CN103691834B

CN103691834B - 经压制成形的金属材料的制造方法、及换热器用构件的制造方法

Info

Publication number: CN103691834B
Application number: CN201310435327.7A
Authority: CN
Inventors: 佐藤俊树; 铃木顺; 高田悟
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-09-23
Also published as: CN103691834A; JP2014069187A

Abstract

本发明的课题在于，提供能够将金属材料良好地压制成形为复杂的形状、特别是能够将钛板等压制成形性差的金属材料进行良好地压制成形的经压制成形的金属材料的制造方法、及换热器用构件的制造方法。本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法的特征在于，其包括如下的工序:在金属材料的表面涂布石墨的石墨涂布工序S1、对涂布有石墨的上述金属材料进行压制成形的压制成形工序S3、从压制成形后的上述金属材料中除去石墨的石墨除去工序S4，其中，在上述石墨涂布工序中涂布的石墨为鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、及热分解石墨粉中的任一者、或以它们为主体的石墨粉。

Description

经压制成形的金属材料的制造方法、及换热器用构件的制造方法

技术领域

本发明涉及经压制成形的金属材料的制造方法、及换热器用构件的制造方法，特别是涉及以钛板或不锈钢板等压制成形性差的金属材料作为对象的经压制成形的金属材料的制造方法、及换热器用构件的制造方法。

背景技术

近年来，由于随着用户需求多样化，金属构件的薄型化和轻量化的要求特性逐渐变得苛刻，所以进行了将1片金属材料加工成复杂的形状的压制成形。此外，作为金属材料，不仅期望将压制成形性比较优异的钢板压制成形为复杂的形状，而且期望将压制成形性差的钛板或不锈钢板压制成形为复杂的形状。

钛板由于具有在海水中也不会腐蚀的耐蚀性、尽管轻量但具有优异的比强度等其它金属所没有的优异特性，所以在从航空·宇宙相关或化工等领域到钟表或眼镜框等广泛的领域被使用。特别是在化工领域，由于钛板的优异的耐蚀性，所以被用于海水换热器等中。这种情况下，例如在板式换热器中，通过将板材表面压制成形为非常复杂的形状而增大表面积，从而谋求传热效率的提高，但由于钛板加工性差，所以存在表面形状受到限制的问题。

即，钛板的在轧制方向(长度方向；L方向)的伸长特性还算好，但相对于与轧制方向正交的方向(宽度方向；C方向)伸长特性差，并且在伸长特性存在各向异性的同时，若将钛板压制成形为复杂的形状，则产生裂纹的可能性高。

为了改善钛板的压制成形性，还研究了使钛板的表面生成氧化皮膜的方法(专利文献1等)、使钛板的表层存在含TiC的层的方法(专利文献2等)、在钛表面涂布碱可溶性润滑皮膜的方法(专利文献3等)，但对于应对近年来的苛刻的压制成形而言，成形性不充分。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-173083号公报

专利文献2：日本特开2006-291362号公报

专利文献3：日本特开2010-285687号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明考虑上述各情况，其课题在于提供能够将金属材料良好地压制成形为复杂的形状、特别是能够将钛板等压制成形性差的金属材料良好地进行压制成形的经压制成形的金属材料的制造方法、及换热器用构件的制造方法。

用于解决问题的方法

发明者们进行了深入研究，结果发现，在将金属材料进行压制成形前，通过将鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、及热分解石墨粉中的任一者、或以它们为主体的石墨粉涂布到金属材料上，从而在压制成形时使该石墨粉在金属材料的表面形成高润滑性的石墨层，最终完成本发明。

即，本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法的特征在于，其包括如下工序：在金属材料的表面涂布石墨的石墨涂布工序；和对涂布了石墨的上述金属材料进行压制成形的压制成形工序，其中，上述石墨涂布工序中涂布的石墨为鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、及热分解石墨粉中的任一种、或以它们为主体的石墨粉。

此外，上述压制成形工序中，也可以利用未附着有润滑油的模具对上述金属材料进行压制成形。

此外，在上述压制成形工序后，也可以进一步包括从压制成形后的上述金属材料除去石墨的石墨除去工序。

此外，本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法优选在从上述石墨涂布工序到上述石墨除去工序之间不进行热处理。

这样，本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法由于在压制成形工序前，将规定的石墨粉涂布到金属材料的表面，所以该石墨粉在压制成形工序时被充分地压碎而展开，能够在金属材料整面上形成石墨层。其结果是，该石墨层作为具有高的润滑性的层被覆金属材料的表面，从而发挥良好的压制成形性。

并且，本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法由于在规定的工序间不进行热处理，从而能够避免所涂布的石墨与金属材料发生反应、无法将石墨从金属材料的表面除去这样的情况发生。

此外，本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法优选在上述石墨涂布工序之后且上述压制成形工序之前，进一步包括将涂布在上述金属材料的表面的石墨压接于上述金属材料的压接工序。

这样，本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法通过进一步包括将涂布在金属材料的表面的石墨压接于金属材料的压接工序，从而被压接的石墨被压碎，能够在金属材料的表面形成致密的石墨层。其结果是，通过该致密的石墨层，能够进一步提高压制成形性。

此外，本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法中，上述金属材料也可以是纯钛或钛合金。

这样，本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法通过将金属材料设为纯钛或钛合金，能够对虽然具有优异的特性(耐蚀性、比强度等)但压制成形性差的纯钛或钛合金良好地进行压制成形。

本发明所述的换热器用构件的制造方法的特征在于，使用通过经压制成形的金属材料的制造方法制造的上述金属材料来制造换热器用构件。

此外，本发明所述的换热器用构件的制造方法优选上述换热器用构件为板式换热器的构件。

这样，根据本发明所述的换热器用构件的制造方法，通过使用利用经压制成形的金属材料的制造方法制造的金属材料，能够发挥良好的压制成形性。

发明的效果

本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法由于在压制成形工序前，将规定的石墨粉涂布到金属材料的表面，所以能够在压制成形工序时使高润滑性的石墨层被覆在材料表面整面上，其结果是，能够格外提高金属材料的压制成形性。

此外，本发明所述的换热器用构件的制造方法通过使用通过经压制成形的金属材料的制造方法制造的金属材料，能够格外提高金属材料的压制成形性。

因此，根据本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法、及本发明所述的换热器用构件的制造方法，能够通过压制成形制造适合用户需求那样的复杂形状的金属材料(及换热器用构件)，并且对于钛板或不锈钢板等压制成形性差的金属材料也能够适当地进行压制成形。此外，能够降低压制成形工序时的缺陷品的发生概率，也能够提高生产能力。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施方式所述的经压制成形的金属材料的制造方法的工序的流程图。

具体实施方式

以下，对本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法、及换热器用构件的制造方法(以下，适宜称为本发明所述的制造方法)的实施方式，进行详细地说明。

首先，对本发明所述的制造方法中使用的金属材料及石墨粉进行说明。

<金属材料>

对于本发明所述的制造方法中使用的金属材料，没有特别限定，可以是任意种类的金属材料。但是，本发明所述的制造方法由于具有发挥良好的压制成形性这样的特征，所以在以金属材料中特别是压制成形性差的纯钛、钛合金或不锈钢等作为对象的情况下，发挥本发明的显著的效果。

另外，金属材料的形状只要是能够进行压制成形的形状就没有特别限定，例如为板状等，在压制成形后成形为各种所期望的形状。

其中，金属材料并不限定于特定的组成的纯钛、钛合金或不锈钢，但使用由纯钛、钛合金形成的材料时，从钛原料(母材)的冷轧的容易性(无中间退火且能够实施总压下率为35%以上的冷轧)的观点出发，优选为O：1500ppm以下(更优选为1000ppm以下)、Fe：1500ppm以下(更优选为1000ppm以下)、C：800ppm以下、N：300ppm以下、H：130ppm以下，剩余部分由Ti及不可避免的杂质构成。例如可以使用JIS1种的冷轧板。

<石墨>

本发明所述的制造方法中使用的石墨为鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、及热分解石墨粉中的任一种、或以它们为主体的石墨粉。

通常，石墨粉大致分为人造石墨粉和天然石墨粉。其中，人造石墨粉是将人工制造的石墨电极粉碎而得到的粉末，另一方面，天然石墨粉是通过受到地热或地压而生物/植物等发生变质而生成的矿物的粉末。并且，该天然石墨粉的分类中包含鳞状石墨粉(也称为块状石墨粉)、鳞片状石墨粉、土壤石墨粉。

此外，除了上述种类的石墨粉以外，作为石墨粉还存在膨胀石墨粉、膨胀化石墨粉、热分解石墨粉。其中，膨胀石墨粉是通过将鳞片状石墨粉进行化学处理而在鳞片状石墨粉的层间插入化合物后，通过热处理使该化合物气化而使石墨按照膨胀的方式变性而得到的石墨粉。此外，膨胀化石墨粉是通过将膨胀石墨粉进一步实施热处理而使其膨胀化后粉碎而得到的石墨粉。此外，热分解石墨粉是将粉末焦炭在约3000℃下进行热处理而石墨化后粉碎得到的石墨粉。

发明者们对各种类的石墨粉进行了深入研究，结果发现，在上述石墨粉中，将鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、热分解石墨粉用于石墨层的形成时，能够在金属材料的整面上形成致密的石墨层。

另一方面，人造石墨粉由于为非常硬的材料，所以即使施加压力也难以压碎，其结果是，人造石墨粉成为仅在金属材料表面以粒状接合而不被覆金属表面整面的状态。在这样的状态下在压制成形工序时成为与模具的烧结的发生原因，得不到良好的压制成形性。因此，不优选将人造石墨粉用于本发明所述的制造方法中。

与此相对，天然石墨粉一般作为铅笔或自动铅笔(mechanical pencil)的芯、润滑液中的添加剂使用。并且，天然石墨粉中，鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、热分解石墨粉其粉末的粒成为鳞状的形态，并且该粒自身由更薄的石墨的薄片累积而形成。若将这样的石墨粉涂布到金属材料表面后实施压制成形，则构成粉末的粒的薄片彼此通过压力滑动而展开，从而覆盖金属材料的表面。因此，若使用鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、热分解石墨粉，则能够形成被覆金属材料的整面的石墨层。

另外，这些石墨粉中，特别是膨胀化石墨粉由于在薄片间存在微细的空间，所以在受到压力时容易压碎，通过引起薄片间的滑动而更容易展开。因而，特别优选使用膨胀化石墨粉。

此外，若使用鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、热分解石墨粉，则由于以低的压下率，也能够以高的被覆率形成具有润滑性的致密的石墨层，所以能够降低压制成形工序时的缺陷品的发生概率，其结果是，生产率优异，在成本方面优点也大。

根据以上内容，本发明中使用天然石墨中除了即使施加压力也难以压碎的土壤石墨粉等的鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、热分解石墨粉。

本发明所述的制造方法中使用的石墨可以仅使用鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、热分解石墨粉中的任一者，也可以将它们适当混合使用。此外，也可以是以它们为主体的石墨粉。该“以它们为主体的石墨粉”优选按照相对于所使用的石墨粉的总质量包含50质量%以上的鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、热分解石墨粉中的任一者或它们的混合粉末的方式调整的石墨粉。这是由于，若鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、热分解石墨粉中的任一者或它们的混合粉末的比例低于50质量%，则在压制成形工序时金属材料的整面没有被石墨层被覆，有可能压制成形性劣化。

进一步优选为使用由鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、热分解石墨中的任一者或它们的混合粉末组成的石墨粉的情况。

石墨粉的粒径优选为0.02～100μm。这是由于，若粒径低于0.02μm则在压制成形工序时石墨粉难以压碎而无法被覆金属材料的整面的可能性高，若粒径超过100μm则压制成形的精度容易变差。

接着，对本发明所述的制造方法的压制成形工序时(或压接工序时及压制成形工序时)形成的石墨层进行说明。

<石墨层>

石墨层是在压制成形工序时(或压接工序时及压制成形工序时)形成于金属材料的表面的层，且利用上述石墨粉构成。

石墨层的附着量没有特别限定，但优选为10～1000μg/cm²。这是由于，低于10μg/cm²时，由于石墨量少而在压制成形工序时无法覆盖金属材料的整面，所以成为压制成形工序中使用的模具与金属材料的表面直接接触而发生烧结的原因。另一方面，这是由于，若超过1000μg/cm²则压制成形性的提高这样的效果饱和。

另外，该石墨层在石墨除去工序中被除去。

接着，参照图1对本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法、及换热器用构件的制造方法进行说明。

《经压制成形的金属材料的制造方法》

本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法的特征在于，其包括石墨涂布工序S1、压制成形工序S3和石墨除去工序S4。另外，优选在石墨涂布工序S1与压制成形工序S3之间进行压接工序S2。

以下，对经压制成形的金属材料的制造方法的各工序进行说明。

<石墨涂布工序>

石墨涂布工序S1是在金属材料的表面(单面或两面)涂布石墨的工序。

作为石墨的涂布方法，例如有以下方法：通过将石墨粉分散到涂料中、或混合到含有羧甲基纤维素等粘合剂的溶液中来制作浆料，将该浆料涂抹到金属材料的表面并使其干燥。特别是若使用水溶性的粘合剂则在石墨除去工序S4中仅通过进行水洗就能够除去石墨层。

其中，涂抹浆料的方法没有特别限定，只要使用棒涂机、辊涂机、凹版涂布机、浸渍涂布机、喷涂机等在金属材料的表面涂抹浆料即可。

另外，作为石墨的涂布方法，只要是能够在金属材料的表面涂布石墨的方法，就不限定于上述方法。

石墨涂布工序S1中的石墨的涂布量只要设定为形成上述附着量的石墨层那样的量即可，所以优选为10～1000μg/cm²。

<压接工序>

压接工序S2是将金属材料的表面涂布的石墨压接到金属材料上的工序。

作为压接的方法，例如有以下方法：在涂布有石墨的金属材料的表面按压无纺布等而将石墨擦开的方法、或将涂布有石墨的金属材料边加压边通过树脂制、橡胶制或金属制的2根辊之间的方法。

压接工序S2并非必须的工序，但通过进行该压接工序S2，能够在金属材料的表面形成非常致密的石墨层，能够进一步提高压制成形工序S3中的压制成形性。

另外，作为压接的方法，只要是能够对涂布有石墨的金属材料的表面赋予压力而适当地附着石墨的方法，就不限定于上述方法。

<压制成形工序>

压制成形工序S3是对涂布有石墨的金属材料(或涂布并压接有石墨的金属材料)进行压制成形的工序。

作为压制成形的方法，例如有在呈现所期望的形状的一对模具之间设置金属材料并以该对模具对金属材料进行压制而成形的方法。

通过该压制成形工序S3的压制，首先，涂布于金属材料的表面的石墨形成石墨层。并且，由于该石墨层以高的被覆率形成且具有润滑性，所以在压制成形工序S3之间，能够抑制金属材料的裂纹或与模具的烧熔的发生。因此，也可以通过未附着润滑油的模具对金属材料进行压制成形。

另外，作为压制成形的方法，只要是能够将涂布有石墨的金属材料通过压制进行成形的方法，就不限定于上述方法。

<石墨除去工序>

石墨除去工序S4是从压制成形的金属材料上除去石墨的工序。

作为石墨的除去方法，例如有以下方法：在石墨涂布工序S1中使用水溶性的粘合剂涂布石墨的情况下，将金属材料的表面进行水洗的方法；在使用有机性的粘合剂涂布石墨的情况下，用有机溶剂对金属材料的表面进行洗涤的方法。

通过该石墨除去工序S4，将在压制成形工序S3(或压接工序S2及压制成形工序S3)中形成的石墨层除去，能够得到所期望的经压制成形的金属材料。

另外，作为石墨的除去方法，只要是能够从金属材料中除去石墨层的方法，就不限定于上述方法。此外，在能够利用附着在金属材料上的石墨的情况下，也可以省略该石墨除去工序S4。

优选在从上述石墨涂布工序S1到石墨除去工序S4之间不进行热处理。这是由于，能够避免通过对这些工序间的金属材料实施热处理而导致金属材料与石墨发生反应、难以将石墨从金属材料的表面上除去这样的情况的发生。

《换热器用构件的制造方法》

本发明所述的换热器用构件的制造方法是使用通过上述经压制成形的金属材料的制造方法制造的金属材料来制造换热器用构件的方法。

详细而言，本发明所述的换热器用构件的制造方法在进行上述经压制成形的金属材料的制造方法的各工序(S1、S3和S4、或S1～S4)后，包括用于由通过该制造方法制造的经压制成形的金属材料制造换热器用构件的工序。

另外，用于由该经压制成形的金属材料制造换热器用构件的工序具有以下工序：例如将经压制成形的金属材料裁断成规定的尺寸的工序、或实施打开流体的流入·流出口的冲孔加工的工序。但是，该工序并非必须的工序，在可以将经压制成形的金属材料直接作为换热器用构件使用的情况下，也可以没有该工序。

其中，换热器用构件表示使热从温度高的流体向温度低的流体移动的设备中使用的构件全体，特别是为板式换热器的构件，其中，优选为表面赋予了成为流体的流路的凹凸形状的传热板(热交换板)。这是由于，在制造传热板那样的呈现复杂形状的板式换热器的构件时，显著地发挥本发明的效果(压制成形性)。

本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法、及换热器用构件的制造方法如以上说明的那样，但在进行本发明时，在不给上述各工序造成不良影响的范围内，也可以在上述各工序之间或前后包含其它的工序。

此外，在上述各工序中，对于未明示的条件，只要使用以往公知的条件即可，只要是挥发通过上述各工序中的处理而得到的效果，当然可以适当变更该条件。

实施例

接着，对于本发明所述的经压制成形的金属材料的制造方法，将满足本发明的必要条件的实施例(试验体No.1～5)与不满足本发明的必要条件的比较例(试验体No.6～10)进行比较来具体地进行说明。

[试验体的制作]

作为金属材料，使用JIS1种的钛板(完成退火酸洗)。钛基材的化学组成为O：450ppm、Fe：250ppm、N：40ppm，剩余部分为Ti及不可避免的杂质，钛板的板厚为0.1mm，尺寸设为90×90mm。该钛板是对钛原料实施以往公知的熔化工序、铸造工序、热轧工序、冷轧工序而得到的钛板。

使用的石墨粉为人造石墨粉(高纯度化学公司制、CCE02PB、平均粒径为10μm、纯度为4N)、鳞状石墨粉(伊藤石墨工业公司制、SRP-7、平均粒径为7μm、纯度为98.2%)、鳞片状石墨粉(SEC Carbon公司制、SNO-10、平均粒径为10μm、纯度为99.6%)、膨胀化石墨粉(SECCarbon公司制、SNE-6G、平均粒径为7μm、纯度为99.9%)、热分解石墨粉(伊藤石墨工业公司制、PC-10、平均粒径为10μm、纯度为99.3%)、土状石墨粉(伊藤石墨工业公司制、HAC-6、平均粒径为4μm、纯度为92.5%)这6种。

此外，除了上述6种石墨粉以外还使用乙炔黑粉末(Strem Chemicals，Inc.公司制、平均粒径为50nm、纯度为99.99%)。

将各种石墨粉按照达到10wt%的方式分散到1wt%羧甲基纤维素水溶液中来制作浆料。并且，将该浆料使用棒涂机涂布到钛板上，使其干燥。此外，将乙炔黑粉末按照达到5wt%的方式分散到1wt%羧甲基纤维素水溶液中来制作浆料，同样地涂布到钛板上，使其干燥。这样操作在钛板的两表面形成石墨层(单面的附着量约为300μg/cm²)。

然后，对于试验体No.3、4，使用2段轧制机，按照辊负载达到4吨的方式进行调整，实施涂布有石墨的钛板的压接。另外，轧辊上没有涂布润滑油。

<压制成形性评价>

压制成形性利用通过对各试验体实施依据JIS Z2247B法的埃里克森试验而得到的埃里克森值来进行评价。

另外，以使用普通的润滑油时的埃里克森值(试验体No.10：7.2mm)为基准，将超过该基准的情况评价为发挥良好的压制成形性。

<碳被覆率>

在埃里克森试验后，用SEM/EDX以50倍的倍率观察与冲头接触的试验体的表面，用EDX进行钛元素的映射来测定钛露出的面积，通过由SEM观察视野整体的面积减去该面积并除以视野整体的面积，从而算出碳被覆率(%)。

将各试验体的石墨粉的种类、埃里克森试验结果、压接的有无、碳被覆率示于表1中。

表1

试验体No.1～5由于使用本发明中规定的石墨粉，并经由本发明中规定的工序而制造，所示显示高的埃里克森值。即，可知发挥良好的压制成形性。

另一方面，试验体No.6～8由于使用人造石墨粉、土状石墨粉、或乙炔黑粉末作为石墨粉，并且试验体No.9由于人造石墨粉为主体，所以石墨粉没有被覆钛板的整面，成为比使用普通的润滑油的钛的埃里克森值(试验体No.10)低的值。

符号的说明

S1 石墨涂布工序

S2 压接工序

S3 压制成形工序

S4 石墨除去工序。

Claims

1.一种经压制成形的金属材料的制造方法，其特征在于，其包括如下的工序：

通过在金属材料的表面涂布石墨形成被覆金属材料的整面的石墨层的石墨涂布工序；和

对涂布了石墨的所述金属材料进行压制成形的压制成形工序，

在所述压制成形工序后，进一步包含从压制成形后的所述金属材料除去石墨的石墨除去工序，并且，在从所述石墨涂布工序到所述石墨除去工序之间不进行热处理，

所述石墨涂布工序中涂布的石墨为鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、及热分解石墨粉中的任一种、或以它们为主体的石墨粉，

其中，所述以它们为主体的石墨粉是指按照相对于所使用的石墨粉的总质量包含50质量％以上的鳞状石墨粉、鳞片状石墨粉、膨胀化石墨粉、热分解石墨粉中的任一者或它们的混合粉末的方式调整的石墨粉。

2.根据权利要求1所述的经压制成形的金属材料的制造方法，其特征在于，在所述压制成形工序中，利用未附着有润滑油的模具对所述金属材料进行压制成形。

3.根据权利要求1所述的经压制成形的金属材料的制造方法，其特征在于，在所述石墨涂布工序之后且在所述压制成形工序之前，进一步包含将涂布在所述金属材料的表面的石墨压接于所述金属材料的压接工序。

4.根据权利要求1所述的经压制成形的金属材料的制造方法，其特征在于，所述金属材料为纯钛或钛合金。

5.一种换热器用构件的制造方法，其特征在于，使用通过权利要求1到权利要求4中任一项所述的经压制成形的金属材料的制造方法制造的所述金属材料来制造换热器用构件。

6.根据权利要求5所述的换热器用构件的制造方法，其特征在于，所述换热器用构件为板式换热器的构件。