JP2004035961A

JP2004035961A - 多孔質金属体の製造方法

Info

Publication number: JP2004035961A
Application number: JP2002195872A
Authority: JP
Inventors: Ken Saito; 斉藤　研; Toru Emi; 江見　亨; Hirokazu Madarame; 斑目　広和
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】多孔質金属体を連続生産する。
【解決手段】シリンダ２１と、シリンダ２１内を回転駆動しながら前後進するスクリュ２２と、シリンダ２１に原料を供給する原料供給装置２６と、を有する射出成形機のシリンダ２１に、原料供給装置２６を介して原料金属と発泡剤とを供給し、原料金属と発泡剤とをスクリュ２２により混練、移送されるのと同時に、シリンダ２１外周の加熱装置３２による加熱により、最初にシリンダ２１内の原料金属が固相線温度以上で溶融化し、スクリュ２２による混練作用により発泡剤粉末が溶融金属中に分散し、続いて、発泡剤が発泡温度に加熱されて気泡を発生させることにより多孔質金属スラリーを形成し、該多孔質金属スラリーをキャビティ２９に充填、凝固させることにより多孔質金属体を成形する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料金属と発泡剤との混合物を用いて、多孔質の金属体を製造する多孔質金属体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多孔質金属体の製造方法としては、図３に示す方法がある。
すなわち、金属材料の原料粉末１と、温度を一定以上に上げることにより解離反応を起こして気体を発する性質を有する発泡剤粉末２とを、混合装置３に投入し、混合装置３内で混合して混合粉末４を排出する。次に、混合粉末４を成形装置５に投入し、一定の形状に固め、混合粉末成形体６を成形する。この状態では、個々の混合粉末４は未だ相互に結合していないため、混合粉末成形体６を焼結装置７に投入し、焼結装置７により温度Ｔ１まで加熱して個々の粉末が結合した焼結体８を製造する。焼結装置７では、焼結反応を助長するために、混合粉末成形体６に押出し加工などを施して塑性変形を与えることもある。なお、温度Ｔ１は、発泡剤粉末２が解離反応する温度Ｔ２よりも低いので、焼結過程で発泡することはない。次に、焼結体８を加熱装置９に投入し、温度Ｔ２になるように加熱する。温度Ｔ２は、原料である金属が半溶融状態、あるいは溶融状態になり、かつ発泡剤が解離反応を起こして気体を発生するような温度に設定されている。したがって、溶融軟化した焼結体８中に微細に分散した発泡剤粉末２が気体を発生して、微細な泡を形成し、焼結体８は内部に多数の気泡を含んだ多孔質状態となる。これを冷却、固化させることにより、多孔質金属体１０が得られる。なお、例えば、Ａｌ合金をＴｉＨ_２　を発泡剤として発泡させる場合は、Ｔ１は約５００℃、Ｔ２は約６５０℃となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の多孔質金属体の製造方法では以下のような課題を有する。
すなわち、混合粉末４の成形、混合粉末成形体６の焼結、焼結体８の発泡、と多段階のプロセスを有しており、それぞれのプロセスは、成形装置５、焼結装置７、加熱装置９で行われるため、それぞれのプロセスに対応した独立した装置を必要とする。また、バッチ処理であり、連続生産には適さないという課題がある。
本発明は、このような課題を解決するためのものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためのものであり、原料金属と発泡剤の混合物を、射出成形機または押出機により連続的に混練、加熱、発泡させて、多孔質金属体を連続生産できる多孔質金属体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明のうちで請求項１記載の発明は、シリンダ（２１）と、シリンダ（２１）内を回転駆動しながら前後進するスクリュ（２２）と、シリンダ（２１）に原料を供給する原料供給装置（２６）と、を有する射出成形機のシリンダ（２１）に、原料供給装置（２６）を介して原料金属と発泡剤とを供給し、原料金属と発泡剤とをスクリュ（２２）により混練、移送されるのと同時に、シリンダ（２１）外周の加熱装置（３２）による加熱により、最初にシリンダ（２１）内の原料金属が固相線温度以上で溶融化し、スクリュ（２２）による混練作用により発泡剤粉末が溶融金属中に分散し、続いて、発泡剤が発泡温度に加熱されて気泡を発生させることにより多孔質金属スラリーを形成し、該多孔質金属スラリーをキャビティ（２９）に充填、凝固させることにより多孔質金属体を成形することを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明のうちで請求項２記載の発明は、シリンダ（４１）と、シリンダ（４１）内を回転駆動しながら前後進するスクリュ（４２）と、シリンダ（４１）に原料を供給する原料供給装置（４６）と、を有する押出機のシリンダ（４１）に、原料供給装置（４６）を介して原料金属と発泡剤とを供給し、原料金属と発泡剤とをスクリュ（４２）により混練、移送されるのと同時に、シリンダ（４１）外周の加熱装置（４９）による加熱により、最初にシリンダ（４１）内の原料金属が固相線温度以上で溶融化し、スクリュ（４２）による混練作用により発泡剤粉末が溶融金属中に分散し、続いて、発泡剤が発泡温度に加熱されて気泡を発生させることにより多孔質金属スラリーを形成し、該多孔質金属スラリーをダイス（４３）を通じて押出し、凝固させることにより多孔質金属体を成形することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明のうちで請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記金属材料がアルミニウム合金であることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のうちで請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記金属材料がマグネシウム合金であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明のうちで請求項５記載の発明は、請求項１〜４のうちいずれか記載の発明において、前記発泡剤が水素化チタンであることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のうちで請求項６記載の発明は、請求項１〜４のうちいずれか記載の発明において、前記発泡剤が炭酸ストロンチウムであることを特徴とするものである。
なお、上記かっこ内の符号は、後述する実施の形態の対応する部材を示す。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の第１の実施の形態による射出成形機を用いて多孔質金属体を製造する装置を示す。
【００１２】
シリンダ２１の先端にはノズル２４が装着されており、シリンダ２１の後端近くには原料供給孔２５が設けられている。シリンダ２１の外周には加熱装置３２が、シリンダ２１内にはスクリュ２２がそれぞれ設けられており、スクリュ２２は、これの後端に接続される駆動装置２７により回転及び前後進可能である。スクリュ２２の先端には逆流防止装置２３が設けられており、多孔質金属スラリーの後方への逆流を防止する。原料供給孔２５の上部には、原料供給装置２６が設けられており、シリンダ２１内に原料を供給可能である。ノズル２４の先端には、これと接触して金型２８が配設されており、金型２８内にはキャビティ２９が構成される。金型２８は金型開閉装置３０を装備しており、これにより、金型２８を開閉可能である。なお、この装置のシリンダ２１、スクリュ２２、逆流防止機構２３は、後述する本プロセスの温度である６００℃以上の温度に耐える耐熱性と、溶融アルミニウム合金に対する耐食性と、を兼ね備えた材質で構成される。
【００１３】
次に第１の実施の形態による多孔質金属体の製造方法について説明する。
金属原料としてダイカスト用のアルミニウム合金であるＡＤＣ１２合金の３ｍｍ程度の粒子を、発泡剤としてＴｉＨ_２　（水素化チタン）の粉末をそれぞれ用いる。ＡＤＣ１２合金粒子の重量の約０．１％に相当する量のＴｉＨ_２　粉末をあらかじめ合金粒子と混合した原料３１を、原料供給装置２６により原料供給孔２５を介してシリンダ２１内に供給する。シリンダ２１温度は、先端部において６３０℃となるように加熱装置３２により設定されている。供給された原料３１は、シリンダ２１内で、スクリュ２２の回転により徐々に前方に運ばれると同時に加熱装置３２から与えられる熱により温度が上昇していく。ＡＤＣ１２合金の固相線温度は約５１５℃であり、この温度を超えると次第に液相が現れ始め、スクリュ２２による混練作用により、原料３１に混合されている発泡剤粉末が金属中に微細に分散していく。原料３１がシリンダ２１の前方に更に送られ、温度が上昇すると、発泡剤粉末の分解反応が起こり、微細な水素ガスの気泡が多数発生する。この気泡が溶融金属中に分散して多孔質金属スラリーとなり、ノズル２４を通じて金型２８のキャビティ２９内に射出される。射出された多孔質金属スラリーが、冷却、凝固したのち、金型開閉装置３０が駆動し、金型２８が開いて成形体３３が取出される。
【００１４】
この成形体３３は、気泡の体積比が７５パーセントに達しており、極めて軽い多孔質金属体である。
【００１５】
また、この成形体３３の製造は、通常の樹脂の射出成形と同様に連続的に行うことができるため、生産性が極めてよい。
【００１６】
また、第２の実施の形態として、第１の実施の形態の射出成形機を用い、同様の製造方法により、ダイカスト用マグネシウム合金であるＡＺ９１Ｄの多孔質金属体を成形することもできる。この場合、シリンダ設定温度は、約６００℃、固相線温度は、約４７０℃となる。この場合、ＡＺ９１Ｄの粒子の大きさ、発泡剤、設定温度は第１の実施の形態の場合と全く同じである。
【００１７】
また、第３の実施の形態として、第１の実施の形態の射出成形機を用い、同様の製造方法により、ＡＤＣ１２合金と炭酸ストロンチウムの混合物を原料としてＡＤＣ１２合金の多孔質金属体を成形することもできる。この場合、ＡＤＣ１２合金と炭酸ストロンチウムの粒子の大きさ、発泡剤の炭酸ストロンチウムのＡＤＣ１２合金への混合割合、設定温度は第１の実施の形態の場合と全く同じである。
【００１８】
図２に第４の実施の形態による押出機を用いて多孔質金属体を製造する方法に用いた装置を示す。
【００１９】
シリンダ４１の先端にはダイス４３が装着されており、シリンダ４１の後端近くには原料供給孔４５が設けられている。シリンダ４１の外周には加熱装置４９が、シリンダ４１内にはスクリュ４２がそれぞれ設けられており、スクリュ４２は、これの後端に接続される駆動装置４７により回転及び前後進可能である。原料供給孔４５の上部には、原料供給装置４６が設けられており、シリンダ４１内に原料を供給可能である。ダイス４３の先端には、これに接続して冷却装置４４が配設されている。なお、この装置のシリンダ４１、スクリュ４２、ダイス４３は、後述する本プロセスの温度である６００℃以上の温度に耐える耐熱性と、溶融アルミニウム合金に対する耐食性と、を兼ね備えた材質で構成される。
【００２０】
次に第４の実施の形態による多孔質金属体の製造方法について説明する。
原料金属としてダイカスト用のアルミニウム合金であるＡＤＣ１２合金の３ｍｍ程度の粒子を、発泡剤としてＴｉＨ_２　（水素化チタン）の粉末をそれぞれ用いる。ＡＤＣ１２合金粒子の重量の約０．１％に相当する量のＴｉＨ_２　粉末をあらかじめ合金粒子と混合した原料４８を、原料供給装置４６により原料供給孔４５を介してシリンダ４１内に供給する。シリンダ４１温度は、先端部において６３０℃となるように加熱装置４９を設定する。供給された原料４８は、シリンダ４１内で、スクリュ４２の回転により徐々に前方に運ばれると同時に加熱装置４９から与えられる熱により温度が上昇していく。ＡＤＣ１２合金の固相線温度は約５１５℃であり、この温度を超えると次第に液相が現れ始め、スクリュ４２による混練作用により、原料４８に混合されている発泡剤粉末が金属中に微細に分散していく。原料４８がシリンダ４１の前方に更に送られ、温度が上昇すると、発泡剤粉末の分解反応が起こり、微細な水素ガスの気泡が多数発生する。この気泡が溶融金属中に分散して多孔質金属スラリーとなり、ダイス４３を通じて押出し、冷却装置４４を通過させることによりダイス４３の形状の断面を有する連続成形体５０が成形される。
【００２１】
この成形体５０は、気泡の体積比が７５パーセントに達しており、極めて軽い多孔質金属体である。
【００２２】
また、この成形体５０の製造は、通常の樹脂の射出成形と同様に連続的に行うことができるため、生産性が極めてよい。
【００２３】
また、第５の実施の形態として、第４の実施の形態の押出機を用い、同様の製造方法により、ダイカスト用マグネシウム合金であるＡＺ９１Ｄの多孔質金属体を成形することもできる。この場合、ＡＺ９１Ｄの粒子の大きさ、発泡剤のＴｉＨ_２　粉末のＡＺ９１Ｄへの混合割合、設定温度等は第１の実施の形態の場合と全く同じである。
【００２４】
また、第６の実施の形態として、第４の実施の形態の押出機を用い、同様の製造方法により、ＡＤＣ１２合金と炭酸ストロンチウムの混合物を原料としてＡＤＣ１２合金の多孔質金属体を成形することもできる。この場合も、ＡＤＣ１２合金と炭酸ストロンチウムの粒子の大きさ、発泡剤の炭酸ストロンチウムのＡＤＣ１２合金への混合割合、設定温度等は第３の実施の形態の場合と全く同じである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明は、射出成形機により、材料供給、溶融混練、発泡、射出成形の全てを一連の流れの中で行うことができるので、多孔質金属体を連続的に製造することができ、生産の高能率化を果すことができる。
また、従来は、粉体の成形、焼結、発泡とそれぞれ別々の専用装置を用いた多段のプロセスになっていたが、本発明では、一つの装置を用いた単一の工程で生産することができる。
また、従来は粉体の成形により形状を作り出していたが、本発明では、流動性に富む多孔質金属スラリーをキャビティに射出するという方法をとるため、形状に対する自由度が向上するとともに、寸法精度が向上する。
【００２６】
また、本発明のうちで請求項２記載の発明は、押出機により、材料供給、溶融混練、発泡、押出成形の全てを一連の流れの中で行うことができるので、多孔質金属体を連続的に製造することができ、高能率な生産を行うことができる。
また、従来は、粉体の成形、焼結、発泡とそれぞれ別々の専用装置を用いた多段のプロセスになっていたが、本発明では、一つの装置を用いた単一の工程で生産することができる。
【００２７】
また、本発明のうちで請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、アルミニウム合金の多孔質金属体を製造することができる。
【００２８】
また、本発明のうちで請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、マグネシウム合金の多孔質金属体を製造することができる。
【００２９】
また、本発明のうちで請求項５記載の発明は、請求項１〜４のうちいずれか記載の発明において、発泡剤として水素化チタンを用いることができる。
【００３０】
また、本発明のうちで請求項６記載の発明は、請求項１〜４のうちいずれか記載の発明において、発泡剤として炭酸ストロンチウムを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の装置の断面図である。
【図２】第４の実施の形態の装置の断面図である。
【図３】従来の多孔質金属体の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
２１、４１　シリンダ
２２、４２　スクリュ
２６、４６　原料供給装置
２９　キャビティ
３２、４９　加熱装置
４３　ダイス

Claims

シリンダ（２１）と、シリンダ（２１）内を回転駆動しながら前後進するスクリュ（２２）と、シリンダ（２１）に原料を供給する原料供給装置（２６）と、を有する射出成形機のシリンダ（２１）に、原料供給装置（２６）を介して原料金属と発泡剤とを供給し、原料金属と発泡剤とをスクリュ（２２）により混練、移送されるのと同時に、シリンダ（２１）外周の加熱装置（３２）による加熱により、最初にシリンダ（２１）内の原料金属が固相線温度以上で溶融化し、スクリュ（２２）による混練作用により発泡剤粉末が溶融金属中に分散し、続いて、発泡剤が発泡温度に加熱されて気泡を発生させることにより多孔質金属スラリーを形成し、該多孔質金属スラリーをキャビティ（２９）に充填、凝固させることにより多孔質金属体を成形することを特徴とする多孔質金属体の製造方法。
シリンダ（４１）と、シリンダ（４１）内を回転駆動しながら前後進するスクリュ（４２）と、シリンダ（４１）に原料を供給する原料供給装置（４６）と、を有する押出機のシリンダ（４１）に、原料供給装置（４６）を介して原料金属と発泡剤とを供給し、原料金属と発泡剤とをスクリュ（４２）により混練、移送されるのと同時に、シリンダ（４１）外周の加熱装置（４９）による加熱により、最初にシリンダ（４１）内の原料金属が固相線温度以上で溶融化し、スクリュ（４２）による混練作用により発泡剤粉末が溶融金属中に分散し、続いて、発泡剤が発泡温度に加熱されて気泡を発生させることにより多孔質金属スラリーを形成し、該多孔質金属スラリーをダイス（４３）を通じて押出し、凝固させることにより多孔質金属体を成形することを特徴とする多孔質金属体の製造方法。
前記金属材料がアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１又は２記載の多孔質金属体の製造方法。
前記金属材料がマグネシウム合金であることを特徴とする請求項１又は２記載の多孔質金属体の製造方法。
前記発泡剤が水素化チタンであることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか記載の多孔質金属体の製造方法。
前記発泡剤が炭酸ストロンチウムであることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか記載の多孔質金属体の製造方法。