JP2000303102A

JP2000303102A - 粉末固化材の製造方法及び装置

Info

Publication number: JP2000303102A
Application number: JP11110931A
Authority: JP
Inventors: Jiyunichi Nagahora; 純一永洞; Hiroki Tate; 弘樹舘; Koji Saito; 孝治齋藤; Teruaki Onoki; 輝明大野木
Original assignee: YKK Corp
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2000-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に酸化皮膜を破壊でき、粉末同士の
接合が強固に行え、非平衡相からなる合金粉末にあって
は、その合金粉末が備えた優れた特性が維持できる粉末
固化材を提供する。【解決手段】密閉された空間内に、金属あるいは合金
からなる粉末及び／又は粉末集合体からなる成形素材Ｍ
を配し、前記密閉された空間の形態を成形材料を充填し
た状態で順次変化させ、材料に剪断塑性流動を与えるこ
とにより、粉末同士を接合し、粉末固化材とするもの
で、具体的には成形素材Ｍをコンテナ１内の収納部２に
挿入し、これを第１ステム３と第２ステム４とで押圧
し、第１押圧手段５と第２押圧手段６とを交互に前後進
させて成形素材Ｍに剪断塑性流動を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉末あるいは
合金粉末さらにはこれらの粉末を集合した集合体につい
て、これを構成する粉末同士を接合し、粉末固化材を製
造する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、金属あるいは合金粉末（以下、
合金粉末という）を作製し、これをもとに固化成形を行
う場合、合金粉末の表面には、強固な酸化皮膜が存在す
るため粉末同士が強く接合した固化成形が難しいのが現
状である。

【０００３】例えば、押出成形法にて、成形を行う場
合、押出比を高くし、酸化皮膜を破壊し、固化成形を行
っているが、大きな加工圧力が必要であるとともに、酸
化皮膜の十分な破壊が行えないといった問題を有してい
る。また、コンフォーム法、粉末鍛造法でもこのような
問題を有している。

【０００４】また、近年、液体急冷法、メカニカルアロ
イング法（ＭＡ法）などにより機械的、化学的などの特
性に優れた非平衡相からなる合金が、粉末状、薄片状な
どの形態で製造されており、これらの粉末、薄片におい
ても前述よりもさらに強固な酸化皮膜が形成されてい
る。

【０００５】一般に、非平衡相からなる合金の固化成形
は、粉末状（薄片状のものを粉砕したものを含む）の形
態のものが用いられ、通常の合金からなる缶の内に充填
し、加圧、加熱して圧粉体を成形し、これをもとにして
押出成形などの塑性加工を施している。このような合金
の場合、上述のように優れた特性を備えていることもあ
り、より大きな加工圧力が必要となり、通常の合金粉末
よりさらに固化成形が難しい。前記加工圧力を小さくす
る方法もあるが、この場合、合金粉末に加熱することが
必要となり、上述のような優れた特性が維持しがたいと
いった問題が生じる。

【０００６】一方、非平衡相からなる合金粉末の酸化皮
膜を破壊し、粉末同士を強く接合する方法として、特開
平９−３１０１０７号、特開平１０−２９８６０８号に
開示の方法が知られている。これらの方法は、非平衡相
からなる合金粉末を型内に充填し、これに高電圧、高電
流を短時間通電し、酸化皮膜を破壊するとともに、酸化
皮膜が破壊された粉末同士を接合しようとするものであ
る。この手法を用いた場合、十分な酸化皮膜を破壊が行
えるとともに合金粉末が備えている優れた特性を維持す
ることができるが、このような特殊な装置が必要であ
り、また、各種条件の制御が難しいといった問題を有し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を鑑み、容易に酸化皮膜を破壊でき、粉末同士の接合が
強固に行え、非平衡相からなる合金粉末にあっては、そ
の合金粉末が備えた優れた特性が維持でき、なおかつ、
高価なこれら合金粉末を非常に高い収率で製品形状に固
化成形する粉末固化材の製造方法及びその装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の方法は、密閉さ
れた空間内に、金属あるいは合金からなる粉末及び／又
は粉末集合体よりなる成形素材を配し、前記密閉された
空間の形態を成形素材を充填した状態で順次変化させ材
料に剪断塑性流動を与えることにより、粉末同士を接合
し、粉末固化材とすることを特徴とする粉末固化材の製
造方法である。

【０００９】上記において、密閉された空間は、成形素
材を配する収納部を有するコンテナと、前記収納部内に
配され、収納部内を摺動可能なステムとから形成され
（請求項２）、また密閉された空間は成形素材を配し、
長手方向に連通する収納部を有するコンテナと、前記収
納部内に配され、収納部内に対向して摺動可能な第１及
び第２ステムとから形成される（請求項３）。

【００１０】本発明の方法の発明の特徴である密閉され
た空間の形態を変化せることは、上記前者においては、
ステムがそれぞれ独立して摺動可能な少なくとも２以上
の押圧手段を備え、また後者においては、第１及び第２
ステムがそれぞれ独立して摺動可能な少なくとも２以上
の押圧手段を備え、これらの押圧手段をそれぞれ独立し
て摺動させ、密閉空間内に充填された合金粉末、合金粉
末集合体に作用させることにより行われる。

【００１１】また、本発明の装置の発明は、長手方向に
連通する収納部を有するコンテナと、前記収納部内に対
向して摺動可能に配された第１及び第２ステムとからな
り、前記第１又は／及び第２ステムが互いに相対的に独
立して摺動可能で、かつ第１又は／及び第２ステムに対
して、突出及び後退可能な少なくとも２以上の押圧手段
を有していることを特徴とする粉末固化材の製造装置で
ある。

【００１２】本発明が適用される合金粉末としては、ア
ルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、チタン合
金などがある。また、非平衡相からなる合金について
は、特に有効であり、これらの合金としてはアルミニウ
ム合金、マグネシウム合金、鉄合金、ニッケル合金、希
土類合金、ジルコニウム合金などが適用できる。ここで
非平衡相からなる合金としては、非晶質相からなる合
金、過飽和固溶体相からなる合金、準結晶相からなる合
金あるいはこれらの相が混在したものからなる合金など
であり、製造方法的には、液体急冷法、メカニカルアロ
イング法（ＭＡ法）、メカニカルグラインディング法
（ＭＧ法）などによって作製される合金である。本発
明に適用される成形素材としては、粉末、粉末を焼結、
仮焼結あるいは圧粉した粉末集合体などが適用できる。

【００１３】以下、図面に基づき、本発明の製造方法及
び装置について、詳細に説明する。図１〜４は、本発明
の第１実施例の方法と装置を示しており、装置は、この
中央部に上下方向に連通し、開口する収納部２を有する
円筒状のコンテナ１と、コンテナ１の収納部２内に収納
され、収納部内を上下方向に摺動可能で、上方に設けら
れた第１ステム３と、同じくコンテナの収納部内に収納
され、収納部内を上下方向に摺動可能で、下方に設けら
れた第２ステム４とからなる。また、第１ステム３は、
円筒状の第１押圧手段５と第１押圧手段５の中央部分に
上下方向に連続して開口する開口部内に配され、開口部
内を上下方向に摺動可能な第２押圧手段６を備えてい
る。第１及び第２押圧手段５、６及び第２ステム４は、
図示されていないが、それぞれ独立した駆動源に連結さ
れている。なお、効率的に酸化皮膜を破壊し、粉末同士
の接合を行い、破壊された酸化皮膜を微細分散させるた
めには、第１押圧手段５と第２押圧手段６との面積比を
０．７〜１．３の範囲に、より好ましくは０．８〜１．
２の範囲内にすることが好ましい。以下の実施例につい
ても同様である。

【００１４】本発明の方法を具体的に説明すると、コン
テナ１の収納部２内に第２ステム４を配した状況で上方
の開口より合金粉末からなる成形素材Ｍを充填し、次に
第１ステム３をコンテナ１の収納部２内に挿通し、第１
ステム３を第２ステム４に向って摺動させることによ
り、図１に示すような成形素材Ｍからなる密閉空間を形
成する。

【００１５】その後、図２に示すように、第１ステム３
の第１押圧手段５を第２ステム４に向って押圧移動さ
せ、これにより第１ステム３の第２押圧手段６が上方に
後退する。但し、第１及び第２押圧手段５、６とも図２
に示す状態で成形素材Ｍを押圧している。次に、第１ス
テム３の第２押圧手段６を第２ステム４に向って押圧移
動させ、図１の状態とする。さらに第１ステム３の第２
押圧手段６を第２ステム４に向って押圧移動させること
により、図３に示すような状態とし、再度、第１ステム
３の第１押圧手段５を第２ステム４に向って押圧移動さ
せることにより図１に示す状態とする。図４は分解斜視
図である。なお、第２押圧手段６が後退する際の押圧圧
力が成形素材の加工温度における変形抵抗の１〜８倍、
より好ましくは２〜６倍の範囲内にすることが好まし
い。この範囲内にすることにより、成形素材に効率的に
剪断塑性流動を与え、また、これを制御することがで
き、また、装置に対する負荷を軽減させることができ
る。以下の実施例についても同様である。

【００１６】密閉空間及び成形素材Ｍは、断面矩形状の
円柱形態から、断面凸形状に変化させ、また、断面矩形
状にもどした後、断面凹形状に変化させる。

【００１７】固化成形後の粉末固化材は、第１ステム３
を上方に移動させ、第２ステム４により移動させ、収納
部より排出を行う。

【００１８】これらの操作を繰り返し行うことにより、
成形素材は塑性流動を受け、粉末は互いに剪断流動する
ことにより、粉末表面に形成されている強固な酸化皮膜
が破壊され、粉末の表面は活性な表面となり、粉末同士
の強固な接合が行われる。また、破壊された酸化皮膜
は、微細化され、成形素材内に均一に微細分散され、機
械的特性の向上を計ることができる。

【００１９】また、本実施例の装置は、各種変更可能で
あり、例えば、図示では上下方向からステムにより押圧
する構造になっているが、コンテナを横方向に配し、左
右方向からステムにより押圧する構造にしてもよく、ま
た、成形素材を固化成形後コンテナを傾倒あるいは回動
させ、排出可能であれば第２ステムとコンテナとを一体
化したものを用いてもよい。

【００２０】さらに、第１ステム３は、第１及び第２押
圧手段５、６からなっているが、さらに第３、第４の押
圧手段を設け、これらと独立して作動するようにしても
よいとともに、固化成形したものが最終成形品である場
合、この形状に合わせて、第１ステムの押圧手段さらに
は第２ステムを形成してもよい。通常、固化成形後の粉
末固化材は、２次加工として、鍛造、押出、プレス、圧
延などの塑性加工が施され、最終成形品となる。

【００２１】次に、図５〜７は、本発明の第２実施例の
方法と装置を示しており、基本的なコンテナ１の第１及
び第２ステムの構造は、第１実施例と同様である。第１
実施例とは、第２ステムの構造が異なっており、第２ス
テム４も第１ステム３と同様に第１及び第２押圧手段
８、９が設けられている。

【００２２】本発明の方法を具体的に説明すると、コン
テナ１の収納部２内に第２ステムを配した状況で上方の
開口より、合金粉末からなる成形素材Ｍを充填し、次に
第１ステム３をコンテナ１の収納部２内に挿通し、第１
ステム３を第２ステム４に向けて摺動させることにより
図５に示すような成形素材Ｍからなる密閉空間を形成す
る。その後、図６に示すように第１ステム３の第１押圧
手段５を第２ステム４に向って押圧移動させ、これによ
り第１ステム３の第２押圧手段６が上方に後退する。但
し、第１及び第２押圧手段５、６とも図６に示す状態で
成形素材Ｍを押圧している。次に第１ステム３の第２押
圧手段６を第２ステム４に向って押圧させ図５の状態と
する。この段階までの作動は、第１実施例と同様であ
る。次に第２ステム４により成形素材Ｍを第１ステム側
（上方）に第１ステム３とともに押上げる。この状態
で、図７に示すように第２ステム４の第１押圧手段８を
第１ステム３に向って押圧移動させ、これにより第２ス
テム４の第２押圧手段９が下方に後退する。但し、この
場合も同様に第１及び第２押圧手段５、６、７、８とも
図７に示す状態で成形素材Ｍを押圧している。次に第２
ステム４の第１押圧手段８を第１ステム３に向って押圧
させ、図５に示す状態とする。以上の工程を繰り返し行
い、固化成形後の粉末固化材は、第１ステム３が上方へ
移動してできた開口より、第２ステム４の上方への移動
によって収納部２内より排出される。

【００２３】密閉空間及び成形素材Ｍは、断面矩形状の
円柱状態から断面凸形状に変化させ、また断面矩形状に
もどし、さらに断面逆凸形状に変化させて断面矩形状に
もどされる。また、本実施例においては、第１実施例の
作動と合せて、密閉空間及び成形素材を矩形、凸形、矩
形、凹形、矩形、逆凸形、矩形、逆凹形、矩形と順次変
化させることができる。

【００２４】これらの操作を繰り返し行うことにより、
成形素材Ｍは第１実施例と同様に塑性流動を受け粉末は
互いに剪断流動することにより、粉末表面に形成される
強固な酸化皮膜が破壊され、粉末の表面は活性な表面と
なり、粉末同士の強固な接合が行われる。また破壊され
た酸化皮膜は、微細化され、成形素材内に均一に微細分
散され、機械的特性の向上を計ることができる。この実
施例の場合、成形素材Ｍの上下部分とも均等に塑性流動
を受けることになる。

【００２５】本実施例においても第１実施例と同様に種
々の変更が可能である。

【００２６】図８は、本発明の第３実施例を示す図面で
あり、基本的な装置の構造及び作動は上記第１実施例及
び第２実施例と同様である。

【００２７】本実施例においては、コンテナ１、第１及
び第２ステム３、４が横方向に配されており、第１及び
第２ステム３、４の横方向への押圧移動により固化成形
が行われる。また、第１ステムは、上、下に配された第
１押圧手段１０と第２押圧手段１１とにより構成され、
密閉空間及び成形素材Ｍは、断面矩形状から断面Ｌ字形
状に変化させ、また、断面矩形状にもどし、さらに前記
Ｌ字形状と対称的な断面Ｌ字形状に変化させて断面矩形
状にもどされる。

【００２８】図９は、本発明の第４実施例を示す図面で
あり、基本的な装置の構造及び作動は上記第１〜３実施
例と同様である。特に第１実施例に類似しており、第１
実施例とは、コンテナ及びコンテナの収納部の形状が矩
形状であり、第１及び第２ステムもこれに対応して矩形
状に形成されている。さらに、第１ステム３は、３枚の
プレート状部材からなる第１及び第２押圧手段１２、１
３からなっており、第２押圧手段１３の両側に一対の第
１押圧手段１２、１２が配されている。一対の第１押圧
手段１２、１２は、同調して作動し、第１実施例の図１
〜３に示すように固化成形が行われる。なお、一対の第
１押圧手段１２、１２は同調しないで、第２押圧手段１
３を含めそれぞれが独立して作動するようにしてもよ
い。固化成形工程における密閉空間及び成形素材Ｍの形
態は第１実施例とほぼ同様である。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし４に基づいて本
発明の具体的な実施例について述べる。もちろん、本発
明はこれに限定されるものではない。

【００３０】市販の耐熱性Ａｌ−Ｓｉ系粉末アルミニウ
ム合金を（約１００μｍ以下の）粒度に分級した粉末を
ＣＩＰにより圧粉し、（直径４２ｍｍ、長さ５０ｍｍ
の）圧粉体（合金粉末集合体）を作製し、これを成形素
材とした。

【００３１】金型構成は（内径４２ｍｍの）コンテナ１
と、外径４２ｍｍ×内径３０ｍｍの筒状の外ステムから
なる第１押圧手段５と外径３０ｍｍの内ステムからなる
第２押圧手段６から構成される第１ステム３と、（外径
４２ｍｍ）の下部ステムである第２ステム４とからな
る。第２ステム４は下部開口部をふさぐ形でコンテナ１
の下部に差し込み、前述の圧粉体を成形素材Ｍとしてコ
ンテナ１の収納部２に挿入し、第１ステム３を第１、第
２押圧手段５、６の先端を揃えた状態で、成形素材Ｍを
加圧密閉する。そのときの成形素材温度、金型温度はい
ずれも４００℃である。加圧密閉の状態から初めに第１
ステム３のうちの第２押圧手段６を前進させ、第１押圧
手段５を第２押圧手段６が排除する成形素材Ｍの体積に
合わせて後退させ、第２押圧手段６を第２ステム４から
（５ｍｍ）の位置まで前進させた。ここで成形素材Ｍは
図３に示すようにカップ状の形状に成形されている。続
いて同様の状態で第１押圧手段５を前進させると同時に
第２押圧手段６を後退させ、初めて加圧密封の位置（図
１）まで戻す。さらに第１押圧手段５を第２ステム４か
ら５ｍｍの位置まで前進させると同時に第２押圧手段６
を後退させ、成形素材を図２に示すように凸状の状態ま
で変形させる。この過程で成形素材は、カップ状、凸状
の２回の逆押出し、また加圧密閉状態まで２回の再充填
によって、剪断塑性流動を受け、粉末接合の目的に十分
な加工（剪断変形）を受けることができる。

【００３２】特にＡｌ合金粉末の固化成形には粉末表面
に強固な酸化皮膜を形成している場合が多く、固化成形
にあたっては粉末に剪断変形を加え、皮膜を破壊して新
表面を形成させることが必要である。

【００３３】これによって得られた材料の機械的性質
は、通常行われる押出し加工（押出し比１０）による固
化成形と同等の強度５３０ＭＰａ、伸び３％を示し、し
かも材料全域でばらつきのないことが分かった。

【００３４】

【発明の効果】本発明の方法並びに装置は、金属あるい
は合金からなる粉末及び／又は粉末集合体よりなる成形
素材の酸化皮膜を容易に破壊でき、粉末同士の接合が強
固に行え、非平衡相からなる成形素材にあっては、その
素材が備えた優れた特性が維持できる。さらに、高価な
これらの合金粉末を、非常に高い収率で製品形状または
これに近い形状に固化成形することができる。本発明に
よって得られた粉末固化材は、２次加工（鍛造、プレ
ス、圧延、その他の成形）に利用することができる。
又、コンテナ、ステム、および成形素材の形状を製品形
状とすることにより、鍛造成形などの２次加工を同時
に、また、連結して利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形手段の最初の段階の説明図であ
る。

【図２】図１の次の段階の説明図である。

【図３】図２のさらに次の段階の説明図である。

【図４】実施例金型の分解斜視図である。

【図５】本発明の成形手段の他の例の最初の段階の説明
図である。

【図６】図５の次の段階の説明図である。

【図７】図６のさらに次の段階の説明図である。

【図８】本発明の他の実施例の説明図である。

【図９】本発明の他の実施例の金型の分解斜視図であ
る。

【符号の説明】

１コンテナ２収納部３第１ステム４第２ステム５，８，１０，１２第１押圧手段６，９，１１，１３第２押圧手段７開口部Ｍ成形素材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉された空間内に、金属あるいは合金
からなる粉末及び／又は粉末集合体よりなる成形素材を
配し、前記密閉された空間の形態を成形素材を充填した
状態で順次変化させ材料に剪断塑性流動を与えることに
より、粉末同士を接合し、粉末固化材とすることを特徴
とする粉末固化材の製造方法。
【請求項２】密閉された空間が、成形素材を配する収
納部を有するコンテナと、前記収納部内に配され、収納
部内を摺動可能なステムとから形成され、前記ステムが
それぞれ独立して摺動可能な少なくとも２以上の押圧手
段を備え、これらの押圧手段により密閉された空間の形
態を変化させ、材料に剪断塑性流動を与える請求項１記
載の粉末固化材の製造方法。
【請求項３】密閉された空間が成形素材を配し、長手
方向に連通する収納部を有するコンテナと、前記収納部
内に配され、収納部内に対向して摺動可能な第１及び第
２ステムとから形成され、前記第１又は／及び第２ステ
ムがそれぞれ独立して摺動可能な少なくとも２以上の押
圧手段を備え、これらの押圧手段により密閉された空間
の形態を部分的に変化させ、これを必要回行う請求項１
記載の粉末固化材の製造方法。
【請求項４】長手方向に連通する収納部を有するコン
テナと、前記収納部内に対向して摺動可能に配された第
１及び第２ステムとからなり、前記第１又は／及び第２
ステムが互いに相対的に独立して摺動可能で、かつ第１
又は／及び第２ステムに対し突出及び後退可能な少なく
とも２以上の押圧手段を有していることを特徴とする粉
末固化材の製造装置。