(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金を溶解炉内で液体もしくは固液共存状態に融解し、溶解炉から流下する第１の厚さのマグネシウム合金を一対のローラの間を通り前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さとなる凝固し連続した板材を形成する工程と、
前記板材を所定サイズの板材に切断する切断工程と、
常温でこの板材に歪みを加えて板厚方向に５〜２０％の圧縮変形量で圧縮変形させ薄板に形成する圧延工程と、
圧縮変形後の薄板を２００〜５００℃の加熱処理温度で加熱処理する熱処理工程と
前記圧延工程と前記熱処理工程とを複数回繰り返すことによりマグネシウム合金薄板を形成することを特徴とするマグネシウム合金薄板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム合金薄板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大量生産される家電製品に対しては、リサイクル処理や環境問題などの対策の一つとして、家電製品の外装部品を従来の樹脂材料に代えて金属材料で製作することが注目されている。樹脂のリサイクル性が２０％程度あるのに対し、金属材料は９０％がリサイクル可能である。
【０００３】
金属材料の中で特にマグネシウム合金は、他の金属と比較して軽量、高強度であり、振動減衰性や加工性にも優れ、比較的低融点であることからリサイクルエネルギーも少なくて済むという特徴を有している。
【０００４】
このマグネシウム合金を材料とする製品は、一般に金型に高圧力で溶融させたマグネシウム合金を急速に流し込み鋳造するダイカスト法で作られてきたが、近年になって、固液共存状態の半溶融合金に剪断力を与えることによってチクソトロピー性を発現させ、これを金型内で射出成形するチクソモールド法も実用化され、家電製品の薄肉成形品などへの適用が促進されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ダイカスト法やチクソモールド法による金属成形は生産設備が高価であり、金型内で成形の際に発生する湯道などの不要部分が大量に発生し、材料歩留りが悪い問題があった。特に、形状があまり複雑でない製品を作る場合、プレス加工に比べて製造コストが高くなってしまう。また、成形時に気泡の巻き込み等により内部に巣が生じることがあるため熱処理ができないとか、付着した離型剤の処理工程が必要であるなどの課題を抱えている。
【０００６】
また、マグネシウム合金は、一般にアルミニウム合金や鉄系材料に比べ延性に乏しいため、曲げや剪断力を加えると破断してしまう。そのため、マグネシウム合金を素材とするプレス加工はほとんど実用化されていないのが実情である。因みに、金属の延性を示す物性値とされている「伸び」の数値を比較したとき、アルミニウム合金が３５％程度に比してマグネシウム合金では、鋳造材（ＡＺ９１）で３％、圧延材（ＡＺ３１）で１５〜２０％、特殊材料（ＬＡ１４１）で２２％と低い値である。
【０００７】
最近になって一部で前記圧延材（ＡＺ３１）や特殊材料（ＬＡ１４１）のような特殊なマグネシウム合金を用いて鍛造やプレス加工によって成形することが試みられているが、これらの材料は素材の製造工程が複雑であり、素材となる板材が非常に高価である上に、アルミニウム含有量が多い合金に比べて耐蝕性に劣る問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて創案されたもので、プレス加工等を可能とする延性に富むマグネシウム合金薄板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るマグネシウム合金薄板の製造方法は、マグネシウム合金を溶解炉内で液体もしくは固液共存状態に融解し、溶解炉から流下する第１の厚さのマグネシウム合金を一対のローラの間を通り前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さとなる凝固し連続した板材を形成する工程と、前記板材を所定サイズの板材に切断する切断工程と、常温でこの板材に歪みを加えて板厚方向に５〜２０％の圧縮変形量で圧縮変形させ薄板に形成する圧延工程と、圧縮変形後の薄板を２００〜５００℃の加熱処理温度で加熱処理する熱処理工程と前記圧延工程と前記熱処理工程とを複数回繰り返すことによりマグネシウム合金薄板を形成することを特徴とするもので、溶融させたマグネシウム合金から連続した板材を形成し、これを所定サイズに切断した板材に対し、圧延工程により圧縮変形を加え、これを熱処理工程により加熱処理することにより、結晶粒径の小さいマグネシウム合金薄板が形成される。
【００１４】
上記各製造方法において、圧延工程と熱処理工程とを交互に複数回繰り返すことにより、結晶粒径がより小さいマグネシウム合金薄板に形成することができる。
【００１５】
また、圧延工程における１回の圧縮変形量は５〜２０％に、熱処理工程における加熱処理温度はアルミの含有量や圧縮変形量に応じて２００〜５００℃にするのが、マグネシウム合金薄板の形成に好適となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１９】
本実施形態に係るマグネシウム合金薄板１は、アルミニウム含有量が９％程度、亜鉛含有量が１％程度の鋳造用マグネシウム合金ＡＺ９１を後述する製造方法により、板厚が０．６ｍｍ、結晶粒径が２〜３μｍに形成したものである。図１は、このマグネシウム合金薄板１の金属組織の状態を模式的に示すもので、図２に示す従来技術になるマグネシウム合金薄板１０の金属組織の状態を模式的に示したものと比較すると結晶粒径に大きな差が生じている。
【００２０】
従来技術になるマグネシウム合金薄板１０は、アルミニウム含有量が３％、亜鉛含有量が１％であるマグネシウム合金ＡＺ３１を薄板に成形したものである。このマグネシウム合金ＡＺ３１は、既存のマグネシウム合金の中でも比較的延性に富むとされているもので、結晶粒径は１０〜５０μｍになっている。このようにアルミニウム含有量が少ない展伸材の場合、結晶粒径が大きくても比較的延性に富むが、本実施形態のマグネシウム合金と同一組成のマグネシウム合金ＡＺ９１のようにアルミニウム含有量が多い場合に結晶粒径が大きいと、少しの応力で破断が生じる。しかし、上記のように結晶粒径が小さくなるように加工処理がなされていることにより、延性が向上してプレス加工や鍛造が可能となる。
【００２１】
このようにアルミニウム含有量４％以上のマグネシウム合金を適用することにより、既存のマグネシウム合金ＡＺ３１、ＬＡ１４１に比べて耐蝕性に優れ、且つコスト面でもマグネシウム合金としては比較的安価な鋳造材からマグネシウム合金薄板を形成することが可能となった。また、前記マグネシウム合金ＡＺ３１のようにアルミニウム含有量が４％以下のマグネシウム合金であっても、後述する製造方法の適用により結晶粒径の小さいものに変化させ、延性の向上を図ることが可能である。しかし、耐蝕性やコスト面の向上を図ることはできない。
【００２２】
また、本実施形態のマグネシウム合金薄板１の比重は、その組成から計算される理論的密度の９５〜１００％に形成されている。マグネシウム合金薄板１を形成したマグネシウム合金と同一組成の鋳造用マグネシウム合金ＡＺ９１では、一般に鋳造したままであれば内部空隙（巣）が多く存在するため、組成から計算される理論的密度１．８１ｇ／ｃｍ3 に対し９５％以下の比重になってしまう。このように、組織が密で内部空隙の少ない構成は、鋳造材の二次加工時に内部から現れる空隙の問題や、塗装の乾燥工程における内部気泡の破裂による表面欠陥の問題を回避することができる。
【００２３】
次に、上記構成になるマグネシウム合金薄板１の製造方法について説明する。図３は、第１の製造方法を示すもので、各製造工程（Ｓ１〜Ｓ４）毎にそれぞれの処理構造の概要を示している。
【００２４】
まず、鋳造によりマグネシウム合金の板材３を成形する（Ｓ１）。板材３の成形は、完全液体に溶融させたマグネシウム合金をダイカスト機によって鋳造する方法でも、固液共存状態に融解させたマグネシウム合金に剪断力を与えることによってチクソトロピー性を発現させて金型２内に射出するチクソモールド成形機によって鋳造する方法のいずれでもよい。図示はチクソモールド機５による板材３の形成状態を示している。この成形工程によって金型２内に板厚０．５〜５ｍｍの板材３が成形される。
【００２５】
次に、板材３から不要となる湯道９やオーバーフロー等を分離させるために、プレス機６によってゲートカットし、板材３のトリミングを行う（Ｓ２）。
【００２６】
金型２から取り出された板材３は、圧延機７によって圧延が加えられる（Ｓ３）。圧延は常温にて、ローラ式の圧延機７によって板材３に破断が生じない程度の歪みとして１０％程度の圧下率で板厚方向に圧縮変形を加えている。この圧延により、結晶粒界は板厚方向につぶれて歪んだ形状になると同時に、鋳造時に内部に存在した空隙もつぶれて縮小または消滅する。
【００２７】
次いで、圧延された板材３ａは、圧延による圧縮変形の応力を緩和させるため、熱処理がなされる（Ｓ４）。熱処理は、圧延された板材３ａを加熱炉８に入れ、３５０〜４００℃の温度に加熱することによってなされる。加熱によって板材３ａは再結晶温度に達すると、歪んだ形状になっていた結晶粒界は再結晶化を起こし、加熱前に比べ小さな粒に分かれていくため、図１に示したように、結晶粒径が小さいマグネシウム合金薄板１に形成される。
【００２８】
上記ステップＳ３の圧延工程と、ステップＳ４の熱処理工程とを繰り返すことにより、結晶粒径は更に小さくすることができる。
【００２９】
次に、マグネシウム合金薄板１の第２の製造方法について、図４を参照して説明する。この第２の製造方法は、上記第１の製造方法におけるステップＳ１〜Ｓ３の工程を一括して行うことを特徴とするものである。
【００３０】
図４において、溶解炉１１内でマグネシウム合金を溶解させ溶融マグネシウム合金１３を形成する。マグネシウム合金のように活性な金属を溶かす場合には、燃焼や酸化を防ぐため溶解炉１１内にガス導入路１２からアルゴンガスを導入し、溶解炉１１内にアルゴンガスを充満させている。
【００３１】
溶解炉１１の底から流し出された溶融マグネシウム合金１３は、相反する方向に回転する一対のローラ１４、１４に達したとき、ローラ１４に熱を奪われて凝固しはじめる。凝固したマグネシウム合金は、ローラ１４、１４の間を通る間に圧縮変形を受け、圧延後と同様にマグネシウム合金には結晶粒界に歪みが生じ、連続した帯状マグネシウム合金１３ａとなる。この帯状マグネシウム合金１３ａは、切断機１５によって適当な大きさと形状の板材１３ｂに切り取られる。尚、ローラ１４の形状や回転数などの圧延条件によって、切断機１５を用いることなく所定長さに切断することも可能である。
【００３２】
前記板材１３ｂは、第１の製造方法と同様に熱処理工程がなされる。板材１３ｂは前記ローラ１４により圧縮変形が加えられ、結晶粒界は板厚方向につぶれて歪んだ形状になると同時に、鋳造時に内部に存在した空隙もつぶれて縮小または消滅する。この板材１３ｂを３５０〜４００℃の温度に加熱することによって、圧延により歪んだ形状になっていた結晶粒界を再結晶化させ、結晶粒径を小さくする。第１の製造方法と同様に、圧延工程と熱処理工程とは繰り返して行うことができ、結晶粒径を更に小さくしたマグネシウム合金薄板を形成することができる。
【００３３】
次いで、マグネシウム合金薄板１の第３の製造方法について、図５を参照して説明する。この第３の製造方法は、鋳型１６により溶融させたマグネシウム合金を押し固めてマグネシウム合金板材１７を形成するものである。
【００３４】
図５（ａ）に示すように、成形する板材１７の形状に対応する鋳型１６内に溶融させた溶融マグネシウム合金１３を投入し、図５（ｂ）に示すように鋳型１６を閉じ、図５（ｃ）に示すように圧縮を加えてマグネシウム合金板材１７を成形する。
【００３５】
このように成形されたマグネシウム合金板材１７は、第１の製造方法と同様に圧延工程と熱処理工程とが行われる。圧延処理は板材１７に破断が生じない程度の歪みとして１０％程度の圧下率で板厚方向に圧縮変形が加えられ、結晶粒界は板厚方向につぶれて歪んだ形状になると同時に、鋳造時に内部に存在した空隙もつぶれて縮小または消滅する。また、圧延された板材１７を３５０〜４００℃の温度に加熱することによって、圧延により歪んだ形状になっていた結晶粒界を再結晶化させ、結晶粒径を小さくする。
【００３６】
上記各製造方法により製造されたマグネシウム合金薄板１は、図１に示したように結晶粒径が小さく形成され、従来のマグネシウム合金では困難であった延性に優れた薄板を得ることができ、これをプレス加工や鍛造により任意の形状に成形することができ、マグネシウム合金による製品形成を容易にすることができる。
【００３７】
図６は、マグネシウム合金薄板１をプレス機により曲げまたは絞り加工した後の金属組織観察の模式図を示している。図示するように、プレス加工により圧縮または引っ張りの変形が生じた部分Ａは、加工前あるいは変形を生じなかった部分Ｂに比べて結晶粒径が小さくなっている。これは温間プレスによって変形が加わることにより、各製造方法で示した圧延による変形と熱処理による粒界の再結晶化と近似の状態が生じ、変形を生じた部分Ａで結晶粒径が小さくなったものである。
【００３８】
また、図７は、マグネシウム合金薄板１に鍛造により凸部を形成した状態を金属組織観察の模式図として示している。図示するように、最も変形量が大きかった部分Ａは、変形が少なかった部分Ｂに比べて結晶粒径が小さくなっている。この場合も、熱間鍛造による変形により圧延と熱処理とが加えられた場合と近似の状態になり、変形が大きな部分Ａで結晶粒径が小さくなっている。
【００３９】
このような塑性変形は、金属元素の結晶粒の中で起こる結晶面どうしの滑りによって生じるので、結晶粒の大きさによって大きく影響を受け、結晶粒径が小さくなるように形成されたマグネシウム合金薄板１では、プレス加工あるいは鍛造などの塑性加工に対して延性に優れた特性を示し、塑性加工によって破断を生じることなく任意の成形品に形成することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、溶融させたマグネシウム合金から連続した板材を形成し、これを所定サイズに切断した板材に対し、圧延工程により圧縮変形を加え、これを熱処理工程により加熱処理することにより、結晶粒径の小さいマグネシウム合金薄板が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態に係るマグネシウム合金薄板の金属組織の状態を示す模式図。
【図２】  従来技術になるマグネシウム合金薄板の金属組織の状態を示す模式図。
【図３】  第１の製造方法によるマグネシウム合金薄板の製造工程を示す工程図。
【図４】  第２の製造方法によるマグネシウム合金薄板の製造構成を示す構成図。
【図５】  第３の製造方法によるマグネシウム合金薄板の製造構成を示す工程図。
【図６】  マグネシウム合金薄板をプレス加工したときの金属組織の状態を示す模式図。
【図７】  マグネシウム合金薄板を鍛造加工したときの金属組織の状態を示す模式図。
【符号の説明】
１  マグネシウム合金薄板
２  金型
３  板材
８  加熱炉
１１  溶解炉
１３  溶融マグネシウム合金
１４  ローラ
１５  切断機
【図１】
0004776751.tif 000002
【図２】
0004776751.tif 000003
【図３】
0004776751.tif 000004
【図４】
0004776751.tif 000005
【図５】
0004776751.tif 000006
【図６】
0004776751.tif 000007
【図７】
0004776751.tif 000008