JP3771463B2

JP3771463B2 - Foaming agent for foaming / porous metal production

Info

Publication number: JP3771463B2
Application number: JP2001169968A
Authority: JP
Inventors: 崇中村; 亮一石川; 勝弘柴田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2021-06-05
Also published as: JP2002363664A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発泡／多孔質金属の製造に用いる発泡剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属若しくは粉末金属に発泡剤を添加し、これらを加熱するなどして発泡剤をガス化し、金属中に無数の孔を形成することで発泡金属若しくは多孔質金属を得る技術は知られている。狭義には発泡金属は無数の孔にガスを封じ込め、多孔質金属はガスを放出する点で差があるが、無数の孔を有する点では同一であるから、発泡／多孔質金属と一括して呼ぶことにする。
【０００３】
この発泡／多孔質金属の製造方法には、例えば特許第２８９８４３７号公報「発泡可能な金属体の製造方法」が提案され、同公報の段落番号［００２２］第５行に「水素化チタン０．２重量％」や、同第１９行に「炭酸水素ナトリウム」のごとく発泡剤の具体例が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
酸素との結びつきが強いアルミニウムを発泡させるには、還元力の強い水素を含む水素化チタンや炭酸水素ナトリウムの使用が一般的である。
【０００５】
しかし、水素化チタンや炭酸水素ナトリウムは高価であり、発泡／多孔質金属の製造コストを押上げるという課題がある。
また、発生する水素ガスは爆発しやすい気体であり、取扱いに十分な注意を払わなければならず、作業者の負担は大きくなる。
そこで、本発明の目的は廉価で水素爆発の危険が無い発泡剤を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、発泡／多孔質金属を製造するときに用いる発泡剤において、この発泡剤は、発泡性粉末と、この粉末の表面を覆うフッ化物コーティング層とからなることを特徴とする。
【０００７】
発泡／多孔質金属の製造過程で、フッ化物はアルミニウムを覆う酸化膜を破壊する役割を果たす。この結果、発泡剤は金属（アルミニウム）とのぬれ性が高まり、溶融金属に良好に分散し、均一に孔が分布した良質な発泡／多孔質金属を得ることができる。
【０００８】
発泡剤は、発泡性粉末にフッ化物をコーティングしただけのものであるから、廉価であり、且つＨ基を含まぬ発泡性粉末を用いた場合には、水素爆発の危険も無い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
まず、本発明に係る発泡剤製造方法である共沈法を説明する。
図１（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る発泡剤の共沈法工程図である。
（ａ）において、容器１０に入れたＮａＦ水溶液１１を加熱手段１２で約４０℃まで加熱する。
【００１０】
（ｂ）において、ＮａＦ水溶液１１に発泡性粉末１３を入れる。この発泡性粉末１３は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）や炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ₃）などの炭酸塩が適当である。爆発の危険が無い炭酸ガス（二酸化炭素ガス）を発生するからである。
【００１１】
なお、前記炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ₃）は、入手が容易で、安定性に富む塩基性炭酸マグネシウム（４ＭｇＣＯ₃・Ｍｇ（ＯＨ₂）・５Ｈ₂Ｏ））を脱水処理等を施すことにより生成することができる。
【００１２】
（ｃ）において、撹拌手段１４にてＮａＦ水溶液１１と発泡性粉末１３とを十分に撹拌する。この撹拌により次に示す反応が起こる。なお、撹拌は４０分〜６０分程度続ける。その理由は後述する。
【００１３】
【化１】

【００１４】
（液）は液体（水溶液）を示し、（固）は固体（粉末又は膜）を示す。
ＮａＦ水溶液にＣａＣＯ₃の粉末を接触させると、ＣａにＦが結合してＣａＦ₂ができるが、残りがＮａ₂ＣＯ₃（液体）となってＮａＦ水溶液に混じる。すなわち、ＣａＣＯ₃粉末の表面のＣａＣＯ₃がＮａＦに接触して、ＣＯ₃がＦに置き換り、フッ化物であるＣａＦ₂の形でＣａＣＯ₃粉末を覆う。
【００１５】
【化２】

【００１６】
ＮａＦ水溶液にＭｇＣＯ₃の粉末を接触させると、ＭｇＣＯ₃粉末の表面のＭｇＣＯ₃がＮａＦに接触して、ＣＯ₃がＦに置き換り、フッ化物であるＭｇＦ₂の形でＭｇＣＯ₃粉末を覆う。
【００１７】
（ｄ）において、濾紙等の濾材１５にて混合液を濾過する。このときに吸引することで濾過作業を促す。
（ｅ）において、乾燥させることにより、所望の発泡剤２０を得る。
【００１８】
図２は本発明に係る発泡剤の模型図であり、発泡剤２０は、ＣａＣＯ₃粉末又はＭｇＣＯ₃粉末からなる発泡性粉末１３と、この発泡性粉末１３の表面を覆うフッ化物コーティング層２１とからなる。フッ化物コーティング層２１は例えばＣａＦ₂又はＭｇＦ₂からなる。
【００１９】
以上の述べた構造の発泡剤２０を用いた発泡／多孔質金属の製造方法を次に説明する。
図３（ａ）〜（ｅ）は本発明の発泡剤を用いた発泡／多孔質金属の製造工程図である。
（ａ）において、ルツボ３１に７％珪素を含むＳｉ系アルミニウム合金３２を入れ、ヒータ３３で約７００℃に加熱して、金属を溶解する。なお、真空溶解するときには真空炉内でこの処理及び以降の処理を実施するが、ここでは真空炉は省略する。
【００２０】
（ｂ）において、撹拌手段３４で溶湯３５を攪拌しつつ、溶湯３５にＣａやＭｇの粘度調整剤３６を投入して粘度を調整する。
（ｃ）において、溶湯３５にさらに発泡剤２０を適量投入する。
【００２１】
（ｄ）は発泡剤２０がガス化したために溶湯３５が増量したことを示す。このままで、冷却を開始する。
（ｅ）において、適当な温度でルツボから外し、さらに冷却すれば、発泡／多孔質金属３７を得る。
【００２２】
図４は発泡／多孔質金属の密度と処理時間との関係を調べたグラフであり、横軸の処理時間は図１（ｂ）〜（ｄ）までの時間、すなわち、発泡性粉末がＮａＦ水溶液に接触している時間である。
比較例１は従来の代表的な発泡剤であるＣａＣＯ₃でＳｉ系アルミニウム合金を発泡させた例を示し、得られた発泡／多孔質金属の密度は、１．８Ｍｇ／ｍ³であった。
【００２３】
比較例２は従来の好ましい発泡剤であるＴｉＨ₂でＳｉ系アルミニウム合金を発泡させた例を示し、得られた発泡／多孔質金属の密度は、１．１Ｍｇ／ｍ³であった。
グラフの右に白抜き矢印で示した通りに、密度が小さいほど発泡性は大きく、比較例２は比較例１より遥に発泡性が大きいことが分かる。
【００２４】
これは比較例２で用いた発泡剤（ＴｉＨ₂）に含まれるＨがアルミニウム表面の酸化膜を破壊し、アルミニウムと発泡剤とを円滑に接触させる。この結果、発泡剤が溶融金属中に良好に分散し、均一に孔を形成することができたことを意味する。
【００２５】
逆に、比較例１は安価で安全なＣａＣＯ₃を発泡剤に採用したが、アルミニウムの表面が酸化膜で覆われ、アルミニウムと発泡剤とを十分に接触せず、この結果、発泡剤が溶融金属中に不十分に分散し、孔の形成が偏り、十分な数の孔を形成することができなかったことを意味する。
【００２６】
一方、本発明による実施例では横軸の処理時間に、得られる発泡性が大きく依存することが分かった。すなわち、処理時間が１０分以内では比較例１と同じであった。しかし、処理時間を４０分以上に延ばすと比較例２並みの発泡性が得られる。そこで、処理時間は４０〜６０分程度とする。
【００２７】
処理時間を延ばせば、図２に示すフッ化物コーティング層２１が十分に成長して、その膜厚が増加する。膜厚が増加すれば、発泡剤の保有するフッ化物の量が比例的に増加し、このフッ化物がアルミニウム合金表面の酸化膜を盛んに破壊するため、比較例２並みの良好な結果が得られたと言える。
ここで、重要なことは、本発明の発泡剤はＣａＣＯ₃粉末又はＭｇＣＯ₃粉末からなる発泡性粉末と、この発泡性粉末の表面を覆うフッ化物コーティング層とからなり、廉価であり、水素爆発の危険性がないことである。
【００２８】
図１に述べた共沈法の他、次に説明する蒸発法でも本発明の発泡剤を製造することができる。
図５（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る発泡剤の蒸発法工程図である。
（ａ）において、容器１０に入れたＮａＦ水溶液１１へ発泡性粉末１３を入れる。
（ｂ）において、加熱手段１２で加熱しつつ、ＮａＦ水溶液１１と発泡性粉末１３とを攪拌する。この撹拌により次の反応が起こる。
【００２９】
【化３】

【００３０】
【化４】

【００３１】
反応の詳細は、先に説明したので省略する。
（ｃ）において、容器１０を加熱手段１２で引続き加熱することで水分を蒸発させ、結果として発泡剤２０を得る。この発泡剤２０の断面構造は図２で説明した通りである。
【００３２】
尚、発泡／多孔質金属はアルミニウム合金を原則とするが、金属（含む合金）であれば種類は問わず、例えばマグネシウム合金、鉄系合金、ステンレス鋼などが挙げられる。
【００３３】
また、発泡性粉末は炭酸塩が好適であるが、通常の発泡剤に用いられている材料であれば適宜使用することができる。
フッ化物はＦ基を含む化合物あり、その種類は問わない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の発泡剤は、発泡性粉末と、この粉末の表面を覆うフッ化物コーティング層とからなる。フッ化物コーティング層は発泡／多孔質金属の製造過程で、フッ化物はアルミニウムなどの金属を覆う酸化膜を破壊する役割を果たす。この結果、発泡剤は溶融金属とのぬれ性が高まり、溶融金属に良好に分散し、均一に孔が分布した良質な発泡／多孔質金属を得ることができる。
【００３５】
加えて、発泡剤は、発泡性粉末にフッ化物をコーティングしただけのものであるから、廉価であり、且つＨ基を含まぬ発泡性粉末を用いた場合には、水素爆発の危険も無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発泡剤の共沈法工程図
【図２】本発明に係る発泡剤の模型図
【図３】本発明の発泡剤を用いた発泡／多孔質金属の製造工程図
【図４】発泡／多孔質金属の密度と処理時間との関係を調べたグラフ
【図５】本発明に係る発泡剤の蒸発法工程図
【符号の説明】
１３…発泡性粉末、２０…発泡剤、２１…フッ化物コーティング層、３７…発泡／多孔質金属。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a foaming agent used in the production of foam / porous metal.
[0002]
[Prior art]
A technique for obtaining a foam metal or a porous metal by adding a foaming agent to a molten metal or a powder metal and gasifying the foaming agent by heating them to form countless holes in the metal is known. . In the narrow sense, foam metal contains gas in countless pores and porous metal has a difference in releasing gas, but it is the same in that it has countless pores. I will call it.
[0003]
As this foaming / porous metal production method, for example, Japanese Patent No. 2898437 “Method for producing foamable metal body” is proposed. Specific examples of foaming agents such as “2% by weight” and “sodium bicarbonate” are described in the 19th line.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to foam aluminum that is strongly bound to oxygen, it is common to use titanium hydride or sodium hydrogen carbonate containing hydrogen having a strong reducing power.
[0005]
However, titanium hydride and sodium hydrogen carbonate are expensive, and there is a problem of raising the production cost of the foamed / porous metal.
In addition, the generated hydrogen gas is a gas that tends to explode, and sufficient care must be taken in handling, increasing the burden on the operator.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a foaming agent that is inexpensive and has no danger of hydrogen explosion.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, claim 1 provides a foaming agent used when producing a foam / porous metal, the foaming agent comprising a foamable powder and a fluoride coating layer covering the surface of the powder. It is characterized by that.
[0007]
In the production process of the foam / porous metal, the fluoride plays a role of destroying the oxide film covering the aluminum. As a result, the foaming agent has improved wettability with the metal (aluminum), can be well dispersed in the molten metal, and a high-quality foamed / porous metal with uniformly distributed pores can be obtained.
[0008]
Since the foaming agent is simply a foamed powder coated with fluoride, it is inexpensive and there is no danger of hydrogen explosion when using foaming powder that does not contain H groups.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, the coprecipitation method which is a foaming agent manufacturing method according to the present invention will be described.
FIG. 1 (a)-(e) is a coprecipitation method process drawing of the blowing agent according to the present invention.
In (a), the NaF aqueous solution 11 put in the container 10 is heated to about 40 ° C. by the heating means 12.
[0010]
In (b), the foamable powder 13 is put into the NaF aqueous solution 11. The foamable powder 13 is suitably a carbonate such as calcium carbonate (CaCO ₃ ) or magnesium carbonate (MgCO ₃ ). This is because carbon dioxide gas (carbon dioxide gas) is generated without risk of explosion.
[0011]
The magnesium carbonate (MgCO ₃ ) is easily obtained and produced by subjecting basic magnesium carbonate (4MgCO ₃ · Mg (OH ₂ ) · 5H ₂ O), which is highly stable, to a dehydration treatment or the like. Can do.
[0012]
In (c), the NaF aqueous solution 11 and the foamable powder 13 are sufficiently stirred by the stirring means 14. The following reaction occurs by this stirring. Stirring is continued for about 40 to 60 minutes. The reason will be described later.
[0013]
[Chemical 1]

[0014]
(Liquid) indicates a liquid (aqueous solution), and (solid) indicates a solid (powder or film).
When CaCO ₃ powder is brought into contact with the NaF aqueous solution, F binds to Ca to form CaF ₂ , but the remainder becomes Na ₂ CO ₃ (liquid) and is mixed with the NaF aqueous solution. That, CaCO ₃ CaCO ₃ powder surface in contact with NaF,換Ri CO ₃ is placed on F, cover the CaCO ₃ powder in the form of CaF ₂ is fluoride.
[0015]
[Chemical 2]

[0016]
When contacting the powder MgCO ₃ to NaF solution, in contact MgCO ₃ powder surface MgCO ₃ is a NaF,換Ri CO ₃ is placed on F, cover the MgCO ₃ powder in the form of MgF ₂ is fluoride .
[0017]
In (d), the mixed solution is filtered with a filter medium 15 such as filter paper. At this time, suctioning is facilitated by a filtering operation.
In (e), the desired foaming agent 20 is obtained by drying.
[0018]
FIG. 2 is a model diagram of a foaming agent according to the present invention. The foaming agent 20 includes a foamable powder 13 made of CaCO ₃ powder or MgCO ₃ powder, and a fluoride coating layer 21 covering the surface of the foamable powder 13. Consists of. The fluoride coating layer 21 is made of, for example, CaF ₂ or MgF ₂ .
[0019]
Next, a method for producing a foamed / porous metal using the foaming agent 20 having the above-described structure will be described.
FIGS. 3A to 3E are production process diagrams of foam / porous metal using the foaming agent of the present invention.
In (a), Si-based aluminum alloy 32 containing 7% silicon is put in crucible 31 and heated to about 700 ° C. by heater 33 to melt the metal. In addition, although this process and subsequent processes are implemented in a vacuum furnace when melting in vacuum, the vacuum furnace is omitted here.
[0020]
In (b), while stirring the molten metal 35 with the stirring means 34, the viscosity adjusting agent 36 of Ca or Mg is introduced into the molten metal 35 to adjust the viscosity.
In (c), an appropriate amount of the blowing agent 20 is further added to the molten metal 35.
[0021]
(D) shows that the amount of the molten metal 35 was increased because the foaming agent 20 was gasified. In this state, cooling is started.
In (e), the foam / porous metal 37 is obtained by removing from the crucible at an appropriate temperature and further cooling.
[0022]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the density of the foamed / porous metal and the treatment time. The treatment time on the horizontal axis is the time from FIG. 1B to FIG. 1D, that is, the foamable powder is an NaF aqueous solution. It is time to touch.
Comparative Example 1 shows an example in which a Si-based aluminum alloy was foamed with CaCO ₃ , which is a typical representative foaming agent, and the density of the obtained foam / porous metal was 1.8 Mg / m ³ .
[0023]
Comparative Example 2 shows an example in which a Si-based aluminum alloy was foamed with TiH ₂ which is a conventional preferred foaming agent, and the density of the obtained foam / porous metal was 1.1 Mg / m ³ .
As shown by the white arrow on the right side of the graph, it can be seen that the smaller the density, the greater the foamability, and Comparative Example 2 has a much greater foamability than Comparative Example 1.
[0024]
This is because H contained in the foaming agent (TiH ₂ ) used in Comparative Example 2 destroys the oxide film on the aluminum surface, and makes the aluminum and the foaming agent contact smoothly. As a result, this means that the foaming agent was well dispersed in the molten metal and the pores could be formed uniformly.
[0025]
Conversely, in Comparative Example 1, inexpensive and safe CaCO ₃ was used as the foaming agent, but the surface of aluminum was covered with an oxide film, and the aluminum and the foaming agent were not sufficiently contacted. As a result, the foaming agent was melted. It means that it was insufficiently dispersed in the metal, the formation of holes was uneven, and a sufficient number of holes could not be formed.
[0026]
On the other hand, in the Example by this invention, it turned out that the foamability obtained largely depends on the processing time of a horizontal axis. That is, the processing time was the same as Comparative Example 1 within 10 minutes. However, if the treatment time is extended to 40 minutes or more, the foamability equivalent to that of Comparative Example 2 can be obtained. Therefore, the processing time is about 40 to 60 minutes.
[0027]
If the processing time is extended, the fluoride coating layer 21 shown in FIG. 2 is sufficiently grown and the film thickness is increased. As the film thickness increases, the amount of fluoride held by the foaming agent increases proportionally, and this fluoride actively destroys the oxide film on the surface of the aluminum alloy. It can be said that.
Here, it is important that the foaming agent of the present invention comprises a foamable powder made of CaCO ₃ powder or MgCO ₃ powder and a fluoride coating layer covering the surface of the foamable powder, which is inexpensive and has a hydrogen explosion. There is no danger.
[0028]
In addition to the coprecipitation method described in FIG. 1, the foaming agent of the present invention can also be produced by the evaporation method described below.
5 (a) to 5 (c) are process diagrams for the method of evaporating the foaming agent according to the present invention.
In (a), the foamable powder 13 is put into the NaF aqueous solution 11 put in the container 10.
In (b), the NaF aqueous solution 11 and the foamable powder 13 are stirred while being heated by the heating means 12. The following reaction occurs by this stirring.
[0029]
[Chemical 3]

[0030]
[Formula 4]

[0031]
The details of the reaction have been described above and will be omitted.
In (c), the container 10 is continuously heated by the heating means 12 to evaporate the moisture, and as a result, the foaming agent 20 is obtained. The cross-sectional structure of the foaming agent 20 is as described in FIG.
[0032]
The foam / porous metal is basically an aluminum alloy, but any metal (including alloy) may be used, and examples thereof include magnesium alloy, iron-based alloy, and stainless steel.
[0033]
Moreover, although carbonate is suitable for foamable powder, if it is the material used for the normal foaming agent, it can use suitably.
Fluoride is a compound containing an F group, and the kind thereof is not limited.
[0034]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following effects by the above configuration.
The foaming agent according to claim 1 comprises a foamable powder and a fluoride coating layer covering the surface of the powder. The fluoride coating layer is a process for producing a foam / porous metal, and the fluoride plays a role in destroying an oxide film covering a metal such as aluminum. As a result, the foaming agent has improved wettability with the molten metal, and it is possible to obtain a high-quality foamed / porous metal in which the pores are uniformly dispersed and uniformly distributed in the molten metal.
[0035]
In addition, since the foaming agent is only a foamed powder coated with fluoride, it is inexpensive and there is no danger of hydrogen explosion when foaming powder containing no H group is used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 Process diagram of co-precipitation method of foaming agent according to the present invention. FIG. 2 Model diagram of foaming agent according to the present invention. FIG. 3 Process diagram of manufacturing foam / porous metal using the foaming agent of the present invention. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the density of the foamed / porous metal and the treatment time. FIG. 5 is a process diagram of the evaporation method of the foaming agent according to the present invention.
13 ... foaming powder, 20 ... foaming agent, 21 ... fluoride coating layer, 37 ... foam / porous metal.

Claims

A foaming agent used for producing a foam / porous metal, wherein the foaming agent comprises a foamable powder and a fluoride coating layer covering the surface of the powder. Blowing agent.