JPH073361A - 粒子分散強化型マグネシウム複合材料の製造法 - Google Patents
粒子分散強化型マグネシウム複合材料の製造法Info
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- JPH073361A JPH073361A JP3258292A JP25829291A JPH073361A JP H073361 A JPH073361 A JP H073361A JP 3258292 A JP3258292 A JP 3258292A JP 25829291 A JP25829291 A JP 25829291A JP H073361 A JPH073361 A JP H073361A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 粒子分散強化型マグネシウム複合材料の低コ
ストな製法を提供する。 【構成】 アルゴン雰囲気下で溶融マグネシウムあるい
はマグネシウム合金中に直径２０μｍ以下の，ＳｉＣ，
ＴｉＣ，ＺｒＣ等のセラミックス粒子を溶湯攪拌法によ
って分散する。
ストな製法を提供する。 【構成】 アルゴン雰囲気下で溶融マグネシウムあるい
はマグネシウム合金中に直径２０μｍ以下の，ＳｉＣ，
ＴｉＣ，ＺｒＣ等のセラミックス粒子を溶湯攪拌法によ
って分散する。
Description
【発明の詳細な説明】
（社会的寄与）本発明により製造コストが安い軽量にし
て強靭な粒子分散強化型マグネシウム複合材料の製造法
確立。 （粒子分散強化型金属基複合材料製造法の課題）従来、
粒子分散強化型金属基複合材料の製造方法といえば、金
属およびセラミックスのそれぞれの粉末を混合・成形・
焼結する粉末冶金法、あるいはごくまれに粒子成形体へ
の溶湯圧入を行なう溶湯含浸法、高粘性の半溶融金属中
に物理的に粒子を混入するコンポ・キャスティング法が
まず見られる。これらはいずれも、例えばアルミニウム
／セラミックス間のように、濡れ性が悪いために、コス
ト高を度外視して、粒子を強制的にマトリックス中に分
散させる方法である。また、フォルテックス法あるいは
溶湯攪拌法と呼ばれる方法は、粒子を溶融金属内に攪拌
のみによって混入・分散するもので、この方法では、セ
ラミックス−メタル間の悪い濡れ性を向上させる成分の
添加が不可欠であり、これによって粒子分散量を制御し
ている。一方、マグネシウムをマトリックスとする複合
材料のうち粒子分散型はアルミナ粒子分散のみであり、
この場合には酸化物とマグネシウム間の界面反応が激し
く、複合材料の強度特性は良好ではない。 （本発明による課題への対応策）粉末冶金法、溶湯含浸
法あるいはコンポ・キャスティング法は複合材料製造法
としてはコストが高い。一方、溶湯攪拌法は固液間の濡
れ性を向上すれば、最も簡便にしてコスト低減を計るこ
とが出来る。この観点からすると、濡れ性に優れ、また
軽量化という点において有利なマグネシウムをマトリッ
クスとすることが得策である。ただし、複合強化材とし
ては過度な界面反応を避けることが出来る複合強化材を
選択しなければならない。これを判定するには、各種の
マグネシウム化合物に関する標準生成自由エネルギーを
考慮すればよい。まず、ＭｇＯの標準生成自由エネルギ
ーは金属酸化物系では最も小さく、酸化物を強化材にし
た場合には、いずれもマグネシウムと激しく反応するこ
とになり適切ではない。一方、マグネシウム炭化物は金
属炭化物のなかでは、標準生成自由エネルギーが最も大
きく、複合強化材／マトリックス間のの界面反応を避け
る意味から炭化物を複合強化材とすることが適切であ
る。また、この炭化物構成金属とマグネシウムから生成
される金属間化合物、たとえばＳｉＣにおけるＭｇ２Ｓ
ｉ生成の標準自由エネルギーもＭｇＯ生成の場合より大
きく、炭化物を強化材として使用することが最適であ
る。本発明では、このように低コスト複合化プロセスの
観点から、まず溶湯攪拌法を採用し、マトリックスとし
ては良好な濡れ性と軽量化のためにマグネシウムを選
び、さらに複合強化材については熱力学的解析に基づい
て各種炭化物を選択するという特徴をもつ。 （製造条件の設定） （１） 温度： マグネシウムは蒸発しやすいので、低
温での操作が好ましく、７００℃とする。 （２） 添加炭化物の大きさ： 一般に粒子分散強化型
複合材料の引張強度は強化材の粒径が低下するほど大き
くなるので、粒子径は小さいほど好ましい。しかしなが
ら、溶湯攪拌法による粒子の混入分散に要する攪拌時間
は粒子径低下につれて逆に長くなるので、強度特性およ
び操業性から５〜１μｍが最適である。ただし、複合材
料に耐摩耗性を要求するときには１０〜２０μｍが良
い。 （３） 攪拌速度： 特に高速である必要はなく６０ｒ
ｐｍで十分である。 （４） 雰囲気： マグネシウムは活性なため操業は不
活性性雰囲気下で行なうことが良い。 （５） 粒子添加方法： 連続添加、半連続添加あるい
は総量を一度に添加ことのいずれも可。 （実施例）アルゴン雰囲気下、ＭｇＯるつぼ内にて６０
グラムのマグネシウムを溶解し、平均粒子径１．２μｍ
のＳｉＣ粒子を所定の粒子配合率（Ｖｆ）になるように
総量を一度に溶湯表面上に添加し、２４０秒間攪拌し
た。製造した複合材料を金型に鋳造し、４００℃にて押
し出しを行った。この複合材料について引張強度および
伸びを測定した結果、第１図に示すように、伸びは複合
化によって低下するが、引張強度はＶｆが１２％のとき
約４００ＭＰａに達した。この値はマグネシウムマトリ
ックスの引張強度２００ＭＰａの２倍になる。また、鋳
造後の粒子分散状態は第２図に示すように均一に分散し
ている。 （発明の効果）本発明方法で作成したマグネシウム複合
材料の引張強度を比重で割ると、２２０ＭＰａという比
強度となる。一方、同様にして得たＳｉＣ粒子分散アル
ミニウム複合材料では引張強度が１５０ＭＰａであり、
これから算出される比強度は５６ＭＰａとなり、本発明
によるＳｉＣ粒子分散強化型マグネシウム複合材料はこ
れの約４倍であり、軽量にして強靭な材料となる。すな
わち、本発明が示すように、濡れ性に優れたマグネシウ
ムを使用すれば、簡便でしかも低コストの溶湯攪拌法に
よりアルミニウムよりも比強度に優れた複合材料を提供
できる。
て強靭な粒子分散強化型マグネシウム複合材料の製造法
確立。 （粒子分散強化型金属基複合材料製造法の課題）従来、
粒子分散強化型金属基複合材料の製造方法といえば、金
属およびセラミックスのそれぞれの粉末を混合・成形・
焼結する粉末冶金法、あるいはごくまれに粒子成形体へ
の溶湯圧入を行なう溶湯含浸法、高粘性の半溶融金属中
に物理的に粒子を混入するコンポ・キャスティング法が
まず見られる。これらはいずれも、例えばアルミニウム
／セラミックス間のように、濡れ性が悪いために、コス
ト高を度外視して、粒子を強制的にマトリックス中に分
散させる方法である。また、フォルテックス法あるいは
溶湯攪拌法と呼ばれる方法は、粒子を溶融金属内に攪拌
のみによって混入・分散するもので、この方法では、セ
ラミックス−メタル間の悪い濡れ性を向上させる成分の
添加が不可欠であり、これによって粒子分散量を制御し
ている。一方、マグネシウムをマトリックスとする複合
材料のうち粒子分散型はアルミナ粒子分散のみであり、
この場合には酸化物とマグネシウム間の界面反応が激し
く、複合材料の強度特性は良好ではない。 （本発明による課題への対応策）粉末冶金法、溶湯含浸
法あるいはコンポ・キャスティング法は複合材料製造法
としてはコストが高い。一方、溶湯攪拌法は固液間の濡
れ性を向上すれば、最も簡便にしてコスト低減を計るこ
とが出来る。この観点からすると、濡れ性に優れ、また
軽量化という点において有利なマグネシウムをマトリッ
クスとすることが得策である。ただし、複合強化材とし
ては過度な界面反応を避けることが出来る複合強化材を
選択しなければならない。これを判定するには、各種の
マグネシウム化合物に関する標準生成自由エネルギーを
考慮すればよい。まず、ＭｇＯの標準生成自由エネルギ
ーは金属酸化物系では最も小さく、酸化物を強化材にし
た場合には、いずれもマグネシウムと激しく反応するこ
とになり適切ではない。一方、マグネシウム炭化物は金
属炭化物のなかでは、標準生成自由エネルギーが最も大
きく、複合強化材／マトリックス間のの界面反応を避け
る意味から炭化物を複合強化材とすることが適切であ
る。また、この炭化物構成金属とマグネシウムから生成
される金属間化合物、たとえばＳｉＣにおけるＭｇ２Ｓ
ｉ生成の標準自由エネルギーもＭｇＯ生成の場合より大
きく、炭化物を強化材として使用することが最適であ
る。本発明では、このように低コスト複合化プロセスの
観点から、まず溶湯攪拌法を採用し、マトリックスとし
ては良好な濡れ性と軽量化のためにマグネシウムを選
び、さらに複合強化材については熱力学的解析に基づい
て各種炭化物を選択するという特徴をもつ。 （製造条件の設定） （１） 温度： マグネシウムは蒸発しやすいので、低
温での操作が好ましく、７００℃とする。 （２） 添加炭化物の大きさ： 一般に粒子分散強化型
複合材料の引張強度は強化材の粒径が低下するほど大き
くなるので、粒子径は小さいほど好ましい。しかしなが
ら、溶湯攪拌法による粒子の混入分散に要する攪拌時間
は粒子径低下につれて逆に長くなるので、強度特性およ
び操業性から５〜１μｍが最適である。ただし、複合材
料に耐摩耗性を要求するときには１０〜２０μｍが良
い。 （３） 攪拌速度： 特に高速である必要はなく６０ｒ
ｐｍで十分である。 （４） 雰囲気： マグネシウムは活性なため操業は不
活性性雰囲気下で行なうことが良い。 （５） 粒子添加方法： 連続添加、半連続添加あるい
は総量を一度に添加ことのいずれも可。 （実施例）アルゴン雰囲気下、ＭｇＯるつぼ内にて６０
グラムのマグネシウムを溶解し、平均粒子径１．２μｍ
のＳｉＣ粒子を所定の粒子配合率（Ｖｆ）になるように
総量を一度に溶湯表面上に添加し、２４０秒間攪拌し
た。製造した複合材料を金型に鋳造し、４００℃にて押
し出しを行った。この複合材料について引張強度および
伸びを測定した結果、第１図に示すように、伸びは複合
化によって低下するが、引張強度はＶｆが１２％のとき
約４００ＭＰａに達した。この値はマグネシウムマトリ
ックスの引張強度２００ＭＰａの２倍になる。また、鋳
造後の粒子分散状態は第２図に示すように均一に分散し
ている。 （発明の効果）本発明方法で作成したマグネシウム複合
材料の引張強度を比重で割ると、２２０ＭＰａという比
強度となる。一方、同様にして得たＳｉＣ粒子分散アル
ミニウム複合材料では引張強度が１５０ＭＰａであり、
これから算出される比強度は５６ＭＰａとなり、本発明
によるＳｉＣ粒子分散強化型マグネシウム複合材料はこ
れの約４倍であり、軽量にして強靭な材料となる。すな
わち、本発明が示すように、濡れ性に優れたマグネシウ
ムを使用すれば、簡便でしかも低コストの溶湯攪拌法に
よりアルミニウムよりも比強度に優れた複合材料を提供
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図：作成したＳｉＣ粒子分散強化型マグネシウム複
合材料の引張強度および伸びに及ぼすＳｉＣ粒子配合率
の影響を示す。 第２図：作成したＳｉＣ粒子分散強化型マグネシウム複
合材料の組織写真を示す。
合材料の引張強度および伸びに及ぼすＳｉＣ粒子配合率
の影響を示す。 第２図：作成したＳｉＣ粒子分散強化型マグネシウム複
合材料の組織写真を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）セラミックス−メタル間の濡れ性向上のために特
別な成分を添加しないで、アルゴン雰囲気下にて溶融マ
グネシウムあるいはマグネシウム合金中に直径２０μｍ
以下のセラミックス粒子を溶湯攪拌法によって分散する
ことを特徴とする粒子分散強化型マグネシウム複合材料
の製造方法。 （２）セラミックス粒子がＳｉＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣであ
る請求項（１）の粒子分散強化型マグネシウム複合材料
の製造方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3258292A JPH073361A (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 粒子分散強化型マグネシウム複合材料の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3258292A JPH073361A (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 粒子分散強化型マグネシウム複合材料の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH073361A true JPH073361A (ja) | 1995-01-06 |
Family
ID=17318233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3258292A Pending JPH073361A (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 粒子分散強化型マグネシウム複合材料の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH073361A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1312308C (zh) * | 2004-05-24 | 2007-04-25 | 西安工业学院 | 固液原位反应制备不连续增强镁基复合材料的方法 |
| WO2014205608A1 (zh) * | 2013-06-26 | 2014-12-31 | 苏州天兼金属新材料有限公司 | 一种纳米级碳化硅镁合金材料的制备方法 |
-
1991
- 1991-07-03 JP JP3258292A patent/JPH073361A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1312308C (zh) * | 2004-05-24 | 2007-04-25 | 西安工业学院 | 固液原位反应制备不连续增强镁基复合材料的方法 |
| WO2014205608A1 (zh) * | 2013-06-26 | 2014-12-31 | 苏州天兼金属新材料有限公司 | 一种纳米级碳化硅镁合金材料的制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |