マグネシウム合金の気相－固相法による高純度広幅リサイクル材の作製
富山高等専門学校 機械システム工学科
教授 井上 誠（平成 25 年度一般研究開発助成 AF-2013009）

キーワード：マグネシウム，真空蒸留法，塑性加工

１．研究の目的と背景を蒸発させ，その蒸気を低温部に拡散させ凝縮するもの

マグネシウムは密度が 1.74gcm-3 で，実用金属中最もで，蒸気圧の差を利用して高純度金属を得るものである．

軽く，比強度が他の汎用合金に比べて大きく，被削性も

この際，蒸気圧の低い不純物は蒸留残渣中に残留し，蒸優れており，リサイクル性にも優れている．したがって，気圧の高い不純物は排気あるいは低温度部に凝縮する

軽量化の要望が強い利用分野ではもっとも有望な材料ことで不純物が除去できる．

である．しかしながら，耐食性が劣り，溶解・鋳造時あマグネシウムは低い温度で高い蒸気圧を持つため，粗るいは切削加工時に酸化燃焼しやすく，コスト高である

マグネシウムあるいはマグネシウム合金を減圧下で融などの理由から，構造材料としての利用は限られていた．

解させた際にマグネシウムは蒸発し，不純物だけが残る．

近年，耐食性高純度合金の開発，表面処理技術および製蒸発したマグネシウムを凝縮させて回収することで高造技術の改善などによって上記の問題点が見直され，軽純度のマグネシウムを得ることができる．この方法によ量化の強いニーズを背景に資源的に恵まれているマグ

り Cu，Fe，Ni などの耐食性に悪影響を及ぼす元素を除1)

ネシウム合金の利用は最近著しく活発になっている ．

去することができる．

マグネシウムの結晶構造は最密六方構造であり，面心真空蒸留法で得られたマグネシウム凝縮物を液相法立方構造のアルミニウムや体心立方構造の鉄に比べ，室の溶解・鋳造法で構造品の作製も可能であるが，燃焼を温における塑性加工が困難であり，引張特性の異方性が防止するために防燃ガス，フラックスの使用の必要がああるが，熱間圧延，熱間押出の熱間加工性はアルミニウ

り，不純物の混入の恐れがあり，通常の金属に比べ，歩ムに劣らない

2),3)

．

留まりも良くない．

マグネシウムは一般的に腐食性の高い材料と言われ本研究室では，気相法の真空蒸留法で得られたマグネている．大気中では保護膜として表面に酸化マグネシウ

シウム凝縮物を溶解鋳造せずに，固相法の熱間押出を行ムが形成されるため耐食性は鉄より優れているが，塩素い，幅 30mm，厚さ 2mm 以下の板材の作製の検討を行ってイオン，酸，塩類が存在する雰囲気ではマグネシウムのきて，溶解鋳造により行った押出材と大差がないことを耐食性は良くない．

確認してきた 4),5)．

マグネシウムの精製技術のひとつに気相法の真空蒸

しかしながら，マグネシウムは塑性加工方向に対して留法がある．金属はそれぞれ固有の蒸気圧を有しており，の引張特性の異方性が知られており，引張特性の異方性

真空中で適当な温度に加熱すれば蒸気となって蒸発すを確認できる広幅の板材の作製を行い，引張特性を確認

る．金属の蒸留は，粗金属を真空中で加熱し主成分金属することが必要である．

そこで本研究では，マグネシウム合金の気相－固相法による高純度広幅リサイクル材の作製について検討した．

を用いて押出加工を行った．
圧延加工は，圧下率 30％/パス，ロール速度 7.0mm/min，ロール温度 80℃で行い，厚さ 0.7mm まで圧延を行った．
圧延前に加熱用のヒーターで材料を 450℃まで加熱した．

２．実験方法2.1 試料作製
本研究では，Mg と蒸気圧が近く，混入しやすい Zn の含有量が少ない AM60B マグネシウム合金(Mg-6.0％Al0.29％Mn)を使用した．
真空蒸留試験で使用したるつぼとコンデンサは Ni を含まないステンレス鋼を使用し，小るつぼは SUS410 ス
テンレス鋼，大るつぼおよびコンデンサは SUS430 ステ

比較のため厚さ 6.0mm の市販純 Mg 板材を厚さ 0.7mm まで圧延した．得られた圧延材の化学組成は，ICP 発光分
光分析法を用いて調べた．
引張試験の試験片は，得られた圧延材から長さ 70mm，標点間距離 15mm，圧延方向に対して 0o，45o，90o となる試験片を 3 つずつ作製した．引張試験の前に試験片を厚さ0.5mm まで研磨し，ひずみ速度 5.5×10-4s-1 で引張試験を行った．

ンレス鋼である．
原料，コンデンサ，るつぼの重量を測定した後，原料

３．実験結果および考察を小るつぼに入れ，大るつぼを挿入し，レトルト内に入3.1 圧延材の外観および化学組成れた．コンデンサの温度(回収温度)を設定した後，油回

図 2 に押出材の外観を示す．押出比 R33 の方が，押出転真空ポンプで真空排気し，電気炉でレトルト内を比 R11 に比べ，清浄な外観となった・

600℃まで加熱した．その後 600℃で所定の時間保持した．
この保持時間を蒸留時間とした．コンデンサは内径 50mm
φ50mm×4のものを使用した．

2.2 圧延材の作製
原料(AM60)
図 1 に回収したマグネシウム凝縮物の加工方法の概略

押 出
押出温度：325，350，375℃
押出比：R11，R33を示す．マグネシウム凝縮物のまま圧延を行った場合，凝縮物の粒や形状の影響を受けるため状態の悪い圧延材になる．そのため直径 50mm のマグネシウム凝縮物か

φ80mm
圧 延
圧下率 30％/パス

ら幅 30mm の押出材を作製し，長さ 80mm で切断し，押出方向に 90°の方向で圧延加工を行った．
押出用ダイスの形状に合ったビレットを作製する必要があるため，内径 50mm のコンデンサを用いて真空蒸

図 1 回収したマグネシウム凝縮物の加工方法の概略留を行った．ビレットにはコンデンサ温度 340℃で蒸留して得られたマグネシウム凝縮物を使用した．押出加工

R33 押出材(t=2mm)

R11 押出材(t=6mm)

は，押出温度 325℃，350℃，375℃，押出比 R11(厚さ 6mm)，
R33(厚さ 2mm)で行った．押出比 R11 では実験圧縮用押出プレス 400t 型(縦型)を，押出比 R33 では 100t 型(横型)20mm
図 2 押出材の外観20mm

R33 押出材(t=2mm)

R11 押出材(t=6mm)
引張強さ 0.2％耐力 (MPa)

伸び(％)

20mm

← 押出方向↑圧延方20mm

向0° 45°90° 0° 45°90° 0° 45°90°
押出温度 325℃
375℃
350℃
図 4 押出比 R33 の押出材からの圧延材の引張特性

図 3 押出材からの圧延材の外観
引張強さ 0.2％耐力 (MPa)伸び(％)

表 1 押出比 R11 の押出材からの圧延材の化学組成
Al

Mn

元素濃度 ( mass ppm )Zn
CuFeNi

原料AM60B

6.0×104

押出材
JISMI1A300.29×104
110060Mg

2701520<10残10<3<3<3残50503010>99.95

表 2 押出比 R33 の押出材からの圧延材の化学組成
Al
原料
AM60B
325℃
押出材
350℃
押出材
375℃
押出材
JISMI1A

元素濃度 ( mass ppm )
Mn
Zn
Cu Fe
Ni

0° 45°90° 0°45°90° 0° 45°90°
純 Mg (t=6 0.7)
R11R33Mg

図 5 押出温度 375℃での圧延材の引張特性

6.0×1040.29×104

270

1520<10残101305<3<3残<8<112085<3残の規格を示す．
マグネシウム地金 1 種 A の規格を満足し，

30<140206<3残耐食性に影響を及ぼす Fe，Cu，Ni の混入はほとんどな

1006050503010>99.95示す．比較として，JIS H 2150 マグネシウム地金 MI1Aかった．
表 2 に押出比 R33 の押出材からの圧延材の化学組成を

図 3 に押出材からの圧延材の外観を示す．押出比 R11示す．比較として，JIS H 2150 マグネシウム地金 MI1Aの押出材からの圧延材の方が,押出比 R33 の押出材からの規格を示す．350℃押出材の Zn 以外はマグネシウム地の圧延材に比べ，端部が若干，悪くなったが，幅 80mm

金 1 種 A の規格を満足していた．Zn は Mg と近い蒸気圧の広幅のリサイクル材を作製することができた.

を持ち，気相法の真空蒸留において混入しやすい元素で表 1 に押出比 R11 の押出材からの圧延材の化学組成をあるが，マグネシウムの耐食性には悪影響を及ぼさないと考えられている．

できる.
（２）得られた広幅リサイクル材の化学組成は，マグネ3.2 圧延材の引張特性
図 4 に押出比 R33 の押出材からの圧延材の引張特性を示す．
押出温度 325℃，350℃および 375℃の結果を示す．
押出温度によって若干バラツキはあるが，引張強さおよび 0.2％耐力は 90°方向になるほど，大きくなった．
図 5 に押出温度 375℃での圧延材の引張特性を示す．
押出比 R33 の押出材，押出比 R11 の押出材および純マグ
ネシウム地金からの圧延材の結果を示す．伸びはバラツ
キが大きかったが，引張強さおよび 0.2％耐力は 90°方

シウム地金 1 種 A の規格をほぼ満足し，耐食性に影響を及ぼす Fe，Cu，Ni の混入はほとんどなかった．
（３）押出比 R33 の押出材から得られた広幅リサイクル材の引張特性は，押出温度によって若干バラツキはあるが，引張強さおよび 0.2％耐力は 90°方向になるほど，大きくなる．押出温度 375℃において，押出比 R11 の押出材からの圧延材の方が,押出比 R33 の押出材からの圧延材より，純マグネシウム地金からの圧延材の引張特性に近い結果になった．

向なるほど大きくなった．また，押出比 R11 の押出材からの圧延材の方が,押出比 R33 の押出材からの圧延材よ謝

辞り，純マグネシウム地金からの圧延材の引張特性に近い

本研究は，公益財団法人天田財団からの一般研究開発結果になった．これは，圧延回数(押出比 R11 から圧延 6助成（AF-2013009）の交付により実施されたものであり，回，押出比 R33 から圧延 3 回)の多い押出比 R11 の押出心より深く感謝の意を表します．

材からの圧延材の方が，延性が大きくなり，強度も大き参考文献

くなったのではないかと思われる．

1)里 達雄：軽合金材料，コロナ社，(2011)．

４．結言
本研究では，マグネシウム合金の気相－固相法による高純度広幅リサイクル材の作製について検討した．得られた結果をまとめると以下の通りである．
（１）気相法の真空蒸留で得られた直径 50mm のマグネ
シウム凝縮物から幅 30mm の押出材を作製し，長さ 80mmで切断し，押出方向に 90°の方向で固相法の圧延加工を行い，幅 80mm の広幅のリサイクル材を作製することが2)日本塑性加工学会：マグネシウム加工技術，コロナ社(2004)．
3)小島 陽，井藤忠男：マグネシウム合金の製造と応用，(2006).
4)井上誠，島政司，会田哲夫，松澤和夫：軽金属，

59(2009), 637-641．
5) 井上 誠，松澤和夫，会田哲夫，高廣政彦：軽金属，
66(2016), 119-123．