マグネシウム基複合材料
【課題】 常温のみならず高温でも強度特性に優れるなどの優れた性能を有するマグネシウム基複合材料を提供する。
【解決手段】 本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、マグネシウム合金と添加材との固相反応により得られたマグネシウム基複合材料であって、前記添加材は希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上であり、前記固相反応により生成した金属間化合物を含むことを特徴とする。該マグネシウム基複合材料中には、金属間化合物とともに添加材が分散していることができる。
【解決手段】 本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、マグネシウム合金と添加材との固相反応により得られたマグネシウム基複合材料であって、前記添加材は希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上であり、前記固相反応により生成した金属間化合物を含むことを特徴とする。該マグネシウム基複合材料中には、金属間化合物とともに添加材が分散していることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固相反応により生成された微細な金属間化合物が分散したマグネシウム基複合材料に関し、特に常温のみならず高温でも高い引張強さを有するマグネシウム基複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは、比重が１．７４と非常に軽く、また、比強度や比剛性がアルミや鋼よりも優れていることから、自動車、家電製品等の構造用部品として利用が拡大している。しかしながら、強度特性や耐熱性などにおいて十分とは言えず、マグネシウム合金をエンジン部品などの加熱を受ける構造部材に用いようとする場合には改善が望まれていた。
【０００３】
例えば、特許文献１には、重量基準で１〜８％の希土類元素及び１〜６％のカルシウムを含み、素地を構成するマグネシウムの最大結晶粒径が３０μｍ以下である高強靭性マグネシウム基合金が記載されている。このマグネシウム基合金は、次のようにして製造される。
【０００４】
（１）重量基準で１〜８％の希土類元素及び１〜６％のカルシウムを含むマグネシウム基合金インゴットを鋳造法で作製し、これを切削加工などにより原料粉体を得る。
（２）原料粉体に対して１００〜３００℃で塑性加工を繰返し行う（例えば、金型に粉体を充填した状態で圧縮と押し込みとを交互に繰返し行う）ことにより強加工歪を付与して、原料粉体を機械的に粉砕し、かつ素地を構成するマグネシウム結晶粒を微細化する。同時に、鋳造によりインゴット中に形成されていた針状の金属間化合物も微細に粉砕され、マグネシウム結晶粒内部に分散される。
（３）上記のように塑性加工を施して微細化処理した後、圧縮成形して粉末固化体を作製する。
（４）粉末固化体を３００〜５２０℃に加熱後、直ちに押出し加工して目的とするマグネシウム基合金の棒状素材を得る。
【０００５】
しかしながら、このような方法では、目的とする合金組成のインゴットを鋳造し、これを粉末化して原料粉体とするため、手間やコストがかかる。また、合金組成が均一で良好なインゴットを作製するための鋳造方法が難しく、且つ合金組成を均一にできる元素組成範囲が制限されるという問題があった。
【０００６】
また、特許文献１には、鋳造中にＣａや希土類元素（ＲＥ）がＡｌやＭｇとの間で熱安定性に優れる金属間化合物（例えば、Ａｌ２ＣａやＭｇ−ＲＥ化合物、Ａｌ−ＲＥ化合物など）を形成し、これが上記のように微細化されて素地中に分散されることでマグネシウム合金の耐熱性が向上することが記載されている。例えば、特許文献１には１５０℃における引張強さが記載されている。
しかしながら、特許文献１において、１５０℃における引張強さは１５０ＭＰａに満たず、また、より高温での引張強さも満足できるものではない。さらに、特許文献１には、希土類元素やカルシウムが上記適性範囲を超えると靭性や引張強さが低下することが記載されており、希土類元素やカルシウムの増量による効果の向上には限界がある。
このように、鋳造などの溶融法により形成された金属間化合物を含むマグネシウム合金を微細化した後に押出しする特許文献１においても、十分満足のいくものは得られていない。
【０００７】
一方、特許文献２には、ＳｉＯ２を添加材として用い、機械的に固相反応させて金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉを形成し、耐熱性を向上させることが記載されている。具体的には、マグネシウム合金チップに添加材としてＳｉＯ２粉末を混合し、これを固相状態で微細分散化後、さらに押出し加工することにより、微細化されたマグネシウム合金の結晶粒界上に金属間化合物であるＭｇ２Ｓｉが微細に分散されたマグネシウム基複合材料が得られる。本方法では、溶融法で製造したものとは異なり、マグネシウム合金の粒界内に分散化合物は存在せず、結晶粒界に存在している。
しかしながら、ＳｉＯ２粉末を用いても、高温強度に関してまだ十分満足のいくものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２１８４号公報
【特許文献２】特開２００７−５１３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記背景技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、常温のみならず高温でも高い引張強さを有するなど優れた性能を発揮し得る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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明者等が鋭意検討を行った結果、マグネシウム合金にＬａ２Ｏ３を添加材として混合し、この混合体を固相状態で機械的に微細化処理した後に、所定の温度範囲に加熱すると、固相反応を生じ、その結果、結晶粒が微細化されたマグネシウム合金の組織中に反応生成物である金属間化合物の粒子が微細に分散されたマグネシウム基複合材料が得られ、このマグネシウム基複合材料は常温強度のみならず高温強度においても非常に優れることを見出した。さらに所定の温度範囲に加熱中又は加熱後に押出しなどの塑性加工を行うことにより、より品質的に安定して常温強度及び高温強度が得られることも見出した。
【００１１】
特許文献２のように、ＳｉＯ２を添加材として用いる固相反応によりＭｇ２Ｓｉを形成できるのは、Ｓｉに対するＭｇの還元作用による。すなわち、酸化物の標準生成自由エネルギー△Ｇと温度との関係を示すエリンガム線図では、常温〜２５００℃の広い温度領域において、ＳｉＯ２の線図がＭｇＯの線図よりも上側にあり、ＳｉＯ２の標準生成自由エネルギーはＭｇＯの標準生成自由エネルギーよりも大きい（日本金属学会編、改訂２版金属データブック、ｐ．９０、１９８４年参照）。よって、ＭｇによるＳｉＯ２の還元は発熱反応であり、これは自発的に進行して金属間化合物であるＭｇ２Ｓｉが形成される。
【００１２】
一方、ＭｇＯよりも標準生成自由エネルギーの小さな酸化物（例えばＬａ２Ｏ３）を添加材として用いた場合には、Ｍｇによる該酸化物の還元は吸熱反応であるため、金属間化合物の形成は理論上は困難である。
しかしながら、驚くべきことに、本発明者らが検討を行った結果、マグネシウム合金にＬａ２Ｏ３を添加材とした場合には、Ｌａ２Ｏ３が還元されて金属間化合物（Ｍｇ１７Ｌａ２など）が形成されることが判明したのである。
また、本発明者らは、Ｌａ２Ｏ３の代わりに他の希土類金属の酸化物や、他の特定の金属化合物を用いた場合にも同様に固相反応可能であることも見出した。
【００１３】
Ａｌ２Ｃａなどが熱安定性に優れることは知られているが、前記特許文献２には、希土類金属化合物やＭｇ以外のアルカリ土類金属化合物を添加材として用い、固相法によりマグネシウム合金中に金属間化合物を生成すること、これにより常温のみならず２５０℃という高温においても高い強度を有するマグネシウム基複合材料が得られることは記載されていない。これは、本発明者らにより初めて見出された新規な知見であり、このような新規な知見に基づいて、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、マグネシウム合金と添加材との固相反応により得られたマグネシウム基複合材料であって、
前記添加材は希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上であり、
前記固相反応により生成した金属間化合物を含むことを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００１５】
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、マグネシウム基複合材料中に前記金属間化合物とともに添加材が分散していることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、マグネシウム合金がＡｌを含有するマグネシウム合金であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、前記金属間化合物が、希土類金属、Ｓｒ、Ｂａ又はＣａと、Ａｌ又はＭｇとの金属間化合物であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００１６】
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、
マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化し、
この微細化混合体又はその圧粉体を融点未満の温度で熱化学反応させることにより得られたことを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記複合材料において、前記微細化混合体又はその圧粉体を３５０〜５５０℃に加熱して熱化学反応させることにより金属間化合物を生成したことを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、熱化学反応後及び／又は熱化学反応中に塑性加工することを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００１７】
また、前記複合材料において、
マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化し、
この微細化混合体又はその圧粉体を融点未満の温度で塑性加工することにより得られたことを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記複合材料において、塑性加工が押出しであることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記複合材料において、押出し温度が３５０〜５５０℃であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００１８】
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、固相反応させるマグネシウム合金と添加材との混合体中、添加材が１〜２０ｖｏｌ％となるように用いることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、金属間化合物分散粒子の最大粒径が５μｍ以下であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、添加材分散粒子の最大粒径が５μｍ以下であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、マグネシウム合金の最大結晶粒が２０μｍ以下であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００１９】
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、Ａｌ１２Ｍｇ１７を含まないことを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、２０℃における引張強さが４００ＭＰａ以上で、且つ２５０℃における引張強さが１００ＭＰａ以上であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００２０】
また、本発明は、マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化した微細化混合体又はその圧粉体であって、
前記添加材は希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上であり、
融点未満での加熱により金属間化合物を生成することを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料を提供する。
また、本発明は前記材料において、加熱温度が３５０〜５５０℃であることを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料を提供する。
【００２１】
また、本発明は前記何れかに記載の材料において、微細化処理されるマグネシウム合金と添加材との混合体中、添加材が１〜２０ｖｏｌ％となるように用いたことを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の材料において、焼結用である熱化学反応用材料を提供する。
本発明は前記何れかに記載の材料において、押出し用である塑性加工用材料を提供する。
なお、本願特許請求の範囲及び明細書中では「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】
【００２２】
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、結晶粒が微細化されたマグネシウム合金の組織中に、固相反応により生成した微細な金属間化合物粒子が分散し、このような分散粒子によって、常温のみならず高温でも強度特性が顕著に改善される。そして、金属間化合物粒子とともに微細な添加材粒子が分散することによりさらに強度特性が向上する。また、酸化物である添加材粒子の存在は耐磨耗性にも寄与する。
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、比較的安価な原料から溶融せずに固相反応により製造できるので、鋳造などの溶融法で得られるマグネシウム基複合材料に比して簡便で経済的であり、また組成の自由度が高い。
また、マグネシウム合金と添加材との混合体を微細化処理した微細化混合体又はその圧粉体は、例えば、熱化学反応用材料や、押出しなどの塑性加工用材料として、高強度マグネシウム基複合材料の製造に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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微細化装置の一例を示す概略構成図である。
【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ける微細化工程の一例を示す説明図である。
【図３】本発明にかかるマグネシウム基複合材料の製造における微細化工程の一例を示す説明図である。
【００２４】
【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一例を示す説明図である。
【図５】１５ｖｏｌ％Ｙ２Ｏ３添加ＡＭ６０Ｂ合金から得られた押出し材のＸ線回折図である。
【図６】１０ｖｏｌ％Ｌａ２Ｏ３添加ＡＺ３１Ｂ合金から得られた押出し材のＸ線回折図である。
【００２５】
【図７】１０ｖｏｌ％Ｌａ２Ｏ３添加ＡＺ３１Ｂ合金から得られた押出し材のＡＥＳイメージ（２００００倍）である。
【図８】１０ｖｏｌ％Ｌａ２Ｏ３添加ＡＺ３１Ｂ合金から得られた押出し材（微細化処理回数０回）のＸ線回折図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、結晶粒が微細なマグネシウム合金の組織中に微細な金属間化合物粒子が分散されたマグネシウム基複合材料であり、これはマグネシウム合金と、添加材との固相反応により得られるものである。
代表的には、Ａｌ含有マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化し、その後、融点未満、好ましくは３５０〜５５０℃の温度で熱化学的に反応させるという固相反応法により得ることができる。また、強度などの点から、熱化学反応中及び／又は熱化学反応後に塑性加工を行うことが好ましい。塑性加工としては、押出し、鍛造、圧延、引抜き、プレスなど公知の加工の１種以上が挙げられるが、好適な例としては押出しが挙げられる。
【００２７】
＜マグネシウム合金＞
本発明において出発原料として用いるマグネシウム合金としては、純Ｍｇの他、主成分であるマグネシウムと、その他元素とを含む合金が挙げられる。
マグネシウム合金の好適な例として、Ａｌ含有マグネシウム合金が挙げられる。このようなＡｌ含有マグネシウム合金としては、主成分であるマグネシウムにＡｌが合金化されたマグネシウム合金（Ｍｇ−Ａｌ系合金）が挙げられる。一般によく知られているものとしては、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系合金（ＡＭ系）、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金（ＡＺ系）などがある。
なお、Ａｌはマグネシウム合金中に合金化されずに単に混合されていてもよい。例えば、Ａｌが合金化されていないマグネシウム合金（純マグネシウムでもよい）及びＡｌが合金化されたマグネシウム合金から選ばれる一種以上と、Ａｌとの単純混合物をＡｌ含有マグネシウム合金として用いることもできる。また、Ａｌを混合して用いる場合、純アルミニウムの他、特に問題のない限り、アルミニウムを主成分とする合金（アルミニウム合金）などをＡｌ源として用いてもよい。
【００２８】
Ａｌの含有量は、目的に応じて適宜調節されるが、通常、Ａｌ含有マグネシウム合金中１〜２０質量％、好ましくは２〜１５質量％、より好ましくは３〜１０質量％である。
また、マグネシウム合金には、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｌｉ、Ａｇ、ＲＥ（ＲＥ：希土類元素）などＭｇやＡｌ以外の元素が含まれていてよい。マグネシウム合金中におけるＭｇやＡｌ以外の元素の総和は、通常１０質量％以下であり、典型的には０．１〜１０質量％、好ましくは０．５〜５質量％である。
【００２９】
マグネシウム合金の形状、サイズは特に限定されず、粉末状、粒状、塊状、チップ状などが挙げられるが、例えば、平均粒子径０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度のチップまたは粒状体が簡便に用いられる。
【００３０】
＜添加材＞
本発明で用いる添加材としては、希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上を用いることができる。希土類金属としては、例えばＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｌｕ、あるいはこれら元素を含むミッシュメタルが挙げられる。
添加材の形状、サイズは特に限定されず、例えば、平均粒子径５μｍ〜１００μｍ、さらには１０μｍ〜５０μｍの粉末が簡便に用いられる。
【００３１】
添加材量は、本発明の効果が得られる限りにおいて制限されるものではない。通常は、微細化処理される混合体全成分中に占める添加材の割合として１ｖｏｌ％以上で効果が発揮されるが、好ましくは５ｖｏｌ％以上、さらに好ましくは７ｖｏｌ％以上である。添加材量が少なすぎるとその効果が低くなる。一方、過剰に配合しても増量に見合った効果の増大は期待できず、また、その他の特性に悪影響を及ぼすことがあるので、２０ｖｏｌ％以下、さらには１５ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。
なお、添加材量は、微細化される混合体をその全成分からなる空隙のない一固体であると見なしたときの混合体中の添加材の割合（ｖｏｌ％）を意味し、マグネシウム合金及び添加材の真密度とその配合質量とから、下記式により算出されるものである。
【００３２】
【数１】
【００３３】
例えば、ＡＭ６０Ｂ合金（真密度１．７９ｇ／ｃｍ３）９０質量部、及びＬａ２Ｏ３（真密度６．５ｇ／ｃｍ３）１０質量部（Ｌａとして約８．５質量部）の混合体において、この混合体中のＬａ２Ｏ３は約３．０ｖｏｌ％である。
また、マグネシウム合金中の金属成分Ａと添加材中の金属成分Ｂとが固相反応により金属間化合物ＡａＢｂを生成する場合、反応性などの点から、マグネシウム合金と添加材との混合体中におけるＢ／Ａのモル比がｂ／ａ以上となるように、添加材を用いることが好ましい。
【００３４】
なお、本発明においては、本発明の効果を損なわない限り、必要に応じて、その他の化合物を補助的に添加することもできる。このような補助的添加材として、例えば酸化カルシウムが挙げられる。
【００３５】
本発明の添加材にＣａＯを併用し、その少なくとも一部をマグネシウム合金の金属成分と固相反応させ、熱安定性に優れる金属間化合物（例えばＡｌ２Ｃａ）を生成させれば、マグネシウム基複合材料の強度特性や耐熱性をさらに改善することが可能である。
このような補助的添加材の添加量としては、微細化処理される混合体に必要とされる材料特性に応じて設定すればよいが、過剰に配合しても増量に見合った効果の増大は期待できず、また、その他の特性に悪影響を及ぼすことがあるので、２０ｖｏｌ％以下、さらには１５ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。
その他にも、マグネシウム合金に対する公知の強化材を添加することもできる。
【００３６】
＜製造方法＞
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、以下に代表例を挙げてさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、図４の概略図に示されるように、
（ａ）微細化工程と、
（ｂ）熱化学反応工程と、
（ｃ）塑性加工工程と、
を備えた製造方法で製造することが好適である。
【００３７】
（ａ）微細化工程：
マグネシウム合金と添加材との混合体の微細化工程では、混合体が機械的に粉砕されるとともに、Ｍｇ合金結晶粒が微細化される。このような微細化方法としては、混合体成分に強歪み加工を与えてＭｇ合金結晶粒ならびに添加材粒子を微細化できる方法であれば特に制限されず、公知の方法を採用することができるが、後の金属間化合物の形成を促進し、結晶粒の粗大化を抑制し、室温〜高温の広い範囲において高強度とするためには、Ｍｇ合金結晶粒及び添加材が十分且つ均一に微細化されることが望ましい。
好適な微細化方法としては、押し固め及び押し崩しによる方法、特に剪断力及び／又は摩擦力を伴う押し固め及び押し崩しによる方法が採用できる。
また、微細化工程においては、取り扱い性や反応性などの点から、最後に圧縮成形を行って圧粉体とすることが好ましい。
【００３８】
例えば、マグネシウム合金チップまたは粒状体と添加材粉末との混合体を、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、押し崩しを繰り返して微細化し、最後に押し固めることにより、圧粉体を作製する、という方法が好適である。
このような微細化工程は、特に加熱せずに環境温度下でも十分可能である。
【００３９】
以下、好適な実施形態についてさらに説明する。
本実施形態にかかる微細化工程では、図１に示したような装置を用いてマグネシウム合金チップと添加材粉末との混合体を微細化し、最後に圧縮成形して圧粉体を得ることが好適である。図１の装置によれば、混合体が交差部を通過する際にほぼ全面領域で大きな剪断力、摩擦力を受けるので、Ｍｇ合金結晶粒及び添加材の微細化・分散化が均一に効率よく行われる。
【００４０】
図１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１２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。
【００４１】
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。
【００４２】
まず、図２（ａ）に示すように、押圧部材１６ａを抜いた状態で混合体を成形穴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。
【００４３】
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体は成形穴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。
【００４４】
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２（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、混合体は成形穴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は流れ込んだ混合体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。
【００４５】
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２（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、混合体を押し固める。
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２（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、混合体は成形穴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は流れ込んだ混合体に押されて後退する。
【００４６】
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２（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、混合体を押し固める。
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２（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、混合体は成形穴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は流れ込んだ混合体に押されて後退する。
【００４７】
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２（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、混合体を押し固める。
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２（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、混合体は成形穴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は流れ込んだ混合体に押されて後退する。
【００４８】
図２（ａ）〜（ｌ）に示された工程を任意回数繰り返し行って、均一且つ十分に微細化・分散化した後、最後に押し固め工程を行うことで圧粉体を得る。
圧粉体形成のために加える圧力は、特に制限されるものではないが、例えば、２５０ｋｇ／ｃｍ２〜４００ｋｇ／ｃｍ２とすることができる。
このように、出発原料である混合体は、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、Ｍｇ合金結晶粒及び添加材の微細化・分散化が均一に効率よく行われる。
【００４９】
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３に示すような攪拌工程を行うことが好適である。
まず、図３（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３（ｂ）、（ｃ）に示すように、混合体は成形穴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は混合体に押されて後退する。
【００５０】
押圧部材１６ａを前進位置にまで押し込んだ後、図３（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３（ｅ）、（ｆ）に示すように成形穴１４ｂ、１４ｄに存在した混合体は、成形穴１４ｃに流れ込む。ここで、押圧部材１４ｃは混合体に押されて後退する。
押圧部材１４ｂ、１４ｄを図３（ｆ）に示すようにその前進位置にまで押し込んだのち、図３（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３（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、混合体は成形穴１４ｃから交差部１５を経て成形穴１４ａに至り、押圧部材１４ａは混合体に押されて後退する。
【００５１】
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。
【００５２】
このような微細化工程の例として、例えば特開２００５−２４８３２５号公報や前記特許文献２などを参照することができる。
【００５３】
（ｂ）熱化学反応工程：
マグネシウム合金と添加材とを上記のように微細化処理した後に、融点未満の適当な温度で加熱することで熱化学反応を生じさせて、金属間化合物を生成することができる。このような熱化学反応を生じる加熱温度としては、原料の種類などにもよるが、通常３５０℃〜５５０℃、好ましくは４００〜５００℃であった。
従って、微細化混合体又はその圧粉体を、上記温度範囲に加熱して熱化学反応させることにより金属間化合物を生成することが好適である。
【００５４】
以上のように微細化工程及び熱化学反応工程を経て得られたマグネシウム基複合材料では、結晶粒が微細化されたマグネシウム合金の組織中に、金属間化合物の微粒子が分散されている。後述の実施例でも示すように、金属間化合物は微細化工程ではなく、その後の熱化学反応工程で生成される。しかし、微細化工程を行わなかった場合には、熱化学反応工程を行っても金属間化合物を形成することはできない。
よって、微細化工程と熱化学反応工程との複合作用によって固相反応を生じ、理論的には困難な金属間化合物の形成が進行するものと考えられる。
【００５５】
（ｃ）塑性加工工程：
次に、上記で得られたマグネシウム基複合材料をより高強度にするため、公知の装置を用いて塑性加工を行う。前述した熱化学反応工程における加熱によって金属間化合物粒子が生成され、さらに塑性加工を行うことで粒子同士が強固に密着・接合固化し、微細なマグネシウム合金組織中に微細な金属間化合物粒子が分散した高強度のマグネシウム基複合材料が得られる。
また、塑性加工工程においては、温度を加えながら塑性加工を行うことで、上記した熱化学反応工程と塑性加工工程を同時に行うことができる。
【００５６】
塑性加工としては、例えば、押出し加工が好適である。この場合、押出し条件は、粒子同士の密着・接合固化が充分行われるように、適宜設定可能である。
例えば、押出し比は、通常２以上、さらには５以上、好ましくは１０以上である。
また、上記したように、塑性加工としての押出し加工と熱化学反応工程とを同時に行う場合には、押出し温度は、融点未満で設定可能であるが、金属間化合物生成の点、さらには押出し性などの点から、３５０〜５５０℃、さらには４００〜５００℃の範囲とすることが好ましい。
【００５７】
また、微細化混合体又はその圧粉体は、金属間化合物が生成可能な温度で押出しなどの塑性加工することにより、結晶粒が微細化されたマグネシウム合金中に微細な金属間化合物粒子が分散した高強度マグネシウム基複合材料とすることができるので、塑性加工用材料として好適に利用可能である。
また、上記微細化混合体又はその圧粉体を金属間化合物が生成可能な温度で加熱して少なくとも一部の添加材を固相で熱化学反応させて金属間化合物を生成させた後、塑性加工することもできる。
【００５８】
また、微細化混合体又はその圧粉体は、固相で熱化学反応させて金属間化合物を含有するマグネシウム基複合材料を製造するための熱化学反応用材料として利用することもできる。例えば、複雑な形状の最終製品を直接製造する場合や、微細化混合体の圧粉体が押出し性などの塑性加工性、あるいは二次加工性が不十分であるような場合、焼結は有効な手段の一つであるが、本発明の微細化混合体又はその圧粉体は、焼結用材料としても利用可能である。焼結法としては、例えば、雰囲気焼結法、ホットプレス、ＨＩＰ（熱間等方加圧式焼結法）、ＰＣＳ（パルス通電焼結法）、ＳＰＳ（放電プラズマ焼結法）などが挙げられる。焼結は、加圧下又は非加圧下で行うことができる。
焼結用材料として圧粉体を使用するか粉末を粉末冶金用に用いるかは用途に応じて設計できる。焼結用粉体は微細化混合体又はその圧粉体をボールミルなど公知の粉砕器、方法により１００μｍ以下に粉砕し、更に必要であれば篩分けして利用することができる。
【００５９】
＜マグネシウム基複合材料＞
本発明のマグネシウム基複合材料において、常温強度の点からは、マグネシウム合金の結晶粒は微細化されていることが好ましい。具体的には、例えば、金属組織の顕微鏡写真から求めたマグネシウム合金の最大結晶粒径が２０μｍ以下、さらには１０μｍ以下であることが好適である。
【００６０】
マグネシウム合金の結晶粒が微細化していると高温では粒界すべりを生じやすくなり強度が低下するが、本発明においては、微細な金属間化合物粒子が結晶粒界に分散しているので、高温においても高い強度を発揮することができる。
マグネシウム基複合材料中において、金属組織の顕微鏡写真から求めた金属間化合物粒子の最大粒径は通常５μｍ以下、典型的には２μｍ以下、さらには１μｍ以下である。
【００６１】
本発明のマグネシウム基複合材料では、強度などの点から、未反応の添加材の微粒子も分散していることが好ましい。また、添加材が酸化物微粒子として分散している場合には、添加磨耗性を向上することができる。なお、添加材として炭酸塩を用いた場合も、固相反応中に酸化物に変換されて分散している可能性がある。
一般的に、金属酸化物は当該金属に比して耐熱性が高い。よって、酸化物の微粒子がマグネシウム基複合材料中に分散することにより、粒界すべりに対する抵抗となって強度が向上するとともに、耐熱性、例えば高温における引張強さが向上する。また、ヤング率や０．２％耐力、硬度の向上にも寄与する。一方、平均線膨張係数に対しては低下効果がある。
また、酸化物粒子が存在することにより、加熱によるマグネシウム合金結晶粒の粗大化による機械的性質の低下も抑制される。
マグネシウム基複合材料中において、金属組織の顕微鏡写真から求めた添加材粒子の最大粒径は通常５μｍ以下、典型的には２μｍ以下、さらには１μｍ以下である。
【００６２】
本発明においては、例えば、比重が１．９〜２．０で、しかも引張強さが２０℃で４００ＭＰａ以上、１５０℃で２８０Ｍｐａ以上、２５０℃で１００ＭＰａ以上という高強度マグネシウム基複合材料を得ることができる。
また、従来のマグネシウム合金では、２０℃でのヤング率が通常約４５ＧＰａであるのに対し、本発明によれば、４８ＧＰａ以上、さらには５０ＧＰａ以上、特に５５ＧＰａ以上の性能を得ることができる。
また、２０℃での０．２％耐力では、３５０ＭＰａ以上、さらには４００ＭＰａ以上の性能を得ることができる。
また、２０℃におけるビッカーズ硬さも８５以上とすることができ、さらには１００以上、特に１２０以上とすることもできる。
一方、２０℃〜２００℃の線膨張係数は約２×１０−５／Ｋ〜２．６×１０−５／Ｋと、従来のマグネシウム合金に比して低下させることができる。
【００６３】
本発明のマグネシウム基複合材料は、市販されているマグネシウム合金と添加材とを用いて鋳造法などの溶融法ではなく固相法で製造でき、目的とする合金組成のインゴット化や粉末化が不要で、添加材量の制限が少ない。また、Ｃａ化合物の場合は安価且つ軽量であることから、これを利用できることは、コストや軽量性など、工業的メリットが非常に大きい。
【００６４】
本発明のマグネシウム基複合材料は強度特性、特に高温強度に優れているので、これらの特性が要求される各種用途に好適に利用できる。例えば、これに限定されるものではないが、自動車のエンジン周り部品（ピストン、バルブリテーナー、バルブリフターなど）などに適用できる。
本発明のマグネシウム基複合材料は、耐熱性が高いので、目的とする部品形状にさらに塑性加工された場合などにおいても、その特性を十分発揮できる。
【実施例】
【００６５】
以下、具体例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明で用いた試験方法及び材料と試薬は次の通りである。
（０．２％耐力、引張強さ）
ＪＩＳ Ｚ ２２０１「金属材料引張試験片」に基づき試験片として、平行部直径５ｍｍ、標点間距離２５ｍｍの形状（ＪＩＳ １４Ａ号試験片形状に準拠）に切り出したものを用いた。ＪＩＳ Ｚ ２２４１「金属材料引張試験方法」に基づき室温（約２０℃）ならびに２５０℃で引張試験を行った。引張試験機は加熱炉付きオートグラフ万能試験機（（株）島津製作所製、引張最大荷重１００ｋＮ）を用い、試験機ストローク速度８．４ｍｍ／ｍｉｎ（変位制御）で行った。なお、２５０℃での引張試験は、試験片をオートグラフ万能試験機にチャッキングしてから加熱炉で試験片を包み込み、試験片平行部近傍に、耐熱テープで熱電対を貼り、試験片が２５０℃になった後行った。
なお、０．２％耐力は上記引張試験方法に規定するオフセット法によって測定した。
【００６６】
（Ｘ線回折図）
Ｘ線回析図は、ＲＡＤ−３Ｂシステム（理学電機（株））で角度 ３０°〜８０°、サンプリング幅 ０．０２０°、スキャン速度１°／ｍｉｎ、線源ＣｕＫα、電圧４０ＫＶ、電流値３０ｍＡ で採取した。
【００６７】
（ＳＥＭ写真）
ＳＥＭ写真は、走査型電子顕微鏡 ＡＢＴ−６０（株式会社トプコン製）により観察、撮影した。
（ＡＥＳイメージ）
ＡＥＳイメージは、走査型オージェ分光分析装置ＰＨＩ７００（アルバック・ファイ 株式会社製）により観察、撮影した。
【００６８】
（硬さ）
マイクロビッカース硬さ試験機（（株）島津製作所製、ＨＭＶ−２０００）を用いて、圧入荷重１００ｇにて６秒間圧入し、圧痕の大きさを測定し、室温（約２０℃）で硬さを測定した。
【００６９】
（線膨張係数）
圧縮加重法による。試験片形状φ５×１５ｍｍに切り出したものを用い、熱機械分析装置（（株）リガク製 ＴＭＡ８３１０）により、昇温速度５℃／ｍｉｎ、室温（約２０℃）〜３５５℃の温度範囲で圧縮荷重９８ｍＮをかけて、温度変化による伸びを測定し、２５℃での線膨張係数を計算した。
【００７０】
（ヤング率）
ＪＩＳ Ｚ２２８０「金属材料の高温ヤング率試験方法」に準じて、超音波パルス法により２０℃のヤング率を測定した。試験機は、バースト波音速測定装置（ＲＩＴＥＣ社製、ＲＡＭ−５０００型）を用いた。
【００７１】
（材料及び試薬）
マグネシウム合金チップはいずれの種類も、日鉱商事株式会社製 粒度＜２．５ｍｍを使用した。添加材は、以下を使用した。但し、４Ｎは、９９．９９％、２Ｎは９９％ を表す。
酸化カルシウムCaO：和光純薬株式会社製、型番：036-19655、純度98％
酸化ランタンLa2O3は、高純度化学研究所製 コード番号LAO02PB、純度4N
酸化ストロンチウムSrOは、高純度化学研究所製 コード番号SRO02PB、純度98%
酸化イットリウムY2O3 高純度化学研究所製 純度4N
酸化セリウムCeO2は、 高純度化学研究所製 純度4N
珪化カルシウムCaSi2は、 高純度化学研究所製 純度2N
炭酸カルシウムCaCO3は、 高純度化学研究所製 純度4N
【００７２】
製造例１ マグネシウム基複合材料の製造
マグネシウム合金チップと添加材粉末とを混合し、混合体を得た。該混合体を上記図１に示した装置によって微細化処理し圧粉体（ビレット）とした。微細化処理回数は、図２（ａ）〜（ｌ）で示した微細化工程および図３（ａ）〜（ｉ）の攪拌工程を合わせたものを４回と数えた。
得られた圧粉体を４００〜４７０℃で予備加熱し、コンテナ及びダイス加熱温度４００〜４７０℃、押出し径７ｍｍ、押出し比２８で押出し成形し、マグネシウム基複合材料からなる押出し材（丸棒）を得た。
上記製造例１に準じて各種マグネシウム基複合材料を製造し、試験を行った。
【００７３】
試験例１ 添加材の効果
製造例１において、マグネシウム合金として、ＡＳＴＭ規格のＡＭ６０Ｂを使用し、マグネシウム基複合材料の押出し材（丸棒）を製造した。
【００７４】
【表１】
【００７５】
表１からわかるように、添加材を用いることによって引張強さが改善され、添加材量の増大に伴って引張強さが向上した。特に、高温（２５０℃）での引張強さは顕著に向上し、添加材１０ｖｏｌ％で無添加の場合の約３〜４倍にも達した。
また、添加材は酸化物のみでなく、珪化物や炭酸塩でも同様な効果が得られた。
【００７６】
【表２】
【００７７】
表２は、マグネシウム合金としてＡＺ３１Ｂ又はＡＺ６１Ｂを用いて得られた押出し材の結果である。表２からわかるように、種々のマグネシウム合金に対して添加材の効果が認められた。
【００７８】
また、下記表３〜４のように、その他の機械的特性においても添加材を用いることによる改良が可能であった。
【００７９】
【表３】
【００８０】
【表４】
【００８１】
以上のことから、添加材量としては、混合体中１ｖｏｌ％程度から添加効果が認められるが、強度などの点から、５ｖｏｌ％以上、さらには７ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。
一方、添加材を過剰に添加しても添加量に見合った効果が得られないことがある。また、添加材量が多いほどマグネシウム基複合材料の比重も高くなるので、マグネシウム合金の軽量性という観点からも過剰な添加は望ましくない。従って、添加材量は混合体中２０ｖｏｌ％以下、さらには１５ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。
また、表１〜４に例示したデータから添加材としては、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅなどの希土類、Ｃａ，Ｓｒなどのアルカリ土類で同様な添加効果が得られることがわかる。
【００８２】
試験例２ 金属間化合物の生成
図５は、試験例１−５の押出し材（ＡＭ６０Ｂ＋１５ｖｏｌ％Ｙ２Ｏ３）のＸ線回折結果である。図５において、Ｙ２Ｏ３のピークとともに金属間化合物であるＡｌ２Ｙのピークが認められた。また、ＭｇＯのピークも認められた。
また、図６は、試験例２−４の押出し材（ＡＺ３１Ｂ＋１０ｖｏｌ％Ｌａ２Ｏ３）のＸ線回折結果である。図６において、Ｌａ２Ｏ３のピークは極わずかであり、金属間化合物であるＭｇ１７Ｌａ２のピークが顕著に認められた。また、ＭｇＯのピークも認められた。
【００８３】
このように、添加材を用いて得られた押出し材のＸ線回折図において、出発原料であるマグネシウム合金及び添加材の何れとも異なるピークの出現によって、固相反応を生じて金属間化合物が生成したことが確認された。そして、金属間化合物のピークパターンが既知であれば、それと照合することにより同定できる。
また、電子顕微鏡観察においては微細化されたＭｇ合金の結晶粒界に分散微粒子の存在が認められた。
代表例として、図７に試験例２−４の押出し材のオージェ電子分光分析（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）の結果を示す。図７から、Ｍｇ合金の結晶粒は５μｍ以下に微細化されており、その粒界には２μｍ以下の微粒子が分散し、この分散粒子はＭｇ１７Ｌａ２、ならびにＬａ２Ｏ３であることが確認された。
【００８４】
図８は、試験例２−４（ＡＺ３１Ｂ＋１０ｖｏｌ％Ｌａ２Ｏ３）において、微細化処理回数を０回（単純圧縮のみ）とした場合に得られた押出し材のＸ線回折結果である。図８では、Ｌａ２Ｏ３のピークが観察されたものの、図６で見られたような金属間化合物Ｍｇ１７Ｌａ２やＭｇＯのピークは認められなかった。
また、何れの場合でも、添加材の有無ならびに微細化処理の有無に関わらず、何れの試験例においても、ビレットの状態では金属間化合物やＭｇＯのピークは認められなかった。
【００８５】
このようなことから、金属間化合物の生成が引張強さ、特に高温での引張強さに寄与しており、金属間化合物生成のためには、微細化処理によりマグネシウム合金と添加材とを十分に微細化して活性化しておくことが重要であり、このような混合体が熱化学的に反応して金属間化合物が生成するのではないかと推察された。
【００８６】
また、出発原料として用いたＡＭ６０Ｂ、ＡＺ３１Ｂ、ＡＺ６１ＢなどのＡｌ含有マグネシウム合金と添加材とから得られたビレットでは、何れもβ相（Ａｌ１２Ｍｇ１７）のピークが認められたが、このようなビレットを押出しして得られた押出し材ではβ相のピークは消失した。β相は高温強度特性の向上を阻害することが報告されており（特開２００７−１９７７９６号公報）、このようなβ相の消失も本発明のマグネシウム基複合材料の高温強度特性に寄与していることが考えられる。
【００８７】
以上のように、本発明のマグネシウム基複合材料においては、結晶粒が微細化されたマグネシウム合金に固相反応で生じた金属間化合物、さらには添加材が非常に微細に分散されることにより、強度特性や耐熱性などが顕著に改善される。このようなマグネシウム基複合材料は、典型的には、マグネシウム合金と特定の添加材との混合体を固相状態において微細化し、この微細化された混合体を融点未満の温度で熱化学反応すること、更に望ましくは熱化学反応中又は熱化学反応後に塑性加工させることにより得ることができる。また、本発明によればβ相を含まないマグネシウム基複合材料を得ることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は固相反応により生成された微細な金属間化合物が分散したマグネシウム基複合材料に関し、特に常温のみならず高温でも高い引張強さを有するマグネシウム基複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは、比重が１．７４と非常に軽く、また、比強度や比剛性がアルミや鋼よりも優れていることから、自動車、家電製品等の構造用部品として利用が拡大している。しかしながら、強度特性や耐熱性などにおいて十分とは言えず、マグネシウム合金をエンジン部品などの加熱を受ける構造部材に用いようとする場合には改善が望まれていた。
【０００３】
例えば、特許文献１には、重量基準で１〜８％の希土類元素及び１〜６％のカルシウムを含み、素地を構成するマグネシウムの最大結晶粒径が３０μｍ以下である高強靭性マグネシウム基合金が記載されている。このマグネシウム基合金は、次のようにして製造される。
【０００４】
（１）重量基準で１〜８％の希土類元素及び１〜６％のカルシウムを含むマグネシウム基合金インゴットを鋳造法で作製し、これを切削加工などにより原料粉体を得る。
（２）原料粉体に対して１００〜３００℃で塑性加工を繰返し行う（例えば、金型に粉体を充填した状態で圧縮と押し込みとを交互に繰返し行う）ことにより強加工歪を付与して、原料粉体を機械的に粉砕し、かつ素地を構成するマグネシウム結晶粒を微細化する。同時に、鋳造によりインゴット中に形成されていた針状の金属間化合物も微細に粉砕され、マグネシウム結晶粒内部に分散される。
（３）上記のように塑性加工を施して微細化処理した後、圧縮成形して粉末固化体を作製する。
（４）粉末固化体を３００〜５２０℃に加熱後、直ちに押出し加工して目的とするマグネシウム基合金の棒状素材を得る。
【０００５】
しかしながら、このような方法では、目的とする合金組成のインゴットを鋳造し、これを粉末化して原料粉体とするため、手間やコストがかかる。また、合金組成が均一で良好なインゴットを作製するための鋳造方法が難しく、且つ合金組成を均一にできる元素組成範囲が制限されるという問題があった。
【０００６】
また、特許文献１には、鋳造中にＣａや希土類元素（ＲＥ）がＡｌやＭｇとの間で熱安定性に優れる金属間化合物（例えば、Ａｌ２ＣａやＭｇ−ＲＥ化合物、Ａｌ−ＲＥ化合物など）を形成し、これが上記のように微細化されて素地中に分散されることでマグネシウム合金の耐熱性が向上することが記載されている。例えば、特許文献１には１５０℃における引張強さが記載されている。
しかしながら、特許文献１において、１５０℃における引張強さは１５０ＭＰａに満たず、また、より高温での引張強さも満足できるものではない。さらに、特許文献１には、希土類元素やカルシウムが上記適性範囲を超えると靭性や引張強さが低下することが記載されており、希土類元素やカルシウムの増量による効果の向上には限界がある。
このように、鋳造などの溶融法により形成された金属間化合物を含むマグネシウム合金を微細化した後に押出しする特許文献１においても、十分満足のいくものは得られていない。
【０００７】
一方、特許文献２には、ＳｉＯ２を添加材として用い、機械的に固相反応させて金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉを形成し、耐熱性を向上させることが記載されている。具体的には、マグネシウム合金チップに添加材としてＳｉＯ２粉末を混合し、これを固相状態で微細分散化後、さらに押出し加工することにより、微細化されたマグネシウム合金の結晶粒界上に金属間化合物であるＭｇ２Ｓｉが微細に分散されたマグネシウム基複合材料が得られる。本方法では、溶融法で製造したものとは異なり、マグネシウム合金の粒界内に分散化合物は存在せず、結晶粒界に存在している。
しかしながら、ＳｉＯ２粉末を用いても、高温強度に関してまだ十分満足のいくものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２１８４号公報
【特許文献２】特開２００７−５１３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記背景技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、常温のみならず高温でも高い引張強さを有するなど優れた性能を発揮し得る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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明者等が鋭意検討を行った結果、マグネシウム合金にＬａ２Ｏ３を添加材として混合し、この混合体を固相状態で機械的に微細化処理した後に、所定の温度範囲に加熱すると、固相反応を生じ、その結果、結晶粒が微細化されたマグネシウム合金の組織中に反応生成物である金属間化合物の粒子が微細に分散されたマグネシウム基複合材料が得られ、このマグネシウム基複合材料は常温強度のみならず高温強度においても非常に優れることを見出した。さらに所定の温度範囲に加熱中又は加熱後に押出しなどの塑性加工を行うことにより、より品質的に安定して常温強度及び高温強度が得られることも見出した。
【００１１】
特許文献２のように、ＳｉＯ２を添加材として用いる固相反応によりＭｇ２Ｓｉを形成できるのは、Ｓｉに対するＭｇの還元作用による。すなわち、酸化物の標準生成自由エネルギー△Ｇと温度との関係を示すエリンガム線図では、常温〜２５００℃の広い温度領域において、ＳｉＯ２の線図がＭｇＯの線図よりも上側にあり、ＳｉＯ２の標準生成自由エネルギーはＭｇＯの標準生成自由エネルギーよりも大きい（日本金属学会編、改訂２版金属データブック、ｐ．９０、１９８４年参照）。よって、ＭｇによるＳｉＯ２の還元は発熱反応であり、これは自発的に進行して金属間化合物であるＭｇ２Ｓｉが形成される。
【００１２】
一方、ＭｇＯよりも標準生成自由エネルギーの小さな酸化物（例えばＬａ２Ｏ３）を添加材として用いた場合には、Ｍｇによる該酸化物の還元は吸熱反応であるため、金属間化合物の形成は理論上は困難である。
しかしながら、驚くべきことに、本発明者らが検討を行った結果、マグネシウム合金にＬａ２Ｏ３を添加材とした場合には、Ｌａ２Ｏ３が還元されて金属間化合物（Ｍｇ１７Ｌａ２など）が形成されることが判明したのである。
また、本発明者らは、Ｌａ２Ｏ３の代わりに他の希土類金属の酸化物や、他の特定の金属化合物を用いた場合にも同様に固相反応可能であることも見出した。
【００１３】
Ａｌ２Ｃａなどが熱安定性に優れることは知られているが、前記特許文献２には、希土類金属化合物やＭｇ以外のアルカリ土類金属化合物を添加材として用い、固相法によりマグネシウム合金中に金属間化合物を生成すること、これにより常温のみならず２５０℃という高温においても高い強度を有するマグネシウム基複合材料が得られることは記載されていない。これは、本発明者らにより初めて見出された新規な知見であり、このような新規な知見に基づいて、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、マグネシウム合金と添加材との固相反応により得られたマグネシウム基複合材料であって、
前記添加材は希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上であり、
前記固相反応により生成した金属間化合物を含むことを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００１５】
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、マグネシウム基複合材料中に前記金属間化合物とともに添加材が分散していることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、マグネシウム合金がＡｌを含有するマグネシウム合金であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、前記金属間化合物が、希土類金属、Ｓｒ、Ｂａ又はＣａと、Ａｌ又はＭｇとの金属間化合物であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００１６】
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、
マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化し、
この微細化混合体又はその圧粉体を融点未満の温度で熱化学反応させることにより得られたことを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記複合材料において、前記微細化混合体又はその圧粉体を３５０〜５５０℃に加熱して熱化学反応させることにより金属間化合物を生成したことを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、熱化学反応後及び／又は熱化学反応中に塑性加工することを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００１７】
また、前記複合材料において、
マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化し、
この微細化混合体又はその圧粉体を融点未満の温度で塑性加工することにより得られたことを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記複合材料において、塑性加工が押出しであることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記複合材料において、押出し温度が３５０〜５５０℃であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００１８】
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、固相反応させるマグネシウム合金と添加材との混合体中、添加材が１〜２０ｖｏｌ％となるように用いることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、金属間化合物分散粒子の最大粒径が５μｍ以下であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、添加材分散粒子の最大粒径が５μｍ以下であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、マグネシウム合金の最大結晶粒が２０μｍ以下であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００１９】
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、Ａｌ１２Ｍｇ１７を含まないことを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の複合材料において、２０℃における引張強さが４００ＭＰａ以上で、且つ２５０℃における引張強さが１００ＭＰａ以上であることを特徴とするマグネシウム基複合材料を提供する。
【００２０】
また、本発明は、マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化した微細化混合体又はその圧粉体であって、
前記添加材は希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上であり、
融点未満での加熱により金属間化合物を生成することを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料を提供する。
また、本発明は前記材料において、加熱温度が３５０〜５５０℃であることを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料を提供する。
【００２１】
また、本発明は前記何れかに記載の材料において、微細化処理されるマグネシウム合金と添加材との混合体中、添加材が１〜２０ｖｏｌ％となるように用いたことを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料を提供する。
また、本発明は前記何れかに記載の材料において、焼結用である熱化学反応用材料を提供する。
本発明は前記何れかに記載の材料において、押出し用である塑性加工用材料を提供する。
なお、本願特許請求の範囲及び明細書中では「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】
【００２２】
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、結晶粒が微細化されたマグネシウム合金の組織中に、固相反応により生成した微細な金属間化合物粒子が分散し、このような分散粒子によって、常温のみならず高温でも強度特性が顕著に改善される。そして、金属間化合物粒子とともに微細な添加材粒子が分散することによりさらに強度特性が向上する。また、酸化物である添加材粒子の存在は耐磨耗性にも寄与する。
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、比較的安価な原料から溶融せずに固相反応により製造できるので、鋳造などの溶融法で得られるマグネシウム基複合材料に比して簡便で経済的であり、また組成の自由度が高い。
また、マグネシウム合金と添加材との混合体を微細化処理した微細化混合体又はその圧粉体は、例えば、熱化学反応用材料や、押出しなどの塑性加工用材料として、高強度マグネシウム基複合材料の製造に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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微細化装置の一例を示す概略構成図である。
【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ける微細化工程の一例を示す説明図である。
【図３】本発明にかかるマグネシウム基複合材料の製造における微細化工程の一例を示す説明図である。
【００２４】
【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一例を示す説明図である。
【図５】１５ｖｏｌ％Ｙ２Ｏ３添加ＡＭ６０Ｂ合金から得られた押出し材のＸ線回折図である。
【図６】１０ｖｏｌ％Ｌａ２Ｏ３添加ＡＺ３１Ｂ合金から得られた押出し材のＸ線回折図である。
【００２５】
【図７】１０ｖｏｌ％Ｌａ２Ｏ３添加ＡＺ３１Ｂ合金から得られた押出し材のＡＥＳイメージ（２００００倍）である。
【図８】１０ｖｏｌ％Ｌａ２Ｏ３添加ＡＺ３１Ｂ合金から得られた押出し材（微細化処理回数０回）のＸ線回折図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、結晶粒が微細なマグネシウム合金の組織中に微細な金属間化合物粒子が分散されたマグネシウム基複合材料であり、これはマグネシウム合金と、添加材との固相反応により得られるものである。
代表的には、Ａｌ含有マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化し、その後、融点未満、好ましくは３５０〜５５０℃の温度で熱化学的に反応させるという固相反応法により得ることができる。また、強度などの点から、熱化学反応中及び／又は熱化学反応後に塑性加工を行うことが好ましい。塑性加工としては、押出し、鍛造、圧延、引抜き、プレスなど公知の加工の１種以上が挙げられるが、好適な例としては押出しが挙げられる。
【００２７】
＜マグネシウム合金＞
本発明において出発原料として用いるマグネシウム合金としては、純Ｍｇの他、主成分であるマグネシウムと、その他元素とを含む合金が挙げられる。
マグネシウム合金の好適な例として、Ａｌ含有マグネシウム合金が挙げられる。このようなＡｌ含有マグネシウム合金としては、主成分であるマグネシウムにＡｌが合金化されたマグネシウム合金（Ｍｇ−Ａｌ系合金）が挙げられる。一般によく知られているものとしては、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系合金（ＡＭ系）、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金（ＡＺ系）などがある。
なお、Ａｌはマグネシウム合金中に合金化されずに単に混合されていてもよい。例えば、Ａｌが合金化されていないマグネシウム合金（純マグネシウムでもよい）及びＡｌが合金化されたマグネシウム合金から選ばれる一種以上と、Ａｌとの単純混合物をＡｌ含有マグネシウム合金として用いることもできる。また、Ａｌを混合して用いる場合、純アルミニウムの他、特に問題のない限り、アルミニウムを主成分とする合金（アルミニウム合金）などをＡｌ源として用いてもよい。
【００２８】
Ａｌの含有量は、目的に応じて適宜調節されるが、通常、Ａｌ含有マグネシウム合金中１〜２０質量％、好ましくは２〜１５質量％、より好ましくは３〜１０質量％である。
また、マグネシウム合金には、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｌｉ、Ａｇ、ＲＥ（ＲＥ：希土類元素）などＭｇやＡｌ以外の元素が含まれていてよい。マグネシウム合金中におけるＭｇやＡｌ以外の元素の総和は、通常１０質量％以下であり、典型的には０．１〜１０質量％、好ましくは０．５〜５質量％である。
【００２９】
マグネシウム合金の形状、サイズは特に限定されず、粉末状、粒状、塊状、チップ状などが挙げられるが、例えば、平均粒子径０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度のチップまたは粒状体が簡便に用いられる。
【００３０】
＜添加材＞
本発明で用いる添加材としては、希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上を用いることができる。希土類金属としては、例えばＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｌｕ、あるいはこれら元素を含むミッシュメタルが挙げられる。
添加材の形状、サイズは特に限定されず、例えば、平均粒子径５μｍ〜１００μｍ、さらには１０μｍ〜５０μｍの粉末が簡便に用いられる。
【００３１】
添加材量は、本発明の効果が得られる限りにおいて制限されるものではない。通常は、微細化処理される混合体全成分中に占める添加材の割合として１ｖｏｌ％以上で効果が発揮されるが、好ましくは５ｖｏｌ％以上、さらに好ましくは７ｖｏｌ％以上である。添加材量が少なすぎるとその効果が低くなる。一方、過剰に配合しても増量に見合った効果の増大は期待できず、また、その他の特性に悪影響を及ぼすことがあるので、２０ｖｏｌ％以下、さらには１５ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。
なお、添加材量は、微細化される混合体をその全成分からなる空隙のない一固体であると見なしたときの混合体中の添加材の割合（ｖｏｌ％）を意味し、マグネシウム合金及び添加材の真密度とその配合質量とから、下記式により算出されるものである。
【００３２】
【数１】
【００３３】
例えば、ＡＭ６０Ｂ合金（真密度１．７９ｇ／ｃｍ３）９０質量部、及びＬａ２Ｏ３（真密度６．５ｇ／ｃｍ３）１０質量部（Ｌａとして約８．５質量部）の混合体において、この混合体中のＬａ２Ｏ３は約３．０ｖｏｌ％である。
また、マグネシウム合金中の金属成分Ａと添加材中の金属成分Ｂとが固相反応により金属間化合物ＡａＢｂを生成する場合、反応性などの点から、マグネシウム合金と添加材との混合体中におけるＢ／Ａのモル比がｂ／ａ以上となるように、添加材を用いることが好ましい。
【００３４】
なお、本発明においては、本発明の効果を損なわない限り、必要に応じて、その他の化合物を補助的に添加することもできる。このような補助的添加材として、例えば酸化カルシウムが挙げられる。
【００３５】
本発明の添加材にＣａＯを併用し、その少なくとも一部をマグネシウム合金の金属成分と固相反応させ、熱安定性に優れる金属間化合物（例えばＡｌ２Ｃａ）を生成させれば、マグネシウム基複合材料の強度特性や耐熱性をさらに改善することが可能である。
このような補助的添加材の添加量としては、微細化処理される混合体に必要とされる材料特性に応じて設定すればよいが、過剰に配合しても増量に見合った効果の増大は期待できず、また、その他の特性に悪影響を及ぼすことがあるので、２０ｖｏｌ％以下、さらには１５ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。
その他にも、マグネシウム合金に対する公知の強化材を添加することもできる。
【００３６】
＜製造方法＞
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、以下に代表例を挙げてさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明にかかるマグネシウム基複合材料は、図４の概略図に示されるように、
（ａ）微細化工程と、
（ｂ）熱化学反応工程と、
（ｃ）塑性加工工程と、
を備えた製造方法で製造することが好適である。
【００３７】
（ａ）微細化工程：
マグネシウム合金と添加材との混合体の微細化工程では、混合体が機械的に粉砕されるとともに、Ｍｇ合金結晶粒が微細化される。このような微細化方法としては、混合体成分に強歪み加工を与えてＭｇ合金結晶粒ならびに添加材粒子を微細化できる方法であれば特に制限されず、公知の方法を採用することができるが、後の金属間化合物の形成を促進し、結晶粒の粗大化を抑制し、室温〜高温の広い範囲において高強度とするためには、Ｍｇ合金結晶粒及び添加材が十分且つ均一に微細化されることが望ましい。
好適な微細化方法としては、押し固め及び押し崩しによる方法、特に剪断力及び／又は摩擦力を伴う押し固め及び押し崩しによる方法が採用できる。
また、微細化工程においては、取り扱い性や反応性などの点から、最後に圧縮成形を行って圧粉体とすることが好ましい。
【００３８】
例えば、マグネシウム合金チップまたは粒状体と添加材粉末との混合体を、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、押し崩しを繰り返して微細化し、最後に押し固めることにより、圧粉体を作製する、という方法が好適である。
このような微細化工程は、特に加熱せずに環境温度下でも十分可能である。
【００３９】
以下、好適な実施形態についてさらに説明する。
本実施形態にかかる微細化工程では、図１に示したような装置を用いてマグネシウム合金チップと添加材粉末との混合体を微細化し、最後に圧縮成形して圧粉体を得ることが好適である。図１の装置によれば、混合体が交差部を通過する際にほぼ全面領域で大きな剪断力、摩擦力を受けるので、Ｍｇ合金結晶粒及び添加材の微細化・分散化が均一に効率よく行われる。
【００４０】
図１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１２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。
【００４１】
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。
【００４２】
まず、図２（ａ）に示すように、押圧部材１６ａを抜いた状態で混合体を成形穴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。
【００４３】
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体は成形穴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。
【００４４】
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２（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、混合体は成形穴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は流れ込んだ混合体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。
【００４５】
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２（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、混合体を押し固める。
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２（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、混合体は成形穴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は流れ込んだ混合体に押されて後退する。
【００４６】
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２（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、混合体を押し固める。
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２（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、混合体は成形穴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は流れ込んだ混合体に押されて後退する。
【００４７】
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２（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、混合体を押し固める。
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２（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、混合体は成形穴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は流れ込んだ混合体に押されて後退する。
【００４８】
図２（ａ）〜（ｌ）に示された工程を任意回数繰り返し行って、均一且つ十分に微細化・分散化した後、最後に押し固め工程を行うことで圧粉体を得る。
圧粉体形成のために加える圧力は、特に制限されるものではないが、例えば、２５０ｋｇ／ｃｍ２〜４００ｋｇ／ｃｍ２とすることができる。
このように、出発原料である混合体は、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、Ｍｇ合金結晶粒及び添加材の微細化・分散化が均一に効率よく行われる。
【００４９】
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３に示すような攪拌工程を行うことが好適である。
まず、図３（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３（ｂ）、（ｃ）に示すように、混合体は成形穴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は混合体に押されて後退する。
【００５０】
押圧部材１６ａを前進位置にまで押し込んだ後、図３（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３（ｅ）、（ｆ）に示すように成形穴１４ｂ、１４ｄに存在した混合体は、成形穴１４ｃに流れ込む。ここで、押圧部材１４ｃは混合体に押されて後退する。
押圧部材１４ｂ、１４ｄを図３（ｆ）に示すようにその前進位置にまで押し込んだのち、図３（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３（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、混合体は成形穴１４ｃから交差部１５を経て成形穴１４ａに至り、押圧部材１４ａは混合体に押されて後退する。
【００５１】
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。
【００５２】
このような微細化工程の例として、例えば特開２００５−２４８３２５号公報や前記特許文献２などを参照することができる。
【００５３】
（ｂ）熱化学反応工程：
マグネシウム合金と添加材とを上記のように微細化処理した後に、融点未満の適当な温度で加熱することで熱化学反応を生じさせて、金属間化合物を生成することができる。このような熱化学反応を生じる加熱温度としては、原料の種類などにもよるが、通常３５０℃〜５５０℃、好ましくは４００〜５００℃であった。
従って、微細化混合体又はその圧粉体を、上記温度範囲に加熱して熱化学反応させることにより金属間化合物を生成することが好適である。
【００５４】
以上のように微細化工程及び熱化学反応工程を経て得られたマグネシウム基複合材料では、結晶粒が微細化されたマグネシウム合金の組織中に、金属間化合物の微粒子が分散されている。後述の実施例でも示すように、金属間化合物は微細化工程ではなく、その後の熱化学反応工程で生成される。しかし、微細化工程を行わなかった場合には、熱化学反応工程を行っても金属間化合物を形成することはできない。
よって、微細化工程と熱化学反応工程との複合作用によって固相反応を生じ、理論的には困難な金属間化合物の形成が進行するものと考えられる。
【００５５】
（ｃ）塑性加工工程：
次に、上記で得られたマグネシウム基複合材料をより高強度にするため、公知の装置を用いて塑性加工を行う。前述した熱化学反応工程における加熱によって金属間化合物粒子が生成され、さらに塑性加工を行うことで粒子同士が強固に密着・接合固化し、微細なマグネシウム合金組織中に微細な金属間化合物粒子が分散した高強度のマグネシウム基複合材料が得られる。
また、塑性加工工程においては、温度を加えながら塑性加工を行うことで、上記した熱化学反応工程と塑性加工工程を同時に行うことができる。
【００５６】
塑性加工としては、例えば、押出し加工が好適である。この場合、押出し条件は、粒子同士の密着・接合固化が充分行われるように、適宜設定可能である。
例えば、押出し比は、通常２以上、さらには５以上、好ましくは１０以上である。
また、上記したように、塑性加工としての押出し加工と熱化学反応工程とを同時に行う場合には、押出し温度は、融点未満で設定可能であるが、金属間化合物生成の点、さらには押出し性などの点から、３５０〜５５０℃、さらには４００〜５００℃の範囲とすることが好ましい。
【００５７】
また、微細化混合体又はその圧粉体は、金属間化合物が生成可能な温度で押出しなどの塑性加工することにより、結晶粒が微細化されたマグネシウム合金中に微細な金属間化合物粒子が分散した高強度マグネシウム基複合材料とすることができるので、塑性加工用材料として好適に利用可能である。
また、上記微細化混合体又はその圧粉体を金属間化合物が生成可能な温度で加熱して少なくとも一部の添加材を固相で熱化学反応させて金属間化合物を生成させた後、塑性加工することもできる。
【００５８】
また、微細化混合体又はその圧粉体は、固相で熱化学反応させて金属間化合物を含有するマグネシウム基複合材料を製造するための熱化学反応用材料として利用することもできる。例えば、複雑な形状の最終製品を直接製造する場合や、微細化混合体の圧粉体が押出し性などの塑性加工性、あるいは二次加工性が不十分であるような場合、焼結は有効な手段の一つであるが、本発明の微細化混合体又はその圧粉体は、焼結用材料としても利用可能である。焼結法としては、例えば、雰囲気焼結法、ホットプレス、ＨＩＰ（熱間等方加圧式焼結法）、ＰＣＳ（パルス通電焼結法）、ＳＰＳ（放電プラズマ焼結法）などが挙げられる。焼結は、加圧下又は非加圧下で行うことができる。
焼結用材料として圧粉体を使用するか粉末を粉末冶金用に用いるかは用途に応じて設計できる。焼結用粉体は微細化混合体又はその圧粉体をボールミルなど公知の粉砕器、方法により１００μｍ以下に粉砕し、更に必要であれば篩分けして利用することができる。
【００５９】
＜マグネシウム基複合材料＞
本発明のマグネシウム基複合材料において、常温強度の点からは、マグネシウム合金の結晶粒は微細化されていることが好ましい。具体的には、例えば、金属組織の顕微鏡写真から求めたマグネシウム合金の最大結晶粒径が２０μｍ以下、さらには１０μｍ以下であることが好適である。
【００６０】
マグネシウム合金の結晶粒が微細化していると高温では粒界すべりを生じやすくなり強度が低下するが、本発明においては、微細な金属間化合物粒子が結晶粒界に分散しているので、高温においても高い強度を発揮することができる。
マグネシウム基複合材料中において、金属組織の顕微鏡写真から求めた金属間化合物粒子の最大粒径は通常５μｍ以下、典型的には２μｍ以下、さらには１μｍ以下である。
【００６１】
本発明のマグネシウム基複合材料では、強度などの点から、未反応の添加材の微粒子も分散していることが好ましい。また、添加材が酸化物微粒子として分散している場合には、添加磨耗性を向上することができる。なお、添加材として炭酸塩を用いた場合も、固相反応中に酸化物に変換されて分散している可能性がある。
一般的に、金属酸化物は当該金属に比して耐熱性が高い。よって、酸化物の微粒子がマグネシウム基複合材料中に分散することにより、粒界すべりに対する抵抗となって強度が向上するとともに、耐熱性、例えば高温における引張強さが向上する。また、ヤング率や０．２％耐力、硬度の向上にも寄与する。一方、平均線膨張係数に対しては低下効果がある。
また、酸化物粒子が存在することにより、加熱によるマグネシウム合金結晶粒の粗大化による機械的性質の低下も抑制される。
マグネシウム基複合材料中において、金属組織の顕微鏡写真から求めた添加材粒子の最大粒径は通常５μｍ以下、典型的には２μｍ以下、さらには１μｍ以下である。
【００６２】
本発明においては、例えば、比重が１．９〜２．０で、しかも引張強さが２０℃で４００ＭＰａ以上、１５０℃で２８０Ｍｐａ以上、２５０℃で１００ＭＰａ以上という高強度マグネシウム基複合材料を得ることができる。
また、従来のマグネシウム合金では、２０℃でのヤング率が通常約４５ＧＰａであるのに対し、本発明によれば、４８ＧＰａ以上、さらには５０ＧＰａ以上、特に５５ＧＰａ以上の性能を得ることができる。
また、２０℃での０．２％耐力では、３５０ＭＰａ以上、さらには４００ＭＰａ以上の性能を得ることができる。
また、２０℃におけるビッカーズ硬さも８５以上とすることができ、さらには１００以上、特に１２０以上とすることもできる。
一方、２０℃〜２００℃の線膨張係数は約２×１０−５／Ｋ〜２．６×１０−５／Ｋと、従来のマグネシウム合金に比して低下させることができる。
【００６３】
本発明のマグネシウム基複合材料は、市販されているマグネシウム合金と添加材とを用いて鋳造法などの溶融法ではなく固相法で製造でき、目的とする合金組成のインゴット化や粉末化が不要で、添加材量の制限が少ない。また、Ｃａ化合物の場合は安価且つ軽量であることから、これを利用できることは、コストや軽量性など、工業的メリットが非常に大きい。
【００６４】
本発明のマグネシウム基複合材料は強度特性、特に高温強度に優れているので、これらの特性が要求される各種用途に好適に利用できる。例えば、これに限定されるものではないが、自動車のエンジン周り部品（ピストン、バルブリテーナー、バルブリフターなど）などに適用できる。
本発明のマグネシウム基複合材料は、耐熱性が高いので、目的とする部品形状にさらに塑性加工された場合などにおいても、その特性を十分発揮できる。
【実施例】
【００６５】
以下、具体例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明で用いた試験方法及び材料と試薬は次の通りである。
（０．２％耐力、引張強さ）
ＪＩＳ Ｚ ２２０１「金属材料引張試験片」に基づき試験片として、平行部直径５ｍｍ、標点間距離２５ｍｍの形状（ＪＩＳ １４Ａ号試験片形状に準拠）に切り出したものを用いた。ＪＩＳ Ｚ ２２４１「金属材料引張試験方法」に基づき室温（約２０℃）ならびに２５０℃で引張試験を行った。引張試験機は加熱炉付きオートグラフ万能試験機（（株）島津製作所製、引張最大荷重１００ｋＮ）を用い、試験機ストローク速度８．４ｍｍ／ｍｉｎ（変位制御）で行った。なお、２５０℃での引張試験は、試験片をオートグラフ万能試験機にチャッキングしてから加熱炉で試験片を包み込み、試験片平行部近傍に、耐熱テープで熱電対を貼り、試験片が２５０℃になった後行った。
なお、０．２％耐力は上記引張試験方法に規定するオフセット法によって測定した。
【００６６】
（Ｘ線回折図）
Ｘ線回析図は、ＲＡＤ−３Ｂシステム（理学電機（株））で角度 ３０°〜８０°、サンプリング幅 ０．０２０°、スキャン速度１°／ｍｉｎ、線源ＣｕＫα、電圧４０ＫＶ、電流値３０ｍＡ で採取した。
【００６７】
（ＳＥＭ写真）
ＳＥＭ写真は、走査型電子顕微鏡 ＡＢＴ−６０（株式会社トプコン製）により観察、撮影した。
（ＡＥＳイメージ）
ＡＥＳイメージは、走査型オージェ分光分析装置ＰＨＩ７００（アルバック・ファイ 株式会社製）により観察、撮影した。
【００６８】
（硬さ）
マイクロビッカース硬さ試験機（（株）島津製作所製、ＨＭＶ−２０００）を用いて、圧入荷重１００ｇにて６秒間圧入し、圧痕の大きさを測定し、室温（約２０℃）で硬さを測定した。
【００６９】
（線膨張係数）
圧縮加重法による。試験片形状φ５×１５ｍｍに切り出したものを用い、熱機械分析装置（（株）リガク製 ＴＭＡ８３１０）により、昇温速度５℃／ｍｉｎ、室温（約２０℃）〜３５５℃の温度範囲で圧縮荷重９８ｍＮをかけて、温度変化による伸びを測定し、２５℃での線膨張係数を計算した。
【００７０】
（ヤング率）
ＪＩＳ Ｚ２２８０「金属材料の高温ヤング率試験方法」に準じて、超音波パルス法により２０℃のヤング率を測定した。試験機は、バースト波音速測定装置（ＲＩＴＥＣ社製、ＲＡＭ−５０００型）を用いた。
【００７１】
（材料及び試薬）
マグネシウム合金チップはいずれの種類も、日鉱商事株式会社製 粒度＜２．５ｍｍを使用した。添加材は、以下を使用した。但し、４Ｎは、９９．９９％、２Ｎは９９％ を表す。
酸化カルシウムCaO：和光純薬株式会社製、型番：036-19655、純度98％
酸化ランタンLa2O3は、高純度化学研究所製 コード番号LAO02PB、純度4N
酸化ストロンチウムSrOは、高純度化学研究所製 コード番号SRO02PB、純度98%
酸化イットリウムY2O3 高純度化学研究所製 純度4N
酸化セリウムCeO2は、 高純度化学研究所製 純度4N
珪化カルシウムCaSi2は、 高純度化学研究所製 純度2N
炭酸カルシウムCaCO3は、 高純度化学研究所製 純度4N
【００７２】
製造例１ マグネシウム基複合材料の製造
マグネシウム合金チップと添加材粉末とを混合し、混合体を得た。該混合体を上記図１に示した装置によって微細化処理し圧粉体（ビレット）とした。微細化処理回数は、図２（ａ）〜（ｌ）で示した微細化工程および図３（ａ）〜（ｉ）の攪拌工程を合わせたものを４回と数えた。
得られた圧粉体を４００〜４７０℃で予備加熱し、コンテナ及びダイス加熱温度４００〜４７０℃、押出し径７ｍｍ、押出し比２８で押出し成形し、マグネシウム基複合材料からなる押出し材（丸棒）を得た。
上記製造例１に準じて各種マグネシウム基複合材料を製造し、試験を行った。
【００７３】
試験例１ 添加材の効果
製造例１において、マグネシウム合金として、ＡＳＴＭ規格のＡＭ６０Ｂを使用し、マグネシウム基複合材料の押出し材（丸棒）を製造した。
【００７４】
【表１】
【００７５】
表１からわかるように、添加材を用いることによって引張強さが改善され、添加材量の増大に伴って引張強さが向上した。特に、高温（２５０℃）での引張強さは顕著に向上し、添加材１０ｖｏｌ％で無添加の場合の約３〜４倍にも達した。
また、添加材は酸化物のみでなく、珪化物や炭酸塩でも同様な効果が得られた。
【００７６】
【表２】
【００７７】
表２は、マグネシウム合金としてＡＺ３１Ｂ又はＡＺ６１Ｂを用いて得られた押出し材の結果である。表２からわかるように、種々のマグネシウム合金に対して添加材の効果が認められた。
【００７８】
また、下記表３〜４のように、その他の機械的特性においても添加材を用いることによる改良が可能であった。
【００７９】
【表３】
【００８０】
【表４】
【００８１】
以上のことから、添加材量としては、混合体中１ｖｏｌ％程度から添加効果が認められるが、強度などの点から、５ｖｏｌ％以上、さらには７ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。
一方、添加材を過剰に添加しても添加量に見合った効果が得られないことがある。また、添加材量が多いほどマグネシウム基複合材料の比重も高くなるので、マグネシウム合金の軽量性という観点からも過剰な添加は望ましくない。従って、添加材量は混合体中２０ｖｏｌ％以下、さらには１５ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。
また、表１〜４に例示したデータから添加材としては、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅなどの希土類、Ｃａ，Ｓｒなどのアルカリ土類で同様な添加効果が得られることがわかる。
【００８２】
試験例２ 金属間化合物の生成
図５は、試験例１−５の押出し材（ＡＭ６０Ｂ＋１５ｖｏｌ％Ｙ２Ｏ３）のＸ線回折結果である。図５において、Ｙ２Ｏ３のピークとともに金属間化合物であるＡｌ２Ｙのピークが認められた。また、ＭｇＯのピークも認められた。
また、図６は、試験例２−４の押出し材（ＡＺ３１Ｂ＋１０ｖｏｌ％Ｌａ２Ｏ３）のＸ線回折結果である。図６において、Ｌａ２Ｏ３のピークは極わずかであり、金属間化合物であるＭｇ１７Ｌａ２のピークが顕著に認められた。また、ＭｇＯのピークも認められた。
【００８３】
このように、添加材を用いて得られた押出し材のＸ線回折図において、出発原料であるマグネシウム合金及び添加材の何れとも異なるピークの出現によって、固相反応を生じて金属間化合物が生成したことが確認された。そして、金属間化合物のピークパターンが既知であれば、それと照合することにより同定できる。
また、電子顕微鏡観察においては微細化されたＭｇ合金の結晶粒界に分散微粒子の存在が認められた。
代表例として、図７に試験例２−４の押出し材のオージェ電子分光分析（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）の結果を示す。図７から、Ｍｇ合金の結晶粒は５μｍ以下に微細化されており、その粒界には２μｍ以下の微粒子が分散し、この分散粒子はＭｇ１７Ｌａ２、ならびにＬａ２Ｏ３であることが確認された。
【００８４】
図８は、試験例２−４（ＡＺ３１Ｂ＋１０ｖｏｌ％Ｌａ２Ｏ３）において、微細化処理回数を０回（単純圧縮のみ）とした場合に得られた押出し材のＸ線回折結果である。図８では、Ｌａ２Ｏ３のピークが観察されたものの、図６で見られたような金属間化合物Ｍｇ１７Ｌａ２やＭｇＯのピークは認められなかった。
また、何れの場合でも、添加材の有無ならびに微細化処理の有無に関わらず、何れの試験例においても、ビレットの状態では金属間化合物やＭｇＯのピークは認められなかった。
【００８５】
このようなことから、金属間化合物の生成が引張強さ、特に高温での引張強さに寄与しており、金属間化合物生成のためには、微細化処理によりマグネシウム合金と添加材とを十分に微細化して活性化しておくことが重要であり、このような混合体が熱化学的に反応して金属間化合物が生成するのではないかと推察された。
【００８６】
また、出発原料として用いたＡＭ６０Ｂ、ＡＺ３１Ｂ、ＡＺ６１ＢなどのＡｌ含有マグネシウム合金と添加材とから得られたビレットでは、何れもβ相（Ａｌ１２Ｍｇ１７）のピークが認められたが、このようなビレットを押出しして得られた押出し材ではβ相のピークは消失した。β相は高温強度特性の向上を阻害することが報告されており（特開２００７−１９７７９６号公報）、このようなβ相の消失も本発明のマグネシウム基複合材料の高温強度特性に寄与していることが考えられる。
【００８７】
以上のように、本発明のマグネシウム基複合材料においては、結晶粒が微細化されたマグネシウム合金に固相反応で生じた金属間化合物、さらには添加材が非常に微細に分散されることにより、強度特性や耐熱性などが顕著に改善される。このようなマグネシウム基複合材料は、典型的には、マグネシウム合金と特定の添加材との混合体を固相状態において微細化し、この微細化された混合体を融点未満の温度で熱化学反応すること、更に望ましくは熱化学反応中又は熱化学反応後に塑性加工させることにより得ることができる。また、本発明によればβ相を含まないマグネシウム基複合材料を得ることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金と添加材との固相反応により得られたマグネシウム基複合材料であって、
前記添加材は希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上であり、
前記固相反応により生成した金属間化合物を含むことを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項２】
請求項１記載の複合材料において、マグネシウム基複合材料中に前記金属間化合物とともに添加材が分散してい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又は２記載の複合材料において、マグネシウム合金がＡｌを含有するマグネシウム合金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１〜３の何れかに記載の複合材料において、前記金属間化合物が、希土類金属、Ｓｒ、Ｂａ又はＣａと、Ａｌ又はＭｇとの金属間化合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５】
請求項１〜４の何れかに記載の複合材料において、
マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化し、
この微細化混合体又はその圧粉体を融点未満の温度で熱化学反応させることにより得られたことを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項６】
請求項５記載の複合材料において、前記微細化混合体又はその圧粉体を３５０〜５５０℃に加熱して熱化学反応させることにより金属間化合物を生成したことを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項７】
請求項５又は６記載の複合材料において、熱化学反応後に塑性加工することを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項８】
請求項５又は６記載の複合材料において、熱化学反応中に塑性加工することを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項９】
請求項８記載の複合材料において、
マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化し、
この微細化混合体又はその圧粉体を融点未満の温度で塑性加工することにより得られたことを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項１０】
請求項９記載の複合材料において、塑性加工が押出し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１１】
請求項１０記載の複合材料において、押出し温度が３５０〜５５０℃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１２】
請求項５〜１１の何れかに記載の複合材料において、微細化処理されるマグネシウム合金と添加材との混合体中、添加材が１〜２０ｖｏｌ％となるように用いることを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項１３】
請求項５〜１２の何れかに記載の複合材料において、金属間化合物分散粒子の最大粒径が５μｍ以下であり、添加材分散粒子が存在する場合には添加材分散粒子の最大粒径が５μｍ以下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１４】
請求項１〜１５の何れかに記載の複合材料において、マグネシウム合金の最大結晶粒が２０μｍ以下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１５】
請求項４〜１４の何れかに記載の複合材料において、Ａｌ１２Ｍｇ１７を含まないことを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項１６】
請求項１〜１５の何れかに記載の複合材料において、２０℃における引張強さが４００ＭＰａ以上で、且つ２５０℃における引張強さが１００ＭＰａ以上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１７】
マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化した微細化混合体又はその圧粉体であって、
前記添加材は希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上であり、
融点未満での加熱により金属間化合物を生成することを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料。
【請求項１８】
請求項１７記載の材料において、加熱温度が３５０〜５５０℃であることを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料。
【請求項１９】
請求項１７又は１８記載の材料において、微細化処理されるマグネシウム合金と添加材との混合体中、添加材が１〜２０ｖｏｌ％となるように用いたことを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料。
【請求項２０】
請求項１７〜１９の何れかに記載の材料において、焼結用である熱化学反応用材料。
【請求項２１】
請求項１７〜１９の何れかに記載の材料において、押出し用である塑性加工用材料。
【請求項１】
マグネシウム合金と添加材との固相反応により得られたマグネシウム基複合材料であって、
前記添加材は希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上であり、
前記固相反応により生成した金属間化合物を含むことを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項２】
請求項１記載の複合材料において、マグネシウム基複合材料中に前記金属間化合物とともに添加材が分散してい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又は２記載の複合材料において、マグネシウム合金がＡｌを含有するマグネシウム合金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１〜３の何れかに記載の複合材料において、前記金属間化合物が、希土類金属、Ｓｒ、Ｂａ又はＣａと、Ａｌ又はＭｇとの金属間化合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５】
請求項１〜４の何れかに記載の複合材料において、
マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化し、
この微細化混合体又はその圧粉体を融点未満の温度で熱化学反応させることにより得られたことを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項６】
請求項５記載の複合材料において、前記微細化混合体又はその圧粉体を３５０〜５５０℃に加熱して熱化学反応させることにより金属間化合物を生成したことを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項７】
請求項５又は６記載の複合材料において、熱化学反応後に塑性加工することを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項８】
請求項５又は６記載の複合材料において、熱化学反応中に塑性加工することを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項９】
請求項８記載の複合材料において、
マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化し、
この微細化混合体又はその圧粉体を融点未満の温度で塑性加工することにより得られたことを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項１０】
請求項９記載の複合材料において、塑性加工が押出し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１１】
請求項１０記載の複合材料において、押出し温度が３５０〜５５０℃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１２】
請求項５〜１１の何れかに記載の複合材料において、微細化処理されるマグネシウム合金と添加材との混合体中、添加材が１〜２０ｖｏｌ％となるように用いることを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項１３】
請求項５〜１２の何れかに記載の複合材料において、金属間化合物分散粒子の最大粒径が５μｍ以下であり、添加材分散粒子が存在する場合には添加材分散粒子の最大粒径が５μｍ以下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１４】
請求項１〜１５の何れかに記載の複合材料において、マグネシウム合金の最大結晶粒が２０μｍ以下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１５】
請求項４〜１４の何れかに記載の複合材料において、Ａｌ１２Ｍｇ１７を含まないことを特徴とするマグネシウム基複合材料。
【請求項１６】
請求項１〜１５の何れかに記載の複合材料において、２０℃における引張強さが４００ＭＰａ以上で、且つ２５０℃における引張強さが１００ＭＰａ以上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１７】
マグネシウム合金と添加材との混合体を固相状態で機械的に微細化した微細化混合体又はその圧粉体であって、
前記添加材は希土類金属、Ｓｒ又はＢａの酸化物、炭化物、珪化物及び炭酸塩、Ｃａの炭化物、珪化物及び炭酸塩から選択される１種以上であり、
融点未満での加熱により金属間化合物を生成することを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料。
【請求項１８】
請求項１７記載の材料において、加熱温度が３５０〜５５０℃であることを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料。
【請求項１９】
請求項１７又は１８記載の材料において、微細化処理されるマグネシウム合金と添加材との混合体中、添加材が１〜２０ｖｏｌ％となるように用いたことを特徴とする熱化学反応用又は塑性加工用材料。
【請求項２０】
請求項１７〜１９の何れかに記載の材料において、焼結用である熱化学反応用材料。
【請求項２１】
請求項１７〜１９の何れかに記載の材料において、押出し用である塑性加工用材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２４２９４３（Ｐ２００９−２４２９４３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５８０３９（Ｐ２００９−５８０３９）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【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２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００１１０２５１）トピー工業株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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