(57)【要約】【課題】  不純物の混入を防止することにより流動性を向上させるとともに、得られた成形品の機械的性質を向上させることのできるマグネシウム合金の溶解装置および溶解方法を提供すること。【解決手段】  マグネシウム合金１７を溶解するるつぼ１２の上端面１１ｄに、複数の吐出孔１３ａが間隔を保って形成されたリング状のガス吐出用パイプ１３を設置した。そして、ガス吐出用パイプ１３にアルゴンガスを供給するためのアルゴンガスボンベ１４を接続した。そして、アルゴンガスボンベ１４からガス吐出用パイプ１３に送られるアルゴンガスを、吐出孔１３ａから吐出させて、マグネシウム合金１７の表面にアルゴンガス層を形成した状態で、マグネシウム合金１７を加熱溶解した。また、少量のフラックス１９をマグネシウム合金１７に供給しながらマグネシウム合金１７を溶解した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金を収容して加熱することにより溶解するるつぼと、
前記るつぼの上端開口縁部に沿って設置され、前記るつぼの上端開口部に向けて複数の吐出孔が間隔を保って形成されたリング状のガス吐出用パイプと、
前記ガス吐出用パイプに、マグネシウム合金に対して不活性で空気よりも比重が大きい不活性ガスを供給するガス供給装置と
を備えたことを特徴とするマグネシウム合金の溶解装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマグネシウム合金の溶解装置を用いてマグネシウム合金を溶解するマグネシウム合金の溶解方法であって、
前記ガス供給装置から前記ガス吐出用パイプに送られて前記複数の吐出孔から吐出される不活性ガスを、前記るつぼに収容された前記マグネシウム合金の上面に向けて吹き付けることにより、前記マグネシウム合金の上面に不活性ガス層を形成した状態で、前記マグネシウム合金を加熱して溶解することを特徴とするマグネシウム合金の溶解方法。
【請求項３】
前記ガス供給装置から供給される不活性ガスがアルゴンガスであり、前記アルゴンガスの量を、前記るつぼ内のマグネシウム合金の上面の面積１ｍ2に対して、１分間当たり０．００８〜０．０１１ｍ3に設定した請求項２に記載のマグネシウム合金の溶解方法。
【請求項４】
前記マグネシウム合金にフラックスを供給しながら前記マグネシウム合金を溶解する請求項２または３に記載のマグネシウム合金の溶解方法。
【請求項５】
前記フラックスを、塩化マグネシウム、塩化カリウム、酸化マグネシウムおよびフッ化カルシウムからなる成分または塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウムおよびフッ化カルシウムからなる成分で構成し、前記マグネシウム合金１０００ｋｇに対する前記フラックスの供給量を６ｋｇ以下に設定した請求項４に記載のマグネシウム合金の溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、るつぼを用いてマグネシウム合金を溶解するマグネシウム合金の溶解装置および溶解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マグネシウム合金を溶解する場合に、るつぼを備えた溶解装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。この溶解装置は、るつぼの中に希ガスを吹き込むためのＴ字形の吹き込み管を設置して構成されている。この吹き込み管は、希ガスをるつぼの上方からるつぼ内に供給するための垂直バーと、垂直バーの下端に水平方向に設置され垂直バーから送られてくる希ガスを周面に形成された複数の孔から吐出する水平バーとで構成されている。そして、マグネシウム合金を溶解する際には、インゴット等からなる固体のマグネシウム合金をるつぼ内に充填し、その状態のるつぼを外周側から加熱しながら、吹き込み管からるつぼ内に希ガスを吹き込むことによって、マグネシウム合金を燃焼することを防止しながら溶解していく。
【特許文献１】特開平６−１５８１９２号公報
【発明の開示】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の溶解装置では、吹き込み管がるつぼ内に浸漬されるため、るつぼ内の高温によって、吹き込み管が溶融する場合がある。この場合、溶融した吹込み管は、マグネシウム合金に対して不純物になるため、マグネシウム合金に品質低下が生じるという問題がある。また、るつぼの上面開口から溶解したマグネシウム合金を取り出す際に、吹き込み管が作業の邪魔になるという問題もある。また、希ガスに代えて、マグネシウム合金の表面をフラックスで被覆した状態で加熱することもあるが、これによるとフラックスがマグネシウム合金内に混入して不純物になるという問題が生じる。また、これらの不純物の混入によってマグネシウム合金の流動性が低下したり、溶解したマグネシウム合金で成形した成形品の機械的性質が低下したりするという問題もある。
【０００４】
本発明は、前述した問題に対処するためになされたもので、その目的は、不純物の混入を防止することにより流動性を向上させるとともに、得られた成形品の機械的性質を向上させることのできるマグネシウム合金の溶解装置および溶解方法を提供することである。
【０００５】
前述した目的を達成するため、本発明に係るマグネシウム合金の溶解装置の構成上の特徴は、マグネシウム合金を収容して加熱することにより溶解するるつぼと、るつぼの上端開口縁部に沿って設置され、るつぼの上端開口部に向けて複数の吐出孔が間隔を保って形成されたリング状のガス吐出用パイプと、ガス吐出用パイプに、マグネシウム合金に対して不活性で空気よりも比重が大きい不活性ガスを供給するガス供給装置とを備えたことにある。
【０００６】
前述のように構成した本発明に係るマグネシウム合金の溶解装置では、不活性ガスを供給するためのガス吐出用パイプが、るつぼの上端開口縁部に沿って設置されるため、直接マグネシウム合金に接触しなくなる。このため、ガス吐出用パイプを構成する材料が溶融してマグネシウム合金の中に混入することがなくなる。また、本発明によると、フラックスを用いないか、または用いるとしても従来に比べて極めて少量で済むため、フラックスがマグネシウム合金内に混入することも防止できる。この結果、不純物が混入してマグネシウム合金の流動性が低下したり、得られた成形品の機械的性質が低下したりすることを防止できる。また、ガス吐出用パイプが、るつぼの上端開口縁部に沿って設置されるため、るつぼの開口を塞ぐことがなくなり作業の邪魔になることもない。
【０００７】
また、本発明に係るマグネシウム合金の溶解方法の構成上の特徴は、前述したマグネシウム合金の溶解装置を用いてマグネシウム合金を溶解するマグネシウム合金の溶解方法であって、ガス供給装置からガス吐出用パイプに送られて複数の吐出孔から吐出される不活性ガスを、るつぼに収容されたマグネシウム合金の上面に向けて吹き付けることにより、マグネシウム合金の上面に不活性ガス層を形成した状態で、マグネシウム合金を加熱して溶解することにある。
【０００８】
この場合、ガス供給装置から供給される不活性ガスをアルゴンガスとし、そのアルゴンガスの量を、るつぼ内のマグネシウム合金の上面の面積１ｍ2に対して、１分間当たり０．００８〜０．０１１ｍ3に設定することが好ましい。これによると、マグネシウム合金の上面が不活性ガス層に覆われるため、大気に接触することを防止される。このため、マグネシウム合金の酸化や燃焼が防止され、歩留まりが向上するとともに、流動性や機械的性質が低下することも防止できる。また、不活性ガスの供給量は、るつぼに収容された溶融状態のマグネシウム合金の上面を被覆できる程度の少量のもので済む。
【０００９】
また、本発明に係るマグネシウム合金の溶解方法の他の構成上の特徴は、マグネシウム合金にフラックスを供給しながらマグネシウム合金を溶解することにある。また、この場合、フラックスを、塩化マグネシウム、塩化カリウム、酸化マグネシウムおよびフッ化カルシウムからなる成分または塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウムおよびフッ化カルシウムからなる成分で構成し、マグネシウム合金１０００ｋｇに対するフラックスの供給量を６ｋｇ以下に設定することが好ましい。
【００１０】
これによると、マグネシウム合金を溶解するときのさらに好ましい雰囲気を作ることができ、流動性に優れた溶融マグネシウム合金およびそれを用いた機械的性質に優れた成形品を得ることができる。この場合、使用するフラックスの量は不活性ガスの供給量に応じて増減することができるが、フラックスの使用量は最小限に留めることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明にかかる溶解装置１０の主要部の概略構成図を示している。この溶解装置１０は、炉体１１と、炉体１１に着脱可能に取り付けられるるつぼ１２と、るつぼ１２の開口縁部に設置されたガス吐出用パイプ１３と、ガス吐出用パイプ１３に、マグネシウム合金に対して不活性であり、空気より比重が大きい不活性ガスとしてのアルゴンガスを供給する本発明に係るガス供給装置としてのアルゴンガスボンベ１４とを備えている。
【００１２】
炉体１１は、耐火断熱材を、底部１１ａを有し上端部に開口部１１ｂが形成された円筒状に形成して構成され、下部における一方の側部に加熱用穴部１１ｃが形成されている。そして、加熱用穴部１１ｃの外部側にバーナー１５が取り付けられている。また、炉体１１の上端面１１ｄにおける一方には、バーナー１５から発火され、加熱用穴部１１ｃから炉体１１内に入って、炉体１１内を加熱したのちの排ガスを外部に放出するための煙突１６が上方に向かって延びている。
【００１３】
るつぼ１２は、炉体１１内に配置され、内部にマグネシウム合金１７が収容される有底円筒状のるつぼ本体１２ａと、るつぼ本体１２ａの上端開口縁部から外部側に向かって広がったフランジ部１２ｂとで構成されている。このフランジ部１２ｂは、炉体１１の上端面１１ｄ上に設置され、るつぼ本体１２ａをるつぼ本体１２ａからかかる重量で炉体１１内に固定した状態で保持する。また、るつぼ本体１２ａの縦方向の長さは、炉体１１内の凹部の深さよりも短く設定されており、このためるつぼ１２は炉体１１内の上部側部分に位置決めされている。
【００１４】
ガス吐出用パイプ１３は、るつぼ１２の上端面１１ｄ上に設置できる大きさのリング状のパイプで構成され、内周面に一定間隔で複数の吐出孔１３ａが形成されている。そして、このガス吐出用パイプ１３は、接続管１８を介してアルゴンガスボンベ１４の開閉バルブ１４ａに接続されており、アルゴンガスボンベ１４から供給されるアルゴンガスを吐出孔１３ａからるつぼ１２の開口に向けて吐出する。また、溶解装置１０は、溶融状態のマグネシウム合金１７を攪拌するための攪拌装置２１も備えている。
【００１５】
以上のように構成された溶解装置１０を用いて、マグネシウム合金１７を溶解する場合は、まず、るつぼ１２内に固体状のマグネシウム合金１７を充填し、その表面にフラックス１９を散布する。このフラックス１９としては、例えば、ＭｇＣｌ2が５０％、ＫＣｌが２０％、ＭｇＯが１５％、ＣａＦ2が１５％からなるフラックス、またはＫＣｌが５５％、ＭｇＣｌ2が３４％、ＣａＣｌ2が９％、ＣａＦ2が２％からなるフラックスを用いることができる。また、フラックス１９の使用量としては、マグネシウム合金１０００Ｋｇに対して６ｋｇ以下にすることが好ましく、より好ましくは５ｋｇ程度とすることである。
【００１６】
つぎに、バーナー１５を着火して、炉体１１内を加熱することにより、マグネシウム合金１７をるつぼ１２の外周面側から加熱する。また、その際、アルゴンガスボンベ１４の開閉バルブ１４ａを開けて、接続管１８を介してガス吐出用パイプ１３にアルゴンガスを供給する。これによって、アルゴンガスは吐出孔１３ａからるつぼ１２の開口に向けて吐出され、マグネシウム合金１７の表面に層状になって滞留する。
【００１７】
この場合のアルゴンガスの供給量としては、るつぼ１２におけるマグネシウム合金１７の上面が位置する部分の開口面積１ｍ2当たりに対して、１分間に０．００８〜０．０１１ｍ3に設定することが好ましい。これによって、マグネシウム合金１７は、表面がフラックス１９とアルゴンガス層とに覆われて、大気に接触することを防止された状態で徐々に溶解されていく。そして、攪拌装置２１を１分間当たりに１０〜２０回転の速度で回転させることにより、溶湯をゆっくりと攪拌し偏析がないように均等に混ぜる。また、炉体１１内の排ガスは、煙突１６から外部に放出される。そして、溶解されたマグネシウム合金１７は、射出成形等によって所定の成形品に成形される。
【００１８】
このように、本実施形態による溶解装置１０では、ガス吐出用パイプ１３が、るつぼ１２の上端面１１ｄ上に設置され、その内周面にアルゴンガスを吐出する吐出孔１３ａが一定間隔を保って複数個形成されている。このため、ガス吐出用パイプ１３をマグネシウム合金１７に接触させることなく、マグネシウム合金１７の表面にアルゴンガス層を形成することができ、ガス吐出用パイプ１３が溶けてマグネシウム合金１７に混入することを防止できる。
【００１９】
また、アルゴンガス層によって、マグネシウム合金１７の酸化や燃焼が防止され、歩留まりが向上するとともに、流動性や機械的性質が低下することも防止できる。また、アルゴンガスの供給量は、るつぼ１２に収容された溶融状態のマグネシウム合金１７の表面を被覆できる程度の少量のものでよく、フラックス１９の使用量も少量であるため、フラックス１９がマグネシウム合金１７内に混入して、マグネシウム合金１７の流動性が低下したり、得られた成形品の機械的性質が低下したりすることを防止できる。
【００２０】
つぎに、アルゴンガスおよびフラックス１９を供給して固体状のマグネシウム合金１７を溶解するアルゴンガス雰囲気中溶解法に基づいて処理されたマグネシウム合金１７（実施例１）と、フラックス１９のみを供給してマグネシウム合金１７を溶解する大気溶解法に基づいて処理されたマグネシウム合金１７（比較例１）とに対して流動性と機械的性質との比較テストを行った。以下、その結果について説明する。
【００２１】
実施例１、比較例１ともに使用するマグネシウム合金１７としては、代表的なＡＺ９１Ｄ材を用いた。そして、実施例１によるマグネシウム合金１７は、本実施形態に係る溶解装置１０を用いて処理したもので、比較例１によるマグネシウム合金１７は、溶解装置１０からガス吐出用パイプ１３を取り外して、炉体１１とるつぼ１２とからなる溶解装置で処理したものである。また、使用するフラックス１９は、下記の表１に示したように、実施例１、比較例１ともに、ＭｇＣｌ2が５０％、ＫＣｌが２０％、ＭｇＯが１５％、ＣａＦ2が１５％で構成されたフラックスとした。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
そして、フラックス１９の使用量は、実施例１では、マグネシウム合金１７が１０００Ｋｇに対して５Ｋｇ、比較例１では、マグネシウム合金１７が１０００Ｋｇに対して１０Ｋｇとした。また、アルゴンガスの供給量は、実施例１では、１分間当たりに、０．００５ｍ3（るつぼ径φ９００ｍｍ）とし、比較例１では使用しなかった。
【００２４】
そして、流動性の比較テストでは、表１に示した条件で溶解し、６００℃、６１０℃、６２０℃、６３０℃の温度に保持したマグネシウム合金１７を、それぞれ図２（ａ），（ｂ）に示した湯道２０を備えた試験金型内に鋳込み、湯道２０内のマグネシウム合金１７における湯道２０のゲート２０ａから最初に成形割れが生じた部分までの長さ（流動長）を比較した。図２（ａ），（ｂ）におけるＬ1〜Ｌ7は、それぞれ長さを示しており、Ｌ1は湯道２０の全長で３８０ｍｍ、Ｌ2はゲート２０ａ近傍の厚みの大きな部分の長さで６０ｍｍ、Ｌ3は先細りになったテーパ部分の長さで２０ｍｍ、Ｌ4は先端の厚みの小さな部分の長さで３００ｍｍ、Ｌ5はゲート２０ａの厚みで１．２ｍｍ、Ｌ6は先端部の厚みで０．７ｍｍ、Ｌ7は湯道２０の幅で６０ｍｍである。
【００２５】
また、試験金型の温度は、１８０℃に設定し、成形速度は１８００ｍｍ／ｓとした。その結果、各試験材料の流動長は、下記の表２に示した通りになった。すなわち、実施例１では、成形温度が６００℃のときで２６０．７ｍｍ、６１０℃で２６６．４ｍｍ、６２０℃で２７３．０ｍｍ、６３０℃で２８１．４ｍｍであった。また、比較例１では、成形温度が６００℃のときで２７１．８ｍｍ、６１０℃で２６６．７ｍｍ、６２０℃で２７２．４ｍｍ、６３０℃で２７０．６ｍｍであった。この結果から、実施例１によるマグネシウム合金１７を６３０℃の成形温度で成形した場合に流動性が最も良好になることが分かる。
【００２６】
【表２】
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また、この表２に示した結果を視覚的に分かり易くするために、図３にグラフで示した。
【００２７】
また、機械的性質の比較テストでは、表１に示した条件で溶解したマグネシウム合金１７を用いて６１０℃の成形温度で成形した試験片のそれぞれの引張強度、０．２％耐力、伸びおよび硬度を比較した。引張強度は、試験片を引っ張り続けて切断したときの応力であり、０．２％耐力は応力と歪みとの関係から求められる降伏応力である。また、伸びは試験片を引っ張り続けて切断したときの切断時の伸びである。硬度は、Ｈｖ（ビッカース硬度計で測定した硬さ）で示した。この比較テストの結果を下記の表３に示した。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
表３に示したように、実施例１では、引張強度が２５７ＭＰａ、０．２％耐力が１７７ＭＰａ、伸びが５．３％、硬度がＨｖ８９であるのに対し、比較例１では、引張強度が２３１ＭＰａ、０．２％耐力が１４２ＭＰａ、伸びが４．１％、硬度がＨｖ８５であった。この結果から、実施例１によるマグネシウム合金１７を６１０℃の成形温度で成形した場合には、比較例１によるマグネシウム合金１７を６１０℃の成形温度で成形した場合と比較して、引張強度、０．２％耐力および伸びのすべての機械的性質が向上することが分かる。
【００３０】
また、本発明は、前述した実施形態に限るものでなく適宜、変更実施が可能である。例えば、前述した実施形態では、アルゴンガスとフラックス１９の双方を用いているが、フラックス１９を使用せずアルゴンガスの供給だけでマグネシウム合金１７を溶解することもできる。また、フラックス１９を使用する場合にもその使用量は、前述した実施形態での使用量よりも少なくすることができ、アルゴンガスの使用量に応じても変更が可能である。
【００３１】
また、フラックス１９の成分についても、前述した実施形態に限るものでなく他の成分からなるものでもよい。さらに、ガス吐出用パイプ１３のリング状の形状は円形だけでなく四角形や三角形であってもよい。また、前述した実施形態では、不活性ガスとしてアルゴンガスを用いたが、マグネシウム合金に対して不活性で、ガス吐出用パイプ１３から吐出されたのちに、るつぼ１２の開口部から上昇しないような比重の大きなガスであれば、他のガスを用いてもよい。また、溶解装置１０におけるそれ以外の部分の構造等についても本発明の技術的範囲内で変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態による溶解置の主要部の概略を示す断面図である。
【図２】流動長測定に使用される試験金型が備える湯道を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）は奥端側から見た背面図である。
【図３】実施例と比較例との流動長を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０…溶解装置、１１…炉体、１２…るつぼ、１３…ガス吐出用パイプ、１３ａ…吐出孔、１４…アルゴンガスボンベ、１５…バーナー、１７…マグネシウム合金、１９…フラックス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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