(57)【要約】【課題】従来のマグネシウム−リチウム系合金は軽量で加工性が良いという特性を有する反面、リチウムを含有するため、耐食性が劣り、使用できる用途が限られていた。本発明はマグネシウム−リチウム系合金の軽量で加工性が良いという特性を損なうことなく、耐食性が付与された合金基材を提供する。【解決手段】マグネシウム−リチウム系合金基材表面にアルミニウム又はアルミニウム合金膜を形成したアルミニウム被覆マグネシウム−リチウム系合金基材であり、この合金基材は好ましくは冷間圧延で製造される。合金基材とアルミニウム膜間に組織を脆弱にする金属間化合物層が実質的に形成されないため、目的の合金基材が得られる。【選択図】  図２
2004323935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム−リチウム系合金基材表面にアルミニウム又はアルミニウム合金膜を形成したことを特徴とするアルミニウム被覆マグネシウム−リチウム系合金基材。
【請求項２】
マグネシウム−リチウム系合金基材の組成が、マグネシウムが８０〜９５重量％、リチウムが５〜２０重量％である請求項１に記載のアルミニウム被覆マグネシウム−リチウム系合金基材。
【請求項３】
マグネシウム−リチウム系合金基材が、マグネシウム及びリチウム以外に、亜鉛、アルミニウム、銀、マンガン、シリコン、イットリウム、ランタノイド元素、カルシウム及びジルコニウムから選択される少なくとも１種の金属を含有する請求項１に記載のアルミニウム被覆マグネシウム−リチウム系合金基材。
【請求項４】
マグネシウム−リチウム系合金基材の表面にアルミニウム膜を重ね合わせ、室温〜３００℃で圧延接合することを特徴とするアルミニウム被覆マグネシウム−リチウム系合金基材の製造方法。
【請求項５】
圧延接合後、３００℃以下で熱処理を行うようにした請求項４に記載のアルミニウム被覆マグネシウム−リチウム系合金基材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食性を向上させたマグネシウム−リチウム系合金基材及びその製造方法に関し、より詳細にはアルミニウムとマグネシウム間の反応性の高さに拘らず金属間化合物を形成させないようにした、優れた耐食性及び加工性を有するマグネシウム−リチウム系合金基材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、家庭用電化製品及びコンピュータ、ワードプロセッサ及びその周辺機器等のＯＡ機器における軽量化の流れの中で、一層軽量な合金が求められている。現在、構造用金属材料として用いられている最軽量合金はマグネシウム−リチウム系合金であり、この系統の合金としてはＮＡＳＡで実用化されているＬＡ１４１（Ｍｇ−１４％Ｌｉ−１％Ａｌ）や、超塑性Ｍｇ−９％Ｌｉ−１％Ｙ合金等が知られている。
マグネシウム−リチウム系合金は冷間加工性に優れ、この合金は一般のマグネシウム系合金に比べ、卑な金属であるリチウムを含むため耐食性に劣るという欠点がある。そのため通常は、腐食防止のために表面処理が施されて耐食性の向上が図られているが、処理コストが増大している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
比較的安価な表面処理法としてマグネシウム系合金基材表面へ、耐食性の良好なアルミニウムをクラッドする方法がある。しかしマグネシウムとアルミニウムを通常通り接合させると、Ｍｇ１７Ａｌ１２の組成を有する金属間化合物が生成し、この化合物が脆いため安定した接合組織が形成されない。この欠点を解消するために、マグネシウム−リチウム系合金等のマグネシウム系合金基材の表面に銀や銅・金・銀・亜鉛・錫又は鉛層等の中間層を形成し、この中間層の表面にアルミニウム層を形成して、マグネシウムとアルミニウム間で化合物を生成させない方法が提案されている。
しかしながら中間層の生成は、コストと手間が掛かるだけでなく、場合によっては軽量性というマグネシウム系合金の特徴まで阻却しかねない。
従って本発明は、中間層を形成することなく、かつマグネシウムとアルミニウムの反応を最小限に制限して金属間化合物の生成を抑制したアルミニウム被覆マグネシウム−リチウム系合金基材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マグネシウム−リチウム系合金基材表面にアルミニウム及び／又はアルミニウム合金膜を形成したことを特徴とするアルミニウム被覆マグネシウム−リチウム系合金基材（以下単に合金基材ともいう）であり、本発明方法は、マグネシウム−リチウム系合金基材の表面にアルミニウム又はアルミニウム合金膜（以下単にアルミニウム膜ともいう）を重ね合わせ、室温から３００℃で圧延接合することを特徴とする合金基材の製造方法であり、必要に応じて、圧延接合後、３００℃以下で熱処理を行うようにしても良い。
【０００５】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明者は、前述した従来技術において、マグネシウム−リチウム系合金基材表面にアルミニウム膜を被覆する際に生成するマグネシウム−アルミニウム金属間化合物の生成を実質的に無くすか最小限にすることにより、中間層を形成することなく、耐食性や加工性に優れた合金基材を製造できることを着想し、これを実現するために種々検討し、本発明に到達した。
本発明では従来と異なり、室温から３００℃の温度での冷間又は温間圧延によりマグネシウム−リチウム系合金基材表面にアルミニウム膜を被覆する。比較的低温の好ましくは冷間圧延で得られるアルミニウム被覆マグネシウム−リチウム系合金は、従来のクラッドで製造されるアルミニウム被覆マグネシウム−リチウム系合金の場合とは異なり、マグネシウム合金とアルミニウム膜間にＭｇ１７Ａｌ１２等の金属間化合物が殆ど生成しない。脆弱な金属間化合物が生成せず、マグネシウム合金表面にアルミニウム膜が被覆されるため、アルミニウム膜の耐食性がそのまま活かされて合金基材全体の耐食性が向上する。
【０００６】
更に従来のように中間層が形成されないため、軽量性や良好な加工性も維持される。又表面がアルミニウムであるため、通常のアルミニウム又はアルミニウム合金で使用されている表面処理、例えば金属光沢を活かした表面処理が可能になる。
本発明ではこのようにして冷間又は温間圧延で接合した合金基材が得られ、このままでもアルミニウム膜が、基材であるマグネシウム−リチウム系合金の加工性を低下させることなくその耐食性を向上させることができるが、更なる性能向上のために冷間又は温間圧延後に熱処理を行っても良い。
【０００７】
この熱処理は、比較的低温、例えば３００℃以下の温度で行うこと、特に２００〜３００℃で行うことが望ましい。この熱処理は合金基材の接合強度や曲げ成形性を高めるための処理である。高温熱処理、つまり３００℃を越える高温例えば４００℃で熱処理を行うと、合金中に含まれるリチウムとアルミニウムが金属間化合物を生成して組織が脆弱化し、後述する最小曲げ半径が大幅に増加するため望ましくない。
つまり合金基材の場合、アルミニウム膜と合金基材との厚さの比にも影響されるが、通常は接合時の最小曲げ半径は２００℃での熱処理により数分の１まで減少し、その後やや増加し、３００℃を越えると大幅に上昇して接合時（熱処理なし）の値を大きく越えてしまう。
【０００８】
本発明で使用可能な基材合金はマグネシウム−リチウム系合金である。通常はマグネシウムとリチウムのみから成る合金であり、好ましい組成（重量）比は、マグネシウムが８０〜９５重量％、リチウムが５〜２０重量％である。このマグネシウム−リチウム合金は、室温での成形性に優れ、その性能改質には多大な意味がある。
本発明で使用できるマグネシウム−リチウム系合金は両金属以外に、マグネシウム及びリチウムより少量の他の金属、例えば亜鉛、アルミニウム、銀、マンガン、シリコン、イットリウム、ランタノイド元素、カルシウム及びジルコニウムの１種又は２種以上を含有していても良い。
又合金基材表面の被覆するアルミニウム膜は純アルミニウムから成っていてもアルミニウム合金を使用しても良く、要求される耐食性や加工性等の性能を考慮して適宜選択する。
【０００９】
本発明の合金基材は、マグネシウム−リチウム系合金基材より加工性が良好になり、更に耐食性は大幅に向上する。これらの性能評価は、塩水噴霧法やＬ曲げ試験等により行うことができる。
このようにして製造された合金基材は、自動車、家庭用電化製品及びコンピュータ、ワードプロセッサ及びその周辺機器等のＯＡ機器、携帯電話及び玩具等の材料として使用できる。
【００１０】
［実施例］
次に本発明に係わる合金基材の製造及び得られた合金基材の性能評価に関する実施例及び比較例に関して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１１】
［実施例１］
［板材の準備］
リチウムを９．５質量％含有するマグネシウム合金を鋳造し、５ｍｍ厚の板材に圧延後、３００℃で４時間熱処理を施して、マグネシウム−リチウム合金板とした。被覆用の板材としては０．５ｍｍ厚の純アルミニウム板を準備した。
［接合］
次に前記マグネシウム−リチウム合金板の表面を５％塩酸水溶液で酸洗し、その表面を黄銅製ワイヤブラシで磨き、次いでアルミニウム板もその表面を黄銅製ワイヤブラシで磨いた。マグネシウム−リチウム合金板の両面に前記アルミニウム板を重ね、見掛け厚６ｍｍの積層体とした。この積層体を室温で冷間圧延し、厚さ０．５ｍｍの接合体（合金基材）とした。
【００１２】
［熱処理］
このような接合体を計５枚準備し、１枚は接合時のままとし、他の４枚の接合体にはそれぞれ１００℃、２００℃、３００℃及び４００℃で１時間熱処理を行った。
計５枚の接合体、つまり接合時のままの接合体、１００℃での熱処理後の接合体、２００℃で熱処理後の接合体、３００℃で熱処理後の接合体及び４００℃で熱処理後の接合体の表面組織の４００倍の顕微鏡写真を図１Ａから図１Ｅに順に示した。
図１Ａから、熱処理を行わなかった接合時のままの接合体でも合金基材とアルミニウム膜が密着して十分に接合が行われていることが分かる。又図１Ｂ及び図１Ｃから、熱処理温度が低いと、合金基材とアルミニウム膜の界面が明確に維持されて金属間化合物層が形成されなかったことが分かる。更に熱処理温度が上昇して３００℃になると、合金基材とアルミニウム膜の界面がやや不明確になり金属間化合物層の形成が始まっていた（厚さ６．８μｍ）。熱処理温度が更に上昇して４００℃になると、金属間化合物層が成長して２８．８μｍに達し、界面から約１０μｍの位置にクラックが発生していた。
これらの結果から、熱処理は３００℃以下で行って組織の脆弱化を防止することが望ましいことが分かる。
【００１３】
［塩水噴霧試験］
接合のままの板材及び熱処理を行った４枚の板材を切り出し、５％ＮａＣｌ水溶液を噴霧し、２４時間曝露後の腐食の有無を調べたところ、全ての板材で腐食は生じていなかった。
【００１４】
［Ｌ曲げ試験］
曲げ試験は、規定の内側半径の金型を用いて、前記計５枚の接合体のそれぞれを９０°になるまでプレスにより曲げ、湾曲部の凸部表面の割れの有無を確認することにより曲げ性（加工性）を調べた。曲げ性は、割れが生じることなしに９０°まで曲げることのできる最小の内側半径、即ち最小曲げ半径（Ｒ）と接合体の厚さ（ｔ）の比（Ｒ／ｔ）で評価した。この比の値が小さいほど曲げ性で良好であることを意味する。
接合のままの板材及び熱処理を行った４枚の板材の最小曲げ半径を測定し、この値から前述の比を算出し、その結果を図２のグラフに−◆−で示した。
グラフから、２００℃で熱処理した接合材の最小曲げ半径は約０．５で最も小さく、従って曲げ性が最も良好であった。この最小曲げ半径の値はアルミニウム被覆を行っていないマグネシウム−リチウム系合金や一般のプレス用アルミニウム合金、黄銅及び軟鋼などと同等である。
【００１５】
接合のまま及び１００℃の熱処理でも、接合材の最小曲げ半径は約１．６であり十分な曲げ性を有していることが分かった。
３００℃で熱処理した接合材では、前述した通り金属間化合物層の生成は僅か（約７μｍ）であり、最小曲げ半径も、接合を行わなかった接合材よりも小さく、約０．８であり、十分な曲げ性を有していた。
しかし４００℃で熱処理した接合材では、前述した通り金属間化合物層の厚さは約２９μｍと急速に成長し、界面から約１０μｍにクラックが発生し、最小曲げ半径も約３．３と増大して曲げ性が極度に悪化した。
３００℃で熱処理した接合材と４００℃で熱処理した接合材の金属間化合物層の厚さから、金属間化合物層の厚さを約１０μｍ以下になるよう熱処理を行うと（本実施例では３００℃で１時間以下）良好な曲げ性が維持できると考えられる。
【００１６】
図３Ａは本実施例の接合のままの接合材を半径１．６ｍｍの金型を使用して曲げ試験を行った後の接合材の約５０倍の顕微鏡写真であり、図３Ｂは本実施例の２００℃で熱処理を行った接合材を半径０．２ｍｍの金型を使用して割れを生じさせた後の接合材の約５００倍の顕微鏡写真である。
割れが生じていてもいなくても、合金基材とアルミニウム膜は強固に密着し、剥離が生じていないことが分かる。
【００１７】
［比較例１］
リチウムを９．５質量％含有するマグネシウム合金を鋳造し、１．０ｍｍ厚の板材に圧延後、３００℃で４時間熱処理を施して、マグネシウム−リチウム合金板を計５枚作製した。
この合金板のうち１枚は熱処理を行わず、他の４枚はそれぞれ１００℃、２００℃、３００℃及び４００℃で１時間熱処理を行った。
これら５枚の合金板のＬ曲げ試験を実施例１と同じ条件で行った。５枚の合金板の最小曲げ半径（Ｒ）と接合体の厚さ（ｔ）の比（Ｒ／ｔ）で評価し、その結果を図２のグラフに−▲−で示した。
グラフから、合金板の場合は接合のままでは前記比は約１．８で実施例１の接合材よりややが大きいが、熱処理温度が上昇するにつれて前記比が減少して、４００℃では約０．５に達した。
２００℃で熱処理を行った合金板を実施例１と同じ条件で塩水噴霧試験を行ったところ、表面全体が腐食し、手で触るだけで表面が剥離した。
【００１８】
［比較例２］
板材の厚さを０．５ｍｍとしたこと以外は比較例１と同じ条件でマグネシウム−リチウム合金板を１枚作製した。
この合金板を３００℃で１時間熱処理を行い、更にこの合金板のＬ曲げ試験を実施例１と同じ条件で行った。最小曲げ半径（Ｒ）と接合体の厚さ（ｔ）の比（Ｒ／ｔ）は図２のグラフに−■−で示した通り、約０．５であった。
【００１９】
［比較例３］
実施例１と同じ条件で、マグネシウム−リチウム合金板と純アルミニウム板を準備した。これらを実施例１と同様に前処理を行いかつ積層し、４００℃でクラッドして接合体とした。
この接合体を熱処理を行わないまま、最小曲げ半径を測定したところ測定限界の３．２ｍｍ以上であった。又測定後断面観察を行ったところ、金属間化合物層が形成され、接合体全体が脆弱化していた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、マグネシウム−リチウム系合金基材表面にアルミニウム又はアルミニウム合金膜を形成したことを特徴とする合金基材である。
この合金基材は、従来の合金基材と異なり、表面のアルミニウム膜とマグネシウム−リチウム系合金の間に金属間化合物層が殆ど形成されていないため、全体の加工性（曲げ性）が保持されて従来の合金基材より強靭で耐食性に優れた合金基材が提供できる。
【００２１】
当該合金基材は、積層されたマグネシウム−リチウム系合金基材とアルミニウム膜を、冷間又は温間で圧延接合することにより製造される。
このような接合により得られる合金基材（接合材）は、満足できる接合強度を有するとともに、冷間又は温間圧延で接合されているため、合金基材とアルミニウム膜間の界面で金属間化合物層が生成し難い。この金属間化合物層は接合材全体の脆弱化を招き易い。この金属間化合物層が存在しないか強度には殆ど影響しない範囲で含有する本発明の合金基材は、マグネシウム−リチウム系合金の有する軽量性や加工性を維持したまま優れた耐食性を付与した有用な材料となる。
このように接合した合金基材を３００℃以下で熱処理すると、加工性が更に良好になり、最高級の素材として各種用途に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａから図１Ｅは、順に、実施例１における、接合時のままの接合体、１００℃での熱処理後の接合体、２００℃で熱処理後の接合体、３００℃で熱処理後の接合体及び４００℃で熱処理後の接合体の表面組織を示す４００倍の顕微鏡写真。
【図２】実施例１、比較例１及び比較例２における熱処理温度と、最小曲げ半径（Ｒ）と接合体の厚さ（ｔ）の比（Ｒ／ｔ）の関係を示すグラフ。
【図３】図３Ａは実施例１の接合のままの接合材を半径１．６ｍｍの金型を使用して曲げ試験を行った後の接合材の約５０倍の顕微鏡写真であり、図３Ｂは実施例１の２００℃で熱処理を行った接合材を半径０．２ｍｍの金型を使用して割れを生じさせた後の接合材の約５００倍の顕微鏡写真である。
【図１】
2004323935.tif 000003
【図２】
2004323935.tif 000004
【図３】
2004323935.tif 000005