[发明专利]复合金属材料的制造方法以及复合金属成形品的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及含有纳米碳材料的复合金属材料的制造方法以及复合金属成形品的制造方法。

背景技术

通过将单层纳米碳管、多层纳米碳管、纳米碳纤维、以及富勒烯等的纳米尺寸的碳材料(以下，称为纳米碳材料)与金属合金混合，可以得到复合金属材料。一般认为，复合金属材料与单纯的金属合金相比，能够提高机械特性和热特性。

但是，纳米碳材料对金属合金的湿润性较差，所以即使将纳米碳材料与金属合金简单地搅拌，两种材料也会分离。一旦分离，则不能得到具有所期望的机械特性和热特性的复合金属材料。阻止分离的技术在例如特开2004-136363号公报中已经首先提出。

特开2004-136363号公报的权利要求1中公开了下述发明：一种纳米碳材料与低熔点金属材料的复合成形方法，其特征在于，将熔融的低熔点金属材料冷却到液相和固相共存而具有触变性状的半熔融状态，在该状态下将低熔点金属材料与纳米碳材料混合以制成复合材料，采用具备加热装置的金属成形机将该复合材料保持着触变性状向模具中注射充填，由该模具成形复合金属部件。

即，由于在固液共存状态的金属合金中混合纳米碳材料，因此纳米碳材料的移动受到限制。由于移动被限制，所以不必担心纳米碳材料的上浮或沉淀，能够力求分散性的改善。

但是，金属合金并不是与纳米碳材料密合在一起。对复合金属材料反复施加荷重时，在金属合金和纳米碳材料之间有可能产生间隙。一旦产生间隙，则机械特性和热特性降低。

作为其对策，希望进一步改善湿润性，这是因为如果湿润性良好，则能够使金属合金与纳米碳材料密合在一起。

作为进一步改善湿润性的技术，例如在特开2004-176244号公报中已经提出。

在特开2004-176244号公报中，添加到金属基体中的纳碳米材料的特征在于：进行石墨化处理。

为了验证特开2004-176244号公报的技术，本发明者等进行了将经过石墨化处理的纳米碳材料与金属合金混合以获得复合金属成形品的实验。实验的条件以及结果如下所述。

材料：

·金属合金：ASTM AZ91D(镁合金压铸件JIS H 5303 MDC1D的相当产品)。该AZ91D规定的材料的组成为：Al为约9质量％、Zn为1质量％、余量为少量的元素、不可避免的杂质以及Mg。

·纳米碳材料：石墨化纳米碳材料

·混合比例：如下表所示

搅拌：用搅拌机搅拌3～5小时

注射成形：

·模具模腔的尺寸：JIS 5号样片(长65mm×宽27mm×厚3mm)

·注射机的种类：金属成形机

·注射压力：20MPa

·熔融温度：590～600℃

·注射速度：1.5m/s

拉伸试验机：

岛津制作所制造的试验机(AUTOGRAPH AG-250KNIS)

由拉伸试验机得到的拉伸屈服强度(在JIS K7113中定义为“在载荷-伸长率曲线上可以确认到载荷不增加而伸长率增加的最初的点的拉伸应力”)示于表1.

表1

试样1，只用AZ91D(镁合金)制作试验片，拉伸屈服强度为190MPa。

试样2，在99.9质量％的AZ91D(镁合金)中混合0.1质量％的纳米碳材料并制作试验片，拉伸屈服强度为190.2MPa。

试样3、4，在99.5质量％和99.0质量％的AZ91D(镁合金)中混合0.5质量％和1.0质量％的纳米碳材料并制作试验片，拉伸屈服强度为191MPa和192MPa。

试样5，在98.5％质量的AZ91D(镁合金)中混合1.5质量％的纳米碳材料并制作试验片，拉伸屈服强度为206MPa。

试样6、7，在98.3质量％和98.0质量％的AZ91D(镁合金)中混合1.7质量％和2.0质量％的纳米碳材料并制作试验片，拉伸屈服强度为198MPa和192MPa。

以试样1得到的拉伸屈服强度(198MPa)为基准。由于是为了提高强度而添加纳米碳材料以进行复合化，所以强度提高可期待至少增加5％，优选增加10％以上。190MPa(试样1)的1.05倍是200MPa，190MPa(试样1)的1.1倍是210MPa。

结果，试样2～4以及试样6和7为不足200MPa。试样5尽管超过200MPa，但不足210MPa。

另外，纳米碳材料是极其昂贵的材料。