JP6864922B2 - アルミニウム系クラッド型材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム系クラッド型材の製造方法及びこれを用いて製造されたアルミニウム系クラッド型材に係り、より詳細には、従来の大量生産方式である直接押出による製造方式であって製造工程が簡単であり、必要とされる設備も比較的単純であって価格競争力が高いため量産に適し、軽量化・高強度・機能性のアルミニウム系クラッド型材を製造することができる、アルミニウム系クラッド型材の製造方法、及びこれを用いて製造されたアルミニウム系クラッド型材に関する。

アルミニウムは、比重が小さくて軽いため航空機、自動車、船舶、鉄道などに使用され、電気の良導体であるため送電線などに使用され、大気中における耐食性が強く人体に無害であるため食品工業食器類などにも多用され、この他にペイント、アルミニウム箔による包装、建築材料、原子炉材などにも利用されるなど、現在までに非常に多くの用途が知られている。

また、アルミニウムは、展性、延性に富むため、棒材、管材、板材、箔材、線材などのいずれの形態にも加工が可能である。一般に、棒材、管材、線材などの一定の断面を持つ製品に形成するためには、押出装置を用いてアルミニウム系クラッド型材に製造される。
ただし、アルミニウム系クラッド型材は、前述した様々な利点があるものの、機械的、物理的性質が相対的に低くて活用度が低い状況であり、さらに複雑で多様な環境に適用するためには、アルミニウムと異種材料とを複合して、耐食性、機械的特性、加工性などの機能が向上したアルミニウム系クラッド型材を開発する必要がある。

また、最近、産業部品の形状と設計がさらに複雑になり、少ない空間に高強度の部品を適用するイシューが多く台頭しており、高強度の軽量化素材を必要とするところが益々増加する傾向にある。このような産業的トレンドにより、アルミニウム系クラッド型材も軽量化の実現と共に高強度の機能性が求められる。

本発明の目的は、従来の大量生産方式である直接押出による製造方式であって製造工程が簡単であり、必要とされる設備も比較的単純であって価格競争力が高いため量産に適し、軽量化・高強度・機能性のアルミニウム系クラッド型材を製造することができる、アルミニウム系クラッド型材の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記アルミニウム系クラッド型材の製造方法によって製造されたアルミニウム系クラッド型材を提供することにある。

本発明の目的は、従来の大量生産方式である直接押出による製造方式であって製造工程が簡単であり、必要とされる設備も比較的単純であって価格競争力が高いため量産に適し、軽量化・高強度・機能性のアルミニウム系クラッド型材を製造することができる、アルミニウム系クラッド型材の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記アルミニウム系クラッド型材の製造方法によって製造されたアルミニウム系クラッド型材を提供することにある。

本発明のアルミニウム系クラッド型材の製造方法は、 従来の大量生産方式である直接押出による製造方式であって製造工程が簡単であり、必要とされる設備も比較的単純であって価格競争力が高いため量産に適し、軽量化・高強度・機能性のアルミニウム系クラッド型材を製造することができる。

本発明のアルミニウム系クラッド型材の製造方法の工程フローチャートである。 ビレット製造過程を模式的に示す図である。 複合ビレットの一例を模式的に示す斜視図である。 複合ビレットの他の一例を模式的に示す斜視図である。 平ダイスを模式的に示す平面図である。 中空ダイスを模式的に示す平面図である。 直接押出させる段階でビレットの形状が変化するそれぞれの段階を示す図である。 プロファイルの一例を示す斜視図である。 カメラボディケースの一例を示す写真である。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。ただし、これは例示として提示されるものであり、これによって本発明が限定されるのではない。本発明は、後述する請求の範囲の範疇によって定義されるだけである。

図１は本発明の一実施例に係るアルミニウム系クラッド型材の製造方法の工程フローチャートである。以下、図１を参照して、前記アルミニウム系クラッド型材の製造方法を説明する。

図１を参照すると、前記アルミニウム系クラッド型材の製造方法は、アルミニウム粉末及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）をボールミル（ｂａｌｌ ｍｉｌｌ）して複合粉末を製造する複合粉末製造段階（Ｓ１０）と、前記複合粉末でビレット（ｂｉｌｌｅｔ）を製造するビレット製造段階（Ｓ２０）と、前記ビレットを押出ダイス（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｄｉｅｓ）を用いて直接押出（ｄｉｒｅｃｔ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）させる直接押出段階（Ｓ３０）とを含む。

まず、アルミニウム粉末及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）をボールミル（ｂａｌｌ ｍｉｌｌ）して複合粉末を製造する（Ｓ１０）。

前記アルミニウム粉末は、純アルミニウム粉末またはアルミニウム合金の粉末であり得る。前記アルミニウム合金は、１０００番台系、２０００番台系、３０００番台系、４０００番台系、５０００番台系、６０００番台系、７０００番台系及び８０００番台系よりなる群から選択されるいずれか一つであり得る。また、前記アルミニウム粉末として、リサイクル粉末（ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｐｏｗｄｅｒ）を使用することができる。

前記複合粉末は、前記カーボンナノチューブを含むことにより、これを用いて製造された前記アルミニウム系クラッド型材は、高強度、高伝導性、軽量化の特性を持つため、放熱用及び電力用線材以外にも、自動車、宇宙航空、航空機などのさまざまな分野でスーパー新素材として非常に有用に活用できる。

また、前記複合粉末は、前記アルミニウム粉末以外の金属粉末をさらに含むことができる。前記追加の金属粉末は、銅、マグネシウム、チタン、ステンレス鋼、タングステン、コバルト、ニッケル、スズ、及びこれらの合金よりなる群から選択されるいずれか一つの金属であり得る。また、前記金属粉末として、リサイクル粉末（ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｐｏｗｄｅｒ）を使用することができる。

ただし、マイクロサイズの前記アルミニウム粒子は、ナノサイズの前記カーボンナノチューブとのサイズ差が大きくて分散が難しく、前記カーボンナノチューブは、強いファンデルワールス力によって凝集しやすく、前記カーボンナノチューブを前記アルミニウム粉末と均一に分散させるために分散誘導剤がさらに添加できる。

前記分散誘導剤としては、ナノＳｉＣ、ナノＳｉＯ２、ナノＡｌ２Ｏ３、ナノＴｉＯ２、ナノＦｅ３Ｏ４、ナノＭｇＯ、ナノＺｒＯ２、及びこれらの混合物よりなる群から選択されるいずれか一つのナノサイズのセラミックを使用することができる。

前記ナノサイズのセラミックは、前記カーボンナノチューブを前記アルミニウム粒子の間に均一に分散させる作用をし、特に、前記ナノＳｉＣ（ナノシリコンカーバイド、ｎａｎｏ Ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ）は、引張強度が高く、鋭く、一定の電気伝導性及び熱導電性を持っており、高硬度及び高耐火性を有し、熱衝撃に強く、高温性質及び化学的安定性に優れて研磨材、耐火材として使用される。また、前記アルミニウム粒子の表面に存在する前記ナノＳｉＣ粒子は、前記カーボンナノチューブと前記アルミニウム粒子との直接接触を抑制して、一般に知られている前記カーボンナノチューブと前記アルミニウムとの反応によって生成できる不健全相のアルミニウムカーバイドの生成を抑制する役割も果たす。

前記複合粉末は、前記アルミニウム粉末１００体積部、及び前記カーボンナノチューブ０．０１体積部乃至１０体積部を含むことができる。

前記カーボンナノチューブの含有量が前記アルミニウム粉末１００体積部に対して０．０１体積部未満である場合、前記アルミニウム系クラッド型材の強度は純アルミニウムと同様に示されるので、強化材として十分な役割を果たすことができないおそれがあり、前記カーボンナノチューブの含有量が１０体積部を超える場合、強度は純アルミニウムに比べて増加するものの、延伸率が低下するおそれがある。また、前記カーボンナノチューブの含有量が非常に多くなると、むしろ分散が難しくなり、欠陥として作用して機械的・物理的特性を低下させるおそれもある。

また、前記複合粉末が前記分散誘導剤をさらに含む場合、前記複合粉末は、前記アルミニウム粉末１００体積部に対して前記分散誘導剤０．１体積部乃至１０体積部をさらに含むことができる。

前記分散誘導剤の含有量が前記アルミニウム粉末１００体積部に対して０．１体積部未満である場合には、分散誘導効果が微々たるものであり、１０体積部を超える場合には、カーボンナノチューブの凝集により分散が難しくてむしろ欠陥として作用するおそれがある。

一方、前記ボールミルは、具体的には大気、不活性雰囲気、例えば窒素またはアルゴン雰囲気中、１５０ｒ／ｍｉｎ乃至３００ｒ／ｍｉｎの低速または３００ｒ／ｍｉｎ以上の高速で１２時間乃至４８時間の間、ボールミル機、例えば水平型またはプラネタリーボールミル機を用いて行われ得る。

このとき、前記ボールミルは、ステンレス容器で、ステンレスボール（直径２０φのボールと直径１０φのボールを１：１で混合）を前記複合粉末１００体積部に対して１００体積部乃至１５００体積部で装入して行われ得る。

また、摩擦係数を減少させるために、工程制御剤として、ヘプタン、ヘキサン及びアルコールよりなる群から選択されるいずれか一つの有機溶剤を前記複合粉末１００体積部に対して１０体積部乃至５０体積部で使用することができる。前記有機溶剤は、ボールミル後の容器をオープンして前記混合粉末の回収の際にフードからすべて蒸発し、回収される混合粉末には、前記アルミニウム粉末と前記カーボンナノチューブのみが残る。

この時、前記ナノサイズのセラミックである分散誘導剤は、前記ボールミル工程時に発生する回転力によって前記ナノサイズのミリングボールのような役割を果たし、物理的に凝集した前記カーボンナノチューブを分離し、流動性を促進させて前記カーボンナノチューブを前記アルミニウム粒子の表面にさらに均一に分散させることができる。
次に、前記得られた複合粉末でビレット（ｂｉｌｌｅｔ）を製造する（Ｓ２０）。

図２はビレット製造過程を模式的に示す図である。図２を参照すると、前記ビレットは、前記複合粉末１０をガイダーＧを介して金属缶２０に装入し（Ｓ２０−１）、キャップＣで封入または圧着して粉末が流れないようにして製造することができる（Ｓ２０−４）。

前記金属缶２０は、電気伝導性及び熱伝導性のある金属からなるものであれば、いずれも使用可能であり、アルミニウム缶、銅缶、マグネシウム缶を好ましく使用することができる。前記金属缶２０の厚さは、６インチのビレットを仮定する場合に０．５ｍｍ乃至１５０ｍｍであり得るが、これは、ビレットの大きさに応じて様々な厚さ比率を持つことができる。

一方、図３及び図４は本発明で製造できるビレットの例を模式的に示す斜視図である。
図３を参照すると、まず、中空円筒状の第１ビレット１１の内部に、前記第１ビレット１１とは成分が異なる第２ビレット１２を配置して複合ビレットを製造することができる。
この時、前記第１ビレット１１は、中空円筒状であって、一方の入口が閉じた缶（ｃａｎ）状、または両方の入口が開いた中空円筒状であり得る。前記第１ビレット１１は、アルミニウム、銅、マグネシウムなどからなり得る。前記第１ビレット１１は、前記金属母材を溶融させた後、鋳型に注入して中空円筒状に製造するか、或いは機械加工して製造することができる。

前記第２ビレット１２は、前記製造された複合粉末を含むことができ、前記第２ビレット１２は、塊（ｂｕｌｋ）または粉末であり得る。

前記第２ビレット１２が塊である場合には、前記第２ビレット１２は、具体的には円柱状をすることができる。前記複合ビレットは、前記円柱状の第２ビレット１２を前記第１ビレット１１の内部に配置させて製造することができる。この時、前記第２ビレット１２を前記第１ビレット１１の内部に配置させる方法では、前記第２ビレット１２の複合粉末を溶融させて鋳型に注入して円柱状に製造した後、これを前記第１ビレット１１の内部に嵌合して製造することもでき、或いは、前記複合粉末を前記第１ビレット１１の内部に直接装入して製造することもできる。

図４を参照すると、前記第２ビレット１２の内部に前記第２ビレット１２とは成分が異なる第３ビレット１３をさらに配置して複合ビレットを製造することもできる。

前記第３ビレット１３は、金属の塊（ｂｕｌｋ）または粉末であり得る。前記第３ビレット１３については、前記第２ビレット１２についての説明と同様なので、反復的な説明は省略する。

一方、前記第２ビレット１２または前記第３ビレット１３などが、前記複合粉末を含む塊である場合、前記複合粉末を高圧で圧着させるか或いは焼結させて塊状に製造することができる。

この時、前記第２ビレット１２と第３ビレット１３が含む複合粉末は、前記アルミニウム粉末１００体積部に対する前記カーボンナノチューブの体積部が互いに異なり得る。すなわち、図４において、前記第２ビレット１２は、前記第３ビレット１３とは前記アルミニウム１００体積部に対する前記カーボンナノチューブの体積部が異なり得る。

前記第２ビレット１２は、前記アルミニウム１００体積部に対して前記カーボンナノチューブを０．０９体積部乃至１０体積部で含み、前記第３ビレット１３は、前記アルミニウム粉末１００体積部に対して前記カーボンナノチューブを０体積部乃至０．０８体積部で含むことができる。

または、前記第２ビレット１２は、前記複合粉末を含み、前記第３ビレット１３は、前記第１ビレット１１と同様に、アルミニウム、銅、マグネシウム、チタン、ステンレス鋼、タングステン、コバルト、ニッケル、スズ、及びこれらの合金よりなる群から選択されるいずれか一つの金属塊または金属粉末であってもよい。

前記複合ビレットは、前記複合ビレットの全体積に対して、前記第２ビレット１２を０．０１体積％乃至１０体積％、及び前記第３ビレット１３を０．０１体積％乃至１０体積％で含むことができ、前記第１ビレット１１を残りの体積で含むことができる。

また、前記複合ビレットは、前記第１ビレット１１と前記第２ビレット１２との間または前記第２ビレット１２と前記第３ビレット１３との間に、１つ以上の追加のビレットをさらに含むことができ、その数は、本発明で特に制限されず、例えば１０個以下のビレットをさらに含むことができる。前記追加のビレットについては、前記第２ビレット１２についての説明と同様なので、反復的な説明は省略する。ただし、前記追加のビレットも前記複合粉末を含むことができ、前記第２ビレット１２及び／または第３ビレット１３が含む複合粉末の体積部と前記アルミニウム粉末１００体積部に対する前記カーボンナノチューブの体積部とが互いに異なり得る。

上述したような構成を持つ複合ビレットを用いて、後述の直接押出方法によって、複数のＴ字型スロットを含むプロファイルやカメラボディケースなどを製造する場合には、相対的に厚さが薄くて強度が弱い部分、例えば前記Ｔ字型スロット同士の間の隔壁の強度を部分的にさらに強化することができる。

一方、前記複合ビレットが、前記複合粉末を含む前記第２ビレット１２又は前記第３ビレット１３を含むことにより、前記複合ビレットは、前記封入する前に、１０ＭＰａ乃至１００ＭＰａの高圧で圧着させる工程を含むことができる（Ｓ２０−２）。

前記複合ビレットを圧着することにより、以後、前記複合ビレットを押出ダイスを用いて直接押出させることが可能となる。前記複合粉末を圧着する条件が１０ＭＰａ未満である場合には、製造されたアルミニウム系クラッド型材に気孔が発生することができ、前記複合粉末が流下することができ、前記複合粉末を圧着する条件が１００ＭＰａを超える場合には、高圧力により前記第２ビレット（２番目以上のビレットを意味する）が膨張することができる。

また、前記複合ビレットが、前記複合粉末を含む前記第２ビレット及び／または前記第３ビレットを含むことにより、以後、前記複合ビレットを押出ダイスを用いて直接押出させるために、前記複合ビレットを焼結させる工程をさらに含むことができる（Ｓ２０−３）。

前記焼結には、放電プラズマ焼結（ｓｐａｒｋ ｐｌａｓｍａ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）または熱間加圧焼結装置を使用することができるが、同じ目的を達成することができる限り、いかなる焼結装置を使用してもよい。ただし、短時間で高精度に焼結することが必要な場合、放電プラズマ焼結を用いることが好ましく、この時、３０ＭＰａ乃至１００ＭＰａの圧力下、２８０℃乃至６００℃の温度で１秒乃至３０分間、放電プラズマ焼結を行うことができる。

次に、前記製造されたビレットを押出ダイスを用いて直接押出させてアルミニウム系クラッド型材を製造する（Ｓ３０）。

前記押出ダイスは、平ダイス（Ｓｏｌｉｄ Ｄｉｅｓ）、中空ダイス（Ｈｏｌｌｏｗ Ｄｉｅｓ）、半中空ダイス（Ｓｅｍｉ−Ｈｏｌｌｏｗ Ｄｉｅｓ）であり得る。図５は前記平ダイスを模式的に示す平面図であり、図６は前記中空ダイスを模式的に示す平面図である。

一例として、前記平ダイスは、棒状のアルミニウム系クラッド型材を製造するのに使用することができ、前記中空ダイスは、管状やプロファイル形状などのアルミニウム系クラッド型材を製造するのに使用することができる。以下、前記押出ダイスが中空ダイスである場合を一例として、前記直接押出工程を説明する。

図６を参照すると、前記中空ダイスは、前記ビレットを分割しようとする数に応じて複数の孔が穿設されたダイスである。前記中空ダイスの孔は、例えば２つ、３つ及び４つ以上であり、本発明では特に限定されない。図６では、前記中空ダイスが４つの孔を有することが例示されている。

具体的には、前記直接押出させる段階（Ｓ３０）は、前記中空ダイスによって前記ビレットが円筒直径の垂直方向に分割されるビレット分割段階（Ｓ３０−１）、前記分割されたビレットを接合チャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）に注入して中空状に接合させる接合段階（Ｓ３０−２）、及び前記中空状に接合されたビレットを直接押出する押出段階（Ｓ３０−３）を含むことができる。

図７は本発明の直接押出させる段階（Ｓ３０）で前記ビレットの形状が変化するそれぞれの段階を示す図である。図７を参照すると、まず、前記ビレットは、前記中空ダイスによって前記円筒直径の垂直方向に２つ以上に分割される（Ｓ３０−１）。参考までに、図７では前記ビレットが前記中空ダイスによって４つに分割されることが例示されている。

前記分割されたビレットは、接合チャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）に注入されてチャンバーを充填した後（Ｓ３０−２−１）、前記分割されたビレットが再び合わせられながら中空状に接合される（Ｓ３０−２−２）、その後、前記中空状に接合されたビレットは直接押出される（Ｓ３０−３）。上述の方法によって製造された前記アルミニウム系クラッド型材は、分割後に接合されるため、径方向に２箇所以上の押出融着部が存在することができる。

前記直接押出時のダイ角（ｄｉｅ ａｎｇｌｅ）は４００℃乃至５５０℃であり、押出比は１５乃至１２０であり、押出速度は２ｍｍ／ｓ乃至１０ｍｍ／ｓであり、押出圧力は１５０ｋｇ／ｃｍ２乃至２００ｋｇ／ｃｍ２であり、ビレット温度は３５０℃乃至５５０℃であり得る。前記押出比は、前記ビレットの断面積と前記アルミニウム系クラッド型材の断面積との比である。

一方、前記ビレットが、前記複合粉末を含む前記第２ビレット及び／または前記第３ビレット（２番目以上のビレットを意味）を含む場合には、前記複合ビレットを前記押出ダイスを用いて直接押出させるために、上述したように、前記複合ビレットを高圧で圧着させるか或いは前記焼結させる必要がある。

前記アルミニウム系クラッド型材の製造方法は、選択的に、前記製造されたアルミニウム系クラッド型材の熱処理などの後処理工程をさらに含むことができる。前記アルミニウム系クラッド型材の製造方法を用いる場合、従来の一般な熱処理条件で熱処理してもさらに良い熱処理効果を得ることができる。

本発明の他の一実施例に係るアルミニウム系クラッド型材は、前記アルミニウム系クラッド型材の製造方法によって製造できる。

前記直接押出させて製造された前記アルミニウム系クラッド型材は、棒材（ｒｏｄ）、管材（ｔｕｂｅ）、板材（ｐｌａｔｅ）、箔材（ｓｈｅｅｔ）、線材（ｗｉｒｅ ｒｏｄ）、アングル（ａｎｇｌｅ）及びプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）よりなる群から選択されるいずれか一つの形態であり、特に、カメラボディケースと同様の管材やプロファイルなどの形態であり得る。

前記アルミニウムチューブなどは、油空圧シリンダボディ、多機能カメラボディケース、複合電線、及び多様な産業用素材のパイプ及びシャーシ材料として使用でき、前記プロファイルは、Ｔ字型スロット構造を含んでおり、溶接工程なしに締結が可能であり、簡単な構造と速い組立時間で工程消費時間を減らすことができ、少ない人員で速いフレーム構造物の製作が可能である。

図８は前記プロファイルの一例を示す写真である。図８を参照すると、前記プロファイル３０は、プロファイルボディ３１、及び前記プロファイルボディ３１の長さ方向に沿って形成された一つ以上のＴ字型スロット３２を含む。

前記Ｔ字型スロット３２は、中央に長さ方向に開口を有し、前記開口の内側に凹入するように形成され、Ｔ−ボルトまたはＴ−ナットなどの固定用部品を挿入した後、回転させて固定することができるＴ字型溝部を含む。

また、前記プロファイル３０は、前記プロファイルボディ３１の周りを取り囲み、隔壁３３を挟んで配置される複数の前記Ｔ字型スロット３２を含むことができる。図８では、前記プロファイル３０が４つのＴ字型スロット３２を含むことが示されており、前記４つのＴ字型スロット３２は、前記プロファイルボディ３１の四面を取り囲んでいる。

このとき、図８に示すように、前記Ｔ字型スロット３２同士の間の隔壁３３、特に前記Ｔ字型スロット３２と前記プロファイルボディ３１との間の連結部の厚さが薄くて相対的に強度が脆弱であり得る。これを補強するために、前記プロファイルボディ３１は、前記アルミニウム粉末１００体積部に対して前記カーボンナノチューブを０体積部乃至０．０８体積部で含み、前記Ｔ字型スロット３２の一部は、前記アルミニウム粉末１００体積部に対して前記カーボンナノチューブを０．０９体積部乃至１０体積部で含むことができる。すなわち、前記Ｔ字型スロット３２の一部で前記カーボンナノチューブの含有量を増量することにより、前記Ｔ字型スロット３２同士の間の隔壁３３の強度を補強することができる。

このような前記プロファイル３０は、缶状の第１ビレット、前記第１ビレットの内部に配置された第２ビレット、及び前記第２ビレットの内部に配置された第３ビレットを含み、前記第２ビレット、前記第３ビレット、及びこれらの組み合わせよりなる群から選択されるいずれか一つのビレットは、前記複合粉末を含む構造の複合ビレットを製造し、前記複合ビレットを圧着または焼結させた後、これを直接押出することにより製造することができている。

一例として、前記第３ビレットは、直接押出されて前記プロファイルボディ３１となる部分であって、前記アルミニウム粉末１００体積部に対して前記カーボンナノチューブを０体積部乃至０．０８体積部で含み、前記第２ビレットは、直接押出されて前記Ｔ字型スロット３２同士の間の隔壁３３となる部分であって、前記Ｔ字型スロット３２の一部は、前記アルミニウム粉末１００体積部に対して前記カーボンナノチューブを０．０９体積部乃至１０体積部で含むことができる。

図９はカメラボディケースの一例を示す写真である。

図９を参照すると、前記カメラボディケースは、円筒状をし、前記円筒は、外部層、内部層、及び前記外部層と前記内部層との間に位置する中間層の３つの層からなり得る。

一例として、前記外部層は、アルミニウム６０６３（Ａｌ６０６３）からなり、前記内部層は、アルミニウム３００３（Ａｌ３００３）からなり、前記中間層は、前記アルミニウム−ＣＮＴ複合粉末（Ａｌ−ＣＮＴ）からなり得る。

このような前記カメラボディケースは、アルミニウム６０６３からなる円筒状の第１ビレットの内部には、アルミニウム３００３からなる円柱状の第３ビレットが位置し、前記第１ビレットと前記第３ビレットとの間には、前記複合粉末を含む構造の複合ビレットを製造し、前記複合ビレットを圧着または焼結させた後、これを直接押出することにより製造することができる。

以下、本発明の具体的な実施例を提示する。ただし、下記に記載された実施例は、本発明を具体的に例示または説明するためのものに過ぎず、これによって本発明が限定されるのではない。また、ここに記載されていない内容は、当技術分野における熟練した者であれば十分に技術的に類推することができるもので、その説明を省略する。

［製造例１：プロファイル形状のアルミニウム系クラッド型材の製造］
（実施例１）
カーボンナノチューブは、純度９９．５％、直径１０ｎｍ以下及び長さ３０μｍ以下を有し（ルクセンブルク、（株）ＯＣＳｉＡｌ社製）、アルミニウム粉末は、平均粒径４５μｍ、純度９９．８％（韓国、ＭｅｔａｌＰｌａｙｅｒ製）のものを使用した。

一方、前記第１ビレットである金属缶の中央に円柱状の第３ビレットが位置し、前記第１ビレットと第３ビレットとの間に第２ビレット（複合粉末）が位置するように、複合ビレットを製造した。

前記第２ビレットは、前記アルミニウム粉末１００体積部に対してカーボンナノチューブを０．１体積部で含むアルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を含み、前記第１ビレットは、アルミニウム６０６３からなり、前記第３ビレットは、アルミニウム３００３合金からなっている。

前記第２ビレットは、具体的には次の方法で製造された。アルミニウム粉末１００体積部、前記カーボンナノチューブ０．１体積部の割合でステンレス容器に３０体積％で充填し、前記容器にステンレスボール（直径２０φのボールと直径１０φのボールとを混合）を容器の内部に３０体積％まで充填し、ヘプタンを５０ｍｌ添加した後、これを水平型ボールミル機を用いて２５０ｒｐｍで２４時間低速ボールミルさせた。その後、前記容器をオープンして前記ヘプタンをフードからすべて蒸発させ、アルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を回収した。

前記製造されたアルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を前記第１ビレットと前記第３ビレットとの間の隙間２．５ｔに装入させ、１００ＭＰａの圧力で圧着させることにより、前記複合ビレットを製造した。

前記製造されたビレットを、孔が４つである中空ダイスを装着した直接押出機を用いて押出比１００、押出速度５ｍｍ／ｓ、押出圧力２００ｋｇ／ｃｍ２、ビレット温度４６０℃の条件で直接押出することにより、図８に示したＴ字型スロットを４つ含むプロファイル形状のアルミニウム系クラッド型材を製造した。

（実施例２）
実施例１と同様の方法で、前記カーボンナノチューブの含有量が１体積部であるアルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を製造し、複合ビレットを製造した。

前記製造されたビレットは、実施例１と同様の条件で直接押出することにより、Ｔ字型スロットを４つ含むプロファイル形状のアルミニウム系クラッド型材を製造した。

（実施例３）
実施例１と同様の方法で、前記カーボンナノチューブの含有量が３体積部であるアルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を製造し、複合ビレットを製造した。

前記製造されたビレットは、実施例１と同様の条件で直接押出することにより、Ｔ字型スロットを４つ含むプロファイル形状のアルミニウム系クラッド型材を製造した。

（比較例１）
ＣＮＴ１０重量％とアルミニウム粉末８０重量％とを混合したアルミニウム−ＣＮＴ混合物を分散誘導剤（溶媒と天然ゴム液を１：１で混合した溶液）と１：１で混合し、超音波を１２分間照射して分散混合物を製造した後、分散混合物を管状炉で不活性雰囲気、５００℃で１．５時間熱処理して分散誘導剤成分を完全に除去することにより、アルミニウム−ＣＮＴ混合物を製造した。

前記製造されたアルミニウム−ＣＮＴ複合粉末を直径１２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのアルミニウム缶に投入して封入し、熱間押出機（日本、島津製作所製、モデルＵＨ−５００ｋＮ）で押出温度４５０℃、押出比２０の条件で熱間粉末押出することにより、Ｔ字型スロットを４つ含むプロファイル形状のアルミニウム系クラッド型材を製造した。

［実験例１：アルミニウム系クラッド型材の機械的物性の測定］
実施例及び比較例で製造されたアルミニウム系クラッド型材の引張強度、延伸率及びビッカース硬さを測定し、その結果を下記表１に示した。

前記引張強度及び延伸率は、引張速度２ｍｍ／ｓの引張テスト条件及び引張試験片ＫＳ規格４号の方法で測定し、前記ビッカース硬さは、３００ｇ、１５秒の条件及び方法で測定した。

１）Ａｌ６０６３：アルミニウム６０６３
２）Ａｌ３００３：アルミニウム３００３
前記表１を参照すると、実施例で製造されたアルミニウム系クラッド型材は、強い材質（Ａｌ６０６３）とソフトな材質（Ａｌ３００３）の材料を用いて押し出したアルミニウム系クラッド型材に比べて強度と延性を同時に持っていることが分かる。

また、比較例１で製造されたアルミニウム系クラッド型材は、ビッカース硬さが高いものの、延伸率が非常に低いことが分かる。

［実験例２：アルミニウム系クラッド型材の耐食性の測定］
実施例及び比較例で製造されたアルミニウム系クラッド型材の耐食性の特性を測定し、その結果を下記表２に示した。

前記特性は、海水噴霧試験法でサイズ１０＊１０と厚さ２ｍｍのサンプルをＣＡＳＳ規格で測定した。

１）Ａｌ６０６３：アルミニウム６０６３
２）Ａｌ３００３：アルミニウム３００３
前記表２を参照すると、実施例で製造されたアルミニウム系クラッド型材は、強い材質（Ａｌ６０６３）と耐食性に優れた材質（Ａｌ３００３）の材料を用いて少量のＣＮＴの添加でも押し出したアルミニウム系クラッド型材に比べて耐食性が非常に向上することを確認することができる。また、比較例１で製造されたアルミニウム系クラッド型材は、純合金よりも高い値を示すが、実施例２で製造されたアルミニウム系クラッド型材よりは低いことが分かる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、前述した実施例は、本発明の特定の一例として提示されるものであり、これによって本発明が限定されるのではなく、後述する特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。

１０ 複合粉末
１１ 第１ビレット
１２ 第２ビレット
１３ 第３ビレット
２０ 金属缶
Ｇ ガイダー
Ｃ キャップ
３０ プロファイル
３１ プロファイルボディ
３２ Ｔ字型スロット
３３ 隔壁

Claims (9)

1. アルミニウム粉末及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）をボールミル（ｂａｌｌ ｍｉｌｌ）して複合粉末を製造する複合粉末製造段階と、
   前記複合粉末でビレット（ｂｉｌｌｅｔ）を製造するビレット製造段階と、
   前記ビレットを押出ダイス（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｄｉｅｓ）を用いて直接押出（ｄｉｒｅｃｔ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）させる直接押出段階とを含み、
   前記ビレットは、
   アルミニウムからなる缶状の第１ビレット、
   前記第１ビレットの内部に配置され、アルミニウム粉末１００体積部に対してカーボンナノチューブを０．０９体積部乃至１０体積部で含む複合粉末からなる第２ビレット、及び
   前記第２ビレットの内部に配置され、アルミニウム粉末１００体積部に対してカーボンナノチューブを０．０８体積部で含む複合粉末からなる第３ビレットからなる、アルミニウム系クラッド型材の製造方法。
2. 前記ボールミルは、１５０ｒ／ｍｉｎ乃至３００ｒ／ｍｉｎの低速または３００ｒ／ｍｉｎ以上の高速で、１２時間乃至４８時間の間、前記複合粉末１００体積部に対して１００体積部乃至１５００体積部のボール及び１０体積部乃至５０体積部の有機溶剤と共に、水平型またはプラネタリーボールミル機を用いて行われる、請求項１に記載のアルミニウム系クラッド型材の製造方法。
3. 前記有機溶剤がヘプタンである、請求項２に記載のアルミニウム系クラッド型材の製造方法。
4. 前記ビレット製造段階は、前記複合粉末を１０ＭＰａ乃至１００ＭＰａの高圧で圧着させる工程を含む、請求項１に記載のアルミニウム系クラッド型材の製造方法。
5. 前記ビレット製造段階は、前記複合粉末を３０ＭＰａ乃至１００ＭＰａの圧力下、２８０℃乃至６００℃の温度で１秒乃至３０分間放電プラズマ焼結（ｓｐａｒｋ ｐｌａｓｍａ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）させる工程を含む、請求項１に記載のアルミニウム系クラッド型材の製造方法。
6. 前記押出ダイス（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｄｉｅｓ）が中空ダイスである、請求項１に記載のアルミニウム系クラッド型材の製造方法。
7. 前記直接押出させる段階は、
   前記中空ダイスによって前記ビレットが直径の垂直方向に分割されるビレット分割段階と、
   前記分割されたビレットを接合チャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）に注入して中空状に接合させる接合段階と、
   前記中空状に接合されたビレットを直接押出する押出段階とを含む、請求項６に記載のアルミニウム系クラッド型材の製造方法。
8. 前記アルミニウム系クラッド型材は、棒材（ｒｏｄ）、管材（ｔｕｂｅ）、板材（ｐｌａｔｅ）、箔材（ｓｈｅｅｔ）、線材（ｗｉｒｅ ｒｏｄ）、プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）及びアングル（ａｎｇｌｅ）よりなる群から選択されるいずれかの形態である、請求項１に記載のアルミニウム系クラッド型材の製造方法。
9. 前記アルミニウム系クラッド型材がカメラボディケースである、請求項８に記載のアルミニウム系クラッド型材の製造方法。

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