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マグネシウムの陽極酸化処理 わすれたらアカン、ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、少し特殊な話題ですがマグネシウムの陽極酸化処理について述べます。


  
■マグネシウム
  マグネシウムは、実用金属中最も軽い金属といわれます。燃費改善のため軽量化
 を必要としている自動車や、軽くて強度の必要な携帯端末の構造材として、ここ数年
 急激に需要が伸びてきています。

  マグネシウムは、1808年にイギリスのデービー(Sir Humphry Davy)により発見さ
 れました。商業生産は1886年アルミニウムと同時期にはじまりましたが、製錬が難し
 かったため、アルミニウムと比べ非常に遅れました。

  マグネシウムのクラーク数は8番目で、地表付近に存在する元素の割合は、1.93%
 です。マグネシウムを含む鉱石は広範囲に存在し海水にも含まれるため、製錬ができ
 れば世界中どこでも供給が枯渇することはありません。



■マグネシウムの生産方法
  マグネシウムの製錬方法は、大きく分けて熱還元法と電解法の2つがあります。
 熱還元法は、酸化マグネシウムに還元剤を添加して減圧下で高温に加熱し製錬する方
 法です。電解法は、主に海水などを原料に塩化マグネシウムを得て、これを電解して
 精製する方法です。特長は、熱還元法は純度がよく、電解法はコストが安いというこ
 とになります。現在、生産量の多くは電解法で製錬されています。

■マグネシウム合金の特性
 (1)実用金属としては、最も軽い材料です。
    比重はアルミニウムの3分の2、鉄の4分の1となります。
 (2)比強度、比剛性が鉄やアルミニウムより優れています。
 (3)実用金属中最大の振動吸収性(減衰能)を有しています。
 (4)切削性に優れています。
 (5)耐くぼみ性がすぐれています。
 (6)温度や時間が変化しても寸法変化が少ない。
 (7)リサイクルして再生使用することができる地球にやさしい材料です。
 
 このように色々すぐれた特性がありますが、耐食性に劣るため、表面処理が非常に
 重要な役割をします。
 
■陽極酸化処理
  マグネシウムは、実用金属中で最も電位が低いため、耐食性が劣ります。そのため
 表面処理が重要な役割を担っています。現在多用されているマグネシウムへの表面
 処理は塗装下地としての化成処理が多用されています。
 
  耐摩耗性や耐食性を要求される個所には陽極酸化処理が適用されます。通常の方法
 はクロムやマンガンなどの重金属ならびにフッ化物などの有害物質を使用します。
 これに対して最近有害物や重金属を使用せずに、リン酸塩やアンモニウム塩からなる
 処理液を用いた環境にやさしい処理が使われるようになったので紹介します。
  
■既存の陽極酸化処理
  マグネシウム合金への陽極酸化処理は、MX11(HAE法)、MX12(Dow17)法、MX5等
 の方法がありますが、これらの処理液は六価クロムやフッ化物等の有害物が使用され
 ます。さらに被膜中にクロムやマンガンなどの重金属或いはフッ化物が取り込まれて
 リサイクル性に悪影響を及ぼします。
 
■リン酸化合物ベースの陽極酸化処理
  リン酸塩とアンモニウム塩からなる処理液を用いた処理で、既存法のような有害物
 を使用しない方法で、被膜中に重金属を含まないため、マグネシウムのリサイクル性
 を損ないません。
 
  この方法は、陽極電解を行うが、試料表面に無数のスパークが発生します。スパ
 ークによる電解が本処理の特徴で、数μm径の孔が多数存在するポーラスな被膜が形
 成されます。
 
  陽極電解の最中は、スパークによって被膜の溶融・凝固が繰り返されて、溶液への
 熱拡散に基づく急速凝固が非平衡状態をもたらして、被膜がアモルファス構造になり
 ます。
 
■本被膜の耐食性
  リン酸塩陽極酸化被膜は、塩水噴霧試験による耐食性は、既存の処理法より優れた
 防食性能を示します。既存の陽極酸化処理は被膜がマグネシウム部材を腐食環境から
 遮断するバリアとして作用するため、被膜の欠陥部から腐食が発生、防食性能が低下
 します。一方リン酸塩陽極酸化被膜は、鉄鋼材料に対する亜鉛めっきのような役割を
 マグネシウム合金に対して行っています。すなわち、腐食環境下では被膜が優先的に
 溶解してマグネシウム部材の腐食を防ぐ、犠牲防食能を有しています。さらに溶解
 した被膜の一部がイオン化して、被膜欠陥部でマグネシウムと反応して化成被膜を
 形成します。つまり欠陥部では被膜再生効果があることになります。
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