专利名称：镁基复合粉末、镁基合金原材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及包含具有高刚性的Mg2Si的镁基复合粉末和镁基合金原材及其制造方法。
背景技术：
镁合金因其低比重而以轻量化效果为特征，主要在移动电话和随身听的壳体中得到广泛制品化、实用化。在制品和部件的设计中，除了原材的强度和硬度这种机械的特性以外，刚性也是重要的材料因素。
例如，将镁合金应用于自动变速器(AT)用外壳(case)时，即使其与目前所使用的铝合金(例如ADC12)具有同等的抗拉强度和蠕变强度的情况下，原有的镁合金的刚性(杨氏模量)也只有铝合金的约60％左右，因此在同等尺寸、壁厚下施加载荷时会产生弯曲、变形。因此，至今在镁合金的实用化中仍然存在的问题是，需要根据应用的制品、零件而进行厚壁化设计，从而得不到轻量化效果。
为了提高以镁合金为首的金属材料的刚性，一般有效的方法是，使具有比该金属材料刚性高的化合物粒子分散，即复合材料的利用。例如，硅化镁(Mg2Si)其杨氏模量为120GPa，由于与一般的镁合金的杨氏模量(43～44GPa)相比显著的大，所以在合金中分散该粒子的复合材料中能够期待刚性提高。
然而，通过熔解、铸造法制造Mg-Si系合金时，因为Si含量以重量标准计在约1％附近存在共晶点，所以如果添加远远超过1重量％的Si时，由其与Mg的反应而生成的Mg2Si成长得粗大。在含有如此粗大的Mg2Si的镁合金中，会发生因在其粒子的应力集中造成的强度、韧性的降低，以及伴随Mg和Si的反应带来的发热而存在熔解过程中的爆炸等的危险性。另外因粗大的Mg2Si粒子存在，向金属模内的浇注性能(铸造性)降低。发生在铸造合金原材内部存在大量缺陷和空穴这样的问题。因此，AS21合金(Mg-2％Al-1％Si)和AS41合金(Mg-4％Al-1％Si)等是可以用熔解、铸造法制造的含有Mg2Si的镁合金。然而，在添加1重量％左右的Si时，因为生成的Mg2Si粒子的体积分率仍不足全体的1％左右，所以难以使镁合金的刚性显著提高。
另一方面，S.K.THAKUR(出处Metallurgical and MaterialsTransactions A，Vol.35A，March 2004，p.1167-1176)提出的方法是，预先形成将含有Si粉末的3种混合粉末固化的预成型坯(preform)，在此通过对熔解了的镁合金加压同时使之浸透的溶浸(infiltration)法制造含有Mg2Si粒子的镁合金。然而，在该方法中，通过熔解的Mg合金和Si的反应合成的Mg2Si在此反应过程中随晶粒成长，其结果是成为70～100μm左右的粗大的Mg2Si存在于镁合金中。该结果是产生如上所述的各种性能上的问题。
本发明者在特愿2003-2602号(2003年1月8日申请)中，公开了一种运用粉末冶金法来制造分散有Mg2Si粒子的镁基复合材料的技术。在此提出了通过机械结合法或者使用了粘合剂的接合法，使微细的Si粉末或SiO2粉末附着于镁基合金粉末的表面的镁复合粉末及其制造方法。此外还提出，对于这样的复合粉末实施温间塑性加工，在此过程中利用Mg和Si或SiO2的固相反应而生成Mg2Si粒子，最终得到使内部均一地分散了此Mg2Si粒子的镁基复合材料。
由特愿2003-2602号中公开的技术得到的镁基复合材料显示出高抗拉强度，但是需要Mg和Si或SiO2反应所需的高温加热(例如400～550℃左右)。这时会伴随有镁结晶粒的粗大化。若换言之，即为了实现更高强度化而加热温度的低温化是有效的，但是由于上述的固相反应的关系，例如300℃左右的低温加热化很困难。
发明内容
本发明的目的在于，即使不实施高温加热，也能够得到大量含有Mg2Si粒子的高刚性和高强度的镁合金。
本申请发明者发现，为了制造使Mg2Si粒子分散的镁基复合材料，有效的办法是使用在Mg基粉末的表面及/或基体内部存在有Mg2Si粒子的镁基复合粉末。并发现不使用如特愿2003-2602号中所公开的Si粒子，不是利用其与Mg粉体的固相反应来合成Mg2Si粒子的方法，而是采用Mg2Si粒子，并由此得到以下的优点。
(1)不需要用于促进上述的Si-Mg反应所需的400～550℃附近的高温加热，其结果是通过抑制基体的Mg结晶粒的粗大、成长，从而能够抑制Mg基合金的强度降低。
(2)通过避免Si-Mg反应过程中的发热现象，从而能够抑制Mg2Si粒子和Mg的粗大化。
总之，即使不实施如上所述的Mg和Si的固相反应所需要的高温加热，通过200～400℃左右的温间挤压加工也可以制造镁基合金。其结果是，能够得到大量含有微细的Mg2Si粒子的高刚性且高强度的镁基合金。
依据本发明的镁基复合粉末，具有镁基粉末、和分散于镁基粉末的表面和基体内部的至少任何一方的硅化镁(Mg2Si)。
在上述的镁基复合粉末中，Mg2Si的最大粒子径为50μm以下，优选为20μm以下，更优选为5μm以下。另外，相对于该镁基复合粉末的Mg2Si的含量，以体积基准计优选为5～60％。
依据本发明的镁基合金原材，是将上述的镁基复合粉末做压粉成形并进行了烧结，使基体中分散有Mg2Si粒子。
在一个实施方式中，依据本发明的镁基复合粉末的制造方法具有如下工序。
a)准备镁(Mg)基粉末和硅化镁(Mg2Si)粒子的工序。
b)在Mg基粉末的表面涂布粘合剂的工序。
c)将涂布了粘合剂的Mg基粉末和Mg2Si粒子混合、搅拌，使Mg基粉末的表面与Mg2Si粒子结合的工序。
在其他的实施方式中，依据本发明的镁基复合粉末的制造方法具有如下工序。
a)准备镁(Mg)基粉末和硅化镁(Mg2Si)粒子的工序。
b)在调配Mg基粉末和Mg2Si粒子后进行机械性混合，使Mg基粉末的表面与Mg2Si粒子机械性地结合的工序。
在上述方法中，使Mg基粉末的表面与Mg2Si粒子机械地结合的方法是，例如使用球磨机、混合磨碎机、滚轴式压实机(roller compactor)或轧制机等机械地混合调配粉末。
此外在其他实施方式中，依据本发明的镁基复合粉末的制造方法具有如下工序。
a)准备镁(Mg)基粉末和硅化镁(Mg2Si)粒子的工序。
b)混合Mg基粉末和Mg2Si粒子的工序。
c)在金属模具内将混合粉末压粉成形，制作分散有Mg2Si粒子的Mg基压粉成形体的工序。
d)烧结Mg基压粉成形体，制作分散有Mg2Si粒子的Mg基烧结合金的工序。
e)对Mg基烧结合金进行机械地粉碎或切削加工而粉体粉末化的工序。
此外在其他实施方式中，依据本发明的镁基复合粉末的制造方法具有如下工序。
a)准备镁(Mg)基粉末和硅(Si)粒子的工序。
b)混合Mg基粉末和Si粒子的工序。
c)在金属模具内将混合粉末压粉成形，制作分散有Si粒子的Mg基压粉成形体的工序。
d)加热Mg基压粉成形体，通过Mg和Si的反应合成Mg2Si，同时制作分散有Mg2Si粒子的Mg基烧结合金的工序。
e)对Mg基烧结合金进行机械地粉碎或切削加工而粉体粉末化的工序。
此外在其他实施方式中，依据本发明的镁基复合粉末的制造方法具有如下工序。
a)在镁基熔液中投入硅化镁(Mg2Si)粒子并搅拌的工序。
b)将熔液浇注于模具以制作铸造原材的工序。
c)对铸造原材进行机械地粉碎或切削加工而粉体粉末化的工序。
此外在其他实施方式中，依据本发明的镁基复合粉末的制造方法具有如下工序。
a)准备镁(Mg)基粉末和硅化镁(Mg2Si)粒子的工序。
b)混合Mg基粉末和Mg2Si粒子的工序。
c)在金属模具内将混合粉末压粉成形，制作分散有Mg2Si粒子的Mg基压粉成形体的工序。
d)将Mg基压粉成形体进行熔解、铸造，制作Mg2Si粒子分散Mg基铸造原材的工序。
e)对Mg基铸造原材进行机械地粉碎或切削加工而粉体粉末化的工序。
此外在其他实施方式中，依据本发明的镁基复合粉末的制造方法具有如下工序。
a)准备镁(Mg)基粉末和硅(Si)粒子的工序。
b)混合Mg基粉末和Si粒子的工序。
c)在金属模具内将混合粉末压粉成形，制作分散有Si粒子的Mg基压粉成形体的工序。
d)加热Mg基压粉成形体，通过Mg和Si的反应合成Mg2Si，同时制作分散有Mg2Si粒子的Mg基烧结合金的工序。
e)将Mg基烧结合金进行熔解、铸造，制作Mg2Si粒子分散的Mg基铸造原材的工序。
f)对铸造原材进行机械地粉碎或切削加工而粉体粉末化的工序。
依据本发明的镁基合金原材的制造方法，具有如下工序将上述的镁基复合粉末压粉成形的工序；在200～400℃的惰性气体气氛或非氧化性气体气氛中加热该压粉成形体的工序；在加热后立即对压粉成形体进行挤压加工而使其致密化的工序。
关于本发明的特征和作用效果在以下的项目中记载。
图1是表示将粘合剂用于Mg基粉末的表面而使Mg2Si粒子附着的方法的一例的图解图。
图2是表示将粘合剂用于Mg基粉末的表面而使Mg2Si粒子附着的方法的另一例的图解图。
图3是表示在Mg基粉末的表面附着了Mg2Si粒子的镁基复合粉末的一例的图解图。
图4是表示在Mg基粉末的表面附着了Mg2Si粒子的镁基复合粉末的另一例的图解图。
图5是表示制造镁基复合粉末的方法的一例的图。
图6是表示使Mg镁基粉末的基体中分散Mg2Si粒子的镁基复合粉末的一例的图解图。
图7是表示制造镁基复合粉末的方法的另一例的图。
图8是表示制造镁基复合粉末的方法的又一其他例的图。
图9是表示制造镁基复合粉末的方法的又一其他例的图。
图10是表示制造镁基复合粉末的方法的又一其他例的图。
图11是表示使Mg镁基合金基体中分散Mg2Si粒子的镁基复合粉末的剖面组织的一例的显微镜照片。
图12是表示镁基复合粉末的X射线衍射结果的一例的图。
图13是表示镁基复合粉末的X射线衍射结果的另一例的图。
具体实施例方式
(1)镁基复合粉末(A)Mg2Si的含量镁基合金粉末整体为100％时，以体积标准计含有5～60％的Mg2Si。另外，从对复合粉末进行固化而得到的镁基合金的机械加工性(切削性)的观点出发，更优选Mg2Si的含量以体积标准计为20～40％。Mg2Si的含量低于5％的情况下，得不到具有充分刚性的镁合金。另一方面，当Mg2Si粒子的含量超过60％时，在含有Mg2Si粒子的镁基复合粉末中产生Mg2Si粒子的偏析、凝集，固化这样的粉末而得到的镁基合金会发生强度和韧性的降低。为了具有与铝合金同等水平的刚性，而且为了确保优异的强度和切削性而更优选Mg2Si粒子的含量以体积标准计为20～40％。
(B)Mg2Si的最大粒径镁基复合粉末所含的Mg2Si的最大粒径为50μm以下，优选为20μm以下，更优选为5μm以下。若Mg2Si的最大粒径超过50μm，则会产生得到的镁基合金的机械特性和切削性降低这样的问题。该值为20μm以下时，即使在含有超过40体积％的Mg2Si粒子的情况下也能够维持良好的切削性。再有Mg2Si粒子的最大粒径为5μm以下时，镁基合金的切削性提高，同时由于微细的Mg2Si粒子的分散，本合金的抗拉强度提高。
(C)刚性(杨氏模量)镁基合金的杨氏模量为48～90GPa。如果杨氏模量低于48GPa，则相对于原有的镁合金的杨氏模量的增加率为10％以下，很难适用于汽车用盖、壳关联构件和个人电脑和移动设备等的壳体构件等。另一方面，如所述，在杨氏模量超过90GPa时，Mg2Si的含量以体积标准计超过60％，因此合金原材的韧性和切削性降低。
(2)镁基复合粉末的制造方法(A)使用了利用粘合剂接合的镁基复合粉末图1和图2表示使用了粘合剂溶液的Mg基复合粉末的制造方法，图3模式化地表示了利用此方法得到的Mg基复合粉末的剖面结构。
在本方法中，采用湿式造粒机和喷雾干燥器制造复合粉末。据图1所示的方法，是在容器1内投入Mg基粉末和Mg2Si粒子的混合物2，从容器1的下部供给温风3而使该混合物2浮置。在此状态下，将粘合剂溶液4作为喷雾从上部喷向混合物2，从而将粘合剂涂布于各粒子的表面，同时使其高温干燥。其结果如图3所示，通过粘合剂9在Mg基粉末7的表面有Mg2Si粒子8附着、结合。
据图2所示的方法，是在容器1内以比较低的风量使Mg基粉末和Mg2Si粒子的混合物2浮置，在此状态下相对于风流方向垂直地从下部喷雾粘合剂溶液4。
另外，虽然未图示，但是在粘合剂溶液中混合、搅拌Mg2Si粒子，将该粘合剂溶液作为喷雾对于利用温风而浮置的Mg基粉末进行涂布，由此同样能够通过粘合剂使Mg2Si粒子附着、结合于Mg基粉末表面。
另外作为其他方法，将规定量的Mg量粉末投入容器，在其中添加成为粘合剂的油酸，油酸相对于Mg基粉末以重量比率计为0.2～0.5％，之后使容器整体振动或旋转，从而对容器内的Mg基粉末表面涂布油酸。其后，在容器中添加Mg2Si粒子，再度振动或旋转容器，使涂布有油酸的Mg基粉末表面附着Mg2Si粒子。如此得到如图3所示的Mg基复合粉末。
(B)利用机械性结合的镁基复合粉末另一方面，作为机械性结合的方法，是将Mg基粉末和Mg2Si粒子以其混合的状态投入球磨机、混合磨碎机、滚轴式压实机或轧制机等，对混合粉体施加压缩、剪切加工等，从而得到在Mg基粉末表面机械性地结合、附着了Mg2Si粒子的Mg基颗粒物。根据需要，利用粉碎、筛粉机能够由该颗粒物得到具有如图4所示的剖面结构且具有规定尺寸形状的Mg基复合粉末。在图4所示的Mg基复合粉末15中，在Mg基粉末7的表面机械性地结合附着有Mg2Si粒子8。
(C)采用了Mg2Si粒子分散Mg基烧结合金的镁基复合粉末(a)图5所示的方法准备Mg基粉末和Mg2Si粒子作为初始原料，以规定的调配比率将两者混合、搅拌之后填充到金属模具内，并进行加压固化，以制作分散有Mg2Si粒子的Mg基压粉成形体。
在惰性气体或非氧化性气体或真空中以低于Mg基粉末的熔点加热上述的压粉成形体，从而通过Mg基粉末间的固相扩散得到Mg2Si粒子分散型Mg基烧结合金。
通过球磨机和压碎机等的粉碎机或切削等的加工将上述的Mg2Si粒子分散型Mg基烧结合金粉体化，由此得到呈图6所示的剖面结构且具有规定的尺寸形状的Mg基复合粉末16。图6所示的Mg基复合粉末16主要是在Mg基粉末7的基体内部分散有Mg2Si粒子。
还有，在上述的Mg2Si粒子分散型Mg基烧结合金中，以体积标准计在Mg2Si粒子的含量超过60％时，Mg2Si粒子的偏析、凝集产生，另外产生切削加工中的工具寿命降低这样的问题。从这一观点出发，Mg2Si粒子的含量优选为60％以下。
(b)图7所示的方法准备Mg基粉末和Si粒子作为初始原料，以规定的调配比率将两者混合、搅拌之后填充到金属模具内，并进行加压固化，以制作分散有Si粒子的Mg基压粉成形体。
在惰性气体或非氧化性气体或真空中以低于Mg基粉末的熔点加热上述的压粉成形体，由此利用Si-Mg间的固相反应合成Mg2Si，同时通过Mg基粉末间的固相扩散得到Mg2Si粒子分散型Mg基烧结合金。
通过球磨机和压碎机等的粉碎机或切削等的加工将上述的Mg2Si粒子分散型Mg基烧结合金粉体化，由此得到呈图6所示的剖面结构且具有规定的尺寸形状的含有Mg2Si粒子的Mg基复合粉末。
(D)采用了Mg2Si粒子分散Mg基铸造合金的镁基复合粉末(a)图8所示的方法将作为初始原料而准备的Mg2Si粒子投入Mg基合金熔液并进行搅拌后，浇注于模具内。在从模具取出的Mg基铸造合金中，均一地分散有添加的Mg2Si粒子。
通过球磨机和压碎机等的粉碎机或切削等的加工将上述的铸造合金粉体化，由此得到呈图6所示的剖面结构且具有规定的尺寸形状的含有Mg2Si粒子的Mg基复合粉末。还有，投入Mg2Si粒子后的Mg基合金熔液的熔解温度，在Si-Mg平衡状态图中低于Mg和Mg2Si的固相线温度。反之若加热到固相线温度以上，则Mg2Si在Mg基合金熔液中固溶，产生在浇注后的凝固过程中Mg2Si粗大、成长这样的问题。
(b)图9所示的方法准备Mg基粉末和Mg2Si粒子作为初始原料，以规定的调配比率将两者混合、搅拌之后填充到金属模具内，并进行加压固化，制作分散有Mg2Si粒子的Mg基压粉成形体。在充分地搅拌熔液后浇注于模具内。
在从模具取出的Mg基铸造合金中，均一地分散着添加的Mg2Si粒子，通过球磨机和压碎机等的粉碎机或切削等的加工将该合金粉体化，由此得到呈图6所示的剖面结构且具有规定的尺寸形状的含有Mg2Si粒子的Mg基复合粉末。
(c)图10所示的方法准备Mg基粉末和Si粒子作为初始原料，以规定的调配比率将两者混合、搅拌之后填充到金属模具内，并进行加压固化，由此制作分散有Si粒子的Mg基压粉成形体。
在惰性气体或非氧化性气体或真空中以低于Mg基粉末的熔点加热上述的压粉成形体，由此利用Si-Mg间的固相反应合成Mg2Si，同时通过Mg基粉末间的固相扩散得到Mg2Si粒子分散型Mg基烧结合金。
将上述的烧结合金投入坩埚内加热，制作分散有Mg2Si粒子的Mg基合金熔液。在充分地搅拌熔液后浇注于模具内。在从模具取出的Mg基铸造合金中，均一地分散着添加的Mg2Si粒子，通过球磨机和压碎机等的粉碎机或切削等的加工将该合金粉体化，由此得到呈图6所示的剖面结构且具有规定的尺寸形状的含有Mg2Si粒子的Mg基复合粉末。
还有，因为在切削加工时用的切削油附着在Mg基复合粉末上，所以要通过清洗处理去切削油分成之后再作为原料使用。
(3)镁基合金原材将上述的含有Mg2Si粒子的Mg基复合粉末作为初始原料，通过对其成形固化而得到分散着Mg2Si粒子的Mg基合金。
将Mg基复合粉末压粉成形后，对其加热并实施挤压加工或锻造加工或轧制加工，不过这时的成形体的加热温度优选为200～400℃左右。若低于200℃，则发生挤压加工困难的状况。另一方面，若超过400℃，则随着挤压加工速度的高速化，挤压加工后的原材的温度上升，也有因结晶粒的粗大化而导致强度降低的情况。
在如上述这样得到的Mg基合金的基体中，均一地分散着微细的Mg2Si粒子。由于分散于合金中的Mg2Si粒子的粒径与Mg基复合粉末中的粒径相同，所以Mg基合金中的Mg2Si粒子的量大粒径为50μm以下，优选为20μm以下，更优选为5μm以下。另外在Mg基合金中的Mg2Si的含量以体积标准计为5～60％。其结果是具有高刚性且高强度的Mg基合金的制造成为可能。
实施例1准备纯Mg粉末(纯度99.9％，平均粒径350μm)和Si粉末(纯度99.9％，平均粒径22μm)，以Mg∶Si＝2∶1(摩尔比)调配两种粉末后，用球磨机进行30分钟混合处理。将该混合粉末以填充到碳制模具(内径35mm_)的状态放置于放电等离子烧结装置，在真空中将压力调整为100MPa、试样温度调整为600℃而实施15分钟的烧结。其结果是得到由Mg2Si构成的外径35mm_、厚12mm的圆盘状试样。
用喷射粉碎机粉碎上述的圆盘状试样，进行最大粒径为15μm以下的微细粉碎、筛粉处理，制作成作为初始原料的Mg2Si粒子。另一方面，作为Mg基粉末，准备直径2mm左右的AZ31(公称组成Mg-3Al-1Zn/mass％)合金粉末作为初始原料。
基于图5所示的方法，首先以规定的比率混合AZ31粉末和Mg2Si粒子并填充到直径60mm_的金属模具，施加400MPa的压力，制作成压粉成形体。在氮气气氛中对于该压粉成形体实施550℃×1小时的烧结，由此得到分散了Mg2Si粒子的AZ31烧结合金。然后通过切削加工由该烧结合金制作直径0.5～3mm左右的Mg基复合粉末。
相对于Mg基复合粉末整体，Mg2Si粒子的含量以体积标准计为16％时的复合粉末的剖面组织观察结果由图11表示。粒径为15μm以下的Mg2Si粒子不会偏析和凝集，而是均一地分散在AZ31基体中，从而得到基于本发明的Mg基复合粉末。
实施例2基于图7所示的方法，首先准备纯Mg粉末(纯度99.9％，平均粒径350μm)和Si粉末(纯度99.9％，平均粒径22μm)，以规定的比率调配两种粉末后，用球磨机进行30分钟混合处理。将该混合粉末以填充到直径60mm_的金属模具中并施加400MPa的压力，制作压粉成形体。
在真空中对上述的压粉成形体实施590℃×1小时的加热处理，由此利用Si和Mg的固相反应合成Mg2Si粒子，同时促进Mg粉末间的烧结，得到Mg2Si粒子分散Mg烧结材。然后利用球磨机粉碎该烧结材，制作直径0.3～1mm左右的Mg基复合粉末。
相对于Mg基复合粉末整体，Mg2Si粒子的含量以体积标准计为7％时的复合粉末的X射线衍射结果由图12表示。只有Mg和Mg2Si的峰值被检测出，由于没有用于初始原料的Si的峰值，所以其与Mg完全反应而在Mg2Si的合成中被消耗。另外由于也没有MgO的峰值，所以也未产生烧结过程中的氧化。
另外，基于光学显微镜的组织观察的结果是，分散在粉末基体中的Mg2Si的平均粒径约为24μm，由于与作为初始原料的Si粉末的粒径同等，所以在上述与Mg的反应过程中没有发生显著的粗大粒成长。其结果是，得到了本发明规定的Mg2Si粒子均一地分散于基体中的Mg基复合粉末。
实施例3准备纯Mg粉末(纯度99.9％，平均粒径350μm)和Si粉末(纯度99.9％，平均粒径22μm)，以Mg∶Si＝2∶1(摩尔比)调配两种粉末后，用球磨机进行30分钟混合处理。将该混合粉末以填充到碳制模具(内径35mm_)的状态放置于放电等离子烧结装置上，在真空中将压力调整为100MPa、试样温度调整为600℃而实施30分钟的烧结。其结果是得到由Mg2Si构成的外径35mm_、厚12mm的圆盘状试样。
用喷射粉碎加工机粉碎上述的圆盘状试样，进行最大粒径为10μm以下的微细粉碎、筛粉处理，制作成作为初始原料的Mg2Si粒子。
基于图8所示的方法，首先在碳制坩埚中准备AZ61(公称组成Mg-6Al-1Zn/mass％)合金熔液。将熔液管理在720～740℃的状态下，以规定的比率添加上述的Mg2Si粒子并充分搅拌后，浇注到金属模具中，制作分散有Mg2Si粒子的AZ61铸造合金原材。
通过切削加工，由上述的铸造合金制作直径0.5～3mm左右的由AZ61合金构成的Mg基复合粉末。表1中表示相对于铸造合金原材整体的Mg2Si粒子的含量(体积标准)。另外，得到的复合粉末的剖面组织观察的结果和制作粉末时的切家里加工中的超硬制工具的操作状况在同表中显示。
在作为本发明例的试样No.1～5中，因含有适当量的Mg2Si，从而在Mg基复合粉末中未产生Mg2Si粒子的偏析和凝集，Mg2Si粒子均一地分散在基体中。另外，就利用切削加工制作Mg基复合粉末时的工具磨损(损伤状况)而言，尽管确认到一点到轻微的擦痕，但是处于不构成问题的状态。
另一方面，在作为比较例的试样No.6中，因为Mg2Si含量多达65％，所以在粉末基体中有Mg2Si粒子的凝集发生，另外通过切削加工制作粉末时，因为铸造合金大量含有硬质的Mg2Si，所以工具上发生了深度的损伤，同时在其损伤部分有Mg凝集这样的问题产生。
实施例4准备纯Mg粉末(纯度99.9％，平均粒径350μm)和Si粉末(纯度99.9％，平均粒径22μm)，将两种粉末以Mg∶Si＝2∶1(摩尔比)调配后，用球磨机进行30分钟混合处理。
将上述的混合粉末以填充到碳制模具(内径35mm_)的状态放置于放电等离子烧结装置上，在真空中将压力调整为100MPa、试样温度调整为600℃而实施15分钟的烧结。其结果是得到由Mg2Si构成的外径35mm_、厚12mm的圆盘状试样。
用喷射粉碎加工机粉碎上述的圆盘状试料。这时变更粉碎加工条件，以制作最大粒径不同的Mg2Si粒子。
基于图9所示的方法，作为Mg基粉末，准备直径3mm的AM60(公称组成Mg-6Al-0.5Mn/mass％)合金粉末作为初始原料，以规定的比率将其与Mg2Si粒子加以混合，填充到直径60mm_的金属模具中并施加400MPa的压力，制作压粉成形体。
接着，向碳制坩埚内的准备AM60合金熔液(熔液温度720～740℃)中投入压粉成形体并充分搅拌后，浇注到金属模具中，制作分散有Mg2Si粒子的AM60铸造合金原材。然后通过切削加工，由该铸造合金制作以AM60合金为原材的Mg基复合粉末(直径0.5～3mm左右)。还有，得到的Mg基铸造合金中的Mg2Si的含量以体积标准计为22％。
为了计算分散在上述的Mg基复合粉末基体中的Mg2Si粒子的最大粒径，而利用光学显微镜观察复合粉末的剖面结构，根据该结果通过图像分析求得Mg2Si粒子的最大粒径。其结果由表2表示。另外由铸造合金制作Mg基复合粉末时的切削加工中的超硬制工具的损伤状况在同表中显示。
在作为本发明例的试样No.7～10中，由于在铸造合金中含具有适当的粒径Mg2Si，因此通过切削加工而制作粉末时的工具磨耗、损伤没有发生，呈现良好的表面性状。
另一方面，在作为比较例的试样No.11～12中，因为铸造合金所含的Mg2Si的最大粒径超过50μm，所以在切削加工时工具上发生深度的损伤，同时在该损伤部分有Mg凝集这样的问题产生。
实施例5以上述的实施例3和实施例4记载的Mg基复合粉末为初始原料，通过金属模具成形来制作各粉末的压粉体。在控制为350℃的氮气气氛中将各压粉体加热保持5分钟后，立即实施挤压加工(挤压比37)，制作挤压原材。由各挤压原材制作拉伸试验片，评价常温下的抗拉特性(抗拉强度和断裂延伸)，并且测定杨氏模量。表3表示其结果。
在作为本发明例的试样No.1～5和No.7～10中，能够得到具有优异的强度和韧性的镁基合金，特别是试样No.4和5具有可与铝合金相匹敌的高刚性。另外，如试样No.7和8所示，当分散在合金中的Mg2Si粒子的最大粒径为低于5μm或20μm这样的微细情况下，除了强度以外，延伸也显著增加。
另一方面，在作为比较例的试样No.6中，因为Mg2Si含量多，所以Mg基合金变脆，基于机械加工的抗拉试验片的制作困难。另外在作为比较例的试样No.11～12中，因为Mg2Si的最大粒径大得超过50μm，所以Mg基合金的韧性降低，并且抗拉强度也降低。
实施例6准备纯Mg粉末(纯度99.9％，平均粒径350μm)和Si粉末(纯度99.9％，平均粒径22μm)，将两种粉末以Mg∶Si＝2∶1(摩尔比)调配后，用球磨机进行30分钟混合处理。将该混合粉末以填充到碳制模具(内径35mm_)的状态放置于放电等离子烧结装置上，在真空中将压力调整为100MPa、试样温度调整为600℃而实施30分钟的烧结。其结果是得到由Mg2Si构成的外径35mm_、厚18mm的圆盘状试样。
用喷射粉碎加工机粉碎上述的圆盘状试样，进行最大粒径为10μm以下的粉碎、筛粉处理，制作成作为初始原料的Mg2Si粒子。
接着，在容积350ml的塑料制容器中投入粒径0.5～2mm纯Mg粉末(纯度99.9％)200g，使用振动式球磨机，以在该容器之中添加了0.6g的油酸的状态使容器振动15分钟，从而在容器内的纯Mg粉末的表面均一地涂布油酸。再在该容器之中添加上述的Mg2Si粒子(以体积标准计，相对于混合粉末整体为13％)，再施加15分钟振动，使纯Mg粉末表面附着Mg2Si粒子，由此制作本发明规定的Mg基复合粉末。
如上述这样得到的Mg基复合粉末的X射线衍射结果由图13显示。只检测出作为投入原料的Mg和Mg2Si的峰值，另外在扫瞄型电子显微镜观察的结果中，也确认到Mg2Si粒子均一地附着在粗大的Mg粉末表面，由以上确认到，当以油酸作为粘合剂而使用时，也能够制作Mg基复合粉末。
以上，参照图纸说明了此发明的实施方式，但是此发明并不限定于图示的实施方式。与此发明同一的范围内或均等的范围内，可以对于图示的实施方式加以各种修正和变更。
工业上的利用可能性根据本发明得到的镁基合金，能够使现有的镁合金作为性能上的课题的低刚性大幅提高，能够有利地利用在发动机零件和变速器零件等的汽车用零件和结构用构件这样有高刚性要求的用途上。
权利要求
1.一种镁基复合粉末，其中，具有镁基粉末；分散于所述镁基粉末的表面和基体内部的至少任一方的硅化镁Mg2Si。
2.根据权利要求1所述的镁基复合粉末，其中，所述Mg2Si的最大粒径为50μm以下。
3.根据权利要求1所述的镁基复合粉末，其中，所述Mg2Si的最大粒径为20μm以下。
4.根据权利要求1所述的镁基复合粉末，其中，所述Mg2Si的最大粒径为5μm以下。
5.根据权利要求1所述的镁基复合粉末，其中，相对于该镁基复合粉末的所述Mg2Si的含量以体积标准计为5～60％。
6.一种镁基合金原材，其中，对权利要求1所述的镁基复合粉末进行压粉成形并烧结，使Mg2Si粒子分散在基体中。
7.一种镁基复合粉末的制造方法，其中，具有准备Mg基粉末和Mg2Si粒子的工序；在所述Mg基粉末的表面涂布粘合剂的工序；将涂布了所述粘合剂的Mg基粉末和所述Mg2Si粒子混合、搅拌，使Mg2Si粒子与Mg基粉末的表面结合的工序。
8.一种镁基复合粉末的制造方法，其中，具有准备Mg基粉末和Mg2Si粒子的工序；在调配所述Mg基粉末和所述Mg2Si粒子后进行机械性地混合，使Mg2Si粒子与Mg基粉末的表面机械性地结合的工序。
9.一种镁基复合粉末的制造方法，其中，具有如下工序准备Mg基粉末和Mg2Si粒子的工序；混合所述Mg基粉末和所述Mg2Si粒子的工序；在金属模具内将所述混合粉末压粉成形，制作分散有所述Mg2Si粒子的Mg基压粉成形体的工序；烧结所述Mg基压粉成形体，制作分散有所述Mg2Si粒子的Mg基烧结合金的工序；对所述Mg基烧结合金进行机械地粉碎或切削加工而进行粉体粉末化的工序。
10.一种Mg基复合粉末的制造方法，其中，具有准备Mg基粉末和Si粒子的工序；混合所述Mg基粉末和所述Si粒子的工序；在金属模具内将所述混合粉末压粉成形，制作分散有所述Si粒子的Mg基压粉成形体的工序；加热所述Mg基压粉成形体，通过Mg和Si的反应合成Mg2Si，同时制作分散有Mg2Si粒子的Mg基烧结合金的工序；对所述Mg基烧结合金进行机械地粉碎或切削加工而进行粉体粉末化的工序。
11.一种镁基复合粉末的制造方法，其中，具有在镁基熔液中投入Mg2Si粒子并搅拌的工序；将所述熔液浇注到模具中以制作铸造原材的工序；对所述铸造原材进行机械地粉碎或切削加工而进行粉体粉末化的工序。
12.一种镁基复合粉末的制造方法，其中，具有准备Mg基粉末和Mg2Si粒子的工序；混合所述Mg基粉末和Mg2Si粒子的工序；在金属模具内将所述混合粉末压粉成形，制作分散有所述Mg2Si粒子的Mg基压粉成形体的工序；将所述Mg基压粉成形体进行熔解、铸造，制作Mg2Si粒子分散的Mg基铸造原材的工序；对所述铸造原材进行机械地粉碎或切削加工而进行粉体粉末化的工序。
13.一种镁基复合粉末的制造方法，其中，具有准备Mg基粉末和Si粒子的工序；混合所述Mg基粉末和所述Si粒子的工序；在金属模具内将所述混合粉末压粉成形，制作分散有所述Si粒子的Mg基压粉成形体的工序；加热所述Mg基压粉成形体，通过Mg和Si的反应合成Mg2Si，同时制作分散有Mg2Si粒子的Mg基烧结合金的工序；将所述Mg基烧结合金进行熔解、铸造，制作Mg2Si粒子分散的Mg基铸造原材的工序；对所述铸造原材进行机械地粉碎或切削加工而进行粉体粉末化的工序。
14.一种镁基合金原材的制造方法，其中，具有对权利要求1所述的镁基复合粉末进行压粉成形的工序；在200～400℃的惰性气体气氛或非氧化性气体气氛中加热所述压粉成形体的工序；在所述加热后立即对所述压粉成形体进行挤压加工而使其致密化的工序。
全文摘要
用于制作Mg
文档编号C22C23/00GK1980760SQ20058002258
公开日2007年6月13日 申请日期2005年6月27日 优先权日2004年7月8日
发明者近藤胜义 申请人:株式会社东京大学Tlo