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JP2005068516A - Magnesium alloy having excellent corrosion resistance and wear resistance, and its production method - Google Patents

Magnesium alloy having excellent corrosion resistance and wear resistance, and its production method Download PDF

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JP2005068516A
JP2005068516A JP2003301800A JP2003301800A JP2005068516A JP 2005068516 A JP2005068516 A JP 2005068516A JP 2003301800 A JP2003301800 A JP 2003301800A JP 2003301800 A JP2003301800 A JP 2003301800A JP 2005068516 A JP2005068516 A JP 2005068516A
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達正 小林
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Michiko Yoshitake
道子 吉武
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空之 藤井
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide magnesium alloy, i.e., a magnesium alloy working stock and a magnesium alloy molded part having improved corrosion resistance, and to provide its production method. <P>SOLUTION: The surface of a magnesium alloy is provided with a first metallic layer formed by using a physical vapor deposition method. The surface of the obtained first metallic layer is provided with a second metallic layer consisting of a metal different from the metal composing the first metallic layer by using an electrolytic deposition, electroless deposition or physical vapor deposition method. Then, the obtained multilayer film is heated to a temperature at which the metals composing the first metallic layer and the second metallic layer are mutually diffused so as to be alloyed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、耐食性および耐摩耗性に優れたマグネシウム合金とその製造方法に関する。より詳述すれば、本発明は、すず−ニッケル合金被覆層、すず−コバルト合金被覆層、亜鉛−ニッケル合金被覆層、または亜鉛−すず合金被覆層を設けた耐食性および耐摩耗性に優れたマグネシウム合金とその製造方法に関する。   The present invention relates to a magnesium alloy having excellent corrosion resistance and wear resistance and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to magnesium having excellent corrosion resistance and wear resistance provided with a tin-nickel alloy coating layer, a tin-cobalt alloy coating layer, a zinc-nickel alloy coating layer, or a zinc-tin alloy coating layer. The present invention relates to an alloy and a manufacturing method thereof.

本発明にかかるマグネシウム合金は、その表面に耐食性・耐摩耗性に優れた合金被覆層を設けていることから、耐摩耗性、耐食性が要求される各種用途に好適に用いることのできる。   Since the magnesium alloy according to the present invention is provided with an alloy coating layer having excellent corrosion resistance and wear resistance on the surface thereof, it can be suitably used for various applications requiring wear resistance and corrosion resistance.

マグネシウム合金は、軽量であるにもかかわらず、強度が高く、そのため自動車、航空機など高速移動物体の構造部材や、パーソナルコンピューター、携帯電話などの外装品( ハウジング) 等の構造部材に用いられてきている。従来、マグネシウム合金は、成形が難しく、また耐食性に劣る欠点を指摘されており、上述のような近年の市場拡大の歩みは比較的緩慢であったが、今日では、各種成型法が工業的に確立され、次第に市場が拡大してきている。   Despite being lightweight, magnesium alloys have high strength, and as such, have been used in structural members for high-speed moving objects such as automobiles and aircraft, and structural members such as exterior parts (housings) such as personal computers and mobile phones. Yes. Conventionally, magnesium alloys have been pointed out to be difficult to mold and have poor corrosion resistance, and the above-mentioned recent market expansion has been relatively slow, but today, various molding methods are industrially used. Once established, the market is gradually expanding.

しかしながら、耐食性が劣ることは依然として問題点となっており、マグネシウム合金の更なる市場の拡大を図るには、耐食性の改善が大きなポイントとなってきている。   However, inferior corrosion resistance remains a problem, and improvement of corrosion resistance has become a major point for further expansion of the magnesium alloy market.

ここに、マグネシウム合金の耐食性の改善には、合金組成を改良することでその改善を図ることが考えられるが、加工性の観点からあまり合金組成を変更することは好ましくなく、結局、マグネシウム合金の耐食性改善には、表面処理技術を工夫する外はないのであって、表面処理の重要性が以前にも増して要求されているのが現状である。   Here, in order to improve the corrosion resistance of the magnesium alloy, it can be considered to improve the alloy composition, but it is not preferable to change the alloy composition so much from the viewpoint of workability. In order to improve the corrosion resistance, there is no other way to devise the surface treatment technology, and the importance of the surface treatment is more demanding than before.

従来のマグネシウム成形品の表面処理技術としては、塗装技術がもっとも広く用いられてきた。これにより耐食性、色調を付与することが可能であるが、このような処理では経年変化は避けられず、そのために度重なるメインテナンスが必要となり、それによるコスト高は避けられない。しかも、塗装による表面処理では、耐摩耗性など機械的な機能性を付与することが難しいという問題もある。
特開2001−207255号公報 特開2001−181773号公報
As the conventional surface treatment technology for magnesium molded products, the coating technology has been most widely used. This makes it possible to impart corrosion resistance and color tone, but such treatment cannot avoid changes over time, and therefore, frequent maintenance is required, resulting in an inevitable increase in cost. Moreover, there is a problem that it is difficult to impart mechanical functionality such as wear resistance in the surface treatment by painting.
JP 2001-207255 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-181773

ここに、本発明の目的は、耐食性を改善したマグネシウム合金、すなわち、マグネシウム合金加工素材およびマグネシウム合金成形品ならびにその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a magnesium alloy with improved corrosion resistance, that is, a magnesium alloy processed material, a magnesium alloy molded article, and a method for producing the same.

さらに本発明の別の目的は、より安価な手段でもって耐食性のみならず、耐摩耗性をも一層改善したマグネシウム合金およびその製造方法を提供することである。   Furthermore, another object of the present invention is to provide a magnesium alloy and a method for producing the same which are further improved not only in corrosion resistance but also in wear resistance by a cheaper means.

本発明者らは、かかる目的達成のための手段について種々検討を重ねたところ、次のような知見を得た。なお、以下において、説明を簡単にするために、処理対象を「マグネシウム合金」とするが、これは「マグネシウム合金加工素材」および「マグネシウム合金成形品」を総称するものである。   The inventors of the present invention have made various studies on means for achieving the object, and have obtained the following knowledge. In the following, in order to simplify the explanation, the object to be treated is “magnesium alloy”, which is a general term for “magnesium alloy processed material” and “magnesium alloy molded product”.

まず、金属の表面処理としては、前述の塗装以外にも各種の方法があり、それぞれについてマグネシウム合金成形品との関連を検討した。   First, there are various methods other than the above-mentioned coating as the metal surface treatment, and the relationship with the magnesium alloy molded product was examined for each method.

マグネシウム合金の場合、水溶液からのカソード析出によるいわゆる電解めっきを行うことは困難である。そこで、先ず、塗料を使った塗装が先ず考えられるが、これにはすでに述べたような問題があり、更なる改良が求められている。   In the case of a magnesium alloy, it is difficult to perform so-called electrolytic plating by cathode deposition from an aqueous solution. Therefore, first, painting using a paint can be considered, but this has the problems described above, and further improvement is required.

ところで、マグネシウム合金にあっても、水溶液からのアノード反応を用いた陽極酸化処理がアルミニウムと同様可能であり、工業化されているが、アルミニウム合金の陽極酸化と異なり、六角柱状のセルからなるポーラス層の一方向成長が困難であり、その結果、所要の耐食性を確保するには、別途塗装を行う必要性があり、結局、前述のような問題は何ら解消できない。   By the way, even in the case of a magnesium alloy, anodization using an anodic reaction from an aqueous solution can be performed in the same manner as aluminum, and it has been industrialized, but unlike anodization of an aluminum alloy, a porous layer made of hexagonal columnar cells. As a result, in order to ensure the required corrosion resistance, it is necessary to perform another coating, and the above-mentioned problems cannot be solved at all.

その他、化成皮膜処理による防食皮膜の形成も考えられるが、これは多くの場合、マグネシウム合金表面と防食皮膜との密着性が十分でないことから、耐食性ばかりでなく、耐摩耗性の点で十分とは言えない。   In addition, the formation of an anticorrosion film by chemical conversion film treatment is also conceivable, but in many cases, the adhesion between the magnesium alloy surface and the anticorrosion film is insufficient, so that not only the corrosion resistance but also the wear resistance is sufficient. I can't say that.

ここに、本発明者らは、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなど、いわゆる物理蒸着によりマグネシウム合金上に異種金属を析出させることに着目した。   Here, the present inventors paid attention to depositing a different metal on a magnesium alloy by so-called physical vapor deposition such as vacuum vapor deposition, sputtering, or ion plating.

このような物理蒸着それ自体は、従来にあっても、すでに試みられている。これによりクロム金属皮膜、カドミウム金属皮膜を初めとする各種金属皮膜をマグネシウム合金表面上に形成させることは知られていたが、実用化されることはなかった。クロム、カドミウムなどの金属皮膜は耐食性、耐摩耗性に優れており、マグネシウム合金へのめっきとしてふさわしいと言えるが、クロム、カドミウムは人体に有害であり、前者は発ガン性物質である六価クロムを形成する可能性があり、また後者は有害物質であるため、環境負荷性が高いことに問題があった。また、その他の単体金属の皮膜では、耐食性の改善効果は見られるが、耐摩耗性が十分でないことも、マグネシウム合金の表面処理技術として今日までに物理蒸着が工業的に利用されてこなかった一つの理由と考えられる。   Such physical vapor deposition itself has already been attempted even in the past. Thus, it has been known that various metal films including a chromium metal film and a cadmium metal film are formed on the surface of the magnesium alloy, but it has not been put into practical use. Metal coatings such as chromium and cadmium have excellent corrosion resistance and wear resistance, and can be said to be suitable for plating on magnesium alloys, but chromium and cadmium are harmful to the human body, and the former is a carcinogenic substance, hexavalent chromium. Since the latter is a harmful substance, it has a problem of high environmental impact. In addition, although other single metal films have an effect of improving corrosion resistance, the wear resistance is not sufficient, and physical vapor deposition has not been used industrially as a surface treatment technology for magnesium alloys. One reason is considered.

そこで、本発明者らは、合金化した被覆層を設けることを着想し、更なる検討を行った。   Therefore, the present inventors conceived of providing an alloyed coating layer and further studied.

すなわち、物理蒸着した金属単体では耐食性はともかく耐摩耗性などの機械的強度が十分でないことから、合金化皮膜を設けるというのである。しかしながら、すでに述べたように、水溶液からの合金めっきは実用上問題がある。また、上述の物理蒸着により最初から合金を蒸着させることも考えられるが、その場合には、均一組成の合金皮膜を形成することが難しいから、耐食性がかえって低下することが考えられる。   In other words, the physical vapor deposited metal alone has insufficient mechanical strength such as wear resistance, in addition to corrosion resistance, and therefore an alloyed film is provided. However, as described above, alloy plating from an aqueous solution has practical problems. In addition, it is conceivable to deposit an alloy from the beginning by the physical vapor deposition described above, but in that case, it is difficult to form an alloy film having a uniform composition.

ここに、本発明者らは、種々の試行錯誤の結果、マグネシウム合金表面に上述の物理蒸着により単体金属の多層化めっきを行い、これを加熱拡散させることにより合金化が可能となるばかりでなく、加熱拡散により合金化した合金は、組成的にも被覆表面全体にわたって均一となり、しかも、内部に熱応力をもつことがないことから、耐食性がさらに改善されることを知った。さらに、特定組成の合金皮膜とすることで、マグネシウム合金基地との密着性が大幅に改善されることを知った。   Here, as a result of various trials and errors, the present inventors not only enable alloying by performing multilayer plating of a single metal on the surface of the magnesium alloy by the above-described physical vapor deposition and heat diffusing it. It has been found that an alloy alloyed by heat diffusion is uniform over the entire coating surface in composition, and further has no internal thermal stress, so that the corrosion resistance is further improved. Furthermore, it has been found that the adhesion with the magnesium alloy base is greatly improved by using an alloy film having a specific composition.

さらに本発明者らは、マグネシウム合金の上に設ける上述の特性組成の合金被覆層として、すず−ニッケル合金被覆層、すず−コバルト合金被覆層は、すず−銅合金被覆層、亜鉛−ニッケル合金被覆層、そして亜鉛−すず合金被覆層が、耐食性ばかりでなく、マグネシウム合金表面との密着性にすぐれており、耐食性、耐摩耗性の点で特に優れていることを知見した。   Furthermore, the present inventors provide a tin-nickel alloy coating layer, a tin-cobalt alloy coating layer, a tin-copper alloy coating layer, and a zinc-nickel alloy coating as the alloy coating layer having the above-mentioned characteristic composition provided on the magnesium alloy. It was found that the layer and the zinc-tin alloy coating layer are excellent not only in corrosion resistance but also in adhesion to the magnesium alloy surface, and are particularly excellent in terms of corrosion resistance and wear resistance.

すなわち、本発明者らは、すずとニッケル、コバルトあるいは銅、亜鉛とすずあるいはニッケルとが完全に合金化し、均一かつ安定な上記金属のすず合金膜をあるいは亜鉛合金膜をマグネシウム合金上に得るべく、鋭意検討を実施した結果、前記合金膜の構成元素でのいずれかからなる各層を物理蒸着により積層析出させ、その後同様の物理蒸着法あるいは電析、無電解析出法により多層膜を形成した後、この多層膜を所定温度に加熱することによって前記各層間で拡散を生じさせることによって、すずあるいは亜鉛と各種合金元素とが均一に合金化し、長期間の使用において優れた耐食性、耐摩耗性、装飾性を示すことを見いだしたのである。   That is, the inventors of the present invention have found that tin and nickel, cobalt or copper, zinc and tin or nickel are completely alloyed to obtain a uniform and stable tin alloy film of the above metal or a zinc alloy film on a magnesium alloy. As a result of intensive studies, each layer composed of any of the constituent elements of the alloy film was deposited by physical vapor deposition, and then a multilayer film was formed by the same physical vapor deposition method, electrodeposition, or electroless deposition method. The multilayer film is heated to a predetermined temperature to cause diffusion between the layers, whereby tin or zinc and various alloy elements are uniformly alloyed, and have excellent corrosion resistance, wear resistance, It was found to show decorativeness.

すなわち、本発明の方法によれば、前記すず層あるいは亜鉛層を構成するすず元素とあるいは亜鉛元素と、前記各種合金元素との拡散を通じて、間接的にすず合金膜あるいは亜鉛合金膜を製造するものである。   That is, according to the method of the present invention, a tin alloy film or a zinc alloy film is indirectly manufactured through diffusion of the tin element constituting the tin layer or the zinc layer, or the zinc element and the various alloy elements. It is.

ここに、本発明は、最も広義には、加熱拡散合金被覆層を表面に設けたことを特徴とするマグネシウム合金またはマグネシウム合金である。   Here, in the broadest sense, the present invention is a magnesium alloy or a magnesium alloy characterized in that a heat diffusion alloy coating layer is provided on the surface.

本発明の好適態様によれば、多層金属 (単体) 層に由来する上記加熱拡散合金被覆層としては、すず−ニッケル合金被覆層、すず−コバルト合金被覆層は、すず−銅合金被覆層、亜鉛−ニッケル合金被覆層、そして亜鉛−すず合金被覆層から成る群から選ばれるものである。   According to a preferred embodiment of the present invention, the heating diffusion alloy coating layer derived from the multilayer metal (single) layer includes a tin-nickel alloy coating layer, a tin-cobalt alloy coating layer, a tin-copper alloy coating layer, zinc A nickel alloy coating layer and a zinc-tin alloy coating layer.

本発明によれば、マグネシウム合金の表面に設ける第1層および第2層の金属層は、それぞれ異種の金属であり、また物理蒸着によるものであるが、第2層の金属層は、水溶液を使った電解めっき、あるいは置換めっきのような無電解めっきにより設けてもよい。   According to the present invention, the first and second metal layers provided on the surface of the magnesium alloy are dissimilar metals and are formed by physical vapor deposition, but the second metal layer is an aqueous solution. You may provide by electroless plating which used electroplating or displacement plating.

本発明の別の態様によれば、マグネシウム合金の表面に設ける第1層の金属層は、物理蒸着によるものであるが、そのときの金属種が例えば亜鉛、すず、またはニッケルの場合には、次いで設ける第2層の金属層は、水溶液を使った電解めっきあるいは無電解めっきにより設けてもよい。もちろん、そのような場合にあっても、第2層を物理蒸着によって設けてもよい。   According to another aspect of the present invention, the metal layer of the first layer provided on the surface of the magnesium alloy is by physical vapor deposition. When the metal species at that time is, for example, zinc, tin, or nickel, The second metal layer to be provided may be provided by electrolytic plating using an aqueous solution or electroless plating. Of course, even in such a case, the second layer may be provided by physical vapor deposition.

ここに、本明細書に云う「物理蒸着」は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどのいわゆるPVD 法を云う。   Here, “physical vapor deposition” in the present specification refers to a so-called PVD method such as vacuum vapor deposition, sputtering, or ion plating.

また、「電解めっき」は、水溶液を使った通常の電解めっきをそのまま用いればよい。通常は電解めっきは速度が非常に遅いため、実用上厚めっきには不向きであるが、本発明の場合、表面層の厚さは、1〜10μm 程度であり、短時間の電解めっきで可能となる。   Moreover, what is necessary is just to use normal electrolytic plating using aqueous solution as it is for "electrolytic plating." Normally, electroplating is very slow, so it is not practically suitable for thick plating, but in the case of the present invention, the thickness of the surface layer is about 1 to 10 μm, which can be achieved by short-term electroplating. Become.

同様に、「無電解めっき」も、水溶液を使った通常の化学めっきを意味し、金属種とその種類によって使用する還元剤は適宜選択して用いればよい。この場合にも本発明ではめっき皮膜厚さは非常に薄いものであり、そのような無電解めっきでも比較的短時間でめっきが可能である。   Similarly, “electroless plating” means normal chemical plating using an aqueous solution, and a reducing agent to be used may be appropriately selected and used depending on the metal type and its type. Also in this case, in the present invention, the plating film thickness is very thin, and such electroless plating can be plated in a relatively short time.

より具体的には、本発明は、物理蒸着法により所定のマグネシウム合金基板上に第一層を、その後同様の物理蒸着、電解、あるいは無電解析出により第二層を積層させ、すず層とニッケル層、すず層とコバルト層、すず層と銅層、亜鉛層とすず層、亜鉛層とニッケル層の1種の組み合わせからなる多層膜を形成し、前記多層膜を所定温度で加熱することにより、すず−ニッケル合金被覆層、すず−コバルト合金被覆層、すず−銅合金被覆層、亜鉛−ニッケル合金被覆層、または亜鉛−すず合金被覆層の加熱拡散合金被覆層を生成させることを特徴とする、耐食性および耐摩耗性に優れたマグネシウム合金の製造方法である。   More specifically, in the present invention, the first layer is laminated on a predetermined magnesium alloy substrate by a physical vapor deposition method, and then the second layer is laminated by the same physical vapor deposition, electrolysis, or electroless deposition. Forming a multilayer film composed of one combination of a layer, a tin layer and a cobalt layer, a tin layer and a copper layer, a zinc layer and a tin layer, a zinc layer and a nickel layer, and heating the multilayer film at a predetermined temperature, Generating a heat diffusion alloy coating layer of a tin-nickel alloy coating layer, a tin-cobalt alloy coating layer, a tin-copper alloy coating layer, a zinc-nickel alloy coating layer, or a zinc-tin alloy coating layer, This is a method for producing a magnesium alloy having excellent corrosion resistance and wear resistance.

このように、本発明の方法によれば、すず、亜鉛の合金膜構成元素のいずれかを第一層として物理蒸着で形成させるため、従来一般的に水溶液からでは困難であっためっき金属の析出が可能となる。また、加熱による合金元素相互間の拡散を通じて前記合金膜を製造するため、たとえ熱的に非平衡な相が存在していたとしても、加熱拡散過程における加熱によって安定な平衡相へと移行してしまう。このため、仮に水溶液から従来の合金電析法が可能になったとしても、そのような方法で得られた合金膜と異なり、熱処理により非平衡相の形成を防ぐことができるため、使用中における前記合金膜の特性変化をきわめて効果的に抑制することができる。   As described above, according to the method of the present invention, since any one of the alloy elements of tin and zinc is formed by physical vapor deposition as the first layer, it is conventionally difficult to deposit a plating metal from an aqueous solution. Is possible. In addition, since the alloy film is manufactured through diffusion between alloy elements by heating, even if a thermally non-equilibrium phase exists, it is shifted to a stable equilibrium phase by heating in the heating diffusion process. End up. For this reason, even if a conventional alloy electrodeposition method can be performed from an aqueous solution, unlike an alloy film obtained by such a method, the formation of a nonequilibrium phase can be prevented by heat treatment. Changes in the characteristics of the alloy film can be extremely effectively suppressed.

また、拡散温度および拡散時間を適宜に調節することにより、すずと、これに対してニッケル、コバルト、銅、あるいは亜鉛と、これに対してすず、ニッケルをほぼ完全に合金化することができるため、長時間の使用において組成変化が生じることもない。したがって、このことからも、前記合金膜に付与した耐食性、耐摩耗性などの諸機能を長時間にわたって維持することができる。   Also, by appropriately adjusting the diffusion temperature and diffusion time, tin, nickel, cobalt, copper, or zinc, and tin, nickel can be alloyed almost completely. In addition, the composition does not change when used for a long time. Therefore, also from this, various functions such as corrosion resistance and wear resistance imparted to the alloy film can be maintained for a long time.

本発明によれば、マグネシウム合金表面への水溶液からの電析では通常不可能なすず−ニッケル合金膜を得ることができる。したがって、この合金膜を使用する際の摩耗や加熱などによる前記合金膜の特性変化を抑制することができる。このため、前記合金膜の付与した耐摩耗性、耐食性などの諸機能を長時間にわたって維持することができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a tin-nickel alloy film that is usually impossible by electrodeposition from an aqueous solution onto the surface of the magnesium alloy. Therefore, it is possible to suppress changes in the characteristics of the alloy film due to wear or heating when using the alloy film. For this reason, various functions such as wear resistance and corrosion resistance imparted by the alloy film can be maintained for a long time.

本発明は、今後ますますその利用範囲を拡大しつつあるマグネシウム合金の適用範囲をさらに拡大可能とすることができ、その実用上の意義は大きい。   The present invention can further expand the range of application of magnesium alloys, whose range of use is expanding, and its practical significance is great.

また、具体例を挙げながら本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の精神および趣旨を逸脱しない限りにおいて、多くの変形や変更が可能であり、それらはいずれも本発明の範囲内に入るものである。   Although the present invention has been described in detail with specific examples, the present invention is not limited to the above contents, and many modifications and changes can be made without departing from the spirit and the spirit of the present invention. And they are all within the scope of the present invention.

次に、本発明をその実施の形態に基づいて詳細に説明する。   Next, the present invention will be described in detail based on the embodiment.

本発明においては、すずとコバルト、あるいはニッケル、あるいは銅、または亜鉛とすず、あるいはニッケルからなる多層膜をマグネシウム基板上に形成する。   In the present invention, a multilayer film made of tin and cobalt, nickel, copper, zinc and tin, or nickel is formed on a magnesium substrate.

多層膜の形成法としては、まずマグネシウム基板上に一層目を真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの物理蒸着法にて析出させる。その後、この上に合金構成元素の他方を、同様の物理蒸着法、あるいは電析、無電解析出法により積層させ、これら多層膜を所定温度以上で加熱することが必要であるが、この加熱温度はすず、あるいは亜鉛の融点以上であることが好ましい。これによって、すず層あるいは亜鉛層が溶解して液相となり、この液相中に前記ニッケル、コバルト、銅、すずが速やかに拡散するため、合金化を比較的短時間で簡易に形成することができる。   As a method for forming a multilayer film, first, a first layer is deposited on a magnesium substrate by a physical vapor deposition method such as vacuum vapor deposition, sputtering, or ion plating. Thereafter, the other of the alloy constituent elements is laminated thereon by the same physical vapor deposition method, electrodeposition or electroless deposition method, and it is necessary to heat these multilayer films at a predetermined temperature or higher. It is preferable to be higher than the melting point of tin or zinc. As a result, the tin layer or the zinc layer dissolves into a liquid phase, and the nickel, cobalt, copper, and tin diffuse quickly into the liquid phase, so that alloying can be easily formed in a relatively short time. it can.

本発明におけるマグネシウム合金としては、特に制限されないが、一般的には、Mg-Al 系合金、Mg-Al-Zn系合金、Mg-Zn-Zr系合金、Mg- 希土類元素系合金などがあり、成形品の種類としても、ダイカスト成形品、押出品、そして圧延品が例示される。   The magnesium alloy in the present invention is not particularly limited, but in general, there are Mg-Al alloys, Mg-Al-Zn alloys, Mg-Zn-Zr alloys, Mg-rare earth element alloys, etc. Examples of the types of molded products include die-cast molded products, extruded products, and rolled products.

また、これら多層膜において、これら層の積層順序は特に限定されるものではない。   In these multilayer films, the stacking order of these layers is not particularly limited.

また、前記多層膜の厚さは特に限定されるものではないが、前記多層膜を構成する各層の厚さは、数μmであることが好ましく、これによって短時間で加熱処理へと移行でき操業の短縮を図ることができる。   In addition, the thickness of the multilayer film is not particularly limited, but the thickness of each layer constituting the multilayer film is preferably several μm, so that the heat treatment can be performed in a short time. Can be shortened.

上記多層膜の第一層は、所定の基板上に物理蒸着法によって析出させることによって形成するが、これはマグネシウム基板上への電析が困難であるためである。しかし、その上への第二層の形成手段は物理蒸着法であってもそれ以外であっても特に限定されない。しかしながら、密着性の良い緻密な皮膜ができること、装置が比較的安価であることなどから、物理蒸着法とりわけスパッタリング法を用いて形成することが好ましい。   The first layer of the multilayer film is formed by deposition on a predetermined substrate by physical vapor deposition because it is difficult to deposit on the magnesium substrate. However, the means for forming the second layer thereon is not particularly limited, whether it is a physical vapor deposition method or any other method. However, it is preferable to use a physical vapor deposition method, particularly a sputtering method, because a dense film with good adhesion can be formed and the apparatus is relatively inexpensive.

本発明によれば、第1層として亜鉛を物理蒸着したときには、第2層の金属層を電解めっきあるいは無電解めっきによって設けることが容易である。   According to the present invention, when zinc is physically vapor-deposited as the first layer, it is easy to provide the second metal layer by electrolytic plating or electroless plating.

金属層の厚さは特に制限されないが、通常は、第1金属層と第2金属層とはほぼ同一であって、例えば0.5 ないし5μm 、好ましくは、0.5 〜2μm 程度とする。後で行う熱拡散による合金化が容易となるためである。   The thickness of the metal layer is not particularly limited, but usually the first metal layer and the second metal layer are substantially the same, for example, 0.5 to 5 μm, preferably about 0.5 to 2 μm. This is because alloying by thermal diffusion performed later becomes easy.

加熱拡散は、金属の種類によっても変わるが、一般には、本発明において、200 〜400 ℃で1〜60分間行えばよい。好ましくは、いずれかの金属の融点以上に加熱することで合金化がより速やかに行われる。かかる合金化を「液相合金化」と呼ぶが、その場合には、マグネシウム合金の基板をも十分に濡らすことから、合金皮膜との密着性がさらに改善される。均一に合金化された密着性の良い安定なすず、あるいは亜鉛の合金膜を形成することができ、そのような効果は、融点の比較的低い、すずおよび亜鉛を設けた場合、特に第1層としてそれらの金属層を設けた場合に特に顕著となる。   Although heat diffusion changes with kinds of metal, generally, in this invention, what is necessary is just to carry out for 1 to 60 minutes at 200-400 degreeC. Preferably, alloying is performed more rapidly by heating to the melting point of any metal. Such alloying is referred to as “liquid phase alloying”. In this case, the magnesium alloy substrate is sufficiently wetted, so that the adhesion to the alloy film is further improved. Uniformly alloyed and stable tin with good adhesion or an alloy film of zinc can be formed, and such an effect is obtained when tin and zinc having a relatively low melting point are provided, particularly in the first layer. This is particularly noticeable when these metal layers are provided.

したがって、本発明にかかるマグネシウム合金の耐食性および耐摩耗性を改善する合金めっき皮膜としては、すず−ニッケル合金、すず−コバルト合金、すず−銅合金、亜鉛−ニッケル合金および亜鉛−すず合金が特に好ましい。   Therefore, as the alloy plating film for improving the corrosion resistance and wear resistance of the magnesium alloy according to the present invention, tin-nickel alloy, tin-cobalt alloy, tin-copper alloy, zinc-nickel alloy and zinc-tin alloy are particularly preferable. .

本発明によれば、マグネシウム合金基地からもマグネシウムが拡散し、被覆層に合金化することで被覆層との密着性はさらに改善される。そのような効果は、特に、前述の液相合金化が見られるときに顕著である。   According to the present invention, magnesium diffuses from the magnesium alloy matrix and is alloyed with the coating layer, whereby the adhesion with the coating layer is further improved. Such an effect is particularly remarkable when the above-described liquid phase alloying is observed.

次に、本発明の作用効果について実施例を参照しながら具体的に示す。   Next, the effects of the present invention will be specifically described with reference to examples.

マグネシウム合金基板として板厚0.5mm のマグネシウム合金のASTM AZ31 相当の板材を用い、これを、真空蒸着装置内に装着し、真空度10-3Paまで排気し、蒸着源としてのニッケルを融点以上に加熱し、基板上にニッケルを蒸着した。その後、蒸着源をすずに変えて同じ操作でもってニッケル層の上にすずを蒸着し、多層膜を作製した。このときのニッケル、すずの各層の膜厚は1μm前後であった、蒸着の際に基板温度は、ニッケル蒸着時は390 ℃、すず蒸着時は180 ℃に保たれた。 A magnesium alloy equivalent to ASTM AZ31 with a thickness of 0.5 mm was used as the magnesium alloy substrate, and this was installed in a vacuum evaporation system and evacuated to a vacuum of 10 -3 Pa. Heating was performed to deposit nickel on the substrate. Thereafter, the deposition source was changed to tin, and tin was deposited on the nickel layer by the same operation to produce a multilayer film. At this time, the thickness of each layer of nickel and tin was about 1 μm. The substrate temperature during deposition was maintained at 390 ° C. during nickel deposition and 180 ° C. during tin deposition.

ニッケル−すずの多層膜作成後、試料を電気炉内に装填し、350 ℃に加熱し5分間保持した後空冷し、得られた試料をSEM-EDX を用いて分析した。   After preparing the nickel-tin multilayer film, the sample was loaded into an electric furnace, heated to 350 ° C. and held for 5 minutes, and then air-cooled. The obtained sample was analyzed using SEM-EDX.

図1は、上記多層膜試料の加熱処理後のSEM 像であり、図1からは、マグネシウム合金基地10の表面に均一な合金被覆層20が形成されていることが判る。   FIG. 1 is an SEM image after the heat treatment of the multilayer film sample. FIG. 1 shows that a uniform alloy coating layer 20 is formed on the surface of the magnesium alloy base 10.

図2は、SEM-EDX により、すず、ニッケル、マグネシウムについて断面を材料表面から材料内部へと分析した結果である。図2中に示される分析結果は、図1に記されている分析点の結果に対応しており、すずとニッケルが相互に反応して合金相を形成していることがわかる。この試料をX線回折を用いて同定すると、 Ni3Sn4 をはじめとした各種すず−ニッケル合金層が形成されていることが確認された。 FIG. 2 shows the results of analyzing the cross section of tin, nickel, and magnesium from the material surface to the inside of the material by SEM-EDX. The analysis results shown in FIG. 2 correspond to the analysis points shown in FIG. 1, and it can be seen that tin and nickel react with each other to form an alloy phase. When this sample was identified using X-ray diffraction, it was confirmed that various tin-nickel alloy layers including Ni 3 Sn 4 were formed.

マグネシウムもこの合金被覆層において検出され、これにより合金被覆層の密着性が改善されていることが分かる。   Magnesium is also detected in the alloy coating layer, which shows that the adhesion of the alloy coating layer is improved.

本例は、上記すずに代えて、亜鉛を用いた場合を示す。特に、第1層は亜鉛蒸着層であることから、第2層のニッケルめっきは慣用の水溶液による電解めっきにより行った。   In this example, zinc is used instead of the above tin. In particular, since the first layer is a zinc vapor deposition layer, the nickel plating of the second layer was performed by electrolytic plating with a conventional aqueous solution.

別法として、第1層の亜鉛蒸着層を比較的厚めに設け、これに化学めっき( 置換めっき) によりニッケル層を設けた。   As an alternative method, the first zinc deposition layer was provided relatively thick, and a nickel layer was provided thereon by chemical plating (substitution plating).

本発明の製造方法によって得たすず−ニッケル合金被覆層断面のSEM 像を示す断面写真であって、図中、各元素濃度の分析点を示す。It is a cross-sectional photograph which shows the SEM image of the tin-nickel alloy coating layer cross section obtained by the manufacturing method of this invention, Comprising: The analysis point of each element concentration is shown in the figure. 本発朋の製造方法によって得たすず−ニッケル合金被覆層断面の、すず、ニッケル、マグネシウムに関する濃度変化を示すグラフである。It is a graph which shows the density | concentration change regarding a tin, nickel, and magnesium of the cross section of the tin-nickel alloy coating layer obtained by the manufacturing method of this heat treatment.

Claims (10)

加熱拡散合金被覆層を表面に設けたことを特徴とする、耐食性および耐摩耗性マグネシウム合金。   A corrosion-resistant and wear-resistant magnesium alloy characterized in that a heat diffusion alloy coating layer is provided on the surface. 前記加熱拡散合金被覆層が、第1単体金属層とその上に設けた第2単体金属層を加熱拡散させて合金化したものである請求項1記載のマグネシウム合金。   The magnesium alloy according to claim 1, wherein the heat diffusion alloy coating layer is obtained by heat diffusion of the first single metal layer and the second single metal layer provided thereon to form an alloy. 前記加熱拡散合金被覆層が、すず−ニッケル合金、すず−コバルト合金、およびすず−銅合金から成る群から選んだ1種の合金から成る請求項1または2記載のマグネシウム合金。   The magnesium alloy according to claim 1 or 2, wherein the heat diffusion alloy coating layer is made of one alloy selected from the group consisting of a tin-nickel alloy, a tin-cobalt alloy, and a tin-copper alloy. 前記加熱拡散合金被覆層が、亜鉛−ニッケル合金、または亜鉛−すず合金から成る請求項1または2に記載のマグネシウム合金。   The magnesium alloy according to claim 1, wherein the heat diffusion alloy coating layer is made of a zinc-nickel alloy or a zinc-tin alloy. 前記マグネシウム合金が、成形品または成形素材を構成する請求項1ないし4のいずれかに記載のマグネシウム合金。   The magnesium alloy according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnesium alloy constitutes a molded product or a molding material. マグネシウム合金上に、物理蒸着法を用いて、第1金属層を設けること、得られた第1金属層の上に、電解析出、または無電解析出、または物理蒸着法を用いて、前記第1金属層を構成する金属とは異種の金属からなる第2金属層を設けること、そして、得られた多層膜を、前記第1金属層および第2金属層を構成する金属の相互拡散を行う温度に加熱して、合金化を行うことを特徴とする、加熱拡散合金被覆層を表面に設けたことを特徴とするマグネシウム合金の製造方法。   The first metal layer is provided on the magnesium alloy by physical vapor deposition, and the first metal layer is obtained by electrolytic deposition, electroless deposition, or physical vapor deposition on the first metal layer. A second metal layer made of a metal different from the metal constituting one metal layer is provided, and the obtained multilayer film is subjected to mutual diffusion of the metal constituting the first metal layer and the second metal layer. A method for producing a magnesium alloy, characterized in that a heating diffusion alloy coating layer is provided on the surface, wherein the alloying is performed by heating to a temperature. 前記第1金属層を設ける物理蒸着法が、真空蒸着、スパッタリング、およびイオンプレーティング法から成る群から選ばれた1種である請求項6記載のマグネシウム合金の製造方法。   The method for producing a magnesium alloy according to claim 6, wherein the physical vapor deposition method for providing the first metal layer is one selected from the group consisting of vacuum vapor deposition, sputtering, and ion plating. 前記第1金属層を構成する金属が、すず、ニッケル、コバルト、および銅から成る
群から選んだ1種であり、前記合金めっき層が、すず−ニッケル合金、すず−コバルト合金、およびすず−銅合金から成る群から選んだ1種である請求項6または7に記載のマグネシウム合金の製造方法。
The metal constituting the first metal layer is one selected from the group consisting of tin, nickel, cobalt, and copper, and the alloy plating layer includes a tin-nickel alloy, a tin-cobalt alloy, and a tin-copper. The method for producing a magnesium alloy according to claim 6 or 7, which is one selected from the group consisting of alloys.
前記第1金属層を構成する金属が、亜鉛、すず、およびニッケルから成る群から選んだ1種であり、前記合金めっき層が、亜鉛−ニッケル合金、または亜鉛−すず合金である請求項6または7に記載のマグネシウム合金の製造方法。   The metal constituting the first metal layer is one selected from the group consisting of zinc, tin, and nickel, and the alloy plating layer is a zinc-nickel alloy or a zinc-tin alloy. 8. A method for producing a magnesium alloy according to 7. 前記マグネシウム合金が、成形品または成形素材を構成する請求項6ないし9のいずれかに記載のマグネシウム合金。   The magnesium alloy according to any one of claims 6 to 9, wherein the magnesium alloy constitutes a molded product or a molding material.
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