(57)【要約】      （修正有）【課題】所定の保持炉で保持される、カルシウムを含むマグネシウム合金の溶湯の燃焼を防止する方法を提供する。【解決手段】所定の保持炉内で保持される、カルシウムを含有するマグネシウム合金の溶湯の表面に、六フッ化硫黄、二酸化硫黄などの防燃ガスを供給する。防燃ガスはキャリアガスと混合されて保持炉内へ供給される。キャリアガスとして、マグネシウム合金の溶湯と反応しない窒素および／またはアルゴンを使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムを含有するマグネシウム合金の溶湯に防燃ガスを供給して溶湯の燃焼を防ぐ溶湯防燃方法であって、防燃ガスに窒素および／またはアルゴンを混合して、防燃ガスを溶湯へ供給することを特徴とする溶湯防燃方法。
【請求項２】
防燃ガスは、六フッ化硫黄および／または二酸化硫黄である請求項１に記載の溶湯防燃方法。
【請求項３】
カルシウムを含有するマグネシウム合金は、更にアルミニウムまたはストロンチウムまたはマンガンの中の少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項１に記載の溶湯防燃方法。
【請求項４】
カルシウムを含有するマグネシウム合金の溶湯を保持する保持炉からマグネシウム合金を鋳造機へ供給し、鋳造機でマグネシウム合金鋳物を製造する鋳物製造方法であって、防燃ガスに窒素および／またはアルゴンを混合して、防燃ガスを、溶湯を保持する保持炉へ供給することを特徴とする鋳物製造方法。
【請求項５】
防燃ガスは、六フッ化硫黄および／または二酸化硫黄である請求項４に記載の鋳物製造方法。
【請求項６】
カルシウムを含有するマグネシウム合金は、更にアルミニウムまたはストロンチウムまたはマンガンの中の少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項５に記載の鋳物製造方法。
【請求項７】
請求項４〜請求項６の何れか１項に記載の鋳物製造方法よって製造されたマグネシウム合金鋳物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルシウムを含むマグネシウム合金の溶湯防燃方法、該マグネシウム合金からなる鋳物の製造方法および該製造方法によって製造されるマグネシウム合金鋳物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、マグネシウム合金は、軽量かつ比強度、放熱特性等に優れる材料であり、自動車部品等の材料として利用されている。マグネシウム合金からなる製品（鋳物）は、鋳物法、ダイカスト法等の種々の製造方法によって製造されている。
【０００３】
上記製造方法において、マグネシウム合金は溶融状態にされるが、溶融状態にあるマグネシウム合金（溶湯）は、非常に反応性が高く、大気中の酸素や水等と容易に反応し、燃焼、爆発する恐れがある。その為、マグネシウム合金の溶湯を取り扱う際は、溶湯が発火、燃焼等を起こさないように溶湯の表面に防燃ガスを供給する等の防燃対策が施されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に示されるように、マグネシウム合金の溶湯の表面に、六フッ化硫黄（ＳＦ6）や二酸化硫黄（ＳＯ2）等の防燃ガスを供給して溶湯の燃焼を防止することが行われている（特許文献１参照）。マグネシウム合金の溶湯に防燃ガスを供給する際、防燃ガスは、二酸化炭素等に混合され、混合ガスとして供給されている。
【０００５】
マグネシウム合金の溶湯は、ダイカストマシン等の鋳造機に供されるまでは、所定の保持炉（例えば、るつぼ）内で待機している。待機中のマグネシウム合金の溶湯の表面に上記防燃ガスが供給されると、溶湯の表面には主として酸化マグネシウムからなる皮膜が形成される。その皮膜は、溶湯中のマグネシウムと空気中の酸素が反応して形成され、多孔質体からなるものである。その皮膜に対し防燃ガスが供給されると、防燃ガスは、皮膜の孔に侵入し、その孔の中で滞留する。防燃ガスが皮膜の孔の中に滞留すると、水や酸素等は、孔の中に侵入し難くなる。すると溶湯中のマグネシウムは、酸素や水等と反応し難くなり、溶湯の燃焼が防止される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−９６６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マグネシウム合金は、含有成分の違いによって幾つかに分類されている。それらの１つとして、カルシウムを含むマグネシウム合金（例えば、Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ系）があるが、このマグネシウム合金の溶湯へ防燃ガスをする際、防燃ガスと混合するキャリアガスとして二酸化炭素を使用することは好ましくない。カルシウムを含むマグネシウム合金の溶湯に、二酸化炭素が供給されると、以下のような問題が生じる。
【０００８】
カルシウムを含むマグネシウム合金の溶湯の表面には、空気中の酸素と溶湯中のカルシウムが反応して得られる酸化カルシウム等を含む皮膜が形成される。この皮膜中の酸化カルシウムは、更に防燃ガスに混合されている二酸化炭素と反応し、炭酸カルシウムとなる。時間の経過とともに、溶湯表面上の皮膜は、炭酸カルシウムが生成することにより厚みを増し、やがて皮膜は自重に耐えきれず溶湯内へ沈降する。溶湯内へ皮膜が沈降すると、溶湯の組成が変化してしまい問題である。また皮膜が溶湯内へ沈降すると、溶湯の流動性が悪化するという問題もある。流動性の悪化した溶湯を用いて鋳造すると、得られる鋳物には、流動性の悪化に伴う成形不良が生じやすくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る溶湯防燃方法は、カルシウムを含有するマグネシウム合金の溶湯に防燃ガスを供給して溶湯の燃焼を防ぐ溶湯防燃方法であって、防燃ガスに窒素および／またはアルゴンを混合して、防燃ガスを溶湯へ供給することを特徴とする。
【００１０】
また本発明に係る溶湯防燃方法は、防燃ガスが六フッ化硫黄および／または二酸化硫黄であることが望ましい。
【００１１】
また本発明に係る溶湯防燃方法は、カルシウムを含有するマグネシウム合金が、更にアルミニウムまたはストロンチウムまたはマンガンの中の少なくとも１つを含有することが望ましい。
【００１２】
また本発明に係る鋳物製造方法は、カルシウムを含有するマグネシウム合金の溶湯を保持する保持炉からマグネシウム合金を鋳造機へ供給し、鋳造機でマグネシウム合金鋳物を製造する鋳物製造方法であって、防燃ガスに窒素および／またはアルゴンを混合して、防燃ガスを、溶湯を保持する保持炉へ供給することを特徴とする。
【００１３】
また本発明に係る鋳物製造方法は、防燃ガスが、六フッ化硫黄および／または二酸化硫黄であることが望ましい。
【００１４】
また本発明に係る鋳物製造方法は、カルシウムを含有するマグネシウム合金が、更にアルミニウムまたはストロンチウムまたはマンガンの中の少なくとも１つを含有することが望ましい。
【００１５】
また本発明に係るマグネシウム合金鋳物は、上記鋳物製造方法によって製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の溶湯防燃方法によれば、カルシウムを含むマグネシウム合金の溶湯の燃焼を防止することが出来る。
【００１７】
また本発明の鋳物製造方法によれば、許容範囲の組成を有するマグネシウム合金からなる鋳物を製造することが出来る。
【００１８】
また本発明のマグネシウム合金鋳物は、許容範囲の組成を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態について説明する。
【００２０】
〔溶湯防燃方法〕
本実施形態に係る溶湯防燃方法は、カルシウムを含有するマグネシウム合金の溶湯に、防燃ガスを供給して溶湯の燃焼を防ぐものである。特に、本実施形態に係る溶湯防燃方法は、溶湯が所定の鋳造機に供される前の段階であって、所定の保持炉内で保持されている状態のマグネシウム合金の溶湯の燃焼を防ぐものである。
【００２１】
本実施形態で用いられるマグネシウム合金は、カルシウムを含有するマグネシウム合金である。該マグネシウム合金としては、例えば、マグネシウムまたはＭｇ−Ｍｎ系、Ｍｇ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ｌｉ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系等の公知のマグネシウム合金に対し、カルシウムを０．１〜１０質量％程度の割合で添加したものを挙げることが出来る。
【００２２】
該マグネシウム合金としては、例えば、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、マンガン、ストロンチウムからなるマグネシウム合金がある。このマグネシウム合金において、マグネシウム合金の全質量に対し、アルミニウムが６〜１０質量％、カルシウムが１．８〜５質量％、マンガンが０．１〜０．６質量％、ストロンチウムが０．０５〜１．０質量％の割合で含まれるものを使用することが好ましい。
【００２３】
一般に、マグネシウム合金からなる製品（鋳物）は、鋳物法、ダイカスト法、チクソモールディング法等の製造方法を利用して製造される。これらの製造方法において、マグネシウム合金は所定の溶解炉で溶解され、溶融状態のマグネシウム合金（溶湯）とされる。
【００２４】
マグネシウム合金の溶解は、所定の溶解炉において行われる。溶解炉としては、マグネシウム合金の溶解に使用される公知の溶解炉を用いることが出来、特に、組成、形状等において限定されるものでは無い。
【００２５】
溶解炉内で溶解されたマグネシウム合金（溶湯）は、そのまま溶湯の状態で溶解炉内において保持され、その後、所定の鋳造機へ供されるか、あるいは一旦、所定の保持炉へ移され、その後、保持炉より所定の鋳造機へ供される。何れの場合においても、溶解炉または保持炉内で保持されるマグネシウム合金の溶湯に対し、防燃処置を施す必要がある。
【００２６】
マグネシウム合金の溶湯は非常に反応性が高く、容易に空気中の酸素、水等と反応する。マグネシウム合金の溶湯が酸素、水等と反応すると、激しく燃焼し、場合によっては爆発することもある。したがって、上記処置として、マグネシウム合金の溶湯を保持する保持炉等内に防燃ガスを供給する。
【００２７】
防燃ガスとしては、六フッ化硫黄（ＳＦ6）、二酸化硫黄（ＳＯ2）等のマグネシウム合金の溶湯の防燃ガスとして知られているものを用いることが出来る。特に、本実施形態においては、六フッ化硫黄（ＳＦ6）、二酸化硫黄（ＳＯ2）を使用することが好ましい。六フッ化硫黄（ＳＦ6）、二酸化硫黄（ＳＯ2）は、それぞれ単独または２種を組み合わせて使用してもよい。
【００２８】
マグネシウム合金の溶湯が保持される保持炉に、防燃ガスが供給される様子を、図１を用いて説明する。図１には、マグネシウム合金の溶湯が保持される保持炉１０が示されている。保持炉１０は、溶湯を収容するための収容部１２と、該収容部１２の上部を覆う蓋部１４を備える。収容部はマグネシウム合金の溶湯を収容するための凹部を備える。蓋部１４は、収容部１２の上部に配置され、凹部内に酸素、窒素等が混入しないように外気を遮断している。保持炉１０内で保持されているマグネシウム合金の溶湯の表面には、所定の防燃ガス供給装置（図示せず）より供給される防燃ガスが供給路１６を経由して供給される。図１中の矢印Ａの向きから保持炉１０内へ防燃ガスが供給される。供給路１６の一端は、図示されない防燃ガス供給装置と接続しており、他端である供給口部１８は、保持炉１０の蓋部１４が備える供給路挿通孔１５を挿通した状態で蓋部１４に固定されている。供給口部１８の供給口２０の位置は、溶湯の表面の位置より高い位置に設定されている。このように設定されている供給路１６の供給口２０から防燃ガスがマグネシウム合金の溶湯の表面に供給される。なおマグネシウム合金の溶湯の表面には皮膜３５が形成されているが、供給される防燃ガスの圧力によって、皮膜３５が破壊し、溶湯内へ沈降することはない。なお、保持炉１０で保持されたマグネシウム合金の溶湯は、所定のポンプ２２により保持炉１０から配管２４を経由し、所定の図示されない鋳造機へ供給される。図１中の矢印Ｂの方向へ溶湯が供給される。
【００２９】
図１において、供給口２０は、溶湯の表面の略垂直方向から防燃ガスが供給されるように設置されているが、本発明はこの場合に限られず、例えば、防燃ガスが溶湯の表面に対し任意の角度で供給されるように供給口を設置してもよい。
【００３０】
防燃ガスを保持炉内へ供給する際、防燃ガスはキャリアガスに混合されて供給される。キャリアガスとしては、窒素、アルゴンが使用され、これらはそれぞれ単独で使用してもよく、また窒素、アルゴンの混合ガスをキャリアガスとして使用しても良い。窒素、アルゴンは、マグネシウム合金の溶湯へ供給されても、溶湯と反応して不要な生成物を生成しない。その為、窒素、アルゴンは、本実施形態において望ましいキャリアガスとして使用される。
【００３１】
上記防燃ガスは、キャリアガスに対し、通常、０．０１〜１．０体積％の割合で混合される。
【００３２】
本実施形態で用いられるマグネシウム合金は所定量のカルシウムを含有するが、このカルシウムを含有するマグネシウム合金の溶湯が、空気中の酸素等と接触すると、溶湯と酸素等の間で化学反応が起こる。その反応の際、酸素等は溶湯中のマグネシウムよりもカルシウムが優先的に反応する。その為、反応生成物として、酸化カルシウムが酸化マグネシウムよりも優先的に得られ、マグネシウム合金の溶湯の表面に、酸化カルシウムを多く含んだ皮膜が形成される。
【００３３】
上記酸化カルシウムを多く含む皮膜は、多孔質体であり、気体分子を取り込める程の大きさの空隙を備える。溶湯の表面に形成される皮膜に対し、上記防燃ガスが供給されると、防燃ガスが皮膜の空隙内へ侵入し、空隙内で滞留する。防燃ガスが空隙内で滞留した状態が保たれると、酸素や水等のマグネシウムと反応性を有する気体分子が、皮膜内の空隙内へ侵入し難くなり、酸素等とマグネシウム溶湯の表面とが接触し難くなる。すると、酸素等とマグネシウムとの反応が起こりにくくなり、溶湯の燃焼を防止することが出来る。
【００３４】
防燃ガスの供給量は、保持炉内の防燃ガスの濃度、圧力が所定の範囲内で維持されるように調節されることが望ましい。
【００３５】
なお本発明に係る実施形態として、図１を用いて、保持炉における防燃方法を防燃ガスの供給の説明を行ったが、溶解炉においてマグネシウム合金の溶湯を保持する場合も同様の手法によって防燃ガスを供給し、溶湯の防燃を図ることが出来ることは言うまでもない。
【００３６】
本実施形態の溶湯防燃方法は、マグネシウム合金の溶湯へ防燃ガスを供給する際のキャリアガスとして、窒素、アルゴンを用いるので、キャリアガスがマグネシウム合金の溶湯と反応し、溶湯の表面に不要な生成物が生じることがない。したがって、不要な生成物が溶湯内へ沈降し、溶湯の流動性を悪化させることもない。また不要な生成物が溶湯内へ沈降し、溶湯の組成が変化することを防止することが出来る。即ち、マグネシウム合金の組成比を許容範囲内で維持することが出来る。
【００３７】
〔鋳物製造方法およびマグネシウム合金鋳物〕
本実施形態に係る鋳物製造方法は、上記溶湯防燃方法によって燃焼を防止された（防燃された）カルシウムを含むマグネシウム合金の溶湯を用いて、マグネシウム合金の鋳物を製造するものである。上記溶湯防燃方法によって防燃されたマグネシウム合金の溶湯を、溶解炉、保持炉等から所定の鋳造機へ供給し、鋳造機によってマグネシウム合金の鋳物を製造（鋳造）することが出来る。
【００３８】
鋳物製造方法は、上記溶湯防燃方法を使用してカルシウムを含むマグネシウム合金の溶湯の燃焼を防止する工程を含み、かつ該工程において防燃されたマグネシウム合金の溶湯を、所定の鋳造機へ供給し、該鋳造機において鋳物を製造する工程を含むものである。
【００３９】
鋳造機としては、鋳物法、ダイカスト法、チクソモールディング法等の公知の鋳物の製造方法において用いられる装置を使用することが出来る。これらの鋳造機へ溶湯を供給し、鋳物を製造する際も、溶湯の防燃処置が施されることが好ましい。その防燃処理を施す際に使用する防燃ガス、キャリアガスは、上記溶湯防燃方法で使用したものと同様のものを使用することが好ましい。
【００４０】
本実施形態の鋳物製造方法においては、上記溶湯防燃方法により燃焼を防止されたマグネシウム合金の溶湯が用いられるので、溶湯にはマグネシウム合金とキャリアガスとの不要な反応物が含まれない。したがって、鋳造機に溶湯を円滑に供給することが可能となり、本実施形態の鋳物製造方法よって製造されたマグネシウム合金の鋳物（マグネシウム合金鋳物）には、溶湯の流動性の悪化に起因する成形不良が生じない。また、目標とする組成を備えるマグネシウム合金鋳物を製造することができる。なおマグネシウム合金鋳物には、トリミング、鋳バリ取り、仕上げ加工等が施されても良い。
【００４１】
以下、本発明を実施例によって説明する。なお本発明は、以下に示される実施例のみに限定されるものではない。
【実施例】
【００４２】
〔実施例１〕
カルシウムを含むマグネシウム合金（マグネシウム合金の全質量に対し、アルミニウムを６．８質量％、カルシウムを３．４質量％、ストロンチウムを０．４質量％、マンガンを０．３質量％の割合で含むマグネシウム合金）の溶湯を４０ｋｇ用意し、該溶湯を図１に示される保持炉中に入れ、該保持炉において７２０℃で保持した。その際、該保持炉へ、窒素（キャリアガス）と六フッ化硫黄（防燃ガス）を混合した混合ガス（六フッ化硫黄、０．５体積％）を防燃ガス供給装置より継続的に供給し、防燃処理を施した。混合ガスは１０００ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給された。防燃ガスが供給された状態でマグネシウム合金の溶湯を、保持炉内において１０時間保持した。その後、マグネシウム合金の溶湯の表面に形成された皮膜を観察した。
【００４３】
〔比較例１〕
上記実施例１において、キャリアガスとして窒素の代わりに二酸化炭素を使用して、０．５体積％の六フッ化硫黄を溶湯へ供給すること以外は、実施例１と同様にしてマグネシウム合金の溶湯に防燃処理を施した。上記実施例１と同様にして、１０時間保持した後に溶湯の表面に形成された皮膜を観察した。
【００４４】
上記実施例１で形成された皮膜は、その組成が、主として、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウムであることが確かめられた。一方、比較例１の皮膜は、主として炭酸カルシウムからなることが確かめられた。なお、これらの皮膜の組成の検出は、それぞれの防燃ガス雰囲気中で保持される溶湯の表面に形成された皮膜を、所定量採取し、それをＸＲＤ（株式会社リガク製、ＲＩＮＴ２２００）で解析することにより行った。また実施例１の皮膜の厚みは４．０μｍ、比較例１の皮膜の厚みは１００．０μｍであった。なお、皮膜の膜厚測定は、それぞれの防燃ガス雰囲気中で保持される溶湯の表面に形成された皮膜を所定量採取し、それを樹脂埋めしてＳＥＭ（日本電子株式会社製、ＪＳＭ−６３６０ＬＡ）で皮膜断面を観察することにより、行った。
【００４５】
実施例１において、１０時間保持されたマグネシウム合金の溶湯は、発火等することなく保持することが出来た。また比較例１においても、発火等は生じなかった。
【００４６】
〔実施例２〕
カルシウムを含むマグネシウム合金（マグネシウム合金の全質量に対し、アルミニウムを１０．０質量％、カルシウムを４．０質量％、ストロンチウムを０．３質量％、マンガンを０．３質量％の割合で含むマグネシウム合金）の溶湯を４０ｋｇ用意し、該溶湯を図１に示される保持炉中に入れ、該保持炉において７２０℃で保持した。その際、該保持炉へ、アルゴン（キャリアガス）と二酸化硫黄（防燃ガス）を混合した混合ガス（二酸化硫黄、０．５体積％）を防燃ガス供給装置より継続的に供給し、防燃処理を施した。混合ガスは１０００ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給された。防燃ガスが供給された状態でマグネシウム合金の溶湯を、保持炉内において１０時間保持した。その後、マグネシウム合金の溶湯の表面に形成された皮膜を観察した。
【００４７】
〔比較例２〕
上記実施例２において、キャリアガスとしてアルゴンの代わりに二酸化炭素を使用して、０．５体積％の二酸化硫黄を溶湯へ供給すること以外は、実施例２と同様にしてマグネシウム合金の溶湯に防燃処理を施した。上記実施例２と同様にして、１０時間保持した後に溶湯の表面に形成された皮膜を観察した。
【００４８】
上記実施例２で形成された皮膜は、その組成が、主として、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウムであることが確かめられた。一方、比較例２の皮膜は、主として炭酸カルシウムからなることが確かめられた。また実施例２の皮膜の厚みは５．０μｍ、比較例２の皮膜の厚みは１００．０μｍであった。なお、皮膜の組成、膜厚測定は、上記実施例１の測定方法と同様の方法を用いた。
【００４９】
実施例２において、１０時間保持されたマグネシウム合金の溶湯は、発火等することなく保持することが出来た。また比較例２においても、発火等は生じなかった。
【００５０】
上記実施例１，２および比較例１，２のマグネシウム合金の溶湯を、鋳造機（東芝機械株式会社製、型締力：１３５トン、コールドチャンパータイプ  ダイカストマシン、ＤＣ１３５ＨＴ）へ供給し、鋳物を製造した。
【００５１】
実施例１、２の溶湯を使用して得られた鋳物には、特に成形不良は生じなかった。また得られた鋳物の組成を調べたところ、実施例１においては、アルミニウムを６．７質量％、カルシウムを３．２質量％、ストロンチウムを０．３８質量％、マンガンを０．２８質量％の割合で含むことが確かめられ、実施例２においては、アルミニウムを９．８質量％、カルシウムを３．７質量％、ストロンチウムを０．２７質量％、マンガンを０．２８質量％の割合で含むことが確かめられた。
【００５２】
一方、比較例１，２の溶湯は、溶湯中に炭酸カルシウム等の不要な酸化物が含まれており、該溶湯は実施例１，２の溶湯と比較して流動性が悪い。その為、比較例１，２の溶湯を使用して得られた鋳物には、溶湯の流動性の悪化に伴う成形不良が見られた。また得られた鋳物の組成を調べたところ、比較例１においては、アルミニウムを５．６質量％、カルシウムを２．１質量％、ストロンチウムを０．２８質量％、マンガンを０．２８質量％の割合で含むことが確かめら、比較例２においては、アルミニウムを８．６質量％、カルシウムを１．８質量％、ストロンチウムを０．２０質量％、マンガンを０．２６質量％の割合で含むことが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】保持炉内のマグネシウム合金の溶湯に防燃ガスを供給する様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  保持炉、  １２  収容部、１４  蓋部、１５  供給路挿通孔、１６  供給路、  １８  供給口部、  ２０  供給口、  ２２  ポンプ、  ２４  配管、３０  マグネシウム合金の溶湯、  ３５  皮膜。
【図１】
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