CN1464804A - 多孔金属制品、使用该制品的金属复合材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有平均孔径500μm或更小的泡沫结构的多孔金属体，其中骨架是由主要含Fe和Cr的合金所构成并且Cr碳化物或FeCr碳化物均匀分散在组织中。金属多孔体的制造是通过：制造主要含平均孔径5μm或更小的Fe氧化物粉末、至少一种选自金属Cr、Cr合金和Cr氧化物的粉末、热固性树脂和稀释剂的浆料，使浆料涂布在具有泡沫结构的树脂芯体上，进行干燥，然后在非氧化性气氛中进行烧成，以制成具有上述骨架结构的金属多孔体。

Description

多孔金属制品、使用该制品的 金属复合材料及其制造方法
技术背景
本发明涉及金属多孔体，其由具有高强度、良好的耐腐蚀性和良好的耐热性的合金构成的，它适于作电极基质、催化剂载体、过滤器、金属复合材料等，以及，还涉及使用该制品的金属复合材料及其制造方法。
背景技术
此前，金属多孔体已有各种用途，例如，要求具有耐热性的过滤器、电池用电极板，另外，催化剂载体和金属复合材料。因此，金属多孔体的制造技术可从很多出版的已知文献中查到。另外，使用住友电工制造的CELMET(商品名)的Ni基金属多孔体，已在工业中广泛应用。
通常的金属多孔体是通过在泡沫树脂等表面上形成金属层，然后烧成、去除树脂部分，同时，还原成金属层。例如，按照日本未审查专利申请公报No.57-174484中公开的方法，在多孔芯材料表面，例如泡沫树脂施以导电性处理后，采用电镀法形成金属层。例如，按照日本审查专利申请公报No.38-17554中公开的方法，把含金属粉末的浆粒粘贴到泡沫树脂等制成的芯材料表面上，通过干燥，形成金属预备层。
在通过电镀法形成金属层的前述方法中，导电性处理是通过导电材料的粘接附着、用于赋予导电性的材料的蒸着或用化学试剂等进行表面改性来实施的。其次，通过电镀或非电镀等使金属层最终变成多孔金属体。最终，把多孔芯材料的树脂部分烧成、去除，而制成金属多孔性体。在制造合金化多孔体时，形成不同种的金属电镀层，通过加热使它们进行金属扩散处理。
在后一方法中，事先制备含金属粉和树脂的浆料，使其成为金属预备层。在该法中，使用由具有合金成分的多种金属构成的合金粉末或混合金属粉末作为浆料的金属粉末，干燥后通过加热进行合金化可以得到多孔金属体。
然而，关于上述这样制得的合金化多孔金属体，由于粒子表面的氧化或变质，金属粉末粒子间的粘合性特别受损，所以，与电镀后进行扩散合金化处理的前一方法制成的多孔金属体相比，多孔体的机械强度下降。
日本专利公报No.6-89376中公开了针对多孔铁合金体的缺点进行改善的实例。按照该法，使预先制成浆料的铁粉中含有特定量的碳，此外，其表面要加以强制氧化。由此引起烧成时所含的碳和氧化物中的氧发生氧化还原反应，结果导致改善金属粉末粒子中的粘合性。
此外，日本待审查专利申请公报No.9-231983中公开了一种具有致密的金属骨架的烧结铁多孔体，其原料为氧化铁粉。然而，甚至在该法中，为了使多孔体用作要求高机械强度、耐热性和耐磨性等重要特性的结构材料，金属本身要进一步改善。例如，如上述公开所述，因为机械强度、耐腐蚀性、耐热性不充分，所以，企图通过合金化来改善这些性质。
另外，通过与铸件例如Al的压模铸件相组合而使多孔金属体的使用加快。该组合技术是使轻金属的铸件熔化掺入、进入多孔金属体孔隙部分的方法，并通过使Al合金转为铸件而达到轻量化的方法而得到广泛应用。在这种情况下，通过要与主要含Fe的多孔体进行组合的主要含Al的部分进行合金化，而可期待进一步改善特性。因此，同样也可以期待，与其他轻金属合金例如Mg进行复合化。
关于采用金属多孔体复合化的技术，日本未审查专利申请公报No.9-122887号中作了详细公开。按照该公报的公开，这种复合的轻金属合金使用于苛刻使用的部分，例如滑动部位等时特别有用。因此，用于复合化的金属多孔体本身的特性需要与用途相符。
可以采用上述CELMET作为用于与上述轻金属复合的金属多孔体。然而，用于制造具有更加优良性能材料的技术，已在日本未审查专利申请公报No.10-251710号中作了公开。为了制造多孔金属体，把含金属粉末和陶瓷粉末的浆料涂布在可以焚烧的泡沫树脂构成的部件上，然后，在含水蒸汽/或二氧化碳的还原气体中烧掉树脂成分，然后，升温，以在还原性气氛中完成烧成。结果，陶瓷粒子分散在所得多孔金属体的骨架上，从而生成具有优良陶瓷特性的多孔金属体。
此外，日本未审查专利申请公报No.8-319504中公开的多孔金属体，其中利用粉末间的空隙，使金属粉末成型并烧结到不成为致密的程度。在该方法中，多孔金属体的体积百分率是30～88％，它高于本发明值，因此，当与Al复合时，需用高压以使Al熔液浸入多孔金属体的内部。另外，因为金属多孔体在复合材料中的比例加大，存在的问题是，重量减轻的优点将失去。这里的体积百分率系指骨架部分相对于多孔体总体积的体积百分率。
通过上述涉及金属复合技术的研究，解决了金属复合材料使用中存在的几个问题。目前，这种金属复合材料已引起注意并在汽车等发动机配件的要求质轻的材料中得到应用。然而，对这种部件来说，在排气控制等方面对材料的要求正日益增长。例如，特别是对柴油发动机的耐磨活塞环部分所用的部件要求更优良的耐磨性。采用上述含有陶瓷粒子的金属多孔体的复合材料作为这种部件的潜在材料。然而，就这些材料来说，因为陶瓷粒子含在多孔体骨架中，所以，与一般的仅由金属构成的多孔体相比，完成加工困难，因此，加工制成的形状受到限制。
首先，在制成部件的场合，例如，在高温的高速滑动条件下使用的发动机组本体的穿孔材料，要求耐磨耗性优良、以接近最终成型压制件的良好成型性，同时，特别是对滑动的对立物材料的耐咬合性(seizing resistance)是非常重要的要求。
发明的公开
本发明是根据这种用途的一系列要求进行探讨的结果。本发明的一个目的是提供一种特别在滑动下具有无先例的抗咬合性的复合材料。
首先是提供一种满足上述目的的金属多孔体，该多孔体具有泡沫结构，其中，骨架是由含Fe和Cr的合金构成的，同时，Cr碳化物及/或FeCr碳化物均匀分散在其中，并且，其孔径是500μm或更小。所含的金属碳化物的量可按照碳量确定，当多孔金属体骨架中的碳量为0.1-3.5质量％时，多孔金属体具有特别优良的特性。当多孔金属体具有上述组成及组织时，将产生前所没有的良好的机械强度。特别是，碳化物量处于上述碳含量范围时是优选的。当碳含量低于0.1质量％时，由于骨架中的碳化物量低，耐磨耗性降低，而当高于3.5质量％时，骨架本身变硬，难以进行最终的加工，因此，抗对立物的滑动构件的侵蚀性上升。
碳量更优选在0.3～2.5质量％之间。
在上述碳量的优选范围内，即在0.1～3.5质量％之间，多孔金属体骨架部分的维氏硬度处于140～350之间，因此，在复合合金化后，耐磨性及加工性都有特别好的结果。
当在本发明的金属多孔体骨架中含有至少一种选自Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si及Ti的金属时，韧性增加，因此，可得到更优良的结果。其所希望的含量为总量的25质量％以下。
本发明的多孔体，其金属骨架的孔径控制在500μm或更小。借此，可特别改善与轻金属复合后的耐咬合性。特别是，当控制在100～350μm范围内时，由于轻金属熔液易于浸入，从耐咬合性改善的观点考虑，是优选的。
本发明的第二目的是提供一种复合材料，其由多孔金属体和轻金属合金构成并满足上述目的。该复合材料是使在具有上述金属多孔体的上述孔径范围内的孔隙内填充Al合金或Mg合金。复合材料的制造将在下面详细说明，其通过往上述多孔金属体的具有控制孔径的孔内加压浸入Al合金或Mg合金熔体而制得。
通过使金属骨架孔径达到500μm或更小，可以使围绕金属骨架的Al或Mg基础区域细微化，致使基础区域和对立材料之间的接触面积减少，因此，咬合现象的出现频率可减少。另外，通过使金属骨架的孔径达到350μm或更小，这样可使上述基础区域内的咬合面积减少，上述复合材料和对立材料之间的出现咬合的粘合力减少，由此，可以抑制因咬合所造成的表面损伤。
当孔径小于100μm时，存在的问题是需用高压使Al和Mg渗入，因此，制造困难。
在用Al或Mg复合材料的情况下，取决于金属骨架的孔径，变得难以进行机械加工的材料，致使用以加工的切削工具的切削刃部受损。然而，当金属骨架的孔径达到500μm或更小时，因金属骨架本身变小，所以，切削刀具的磨耗减少。
在本说明书中，多孔金属体的孔径系指工业界一般采用的平均孔径(气孔)。
本发明的金属多孔体的制造方法如下述。
首先制造含有平均孔径5μm或更小的Fe氧化物、至少一种选自金属Cr、Cr合金和Cr氧化物的粉末、热固性树脂和稀释剂的浆料。把该浆料涂布在孔径625μm或更小的泡沫结构的树脂芯体上，并进行干燥，其后，包括在非氧化性气氛下，于温度950～1350℃范围内进行热处理的烧成。
对作为原料的氧化铁粉末使其平均粒径达到5μm或更小的理由是，在其后的热处理工序，可以改善多孔体骨架部分的烧结性。当采用这种细铁粉时，骨架截面中的孔隙面积率达到30％或更低，结果可以制得作为本发明目的的具有优良机械强度、耐热性和耐腐蚀性的多孔体。对具有泡沫结构树脂芯的孔径规定在625μm或更小的理由是由于多孔金属体的孔径需达到500μm或更小。
在本发明中，通过与热固性树脂产生的碳的反应，生成碳化物。在这种情况下，与碳成分最初以金属碳化物的形式添加的场合不同，金属碳化物处于均匀分散的条件下。通过本发明的方法制得的金属碳化物相，其平均粒径在2～50μm范围内，对耐磨性等可发挥优良的效果。通过使用具有上述孔径的芯体，最终孔径可控制在500μm或更小，并且，通过使轻金属例如Al和Mg合金填充至孔隙内，以得到复合物，可特别显著改善耐咬合性。
上述至少一种选自Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si及Ti的金属，以粉末状态混入浆料中。烧结的结果是，与以主要含Fe及Cr基础金属进行合金化，因此，吸附在多孔金属体骨架中。
作为上述热处理方法的优选方案包括：涂布淤浆后，在非氧化性气氛中，把干燥的多孔树脂芯体的树脂成分进行碳化的第1热处理步骤，以及，在还原气氛中，于950～1350℃的温度范围内进行加热的第2热处理步骤。在该第2热处理步骤中，用第1热处理步骤中产生的碳化成分还原金属氧化物，此外，Fe氧化物和至少一种选自Cr、Cr合金和Cr氧化物中的1种成分的一部分转变成碳化物，另外，还原的金属成分被合金化，并同时进行烧结。
关于制造方法要注意的是，用于形成碳化物的碳源的树脂配合量和烧成条件。
优选的是使Fe氧化物和添加至浆料中的其他氧化物以及从浆料的树脂成分产生的碳化成分和通过上述第1热处理步骤的树脂芯体的质量比例要控制在特定的范围内。基于这种关系，确定浆料中的配合组成也可。其确定方法基于下列方程(1)。即，从残留在多孔金属体骨架中的碳的残留量对由树脂成分产生的碳量之质量比X和在淤浆制造时的树脂成分对在Fe、Cr及其他金属氧化物中所含的氧的质量比Y的乘积，满足下式(1)范围：
37＜X×Y＜126                             (1)
X：树脂成分的残留碳(质量％)比例
Y：树脂成分对氧化物中所含氧的质量比例
上述树脂成分的残碳率是添加至浆料中的热固性树脂和作为初始骨架等的树脂多孔体的总树脂成分产生的总的残碳率。按照JIS K2270公开的方法测量的残碳率是指碳化后残留的碳成分量对起始树脂重量(树脂芯体和浆料稀释剂中的热固性树脂成分的总重量)之比。质量比Y试算时所用的氧化物量主要基于Fe氧化物，尽管当进一步使用Cr氧化物时，也包括基于它的量。
在这样的条件下通过控制起始组分比，在第2热处理步骤中氧化物的还原以平衡的方式进行，因此，可以制造具有优良机械强度的金属多孔体。
当在所得的多孔金属体中的碳量控制在0.1-3.5％时，氧化物粉末和热固性树脂的配合比满足下式(2)是优选的。
17＜a×b＜37                              (2)
式中a是添加至浆料中的热固性树脂溶液的残留碳的比率，而b是添加至浆料中的热固性树脂溶液对氧化物中所含氧的质量比。
烧结条件必须根据浆料中的树脂成分所含的碳源和金属氧化物中的氧量而进行适当变化。
这样制成的金属多孔体，因为金属碳化物相均匀分散在骨架部分的金属相中并且金属碳化物相甚至在内部是由碳化物相构成，所以，具有高的韧性和耐磨性。
这些多孔金属体适于用注射法使Al合金或Mg合金的熔体注入它们的孔内而进行复合化。特别是，当Al合金或Mg合金的熔体在压力98kPa或更高时进行注射以形成复合金属时，制成良好的金属复合材料，这是因为多孔金属体和Al合金或Mg合金基体充分粘接而没有未填充的间隙。
当熔体在低于98kPa的压力下注射时，在金属多孔体骨架之间存在的空气未完全消除，因此，复合材料内部可能产生空孔缺陷。
另外，除Fe和Cr的合金以外，通过另外含有第3成分，可制成适于特殊用途的合金。即，当由第3金属成分或其氧化物构成的粉末添加至原浆料中时，所得金属多孔体的耐热性、耐腐蚀性、耐磨性和机械强度可得到改善。其典型的实例包括：Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si和Ti。这些第3成分可以以金属粉末、氧化物粉末和其混合物的任何一种形式添加。特别是，以氧化物的形式添加，具有的优点是原料粉末易于得到。
当上述第3材料以氧化物的形式添加时，对于上式(1)中的Y和(2)中的b来说，该第3材料氧化物中所含的氧也要考虑。
附图的简要说明
图1是本发明制造方法所制造的金属多孔体放大的简图。
图2是用于说明金属多孔体骨架断面的示图。
图3是按本发明的金属多孔体骨架断面中分散的金属碳化物存在的示意图。
图4是使用本发明金属多孔体的金属复合材料的放大断面图。
图5是本发明实施例中滚柱磨耗试验机(roller pin wear tester)和试片的示图。
实施本发明的最佳方案
图1是本发明的多孔金属体典型实施例的放大示意图。虽然其外观与多孔树脂体近似相同，因为在多孔树脂体骨架用浆料涂布后将其干燥，然后，烧结，金属骨架1内部生成空孔2，由于在转变成碳化物和烧结后的收缩，上述骨架的断面成为如图2所示。
图3是本发明的多孔金属体骨架断面典型实施例示意图，表示金属碳化物相4分散在含Fe和Cr的合金相基体3的状态。如图2所示，在骨架中存在某些空隙。然而，从图3可见这些空隙都省略。如果从一开始以碳化物粉末形式完成添加，由于粒子过大，碳化物相4不能在基体3中充分分散。例如，这种情况下的碳化物相的粒径达到最大量级100μm。然而，本发明的多孔体骨架部分充分粘接到合金相基体3上，因为碳化物相4均匀分散和比合金相基体3的更加细微，所以，达到高的韧性。
图4是本发明复合材料断面(用电子显微镜观察)的典型实施例的示意图，其中，多孔金属体与Al合金复合。虽然多孔金属体骨架6的内部成分，由于光反射而未观察到，在Al合金基体5的边缘，没有可识别的空隙等，因此，在充分的粘接条件下形成复合。通过形成这样的组织，制成具有金属复合材料特征的优良耐磨性和优良加工性的金属复合材料。
在本发明的金属多孔体的制造方法中，作为浆料成分，不用Fe但使用其氧化物粉末。此时，Fe氧化物的平均粒径表明为5μm或更小，优选1μm或更小。借此，还原粒子内部所需要的时间缩短，此外，烧成时的烧结变得更容易。另外，作为第1热处理的结果，从树脂产生的碳化成分，在含Fe和Cr的主要成分粒子周围均匀分散的条件下形成，并被均匀还原。结果是，具有均匀组成和相对小的孔隙率的骨架同样形成。
如图2所示，骨架中存在空隙。当空隙大时，强度下降。在本发明中，通过采用细微的Fe氧化物如上述那些，空隙，即相对于断面面积的空隙面积的百分率可被控制在30％或更小。
通过使粒子变细，在树脂多孔体上的浆料涂层可致密而均匀地形成。再者，因为在第1热处理步骤中，FeCr复合氧化物的生成容易，在还原烧结时加速反应。结果，热处理时间缩短。因为通过使粒子变细，FeCr复合氧化物与从树脂产生的碳粒子的接触面积增加，转变成碳化物的反应加速，因此，碳的消耗均匀，以及在还原性气氛中，在金属粉烧结时，碳成分对炉壁的粘接变得不易产生。结果，烧结炉的恶化问题可被抑制。
关于变成合金成分的Cr，金属Cr、Cr合金或Cr氧化物均可用作供料，值得推荐的是，关于合金化后的组成，Cr为30质量％或更低，除此以外，更优选的Fe对Cr的质量比(即，Fe/Cr)处于1.5-20的范围内。当Cr量超过30质量％时，金属多孔体的机械强度降低。从形成均匀骨架的观点考虑，当Cr的原料粉末更细则与上述原料同样方式成为合金组分Fe愈好。然而，特别是，因为金属粉末变得愈细成本增加，所以，推荐的是，在考虑其成本时考虑原料粉末的粒径，在金属Cr的情况下，具有平均粒径40μm或更小的粉末是优选的。更优选的是，当达到10μm或更小时，易于与Fe氧化物合金化。当超过40μm时，导致在浆料中沉淀，涂布中变化等降低，因此，引起合金组成的不均匀性。从上述观点看，作为Cr成分的特别优选的原料是Cr2O3和FeCr合金。
当Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si和Ti的金属粉末或其氧化物粉末作为第3成分添加时，金属多孔体的耐热性、耐腐蚀性、和机械强度可得到改善，因此是优选的。虽然发挥效果的量，取决于金属基础的类型而不同，但优选是占产品组成中元素浓度总量的25质量％或更小。当添加量超过25质量％时，反而给上述金属骨架的改善带来不良影响。
对浆料中的配合比例必须注意的重点是，Fe及Cr氧化物中和上述第3成分的氧化物中的含氧量和热固性树脂量的比例。热固性树脂的作用是作为粘合剂以使浆料粘附到具有泡沫结构的树脂芯体上以成为用于形成金属碳化物的碳源。热固性树脂在涂布后加热时被碳化，并且，在碳化后碳也成为金属碳化物形成的碳源。因此，其配合量与浆料中作为金属氧化物存在的氧原子量和热固性树脂成分中的碳原子量之比有关。因为在烧成时成为芯体的大部分树脂或其他树脂成分烧失，所以，其最终在多孔金属体中对碳残留量贡献小。
在考虑这些点时，在制作浆料时的树脂成分和金属氧化物的配比，根据包括成为骨架的树脂多孔体在内的整个树脂成分碳化率来确定是优选的。对其确定方法来说，按照用途确定单位体积的金属重量。树脂成分量从金属量来确定。与此同时，根据树脂成分的碳残留率求出由所添加的热固性树脂成分的残碳量。按照金属特性，例如耐热性和机械强度确定金属合金的设计，计算添加的Fe、Cr、第3金属等的量。从其原料组成计算、确定氧化物量，并求出要处理的氧量。浆料中所用的热固性树脂的种类和量，最好根据烧成步骤的下式(1)进行调节。
37＜X×Y＜126                              (1)
式中X是树脂成分的碳残留率(质量％)，并且是碳化后的碳量对总树脂成分例如骨架树脂和用作浆料的热固性树脂总量之比。Y是总树脂成分对作为主要成分的Fe和Cr氧化物中或作为上述第3成分添加的金属中所含的氧的质量比。当以金属粉末形式使用第3成分时，则不计算在内。上述树脂成分系指包括骨架树脂和热固性树脂的总量。
如上所述，当对热固性树脂的残碳率(a)乘以热固性树脂对氧化物中所含的氧的质量比(b)的值，如上式(2)所示，处于17-37的范围内时，在最终得到的多孔金属体骨架内残存的碳量可调节在0.1-3.5％范围内。
如上所述，通过考虑以上式(1)和(2)表示的浆料中树脂成分和金属氧化物之间的关系，金属多孔体中残存的碳量变成非常少，因此，得到优良的机械强度，还得到优良的耐热性和耐腐蚀性。骨架中的金属组织变得致密，以及，骨架断面的空隙面积也被控制在30％或更少。通过控制浆料量等，多孔体的体积百分率可自由地控制在3％或更多的范围内。
采用上述制造的浆料，把浆料涂布在树脂芯体上。在本发明中，如上所述，为了使金属多孔体的孔径达到500μm或更小，要制造具有孔径625μm或更小的树脂芯体，并将浆料涂布其上。优选的是具有100-350μm的孔径。当多孔体和轻金属形成复合材料时，使上述抗咬合性得到明显改善。
关于涂布方法，优选的是，在浆料喷涂，在浆料中浸渍芯体等完成后，用滚筒等挤压芯体，以达到预定的涂布量。同时，重要的是还要均匀涂布使芯体骨架的内部也涂布。为了控制涂布量，控制浆料的粘度也重要。通过采用液态热固性树脂或用稀释剂使其变成液态，这种控制就变得容易。作为稀释剂，当树脂是水溶性时，使用水，而当树脂为非水溶性时，使用有机溶剂。涂布后的干燥，是在低于树脂芯体发生变形的温度下进行。
用浆料涂布树脂芯体和在非氧化性气氛中进行烧成干燥，以使制造的多孔金属体组织是在骨架表面主要含有Fe和Cr和碳化物并均匀分散在内部。关于烧结步骤的优选方式，如上所述，在不同的条件下由两步热处理完成。在第1热处理的条件下，除去树脂芯体，同时碳化热固性树脂，另外，金属氧化物被该碳组分还原，而部分金属成分转变成碳化物。然后，把上述条件改为高温，在烧结的同时产生强固的泡沫金属结构。按照该处理，金属碳化物在金属多孔体的骨架部分形成，可以制得碳化物均匀分布在其中的金属多孔体。
在上述烧成步骤，第1热处理步骤的温度最好处于生成均匀金属组分条件下的低温侧，推荐在接近800℃的温度。优选的温度是处于750-1100℃之间。用于烧结的第2热处理温度规定在950-1350℃之间，它适于形成Fe和Cr合金并生成上述烧结体，优选1100-1250℃。在1200℃附近是特别理想。
作为另一方法，上述烧成也可以通过下列两个热处理步骤来完成。即，在第1热处理步骤中，完成树脂组分的碳化，同时，通过Fe氧化物和金属Cr、Cr合金或Cr氧化物的反应生成FeCr复合氧化物。该FeCr复合氧化物的生成，使下一步骤的还原烧结操作易于进行。因此，在第1热处理步骤中，因为要求树脂组分的碳化，所以，优选的气氛温度是400℃或更高，但在非氧化性气氛中是900℃或更低。这是因为当温度低于400℃时，树脂组分的碳化要耗费相当的时间，成本上不经济。此外，碳化不能充分进行，在下个步骤中可能形成焦油，因此，烧结时出现不良情况。另外，当超过900℃时，上述复合氧化物的还原反应进行，因此，在以下的第2热处理步骤不可能达到致密的金属组织。
在该法中，当未经过上述第1热处理步骤而进行第2热处理步骤时，树脂的碳化不能充分进行，因此，骨架结构的保持变得不充分，骨架的破损、断裂等易于发生。另外，当上述FeCr复合氧化物不能充分形成时，由于进行烧结，所以，在烧结后，用在骨架中可产生上述氧化物的缺陷。
在第2热处理步骤中，FeCr复合氧化物和由前一步骤树脂成分的碳组分之间发生氧化还原反应。同时，金属骨架中的金属粒子间进行烧结。进行烧结的气氛最好是还原气氛，尽管它也可在真空中进行。形成还原气氛的气体典型实例包括氢气、氨分解气、或氢气和氮气的混合气。当在真空中进行烧结时，氧的分压规定在0.5乇或更低。气氛的温度最好是950℃或更高，但在1350℃或更低。在这种条件下，FeCr复合氧化物在树脂成分碳化生成的活性炭帮助下易于还原，形成骨架，同时成为FeCr合金。当低于950℃时，还原烧结需相当长的时间，成本上是不经济的。当超过1350℃时，在烧结时出现液相，金属骨架的保持成为不可能，因此，也是不理想的。更优选的温度是不低于1100℃，和不高于1250℃。
这样制造的金属多孔体骨架由均匀的FeCr合金形成，以致具有小的孔隙率并成为致密，因此，机械强度得到改善。
按上法制造的金属多孔体的孔径成为500μm或更小。如上所述，当成为芯体的泡沫体树脂的孔径变小时，则可以制成更小的金属多孔体。本发明的多孔体具有优良的机械强度，尤其是弯曲强度和韧性，这是因为由Fe和Cr基材制得的骨架，其中细微的碳化物如上述均匀分散，孔隙率小。因此，甚至当孔径小到500μm或更小时，与孔径超过它的材料的成形性相比，成为予型件的成形性并未降低。然而，因为孔径减少，与具有大孔径材料的弯曲强度相比，弯曲强度得到改善。例如，就同样材料制成压制品来说，当孔径是790μm时，弯曲强度是0.17MPa，而当孔径变成500μm或更小时，可以得到超过0.45MPa的优良的弯曲强度。因此，可以预料原来不能用作结构部件的使用范围得到扩大。
另外，本发明的复合材料，因为在其多孔体的空隙通过上述浸渍方法而被具有优良耐热性、耐腐蚀性、以及机械强度的轻合金所填充，可以得到作为具有耐久性优良的质轻结构部件的基本优点特别是与体积率3-30％的多孔体组合时。特别是，本发明提供的复合材料，如上所述，由于任意断面的轻金属占有面积可控制到特别小的程度，所以，耐磨耗性优良，另外，由于滑动时耐咬合性特别优良，复合材料可使各种滑动部分降低重量。
下面采用实施例更详细地说明本发明。
实施例1
将以下组合物进行混合、以制造浆料：具有平均粒径0.7μm的Fe2O3粉末50质量％、平均粒径4μm的FeCr(Cr60％)合金粉末23质量％、作为热固性树脂的65％酚树脂水溶液17质量％、作为分散剂的CMC(羧甲基纤维素)2质量％和水8质量％。把该浆料通过浸渍进入厚10mm、孔径600μm的聚氨基甲酸酯泡沫体中。用金属辊挤出过量粘附的浆料并去除。于120℃的温度干燥10分钟。把这样得到的片材在表1所示的热处理条件下进行热处理，制得多孔金属体。使所得多孔金属体测定其密度、骨架部分的平均孔隙率、3点弯曲强度、表示耐热性的氧化增值率，并将结果示于表2。制成的多孔金属体的孔径是480μm。
                                                 表1
    No. 第1热处理步骤 第2热处理步骤
    1* 700℃，15分，在N2中 900℃，30分，在H2中
    2 700℃，15分，在N2中 1150℃，30分，在H2中
    3 700℃，15分，在N2中 1250℃，30分，在H2中
    4 未处理 1250℃，30分，在H2中
    5 850℃，20分，在氩中 1150℃，30分，在真空中
    6 850℃，20分，在氩中 1200℃，30分，在真空中
    7* 850℃，20分，在氩中 1400℃，30分，在真空中
*比较例
关于No.1，第2热处理步骤的温度是低的，关于No.7，第2热处理步骤的温度是高的。因此，就上述特性来说，这些都次于其他金属多孔体相。
                                                     表2
    No.   密度(g/cm3)   骨架部分的平均孔隙率*1   3点弯曲强度(MPa) 氧化增值率*2(％)
    1     0.51     52     0.6     22.2
    2     0.51     8     4.5     3.8
    3     0.51     7     4.8     3.0
    4     0.51     7     0.9     3.2
    5     0.51     6     4.8     2.8
    6     0.61     6     5.1     2.6
    7*     1.83     3     0.1     2.8
*No.7的金属骨架在烧结时熔化，未得到多孔体结构。
*1：金属骨架断面中孔隙部分的面积对断面面积之比。
*2：在大气中于900℃下保持50小时的氧化重量增值率。
按照上述结果，当第2热处理步骤的温度低时，骨架部分的平均孔隙率增加，3点弯曲强度降低。因为表面积也增加，由于氧化而使耐热性降低。反之，当温度过高时，金属骨架不能保持，虽然密度增加，但3点弯曲强度下降。金属多孔体的密度依赖于浆料的涂布量。因此，第2热处理温度优选950-1350℃，用两步法进行热处理是更优选的。
实施例2
将以下组合物进行混合、制造浆料：具有表3所示平均粒径的Fe2O3粉末50质量％、平均粒径8μm的FeCr(Cr60％)合金粉末23质量％、作为热固性树脂的65％酚树脂水溶液17质量％、作为分散剂的CMC2质量％和水8质量％。通过浸渍使浆料施加到厚10mm、孔径340μm的聚氨基甲酸酯泡沫体中。用金属滚筒挤出过量粘附的浆料、并去除。然后，于120℃的温度气氛下干燥10分钟。通过在N2中于800℃热处理20分钟的工序而使聚氨基甲酸酯和酚树脂碳化后，在H2中于1200℃进行还原烧结30分钟，制得FeCr合金多孔金属体。测定所得多孔金属体的密度、骨架部分的平均孔隙率、3点弯曲强度、和氧化增值率，并将结果示于表4。制成的多孔金属体的孔径是270μm。
                                             表3
    No.     平均粒径(μm)
    11*     8.9
    12     5.0
    13     1.0
    14     0.5
*比较例
                                                   表4
    No.     密度(g/cm3) 骨架部分平均孔隙率(％) 3点弯曲强度MPa 氧化增值率(％)
    11*     0.45     40     1.5     16.6
    12     0.45     27     3.8     14.6
    13     0.45     8     6.2     3.8
    14     0.45     5     6.5     3.6
*比较例
按照表3及表4，当Fe氧化物的平均粒径大时，骨架部分的平均孔隙率率超过30％，并且抗拉强度降低。当Fe氧化物的平均粒径增大时，所得到的金属多孔体骨架的表面积也增大，此外，金属的密度和抗拉强度下降。结果，作为耐热性尺度的氧化增值率加大。因此，Fe氧化物的平均粒径优选5μm或更小，更优选的是1μm或更小。
实施例3
除了采用平均粒径0.7μm的Fe2O3粉末和改变作为浆料中热固性树脂的酚树脂量以外，采用实施例2的类似制造条件制造多孔金属体，使残碳率改变。该状态下树脂成分残碳率X和树脂成分对氧化物中所含的氧的质量比Y示于表5。树脂成分是酚树脂、氨基甲酸酯泡沫体和CMC。
                                                表5
    No.   X*(质量％)     Y*     X×Y*
    15     52     0.40     20.8
    16     52     0.70     36.4
    17     52     1.03     53.7
    18     52     1.50     77.9
    19     52     1.86     97.0
    20     52     2.23     11 6.0
    21     52     2.43     126.4
    22     52     2.53     131.6
*通过计算确定X和Y，在用浆料涂布氨基甲酸酯泡沫体和并干燥后测量树脂成分。
按照表5所示的浆料制造条件形成的多孔金属体，测量其密度、骨架部分的平均孔隙率、3点弯曲强度和氧化增值率，其结果示于表6。
                                              表6
    No.  密度(g/cm3) 骨架部分平均孔隙率(％) 3点弯曲强度(MPa) 氧化增值率(％)
    15     0.51     30     0.3     12.2
    16     0.51     27     0.32     10.8
    17     0.51     18     0.42     4.6
    18     0.51     8     7.3     3.6
    19     0.51     7     7.0     3.4
    20     0.51     13     4.1     4.0
    21     0.51     14     2.8     7.4
    22     0.51     15     2.6     8.2
从表6的结果清楚可见，所制成的金属多孔体的特性的差异取决于X××Y值。从表5和表6之间的比较可见，当X×Y值小于37时(树脂组分的碳残留率和树脂组分对氧化物中所含氧的质量比之乘积小于37)，金属多孔体的特性变差。特别是，骨架断面的孔隙率稍大，结果，由于抗拉强度的降低和耐热性的降低氧化增值率倾向于增加。相反，当X×Y值大于126(树脂组分的碳残留率和树脂组分对氧化物中所含氧的质量比之乘积大于126)时也有类似的倾向。因此，从本实施例的结果可清楚已知，X×Y值超过37但低于126的条件下制得的金属多孔体更为优选的。
实施例4
以下列组合物制造浆料：平均粒径0.8μm的Fe3O4粉末50质量％、平均粒径5μm的Cr粉末7.9质量％、表7所示的第3金属粉种类和量、65％酚树脂水溶液12质量％、分散剂(羧甲基纤维素)2质量％和水8质量％，总量达100质量％。通过浸渍使该浆料施加入厚15mm、孔径500μm的聚氨基甲酸酯泡沫体中。用金属滚筒挤出过量的粘附浆料、并去除。然后，于120℃的温度下干燥10分钟。在N2气氛中于700℃加热25分钟，以进行树脂碳化，形成FeCr复合氧化物，然后，于0.5托氧分压和1180℃的真空中加热30分钟，以进行还原烧结，因此制成含上述第3金属组分的多孔金属体FeCr合金。对这样形成的多孔金属体以与上述实施体同样的方法进行评价，并将结果示于表8。
多孔金属体的孔径是400μm。
                                           表7
    No.     第3金属粉末     配合比(质量％)
    23     Ni     14.6
    24     Ni     3.5
    25     Mo     0.5
    26     Si     0.3
    27     NiCu     4.40.8
    28     未添加     0
                                                     表8
    No. 密度(g/cm3) 骨架部分平均孔隙率(％) 3点弯曲强度(MPa) 氧化增值率(％)
    23     0.55     5     5.3     3.9
    24     0.55     6     4.8     5.4
    25     0.55     8     4.5     6.2
    26     0.55     6     4.4     5.8
    27     0.55     9     4.7     4.6
    28     0.55     8     4.5     10.3
从表7和表8清楚可见，通过使FeCr合金含有第三金属，可以改变多孔金属体的性质。只要第3金属的量不能大到明显影响配合比对物理性质、机械强度和耐热性无不良影响。通过增加第3组分，可以改善耐热性和3点弯曲强度等特性。
实施例5
对上述实施例4中所用的样品No.24，改变金属氧化物和树脂组分的量，以制造浆料。在树脂组分中仅改变浆料中的酚树脂量。其他成分的组成与样品No.24相同。
用X和Y表示的配合比示于表9。
                                                表9
    No.   X*(质量％)     Y*     X×Y*
    29     55     0.60     33.0
    30     55     0.67     36.6
    31     55     1.17     64.1
    32     55     1.50     82.4
    33     55     1.93     106.2
    34     55     2.23     122.7
    35     55     2.30     126.4
    36     55     2.63     144.7
*通过计算来确定X和Y，在用浆料涂布氨基甲酸酯泡沫体并干燥后测量树脂成分。
以实施例4同样的制造条件下所制得的浆料制备多孔金属体。用与上述实施例同样的方法测量多孔金属体。所得结果示于表10。制得的多孔金属体的孔径是400μm。
                                                        表10
    No. 密度(g/cm3) 骨架部分平均孔隙率(％) 3点弯曲强度MPa 氧化增值率(％)
    29     0.51     27     2.4     12.4
    30     0.51     23     2.5     9.6
    31     0.51     7     4.8     5.8
    32     0.51     6     5.0     5.6
    33     0.51     8     4.5     5.4
    34     0.51     12     2.6     8.6
    35     0.51     14     2.4     10.0
    36     0.51     17     2.0     14.2
从表9和表10清楚可见，当其中X×Y值大于37但小于126的配合比时，可形成优良的金属多孔体。
实施例6-10
按以下组成进行混合以制造浆料：平均粒径0.6μm的Fe2O3粉末52质量％、平均粒径7μm的FeCr(Cr63％)合金粉末23质量％、作为热固性树脂的65％酚树脂水溶液13质量％、作为分散剂的(羧甲基纤维素)1.5质量％和水10.5质量％。通过浸渍使浆料浸入厚10mm、孔径340μm的聚氨基甲酸酯泡沫体中。用金属滚筒挤出过量粘附的浆料并在拾取时去除。于120℃的温度干燥10分钟。在表11所示的条件下加热处理该片材，制造多孔金属体。多孔金属体的特性示于表12。
对示于表12中的“最小曲率半径”进行评价，把板状多孔金属体(140mm×90mm×3mmt)的一端加以固定，而把另一端弯曲，以使接近固定端，断裂时测其曲率半径，以此定义为“最小曲率半径”。
实施例9中的多孔金属体用作具有大曲率半径的产品是没有问题的。然而，它不能用于加工直径80mm的圆筒。
表12的结果清楚地表明，虽然多孔金属体的密度并不取决于碳含量而变化，但弯曲加工时的加工性降低，这是因为最小曲率半径随着碳量增加而超过10cm。关于硬度，清楚可见随着残碳量增加而硬度增加。这里，“碳含量”和“残碳率”的说明如下。
残碳率：在两个独立步骤中进行热处理时，在第1热处理步骤被碳化的氨基甲酸酯泡沫体和热固性树脂残留量，对浆料中所用的骨架树脂和热固性树脂的树脂成分总量的质量比。
碳含量：在第2步骤热处理后的残留碳量对最终产物的多孔金属体的质量比，而在上述残碳率时进行第2热处理时，大部分的碳用于上述的氧化物还原。
因为本发明的多孔金属体要求具有良好的加工性和硬度，所以，碳含量必须准确。
                                            表11
  No.   第1热处理条件   第2热处理条件
  实施例6   800℃，5分，在N2中   1200℃，10分，在H2中
  实施例7   800℃，5分，在N2中   1200℃，30分，在H2中
  实施例8   800℃，5分，在N2中   1200℃，60分，在H2中
  实施例9   1100℃，10分，在N2中   1200℃，30分，在真空中
  实施例10   1100℃，10分，在N2中   1200℃，30分，在真空中
                                                表12
  No.    密度(g/cm3)     碳含量(质量％) 最小曲率半径*1(cm)     维氏硬度(Hv)
  实施例6    0.82     1.1     4.7     210
  实施例7    0.82     0.8     3.0     198
  实施例8    0.82     0.4     2.4     185
  实施例9    0.82     2.6     14.3     300
  实施例10    0.82     1.8     10.1     224
*1在弯曲时产生破裂的最小曲率半径
实施例11-15
以具有实施例6中所用成分的浆料组合物为基准，改变热固性树脂的配合比，以致改变其对金属氧化物的质量比，而制造各种浆料(热固性树脂的配合比示于表13的第2栏)。用这些浆料在以实施例6同样的条件下的浸渍步骤和以后的步骤，制造多孔金属体。测定热固性树脂的残碳率(a)和热固性树脂对氧化物中所含氧的质量比(b)，并示于表13中。
这样制造的多孔体特性示于表14。
当制造条件满足式(2)时，多孔金属体中的碳含量可控制在0.1-3.5质量％范围内，多孔金属体的最小曲率半径在该范围内下降，因此，各种类型的弯曲加工变得容易。当值是37或更大时，碳含量超过3.5质量％，此外，最小曲率半径变大时，增加成型时的制约。另外，金属骨架的硬度也有增加倾向。上述结果清楚地表明，通过控制a×b值可以达到控制优选的碳量在0.1质量％或更大至3.5质量％或更小。
                                                        表13
  No. 热固性树脂配比(质量％) 树脂a的残碳率(质量％) 对氧化物中所含氧的质量比b(-)*     a×b*
  实施例11     6 42     0.38     16.1
  实施例12     8 42     0.51     21.5
  实施例13     10 42     0.64     26.9
  实施例14     12 42     0.79     33.3
  实施例15     16 42     1.02     42.9
  实施例16     18 42     1.15     48.4
*用于通过计算确定a和b的热固性树脂的重量是采用65％重量的酚树脂溶液并通过计算确定。
                                                     表14
  No.     密度(g/cm3)    碳含量(质量％) 最小曲率半径*1(cm)   维氏硬度(Hv)
  实施例11     0.82     0.002     6.4     130
  实施例12     0.82     0.15     2.1     154
  实施例13     0.82     0.38     2.8     193
  实施例14     0.82     0.34     4.2     285
  实施例15     0.82     4.1     16.4     331
  实施例16     0.82     4.5     27.2     624
*弯曲时发生破裂的最小曲率半径实施例17-21
用以下组合物进行混合以制造浆料：平均粒径0.5μm的Fe2O3粉末54质量％、平均粒径5μm的FeCr(Cr63％)合金粉末16质量％、分散剂的CMC(羧甲基纤维素)1.5质量％和表15中所示量的65％酚树脂水溶液，以及加水使总量达100％。
使这些浆料浸渍入厚12mm、孔径420μm的聚氨基甲酸酯泡沫片中，用金属滚筒把挤出过量的浆料、并去除。然后，于120℃的温度干燥10分钟。在表11所示实施例9的条件下加热这些片，以制造多孔金属体。这样制成的多孔金属体的特性示于表16。
多孔金属体的孔径是340μm。
示于表16的实施例17-21的金属多孔体的密度不同于示于表12和表14的实施例6-15的金属多孔体的密度。这是由于用作原材料的氨基甲酸酯片的孔隙率等不同所致。碳含量、最小曲率半径(表示加工性)和硬度的关系类似于表14的结果。当碳含量超过3.5％时，从表16所示的最小曲率半径数据可见加工性降低。然而，具有这样较高残碳量的金属多孔体，甚至当加工程度低时也没有问题，并且适于要求耐磨性为主要的用途。在实施例17的碳含低的情况下，由于多孔金属体的硬度低，与轻合金复合制成金属复合材料也不会得到良好的结果。
                                                     表15
    No. 热固性树脂配合比(质量％) 树脂a的残碳率(质量％) 对氧化物b(-)*中含氧量的质量比     a×b*
    实施例17     8     38     0.49     18.7
    实施例18     10     38     0.62     23.4
    实施例19     12     38     0.74     28.1
    实施例20     14     38     0.86     32.8
    实施例21     16     38     0.99     37.5
*用于通过计算确定a和b的热固性树脂的重量，是采用65％重量的酚树脂溶液和通过计算确定。
                                                      表16
  No.   密度(g/cm3)   碳含量(质量％)   最小曲率半径*1(cm)     维氏硬度(Hv)
  实施例17     0.71     0.13   2.1     149
  实施例18     0.71     0.33   1.5     163
  实施例19     0.71     2.1   5.2     210
  实施例20     0.71     2.5   8.8     273
  实施例21     0.71     3.8   16.3     314
*1弯曲时发生破裂的最小曲率半径金属复合材料制造例1
把上述实施例6-21中制造的各多孔金属体的一部分放入模具内，在压力39.2MPa的条件下，将铝合金(AC8C)熔体加热至750℃并使浸渍入多孔体内，以制造铝复合材料。将得到的铝复合材料切成图5(a)所示的矩形样品(15mm×15mm×10mm)，用图5(c)的试验机进行滚柱磨耗试验。具体的是，如图所示，把要检测的样品加工成图(a)所示形状，使与加工成图(b)所示的滚筒形状的对立材料接触，在预定条件下通过旋转滚柱而评价磨耗性。
滚柱磨耗试验条件如下：
对立材料：具有硬度Hv1000的氮化物钢，是直径80mm，宽10mm
          的旋转滚柱
转数：200rpm
加压重量：60kg
时间：20分钟
润滑油：SAE10W30
下滴速率：5ml/分
在该试验中，把制成的铝复合材料试片对着垂直旋转的对立材料，在从上部加载的状态进行加压而使其产生热。在彼此接触的部分滴加润滑油，以防止滚筒和复合材料样品的熔化和粘接。在加载后20分钟，停止对立材料的旋转，测定样品的磨耗深度。测得结果示于表17。这里，把铝合金(AC8C)加工成矩形，用作比较例1。
在这种滚柱磨耗试验中，虽然与要复合的滚柱材料复合物影响试验结果，如表17所示本发明的复合材料，表明显著改善耐磨性。当碳含量极少时，复合效果降价，当碳含量增加时，耐磨性提高。在该试验中，实施例的金属多孔体的加工操作不能进行。然而，当进行复杂加工时，加工性成为重要的问题，因此，在碳含量高时，必须考虑耐磨性和加工性的相对重要性而调整和选择碳含量。
                                                   表17
    所用的金属多孔体     磨耗深度(μm)
    实施例6     21
    实施例7     26
    实施例8     31
    实施例9     18
    实施例10     19
    实施例11     52
    实施例12     29
    实施例13     23
    实施例14     17
    实施例15     16
    实施例16     15
    实施例17     45
    实施例18     28
    实施例19     21
    实施例20     18
    实施例21     15
    比较例1     67
从上述结果可清楚地知道，本发明的多孔体本身具有良好的耐磨性和机械强度，这是因为Fe碳化物或FeCr碳化物在Fe和Cr组成的合金中以均匀的分散相存在，因此，骨架本身具有高硬度。所以，与Al合金复合制成的本发明的复合材料，用作骨架的多孔体，具有良好的耐磨性。金属复合材料制造例2
和金属复合材料制例1同样，使实施例6-21中制造的各种多孔金属体与镁合金进行复合。把实施例的各金属多孔体一部分放入模具内，在压力24.5MPa的条件下，把镁合金(AZ91A)熔块加热至750℃的注入，以制造镁复合材料。把得到的铝复合材料切成矩形，用滚柱磨耗试验机进行耐磨耗性试验。
滚柱磨耗试验条件如下：
对立材料：具有硬度Hv1000的氮化物钢，是直径80mm，宽10mm的旋转滚柱(与制造例1相同)
转数：300rpm
加压重量：50kg
时间：15分钟
润滑油：SAE10W30
下滴速率：5ml/分
该试验方法以与金属复合材料制造例1类似的方法进行，其结果示于表18。这里所用的比较例2是通过把镁合金(AZ91A)切成矩形制成的。如表18所示，当碳含量低时，其值接近未进行复合的比较例2磨耗深度。然而，随着碳含量增加，耐磨耗性上升。
关于残碳量和磨耗量的关系，类似于铝复合材料的情况，当碳含量增加时硬度有增加倾向，耐磨性改善。
                                                         表18
    所用的金属多孔体     磨耗深度(μm)
    实施例6     58
    实施例7     62
    实施例8     68
    实施例9     43
    实施例10     47
    实施例11     100
    实施例12     81
    实施例13     64
    实施例14     55
    实施例15     53
    实施例16     48
    实施例17     99
    实施例18     60
    实施例19     53
    实施例20     49
    实施例21     40
    比较例2     143
本发明的多孔体本身具有良好的耐磨性和机械强度，因为Fe碳化物或FeCr碳化物在Fe和Cr组成的合金中以均匀分散相存在所致，因此，骨架本身具有高硬度。因此，与Mg合金复合的本发明的复合材料用作多孔体的骨架，具有良好的耐磨性。
实施例22-26
将下列组合物进行混合以制造浆料：平均粒径0.4μm的Fe2O3粉末50质量％、平均粒径5μm的FeCr合金(Cr63％)粉末14.5质量％、表19中所示的金属粉末的种类和量、65％酚树脂水溶液12质量％、作为分散剂的CMC(羧甲基纤维素)1.5质量％以及加水使总量达100％。使浆料各浸渍入厚10mm、孔径340μm的聚氨基甲酸酯泡沫体中，用金属滚筒去除过量的浆料。然后，于120℃的温度干燥10分钟。在表11所示的实施例9的条件下加热所制的片，以制造多孔金属体。这样制成的多孔金属体的密度、碳含量和维氏硬度示于表20。
                                                    表19
    No.   金属粉末     配比(重量份)
    实施例22   Ni(平均粒径2.8μm)     4.4
    实施例23   Ni(平均粒径2.8μm)Mo(平均粒径6.9μm)     6.61.1
    实施例24   Cu(平均粒径1.8μm)     1.5
    实施例25   Si(平均粒径9.1μm)     0.8
    实施例26   Al(平均粒径8.7μm)     1.3
                                                   表20
  No.     密度(g/cm3)    碳含量(质量％)  最小曲率半径*1(cm)     维氏硬度(Hv)
  实施例22     1.1     0.81     1.1     191
  实施例23     1.1     0.78     0.9     205
  实施例24     1.1     0.73     2.6     215
  实施例25     1.1     0.83     3.7     230
  实施例26     1.1     0.80     4.5     235
金属复合材料制造例3
把实施例22-26中制造的各多孔金属体放入模具内，在压力20kg/cm2的条件下，使铝合金(AC8A)熔体加热至760℃注入，以制造铝复合材料。把得到的铝复合材料进行滚柱磨耗试验，结果示于表21。
滚柱磨耗试验条件如下：
对立材料：具有硬度Hv1000的氮化钢，是直径80mm，宽10mm的旋转滚柱(与制造例1相同)
转数：50rpm
加压重量：100kg
时间：20分钟
润滑油：SAE10W30
下滴速率：1ml/分
                                                  表21
    所用的金属多孔体     磨耗深度(μm)
    实施例22     38
    实施例23     35
    实施例24     32
    实施例25     30
    实施例26     25
    比较例3     105
比较例3：Al合金(AC8A)
实施例27-30
用下列组合物制造浆料：平均粒径0.4μm的Fe2O3粉末50质量％、平均粒径5μm的FeCr(Cr63％)合金粉末14.5质量％、平均粒径2.8μm的Ni粉末4.4质量％、65％酚树脂水溶液12质量％、分散剂的CMC(羧甲基纤维素)1.5质量％以及加水使总量达100％。
把该浆料浸渍到表22所示的聚氨基甲酸酯泡沫体中，用金属滚筒挤出过量的浆料并去除。然后，于120℃的温度干燥10分钟。在表11所示实施例9的条件下热处理所制的片，以制造多孔金属体。这样制成的多孔金属体的密度、碳含量和3点弯曲强度示于表23。清楚可见，具有孔径0.5mm或更小的样品弯曲强度是具有孔径0.64mm的样品的1.5或更多倍。
                                                     表22
    No.     孔径(μm)
    实施例27     980
    实施例28     800
    实施例29     630
    实施例30     260
    实施例22     440
                                                    表23
  No.    密度(g/cm3)   碳含量(质量％) 孔径(μm) 3点弯曲强度(MPa)
  实施例27     1.1     0.73     790     1.7
  实施例28     1.1     0.76     640     3.0
  实施例29     1.1     0.76     500     4.5
  实施例30     1.1     0.82     210     6.9
  实施例22     1.1     0.78     350     5.4
金属复合材料制造例4
将上述实施例22及27-30中制造的各多孔金属体放入模具内，在压力20kg/cm2的条件下，将铝合金(AC8A)熔体加热至760℃注入，从而制造铝复合材料。把这样得到的铝复合材料进行咬合试验，结果示于表24。
咬合试验条件如下：
对立材料：氮化钢，直径11.3mm，端部R＝10mm
负载：从1kgf开始，每1分钟加载1kg
冲程：50mm
试验速度：200cpm
气氛：油(SAE10W-30)涂布后擦掉
                                         表24
    No.     咬合时间(秒)
    实施例27     210
    实施例28     265
    实施例29     380
    实施例30     720
    实施例22     520
工业上的可用性
如上所述，按照本发明的制法，可制成FeCr合金的金属多孔体，其中金属碳化物均匀分散，此外，其具有良好的强度和耐磨性。而且，可以得到改善金属多孔体特性的第3金属合金化的金属多孔体。
本发明的多孔金属体通过在骨架中均匀分散的金属碳化物相而可得到具有充分的可加工性和硬度，因此，它也适于以主要含轻金属例如Al和Mg的复合材料制作骨架。采用本发明多孔金属体的复合材料改善了耐磨性，也可根据用途而加工复合材料。特别是，当孔径抑制到500μm或以下的金属多孔体，用作通过轻合金复合制作的复合材料的骨架时，当用作滑动部件时，复合材料呈现显著改善耐咬合性。

Claims (13)

1.一种多孔金属体，其具有孔径500μm或更小的泡沫结构，并含有包含Fe和Cr的合金，所述合金含有均匀分散其中的Cr碳化物及/或FeCr碳化物。
2.按照权利要求1中的多孔金属体，其中，多孔金属体中的碳含量为0.1-3.5质量％。
3.按照权利要求1或2中的多孔金属体，其中，多孔金属体还含有至少一种选自Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si和Ti的金属。
4.一种多孔金属体的制造方法，其中的步骤包括：制造一种主要含有具有平均粒径5μm或更小的Fe氧化物粉末，至少一种选自金属Cr、Cr合金和Cr氧化物的粉末，一种热固性树脂和稀释剂的浆料；把该浆料涂布在孔径为625μm或更小的泡沫结构的树脂芯体上并进行干燥；以及进行包括在非氧化性气氛中于950-1350℃的温度下进行热处理步骤在内的烧成。
5.按照权利要求4中所述的多孔金属体制造方法，其中，烧成是按下列2个步骤进行：
第1热处理步骤，在热固性树脂碳化时同时去除树脂芯体，以及使用部分金属组分转变成碳化物时所生成的碳还原金属氧化物；和其后的第2热处理步骤，其中，通过加热至1100-1350℃的温度而生成具有坚固的泡沫金属结构的烧结体。
6.按照权利要求4中所述的多孔金属体制造方法，其中，烧成以下列2个步骤进行：
第1热处理步骤，其中，树脂组分在非氧化性气氛中进行碳化；以及
第2热处理步骤，其中，金属氧化物在950-1350℃下在还原性气氛中用第1步骤中产生的碳还原金属氧化物，而部分金属组分转变成碳化物，然后，还原的金属被合金化并烧结成具有坚固的泡沫金属结构。
7.按照权利要求4-6中任何一项所述的多孔金属体制造方法，其中，至少一种选自Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si和Ti的金属及其氧化物的粉末混合进要捏合的浆料中。
8.按照权利要求4-7中任何一项所述的多孔金属体制造方法，其中，树脂组分和氧化物粉末的配合比例，要使由树脂组分残碳率和树脂组分对氧化物中所含氧的质量比处于满足下式(1)的范围而确定：
37＜X×Y＜126                               (1)
式中，X：树脂组分残碳率(质量％)
      Y：树脂组分对氧化物中所含氧的质量比
9.按照权利要求4-7中任何一项所述的多孔金属体制造方法，其中，热固性树脂和氧化物粉末的配合比，以使含热固性树脂的溶液的残碳率和含有热固性树脂溶液对氧化物中的氧的质量比满足下式(2)的范围而确定：
17＜a×b＜37                                (2)
式中，a：含热固性树脂的溶液的残碳率(质量％)
      b：含热固性树脂的溶液对氧化物中所含氧的质量比
      含热固性树脂的溶液：其中热固性树脂溶于水或溶剂中的溶液。
10.一种金属复合材料，其中，按照权利要求1-3中所述的多孔金属体的孔隙是用Al合金或Mg合金填充。
11.一种制造金属复合材料的方法，其中包括的步骤是：在98KPa或更大的压力下使Al合金或Mg合金的熔体浸渍和注入按照权利要求4-9中任何一项所述的制造方法制造的多孔金属体的孔隙中。
12.一种金属复合材料，其中，在按照权利要求1-3中任何一项所述的多孔金属体骨架表面，用至少一种选自石墨、二硫化钼、二硫化钨、氮化硼、三氧化钼和氧化铁的固体润滑剂涂布，并且在其孔隙中填充Al合金或Mg合金。
13.一种制造金属复合材料的方法，其中包括的步骤是：至少一种选自石墨、二硫化钼、二硫化钨、氮化硼、三氧化钼和氧化铁的固体润滑剂涂布在按照权利要求4-9中任何一项所述的制造方法所制造的多孔金属体的骨架表面，并且在98KPa或更大的压力下，使Al合金或Mg合金浸渍和注入其孔隙中。
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