合金的铸造方法和压铸构件.pdf

本发明提供一种在100Pa以下的真空中或惰性气体中、873K以上保持10分钟以上的稀土类金属被添加到合金熔液中，以使浓度达到0.01～1质量％，并且在合金熔液中实施Ar、He、Ne、SF6、CO2、SO2或N2气的起泡，实施起泡后或边实施起泡边通过压铸经过该处理的合金熔液，由此能用于汽车、手机、笔记本电脑等民用电机、信息家电、电动工具、通用引擎等产业机械等具有优良耐腐蚀性等功能性的镁合金制部件、铝合金制部件、锌合金制部件的开发。

权利要求书
1、  合金的铸造方法，其特征在于在100Pa以下的真空中或惰性气体中、873K以上保持10分钟以上的稀土类金属被添加到合金熔液中，以使浓度达到0.01～1质量％，并且在合金熔液中实施Ar、He、Ne、SF6、CO2、SO2或N2气体的起泡，实施起泡后或边实施边将该处理的合金熔液压铸。

2、  如权利要求1所述的合金的铸造方法，其特征在于合金熔液是镁合金熔液、铝合金熔液或锌合金熔液。

3、  如权利要求1所述的合金的铸造方法，其特征在于压铸可以采用：
(·)用热室型铸造机来实施，或
(·-1)使用以不流入浮渣的方式配置的熔液泵，或
(·-2)使用不混入表面浮渣的密闭式铸桶，或
(·-3)使用二个以上的熔锅，或者使用锅内部分地间隔分成二个以上的室的一个熔锅，在二个以上的熔锅内的第一熔锅中或二个以上的室内的第一室中的合金熔液中添加稀土类金属，且实施气体起泡，将清洁化的中间部的合金熔液转移到第二熔锅或第二室中，维持熔液状态，使用该熔液
由冷室型铸造机来实施。

4、  如权利要求2所述的合金的铸造方法，其特征在于压铸可以采用：
(·)用热室型铸造机来实施，或
(·-1)使用以不流入浮渣的方式配置的熔液泵，或
(·-2)使用不混入表面浮渣的密闭式铸桶，或
(·-3)使用二个以上的熔锅，或者使用锅内部分地间隔分成二个以上的室的一个熔锅，在二个以上的熔锅内的第一熔锅中或二个以上的室内的第一室中的合金熔液中添加稀土类金属，且实施气体起泡，将清洁化的中间部的合金熔液转移到第二熔锅或第二室中，维持熔液状态，使用该熔液
由冷室型铸造机来实施。

5、  由如权利要求1、2或3所述的压铸法制造的压铸构件。

说明书合金的铸造方法和压铸构件
技术领域
本发明涉及一种必须满足轻量化的汽车、手机、笔记本电脑等民用电机、信息家电、电动工具、通用引擎等产业机械等合金制部件，特别是镁合金制部件、铝合金制部件、或锌合金制部件的压铸法。
背景技术
在镁合金熔液、铝合金熔液、锌合金熔液等合金熔液中会吸留有溶解氢。这些溶解氢在合金熔液凝固时变成气泡，是导致铸造物内部缺陷的原因之一。在铝合金铸造时一般通过气体起泡来降低溶解氢量(例如参见专利文献1)。但是，在镁合金铸造中凝固时氢有吸留的倾向，并且在锌合金铸造中在锌合金中溶解氢量较少，所以在镁合金铸造或锌合金铸造时溶解氢难以成为内部缺陷的主要原因，并且在各合金的压铸中，由空气卷入引起的内部缺陷的比例高于由溶解氢引起的内部缺陷，因此没有进行气体起泡。
对于在压铸中由空气卷入引起的内部缺陷，浇铸·流道(ゲ一ト·ランナ一)方案的改善或排气技术能大幅减少空气卷入，从而大幅改善由空气卷入引起的内部缺陷，进而在铸造方式中能抑制(部分)挤压模压铸法、层流压铸法、真空压铸法产生的内部缺陷，甚至能进行热处理或焊接。
并且，在镁合金、铝合金和锌合金中铁等过渡金属是杂质，这些杂质会影响合金的耐腐蚀性或延展性等机械特性、热传导性等物理特性。镁合金、锌合金的杂质水平是在各纯金属中通过精炼来既定的，铝合金、特别是压铸用铝合金的情况下，是允许由浮渣再生混入的铁等的水平，说明书中有规定。
专利文献1：特开2003-290899号公报
发明内容
但是，镁合金、铝合金和锌合金的铸造物，特别是压铸物所要求的特性有高度化的趋势，变得仅靠现有技术不能对应的水平。为了进一步抑制内部缺陷，通过气体起泡减少溶解氢也是必须的，但是在压铸中，为了在长时间保持合金熔液状态下连续进行铸造，连续或间歇的实施气体起泡是必须的。并且，气体起泡不仅能脱气体，而且使合金熔液中的氧化物等杂质浮起，结果在合金熔液表面浮起浮渣，有混入铸造物的危险。
并且对于合金中杂质元素水平在熔融、铸造过程中没有对策。特别是对于循环利用前提的杂质量高的压铸用铝合金，仅靠高纯度化提高特性会使得成本高昂。并且，镁-铝系合金中通过添加锰，以淤渣的形式除去，从而抑制作为杂质的铁的量，耐腐蚀性得到改善，但是还期望进一步耐腐蚀性的提高。
本发明的目的在于提供一种合金的铸造方法，在压铸方法中其能用于开发镁合金制部件、铝合金制部件、锌合金制部件，这些合金制部件具有优良的耐腐蚀性等机械性能，能应用于汽车、手机、笔记本电脑等民用电机、信息家电、电动工具、通用引擎等产业机械等。
本发明人为了实现上述目的，进行了刻苦钻研，结果发现在压铸中使用熔液的阶段在合金熔液中添加稀土类金属，并且在合金熔液中实施气体起泡，在实施起泡后或边实施边对该处理过的合金熔液压铸，从而能解决上述课题，完成了本发明。
即，本发明的合金铸造法的特征在于在100Pa以下的真空中或惰性气体中、873K以上保持10分钟以上的稀土类金属被添加到合金熔液中，以使浓度达到0.01～1质量％，并且在合金熔液中实施Ar、He、Ne、SF6、CO2、SO2或N2气的起泡，实施起泡后或边实施边将经过该处理的合金熔液压铸。
根据本发明的压铸法，可以开发能用于汽车、手机、笔记本电脑等民用电机、信息家电、电动工具、通用引擎等产业机械等的具有优良耐腐蚀性等功能性的镁合金制部件、铝合金制部件、锌合金制部件，能促进汽车、民用电机制品、电动工具、通用引擎等产业机械的轻量化。
具体实施方式
本发明的压铸法中，添加与合金熔液中的铁等过渡金属形成化合物的镧、铈、钕或它们的混合物的称为铈镧合金的稀土类金属，可以在精炼阶段，与在纯金属中不可避免混入的杂质元素量相比，实质上使铁等杂质元素的量降低。并且，其添加量非常微量，例如0.01质量％以上是有效的。但是，超过1质量％的话，铝合金的铝、镁合金或锌合金中含有的铝形成金属间化合物，合金的机械特性、物理特性发生大的变化，不是优选的。
本发明的压铸法中，为了增大该稀土类金属的添加效果，将二种方法组合。其中第一是在铸铁领域中称为接种的方法，但是稀土类金属是在铸造前添加到合金熔液中的。其理由是因为稀土类金属具有化学活性，在凝固过程中和各种元素形成化合物，再溶解后效果减小。其中第二是预先在100Pa以下的真空中或惰性气体中、合金熔液温度以上的温度下预烧添加的稀土类金属，使稀土类金属吸留的氢放出，使该稀土类金属的添加与合金熔液中的溶解氢的增大无关，同时在化学上进一步活性化，加速和杂质元素形成化合物，使杂质固定。预烧的保持温度是铸造时的合金熔液温度以上，期望是比铸造时的合金熔液温度高30K以上的温度，例如873K以上，保持时间为10分钟以上，期望是根据稀土类金属的形状而不同，经验上为20分钟以上。
气体起泡法在压铸中具有降低溶解氢，减少氧化物、杂质的效果，但是本发明的压铸中，实施铸造时，优选对合金熔液连续或间歇来实施。因此，使用二个以上的熔锅，或使用在锅内部分地间隔分成二个以上的室的一个熔锅，在二个以上的熔锅内的第一熔锅中或二个以上的室内的第一室中的合金熔液中实施气体起泡，有可能混入合金的熔剂、氧化物、杂质等浮渣在合金熔液的上部或下部移动，将清洁化的中间部的合金熔液转移到第二熔锅或第二室中，将合金维持熔液状态，优选使用该熔液由冷室型铸造机或热室型铸造机来实施。
但是使用没有间隔的一个熔锅，在熔锅中实施气体起泡，使有可能混入合金的熔剂、氧化物、杂质等浮渣在合金熔液的上部或下部移动，制备清洁化的中间部的合金熔液，该合金熔液使用以不流入浮渣的方式配置的熔液泵或使用不混入表面浮渣的密闭式铸桶，用冷室型铸造机铸造或用热室型铸造机来铸造也是优选的。
即，本发明中压铸可以这样来实施：
(·)用热室型铸造机来实施，或
(·-1)使用以不流入浮渣的方式配置的熔液泵，或
(·-2)使用不混入表面浮渣的密闭式铸桶，或
(·-3)使用二个以上的熔锅，或者使用锅内部分地间隔分成二个以上的室的一个熔锅，在二个以上的熔锅内的第一熔锅中或二个以上的室内的第一室中的合金熔液中添加稀土类金属，且实施气体起泡，将清洁化的中间部的合金熔液转移到第二熔锅或第二室中，维持熔液状态，使用该熔液
由冷室型铸造机来实施。
本发明的合金铸造方法中，可以使用上述的热室型铸造机来压铸，也可以使用冷室型铸造机来压铸，但是在铝合金的压铸中，优选由使用以不流入浮渣的方式配置的熔液泵或不混入表面浮渣的密闭式铸桶的冷室型铸造机来铸造，在镁合金和锌合金的压铸时，优选使用上述热室型铸造机来铸造。
另外，气体起泡是为了减少上述溶解氢，但是在合金熔液中按照金属活性顺序镁＞铝＞锌易于生成氧化物或杂质，气体起泡是这些氧化物或杂质浮起来，使其具有不混入铸造物的效果，与杂质削减同样地，还具有耐腐蚀性或机械强度的提高效果。
通过本发明的压铸法获得的铸造物耐腐蚀性优良，延展性提高10％以上，气孔减少10％以上。并且，通过本发明的压铸法获得的铸造物可以进行挤出、拉拔、压延、锻造、冲压的塑性加工。
下面基于实施例和比较例来具体说明本发明。
实施例1～5和比较例1～4
实施例1～5和比较例1～4使用表1所示组成的合金。并且，作为稀土类金属，使用将铈镧合金制成5mm×5mm×100mm的棒状，在973K、10Pa的真空中保持30分钟的产品。
表1
  样品合金  合金名称  化学组成(质量％)  镁合金  AZ91  Mg-9％Al-0.7％Zn-0.2％Mn  铝合金  ADC12  Al-11％Si-2.5％Cu  锌合金  ZDC2  Zn-4％Al-0.04％Mg
对于镁合金，熔融上述镁合金原料，为了改善合金的耐腐蚀性，在该合金熔液中添加表2所示量(质量％)的上述铈镧合金(比较例不添加)(表2中的“有，10分钟，静置10分钟”是指实施10分钟气体起泡，然后静置10分钟)，且在表2所示条件下用Ar气起泡(比较例不实施起泡)，并且，在该合金熔液的表面使稀释SF6流动。将合金熔液温度维持在953K，使用以不流入浮渣的方式配置的熔液泵和冷室型铸造机，在金属模具温度473K，射出速度4m/秒的条件下制作压铸JIS拉伸样片(ASTM E8-61T)和□100mm×100mm、厚2mm的板材。并且除了铈镧合金的添加量如表2所示进行改变以外，和上述一样制备合金熔液，合金熔液的温度维持在923K，使用热室型压铸机，在金属模具温度473K、射出速度2m/秒(PH开转一次)的条件下制造□100mm×100mm、厚2mm的板材。
对于铝合金，使用二个熔锅，在第一熔锅中溶解上述铝合金原料，为了改善合金的耐腐蚀性，在该合金熔液中添加表2所示量的上述铈镧合金(比较例不添加)，且在表2所示条件下用Ar气体起泡(比较例不实施起泡)，使有可能混入合金的熔剂、氧化物、杂质等浮渣在合金熔液的上部或下部移动。清洁化的中间部分的合金熔液转移到第二熔锅，合金熔液温度维持在953K，使用不混入表面浮渣的密闭型铸桶和冷室型压铸机，在金属模具温度473K、射出速度3m/秒的条件下制造压铸JIS拉伸样片(ASTM E8-61T)和□100mm×100mm、厚2mm的板材。
对锌合金，熔融上述锌合金原料，为了改善合金的耐腐蚀性，在该合金熔液中添加表2所示量的上述铈镧合金(比较例不添加)，且在表2所示条件下用Ar气体起泡(比较例不实施起泡)。合金熔液的温度维持在703K，使用热室型压铸机，在金属模具温度423K、射出速度2m/秒(PH开转一次)的条件下制造□100mm×100mm、厚2mm的板材。
研磨如上所述制造的各板材，制成样片，根据JIS Z 2371实施盐水喷雾试验。暴露时间对于镁合金和铝合金为96小时，对锌合金为168小时。根据样片的生锈面积比例评价耐腐蚀性。结果也表示于表2中。
表2
  合金名称  有无稀土类金  属添加，添加量  (质量％)  有无气体起泡，  时间  铸造机  耐腐蚀性  实施例1  AZ91  有，0.50％  有，10分钟，  静置10分钟  冷  10％  实施例2  AZ91  有，0.05％  有，10分钟，  静置10分钟  冷  40％  比较例1  AZ91  无  无  冷  70％  实施例3  AZ91  有，0.20％  有，10分钟，  静置10分钟  热  40％  比较例2  AZ91  无  无  热  85％  实施例4  ADC12  有，0.20％  有，10分钟，  不静置  冷  30％  比较例3  ADC12  无  无  冷  50％  实施例5  ZDC2  有，0.20％  有，10分钟，  静置10分钟  热  10％  比较例4  ZDC2  无  无  热  50％
对于如上制备的各JIS拉伸样片，在298K、十字头速度0.17mm/秒、N＝5下实施拉伸试验。结果示于表3中。
表3
  合金名称  断裂伸长率(％) 实施例1  AZ91  3.5±0.5 实施例2  AZ91  3.3±1.1 比较例1  AZ91  3.0±1.8 实施例4  ADC12  3.0±0.7 比较例3  ADC12  2.3±1.0