マグネシウムの基礎知識
マグネシウムとは
原子番号12のマグネシウムは実用金属中最も軽い金属です。軽さ以外にも剛性、電磁波シールド性、振動吸収性、寸法安定性などの特長があり、プラスチックやアルミ、鉄などに代わる材料として注目されています。
マグネシウムの製造が始まって100年近くになりますが、これまでは腐食しやすく、取り扱うメーカーが少ないため価格が高いといった理由で大量には使用されませんでした。
しかし、耐食性を補完する表面処理技術の開発、中国などのマグネシウム産地の増加による原料価格低減、取り扱う加工メーカーが増えたことにより、現在マグネシウムが見直されるようになりました。
そして何よりもチクソモールディング法という安全で生産性に優れた成形法の出現により、プラスチックと同じ感覚でマグネシウムを成形することが可能となり、昨今のマグネシウム製品増大につながっています。
主な合金の組成（ASTM規格）
| 合金名 | Mg | AI | Zn | Mn | Si | Cu | Ni | Fe |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AZ91D | bal. | 8.5-9.5 | 0.45-0.90 | 0.17-0.4 | ≦0.05 | ≦0.025 | ≦0.001 | ≦0.004 |
| AM60B | bal. | 5.6-6.4 | ≦0.20 | 0.26-0.5 | ≦0.05 | ≦0.008 | ≦0.001 | ≦0.004 |
| AM50A | bal. | 4.5-5.3 | ≦0.20 | 0.28-0.5 | ≦0.01 | ≦0.008 | ≦0.001 | ≦0.004 |
主な合金の特徴と利用分野
| 合金名 | 特徴 | 利用分野 |
|---|---|---|
| AZ91D | 高強度で耐食性が良い | 電気製品の筐体など |
| AM60B | 高延性で衝撃抵抗力が大きい | 自動車のハンドルやシートフレームなど |
| AM50A |
マグネシウムの優れた特性
実用金属中、最も軽い
マグネシウムの比重は約1.7で、アルミニウムの2/3、鉄の1/4と実用金属のうち最も軽量です。
構造体としての強度
マグネシウムはプラスチック材料と比較して比重が大きいものの、それを上回る曲げ弾性率・引張強さが得られることから、成形肉厚を薄くすることが可能になり、同じ要求強度に対して軽量の部品をつくることができます。
放熱特性
純マグネシウムの熱伝導率は150W/(m･K)と著しく優れており、機器内部で発生した熱を効率的に外部へ放熱することができます。
リサイクル性
マグネシウムは再溶解、精錬することによって比較的容易に元の材料としてリサイクルできます。
また、リサイクルエネルギーは新材を作る生産エネルギーの約4%に抑えられるため、マグネシウムは環境的に非常に優れたエコマテリアルです。
電磁波シールド性
マグネシウムは、高いシールド性を示しアルミニウムとほぼ同等の特性を示します。
振動吸収性
マグネシウムは、振動を吸収する特性を有しており、騒音の減少や各種装置の長寿命化を図ることができます。
寸法安定性
温度変化や時間経過による寸法変化がほとんどなく、長期にわたり寸法維持ができます。
耐くぼみ性
マグネシウムは変形に対する抵抗力が高いので、衝撃による「くぼみ」が生じにくく原形をとどめます。
機械加工性
マグネシウムは切削加工が容易なので、加工時間、加工費などが大幅に削減できます。
豊富な資源
海水に約0.13%含まれているほか、鉱石としてもたくさん埋蔵されています。
各材料の物性値比較
| 材料名 | 比重 (g/cm3) |
融点 (℃) |
熱伝導度 (W/Mk) |
引張強度 (MPa) |
耐力 (MPa) |
伸び (%) |
比強度 | ヤング率 (GPa) |
|
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| マグネシウム合金 （チクソモールディング） |
AZ91 | 1.81 | 598 | 54 | 299 | 180 | 10 | 138 | 45 |
| AM60 | 1.8 | 615 | 61 | 278 | 148 | 19 | 133 | 45 | |
| アルミニウム合金 （ダイカスト） |
ADC12 | 2.7 | 595 | 100 | 315 | 160 | 3 | 116 | 71 |
| 鉄鋼 | 炭素鋼 | 7.86 | 1,520 | 42 | 517 | 400 | 22 | 80 | 200 |
| プラスチック | ABS | 1.03 | 90(Tg) | 0.9 | 96 | * | 60 | 93 | 2.1 |
| PC | 1.23 | 160(Tg) | 0.2 | 118 | * | 2.7 | 95 | 6.7 | |
Result of tensile test on various magnesium alloys
| Material | Process | Barrel temperature (K) |
Injection velocity (m/s) |
Y.S. (MPa) |
T.S (MPa) |
El. (MPa) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AZ91D | Thixomolding™ | 878 | 1.4 | 180 | 299 | 10 |
| (Die casting) * | 160 | 240 | 3 | |||
| AM60B | Thixomolding™ | 893 | 1.4 | 148 | 278 | 19 |
| Die casting | 963 | 2.9 | 115 | 239 | 12 | |
| (Die casting) * | 130 | 225 | 8 | |||
| AM50A | Thixomolding™ | 898 | 1.4 | 140 | 269 | 20 |
| Die casting | 963 | 2.9 | 112 | 232 | 13 | |
| (Die casting) * | 125 | 210 | 10 |
- The values for die casting are taken from the catalogue
マグネシウム合金（AZ91D）の物性
| 密度 | 1,810 kg/m3 (at 20℃) |
| 固相線温度 | 470℃ |
| 液相線温度 | 595℃ |
| 動粘度 | 1.0×10-6 m2/s (at 20℃) |
| 比熱 | 1,014 J/kg･K (at 20℃) |
| 熱伝導率 | 54 W/m･K (at 20℃) |
| 潜熱 | 3.73×105 J/kg |
チクソモールディングとダイカストの違い
| Item | Thixomolding™ | Die-Casting | |
|---|---|---|---|
| Hot-Chamber | Cold-Chamber | ||
| 成形温度 (℃) | 590～610 | 630～650 | 680～700 |
| 射出速度 (m/s) | 1～4 | 1～4 | 1～10 |
| 射出圧力 (MPa) | 30～100 | 7～35 | 20～120 |
| 使用材料 | チップ | インゴット | インゴット |
| 成形機サイズ | 1,300t | 900t | 9,000t |
| 気孔欠陥 | 少ない | やや多い | 多い |
| 表面欠陥 | 少ない | やや多い | 多い |
| 収縮割れ | 少ない | やや多い | 多い |
| 流動性 | 優 | 良 | 良 |
| 表面粗さ | 優 | 良 | 良 |
| バリ | 少ない | やや多い | 多い |
| 収縮 | 少ない | やや多い | 多い |
| 金型収縮精度 | 3.8～4.5/1,000 優 | 5～5.5/1,000 良 | 7～8/1,000 可 |
| 反り | 少ない | やや多い | 多い |
| 機械的性質 | 優 | 良 | 良 |
| 耐食性 | 良 | 良 | 可 |
| 成形サイクル | 1（標準） | 0.8 | 0.9 |
| 材料コスト | 1（標準） | 0.85 | 0.9 |
| 材料歩留り | 1（標準） | 1 | 1.2 |
| 金型寿命 | 1（標準） | 0.9 | 0.8 |
| 操作安全性 | 優 | 良 | 可 |
| 防燃ガス | 使用しない | 使用する | 使用する |
| ドロス／スラッジ | 発生しない | 発生する | 発生する |
| 材料投入方法 | スクリュ方式 | グースネック方式 | ラドル給湯方式 |