(57)【要約】【課題】マグネシウム合金の溶湯全体の成分が均一で、品質良好なマグネシウム合金を提供する。また、マグネシウムより比重が大きいジルコニウム等を歩留まり良く添加することができるマグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法を提供しようとするものである。【解決手段】 坩堝内のマグネシウム溶湯へジルコニウム等の高比重合金成分を添加するに際し、上記溶湯中の上面近くでジルコニウム等を保持し、  上記溶湯の上面近くで固体状のジルコニウム等の外周を逐次溶融させて、その溶融させた部分の密度を小さくし、上記上面近くで溶融させて密度が小さくなった溶融ジルコニウム等を、固体状のジルコニウム等の沈降速度に比べて緩やかな速度とし、マグネシウム溶湯全体へジルコニウム等を分散させ、マグネシウム合金の溶湯の入った坩堝を傾動させて鋳型へ当該溶湯を流し込むことで撹拌させ、Mg合金溶湯全体を略均一にする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
坩堝内のマグネシウム溶湯へジルコニウム等の高比重合金成分を添加するに際し、
上記溶湯中の上面近くでジルコニウム等を保持し、
上記溶湯の上面近くで固体状のジルコニウム等の外周を逐次溶融させて、その溶融させた部分の密度を小さくし、
上記上面近くで溶融させて密度が小さくなった溶融ジルコニウム等を、固体状のジルコニウム等の沈降速度に比べて緩やかな速度とし、マグネシウム溶湯全体へジルコニウム等を分散させ、マグネシウム合金の溶湯の入った坩堝を傾動させて鋳型へ当該溶湯を流し込むことで撹拌させ、Mg合金溶湯全体を略均一にすることを特徴とするマグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法。
【請求項２】
坩堝内のマグネシウム溶湯へジルコニウム等の高比重合金成分を添加するに際し、
上記溶湯中の上面近くに、容器保持された状態でジルコニウム等を浸漬し、
上記容器内で固体状のジルコニウム等の外周を逐次溶融させて、その溶融させた部分の密度を小さくし、
上記上面近くの容器内で溶融させて密度が小さくなった溶融ジルコニウム等を、上記容器の通過孔を通して容器の外へ通過させ、固体状のジルコニウム等の沈降速度に比べて緩やかな速度とし、マグネシウムの溶湯全体へジルコニウム等を分散させ、マグネシウム合金の溶湯の入った坩堝を傾動させて鋳型へ当該溶湯を流し込むことで撹拌させ、Mg合金溶湯全体を略均一にすることを特徴とするマグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法に関し、詳しくは
マグネシウム溶湯へジルコニウム等の高比重合金成分を溶解させて添加する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、電機をはじめとして種々の分野で軽量化のニーズが強く、マグネシウム合金への関心は高まっている。そして、マグネシウム溶湯に異種金属を添加し、鋳造することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
出願人会社においては、上記マグネシウム合金の機械的性質を改善する為に、マグネシウムにジルコニウム等の高比重合金成分を添加する手段として、図３に示される手段を講じていた。
図３（イ)に示すように坩堝Ｂ内のマグネシウム溶湯３に対し、ジルコニウム等の高比重合金成分１５を投入し、（ロ）（ハ）に示すように自由落下させてマグネシウム溶湯３の中で溶解させ、そのジルコニウム等の高比重合金成分を含むマグネシウム合金の溶湯１７を次段、例えば（ニ）に示すように鋳型１９へ流し込む手段が講じられていた。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２７９８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のマグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法にあっては、図３（イ）に示す投入したジルコニウム等１５が、（ロ）に示すように坩堝Ｂの底２に沈降し、経時と共に坩堝底２に沈殿した状態で溶融して、（ハ）に示すように坩堝底２において、高濃度の溶融ジルコニウム等15ａが溜まる。そして坩堝Ｂを傾動させてマグネシウム合金の溶湯１７を鋳型１９に注入するときには、（ニ）に示すように、マグネシウム合金の溶湯１７の上澄み部分17ａが鋳型１９へ流れ出て、高濃度の溶融ジルコニウム等15ａが坩堝底２に残存する問題点がある。
係る問題点は、鋳型１９へ注入したマグネシウム合金溶湯17ａ中に、所定量の溶融ジルコニウム等15ａが溶融しておらず、鋳造されるマグネシウム合金の機械的性質が、予定通り改善されない品質上の問題点があった。
さらに、上述したように高濃度の溶融ジルコニウム等15ａが坩堝底２に残存するので、添加するジルコニウム等の歩留まりが悪く、コスト高になる問題点があった。
【０００５】
本件出願の目的は、マグネシウム合金の溶湯全体の成分が均一で、品質良好なマグネシウム合金を提供することができるマグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法を提供しようとするものである。
他の目的は、マグネシウムより比重が大きいジルコニウム等を歩留まり良く添加することができるマグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法を提供しようとするものである。
他の目的及び利点は図面及びそれに関連した以下の説明により容易に明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明におけるマグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法は、坩堝Ｂ内のマグネシウム溶湯３へジルコニウム等の高比重合金成分１５を添加するに際し、上記溶湯３中の上面３ａ近くでジルコニウム等１５を保持し、上記溶湯３の上面３ａ近くで固体状のジルコニウム等１５の外周を逐次溶融させて、その溶融させた部分の密度を小さくし、上記上面３ａ近くで溶融させて密度が小さくなった溶融ジルコニウム等15ａを、固体状のジルコニウム等１５の沈降速度に比べて緩やかな速度とし、マグネシウムの溶湯全体へジルコニウム等を分散させ、マグネシウム合金の溶湯の入った坩堝を傾動させて鋳型へ当該溶湯を流し込むことで撹拌させ、Mg合金溶湯全体を略均一にするものである。
【０００７】
また好ましくは坩堝Ｂ内のマグネシウム溶湯３へジルコニウム等の高比重合金成分１５を添加するに際し、上記溶湯３中の上面３ａ近くに、容器５で保持された状態でジルコニウム等１５を浸漬し、上記容器５内で固体状のジルコニウム等１５の外周を逐次溶融させて、その溶融させた部分の密度を小さくし、上記上面３ａ近くの容器５内で溶融させて密度が小さくなった溶融ジルコニウム等15ａを、上記容器５の通過孔９を通して容器５の外へ通過させ、固体状のジルコニウム等１５の沈降速度に比べて緩やかな速度とし、マグネシウムの溶湯中全体へジルコニウム等を分散させ、マグネシウム合金の溶湯の入った坩堝を傾動させて鋳型へ当該溶湯を流し込むことで撹拌させ、Mg合金溶湯全体を略均一にするものであればよい。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明は、坩堝Ｂ内のマグネシウム溶湯３へジルコニウム等の高比重合金成分１５を添加するに際し、マグネシウム溶湯３中の上面３ａ近くでジルコニウム等１５を保持し、上記溶湯３の上面３ａ近くで固体状のジルコニウム等１５の外周を逐次溶融させて、その溶融させた部分の密度を小さくし、上記上面３ａ近くで溶融させて密度が小さくなった溶融ジルコニウム等15ａを、固体状のジルコニウム等１５の沈降速度に比べて緩やかな速度とし、マグネシウムの溶湯中全体へジルコニウム等を分散させ、マグネシウム合金の溶湯の入った坩堝を傾動させて鋳型へ当該溶湯を流し込むことで撹拌させ、Mg合金溶湯全体を略均一にするようにしたので、第１点として、添加したジルコニウム等がマグネシウム溶湯３中に分散して溶融し、マグネシウム合金の溶湯１７全体の成分が略均一になる特長がある。
このことは、所定濃度の溶融ジルコニウム等15ａが溶融したマグネシウム合金の溶湯１７を鋳型１９へ注入してマグネシウム合金を製造することができ、機械的性質が予定通り改善された良好なマグネシウム合金を提供できる品質上の効果がある。
【０００９】
さらに本発明は、坩堝Ｂ内のマグネシウム溶湯３へジルコニウム等の高比重合金成分１５を添加するに際し、上記のようにしたので、第２点として、
高濃度の溶融ジルコニウム等15ａが坩堝底２に溜まる可能性が極めて低く、マグネシウム溶湯に対して、マグネシウムより比重が大きいジルコニウム等１５を歩留まり良く添加することができる経済上の効果もある。更には、回転機構等複雑な機構を備えず、簡素な装置構成でMg合金の溶湯が略均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１（Ａ）〜（Ｅ）は、マグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法を説明する為の工程の略示模式図で、（Ａ）は坩堝Ｂ内のマグネシウム溶湯３中にジルコニウム等の高比重合金成分１５を投入する工程、（Ｂ）（Ｃ）は、ジルコニウム等１５をマグネシウムの溶湯３中へ溶融させる工程、（Ｄ）はマグネシウム溶湯中にジルコニウム等が溶融したマグネシウム合金の溶湯１７を示す図、（Ｅ）はマグネシウム合金の溶湯１７を鋳型１９に注入する工程を示す。（Ｆ）は添加装置Ｃにおける容器５を説明する為の略示斜視拡大図である。
図２は、図１のマグネシウム溶湯に対するジルコニウム等添加装置Ａにおける添加装置Ｃに対して選択的に備えさせる押出機構２０、又は対流促進装置２５の例について説明する為の略示斜視図である。なお、図２において容器５の囲い部材６、底部材７における通過孔９と、容器５内のジルコニウム等１５の図示を省略してある。
【００１１】
本件のマグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法は、図１に表れているように、坩堝Ｂ内のマグネシウム（Mg）の溶湯３へジルコニウム等の高比重合金成分１５を添加するに際し、上記溶湯３中の上面３ａ近くでジルコニウム等１５を保持し、上記溶湯３の上面３ａ近くで固体状のジルコニウム等１５の外周を逐次溶融させて、その溶融させた部分の密度を小さくし、上記上面３ａ近くで溶融させて密度が小さくなった溶融ジルコニウム等15ａを、固体状のジルコニウム等１５の沈降速度に比べて緩やかな速度で、マグネシウム溶湯３中に溶融ジルコニウム等15ａを分散させるようにしたものである。
また好ましくは、上記溶湯３中の上面３ａ近くに、例えば保持手段として容器を用い、容器５で保持された状態でジルコニウム等１５を浸漬し、上記容器５内で固体状のジルコニウム等１５の外周を逐次溶融させて、その溶融させた部分の密度を小さくし、上記上面３ａ近くの容器５内で溶融させて密度が小さくなった溶融ジルコニウム等15ａを、上記容器５の通過孔９を通して容器５の外へ通過させ、固体状のジルコニウム等１５の沈降速度に比べて緩やかな速度で、マグネシウム溶湯３中に溶融ジルコニウム等15ａへ分散させるようにする。
この点を、構成の説明を加えながら図１を用いて説明する。
Ａはマグネシウム溶湯に対するジルコニウム等添加装置を示す。この装置Ａにおける坩堝Ｂは通常、加熱炉（電気抵抗加熱炉・溶解炉ともいう）内に置き、坩堝内のMgを溶融するようにするものである。Ｃは坩堝Ｂ内のMg溶湯３に対してジルコニウム等の高比重合金成分１５（本明細書において単に「ジルコニウム等」ともいう）を添加する為の添加装置を示す。
【００１２】
図１に表れている添加装置Ｃにおいて、５は、中にジルコニウム等１５を入れた状態でMg溶湯３中の上面３ａ近くに浸漬する為の容器を示す。容器５は耐熱性（例えば750℃で溶けない）の材質、例えば鉄で形成されている。容器５において６は、図１（Ｆ）によく表れるように、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの４面から成る囲い部材、７は底部材を示す。これらは夫々多孔性の材料で形成し、上部８を開口した状態で一体状に形成されている。多孔性の部材としては、例えば前述したように鉄材を用いて網目状に形成した部材や、パンチングメタルを用いればよい。囲い部材６と底部材７における多数の通過孔９の孔径は、図１（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、容器５内にジルコニウム等15を入れた状態でMg溶湯３中に浸漬した場合において、容器５内の固体状のジルコニウム等１５を通過させることなく、溶融されて密度が小さくなった溶融ジルコニウム等15ａがMg溶湯３中へ排出されるような孔径に設定すればよく、例えば口径３ｍｍの孔に形成すればよい。「口径が小さ過ぎると、目づまりし、口径が大きすぎるとジルコニウム含有合金が固体の状態で容器から排出されてしまう。よって２〜５ｍｍ程度が好ましい。」
添加装置Ｃにおいて、１０は周知の昇降装置１１に連結され、一端を容器５に連結した操作杆を示し、容器５を図１（Ａ）に示されるような上昇位置と、図１（Ｂ）（Ｃ）に示されるようなMg溶湯３中の上面３ａ近くに浸かる位置との間を昇降操作する為のものである。昇降操作を行う装置は、例えば、シリンダや天井クレーンにて構成することができる。
【００１３】
上述しているMg溶湯３に対して添加するジルコニウム等の高比重合金成分１５は、Mgよりも比重が大きく、かつ、750℃以下のMg溶湯３中へ入れたときに溶け出す性質を有するものであればよく、例えばジルコニウム含有合金（Zn-10.5％Zr）、マンガン（Mn）含有合金（Al-10％Mn）、イットリウム（Ｙ）を用いればよい。15ａはMg溶湯３中で溶融した溶融ジルコニウム等、１７はMg溶湯３中に添加したジルコニウム等15ａが溶け込んだマグネシウム合金の溶湯、１９は鋳造に用いられる周知の鋳型の存在を示す。
【００１４】
上記構成のものを用いてマグネシウム合金への高比重合金成分の添加作業について説明する。
まず、図１（Ａ）に示されるように、Mgを坩堝Ｂ内に入れ加熱炉で７５０℃以下で溶解しMg溶湯３にする。
次に添加装置Ｃにおける容器５内に固体状のジルコニウム等１５を入れ、容器５を矢印３５方向に下降させる。なお、坩堝Ｂの大きさとしては例えば口径1,000〜1,500mm、高さ900〜1000mmのものを用いる。使用するMg量は例えば200kg、ジルコニウム等としてはジルコニウム含有合金（Zn−10．5％Zr）を５〜１５kgを用いればよい。
【００１５】
次に、（Ｂ）に示されるように、ジルコニウム等１５をMg溶湯３中の上面３ａ近くに容器５で保持された状態で浸漬する。
上記の容器５内のジルコニウム等１５は外周から逐次高温化して溶融する。溶融したジルコニウム等15ａは、容器５における囲い部材６の多数の通過孔９を通過しMg溶湯３中に出る。溶融ジルコニウム等15ａの密度は、液体にしたことにより、固体のときに比較して小さくすることができるので、固体状のジルコニウム等１５の沈降速度に比べて緩やかな速度で、矢印で示されるように上面３ａ近くから坩堝底２へ向けて沈降する。その沈降の態様は、溶融ジルコニウム等15ａを液状にし、かつ、比重を小さくしたことにより、マグネシウムの溶湯３中に時間をかけて漂い、マグネシウムの溶湯３中へ分散する。
なお、ジルコニウム等15をMg溶湯３中の上面３ａ近くに保持する状態は、少なくともジルコニウム等15の一部がMg溶湯上面３ａに浸漬した状態であれば良い。
容器５内のジルコニウム等１５がMg溶湯３中の上面３ａ近くに浸かっていれば良く、（Ｂ）のように容器５の上部を上面３ａに位置させて、ジルコニウム等１５がMg溶湯３中の上面３ａ近くに浸かっていてもよいし、（Ｃ）に示すように容器５が上面３ａから上に露出するような状態でジルコニウム等１５がMg溶湯３中の上面３ａ近くに浸かっていてもよい。
【００１６】
上記のように容器内のジルコニウム等１５の外周が逐次溶融し、容器５内のジルコニウム等１５全てが溶融する。この状態では（Ｄ）に示されるように添加したジルコニウム等１５がマグネシウム溶湯３中に略斑なく分散して溶融する。
そして、（Ｅ）に示すように、マグネシウム合金の溶湯１７が入った坩堝を傾動させて鋳型１９へ注入して、通常行われるようにマグネシウム合金を鋳造する。坩堝を傾動させて鋳型へ当該溶湯を流し込むことでジルコニウム等を撹拌させ、Mg合金溶湯全体を略均一にすることができる。
このように、所定濃度の溶融ジルコニウム等15ａが溶融したマグネシウム合金の溶湯１７を鋳型１９へ注入してマグネシウム合金を製造することができ、機械的性質が予定通り改善された良好なマグネシウム合金を提供することができる。
なお、図１（Ｂ）（Ｃ）に示される工程において、容器５に振動を加えたり、容器５をMg溶湯中の上面３ａ近くを遊泳させて、容器内のジルコニウム等１５の溶融とMg溶湯中への拡散とを促すようにしてもよい。
【００１７】
次に、図１における添加装置Ｃに対して選択的に備えさせることのできる押出機構２０について図２を用いて説明する。図２の押出機構２０は、固体状のジルコニウム等１５における外周部分の溶融ジルコニウム等15ａ（溶融して密度が小さくなった部分）を、より速やかに容器５の外へ出すことができるようにする為のものである。
図２において、２１は押出機構２０における押出片を示し、その外周の大きさは、容器５内のジルコニウム等１５を下面21ａで矢印36方向に向けて押し下げることができるように容器５の囲い部材６の内周に対応させて形成してある。
押出機構２０において、２２は、押出片２１を容器５に対して矢印３６方向へ下降させる為の連結杆を示し、周知の昇降装置２３によって昇降自在に連結され、一端を押出片２１の連結部21ｂに固着してある。
図１（Ｂ）（Ｃ）に示される工程において、上記押出機構２０における押出片２１を図２における矢印３６方向へ下降させて、容器５内のジルコニウム等１５を押圧すると、容器５における囲い部材６、底部材７付近の溶融ジルコニウム等１５ａは通過孔９を通過して、Mg溶湯中に押し出され、上述したように溶融ジルコニウム等15ａはマグネシウム溶湯３中を拡散しながら沈降して、マグネシウムの溶湯３中へ分散していく。一方容器５の囲い部材６、底部材７付近には常に固体状のジルコニウム等15が接する状態となる。このことは、Mg溶湯３に対するジルコニウム等１５の溶融効率をより良くする特長がある。
【００１８】
次に、図１における添加装置Ｃに対して選択的に備えさせることのできる対流促進装置２５について図２を用いて説明する。図２の対流促進装置２５は、容器５の底面７付近のMg溶湯３の対流を促すことができるようにする為のものである。対流促進装置２５において、２６は、周知のガス供給装置３１から吸入口２７に供給されるArガスを、吹出口２８からMg溶湯中の容器５の底面７に向けて吹出す為のパイプ状の通路を示し、耐熱材、例えば鉄材で形成されている。
吹出口２８から吹出すArガス３０の量は、底部材７付近の溶融ジルコニウム等15ａを容器５の底面７付近のMg溶湯３と共に、Mg溶湯３中へ対流させるように設定すればよい。
図１（Ｂ）（Ｃ）に示される工程において、対流促進装置２５を動作させて、図２に示すように、Arガス３０を容器５の底面７に向けて吹出す。すると、底部材７付近の溶融ジルコニウム等15ａはArガス３０によって、通過孔９を通過して図２のようにMg溶湯中に流し出され、底面７付近のMg溶湯３と共にMg溶湯３中へと対流する。このことは、Mg溶湯３に対するジルコニウム等１５の溶融効率をより良くする特長がある。さらに、対流により溶融ジルコニウム等15ａのMg溶湯３中への分散を促す特長もある。
【実施例】
【００１９】
実施例
１．方法：
（１）鉄坩堝で電気抵抗加熱でMg原料を溶解する。
（２）Mg原料溶解後、網目状鉄製容器を用いてMg溶湯中の上面近くでジルコニウム等を溶解する。
（３）容器中のジルコニウム等が溶解した後、マグネシウム合金の溶湯が入った坩堝を傾動させて鋳型へ流し込み、Mg合金を鋳造する。鋳造品は７０×750×1700mmの板状。
（４）Mg合金成分の測定については、板状の鋳造品のボトム、ミドル、トップの３ケ所からサンプルを採取し分析を行った。
２．溶解温度  ７３０℃
３．坩堝サイズ  φ（口径）1000mm×ｈ（高さ）９００mm
４．使用原料
（１）Mg原料：  Mgスクラップ  200kg
（２）ジルコニウム等：  Zn−10.5％Zr合金  １３kg
５．成分狙い値および歩留り
【表１】
2008303429.tif 000003
【００２０】
比較例
図３に示される従来のマグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法により、上述の実施例と同量の使用原料（Mg原料、ジルコニウム等）を用いて行った。
１．方法
（１）鉄坩堝で電気抵抗加熱でMg原料を溶解する。
（２）Mg原料溶解後、ジルコニウム等を投入し、Mg溶湯中を自由落下させてMg溶湯の中で溶解する。
（３）ジルコニウム等が溶解した後、マグネシウム合金の溶湯が入った坩堝を傾動させて鋳型へ流し込み、Mg合金を鋳造する。
（４）Mg合金成分の測定については、上記した実施例と同様の測定方法により測定した。
２．溶解温度  ７３０℃
３．坩堝サイズ  φ（口径）1000mm×ｈ（高さ）９００mm
４．使用原料
（１）Mg原料：  Mgスクラップ  200kg
（２）ジルコニウム等：  Zn−10.5％Zr合金  １３kg
５．成分狙い値および歩留り
【表２】
2008303429.tif 000004
【００２１】
実施例における表１及び比較例における表２から明らかなように、比較例（従来方法）では、マグネシウム溶湯へ投入した１３kgのジルコニウム等は殆ど固溶しないが、実施例にあっては、マグネシウム溶湯へ投入した１３kgのジルコニウム等はすべて固溶し、歩留り１００％でのジルコニウム等をマグネシウム溶湯に対して添加することができた。
なお、本実施例では、容器を用いてジルコニウム等をMg溶湯の上面近くに保持したが、上面近くへの保持は、これに限るものではない。例えば、ジルコニウム等を直接吊して、浸させてもよい。また、パンチングメタルの板の上に載せても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、マグネシウム合金への高比重合金成分の添加方法を説明する為の工程の略示模式図。（Ｆ）は添加装置Ｃにおける容器５を説明する為の略示斜視拡大図。
【図２】添加装置Ｃに対して選択的に備えさせる押出機構２０、又は対流促進装置２５の例について説明する為の略示斜視図。
【図３】出願人会社において講じていた手段を説明する為の工程略示模式図。
【符号の説明】
【００２３】
Mg溶湯に対するジルコニウム等添加装置：Ａ、
坩堝：Ｂ、
添加装置：Ｃ、
マグネシウム溶湯：３、
上面：３ａ、
容器：５、
囲い部材：６、
底部材：７、
操作杆：１０、
昇降装置：１１、
ジルコニウム等の高比重合金成分：１５、
溶融ジルコニウム等：15ａ、
マグネシウム合金の溶湯：１７、
鋳型：１９、
押出機構：２０、
押出片：２１、
連結部：２１ｂ、
連結杆：２２、
対流促進装置：２５、
通路：２６、
Arガス：３０
【図１】
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【図２】
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【図３】
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