CN106102967A - 多孔铝复合体及多孔铝复合体的制造方法 - Google Patents

多孔铝复合体及多孔铝复合体的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多孔铝体与铝块体的接合强度优异的高品质的多孔铝复合体及该多孔铝复合体的制造方法。本发明的多孔铝复合体(10)由铝或铝合金构成的多孔铝体(30)与由铝或铝合金构成的铝块体(20)接合而成，其中，在多孔铝体(30)与铝块体(20)的结合部(15)存在Ti‑Al系化合物。在此，优选多孔铝体(30)及铝块体(20)的一方或双方的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起(32)，且柱状突起(32)具有结合部(15)。

Description

多孔铝复合体及多孔铝复合体的制造方法
技术领域
本发明涉及一种由铝或铝合金构成的多孔铝体与由铝或铝合金构成的铝块体接合而成的多孔铝复合体及多孔铝复合体的制造方法。
背景技术
上述多孔铝复合体例如可被用作各种电池中的电极及集电体、热交换器用部件、消音部件、过滤器、冲击吸收部件等。
例如，专利文献1中，提出有将呈三维网络状结构体的金属烧结体(多孔铝体)与相同材质的金属部件(铝块体)一体烧结而成的传热部件。
并且，专利文献2中，公开有在由铝构成的层叠型蒸发器中，制冷剂流通路(铝块体)的传热面上形成多孔层(多孔铝体)，以提高传热效率的技术。
在此，专利文献1中，呈三维网络状结构体的金属烧结体(多孔铝体)通过如下方法等而形成，即，对由通过加热而烧除的材质构成的三维网络状结构体的骨架涂布粘着剂，以粘附金属粉状物的方法。并且，在金属部件(铝块体)与金属烧结体(多孔铝体)之间将金属粉与粘着剂混合来进行涂布，通过对它们进行一体烧结，使金属部件(铝块体)与金属烧结体(多孔铝体)接合。
并且，专利文献2中，在制冷剂流通路(铝块体)的传热面上，通过钎焊金属粉末而形成有多孔层(多孔铝体)。
专利文献1：日本专利公开平08-145592号公报(A)
专利文献2：日本专利公告昭62-050742号公报(A)
然而，如专利文献1所记载，利用铝粉对多孔铝体与铝块体进行一体烧结时，由于在多孔铝体、铝块体及铝粉的表面所形成的氧化膜会妨碍与铝粉的结合，因此存在无法确保足够的接合强度的问题。并且，利用由通过加热而烧除的材质构成的三维网络状结构体，使多孔铝体通过一体烧结来成型时，烧结时的成型体的收缩率变大，有时无法制造尺寸精度优异的多孔铝体。
并且，如专利文献2所记载，通过钎焊多孔铝体与铝块体来进行接合时，仍存在无法确保接合强度的问题。尤其，当温度上升时，钎料会优先熔融，存在高温环境下无法使用的问题。而且，进行钎焊时熔融铝进入多孔铝体的内部，有时会使多孔铝体的气孔率降低。
发明内容
本发明是以如上的情况为背景而完成的，其目的在于提供一种多孔铝体与铝块体的接合强度优异的高品质的多孔铝复合体及该多孔铝复合体的制造方法。
为解决这种课题而实现所述目的，本发明的多孔铝复合体为由铝或铝合金构成的多孔铝体与由铝或铝合金构成的铝块体接合而成的多孔铝复合体，其特征在于，所述多孔铝体与所述铝块体的结合部存在Ti-Al系化合物。
根据设为上述结构的本发明的多孔铝复合体，在多孔铝体与铝块体的结合部存在Ti-Al系化合物，因此可大幅提高多孔铝体与铝块体的接合强度。
并且，通过Ti-Al系化合物来抑制铝的扩散移动，因此能够抑制熔融铝进入多孔铝体，能够确保多孔铝体的气孔率。
在此，本发明的多孔铝复合体中，优选所述多孔铝体及所述铝块体的一方或双方的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起，在所述柱状突起具有所述结合部。
此时，设为经由在多孔铝体及铝块体的外表面所形成的柱状突起而结合有多孔铝体与铝块体的结构，因此能够确保多孔铝体的气孔率。
并且，本发明的多孔铝复合体中，优选所述Ti-Al系化合物为Al3Ti。
此时，在多孔铝体与铝块体的结合部存在Al3Ti作为Ti-Al系化合物，因此能够提高多孔铝体与铝块体的接合强度。
并且，本发明的多孔铝复合体中，优选所述结合部还存在包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物。
此时，可推测存在于结合部的共晶元素化合物是由多孔铝体及铝块体的铝与共晶元素进行反应而形成的。如此，通过介入有共晶元素，而使多孔铝体及铝块体中存在局部熔点降低的部分。在熔点降低的部分，容易较粗地形成上述结合部，从而能够进一步提高多孔铝体与铝块体的接合强度。
并且，本发明的多孔铝复合体中，优选所述多孔铝体通过烧结多个铝基材而形成，在所述铝基材彼此结合而成的基材结合部存在Ti-Al系化合物。
此时，铝基材彼此的结合部存在Ti-Al系化合物，因此铝的扩散移动得到抑制，因此能够维持铝基材彼此之间的空隙，且能够得到气孔率较高的多孔铝烧结体。
并且，本发明的多孔铝复合体中，优选所述铝基材为铝纤维及铝粉末中的任意一种或两种。
使用铝纤维作为所述铝基材的情况下，当经由基材结合部而使铝纤维彼此结合时，呈容易保持空隙且气孔率变高的趋势。因此，作为所述铝基材而使用铝纤维及铝粉末并调整它们的混合比，由此能够控制多孔铝体的气孔率。
并且，本发明的多孔铝复合体中，优选所述多孔铝体的气孔率设在30％以上且90％以下的范围内。
该结构的多孔铝复合体中，多孔铝体的气孔率控制在30％以上且90％以下的范围内，因此能够提供根据用途具有最佳气孔率的多孔铝体的多孔铝复合体。
本发明的多孔铝复合体的制造方法为多孔铝体与铝块体接合而成的多孔铝复合体的制造方法，其特征在于，使由金属钛粉及氢化钛粉中的任意一种或两种构成的钛粉介于所述多孔铝体与所述铝块体之间，并对所述多孔铝体与所述铝块体进行加热，在所述多孔铝烧结体及所述铝块体的一方或双方的外表面形成朝向外侧突出的多个柱状突起，经由该柱状突起结合所述多孔铝体与所述铝块体。
该结构的多孔铝复合体的制造方法中，对所述多孔铝体与所述铝块体进行加热时，所述多孔铝体与所述铝块体的表面附近熔融，但所述多孔铝体与所述铝块体的表面形成有氧化膜，因此熔融的铝通过氧化膜而被保持。在此，固着有钛粉末粒子的部分通过与钛的反应而使氧化膜被破坏，内部的熔融铝向外侧喷出，所喷出的熔融铝通过与钛的反应而生成熔点较高的化合物并固化。由此，所述多孔铝体及所述铝块体的外表面形成朝向外侧突出的多个柱状突起。
并且，经由在多孔铝烧结体及铝块体的一方或双方的外表面所形成的柱状突起而使所述多孔铝体与所述铝块体结合，由此能够得到接合强度优异的多孔铝复合体。并且，可抑制熔融铝进入多孔铝体的内部，并能够确保多孔铝体的气孔率。
并且，本发明的多孔铝复合体的制造方法中，优选除了所述钛粉以外，还使由与Al进行共晶反应的共晶元素构成的共晶元素粉介于所述多孔铝体与所述铝块体之间。
此时，所述多孔铝体与所述铝块体之间介入有由在铝基材的表面与Al进行共晶反应的共晶元素构成的共晶元素粉，因此在介入有共晶元素粉的部分，所述多孔铝体及所述铝块体的熔点局部降低而在相对低温的条件下形成有柱状突起，从而能够较低地设定烧结时的温度条件。由此，即使在使用由熔点较低的铝合金构成的所述多孔铝体及所述铝块体时，也能够构成多孔铝复合体。而且，在低温条件下产生熔融铝，由此通过与钛的反应而使氧化膜被破坏，从而使氧化膜内部的熔融铝向外侧喷出时的压力变低，容易较粗地形成柱状突起。由此，能够大幅提高所述多孔铝体与所述铝块体的接合强度。
而且，本发明的多孔铝复合体的制造方法中，所述多孔铝体通过烧结多个铝基材而形成，在所述铝基材的外表面固着所述钛粉而形成烧结用铝原料，使所述烧结用铝原料与所述铝块体接触，通过加热所述烧结用铝原料及所述铝块体来进行烧结，从而形成所述多孔铝体的同时，使所述多孔铝体与所述铝块体接合。
此时，当通过对在铝基材的外表面固着所述钛粉的烧结用铝原料进行烧结而形成多孔铝体时，能够使所述钛粉介于多孔铝体与铝块体之间而进行一体烧结，能够得到所述多孔铝体与所述铝块体被可靠地接合而成的多孔铝复合体。
在此，上述多孔铝复合体的制造方法中，优选所述烧结用铝原料中的所述钛粉的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内。
此时，所述烧结用铝原料中的所述钛粉的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内，因此在所述多孔铝体及所述铝块体的外表面以适当的间隔形成有柱状突起，能够可靠地结合所述多孔铝体与所述铝块体，能够确保足够的接合强度。并且，能够得到具有足够强度与较高气孔率的多孔铝体。
而且，本发明的多孔铝复合体的制造方法中，通过在所述多孔铝体和所述铝块体的一方或双方的外表面涂布混合了所述钛粉与粘合剂的钛混合物，从而使所述钛粉介于所述多孔铝体与所述铝块体之间。
此时，能够使所述钛粉可靠地介于所述多孔铝体与所述铝块体之间，且能够使所述多孔铝体与所述铝块体可靠地接合。
在此，上述多孔铝复合体的制造方法中，优选在所述多孔铝体和所述铝块体的一方或双方的外表面涂布的钛混合物的涂布量按钛量换算设在0.0005g/cm2以上且0.05g/cm2以下的范围内。
此时，钛混合物的涂布量按钛量换算设在0.0005g/cm2以上且0.05g/cm2以下的范围内，因此在所述多孔铝体及所述铝块体的外表面以适当的间隔形成有柱状突起，能够使所述多孔铝体与所述铝块体可靠地结合，能够确保足够的接合强度。
并且，所述多孔铝体和所述铝块体的一方或双方的外表面所涂布的钛混合物可含有共晶元素粉。
根据本发明，能够提供一种多孔铝体与铝块体的接合强度优异的高品质的多孔铝复合体及该多孔铝复合体的制造方法。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的多孔铝复合体的外观图。
图2是图1所示的多孔铝复合体中的多孔铝体的局部放大示意图。
图3是图1所示的多孔铝复合体中的多孔铝体与铝板的接合部的观察照片。
图4是图1所示的多孔铝体与铝块体的接合部的说明图。
图5是表示图1所示的多孔铝复合体的制造方法的一例的流程图。
图6是在铝基材的外表面固着钛粉及共晶元素粉的烧结用铝原料的说明图。
图7是表示烧结工序中在铝基材的外表面形成柱状突起的状态的说明图。
图8是本发明的第二实施方式的多孔铝复合体的外观图。
图9是图8所示的多孔铝体与铝块体的接合部的观察照片。
图10是表示图8所示的多孔铝复合体的制造方法的一例的流程图。
图11是本发明的另一实施方式的多孔铝复合体的外观图。
图12是本发明的另一实施方式的多孔铝复合体的外观图。
图13是本发明的另一实施方式的多孔铝复合体的外观图。
图14是本发明的另一实施方式的多孔铝复合体的外观图。
图15是本发明的另一实施方式的多孔铝复合体的外观图。
图16是本发明的另一实施方式的多孔铝复合体的外观图。
图17是为了拉伸试验制作的多孔铝复合体的外观图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式的多孔铝复合体进行说明。
(第一实施方式)
首先，对本发明的第一实施方式的多孔铝复合体10进行说明。该多孔铝复合体10设为由铝或铝合金构成的多孔铝体及由铝或铝合金构成的铝块体接合而成的结构。
若进行详细说明，则如图1所示，本实施方式的多孔铝复合体10例如用作热交换器等的传热部件，具备：铝多孔管20(铝块体)，其具备成为热介质的流体所流通的流路；及多孔铝烧结体30(多孔铝体)，其与该铝多孔管20的外周面的至少一部分接合。
铝多孔管20由铝或铝合金构成，本实施方式中，以A3003等Al-Mn系合金构成。该铝多孔管20例如通过挤压加工而成型，如图1所示，呈扁平形状，且在内部具备成为热介质所流通的流路的多个贯穿孔21。
多孔铝烧结体30是由多个铝基材31进行烧结而成为一体的烧结体，且气孔率设定在30％以上且90％以下的范围内。
在此，如图2所示，本实施方式的多孔铝烧结体使用铝纤维31a和铝粉末31b作为铝基材31。
并且，设为如下结构：该铝基材31(铝纤维31a及铝粉末31b)的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起32，多个铝基材31(铝纤维31a及铝粉末31b)彼此经由该柱状突起32结合。另外，如图2所示，铝基材31、31彼此的基材结合部35具有柱状突起32彼此结合的部分、柱状突起32与铝基材31的侧面接合的部分、以及铝基材31、31的侧面彼此接合的部分。
而且，本实施方式的多孔铝复合体10中，如图3所示，铝多孔管20及多孔铝烧结体30的一方或双方的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起32，经由这些柱状突起32，铝多孔管20与多孔铝烧结体30接合。
即，在柱状突起32形成有铝多孔管20与多孔铝烧结体30的结合部15。
在此，如图4所示，在经由柱状突起32结合的铝多孔管20与多孔铝烧结体30的结合部15存在Ti-Al系化合物16及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物17。本实施方式中，如图4所示，Ti-Al系化合物16设为Ti与Al的化合物，更具体而言设为Al3Ti金属间化合物。即，本实施方式中，Ti-Al系化合物16所存在的部分结合有铝多孔管20与多孔铝烧结体30。
另外，作为与Al进行共晶反应的共晶元素，例如可举出Ag、Au、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cu、Fe、Ga、Gd、Ge、In、La、Li、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、Ru、Sb、Si、Sm、Sn、Sr、Te、Y、Zn等。
本实施方式中，如图4所示，共晶元素化合物17含有Ni、Mg、Cu、Si作为共晶元素。
并且，在多孔铝烧结体30中，经由柱状突起32结合的铝基材31、31彼此的基材结合部35也存在Ti-Al系化合物及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物。本实施方式中，Ti-Al系化合物设为Ti与Al的化合物，更具体而言设为Al3Ti金属间化合物。并且，共晶元素化合物含有Ni、Mg、Cu、Si作为共晶元素。即，本实施方式中，在Ti-Al系化合物所存在的部分，铝基材31、31彼此结合。
接着，参考图5至图7对本实施方式的多孔铝复合体10的制造方法进行说明。
首先，对成为本实施方式的多孔铝烧结体30的原料的烧结用铝原料40进行说明。如图6所示，该烧结用铝原料40具备：铝基材31；及固着于该铝基材31的外表面的多个钛粉末粒子42及共晶元素粉末粒子(镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)43。另外，作为钛粉末粒子42，可使用金属钛粉末粒子及氢化钛粉末粒子中的一种或两种。并且，作为共晶元素粉末粒子(镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)43，可使用金属镍粉末粒子、金属镁粉末粒子、金属铜粉末粒子、金属硅粉末粒子及它们的合金粉末。
在此，烧结用铝原料40中，钛粉末粒子42的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内。
钛粉末粒子42的粒径设在1μm以上且50μm以下的范围内，优选设在5μm以上且30μm以下的范围内。另外，可将氢化钛粉末粒子的粒径设为比金属钛粉末粒子小，因此将固着于铝基材31外表面的钛粉末粒子42的粒径设为较小时，优选使用氢化钛粉末粒子。
而且，固着于铝基材31外表面的多个钛粉末粒子42、42彼此的间隔优选设在5μm以上且100μm以下的范围内。
并且，烧结用铝原料40中，关于共晶元素粉末粒子43的含量，镍粉末粒子设在0.01质量％以上且5.0质量％以下的范围内，镁粉末粒子设在0.01质量％以上且5.0质量％以下的范围内，铜粉末粒子设在0.01质量％以上且5.0质量％以下的范围内，硅粉末粒子设在0.01质量％以上且15.0质量％以下的范围内。
关于共晶元素粉末粒子43的粒径，镍粉末粒子设在1μm以上且20μm以下的范围内，优选设在2μm以上且10μm以下的范围内，镁粉末粒子设在20μm以上且500μm以下的范围内，优选设在20μm以上且100μm以下的范围内，铜粉末粒子设在5μm以上且500μm以下的范围内，优选设在20μm以上且100μm以下的范围内，硅粉末粒子设在5μm以上且200μm以下的范围内，优选设在10μm以上且100μm以下的范围内。
如上所述，作为铝基材31使用铝纤维31a和铝粉末31b。另外，作为铝粉末31b可使用雾化粉末。
在此，铝纤维31a的纤维直径设在20μm以上且1000μm以下的范围内，优选设在50μm以上且500μm以下的范围内。并且，铝纤维31a的纤维长度设在0.2mm以上且100mm以下的范围内，优选设在1mm以上且50mm以下的范围内。
铝纤维31a例如由纯铝或铝合金构成且长度L与纤维直径R之比L/R能够设在4以上且2500以下的范围内。铝纤维31a在其外表面固着共晶元素粉末、例如硅粉及硅合金粉中的一种或两种，并通过形成烧结用铝原料的烧结用铝原料形成工序而得到。在烧结工序中，能够将烧结用铝原料在惰性气体气氛下以575℃～655℃的范围的温度进行烧结。
当铝纤维31a的纤维直径R小于20μm时，铝纤维彼此的接合面积较小，有可能导致烧结强度不足。另一方面，当铝纤维31a的纤维直径R大于1000μm时，铝纤维彼此接触的触点的数量不足，仍有可能导致烧结强度不足。
根据以上的内容，本实施方式的多孔铝烧结体30中，将铝纤维31a的纤维直径设在20μm以上且500μm以下的范围内。另外，谋求更进一步提高烧结强度时，优选将铝纤维31a的纤维直径设为50μm以上，且优选将铝纤维31a的纤维直径设为500μm以下。
当铝纤维31a的长度L与纤维直径R之比L/R小于4时，在多孔铝烧结体的制造方法中，很难将层叠配置时的堆积密度DP设为铝纤维的真密度DT的50％以下，有可能很难得到气孔率较高的多孔铝烧结体30。另一方面，当铝纤维31a的长度L与直径R之比L/R大于2500时，无法使铝纤维均匀地分散，有可能很难得到具有均匀的气孔率的多孔铝烧结体30。
根据以上的内容，本实施方式的多孔铝烧结体30中，将铝纤维31a的长度L与纤维直径R之比L/R设在4以上且2500以下的范围内。另外，谋求更进一步提高气孔率时，优选将铝纤维31a的长度L与纤维直径R之比L/R设为10以上。并且，为了得到具备更均匀的气孔率的多孔铝烧结体30，优选将铝纤维31a的长度L与直径R之比L/R设为500以下。
并且，铝粉末31b的粒径设在5μm以上且500μm以下的范围内，优选设在20μm以上且200μm以下的范围内。
而且，能够通过调整铝纤维31a与铝粉末31b的混合比率来调整气孔率。即，能够通过增大铝纤维31a的比率来提高多孔铝烧结体30的气孔率。因此，作为铝基材31优选使用铝纤维31a，当混合铝粉末31b时优选将铝粉末31b的比率设为15质量％以下。
并且，作为铝基材31(铝纤维31a和铝粉末31b)，可以使用由一般的铝合金构成的铝基材。
例如，能够优选使用由JIS中规定的A3003合金(Al-0.6质量％Si-0.7质量％Fe-0.1质量％Cu-1.5质量％Mn-0.1质量％Zn合金)或A5052合金(Al-0.25质量％Si-0.40质量％Fe-0.10质量％Cu-0.10质量％Mn-2.5质量％Mg合金-0.2质量％Cr-0.1质量％Zn合金)等构成的铝基材。
并且，铝基材31也并不限定于一种组成，例如作为由纯铝构成的纤维和由JISA3003合金构成的粉末的混合物等，可根据目的适当地进行调整。
本实施方式的多孔铝复合体10的制造方法中，如图5所示，制造上述的烧结用铝原料40。
在常温下混合铝基材31、钛粉末及共晶元素粉末(例如，镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)(混合工序S01)。此时，将粘合剂溶液以喷雾形式喷出。另外，作为粘合剂，优选在大气中加热至500℃时被燃烧、分解的粘合剂，具体而言，优选为使用丙烯酸系树脂、纤维素系高分子体。并且，作为粘合剂的溶剂，可使用水系、醇系、有机溶剂系的各种溶剂。
该混合工序S01中，例如使用自动研钵、锅式的转动造粒机、振动混合机、罐式球磨机、高速混合机、V型混合机等各种混合机，而使铝基材31、钛粉末及共晶元素粉末(例如，镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)边流动边混合。
接着，对混合工序S01中所得到的混合体进行干燥(干燥工序S02)。如图6所示，通过该混合工序S01及干燥工序S02，钛粉末粒子42及共晶元素粉末粒子(例如，镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)43分散固着于铝基材31的外表面，制造出本实施方式的烧结用铝原料40。
接着，准备呈长方体状的碳制容器，以从该碳制容器的一侧面向另一侧面贯穿的方式配置作为铝块体的铝多孔管20(铝块体配置工序S03)。
然后，向碳制容器内散布烧结用铝原料40而进行体积填充(原料散布工序S04)。
将此装入脱脂炉内，在大气气氛下进行加热并去除粘合剂(脱粘合剂工序S05)。
之后，装入烧成炉内并在惰性气体气氛下根据所添加的共晶元素粒子的种类和添加量以575～665℃的温度范围保持0.5～60分钟(烧结工序S06)。另外，保持时间优选设为1～20分钟。
该烧结工序S06中，烧结用铝原料40中的铝基材31熔融，但铝基材31的表面形成有氧化膜，因此熔融的铝通过氧化膜而被保持，铝基材31的形状得以维持。
并且，在铝基材31的外表面上固着有钛粉末粒子42的部分，通过与钛的反应而使氧化膜被破坏，内部的熔融铝向外侧喷出。所喷出的熔融铝通过与钛的反应而生成熔点较高的化合物并固化。由此，如图7所示，铝基材31的外表面形成朝向外侧突出的多个柱状突起32。在此，柱状突起32的前端存在Ti-Al系化合物16，通过该Ti-Al系化合物16，柱状突起32的生长得到抑制。
另外，使用氢化钛作为钛粉末粒子42时，氢化钛在300～400℃附近进行分解，所生成的钛与铝基材31表面的氧化膜进行反应。
并且，本实施方式中，通过固着于铝基材31外表面的共晶元素粉末粒子(例如，镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)43，在铝基材31形成有局部熔点变低的部分。因此，根据所添加的共晶元素粒子的种类和添加量并在575～655℃的相对低温条件下，也能够可靠地形成柱状突起32。
此时，相邻的铝基材31、31彼此经由相互的柱状突起32以熔融状态成为一体或通过固相烧结而结合，如图2所示，制造出经由柱状突起32使多个铝基材31、31彼此结合而成的多孔铝烧结体30。另外，在经由柱状突起32使铝基材31、31彼此结合而成的基材结合部35存在Ti-Al系化合物(本实施方式中为Al3Ti金属间化合物)及共晶元素化合物。
并且，如图3及图4所示，通过构成多孔铝烧结体30的铝基材31的柱状突起32与铝多孔管20结合，使得铝多孔管20与多孔铝烧结体30经由柱状突起32接合。另外，当配置成钛粉末粒子42及共晶元素粉末粒子(例如，镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)43与铝多孔管20的表面接触时，从铝多孔管20的表面上也形成柱状突起32，铝多孔管20与多孔铝烧结体30接合。
在此，在铝多孔管20与多孔铝烧结体30经由柱状突起32而被结合的结合部15存在Ti-Al系化合物16(本实施方式中为Al3Ti金属间化合物)及共晶元素化合物17。
设为如上结构的本实施方式的多孔铝复合体10中，在铝多孔管20与多孔铝烧结体30的结合部15存在Ti-Al系化合物16，因此通过该Ti-Al系化合物16而形成于铝多孔管20及多孔铝烧结体30表面的氧化膜被去除，从而大幅提高铝多孔管20与多孔铝烧结体30的接合强度。
并且，通过该Ti-Al系化合物16，柱状突起32的生长得到抑制，由此能够抑制熔融铝向多孔铝烧结体30侧喷出，能够确保多孔铝烧结体30的气孔率。
尤其，本实施方式中，在铝多孔管20与多孔铝烧结体30的结合部15存在Al3Ti作为Ti-Al系化合物16，因此形成于铝多孔管20及多孔铝烧结体30表面的氧化膜可靠地被去除，能够确保铝多孔管20与多孔铝烧结体30的接合强度。
并且，本实施方式中，结合部15存在共晶元素化合物17，因此铝基材31中存在局部熔点降低的部分，容易较粗地形成柱状突起32，从而能够进一步提高铝多孔管20与多孔铝烧结体30的接合强度。
而且，本实施方式中，烧结用铝原料40中的钛粉末粒子42的含量设为0.01质量％以上且20质量％以下，因此能够在铝基材31的外表面以适当的间隔形成柱状突起32，能够可靠地接合铝多孔管20与多孔铝烧结体30。
并且，本实施方式中，固着于铝基材31外表面的多个钛粉末粒子42、42彼此的间隔设在5μm以上且100μm以下的范围内，因此柱状突起32的间隔得以优化，能够得到具有足够强度和较高气孔率的多孔铝烧结体30。
而且，本实施方式中，关于烧结用铝原料40中的共晶元素粉末粒子(镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)43的含量，镍粉末粒子设在0.01质量％以上且5.0质量％以下的范围内，镁粉末粒子设在0.01质量％以上且5.0质量％以下的范围内，铜粉末粒子设在0.01质量％以上且5.0质量％以下的范围内，硅粉末粒子设在0.01质量％以上且15.0质量％以下的范围内，因此能够以适当的间隔形成铝基材31中的局部熔点降低的部分，并且能够抑制多余的熔融铝流出，能够得到具有足够强度和较高气孔率的多孔铝烧结体30。
并且，根据所添加的共晶元素粒子的种类和添加量在575～665℃的相对低温条件下，也能够可靠地形成柱状突起32，能够较低地设定烧结工序S05的温度条件。
而且，本实施方式中，作为铝基材31使用铝纤维31a及铝粉末31b，因此通过调整它们的混合比，能够控制多孔铝烧结体30的气孔率。
并且，本实施方式的多孔铝烧结体30中，气孔率设在30％以上且90％以下的范围内，因此能够在用作传热部件的多孔铝复合体10中确保表面积，且能够大幅提高传热效率。
(第二实施方式)
接着，参考附图对本发明的第一实施方式的多孔铝复合体110进行说明。
图8中示出本实施方式的多孔铝复合体110。该多孔铝复合体110具备由铝或铝合金构成的铝板120(铝块体)及与该铝板120的表面接合的多孔铝体130。
并且，本实施方式的多孔铝复合体110中，铝板120及多孔铝体130的一方或双方的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起132，经由这些柱状突起132，铝板120与多孔铝体130接合。即，在柱状突起132形成有铝板120与多孔铝体130的结合部115。
在此，如图9所示，在经由柱状突起132结合的铝板120与多孔铝体130的结合部115存在Ti-Al系化合物116。本实施方式中，Ti-Al系化合物116设为Ti与Al的化合物，更具体而言设为Al3Ti金属间化合物。即，本实施方式中，在Ti-Al系化合物116存在的部分结合有铝板120与多孔铝体130。
接着，参考图10的流程图对制造本实施方式的多孔铝复合体110的方法进行说明。
首先，对铝板120的接合面涂布含有钛粉末的含钛浆料(含钛浆料涂布工序S101)。此时，含钛浆料的涂布量按钛量换算设在0.0005g/cm2以上且0.05g/cm2以下的范围内。
在此，含钛浆料例如为在60质量％以上且80质量％以下的范围含有粒径为1μm以上且50μm以下的钛粉末，并且含有粘合剂(例如丙烯酸IPA溶液)等的浆料。另外，作为钛粉末，可使用氢化钛粉末及金属钛粉末。并且含钛浆料还可以含有共晶元素粉。
接着，在铝板120中涂布了含钛浆料的面上层叠多孔铝体130(层叠工序S102)。
并且，将层叠的铝板120及多孔铝体130装入脱脂炉内，在大气气氛下进行加热并去除粘合剂(脱粘合剂工序S103)。
之后，装入烧成炉内并在惰性气体气氛下根据所添加的共晶元素粒子的种类和添加量以575～665℃的温度范围保持0.5～60分钟(烧结工序S104)。另外，保持时间优选设为1～20分钟。
该烧结工序S104中，铝板120的表面的一部分熔融，但铝板120的表面形成有氧化膜，因此熔融的铝通过氧化膜而被保持，铝板120的形状得以维持。
并且，在铝板120的表面上固着有钛粉末的部分，通过与钛的反应而使氧化膜被破坏，内部的熔融铝向外侧喷出。所喷出的熔融铝通过与钛的反应而生成熔点较高的化合物并固化。由此，铝板120的表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起132。在此，柱状突起132的前端存在Ti-Al系化合物16，通过该Ti-Al系化合物116而使柱状突起132的生长得到抑制。
并且，通过铝板120的柱状突起132与多孔铝体130结合，铝板120与多孔铝体130经由柱状突起132而接合。另外，当配置成钛粉末与多孔铝体130的表面接触时，从多孔铝体130的表面上也形成柱状突起132，使得铝板120与多孔铝体130接合。
设为如上结构的本实施方式的多孔铝复合体110中，在铝板120与多孔铝体130的结合部115存在Ti-Al系化合物116，因此能够大幅提高铝板120与多孔铝体130的接合强度。
并且，通过该Ti-Al系化合物116，柱状突起132的生长得到抑制，由此能够抑制熔融铝向多孔铝体130侧喷出，且能够确保多孔铝体130的气孔率。
并且，本实施方式中，将多孔铝体130与铝板120通过涂布含有钛粉末的含钛浆料并进行烧成来接合，由此能够相对简单地制造具备铝板120与多孔铝体130的多孔铝复合体110。
示出多孔铝烧结体的另一制造方法。
例如，常温下，将铝纤维31a与共晶元素粉末43、例如硅粉末及硅合金粉末中的任意一种或两种进行混合。混合时使粘合剂溶液以喷雾形式喷出。另外，作为粘合剂，优选在大气中加热至500℃时被燃烧、分解的粘合剂，具体而言，优选使用丙烯酸系树脂、纤维素系高分子体。并且，作为粘合剂的溶剂，可使用水系、醇系、有机溶剂系的各种溶剂。
混合时，例如使用自动研钵、锅式的转动造粒机、振动混合机、罐式球磨机、高速混合机、V型混合机等各种混合机，而使铝纤维31a与硅粉末43边流动边混合。
接着，若对通过混合得到的混合体进行干燥，则铝纤维的外表面分散并固着有硅粉及硅合金粉，从而制造出本实施方式的烧结用铝原料。
接着，使用如上述那样得到的烧结用铝原料来制造多孔铝烧结体时，例如，使用连续烧结装置等来制造例如宽度：300mm×厚度：1～5mm×长度：20m的长条的片状多孔铝烧结体。
例如，从原料散布机向碳片上散布烧结用铝原料，并层叠配置烧结用铝原料，将层叠在碳片上的烧结用铝原料成型为片状。此时，不施加负载，在烧结用铝原料中的铝纤维彼此之间形成空隙。
在此，例如层叠配置多个铝纤维以使填充后的堆积密度成为铝纤维的真密度的50％以下，层叠时铝纤维彼此之间确保有立体且各向同性的空隙。
接着，将在碳片上成型为片状的烧结用铝原料装入脱脂炉内，通过加热至规定温度来去除粘合剂。在此，在大气气氛下，以350～500℃的温度范围保持0.5～5分钟，去除烧结用铝原料中的粘合剂。另外，本实施方式中，仅为了在铝纤维的外表面固着硅粉、硅合金粉而使用粘合剂，因此与粘性组合物相比粘合剂的含量极少，能够在短时间内充分去除粘合剂。
接着，将去除了粘合剂的烧结用铝原料与碳片一同装入烧成炉内，通过加热至规定温度来进行烧结。在烧结中，例如，在惰性气体气氛下，通过以575～665℃的温度范围保持0.5～60分钟来实施。根据烧结用铝原料中的硅含量，最佳的烧结温度发生变化，但为了实现高强度且均匀的烧结，烧结温度设为Al-12.6％Si的共晶温度即575℃以上，并且所生成的液相防止进行因熔液彼此的结合而引起的迅速的烧结收缩，因此烧结温度设为655℃以下。另外，优选保持时间设为1分钟～20分钟。
进行该烧结时，烧结用铝原料中的铝纤维的一部分进行熔融，但铝纤维的表面形成有氧化被膜，因此熔融的铝通过氧化被膜而被保持，铝纤维的形状得以维持。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此，可以在不脱离本发明的技术思想的范围内适当进行变更。
例如对图1及图8所示的结构的多孔铝复合体进行了举例说明，但并不限定于此，也可以是如图11～图15所示的结构的多孔铝复合体。
例如，图11所示，可以是多孔铝体230中作为铝块体插入多个铝管220的结构的多孔铝复合体210。
或者，如图12所示，可以是多孔铝体330中作为铝块体插入弯曲成U字形的铝管320的结构的多孔铝复合体310。
而且，如图13所示，也可以是作为铝块体的铝管420的内周面接合有多孔铝体430的结构的多孔铝复合体410。
并且，如图14所示，也可以是作为铝块体的铝管520的外周面接合有多孔铝体530的结构的多孔铝复合体510。
而且，如图15所示，也可以是作为铝块体的铝管620的内周面及外周面接合有多孔铝体630的结构的多孔铝复合体610。
并且，如图16所示，也可以是作为铝块体的铝板720的两个面接合有多孔铝体730的结构的多孔铝复合体710。
并且，铝块体与多孔铝体的结合部除了Ti-Al系化合物以外，还可以存在包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物。
另外，作为与Al进行共晶反应的共晶元素，可使用选自Ag、Au、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cu、Fe、Ga、Gd、Ge、In、La、Li、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、Ru、Sb、Si、Sm、Sn、Sr、Te、Y、Zn中的一种或两种以上。
实施例
以下，对为了确认本发明的效果而进行的确认实验的结果进行说明。
(本发明例1-15[遵照第1实施方式])
根据第1实施方式中示出的方法，使用表1所示的原料，制作了烧结用铝原料。并且，使用表1所示的组成的铝块体与烧结用铝原料，一体烧结并制造了图17所示的形状的多孔铝复合体。
将烧结条件(接合条件)示于表1。另外，多孔铝体的尺寸设为直径50mm×长度40mm，铝块体的尺寸设为直径50mm×厚度20mm。
(本发明例16-31[遵照第2实施方式])
根据第2实施方式中示出的方法，将表1所示的铝块体与多孔铝体进行接合，制造了图17所示的形状的多孔铝复合体。另外，将接合时所使用的含钛浆料的组成示于表1。并且，将接合条件示于表1。
另外，多孔铝体的尺寸设为直径50mm×长度40mm，铝块体的尺寸设为直径50mm×厚度20mm。
(比较例1、2)
作为比较例1、2，使用熔点为约230℃的Sn-0.7Cu系共晶钎料来接合表1所示的铝块体与多孔铝体，制造了图17所示的形状的多孔铝复合体。另外，多孔铝体的尺寸设为直径50mm×长度40mm，铝块体的尺寸设为直径50mm×厚度20mm。
关于所得到的多孔铝复合体，通过进行拉伸试验而对接合强度进行了评价。将评价结果示于表1。
(接合部的金属组织)
接合部的Ti-Al系化合物、包含共晶元素的共晶元素化合物的鉴定及分布状态通过能量分散型X射线光谱法(EDX法)或电子探针显微分析仪(EPMA法)进行了测定。
[表1]
如表1所示，使用Sn系钎料接合铝块体与多孔铝体的比较例1、2中，接合强度变低为40N/cm2以下。
与此相对，确认到使用铝块体与具有钛粉末的烧结用铝原料来一体烧结的本发明例1-15中，接合强度变高为110N/cm2以上。
并且，确认到涂布含钛浆料来接合铝块体与多孔铝体的本发明例16-31中，接合强度变高为100N/cm2以上。
由以上的内容，根据本发明能够提供一种将铝块体与多孔铝体牢固地接合的多孔铝复合体。
符号说明
10-多孔铝复合体，15-结合部，16-Ti-Al系化合物，17-共晶元素化合物，20-铝多孔管(铝块体)，30-多孔铝烧结体(多孔铝体)，31-铝基材，31a-铝纤维，31b-铝粉末，40-烧结用铝原料，42-钛粉末粒子，43-共晶元素粉末粒子。

Claims (14)

1.一种多孔铝复合体，其由铝或铝合金构成的多孔铝体与由铝或铝合金构成的铝块体接合而成，所述多孔铝复合体的特征在于，
在所述多孔铝体与所述铝块体的结合部存在Ti-Al系化合物。
2.根据权利要求1所述的多孔铝复合体，其特征在于，
所述多孔铝体及所述铝块体的一方或双方的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起，在所述柱状突起具有所述结合部。
3.根据权利要求1或2所述的多孔铝复合体，其特征在于，
所述Ti-Al系化合物为Al3Ti。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多孔铝复合体，其特征在于，
所述结合部还存在包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多孔铝复合体，其特征在于，
所述多孔铝体通过烧结多个铝基材而形成，
在所述铝基材彼此结合而成的基材结合部存在Ti-Al系化合物。
6.根据权利要求5所述的多孔铝复合体，其特征在于，
所述铝基材为铝纤维及铝粉末中的任意一种或两种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多孔铝复合体，其特征在于，
所述多孔铝体的气孔率设在30％以上且90％以下的范围内。
8.一种多孔铝复合体的制造方法，所述多孔铝复合体由多孔铝体与铝块体接合而成，所述多孔铝复合体的制造方法的特征在于，
使由金属钛粉及氢化钛粉中的任意一种或两种构成的钛粉介于所述多孔铝体与所述铝块体之间，并对所述多孔铝体与所述铝块体进行加热，
在所述多孔铝体及所述铝块体的一方或双方的外表面形成朝向外侧突出的多个柱状突起，经由该柱状突起结合所述多孔铝体与所述铝块体。
9.根据权利要求8所述的多孔铝复合体的制造方法，其特征在于，
除了所述钛粉以外，还使由与Al进行共晶反应的共晶元素构成的共晶元素粉介于所述多孔铝体与所述铝块体之间。
10.根据权利要求8或9所述的多孔铝复合体的制造方法，其特征在于，
所述多孔铝体通过烧结多个铝基材而形成，在所述铝基材的外表面固着所述钛粉而形成烧结用铝原料，使所述烧结用铝原料与所述铝块体接触，通过加热所述烧结用铝原料及所述铝块体来进行烧结，从而形成所述多孔铝体的同时，使所述多孔铝体与所述铝块体接合。
11.根据权利要求10所述的多孔铝复合体的制造方法，其特征在于，
所述烧结用铝原料中的所述钛粉的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内。
12.根据权利要求8或9所述的多孔铝复合体的制造方法，其特征在于，
通过在所述多孔铝体和所述铝块体的一方或双方的外表面涂布混合了所述钛粉与粘合剂的钛混合物，从而使所述钛粉介于所述多孔铝体与所述铝块体之间。
13.根据权利要求12所述的多孔铝复合体的制造方法，其特征在于，
在所述多孔铝体和所述铝块体的一方或双方的外表面涂布的钛混合物的涂布量按钛量换算设在0.0005g/cm2以上且0.05g/cm2以下的范围内。
14.根据权利要求12所述的多孔铝复合体的制造方法，其特征在于，
所述钛混合物包含与Al进行共晶反应的共晶元素粉。
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