專利名稱:Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種鎂合金,尤其涉及通過(guò)提高強(qiáng)度和延展性雙方而能夠應(yīng)用于家 電制品、汽車用部件、航空機(jī)用部件等廣泛領(lǐng)域的鈦(Ti)粒子分散鎂基復(fù)合材料及其制 造方法。
背景技術(shù):
鎂(Mg)在工業(yè)用金屬材料中的比重最小,因此被期待應(yīng)用于輕量化需求強(qiáng)的二 輪車、汽車、航空機(jī)等的部件或部材。但是由于與鋼鐵材料或鋁合金等現(xiàn)有工業(yè)用材料 相比,其強(qiáng)度并不充分,因而鎂合金的利用受到限制是現(xiàn)狀。為了解決這樣的課題,作為第二相分散有與鎂相比具有高強(qiáng)度和高硬度特性 的粒子或纖維等的復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)正在被推進(jìn)。作為分散的有效第二相,可以考慮鈦 (Ti)。 比較剛性,Mg為45GPa,Ti為105GPa,比較硬度,Mg為35 45Hv(維氏硬 度),Ti為110 120Hv。因此,通過(guò)將鈦粒子分散于鎂基質(zhì)中,能夠期待提高鎂基復(fù) 合材料的強(qiáng)度以及硬度的效果。另外,現(xiàn)有的復(fù)合材料中,氧化物、碳化物、氮化物等陶瓷類粒子或陶瓷類纖 維的分散是主流。這些粒子或纖維雖然都具有高剛性以及硬度,卻缺乏延展性,其分散 于鎂合金時(shí)會(huì)降低復(fù)合材料自身的延展性(例如,斷裂伸度)。相對(duì)于此,鈦是金屬,其 自身的延展性優(yōu)良,因此將鈦粒子添加·分散于鎂時(shí)不會(huì)產(chǎn)生降低復(fù)合材料的延展性的 問(wèn)題。另一方面,鎂存在著耐腐蝕性差的問(wèn)題。這是由于鎂具有不良特性,例如,其 標(biāo)準(zhǔn)電極電位Es(設(shè)氫H為零V)很小,為-2.356V。在這樣的鎂中,例如如果含有少量 的鐵(Fe Es = -0.44V)或銅(Cu Es = +0.34V),Mg-Fe以及Mg-Cu之間的電位差會(huì) 引發(fā)電蝕現(xiàn)象。相對(duì)于此,鈦的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1.75V,與作為向鎂添加的元素鋁(Al: Es = _1.676V)相比,其與鎂之間的電位差更小。即,可以說(shuō)鈦分散于鎂,對(duì)腐蝕現(xiàn)象的 影響很小。由上認(rèn)為,作為向鎂基質(zhì)中的分散強(qiáng)化材料,使用鈦粒子是有效的。至今為止報(bào)告的有關(guān)Ti粒子分散鎂復(fù)合材料的技術(shù),例如有,非專利文獻(xiàn)1: 日本金屬學(xué)會(huì)講演概要(2008年3月26日)p.355、No.464(片岡、北藺Ti粒子分散Mg 基複合材料O機(jī)械的特性1二及『+微細(xì)組織O影響);非專利文獻(xiàn)2:輕金屬學(xué)會(huì)講演概 要(2008年5月11日)ρ.13、No.7(北藺、片岡、駒津ι ^ P" 機(jī)械的特性(二及 ff t ★夕 >粒子添加O影響);非專利文獻(xiàn)3 粉體粉末冶金講演概要集(2007年6月6 日)ρ.148、No.2-51A(模並、藤田、大原、五十嵐/O夕乂力二力卟7 口 4 >夕‘法(二 J:易^ 7才、*々Λ複合材料ο開(kāi)発);非專利文獻(xiàn)4:粉體以及粉末冶金、第55卷、第4 號(hào)(2008)、ρ.244(模並、藤田、本江、大原、五十嵐、近藤?gòu)V卟夕乂力二力卟7 口 ^
複合材料Q開(kāi)発);非專利文獻(xiàn)5:輕金屬、第54卷、第11 號(hào)(2004)、p.522 526(佐藤、渡辺、三浦、三浦速心力固相法(二 J W夕 > 粒子分散^ ^f ^ ν々A基傾斜機(jī)能材料CO開(kāi)発)等。非專利文獻(xiàn)1以及非專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了,在純鎂板的表面散布純鈦粒子并在其 上面放置純鎂板,在此狀態(tài)下通過(guò)加熱以及加壓,制作鈦粒子被純鎂板夾持狀態(tài)的復(fù)合 材料,進(jìn)一步,通過(guò)重疊該復(fù)合材料進(jìn)行加熱以及加壓,制作鈦粒子排列于板的平面方 向的鈦粒子分散鎂基復(fù)合材料。非專利文獻(xiàn)3以及非專利文獻(xiàn)4中公開(kāi)了,混合鎂合金粉末和純鈦粉末,在將其 填充于模具內(nèi)的狀態(tài)下連續(xù)施加強(qiáng)塑性加工后,通過(guò)實(shí)施熱擠壓加工,制作Ti粒子分散 鎂基復(fù)合材料。上述非專利文獻(xiàn)1 4中,均將加熱溫度設(shè)為充分低于鎂的熔點(diǎn)的溫度,在未熔 融的完全固相溫度區(qū)域中制作復(fù)合材料。在關(guān)于各復(fù)合材料的拉伸試驗(yàn)的結(jié)果中,與未 添加Ti粒子的材料相比雖然確認(rèn)了約5 10%的強(qiáng)度增加,但是延展性(斷裂伸度)降 低了約20 30%。認(rèn)為,這是由于鎂與鈦不形成化合物,二者的接合界面強(qiáng)度不充分, 因而強(qiáng)度提高不充分,相反的,界面成為應(yīng)力集中部而產(chǎn)生了延展性降低。如上,在鈦粒子分散鎂基復(fù)合材料中,為了顯著提高強(qiáng)度和延展性雙方,有必 要提高M(jìn)g-Ti界面的密著性。非專利文獻(xiàn)5中公開(kāi)了以下的制造方法,S卩,向含有作為固相存在的鈦粒子的 鎂或鎂合金(AZ91D)的熔湯中施加離心力,會(huì)產(chǎn)生起因于分散粒子與熔湯的密度差的離 心力的差,利用由于離心力的差而產(chǎn)生的移動(dòng)速度差控制成分傾斜的制造方法。由于鈦 的比重是鎂的比重的2倍以上,所以通過(guò)非專利文獻(xiàn)5中公開(kāi)的離心力固相法,難以使 鈦粒子均勻分散于鎂或鎂合金的熔湯中。實(shí)際上,該文獻(xiàn)中記載有“可知,通過(guò)該手 法難以使鈦粒子分散”的內(nèi)容。并且該文獻(xiàn)中記載有,將鈦粒子投入含有鋁的鎂合金 (AZ91D)的熔湯中以應(yīng)用離心力固相法時(shí),鈦粒子凝集部的鋁濃度非常高,以及,鈦粒 子的外周部還存在鋁固熔了的區(qū)域。作為其理由,該文獻(xiàn)中記載有“高鋁濃度的初期熔 液由于毛細(xì)管現(xiàn)象滲透至鈦粒子間,有可能參與其凝集 燒結(jié)。由此明確了,將離心力 固相法應(yīng)用于含有鋁的AZ91D合金時(shí),從熔液成分的方面考慮存在問(wèn)題”。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述課題,其目的在于,通過(guò)將鈦粒子均勻分散于鎂基質(zhì) 中的同時(shí)提高鈦與鎂的界面密著性,提供具有優(yōu)良強(qiáng)度的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料。本發(fā)明的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料是使鈦粒子均勻分散到了鎂基質(zhì)中的復(fù)合材 料,其中,在分散于鎂合金基質(zhì)中的鈦粒子與基質(zhì)之間的界面,具有鈦_鋁化合物層。在一實(shí)施方式中,該Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料通過(guò)使含有鎂、鋁和鈦粒子的熔 湯凝固而得到鑄造材,再對(duì)該鑄造材進(jìn)行熱塑性加工而得。在另一實(shí)施方式中,該Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料是通過(guò)對(duì)使含有鎂、鋁和鈦粒 子的熔湯凝固而得的鑄造材進(jìn)行機(jī)械加工以使其成為粉末而得。在又一實(shí)施方式中,該Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料是通過(guò)霧化法使含有鎂、鋁和 鈦粒子的熔湯凝固成粉末狀后的粉體。在又一實(shí)施方式中,該Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料是含有鋁的鎂合金粉末與鈦粒 子的混合粉末的燒結(jié)固化體。此時(shí),也可以通過(guò)對(duì)燒結(jié)固化體施以熱塑性加工從而得到Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料。另一方面,本發(fā)明的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料的制造方法具有將鈦粒子投入 到含有鎂和鋁的熔湯中的工序;攪拌熔湯,使所述鈦粒子均勻分散于熔湯內(nèi)的工序;使 熔湯凝固,得到在鎂基質(zhì)與分散于基質(zhì)中的鈦粒子之間的界面具有鈦-鋁化合物層的復(fù) 合材料的工序。在一實(shí)施方式中,得到復(fù)合材料的工序包括使熔湯凝固,得到在鎂基質(zhì)與分 散于基質(zhì)中的鈦粒子之間的界面存在鈦-鋁化合物層的鑄造材的步驟,以及對(duì)鑄造材施 加熱塑性加工的步驟。在另一實(shí)施方式中,得到復(fù)合材料的工序包括使熔湯凝固,得到在鎂基質(zhì)與 分散于基質(zhì)中的鈦粒子之間的界面存在鈦-鋁化合物層的鑄造材的步驟,以及對(duì)鑄造材 施以機(jī)械加工成為粉末狀的步驟。在另一實(shí)施方式中,得到復(fù)合材料的工序包括通過(guò)霧化法使熔湯凝固成粉末狀 的步驟。另一方面,本發(fā)明的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料的制造方法具有將含有鋁的鎂 合金粉末與鈦粒子混合的工序;將混合粉末保持在較鎂合金粉末的液相發(fā)生溫度更高的 溫度進(jìn)行燒結(jié)固化,在鈦粒子與鎂基質(zhì)之間的界面形成鈦_鋁化合物層的工序。在一實(shí)施方式的制造方法中,具備對(duì)燒結(jié)體施加熱塑性加工的工序。關(guān)于上述記載的本發(fā)明構(gòu)成的技術(shù)性意義和作用效果,通過(guò)以下進(jìn)行詳細(xì)說(shuō) 明。
圖1是用于評(píng)價(jià)含有鋁的鎂合金與純鈦的浸潤(rùn)性的圖。圖2是用能量分散型分析掃描電子顯微鏡觀察A Z 80合金與鈦板之間的界面 的照片。圖3顯示AZ80合金與鈦板之間界面附近的分析結(jié)果的圖。圖4是觀察鎂基質(zhì)與鈦粒子之間接合界面的照片。圖5是顯示Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料的SEM-EDS分析結(jié)果的照片。圖6是顯示表示化合物的生成狀況的X射線濺射結(jié)果的圖。圖7是顯示Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料的SEM-EDS分析結(jié)果的照片。圖8是表示坯體內(nèi)部的組織的觀察結(jié)果的照片。
具體實(shí)施例方式本申請(qǐng)的發(fā)明人為了開(kāi)發(fā)鈦與鎂之間的界面接合強(qiáng)度能夠提高了的鈦粒子分散 鎂基復(fù)合材料,著眼于利用包含于Mg合金的鋁(Al)的擴(kuò)散現(xiàn)象而在界面的Ti-Al系化合 物層的生成。(1)含有Al的鎂合金與純鈦的浸潤(rùn)性本申請(qǐng)的發(fā)明人考察了含有Al的鎂合金液滴與純鈦板之間的浸潤(rùn)性。具體 地講,在高真空狀態(tài)下將熔融了的AZ80(Mg_8% Al_0.5%Mn)鎂合金的液滴(保持為 SOO0C )從氧化鎂(MgO)制噴嘴前端靜態(tài)配置于純鈦板表面,連續(xù)攝影并評(píng)價(jià)了 800°C的
5純Mg和純Ti之間的浸潤(rùn)性。如圖1所示,在接觸Ti板表面的時(shí)刻(t = 0秒)的浸潤(rùn)角為約118°,隨著時(shí) 間的經(jīng)過(guò)浸潤(rùn)角減少,35分鐘后為約40°。一般情況下,如果浸潤(rùn)角低于90°即判斷 為發(fā)生浸潤(rùn)現(xiàn)象,浸潤(rùn)性隨著其值接近于0°而升高。被認(rèn)為與鎂的浸潤(rùn)性良好的碳化 鈦(TiC)在 900°C 的浸潤(rùn)角為約 33° (參考文獻(xiàn)A.Contrerasa 等;Scripta Materialia, 48 (2003) 1625-1630),因此,含有8質(zhì)量%的Al成分的AZ80鎂合金與純Ti的浸潤(rùn)性良 好。在浸潤(rùn)性的評(píng)價(jià)后,用能量分散型掃描顯微鏡(SEM-EDS)觀察了在試驗(yàn)片上凝 固后的AZ80合金與鈦板之間的界面。將其結(jié)果示于圖2。在接合界面的Ti板側(cè)形成了 厚度約2μιη的皮膜,該皮膜與ΑΖ80鎂合金以及純Ti板中的任一者均沒(méi)有空隙,具有良 好的密著性。將其界面附近的分析結(jié)果示于圖3。上述厚度2μιη左右的皮膜由Ti-Al成分形成,是通過(guò)ΑΖ80中含有的Al成分與 Ti板之間的反應(yīng)形成的層。通過(guò)形成該反應(yīng)層,可以形成與鎂合金側(cè)和Ti粒子側(cè)的雙方 均具有強(qiáng)結(jié)合力的良好的密著界面。為了比較,制作了現(xiàn)有技術(shù)(非專利文獻(xiàn)1 4)中報(bào)告的復(fù)合材料,即在鎂粉 末的固相溫度下對(duì)純鈦粉末和純鎂粉末的混合粉末進(jìn)行加熱以及加壓而得的復(fù)合材料, 觀察了二者的接合界面。將其結(jié)果示于圖4。制作復(fù)合材料時(shí),將溫度設(shè)為520度,設(shè) 為低于純鎂的熔點(diǎn)(650度)的完全固相狀態(tài)。如箭頭所示,在Ti粒子與Mg基質(zhì)之間的 界面,觀察到多個(gè)空間·空隙,得知其密著性不充分。因此,在現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的制造方 法中,由于以低于Mg熔點(diǎn)的固相溫度加熱·燒結(jié),因此Mg與Ti的密著性不充分,結(jié) 果未能實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料中的強(qiáng)度以及延展性的提高。(2)使用了 Ti粒子分散Mg-Al系熔湯的復(fù)合材料本發(fā)明人根據(jù)上述結(jié)果,為了提高鎂基質(zhì)與Ti粒子之間的界面接合強(qiáng)度,將 含有鋁成分的鎂合金作為基質(zhì)用原料,將鎂合金熔湯保持在較該鎂合金的熔點(diǎn)更高的溫 度,向其中添加Ti粒子。充分?jǐn)嚢枞蹨光伭W泳鶆蚍稚⒃谌蹨兄螅谷蹨獭?通過(guò)該制法制得的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料中,發(fā)揮了良好的浸潤(rùn)性以及Al與鈦之間的 反應(yīng)性,構(gòu)成基質(zhì)的鎂和鈦粒子在其界面隔著鈦-鋁化合物層保持優(yōu)良的界面接合強(qiáng)度 而牢固地接合。使鈦粒子均勻分散于鎂基質(zhì)中的復(fù)合材料可以通過(guò)以往的鑄造法、壓鑄法等來(lái) 制造。另外,可以對(duì)這些鑄造材實(shí)施切削加工、粉碎加工等機(jī)械加工而成為粉末狀。這 樣而得的鎂基復(fù)合粉末中,鈦粒子均勻地分散在鎂基質(zhì)中。使鈦粒子均勻分散在鎂基質(zhì)中了的鎂基復(fù)合粉末也可以通過(guò)利用霧化法使鈦粒 子均勻分散的Mg-Al合金的熔湯凝固而制得。霧化法是通過(guò)對(duì)熔湯流噴射(噴霧法)高 壓水或高壓氣體而制作粉末的方法。即使在這種情況下,鈦粒子也均勻分散在所得的粉 末的內(nèi)部,并且在Ti粒子和鎂合金基質(zhì)之間的界面生成Ti-Al系化合物層,具有良好的界 面接合強(qiáng)度。如上所述,向含有Al成分的鎂合金熔湯中添加鈦粒子,實(shí)施充分的攪拌之后, 通過(guò)鑄造法或壓鑄法形成鎂基復(fù)合材料的情況,或者通過(guò)霧化法使均勻分散了鈦粒子的 Mg-Al合金熔湯直接粉末化的情況中的任一種情況下,鈦粒子與基質(zhì)的鎂均由于優(yōu)良的
6浸潤(rùn)性、具有Al-Ti之間的高反應(yīng)性而沒(méi)有空隙的良好的接合界面地牢固結(jié)合。將通過(guò)鑄造法或模鑄法制得的Ti粒子分散鎂基復(fù)合原材料加熱到規(guī)定的溫度 后,對(duì)該原材料實(shí)施熱擠壓加工、熱軋加工、鍛造加工等熱塑性加工,從而使基質(zhì)的結(jié) 晶粒微細(xì)化,使復(fù)合材料的強(qiáng)度進(jìn)一步提高。另外,將由鑄造材通過(guò)切削加工等機(jī)械加工制作的Ti粒子分散鎂基復(fù)合粉末、 或向熔湯流噴射高壓水或高壓氣而得到的Ti粒子分散鎂基復(fù)合粉末壓粉固化制作壓粉成 形體或燒結(jié)固化體,根據(jù)需要進(jìn)一步實(shí)施熱擠壓加工、熱軋加工、鍛造加工等熱塑性加 工,從而能夠創(chuàng)制復(fù)合粉末之間冶金性結(jié)合或燒結(jié)了的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料。在上述實(shí)施方式中,向Mg-Al合金熔湯中投入了合適量的鈦粒子,但是作為其 他實(shí)施方式,也可以通過(guò)以下的制造方法來(lái)得到Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料。在該實(shí)施 方式中,將含有鋁的鎂合金粉末和Ti粒子混合,將該混合粉末保持在規(guī)定的溫度下進(jìn)行 燒結(jié)固化。在此,重要的一點(diǎn)是將混合粉末保持為高于鎂合金粉末的液相發(fā)生溫度的溫 度。通過(guò)保持為這樣的高溫度,燒結(jié)后的燒結(jié)固化體中的構(gòu)成基質(zhì)的鎂與鈦粒子在其界 面隔著鈦-鋁化合物層而保持良好的浸潤(rùn)性和優(yōu)良的界面接合強(qiáng)度,牢固地結(jié)合。通過(guò) 對(duì)該燒結(jié)固化體實(shí)施熱塑性加工,進(jìn)一步提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。另外,在上述各實(shí)施方式中,在構(gòu)成基質(zhì)的鎂與鈦粒子之間的界面形成的 鈦-鋁化合物層可以完全包圍鈦粒子,也可以覆蓋鈦粒子的表面。實(shí)施例1作為起始原料,準(zhǔn)備AZ61(Mg_5.9% A1-1.1 % Zn)鎂合金塊和平均粒子徑 29.8 μ m的鈦粉末,將鎂合金塊在碳坩鍋內(nèi)加熱至700°C使其熔解,向該熔湯中,以總體 的重量比率計(jì)添加5質(zhì)量%的上述鈦粒子。之后,為了防止鈦粒子的偏析和向底部的沉 淀,對(duì)熔湯進(jìn)行30分鐘充分?jǐn)嚢杼幚砗?,將熔湯澆鑄到水冷模具中,從而制作鑄造原材 料。將對(duì)所得鑄造原材料進(jìn)行SEM-EDS分析的結(jié)果示于圖5。確認(rèn)了,鈦粒子與 基質(zhì)之間的界面不存在空隙,具有良好的密著性。另外,由元素分析的結(jié)果可知,在鈦 粒子的表面鋁(Al)成分存在為層狀,Ti-Al化合物層形成于鈦粒子與AZ61基質(zhì)之間的界 面。通過(guò)該反應(yīng)層,可以得到鈦粒子與基質(zhì)之間的良好密著性。另外,向熔湯中添加鈦粉末均勻攪拌處理時(shí),對(duì)于其處理時(shí)間為10分鐘時(shí)的復(fù) 合材料,與上述復(fù)合材料一同進(jìn)行X射線衍射,觀察化合物的生成狀況。將其結(jié)果示于 圖6。對(duì)于均勻攪拌處理進(jìn)行30分鐘后的情況,檢測(cè)Al3Ti的金屬間化合物的衍射峰, 但對(duì)于10分鐘的攪拌處理材沒(méi)有檢測(cè)到上述化合物的峰。也就是說(shuō),攪拌時(shí)間不充分 時(shí),不進(jìn)行鎂合金中的Al成分與鈦粒子之間的擴(kuò)散反應(yīng),結(jié)果造成難以生成作為本申請(qǐng) 特征的Ti-Al化合物層。因此,在向鎂合金熔湯中投入鈦粒子之后,優(yōu)選進(jìn)行30分鐘以 上的均勻攪拌處理。實(shí)施例2準(zhǔn)備純鎂粉末和Al-Mn合金粉末,配合兩種粉末使作為整體成為AZ61合金組成 (Mg-6% Al-l%Zn)0將該混合粉末通過(guò)油壓壓制進(jìn)行壓粉固化,將該成形固化體投入 到碳坩鍋中加熱·保持在700°C,從而制作AZ61鎂合金熔湯。向該熔湯中以總體的重量比例計(jì)添加10質(zhì)量%的鈦粒子。之后,為了防止鈦粒子的偏析以及向底部的沉淀而對(duì) 熔湯實(shí)施均勻攪拌處理30分鐘之后,將熔湯澆鑄到水冷模具中,從而制作鑄造原材料。將對(duì)所得鑄造材料進(jìn)行SEM-EDS分析的結(jié)果示于圖7。確認(rèn)了,雖然添加了 10質(zhì)量%的鈦粒子,但沒(méi)有觀察到粒子的顯著凝集·偏析組織,可見(jiàn)鈦粒子在基質(zhì)中均 勻分散。另外,可知在鈦粒子與基質(zhì)之間的界面沒(méi)有空隙,具有良好的密著性。另外, 通過(guò)元素分析結(jié)果,可知鋁(Al)成分以包圍鈦粒子表面的方式存在為層狀,Ti-Al化合物 層在鈦粒子與AZ61基質(zhì)之間的界面形成。通過(guò)該反應(yīng)層可以得到鈦粒子與基質(zhì)之間良 好的密著性。實(shí)施例3作為起始原料準(zhǔn)備AZ91D鎂合金(Mg-9.1 % Al-1.1% Zn-0.2 % Mn)的塊狀試 料、平均粒子徑29.8 μ m的鈦粉末,將AZ91D鎂合金塊在碳坩鍋內(nèi)加熱到720°C進(jìn)行熔 解,向該熔湯中以總體的重量比計(jì),添加3質(zhì)量%的鈦粒子。之后,為了防止鈦粒子的 偏析和向底部的沉淀而實(shí)施40分鐘的熔湯均勻攪拌處理后,將其澆鑄到圓筒狀模具制成 直徑60mm的坯體。將觀察坯體內(nèi)部的組織的結(jié)果示于圖8?;|(zhì)中均勻分散有微細(xì)的Mg17Al12化 合物(β相),鈦粒子也同樣沒(méi)有凝集·偏析地均勻分散于基質(zhì)中。通過(guò)機(jī)械加工由上述Ti粒子分散AZ91D澆鑄坯體制作直徑45mm的擠壓用坯 體,將坯體在氬氣氛中于350°C加熱 保持5分鐘,而后立即進(jìn)行熱擠壓加工(擠壓比 37),制得直徑7_的圓棒擠壓材。從所得的擠壓材采取拉伸試驗(yàn)片,在常溫下進(jìn)行拉 伸試驗(yàn)。作為比較,在與上述相同的條件下,制作沒(méi)有添加鈦粒子的AZ91D鎂澆鑄坯 體,同樣經(jīng)過(guò)機(jī)械加工制作直徑45mm的擠壓用坯體,再施加擠壓加工。對(duì)所得的擠壓 材同樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。將拉伸試驗(yàn)結(jié)果示于表1。[表1]
Ti粒子添加量03(質(zhì)量%)拉伸強(qiáng)度(MPa)344382耐力(MPa)254287斷裂伸度(%)11. 39. 1與將沒(méi)有含有鈦粒子的AZ91D鑄造坯體擠壓加工后的材料進(jìn)行比較,添加了 3 質(zhì)量%鈦粒子的AZ91D鑄造坯體擠壓材中的拉伸強(qiáng)度以及耐力顯著增強(qiáng),另一方面,對(duì) 于斷裂伸度未見(jiàn)大幅下降。另外,本申請(qǐng)的Ti粒子分散AZ91D復(fù)合材料中,通過(guò)X射 線衍射結(jié)果可以確認(rèn),生成了 ^入13金屬間化合物,或者在鈦粒子與AZ91D基質(zhì)界面形成 沒(méi)有空隙的良好接合界面。由以上結(jié)果可知,在本發(fā)明的Ti粒子分散Mg-Al系復(fù)合材料中,沒(méi)有伴隨鈦粒 子的凝集·偏析,在鈦粒子的表面生成Ti-Al系化合物生成,通過(guò)其使鈦粒子與基質(zhì)之 間的接合強(qiáng)度提高,結(jié)果鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)度能夠提高。
8
另外,代替鈦粒子而使用具有更高硬度的Ti-6A1_4V合金粉末(平均粒子徑 22.8 μ m)來(lái)制造Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料時(shí),鈦合金粒子沒(méi)有凝集 偏析而是在基質(zhì)中 均勻分散,在鈦合金粉末和AZ91D基質(zhì)之間的界面,確認(rèn)有沉入13金屬間化合物的生成, 認(rèn)定在界面不存在空隙,具有良好的結(jié)合狀態(tài)。確認(rèn)了,添加3質(zhì)量%的^-6人1_4乂合 金粉末時(shí)的拉伸強(qiáng)度為414MPa,比添加3質(zhì)量%純鈦粒子時(shí)的復(fù)合材料的強(qiáng)度進(jìn)一步增 加。這樣,通過(guò)分散于鎂合金基質(zhì)中的鈦粒子的硬度 強(qiáng)度的進(jìn)一步增加,鎂復(fù)合材料 的強(qiáng)度也進(jìn)一步提高。實(shí)施例4作為起始原料,準(zhǔn)備AZ91D鎂合金(Mg-9.1 % A1-1.1 % Zn-0.2% Mn)的塊狀試 料和平均粒徑29.8 μ m的鈦粉末,將AZ91D鎂合金塊在碳坩鍋中加熱到720°C進(jìn)行熔解, 在該熔湯中以總體的重量比率計(jì)加入3質(zhì)量%的上述鈦粒子。之后,為了防止鈦粒子的 偏析和向底部的沉淀,實(shí)施40分鐘的熔湯均勻攪拌處理,之后將其澆鑄到圓筒狀模具制 造直徑60mm的坯體。通過(guò)切削加工,由該Ti粒子分散AZ91D澆鑄坯體制造全長(zhǎng)1 4mm左右的切 粉,將該切粉填充到SKDll制模具,通過(guò)油壓壓制機(jī)施以600MPa壓力,制造直徑45mm 的粉末成形體坯體。將壓粉成形坯體在氬氣氛中于350°C加熱·保持5分鐘,而后立即 施加熱擠壓加工(擠壓比37),制造直徑7mm的圓棒擠壓材。從所得的擠壓材采取拉 伸試驗(yàn)片,在常溫下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。作為比較,在與上述相同的條件下,制造沒(méi)有添加鈦粒子的AZ91D鎂澆鑄坯 體,同樣經(jīng)過(guò)切削加工制造全長(zhǎng)1 4mm左右的切粉。向該AZ91D切削粉末中配合3 質(zhì)量%的鈦粒子,利用干式球磨機(jī)進(jìn)行1小時(shí)的混合處理之后,與上述同樣利用油壓壓 制機(jī)對(duì)混合粉末進(jìn)行壓粉成形,經(jīng)過(guò)350°C的加熱工序后,施加擠壓加工。對(duì)所得的擠壓 材也同樣在常溫下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。將拉伸試驗(yàn)結(jié)果示于表2。表2
權(quán)利要求
1.一種Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料,其是使鈦粒子均勻分散于鎂基質(zhì)中了的Ti粒子分 散鎂基復(fù)合材料,其特征在于,在分散于所述鎂合金基質(zhì)中的所述鈦粒子和基質(zhì)之間的界面,具有鈦-鋁化合物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料,所述Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料 通過(guò)對(duì)使含有鎂、鋁和鈦粒子的熔湯凝固而得的鑄造材實(shí)施熱塑性加工而得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料,所述Ti粒子分散鎂基復(fù)合材 料通過(guò)對(duì)使含有鎂、鋁和鈦粒子的熔湯凝固而得的鑄造材進(jìn)行機(jī)械加工使其成為粉末而得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料,所述Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料 是通過(guò)霧化法使含有鎂、鋁和鈦粒子的熔湯凝固成粉末狀后的粉體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料,所述Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料 是含有鋁的鎂合金粉末與鈦粒子的混合粉末的燒結(jié)固化體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料,所述Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料 通過(guò)對(duì)所述燒結(jié)固化體施加熱塑性加工而得。
7.—種Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料的制造方法,其具有 向含有鎂和鋁的熔湯中,投入鈦粒子的工序;攪拌所述熔湯以使所述鈦粒子在所述熔湯內(nèi)均勻分散的工序; 使所述熔湯凝固,得到在鎂基質(zhì)與分散于基質(zhì)中的鈦粒子之間的界面存在鈦-鋁化 合物層的復(fù)合材料工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料的制造方法,所述得到復(fù)合材料 的工序包括使所述熔湯凝固,得到在鎂基質(zhì)與分散于基質(zhì)中的鈦粒子之間的界面存在鈦-鋁化 合物層的鑄造材的步驟;以及,對(duì)所述鑄造材施以熱塑性加工的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料的制造方法,所述得到復(fù)合材料 的工序包括使所述熔湯凝固,得到在鎂基質(zhì)與分散于基質(zhì)中的鈦粒子之間的界面存在鈦-鋁化 合物層的鑄造材的步驟;對(duì)所述鑄造材施以機(jī)械加工而成為粉末狀的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料的制造方法,所述得到復(fù)合材料 的工序包括,通過(guò)霧化法使所述熔湯凝固成粉末狀的步驟。
11.一種Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料的制造方法,具備 將含有鋁的鎂合金粉末與鈦粒子混合的工序;將所述混合粉末保持在高于所述鎂合金粉末的液相發(fā)生溫度的溫度下進(jìn)行燒結(jié)固 化,在所述鈦粒子與鎂基質(zhì)之間的界面形成鈦-鋁化合物層的工序。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料的制造方法,其還具有對(duì)所述 燒結(jié)體施以熱塑性加工的工序。
全文摘要
Ti粒子分散鎂基復(fù)合材料是在鎂基質(zhì)中使鈦粒子均勻分散的復(fù)合材料,其中,在分散于鎂合金基質(zhì)中的鈦粒子與基質(zhì)之間的界面具有鈦-鋁化合物層。
文檔編號(hào)B22F9/04GK102016093SQ200980114158
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者近藤勝義, 金子貫太 申請(qǐng)人:株式會(huì)社栗本鐵工所, 近藤勝義