[发明专利]Ti粒子分散镁基复合材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金，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。

背景技术

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、北薗：Ti粒子分散Mg基複合材料の機械的特性に及ぼす微細組織の影響)；非专利文献2：轻金属学会讲演概要(2008年5月11日)p.13、No.7(北薗、片岡、駒津：マグネシウムの機械的特性に及ぼすチタン粒子添加の影響)；非专利文献3：粉体粉末冶金讲演概要集(2007年6月6日)p.148、No.2-51A(榎並、藤田、大原、五十嵐：バルクメカニカルアロイング法によるマグネシウム複合材料の開発)；非专利文献4：粉体以及粉末冶金、第55卷、第4号(2008)、p.244(榎並、藤田、本江、大原、五十嵐、近藤：バルクメカニカルアロイング法によるマグネシウム複合材料の開発)；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：速心力固相法によるチタン粒子分散マグネシウム基傾斜機能材料の開発)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。