(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造に先立つマグネシウム合金の溶解方法において、二つ以上の溶解ポットを用いるか、又はポット内を二つ以上の部屋となるように部分的に間仕切った一つの溶解ポットを用い、二つ以上の溶解ポットの内の第一の溶解ポット中で又は二つ以上の部屋の内の第一の部屋中でマグネシウム合金を溶解させ、その溶湯を第一の溶解ポット中又は第一の部屋中に３０分間以上滞留させて、合金中に混入する恐れのあるフラックス、酸化物、異物を溶湯の上部又は下部に移動させ、清浄化した中間部のマグネシウム合金溶湯を第二の溶解ポットあるいは第二の部屋に移して溶湯状態に維持することを特徴とするマグネシウム合金の溶解方法。
【請求項２】
マグネシウム合金溶湯を第一の溶解ポット中又は第一の部屋中に３０分間以上滞留させる代りに、第一の溶解ポット中又は第一の部屋中のマグネシウム合金溶湯中に清浄化ガスを吹込み且つ１５分間以上滞留させることを特徴とする請求項１記載のマグネシウム合金の溶解方法。
【請求項３】
第一の溶解ポット中又は第一の部屋中でマグネシウム合金溶湯中に合金元素を添加して成分調整を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のマグネシウム合金の溶解方法。
【請求項４】
マグネシウム合金溶湯を第一の溶解ポット中又は第一の部屋中に３０分間以上滞留させる代りに、三つの溶解ポットを用いるか、又はポット内を三つの部屋となるように部分的に間仕切った一つの溶解ポットを用い、三つの溶解ポットの内の第一の溶解ポット中で又は三つの部屋の内の第一の部屋中でマグネシウム合金を溶解させ、その溶湯を第一の溶解ポット中又は第一の部屋中に所定時間滞留させて、合金中に混入する恐れのあるフラックス、酸化物、異物の一部又は大部分を溶湯の上部又は下部に移動させ、次いで中間部のマグネシウム合金溶湯を第二の溶解ポット又は第二の部屋に移し、第二の溶解ポット中又は第二の部屋中の溶湯中に清浄化ガスを吹込み且つ所定時間滞留させ、この場合に第一の溶解ポット中又は第一の部屋中での滞留時間と第二の溶解ポット中又は第二の部屋中での滞留時間の２倍との合計が３０分以上となるようにすることを特徴とする請求項１記載のマグネシウム合金の溶解方法。
【請求項５】
第一の溶解ポット中又は第一の部屋中で、或いは第二の溶解ポット中又は第二の部屋中でマグネシウム合金溶湯中に合金元素を添加して成分調整を行うことを特徴とする請求項４記載のマグネシウム合金の溶解方法。
【請求項６】
ｉ）アルミニウム１〜１０重量％、
ii）希土類元素０．２〜５重量％、カルシウム０．０２〜５重量％、及びケイ素０．２〜１０重量％よりなる群から選ばれた少なくとも１種、及び
iii)マンガン１．５重量％以下
を含み、残部がマグネシウム及び不可避の不純物からなるマグネシウム合金の溶湯を得ることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のマグネシウム合金の溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車部品、家電製品等の軽量化、リサイクル可能化が求められている製品の製造に用いるマグネシウム合金の鋳造に先立つ溶解方法に関し、より詳しくは、本発明は、必ずしも高純度、高品質であるとは言えないマグネシウム合金材料を溶解し、清浄化してその溶湯を鋳造に用いる場合のマグネシウム合金の溶解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車業界においては燃費向上のための軽量化の必要性、家電製品等においては携帯性向上のための軽量化の必要性から軽量材料のニーズが高まり、樹脂材料や軽量金属材料が用いられてきている。しかし、樹脂材料は一般的にリサイクルが困難であるため地球環境保全の点で問題があるのに対して、金属材料は一般的にリサイクルが容易であるため、家電製品の匡体、自動車の各種ケース部品等の製造材料が樹脂材料からマグネシウム系材料、アルミニウム系材料等の軽量金属へと変わり、特に軽薄短小のトレンドの中で、金属としての剛性を有しながら実用軽量金属中最も密度の小さい軽量マグネシウム系材料が注目され、自動車あるいは携帯用家電製品用材料としての採用が相次いでいる。
【０００３】
従来、鋳造に先立つマグネシウム合金の溶解においては、溶解する合金地金が高純度、高品質であることを前提にして、ＳＦ6 ガス等でシールドした保護雰囲気下での溶解等、安全管理技術面のみが強調されてきた。また、不純物の混入を避けるために湯道、ビスケット等で発生する合金屑の工場内での鋳返しも行われていなかった。
【０００４】
しかし、最近のマグネシウム合金製品、部品の需要の高まりにつれて新規の合金地金メーカーの参入、コストダウンのための湯道、ビスケット等で発生する合金屑の工場内リサイクルの必要性、耐クリープ性マグネシウム合金とするために酸化され易いカルシウム、希土類元素、及び／又はケイ素を添加した合金の採用等により、溶解する合金が高純度、高品質であるとの前提が守られない状況が生まれてきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
新規の合金地金メーカーから安価に入手できる合金地金の問題点は合金成分のスペックアウトとフラックスの混入であり、湯道、ビスケット等で発生する合金屑の再溶解での問題点は酸化物や離型剤等の異物の混入であり、耐クリープ性マグネシウム合金の溶解での問題点はカルシウム、希土類元素、及び／又はケイ素の酸化物の混入である。これらの問題点を解決するために、従来は、合金地金メーカー或いは再生業者がフラックスを用いて分離、除去しており、その結果としてコストが発生していた。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、上記のようなコストを発生させることなしで、新規の合金地金メーカーから安価に入手できる合金地金や、湯道、ビスケット等で発生する合金屑や、カルシウム、希土類元素、及び／又はケイ素の酸化物を含有する合金等の使用を可能にする、鋳造に先立つマグネシウム合金の溶解方法を提供することを課題にしている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記の課題を達成するために種々検討を重ねた結果、マグネシウム合金を溶解ポット中に連続的に装入して溶解させる場合であっても、マグネシウム合金溶湯の全保持量を大きくして溶解ポット中に３０分間以上、望ましくは６０分間以上滞留させると、溶湯中に含まれていて合金中に混入する恐れのあるフラックス、酸化物、異物が溶湯の上部又は下部に移動し、その結果として中間部のマグネシウム合金溶湯が清浄化されるので、その清浄化した溶湯を別の溶解ポットに移して溶湯状態に維持することにより連続的に鋳造することが可能となることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
即ち、本発明のマグネシウム合金の溶解方法は、鋳造に先立つマグネシウム合金の溶解方法において、二つ以上の溶解ポットを用いるか、又はポット内を二つ以上の部屋となるように部分的に間仕切った一つの溶解ポットを用い、二つ以上の溶解ポットの内の第一の溶解ポット中で又は二つ以上の部屋の内の第一の部屋中でマグネシウム合金を溶解させ、その溶湯を第一の溶解ポット中又は第一の部屋中に３０分間以上滞留させて、合金中に混入する恐れのあるフラックス、酸化物、異物を溶湯の上部又は下部に移動させ、清浄化した中間部のマグネシウム合金溶湯を第二の溶解ポットあるいは第二の部屋に移して溶湯状態に維持することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のマグネシウム合金の溶解方法の種々の実施態様について詳細に説明する。
本発明のマグネシウム合金の溶解方法は鋳造に先立って実施する方法であり、即ち、本発明の溶解方法で溶解して得た溶湯をそのまま鋳造に用いることを意図している。
【００１０】
本発明のマグネシウム合金の溶解方法において、二つ以上の溶解ポットを用いるか、又はポット内を二つ以上の部屋となるように部分的に間仕切った一つの溶解ポットを用いる。その二つ以上の溶解ポットの内の第一の溶解ポット中で又は二つ以上の部屋の内の第一の部屋中でマグネシウム合金を溶解させ、その溶湯を第一の溶解ポット中又は第一の部屋中に３０分間以上、望ましくは６０間以上滞留させる。
【００１１】
この滞留の間に、溶湯中に含まれていて合金中に混入する恐れのあるフラックス、酸化物、異物が溶湯の上部（通常は表面から１００ｍｍ以内）又は下部（通常は底面から１００ｍｍ以内）に移動し、その結果として中間部のマグネシウム合金溶湯が清浄化される。このフラックスの移動、中間部の清浄化は溶湯中の塩素含有量を測定することによって判定される。この清浄化した中間部のマグネシウム合金溶湯を次いで第二の溶解ポットあるいは第二の部屋に移して溶湯状態に維持する。この第二の溶解ポット中又は第二の部屋中の溶湯は清浄化されており、また鋳造に適した溶湯状態になっているのでそのまま鋳造に用いることができる。
【００１２】
本発明のマグネシウム合金の溶解方法において、上記したようにマグネシウム合金溶湯を第一の溶解ポット中又は第一の部屋中に３０分間以上、望ましくは６０間以上滞留させる代りに、第一の溶解ポット中又は第一の部屋中のマグネシウム合金溶湯中に、例えば底面から５０ｍｍの位置で、清浄化ガス、例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ6 、ＣＯ2 、ＳＯ2 又はＮ2 ガス、あるいはこれらのガスと乾燥空気との混合ガスを細かく泡立てながら吹込み且つ溶湯を１５分間以上滞留させることによって溶湯中のフラックス、酸化物、離型剤等の異物を浮上させることができる。このようにして清浄化ガスを１５分間吹き込んだ場合には、清浄化ガスを吹き込まないで６０分間滞留させた場合と同等の効果が得られる。
【００１３】
本発明のマグネシウム合金の溶解方法において、上記したようにマグネシウム合金溶湯を第一の溶解ポット中又は第一の部屋中に３０分間以上、望ましくは６０間以上滞留させる代りに次のように処理することもできる。三つの溶解ポットを用いるか、又はポット内を三つの部屋となるように部分的に間仕切った一つの溶解ポットを用いる。その三つの溶解ポットの内の第一の溶解ポット中で又は三つの部屋の内の第一の部屋中でマグネシウム合金を溶解させ、その溶湯を第一の溶解ポット中又は第一の部屋中に所定時間滞留させる。
【００１４】
この滞留の間に、溶湯中に含まれていて合金中に混入する恐れのあるフラックス、酸化物、異物の一部又は大部分が溶湯の上部（通常は表面から１００ｍｍ以内）又は下部（通常は底面から１００ｍｍ以内）に移動し、その結果として中間部のマグネシウム合金溶湯がかなり清浄化される。このかなり清浄化した中間部のマグネシウム合金溶湯を次いで第二の溶解ポットあるいは第二の部屋に移す。この第二の溶解ポット中又は第二の部屋中のマグネシウム合金溶湯中に、例えば底面から５０ｍｍの位置で、清浄化ガス、例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、ＳＦ6 、ＣＯ2 、ＳＯ2 又はＮ2 ガス、あるいはこれらのガスと乾燥空気との混合ガスを細かく泡立てながら吹込み且つ溶湯を所定時間滞留させることによって溶湯中のフラックス、酸化物、離型剤等の異物を完全に浮上させることができる。この場合に第一の溶解ポット中又は第一の部屋中での滞留時間と第二の溶解ポット中又は第二の部屋中での滞留時間の２倍との合計が３０分以上、望ましくは６０分以上となるようにする。
【００１５】
また、合金成分としてカルシウム、希土類元素、及び／又はケイ素を含むマグネシウム合金では、これらの元素が酸化され易いため、生成した酸化物を適宜分離、除去する必要があり、スペックアウトした場合には添加する必要がある。また、新規の合金地金メーカーから安価に入手できる合金では、耐食性に悪影響のある遷移金属の不純物量がスペック内であっても主要元素であるアルミニウム、亜鉛、マンガンが不足している場合がある。これらの場合には不足した合金元素を追加添加する必要があるが、この合金元素の添加に伴って酸化物の生成や異物の混入が発生することがある。従って、上記の第一の溶解ポット中又は第一の部屋中でのフラックス、酸化物、異物の分離作業と併せて、或いは第一の溶解ポット中又は第一の部屋中で、或いは第二の溶解ポット中又は第二の部屋中でのフラックス、酸化物、異物の分離作業と併せて、合金元素を添加し、分離作業を行う必要がある。
【００１６】
本発明のマグネシウム合金の溶解方法は、
ｉ）アルミニウム１〜１０重量％、
ii）希土類元素０．２〜５重量％、カルシウム０．０２〜５重量％、及びケイ素０．２〜１０重量％よりなる群から選ばれた少なくとも１種、及び
iii)マンガン１．５重量％以下
を含み、残部がマグネシウム及び不可避の不純物からなるマグネシウム合金の溶湯を得るのに適している。
また、本発明は上記のマグネシウム合金の溶解方法によって得られる溶湯を用いて製造されるマグネシウム合金鋳造物をも包含する。
【００１７】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明及び本発明で得られる効果を具体的に説明する。
実施例１及び比較例１
図１に示すようにポット内を二つの部屋となるように部分的に間仕切った一つの溶解ポットを用いて実施例１を実施し、図２に示すように間仕切り板のない一つの溶解ポットを用いて比較例１を実施した。図１の炉も図２の炉も溶解能力は３００ｋｇ／ｈｒであり、溶解容量は１０００ｋｇであった。図１の炉及び図２の炉でそれぞれフラックスが残存しているマグネシウム合金地金ＡＺ９１（Ｍｇ−９Ａｌ−０．７Ｚｎ−０．２Ｍｎ）を１０００ｋｇ溶解させた。この地金中のフラックスに起因する塩素含有量は平均で８ｐｐｍであった。
【００１８】
マグネシウム合金地金が完全に溶解した後、更に１０分間保持し、その後ショットサイクル１分、１回の鋳造量５ｋｇで連続的に鋳造し、一方、マグネシウム合金地金を溶解ポットに２分置きに１０ｋｇ装入した。
鋳造開始の１０分後、２０分後及び６０分後に、実施例１においては、図１に示す採取位置１及び採取位置２の２個所で分析サンプルを採取し、比較例１においては、図２に示す採取位置１の１個所で分析サンプルを採取した。それらのサンプルの塩素含有量は第１表に示す通りであった。
【００１９】
0004159186.tif 000002
【００２０】
第１表のデータから明らかなように、本発明のマグネシウム合金の溶解方法を実施することにより（実施例１炉の採取位置２）、高純度で高品質のマグネシウム合金溶湯を得ることができる。
【００２１】
実施例２
本実施例においては、図３に示すようにポット内を二つの部屋となるように部分的に間仕切る間仕切り板を設け、溶解炉部分の底から５０ｍｍの位置にアルゴンを細かく泡立てることのできる多気孔板を設けた一つの溶解ポットを用いた。炉の溶解能力は３００ｋｇ／ｈｒであり、溶解容量は１０００ｋｇであった。炉中でフラックスが残存しているマグネシウム合金地金ＡＺ９１（Ｍｇ−９Ａｌ−０．７Ｚｎ−０．２Ｍｎ）を１０００ｋｇ溶解させた。この地金中のフラックスに起因する塩素含有量は平均で８ｐｐｍであった。また、該多気孔板からアルゴンを毎分１リットルの量で細かく泡立てた。
【００２２】
マグネシウム合金地金が完全に溶解した後、更に１０分間保持し、その後ショットサイクル１分、１回の鋳造量５ｋｇで連続的に鋳造し、一方、マグネシウム合金地金を溶解ポットに２分置きに１０ｋｇ装入した。
鋳造開始の１０分後、２０分後及び６０分後に、図３に示す採取位置１及び採取位置２の２個所で分析サンプルを採取した。それらのサンプルの塩素含有量は第２表に示す通りであった。
【００２３】
0004159186.tif 000003
【００２４】
第２表のデータから明らかなように、清浄化ガスの吹込みを伴って本発明のマグネシウム合金の溶解方法を実施することにより（実施例２炉の採取位置２）、フラックスの除去を一層有効に実施することができる。
【００２５】
実施例３
実施例１で用いた溶解ポットと同一の溶解ポットを用い、マグネシウム合金地金ＡＺ９１の代りにＡＭ５０（Ｍｇ−５Ａｌ−０．２Ｍｎ）を溶解させた。その溶解炉部分において溶湯中にカルシウム含有量が２％となる量のカルシウム及び希土類元素含有量が２％となる量のマグネシウム−ミッシュメタル母合金を添加した。この添加時に持ち込まれる酸化物等の異物は溶解炉部分において分離され、所望組成の高純度で高品質のマグネシウム合金溶湯を得ることができ、この溶湯を用いて鋳造することができた。
【００２６】
実施例４
実施例１で用いた溶解ポットと同一の溶解ポットを用い、マグネシウム合金地金ＡＺ９１の代りにＡＭ５０（Ｍｇ−５Ａｌ−０．２Ｍｎ）を溶解させた。その溶解炉部分において溶湯中に（１）カルシウム含有量が２％となる量のカルシウム、（２）希土類元素含有量が２％となる量のマグネシウム−ミッシュメタル母合金、又は（３）ケイ素含有量が２％となる量のケイ素を添加した。これらの添加物は何れも酸化され易いものであるが、生成される酸化物等の異物は溶解炉部分において分離され、所望組成の高純度で高品質のマグネシウム合金溶湯を得ることができ、この溶湯を用いて鋳造することができた。
【００２７】
実施例５
実施例４でカルシウム含有量が２％となる量のカルシウムを添加して得た溶湯から鋳造物を製造した。鋳造時にカルシウムの一部が酸化された。その鋳造物を実施例１で用いた溶解ポットと同一の溶解ポットを用いて再溶解した。カルシウムの酸化物が除去され、カルシウム含有量が約１％迄低下するので、カルシウム含有量が２％となるように約１％のカルシウムを添加した。生成される酸化物等の異物は溶解炉部分において分離され、所望組成の高純度で高品質のマグネシウム合金溶湯を得ることができ、この溶湯を用いて鋳造することができた。
【００２８】
【発明の効果】
自動車部品、家電製品を中心に広汎な産業界で要望されているマグネシウム製品を鋳造する際に、鋳造に先立って本発明のマグネシウム合金の溶解方法を実施することにより、新規の合金地金メーカーから安価に入手できる合金地金や、湯道、ビスケット等で発生する合金屑や、カルシウム、希土類元素、及び／又はケイ素の酸化物を含有する合金等を使用して、より安価に高品質なマグネシウム製品を鋳造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１で用いた、ポット内を二つの部屋となるように部分的に間仕切った溶解ポットの概略断面図である。
【図２】  比較例１で用いた溶解ポットの概略断面図である。
【図３】  実施例２で用いた、ポット内が二つの部屋となるように部分的に間仕切られており、アルゴンを細かく泡立てることのできる多気孔板が設けられている溶解ポットの概略断面図である。
【図１】
0004159186.tif 000004
【図２】
0004159186.tif 000005
【図３】
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