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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024148354
(43)【公開日】2024-10-18
(54)【発明の名称】マグネシウム合金のリサイクル設備及びリサイクル方法
(51)【国際特許分類】
C22B 26/22 20060101AFI20241010BHJP
C22B 7/00 20060101ALI20241010BHJP
C22B 9/16 20060101ALI20241010BHJP
【ＦＩ】
C22B26/22
C22B7/00 F
C22B9/16
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023061421
(22)【出願日】2023-04-05
(71)【出願人】
【識別番号】000004215
【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】100123788
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 昭夫
(74)【代理人】
【識別番号】100127454
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 雅昭
(72)【発明者】
【氏名】山口 毅
(72)【発明者】
【氏名】部谷 道雄
(72)【発明者】
【氏名】川邊 主税
(72)【発明者】
【氏名】松▲崎▼ 貴英
【テーマコード（参考）】
4K001
【Ｆターム（参考）】
4K001AA38
4K001BA22
4K001BA23
4K001CA01
4K001GA19
(57)【要約】
【課題】マグネシウム合金を溶解させる際の防燃ガスの使用量を低減することが可能であり、環境面、安全面、及びコスト面で優れたマグネシウム合金のリサイクル設備を提供する。
【解決手段】本開示は、以下の手段を有する、マグネシウム合金のリサイクル設備である：マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解手段。
【選択図】図１Ｂ
【解決手段】本開示は、以下の手段を有する、マグネシウム合金のリサイクル設備である：マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解手段。
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
以下の手段を有する、マグネシウム合金のリサイクル設備：
（ａ）マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解手段。
（ａ）マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解手段。
【請求項2】
前記不燃金属がアルミニウム及び亜鉛からなる群より選択される、請求項１に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
【請求項3】
前記不燃金属がアルミニウムである、請求項２に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
【請求項4】
前記溶解手段が、前記マグネシウム合金スクラップ中のアルミニウムも含めて、マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウムの質量比が３３質量％以上となるように、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとを溶解する手段である、請求項３に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
【請求項5】
前記マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウムの質量比が３３質量％～７０質量％である、請求項４に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
【請求項6】
以下の手段をさらに有する、請求項５に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備：
（ｂ）前記溶解手段を経た、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を凝固させることにより、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を得る凝固手段。
（ｂ）前記溶解手段を経た、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を凝固させることにより、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を得る凝固手段。
【請求項7】
前記凝固手段が、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を、回転ロール又は水中に滴下することにより、凝固させる手段であり、
以下の手段をさらに有する、請求項６に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備：
（ｃ）前記Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を加工することにより、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料を得る加工手段；及び
（ｄ）前記粒状原料と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金チップと、を射出成形により混合溶解することで、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金射出成形体にリサイクルする成分調整手段。
以下の手段をさらに有する、請求項６に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備：
（ｃ）前記Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を加工することにより、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料を得る加工手段；及び
（ｄ）前記粒状原料と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金チップと、を射出成形により混合溶解することで、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金射出成形体にリサイクルする成分調整手段。
【請求項8】
前記凝固手段が、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を鋳造することにより、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有するＡｌ－Ｍｇインゴットを得る手段であり、
以下の手段をさらに有する、請求項６に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備：
（ｄ）前記Ａｌ－Ｍｇインゴットと、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解することにより、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金にリサイクルする成分調整手段。
以下の手段をさらに有する、請求項６に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備：
（ｄ）前記Ａｌ－Ｍｇインゴットと、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解することにより、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金にリサイクルする成分調整手段。
【請求項9】
以下の手段をさらに有し：
（ｃ）前記Ａｌ－Ｍｇインゴットを粒状に加工して、粒状原料としてのＡｌ－Ｍｇ粒子を得る加工手段；
前記成分調整手段が、前記Ａｌ－Ｍｇ粒子と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解する手段である、請求項８に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
（ｃ）前記Ａｌ－Ｍｇインゴットを粒状に加工して、粒状原料としてのＡｌ－Ｍｇ粒子を得る加工手段；
前記成分調整手段が、前記Ａｌ－Ｍｇ粒子と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解する手段である、請求項８に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
【請求項10】
前記成分調整手段が、前記Ａｌ－Ｍｇ粒子と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金チップと、を射出成形により混合溶解することで、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金射出成形体にリサイクルする手段である、請求項９に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
【請求項11】
前記加工手段が、打撃手段を用いて前記Ａｌ－Ｍｇインゴットを粉砕加工する手段である、請求項９に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
【請求項12】
前記マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウムの質量比が４２質量％～６５質量％である、請求項５～１１のいずれか一項に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
【請求項13】
以下の工程を有する、マグネシウム合金のリサイクル方法：
（ａ）マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解工程。
（ａ）マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解工程。
【請求項14】
前記溶解工程が、予め溶解した前記不燃金属中へ、前記マグネシウム合金スクラップを投入する方法により行われる、請求項１３に記載のマグネシウム合金のリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マグネシウム合金のリサイクル設備及びマグネシウム合金のリサイクル方法に関する。
【背景技術】
【0002】
非特許文献１に記載されているように、マグネシウム射出成形品の不要部分（クリーンスクラップ）は、材料メーカーにより回収され、再溶解及び成分調整された後、チップ化され、射出成形に再利用される。また、マグネシウム射出成形品の製品部分は、塗装などの表面処理が施され、製品として使用された後、分別回収される。そして、分別回収された製品部分は、塗装を剥離された後、クリーンスクラップと同様に再溶解及び成分調整され、チップ化され、射出成形に再利用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】「マグネシウム筐体のリサイクル技術」、成形加工、一般社団法人プラスチック成形加工学会、２００４年、第１６巻、第３号、ｐ．１６３―１６７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
溶融マグネシウム（溶湯）は、空気に触れると発火、燃焼する。そのため、マグネシウムを溶解する際は、マグネシウムの燃焼を防ぐために防燃ガスの使用が必要となる。防燃ガスとしては、ＳＦ６ガスが最も一般的に使用されている。しかし、ＳＦ６ガスの地球温暖化係数はＣＯ２ガスの２３，９００倍と非常に大きく、海外では使用禁止になるほどである。ＳＦ６ガスに替えてＨＦＣ－１３４ａやＳＯ２ガスといった防燃ガスも使用されているものの、環境負荷、人体への安全性、又はコスト等の点で課題を有しているのが現状である。
【0005】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、マグネシウム合金を溶解させる際の防燃ガスの使用量を低減することが可能であり、環境面、安全面、及びコスト面で優れたマグネシウム合金のリサイクル設備並びにリサイクル方法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】
【0006】
本開示の一実施形態に係るマグネシウム合金のリサイクル設備は、以下の手段を有する：
マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解手段。
マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解手段。
【0007】
また、本開示の一実施形態に係るマグネシウム合金のリサイクル方法は、以下の工程を有する：
マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解工程。
マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解工程。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、マグネシウム合金を溶解させる際の防燃ガスの使用量を低減することが可能であり、環境面、安全面、及びコスト面で優れたマグネシウム合金のリサイクル設備並びにリサイクル方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜マグネシウム合金のリサイクル設備＞
本開示の一実施形態に係るマグネシウム合金のリサイクル設備は、少なくとも以下の手段を有する。マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解手段。以下、図１Ａ、図１Ｂ及び図２を参照して、本実施形態に係るマグネシウム合金のリサイクルフローを説明する。
本開示の一実施形態に係るマグネシウム合金のリサイクル設備は、少なくとも以下の手段を有する。マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解手段。以下、図１Ａ、図１Ｂ及び図２を参照して、本実施形態に係るマグネシウム合金のリサイクルフローを説明する。
【0011】
図１Ａは、防燃ガスを使用してマグネシウム合金を溶解する手段を含むマグネシウム合金のリサイクルフローを示す。また、図１Ｂは、本開示の一実施形態に係るマグネシウム合金のリサイクルフローを示し、図２は、図１Ｂに示すリサイクルフローが有する各手段を、写真又は図と共に、より具体的に説明するリサイクルフローである。
【0012】
図１Ａに示すリサイクルフローは、まず、射出成形で得られたマグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ）射出成形体をゲートカットし、良品・不良品を選別する工程Ｓ１を有する。そして、続く溶解工程Ｓ２で、工程Ｓ１で得られた製品部以外の部分や不良品のマグネシウム合金スクラップを単独で溶解するため、防燃ガスの使用が必要となる。次いで、溶解により得られたマグネシウム合金の溶湯を鋳込み、凝固することにより、マグネシウム合金のインゴットが得られる（工程Ｓ３）。さらに、該インゴットを切削し（工程Ｓ４）、得られたマグネシウム合金チップを射出成形することにより（工程Ｓ５）、マグネシウム合金スクラップは、マグネシウム合金射出成形体としてリサイクルされる。
【0013】
一方で、図１Ｂ及び図２に示す本実施形態に係るリサイクルフローは、図１Ａの工程Ｓ１に対応する工程Ｓ１１に続いて、該工程Ｓ１１で得られた製品部以外の部分や不良品のマグネシウム合金スクラップに、アルミニウムを添加して溶解する溶解工程（溶解手段）Ｓ１２を有する。この溶解工程Ｓ１２によれば、燃焼しないＭｇ／Ａｌ比でアルミニウムを溶解させることができ、防燃ガスの使用量を低減することができる。
【0014】
また、Ｍｇ／Ａｌ比を適切な範囲に調整することにより、Ａｌ１２Ｍｇ１７のような金属間化合物が生成される。そのため、マグネシウム合金スクラップとアルミニウムを含む溶湯を、凝固工程（凝固手段）Ｓ１３で鋳込みし、凝固して得られるＡｌ－Ｍｇインゴットは、金属間化合物を含むものとなる。金属間化合物は、脆く、砕けやすいという性質を有することから、得られるＡｌ－Ｍｇインゴットは、続く加工工程（加工手段）Ｓ１４で、例えばハンマー等の打撃手段を用いて叩くだけで、容易に粒状に粉砕加工することが可能である。
【0015】
最後に、前記粉砕により得られたＡｌ－Ｍｇ金属間化合物（Ａｌ１２Ｍｇ１７）粒子と、マグネシウム合金チップと、を最終目標組成となるような比率で混合する成分調整工程（成分調整手段）Ｓ１５を経た後、射出成形を行う（工程Ｓ１６）。その結果、マグネシウム合金スクラップは、マグネシウム合金射出成形体としてリサイクルされる。このように、本実施形態によれば、マグネシウム合金の溶解時における防燃ガスの使用量を低減することができる。さらには、溶解時のＭｇ／Ａｌ比を適切な範囲に調整することにより、容易に粉砕し得る金属間化合物を含むインゴットを得ることができる。その結果、本実施形態によれば、図１Ａに示すリサイクルフローで必要となる、インゴットを切削する手間やコストを省くことが可能となる。以下、本実施形態に係るリサイクル設備が有する各手段（工程）について詳細に説明する。
【0016】
［溶解手段］
上記のとおり、マグネシウムは、大気中で溶解すると発火、燃焼する。そのため、本実施形態では、マグネシウム合金スクラップを単独で溶解せずに、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である金属（「不燃金属」とも称する）と共に溶解する。その結果、本実施形態によれば、マグネシウム合金溶解時の防燃ガスの使用量を低減することが可能となる。
上記のとおり、マグネシウムは、大気中で溶解すると発火、燃焼する。そのため、本実施形態では、マグネシウム合金スクラップを単独で溶解せずに、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である金属（「不燃金属」とも称する）と共に溶解する。その結果、本実施形態によれば、マグネシウム合金溶解時の防燃ガスの使用量を低減することが可能となる。
【0017】
（マグネシウム合金スクラップ）
マグネシウム合金スクラップとは、射出成形時に湯道（ランナー）内に存在するランナー部といったマグネシウム合金の射出成形品を製造する際に不要となる部分（製品部以外の部分）や、不良品等である。マグネシウム合金スクラップは、マグネシウム合金を用いた製品をリサイクルする際に排出される不要となったマグネシウム合金、又はリサイクルされるべきマグネシウム合金であってもよい。マグネシウム合金としては、特に限定されず、Ｍｇ－Ａｌ合金、Ｍｇ－Ａｌ－Ｚｎ合金、Ｍｇ－Ｚｎ合金、Ｍｇ－Ｚｎ－Ｚｒ合金、Ｍｇ－Ｃｕ－Ｚｎ合金、Ｍｇ－希土類元素合金、Ｍｇ－希土類元素－Ｚｒ合金、Ｍｇ－Ａｌ－Ｓｉ合金等を用いることができる。より具体的に、マグネシウム合金としては、ＡＺ９１Ｄ、ＡＭ６０Ｂ、ＡＭ５０Ａ、ＡＥ４２、ＡＳ４１等が挙げられるが、これらの中でも、ＡＺ９１Ｄが最も一般的に用いられている。
マグネシウム合金スクラップとは、射出成形時に湯道（ランナー）内に存在するランナー部といったマグネシウム合金の射出成形品を製造する際に不要となる部分（製品部以外の部分）や、不良品等である。マグネシウム合金スクラップは、マグネシウム合金を用いた製品をリサイクルする際に排出される不要となったマグネシウム合金、又はリサイクルされるべきマグネシウム合金であってもよい。マグネシウム合金としては、特に限定されず、Ｍｇ－Ａｌ合金、Ｍｇ－Ａｌ－Ｚｎ合金、Ｍｇ－Ｚｎ合金、Ｍｇ－Ｚｎ－Ｚｒ合金、Ｍｇ－Ｃｕ－Ｚｎ合金、Ｍｇ－希土類元素合金、Ｍｇ－希土類元素－Ｚｒ合金、Ｍｇ－Ａｌ－Ｓｉ合金等を用いることができる。より具体的に、マグネシウム合金としては、ＡＺ９１Ｄ、ＡＭ６０Ｂ、ＡＭ５０Ａ、ＡＥ４２、ＡＳ４１等が挙げられるが、これらの中でも、ＡＺ９１Ｄが最も一般的に用いられている。
【0018】
（不燃金属）
本開示に係る不燃金属は、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である金属である。ここで、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素とは、マグネシウム合金を構成する元素のうち、マグネシウムの次に成分比率が大きい元素を意味する。具体的に、上記のようなマグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素としては、アルミニウム、亜鉛、ジルコニウム、銅、希土類元素、シリコン、マンガン等が挙げられる。そして、これらの中でも、マグネシウムの溶解時に不燃である金属、すなわち不燃金属としては、アルミニウム又は亜鉛が好ましく、アルミニウムがより好ましい。
本開示に係る不燃金属は、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である金属である。ここで、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素とは、マグネシウム合金を構成する元素のうち、マグネシウムの次に成分比率が大きい元素を意味する。具体的に、上記のようなマグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素としては、アルミニウム、亜鉛、ジルコニウム、銅、希土類元素、シリコン、マンガン等が挙げられる。そして、これらの中でも、マグネシウムの溶解時に不燃である金属、すなわち不燃金属としては、アルミニウム又は亜鉛が好ましく、アルミニウムがより好ましい。
【0019】
（マグネシウムと不燃金属との成分比）
以下、不燃金属としてアルミニウムを用いた場合における、マグネシウムとアルミニウムとの成分比について、図３に示すＡｌ－Ｍｇ二元状態図を参照して説明する。
以下、不燃金属としてアルミニウムを用いた場合における、マグネシウムとアルミニウムとの成分比について、図３に示すＡｌ－Ｍｇ二元状態図を参照して説明する。
【0020】
図３に示すＡｌ－Ｍｇ二元状態図によれば、アルミニウム比率が４２質量％以上（マグネシウム比率が５８質量％以下）で、金属間化合物であるＡｌ１２Ｍｇ１７が生成される。なお、本開示における「アルミニウム比率」とは、マグネシウム合金スクラップ中のアルミニウムも含めた、マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウムの質量比を意味する。さらにアルミニウム量を増やしていくと、Ａｌ１２Ｍｇ１７以外にＡｌ３Ｍｇ２も生成される。具体的に、アルミニウム比率が６２質量％～６４質量％（マグネシウム比率が３６質量％～３８質量％）で、Ａｌ３Ｍｇ２が生成される。したがって、金属間化合物を主成分として含有する生成物を得るためには、図３の（ａ）に示す範囲、すなわちアルミニウム比率が４２質量％～６４質量％（マグネシウム比率が３６質量％～５８質量％）となるように、マグネシウム合金スクラップとアルミニウムとを混合することが好ましい。
【0021】
なお、二元状態図は、平衡状態における各成分の比率を示すものであり、非平衡状態にある場合等には、各成分の比率が、二元状態図に示される数値から、ずれる場合がある。そのため、本開示に係るマグネシウムと不燃金属との成分比（比率）は、平衡状態における成分比（比率）を意味するものである。また、本開示に係るマグネシウムと不燃金属との成分比（比率）の範囲は、二元状態図から読み取った数値に基づくものであり、特に断りのない限り、記載されている数値の前後１％の範囲を含むことを意図するものである。すなわち、例えば、「４２質量％以上６４質量％以下」は、「約４２質量％以上約６４質量％以下」を意図する範囲であり、この場合、「約」は、その数値の前後１％を含むことを意味する。
【0022】
アルミニウム比率が上記範囲（４２質量％～６４質量％）よりも多い場合、あるいは少ない場合であっても、生成物中の金属間化合物の割合が多ければ、該生成物は、金属間化合物に近い性質を有するものと考えられる。
【0023】
具体的に、アルミニウム比率を６４質量％から増やしていくと、Ａｌ３Ｍｇ２に加えてＡｌが生成される。防燃効果のみを考慮すれば、アルミニウム比率が例えば９９質量％となるまでマグネシウム合金スクラップを希釈しても問題ない。よって、防燃効果の観点からは、アルミニウム比率は６４質量％超え、９９質量％以下の範囲（１００質量％は含まない）であってもよい。ただし、アルミニウム比率が多くなるにつれて、必要となるアルミニウムの量も多くなる。また、アルミニウム比率が極端に多い場合、後述する成分調整工程にて再溶解インゴットとマグネシウム合金とを混合する際に、微量の再溶解インゴットの添加によって目標の最終組成が達成される。そのため、均一な混合という観点からは、アルミニウム比率が極端に多くならないように調整することが好ましい。
【0024】
一方で、図３の（ｂ）に示す範囲、すなわちアルミニウム比率が６４質量％超えであっても、７０質量％以下であれば（マグネシウム比率が３６質量％未満であっても３０質量％以上であれば）、Ａｌに対するＡｌ３Ｍｇ２の生成量が十分多くなり、得られるインゴットは、金属間化合物の特性を発揮しやすい。
【0025】
以上から、アルミニウム比率は７０質量％以下（マグネシウム比率は３０質量％以上）であることが好ましい。さらに、後述する加工工程における粉砕のし易さを考慮すると、後の工程で得られるインゴットは、延性を有するＡｌを含まないことが好ましい。したがって、アルミニウム比率は、Ａｌの生成を抑制し得る範囲、すなわち、６４質量％以下（マグネシウム比率は３６質量％以上）であることがより好ましい。ただし、後述する実施例４の結果を参照すれば、アルミニウム比率が６５質量％である場合にも、本開示に係る防燃ガスの使用量を低減する効果が十分に得られることが実証されている。したがって、本実施形態では、アルミニウム比率は６５質量％以下（マグネシウム比率は３５質量％以上）であることがより好ましいとも言うことができる。
【0026】
また、アルミニウム比率を４２質量％から少なくしていくと、Ａｌ１２Ｍｇ１７に加えてＭｇが生成される。しかし、図３の（ｃ）に示す範囲、すなわちアルミニウム比率が４２質量％より少なくても、３３質量％以上であれば（マグネシウム比率が５８質量％超えであっても、６７質量％以下であれば）、Ｍｇの生成も抑えられ、得られるインゴットは、脆く、砕けやすいという金属間化合物の特性を発揮しやすい。防燃という観点では、溶融状態におけるアルミニウム比率が多いほど防燃効果は高くなるものの、アルミニウム比率が３３質量％以上である場合には、防燃ガスの使用を大幅に低減することが可能である。一方、アルミニウム比率が３３質量％未満である場合も、アルミニウムを全く添加しない場合や、アルミニウムを９質量％含有する汎用マグネシウム合金であるＡＺ９１Ｄを用いた場合と比較すれば、優れた防燃効果を有しており、防燃ガスの使用量を低減することができる。以上から、アルミニウム比率は、３３質量％以上（マグネシウム比率は６７質量％以下）であることが好ましく、４２質量％以上（マグネシウム比率は５８質量％以下）であることがより好ましい。
【0027】
このように、溶解手段では、用いるマグネシウム合金スクラップ中のアルミニウム及びマグネシウムの比率に応じて、アルミニウム比率が好ましくは上記範囲内となるように、混合するマグネシウム合金スクラップ及びアルミニウムの量を適宜調整する。なお、以上は、不燃金属としてアルミニウムを用いた場合について説明したが、不燃金属として例えば亜鉛を使用した場合にも、上記と同様の理論に基づき、好ましい亜鉛比率を決定することができる。
【0028】
（溶解工程の手順）
溶解手段を用いる溶解工程では、マグネシウム合金スクラップを不燃金属の存在下で溶解させる。ここで、不燃金属の存在下でマグネシウム合金スクラップを溶解させるとは、マグネシウム合金スクラップを、単独で溶解させる態様を排除する意図である。すなわち、マグネシウム合金スクラップの溶解時に、不燃金属も共に存在していればよい。溶解手段としては、例えば、るつぼ等の耐熱容器が用いられ、溶解工程は、必要に応じて、撹拌下で実施される。るつぼの材質は、マグネシウムや不燃金属の溶解に耐え得ることを前提として特に限定されないが、例えば、黒鉛るつぼ及び鋳鋼製るつぼ等を用いることができる。溶解の際は、必要に応じて、精錬のためフラックスを用いてもよい。
溶解手段を用いる溶解工程では、マグネシウム合金スクラップを不燃金属の存在下で溶解させる。ここで、不燃金属の存在下でマグネシウム合金スクラップを溶解させるとは、マグネシウム合金スクラップを、単独で溶解させる態様を排除する意図である。すなわち、マグネシウム合金スクラップの溶解時に、不燃金属も共に存在していればよい。溶解手段としては、例えば、るつぼ等の耐熱容器が用いられ、溶解工程は、必要に応じて、撹拌下で実施される。るつぼの材質は、マグネシウムや不燃金属の溶解に耐え得ることを前提として特に限定されないが、例えば、黒鉛るつぼ及び鋳鋼製るつぼ等を用いることができる。溶解の際は、必要に応じて、精錬のためフラックスを用いてもよい。
【0029】
溶解工程では、不燃金属が溶解しているるつぼ内へマグネシウム合金スクラップを投入してもよく、両者をるつぼ内で混合した後に、一緒に溶解してもよい。ただし、マグネシウム合金の一例であるＡＺ９１Ｄの融点は５９５℃であり、不燃金属として好ましく用いられるアルミニウムの融点は６６０℃である。そのため、マグネシウム合金スクラップとアルミニウムとを、共にるつぼに入れた状態で溶解を始めると、最初にマグネシウムが溶けて、発火する恐れがある。したがって、溶解手段は、予めアルミニウム（不燃金属）のみを単独で溶解させておき、その溶解したアルミニウム（不燃金属）中へ、マグネシウム合金スクラップを投入する手段であることが好ましい。この方法によれば、マグネシウム（不燃金属）のみが先に溶解することを抑制することが可能であり、マグネシウムが燃焼するリスクをより低減することができる。
【0030】
なお、マグネシウム合金スクラップ中に水分が巻き込まれていたり、水分が付着していたりする場合がある。そのような場合には、溶解したアルミニウム（不燃金属）中へマグネシウム合金スクラップを投入する際に、溶湯がはじけ飛ぶ可能性がある。そのため、安全性の観点から、マグネシウム合金スクラップは、必要に応じて、予備加熱等により水分を除去した後に使用することが好ましい。また、溶湯表面での火種の発生を抑制するため、窒素ガスやアルゴンガスのような不活性ガスのフロー下で溶解工程を実施してもよい。
【0031】
アルミニウムとマグネシウム合金スクラップが混合溶解した後は、生成するＡｌ１２Ｍｇ１７等の融点（４５０℃程度）を考慮し、該融点よりも少し高い温度を保つことにより、溶融状態を維持することができる。そのため、アルミニウムとマグネシウム合金スクラップが混合溶解した後は、例えば５００℃位まで温度を下げて鎮静化及び均一化させてもよい。あるいは、鎮静化や均一化の工程が不要である場合は、溶解したアルミニウム中へマグネシウム合金スクラップを投入し、両者が混合溶解した段階で軽く撹拌し、すぐに金型に鋳込んでインゴットを作製等する次工程へ進めてもよい。
【0032】
［凝固手段］
本実施形態に係るリサイクル設備は、前記溶解手段を経て得られる不燃金属とマグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を凝固させることにより、不燃金属とマグネシウムとの金属間化合物（以下、「Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物」とも称する）を含有する原料を得る凝固手段を有していてもよい。
本実施形態に係るリサイクル設備は、前記溶解手段を経て得られる不燃金属とマグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を凝固させることにより、不燃金属とマグネシウムとの金属間化合物（以下、「Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物」とも称する）を含有する原料を得る凝固手段を有していてもよい。
【0033】
具体的に、凝固手段は、前記混合溶解物を鋳造することにより、前記Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料としてのＭ１－Ｍｇ金属間化合物を含有するＭ１－Ｍｇインゴットを得る鋳造手段であってもよい。一実施形態に係る鋳造手段では、前記マグネシウム合金スクラップと、不燃金属の一例であるアルミニウムとを含む溶湯を鋳型へ流し込み、固化させることにより、Ａｌ－Ｍｇインゴットを得る。上述のように、溶解工程での前記アルミニウム比率が３３質量％～７０質量％である場合、得られるＡｌ－Ｍｇインゴットは、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含む。さらに、前記アルミニウム比率が４２質量％～６４質量％（又は６５質量％）である場合は、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を主成分として含有するＡｌ－Ｍｇインゴットが得られる。なお、本開示中、「主成分として含有する」とは、当該成分が対象物の総量に対して５０質量％以上、例えば６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、又は９０質量％以上含まれることを意味し、実質的に当該成分１００質量％からなる場合も含む。
【0034】
凝固手段を経て得られるＡｌ－ＭｇインゴットがＡｌ－Ｍｇ金属間化合物を含むことは、例えば、ＸＲＤ分析等を行うことによって確認することができる。
【0035】
また、凝固手段は、前記混合溶解物を回転ロール又は水中に滴下すること等により急冷し、凝固させる手段であってもよい。具体的に、前記混合溶解物を、例えば一対の回転ロール間に供給し、シート状に加工することにより、前記Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料としてのシート状原料を得ることができる。さらに、凝固手段は、該シート状原料を切断、破砕して、粒状原料に加工する加工手段を後段に備えていてもよい。なお、本開示中、粒状とは、粒状、粒子状、チップ状及びペースト状等も含む意味であり、射出成形に用いる原料として適切な形状であればよい。
【0036】
［成分調整手段］
本実施形態に係るリサイクル設備は、前記凝固手段を経て得られるＭ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解することにより、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金にリサイクルする成分調整手段を有していてもよい。
本実施形態に係るリサイクル設備は、前記凝固手段を経て得られるＭ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解することにより、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金にリサイクルする成分調整手段を有していてもよい。
【0037】
上述の溶解手段では、マグネシウム合金スクラップをアルミニウムによって希釈している。そのため、前記凝固手段を経たＭ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料は、リサイクル原料として用いたマグネシウム合金スクラップに比べて、マグネシウム比率が低く、アルミニウム比率が高いものである。そこで、前記Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解することにより、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金を得ることができる。なお、最終目標組成とは、例えば、リサイクル原料であるマグネシウム合金スクラップと同等の組成であってもよく、適宜、所望の組成を設定してもよい。
【0038】
成分調整に用いる、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金は特に限定されず、最終目標組成に合わせて、適宜、選択することができる。そのようなマグネシウム合金としては、例えば、アルミニウムを６質量％含有するＡＭ６０ＢやＡＺ６１、アルミニウムを５質量％含有するＡＭ５０Ａのような市販チップが挙げられる。成分調整用のマグネシウム合金の使用量は、最終目標組成を考慮して、適宜設定すればよい。
【0039】
凝固手段を経て得られるＭ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料は、例えば、Ａｌ－Ｍｇインゴット自体であってもよく、また、該Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を、適宜、加工して得られるＡｌ－Ｍｇ粒子やＡｌ－Ｍｇチップ等の、Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料であってもよい。
【0040】
［加工手段］
すなわち、本実施形態に係るリサイクル方法は、前記凝固手段を経て得られるＡｌ－Ｍｇインゴット等のＭ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を、粉砕又は切削等により粒状に加工し、Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料を得る加工手段を有していてもよい。凝固手段（鋳造手段）を経て得られるＡｌ－ＭｇインゴットがＡｌ－Ｍｇ金属間化合物を含む場合、特に、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を主成分として含む場合、該インゴットは脆く、ハンマーやプレス等の打撃手段を用いて粉砕することにより、容易に粒状に加工することができる。もちろん、加工手段として切削等の機械加工を行うことにより粒状にしてもよい。ただし、本開示の一実施形態に係るＡｌ－Ｍｇ金属間化合物を含むＡｌ－Ｍｇインゴットは、切削等の機械加工を必要とせず、ハンマー等の打撃手段を用いて手で粉砕することにより、粒状原料としての、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含むＡｌ－Ｍｇ粒子に加工することができる。
すなわち、本実施形態に係るリサイクル方法は、前記凝固手段を経て得られるＡｌ－Ｍｇインゴット等のＭ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を、粉砕又は切削等により粒状に加工し、Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料を得る加工手段を有していてもよい。凝固手段（鋳造手段）を経て得られるＡｌ－ＭｇインゴットがＡｌ－Ｍｇ金属間化合物を含む場合、特に、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を主成分として含む場合、該インゴットは脆く、ハンマーやプレス等の打撃手段を用いて粉砕することにより、容易に粒状に加工することができる。もちろん、加工手段として切削等の機械加工を行うことにより粒状にしてもよい。ただし、本開示の一実施形態に係るＡｌ－Ｍｇ金属間化合物を含むＡｌ－Ｍｇインゴットは、切削等の機械加工を必要とせず、ハンマー等の打撃手段を用いて手で粉砕することにより、粒状原料としての、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含むＡｌ－Ｍｇ粒子に加工することができる。
【0041】
なお、前記成分調整手段は、加工手段を経て得られるＡｌ－Ｍｇ粒子等のＭ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金チップと、を、射出成形機を用いて射出成形することにより混合溶解する射出成形手段であってもよい。これにより、リサイクル品として、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金射出成形体が得られる。
【0042】
図４は、本開示の一実施形態に係る射出成形機１の概略正面図を示す。図４に示すように、射出成形機１は、金型を型締めする型締装置２と、射出される材料を加熱溶融して射出する射出装置３と、から構成されている。図４に示す射出成形機によれば、型締装置２は、紙面左側と右側の２つの金型４Ａ及び４Ｂを有する。そして、射出装置３は、シリンダ５と、シリンダ５内に収容されたスクリュ６と、スクリュ６を駆動する駆動機構７と、を備えている。シリンダ５の周りには、シリンダ５を加熱するためのヒータ８が配置される。スクリュ６は、駆動機構７によって回転駆動されるとともに矢印Ｘの方向に駆動される。駆動機構７はカバー９で覆われている。シリンダ５の後端部近傍には、射出される材料を供給するホッパー１０が設けられている。シリンダ５の先端には、２つの金型４Ａと４Ｂとで形成される金型内部の隙間（キャビティー）に射出材料を供給する射出ノズル１１が設けられている。
【0043】
このような構成を有する射出成形機１を用いて、ホッパー１０から、Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金チップと、を供給する。供給された材料は、ヒータ８の熱及びスクリュ６の回転により生じる剪断発熱により加熱されて溶融する。そして、混合溶解した材料が、射出ノズル１１の先端から、金型内部の隙間に射出される。その後、金型を、混合溶解した材料の凝固温度以下まで冷却することで、金型内に、リサイクル品であるマグネシウム合金射出成形体が得られる。
【0044】
＜マグネシウム合金のリサイクル方法＞
本開示の一実施形態に係るマグネシウム合金のリサイクル方法は、少なくとも以下の工程を有する。マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解工程。
本開示の一実施形態に係るマグネシウム合金のリサイクル方法は、少なくとも以下の工程を有する。マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解工程。
【0045】
本開示の一実施形態に係るマグネシウム合金のリサイクル方法は、以下から選択される１つ以上の工程をさらに有していてもよい。前記溶解工程を経て得られる不燃金属とマグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を凝固させることにより、Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を得る凝固工程；前記凝固工程を経て得られるＭ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解することで、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金にリサイクルする成分調整工程；前記凝固工程を経て得られるＭ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を、粉砕又は切削等により粒状に加工することにより、Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料を得る加工工程。
【0046】
前記凝固工程は、前記不燃金属とマグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を鋳造することにより、Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有するＭ１－Ｍｇインゴットを得る鋳造工程であってもよい。また、前記凝固工程は、前記混合溶解物を回転ロール又は水中に滴下すること等により急冷し、凝固させる工程であってもよい。凝固工程の後、加工工程を行うことにより、Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料を得ることができる。その場合、前記成分調整工程は、加工工程を経て得られるＡｌ－Ｍｇ粒子等の該Ｍ１－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金チップと、を、射出成形機を用いて射出成形することにより混合溶解する射出成形工程であってもよい。これにより、リサイクル品として、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金射出成形体が得られる。
【0047】
本開示に係るリサイクル方法が有する上記各工程は、上述の本開示に係るリサイクル設備が有する対応する各手段を用いて目的の手順を実施する工程である。そのため、上記本開示に係るリサイクル設備について説明した、対応する各手段を、適宜、各工程と読み替えて、本開示に係るリサイクル方法に適用可能であり、詳細な説明は省略する。
【実施例0048】
［実施例１～３］
図１Ｂ及び図２に示すリサイクルフローに従い、実施例１～３に係るマグネシウム合金のリサイクル方法を実施した。また、図５Ａ～Ｄは、各工程を実施する様子を示す写真である。リサイクル原料であるマグネシウム合金スクラップとしては、アルミニウムを９質量％含むＡＺ９１Ｄマグネシウム合金（商品名：ＴＭクリンプ、中央工産（株）製）の射出成形品から製品部を取り除いたランナー部を使用した。また、アルミニウムとしては、純アルミニウム系でアルミニウム含有率が９９．７質量％以上（アルミニウム１００質量％とみなす）であるＡ１０７０アルミニウム合金丸棒（φ５０ｍｍ）を使用した。
図１Ｂ及び図２に示すリサイクルフローに従い、実施例１～３に係るマグネシウム合金のリサイクル方法を実施した。また、図５Ａ～Ｄは、各工程を実施する様子を示す写真である。リサイクル原料であるマグネシウム合金スクラップとしては、アルミニウムを９質量％含むＡＺ９１Ｄマグネシウム合金（商品名：ＴＭクリンプ、中央工産（株）製）の射出成形品から製品部を取り除いたランナー部を使用した。また、アルミニウムとしては、純アルミニウム系でアルミニウム含有率が９９．７質量％以上（アルミニウム１００質量％とみなす）であるＡ１０７０アルミニウム合金丸棒（φ５０ｍｍ）を使用した。
【0049】
（溶解工程）
黒鉛るつぼに、Ａ１０７０アルミニウム合金とＡＺ９１Ｄマグネシウム合金スクラップとの質量比が１：１．６となるよう、合計９００ｇの材料を入れ、るつぼ炉内で７００℃まで加熱した（図５Ａ及び図５Ｂ）。このとき、混合溶解した状態で、マグネシウム合金スクラップ中のアルミニウムも含めたマグネシウム及びアルミニウムの総量に対するアルミニウム比率は４４質量％であった。溶解時に、何も添加しない条件（実施例１）、精錬のため塩化物系のフラックスのみ添加する条件（実施例２）、前記フラックスの添加に加え、溶湯表面にアルゴンガスをフローする条件（実施例３）の３条件で溶解工程を実施した。結果を表１に示す。表１に示すように、アルゴンガスをフローした実施例３では、一切の火種も発生しなかった。また、実施例１及び２では、溶湯表面に僅かな火種が発生したものの、マグネシウム合金を大気中で溶解したときのように次々と燃焼していくような現象は見られなかった。
黒鉛るつぼに、Ａ１０７０アルミニウム合金とＡＺ９１Ｄマグネシウム合金スクラップとの質量比が１：１．６となるよう、合計９００ｇの材料を入れ、るつぼ炉内で７００℃まで加熱した（図５Ａ及び図５Ｂ）。このとき、混合溶解した状態で、マグネシウム合金スクラップ中のアルミニウムも含めたマグネシウム及びアルミニウムの総量に対するアルミニウム比率は４４質量％であった。溶解時に、何も添加しない条件（実施例１）、精錬のため塩化物系のフラックスのみ添加する条件（実施例２）、前記フラックスの添加に加え、溶湯表面にアルゴンガスをフローする条件（実施例３）の３条件で溶解工程を実施した。結果を表１に示す。表１に示すように、アルゴンガスをフローした実施例３では、一切の火種も発生しなかった。また、実施例１及び２では、溶湯表面に僅かな火種が発生したものの、マグネシウム合金を大気中で溶解したときのように次々と燃焼していくような現象は見られなかった。
【0050】
（鋳造工程）
適宜、溶湯表面の火種を除去し、軽く攪拌した後、鋳鉄製の鋳型に溶湯を鋳込み（図５Ｃ）、冷却、凝固させることにより、金属間化合物であるＡｌ１２Ｍｇ１７を主成分とするＡｌ－Ｍｇインゴットを得た。図５Ｄは、得られたＡｌ１２Ｍｇ１７インゴットの断面を示す写真である。なお、得られたインゴットをＸＲＤ分析（ターゲット：Ｃｏ、加速電圧：４５ｋＶ、ビーム電流：４０ｍＡ）したところ、図６に示す結果が得られた。図６に示すように、得られたインゴットの回折ピークは、既知のＡｌ１２Ｍｇ１７のピークと一致し、金属間化合物であるＡｌ１２Ｍｇ１７が生成したことを確認することができた。
適宜、溶湯表面の火種を除去し、軽く攪拌した後、鋳鉄製の鋳型に溶湯を鋳込み（図５Ｃ）、冷却、凝固させることにより、金属間化合物であるＡｌ１２Ｍｇ１７を主成分とするＡｌ－Ｍｇインゴットを得た。図５Ｄは、得られたＡｌ１２Ｍｇ１７インゴットの断面を示す写真である。なお、得られたインゴットをＸＲＤ分析（ターゲット：Ｃｏ、加速電圧：４５ｋＶ、ビーム電流：４０ｍＡ）したところ、図６に示す結果が得られた。図６に示すように、得られたインゴットの回折ピークは、既知のＡｌ１２Ｍｇ１７のピークと一致し、金属間化合物であるＡｌ１２Ｍｇ１７が生成したことを確認することができた。
【0051】
（加工工程）
金属間化合物であるＡｌ１２Ｍｇ１７は非常に脆いことから、得られたＡｌ－Ｍｇインゴットを、ハンマーを用いて、手で粉砕したところ、図７に示すように、容易に粒状に粉砕することができた。このように、加工工程では、１０ｍｍ以下にまでＡｌ－Ｍｇインゴットを粉砕し、ふるいにかけて微粉を除去することにより、粒状原料としてのＡｌ－Ｍｇ（Ａｌ１２Ｍｇ１７）粒子を得た。なお、比較のため、ＡＺ９１Ｄマグネシウム合金やＡ１０７０アルミニウム合金をハンマーで叩いてみたところ、粉砕することはできなかった。
金属間化合物であるＡｌ１２Ｍｇ１７は非常に脆いことから、得られたＡｌ－Ｍｇインゴットを、ハンマーを用いて、手で粉砕したところ、図７に示すように、容易に粒状に粉砕することができた。このように、加工工程では、１０ｍｍ以下にまでＡｌ－Ｍｇインゴットを粉砕し、ふるいにかけて微粉を除去することにより、粒状原料としてのＡｌ－Ｍｇ（Ａｌ１２Ｍｇ１７）粒子を得た。なお、比較のため、ＡＺ９１Ｄマグネシウム合金やＡ１０７０アルミニウム合金をハンマーで叩いてみたところ、粉砕することはできなかった。
【0052】
（成分調整工程）
加工工程で得られたＡｌ－Ｍｇ（Ａｌ１２Ｍｇ１７）粒子と、市販の、アルミニウムを６質量％含むＡＭ６０Ｂマグネシウム合金チップ（商品名：ＴＭクリンプ、中央工産（株）製）とを、質量比でＡｌ１２Ｍｇ１７：ＡＭ６０Ｂ＝７．９：９２．１となるよう計量し、容器内でよく混合した。混合したチップを、マグネシウム射出成形機（商品名：ＪＬＭ２８０－ＭＧＩＩｅ、（株）日本製鋼所製）のホッパーから投入し、射出成形した（シリンダ温度：６１０℃）。その結果、シリンダ内で両材料が混合溶解され、金型内に高速射出されることで、リサイクル品である、アルミニウムを９質量％含むＡＺ９１Ｄマグネシウム合金の射出成形体が得られた。なお、シリンダ温度は、ＡＭ６０Ｂの液相線である６１５℃よりも高い温度であってもよい。また、Ａｌ１２Ｍｇ１７は４５０℃で溶解し、ＡＭ６０Ｂも固相線温度５４０℃から溶解し始めるため、ＡＺ９１Ｄの完全溶融温度である６００℃あるいはそれ以下の半溶融温度の設定であってもよい。
加工工程で得られたＡｌ－Ｍｇ（Ａｌ１２Ｍｇ１７）粒子と、市販の、アルミニウムを６質量％含むＡＭ６０Ｂマグネシウム合金チップ（商品名：ＴＭクリンプ、中央工産（株）製）とを、質量比でＡｌ１２Ｍｇ１７：ＡＭ６０Ｂ＝７．９：９２．１となるよう計量し、容器内でよく混合した。混合したチップを、マグネシウム射出成形機（商品名：ＪＬＭ２８０－ＭＧＩＩｅ、（株）日本製鋼所製）のホッパーから投入し、射出成形した（シリンダ温度：６１０℃）。その結果、シリンダ内で両材料が混合溶解され、金型内に高速射出されることで、リサイクル品である、アルミニウムを９質量％含むＡＺ９１Ｄマグネシウム合金の射出成形体が得られた。なお、シリンダ温度は、ＡＭ６０Ｂの液相線である６１５℃よりも高い温度であってもよい。また、Ａｌ１２Ｍｇ１７は４５０℃で溶解し、ＡＭ６０Ｂも固相線温度５４０℃から溶解し始めるため、ＡＺ９１Ｄの完全溶融温度である６００℃あるいはそれ以下の半溶融温度の設定であってもよい。
【0053】
［実施例４］
Ａ１０７０アルミニウム合金とＡＺ９１Ｄマグネシウム合金との質量比が１．６：１となるよう、すなわち、マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウム比率が６５質量％となるように溶解した以外は、実施例３と同様の方法により、溶解工程、鋳造工程及び加工工程を実施した。結果を表１に示す。その結果、燃焼や火種の発生は見られなかった。また、鋳造工程では、金属間化合物であるＡｌ３Ｍｇ２を主成分とするインゴットが得られた。このインゴットをハンマーで叩いたところ、容易に粒状に粉砕することができた。
Ａ１０７０アルミニウム合金とＡＺ９１Ｄマグネシウム合金との質量比が１．６：１となるよう、すなわち、マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウム比率が６５質量％となるように溶解した以外は、実施例３と同様の方法により、溶解工程、鋳造工程及び加工工程を実施した。結果を表１に示す。その結果、燃焼や火種の発生は見られなかった。また、鋳造工程では、金属間化合物であるＡｌ３Ｍｇ２を主成分とするインゴットが得られた。このインゴットをハンマーで叩いたところ、容易に粒状に粉砕することができた。
【0054】
【表1】
【0055】
実施例１及び２に係る溶解工程で、溶湯表面の一部で観察された火種は、アルゴンガスのような不活性ガスフローによって抑制することができる。ただし、今回は、アルミニウムとマグネシウム合金スクラップを同時に加熱し、昇温中に攪拌することもなかったため、より軽いマグネシウムが上部に偏析したことにより、火種が発生したものと考えられる。そのため、上述のように、最初にアルミニウムのみを単独で溶解させ、そこにマグネシウム合金スクラップを投入して溶け込ませることで、火種の発生を防ぐことができる。また、一旦、アルミニウムの融点である６５０℃以上で混合溶解させた後に、すぐさまＡｌ－Ｍｇ金属間化合物の融点である４５０℃よりも少し高い温度である５００℃前後に溶解温度を下げることで、マグネシウムの部分的な燃焼を防ぐことができる。
【0056】
以下、図８に示すＡｌ－Ｍｇ二元状態図を参照して、実施例の結果を考察する。実施例１～３では、溶解工程で、Ａ１０７０アルミニウム合金とＡＺ９１Ｄマグネシウム合金スクラップの質量比が１：１．６となるように混合し、アルミニウム比率は４４質量％（マグネシウム比率は５６質量％）であった。図８から分かるように、このアルミニウム比率では、金属間化合物であるＡｌ１２Ｍｇ１７が主に生成し、上記のとおり、Ａｌ１２Ｍｇ１７を主成分とするＡｌ－Ｍｇインゴットを作製することができた。そして、成分調整工程で、該インゴットを粉砕した粒状原料と、最終目標組成（アルミニウム：９質量％）よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金チップ（アルミニウム：６質量％）とを混合溶解することで、最終目標組成を有するマグネシウム合金射出成形体が得られた。
【0057】
また、実施例４では、溶解工程で、Ａ１０７０アルミニウム合金とＡＺ９１Ｄマグネシウム合金スクラップの質量比が１．６：１となるように混合し、アルミニウム比率は６５質量％（マグネシウム比率は３５質量％）であった。図８から分かるように、このアルミニウム比率では、金属間化合物であるＡｌ３Ｍｇ２が主に生成し、上記のとおり、Ａｌ３Ｍｇ２を主成分とするＡｌ－Ｍｇインゴットを作製することができた。
【0058】
本明細書は、以下の開示を含む。
［構成１］
以下の手段を有する、マグネシウム合金のリサイクル設備：
（ａ）マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解手段。
［構成２］
前記不燃金属がアルミニウム及び亜鉛からなる群より選択される、構成１に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成３］
前記不燃金属がアルミニウムである、構成２に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成４］
前記溶解手段が、前記マグネシウム合金スクラップ中のアルミニウムも含めて、マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウムの質量比が３３質量％以上となるように、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとを溶解する手段である、構成３に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成５］
前記マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウムの質量比が３３質量％～７０質量％である、構成４に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成６］
以下の手段をさらに有する、構成４又は５に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備：
（ｂ）前記溶解手段を経た、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を凝固させることにより、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を得る凝固手段。
［構成７］
前記凝固手段が、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を、回転ロール又は水中に滴下することにより、凝固させる手段であり、
以下の手段をさらに有する、構成６に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備：
（ｃ）前記Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を加工することにより、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料を得る加工手段；及び
（ｄ）前記粒状原料と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金チップと、を射出成形により混合溶解することで、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金射出成形体にリサイクルする成分調整手段。
［構成８］
前記凝固手段が、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を鋳造することにより、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有するＡｌ－Ｍｇインゴットを得る手段であり、
以下の手段をさらに有する、構成６に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備：
（ｄ）前記Ａｌ－Ｍｇインゴットと、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解することにより、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金にリサイクルする成分調整手段。
［構成９］
以下の手段をさらに有し：
（ｃ）前記Ａｌ－Ｍｇインゴットを粒状に加工して、粒状原料としてのＡｌ－Ｍｇ粒子を得る加工手段；
前記成分調整手段が、前記Ａｌ－Ｍｇ粒子と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解する手段である、構成８に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成１０］
前記成分調整手段が、前記Ａｌ－Ｍｇ粒子と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金チップと、を射出成形により混合溶解することで、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金射出成形体にリサイクルする手段である、構成９に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成１１］
前記加工手段が、打撃手段を用いて前記Ａｌ－Ｍｇインゴットを粉砕加工する手段である、構成９又は１０に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成１２］
前記マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウムの質量比が４２質量％～６５質量％である、構成５～１１のいずれかに記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［方法１］
以下の工程を有する、マグネシウム合金のリサイクル方法：
（ａ）マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解工程。
［方法２］
前記溶解工程が、予め溶解した前記不燃金属中へ、前記マグネシウム合金スクラップを投入する方法により行われる、方法１に記載のマグネシウム合金のリサイクル方法。
［構成１］
以下の手段を有する、マグネシウム合金のリサイクル設備：
（ａ）マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解手段。
［構成２］
前記不燃金属がアルミニウム及び亜鉛からなる群より選択される、構成１に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成３］
前記不燃金属がアルミニウムである、構成２に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成４］
前記溶解手段が、前記マグネシウム合金スクラップ中のアルミニウムも含めて、マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウムの質量比が３３質量％以上となるように、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとを溶解する手段である、構成３に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成５］
前記マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウムの質量比が３３質量％～７０質量％である、構成４に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成６］
以下の手段をさらに有する、構成４又は５に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備：
（ｂ）前記溶解手段を経た、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を凝固させることにより、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を得る凝固手段。
［構成７］
前記凝固手段が、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を、回転ロール又は水中に滴下することにより、凝固させる手段であり、
以下の手段をさらに有する、構成６に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備：
（ｃ）前記Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する原料を加工することにより、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有する粒状原料を得る加工手段；及び
（ｄ）前記粒状原料と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金チップと、を射出成形により混合溶解することで、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金射出成形体にリサイクルする成分調整手段。
［構成８］
前記凝固手段が、前記アルミニウムと前記マグネシウム合金スクラップとの混合溶解物を鋳造することにより、Ａｌ－Ｍｇ金属間化合物を含有するＡｌ－Ｍｇインゴットを得る手段であり、
以下の手段をさらに有する、構成６に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備：
（ｄ）前記Ａｌ－Ｍｇインゴットと、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解することにより、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金にリサイクルする成分調整手段。
［構成９］
以下の手段をさらに有し：
（ｃ）前記Ａｌ－Ｍｇインゴットを粒状に加工して、粒状原料としてのＡｌ－Ｍｇ粒子を得る加工手段；
前記成分調整手段が、前記Ａｌ－Ｍｇ粒子と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金と、を混合溶解する手段である、構成８に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成１０］
前記成分調整手段が、前記Ａｌ－Ｍｇ粒子と、最終目標組成よりもアルミニウム成分量が少ないマグネシウム合金チップと、を射出成形により混合溶解することで、最終目標組成のアルミニウム成分量を有するマグネシウム合金射出成形体にリサイクルする手段である、構成９に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成１１］
前記加工手段が、打撃手段を用いて前記Ａｌ－Ｍｇインゴットを粉砕加工する手段である、構成９又は１０に記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［構成１２］
前記マグネシウムとアルミニウムの合計質量に対するアルミニウムの質量比が４２質量％～６５質量％である、構成５～１１のいずれかに記載のマグネシウム合金のリサイクル設備。
［方法１］
以下の工程を有する、マグネシウム合金のリサイクル方法：
（ａ）マグネシウム合金スクラップを、マグネシウム合金を構成するマグネシウム以外の主要元素であって、且つマグネシウムの溶解時に不燃である不燃金属の存在下で溶解する溶解工程。
［方法２］
前記溶解工程が、予め溶解した前記不燃金属中へ、前記マグネシウム合金スクラップを投入する方法により行われる、方法１に記載のマグネシウム合金のリサイクル方法。
【符号の説明】
【0059】
１ 射出成形機
２ 型締装置
３ 射出装置
４Ａ、４Ｂ 金型
５ シリンダ
６ スクリュ
７ 駆動機構
８ ヒータ
９ カバー
１０ ホッパー
１１ 射出ノズル
２ 型締装置
３ 射出装置
４Ａ、４Ｂ 金型
５ シリンダ
６ スクリュ
７ 駆動機構
８ ヒータ
９ カバー
１０ ホッパー
１１ 射出ノズル
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6】
【図7】
【図8】