AUTOMOTIVE APPLICATIONS OF MAGNESIUM AND ITS ALLOYS

1. 概要:

  • タイトル: AUTOMOTIVE APPLICATIONS OF MAGNESIUM AND ITS ALLOYS (自動車産業におけるマグネシウムおよびその合金の応用)
  • 著者: C. Blawert, N. Hort, K.U. Kainer
  • 発行年: 2004年8月
  • 発行学術誌/学会: Trans. Indian Inst. Met., Vol.57, No. 4, pp. 397-408
  • キーワード: マグネシウム合金、自動車応用、軽量構造、ダイカスト、耐食性、高温強度、接合技術、表面処理

2. 研究背景:

  • 自動車産業界が「2005年までに全ての新車の平均燃料消費量を1990年レベルと比較して25%削減する」という目標を掲げているため、軽量構造への関心が高まっています。
  • マグネシウム合金は、「高強度特性と低密度」の組み合わせにより、軽量化が重要な全ての用途において非常に魅力的な構造材料です。
  • 自動車用途において、軽量化は「転がり抵抗と加速エネルギーを低減することにより車両の性能を向上させ、燃料消費量を削減し、さらには温室効果ガスであるCO₂の削減を達成する」のに役立ちます。
  • マグネシウムは「自動車用途において長い歴史」を持っていますが、1970年代には「価格変動の激しさおよび知識不足」のために使用が減少しました。
  • 「より厳格な法規制（CAFE）と平均燃料消費量削減への自主的な取り組みにより、今日ではマグネシウムへの関心が再燃しています。」
  • マグネシウムは、「従来の材料を代替する高い可能性を示しており」、「低質量と高い比特性が要求される用途」に特に適しています。マグネシウム合金は、比ヤング率と比強度において「アルミニウムや多くの市販鋼よりも同等またはそれ以上の値を示します (Fig. 1)」。
  • 「マグネシウムの使用量が増加するにつれて、トン当たりのコストが低下しており、経済的な観点からも競争力が高まっています。」
  • 「一次マグネシウムの消費量は過去20年間で広範囲に増加しており、北米が主要な消費国であり、西ヨーロッパと日本がそれに続いています1。」
  • 「入手可能なマグネシウムの大部分（40％）は依然としてアルミニウム合金用に使用されており、マグネシウム部品として直接使用されているのは約34％に過ぎず、これは鋳造用途（33.5％）と圧延材用途（0.5％）2に分けられます。」
  • 「マグネシウムダイカストの市場は、2000年の105トンから2006年にはその2倍に成長すると推定されています。」この市場の約「80％は自動車用ダイカスト部品に向かうと予想されています1。」
  • マグネシウムの広範な輸送産業への応用は、「いくつかの低い物性値」によって制限されています。「低いクリープ抵抗、高い熱膨張係数（CTE）、低いヤング率、不十分な延性と衝突エネルギー吸収量、低い疲労強度、低い耐食性および耐摩耗性」は、さらなる合金および/またはプロセス開発によって克服する必要がある欠点です。

3. 研究目的および研究質問:

  • 研究目的: 本論文は、「自動車産業への応用におけるマグネシウム合金と技術の開発の現状に関する概要」を提供することを目的としています。論文では、「新しい鋳造または鍛造合金の開発と、マグネシウム部品の製造のための既存または新規プロセスの最適化」について議論しています。
  • 核心研究質問: 自動車産業におけるマグネシウム合金の応用を拡大するための技術開発の現状はどうであり、将来の潜在力と課題は何か？
  • 研究仮説: 本論文は概要研究であり、検証するための研究仮説は明示されていません。

4. 研究方法論:

  • 研究設計: 本研究は、自動車用途におけるマグネシウム合金の技術動向と開発状況を分析する概要研究です。
  • データ収集方法: 既存の研究文献、業界レポート、技術資料、および専門家の意見を総合してデータを収集しました。
  • 分析方法: 収集されたデータに基づいて、マグネシウム合金の合金開発、製造プロセス（鋳造、成形、接合、表面処理）、自動車部品への応用事例、および市場動向を分析し、技術的課題と将来展望を提示します。
  • 研究対象と範囲: 本研究は、自動車産業における軽量化のためのマグネシウム合金の材料技術、製造プロセス技術、部品応用技術、および関連産業動向を包括的に扱います。

5. 主要な研究結果:

  • 核心的な発見事項:
    • 高純度合金の導入は、「マグネシウム合金の耐食性を向上させるための主要なステップ」でした。
    • 新しい耐高温性合金が「現在開発および試験中です」。一部の合金はすでに市場で入手可能です（例：MRI、modified AE、AJ合金システム）12,13。
    • Mg-Al-Si、Mg-Al-RE、Mg-Al-Ca、Mg-Al-Srおよび四元系複合は、「高圧ダイカストに非常に有望な新しいシステム」です14。
    • 新しいマグネシウムMRI153M合金で作られたオイルパンは、アルミニウムA380合金オイルパンと比較して「同様の性能を示し、より優れた制振特性を示しました15」。
    • 合金AZ91を使用すると、「肉厚1mm未満の薄肉鋳物を容易に得ることができます」。
    • 「AZ31シートの深絞り成形能が実証されました11。」 225℃で、「AZ31の限界絞り比は2.6」であり、深絞りアルミニウムおよび鋼よりも高い値です16。
    • 押出し加工は、「その後の曲げ工程と組み合わせて、曲げ押出し形材を製造するために成功裏に利用できます19。」
    • 摩擦攪拌接合（FSW）は、「溶接がより困難な材料、またはマグネシウムやアルミニウム合金のような異種材料の接合に適した、より最近の開発技術です24。」
    • 化成皮膜は、「マグネシウムの腐食保護のための最先端技術」であり、プライマーとして使用されます。クロメート処理は「最良の結果」を示しましたが、クロムフリー代替品が必要です22。Keroniteは、耐摩耗性と耐食性に対処する新しい高電圧電解プラズマ陽極酸化処理です31。
    • 「マグネシウムとその合金は、すべての構造材料の中で最も被削性に優れています25。」
  • 統計的/定性的な分析結果:
    • 「マグネシウムダイカストの市場は、2000年の105トンから2006年にはその2倍に成長すると推定されています。」
    • この市場の約「80％は自動車用ダイカスト部品に向かうと予想されています1。」
    • ヨーロッパ車の平均マグネシウム重量は「約2.5kg」であり、今後10年以内に2倍になると予測されています3。
    • ヨーロッパでは、ステアリングホイールのほぼ「85％がマグネシウム合金で作られています3。」
    • 225℃で、「AZ31の限界絞り比は2.616」です。
    • Keroniteは「5 µm/minの成膜速度を達成しました31。」
  • データ解釈:
    • マグネシウム合金は、軽量化のトレンドに伴い、自動車産業において潜在性の高い材料であり、特にダイカスト技術の発展により、複雑な形状の部品製造が可能になっています。
    • 耐食性、高温強度、接合技術、表面処理技術の進歩は、マグネシウム合金の応用範囲を広げることに貢献しています。
    • マグネシウム市場は成長の可能性が高く、特に自動車分野での需要増加が予想されます。
  • 図表名リスト (Figure Name List):
    • Fig. 1: Comparison of specific Young's modulus and strength of different materials (比ヤング率と強度の比較)
    • Fig. 2: Creep/strength performance versus temperature requirements for some automotive drivetrain applications 12 (自動車駆動系用途におけるクリープ/強度性能と温度要求)
    • Fig. 3: Directions of alloy development to improve the performance of magnesium components (マグネシウム部品の性能向上に向けた合金開発の方向性)
    • Fig. 4: Robotic friction stir welding of an AM60 component (AM60部品のロボット摩擦攪拌接合)
    • Fig. 5: Magnesium instrument panel for the Rolls-Royce Phantom: casting in the die 43 (ロールスロイス ファントム用マグネシウム製インストルメントパネル：ダイカスト)
    • Fig. 6: Inner door frame of the Daimler-Chrysler SL Roadster Courtsey Jo Wilkens, HydroMagnesium Marketing GmbH, Brussels, Belgium
    • Fig. 7: World's first composite magnesium/aluminium crankcase for a water-cooled engine developed by BMW automated removal of the crankcase from the die casting maschine 43 (BMWが開発した水冷エンジン用世界初の複合マグネシウム/アルミニウムクランクケース)
    • Fig. 8: Currently used magnesium and prediction of potential use of magnesium in VW/Audi vehicles 11 (現在VW/Audi車で使用されているマグネシウムと潜在的な使用予測)
Fig. 4 : Robotic friction stir welding of an AM60 component
Fig. 4 : Robotic friction stir welding of an AM60 component
Fig. 5 : Magnesium instrument panel for the Rolls-Royce Phantom: casting in the die
Fig. 5 : Magnesium instrument panel for the Rolls-Royce Phantom: casting in the die

6. 結論および考察:

  • 主要な結果の要約: マグネシウム合金は、軽量化と燃料効率向上、排ガス削減の要求の高まりにより、自動車産業においてますます重要な材料となっています。合金開発、鋳造技術、接合技術、表面処理技術の進歩は、マグネシウムの応用分野を拡大しています。
  • 研究の学術的意義: 本研究は、自動車産業におけるマグネシウム合金の現在の技術水準と将来の可能性に関する包括的な概要を提供し、関連研究分野の知識基盤を拡張します。
  • 実務的な示唆: 本研究は、自動車メーカーおよび部品サプライヤーに対し、マグネシウム合金の応用に関する技術情報と開発の方向性を示唆し、軽量自動車部品の開発および生産戦略の策定に貢献することができます。
  • 研究の限界: 本研究は、特定の実験データ分析ではなく、既存の文献や技術資料に基づいた概要研究であるため、特定の応用分野に関する詳細な分析と検証は不足している可能性があります。

7. 今後の後続研究:

  • 今後の研究は、以下の領域に焦点を当てることができます。
    • 高温で優れた機械的特性を維持する新しいマグネシウム合金の開発
    • より向上した耐食性と耐摩耗性を提供する表面処理技術の開発
    • マグネシウム部品の生産コスト削減とリサイクル技術の開発
    • 様々な接合技術の最適化と信頼性評価
    • マグネシウム圧延材および押出材の成形性向上技術の開発
    • 自動車車体構造部品およびパワートレイン部品へのマグネシウム合金の応用拡大研究

8. 参考文献:

  1. Int. Magnesium Association: (annual Report 2001)
  2. Kammer C, in: C. Kammer (ed.): Magnesium Taschenbuch (Aluminium-Verlag, Germany 2001), p. 1
  3. Light Metals News, No. 47.03, 23.11.03, PP.2-4
  4. Polmear I J, in: M.M. Avedesian and H. Baker (ed.): Magnesium and Magnesium Alloys (ASM International, USA 1999), p. 3
  5. http://www.automotive-online.com, Automotive Online News and Information, Magnesium in automotive manufacturing – 05/07/2002 and Homepage www.magnesium.com
  6. Company report, 1909-1939 - 30 Jahre Elektron und neuere Leichtmetallegierungen der I.G. Farbenindustrie Aktiengesellschaft, I.G. Farbenindustrie Aktiengesellschaft Abt. Elektronmetall Bitterfeld, 1939
  7. Eigenfeld K., Gießerei-Rundschau, 43 (1996) 15
  8. Beck A, Magnesium und seine Legierungen, Springer Verlag, Berlin 1939
  9. Bolstad J A, dt. Verband für Materialforschung und – prüfung, Korrosion an Fahrzeugen, DVM-Tag, (1995), PP.319-324
  10. Schnell R, Hönes R and Käumle F, dt. Verband für Materialforschung und –prüfung, Korrosion an Fahrzeugen, DVM-Tag, (1995) PP.175-190
  11. Friedrich H and Schumann S, Mat.wiss. u. Werkstofftechn., 32 (2001) 6
  12. Bakke P and Westengen H, Proceedings of the 6th International Conference Magnesium Alloys and Their Applications, Ed. K.U. Kainer, Wiley-VCH, (2003) PP31-36
  13. Bronfin B, Aghion E, von Buch F, Schumann S and Friedrich H, Proceedings of the 6th International Conference Magnesium Alloys and Their Applications, Ed. K.U. Kainer, Wiley-VCH, (2003) PP 55-61.
  14. Pekguleryuz M O and Kaya A A, Proceedings of the 6th International Conference Magnesium Alloys and Their Applications, Ed. K.U. Kainer, Wiley-VCH, (2003), PP.74-93
  15. Vert P, Niu X P, Aghion E and Stickler A, Proceedings of the 6th International Conference Magnesium Alloys and Their Applications, Ed. K.U. Kainer, Wiley-VCH, (2003), PP.943-948
  16. Moll F, Mekkaoui M, Schumann S and Friedrich H, Proceedings of the 6th International Conference Magnesium Alloys and Their Applications, Ed. K.U. Kainer, Wiley-VCH, (2003), PP.936-942
  17. Gradinger R, Brandecker, Kilian H and Wahlen A, Proceedings of the 6th International Conference Magnesium Alloys and Their Applications, Ed. K.U. Kainer, Wiley-VCH, (2003), PP.313-317
  18. Stalmann A, Sebastian W, Friedrich H, Schuhmann S and Dröder K, Advanced Engineering Materials, 3 (2001) 969
  19. Homepage Universität Dortmund, Lehrstuhl für Umformtechnik, http://www.lfu.mb.uni-dortmund.de
  20. Weissert W, Mat.-wiss. U. Werkstofftechn, 32 (2001) 81
  21. Budde L, Fügeverfahren zur Realisierung von innovativen Leichtbaukonzepten, (1999), PP225-238
  22. Kötting G, Mechanisches Fügen und Kleben. 7. Paderborner Symposium Fügetechnik, (2000) PP 147- 164
  23. Doege E, Dröder K and Elend L-E, Fortschritte mit Magnesium im Automobilbau, (2000) PP.123-141
  24. Draugelates U, Schram A and Kettler Ch: Prozessführung und Gestaltungskonzepte für das Fügen komplexer Bauteile (manufacturing report SFB 390, Germany 1998)
  25. Busk R S, Magnesium Products Design, Marcel Dekker, NY, 1987
  26. Murray R W and Hillis J E, Magnesium Finishing - Chemical Treatment and Coating Practices, SAE Technical Paper No. 900791, Detroit, 1990
  27. Schreckenberger H, Korrosion und Korrosionsschutz von Magnesiumwerkstoffen für den Automobilbau – Korrosion und Korrosionsschutz von Magnesiumwerkstoffen für den Automobilbau – Problematik der Kontaktkorrosion, Fortschr.-Ber. VDI Reihe 5, Nr. 613, VDI Verlag, Düsseldorf, 2001
  28. Schreckenberger H and Laudien G, Fortschritte mit Magnesium im Automobilbau, Bad Nauheim, (2000), PP.41-50
  29. Walter M, Proceedings of the 6th International Conference Magnesium Alloys and Their Applications, Ed. K.U. Kainer, Wiley-VCH, (2003), PP.529-533
  30. Hillis J E, Proc. of 40th Annual Conf. of Metallurgists of CIM, (2001), PP.3-26
  31. Wilkes S, Materials World, December 2003, PP.18-19
  32. Gregg P, Proceedings of the 6th International Conference Magnesium Alloys and Their Applications, Ed. K.U. Kainer, Wiley-VCH, (2003), PP.524-528
  33. Hydro Magnesium Firmenschrift: Korrosionsschutz und Oberflächenbehandlung von Magnesiumlegierungen
  34. Reinhold B and Brettmann M, Metalloberfläche, 54 (2000) 26
  35. Reinhold B, Klose S G and Strobl C, Materials and Corrosion, 50 (1999) 517
  36. Boese E, Göllner J, Heyn A, Strunz J, Chr. Baierl and H. Schreckenberger, Materials and Corrosion, 52 (2001)247
  37. Skar J I and Albright D, Magnesium Technology 2002, TMS, (2002) PP. 255-261
  38. Lehmkuhl H, Mehler K, Reinhold B, Bongard H and Tesche B, Advanced Engineering Materials, 3 (2001) 412
  39. Skar J I, Materials and Corrosion, 50 (1999)2
  40. Schultz R A and Haupricht W J, Light Metals Age, 2 (1999)108
  41. Luo A A, JOM, 2 (2002)42
  42. Vasilash G S, Almost famous: magnesium, automotive design & production, http://www.autofieldguide.com
  43. BMW Group Press, 7/2003, PP.10-15
  44. Vollrath K, Konstruktion, 11/12 (2003), IW3-IW4

9. 著作権表示:

本資料は、C. Blawert, N. Hort, K.U. Kainerの論文「AUTOMOTIVE APPLICATIONS OF MAGNESIUM AND ITS ALLOYS (自動車産業におけるマグネシウムおよびその合金の応用)」に基づいて作成されました。
論文出典: Trans. Indian Inst. Met., Vol.57, No. 4, August 2004, pp. 397-408
本資料は上記の論文に基づいて要約作成されており、商業目的での無断使用は禁止されています。
Copyright © 2025 CASTMAN. All rights reserved.

AUTOMOTIVE APPLICATIONS OF MAGNESIUM AND ITS ALLOYSDownload
Tags: A380; ,Applications; ,CAD; ,Die casting; ,Efficiency; ,High pressure die casting; ,Magnesium alloys; ,Review; ,STEP; ,금형; ,자동차; ,자동차 산업; ,해석