JP6439550B2 - Porous aluminum sintered body, porous aluminum composite member, method for producing porous aluminum sintered body, method for producing porous aluminum composite member - Google Patents
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Description
本発明は、複数のアルミニウム繊維同士が焼結された多孔質アルミニウム焼結体、多孔質アルミニウム複合部材、多孔質アルミニウム焼結体の製造方法及び多孔質アルミニウム複合部材の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a porous aluminum sintered body obtained by sintering a plurality of aluminum fibers, a porous aluminum composite member, a method for producing a porous aluminum sintered body, and a method for producing a porous aluminum composite member.
従来より、多孔質アルミニウムは、アルミニウム粉末の焼結もしくはアルミニウム溶湯への発泡助剤の添加などにより製造されている。その中でも、多孔質アルミニウム焼結体は、軽量・高比表面積・高開気孔率を有することから、フィルターや電極集合体、消音部材、熱交換器用部材などに利用されている。 Conventionally, porous aluminum has been produced by sintering aluminum powder or adding a foaming aid to molten aluminum. Among these, porous aluminum sintered bodies have light weight, high specific surface area, and high open porosity, and are used for filters, electrode assemblies, silencers, heat exchanger members, and the like.
リチウムイオン電池の正極として用いられるアルミ製の多孔質集電体の場合、開気孔率が高いほど活物質の体積充填密度が高まり、高容量の電池が得られる。
また、熱交換器の冷却通路として多孔質体を用いる場合、開気孔率が高いほど比表面積が大きくなる、すなわち熱交換面積が大きくなることから、熱交換性能が向上する。さらに、開気孔率が高いほどその内部を流れる熱媒体(流体)の圧力損失(流路抵抗)が低下するため、熱交換器の冷却通路として多孔質体を用いる場合、70〜90%程度の高開気孔率のアルミニウム多孔体を用いることが好ましい。
In the case of an aluminum porous current collector used as a positive electrode of a lithium ion battery, the higher the open porosity, the higher the volume filling density of the active material and the higher the capacity of the battery.
Moreover, when using a porous body as a cooling passage of the heat exchanger, the higher the open porosity, the larger the specific surface area, that is, the larger the heat exchange area, so that the heat exchange performance is improved. Furthermore, since the pressure loss (flow path resistance) of the heat medium (fluid) flowing through the inside decreases as the open porosity increases, when a porous body is used as the cooling passage of the heat exchanger, it is about 70 to 90%. It is preferable to use an aluminum porous body having a high open porosity.
しかしながら、アルミニウム粉末によって多孔質アルミニウム焼結体を形成した場合には、高強度と高気孔率の両立が難しいという問題点があった。
アルミニウム粉末が安定なAl2O3の酸化被膜で覆われているため、ゆるやかに充填された(すなわち低嵩密度の)アルミニウム粉末を原料とする多孔質成形体では、一般的な金属では融点の1/2程度の温度から始まる固相焼結がほとんど進行しない。一方で、融点付近になると固相から液相への遷移過程で生じる体積膨張により酸化被膜が破壊されると同時に、融液の粉末粒子間及び粒界への広がりに伴う液相焼結が、急速に進行することで焼結収縮とそれに伴う高密度化が一気に進んでしまうことから、高気孔率を維持したまま焼結を進行させるのは困難である。これらのことから、アルミニウム粉末を原料として多孔質アルミニウム焼結体を形成した場合、高強度と高気孔率の両立を図ることは困難であった。
However, when a porous aluminum sintered body is formed of aluminum powder, there is a problem that it is difficult to achieve both high strength and high porosity.
Since the aluminum powder is covered with a stable Al 2 O 3 oxide film, a porous molded body made of loosely packed aluminum powder (that is, low bulk density) as a raw material has a melting point of a general metal. Solid-phase sintering starting from a temperature of about 1/2 hardly progresses. On the other hand, near the melting point, the oxide film is destroyed by the volume expansion that occurs in the transition process from the solid phase to the liquid phase, and at the same time, the liquid phase sintering accompanying the spread of the melt between the powder particles and to the grain boundary, Since the rapid progress of the sintering shrinkage and the accompanying increase in density, it is difficult to advance the sintering while maintaining a high porosity. For these reasons, when forming a porous aluminum sintered body using aluminum powder as a raw material, it has been difficult to achieve both high strength and high porosity.
上記の問題を解決すべく、特許文献1には、アルミニウム繊維の嵩密度を真密度比30%以上に充填した後に加圧状態で加熱し、拡散接合させることによって多孔質焼結体を製造する方法が開示されている。 In order to solve the above problem, Patent Document 1 discloses that a porous sintered body is manufactured by filling a bulk density of aluminum fibers to a true density ratio of 30% or more and then heating in a pressurized state to perform diffusion bonding. A method is disclosed.
また、特許文献2には、高気孔率の多孔質焼結体を製造する方法として、金属繊維と金属粉末粒子を一緒に焼結することで、金属粉末粒子を金属繊維同士の結節点とする方法が開示されている。 In Patent Document 2, as a method for producing a porous sintered body having a high porosity, metal fibers and metal powder particles are sintered together to make the metal powder particles a node between metal fibers. A method is disclosed.
しかしながら、特許文献1に記載された製造方法では、焼結時の加圧によりアルミニウム繊維同士を強固に接触させることにより、純アルミニウムの融点より有意に低温である650℃以下での焼結を可能とするが、焼結収縮があることから、原理的に初期充填時の気孔率である70%以上の高気孔率は得られないという難点があった。 However, in the manufacturing method described in Patent Document 1, it is possible to sinter at 650 ° C. or lower, which is significantly lower than the melting point of pure aluminum, by firmly bringing aluminum fibers into contact with each other by pressing during sintering. However, since there is sintering shrinkage, a high porosity of 70% or more, which is the porosity at the initial filling, cannot be obtained in principle.
また、特許文献2に記載された製造方法では、特許文献2の実施例にあるようなニッケルやステンレス鋼では適用可能だが、アルミニウムにおいては、上述したような表面に形成された強固な酸化被膜によって焼結性が阻害され、十分な強度を有する多孔質アルミニウム焼結体を得ることができないといった問題があった。 In addition, the manufacturing method described in Patent Document 2 can be applied to nickel and stainless steel as in the embodiment of Patent Document 2, but aluminum has a strong oxide film formed on the surface as described above. There has been a problem that the sintered aluminum is impeded and a porous aluminum sintered body having sufficient strength cannot be obtained.
本発明は、以上のような事情を鑑みなされたものであって、気孔率が高く十分な強度を有する多孔質アルミニウム焼結体、多孔質アルミニウム複合部材、多孔質アルミニウム焼結体の製造方法、多孔質アルミニウム複合部材の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a porous aluminum sintered body having a high porosity and sufficient strength, a porous aluminum composite member, a method for producing a porous aluminum sintered body, It aims at providing the manufacturing method of a porous aluminum composite member.
本発明の多孔質アルミニウム焼結体は、複数のアルミニウム繊維が焼結されてなる多孔質アルミニウム焼結体であって、前記アルミニウム繊維はアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Rが0.02mm以上1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上2500以下の範囲内とされており、前記多孔質アルミニウム焼結体中にはFeが0.01質量%以上3.00質量%以下含まれ、前記アルミニウム繊維の他に、Mgが0.05質量%以上15.00質量%以下含まれ、残部が不可避不純物とされた組成を有し、見掛気孔率Pが50%以上、95%以下、下記(1)にて算出される相対引張強度Srが2.0N/mm2以上であることを特徴としている。
相対引張強度Sr=S×100/(100−P) ・・・(1)
なお、式(1)中において、Sは最大引張強度(N/mm2)、Pは見掛気孔率(%)を表す。
The porous aluminum sintered body of the present invention is a porous aluminum sintered body obtained by sintering a plurality of aluminum fibers, and the aluminum fibers are made of aluminum or an aluminum alloy and have a diameter R of 0.02 mm or more and 1 The ratio L / R of the length L to the diameter R is in the range of 4 to 2500, and Fe is 0.01 mass in the porous aluminum sintered body. In addition to the aluminum fiber, Mg is included in an amount of 0.05% to 15.00% by mass, and the balance is an inevitable impurity, and apparent pores are included. The rate P is 50% or more and 95% or less, and the relative tensile strength Sr calculated in the following (1) is 2.0 N / mm 2 or more.
Relative tensile strength Sr = S × 100 / (100−P) (1)
In the formula (1), S represents the maximum tensile strength (N / mm 2 ), and P represents the apparent porosity (%).
上述の構成とされた本発明の多孔質アルミニウム焼結体によれば、直径Rが0.02mm以上1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上2500以下の範囲内とされたアルミニウム繊維同士が焼結された構成とされているので、アルミニウム繊維同士の間に十分な空隙が確保され、見掛気孔率が50%〜90%と高く、相対引張強度が2.0N/mm2以上である多孔質アルミニウム焼結体を得ることができる。 According to the porous aluminum sintered body of the present invention configured as described above, the diameter R is in the range of 0.02 mm to 1.0 mm, and the ratio L / R of the length L to the diameter R is 4. Since the aluminum fibers in the range of 2500 or less are sintered together, a sufficient gap is secured between the aluminum fibers, and the apparent porosity is as high as 50% to 90%. A porous aluminum sintered body having a relative tensile strength of 2.0 N / mm 2 or more can be obtained.
また、多孔質アルミニウム焼結体中には、Al2O3の酸化被膜の還元剤として作用するMgが0.1質量%以上15.00質量%以下含まれていることから、酸化被膜を容易に破壊しやすくなり、焼結結合を促進させることができる。そしてその結果、アルミニウム繊維の融点より、有意に低温での焼結が可能となるため、液相焼結による焼結収縮が抑えられることから気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体を得ることができる。
さらに、多孔質アルミニウム焼結体中には、Feが0.01質量%以上3.00質量%以下含まれていることから、焼結性を向上させ、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を高めることが可能となる。
In addition, since the porous aluminum sintered body contains 0.1 mass% or more and 15.00 mass% or less of Mg that acts as a reducing agent for the Al 2 O 3 oxide film, the oxide film can be easily formed. It is easy to break, and the sintering bond can be promoted. As a result, since sintering at a significantly lower temperature is possible than the melting point of the aluminum fiber, it is possible to obtain a porous aluminum sintered body with high porosity because sintering shrinkage due to liquid phase sintering is suppressed. it can.
Furthermore, since Fe is contained in the porous aluminum sintered body in an amount of 0.01% by mass or more and 3.00% by mass or less, the sinterability is improved and the strength of the entire porous aluminum sintered body is increased. It becomes possible to raise.
また、複数のアルミニウム繊維において個々の繊維が同じ長さであっても、直線状のものと、曲げや捻じりなどの形状が付与されているものとでは、気孔率や形成される気孔の形状が変わることから、長さを含めた各種の繊維形状因子を変量することにより、多孔質アルミニウム焼結体の気孔率や気孔構造を制御することが可能である。 In addition, even if the individual fibers of the plurality of aluminum fibers have the same length, the porosity and the shape of the pores to be formed are those that are linear and those that are provided with shapes such as bending and twisting. Therefore, it is possible to control the porosity and the pore structure of the porous aluminum sintered body by varying various fiber shape factors including the length.
本発明の多孔質アルミニウム複合部材は、部材本体と、上述の多孔質アルミニウム焼結体と、が接合されてなることを特徴としている。
この構成の多孔質アルミニウム複合部材によれば、上述の気孔率が高く、強度に優れた多孔質アルミニウム焼結体が部材本体と強固に接合されていることから、表面積が大きく熱交換効率等の各種特性に優れた多孔質アルミニウム焼結体単体の特性を、多孔質アルミニウム複合部材としても発揮する。
The porous aluminum composite member of the present invention is characterized in that a member main body and the above-described porous aluminum sintered body are joined.
According to the porous aluminum composite member having this configuration, the porous aluminum sintered body having a high porosity and excellent strength is firmly bonded to the member main body. The characteristics of the porous aluminum sintered body, which is excellent in various characteristics, are also exhibited as a porous aluminum composite member.
本発明の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法は、前記アルミニウム繊維は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Rが0.02mm以上1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上2500以下の範囲内とされており、複数の前記アルミニウム繊維の外表面に、Mg粉およびMg合金粉のいずれか一方または両方を固着し、焼結用アルミニウム原料を形成する焼結用アルミニウム原料形成工程と、前記焼結用アルミニウム原料を積層する焼結用アルミニウム原料積層工程と、積層された前記焼結用アルミニウム原料を加熱して焼結する焼結工程と、を有し、前記焼結用アルミニウム原料におけるFeの含有量が0.01質量%以上3.00質量%以下であり、前記Mg粉および前記Mg合金粉のいずれか一方または両方の添加量が、Mg換算で0.05質量%以上15.00質量%以下とし、前記焼結用アルミニウム原料積層工程では、嵩密度DPを前記アルミニウム繊維の真密度DTの50%以下となるように複数の前記焼結用アルミニウム原料を積層配置し、前記焼結工程では、前記焼結用アルミニウム原料を不活性ガス雰囲気下において590℃〜655℃の範囲の温度で焼結をすることを特徴としている。
ただし、前記アルミニウム繊維中に合金成分として既にMg成分が含有されている場合には、前記アルミニウム繊維の他に添加する前記Mg粉および前記Mg合金粉のいずれか一方または両方の添加量をMg換算で0.05質量%以上13.00質量%以下とし、前記焼結用アルミニウム原料全体でのMg成分が0.05質量%以上15.00質量%以下となるようにする。
Method for producing a porous sintered aluminum of the present invention, the aluminum fibers is made A aluminum or aluminum alloy, the diameter R is in the range of less 1.0mm or 0.02 mm, the length L and the diameter R L / R is in the range of 4 or more and 2500 or less, and either or both of Mg powder and Mg alloy powder are fixed to the outer surface of the plurality of aluminum fibers, and the aluminum raw material for sintering A sintering aluminum raw material forming step for forming the sintering aluminum raw material laminating step for laminating the sintering aluminum raw material, and a sintering step for heating and sintering the laminated aluminum raw material for sintering, The content of Fe in the aluminum raw material for sintering is 0.01% by mass or more and 3.00% by mass or less, and the Mg powder and the Mg alloy powder The addition amount of the displacement or the other or both, and less 15.00 wt% 0.05 wt% or more in terms of Mg, in the sintering an aluminum material laminating process, true density D T of the aluminum fiber bulk density D P In the sintering step, the sintering aluminum material is placed in a temperature range of 590 ° C. to 655 ° C. in an inert gas atmosphere. It is characterized by sintering.
However, when the Mg component is already contained as an alloy component in the aluminum fiber, the addition amount of either or both of the Mg powder and the Mg alloy powder to be added in addition to the aluminum fiber is converted to Mg. The Mg component in the entire aluminum raw material for sintering is 0.05% by mass or more and 15.00% by mass or less.
この構成の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法においては、Mg粉およびMg合金粉のいずれか一方または両方を純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維に加えて繊維外表面に固着させ、焼結用アルミニウム原料全体におけるMg含有量をMg換算で0.05〜15.00質量%とした原料を、焼結することによって多孔質アルミニウム焼結体を製造している。
上記のMg粉もしくは/およびMg合金粉は、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の表面に固着した状態で、加熱されることにより、Al2O3の酸化被膜の還元剤として働き、酸化被膜を破壊しやすくする作用を有し、焼結結合を促進する働きがある。また、繊維表面に固着したMg粉もしくは/およびMg合金粉がマトリクスの純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維と局所的に反応する事で、固着部近傍で局所的なマトリクスの融点降下効果を引き起こし、Mg無添加時に比べて、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で局所的に液相を生じさせることによって、焼結に伴う収縮を抑制、すなわち充填時の形状を保持したまま、焼結を促進させることが出来る。その結果、気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体を製造することができる。
In the method for producing a porous aluminum sintered body having this structure, either one or both of Mg powder and Mg alloy powder are added to pure aluminum fiber or aluminum alloy fiber and fixed to the outer surface of the fiber, and the aluminum raw material for sintering The porous aluminum sintered body is manufactured by sintering the raw material which made Mg content 0.05 to 15.00 mass% in conversion of Mg in the whole.
The above Mg powder and / or Mg alloy powder is heated in a state of being fixed to the surface of pure aluminum fiber or aluminum alloy fiber, thereby acting as a reducing agent for the oxide film of Al 2 O 3 and destroying the oxide film. Has the effect of facilitating the sinter bonding and promotes the sintering bond. In addition, Mg powder or / and Mg alloy powder fixed to the fiber surface locally reacts with the pure aluminum fiber or aluminum alloy fiber of the matrix, thereby causing a local matrix melting point lowering effect in the vicinity of the fixed part. Compared to the case where no additive is added, the liquid phase is locally generated at a lower temperature than the melting point of pure aluminum fiber or aluminum alloy fiber, thereby suppressing shrinkage due to sintering, that is, while maintaining the shape at the time of filling. It can promote ligation. As a result, a porous aluminum sintered body having a high porosity can be produced.
また、焼結用アルミニウム原料中には、0.01質量%以上3.00質量%以下のFeが含まれている。なお、本発明において当該Feは、アルミニウム繊維に含まれているFe成分でもよく、アルミニウム繊維中に含まれるFeとは別に、別途添加された粉末状のFeであってもよい。
Fe単体での融点降下効果は小さいが、Mgによる局所的なマトリクスの溶融が起きたときに、未溶融アルミニウム繊維と溶融部との間にFeが存在することで、未溶融アルミニウム繊維内部へのMgの拡散を阻害し、Mgのアルミニウム繊維内部への拡散速度を遅くする効果がある。これは、MgのFe中への固溶度が非常に小さいためである。これにより、焼結時において、Mgが一時的にアルミニウム繊維表面に高濃度で分布している状態となり、アルミニウム繊維の表面のみで、アルミニウムの融点降下効果が起こり、結果、固着したアルミニウム繊維同士での焼結を促進させることができる。
Moreover, 0.01 mass% or more and 3.00 mass% or less Fe are contained in the aluminum raw material for sintering. In the present invention, the Fe may be an Fe component contained in the aluminum fiber, or may be powdered Fe added separately from the Fe contained in the aluminum fiber.
Although the melting point lowering effect of Fe alone is small, when local melting of the matrix by Mg occurs, Fe exists between the unmelted aluminum fiber and the melted part, so that the inside of the unmelted aluminum fiber is introduced. It has the effect of inhibiting the diffusion of Mg and slowing the diffusion rate of Mg into the aluminum fiber. This is because the solubility of Mg in Fe is very small. Thereby, at the time of sintering, Mg is temporarily distributed at a high concentration on the surface of the aluminum fiber, and the melting point lowering effect of aluminum occurs only on the surface of the aluminum fiber. Can be promoted.
ここで、本発明の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法においては、前記焼結用アルミニウム原料形成工程において、複数の前記アルミニウム繊維の外表面にさらにFe粉を固着させ、前記焼結用アルミニウム原料中の前記Fe粉の含有量を、0.01質量%以上3.00質量%以下としてもよい。
焼結原料であるアルミニウム繊維中には、その種類にもよるがFeが含有されている。しかしながらその含有量はアルミニウム繊維種により異なる。そのため、アルミニウム繊維中に含まれるFeとは別に、Fe分として0.01質量%以上3.00質量%以下含有させることで、安定して、上述したFeの焼結促進を発揮させることができる。
Here, in the method for producing a porous aluminum sintered body of the present invention, in the sintering aluminum raw material forming step, Fe powder is further fixed to the outer surfaces of the plurality of aluminum fibers, and the sintering aluminum raw material is formed. It is good also considering content of the said Fe powder in 0.01 to 3.00 mass%.
The aluminum fiber, which is a sintering raw material, contains Fe, depending on the type. However, the content varies depending on the aluminum fiber type. Therefore, in addition to Fe contained in the aluminum fiber, by containing 0.01 mass% or more and 3.00 mass% or less as the Fe content, it is possible to stably exhibit the above-described Fe sintering promotion. .
本発明の多孔質アルミニウム複合部材の製造方法は、部材本体と、複数のアルミニウム繊維が焼結されてなるアルミニウム多孔質焼結体と、が接合されてなる多孔質アルミニウム複合部材の製造方法であって、前記アルミニウム繊維は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Rが0.02mm以上1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上,2500以下の範囲内とされており、複数の前記アルミニウム繊維の外表面に、Mg粉およびMg合金粉のいずれか一方または両方を固着して焼結用アルミニウム原料を形成し、前記焼結用アルミニウム原料を前記部材本体と接触させ、前記焼結用アルミニウム原料及び前記部材本体を加熱して焼結することにより、前記多孔質アルミニウム焼結体を形成するとともに、前記多孔質アルミニウム焼結体と前記部材本体とを接合する方法において、前記焼結用アルミニウム原料におけるFeの含有量が0.01質量%以上3.00質量%以下であり、前記Mg粉および前記Mg合金粉のいずれか一方または両方の添加量が、Mg換算で0.05質量%以上15.00質量%以下とし、前記焼結用アルミニウム原料及び前記部材本体を加熱して焼結する際において、不活性ガス雰囲気下において590℃〜655℃の範囲の温度で焼結をすることを特徴とする。
ただし、前記アルミニウム繊維中に合金成分として既にMg成分が含有されている場合には、前記アルミニウム繊維の他に添加する前記Mg粉および前記Mg合金粉のいずれか一方または両方の添加量をMg換算で0.05質量%以上13.00質量%以下とし、前記焼結用アルミニウム原料全体でのMg成分が0.05質量%以上15.00質量%以下となるようにする。
The method for producing a porous aluminum composite member of the present invention is a method for producing a porous aluminum composite member in which a member main body and an aluminum porous sintered body obtained by sintering a plurality of aluminum fibers are joined. Te, the aluminum fiber is made a aluminum or an aluminum alloy, is in the range diameter R less 1.0mm or 0.02 mm, the ratio L / R of the length L and the diameter R is 4 or more, 2500 or less And either one or both of Mg powder and Mg alloy powder are fixed to the outer surface of the plurality of aluminum fibers to form an aluminum raw material for sintering. The porous aluminum sintered body is formed by contacting the member main body and heating and sintering the sintering aluminum raw material and the member main body. In addition, in the method for joining the porous aluminum sintered body and the member main body, the Fe content in the sintering aluminum raw material is 0.01% by mass or more and 3.00% by mass or less, and the Mg The addition amount of either or both of the powder and the Mg alloy powder is 0.05 mass% or more and 15.00 mass% or less in terms of Mg, and the sintering aluminum raw material and the member main body are heated and sintered. In this case, sintering is performed at a temperature in the range of 590 ° C. to 655 ° C. in an inert gas atmosphere.
However, when the Mg component is already contained as an alloy component in the aluminum fiber, the addition amount of either or both of the Mg powder and the Mg alloy powder to be added in addition to the aluminum fiber is converted to Mg. The Mg component in the entire aluminum raw material for sintering is 0.05% by mass or more and 15.00% by mass or less.
この構成の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法においては、上述の気孔率が高く強度に優れた多孔質アルミニウム焼結体を備えることになり、伝熱特性等の各種特性に優れた多孔質アルミニウム複合部材を製造することが可能となる。 In the method for producing a porous aluminum sintered body having this configuration, the porous aluminum sintered body having the above-described high porosity and excellent strength is provided, and the porous aluminum excellent in various characteristics such as heat transfer characteristics. A composite member can be manufactured.
ここで、本発明の多孔質アルミニウム複合部材の製造方法においては、前記焼結用アルミニウム原料を形成する際において、複数の前記アルミニウム繊維の外表面にさらにFe粉を固着させ、前記焼結用アルミニウム原料中の前記Fe粉の含有量を、0.01質量%以上3.00質量%以下としてもよい。
焼結原料であるアルミニウム繊維中には、その種類にもよるがFeが含有されている。しかしながらその含有量はアルミニウム繊維種により異なる。そのため、アルミニウム繊維中に含まれるFeとは別に、Fe分として0.01質量%以上3.00質量%以下含有させることで、安定して、上述したFeの焼結促進を発揮させることができる。そして結果、気孔率が高く強度に優れた多孔質アルミニウム焼結体を備えることになり、伝熱特性等の各種特性に優れた多孔質アルミニウム複合部材を製造することが可能となる。
Here, in the method for producing a porous aluminum composite member of the present invention, when forming the sintering aluminum raw material, Fe powder is further fixed to the outer surfaces of the plurality of aluminum fibers, and the sintering aluminum is formed. It is good also considering content of the said Fe powder in a raw material as 0.01 mass% or more and 3.00 mass% or less.
The aluminum fiber, which is a sintering raw material, contains Fe, depending on the type. However, the content varies depending on the aluminum fiber type. Therefore, in addition to Fe contained in the aluminum fiber, by containing 0.01 mass% or more and 3.00 mass% or less as the Fe content, it is possible to stably exhibit the above-described Fe sintering promotion. . As a result, a porous aluminum sintered body having a high porosity and excellent strength is provided, and a porous aluminum composite member excellent in various characteristics such as heat transfer characteristics can be produced.
本発明によれば、気孔率が高く十分な強度を有する多孔質アルミニウム焼結体、多孔質アルミニウム複合部材、多孔質アルミニウム焼結体の製造方法、および多孔質アルミニウム複合部材の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a porous aluminum sintered body having a high porosity and sufficient strength, a porous aluminum composite member, a method for producing a porous aluminum sintered body, and a method for producing a porous aluminum composite member are provided. be able to.
以下に、本発明の一実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10、多孔質アルミニウム複合部材100について、添付した図面を参照して説明する。 Below, porous aluminum sintered compact 10 and porous aluminum composite member 100 which are one embodiment of the present invention are explained with reference to the accompanying drawings.
<多孔質アルミニウム焼結体>
図1に、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10を示す。図1に示すように、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10は、複数のアルミニウム繊維11が焼結されて一体化されたものである。多孔質アルミニウム焼結体10中には、Feが0.01質量%以上3.00質量%以下含有され、Mgが0.05質量%以上15.00質量%以下含有されている。また本実施形態では、その見掛けの気孔率が50%以上90%以下の範囲内に設定されたものとされている。
<Porous aluminum sintered body>
FIG. 1 shows a porous aluminum sintered body 10 according to this embodiment. As shown in FIG. 1, a porous aluminum sintered body 10 according to the present embodiment is obtained by integrating a plurality of aluminum fibers 11 by sintering. In the porous aluminum sintered body 10, Fe is contained in an amount of 0.01% by mass or more and 3.00% by mass or less, and Mg is contained in an amount of 0.05% by mass or more and 15.00% by mass or less. In the present embodiment, the apparent porosity is set in the range of 50% to 90%.
本発明において気孔率(見掛気孔率P)は、多孔質アルミニウム焼結体の質量m(g)、体積V(cm3)、焼結用アルミニウム原料の真密度d(g/cm3)を測定し、以下の式により算出できる。
見掛気孔率P(%)=(1−(m÷(V×d)))×100
なお、真密度d(g/cm3)は、精密天秤を用いて、水中法によって測定できる。
In the present invention, the porosity (apparent porosity P) is the mass m (g) of the porous aluminum sintered body, the volume V (cm 3 ), and the true density d (g / cm 3 ) of the aluminum raw material for sintering. It can be measured and calculated by the following formula.
Apparent porosity P (%) = (1− (m ÷ (V × d))) × 100
The true density d (g / cm 3 ) can be measured by an underwater method using a precision balance.
ここで、アルミニウム繊維11は、純アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Rが0.02mm以上、1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上、2500以下の範囲内とされている。 Here, the aluminum fiber 11 is made of pure aluminum or an aluminum alloy, the diameter R is in the range of 0.02 mm or more and 1.0 mm or less, and the ratio L / R of the length L to the diameter R is 4 or more. The range is 2500 or less.
(直径R)
アルミニウム繊維11の直径Rが0.02mm未満の場合には、アルミニウム繊維同士の接合面積が小さく、焼結強度が不足するおそれがある。一方、アルミニウム繊維11の直径Rが1.0mmを超える場合には、アルミニウム繊維同士が接触する接点の数が不足し、やはり、焼結強度が不足するおそれがある。
以上のことから、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10では、アルミニウム繊維11の直径Rを0.02mm以上1.0mm以下の範囲内とする。なお、さらなる焼結強度の向上を図る場合には、アルミニウム繊維11の直径Rを0.05mm以上とすることが好ましく、アルミニウム繊維11の直径Rを0.5mm以下とすることが好ましい。
(Diameter R)
When the diameter R of the aluminum fiber 11 is less than 0.02 mm, the bonding area between the aluminum fibers is small, and the sintered strength may be insufficient. On the other hand, when the diameter R of the aluminum fiber 11 exceeds 1.0 mm, the number of contacts with which the aluminum fibers contact each other is insufficient, and the sintering strength may be insufficient.
From the above, in the porous aluminum sintered body 10 according to the present embodiment, the diameter R of the aluminum fiber 11 is set in the range of 0.02 mm to 1.0 mm. In order to further improve the sintering strength, the diameter R of the aluminum fiber 11 is preferably 0.05 mm or more, and the diameter R of the aluminum fiber 11 is preferably 0.5 mm or less.
(長さLと直径Rとの比:L/R)
アルミニウム繊維11の長さLと直径Rとの比L/Rが4未満の場合には、後述する多孔質アルミニウム焼結体の製造方法において、積層配置したときの嵩密度DPをアルミニウム繊維の真密度DTの50%以下とすることが難しく、気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体10を得ることが困難となるおそれがある。一方、アルミニウム繊維11の長さLと直径Rとの比L/Rが2500を超える場合には、アルミニウム繊維を均一に分散させることができなくなり、均一な気孔率を有する多孔質アルミニウム焼結体10を得ることが困難となるおそれがある。
以上のことから、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10では、アルミニウム繊維11の長さLと直径Rとの比L/Rを4以上2500以下の範囲内とする。なお、さらなる気孔率の向上を図る場合には、アルミニウム繊維11の長さLと直径Rとの比L/Rを10以上とすることが好ましい。また、より均一な気孔率を備えた多孔質アルミニウム焼結体10を得るためには、アルミニウム繊維11の長さLと直径Rとの比L/Rを500以下とすることが好ましい。
(Ratio of length L to diameter R: L / R)
If the ratio L / R of the length L and the diameter R of the aluminum fibers 11 is less than 4, in the manufacturing method described later porous sintered aluminum, the bulk density D P when the stacked arrangement of the aluminum fibers It may be difficult to obtain 50% or less of the true density DT , and it may be difficult to obtain the porous aluminum sintered body 10 having a high porosity. On the other hand, when the ratio L / R between the length L and the diameter R of the aluminum fibers 11 exceeds 2500, the aluminum fibers cannot be uniformly dispersed, and the porous aluminum sintered body has a uniform porosity. 10 may be difficult to obtain.
From the above, in the porous aluminum sintered body 10 according to the present embodiment, the ratio L / R between the length L and the diameter R of the aluminum fiber 11 is in the range of 4 or more and 2500 or less. In order to further improve the porosity, the ratio L / R between the length L and the diameter R of the aluminum fiber 11 is preferably 10 or more. In order to obtain a porous aluminum sintered body 10 having a more uniform porosity, the ratio L / R between the length L and the diameter R of the aluminum fibers 11 is preferably 500 or less.
(Mg:0.05質量%以上15.00質量%以下)
多孔質アルミニウム焼結体10中には、0.05質量%以上15.00質量%以下のMgが含有されている。アルミニウム繊維にMg成分が含有されている場合、すなわちMg成分が含有されているアルミニウム合金繊維を用いる場合には、アルミニウム合金繊維に含まれるMgとは別に、原料中にMgが0.05質量%以上13.00質量%以下添加されており、アルミニウム合金繊維に含まれるMgと合わせて、最終的に得られる多孔質アルミニウム焼結体10中には、Mgが0.05質量%以上15.00質量%以下含有されている。一方、アルミニウム繊維として純アルミニウムを用いる場合は、原料中へのMgの添加量を0.05質量%以上15.00質量%以下とする。
Mgは、Al2O3の酸化被膜の還元剤として働き、酸化被膜を脆くして破壊しやすくすることで焼結結合を促進する働きがある。
また、アルミニウム繊維表面に固着したMgがマトリクスのアルミニウム繊維11(純アルミもしくはアルミ合金)と局所的に反応する事で、固着部近傍において局所的なマトリクスの融点降下効果を引き起こす。その結果、Mg無添加時(すなわちMgの固着が無い場合)に比べて、より低温で液相が生じることにより焼結が促進される。
しかしながら、Mgの含有量が0.05質量%未満だと前述の焼結改善効果が十分見られない。またMgの含有量が15.00質量%超では、液相線温度がアルミニウムの融点に対して著しく低下するため、アルミニウム繊維11を積層した際、この積層体内部で部分的な溶融が起こりやすくなり、均一な気孔率を備えた多孔質アルミニウム焼結体10を得ることが困難となるとともに、多孔質アルミニウム複合部材を製造する製造する際に部材本体との接合も困難となる。そのため、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10では、Mgの含有量を0.05質量%以上15.00質量%以下とする。なお、焼結性の改善のためには、Mgの含有量を0.30質量%以上とすることが好ましい。また、気孔率が均一な多孔質アルミニウム焼結体10を得るためには、Mgの含有量を5.00質量%以下とすることが好ましい。
(Mg: 0.05 mass% or more and 15.00 mass% or less)
The porous aluminum sintered body 10 contains 0.05 mass% or more and 15.00 mass% or less of Mg. When the Mg component is contained in the aluminum fiber, that is, when the aluminum alloy fiber containing the Mg component is used, 0.05% by mass of Mg is contained in the raw material separately from Mg contained in the aluminum alloy fiber. In the porous aluminum sintered body 10 finally obtained together with Mg contained in the aluminum alloy fiber, Mg is added in an amount of 0.05 mass% to 15.00 mass%. It is contained by mass% or less. On the other hand, when pure aluminum is used as the aluminum fiber, the amount of Mg added to the raw material is set to 0.05% by mass or more and 15.00% by mass or less.
Mg functions as a reducing agent for the oxide film of Al 2 O 3 , and has a function of promoting the sintering bond by making the oxide film brittle and easily breaking.
Further, Mg fixed to the surface of the aluminum fiber locally reacts with the aluminum fiber 11 (pure aluminum or aluminum alloy) of the matrix, thereby causing a local matrix melting point lowering effect in the vicinity of the fixed portion. As a result, sintering is promoted by forming a liquid phase at a lower temperature than when Mg is not added (that is, when Mg is not fixed).
However, if the Mg content is less than 0.05% by mass, the above-mentioned sintering improving effect is not sufficiently observed. If the Mg content exceeds 15.00% by mass, the liquidus temperature is remarkably lowered with respect to the melting point of aluminum. Therefore, when aluminum fibers 11 are laminated, partial melting easily occurs inside the laminated body. Thus, it is difficult to obtain the porous aluminum sintered body 10 having a uniform porosity, and it is difficult to join the member body when manufacturing the porous aluminum composite member. Therefore, in the porous aluminum sintered body 10 which is this embodiment, content of Mg shall be 0.05 mass% or more and 15.00 mass% or less. In order to improve the sinterability, the Mg content is preferably 0.30% by mass or more. Moreover, in order to obtain the porous aluminum sintered body 10 with a uniform porosity, it is preferable that content of Mg shall be 5.00 mass% or less.
(Fe:0.01質量%以上3.00質量%以下)
多孔質アルミニウム焼結体10中には、Feが0.01質量%以上3.00質量%以下含まれている。
Feは、Fe単体での融点降下効果は小さいが、Mgによる局所的なマトリクスの溶融が起きたときに、未溶融Al繊維と溶融部との間にFeが存在することで、未溶融アルミニウム繊維内部へのMgの拡散を阻害し、拡散速度を遅くする効果がある。これは、MgのFe中への固溶度が非常に小さいためであり、例えば600℃でのMgの固溶度はAl:5質量%に対し、Feは0.1質量%以下である。これにより、焼結時において、Mgが一時的にアルミニウム繊維表面に高濃度で分布している状態となり、アルミニウム繊維の表面のみで融点低下効果が起こり、アルミニウム繊維同士での接合を促進させることができる。
なお、焼結の進行とともにMgは徐々にAl中に拡散していくため、最終的に得られる多孔質アルミニウム焼結体中にはMgはAl中に固溶している状態となる。一方、高温焼結時にはFeも1質量%程度固溶するが、Feは室温ではAl中にほとんど固溶しないため、結合部近傍のアルミニウム繊維内部に一部のFeが析出する状態となる。
Fe含有量が0.01質量%未満では上記のMgの拡散抑制効果が十分見られず、一方Fe含有量が3.00質量%超では、溶融部において、高融点の金属間化合物であるFe3Alを形成しやすくなり、焼結性を悪化させる。そのため、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10では、Feの含有量を0.01質量%以上3.00質量%以下とする。なお、Mgの拡散抑制効果を十分に享受し、気孔率が均一な多孔質アルミニウム焼結体10を得るためには、Feの含有量を0.05質量%以上とすることが好ましい。また、Fe3Alの形成を抑制し、焼結性の悪化を防止するためには、Feの含有量を1.00質量%以下とすることが好ましい。
(Fe: 0.01% by mass or more and 3.00% by mass or less)
The porous aluminum sintered body 10 contains Fe in an amount of 0.01% by mass to 3.00% by mass.
Fe has a small melting point lowering effect with Fe alone, but when the local matrix melting by Mg occurs, Fe is present between the unmelted Al fiber and the melted part, so that the unmelted aluminum fiber It has the effect of inhibiting the diffusion of Mg into the interior and slowing the diffusion rate. This is because the solid solubility of Mg in Fe is very small. For example, the solid solubility of Mg at 600 ° C. is 5 mass% Al: Fe is 0.1 mass% or less. Thereby, at the time of sintering, Mg is temporarily distributed at a high concentration on the surface of the aluminum fiber, the melting point lowering effect occurs only on the surface of the aluminum fiber, and the bonding between the aluminum fibers can be promoted. it can.
Since Mg gradually diffuses into Al as the sintering proceeds, Mg is in a solid solution in Al in the finally obtained porous aluminum sintered body. On the other hand, during high temperature sintering, Fe is also dissolved in about 1% by mass, but since Fe hardly dissolves in Al at room temperature, a part of Fe precipitates inside the aluminum fiber near the joint.
If the Fe content is less than 0.01% by mass, the above Mg diffusion suppressing effect is not sufficiently observed. On the other hand, if the Fe content exceeds 3.00% by mass, Fe is a high-melting intermetallic compound in the molten part. 3 It becomes easy to form Al, and sinterability deteriorates. Therefore, in the porous aluminum sintered body 10 which is this embodiment, content of Fe shall be 0.01 mass% or more and 3.00 mass% or less. In order to fully enjoy the Mg diffusion suppressing effect and obtain a porous aluminum sintered body 10 having a uniform porosity, the Fe content is preferably 0.05% by mass or more. Moreover, in order to suppress the formation of Fe 3 Al and prevent deterioration of sinterability, the Fe content is preferably 1.00% by mass or less.
本実施形態では、アルミニウム繊維11には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。アルミニウム繊維11の形状については、直線状、曲線状など任意であるが、アルミニウム繊維11の少なくとも一部に、ねじり加工や曲げ加工等により所定の形状付与加工をされたものを用いると、アルミニウム繊維11同士の間の空隙形状を立体的かつ等方的に形成させることができ、その結果、アルミニウム多孔質焼結体の伝熱特性等の各種特性の等方性向上に繋がる。 In the present embodiment, the aluminum fiber 11 is given a shape such as twisting or bending. The shape of the aluminum fiber 11 is arbitrary, such as a straight line or a curved line, but when a predetermined shape imparting process is applied to at least a part of the aluminum fiber 11 by twisting or bending, the aluminum fiber The void shape between 11 can be formed three-dimensionally and isotropically, and as a result, the isotropy of various characteristics such as heat transfer characteristics of the aluminum porous sintered body is improved.
<多孔質アルミニウム焼結体の製造方法>
次に、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10を製造する方法について、図2のフロー図等を参照して説明する。
具体的な製造工程を説明する前に、まず、多孔質アルミニウム焼結体10の原料となる焼結用アルミニウム原料20について説明する。
<Method for producing porous aluminum sintered body>
Next, a method for manufacturing the porous aluminum sintered body 10 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
Before describing the specific manufacturing process, first, the sintering aluminum raw material 20 that is a raw material of the porous aluminum sintered body 10 will be described.
この焼結用アルミニウム原料20は、図3に示すように、Mg粉(Mg粉末粒子)22およびMg合金粉(Mg合金粉末粒子)23のいずれか一方または両方が、アルミニウム繊維11の外表面に固着されてなるものである。なお図3ではMg粉22およびMg合金粉23の両方を固着した場合を示している。 As shown in FIG. 3, the sintering aluminum raw material 20 includes one or both of Mg powder (Mg powder particles) 22 and Mg alloy powder (Mg alloy powder particles) 23 on the outer surface of the aluminum fiber 11. It is fixed. FIG. 3 shows the case where both the Mg powder 22 and the Mg alloy powder 23 are fixed.
ここで、アルミニウム繊維11としてアルミニウム合金を用いた場合、合金成分としてMgを含有している場合がある。本実施形態に係る焼結用アルミニウム原料20には、これとは別にMg粉および/またはMg合金粉が添加されており、その添加量を0.05質量%以上13.00質量%以下とする。アルミニウム合金繊維に含まれるMgを合わせた焼結用アルミニウム原料20全体での組成は、Mgを0.05質量%以上15.00質量%以下含有した組成とされる。
なお、上述したように、アルミニウム繊維として純アルミニウムを用いる場合は、原料中へのMgの添加量を0.05質量%以上15.00質量%以下とする。
すなわち、焼結用アルミニウム原料20全体のMgの含有量が0.05質量%以上15.00質量%以下となるようMg粉および/またはMg合金粉を添加することが重要である。
Mg合金粉23の種類としては特に限定することなく、一般的なMg合金(例えば、Al−Mg合金等)からなるものを用いることが可能である。
Here, when an aluminum alloy is used as the aluminum fiber 11, Mg may be contained as an alloy component. Apart from this, Mg powder and / or Mg alloy powder is added to the sintering aluminum raw material 20 according to the present embodiment, and the added amount is 0.05 mass% or more and 13.00 mass% or less. . The composition of the entire aluminum raw material 20 for sintering combined with Mg contained in the aluminum alloy fiber is a composition containing 0.05% by mass or more and 15.00% by mass or less of Mg.
In addition, as above-mentioned, when using pure aluminum as an aluminum fiber, the addition amount of Mg to a raw material shall be 0.05 mass% or more and 15.00 mass% or less.
That is, it is important to add the Mg powder and / or the Mg alloy powder so that the Mg content in the entire sintering aluminum raw material 20 is 0.05% by mass or more and 15.00% by mass or less.
The type of the Mg alloy powder 23 is not particularly limited, and a Mg alloy powder 23 made of a general Mg alloy (for example, an Al—Mg alloy) can be used.
アルミニウム繊維11は、純アルミニウムおよび一般的なアルミニウム合金のいずれも好適に用いることが可能である。
アルミニウム繊維11としてアルミニウム合金を用いる場合、例えば、JISに規定されるA3003合金(Al−0.6質量%Si−0.7質量%Fe−0.1質量%Cu−1.5質量%Mn−0.1質量%Zn合金)やA5052合金(Al−0.25質量%Si−0.40質量%Fe−0.10質量%Cu−0.10質量%Mn―2.5質量%Mg合金―0.2質量%Cr―0.1質量%Zn合金)などを例示できる。
As the aluminum fiber 11, either pure aluminum or a general aluminum alloy can be suitably used.
When an aluminum alloy is used as the aluminum fiber 11, for example, an A3003 alloy (Al-0.6 mass% Si-0.7 mass% Fe-0.1 mass% Cu-1.5 mass% Mn- 0.1 mass% Zn alloy) and A5052 alloy (Al-0.25 mass% Si-0.40 mass% Fe-0.10 mass% Cu-0.10 mass% Mn-2.5 mass% Mg alloy) 0.2 mass% Cr-0.1 mass% Zn alloy).
また、アルミニウム繊維11として、その外表面に、純アルミニウム粉末(不図示)および/またはアルミニウム合金粉末(不図示)が付着したものであってもよく、目的に応じて、所望の組成となるよう調整してよい。アルミニウム繊維11の外表面にアルミニウム合金粉末を付着させる場合、その種類は特に限定せず、例えば、JIS A3003合金からなる粉末等を用いることができる。 Further, the aluminum fiber 11 may be one in which pure aluminum powder (not shown) and / or aluminum alloy powder (not shown) adheres to the outer surface thereof, and has a desired composition depending on the purpose. You may adjust. When the aluminum alloy powder is adhered to the outer surface of the aluminum fiber 11, the type thereof is not particularly limited, and for example, powder made of JIS A3003 alloy can be used.
また、焼結用アルミニウム原料20は、0.01質量%以上3.00質量%以下のFeを含むが、当該Feは、アルミニウム繊維11中に含まれるFeであってもよく、アルミニウム繊維11中に含まれるFeとは別のFeが添加されていてもよい。
つまり、焼結用アルミニウム原料20を作成する際、アルミニウム繊維11中のFeとは別にさらにFeを含有させるか否かは問わず、焼結用アルミニウム原料20全体として0.01質量%以上3.00質量%以下のFeが含有されていれば本発明の効果は発揮される。
なお、Feは焼結時にアルミニウム繊維中に固溶、もしくはMgによる溶融部に存在することでMgの拡散抑制効果を発揮する。つまり、Feがアルミニウム繊維中に予め含有していたとしても、当該Feは繊維表面に偏在し、Fe粉末を繊維外表面に固着させた場合と比べても同様の効果が得られる。かつ、Feをアルミニウム繊維中に予め含有させておくことで、Feを粉末状態で添加する場合に比べてより均一な濃度分布状態が得られることから、Feはアルミニウム繊維中に予め合金元素として添加しておく方が望ましい。
In addition, the aluminum raw material 20 for sintering contains 0.01% by mass or more and 3.00% by mass or less of Fe, and the Fe may be Fe contained in the aluminum fiber 11. Fe other than the Fe contained in may be added.
That is, when the sintering aluminum raw material 20 is prepared, 0.01 mass% or more as a whole of the sintering aluminum raw material 20 regardless of whether or not Fe is contained in addition to Fe in the aluminum fiber 11. The effect of the present invention is exhibited as long as it contains 00% by mass or less of Fe.
In addition, Fe exhibits the effect of suppressing the diffusion of Mg by being solid-solved in the aluminum fiber at the time of sintering or existing in the molten part of Mg. That is, even if Fe is previously contained in the aluminum fiber, the Fe is unevenly distributed on the fiber surface, and the same effect can be obtained as compared with the case where the Fe powder is fixed to the fiber outer surface. In addition, by adding Fe in the aluminum fiber in advance, a more uniform concentration distribution state can be obtained as compared with the case where Fe is added in the powder state. Therefore, Fe is added to the aluminum fiber in advance as an alloy element. It is better to keep it.
以上説明したように、本実施形態に係る焼結用アルミニウム原料20は、0.01質量%以上3.00質量%以下のFeを含み、かつアルミニウム繊維中のMgに加え別のMgを0.05質量%以上13.00質量%以下(原料全体で0.05質量%以上15.00質量%以下)含み、残部が不可避不純物とされた組成であるが、前述の元素以外でも、本発明の効果を損なわない範囲内であれば、含有されていてもよい。 As described above, the sintering aluminum raw material 20 according to the present embodiment contains 0.01 mass% or more and 3.00 mass% or less of Fe, and in addition to Mg in the aluminum fiber, another Mg is added in an amount of 0.001. The composition includes 05 mass% or more and 13.00 mass% or less (0.05 mass% or more and 15.00 mass% or less of the entire raw material), and the balance is an inevitable impurity. It may be contained as long as the effect is not impaired.
Mg粉末粒子、Mg合金粉末粒子、および必要に応じて用いるFe粉末粒子は、後述する「焼結用アルミニウム原料形成工程」においてアルミニウム繊維表面に固着させた上で、「焼結工程」で焼結することで局所的な融点低下効果を発揮し、焼結強度を強化する働きがある。強固かつ均質な多孔質アルミニウム焼結体を得るためには、「焼結用アルミニウム原料形成工程」において、Mg粉末粒子、Mg合金粉末粒子、およびFe粉末粒子をアルミニウム繊維11と均一に混合でき、かつ、アルミニウム繊維表面に強固に固着させうるサイズとすることが望ましい。
具体的には、Mg粉末粒子、Mg合金粉末粒子、およびFe粉末粒子の平均粒径は、0.005mm〜0.5mm、かつアルミニウム繊維11直径Rに対して、0.01〜0.5の比率が望ましい。Mg粉末粒子、Mg合金粉末粒子、およびFe粉末粒子の平均粒径が0.005mm未満では、焼結時に酸化が進行し、必要なAl2O3の還元効果および融点低下効果が発揮できない。さらに、Mg粉末粒子およびMg合金粉末においては粉じん爆発や水との接触による発火の危険も有り、製造時の安全上問題がある。一方、Mg粉末粒子、Mg合金粉末粒子、およびFe粉末粒子の平均粒径が0.5mm超では、所定の量を添加したとしても添加粒子の数が少なく、十分な混合効果が得られない。さらに、焼結時における局所的な溶融(影響)範囲が大きくなり、気孔率の制御が困難になるという問題がある。
また、アルミニウム繊維11の直径Rに対する、Mg粉末粒子、Mg合金粉末粒子、およびFe粉末粒子の平均粒径の比率が0.01以下だと、混合時に粉末とアルミニウム繊維が分離しやすくなる。また、当該比率が0.5以上だとアルミニウム繊維径Rに対して粒子径が大きすぎ、十分な固着効果が得られない。
The Mg powder particles, the Mg alloy powder particles, and the Fe powder particles used as necessary are fixed to the aluminum fiber surface in the “sintering aluminum raw material forming step” described later, and then sintered in the “sintering step”. By doing so, it exerts a local melting point lowering effect and has a function of strengthening the sintering strength. In order to obtain a strong and homogeneous porous aluminum sintered body, in the “sintering aluminum raw material forming step”, Mg powder particles, Mg alloy powder particles, and Fe powder particles can be uniformly mixed with the aluminum fibers 11, And it is desirable to set it as the size which can be firmly fixed to the aluminum fiber surface.
Specifically, the average particle size of the Mg powder particles, the Mg alloy powder particles, and the Fe powder particles is 0.005 mm to 0.5 mm and 0.01 to 0.5 with respect to the aluminum fiber 11 diameter R. A ratio is desirable. If the average particle size of the Mg powder particles, the Mg alloy powder particles, and the Fe powder particles is less than 0.005 mm, the oxidation proceeds during sintering, and the necessary reduction effect and melting point reduction effect of Al 2 O 3 cannot be exhibited. Furthermore, Mg powder particles and Mg alloy powders have a risk of ignition due to dust explosion or contact with water, and there is a problem in safety at the time of production. On the other hand, when the average particle diameter of the Mg powder particles, the Mg alloy powder particles, and the Fe powder particles exceeds 0.5 mm, even if a predetermined amount is added, the number of added particles is small and a sufficient mixing effect cannot be obtained. Furthermore, there is a problem that the local melting (influence) range during sintering becomes large, and it becomes difficult to control the porosity.
If the ratio of the average particle diameter of the Mg powder particles, the Mg alloy powder particles, and the Fe powder particles to the diameter R of the aluminum fibers 11 is 0.01 or less, the powder and the aluminum fibers are easily separated during mixing. If the ratio is 0.5 or more, the particle diameter is too large with respect to the aluminum fiber diameter R, and a sufficient fixing effect cannot be obtained.
次に、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10の製造方法における各工程について、図2のフロー図等を参照して説明する。 Next, each process in the manufacturing method of the porous aluminum sintered body 10 which is this embodiment is demonstrated with reference to the flowchart of FIG.
「焼結用アルミニウム原料形成工程」
まず、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10の原料となる焼結用アルミニウム原料20を製造する焼結用アルミニウム原料形成工程を行う。
なお、本実施形態に係る焼結用アルミニウム原料形成工程は、図2に示すように、アルミニウム繊維11と、Mg粉末およびMg合金粉末の少なくともいずれか一方とを、バインダーとともに混合する混合工程S01と、混合工程S01で得られた混合物を乾燥する乾燥工程S03と、を備えている。
"Sintering aluminum raw material formation process"
First, the sintering aluminum raw material formation process which manufactures the aluminum raw material 20 for sintering used as the raw material of the porous aluminum sintered compact 10 which is this embodiment is performed.
In addition, the aluminum raw material formation process for sintering which concerns on this embodiment is the mixing process S01 which mixes the aluminum fiber 11 and at least any one of Mg powder and Mg alloy powder with a binder, as shown in FIG. And a drying step S03 for drying the mixture obtained in the mixing step S01.
「混合工程」
常温にて、アルミニウム繊維11と、Mg粉末およびMg合金粉末のいずれか一方または両方とを混合する(混合工程S01)。
なおここで、多孔質アルミニウム焼結体10の組成においてアルミニウム繊維11中のFeとは別のFeを含有させる場合は、この混合工程において、Mg粉末、Mg合金粉末とあわせてFe粉も混合する。Fe粉は特に限定せず、Fe−Mn等の合金粉でもよい。
"Mixing process"
At normal temperature, the aluminum fiber 11 is mixed with one or both of the Mg powder and the Mg alloy powder (mixing step S01).
Here, when the composition of the porous aluminum sintered body 10 contains Fe different from the Fe in the aluminum fiber 11, the Fe powder is mixed together with the Mg powder and the Mg alloy powder in this mixing step. . The Fe powder is not particularly limited, and may be an alloy powder such as Fe-Mn.
混合する際にはバインダー溶液を噴霧する。なお、バインダーとしては、大気中で500℃に加熱した際に燃焼・分解されるものが好ましく、具体的には、アクリル系樹脂、セルロース系高分子体を用いることが好ましい。また、バインダーの溶剤としては、水系、アルコール系、有機溶剤系の各種溶剤を用いることができる。 When mixing, the binder solution is sprayed. In addition, as a binder, what is combusted and decomposed | disassembled when heated to 500 degreeC in air | atmosphere is preferable, and it is preferable to specifically use an acrylic resin and a cellulose polymer. In addition, as the solvent for the binder, various solvents such as water-based, alcohol-based, and organic solvent-based solvents can be used.
この混合工程S01においては、例えば、自動乳鉢、パン型転動造粒機、シェーカーミキサー、ポットミル、ハイスピードミキサー、V型ミキサー等の各種混合機を用いて、アルミニウム繊維11とMg粉末とFe粉とを流動させながら混合する。 In this mixing step S01, for example, aluminum fibers 11, Mg powder, and Fe powder are used by using various mixing machines such as an automatic mortar, a bread type rolling granulator, a shaker mixer, a pot mill, a high speed mixer, and a V type mixer. And mix while flowing.
「乾燥工程」
次に、混合工程S01で得られた混合体を乾燥する(乾燥工程S02)。
この混合工程S01及び乾燥工程S02により、図3に示すように、アルミニウム繊維11の外表面にMg粉22およびMg合金粉23、ならびに必要に応じてFe粉(不図示)が分散されて固着されることになり、本実施形態である焼結用アルミニウム原料20が製造される。
"Drying process"
Next, the mixture obtained in the mixing step S01 is dried (drying step S02).
Through the mixing step S01 and the drying step S02, as shown in FIG. 3, Mg powder 22 and Mg alloy powder 23 and, if necessary, Fe powder (not shown) are dispersed and fixed to the outer surface of the aluminum fiber 11. That is, the sintering aluminum raw material 20 according to the present embodiment is manufactured.
次に、上述のようにして得られた焼結用アルミニウム原料20を用いて多孔質アルミニウム焼結体10を製造する。
具体的には、焼結用アルミニウム原料20を積層する焼結用アルミニウム原料積層工程S03と、バインダーを除去する脱バインダー工程S04と、積層された焼結用アルミニウム原料20を加熱して焼結する焼結工程S05を行い、多孔質アルミニウム焼結体10を製造する。
Next, the porous aluminum sintered body 10 is manufactured using the sintering aluminum raw material 20 obtained as described above.
Specifically, the sintering aluminum material lamination step S03 for laminating the sintering aluminum material 20, the debinding step S04 for removing the binder, and the laminated sintering aluminum material 20 are heated and sintered. Sintering process S05 is performed and the porous aluminum sintered compact 10 is manufactured.
ここで、本実施形態では、図4に示す連続焼結装置30を用いて、例えば幅:300mm×厚さ:1〜5mm×長さ:20mの長尺のシート状多孔質アルミニウム焼結体10を製造する。
この連続焼結装置30は、焼結用アルミニウム原料20を均一に散布する原料散布機31と、原料散布機31から供給された焼結用アルミニウム原料20を保持するカーボンシート32と、このカーボンシート32を駆動する搬送ローラ33と、カーボンシート32とともに搬送される焼結用アルミニウム原料20を加熱してバインダーを除去する脱脂炉34と、バインダーが除去された焼結用アルミニウム原料20を加熱して焼結する焼成炉35と、を備えている。
Here, in this embodiment, using the continuous sintering apparatus 30 shown in FIG. 4, for example, a sheet-like porous aluminum sintered body 10 having a long width of 300 mm × thickness: 1 to 5 mm × length: 20 m. Manufacturing.
The continuous sintering apparatus 30 includes a raw material spreader 31 that uniformly spreads the aluminum raw material 20 for sintering, a carbon sheet 32 that holds the aluminum raw material 20 for sintering supplied from the raw material spreader 31, and the carbon sheet. Conveying roller 33 for driving 32, degreasing furnace 34 for removing the binder by heating the sintering aluminum material 20 conveyed together with the carbon sheet 32, and heating the sintering aluminum material 20 from which the binder has been removed. A sintering furnace 35 for sintering.
「焼結用アルミニウム原料積層工程」
まず、原料散布機31から、カーボンシート32上に向けて、焼結用アルミニウム原料20を散布し、焼結用アルミニウム原料20を積層配置する(焼結用アルミニウム原料積層工程S03)。
カーボンシート32上に積層された焼結用アルミニウム原料20は、進行方向Fに向けて移動する際に、カーボンシート32の幅方向に広がって厚さが均一化され、シート状に成形される。このとき、荷重を加えていないことから、焼結用アルミニウム原料20中のアルミニウム繊維11,11同士の間には空隙が形成される。
"Sintering aluminum raw material lamination process"
First, the aluminum material 20 for sintering is sprinkled on the carbon sheet 32 from the material spreader 31, and the aluminum material 20 for sintering is laminated and disposed (sintering aluminum material stacking step S03).
When the aluminum raw material 20 for sintering laminated | stacked on the carbon sheet 32 moves toward the advancing direction F, it spreads in the width direction of the carbon sheet 32, thickness is equalized, and it shape | molds in a sheet form. At this time, since no load is applied, a gap is formed between the aluminum fibers 11 and 11 in the sintering aluminum raw material 20.
ここで、この焼結用アルミニウム原料積層工程S03では、充填後の嵩密度DPがアルミニウム繊維11の真密度DTの50%以下となるように複数のアルミニウム繊維11を積層配置する。なお、本実施形態では、アルミニウム繊維11にねじり加工や曲げ加工等の形状付与加工が施されているので、積層時に銅アルミニウム繊維11同士の間に立体的かつ等方的な空隙が確保されることになる。 Here, in the sintering raw aluminum laminating step S03, a bulk density D P after filling is stacked a plurality of aluminum fibers 11 to be equal to or less than 50% of the true density D T of the aluminum fibers 11. In the present embodiment, since the aluminum fibers 11 are subjected to shape imparting processing such as twisting and bending, three-dimensional and isotropic voids are secured between the copper aluminum fibers 11 during lamination. It will be.
「脱バインダー工程」
次に、カーボンシート32上においてシート状に成形された焼結用アルミニウム原料20は、カーボンシート32とともに脱脂炉34内に装入され、所定温度に加熱されることによってバインダーが除去される(脱バインダー工程S04)。
ここで、脱バインダー工程S04においては、大気雰囲気中で、350〜500℃の温度範囲で0.5〜5分間保持し、焼結用アルミニウム原料20中のバインダーを除去する。なお、本実施形態では、上述のように、アルミニウム繊維11の外表面にMg粉22、Mg合金粉23ならびに必要に応じてFe粉を固着する目的でのみバインダーを用いていることから、粘性組成物に比べてバインダーの含有量が極めて少なく、短時間でバインダーを十分に除去することが可能である。
"Debinding process"
Next, the sintering aluminum raw material 20 formed into a sheet shape on the carbon sheet 32 is charged into the degreasing furnace 34 together with the carbon sheet 32, and heated to a predetermined temperature to remove the binder (debinding). Binder process S04).
Here, in binder removal process S04, it hold | maintains at the temperature range of 350-500 degreeC in air | atmosphere for 0.5 to 5 minutes, and the binder in the aluminum raw material 20 for sintering is removed. In the present embodiment, as described above, since the binder is used only for the purpose of fixing the Mg powder 22, the Mg alloy powder 23 and, if necessary, the Fe powder to the outer surface of the aluminum fiber 11, the viscous composition is used. The content of the binder is extremely small compared to the product, and the binder can be sufficiently removed in a short time.
「焼結工程」
次に、バインダーが除去された焼結用アルミニウム原料20は、カーボンシート32とともに焼成炉35内に装入され、所定温度に加熱されることによって焼結される(焼結工程S05)。
この焼結工程S05においては、不活性ガス雰囲気中で、590℃〜655℃の温度範囲で0.5〜60分間保持することにより実施される。焼結用アルミニウム原料20中のMgの含有量に応じて、最適な焼結温度は変動するが、高強度かつ均一な焼結を実現するため、焼結温度はAl−10質量%Mgの液相線温度である590℃以上とし、また、生じた液相が、融液同士の結合による急速な焼結収縮の進行を防ぐため焼結温度は655℃以下とする。なお、保持時間は1分〜20分間とすることが好ましい。
"Sintering process"
Next, the sintering aluminum raw material 20 from which the binder has been removed is charged into the firing furnace 35 together with the carbon sheet 32 and sintered by being heated to a predetermined temperature (sintering step S05).
In this sintering process S05, it hold | maintains by the temperature range of 590 degreeC-655 degreeC for 0.5 to 60 minutes in inert gas atmosphere. The optimum sintering temperature varies depending on the content of Mg in the aluminum raw material 20 for sintering. However, in order to realize high strength and uniform sintering, the sintering temperature is a liquid of Al-10 mass% Mg. The phase temperature is set to 590 ° C. or higher, and the generated liquid phase is set to 655 ° C. or lower in order to prevent rapid sintering shrinkage due to bonding between melts. The holding time is preferably 1 minute to 20 minutes.
この焼結工程S05においては、焼結用アルミニウム原料20中のアルミニウム繊維11の一部は溶融することになるが、アルミニウム繊維11の表面には酸化被膜が形成されていることから、溶融したアルミニウムが酸化被膜によって保持され、アルミニウム繊維11の形状が維持される。 In this sintering step S05, a part of the aluminum fiber 11 in the sintering aluminum raw material 20 is melted, but since an oxide film is formed on the surface of the aluminum fiber 11, the molten aluminum Is retained by the oxide film, and the shape of the aluminum fiber 11 is maintained.
そして、アルミニウム繊維11の外表面のうちMg粉末粒子22、Mg合金粉末粒子23が固着された部分においては、MgがAl2O3の酸化被膜の還元剤として働き、酸化被膜が破壊され焼結結合が促進される。
また、アルミニウム繊維表面に固着したMgがアルミニウム繊維11と局所的に反応する事で、固着部近傍において局所的な融点降下効果を引き起こす。その結果、Mg無添加時に比べて、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で液相が生じることにより焼結が促進され強度が向上する。
さらに、焼結用アルミニウム原料20中のFeは、焼結時にアルミニウム繊維11中に固溶、もしくはMg添加により生成された局所溶融部に存在することでMgの拡散抑制効果を発揮する。
なお、焼結の進行とともにMgは徐々にアルミニウム繊維11中に拡散していくため、最終的に得られる多孔質アルミニウム焼結体10中にはMgはアルミニウム繊維11中に固溶している状態となる。一方、高温焼結時にはFeも1質量%程度固溶するが、Feは室温ではアルミニウム繊維11中にほとんど固溶しないため、結合部近傍の繊維内部に一部のFeが析出する状態となる。
In the portion of the outer surface of the aluminum fiber 11 where the Mg powder particles 22 and the Mg alloy powder particles 23 are fixed, Mg acts as a reducing agent for the Al 2 O 3 oxide film, and the oxide film is destroyed and sintered. Bonding is promoted.
Further, Mg fixed on the surface of the aluminum fiber locally reacts with the aluminum fiber 11 to cause a local melting point lowering effect in the vicinity of the fixed portion. As a result, compared with the case where no Mg is added, the liquid phase is generated at a lower temperature than the melting point of the pure aluminum fiber or the aluminum alloy fiber, whereby the sintering is promoted and the strength is improved.
Further, Fe in the sintering aluminum raw material 20 exhibits a Mg diffusion suppressing effect by being in a solid solution in the aluminum fiber 11 at the time of sintering or in a local melting part generated by adding Mg.
In addition, since Mg gradually diffuses into the aluminum fiber 11 as the sintering proceeds, the Mg is dissolved in the aluminum fiber 11 in the finally obtained porous aluminum sintered body 10. It becomes. On the other hand, about 1% by mass of Fe also dissolves during high temperature sintering, but since Fe hardly dissolves in the aluminum fiber 11 at room temperature, a part of Fe precipitates inside the fiber near the joint.
以上のような構成とされた本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10によれば、直径Rが0.02mm以上、1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上、2500以下の範囲内とされたアルミニウム繊維11が焼結されることで構成されているので、アルミニウム繊維11同士の間に十分な空隙が確保され、気孔率が50〜90%と高く、引張強度が2.0N/mm2以上である多孔質アルミニウム焼結体を得ることができる。 According to the porous aluminum sintered body 10 of the present embodiment configured as described above, the diameter R is in the range of 0.02 mm to 1.0 mm, and the length L and the diameter R are Since the aluminum fiber 11 having the ratio L / R in the range of 4 or more and 2500 or less is sintered, a sufficient gap is secured between the aluminum fibers 11 and the porosity is 50. A porous aluminum sintered body having a high tensile strength of 2.0 N / mm 2 or more can be obtained, which is as high as ˜90%.
また、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体中10には、Al2O3の酸化被膜の還元剤として作用するMgが0.05質量%以上15.00質量%以下含まれていることから、酸化被膜を容易に破壊しやすくなり、焼結結合を促進させることができる。そしてその結果、より低温での焼結が可能となるため、気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体10を得ることができる。
さらに、多孔質アルミニウム焼結体10中には、前述のMgとあわせてFeが0.01質量%以上3.00質量%以下含まれていることから、Mgの拡散抑制効果を発揮し、焼結性を向上させ、その結果、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を高めることが可能となる。
Further, the porous aluminum sintered body 10 according to the present embodiment contains 0.05% by mass or more and 15.00% by mass or less of Mg that acts as a reducing agent for the oxide film of Al 2 O 3 . Therefore, the oxide film can be easily broken, and the sintering bond can be promoted. As a result, since sintering at a lower temperature is possible, a porous aluminum sintered body 10 having a high porosity can be obtained.
Furthermore, since the porous aluminum sintered body 10 contains 0.01 mass% or more and 3.00 mass% or less of Fe together with the above-mentioned Mg, the Mg diffusion suppression effect is exhibited and the sintering is performed. As a result, it is possible to increase the strength of the entire porous aluminum sintered body.
また、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体10の製造方法においては、直径Rが0.02mm以上、1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上、2500以下の範囲内とされたアルミニウム繊維11と、Mg粉およびMg合金粉のいずれか一方または両方を混合してアルミニウム繊維外表面に固着させ、前記原料中に含有されるMg成分が0.05〜15.00質量%とした原料を、嵩密度DPがアルミニウム繊維11の真密度DTの50%以下となるように積層配置する積層工程S03を備えているので、焼結工程S05においても、アルミニウム繊維11同士の間の空隙を確保することができ、収縮を抑えることが可能となる。これにより、気孔率の高く寸法精度に優れた多孔質アルミニウム焼結体10を製造することができる。 Moreover, in the manufacturing method of the porous aluminum sintered body 10 which is this embodiment, diameter R shall be in the range of 0.02 mm or more and 1.0 mm or less, and ratio L / R of length L and diameter R Mg fiber contained in the raw material by mixing aluminum fiber 11 having a value in the range of 4 or more and 2500 or less, and mixing either one or both of Mg powder and Mg alloy powder to adhere to the outer surface of the aluminum fiber. the raw materials but which was from 0.05 to 15.00 mass%, the bulk density D P is provided with a stacking step S03 of stacked so that more than 50% of the true density D T of the aluminum fibers 11, sintered Also in step S05, a gap between the aluminum fibers 11 can be secured, and shrinkage can be suppressed. Thereby, the porous aluminum sintered body 10 with high porosity and excellent dimensional accuracy can be manufactured.
<多孔質アルミニウム複合部材>
次に、本発明の実施形態である多孔質アルミニウム複合部材100について、添付した図面を参照して説明する。
図5に、本実施形態である多孔質アルミニウム複合部材100を示す。この多孔質アルミニウム複合部材100は、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板120(部材本体)と、このアルミニウム板120の表面に接合された多孔質アルミニウム焼結体110と、を備えている。
<Porous aluminum composite member>
Next, the porous aluminum composite member 100 which is embodiment of this invention is demonstrated with reference to attached drawing.
FIG. 5 shows a porous aluminum composite member 100 according to this embodiment. The porous aluminum composite member 100 includes an aluminum plate 120 (member main body) made of pure aluminum or an aluminum alloy, and a porous aluminum sintered body 110 bonded to the surface of the aluminum plate 120.
ここで、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体110は、上述してきた多孔質アルミニウム焼結体10と同様に、複数のアルミニウム繊維が焼結されて一体化されたものである。ここで、アルミニウム繊維は、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、直径Rが0.02mm以上、1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上、2500以下の範囲内とされている。また、多孔質アルミニウム焼結体110中には、Feが0.01質量%以上3.00質量%以下含有され、Mgが0.05質量%以上15.00質量%以下含有されている。
なお、本実施形態では、アルミニウム繊維には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。
Here, the porous aluminum sintered body 110 according to the present embodiment is obtained by sintering and integrating a plurality of aluminum fibers in the same manner as the porous aluminum sintered body 10 described above. Here, the aluminum fiber is made of pure aluminum or an aluminum alloy, the diameter R is in the range of 0.02 mm to 1.0 mm, and the ratio L / R of the length L to the diameter R is 4 or more and 2500. Within the following range. Moreover, in the porous aluminum sintered body 110, Fe is contained in an amount of 0.01% by mass to 3.00% by mass, and Mg is contained in an amount of 0.05% by mass to 15.00% by mass.
In the present embodiment, the aluminum fiber is provided with a shape such as twisting or bending.
次に、本実施形態である多孔質アルミニウム複合部材100を製造する方法について、図6のフロー図を参照して説明する。
まず、部材本体であるアルミニウム板120を準備する(アルミニウム板配置工程S101)。
Next, a method for manufacturing the porous aluminum composite member 100 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the aluminum plate 120 which is a member main body is prepared (aluminum plate arrangement | positioning process S101).
次に、上述してきた多孔質アルミニウム焼結体10の製造方法における焼結用アルミニウム原料形成工程(混合工程S01、乾燥工程S02)と同様に、複数のアルミニウム繊維の外表面に、Mg粉およびMg合金粉のいずれか一方または両方を固着させてして焼結用アルミニウム原料を形成する。
この焼結用アルミニウム原料は、Mg粉(Mg粉末粒子)およびMg合金粉(Mg合金粉末粒子)のいずれか一方または両方が、アルミニウム繊維の外表面に固着されてなるものである。
本実施形態に係る焼結用アルミニウム原料には、アルミニウム繊維中に含まれるMgとは別にMg粉が別途添加されており、焼結用アルミニウム原料全体での組成は、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維中に含まれる分も含めて、Mgを0.05質量%以上15.00質量%以下含有した組成とされている。
なお、この焼結用アルミニウム原料は、0.01質量%以上3.00質量%以下のFeを含むが、当該Feは、アルミニウム繊維中に含まれるFeであってもよく、アルミニウム繊維中に含まれるFeとは別のFeが添加されていてもよい。
Next, similarly to the sintering aluminum raw material forming step (mixing step S01, drying step S02) in the method for manufacturing the porous aluminum sintered body 10 described above, Mg powder and Mg are formed on the outer surfaces of the plurality of aluminum fibers. Either or both of the alloy powders are fixed to form an aluminum raw material for sintering.
This aluminum raw material for sintering is formed by fixing either one or both of Mg powder (Mg powder particles) and Mg alloy powder (Mg alloy powder particles) to the outer surface of the aluminum fiber.
In addition to Mg contained in the aluminum fiber, Mg powder is separately added to the sintering aluminum raw material according to the present embodiment, and the composition of the entire sintering aluminum raw material is pure aluminum fiber or aluminum alloy fiber. It is set as the composition which contains 0.05 mass% or more and 15.00 mass% or less including the part contained in it.
The aluminum raw material for sintering contains 0.01% by mass or more and 3.00% by mass or less of Fe. However, the Fe may be Fe contained in aluminum fibers, and is contained in aluminum fibers. Fe different from Fe to be added may be added.
次に、このアルミニウム板120の表面にアルミニウム繊維を分散させて積層配置する(アルミニウム繊維積層工程S102)。ここで、このアルミニウム繊維積層工程S101では、嵩密度DPがアルミニウム繊維の真密度DTの50%以下となるように複数のアルミニウム繊維を積層配置する。 Next, aluminum fibers are dispersed and arranged on the surface of the aluminum plate 120 (aluminum fiber lamination step S102). Here, in the aluminum fibers lamination step S101, bulk density D P is stacked a plurality of aluminum fibers to be equal to or less than 50% of the true density D T of the aluminum fibers.
次に、焼結用アルミニウム原料が積層されたアルミニウム板120を、大気雰囲気で加熱してバインダーを除去する(脱バインダー工程S103)。
その後、焼成炉内に装入して、不活性ガス雰囲気で590℃〜655℃の温度範囲で1〜20分間保持することで、アルミニウム板120上に多孔質アルミニウム焼結体110を形成するとともに、多孔質アルミニウム焼結体110とアルミニウム板120とを接合する(焼結工程S104)。
Next, the aluminum plate 120 on which the aluminum raw material for sintering is laminated is heated in the air atmosphere to remove the binder (debinding process S103).
Thereafter, the porous aluminum sintered body 110 is formed on the aluminum plate 120 by charging in a firing furnace and holding in an inert gas atmosphere at a temperature range of 590 ° C. to 655 ° C. for 1 to 20 minutes. The porous aluminum sintered body 110 and the aluminum plate 120 are joined (sintering step S104).
この焼結工程S104において、アルミニウム板120の表面の一部が溶融することになるが、アルミニウム板120の表面には酸化被膜が形成されていることから、溶融したアルミニウムが酸化被膜によって保持され、アルミニウム板120の形状が維持される。
そして、アルミニウム板120の表面のうちMg粉末およびMg合金粉末が固着された部分においては、Mgがアルミニウム板120と局所的に反応する事で、固着部近傍で局所的な融点降下効果を引き起こし、Mg無添加時に比べて、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で液相が生じることによって、アルミニウム板120と多孔質アルミニウム焼結体110とを接合させることができる。
In this sintering step S104, a part of the surface of the aluminum plate 120 is melted, but since the oxide film is formed on the surface of the aluminum plate 120, the molten aluminum is held by the oxide film, The shape of the aluminum plate 120 is maintained.
And in the portion where the Mg powder and Mg alloy powder are fixed on the surface of the aluminum plate 120, the Mg reacts locally with the aluminum plate 120, thereby causing a local melting point lowering effect in the vicinity of the fixed portion, The aluminum plate 120 and the porous aluminum sintered body 110 can be joined by producing a liquid phase at a lower temperature than the melting point of pure aluminum fiber or aluminum alloy fiber compared to when Mg is not added.
以上のような構成とされた本実施形態である多孔質アルミニウム複合部材100によれば、アルミニウム板120の表面に、直径Rが0.02mm以上、1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上、2500以下の範囲内とされ、Mgが0.05質量%以上15.00質量%以下、Feが0.01質量%以上3.00質量%以下含有されたアルミニウム繊維が焼結されてなる、気孔率が高く、強度や寸法精度に優れた多孔質アルミニウム焼結体110が接合されており、伝熱特性等の各種特性に優れている。 According to the porous aluminum composite member 100 of the present embodiment configured as described above, the diameter R is within the range of 0.02 mm to 1.0 mm on the surface of the aluminum plate 120, and the length L / R ratio L / R is in the range of 4 or more and 2500 or less, Mg is 0.05 mass% or more and 15.00 mass% or less, Fe is 0.01 mass% or more and 3.00 mass% or less. A porous aluminum sintered body 110 having a high porosity, excellent strength and dimensional accuracy, which is formed by sintering aluminum fibers contained below, is joined, and is excellent in various characteristics such as heat transfer characteristics.
本実施形態である多孔質アルミニウム複合部材100の製造方法によれば、アルミニウム板120の表面に、直径Rが0.02mm以上、1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上、2500以下の範囲内とされ、Mgが0.05質量%以上15.00質量%以下、Feが0.01質量%以上3.00質量%以下含有されたアルミニウム繊維を、嵩密度DPがアルミニウム繊維の真密度DTの50%以下となるように積層配置するアルミニウム繊維積層工程S101を備えているので、焼結工程S104においても、アルミニウム繊維同士の間の空隙を確保することができ、収縮を抑えることが可能となる。これにより、気孔率の高く寸法精度に優れた多孔質アルミニウム焼結体110を成形することができる。よって、熱伝導性等の各種特性に優れた多孔質アルミニウム複合部材100を製造することが可能となる。 According to the method for manufacturing the porous aluminum composite member 100 according to the present embodiment, the diameter R is within the range of 0.02 mm or more and 1.0 mm or less on the surface of the aluminum plate 120, and the length L and the diameter R are The ratio L / R is in the range of 4 or more and 2500 or less, and Mg is contained in an amount of 0.05 mass% or more and 15.00 mass% or less, and Fe is contained in an amount of 0.01 mass% or more and 3.00 mass% or less. fibers, since the bulk density D P is provided with an aluminum fiber lamination step S101 of laminating arranged to be less than 50% of the true density D T of the aluminum fibers, also in the sintering step S104, between the aluminum fibers A gap can be secured and shrinkage can be suppressed. Thereby, the porous aluminum sintered body 110 with high porosity and excellent dimensional accuracy can be formed. Therefore, the porous aluminum composite member 100 excellent in various characteristics such as thermal conductivity can be manufactured.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、図4に示す連続焼結装置を用いて多孔質アルミニウム焼結体を連続的に製造するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の製造装置によって多孔質アルミニウム焼結体を製造してもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
For example, although it demonstrated as what manufactures a porous aluminum sintered compact continuously using the continuous sintering apparatus shown in FIG. 4, it is not limited to this, Porous aluminum sintering by other manufacturing apparatuses The body may be manufactured.
また、本実施形態では、シート状の多孔質アルミニウム焼結体として説明したが、これに限定されることはなく、例えば図7で示す製造工程によって製造されるバルク形状の多孔質アルミニウム焼結体であってもよい。
図7に示すように、焼結用アルミニウム原料20を散布する原料散布機131から、カーボン製容器132内に向けて焼結用アルミニウム原料20を散布してかさ充填し、必要に応じてプレス成形する(原料散布工程)。これを、脱脂炉134内に装入して、大気雰囲気で加熱してバインダーを除去する(脱バインダー工程)。その後、焼成炉135内に装入して、Ar雰囲気で590℃〜655℃に加熱保持することにより、バルク形状の多孔質アルミニウム焼結体10´が得られる。
本説明では、離型性の良いカーボン製容器132を用いており、かつ、焼結時に1%程度のわずかな焼結収縮が発生することから、カーボン製容器132からバルク形状の多孔質アルミニウム焼結体10´を比較的容易に取り出すことができる。
Moreover, although this embodiment demonstrated as a sheet-like porous aluminum sintered compact, it is not limited to this, For example, the bulk-shaped porous aluminum sintered compact manufactured by the manufacturing process shown in FIG. It may be.
As shown in FIG. 7, from the raw material spreader 131 for spraying the sintering aluminum raw material 20, the sintering aluminum raw material 20 is sprayed into the carbon container 132 and filled, and if necessary, press molding is performed. (Raw material spraying process). This is charged into a degreasing furnace 134 and heated in an air atmosphere to remove the binder (debinding step). Then, it inserts in the baking furnace 135, and heat-maintains at 590 degreeC-655 degreeC by Ar atmosphere, Bulk-shaped porous aluminum sintered compact 10 'is obtained.
In this description, a carbon container 132 having good releasability is used, and a slight sintering shrinkage of about 1% occurs during sintering. The bonded body 10 'can be removed relatively easily.
また、上述の多孔質アルミニウム複合部材100では、図7に示す構造を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、図8から図14に示すような構造の多孔質アルミニウム複合部材であってもよい。 In the porous aluminum composite member 100 described above, the structure shown in FIG. 7 has been described as an example. However, the structure is not limited to this, and the porous aluminum composite having the structure shown in FIGS. 8 to 14 is used. It may be a member.
例えば、図8に示すように、多孔質アルミニウム焼結体210の中に、部材本体として複数のアルミニウム管220が挿入された構造のアルミニウム多孔質複合部材200であってもよい。
あるいは、図9に示すように、多孔質アルミニウム焼結体310の中に、部材本体としてU字状に湾曲されたアルミニウム管320が挿入された構造の多孔質アルミニウム複合部材300であってもよい。
For example, as shown in FIG. 8, an aluminum porous composite member 200 having a structure in which a plurality of aluminum tubes 220 are inserted into a porous aluminum sintered body 210 as a member main body may be used.
Alternatively, as shown in FIG. 9, a porous aluminum composite member 300 having a structure in which a U-shaped aluminum tube 320 as a member main body is inserted into a porous aluminum sintered body 310 may be used. .
さらに、図10に示すように、部材本体であるアルミニウム管420の内周面に多孔質アルミニウム焼結体410を接合した構造の多孔質アルミニウム複合部材400であってもよい。
また、図11に示すように、部材本体であるアルミニウム管520の外周面に多孔質アルミニウム焼結体510を接合した構造のアルミニウム多孔質複合部材500であってもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 10, a porous aluminum composite member 400 having a structure in which a porous aluminum sintered body 410 is joined to an inner peripheral surface of an aluminum tube 420 as a member main body may be used.
Moreover, as shown in FIG. 11, the aluminum porous composite member 500 of the structure which joined the porous aluminum sintered compact 510 to the outer peripheral surface of the aluminum tube 520 which is a member main body may be sufficient.
さらに、図12に示すように、部材本体であるアルミニウム管620の内周面及び外周面に多孔質アルミニウム焼結体610を接合した構造の多孔質アルミニウム複合部材600であってもよい。
また、図13に示すように、部材本体であるアルミニウム板720の両面に多孔質アルミニウム焼結体710を接合した構造の多孔質アルミニウム複合部材700であってもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 12, a porous aluminum composite member 600 having a structure in which a porous aluminum sintered body 610 is joined to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of an aluminum tube 620 that is a member main body may be used.
Further, as shown in FIG. 13, a porous aluminum composite member 700 having a structure in which a porous aluminum sintered body 710 is bonded to both surfaces of an aluminum plate 720 as a member main body may be used.
さらに、図14に示すように、部材本体であるアルミニウム多穴管820の外周面の少なくとも一部に多孔質アルミニウム焼結体810を接合した構造の多孔質アルミニウム複合部材810であってもよい。ここで、アルミニウム多穴管820は、扁平形状をなし、内部に熱媒体が流通される流路となる複数の貫通孔821を備えている。
なお、図14に示す多孔質アルミニウム複合部材800は、例えば、直方体状をなすカーボン製容器を準備し、このカーボン製容器の一側面から他側面に向けて貫通するようにアルミニウム多穴管820を配置し、カーボン製容器内に向けて焼結用アルミニウム原料を散布して嵩充填して、焼結することにより製造できる。
Furthermore, as shown in FIG. 14, a porous aluminum composite member 810 having a structure in which a porous aluminum sintered body 810 is joined to at least a part of the outer peripheral surface of an aluminum multi-hole tube 820 that is a member main body may be used. Here, the aluminum multi-hole tube 820 has a flat shape and includes a plurality of through holes 821 serving as a flow path through which the heat medium flows.
For example, the porous aluminum composite member 800 shown in FIG. 14 is a carbon container having a rectangular parallelepiped shape, and the aluminum multi-hole tube 820 is penetrated from one side surface to the other side surface of the carbon container. It can be manufactured by disposing, spraying aluminum raw material for sintering into a carbon container, filling the bulk, and sintering.
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
表1に示す焼結用アルミニウム原料を作製した。本表には、使用したアルミニウム繊維の詳細、具体的には、合金種類(JIS番号)、繊維径、長さ/直径比(L/R)に加え、原料中に含まれるMg、Fe各成分の含有量(質量%)について、アルミニウム繊維中に含まれる分とアルミニウム繊維とは別に添加した分を分けて表記している。
Below, the result of the confirmation experiment performed in order to confirm the effect of this invention is demonstrated.
Aluminum raw materials for sintering shown in Table 1 were produced. This table shows the details of the aluminum fibers used, specifically the alloy type (JIS number), fiber diameter, length / diameter ratio (L / R), and Mg and Fe components contained in the raw material. As for the content (mass%), the amount contained in the aluminum fiber and the amount added separately from the aluminum fiber are shown separately.
本実施例においては、表1のNo.1〜29に示した組成となるようにアルミニウム繊維に、Mg粉末、もしくはMg粉および必要に応じてFe粉を所定組成に秤量して添加し、少量のバインダーと一緒にV型混合ミルにより混合し、アルミニウム繊維の表面に各添加物を固着させた後、カーボン型に嵩充填した。本実施例では、Mg粉末としては純度99%のMg粉末を用い、Fe粉は還元鉄粉を用いた。 In this example, No. 1 in Table 1 was used. Weigh and add Mg powder, or Mg powder and, if necessary, Fe powder to a predetermined composition to aluminum fiber so as to have the composition shown in 1-29, and mix with a small amount of binder by V-type mixing mill Then, after each additive was fixed to the surface of the aluminum fiber, the carbon mold was bulk filled. In this example, Mg powder with a purity of 99% was used as the Mg powder, and reduced iron powder was used as the Fe powder.
次いで、充填された焼結用アルミニウム原料をアルゴンガス雰囲気中において表記の焼結温度で30分間保持、焼結して、多孔質アルミニウム焼結体とした。
得られた多孔質アルミニウム焼結体は、下記の方法により、気孔率の測定および引張強度の測定を行った。その結果を表1に、また、見掛気孔率と引張強度の関係を示したグラフを図15に示す。
また、試験No.1(本発明例)の多孔質アルミニウム焼結体に観察された代表的な繊維の接合部のSEM観察及び組成分析結果(X線元素マッピング画像)を図16に示す。
Next, the filled aluminum raw material for sintering was held and sintered at the indicated sintering temperature for 30 minutes in an argon gas atmosphere to obtain a porous aluminum sintered body.
The obtained porous aluminum sintered body was measured for porosity and tensile strength by the following methods. The results are shown in Table 1, and a graph showing the relationship between the apparent porosity and the tensile strength is shown in FIG.
Moreover, the SEM observation and composition analysis result (X-ray element mapping image) of the joint part of the typical fiber observed by the porous aluminum sintered compact of test No. 1 (invention example) are shown in FIG.
(見掛気孔率)
得られた多孔質アルミニウム焼結体の質量m(g)、体積V(cm3)、焼結用アルミニウム原料の真密度d(g/cm3)を測定し、以下の式で見掛気孔率Pを算出した。
見掛気孔率P(%)=(1−(m÷(V×d)))×100
なお、真密度d(g/cm3)は、精密天秤を用いて、水中法によって測定した。
(Apparent porosity)
The mass m (g), volume V (cm 3 ) of the obtained porous aluminum sintered body, and the true density d (g / cm 3 ) of the aluminum raw material for sintering were measured, and the apparent porosity was determined by the following formula: P was calculated.
Apparent porosity P (%) = (1− (m ÷ (V × d))) × 100
The true density d (g / cm 3 ) was measured by an underwater method using a precision balance.
(引張強度)
得られた多孔質アルミニウム焼結体は、幅10mm×長さ100mm×厚さ5mmの試験片に加工した後、インストロン型引張試験機を用いて引張試験を行い、最大引張強度S(N/mm2)を測定した。最大引張強度Sは、測定された最大荷重(N)を引張試験片の断面積(50mm2)で除した値である。この様にして得られた最大引張強度Sは、見掛気孔率Pにより変化するため、本実施例では、以下の式により最大引張強度Sを見掛気孔率P(%)で規格化した相対引張強度Sr(N/mm2)を定義し、見掛気孔率の異なる材料間での相対的な強度比較評価を行った。
相対引張強度Sr(N/mm2)=S×100/(100−P)
(Tensile strength)
The obtained porous aluminum sintered body was processed into a test piece having a width of 10 mm, a length of 100 mm, and a thickness of 5 mm, and then subjected to a tensile test using an Instron type tensile tester to obtain a maximum tensile strength S (N / mm 2 ) was measured. The maximum tensile strength S is a value obtained by dividing the measured maximum load (N) by the cross-sectional area (50 mm 2 ) of the tensile test piece. Since the maximum tensile strength S obtained in this manner varies depending on the apparent porosity P, in this example, the relative maximum normalized by the apparent porosity P (%) according to the following formula in the present example. A tensile strength Sr (N / mm 2 ) was defined, and a relative strength comparison evaluation was performed between materials having different apparent porosity.
Relative tensile strength Sr (N / mm 2 ) = S × 100 / (100−P)
(アルミニウム繊維直径Rおよびアルミニウム繊維長さL)
アルミニウム繊維直径Rおよびアルミニウム繊維長さLは、マルバーン社製粒子解析装置「Morphologi G3」を用いて、画像解析により算出された単純平均値を用いた。
(Aluminum fiber diameter R and aluminum fiber length L)
As the aluminum fiber diameter R and the aluminum fiber length L, simple average values calculated by image analysis using a particle analyzer “Morphologi G3” manufactured by Malvern Co., Ltd. were used.
表1および図15の結果から、本発明により実用的に十分な強度である2.0N/mm2以上を有し、気孔率50%以上の高気孔率の多孔質アルミニウム焼結体を得ることが出来ることがわかる。
また、図16のX線元素マッピング画像よりアルミニウム繊維内部にはMgが固溶した状態で存在しており、Feは一部がAl中に固溶し、一部が結合部近傍のAl内部に析出している。このことから、焼結時にMgおよびFeが同時に存在することによって、繊維表面で局所的かつ一時的にMgの融点降下効果が起き、それにより焼結が促進された後に、Mgはマトリクス中に均一に固溶し、Feは一部が固溶、一部が結合部近傍のAl内部に析出されていると考えられる。
From the results shown in Table 1 and FIG. 15, a highly porous porous aluminum sintered body having a practically sufficient strength of 2.0 N / mm 2 or more and a porosity of 50% or more is obtained according to the present invention. I can see that
Also, from the X-ray element mapping image of FIG. 16, Mg is present in a solid solution state inside the aluminum fiber, Fe is partly dissolved in Al, and part is in Al near the bond portion. Precipitates. From this, the simultaneous presence of Mg and Fe during the sintering causes a local and temporary melting point lowering effect of Mg on the fiber surface, so that after the sintering is promoted, the Mg is uniform in the matrix. It is considered that Fe is partly dissolved and partly precipitated in Al near the bonding portion.
試験No.23ではMgの量が少なく、焼結促進効果が十分に得られないため、焼結を進行させるためには融点に近い高温で焼結を行った結果、作成した多孔質アルミニウム焼結体は見かけ気孔率が50%以下のものしか得られなかった。
試験No.24ではMgの量が多すぎるため、不均一な焼結体しか得られず、多孔質内において部分的に結合が弱い箇所が存在し、強度が低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.25ではFeの量が多すぎるため、焼結促進効果が十分に得られず、強度が著しく低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.26ではアルミニウム繊維の直径が細すぎるため、各アルミニウム繊維同士の接触面積が小さいことにより、強固な結合点を形成出来ず、強度が低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.27ではアルミニウム繊維の直径が大きすぎるため、焼結時に十分な数の結合点が形成出来ず、強度が著しく低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.28ではL/R比が小さすぎるため、充填時に高い嵩密度を得ることが出来ず、結果、気孔率の高い多孔質焼結体を得ることが出来なかった。
試験No.29ではL/R比が大きすぎるため、多孔質内部の結合が不均一となり、部分的に弱い結合部が生じるため、結果、強度が低い孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
In Test No. 23, the amount of Mg is small, and the effect of promoting the sintering cannot be sufficiently obtained. Therefore, in order to advance the sintering, the sintered porous aluminum sintered as a result of sintering at a high temperature close to the melting point. Only the body with an apparent porosity of 50% or less was obtained.
In Test No. 24, since the amount of Mg is too large, only a non-uniform sintered body can be obtained, and there are portions where the bonds are partially weak in the porous body, and only a porous aluminum sintered body having low strength is obtained. I couldn't.
In test No. 25, since the amount of Fe was too large, a sufficient sintering acceleration effect was not obtained, and only a porous aluminum sintered body having a remarkably low strength was obtained.
In Test No. 26, since the diameter of the aluminum fiber was too thin, the contact area between the aluminum fibers was small, so that a strong bonding point could not be formed, and only a porous aluminum sintered body with low strength was obtained.
In Test No. 27, since the diameter of the aluminum fiber was too large, a sufficient number of bonding points could not be formed at the time of sintering, and only a porous aluminum sintered body having a remarkably low strength was obtained.
In Test No. 28, since the L / R ratio was too small, a high bulk density could not be obtained at the time of filling, and as a result, a porous sintered body having a high porosity could not be obtained.
In test No. 29, since the L / R ratio was too large, the bonding inside the porous material became non-uniform, and a weakly bonded portion was generated partially. As a result, only a porous aluminum sintered body with low strength was obtained. .
以上のことから、本発明によれば、高い気孔率及び十分な強度を有する高品質の多孔質アルミニウム焼結体を提供可能であることが確認された。 From the above, according to the present invention, it was confirmed that a high-quality porous aluminum sintered body having a high porosity and sufficient strength can be provided.
10,10´ 多孔質アルミニウム焼結体
11 アルミニウム繊維
20 焼結用アルミニウム原料
100 多孔質アルミニウム複合部材
120 アルミニウム板(部材本体)
10, 10 'Porous aluminum sintered body 11 Aluminum fiber 20 Aluminum raw material for sintering 100 Porous aluminum composite member 120 Aluminum plate (member main body)
Claims (6)
前記アルミニウム繊維はアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Rが0.02mm以上1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上2500以下の範囲内とされており、
前記多孔質アルミニウム焼結体中には、Feが0.01質量%以上3.00質量%以下含まれ、Mgが0.05質量%以上15.00質量%以下含まれ、残部が不可避不純物とされた組成を有し、
見掛気孔率Pが50%以上、90%以下、下記(1)にて算出される相対引張強度Srが2.0N/mm2以上であることを特徴とする多孔質アルミニウム焼結体。
相対引張強度Sr=S×100/(100−P) ・・・(1)
なお、式(1)中において、Sは最大引張強度(N/mm2)、Pは前記見掛気孔率(%)を表す。 A porous aluminum sintered body obtained by sintering a plurality of aluminum fibers,
The aluminum fibers consist A aluminum or an aluminum alloy, it is in the range diameter R less 1.0mm or 0.02 mm, and a range ratio L / R is 4 or more 2500 or less of the length L and the diameter R Has been
The porous aluminum sintered body contains Fe in an amount of 0.01% by mass to 3.00% by mass, Mg in an amount of 0.05% by mass to 15.00% by mass, and the balance being inevitable impurities. Having a composition
A porous aluminum sintered body having an apparent porosity P of 50% or more and 90% or less and a relative tensile strength Sr calculated by the following (1) of 2.0 N / mm 2 or more.
Relative tensile strength Sr = S × 100 / (100−P) (1)
In the formula (1), S represents the maximum tensile strength (N / mm 2 ), and P represents the apparent porosity (%).
前記アルミニウム繊維は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Rが0.02mm以上1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上2500以下の範囲内とされており、
複数の前記アルミニウム繊維の外表面に、Mg粉およびMg合金粉のいずれか一方または両方を固着し、焼結用アルミニウム原料を形成する焼結用アルミニウム原料形成工程と、
前記焼結用アルミニウム原料を積層する焼結用アルミニウム原料積層工程と、
積層された前記焼結用アルミニウム原料を加熱して焼結する焼結工程と、を有し、
前記焼結用アルミニウム原料におけるFeの含有量が0.01質量%以上3.00質量%以下であり、
前記Mg粉およびMg合金粉のいずれか一方または両方の添加量が、Mg換算で0.05質量%以上15.00質量%以下とし、
前記焼結用アルミニウム原料積層工程では、嵩密度DPを前記アルミニウム繊維の真密度DTの50%以下となるように複数の前記焼結用アルミニウム原料を積層配置し、
前記焼結工程では、前記焼結用アルミニウム原料を不活性ガス雰囲気下において590℃〜655℃の範囲の温度で焼結をすることを特徴とする、多孔質アルミニウム焼結体の製造方法。 A method for producing a porous aluminum sintered body obtained by sintering a plurality of aluminum fibers,
The aluminum fibers is made A aluminum or an aluminum alloy, is in the range diameter R less 1.0mm or 0.02 mm, the length L and the range ratio L / R is 4 or more 2500 or less of the diameter R And
A sintering aluminum raw material forming step of fixing one or both of Mg powder and Mg alloy powder to the outer surface of the plurality of aluminum fibers to form an aluminum raw material for sintering;
A sintering aluminum material lamination step of laminating the sintering aluminum material;
A sintering step of heating and sintering the laminated aluminum raw material for sintering,
The content of Fe in the aluminum raw material for sintering is 0.01% by mass or more and 3.00% by mass or less,
The addition amount of one or both of the Mg powder and Mg alloy powder is 0.05 mass% or more and 15.00 mass% or less in terms of Mg,
Wherein the sintering in consolidating the aluminum material laminating process, the aluminum material for the plurality of sintered to a bulk density D P equal to or less than 50% of the true density D T of the aluminum fibers stacked,
In the sintering step, the sintering aluminum raw material is sintered at a temperature ranging from 590 ° C. to 655 ° C. in an inert gas atmosphere.
前記焼結用アルミニウム原料中の前記Fe粉の含有量が、0.01質量%以上3.00質量%以下であることを特徴とする請求項3に記載の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法。 In the sintering aluminum raw material forming step, further fixing Fe powder to the outer surface of the plurality of aluminum fibers,
The method for producing a porous aluminum sintered body according to claim 3, wherein the content of the Fe powder in the aluminum raw material for sintering is 0.01 mass% or more and 3.00 mass% or less. .
前記アルミニウム繊維は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Rが0.02mm以上1.0mm以下の範囲内とされ、長さLと直径Rとの比L/Rが4以上,2500以下の範囲内とされており、
複数の前記アルミニウム繊維の外表面に、Mg粉およびMg合金粉のいずれか一方または両方を固着して焼結用アルミニウム原料を形成し、前記焼結用アルミニウム原料を前記部材本体と接触させ、前記焼結用アルミニウム原料及び前記部材本体を加熱して焼結することにより、前記多孔質アルミニウム焼結体を形成するとともに、前記多孔質アルミニウム焼結体と前記部材本体とを接合する方法において、
前記焼結用アルミニウム原料におけるFeの含有量が0.01質量%以上3.00質量%以下であり、
前記Mg粉およびMg合金粉のいずれか一方または両方の添加量が、Mg換算で0.05質量%以上15.00質量%以下とし、
前記焼結用アルミニウム原料及び前記部材本体を加熱して焼結する際において、不活性ガス雰囲気下において590℃〜655℃の範囲の温度で焼結をすることを特徴とする多孔質アルミニウム複合部材の製造方法。 A method for producing a porous aluminum composite member in which a member main body made of pure aluminum or an aluminum alloy and a porous aluminum sintered body formed by sintering a plurality of aluminum fibers are joined,
The aluminum fibers is made A aluminum or an aluminum alloy, is in the range diameter R less 1.0mm or 0.02 mm, the ratio L / R of the length L and the diameter R is 4 or more, 2500 or less in the range It is said that
Either one or both of Mg powder and Mg alloy powder is fixed to the outer surface of the plurality of aluminum fibers to form a sintering aluminum raw material, and the sintering aluminum raw material is brought into contact with the member main body, In the method of joining the porous aluminum sintered body and the member main body while forming the porous aluminum sintered body by heating and sintering the aluminum raw material for sintering and the member main body,
The content of Fe in the aluminum raw material for sintering is 0.01% by mass or more and 3.00% by mass or less,
The addition amount of one or both of the Mg powder and Mg alloy powder is 0.05 mass% or more and 15.00 mass% or less in terms of Mg,
A porous aluminum composite member characterized by sintering at a temperature in a range of 590 ° C to 655 ° C in an inert gas atmosphere when the sintering aluminum raw material and the member main body are heated and sintered. Manufacturing method.
前記焼結用アルミニウム原料中の前記Fe粉の含有量が、0.01質量%以上3.00質量%以下であることを特徴とする請求項5に記載の多孔質アルミニウム複合部材の製造方法。 When forming the aluminum raw material for sintering, further fixing Fe powder to the outer surface of the plurality of aluminum fibers,
The method for producing a porous aluminum composite member according to claim 5, wherein the content of the Fe powder in the sintering aluminum raw material is 0.01 mass% or more and 3.00 mass% or less.
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