Mn添加マグネシウムとその合金の腐食挙動に関するレビュー

この論文の紹介は、['A Review on Corrosion behaviour of Mn added Magnesium and its alloys'] によって発行された論文に基づいて作成されました。['International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology']。

1. 概要:

タイトル: Mn添加マグネシウムとその合金の腐食挙動に関するレビュー (A Review on Corrosion behaviour of Mn added Magnesium and its alloys)
著者: Mrs.Minal Sanjay Dani, Dr. Vandana J Rao, Dr. Indravadan B Dave
出版年: 2015年
発行ジャーナル/学会: International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology, Vol. 2, Issue 12, December 2015
キーワード: マグネシウム合金; マンガン, アルミニウム, 合金元素, 金属間化合物相; 腐食

Fig. 1.Some automotive components made of Mg alloy and obtained weight reduction[14]

2. 概要または序論

この研究レビューは、マンガン（Mn）添加マグネシウム（Mg）とその合金の腐食挙動を解明するものです。マグネシウムは、すべてのエンジニアリング金属の中で最も軽量であり、鋼やアルミニウムの魅力的な代替材料となります。しかし、Mgとその合金の持続的な腐食感受性は、それらのより広範な応用を妨げる重大な技術的課題であり続けています。Mg合金に影響を与えるさまざまな形態の腐食、例えば、ガルバニック腐食、孔食、粒界腐食（IGC）、糸状腐食、隙間腐食、応力腐食割れ（SCC）、および腐食疲労（CF）などが以前に報告されています。特に、マグネシウム-アルミニウム（Mg-Al）合金では、金属間化合物Al₈(Mn,Fe)₅相の形成が、元素状の鉄粒子を隔離することにより耐食性を向上させることが観察されています。電気化学的方法と重量減少法（浸漬試験）を用いて腐食速度を評価した結果、Mn添加試料はFe不純物許容レベルの増加を示すことが明らかになりました。これは、MnがMg合金の腐食に対するFe不純物の有害な影響を効果的に緩和できることを示唆しています。さらに、Mg合金の腐食挙動に影響を与える要因、例えば、合金元素、微細組織、二次相、結晶粒径、溶接の影響、および熱処理なども考察されています。

3. 研究背景:

研究トピックの背景:

マグネシウム（Mg）は、最も軽量なエンジニアリング金属として認識されており、特に自動車、エレクトロニクス、航空宇宙などの分野において、鋼やアルミニウムに代わる魅力的な材料となっています[7] 。これらの利点にもかかわらず、Mgとその合金の腐食は、その広範な利用を制限する、十分に確立された重大な技術的課題です。耐食性が向上したマグネシウム合金の開発に対する大きな需要が存在します。この開発の前提条件は、主要な合金元素と不純物が腐食プロセスにおいて果たす役割についての包括的かつ基礎的な理解です。

既存研究の現状:

先行研究では、ガルバニック腐食、孔食、粒界腐食（IGC）、糸状腐食、隙間腐食、応力腐食割れ（SCC）、および腐食疲労（CF）など、Mg合金におけるさまざまな腐食メカニズムが広範囲に議論されています[13]。Mg-Al合金では、金属間化合物Al₈(Mn,Fe)₅相の形成が、元素状の鉄粒子をMgマトリックスとその合金から除去することにより耐食性を向上させることが示されています[10]。腐食速度の評価は、電気化学的方法と重量減少法（浸漬試験）を用いて実施されています。これらの調査により、Mn添加試料はFe不純物に対する耐性の向上を示すことが示されており、MnがMg合金の腐食に対するFeの悪影響を緩和する能力を示唆しています。

研究の必要性:

耐食性が向上したマグネシウム合金の開発に対する「圧倒的な需要」が存在します。これを達成するには、「主要な合金元素と不純物の役割に関する詳細かつ基礎的な理解」が必要です。現在進行中の研究の主な目的は、マグネシウム金属またはMg合金を改良して優れた耐食性を実現し、アルミニウム合金の実行可能な代替品として位置づけることです。

4. 研究目的と研究課題:

研究目的:

このレビューの主な目的は、「より低い腐食速度でMgとその合金を製造するための有用な研究方向の理解を提供すること[8]」です。

主要な研究:

この論文は、「Mn添加マグネシウムとその合金の腐食挙動」に焦点を当てています。腐食性能に影響を与える重要なパラメータとして、「合金元素の影響、微細組織と二次相、結晶粒径、溶接と熱処理の影響など、Mg合金の腐食挙動に影響を与える要因」を調査しています。

研究仮説:

この研究は、「Mn添加はMg合金の腐食に対するFe不純物の影響を緩和することができた」という仮説を暗黙のうちに検証しています。さらに、「マグネシウム-アルミニウム（Mg-Al）合金では、金属間化合物Al₈(Mn,Fe)₅相の形成が、Mgとその合金から元素状の鉄粒子を除去することにより耐食性を向上させる[10]」という確立された理解に基づいています。

5. 研究方法

研究デザイン:

この研究は、既存の文献を統合して、Mn添加マグネシウム合金の腐食挙動に関する包括的な概要を提供するレビュー論文として構成されています。

データ収集方法:

採用された研究方法は、包括的な文献レビューです。著者らは、マグネシウム合金の腐食に焦点を当てたさまざまな研究の知見をまとめ、分析しました。特にマンガン添加の影響に重点を置いています。

分析方法:

分析方法は定性的であり、レビューした文献からの知見の統合と解釈を含みます。著者らは、マグネシウム合金の腐食メカニズムと腐食を緩和するマンガンの役割に関する現在の知識の状態を分析および要約しています。

研究対象と範囲:

このレビューの範囲は、「Mg金属およびMg合金の腐食挙動」に焦点を当てており、特に「Mg合金へのMn添加[2]」の影響に重点を置いています。レビューは、マグネシウム合金に関連するさまざまな腐食の種類、影響要因、および測定技術を含む腐食のさまざまな側面を網羅しています。

6. 主な研究結果:

主要な研究結果:

このレビューの主な知見は、「Mn添加試料はFe不純物許容レベルの増加を示した。これは、Mn添加がMg合金の腐食に対するFe不純物の影響を緩和することができたことを示している」ということです。さらに、レビューでは、「合金元素の影響、微細組織と二次相、結晶粒径、溶接と熱処理の影響など、Mg合金の腐食挙動に影響を与える要因について議論した」ことを強調しています。この論文では、ガルバニック腐食、孔食、粒界腐食、糸状腐食、隙間腐食、応力腐食割れ（SCC）、および腐食疲労（CF）など、Mg合金で観察されるさまざまな種類の腐食についても詳しく説明しています。

提示されたデータの分析:

この論文では、レビューを裏付けるためにいくつかの表と図が提示されています。

表 I: 金属の物理的特性の比較: この表は、マグネシウム、アルミニウム、および鉄の物理的特性を比較し、マグネシウムの低密度を強調しています。
表 II 室温におけるMg合金の代表的な機械的特性: この表は、さまざまなMg合金（AZ91、AM60、AM50、AM20、AE42）の代表的な機械的特性を示しています。
表 III: 金属イオンの電極電位: この表は、Mgを含むさまざまな金属の金属イオン電極電位をリストアップし、Mgの高い活性を示しています。
表 IV: マグネシウムおよび一般的なマグネシウム二次相の腐食電位値: この表は、マグネシウムおよびMg合金の一般的な二次相の腐食電位値を提供します。
表 V: ASTM D1384水への3時間浸漬後の純粋相の腐食電位: この表は、Mg、AlMn、およびβ（Mg₁₇Al₁₂）相の腐食電位を比較しています。
図 1: 「Mg合金で作られたいくつかの自動車部品と得られた軽量化[14]」を示し、実用的な応用例と軽量化効果を紹介しています。
図 2: 「マグネシウム鍛造合金ホイール」を示し、高性能Mg合金の応用例を示しています。
図 3: 「機械加工圧延スラブ: Elektron 43」を示し、航空機シートにおける高強度Mg合金の使用を強調しています。
図 4: 「AZ31B製の市内バス用手すり」を示し、軽量構造物用の押出しMgチューブの使用例を示しています。
図 5: 「マグネシウムエンジンフロントカバーによる軽量化」を示し、Mgとアルミニウムのエンジンカバーを比較しています。
図 6: 「Mg合金の腐食速度に対する合金元素の影響」を示し、さまざまな合金元素の腐食速度への影響をグラフで示しています。
図 7: 「Mg-Al合金へのMn添加の影響」を示し、Mg-Al合金におけるMn添加の腐食挙動への影響を示しています。
図 8,9: 「ガルバニック腐食」を示し、Mg合金におけるガルバニック腐食のメカニズムを説明しています。
図 10: 「3.5%NaCl水溶液中の押出しAM60の孔食形態」を示し、Mg合金の孔食を示しています。
図 11: 「3.5%NaCl水溶液に1時間浸漬後のAZ80-T5の粒界腐食形態」を示し、粒界腐食を示しています。
図 12: 「レーザー溶接されたAZ31の溶接部の腐食形態」を示し、Mg合金溶接継手の腐食挙動を示しています。
図 13: 「pH=3(a)、pH=7(b)、およびpH=12(c)における3.5%NaCl水溶液中の押出しAM60の腐食形態」を示し、pHが腐食形態に及ぼす影響を示しています。

図のリスト:

Fig:2This is ZK30 with Zn and Zr is lighter than Aluminum forged wheel which is used in Audi A8 series.

Fig:3Made from Electron 43,High strength Mg alloys
which used in Aircraft seat. Mg alloy with Yitrium,rare
earth and Zr. — Fig:3Made from Electron 43,High strength Mg alloys which used in Aircraft seat. Mg alloy with Yitrium,rare earth and Zr.

Fig:4The curved, extruded magnesium tubing forms handrails that are lighter, thinner and stronger than Aluminum handrails.

Fig:5Compared to Aluminum, the area tension pulley is strengthened in the magnesium cover, due to a high bending moment and compaction behavior. As engines become ever-lighter with magnesium, improved fuel economy and durability compare with Aluminum alloys.

Fig 6 : Effect of alloying elements on corrosion rate of Mg alloy

Fig:7Effect of addition of Mn in Mg-Al alloy

Fig:10Pitting morphology of extruded AM60 in 3.5%NaC1 aqueous solution

Fig:11Intergranular corrosion morphology of AZ80-T5 in 3.5%NaCI aqueous solution after 1 h.

Fig 12:Corrosion morphology of weld zone of AZ31 with
laser beam welding — Fig 12:Corrosion morphology of weld zone of AZ31 with laser beam welding

Fig 13: Corrosion morphologies of AM60 as extruded in
3.5%NaC1 aqueous solution at pH=3(a), pH=7(b) and
pH=l2(c), respectively — Fig 13: Corrosion morphologies of AM60 as extruded in 3.5%NaC1 aqueous solution at pH=3(a), pH=7(b) and pH=l2(c), respectively

7. 結論:

主な知見の要約:

このレビューは、マグネシウム（Mg）合金へのマンガン（Mn）添加が、主に鉄（Fe）不純物に対する耐性を高めることによって耐食性を向上させるという結論に至りました。Mnは、Al₈(Mn,Fe)₅金属間化合物の形成を促進し、これは有害な鉄粒子を効果的に除去し、Mg-Al合金中の可溶性鉄含有量を減少させます。この研究では、Mg合金の腐食挙動は複雑であり、合金元素、微細組織、二次相、結晶粒径、および溶接や熱処理などの加工技術を含むさまざまな要因の影響を受けることを強調しています。また、ガルバニック腐食、孔食、粒界腐食、および応力腐食割れなど、Mg合金に一般的なさまざまな腐食の種類についても概説しています。

研究の学術的意義:

この研究は、Mn添加Mg合金の腐食に関する現在の理解をまとめ、レビューすることにより、貴重な学術的貢献を提供します。鉄不純物の影響を緩和するMnの重要な役割を強調し、Mg合金腐食の多面的な性質を強調しています。このレビューでは、知識のギャップを特定し、これらの合金の腐食メカニズムを完全に解明するために継続的な研究が必要であることを強調しています。

実用的な意義:

このレビューの実用的な意義は、ダイカスト業界およびマグネシウム合金を扱う材料エンジニアにとって重要です。この知見は、Mn添加を戦略的に利用し、加工パラメータを制御することにより、耐食性が向上したMg合金を製造するための研究開発努力を導きます。この知識は、特に耐食性が最も重要な自動車、航空宇宙、エレクトロニクスなどのさまざまな産業における軽量Mg合金の応用を拡大するために不可欠です。

研究の限界と今後の研究分野:

この論文では、「マグネシウム合金の腐食メカニズムはまだ十分に解明されていない」ことを認めています。したがって、「この調査を継続することが絶対に必要である」と明示的に述べています。このレビューでは、「より優れた耐食性を持つMg合金を作成することは腐食科学者にとって課題である」と指摘しています。今後の研究では、基本的な腐食メカニズムのより深い理解、耐食性が向上した新規Mg合金の開発、およびMg合金のためのより効果的で持続可能な腐食保護システムとリサイクル技術の創造に焦点を当てる必要があります。

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9. 著作権:

この資料は、"Mrs.Minal Sanjay Dani, Dr. Vandana J Rao, Dr. Indravadan B Dave"氏の論文：「A Review on Corrosion behaviour of Mn added Magnesium and its alloys」に基づいています。
論文ソース: DOI 10.17148/IARJSET.2015.21212

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