JP2003183748A - マグネシウム基分散強化型複合材料の製造方法、それに用いる強化材粒子およびその製造方法 - Google Patents
マグネシウム基分散強化型複合材料の製造方法、それに用いる強化材粒子およびその製造方法Info
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Abstract
設備も煩雑な工程も必要とせず、プリフォームの割れ発
生の危険が無く、困難な条件設定も必要とせずに、容易
かつ確実にSiC粒子の均一分散を実現する。 【解決手段】 酸化性雰囲気中での熱処理により表面に
SiO2層を形成したSiC粒子をMgまたはMg合金
の溶湯に添加して鋳造することにより、MgまたはMg
合金マトリクス中にSiC強化材粒子が均一に分散した
Mg基複合材料が製造される。
Description
はマグネシウム合金から成るマトリクス中に強化材とし
てSiC粒子を分散させたマグネシウム基複合材料の製
造方法、それに用いる強化材粒子および強化材粒子の製
造方法に関する。
マグネシウムまたはマグネシウム合金から成るマトリク
ス中に強化材としてSiC粒子を分散させたマグネシウ
ム基分散強化型複合材料が種々開発されている。
散強化作用の発現を確保するために、マグネシウムまた
はマグネシウム合金から成るマトリクス(以下、総括的
に「Mgマトリクス」とも表示する)中に、SiC粒子
を如何に均一分散させるかが重要なポイントとなる。
とマグネシウムまたはマグネシウム合金の溶湯(以下、
総括的に「Mg溶湯」とも表示する)との濡れ性を確保
する必要がある。すなわち、SiC粒子はMg溶湯に対
して濡れ性が低いため、単にSiC粒子をMg溶湯中に
添加しても溶湯表面に浮いてしまい、溶湯内に取り込ま
れて均一分散することが困難である。特に、強化作用を
高めるためにSiC粒子を微細にするほどこの傾向が敬
著になる。
超えて均一分散を実現するために、大別すると下記の方
法が行なわれてきた。
に、Mg溶湯に超音波振動等による強制攪拌を行なう。
ームを作製し、このSiCプリフォームに高圧鋳造法に
よりMg溶湯を充填(含浸)する。
O2を混入させたSiCプリフォームをMg溶湯に接触
させて、浸透現象を生じさせる(特開平9−18403
1号公報を参照)。
はそれぞれ下記の問題があった。
必要とするため、設備コストが増加し、また攪拌工程が
必要なため製造工程が煩雑になる。
に、SiCプリフォームが割れてしまうことがある。特
に、プリフォーム形状が複雑な場合にはその危険が高く
なる。
象を生じさせるためには、プリフォーム予熱温度、浸透
助剤量等の諸条件を個々のプリフォーム形状に応じて設
定する必要があるが、実際にはこの条件設定が困難であ
り、プリフォーム中へ十分にMg溶湯を浸透させること
ができない。
術の問題点を解消し、特別な設備も煩雑な工程も必要と
せず、プリフォームの割れ発生の危険が無く、困難な条
件設定も必要とせずに、容易かつ確実にSiC粒子の均
一分散を実現できるマグネシウム基分散強化型複合材料
の製造方法、それに用いる強化粒子およびその製造方法
を提供することを目的とする。
めに、本願第1発明によれば、マグネシウムまたはマグ
ネシウム合金から成るマトリクス中に強化材としてSi
C粒子を分散させたマグネシウム基複合材料の製造方法
において、マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶湯
を用意する工程、SiC粒子を酸化性雰囲気中で熱処理
して、その表面にSiO2層を形成する工程、上記Si
O2層を形成したSiC粒子を、上記溶湯に添加する工
程、および上記SiC粒子を添加した溶湯を鋳造する工
程、を含むことを特徴とするマグネシウム基分散強化型
複合材料の製造方法が提供される。
く、最も簡便には重力鋳造により行なうことができる。
方法に用いる強化材としてのSiC粒子において、表面
酸化により形成されたSiO2層を備えたSiC粒子か
ら成ることを特徴とするSiC強化材粒子が提供され
る。
SiC強化材粒子の製造方法において、SiC粒子を酸
化性雰囲気中で熱処理して、その表面にSiO2層を形
成する工程を含むことを特徴とするSiC強化材粒子の
製造方法が提供される。
のSiC粒子の表面に形成したSiO2層が、Mg溶湯
中でMgと下記式の反応をする。
濡れが促進されるため、SiC粒子がMg溶湯中に容易
に取り込まれ、均一に分散する。
強制攪拌、高圧鋳造、浸透助剤を用いる必要はない。
応熱が発生するとSiC自体が分解してしまう。これを
防止するために、反応物質であるSiO2の量が過剰に
ならないようにする。この観点から、SiC粒子の表面
に形成するSiO2層の厚さは、SiC粒子の直径の1
%以下とすることが適当である。
量に対して1〜10mass%程度が適当である。SiC粒
子による分散強化作用を得るには添加量1mass%以上が
必要であるが、添加量が10mass%を超えるとMg溶湯
の粘性が高くなり過ぎて鋳造が困難になる。
料を下記手順で作製した。 〔SiO2被覆SiC強化材粒子の作製〕平均粒径15
μmのSiC粉末を大気雰囲気中で種々の温度にて種々
の保持時間熱処理して、粉末粒子表面に酸化層を形成し
た。
α線)によりSiO2と同定された。図1に、代表例と
して1500℃×1時間の熱処理を施した粉末サンプル
についてのX線回折チャートを示す。同チャートに示さ
れるように、下地のSiCの回折ピークと表面酸化層の
SiO2の回折ピークとが認められた。
処理した場合および温度1500℃で種々の時間熱処理
した場合の表面酸化層厚さを示す。
は、熱処理の温度および時間の増加に対していずれも両
対数プロットで直線的に増加する関係であった。
5μmに対して、Mgとの反応熱が過剰にならない適当
な表面SiO2層厚さの上限は0.15μm(150n
m)である。これに基づいて、1000℃×1時間の熱
処理(図2中の中央のプロット。酸下層厚さ:25n
m)を行なったSiC粒子を次工程に用いた。 〔Mg溶湯への添加〕Mg合金AZ91Dの溶湯をSF
6ガス雰囲気中にて溶製し、溶湯温度を700℃に保持
した。
したSiC粒子を、溶湯量に対して0.5〜10mass%
となる種々の量で上記溶湯に直接添加した。
mm、高さ30mmの円柱状である金型に重力鋳造し
た。
び鋳造時の溶湯温度は、一般に650〜700℃程度が
適当である。
察を行い、AZ91D合金から成るマトリクス中に強化
材としてSiC粒子が均一に分散した複合材料が得られ
たことを確認した。
Mg基複合材料サンプルについて、下記の特性試験を行
った。 〔耐摩耗性試験〕下記条件で摩耗試験を行った。
W−30、相手材:SUJ−2、温度:室温、荷重:1
96N 得られた結果を図4に示す。同図には比較のためSiC
無添加のAZ91D合金(マトリクス材)についての結
果も併せて示した。図示したように、SiC添加量が1
mass%(図中の左から3番目のプロット)以上になる
と、耐摩耗性が急激に向上する。典型的には、比較例で
あるSiC無添加のAZ91Dサンプルでは摩耗量が2
00μmであったのに対して、本発明によるSiC添加
量10mass%のMg基複合材料では摩耗量が25μmに
低下した。 〔高温軸力保持試験〕本発明によるSiC添加量10ma
ss%のMg基複合材料について、150℃に長時間保持
した後の軸力保持率を測定した。軸力保持率は、150
℃保持前の初期軸力に対する150℃保持後の軸力の比
率(%)で表す。得られた結果を、比較例としてのSi
C無添加のAZ91D合金(マトリクス材)についての
結果と併せて、図5に示す。
加のAZ91D合金は150℃×100時間の高温保持
により軸力保持率はゼロまで低下した。これに対して、
本発明によるSiC添加量10mass%のMg基複合材料
は、150℃×100時間で70%、150℃×300
時間でも60%の軸力保持率が達成された。
と高温軸力保持特性に及ぼすSiC粒径の定性的な影響
としては、耐摩耗性向上には粒径が大きい方が望まし
く、高温軸力保持特性向上には粒径が小さい方が望まし
い。複合材料を採用する具体的な個々の用途に必要な耐
摩耗性および高温軸力特性に応じて、適宜SiC粒径を
選択することができる。
基複合材料において、特別な設備も煩雑な工程も必要と
せず、プリフォームの割れ発生の危険が無く、困難な条
件設定も必要とせずに、容易かつ確実にSiC粒子の均
一分散を実現できる。
したSiC粒子のX線回折チャートの代表例である。
際に粒子表面に形成したSiO 2層の厚さと熱処理温度
との関係を示す両対数グラフである。
際に粒子表面に形成したSiO 2層の厚さと熱処理時間
との関係を示す両対数グラフである。
強化型Mg基複合材料の摩耗量とSiC添加量との関係
を示すグラフである。ただし、比較例としてSiC無添
加のAZ91D合金(マトリクス材)についての測定値
も併せて示す。
強化型Mg基複合材料の高温軸力保持特性を、SiC無
添加のAZ91D合金(マトリクス材)と比較して示す
グラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 マグネシウムまたはマグネシウム合金か
ら成るマトリクス中に強化材としてSiC粒子を分散さ
せたマグネシウム基複合材料の製造方法において、 マグネシウムまたはマグネシウム合金の溶湯を用意する
工程、 SiC粒子を酸化性雰囲気中で熱処理して、その表面に
SiO2層を形成する工程、 上記SiO2層を形成したSiC粒子を、上記溶湯に添
加する工程、および上記SiC粒子を添加した溶湯を鋳
造する工程、を含むことを特徴とするマグネシウム基分
散強化型複合材料の製造方法。 - 【請求項2】 前記鋳造を重力鋳造により行なうことを
特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の方法に用いる強
化材としてのSiC粒子において、 表面酸化により形成されたSiO2層を備えたSiC粒
子から成ることを特徴とするSiC強化材粒子。 - 【請求項4】 請求項2記載のSiC強化材粒子の製造
方法において、 SiC粒子を酸化性雰囲気中で熱処理して、その表面に
SiO2層を形成する工程を含むことを特徴とするSi
C強化材粒子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001386324A JP2003183748A (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | マグネシウム基分散強化型複合材料の製造方法、それに用いる強化材粒子およびその製造方法 |
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-
2001
- 2001-12-19 JP JP2001386324A patent/JP2003183748A/ja active Pending
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