JP3472806B2 - 複合多孔質体の製造方法 - Google Patents

複合多孔質体の製造方法

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JP3472806B2 JP2000164117A JP2000164117A JP3472806B2 JP 3472806 B2 JP3472806 B2 JP 3472806B2 JP 2000164117 A JP2000164117 A JP 2000164117A JP 2000164117 A JP2000164117 A JP 2000164117A JP 3472806 B2 JP3472806 B2 JP 3472806B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通常の金属板の間
に空隙率が約50%程度の多孔体が挟まれたサンドイッ
チ材の複合多孔体の製造方法に関するものであり、さら
に詳しくは、多くの空隙を含むことによりその見かけの
密度が著しく小さい材料と通常の金属材料とが複合した
新規の材料の一体成形技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】多孔体と通常の金属材料が一体化した材
料を製造する従来の方法は、2つに大別される。その1
は、多孔質材料を別途作製しておき、通常の金属の鋳造
凝固時にこれらを溶着させたり、直接通電加熱によりこ
れらの接触部分を溶融接着する接着法と呼ばれる方法で
ある。また、こうした接着法の範疇に、高分子系等の接
着剤による接着も含まれる。その2は、鋳造時に溶融し
た金属中に添加する発泡剤の添加量を制御し、生じたガ
スでの発泡をコントロールしながら凝固させることで、
多孔質部分と通常の金属部分を一体化させる溶湯発泡制
御法と呼ばれる方法である。
【0003】しかし、上記従来の方法に示した接着法に
おいては、接着部の強度不足が発生し、十分な一体化が
できない上、多孔質体の製造技術自体の行程プロセスが
複雑であり、生産性が著しく悪いという問題があった。
一方、溶湯発泡制御法では、発泡と凝固に時間のずれが
生じるため、一様な複合多孔質体が製造しにくく、高空
隙率部分が凝固開始部分に偏ったり、凝固終了部分では
多孔性が著しく低下する等、プロセスの制御が著しく困
難という欠点があった。
【0004】
【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
術の問題を解消し得る新しい複合多孔体の製造技術を開
発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、強
加工(強圧延)によるバルク化・一体化と水素発泡・多
孔質化のプロセスを利用することにより所期の目的を達
成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。本
発明は、多孔体と通常の金属材料が一体化した複合多孔
質体を製造する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、通常の金属板の間に空隙率が約
50%程度の多孔質体が挟まれたサンドイッチ材を簡便
なプロセスで作製する方法を提供することを目的とする
ものである。
【0005】
【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)材料金属の主成分となる粉末と、室温度において
主成分ないし合金成分の水素化物の粉末を混合し、それ
を塑性変形が可能な材料金属成分製の容器内に封入し、
容器内に封入した材料を、強加工が可能であり、材料融
点を絶対温度で表したものに0.50〜0.60を乗じ
た温度である中温度において容器の外から強加工を加え
ることにより、バルク化すると同時に粉末と容器材料を
一体化して、超塑性が発現できるほどに十分小さな結晶
粒径とした後、材料融点を絶対温度で表したものに0.
70〜0.85を乗じた温度である超塑性加温度で水
素化物を分解させ、発生した水素のガス圧により上記バ
ルク化した材料を多孔質化させることにより多孔質化し
た部分を内蔵する複合多孔質体を作製することを特徴と
する複合多孔質体の製造方法。 (2)材料金属の主成分が、マグネシウム、アルミニウ
ム、チタニウム、鉄、ニッケル、銅の内から選択される
いずれか1種である前記(1)記載の複合多孔質体の製
造方法。 (3)水素化物が、マグネシウム水素化物、チタニウム
水素化物、ニッケル水素化物のいずれか1種である前記
(1)記載の複合多孔質体の製造方法。 ()塑性変形が可能な金属製容器に加える強加工が、
圧延加工、型鍛造加工、プレス加工、押出し加工のいず
れか1種である前記(1)記載の複合多孔質体の製造方
法。
【0006】
【発明の実施の形態】次に、本発明についてさらに詳細
に説明する。本発明は、従来技術が有する欠点を克服
し、生産性が高く、かつ高空隙率の多孔体と通常の金属
が一体化した材料を製造する方法として、多孔質化させ
たい部分のみで、固体内でガスを発生させ、このガスに
よって材料を多孔質化させることを特徴としている。こ
の方法を実現するためには、材料自体を十分な被加工性
条件下、すなわち超塑性加工条件下におくことが必須で
ある。
【0007】本発明では、材料金属の主成分となる粉末
に、必要により、合金成分の粉末を適宜配合し、これ
に、室温度において、前記主成分ないし合金成分の水素
化物の粉末を混合する。この場合、材料金属と水素化物
の構成としては、材料金属の主成分と主成分の水素化
物、主成分と合金成分及び主成分の水素化物、主成分と
合金成分及び合金成分の水素化物、主成分と合金成分及
び主成分の水素化物と合金成分の水素化物、の組み合わ
せがあげられる。また、粉末の形態としては、好適に
は、旋盤によって切削粉化したものが例示されるが、こ
れに限らず、これと同等のものであれば同様に使用する
ことができる。本発明において、上記材料金属の主成分
となる粉末として、好適には、例えば、マグネシウム、
アルミニウム、チタニウム、鉄、ニッケル、銅などが例
示されるが、その他、それらの合金、AZ91やAZ3
1といったマグネシウム合金、A7075やA5052
といったアルミニウム合金、6AI−4VやSP700
といったチタン合金など、適宜のものを用いることがで
きる。また、室温度において上記粉末材料に混合する主
成分ないし合金成分の水素化物として、好適には、例え
ば、マグネシウム水素化物、チタニウム水素化物、ニッ
ケル水素化物などが例示されるが、その他、CaNi5
やMg2 Niなどの金属間化合物の水素化物、La−N
i系やチタン−鉄系といった合金の水素化物など、適宜
のものを用いることができる。
【0008】次に、上記材料金属と水素化物からなる粉
末材料を塑性変形が可能な材料金属の成分からなる当該
材料金属成分製の容器内に封入する。この場合、容器材
料の構成としては、粉末材料の主成分金属(純金属)、
粉末材料と主成分を同じとする合金、粉末材料の合金成
分金属(純金属)、粉末材料の合金成分を主成分とする
合金、の組み合わせがあげられる。本発明では、上記主
成分と水素化物を混合し、それを塑性変形が可能な材料
金属成分製の容器内に封入し、加熱装置にて、中温度、
すなわち材料融点を絶対温度で表したものに0.50〜
0.65を乗じた温度、好ましくは、自己拡散係数が大
きいマグネシウム材料等では0.50〜0.60を乗じ
た温度、自己拡散係数が小さいニッケル材料等では0.
55〜0.65を乗じた温度において、容器の外から強
加工を加え、粉末のバルク及び容器材料を一体化する。
この場合、強加工として、好適には、例えば、圧延加
工、型鍛造加工、プレス加工、押出し加工などが例示さ
れるが、これらに限らず、これらと同効のものであれば
同様に実施できる。
【0009】次に、上記強加工によりバルク化・一体化
した材料を、加熱装置にて、高温度、すなわち材料融点
を絶対温度で表したものに0.70〜0.85を乗じた
温度、好ましくは、自己拡散係数が大きいマグネシウム
材料等では0.70〜0.80を乗じた超塑性加工温
度、自己拡散係数が小さいニッケル材料等では0.75
〜0.85を乗じた超塑性加工温度において、上記水素
化合物を超塑性加工温度において、上記水素化物を分解
し、発生した水素のガス圧により目的部分の材料を多孔
質化する。この場合、好適には、バルク化した材料を加
圧下でゆっくりと多孔質化をすることにより、急激な膨
張で材料が不要の変形をすることを防ぐことができる。
上記工程で使用する加熱装置は、上記処理ができるもの
であればよく、特に制限されない。本発明の方法は、上
述のように、各種金属や合金に適用することができる。
もちろん、その際に、粉末材料をバルク化する温度(中
温度)と水素化物を発泡させる超塑性加工温度(高温
度)は、それぞれの金属や合金において適宜調整する。
【0010】ここで、一例としてマグネシウム材料につ
いて具体的に説明すると、例えば、旋盤による切り子の
ような、自然発火しない程度の形状に粉末化したマグネ
シウム粉末に、約5%程度のマグネシウム水素化物粉末
を室温で十分に混合し、この粉末材料を板状のマグネシ
ウム製容器内に封入する。その後、強加工が可能な中温
度の200〜300℃において、加工率20〜50対1
程度の圧延加工により、粉末材料をバルク化すると同時
に、粉末材料と容器のマグネシウム材料との一体化を図
る。この強加工に伴う再結晶により、生成する材料組織
は超塑性が発現できるほどに十分に小さな結晶粒径を有
するようになる。その後、材料組織が高速超塑性を十分
に発現できる高温度の約400℃において、水素化物を
分解させ、水素発泡により生じるガス圧により、目的部
分の材料のみを多孔質化する。このプロセスを図1に模
式的に示す。また、バルク化した材料を多孔質化する際
に、急激な膨張で材料に不要の変形をもたらさないよう
にするために、バルク化した材料を加圧下でゆっくりと
多孔質化をする方が効果的な場合もある。この場合のプ
ロセスを図2に模式的に示す。
【0011】
【作用】従来、多孔体と通常の金属材料が一体化した材
料を製造する方法として、接着法、溶湯発泡制御法があ
るが、前者は、接着部の強度不足や生産性の点で問題が
あり、また、後者は、一様な複合多孔質体を製造しにく
く、また、プロセスの制御が難しい等の問題がある。本
発明では、強加工が可能な中温度で容器内に封入した材
料をバルク化すると同時に、容器材料と一体化し、次い
で、高温度の超塑性加工温度で水素化物を分解し、水素
発泡により生じるガス圧により、目的部分の材料のみを
多孔質化するので、通常の金属板の間に空隙率が約50
%程度で空隙の分布が均一の多孔質体が挟まれたサンド
イット構造の材料を簡便な方法で効率よく作製すること
ができる。
【0012】
【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 鋳造用マグネシウム合金であるAZ91Dを旋盤によっ
て切削粉化したものを用い、これにマグネシウム水素化
物の粉末を重量比で5%混合し、ボールミルにて十分に
攪拌した。その後、この粉末を展伸用マグネシウム合金
であるAZ31製の板状の容器(上下板面厚さ1mm、
板間30mm)に減圧封入した。これを200℃の中温
域で厚さ1.7mmまで圧延し、その後、400℃の高
温域へ加熱したところ、厚さ約3.2mmのサンドイッ
チ板材が得られた。
【0013】
【発明の効果】本発明により、1)通常の金属板の間に
空隙率が約50%程度の多孔質体が挟まれたサンドイッ
チ材を容易に作製することができる、2)また、この多
孔質部分の空隙率分布は一様性に優れている、3)こう
したサンドイッチ材料はエネルギー吸収性に優れ、振動
の抑制や大きな衝撃エネルギーの吸収を行うことができ
る、4)さらに、こうした多孔質構造の材料は、その純
度が低くても高機能が発現できるため、今後、増大する
リサイクルに伴って発生する低純度材料の活用が図れる
ものである、という格別の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプロセスを模式的に示す説明図であ
る。
【図2】多孔質化をゆっくりと行う本発明の他のプロセ
スを模式的に示す説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22F 3/11 C22C 1/08

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 材料金属の主成分となる粉末と、室温度
    において主成分ないし合金成分の水素化物の粉末を混合
    し、それを塑性変形が可能な材料金属成分製の容器内に
    封入し、容器内に封入した材料を、強加工が可能であ
    り、材料融点を絶対温度で表したものに0.50〜0.
    60を乗じた温度である中温度において容器の外から強
    加工を加えることにより、バルク化すると同時に粉末と
    容器材料を一体化して、超塑性が発現できるほどに十分
    小さな結晶粒径とした後、材料融点を絶対温度で表した
    ものに0.70〜0.85を乗じた温度である超塑性加
    温度で水素化物を分解させ、発生した水素のガス圧に
    より上記バルク化した材料を多孔質化させることにより
    多孔質化した部分を内蔵する複合多孔質体を作製するこ
    とを特徴とする複合多孔質体の製造方法。
  2. 【請求項2】 材料金属の主成分が、マグネシウム、ア
    ルミニウム、チタニウム、鉄、ニッケル、銅の内から選
    択されるいずれか1種である請求項1記載の複合多孔質
    体の製造方法。
  3. 【請求項3】 水素化物が、マグネシウム水素化物、チ
    タニウム水素化物、ニッケル水素化物のいずれか1種で
    ある請求項1記載の複合多孔質体の製造方法。
  4. 【請求項4】 塑性変形が可能な金属製容器に加える強
    加工が、圧延加工、型鍛造加工、プレス加工、押出し加
    工のいずれか1種である請求項1記載の複合多孔質体の
    製造方法。
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