JP2019065322A - Aluminum porous member and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元網目状構造を有するアルミニウム系多孔質体を主体とし、適用部材へ接合するための作業及び取り扱いが容易であるアルミニウム系多孔質部材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an aluminum-based porous member mainly composed of an aluminum-based porous body having a three-dimensional network structure and easy in work and handling for joining to an application member, and a method of manufacturing the same.
従来、アルミニウム製熱交換器は、車両に搭載されてエバポレータやコンデンサ等として用いられている。熱交換器においては、流体と熱交換器との間の熱伝導を促進するために、流体が流れる流路にアルミニウム製のフィン等が設置されている。このようなアルミニウム製の部材をアルミニウム製熱交換器に接合する際には、ろう付け接合が利用され、液状又はペースト状のろう付け用組成物が用いられる。 Conventionally, an aluminum heat exchanger is mounted on a vehicle and used as an evaporator, a condenser or the like. In the heat exchanger, in order to promote heat conduction between the fluid and the heat exchanger, fins made of aluminum or the like are provided in the flow path through which the fluid flows. When joining such an aluminum member to an aluminum heat exchanger, brazing is used, and a liquid or paste brazing composition is used.
フィン等の熱伝導を促進する部材は、その構造によって熱伝導効率が変化するので、接触面積を増加させて熱伝導効率を高めるために、フィンの構造を様々に微細化させる改良が行われている。 The heat transfer efficiency of the member promoting heat transfer such as a fin changes depending on its structure, so improvements are made to variously refine the structure of the fin in order to increase the contact area and enhance the heat transfer efficiency. There is.
一方、三次元網目状構造を有する金属多孔質体の製造方法が近年提案され、金属多孔質体の提供が可能となっている。下記特許文献１〜３においては、金属粉末を分散させたスラリーを樹脂多孔質体に付着させ、加熱により樹脂を分解させて消失させることによって金属多孔質体を得ることが記載される。又、下記特許文献４においては、基体となる三次元網目構造体の骨格表面に粘着剤を付着させた後に、粉体を被着させて熱処理することによって、金属又はセラミックスからなる三次元網目構造体が得られることが記載される。一方、下記特許文献５では、鉄の多孔体の製造方法が記載され、この文献の技術によれば、表面酸化した鉄粉を結合剤と混連して多孔質高分子樹脂の骨格に塗着し、これを加熱して、高分子樹脂の消失及び鉄粉の焼結還元を行うことによって鉄の多孔体が得られる。 On the other hand, a method for producing a metal porous body having a three-dimensional network structure has recently been proposed, and it has become possible to provide a metal porous body. In Patent Documents 1 to 3 below, it is described that a slurry in which a metal powder is dispersed is attached to a resin porous body, and the resin is decomposed by heating to disappear and thereby obtain a metal porous body. Further, in Patent Document 4 below, a pressure-sensitive adhesive is attached to the skeleton surface of a three-dimensional network structure to be a substrate, and then a powder is attached and heat-treated to form a three-dimensional network structure made of metal or ceramic. It is stated that the body is obtained. On the other hand, Patent Document 5 below describes a method for producing a porous iron body, and according to the technique of this document, surface oxidized iron powder is mixed with a binder to be applied to the skeleton of porous polymer resin This is heated to carry out the disappearance of the polymer resin and the sinter reduction of the iron powder to obtain an iron porous body.
このような状況において、熱伝導を促進するフィンにおける構造変更によって熱伝導効率を向上させる試みにも限界が見られ、フィンの代わりとなる異なる形態の部材が求められている。この点に関して、金属製多孔質体は、熱伝導率が高く、表面積が大きいので、連通する気孔に流体を通過させることによって、フィン等の代わりに熱伝導を促進するために使用する部材として極めて有望であると考えられる。 In such circumstances, limitations have been seen in attempts to improve the heat transfer efficiency by structural changes in the fins that promote heat transfer, and different forms of members in place of the fins are sought. In this respect, the metal porous body has high thermal conductivity and large surface area, so it can be used as a member to promote heat conduction instead of fins etc. by passing a fluid through communicating pores. It is considered promising.
このようなことから、近年、本発明者等は、熱伝導を促進する部材への適用によって高い熱交換効率を期待できる構造材として、アルミニウム系多孔質体を開発し、下記特許文献６において提案している。 Because of this, in recent years, the present inventors have developed an aluminum-based porous body as a structural material that can expect high heat exchange efficiency by application to a member that promotes heat conduction, and proposed in Patent Document 6 below. doing.
しかし、従来のアルミニウム系部材のろう付け技術には、ろう付け用組成物の保存安定性及び安全性等の課題が多く、基本的に、ろう付け作業が繁雑になる傾向がある。しかも、熱交換器のような製品において、ろう付けを行う部分には、熱交換用流路を形成するチューブ材、放熱を行うフィン材の接合部などがあり、このような部分の接合では、過度の加熱に起因するろう材浸食（エロージョン）によって、穴あきなどの不具合が非常に発生し易い。エロージョンは、近年軽量化が進むアルミニウム系部材の接合において深刻な技術課題となっている現象であり、ろう材成分（ケイ素）の拡散による浸食、及び、流動ろう材による浸食が含まれる。 However, conventional brazing techniques for aluminum-based members have many problems such as storage stability and safety of the brazing composition, and basically, the brazing operation tends to be complicated. Moreover, in a product such as a heat exchanger, a portion to be brazed includes a tube material forming a heat exchange flow passage, a joint portion of a fin material to radiate heat, and the like. The brazing material erosion (erosion) due to excessive heating is very likely to cause defects such as perforation. Erosion is a phenomenon that has become a serious technical problem in joining of aluminum-based members, which has recently been reduced in weight, and includes erosion due to diffusion of the brazing material component (silicon) and erosion due to flowing brazing material.
又、近年開発されたアルミニウム多孔質体についても、構造が微細であるため、汎用のプレートフィン材に比べてろう付けの技術的難易度が高い。更に、取り扱いにおいて破損防止等の配慮も必要であり、ろう付け接合時の取り扱いが難しい。このようなことから、アルミニウム多孔質体を、従来のフィンに代えて熱交換器等における熱伝導を促進するための部材として利用するには、接合が容易になるような改善が必要である。 In addition, since the porous aluminum body developed in recent years also has a fine structure, the technical difficulty of brazing is higher than that of a general-purpose plate fin material. Furthermore, in consideration of the prevention of damage etc. in handling, handling at the time of brazing is difficult. From such a thing, in order to use an aluminum porous body as a member for promoting heat conduction in a heat exchanger etc. instead of the conventional fin, the improvement which becomes easy [joining] is needed.
本発明は、上述の問題を解消し、アルミニウム製熱交換器等を含む各種アルミニウム製品へのろう付け接合が容易なアルミニウム系多孔質部材及びその製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an aluminum-based porous member which can be easily brazed to various aluminum products including aluminum heat exchangers and the like, and a method for producing the same.
本発明者らは、ろう付け用組成物を構成する各材料及びその材料形態について様々に検討した結果、ろう付け作業が簡便なアルミニウム系の箔又は板がアルミニウム系多孔質体に一体化される構成に至った。 As a result of various investigations on each material constituting the brazing composition and the material form thereof, the present inventors integrate an aluminum-based foil or plate easy to brazing work into the aluminum-based porous body. It reached the configuration.
本発明の一態様によれば、アルミニウム系多孔質部材は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されるアルミニウム系多孔質体と、前記アルミニウム系多孔質体に直接一体化される少なくとも１つの層状体とを有し、前記層状体は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されることを要旨とする。 According to one aspect of the present invention, the aluminum-based porous member comprises an aluminum-based porous body composed of aluminum or an aluminum alloy, and at least one layered body directly integrated with the aluminum-based porous body. And the layered body is made of aluminum or an aluminum alloy.
前記少なくとも１つの層状体は、金属結合によって前記アルミニウム系多孔質体と連続するように接合される。前記層状体は、平均厚さが１０μｍ以上且つ１ｍｍ以下であるとよい。 The at least one layered body is continuously joined to the aluminum-based porous body by metal bonding. The layered body may have an average thickness of 10 μm or more and 1 mm or less.
前記アルミニウム系多孔質体は、対向する一対の側面を有する形状であり、前記少なくとも１つの層状体は、前記一対の側面に一体化される一対の層状体を含むように構成すると好適である。前記アルミニウム系多孔質体の形状は、直方体形であると汎用性がある。前記アルミニウム系多孔質体の気孔率は、９２〜９９％であり、このようなアルミニウム系多孔質部材は、前記層状体で熱交換器に接合するために使用するのに好適である。 It is preferable that the aluminum-based porous body has a shape having a pair of opposite side surfaces, and the at least one layer body includes a pair of layer bodies integrated with the pair of side surfaces. The shape of the aluminum-based porous body is versatile if it is rectangular. The porosity of the aluminum-based porous body is 92 to 99%, and such an aluminum-based porous member is suitable for use in bonding to the heat exchanger in the layered body.
又、本発明の一態様によれば、アルミニウム系多孔質部材の製造方法は、アルミニウム系粉末が表面に付着した多孔質樹脂を、アルミニウム系層状体と接触させた状態で加熱することによって、前記多孔質樹脂を加熱分解し、前記アルミニウム系粉末を溶融してアルミニウム系多孔質体の骨格を生成する加熱工程と、前記加熱工程によって生成されるアルミニウム系多孔質体の骨格及び層状体を冷却して、層状体に一体化したアルミニウム多孔質体を形成する冷却工程とを有することを要旨とする。 Further, according to one aspect of the present invention, the method for producing an aluminum-based porous member comprises heating the porous resin having the aluminum-based powder adhered to the surface in a state in which the porous resin is in contact with the aluminum-based layered body. A heating step of thermally decomposing the porous resin and melting the aluminum-based powder to form a skeleton of the aluminum-based porous body; and cooling the skeleton and the layered body of the aluminum-based porous body generated by the heating step And a cooling step of forming an aluminum porous body integrated with the layered body.
前記アルミニウム系粉末は、アルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末であり、平均粒径が１μｍ以上且つ５０μｍ以下であると好適である。前記層状体は、アルミニウム又はアルミニウム合金製の溶製材、或いは、アルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末のシート状圧粉体であって良い。 The aluminum-based powder is an aluminum powder or an aluminum alloy powder, and preferably has an average particle diameter of 1 μm to 50 μm. The layered body may be a molten material made of aluminum or aluminum alloy, or a sheet-like green compact of aluminum powder or aluminum alloy powder.
本発明によれば、層状体をアルミニウム系多孔質体と一体化したアルミニウム系多孔質部材が提供され、熱交換器を構成する板材、管材などにアルミニウム系多孔質体を接合する際に、簡便にろう付け接合を行うことが可能である。アルミニウム系多孔質体の取り扱いが容易になり、取り扱い時の破損も低減される。又、ろう材を塗布する作業の手間を省略することができるので、アルミニウム系多孔質体を簡便な作業で接合することができる。被接合面の形状等にも対応可能で、複雑な被接合部へのろう付けが可能になる。 According to the present invention, an aluminum-based porous member in which a layered body is integrated with an aluminum-based porous body is provided, which is simple when joining the aluminum-based porous body to a plate material, a tube or the like constituting a heat exchanger. It is possible to carry out a brazing joint. Handling of the aluminum-based porous body is facilitated, and breakage during handling is also reduced. Moreover, since the time and effort of the operation | work which apply | coats a brazing material can be abbreviate | omitted, an aluminum-type porous body can be joined by a simple operation | work. It is possible to cope with the shape of the surface to be joined, etc., and it becomes possible to braze complex parts to be joined.
ペースト状のろう付け用組成物は、任意の箇所にろう材を配置して接合を形成できる有用な接合材である。しかし、熱交換器の製造においては、扁平管とフィン材とを何段にも多層状に組み込むような工程があり、ろう付け材を塗布する工程の繰り返しによる負担、手間暇が量産上の問題となる。また、塗膜の厚みの制御も非常に難しい。 The paste-like brazing composition is a useful bonding material that can place a brazing material at any location to form a bond. However, in the manufacture of heat exchangers, there is a process in which flat tubes and fin materials are incorporated in multiple layers in multiple stages, and the burden due to the repetition of the process of applying the brazing material and labor and time are problems in mass production It becomes. Moreover, control of the thickness of a coating film is also very difficult.
本発明者等は、既に提案しているアルミニウム系多孔質体（前記特許文献６参照）に関して、熱交換器への適用等の様々な用途について検討している。しかし、アルミニウム系多孔質体のろう付けは、汎用のプレートフィン材に比べてさらに技術難易度が高い。その原因の一つは、アルミニウム系多孔質体が、直径１００μｍ程度の微細な骨格で形成される網状構造であるために、基本的に、ろう材のケイ素の浸食による変化を生じ易く、骨格の溶融変形や消失を生じ易いことにある。つまり、構造的にろう付け時の接合不良を生じ易い。又、破損し易い微細構造であるため、取扱い中の欠損も接合不良を増加させる。特に、多孔質体を形成する骨格自体が中空である場合、軽量化の点においては有利であっても、珪素の浸食がより強くなり、取り扱いにおいても強度に配慮する必要がある。 The present inventors are examining various applications, such as application to a heat exchanger, regarding the aluminum-based porous body (see the above-mentioned patent document 6) which has already been proposed. However, brazing of an aluminum-based porous body is more technically difficult than general-purpose plate fin materials. One of the causes is that, since the aluminum-based porous body is a network structure formed of a fine skeleton having a diameter of about 100 μm, basically, it is likely to cause a change due to the erosion of silicon in the brazing material. It is easy to cause melting deformation and disappearance. In other words, structural failure is likely to occur at the time of brazing. Also, because of the fragile microstructure, defects during handling also increase bonding failure. In particular, when the skeleton itself forming the porous body is hollow, although it is advantageous in weight reduction, the erosion of silicon becomes stronger, and the strength needs to be considered also in handling.
このようなことから、熱交換器等の伝熱面又は熱源にフィン材としてアルミニウム系多孔質体を接合するには、アルミニウム又はアルミニウム合金製の箔又は板材のような層状体がアルミニウム系多孔質体と一体化した構造を有するアルミニウム系多孔質部材が有用である。多孔質体を構成する三次元網目状骨格の末端は、実質的に点状であるため、骨格末端でのろう付け接合は確度が低く、この点は、被接合面にろう付け用組成物を塗布した場合でも、骨格末端に塗布した場合でも同様である。これに対し、例えば、図１に示すような、アルミニウム系多孔質体Ｐに層状体Ｍが一体化したアルミニウム系多孔質部材１の場合は、層状体を被接合面に接合すればよいので、面と面との接合であり、接合の確度が高くなる。又、ろう付け用組成物やフラックスの塗布作業は、層状体への容易な作業になる。更に、層状体の表面においてろう付け接合が進行するので、アルミニウム系多孔質体の骨格末端のエロージョンによる溶融欠損を防止することができる。又、簡素な構造であるので、熱交換器等に組み込んだ状態においても、アルミニウム系多孔質体を単独で組み込んだ場合と実質的な差はなく、熱伝導率の低下や、流体の流通抵抗の増加も生じない。加えて、取り扱いの際に、アルミニウム系多孔質体を構成する骨格の破損も生じ難くなる。以下に、アルミニウム系多孔質部材について詳細に説明する。尚、記載中の用語「アルミニウム系」は、「アルミニウム及びアルミニウム合金」に属する範囲の金属を意味するものとする。 Because of this, in order to join an aluminum-based porous body as a fin material to a heat transfer surface such as a heat exchanger or a heat source, a layered body such as an aluminum or aluminum alloy foil or plate is an aluminum-based porous An aluminum-based porous member having a structure integrated with the body is useful. Since the ends of the three-dimensional meshwork constituting the porous body are substantially point-like, the brazing at the framework ends has a low probability, which means that the brazing composition is bonded to the surface to be joined. Even when applied, the same applies when applied to the skeletal end. On the other hand, for example, in the case of the aluminum-based porous member 1 in which the layered body M is integrated with the aluminum-based porous body P as shown in FIG. 1, for example, the layered body may be bonded to the bonding surface. This is a face-to-face bond, which increases the bonding accuracy. Also, the application of the brazing composition and the flux is an easy operation on the layered body. Furthermore, since the brazing and bonding progress on the surface of the layered body, it is possible to prevent the melt failure due to the erosion of the framework end of the aluminum-based porous body. Also, since it has a simple structure, there is no substantial difference from the case of incorporating an aluminum-based porous body alone even in the state of being incorporated in a heat exchanger etc., and the thermal conductivity is lowered, the flow resistance of fluid There is no increase in In addition, during handling, breakage of the skeleton constituting the aluminum-based porous body is also less likely to occur. Below, an aluminum-type porous member is demonstrated in detail. In addition, the term "aluminum-based" in the description means a metal in the range belonging to "aluminum and aluminum alloy".
層状体は、箔状又は板状の部材であり、アルミニウム系多孔質体の一端面に一体化され、層状体を通じて被接合面と接合される。つまり、層状体は、被接合面に接合される部材である。従って、アルミニウム系多孔質部材が平面状の被接合面に接合される場合は、アルミニウム系多孔質体に一体化される層状体として、被接合面の形状に対応した平板状の層状体を用いて、アルミニウム系多孔質部材が構成される。被接合面が曲面である場合は、被接合面の形状に対応して湾曲した層状体と、外周面の形状が湾曲したアルミニウム系多孔質体を用いてアルミニウム系多孔質部材を構成すれば、好適にろう付け接合することが可能である。又、複数の層状体がアルミニウム系多孔質体に一体化されたアルミニウム系多孔質部材は、層状体に対応する複数の被接合面にろう付することができる。つまり、アルミニウム系多孔質部材は、少なくとも１つの層状体を用いて構成され、複数の層状体を用いてもよい。２箇所で接合される多孔質体については、２つの層状体が一体化されたアルミニウム系多孔質部材が適用される。 The layered body is a foil-like or plate-like member, is integrated with one end face of the aluminum-based porous body, and is joined to the bonding surface through the layered body. That is, a layered body is a member joined to a to-be-joined surface. Therefore, when an aluminum-based porous member is joined to a planar joining surface, a flat-plate-like layered body corresponding to the shape of the joining surface is used as a layer integrated with the aluminum-based porous body. Thus, an aluminum-based porous member is formed. When the to-be-joined surface is a curved surface, if an aluminum-based porous member is configured using a layered body that is curved corresponding to the shape of the to-be-joined surface and an aluminum-based porous body that has a curved outer peripheral surface, It is possible to preferably carry out brazing. In addition, an aluminum-based porous member in which a plurality of layered bodies are integrated with an aluminum-based porous body can be brazed to a plurality of bonding surfaces corresponding to the layered bodies. That is, the aluminum-based porous member is configured using at least one layered body, and a plurality of layered bodies may be used. For porous bodies joined at two places, an aluminum-based porous member in which two layered bodies are integrated is applied.
アルミニウム系多孔質部材の一実施形態として、図２のような、アルミニウム系多孔質体Ｐの上下の面に一対の層状体Ｍが平行するように一体化されたものが挙げられ、扁平な直方体形のアルミニウム系多孔質体Ｐを用いて構成されるアルミニウム多孔質部材は、汎用性の点で有利である。このアルミニウム系多孔質部材２の上下にろう付け用組成物（層状体がろう材組成である場合はフラックス）を塗布して、２枚のアルミニウム板で挟持して隙間の無い状態を維持し、ろう付け温度に加熱すると、アルミニウム板との間に接合が形成される。従って、例えば、熱交換器の要部を構成する扁平管内にこの部材を配置して、同様にろう付け接合することによって、部材は対向する上下（又は両側）の面で接合され、上下面（又は両側面）の接合を介して良好な熱伝達が可能である。又、被接合面の形状に応じて、層状体及びアルミニウム系多孔質体の外周面形状を適宜変形することが可能である。例えば、内径断面が円形又は楕円形である円管又は楕円管内に円柱又は楕円柱状のアルミニウム系多孔質体を接合するような場合、被接合面に対応して湾曲した１又は複数の層状体が多孔質体の外周面の一部又は全てを覆うように一体化されたアルミニウム系多孔質部材を利用することができる。つまり、被接合面の形状が曲面である場合には、層状体及びアルミニウム系多孔質体の表面が対応する曲面形状になるように、層状体及び多孔質体を適宜成形加工すればよい。
As one embodiment of the aluminum-based porous member, one in which a pair of layered bodies M are integrated so as to be parallel to the upper and lower surfaces of the aluminum-based porous body P as shown in FIG. An aluminum porous member configured using the aluminum-based porous body P of the present invention is advantageous in terms of versatility. A brazing composition (in the case where the layered body has a brazing material composition, a flux) is applied to the upper and lower sides of this aluminum-based
アルミニウム系多孔質体に一体化される層状体の厚さは、必要に応じて適宜設定することができる。但し、層状体が過度に薄いと、取り扱い時に破損や変形を生じ易くなり、厚すぎると、設計上の障害等になり得るので、これらを考慮して、ろう付け接合後にアルミニウム系多孔質体が良好に機能するように、２ｍｍ程度以下、好ましくは１０μｍ程度以上且つ１ｍｍ程度以下、より好ましくは１０μｍ程度以上且つ３００μｍ程度以下の平均厚さに設定すると良い。 The thickness of the layered body integrated with the aluminum-based porous body can be appropriately set as needed. However, if the layered body is excessively thin, it is likely to be damaged or deformed during handling, and if it is too thick, it may become a design obstacle or the like. In order to function well, the average thickness may be set to about 2 mm or less, preferably about 10 μm or more and about 1 mm or less, more preferably about 10 μm or more and about 300 μm or less.
層状体は、ろう付け接合の間にアルミニウム系多孔質体へ実質的な影響を及ぼさないような素材で構成される。従って、層状体は、アルミニウム系層状体（アルミニウム製又はアルミニウム合金製）であると良く、アルミニウム系多孔質体と実質的に同じ組成であると好ましい。但し、ろう付け時の加熱によってアルミニウム系多孔質体と層状体との間で悪影響が生じなければ、互いに異なる組成であっても良い。アルミニウム製の層状体は、熱伝導率が高い点で好ましい。アルミニウム合金については、熱伝導率が良好な範囲の組成を適宜選択するとよい。 The layered body is made of a material that does not substantially affect the aluminum-based porous body during brazing. Therefore, the layered body may be an aluminum-based layered body (made of aluminum or aluminum alloy), and preferably has substantially the same composition as the aluminum-based porous body. However, the compositions may be different from each other as long as heating at the time of brazing does not adversely affect the aluminum-based porous body and the layered body. A layered body made of aluminum is preferred in view of high thermal conductivity. For the aluminum alloy, it is preferable to appropriately select a composition in a range in which the thermal conductivity is good.
層状体がアルミニウム製などである場合は、一般的にアルミニウムの接合に使用されるペースト状などのろう付け用組成物を用いればよく、ろう付け用組成物を層状体に塗布し、被接合面にアルミニウム系多孔質部材を組み付けて加熱することにより、ろう付け接合が形成される。ろう付け用組成物は、ろう材粉末及びフラックスを含有するペースト状又は流動性の組成物である。 When the layered body is made of aluminum or the like, a brazing composition such as paste generally used for joining aluminum may be used, and the brazing composition is applied to the layered body and the joining surface is A brazed bond is formed by assembling and heating an aluminum-type porous member to this. The brazing composition is a paste-like or flowable composition containing a brazing material powder and a flux.
上述のような層状体は、有機バインダーを用いた接着によってアルミニウム系多孔質体と一体化することも可能であるが、本発明では、アルミニウム系多孔質体の製造過程において層状体とアルミニウム系多孔質体とを直接一体化させたアルミニウム系多孔質部材が提案される。つまり、アルミニウム系多孔質体の完成と共に、層状体が一体化されたアルミニウム系多孔質部材が得られ、層状体は、金属結合によってアルミニウム系多孔質体と連続するように接合される。得られるアルミニウム系多孔質部材は、層状体でアルミニウム系多孔質体が支持されて取り扱いが容易になるので、搬送中にアルミニウム系多孔質体を構成する骨格が破損するのを低減することができ、骨格の欠損や粉落ちが少なくなる。この点に関して、図２のように１対の層状体でアルミニウム系多孔質体が挟持されるように一体化された形態は、多孔質体の骨格を保護する上で有利である。 The layered body as described above can be integrated with the aluminum-based porous body by adhesion using an organic binder, but in the present invention, the layered body and the aluminum-based porous body are produced in the process of manufacturing the aluminum-based porous body. An aluminum-based porous member in which a body is directly integrated is proposed. That is, with the completion of the aluminum-based porous body, an aluminum-based porous member in which the layered body is integrated is obtained, and the layered body is joined to be continuous with the aluminum-based porous body by metal bonding. The resulting aluminum-based porous member has a layered body that supports the aluminum-based porous body to facilitate handling, so that breakage of the skeleton of the aluminum-based porous body during transportation can be reduced. , Less skeletal defects and powder loss. In this regard, as shown in FIG. 2, the form in which the aluminum-based porous body is sandwiched between a pair of layered bodies is advantageous in protecting the skeleton of the porous body.
以下に、アルミニウム系多孔質部材の製造方法について詳細に説明する。アルミニウム系多孔質部材は、以下に記載する製造方法に従って、熱伝導促進用として優れた好ましい性状のものを得ることができる。尚、本発明は、アルミニウム系多孔質体のろう付け接合を簡便に行えるように構成されたものであり、基本的に、一般的に利用可能なアルミニウム系多孔質体の製造において、以下に記載する特徴を組み込むように適宜応用して製造することが可能である。 Below, the manufacturing method of an aluminum-type porous member is demonstrated in detail. According to the manufacturing method described below, the aluminum-type porous member can obtain the thing of the preferable characteristic excellent as for heat conduction promotion. The present invention is configured to allow easy brazing of the aluminum-based porous body, and basically, in the production of a generally available aluminum-based porous body, the following description will be given. It is possible to apply and manufacture appropriately so as to incorporate the following features.
（製造するアルミニウム系多孔質体）
アルミニウム系多孔質体は、アルミニウム又はアルミニウム合金製の三次元網目状構造の骨格の間に、三次元に連通する気孔（連通孔）が形成された多孔質体である。用途に応じて任意のアルミニウム系多孔質体を選択して、層状体との一体化及び被接合面へのろう付け接合が実施される。従って、アルミニウム系多孔質体の気孔率についても特に制限されず、必要に応じて適切な気孔率及び細孔径の多孔質体を製造すればよく、概して、気孔率が８０〜９８％程度、細孔径が３０〜４０００μｍ程度のアルミニウム多孔質体を製造すると有用である。熱交換器のフィン材として用いる場合、流体との接触効率及び通気抵抗等の観点から、９２〜９８％程度の気孔率（多孔質体単位容積当たりの気孔（空隙）の体積の割合）を有する多孔質体が好ましく、更に好ましくは、気孔率が９５〜９７％程度の多孔質体を使用すると良い。又、骨格の太さが５０〜５００μｍ程度であると好ましい。尚、気孔率は、アルミニウム系多孔質体の密度と、アルミニウム（又はアルミニウム合金）の密度（真密度、アルミニウム：２．７ｇ／cm3）とから計算によって求めることができ、多孔質体の密度は、多孔質体の体積及び質量の測定によって得られる。
(Aluminum-based porous body manufactured)
The aluminum-based porous body is a porous body in which pores (communication holes) communicating in three dimensions are formed between skeletons of a three-dimensional network structure made of aluminum or aluminum alloy. Integration with the layered body and brazing to the surface to be joined are carried out by selecting any aluminum-based porous body depending on the application. Therefore, the porosity of the aluminum-based porous body is not particularly limited, and a porous body having an appropriate porosity and pore size may be produced as needed. Generally, the porosity is about 80 to 98%, fine. It is useful to produce an aluminum porous body having a pore diameter of about 30 to 4000 μm. When used as a fin material of a heat exchanger, it has a porosity of about 92 to 98% (proportion of volume of pores (void) per unit volume of porous body) from the viewpoint of contact efficiency with fluid, air flow resistance, etc. A porous body is preferable, and more preferably, a porous body having a porosity of about 95 to 97% may be used. Moreover, it is preferable that the thickness of a frame | skeleton is about 50-500 micrometers. The porosity can be calculated from the density of the aluminum-based porous body and the density of aluminum (or aluminum alloy) (true density, aluminum: 2.7 g / cm 3 ), and the density of the porous body Is obtained by measuring the volume and mass of the porous body.
（アルミニウム系多孔質部材の製造方法）
上述のようなアルミニウム系多孔質体は、アルミニウム系粉末（アルミニウム粉末又はアルミニウム合金粉末）を用いて製造することができる。具体的には、連通孔を有する多孔質樹脂（発泡樹脂）の表面にアルミニウム系粉末を付着させて、加熱により多孔質樹脂を分解焼失させる。加熱時に、アルミニウム系粉末を除く殆どの成分が熱分解して消失し、微量の炭素、ケイ素分のみが残る。アルミニウム（又はアルミニウム合金）の融点以上で加熱することによって、アルミニウム系粉末の粒子内部は溶融するが、粒子表層部に存在する酸化被膜や微量成分などは、粉末粒子によって形成される三次元構造を維持する（加熱工程）。溶融したアルミニウム（又はアルミニウム合金）が粒子表層部上を濡れ拡がって反応し、アルミニウム系粉末粒子同士が融着して連続し、アルミニウム（又はアルミニウム合金）多孔質体が形成される。これを冷却することによって、アルミニウム（又はアルミニウム合金）は三次元構造を維持した状態で固化し、アルミニウム系多孔質体が得られる（冷却工程）。このようなアルミニウム系多孔質体の製造過程において、表面にアルミニウム系粉末が付着した多孔質樹脂を加熱する加熱工程を、層状体と多孔質樹脂とが接触した状態で行うことによって、層状体とアルミニウム系多孔質体との一体化が達成される。つまり、加熱によってアルミニウム系粉末の融着が進行する間に、粉末と層状体との融着も進行する。製造方法における詳細は以下の通りである。
(Method of manufacturing aluminum-based porous member)
The aluminum-based porous body as described above can be manufactured using an aluminum-based powder (aluminum powder or aluminum alloy powder). Specifically, an aluminum-based powder is attached to the surface of a porous resin (foamed resin) having communicating holes, and the porous resin is decomposed and burned off by heating. At the time of heating, most components except the aluminum-based powder are thermally decomposed and disappear, and only trace amounts of carbon and silicon remain. By heating above the melting point of aluminum (or aluminum alloy), the inside of the particles of the aluminum-based powder is melted, but the oxide film, trace components, etc. present in the surface layer of the particles have a three-dimensional structure formed by the powder particles. Maintain (heating step). The molten aluminum (or aluminum alloy) wets and spreads on the surface layer of the particles to react, and the aluminum-based powder particles are fused and continuous to form an aluminum (or aluminum alloy) porous body. By cooling this, aluminum (or aluminum alloy) is solidified in the state of maintaining the three-dimensional structure, and an aluminum-based porous body is obtained (cooling step). In the production process of such an aluminum-based porous body, the heating step of heating the porous resin with the aluminum-based powder adhering to the surface is performed in a state where the layered body and the porous resin are in contact with each other. Integration with the aluminum-based porous body is achieved. That is, while the fusion of the aluminum-based powder proceeds by heating, the fusion of the powder and the layered body also proceeds. The details of the manufacturing method are as follows.
（粉末の付着方法）
アルミニウム系粉末を多孔質樹脂の表面に付着させる手法には、電気メッキ法や、乾式法、湿式法などが挙げられ、何れの方法であっても良い。乾式法は、多孔質樹脂の表面に粘着性を付与してアルミニウム系粉末を付着させる方法であり、粘着剤溶液又は接着性を有する樹脂の溶液を多孔質樹脂表面に塗布し、乾燥して粘着性を付与する。これを、アルミニウム系粉末中で多孔質樹脂を揺動させる、或いは、アルミニウム系粉末を多孔質樹脂に吹き付けて、粉末を付着させる。粘着剤としては、例えば、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤等が挙げられ、接着性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂などが挙げられるが、これらに限定されることなく、入手可能なものから適切なものを選択して使用して良い。粘着剤溶液及び接着性樹脂溶液を構成する溶媒としては、これらを溶解可能で揮発性が良い溶媒を使用すればよい。
(Powder adhesion method)
As a method of adhering the aluminum-based powder to the surface of the porous resin, electroplating, dry method, wet method and the like can be mentioned, and any method may be used. The dry method is a method of imparting adhesiveness to the surface of the porous resin to adhere the aluminum-based powder, applying a solution of an adhesive solution or a resin having adhesiveness to the surface of the porous resin, drying and adhering Add gender. The porous resin is shaken in the aluminum-based powder, or the aluminum-based powder is sprayed on the porous resin to adhere the powder. Examples of the pressure-sensitive adhesive include acrylic pressure-sensitive adhesives and rubber-based pressure-sensitive adhesives. Examples of the adhesive resin include, but are not limited to, phenol resins, epoxy resins, and furan resins. You may use it by selecting from the available ones. As the solvent constituting the pressure-sensitive adhesive solution and the adhesive resin solution, a solvent which can dissolve these and has high volatility may be used.
湿式法では、アルミニウム系粉末を分散媒中に分散したスラリー状の分散液を調製し、この分散液中に多孔質樹脂を浸漬する等によって分散液を多孔質樹脂に含浸した後に多孔質樹脂を取り出して、余剰の分散液を多孔質樹脂から除去して乾燥する。これにより、アルミニウム系粉末が表面に付着した多孔質樹脂を簡便に得ることができる。分散媒として、アルコール類等の揮発性溶媒や水を好適に使用でき、分散媒に結着剤を溶解することによって、アルミニウム系粉末粒子の付着性を高めることができる。又、分散剤を分散媒に配合することによって、アルミニウム系粉末粒子の沈降を抑制して粒子の分散状態を安定化することができる。湿式法においては、アルミニウム系粉末分散液の粘度を調整することによって、多孔質樹脂表面に付着するアルミニウム系粉末の量を調節することができる。この点に関しては、後述する。 In the wet method, a slurry-like dispersion liquid in which an aluminum-based powder is dispersed in a dispersion medium is prepared, and the porous resin is impregnated with the dispersion liquid by, for example, immersing the porous resin in the dispersion liquid. Take out, remove the excess dispersion from the porous resin and dry. Thereby, porous resin which aluminum system powder adhered to the surface can be obtained simply. As the dispersion medium, volatile solvents such as alcohols and water can be suitably used, and by dissolving the binder in the dispersion medium, the adhesion of the aluminum-based powder particles can be enhanced. In addition, by incorporating a dispersing agent into the dispersion medium, it is possible to suppress the sedimentation of the aluminum-based powder particles and stabilize the dispersed state of the particles. In the wet method, the amount of the aluminum-based powder adhering to the surface of the porous resin can be adjusted by adjusting the viscosity of the aluminum-based powder dispersion. This point will be described later.
（使用するアルミニウム系粉末）
アルミニウム系粉末は、アルミニウム系多孔質体の骨格を形成する粉末であるので、その組成は、アルミニウム系多孔質体に求められる熱伝導率、比重、強度（硬度、脆性、展延性）等を考慮して、純アルミニウム及びアルミニウム合金から選択される。具体的には、純度が９９．５質量％以上の純アルミニウム粉末の他、アルミニウムの機械的強度や耐食性を向上させる成分や焼結温度を低温に低下させる成分を予め合金化したアルミニウム合金粉末を用いることができる。このような合金化成分としては、例えば、銅、マンガン、亜鉛、ケイ素、カルシウム、マグネシウムなどが例示できる。但し、焼結やろう付けを阻害する因子であるマグネシウムの含有量は、０．５質量％以下に設定することが望ましい。銅、マンガン、マグネシウム、ケイ素などの合金化成分を配合して予め合金化したアルミニウム合金は、得られるアルミニウム系多孔質体の強度を向上させるのに有用である一方で、熱伝導率はアルミニウム組成の場合よりも低下する。従って、所望の物性が得られるように合金化成分の含有量を調節するとよい。このような観点から、アルミニウム以外の元素の総含有量は、１０質量％以下とすることが好ましく、５％以下とすることがより好ましい。上記含有量に設定することで、優れた伝熱性能および機械的強度を維持できる。
(Aluminum-based powder used)
Since the aluminum-based powder is a powder that forms the framework of the aluminum-based porous body, its composition takes into consideration the thermal conductivity, specific gravity, strength (hardness, brittleness, spreadability), etc. required of the aluminum-based porous body. Are selected from pure aluminum and aluminum alloys. Specifically, in addition to pure aluminum powder having a purity of 99.5% by mass or more, an aluminum alloy powder in which a component for improving the mechanical strength and corrosion resistance of aluminum and a component for lowering the sintering temperature to a low temperature are alloyed in advance. It can be used. As such an alloying component, copper, manganese, zinc, silicon, calcium, magnesium etc. can be illustrated, for example. However, it is desirable to set the content of magnesium, which is a factor that inhibits sintering and brazing, to 0.5 mass% or less. Aluminum alloys pre-alloyed by compounding alloying components such as copper, manganese, magnesium and silicon are useful for improving the strength of the resulting aluminum-based porous body, while the thermal conductivity is the aluminum composition Lower than in the case of. Therefore, it is preferable to adjust the content of the alloying component so as to obtain desired physical properties. From such a viewpoint, the total content of elements other than aluminum is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% or less. By setting the content above, excellent heat transfer performance and mechanical strength can be maintained.
アルミニウム系粉末は、粒子が大きいと、多孔質樹脂表面に密に付着することが難しくなると共に、粉末粒子自体の質量増加によって多孔質樹脂表面から脱落し易くなって付着量が減少する。このため、微細なアルミニウム系粉末を使用することが好ましく、平均粒径が５０μｍ程度以下である粉末が好適である。更に、粒径が１００μｍを超える粒子を含まないことが好ましく、１００μｍを超える粒子を除去することで、多孔質樹脂表面からの脱落を良好に防止することができる。但し、アルミニウムは活性な金属であるので、過度に微細な粉末は取り扱いが難しい。この点を考慮すると、平均粒径が１μｍ程度以上且つ５０μｍ程度以下であるアルミニウム系粉末が好適である。好ましくは、アルミニウム系粉末の平均粒径が１．０〜２０μｍであると良く、約６μｍ程度であると最良である。尚、ここで用いている平均粒径は、メジアン径（Ｄ50）、つまり、累積分布が５０体積％となる粒径であり、日本工業規格（ＪＩＳ）の８８２５に規定されるレーザー解析法によって測定することができる。具体的には、レーザー回折散乱式マイクロトラック粒度分布計等を用いて測定される粒度分布のメジアン径（Ｄ50）として求めることができる。 When the particles of the aluminum-based powder are large, it becomes difficult to adhere tightly to the porous resin surface, and the mass of the powder particles themselves is likely to be detached from the porous resin surface to reduce the adhesion amount. For this reason, it is preferable to use a fine aluminum-based powder, and a powder having an average particle diameter of about 50 μm or less is suitable. Furthermore, it is preferable not to contain particles having a particle size of more than 100 μm, and by removing the particles having a particle size of more than 100 μm, detachment from the surface of the porous resin can be favorably prevented. However, since aluminum is an active metal, excessively fine powders are difficult to handle. In consideration of this point, an aluminum-based powder having an average particle diameter of about 1 μm or more and about 50 μm or less is preferable. Preferably, the average particle size of the aluminum-based powder is preferably 1.0 to 20 μm, and the best is about 6 μm. The average particle diameter used here is the median diameter (D 50 ), that is, the particle diameter at which the cumulative distribution is 50% by volume, according to the laser analysis method defined in Japanese Industrial Standards (JIS) 8825. It can be measured. Specifically, it can be determined as the median diameter (D 50 ) of the particle size distribution measured using a laser diffraction scattering microtrack particle size distribution analyzer or the like.
（連通孔を有する多孔質樹脂（発泡樹脂））
多孔質樹脂（以下、単に「発泡樹脂」又は「基体」ということがある。）は、アルミニウム系多孔質体の骨格を成形する型の役割をする基体であるので、三次元状に連結する骨格を有し、その骨格によって三次元状に連結する気孔（連通孔）が形成される三次元網目状構造の多孔質樹脂が用いられる。このような多孔質樹脂を基に、樹脂表面にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を付着させて、アルミニウム系多孔質体の骨格形状に対応した粉末層が形成される。多孔質樹脂は、加熱によって分解焼失させるので、熱分解残渣が実質的に残らないような熱分解性の組成を有する樹脂が好適に使用される。具体例としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリウレタン、ポリスチレン、シリコーン、ポリエステル等の樹脂の発泡体や、これらの樹脂から生成される繊維構造体（織布、不織布）等を用いることができる。市販の多孔質樹脂としては、例えば、（株）ブリジストン製のポリウレタンフォーム（商品名：エバーライトＳＦ）等が挙げられる。このような多孔質樹脂は、熱分解後には、ほとんどの成分が分解消失して微量の炭素（及びケイ素酸化物、シリコーン樹脂の場合）が残るのみである。
(Porous resin with communication holes (foamed resin))
A porous resin (hereinafter, sometimes simply referred to as "foamed resin" or "substrate") serves as a mold for forming a skeleton of an aluminum-based porous body, and thus has a three-dimensionally linked skeleton A porous resin having a three-dimensional network structure is used, in which pores (communication holes) are formed by the skeleton of the three-dimensional shape. An aluminum powder or an aluminum alloy powder is attached to the resin surface based on such a porous resin to form a powder layer corresponding to the skeleton shape of the aluminum-based porous body. Since the porous resin is decomposed and burned off by heating, a resin having a pyrolyzable composition that substantially does not leave a thermal decomposition residue is preferably used. As a specific example, a foam of resin such as polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyurethane, polystyrene, silicone, polyester, and a fiber structure (woven fabric, non-woven fabric) produced from such resin can be used. Examples of commercially available porous resins include polyurethane foam (trade name: Everlight SF) manufactured by Bridgestone Co., Ltd., and the like. In such porous resins, most components are decomposed and dissipated after pyrolysis, leaving only trace amounts of carbon (and silicon oxides, in the case of silicone resins).
（アルミニウム系多孔質体及び多孔質樹脂（発泡樹脂）の気孔率）
前述のように、アルミニウム系多孔質体の気孔率は、基本的に、用途に対応した適正な値であればよく、ろう付けに関連して気孔率の適正な範囲又は領域は限定されない。熱伝導促進を目的として熱交換器に搭載する用途においては、９２〜９９％程度の気孔率（多孔質体単位容積当たりの気孔（空隙）の体積の割合）を有するアルミニウム系多孔質体が好ましい。これに基づくと、アルミニウム系多孔質体を形成するための基体である多孔質樹脂も、アルミニウム系多孔質体に対応した形状を有するものが使用され、９２〜９９％程度の気孔率（多孔質体単位容積当たりの気孔（空隙）の体積の割合）を有する多孔質樹脂が好ましい。多孔質樹脂の気孔率も、多孔質樹脂の体積及び質量の測定から得られる発泡樹脂の密度と、発泡する前の樹脂の密度とから、計算によって求めることができる。尚、多孔質樹脂表面へアルミニウム系粉末を付着させる際に、多孔質樹脂の細孔径が小さいと、目詰まりを生じ易くなる。発泡樹脂においては、気泡数が増加するにつれて気泡の成長が抑制される傾向があるので、目詰まりを生じることなく気泡内面にアルミニウム系粉末を良好に付着させることが可能な多孔質樹脂は、連通孔の密度を示すセル数（ｐｐｉ、pore per inch：気孔数／インチ）に基づいて選択することができる。この点において、セル数が８〜４０ｐｐｉであると、熱伝導促進用のアルミニウム系多孔質体を調製する上で好適である。セル数が４０ｐｐｉの多孔質樹脂における平均セル中心径は０．６４ｍｍ、８ｐｐｉにおける平均セル中心径は３．１８ｍｍである。特に、セル数が１３〜２０ｐｐｉ（平均セル中心径：１．２７〜１．９５ｍｍ）の多孔質樹脂が好ましく、このような多孔質樹脂を用いて調製されるアルミニウム系多孔質体は、気孔内の流体流れが滑らかで、熱伝導も良好である。
(Porosity of aluminum-based porous body and porous resin (foamed resin))
As described above, the porosity of the aluminum-based porous body may basically be an appropriate value corresponding to the application, and the appropriate range or region of the porosity is not limited in connection with brazing. In applications to be mounted on a heat exchanger for the purpose of promoting heat conduction, an aluminum-based porous body having a porosity of about 92 to 99% (ratio of volume of pores (voids) per unit volume of porous body) is preferable . Based on this, a porous resin which is a substrate for forming an aluminum-based porous body also has a shape corresponding to the aluminum-based porous body, and a porosity of about 92 to 99% (porous A porous resin having a ratio of the volume of pores (voids) per unit body volume is preferred. The porosity of the porous resin can also be determined by calculation from the density of the foamed resin obtained from the measurement of the volume and mass of the porous resin and the density of the resin before foaming. When the aluminum-based powder is attached to the surface of the porous resin, clogging is likely to occur if the pore diameter of the porous resin is small. In the foamed resin, since the growth of the bubbles tends to be suppressed as the number of cells increases, the porous resin capable of causing the aluminum-based powder to adhere well to the inner surface of the cells without clogging is communicated. It can be selected based on the cell number (ppi, pore per inch: number of pores / inch) indicating the density of pores. In this respect, a cell number of 8 to 40 ppi is suitable for preparing an aluminum-based porous body for promoting heat conduction. The average cell center diameter of a porous resin having a cell number of 40 ppi is 0.64 mm, and the average cell center diameter at 8 ppi is 3.18 mm. In particular, a porous resin having a cell number of 13 to 20 ppi (average cell center diameter: 1.27 to 1.95 mm) is preferable, and an aluminum-based porous body prepared using such a porous resin is The fluid flow is smooth and the heat conduction is also good.
尚、本願において、アルミニウム多孔質体の気孔率（％）は、多孔質体の寸法測定（縦の長さ、横幅及び厚み）及び重量測定による測定値に基づいて計算されるアルミニウム多孔質体の密度から算出され、アルミニウムの密度として２．７ｇ／ｃｍ３を採用している。又、ウレタンフォームの気孔率も同様の測定に基づいて算出され、その際のウレタンの密度として１．３ｇ／ｃｍ３を採用している。 In the present application, the porosity (%) of the aluminum porous body is calculated on the basis of the dimensions (length, width and thickness) of the porous body and the measured values by weight measurement. It is calculated from the density, and the density of aluminum is 2.7 g / cm 3 . Further, the porosity of the urethane foam is also calculated based on the same measurement, and 1.3 g / cm 3 is adopted as the density of urethane at that time.
（アルミニウム系粉末の多孔質樹脂表面への付着）
前述したように、アルミニウム系粉末は、電気メッキ法や乾式法、湿式法などを利用して多孔質樹脂表面へ付着させることができる。乾式法及び湿式法では、多孔質樹脂表面に粘着性を付与する粘着剤やアルミニウム系粉末の付着性を高める結着剤が使用される。さらに粉末表面の腐食が進行するのを抑制する成分や、アルミニウム系多孔質体の骨格を形成する加熱の際に粉末の焼結促進に寄与する成分を添加することが好ましい。また、アルミニウム系粉末の分散安定剤や撹拌時に生じる泡を抑制する消泡剤等を添加しても良い。
(Adhesion of aluminum powder to porous resin surface)
As described above, the aluminum-based powder can be attached to the porous resin surface by using an electroplating method, a dry method, a wet method or the like. In the dry method and the wet method, a pressure-sensitive adhesive that imparts adhesiveness to the porous resin surface and a binder that enhances the adhesion of the aluminum-based powder are used. Furthermore, it is preferable to add a component that suppresses the progress of corrosion of the powder surface, and a component that contributes to sintering promotion of the powder at the time of heating to form a skeleton of the aluminum-based porous body. In addition, a dispersion stabilizer of an aluminum-based powder, an antifoaming agent which suppresses bubbles generated during stirring, and the like may be added.
又、湿式法においては、多孔質樹脂に付着させるアルミニウム系粉末の量を、用いるアルミニウム系粉末分散液の粘度の調整によって調節することができるという利点がある。更に、分散媒の流動に伴ってアルミニウム系粉末が容易に濡れ広がるので、多孔質樹脂表面に粉末粒子を十分に付着させる点においても湿式法は優れている。以下に、湿式法で使用されるアルミニウム系粉末分散液について記載する。 In the wet method, there is an advantage that the amount of the aluminum-based powder to be attached to the porous resin can be adjusted by adjusting the viscosity of the aluminum-based powder dispersion to be used. Furthermore, since the aluminum-based powder easily wets and spreads with the flow of the dispersion medium, the wet method is also excellent in that powder particles are sufficiently attached to the porous resin surface. The aluminum-based powder dispersion used in the wet method is described below.
（アルミニウム系粉末分散液）
アルミニウム系粉末分散液の分散媒としては、水又はアルコール類等の揮発性を有する液体が使用可能である。分散媒としてアルコール類を使用する場合、揮発した溶媒が周囲に放出される点を考慮して、環境への流出を防止可能な装置や施設環境を整える必要がある。この点において、水を分散媒として使用するのが有利である。
(Aluminum-based powder dispersion)
As the dispersion medium for the aluminum-based powder dispersion, water or a liquid having volatility such as alcohols can be used. When using alcohol as a dispersion medium, it is necessary to prepare an apparatus or facility environment capable of preventing the outflow to the environment, considering that the volatilized solvent is released to the environment. In this respect, it is advantageous to use water as the dispersing medium.
アルミニウム系粉末の水性分散液を調製するに当たり、アルミニウム系粉末を多孔質樹脂表面に付着させるための結着剤が配合される。結着剤としては、ポリビニルアルコール、ポリ（メタ）アクリル樹脂、水溶性セルロース等の水溶性高分子が使用可能である。数％程度の濃度で結着剤を含む水性分散媒にアルミニウム系粉末を添加混合してスラリー状の分散液を調製する。必要に応じて分散剤を配合することによって、分散液の安定性を高めることができる。 In preparing an aqueous dispersion of an aluminum-based powder, a binder for adhering the aluminum-based powder to the surface of the porous resin is blended. As the binder, water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, poly (meth) acrylic resin, water-soluble cellulose and the like can be used. An aluminum-based powder is added to and mixed with an aqueous dispersion medium containing a binder at a concentration of several percent to prepare a slurry-like dispersion. The stability of the dispersion can be enhanced by blending a dispersant as required.
アルミニウム系粉末の粒子は、表面に酸化被膜を有する。液相線温度以上に加熱した場合、内部のアルミニウム（又はアルミニウム合金）が溶融（液相化）し、熱膨張して次第に酸化被膜を破裂させる。被膜を破って濡れ広がった溶融アルミニウム（又はアルミニウム合金）によって粉末粒子同士が結合する。しかし、加熱温度が液相線温度未満である場合、酸化被膜が維持されると、拡散接合は進行し得ず、粉末粒子同士は結合しない。アルミニウム系粉末粒子を結合させる上で、酸化皮膜に対する溶融アルミニウムの濡れ性を向上させるような成分や酸化被膜の形成を抑制可能な成分は有用である。この点に関して、アルミニウム系粉末の粒子表面と反応する官能基を有する界面活性剤は有用であり、分散液に配合すると好ましい。陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤などの界面活性剤が有用であり、具体的には、シラン系界面活性剤、リン酸エステル系界面活性剤、カルボン酸エステル系界面活性剤、カテコール系界面活性剤、アミン系界面活性剤、チオール系界面活性剤、アルキン系界面活性剤、アルケン系界面活性剤などが挙げられる。特に、リン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェノール酸、エポキシ化合物又はアクリル化合物とリン酸とがエステル化したリン酸エステルは、高温での反応性の点において好ましく、炭素数が１０〜１８程度の脂肪族リン酸モノエステルがより好ましい。リン酸エステルは、アルミニウム系粉末の表面を保護して酸化を抑制する作用がある。界面活性剤の添加量は、結着剤を含む分散媒１００質量部に対して０．１〜１０．０質量部となるように設定すると、アルミニウム系粉末粒子の腐食防止の点で好ましく、より好ましくは０．５〜５．０質量部とするとよい。 The particles of the aluminum-based powder have an oxide film on the surface. When heated to the liquidus temperature or higher, the aluminum (or aluminum alloy) inside melts (liquidizes) and thermally expands to gradually rupture the oxide film. The powder particles are bonded to each other by molten aluminum (or aluminum alloy) which has spread by breaking the coating. However, if the heating temperature is less than the liquidus temperature, diffusion bonding can not proceed when the oxide film is maintained, and the powder particles are not bonded to each other. In bonding aluminum-based powder particles, a component that improves the wettability of molten aluminum to the oxide film and a component that can suppress the formation of the oxide film are useful. In this regard, surfactants having functional groups that react with the particle surface of the aluminum-based powder are useful and are preferably incorporated into the dispersion. Surfactants such as anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants and nonionic surfactants are useful, and specifically, silane surfactants, phosphate ester surfactants And carboxylic ester surfactants, catechol surfactants, amine surfactants, thiol surfactants, alkyne surfactants, alkene surfactants and the like. In particular, phosphoric acid ester, polyoxyethylene alkylphenolic acid, epoxy compound or phosphoric acid ester in which acrylic compound and acrylic acid and phosphoric acid are esterified is preferable in terms of reactivity at high temperature, and aliphatic having about 10 to 18 carbon atoms Phosphoric acid monoesters are more preferred. The phosphate ester acts to protect the surface of the aluminum-based powder and to suppress oxidation. The amount of the surfactant added is preferably 0.1 to 10.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the dispersion medium containing the binder, which is preferable from the viewpoint of preventing the corrosion of the aluminum-based powder particles, Preferably, it may be 0.5 to 5.0 parts by mass.
脂肪族リン酸モノエステルとしては、例えば、イソプロピルアシッドホスフェート、ブチルアシッドホスフェート、ブトキシエチルアシッドホスフェート、ヘキシルアシッドホスフェート、オクチルアシッドホスフェート、２−エチルヘキシルアシッドホスフェート、ノニルアシッドホスフェート、デシルアシッドホスフェート、ドデシルアシッドホスフェート、トリデシルアシッドホスフェート、イソトリデシルアシッドホスフェート、テトラデシルアシッドホスフェート、ヘキサデシルアシッドホスフェート、ステアリルアシッドホスフェート、フェニルアシッドホスフェート、プロピルフェニルアシッドホスフェート、ブチルフェニルアシッドホスフェート及びブトキシエトキシエチルアシッドホスフェート等の化合物が挙げられる。このような化合物のいずれか１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。又、これらの重合体を含んでも良い。 Examples of aliphatic phosphoric monoesters include isopropyl acid phosphate, butyl acid phosphate, butoxyethyl acid phosphate, hexyl acid phosphate, octyl acid phosphate, 2-ethylhexyl acid phosphate, nonyl acid phosphate, decyl acid phosphate, and dodecyl acid phosphate. Compounds such as tridecyl acid phosphate, isotridecyl acid phosphate, tetradecyl acid phosphate, hexadecyl acid phosphate, stearyl acid phosphate, phenyl acid phosphate, propylphenyl acid phosphate, butylphenyl acid phosphate and butoxyethoxyethyl acid phosphate can be mentioned. . Any one of such compounds may be used alone, or two or more may be mixed and used. Also, these polymers may be included.
アルミニウム系粉末の酸化被膜は、分散液を酸性に調整すると、エッチング効果によって薄くすることができる。リン酸、フッ化物等を使用して酸性化すると、エッチング効果が高いが、酸化被膜のエッチングによって水素が発生する場合があり、これが気泡として粉末粒子に存在すると、アルミニウム系粉末が多孔質樹脂表面に付着するのを阻害する。このような点を考慮して、ｐＨに留意してアルミニウム系粉末の分散液を調製し、必要に応じて、アルミニウムの腐食抑制剤を使用すると良い。 The oxide film of the aluminum-based powder can be thinned by the etching effect when the dispersion is adjusted to be acidic. When acidification is performed using phosphoric acid, fluoride, etc., the etching effect is high, but hydrogen may be generated by etching of the oxide film, and when this is present in the powder particles as bubbles, the aluminum-based powder has a porous resin surface Inhibit adhesion to In consideration of such points, it is preferable to prepare a dispersion of an aluminum-based powder in consideration of pH and, if necessary, to use an aluminum corrosion inhibitor.
（粘度の調整による付着量の調節）
多孔質樹脂に付着させるアルミニウム系粉末の量は、用いるアルミニウム系粉末分散液の粘度の調整によって調節することができる。つまり、分散液の粘度が高いと、多孔質樹脂表面に付着するアルミニウム系粉末の量が増加し、粘度が低いと、付着するアルミニウム系粉末の量は低下する。付着量が過剰であると、後続の加熱時に型くずれが生じ易いので、多孔質樹脂表面に付着するアルミニウム系粉末の厚さが５００μｍ程度以下であるような付着量に調整すれば、型くずれが抑制されて、好適な太さの骨格を有するアルミニウム系多孔質体が得られる。アルミニウム系多孔質体の骨格が細いと強度が不足し、骨格の太さとしては５０〜５００μｍ程度であるのが好ましいので、多孔質樹脂への粉末の付着量としては、１００〜１０００μｍ程度の厚さが好適である。この観点から、分散液の粘度は、２５℃において２０Ｐａ・ｓ程度以上且つ１０００Ｐａ・ｓ程度以下（５０ｒｐｍでの値）であることか好ましい。尚、粘度測定は、粘度計を用いて測定することができ、例えば、東機産業株式会社製の粘度計（商品名：ＴＶＢ１０形）を用いて、粘性トルクによる２枚のスリット円盤のねじれ角を検出し、この値を粘度に換算することができる。
(Adjustment of adhesion amount by adjusting viscosity)
The amount of the aluminum-based powder to be attached to the porous resin can be adjusted by adjusting the viscosity of the aluminum-based powder dispersion to be used. That is, when the viscosity of the dispersion is high, the amount of aluminum-based powder adhering to the surface of the porous resin increases, and when the viscosity is low, the amount of aluminum-based powder adhering is decreased. If the adhesion amount is excessive, mold deformation is likely to occur during subsequent heating, so if the adhesion amount of the aluminum-based powder adhering to the porous resin surface is adjusted to about 500 μm or less, mold distortion is suppressed. Thus, an aluminum-based porous body having a skeleton of a suitable thickness is obtained. If the skeleton of the aluminum-based porous body is thin, the strength is insufficient, and the thickness of the skeleton is preferably about 50 to 500 μm. Therefore, the amount of powder attached to the porous resin is about 100 to 1000 μm Is preferred. From this point of view, the viscosity of the dispersion is preferably about 20 Pa · s or more and about 1000 Pa · s or less (value at 50 rpm) at 25 ° C. The viscosity can be measured using a viscometer. For example, using a viscometer manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. (trade name: TVB 10 type), the twist angle of the two slit disks by viscosity torque Can be detected and this value can be converted to viscosity.
上述のように調製したスラリー状のアルミニウム系粉末分散液を多孔質樹脂に含浸させ、全体に分散液が浸透した多孔質樹脂から余剰のスラリーを取り除いて乾燥することによって、アルミニウム系粉末が表面に付着した多孔質樹脂が得られる。分散液に浸漬した多孔質樹脂を、必要に応じて、上下逆転させる、又は、軽く圧縮すると、全体への浸透が促進される。又、分散液から引き上げた多孔質樹脂の気孔中に余分な分散液が残留する場合は、絞りロール等を用いて圧搾により排出すればよい。絞りロールのロール間隔によって調整される圧搾程度によって、多孔質樹脂表面に付着するアルミニウム系粉末の量を調整することが可能であり、一定の圧搾工程を実施することで、付着量のバラツキを抑制することも可能である。 By impregnating the slurry-like aluminum-based powder dispersion prepared as described above with the porous resin, removing the excess slurry from the porous resin in which the dispersion has permeated into the whole, and drying, the aluminum-based powder is formed on the surface. An attached porous resin is obtained. If necessary, the porous resin immersed in the dispersion may be upside down or lightly compressed to promote penetration into the whole. When an excess of the dispersion liquid remains in the pores of the porous resin pulled up from the dispersion liquid, it may be discharged by pressing using a squeeze roll or the like. The amount of aluminum-based powder adhering to the surface of the porous resin can be adjusted by the degree of squeezing adjusted by the roll distance of the squeeze roll, and by performing the constant squeezing process, the variation of the adhering amount is suppressed It is also possible.
多孔質樹脂の乾燥は、加熱を伴っても非加熱であってもよい。加熱乾燥を行う場合は、多孔質樹脂が変形しない温度で乾燥することが好ましい。乾燥の後に、多孔質樹脂の熱分解のための加熱を施すので、乾燥と熱分解とを連続して行うように加熱温度を設定しても良い。但し、気化した分散媒が加熱装置に不具合を生じる場合は、気化物を速やかに排出可能な加熱装置を使用する。 Drying of the porous resin may be with or without heating. When heat drying is performed, it is preferable to dry at a temperature at which the porous resin does not deform. Since heating for thermal decomposition of the porous resin is performed after drying, the heating temperature may be set so that drying and thermal decomposition are performed continuously. However, when the vaporized dispersion medium causes a problem in the heating device, a heating device capable of quickly discharging the vaporized material is used.
（多孔質樹脂の熱分解、アルミニウム系多孔質体の骨格形成及び層状体の一体化）
上述のようにして用意されるアルミニウム系粉末が表面に付着した多孔質樹脂は、層状体と接触した状態で加熱が施され（加熱工程）、多孔質樹脂を熱分解によって焼失させ、粉末粒子の融着を進行させる。一体化される層状体が１つである場合は、層状体上に多孔質樹脂を載置すれば、多孔質樹脂は自重によって層状体と密接し、この状態を維持して加熱を施すことにより、生成されるアルミニウム系多孔質体と層状体とが良好に接合される。１対の層状体が一体化される場合は、１つの層状体上に多孔質樹脂を載置し、その上にもう１つの層状体を載せて加熱を施すと良い。必要に応じて重し等を利用して上から適度な負荷をかけることにより、層状体と多孔質樹脂との接触を密にすることができる。或いは、アルミニウム系粉末が表面に付着した多孔質樹脂と１つの層状体とを有機バインダーを用いて接着し、接着した層状体を上側に配置してもう１つの層状体上に載せて加熱を施しても良い。加熱工程において、多孔質樹脂と共に有機バインダーも焼失するので、同様にして、アルミニウム系粉末粒子の溶融により、アルミニウム系多孔質体の骨格形成と１対の層状体との金属結合による一体化が進行する。有機バインダーを用いる場合、複数の層状体の全てを、アルミニウム系粉末が付着した多孔質樹脂に有機バインダーを用いて接着しても良い。
(Pyrolytic decomposition of porous resin, framework formation of aluminum-based porous body and integration of layered body)
The porous resin with the aluminum-based powder prepared as described above attached to the surface is heated while being in contact with the layered body (heating step), the porous resin is burned off by pyrolysis, and the powder particles are Promote fusion. When one layered body is integrated, the porous resin is placed in close contact with the layered body by its own weight by placing the porous resin on the layered body, and heating is performed while maintaining this state. The formed aluminum-based porous body and the layered body are well joined. When one pair of layered bodies are integrated, it is preferable to place the porous resin on one layered body, place another layered body on it, and apply heating. Contact between the layered body and the porous resin can be made dense by applying an appropriate load from above using a weight and the like as necessary. Alternatively, a porous resin having an aluminum-based powder attached to its surface and one layered body are adhered using an organic binder, and the adhered layered body is placed on the upper side and placed on another layered body and heated. It is good. In the heating step, the organic binder is burned off together with the porous resin, so similarly, the melting of the aluminum-based powder particles promotes the formation of a skeleton of the aluminum-based porous body and the integration by metal bonding with a pair of layered bodies. Do. When an organic binder is used, all of the plurality of layered bodies may be adhered to the porous resin to which the aluminum-based powder is attached using the organic binder.
多孔質樹脂は、概して４００〜５５０℃程度において焼失可能であり、粘着剤や結着剤のような有機成分も、この加熱によって同様に焼失可能である。使用した多孔質樹脂の組成によって、焼失させる加熱温度を適宜設定すれば良く、ポリウレタンフォームの場合は４５０〜５５０℃程度が好適である。多孔質樹脂の熱分解温度は、アルミニウムの溶融温度よりかなり低いので、多孔質樹脂が分解焼失する加熱温度では、アルミニウム系粉末の粒子は互いに結合しておらず、強度のある骨格は形成されていない。従って、アルミニウム系多孔質体の骨格に強度を付与するために、加熱温度を更に上昇させて粉末粒子を溶融し、融着によって粉末粒子同士を結合させる。多孔質樹脂を加熱分解させるための温度を特に設定せずに、アルミニウム系粉末を融着させる温度まで温度を上昇させても、その間に多孔質樹脂の熱分解を進行させることは可能である。 The porous resin can be burnt off generally at about 400 to 550 ° C., and organic components such as adhesives and binders can also be burnt out by this heating. Depending on the composition of the porous resin used, the heating temperature to be burned off may be set appropriately, and in the case of polyurethane foam, about 450 to 550 ° C. is preferable. Since the thermal decomposition temperature of the porous resin is considerably lower than the melting temperature of aluminum, the particles of the aluminum-based powder are not bonded to each other at a heating temperature at which the porous resin decomposes and is lost, and a strong framework is formed. Absent. Therefore, in order to impart strength to the skeleton of the aluminum-based porous body, the heating temperature is further raised to melt the powder particles, and the powder particles are bonded together by fusion. Even if the temperature is raised to the temperature at which the aluminum-based powder is fused without setting the temperature for thermally decomposing the porous resin, it is possible to advance the thermal decomposition of the porous resin.
アルミニウムの融点（６６０．４℃）又はアルミニウム合金の液相線温度以上での加熱によって、アルミニウム系粉末粒子は互いに融着（つまり、溶融一体化）する。従って、この後に冷却してアルミニウム系溶融物を固化する（冷却工程）ことによって、粒子同士は強固に結合し、融着による結合形成は完成する。加熱により溶融したアルミニウム又はアルミニウム合金は、層状体の表面をも濡らすので、冷却によって、粒子同士の結合と共に粒子と層状体との結合も固定される。高融点の酸化被膜（アルミナ）は、溶融アルミニウム又はアルミニウム合金に包まれ、結合した粒子が形成する骨格の内部で芯として機能する。加熱温度は、融点又は液相線温度より１００℃以上超えないことが好ましい。 The aluminum-based powder particles fuse (i.e., melt and integrate) with each other by heating above the melting point of aluminum (660.4 ° C.) or the liquidus temperature of the aluminum alloy. Therefore, by cooling thereafter to solidify the aluminum-based melt (cooling step), the particles are firmly bonded to each other, and the bonding formation by fusion is completed. Since aluminum or aluminum alloy melted by heating also wets the surface of the layered body, the cooling fixes not only the bonding of the particles but also the bonding of the particles and the layered body. The high melting point oxide film (alumina) is encased in molten aluminum or aluminum alloy and functions as a core inside the skeleton formed by bonded particles. The heating temperature preferably does not exceed 100 ° C. or more above the melting point or liquidus temperature.
アルミニウム系粉末粒子の溶融一体化に伴って層状体との結合が形成される点を考慮すると、使用する層状体は、密な溶製材には限定されず、アルミニウム系粉末粒子のシート状圧粉体（粉末の成形体）も利用可能であり、溶製材及び圧粉体の何れを層状体として用いても、層状体と多孔質体は一体化される。但し、加熱によってアルミニウム系粉末粒子が溶融一体化する際に、層状体の粒子内部（つまり、酸化被膜以外の部分）も同様に溶融し得る。つまり、均一且つ密な溶製材製の層状体は、一体化した後にも実質的な変化はないが、粉末成形体の場合は、加熱時の溶融挙動が粉末の組成によって変化するので、一体化後の層状体の金属構造も変化し得る。例えば、使用する層状体が、多孔質体の骨格を形成するためのアルミニウム系粉末粒子と同様の組成のアルミニウム系粉末粒子で構成される場合、粉末粒子は、加熱時に同様の溶融挙動を示して溶融物の濡れ広がりにより粒子同士が結合し、アルミニウム系多孔質体の骨格が生成すると共に溶融物のシートが生成するので、冷却によりこれらが一体に結合されて、多孔質体と層状体とが一体形成されたアルミニウム系多孔質部材が得られる。この場合の層状体の密度は、使用する圧粉体の圧粉密度に依存し、溶製材に近い密度の層状体も形成し得る。また、類似の形態として、前述のアルミニウム系粉末分散液の乾燥及び分散媒除去によって調製可能なシート状の粉末結着体も、層状体として利用可能である。この場合、結着剤を含む結着体におけるアルミニウム系粉末の密度は相対的に小さくなり、一体化後の層状体の密度は、アルミニウム系多孔質体の骨格の密度と同程度になる。粉末結着体は、前述のアルミニウム系粉末分散液を、平らなシートや受け皿等に塗布して乾燥することによって簡便に調製することができ、塗布量によって作成する層状体の厚さを調整可能である。尚、粉末結着体の破損し易さを考慮すると、受け皿等の上に形成された粉末結着体は、受け皿等から剥離せずに、そのまま、アルミニウム系粉末が付着した多孔質樹脂を載置して加熱工程を行うと良い。この場合、耐熱性の受け皿や熱分解性の樹脂シートが好適に使用され、受け皿や樹脂シート上に調製される粉末結着体に、アルミニウム系粉末が付着した多孔質樹脂を載せて加熱工程を実施する。 In view of the formation of bonding with the layered body along with the melting and integration of the aluminum-based powder particles, the layered body used is not limited to a dense molten material, and is a sheet-like compact of aluminum-based powder particles. A body (powder compact) can also be used, and the layered body and the porous body are integrated regardless of whether the ingot material or the green compact is used as the layered body. However, when the aluminum-based powder particles are fused and integrated by heating, the inside (that is, a portion other than the oxide film) of the particles of the layered body can be similarly melted. That is, although the layer body made of a uniform and dense molten material does not change substantially even after being integrated, in the case of a powder compact, the melting behavior at the time of heating changes depending on the composition of the powder. The metal structure of later layered bodies may also change. For example, when the layered body to be used is composed of aluminum-based powder particles having the same composition as the aluminum-based powder particles for forming the skeleton of the porous body, the powder particles exhibit the same melting behavior when heated. As the melt spreads particles, particles are combined to form a skeleton of the aluminum-based porous body and a sheet of the melt is formed, so that they are integrally joined by cooling, and the porous body and the layered body are An integrally formed aluminum-based porous member is obtained. The density of the layered body in this case depends on the green density of the green compact used, and may also form a layered body having a density close to the ingot material. Further, as a similar form, a sheet-like powder binder that can be prepared by drying the above-mentioned aluminum-based powder dispersion and removing the dispersion medium can also be used as a layered body. In this case, the density of the aluminum-based powder in the binder containing the binder becomes relatively small, and the density of the layered body after integration becomes approximately the same as the density of the skeleton of the aluminum-based porous body. The powdery binder can be easily prepared by applying the above-mentioned aluminum-based powder dispersion to a flat sheet, a pan or the like and drying it, and the thickness of the layered body produced can be adjusted by the amount of application. It is. In addition, in consideration of the ease of breakage of the powder binder, the powder binder formed on the saucer or the like is directly mounted on the porous resin to which the aluminum-based powder is attached without peeling from the saucer or the like. It is better to carry out the heating process. In this case, a heat-resistant pan or thermally degradable resin sheet is suitably used, and the porous resin to which the aluminum-based powder is attached is placed on a powdery binder prepared on the pan or resin sheet to perform the heating process. carry out.
尚、アルミニウム系粉末の酸化を防止するために、加熱は、全て非酸化性雰囲気中で行うのが適切である。具体的には、窒素ガスやアルゴンガスなどのような不活性ガス雰囲気中、水素ガス又は水素混合ガスなどの還元性ガス雰囲気中、或いは、１０-3Ｐａ程度以下の減圧（真空）下の何れかにおいて行うとよい。酸化被膜の欠損を利用してアルミニウム系粉末粒子の焼結を進行させるには、酸化を防止することが重要である。 In order to prevent the oxidation of the aluminum-based powder, it is appropriate to carry out all heating in a non-oxidative atmosphere. Specifically, in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, in a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas or hydrogen mixed gas, or under reduced pressure (vacuum) of about 10 -3 Pa or less It is good to do in the In order to advance the sintering of the aluminum-based powder particles by utilizing the loss of the oxide film, it is important to prevent oxidation.
アルミニウム系多孔質体と層状体との一体化は、加熱によるアルミニウム系粉末粒子の溶融時に起こるので、厳密には、多孔質樹脂の熱分解を行う間については層状体と多孔質樹脂とが接触状態にある必要はない。しかし、多孔質樹脂が焼失した後のアルミニウム系粉末粒子の骨格形成体は、粒子間の付着力が不十分で破損し易いので、アルミニウム系粉末が付着した多孔樹脂と層状体とを接触させた状態で多孔質樹脂の熱分解及び溶融一体化を続けて行うことが、現実的な方法である。 Since the integration of the aluminum-based porous body and the layered body occurs when the aluminum-based powder particles are melted by heating, strictly speaking, the layered body and the porous resin are in contact with each other during the thermal decomposition of the porous resin. It does not have to be in the state. However, the skeleton-forming body of the aluminum-based powder particles after the porous resin is burned off has insufficient adhesion between the particles and is easily broken, so the porous resin to which the aluminum-based powder was attached was brought into contact with the layered body. It is a realistic method to carry out thermal decomposition and fusion and integration of the porous resin continuously in the state.
アルミニウム合金において、液相線温度未満であって固相線温度以上である温度領域は、温度に応じて液相が形成されるので、酸化被膜による阻害がなければ、原子拡散による焼結や液相を通じた結合が進行可能である。つまり、６００℃程度以上且つ６６０．４℃未満の温度範囲、特に、液相線温度との差が２０℃以下となる範囲は、酸化被膜に欠損があるアルミニウム合金粉末粒子同士の結合が可能な温度となる。アルミニウム合金粉末の加熱温度を液相線温度に近づけると、生じる液相量は多くなるので、酸化被膜が薄く破裂し易ければ、液相線温度以上での加熱の場合と同様に、融着によって粒子同士及び粒子と層状体が結合し得る。真空での加熱は、焼結を進行し易くする上で有効であり、１０−３Ｐａ以上の真空度の適用は好ましい。アルミニウム系粉末表面に結合する界面活性剤は、表面の酸化進行を抑制する。 In the aluminum alloy, since a liquid phase is formed according to the temperature in a temperature region which is lower than the liquidus temperature and higher than or equal to the solidus temperature, sintering by the atomic diffusion or Bonding through the phases can proceed. That is, in the temperature range of about 600 ° C. or more and less than 660.4 ° C., in particular, in the range where the difference from the liquidus temperature is 20 ° C. or less, bonding of aluminum alloy powder particles having defects in the oxide film is possible. It will be the temperature. As the heating temperature of the aluminum alloy powder approaches the liquidus temperature, the amount of liquid phase generated increases, so if the oxide film is thin and easy to burst, fusion occurs as in the case of heating above the liquidus temperature. The particles can bind each other and the particles and the layered body. Heating under vacuum is effective in facilitating sintering, and application of a degree of vacuum of 10 −3 Pa or more is preferable. The surfactant bound to the surface of the aluminum-based powder suppresses the progress of oxidation on the surface.
アルミニウム系粉末粒子が一体化して多孔質体の骨格が形成され、同時に、骨格と層状体との接合が形成されるので、これを冷却して溶融物を固化する（冷却工程）。つまり、融点（又は液相線温度）よりも低い温度、一般的には室温（１〜３０℃程度）まで冷却する。これにより、加熱中に熱膨張したアルミニウム（又はアルミニウム合金）は、冷却により収縮し、多孔質樹脂の三次元網目構造に沿った形状を維持したまま骨格形状が固定化される。この結果、層状体とアルミニウム系多孔質体とが直接一体化したアルミニウム系多孔質部材が得られる。層状体は、金属結合によってアルミニウム系多孔質体の骨格と連続するように一体化される。骨格内部には、多孔質樹脂に起因する空隙が存在し得る。金属組織構造の形成は冷却速度による影響を受けるので、材料強度等の物性を考慮して、冷却速度を適宜設定するとよい。 The aluminum-based powder particles are integrated to form a skeleton of the porous body, and at the same time, a bond between the skeleton and the layered body is formed, and this is cooled to solidify the melt (cooling step). That is, it is cooled to a temperature lower than the melting point (or liquidus temperature), generally to room temperature (about 1 to 30 ° C.). Thereby, the aluminum (or aluminum alloy) thermally expanded during heating is shrunk by cooling, and the skeletal shape is fixed while maintaining the shape along the three-dimensional network structure of the porous resin. As a result, an aluminum-based porous member in which the layered body and the aluminum-based porous body are directly integrated is obtained. The layered body is integrated so as to be continuous with the framework of the aluminum-based porous body by metal bonding. Inside the skeleton, voids resulting from the porous resin may be present. Since the formation of the metallographic structure is affected by the cooling rate, the cooling rate may be appropriately set in consideration of physical properties such as material strength.
このようにして、アルミニウム系多孔質体と層状体とが一体化したアルミニウム系多孔質部材が製造される。アルミニウム系多孔質体の骨格は、樹脂の熱分解により生じる空部を含み得るが、密度比が９０％程度以上のものが得られる。層状体は、有機バインダーなどを介さずに直接アルミニウム系多孔質体と接合されるので、ろう付けの際に、接合を阻害する成分（炭素、炭化物、酸化物などの加熱残渣を生じる成分）がないという点で好ましい。製造後のアルミニウム系多孔質体について、形状又は寸法を変更する場合、アルミニウム系多孔質部材の切断加工は、一般的に材料の切断に利用される技術から適宜選択して適用すれば良く、例えば、放電加工、レーザー加工、ワイヤーソーなどの切断技術を利用して、所望の寸法へ調整できる。加工の精密さにおいては放電加工が優れている。 Thus, the aluminum-based porous member in which the aluminum-based porous body and the layered body are integrated is manufactured. The skeleton of the aluminum-based porous body may include an empty portion generated by thermal decomposition of the resin, but a density ratio of about 90% or more can be obtained. Since the layered body is directly joined to the aluminum-based porous body without an organic binder or the like, the component that inhibits joining (component that causes heating residue such as carbon, carbide, oxide, etc.) during brazing It is preferable in that it does not exist. When the shape or size of the aluminum-based porous body after production is changed, the cutting process of the aluminum-based porous member may be appropriately selected and applied from techniques generally used for cutting of materials, for example, The desired dimensions can be adjusted using cutting techniques such as, EDM, laser machining, wire saws and the like. Electrical discharge machining is superior in machining precision.
（アルミニウム系多孔質部材を用いたろう付け接合）
層状体が一体化されたアルミニウム系多孔質部材は、板材や管材等の被接合面と層状体との間にろう付け用組成物を存在させて相互に密接するように組み付けられた状態でろう付け温度に加熱することによって、被接合面に接合される。ろう付け温度は、ろう材の組成における液相線温度以上、好ましくは液相線温度との差が１０℃程度以内の温度に設定すると良い。ろう付け温度での加熱時間は、必要最小限にすることが望ましく、具体的には、０．５分〜１０分程度が好ましい。ろう付け温度での加熱が終了後、速やかに冷却を行って、過剰な加熱によるエロージョンを防止することにより、被接合面に好適にろう付け接合されたアルミニウム系多孔質部材が得られる。
(Brazed joint using aluminum based porous member)
The aluminum-based porous member in which the layered body is integrated is assembled in a state in which the brazing composition is present between the to-be-joined surfaces such as a plate and a tube and the layered body so as to be in close contact with each other. It is joined to a to-be-joined surface by heating to application temperature. The brazing temperature may be set to a temperature equal to or higher than the liquidus temperature in the composition of the brazing material, preferably, a temperature at which the difference from the liquidus temperature is within about 10 ° C. The heating time at the brazing temperature is desirably minimized, and specifically, about 0.5 minutes to 10 minutes is preferable. After heating at the brazing temperature is completed, cooling is promptly performed to prevent erosion due to excessive heating, whereby an aluminum-based porous member suitably brazed to the surface to be joined can be obtained.
アルミニウム系多孔質部材の応用、変形に関して、アルミニウム以外の金属へのろう付けに適した組成に層状体の金属組成を変更すると、アルミニウム系多孔質部材を各種金属部材への接合に応用することができる。更に、アルミニウム系多孔質部材の構成は、多孔質体の保護性及び取り扱い容易性の点で有利であるので、接合用として使用しない用途においても利用可能であり、上記の有利性は、層状体の代わりに、アルミニウムと接合可能な他の金属製シート又は非金属製シートを使用しても得られる。 Application of the aluminum-based porous member to bonding to various metal members by changing the metal composition of the layered body to a composition suitable for brazing to metals other than aluminum with respect to the application and deformation of the aluminum-based porous member it can. Furthermore, since the configuration of the aluminum-based porous member is advantageous in terms of the protective properties and ease of handling of the porous body, it can also be used in applications not used for bonding, and the above advantages are layered bodies. Alternatively, other metal or non-metal sheets that can be bonded to aluminum can be used.
以下に実施例を掲げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be more specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
＜実施例１＞
三次元網目状構造を有する発泡樹脂（多孔質樹脂）製の基体として、縦２５ｍｍ、横７０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのポリウレタンフォーム（商品名：エバーライトＳＦ、（株）ブリジストン社製）を用意した。この発泡樹脂の気孔率（全体の体積に対する連通孔の体積の割合）は９５％であり、連通孔の大きさは円相当径で３０００μｍであった。
Example 1
As a base made of a foamed resin (porous resin) having a three-dimensional network structure, polyurethane foam (trade name: Everlight SF, manufactured by Bridgestone Corp.) 25 mm long, 70 mm wide and 20 mm thick was prepared. The porosity (the ratio of the volume of the communicating holes to the total volume) of this foamed resin was 95%, and the size of the communicating holes was 3000 μm in terms of the equivalent circle diameter.
次いで、アルミニウム粉末分散液（スラリー）を調製するために、結着材としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ、商品名：ゴーセノールＧＨ−２３、日本合成化学社製）をイオン交換水に溶解して、濃度１質量％のＰＶＡ水溶液を調製した。この水溶液と、粒径が１０μｍ以下であるアルミニウム粉末（商品名：２５Ｅ、エカ・グラニュラー社製）とを３：５の質量比で混合して、アルミニウム粉末分散液を調合した。 Next, in order to prepare an aluminum powder dispersion (slurry), polyvinyl alcohol (PVA, trade name: Gohsenol GH-23, manufactured by Nippon Gohsei Chemical Co., Ltd.) is dissolved in ion exchange water as a binder, and the concentration is 1 mass. % PVA aqueous solution was prepared. This aqueous solution was mixed with an aluminum powder having a particle size of 10 μm or less (trade name: 25E, manufactured by Eka Granular) at a mass ratio of 3: 5 to prepare an aluminum powder dispersion.
調製したアルミニウム粉末分散液中に、上述で用意した発泡樹脂を浸漬した後に取り出して、一対の絞りロールを備えた装置を用いて発泡樹脂を絞り、余分なアルミニウム粉末分散液を除去した。この際、発泡樹脂の体積１Ｌに対するアルミニウム粉末の付着量が４０．０〜１００．０ｇ／Ｌの範囲になるように絞り度合いを調整した。アルミニウム粉末が付着した発泡樹脂を、８０℃にて６０分乾燥した。 After immersing the foamed resin prepared above in the prepared aluminum powder dispersion, it was taken out, and the foamed resin was squeezed using a device equipped with a pair of squeeze rolls to remove excess aluminum powder dispersion. At this time, the degree of squeezing was adjusted so that the adhesion amount of the aluminum powder to the volume 1 L of the foamed resin was in the range of 40.0 to 100.0 g / L. The foamed resin to which aluminum powder adhered was dried at 80 ° C. for 60 minutes.
次いで、厚さが１ｍｍのアルミニウム板上に乾燥後の発泡樹脂を載置して、圧力が１０-3Ｐａの減圧雰囲気（真空雰囲気）中で、６６５℃（使用したアルミニウム粉末の融点：６６０．４℃）にて２１０分間加熱した。この後、真空雰囲気を保って冷却し、温度が３００℃以下に低下したら窒素ガスを流し込み、更に室温まで冷却した。この結果、アルミニウム多孔質体の骨格が形成されると共に、アルミニウム板とアルミニウム多孔質体の骨格末端とが直接結合し、一体化したアルミニウム多孔質部材が得られた。アルミニウム多孔質体の気孔率は９４．５％であった。 Next, the dried foamed resin is placed on an aluminum plate having a thickness of 1 mm, and in a reduced pressure atmosphere (vacuum atmosphere) at a pressure of 10 -3 Pa, 665 ° C. (melting point of used aluminum powder: 660. Heat at 210C for 210 minutes. After that, cooling was performed while maintaining a vacuum atmosphere, and when the temperature was lowered to 300 ° C. or lower, nitrogen gas was introduced and further cooling was performed to room temperature. As a result, a skeleton of the aluminum porous body is formed, and the aluminum plate and the skeleton end of the aluminum porous body are directly bonded to each other to obtain an integrated aluminum porous member. The porosity of the aluminum porous body was 94.5%.
＜実施例２＞
実施例１と同様にして、アルミニウム粉末が付着した発泡樹脂を用意した。厚さが１ｍｍのアルミニウム板（２８ｍｍ×８０ｍｍ）を２つ用意し、１つのアルミニウム板上にアルミニウム粉末が付着した発泡樹脂を載置して、もう１つのアルミニウム板を発泡樹脂の上に載せた。これを用いて、実施例１と同様の条件で、加熱及び冷却を行った。この結果、アルミニウム多孔質体の骨格が形成されると共に、アルミニウム多孔質体骨格の上下の末端が、各々、アルミニウム板と直接結合し、一体化したアルミニウム多孔質部材が得られた。アルミニウム多孔質体の気孔率は９４．５％であった。
Example 2
In the same manner as in Example 1, a foamed resin to which aluminum powder adhered was prepared. Two aluminum plates (28 mm × 80 mm) with a thickness of 1 mm were prepared, and a foam resin with aluminum powder adhered was placed on one aluminum plate, and another aluminum plate was placed on the foam resin. . Using this, heating and cooling were performed under the same conditions as in Example 1. As a result, a skeleton of the aluminum porous body is formed, and the upper and lower ends of the aluminum porous body skeleton are directly bonded to the aluminum plate, respectively, to obtain an integrated aluminum porous member. The porosity of the aluminum porous body was 94.5%.
＜接合強度の評価＞
実施例２で得られたアルミニウム多孔質部材について、上側のアルミニウム板を固定し、下側のアルミニウム板に１００ｇの重り荷重を掛けて接合状態を目視で観察した。その結果、両方の接合界面の何れにも剥離が生じず、重りの荷重に耐えた。
<Evaluation of joint strength>
The upper aluminum plate of the aluminum porous member obtained in Example 2 was fixed, and a weight load of 100 g was applied to the lower aluminum plate, and the bonding state was visually observed. As a result, peeling did not occur at any of the two bonding interfaces, and the load of the weight was resisted.
＜ろう付け＞
厚さが０．８ｍｍのアルミニウム板（ＪＩＳ−Ａ１０５０）を用意し、これを３０ｍｍ×１００ｍｍの寸法に切断して、以下のろう付けにおいて被接合材として使用した。
実施例２で得られたアルミニウム多孔質部材の両方のアルミニウム板に、アプリケータを用いて、東洋アルミニウム株式会社製のアルミニウムペーストろう材（トーヤルハイパーブレイズ（登録商標）、製品名：ＡＦ５２４Ｆ）を１００μｍの厚さに塗布し、大気中で８０℃にて１０分間程度乾燥した。このようにして表面にろう材を塗布したアルミニウム板を、被接合材として用意した２つのアルミニウム板で挟持して密に接触させて、アルミニウム板同士の間に隙間が生じないように、カーボン製の重しで負荷を加えて固定した。尚、２つの被接合材の間隔が過度に縮まるのを防止するために、アルミニウム多孔質部材の長手方向両端近くに、高さ２０．０ｍｍのカーボン製治具を配置した。これをろう付け炉に投入し、窒素雰囲気中（酸素濃度：５０ｐｐｍ以下）にて加熱した。この時、炉内の温度は、室温から５９０℃まで１０℃／ｍｉｎで上昇し、その後、５９０℃にて５分間温度を保持した。この後、速やかに炉内を冷却し、室温に戻った炉内からアルミニウム多孔質部材及び被接合材を回収したところ、被接合材がろう付けされたアルミニウム多孔質部材が得られた。被接合材であるアルミニウム板とアルミニウム多孔質部材との接合は強固な状態であった。
<Brazed>
An aluminum plate (JIS-A1050) having a thickness of 0.8 mm was prepared, cut into a size of 30 mm × 100 mm, and used as a material to be joined in the following brazing.
An aluminum paste brazing material (Toyal Hyper Blaze (registered trademark), product name: AF524F) manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd. was applied to both aluminum plates of the aluminum porous member obtained in Example 2 using an applicator. It was applied to a thickness of 100 μm and dried in the air at 80 ° C. for about 10 minutes. The aluminum plate coated with the brazing material on the surface in this way is sandwiched between the two aluminum plates prepared as the material to be joined and brought into close contact, so that no gap is produced between the aluminum plates. The load was fixed with the weight of. In addition, in order to prevent that the space | interval of two to-be-joined materials shrink | contracts excessively, the jig | tool made from carbon 20.0 mm in height was arrange | positioned near the longitudinal direction both ends of an aluminum porous member. This was introduced into a brazing furnace and heated in a nitrogen atmosphere (oxygen concentration: 50 ppm or less). At this time, the temperature in the furnace was raised at 10 ° C./min from room temperature to 590 ° C., and then held at 590 ° C. for 5 minutes. Thereafter, the inside of the furnace was rapidly cooled, and the porous aluminum member and the material to be joined were recovered from the furnace which had returned to room temperature. As a result, a porous aluminum member to which the material to be joined was brazed was obtained. The bonding between the aluminum plate as a bonding material and the porous aluminum member was in a strong state.
簡便な作業によってアルミニウム系多孔質体の良好なろう付け接合を行うことが可能であり、被接合面の形状等にも対応可能で、複雑な被接合部へのろう付けが可能になるので、熱交換器の放熱フィン等の構成要素として組み込まれるアルミニウム系多孔質体として有用である。熱伝導性を活かした用途に適用されるアルミニウム系多孔質体を、接合及び取り扱いが容易な製品として提供できるので、市場において極めて有用である。 Since it is possible to perform good brazing of the aluminum-based porous body by a simple operation, and it is possible to cope with the shape of the bonding surface, etc., it becomes possible to perform brazing to a complex bonding portion. It is useful as an aluminum-based porous body incorporated as a component such as a heat dissipating fin of a heat exchanger. Since the aluminum-based porous body applied to the application utilizing heat conductivity can be provided as a product easy to bond and handle, it is extremely useful in the market.
１，２ アルミニウム系多孔質部材
Ｐ アルミニウム系多孔質体
Ｍ 層状体
1,2 Aluminum based porous member P Aluminum based porous body M Layered body
Claims (9)
前記アルミニウム系多孔質体に直接一体化される少なくとも１つの層状体と
を有し、前記層状体は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されるアルミニウム系多孔質部材。 An aluminum-based porous body composed of aluminum or an aluminum alloy,
An aluminum-based porous member, comprising: at least one layered body directly integrated with the aluminum-based porous body, wherein the layered body is made of aluminum or an aluminum alloy.
請求項１〜３の何れか一項に記載のアルミニウム系多孔質部材。 The aluminum-based porous body has a shape having a pair of opposed side surfaces, and the at least one layered body includes a pair of layered bodies integrated with the pair of side surfaces. The aluminum-based porous member according to one aspect.
前記加熱工程によって生成されるアルミニウム系多孔質体の骨格及び層状体を冷却して、層状体に一体化したアルミニウム多孔質体を形成する冷却工程と
を有するアルミニウム系多孔質部材の製造方法。 By heating the porous resin with the aluminum-based powder adhering to the surface in contact with the aluminum-based layered body, the porous resin is thermally decomposed to melt the aluminum-based powder and thereby the aluminum-based porous body A heating process that produces the skeleton of
And cooling the skeleton and the layered body of the aluminum-based porous body produced in the heating step to form an aluminum porous body integrated with the layered body.
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