JP6376209B2 - マグネシウム基合金粉末およびマグネシウム基合金成形体 - Google Patents
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Description
本発明のマグネシウム基合金粉末は、0.2質量%以上5質量%以下のカルシウムと、
リチウム、ベリリウム、アルミニウム、シリコン、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、銀、錫、金、および希土類元素のうち1種または2種以上と、
が添加されている粒子を含み、
前記粒子の表面におけるカルシウム濃度は、前記粒子の内部におけるカルシウム濃度の3倍以上47.6倍以下であり、
見かけ密度が0.2g/cm 3 以上1.2g/cm 3 以下であることを特徴とする。
前記粒子の表面が酸化カルシウムを含む被覆層で覆われていることが好ましい。
これにより、比較的粒径が大きく、かつ粒径の揃ったマグネシウム基合金粉末が得られる。
これにより、全体で結晶組織が均一かつ微細なマグネシウム基合金成形体が得られる。
本発明のマグネシウム基合金粉末は、0.2質量%以上5質量%以下のカルシウムを含むマグネシウム基合金で構成され、粒子表面が酸化カルシウムを含む被覆層で覆われてなるものである。また、本発明のマグネシウム基合金粉末は、粒子の平均粒径が100μm以上1500μm以下であり、粒子断面の10か所で測定されたマイクロビッカース硬度の最大値と最小値との差を前記最大値で割った値である硬度ばらつき指標の平均値が0.3以下である、という条件を満足する粉末である。
マグネシウム基合金粉末を構成するマグネシウム基合金は、マグネシウムを主成分とし、0.2質量%以上5質量%以下のカルシウムを含むものである。このような割合でカルシウムを含むマグネシウム基合金は、機械的特性を大きく低下させることなく、十分な難燃性を有するものとなる。カルシウムは、いかなる状態で存在していてもよく、例えば単体、酸化物、金属間化合物等の状態で存在し得る。また、これらは合金中に均一に分散(固溶)していたり、結晶粒界に偏析していてもよい。
なお、粒子表面とは、粒子の表面から100nmの深さまでの領域をいう。
なお、金属間化合物としては、例えば、AlCa、Al2Ca等が挙げられる。
本発明のマグネシウム基合金成形体は、本発明のマグネシウム基合金粉末をホットプレス焼結法、熱間等方圧焼結法(HIP法)、パルス通電加圧焼結法、電気炉やガス炉等による常圧焼結法等の各種焼結法により成形・焼成したり、熱間押出することにより製造される。
1.マグネシウム基合金成形体の製造
(サンプルNo.1)
[1]まず、原材料を高周波誘導炉で溶融するとともに、高速回転水流アトマイズ法により粉末化してマグネシウム基合金粉末を得た。得られたマグネシウム基合金粉末の合金組成を以下に示す。
また、高速回転水流アトマイズ装置(粉末製造装置)の設定条件を以下に示す。
・冷却液の温度 :30℃
・溶融金属の温度 :Tm+20℃
マグネシウム基合金粉末の特性を表1に示すように変更した以外は、それぞれサンプルNo.1と同様にしてマグネシウム基合金成形体を得た。
・冷却液の温度 : 10℃
・溶融金属の温度 :Tm+100℃
マグネシウム基合金粉末の特性を表1に示すように変更した以外は、それぞれサンプルNo.1と同様にしてマグネシウム基合金成形体を得た。
・冷却液の温度 : 20℃
・溶融金属の温度 :Tm+150℃
マグネシウム基合金の組成を以下に示すように変更した以外は、サンプルNo.1、4、5、8と同様にしてマグネシウム基合金成形体を得た。
マグネシウム基合金の組成を以下に示すように変更した以外は、サンプルNo.4、5と同様にしてマグネシウム基合金成形体を得た。
ホットプレスおよび熱間加工に代えて、鋳造押出法により成形体を得るようにした以外は、サンプルNo.1と同様にしてマグネシウム基合金成形体を得た。
2.1 マグネシウム基合金粉末の元素分布
各サンプルNo.のマグネシウム基合金粉末の断面について、電子線マイクロ分析による元素分析を行った。その結果、各粒子の表面には、カルシウムの偏析が認められた。そこで、各粒子の表面についてX線光電子分光による化学結合状態分析を行った。その結果、表面におけるカルシウムは、そのほとんどが酸化カルシウムの状態で存在していることが認められた。また、表面には、酸化カルシウムの他に酸化マグネシウムも集積していることが認められた。
各サンプルNo.のマグネシウム基合金粉末について、X線回折(XRD)による結晶構造解析を行った。そして、得られたX線回折スペクトルにおいて、マグネシウム単体に由来する最も強いピークの強度に対する、酸化マグネシウム(MgO)に由来する最も強いピークの強度の割合を算出した。同様に、得られたX線回折スペクトルにおいて、マグネシウム単体に由来する最も強いピークの強度に対する、アルミニウムとカルシウムの金属間化合物に由来する最も強いピークの強度の割合を算出した。それぞれの算出結果を表1に示す。
3.1 マグネシウム基合金成形体の引張強さ
各サンプルNo.のマグネシウム基合金成形体について、JIS Z 2241に規定の方法に準じて引張強さを測定した。そして、サンプルNo.18のマグネシウム基合金成形体について測定された引張強さを1としたときの相対値を求め、表1に示す。
各サンプルNo.のマグネシウム基合金成形体について、JIS Z 2241に規定の方法に準じて0.2%耐力を測定した。そして、サンプルNo.18のマグネシウム基合金成形体について測定された0.2%耐力を1としたときの相対値を求め、表1に示す。
各サンプルNo.のマグネシウム基合金成形体について、JIS Z 2241に規定の方法に準じて伸び(%)を測定した。そして、サンプルNo.18のマグネシウム基合金成形体について測定された伸び(%)を1としたときの相対値を求め、表1に示す。
以上、評価結果を表1に示す。
Claims (11)
- 0.2質量%以上5質量%以下のカルシウムと、
リチウム、ベリリウム、アルミニウム、シリコン、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、銀、錫、金、および希土類元素のうち1種または2種以上と、
が添加されている粒子を含み、
前記粒子の表面におけるカルシウム濃度は、前記粒子の内部におけるカルシウム濃度の3倍以上47.6倍以下であり、
見かけ密度が0.2g/cm 3 以上1.2g/cm 3 以下であることを特徴とするマグネシウム基合金粉末。 - 前記リチウム、ベリリウム、アルミニウム、シリコン、マンガン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、銀、錫、金、および希土類元素の含有率が0.01質量%以上10質量%以下である請求項1に記載のマグネシウム基合金粉末。
- 当該マグネシウム基合金粉末におけるマグネシウムは、単体の状態または一部が酸化物もしくは金属間化合物の状態で存在する請求項1または2に記載のマグネシウム基合金粉末。
- 平均粒径が100μm以上1500μm以下であり、
前記粒子の表面が酸化カルシウムを含む被覆層で覆われている請求項1ないし3のいずれか1項に記載のマグネシウム基合金粉末。 - 前記被覆層は、酸化カルシウムと酸化マグネシウムとの混合物を主材料とするものである請求項4に記載のマグネシウム基合金粉末。
- 当該マグネシウム基合金粉末のX線回折スペクトルにおいて、カルシウムとアルミニウムとで構成される金属間化合物に由来する最も強いピークの強度が、マグネシウムに由来する最も強いピークの強度の3%以上40%以下である請求項1ないし5のいずれか1項に記載のマグネシウム基合金粉末。
- 結晶組織の平均デンドライトアームスペーシング(DAS)が0.05μm以上5μm以下である請求項1ないし6のいずれか1項に記載のマグネシウム基合金粉末。
- 高速回転水流アトマイズ粉末である請求項1ないし7のいずれか1項に記載のマグネシウム基合金粉末。
- 前記粒子の平均アスペクト比が0.5以上1以下である請求項1ないし8のいずれか1項に記載のマグネシウム基合金粉末。
- 請求項1ないし9のいずれか1項に記載のマグネシウム基合金粉末を含むことを特徴とするマグネシウム基合金成形体。
- 前記マグネシウム基合金粉末の熱間押出体である請求項10に記載のマグネシウム基合金成形体。
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