JP2007015018A - マグネシウム複合材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】純マグネシウムまたはマグネシウム合金と他の金属とを、火薬、ガス、レーザー又は電気・電磁気を利用することによって高速度で衝突させて、純マグネシウムまたはマグネシウム合金と他の金属とがその界面で金属冶金的に接合したマグネシウム複合材を得る。該他の金属は、純アルミニウム、アルミニウム合金、純チタン、チタン合金、純鉄、炭素鋼、SUS、純Ni、Ni基合金、純銅、銅合金、純Zr、Zr合金、Ta、Mo、Nb、W、銀、金および白金から選ばれる。
【選択図】図1
Description
特許文献3には、マグネシウム合金とアルミニウム合金とを接合させてなる複合材についての記載があるが、これは一方の材料を空隙部を有する軽量構造体とし、接合面に熱硬化性接着剤等の接着剤を接合面に塗布した後加熱接着するか、接着剤を用いずに加圧下で加熱して固相接合するというものである。
すなわち、本発明は次に記載する通りの構成を有する。
(2)前記他の金属が、純アルミニウム、アルミニウム合金、純チタン、チタン合金、純鉄、炭素鋼、SUS、純Ni、Ni合金、純銅、銅合金、純Zr、Zr合金、Ta、Mo、Nb、W、銀、金および白金よりなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする上記(1)に記載のマグネシウム複合材。
(3)純マグネシウムまたはマグネシウム合金と前記他の金属にて構成される3層以上の複合材であることを特徴とする請求項1または2記載のマグネシウム複合材。
(4)構造用部材、機能用部材又は異種金属同士の継手材として使用されることを特徴とする上記(1)〜(3)に記載のマグネシウム複合材。
(6)化学プラント機器・設備、発電プラント機器・設備、輸送機器・設備、電子機器・設備及び産業用・商業用・一般家庭用ロボットよりなる群から選ばれる一種の部品・部材として用いられることを特徴とする上記(1)〜(5)に記載のマグネシウム複合材。
(7)火薬、ガス、レーザー又は電気・電磁気を利用することによって純マグネシウムまたはマグネシウム合金と他の金属とを高速度で衝突させることを特徴とする上記(1)〜(6)に記載のマグネシウム複合材の製造方法。
(8)純マグネシウムまたはマグネシウム合金を母材あるいは中間材とし、他の金属を高速度で衝突させることを特徴とする請求項(1)〜(6)のいずれかに記載のマグネシウム複合材の製造方法。
本発明のマグネシウム複合材を用いることにより、装置又は機器類の軽量化や高強度化をすることが可能となる。またこの複合材を継手とすることで、同種材料同士の接合が可能となり、異材溶接による溶接不良要因をなくすことができる。またマグネシム金属そのものがもつ放熱性・電磁波シールド性・振動吸収性・リサイクル性・寸法変化性・切削性・耐くぼみ性といった特長を活かした用途への適用も可能になる。特に本発明の複合材は接合力が非常に高く、また広い面積の複合材の製作も可能である。
本発明において「高速で衝突させる」における「高速」とは、材料衝突時の速度が10m/sec以上の速度であり、好ましくは100m/sec以上の速度である。
また本発明において用いる火薬としては、ニトログリセリン、ニトログリコール、ニトロセルロース、PETN(ペンタエリスリトールテトラナイトレート)、TNT(トリニトロトルエン)、シクロトリメチレントリニトラミン、シクロテトラメチレンテトラニトラミン、硝酸アンモニウム、硝酸カリウムといった物質を有する火薬類を挙げることができ、それらを爆発させることで発生する衝撃波あるいはガス膨張力を利用し材料を高速で飛翔させることができる。
また本発明の複合材は接合強度が強いため、熱間圧延等により薄板あるいは箔状に加工することもできる。
図1は板状のマグネシウム母材5の上部に支持物4を介して板状のアルミニウム合せ材3をセットし、アルミニウム合せ材3の上に、硝酸アンモニウム系爆薬1をセットする。その爆薬の任意の1点に雷管2をセットし起爆させることでアルミニウムをマグネシウム合金に高速で衝突させる。接合させたい材料の間には、不活性ガスを充填しても良いし、しなくても良い。またそれぞれの材料は平行でも良いし、ある程度の傾斜を持っていてもよい。また複合材の接合界面は波状の凹凸を形成することが好ましい。波の形成により接合面積が増加かつ界面近傍が加工硬化し、材料による熱膨張の差の吸収や接合強さの向上により安定した物性になる。波の高さは10〜500μmが好ましく、50〜300μmが更に好ましい。
図2は3層の材料を同時に接合させる装置で、図1の装置に金属層を更に1層多く配置したものである。
本実施例では、図1に示した装置を用いて板状のマグネシウム合金とアルミニウム合金を接合させた。接合条件(爆着条件)は表1に示す条件とし、合せ材としてアルミニウム合金、母材としてマグネシウム合金を用いて両者を爆発圧着した。その結果、光学顕微鏡の接合界面観察では良好な接合状態であり、またJISG0601に準じたせん断試験では87N/mm2の強い接合力を有するものであった。
本実施例では、図1に示した装置を用いて板状のステンレス鋼とマグネシウム合金を接合させた。接合条件(爆着条件)は表2に示す条件とし、合せ材としてステンレス鋼、母材としてマグネシウム合金を用いて両者を爆発圧着した。その結果、光学顕微鏡の接合界面観察では良好な接合状態であり、またJISG0601に準じたせん断試験では126N/mm2、133N/mm2の強い接合強度を有するものであった。
本実施例では、図1に示した装置を用いて板状の純チタンとマグネシウム合金を接合させた。接合条件(爆着条件)は表3に示す条件とし、合せ材として純チタン、母材としてマグネシウム合金を用いて両者を爆発圧着した。その結果、光学顕微鏡の接合界面観察では良好な接合状態であり、またJISG0601に準じたせん断試験では117N/mm2、156N/mm2の強い接合強度を有するものであった。
本実施例では、図1に示した装置を用いて板状のステンレス鋼とマグネシウム合金を接合させた。接合条件(爆着条件)は表4に示す条件とし、合せ材としてステンレス鋼、母材としてマグネシウム合金を用いて両者を爆発圧着した。その結果、光学顕微鏡の接合界面観察では良好な接合状態であり、またJISG0601に準じたせん断試験では151N/mm2、156N/mm2の強い接合強度を有するものであり、またJISG0601に準じたウラ曲げ試験(5T、180度曲げ)においても、図3に示すように割れ・剥離および欠陥指示模様も全く認められず良好な結果であった。
本実施例では、図2に示した装置を用いて板状のマグネシウム合金の両面に純チタンを接合させた。接合条件(爆着条件)は表5に示す条件とし、合せ材として純チタン、中間材としてマグネシウム合金、母材として純チタンを用いて3層を同時に爆発圧着した。その結果、マグネシム合金での割れはほとんど認められず、光学顕微鏡の接合界面観察でも良好な接合状態であり、また超音波探傷試験においても外周部以外は良好な接合状態であった。
本実施例では、図1に示した装置を用いて板状のマグネシウム合金とステンレス鋼を接合させた。接合条件(爆着条件)は表6に示す条件とし、合せ材としてマグネシウム合金、母材としてステンレス鋼を用いて両者を爆発圧着した。その結果、マグネシウム合金表面全体に若干の割れが見られたが、光学顕微鏡の接合界面観察および超音波探傷試験では良好な接合状態であり、爆発圧着による接合は可能であることは確認出来た。
新潟県工業技術総合研究所発行の工業技術研究報告書 No.32 2003 P131〜137(平成15年10月)に掲載の論文「マグネシウム合金を中心としたエコマテリアルの接合技術の開発」における、マグネシウム合金(AZ31B)材同士のレーザー重ね接合体試験内容を表7に示す。このマグネシウム同士の接合体における引張せん断強さは約50MPaである。
2 雷管
3 合せ材
4 支持物
5 母材
6 母材(中間材)
Claims (8)
- 純マグネシウムまたはマグネシウム合金と他の金属とを高速度で衝突させることによって得られた、純マグネシウムまたはマグネシウム合金と他の金属とがその界面で金属冶金的に接合してなるマグネシウム複合材。
- 前記他の金属が、純アルミニウム、アルミニウム合金、純チタン、チタン合金、純鉄、炭素鋼、SUS、純Ni、Ni合金、純銅、銅合金、純Zr、Zr合金、Ta、Mo、Nb、W、銀、金および白金よりなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項1に記載のマグネシウム複合材。
- 純マグネシウムまたはマグネシウム合金と前記他の金属にて構成される3層以上の複合材であることを特徴とする請求項1または2記載のマグネシウム複合材。
- 構造用部材、機能用部材又は異種金属同士の継手材として使用されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマグネシウム複合材。
- 板状、帯状、リング状、パイプ状、ロッド状の形状をした材料において、該材料の全体あるいはその一部が請求項1〜3のいずれかに記載のマグネシウム複合材からなることを特徴とするマグネシウム複合材。
- 化学プラント機器・設備、発電プラント機器・設備、輸送機器・設備、電子機器・設備及び産業用・商業用・一般家庭用ロボットよりなる群から選ばれる一種の部品・部材として用いられることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のマグネシウム複合材。
- 火薬、ガス、レーザー又は電気・電磁気を利用することによって純マグネシウムまたはマグネシウム合金と他の金属とを高速度で衝突させることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のマグネシウム複合材の製造方法。
- 純マグネシウムまたはマグネシウム合金を母材あるいは中間材とし、他の金属を高速度で衝突させることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のマグネシウム複合材の製造方法。
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