JP2885394B2 - アルミニウム焼結体の製造方法 - Google Patents
アルミニウム焼結体の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム（以下Ａl
と記載する）焼結体の製造方法に関する。
と記載する）焼結体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属粉或いは合金粉を圧粉成形し、この
成形体を融点以下の温度で加熱して焼結する粉末冶金法
が広く知られている。斯かる粉末冶金法は、切削加工等
を行わずに粉末から製品を得ることができ、また複雑な
形状のものでも製造が可能という利点を有する。
成形体を融点以下の温度で加熱して焼結する粉末冶金法
が広く知られている。斯かる粉末冶金法は、切削加工等
を行わずに粉末から製品を得ることができ、また複雑な
形状のものでも製造が可能という利点を有する。
【０００３】粉末冶金法は上記のような利点を有する反
面、どのような金属粉にも適用できるというわけではな
く、特にＡl粉末やＡl合金粉末を焼結する場合には、こ
れらの粉末粒子の表面は強固な酸化膜（Ａl2Ｏ3）で覆
われているので、焼結によってＡl金属原子同士を強固
に結合させることができない。
面、どのような金属粉にも適用できるというわけではな
く、特にＡl粉末やＡl合金粉末を焼結する場合には、こ
れらの粉末粒子の表面は強固な酸化膜（Ａl2Ｏ3）で覆
われているので、焼結によってＡl金属原子同士を強固
に結合させることができない。
【０００４】Ａl合金粉末の焼結に関しては特開平６−
３３１６４号公報及び特開平６−５７３６３号公報に先
行技術が開示されている。特開平６−３３１６４号公報
に開示される内容は、Ａl粉末を窒素雰囲気で加熱する
ことで、Ａl粉末表面に窒化物（ＡlＮ）を形成し、この
後熱間加工して窒化物（ＡlＮ）を破壊してＡl合金中に
分散させるようにしている。特開平６−５７３６３号公
報に開示される内容は、Ｍgを含有するＡl合金粉末を急
冷凝固法にて作製し、この微細なＡl合金粉末の表面に
窒素雰囲気で加熱することで、Ａl粉末表面に窒化物
（ＡlＮ）を形成し、この後焼結を行うようにしてい
る。
３３１６４号公報及び特開平６−５７３６３号公報に先
行技術が開示されている。特開平６−３３１６４号公報
に開示される内容は、Ａl粉末を窒素雰囲気で加熱する
ことで、Ａl粉末表面に窒化物（ＡlＮ）を形成し、この
後熱間加工して窒化物（ＡlＮ）を破壊してＡl合金中に
分散させるようにしている。特開平６−５７３６３号公
報に開示される内容は、Ｍgを含有するＡl合金粉末を急
冷凝固法にて作製し、この微細なＡl合金粉末の表面に
窒素雰囲気で加熱することで、Ａl粉末表面に窒化物
（ＡlＮ）を形成し、この後焼結を行うようにしてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した先行技術はい
ずれもＡl粉末表面に窒化物（ＡlＮ）を形成すること
で、結合強度を高めるようにしているが、表面にＡl2Ｏ
3が存在する場合に比べれば結合強度は改善されるもの
の十分とは言えない。
ずれもＡl粉末表面に窒化物（ＡlＮ）を形成すること
で、結合強度を高めるようにしているが、表面にＡl2Ｏ
3が存在する場合に比べれば結合強度は改善されるもの
の十分とは言えない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、Ａl混合粉末またはＡl合金粉末としてＭgを例
えば０．３wt%以上含有するものを選定し、この粉末か
らなる圧粉成形体を炉内にセットし、この炉内を希ガス
雰囲気で、更に好ましくは減圧下で加熱することで圧粉
成形体に含有されるマグネシウムを昇華させ、次いで、
炉内に窒素ガスを導入して昇華したマグネシウムと反応
させて窒化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）を生成し、この窒
化マグネシウムを粉末表面の酸化アルミニウム（Ａl2Ｏ
3）と接触させて還元することでアルミニウム金属原子
を露出せしめて焼結するようにした。
発明は、Ａl混合粉末またはＡl合金粉末としてＭgを例
えば０．３wt%以上含有するものを選定し、この粉末か
らなる圧粉成形体を炉内にセットし、この炉内を希ガス
雰囲気で、更に好ましくは減圧下で加熱することで圧粉
成形体に含有されるマグネシウムを昇華させ、次いで、
炉内に窒素ガスを導入して昇華したマグネシウムと反応
させて窒化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）を生成し、この窒
化マグネシウムを粉末表面の酸化アルミニウム（Ａl2Ｏ
3）と接触させて還元することでアルミニウム金属原子
を露出せしめて焼結するようにした。
【０００７】
【作用】Ａl粉末粒子表面を覆っているＡl2Ｏ3被膜にＭ
g3Ｎ2が接触すると、Ａl2Ｏ3を構成する酸素がＭgと結
合し、Ａl金属原子が粉末粒子表面に露出する。
g3Ｎ2が接触すると、Ａl2Ｏ3を構成する酸素がＭgと結
合し、Ａl金属原子が粉末粒子表面に露出する。
【０００８】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここで、図１は本発明に係るアルミニウム焼
結体の製造方法を実施する焼結炉の断面図であり、焼結
炉は炉体１の周囲にヒータ２を配設するとともに、炉体
１の一側面には雰囲気ガスの供給口３及び雰囲気ガスの
排出口４を設け、切換弁５を介して供給口３から炉体１
内にＡrガスまたはＮ2ガスを選択的に供給可能とし、ま
たポンプ６を駆動することで、炉体１内を減圧するよう
にしている。尚、ポンプ６は炉体１内の圧力を検出する
センサ７及び手動スイッチ８によってオン・オフされ
る。
説明する。ここで、図１は本発明に係るアルミニウム焼
結体の製造方法を実施する焼結炉の断面図であり、焼結
炉は炉体１の周囲にヒータ２を配設するとともに、炉体
１の一側面には雰囲気ガスの供給口３及び雰囲気ガスの
排出口４を設け、切換弁５を介して供給口３から炉体１
内にＡrガスまたはＮ2ガスを選択的に供給可能とし、ま
たポンプ６を駆動することで、炉体１内を減圧するよう
にしている。尚、ポンプ６は炉体１内の圧力を検出する
センサ７及び手動スイッチ８によってオン・オフされ
る。
【０００９】また、炉体１内には台９を設置し、この台
９上に圧粉成形体Ｗをセットしている。この圧粉成形体
ＷはＭg又はＭg合金を混合したＡl粉末またはＭgを含有
するＡl合金粉末からなる。
９上に圧粉成形体Ｗをセットしている。この圧粉成形体
ＷはＭg又はＭg合金を混合したＡl粉末またはＭgを含有
するＡl合金粉末からなる。
【００１０】以上において、圧粉成形体Ｗを焼結するに
は、先ず図２の処理パターンのグラフにも示すように焼
結炉内をＡr等の希ガス雰囲気とするとともに４００℃
で９０分間加熱（１atm）する。この加熱処理によって
圧粉成形体Ｗ中の潤滑剤（ワックス）が除去される。
尚、図３は圧粉成形体Ｗの粒子構造を示す模式図であ
り、この段階ではＡl合金粉末粒子の表面にはＡl原子と
Ｏ原子とが強固に結合したＡl2Ｏ3が形成されている。
また、雰囲気を希ガス雰囲気とするのは後述するＭgが
昇華するときでもよい。
は、先ず図２の処理パターンのグラフにも示すように焼
結炉内をＡr等の希ガス雰囲気とするとともに４００℃
で９０分間加熱（１atm）する。この加熱処理によって
圧粉成形体Ｗ中の潤滑剤（ワックス）が除去される。
尚、図３は圧粉成形体Ｗの粒子構造を示す模式図であ
り、この段階ではＡl合金粉末粒子の表面にはＡl原子と
Ｏ原子とが強固に結合したＡl2Ｏ3が形成されている。
また、雰囲気を希ガス雰囲気とするのは後述するＭgが
昇華するときでもよい。
【００１１】この後、焼結炉内を１０Torr以下、好まし
くは０．１Torr程度まで減圧するとともに希ガス雰囲気
のまま５００℃で５分間加熱する。この処理によって図
４にも示すようにＡl合金粉末粒子中に含有されるＭgが
昇華し、この昇華（ガス化）したＭgはＡrと反応するこ
となく圧粉成形体Ｗ表面及び圧粉成形体Ｗ内部に均一に
拡散する。尚、希ガスとしてはＡrの他にＨe（ヘリウ
ム）、Ｎe（ネオン）、Ｋr（クリプトン）、Ｘe（キセ
ノン）、Ｒn（ラドン）がある。
くは０．１Torr程度まで減圧するとともに希ガス雰囲気
のまま５００℃で５分間加熱する。この処理によって図
４にも示すようにＡl合金粉末粒子中に含有されるＭgが
昇華し、この昇華（ガス化）したＭgはＡrと反応するこ
となく圧粉成形体Ｗ表面及び圧粉成形体Ｗ内部に均一に
拡散する。尚、希ガスとしてはＡrの他にＨe（ヘリウ
ム）、Ｎe（ネオン）、Ｋr（クリプトン）、Ｘe（キセ
ノン）、Ｒn（ラドン）がある。
【００１２】次いで、焼結炉内に一気にＮ2ガスを導入
するとともに温度を５４０℃（Ａlの融点以下）まで高
める。Ｎ2ガスを導入することによって昇華しているＭg
ガスとＮ2とが反応して図５に示すように窒化マグネシ
ウム（Ｍg3Ｎ2）を生成する。
するとともに温度を５４０℃（Ａlの融点以下）まで高
める。Ｎ2ガスを導入することによって昇華しているＭg
ガスとＮ2とが反応して図５に示すように窒化マグネシ
ウム（Ｍg3Ｎ2）を生成する。
【００１３】上記窒化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）はＡl粉
末粒子表面の酸化アルミニウム（Ａl2Ｏ3）と接触し、
還元作用をなす。即ち図６に示すようにＡl2Ｏ3のＯ原
子とＭgとが結合してＭgＯを生成し、Ａl2Ｏ3からＯ原
子が離脱してＡl金属原子が粒子表面に露出する。
末粒子表面の酸化アルミニウム（Ａl2Ｏ3）と接触し、
還元作用をなす。即ち図６に示すようにＡl2Ｏ3のＯ原
子とＭgとが結合してＭgＯを生成し、Ａl2Ｏ3からＯ原
子が離脱してＡl金属原子が粒子表面に露出する。
【００１４】以下に焼結炉内での反応式を示す。 ３Ｍg(gas)＋Ｎ2＝Ｍg3Ｎ2 ２Ｍg3Ｎ2＋２Ａl2Ｏ3＝２ＡlＮ＋６ＭgＯ＋２Ａl＋Ｎ2 Ｍg3Ｎ2＋２Ａl2Ｏ3＋３Ｍg＝２ＡlＮ＋６ＭgＯ＋２Ａl これらの式のΔＧ（ギブスの標準生成エネルギー）は負
であり、反応は右に進むため、Ｍg3Ｎ2の存在下でＡl2
Ｏ3からＯ原子が離脱する。
であり、反応は右に進むため、Ｍg3Ｎ2の存在下でＡl2
Ｏ3からＯ原子が離脱する。
【００１５】以下の（表１）は本発明方法によって製造
した焼結製品と他の方法によって製造した製品の特性を
比較したものである。尚、各方法の条件は以下の通りで
ある。 （焼結：本発明）材料としては２種類用意し、その１つ
はＭgを０．３wt%以上含有するＡl合金粉末（Ａl-10Ｓi
-4Ｃu-2Ｍg）であり、他の１つは純Ａlに他の合金粉末
を加えた混合粉末（Ａl-10Ｓi-4Ｃu-1Ｍg）であり、こ
の成分系を得るための具体的な素粉末の混合法とそれら
の量としては、Ａl-30%Ｓiを33.3wt%、Ａl-20%Ｃuを20w
t%、Al-50%Ｍgを2wt%、ワックス分を1wt%、残りを純Ａl
とする。上記の材料粉末（１００メッシュ以下）をＶ型
混合機で３０分間混合した後、圧粉成形する。圧粉成形
の際の圧力はＡl合金粉末の場合は５〜７ton/cm2とし、
混合粉末の場合には４〜６ton/cm2とし、成形体密度が
６０〜８５％に収まるようにする。加熱条件は、Ａr雰
囲気での第１段目の加熱を４００℃×９０分とし、Ｎ2
雰囲気での第２段目の加熱を５４０℃×６０分とした。 （鍛造）鍛造については、金型温度を４００℃、ビレッ
ト温度を４５０℃、圧加率を４０％の条件で行った。 （熱処理）熱処理は容体化処理を４９０℃、時効処理を
１９０℃×３時間とした。
した焼結製品と他の方法によって製造した製品の特性を
比較したものである。尚、各方法の条件は以下の通りで
ある。 （焼結：本発明）材料としては２種類用意し、その１つ
はＭgを０．３wt%以上含有するＡl合金粉末（Ａl-10Ｓi
-4Ｃu-2Ｍg）であり、他の１つは純Ａlに他の合金粉末
を加えた混合粉末（Ａl-10Ｓi-4Ｃu-1Ｍg）であり、こ
の成分系を得るための具体的な素粉末の混合法とそれら
の量としては、Ａl-30%Ｓiを33.3wt%、Ａl-20%Ｃuを20w
t%、Al-50%Ｍgを2wt%、ワックス分を1wt%、残りを純Ａl
とする。上記の材料粉末（１００メッシュ以下）をＶ型
混合機で３０分間混合した後、圧粉成形する。圧粉成形
の際の圧力はＡl合金粉末の場合は５〜７ton/cm2とし、
混合粉末の場合には４〜６ton/cm2とし、成形体密度が
６０〜８５％に収まるようにする。加熱条件は、Ａr雰
囲気での第１段目の加熱を４００℃×９０分とし、Ｎ2
雰囲気での第２段目の加熱を５４０℃×６０分とした。 （鍛造）鍛造については、金型温度を４００℃、ビレッ
ト温度を４５０℃、圧加率を４０％の条件で行った。 （熱処理）熱処理は容体化処理を４９０℃、時効処理を
１９０℃×３時間とした。
【００１６】
【表１】
【００１７】この（表１）から、本発明方法によって製
造した製品は、高い耐力及び強度を発揮するとともに大
きな伸び率を有することが分る。また、図７はＭgの添
加量（％）と耐力(MPa)及び強度(MPa)との関係を示すグ
ラフであり、このグラフから、Ｍgの添加量０．３％を
境として耐力(MPa)及び強度(MPa)が急激に向上すること
が分る。したがってＭgの添加量は０．３％以上とする
ことが好ましい。
造した製品は、高い耐力及び強度を発揮するとともに大
きな伸び率を有することが分る。また、図７はＭgの添
加量（％）と耐力(MPa)及び強度(MPa)との関係を示すグ
ラフであり、このグラフから、Ｍgの添加量０．３％を
境として耐力(MPa)及び強度(MPa)が急激に向上すること
が分る。したがってＭgの添加量は０．３％以上とする
ことが好ましい。
【００１８】また、Ｍgの昇華をＮ2ガス雰囲気中で行う
実験、つまりアルゴン等の希ガス雰囲気でＭgの昇華を
行わずに初めからＮ2ガス雰囲気とした場合には、昇華
したＭgが直ちにＮ2と反応し、圧粉成形体内にＭg3Ｎ2
の分布の偏りが発生した。その結果、Ａl2Ｏ3の還元が
不十分であった。
実験、つまりアルゴン等の希ガス雰囲気でＭgの昇華を
行わずに初めからＮ2ガス雰囲気とした場合には、昇華
したＭgが直ちにＮ2と反応し、圧粉成形体内にＭg3Ｎ2
の分布の偏りが発生した。その結果、Ａl2Ｏ3の還元が
不十分であった。
【００１９】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
Ａl粉末またはＡl合金粉末としてＭgを例えば０．３wt%
以上含有するものを選定し、この粉末からなる圧粉成形
体を炉内にセットし、この炉内をＡr等の希ガス雰囲
気、減圧下で加熱することで圧粉成形体に含有されるマ
グネシウムを昇華させ、この後炉内に窒素ガスを導入し
て昇華したマグネシウムと反応させて窒化マグネシウム
（Ｍg3Ｎ2）を生成し、この窒化マグネシウムを粉末表
面の酸化アルミニウム（Ａl2Ｏ3）と接触させて還元す
ることでアルミニウム金属原子を露出せしめた後に、焼
結するようにしたので、焼結の利点を活かしつつＡl粒
子またはＡl合金粒子の結合強度を高めることができ
る。
Ａl粉末またはＡl合金粉末としてＭgを例えば０．３wt%
以上含有するものを選定し、この粉末からなる圧粉成形
体を炉内にセットし、この炉内をＡr等の希ガス雰囲
気、減圧下で加熱することで圧粉成形体に含有されるマ
グネシウムを昇華させ、この後炉内に窒素ガスを導入し
て昇華したマグネシウムと反応させて窒化マグネシウム
（Ｍg3Ｎ2）を生成し、この窒化マグネシウムを粉末表
面の酸化アルミニウム（Ａl2Ｏ3）と接触させて還元す
ることでアルミニウム金属原子を露出せしめた後に、焼
結するようにしたので、焼結の利点を活かしつつＡl粒
子またはＡl合金粒子の結合強度を高めることができ
る。
【図１】本発明に係るアルミニウム焼結体の製造方法を
実施する焼結炉の断面図
実施する焼結炉の断面図
【図２】焼結炉内での処理パターンを示すグラフ
【図３】Ｍgが昇華する前のＡl粉末粒子の原子配列の模
式図
式図
【図４】Ｍgが昇華した状態のＡl粉末粒子の原子配列の
模式図
模式図
【図５】昇華したＭgとＮとが結合した状態を示す模式
図
図
【図６】ＭgとＯとが結合しＡlが露出した状態を示す模
式図
式図
【図７】Ｍgの添加量（％）と耐力(MPa)及び強度(MPa)
との関係を示すグラフ
との関係を示すグラフ
１…炉体、２…ヒータ、３…雰囲気ガスの供給口、４…
雰囲気ガスの排出口、５…切換弁、９…台、Ｗ…圧粉成
形体。
雰囲気ガスの排出口、５…切換弁、９…台、Ｗ…圧粉成
形体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐久間 剛 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 1/04,1/10 B22F 3/10 - 3/26
Claims (3)
- 【請求項１】 マグネシウムを混合したアルミニウム粉
末またはマグネシウムを含有するアルミニウム合金粉末
からなる圧粉成形体を炉内にセットし、この炉内を希ガ
ス雰囲気として加熱することで圧粉成形体に含有される
マグネシウムを昇華させ、次いで溶融温度以下の温度で
焼結するにあたり、炉内に窒素ガスを導入して昇華した
マグネシウムと反応させて窒化マグネシウム（Ｍg
3Ｎ2）を生成し、この窒化マグネシウムを粉末表面の酸
化アルミニウム（Ａl2Ｏ3）と接触させて還元すること
でアルミニウム金属原子を露出せしめて焼結させるよう
にしたことを特徴とするアルミニウム焼結体の製造方
法。 - 【請求項２】 請求項１に記載のアルミニウム焼結体の
製造方法において、前記マグネシウムの昇華は、希ガス
雰囲気下且つ減圧下で行うことを特徴とするアルミニウ
ム焼結体の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のアルミ
ニウム焼結体の製造方法において、前記マグネシウムの
含有割合は０．３wt%以上であることを特徴とするアル
ミニウム焼結体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16847994A JP2885394B2 (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | アルミニウム焼結体の製造方法 |
| GB9514120A GB2291434B (en) | 1994-07-20 | 1995-07-11 | Process for producing sintered aluminium products |
| US08/502,324 US5525292A (en) | 1994-07-20 | 1995-07-13 | Process for producing aluminum sintering |
| DE19526558A DE19526558C2 (de) | 1994-07-20 | 1995-07-20 | Verfahren zur Herstellung eines Aluminium-Sinters |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16847994A JP2885394B2 (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | アルミニウム焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0835025A JPH0835025A (ja) | 1996-02-06 |
| JP2885394B2 true JP2885394B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=15868864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16847994A Expired - Fee Related JP2885394B2 (ja) | 1994-07-20 | 1994-07-20 | アルミニウム焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2885394B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102539671B1 (ko) * | 2021-08-02 | 2023-06-02 | 한국재료연구원 | 실리콘 분말의 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 실리콘 분말 |
-
1994
- 1994-07-20 JP JP16847994A patent/JP2885394B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0835025A (ja) | 1996-02-06 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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