Te c h n i c a l Report 難燃性マグネシウム合金押出製品 Non-combustible Magnesium Alloy Extrusions （商品名：ノコマロイ）上田光二経営管理室難燃性マグネシウム事業化プロジェクト１．はじめに要約軽量で強度が強く、リサイクル性に優れた地球環境に優近年、地球環境保護や温暖化対策から、軽量性とリサしい金属として注目を集めているマグネシウム合金を応用し、構造材料として使用可能な難燃性マグネシウム合金押出製品の実用化・製品化に成功し、鉄道車両用材料燃焼試験で「不燃性」の認定を取得したので、その材料特性、周辺加工技術、現状の実用化製品例等を紹介するイクル性に優れたマグネシウム合金が注目され、携帯機器（携帯電話、ノートパソコンなど）や自動車等の輸送機器において実用化が進んできている。しかし、マグネシウム合金は非常に活性で燃えやすいために、製品として使用するのに適していなかったり、成形や後加工に特とともに、将来の展開について紹介する。別な設備や安全管理を行う必要がある。そこで、（株）ケーエステクノス・アルミ事業部では活性な性質を抑えた難燃性マグネシウムに着目し、独立行政法人・産業技術総合研究所と共同研究「難燃性マグネシウム合金の熱間押出形材の製造に関する研究」を行い、構造材料として使用可能な難燃性マグネシウム合金押出製品の実用化・製品化に成功した。２．難燃性マグネシウム合金難燃性マグネシウム合金は、通常のマグネシウム合金に＜参考文献＞１）上野英俊・坂本満他「難燃性マグネシウム合金の開発」まてりあ第39巻（2000）２）軽金属協会「アルミニウム技術便覧」カロス出版（1996）３）（社）日本アルミニウム協会「アルミニウム統計表」（平成 15年暦年）４）日本マグネシウム協会「日本マグネシウム協会統計」（2004）５）小濱泰昭協力「浮上走行する高速列車エアロトレイン」 Newton12月号（2002）６）東北大学・流体科学研究所・小濱研究室ホームページ http://www.ifs.tohoku.ac.jp/kohama-lab/top-j.html 近畿車輌技報第１１号２００４.１１ ● 38● 図１Ｃａ添加量と発火温度の関係カルシウムを添加することにより発火温度を２００∼３００℃ 上昇させている。図１はカルシウム添加量の異なるマグネシウム合金（ＡＺ９１：アルミニウム９％、亜鉛１％、残りマグネシウム）を１０００℃の電気炉に入れ、その燃え出す温度を示しＭｇＭｇ５Ｃａ図２ＭｇおよびＭｇ５Ｃａの表面酸化物組織たもので、通常のマグネシウム合金（カルシウム添加量が０％）では４００℃を少し超えたあたりから発火するが、図３形材図４板材２％カルシウム添加のマグネシウム合金では発火温度が１）７８０℃以上になっていることが分かる。表現を変えれば、通常のマグネシウム合金は溶解温度領域で発火するが、難燃性マグネシウム合金は溶けて液体の状態になってもすぐには発火しない。これは、通常のマグネシウム合金は多孔質の酸化マグネシウム皮膜に覆われているため酸素の供給を遮断できないのに対し、難燃性マグネシウム合金では６∼２０nm （ナノメートル＝１０億分の１メートル）という極めて薄く、緻密で平滑な酸化カルシウム皮膜に覆われているため、その保護作用により酸素と遮断され、発火しにくくなる図５棒材図６管材ことによる。通常のマグネシウム合金と難燃性マグネシウム合金の表面組織を図２に示す。１）３．難燃性マグネシウム合金押出製品難燃性マグネシウム合金を押出加工した押出製品の一例として、形材（図３）、板材（図４）、棒材（図５）、管材（図６）、線材（図７）をそれぞれ示す。形材の形状・サイズ限界を見極めるには、個別に細部の検討が必要であるが、当社では直径１４０mmの外接円に収まる中実材や中空材が一般的に生産可能である。また、板材は最大幅１８０mm× 板厚１mmや最小板厚０．６mmの供給実績がある。また、図７線材線材では最小径３．２mmの供給実績がある。 ● 39● Te c h n i c a l Report ４．鉄道車両用材料燃焼試験近い将来、鉄道車両部品や車両構体へ適用することを視野に入れて、（社）日本鉄道車両機械技術協会において、板厚０．８mmの難燃性マグネシウム合金押出製品を供試体として、鉄道車両用材料燃焼試験を受けている。判定は「不燃性」の区分を取得している。（試験番号：車材燃試１５-１８９Ｋ）５．周辺加工技術図８パイプのＴＩＧ溶接５．１接合接合は、ＦＳＷ（摩擦撹拌接合）、レーザー溶接、ＴＩＧ（タングステンイナートガスシールド）溶接の３種類の接合実績がある。外径２０mm×肉厚１．５mmの難燃性マグネシウム合金パイプ材を突き合せて同じ材質の溶接棒を用いて全周を電流値４０Ａの交流電源でＴＩＧ溶接したものを図８に示す。今後は用途を特定した上で、開先形状や溶接条件による継手効率の評価を深めていくことがテーマのひとつである。５．２切断溶けてもすぐには発火しないという難燃性能を生か図９パイプの冷間曲げし、中空形材の板厚１．２mmを出力４ｋＷの炭酸ガスレーザー切断機を使用して、高圧窒素をアシストガスとし、出力３．８ｋＷ、切断速度８m／分で量産品を切断している。５．３曲げ難燃性マグネシウム合金は通常のマグネシウム合金と同様に結晶が最密六方晶構造であり、常温下では加工によるすべり面をひとつしか持たないため、曲げ加工が難しい金属である。しかし、事前に所定の熱処理を行えばパイプベンダーを用いて冷間で曲げ加工が行える。外径図１０多軸ヘッド２０mm×肉厚１．５mmの難燃性マグネシウム合金パイプ材を、パイプ中心線の曲げ半径８０mmの条件で、出力１４０kg／ｃｍ２のパイプベンダーを用いて曲げたものを図９に示す。立つため開示する時期を指定されることが多い。以下に、開示の許可を得ている製品の例を示す。６．実用化製品６．１高速道路ＥＴＣ遮断機の阻止棒高速道路のＥＴＣ遮断機に取り付けられている阻止棒の押出品という素材供給の立場上、エンドユーザ様の最骨材に難燃性マグネシウム合金押出製品が多く使われて終製品は開示されなかったり、競合企業に対して優位に近畿車輌技報第１１号２００４.１１いる。アルミニウム合金製に比べて重量面で優位であり、 ● 40● Ｃ-ＦＲＰ（カーボン繊維強化プラスチック）製に比べて価格的に優位である。実際に、開閉速度をご覧いただけれ８．まとめば、レーザー切断加工で押出品をさらに軽量化している難燃製マグネシウム製の骨材の優位性を理解していただ長期的には、２０２０年にアメリカで運行が計画されてけるであろう。いる「エアロトレイン」（三方が固体壁面に囲まれた凹型６．２のガイドウェイ内を高速浮上走行する新交通システム）多軸ボール盤の多軸ヘッド等自動車関連の製造ライン内に配置された多軸ボール盤（図１１）のプロジェクトで、機体に難燃性マグネシウムの多軸ヘッドやバリ取り機ヘッドのハウジングに、難燃合金の採用が構想されている５）６）ことを励みに、ケーエ性マグネシウム合金押出製品が採用されている。（図10）ステクノスの押出技術や近畿車輌グループの周辺技術をロボットハンドに持たせて振り回す場合や、人手で着脱蓄積し、関係先を含めた押出製品トータルのコスト低減する場合に要求される軽量化に効果がある。また、ハウを進めていきたい。ジングの加工には旋盤での仕上加工があり、難燃性能が通常のマグネシウム合金に比べて優位性を持っている。７．今後の展開現在の軽金属の雄であるアルミニウム合金の工業的生産が始まってから１００年あまりであるが、その間に時効硬化型合金、組織制御技術、分散強化合金、複合材料等が開発され２）、用途にあった合金がリーズナブルな価格（一部業界では値崩れを起こしている側面もある）で市場図１１エアロトレインイメージ図（東北大学HPを参考に当社で作図）に提供されるようになっている。特に、１９６０年代よりサッシなど土木・建築用を中心にアルミニウム合金押出材の生産が急増し２）、近年の国内生産量はアルミニウム合金全体で４００万トン／年間に達している。３）一方、マグネシウム合金はまだ基本となる合金が開発された段階で、国内総需要量は４万トン強／年間（アルミニウム合金の１％）であり、その中でも押出材等の展伸材は８００トン程度（マグネシウム合金全体の２％程度）である４）。しかし、今後はアルミニウム合金の開発に要した期間よりもさらに短い開発期間で４００ＭＰａの高強度を有する合金、２００℃程度の高温下でも強度を有する合金、熱処理することにより６００ＭＰａの強度をもつ合金が開発され、それらの合金に対応した各難燃性マグネシウム合金も開発されていくものと考えている。現在は、重量がアルミニウム合金の３分の２で、ＦＲＰと同程度という軽量面の特徴を生かした用途で押出製品が採用されているが、高温強度の実現により輸送機器の内燃機関への適用にも道が開け、時効硬化の実現により航空機への適用にも道が開けてくると考えている。 ● 41●