Ｔｉ粒子分散镁基复合材料及其制造方法技术

Ｔｉ粒子分散镁基复合材料是在镁基质中使钛粒子均匀分散的复合材料，其中，在分散于镁合金基质中的钛粒子与基质之间的界面具有钛－铝化合物层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种镁合金，尤其涉及通过提高强度和延展性双方而能够应用于家 电制品、汽车用部件、航空机用部件等广泛领域的钛(Ti)粒子分散镁基复合材料及其制 造方法。
技术介绍
镁(Mg)在工业用金属材料中的比重最小，因此被期待应用于轻量化需求强的二 轮车、汽车、航空机等的部件或部材。但是由于与钢铁材料或铝合金等现有工业用材料 相比，其强度并不充分，因而镁合金的利用受到限制是现状。为了解决这样的课题，作为第二相分散有与镁相比具有高强度和高硬度特性 的粒子或纤维等的复合材料的开发正在被推进。作为分散的有效第二相，可以考虑钛 (Ti)。 比较刚性，Mg为45GPa，Ti为105GPa，比较硬度，Mg为35 45Hv(维氏硬 度)，Ti为110 120Hv。因此，通过将钛粒子分散于镁基质中，能够期待提高镁基复 合材料的强度以及硬度的效果。另外，现有的复合材料中，氧化物、碳化物、氮化物等陶瓷类粒子或陶瓷类纤 维的分散是主流。这些粒子或纤维虽然都具有高刚性以及硬度，却缺乏延展性，其分散 于镁合金时会降低复合材料自身的延展性(例如，断裂伸度)。相对于此，钛是金属，其 自身的延展性优良，因此将钛粒子添加·分散于镁时不会产生降低复合材料的延展性的 问题。另一方面，镁存在着耐腐蚀性差的问题。这是由于镁具有不良特性，例如，其 标准电极电位Es(设氢H为零V)很小，为-2.356V。在这样的镁中，例如如果含有少量 的铁(Fe Es = -0.44V)或铜(Cu Es = +0.34V)，Mg-Fe以及Mg-Cu之间的电位差会 引发电蚀现象。相对于此，钛的标准电极电位为-1.75V，与作为向镁添加的元素铝(Al: Es = _1.676V)相比，其与镁之间的电位差更小。即，可以说钛分散于镁，对腐蚀现象的 影响很小。由上认为，作为向镁基质中的分散强化材料，使用钛粒子是有效的。至今为止报告的有关Ti粒子分散镁复合材料的技术，例如有，非专利文献1: 日本金属学会讲演概要(2008年3月26日)p.355、No.464(片岡、北藺Ti粒子分散Mg 基複合材料O機械的特性1二及『+微細組織O影響)；非专利文献2:轻金属学会讲演概 要(2008年5月11日)ρ.13、No.7(北藺、片岡、駒津ι ^ P" 機械的特性(二及 ff t ★夕 >粒子添加O影響)；非专利文献3 粉体粉末冶金讲演概要集(2007年6月6 日)ρ.148、No.2-51A(模並、藤田、大原、五十嵐/O夕乂力二力卟7 口 4 >夕‘法(二 J:易^ 7才、*々Λ複合材料ο開発)；非专利文献4:粉体以及粉末冶金、第55卷、第4 号(2008)、ρ.244(模並、藤田、本江、大原、五十嵐、近藤广卟夕乂力二力卟7 口 ^複合材料Q開発)；非专利文献5:轻金属、第54卷、第11 号(2004)、p.522 526(佐藤、渡辺、三浦、三浦速心力固相法(二 J W夕 > 粒子分散^ ^f ^ ν々A基傾斜機能材料CO開発)等。非专利文献1以及非专利文献2中公开了，在纯镁板的表面散布纯钛粒子并在其 上面放置纯镁板，在此状态下通过加热以及加压，制作钛粒子被纯镁板夹持状态的复合 材料，进一步，通过重叠该复合材料进行加热以及加压，制作钛粒子排列于板的平面方 向的钛粒子分散镁基复合材料。非专利文献3以及非专利文献4中公开了，混合镁合金粉末和纯钛粉末，在将其 填充于模具内的状态下连续施加强塑性加工后，通过实施热挤压加工，制作Ti粒子分散 镁基复合材料。上述非专利文献1 4中，均将加热温度设为充分低于镁的熔点的温度，在未熔 融的完全固相温度区域中制作复合材料。在关于各复合材料的拉伸试验的结果中，与未 添加Ti粒子的材料相比虽然确认了约5 10%的强度增加，但是延展性(断裂伸度)降 低了约20 30%。认为，这是由于镁与钛不形成化合物，二者的接合界面强度不充分， 因而强度提高不充分，相反的，界面成为应力集中部而产生了延展性降低。如上，在钛粒子分散镁基复合材料中，为了显著提高强度和延展性双方，有必 要提高Mg-Ti界面的密着性。非专利文献5中公开了以下的制造方法，S卩，向含有作为固相存在的钛粒子的 镁或镁合金(AZ91D)的熔汤中施加离心力，会产生起因于分散粒子与熔汤的密度差的离 心力的差，利用由于离心力的差而产生的移动速度差控制成分倾斜的制造方法。由于钛 的比重是镁的比重的2倍以上，所以通过非专利文献5中公开的离心力固相法，难以使 钛粒子均勻分散于镁或镁合金的熔汤中。实际上，该文献中记载有“可知，通过该手 法难以使钛粒子分散”的内容。并且该文献中记载有，将钛粒子投入含有铝的镁合金 (AZ91D)的熔汤中以应用离心力固相法时，钛粒子凝集部的铝浓度非常高，以及，钛粒 子的外周部还存在铝固熔了的区域。作为其理由，该文献中记载有“高铝浓度的初期熔 液由于毛细管现象渗透至钛粒子间，有可能参与其凝集 烧结。由此明确了，将离心力 固相法应用于含有铝的AZ91D合金时，从熔液成分的方面考虑存在问题”。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决上述课题，其目的在于，通过将钛粒子均勻分散于镁基质 中的同时提高钛与镁的界面密着性，提供具有优良强度的Ti粒子分散镁基复合材料。本专利技术的Ti粒子分散镁基复合材料是使钛粒子均勻分散到了镁基质中的复合材 料，其中，在分散于镁合金基质中的钛粒子与基质之间的界面，具有钛_铝化合物层。在一实施方式中，该Ti粒子分散镁基复合材料通过使含有镁、铝和钛粒子的熔 汤凝固而得到铸造材，再对该铸造材进行热塑性加工而得。在另一实施方式中，该Ti粒子分散镁基复合材料是通过对使含有镁、铝和钛粒 子的熔汤凝固而得的铸造材进行机械加工以使其成为粉末而得。在又一实施方式中，该Ti粒子分散镁基复合材料是通过雾化法使含有镁、铝和 钛粒子的熔汤凝固成粉末状后的粉体。在又一实施方式中，该Ti粒子分散镁基复合材料是含有铝的镁合金粉末与钛粒 子的混合粉末的烧结固化体。此时，也可以通过对烧结固化体施以热塑性加工从而得到Ti粒子分散镁基复合材料。另一方面，本专利技术的Ti粒子分散镁基复合材料的制造方法具有将钛粒子投入 到含有镁和铝的熔汤中的工序；搅拌熔汤，使所述钛粒子均勻分散于熔汤内的工序；使 熔汤凝固，得到在镁基质与分散于基质中的钛粒子之间的界面具有钛-铝化合物层的复 合材料的工序。在一实施方式中，得到复合材料的工序包括使熔汤凝固，得到在镁基质与分 散于基质中的钛粒子之间的界面存在钛-铝化合物层的铸造材的步骤，以及对铸造材施 加热塑性加工的步骤。在另一实施方式中，得到复合材料的工序包括使熔汤凝固，得到在镁基质与 分散于基质中的钛粒子之间的界面存在钛-铝化合物层的铸造材的步骤，以及对铸造材 施以机械加工成为粉末状的步骤。在另一实施方式中，得到复合材料的工序包括通过雾化法使熔汤凝固成粉末状 的步骤。另一方面，本专利技术的Ti粒子分散镁基复合材料的制造方法具有将含有铝的镁 合金粉末与钛粒子混合的工序；将混合粉末保持在较镁合金粉末的液相发生温度更高的 温度进行烧结固化，在钛粒子与镁基质之间的界面形成钛_铝化合物层的工序。在一实施方式的制造方法中，具备对烧结体施加热塑性加工的工序。关于上述记载的本专利技术构成的技术性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｔｉ粒子分散镁基复合材料，其是使钛粒子均匀分散于镁基质中了的Ｔｉ粒子分散镁基复合材料，其特征在于，在分散于所述镁合金基质中的所述钛粒子和基质之间的界面，具有钛－铝化合物层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤胜义，金子贯太，
申请(专利权)人：近藤胜义，株式会社栗本铁工所，
类型：发明
国别省市：JP