DE102008001986B4 - Moldings of a magnesium-containing composite material and process for its preparation - Google Patents

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Abstract

Formkörper aus einem magnesiumhaltigen Verbundwerkstoff, bestehend aus einer Matrix aus Partikeln aus Magnesium und/oder aus einer Magnesiumlegierung mit 5 bis 80 Vol.-% darin fein verteilten Partikeln aus Al60Mg40.Molded body of a magnesium-containing composite material consisting of a matrix of particles of magnesium and / or of a magnesium alloy with 5 to 80% by volume of particles of Al60Mg40 finely distributed therein.

Description

Die auf das Gebiet der Materialwissenschaften bezogene Erfindung beschreibt einen Formkörper aus einem speziellen Verbundwerkstoff. Dieser Werkstoff wird auf Grund seiner vergleichsweise hohen Festigkeitseigenschaften beispielsweise häufig für Bauelemente im Bauwesen verwendet. Der Verbundwerkstoff kann auch auf verschiedenen Gebieten der Technik verwendet werden, im besonderen als Konstruktionswerkstoff im Maschinenbau, Flugzeugbau, Raketenbau, Schiffbau, Bahnbau, Kraftfahrzeugbau sowie in der pharmazeutischen Industrie und im medizinischen Gerätebau, im Bauwesen und in der Haushaltstechnik. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundwerkstoffes.The invention related to the field of materials science describes a molded article of a special composite material. For example, because of its relatively high strength properties, this material is often used for building components. The composite can also be used in various fields of engineering, in particular as a construction material in mechanical engineering, aircraft construction, rocket construction, shipbuilding, railway construction, motor vehicle construction as well as in the pharmaceutical industry and in medical device construction, in construction and in household technology. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a composite material.

Magnesium- und magnesiumreiche Legierungen haben zunehmend an wirtschaftlicher und wissenschaftlicher Bedeutung gewonnen.Magnesium and magnesium rich alloys have gained increasing economic and scientific importance.

Das Einsatzspektrum für Leichtmetall-Komponenten erweitert sich stetig. Insbesondere im Automobilbau, aber auch in vielen anderen Bereichen sind Leichtbauteile – vor allem aus Aluminium, aber auch aus Magnesium oder Titan – inzwischen Standard (Venir, ATZ/MTZ – Sonderausgabe: Werkstoffe im Automobilbau (1998–1999) 54–56; Brungs, H. u. a, ATZ/MTZ – Sonderausgabe: Werkstoffe im Automobilbau (1998–1999) 50–53).The range of applications for light metal components is constantly expanding. Especially in the automotive industry, but also in many other areas are lightweight components - especially aluminum, but also magnesium or titanium - now standard (Venir, ATZ / MTZ - Special Edition: Materials in the automotive industry (1998-1999) 54-56; Brungs, H. and Others, ATZ / MTZ - Special Edition: Materials in Automotive Engineering (1998-1999) 50-53).

Aktuelle Leichtbaukonzepte verfolgen den Einsatz von höherfesten Stählen sowie aber auch von Aluminium, Titan und Magnesium zur Gewichtsreduzierung. Es müssen jedoch besondere Maßnahmen ergriffen werden, um Werkstoffe mit den gewünschten Eigenschaften zu erreichen. So hat BMW bei den aktuellen Sechszylinder-Ottomotoren mit einem Aluminium-Magnesium-Verbundkurbelgehäuse das leichte Aluminium zum Teil durch das noch leichtere Magnesium ersetzt. Dies glänzt mit einem spezifischen Gewicht von 1,74 g/cm3 und kommt bei BMW auch beim Lenkrad, der Lenkspindel und der Sauganlage des V8-Motors zum Einsatz. Bei Porsche gibt es Räder aus Magnesium und Magnesiumverbundwerkstoffen. Auch Getriebegehäuse, Instrumenten- oder Sitzträger, sowie Tankdeckel werden bei einigen Hehrsteller aus Magnesium gefertigt (Materialica 2001).Current lightweight concepts pursue the use of higher-strength steels as well as aluminum, titanium and magnesium for weight reduction. However, special measures must be taken to achieve materials with the desired properties. For example, in the current six-cylinder gasoline engines with an aluminum-magnesium composite crankcase, BMW has partly replaced light aluminum with even lighter magnesium. This shines with a specific weight of 1.74 g / cm 3 and is also used at BMW for the steering wheel, the steering spindle and the intake system of the V8 engine. At Porsche, there are wheels made of magnesium and magnesium composites. Gearboxes, instrument or seat carriers as well as fuel caps are also made of magnesium in some of the stirrers (Materialica 2001).

Es leuchtet ein, dass Magnesium aufgrund der möglichen Gewichtsreduzierung und der dadurch erreichten Verringerung des Treibstoffverbrauchs im Luftverkehr eine wichtige Rolle gespielt (Material Processing, RWP GmbH, Rötgen). Aus diesem Grunde wurde Magnesium in der Vergangenheit nach und nach als Werkstoff eingesetzt. Das Flugzeug XP56, gebaut 1943, war ein sog. All-Magnesium Flugzeug. Ein später in den 50-er Jahren gebautes Model F-80C besaß ebenfalls viele Strukturbauteile aus Magnesium. Heutzutage ist der Anteil an Magnesium unter den in Flugzeugen verwendeten Materialien eher gering. Magnesiumlegierungen sind zurzeit in der Luftfahrt vor allem bei der Hubschrauberproduktion (z. B. Getriebegehäuse) und sehr selten bei Flugzeugen im Einsatz.It is clear that magnesium played an important role due to the possible weight reduction and the resulting reduction in fuel consumption in aviation (Material Processing, RWP GmbH, Rötgen). For this reason, magnesium has been used gradually as a material in the past. The aircraft XP56, built in 1943, was a so-called all-magnesium aircraft. A Model F-80C built later in the 1950s also had many structural components made of magnesium. Today, the proportion of magnesium among the materials used in aircraft is rather low. Magnesium alloys are currently used in aviation, especially in helicopter production (eg gearbox housing) and very rarely in aircraft.

Diese Tatsache scheint daraus zu resultieren, dass möglicherweise nicht genügend und nicht genügend an die Anwendungsfälle angepasste Magnesiumlegierungen vorhanden sind, die beispielsweise den Anforderungen der Flugzeugbauer hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Dämpfungseigenschaften, genügen. Tatsächlich sind zurzeit ca. 20 Mg-Legierungen bekannt und mehr als 99,7% der Bauteile aus Magnesium werden gegossen.This fact seems to result from the fact that there may not be enough and insufficiently adapted to the applications magnesium alloys that meet, for example, the requirements of aircraft manufacturers in terms of their mechanical properties, such as strength and damping properties. In fact, about 20 Mg alloys are currently known and more than 99.7% of magnesium components are cast.

Der Hauptanwendungsbereich für Magnesiumlegierungen ist derzeit der Automobilsektor, wie z. B. für Getriebegehäuse (leicht, gute Geräuschdämmung), Felgen, Räder, Innenausstattung und als tragende Bauteile (z. B. Smart „FOR2”). Bereits 1937 setzte VW in jedem Käfermotor 21 kg Magnesium ein. Bis 1972 stieg der Verbrauch bei VW auf 42.000 t Mg/Jahr an. Dieser Trend ist nachvollziehbar, denn Magnesium ist 35% leichter als Aluminium und 75% leichter als Stahl. Die einzelnen Automobilhersteller verwenden unterschiedliche Mengen an Mg, weltweit gilt ein Durchschnittswert von ca. 2 kg pro PKW.The main area of application for magnesium alloys is currently the automotive sector such. For example, for gearbox (light, good noise insulation), rims, wheels, interior equipment and as load-bearing components (eg Smart "FOR2"). As early as 1937, VW used 21 kg of magnesium in every beetle engine. Until 1972, consumption at VW increased to 42,000 t Mg / year. This trend is understandable, because magnesium is 35% lighter than aluminum and 75% lighter than steel. The individual car manufacturers use different amounts of Mg, worldwide, an average value of about 2 kg per car applies.

Bekannte Magnesiumlegierungskombinationen sind:

  • – Magnesium-Aluminium-Zink (AZ): – hohe Löslichkeit von Zink im System Mg-Al-Zn – homogene Mischkristalle und intermetallische Phasen, daher aushärtbar Beispiel: AZ91 (9%Al, 1%Zn), AZ60 oder AZ80, optimale Kombination von mechanischen Eigenschaften und Gießbarkeit
  • – Magnesium-Aluminium-Mangan (AM): – Umwandlung metallischer Verunreinigungen in intermetallische Phasen – Mangan bildet mit Aluminium sehr harte und unlösliche Ausscheidungen: Nachteil: Verschlechterung der Zerspanbarkeit Beispiel: AM50 (5%Al, > 1%Mn) AM60 (6%Al, > 1%Mn), gute Gieß- uns Verformbarkeit, gute Energieabsorption bei hoher, sehr gute Gießbarkeit Festigkeit
  • – Magnesium-Aluminium-Silizium (AS): – Silizium erhöht die Kriechbeständigkeit Beispiel: AS21 (2%Al, 1%Si), gute Kriecheigenschaften bis 150°C
Known magnesium alloy combinations are:
  • - Magnesium-aluminum-zinc (AZ): - high solubility of zinc in the system Mg-Al-Zn - homogeneous mixed crystals and intermetallic phases, therefore curable Example: AZ91 (9% Al, 1% Zn), AZ60 or AZ80, optimal combination of mechanical properties and castability
  • - Magnesium-Aluminum-Manganese (AM): - Conversion of metallic impurities into intermetallic phases - Manganese forms very hard and insoluble precipitates with aluminum: Disadvantage: Deterioration of machinability Example: AM50 (5% Al,> 1% Mn) AM60 (6% Al,> 1% Mn), good casting us deformability, good energy absorption at high, very good castability strength
  • - Magnesium-aluminum-silicon (AS): - Silicon increases creep resistance Example: AS21 (2% Al, 1% Si), good creep properties up to 150 ° C

Die Magnesium-Aluminium-Legierungen sind die bekanntesten kommerziellen Legierungen unter den Magnesiumbasis-Legierungen. Diese können durch vielfältige Herstellungsmethoden in den resultierenden Gleichgewichtsphasen oder Nichtgleichgewichtsphasen produziert werden, wie z. B. AZ91, AZ60 oder AZ80, AM50, AM60 oder AS21 (B. L. Mordike, u. a., Conference: Magnesium Alloys an their Applications, April 28–30, 1998, Wolfsburg, Germany, p. 199–400).The magnesium-aluminum alloys are the most popular commercial alloys among the magnesium-based alloys. These can be due to diverse manufacturing methods in the resulting equilibrium phases or non-equilibrium phases are produced, such. B. AZ91, AZ60 or AZ80, AM50, AM60 or AS21 (BL Mordike, et al., Conference: Magnesium Alloys to their Applications, April 28-30, 1998, Wolfsburg, Germany, pp. 199-400).

In den letzten Jahren hat es an Legierungen mit metastabilen Strukturen großes Interesse gegeben mit dem einen Ziel, die Anforderungen des Materials hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften zu erfüllen. Kommerzielle Magnesium-Aluminium Legierungen wie AZ91, AM60 und AM50, wo Aluminium als Legierungsbestandteil in der Größenordnung von 5 bis 9 Gew.-% neben anderen, unterschiedlichen Zusätzen enthalten ist, werden in der Industrie häufig verwendet (G. Nussbaum, P. u. a.: Scripta Matell., 23(1989) 1079–1084); C. F. Chag, u. a., Light Metalalter (1989) p. 12).In recent years, there has been great interest in alloys with metastable structures, with one aim being to meet the material's mechanical properties requirements. Commercial magnesium-aluminum alloys, such as AZ91, AM60 and AM50, where aluminum is included as an alloying ingredient on the order of 5 to 9 weight percent among other, different additives, are widely used in the industry (G. Nussbaum, P. et al. Scripta Matell., 23 (1989) 1079-1084); C.F. Chag, u. a., Light Metal Age (1989) p. 12).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Formkörpers aus einem magnesiumhaltigen Verbundwerkstoff, welcher gleichzeitig eine hohe Festigkeit und Duktilität aufweist und in der Angabe eines einfachen und preiswerten Verfahrens zu seiner Herstellung.The object of the present invention is to provide a molded article of a magnesium-containing composite material, which simultaneously has a high strength and ductility and in the statement of a simple and inexpensive process for its preparation.

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the invention specified in the claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Formkörper aus einem magnesiumhaltigen Verbundwerkstoff besteht aus einer Matrix aus Partikeln aus Magnesium und/oder einer Magnesiumlegierung mit 5 bis 80 Vol.-% darin fein verteilten Partikeln aus Al60Mg40.The molding of a magnesium-containing composite material according to the invention consists of a matrix of particles of magnesium and / or a magnesium alloy with 5 to 80% by volume of finely divided particles of Al 60 Mg 40 dispersed therein.

Vorteilhafterweise sind in der Matrix 45 bis 55 Vol.-% Partikel der β-Phase einer AlMg-Legierung enthalten.Advantageously, 45 to 55% by volume of β-phase particles of an AlMg alloy are contained in the matrix.

Weiterhin vorteilhafterweise enthält die Magnesiumlegierung als Legierungselemente Al, Mn, Si, Li oder Zn.Further advantageously, the magnesium alloy contains as alloying elements Al, Mn, Si, Li or Zn.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Partikeln aus Magnesium oder aus einer Magnesiumlegierung eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,1 μm bis 100 μm aufweisen.It is furthermore advantageous if the particles of magnesium or of a magnesium alloy have an average particle size in the range from 0.1 μm to 100 μm.

Und auch vorteilhaft ist es, wenn die Partikel aus Al60Mg40 eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,1 μm bis 100 μm aufweisen.And it is also advantageous if the particles of Al 60 Mg 40 have an average particle size in the range of 0.1 .mu.m to 100 .mu.m.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers wird aus kristallinem Al- und Mg-Pulver auf pulvermetallurgischem Wege Al60Mg40 hergestellt und diese mit kristallinem Mg-Pulver und/oder einem Magnesiumlegierungspulver als Matrixmaterial gemischt und wiederum durch pulvermetallurgische Verfahren zu einer magnesiumhaltigen Verbindung verarbeitet und diese nachfolgend zu einem Formkörper verdichtet.In the method of producing a molded article according to the present invention, Al 60 Mg 40 is prepared from crystalline Al and Mg powders by powder metallurgy and mixed with crystalline Mg powder and / or magnesium alloy powder as a matrix material, and then processed into a magnesium-containing compound by powder metallurgy methods and this subsequently compacted into a shaped body.

Vorteilhafterweise werden als Legierungselemente zur Magnesiumlegierung Al, Mn, Si, Li oder Zn zugegeben.Advantageously, Al, Mn, Si, Li or Zn are added as alloying elements to the magnesium alloy.

Auch vorteilhafterweise werden Al60Mg40 und/oder die magnesiumhaltigen Verbindung durch mechanisches Legieren hergestellt, wobei noch vorteilhafterweise das mechanische Legieren durch Mahlung mit einer Mahldauer von 20 bis 300 Stunden durchgeführt wird.Also advantageously Al 60 Mg 40 and / or the magnesium-containing compound are prepared by mechanical alloying, wherein advantageously the mechanical alloying is carried out by grinding with a grinding time of 20 to 300 hours.

Ebenfalls vorteilhafterweise wird das Mischen des kristallinen Al-Pulvers oder des Aluminiumlegierungspulvers als Matrixmaterial mit Partikeln aus Al60Mg40 mittels Mahlen durchgeführt.Also advantageously, the mixing of the crystalline Al powder or the aluminum alloy powder as a matrix material with particles of Al 60 Mg 40 is carried out by means of grinding.

Und weiterhin vorteilhafterweise wird die magnesiumhaltige Verbindung durch Heißpressen, Strangpressen oder Extrudieren zu einem Formkörper verarbeitet.And further advantageously, the magnesium-containing compound is processed by hot pressing, extrusion or extrusion to form a shaped body.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird es erstmals möglich, metastabile Strukturen in einen Verbundwerkstoff einzubringen. Dies erfolgt auf pulvermetallurgischem Wege, wobei dies sowohl für die Herstellung der β-Phase als auch für den magnesiumhaltigen Verbundwerkstoff gilt, der zu den erfindungsgemäßen Formkörpern verarbeitet wird. Vorteilhafterweise erfolgt die pulvermetallurgische Herstellung durch mechanisches Legieren.The solution according to the invention makes it possible for the first time to introduce metastable structures into a composite material. This is done by powder metallurgy, and this applies both to the production of the β-phase and to the magnesium-containing composite material which is processed into the shaped bodies according to the invention. Advantageously, the powder metallurgical production takes place by mechanical alloying.

Durch den Einbau der metastabilen Strukturen in den Verbundwerkstoff werden die Festigkeiten des Formkörpers deutlich erhöht und gleichzeitig die Duktilität für derartige Verbundwerkstoffe erhöht.By incorporating the metastable structures into the composite, the strength of the molded article is significantly increased while increasing ductility for such composites.

Zuerst wird eine β-Phase – durch Mahlen hergestellt. Diese β-Phase ist eine metastabile intermetallische Phase, die hart und spröde ist und eine sehr große Elementarzelle mit 1168 Atomen und einer kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur (hdp) aufweist. Nach dem Mahlen liegt das Pulver mit der Zusammensetzung der β-Phase zunächst als übersättigter Al(Mg)-Mischkristall mit nanokristalliner Korngröße vor. Die β-Phase lässt sich durch Glühung aus dem übersättigten Mischkristall erzeugen. Das Pulver besteht aus übersättigten Mischkristalle und/oder aus β-Phase. Die β-Phase der AlMg-Verbindung ist dabei eine Verbindung, die aus übersättigten Al(Mg)-Mischkristallen besteht und nanokristallin ist. Dann wird das erzeugte Pulver mit Mg-Pulver und/oder einer Mg-Legierung als Matrixmaterial vermischt und durch pulvermetallurgische Verfahren zu einem Verbundwerkstoff verarbeitet. Aufgrund der Nanokristallinität der β-Phase wird diese sehr fein im Matrixmaterial verteilt. Und auch dadurch, dass die β-Phase der AlMg-Verbindung eine kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur aufweist, ist eine sehr gute Verteilung der Kristallite in der Pulvermischung möglich. Ebenso wird ein sehr gutes Sinterergebnis erreicht.First, a β-phase is produced by grinding. This β-phase is a metastable intermetallic phase that is hard and brittle and has a very large unit cell with 1168 atoms and a cubic face-centered crystal structure (hdp). After grinding, the powder with the composition of the β-phase is initially present as supersaturated Al (Mg) mixed crystal with nanocrystalline grain size. The β-phase can be generated by annealing from the supersaturated mixed crystal. The powder consists of supersaturated mixed crystals and / or of β-phase. The β-phase of the AlMg compound is a compound that consists of supersaturated Al (Mg) mixed crystals and is nanocrystalline. Then, the produced powder is mixed with Mg powder and / or a Mg alloy as a matrix material and processed into a composite material by powder metallurgy methods. Due to the nanocrystallinity of the β phase, it is distributed very finely in the matrix material. And also because the β-phase of the AlMg compound has a cubic face-centered crystal structure, a very good distribution of the crystallites in the powder mixture is possible. Likewise, a very good sintering result is achieved.

Aus diesem Verbundwerkstoff wird dann ein Formkörper hergestellt.From this composite material then a molded body is produced.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es möglich, einen Formkörper aus einer magnesiumreichen Legierung herzustellen, der eine hohe Festigkeit bei gleichzeitiger hoher Duktilität aufweist.The solution according to the invention makes it possible to produce a shaped body of a magnesium-rich alloy which has high strength and at the same time high ductility.

Es ist bekannt, dass die Mikrostruktur von AZ91 aus α-Magnesium-Mischkristallen und Ausscheidungen der γ-Phase der Mg17Al12-Verbindung besteht und darüber hinaus zur Einformung der intermetallischen Mg17Al12-Phase des entarteten Eutektikums des Gussgefüges dient. Aluminium als Legierungsbestandteil ist zu 5 bis 9 Gew.-% neben anderen, unterschiedlichen Zusätzen enthalten. Diese Legierung ist laut des Phasendiagramms nur durch Gießverfahren, dass eine Nichtgleichgewichtserstarrung ermöglicht (wie z. B. Schleuderguss), herstellbar.It is known that the microstructure of AZ91 consists of α-magnesium mixed crystals and precipitates of the γ-phase of the Mg 17 Al 12 compound and also serves to form the intermetallic Mg 17 Al 12 phase of the degenerate eutectic of the cast structure. Aluminum as an alloying ingredient is contained at 5 to 9 wt% among other various additives. According to the phase diagram, this alloy can only be produced by casting processes that enable non-equilibrium solidification (such as, for example, centrifugal casting).

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein aufwändiges Schleudergießen nicht notwendig oder überhaupt möglich, da der neue Verbundwerkstoff aus einer Mg-Matrix oder Magnesiumlegierungsmatrix mit der β-Phase nur mittels pulvermetallurgischer Verfahren und insbesondere mittels des mechanischen Legierens herstellbar ist.With the method according to the invention a complicated centrifugal casting is not necessary or even possible, since the new composite material of a Mg matrix or magnesium alloy matrix with the β-phase can be produced only by means of powder metallurgical methods and in particular by means of mechanical alloying.

Die erfindungsgemäße Legierung kann auf den verschiedensten Gebieten der Technik Anwendung finden. Sie weist hohe Betriebseigenschaften auf und besitzt hohe Parameter der mechanischen Eigenschaften bei normaler Temperatur.The alloy according to the invention can find application in various fields of technology. It has high operating characteristics and has high parameters of mechanical properties at normal temperature.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

Beispiel 1example 1

Die Herstellung der β-Phase der Verbindung Al3Mg2 erfolgte durch mechanisches Legieren. Dazu wird eine Pulvermischung aus 60 Gew.-% kristallinem Aluminiumpulver und 40 Gew.-% kristallinem Magnesiumpulver jeweils mit einer Teilchengröße von 1–5 μm und mit einer Reinheit von 99.95% hergestellt. Die Pulvermischung wird unter einer hochreinen Argon-Atmosphäre (weniger als 1 ppm O2 and H2O) in einem Mahlbecher gemischt und in einer Planetenkugelmühle (Retsch PM400) gemahlen. Der Mahlvorgang erfolgt unter der Verwendung von Stahlkugeln (∅ = 10 mm) und das Massenverhältnis zwischen Kugeln und Pulver entspricht 10:1 d. h. in dem Fall 300 g Stahlmahlkugeln werden 30 g Pulvermischung verwendet. Die Geschwindigkeit der Planetenkugelmühle beträgt 150 U/min. Das mechanische Legieren erfolgt bei Raumtemperatur für die Dauer von 300 h. Am Ende des Mahlvorgangs liegt ein Sekundärpulver vollständig bestehend aus übersättigten Al(Mg)-Mischkristallen vor. Dieses Sekundärpulver ist nanokristallin, was vorteilhaft für die spätere hohe Festigkeit ist.The preparation of the β-phase of the compound Al 3 Mg 2 was carried out by mechanical alloying. For this purpose, a powder mixture of 60 wt .-% crystalline aluminum powder and 40 wt .-% of crystalline magnesium powder, each having a particle size of 1-5 microns and having a purity of 99.95%. The powder mixture is mixed under a high purity argon atmosphere (less than 1 ppm O 2 and H 2 O) in a grinding bowl and ground in a planetary ball mill (Retsch PM400). The grinding process is carried out using steel balls (∅ = 10 mm) and the mass ratio between balls and powder corresponds to 10: 1 ie in the case of 300 g of steel grinding balls, 30 g of powder mixture are used. The speed of the planetary ball mill is 150 rpm. The mechanical alloying takes place at room temperature for a period of 300 h. At the end of the grinding process, a secondary powder consisting entirely of supersaturated Al (Mg) mixed crystals is present. This secondary powder is nanocrystalline, which is advantageous for the later high strength.

Nachfolgend wird das Sekundärpulver auf 430°C erwärmt. Bei dieser Temperatur findet eine Phasenumwandlung statt, wodurch sich die metastabile β-Phase der Verbindung Al3Mg2 in Pulverform ausbildet.Subsequently, the secondary powder is heated to 430 ° C. At this temperature, a phase transformation takes place, whereby the metastable β-phase of the compound Al 3 Mg 2 forms in powder form.

50 Gew.-% diese Pulver aus der metastabile β-Phase der Verbindung Al3Mg2 werden nachfolgend mit 50 Gew.-% reinem Magnesiumpulver wieder unter hochreiner Argon-Atmosphäre in einem Mahlbecher vermischt und in einer Planetenkugelmühle unter den o. g. Bedingungen gemahlen. Nach 1 h Mahldauer ist das Pulver gut vermischt und die nanokristalline metastabile β-Phase der Verbindung Al3Mg2 liegt fein verteilt in der Matrix aus Aluminium vor. Danach wird das Pulver bei 100°C heißgepresst und unter 50 MPa Pressdruck verdichtet, sowie mittels Strangpressen mit 4 mm Durchmesser extrudiert.50% by weight of these metastable β-phase powders of the compound Al 3 Mg 2 are subsequently mixed again with 50% by weight of pure magnesium powder under a high-purity argon atmosphere in a grinding bowl and ground in a planetary ball mill under the abovementioned conditions. After 1 h grinding time, the powder is well mixed and the nanocrystalline metastable β phase of the compound Al 3 Mg 2 is finely dispersed in the matrix of aluminum. Thereafter, the powder is hot pressed at 100 ° C and compressed under 50 MPa pressure, and extruded by means of extruding with 4 mm diameter.

Die Porosität der erhaltenen Probe ist relativ hoch, die Dichte legt bei 98,5%. Es konnte festgestellt werden, dass während des Strangpressens die metastabile β-Phase der Verbindung Al3Mg2 in die Magnesiummatrix diffundiert und sich gut verteilt.The porosity of the obtained sample is relatively high, the density is 98.5%. It was found that during extrusion the metastable β-phase of the compound Al 3 Mg 2 diffuses into the magnesium matrix and spreads well.

Die β-Phase dient dabei als Verstärkung der Mg-Matrix, was sich eindeutig durch die nachfolgenden Ergebnisse nachweisen lässt.The β phase serves as reinforcement of the Mg matrix, which can be clearly demonstrated by the following results.

Die Probe, aus dem hergestellten Material, hat folgende Eigenschaften gezeigt:
Festigkeit bei Raumtemperatur in Höhe von 300 MPa (im Vergleich dazu die Festigkeit von AZ91 (9 Gew.-% Al und 1 Gew.-% Zn) mit 255 MPa, relative Dehnung (Maß für die Duktilität) von 2% (im Vergleich dazu die relative Dehnung von AZ91 mit 3%), Härte nach Vickers 250 HV und Dichte bei 98,5%. (Werte der AZ91 aus ASM Handbuch Vol2. und Material-Wissenschaft und Technologie Vol8/9.p.140).
The sample, made from the material produced, has shown the following properties:
Room temperature strength of 300 MPa (compared to the strength of AZ91 (9 wt% Al and 1 wt% Zn) at 255 MPa, relative elongation (measure of ductility) of 2% (compared to the relative elongation of AZ91 with 3%), hardness according to Vickers 250 HV and density at 98.5% (values of AZ91 from ASM Manual Vol2 and Material Science and Technology Vol8 / 9.p.140).

Claims (11)

Formkörper aus einem magnesiumhaltigen Verbundwerkstoff, bestehend aus einer Matrix aus Partikeln aus Magnesium und/oder aus einer Magnesiumlegierung mit 5 bis 80 Vol.-% darin fein verteilten Partikeln aus Al60Mg40.Shaped body of a magnesium-containing composite material, consisting of a matrix of particles of magnesium and / or of a magnesium alloy with 5 to 80 vol .-% finely dispersed particles of Al 60 Mg 40 therein. Formkörper nach Anspruch 1, bei dem in der Matrix 45 bis 55 Vol.-% Partikel aus Al60Mg40 enthalten sind. Shaped body according to Claim 1, in which 45 to 55% by volume of particles of Al 60 Mg 40 are contained in the matrix. Formkörper nach Anspruch 1, bei dem die Magnesiumlegierung als Legierungselemente Al, Mn, Si, Li oder Zn enthält.Shaped body according to claim 1, wherein the magnesium alloy contains as alloying elements Al, Mn, Si, Li or Zn. Formkörper nach Anspruch 1, bei dem die Partikeln aus Magnesium oder aus einer Magnesiumlegierung eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,1 μm bis 100 μm aufweisen.Shaped body according to claim 1, wherein the particles of magnesium or of a magnesium alloy have an average particle size in the range of 0.1 .mu.m to 100 .mu.m. Formkörper nach Anspruch 1, bei dem die Partikel aus Al60Mg40 eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,1 μm bis 100 μm aufweisen.Shaped body according to claim 1, wherein the particles of Al 60 Mg 40 have an average particle size in the range of 0.1 .mu.m to 100 .mu.m. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem aus kristallinem Al- und Mg-Pulver auf pulvermetallurgischem Wege Al60Mg40 hergestellt und diese mit kristallinem Mg-Pulver und/oder einem Magnesiumlegierungspulver als Matrixmaterial gemischt und wiederum durch pulvermetallurgische Verfahren zu einer magnesiumhaltigen Verbindung verarbeitet und diese nachfolgend zu einem Formkörper verdichtet wird.A process for producing a shaped article according to any of Claims 1 to 5, wherein Al 60 Mg 40 is prepared from crystalline Al and Mg powder by powder metallurgy and mixed with crystalline Mg powder and / or magnesium alloy powder as matrix material and again through processed powder metallurgical process to a magnesium-containing compound and this is subsequently compacted into a shaped body. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem als Legierungselemente zur Magnesiumlegierung Al, Mn, Si, Li oder Zn zugegeben werden.A method according to claim 6, wherein Al, Mn, Si, Li or Zn are added as alloying elements to the magnesium alloy. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem Al60Mg40 und/oder die magnesiumhaltigen Verbindung durch mechanisches Legieren hergestellt werden.The method of claim 6, wherein Al 60 Mg 40 and / or the magnesium containing compound are prepared by mechanical alloying. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das mechanische Legieren durch Mahlung mit einer Mahldauer von 20 bis 300 Stunden durchgeführt wird.A method according to claim 8, wherein the mechanical alloying is carried out by grinding with a grinding time of 20 to 300 hours. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Mischen des kristallinen Al-Pulvers oder des Aluminiumlegierungspulvers als Matrixmaterial mit Partikeln aus Al60Mg40 mittels Mahlen durchgeführt wird.The method of claim 6, wherein the mixing of the crystalline Al powder or the aluminum alloy powder as a matrix material with particles of Al 60 Mg 40 is carried out by means of grinding. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die magnesiumhaltige Verbindung durch Heißpressen, Strangpressen oder Extrudieren zu einem Formkörper verarbeitet wird.The method of claim 6, wherein the magnesium-containing compound is processed by hot pressing, extrusion or extrusion to form a shaped body.
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