Ｔｉ粒子分散鎂基復合材料及其制造方法技術(shù)

一種Ｔｉ粒子分散鎂基復合材料，是鈦粒子均勻分散于鎂基質(zhì)中的復合材料。構(gòu)成基質(zhì)的鎂和鈦粒子，其界面中不會存在鈦氧化物，發(fā)揮良好的浸潤性而結(jié)合，具有２３０ＭＰａ以上的拉伸強度。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種鎂合金，尤其涉及通過提高強度和延展性雙方而能夠應(yīng)用于家 電制品、汽車用部件、航空機用部件等廣泛領(lǐng)域的分散有鈦(Ti)粒子的鎂基復合材料及 其制造方法。
技術(shù)介紹
鎂(Mg)在工業(yè)用金屬材料中的比重最小，因此被期待應(yīng)用于輕量化需求強的二 輪車、汽車、航空機等的部件或部材。但是由于與鋼鐵材料或鋁合金等現(xiàn)有工業(yè)用材料 相比，其強度并不充分，因而鎂合金的利用受到限制是現(xiàn)狀。為了解決這樣的課題，作為第二相分散有與鎂相比具有高強度和高硬度特性的 粒子或纖維等的復合材料的開發(fā)正在被推進。作為分散的有效的第二相，可以考慮鈦 (Ti)。 比較剛性，Mg為45GPa，Ti為105GPa，比較硬度，Mg為35 45Hv(維氏硬 度)，Ti為110 120Hv。因此，通過將鈦粒子分散于鎂基質(zhì)中，能夠期待提高鎂基復 合材料的強度以及硬度的效果。另外，現(xiàn)有的復合材料中，氧化物、碳化物、氮化物等陶瓷類粒子或陶瓷類纖 維的分散是主流。這些粒子或纖維雖然都具有高剛性以及硬度，卻缺乏延展性，其分散 于鎂合金時會降低復合材料自身的延展性(例如，斷裂伸度)。相對于此，鈦是金屬，其 自身的延展性優(yōu)良，因此將鈦粒子添加·分散于鎂時不會產(chǎn)生降低復合材料的延展性的 問題。另一方面，鎂存在著耐腐蝕性差的問題。這是由于鎂具有不良特性，例如，其 標準電極電位Es(設(shè)氫H為零V)很小，為-2.356V。在這樣的鎂中，例如如果含有少量 的鐵(Fe Es =-0.44V)或銅(Cu Es =+0.34V)，Mg-Fe以及Mg-Cu之間的電位差會 引發(fā)電蝕現(xiàn)象。相對于此，鈦的標準電極電位為-1.75V，與向鎂添加的元素鋁(Al Es = -1.676V)相比，其與鎂之間的電位差更小。即，可以說鈦分散于鎂，對腐蝕現(xiàn)象的影 響很小。由上認為，作為向鎂基質(zhì)中的分散強化材料，使用鈦粒子是有效的。至今為止報告的有關(guān)分散有Ti粒子的鎂復合材料的技術(shù)，例如有，非專利文獻 1 日本金屬學會講演概要(2008年3月26日)p.355、No.464(片岡、北園Ti粒子分散 Mg基複合材料O機械的特性微細組織O影響)；非專利文獻2:輕金屬學會講 演概要(2008年5月11日)ρ.13、No.7(北園、片岡、駒津ι ^本*々Λ Θ機械的特性二及比才千夕 >粒子添加O影響)；非專利文獻3:粉體粉末冶金講演概要集(2007年6 月6日)ρ.148、No.2-51A(模并、藤田、大原、五十嵐/O夕乂力二力卟口 4 >夕‘法 (二 J 3 ^ 7 + *々Λ複合材料Q開発)；非專利文獻4:粉體以及粉末冶金、第55卷、 第4號(2008)、ρ.244(模并、藤田、本江、大原、五十嵐、近藤A &夕J力二力& 了 口 4 y夕’法I: J 3 7 7才、ν勺A複合材料Θ開発)；非專利文獻5 輕金屬、第54卷、 第11號(2004)、ρ.522 526(佐藤、渡邊、三浦、三浦遠心力固相法(二 i 3 f夕 >粒子分散^ ^ 勺A基傾斜機能材料O開発)等。非專利文獻1以及非專利文獻2中公開了，在純鎂板的表面散布純鈦粒子并在其 上面放置純鎂板，在此狀態(tài)下通過加熱以及加壓，制作鈦粒子被純鎂板夾持狀態(tài)的復合 材料，進一步，通過重疊該復合材料進行加熱以及加壓，制作鈦粒子排列于板的平面方 向的分散有鈦粒子的鎂基復合材料。非專利文獻3以及非專利文獻4中公開了，混合鎂合金粉末和純鈦粉末，在將其 填充于模具內(nèi)的狀態(tài)下連續(xù)施加強塑性加工后，通過實施熱擠壓加工，制作Ti粒子分散 鎂基復合材料。上述非專利文獻1 4中，均將加熱溫度設(shè)為充分低于鎂的熔點的溫度，在未熔 融的完全固相溫度區(qū)域中制作復合材料。在關(guān)于各復合材料的拉伸試驗的結(jié)果中，與未 添加Ti粒子的材料相比雖然確認了約5 10%的強度增加，但是延展性(斷裂伸度)降 低了約20 30%。認為，這是由于鎂與鈦不形成化合物，二者的接合界面強度不充分， 因而強度提高不充分，相反的，界面成為應(yīng)力集中部而產(chǎn)生了延展性降低。如上，在分散有鈦粒子的鎂基復合材料中，為了顯著提高強度和延展性雙方， 有必要提高Mg-Ti界面的密著性。非專利文獻5中公開了，向含有作為固相存在的鈦粒子的鎂或鎂合金(AZ91D) 的熔湯中施加離心力，會產(chǎn)生起因于分散粒子與熔湯的密度差的離心力的差，利用由于 離心力的差而產(chǎn)生的移動速度差控制成分傾斜的制造方法。由于鈦的比重是鎂的比重的 2倍以上，所以通過非專利文獻5中公開的離心力固相法，難以使鈦粒子均勻分散于鎂或 鎂合金的熔湯中。實際上，該文獻中記載有“得知，通過該手法難以使鈦粒子分散”。 并且該文獻中記載有，將鈦粒子投入含有鋁的鎂合金(AZ91D)的熔湯中以應(yīng)用離心力 固相法時，鈦粒子凝集部的鋁濃度非常高，以及，鈦粒子的外周部還存在鋁固熔了的區(qū) 域。作為其理由，該文獻中記載有“高鋁濃度的初期熔液由于毛細管現(xiàn)象滲透至鈦粒子 間，有可能參與其凝集·燒結(jié)。由此明確了，將離心力固相法應(yīng)用于含有鋁的AZ91D 合金時，從熔液成分的方面考慮存在問題”。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)就是為了解決上述課題，其目的在于，通過將鈦粒子均勻分散于鎂基質(zhì) 中的同時提高鈦與鎂的界面密著性，提供具有優(yōu)良強度的Ti粒子分散鎂基復合材料。本專利技術(shù)的Ti粒子分散鎂基復合材料，是鈦粒子均勻分散于鎂基質(zhì)中的復合材 料。其特征在于，構(gòu)成基質(zhì)的鎂和鈦粒子在其界面不會存在鈦氧化物地發(fā)揮良好的浸潤 性而結(jié)合，以及鎂基復合材料具有230MPa以上的拉伸強度。根據(jù)本專利技術(shù)，正是由于適量的鈦粒子在鎂基質(zhì)中發(fā)揮良好的浸潤性而均勻分 散，才得到具有230MPa以上的高拉伸強度的鎂基復合材料。本專利技術(shù)的一個實施方式，是為了提供用于制造所述Ti粒子分散鎂基復合材料的 粉末。該粉末，通過對鈦粒子均勻分散于鎂基質(zhì)中的鑄造材進行機械加工使其成為粉末 而得到。本專利技術(shù)的另一個實施方式的粉末，是用于制造所述的Ti粒子分散鎂基復合材料 的粉末，其通過霧化法使均勻分散有鈦粒子的鎂熔湯凝固為粉末而得到。本專利技術(shù)的Ti粒子分散鎂基復合材料的制造方法具備將鈦粒子投入鎂的熔湯 中的工序；攪拌所述熔湯，使所述鈦粒子均勻分散于所述熔湯內(nèi)的工序；使所述熔湯凝 固，得到鎂基質(zhì)中均勻分散有所述鈦粒子的復合坯料的工序；以及對所述復合坯料實施 熱塑性加工，得到拉伸強度為230MPa以上的鎂基復合材料的工序。在一個實施方式中，得到所述復合坯料的工序包括使所述熔湯凝固，得到鎂 基質(zhì)中均勻分散有所述鈦粒子的鑄造材的步驟；對所述鑄造材實施機械加工使其成為粉 末狀的步驟；以及壓粉固化所述粉末得到壓粉成形體的步驟。在另一個實施方式中，得到所述復合坯料的工序包括通過霧化法使所述熔湯 凝固為粉末狀的步驟，以及壓粉固化所述粉末得到壓粉成形體的步驟。在其他情況下，本專利技術(shù)的Ti粒子分散鎂基復合材料的制造方法具備混合鎂粉 末和鈦粒子的工序；將所述混合粉末保持為高于鎂粉末的液相產(chǎn)生溫度的溫度的工序； 燒結(jié)固化保持為所述高溫度的混合粉末的工序；以及對所述燒結(jié)固化體實施熱塑性加 工，得到拉伸強度為230MPa以上的鎂基復合材料的工序。 關(guān)于上述記載的本專利技術(shù)構(gòu)成的技術(shù)性意義和作用效果，通過以下進行詳細說明。附圖說明是為了評價純鎂與純鈦的浸潤本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種Ｔｉ粒子分散鎂基復合材料，其是使鈦粒子均勻分散于鎂基質(zhì)中了的Ｔｉ粒子分散鎂基復合材料，其特征在于，構(gòu)成基質(zhì)的鎂和鈦粒子在其界面沒有隔著鈦氧化物，發(fā)揮良好的浸潤性而結(jié)合，具有２３０ＭＰａ以上的拉伸強度。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：近藤勝義，金子貫太，
申請(專利權(quán))人：近藤勝義，株式會社栗本鐵工所，
類型：發(fā)明
國別省市：JP