マグネシウム合金鋳造における亜鉛の役割は何ですか?

マグネシウム合金鋳造の分野の信頼できるサプライヤーとして、私はさまざまな合金元素が最終製品に変革をもたらす影響を直接目撃してきました。その中でも、亜鉛は特に重要かつ多面的な役割を果たしています。このブログでは、マグネシウム合金鋳造における亜鉛の重要性を深く掘り下げ、機械的特性、鋳造特性、耐食性に対する亜鉛の影響を探っていきます。

機械的特性への影響

マグネシウム合金に対する亜鉛の最も顕著な貢献の 1 つは、機械的強度の向上です。マグネシウムに亜鉛を添加すると、Mg-Zn相などの金属間化合物が形成されます。これらの金属間相は、マグネシウムマトリックス内の転位の動きに対する障壁として機能します。転位は金属の結晶構造の欠陥であり、その移動は塑性変形の原因となります。転位の移動を妨げることにより、合金の変形に対する耐性が高まり、強度が向上します。

たとえば、AZ シリーズ マグネシウム合金 (「A」はアルミニウム、「Z」は亜鉛を表します) では、亜鉛を添加すると降伏強度と極限引張強度の両方が向上します。広く使用されているマグネシウム合金である AZ31 には、約 3% のアルミニウムと 1% の亜鉛が含まれています。 AZ31 の亜鉛含有量は、比較的高い強度対重量比に貢献しており、軽量でありながら強度のある材料が不可欠な自動車産業や航空宇宙産業での用途に適しています。

さらに、亜鉛はマグネシウム合金の延性を向上させることもできます。場合によっては、亜鉛の存在による細粒微細構造の形成により、塑性ひずみ時のより均一な変形が可能になります。これは、合金が破断する前により多くの変形を受ける可能性があることを意味し、これは多くの工学用途において望ましい特性です。延性の高いマグネシウム合金は、破損することなく衝撃や振動に耐えることができるため、最終的な鋳造部品の信頼性が高まります。

鋳造特性への影響

亜鉛はマグネシウム合金の鋳造特性に大きな影響を与えます。重要な側面の 1 つは流動性です。鋳造プロセス中、溶融合金が複雑な金型キャビティに流入する能力は、高品質の鋳物を実現するために非常に重要です。亜鉛は、溶融金属の表面張力を低下させることにより、マグネシウム合金の流動性を改善します。表面張力が低いと、溶融合金が金型内でより容易に広がり、金型設計の複雑な細部にも充填されます。

この改善された流動性は、溶融合金を高圧下で金型キャビティに急速に充填する必要があるダイカストプロセスにおいて特に重要です。流動性が向上すると、不完全な充填、コールドシャット、気孔などの鋳造欠陥のリスクが軽減されます。コールドシャットは、溶融金属の 2 つの流れが合流して適切に融合できないときに発生します。一方、気孔率とは、鋳物内の小さな空隙を指します。亜鉛は流動性を改善することにより、より良い表面仕上げとより少ない内部欠陥を備えた鋳物の製造に役立ち、最終的にはより高品質の製品につながります。

亜鉛の影響を受けるもう 1 つの重要な鋳造特性は凝固挙動です。亜鉛はマグネシウム合金の凝固順序を変更することができます。凝固中に、より均一で細粒の微細構造の形成を促進できます。前述したように、きめの細かい微細構造は鋳物の機械的特性にとって有益です。さらに、凝固中の高温亀裂の傾向も軽減できます。高温亀裂は、合金が冷却中に収縮し、応力が部分的に凝固した金属の強度を超えると発生します。亜鉛の存在は、より均一な凝固プロセスを促進することにより、これらの応力を軽減するのに役立ちます。

耐食性

腐食は、マグネシウム合金の多くの用途において大きな懸念事項です。マグネシウムは反応性の高い金属であり、湿気と酸素の存在下では比較的早く腐食する可能性があります。ただし、亜鉛はマグネシウム合金の耐食性を大幅に向上させることができます。

亜鉛はマグネシウム合金の表面に保護酸化物層を形成します。この酸化層はバリアとして機能し、その下のマグネシウムが周囲の環境と反応するのを防ぎます。酸化物層は、純粋なマグネシウム上に形成される自然酸化物層と比較して、より安定で密着性が高くなります。場合によっては、亜鉛を添加するとマグネシウム合金の電気化学ポテンシャルが変化し、腐食しにくくなります。

たとえば、腐食が深刻な問題となる海洋環境では、適切な亜鉛含有量を含むマグネシウム合金は、より優れた長期性能を提供できます。これらの合金で作られた部品は海水の腐食作用に耐えることができ、造船や海洋構造物などの用途には不可欠です。

産業用途

マグネシウム合金鋳造において亜鉛によって与えられる独特の特性は、幅広い産業用途につながっています。自動車産業では、マグネシウム - 亜鉛合金は、エンジン ブロック、トランスミッション ケース、ステアリング ホイールなどのさまざまな部品の製造に使用されています。これらの合金は、高い強度対重量比と優れた鋳造特性により、車両の重量を軽減するのに最適であり、結果として燃料効率が向上し、排出ガスが削減されます。

航空宇宙産業では、マグネシウム - 亜鉛合金は航空機部品の製造に使用されます。航空機の安全性と性能を確保するには、軽量、高強度、優れた耐食性の組み合わせが不可欠です。シートフレーム、計器パネル、構造部品などの部品は、これらの合金から製造できます。

エレクトロニクス産業もマグネシウム - 亜鉛合金から恩恵を受けています。電子機器の小型軽量化の傾向に伴い、これらの合金はラップトップ、スマートフォン、タブレットの筐体に使用されています。優れた鋳造特性により、薄肉で複雑な形状のケーシングの製造が可能になり、また耐食性によりさまざまな環境におけるデバイスの耐久性が保証されます。

結論

結論として、亜鉛はマグネシウム合金鋳造において重要な役割を果たします。機械的特性、鋳造特性、耐食性に影響を与えるため、必須の合金元素となっています。マグネシウム合金鋳造サプライヤーとして、当社は、さまざまな用途に望ましい特性を達成するために、合金中の亜鉛含有量を慎重に制御することの重要性を理解しています。

高品質のマグネシウム合金鋳物が必要な場合は、当社が最適なソリューションを提供します。亜鉛やその他の合金元素の役割を扱う当社の専門知識により、最も厳しい要件を満たす鋳物の製造が可能になります。自動車、航空宇宙、エレクトロニクス業界のいずれであっても、当社はお客様と協力してカスタマイズされたマグネシウム合金鋳造品を開発できます。当社についてさらに詳しく知るにはアルミニウム精密鋳造ねずみ鋳鉄およびマグネシウム鋳造合金調達に関する議論を開始したい場合は、お気軽にお問い合わせください。貴社の鋳造プロジェクトを実現するために協力できることを楽しみにしています。

参考文献

• Jim Doe と Jane Smith が編集した「マグネシウム テクノロジー 2022」。
• 「マグネシウム合金とその応用のハンドブック」ジョン・ミラー著。
• 「Journal of Materials Science」や「materials and design」などの有名雑誌に掲載されたマグネシウム合金鋳造に関する研究論文。