(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯温度６７０℃以下のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯にカルシウムを合金成分として０．０２〜０．１重量％添加し、かつ雰囲気中のＳＦ6ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金１０ｋｇに対して２ｃｃ／分未満あるいはカルシウム無添加に比べて２／３未満に抑制し、
溶融を行う溶解炉を密閉状態とし、上記ＳＦ6ガスを該溶解炉に５分につき１分以下の間欠的に送入することを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法。
【請求項２】
上記ＳＦ6ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金１０ｋｇに対して１ｃｃ／分未満とした請求項１に記載のマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法。
【請求項３】
溶湯温度６７０℃以下のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯にカルシウムを合金成分として０．０２〜０．１重量％添加し、かつ雰囲気中のＳＯ2ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金１０ｋｇに対して６ｃｃ／分未満あるいはカルシウム無添加に比べて２／３未満に抑制し、
溶融を行う溶解炉を密閉状態とし、上記ＳＦ6ガスを該溶解炉に５分につき１分以下の間欠的に送入することを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法。
【請求項４】
上記ＳＯ2ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金１０ｋｇに対して４ｃｃ／分未満とした請求項３に記載のマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法に関し、詳しくは金属又は合金特性を変化させることなしに、マグネシウムの燃焼を防止することができ、しかも環境性に優れたマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、材料の軽量化へのニーズが高まり、実用合金中最も密度の小さいマグネシウム又はマグネシウム合金が注目されている。特に、航空機材料あるいは自動車用材料として注目されている。
【０００３】
一般に、マグネシウムやマグネシウム合金の溶湯は空気に触れると燃焼しやすい。このために燃焼防止を図る必要がある。マグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の燃焼防止には、古くはフラックスやイオウ粉の散布等が行われてきた。また、フロン系ガスであるＳＦ6 ガスの有用性が見出されてからはＳＦ6 ガスの使用が一般的である。この際のＳＦ6 ガス濃度は、０．２〜０．３容量％で、残りは空気と炭酸ガス（０〜５０容量％）の混合ガスである。また、溶解炉の条件や製品の条件によっては、さらに高濃度のＳＦ6 ガスが使用されている。また、ＳＦ6 ガスと同様の有用性からＳＯ2 ガスも用いられている。
【０００４】
昨今、地球温暖化の懸念からフロン系ガスの使用の削減が求められており、マグネシウム産業では、上記ＳＦ6 ガスの使用も抑制される方向にある。また、公害の発生を防止するという観点から、同様に上記ＳＯ2 ガスの使用も抑制される方向にある。
【０００５】
その他、燃焼防止には、マグネシウム又はマグネシウム合金へのカルシウムの添加により溶湯が難燃化するとの報告があるが、カルシウムの添加量は０．５重量％程度と高く、マグネシウム又はマグネシウム合金の特性を変えてしまう懸念とＳＦ6 ガスやＳＯ2 ガスを使用しないため燃焼の恐れがあり、工業的な量産には不向きであり実用化されていない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、金属又は合金特性を変化させることなしに、マグネシウムの燃焼を防止することができ、しかも環境性に優れたマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法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、鋭意検討の結果、カルシウムによるマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯の難燃化の傾向に着目し、金属又は合金特性を変えない範囲でのカルシウム添加と、それに伴うＳＦ6 ガスやＳＯ2 ガス使用の具体的な条件を検討した結果、本発明に到達した。
【０００８】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、溶湯温度７００℃以下のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯にカルシウムを合金成分として０．０２〜０．１重量％添加し、かつ雰囲気中のＳＦ6 ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金１０ｋｇに対して２ｃｃ／分未満あるいはカルシウム無添加に比べて２／３未満に抑制したことを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法を提供するものである。
【０００９】
また、本発明は、溶湯温度７００℃以下のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯にカルシウムを合金成分として０．０２〜０．１重量％添加し、かつ雰囲気中のＳＯ2 ガス消費量をマグネシウム又はマグネシウム合金１０ｋｇに対して６ｃｃ／分未満あるいはカルシウム無添加に比べて２／３未満に抑制したことを特徴とするマグネシウム又はマグネシウム合金の製造方法を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、溶湯温度７００℃以下のマグネシウム又はマグネシウム合金の溶湯にカルシウムを添加する。ここにおいて用いられるマグネシウム又はマグネシウム合金としては、ダイカスト等の鋳造用原料及び鋳造に伴って発生するバリ、ランナー等のリターン材である。また、マグネシウム合金としては、マグネシウムに加えて、亜鉛、アルミニウム、マンガン等を一定量含有するものであり、具体的には亜鉛を１．０重量％程度含有するＡＺ９１、アルミニウムを６．０重量％、マンガンを０．２重量％含有するＡＭ６０等である。
【００１１】
上記マグネシウム又はマグネシウム合金に対するカルシウムの添加量は、０．０２〜０．１重量％である。
【００１２】
マグネシウム又はマグネシウム合金へのカルシウムの添加によって、一般に耐クリープ性が改善されるが、衝撃強度や伸びが低下することが知られる。
【００１３】
本発明者らは、カルシウムの添加量について検討した結果、次の知見を得た。先ず、カルシウム添加量が０．２重量％以下では機械的性質には殆ど影響がなく、添加量が１．０重量％以下では鋳造性にもほとんど影響がない。そして、添加量が０．１重量％以下では耐食性の劣化もほとんどなく、添加量が１．０重量％以下では表面処理性にも影響がない。すなわち、カルシウムの添加量が０．１重量％以下ではマグネシウム又はマグネシウム合金の特性を殆ど劣化させることはない。
【００１４】
一方、こうしたカルシウムの添加量の範囲でＳＦ6 ガス又はＳＯ2 ガスに対してどの程度の燃焼防止効果が得られるかを検討した。先ず、ＳＦ6 ガス又はＳＯ2 ガスを全く流動させない場合はカルシウム０．１重量％では３０分以内で発火した。さらにカルシウムを増量（０．５重量％）した場合でも静置状態では発火しないが、インゴット添加や撹拌により発火した。以上のことよりカルシウムによる難燃化は溶湯の静置状態では可能でも、インゴット添加や撹拌等の生産過程では実際には困難で、カルシウムの添加量を増量するだけでは、マグネシウム又はマグネシウム合金の燃焼防止には危険であると考えられる。
【００１５】
また、カルシウムの添加量が０．０２重量％未満ではＳＦ6 ガス又はＳＯ2 ガスの削減効果は見られず、実際の溶湯の劣化や溶湯温度の上昇の危険性を加味するとカルシウム添加量の下限は０．０２重量％である。以上のことから、カルシウムの添加量は、上記のように、０．０２〜０．１重量％である。また、カルシウムの添加時期は、合金製造時での添加、溶解ポットの溶湯への直接添加等いずれでもよい。但し、リターン材の溶解に際しては、カルシウムが酸化物として抜けるので、追加添加する必要がある。
【００１６】
カルシウム添加の効果は溶湯温度を低くすればするほど大きく、溶湯にカルシウムを添加しない場合に難燃化のために用いられるＳＦ6 ガス又はＳＯ2 ガス消費量に比べて２／３未満に削減できる。
【００１７】
シールガスであるＳＦ6 ガス又はＳＯ2 ガス消費量は、溶湯温度や保持時間、溶湯の表面積、溶湯上の空気層の厚さ、溶湯ポットの密閉度に依存すると共に、ガスの流し方、流出穴の個数、配置、向きの影響も大きい。また、溶湯表面の酸化物の状態やスラッジの状態等の溶湯の保持状態にも大きく依存する。従来、ＳＦ6 ガス２容量％以下程度で燃焼抑制できている管理状態に対して、本発明は有効で従来に比べて同じ比率程度でＳＦ6 ガス又はＳＯ2 ガス消費量を削減することができる。
【００１８】
本発明において、ＳＦ6 ガスの消費量は、マグネシウム又はマグネシウム合金１０ｋｇに対して２ｃｃ／分未満、好ましくは１ｃｃ／分未満である。また、ＳＯ2 ガス消費量は、マグネシウム又はマグネシウム合金１０ｋｇに対して６ｃｃ／分未満、好ましくは４ｃｃ／分未満である。
【００１９】
溶解炉の密閉度を従来以上に向上させた場合には、上記範囲の量のカルシウムを溶湯に添加すると溶解時やインゴットの投入時の密閉が破れる時以外は、ＳＦ6 ガス又はＳＯ2 ガスを雰囲気中に流動させなくてもマグネシウム又はマグネシウム合金の燃焼は起こらない。但し、その場合でも燃焼が何らかのきっかけで始まる可能性は残っており、５分につき１分以下の間欠的にＳＦ6 ガス又はＳＯ2 ガスを溶解炉に送入する。この場合には、ＳＦ6 ガス又はＳＯ2 ガスの送入量を、カルシウムを添加しない場合と同量とすることが望ましい。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
【００２１】
〔実施例１〜７及び比較例１〜３〕
溶湯温度６５０℃又は６７０℃のマグネシウム合金（亜鉛１．０重量％含有、ＡＺ９１合金）溶湯中に、表１に示す量のカルシウムを添加した。なお、比較例１はカルシウムを添加しなかった。この時の雰囲気ガス中のＳＦ6 ガス濃度及び流量を表１に示す。なお、実施例７のガス流入の間欠は、５分のうち１分流動、４分停止を繰り返した。
【００２２】
この際のＳＦ6 ガス消費量（ｃｃ／分／１０ｋｇ・Ｍｇ溶湯）を表１に示す。また、下記の方法によって、燃焼抑制試験を行うと共に、溶湯の状態を評価した。これらの結果を表１に示す。
【００２３】
（燃焼抑制試験）
図１の装置を用い、マグネシウム合金を溶解し、１０分に一度蓋を開け、１００ｇのマグネシウム棒を投入して酸化被膜を破った。マグネシウム棒を投入の際に、蓋は約３０秒開き、シールド性が破れる。１２０分まで経過させ、発火すれば×、ドロス量が増えれば△、清浄を保てば○とした。
【００２４】
（溶湯状態）
スラッジが堆積して汚染し、発火しやすい状態とドロスが増え汚染が始まっていると状態と新地金を溶解直後の清浄状態の３段階で評価した。
【００２５】
【表１】
0004212170.tif 000002
【００２６】
〔実施例８〜１０及び比較例４〜５〕
溶湯温度６７０℃のマグネシウム合金（アルミニウム６．０重量％、マンガン０．２重量％含有、ＡＭ６０合金）溶湯中に、表２に示す量のカルシウムを添加した。なお、比較例４はカルシウムを添加しなかった。この時の雰囲気ガス中のＳＦ6 ガス濃度及び流量を表２に示す。
【００２７】
この際のＳＦ6 ガス消費量（ｃｃ／分／１０ｋｇ・Ｍｇ溶湯）を表２に示す。また、実施例１と同様に燃焼抑制試験を行うと共に、溶湯の状態を評価した。これらの結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
〔実験例１〕
実施例３及び９と比較例１及び４の溶湯をダイカストし、丸棒試験片を調製し（評点間距離５０ｍｍ、径６．３５ｍｍ、ＪＩＳ  Ｈ  ５３０１ダイカスト引張試験片）、クロスヘッド速度１０ｍｍ／分、測定温度２５℃、Ｎ（個数）＝５で機械的強度（引っ張り強度、破断伸び）を測定した。結果を表３に示す。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
〔実施例１１〜１４及び比較例６〜８〕
溶湯温度６５０℃又は６７０℃のマグネシウム合金（亜鉛１．０重量％含有、ＡＺ９１合金）溶湯中に、表４に示す量のカルシウムを添加した。なお、比較例６及び７はカルシウムを添加しなかった。この時の雰囲気ガス中のＳＯ2 ガス濃度及び流量を表４に示す。なお、実施例１４のガス流入の間欠は、５分のうち１分流動、４分停止を繰り返した。
【００３２】
この際のＳＯ2 ガス消費量（ｃｃ／分／１０ｋｇ・Ｍｇ溶湯）を表４に示す。また、実施例１と同様に燃焼抑制試験を行うと共に、溶湯の状態を評価した。これらの結果を表４に示す。
【００３３】
【表４】
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【００３４】
〔実施例１５及び比較例９〕
溶湯温度６７０℃のマグネシウム合金（アルミニウム６．０重量％、マンガン０．２重量％含有、ＡＭ６０合金）溶湯中に、表５に示す量のカルシウムを添加した。なお、比較例９はカルシウムを添加しなかった。この時の雰囲気ガス中のＳＯ2 ガス濃度及び流量を表５に示す。
【００３５】
この際のＳＯ2 ガス消費量（ｃｃ／分／１０ｋｇ・Ｍｇ溶湯）を表５に示す。また、実施例１と同様に燃焼抑制試験を行うと共に、溶湯の状態を評価した。これらの結果を表５に示す。
【００３６】
【表５】
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【００３７】
表１〜２及び表４〜５から明らかなように、実施例１〜１５は、溶湯状態に拘わらず、ＳＦ6 ガス又はＳＯ2 ガス消費量を低減でき、また燃焼を抑制することができる。また、表３から明らかなように、実施例３及び９の機械的強度は、カルシウムを含有しない比較例１及び４の機械的強度とほぼ同等である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製造方法は、金属又は合金特性を変化させることなしに、マグネシウムの燃焼を防止することができ、しかも環境性に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例及び比較例で用いた試験装置の概略断面図。
【図１】
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