(57)【要約】【課題】  表面硬度及び耐摩耗性が高く、しかも形状の自由度が高く且つ製造コストの安価なマグネシウム合金及びマグネシウム合金の表面処理方法を提供する。【解決手段】  本発明のマグネシウム合金１は、メカニカルアロイング法によりマグネシウムとアルミニウムの混合粉末をＭｇ−Ａｌ合金粉末３にし、次にＭｇ−Ａｌ合金粉末３をマグネシウム合金母材７の表面に積層し、Ｍｇ−Ａｌ合金粉末３をマグネシウム合金７母材７の表面にホットプレスにより接合したものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メカニカルアロイング法により製造したＭｇ−Ａｌ合金粉末を表面にホットプレスにより接合したことを特徴とするマグネシウム合金。
【請求項２】
メカニカルアロイング法によりマグネシウムとアルミニウムの混合粉末をＭｇ−Ａｌ合金粉末にし、次にＭｇ−Ａｌ合金粉末をマグネシウム合金の表面に積層し、Ｍｇ−Ａｌ合金粉末をマグネシウム合金の表面にホットプレスにより接合することを特徴とするマグネシウム合金の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム合金及びマグネシウム合金の表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、マグネシウム合金は耐摩耗性に劣るという問題がある。
これに対して、特許文献１には、メカニカルアロイング法により製造したマグネシウム合金粉末を焼結して、マグネシウム合金を製造することが開示されている。
特許文献２には、マグネシウム合金の表面にマグネシウム合金粉末を高速で衝突させて合金化層を形成することが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４９８０１号公報
【特許文献２】特許第３３５１６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術では、マグネシウム合金粉末を焼結するものであるから設備コストがかかると共に、マグネシウム合金の全てをこのマグネシウム合金粉末の焼結体で製造するとマグネシウム合金の大きさが大きい場合製造コストが過大になるという問題がある。
また、特許文献２においてはマグネシウム合金粉末を高速で衝突させるのでマグネシウム合金コーナ部（例えば、略直角のコーナ）に合金化層を形成しようとしてもマグネシム合金粉末が付きにくく、あるいはマグネシウム合金のコーナ部を変形させてしまうなど適応できる形状に制約があるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、表面硬度及び耐摩耗性が高く、しかも形状の自由度が高く且つ製造コストの安価なマグネシウム合金及びマグネシウム合金の表面処理方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、メカニカルアロイング法により製造したＭｇ−Ａｌ合金粉末を表面にホットプレスにより接合したことを特徴とするマグネシウム合金である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、メカニカルアロイング法によりマグネシウムとアルミニウムの混合粉末をＭｇ−Ａｌ合金粉末にし、次にＭｇ−Ａｌ合金粉末をマグネシウム合金の表面に積層し、Ｍｇ−Ａｌ合金粉末をマグネシウム合金の表面にホットプレスにより接合することを特徴とするマグネシウム合金の表面処理方法である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１及び２に記載の発明によれば、Ｍｇ−Ａｌ（マグネシウム−アルミニウム）合金粉末を表面に接合することにより、表面硬度及び耐摩耗性が高いマグネシウム合金を得ることができる。
Ｍｇ−Ａｌ合金粉末をホットプレスにより接合するから、Ｍｇ−Ａｌ合金粉末を衝突により接合する場合と比較して、接合による表面形状の変化がほとんど無く、しかもコーナ部等の形状を維持したまま容易に接合できるので、形状の自由度が高い。
Ｍｇ−Ａｌ合金粉末は表面にのみ接合するから、Ｍｇ−Ａｌ合金粉末の使用量が少なくて済み製造コストを安価にできる。
Ｍｇ−Ａｌ合金粉末の接合はホットプレスにより接合するから容易に製造でき且つ製造設備も安価にできるので、この点においても製造コストが安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１の（ａ）は第１実施の形態にかかるマグネシウム合金の製造方法を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す方法により製造したマグネシウム合金の断面図である。
【００１０】
第１実施の形態にかかるマグネシウム合金１は、メカニカルアロイング法によりＭｇとＡｌの混合粉末をＭｇ−Ａｌ合金粉末３にし、次にＭｇ−Ａｌ合金粉末３をＭｇ合金母材７の表面７ａに積層し、金型５でホットプレスによりＭｇ−Ａｌ合金粉末３をＭｇ合金母材７の表面７ａに接合して強化表面層９を形成した。
メカニカルアロイング（ＭＡ）法は、混合粉末を高エネルギーボールミルで攪拌する過程で混合粉末が変形、圧接、破壊を繰り返し、異種金属どうしが、固相反応して合金化するものである。このＭＡ法により得られる合金粉末（Ｍｇ−Ａｌ合金粉末）は、過飽和固溶耐、金属間化合物、非平衡相、非結晶室等の組織を有し、ナノオーダの微細組織となる。さらに、ＭＡ合金粉末は合金過程で高ひずみが導入され、活性化されているため、焼結性が高い状態になっており接合しやすい。
一方、Ｍｇ合金は活性化金属であり、軽量、高強度の特性を有する反面、耐摩耗性に劣る。
したがって、Ｍｇ−Ａｌ合金粉末をＭｇ合金表面に積層し、ホットプレスにより焼結結合することにより、Ｍｇ合金の表面を高強度で且つ耐摩耗性に優れたものにすることができた。
【００１１】
（実施例）
１．Ｍｇ−Ａｌ合金粉末の製造
Ｍｇ合金切削チップに噴霧Ａｌ粉を１２．４０mass％配合してＭｇ−Ａｌ混合粉末としたもの（ＡＺ３１Ｂ−Ａｌ混合粉末）と、Ｍｇ合金切削チップとアルミナ粉を混合してＭｇ−Ａｌ混合粉末としたもの（ＡＺ３１Ｂ−Ａｌ２Ｏ３  混合粉末）との２種類を用いて、Ｍｇ−Ａｌ合金粉末を製造した。
Ｍｇ合金切削チップにはＡＺ３１Ｂ（Ｍｇ３．１２％、Ａｌ１．１１％、Ｚn）を用い、噴霧Ａｌ粉は平均粒径８０μｍで、Ａｌの純度は９９．７％であった。アルミナ粉は、市販のγ―Ａｌ２Ｏ３    （平均粒子径５μ）で１０ｍａｓｓ％を配合した。
メカニカルアロイング（ＭＡ）装置は、遊星ボールミルを用いた。遊星ボールミルは容器（５００ｍｌ×２）にＡＺ３１Ｂ−Ａｌ２Ｏ３  配合粉末２０ｇとステンレス鋼球（φ９．５ｍｍ）４００ｇを投入し、自転回数２５０×１．７５ｒｐｍで５４ｋｓ（キロ秒）まで処理をおこなった。
いずれの場合もミリング助剤は使用しなかった。
【００１２】
２．Ｍｇ合金母材とＭｇ−Ａｌ合金粉末との接合
Ｍｇ合金母材とＭｇ−Ａｌ合金粉末（以下、「ＭＡ合金粉末」という）との接合は、ホットプレスで行なった。Ｍｇ合金（ＡＺ３１Ｂ）押出し棒から直径φ２０〜３０、高さ３０ｍｍの円柱状試験片３を作成してＭｇ合金母材とし、アルミ箔で包んだＭｇ合金母材の上端部に一定量のＭＡ合金粉末を盛り、内径φ３２の金型にいれ、所定の成形温度に達した時点で直ちに１００〜２００ＭＰａの成形圧力で型内に充填するまで圧縮成形した。したがって、母材直径によって圧縮率は２６〜１３％となる。加熱温度は予めＭＡ合金粉末の熱的特性をＤＳＣ（示差走査熱分析）によって調べて、設定した。
【００１３】
ＭＡ合金粉末と、ＭＡ合金粉末をＭｇ合金母材に接合したマグネシウム合金とについて、それぞれ試験及び解析をおこなったので、その結果を以下に説明する。
得られたＭＡ合金粉末の組織変化をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）観察及びＸＲＤ（Ｘ線回析装置）による解析を行なった。また、個々の粒子硬さをビッカース硬さ試験機（２５ｇｆ）で測定した。
また、Ｍｇ合金母材とＭＡ合金粉末との接合後、ＭＡ合金の組織変化をＸＲＤで、接合状態をＥＰＭＡ（電子ブローブ微量分析）で分析するとともに接合部近傍の硬さ分布も求めた。
【００１４】
（ＡＺ３１Ｂ−ＡｌのＭＡ合金粉末について）
ＡＺ３１Ｂ切削チップに１２〜６１．５ｍｏｌ％のＡｌ粉末を配合し、種々の時間ＭＡして得られた粉末の組織と硬さの関係を調べた結果を下記表１に示す。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
１２ｍｏｌ％Ａｌでは配合したＡｌはほとんどＭｇ中に固溶し、α―Ｍｇ過飽和固溶体となった。３０ｍｏｌ％ＡｌではＭｇ−Ｍｇ１７Ａｌ１２の共晶組織となり、４０ｍｏｌ％Ａｌでは平衡相のＭｇ１７Ａｌ１２    金属間化合物が生成した。これらの各相はいずれも１０〜３０ｎｍの超微細結晶であった。５０ｍｏｌ％Ａｌと６０ｍｏｌ％Ａｌでは、Ｍｇ２Ａｌ３  相となり、さらにＭＡするとアモルファス相になった。これらのＭＡ合金粉末の硬さはＡｌ量が増加するほど高硬度で、Ｈｖ＝２５０〜３５０となり、母材であるＡＺ３１Ｂ切削チップの５〜７倍の硬さに達した。
【００１７】
（ＡＺ３１Ｂ−Ａｌ２Ｏ３のＭＡ合金粉末について）
ＡＺ３１Ｂ切削チップに１０ｍｏｌ％Ａｌに相当するγ―Ａｌ２Ｏ３    粉末を加え種々の時間ＭＡして合金化過程を調べた。図２にＡＺ３１Ｂ−１０ｍｏｌ％Ａｌの混合粉末を種々の時間（ミリング時間）ＭＡした粉末のＸＲＤの結果を示す。この図２では、１８ｋｓのミリング時間でＡｌ２Ｏ３  の回析線は見られず、ＡＺ３１Ｂと同様な回析図形であった。Ｍｇの回析線はミリング時間の増加に伴って、回析強度が低下し、高回析角度側へ移行した。そして、５４ｋｓミリング時間後ではＭｇ１７Ａｌ１２    相の生成が認められた。これは、添加したＡｌ２Ｏ３    がＭＡ過程でＭｇによって還元され、Ｍｇ−Ａｌの合金化が進行したことを示唆している。
また、Ｍｇの回析線が高角度側へ移行していることは、ＭＡにおけるミリング時間に伴うＭｇ相の格子定数（軸比ｃ／ａ）が低下していることを示唆している。したがって、Ｍｇ相中のＡｌ固溶量は減少して、Ｍｇ中のＡｌとＡｌ２Ｏ３    から還元したＡｌがＭｇ１７Ａｌ１２    相を形成したものと考えられる。
ＡＺ３１Ｂ−１０ｍｏｌ％Ａｌ２Ｏ３    のＭＡ合金粒子の硬さはミリング時間にともなって上昇し、Ａｌ２Ｏ３  の還元反応とＭｇ１７Ａｌ１２    相の生成によって硬さは急増し、５４Ｋｓ後ではＨｖ＝２００〜２５０に達した。
【００１８】
（ＭＡ合金粉末を接合したＭｇ合金について）
それぞれ得られたＭＡ合金粉末をマグネシウム合金母材（ＡＺ３１Ｂ合金）の一端に盛り、ホットプレスで圧縮して接合した。その接合状態を調べた。図３は、ＡＺ３１Ｂ−１０ｍｏｌ％Ａｌの混合粉末を５４Ｋｓミリングして得られたＭＡ合金粉末をＭｇ合金母材に７２３Ｋ（ケルビン）で種々の圧縮率で接合した試験片断片の顕微鏡写真を示す図である。図３から接合界面では未接合部分や割れは見られず、良好な接合を得ることができた。尚、いずれの圧縮率でも図３と同様な結果を得ることができた。
図４はＡＺ３１Ｂ−１０ｍｏｌ％Ａｌの混合粉末を５４Ｋｓミリングして得られたＭＡ合金粉末をＭｇ合金母材に７２３Ｋで種々の圧縮率（φ＝１１〜２６％）で接合した試験片断片のＸＲＤ結果を示す。図４のグラフから、高圧縮率では、ＭＡ合金粉末間も強固に接合し、ＭＡ合金組織と同様な組織を有する表面層となっているが、低圧縮率では、圧縮変形中にＭｇ１７Ａｌ１２    相が確認された。
そこで、接合界面近傍の硬さ分布を調べた。図５は、ＡＺ３１Ｂ−１０ｍｏｌ％ＡｌのＭＡ合金粉末とＭｇ合金母材との接合界面におけるビッカース硬さの分布を示す図であり、この図５からＭＡ合金相はＭＡ合金粉末の硬さ（Ｈｖ＝２００〜２５０）であるが、接合界面部の約１０〜２０μｍの範囲で硬さは低下し、Ｍｇ合金母材であるＡＺ３１Ｂの硬さとなった。
このような硬さ変化の範囲は、高圧縮率ほど拡大した。これは、Ｍｇ合金にＭＡ合金粉末を積層して高温圧縮変形すると両合金間で拡散が生じ、強固に接合することがＥＰＭＡによる分析で確認できた。
【００１９】
次に、本発明の他の実施の形態について説明するが、上述した実施の形態と同様な作用効果を相する部分には同一の符号を付することにより、その部分の詳細な説明を省略する。
図６に示す第２実施の形態は、マグネシウム合金１の両面に上述した実施例に基づいて製造したＭｇ−Ａｌ粉末を接合したものである。この第２実施の形態によれば、マグネシウム合金の両側面について表面硬度及び耐摩耗性に優れたマグネシウム合金を得ることができた。
図７に示す第３実施の形態では、円柱状の端部を段状に形成したもので、端部に略直角の段部を有するものをマグネシウム合金母材７として用い、端部に上述した実施例に基づいて製造したＭｇ−Ａｌ合金粉末を接合したものである。この第３実施の形態においては、略直角である段状の端部形状に沿ってＭｇ−Ａｌ合金粉末を接合したマグネシウム合金１を得ることができたとともに、Ｍｇ合金母材７の段状の端部について形状の変形もなかった。
本発明は、上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、マグネシウム合金粉末には廃材のマグネシウム合金切削チップを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は発明の実施の形態にかかるマグネシウム合金の製造方法を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す方法により製造したマグネシウム合金の断面図である。
【図２】Ｍｇ合金粉末とＡｌ粉末のミリング時間ごとのＸＲＤ解析結果を示すグラフである。
【図３】（ａ）はＭｇ合金粉末とＡｌ合金粉末をミリングして得られたＭｇ−Ａｌ合金粉末断片の顕微鏡写真の図であり、（ｂ）はＭｇ−Ａｌ合金粉末とＭｇ合金母材との接合部分断片の顕微鏡写真の図である。
【図４】Ｍｇ−Ａｌ合金を母材に接合したときの圧縮率とＸＲＤの解析結果との関係を示すグラフである。
【図５】Ｍｇ−Ａｌ合金を母材に接合したときの接合部からの距離と硬さとの関係を、各圧縮率毎に示すグラフである。
【図６】（ａ）は第２実施の形態にかかるマグネシウム合金の製造方法を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す方法により製造したマグネシウム合金の断面図である。
【図７】（ａ）は第３実施の形態にかかるマグネシウム合金の製造方法を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す方法により製造したマグネシウム合金の断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１      マグネシウム合金
３      Ｍｇ−Ａｌ合金粉末
７      Ｍｇ合金母材
９      強化表面層（接合後のＭｇ−Ａｌ合金層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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