マグネシウム基複合材料
【課題】 本発明の目的は、機械的特性、耐食性、耐熱性等に優れたマグネシウム基複合材料を提供することにある。
【解決手段】 マグネシウム合金を母材として、該マグネシウム合金の結晶粒界上にマグネシウムと金属もしくは半金属との化合物である分散化合物が分散されたマグネシウム基複合材料であって、
金属組織の顕微鏡写真から求めた、マグネシウム合金の結晶粒径、および前記分散化合物の粒子径が、次の条件（Ａ）、（Ｂ）を満たすマグネシウム基複合材料。
（Ａ）マグネシウム合金の平均結晶粒径が５μｍ以下であり、かつマグネシウム合金の結晶粒の内、その結晶粒径が１０μｍ以上のものが面積比１５％以下である。
（Ｂ）前記分散化合物の粒子のうち、粒子径が１０μｍ以上のものが面積比３０％以下である。
【解決手段】 マグネシウム合金を母材として、該マグネシウム合金の結晶粒界上にマグネシウムと金属もしくは半金属との化合物である分散化合物が分散されたマグネシウム基複合材料であって、
金属組織の顕微鏡写真から求めた、マグネシウム合金の結晶粒径、および前記分散化合物の粒子径が、次の条件（Ａ）、（Ｂ）を満たすマグネシウム基複合材料。
（Ａ）マグネシウム合金の平均結晶粒径が５μｍ以下であり、かつマグネシウム合金の結晶粒の内、その結晶粒径が１０μｍ以上のものが面積比１５％以下である。
（Ｂ）前記分散化合物の粒子のうち、粒子径が１０μｍ以上のものが面積比３０％以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネシウム基複合材料、特にその機械的特性、耐食性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、家電製品等に用いられる構造用機械部品に対する軽量化へのニーズは大きく、
最軽量材料として知られているマグネシウム合金の利用に注目が集まっている。一方、マグネシウム合金は低硬度、低剛性、摩耗性、腐食性などの欠点が指摘されており、マグネシウム合金の機械的特性、耐食性を改善するための様々が試みが提案されている。例えば、特許文献１、２には、Ｍｇ合金粉末とＳｉ（もしくはＳｉＯ２）粉末とを混合し、反復的塑性加工法（ＢＭＡ法）により製造したマグネシウム基複合材料について記載されている。該マグネシウム基複合材料は母相となるＭｇ合金中にＭｇ２Ｓｉが分散したものであり、これにより強度・硬度等の機械的特性および耐食性の向上を図っている。
【０００３】
ここで、特許文献１、２に記載された方法について少し説明する。ＢＭＡ法とは図１に示すプレス機を用い、Ｍｇ合金粉末とＳｉ（もしくはＳｉＯ２）粉末からなる圧縮成形体を製造する方法である。
このプレス機は下型にダイ１００（臼）を備え、上型に２種類の成形ピン１０２，１００４を備えている。ダイ１００は有底円筒状をなしており、上部が開放された収容空間を有している。上型には成形ピン１０２、１０４を交互にダイ１００の真上に位置させる切替機構が設けられている。一方の成形ピン１０２は平坦な下面を有し、その径はダイ１００の収納空間の内径とほぼ等しい。他方の成形ピン１０４は細長い棒形状をなしており、その径は収容空間の内径より小さい。
【０００４】
図１（ａ）に示すように、上記収容空間内に、数ｍｍ程度のマグネシウム合金のチップと粒径数ミクロンから数十ミクロンのＳｉまたはＳｉＯ２の粉末を数％（混合材料に対する重量％）とを混合させた原料Ｍを充填する。次に、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、成形ピン１０２をダイ１００の真上に位置させてから下降させて、原料Ｍを偏平な円柱形状に押し固める。
次に成形ピン１０２を上昇させてから他の成形ピン１０４をダイ１００の真上に位置させるように切り替えた後、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、成形ピン１０４を下降させて原料Ｍの中央に圧入する。これにより原料Ｍは成形ピン１０４により後方押出しされて成形ピン１０４の周囲に盛り上がり、中央に深い穴が生じる。次に図１（ｅ）に示すように成形ピン１０４を上昇させた後、図１（ｆ）、（ｂ）に示すように、成形ピン１０２をダイ１００の真上に位置させてから下降させて、原料Ｍを再び圧縮する。この成形ピン１０２の下降により、原料Ｍは周囲の盛り上がった部位が中央の深い穴に埋められるようにして押し固められ、再び偏平な円柱形状になる。上記のように成形ピン１０２、１０４による変形（押し固め、後方押し出し）を繰り返すことによって原料Ｍにおけるマグネシウム合金チップが微細化され、シリコン粉末がマグネシウム合金中に分散される。そして、最後に原料Ｍを押し固めることで圧縮成形体を得る。
【０００５】
特許文献１、２に記載の方法ではこうして得られた圧縮成形体を加熱して、ＭｇとＳｉを反応させ、Ｍｇ２Ｓｉを生成させる。そして、Ｍｇ２Ｓｉを有する加熱圧縮成形体に温間塑性加工を施すことでマグネシウム基複合材料を得ている。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００３／０２７３４２号
【特許文献２】特開２００４−２２５０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に示されたようなマグネシウム基複合材料も、機械的特性、耐食性等に関してまだ十分満足のいくものではなかった。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、機械的特性、耐食性、耐熱性等に優れたマグネシウム基複合材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、マグネシウム合金を母材として、該マグネシウム合金の結晶粒界上にマグネシウムと金属もしくは半金属との化合物である分散化合物が分散されたマグネシウム基複合材料であって、金属組織の顕微鏡写真から求めた、マグネシウム合金の結晶粒径、および前記分散化合物の粒子径が、次の条件（Ａ）、（Ｂ）を満たすことを特徴とする。
（Ａ）マグネシウム合金の平均結晶粒径が５μｍ以下であり、かつマグネシウム合金の結晶粒の内、その結晶粒径が１０μｍ以上のものが面積比１５％以下である。
（Ｂ）前記分散化合物の粒子のうち、粒子径が１０μｍ以上のものが面積比３０％以下である。
【０００８】
上記のマグネシウム基複合材料において、前記分散化合物は金属または半金属の酸化物または炭化物もしくは珪化物であることが好適である。
上記のマグネシウム基複合材料において、前記分散化合物はＭｇ２Ｓｉであることが好適である。
上記のマグネシウム基複合材料において、前記分散化合物の含有量が（０．１質量％から５質量％）であることが好適である。
なお、特許請求の範囲および明細書中では「マグネシウム合金」という用語を純マグネシウム金属も含めた意味で用いる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかるマグネシウム基複合材料によれば、母材となるマグネシウム合金の結晶粒径、および分散化合物の粒子径が上記（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たしているため、分散化合物がマグネシウム合金の結晶粒界に均一に分布しているため、機械的特性、耐食性、耐熱性等の材料特性に優れたものとなっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、マグネシウム合金を母材として、該マグネシウム合金の結晶粒界上にマグネシウムと金属もしくは半金属との化合物である分散化合物が分散されたマグネシウム基複合材料であり、金属組織の顕微鏡写真から求めた、マグネシウム合金の結晶粒径、および前記分散化合物の粒子径が、次の条件（Ａ）、（Ｂ）を満たすことを特徴とする。
（Ａ）マグネシウム合金の平均結晶粒径が５μｍ以下（さらに好適には３μｍ以下）、かつマグネシウム合金の結晶粒の内、その結晶粒径が１０μｍ以上のものが面積比１５％以下（さらに好適には１０％以下、より好ましくは５％以下）である。
（Ｂ）前記分散化合物の粒子のうち、粒子径が１０μｍ以上のものが面積比３０％以下（さらに好適には１５％以下、より好ましくは１０％以下）である。
【００１１】
ここで、分散化合物が「マグネシウム合金の結晶粒界上に分散された」とは、分散化合物が、溶融法で製造したものと異なり、マグネシウム合金の結晶粒内には存在せず、分散化合物がマグネシウム合金の結晶粒を取り囲むように分散していることを意味する。このため、本発明にかかるマグネシウム複合金属は、例えば従来の溶融法で製造したものよりも、結晶粒の粗大化が生じにくく、耐熱性が高い。
【００１２】
また、マグネシウム合金の結晶粒が上記の条件（Ａ）を満たしていることから、従来のもの（特許文献１、２等）よりも優れた機械的特性が得られる。また、分散化合物が上記条件（Ｂ）を満たしているため、従来のものよりも、分散化合物が均一に分散しており、機械的特性、耐食性、耐熱性などに優れた特性を示す。
また、本発明で用いられる分散化合物としては、金属または半金属の酸化物または炭化物もしくは珪化物が挙げられるが、特にＭｇ２Ｓｉが好適である。
また、上記のマグネシウム基複合材料において、前記化合物の含有量が０．１質量％から５質量％、より好ましくは０．５質量％から４質量％であることが好適である。
【００１３】
次に本発明にかかるマグネシウム基複合材料の好適な製造方法について説明する。
＜製造方法＞
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、マグネシウム合金粉末と前記分散化合物粉末と混合した混合粉末を、（ａ）互いに交差して連なる複数の直線状の成形穴を有する型内に収容した状態で、上記成形穴内に挿入された押圧部材の前進、後退に伴い、上記混合原料を一の成形穴で押し固め、更にこの押し固めた混合原料を押し崩しながら他の成形穴へと送り込み、この押し固め、押し崩しを繰り返すことにより、圧縮成形体を作成する工程と、（ｂ）該圧縮成形体を作成する工程にて得られた圧縮成形体を温間押し出し形成する工程と、を備えた製造方法で製造することが好適である。
【００１４】
ここで、マグネシウムもしくはマグネシウム合金粉末は、サイズが０．５ｍｍ〜５ｍｍであることが好適である。また、分散化合物粉末の平均粒子径は５μｍ〜１００μｍ、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍであることが好適である。
圧縮成形体を作成する工程で、加える圧力は２５０ｋｇ／ｃｍ２〜４００ｋｇ／ｃｍ２であることが好適である。
また、押し出し形成を行う工程での温度は、２５０℃〜４００℃であることが好適である。
【００１５】
＜圧縮形成工程＞
本実施形態にかかる圧縮形成工程では、図２に示したような装置を用いて上記のマグネシウム合金チップとＭｇ２Ｓｉ粉末を混合した混合粉末を用い、圧縮成形体を得ることが好適である。
図２に示した装置１０は、直方体形状の型１２を備えており、型１２には直線状の４つの成形穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが形成されている。各成形穴１４ａ〜１４ｄは同一の断面形状（好ましくは同一径の断面円形）をなしており、型１０の中心の交差部１５にて放射状に連結されている。また、各成形穴１４ａ〜１４ｄは、この順序で周方向に９０°の角度間隔をなして同一平面上（垂直面または水平面上）に配置されている。
成形穴１４ａ〜１４ｄには、それぞれ各成形穴１４ａ〜１４ｄとほぼ等しい断面形状の押圧部材１６ａ〜１６ｄ（第１〜第４の押圧部材）がスライド可能に挿入されており、各成形穴に沿って前進、後退するようになっている。これらの押圧部材１６ａ〜１６ｄの前進、後退は駆動手段１８ａ〜１８ｄによって行われる。駆動手段は油圧シリンダ等で構成される。また、制御手段２０では各該駆動手段１８ａ〜１８ｄの圧力情報、位置センサからの情報等を基に、各駆動手段の制御を行う。
【００１６】
まず、図３（ａ）に示すように、押圧部材１６ａを抜いた状態で混合粉末を成形穴１４ａに装填する。この際、押圧部材１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの前進方向側（型の内部へ向う方向）側の端部は、交差部１５に隣接する成形穴１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの奥端と一致する位置にある（以下、この位置を前進位置と呼ぶ）。各押圧部材１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは、駆動手段１８ｂ、１８ｃ、１８ｄによって後退（型の外部へ向う方向）不能な状態で拘束され、実質的に固定された状態にある。そして、押圧部材１６ａを成形穴１４ａに挿入した後、以下のシーケンス制御を開始する。
【００１７】
最初に押圧部材１６ａについて押し固め工程を実行する。押圧部材１６ａを駆動手段１８ａにより成形穴１４ａ内部へ押し込む。すると他の押圧部材１６ｂ〜１６ｄは固定されているので混合粉末は成形穴１４ｂ〜１４ｄに向わずに成形穴１４ａにおいて押し固められ、円柱形状の塊になる。この塊は所定の強度を持っているが、比較的脆いものである。この押し固め状態は所定の加圧状態で短時間、例えば２秒程度維持される。
次に押圧部材１６ａについて押し崩し工程を実行する。駆動手段１８ａにより押圧部材１６ａを更に高い圧力で押し込むと同時に、駆動手段１８ｂにより押圧部材１６ｂを後退可能にする。すると、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように押圧部材１６ａは前進位置まで押し込まれ、混合粉末は成形穴１４ａから交差部１５を経て成形穴１４ｂへと流動し、この過程で押し崩される。また、押圧部材１６ｂは流れ込んだ原料Ｍに押されて後退する。そして、押圧部材１６ａの前端が成形穴１４ａ奥端に達したときに押し崩し工程が完了する。
【００１８】
次に押圧部材１６ｂについて上記同様の押し固め工程を実行する。つまり、図３（ｄ）に示すように、押圧部材１６ａ，１６ｃ，１６ｄを前進位置で固定し、押圧部材１６ｂを駆動手段１８ｂにより内部へ押し込むことで、混合粉末を押し固める。
次に押圧部材１６ｂについて上記同様の押し崩し工程を実行する。つまり、押圧部材１６ｃを後退可能な状態（フリーな状態）にし、押圧部材１６ｂを押し込む。すると、図３（ｅ）、（ｆ）に示すように押圧部材１６ｂは前進位置まで押し込まれ、混合粉末は成形穴１４ｂから交差部１５を経て成形穴１４ｃへと流動し、この過程で押し崩される。また、押圧部材１６ｃは流れ込んだ混合粉末に押されて後退する。
【００１９】
同様に押圧部材１６ｃについて押し固め工程を実行する。つまり、図３（ｇ）に示すように押圧部材１６ａ，１６ｂ，１６ｄを前進位置で固定し、押圧部材１６ｃを駆動手段１８ｃにより型１２内部へ押し込むことで、混合粉末を押し固める。
次に押圧部材１６ｃについて上記同様の押し崩し工程を実行する。つまり、押圧部材１６ｄを後退可能な状態（自由な状態）にし、押圧部材１６ｃを押し込む。すると、図３（ｈ）、（ｉ）に示すように押圧部材１６ｃは前進位置まで押し込まれ、混合粉末は成形穴１４ｃから交差部１５を経て成形穴１４ｄへと流動し、この過程で押し崩される。また、押圧部材１６ｄは流れ込んだ混合粉末に押されて後退する。
【００２０】
同様に押圧部材１６ｄについて押し固め工程を実行する。つまり、図３（ｊ）に示すように押圧部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃを前進位置で固定し、押圧部材１６ｄを駆動手段１８ｄにより型１２内部へ押し込むことで、混合粉末を押し固める。
次に押圧部材１６ｄについて上記同様の押し崩し工程を実行する。つまり、押圧部材１６ａを後退可能な状態（自由な状態）にし、押圧部材１６ｄを押し込む。すると、図３（ｋ）、（ｌ）に示すように押圧部材１６ｄは前進位置まで押し込まれ、混合粉末は成形穴１４ｄから交差部１５を経て成形穴１４ａへと流動し、この過程で押し崩される。また、押圧部材１６ａは流れ込んだ混合粉末に押されて後退する。
【００２１】
図３（ａ）〜（ｌ）に示された工程を任意回数繰り返し行った後、最後に押し固め工程を行うことで圧縮成形体を得る。このように、混合粉末は押し固め工程により一旦押し固められた後で、押し崩し工程で交差部を通過する際にほぼ全断面領域で大きなせん断力、摩擦力を受けて押し崩されるため、混合粉末の微細化、均一な分散化を効率よく行うことができる。
【００２２】
また、より均一な微細化、分散化を行うために、上記押し固め及び押し崩し工程の間に図４に示すような攪拌工程を行うことが好適である。
まず、図４（ａ）に示すように、押圧部材１６ｃを前進位置で固定状態にし、押圧部材１６ｂ、ｄは後進可能なフリーの状態にする。この状態で押圧部材１６ａを押し込むと、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、混合粉末は成形穴１４ａから交差部１５を経て成形穴１４ｂ、１４ｄへ流れ込む。すると、押圧部材１６ｂと１６ｄは混合粉末に押されて後退する。
押圧部材１６ａを前進位置にまで押し込んだ後、図４（ｄ）に示すように押圧部材１６ａを固定状態、押圧部材１６ｃをフリーな状態にし、押圧部材１６ｂと１６ｄを押し込む。すると、図４（ｅ）、（ｆ）に示すように成形穴１４ｂ、１４ｄに存在した混合粉末は、成形穴１４ｃに流れ込む。ここで、押圧部材１４ｃは混合粉末に押されて後退する。
押圧部材１４ｂ、１４ｄを図４（ｆ）に示すようにその前進位置にまで押し込んだのち、図４（ｇ）に示すように押圧部材１６ｂ、１６ｄを固定状態、押圧部材１６ａをフリーの状態にする。そして、図４（ｈ）、（ｉ）に示すように押圧部材１６ｃをその前進位置にまで押し込むと、混合粉末は成形穴１４ｃから交差部１５を経て成形穴１４ａに至り、押圧部材１４ａは混合粉末に押されて後退する。
【００２３】
このような攪拌工程を上記押し固め及び押し崩し工程の間に設けることで、より効率よく微細化、分散化することができる。
上記実施形態では、型に成形穴を４つ設けた構成の装置における例を示したが、これに限定されず、成形穴を複数、例えば２〜６つ設けた構成の装置を用いてもよい。また、型を固定して押圧部材毎に駆動手段を設ける装置構成の場合を説明したが、駆動手段を一つにして型を回転させる構成の装置を用いてもよい。
【００２４】
＜押し出し成形工程＞
上記で得られた圧縮成形体を予備加熱し、一定時間保持した後、公知の装置を用い押し出し加工を行い、マグネシウム基複合材料を得る。ここで、予備加熱温度はマグネシウム合金の種類により変化するが、加熱炉設定温度で３００℃〜５５０℃が好適である。また、上記の押し出し加工時の温度は、２５０℃〜４００℃が好適であり、より好ましくは２５０℃〜３５０℃が好適である。
以上のようにして得られたマグネシウム基複合材料は以下で見るように、上記の条件（Ａ）、（Ｂ）を満たし、マグネシウム合金母材中にＭｇ２Ｓｉが均一に分散されたものとなる。
【実施例１】
【００２５】
以下に本発明の実施例を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
＜結晶粒径分布＞
・製造例１−１
マグネシウム合金（ＡＺ３１）チップ９８質量％と、Ｍｇ２Ｓｉの粉末２質量％を混合したものに、オレイン酸を加え、混合粉末を得た。ここで、マグネシウム合金チップの平均サイズは、１．５ｍｍであり、Ｍｇ２Ｓｉ粉末は、平均粒径７０μｍのものを用いた。
該混合粉末Ａを上記図２に示した装置によって圧縮成形体とした。上記の圧縮成形体の形成工程における処理回数（ただし、図３の（ａ）〜（ｌ）で示した微細化工程および図４（ａ）〜（ｉ）の攪拌工程を合わせたものを一回と数える）は１６０回とした。得られた圧縮成形体を予備加熱温度４５０℃で加熱し、公知の押し出し成形装置により温度４００℃、押出し径７ｍｍ、押出し比２８で押し出し形成し、マグネシウム基複合材料を得た。
【００２６】
・製造例１−２
マグネシウム合金（ＡＺ３１）チップ９８質量％と、ＳｉＯ２の粉末２質量％を混合したものに、オレイン酸を加え、混合粉末を得た。ここで、マグネシウム合金チップの平均サイズは１．５ｍｍであり、ＳｉＯ２粉末は平均粒径２０μｍのものを用いた。
混合粉末を上記図２に示した装置によって圧縮成形体とした。上記の圧縮成形体の形成工程における処理回数（ただし、図３の（ａ）〜（ｌ）で示した微細化工程および図４（ａ）〜（ｉ）の攪拌工程を合わせたものを一回と数えた）は１６０回とした。得られた圧縮成形体を予備加熱温度５５０℃で加熱し、公知の押し出し成形装置により温度４７０℃、押出し径７ｍｍ、押出し比２８で押し出し形成し、マグネシウム基複合材料を得た。
【００２７】
・製造例１−３
マグネシウム合金（ＡＭ６０）チップ９８質量％と、ＳｉＯ２の粉末２質量％を混合したものに、オレイン酸を加え、混合粉末を得た。ここで、マグネシウム合金チップの平均サイズは、１．５ｍｍであり、ＳｉＯ２粉末は、平均粒径２０μｍのものである。
該混合粉末ＡをＢＭＡ法、つまり上記図１に示した装置によって、圧縮成形体とした。上記の圧縮成形体の形成工程における処理回数（ただし、図１の（ｂ）〜（ｆ）を一回と数える）は１６０回とした。得られた圧縮成形体を予備加熱温度４６０℃で加熱し、公知の押し出し成形装置により温度４６０℃、押出し径７ｍｍ、押出し比３４で押し出し形成し、マグネシウム基複合材料を得た。
【００２８】
上記製造例１−１〜１−３で製造したマグネシウム基複合材料のＳｉの分布を分布電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）法で調べ、金属組織の電子顕微鏡写真（１５０μｍ×１５０μｍの領域）からマグネシウム合金の結晶粒径、分散化合物（Ｍｇ２Ｓｉ）の結晶粒径を調べた。結果を表１に示す。また、図５Ａに製造例１−１の電子顕微鏡写真を、図５Ｂにそれに対応するＳｉの分布図を示す。また、図５Ｃは図５Ａの倍率を大きくしたもの、図５Ｄはそれに対応するＳｉの分布図である。図６Ａは製造例１−２の電子顕微鏡写真であり、図６Ｂはそれに対応するＳｉの分布図である。ただし、図６Ａの倍率は図５Ｃと同じ倍率とした。さらに、図７Ａには製造例１−３の電子顕微鏡写真を、図７Ｂにはそれに対応するＳｉの分布図を示した。また、図７Ｃは図７Ａの倍率を大きくしたもの、図７Ｄはそれに対応するＳｉの分布図である。
【００２９】
【表１】
上記図７Ａ〜７Ｄ、および表１から分かるように、従来のＢＭＡ法で製造した製造例１−３はＭｇ合金の結晶粒径はある程度微細化しているものの、Ｍｇ２Ｓｉの分散が非常に不均一であった。それに対し、図５Ａ〜５Ｄ、図６Ａ、６Ｂから分かるように製造例１−１、１−２はＭｇ合金の結晶粒径が高度に微細化され、Ｍｇ２Ｓｉも均一に分散していた。また、製造例１−１はＭｇ２Ｓｉの径が、製造例１−２よりもやや大きいものの、Ｍｇ合金の微細化の点では勝っていた。
製造例１−１に対し、０．２％耐力、引張強度、伸びを調べると、それぞれ３０２ＭＰａ，３５４ＭＰａ，９．９％であり、良好な特性が得られた。
【００３０】
＜耐熱性＞
次に耐熱性を調べるために、本発明にかかるマグネシウム複合材料と、通常のマグネシウム合金との熱処理前、熱処理後のマイクロビッカース硬度（Ｈｖ）を調べた。
マグネシウム基複合材料としては、マグネシウム合金（ＡＺ３１）チップ９９．５質量％と、Ｍｇ２Ｓｉの粉末０．５質量％を混合したものに、オレイン酸を加えた混合粉末を用いて上記製造例１−１と同様な方法で製造したもの（処理回数１２０回）を用いた。また、比較のためのマグネシウムは、マグネシウム合金（ＡＺ３１）チップのみを粉末原料として、上記製造例１−１と同様な方法で製造したもの（処理回数１２０回）を用いた。
熱処理は、製造された材料を３００℃で１５分間保持することで行った。また、硬度は３回測定し、その平均値を求めた。結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
表２から分かるように、通常のマグネシウム合金は熱処理によって硬度が下がったが、本発明にかかるマグネシウム複合材料は熱処理によっても硬度が下がることがなかった。
【００３２】
＜耐食性＞
本発明にかかるマグネシウム複合材料の耐食性を調べた。測定は、電気化学測定システム（北斗電工（株）製ＨＺ−５０００）によった。
図８に０．１ＭＮａＣｌ水溶液中におけるアノード分極曲線を示す。図８中でＡＺ−３１−４％として示したものが本発明に対応するマグネシウム複合材料であり、マグネシウム合金粉末９６質量％とＳｉＯ２粉末４質量％を混ぜた粉末原料から、図２に示した装置によって圧縮成形体を形成し（処理回数８０回）、押出し加工を施すことで製造したものである。また、図８中でＡＺ３１−０％として示したものは、マグネシウム合金粉末のみから、図２に示した装置によって圧縮成形体を形成し（処理回数８０回）、押出し加工を施すことで製造したものである。図８中でＡＺ３１と示したものは通常のマグネシウム合金の押出し材である。図８のグラフから明らかなように、結晶粒径を微細化した押出し材（ＡＺ３１−０％）は、微細化を施していない通常の押出し材（ＡＺ３１）よりも耐食性が向上していることが分かる。Ｍｇ２Ｓｉを分散させた本発明のマグネシウム複合材料（ＡＺ−３１−４％）は、結晶粒径を微細化した押出し材（ＡＺ３１−０％）よりも更に耐食性に優れていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ＢＭＡ法の説明図
【図２】本発明にかかるマグネシウム基複合材料の製造において用いられる装置の概略構成図
【図３】本発明にかかるマグネシウム基複合材料の製造工程の説明図
【図４】本発明にかかるマグネシウム基複合材料の製造工程の説明図
【図５Ａ】製造例１−１のマグネシウム基複合材料の電子顕微鏡写真
【図５Ｂ】製造例１−１のマグネシウム基複合材料のＥＰＭＡによるＳｉ分布の図
【図５Ｃ】図５Ａの倍率を変えた電子顕微鏡写真
【図５Ｄ】図５Ｂの倍率を変えたＳｉ分布の図
【図６Ａ】製造例１−２のマグネシウム基複合材料の電子顕微鏡写真
【図６Ｂ】製造例１−２のマグネシウム基複合材料のＥＰＭＡによるＳｉ分布の図
【図７Ａ】製造例１−３のマグネシウム基複合材料の電子顕微鏡写真
【図７Ｂ】製造例１−３のマグネシウム基複合材料のＥＰＭＡによるＳｉ分布の図
【図７Ｃ】図７Ａの倍率を変えた電子顕微鏡写真
【図７Ｄ】図７Ｂの倍率を変えたＳｉ分布の図
【図８】分極曲線のグラフ
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネシウム基複合材料、特にその機械的特性、耐食性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、家電製品等に用いられる構造用機械部品に対する軽量化へのニーズは大きく、
最軽量材料として知られているマグネシウム合金の利用に注目が集まっている。一方、マグネシウム合金は低硬度、低剛性、摩耗性、腐食性などの欠点が指摘されており、マグネシウム合金の機械的特性、耐食性を改善するための様々が試みが提案されている。例えば、特許文献１、２には、Ｍｇ合金粉末とＳｉ（もしくはＳｉＯ２）粉末とを混合し、反復的塑性加工法（ＢＭＡ法）により製造したマグネシウム基複合材料について記載されている。該マグネシウム基複合材料は母相となるＭｇ合金中にＭｇ２Ｓｉが分散したものであり、これにより強度・硬度等の機械的特性および耐食性の向上を図っている。
【０００３】
ここで、特許文献１、２に記載された方法について少し説明する。ＢＭＡ法とは図１に示すプレス機を用い、Ｍｇ合金粉末とＳｉ（もしくはＳｉＯ２）粉末からなる圧縮成形体を製造する方法である。
このプレス機は下型にダイ１００（臼）を備え、上型に２種類の成形ピン１０２，１００４を備えている。ダイ１００は有底円筒状をなしており、上部が開放された収容空間を有している。上型には成形ピン１０２、１０４を交互にダイ１００の真上に位置させる切替機構が設けられている。一方の成形ピン１０２は平坦な下面を有し、その径はダイ１００の収納空間の内径とほぼ等しい。他方の成形ピン１０４は細長い棒形状をなしており、その径は収容空間の内径より小さい。
【０００４】
図１（ａ）に示すように、上記収容空間内に、数ｍｍ程度のマグネシウム合金のチップと粒径数ミクロンから数十ミクロンのＳｉまたはＳｉＯ２の粉末を数％（混合材料に対する重量％）とを混合させた原料Ｍを充填する。次に、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、成形ピン１０２をダイ１００の真上に位置させてから下降させて、原料Ｍを偏平な円柱形状に押し固める。
次に成形ピン１０２を上昇させてから他の成形ピン１０４をダイ１００の真上に位置させるように切り替えた後、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、成形ピン１０４を下降させて原料Ｍの中央に圧入する。これにより原料Ｍは成形ピン１０４により後方押出しされて成形ピン１０４の周囲に盛り上がり、中央に深い穴が生じる。次に図１（ｅ）に示すように成形ピン１０４を上昇させた後、図１（ｆ）、（ｂ）に示すように、成形ピン１０２をダイ１００の真上に位置させてから下降させて、原料Ｍを再び圧縮する。この成形ピン１０２の下降により、原料Ｍは周囲の盛り上がった部位が中央の深い穴に埋められるようにして押し固められ、再び偏平な円柱形状になる。上記のように成形ピン１０２、１０４による変形（押し固め、後方押し出し）を繰り返すことによって原料Ｍにおけるマグネシウム合金チップが微細化され、シリコン粉末がマグネシウム合金中に分散される。そして、最後に原料Ｍを押し固めることで圧縮成形体を得る。
【０００５】
特許文献１、２に記載の方法ではこうして得られた圧縮成形体を加熱して、ＭｇとＳｉを反応させ、Ｍｇ２Ｓｉを生成させる。そして、Ｍｇ２Ｓｉを有する加熱圧縮成形体に温間塑性加工を施すことでマグネシウム基複合材料を得ている。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００３／０２７３４２号
【特許文献２】特開２００４−２２５０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に示されたようなマグネシウム基複合材料も、機械的特性、耐食性等に関してまだ十分満足のいくものではなかった。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、機械的特性、耐食性、耐熱性等に優れたマグネシウム基複合材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、マグネシウム合金を母材として、該マグネシウム合金の結晶粒界上にマグネシウムと金属もしくは半金属との化合物である分散化合物が分散されたマグネシウム基複合材料であって、金属組織の顕微鏡写真から求めた、マグネシウム合金の結晶粒径、および前記分散化合物の粒子径が、次の条件（Ａ）、（Ｂ）を満たすことを特徴とする。
（Ａ）マグネシウム合金の平均結晶粒径が５μｍ以下であり、かつマグネシウム合金の結晶粒の内、その結晶粒径が１０μｍ以上のものが面積比１５％以下である。
（Ｂ）前記分散化合物の粒子のうち、粒子径が１０μｍ以上のものが面積比３０％以下である。
【０００８】
上記のマグネシウム基複合材料において、前記分散化合物は金属または半金属の酸化物または炭化物もしくは珪化物であることが好適である。
上記のマグネシウム基複合材料において、前記分散化合物はＭｇ２Ｓｉであることが好適である。
上記のマグネシウム基複合材料において、前記分散化合物の含有量が（０．１質量％から５質量％）であることが好適である。
なお、特許請求の範囲および明細書中では「マグネシウム合金」という用語を純マグネシウム金属も含めた意味で用いる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかるマグネシウム基複合材料によれば、母材となるマグネシウム合金の結晶粒径、および分散化合物の粒子径が上記（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たしているため、分散化合物がマグネシウム合金の結晶粒界に均一に分布しているため、機械的特性、耐食性、耐熱性等の材料特性に優れたものとなっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、マグネシウム合金を母材として、該マグネシウム合金の結晶粒界上にマグネシウムと金属もしくは半金属との化合物である分散化合物が分散されたマグネシウム基複合材料であり、金属組織の顕微鏡写真から求めた、マグネシウム合金の結晶粒径、および前記分散化合物の粒子径が、次の条件（Ａ）、（Ｂ）を満たすことを特徴とする。
（Ａ）マグネシウム合金の平均結晶粒径が５μｍ以下（さらに好適には３μｍ以下）、かつマグネシウム合金の結晶粒の内、その結晶粒径が１０μｍ以上のものが面積比１５％以下（さらに好適には１０％以下、より好ましくは５％以下）である。
（Ｂ）前記分散化合物の粒子のうち、粒子径が１０μｍ以上のものが面積比３０％以下（さらに好適には１５％以下、より好ましくは１０％以下）である。
【００１１】
ここで、分散化合物が「マグネシウム合金の結晶粒界上に分散された」とは、分散化合物が、溶融法で製造したものと異なり、マグネシウム合金の結晶粒内には存在せず、分散化合物がマグネシウム合金の結晶粒を取り囲むように分散していることを意味する。このため、本発明にかかるマグネシウム複合金属は、例えば従来の溶融法で製造したものよりも、結晶粒の粗大化が生じにくく、耐熱性が高い。
【００１２】
また、マグネシウム合金の結晶粒が上記の条件（Ａ）を満たしていることから、従来のもの（特許文献１、２等）よりも優れた機械的特性が得られる。また、分散化合物が上記条件（Ｂ）を満たしているため、従来のものよりも、分散化合物が均一に分散しており、機械的特性、耐食性、耐熱性などに優れた特性を示す。
また、本発明で用いられる分散化合物としては、金属または半金属の酸化物または炭化物もしくは珪化物が挙げられるが、特にＭｇ２Ｓｉが好適である。
また、上記のマグネシウム基複合材料において、前記化合物の含有量が０．１質量％から５質量％、より好ましくは０．５質量％から４質量％であることが好適である。
【００１３】
次に本発明にかかるマグネシウム基複合材料の好適な製造方法について説明する。
＜製造方法＞
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、マグネシウム合金粉末と前記分散化合物粉末と混合した混合粉末を、（ａ）互いに交差して連なる複数の直線状の成形穴を有する型内に収容した状態で、上記成形穴内に挿入された押圧部材の前進、後退に伴い、上記混合原料を一の成形穴で押し固め、更にこの押し固めた混合原料を押し崩しながら他の成形穴へと送り込み、この押し固め、押し崩しを繰り返すことにより、圧縮成形体を作成する工程と、（ｂ）該圧縮成形体を作成する工程にて得られた圧縮成形体を温間押し出し形成する工程と、を備えた製造方法で製造することが好適である。
【００１４】
ここで、マグネシウムもしくはマグネシウム合金粉末は、サイズが０．５ｍｍ〜５ｍｍであることが好適である。また、分散化合物粉末の平均粒子径は５μｍ〜１００μｍ、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍであることが好適である。
圧縮成形体を作成する工程で、加える圧力は２５０ｋｇ／ｃｍ２〜４００ｋｇ／ｃｍ２であることが好適である。
また、押し出し形成を行う工程での温度は、２５０℃〜４００℃であることが好適である。
【００１５】
＜圧縮形成工程＞
本実施形態にかかる圧縮形成工程では、図２に示したような装置を用いて上記のマグネシウム合金チップとＭｇ２Ｓｉ粉末を混合した混合粉末を用い、圧縮成形体を得ることが好適である。
図２に示した装置１０は、直方体形状の型１２を備えており、型１２には直線状の４つの成形穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが形成されている。各成形穴１４ａ〜１４ｄは同一の断面形状（好ましくは同一径の断面円形）をなしており、型１０の中心の交差部１５にて放射状に連結されている。また、各成形穴１４ａ〜１４ｄは、この順序で周方向に９０°の角度間隔をなして同一平面上（垂直面または水平面上）に配置されている。
成形穴１４ａ〜１４ｄには、それぞれ各成形穴１４ａ〜１４ｄとほぼ等しい断面形状の押圧部材１６ａ〜１６ｄ（第１〜第４の押圧部材）がスライド可能に挿入されており、各成形穴に沿って前進、後退するようになっている。これらの押圧部材１６ａ〜１６ｄの前進、後退は駆動手段１８ａ〜１８ｄによって行われる。駆動手段は油圧シリンダ等で構成される。また、制御手段２０では各該駆動手段１８ａ〜１８ｄの圧力情報、位置センサからの情報等を基に、各駆動手段の制御を行う。
【００１６】
まず、図３（ａ）に示すように、押圧部材１６ａを抜いた状態で混合粉末を成形穴１４ａに装填する。この際、押圧部材１６ｂ，１６ｃ，１６ｄの前進方向側（型の内部へ向う方向）側の端部は、交差部１５に隣接する成形穴１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの奥端と一致する位置にある（以下、この位置を前進位置と呼ぶ）。各押圧部材１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは、駆動手段１８ｂ、１８ｃ、１８ｄによって後退（型の外部へ向う方向）不能な状態で拘束され、実質的に固定された状態にある。そして、押圧部材１６ａを成形穴１４ａに挿入した後、以下のシーケンス制御を開始する。
【００１７】
最初に押圧部材１６ａについて押し固め工程を実行する。押圧部材１６ａを駆動手段１８ａにより成形穴１４ａ内部へ押し込む。すると他の押圧部材１６ｂ〜１６ｄは固定されているので混合粉末は成形穴１４ｂ〜１４ｄに向わずに成形穴１４ａにおいて押し固められ、円柱形状の塊になる。この塊は所定の強度を持っているが、比較的脆いものである。この押し固め状態は所定の加圧状態で短時間、例えば２秒程度維持される。
次に押圧部材１６ａについて押し崩し工程を実行する。駆動手段１８ａにより押圧部材１６ａを更に高い圧力で押し込むと同時に、駆動手段１８ｂにより押圧部材１６ｂを後退可能にする。すると、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように押圧部材１６ａは前進位置まで押し込まれ、混合粉末は成形穴１４ａから交差部１５を経て成形穴１４ｂへと流動し、この過程で押し崩される。また、押圧部材１６ｂは流れ込んだ原料Ｍに押されて後退する。そして、押圧部材１６ａの前端が成形穴１４ａ奥端に達したときに押し崩し工程が完了する。
【００１８】
次に押圧部材１６ｂについて上記同様の押し固め工程を実行する。つまり、図３（ｄ）に示すように、押圧部材１６ａ，１６ｃ，１６ｄを前進位置で固定し、押圧部材１６ｂを駆動手段１８ｂにより内部へ押し込むことで、混合粉末を押し固める。
次に押圧部材１６ｂについて上記同様の押し崩し工程を実行する。つまり、押圧部材１６ｃを後退可能な状態（フリーな状態）にし、押圧部材１６ｂを押し込む。すると、図３（ｅ）、（ｆ）に示すように押圧部材１６ｂは前進位置まで押し込まれ、混合粉末は成形穴１４ｂから交差部１５を経て成形穴１４ｃへと流動し、この過程で押し崩される。また、押圧部材１６ｃは流れ込んだ混合粉末に押されて後退する。
【００１９】
同様に押圧部材１６ｃについて押し固め工程を実行する。つまり、図３（ｇ）に示すように押圧部材１６ａ，１６ｂ，１６ｄを前進位置で固定し、押圧部材１６ｃを駆動手段１８ｃにより型１２内部へ押し込むことで、混合粉末を押し固める。
次に押圧部材１６ｃについて上記同様の押し崩し工程を実行する。つまり、押圧部材１６ｄを後退可能な状態（自由な状態）にし、押圧部材１６ｃを押し込む。すると、図３（ｈ）、（ｉ）に示すように押圧部材１６ｃは前進位置まで押し込まれ、混合粉末は成形穴１４ｃから交差部１５を経て成形穴１４ｄへと流動し、この過程で押し崩される。また、押圧部材１６ｄは流れ込んだ混合粉末に押されて後退する。
【００２０】
同様に押圧部材１６ｄについて押し固め工程を実行する。つまり、図３（ｊ）に示すように押圧部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃを前進位置で固定し、押圧部材１６ｄを駆動手段１８ｄにより型１２内部へ押し込むことで、混合粉末を押し固める。
次に押圧部材１６ｄについて上記同様の押し崩し工程を実行する。つまり、押圧部材１６ａを後退可能な状態（自由な状態）にし、押圧部材１６ｄを押し込む。すると、図３（ｋ）、（ｌ）に示すように押圧部材１６ｄは前進位置まで押し込まれ、混合粉末は成形穴１４ｄから交差部１５を経て成形穴１４ａへと流動し、この過程で押し崩される。また、押圧部材１６ａは流れ込んだ混合粉末に押されて後退する。
【００２１】
図３（ａ）〜（ｌ）に示された工程を任意回数繰り返し行った後、最後に押し固め工程を行うことで圧縮成形体を得る。このように、混合粉末は押し固め工程により一旦押し固められた後で、押し崩し工程で交差部を通過する際にほぼ全断面領域で大きなせん断力、摩擦力を受けて押し崩されるため、混合粉末の微細化、均一な分散化を効率よく行うことができる。
【００２２】
また、より均一な微細化、分散化を行うために、上記押し固め及び押し崩し工程の間に図４に示すような攪拌工程を行うことが好適である。
まず、図４（ａ）に示すように、押圧部材１６ｃを前進位置で固定状態にし、押圧部材１６ｂ、ｄは後進可能なフリーの状態にする。この状態で押圧部材１６ａを押し込むと、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、混合粉末は成形穴１４ａから交差部１５を経て成形穴１４ｂ、１４ｄへ流れ込む。すると、押圧部材１６ｂと１６ｄは混合粉末に押されて後退する。
押圧部材１６ａを前進位置にまで押し込んだ後、図４（ｄ）に示すように押圧部材１６ａを固定状態、押圧部材１６ｃをフリーな状態にし、押圧部材１６ｂと１６ｄを押し込む。すると、図４（ｅ）、（ｆ）に示すように成形穴１４ｂ、１４ｄに存在した混合粉末は、成形穴１４ｃに流れ込む。ここで、押圧部材１４ｃは混合粉末に押されて後退する。
押圧部材１４ｂ、１４ｄを図４（ｆ）に示すようにその前進位置にまで押し込んだのち、図４（ｇ）に示すように押圧部材１６ｂ、１６ｄを固定状態、押圧部材１６ａをフリーの状態にする。そして、図４（ｈ）、（ｉ）に示すように押圧部材１６ｃをその前進位置にまで押し込むと、混合粉末は成形穴１４ｃから交差部１５を経て成形穴１４ａに至り、押圧部材１４ａは混合粉末に押されて後退する。
【００２３】
このような攪拌工程を上記押し固め及び押し崩し工程の間に設けることで、より効率よく微細化、分散化することができる。
上記実施形態では、型に成形穴を４つ設けた構成の装置における例を示したが、これに限定されず、成形穴を複数、例えば２〜６つ設けた構成の装置を用いてもよい。また、型を固定して押圧部材毎に駆動手段を設ける装置構成の場合を説明したが、駆動手段を一つにして型を回転させる構成の装置を用いてもよい。
【００２４】
＜押し出し成形工程＞
上記で得られた圧縮成形体を予備加熱し、一定時間保持した後、公知の装置を用い押し出し加工を行い、マグネシウム基複合材料を得る。ここで、予備加熱温度はマグネシウム合金の種類により変化するが、加熱炉設定温度で３００℃〜５５０℃が好適である。また、上記の押し出し加工時の温度は、２５０℃〜４００℃が好適であり、より好ましくは２５０℃〜３５０℃が好適である。
以上のようにして得られたマグネシウム基複合材料は以下で見るように、上記の条件（Ａ）、（Ｂ）を満たし、マグネシウム合金母材中にＭｇ２Ｓｉが均一に分散されたものとなる。
【実施例１】
【００２５】
以下に本発明の実施例を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
＜結晶粒径分布＞
・製造例１−１
マグネシウム合金（ＡＺ３１）チップ９８質量％と、Ｍｇ２Ｓｉの粉末２質量％を混合したものに、オレイン酸を加え、混合粉末を得た。ここで、マグネシウム合金チップの平均サイズは、１．５ｍｍであり、Ｍｇ２Ｓｉ粉末は、平均粒径７０μｍのものを用いた。
該混合粉末Ａを上記図２に示した装置によって圧縮成形体とした。上記の圧縮成形体の形成工程における処理回数（ただし、図３の（ａ）〜（ｌ）で示した微細化工程および図４（ａ）〜（ｉ）の攪拌工程を合わせたものを一回と数える）は１６０回とした。得られた圧縮成形体を予備加熱温度４５０℃で加熱し、公知の押し出し成形装置により温度４００℃、押出し径７ｍｍ、押出し比２８で押し出し形成し、マグネシウム基複合材料を得た。
【００２６】
・製造例１−２
マグネシウム合金（ＡＺ３１）チップ９８質量％と、ＳｉＯ２の粉末２質量％を混合したものに、オレイン酸を加え、混合粉末を得た。ここで、マグネシウム合金チップの平均サイズは１．５ｍｍであり、ＳｉＯ２粉末は平均粒径２０μｍのものを用いた。
混合粉末を上記図２に示した装置によって圧縮成形体とした。上記の圧縮成形体の形成工程における処理回数（ただし、図３の（ａ）〜（ｌ）で示した微細化工程および図４（ａ）〜（ｉ）の攪拌工程を合わせたものを一回と数えた）は１６０回とした。得られた圧縮成形体を予備加熱温度５５０℃で加熱し、公知の押し出し成形装置により温度４７０℃、押出し径７ｍｍ、押出し比２８で押し出し形成し、マグネシウム基複合材料を得た。
【００２７】
・製造例１−３
マグネシウム合金（ＡＭ６０）チップ９８質量％と、ＳｉＯ２の粉末２質量％を混合したものに、オレイン酸を加え、混合粉末を得た。ここで、マグネシウム合金チップの平均サイズは、１．５ｍｍであり、ＳｉＯ２粉末は、平均粒径２０μｍのものである。
該混合粉末ＡをＢＭＡ法、つまり上記図１に示した装置によって、圧縮成形体とした。上記の圧縮成形体の形成工程における処理回数（ただし、図１の（ｂ）〜（ｆ）を一回と数える）は１６０回とした。得られた圧縮成形体を予備加熱温度４６０℃で加熱し、公知の押し出し成形装置により温度４６０℃、押出し径７ｍｍ、押出し比３４で押し出し形成し、マグネシウム基複合材料を得た。
【００２８】
上記製造例１−１〜１−３で製造したマグネシウム基複合材料のＳｉの分布を分布電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）法で調べ、金属組織の電子顕微鏡写真（１５０μｍ×１５０μｍの領域）からマグネシウム合金の結晶粒径、分散化合物（Ｍｇ２Ｓｉ）の結晶粒径を調べた。結果を表１に示す。また、図５Ａに製造例１−１の電子顕微鏡写真を、図５Ｂにそれに対応するＳｉの分布図を示す。また、図５Ｃは図５Ａの倍率を大きくしたもの、図５Ｄはそれに対応するＳｉの分布図である。図６Ａは製造例１−２の電子顕微鏡写真であり、図６Ｂはそれに対応するＳｉの分布図である。ただし、図６Ａの倍率は図５Ｃと同じ倍率とした。さらに、図７Ａには製造例１−３の電子顕微鏡写真を、図７Ｂにはそれに対応するＳｉの分布図を示した。また、図７Ｃは図７Ａの倍率を大きくしたもの、図７Ｄはそれに対応するＳｉの分布図である。
【００２９】
【表１】
上記図７Ａ〜７Ｄ、および表１から分かるように、従来のＢＭＡ法で製造した製造例１−３はＭｇ合金の結晶粒径はある程度微細化しているものの、Ｍｇ２Ｓｉの分散が非常に不均一であった。それに対し、図５Ａ〜５Ｄ、図６Ａ、６Ｂから分かるように製造例１−１、１−２はＭｇ合金の結晶粒径が高度に微細化され、Ｍｇ２Ｓｉも均一に分散していた。また、製造例１−１はＭｇ２Ｓｉの径が、製造例１−２よりもやや大きいものの、Ｍｇ合金の微細化の点では勝っていた。
製造例１−１に対し、０．２％耐力、引張強度、伸びを調べると、それぞれ３０２ＭＰａ，３５４ＭＰａ，９．９％であり、良好な特性が得られた。
【００３０】
＜耐熱性＞
次に耐熱性を調べるために、本発明にかかるマグネシウム複合材料と、通常のマグネシウム合金との熱処理前、熱処理後のマイクロビッカース硬度（Ｈｖ）を調べた。
マグネシウム基複合材料としては、マグネシウム合金（ＡＺ３１）チップ９９．５質量％と、Ｍｇ２Ｓｉの粉末０．５質量％を混合したものに、オレイン酸を加えた混合粉末を用いて上記製造例１−１と同様な方法で製造したもの（処理回数１２０回）を用いた。また、比較のためのマグネシウムは、マグネシウム合金（ＡＺ３１）チップのみを粉末原料として、上記製造例１−１と同様な方法で製造したもの（処理回数１２０回）を用いた。
熱処理は、製造された材料を３００℃で１５分間保持することで行った。また、硬度は３回測定し、その平均値を求めた。結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
表２から分かるように、通常のマグネシウム合金は熱処理によって硬度が下がったが、本発明にかかるマグネシウム複合材料は熱処理によっても硬度が下がることがなかった。
【００３２】
＜耐食性＞
本発明にかかるマグネシウム複合材料の耐食性を調べた。測定は、電気化学測定システム（北斗電工（株）製ＨＺ−５０００）によった。
図８に０．１ＭＮａＣｌ水溶液中におけるアノード分極曲線を示す。図８中でＡＺ−３１−４％として示したものが本発明に対応するマグネシウム複合材料であり、マグネシウム合金粉末９６質量％とＳｉＯ２粉末４質量％を混ぜた粉末原料から、図２に示した装置によって圧縮成形体を形成し（処理回数８０回）、押出し加工を施すことで製造したものである。また、図８中でＡＺ３１−０％として示したものは、マグネシウム合金粉末のみから、図２に示した装置によって圧縮成形体を形成し（処理回数８０回）、押出し加工を施すことで製造したものである。図８中でＡＺ３１と示したものは通常のマグネシウム合金の押出し材である。図８のグラフから明らかなように、結晶粒径を微細化した押出し材（ＡＺ３１−０％）は、微細化を施していない通常の押出し材（ＡＺ３１）よりも耐食性が向上していることが分かる。Ｍｇ２Ｓｉを分散させた本発明のマグネシウム複合材料（ＡＺ−３１−４％）は、結晶粒径を微細化した押出し材（ＡＺ３１−０％）よりも更に耐食性に優れていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ＢＭＡ法の説明図
【図２】本発明にかかるマグネシウム基複合材料の製造において用いられる装置の概略構成図
【図３】本発明にかかるマグネシウム基複合材料の製造工程の説明図
【図４】本発明にかかるマグネシウム基複合材料の製造工程の説明図
【図５Ａ】製造例１−１のマグネシウム基複合材料の電子顕微鏡写真
【図５Ｂ】製造例１−１のマグネシウム基複合材料のＥＰＭＡによるＳｉ分布の図
【図５Ｃ】図５Ａの倍率を変えた電子顕微鏡写真
【図５Ｄ】図５Ｂの倍率を変えたＳｉ分布の図
【図６Ａ】製造例１−２のマグネシウム基複合材料の電子顕微鏡写真
【図６Ｂ】製造例１−２のマグネシウム基複合材料のＥＰＭＡによるＳｉ分布の図
【図７Ａ】製造例１−３のマグネシウム基複合材料の電子顕微鏡写真
【図７Ｂ】製造例１−３のマグネシウム基複合材料のＥＰＭＡによるＳｉ分布の図
【図７Ｃ】図７Ａの倍率を変えた電子顕微鏡写真
【図７Ｄ】図７Ｂの倍率を変えたＳｉ分布の図
【図８】分極曲線のグラフ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金を母材として、該マグネシウム合金の結晶粒界上にマグネシウムと金属もしくは半金属との化合物である分散化合物が分散されたマグネシウム基複合材料であって、
金属組織の顕微鏡写真から求めた、マグネシウム合金の結晶粒径、および前記分散化合物の粒子径が、次の条件（Ａ）、（Ｂ）を満たすマグネシウム基複合材料。
（Ａ）マグネシウム合金の平均結晶粒径が５μｍ以下であり、かつマグネシウム合金の結晶粒の内、その結晶粒径が１０μｍ以上のものが面積比１５％以下である。
（Ｂ）前記分散化合物の粒子のうち、粒子径が１０μｍ以上のものが面積比３０％以下である。
【請求項２】
請求項１に記載のマグネシウム基複合材料において、
前記分散化合物は金属または半金属の酸化物または炭化物もしくは珪化物であることを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマグネシウム基複合材料において、
前記分散化合物はＭｇ２Ｓｉであることを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のマグネシウム基複合材料において、前記分散化合物の含有量が０．１質量％から５質量％であることを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項１】
マグネシウム合金を母材として、該マグネシウム合金の結晶粒界上にマグネシウムと金属もしくは半金属との化合物である分散化合物が分散されたマグネシウム基複合材料であって、
金属組織の顕微鏡写真から求めた、マグネシウム合金の結晶粒径、および前記分散化合物の粒子径が、次の条件（Ａ）、（Ｂ）を満たすマグネシウム基複合材料。
（Ａ）マグネシウム合金の平均結晶粒径が５μｍ以下であり、かつマグネシウム合金の結晶粒の内、その結晶粒径が１０μｍ以上のものが面積比１５％以下である。
（Ｂ）前記分散化合物の粒子のうち、粒子径が１０μｍ以上のものが面積比３０％以下である。
【請求項２】
請求項１に記載のマグネシウム基複合材料において、
前記分散化合物は金属または半金属の酸化物または炭化物もしくは珪化物であることを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマグネシウム基複合材料において、
前記分散化合物はＭｇ２Ｓｉであることを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のマグネシウム基複合材料において、前記分散化合物の含有量が０．１質量％から５質量％であることを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
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【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【公開番号】特開２００７−５１３０５（Ｐ２００７−５１３０５Ａ）
【公開日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３５０８５（Ｐ２００５−２３５０８５）
【出願日】平成１７年８月１２日（２００５．８．１２）
【出願人】（０００１１０２５１）トピー工業株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月１２日（２００５．８．１２）
【出願人】（０００１１０２５１）トピー工業株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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