Элемент из магниевого сплава и способ его изготовления
Изобретение относится к области металлургии, а именно к изделиям из магниевых сплавов со сформированным антикоррозионным или лакокрасочным покрытием и способам их изготовления. Предложено изделие из магниевого сплава с покрытием, содержащее основу, выполненную из прокатанного магниевого сплава с от 5 до 11 мас.% Al, имеющего средний размер кристаллического зерна 30 мкм или менее, размер интерметаллических соединений 20 мкм или менее и глубину поверхностного дефекта 10% или менее от толщины прокатанного магниевого сплава, и антикоррозионное покрытие. Способ изготовления изделия включает получение заготовки из прокатанного магниевого сплава и нанесение антикоррозионного покрытия. Технический результат - повышение механических свойств и коррозионной стойкости сплава, из которых изготовлены изделия. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 1 ил., 20 табл.
Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к элементу из магниевого сплава и способу изготовления этого элемента из магниевого сплава, а более точно к элементу из магниевого сплава, в котором на поверхности листа магниевого сплава выполнена поверхностная обработка, такая как формирование антикоррозионной пленки или нанесение лакокрасочного покрытия.
Предшествующий уровень техники
[0002] Магний известен как самый легкий металл среди металлических материалов, используемых для выполнения конструкций, и имеет удельный вес 1,74 (плотность в г/см3 при 20°С). Магний может иметь более высокую прочность за счет добавления множества различных элементов и сплавления с ними. Соответственно, современный магниевый сплав может быть использован в качестве корпуса для небольших переносных устройств, таких как сотовые телефоны или мобильные устройства, корпуса для блокнотных компьютеров (ноутбуков), или компонентов для автомобилей и т.д. В частности, магниевый сплав, содержащий большое количество алюминия (например, Американский стандарт по испытанию материалов ASTM: AZ91) имеет высокую коррозионную стойкость или прочность, и поэтому ожидается большая потребность в таком магниевом сплаве.
[0003] Тем не менее, поскольку магниевый сплав имеет ГПУ-структуру (гексагональную плотноупакованную структуру), которая имеет плохую обрабатываемость при пластической обработке, изделия из магниевых сплавов, используемые в качестве вышеупомянутого корпуса, представляют собой главным образом литые материалы, полученные литьем под давлением или способом тиксотропного формования. В качестве других магниевых сплавов, например, сплав AZ31, который сравнительно легко подвергается процессам пластической обработки, используется для изготовления корпусов посредством прокатки литого материала в виде слитка с получением листа и последующего формования этого листа в пресс-форме (см. патентную литературу 1 в качестве способа-аналога).
[0004] Патентная литература 1: публикация нерассмотренной заявки на патент Японии JP-А-2005-2378.
Раскрытие изобретения
Проблема, решаемая изобретением
[0005] Тем не менее, с литым материалом связана проблема, заключающаяся в том, что обработка поверхности литого материала довольно сложна. Как правило, листы магниевых сплавов для изготовления корпусов подвергают обработке поверхности для повышения коррозионной стойкости и качества внешнего вида. Данная обработка поверхности подразделяется на обработку подготовкой поверхности и обработку нанесением лакокрасочного покрытия. При обработке подготовкой поверхности в качестве объекта обработки используется вышеуказанный литой материал или подвергнутый формованию в пресс-форме лист. Объект обработки подвергается обезжириванию, кислотному травлению, удалению травильного шлама, доводке поверхности и химической обработке или анодированию. При обработке нанесением лакокрасочного покрытия объект обработки, подвергнутый обработке подготовкой поверхности, подвергают обработке нанесением грунтовочного покрытия, шпаклеванию, полированию и нанесению внешнего покрытия. Литой материал имеет много поверхностных дефектов, и поэтому необходимо повторять процесс шпаклевания с заполнением дефектов поверхности шпаклевкой и процесс полирования более одного раза после нанесения грунтовочного покрытия. В результате производительность при обработке поверхности является очень низкой, и по этой причине себестоимость производства изделий увеличивается. Кроме того, литой материал имеет недостатки, заключающиеся в том, что его механические свойства, такие как предел прочности при растяжении, пластичность и ударная вязкость, являются меньшими, чем у формованного листа, подвергнутого процессу прокатки.
[0006] Кроме того, формованный лист из сплава AZ31 имеет недостатки, заключающиеся в том, что коррозионная стойкость его материала и прочность сцепления сформированной при обработке поверхности пленки являются низкими. Сплав AZ31 легче подвергается формованию, чем сплав AZ91. Когда сплав AZ31 используется для получения листа посредством процесса прокатки, получающийся в результате лист имеет лучшие характеристики, чем у литого материала, и можно уменьшить поверхностные дефекты. Соответственно, низкая производительность при обработке поверхности, которая представляет собой проблему в случае литого материала, может быть повышена. Однако сплав AZ31 имеет более низкую коррозионную стойкость по сравнению с коррозионной стойкостью сплава AZ91 и ему подобных, и, таким образом, трудно обеспечить соответствие требуемым характеристикам. Если рассматривать только повышение коррозионной стойкости, то, например, получаемая химической конверсией (конверсионная) пленка может быть сформирована толстой при обработке подготовкой поверхности. Тем не менее, конверсионная пленка не может быть сформирована с высокой прочностью сцепления на формованном листе из сплава AZ31, и поверхностное сопротивление этой пленки увеличивается, даже если пленка сформирована толстой. Когда магниевый сплав используется в качестве корпуса для электронного оборудования, такого как сотовые телефоны, от корпуса требуются характеристики, включающие заземление, устранение тока высокой частоты и электромагнитное экранирование. Соответственно, желательно как можно больше снизить поверхностное сопротивление конверсионной пленки. Таким образом, формирование толстой конверсионной пленки на формованном листе из сплава AZ31 редко рассматривается как средство повышения коррозионной стойкости.
Сущность изобретения
[0007] Изобретение направлено на решение вышеупомянутых проблем, и задача изобретения состоит в том, чтобы предложить элемент из магниевого сплава, имеющий высокие механические свойства и коррозионную стойкость, и способ изготовления такого элемента из магниевого сплава.
[0008] Другая задача изобретения заключается в том, чтобы предложить элемент из магниевого сплава, при обработке поверхности которого производительность может быть повышена, и способ изготовления такого элемента из магниевого сплава.
Средства решения проблемы
[0009] В соответствии с одним аспектом изобретения элемент из магниевого сплава имеет основной материал, выполненный из магниевого сплава, и антикоррозионную пленку, сформированную на основном материале. Основной материал представляет собой прокатанный магниевый сплав, содержащий от 5 до 11 мас.% Al.
[0010] Благодаря вышеуказанной структуре, за счет использования основного материала, содержащего большое количество Al, может быть получен элемент из магниевого сплава, имеющий отличные механические свойства и высокую коррозионную стойкость. Кроме того, за счет использования прокатанного материала число поверхностных дефектов, образовавшихся во время литья, будет малым, и частота корректирующих технологических процессов, таких как нанесение грунтовочного покрытия и шпаклевание, может быть уменьшена в случае выполнения последующих обработок нанесением лакокрасочного покрытия. Прокатанный материал представляет собой заготовку, подвергнутую процессу прокатки, и может быть дополнительно подвергнут другому процессу, такому как процесс правки или процесс полирования.
[0011] В соответствии с этим аспектом изобретения предпочтительно, чтобы элемент из магниевого сплава имел подвергнутую резке часть.
[0012] Благодаря данной структуре можно получить элемент из магниевого сплава, имеющий заданную геометрическую форму, высокую коррозионную стойкость и отличные механические свойства. В элементе из магниевого сплава подвергнутая резке часть представляет собой часть, в отношении которой выполнен процесс резки, такой как резка ножницами или пробивка. Как правило, в качестве подвергнутой резке части используется полученная резанием (высечкой) торцевая поверхность куска магниевого листа с заданной геометрической формой, которая получена посредством выполнения процесса резки длинного прокатанного листа.
[0013] В соответствии с этим аспектом изобретения предпочтительно, чтобы элемент из магниевого сплава, имеющий подвергнутую резке часть, дополнительно имел подвергнутую пластической обработке часть.
[0014] Благодаря данной структуре можно получить элемент из магниевого сплава, имеющий заданную геометрическую форму, высокую коррозионную стойкость и отличные механические свойства. В частности, можно получить элемент из магниевого сплава, имеющий трехмерную форму. В элементе из магниевого сплава подвергнутая пластической обработке часть представляет собой часть, в отношении которой выполнен процесс пластической обработки. В качестве примера процесса пластической обработки можно привести по меньшей мере один из процесса прессования, процесса глубокой вытяжки, процесса ковки, процесса выдувки и процесса гибки. Элементы разных типов из магниевого сплава могут быть получены посредством процесса пластической обработки. Основной материал, подвергнутый процессу прессования, в особенности пригоден для выполнения корпуса для электронного оборудования.
[0015] Кроме того, в соответствии с магниевым сплавом по изобретению предпочтительно, чтобы основной материал удовлетворял следующим требованиям:
(1) средний размер кристаллического зерна составляет 30 мкм или менее;
(2) интерметаллические соединения имеют размер 20 мкм или менее; и
(3) глубина поверхностного дефекта составляет 10% или менее от толщины основного материала.
[0016] За счет регулирования среднего размера кристаллического зерна, составляющего основной материал магниевого сплава на уроне 30 мкм или менее, устраняются крупные частицы, действующие как исходные точки растрескивания, и поэтому можно улучшить обрабатываемость при пластической обработке. Когда средний размер кристаллического зерна магниевого сплава мал, границы зерен в большей степени имеют тенденцию действовать в качестве сопротивления, мешающего движению электронов, по сравнению со случаем, в котором диаметр велик. Соответственно, движение электронов в поверхностной части основного материала подавляется, что приводит к повышению коррозионной стойкости. Средний размер кристаллического зерна магниевого сплава предпочтительно составляет 20 мкм или менее, конкретнее - 10 мкм или менее, а еще более конкретно - 5 мкм или менее. Средний размер кристаллических зерен получают по средним значениям, которые рассчитывают посредством разрезания основного материала в поверхностной части и центральной части, и соответствующие диаметры зерен рассчитывают способом, определенным в JIS (Японском промышленном стандарте) G 0551 (2005). Поверхностная часть основного материала представляет собой зону, определяемую как зона, простирающаяся от поверхности на 20% толщины основного материала в направлении толщины поперечного сечения основного материала, а центральная часть представляет собой зону, определяемую как зона, простирающаяся от центра на 10% толщины основного материала в направлении толщины поперечного сечения основного материала. Средний размер кристаллического зерна можно варьировать посредством регулирования условий прокатки (например, общего обжатия и температуры) или условий термической обработки (например, температуры и промежутка времени) после прокатки при производстве основного материала. При выполнении процесса резки или процесса пластической обработки заготовки (прокатанного материала) диаметры зерен вблизи обработанной части могут варьироваться. Соответственно, средний размер кристаллического зерна основного материала элемента из магниевого сплава предпочтительно получают из не подвергнутых обработке частей, отличных от частей, включающих в себя зоны вблизи подвергнутой резке части и подвергнутой пластической обработке части.
[0017] Когда интерметаллические соединения основного материала имеют размер 20 мкм или менее, можно улучшить обрабатываемость во время выполнения процесса пластической обработки заготовки, включая процесс прессования. Крупнозернистые интерметаллические соединения, имеющие размер свыше 20 мкм, служат в качестве исходных точек растрескивания во время процесса пластической обработки. Интерметаллические соединения предпочтительно имеют размер 10 мкм или менее. Как правило, подобный основной материал может быть получен из литого материала. Скорость охлаждения для затвердевания во время разливки регулируют в интервале от 50 К/сек до 10000 К/сек для регулирования размеров интерметаллических соединений основного материала до величины 20 мкм или менее. За счет этих мер можно получить литой материал, имеющий малоразмерные интерметаллические соединения. В частности, предпочтительно уровнять скорость охлаждения в направлении ширины и в направлении длины литого материала. Помимо регулирования скорости охлаждения, более эффективно, чтобы расплавленный материал перемешивался в плавильной печи или промежуточном разливочном устройстве. При этом температуру расплавленного материала предпочтительно регулируют так, чтобы она была не ниже температуры, при которой частично образуются интерметаллические соединения. Размер интерметаллического соединения устанавливают, рассматривая поперечное сечение основного материала с помощью металлографического микроскопа и получая длину самой длиной из линий разреза интерметаллических соединений в этом поперечном сечении. Кроме того, случайным образом выбирают множество поперечных сечений, произвольно получают размеры интерметаллических соединений в этих поперечных сечениях, а затем наибольший из размеров интерметаллических соединений в двадцати поперечных сечениях используют в качестве размера интерметаллического соединения.
[0018] В частности, предпочтительно отрегулировать размеры интерметаллических соединений, присутствующих на поверхности основного материала, до уровня 5 мкм или менее. Интерметаллические соединения на поверхности основного материала оказывают большое влияние на качество получаемого при обработке поверхности слоя, включая антикоррозионную пленку и лакокрасочную пленку. По этой причине можно уменьшить влияние на качество получаемого при обработке поверхности слоя в максимально возможной степени, когда размеры интерметаллических соединений составляют 5 мкм или менее. Диаметры интерметаллических соединений на поверхности устанавливают, рассматривая поверхность основного материала с помощью микроскопа с увеличением в 1000 раз или более и получая длину самой длинной из линий разреза интерметаллических соединений, присутствующих на поверхности основного материала. Кроме того, наибольший из размеров интерметаллических соединений в двадцати полях используют в качестве диаметра интерметаллического соединения на поверхности основного материала. Для уменьшения размеров интерметаллических соединений на поверхности основного материала расплавленный материал всегда приводят в контакт с кристаллизатором во время затвердевания разливаемого материала так, что выполняется быстрое охлаждение со скоростью 400 К/сек или более. Расплавленный материал всегда приводят в контакт с кристаллизатором, например, посредством уменьшения расстояния между разливочным стаканом для подачи расплавленного материала в кристаллизатор и валками (литейной формой) при двухвалковой разливке.
[0019] Кроме того, за счет регулирования глубины поверхностных дефектов до уровня 10% или менее от толщины основного материала поверхностные дефекты будут редко служить в качестве исходных мест растрескивания в том случае, когда в процессе прессования выполняется процесс гибки, и, таким образом, обрабатываемость может быть улучшена. Когда глубина поверхностных дефектов небольшая, съем металла в процессе полирования для выравнивания поверхности прокатанного материала уменьшается. Таким образом, эффективно обеспечивается снижение себестоимости производства изделий. Подобный основной материал может быть получен посредством использования литого материала, имеющего небольшое количество поверхностных дефектов. Глубину поверхностных дефектов регулируют до уровня менее 10% толщины литого материала, например, посредством снижения температуры расплавленного материала и увеличения скорости охлаждения. Во время разливки может быть использован подвижный кристаллизатор с металлическим покрывающим слоем, обладающим отличными теплопроводностью и смачиванием расплавленным материалом подвижного кристаллизатора, или же колебание температуры расплавленного материала в направлении ширины поперечного сечения отверстия для ввода расплавленного материала можно регулировать на уровне 10°С или менее. Глубина поверхностных дефектов основного материала предпочтительно составляет 3% или менее от толщины основного материала, а более предпочтительно - 1% или менее от толщины основного материала. Произвольно выбирают две точки в зоне, имеющей длину 1 м в направлении длины листа, а затем используют поперечные сечения в этих двух точках для полирования всего 4 поперечных сечений (шлифов) посредством использования наждачной бумаги #4000 или менее и посредством использования частиц для полирования алмаза, имеющих диаметр частиц 1 мкм. Затем всю периферию каждого шлифа осматривают, используя металлографический микроскоп с увеличением в 200 раз, и наибольшую глубину из значений глубины выявленных поверхностных дефектов используют в качестве глубины поверхностного дефекта.
[0020] Кроме того, предпочтительно, чтобы длины поверхностных дефектов основного материала регулировались на уровне 20 мкм или менее. Когда длины поверхностных дефектов составляют 20 мкм или менее, поверхностные дефекты редко служат в качестве исходных точек растрескивания во время выполнения процесса пластической обработки. Соответственно, обрабатываемость может быть улучшена, а съем металла при полировании поверхности прокатанного материала может быть уменьшен.
[0021] Для получения длины поверхностного дефекта дефектный участок определяют посредством использования «испытания методом проникающих жидкостей» в соответствии с JIS Z 2343, также называемого “red check”. При испытании методом проникающих жидкостей на подлежащий дефектоскопии очищенный объект наносят красящее вещество с хорошей проницаемостью и затем счищают очищающей жидкостью. Впоследствии на него наносят проявитель. Вследствие наличия оставшегося красящего вещества, проникшего в поверхностные дефекты, проявитель на них обесцвечивается, выявляя дефекты, которые трудно выявляются на поверхности, и точно определить участок. Затем проявитель на дефектах на определенном участке удаляют, и дефекты осматривают, используя микроскоп с увеличением в 500 раз. Максимальное расстояние между двумя точками, выбранными на краю одного дефекта при рассмотрении основного материала в плоскости, используется в качестве длины дефекта. Кроме того, самую большую из длин наблюдаемых десяти дефектов также используют в качестве длины дефекта.
[0022] Для того чтобы отрегулировать длины поверхностных дефектов основного материала до 20 мкм или менее, предусмотрены способ без полирования заготовки и способ полирования заготовки. В способе без полирования заготовки эффективно снизить температуру разливки в пределах интервала, в котором не ухудшается текучесть расплавленного материала. Например, сплав AZ61 предпочтительно разливают при температуре 700°С или менее, а сплав AZ91 предпочтительно разливают при температуре 680°С или менее. В способе полирования заготовки поверхность заготовки полируют, используя абразив #120 или более. При этом предпочтительно, чтобы поверхность заготовки полировалась в пределах интервала, при котором внутренние дефекты литого материала, например интерметаллические соединения размером 20 мкм или более, не «обнажаются».
[0023] В соответствии с магниевым сплавом по изобретению предпочтительно, чтобы антикоррозионная пленка элемента из магниевого сплава представляла собой конверсионную пленку или анодированную пленку.
[0024] Поскольку конверсионная пленка или анодированная пленка используется в качестве антикоррозионной пленки, можно эффективно повысить коррозионную стойкость элемента из магниевого сплава.
[0025] Кроме того, предпочтительно, чтобы содержание входящего в антикоррозионную пленку Cr или Mn составляло 0,1 мас.% или менее. Хром (Cr) представляет собой элемент, используемый для образования шестивалентного хрома, содержание которого регулируется в соответствии с RoHS (Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and electronic equipment - правилами ограничения содержания некоторых вредных веществ в электрическом и электронном оборудовании), а марганец (Mn) представляет собой вещество, зарегистрированное в PRTR (Pollutant Release and Transfer Register - Протоколе о регистрации выбросов и переноса загрязнителей: системе уведомления о выбросах и переносе химических материалов). Соответственно, Cr и Mn оказывают большое влияние на окружающую среду. В RoHS требуется регулировать содержание шестивалентного хрома на уровне 1000 миллионных долей (м.д.). Следовательно, когда содержание входящего в антикоррозионную пленку Cr регулируется на уровне 0,1 мас.% или менее, можно обеспечить соответствие RoHS, а когда содержание входящего в антикоррозионную пленку Mn регулируется на уровне 0,1 мас.% или менее, можно уменьшить воздействие на окружающую среду. Само собой разумеется, идеален случай, когда Cr или Mn не входят в антикоррозионную пленку. В качестве антикоррозионной пленки, в которой содержание Cr или Mn составляет 0,1 мас.% или менее, может быть использована фосфатная пленка.
[0026] Кроме того, предпочтительно, чтобы отношение площади корродированной зоны ко всей площади антикоррозионной пленки после 24-часового испытания при обрызгивании солевым раствором (JIS Z 2371) составляло 1% или менее, а измеренное двухэлектродным методом электрическое сопротивление антикоррозионной пленки составляло 0,2 Ом·см или менее.
[0027] За счет формирования антикоррозионной пленки, имеющей характеристики, которые могут пройти испытание при обрызгивании солевым раствором, можно получить элемент из магниевого сплава, имеющий высокую коррозионную стойкость. При 24-часовом испытании при обрызгивании солевым раствором 5%-ную соленую воду разбрызгивают в сосуд для испытаний, температура которого установлена на уровне 35°С, и затем оценивают коррозионную активность испытываемого образца в сосуде для испытаний. Корродированная зона будет почерневшей по сравнению с обычной зоной. Соответственно, можно легко получить площадь корродированной зоны посредством получения изображения поверхности испытываемого образца, подвергнутого этому испытанию, и посредством обработки такого изображения. После этого рассчитывают отношение площади корродированной зоны ко всей площади испытываемого образца.
[0028] Кроме того, когда элемент из магниевого сплава используется в качестве корпуса для электронного оборудования, такого как сотовые телефоны, такие функции, как устранение тока высокой частоты или электромагнитное экранирование, могут быть приданы корпусу за счет регулирования измеренного двухэлектродным методом электрического сопротивления антикоррозионной пленки до величины 0,2 Ом·см или менее. Кроме того, когда к корпусу электронного оборудования подсоединяют провод для заземления, контактное сопротивление между этим проводом и корпусом может быть уменьшено. Электронное сопротивление можно отрегулировать до 0,2 Ом·см или менее, например, посредством уменьшения толщины антикоррозионной пленки. Когда антикоррозионная пленка тонкая, коррозионная стойкость снижается. Тем не менее, за счет использования заготовки, имеющей небольшое число поверхностных дефектов, можно обеспечить удовлетворительную коррозионную стойкость даже в том случае, если антикоррозионная пленка является тонкой, и можно уменьшить сопротивление антикоррозионной пленки в максимально возможной степени.
[0029] В соответствии с этим аспектом изобретения предпочтительно, чтобы на антикоррозионной пленке была сформирована лакокрасочная пленка.
[0030] Поскольку образуется лакокрасочная пленка, поверхности элемента из магниевого сплава можно придать цвет или рисунок, а также повысить коррозионную стойкость. Соответственно, возможности дизайна для элемента из магниевого сплава могут быть увеличены.
[0031] В частности, предпочтительно, чтобы лакокрасочная пленка включала в себя слой грунтовочного покрытия и слой внешнего покрытия, и лакокрасочная пленка не включала в себя шпаклевку для коррекции поверхностных дефектов слоя грунтовочного покрытия.
[0032] Когда после выполнения обработки подготовкой поверхности выполняют обработку нанесением лакокрасочного покрытия на заготовку, имеющую большое число поверхностных дефектов, во многих случаях наличие дефектов сначала выявляют во время формирования слоя грунтовочного покрытия. В подобном случае необходимо заполнить дефекты шпаклевкой и выполнить полирование. Как правило, известные литые материалы необходимо неоднократно подвергать нанесению грунтовочного покрытия, нанесению внешнего покрытия и полированию, и поэтому обработка нанесением лакокрасочного покрытия становится довольно сложной. Однако, когда используется заготовка, имеющая малое число поверхностных дефектов, можно избежать шпаклевания и полирования, и эффективность обработки нанесением лакокрасочного покрытия может быть существенно повышена. Поскольку в данном случае лакокрасочная пленка не включает в себя шпаклевку, используемую при шпаклевании, лакокрасочная пленка может быть сформирована равномерно.
[0033] В соответствии со сплавом по изобретению предпочтительно, чтобы элемент из магниевого сплава включал в себя антибактериальную пленку в качестве самого верхнего слоя.
[0034] Элемент из магниевого сплава обладает антибактериальными свойствами, поскольку антибактериальная пленка сформирована в качестве самого верхнего слоя элемента из магниевого сплава. Таким образом, можно обеспечить более гигиеничный элемент из магниевого сплава.
[0035] Предпочтительно, чтобы антибактериальная пленка включала в себя антибактериальные металлические частицы. В качестве антибактериальных мелкодисперсных металлических частиц могут быть соответственно использованы частицы, образованные из никеля, меди, серебра, золота, платины, палладия или сплава, содержащего два или более из этих металлов.
[0036] Данная антибактериальная пленка и вышеупомянутая лакокрасочная пленка могут быть сформированы независимо. Однако предпочтительно, чтобы лакокрасочная пленка представляла собой антибактериальную пленку. В результате можно будет сэкономить усилия, связанные с отдельным формированием антибактериальной пленки. Например, когда вышеупомянутые антибактериальные мелкодисперсные металлические частицы включены в состав для нанесения покрытия, лакокрасочная пленка будет обладать антибактериальными свойствами. Если лакокрасочная пленка не образуется и элемент из магниевого сплава включает в себя только антикоррозионную пленку, то антибактериальная пленка может быть сформирована на этой антикоррозионной пленке.
[0037] В соответствии с элементом из магниевого сплава по изобретению предпочтительно, чтобы элемент из магниевого сплава имел предел прочности при растяжении 280 МПа или более, 0,2%-ный условный предел текучести 200 МПа или более и относительное удлинение 10% или более. Элемент из магниевого сплава, удовлетворяющий вышеуказанным механическим свойствам, может быть соответственно использован в качестве корпуса или конструкционных материалов для различного оборудования. Предельные значения подобных механических свойств особенно подходят сплаву AZ61. В случае сплава AZ91 предпочтительно, чтобы сплав AZ91 имел предел прочности при растяжении 320 МПа или более, 0,2%-ный условный предел текучести 220 МПа или более и относительное удлинение 10% или более. Кроме того, более предпочтительно, чтобы сплав AZ91 имел предел прочности при растяжении 340 МПа или более, 0,2%-ный условный предел текучести 240 МПа или более и относительное удлинение 10% или более. Предел прочности при растяжении получают посредством испытания на растяжение в соответствии с JIS Z 2201. 0,2%-ный условный предел текучести и относительное удлинение также получают по результатам испытания на растяжение.
[0038] В соответствии с этим аспектом изобретения предпочтительно, чтобы элемент из магниевого сплава соответственно применялся в качестве корпуса для электронного оборудования. Более подробно, элемент из магниевого сплава согласно изобретению пригоден для изготовления корпусов для сотовых телефонов, персональных цифровых секретарей (PDA), ноутбуков или телевизоров с жидкокристаллическим экраном (LCD) или плазменным экраном (PDP). Кроме того, элемент из магниевого сплава в соответствии с изобретением может быть применен в качестве кузовных панелей для транспортных машин, таких как автомобили или самолеты, листовых панелей, двигателей, компонентов вокруг шасси, оправ очков, металлических труб мотоциклов, таких как глушители, и конструктивных элементов, таких как трубы. Когда материал, используемый в элементе из магниевого сплава согласно изобретению, подвергают процессу резки или процессу пластической обработки после подготовки материала, устраняется антикоррозионная обработка или обработка нанесением лакокрасочного покрытия. Следовательно, в области, в которой не требуется обработка поверхности, такой как область компонентов для автомобиля, в качестве элемента из магниевого сплава предпочтительно используется заготовка, имеющая небольшое число поверхностных дефектов и отличную коррозионную стойкость. В частности, в качестве элемента, не требующего обработки поверхности, предпочтительно используется элемент из магниевого сплава, соответствующего сплаву AZ61 или AZ91.
[0039] В соответствии с другим аспектом изобретения способ изготовления элемента из магниевого сплава включает в себя стадии приготовления заготовки, образованной из прокатанного магниевого сплава, содержащего от 5 до 11 мас.% Al, и выполнение антикоррозионной обработки этой заготовки.
[0040] В соответствии с данным способом элемент из магниевого сплава, имеющий отличные механические свойства и высокую коррозионную стойкость, может быть получен посредством использования заготовки, содержащей большое количество Al. Кроме того, за счет использования прокатанного материала в качестве заготовки число поверхностных дефектов во время разливки будет небольшим, и частота корректирующих технологических процессов, таких как нанесение грунтовочного покрытия и шпаклевание, может быть уменьшена при последующей антикоррозионной обработке.
[0041] То есть, способ согласно изобретению по сути включает в себя стадии «приготовления заготовки» и «выполнения антикоррозионной обработки». Тем не менее, в этом способ дополнительно включают следующие стадии в соответствии с необходимостью в процессе резки, необходимостью в процессе пластической обработки или необходимостью в обработке нанесением лакокрасочного покрытия в качестве вариантов комбинирования с другими процессами.
[0042] <Первая группа>
Приготовление заготовки → Выполнение антикоррозионной обработки; и
Приготовление заготовки → Выполнение антикоррозионной обработки → Обработка нанесением лакокрасочного покрытия.
[0043] <Вторая группа>
Приготовление заготовки → Выполнение процесса резки → Выполнение антикоррозионной обработки;
Приготовление заготовки → Выполнение процесса резки → Выполнение антикоррозионной обработки → Обработка нанесением лакокрасочного покрытия;
Приготовление заготовки → Выполнение процесса резки → Выполнение процесса пластической обработки → Выполнение антикоррозионной обработки; и
Приготовление заготовки → Выполнение процесса резки → Выполнение процесса пластической обработки → Выполнение антикоррозионной обработки → Обработка нанесением лакокрасочного покрытия.
[0044]<Третья группа>
Приготовление заготовки → Выполнение антикоррозионной обработки → Выполнение процесса резки;
Приготовление заготовки → Выполнение антикоррозионной обработки → Выполнение процесса резки → Выполнение процесса пластической обработки;
Приготовление заготовки → Выполнение антикоррозионной обработки → Выполнение процесса резки → Выполнение процесса пластической обработки → Обработка нанесением лакокрасочного покрытия; и
Приготовление заготовки → Выполнение антикоррозионной обработки → Выполнение процесса резки → Обработка нанесением лакокрасочного покрытия.
[0045] Среди данных групп первая группа представляет собой способ получения элемента из магниевого сплава, имеющего прокатанный материал, который подвергнут антикоррозионной обработке, но не подвергнут процессу резки и процессу пластической обработки. Типовым примером изделий из элемента из магниевого сплава, полученного в соответствии со способом из первой группы, является лист с большим размером по длине, смотанный в рулон.
[0046] Вторая группа представляет собой способ выполнения процесса резки и последующего выполнения антикоррозионной обработки заготовки. В данном способе антикоррозионная обработка может быть выполнена в отношении подвергнутой резке заготовки, которую заранее разделяют на небольшие куски, имеющие заданную геометрическую форму. Типовым примером элемента из магниевого сплава, подвергнутого процессу резки, но не подвергнутого процессу пластической обработки, является кусок листа. При выполнении процесса пластической обработки, а также процесса резки, антикоррозионная пленка не повреждается во время процесса пластической обработки, когда антикоррозионную обработку выполняют после процесса пластической обработки. Типовым примером изделий из элемента из магниевого сплава, подвергнутого процессу резки и процессу пластической обработки, является каркас («шасси») для различного электрического или электронного оборудования.
[0047] Третья группа представляет собой способ выполнения антикоррозионной обработки и последующего выполнения процесса резки, процесса пластической обработки или тому подобного в отношении заготовки. В данном способе, как правило, антикоррозионная обработка может выполняться в отношении длинного прокатанного материала непрерывным образом. В результате общая производительность при изготовлении заготовки из сплава может быть существенно увеличена по сравнению со случаем, в котором подвергнутой резке заготовкой, которая заранее разделена на небольшие куски, манипулируют для того, чтобы выполнить антикоррозионную обработку каждого куска.
[0048] В способе согласно изобретению в случае, когда выполняют обработку нанесением лакокрасочного покрытия, эта обработка нанесением лакокрасочного покрытия, как правило, включает в себя нанесение грунтовочного покрытия и нанесение внешнего покрытия. Предпочтительно, чтобы каждая из обработок нанесением грунтовочного слоя и нанесением внешнего покрытия была выполнена один раз.
[0049] Как описано выше, за счет использования заготовки, имеющей небольшое число поверхностных дефектов, можно избежать шпаклевания и полирования. Соответственно, обработку нанесением лакокрасочного покрытия совершают посредством однократного выполнения нанесения грунтовочного покрытия и нанесения внешнего покрытия. В результате можно повысить эффективность обработки нанесением лакокрасочного покрытия.
[0050] В способе изготовления согласно изобретению стадия приготовления заготовки предпочтительно включает в себя стадию получения литого материала, содержащего от 5 до 11 мас.% Al, и стадию горячей прокатки литого материала.
[0051] Посредством горячей прокатки литого материала можно получить заготовку, имеющую небольшое число поверхностных дефектов и отличные механические свойства. В частности, предпочтительно получать литой материал посредством двухвалковой разливки. Двухвалковая разливка представляет собой один из способов литья с использованием подвижных кристаллизаторов. Посредством такой двухвалковой разливки можно получить литой материал, имеющий небольшое число поверхностных дефектов.
[0052] Предпочтительно, чтобы стадия получения литого материала выполнялась посредством процесса разливки с затвердеванием при быстром охлаждении со скоростью охлаждения 50 К/сек или более. Литой материал, полученный посредством процесса разливки с затвердеванием при быстром охлаждении, имеет небольшое число внутренних дефектов, таких как оксиды или сегрегация. Таким образом, прокатанный материал, полученный посредством прокатки подобного быстро охлажденного и затвердевшего литого материала, имеет меньшее число поверхностных дефектов. Скорость охлаждения предпочтительно составляет 200 К/сек или более, предпочтительнее - 300 К/сек, а еще более предпочтительно - 400 К/сек.
[0053] Примером процесса разливки с затвердеванием при быстром охлаждении со скоростью охлаждения 50 К/сек или более является процесс двухвалковой разливки. Поскольку затвердевание при быстром охлаждении может быть выполнено посредством использования двух валков при двухвалковой разливке, полученная данным способом заготовка имеет небольшое число внутренних дефектов, таких как оксиды или сегрегация. С магниевым сплавом, содержащим большое количество Al, связана проблема, заключающаяся в том, что во время разливки легко образуются интерметаллические соединения или сегрегация. Соответственно, даже если после разливки выполняют термическую обработку или процесс прокатки, внутри полученного в итоге листа из сплава остаются кристаллизованные или сегрегированные продукты, и поэтому такие продукты могут служить в качестве исходных точек растрескивания во время пластической обработки. Тем не менее, можно решить эти проблемы посредством получения заготовки двухвалковой разливкой.
Преимущество изобретения
[0054] Элемент из магниевого сплава согласно изобретению может иметь высокую коррозионную стойкость и отличные механические свойства. Кроме того, при выполнении обработки поверхности, включающей в себя антикоррозионную обработку, на элементе из магниевого сплава согласно изобретению может быть сформирован получаемый обработкой поверхности слой с высокой надежностью.
Краткое описание чертежей
[0055] Фиг.1 показывает микроизображения антикоррозионной пленки на элементе из магниевого сплава, относящемся к примеру 15, причем Фиг.1а показывает ровную часть, а фиг.1b показывает угловую R часть.
Наилучшие варианты реализации изобретения
[0056] Далее будут подробно описаны основные требования изобретения.
<Химические компоненты магниевого сплава>
[0057] Используемый в изобретении магниевый сплав представляет собой сплав, содержащий от 5 до 11 мас.% Al. Когда содержание Al ниже нижнего предела, коррозионная стойкость материала имеет тенденцию к снижению, а когда содержание Al превышает верхний предел, формуемость материала имеет тенденцию к снижению. Предпочтительное содержание Al находится в интервале от 6,0 до 10,0 мас.%. Более предпочтительное содержание Al находится в интервале от 8,3 до 9,5 мас.%, принимая во внимание коррозионную стойкость и механические свойства. Кроме того, в качестве материала для элемента из магниевого сплава согласно изобретению может быть соответственно использован сплав, содержащий от 0,2 до 1,5 мас.% Zn. Кроме того, магниевый сплав может включать в себя Mn в интервале от 0,15 до 0,5 мас.%. Помимо данных элементов, магниевый сплав составляют примеси и Mg. К конкретным примерам сплава, содержащего от 5 до 11 мас.% Al, могут относиться сплавы ASTM AZ61, AZ63, AZ80, AZ81, AZ91, AM60 и АМ100.
<Способ изготовления заготовки>
[0058] Заготовка представляет собой заготовку, подлежащую антикоррозионной обработке. В качестве заготовки может быть типично использован прокатанный материал, представляющий собой подвергнутый прокатке литой материал. Кроме того, в качестве заготовки может быть использован прокатанный материал, подвергнутый термической обработке, или прокатанный материал, подвергнутый процессу правки или полирования, которые будут описаны позже. Далее условия разливки и условия прокатки будут описаны подробно.
<Условия разливки>
[0059] Предпочтительно выполнять разливку в соответствии со способом разливки, описанным в WO/2006/003899. Способ разливки включает в себя стадии расплавления магниевого сплава в плавильной печи для приготовления расплавленного материала, подачи расплавленного материала из плавильной печи в промежуточное разливочное устройство и выполнения разливки непрерывным образом с затвердеванием расплавленного материала, подаваемого к подвижным кристаллизаторам через отверстие для введения расплавленного материала, и получением литого материала, имеющего толщину в интервале от 0,1 до 10,0 мм. Во всех процессах от стадии расплавлении до стадии разливки та часть, которая находится в контакте с расплавленным материалом, образована из гипоксического материала, имеющего содержание кислорода в 20 мас.% или менее.
[0060] В известной установке непрерывной разливки, выполненной из алюминия, алюминиевого сплава, меди, медного сплава или тому подобного, тигель плавильной печи, промежуточное разливочное устройство для удерживания поданного из тигля расплавленного материала, стенки отверстия для введения расплавленного материала, предназначенного для введения расплавленного материала в подвижный кристаллизатор, и т.д., выполнены из керамики, такой как кремнезем (оксид кремния (SiO2), содержание кислорода: 47 мас.%), глинозем (оксид алюминия (Al2O3), содержание кислорода: 53 мас.%) или оксид кальция (CaO, содержание кислорода: 29 мас.%). Когда при непрерывной разливке магниевого сплава та часть, которая находится в контакте с магниевым сплавом, выполнена посредством использования элемента, включающего в себя вышеупомянутые оксиды, образуются оксиды магния, и, следовательно, качество поверхности снижается. Кроме того, оксиды магния служат в качестве фактора растрескивания в том случае, когда полученный литой материал подвергают второму технологическому процессу, такому как процесс прокатки. Эти оксиды магния повторно не растворяются. Соответственно, когда оксиды магния смешиваются с разливаемым материалом вдоль потока расплавленного материала, это вызывает неравномерное затвердевание и ухудшение качества поверхности литого материала. Кроме того, когда литой материал подвергают второму технологическому процессу, такому как прокатка, оксиды магния в литом материале действуют в качестве инородных частиц, и возникает растрескивание. Таким образом, имеет место ухудшение качества. Самое плохое, что может случиться, - это невозможность выполнения второго технологического процесса. Кроме того, раскисленный материал может быть смешан и сплавлен с расплавленным магниевым сплавом, тем самым частично снижая температуру расплавленного магниевого сплава и вызывая неравномерное затвердевание, и в результате этого снижается качество поверхности литого материала. За счет использования материала, имеющего малое содержание кислорода, в качестве составляющего материала той части, которая находится в контакте с расплавленным материалом во время разливки, образование оксидов магния подавляется, и уменьшается образование поверхностных дефектов, таких как растрескивание, во время второго технологического процесса. В результате можно получить литой материал, имеющий очень малое число поверхностных дефектов, и прокатанный материал, который получают посредством прокатки литого материала. Кроме того, за счет выполнения обработки поверхности, включающей в себя антикоррозионную обработку такого прокатанного материала, можно повысить производительность при обработке поверхности.
[0061] Предпочтительно завершить затвердевание расплавленного материала, когда расплавленный материал выходит из подвижных кристаллизаторов (валков). Например, расплавленный материал полностью затвердевает, когда он проходит через минимальный зазор, который представляет собой кратчайшее расстояние между валками. То есть, предпочтительно обеспечить затвердевание расплавленного материала таким образом, чтобы точка завершения затвердевания существовала на участке между плоской поверхностью, включающей оси вращения валков, и передним концом отверстия для введения расплавленного материала (на ступенчатом разрезе). В том случае, когда затвердевание завершается на данном участке, магниевый сплав, введенный из отверстия для введения расплавленного материала, приходит в контакт с кристаллизаторами до его окончательного затвердевания и охлаждается со стороны кристаллизаторов. Соответственно, можно подавить возникновение сегрегации в зоне осевой линии.
[0062] Температура поверхности магниевого сплава (разливаемого материала), выходящего из подвижных кристаллизаторов, предпочтительно составляет 400°С или менее. Когда разливаемый материал, находящийся в воздухонепроницаемой части между подвижными кристаллизаторами, такими как валки, оказывается открытым для воздействия атмосферы, содержащей кислород (воздуха или тому подобного), разливаемый материал окисляется, в результате чего возникает обесцвечивание. Можно предотвратить возникновение обесцвечивания разливаемого материала посредством регулирования температуры поверхности разливаемого материала на уровне 400°С или менее.
[0063] Термическая обработка или старение для обеспечения однородности состава могут быть выполнены в отношении полученного литого материала. В качестве конкретных их условий температура предпочтительно составляет в интервале от 200 до 450°С, а промежуток времени - в интервале от 1 до 40 часов. Температура или промежуток времени могут быть выбраны надлежащим образом в соответствии с составом сплава.
[0064] Толщина литого материала предпочтительно находится в интервале от 0,1 до 10,0 мм. Когда толщина составляет менее 0,1 мм, трудно обеспечить стабильную подачу расплавленного материала и получить длинный лист. С другой стороны, когда толщина превышает 10,0 мм, в полученном литом материале легко возникает сегрегация в зоне осевой линии.
[0065] В том случае, когда полученный литой материал имеет предел прочности при растяжении в 150 МПа или более и относительное удлинение при разрыве в 1% или более, может быть уменьшено снижение обрабатываемости при пластической обработке материала магниевого сплава, подвергаемого второму технологическому процессу. Для повышения прочности и пластичности предпочтительно, чтобы структура литого материала была рафинирована (измельчена) для уменьшения поверхностных дефектов и чтобы был выполнен процесс прокатки литого материала.
<Условия прокатки>
[0066] Предпочтительно использовать следующий режим 1 или 2 прокатки.
(Режим 1 прокатки)
[0067] Условия прокатки, описанные в WO/2006/003899, могут быть использованы в качестве режима 1 прокатки. В данном процессе прокатки предпочтительно задать общее обжатие на уровне 20% или более. Столбчатые кристаллы, которые представляют собой структуру литого материала, остаются, когда прокатку выполняют при общем обжатии менее 20%. В результате механические свойства могут легко стать неоднородными. Кроме того, для существенного изменения литой структуры на структуру после прокатки (структуру рекристаллизации) предпочтительно задать общее обжатие на уровне 30% или более. Общее обжатие С (%) при прокатке получают посредством следующего выражения (А-В)/А×100, где А (мм) - толщина литого материала, а В (мм) - толщина прокатанного материала.
[0068] Прокатка может быть выполнена в однопроходном режиме или в многопроходном режиме. Когда прокатку выполняют в многопроходном режиме, обжатие в каждом проходе прокатки предпочтительно находится в интервале от 1 до 50%. Когда обжатие в каждом проходе прокатки составляет менее 1%, увеличивается число проходов прокатки до получения прокатанного материала (прокатанного листа), имеющего заданную толщину, в результате чего требуется много времени и уменьшается производительность. Кроме того, когда обжатие в каждом проходе прокатки составляет более 50%, степень обработки высока. Соответственно, предпочтительно повысить обрабатываемость при пластической обработке посредством соответствующего нагрева материала перед прокаткой. Однако при выполнении нагрева происходит укрупнение зерна в кристаллической структуре. Таким образом, существует возможность того, что обрабатываемость в выполняемом после прокатки процессе прессования будет снижена. Обжатие С (%) в каждом проходе прокатки получают посредством следующего выражения (а-b)/а×100, где а (мм) - толщина материала перед прокаткой, и b (мм) - толщина материала после прокатки.
[0069] В процессе прокатки более высокая температура Т(°С) может быть выбрана из температуры t1(°С) материала перед прокаткой и температуры t2(°С) материала во время прокатки, и температура Т(°С) и обжатие с(%) при прокатке могут удовлетворять следующему выражению: 100>(Т/с)>5. Когда (Т/с) составляет 100 или более, обрабатываемость прокаткой является высокой, поскольку температура материала является высокой, и может быть использована высокая степень обработки. Тем не менее, прокатку выполняют при низкой степени обработки, в результате чего увеличиваются экономические потери. С другой стороны, когда (Т/с) составляет 5 или менее, обрабатываемость прокаткой является низкой, поскольку температура материала является низкой. Тем не менее, прокатку выполняют при высокой степени обработки, и поэтому во время прокатки на поверхности материала или внутри материала легко возникают трещины.
[0070] Кроме того, в процессе прокатки предпочтительно, чтобы температура поверхности материала непосредственно перед тем, как этот материал вводят в прокатные валки, была отрегулирована до уровня 100°С или менее, а температура поверхности прокатных валков была задана на уровне от 100 до 300°С. Материал подвергается косвенному нагреву, поскольку он приходит в контакт с прокатными валками, нагретыми так, как упомянуто выше. Способ прокатки, при котором температуру поверхности материала перед прокаткой регулируют на уровне 100°С или менее, а поверхности прокатных валков во время реальной прокатки нагревают до 100-300°С, называют «прокаткой без подогрева». Прокатка без подогрева может быть выполнена в многопроходном режиме или может быть выполнена только один раз в последнем одном проходе прокатки после того, как выполнена прокатка в многопроходном режиме, которая не является прокаткой без подогрева. То есть, прокатка, которая не является прокаткой без подогрева, может быть выполнена в качестве черновой прокатки, а прокатка без подогрева может быть выполнена в качестве чистовой прокатки. За счет выполнения прокатки без подогрева в по меньшей мере последнем одном проходе прокатки можно получить прокатанный материал магниевого сплава, имеющий удовлетворительную прочность и отличную обрабатываемость при пластической обработке.
[0071] Предпочтительно, чтобы прокатка, которая не является прокаткой без подогрева, представляла собой горячую прокатку, при которой материал нагревают до 100-500°С. Материал предпочтительно нагревают до 150-350°С. Обжатие в каждом проходе прокатки предпочтительно находится в интервале 5-20%.
[0072] В том случае, когда разливку выполняют непрерывным образом, а затем выполняют прокатку вне поточной линии, или же в том случае, когда чистовую прокатку выполняют независимо от черновой прокатки, перед тем как выполнить прокатку материала, предпочтительно выполнить термообработку материала на твердый раствор в течение 1 часа или более при температуре в интервале 350-450°С.Благодаря термообработке на твердый раствор можно устранить остаточные напряжения или деформации, возникающие в результате такого процесса, как черновая прокатка, перед чистовой прокаткой и т.д. и уменьшить крупность текстуры, образовавшейся во время этого процесса. Кроме того, можно предотвратить возникновение непредусмотренных растрескивания, напряжений и деформаций в материале при последующей прокатке. Когда термообработку на твердый раствор выполняют при температуре менее 350°С в течение промежутка времени менее 1 часа, эффект устранения остаточных напряжений или эффект уменьшения крупности текстуры становится незначительным. С другой стороны, когда термообработку на твердый раствор выполняют при температуре более 450°С, имеет место нерациональный расход энергии на термообработку на твердый раствор. Верхний предел продолжительности термообработки на твердый раствор составляет примерно 5 часов.
[0073] Предпочтительно выполнить термическую обработку прокатанного материала магниевого сплава. Когда прокатку выполняют в многопроходном режиме, термическая обработка может быть выполнена для каждого прохода прокатки или нескольких проходов прокатки. В качестве условий термической обработки температура находится в интервале 100-450°С, а промежуток времени - в интервале от 5 минут до 40 часов. Посредством выполнения термической обработки при низкой температуре (например, от 100 до 350°С) в вышеуказанном интервале температуры в течение короткого промежутка времени (например, от примерно 5 минут до 3 часов) в вышеуказанном интервале промежутков времени, можно устранить остаточные напряжения или деформации, возникающие в результате прокатки, и улучшить механические свойства. Если температура при термической обработке будет слишком низкой или промежуток времени термической обработки будет слишком коротким, рекристаллизация будет недостаточной и деформация останется. С другой стороны, если температура при термической обработке будет слишком высокой или промежуток времени термической обработки будет слишком большим, кристаллические частицы становятся слишком крупными, и поэтому обрабатываемость при пластической обработке в процессе прессования, обрабатываемость при резке или тому подобном станет хуже. В случае выполнения термообработки на твердый раствор эту термообработку выполняют при высокой температуре (например, 200-450°С) в вышеуказанном интервале температур в течение длительного промежутка времени (например, примерно 1-40 часов) в вышеуказанном интервале промежутков времени.
[0074] Когда разность (абсолютная величина) между средним размером кристаллического зерна поверхностной части прокатанного материала и средним размером кристаллического зерна центральной части прокатанного материала отрегулирована на уровне менее 20%, можно в большей степени повысить обрабатываемость в процессе прессования. Когда эта разность составляет более 20%, структура становится неоднородной, и механические свойства также становятся неоднородными. Таким образом, предел формования имеет тенденцию к снижению. Для регулирования вышеупомянутой разности средних размеров кристаллического зерна на уровне менее 20%, например, прокатка без подогрева может быть выполнена в упомянутом по меньшей мере последнем одном проходе прокатки. То есть, предпочтительно, чтобы за счет выполнения прокатки при низкой температуре деформирование происходило равномерно.
(Режим 2 прокатки)
[0075] Кроме того, процесс прокатки предпочтительно включает в себя регулируемую прокатку с использованием нижеуказанных требований (1) и (2), где М (в мас.%) представляет собой содержание Al, входящего в магниевый сплав, образующий прокатанный лист:
(1) температуру Tb(°C) поверхности листа магниевого сплава непосредственно перед вводом листа магниевого сплава в прокатные валки регулируют на уровне температуры, удовлетворяющей следующему выражению:
8,33×М+135≤Tb≤8,33×М+165,
здесь 5,0≤М≤11,0;
(2) температуру Tr поверхностей прокатных валков регулируют на уровне 150-180°С.
[0076] Посредством задания температуры Tr поверхностей прокатных валков и температуры Tb поверхности листа магниевого сплава так, как указано выше, можно выполнить процесс прокатки в такой степени, что кристаллические частицы магниевого сплава не рекристаллизуются. В результате можно выполнить прокатку, при которой укрупнение кристаллических частиц магниевого сплава подавляется и редко происходит растрескивание на поверхности прокатанного материала.
[0077] Температуру Tr поверхностей прокатных валков регулируют на уровне 150-180°С. Когда Tr составляет менее 150°С и «обжатие за проход прокатки» увеличивается, могут образовываться небольшие трещины, имеющие форму «крокодиловой кожи», в направлении, перпендикулярном направлению движения листа магниевого сплава во время прокатки листа магниевого сплава. Кроме того, когда Tr составляет более 180°С, накопленная во время прокатки деформация листа магниевого сплава релаксируется вследствие рекристаллизации кристаллических частиц сплава. Соответственно, степень деформации при обработке становится небольшой, и трудно измельчить кристаллических частиц.
[0078] Температуру поверхностей прокатных валков регулируют посредством использования способа размещения нагревательного элемента, такого как нагреватель, внутри прокатных валков или способа воздействия на поверхности прокатных валков нагретым воздухом.
[0079] Температура Tb (°С) поверхности листа магниевого сплава непосредственно перед вводом листа магниевого сплава в прокатные валки удовлетворяет следующему выражению:
8,33×М+135≤Tb≤8,33×М+165,
здесь 5,0≤М≤11,0.
[0080] То есть, нижний предел температуры Tb поверхности составляет примерно 177°С, а ее верхний предел составляет примерно 257°С. Температура Tb изменяется в соответствии с М (мас.%), где М - это содержание Al, входящего в магниевый сплав. Более подробно, Tb задают в интервале 185-215°С в том случае, когда магниевый сплав - это сплав ASTM AZ61, и Tb задают в интервале 210-247°С в том случае, когда магниевый сплав - это сплав ASTM AZ91. В том случае, когда Tb ниже нижнего предела для каждого состава, как и в случае, когда температура поверхностей прокатных валков ниже нижнего предела, могут образовываться небольшие трещины, имеющие форму «крокодиловой кожи», в направлении, перпендикулярном направлению движения листа магниевого сплава. Когда Tb превышает верхний предел для каждого состава, накопленная во время прокатки деформация листа магниевого сплава релаксируется вследствие рекристаллизации кристаллических частиц сплава. Соответственно, степень деформации при обработке становится небольшой, и трудно измельчить кристаллические частицы.
[0081] Даже в том случае, когда температура Tb поверхности листа магниевого сплава задана в вышеуказанном интервале, но когда температура поверхностей прокатных валков представляет собой комнатную температуру, температура Tb снижается, когда лист магниевого сплава приходит в контакт с прокатными валками. Соответственно, на поверхности листа магниевого сплава образуются трещины. Можно эффективно подавить растрескивание посредством регулирования температуры поверхности листа магниевого сплава, а также температуры поверхностей прокатных валков.
[0082] Общее обжатие при регулируемой прокатке предпочтительно находится в интервале 10-75%. Общее обжатие получают посредством выражения: (толщина листа перед регулируемой прокаткой - толщина листа после регулируемой прокатки)/(толщина листа перед регулируемой прокаткой (100). Если общее обжатие составляет менее 10%, деформация при обработке в подвергнутом обработке объекте является незначительной, и эффект измельчения кристаллических частиц будет незначительным. С другой стороны, когда общее обжатие превышает 75%, деформация при обработке в подвергнутом обработке объекте является значительной, и поэтому может возникать растрескивание. Например, когда конечная толщина листа составляет 0,5 мм, выполняют регулируемую прокатку листа, имеющего толщину в интервале 0,56-2,0 мм. Более предпочтительное общее обжатие при прокатке, соответствующее регулируемой прокатке, находится в интервале от 20 до 50%.
[0083] Кроме того, «обжатие за проход прокатки» (среднее обжатие в каждом проходе прокатки) при регулируемой прокатке предпочтительно находится в интервале 5-20%. Когда «обжатие за проход прокатки» является слишком низким, трудно эффективно выполнить прокатку. Когда «обжатие за проход прокатки» является слишком большим, на прокатанном объекте легко образуются дефекты, такие как трещины.
[0084] Когда вышеупомянутую регулируемую прокатку выполняют в многопроходном режиме, предпочтительно, чтобы по меньшей мере один проход прокатки выполнялся в обратном направлении к направлению других проходов прокатки. За счет изменения направления прокатки на обратное деформация при обработке происходит в прокатанном объекте равномерно по сравнению со случаем, когда прокатку выполняют только в одном и том же направлении. Соответственно, можно уменьшить колебания диаметра зерен после конечной термической обработки, обычно выполняемой после регулируемой прокатки.
[0085] Как описано выше, прокатка листа магниевого сплава включает в себя черновую прокатку и чистовую прокатку. По меньшей мере регулируемую прокатку предпочтительно выполняют в качестве чистовой прокатки. Учитывая дополнительное повышение обрабатываемости при пластической обработке, предпочтительно выполнять регулируемую прокатку на протяжении всего процесса прокатки. Тем не менее, поскольку чистовая прокатка оказывает наибольшее влияние на подавление укрупнения кристаллических частиц в полученном в итоге листе магниевого сплава, предпочтительно, чтобы регулируемая прокатка выполнялась в качестве чистовой прокатки.
[0086] Другими словами, черновая прокатка, отличная от чистовой прокатки, не ограничена условиями прокатки, характерными для регулируемой прокатки. В частности, температура поверхности подлежащего прокатке листа магниевого сплава не имеет никаких особых ограничений. Температуру поверхности подлежащего прокатке листа магниевого сплава и обжатие регулируют таким образом, чтобы диаметры кристаллов листа магниевого сплава уменьшались в максимально возможной степени. Например, в том случае, когда исходная толщина листа перед прокаткой составляет 4,0 мм, а конечная толщина листа составляет 0,5 мм, черновую прокатку выполняют таким образом, что толщина листа уменьшается до 0,56-2,0 мм, а затем выполняют чистовую прокатку так, что толщина листа уменьшается до 0,5 мм.
[0087] За счет регулирования температуры поверхностей прокатных валков на уровне 180°С и увеличения «обжатия за проход прокатки» можно ожидать повышения эффективности обработки при черновой прокатке. В таком случае, например, «обжатие за проход прокатки» предпочтительно находится в интервале от 20 до 40%. Даже в том случае, когда температура поверхности составляет 180°С или более, температуру поверхностей прокатных валков предпочтительно регулируют на уровне 250°С или менее для подавления рекристаллизации кристаллических частиц сплава.
[0088] Кроме того, когда в процессе черновой прокатки температуру Tb поверхности листа магниевого сплава регулируют на уровне 300°С или более непосредственно перед вводом листа магниевого сплава в прокатные валки, а температуру Tr поверхностей прокатных валков регулируют на уровне 180°С или более, состояние поверхности листа магниевого сплава после черновой прокатки становится хорошим, и, таким образом, не возникает растрескивания кромок. Когда температура поверхности листа магниевого сплава составляет менее 300°С и температура поверхностей прокатных валков составляет менее 180°С, обжатие при прокатке не может быть увеличено. Соответственно, эффективность обработки в процессе черновой прокатки уменьшается. Верхний предел температуры поверхности листа магниевого сплава особо не ограничен. Тем не менее, когда температура поверхности листа магниевого сплава является высокой, состояние поверхности листа магниевого сплава после черновой обработки может стать плохим. Следовательно, температура поверхности листа магниевого сплава предпочтительно составляет 400°С или менее. Кроме того, особо не ограничен и верхний предел температуры поверхностей прокатных валков. Тем не менее, когда температура прокатных валков является высокой, прокатные валки могут быть повреждены вследствие термической усталости. Следовательно, температура поверхностей прокатных валков предпочтительно составляет 300°С или менее.
[0089] Когда обжатие в каждом проходе прокатки находится в интервале от 20 до 40% при черновой прокатке, выполняемой в вышеописанных интервалах температур, колебание диаметра зерен в листе магниевого сплава может быть уменьшено. В том случае, когда обжатие в каждом проходе прокатки во время черновой прокатки составляет менее 20%, эффект уменьшения колебания диаметра зерен после прокатки является незначительным, а когда обжатие в каждом проходе прокатки во время черновой прокатки превышает 40%, в концевой части листа магниевого сплава происходит растрескивание кромок. Кроме того, поскольку в процессе прокатки, выполняемом при обжатии в данном интервале, один проход прокатки имеет незначительный эффект, предпочтительно выполнить по меньшей мере два прохода прокатки.
[0090] При прокатке (исходной черновой прокатке) отлитого листа сплава предпочтительно повысить температуру листа сплава и увеличить обжатие в пределах вышеупомянутого интервала обжатия. При черновой прокатке непосредственно перед чистовой прокаткой предпочтительно, чтобы температура листа сплава составляла примерно 300°С, а обжатие составляло примерно 20%.
[0091] За счет выполнения черновой прокатки при вышеописанных условиях и последующего выполнения чистовой прокатки можно получить лист магниевого сплава, имеющий в большей степени увеличенную обрабатываемость при пластической обработке. В частности, состояние поверхности листа магниевого сплава становится хорошим, возникновение растрескивания кромок подавляется или уменьшается колебание диаметра зерен в листе магниевого сплава. Кроме того, величина сегрегации в листе магниевого сплава может быть уменьшена.
[0092] В качестве условий технологического процесса, относящихся к режиму 2 прокатки, в случае необходимости термообработка на твердый раствор может быть дополнительно выполнена в отношении литого материала перед прокаткой. В качестве условий термообработки на твердый раствор, например, температура находится в интервале от 380 до 420°С и промежуток времени находится в интервале от 60 до 600 минут, а предпочтительная температура находится в интервале от 390 до 410°С, и предпочтительный промежуток времени находится в интервале от 360 до 600 минут. Величина сегрегации может быть уменьшена посредством выполнения термообработки на твердый раствор данным образом. В случае магниевого сплава, соответствующего сплаву AZ91, имеющему большое количество Al, предпочтительно выполнить термообработку на твердый раствор в течение продолжительного промежутка времени.
[0093] Кроме того, в случае необходимости во время процесса прокатки (процесс прокатки может представлять собой регулируемую прокатку или нет) может быть выполнен отжиг для снятия напряжений. Предпочтительно, чтобы отжиг для снятия напряжений выполнялся между частями проходов прокатки в процессе прокатки. Начальный момент отжига для снятия напряжений в процессе прокатки и количество операций отжига для снятия напряжений надлежащим образом выбирают в соответствии с величиной деформации, накопленной в листе магниевого сплава. За счет выполнения отжига для снятия напряжений последующая прокатка выполняется более гладко. В качестве условий отжига для снятия напряжений, например, температура находится в интервале от 250 до 350°С и промежуток времени в интервале от 20 до 60 минут.
[0094] Также предпочтительно выполнить окончательный отжиг прокатанного материала, прокатка которого была полностью закончена. Кристаллическая структура листа магниевого сплава после чистовой прокатки имеет большой объем обусловленных обработкой деформаций. Соответственно, когда выполняется окончательный отжиг, рекристаллизация осуществляется таким образом, что кристаллическая структура измельчается. То есть, даже в случае листа магниевого сплава, в котором напряжение снято за счет выполнения окончательного отжига, прочность листа магниевого сплава сохраняется высокой для получения измельченной структуры рекристаллизации. Когда прокатанный материал, у которого структура листа сплава заранее рекристаллизована, подвергают процессу пластической обработки, включая процесс прессования при температуре примерно 250°С, отсутствуют значительные изменения кристаллической структуры до и после процесса пластической обработки, такие как укрупнение кристаллических частиц кристаллической структуры в листе магниевого сплава. Соответственно, в листе магниевого сплава, подвергнутом окончательному отжигу, прочность той части, в которой происходит пластическая деформация во время процесса пластической обработки, повышается вследствие упрочнения наклепом, а прочность той части, в которой пластическая деформация не происходит, сохраняется. В качестве условий окончательного отжига температура находится в интервале от 200 до 350°С и промежуток времени в интервале от 10 до 60 минут. Более подробно, окончательный отжиг может быть выполнен при температуре в интервале от 300 до 340°С в течение 10-30 минут, когда содержание Al в магниевом сплаве находится в интервале от 8,5 до 10,0% и содержание Zn находится в интервале от 0,5 до 1,5%.
[0095] В листе, полученном с использованием литого материала, полученного двухвалковой разливкой, во время разливки сегрегация происходит в центральной части листа по толщине. В том случае, когда магниевый сплав включает в себя Al, сегрегированные продукты представляют собой главным образом интерметаллическое соединение, имеющее состав Mg17Al12. Чем выше содержание примесей в магниевом сплаве, тем легче возникновение сегрегации. Например, если взять сплавы согласно ASTM типа AZ, в качестве примера сплав AZ91, в котором содержание Al составляет примерно 9 мас.%, будет иметь большую величину сегрегации после разливки, чем сплав AZ31, в котором содержание Al составляет примерно 3 мас.%. Даже несмотря на то, что сплав AZ91 имеет большую величину сегрегации, посредством выполнения термообработки на твердый раствор перед процессом черновой прокатки или чистовой прокатки при соответствующих условиях, как описано в разделе «Режим 2 прокатки», сегрегация в направлении толщины листа магниевого сплава может быть разделена на участки длиной 20 мкм или менее. В данном случае выражение «зона сегрегации разделена» означает, что линейная сегрегация разделена в направлении толщины или в направлении длины. Критерий длины участка сегрегации в направлении толщины, которая не влияет на процесс пластической обработки, включая процесс прессования, составляет 20 мкм или менее. Длина участка сегрегации в направлении толщины предпочтительно составляет менее 20 мкм. Когда самый длинный участок сегрегации разделен на участки с меньшей длиной, чем диаметр зерна основного материала, характеристики прочности могут быть еще более улучшены.
<Предварительный процесс после прокатки и перед процессом обработки>
[0096] Предпочтительно выполнить по меньшей мере один из процессов правки и полирования прокатанного материала магниевого сплава в качестве предварительного процесса перед процессом резки. В процессе правки, например, прокатанному материалу дают возможность пройти через роликовую правильную машину таким образом, чтобы скорректировать неоднородность прокатанного материала и упорядочение кристаллических частиц и т.д. В процессе полирования поверхность прокатанного материала или поверхность прокатанного материала после процесса правки полируют для того, чтобы сделать поверхность полированного объекта гладкой. Типовым примером полирования является ленточное полирование мокрого типа. В этом случае в качестве условия полирования может быть использована полировальная лента #240. Более предпочтительной является полировальная лента #320, а еще более предпочтительной является полировальная лента #600.
<Процесс пластической обработки>
[0097] Предпочтительно выполнить процесс пластической обработки в виде горячего процесса. В том случае, когда процесс пластической обработки включает в себя процесс прессования, процесс глубокой вытяжки, процесс ковки, процесс выдувки и процесс гибки, предпочтительно, чтобы температура заготовки (заготовки, имеющей антикоррозионную пленку, если она подвергнута антикоррозионной обработке) находилась в интервале от 200 до 250°С. Когда температура во время процесса пластической обработки составляет примерно 250°С, средний размер кристаллического зерна не подвергнутой обработке части (части, в которой не происходит пластическая деформация, являющаяся результатом процесса пластической обработки) заготовки редко варьируется. Соответственно, предел прочности не подвергнутой обработке части на растяжение до и после процесса пластической обработки редко изменяется.
[0098] Подвергнутая пластической обработке часть может быть подвергнута термической обработке. В качестве условий термической обработки температура находится в интервале от 100 до 450°С и промежуток времени в интервале от 5 минут до 40 часов. Например, для устранения деформаций, возникающих в результате процесса, устранения остаточных напряжений, возникающих во время процесса, и улучшения механических свойств термическая обработка может быть выполнена при низкой температуре (например, от 100 до 350°С) в вышеуказанном интервале температур в течение короткого промежутка времени (например, от 5 минут до 24 часов) в вышеуказанном интервале промежутка времени. Кроме того, для термообработки на твердый раствор эта термообработка может быть выполнена при высокой температуре (например, от 200 до 450°С) в вышеуказанном интервале температур в течение длительного промежутка времени (например, от 1 до 40 часов) в вышеуказанном интервале промежутка времени.
<Полученный обработкой поверхности слой и способ его формирования>
[0099] К типовым примерам полученного обработкой поверхности слоя относятся слой подготовки поверхности, полученный в результате обработки подготовкой поверхности, и лакокрасочная пленка, полученная обработкой нанесением лакокрасочного слоя.
[0100] При обработке подготовкой поверхности, как правило, последовательно выполняют обезжиривание, кислотное травление, удаление травильного шлама, доводку поверхности, антикоррозионную обработку и сушку.
[0101] При обезжиривании удаляют смазочно-охлаждающую жидкость для обработки резанием посредством щелочного обезжиривания и размягчают разделяющую присадку, используемую в процессе прокатки или прессования, для ее легкого удаления. Для обезжиривания температура предпочтительно находится в интервале от 20 до 70°С и промежуток времени предпочтительно находится в интервале от 1 до 20 минут.
[0102] При кислотном травлении разделяющую присадку и металлические примеси (Fe, Ni, Co и Si) сплава, которые осаждены на поверхности заготовки, растворяют и удаляют для каждого поверхностного слоя. При этом осаждаются соли металлов. Для кислотного травления температура предпочтительно находится в интервале от 20 до 70°С и промежуток времени предпочтительно находится в интервале от 0,5 до 10 минут.
[0103] При удалении травильного шлама шлам (поверхностные оксиды), осажденные во время кислотного травления, растворяют в щелочном растворе и удаляют. Одновременно образуется пассивирующая пленка за счет реакции с магнием. Для удаления травильного шлама температура предпочтительно находится в интервале от 20 до 70°С и промежуток времени предпочтительно находится в интервале от 2 до 20 минут.
[0104] При доводке поверхности счищают и удаляют щелочной раствор, используемый при удалении травильного шлама. При доводке поверхности температура предпочтительно находится в интервале от 20 до 70°С и промежуток времени предпочтительно находится в интервале от 1 до 10 минут.
[0105] Антикоррозионная обработка представляет собой обработку для формирования пленки с целью повышения коррозионной стойкости поверхности магниевого сплава. Более подробно, в качестве антикоррозионной обработки могут быть выполнены химическая обработка или анодирование. Химическая обработка представляет собой обработку для формирования оксидной пленки (конверсионной пленки) посредством реакции с магниевым сплавом. Благодаря данной обработке можно повысить коррозионную стойкость элемента из магниевого сплава и адгезию лакокрасочной пленки, сформированной на конверсионной пленке. Обрабатывающие жидкости для химической обработки можно в общих чертах классифицировать на жидкость на основе фосфора (P), жидкость на основе фосфора и марганца (P-Mn) и жидкость на основе хрома (Cr). С учетом воздействия на окружающую среду сточных вод, образующихся в результате использования обрабатывающих жидкостей, предпочтительно использовать обрабатывающую жидкость на основе P, не содержащую Cr и Mn. При использовании обрабатывающей жидкости на основе P для химической обработки температура предпочтительно находится в интервале от 20 до 70°С, а промежуток времени предпочтительно находится в интервале от 0,5 до 4 минут. С другой стороны, анодирование представляет собой обработку, при которой постоянный ток подают к электроду с использованием магниевого сплава для образования оксидов металла магния на поверхности этого электрода. Более подробно, предпочтительно выполнить анодирование на основе JIS Н8651 (1995). Предпочтительно, чтобы обрабатывающая жидкость для получаемой анодированием антикоррозионной пленки не включала в себя Cr и Mn и чтобы антикоррозионная пленка имела малое поверхностное сопротивление.
[0106] От вышеупомянутого обезжиривания до сушки между технологическими процессами выполняют очистку водой. Предпочтительно выполнять очистку водой посредством использования деионизированной воды.
[0107] При обработке нанесением лакокрасочного слоя, как правило, последовательно выполняют нанесение грунтовочного покрытия, сушку, нанесение внешнего покрытия и сушку. Нанесение грунтовочного покрытия выполняют посредством нанесения покрывающего состава на основе эпоксидной смолы или тому подобного на формованный лист, подвергнутый обработке подготовкой поверхности. При выявлении поверхностных дефектов во время нанесения грунтовочного покрытия поверхностные дефекты заполняют шпаклевкой, а затем выполняют полирование. После этого снова выполняют нанесение грунтовочного покрытия. В случае необходимости данные процессы, а именно нанесение грунтовочного покрытия, шпаклевание и последующее нанесение грунтовочного покрытия, повторяют более одного раза в данном порядке. Нанесение внешнего покрытия выполняют посредством использования покрывающего состава на основе акриловой смолы после нанесения грунтовочного покрытия. Сушка при обработке нанесением лакокрасочного покрытия может представлять собой высушивание и сушку при температуре в интервале от 100 до 200°С в соответствии с типами эксплуатационных характеристик покрывающего состава. Даже в том случае, когда при обработке нанесением лакокрасочного покрытия температура заготовки составляет примерно 160°С, средний размер кристаллического зерна заготовки редко изменяется. Кроме того, предел прочности при растяжении до и после обработки нанесением лакокрасочного покрытия редко изменяется.
[0108] С другой стороны, для формирования антибактериальной пленки предпочтительно использовать металлосодержащий коллоидный раствор, описанный в документе JP-А-2005-248204. Металлосодержащий коллоидный раствор содержит металлические частицы, имеющие исходный диаметр 200 нм или менее, высаженные посредством восстановления ионов металлов в воде, диспергатор, имеющий молекулярную массу в интервале от 200 до 30000, и смешанный растворитель из воды в качестве дисперсионной среды и водно-органического растворителя. Антибактериальная пленка может быть сформирована посредством смешивания металлосодержащего коллоидного раствора с покрывающим составом. Кроме того, антибактериальная пленка может быть сформирована независимо от лакокрасочной пленки. В металлосодержащем коллоидном растворе металлические частицы предпочтительно содержатся в количестве от 0,1 до 90 мас.%. Кроме того, диспергатор предпочтительно представляет собой органическое соединение, не содержащее S, Р, В и атомов галогенов. Кроме того, диспергатор предпочтительно содержится в количестве от 2 до 30 массовых частей на 100 массовых частей металлических частиц. По меньшей мере одно вещество из группы, включающей в себя спирты, кетоны, гликолевые эфиры и водные азотосодержащие органические соединения, может быть выбрано для использования его в качестве водно-органического растворителя.
[Тестовый пример 1]
[0109] В дальнейшем будут описаны примеры и сравнительные примеры по изобретению.
[0110] (1) Элемент из магниевого сплава был получен в соответствии с нижеприведенным технологическим процессом 1 посредством использования полученного непрерывной двухвалковой разливкой и прокатанного материала из сплава AZ91 в качестве заготовки А.
Технологический процесс 1: Разливка → Горячая прокатка → Процесс правки → Полирование → Резка → Процесс горячего прессования → Обработка подготовкой поверхности → Обработка нанесением лакокрасочного слоя → Сушка
[0111] Условия разливки при непрерывной двухвалковой разливке сплава AZ91 и характеристики литого материала приведены в Таблице 1, а условия прокатки полученного двухвалковой разливкой литого материала из сплава AZ91 и характеристики прокатанного материала приведены в Таблице 2. Условия разливки представляют собой условия, описанные в WO/2006/003899, а условия прокатки представляют собой условия, в основе которых лежит описанный выше «Режим 2 прокатки». Условия прокатки будут описаны ниже более подробно. Лист магниевого сплава, имеющий толщину 4,2 мм, который был получен непрерывной двухвалковой разливкой, подвергали черновой прокатке так, что толщина листа магниевого сплава составляла 1 мм, и получили подвергнутый черновой прокатке лист, имеющий средний размер кристаллического зерна 6,8 мкм. При черновой прокатке подлежащий прокатке объект подогревали до 300-380°С, и затем прокатывали объект посредством прокатных валков, имеющих температуру поверхностей 180°С. Средний размер кристаллического зерна получали с использованием выражения, описанного в способе резки по JIS G 0551 (2005). После этого подвергнутый черновой прокатке лист подвергали чистовой прокатке при регулируемых условиях прокатки, приведенных в Таблице 2, так, чтобы толщина подвергнутого черновой прокатке листа составила 0,6 мм. Чистовую прокатку выполняли в многопроходном режиме, и по меньшей мере один проход прокатки выполняли в обратном направлении по отношению к направлению других проходов прокатки. После этого выполняли термическую обработку подвергнутого чистовой прокатке листа при 320°С в течение 30 минут. В процессе правки прокатанному материалу давали возможность пройти через роликовую правильную машину с тем, чтобы скорректировать неоднородность прокатанного материала и упорядочение кристаллических частиц и т.д. При полировании выполняли ленточное полирование мокрого типа с использованием полировальной ленты #240 для придания гладкости поверхности прокатанного материала. При прессовании температуру штампа устанавливали на уровне 250°С, подлежащий обработке объект выдерживали в штампе в течение 12 секунд для его нагрева, а затем выполняли прессование со скоростью 2,5 мм/сек. Благодаря такому прессованию был получен корпус для демонстрационного персонального цифрового секретаря (PDA).
[0112]
| Таблица 1 | ||
| Двухвалковая разливка сплава AZ91 | ||
| Условия разливки | Температура разливки (°С) | 675°С |
| Скорость охлаждения (°С/сек) | 420°С/сек | |
| Толщина литого материала (мм) | 4,2 мм | |
| Кристаллизатор | Вращающийся валок | |
| Температура кристаллизатора (°С) | 140°С | |
| Характеристики литого материала | Толщина материала (мм) | 4,2 мм |
| Крупность интерметаллического соединения (мкм) | 5,0 мкм | |
| Колебания концентрации Al макс. - миним. (%) | 8,8-9,2% | |
| Глубина поверхностного дефекта глубина/толщина | 3% | |
| Предел прочности при растяжении (МПа) | 241 МПа | |
| Относительное удлинение при разрыве (%) | 1,4% |
[0113]
| Таблица 2 | ||
| Прокатка сплава AZ91 | ||
| Условия прокатки | Толщина перед прокаткой (мм) | 4,2 мм |
| Толщина после прокатки (мм) | 0,6 мм | |
| Обжатие в каждом проходе прокатки при черновой прокатке (%) | макс. | 35% |
| миним. | 20% | |
| Среднее обжатие в каждом проходе прокатки при чистовой прокатке (%) | 7% | |
| Обжатие в последнем проходе прокатки (%) | 7% | |
| Температура поверхности листа непосредственно перед чистовой прокаткой (°С) | 220°С | |
| Температура поверхностей валков при чистовой прокатке (°С) | 170°С | |
| Характеристики прокатанного материала | Толщина материала (мм) | 0,6 мм |
| Крупность интерметаллического соединения (мкм) | 4,2 мкм | |
| Крупность интерметаллического соединения на поверхности (мкм) | 5,0 мкм или менее | |
| Колебание концентрации Al (%) | 8,8-9,1% | |
| Средний размер кристаллического зерна (мкм) | 5,6 мкм | |
| Глубина поверхностного дефекта глубина/толщина | 2% | |
| Длина поверхностного дефекта | 20 мкм или менее | |
| Предел прочности при растяжении (МПа) | 342 МПа | |
| Относительное удлинение при разрыве (%) | 10,8% |
[0114] (2) Элемент из магниевого сплава был получен в соответствии с технологическим процессом 2 посредством использования подвергнутого тиксотропному формованию литого материала из сплава AZ91 в качестве заготовки В.
Технологический процесс 2: Литье → Полирование → Обработка подготовкой поверхности → Обработка нанесением лакокрасочного слоя → Сушка
[0115] (3) Элемент из магниевого сплава был получен в соответствии с технологическим процессом 1 посредством использования разлитого в слитки и прокатанного материала из сплава AZ31 в качестве заготовки С.
[0116] Условия разливки в слитки для сплава AZ31 представляют собой известные условия. Характеристики литого материала, полученного при известных условиях, приведены в Таблице 3, а условия прокатки литого материала и характеристики прокатанного материала приведены в Таблице 4.
[0117]
| Таблица 3 | ||
| Разливка в слитки сплава AZ31 | ||
| Условия разливки | Температура разливки (°С) | 695°С |
| Скорость охлаждения (°С/сек) | 12 °С/сек | |
| Толщина литого материала (мм) | 150 мм | |
| Кристаллизатор | Прямоугольное тело | |
| Температура кристаллизатора (°С) | Комнатная температура | |
| Характеристики литого материала | Толщина материала (мм) | 150 мм |
| Крупность интерметаллического соединения (мкм) | 20 мкм | |
| Колебания концентрации Al макс.-миним. (%) | 2,8-3,5% | |
| Глубина поверхностного дефекта глубина/толщина | 12% | |
| Предел прочности при растяжении (МПа) | 212 МПа | |
| Относительное удлинение при разрыве (%) | 2,4% |
[0118]
[0119] При обработке подготовкой поверхности в вышеуказанных технологических процессах производства последовательно выполняли обезжиривание, кислотное травление, удаление травильного шлама, доводку поверхности, химическую обработку и сушку 1. Между технологическими операциями, составляющими обработку подготовкой поверхности, выполняли очистку водой. При обработке нанесением лакокрасочного слоя последовательно выполняли нанесение грунтовочного покрытия, шпаклевание, полирование, нанесение внешнего покрытия и сушку 2. Шпаклевание и полирование выполняли в том случае, когда во время нанесения грунтовочного покрытия были выявлены поверхностные дефекты. В случае необходимости данные процессы, а именно шпаклевание, полирование и последующее нанесение грунтовочного покрытия, повторяли в данном порядке.
[0120] Обезжиривание, кислотное травление, удаление травильного шлама, доводку поверхности и сушку 1 выполняли следующим образом, если нижеуказанные операции не были «отклонены». Концентрации растворов выражены в мас.%.
[0121] Обезжиривание: При перемешивании 10%-ного раствора KOH и 0,2%-ного раствора неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ), 60°С, 10 минут.
Кислотное травление: При перемешивании 5%-ного раствора фосфорной кислоты, 40°С, 1 минута.
Удаление травильного шлама: При перемешивании 10%-ного раствора KOH, 60°С, 10 минут.
Доводка поверхности: При перемешивании раствора обогащенной углекислотой воды, рН которого доведен до 8, 60°С, 5 минут.
Сушка 1: 120°С, 20 минут.
[0122] Обработку нанесением лакокрасочного покрытия выполняли при следующих условиях:
Обработка нанесением лакокрасочного покрытия: Нанесение грунтовочного покрытия (нанесение грунтовки) выполняют посредством использования распыляемого клейкого состава для цветного металла, изготавливаемого компанией Kanpe Hapio Co., Ltd, и последующее нанесение внешнего покрытия выполняют посредством использования распыляемого черного акрилатного лака А, изготавливаемого компанией Kanpe Hapio Co., Ltd.;
Шпаклевание: Полиэфирная шпаклевка; и
Сушка 2: Сушка при комнатной температуре в течение 24 часов.
[0123] Условия изготовления для примеров и сравнительных примеров таковы.
<Пример 1>
[0124] Прессованный материал из сплава AZ91, подвергнутый вышеуказанным технологическим операциям от непрерывной двухвалковой разливки до горячего прессования, использовали в качестве обрабатываемого основного материала. В отношении этого обрабатываемого основного материала выполняли обработку подготовкой поверхности и обработку нанесением лакокрасочного покрытия. При обработке подготовкой поверхности обрабатывающую жидкость на основе P, содержавшую 10% фосфата в качестве основного компонента и изготавливаемую компанией А, и 10%-ный раствор KOH использовали в качестве обрабатывающих жидкостей для обработки подготовкой поверхности. При их ультразвуковом перемешивании выполняли химическую обработку при 40°С в течение 2 минут. В примере 1 и примерах 2-7, которые будут описаны позже, каждую из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняли один раз, но шпаклевание и полирование не выполняли.
<Пример 2>
[0125] Прессованный материал, который был таким же, как и в примере 1, использовали в качестве обрабатываемого основного материала. В отношении этого обрабатываемого основного материала выполняли обработку подготовкой поверхности и обработку нанесением лакокрасочного покрытия. При обработке подготовкой поверхности обрабатывающую жидкость на основе P, содержавшую 10% фосфата в качестве основного компонента и изготавливаемую компанией В, и 1%-ный раствор KOH использовали в качестве обрабатывающих жидкостей для обработки подготовкой поверхности. При их ультразвуковом перемешивании выполняли химическую обработку при 90°С в течение 1 минуты.
<Пример 3>
[0126] Прессованный материал, который был таким же, как и в примере 1, использовали в качестве обрабатываемого основного материала. В отношении этого обрабатываемого основного материала выполняли обработку подготовкой поверхности и обработку нанесением лакокрасочного покрытия. При обработке подготовкой поверхности обрабатывающую жидкость на основе P и Mn, содержавшую 10% фосфата марганца в качестве основного компонента и изготавливаемую компанией С, использовали в качестве обрабатывающей жидкости для обработки подготовкой поверхности. При ее ультразвуковом перемешивании выполняли химическую обработку при 40°С в течение 2 минут.
<Пример 4>
[0127] Прессованный материал, который был таким же, как и в примере 1, использовали в качестве обрабатываемого основного материала. Обработку подготовкой поверхности и обработку нанесением лакокрасочного покрытия выполняли так же, как и в примере 1, за исключением того, что обрабатываемый основной материал подвергали обработке фосфатом в процессе травления и затем обрабатывали в 3%-ном растворе HF при 30°С в течение 1 минуты. Химическую обработку выполняли так же, как химическую обработку в примере 1, за исключением того, что в качестве обрабатывающей жидкости использовали обрабатывающую жидкость на основе P и Mn, содержавшую 10% фосфата марганца в качестве основного компонента и изготавливаемую компанией D.
<Пример 5>
[0128] Прессованный материал, который был таким же, как и в примере 1, использовали в качестве обрабатываемого основного материала. Магниевый сплав обрабатывали в соответствии со способом предварительной защитной обработки против коррозии полуфабрикатов, который представляет собой способ защитной обработки против коррозии магниевых сплавов (JIS Н 8651 (1995)) первого вида. То есть, обрабатываемый основной материал погружали в раствор дихромата натрия с концентрацией 180 г/л и азотной кислоты (60%) с концентрацией 260 мл/л при температуре раствора 25°С на 1 минуту и затем капли удаляли в течение 5 секунд. Впоследствии обрабатываемый основной материал промывали водой и затем высушивали, в результате получив конверсионную пленку на основе Cr. Все обработки выполняли так же, как в примере 1, за исключением химической обработки.
<Пример 6>
[0129] Прессованный материал, который был таким же, как и в примере 1, использовали в качестве обрабатываемого основного материала. Обрабатываемый основной материал обрабатывали в соответствии со способом предварительной защитной обработки против коррозии полуфабрикатов, который представляет собой способ защитной обработки против коррозии магниевых сплавов (JIS Н 8651 (1995)) восьмого вида. То есть, обрабатываемый основной материал погружали в раствор кислого фторида натрия с концентрацией 15 г/л, дихромата натрия с концентрацией 180 г/л, сульфата алюминия с концентрацией 10 г/л и азотной кислоты (60%) с концентрацией 84 мл/л при температуре раствора 20°С на 2 минуты, очищали водой и затем высушивали, в результате получив конверсионную пленку на основе Cr. Все обработки выполняли так же, как в примере 1, за исключением химической обработки.
<Пример 7>
[0130] Прессованный материал, который был таким же, как и в примере 1, использовали в качестве обрабатываемого основного материала. Магниевый сплав обрабатывали в соответствии со способом хорошей защитной обработки против коррозии полуфабрикатов, который представляет собой способ защитной обработки против коррозии магниевых сплавов (JIS Н 8651 (1995)) третьего вида. То есть, в качестве первой технологической операции, обрабатываемый основной материал погружали в раствор фтористоводородной кислоты (46%) с концентрацией 250 мл/л при температуре раствора 20°С на 5 минут и затем очищали водой. Затем, в качестве второй технологической операции, обрабатываемый основной материал погружали в раствор дихромата натрия с концентрацией от 120 до 130 г/л и фторида кальция с концентрацией 2,5 г/л при температуре раствора 90°С на 60 минут, очищали водой, погружали в теплую воду и затем высушивали, в результате получив конверсионную пленку на основе Cr. Все обработки выполняли так же, как в примере 1, за исключением химической обработки.
<Пример 8>
[0131] Прессованный материал, который был таким же, как и в примере 1, использовали в качестве обрабатываемого основного материала. При обработке подготовкой поверхности последовательно выполняли щелочное обезжиривание, очистку травлением в кислоте, анодирование и сушку. В качестве раствора для щелочного обезжиривания и раствора для очистки травлением в кислоте соответственно использовали обезжиривающий раствор для химической обработки и раствор для кислотного травления. Анодирование выполняли в соответствии со способом хорошей защитной обработки против коррозии типа А готовых деталей, который представляет собой способ защитной обработки против коррозии магниевых сплавов (JIS Н 8651 (1995)) одиннадцатого вида. Более подробно, обрабатывающую жидкость, состоящую из гидроксида калия с концентрацией 165 г/л, фторида калия с концентрацией 35 г/л, фосфата натрия с концентрацией 35 г/л, гидроксида алюминия с концентрацией 35 г/л и перманганата калия с концентрацией 20 г/л, использовали для погружения обрабатываемого основного материала в нее при температуре раствора 20°С, плотности тока 2,0 А/дм2 и напряжении 70 В в течение 20 минут. Затем обрабатываемый основной материал очищали водой и высушивали, в результате получив анодированную пленку на основе P и Mn. Впоследствии выполняли обработку нанесением лакокрасочного покрытия при вышеописанных условиях.
<Пример 9>
[0132] Прессованный материал, который был таким же, как и в примере 1, использовали в качестве обрабатываемого основного материала. Все обработки выполняли так же, как в примере 8, за исключением того, что в качестве обрабатывающей жидкости для анодирования использовали обрабатывающую жидкость на основе P, содержавшую фосфат и изготавливаемую компанией Е.
<Сравнительные примеры 1-7>
[0133] Все обработки в сравнительных примерах 1-7 выполняли так же, как соответственно в примерах 1-7, за исключением того, что в качестве обрабатываемого основного материала использовали подвергнутый тиксотропному формованию литой материал из сплава AZ91. В сравнительных примерах 1-7 нанесение внешнего покрытия выполняли один раз, но нанесение грунтовочного покрытия, шпаклевание и полирование выполняли более одного раза.
<Сравнительные примеры 8-14>
[0134] Все обработки в сравнительных примерах 8-14 выполняли так же, как соответственно в примерах 1-7, за исключением того, что в качестве обрабатываемого основного материала использовали разлитый в слитки материал из сплава AZ31, прокатанный, полированный и прессованный материал из сплава AZ31. В сравнительных примерах 8-14 нанесение грунтовочного покрытия и нанесение внешнего покрытия выполняли один раз, а шпаклевание и полирование не выполняли.
<Сравнительные примеры 15 и 16>
[0135] Все обработки в сравнительных примерах 15 и 16 выполняли так же, как соответственно в примерах 8 и 9, за исключением того, что в качестве обрабатываемого основного материала использовали подвергнутый тиксотропному формованию литой материал из сплава AZ91. В сравнительных примерах 15 и 16 нанесение внешнего покрытия выполняли один раз, но нанесение грунтовочного покрытия, шпаклевание и полирование выполняли более одного раза.
<Сравнительные примеры 17 и 18>
[0136] Все обработки в сравнительных примерах 17 и 18 выполняли так же, как соответственно в примерах 8 и 9, за исключением того, что в качестве обрабатываемого основного материала использовали разлитый в слитки материал из сплава AZ31, прокатанный, полированный и прессованный материал из сплава AZ31. В сравнительных примерах 17 и 18 нанесение грунтовочного покрытия и нанесение внешнего покрытия выполняли один раз, а шпаклевание и полирование не выполняли.
[0137] В примерах 1-9 и сравнительных примерах 1-18 выполняли оценку электрического сопротивления конверсионной пленки, оценку коррозионной стойкости, оценку адгезии конверсионной пленки, оценку адгезии лакокрасочной пленки и оценку нагрузки на окружающую среду. Каждый метод оценки таков.
<Оценка электрического сопротивления>
[0138] Поверхностное сопротивление полученной пленки измеряли двухэлектродным методом, используя прибор MCP-TPAP двухэлектродного типа с Rolester, изготавливаемым компанией Mitsubishi Chemical Corporation.
<Оценка адгезии>
[0139] Адгезию антикоррозионной пленки и адгезию лакокрасочной пленки оценивали посредством испытания на отслаивание в поперечных разрезах в соответствии с JIS K 5400 8.5.2 (1990). Нож резательного станка использовали для образования 100 поперечных разрезов с интервалами 1 мм на антикоррозионной пленке или лакокрасочной пленке. Целлофановую клейкую ленту прочно закрепляли на поперечных разрезах и затем быстро удаляли с одного ее конца. Отмечали число поперечных разрезов на заготовке, которые не отслаиваются, а остаются.
<Оценка коррозионной стойкости>
[0140] Коррозионную стойкость оценивали посредством испытания при обрызгивании солевым раствором (SST, JIS Z 2371 (2000)). При 24-часовом испытании при обрызгивании солевым раствором 5%-ную соленую воду распыляют в сосуде для испытаний, температура которого задана на уровне 35°С, и затем испытываемый образец оставляют в этом сосуде для испытаний в течение 24 часов. Оценивают коррозионную стойкость испытываемого образца. В данном случае в качестве испытываемого образца используют листовой материал, на котором сформирована антикоррозионная пленка. Корродированные участки чернеют по сравнению с нормальными участками. Соответственно, можно легко получить площадь корродированной зоны посредством получения изображения поверхности испытываемого образца после испытания и обработки этого изображения. Рассчитывают долю площади корродированной зоны от всей площади испытываемого образца. Когда эта доля составляет 1% или менее, испытываемый образец определяют как приемлемый.
<Нагрузка на окружающую среду>
[0141] Решение о неприемлемости (Δ или ×) принимают, когда в состав обрабатывающей жидкости для химической обработки включено вещество, зарегистрированное в PRTR, или вещество, регулируемое в соответствии с RoHS, и решение о приемлемости (О) принимают, когда такие вещества не включены в состав обрабатывающей жидкости.
[0142] Результат всех испытаний приведен в Таблицах 5-7. В Таблицах 5-7 «листовой материал» означает вышеупомянутую заготовку.
[0143]
[0144]
[0145]
[0146] Из Таблицы 5 можно видеть, что в примерах 1-9 получены отличные коррозионные стойкости, адгезии антикоррозионных пленок и адгезии покрытий. Кроме того, каждое поверхностное сопротивление антикоррозионной пленки составляет 0,2 Ом·см или менее в примерах, за исключением примеров 4, 7 и 8. Кроме того, влияние на окружающую среду незначительное в каждом примере, в котором в качестве обрабатывающей жидкости для антикоррозионной обработки используется обрабатывающая жидкость на основе P. В каждом примере шпаклевание и последующее полирование не требуются, поскольку каждая из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия при обработке нанесением лакокрасочного покрытия выполняется один раз.
[0147] С другой стороны, как показано в Таблице 6, отличные адгезии конверсионных пленок и адгезии лакокрасочных пленок получены в сравнительных примерах 1-7, поскольку используется сплав AZ91. Тем не менее, поскольку это литой материал, прочность в каждом сравнительном примере меньше прочности в примерах 1-9. Кроме того, сравнительные примеры 1 и 2 ухудшены по коррозионной стойкости по сравнению с примерами 1 и 2. Поскольку в сравнительных примерах 1-7 литые материалы используются, в сравнительных примерах получено большое число поверхностных дефектов. Следовательно, при обработке нанесением лакокрасочного покрытия требуются шпаклевание и последующее полирование, а нанесение грунтовочного покрытия повторяют более одного раза в сравнительных примерах.
[0148] Кроме того, как показано в Таблице 7, поскольку в сравнительных примерах 8-14, 17 и 18 используется сплав AZ31, коррозионные стойкости или адгезии конверсионных (анодированных) пленок и лакокрасочных пленок ниже, чем в примерах. Кроме того, поверхностные сопротивления конверсионных пленок существенно выше. Поскольку в сравнительных примерах 15 и 16 используется сплав AZ91, адгезии анодированных пленок и адгезии лакокрасочных пленок отличные. Однако, поскольку сплав AZ91 представляет собой литой материал, прочности ниже, чем в примерах 1-9.
[0149] В вышеуказанных примерах в качестве примера приведены и разъяснены заготовки, подвергнутые формованию в пресс-форме. Тем не менее, даже если в отношении заготовки помимо формования в пресс-форме выполняют процесс глубокой вытяжки, процесс ковки, процесс выдувки и процесс гибки, можно ожидать упрощения обработки поверхности, как и в случаях этих примеров.
[Тестовый пример 2]
[0150] Далее, использовали листовые материалы (заготовки) из сплава AZ91, полученные при условиях чистовой прокатки, отличных от условий чистовой прокатки по тестовому примеру 1, и в отношении этих листовых материалов выполнили формование в пресс-форме и обработку поверхности (обработку подготовкой поверхности и обработку нанесением лакокрасочного покрытия). Оценили характеристики после прокатки и пленкообразующие свойства полученного обработкой поверхности слоя в каждом листовом материале. Условия разливки, условия правки, полирования и термической обработки после прокатки или условия прессования такие же, как соответствующие условия для заготовки А по тестовому примеру 1. Условия обработки поверхности такие же, как в примере 1 из тестового примера 1. Условия прокатки и результаты оценки приведены в Таблице 8.
[0151]
[0152] В Таблице 8 выражение «температура листа» означает температуру поверхности листа непосредственно перед чистовой прокаткой; выражение «температура валков» означает температуру поверхностей прокатных валков для чистовой прокатки; направление прокатки “R” означает, что направление прокатки изменяется на обратное в каждом проходе прокатки; и выражение «среднее обжатие в каждом проходе прокатки» означает отношение (общее обжатие) / (число проходов прокатки) при чистовой прокатке (в данном случае чистовую прокатку выполняют так, что толщина листа становится равной от 1 мм до 0,6 мм). Кроме того, в столбце «состояние поверхности» «О» означает, что в прокатанном материале нет трещин или складок (морщин); в столбце «растрескивание кромок» «О» означает, что трещины на кромке прокатанного материала отсутствуют, и «Δ» означает, что имеется очень небольшое число трещин на кромке прокатанного материала; и в столбце «способность к глубокой вытяжке» «О» означает, что отсутствуют трещины в угловой части обработанного изделия. Данные значения и критерии оценки из Таблицы 8 идентичны соответствующим параметрам для других тестовых примеров, которые будут описаны позже.
[0153] Как показано в Таблице 8, все образцы имеют малый средний размер кристаллического зерна и характеризуются отличной обрабатываемостью. Кроме того, было установлено, что в случае, когда обработка подготовкой поверхности и обработка нанесением лакокрасочного слоя выполняются в отношении подвергнутого прессованию и формованию листа, обработки нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия каждая выполняются один раз, а шпаклевание и полирование не требуются.
[Тестовый пример 3]
[0154] Кроме того, с использованием полученных двухвалковой разливкой материалов, имеющих содержание Al, отличное от содержания Al в тестовом примере 1, выполнили оценки в отношении влияний температуры листа, температуры валков и тому подобного во время чистовой прокатки, как и в тестовом примере 2. Листы в тестовом примере 3 содержали 9,8 мас.% Al, 1,0 мас.% Zn и другие дополнительные элементы помимо Al и Zn, которые допустимы в сплаве AZ91. Остальное составляют Mg и неизбежные примеси. Условия разливки и условия правки, полирования и термической обработки после прокатки такие же, как соответствующие условия для заготовки А по тестовому примеру 1. Такое же формование в пресс-форме, как и выполняемое в тестовом примере 1, и такая же обработка поверхности, как выполняемая в примере 1, были выполнены для образцов после термической обработки, а затем была выполнена оценка состояний после обработки поверхности. Условия прокатки и результаты оценки приведены в Таблице 9.
[0155]
[0156] Как показано в Таблице 9, даже в случае листового материала из магниевого сплава, содержащего 9,8 мас.% Al, листовой материал имеет отличную обрабатываемость, как и сплав AZ91. Кроме того, как и в тестовом примере 2, когда обработку подготовкой поверхности и обработку нанесением лакокрасочного покрытия выполняют в отношении листового материала после формования в пресс-форме, обработки нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия каждая выполняются один раз, а шпаклевание и полирование не требуются.
[Тестовый пример 4]
[0157] Далее, посредством обеспечения полученных двухвалковой разливкой литых материалов, имеющих толщину 4,0 мм, и выполнения черновой прокатки этих литых материалов так, чтобы они имели заданную толщину, были получены подвергнутые черновой прокатке листы, имеющие толщину, отличную от вышеуказанной толщины. При черновой прокатке литые материалы подогревали в интервале 300-380°С и прокатывали прокатными валками, имеющими комнатную температуру. Выполняли чистовую прокатку подвергнутых черновой прокатке листов с различными общими обжатиями так, что толщина каждого подвергнутого черновой прокатке листа составляла 0,5 мм. Таким образом, были получены подвергнутые чистовой прокатке материалы. При чистовой прокатке температуру поверхности каждого подвергнутого черновой прокатке листа непосредственно перед чистовой прокаткой регулируемым образом доводили до 210-240°С, и при этом температура поверхностей прокатных валков для чистовой прокатки доводили до 150-180°С.
Затем, как в тестовом примере 1, выполняли термическую обработку подвергнутых чистовой прокатке материалов при 320°С в течение 30 минут. В результате были получены образцы. Условия разливки такие же, как соответствующие условия для заготовки А по тестовому примеру 1, за исключением толщины литого материала, и условия правки и полирования после прокатки также такие же, как соответствующие условия для заготовки А по тестовому примеру 1. Такое же формование в пресс-форме, как выполняемое в тестовом примере 1, и такая же обработка поверхности, как выполняемая в примере 1, были выполнены для полученных образцов, а затем была выполнена оценка состояний после обработки поверхности.
[0158] В соответствии с таким же способом, как используемый в тестовом примере 2, для каждого образца были выполнены измерение среднего размера кристаллического зерна, оценка состояния поверхности листа и оценка растрескивания кромок. Условия чистовой прокатки и результаты оценки приведены в Таблице 10. Выражение «общее обжатие» означает общее обжатие при чистовой прокатке, выполняемой так, что толщина подвергнутого черновой прокатке материала уменьшается до толщины подвергнутого чистовой прокатке материала. То есть, оно означает общее обжатие при прокатке, при которой температура поверхности листа отрегулирована до 210-240°С.
[0159]
[0160] Как показано в Таблице 10, могут быть получены отличные результаты, когда при регулируемой прокатке среднее обжатие в каждом проходе прокатки находится в интервале от 5 до 15% и общее обжатие находится в интервале от 10 до 50%. Кроме того, в том случае, когда листовой материал после формования в пресс-форме подвергают обработке подготовкой поверхности и обработке нанесением лакокрасочного покрытия, каждую из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняют один раз, а шпаклевание и полирование не требуются.
[Тестовый пример 5]
[0161] Далее, с использованием полученных двухвалковой разливкой литых материалов из магниевого сплава, имеющего содержание Al, отличающееся от содержания Al в тестовом примере 4, были оценены влияния общего обжатия и среднего обжатия в каждом проходе прокатки при чистовой прокатке, как и в тестовом примере 4. Листы в тестовом примере 5 содержали 9,8 мас.% Al, 1,0 мас.% Zn и другие дополнительные элементы помимо Al и Zn, которые допустимы в сплаве AZ91. Остальное составляют Mg и неизбежные примеси. При чистовой прокатке температуру поверхности каждого подвергнутого черновой прокатке листа непосредственно перед чистовой прокаткой регулировали до 217-247°С, и при этом температуру поверхностей прокатных валков для чистовой прокатке регулировали до 150-180°С. Условия изготовления и методы оценки листов магниевого сплава такие же, как в тестовом примере 4, за исключением химических компонентов магниевых сплавов и условий черновой прокатки. Такое же формование в пресс-форме, как и выполняемое в тестовом примере 1, и такая же обработка поверхности, как выполняемая в примере 1, были выполнены для полученных образцов, и затем была выполнена оценка состояний после обработки поверхности. Условия чистовой прокатки и результаты испытания приведены в Таблице 11.
[0162]
[0163] Как показано в Таблице 11, могут быть получены отличные результаты, когда при регулируемой прокатке среднее обжатие в каждом проходе прокатки находится в интервале от 8 до 10%, а общее обжатие находится в интервале от 18 до 50%. Кроме того, в том случае, когда листовой материал после формования в пресс-форме подвергают обработке подготовкой поверхности и обработке нанесением лакокрасочного покрытия, каждую из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняют один раз, а шпаклевание и полирование не требуются.
[Обобщение тестовых примеров 1-5]
[0164] Из результатов тестовых примеров 1-5 был построен и проанализирован график зависимости между Tb и М. Tb (°С) представляет собой температуру поверхности литого материала непосредственно перед вводом литого материала в прокатные валки, а М (мас.%) представляет собой содержание Al, входящего в магниевый сплав, образующий литой материал. В результате, при выполнении регулируемой прокатки, при которой температура Tb поверхности листового материала удовлетворяет нижеприведенному выражению и температура Tr поверхностей прокатных валков отрегулирована до 150-180°С, может быть получен лист магниевого сплава, имеющий отличную обрабатываемость при пластической обработке, поскольку диаметр его зерен мал.
8,3×М+135≤Tb≤8,33×М+165
здесь 8,3≤М≤9,8
[0165] В данных тестовых примерах оценки не выполнены для магниевого сплава, имеющего меньшее содержание Al, чем в сплаве AZ91, и магниевого сплава, имеющего содержание Al, превышающее 9,8 мас.%. Тем не менее, с учетом того, что сплав, имеющий большое содержание Al, имеет плохую обрабатываемость, и сплав, имеющий малое содержание Al, имеет низкую коррозионную стойкость, вышеуказанное выражение будет соблюдаться, когда содержание Al находится в интервале от 5,0 до 11,0 мас.%.
[Тестовый пример 6]
[0166] Кроме того, посредством непрерывной двухвалковой разливки состава, содержащего 9,0 мас.% Mg, 1,0 мас.% Al и Zn и соответствующего сплаву AZ91, был приготовлен листовой материал из магниевого сплава, имеющий толщину 4 мм. Черновая прокатка была выполнена для этих листовых материалов при других условиях, так что толщина каждого листового материала была уменьшена до 1 мм. Таким образом, было получено множество подвергнутых черновой прокатке листов. Затем множество подвергнутых черновой прокатке листов было подвергнуто чистовой прокатке при тех же условиях, так что толщина каждого полученного в итоге листа была уменьшена до 0,5 мм. В результате были получены листы магниевого сплава. При чистовой прокатке температуру поверхности каждого подвергнутого черновой прокатке листа непосредственно перед чистовой прокаткой регулируемым образом доводили до 210-240°С, а температура поверхностей прокатных валков для чистовой прокатки была отрегулирована до 150-180°С. При этом чистовую прокатку выполняли так, что обжатие в каждом проходе прокатки составляло 15%. Листы магниевого сплава, полученные чистовой прокаткой, были подвергнуты термической обработке при 320°С в течение 30 минут. В результате были получены образцы. В соответствии с таким же способом, как используемый в тестовом примере 2, для каждого образца были выполнены измерение среднего размера кристаллического зерна, оценка состояния поверхности листа и оценка растрескивания кромок. Условия разливки и условия правки и полирования после прокатки такие же, как соответствующие условия для заготовки А по тестовому примеру 1. Такое же формование в пресс-форме, как выполняемое в тестовом примере 1, и такая же обработка поверхности, как выполняемая в примере 1, были выполнены для полученных образцов, и затем была выполнена оценка состояний после обработки поверхности.
[0167] Условия черновой прокатки и результаты испытания приведены в Таблице 12. В Таблице 12 выражение «температура подвергаемого черновой прокатке листа» означает температуру поверхности листа непосредственно перед черновой прокаткой; выражение «температура валков для черновой прокатки» означает температуру поверхностей прокатных валков для черновой прокатки, и выражение «обжатие за проход прокатки» означает отношение (обжатие) / (проход прокатки) при прокатке, выполняемой так, что толщина листа становится от 4 мм равной 1,0 мм.
[0168]
[0169] Как показано в Таблице 12, прокатанный материал, имеющий отличное состояние поверхности, может быть получен посредством регулирования температуры подвергаемого черновой прокатке листа до 300-380°С и регулирования температуры прокатных валков для черновой прокатки до 180-300°С. Когда при черновой прокатке обжатие в каждом проходе прокатки находится в интервале от 20 до 35%, можно уменьшить средний размер кристаллического зерна листа магниевого сплава, подвергаемого черновой прокатке и затем чистовой прокатке. Кроме того, в том случае, когда листовой материал после формования в пресс-форме подвергают обработке подготовкой поверхности и обработке нанесением лакокрасочного покрытия, каждую из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняют один раз, а шпаклевание и полирование не требуются.
[Тестовый пример 7]
[0170] Далее, с использованием полученных двухвалковой разливкой литых материалов из магниевого сплава, имеющего содержание Al, отличающееся от содержания Al в тестовом примере 6, были выполнены оценки относительно влияний температуры листа, температуры валков и тому подобного во время черновой прокатки. Листы в тестовом примере 7 содержали 9,8 мас.% Al, 1,0 мас.% Zn и другие дополнительные элементы помимо Al и Zn, которые допустимы в сплаве AZ91. Остальное составляют Mg и неизбежные примеси. Условия изготовления и методы оценки листов магниевого сплава такие же, как в тестовом примере 6, за исключением химических компонентов магниевых сплавов и условий черновой прокатки. Такое же формование в пресс-форме, как и выполняемое в тестовом примере 1, и такая же обработка поверхности, как выполняемая в примере 1, были выполнены для полученных образцов, и затем была выполнена оценка состояний после обработки поверхности. Условия черновой прокатки и результаты испытания приведены в Таблице 13.
[0171]
[0172] Как показано в Таблице 13, прокатанный материал, имеющий отличное состояние поверхности, может быть получен посредством регулирования температуры подвергаемого черновой прокатке листа до 300-380°С и регулирования температуры прокатных валков для черновой прокатки до 180-300°С. Когда при черновой прокатке обжатие в каждом проходе прокатки находится в интервале от 20 до 30%, можно уменьшить средний размер кристаллического зерна листа магниевого сплава, подвергаемого черновой прокатке и затем чистовой прокатке. Кроме того, в том случае, когда листовой материал после формования в пресс-форме подвергают обработке подготовкой поверхности и обработке нанесением лакокрасочного покрытия, каждую из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняют один раз, а шпаклевание и полирование не требуются.
[Тестовый пример 8]
[0173] Кроме того, были приготовлены литые материалы из сплава AZ91 (толщиной 4 мм), идентичные литым материалам, используемым в тестовом примере 6. Литые материалы были подвергнуты черновой прокатке при других условиях так, что толщина каждого листового материала была уменьшена до 1 мм. Таким образом, были получены подвергнутые черновой прокатке листы. Подвергнутые черновой прокатке листовые материалы были подвергнуты чистовой прокатке при тех же условиях так, что толщина каждого полученного в итоге листа была уменьшена до 0,5 мм. В результате были получены листы магниевого сплава.
[0174] При черновой прокатке температуру поверхности каждого листа непосредственно перед черновой прокаткой регулируемым образом доводили до 350°С, и при этом температуру поверхностей прокатных валков для черновой прокатки регулировали в интервале от 200 до 230°С. Кроме того, было изменено обжатие в каждом проходе прокатки. При чистовой прокатке температуру поверхности каждого подвергнутого черновой прокатке листа непосредственно перед чистовой прокаткой регулируемым образом доводили до 210-240°С, и температуру поверхностей прокатных валков для чистовой прокатки отрегулировали до 150-180°С. Кроме того, обжатие в каждом проходе прокатки составляло 15%.
[0175] Далее, подвергнутые чистовой прокатке материалы были подвергнуты термической обработке при 320°С в течение 30 минут, как в тестовом примере 1. В результате были получены образцы. В соответствии с таким же способом, как используемый в тестовом примере 6, для каждого образца были выполнены измерение среднего размера кристаллического зерна, оценка состояния поверхности листа и оценка растрескивания кромок. В тестовом примере 8 дополнительно была выполнена оценка колебания диаметра зерен. Критерии оценки колебания диаметра зерен таковы:
L … (наибольший диаметр зерен)/(наименьший диаметр зерен) ≥2;
M … 2> (наибольший диаметр зерен)/(наименьший диаметр зерен) ≥1,5; и
S … (наибольший диаметр зерен)/(наименьший диаметр зерен) <1,5.
[0176] Такое же формование в пресс-форме, как выполняемое в тестовом примере 1, и такая же обработка поверхности, как выполняемая в примере 1, были выполнены для полученных образцов, и также были оценены пленкообразующие свойства полученных обработкой поверхности слоев.
[0177] Число проходов прокатки при черновой прокатке, выполненных с обжатием в каждом проходе прокатки от 20 до 40%, и результаты оценки приведены в Таблице 14. В Таблице 14 выражение «число проходов черновой прокатки при обжатии 20-40%» означает число проходов черновой прокатки, при которых обжатие в одном проходе прокатки находилось в интервале от 20 до 40%, и выражение «максимальное обжатие за проход прокатки» означает максимальное обжатие в каждом проходе прокатки при черновой прокатке, выполняемой в многопроходном режиме.
[0178]
[0179] Как показано в Таблице 14, когда в черновую прокатку включена прокатка, выполняемая с обжатием в каждом проходе прокатки от 20 до 40%, может быть уменьшена неоднородность диаметров зерен листа магниевого сплава, подвергнутого черновой прокатке и последующей чистовой прокатке. Соответственно, может быть получен прокатанный материал, имеющий отличное состояние поверхности. Кроме того, в том случае, когда листовой материал после формования в пресс-форме подвергают обработке подготовкой поверхности и обработке нанесением лакокрасочного покрытия, каждую из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняют один раз, а шпаклевание и полирование не требуются.
[Тестовый пример 9]
[0180] Далее, с использованием полученных двухвалковой разливкой литых материалов из магниевого сплава, имеющего содержание Al, отличающееся от содержания Al в тестовом примере 8, были выполнены оценки относительно влияний температуры листового материала, температуры валков и тому подобного во время черновой прокатки, как в тестовом примере 8. Условия изготовления и методы оценки листа магниевого сплава такие же, как в тестовом примере 8, за исключением химических компонентов литых материалов. Листы в тестовом примере 9 содержали 9,8 мас.% Al, 1,0 мас.% Zn и другие дополнительные элементы помимо Al и Zn, которые допустимы в сплаве AZ91. Остальное составляют Mg и неизбежные примеси. Условия прокатки и результаты испытания приведены в Таблице 15. Такое же формование в пресс-форме, как и выполняемое в тестовом примере 1, и такая же обработка поверхности, как выполняемая в примере 1, были выполнены для полученных образцов, и также были оценены пленкообразующие свойства полученных обработкой поверхности слоев.
[0181]
[0182] Как показано в Таблице 15, когда при черновой прокатке обжатие в каждом проходе прокатки находится в интервале от 20 до 38%, может быть уменьшено колебание диаметра зерен листа магниевого сплава, подвергнутого черновой прокатке и последующей чистовой прокатке. Соответственно, может быть получен прокатанный материал, имеющий отличное состояние поверхности. Кроме того, в том случае, когда листовой материал после формования в пресс-форме подвергают обработке подготовкой поверхности и обработке нанесением лакокрасочного покрытия, каждую из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняют один раз, а шпаклевание и полирование не требуются.
[Обобщение тестовых примеров 6-9]
[0183] Заключение, которое можно сделать исходя из результатов тестовых примеров 6-9, состоит в том, что за счет выполнения черновой прокатки при надлежащих условиях получают лист магниевого сплава, в котором колебание диаметра зерен мало и который не имеет проблем, включая поверхностные дефекты и растрескивание кромок, и имеет отличную обрабатываемость при пластической обработке.
[Тестовый пример 10]
[0184] Кроме того, непрерывной двухвалковой разливкой были получены литые материалы из магниевого сплава (толщиной 4,0 мм), имеющие состав Mg - 9,0% Al - 1,0% Zn (в мас.%) и состав Mg - 9,8% Al - 1,0% Zn (в мас.%), как в случае заготовки А по тестовому примеру 1. Максимальная ширина сегрегации у осевой линии каждого полученного литого материала составляла 50 мкм в направлении толщины листа. Литые материалы были обработаны в соответствии с нижеприведенными тремя видами условий и затем прокатаны.
[0185] Для литых материалов, имеющих состав Mg - 9,0% Al - 1,0% Zn (в мас.%):
образец 10-1…405°С × 1 час (термообработка на твердый раствор); и
образец 10-2…405°С × 10 часов (термообработка на твердый раствор).
[0186] Для литых материалов, имеющих состав Mg - 9,8% Al - 1,0% Zn (в мас.%):
образец 10-3…405°С × 1 час (термообработка на твердый раствор); и
образец 10-4…405°С × 10 часов (термообработка на твердый раствор).
[0187] Листы магниевого сплава, полученные путем выполнения вышеупомянутых обработок, были прокатаны при нижеприведенных условиях так, что их толщина была уменьшена соответственно до 0,6 мм. После этого листы магниевого сплава были подвергнуты термической обработке при соответствующих условиях. В результате были получены листы, имеющие средний размер кристаллического зерна 5,0 мкм.
[0188] <Черновая прокатка от 4,0 мм до 1,0 мм>
Температура поверхностей валков: 200°С;
температура нагрева листа: 330-360°С; и
обжатие в каждом проходе прокатки: 20-25%.
[0189] <Чистовая прокатка от 1,0 мм до 0,6 мм>
Температура поверхностей валков: 180°С;
температура нагрева листа: 230°С; и
обжатие в каждом проходе прокатки: 10-15%.
[0190] <Термическая обработка>
320°С × 30 минут.
[0191] После этого из данных листов были отобраны образцы для испытания на растяжение в соответствии с JIS Z 220113 В (1998) и затем подвергнуты испытанию на растяжение при скорости деформации 1,4×10-3 (с-1) при условии комнатной температуры. Кроме того, были исследованы структуры сплавов в поперечных сечениях листов, имеющих размер 0,6 мм, а затем были соответственно измерены величины сегрегации у осевой линии (максимальная ширина в направлении толщины). Методы испытаний и значения приведены ниже. Результаты испытаний приведены в Таблице 16.
Предел прочности = (нагрузка в момент разрыва) / (толщина (ширина образца);
предел текучести = измерен как 0,2%-ный условный предел текучести;
отношение предела текучести к пределу прочности = (предел текучести) / (предел прочности); и
относительное удлинение при разрыве = (расстояние между измерительными точками в тот момент, когда оборванные концы соединены друг с другом, - 50 мм) / 50 мм *1.
*1: расстояние (50 мм) между двумя измерительными точками, заданное перед испытанием, и расстояние между измерительными точками в тот момент, когда оборванные концы разорванного образца после испытания соединены друг с другом, используют для измерения относительного удлинения при разрыве. То есть относительное удлинение при разрыве измеряют методом соединения.
[0192]
[0193] Как показано в Таблице 16, было подтверждено, что ширина сегрегации у осевой линии в направлении толщины уменьшена за счет выполнения термообработки на твердый раствор литого материала, полученного непрерывной двухвалковой разливкой, и в результате может быть получен лист магниевого сплава, имеющий отличные механические свойства. В частности, в случае магниевого сплава, содержащего большое количество Al, включая магниевый сплав, соответствующий сплаву AZ91, он подвергается термообработке на твердый раствор в течение длительного промежутка времени. В результате может быть получен лист магниевого сплава, имеющий лучшие механические свойства.
[0194] Кроме того, такое же формование в пресс-форме, как и выполняемое в тестовом примере 1, и такая же обработка поверхности, как выполняемая в примере 1, были выполнены для каждого полученного прокатанного материала, и затем была выполнена оценка пленкообразующих состояний полученных обработкой поверхности слоев. В результате было установлено, что в том случае, когда образцы подвергаются обработке подготовкой поверхности и обработке нанесением лакокрасочного покрытия, каждая из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняется один раз, а шпаклевание и полирование не требуются.
[Тестовый пример 11]
[0195] Литые материалы из магниевого сплава (толщиной 4,0 мм), имеющие состав Mg - 9,0% Al - 1,0% Zn (в мас.%) и состав Mg - 9,8% Al - 1,0% Zn (в мас.%), были получены непрерывной двухвалковой разливкой. Литые материалы были подвергнуты термообработке на твердый раствор при 405°С в течение 10 часов, и при этом были получены материалы из магниевых сплавов. Материалы из магниевых сплавов были прокатаны при нижеуказанных условиях так, что толщина материалов из магниевых сплавов была уменьшена соответственно до 0,6 мм. Таким образом, были получены листы магниевых сплавов. Максимальный размер сегрегации у осевой линии в направлении толщины каждого листа магниевого сплава составлял 20 мкм.
[0196] <Черновая прокатка от 4,0 мм до 1,0 мм>
Температура поверхностей валков: 200°С;
температура нагрева листа: 330-360°С; и
обжатие в каждом проходе прокатки: 20-25%.
[0197] <Чистовая прокатка от 1,0 мм до 0,6 мм>
Температура поверхностей валков: 180°С;
температура нагрева листа: 230°С; и
обжатие в каждом проходе прокатки: 10-15%.
[0198] Листы магниевых сплавов, прокатанные и полученные при вышеупомянутых условиях, были подвергнуты термической обработке при 320°С в течение 30 минут. Таким образом, были получены листы для оценки.
[0199] После этого из данных листов были отобраны образцы для испытания на растяжение в соответствии с JIS Z 220113 В (1998) и затем подвергнуты испытанию на растяжение при скорости деформации 1,4×10-3 (с-1) при трех температурных режимах (комнатной температуре (25°С), 200°С и 250°С). Кроме того, были исследованы структуры сплавов в поперечных сечениях листов, имеющих размер 0,6 мм, соответственно до и после испытания на растяжение. Методы испытаний и значения терминов идентичны тестовому примеру 10. Результаты испытаний приведены в Таблице 17. Образцы №11-1 - 11-3 показывают результаты испытаний листов магниевого сплава, имеющих состав Mg - 9,0% Al - 1,0% Zn, и образцы №11-4 - 11-6 показывают результаты испытаний листов магниевого сплава, имеющих состав Mg - 9,8% Al - 1,0% Zn.
[0200]
[0201] Как показано в Таблице 17, в листах, подвергнутых термической обработке при 320°С в течение 30 минут, деформации, возникшие вследствие прокатки и накопленные в листах магниевых сплавов, были устранены, и рекристаллизация была полностью завершена. В каждом листе, в котором рекристаллизация была полностью завершена благодаря термической обработке, кристаллические частицы структуры листа не стали крупными, и разность средних размеров кристаллического зерна до и после процесса редко возникала, даже если при выполнении растяжения температура увеличивается (до 250°С или менее). Соответственно, возможно, что часть листа, деформированная при выполнении растяжения, имеет вызванное обработкой напряжение, и ее твердость и прочность повышаются, а часть листа, не деформированная при выполнении растяжения, не имеет изменений по твердости и прочности. Листы, подвергнутые термической обработке при 320°С в течение 30 минут, имели высокие предел прочности при растяжении, предел текучести и относительное удлинение при разрыве при комнатной температуре и имели стабильно высокое относительное удлинение при разрыве при 200°С и 250°С.
[0202] Вышеописанные результаты показывают, что имеет место незначительное изменение в подвергнутой полной рекристаллизации структуре металла листа до и после процесса. Соответственно, лист имеет стабильную обрабатываемость при пластической обработке. Кроме того, возможно, что механические свойства части, деформированной в результате процесса, улучшаются, а механические свойства недеформированной части сохраняются. Следовательно, даже если лист, в котором обусловленное обработкой и накопленное при прокатке напряжение снято, подвергают интенсивной обработке, такой как формование в пресс-форме, лист имеет стабильные механические свойства. Соответственно, этот лист пригоден для корпусов, которые изготавливают формованием в пресс-форме.
[0203] Затем полученные термообработанные материалы были подвергнуты такому же формованию в пресс-форме, как и выполняемое в тестовом примере 1, и такой же обработке поверхности, как выполняемая в примере 1, и затем была выполнена оценка пленкообразующих состояний полученных обработкой поверхности слоев. В результате было установлено, что в том случае, когда образцы подвергаются обработке подготовкой поверхности и обработке нанесением лакокрасочного покрытия, каждая из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняется один раз, а шпаклевание и полирование не требуются.
[Тестовый пример 12]
[0204] Кроме того, разливка, черновая прокатка и чистовая прокатка были выполнены при условиях, описанных в тестовом примере 11, для получения листов магниевых сплавов, имеющих толщину 0,6 мм (имеющих состав Mg - 9,0% Al - 1,0% Zn и состав Mg - 9,8% Al - 1,0% Zn (в мас.%)). Затем листы магниевого сплава после чистовой прокатки были подвергнуты термической обработке при 320°С в течение 30 минут, и, таким образом, были получены образцы для оценки. Для данных образцов было выполнено испытание на изгиб. При испытании на изгиб каждый образец опирался в двух точках, а затем было приложено усилие в направлении, противоположном точкам опоры, посредством инструмента для гибки и формования (пуансона) так, что образец был изогнут.То есть, в качестве испытания на изгиб был использовано испытание на трехточечный изгиб. Условия испытания на изгиб таковы.
[0205] <Условия испытания>
Размеры образца … ширина 20 мм, длина 120 мм, толщина 0,6 мм;
температура при испытании … 200°С, 250°С;
угол рабочего конца пуансона … 30°;
радиус пуансона (= радиус изгиба образца) … 0,5 мм;
расстояние между точками … 30 мм;
глубина введения пуансона … 40 мм; и
скорость введения пуансона (скорость обработки) … 1,0 м/мин, 5,0 м/мин.
[0206] При выполнении этого испытания при вышеуказанных условиях наблюдали состояние поверхности на участке каждого образца с радиусом изгиба и устанавливали величину упругого последействия. Упругое последействие представляет собой явление, при котором листообразный образец, деформированный под действием приложенного пуансоном усилия, возвращается к обычному состоянию после снятия приложенного пуансоном усилия. То есть, когда величина упругого последействия образца большая, определяют, что деформируемость является низкой, а когда величина упругого последействия образца мала, определяют, что деформируемость является высокой. Следовательно, можно определить обрабатываемость образца посредством измерения величины упругого последействия. «О» означает, что поверхность не имеет трещин. Величину упругого последействия получают посредством следующего выражения (угол, образованный поверхностями образца в радиусе изгиба, когда к образцу пуансоном приложено усилие) - (угол, образованный поверхностями образца в радиусе изгиба, когда усилие снято). «S» означает, что разность углов составляет менее 10°.
[0207] В качестве показателя, характеризующего степень обработки, было предусмотрено значение характеристики изгиба. Характеристика изгиба выражается следующим выражением: (радиус изгиба образца (мм)) / (толщина образца (мм)). По мере того как радиус изгиба образца становится меньше, происходит локальное приложение давления к радиусу изгиба. Соответственно, в образце легко образуются повреждения, такие как трещины. Кроме того, чем больше толщина образца, тем ниже формуемость образца. Таким образом, также легко образуются повреждения, такие как трещины. Следовательно, если значение характеристики изгиба, выраженное вышеприведенным выражением, будет меньше, это означает, что требуется интенсивная обработка со сложными условиями обработки.
[0208] Результаты по вышеописанному состоянию поверхности, упругому последействию и значению характеристики изгиба приведены в Таблице 18. Образцы №12-1 - 12-4 показывают результаты испытаний листов магниевого сплава, имеющих состав Mg - 9,0% Al - 1,0% Zn, и образцы №12-5 - 12-8 показывают результаты испытаний листов магниевого сплава, имеющих состав Mg - 9,8% Al - 1,0% Zn.
[0209]
[0210] Когда температура при испытании составляет 200°С или более, у образцов, имеющих состав Mg - 9,0% Al - 1,0% Zn и состав Mg - 9,8% Al - 1,0% Zn, соответственно величины упругого последействия были малыми, а состояния поверхности были хорошими. Было установлено, что формуемость является хорошей, когда операцию гибки выполняют при температуре 200°С или более.
[0211] Образцы после операции гибки были подвергнуты такой же обработке поверхности, как выполняемая в примере 1, а затем также были оценены пленкообразующие свойства полученных обработкой поверхности слоев. В результате было установлено, что каждая из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняется один раз, а шпаклевание и полирование не требуются, когда обработку подготовкой поверхности и обработку нанесением лакокрасочного покрытия выполняют в отношении подвергнутого гибке материала.
[Тестовый пример 13]
[0212] Кроме того, разливка, черновая прокатка и чистовая прокатка были выполнены при условиях, описанных в тестовых примерах 11 и 12, для получения листов магниевых сплавов, имеющих толщину 0,6 мм (имеющих состав Mg - 9,0% Al - 1,0% Zn и состав Mg - 9,8% Al - 1,0% Zn (в мас.%)). Затем листы магниевых сплавов были подвергнуты термической обработке при 320°С в течение 30 минут, и, таким образом, были получены образцы для оценки. Для данных образцов было выполнено испытание на прессование и исследованы состояния поверхности тех образцов, для которых было выполнено прессование.
[0213] Образцы прессовали посредством пресса с сервоприводом. Прессование было выполнено так, что образец размещали на прямоугольной нижней части с углублением так, чтобы он закрыл это углубление, и затем образец прижимали к прямоугольной верхней части. Верхняя часть имеет форму прямоугольника с размерами 60 мм × 90 мм, и ее 4 угла, которые контактируют с образцом, скруглены. Каждый угол имеет заданный радиус изгиба. Верхняя и нижняя части имеют соответственно нагреватель и термопару. Соответственно, при выполнении прессования можно отрегулировать температуру во время прессования до заданной температуры.
[0214] <Условия испытания>
Радиус изгиба верхней части … 0,5 мм;
температура при испытании … 200°С, 250°С; и
скорость обработки … 0,8 м/мин, 1,7 м/мин, 3,4 м/мин, 5,0 м/мин.
[0215] При вышеупомянутых условиях было выполнено прессование, и затем были исследованы состояния поверхности частей образцов с радиусами изгиба. Результаты приведены в Таблице 19. Образцы №13-1 - 13-4 показывают результаты испытаний листов магниевого сплава, имеющих состав Mg - 9,0% Al - 1,0% Zn, а образцы №13-5 - 13-8 показывают результаты испытаний листов магниевого сплава, имеющих состав Mg - 9,8% Al - 1,0% Zn. Значения, характеризующие состояние поверхности, идентичны используемым в тестовом примере 12. Значение характеристики изгиба для каждого образца было получено посредством следующего выражения: (радиус изгиба верхней части)/(толщина образца).
[0216]
[0217] В том случае, когда образцы, имеющие состав Mg - 9,0% Al - 1,0% Zn, имели во время прессования температуру 200°С, состояния поверхностей образцов были хорошими, когда скорость обработки была низкой (образец №13-1). Кроме того, в том случае, когда образцы, имеющие состав Mg - 9,0% Al - 1,0% Zn, имели во время прессования температуру 250°С, состояния поверхностей образцов также были хорошими даже тогда, когда скорость обработки была высокой. В том случае, когда образцы, имеющие состав Mg - 9,8% Al - 1,0% Zn, имели высокую температуру во время формования в пресс-форме, состояния поверхностей образцов были хорошими даже тогда, когда скорость обработки была высокой. Очевидно, что в том случае, когда лист магниевого сплава, подвергнутый термической обработке, подвергают формованию в пресс-форме при температуре 250°С, прессуемость является хорошей даже в том случае, когда выполняется интенсивная обработка (значение характеристики изгиба 0,83) со скоростью обработки 5,0 м/мин.
[0218] Полученные формованием в пресс-форме листы были подвергнуты такой же обработке поверхности, как выполняемая в примере 1. В результате было установлено, что каждая из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняется один раз, а шпаклевание и полирование не требуются, когда обработку подготовкой поверхности и обработку нанесением лакокрасочного покрытия выполняют в отношении подвергнутых формованию в пресс-форме листов.
[Обобщение тестовых примеров 11-13]
[0219] Из результатов тестовых примеров 11-13 было установлено, что лист магниевого сплава после прокатки подвергают термической обработке при соответствующей температуре для рекристаллизации структуры листа сплава, и, таким образом, формуемость становится стабильной. Причина стабильности формуемости состоит в том, что, поскольку структура металла рекристаллизована перед процессом пластической обработки (включая формование в пресс-форме), структура металла редко изменяется, даже если температура в процессе пластической обработки повышается.
[Тестовый пример 14]
[0220] Кроме того, были приготовлены листовые материалы из сплава AZ91, подвергнутого разливке и прокатке. После этого в качестве образцов использовали листовой материал, отформованный в пресс-форме лист, представляющий собой листовой материал, подвергнутый формованию в пресс-форме, и лист с покрытием, представляющий собой листовой материал, подвергнутый формованию в пресс-форме, обработке подготовкой поверхности и обработке нанесением лакокрасочного покрытия. Была выполнена оценка среднего размера кристаллического зерна, предела прочности при растяжении, 0,2%-ного условного предела текучести (предела текучести) и относительного удлинения каждого образца. Поверхностную часть и центральную часть листового материала вырезают посредством способа резки в соответствии с JIS G 0551 (2005), а затем измеряют диаметры зерен частей. Среднее значение диаметров используют в качестве среднего размера кристаллического зерна. В данном случае отформованный в пресс-форме лист и лист с покрытием представляют собой корпуса для демонстрационного PDA. Измеряют средние размеры кристаллических зерен плоской части, для которой процесс гибки не выполняется, и части R, для которой выполняется процесс гибки отформованного листа (листа с покрытием). Образец для испытаний отбирают из плоской части листового материала, отформованного в пресс-форме листа или листа с покрытием в соответствии с JIS Z 220113 В (1998), и затем образец для испытаний подвергают испытанию на растяжение для получения предела прочности, 0,2%-ного условного предела текучести и относительного удлинения.
[0221] Для образца для испытаний условия прокатки, приведенные в Таблице 2 тестового примера 1, и условия термической обработки после чистовой прокатки были изменены так, как указано ниже, а другие условия разливки, условия прокатки и условия прессования были идентичны соответствующим условиям для заготовки А по тестовому примеру 1.
Обжатие в каждом проходе прокатки при черновой прокатке: 20-30%;
температура поверхностей валков для чистовой прокатки: 180°С;
термическая обработка после чистовой прокатки:
образец 14-1: 340°С × 30 минут;
образец 14-2: 360°С × 30 минут; и
образец 14-3: 380°С × 30 минут.
[0222] Кроме того, условия обработки подготовкой поверхности, условия обработки нанесением лакокрасочного покрытия были идентичны соответствующим условиям по примеру 1, описанным в тестовом примере 1. Результаты испытаний приведены в Таблице 20.
[0223]
[0224] Как показано в Таблице 20, было установлено, что листовой материал, отформованный лист и лист с покрытием имели незначительные изменения среднего размера кристаллического зерна, предела прочности при растяжении, 0,2%-ного условного предела текучести и относительного удлинения. Кроме того, было установлено, что средний размер кристаллического зерна части R, подвергнутой процессу гибки, был немного меньше, чем у плоской части.
[Тестовый пример 15]
[0225] Лист из сплава AZ91, подвергнутого непрерывной двухвалковой разливке, горячей прокатке, процессу правки и полированию в технологическом процессе 1 по тестовому примеру 1, был использован в качестве обрабатываемого основного материала. В качестве обработки подготовкой поверхности была выполнена химическая обработка посредством перемешивания обрабатываемого основного материала и такого же раствора для обработки, какой используется в примере 1, при 40°С в течение 2 минут. Основной материал, подвергнутый химической обработке, был подвергнут такому же процессу прессования, как выполняемый в примере 1. Поверхность корпуса для демонстрационного PDA после процесса прессования изучали с помощью микроскопа. Результаты изучения показаны на фиг.1. Исходя из этих результатов было установлено, что плоская часть (фиг.1(а)) и часть R (фиг.1(b)) после процесса прессования не имеют трещин и потери конверсионной пленки, а сама конверсионная пленка сформирована равномерно. Результаты испытаний на величину поверхностного сопротивления и адгезию конверсионной пленки составили соответственно 0,1 Ом·см и 100/100. Кроме того, такую же обработку нанесением лакокрасочного покрытия, как выполняемая в тестовом примере 1, выполняли для прессованного изделия. То есть, в тестовом примере 15 выполняли непрерывную двухвалковую разливку, горячую прокатку, процесс правки, полирование, химическую обработку, резку, процесс прессования и обработку нанесением лакокрасочного покрытия. Результат испытания на адгезию лакокрасочной пленки составлял 100/100, а результат испытания на коррозионную стойкость, то есть доля площади корродированной зоны, составлял 1% или менее. Исходя из этих результатов было установлено, что элемент из магниевого сплава, подвергнутый антикоррозионной обработке перед процессом прессования и подвергнутый обработке нанесением лакокрасочного покрытия после процесса прессования, имеет те же эксплуатационные характеристики, что и образец, для которого последовательно выполнены процесс прессования, антикоррозионная обработка и обработка нанесением лакокрасочного покрытия.
[Тестовый пример 16]
[0226] В технологическом процессе 1, описанном в тестовом примере 1, металлосодержащий коллоидный раствор, описанный в JP-А-2005-248204, примешивают к покрывающему составу для нанесения внешнего покрытия при обработке нанесением лакокрасочного покрытия (изготавливаемый компанией Kanpe Hapio Co., Ltd, распыляемый черный акрилатный лак А). Смешанный покрывающий состав используют для выполнения нанесения внешнего покрытия. Металлосодержащий коллоидный раствор получают следующим образом.
[0227] 24 г нитрата серебра растворяли в 150 г чистой воды. Затем добавляли аммиачную воду для доведения рН смеси до 11,0. В результате приготовили раствор нитрата серебра в нашатырном спирте. Затем в раствор нитрата серебра в нашатырном спирте добавляли и растворяли 12 г поливинилпирролидона (с молекулярной массой 30000) в качестве диспергатора. 100 г этиленгликоля в качестве восстановителя добавляли и перемешивали со скоростью перемешивания 1000 об/мин для осуществления реакции при 40°С в течение 180 минут. В результате получили желтый коллоидный раствор серебра на водной основе, обладающий поглощением плазмона.
[0228] После этого 20000 г полученного коллоидного раствора серебра подвергали центрифугированию в течение 20 минут и повторяли процесс удаления примесей, более легких, чем частицы серебра. Отделенные частицы серебра промывали водой. Затем измеряли гранулометрический состав частиц серебра, используя анализатор гранулометрического состава (изготавливаемого компанией NIKKISO CO., LTD, фирменное название: Microtrac UPA150EX) с использованием лазерного доплеровского метода. В результате измерения резкий пик можно распознать в точке 5 нм.
[0229] Затем коллоидный раствор серебра концентрировали, используя роторный испаритель, и уменьшали содержание воды до 20%. Ацетон в качестве водорастворимого органического растворителя добавляли для получения коллоидного раствора серебра, содержащего смешанный растворитель из воды и ацетона. В данном коллоидном растворе серебра соотношение компонентов частиц серебра (Ag), воды (W) и ацетона (Ac) составляло 80:20:100 (Ag: W: Ac) в расчете на массовую долю.
[0230] Смешивали 10 массовых частей данного коллоидного раствора серебра и 20 массовых частей покрывающего состава для нанесения внешнего покрытия с получением смешанного покрывающего состава. Нанесение грунтовочного покрытия выполняли с использованием этого смешанного покрывающего состава, а затем выполняли нанесение внешнего покрытия. Каждую из обработок нанесением грунтовочного покрытия и нанесением внешнего покрытия выполняли один раз, а шпаклевание и полирование не выполняли.
[0231] При выполнении подобной обработки нанесением лакокрасочного покрытия слой внешнего покрытия, содержащий частицы серебра, которые представляют собой антибактериальные металлические частицы, может быть сформирован в качестве самого верхнего слоя. Соответственно, ожидается, что лакокрасочная пленка будет иметь антибактериальные свойства.
Промышленная применимость
[0232] Ожидается, что элемент из магниевого сплава по изобретению будет применяться для множества разных областей, требующих коррозионной стойкости, механических свойств и качества поверхности. В частности, элемент из магниевого сплава может быть соответственно применен в качестве корпуса для сотовых телефонов, персональных цифровых секретарей (PDAs), ноутбуков или телевизоров с жидкокристаллическим экраном (LCD) или плазменным экраном (PDP), или деталей транспортных машин.
1. Изделие из магниевого сплава с покрытием, содержащее:
основу, выполненную из прокатанного магниевого сплава с от 5 до 11 мас.% Al, имеющего средний размер кристаллического зерна 30 мкм или менее, размер интерметаллических соединений 20 мкм или менее и глубину поверхностного дефекта 10% или менее от толщины прокатанного магниевого сплава, и антикоррозионное покрытие.
2. Изделие по п.1, отличающееся тем, что основа из магниевого сплава имеет подвергнутую резке часть.
3. Изделие по п.2, отличающееся тем, что основа из магниевого сплава содержит подвергнутую пластической обработке часть.
4. Изделие по п.3, отличающееся тем, что подвергнутая пластической обработке часть отформована посредством процесса прессования.
5. Изделие по п.3, отличающееся тем, что подвергнутая пластической обработке часть отформована посредством по меньшей мере одного из процесса глубокой вытяжки, процесса ковки, процесса выдувки и процесса гибки.
6. Изделие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что антикоррозионное покрытие представляет собой конверсионное покрытие.
7. Изделие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что антикоррозионное покрытие представляет собой анодированное покрытие.
8. Изделие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что содержание Cr в антикоррозионном покрытии составляет 0,1 мас.% или менее.
9. Изделие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что содержание Mn в антикоррозионном покрытии составляет 0,1 мас.% или менее.
10. Изделие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что антикоррозионное покрытие представляет собой фосфатное покрытие.
11. Изделие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что отношение площади корродированной зоны ко всей площади антикоррозионного покрытия после 24-часового испытания при обрызгивании солевым раствором JIS Z 2371 составляет 1% или менее, а измеренное двухэлектродным методом электрическое сопротивление антикоррозионного покрытия составляет 0,2 Ом·см или менее.
12. Изделие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что на антикоррозионном покрытии сформировано лакокрасочное покрытие.
13. Изделие по п.12, отличающееся тем, что лакокрасочное покрытие содержит слой грунтовочного покрытия и слой внешнего покрытия.
14. Изделие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит антибактериальное покрытие, сформированное на антикоррозионном покрытии, при этом антибактериальное покрытие включает в себя антибактериальные мелкодисперсные металлические частицы.
15. Изделие по п.14, отличающееся тем, что антибактериальное покрытие представляет собой лакокрасочное покрытие, сформированное на антикоррозионном покрытии.
16. Изделие по п.14, отличающееся тем, что антибактериальные мелкодисперсные металлические частицы образованы из никеля, меди, серебра, золота, платины, палладия или сплава, содержащего два или более из этих металлов.
17. Изделие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что магниевый сплав имеет предел прочности при растяжении 280 МПа или более и 0,2%-й условный предел текучести 200 МПа или более.
18. Изделие по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что оно представляет собой каркас электронного оборудования.
19. Способ изготовления изделия из магниевого сплава с покрытием, включающий получение заготовки из прокатанного магниевого сплава, содержащего от 5 до 11 мас.% Al, со средним размером кристаллического зерна сплава 30 мкм или менее, размером интерметаллических соединений 20 мкм или менее и глубиной поверхностного дефекта 10% или менее от толщины прокатанного магниевого сплава, и нанесение антикоррозионного покрытия.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что заготовки режут перед нанесением антикоррозионного покрытия.
21. Способ по п.20, отличающийся тем, что подвергнутые резке заготовки пластически обрабатывают перед нанесением антикоррозионного покрытия.
22. Способ по п.19, отличающийся тем, что после нанесения антикоррозионного покрытия заготовки разрезают.
23. Способ по п.22, отличающийся тем, что разрезанные заготовки пластически обрабатывают.
24. Способ по любому из пп.19-21, отличающийся тем, что на антикоррозионное покрытие наносят лакокрасочное покрытие.
25. Способ по п.22, отличающийся тем, что на разрезанные заготовки с антикоррозионным покрытием наносят лакокрасочное покрытие.
26. Способ по п.23, отличающийся тем, что на разрезанные и пластически обработанные заготовки наносят лакокрасочное покрытие.
27. Способ по п.25 или 26, отличающийся тем, что нанесение лакокрасочного покрытия включает нанесение грунтовочного и внешнего покрытий, причем каждое нанесение грунтовочного и внешнего покрытия выполняют один раз.
28. Способ по п.19, отличающийся тем, что заготовку получают литьем сплава, содержащего от 5 до 11 мас.% Al, и последующей горячей прокаткой.
29. Способ по п.19, отличающийся тем, что заготовку получают разливкой сплава со скоростью охлаждения 50 К/с или более.
30. Способ по п.29, отличающийся тем, что заготовку получают двухвалковой разливкой.
