(57)【要約】【課題】  プレス成形性に優れ、また耐食性を備えたマグネシウム系金属材を提供する。【解決手段】  本発明は、純ＭｇあるいはＭｇを主成分とするＭｇ基合金からなるマグネシウム系金属で形成されたマグネシウム系金属層２と、前記マグネシウム金属層２の一方あるいは両方の表面に積層され、前記マグネシウム系金属よりも耐食性に優れた耐食性金属で形成された耐食性金属層３とを備えたマグネシウム系金属クラッド板である。前記マグネシウム系金属層２を形成するマグネシウム系金属は、その結晶構造の（０００１）面すなわち底面が板面に対して傾いた結晶方位を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純ＭｇあるいはＭｇを主成分とするＭｇ基合金からなるマグネシウム系金属で形成されたマグネシウム系金属層と、前記マグネシウム系金属層の一方あるいは両方の表面に積層され、前記マグネシウム系金属よりも耐食性に優れた耐食性金属で形成された耐食性金属層とを備えたマグネシウム系金属クラッド板であって、前記マグネシウム系金属層を形成するマグネシウム系金属はその結晶構造の底面が板面に対して傾いた、マグネシウム系金属クラッド板。
【請求項２】
前記耐食性金属は、純ＴｉあるいはＴｉを主成分とするＴｉ合金で形成された請求項１に記載したクラッド板。
【請求項３】
前記マグネシウム系金属層を形成するマグネシウム系金属はその結晶構造の底面が板面となす角をθとしたとき、θが１°〜４５°である請求項１又は２に記載したクラッド板。
【請求項４】
前記マグネシウム系金属層はその厚さがクラッド板の全厚さの５０％以上である請求項１から３のいずれか１項に記載したクラッド板。
【請求項５】
純ＭｇあるいはＭｇを主成分とするＭｇ基合金からなるマグネシウム系金属で形成されたマグネシウム系金属板と、前記マグネシウム系金属よりも耐食性に優れた耐食性金属で形成された耐食性金属板とを準備し、焼鈍した後、前記マグネシウム系金属板の一方あるいは両方の表面に耐食性金属板を重ね合わせて２００〜４００℃の温度にてロール圧接する、マグネシウム系金属クラッド板の製造方法。
【請求項６】
ロール圧接の際の圧下率を２０〜４０％とする請求項５に記載した製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ，ノートパソコン，ＭＤ・ＣＤ・ＤＶＤ録音再生装置，ビデオカメラ，携帯電話，腕時計などの各種電子・電気機器筐体、車椅子，人工骨などの医療関係品、ゴルフクラブ，競技用自転車などのスポーツ用品、自動車用部品などの素材として好適な軽量クラッド材に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種電子・電気機器の筐体は、ステンレス，チタン，アルミニウム合金などの材料によって形成されている。また、アルミニウム合金の軽量性とアルミニウムにはない異種金属の特性を付与したアルミニウム金属クラッド材が特開２００２−２９４３７６号公報（特許文献１）に提案されている。
一方、近年、筐体の軽量化を図るために実用金属の中では最も比重の小さいマグネシウムが筐体用の材料として注目され、一部では鋳造成形品として筐体の製造に利用され始めている。
また、マグネシウム合金は、比強度が高く、かつ防振性に優れるため、ゴルフクラブや競技用自転車などのスポーツ用品の素材として使用されている。
【特許文献１】特開２００２−２９４３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
マグネシウムを鋳造成形する場合はともかく、塑性変形して種々の形態に成形するには、以下に述べる問題点がある。すなわち、Ｍｇ及びそれを主成分とするＭｇ基合金（以下、これらを総称して「マグネシウム系金属」という。）は、結晶構造が稠密六方晶（ｈｃｐ）であり、常温でのプレス成形時の支配的なすべり系が底面すべりである。しかし、（０００１）面すなわち底面が全体的に板面と平行になっているため、底面すべりが生じ難く、成形性に劣る。このため、通常、２００〜３００℃程度に加熱した状態でプレス成形される。また、マグネシウム系金属は耐食性が良くないため、用途が限定される、という問題がある。
【０００４】
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、プレス成形性に優れ、また耐食性を備えたマグネシウム系金属材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、マグネシウム系金属板と延性の異なる耐食性金属板とをロール圧接したクラッド板を製作し、その成形性を調べたところ、マグネシウム系金属の単板に比べて成形加工性が飛躍的に向上し、従来より低温で成形可能なことを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、純ＭｇあるいはＭｇを主成分とするＭｇ基合金からなるマグネシウム系金属で形成されたマグネシウム系金属層と、前記マグネシウム系金属層の一方あるいは両方の表面に積層され、前記マグネシウム系金属よりも耐食性に優れた耐食性金属で形成された耐食性金属層とを備えたマグネシウム系金属クラッド板であって、前記マグネシウム系金属層を形成するマグネシウム系金属はその結晶構造の底面すなわち（０００１）面が板面に対して傾いたものである。
本発明のクラッド板によると、底面が板面に対して傾いているため、元来、活動しにくい底面すべりが活動しやすくなる。さらに、深絞り加工においては、外表面の耐食性金属層が最大引張応力を担い、内側のマグネシウム系金属層への引張応力の負荷を軽減するため成形加工性が向上する。このため、クラッド板を用いて成形加工する際にマグネシウム系金属の加工温度を低下させることができ、生産性を向上させることができる。また、マグネシウム系金属層を耐食性金属層で被覆することによって、マグネシウム系金属層の耐食性を向上させることができる。
【０００７】
前記耐食性金属としては、純ＴｉあるいはＴｉを主成分としたＴｉ合金が好ましい。ＴｉあるいはＴｉ合金は、溶接性、耐食性に優れ、また比強度が高いので、クラッド板の軽量化に好適である。また、プレス成形後の発色性に優れるため、商品価値の高い色調を付与することができる。さらに、チタン、マグネシウムは人体に対して無害であり、アレルギーフリーであるため、耐食性金属として純ＴｉあるいはＴｉ合金を用いたクラッド板は、人工骨などの生体用材料、車椅子などの医療機器用材料としても好適に使用することができる。
【０００８】
また、前記マグネシウム系金属層を形成するマグネシウム系金属はその結晶構造の底面が板面となす角をθとしたとき、θを１°〜４５°とするのがよい。θがある程度大きい程、成形性が向上するが、θを大きくするためには大きなせん断力をマグネシウム系金属層に付与する必要があり、θを４５°より大きくした場合は、クラックが生じるおそれが増大し、生産性が低下する。このため、θは１°〜４５°が好ましい。また、前記マグネシウム系金属層の厚さは、クラッド板の全厚さの５０％以上とするのがよい。マグネシウム系金属層の層厚比を大きくする程、軽量化に資することができる。
【０００９】
また、本発明のマグネシウム系金属クラッド板の製造方法は、純ＭｇあるいはＭｇを主成分とするＭｇ基合金からなるマグネシウム系金属で形成されたマグネシウム系金属板と、前記マグネシウム系金属よりも耐食性に優れた耐食性金属で形成された耐食性金属板とを準備し、焼鈍した後、前記マグネシウム系金属板の一方あるいは両方の表面に耐食性金属板を重ね合わせて２００〜４００℃の温度範囲にてロール圧接するものである。
焼鈍されたマグネシウム系金属板と耐食性金属板とを重ね合わせ、この重ね合わせ材を２００〜４００℃でロール圧接することにより、マグネシウム系金属と耐食性金属との延性の相違により、マグネシウム系金属層にせん断応力が作用し、マグネシウム系金属の結晶構造（ｈｃｐ）のｃ軸が傾き、底面を圧延面（板面）に対して傾かせた状態で、マグネシウム系金属層と耐食性金属層とを容易に接合することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のマグネシウム系金属クラッド板は、マグネシウム系金属層を形成するマグネシウム系金属の結晶構造の底面が板面に対して傾いているので、底面すべりを積極的に活動させることができる。このため、プレス成形性に優れ、延性に富む外表面の耐食性金属層の高い成形性と相俟って、成形の際の加工温度を低減することができる。また、耐食性金属層がマグネシウム系金属層に積層されているので、マグネシウム系金属層の耐食性が向上する。さらに、本発明の製造方法により、ロール圧接の際にマグネシウム系金属層にせん断応力を作用させることができるため、マグネシウム系金属の結晶構造の底面を圧延面（板面）に対して容易に傾けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態にかかるマグネシウム系金属クラッド板について説明する。
図１は第１実施形態（２層構造）にかかるクラッド板１であり、マグネシウム系金属層２の一方の表面（片面）に耐食性金属層３がロール圧接され、熱処理により拡散接合されたものである。また、図２は第２実施形態（３層構造）にかかるクラッド板１Ａであり、マグネシウム系金属層２の両方の表面（両面）に耐食性金属層３、３がロール圧接され、熱処理により拡散接合されたものである。
【００１２】
前記マグネシウム系金属層２を形成するマグネシウム系金属としては、結晶構造がｈｃｐの純Ｍｇ、Ｍｇを主成分とするＭｇ基合金を用いることができる。純ＭｇはＭｇ含有量が９５mass％以上、残部不可避的不純物からなるものが好ましい。前記Ｍｇ基合金としては、Ｍｇ含有量が好ましくは８５mass％以上、より好ましくは９０mass％以上の展延性の良好なＭｇ合金が望ましく、Ｍｇ−（２〜１０mass％）Ａｌ−（０．５〜２mass％）Ｚｎ系合金やＭｇ−（０．５〜４mass％）Ｚｎ−（０．３〜１．０mass％）Ｚｒ系合金を例示することができる。
【００１３】
前記耐食性金属層３を形成する耐食性金属としては、マグネシウム系金属よりも耐食性に優れ、加工性に富んだ延性金属を用いることができる。比強度が大きく、特に軽量化を企図する場合は、純ＴｉやＴｉを主成分とするＴｉ基合金が好ましい。これらのチタン系金属は、成形後の発色性にも優れ、また生体に対して無害、アレルギーフリーという利点もある。純Ｔｉは、ＪＩＳＨ４６００  １〜４種に代表される、Ｔｉ量が９９％以上のものが好ましい。Ｔｉ基合金としては、好適にはＴｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ，Ｔｉ−８Ａｌ−１Ｖ−１Ｍｏなどのα型合金、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ，Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ，Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎなどのα＋β型合金、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ，Ｔｉ−１５Ｍｏ−２．７Ｎｂ−３Ａｌ−０．２Ｓｉ，生体用Ｔｉ−Ｎｂ系合金などのβ型合金（数値単位はmass％）を用いることができる。
【００１４】
前記耐食性金属としては、前記チタン系金属の他、ニッケル系金属として純Ｎｉのほか，ニクロムやモネルメタルを、銅系金属としてキュプロニッケル，黄銅（特に７／３黄銅、６５／３５黄銅），洋白を、鉄系金属としてステンレス鋼を用いることができる。組成的にはＮｉ−（１０〜４５mass％）Ｃｒ、Ｎｉ−（１０〜５０mass％）Ｃｕ、Ｃｕ−（１０〜５０mass％）Ｎｉ、Ｃｕ−（１０〜４５mass％）Ｚｎ、Ｃｕ−（５〜３５mass％）Ｎｉ−（１５〜３５mass％）ＺｎのＮｉ系、Ｃｕ系合金類及びＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４３０などのＦｅ系合金類である。なお、ＡｌおよびＡｌ合金は耐食性に劣るため、本発明では耐食性金属として使用しない。
【００１５】
また、前記耐食性金属として、マグネシウム系金属よりも強度の高い金属を用いることによって、より高強度のマグネシウム系金属クラッド板を製造することができる。軽量性の観点からは耐食性金属として、前記純ＴｉやＴｉ基合金を用いることが好ましい。もっとも、耐食性金属として延性の高い金属を使用するほど、クラッド板を深絞り成形する際、耐食性金属層が外ダイ側として成形されるため、ダイコーナー部でのクラックの発生を抑制することができる利点がある。このため、クラッド板の成形態様に応じて、適宜の強度、延性を有する耐食性金属を使用することが望ましい。
【００１６】
前記第１、第２実施形態にかかるクラッド板において、図３に示すように、前記マグネシウム系金属層２を形成するマグネシウム系金属はその結晶構造（ｈｃｐ）のｃ軸が板面（圧延面）法線に対して傾いており、その底面すなわち（０００１）面が板面に対して傾いている。底面と板面とのなす角度をθとしたとき、θは１°以上とすることが好ましい。θがある程度大きいほど、プレス成形の際に底面すべりが活発になり、成形性が向上する。もっとも、底面を傾けるには、ロール圧接の際にマグネシウム系金属層にせん断応力を作用させることが必要になる。せん断応力が大きいほど、θも大きくなるが、マグネシウム系金属層にクラックが入る可能性も増大するため、θは４５°以下とする。もっとも、θを大きく傾けるには、ロール圧接条件も厳しくなるので、この点を考慮すると、θは好ましくは３０°程度以下、より好ましくは２０°以下とすることが望ましい。後述の実施例から明らかなように、マグネシウム系金属板の場合では、θ＝０°では成形時に成形温度を２００℃以上にする必要があったが、クラッド板ではθをわずかに傾けるだけで、成形温度を著しく低下させることができるようになる。なお、Ｘ線回折により極点図を求め、マグネシウム系金属層の結晶方位分布を調べることにより、ｈｃｐの底面である（０００１）面と圧延面とのなす角度を求めることができる。
【００１７】
前記２層クラッド板１の場合、全体厚さに対するマグネシウム系金属層２の厚さの割合は、大きい程、マグネシウム系金属層の割合が大きくなり、軽量化を促進することができる。その一方、厚さ割合が９５％を超えて過大になると、より厳しい条件を与えないと、ロール圧接の際に、せん断応力の作用がマグネシウム系金属層２の全体に及び難くなり、マグネシウム系金属層の結晶構造ｈｃｐのｃ軸、言い換えれば底面＝（０００１）面の傾きが生じ難くなり、またマグネシウム系金属層が損傷するおそれも増大する。よって、マグネシウム系金属層の厚さ／クラッド板の厚さは、下限を５０％、より好ましくは６０％とし、上限を好ましくは９５％、より好ましくは９０％、さらに好ましくは８５％に止めることが望ましい。一方、３層構造のクラッド板１Ａの場合、マグネシウム系金属層の厚さ割合が２層構造と同じでも、マグネシウム金属層２にせん断応力がやや作用し難くなる傾向があるので、上限を好ましくは９０％以下、より好ましくは８５％に止めることが望ましい。また、クラッド板の深絞り成形性は、マグネシウム系金属層２の底面の傾きのみならず、ダイ側に配置される耐食性金属層３の延性、厚さにも影響される。耐食性金属の延性が大きく、厚さが厚い方が一般に深絞り成形性は向上する。このため、深絞り性を重視する場合は、マグネシウム系金属層２の片側に設けられる耐食性金属層３のクラッド板に対する厚さ割合を５％以上、好ましくは１０％以上確保することが望ましい。
【００１８】
次に、本発明のクラッド板の製造方法について説明する。
前記マグネシウム系金属によって形成されたマグネシウム系金属板および前記耐食性金属によって形成された耐食性金属板を準備し、まず、これらの金属板を焼鈍し、加工歪を除去して、軟化させる。マグネシウム系金属板は２５０〜４００℃程度の温度で、耐食性金属としてチタンを用いる場合、６００〜８００℃程度の温度で加熱すればよい。加熱時間は板厚にもよるが、板厚が６００μm 程度ではマグネシウム系金属板は５〜１０分程度、チタン板は５〜１０分程度でよい。焼鈍は、マグネシウム系金属板については、水素ガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気などの非酸化性雰囲気中あるいは真空中で行うことが好ましい。また、耐食性金属板としてチタン系金属板を用いる場合、アルゴンガス雰囲気中あるいは真空中で行うことが好ましい。
【００１９】
次に、これらの金属板を重ね合わせ、その重ね合わせ材を２００〜４００℃程度の温度でロール圧接する。通常、前記重ね合わせ材を前記温度よりやや高めに加熱し、速やかに圧延ロールに通すことにより、前記温度にて圧延することができる。勿論、ロールを重ね合わせ材と同温度に予熱してもよい。加熱は、アルゴンガス雰囲気などの不活性雰囲気または真空中で行うことが好ましい。ロール圧接により、マグネシウム系金属層と耐食性金属層とが接合したクラッド板を得る。前記ロール圧接時にマグネシウム系金属層にせん断応力が作用し、これによってマグネシウム系金属層を形成するマグネシウム系金属はその結晶構造の底面が圧延面に対して傾斜するようになる。
【００２０】
ロール圧接時の温度範囲は上記のとおり２００〜４００℃、好ましくは２５０〜３８０℃程度とする。４００℃を超えると、マグネシウム系金属が大きく軟化し、伸びが大きくなって接合状態が劣化する。一方、２００℃未満ではマグネシウム系金属層と耐食性金属層との接合性が低下し、またロール圧下の際にマグネシウム系金属層に割れが発生するおそれがある。
【００２１】
また、ロール圧接時の圧下率は、前記温度範囲で圧延する場合、２０〜４０％程度、好ましくは２５〜３５％程度とするのがよい。２０％未満では、接合不良が生じ易くなり、またマグネシウム系金属層に作用するせん断応力が不足し、結晶構造の底面の傾きが減少する。一方、４０％を超えると、マグネシウム系金属層に割れが発生し易くなる。
ロール圧接したクラッド板を最終的に２５０〜４００℃で熱処理することによって、マグネシウム系金属と耐食性金属の拡散を促し、これらの間の接合を確実なものとすることができる。熱処理は、アルゴンガス雰囲気などの不活性雰囲気または真空中で行うことが好ましい。
【００２２】
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。
【実施例】
【００２３】
工業用純Ｍｇ（ＪＩＳ１種）又はＭｇ基合金（ＪＩＳ  Ｈ４２０１  ＭＰ１  相当材  ＡＺ３１：Ｍｇ−２．７mass％Ａｌ−１．１mass％Ｚｎ）で形成した、種々の厚さのマグネシウム系金属板（「Ｍｇ板」と略記する。）及び工業用純Ｔｉで形成した、種々の厚さのチタン板（「Ｔｉ板」と略記する。）を準備し、アルゴンガス雰囲気中でＭｇ板を３００℃で１０分間、アルゴンガス雰囲気中でＴｉ板を７５０℃で１０分間加熱して焼鈍した。
【００２４】
次いで、前記Ｍｇ板と前記Ｔｉ板とを、アセトンを用いて表面を洗浄した後、接合表面を金属ブラシで擦って表面を活性化し、活性化した表面同士を重ね合わせて重ね合わせ材とし、この重ね合わせ材（全厚さ１．３mm）をアルゴンガス雰囲気中で３００℃で１０分間加熱し、圧延ロールを用いて圧下率３０％で圧下し、厚さ０．９mmのＭｇ層−Ｔｉ層の２層クラッド板、あるいはＴｉ層−Ｍｇ層−Ｔｉ層の３層クラッド板を得た。３層クラッド板の場合、二つのＴｉ層は同厚とした。最終的に、アルゴンガス雰囲気中でクラッド板を３００℃で１０分間熱処理した。前記重ね合わせ材の全厚さに対するＭｇ板、片側のＴｉ板の厚さ割合を表１に示す。クラッド板におけるＭｇ層の全厚さに対する割合は、重ね合わせ材のＭｇ板の割合よりも３〜５％程度低い値であった。なお、比較例として、前記焼鈍後のＭｇ板を用いて、前記クラッド板と同様の条件で０．９mm厚の単層板の試料（表１のNo. １及び２）を製作した。また、前記焼鈍後のＭｇ板を用いて、異周速で圧延し、前記と同様の熱処理を施して０．９mm厚に単層板の試料（表１のNo. ３）を製作した。
【００２５】
以上のようにして製作したクラッド板及び単層板から３０mm角の試料を採取して、Ｍｇ層を形成するマグネシウム系金属の底面の傾きを以下の要領で調べた。前記試料を表面から研磨して、Ｍｇ層の厚さ方向の中心部を通る観察面を露出し、この観察面に対してＸ線回折によりＭｇ層を形成するマグネシウム系金属の（０００１）極点図を求め、ピーク位置の中心からずれ角（底面の傾き角）を測定した。その結果を表１に併せて示す。
【００２６】
次に、各試料から直径２５mmの円板形状のブランク（成形試験片）を採取し、これを用いて深絞り成形試験を下記の要領で行った。図４に示すように、肩半径が４．０mmのダイ２１に前記ブランクＢをＴｉ層が下側（ダイ側）になるように載置し、ブランクホルダー２３でブランクＢの外周部を押さえ、直径１５mm（絞り比１．６７）、肩半径２mmのポンチ２２をダイ２１側に移動してブランクＢをダイ２１の成形孔に押し込み、カップを成形した。成形に際して、ダイ２１の外周に付設したヒータ２４により成形温度を７５〜２５０℃に制御した。また、ポンチ２２の下降速度（クロスヘッド速度）は０．１７mm/sとし、潤滑剤には二硫化モリブデンペーストを用いた。試験結果を表１に併せて示す。なお、表中、「○」はクラックが発生しなかったもの、「×」はカップのダイコーナー部にクラックが発生したものを示す。
【００２７】
表１より、底面の傾きが０°である純ＭｇやＡＺ３１の単層板では、深絞り成形を行うのに最低でも２００℃の加熱を要するが、純ＭｇあるいはＡＺ３１とＴｉとをクラッドした発明例では、２層クラッド板の場合にはＭｇ層の底面の傾きが２°程度でも成形温度が１００℃以上低下しており、成形性が飛躍的に向上していることが分かる。
【００２８】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態にかかるクラッド板の断面模式図である。
【図２】第２実施形態にかかるクラッド板の断面模式図である。
【図３】ロール圧接後のマグネシウムの結晶方位模式図である。
【図４】実施例における深絞り成形試験要領説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１，１Ａ  クラッド板
２  マグネシウム系金属層
３  耐食性金属層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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