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技術解説­2
マグネシウム合金と塗装

マグネシウム合金と塗装
Magnesium Alloy and Coating

技術開発部門 開発部
技術開発第２グル−プTechnical Development Division

部谷森 康親Yasuchika HIYAMORI

1.

はじめに

２. 世界・日本のマグネシウムの使用現状

マグネネシウム合金は、軽さ、高硬度、電磁波シ−ル

マグネシウムは第一次世界大戦で軍事的価値が認

ド性、放熱性、リサイクル性、制振性および資源としての識され、第二次世界大戦後は民生用として転用が図ら豊富なこと等、多くの利点を有する。
しかしながら日本れた。ただ、生産コストの関係から使用量が伸びず、地では、マグネシウム合金の使用量はまだ少なく、他の金金の生産は中国に集中した。表１にマグネシウム地金の属合金（特にアルミニウム）の添加用に使用されること

国別生産量の推移を示す。

が多い。近年、各種の製品に対する省エネ対策、リサイ

また、表２の中国とロシアを除く世界のマグネシウムクル性が求められ、マグネシウム合金を見直す機会が地金は、アルミニウム添加用に約 40％使用されている。

増している。本報では、現在まだ被塗物として馴染みの少ないマグネシウム合金についての概略を紹介する。

表１ マグネシウム地金の国別生産量の推移
区

分年

中 国

生 産 量（トン）
2002

2003

2004

2005

2006

2007

268,000

354,000

450,000

467,600

525,600

659,300

カナダ

70,00050,00045,00045,00050,000

8,000

アメリカ

45,00055,00035,00040,00043,00050,000ロシア

35,00030,00035,00038,00050,00050,000イスラエル

28,00026,00026,00027,60025,00028,000カザフスタン

17,90014,20014,00020,00021,00020,000

ブラジル

4,500

4,000

3,000

3,000

6,000

6,000

ノルウェ−

3,100

ーーーーー

その他
合計

2,300

3,000

2,700

3,600

3,000

4,500

473,800

536,200

610,700

644,800

723,600

825,800

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表２ 世界のマグネシウム地金需要の推移（中国、ロシアを除く）
区

分

需 要 量（トン）

年

2002

2003

2004

2005

2006

2007

アルミニウム添加

146,613147,000

162,000

168,000

175,000

175,000

ダイカスト

127,803

142,500

152,000

164,000

178,000

194,000

造

1,863

3,500

ーーーー

展伸材

9,022

7,800ーーーー

その他

80,65886,20096,000103,000

104,000

98,000合

365,959

387,000

410,000

435,000

457,000

467,000

鋳計

マグネシウムを主体として使用される場合はダイカス

車の燃費軽減を目的として、ＧＭ（ジェネラルモ−タ

トに約 40％、鋳造、展伸材、その他を合わせても約 20−ス）は自動車のボディ−、部品への積極的な展開を％と偏った使われ方をしている。

模索し、韓国の合金メ−カ−も生産量を増加させよう

日本のマグネシウム使用量は、中国、ロシアを除いてとしている。

も全体の１割に満たない量であり、まだまだ使用量の増加が見込める。
表3 日本におけるマグネシウム需要の推移
区分
年

2004

2005

2006

2007

2008

金

40,431

42,13035,527

39,24038,83736,857

粉末・粒

6,809

9,884

12,072

10,891

9,808

8,181

266

387

211

274

396

421

計

47,50652,40147,81050,40549,04145,459内 需

41,63845,77145,58346,00846,576

41,579

輸 出

180

313

395

1,011

859

891

41,81846,08445,97847,01947,43542,470

地
供給

需要

需 要 量（トン）
2003

製合品

計

３. マグネシウムの特性と合金の種類
3.1

特性

マグネネシウムは実用される金属の中では最も活性な金属であり、かつ腐食し易いので適した前処理、塗装が必要となる。
一方、マグネシウム素材の防食性もマグネシウム合
金 AZ91Dの開発により向上し、さらに検討が続けられている。ただし塗装においては、成形時に発生する、湯じわ、引け、クラック、へこみ、巣穴等の欠陥により、塗膜にピンホールと称する微小なフクレを生じる恐れがあり、美装仕上げをするためには多くの障害が残っている。
この点に関しては、鋳造技術の進歩により、マグネシウムダイカスト部品の信頼性があがったことにより、ここ数年の間に情報機器分野を中心に、プラスチックからの置き換えも増えてきている。特にモバイルパソコンのような携帯機器では、安価で生産性や加工性に優れる樹脂ボディ（筐体）が使用されてきたが、機器の更なる薄形軽量化の要求と、マイクロプロセッサの高性能化に伴う発熱量増大対応のために高い放熱性の要求が36

技術解説­2
マグネシウム合金と塗装あり、薄肉高強度と高放熱および電磁波シ−ルド性と表５ マグネシウムに対する異種金属の電位差いう特徴を併せ持つマグネシウム合金筐体を使用するケ−スが増えている。
次に、純マグネシウムの各化学物質に対する耐食性の良否を表４に示す。
表４ 純マグネシウムの各化学物質に対する耐食性
耐食性

化学的性質

良好

アルカリ性薬品（苛性ソ−ダ、アンモニア水、炭酸ナトリウム等）、石油製品、動植物油、フッ化物、クロム酸、シアン化物、酸素ガス、水素ガス、硫化水素、一酸化炭素ガス、蒸留水、中性有機化合物、トルエン、アルコ−ル類、アンモニア、アスファルト、アセチレン、ベンゼ
ン、硫黄

不良

無機酸類（硝酸、塩酸、硫酸等）、有機酸類（酢酸、酒石酸、クエン酸ナトリウム等）、ハロゲン化物、塩化物、鉛、硝酸塩、水（沸騰水、蒸気）、海水、炭酸水、漂白剤、
バタ−、ビ−ル、フル−ツジュ−ス

マグネシウムは実用金属の中で最も低い電位を示し、他の金属と接触させると、犠牲金属として自らを腐食しながら接触した金属へ電子を供給し、その金属の腐食を防止する流電陽極防食法の陽極（アノ−ド）として使用される場合もある。
マグネシウムに対する異種金

金属

電位差（Ｖ）マグネシウム0亜鉛・亜鉛合金

0.05

アルミニウム0.7

軟鋼0.9

アルミニウム合金

1クロムメッキ

1.1

銅・銅合金

1.35

オ−ステナイト系ステンレス鋼

1.4

ニッケルメッキ

1.45

金1.75

3.2

合金の種類

マグネシウム合金ではAZ31、AZ91Dが比較的多く使用されているが、その他にも種々の元素を添加することによって、多種の合金が作られている。
アルミニウム展
伸材のマグネシウム添加量（表６）、マグネシウム合金に添加される主要元素と添加目的（表７）とダイカスト用マグネシウム合金（表８）・鋳造用マグネシウム合金（表９）の合金成分による分類の例を示す。

属の接触電位を表５に示す。

表６ 主なアルミニウム展伸材ＪＩＳ合金のマグネシウム添加量
合金番号

マグネシウム添加量（％）

A2014

0.2 〜 0.8A2024

1.2 〜 1.8

A3004

主な用途
航空機、ギヤ、油圧部品、ハブ

0.8 〜 0.13

アルミ缶ボディ、屋根板、カラ−アルミ

2.2 〜 2.8

一般板金、船舶、車輌、建築、飲料缶エンド4.0 〜 5.0

飲料缶エンドA5083

4.0 〜 4.9

船舶、車輌，ＬＮＧタンク

A6N01

0.40 〜 0.8

鉄道車輌

A6061

0.8 〜 1.2

船舶、車輌、陸上構造物、圧力容器

A6063

0.45 〜 0.9

建築用サッシュ、ガ−ドレ−ル、高欄、車輌、家具

A7003

0.50 〜 1.0

オ−トバイリム、鉄道車輌

A7N01

1.0 〜 2.0

鉄道車輌、自動車バンパ−補強材、
ドアガ−ドバ−

A7075

2.1 〜 2.9

航空機、スポ−ツ用品

A3104
A5052
A5082
A5182

37

表７ マグネシウム合金に添加される主要元素と添加目的
元素名

記号

添加目的

アルミニウムＡ

鋳造性、機械的性質および耐食性の改善

銅Ｃ

機械的性質の改善

添加による耐食性劣化の恐れあり

トリウム

Ｈ

結晶粒の微細化、機械的性質および耐熱強度の改善

Ｚｒとの共存で結晶粒微細化

ストロンチウムＪ

耐熱強度の改善Ａｌ４Ｓｒ相の抄出、高温鋳造

ジルコニウムK

結晶粒の微細化、熱間加工性の改善

Ａｌ含有合金では結晶粒粗大化

リチウム

L

結晶構造の変換、軽量化

高酸化性

マンガン

M

耐食性の改善Ａｌと化合物を形成、その中へＦｅ，ＮｉおよびＣｒを固溶、安全な添加範囲は１％以下、（Ｆｅ＋Ｎｉ＋Ｃｒ）／Ｍｎ比を一定値以下にすることが重要

銀

Ｑ

耐熱強度の改善

希土類

R

機械的性質および耐熱強度の改善、耐食性が若干向上

古くからの耐クリ−プ成分であり、0.1 〜 4％添加
(Mg12Ce 相の晶出）。
重希土類元素（Ｌa, Ｃe, Pr, Nd, Gd 等）の効果は大ケイ素

S

鋳造性、耐熱強度およびクリ−プ強度の改善

金属間化合物Ｍg２Ｓi 相を形成して結晶粒界に微細に分散、Ａｌ含有量が少ないほど効果大スズ

Ｔ

機械的性質、クリ−プ強度および耐食性の改善

Ｍg２Ｓｎの晶出、鋳造性劣化

ガドリウム

V

機械的性質の改善

新しく発見された添加元素

イットリウムＷ

結晶粒の微細化、耐熱強度の改善

Ｚｒとの共存で効果大

カルシウム

Ｘ

クリ−プ強度の改善、燃焼防止

熱間割れおよび焼付き増加、鋳造性およびリサイクル性の低下

亜鉛

Ｚ

鋳造性、機械的性質および耐食性の改善

2 〜 5％の含有で鋳造割れ感受性が顕著

表８ ダイカスト用マグネシウム合金の合金成分による分類
系列名

合金名

備考
最も一般的な添加元素、１〜９％添加、晶出物(Mg17Al12；β相）の分散強化による強度および耐食性の改善、Ａｌ含有量の増加により伸びおよび衝撃値が低下する

表９ 展伸用マグネシウム合金の合金成分による分類
系列名

合金名
ＡＺ１０Ａ、ＡＺ３１Ｂ、
ＡＺ３１Ｃ、

Ｍｇ-Ａｌ-Ｚｎ系

ＡＺ９１Ａ、ＡＺ９１Ｂ、
ＡＺ９１Ｄ

Ｍｇ-Ａｌ-Ｚｎ-Ｍｎ系

Ｍｇ-Ａｌ-Ｍｎ系

ＡＭ２０Ａ、
ＡＭ５０Ａ、
ＡＭ６０Ａ、
ＡＭ６０Ｂ

Ｍｇ-Ｍｎ系

Ｍ１Ａ

Ｍｇ-Ａｌ-Ｓｉ系

ＡＳ２１、
ＡＳ４１Ａ、
ＡＳ４１Ｂ

Ｍｇ-Ｍｎ-Ｚｎ系

ＺＭ２１

ＡＥ４２

Ｍｇ-Ｚｎ-Ｚｒ系

ＺＫ２１Ａ、
ＺＫ３１、
ＺＫ４０Ａ、
ＺＫ６０Ａ

Ｍｇ-Ｚｎ-Ｍｎ-Ｃｕ系

ＺＣ７１Ａ

Ｍｇ-Ａｌ-希土類元素（ＲＥ）系

ＡＺ６１Ａ、
ＡＺ８０Ａ

38

技術解説­2
マグネシウム合金と塗装

①

焼付け乾燥

上塗り塗装

焼付け乾燥

中塗り塗装

焼付け乾燥

プライマー塗装

研磨

乾燥

パテ付け

焼付け乾燥

プライマー塗装

前処理

④②③
図１

一般的なマグネシウム合金の塗装工程

４. マグネシウム合金の表面処理と塗装一般的なマグネシウム合金の塗装工程を図 1に示す。図中の番号は以下の通りである。
①マグネシウム素材の表面状態が良好でパテ工程の必要の無い場合。
（成形欠陥が無く仕上がり性に問題が無い状態で、現状では希な状況）②パテの研磨時に素材表面の露出が全く無く、十分な平滑性が得られる場合。
③中塗りの仕上がり状態が不良で、上塗りではカバーできない凹凸やクラック等の欠陥が残る場合は、再度パテ付けを実施。
④パテ研磨の際に素地の一部が露出する場合の工程。
4.1 マグネシウム合金の前処理
マグネシウム合金も他の金属と同様に化学的処理前の表面清浄が重要である。最初に表面の油、グリ−ス、汚れ、酸化物、その他製造工程中に付着した物質を除去し地肌を露出させる必要がある。付着した油脂類は溶剤またはアルカリ洗浄剤で除去する。バフ、ショットブ
ラスト等で酸化皮膜や汚れを除去した場合は酸洗を行って、ショット残査等の電解腐食の原因となる重金属を排除する必要がある。
現在の化成処理は、一部にクロム酸系の前処理剤が残っているが、ノンクロム酸系の前処理剤に移行しつつある。
4.2 マグネシウム合金の陽極酸化
この工程は、化成処理よりも優れた被膜が型成されるが、導通性の要求のあるノ−ト型パソコンや携帯電話の筐体には使用できない。
しかし、この工程後に塗装を行うことによって、大変優れた防食性を発揮する。
4.3 マグネシウム合金の塗装
マグネシウム合金の塗装は現在、溶剤形塗料による仕様が主流である。
家電用等では加熱可能な小物が大半である関係上、パテ以外は１液形の塗料が大半を占めている。最近は環境への配慮と作業性から、粉体塗料が選定される機会も多くなりつつある。
一方、大型の輸送機器関連へのマグネシウム合金の適用も検討されている。加熱による硬化が難しいために、２液タイプの常温硬化形塗料により進められている。

39

4.4
下塗り：MGガード＃1-SP（1液形変成エポキシ樹脂系）
上塗り：マグラック＃636（1液形アクリルメラミン系）
工
マグラッ
ク＃６３６
MGガー
ド＃1-S
P法
下塗り：15〜20μm
焼付け：110〜150℃ 20分（またはウェット・オン・ウェット）
下塗り：15〜20μm
焼付け：150℃ 20分

マグネシウム合金

4.4.1 プライマ−
マグネシウム用プライマ−としての重要な塗膜性能は下記の通りである。
①マグネシウム素材に対し、付着性が良好であること（ぺ−パ−研磨による化成処理が除かれた部分への付着性も考慮する）②素地欠陥への隠蔽性（下地被覆性）があること③塗膜の防食性、耐久性、耐薬品性が優れていること④幅広い上塗塗料に対する付着性が優れていること

塗装工程のイメージ

図２

溶剤形塗料

塗装仕様例Ⅰ（1 液形プライマー）（金属素地や上塗塗料に対する付着性、耐薬品性、乾燥性、防食性に優れた樹脂として、高分子エポキシ樹脂が使用されている。）

下塗り：MGガード＃13シリーズ（2液形エポキシアミン系）
上塗り：MGトップ（1液形アクリルメラミン系 高硬度）
工
MGトップ
MGガー
ド＃13

マグネシウム合金法
下塗り：35〜45μm
焼付け：110〜120℃ 20分
下塗り：20〜30μm
焼付け：150℃ 20分

塗装工程のイメージ

図3

塗装仕様例Ⅱ（2 液形プライマー）

・熱硬化形エポキシ樹脂塗料
高分子エポキシ樹脂をメイン樹脂とし、アミノ樹脂との架橋による緻密な３次元網目状構造を作ることにより、塗膜性能の向上を図る。
・２液硬化形エポキシ樹脂塗料
焼付け温度を低くする必要があるか、焼付けが難しい場合にはポリアマイド系または、アミンアダクト系の架橋剤を使用し、硬化させる。
4.4.2 パテ
一般に硬化乾燥性および、付着性の良好な不飽和ポリエステル樹脂を選定し、過酸化物を使用して反応させることが多い。
また、補修後の研磨性が必要であり、添加する体質顔料の種類、量および各種ビ−ズの添加により研磨性を調節する。
4.4.3 中塗り（サーフェーサー）中塗りは一般的に、アクリル樹脂やウレタン樹脂系の塗料が使用され、研磨部分のプライマ−上とパテ上での外観差をなくすための役割を担う。
また、
トップコ−ト
塗装前に表面欠陥の探査性を持たすため、色やつやの調整を行う場合もある。
4.4.4 トップコ−ト
トップコ−トに要求される項目としては、商品の評価を決定する重要な要素の一つである意匠性が挙げら40

技術解説­2
マグネシウム合金と塗装れる。特に手で直接触れる機会の多い携帯電話、タブ

３）低温・短時間焼付け形粉体塗料の開発

レット、ノ−ト型パソコン、デジタルカメラ、デジタルビデ

既存の溶剤形塗装ライン（乾燥炉）を有効利用、オカメラ等の情報機器周辺分野では、汗やハンドクリあるいはエネルギー有効利用という面から、低−ム、整髪料およびサンスクリ−ン等に対する特殊な耐温・短時間という条件が必須となる。

薬品性や摩耗性等の機能が特に重要となる。
また、塗４）少量・多色化対応

膜の耐久性についても、従来のアクリルメラミン樹脂系

５）意匠性粉体塗料から傷つき性や耐摩耗性、耐指紋性を考慮して、より高粉体塗料はランニングコスト面から、回収粉を使硬度のアクリルシリコン樹脂系、ＵＶ硬化樹脂系塗料用する場合が多く、外観安定性も重要である。

等を採用する等、選択幅が広がっている。

６）粒度分布がシャープな粉体塗料
製造方法の見直しを含め、粉砕、分級、捕集装置等

4.5
4.5.1

粉体塗料
粉体プライマ−（下塗塗料）

プライマーの役割は、溶剤形塗料と同様にマグネシウム合金との付着性、上塗塗料との層間付着性、表面欠陥の探査性、表面欠陥のカバー性、防食性および機能性付与等であり、極めて重要な役割を担っている。
付着性および防食性付与のためには、エポキシ樹脂系およびエポキシ／ポリエステル樹脂系が適用される。
ピンホール対策として、発泡抑制技術を組み込んだ塗料も有り、マグネシウム合金以外にもアルミダイキャストや溶融亜鉛めっき鋼板、鋳物等、焼付けにより塗膜の発泡を起こしやすい素材に対して抑制効果を発揮している。
4.5.2 １コート仕上げ用粉体塗料
最近のノート型パソコンや携帯電話等は、技術の進歩と共に機能面以外でも差別化を図るために、デザイン面や色調に工夫を凝らしてきている。
そのため高輝度メタリック仕上げ、パールメタリック調、つや消し塗料、スエード調・リンクル調・サテン調模様等の意匠性、デザイン性が重要視されている。
また、携帯用という点から、耐摩耗性、耐擦り傷性、汚染性等も重要である。
4.5.3

粉体塗料、粉体塗装の今後の課題

マグネシウム用塗料に要求される課題は密着性・隠蔽性・ワキ対策・意匠性であり、粉体塗料、粉体塗装の今後の課題について以下に列記した。
１）彩色での薄膜外観・隠蔽力の向上
２）発泡対策の検討が必要である。

5.

終わりにマグネシウム合金は身近に有りながら、コスト高、耐食性、燃焼性の問題でなかなか主要な金属とはなっていないが、環境や省エネを進める上では比重、リサイク
ル性において注目される金属である。金属の使用量が増加すれば、保護と意匠性を与えるための前処理と塗装の役割も大きくなる。素材を十分に理解した上での塗装系が準備できる様に合金の情報収集と塗装系の開発を継続していきたい。