[高強度難燃性マグネシウム合金]
 以下、本発明の難燃性マグネシウム合金の� ��施の形態について詳細に説明する。先ず、� ��発明の理解を容易にするため、マグネシウ� ��合金について説明する。マグネシウム合金� ��ついては、米国材料試験協会(以下、「ASTM� �と称す。)あるいは日本工業規格(以下、「JIS 」と称す。)等により規格化されている。マ� �ネシウム合金は大別して、鋳造用マグネシ� �ム合金と展伸用マグネシウム合金がある。� �々について、ASTM及びJISで規格化されている� ��械的特性の最小値から最大値の範囲は以下� ��とおりである。これら規格化された合金の� ��学成分の組成は、規格化され、かつ公知技� ��であるのでその詳細説明は省略する。

 鋳造用マグネシウム合金の機械的特性は� ��次の通りである。引張強さ:140MPa(AM100A―F材) ~270MPa(ZK61A―T5、T6処理材)。耐力:70MPa(AM100A―F� ��)~180MPa(ZK61A―T5、T6処理材)。伸び:ほぼ0%(AM100 A―F材)~10%(AM50A―F材)。

 展伸用マグネシウム合金の機械的特性は� ��次の通りである。引張強さ:190MPa(AZ31C―O材)~ 310MPa(ZK60A―T5処理材)。耐力:90MPa(AZ31C―O材)~230 MPa(ZK60A―T5処理材)。伸び:4%(AZ31C―H14処理材)~1 3%(AZ31C―O材)。

 一般に、金属の場合、鋳造用合金に比し� ��展伸用合金は、塑性加工や加工熱処理の効� ��によって、強度や延性等の機械的性質が大� ��に向上する。マグネシウム合金においても� ��述のように向上はしているものの、強度、� ��性ともに他の金属より向上程度は少ないの� ��現状である。このため、さらなる技術開発� ��行われて前述の特許技術の事例のようにそ� ��技術が開示されている。

 本実施の形態は、Caが添加されて難燃化� �図られた難燃性マグネシウム合金に低価格� �元素や化合物の追加添加物を添加して、そ� �機械的強度を向上させるものである。本実� �の形態は、難燃性マグネシウム合金の粉砕� �を利用し、成形、焼結及び塑性加工により� �室温における引張強さを419MPa以上、耐力を38 0MPa以上の機械的特性を有する高強度難燃性� �グネシウム合金を提案するものである。

 次にその合金について説明する。本発明� ��実施の形態で示すマグネシウム合金は、ASTM の[AM60B]で表示される鋳造用マグネシウム合� �である。ただし、本発明の実施が可能な合� �としては、必ずしもこの鋳造用マグネシウ� �合金[AM60B]に限定されるものではなく、他の� ��グネシウム合金であってもよい。この合金� ��0.5~5.0質量%のCaを添加する。本実施の形態に おいては2質量%のCaを添加する。

 AM60Bは、ダイカスト用合金であり、耐食� �向上のため、不純物Fe、Ni、Cuの含有量を少� �くした高純度マグネシウム合金である。そ� �基本化学組成はAl5.5~6.5質量%、Mn0.24~0.60質量%� ��残部マグネシウムからなるものである。こ� ��にカルシウムを添加し、難燃性マグネシウ� ��合金としている。カルシウムの添加量は、� ��述のように0.5~5.0質量%が望ましい。

 マグネシウムは、結晶構造が稠密六方晶� ��あるため、室温のもとでは塑性加工性が極� ��て悪く、冷間加工はできないのが現状であ� ��。熱間では塑性加工性もかなり向上するが� ��他の金属と比較すると精緻な形状の加工は� ��はり困難である。従ってマグネシウム合金� ��製造は鋳造法が主に用いられる。又、鋳造� ��で得られた鋳造品や塑性加工で得られた鍛� ��材や展伸材等の最終形状への仕上げには切� ��加工が施される場合が多い。しかしながら� ��切削加工で発生する切削屑の処理はコスト� ��が嵩む制約があり、一方、リサイクル材と� ��てこのままで再利用するには多くの問題を� ��えている。

 近年この切削屑の有効利用を図る研究が� ��われているが、実用に供せる決定的な事例� ��まだ開示されていない。本例においては、� ��燃性マグネシウム合金の切削屑をベースと� ��るものである。この難燃性マグネシウム合� ��は、切削性が良好であるため高速切削が可� ��であり、従って切削屑を多く発生させるこ� ��が可能である。しかし、本発明においては� ��削屑に限定されず、切削屑に準じるもので� ��ればどのような粉砕物、小片状ブロックで� ��ってもよい。

 [高強度難燃性マグネシウム合金の製造方法 ]
 次に本発明の高強度難燃性マグネシウム合� ��の製造方法について説明する。ベースとな� ��マグネシウム合金は、本実施の形態では2質 量%のCaが添加された難燃性マグネシウム合金 「AM60B+2Ca合金」を用いた。AM60Bは本来鋳造用� ��マグネシウム合金であるが、熱間において� ��押し出し等の塑性加工を可能とするもので� ��る。この塑性加工には、押し出し加工、引� ��抜き加工、鍛造加工、回転鍛造加工、圧延� ��工等がある。このAM60Bに2質量%のCaを添加す� ��ことにより、このAM60Bに2質量%のCaを添加し� ��難燃性マグネシウム合金「AM60B+2Ca合金」の� ��火温度を200~300℃上昇させることができる。

 このため、大気中での溶解作業も安全に� ��うことができる。この難燃性マグネシウム� ��金「AM60B+2Ca合金」から、次工程の粉砕に適� ��る形態を有する小片状ブロックを求める。� ��実施の形態においては、難燃性マグネシウ� ��合金「AM60B+2Ca合金」の切削加工による切削� ��を便宜的に使用した。小片状ブロックとし� ��、切削加工による切削屑に限定されるもの� ��はないことはいうまでもなく、種々の機械� ��工で排出される切削屑や研削屑、切断・打� ��き等のプレス屑、破砕機による破砕屑、鋳� ��・鋳造材の小片状ブロック等を粉砕したも� ��であっても良い。これらの小片状ブロック� ��ら粉砕物を得るが、これにはボールミル等� ��用いる。

 本実施の形態における難燃性マグネシウム� ��金の場合、Caの添加によって難燃化が図ら� �ているので、粉砕物の常温状態で大気中に� �置しても安全である。例えば、146μmの平均� �径を有する難燃性マグネシウム合金「AM60B+2C a合金」の粉砕物の爆発下限濃度の値は100mg/m ³ であり、アルミニウム粉末(35mg/m ³ )よりも大きく、鉄粉末(<120mg/m ³ )程度になり、爆発の危険性は大幅に軽減さ� �取り扱いが容易となっている。

 次に、小片状ブロックから粉砕物を得るに� ��して、本実施の形態の特徴である追加添加� ��として所定元素あるいは化合物を添加する� ��この追加添加物は、希土類元素に限定され� ��ものではなく、その割合を含めて示すと、0 .1~0.3質量%C、1.0~12.0質量%Mo、0.5~5.0質量%Nb、0.5~ 6.0質量%Si、5.0~40.0質量%W、1.0~5.0質量%Al ₂ O ₃ 、2.0~6.0質量%Mg ₂ Si、0.7~20.0質量%SiCの各元素、あるいはこれら� ��所定化合物である。

 これらの元素あるいは化合物の種類と添� ��量を限定しているのは、製造される難燃性� ��グネシウム合金が高強度化が達成できる範� ��を示すもので、この範囲を外れると高強度� ��の効果は薄れるためである。これらの1種ま たは選択される複数種を追加添加し、小片状 ブロックの粉砕と元素あるいは化合物の複合 化を同時に行う。即ち、この粉砕工程におい て、小片状ブロックの難燃性マグネシウム合 金は、凝固組織が破壊され微細均質な組織に 改質する。同時に追加添加物は、粉末内部に 均一に入り込み、難燃性マグネシウム合金は 組織が微細・均質になる。

[成形及び焼結]
 次に、このように微細均質な組織になった� ��砕物の難燃性マグネシウム合金を成形及び� ��結する。この成形は、冷間成形あるいは熱� ��成形のいずれも可能であるが、工程の短縮� ��を考慮すると、焼結も同時に行える熱間成� ��が好ましい。熱間成形にはパルス通電焼結� ��が適する。パルス通電焼結法は、黒鉛モー� ��ドに対象となる試料を充填し、加圧しなが� ��パルス状に通電を行って焼結する公知の処� ��方法である。本例においては、この試料は� ��述した難燃性マグネシウム合金製の粉砕物� ��なる。この処理方法は粉砕物を効率よく加� ��し、短時間で焼結できる利点がある。

 次に、この成形及び焼結された難燃性マ� ��ネシウム合金粉砕物の焼結体をビレットと� ��て塑性加工を施す。この塑性加工は、焼結� ��にせん断変形を付与することによって、粉� ��物同士の固着を焼結体以上により強固にす� ��とともに、焼結体のミクロ組織も微細化す� ��効果がある。塑性加工を施す手段として、� ��し出し、圧延、引き抜き、鍛造、回転鍛造� ��の各種加工法があるが、本例においては材� ��の再結晶温度以上で行われる熱間押し出し� ��工を用いる。これは、押し出し加工では大� ��なせん断変形を加工物に付与することがで� ��るためである。又、この際の押し出し比は� ��ある程度高い方が得られる材料の機械的強� ��が増すが、必要以上に大きくすると押し出� ��金型の寿命低下や破損、押し出し設備の大� ��化等を招くため、押し出し比の最高は120程� ��が好ましい。

 この押し出し成形により焼結体中の粉砕� ��同士はせん断変形を受けてより強固に結合� ��、難燃性マグネシウム合金に元々含まれる� ��属間化合物の粒子、ならびに追加添加物が� ��グネシウムマトリックス中に均一に分散し� ��組織形態となる。又、熱間押し出し加工中� ��再結晶が生じてマグネシウムのマトリック� ��結晶粒は微細化される。これらによって機� ��的特性が向上し、高強度化が図られる。

 使用するマグネシウム合金は、前述の実� ��の形態で開示した以外に、0~12.0質量%のアル ミニウムと、0~5.0質量%の亜鉛と、0.5質量%以� �のマンガンを含むマグネシウム合金でも有� �な結果が可能である。更に、マグネシウム� �金は、米国材料試験協会(ASTM)規格表示のAZ31� ��、AZ61系、AZ80系、AZ91系、AZ92系、AM50系、AM60� ��、及びAM100系から選択されるいずれか1種を� ��用しても有効な結果が可能である。

 本発明は、このような性質を有する高強度� ��燃性マグネシウム合金を素材として、溶加� ��にも適用可能である。溶接作業の際に使用� ��れる溶加材、即ち溶接棒あるいは溶接線(又 は「溶接ワイヤ」ともいう)等は、マグネシ� �ム合金に0.5~5質量%のカルシウム(Ca)を添加し� ��上に更にC、Mo、Nb、Si、W、Al ₂ O ₃ 、Mg ₂ Si、SiCのいずれか1種以上を追加添加した本発 明に関わる高強度マグネシウム合金であり、 発火点が高く、強度を増している合金である 。

 難燃化に伴ない、接合においても火花等� ��発生に伴う火災等の危険性が少なくなり、� ��全に接合作業を行うことができる。一般に� ��溶接作業時には溶接時の熱によって蒸発し� ��物質が冷却されて固体の微粒子となったヒ� ��ームが発生することが知られているが、本� ��明による溶加材を使用することによって、� ��の発生を抑制できる。このように、実際の� ��接現場においてもその溶接環境の向上に寄� ��できる。

 溶加材は、例えば押し出し加工や伸線用� ��特化したローラダイス等による伸線加工を� ��す加工形態によって得られる。これらの加� ��を施すことにより、本発明溶加材に含まれ� ��追加添加物は、マグネシウムマトリックス� ��に一層の均質分散が可能となり、その結果� ��溶接組織においても均質組織が達成され、� ��械的特性の向上ができる。

 本発明の高強度難燃性マグネシウム合金� ��、溶加材として、マグネシウムやマグネシ� ��ム合金素材を溶接する際、溶接の種類に依� ��ず全般に適用可能であるが、特にTIG溶接やM IG溶接に好適に利用することができる。以下� ��TIG溶接で行った接合の実施例も合わせて示� ��。以上、実施の形態について説明したが、� ��発明は、本実施の形態に限定されないこと� ��いうまでもない。