特許 6483503 成形加工用マグネシウム系部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6483503

(24)【登録日】2019年2月22日

(45)【発行日】2019年3月13日

(54)【発明の名称】成形加工用マグネシウム系部材

(51)【国際特許分類】

   C23C 24/04 20060101AFI20190304BHJP

   B32B 15/01 20060101ALI20190304BHJP

   B22F 3/04 20060101ALI20190304BHJP

   B22F 3/24 20060101ALI20190304BHJP

   B22F 1/00 20060101ALI20190304BHJP

【ＦＩ】

   C23C24/04

   B32B15/01 K

   B22F3/04 B

   B22F3/24 F

   B22F1/00 N

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-74176(P2015-74176)

(22)【出願日】2015年3月31日

(65)【公開番号】特開2016-194106(P2016-194106A)

(43)【公開日】2016年11月17日

【審査請求日】2018年2月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004640

【氏名又は名称】日本発條株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】平野 智資

【審査官】 萩原 周治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１９１３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９１８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０４３８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３６８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９７２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２６８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９５１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０７６４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１９３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６８９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２３４５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１９４１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０００８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３２１２１７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ ２４／００−３０／００

Ｂ２２Ｆ １／００−８／００

Ｂ３２Ｂ １／００−４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属または合金からなる基材の表面に、マグネシウム又はマグネシウム合金からなる粉末をガスと共に加速し、固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって薄膜を形成し、前記薄膜は、前記ガスおよび前記マグネシム又はマグネシウム合金の粉末を噴射するガスノズルを、前記基材の表面に対して垂直方向から４５°傾けた状態で、前記マグネシウム又はマグネシウム合金の粉末を噴射して形成することを特徴とする成形加工用マグネシウム系部材の製造方法。

【請求項2】

前記薄膜の前記基材と接する面と反対側の表面に、前記基材と同一の金属または合金、あるいは基材と異なる金属または合金からなる材料粉末をガスと共に加速し、前記薄膜の表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって皮膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の成形加工用マグネシウム系部材の製造方法。

【請求項3】

前記薄膜形成後に、前記基材を除去したことを特徴とする請求項１に記載の成形加工用マグネシウム系部材の製造方法。

【請求項4】

圧延、鍛造、プレス加工、押出加工、引抜加工または絞り加工用であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の成形加工用マグネシウム系部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成形加工用のマグネシウム系部材に関する。

【背景技術】

【0002】

マグネシウムおよびマグネシウム合金は、実用される金属材料の中で最も軽量であり、比強度、耐くぼみ性および振動吸収性に優れるだけでなく、電磁波シールド効果を有しているため、ノートパソコン、モバイル機器、自動車部品等に広く使用されている。

【0003】

マグネシウムおよびマグネシウム合金からなる製品は、通常、鋳物材料を圧延、プレス加工等により成形して得られるが、鋳物材料は偏析があり、粗大な結晶粒であるため、成形加工の際割れ等が起こりやすい。また、結晶構造が六方細密充填構造であるため、圧延処理等により底面が圧延面に対して平行に配列する集合組織が形成されやすく、一旦集合組織が形成されると板厚方向への変形は非常に困難である。

【0004】

マグネシウム合金の成形性を向上する技術として、マグネシウム合金に希土類元素や、ストロンチウムを配合することにより、プレス加工性等を向上できることが開示されている（例えば、特許文献１または２参照）。

【0005】

また、結晶粒を微細化して成形性を向上する技術として、マグネシウム合金の板材を、常温圧延と熱処理とを繰り返すことによりマグネシウム合金薄板を形成する方法（例えば、特許文献３参照）、鋳造されたマグネシウム合金を溶体化処理後、鍛造してアルミニウム合金の結晶粒径を１０μｍ以下とし、さらに鍛造により所望の形状とする成形方法（例えば、特許文献４参照）、圧延ロールに挿入前のマグネシウム合金の温度と圧延ロールの表面温度を所定の温度に制御しながらマグネシウム合金板を製造する方法（例えば、特許文献５参照）等が開示されている。

【0006】

さらに、結晶方位を傾斜させることにより成形性を向上する技術として、マグネシウム合金を高温下で異周速圧延を行うことにより得られた成形用マグネシウム合金部材（例えば、特許文献６〜８）等が開示されている。

【0007】

一方、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる金属層を有するマグネシウム系クラッド材であって、プレス成型性や耐食性に優れるものも提案されている（特許文献９または１０）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平０６−２９３９４４号公報

【特許文献2】特開平０７−１８８８２６号公報

【特許文献3】特開２００１−２９４９６６号公報

【特許文献4】特開２００３−２６８５１３号公報

【特許文献5】特開２００４−６００４８号公報

【特許文献6】特開２０１０−２０２８９８号公報

【特許文献7】特開２０１１−５８０５４号公報

【特許文献8】特開２０１４−４３６０１号公報

【特許文献9】特開２００６−８８４３５号公報

【特許文献10】特開２０１０−１５５３５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１および２では成形性は向上するものの、原料コストが上昇するとともに、リサイクルの際に問題となるおそれがある。一方、特許文献３〜８の技術では、圧延前または後に溶体化処理を要したり、４００℃以上での圧延が必要となり、工程が複雑化するとともに、装置が非常に大掛かりとなりコストが高くなる。さらに、特許文献９および１０に記載の技術では、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる金属層の両面にクラッド層を設けると、マグネシウム層にせん断変形をあまり加えることが出来なくなり、普通の圧延やプレスと同様、圧下率や加工代を大きく取ることが出来ないという問題を有している。

【0010】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、偏析や結晶方位の偏りが少なく、結晶粒が微細であるため成形加工に適した成形加工用マグネシウム系部材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る成形加工用マグネシウム系部材は、金属または合金からなる基材と、前記基材の表面に、マグネシウム又はマグネシウム合金からなる粉末をガスと共に加速し、固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成した薄膜とを備えることを特徴とする。

【0012】

また、本発明の成形加工用マグネシウム系部材は、上記発明において、前記薄膜の前記基材と接する面と反対側の表面に、前記基材と同一の金属または合金、あるいは基材２と異なる金属または合金からなる材料粉末をガスと共に加速し、前記薄膜の表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成した皮膜を備えることを特徴とする。

【0013】

また、本発明の成形加工用マグネシウム系部材は、上記発明において、前記薄膜形成後に、前記基材を除去したことを特徴とする。

【0014】

また、本発明の成形加工用マグネシウム系部材は、上記発明において、圧延、鍛造、プレス加工、押出加工、引抜加工または絞り加工用であることを特徴とする。

【0015】

また、本発明の成形加工用マグネシウム系部材は、上記発明において、前記薄膜は、前記ガスおよび前記マグネシム又はマグネシウム合金の粉末を噴射するガスノズルを、前記基材の表面に対して垂直方向から４５°傾けた状態で、前記マグネシウム又はマグネシウム合金の粉末を噴射して形成することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る成形加工用マグネシウム系部材は、コールドスプレー法、すなわち、マグネシウム又はマグネシウム合金からなる粉末をガスと共に加速し、基材表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによってマグネシウム又はマグネシウム合金からなる薄膜を形成するので、偏析や結晶方位の偏りが少なく、結晶粒が微細なため、成形加工が容易なマグネシウム系部材を得ることができる。また、本発明に係る成形加工用マグネシウム系部材は、目的の厚さに近い板材を直接的に作製できるため、その後の圧延やプレス加工等の加工工程を削減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る成形加工用マグネシウム系部材の断面図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係る成形加工用マグネシウム系部材の製造に使用するコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態の変形例１に係る成形加工用マグネシウム系部材の断面図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態の変形例２に係る成形加工用マグネシウム系部材の断面図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態の変形例２に係る成形加工用マグネシウム系部材の製造を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。即ち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。

【0019】

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る成形加工用マグネシウム系部材１の断面図である。図１に示すように、本発明の実施の形態に係る成形加工用マグネシウム系部材１は、基材２と薄膜３とを備える。

【0020】

基材２は、金属または合金からなるが、チタン又はチタン合金、アルミニウム又はアルミニウム合金、ニッケル又はニッケル合金、銅又は銅合金、ステンレス等の金属または合金が好ましい。

【0021】

薄膜３は、基材２の表面に、マグネシウム又はマグネシウム合金からなる粉末をガスと共に加速し、基材２の表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成されたマグネシウム又はマグネシウム合金層である。薄膜３を形成するマグネシウム又はマグネシウム合金としては、マグネシウム含量が９５質量％以上の純マグネシウムのほか、マグネシウム−アルミニウム合金（ＡＭ系）、マグネシウム−アルミニウム−亜鉛合金（ＡＺ系）、マグネシウム−亜鉛−ジルコニウム合金（ＺＫ系）、マグネシウム−銅−亜鉛合金（ＺＣ系）等の粉末を使用することができる。

【0022】

本発明の実施の形態に係る成形加工用マグネシウム系部材１において、成形加工用マグネシウム系部材１の厚さに対する薄膜３の厚さの割合は、軽量化等の観点から５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることが特に好ましい。

【0023】

次に、本実施の形態に係る成形加工用マグネシウム系部材１の製造について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る成形加工用マグネシウム系部材１の製造に使用するコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。図２に示すコールドスプレー装置１０は、圧縮ガスを加熱するガス加熱器１１と、薄膜３の材料であるマグネシウム又はマグネシウム合金粉末を収容し、スプレーガン１３に供給する粉末供給装置１２と、加熱された圧縮ガス及びそこに供給された材料粉末を基材に噴射するガスノズル１４と、ガス加熱器１１及び粉末供給装置１２に対する圧縮ガスの供給量をそれぞれ調節するバルブ１５及び１６とを備える。

【0024】

図２に示すようなコールドスプレー装置１０において、ガスノズル１４からガス加熱器１１で加熱された圧縮ガスとともにマグネシウム又はマグネシウム合金からなる粉末を基材２の表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによってマグネシウム又はマグネシウム合金からなる薄膜３を形成する。図２において、ガスノズル１４は、基材２の表面に対して垂直方向から材料粉末を噴射しているが、ガスノズル１４は、基材２の表面に対して傾けた状態で材料粉末を基材２に噴射してもよい。ガスノズル１４は、基材２に対して垂直方向から４５°まで傾けた状態で噴射可能である。コールドスプレー装置１０により形成された薄膜３は、圧延により製造されたものより結晶方位の偏りを小さくできるが、ガスノズル１４を傾けた状態で材料粉末を基材２に噴射して薄膜３を形成した場合、積層方向とその後の圧下方向に傾きを持たせることができるので、圧延性をより向上することができる。

【0025】

図２に示すようなコールドスプレー装置１０において、圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。ガス加熱器１１に供給された圧縮ガスは、例えば５０℃以上であって、薄膜３の材料粉末であるマグネシウム又はマグネシウム合金の融点よりも低い範囲の温度に加熱された後、スプレーガン１３に供給される。圧縮ガスの加熱温度は、好ましくは４００〜６００℃である。
一方、粉末供給装置１２に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置１２内の材料粉末をスプレーガン１３に所定の吐出量となるように供給する。

【0026】

加熱された圧縮ガスは末広形状をなすガスノズル１４により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。この際の圧縮ガスのガス圧力は、１〜５ＭＰａ程度とすることが好ましい。圧縮ガスの圧力および温度をこの程度に調整することにより、基材２に対する薄膜３の密着強度および薄膜３の密度の向上を図ることができるからである。より好ましくは、３〜５ＭＰａ程度の圧力で処理すると良い。スプレーガン１３に供給された粉末材料は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま、基材２上に高速で衝突して堆積し、薄膜３を形成する。なお、材料粉末を基材２に向けて固相状態で衝突させて薄膜３を形成できる装置であれば、図２に示すコールドスプレー装置１０に限定されるものではない。なお、マグネシウム又はマグネシウム合金からなる薄膜３の成膜中に、基材２を２５０℃程度に加熱することが好ましい。基材２を加熱することにより、マグネシウム又はマグネシウム合金からなる薄膜３の加工性が向上し、薄膜３の密度が向上する。

【0027】

コールドスプレー装置１０では、薄膜３の厚さは任意の厚さに調製可能であるため、上記のようにして製造した成形加工用マグネシウム系部材１を、そのまま、圧延、プレス加工等の成形加工を行うこともできるが、必要に応じて圧延を行い、薄膜３の厚さの公差をそろえてもよい。

【0028】

本発明の実施の形態に係る成形加工用マグネシウム系部材１は、コールドスプレー法によりマグネシウム又はマグネシウム合金からなる薄膜３を形成するが、ガスノズル１４から圧縮ガスとともに吐出されたマグネシウム又はマグネシウム合金粉末は固相状態で積層されるため、薄膜３中のマグネシウム又はマグネシウム合金の偏析が少ない。また、成膜に大きな加工歪みが加えられるため、成膜中の動的再結晶や成膜後の熱処理により結晶粒を微細化できる。これにより、本発明の実施の形態に係る成形加工用マグネシウム系部材１は、圧延、プレス加工、押出加工、引抜加工または絞り加工等の成形加工時の割れ等を抑制することができる。

【0029】

なお、実施の形態１において、板状の成形加工用マグネシウム系部材１について説明したが、成形加工用マグネシウム系部材は板状に限定されるものではなく、円柱状の基材の側面にマグネシウム又はマグネシウム合金からなる薄膜を形成したものであってもよい。係る場合は、円柱状の基材を回転させながらコールドスプレー法によりマグネシウム又はマグネシウム合金からなる薄膜を基材上に形成すればよい。

【0030】

なお、マグネシウム又はマグネシウム合金からなる薄膜３の基材２と接する面と反対側の表面に、基材２と同一の金属または合金、あるいは基材２と異なる金属または合金からなる材料粉末をガスと共に加速し、薄膜３の表面に固相状態のままで吹き付けて皮膜を形成してもよい。

【0031】

図３は、本発明の実施の形態の変形例１に係る成形加工用マグネシウム系部材の断面図である。変形例１に係る成形加工用マグネシウム系部材１Ａは、基材２および薄膜３に加え、皮膜４を備える。皮膜４は、基材２と同一の金属または合金、あるいは基材２と異なる金属または合金からなる材料粉末であり、図２に示すようなコールドスプレー装置１０において、ガスノズル１４からガス加熱器１１で加熱された圧縮ガスとともに皮膜４を形成する材料粉末を薄膜３の基材２と接する面の反対側の表面に、固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成する。

【0032】

皮膜４の形成において、圧縮ガスとしては、薄膜３を形成する際に使用する圧縮ガスと同様のヘリウム、窒素、空気などが使用される。圧縮ガスは、例えば５０℃以上であって、皮膜４の材料粉末の融点よりも低い範囲の温度に加熱された後、スプレーガン１３に供給される。本発明の実施の形態の変形例１に係る成形加工用マグネシウム系部材１Ａは、薄膜３中のマグネシウム又はマグネシウム合金の偏析が少なく、成膜に大きな加工歪みが加えられるため、成膜中の動的再結晶や成膜後の熱処理により結晶粒を微細化できる。したがって、薄膜３の両側に基材２および皮膜４を備える場合であっても、その後の圧延やプレスの加工代を大きく取ることができる。

【0033】

なお、実施の形態１の変形例１において、板状の成形加工用マグネシウム系部材Ａについて説明したが、円柱状の基材の側面にマグネシウム又はマグネシウム合金からなる薄膜を形成し、薄膜上に基材と同一の金属または合金、あるいは基材と異なる金属または合金からなる材料粉末をガスと共に加速し、薄膜の表面に固相状態のままで吹き付けて皮膜を形成したものであってもよい。

【0034】

また、本発明の成形加工用マグネシウム系部材は、本発明の実施の形態に係る成形加工用マグネシウム系部材１において、基材２を除去した薄膜３のみからなるものであってもよい。図４は、本発明の実施の形態の変形例２に係る成形加工用マグネシウム系部材の断面図である。

【0035】

変形例２に係る成形加工用マグネシウム系部材１Ｂは、薄膜３のみからなる。成形加工用マグネシウム系部材１Ｂは、本発明の実施の形態に係る成形加工用マグネシウム系部材１を作製した後、基材２を切削または剥離により除去することにより製造することができる。なお、変形例２に係る成形加工用マグネシウム系部材１Ｂは、円柱形状の基材の側面に薄膜を形成し、得られた薄膜を巻取ロールで巻き取ることにより連続的に製造することもできる。

【0036】

図５は、本発明の実施の形態の変形例２に係る成形加工用マグネシウム系部材の製造を説明する模式図である。図５に示すように、円柱形状の基材２Ｂを円柱の中心軸を回転軸として回転しながら、回転する円柱形状の基材２Ｂの側面にコールドスプレー装置１０により薄膜３を形成し、得られた薄膜３を巻取ロール５で巻き取ることにより成形加工用マグネシウム系部材１Ｂを連続的に製造することができる。

【符号の説明】

【0037】

１ 成形加工用マグネシウム系部材
２ 基材
３ 薄膜
４ 皮膜
５ 巻取ロール
１０ コールドスプレー装置
１１ ガス加熱器
１２ 粉末供給装置
１３ スプレーガン
１４ ガスノズル
１５ バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】