[发明专利]镁基合金延展材料及其制造方法

说明书

本发明提供一种延展性或成型性、以及对破坏的抵抗能力有所提高的Mg基合金延展材料。添加元素彼此之间结合，容易形成金属间化合物，有可能成为破坏起点。找到了在维持使Mg基合金延展材料的非底面位错运动活性化的微细组织结构的同时，使用廉价且具通用性的元素而不会成为破坏的起点、且具有促进晶界滑动的作用的添加元素。一种Mg基合金延展材料，其特征在于：包含Zr、Bi、Sn中的一种以上和Al、Zn、Ca、Li、Y、Gd中的一种以上，余量为Mg和不可避免的成分，母材的平均晶粒尺寸为20μm以下，并且，在上述延展材料的通过拉伸·压缩试验得到的应力应变曲线图中，分别显示最大负荷应力(σ_max)与断裂时应力(σ_bk)的关系、(σ_max－σ_bk)/σ_max的值为0.2以上，对破坏的阻力显示为100kJ以上，在室温变形中Mg母相的晶粒尺寸发生微细化。

技术领域

在本发明的实施例中，涉及一种室温延展性优异的微细晶粒的镁(Mg)基合金延展材料及其制造方法，所述镁基合金延展材料添加有锰(Mn)、锆(Zr)、铋(Bi)、锡(Sn)这四种元素中的1种以上和铝(Al)、锌(Zn)、钙(Ca)、锂(Li)、钇(Y)、钆(Gd)这六种元素中的1种以上(其中，包含锰(Mn)和铝(Al)的组合(以下称作“Mn－Al组合”，关于其他元素的组合也同样表示。)、Mn－Zn组合、Mn－Ca组合、Mn－Li组合和Mn－Y组合除外。)。更详细而言，涉及一种Mg基合金延展材料及其制造方法，所述Mg基合金延展材料的特征在于：不以上述以外的元素作为合金添加元素。

背景技术

Mg合金作为下一代的轻量金属材料而受到关注。然而，由于Mg金属晶体结构为六方晶系，所以底面滑动与柱面所代表的非底面滑动的临界分切应力(CRSS)之差在室温附近非常大。因此，与Al和铁(Fe)等其他金属延展材料相比缺乏延展性，难以在室温下进行塑性变形加工。

为了解决这些问题，经常采用的是添加稀土元素进行合金化。例如，在专利文献1、2中，添加以Y或铈(Ce)、镧(La)为代表的稀土元素，谋求塑性变形能力的改善。这是由于，稀土元素具有以下作用：降低非底面的CRSS、即缩小底面与非底面的CRSS之差，使非底面的位错滑动运动容易进行。然而，由于原材料的价格高涨，从经济角度考虑，要求替代稀土元素。

另一方面，还指出了：在Mg的晶界附近，用于使变形继续而需要的复杂应力、即晶界协调应力(compatibility stress)起作用，发生非底面滑动(非专利文献1)。因此，提倡导入大量的晶界(晶粒微细化)对改善延展性有效。

在专利文献3中，公开了一种强度特性优异的微细晶粒Mg合金，其中含有微量的作为稀土元素或通用元素的Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Dr、Tm、Yb、Lu中的一种元素，且晶粒微细化。该合金的高强度化以这些溶质元素在晶界偏析作为主要原因。另一方面，在微细晶粒Mg合金中由晶界协调应力的作用引起的非底面的位错滑动运动活性化。

然而，关于具有补全塑性变形的作用的晶界滑动，由于在这些合金中所有的添加元素均具有抑制晶界滑动的体现的作用，所以晶界滑动几乎不会对变形起作用。因此，这些合金在室温下的延展性与以往的Mg合金为同等水平，要求进一步改善延展性。即，需要探索在维持晶界协调应力起作用的微细组织结构的同时不会抑制晶界滑动的体现的溶质元素。