(57)【要約】【課題】マグネシウム材の疲労強度を低下させることなく、マグネシウム又はマグネシウム合金の耐食性を向上させる。【解決手段】本発明の陽極酸化マグネシウム材は、マグネシウム母材１と、マグネシウム母材１表面に形成された陽極酸化膜２とを備えている。マグネシウム母材１は、陽極酸化膜２の少なくとも直下部分に母材微細化層３を有する。母材微細化層３における微細結晶粒の最大粒径は１０μｍ以下である。マグネシウム母材１を予め微細化処理してから陽極酸化処理することにより、陽極酸化による疲労強度の低下率を少なくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム又はマグネシウム合金よりなる母材と、該母材の表面に形成された陽極酸化膜と、を備え、
前記母材が前記陽極酸化膜の少なくとも直下部分に母材微細化層を有し、該母材微細化層における微細結晶粒の最大粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする陽極酸化マグネシウム材。
【請求項２】
さらに、前記陽極酸化膜の表面に形成された金属膜を備える請求項１に記載の陽極酸化マグネシウム材。
【請求項３】
マグネシウム又はマグネシウム合金よりなる母材の少なくとも表層部を塑性加工により微細化して、該母材の元の部分における結晶粒よりも微細化された微細結晶粒よりなる母材微細化層を少なくとも該表層部に形成する微細化工程と、
前記母材微細化層の表層部を陽極酸化処理して、該母材微細化層を部分的に残しつつ前記母材の表面に陽極酸化膜を形成する陽極酸化処理工程と、を備えていることを特徴とする陽極酸化マグネシウム材の製造方法。
【請求項４】
前記微細化工程では、前記微細結晶粒の最大粒径が１０μｍ以下となるように微細化する請求項３に記載の陽極酸化マグネシウム材の製造方法。
【請求項５】
さらに、前記陽極酸化膜の表面に金属膜を形成する金属膜形成工程を備える請求項３又は４に記載の陽極酸化マグネシウム材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は陽極酸化マグネシウム材及びその製造方法に関し、詳しくはマグネシウム又はマグネシウム合金よりなる母材の表面に陽極酸化膜を形成した陽極酸化マグネシウム材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは実用金属の中で最も軽く、またマグネシウム合金の比強度はプラスチック、アルミニウム合金や鉄鋼の比強度よりも高い。さらに、マグネシウム合金の熱伝導率は、アルミニウム合金の熱伝導率よりは低いが、プラスチックの熱伝導率の数十倍である。これらの特性を活用すべく、近年、マグネシウム及びマグネシウム合金は電気機器や自動車部品等に広く用いられるようになってきている。
【０００３】
しかし、マグネシウム又はマグネシウム合金は耐食性に劣るため、その使用部位には制約がある。
【０００４】
マグネシウム又はマグネシウム合金に耐食性を付与する表面処理の一つに陽極酸化処理がある。また、マグネシウム又はマグネシウム合金よりなる母材の表面に陽極酸化膜を形成した後、さらにその上に金属めっき膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
ところが、母材表面に陽極酸化膜を形成して耐食性を向上させたマグネシウム材においては、陽極酸化膜の形成により耐疲労強度が低下することが本発明者らの研究により判明した。陽極酸化膜はマグネシウムの酸化膜よりなるため、膜内には独立孔が存在する。このため、陽極酸化膜は金属に比べて脆い。したがって、陽極酸化膜が繰り返し変形を受けると、独立孔を起点に亀裂が発生し易い。そして、陽極酸化膜に亀裂が発生すると、この亀裂がマグネシウム母材にまで大きく進展し、その結果マグネシウム材の疲労強度が低下すると考えられる。
【０００６】
なお、マグネシウム又はマグネシウム合金に耐食性を付与する表面処理として、クロメートやリン酸ジルコン処理などの化成処理も知られているが、化成処理による腐食防止性能は陽極酸化処理よりも劣る。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／１７２３５号公報
【特許文献２】特開２００６−２３３２４５号公報
【特許文献３】特開２００２−２３５１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、マグネシウム材の疲労強度を低下させることなく、マグネシウム又はマグネシウム合金の耐食性を向上させることを解決すべき技術課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の陽極酸化マグネシウム材は、マグネシウム又はマグネシウム合金よりなる母材と、該母材の表面に形成された陽極酸化膜と、を備え、前記母材が前記陽極酸化膜の少なくとも直下部分に母材微細化層を有し、該母材微細化層における微細結晶粒の最大粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の陽極酸化マグネシウム材では、マグネシウム又はマグネシウム合金よりなる母材（以下、「マグネシウム母材」とはマグネシウム又はマグネシウム合金よりなる母材を意味する。）の表面に陽極酸化膜が形成されている。
【００１０】
なお、この明細書において、マグネシウム母材とは、陽極酸化膜を形成する前におけるマグネシウム母材の全体のことを意味したり、あるいは陽極酸化膜を形成した後における陽極酸化膜以外のマグネシウム母材の部分のことを意味したりする。
【００１１】
そして、このマグネシウム母材は、陽極酸化膜の少なくとも直下部分に母材微細化層を有する。すなわち、陽極酸化膜とマグネシウム母材との界面近傍のマグネシウム母材には母材微細化層が存在する。この母材微細化層においては、結晶粒が微細であるところ、亀裂が細かく折れ曲がりながら進展するため、亀裂の進展が起こりにくい。このため、たとえ陽極酸化膜に亀裂が発生しても、この亀裂がマグネシウム母材まで進展したり、マグネシウム母材で亀裂が進展したりすることを母材微細化層で抑えることができる。したがって、陽極酸化膜を形成することによるマグネシウム材の疲労強度の低下を抑えることが可能になる。
【００１２】
また、本発明の陽極酸化マグネシウム材では、陽極酸化膜による耐食性の向上を図ることができる。
【００１３】
本発明の陽極酸化マグネシウム材において、前記微細結晶粒の最大粒径が１０μｍ以下とされている。また、本発明の陽極酸化マグネシウム材において、前記微細結晶粒の平均粒径は５〜７μｍであることが好ましい。母材微細化層における微細結晶粒の粒径を適正に制御することで、母材微細化層での亀裂の進展をより効果的に抑えることができる。
【００１４】
本発明の陽極酸化マグネシウム材は、さらに、前記陽極酸化膜の表面に形成された金属膜を備えることが好ましい。陽極酸化膜が金属膜で覆われていれば、後述する実施例で示されるように、この陽極酸化マグネシウム材の疲労強度のさらなる向上を図ることができる。陽極酸化膜よりも延性の高い金属膜で陽極酸化膜が覆われることで、陽極酸化膜での亀裂の発生及び進展を抑えることができると考えられる。また、金属膜の存在により、この陽極酸化マグネシウム材の耐食性のさらなる向上を図ることができる。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の陽極酸化マグネシウム材の製造方法は、マグネシウム又はマグネシウム合金よりなる母材の少なくとも表層部を塑性加工により微細化して、該母材の元の部分における結晶粒よりも微細化された微細結晶粒よりなる母材微細化層を少なくとも該表層部に形成する微細化工程と、前記母材微細化層の表層部を陽極酸化処理して、該母材微細化層を部分的に残しつつ前記母材の表面に陽極酸化膜を形成する陽極酸化処理工程と、を備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の陽極酸化マグネシウム材の製造方法では、まずマグネシウム母材の少なくとも表層部を塑性加工により微細化して母材微細化層とする。その後、母材微細化層の表層部を陽極酸化処理して、母材微細化層を部分的に残しつつマグネシウム母材の表面に陽極酸化膜を形成する。これにより、このマグネシウム母材は、陽極酸化膜の少なくとも直下部分に微細化層を有することになる。このため、たとえ陽極酸化膜に亀裂が発生しても、この亀裂がマグネシウム母材まで進展したり、マグネシウム母材で亀裂が進展したりすることをすることを母材微細化層で抑えることができる。したがって、陽極酸化膜を形成することによるマグネシウム材の疲労強度の低下を抑えることが可能になる。
【００１７】
また、得られた陽極酸化マグネシウム材では、陽極酸化膜による耐食性の向上を図ることができる。
【００１８】
さらに、得られた陽極酸化マグネシウム材における陽極酸化膜は、予めマグネシウム母材の表層部を微細化処理しておいてから陽極酸化することにより形成されたものである。こうして形成された陽極酸化膜における独立孔は、マグネシウム母材の表層部を微細化処理せずにそのまま陽極酸化することにより形成された陽極酸化膜における独立孔と比べて、独立孔の孔径や数が小さくなっていると考えられる。このため、本発明における陽極酸化膜によれば、陽極酸化膜での亀裂の発生自体を抑えることができると考えられる。
【００１９】
本発明の陽極酸化マグネシウム材の製造方法において、前記微細化工程では、前記微細結晶粒の最大粒径が１０μｍ以下となるように微細化することが好ましい。
【００２０】
本発明の陽極酸化マグネシウム材の製造方法は、さらに、前記陽極酸化膜の表面に金属膜を形成する金属膜形成工程を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
したがって、本発明の陽極酸化マグネシウム材及びその製造方法によると、マグネシウム材の疲労強度を低下させることなく、マグネシウム又はマグネシウム合金の耐食性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の陽極酸化マグネシウム材及びその製造方法の実施形態について詳しく説明する。なお、説明する実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の陽極酸化マグネシウム材及びその製造方法は、下記実施形態に限定されるものではない。本発明の陽極酸化マグネシウム材及びその製造方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の陽極酸化マグネシウム材の表層部における断面を拡大して模式的に示す要部断面図である。この陽極酸化マグネシウム材は、マグネシウム又はマグネシウム合金よりなるマグネシウム母材１と、このマグネシウム母材１の表面に形成された陽極酸化膜２と、を備えている。
【００２４】
マグネシウム又はマグネシウム合金よりなるマグネシウム母材１は、マグネシウムを主成分とするものであればよく、マグネシウム単体からなる金属であってもよいし、マグネシウムの他に他の成分を含む合金であってもよい。成形性、機械的強度や延性などを高める観点からは、マグネシウム合金とすることが好ましい。マグネシウム合金としては、Ｍｇ−Ａｌ系合金、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系合金やＭｇ−Ｌｉ−Ａｌ系合金等を挙げることができる。
【００２５】
マグネシウム母材１の形状や大きさは特に限定されず、製品形状に応じて適宜設定可能である。また、マグネシウム母材１の成形方法も特に限定されず、押出成形、圧延成形、プレス成形、鋳造、ダイカストやチクソモールディング等を利用することができる。
【００２６】
陽極酸化膜２は、マグネシウム母材１の表層部を陽極酸化処理することにより形成することができる。この陽極酸化膜２の組成や厚さは特に限定されず、通常の陽極酸化処理により形成できる組成や厚さとすることができる。
【００２７】
そして、本実施形態の陽極酸化マグネシウム材におけるマグネシウム母材１は、陽極酸化膜２の少なくとも直下部分に母材微細化層３を有する。この母材微細化層３は、陽極酸化膜２を形成する前のマグネシウム母材１に対して、所定の塑性加工を施すことにより形成することができる。
【００２８】
母材微細化層３は、マグネシウム母材１の元の部分や他の部分における結晶粒よりも微細化された最大粒径が１０μｍ以下の微細結晶粒よりなる。また、母材微細化層３における微細結晶粒の平均粒径は５〜７μｍであることが好ましい。母材微細化層３における微細結晶粒の粒径を適正に制御することで、母材微細化層３での亀裂の進展をより効果的に抑えることができる。母材微細化層３における微細結晶粒の粒径は、塑性加工する際の加工度や加工温度を変えることで調整することができる。
【００２９】
なお、母材微細化層３は、陽極酸化膜２以外のマグネシウム母材１のうち陽極酸化膜２の直下部分のみに形成されていてもよいし、陽極酸化膜２以外のマグネシウム母材１の全体に形成されていてもよい。
【００３０】
かかる構成を有する本実施形態の陽極酸化マグネシウム材は、以下に示す本実施形態の陽極酸化マグネシウム材の製造方法により製造することができる。
【００３１】
すなわち、本実施形態の陽極酸化マグネシウム材の製造方法は、微細化工程と、陽極酸化処理工程とを備えている。
【００３２】
微細化工程では、マグネシウム母材１の少なくとも表層部を微細化して、マグネシウム母材１の元の部分における結晶粒よりも微細化された微細結晶粒よりなる母材微細化層３を、マグネシウム母材１の少なくとも表層部に形成する。この微細化工程では、マグネシウム母材１を塑性加工することにより、マグネシウム母材１の表層部に母材微細化層３を形成することができる。塑性加工の種類としては特に限定されないが、例えば押出加工を利用することができる。また、塑性加工する際の加工温度及び加工度を適正に調節することにより、母材微細化層３における微細結晶粒の粒径を調整することができる。
【００３３】
なお、母材微細化層３は、マグネシウム母材１の表層部のみに形成してもよいし、マグネシウム母材１の全体に形成してもよい。
【００３４】
陽極酸化処理工程では、母材微細化層３の表層部を陽極酸化処理して、母材微細化層３を部分的に残しつつマグネシウム母材１の表面に陽極酸化膜２を形成する。陽極酸化処理の条件は特に限定されず、一般的な処理条件を採用することができる。
【００３５】
本実施形態に係る陽極酸化マグネシウム材では、マグネシウム母材１が陽極酸化膜２の少なくとも直下部分に母材微細化層３を有する。この母材微細化層３においては、結晶粒が微細であるところ、亀裂が細かく折れ曲がりながら進展するため、亀裂の進展が起こりにくい。このため、本実施形態に係る陽極酸化マグネシウム材においてたとえ陽極酸化膜２に亀裂が発生しても、この亀裂がマグネシウム母材１まで進展したり、マグネシウム母材１で亀裂が進展したりすることをすることを母材微細化層３で抑えることができる。
【００３６】
また、本実施形態に係る陽極酸化マグネシウム材では、マグネシウム母材１の少なくとも表層部を予め微細化して母材微細化層３とし、この母材微細化層３の表層部を陽極酸化処理することにより陽極酸化膜２が形成されている。このため、この陽極酸化膜２における独立孔の孔径や数は、微細化されていないマグネシウム母材に形成された陽極酸化膜における独立孔の孔径や数と比べて、小さくなっていると考えられる。このため、本実施形態における陽極酸化膜２によれば、陽極酸化膜２での亀裂の発生自体を抑えることができると考えられる。
【００３７】
したがって、本実施形態に係る陽極酸化マグネシウム材によれば、陽極酸化膜２を形成することによるマグネシウム材の疲労強度の低下を抑えることが可能になる。また、陽極酸化膜２による耐食性の向上を図ることができる。
【００３８】
（実施形態２）
図２は、本実施形態の陽極酸化マグネシウム材の表層部における断面を拡大して模式的に示す要部断面図である。この陽極酸化マグネシウム材は、マグネシウム母材１と、このマグネシウム母材１の表面に形成された陽極酸化膜２と、陽極酸化膜２の表面に記載された金属膜４とを備えている。また、マグネシウム母材１は、陽極酸化膜２の少なくとも直下部分に母材微細化層３を有する。
【００３９】
母材微細化層３を有するマグネシウム母材１及び陽極酸化膜２の構成については、実施形態１と同様であるため、その説明を省略する。
【００４０】
陽極酸化膜２の表面に形成された金属膜４の種類としては特に限定されないが、延性の高い金属とすることが好ましい。金属膜４の延性が高いと、陽極酸化膜２で亀裂が発生することや、陽極酸化膜２で発生した亀裂が陽極酸化膜２で進展することを効果的に抑制することができる。金属膜４に用いる好ましい金属としては、ＮｉやＮｉ−Ｐ等のＮｉ合金等を挙げることができる。
【００４１】
かかる構成を有する本実施形態の陽極酸化マグネシウム材は、以下に示す本実施形態の陽極酸化マグネシウム材の製造方法により製造することができる。
【００４２】
すなわち、本実施形態の陽極酸化マグネシウム材の製造方法は、微細化工程と、陽極酸化処理工程と、金属膜形成工程とを備えている。
【００４３】
微細化工程及び陽極酸化処理工程については、実施形態１と同様であるため、その説明を省略する。
【００４４】
金属膜形成工程では、陽極酸化膜２の表面に金属膜４を形成する。金属膜４の形成方法は特に限定されないが、処理が簡単なめっきを利用することが好ましい。電気めっきを利用してもよいが、より処理が簡単な無電解めっきを利用することが好ましい。電気めっきや無電解めっきの条件は一般的に行われる条件とすることができる。
【００４５】
本実施形態に係る陽極酸化マグネシウム材では、実施形態１に係る陽極酸化マグネシウム材における陽極酸化膜２の表面にさらに金属膜４が形成されている。このため、陽極酸化膜２よりも延性の高い金属膜４により、陽極酸化膜２での亀裂の発生及び進展を抑えることができる。したがって、本実施形態に係る陽極酸化マグネシウム材は、実施形態１に係る陽極酸化マグネシウム材よりもさらに疲労強度の向上を図ることが可能になる。
【００４６】
また、金属膜４の存在により、陽極酸化マグネシウム材の耐食性のさらなる向上を図ることができる。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
前記実施形態１に準じて、実施例１の陽極酸化マグネシウム材を製造した。
【００４８】
まず、マグネシウム母材１として、マグネシウム合金（ＪＩＳ  ＡＺ８０合金）よりなる市販の押し出し材を準備した。なお、このマグネシウム母材１における結晶粒の最大粒径は２６μｍであった。
【００４９】
＜微細化工程＞
マグネシウム母材１に対して、加工温度：約３００℃、加工度：５の条件にて、押し出し加工を施した。これにより、マグネシウム母材１の表層部に、マグネシウム母材１の他の元の部分における結晶粒よりも微細化された微細結晶粒よりなる母材微細化層３を形成した。
【００５０】
この母材微細化層３における微細結晶粒の最大粒径は１０μｍであり、微細結晶粒の平均粒径は６μｍであった。
【００５１】
＜陽極酸化処理工程＞
そして、マグネシウム母材１の表層部に形成された母材微細化層３の表層部を陽極酸化処理した。この陽極酸化処理では、電解液として、フッ化水素酸（濃度４３％）：４５ｇ／リットルと、リン酸（濃度９７％）：９０ｇ／リットルとを用いた。
【００５２】
これにより、マグネシウム部材１の表層部に母材微細化層３を部分的に残しつつ、そのマグネシウム母材１の表面に陽極酸化膜２を形成した。
【００５３】
こうして、マグネシウム母材１と、このマグネシウム母材１の表面に形成された陽極酸化膜２とを備え、マグネシウム部材１が陽極酸化膜２の直下部分に所定厚さの母材微細化層３を有する、実施例１の陽極酸化マグネシウム材を得た。
【００５４】
（実施例２）
前記実施形態２に準じて、実施例２の陽極酸化マグネシウム材を製造した。
【００５５】
実施例１と同様にして、マグネシウム母材１と、このマグネシウム母材１の表面に形成された陽極酸化膜２とを備え、マグネシウム部材１が陽極酸化膜２の直下部分に所定厚さの母材微細化層３を有する陽極酸化マグネシウム材を得た。
【００５６】
そして、得られた陽極酸化マグネシウム材に対して、市販の無電解めっき液（Ｎｉ−Ｐ系）を用いてめっき処理を施した。これにより、陽極酸化膜２の表面に、Ｎｉ−Ｐ合金よりなる厚さ１０μｍの金属膜４を形成した。
【００５７】
こうして、マグネシウム母材１と、このマグネシウム母材１の表面に形成された陽極酸化膜２と、この陽極酸化膜２の表面に形成された金属膜４とを備え、マグネシウム部材１が陽極酸化膜２の直下部分に所定厚さの母材微細化層３を有する、実施例２の陽極酸化マグネシウム材を得た。
【００５８】
（比較例１）
実施例１において、マグネシウム母材１として準備した、マグネシウム合金（ＪＩＳ  ＡＺ８０合金）よりなる市販の押し出し材を比較例１のマグネシウム材とした。
【００５９】
（比較例２）
実施例１において、微細化工程を行うことなく、陽極酸化処理工程を行って、比較例２の陽極酸化マグネシウム材とした。
【００６０】
（比較例３）
実施例１において、微細化工程のみを行って、比較例３の微細化マグネシウム材とした。
【００６１】
（疲労強度の評価）
実施例１、２及び比較例１〜３で得られた各マグネシウム材について、回転曲げ疲労試験機を用いて、回転曲げ疲労試験を実施した。試験結果を図３に示す。
【００６２】
図３より、比較例１のマグネシウム材（図３の○印、Ｍｇ母材）における疲労強度は１１０ＭＰａであって。そして、この比較例１のマグネシウム材に対して陽極酸化処理のみを行った比較例２の陽極酸化マグネシウム材（図３の●印、Ｍｇ母材＋陽極酸化）における疲労強度は７０ＭＰａであった。すなわち、マグネシウム母材１に対して陽極酸化処理すると、陽極酸化処理により疲労強度が４０ＭＰａ低下した。
【００６３】
また、比較例１のマグネシウム材に対して微細化処理のみを行った比較例３の微細化マグネシウム材（図３の△印、微細化Ｍｇ材）における疲労強度は１２０ＭＰａであった。すなわち、マグネシウム母材１の結晶粒を微細化すると、疲労強度が１０ＭＰａ向上した。そして、この比較例３の微細化マグネシウム材に対して陽極酸化処理した実施例１の陽極酸化マグネシウム材（図３の▲印、微細化Ｍｇ材＋陽極酸化）における疲労強度は１１０ＭＰａであった。すなわち、微細化マグネシウム材に対して陽極酸化処理すると、陽極酸化処理により疲労強度が１０ＭＰａ低下した。
【００６４】
これらの結果より、マグネシウム母材１を予め微細化処理してから陽極酸化する場合は、微細化処理することなく陽極酸化する場合と比べて、陽極酸化による疲労強度の低下率が少ないことが確認できた。
【００６５】
さらに、実施例１の陽極酸化マグネシウム材に対して、陽極酸化膜２の上にさらに金属膜４を形成した実施例２の陽極酸化マグネシウム材（図３の■印、微細化Mg材＋陽極酸化＋金属膜）における疲労強度は１２５ＭＰａであった。すなわち、金属膜４の形成により、疲労強度が５ＭＰａ向上した。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施形態１に係る陽極酸化マグネシウム材の要部を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図２】実施形態２に係る陽極酸化マグネシウム材の要部を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図３】実施例及び比較例のマグネシウム材について、疲労強度を評価した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１…マグネシウム母材                ２…陽極酸化膜
３…母材微細化層                    ４…金属膜
【図１】
2010095757.tif 000003
【図２】
2010095757.tif 000004
【図３】
2010095757.tif 000005