| 【発明の名称】 |
複合多孔質体の製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】朝比奈 正
【氏名】馬渕 守
【氏名】山田 康雄
【氏名】下島 康嗣
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| 【要約】 |
【課題】多孔体と通常の金属材料が一体化した複合多孔体の製造方法を提供する。
【解決手段】材料金属の主成分となる粉末と、室温度において主成分ないし合金成分の水素化物の粉末を混合し、それを塑性変形が可能な材料金属成分製の容器内に封入し、次いで、強加工が可能な中温度において容器の外から強加工を加えることにより、粉末のバルク化と同時に粉末と容器材料を一体化した後、高温度の超塑性発現加工条件下で水素化物を分解させ、発生した水素のガス圧により上記バルク化した材料を多孔質化させることにより多孔質化した部分を内蔵する複合多孔質体を作製することを特徴とする複合多孔質体の製造方法。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 材料金属の主成分となる粉末と、室温度において主成分ないし合金成分の水素化物の粉末を混合し、それを塑性変形が可能な材料金属成分製の容器内に封入し、次いで、強加工が可能な中温度において容器の外から強加工を加えることにより、粉末のバルク化と同時に粉末と容器材料を一体化した後、高温度の超塑性発現加工条件下で水素化物を分解させ、発生した水素のガス圧により上記バルク化した材料を多孔質化させることにより多孔質化した部分を内蔵する複合多孔質体を作製することを特徴とする複合多孔質体の製造方法。
【請求項２】 材料金属の主成分が、マグネシウム、アルミニウム、チタニウム、鉄、ニッケル、銅の内から選択されるいずれか１種である請求項１記載の複合多孔質体の製造方法。
【請求項３】 水素化物が、マグネシウム水素化物、チタニウム水素化物、ニッケル水素化物のいずれか１種である請求項１記載の複合多孔質体の製造方法。
【請求項４】 塑性変形が可能な金属製容器に加える強加工が、圧延加工、型鍛造加工、プレス加工、押出し加工のいずれか１種である請求項１記載の複合多孔質体の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、通常の金属板の間に空隙率が約５０％程度の多孔体が挟まれたサンドイッチ材の複合多孔体の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、多くの空隙を含むことによりその見かけの密度が著しく小さい材料と通常の金属材料とが複合した新規の材料の一体成形技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】多孔体と通常の金属材料が一体化した材料を製造する従来の方法は、２つに大別される。その１は、多孔質材料を別途作製しておき、通常の金属の鋳造凝固時にこれらを溶着させたり、直接通電加熱によりこれらの接触部分を溶融接着する接着法と呼ばれる方法である。また、こうした接着法の範疇に、高分子系等の接着剤による接着も含まれる。その２は、鋳造時に溶融した金属中に添加する発泡剤の添加量を制御し、生じたガスでの発泡をコントロールしながら凝固させることで、多孔質部分と通常の金属部分を一体化させる溶湯発泡制御法と呼ばれる方法である。
【０００３】しかし、上記従来の方法に示した接着法においては、接着部の強度不足が発生し、十分な一体化ができない上、多孔質体の製造技術自体の行程プロセスが複雑であり、生産性が著しく悪いという問題があった。一方、溶湯発泡制御法では、発泡と凝固に時間のずれが生じるため、一様な複合多孔質体が製造しにくく、高空隙率部分が凝固開始部分に偏ったり、凝固終了部分では多孔性が著しく低下する等、プロセスの制御が著しく困難という欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術の問題を解消し得る新しい複合多孔体の製造技術を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、強加工（強圧延）によるバルク化・一体化と水素発泡・多孔質化のプロセスを利用することにより所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は、多孔体と通常の金属材料が一体化した複合多孔質体を製造する方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、通常の金属板の間に空隙率が約５０％程度の多孔質体が挟まれたサンドイッチ材を簡便なプロセスで作製する方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）材料金属の主成分となる粉末と、室温度において主成分ないし合金成分の水素化物の粉末を混合し、それを塑性変形が可能な材料金属成分製の容器内に封入し、次いで、強加工が可能な中温度において容器の外から強加工を加えることにより、粉末のバルク化と同時に粉末と容器材料を一体化した後、高温度の超塑性発現加工条件下で水素化物を分解させ、発生した水素のガス圧により上記バルク化した材料を多孔質化させることにより多孔質化した部分を内蔵する複合多孔質体を作製することを特徴とする複合多孔質体の製造方法。
（２）材料金属の主成分が、マグネシウム、アルミニウム、チタニウム、鉄、ニッケル、銅の内から選択されるいずれか１種である前記（１）記載の複合多孔質体の製造方法。
（３）水素化物が、マグネシウム水素化物、チタニウム水素化物、ニッケル水素化物のいずれか１種である前記（１）記載の複合多孔質体の製造方法。
（４）塑性変形が可能な金属製容器に加える強加工が、圧延加工、型鍛造加工、プレス加工、押出し加工のいずれか１種である前記（１）記載の複合多孔質体の製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】次に、本発明についてさらに詳細に説明する。本発明は、従来技術が有する欠点を克服し、生産性が高く、かつ高空隙率の多孔体と通常の金属が一体化した材料を製造する方法として、多孔質化させたい部分のみで、固体内でガスを発生させ、このガスによって材料を多孔質化させることを特徴としている。この方法を実現するためには、材料自体を十分な被加工性条件下、すなわち超塑性加工条件下におくことが必須である。
【０００７】本発明では、材料金属の主成分となる粉末に、必要により、合金成分の粉末を適宜配合し、これに、室温度において、前記主成分ないし合金成分の水素化物の粉末を混合する。この場合、材料金属と水素化物の構成としては、材料金属の主成分と主成分の水素化物、主成分と合金成分及び主成分の水素化物、主成分と合金成分及び合金成分の水素化物、主成分と合金成分及び主成分の水素化物と合金成分の水素化物、の組み合わせがあげられる。また、粉末の形態としては、好適には、旋盤によって切削粉化したものが例示されるが、これに限らず、これと同等のものであれば同様に使用することができる。本発明において、上記材料金属の主成分となる粉末として、好適には、例えば、マグネシウム、アルミニウム、チタニウム、鉄、ニッケル、銅などが例示されるが、その他、それらの合金、ＡＺ９１やＡＺ３１といったマグネシウム合金、Ａ７０７５やＡ５０５２といったアルミニウム合金、６ＡＩ−４ＶやＳＰ７００といったチタン合金など、適宜のものを用いることができる。また、室温度において上記粉末材料に混合する主成分ないし合金成分の水素化物として、好適には、例えば、マグネシウム水素化物、チタニウム水素化物、ニッケル水素化物などが例示されるが、その他、ＣａＮｉ5 やＭｇ2 Ｎｉなどの金属間化合物の水素化物、Ｌａ−Ｎｉ系やチタン−鉄系といった合金の水素化物など、適宜のものを用いることができる。
【０００８】次に、上記材料金属と水素化物からなる粉末材料を塑性変形が可能な材料金属の成分からなる当該材料金属成分製の容器内に封入する。この場合、容器材料の構成としては、粉末材料の主成分金属（純金属）、粉末材料と主成分を同じとする合金、粉末材料の合金成分金属（純金属）、粉末材料の合金成分を主成分とする合金、の組み合わせがあげられる。本発明では、上記主成分と水素化物を混合し、それを塑性変形が可能な材料金属成分製の容器内に封入し、加熱装置にて、中温度、すなわち材料融点を絶対温度で表したものに０．５０〜０．６５を乗じた温度、好ましくは、自己拡散係数が大きいマグネシウム材料等では０．５０〜０．６０を乗じた温度、自己拡散係数が小さいニッケル材料等では０．５５〜０．６５を乗じた温度において、容器の外から強加工を加え、粉末のバルク及び容器材料を一体化する。この場合、強加工として、好適には、例えば、圧延加工、型鍛造加工、プレス加工、押出し加工などが例示されるが、これらに限らず、これらと同効のものであれば同様に実施できる。
【０００９】次に、上記強加工によりバルク化・一体化した材料を、加熱装置にて、高温度、すなわち材料融点を絶対温度で表したものに０．７０〜０．８５を乗じた温度、好ましくは、自己拡散係数が大きいマグネシウム材料等では０．７０〜０．８０を乗じた超塑性加工温度、自己拡散係数が小さいニッケル材料等では０．７５〜０．８５を乗じた超塑性加工温度において、上記水素化合物を超塑性加工温度において、上記水素化物を分解し、発生した水素のガス圧により目的部分の材料を多孔質化する。この場合、好適には、バルク化した材料を加圧下でゆっくりと多孔質化をすることにより、急激な膨張で材料が不要の変形をすることを防ぐことができる。上記工程で使用する加熱装置は、上記処理ができるものであればよく、特に制限されない。本発明の方法は、上述のように、各種金属や合金に適用することができる。もちろん、その際に、粉末材料をバルク化する温度（中温度）と水素化物を発泡させる超塑性加工温度（高温度）は、それぞれの金属や合金において適宜調整する。
【００１０】ここで、一例としてマグネシウム材料について具体的に説明すると、例えば、旋盤による切り子のような、自然発火しない程度の形状に粉末化したマグネシウム粉末に、約５％程度のマグネシウム水素化物粉末を室温で十分に混合し、この粉末材料を板状のマグネシウム製容器内に封入する。その後、強加工が可能な中温度の２００〜３００℃において、加工率２０〜５０対１程度の圧延加工により、粉末材料をバルク化すると同時に、粉末材料と容器のマグネシウム材料との一体化を図る。この強加工に伴う再結晶により、生成する材料組織は超塑性が発現できるほどに十分に小さな結晶粒径を有するようになる。その後、材料組織が高速超塑性を十分に発現できる高温度の約４００℃において、水素化物を分解させ、水素発泡により生じるガス圧により、目的部分の材料のみを多孔質化する。このプロセスを図１に模式的に示す。また、バルク化した材料を多孔質化する際に、急激な膨張で材料に不要の変形をもたらさないようにするために、バルク化した材料を加圧下でゆっくりと多孔質化をする方が効果的な場合もある。この場合のプロセスを図２に模式的に示す。
【００１１】
【作用】従来、多孔体と通常の金属材料が一体化した材料を製造する方法として、接着法、溶湯発泡制御法があるが、前者は、接着部の強度不足や生産性の点で問題があり、また、後者は、一様な複合多孔質体を製造しにくく、また、プロセスの制御が難しい等の問題がある。本発明では、強加工が可能な中温度で容器内に封入した材料をバルク化すると同時に、容器材料と一体化し、次いで、高温度の超塑性加工温度で水素化物を分解し、水素発泡により生じるガス圧により、目的部分の材料のみを多孔質化するので、通常の金属板の間に空隙率が約５０％程度で空隙の分布が均一の多孔質体が挟まれたサンドイット構造の材料を簡便な方法で効率よく作製することができる。
【００１２】
【実施例】次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
実施例１鋳造用マグネシウム合金であるＡＺ９１Ｄを旋盤によって切削粉化したものを用い、これにマグネシウム水素化物の粉末を重量比で５％混合し、ボールミルにて十分に攪拌した。その後、この粉末を展伸用マグネシウム合金であるＡＺ３１製の板状の容器（上下板面厚さ１ｍｍ、板間３０ｍｍ）に減圧封入した。これを２００℃の中温域で厚さ１．７ｍｍまで圧延し、その後、４００℃の高温域へ加熱したところ、厚さ約３．２ｍｍのサンドイッチ板材が得られた。
【００１３】
【発明の効果】本発明により、１）通常の金属板の間に空隙率が約５０％程度の多孔質体が挟まれたサンドイッチ材を容易に作製することができる、２）また、この多孔質部分の空隙率分布は一様性に優れている、３）こうしたサンドイッチ材料はエネルギー吸収性に優れ、振動の抑制や大きな衝撃エネルギーの吸収を行うことができる、４）さらに、こうした多孔質構造の材料は、その純度が低くても高機能が発現できるため、今後、増大するリサイクルに伴って発生する低純度材料の活用が図れるものである、という格別の効果が奏される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３０１００００１１
【氏名又は名称】経済産業省産業技術総合研究所長
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| 【出願日】 |
平成１２年６月１日（２０００．６．１） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３４２５０４（Ｐ２００１−３４２５０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月１４日（２００１．１２．１４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１６４１１７（Ｐ２０００−１６４１１７） |
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