マグネシウム合金

マグネシウム合金：軽量性とリサイクル性を両立する次世代素材

マグネシウム合金は、マグネシウムを主成分とする合金で、エレクトロンやダウメタルとも呼ばれています。鉄などの重い金属に代わる軽量素材として、様々な分野で活用され、省エネルギー化や安全性の向上に貢献しています。プラスチックと比較してもリサイクルが容易な点も大きな利点です。この特性からアルミニウム合金と競合する場面もあり、コストや技術開発において活発な競争が繰り広げられています。

製造方法と特性

マグネシウムの結晶構造は異方性を持つため、常温での加工は困難です。そのため、圧入鋳造、射出成形、プレスフォージングといった特殊な成形法が用いられています。2005年のデータでは、これらの製造方法のシェアはそれぞれ約60%、35%、5%でした。

マグネシウム合金の大きな特徴は、その軽量性です。他の金属材料だけでなく、プラスチックに変わる高強度材料としても利用が期待されています。純粋なマグネシウムは振動や衝撃を吸収しやすい性質がありますが、合金化することでこの特性は低下します。一方で、電磁波遮蔽能が高いという特徴も持ち合わせています。さらに、天然資源が豊富でリサイクル性にも優れているため、環境面からも注目されています。これらの特性から、携帯電子機器やカメラなどの筐体への利用が進んでいます(2004年現在)。

合金成分と開発動向

マグネシウム合金の主要な添加元素はアルミニウムと亜鉛です。これらを成分とする合金は、ASTM規格でAZ（アルミニウムと亜鉛を表す）という名称で分類されています。一般的なマグネシウム合金は燃焼しやすいという欠点がありますが、カルシウムを添加することで燃焼開始温度を上昇させた難燃性合金も開発されています。2012年には、熊本大学先進マグネシウム国際研究センターが、発火温度1105℃、機械的強度460MPaという高性能な不燃性マグネシウム合金「KUMADAI不燃マグネシウム合金」を開発しました。

AZ31[合金]]（アルミニウム3%、亜鉛1%）は塑性加工性に優れ、圧延や押出加工に適しています。一方、AZ91合金（アルミニウム9%、亜鉛1%）は鋳造やダイカストに適しています。さらに、耐熱性や機械的性質の向上のため、希土類元素を添加した合金も開発されています。軽量化を目指し、リチウム]を添加したMg-Li基[[合金も研究されており、水よりも軽い密度(0.96 Mg/m3)を持つ合金も開発段階にあります(LA141合金など)。

他の材料との比較

マグネシウム合金は、アルミニウム合金と比較して、軽量性において優位性があります。アルミニウムの密度は2.7 Mg/m3、ヤング率は70 GPaであるのに対し、マグネシウムは1.74 Mg/m3、42 GPaです。比強度はやや劣りますが、軽量部材としての用途拡大が期待されています。また、アルミニウムよりも切削加工が容易な点も利点です。一方、耐腐食性が低く、水や酸と反応しやすいという欠点があります。また、室温での変形能が低く、一般的なプレス加工が困難な点も課題です。さらに、切削時の切粉は引火しやすく、消火に細心の注意が必要です。

安全性に関する注意点

マグネシウム合金の切削加工では、切粉の引火に注意が必要です。切粉は高温で燃焼し、消火に水をかけると水素爆発の危険性があるため、専用の消火設備が必要です。そのため、切粉はこまめに清掃し、不燃性の蓋付き容器に保管する必要があります。近年開発された不燃性マグネシウム合金は、この問題を大きく改善する可能性を秘めています。

実用例

マグネシウム合金は、航空機、自動車、自転車、コンピュータ、カメラなど、幅広い分野で利用されています。軽量化が求められる部品、例えば航空機のホイール、自動車のオイルパン、自転車のフレームなどに多く用いられています。また、過去の例として、フォルクスワーゲン初代ビートルのエンジンブロックにも使用されていたことがあります。

規格

マグネシウム合金の規格としては、ASTM規格が一般的に使用され、日本のJIS規格もASTM規格に準拠しています。

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