합금으로 형성되고, 서로 접합된다. 여기서의 지지 부재(14)는 바(12)의 원통면에 적합한 원호편(14A)과, 이 원호편(14A)에 연속하는 L자형 편(14B)을 포함하는 구성으로 되어 있다. 이와 같이, 접합면이 만곡면이어도, 전혀 문제없이 마그네슘 합금편들끼리 접합할 수 있다.

《무기 접합층》

무기 접합층은 상기한 마그네슘 합금편들끼리 접합한다. 이 무기 접합층은 실질적으로 무기계 재료만으로 이루어지기 때문에, 유기계 재료가 함유되지 않는다. 이 때문에 마그네슘 합금 부재를 리사이클할 때에 용융하여도, 유해한 매연 등이 발생하는 경우가 없다. 이 무기 접합층은 마그네슘 합금편의 한쪽 이상과 다른 재질로 이루어진다. 즉, 무기 접합층은 한쪽 이상의 마그네슘 합금편의 일부를 변형시켜 형성된 것이 아니다. 이 때문에, 어느 마그네슘 합금편도 접합 지점 근방에서 얇아지는 경우는 없다.

접합된 마그네슘 합금편 간의 접합 강도는 100 MPa 이상, 특히 150 MPa 이상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 이러한 접합 강도를 얻을 수 있는 무기 접합층을 형성한다. 이 접합 강도는 접합 부분을 잘라내고 접합 계면 뒤에 닿는 2면에, 스터드 용접 등, 접합 계면 이상의 강도를 갖는 접합 방법으로, 봉 또는 판재의 파지부를 접합하여, 이들 파지부끼리 인장 시험함으로써 구하면 된다. 이러한 무기 접합층은, 예컨대 후술하는 접합 방법에 의해 형성된다.

《기타》

본 발명의 마그네슘 합금 부재는 방식 피막이나 도장막을 구비하여도 좋다. 이들 중 한쪽 이상을 구비함으로써, 내식성을 향상시키고, 합금 부재의 외관을 양호하게 할 수 있다.

특히, 이들 방식 피막 및 도장막을 제외한 마그네슘 합금 부재의 중량의 99% 이상이 마그네슘 합금으로 이루어지는 것이 적합하다. 이 구성으로 함으로써, 무기계 재료로 이루어지는 접합층의 지나친 증대를 방지한다.

또한, 본 발명의 마그네슘 합금 부재를 구성하는 마그네슘 합금의 평균 결정 입자 직경은 40 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 20 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다. 이러한 미세한 평균 결정 입자 직경의 마그네슘 합금을 이용함으로써, 마그네슘 합금편의 강도, 더 나아가서는 마그네슘 합금 부재의 강도를 향상시킬 수 있다.

<마그네슘 합금편의 접합 방법>

이상과 같은 마그네슘 합금편의 접합은 무기계 접착제를 이용하는 접착, 또는 핫 클래드를 이용하는 접합을 이용하는 것이 적합하다.

《무기계 접착제》

무기계 접착제에는, Al이나 Si를 함유하는 접착제를 들 수 있다. 이 접착제가 마그네슘 합금편의 접합 후에 무기 접합층이 된다. 보다 구체적으로는, Al의 산화물 및 Si의 산화물 중 1종 이상을 함유하는 접착제를 들 수 있다. 이러한 무기계 접착제는 충분한 접착력을 갖는 것은 물론, 높은 내열성을 갖는다. 이 때문에, 마그네슘 합금 부재에, 후술하는 바와 같이, 여러 가지 열처리를 할 수 있다.

《핫 클래드》

핫 클래드는 접합 대상인 합금편들끼리 가열하여 압박함으로써 접합한다. 통상, 접합 대상이 되는 양 합금편 중 한쪽 이상의 접합면에 금속 박막을 형성해 둔다. 이 금속 박막이 마그네슘 합금편의 접합 후에 무기 접합층이 된다. 금속 박막은 마그네슘 합금보다 소성 변형성이 우수하고, 산화되기 어려운 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로는 Cu, Fe, 및 Ni 중 1종 이상을 들 수 있다. 일층 또는 복수 층으로 이루어지는 금속 박막의 두께는 0.1 ㎛∼10 ㎛ 정도가 바람직하다. 하한치 미만에서는, 충분한 접합 강도를 얻는 것이 어렵고, 상한치를 넘어도 지나치게 금속 박막의 두께가 증대할 뿐, 접합 강도를 향상시키는 것이 어렵다. 이 금속 박막의 형성 수단으로서는, 도금 외, PVD 또는 CVD에 의한 성막을 들 수 있고, 그 중에서도 도금이 적합하다. 구체적인 도금 방법으로는, 전기 도금, 무전해 도금 등을 들 수 있다.

핫 클래드를 실시할 때의 접합 대상의 가열 온도는 80℃ 이상 350℃ 이하가 바람직하다. 하한치 미만에서는, 마그네슘 합금편들끼리 접합하는 것이 어렵고, 상한치를 넘으면 마그네슘의 결정립의 조대화에 따른 강도 저하 등의 문제가 생기는 경우가 있다. 또한, 압접 시의 압력은 20 MPa∼80 MPa 정도가 바람직하다. 하한치 미만에서는, 충분한 강도로 마그네슘 합금편들끼리 접합하는 것이 어렵고, 상한치를 넘어도 접합 강도의 향상을 기대하기 어렵다.

《전처리》

마그네슘 합금편들끼리 접합하기 전에, 양 접합 대상에 탈지 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이 탈지 처리에 의해, 접합 대상들끼리 강고히 접합할 수 있다.

<소성 가공>

마그네슘 합금편 중 한쪽 이상에는, 접합 전 또는 접합 후에 소성 가공을 실시하여도 좋다. 이 소성 가공의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 딥 드로잉 성형, 벌징(bulging) 성형, 굽힘 성형 등을 들 수 있다.

이 소성 가공을 합금편끼리의 접합 전에 실시하는 경우, 접합 시에 합금편은 비교적 복잡한 형상인 경우가 많지만, 소성 가공 시에는, 합금편이 비교적 단순한 형상이기 때문에, 소성 가공 작업이 용이하고, 선택할 수 있는 소성 가공 종류의 자유도도 높다. 한편, 소성 가공을 합금편끼리의 접합 후에 실시하는 경우, 소성 가공 시에 합금편들끼리의 접합체는 비교적 복잡한 형상인 경우가 많지만, 접합 시에는 합금편이 비교적 단순한 형상이기 때문에, 접합 작업이 용이하다.

합금편끼리의 접합 후에 소성 가공하는 경우, 한쪽 합금편 중, 다른쪽 합금편이 존재하지 않는 영역에 대하여 소성 변형이 생기도록 하는 것이 적합하다. 예컨대, 도 1a 및 도 1b에 도시하는 바와 같이, 직사각형의 바닥면과, 바닥면의 각 변으로부터 세워 설치되는 측면을 구비하는 트레이형 성형체[기재(1)]를 제작하는 경우, 직사각형의 블랭크판을 이용하여, 그 블랭크판 중, 성형 후에 트레이의 바닥면이 되는 지점에만 보강재(2)를 접합해 두면 된다. 그 성형 시, 예컨대 펀치나 다이 등의 성형 공구는 보강재(2)에 간섭하지 않도록 절결을 갖는 구성으로 하면 된다.

이 소성 가공은 가공 대상의 소성 변형성을 높일 수 있도록 150℃∼350℃의 온도역에서 실시하는 것이 바람직하다. 이 규정 범위의 온도에서 소성 가공을 실시하면, 가공 대상에 소성 변형에 따른 크랙 등이 생기기 어렵다. 특히, 소성 가공의 온도역으로서는, 150℃∼300℃, 더 나아가서는, 250℃∼280℃가 바람직하다. 이러한 온도역이면, 소성 가공 시에 가공 대상의 강도 저하를 억제할 수 있다.

<열처리>

본 발명의 마그네슘 합금 부재에는, 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 통상 무기계 접착제에는 유기 용제나 물이 포함되어 있기 때문에, 이 유기 용제나 물을 제거하기 위한 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 유기 용제를 제거함으로써, 접합층을 실질적으로 무기계 재료만으로 구성할 수 있다. 또한, 물을 제거함으로써, 접합층 주변의 내식성을 향상시킬 수 있다. 이 열처리 온도는 마그네슘 합금편끼리의 접합 지점을 80℃ 이상 350℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 열처리 온도를 80℃ 이상으로 함으로써, 단시간에 유기 용제나 물을 충분히 제거할 수 있다. 또한, 열처리 온도를 350℃ 이하로 함으로써, 마그네슘 합금의 연화에 따른 변형을 방지하고, 마그네슘 합금의 결정 입자 직경의 조대화에 따른 강도 저하를 억제한다. 또한, 상기 열처리 온도에서 유지하는 열처리 시간은 길면 충분히 유기 용제를 제거할 수 있지만, 지나치게 처리 시간이 길면 합금 부재의 생산성이 저하되기 때문에, 30분 이하, 특히 5분 이하 정도가 바람직하다. 접합층이 실질적으로 무기계 재료만으로 구성되어 있는 것은, 예컨대 접합층을 포함하는 접합체를 가열했을 때에 발생하는 가스의 유무를 가스 크로마토그래피 등으로 검출하면 확인할 수 있다.

한편, 마그네슘 합금편끼리의 접합을 핫 클래드로 행하는 경우, 원래 유기 용제 등은 이용하고 있지 않기 때문에, 유기 용제 등을 제거하기 위한 열처리를 생략할 수 있다.

그 외, 상기 소성 가공 후의 성형체에, 소성 가공 시에 생긴 왜곡을 제거하기 위한 열처리를 실시하여도 된다.

실시예 1

<마그네슘 합금 부재>

도 3에 도시하는 바와 같이, AZ91 상당 또는 AZ31 상당의 조성으로 이루어지는 프레스 성형판의 기재(1)에 AZ91 상당의 조성으로 이루어지는 보강재(2)를 접합하여 하기의 샘플을 제작하고, 그 각각에 대해서 리사이클성, 내열성, 외관, 제작 시간, 및 내식성을 조사하였다.

이 샘플은 양단부가 대략 직각으로 프레스 성형된 ［형의 프레스 성형판과, 이 성형판의 상면에 접합된 단면이 L자형인 보강재(2) 및 원통형인 보스(3)로 이루어진다. 여기서는, 성형판의 폭 방향을 따라 보강재(2)를 접합한다. 성형판의 프레스 성형 전의 직사각형판은 다음과 같이 하여 얻었다. 우선, 쌍롤 연속 주조법에 의해 얻어진 주조판(두께 4 ㎜)을 복수개 준비하였다. 얻어진 각 주조판에, 롤 온도: 150℃∼250℃, 판 온도: 200℃∼400℃, 1패스당 압하율을 10%∼50%의 압연 조건으로, 두께가 0.5 ㎜가 될 때까지 복수회 압연을 실시하였다. 얻어진 압연판에 다이 커팅 가공을 실시하여, 프레스 성형용 블랭크판(판재)를 준비하였다. 이 판재의 사이즈는 폭 150 ㎜, 길이 300 ㎜, 두께 0.5 ㎜이다.

또한, 보강재(2)는 AZ91 상당재의 압연판으로부터 두께 0.6 ㎜, 폭 10 ㎜, 길이 150 ㎜의 직사각형판을 펀칭하고, 이 직사각형판을 L자형으로 프레스 성형하여, 성형판과의 접합편의 폭이 8 ㎜, 성형판에 보강재를 접합했을 때에 성형판 표면으로부터 직교 방향으로 돌출하는 돌출부의 높이가 2 ㎜가 되도록 구성하였다. 성형판, 보강재(2) 모두, 프레스 성형 시의 가공 대상의 온도는 280℃이다. 보강재(2)의 길이 방향의 길이를 Lr, 기재(1)의 보강재(2)를 따른 방향의 길이를 Lb로 했을 때, Lr=150 ㎜, Lb=150 ㎜, 양자의 길이 비(Lr/Lb)는 1.0이다. 성형판·보강재(2) 중 어디에도, 방식 처리도 도장도 실시하지 않았다. 한편, 보스(3)는 AZ91 상당의 조성으로 이루어지는 주조재로 구성되고, 직경 5 ㎜φ, 높이 5 ㎜이다.

<접합 방법>

전술한 성형판에 보강재와 보스를 접합한다. 접합 방법은 이하의 4종류의 방법으로 행하였다.

(1) 무기계 접착제

보강재 및 보스에서의 성형판과의 접합면에 무기계 접착제를 도포하고, 이 접합면을 성형판에 압접한다. 무기계 접착제에는 쓰리본드사 제조의 내열성 무기 접착제 쓰리본드 3732를 이용하였다. 이 접착제는 산화알루미늄을 주성분으로 하고 있다. 성형판에 보강재와 보스를 접합한 후, 그 접합체에 열처리를 실시하고, 무기계 접착제에서 유기 용매(알콜계 용제)를 제거한다. 이 열처리는 200℃에서 20분으로 하였다.

(2) 유기계 접착제

보강재 및 보스에서의 성형판과의 접합면에 유기계 접착제를 도포하고, 이 접합면을 성형판에 압접한다. 유기계 접착제는 세메다인사 제조 110이다.

(3) 스폿 용접

보강재 및 보스에서의 접합면을 성형판의 정해진 위치에 배치하고, 스폿 용접을 실시한다. 여기서는, 보강재의 접합면에 3지점, 보스의 접합면에 1지점의 스폿 용접을 하였다.

(4) 핫 클래드

보강재 및 보스에 대하여, 전기 도금에 의해 Cu 도금 및 Ni 스트라이크 도금을 순차 실시하고, 이 보강재 및 보스의 도금 형성면을 성형판에 약 300℃의 분위기하로써 60 MPa로 압접하여 접합한다. Cu 도금 및 Ni 스트라이크 도금의 합계 두께는 4 ㎛이다.

<샘플>

샘플 1-1: AZ91의 직사각형판을 단면 [형으로 프레스 성형한 후, 무기계 접착제를 이용하여 보강재 및 보스를 프레스 성형판에 접합한다.

샘플 1-2: AZ91의 직사각형판을 단면 [형으로 프레스 성형한 후, 유기계 접착제를 이용하여 보강재 및 보스를 프레스 성형판에 접합한다.

샘플 1-3: AZ91의 직사각형판을 단면 [형으로 프레스 성형한 후, 스폿 용접으로써 보강재 및 보스를 프레스 성형판에 접합한다.

샘플 1-4: AZ91의 직사각형판을 단면 [형으로 프레스 성형한 후, 핫 클래드로써 보강재 및 보스를 프레스 성형판에 접합한다.

샘플 1-5: AZ31의 직사각형판을 단면 [형으로 프레스 성형한 후, 무기계 접착제를 이용하여 보강재 및 보스를 프레스 성형판에 접합한다.

샘플 1-6: AZ61의 직사각형판을 단면 [형으로 프레스 성형한 후, 무기계 접착제를 이용하여 보강재 및 보스를 프레스 성형판에 접합한다.

<평가 방법>

상기한 샘플에 대해서, 이하를 평가한다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

리사이클성: 샘플을 미세하게 분쇄하고, 카본 도가니에 넣어, Ar 분위기 속에서 용해한다. 용해 전후의 조성을 ICP(Inductively Coupled Plasma) 발광 분석에 의해 분석하고, 조성의 변동 상태를 조사한다. 용해중에 가스의 발생에 따른 이상한 냄새가 나거나, 조성의 변동이 있으면 ×, 이런 현상 등이 없으면 ○로 한다.

내열성: 접합 지점이 포함되도록, 샘플로부터 한 변을 2 ㎝로 하여 잘라내어, 시험편으로 한다. 이 시험편을 150℃의 환경하에 100 시간 유지하고, 접합 지점의 박리 유무를 조사한다. 박리가 없으면 ○, 박리가 있으면 ×로 한다.

외관: 샘플의 접합 지점을 육안으로 외관 검사하고, 용접 노듈(nodule)의 유무 등을 조사한다. 용접 노듈이 없으면 ○, 있으면 ×로 한다.

제작 시간: 100개의 샘플의 생산 시간을 계측하고, 그 시간으로부터 샘플 1개당 샘플의 제작 시간(초)을 산출한다. 단, 무기계 접착제에서 유기 용매를 제거하는 열처리 시간은 길기 때문에 샘플의 생산 시간으로부터 제외한다.

내식성: 접합 지점이 포함되도록, 샘플로부터 한 변을 2 ㎝로 하여 시험편으로서 잘라내고, 이 시험편에 24시간 염수 분무 시험을 실시하여, 부식 상황을 조사한다. 부식이 확인되지 않으면 ○, 부식이 확인되면 ×로 한다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 무기계 접착제를 이용한 샘플 1-1은 리사이클성, 내열성, 외관, 제작 시간, 내식성 모두 양호한 결과였다. 무기계 접착제의 경화 후의 특성은 선팽창 계수: 75×10^-7/℃, 비커스 경도(0.2 kgf): 200 Hv이다. 또한, 핫 클래드를 이용한 샘플 1-4도 샘플 1-1에 비해 제작 시간이 약간 뒤떨어지는 정도이고, 리사이클성, 내열성, 외관, 내식성 모두 양호한 결과였다. 한편, 유기계 접착제를 이용한 샘플 1-2는 리사이클성과 내열성에서, 스폿 용접을 이용한 샘플 1-3은 외관에서 불합격이 되었다. 여기서, 시험편에 있어서 마그네슘 합금의 질량 비율은 샘플 1-2(유기계 접착제)가 99% 미만, 샘플 1-1(무기계 접착제), 샘플 1-4(핫 클래드)가 99% 이상이며, 샘플 1-3(스폿 용접)은 100%이다. 또한, 시험편을 구성하는 마그네슘 합금의 평균 결정 입자 직경은 20 ㎛ 이하이다.

실시예 2

다음에, 실시예 1의 샘플 1-1, 1-4로부터 성형판과 보강재의 접합 지점을 포함하는 시험편을 잘라내고, 이 성형판과 보강판 표면에 파지부가 되는 봉형체를 용접하며, 파지부를 당김으로써 박리시켜, 이 박리에 요하는 하중을 측정한다. 그리고, 이 하중을 시험편에서의 성형판과 보강판과의 접합 면적으로 나눠 접합 지점의 접합 강도로 한다. 시험편에서의 성형판과 보강판과의 접합 면적은 12 ㎜²이다. 그 결과, 접합 강도는 샘플 1-1이 300 MPa, 샘플 1-4가 200 MPa이며, 충분한 강도인 것이 확인되었다.

또한, 전술한 실시형태는 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 적절하게 변경하는 것이 가능하며, 본 발명은 전술한 구성에 한정되는 것이 아니다.

본 발명의 마그네슘 합금 부재는 전자 기기의 케이스나, 산업기계·자동차 등에서의 섀시나 스테이 등에 적합하게 이용할 수 있다.

1: 기재 2: 보강재
3: 보스 4: 핀
10: 스테이 12: 바
14: 지지 부재 14A: 원호편
14B: L자형 편

Claims

복수의 마그네슘 합금편이 무기 접합층을 통해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제1항에 있어서, 상기 무기 접합층은 Al, Si, Cu, Fe, 및 Ni 중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제2항에 있어서, 상기 무기 접합층은 Al의 산화물 및 Si의 산화물 중 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 접합된 마그네슘 합금편 간의 접합 강도는 100 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 접합되는 마그네슘 합금편 중 하나 이상은 압연판인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제5항에 있어서, 상기 압연판은 Al을 3.5 질량% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.