JP2006028539A

JP2006028539A - マグネシウム基材の表面処理方法およびマグネシウム成形品の製造方法

Info

Publication number: JP2006028539A
Application number: JP2004204957A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Suzuki; 英幸鈴木; Koichiro Sato; 幸一郎佐藤; Keiichi Okazaki; 恵一岡崎; Tomoko Ito; 智子伊藤; Man Kawaguchi; 漫川口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-02-02
Also published as: DE102005032070A1; US20060008587A1; US20060093744A9

Abstract

【課題】耐食性の高い皮膜を安価に形成することができる、特に自動車部品用のマグネシウム基材の表面処理に用いて好適な、マグネシウム基材の表面処理方法およびマグネシウム成形品の製造方法を提供する。
【解決手段】マグネシウムもしくはマグネシウム合金からなるマグネシウム基材１を、加湿雰囲気中で加熱処理して、表面に酸化マグネシウムの皮膜を形成する。これにより、マグネシウム基材表面に、耐食性が高く、高い硬度を有し、黒色化した酸化マグネシウム（ＭｇＯ）皮膜を形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネシウムもしくはマグネシウム合金からなるマグネシウム基材の表面処理方法およびマグネシウム成形品の製造方法に関する。

軽量でリサイクル可能なマグネシウム（Ｍｇ）もしくはマグネシウム合金からなるマグネシウム基材は、樹脂材料に較べて剛性が高く、電磁波シールド性を有する等の理由から、携帯電話やパソコンの部品に用いられている。また実用的な金属材料の中で最軽量であることから、燃費向上のため軽量化が進む自動車部品にも採用され始めている。一方、マグネシウムは腐食し易い金属であるため、使用環境によっては耐食性を向上させる表面処理が必要である。このようなマグネシウム基材の表面処理方法として、化成処理、陽極酸化、塗装といった方法が知られている。

例えば、特開２００２−２２０６９７号公報（特許文献１）には、プラスとマイナスを周期的に反転出力する電源を用いてアルカリ電解を行うことで、プラス極時に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を電解生成すると共に、マイナス極時に電解研磨類似作用で処理面を平滑化し、耐食性が高い酸化マグネシウムが主成分の皮膜を成長させる方法が開示されている。また、特開２００２−２７５６８７号公報（特許文献２）には、マグネシウム（Ｍｇ）を主成分とするマグネシウム基材と、マグネシウム基材上に形成された酸化層（ＭｇＯ）と、酸化層上に形成された第ＶＩａ属元素の酸化物や硫化物からなる被覆層とを備える被覆部材およびマグネシウム基材の表面処理方法が開示されている。
特開２００２−２２０６９７号公報特開２００２−２７５６８７号公報

上記特許文献１，２に開示されたマグネシウム基材の表面処理方法は、いずれもマグネシウム基材に対して耐食性の高い皮膜を形成することができるものの、特別な薬剤および処理工程を必要とするため、処理費用が高価なものとなる。このため、この高価な処理費用が、マグネシウム基材を自動車部品等に利用するにあたっての妨げとなっている。

そこで本発明は、耐食性の高い皮膜を安価に形成することができる、特に自動車部品用のマグネシウム基材の表面処理に用いて好適な、マグネシウム基材の表面処理方法およびマグネシウム成形品の製造方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、マグネシウムもしくはマグネシウム合金からなるマグネシウム基材を、加湿雰囲気中で加熱処理して、表面に酸化マグネシウムの皮膜を形成することを特徴としている。

上記表面処理を行なうことで、マグネシウム基材表面に、耐食性が高く、高い硬度を有し、黒色化した酸化マグネシウム（ＭｇＯ）皮膜を形成することができる。また、上記マグネシウム基材の表面処理方法は、加湿を行なわず加熱処理だけの場合に較べて短時間で厚くＭｇＯ皮膜を形成することができ、マグネシウム基材の安価な表面処理方法とすることができる。

請求項２に記載のように、上記表面処理は、前記加熱処理が、温度５０℃以上、４５０℃以下であり、前記加湿雰囲気が、湿度５０％ＲＨ以上、１００％ＲＨ以下であることが好ましい。

これにより、短時間の表面処理で、且つマグネシウム基材の表面に形成するＭｇＯ皮膜の膜厚を安定的に制御することができる。

請求項３に記載の発明は、前記表面処理において、雰囲気圧力を１．０１３２５×１０^５Ｐａ以上、９．８０６６５×１０^５Ｐａ以下とすることを特徴としている。

これによれば、雰囲気加圧を行なわず加熱加湿だけの処理に較べて、さらに短い時間で厚いＭｇＯ皮膜を形成することができる。

請求項４に記載のように、前記酸化マグネシウム皮膜の厚さは、３μｍ以上、５０μｍ以下とすることが望ましい。

ＭｇＯ皮膜の厚さを３μｍ以上とすることで、長期間に渡って安定的な耐食性を確保することができる。また、ＭｇＯ皮膜の厚さを５０μｍ以下とすることで、十分な耐食性が確保されると共に、必要以上に膜厚を大きくすることがなく、熱処理時間が短縮するため安価な表面処理方法とすることができる。

請求項５に記載のように、上記マグネシウム基材の表面処理方法は、高い耐食性が要求される自動車部品用のマグネシウム基材の表面処理に好適である。

例えば、エンジンブロックもしくはトランスミッションケースの表面処理に好適である。エンジンブロックもしくはトランスミッションケースは、大型で複雑形状の自動車部品であり、このような大型の自動車部品にマグネシウム基材を用いることで、効果的に軽量化を図ることができる。上記したマグネシウム基材の表面処理方法は、大型で複雑形状の自動車部品であっても処理コストが増大することなく、均一なＭｇＯ皮膜形成が可能で、高い耐食性を付加することができる。

また、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）ケースに用いられるマグネシウム基材の表面処理にも好適である。ＥＣＵケースは、軽量化だけでなく、シールド性が要求される自動車部品である。従って、ＥＣＵケースとして上記の表面処理を施した耐食性の高いマグネシウム基材を用い、軽量化を図ると共に、樹脂ケースでは得られないシールド性を付加することができる。

請求項６ないし請求項１０に記載された発明のように、本発明はマグネシウム成形品の製造方法として把握されうる。マグネシウム成形品は、鋳造、切削加工、プレス加工などのマグネシウム材料に適用可能な成形方法によって成形工程において所定の形状に成形される。本発明では、このような成形工程の後に、所定の形状に成形されたマグネシウム成形品を、加湿雰囲気中で加熱処理して、表面に酸化マグネシウムの皮膜を形成する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図を参考にしながら説明する。

本発明は、マグネシウムもしくはマグネシウム合金からなるマグネシウム基材の表面処理方法で、マグネシウム基材を加湿雰囲気中で加熱処理して、表面に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の皮膜を形成する方法である。

上記表面処理を行なうことで、マグネシウム基材表面に、耐食性が高く、高い硬度を有し、黒色化したＭｇＯ皮膜を形成することができる。また、上記マグネシウム基材の表面処理方法は、加湿を行なわず加熱処理だけの場合に較べて、短時間で厚くＭｇＯ皮膜を形成することができ、マグネシウム基材の安価な表面処理方法とすることができる。

図１（ａ）は、上記表面処理の各条件を試験する上でテストピースとした、板状のマグネシウム基材の一例である。図１（ａ）に示すテストピース１のマグネシウム基材は、図中に示すように、アルミニウム（Ａｌ）および亜鉛（Ｚｎ）を含有するマグネシウム（Ｍｇ）合金である。

図１（ｂ）は、加湿雰囲気中で加熱処理に用いた、温度と湿度を任意に設定できる高温炉と耐圧容器の外観図である。耐圧容器にテストピース１のマグネシウム基材と水を入れ高温炉で加熱処理試験の結果、好適な表面処理条件は、加熱処理が、温度が５０℃以上、４５０℃以下であり、加湿雰囲気が、湿度５０％ＲＨ以上、１００％ＲＨ以下であることが判明した。この条件の範囲内では、２００時間以内の短時間の表面処理で、テストピース１のマグネシウム基材の表面に、膜厚３μｍ以上、５０μｍ以下のＭｇＯ皮膜を安定的に形成することができた。

図１（ｃ）は、上記マグネシウム基材の表面処理品の一例で、比較的低い温度で表面処理したテストピース１の断面ＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）像である。加熱処理温度が６５℃、加湿雰囲気湿度８５％ＲＨ、処理時間２００時間の表面処理条件で、厚さ３μｍのＭｇＯ皮膜が得られた。

マグネシウム基材に形成するＭｇＯ皮膜の厚さは、３μｍ以上、５０μｍ以下とすることが望ましい。ＭｇＯ皮膜の厚さを３μｍ以上とすることで、マグネシウム基材に対して、長期間に渡って安定的な耐食性を確保することができる。また、ＭｇＯ皮膜の厚さを５０μｍ以下とすることで、十分な耐食性が確保されると共に、必要以上に膜厚を大きくすることがなく、熱処理時間が短縮するため安価な表面処理方法とすることができる。

上記加湿雰囲気中での加熱処理によるマグネシウム基材の表面処理方法では、図１（ｂ）の高温炉と耐圧容器ではなく恒温恒湿槽やスチーム処理装置やオートクレーブを用いて、雰囲気加圧を行なってもよい。この場合の雰囲気圧力は、雰囲気圧力を１．０１３２５×１０^５Ｐａ以上、９．８０６６５×１０^５Ｐａ以下が好適であり、この条件でテストピース１のマグネシウム基材の表面にＭｇＯ皮膜を安定的に形成することができる。このように雰囲気加圧を行なうことで、雰囲気加圧を行なわず加熱加湿だけの処理に較べて、さらに短い時間で厚いＭｇＯ皮膜を形成することができる。

上記マグネシウム基材の表面処理方法は、高い耐食性が要求される自動車部品用のマグネシウム基材の表面処理に好適である。

例えば、大型で複雑形状のエンジンブロックもしくはトランスミッションケースの表面処理に好適で、このような大型の自動車部品にマグネシウム基材を用いることで、効果的に軽量化を図ることができる。上記したマグネシウム基材の表面処理方法は、大型で複雑形状の自動車部品であっても処理コストが増大することなく、均一なＭｇＯ皮膜形成が可能で、高い耐食性を付加することができる。

また、ＥＣＵケースに用いられるマグネシウム基材の表面処理にも好適である。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）ケースは、軽量化だけでなく、シールド性が要求される自動車部品である。従って、ＥＣＵケースとして上記の表面処理を施した耐食性の高いマグネシウム基材を用い、軽量化を図ると共に、樹脂ケースでは得られないシールド性を付加することができる。

（ａ）は、本発明の表面処理の各条件を試験するテストピースであり、（ｂ）は、加湿雰囲気中で加熱処理に用いた高温炉と耐圧容器の外観図である。（ｃ）は、マグネシウム基材の表面処理品の一例で、テストピースの断面ＳＩＭ像である。

符号の説明

１テストピース

Claims

マグネシウムもしくはマグネシウム合金からなるマグネシウム基材を、加湿雰囲気中で加熱処理して、表面に酸化マグネシウムの皮膜を形成することを特徴とするマグネシウム基材の表面処理方法。
前記加熱処理が、温度５０℃以上、４５０℃以下であり、前記加湿雰囲気が、湿度５０％ＲＨ以上、１００％ＲＨ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム基材の表面処理方法。
前記表面処理において、雰囲気圧力を１．０１３２５×１０^５Ｐａ以上、９．８０６６５×１０^５Ｐａ以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシウム基材の表面処理方法。
前記酸化マグネシウム皮膜の厚さを、３μｍ以上、５０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマグネシウム基材の表面処理方法。
前記マグネシウム基材が、自動車部品用のマグネシウム基材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマグネシウム基材の表面処理方法。
マグネシウムもしくはマグネシウム合金からなるマグネシウム成形品を、加湿雰囲気中で加熱処理して、表面に酸化マグネシウムの皮膜を形成することを特徴とするマグネシウム成形品の製造方法。
前記加熱処理が、温度５０℃以上、４５０℃以下であり、前記加湿雰囲気が、湿度５０％ＲＨ以上、１００％ＲＨ以下であることを特徴とする請求項６に記載のマグネシウム成形品の製造方法。
前記表面処理において、雰囲気圧力を１．０１３２５×１０^５Ｐａ以上、９．８０６６５×１０^５以下とすることを特徴とする請求項６または７に記載のマグネシウム成形品の製造方法。
前記酸化マグネシウム皮膜の厚さを、３μｍ以上、５０μｍ以下とすることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のマグネシウム成型品の製造方法。
前記マグネシウム成形品が、自動車部品であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載のマグネシウム成形品の製造方法。