JP2013083004A - Magnesium mother alloy, production method thereof, metal alloy using the same and production method of metal alloy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マグネシウム母合金、その製造方法、それを用いた金属合金及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a magnesium mother alloy, a manufacturing method thereof, a metal alloy using the same, and a manufacturing method thereof.
現在、超高硬度アルミニウム合金（例えば、２０００系、５０００系、６０００系及び７０００系など）には、硬度、耐腐食性及び溶接性のような合金特性が優れるように、スカンジウム（Ｓｃ）を添加元素として使用する技術が研究されている。このようにスカンジウム（Ｓｃ）が添加されたアルミニウム合金は、溶接性や耐疲労特性が要求される軍需用（例えば、戦闘車両補強剤、小銃の本体など）に用いられるか、高硬度や溶接性が要求される民需用（高速鉄道車両、電動車用部品など）に用いられることができる。 Currently, ultra-high hardness aluminum alloys (for example, 2000 series, 5000 series, 6000 series and 7000 series) are added with scandium (Sc) so that the alloy characteristics such as hardness, corrosion resistance and weldability are excellent. The technology used as an element has been studied. The aluminum alloy to which scandium (Sc) is added as described above is used for military use (for example, combat vehicle reinforcement, rifle body, etc.) that requires weldability and fatigue resistance, or has high hardness and weldability. Can be used for private demand (high-speed railway vehicles, parts for electric vehicles, etc.).
しかし、このようなスカンジウム（Ｓｃ）は、稀土類であって地球上に少量しか存在せず、また鉱物からの分離が困難であり、非常に高価だという短所がある。 However, such scandium (Sc) is a rare earth and is present only in a small amount on the earth, and is difficult to separate from minerals and is very expensive.
従って、安価の酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）がアルミニウム合金に添加される方法が考慮されている。 Therefore, a method is considered in which inexpensive scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added to the aluminum alloy.
しかし、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）が直接アルミニウムに添加されると、前記スカンジウムの酸化物によって、硬度、耐腐食性及び溶接性のような合金の各種特性が低下する問題がある。 However, when scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added directly to aluminum, there is a problem that various properties of the alloy such as hardness, corrosion resistance and weldability are deteriorated by the oxide of scandium.
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、酸化特性及び発火特性が改善されたマグネシウム母合金及びこれの製造方法を提供することにある。 The present invention is for solving the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a magnesium mother alloy having improved oxidation characteristics and ignition characteristics and a method for producing the same.
本発明の他の目的は、低コストで設計目的に適合し、硬度特性、耐腐食性及び溶接特性のような合金特性が低下しない金属合金及びこれの製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a metal alloy that is suitable for design purposes at a low cost and that does not deteriorate alloy properties such as hardness properties, corrosion resistance, and welding properties, and a method for manufacturing the same.
上述の目的を達成するために、本発明の参考例にかかるマグネシウム母合金は、多数のマグネシウム結晶粒；及び前記マグネシウム結晶粒の内部に固溶されたスカンジウム（Ｓｃ）を含む。 In order to achieve the above object, a magnesium master alloy according to a reference example of the present invention includes a large number of magnesium crystal grains; and scandium (Sc) dissolved in the magnesium crystal grains.
前記スカンジウム（Ｓｃ）は、マグネシウム１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量部が存在してもよい。 The scandium (Sc) may be present in an amount of 0.0001 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of magnesium.
また、上述の目的を達成するために、本発明にかかるマグネシウム母合金は、結晶粒界を有する多数のマグネシウム−アルミニウム結晶粒；及び前記マグネシウム−アルミニウム結晶粒の内部ではない外部として、前記結晶粒界に晶出されたスカンジウム化合物を含む。 In order to achieve the above-described object, the magnesium master alloy according to the present invention includes a plurality of magnesium-aluminum crystal grains having a grain boundary; and the crystal grains as external parts that are not inside the magnesium-aluminum crystal grains Includes scandium compounds crystallized in the boundary.
前記スカンジウム化合物は、Ａｌ２Ｓｃ、ＡｌＳｃまたはＡｌ３Ｓｃであってもよい。 The scandium compound may be Al 2 Sc, AlSc, or Al 3 Sc.
前記スカンジウム化合物のうちスカンジウム（Ｓｃ）は、マグネシウム−アルミニウム１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量部が存在してもよい。 Of the scandium compound, scandium (Sc) may be present in an amount of 0.0001 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of magnesium-aluminum.
また、上述の目的を達成するために、本発明にかかるマグネシウム母合金の製造方法は、マグネシウムをるつぼに入れて６００℃〜８００℃の温度で溶解して、マグネシウム溶湯を形成するマグネシウム溶湯形成段階；前記マグネシウム溶湯に酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）を添加する酸化スカンジウム添加段階；前記マグネシウム溶湯を１〜４００分間撹拌する撹拌段階；前記マグネシウム溶湯を常温〜４００℃の鋳型に入れて鋳造する鋳造段階；及び前記鋳造されたマグネシウムを冷却する冷却段階を含む。 In addition, in order to achieve the above-mentioned object, a method for producing a magnesium mother alloy according to the present invention includes a magnesium melt forming step in which magnesium is put in a crucible and melted at a temperature of 600 ° C to 800 ° C to form a magnesium melt. A scandium oxide addition step of adding scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to the magnesium melt; a stirring step of stirring the magnesium melt for 1 to 400 minutes; a casting for casting the magnesium melt in a mold at room temperature to 400 ° C. And a cooling step for cooling the cast magnesium.
前記マグネシウム溶湯形成段階で、前記マグネシウムは、純粋マグネシウムまたはマグネシウム−アルミニウムであってもよい。 In the magnesium melt forming step, the magnesium may be pure magnesium or magnesium-aluminum.
前記酸化スカンジウム添加段階で添加される酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）は、純粋マグネシウムまたはマグネシウム−アルミニウム１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量部であってもよい。 The scandium oxide (Sc 2 O 3 ) added in the scandium oxide addition step may be 0.0001 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of pure magnesium or magnesium-aluminum.
また、上述の目的を達成するために、本発明にかかる金属合金は、結晶粒界を有する多数の金属結晶粒；及び前記金属結晶粒の内部に固溶されたスカンジウム（Ｓｃ）を含むか、金属結晶粒の内部ではない外部として、前記結晶粒界に存在するスカンジウム化合物を含む。 In order to achieve the above object, the metal alloy according to the present invention includes a large number of metal crystal grains having a grain boundary; and scandium (Sc) dissolved in the metal crystal grains. The scandium compound which exists in the said crystal grain boundary is included as the exterior which is not the inside of a metal crystal grain.
前記金属は、ＡＺ９１Ｄ、ＡＭ２０、ＡＭ３０、ＡＭ５０、ＡＭ６０、ＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ８０、ＡＳ４１、ＡＳ３１、ＡＳ２１Ｘ、ＡＥ４２、ＡＥ４４、ＡＸ５１、ＡＸ５２、ＡＪ５０Ｘ、ＡＪ５２Ｘ、ＡＪ６２Ｘ、ＭＲＩ１５３、ＭＲＩ２３０、ＡＭ−ＨＰ２、Ｍｇ−Ａｌ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｒｅ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｓｉ及びＭｇ−Ｚｎ−Ｙのうち選択された何れか一つであってもよい。 The metal is AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AZ61, AZ80, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, Mg- Any one selected from Al, Mg—Al—Re, Mg—Al—Sn, Mg—Zn—Sn, Mg—Si, and Mg—Zn—Y may be used.
前記金属は、１０００系列、２０００系列、３０００系列、４０００系列、５０００系列、６０００系列、７０００系列及び８０００系列の塑性加工用（Ｗｒｏｕｇｈｔ）アルミニウムまたは１００系列、２００系列、３００系列、４００系列、５００系列及び７００系列鋳造用（Ｃａｓｔｉｎｇ）アルミニウムのうち選択された何れか一つであってもよい。 The metal is 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series aluminum for plastic working (Wrough) or 100 series, 200 series, 300 series, 400 series, 500 series. And any one selected from among 700 series casting aluminum.
前記スカンジウム化合物は、Ａｌ２Ｓｃ、ＡｌＳｃまたはＡｌ３Ｓｃであってもよい。 The scandium compound may be Al 2 Sc, AlSc, or Al 3 Sc.
前記金属結晶粒の内部に固溶されたスカンジウム（Ｓｃ）または前記スカンジウム化合物のうち前記スカンジウム（Ｓｃ）は、金属１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量部存在してもよい。 Of the scandium (Sc) or the scandium compound dissolved in the metal crystal grains, the scandium (Sc) may be present in an amount of 0.0001 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the metal.
また、上述の目的を達成するために、本発明にかかる金属合金の製造方法は、金属溶湯を形成する金属溶湯形成段階；前記金属溶湯に、固溶されたスカンジウムまたはスカンジウム化合物を有するマグネシウム母合金を添加するマグネシウム母合金添加段階；前記金属溶湯を１分〜４００分間撹拌する撹拌段階；前記金属溶湯を常温〜４００℃の鋳型に入れて鋳造する鋳造段階；及び前記鋳造された金属を冷却する冷却段階を含む。 In order to achieve the above object, a method for producing a metal alloy according to the present invention includes a metal melt forming step for forming a metal melt; a magnesium mother alloy having scandium or a scandium compound dissolved in the metal melt. Adding a magnesium mother alloy; stirring the molten metal for 1 minute to 400 minutes; casting the molten metal in a mold at room temperature to 400 ° C .; and cooling the cast metal Includes a cooling stage.
前記マグネシウム母合金添加段階で用いられたスカンジウムを有するマグネシウム母合金は、金属１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量部が添加されてもよい。 The magnesium master alloy having scandium used in the magnesium master alloy addition step may be added in an amount of 0.0001 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the metal.
前記マグネシウム母合金添加段階で用いられたスカンジウムを有するマグネシウム母合金は、純粋マグネシウム１００重量部に対して酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）が０．０００１乃至３０重量部添加されて製造されてもよい。 The magnesium master alloy having scandium used in the magnesium master alloy addition step may be manufactured by adding 0.0001 to 30 parts by weight of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to 100 parts by weight of pure magnesium. .
前記マグネシウム母合金添加段階で用いられたスカンジウムを有するマグネシウム母合金は、マグネシウム−アルミニウム１００重量部に対して酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）が０．０００１乃至３０重量部添加されて製造されてもよい。 The magnesium master alloy having scandium used in the magnesium master alloy addition step may be manufactured by adding 0.0001 to 30 parts by weight of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to 100 parts by weight of magnesium-aluminum. Good.
前記マグネシウム母合金添加段階で用いられたスカンジウムを有するマグネシウム母合金は、純粋マグネシウム１００重量部に対して酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）が０．０００１乃至３０重量部添加されて製造されたものと、マグネシウム−アルミニウム１００重量部に対して酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）が０．０００１乃至３０重量部添加されて製造されたものであってもよい。 The magnesium master alloy having scandium used in the magnesium master alloy addition step is manufactured by adding 0.0001 to 30 parts by weight of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to 100 parts by weight of pure magnesium. Further, it may be produced by adding 0.0001 to 30 parts by weight of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to 100 parts by weight of magnesium-aluminum.
前記金属溶湯は、ＡＺ９１Ｄ、ＡＭ２０、ＡＭ３０、ＡＭ５０、ＡＭ６０、ＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ８０、ＡＳ４１、ＡＳ３１、ＡＳ２１Ｘ、ＡＥ４２、ＡＥ４４、ＡＸ５１、ＡＸ５２、ＡＪ５０Ｘ、ＡＪ５２Ｘ、ＡＪ６２Ｘ、ＭＲＩ１５３、ＭＲＩ２３０、ＡＭ−ＨＰ２、Ｍｇ−Ａｌ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｒｅ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｓｉ及びＭｇ−Ｚｎ−Ｙのうち選択された何れか一つで形成されてもよい。 The molten metal is AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AZ61, AZ80, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, Mg -Al, Mg-Al-Re, Mg-Al-Sn, Mg-Zn-Sn, Mg-Si, and Mg-Zn-Y may be used.
前記金属溶湯は、１０００系列、２０００系列、３０００系列、４０００系列、５０００系列、６０００系列、７０００系列及び８０００系列塑性加工用（Ｗｒｏｕｇｈｔ）アルミニウムまたは１００系列、２００系列、３００系列、４００系列、５００系列及び７００系列鋳造用（Ｃａｓｔｉｎｇ）アルミニウムのうち選択された何れか一つで形成されてもよい。 The molten metal is 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series aluminum for plastic working (Wrough) or 100 series, 200 series, 300 series, 400 series, 500 series. And 700 selected casting aluminum.
本発明によれば、マグネシウム母合金に酸化スカンジウムが添加されることで、マグネシウム母合金の酸化特性及び発火特性が向上する。また、本発明によれば、スカンジウムを有するマグネシウム母合金がマグネシウム合金またはアルミニウム合金のような金属合金に添加されることで、金属合金が安価で製造されることができ、また金属合金の硬度特性、耐腐食性及び溶接特性のような合金特性が低下しない。 According to the present invention, the addition of scandium oxide to the magnesium mother alloy improves the oxidation characteristics and ignition characteristics of the magnesium mother alloy. In addition, according to the present invention, a magnesium master alloy having scandium is added to a metal alloy such as a magnesium alloy or an aluminum alloy, so that the metal alloy can be manufactured at a low cost, and the hardness characteristics of the metal alloy Alloy properties such as corrosion resistance and welding properties do not deteriorate.
さらに本発明では、二つの形態の母合金（結晶粒内部に固溶されたスカンジウム（Ｓｃ）を含むマグネシウム母合金及びスカンジウムが晶出されたマグネシウム母合金）が製造されることで、用途や目的に適合した金属合金が製造されることができる。例えば、スカンジウムが固溶された形態の金属合金が必要な場合、前記結晶粒内部にスカンジウムが固溶されたマグネシウム母合金が用いられることができる。また、スカンジウムが晶出された形態の金属合金が必要な場合、前記スカンジウムが晶出されたマグネシウム母合金が用いられることができる。勿論、結晶粒内部に固溶されたスカンジウム（Ｓｃ）を含むマグネシウム母合金及びスカンジウムが晶出されたマグネシウム母合金が両方とも添加されて、金属合金が製造されることもできる。従って、本発明によれば、用途や目的に適合した金属合金を多様な方法で製造することができる。 Furthermore, in the present invention, two types of master alloys (magnesium master alloy containing scandium (Sc) dissolved in crystal grains and magnesium master alloy from which scandium is crystallized) are produced. Metal alloys compatible with can be manufactured. For example, when a metal alloy in a form in which scandium is dissolved is required, a magnesium mother alloy in which scandium is dissolved in the crystal grains can be used. In addition, when a metal alloy having a form in which scandium is crystallized is required, a magnesium mother alloy in which the scandium is crystallized may be used. Of course, both a magnesium mother alloy containing scandium (Sc) dissolved in crystal grains and a magnesium mother alloy crystallized from scandium can be added to produce a metal alloy. Therefore, according to the present invention, a metal alloy suitable for the application and purpose can be produced by various methods.
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の好ましい実施例を図面を参照して詳しく説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily carry out.
図１は、本発明にかかるマグネシウム母合金の製造方法を図示した順序図である。 FIG. 1 is a flow chart illustrating a method for manufacturing a magnesium mother alloy according to the present invention.
図１に示すように、本発明にかかるマグネシウム母合金の製造方法は、マグネシウム溶湯形成段階Ｓ１、添加剤添加段階Ｓ２、撹拌段階Ｓ３、鋳造段階Ｓ４及び冷却段階Ｓ５を含む。 As shown in FIG. 1, the method for producing a magnesium mother alloy according to the present invention includes a magnesium melt formation stage S1, an additive addition stage S2, a stirring stage S3, a casting stage S4, and a cooling stage S5.
前記マグネシウム溶湯形成段階Ｓ１では、マグネシウムをるつぼに入れて６００乃至８００℃で加熱する。すると、前記るつぼ内のマグネシウムは溶融されてマグネシウム溶湯を形成する。ここで、前記温度が６００℃未満であるとマグネシウム溶湯の形成が困難であり、温度が８００℃を超えるとマグネシウム溶湯が発火する恐れがある。 In the magnesium melt forming step S1, magnesium is put in a crucible and heated at 600 to 800 ° C. Then, the magnesium in the crucible is melted to form a molten magnesium. Here, when the temperature is less than 600 ° C., it is difficult to form molten magnesium, and when the temperature exceeds 800 ° C., the molten magnesium may ignite.
また、前記マグネシウム溶湯の発火を防止するために、付加的に少量の保護ガスが提供されてもよい。前記保護ガスは、通常のＳＦ６、ＳＯ２、ＣＯ２、ＨＦＣ−１３４ａ、ＮｏｖｅｃＴＭ６１２、非活性気体及びその等価物と、またこれらの混合ガスを用いて、前記マグネシウムの発火を抑制することができる。しかし、本発明でこのような保護ガスが必ずしも必要なのではなく、提供されなくてもよい。 Moreover, in order to prevent ignition of the molten magnesium, a small amount of protective gas may be additionally provided. The protective gas suppresses ignition of the magnesium by using normal SF 6 , SO 2 , CO 2 , HFC-134a, Novec ™ 612, an inert gas and its equivalent, and a mixed gas thereof. Can do. However, in the present invention, such a protective gas is not always necessary and may not be provided.
また、前記マグネシウム溶湯形成段階で用いられたマグネシウムは、純粋マグネシウム、マグネシウム−アルミニウム及びその等価物のうち選択された何れか一つであってもよい。 Further, the magnesium used in the magnesium melt formation step may be any one selected from pure magnesium, magnesium-aluminum, and equivalents thereof.
前記添加剤添加段階Ｓ２では、前記マグネシウム溶湯に粉末形態の添加剤を添加する。 In the additive addition step S2, an additive in powder form is added to the molten magnesium.
ここで、前記添加剤添加段階Ｓ２で用いられた添加剤は、高価の純粋スカンジウム（ｐｕｒｅ Ｓｃ）ではなく安価の酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）及びその等価物のうち選択された何れか一つであってもよい。このような添加剤は、マグネシウム母合金の酸化力は減らし、発火温度を高めて、保護ガスの必要量を著しく減らす役割をする。 Here, the additive used in the additive addition step S2 is any one selected from inexpensive scandium oxide (Sc 2 O 3 ) and its equivalent instead of expensive pure scandium (pure Sc). It may be. Such an additive serves to reduce the oxidizing power of the magnesium master alloy, increase the ignition temperature, and significantly reduce the required amount of protective gas.
前記添加剤添加段階Ｓ２で用いられた添加剤は、マグネシウム母合金１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量部が添加されることができる。前記添加剤が０．０００１重量部未満である場合には、添加剤による効果（硬度増加、酸化減少、発火温度上昇及び保護ガス減少）が小さい恐れがある。また、前記添加剤が３０重量部を超えると、元のマグネシウムまたはマグネシウム合金の特性が現れない恐れがある。 The additive used in the additive addition step S2 may be added in an amount of 0.0001 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the magnesium mother alloy. When the additive is less than 0.0001 part by weight, the effects (increase in hardness, decrease in oxidation, increase in ignition temperature and decrease in protective gas) may be small. Moreover, when the said additive exceeds 30 weight part, there exists a possibility that the characteristic of the original magnesium or magnesium alloy may not appear.
また、前記添加剤添加段階でＳ２用いられた添加剤は、その大きさが０．１〜５００μｍであってもよい。前記添加剤の大きさが０．１μｍ未満であるものは、現実的に製造が困難であり、高いコストがかかる。また、前記添加剤の大きさが５００μｍを超える場合には、前記添加剤が前記マグネシウム溶湯と反応しない恐れがある。 In addition, the additive used in S2 in the additive addition step may have a size of 0.1 to 500 μm. If the size of the additive is less than 0.1 μm, it is practically difficult to manufacture and high cost is required. In addition, when the size of the additive exceeds 500 μm, the additive may not react with the magnesium melt.
前記撹拌段階Ｓ３では、前記マグネシウム溶湯を１〜４００分間撹拌する。 In the stirring step S3, the molten magnesium is stirred for 1 to 400 minutes.
ここで、撹拌時間が１分未満であると、マグネシウム溶湯に添加剤が充分に混合されず、撹拌時間が４００分を超えると、マグネシウム溶湯の撹拌時間が無駄に長くなる恐れができる。 Here, when the stirring time is less than 1 minute, the additive is not sufficiently mixed with the molten magnesium, and when the stirring time exceeds 400 minutes, the stirring time of the molten magnesium can be unnecessarily long.
ここで、前記マグネシウム溶湯に添加された添加剤は、酸化物形態で存在しない。例えば、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）がマグネシウム溶湯に添加剤として添加された場合、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）の形態で存在しない。即ち、前記酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）は、還元された後、溶湯内の元素と反応し、結晶粒内部にスカンジウムが固溶されて合金形態で存在するか、または晶出されて化合物形態で存在する。 Here, the additive added to the molten magnesium does not exist in an oxide form. For example, when scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added as an additive to molten magnesium, it does not exist in the form of scandium oxide (Sc 2 O 3 ). That is, after the scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is reduced, it reacts with an element in the molten metal, and the scandium is dissolved in the crystal grains to be present in an alloy form or crystallized to form a compound form. Exists.
通常、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）がマグネシウムより熱力学的に安定しているので、マグネシウム溶湯内で酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）が還元されないと予想される。しかし、本発明者たちによる実験によれば、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）がマグネシウム溶湯内で還元されることが分かった。還元メカニズムはまだ明らかになっておらず、よって前記還元メカニズムを糾明するための研究が本発明者たちによって継続的に行われている。 Usually, scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is thermodynamically more stable than magnesium, so it is expected that scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is not reduced in the magnesium melt. However, according to experiments by the present inventors, it was found that scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is reduced in molten magnesium. The reduction mechanism has not been clarified yet, and thus the present inventors are continuously researching to clarify the reduction mechanism.
実質的に純粋マグネシウムに酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）が添加された場合、純粋マグネシウムにスカンジウム（Ｓｃ）が固溶される。即ち、スカンジウムがマグネシウムと共に合金元素を成す。また、マグネシウム−アルミニウムに酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）が添加された場合、マグネシウム−アルミニウムの結晶粒界にスカンジウム化合物が晶出される。即ち、スカンジウムがマグネシウムと共に合金元素を成さず、スカンジウム化合物形態を有する。ここで、スカンジウム化合物は通常、Ａｌ２Ｓｃ、ＡｌＳｃまたはＡｌ３Ｓｃの形態を有する。 When scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added to substantially pure magnesium, scandium (Sc) is dissolved in pure magnesium. That is, scandium forms an alloy element together with magnesium. Further, when scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added to magnesium-aluminum, a scandium compound is crystallized at the crystal grain boundary of magnesium-aluminum. That is, scandium does not form an alloy element together with magnesium, and has a scandium compound form. Here, the scandium compound usually has the form of Al 2 Sc, AlSc or Al 3 Sc.
勿論、添加剤を成す他の元素（Ｏ２）は、全てマグネシウム溶湯の表面に浮遊するようになり、これは受動または自動設備によって除去されることができる。 Of course, other elements (O 2 ) constituting the additive all float on the surface of the molten magnesium and can be removed by passive or automatic equipment.
前記鋳造段階Ｓ４では、前記マグネシウム溶湯を常温（例えば、２５℃）〜４００℃の鋳型に入れて鋳造する。 In the casting step S4, the molten magnesium is cast in a mold at room temperature (for example, 25 ° C.) to 400 ° C.
ここで、前記鋳型としては、金型、セラミック型、グラファイト型及びその等価物のうち選択された何れか一つを用いることができる。また、鋳造方式としては、重力鋳造、連続鋳造及びその等価方式が可能である。しかし、ここで前記鋳型の種類及び前記鋳造の方式を限定するのではない。 Here, as the mold, any one selected from a mold, a ceramic mold, a graphite mold and an equivalent thereof can be used. Moreover, as a casting system, gravity casting, continuous casting, and its equivalent system are possible. However, the type of the mold and the casting method are not limited here.
前記冷却段階Ｓ５では、前記鋳型を常温で冷却した後、鋳型からマグネシウムまたはマグネシウム−アルミニウム（例えば、インゴット）を取り出す。 In the cooling step S5, after the mold is cooled at room temperature, magnesium or magnesium-aluminum (eg, ingot) is taken out from the mold.
ここで、上記のような方法で製造されたマグネシウム母合金は、後述するが、結晶粒界を有する多数のマグネシウム結晶粒と、前記マグネシウム結晶粒の内部に固溶されたスカンジウム（Ｓｃ）を含むかまたは前記マグネシウム結晶粒の内部ではない外部として、前記結晶粒界に存在するスカンジウム化合物からなることができる。 Here, the magnesium master alloy manufactured by the method as described above includes a large number of magnesium crystal grains having grain boundaries and scandium (Sc) dissolved in the magnesium crystal grains, which will be described later. Alternatively, it may be composed of a scandium compound existing at the crystal grain boundary as the outside which is not the inside of the magnesium crystal grain.
図２は、純粋マグネシウムに酸化スカンジウムが添加されて、スカンジウムが固溶された状態を図示した組職写真である。一例として、前記組職写真は、純粋マグネシウムに０．５％の酸化スカンジウムが添加されて得られたものである。 FIG. 2 is an organization photograph illustrating a state in which scandium is added to pure magnesium and scandium is dissolved. As an example, the organization photograph is obtained by adding 0.5% scandium oxide to pure magnesium.
図２に示すように、本発明によって製造されたマグネシウム母合金１００は、多数のマグネシウム結晶粒１１０と、前記マグネシウムの結晶粒１１０の内部に固溶されたスカンジウムを含む。ここで、実質的に前記スカンジウムはマグネシウム結晶粒１１０と区別されない。それは、スカンジウムがマグネシウムと共に合金を成すからである。
As shown in FIG. 2, a
こうして、純粋マグネシウムに比べて、酸化スカンジウムが添加されて製造されたマグネシウム母合金の硬度特性が向上する。さらに、前記スカンジウムはマグネシウム母合金の元の組成比を変化させず、またマグネシウム母合金の再活用のため処理する間消滅しないことで、マグネシウム母合金の再活用性を大きく向上させる。即ち、一例としてマグネシウム母合金の再活用時、再びスカンジウムまたは酸化スカンジウムを入れる必要がない。 Thus, the hardness characteristics of the magnesium master alloy manufactured by adding scandium oxide is improved as compared with pure magnesium. Further, the scandium does not change the original composition ratio of the magnesium mother alloy, and does not disappear during the processing for reusing the magnesium mother alloy, thereby greatly improving the reusability of the magnesium mother alloy. That is, as an example, when reusing the magnesium mother alloy, it is not necessary to add scandium or scandium oxide again.
尚、前記酸化スカンジウムは、マグネシウム１００重量部に０．０００１乃至３０重量部が添加されて製造されることができる。また、前記酸化スカンジウムの大きさは０．１〜５００μｍであってもよい。このような数値の範囲の意義は既に上述してある。 The scandium oxide may be produced by adding 0.0001 to 30 parts by weight to 100 parts by weight of magnesium. The scandium oxide may have a size of 0.1 to 500 μm. The significance of such numerical ranges has already been described above.
図３は、マグネシウム−アルミニウムに酸化スカンジウムが添加されてスカンジウム化合物が晶出された状態を図示した組職写真である。一例として、前記組職写真は、マグネシウム−アルミニウム（Ｍｇ−３Ａｌ）に０．５％の酸化スカンジウムが添加されて得られたものである。 FIG. 3 is an organizational photograph illustrating a state in which scandium oxide is added to magnesium-aluminum and a scandium compound is crystallized. As an example, the organization photo is obtained by adding 0.5% scandium oxide to magnesium-aluminum (Mg-3Al).
図３に示すように、本発明によって製造されたマグネシウム母合金２００は、多数のマグネシウム−アルミニウム結晶粒２１０と、スカンジウム化合物２１１を含む。
As shown in FIG. 3, the
前記多数のマグネシウム−アルミニウム結晶粒２１０は結晶粒界を有し、前記スカンジウム化合物２１１は、前記マグネシウム−アルミニウム結晶粒２１０の内部ではない外部として前記結晶粒界に存在する。ここで、前記スカンジウム化合物２１１は、Ａｌ２Ｓｃ、ＡｌＳｃまたはＡｌ３Ｓｃの形態を有する。即ち、前記スカンジウムはマグネシウムと共に合金を成さない。
The large number of magnesium-
こうして、マグネシウム母合金２００は、後述するが、硬度特性が向上する。また、スカンジウムはマグネシウム母合金の元の組成比を変化させず、マグネシウム母合金の再活用のために処理する間消滅しないことで、マグネシウム母合金の再活用性を大きく向上させる。一例として、マグネシウム母合金の再活用時、再びスカンジウムまたは酸化スカンジウムを入れる必要がない。
Thus, the hardness of the
また、前記スカンジウム化合物２１１は、マグネシウム−アルミニウム１００重量部に０．０００１乃至３０重量部が添加されることができる。また、前記スカンジウム化合物２１１の大きさは０．１〜５００μｍであってもよい。このような数値の範囲の意義は既に上述してある。
Further, 0.0001 to 30 parts by weight of the
一方、このようなマグネシウム母合金は、難燃合金、鋳造合金（ｃａｓｔｉｎｇ ａｌｌｏｙ）、鍛造合金（ｗｒｏｕｇｈｔ ａｌｌｏｙ）、クリープ合金（ｃｒｅｅｐ ａｌｌｏｙ）、制振合金（ｄａｍｐｉｎｇ ａｌｌｏｙ）、分解可能なバイオ合金（ｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ｂｉｏ ａｌｌｏｙ）及び粉末冶金（ｐｏｗｄｅｒ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）のうち選択された少なくとも何れか一つに用いられることができる。 On the other hand, such a magnesium mother alloy includes a flame retardant alloy, a casting alloy, a forged alloy, a creep alloy, a damping alloy, a degradable bioalloy (degradable). It can be used for at least one selected from bio alloy and powder metallurgy.
一例として、前記鋳造合金は、ＡＺ９１Ｄ、ＡＭ２０、ＡＭ５０、ＡＭ６０に酸化スカンジウムを混合して形成したものであってもよい。 As an example, the cast alloy may be formed by mixing AZ91D, AM20, AM50, and AM60 with scandium oxide.
前記鍛造合金は、ＡＺ３１、ＡＭ３０、ＡＺ６１、ＡＺ８０に酸化スカンジウムを混合して形成したものであってもよい。 The forged alloy may be formed by mixing AZ31, AM30, AZ61, and AZ80 with scandium oxide.
前記クリープ合金は、Ｍｇ−Ａｌ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｒｅに酸化スカンジウムを混合して形成したものであってもよい。さらに、前記クリープ合金は、Ｍｇ−Ａｌ−ＳｎまたはＭｇ−Ｚｎ−Ｓｎに酸化スカンジウムを混合して形成したものであってもよい。 The creep alloy may be formed by mixing scandium oxide with Mg—Al, Mg—Al—Re. Furthermore, the creep alloy may be formed by mixing scandium oxide with Mg—Al—Sn or Mg—Zn—Sn.
前記制振合金は、純粋Ｍｇ、Ｍｇ−Ｓｉ、ＳｉＣｐ／Ｍｇに酸化スカンジウムを混合して形成したものであってもよい。 The damping alloy may be formed by mixing scandium oxide with pure Mg, Mg-Si, SiCp / Mg.
前記分解可能なバイオ合金は、純粋Ｍｇに酸化スカンジウムを混合して形成したものであってもよい。 The degradable bioalloy may be formed by mixing pure Mg with scandium oxide.
前記粉末冶金は、Ｍｇ−Ｚｎ−（Ｙ）に酸化スカンジウムを混合して形成したものであってもよい。 The powder metallurgy may be formed by mixing scandium oxide with Mg—Zn— (Y).
勿論、前記全ての合金には、最終的に酸化スカンジウムからＯ２が除去されたスカンジウムだけが結晶粒界に晶出されて存在するか、または結晶粒の内部に固溶されて存在する。 Of course, in all the alloys, only scandium from which O 2 is finally removed from scandium oxide is crystallized at the crystal grain boundary, or is dissolved in the crystal grain.
図４は、純粋マグネシウムと本発明によって酸化スカンジウムが添加されたマグネシウム母合金との硬度比較結果を図示したグラフである。図４において、Ｘ軸は純粋マグネシウム及び酸化スカンジウム０．５％が添加されたマグネシウムであり、Ｙ軸は硬度値（ＨＲ）である。 FIG. 4 is a graph illustrating hardness comparison results between pure magnesium and a magnesium master alloy to which scandium oxide is added according to the present invention. In FIG. 4, the X axis is pure magnesium and magnesium with 0.5% scandium oxide added, and the Y axis is the hardness value (HR).
図４に示すように、マグネシウム母合金の製造工程中、酸化スカンジウムが添加されると、硬度が増加することが分かる。即ち、酸化スカンジウムが添加されなかった純粋マグネシウムの硬度は、略ＨＲＦ４１であるが、酸化スカンジウムが添加されたマグネシウム母合金の硬度は、略ＨＲＦ５３まで上昇することが分かる。 As shown in FIG. 4, it can be seen that the hardness increases when scandium oxide is added during the manufacturing process of the magnesium master alloy. That is, the hardness of pure magnesium not added with scandium oxide is approximately HRF41, but the hardness of the magnesium mother alloy to which scandium oxide is added increases to approximately HRF53.
図５は、純粋マグネシウムと本発明によって酸化スカンジウムが添加されたマグネシウム母合金との酸化実験結果を図示したグラフである。図５において、Ｘ軸は経過時間（ｍｉｎ）であり、Ｙ軸は酸化量（％）である。Ｙ軸の基本値は１００に設定されている。 FIG. 5 is a graph illustrating the results of an oxidation experiment between pure magnesium and a magnesium master alloy to which scandium oxide is added according to the present invention. In FIG. 5, the X-axis is the elapsed time (min), and the Y-axis is the oxidation amount (%). The basic value of the Y axis is set to 100.
図５に示すように、純粋マグネシウムの場合、時間の経過によって酸化が促進されて、Ｙ軸の値が増加することが分かる。しかし、製造工程中酸化スカンジウムが添加されたマグネシウム母合金の場合には、時間が経過してもＹ軸の値、即ち酸化量が増加しないことが分かる。即ち、本発明にかかるマグネシウム母合金は時間が経過しても酸化されないので、各種アプリケーションにおいて安全である。 As shown in FIG. 5, in the case of pure magnesium, it can be seen that oxidation is promoted over time and the value of the Y axis increases. However, in the case of a magnesium mother alloy to which scandium oxide is added during the manufacturing process, it can be seen that the Y-axis value, that is, the amount of oxidation does not increase over time. That is, the magnesium mother alloy according to the present invention is not oxidized over time, and is safe in various applications.
図６は、純粋マグネシウムと本発明によって酸化スカンジウムが添加されたマグネシウム母合金との発火実験結果を図示したグラフである。図６において、Ｘ軸は純粋マグネシウム及び酸化スカンジウム０．５％が添加されたマグネシウムであり、Ｙ軸は発火温度（℃）である。 FIG. 6 is a graph illustrating the results of an ignition experiment between pure magnesium and a magnesium mother alloy to which scandium oxide is added according to the present invention. In FIG. 6, the X axis is pure magnesium and magnesium with 0.5% scandium oxide added, and the Y axis is the ignition temperature (° C.).
図６に示すように、製造工程中酸化スカンジウムが添加されたマグネシウム母合金の場合、発火温度が増加することが分かる。即ち、酸化スカンジウムが添加されなかった純粋マグネシウムの発火温度は略６００℃であるが、酸化スカンジウムが添加されたマグネシウム母合金の発火温度は略７００℃まで上昇することが分かる。 As shown in FIG. 6, in the case of a magnesium mother alloy to which scandium oxide is added during the manufacturing process, it can be seen that the ignition temperature increases. That is, it can be seen that the ignition temperature of pure magnesium to which scandium oxide is not added is about 600 ° C., but the ignition temperature of the magnesium mother alloy to which scandium oxide is added rises to about 700 ° C.
図７は、マグネシウム−アルミニウム合金と本発明によって酸化スカンジウムが添加されたマグネシウム−アルミニウム合金との硬度比較結果を図示したグラフである。図７において、Ｘ軸はマグネシウム−アルミニウム合金及び酸化スカンジウム０．５％添加されたマグネシウム−アルミニウム合金であり、Ｙ軸は硬度値（ＨＲ）である。 FIG. 7 is a graph illustrating hardness comparison results between a magnesium-aluminum alloy and a magnesium-aluminum alloy to which scandium oxide is added according to the present invention. In FIG. 7, the X-axis is a magnesium-aluminum alloy and a magnesium-aluminum alloy added with 0.5% scandium oxide, and the Y-axis is a hardness value (HR).
図７に示すように、マグネシウム−アルミニウムの製造工程中、酸化スカンジウムが添加されると、硬度が増加することが分かる。即ち、酸化スカンジウムが添加されなかったマグネシウム−アルミニウム合金の硬度は略ＨＲＦ５０であるが、酸化スカンジウムが添加されたマグネシウム−アルミニウム合金の硬度は略ＨＲＦ６８まで上昇することが分かる。 As shown in FIG. 7, it can be seen that when scandium oxide is added during the magnesium-aluminum manufacturing process, the hardness increases. That is, the hardness of the magnesium-aluminum alloy to which scandium oxide is not added is approximately HRF50, but the hardness of the magnesium-aluminum alloy to which scandium oxide is added is increased to approximately HRF68.
図８は、本発明にかかる金属合金の製造方法を図示した順序図である。 FIG. 8 is a flow chart illustrating a method for manufacturing a metal alloy according to the present invention.
図８に示すように、本発明にかかる金属合金の製造方法は、金属溶湯形成段階Ｓ１１、スカンジウムを有するマグネシウム母合金添加段階Ｓ１２、撹拌段階Ｓ１３、鋳造段階Ｓ１４及び冷却段階Ｓ１５を含む。 As shown in FIG. 8, the method for producing a metal alloy according to the present invention includes a molten metal formation step S11, a magnesium mother alloy addition step S12 with scandium, a stirring step S13, a casting step S14, and a cooling step S15.
前記金属溶湯形成段階Ｓ１１では、マグネシウム合金またはアルミニウム合金をるつぼに入れて、６００℃乃至８００℃で加熱する。すると、前記るつぼ内の金属は溶融されて金属溶湯を形成する。ここで、前記温度が６００℃未満であると金属溶湯の形成が困難であり、温度が８００℃を超えると金属溶湯が発火する恐れがある。 In the metal melt forming step S11, a magnesium alloy or an aluminum alloy is placed in a crucible and heated at 600 ° C. to 800 ° C. Then, the metal in the crucible is melted to form a molten metal. Here, when the temperature is lower than 600 ° C., formation of the molten metal is difficult, and when the temperature exceeds 800 ° C., the molten metal may be ignited.
ここで、一例として前記金属は、ＡＺ９１Ｄ、ＡＭ２０、ＡＭ３０、ＡＭ５０、ＡＭ６０、ＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ８０、ＡＳ４１、ＡＳ３１、ＡＳ２１Ｘ、ＡＥ４２、ＡＥ４４、ＡＸ５１、ＡＸ５２、ＡＪ５０Ｘ、ＡＪ５２Ｘ、ＡＪ６２Ｘ、ＭＲＩ１５３、ＭＲＩ２３０、ＡＭ−ＨＰ２、Ｍｇ−Ａｌ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｒｅ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｓｉ、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｙのうち選択された何れか一つのマグネシウム合金であってもよい。 Here, as an example, the metal is AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AZ61, AZ80, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM It may be any one magnesium alloy selected from -HP2, Mg-Al, Mg-Al-Re, Mg-Al-Sn, Mg-Zn-Sn, Mg-Si, Mg-Zn-Y. .
また、前記金属は、１０００系列、２０００系列、３０００系列、４０００系列、５０００系列、６０００系列、７０００系列及び８０００系列塑性加工用（Ｗｒｏｕｇｈｔ）アルミニウムまたは１００系列、２００系列、３００系列、４００系列、５００系列、７００系列鋳造用（Ｃａｓｔｉｎｇ）アルミニウムのうち選択された何れか一つであることを特徴とする金属合金であってもよい。 The metal may be 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series aluminum for plastic working (Wrough) or 100 series, 200 series, 300 series, 400 series, 500 series. It may be a metal alloy characterized in that it is any one selected from series and 700 series casting aluminum.
ここで、前記アルミニウム合金について、より具体的に説明する。アルミニウム合金は、その用途によって多様な種類が開発されており、アルミニウム合金の種類は今日殆ど全ての国で米国アルミニウム協会（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ）の規格を採択して分類している。表１は、合金系列別に主要合金元素の構成を千単位で示しており、各合金系列に他の改良元素を追加で添加して、４桁数字をより細分化して合金名を付ける。 Here, the said aluminum alloy is demonstrated more concretely. Various types of aluminum alloys have been developed depending on their applications, and the types of aluminum alloys are classified in almost all countries today by adopting the standards of the Aluminum Association of America. Table 1 shows the composition of the main alloy elements in thousand units for each alloy series, and other additive elements are added to each alloy series to further subdivide the 4-digit numbers and give the alloy names.
一番目の数字は、上記のように主要合金元素を表す合金系列を表示し、二番目の数字は、基本合金を０で表示し、改良した合金を１〜９の数字で表示して、独自開発した新しい合金には、Ｎを付ける。例えば、２ｘｘｘは、Ａｌ−Ｃｕ系列アルミニウムの基本合金であり、２１ｘｘ〜２９ｘｘは、Ａｌ−Ｃｕ系列基本合金を改良した合金であり、２Ｎｘｘは、協会規格以外で開発した新しい合金の場合である。三番目と四番目の数字は、純粋なアルミニウムの場合、アルミニウムの純度を表示し、合金の場合、過去に使用したＡｌｃｏａ社の合金名である。例えば、純粋アルミニウムの場合、１０８０はアルミニウムが９９．８０％Ａｌ以上で、１１００は９９．００％Ａｌを表す。
主要加工合金の構成は、下記の表２Ａから表２Ｂに記載した通りである。それぞれの合金が有する性質は、その構成金属及び含量だけでなく加工方法によっても大きく変わる。
前記アルミニウム合金の主要構成は、下記の表２Ａから表２Ｂの通りである。
The first number displays the alloy series that represents the main alloy elements as described above, the second number displays the basic alloy as 0, and the improved alloy as numbers 1-9. N is added to the newly developed alloy. For example, 2xxx is an Al—Cu series aluminum basic alloy, 21xx to 29xx are improved alloys of the Al—Cu series basic alloy, and 2Nxx is a new alloy developed outside the association standard. The third and fourth numbers indicate the purity of aluminum in the case of pure aluminum, and are the names of Alcoa alloys used in the past in the case of alloys. For example, in the case of pure aluminum, 1080 represents 99.80% Al or more and 1100 represents 99.00% Al.
The composition of the main processed alloy is as described in Table 2A to Table 2B below. The properties of each alloy vary greatly depending not only on its constituent metals and content but also on the processing method.
The main components of the aluminum alloy are as shown in Tables 2A to 2B below.
前記マグネシウム母合金添加段階Ｓ１２では、前記金属溶湯にスカンジウムを有するマグネシウム母合金を添加する。ここで、上述したように、前記金属溶湯は、マグネシウム合金またはアルミニウム合金である。 In the magnesium mother alloy addition step S12, a magnesium mother alloy having scandium is added to the molten metal. Here, as described above, the molten metal is a magnesium alloy or an aluminum alloy.
ここで、前記マグネシウム母合金添加段階Ｓ１２では、高価の純粋スカンジウム（ｐｕｒｅ Ｓｃ）に比べて安価の酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）及びその等価物のうち選択された何れか一つがマグネシウムまたはマグネシウム−アルミニウムに添加されて製造されたものが用いられてもよい。このようなマグネシウム、マグネシウム−アルミニウム及びその製造方法は上記で充分に説明したので、これ以上の説明は省略する。 Here, in the magnesium mother alloy addition step S12, any one selected from scandium oxide (Sc 2 O 3 ) and its equivalent, which are cheaper than expensive pure scandium (pure Sc), is magnesium or magnesium- What was manufactured by adding to aluminum may be used. Since such magnesium, magnesium-aluminum, and the manufacturing method thereof have been sufficiently described above, further description thereof is omitted.
このように、本発明は、低コストで製造したスカンジウムを有するマグネシウムまたはマグネシウム−アルミニウム合金を金属溶湯に添加することで、酸化スカンジウムを金属溶湯に直接入れる時の様々な問題を解決することができる。例えば、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）を直接アルミニウムに添加すると、酸化物によって合金の品質が低下する問題があるが、本発明のようにスカンジウム（Ｓｃ）を含むマグネシウムまたはマグネシウム−アルミニウムをアルミニウムに添加することにより、合金の品質が低下しなくなる。より具体的に説明すると、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）を直接アルミニウムに添加すれば、硬度特性、耐腐食性及び溶接特性の合金特性が低下するが、本発明のように既にスカンジウムが含有されているマグネシウムまたはマグネシウム−アルミニウムをアルミニウムに添加すれば、硬度特性、耐腐食性及び溶接特性の合金特性がそのまま維持される。 Thus, the present invention can solve various problems when adding scandium oxide directly to the molten metal by adding magnesium or magnesium-aluminum alloy having scandium produced at low cost to the molten metal. . For example, when scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added directly to aluminum, there is a problem that the quality of the alloy is lowered by the oxide, but magnesium or magnesium-aluminum containing scandium (Sc) is added to aluminum as in the present invention. By adding, the quality of the alloy does not deteriorate. More specifically, if scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added directly to aluminum, the alloy properties such as hardness properties, corrosion resistance, and welding properties are reduced, but scandium is already contained as in the present invention. If magnesium or magnesium-aluminum is added to aluminum, the alloy characteristics such as hardness characteristics, corrosion resistance and welding characteristics are maintained as they are.
ここで、例えば５０００系列の金属合金は、３０００系列の金属合金より強くて、形態を作り出すことが容易で、腐食にももっと強い。また、溶接の可能な利点がある。特に、５１８２番合金は、アルミニウム缶の蓋に使用されることができる。さらに、５００５番と５０８３番、そして５０５２、５０５６、５０８６番及びその変種は、電気設備、各種キッチン容器、金属板、耐圧容器、電波送信塔、溶接構造物、ボート、化学物質貯蔵庫などに広く使用されることができる。防虫網、釘及び固定機具などは、大体５０００系列の合金で製造されることができる。このような特性を有する５０００系列の金属合金に、上述したように、既にスカンジウムが含まれているマグネシウムまたはマグネシウム−アルミニウムを添加すると、安価でありながら、硬度特性、耐腐食性及び溶接性が低下しないアルミニウム合金を得るようになる。 Here, for example, a 5000 series metal alloy is stronger than a 3000 series metal alloy, and is easy to form, and is also more resistant to corrosion. There are also possible advantages of welding. In particular, No. 5182 alloy can be used for the lid of aluminum cans. Furthermore, No. 5005 and No. 5083, No. 5052, 5056, No. 5086 and their variants are widely used in electrical equipment, various kitchen containers, metal plates, pressure vessels, radio wave transmission towers, welded structures, boats, chemical storages, etc. Can be done. Insect screens, nails, fixtures and the like can be made of roughly 5000 series alloys. As described above, when magnesium or magnesium-aluminum already containing scandium is added to a 5000 series metal alloy having such characteristics, hardness characteristics, corrosion resistance, and weldability are lowered while being inexpensive. Not get an aluminum alloy.
一方、前記マグネシウム母合金添加段階で用いられた添加剤は、金属１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量部が添加されてもよい。前記添加剤が０．０００１重量部未満である場合は、マグネシウムによる効果（硬度、耐腐食性、溶接性）が小さい恐れがある。また、前記添加剤が３０重量部を超えると、元の金属合金の特性が現われない恐れがある。 Meanwhile, 0.0001 to 30 parts by weight of the additive used in the magnesium mother alloy addition step may be added to 100 parts by weight of the metal. When the said additive is less than 0.0001 weight part, there exists a possibility that the effect (hardness, corrosion resistance, weldability) by magnesium may be small. Moreover, when the said additive exceeds 30 weight part, there exists a possibility that the characteristic of the original metal alloy may not appear.
また、前記マグネシウム母合金添加段階で用いられた添加剤の大きさは、０．１〜５００μｍであってもよい。前記添加剤の大きさが０．１μｍ未満であると、現実的に製造が困難であり、高い費用がかかる。尚、前記添加剤の大きさが５００μｍを超える場合は、前記マグネシウムが前記金属溶湯と反応しない恐れがある。 In addition, the size of the additive used in the magnesium mother alloy addition step may be 0.1 to 500 μm. If the size of the additive is less than 0.1 μm, it is practically difficult to manufacture and high cost is required. In addition, when the magnitude | size of the said additive exceeds 500 micrometers, there exists a possibility that the said magnesium may not react with the said molten metal.
さらに、前記マグネシウム−アルミニウム添加段階で用いられた添加剤は、金属合金１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量ぶが添加されてもよい。前記添加剤が０．０００１重量比未満である場合は、マグネシウムによる効果（硬度、耐腐食性、溶接性）が小さい恐れがある。また、前記添加剤が３０重量比を超えると、元の金属合金の特性が現われない恐れがある。 Further, the additive used in the magnesium-aluminum addition step may be added in an amount of 0.0001 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the metal alloy. When the said additive is less than 0.0001 weight ratio, there exists a possibility that the effect (hardness, corrosion resistance, weldability) by magnesium may be small. Moreover, when the said additive exceeds 30 weight ratio, there exists a possibility that the characteristic of the original metal alloy may not appear.
また、前記マグネシウム−アルミニウム添加段階で用いられた添加剤の大きさは、０．１〜５００μｍであってもよい。前記添加剤の大きさが０．１μｍ未満であると、現実的に製造が困難であり、高い費用がかかる。尚、前記添加剤の大きさが５００μｍを超えると、前記マグネシウム−アルミニウムが前記金属溶湯と反応しない恐れがある。 The additive used in the magnesium-aluminum addition step may have a size of 0.1 to 500 μm. If the size of the additive is less than 0.1 μm, it is practically difficult to manufacture and high cost is required. If the size of the additive exceeds 500 μm, the magnesium-aluminum may not react with the molten metal.
前記撹拌段階Ｓ１３では、前記金属溶湯を１〜４００分間撹拌する。 In the stirring step S13, the molten metal is stirred for 1 to 400 minutes.
ここで、撹拌時間が１分未満であると、金属溶湯に添加剤が充分に混合されず、撹拌時間が４００分を超えると、金属溶湯の撹拌時間が無駄に長くなる恐れがある。 Here, when the stirring time is less than 1 minute, the additive is not sufficiently mixed with the molten metal, and when the stirring time exceeds 400 minutes, the stirring time of the molten metal may be unnecessarily long.
ここで、前記金属溶湯がアルミニウムからなる場合、そのアルミニウム溶湯に添加されたマグネシウムのうちスカンジウムは、アルミニウムとスカンジウムの高い元素親和力によって、Ａｌ２Ｓｃ、ＡｌＳｃまたはＡｌ３Ｓｃとして存在するようになる。 Here, when the molten metal is made of aluminum, among the magnesium added to the molten aluminum, scandium is present as Al 2 Sc, AlSc, or Al 3 Sc due to the high element affinity of aluminum and scandium.
また、上記のような撹拌段階Ｓ１３で、前記Ａｌ２Ｓｃ、ＡｌＳｃまたはＡｌ３Ｓｃは金属結晶粒の内部に存在せず、結晶粒の外部、即ち、結晶粒界に金属間化合物形態で存在するようになる。即ち、このような撹拌段階で、前記Ａｌ２Ｓｃ、ＡｌＳｃまたはＡｌ３Ｓｃの金属化合物が形成される。 In the stirring step S13 as described above, the Al 2 Sc, AlSc, or Al 3 Sc is not present inside the metal crystal grains, but exists in the form of an intermetallic compound outside the crystal grains, that is, at the crystal grain boundaries. It becomes like this. That is, the metal compound of Al 2 Sc, AlSc or Al 3 Sc is formed in such a stirring step.
前記鋳造段階Ｓ１４では、前記金属溶湯を常温（例えば、２５℃）〜４００℃の鋳型に入れて鋳造する。 In the casting step S14, the molten metal is cast in a mold at room temperature (for example, 25 ° C) to 400 ° C.
ここで、前記鋳型としては、金型、セラミック型、グラファイト型及びその等価物のうち選択された何れか一つを用いてもよい。また、鋳造方式としては、重力鋳造、連続鋳造及びその等価方式が可能である。しかし、ここで前記鋳型の種類及び前記鋳造の方式を限定するのではない。 Here, as the mold, any one selected from a mold, a ceramic mold, a graphite mold, and an equivalent thereof may be used. Moreover, as a casting system, gravity casting, continuous casting, and its equivalent system are possible. However, the type of the mold and the casting method are not limited here.
前記冷却段階Ｓ１５では、前記鋳型を常温で冷却した後、鋳型から金属合金（例えば、金属合金インゴット）を取り出す。 In the cooling step S15, after cooling the mold at room temperature, a metal alloy (for example, a metal alloy ingot) is taken out from the mold.
ここで、上記のような方法で製造された金属合金は、結晶粒界を有する多数の金属結晶粒と、前記金属結晶粒の内部ではない外部として前記結晶粒界に存在する金属間化合物（即ち、Ａｌ２ＳｃまたはＡｌＳｃまたはＡｌ３Ｓｃ）とからなる。勿論、場合によって、純粋なマグネシウムのような金属の場合、スカンジウムは金属結晶粒の内部に固溶された形態を有する。 Here, the metal alloy manufactured by the method as described above includes a large number of metal crystal grains having crystal grain boundaries, and an intermetallic compound existing in the crystal grain boundaries as an exterior that is not inside the metal crystal grains (that is, , Al 2 Sc, AlSc, or Al 3 Sc). Of course, in some cases, in the case of a metal such as pure magnesium, scandium has a form in which it is solid-solved inside the metal crystal grains.
このように、本発明は、マグネシウム母合金（スカンジウムを有するマグネシウムまたはスカンジウムを有するマグネシウム−アルミニウム）を金属溶湯（マグネシウム合金またはアルミニウム合金）に添加することで、酸化スカンジウムを金属溶湯に直接入れる時の様々な問題を解決することができる。一例として、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）を直接アルミニウムに添加すると、酸化物によって合金の品質が低下する問題があるが、本発明のように、スカンジウムを含むマグネシウムまたはマグネシウム−アルミニウムをアルミニウムに添加することで、合金の品質（強度、耐腐食性及び溶接性など）を低下させないながらも安価でアルミニウム合金を製造することができる。 As described above, the present invention adds the magnesium master alloy (magnesium having scandium or magnesium-aluminum having scandium) to the molten metal (magnesium alloy or aluminum alloy), so that the scandium oxide is directly added to the molten metal. Various problems can be solved. As an example, when scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added directly to aluminum, there is a problem that the quality of the alloy is reduced by the oxide, but as in the present invention, magnesium containing scandium or magnesium-aluminum is added to aluminum. By doing so, it is possible to produce an aluminum alloy at a low cost while not reducing the quality of the alloy (strength, corrosion resistance, weldability, etc.).
一方、上記のような方法で製造されたアルミニウム合金の強度実験データを下記の表３に記載した。 On the other hand, the strength experimental data of the aluminum alloy manufactured by the above method is shown in Table 3 below.
上記の表３のように、７０００系列のアルミニウム合金に、上述した方法でスカンジウムが既に添加されたマグネシウムまたはマグネシウム−アルミニウムを添加した場合、強度が５５０〜６００ＭＰａから６５０〜７００ＭＰａに増加することが分かる。 As shown in Table 3, when magnesium or magnesium-aluminum to which scandium has already been added by the above-described method is added to a 7000 series aluminum alloy, the strength increases from 550 to 600 MPa to 650 to 700 MPa. .
また、上記の表３のように、５０００系列のアルミニウム合金に、上述した方法でスカンジウムが既に添加されたマグネシウムまたはマグネシウム−アルミニウムを添加した場合、強度が３５０〜４００ＭＰａから４５０〜５００ＭＰａに増加することが分かる。 In addition, as shown in Table 3 above, when magnesium or magnesium-aluminum to which scandium has already been added by the above-described method is added to a 5000 series aluminum alloy, the strength increases from 350 to 400 MPa to 450 to 500 MPa. I understand.
このように、本発明にかかる金属合金及びその製造方法によれば、スカンジウムを有するマグネシウム母合金がマグネシウム合金またはアルミニウム合金のような金属合金に添加されることで、金属合金が安価で製造され、また金属合金の硬度特性、耐腐食性及び溶接特性のような合金特性が低下しない。 Thus, according to the metal alloy and the method for producing the same according to the present invention, a magnesium alloy having scandium is added to a metal alloy such as a magnesium alloy or an aluminum alloy, so that the metal alloy is produced at low cost, Further, the alloy characteristics such as hardness characteristics, corrosion resistance and welding characteristics of the metal alloy are not deteriorated.
さらに本発明では、金属結晶粒の内部にスカンジウムが固溶されたマグネシウム母合金形態または結晶粒界にスカンジウムが晶出されたマグネシウム母合金形態で製造されることで、用途や目的に適合した金属合金が容易に製造されることができる。例えば、スカンジウムが固溶された形態の金属合金が必要な場合、前記金属結晶粒の内部にスカンジウムが固溶されたマグネシウム母合金が用いられることができる。また、スカンジウムが晶出された形態の金属合金が必要な場合、前記結晶粒界にスカンジウムが晶出されたマグネシウム母合金が用いられることができる。勿論、金属結晶粒の内部にスカンジウムが固溶されたマグネシウム母合金形態または結晶粒界にスカンジウムが晶出されたマグネシウム母合金が、両方とも添加されて金属合金が製造されることもできる。 Furthermore, in the present invention, a metal suitable for the purpose and purpose is manufactured by a magnesium mother alloy form in which scandium is solid-solved inside the metal crystal grains or a magnesium mother alloy form in which scandium is crystallized at the grain boundaries. Alloys can be easily manufactured. For example, when a metal alloy in a form in which scandium is dissolved is required, a magnesium mother alloy in which scandium is dissolved in the metal crystal grains can be used. When a metal alloy in which scandium is crystallized is necessary, a magnesium mother alloy in which scandium is crystallized at the crystal grain boundary can be used. Of course, a magnesium alloy in which scandium is solid-solved inside the metal crystal grains or a magnesium mother alloy in which scandium is crystallized at the crystal grain boundaries may be added to produce a metal alloy.
以上の説明は、本発明にかかるマグネシウム母合金、その製造方法、それを用いる金属合金、及びその製造方法を実施するための一つの実施例に過ぎず、本発明は、上記の実施例に限られずに、以下の特許請求の範囲で請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的精神が含まれるべきである。
The above description is only one embodiment for carrying out the magnesium mother alloy, the manufacturing method thereof, the metal alloy using the same, and the manufacturing method according to the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment. Without departing from the spirit of the present invention, any person having ordinary knowledge in the field to which the invention belongs can make various modifications as claimed in the following claims. The technical spirit of the present invention should be included to the extent.
Claims (16)
前記マグネシウム−アルミニウム結晶粒の内部ではない外部として、前記結晶粒界に、酸化スカンジウム（Ｓｃ ２ Ｏ ３ ）が還元されることによって生成し晶出されたスカンジウム化合物を含んで成ることを特徴とするマグネシウム母合金。 A large number of magnesium-aluminum crystal grains having a grain boundary; and crystals formed by reduction of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to the crystal grain boundary as an exterior that is not an interior of the magnesium-aluminum crystal grain. Magnesium master alloy comprising the produced scandium compound.
マグネシウム−アルミニウム１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量部が存在することを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム母合金。 Of the scandium compounds, scandium (Sc) is
The magnesium mother alloy according to claim 1, wherein 0.0001 to 30 parts by weight is present per 100 parts by weight of magnesium-aluminum.
前記マグネシウム溶湯に酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）を添加する酸化スカンジウム添加段階；
前記マグネシウム溶湯を１〜４００分間撹拌する撹拌段階；
前記マグネシウム溶湯を常温〜４００℃の鋳型に入れて鋳造する鋳造段階；及び
前記鋳造されたマグネシウムを冷却する冷却段階を含んで成ることを特徴とするマグネシウム母合金の製造方法。 A magnesium melt forming step in which magnesium-aluminum is placed in a crucible and melted at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. to form a magnesium melt;
A scandium oxide addition step of adding scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to the molten magnesium;
A stirring step of stirring the molten magnesium for 1 to 400 minutes;
A method for producing a magnesium mother alloy, comprising: a casting step of casting the molten magnesium in a mold at room temperature to 400 ° C; and a cooling step of cooling the cast magnesium.
前記マグネシウム−アルミニウム１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量部であることを特徴とする請求項４に記載のマグネシウム母合金の製造方法。 Scandium oxide (Sc 2 O 3 ) added in the scandium oxide addition step is
The method for producing a magnesium mother alloy according to claim 4, wherein the content is 0.0001 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the magnesium-aluminum.
前記金属結晶粒の内部ではない外部として、酸化スカンジウム（Ｓｃ ２ Ｏ ３ ）が還元されることによって生成したスカンジウム化合物を前記結晶粒界に含んで成ることを特徴とする金属合金。 A number of metal grains comprising a magnesium alloy or aluminum alloy and having grain boundaries; and
As not inside but outside the pre-Symbol metal crystal grains, scandium oxide (Sc 2 O 3) is a metal alloy which is characterized by comprising Nde containing a scandium compound formed by being reduced to the grain boundaries.
前記金属１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量部存在することを特徴とする請求項６に記載の金属合金。 Among the scandium compounds, the scandium (Sc) is
The metal alloy according to claim 6, wherein 0.0001 to 30 parts by weight are present with respect to 100 parts by weight of the metal.
前記金属溶湯に、スカンジウム化合物を有するマグネシウム母合金を添加するマグネシウム母合金添加段階；
前記金属溶湯を１分〜４００分間撹拌する撹拌段階；
前記金属溶湯を常温〜４００℃の鋳型に入れて鋳造する鋳造段階；及び
前記鋳造された金属を冷却する冷却段階を含んで成り、
前記マグネシウム母合金は、マグネシウム−アルミニウムに酸化スカンジウム（Ｓｃ ２ Ｏ ３ ）を添加して製造されたことを特徴とする金属合金の製造方法。 A molten metal forming step for forming a molten metal made of magnesium alloy or aluminum alloy ;
Adding a magnesium mother alloy having a scandium compound to the molten metal;
A stirring step of stirring the molten metal for 1 minute to 400 minutes;
Ri comprises a cooling step of cooling and the cast metal; casting step of casting putting the metal melt to room temperature to 400 ° C. of the mold
The magnesium mother alloy is manufactured by adding scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to magnesium-aluminum .
金属１００重量部に対して０．０００１乃至３０重量部が添加されることを特徴とする請求項１１に記載の金属合金の製造方法。 The magnesium master alloy having scandium used in the magnesium master alloy addition step is:
The method for producing a metal alloy according to claim 11, wherein 0.0001 to 30 parts by weight are added to 100 parts by weight of the metal.
マグネシウム−アルミニウム１００重量部に対して酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）が０．０００１乃至３０重量部添加されて製造されたことを特徴とする請求項１１に記載の金属合金の製造方法。 The magnesium master alloy having scandium used in the magnesium master alloy addition step is:
12. The method for producing a metal alloy according to claim 11, wherein 0.0001 to 30 parts by weight of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added to 100 parts by weight of magnesium-aluminum.
純粋マグネシウム１００重量部に対して酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）が０．０００１乃至３０重量部添加されて製造されたものと、
マグネシウム−アルミニウム１００重量部に対して酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）が０．０００１乃至３０重量部添加されて製造されたものであることを特徴とする請求項１１に記載の金属合金の製造方法。 The magnesium master alloy having scandium used in the magnesium master alloy addition step is:
Manufactured by adding 0.0001 to 30 parts by weight of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) to 100 parts by weight of pure magnesium;
The method for producing a metal alloy according to claim 11, wherein scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is added in an amount of 0.0001 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of magnesium-aluminum. .
ＡＺ９１Ｄ、ＡＭ２０、ＡＭ３０、ＡＭ５０、ＡＭ６０、ＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ８０、ＡＳ４１、ＡＳ３１、ＡＳ２１Ｘ、ＡＥ４２、ＡＥ４４、ＡＸ５１、ＡＸ５２、ＡＪ５０Ｘ、ＡＪ５２Ｘ、ＡＪ６２Ｘ、ＭＲＩ１５３、ＭＲＩ２３０、ＡＭ−ＨＰ２、Ｍｇ−Ａｌ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｒｅ、Ｍｇ−Ａｌ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｎ、Ｍｇ−Ｓｉ及びＭｇ−Ｚｎ−Ｙのうち選択された何れか一つで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の金属合金の製造方法。 The molten metal is
AZ91D, AM20, AM30, AM50, AM60, AZ31, AZ61, AZ80, AS41, AS31, AS21X, AE42, AE44, AX51, AX52, AJ50X, AJ52X, AJ62X, MRI153, MRI230, AM-HP2, Mg-Al, Mg- The metal according to claim 11, wherein the metal is formed of any one selected from Al-Re, Mg-Al-Sn, Mg-Zn-Sn, Mg-Si, and Mg-Zn-Y. Alloy manufacturing method.
１０００系列、２０００系列、３０００系列、４０００系列、５０００系列、６０００系列、７０００系列及び８０００系列塑性加工用（Ｗｒｏｕｇｈｔ）アルミニウムまたは１００系列、２００系列、３００系列、４００系列、５００系列及び７００系列鋳造用（Ｃａｓｔｉｎｇ）アルミニウムのうち選択された何れか一つで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の金属合金の製造方法。 The molten metal is
1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series For plastic working (Wrough) aluminum or 100 series, 200 series, 300 series, 400 series, 500 series and 700 series The method according to claim 11, wherein the metal alloy is formed of any one selected from (Casting) aluminum.
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