專利名稱：鎂基復(fù)合材料或鎂合金基復(fù)合材料的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)Mg基復(fù)合材料或Mg合金基復(fù)合材料的方法。
按常規(guī)，采用多種技術(shù)，如熔融攪拌、粉末冶金及熔鍛(壓鑄)來生產(chǎn)Mg基和Mg合金基的復(fù)合材料。其中主要用熔鍛生產(chǎn)用輕金屬作基體的復(fù)合材料，這是因?yàn)槿坼懹辛己玫?，大量生產(chǎn)的生產(chǎn)率。但，由于熔鍛涉及到在高壓下對熔體加壓，因而需要大型而昂貴的設(shè)備，結(jié)果使復(fù)合材料的生產(chǎn)成本上升。這就構(gòu)成了這類復(fù)合材料實(shí)際使用的嚴(yán)重障礙。
圖7示意性地說明按熔鍛技術(shù)生產(chǎn)Mg基或Mg合金基質(zhì)材料的常規(guī)方法。當(dāng)以這種熔鍛技術(shù)處理熔體時(shí)，通常采取措施用SF6氣體防止該熔體燃燒?，F(xiàn)參照圖7陳述上述的生產(chǎn)復(fù)合材料的工藝。首先，將Mg或Mg合金熔體103倒入金屬模102中，其中置有加強(qiáng)材料塊101。然后用柱塞104對熔體103加壓，從而形成復(fù)合材料。為防熔體103氧化和燃燒，事先將保護(hù)性氣體(如，CO2和0.5％(體積)的SF6構(gòu)成的氣體混合物)引入金屬模102中。
當(dāng)在形成復(fù)合材料的過程中注意加強(qiáng)材料和Mg或Mg合金熔體間的界面時(shí)，則會(huì)發(fā)現(xiàn)按此常規(guī)方法，該加強(qiáng)材料首先與存在于該熔體表面上的穩(wěn)定的(不活躍的)保護(hù)膜接觸，雖然這種保護(hù)膜被認(rèn)為是由Mg、O、F及S構(gòu)成的復(fù)雜化合物的薄膜，但由于此保護(hù)膜對該加強(qiáng)材料的潤濕性差，因而，需要在復(fù)合材料的形成過程中對此熔體作上述的加壓。此外，即使該保護(hù)膜一旦因?qū)θ垠w加壓而破壞，在加壓材料塊中存有的這種保護(hù)性氣體則會(huì)在此熔體表面上產(chǎn)生瞬時(shí)形成的新保護(hù)膜。結(jié)果需對此熔體連續(xù)加壓。
為解決上述問題，就需改善基體金屬的熔體對加強(qiáng)材料的潤濕性。這種改善將能降低施于該熔體上的壓力或省去對熔體加壓。因此，到現(xiàn)在一直作出大量努力來改善基體金屬熔體對加強(qiáng)材料的潤濕性。但，同時(shí)滿足包括大量生產(chǎn)的生產(chǎn)率，低成本和復(fù)合材料的堅(jiān)實(shí)性要求的工藝尚未產(chǎn)生。
比如，在日本專利公開No.7-100834/’95，日本專利No.2576186，2576188，及日本專利公開No.1-279721/’89中提出了一種已知的方法，按該法，形成一種包含加強(qiáng)材料的成型體，然后使該成型體的至少一部分與Mg或Mg合金熔體接觸以便使該熔體不經(jīng)加壓而滲入此成形體中，所述加強(qiáng)材料含有均勻混合的金屬氧化物，細(xì)金屬粉或金屬氟化物。從制造的觀點(diǎn)看，該法的優(yōu)點(diǎn)是無需對熔體加壓的設(shè)備，在一定條件下無需鑄造用的金屬模因而提高了鑄品產(chǎn)率。因而，從大量生產(chǎn)的生產(chǎn)率和降低成本的觀點(diǎn)看，此法是一種改進(jìn)了的方法。
但，在很多情況下，這些金屬氧化物，細(xì)金屬粉或金屬氟化物本身及它們與基體金屬熔體的反應(yīng)產(chǎn)物則構(gòu)成了所得復(fù)合材料中的雜質(zhì)，結(jié)果使其特性下降。因此，從該復(fù)合材料的無瑕疵性的觀點(diǎn)看，上述方法并不令人滿意。此外，它還有這樣的缺點(diǎn)金屬氧化物、細(xì)金屬粉或金屬氟化物本身就提高了成本。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種方法，它能不經(jīng)對基體金屬熔體加壓，不用金屬氧化物，細(xì)金屬粉或金屬氟化物，高效而廉價(jià)地生產(chǎn)無雜質(zhì)的無缺陷的Mg基復(fù)合材料或Mg合金基復(fù)合材料。
按本發(fā)明的第一種實(shí)施方案，通過提供一種生產(chǎn)Mg基或鎂合金基復(fù)合材料的方法完成了上述目的，該法包括用非保護(hù)性的氣體取代加強(qiáng)材料塊中的氣體，及使至少一部分的該加強(qiáng)材料塊與Mg或Mg合金熔體接觸，以便使該熔體滲入此加強(qiáng)材料塊中。
按本發(fā)明的第二種實(shí)施方案，在與上述第一實(shí)施方案相關(guān)的生產(chǎn)Mg基或Mg合金基復(fù)合材料的工藝中，該非保護(hù)性氣體主要由N2氣、O2氣、CO2氣、Ar氣或它們的混合物構(gòu)成，而其特點(diǎn)是，上述氣體的組合量不小于該加強(qiáng)材料塊中的氣體總量的98％(體積)，而其它雜質(zhì)氣體中的SF6氣和SO2的濃度各小于0.1％(體積，以該加強(qiáng)材料塊中的氣體總量為基準(zhǔn)計(jì))。
按本發(fā)明的第三種實(shí)施方案，提供了一種生產(chǎn)Mg基或Mg合金基的復(fù)合材料的工藝，該工藝包括設(shè)置一種加強(qiáng)材料塊，其中所含的氣體主要由N2氣，O2氣、CO2氣或它們的混合物構(gòu)成，該加強(qiáng)材料塊中的這種氣體的特點(diǎn)在于這些氣體的組合量不小于該加強(qiáng)材料塊中的氣體總量的98％(體積)，而且在其它雜質(zhì)氣體中，SF6氣和SO2氣的濃度每種都不小于0.1％(體積，以該加強(qiáng)塊中該氣體總量為基準(zhǔn)計(jì))；使至少一部分的這種加強(qiáng)材料塊與Mg或Mg基合金熔體接觸，同時(shí)限制氣流進(jìn)入此加強(qiáng)材料塊，以便基本上不對此熔體加壓而使其滲入此加強(qiáng)材料塊中；然后使該加強(qiáng)材料中的氣體與該熔體反應(yīng)，以便在該加強(qiáng)材料塊中產(chǎn)生一種低壓，借以增強(qiáng)Mg或Mg合金熔體的滲入能力。
按本發(fā)明的第四種實(shí)施方案，在與上述的第三實(shí)施方案相關(guān)的生產(chǎn)Mg基或Mg合金基復(fù)合材料的工藝中，限制氣體流入該加強(qiáng)材料塊的方法包括將此加強(qiáng)材料塊整體浸入該Mg或Mg合金熔體中，或用金屬模和此熔體圍住此加強(qiáng)材料塊。
按本發(fā)明的第五種實(shí)施方案，在生產(chǎn)與上述第一至第四實(shí)施方案中的任一項(xiàng)相關(guān)的生產(chǎn)Mg基或Mg合金基復(fù)合材料的工藝中，該加強(qiáng)材料包含硼酸鋁晶須、碳化硅顆粒，三氧化二鋁短纖維或碳的短纖維。
從上述可知，本發(fā)明只需較少的設(shè)備投資和簡單的工藝步驟。因此，本發(fā)明的工藝可比常規(guī)工藝價(jià)廉地生產(chǎn)Mg基或Mg合金基復(fù)合材料。此外，由于不用添加劑，所以本發(fā)明生產(chǎn)的Mg基和Mg合金基復(fù)合材料不含雜質(zhì)，并因而具有優(yōu)良的材料特性。


圖1是示意圖(Venn圖)，它用于在設(shè)定的理論基礎(chǔ)上，說明本發(fā)明的保護(hù)性氣體和非保護(hù)氣體。
圖2是用于實(shí)施例1-1—1-15中的整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的剖面圖。
圖3(a)是展示將加強(qiáng)材料塊全部浸在熔體中的狀態(tài)的剖面圖，圖3(b)是展示將加強(qiáng)材料塊的一半浸于熔體中的狀態(tài)的剖面圖。
圖4是展示實(shí)施例2中所用的坩堝和爐子的剖面圖。
圖5是展示實(shí)施例2中所用的加強(qiáng)材料塊和爐子的剖面圖。
圖6是展示用于實(shí)施例2中的坩堝和爐子的剖面圖。
圖7是展示按常規(guī)鍛鑄法生產(chǎn)Mg基及Mg合金基復(fù)合材料所用設(shè)備的剖面圖。
由于努力研究，本發(fā)明人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)上述的，按常規(guī)方法生產(chǎn)Mg基和Mg合金基復(fù)合材料時(shí)的問題可通過用非保護(hù)性氣體替代加強(qiáng)材料塊中的氣體，再使至少一部分的此增強(qiáng)材料塊與Mg或Mg合金熔體接觸，以使該熔體滲入此加強(qiáng)材料塊中而得以解決。按本發(fā)明的生產(chǎn)工藝，可不用金屬氧化物，細(xì)金屬粉或金屬氟化物，并且基本上不對Mg或Mg合金熔體加壓而生產(chǎn)出Mg基和Mg合金基的復(fù)合材料。
按本發(fā)明，該加強(qiáng)材料可以是顆粒、晶須、短纖維、長纖維或它們的混合物。構(gòu)成該加強(qiáng)材料的物質(zhì)可以是硼酸鋁(9Al2O3·2B2O3)、三氧化二鋁(Al2O3)、碳化硅(SiC)、碳(C)、鈦酸鉀(K2O·6TiO2)等。晶須，短纖維和長纖維的定義如下晶須是平均直徑范圍為0.1-1μm、平均長度范圍為10-100μm，平均長寬比范圍為5-100的單晶。
短纖維是平均直徑范圍為1-10μm、平均長度范圍為100-1000μm，平均長寬比范圍為5-1000的多晶纖維。
長纖維是平均直徑在1-100μm范圍內(nèi)，平均長度不小于1000μm，平均長寬比不小于1000的單晶或多晶纖維。
下面解釋本發(fā)明中所用的非保護(hù)性氣體。Mg是活潑的元素。因此當(dāng)處理Mg或Mg合金熔體時(shí)，必須采取某些防止該熔體氧化和燃燒的措施。按常規(guī)，用熔劑作為這種措施。因此，將熔融的熔劑蓋在該Mg或Mg合金熔體表面上，以便使該熔體幾乎不與空氣接觸，從而防止氧化或燃燒。但，常遇到的困難是，該熔體被作為該熔劑中的主要成分的氯化物和氟化物污染，結(jié)果使最終產(chǎn)物的耐腐蝕性明顯降低。
因此現(xiàn)在通常的實(shí)踐是向Mg或Mg合金熔體的表面供以保護(hù)性氣體而不用熔劑。有效的保護(hù)Mg的氣體的例子包括SF6(六氟化硫)氣體和SO2(二氧化硫)氣體。為了用SF6氣體作Mg的保護(hù)氣體，需有氧存在。因此實(shí)際上以SF6和空氣、CO2等組成的氣體混合物的形式將SF6供往該熔體的表面。在這種氣體混合物中，SF6的通常用量為約0.3-3％(體積)。當(dāng)單用SO2氣體時(shí)，它可起到Mg或Mg合金熔體的保護(hù)性氣體的作用。但在實(shí)際實(shí)施時(shí)，SO2氣體以含約1％(體積)的SO2的氣體混合物的形式使用。在這種保護(hù)性氣體下，Mg或Mg合金熔體在其表面上形成穩(wěn)定的保護(hù)膜，從而防止其進(jìn)一步繼續(xù)氧化和燃燒。另一方面，用作保護(hù)性氣體的SF6或SO2的濃度下限為0.1％(體積)。若SF6或SO2濃度小于0.1％(體積)，則可能難以形成穩(wěn)定的保護(hù)膜。
如上所述，本文中所用的術(shù)語“保護(hù)性氣體”指的是在Mg或Mg合金熔體表面上形成穩(wěn)定保護(hù)膜的任何氣體。參照圖1，在該設(shè)定的理論基礎(chǔ)上解釋這類保護(hù)性氣體。此圖是展示該組氣體中的保護(hù)性氣體和非保護(hù)性氣體間關(guān)系的Venn圖。
在該圖中，整個(gè)組U是全部氣體的樣品。含不小于0.1％(體積)SO2氣的氣體樣品用A指代，而含不小于0.1％(體積)SF6氣和在分子結(jié)構(gòu)中有一或多個(gè)氧原子的氣體的氣體用B指代。這類在分子結(jié)構(gòu)中具有一或多個(gè)氧原子的氣體包括，比如O2、CO2、CO。即，上述保護(hù)性氣體是包在圖1中粗線中的，以A或B(A∪B)指代的氣體。
因此，本文中所用的術(shù)語“非保護(hù)性氣體”指的是除該保護(hù)性氣體之外的氣體。在圖1中，該非保護(hù)性氣體用A∪B的互補(bǔ)部分，即陰影部分表示。比如，惰性氣體Ar氣也有防Mg或Mg合金燃燒的作用。但它不在該熔體表面上形成保護(hù)性薄膜。因此，這類氣體是非保護(hù)性氣體。此外，如上所述，在沒有起氧氣供應(yīng)源作用的氣體時(shí)，SF6氣體不起保護(hù)性氣體的作用。因此由Ar和SF6組成的這類氣體混合物是非保護(hù)性氣。但由于SO2氣體在單獨(dú)使用時(shí)可形成穩(wěn)定的保護(hù)膜，所以諸如由Ar和SO2組成的一種氣體混合物是保護(hù)性氣體。進(jìn)而，如上所述，若SF6或SO2的濃度小于某種程度，則SF6或SO2氣體在該熔體上形成穩(wěn)定的保護(hù)性薄膜的能力不足。因此，含小于0.1％(體積)的SF6氣及分子結(jié)構(gòu)中有1或多個(gè)氧原的氣體的氣體，和含小于0.1％(體積)的SO2的氣體都是非保護(hù)性氣體。
如直到目前所述，當(dāng)將Mg或Mg合金熔體置于保護(hù)性氣體之下時(shí)，其表面(即保護(hù)性氣體和熔體之間的界面)形成穩(wěn)定的(不活潑的)保護(hù)膜，而其內(nèi)部仍為不穩(wěn)定的(活潑的)Mg或Mg合金熔體。由于經(jīng)過了系統(tǒng)研究，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，無機(jī)加強(qiáng)材料被形成于Mg或Mg合金熔體表面上的穩(wěn)定的(不活躍的)保護(hù)膜潤濕的性能差，但被不穩(wěn)定的(活潑的)Mg或Mg熔體潤濕的性能卻非常好。因此，本發(fā)明人已推出一種生產(chǎn)Mg基和Mg合金基復(fù)合材料的方法，按該法，加強(qiáng)材料塊中的氣體用非保護(hù)性氣體替代，然后使至少一部分加強(qiáng)塊與活潑的Mg或Mg合金熔體接觸，借此使此熔體滲入此加強(qiáng)材料塊中而無需對此熔體加壓及使用金屬氧化物，細(xì)金屬粉或金屬氟化物。
在符合本發(fā)明的生產(chǎn)Mg基及Mg合金基復(fù)合材料的工藝中，首先用此熔體潤濕此加強(qiáng)材料。然后如日本專利公開8-304286/’96中所述那樣，通過降低此加強(qiáng)材料塊中的壓力。使適量的熔體滲遍此加強(qiáng)材料塊，這種滲透是由于該多孔加強(qiáng)材料塊所施加的表面能力，該熔體的水力學(xué)壓力及此熔體與該加強(qiáng)材料塊中的氣體反應(yīng)而產(chǎn)生的。因此形成了所期望的復(fù)合材料。
此外，通過采用符合本發(fā)明的生產(chǎn)Mg基和Mg合金基復(fù)合材料的方法，就可生產(chǎn)這樣的Mg基和Mg合金基復(fù)合材料它不含因金屬氧化物，細(xì)金屬粉或金屬氟化物而導(dǎo)致的雜質(zhì)，在最終滲透區(qū)中未顯示特定元素的偏析，因此它具有良好的均勻性及高強(qiáng)度。
現(xiàn)在參照圖2將符合本發(fā)明的用于實(shí)施生產(chǎn)復(fù)合材料的設(shè)備的一種形式陳述于下。但，本發(fā)明不限于此，而可采用多種經(jīng)修改的設(shè)備形式是可以理解的。這張圖是真空熔煉爐的剖面圖，該爐是作為該生產(chǎn)設(shè)備的例子的。首先，在用真空泵2將保持于室溫下的室1抽空后，關(guān)閉真空閥3，打開氣體入口閥4。這樣，就用規(guī)定的氣體替換了室1中的空氣。當(dāng)室1中的氣體達(dá)到預(yù)定的壓力時(shí)，打開氣體檢測閥5，然后將此規(guī)定氣體引入室1。在此狀態(tài)下，用電阻加熱器6加熱盛有基體7的坩堝8以使基體7熔化并將所得熔體保持于預(yù)定溫度下。由于在該工藝初始階段加強(qiáng)材料塊9與操縱桿10的尾端相連，加強(qiáng)材料塊9中的空氣被與室1中氣體相同的氣體替換，然后將加強(qiáng)材料塊預(yù)熱到與該熔體相等的溫度。當(dāng)該熔體達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，降下操縱桿10以使加強(qiáng)材料塊9與此熔體接觸。
這種接觸可按圖3所示的兩種方式完成。尤其是，如圖3(a)所示，按方式A，將加強(qiáng)材料塊9全部浸入此熔體中。如圖3(b)所示，按方式B將加強(qiáng)材料塊9的一半浸入熔體中。
在將加強(qiáng)材料塊9浸入該熔體達(dá)一段預(yù)定時(shí)期后，操縱桿10上升，以便從熔體中抽出加強(qiáng)材料塊9。此后將電阻加熱器6斷電以使室1冷卻，及使熔體凝固。當(dāng)室1內(nèi)的溫度已降到預(yù)定溫度值后，打開室1然后取出加強(qiáng)材料塊9。將加強(qiáng)材料塊9切開，觀察其截面以檢驗(yàn)有關(guān)熔體滲入。在圖2中，數(shù)字11指代坩堝托架。連續(xù)地將該規(guī)定氣體引入室1直至室1打開為止。
限制氣流進(jìn)入加強(qiáng)材料塊9的方法的例子包括這樣的方法它包括用金屬模和該熔體圍住加強(qiáng)材料塊9，以將其氣密地密封；以及這樣的方法，它包括在與周圍氣體接觸的加強(qiáng)材料塊9的表面上施以細(xì)粒狀的填充劑。但，本發(fā)明不限于這些方法，而是可用不影響本發(fā)明目的的，能限制氣流進(jìn)入加強(qiáng)材料塊9的任何方法。
當(dāng)Mg或Mg合金熔體滲入加強(qiáng)材料塊9，同時(shí)又限制了氣流進(jìn)入加強(qiáng)材料塊9之后，加強(qiáng)材料塊9中的氣體與Mg反應(yīng)而形成固體。由于不易自加強(qiáng)材料塊9外部供應(yīng)氣體，所以在加強(qiáng)材料塊9中形成低壓。因此，促進(jìn)了Mg或Mg合金熔體的滲入。
用下列實(shí)施例進(jìn)一步解釋本發(fā)明。然而，這些實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。
原料及實(shí)驗(yàn)條件用符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)的Mg合金類型的AZ91E(JIS M(2B)合金、Mg-6％(重量)Zn合金及Mg-6％(重量)Zn-0.3％(重量)Ca合金作基體。
實(shí)驗(yàn)在610℃、660℃或680℃的基體熔體溫度下進(jìn)行。將下文將描述的各種替換氣體被用作加強(qiáng)材料塊中的氣體，及熔煉氣氛的氣體。
按上述任何的方式A和B使加強(qiáng)材料塊與該熔體接觸。
硼酸鋁(9Al2O3·2B2O3)晶須[Alborex M20(商品名，日本Shikokuchemicals corp制備)，碳纖維、碳化硅顆粒被用作加強(qiáng)材料。用干壓機(jī)使硼酸鋁晶須成形為15mm×15mm×30mm的長方體，然后在電阻爐中于1350℃的溫度下燒制3小時(shí)。這樣，該硼酸鋁晶須經(jīng)自燒結(jié)而形成加強(qiáng)材料塊。結(jié)果，除構(gòu)成該加強(qiáng)材料的硼酸鋁之外，這種加強(qiáng)材料塊不含任何金屬氧化物、細(xì)金屬粉或金屬氟化物。在此加強(qiáng)材料塊中，硼酸鋁晶須的體積份額為20％。
生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝參照圖2，用上述真空熔煉爐作生產(chǎn)設(shè)備。首先，在用真空泵2將保持在室溫下的室1抽空后，關(guān)閉真空閥3，打開氣體入口閥4。這樣就用規(guī)定的氣體替換室1中的氣體。當(dāng)室1中的此規(guī)定氣體達(dá)到1大壓的壓力時(shí)，打開氣體檢測閥5，然后使該規(guī)定氣體以3升/分的流量引入室1。在此狀態(tài)下，用電阻加熱器6加熱裝有Mg或Mg合金7的坩堝8，以便熔化Mg或Mg合金7，并將所得熔體保護(hù)在預(yù)定溫度下。由于在該工藝的初始階段增強(qiáng)材料塊9與操縱桿10的尾端相連，所以加強(qiáng)材料塊9中的空氣被與室1中替換氣體相同的氣體所替代，而且將加強(qiáng)材料塊9預(yù)熱到與此熔體幾乎相等的溫度。當(dāng)此熔體到達(dá)預(yù)定溫度時(shí)，降下操縱桿10以使加強(qiáng)材料塊9與此熔體接觸。
在將加強(qiáng)材料塊9于熔體中浸入一段預(yù)定時(shí)間后，再升起操縱桿10以便從熔體中抽出加強(qiáng)材料塊9。此后使電阻加熱器6斷電，以便使室1冷卻和使熔體凝固。發(fā)室1內(nèi)的溫度降至200℃時(shí)，打開室1，取出加強(qiáng)材料塊9。把加強(qiáng)材料塊切開，觀察其截面以檢驗(yàn)是否有熔體滲入。此外，規(guī)定氣體被持續(xù)引入室1直至室1被打開為止。
下面詳述實(shí)施例1-1—1-15。
實(shí)施例1-1如圖2中所示，用上述ASTM AZ91E(JIS MC2B)合金作基體，用純Ar替代室1中的空氣，將此A291E合金熔化并保持在660℃，然后將包含硼酸鋁晶須的加強(qiáng)材料塊9按方式A全體浸于該熔體中。通過經(jīng)設(shè)于室1壁中的監(jiān)測孔觀察坩堝8的內(nèi)部，確認(rèn)在此熔體表面出現(xiàn)大量氣泡。當(dāng)將加強(qiáng)材料塊9切開并對其檢驗(yàn)時(shí)，確定此AZ91E合金已滲遍加強(qiáng)材料塊9，結(jié)果形成所期望的Mg合金復(fù)合材料。
實(shí)施例1-2基體、熔體溫度、替換氣體及加強(qiáng)材料塊9與實(shí)施例1-1中所用的相同，而后，按方式B將一半加強(qiáng)材料塊9浸于此熔體中。經(jīng)監(jiān)測孔的觀察發(fā)現(xiàn)因表面張力作用，該熔體滲到Perform上端。當(dāng)將加強(qiáng)材料9切開并對其檢驗(yàn)時(shí)，確定已形成預(yù)想的Mg基合金復(fù)合材料。
實(shí)施例1-3基體、替換氣體、接觸方法及加強(qiáng)材料塊9均與實(shí)施例1-1中所用的相同，而后將加強(qiáng)材料塊9按方式A整體侵此熔體中。當(dāng)將此加強(qiáng)材料塊切開并經(jīng)檢驗(yàn)時(shí)，確定已形成所期望的Mg基合金復(fù)合材料。
實(shí)施例1-4
基體、熔體溫度、接觸方法及加強(qiáng)材料塊均與實(shí)施例1-1所用的相同，但但用N2氣體作替換氣體。按A方式將加強(qiáng)材料塊9整體浸于此熔體中。在該熔體表面上未見氣泡。但當(dāng)此加強(qiáng)材料塊1被切開和檢測時(shí)，確定已形成所期望的Mg基合金復(fù)合材料。
實(shí)施例1-5基體、熔體溫度、接觸時(shí)間和加強(qiáng)材料塊均與實(shí)施例1-1中所用的相同，但用CO2和0.3％SF6組成的氣體混合物作替換氣體。雖然按方式A將加強(qiáng)材料A總體地浸于660℃的熔體中，但在熔體表面上未見氣泡。當(dāng)加強(qiáng)材料塊9被切開和觀察時(shí)，Mg合金熔體一點(diǎn)也未滲入其中。
實(shí)施例1-6—1-15實(shí)施例1-6—1-15中所用的實(shí)驗(yàn)條件及這樣獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1中。在該表中，向上指的箭頭表示“同前”。此外基體成份用重量百分比表達(dá)，替換氣體成份用體積百分比表達(dá)。尤其是，以各種方式變換基體、熔體溫度、替換氣體、接觸方法、和加強(qiáng)材料塊，然后檢驗(yàn)熔體滲入加強(qiáng)材料塊的狀態(tài)。從這樣所得的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熔體不加壓時(shí)，其在加強(qiáng)材料塊9中的滲入僅取決于加強(qiáng)材料塊9中的氣體成份。即，當(dāng)加強(qiáng)材料塊9中的氣體被含不小于0.1％(體積)SF6氣和分子結(jié)構(gòu)中有一或多個(gè)氧原子的氣體的氣體，或含不小于0.1％SO2氣的氣體取代時(shí)，該熔體一點(diǎn)也未滲入加強(qiáng)材料9。
表1
得到復(fù)合材料×未得到復(fù)合材料實(shí)施例2用與實(shí)施例1-1—1-13中所用的同樣的自燒結(jié)硼酸鋁晶須作加強(qiáng)材料塊9。在加強(qiáng)材料塊9中這種硼酸鋁的體積份為20％。
在實(shí)施例1-1—1-15中，被用作Mg或Mg合金的熔化氣氛的氣體與加強(qiáng)材料塊9中的氣體相同，這是因?yàn)樵撛O(shè)備結(jié)構(gòu)的緣故。但在實(shí)施例2中，被用作此熔化氣氛的氣體與加強(qiáng)材料塊9中的氣氛不同。
如于圖4中所示，用作基體的純Mg15在垂直電阻爐12中熔化及在700℃下保溫，同時(shí)借助氣體入口管14向其供由CO2和0.3％(體積)的SF6組成的氣體混合物。另一方面，如圖5所示，用另一電阻爐16將加強(qiáng)材料塊9在空氣中于700℃預(yù)熱。將加強(qiáng)材料9用夾具17從爐子16中取出，立刻整體地浸于熔體中。浸入一段預(yù)定時(shí)間后，取出加強(qiáng)材料塊9，并使之冷卻。當(dāng)加強(qiáng)材料塊被切開和檢驗(yàn)時(shí)，確定熔體已滲遍加強(qiáng)材料體9，結(jié)果得到所期望的Mg基復(fù)合材料。
從此結(jié)果可知在本發(fā)明中，O2氣作為加強(qiáng)材料9的氣體也是有用的。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)Mg基復(fù)合材料或Mg合金基復(fù)合材料的方法，它包括用非保護(hù)性氣體替代加強(qiáng)材料塊中的氣體，使至少部分所述加強(qiáng)材料塊與Mg或Mg合金熔體接觸，以便使所述熔體滲入所述加強(qiáng)材料塊。
2.權(quán)利要求1的生產(chǎn)Mg基復(fù)合材料或Mg合金基復(fù)合材料的方法，其中所述非保護(hù)性氣體主要由N2氣、O2氣、CO2氣、Ar氣或它們的混合物組成，而且特征在于這些氣體的組合量不小于所述加強(qiáng)材料塊中的氣體總量的98％(體積)，在其它雜質(zhì)氣體中，SF6氣和SO2氣的濃度，以所述加強(qiáng)材料塊中的氣體總量計(jì)，各小于0.1％(體積)。
3.生產(chǎn)Mg基復(fù)合材料或Mg合金基復(fù)合材料的方法，它包括提供其中有主要由N2氣、O2氣、CO2氣或它們的混合物構(gòu)成的氣體的加強(qiáng)材料塊，所述加強(qiáng)材料塊中的該氣體的特征在于這些氣體的組合量不小于所述加強(qiáng)材料塊中的氣體總量的98％(體積)，而在其它雜質(zhì)氣體中，SF6氣和SO2氣的濃度，以所述加強(qiáng)材料塊中的氣體總量計(jì)，各小于0.1％(體積)；使所述加強(qiáng)材料塊的至少一部分與Mg或Mg合金熔體接觸，同時(shí)限制氣體流入所述加強(qiáng)材料塊，以便基本上不對所述熔體加壓而使所述熔體滲入所述加強(qiáng)材料塊；及使所述加強(qiáng)材料塊中的該氣體與所述熔體反應(yīng)，從而在所述加強(qiáng)材料塊中形成低壓，借以增強(qiáng)所述Mg或Mg合金熔體的這種滲入能力。
4.權(quán)利要求3的生產(chǎn)Mg基復(fù)合材料或Mg合金基復(fù)合材料的方法，其中限制氣體流入所述加強(qiáng)材料塊的方法包括將所述加強(qiáng)材料塊全部浸于所述Mg或Mg合金熔體中，或用金屬模和所述熔體圍住所述加強(qiáng)材料塊。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的生產(chǎn)Mg基復(fù)合材料或Mg合金基復(fù)合材料的工藝，其中所述加強(qiáng)材料包含硼酸鋁晶須、碳化硅顆粒、三氧化二鋁短纖維或碳纖維。
全文摘要
本發(fā)明提供一種工藝,它能使無雜質(zhì)的無缺陷Mg基復(fù)合材料和Mg合金基復(fù)合材料,不經(jīng)對熔體加壓和不用金屬氧化物,細(xì)金屬粉或金屬氟化物有效而廉價(jià)地產(chǎn)生。尤其是,它提供了生產(chǎn)Mg基或Mg合金基復(fù)合材料的工藝,此工藝包括:用非保護(hù)性氣體取代加強(qiáng)材料塊(9)中的氣體,使該加強(qiáng)材料塊(9)的至少一部分與Mg或Mg合金熔體(7)接觸,以便使熔體(7)滲入加強(qiáng)材料塊(9)。
文檔編號C22C47/10GK1202530SQ98109439
公開日1998年12月23日 申請日期1998年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月28日
發(fā)明者鈴置正義, 金田裕光, 佐野嘉信 申請人:鈴木株式會(huì)社