JP2004043937A - Porous metal and method of producing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous metal having a size of voids of ≤1 mm and a void fraction of ≥60% for which only limited production methods were available in the conventional technique, and to provide the method of producing the same. <P>SOLUTION: Metal powder comprising one or more components is sealed together with a gas of a pressure equal to or greater than the atmospheric pressure into the inside of a metallic vessel which can be plastically worked. The metallic vessel is pressurized at a high temperature to sinter the metal powder and to compress the gas. Next, the sintered compact comprising the high pressure gas is heated to a solid-liquid two phase state, and the volume of the gas in a solid-liquid two phase state is expanded to form voids. Thus, the porous metal comprising voids of ≤1 mm and having a void fraction of ≥60% is produced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多量の空隙を含む低密度なポーラス金属及びその製造方法に関するものであり、更に詳しくは、例えば、空隙のサイズ1mm以下及び空隙率60%以上のポーラス金属薄板等を製造することを可能とするポーラス金属の製造方法及びその製品に関するものである。本発明のポーラス金属は、低密度、優れた吸音性、高エネルギー吸収特性等を有することから、建設用材料、自動車用材料などとして有用である。
【0002】
【従来の技術】
ポーラス金属とは、緻密体内部に積極的に微細な空隙を導入した金属材料のことである。ポーラス金属は、空隙率(={1−(当該ポーラス金属の見かけの密度/当該金属緻密材の密度)}×100%)が60%以上になると、低密度、優れた吸音性、高エネルギー吸収特性等を示すことから、建設用材料、自動車用材料などに利用されている。また、ポーラス金属は、超軽量であるとともに金属特有のリサイクル性に優れていることから、リサイクル性に優れた軽量材料として、その需要の増加が見込まれている材料である。
【0003】
これまでのポーラス金属の製造方法としては、例えば、ポーラス鋳型に溶融金属を流し込み、凝固後、鋳型を崩壊させ、ポーラス金属を製造する精密鋳造法(例えば:Y.Yamada et al.、J.of Mater.Sci.Lett.、18(1999)、P.1477.)、ポーラス樹脂等の上に金属をメッキし、ポーラス金属を製造するメッキ法(例えば:M.Otsuka etal.Proc.3rd.Japan Int.SAMPE Symp,Dec.7−10,1993、P.887)、溶湯金属に発泡剤を入れ、気体を発生させた状態のまま凝固することにより、ポーラス金属を製造する溶湯発泡法(例えば:T.Miyoshi et al.、Adv.Eng.Mater.、2(2000)、P.179.)がある。
【0004】
また、固体のまま発泡剤から気体を放出させポーラス金属を製造する固体発泡法(例えば:特開2001−342503)、微量の高圧の気体を含んだ金属を高温に加熱し、気体を膨脹させることにより、ポーラス金属を製造する気体膨脹法(例えば:D.T.Queheillalt et al.、Metall.Mater.Trans.A,31A(2000)、P.261.)がある。また、金属粉末とバインダー粉末を圧縮・焼結することにより製造する粉末冶金法(例えば:C.E.Wen et al.,Scripta.Mater.45(2001),P.1147.)、金属短繊維を堆積させ、焼結させる金属短繊維焼結法(例えば:鈴木清ら、工業材料、30(1980)、No.10,P.104.)、金属の切削屑を堆積させ、焼結させる金属切削屑焼結法等(例えば:特願2001−293301)がある。
【0005】
しかしながら、精密鋳造法、メッキ法、溶湯発泡法、金属切削屑焼結法の場合、60%の高空隙率のポーラス金属を製造できるものの、空隙の平均直径は1mm以上であり、1mm以下の微小な空隙を有するポーラス金属を製造することは困難であるという問題がある。一方、固体発泡法、気体膨脹法の場合は、1mm以下の微小な空隙を含んだポーラス金属を製造することはできるが、空隙率は60%以下であり、60%以上の高空隙率のポーラス金属を製造することは困難であるという問題がある。粉末冶金法、金属短繊維法の場合は、空隙の直径を1mm以下にしつつ、空隙率を60%以上にすることが可能である。しかしながら、粉末・金属短繊維の利用は、多種少量生産される製品に対しては有効であるが、自動車衝撃吸収材等の少種大量生産が要求される製品に対しては、高コストにつながるため、適用が困難であるという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術の諸問題を解決することが可能な新しいポーラス金属の製造技術を開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、金属粉末焼結体固体内に閉じこめた高圧不活性ガスを固液二相状態で膨張させることにより所期の目的を達成し得ることを見出し、更に研究を重ねて、本発明を完成するに至った。
本発明は、従来技術では作製方法が制限されていた、空隙のサイズ1mm以下及び空隙率60%以上の特性を有するポーラス金属及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、1mm以下の微細空隙を有し、空隙率60%以上であり、板厚が数mmのポーラス薄板を製造することを可能とするポーラス金属成形体の製造方法及びその成形体を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
(1)塑性加工が可能な金属製容器内に1種類以上の成分を含む金属粉末を1気圧以上の気体とともに密閉し、これを高温で加圧して塑性加工することにより金属粉末を焼結するとともに気体を縮小し、次いで、その高圧気体を含んだ焼結体を固液二相状態まで加熱し、固液二相状態で気体の体積を膨脹させて空隙を発生させることを特徴とするポーラス金属の製造方法。
(2)金属粉末の主成分が、アルミニウム、鉄、チタン、銅、マグネシウム、錫、亜鉛、ニッケル、コバルト、タングステン、又はモリブデンであることを特徴とする前記(1)に記載のポーラス金属の製造方法。
(3)金属粉末を封入する金属容器の主成分が、アルミニウム、鉄、チタン、銅、マグネシウム、錫、亜鉛、ニッケル、コバルト、タングステン、又はモリブデンであることを特徴とする前記(1)に記載のポーラス金属の製造方法。
(4)金属製容器内に密閉する気体の主成分が、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれかであることを特徴とする前記(1)に記載のポーラス金属の製造方法。
(5)金属製容器を熱間押出し、プレス、鍛造、静水圧加圧、引き抜き、圧延のいずれかで高温加圧することを特徴とする前記(1)に記載のポーラス金属の製造方法。
(6)高圧気体を含んだ焼結体を金型に挿入し、固液二相状態まで加熱することにより成形体とすることを特徴とする前記(1)に記載のポーラス金属の製造方法。
(7)高圧気体を含んだ焼結体を圧延した後、固液二相状態まで加熱することにより成形体とすることを特徴とする前記(1)に記載のポーラス金属の製造方法。
(8)空孔の平均直径が50μmから500μmであり、空隙率が60%以上であることを特徴とする前記(1)から(7)のいずれかに記載のポーラス金属の製造方法。
(9)前記(1)から(8)のいずれかに記載の製造方法により作製される、1mm以下の空隙を有し、空隙率が60%以上であることを特徴とするポーラス金属。
(10)ポーラス金属が、成形体である、前記(9)に記載のポーラス金属。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明は、金属粉末焼結体固体内に閉じこめた高圧不活性ガスを固液二相状態(固体と液体が混在した状態)で膨脹させることにより、1mm以下の空隙を有し、空隙率が60%以上であるポーラス金属を作製することを特徴とするものである。本発明では、空隙のサイズ1mm以下及び空隙率60%以上のポーラス金属を製造するために、固液二相状態で固体金属中の不活性ガスを膨脹させること、具体的には、不活性ガスと金属粉末を加圧下で焼結して固体金属内に高圧不活性ガスを導入し、高圧の気体を導入した固体金属を固液二相状態で膨張させること、によりポーラス金属を製造する。
【0009】
本発明は、固液二相状態が存在し得る各種金属に適用される。これらの金属としては、例えば、アルミニウム、鉄、チタン、銅、マグネシウム、錫、亜鉛、ニッケル、コバルト、タングステン、モリブデンを主成分とする合金が例示されるが、これらに制限されるものではない。本発明のプロセスは、固液共存相を有する合金であれば、いずれの合金においてもポーラス金属を作製することが可能である。
【0010】
以下、アルミニウム合金を一例として本発明を説明する。本発明の方法では、まず、純アルミニウム製容器にアルミニウム合金粉末を入れた後、1気圧以上の高圧ガスを容器に満たし、封入する。封入後、アルミニウム(合金)製容器を熱間押出しすることにより粉末を焼結する。この際、ガスは、押出しの圧力により縮小し、高圧ガスとしてバルク内に閉じこめられる。押出し後、固液二相状態にするために加熱保持すると、縮小していた気体が膨脹し、多量の空隙を含むポーラス合金丸棒が製造される。以上のプロセスを図1に模式的に示す。このプロセスでは、液相の箇所で優先的に気体が膨脹するが、周囲の固体により気体の膨脹が抑制されるため、空隙の大きさを1mm以下にすることが可能となる。
【0011】
また、本発明の他の方法では、アルミニウム(合金)製容器にアルミニウム合金粉末を入れた後、1気圧以上の高圧ガスを容器に満たし、封入する。封入後、熱間プレス(又は鍛造、静水圧加圧)し、粉末を焼結する。この焼結材を金型に挿入した後、固液二相状態になるまで加熱すると、金型内部で焼結材が膨脹し、複雑な形状を有するポーラス合金成形品が製造される。以上のプロセスを図2に模式的に示す。
【0012】
また、本発明の他の方法では、アルミニウム(合金)製容器にアルミニウム合金粉末を入れた後、1気圧以上の高圧ガスを容器に満たし、封入する。封入後、熱間プレス(又は鍛造、静水圧加圧)し、粉末を焼結する。この焼結材を板状に切断後、圧延により薄板を作製する。薄板を固液二相状態になるまで加熱すると、薄板が膨脹し、ポーラス合金板材が製造される。以上のプロセスを図3に模式的に示す。
【0013】
また、本発明の他の方法では、アルミニウム(合金)製容器にアルミニウム合金粉末を入れた後、1気圧以上の高圧ガスを容器に満たし、封入する。封入後、アルミニウム製容器を熱間引き抜きすることにより粉末を焼結する。この際、ガスは、引き抜きの圧力により縮小し、高圧ガスとしてバルク内に閉じこめられる。引き抜き後、固液二相状態にするために加熱保持すると、縮小していた気体が膨脹し、多量の空隙を含むポーラス合金細線が製造される。以上のプロセスを図4に模式的に示す。
【0014】
本発明において、上記のポーラス金属の作製プロセスで利用する、金属粉末を注入する金属容器の種類としては、適度な延性を有し、一連の塑性加工(圧延、押出し、引き抜き、鍛造、プレス、静水圧加圧)において破断しないものが望ましい。理想的には、金属粉末と同じ材質の缶を利用することが望ましいが、金属粉末に近い延性・強度を有する材料により代替することも可能である。
【0015】
上記のポーラス金属の作製プロセスで利用する高圧ガスの種類としては、金属粉末と反応を起こさない不活性ガスが望ましく、例えば、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスを主成分としたガスが例示されるが、これらに制限されるものではない。
【0016】
上記プロセスでは、液相の量が少なすぎると気体の膨脹が遅く、空隙のサイズは1mm以下になるものの、空隙率は60%以下になる。一方、液相の量が多すぎると固体による膨脹抑制の効果が低減し、空隙率は60%以上になるものの空隙の大きさは1mm以上になる。空隙のサイズ1mm以下及び空隙率60%以上のポーラス材料を製造するためは、高圧気体を含んだ焼結体を固液二相状態まで加熱し、固液二相状態で気体の体積を膨張させ空隙を発生させる際の液相量が適度であることが要求される。例えば、アルミニウム合金(7075合金)を例にとると、固相線温度(479℃)よりも約100℃から160℃上の温度で金属容器内部のガスを膨張させることが望ましい。これらの加熱保持温度は、使用する金属の種類、使用目的に応じて設定することができる。
【0017】
本発明のプロセスにより作製された各種ポーラス金属を利用すると、数mm程度の小さな成形体に多数の空隙を付与することが可能となり、多種多様な用途にポーラス金属を利用することが可能となる。例えば、厚みが数mm程度の薄板をポーラス金属により作製するためには、1mm以下の空隙を板内部に多数生成させることが必要である。本発明によるポーラス金属製の薄板は、超軽量性、易加工性、易リサイクル性を同時に実現できる材料であり、樹脂材料等の代替として、軽量化が求められている自動車等の部品へ利用することが可能である。本発明のプロセスは、ポーラス金属製の薄板を作製するための基礎的技術として有用である。
【0018】
【作用】
本発明は、金属粉末焼結体固体内に閉じこめた高圧不活性ガスを固液二相状態(固体と液体が混在した状態)で膨脹させることにより、1mm以下の空隙を有し、空隙率が60%以上であるポーラス金属を作製することを特徴とするものである。本発明では、高圧気体を含んだ焼結体を金型に挿入し、固液二相状態まで加熱することにより、任意の形態の成形品を作製することができる。また、上記焼結体を圧延した後、固液二相状態まで加熱することにより、薄板を作製することができる。本発明のポーラス金属の製造方法を利用することにより、数mm程度の微細な部材に多数の空隙を付与することが可能となり、特に、板厚が数mmのポーラス薄板を製造することが可能であり、低コストで簡便な方法、かつ金属製衝撃吸収材、超軽量性薄板及び易リサイクル性薄板、等を製造するための基礎技術として有用である。
【0019】
【実施例】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
実施例1
本実施例では、一例として、アルミニウム合金(7075合金)を利用して、ポーラス金属を作製した。
(1)ポーラス金属の製造
図5に記載の純アルミニウム製容器に市販7075アルミニウム合金粉末(Al−5.5mass%−2.5mass%Mg−1.5mass%Cu合金アルミニウム粉末)を容器容積の2/3まで充填した後、10気圧のアルゴンガスを容器に満たし、封入した。なお、本実施例にて使用したアルミニウム合金粉末の粒径は50μm以下であった。封入後、温度400℃、押し出し比8の条件でアルミニウム製容器を熱間で押出し、直径14mmの丸棒を作製した。この押出し棒を630℃に72時間加熱保持し、ポーラスアルミニウム合金を製造した。なお、示差熱分析の結果、本7075アルミニウム合金の固相線温度は479℃であった。
【0020】
(2)結果
図6に、加熱保持前のポーラスアルミニウム合金の内部組織(a)と加熱保持後のポーラスアルミニウム合金の内部組織(b)をそれぞれ示す。加熱保持前の押出し棒の空隙率は5%であった。一方、加熱保持後の押出し棒の空隙率は74%まで向上した。次に、作製したポーラスアルミニウム合金の気泡サイズを画像解析により測定した結果を図7に示す。空隙サイズが50〜400μmに集中していることが分かる。すなわち、図6、図7の結果より、本発明により1mm以下の空隙を有し、空隙率が60%以上のポーラス金属が作製可能であることが分かる。
【0021】
実施例2
図5に記載の純アルミニウム製容器に市販7075アルミニウム合金粉末(Al−5.5mass%−2.5mass%Mg−1.5mass%Cu合金アルミニウム粉末)を容器容積の2/3まで充填した後、10気圧のアルゴンガスを容器に満たし、封入した。封入後、温度400℃、押し出し比6の条件でアルミニウム製容器を熱間押出し、直径6mmの丸棒を作製した。なお、本実施例にて使用したアルミニウム合金粉末の粒径は50μm以下であった。この押出し棒を460℃及び630℃に72時間加熱保持し、ポーラスアルミニウム合金を製造した。なお、示差熱分析の結果、本7075アルミニウム合金の固相線温度は479℃であった。図8に460℃で加熱保持後のポーラスアルミニウム合金の内部組織(a)と630℃で加熱保持後のポーラスアルミニウム合金の内部組織(b)をそれぞれ示す。密度測定の結果、空隙率はそれぞれ9%及び74%であった。図8の結果より、本発明によりポーラス金属を作製する上において、適度の液相量が必要であることが確認できる。
【0022】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、ポーラス金属及びその製造方法に係るものであり、本発明によれば、1)空隙のサイズ1mm以下及び空隙率60%以上のポーラス金属を製造することができる、2)得られたポーラス金属は、軽量であるとともに、エネルギー吸収性や振動吸収性に優れ、更に、金属特有の優れたリサイクル性をも有している、3)本発明は、従来の製法(精密鋳造法、メッキ法、溶湯発泡法等)では困難であった1mm以下の微細空隙を有するポーラス金属を、比較的容易な手法により作製することを可能とする、4)板厚が数mmのポーラス薄板の製造を可能とする、5)そのため、本発明は、その工業的意義と産業上の利用可能性は非常に大きなものがある、という格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポーラス金属丸棒を製造するためのプロセスを示す。
【図2】本発明に係る複雑形状ポーラス金属成形品を製造するためのプロセスを示す。
【図3】本発明に係るポーラス金属薄板を製造するためのプロセスを示す。
【図4】本発明に係わるポーラス金属細線を製造するためのプロセスを示す。
【図5】本発明に利用した純アルミニウム製金属容器とその内部に封入したアルミニウム合金粉末及び不活性ガスについての説明図である。
【図6】加熱保持前の押出し材の内部組織(a)と、630℃で72時間加熱保持後の押出し材の内部組織(b)を示す。
【図7】本発明の方法によって作製されたポーラスアルミニウム合金の単位面積当たりの空隙サイズ分布を示す。
【図8】460℃で24時間加熱保持後の押出し材の内部組織(a)と、630℃で72時間加熱保持後の押出し材の内部組織(b)を示す。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a low-density porous metal containing a large amount of voids and a method for producing the same, and more specifically, for example, to produce a porous metal sheet having a void size of 1 mm or less and a porosity of 60% or more. The present invention relates to a method for manufacturing a porous metal and a product thereof. The porous metal of the present invention has low density, excellent sound absorption properties, high energy absorption characteristics, and the like, and is therefore useful as a construction material, a material for automobiles, and the like.
[0002]
[Prior art]
The porous metal is a metal material in which fine voids are positively introduced inside the dense body. When the porosity (= {1- (apparent density of the porous metal / density of the metal dense material)} × 100%) of the porous metal is 60% or more, low density, excellent sound absorption, and high energy absorption are obtained. Because of its properties, it is used for construction materials, automotive materials and the like. In addition, porous metal is a material that is expected to increase in demand as a lightweight material excellent in recyclability because it is ultralight and excellent in metal-specific recyclability.
[0003]
As a conventional method for producing a porous metal, for example, a precision casting method for producing a porous metal (for example, Y. Yamada et al., J. of.) Mat. Sci. Lett., 18 (1999), P. 1277.), a plating method for producing a porous metal by plating a metal on a porous resin or the like (for example: M. Otsuka et al. Proc. 3rd. Japan Int.). SAMPE Symp, Dec. 7-10, 1993, P. 887), a foaming agent is added to a molten metal, and the molten metal is solidified in a state of generating a gas to produce a porous metal. Miyoshi et al., Adv. Eng. Mater., 2 (2000), P. 179.). .
[0004]
Further, a solid foaming method for producing a porous metal by releasing a gas from a foaming agent as a solid (for example, JP-A-2001-342503), heating a metal containing a small amount of high-pressure gas to a high temperature to expand the gas. For example, there is a gas expansion method for producing a porous metal (for example, DT Queheilalt et al., Metal. Mater. Trans. A, 31A (2000), P. 261.). Powder metallurgy (for example, CE Wen et al., Scripta. Mater. 45 (2001), P. 1147.) produced by compressing and sintering a metal powder and a binder powder; Metal sintering method (for example, Kiyoshi Suzuki, Industrial Materials, 30 (1980), No. 10, P. 104.) for depositing and sintering metal, There is a cutting waste sintering method (for example: Japanese Patent Application No. 2001-293301).
[0005]
However, in the case of the precision casting method, the plating method, the molten metal foaming method, and the metal swarf sintering method, a porous metal having a high porosity of 60% can be produced, but the average diameter of the voids is 1 mm or more and the minute diameter of 1 mm or less. There is a problem that it is difficult to produce a porous metal having a large void. On the other hand, in the case of the solid foaming method and the gas expansion method, a porous metal containing minute voids of 1 mm or less can be produced, but the porosity is 60% or less, and the high porosity of 60% or more is high. There is a problem that it is difficult to manufacture metal. In the case of the powder metallurgy method or the short metal fiber method, it is possible to make the porosity 60% or more while keeping the diameter of the voids at 1 mm or less. However, the use of powdered and short metal fibers is effective for products that are produced in large quantities and small quantities, but leads to high costs for products that require small-scale mass production such as automobile shock absorbers. Therefore, there is a problem that application is difficult.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Under these circumstances, the present inventors have conducted intensive studies in view of the above-described conventional technology with the aim of developing a new porous metal manufacturing technology capable of solving the problems of the conventional technology. As a result of the superposition, it was found that the intended purpose could be achieved by expanding the high-pressure inert gas confined in the solid of the metal powder sintered body in a solid-liquid two-phase state. It was completed.
An object of the present invention is to provide a porous metal having a void size of 1 mm or less and a porosity of 60% or more and a method of manufacturing the porous metal, the production method of which has been limited in the prior art.
Further, the present invention provides a method for manufacturing a porous metal molded body having fine voids of 1 mm or less, a porosity of 60% or more, and a porous thin plate having a thickness of several mm and a molded body thereof. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-mentioned problems includes the following technical means.
(1) A metal powder containing one or more components is sealed in a metal container capable of plastic working together with a gas of 1 atm or more, and the metal powder is sintered at a high temperature by pressurizing the metal powder. The porous body is characterized in that the sintered body containing the high-pressure gas is heated to a solid-liquid two-phase state and the volume of the gas is expanded in the solid-liquid two-phase state to generate voids. Metal manufacturing method.
(2) The porous metal according to (1), wherein the main component of the metal powder is aluminum, iron, titanium, copper, magnesium, tin, zinc, nickel, cobalt, tungsten, or molybdenum. Method.
(3) The main component of the metal container enclosing the metal powder is aluminum, iron, titanium, copper, magnesium, tin, zinc, nickel, cobalt, tungsten, or molybdenum, as described in (1) above. Production method of porous metal.
(4) The method for producing a porous metal according to (1), wherein the main component of the gas sealed in the metal container is any one of nitrogen, argon, and helium.
(5) The method for producing a porous metal as described in (1) above, wherein the metal container is subjected to hot extrusion, pressing, forging, isostatic pressing, drawing, or rolling to a high temperature.
(6) The method for producing a porous metal according to the above (1), wherein a sintered body containing a high-pressure gas is inserted into a mold and heated to a solid-liquid two-phase state to form a molded body.
(7) The method for producing a porous metal according to the above (1), wherein the sintered body containing the high-pressure gas is rolled and then heated to a solid-liquid two-phase state to obtain a formed body.
(8) The method for producing a porous metal according to any one of (1) to (7), wherein the average diameter of the pores is 50 μm to 500 μm, and the porosity is 60% or more.
(9) A porous metal produced by the production method according to any one of (1) to (8), having a void of 1 mm or less, and having a porosity of 60% or more.
(10) The porous metal according to (9), wherein the porous metal is a molded body.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention expands a high-pressure inert gas confined in a sintered metal powder solid in a solid-liquid two-phase state (a state in which a solid and a liquid are mixed) to have a void of 1 mm or less, and a porosity of 1 mm or less. It is characterized in that a porous metal of 60% or more is produced. In the present invention, in order to produce a porous metal having a void size of 1 mm or less and a porosity of 60% or more, expanding an inert gas in a solid metal in a solid-liquid two-phase state, specifically, an inert gas And a metal powder are sintered under pressure to introduce a high-pressure inert gas into the solid metal, and expand the solid metal introduced with the high-pressure gas in a solid-liquid two-phase state to produce a porous metal.
[0009]
The present invention is applied to various metals in which a solid-liquid two-phase state can exist. Examples of these metals include, but are not limited to, aluminum, iron, titanium, copper, magnesium, tin, zinc, nickel, cobalt, tungsten, and alloys mainly containing molybdenum. The process of the present invention can produce a porous metal in any alloy having a solid-liquid coexisting phase.
[0010]
Hereinafter, the present invention will be described using an aluminum alloy as an example. In the method of the present invention, first, an aluminum alloy powder is put into a pure aluminum container, and then the container is filled with a high-pressure gas of 1 atm or more and sealed. After sealing, the powder is sintered by hot extruding an aluminum (alloy) container. At this time, the gas is reduced by the pressure of the extrusion and is confined in the bulk as a high-pressure gas. After the extrusion, when heated and held to form a solid-liquid two-phase state, the reduced gas expands, and a porous alloy round bar containing a large amount of voids is produced. The above process is schematically shown in FIG. In this process, the gas expands preferentially in the liquid phase, but the expansion of the gas is suppressed by the surrounding solid, so that the size of the void can be reduced to 1 mm or less.
[0011]
In another method of the present invention, an aluminum (alloy) container is charged with aluminum alloy powder, and then the container is filled with a high-pressure gas of 1 atm or more and sealed. After the encapsulation, hot pressing (or forging, isostatic pressing) is performed to sinter the powder. When this sintered material is inserted into a mold and then heated to a solid-liquid two-phase state, the sintered material expands inside the mold, and a porous alloy molded article having a complicated shape is manufactured. The above process is schematically shown in FIG.
[0012]
In another method of the present invention, an aluminum (alloy) container is charged with aluminum alloy powder, and then the container is filled with a high-pressure gas of 1 atm or more and sealed. After the encapsulation, hot pressing (or forging, isostatic pressing) is performed to sinter the powder. After cutting this sintered material into a plate shape, a thin plate is produced by rolling. When the sheet is heated to a solid-liquid two-phase state, the sheet expands and a porous alloy sheet is produced. The above process is schematically shown in FIG.
[0013]
In another method of the present invention, an aluminum (alloy) container is charged with aluminum alloy powder, and then the container is filled with a high-pressure gas of 1 atm or more and sealed. After encapsulation, the powder is sintered by hot drawing the aluminum container. At this time, the gas is reduced by the withdrawal pressure and is confined in the bulk as a high-pressure gas. After drawing, if heated and held to form a solid-liquid two-phase state, the reduced gas expands, and a porous alloy fine wire containing a large amount of voids is produced. The above process is schematically shown in FIG.
[0014]
In the present invention, the type of the metal container into which the metal powder is injected, which is used in the above-described porous metal production process, has a moderate ductility, and is subjected to a series of plastic working (rolling, extrusion, drawing, forging, pressing, pressing, and the like). Those which do not break under water pressure) are desirable. Ideally, it is desirable to use a can made of the same material as the metal powder, but it is also possible to substitute a material having ductility and strength close to that of the metal powder.
[0015]
As the type of the high-pressure gas used in the above-described porous metal production process, an inert gas that does not react with the metal powder is desirable, and examples thereof include an argon gas, a nitrogen gas, and a gas mainly containing a helium gas. However, the present invention is not limited to these.
[0016]
In the above process, if the amount of the liquid phase is too small, the expansion of the gas is slow, and the size of the voids is 1 mm or less, but the porosity is 60% or less. On the other hand, if the amount of the liquid phase is too large, the effect of suppressing the expansion due to the solid is reduced, and the porosity becomes 60% or more, but the size of the void becomes 1 mm or more. In order to produce a porous material having a void size of 1 mm or less and a porosity of 60% or more, a sintered body containing a high-pressure gas is heated to a solid-liquid two-phase state, and the volume of the gas is expanded in the solid-liquid two-phase state. It is required that the amount of the liquid phase at the time of generating the void is appropriate. For example, taking an aluminum alloy (7075 alloy) as an example, it is desirable to expand the gas inside the metal container at a temperature about 100 ° C. to 160 ° C. higher than the solidus temperature (479 ° C.). These heating and holding temperatures can be set according to the type of metal used and the purpose of use.
[0017]
When various porous metals produced by the process of the present invention are used, a large number of voids can be provided in a small compact of about several mm, and the porous metal can be used for various uses. For example, in order to produce a thin plate having a thickness of about several mm from porous metal, it is necessary to form a large number of voids of 1 mm or less inside the plate. The porous metal thin plate according to the present invention is a material capable of simultaneously realizing ultra-lightweight, easy processability, and easy recyclability, and is used as a substitute for a resin material or the like for parts of an automobile or the like that is required to be reduced in weight. It is possible. The process of the present invention is useful as a basic technique for producing a porous metal sheet.
[0018]
[Action]
The present invention expands a high-pressure inert gas confined in a sintered metal powder solid in a solid-liquid two-phase state (a state in which a solid and a liquid are mixed) to have a void of 1 mm or less, and a porosity of 1 mm or less. It is characterized in that a porous metal of 60% or more is produced. In the present invention, a molded article of any form can be produced by inserting a sintered body containing a high-pressure gas into a mold and heating it to a solid-liquid two-phase state. In addition, a thin plate can be produced by rolling the sintered body and then heating it to a solid-liquid two-phase state. By utilizing the method for producing a porous metal of the present invention, it is possible to provide a large number of voids in a fine member of about several mm, and in particular, it is possible to produce a porous thin plate having a thickness of several mm. It is a low-cost and simple method, and is useful as a basic technology for producing metal shock absorbers, ultralight-weight thin plates, easily recyclable thin plates, and the like.
[0019]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.
Example 1
In this embodiment, as an example, a porous metal was manufactured using an aluminum alloy (7075 alloy).
(1) Production of Porous Metal A commercially available 7075 aluminum alloy powder (Al-5.5 mass% -2.5 mass% Mg-1.5 mass% Cu alloy aluminum powder) was placed in a pure aluminum container shown in FIG. After filling to / 3, the vessel was filled with 10 atm of argon gas and sealed. The particle size of the aluminum alloy powder used in this example was 50 μm or less. After the encapsulation, the aluminum container was extruded hot under the conditions of a temperature of 400 ° C. and an extrusion ratio of 8, to produce a round bar having a diameter of 14 mm. The extruded rod was heated and maintained at 630 ° C. for 72 hours to produce a porous aluminum alloy. As a result of differential thermal analysis, the solidus temperature of the present 7075 aluminum alloy was 479 ° C.
[0020]
(2) Results FIG. 6 shows the internal structure (a) of the porous aluminum alloy before heating and holding and the internal structure (b) of the porous aluminum alloy after heating and holding, respectively. The porosity of the extruded rod before heating and holding was 5%. On the other hand, the porosity of the extruded rod after heating and holding was improved to 74%. Next, FIG. 7 shows the result of measuring the cell size of the produced porous aluminum alloy by image analysis. It can be seen that the void size is concentrated at 50 to 400 μm. That is, from the results of FIGS. 6 and 7, it is understood that a porous metal having a void of 1 mm or less and a porosity of 60% or more can be manufactured according to the present invention.
[0021]
Example 2
After filling a commercially available 7075 aluminum alloy powder (Al-5.5 mass% -2.5 mass% Mg-1.5 mass% Cu alloy aluminum powder) into the pure aluminum container shown in FIG. 5 to 2/3 of the container volume, The vessel was filled with 10 atm of argon gas and sealed. After sealing, the aluminum container was hot-extruded under the conditions of a temperature of 400 ° C. and an extrusion ratio of 6, to produce a round bar having a diameter of 6 mm. The particle size of the aluminum alloy powder used in this example was 50 μm or less. The extruded rod was heated and maintained at 460 ° C. and 630 ° C. for 72 hours to produce a porous aluminum alloy. As a result of differential thermal analysis, the solidus temperature of the present 7075 aluminum alloy was 479 ° C. FIG. 8 shows the internal structure (a) of the porous aluminum alloy after heating and holding at 460 ° C. and the internal structure (b) after heating and holding at 630 ° C., respectively. As a result of the density measurement, the porosity was 9% and 74%, respectively. From the results shown in FIG. 8, it can be confirmed that an appropriate amount of liquid phase is required for producing a porous metal according to the present invention.
[0022]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention relates to a porous metal and a method for manufacturing the same. According to the present invention, 1) a porous metal having a void size of 1 mm or less and a porosity of 60% or more can be produced. 2) The obtained porous metal is lightweight, has excellent energy absorption and vibration absorption, and has excellent recyclability unique to the metal. 3) The present invention relates to a conventional porous metal. It is possible to produce a porous metal having fine voids of 1 mm or less, which was difficult by the production method (precision casting method, plating method, molten metal foaming method, etc.), by a relatively easy method. 5) Therefore, the present invention has an extraordinary effect that its industrial significance and industrial applicability are very large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a process for producing a porous metal rod according to the invention.
FIG. 2 shows a process for producing a complex-shaped porous metal molding according to the present invention.
FIG. 3 shows a process for producing a porous sheet metal according to the present invention.
FIG. 4 shows a process for producing a porous fine metal wire according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view of a pure aluminum metal container used in the present invention, an aluminum alloy powder and an inert gas sealed therein.
FIG. 6 shows the internal structure (a) of the extruded material before heating and holding, and the internal structure (b) of the extruded material after heating and holding at 630 ° C. for 72 hours.
FIG. 7 shows a pore size distribution per unit area of a porous aluminum alloy produced by the method of the present invention.
FIG. 8 shows the internal structure (a) of the extruded material after heating and holding at 460 ° C. for 24 hours and the internal structure (b) of the extruded material after heating and holding at 630 ° C. for 72 hours.

Claims (10)

塑性加工が可能な金属製容器内に1種類以上の成分を含む金属粉末を1気圧以上の気体とともに密閉し、これを高温で加圧して塑性加工することにより金属粉末を焼結するとともに気体を縮小し、次いで、その高圧気体を含んだ焼結体を固液二相状態まで加熱し、固液二相状態で気体の体積を膨脹させて空隙を発生させることを特徴とするポーラス金属の製造方法。A metal powder containing one or more types of components is sealed in a metal container capable of plastic working together with a gas of 1 atm or more. Producing a porous metal characterized by reducing the size and then heating the sintered body containing the high-pressure gas to a solid-liquid two-phase state and expanding the volume of the gas in the solid-liquid two-phase state to generate voids. Method. 金属粉末の主成分が、アルミニウム、鉄、チタン、銅、マグネシウム、錫、亜鉛、ニッケル、コバルト、タングステン、又はモリブデンであることを特徴とする請求項1に記載のポーラス金属の製造方法。The method for producing a porous metal according to claim 1, wherein the main component of the metal powder is aluminum, iron, titanium, copper, magnesium, tin, zinc, nickel, cobalt, tungsten, or molybdenum. 金属粉末を封入する金属容器の主成分が、アルミニウム、鉄、チタン、銅、マグネシウム、錫、亜鉛、ニッケル、コバルト、タングステン、又はモリブデンであることを特徴とする請求項1に記載のポーラス金属の製造方法。The porous metal according to claim 1, wherein the main component of the metal container for enclosing the metal powder is aluminum, iron, titanium, copper, magnesium, tin, zinc, nickel, cobalt, tungsten, or molybdenum. Production method. 金属製容器内に密閉する気体の主成分が、窒素、アルゴン、ヘリウムのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のポーラス金属の製造方法。The method for producing a porous metal according to claim 1, wherein a main component of the gas sealed in the metal container is any of nitrogen, argon, and helium. 金属製容器を熱間押出し、プレス、鍛造、静水圧加圧、引き抜き、圧延のいずれかで高温加圧することを特徴とする請求項1に記載のポーラス金属の製造方法。The method for producing a porous metal according to claim 1, wherein the metal container is subjected to hot extrusion, hot pressing, forging, isostatic pressing, drawing, or rolling. 高圧気体を含んだ焼結体を金型に挿入し、固液二相状態まで加熱することにより成形体とすることを特徴とする請求項1に記載のポーラス金属の製造方法。The method for producing a porous metal according to claim 1, wherein a sintered body containing a high-pressure gas is inserted into a mold and heated to a solid-liquid two-phase state to form a molded body. 高圧気体を含んだ焼結体を圧延した後、固液二相状態まで加熱することにより成形体とすることを特徴とする請求項1に記載のポーラス金属の製造方法。The method for producing a porous metal according to claim 1, wherein the sintered body containing the high-pressure gas is rolled and then heated to a solid-liquid two-phase state to obtain a formed body. 空孔の平均直径が50μmから500μmであり、空隙率が60%以上であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のポーラス金属の製造方法。The method for producing a porous metal according to any one of claims 1 to 7, wherein the average diameter of the pores is 50 µm to 500 µm, and the porosity is 60% or more. 請求項1から8のいずれかに記載の製造方法により作製される、1mm以下の空隙を有し、空隙率が60%以上であることを特徴とするポーラス金属。A porous metal produced by the production method according to any one of claims 1 to 8, having a void of 1 mm or less, and having a porosity of 60% or more. ポーラス金属が、成形体である、請求項9に記載のポーラス金属。The porous metal according to claim 9, wherein the porous metal is a molded body.
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