(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム２０〜８０重量％を含み、残部が不可避不純物を除いて亜鉛からなることを特徴とする、亜鉛合金の鋳返し時に使用するマグネシウム含量調整用母合金。
【請求項２】
マグネシウム２０〜８０重量％及びアルミニウム１０重量％以下を含み、残部が不可避不純物を除いて亜鉛からなることを特徴とする、亜鉛合金の鋳返し時に使用するマグネシウム含量調整用母合金。
【請求項３】
マグネシウム２０〜８０重量％及び銅５重量％以下を含み、残部が不可避不純物を除いて亜鉛からなることを特徴とする、亜鉛合金の鋳返し時に使用するマグネシウム含量調整用母合金。
【請求項４】
マグネシウム２０〜８０重量％、アルミニウム１０重量％以下及び銅５重量％以下を含み、残部が不可避不純物を除いて亜鉛からなることを特徴とする、亜鉛合金の鋳返し時に使用するマグネシウム含量調整用母合金。
【請求項５】
亜鉛合金金型の鋳返し時に使用する請求項１〜４の何れかに記載のマグネシウム含量調整用母合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は亜鉛合金の鋳返し時に使用するマグネシウム含量調整用母合金に係わり、より詳しくは、プレス成形用、プラスチック成形用等の亜鉛合金金型を鋳返しして再生する場合に、又は亜鉛合金ダイカスト品や亜鉛合金加工品（板材、線材、押出品等）を鋳返しして再生する場合に、或いは亜鉛合金インゴットを鋳返しして亜鉛合金インゴット中のマグネシウム含量を変更する場合に、その鋳返し時にその亜鉛合金中のマグネシウム含量を調整するために添加するマグネシウム含量調整用母合金に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
金型の製作に用いる場合には、亜鉛合金は鉄合金に比較して融点が低く、湯流れ性も良好であるので鋳造し易く、その上、バランスのとれた機械的強度を有し、機械加工性も良く、短納期が可能であり、更に、不要になった金型は鋳返しして使用できるため低コストである等の特徴があることから、試作用または少量生産用のプレス成形用金型やプラスチック成形用金型として従来から数多く使用されている。また、亜鉛合金は上記の特徴を有するので、ダイカスト用亜鉛合金として自動車部品、家電部品、その他各方面に使用されている。通常、それ等に用いられる亜鉛合金はアルミニウム３重量％〜７重量％を含む合金、またはアルミニウム３重量％〜７重量％及び銅４重量％以下を含む合金であり、マグネシウムについては粒間腐食を抑えるために０．０５重量％以下の含量としたものが用いられている。
【０００３】
しかしながら、従来の亜鉛合金は、例えばプレス成形用金型として用いる場合には加工するワーク材の材質、厚さ、加工形状等の加工条件によっては金型の耐磨耗性の不足が言われており、プラスチック成形用金型でもピンホールの多発や耐磨耗性の不足が言われており、またダイカスト部品についてはクリープ特性の不足等が言われていた。最近、アルミニウム、銅の他に合金成分として従来添加されていなかったマグネシウムを１〜３重量％添加して耐磨耗性、鋳造性及び耐クリープ特性を向上させた亜鉛合金が開発され、高耐久性金型またはダイカスト品として用いられるようになってきた。
【０００４】
このようなマグネシウム含有亜鉛合金を新規に調製するのではなく、マグネシウム含量が０．０５重量％以下の従来組成の亜鉛合金を操業条件下で鋳返しし、その際にマグネシウムを添加してマグネシウム含量を調整し、マグネシウム添加亜鉛合金として使用することができればコスト低減効果は非常に大きい。マグネシウムの添加方法については、マグネシウム含有亜鉛合金を新規に溶製する場合にはマグネシウム原料としてマグネシウムメタルを使用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マグネシウム含量が０．０５重量％以下の従来組成の亜鉛合金の鋳返し時にマグネシウムメタルを添加する試みにおいては、操業条件下での溶湯温度は４３０℃〜４５０℃であって、マグネシウムメタルの融点６５０℃に比べて２００〜２２０℃低く、またマグネシウムメタルの比重が１．７４であるのに対し亜鉛合金溶湯の比重は例えば鋳物用合金やダイカスト用合金では６．７であって比重差が大きく、その結果としてマグネシウムメタルが溶湯表面に浮くためマグネシウムメタルを溶湯中に沈めながらの溶解となり、また、溶解するまでの時間がかかり、マグネシウム表面の酸化が激しく、困難な溶解作業となるとともに合金組成の目標値への調整が困難になる。
【０００６】
本発明の課題は、亜鉛合金の鋳返し時にマグネシウムを添加する際に、上記のような問題を生じることなしに容易且つ簡便にマグネシウムを添加することのできる手段、即ち、従来の操業条件下の亜鉛合金溶湯温度で簡単に溶解でき、より高品質なマグネシウム添加亜鉛合金の調製を可能とするマグネシウム含量調整用母合金を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記の課題について鋭意検討した結果、マグネシウム含量調整用母合金として特定量のマグネシウムを含有する亜鉛合金を用いることにより上記課題が達成されることを見いだし、本発明を完成した。
【０００８】
即ち、本発明のマグネシウム含量調整用母合金は、マグネシウム２０〜８０重量％を含み、或いは更にアルミニウム１０重量以下％及び銅５重量％以下の何れか一方又は両方を含み、残部が不可避不純物を除いて亜鉛からなることを特徴とする、亜鉛合金の鋳返し時に使用するマグネシウム含量調整用母合金である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のマグネシウム含量調整用母合金（以下、単に母合金と記載する）は亜鉛合金溶湯に添加して使用するものであるが、この亜鉛合金溶湯は、使用済みのプレス成形用、プラスチック成形用等の亜鉛合金金型や、使用済みの亜鉛合金ダイカスト品や亜鉛合金加工品（板材、線材、押出品等）や、亜鉛合金スクラップ等を再生するため溶解したものであっても、或いは未使用の亜鉛合金インゴット中のマグネシウム含量を変更するために溶解したものであってもよい。しかし、本発明の母合金は使用済み亜鉛合金金型の再生に特に好適に利用できる。
【００１０】
本発明の母合金においては、マグネシウム含量を２０〜８０重量％に限定することが好ましい。マグネシウム含量が２０重量％よりも少ない母合金を用いる場合には、母合金の必要添加量が多くなり、その結果として、母合金を溶湯に添加してから、母合金が完全に溶解し適正な溶湯温度になるまで時間がかかり、その間のタイムロスはコストアップの要因となる。また、本発明の母合金を亜鉛合金金型の鋳返し調製に用いる場合には、亜鉛合金金型の総重量が増加することになる。例えばマグネシウム含量が１０重量％の母合金を用いてマグネシウム含量が２重量％の亜鉛合金を調製すると、金型総重量は２０重量％増加することになり、在庫量が増加し、コスト高の原因になる。
【００１１】
また、マグネシウム含量が８０重量％を越えると母合金の融点が５７０℃を越えることになる。そのように融点の高い母合金を用いると、通常の操業で用いる亜鉛合金溶湯温度４３０℃〜４５０℃では、母合金を溶湯に添加してから、母合金が完全に溶解し適正な溶湯温度になるまで時間がかかり、その間のタイムロスはコストアップの要因となるとともに母合金の酸化が進み、所定量のマグネシウムの添加が出来なくなる。溶解時間を短縮させる方法としては溶湯温度を上げることが考えられるが、溶湯温度を４５０℃よりも高くするとマグネシウムの酸化が進むとともに溶解鍋が浸食されるため、４５０℃を越える溶湯温度での操業は好ましくない。４３０℃〜４５０℃の溶湯温度で溶解するためにはマグネシウム含量が８０重量％以下の母合金を用いる必要がある。従って、母合金のマグネシウム含量は２０〜８０重量％であり、好ましくは３０〜５０重量％である。
【００１２】
アルミニウムを含む亜鉛合金を鋳返しすると、溶湯中のアルミニウム含量より若干多めのアルミニウムを含有するノロが生成してアルミニウムが除去されるため溶湯中のアルミニウム量は減少する。従って、母合金のみで溶湯中のアルミニウム含量を調整するためには、母合金は鋳返し前の亜鉛合金のアルミニウム含量よりも多めにアルミニウムを含有する必要がある。しかし、母合金中のアルミニウム含量が１０重量％を越えると、母合金を必要なマグネシウム量になるように添加した時に調整後の溶湯中のアルミニウム含量がスペックオーバーすることがあり、溶湯組成の調整が困難となる。また、母合金を溶湯に添加してから、母合金が完全に溶解し適正な溶湯温度になるまで時間がかかり、その間のタイムロスはコストアップの要因となる。従って、アルミニウムを含む亜鉛合金の鋳返し時に用いる母合金のアルミニウム含量は１０重量％以下、好ましくは４〜７重量％とする。しかしながら、アルミニウムを含む亜鉛合金の鋳返し時に用いる母合金が必ずしもアルミニウムを含有している必要はなく、アルミニウムを含有しない母合金を添加した後の溶湯中のアルミニウム含量を分析し、必要量のアルミニウムを別個に用意したアルミニウム含量調整用母合金によって添加してもよい。
【００１３】
亜鉛合金の鋳返しによる銅の組成変化は少ない。従って、銅を含む亜鉛合金の鋳返しに使用する母合金は鋳返し前の亜鉛合金が含有する量とほぼ同じ量の銅を含有することで足りる。亜鉛合金の銅含量は例えばＪＩＳ  Ｈ  ２２０１のダイカスト用亜鉛合金塊２種では０．０３重量％以下、また一般の鋳物用亜鉛合金では２〜４重量％である。銅含量が５重量％を越えると母合金の融点が５８０℃以上になり、通常の操業で用いる亜鉛合金溶湯温度４３０℃〜４５０℃では、母合金を溶湯に添加してから、母合金が完全に溶解し適正な溶湯温度になるまで時間がかかり、その間のタイムロスはコストアップの要因となり、実用的でなくなるとともにε化合物及びτ化合物を生成し、偏析の原因となる。従って、銅を含む亜鉛合金の鋳返し時に用いる母合金の銅の含量は５重量％以下、好ましくは４重量％以下とする。
【００１４】
以上の説明からも明らかなように、亜鉛合金の鋳返し時に使用する本発明の母合金の組成については、鋳返しする亜鉛合金の組成と目標とするマグネシウム含有亜鉛合金組成との差異及び溶湯量に応じて、マグネシウム２０〜８０重量％、アルミニウム０〜１０重量％及び銅０〜５重量％の範囲内で最適な組成を選択すればよい。
【００１５】
尚、亜鉛合金の鋳返し時に使用する母合金の添加は次のようにして実施する。含有成分、含有量の異なる複数の母合金（例えば、アルミニウム及び銅を含有しないもの、アルミニウム及び銅の何れか一方又は両方を含有するもの、マグネシウム含量が高いもの、中位のもの、低いもの等）を用意しておく。まず最初に、鋳返しする亜鉛合金の組成を分析して母合金添加量の算出基礎とする。アルミニウム含量については下記のように再調整する場合は再調整後の値を採用する。また、母合金添加後の最終目標組成を決める。その後、従来の操業条件と同じ条件でノロをきれいに除去し、必要ならば亜鉛合金溶湯のアルミニウム含量を例えば特開平５−３３２９６１号公報に記載されているような亜鉛合金の炉前分析法に従って炉前で直前に分析し、不足分のアルミニウムをアルミニウム含量調整用母合金の添加によって再調整する。次に、上記の最終目標組成と鋳返しする亜鉛合金の組成との組成の差に基づいて使用する母合金を選定し、上記の最終目標組成と鋳返しする亜鉛合金の組成との組成の差及び鋳返しする亜鉛合金の溶湯量に基づいて使用する母合金の添加割合を計算する。この計算量の母合金を鋳返しする亜鉛合金の溶湯に添加する。
【００１６】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明を説明する。
実施例１〜７及び比較例１〜４
鋳返し調整する亜鉛合金として、未使用の亜鉛合金インゴット（第１表中では合金と記載してある）、使用済みのプレス成形用亜鉛合金金型（第１表中では金型と記載してある）、及び使用済みの亜鉛合金ダイカスト品（第１表中ではＤＣ材と記載してある）を用いた。各々の亜鉛合金を溶解し、それらの組成を分析した。その結果は第１表に示す通りであり、マグネシウム含量の分析値はいずれも０．０３〜０．０４重量％であった。前もって調製してある種々の組成の母合金から、母合金添加後の亜鉛合金中のマグネシウム含量を約２重量％とし、アルミニウム含量及び銅含量を鋳返し前の亜鉛合金中の含量とほぼ同一水準とすることのできる母合金を選択した。各々の亜鉛合金の溶湯温度を４３０℃に制御し、選択した所定量の第１表に示す組成の母合金を溶湯中に添加し、攪拌して母合金が完全に溶解し適正な溶湯温度になるまでの時間を測定した。母合金を添加した後の溶湯の合金組成を分析し、目標値と比較した。それらの測定値、分析値は第１表に示す通りであった。
【００１７】
【表１】
0003992251.tif 000002
【００１８】
第１表中の実施例１〜７のデータから明らかなように、亜鉛合金の鋳返し時に本発明の母合金を使用した場合には、従来の操業条件下の亜鉛合金溶湯温度で短時間に溶解が可能であり、全亜鉛合金溶湯量の増加を１０重量％以内に押さえながらマグネシウムの添加を可能とし、高品質の亜鉛合金への再生を可能とした。しかし、比較例１のデータから明らかなようにマグネシウム含量が８０重量％をこえた母合金を用いた場合には、母合金の表面の酸化が激しく目標値との乖離が大きくなった。また比較例２〜４のデータから、マグネシウム含量が１０重量％より少ない母合金を用いた場合、アルミニウム含量が１０重量％を超えた母合金を用いた場合、または銅含量が５重量％をこえた母合金を用いた場合には、母合金の必要添加量が増加したり融点が高くなるため、母合金を溶湯に添加してから母合金が完全に溶解し適正な溶湯温度になるまで時間がかかり、その間のタイムロスはコストアップの要因となるとともに全亜鉛合金量が増加するなどコスト高の要因となり、またアルミニウム含量が１０重量％を超えた母合金を用いた場合には溶湯中のアルミニウム含量がスペックオーバーした。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の母合金は、亜鉛合金の鋳返し時に用いる場合に、従来の操業条件下の亜鉛合金溶湯温度で溶解が可能であり、全亜鉛合金溶湯の増加を１０重量％以内に押さえ、高品質の亜鉛合金への再生を可能とする。