(57)【要約】【課題】化成処理等の下地処理なしで塗装しても、優れた耐蝕性を示すマグネシウム系部材を提供する。【解決手段】本発明のマグネシウム系部材は、Ｍｇを主成分とするマグネシウム系母材と、このマグネシウム系母材の少なくとも一部の表面を被覆する被膜とからなるマグネシウム系部材であって、前記被膜は、前記マグネシウム系母材の表面に亜鉛（Ｚｎ）を主成分とする亜鉛系ショットを投射して形成された投射面を直接的に被覆（例えば、塗装）するものであることを特徴とする。亜鉛系ショットの投射をマグネシウム系母材の表面に予め行っておくと、下地処理なしの表面に塗膜等の被膜を備えたマグネシウム系部材は非常に優れた耐蝕性を示す。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム（Ｍｇ）を主成分とするマグネシウム系母材と、該マグネシウム系母材の少なくとも一部の表面を被覆する被膜とからなるマグネシウム系部材であって、
前記被膜は、前記マグネシウム系母材の表面に亜鉛（Ｚｎ）を主成分とする亜鉛系ショットを投射して形成された投射面を直接的に被覆するものであることを特徴とするマグネシウム系部材。
【請求項２】
前記亜鉛系ショットの硬さは、ビッカース硬さ（ＨＶ）で４０〜５０ＨＶである請求項１に記載のマグネシウム系部材。
【請求項３】
前記投射面の表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下である請求項１に記載のマグネシウム系部材。
【請求項４】
前記被膜は、前記投射面に塗料を直接的に付着させた塗膜である請求項１に記載のマグネシウム系部材。
【請求項５】
前記マグネシウム系母材は、マグネシウム系鋳物である請求項１に記載のマグネシウム系部材。
【請求項６】
Ｍｇを主成分とするマグネシウム系母材の表面にＺｎを主成分とする亜鉛系ショットを投射する投射工程と、
該亜鉛系ショットが投射されてできた投射面の少なくとも一部を直接的に被覆する被膜を形成する被覆工程とを備えてなり、
該マグネシウム系母材の少なくとも一部の表面が該被膜で被覆されたマグネシウム系部材が得られることを特徴とするマグネシウム系部材の製造方法。
【請求項７】
前記被覆工程は前記投射面に塗料を直接的に付着させる塗装工程であり、
前記被膜は塗膜である請求項６に記載のマグネシウム系部材の製造方法。
【請求項８】
前記塗装工程は、電着塗装工程である請求項７に記載のマグネシウム系部材の製造方法。
【請求項９】
前記マグネシウム系母材はマグネシウム系鋳物であり、
前記投射工程はショットブラスト工程である請求項６に記載のマグネシウム系部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が被膜によって被覆されたマグネシウム系部材およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の軽量化ニーズの高まりにより、アルミニウムよりも軽く、実用金属中で最も軽量なマグネシウム（Ｍｇ）が構造材料等として多くの分野で注目されている。例えば、航空機・宇宙機器用材料の他、自動車用材料、家電製品用材料等として多用されつつある。また、昨今の環境意識や資源の有効活用意識の高まりに伴い、各製品のリサイクル性が強く求めらている。このような観点からも、マグネシウム合金は非常に有望な材料として期待されている。
【０００３】
ところが、マグネシウムは、非常に活性な金属であり、実用金属中で最も電位的に卑な金属（つまり、イオン化傾向が大きい金属）である。そして、マグネシウム自体は、耐蝕性に優れる緻密な酸化被膜を形成することもないため、純マグネシウムは勿論、マグネシウム合金も耐蝕性が非常に劣る。従って、マグネシウムやマグネシウム合金からなるマグネシウム系部材の実用化や用途拡大を図るには、その耐蝕性の確保が不可欠である。
【０００４】
その方策として、通常、マグネシウム系部材等の表面に、耐蝕性に優れた被膜が設けられる。このような被膜として、例えば、リン酸塩等を用いて化学的に形成した化成被膜、マグネシウム母材を陽極としてその表面に酸化被膜を形成した陽極酸化被膜等がある。この一例は下記特許文献１に開示がある。
【０００５】
もっとも、それらの被膜は、塗装の下地として用いられることが多く、高い耐蝕性が求められる場合には、化成被膜等の上にさらに塗装が施される。ちなみに、化成被膜や陽極酸化被膜を設けるための下地処理を行わずに、部材表面に直接塗装すると、形成された塗膜は密着性が悪く、剥離等を生じ易いため、耐蝕性の確保が難しい。このため、長期間に渡る耐蝕性の確保が必要な場合には、マグネシウム系部材の表面へ直接に塗装することは従来行われていなかった。
【０００６】
【特許文献１】特表平１１−５０２５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、塗装の下地処理として化成処理や陽極酸化処理等を行うと、マグネシウム系部材の製造コストの上昇を招くことは避けられない。また、それらの処理溶液中に環境上好ましくない物質を含む場合、その処分に多くの費用を必要とし、やはりマグネシウム系部材の製造コストを上昇させる要因となる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものである。すなわち、従来必要と考えられていた下地処理を省略しても、耐蝕性に優れた被膜（例えば、塗膜）が母材表面に安定して付着しているマグネシウム系部材を提供することを目的とする。また、その製造に適したマグネシウム系部材の製造方法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】
【０００９】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、マグネシウム系部材の表面に、例えば、バリ取り、離型材除去等のために行うショット処理を、特定のショット材を用いて実施することで、下地処理を省略しても耐蝕性に優れた部材を提供することができることを新たに見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
（マグネシウム系部材）
すなわち、本発明のマグネシウム系部材は、Ｍｇを主成分とするマグネシウム系母材と、該マグネシウム系母材の少なくとも一部の表面を被覆する被膜とからなるマグネシウム系部材であって、前記被膜は、前記マグネシウム系母材の表面に亜鉛（Ｚｎ）を主成分とする亜鉛系ショットを投射して形成された投射面を直接的に被覆するものであることを特徴とする。
【００１１】
本発明のマグネシウム系部材は、化成処理等の特殊な下地処理を行わずに、亜鉛系ショットを用いて投射した投射面へ直接的に被膜するだけで、腐蝕環境下でも優れた耐蝕性を発揮する。また、その被膜は、マグネシウム系部材の母材（マグネシウム系母材）表面に強固に密着しており、容易に剥離等することがなく、十分な耐久性を有する。
【００１２】
本発明のマグネシウム系部材がこのような優れた耐食性を発現するメカニズムは必ずしも明らかではないが、現状、次のように考えられる。
【００１３】
亜鉛系ショットを投射した投射面は、その投射によって多かれ少なかれ表面に凹凸が形成される。また、亜鉛系ショットは、マグネシウム系母材の表面との動的な接触（例えば、擦れ、食い込み等）によって多かれ少なかれ亜鉛系ショットの構成材料（主にＺｎ）がその表面に残留する。本発明の場合、このような投射面における表面性状が被膜の密着性（つまり耐久性）やマグネシウム系部材の耐蝕性に大きく影響していると考えられる。本発明者は、この点に着目して鋭意研究調査した結果、そのような投射面の表面性状とマグネシウム系部材の耐食性等との相関を次のように考えるに至った。
【００１４】
最初に、投射面の表面に形成された凹凸の程度（つまり、表面粗さ）の耐蝕性への影響について説明する。マグネシウム系母材は、純Ｍｇまたは種々の合金元素を含むＭｇ合金からなる。それらの組成が何であれ、マグネシウム系母材は通常、鋼材、ステンレス材またはガラス材等に比較して軟質である。このマグネシウム系母材の表面に、従来のような、鋼材、ステンレス材（ＳＵＳ材）またはガラス材等からなるショットを投射すれば、マグネシウム系母材の表面に相当深い凹凸が形成されて、その投射面の表面粗さは非常に粗いものとなってしまう。
【００１５】
ところが、Ｚｎを主成分とする亜鉛系ショットは、その化学組成等にも依るが、鋼材、ＳＵＳ材等からなるショットよりも十分に軟質であり、マグネシウム系母材と硬さも近い。従って、この亜鉛系ショットをマグネシウム系母材の表面に投射した場合、亜鉛系ショットは変形し易く、マグネシウム系母材の表面にできる凹凸の程度、つまり、その表面粗さも比較的小さいものとなる。しかも、本発明者が種々の実験を繰返したところ、マグネシウム系母材の表面粗さ（Ｒａ）は、亜鉛系ショットの粒径やその投射条件によってあまり影響を受けないことも確認されている。
【００１６】
このように、マグネシウム系母材の表面に亜鉛系ショットを投射した場合、その表面には微細な凹凸が形成されるものの、その凹凸の高低差、つまり表面粗さは、ＳＵＳ材のショット等を投射した場合に比べて、十分に小さいものとなる。しかも、この表面にできる凹凸の高低差、つまり、表面粗さが小さい程、マグネシウム系母材が腐蝕されづらくなることを、本発明者は種々の試験を通じて確認している。このような現象が生じる理由は現状定かではないが、マグネシウム系母材の表面積の増大とその表面にできた凹凸の高低差に応じて電位差が生じ、その電位差によって腐蝕（電蝕）が進行するためと考えられる。従って、本発明のように、亜鉛系ショットの投射によって形成される投射面の凹凸の高低差が小さい場合、その間に生じる電位差も小さくなり、それに伴う電蝕も進行し難い。このことが、マグネシウム系部材の耐蝕性の向上に大きく寄与していると考えられる。
【００１７】
次に、投射面の表面に残存する亜鉛系ショットの構成材料の耐蝕性への影響について説明する。マグネシウム系母材の表面にショットを投射すれば、ショットの種類に拘らず、多かれ少なかれショットの構成材料がマグネシウム系母材の表面に残存する。各種金属はそれぞれ固有の電位をもっているところ、Ｍｇと他の金属とが接触すると、当然に両者間には電位差を生じる。この電位差は、前述したように、電蝕の原因となる。特に、Ｍｇは実用金属中でもっとも電位が卑な金属であるため、この電位差が大きくなる傾向にあり、Ｍｇを主成分とするマグネシウム系母材は電蝕し易い。従って、このマグネシウム系母材の電蝕を抑制するには、可能な限り、その電位差を小さくするのが好ましい。ここで、本発明で用いた亜鉛系ショットの主成分であるＺｎは、実用金属中で最も腐蝕電位の小さいＭｇとの電位差が小さい。このため、そのショットの構成材料がマグネシウム系母材の表面に残存したとしても、マグネシウム系母材表面での電蝕は非常に少ない。ちなみに、各金属の海水中における自然電位の一例を挙げると、Ｍｇ：−１．５Ｖ、Ｚｎ：−１．０３Ｖ、ＳＵＳ４３０：−０．５７Ｖである。亜鉛系ショットの主成分であるＺｎとマグネシウム系母材の主成分であるＭｇとの間で生じる電位差が、ショット材として従来から多用されてるＳＵＳ材の場合と比較して、如何に小さいかが解る。このように本発明では、亜鉛系ショットの残留物をマグネシウム系母材の表面からわざわざ除去しなくても、マグネシウム系母材の表面で生じる異種金属間の電位差が非常に小さく、電蝕の進行が非常に抑制されたと考えられる。このことも、マグネシウム系部材の耐蝕性の向上に大きく寄与していると考えられる。
【００１８】
これまでは、マグネシウム系母材に亜鉛系ショットを投射した投射面における直接的な腐蝕傾向を説明してきた。ところが、本発明者がさらに研究したところ、その腐蝕傾向は、投射面に塗装して塗膜を形成した場合であっても同様の傾向を示すことが確認されている。
【００１９】
また、上記亜鉛系ショットによる投射面に塗膜等を直接的に設けた場合と、亜鉛系ショットを投射していない鋳肌面等に直接的に塗膜を設けた場合とを比較すると、ショットを投射していない鋳肌面には離型材が残っているため密着性が悪く、前者の塗膜の方が遙かに優れた耐蝕性を示すことも本発明者は確認している。しかもその耐蝕性や耐久性は、ＳＵＳ４３０投射後の下地処理を施した場合と同等以上であった。こうして、本発明のマグネシウム系部材は、ショット投射後のマグネシウム系母材に下地処理等を施さずに、塗膜等の被膜を直接的に形成した場合であっても、長期間、優れた耐蝕性を示したと考えられる。
【００２０】
なお、被膜が投射面との密着性に優れる理由は定かではないが、亜鉛系ショットの投射によって、投射面に残存する離型材等が除去されると共に投射面の表面にその表面粗さが荒れない程度の微細な凹凸が形成されるためと考えられる。
【００２１】
（マグネシウム系部材の製造方法）
本発明は、マグネシウム系部材に限らずその製造方法としても把握でき、上記マグネシウム系部材は例えば次のような製造方法によって製造され得る。
すなわち、本発明は、Ｍｇを主成分とするマグネシウム系母材の表面にＺｎを主成分とする亜鉛系ショットを投射する投射工程と、該亜鉛系ショットが投射されてできた投射面の少なくとも一部を直接的に被覆する被膜を形成する被覆工程とを備えてなり、該マグネシウム系母材の少なくとも一部の表面が該被膜で被覆されたマグネシウム系部材が得られることを特徴とするマグネシウム系部材の製造方法としても良い。
【００２２】
なお、本明細書でいう「直接的に」被覆するとは、化成処理や陽極酸化処理のような特殊な下地処理を投射面に施さずに被覆する、という意味である。また、「被膜」の代表的なものは、塗装後に形成される塗膜であるが、本発明の被膜は塗膜に限られずものではない。耐蝕性向上に効果のある被膜であれば、その種類等は問わない。例えば、塗膜以外の樹脂被膜等であっても良い。
【００２３】
また、本明細書でいう「マグネシウム系」とは、純マグネシウムまたはマグネシウム合金を意味し、マグネシウム系母材は、被膜をもうける部分が少なくとも純マグネシウムまたはマグネシウム合金から構成されていれば良い。マグネシウム系部材は、そのようなマグネシウム系母材とその表面に設けられた被膜とを少なくとも備えれば良い。従って、マグネシウム系部材は、部材全体がマグネシウムまたはマグネシウム合金から形成されている必要はない。例えば、骨格部分が樹脂等の他の材質から構成された複合材料であっても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
発明の実施形態を挙げて、本発明をより詳しく説明する。なお、以下の実施形態を含め、本明細書で説明する内容は、本発明に係るマグネシウム系部材のみならず、その製造方法にも、適宜適用できるものであることを断っておく。また、いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なることを断っておく。
【００２５】
（１）マグネシウム系母材
マグネシウム系母材は、材質、形態、製法等を問わず、少なくとも、本発明の被膜が設けられる部分に存在すれば足る。例えば、マグネシウム系母材は、鍛造品でも鋳造品（マグネシウム系鋳物）でも良い。鋳造品の場合、砂型鋳造、金型鋳造、ダイキャスト鋳造、射出成形等のいずれによって得られたものでも良い。もっとも、量産性、コスト等を勘案すると、マグネシウム系母材の多くはダイキャスト鋳造品となる。マグネシウム系母材が鋳造品の場合、いずれの鋳造方法を採用したとしても、多かれ少なかれバリ等が発生し易い。このバリ等を除去するために、従来はショットブラスト等が行われていた。このショットブラストで本発明の亜鉛系ショットを使用すれば、投射面の形成とマグネシウム系母材のバリ等を兼ねることができるので好都合である。この場合、本発明でいう亜鉛系ショットを投射する投射工程は、マグネシウム系母材からバリ等を除去するためのショットブラスト工程ともなる。
【００２６】
マグネシウム系母材の成分組成は、その主成分がＭｇである限り、その他の合金元素を問わない。マグネシウム系母材に要求される強度、耐蝕性等の観点から適当な合金元素および含有量が選択される。その合金元素にはＡｌ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｒ．Ｅ．（希土類元素）等がある。
【００２７】
（２）亜鉛系ショット
亜鉛系ショットは、主成分をＺｎとするショットであり、組成、形態、硬度等は問わない。例えば、その成分組成として、Ｚｎ以外にＡｌ、Ｍｎ等の合金元素を適量含有していても良い。もっとも、マグネシウム系母材の表面にショットが残存した際に、電位差を拡大するような合金元素は含まない方が好ましい。また、マグネシウム系母材との硬度差が著しく拡大しないように、合金元素やその範囲を選択するのが好ましい。
【００２８】
亜鉛系ショットの硬さを具体的に挙げれば、例えば、ビッカース硬さ（ＨＶ）で１５０ＨＶ以下であるのが好ましい。その下限は特に限定されない。ただし、純Ｚｎ（Ｚｎが９９％以上）のショットの場合、その硬さは４０〜５０ＨＶ程度であり、マグネシウム系母材の硬さは５０〜７０ＨＶ程度である。そこで、亜鉛系ショットの硬さは、４０ＨＶ以上が好ましい。亜鉛系ショットの硬さは、マグネシウム系母材の硬さに近い方が好ましく、亜鉛系ショットの硬さがあまり小さいと、亜鉛系ショットの寿命が短くなるからである。
【００２９】
亜鉛系ショットの粒径は拘らないが、０．４〜０．６ｍｍ程度であれば良い。その粒径が過小であるとバリ取り等を行う上で好ましくなく、過大であると鋳肌が荒れて好ましくないからである。また、亜鉛系ショットの粒形状は、球状でも長粒状でも良いが、尖った部分が少ない方が好ましい。亜鉛系ショットの表面に尖鋭的な部分が少ないと、マグネシウム系母材の投射面の表面も滑らかとなり、凹凸の高低差も小さくなって耐蝕性が向上すると考えられるからである。
【００３０】
（３）投射面
投射面は、マグネシウム系母材の表面に亜鉛系ショットを投射して形成された面である。前述したように、この投射面にできた凹凸の高低差が小さい方がマグネシウム系部材の耐蝕性が向上する。例えば、その表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下、さらには、０．７μｍ以下であると好ましい。亜鉛系ショットを使用する限り、投射面の表面粗さは、その粒径や投射速度等にはあまり影響されない。どの程度の間、亜鉛系ショットを投射するかは、マグネシウム系部材に要求される特性（強度、耐蝕性、製造コスト等）に応じて決定すれば良い。
【００３１】
投射面は、亜鉛系ショットの投射によってバリ等が除去される。この投射面には、亜鉛系ショットの構成材料が部分的に残存するが、前述したように、亜鉛系ショットとマグネシウム系母材との間の電位差は小さい。従って、亜鉛系ショットの構成材料が投射面に残存していても、マグネシウム系母材が大きく腐蝕されることはない。従って、あえてその残存したショット材を除去する必要はないが、この投射面に被膜を形成する前に、予めその投射面を脱脂、洗浄等して、残留したショット材を除去しておいても良いことはいうまでもない。
【００３２】
投射面は、亜鉛系ショットの投射によって、多かれ少なかれ塑性変形して表面に凹凸が形成される。このような塑性変形によって、マグネシウム系母材の表層部分には圧縮残留応力が付与される。圧縮残留応力の付与は、マグネシウム系母材の強度や耐疲労性の向上に有効である。この場合、本発明でいう亜鉛系ショットの投射工程は、ショットピーニング工程とも考えられる。
【００３３】
（４）被膜
被膜は、投射面に直接的に形成されるものであり、マグネシウム系母材の腐蝕を抑止するものである。この被膜は、例えば、投射面に塗料を直接的に付着させた塗膜である。この場合、本発明の被覆工程は投射面に塗料を直接的に付着させる塗装工程となる。塗装方法に種々あるが、工業的には（カチオン）電着塗装や粉体（溶剤）塗装等がある。
【００３４】
電着塗装とは、例えば、被塗物を水溶性塗料中に浸積して、その被塗物（マグネシウム系母材）を陰極にし、塗料を陽極として直流電圧を印加して、被塗物の表面に塗膜を形成される塗装方法である。この電着塗装を行うと、塗料はマグネシウム系母材の投射面の微細な空隙にまで浸透し、全面的に均一な塗膜が形成される。しかも、マグネシウム系母材を塗料溶液から引上げたときに形成されている塗膜は、水に不溶でかつ含水率の低いものとなっており、非常に好ましい。また、塗着効率９５％以上であり経済性に優れ、完全な焼付け塗装を行うこともできる。この場合、本発明でいう塗装工程は、電着塗装工程となる。
【００３５】
粉体（溶剤）塗装とは、吹きつけ塗装等によって、被塗物の表面に有機質の連続被膜を形成する方法である。静電塗装を行う場合には、静電発生機で得られた直流高電圧により粉体塗料を帯電させ、被塗物をアースしておいて、その被塗物に静電引力により塗料を付着させる方法である。被塗物に塗着した粉体塗料は、焼付炉等で加熱溶融、硬化させて連続被膜とすることができる。
勿論、本発明でいう塗装方法は、上述したような塗装方法に限定されるものではなく、刷毛塗り等による塗装であっても良い。
【００３６】
さらに、本発明でいう被膜は、上記塗膜に限らず、マグネシウム系母材の耐蝕性を向上させるものであればその種類を問わない。従って、被膜は、塗膜以外の樹脂層や電解めっきや無電解めっき等によって形成されためっき層であっても良いし、さらには、陽極酸化層や化成被膜等であっても良い。
【実施例】
【００３７】
実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
（試験片の製造）
試験片として、Ｍｇ−Ａｌ系溶湯を金型に注湯して自然凝固させたＭｇ合金試験片（マグネシウム系母材）を用意した。この試験片に各種のショットを投射した。使用したショットの材質、硬さ、粒径等は表１に示した。投射は、遠心投射機（新東ブレータ社製のブラスト装置）を用いて行った（投射工程）。各ショット材を投射後の試験片の表面（投射面）の粗さ（Ｒａ）を測定した。その結果を表１に併せて示した。なお、表面粗さを測定する際のパラメータの算出規格はＪＩＳ−’８２規格に準拠した。
【００３８】
投射工程後の各試験片に、電着塗装を行った（電着塗装工程）。これにより、表面が厚さ約１５〜２０μｍの塗膜で被覆された試験片（マグネシウム系部材）を得た。
【００３９】
（評価試験）
上記のようにして得られた各試験片について、塩水噴霧試験を行った。この試験方法は、ＪＩＳ  Ｚ２３７１に規定されている方法に従った。この塩水噴霧試験を２５０時間行った後の腐蝕減量比（％）を表１に併せて示した。ちなみに、腐蝕減量比（％）は、次のようにして求めた。
【００４０】
腐蝕減量比（％）＝腐蝕減量（ｇ）／元重量（ｇ）  ｘ１００
参考として、ＳＵＳ４３０のショットを投射した投射面に、化成処理または含浸処理からなる下地処理を行った後に電着塗装を行った場合の腐蝕減量比（％）も併せて示した。なお、この化成処理は、脱脂、エッチングした後に行った。また、含浸処理は、市販の樹脂を入れた含浸槽中で、１０〜２０℃ｘ２０分間保持して行った。
【００４１】
（評価）
表１から明らかなように、本発明のように亜鉛系ショットの投射面に電着塗装したものは、その腐蝕減量比が非常に小さくなっている。しかも、その腐蝕減量比は、ＳＵＳ４３０ショットの投射面に下地処理を行った下地面に、電着塗装行ったものよりも耐蝕性に優れていることが確認された。
【００４２】
ちなみに、各ショットをマグネシウム系母材に投射した後、電着塗装を行わずに、上述の塩水噴霧試験を８時間行って、その場合の腐蝕減量比を同様に求めた。各ショット毎の腐蝕減量比の大小関係は、電着塗装をした場合と同傾向を示すことを本発明者は確認している。従って、電着塗装後の耐蝕性の良否は、投射面の性状に大きく起因していると考えられた。
【００４３】
【表１】
2005096237.tif 000002