新材料2018~ものづくり、家づくり、街づくりを変える!用途が広がるマグネシウム合金、耐熱性向上と生体吸収性を生かす動画の再生障害のお知らせ:動画の一部が再生できない事象が発生しています。xTECH/日経ものづくり2018.03.19コピーしましたPRマグネシウム(Mg)合金は魅力と課題を併せ持つ。実用金属の中で最も軽い上に、比強度や比剛性が高いため、製品に採用すれば大幅な軽量化が見込める素材だ。製品に採用するには幾つかの課題を乗り越えなければならない。その1つが耐熱性の低さである。Mg合金の高温クリープを回避するMg合金は一般に、120°C以上の高温になると、形状が変わって戻らなくなるクリープ(高温クリープ)を発生させる可能性がある。高温クリープとは、高温環境下で一定の応力が加わった状態にある材料(ここではMg合金)が、時間とともに塑性変形する現象のことだ。高温クリープが問題なのは、製品のトラブルや破損などにつながる危険性があるからである。高温クリープで注意を要するのは、Mg合金製部品をねじなどで他の部品に締結した場合だ。ここで、締結部の温度が120°C以上になると、ねじの締め付け力(軸力)を受けている締結部がクリープによって押しつぶされるように変形する。すると、ねじの締め付けトルクが小さくなり、ねじが緩んでしまう。液体を入れる部品に使った場合は、部品間に隙間が生じて液体が漏れる危険性がある。自動車のパワートレーン部分でオイルが漏れれば、火災発生の恐れが生じる。ねじが緩んだまま振動が加われば、部品が脱落して製品の機能が失われる危険性もある。耐熱性を高めたダイカスト用Mg合金(以下、耐熱Mg合金)もある。希土類(レアアース)であるランタン(La)とセリウム(Ce)を3~4質量%添加した耐熱Mg合金や、Caを1~3質量%含有した耐熱Mg合金がある。共に弱点も抱えている。前者はリサイクル(再利用)性に劣る。レアアースは活性が高くて酸化物を作りやすいため、再溶解できないからだ。その結果、鋳造時に生じる端材を再利用できずに廃棄せざるを得ず、歩留まりが下がってコストが高くなる。Caの添加量を増やすほど耐熱性が高まるが、添加量が3質量%以上になると鋳造しにくくなる。鋳造時に割れが生じやすくなる。耐熱性を備えつつ、リサイクルができて、加工性も落ちない──。した理想的なダイカスト用耐熱Mg合金を共同開発したのが、住友電気工業と富山大学だ(図1)。技術的なポイントは、レアアースを使わない「レアアースフリー」である点。LaもCeも使用せず、かつCaに代わる新たな添加元素を見いだした。その元素は、ストロンチウム(Sr)である。Srの添加は鋳造性が高まると考えられていたものの、耐熱性の効果があるとは知られていなかったという。ダイカスト向けの耐熱Mg合金のインゴット耐熱性を備えながらも、端材を廃棄せずに再利用できる。加えて、鋳造性が落ちない。Srを添加することで3拍子そろった特性を実現した。(出所:住友電気工業)[画像のクリックで拡大表示]新しい耐熱Mg合金は、このSrを数質量%オーダーで添加し、Caの添加量を1質量%以下に抑えた。レアアースは含んでいない。150~200°Cでの耐熱性、すなわち高温クリープに強く、引っ張り強さに優れる。鋳造時や再溶解時の組成変動が小さいため、リサイクルも可能。加えて、Caの添加量が小さいため、割れが生じにくい。耐熱性を検証するために、同社は高温でボルト締結した評価試験を行っている。具体的には、新しい耐熱Mg合金にボルトを締結し、150°Cの環境下に200~300°C置いた後、室温に戻したときの残留軸力(初期の軸力に対する軸力の割合)を調べた。その結果、新しい耐熱Mg合金の残留軸力は60~70%と、耐熱Mg合金の中でも耐熱性の高いと評価されているAE44の60%程度を越えた。AE44はレアアースを添加し、Alを4質量%含有する耐熱Mg合金である。耐熱性が特に優れるMg合金ACM522と比べると、新しい耐熱Mg合金は残留軸力でやや劣る。ACM522はCaを含むため、割れやすい。同社は鋳物1個当たりの割れ評価指数を、小さな割れを1点、大きな割れを3点として定量化している。それによれば、新しい耐熱Mg合金の割れ評価指数は1.0を下回るが、ACM522のそれは10程度と大きい。住友電気工業が実用化を狙うのは、上限が150°C程度の耐熱性を要する比較的大物の部品。アルミニウム(Al)ダイカストADC12製部品の置き換えを狙う。具体的には、自動車のトランスミッションケースやオイルパン、ロッカーカバーなどのエンジン周辺にあるAl合金製部品である。プレイヤーなど各サービスの全貌、業界別の参入機会・可能性などを解説。Specialエレキあらゆるプロセスで顧客ニーズに対応セキュリティも万全な新IoT向けマイコン毎月更新。世界で戦える工場マネージャー養成講座(全2回セット)国内外を問わず工場のマネジメントを担う管理者に求められるスキルを体系的に学べる講座です。激変する自動運転分野の最新技術と事業課題などについて、世界の最新情報をお伝えします。