KR20110130401A

KR20110130401A - 마그네슘 합금 부재

Info

Publication number: KR20110130401A
Application number: KR1020117019158A
Authority: KR
Inventors: 노부유키 오쿠다; 마사타다 누마노; 노조무 가와베; 타카히코 기타무라; 유키히로 오이시
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2011-12-05
Also published as: US20110318603A1; WO2010103971A1; EP2407566A4; EP2407566A1; AU2010222242A1; RU2011141259A; BRPI1009335A2; TW201040290A; JP2010209452A; CN102348819A

Abstract

알루미늄 함유량이 4.5질량％ 이상 11질량％ 이하인 마그네슘 합금으로 이루어지는 기재(基材)를 구비하는 마그네슘 합금 부재로서, 기재를 구성하는 표면으로서, 대향하는 한 쌍의 일면 및 다른 면을 갖고 있고, 일면과 다른 면과의 사이의 거리를 두께로 하고, 이들의 각 면으로부터 각각 두께 방향으로 20㎛까지의 범위를 표층 영역으로 할 때, 적어도 양(兩) 표층 영역은, 표층 영역으로부터 선택한 임의의 20㎛×20㎛의 소(小) 영역에 대하여, Mg과 Al과의 쌍방을 포함하는 석출물로서 최대 지름이 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하의 미세 석출물이 10개 이상 존재한다. 적어도 표층 영역이, 미세 석출물이 분산된 미세 조직으로 구성되어 있음으로써, 마그네슘 합금 부재는, 내식성이 우수하여, 방식(防食) 처리를 행하는 일 없이 케이스체 등에 이용할 수 있는 내식성이 우수한 마그네슘 합금 부재를 제공한다.

Description

마그네슘 합금 부재{MAGNESIUM ALLOY MEMBER}

본 발명은, 케이스체나 각종의 부품 등에 적합한 마그네슘 합금 부재에 관한 것이다. 특히, 내식성이 우수한 마그네슘 합금 부재에 관한 것이다.

마그네슘에 여러 가지의 첨가 원소를 함유한 마그네슘 합금이, 휴대 전화나 노트형 PC와 같은 휴대 전자 기기류의 케이스체나 자동차 부품 등의 부재의 재료에 이용되고 있다.

마그네슘 합금은, 육방정(六方晶)의 결정 구조(hcp(hexagonal close-packed) 구조)를 갖기 때문에 상온에서의 소성 가공성이 부족한 점에서, 상기 케이스체 등의 마그네슘 합금 부재는, 다이캐스팅법이나 틱소 몰딩법(thixomold method) 에 의한 주조재(cast material)가 주류이다. 최근, ASTM 규격에 있어서의 AZ31 합금으로 이루어지는 판재에 프레스 가공을 행하여, 상기 케이스체를 형성하는 것이 검토되고 있다. 특허문헌 1은, ASTM 규격에 있어서의 AZ91 합금 상당의 합금으로 이루어져, 프레스 가공성이 우수한 판재를 제안하고 있다.

또한, 마그네슘 합금은, 활성인 금속이기 때문에, 상기 부재의 표면에는, 통상, 양극(陽極) 산화 처리나 화성 처리와 같은 방식(防食) 처리가 행해진다.

일본공개특허공보 2007-098470호

Al을 함유하는 마그네슘 합금에서는, Al의 함유량이 많아질수록 내식성이 우수한 경향이 있으며, 상기 AZ91 합금은, 마그네슘 합금 중에서도 내식성이 우수하다고 여겨지고 있다. 그러나, 상기 AZ91 합금에 의해 구성된 기재(base material)를 구비하는 마그네슘 합금 부재라도, 당해 기재에는, 상기 방식 처리가 필요시 되고 있다. 또한, 내식성의 향상 등을 목적으로 하여, 상기 방식 처리에 더하여, 통상, 도장(塗裝)을 행하고 있지만, 낙하 등에 의해 흠집이 생기거나, 사용 과다 등에 의해 도장이 벗겨지거나 하여, 마그네슘 합금으로 이루어지는 기재 자체가 노출되면, 그 노출 부분으로부터 부식이 진행된다. 따라서, 마그네슘 합금으로 이루어지는 기재 자체가 내식성이 우수한 것이 요망된다.

그래서, 본 발명의 목적은, 내식성이 높은 마그네슘 합금 부재를 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, Al을 비교적 많이 함유하는 마그네슘 합금을 대상으로 검토한 결과, 기재에 있어서, 부식의 요인이 되는 대기나 수분 등에 접촉하기 쉬운 표면 부분에는, 적어도 미세한 석출물이 분산되어 존재하면, 기재 자체의 내식성을 높일 수 있다는 인식을 얻었다. Al을 비교적 많이 함유하는 마그네슘 합금은, Mg과 Al과의 쌍방을 포함하는 석출물이 석출되기 쉽다. 그러나, 종래, 석출물의 크기나 존재 상태와 내식성과의 관계에 대해서 충분히 검토되고 있지 않았다. 본 발명자들이 조사한 결과, 전술한 바와 같이 기재의 적어도 표면 부분에, 특정한 크기의 미세한 석출물이 특정한 범위에서 존재하는 조직이면, 내식성이 우수하여, 종래, 필수시 되고 있던 방식 처리를 행하지 않아도, 사용에 충분히 견딜 수 있다는 인식을 얻었다. 본 발명은, 상기 인식에 기초하는 것이다.

본 발명의 마그네슘 합금 부재는, 알루미늄(Al)의 함유량이 4.5질량％ 이상 11질량％ 이하인 마그네슘 합금으로 이루어지는 기재를 구비한다. 이 기재를 구성하는 표면으로서, 대향하는 한 쌍의 일면 및 다른 면을 갖는다. 이들 일면과 다른 면과의 사이의 거리를 두께로 하고, 이들 각 면으로부터 각각 두께 방향으로 20㎛까지의 범위를 표층 영역으로 할 때, 적어도 상기 양(兩) 표층 영역은, 당해 표층 영역으로부터 선택한 임의의 소(小) 영역: 20㎛×20㎛에 대하여, 이하의 미세 석출물이 10개 이상 존재한다.

미세 석출물: Mg과 Al과의 쌍방을 포함하는 석출물이고, 그리고 그 최대 지름이 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하이다.

상기 구성에 의하면, 기재의 적어도 표면 부분은, 미세한 석출물이 분산된 조직을 갖는 마그네슘 합금에 의해 구성되어 있음으로써 내식성이 우수하여, 방식 처리를 행하지 않아도 사용에 견딜 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 대표적인 형태로서, 기재만의 상태, 즉, 상기 기재의 일면 및 다른 면의 쌍방에 방식 처리가 행해져 있지 않은 형태로 할 수 있다. 이 구성에 의하면, 종래 필수시 되어 있던 방식 처리 공정을 삭감할 수 있어, 마그네슘 합금 부재의 생산성을 향상할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태로서, 기재와, 이 기재의 일면 및 다른 면 중 어느 한쪽의 면에만 형성된 도장층을 갖고, 이 도장층이, 상기 방식 처리가 행해져 있지 않은 한쪽의 면 위에 직접 형성된 형태로 할 수 있다. 이 형태에 의하면, 도장층을 구비함으로써, 마그네슘 합금 부재의 내식성을 보강할 수 있는 데다, 착색이나 모양의 부여 등이 가능해지기 때문에, 상품 가치도 높일 수 있다.

본 발명 마그네슘 합금 부재는, 내식성이 우수하다.

도 1은 마그네슘 합금 부재의 단면에 있어서 표면 부분을 나타내는 주사 전자 현미경 사진이고, 도 1(I)은 시료 No.15, 도 1(II)는 시료 No.105를 나타낸다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[기재]

《조성》

기재를 구성하는 마그네슘 합금은, 첨가 원소에 적어도 Al을 4.5질량％ 이상 11질량％ 이하 함유하는 여러 가지의 조성의 것(잔부: Mg 및 불순물)을 들 수 있다. Al 이외의 첨가 원소로서는, 예를 들면, Zn: 0.2∼7.0질량％, Mn: 0.05∼0.5질량％, Zr: 0.1∼1.0질량％, Si: 0.2∼1.4질량％, RE(희토류 원소(Y를 제외함)): 1.0∼3.5질량％, Y: 1.0∼6.0질량％, Ag: 0.5∼3.0질량％, Ca: 0.2∼6.0질량％, Cu: 0.2∼3.0질량％, Ce: 0.05∼1.0질량, Sr: 0.2∼7.0질량％ 등을 들 수 있다. Al과, 이들 원소의 1종 이상을 상기 범위에서 함유하는 합금의 조성으로서, 예를 들면, ASTM 규격에 있어서의 AZ계 합금(Mg-Al-Zn계 합금, Zn: 0.2∼1.5질량％), AM계 합금(Mg-Al-Mn계 합금, Mn: 0.15∼0.5질량％), AS계 합금(Mg-Al-Si계 합금, Si: 0.6∼1.4질량％), Mg-Al-RE(희토류 원소)계 합금, AX계 합금(Mg-Al-Ca계 합금, Ca: 0.2∼6.0질량％), AJ계 합금(Mg-Al-Sr계 합금, Sr: 0.2∼7.0질량％) 등을 들 수 있다. 특히, Mg-Al-Zn계 합금에서는, AZ61 합금, AZ80 합금, AZ81 합금, AZ91 합금, Mg-Al-Mn계 합금에서는, AM60 합금, AM100 합금 등이 적합한 조성이며, 특히 AZ91 합금은 내식성이 우수하여 바람직하다.

Al을 상기 범위에서 함유하는 마그네슘 합금은, Al의 함유량(이하, Al양)이 많아짐에 따라 내식성을 높일 수 있는 데다, 강도와 같은 기계적 특성에도 우수하다. 그러나, Al양이 너무 많으면 소성 가공성이 저하되기 쉽기 때문에, 상한을 11질량％로 한다. 내식성, 기계적 특성 및 성형성을 고려하면, Al양은, 5.8 질량％ 이상 10질량％ 이하가 보다 바람직하다.

《형태》

상기 마그네슘 합금으로 이루어지는 기재는, 적어도, 대향하는 한 쌍의 일면 및 다른 면을 구비하는 형상으로 한다. 상기 일면 및 다른 면은, 본 발명 마그네슘 합금 부재를 어느 한쪽으로부터 보았을 때, 그 정면에 위치하는 면 및, 이 면과 반대 측에 위치하는 면으로, 대표적으로는, 평행 관계에 있는 두 면을 들 수 있다. 이와 같은 형상으로서, 대표적으로는, 판재(sheet), 판재에 프레스 가공(펀칭도 포함함)이나 굽힘(bending) 가공, 단조(鍛造) 가공 등의 소성 가공을 행하여 이루어지는 입체 형상을 갖는 판 가공재(sheet-processed material), 예를 들면, 저면부와 저면부로부터 세워 설치되는 측벽부를 구비하는 형상재나 상자 형상재 등을 들 수 있다. 상기 판재나 판 가공재에서는, 기재의 일면과 다른 면이, 통상, 사용 장면에 있어서 표리의 관계에 있다. 이들 일면 및 다른 면은, 평면이라도 곡면이라도 좋다. 또한, 이들 일면과 다른 면과의 사이의 거리를 두께로 한다. 특히, 두께가 0.3㎜∼3.0㎜ 정도이면, 전자 기기의 케이스체나 자동차, 철도, 항공기와 같은 반송 기기에 이용되는 부품 등에 적합하게 이용할 수 있다.

상기 판재는, 주조재를 압연한 압연재, 이 압연재에 추가로 열처리나 레벨러(leveller) 가공, 연마 가공 등을 행한 처리재를 들 수 있다. 상기 판 가공재의 경우, 상기 소성 가공 후에 열처리나 연마 가공을 행한 것도 포함한다. 본 발명 마그네슘 합금 부재는, 상기 처리재나 판 가공재에 추가로 후술하는 도장층을 구비하는 것도 포함한다. 주조재에 압연이나 프레스 가공 등의 소성 가공을 행함으로써, 주조의 금속 조직이 아니라 압연 조직 등으로 할 수 있는 데다, 평균 결정 입경이 20㎛ 이하와 같은 미세 조직을 갖는 기재로 할 수 있다. 미세 조직을 가짐으로써, 상기 미세 석출물이 균일적으로 분산된 조직이 되기 쉽다. 또한, 압연이나 프레스 가공 등의 소성 가공이 행해진 기재는, 주조재보다도 강도와 같은 기계적 특성이 우수한 데다, 수축 공동(shrinkage cavity)이나 공극(포어(pore))과 같은 내부 결함이나 표면 결함이 적어, 양호한 표면 성상을 가질 수 있다.

《조직》

<석출물>

기재의 표면 부분, 구체적으로는, 기재의 일면으로부터 두께 방향으로 20㎛까지의 범위 및, 기재의 다른 면에서 두께 방향으로 20㎛까지의 범위를 각각 표층 영역으로 할 때, 적어도 양 표층 영역은, 특정한 크기의 미세한 석출물이 분산된 조직을 갖는다. 보다 구체적으로는, 기재의 최표면에 위치하는 일면이나 다른 면을 포함하는 상기 표층 영역으로부터 임의의 소 영역(20㎛×20㎛)을 취해, 1개의 소 영역에 존재하는 모든 석출물의 입경(grain size)을 측정하고, 그리고 각 석출물의 최대 지름을 측정한 경우, 1개의 소 영역에 대하여, 최대 지름이 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하인 미세 석출물이 10개 이상 존재한다. 상기 미세 석출물이 10개 미만이면, 내식성이 나빠, 그대로는 사용에 견디지 못해, 방식 처리가 필요하다. 상기 석출물은, Mg과 Al과의 쌍방을 포함하는 것, 예를 들면, Mg₁₇Al₁₂와 같은 금속 간 화합물이 대표적이다. 상기 미세 석출물이 많을수록 내식성이 우수한 경향이 있어, 상기 소 영역(20㎛×20㎛)에 대하여 20개 이상 존재하는 것이 보다 바람직하다. 단, 석출물이 너무 많으면, 모상(母相)의 Al양이 저감하여 소정의 조성을 충족시키지 못하게 되어, 강도의 저하 등을 초래할 우려가 있다. 그 때문에, 모상이 소정의 조성을 충족시키는 범위에서 상기 미세 석출물이 존재하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는, 최대 지름이 0.5㎛ 미만 및, 3㎛ 초과의 석출물의 존재를 허용하지만, 0.5㎛ 미만의 석출물만이 존재하는 경우는, 내식성의 향상에 기여하기 어렵고, 3㎛ 초과의 석출물은, 소성 가공시에 균열 등의 원인이 되기 때문에, 가능한 한 적은 편이 바람직하다.

상기 기재의 표층 영역에 더하여, 일면 또는 다른 면으로부터 두께 방향으로 20㎛ 초과의 영역도, 상기 미세 석출물이 분산된 조직이면, 내식성이 높아지는 경향이 있다. 따라서, 일면 또는 다른 면으로부터 두께 방향으로 기재의 두께의 5％까지의 영역, 보다 바람직하게는 기재의 두께의 40％까지의 영역, 나아가서는 기재 전체가, 상기 미세 석출물이 분산된 영역인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 일면 또는 다른 면으로부터 두께 방향으로 0.1㎜ 이상, 나아가서는 0.2㎜ 이상의 영역이 상기 미세 석출물이 분산된 영역인 것이 바람직하다.

《내식성》

전술한 바와 같이 기재는, 내식성이 우수하며, 기재의 일면 및 다른 면의 쌍방에 있어서, 100시간의 염수 분무 시험(JIS Z 2371,2000) 후의 부식 면적의 비율이 10％ 이하이다. 특히, Al양이 많은 마그네슘 합금, 예를 들면 AZ80 합금, AZ81 합금, AZ91 합금 및, 이들과 같은 정도의 Al을 함유하는 마그네슘 합금으로 이루어지는 기재의 경우, 내식성이 더욱 높아, 상기 부식 면적의 비율이 5％ 이하이다.

《표면 저항값》

기재는, 방식 처리가 행해진 부분을 갖고 있지 않아, 후술하는 피복층을 갖는 경우를 제외하고, 모재(母材) 금속이 그대로 노출되어 있는 점에서 표면 저항값이 낮으며, 일면 및 다른 면의 쌍방에 있어서, 2탐침법으로 측정한 표면 저항값이 1Ω·㎝ 이하이다. 또한 내식성이 우수하기 때문에, 100시간의 염수 분무 시험(JIS Z 2371,2000) 후의 표면 저항값이 30Ω·㎝ 이하이다. 특히, Al양이 많은 마그네슘 합금, 예를 들면 AZ80 합금, AZ81 합금, AZ91 합금 및, 이들과 같은 정도의 Al을 함유하는 마그네슘 합금으로 이루어지는 기재의 경우, 내식성이 더욱 높아, 상기 100시간의 염수 분무 시험 후의 표면 저항값이 20Ω·㎝ 이하이다. 표면 저항값이 낮은 점에서, 본 발명 마그네슘 합금 부재가 예를 들면, 전자 기기의 케이스체인 경우에, 기재를 이용하여 접지를 취할 수 있어, 내식성이 우수한 점에서 전자 기기의 사용 환경에서 안정된 접지를 취할 수 있다. 일면에 도장층을 갖는 경우, 다른 면에서 접지를 취할 수 있다.

《그 외》

전술한 바와 같이 방식 처리를 행하고 있지 않은 점에서, 기재의 일면 및 다른 면의 쌍방에, 방식 처리제에 기인하는 원소, 예를 들면 인(P) 등이 실질적으로 존재하지 않는다. 구체적으로는, 기재의 일면 및 다른 면의 쌍방에 있어서의 P농도가 0.01질량％ 이하이다.

[피복층]

상기 기재의 일면, 특히 케이스체 등에서는, 표장면이 되는 면에 피복층을 구비하고 있어도 좋다. 전술한 바와 같이 기재는, 방식 처리가 행해져 있지 않기 때문에, 상기 피복층은, 기재의 일면에 직접 형성된다. 도장층은, 내식성이나 표면 경도가 우수한 것이 바람직하며, 종래 마그네슘 합금 부재에 이용되고 있는 여러 가지의 것을 이용할 수 있다. 도장층의 형성에는, 습식법(침지법, 스프레이 도장, 전착(electrodeposition) 도장 등), 건식법(PVD법, CVD법)의 모두 이용할 수 있다. 소망하는 용도 등에 따라서, 도장층의 색(무색이라도 유색이라도 좋음), 디자인, 두께 등을 적절히 선택할 수 있다. 일면에 도장층을 형성하는 경우, 도장층을 형성하지 않은 다른 면(전술의 케이스체 등에서는, 이면이 되는 면)에는, 마스킹 등을 행하면 좋다.

[그 외의 가공]

상기 기재의 일면 및 다른 면의 적어도 한쪽, 특히, 케이스체 등에서는 표장면이 되는 면에, 헤어라인 가공, 다이아몬드 컷 가공, 스핀 컷(spin cut) 가공, 쇼트 블라스팅 가공, 엔드밀 가공 및 에칭 가공 중 적어도 1종에 의해 행해진 미세한 요철 가공(깊이가 1㎛∼200㎛ 정도)을 가지면, 금속 질감이 높아져, 마그네슘 합금 부재의 상품 가치가 높아진다. 특히, 본 발명 마그네슘 합금 부재에서는, 전술한 바와 같이 방식 처리나 도장층이 행해지지 않은 점에서, 금속 본래의 질감을 자아낼 수 있다. 또한, 도장층을 구비하는 경우는, 투명(유색이라도 무색이라도 좋음)이고, 그리고 두께가 30㎛ 이하이면, 금속 질감을 높이기 쉽다. 전술한 판재에 프레스 가공 등을 행한 판 가공재로 할 경우, 쇼트 블라스팅 가공이나 헤어라인 가공, 스핀 컷 가공은, 상기 프레스 가공 등의 전후의 어느 것이라도 좋지만, 다이아몬드 컷 가공, 엔드밀 가공, 에칭 가공은, 평면인 쪽이 행하기 쉽기 때문에, 상기 프레스 가공 등을 행하기 전의 판재에 행하는 것이 바람직하다.

헤어라인 가공에 의해 형성된 개소(이하, 가공 개소라고 부름)는, 헤어라인 가공이 행해져 있지 않은 개소(이하, 무가공 개소라고 부름)보다도 표면 거칠기가 어느 정도 거칠고, 무가공 개소는, 평활하고 금속 광택을 갖는 상태이면, 거칠기와 평활함과의 대비에 의해 금속 질감을 높일 수 있다고 생각된다. 상기 가공 개소, 즉, 라인에 수직인 방향의 표면 거칠기(Ry)(최대 높이, JIS B 0031, 1994)는, 0.4㎛∼10㎛, 무가공 개소, 즉, 라인에 평행한 방향의 표면 거칠기(Ry)는, 0.1∼3㎛가 바람직하다. 다이아몬드 컷 가공의 경우, 가공에 의해 형성된 두 면이 만드는 각이 55°∼150°, 깊이가 5㎛∼100㎛, 요철의 피치가 50㎛∼400㎛가 바람직하다. 에칭 가공의 경우, 에칭 깊이가 0.1㎛∼50㎛, 에칭이 행해진 개소의 표면 거칠기 A(최대 거칠기(Ry))와 에칭이 행해져 있지 않은 개소의 표면 거칠기 B(최대 거칠기(Ry))와의 비를 A/B로 할 때, A/B가 0.01∼100이 바람직하다. 엔드밀 가공은, 다이아몬드 컷 가공보다도 다채로운 형상이 가능하다.

[제조 방법]

전술한 바와 같이 적어도 양 표층 영역이, 미세 석출물이 분산된 조직으로 구성되는 기재는, 대표적으로는, 주조재를 압연함으로써 얻어진다.

《주조》

주조재는, 예를 들면, 빌렛(billet) 주조에 의한 냉각 공정에 있어서, 냉매에 액체 질소와 같은 냉각 능력이 높은 것을 이용하여 급냉을 행함으로써, 평균 결정 입경이 작은 미세한 조직을 갖는 주조재가 얻어진다. 혹은, 통상의 조건에 의해 제조한 빌렛 주조재를 이용할 수 있다. 이 빌렛 주조재를 이용하는 경우는, 후술하는 압연을 행한 후, 후술하는 표면 처리를 행함으로써 상기 기재가 얻어진다. 혹은, 급냉 응고가 가능한 쌍롤(twin-roll)법과 같은 연속 주조법으로 제조한 주조재를 들 수 있다. 연속 주조법에서는, 산화물이나 편석 등을 저감할 수 있는 데다, 급냉에 의해 평균 결정 입경이 작은 미세한 조직을 갖는 주조재가 얻어진다. 또한, 이 연속 주조에 의한 주조재는, 압연 등의 소성 가공성이 우수하고, 그리고 압연을 행함으로써, 입경이 10㎛ 초과라는 조대한(coarse) 정석출물(晶析出物)을 저감할 수 있다. 전술한 어느 주조재도 그 두께가 20㎜ 이하이면, 미세 조직으로 하기 쉬운 데다가, 상기 편석 등을 저감하기 쉽다. 또한, 어느 주조재도 주조 공정(냉각 공정도 포함함)은, 마그네슘 합금의 산화 등을 방지하기 위해, 아르곤(Ar)이나 질소(N₂)와 같은 불활성 가스 분위기에서 행하는 것이 바람직하다.

《압연》

압연 조건은, 예를 들면, 소재의 가열 온도: 200∼400℃, 압연 롤의 가열 온도: 150∼300℃, 1패스당의 압하율: 5∼50％를 들 수 있으며, 소망하는 두께가 되도록 복수 패스 행하면 좋다. 상기 주조재에 이러한 압연을 행함으로써, 평균 결정 입경이 20㎛ 이하의 미세 조직이 얻어지기 쉽고, 주조시의 편석이나 내부 결함, 표면 결함 등을 저감하여, 표면 성상이 우수한 압연재가 얻어진다. 최종의 압연 후에 최종 열처리를 행하여 평균 결정 입경이 20㎛ 이하의 미세한 재결정 조직으로 하면, 얻어진 압연재의 내식성이나 강도를 높일 수 있다. 또한, 압연재에 레벨러 가공이나 연마 가공을 행하여, 결정립의 배향성의 교정이나 표면의 평활성을 행해도 좋다.

《표면 처리》

전술한 빌렛 주조재를 압연한 압연재에 행하는 표면 처리는, 예를 들면, 압연재의 표면 부분에 레이저광 등을 조사하여 국소적으로 용융시킨 후, 아르곤(Ar)이나 질소(N₂)와 같은 불활성 가스 분위기에 있어서, Ar이나 N₂와 같은 불활성 가스를 분사하는 것을 들 수 있다. 분사하는 가스의 온도는, 상기 용융시의 온도보다도 충분히 낮으면 좋으며, 예를 들면 실온이라도 좋지만, 실온보다도 낮게 하면 상기 용융시킨 표면 부분의 냉각 속도를 더욱 빠르게 할 수 있다. 이 표면 처리에 의해, 기재의 적어도 양 표층 영역의 평균 결정 입경을 미세하게 하고, 그리고 미세 석출물을 분산시킨 조직으로 할 수 있다.

《소성 가공》

전술한 판 가공재로 하는 경우, 상기 압연재(열처리 등을 행한 것도 포함함)에 프레스 가공, 딥 드로잉(deep drawing) 가공, 단조 가공, 블로우 가공, 굽힘 가공과 같은 소성 가공을 행한다. 특히, 200∼280℃의 온도 사이에서 행하면, 압연재의 조직이 조대한 재결정 조직이 되는 것을 저감하여, 내식성이나 기계적 특성의 열화를 저감할 수 있다. 상기 소성 가공 후에 열처리를 행해도 좋다. 전술한 도장층을 구비하는 경우, 이 소성 가공 후에 행하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

표 1에 나타내는 마그네슘 합금으로 이루어지는 잉곳(모두 시판)을 이용하여 여러 가지의 조작 조건으로 판재를 제작하고, 얻어진 마그네슘 합금 판재의 조직 관찰, 부식 시험, 표면 저항값의 측정을 행했다. 제작 조건은, 이하와 같다.

(조건 A)

마그네슘 합금의 잉곳을 불활성 분위기(N₂ 또는 Ar 분위기) 중에서 700℃로 가열하여 용탕을 제작하고, 상기 불활성 분위기 중에서, 그리고 냉매에 액체 질소를 이용하여 준비한 용탕을 급냉하여, 250㎜×300㎜×두께 20㎜의 크기의 급냉 빌렛재를 주조한다. 얻어진 급냉 빌렛재에 복수 패스의 온간 압연(warm rolling)을 행해(소재의 가열 온도: 200∼400℃, 압연 롤의 가열 온도: 150∼300℃, 1패스당의 압하율: 5∼50％), 두께 1㎜의 판재를 제작하여, 얻어진 판재를 시료로 한다.

(조건 B)

마그네슘 합금의 잉곳을 불활성 분위기(N₂ 또는 Ar 분위기) 중에서 700℃로 가열하여 용탕을 제작하고, 이 용탕을 이용하여 상기 불활성 분위기 중에서 250㎜×300㎜×두께 20㎜의 크기의 빌렛재를 주조한다. 얻어진 빌렛재에 복수 패스의 온간 압연을 행해(소재의 가열 온도: 200∼400℃, 압연 롤의 가열 온도: 150∼300℃, 1패스당의 압하율: 5∼50％), 두께 0.8㎜의 압연 판재를 제작한다. 얻어진 압연 판재의 표면에 상기 불활성 분위기 중에서 레이저광을 조사하여, 압연 판재의 표면 부분을 용융시킨 후, 불활성 가스(N₂ 또는 Ar, 실온)를 분사해 급냉하여, 얻어진 판재를 시료로 한다.

(조건 C)

마그네슘 합금의 잉곳을 불활성 분위기(N₂ 또는 Ar 분위기) 중에서 700℃로 가열하여 용탕을 제작하고, 이 용탕을 이용하여 상기 불활성 분위기 중에서 쌍롤 주조법에 의해, 250㎜×600㎜×두께 5㎜의 크기의 주조 판재를 제작한다. 얻어진 주조 판재에 복수 패스의 온간 압연을 행해(소재의 가열 온도: 200∼400℃, 압연 롤의 가열 온도: 150∼300℃, 1패스당의 압하율: 5∼50％), 두께 0.6㎜의 판재를 제작하여, 얻어진 판재를 시료로 한다.

(조건 D)

마그네슘 합금의 잉곳을 불활성 분위기(N₂ 또는 Ar 분위기) 중에서 700℃로 가열하여 용탕을 제작하고, 이 용탕을 이용하여 상기 불활성 분위기 중에서 250㎜×300㎜×두께 20㎜의 크기의 빌렛재를 주조한다. 얻어진 빌렛재에 복수 패스의 온간 압연을 행해(소재의 가열 온도: 200∼400℃, 압연 롤의 가열 온도: 150∼300℃, 1패스당의 압하율: 5∼50％), 두께 0.8㎜의 압연 판재를 제작하여, 이 압연 판재를 시료로 한다.

또한, 주조 후, 조성을 균질화하기 위한 열처리(용체화 처리;solution heat treatment)나 시효 처리 등을 행하거나, 압연 도중에 중간 열처리를 행하거나, 최종의 압연 후에 최종 열처리를 행해도 좋다.

얻어진 각 시료(판재)에 대하여, 미세 석출물의 수(개/20㎛×20㎛＝400㎛²), 미세 석출물이 분산되는 영역의 두께(㎜), 100시간의 염수 분무 시험 후에 있어서의 부식 면적의 비율(％) 및 표면 저항값(Ω·㎝)을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

미세 석출물의 수는, 이하와 같이 구한다. 각 시료의 판재의 단면을 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 관찰하며(200∼2000배), 이 관찰 촬상에 있어서 일면으로부터 두께 방향으로 20㎛까지의 범위를 표층 영역으로 하고, 이 표층 영역으로부터 임의의 20㎛×20㎛의 소 영역을 5개 선택하여, 각 소 영역 중에 존재하는 모든 석출물의 크기를 측정한다. 석출물의 판정은, 조성에 의해 행한다. 상기 단면을 경면 연마한 후, 예를 들면, 에너지 분산형 X선 분석 장치(EDX) 등으로 대표되는 정성(qualitative analysis) 분석과 반정량 분석을 이용하여 단면에 존재하는 입자의 조성이 구해지고, Al 및 Mg를 포함하는 입자를 석출물로 한다. 단면에 있어서의 각 석출물에 대해서 단면에 평행한 직선을 그어, 석출물에 있어서의 이 직선을 횡단하는 길이의 최대값을 그 석출물의 최대 지름으로 하고, 최대 지름이 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하의 크기의 석출물을 그 소(小) 영역의 미세 석출물로 하여, 5개의 소 영역의 평균을 미세 석출물의 수로 한다.

미세 석출물이 분산되는 영역의 두께는, 이하와 같이 구한다. 각 시료의 판재의 단면을 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 관찰하며(200∼2000배), 이 관찰 촬상에 있어서 일면으로부터 두께 방향으로 임의의 20㎛×20㎛의 소 영역을 취하여, 전술한 바와 같이 미세 석출물의 수를 구한다. 그리고, 표층 영역에 대해서 구한 미세 석출물의 수와 같은 정도의 미세 석출물의 수가 되는 경계를 구해, 일면으로부터 당해 경계까지의 두께를 미세 석출물이 분산되는 영역의 두께로 한다.

부식 면적의 비율은, 이하와 같이 구한다. 염수 분무 시험(SST(Salt Spray Testing), JIS Z 2371(2000))에 기초하여, 35℃로 설정된 시험조에 각 시료를 배치하여 5％의 염수을 분무하고, 그 시험조 중에서 100시간 경과 후, 각 시료의 일면의 부식 면적을 측정한다. 부식 개소는, 건전 개소와 비교하여 흑색, 또는 백색이 되기 때문에, 상기 일면을 촬영하여, 그 촬영 화상을 화상 처리 등 하면, 부식 면적을 용이하게 구할 수 있다. 그리고, 시료의 일면의 전체 면적에 대한 상기 부식 면적의 비율을 부식 면적의 비율로 한다.

표면 저항값은, 이하와 같이 구한다. 상기 부식 면적의 측정과 동일한 조건의 염수 분무 시험(100시간) 후에 각 시료의 일면 내의 임의의 개소를 5개소 선택하고, 각 선택 개소(1개소)에 대해 3회씩 표면 저항값을 측정하여, 5개소의 평균값을 그 시료의 표면 저항값으로 한다. 표면 저항값의 측정은, 미츠비시카가쿠 가부시키가이샤 제조 로레스타(Loresta)를 이용하여, 2탐침 프로브 타입 MCP-TPAP로, 2탐침법에 의해 행한다.

표 1에 나타내는 바와 같이, Al을 4.5∼11질량％ 포함하는 마그네슘 합금으로 이루어지고, 적어도 표면 부분이, 20㎛×20㎛에 대하여 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하의 미세 석출물이 10개 이상 분산되는 조직으로 구성되어 있음으로써, 부식 면적의 비율이 10％ 이하로 작으며, 내식성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 이들 내식성이 우수한 시료는, 판재의 일면으로부터 20㎛ 초과의 영역도, 상기 미세 석출물이 분산된 조직으로 구성되어 있는 것을 알 수 있다. 특히, 연속 주조에 의해 제조된 주조재를 이용한 시료에서는, 판재의 두께의 반의 영역까지가 상기 미세 석출물이 분산된 조직으로 구성되어 있는 것을 알 수 있다. 여기에서는, 일면으로부터의 영역밖에 측정하고 있지 않지만, 상기 결과로부터, 다른 면으로부터의 영역에 대해서도 동일하게 상기 미세 석출물이 분산된 조직을 갖고 있는, 즉, 시료의 거의 전체가 동일한 조직을 갖고 있다고 추측된다. 또한, 상기 내식성이 우수한 시료는, 부식 시험 후의 표면 저항값도 작은 것을 알 수 있다.

도 1은, 시료 No.15 및 시료 No.105의 주사 전자 현미경 사진(2000배)이다. 도 1에 있어서, 상방의 검은 영역은, 배경이고, 회색의 영역이 시료, 이 시료 중의 작은 회색의 알갱이가 석출물이다. 각 시료의 표면(배경과 시료와의 경계)으로부터 두께 방향으로 20㎛까지의 영역에, 흰 테두리로 나타내는 20㎛×20㎛의 소 영역을 취하여, 이 소 영역에 존재하는 석출물에 번호를 붙이고 있다. 도 1(I)에 나타내는 바와 같이, 내식성이 우수한 시료 No.15는, 표층 영역에 미세한 석출물이 분산되어 존재하는 조직으로 구성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 내식성이 우수한 시료 No.15는, 미세한 결정립으로 구성되어 있는 것을 알 수 있다. 이에 대하여, 내식성이 떨어지는 시료 No.105는, 표층 영역에 미세한 석출물이 적은 것을 알 수 있다.

전술한 바와 같이 미세 석출물이 10개 이상 분산되는 조직에 의해 표면 부분이 구성되어 있는 시료는, 모두, 내식성이 우수한 점에서, 방식 처리가 불필요하다. 그 때문에, 이들 시료에 대해서 P농도(질량％)를 오제(AES) 분석에 의해 측정한 결과, 검출 한계 이하(0.01질량％ 이하)이며, 방식 처리제에 포함되는 인(P) 등이 실질적으로 포함되지 않는 것을 알 수 있다.

또한, 전술한 실시 형태는, 본 발명의 요지를 일탈하는 일 없이, 적절히 변경하는 것이 가능하며, 전술한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 마그네슘 합금의 조성, 주조 후 및 압연 후의 판두께 등을 적절히 변경해도 좋고, 얻어진 압연재에 프레스 가공이나 굽힘 가공 등의 소성 가공을 행해도 좋고, 일면에 도장층을 직접 형성해도 좋다.

본 발명 마그네슘 합금 부재는, 내식성이 우수하고, 그리고 경량인 점에서, 휴대용 등의 전자 기기류의 케이스체나 자동차, 철도, 항공기와 같은 반송 기기류 등의 각종의 부품에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

알루미늄의 함유량이 4.5질량％ 이상 11질량％ 이하인 마그네슘 합금으로 이루어지는 기재(base material)를 구비하는 마그네슘 합금 부재로서,
상기 기재를 구성하는 표면으로서, 대향하는 한 쌍의 일면 및 다른 면을 갖고 있고,
상기 일면과 다른 면과의 사이의 거리를 두께로 하고, 이들 각 면으로부터 각각 두께 방향으로 20㎛까지의 범위를 표층 영역으로 할 때, 적어도 상기 양(兩) 표층 영역은, 당해 표층 영역으로부터 선택한 임의의 20㎛×20㎛의 소(小) 영역에 대하여, Mg과 Al과의 쌍방을 포함하는 석출물로서 최대 지름이 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하의 미세 석출물이 10개 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제1항에 있어서,
상기 기재의 상기 일면 및 다른 면의 쌍방에 있어서, 100시간의 염수 분무 시험(JIS Z 2371, 2000) 후의 부식 면적의 비율이 10％ 이하, 그리고 상기 100시간의 염수 분무 시험 후에 있어서 2탐침법으로 측정한 표면 저항값이 30Ω·㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기재의 일면 및 다른 면의 쌍방에 방식(防食) 처리가 행해져 있지 않은 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마그네슘 합금 부재는, 상기 기재와, 이 기재의 일면 및 다른 면 중 어느 한쪽의 면에만 형성된 도장층(塗裝層)을 갖고,
상기 도장층은, 상기 한쪽의 면 위에 직접 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기재의 일면 및 다른 면의 쌍방에 있어서의 인(P) 농도가 0.01질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마그네슘 합금은, AZ61, AZ80, AZ81 및, AZ91 합금 중 어느 1종의 합금인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마그네슘 합금 부재는, 전자 기기의 케이스체인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마그네슘 합금 부재는, 자동차, 철도 및, 항공기 중 어느 1종의 반송 기기용 부품인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 부재.