專利名稱：成形加工用鎂合金材、鎂合金成形加工體以及鎂合金加工體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一具優(yōu)良成形加工性的加工用鎂合金材、將此成形加工用鎂合金材成形后制得的鎂合金成形加工體以及鎂合金加工體的制造方法。
背景技術(shù)：
輕量的鎂合金適用于手機(jī)通信機(jī)器、筆記型電腦等小型攜帶用電子機(jī)器的外殼材料、旅行用行李箱、文件收納用檔案盒等大型盒制品、食物、后車箱蓋、門、擋泥板等汽車用材料。鎂合金缺乏加工性，以高加工度加工成形非常困難。為擠制加工此極難加工的鎂合金，我們可以提供以下幾種制造方法將擠制成形加工裝置的染料、沖頭、固定零件的溫度加熱至150～400℃的擠制成形加工方法(請參閱專利文獻(xiàn)1)，將染料、沖頭、壓料板加熱，借由這些成形加工工具將鎂加熱至再結(jié)晶溫度范圍，借由此加熱將鎂結(jié)晶后再軟化，一邊使之變成易塑形退火一邊將此鎂合金材以熱擠制處理制成箱狀的鎂合金制硬殼制造方法(請參閱專利文獻(xiàn)2)等等于成形加工時(shí)將鎂合金加熱至再結(jié)晶溫度范圍的方式以及將沖頭或染料至少一項(xiàng)表面加上比鎂材板更軟質(zhì)的純鎂、純鋁、樹脂等板子的塑形加工方法(請參閱專利文獻(xiàn)3)及將加熱過的鎂薄板上下兩面加上作為斷熱材的氟樹脂薄膜，以高溫壓制成形方法(請參閱專利文獻(xiàn)4)等等。由以上提案可知，鎂合金擠制加工等施以成形加工時(shí)，將其加熱至再結(jié)晶溫度范圍是必要手續(xù)。
再者，為了加工容易，亦建議使用潤滑劑。舉例來說，如于壓模模具表面涂上一層氮化鈦、類金剛石質(zhì)膜的成形方法(請參閱專利文獻(xiàn)5)、使用含有可分解性油脂、防銹、潤滑劑、極壓添加劑以及有機(jī)鋅化合物、有機(jī)鉬系化合物等鎂合金以及使用鎂合金用塑形加工油的成形加工方法(請參閱專利文獻(xiàn)6)但，以上方法均需于冷加工下成形加工，如為上述例子，需加熱至超過200℃溫度加工成形時(shí)，便無法達(dá)到潤滑效果。
本發(fā)明相關(guān)先行技術(shù)文獻(xiàn)如下 專利文獻(xiàn)1特開2003-290843號公報(bào) 專利文獻(xiàn)2特開2002-254115號公報(bào) 專利文獻(xiàn)3特開2001-300643號公報(bào) 專利文獻(xiàn)4特開平06-328155號公報(bào) 專利文獻(xiàn)5特開2003-154418號公報(bào) 專利文獻(xiàn)6特開2003-105364號公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明欲解決問題 本發(fā)明的目的在于提供一于350℃以下溫度范圍具卓越潤滑效果，于不使用潤滑油或二硫化鉬等固體潤滑劑下，能以高加工度制得成形加工體的成形加工用鎂合金材；及將此成形加工用鎂合金材成形加工制得的鎂合金成形加工體；以及此鎂合金成形加工體的制造方法。
解決問題的方法 為達(dá)成本發(fā)明的目的，本發(fā)明的成形加工用鎂合金材是將水溶性氨甲酸酯樹脂、水溶性聚酯樹脂、水溶性丙烯酸樹脂、水溶性環(huán)氧樹脂、以及將以上樹脂變性的有機(jī)樹脂中選擇1或2種以上所制成的有機(jī)樹脂涂布于鎂合金材表面，以350℃以下加工溫度及摩擦系數(shù)0.2以下條件所制成的成形加工用鎂合金材(權(quán)利要求1)。上述(權(quán)利要求1)的成形加工用鎂合金材具有以下幾點(diǎn)特征 其有機(jī)樹脂含1種或2種以上硅烷偶聯(lián)劑、硅膠、潤滑劑、金屬醇化物的成形加工用鎂合金材(權(quán)利要求2) 于上述(權(quán)利要求1及2)中，前述有機(jī)樹脂含有耐熱劑的成形加工用鎂合金材(權(quán)利要求3) 于上述(權(quán)利要求3)中，前述耐熱劑含硅氧烷化合物的成形加工用鎂合金材(權(quán)利要求4)。
又，本發(fā)明的鎂合金成形加工體為上述(權(quán)利要求1～4)成形加工用鎂合金材擇一成形加工制成的鎂合金成形加工體(權(quán)利要求5) 上述(權(quán)利要求5)中，作為汽車用材料(權(quán)利要求6)以及容器(權(quán)利要求7)的成形加工用鎂合金材 上述(權(quán)利要求7)中，其容器為擠制容器的成形加工用鎂合金材(權(quán)利要求8) 上述(權(quán)利要求7)中，其擠制容器的擠制比為4.0以下的成形加工用鎂合金材(權(quán)利要求9)。
又，本發(fā)明鎂合金成形加工體的制造方法，是將水溶性氨甲酸酯樹脂、水溶性聚酯樹脂、水溶性丙烯酸樹脂、水溶性環(huán)氧樹脂、以及將以上樹脂變性的有機(jī)樹脂中選擇1或2種以上所制成的有機(jī)樹脂涂布于鎂合金材表面所制成的成形加工用鎂合金材，以350℃以下溫度施以成形加工的鎂合金成形加工體制造方法(權(quán)利要求10) 上述(權(quán)利要求10)中，使用1種或2種以上上述硅烷偶聯(lián)劑、硅膠、潤滑劑、金屬醇化物等的有機(jī)樹脂(權(quán)利要求11)的鎂合金成形加工體的制造方法。
上述(權(quán)利要求11)中，前述有機(jī)樹脂含有耐熱劑(權(quán)利要求12)的鎂合金成形加工體的制造方法。
上述(權(quán)利要求12)中，前述耐熱劑使用硅氧烷化合物(權(quán)利要求13)的鎂合金成形加工體的制造方法。
具體實(shí)施例方式
以下，詳細(xì)說明本發(fā)明。
本發(fā)明中，作為鎂合金成形加工體制造上使用的鎂合金材，其成份含純鎂及作為合金成份的鋁質(zhì)含1.0～9.0重量％，鋅質(zhì)含0.5～6.0重量％，錳質(zhì)含0.05～2.0重量％，剩余部份由鎂及不可避免的不純物所組成，結(jié)晶粒徑2～50μm，其中2～10μm大小的鎂合金更為理想(以下為簡略說明，現(xiàn)將純鎂與鎂合金兩者并稱為鎂合金)。這些鎂合金可作為押出材、切削加工材、熱延材等板材，適用于下述成形加工。使用于板材時(shí)，板厚0.05～3.0mm為理想。于此鎂合金材表面涂布上有機(jī)樹脂，作為成形加工用鎂合金材使用。
涂抹于鎂合金材表面的有機(jī)樹脂以使用水溶性或水分散性樹脂較理想，如水溶性氨甲酸酯樹脂、水溶性聚酯樹脂、水溶性丙烯酸樹脂、水溶性環(huán)氧樹脂、以及將以上樹脂變性的水溶性丙烯酸變性聚酯樹脂、苯基化硅變性丙烯酸樹脂等。以上有機(jī)樹脂可僅使用一種，亦可2種以上混合使用。有機(jī)樹脂的添加比重，以20～85重量％為理想。如未滿20重量％，所制成的有機(jī)樹脂皮膜易因加工而損傷，較不理想。如超過85重量％，雖特性上無任何問題，但較不經(jīng)濟(jì)。再者，以鎂合金材加工溫度來說，超過150℃使用性能通常較佳的緣故，建議使用耐熱性佳的有機(jī)樹脂。
這些有機(jī)樹脂可單獨(dú)涂抹于上述鎂合金材上，干燥后成為皮膜狀后使用，但為了提升成形加工性及耐蝕性，亦可加入含下述物質(zhì)的有機(jī)樹脂。添加硅烷偶聯(lián)劑后，可提升有機(jī)樹脂皮膜的鎂合金材的粘著性，特別于提升成形加工時(shí)的粘著性上效果更明顯。硅烷偶聯(lián)劑分為乙烯樹脂類、環(huán)氧類、乙烯類、丙烯酰氧基類、氨基類、?；孱悺⒙缺?、氫硫基類、異氰酸酯等由官能基種類加以分類，這些皆可有效的被使用。這是因?yàn)楣柰榕悸?lián)劑對于大部分的樹脂皆可提升其結(jié)合性，意即粘著性的緣故。具體來說，環(huán)氧類的硅烷偶聯(lián)劑KBM403與氨甲酸酯及環(huán)氧樹脂等的結(jié)合性佳，氨基類的硅烷偶聯(lián)劑KBM903與丙烯酸樹脂等的結(jié)合性佳，具優(yōu)秀粘著性。再者，雖為氨甲酸酯類，但因含有多種物質(zhì)，不僅是環(huán)氧類硅烷偶聯(lián)劑KBM403，氨基類的硅烷偶聯(lián)劑KBM903也具有優(yōu)秀效能。硅烷偶聯(lián)劑使用比重占有機(jī)樹脂皮膜中的5重量％以下為理想，而其中含1重量％以下更為理想。如超過5重量％因粘著性提升效果已達(dá)飽和，較不符合經(jīng)濟(jì)效益。
此外，內(nèi)含硅溶膠可增加有機(jī)樹脂皮膜的硬度，提升其耐傷性及腐蝕性。硅溶膠含量占有機(jī)樹脂皮膜的50重量％以下為理想。如超過50重量％，有機(jī)樹脂皮膜會變太硬，其加工性能降低，成形加工時(shí)容易產(chǎn)生裂痕。
再者，借由添加入潤滑劑，可提升鎂合金材中，制成有機(jī)樹脂皮膜的成形加工用鎂合金材的成形加工特性。就潤滑劑來說，月桂酸、肉豆蔻酸、十六碳酸、硬脂酸等高級脂肪酸；這些高級脂肪酸的鈣鹽、鋁鹽、鋅鹽、鋇鹽、鎂鹽；這些的高級脂肪酸酯、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟等聚多烯蠟、聚四氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯等氟素蠟；石墨、二硫化鉬、氮化硼等無機(jī)粉末皆可使用。這些潤滑劑含量占有機(jī)樹脂皮膜中20重量％為理想。超過20重量％時(shí)，對鎂合金材來說，會降低其在有機(jī)樹脂皮膜成形加工時(shí)的粘著性。
另，加入醇化物也可于鎂合金材形成有機(jī)樹脂皮膜時(shí)，提升鎂合金材的耐熱性。就醇化物來說，硼、鋁、鈦、釩、錳、鈷、銅、釔、鋯、鈮、鑭、鈰、鉭、鎢等的醇化物皆可使用。其中，又以鈦類醇化物最為適用。這些金屬醇化物占有機(jī)樹脂皮膜約10重量％以下為理想。超過10重量％，將會降低鎂合金材中使用于成形有機(jī)樹脂皮膜的成形加工用鎂合金材的成形加工性。上述硅烷偶聯(lián)劑、硅溶膠、潤滑劑、金屬醇化物均可單獨(dú)加入有機(jī)樹脂皮膜中，或加入兩種以上亦可。
于上述所得的有機(jī)樹脂涂抹于鎂合金材表面，使之干燥后，可形成一有機(jī)樹脂皮膜。有機(jī)樹脂皮膜干燥后的厚度約余0.1～50μm較佳，而1～10μm則更理想。以此可得成形加工用鎂合金材，于加工溫度下表面的摩擦系數(shù)以0.2以下為理想。所謂加工溫度下的摩擦系數(shù)是指于加工成型用鎂合金材溫度下的摩擦系數(shù)，利用HEIDON制球接觸式摩擦系數(shù)量測儀器(Dynamic Strain Amplifer3K-34D，Peeling/Slipping/Scratching TESTER HEIDON-14)所測得數(shù)值。
以上所制得成形用鎂合金材，于加工溫度下的摩擦系數(shù)在0.2以下，具有優(yōu)秀成形加工性能，不論在擠制加工、鍛造、壓延、壓擠鍛造等成形加工均不需再使用以往需加入的潤滑油或二硫化鉬等固體潤滑劑，即可簡單進(jìn)行成形加工。且，因也可并用一般常用的潤滑油、二硫化鉬等固體潤滑劑的緣故，以往必需涂抹潤滑油的鎂合金材制作方法與本發(fā)明的不需涂抹油的加工方法可并用，于以往涂油的制造工程中也可進(jìn)行連續(xù)加工。再者，將成形加工用鎂合金材于350℃以下溫度或更理想于200～350℃的加工溫度范圍內(nèi)施以擠制加工，與加工溫度未滿200℃相較，其加工性能較佳，可達(dá)到較高加工度。然而，溫度超過200℃施行成形加工時(shí)，有機(jī)樹脂皮膜會分解變色，皮膜會產(chǎn)生裂痕，影響外觀且難以提升加工度。因此，不僅需提升有機(jī)樹脂的耐熱性，并需于有機(jī)樹脂皮膜中加入耐熱劑，使之于200～350℃以下高溫的加熱溫度中，有機(jī)樹脂皮膜不會產(chǎn)生變色及裂痕，能安定的進(jìn)行成形加工作業(yè)，且能提升加工度。結(jié)果，相較于以往使用潤滑油施行加工時(shí)所需的加工溫度，本案僅需于350℃以下，能再更低溫度下達(dá)到相同效果，節(jié)省不必要的加熱處理為一優(yōu)勢。當(dāng)然，成形加工時(shí)是不需要再加上涂抹潤滑油這道手續(xù)的。
以耐熱劑來說，使用聚酰亞胺等耐熱性樹脂或硅氧烷化合物較理想。硅氧烷化合物以二甲基硅氧烷、二乙基硅油、甲基乙基硅氧烷、二苯基硅氧烷、甲基苯基硅氧烷等的有機(jī)金屬硅氧烷的聚合物單體，以及以上有機(jī)金屬硅氧烷分子中含一種或兩種以上聚烯烴苯氧基、羥基、胺基、羧基、砜基、氨基等置換基。這些耐熱劑含量占有機(jī)樹脂皮膜5～80重量％為理想，而占10～60重量％更佳。借由于有機(jī)樹脂皮膜中加入耐熱劑，將成形加工用鎂合金板加熱至200～350℃，便可達(dá)到高加工度加工。且，耐熱劑除了可單獨(dú)加入有機(jī)樹脂中，也可加入1種或2種以上上述硅烷偶聯(lián)劑、硅膠或潤滑劑。
如此所制得的鎂合金加工體，視需要也可于有機(jī)樹脂皮膜上施以噴涂作業(yè)。亦或于上述成形加工用鎂合金材的有機(jī)樹脂皮膜上加上已預(yù)先噴涂好的涂裝材，作為成形加工用鎂合金加工體亦可。當(dāng)然，也可單獨(dú)附加有機(jī)樹脂皮膜使用。再者，鎂合金成形加工體于成形加工后可利用堿性溶液將有機(jī)樹脂皮膜溶解去除，也可利用研磨粒子于表面吹的噴砂清理法將其去除后，施以公知的陽極氧化處理及電鍍等表面處理，甚至可于其上再施行噴涂作業(yè)。
實(shí)施例 以下，就實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
(成形加工用鎂合金材的作成) 于含有下述合金成份板厚0.4mm的鎂合金板兩面，利用涂布棒將表1所示樹脂溶液及表1中所示于樹脂中加入硅烷偶聯(lián)劑、硅膠、潤滑劑、金屬醇化物、耐熱劑等樹脂溶液，涂抹成呈干燥后狀態(tài)后各添加物如表1所示含有量，且干燥后膜厚如表1所示厚度的方式施以涂布干燥，制成如試料1～13供測試用成形加工用鎂合金材。
<合金成份> Al3.1重量％、Zn1.1重量％、Mn0.31重量％、剩余部分Mg以及不可避免的不純物元素 <平均結(jié)晶粒徑> 8μm 表1
(鎂合金成形加工體的作成) 將上述所制得試料1～13的供測試用成形加工用鎂合金板，以下述條件放入擠制容器內(nèi)進(jìn)行加工，作為鎂合金成形加工體。加工溫度沖模及齒圈壓板的溫度為一致，僅沖床溫度為常溫。借此可求得擠制加工時(shí)的極限擠制比例，具優(yōu)越加工性。再者，利用附有固定塊加熱裝置的HEIDON制摩擦系數(shù)測定器來測定加工溫度時(shí)的摩擦系數(shù)。于測定時(shí)，將固定于固定塊上的成形加工用鎂合金材加熱至加工時(shí)的溫度后，以直徑10mm的SUS金屬制接觸球，以測定重量200g，測定時(shí)間1.6mm/sec條件測定。
<沖床寬度> 5mm <沖床溫度> 25℃ <沖模溫度> 150℃、200℃、250℃、300℃、350℃ <齒圈壓板溫度> 150℃、200℃、250℃、300℃、350℃ <擠制速度> 1mm/秒 <潤滑油及潤滑劑> 本案發(fā)明的鎂合金材于加工時(shí)是不需要添加潤滑油或潤滑劑的 為了與此做比較，將上述鎂合金材兩面涂抹上市售塑性加工油G3080(日本工作油(股)制)作為比較例的試料14，以及于鎂合金材兩面附上50μm厚的氟素樹脂膜的比較例試料15，以同樣條件進(jìn)行擠制加工，以作為比較用鎂合金成形加工體。接著，無附加氟素樹脂膜的試料14鎂合金材，若加工溫度低，其加工性能將嚴(yán)重變差，難以施行擠制加工的緣故，僅于沖模溫度及齒圈壓板溫度200℃以上條件進(jìn)行擠制加工。另外，附加上氟素樹脂膜的試料15鎂合金材，如沖模溫度及齒圈壓板溫度達(dá)350℃，其氟素樹脂膜將嚴(yán)重?fù)p傷加工困難的緣故，僅能于沖模溫度及齒圈壓板溫度于150～300℃時(shí)進(jìn)行擠制加工。
(有機(jī)樹脂皮膜外觀評價(jià)) 以肉眼觀察成形加工后的鎂合金成形加工體(擠制容器)表面的有機(jī)樹脂皮膜外觀，并以下述基準(zhǔn)評價(jià)。
◎不接受皮膜變色及損傷 ○可接受皮膜些許的變色，但不接受會造成實(shí)用上問題的損傷 △接受皮膜變色及損傷，可于成形加工體(擠制容器)加工成形，可作為內(nèi)裝部材直接使用。又，透過簡單去刮痕研磨處理，可制得美麗外觀，可充分作為外裝部材使用。
×皮膜損傷嚴(yán)重，且于成形加工體(擠制容器)表面，有造成實(shí)用上的問題的瑕疵。以上結(jié)果如表2～4所示。
表2
表3
表4
如表2～4所示，于鎂合金板上附加上有機(jī)樹脂的本發(fā)明的成形加工用鎂合金材，具有相當(dāng)優(yōu)越的加工性能，與以往于鎂合金板上涂抹潤滑油施以擠制加工的比較例(試料14)相較，本發(fā)明大幅顯現(xiàn)出其優(yōu)越的加工性能。又，與以往具最佳加工性，主要用于研究開發(fā)用的使用高價(jià)潤滑劑-氟素樹脂膜的比較例(試料15)相比，本發(fā)明顯示同等以上的加工特性，可替代就量產(chǎn)上來說具有成本及生產(chǎn)性問題的使用氟素樹脂制法，由此可顯見本發(fā)明的成形加工用鎂合金材的優(yōu)越性。再者，于有機(jī)樹脂中加入耐熱劑，可于350℃高溫下進(jìn)行擠制加工，于此高溫下加工，可于鎂合金成形加工體(擠制容器)中制得極限擠制比4.0高加工度成形加工。
產(chǎn)業(yè)上利用可能性 于鎂合金材表面涂抹上含潤滑劑的有機(jī)樹脂的本發(fā)明成形加工用鎂合金板，可制得一高加工度的鎂合金成形加工體，特別是于有機(jī)樹脂中加入硅氧烷化合物等耐熱劑時(shí)，于200～350℃加工溫度范圍內(nèi)可見其優(yōu)越潤滑效果，適用于食物、后車箱蓋、門、擋泥板等汽車用材料、手機(jī)通信機(jī)器、筆記型電腦等小型攜帶用電子機(jī)器的外殼材料、旅行用行李箱、文件收納用檔案盒等大型盒制品，特別是擠制比4.0以下以高加工度擠制加工容器的鎂合成形加工體。
權(quán)利要求
1.一種成形加工用鎂合金材，是將水溶性氨甲酸酯樹脂、水溶性聚酯樹脂、水溶性丙烯酸樹脂、水溶性環(huán)氧樹脂、以及將以上樹脂變性的有機(jī)樹脂中選擇1或2種以上所制成的有機(jī)樹脂涂布于鎂合金材表面，以350℃以下加工溫度及摩擦系數(shù)0.2以下條件所制成。
2.如權(quán)利要求1所述的成形加工用鎂合金材，其中所述有機(jī)樹脂含任一1種或2種以上的硅烷偶聯(lián)劑、硅膠、潤滑劑、金屬醇化物。
3.如權(quán)利要求1或2所述的成形加工用鎂合金材，其中所述有機(jī)樹脂含有耐熱劑。
4.如權(quán)利要求3所述的成形加工用鎂合金材，其中所述的耐熱劑為硅氧烷化合物。
5.一種鎂合金成形加工體，是以權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的成形加工用鎂合金材成形加工制成。
6.如權(quán)利要求5所述的鎂合金成形加工體，其特征在于所述鎂合金加工體可作為汽車用材料使用。
7.如權(quán)利要求5所述的鎂合金成形加工體，其特征在于所述鎂合金加工體可為作為容器使用。
8.如權(quán)利要求7所述的鎂合金成形加工體，其特征在于所述容器為擠制容器。
9.如權(quán)利要求8所述的鎂合金成形加工體，其特征在于所述擠制容器的擠制比為4.0以下。
10.一種鎂合金成形加工體的制造方法，其特征在于將水溶性氨甲酸酯樹脂、水溶性聚酯樹脂、水溶性丙烯酸樹脂、水溶性環(huán)氧樹脂、以及將以上樹脂變性的有機(jī)樹脂中選擇任一1或2種以上所制成的有機(jī)樹脂涂布于鎂合金材表面所制成的成形加工用鎂合金材，以350℃以下溫度范圍施以成形加工。
11.如權(quán)利要求10所述的鎂合金成形加工體的制造方法，其特征在于所述有機(jī)樹脂為使用任一1種或2種以上硅烷偶聯(lián)劑、硅膠、潤滑劑、金屬醇化物等的有機(jī)樹脂。
12.如權(quán)利要求11所述的鎂合金成形加工體的制造方法，其特征在于所述有機(jī)樹脂為使用含有耐熱劑的有機(jī)樹脂。
13.如權(quán)利要求12所述的鎂合金成形加工體的制造方法，其特征在于所述耐熱劑為使用硅氧烷化合物。
全文摘要
本發(fā)明目的在于提供一不使用潤滑油或二硫化鉬等固體潤滑劑，可利用高度加工方式制得成形加工體的成形加工用鎂合金材、及將此成形加工用鎂合金材成形加工所制得的鎂合金成形用加工體、以及此鎂合金成形加工體的制造方法。于鎂合金材表面，涂抹上水溶性氨甲酸酯樹脂、水溶性聚酯樹脂、水溶性丙烯酸樹脂、水溶性環(huán)氧樹脂、以及將以上樹脂變性的有機(jī)樹脂、及于以上樹脂中加入硅烷偶聯(lián)劑、硅膠、潤滑劑、金屬醇化物等的有機(jī)樹脂，于350℃加工溫度下以摩擦系數(shù)控制在0.2以下制得成形加工用鎂合金材，將此成形加工用鎂合金材成形加工后制得汽車用材料或容器等鎂合金成形加工體。
文檔編號B32B15/08GK101505956SQ200680055660
公開日2009年8月12日 申請日期2006年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月28日
發(fā)明者駒井正雄, 吉岡興 申請人:東洋鋼鈑株式會社