JPH0261002A - 複層金属多孔体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、２次元３次元網目状の金属多孔体であって、
多孔体の骨格が鉄あるいは鉄合金の母材とこの母材の表
面を被覆した金属層とで形成されている、複層金属多孔
体の製造方法に関する。この複層金属多孔体は、例えば
構造用材料や触媒担体や工業用フィルター材として好ま
しい。

［従来の技術］ 特願昭６３−１６５８８４号、特願昭６３−１６５８８
５号、は鉄の多孔体の製造方法に関する。これ等の方法
によると、原料粉末が安価に製造でき又多孔体の骨格が
鉄で形成されているため強度や靭性に優れた多孔体が製
造できる。しかしこの多孔体は骨格の表面が鉄であるた
め１例えば腐蝕性の環境で長期間使用すると発錆する。

特開昭５５−１２５２０２号にはＮｉの多孔体の製造方
法が記載されている。しかしこの多孔体は全体がＮｉで
形成されているため、高価なＮｉ粉末を多量使用して製
造する多孔体であり、多孔体が高価であり経済性の点で
難点がある。

［発明が解決しようとする課題］ 多孔体の骨格の母材が鉄や鉄合金で形成された多孔体は
、安価で且つ機械的特性が優れているため好ましい、又
例えば工業用フィルター材としては多孔体の骨格の表面
が非鉄金属や非鉄金属合金で形成された多孔体が好まし
い。

本発明は、二次元あるいは三次元の網目状の金属多孔体
であって、骨格の母材が鉄や鉄合金で、この母材の表面
を母材とは異なる組成の鉄合金や非鉄金属や非鉄金属合
金で被覆した、複層金属多孔体の製造方法を提供するも
のである。

［課題を解決するための手段および作用］本発明の第１
工程では、鉄粉、酸化鉄粉、表面を酸化させた鉄粉を使
用する。酸化鉄粉は例えば製鉄所の製鋼ダスト、熱延ス
ケールを粉砕して製造する事ができる。表面を酸化させ
た鉄粉は、例えば銑鉄、ａＳ鉄を湿式粉砕して得られる
。湿式粉砕法による鉄粉は、粉砕中に発火や爆発等がな
いために安全であり、又表面が酸化していない鉄粉より
も安価に製造できる。粉砕する鉄が合金元素であるＭｎ
、　Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｃｕ、　Ｐ　、　Ａ　Ｑを含有す
る場合は、これ等の合金元素を含有する鉄粉や表面を酸
化させた鉄粉かえられるが、これらの合金元素は本発明
の複層金属多孔体の骨格の強度や耐酸化性等を向上させ
るために好ましい。またこれ等の合金元素を含有する粉
末を母材用粉末に添加させると同様の効果が得られる。

本発明ではまた、必要に応じて炭素粉末を使用する。炭
素粉末は例えば電極やコークスを粉砕して得られる。本
発明では鉄粉、酸化鉄粉、表面を酸化させた鉄粉を単独
であるいは混合してあるいは炭素粉末を添加混合して、
炭素と酸素の含有量が。

［Ｃコ＞２．１．　４／３（［Ｃｕ−２）＜［Ｏ１＜４
／３（［Ｃｕ＋７）但し、［Ｃｕ：母材粉末の炭素含有
量（重量％）、［Ｏ］：母材粉末の酸素含有量（重量％
）の母材用粉末を製造する。炭素含有量が２．１％以上
の鉄はセメンタイトが粉砕核となるため粉砕し易く、粉
末が安価に製造できるが、この粉末は炭素を２．１％以
上含有するため、炭素粉末を添加混合する事なく使用で
きる。本発明では、一般の粉末合金の製造法とは異なり
、粉体を高圧プレスで加圧しないで塗着状態のまＮで焼
結するため、粒子結合が不十分で、焼結後の多孔体の形
状維持が困難となり易い。本発明では後で述べる第４工
程で、Ｆｅ、　Ｃと鉄の低融点の液相を生成せしめ、液
相焼結化によって強固に粒子を結合するが、母材用粉末
中にＣを２．１％以上含有させると、鉄とＦｅ５Ｃの共
晶が生成し、液相焼結化させ易い。

本発明の第４工程では、母材用粉末中の酸素によって炭
素含有量を低減させる。母材用粉末中の［Ｏコの含有量
が４／３（［Ｃ］　−２）以下で゛は脱炭の進行が不十
分で、焼結後の母材の炭素含有量が高く、熱歪等で割れ
易い脆い多孔体となる。又母材用粉末中の［Ｏコ含有量
が４７３（［Ｃｕ＋７）以上では、焼結後の母材中の未
還元酸化物が多くなって、多孔体は崩壊し易い９本発明
者等の知見によると、母材用粉末中の［Ｏ］含有を、４
／３（［Ｃｕ−２）〜４／３（［Ｃｕ＋７）に調整する
と、靭性の優れた健全な多孔体が得られる。

本発明の第２工程では、母材用粉末を結合剤と混練し多
孔材の骨格に塗着する。結合剤は有機系では例えばＣＭ
Ｃやポリアクリル酸を、又無機系では例えば水ガラスを
用いる事ができるが、母材用粉末をこれらの結合剤の水
溶液と混練する。

本発明で多孔材とは、第４工程の加熱で熱分解あるいは
昇華して除去できる多孔体で、例えばウレタンフオーム
をいう、母材用粉末と結合剤との混練物は、スプレーや
浸漬によって多孔材の骨格に塗着される０粒度が５０μ
以下の母材用粉末は結合剤との混線によって語調なスラ
リー状となるため、多孔材の骨格に均一な厚さに塗着せ
しめる事ができる。

本発明の第３工程では被覆金属材粉末を結合剤と混練し
、第２工程の生成物の骨格上に上塗り塗着する。被覆金
属材粉末は、例えばステンレス鋼の組成の如き鉄系の粉
末であってもよいし、又Ｔｉ。

Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｖ等の非鉄金属系の粉
末であってもよい、又被覆金属材粉末は、金属粉末、合
金粉末、合金鉄粉末、金属炭化物の粉末の何れもが使用
でき、又２種あるいはそれ以上の被覆金属材粉末を混合
した混合粉末であってもよい、又被覆金属材粉末は母材
用粉末を混合した混合粉末であってもよい、これらの被
覆金属材粉末は結合剤と混練する。結合剤は第２工程の
結合剤と同様の結合剤が使用でき、又被覆金属材粉末は
粒度が５０μ以下のものが第２工程の場合と同様の理由
で好ましい、塗着は例えばスプレー等で行うことができ
るが、第２工程の生成分が乾燥していると上塗り塗着が
容易である。結合剤の水溶液によって酸化され易い被覆
金属材粉末を使用する際は、混線にあたり微量の炭素粉
末を添加すると焼結性を高め好ましい結果が得られる。

被覆金属材粉末に母材用粉末を混合して用いると、母材
と被覆金属層との密着度が良好な複層金属多孔体が得ら
れる。第３工程の上塗り塗着は複数回繰り返して行う事
ができる。同じ被覆金属材粉末の混練物を複数回繰り返
して上塗り塗着する事により被覆金属の厚さを調整する
事ができる。又例えばＣｕ粉末の混練物を上塗り塗着し
、次にＮｉ粉末の混練物をその上に複々層化するように
更に塗着すると、母材とＮｉ被覆金属層との密着度が強
化された複層金属多孔体が得られるが、この様に第３工
程の上塗り塗着は、異なる被覆金属材粉末の混練物を。

順次複数回に亘って塗着せしめて行うこともできる。

本発明の第４工程では、第３工程の生成物を加熱し多孔
材を除去し更に塗着物を自己還元焼結せしめる。

本発明では母材用粉末が炭素を十分含有しているため、
加熱炉の雰囲気は、一般の焼結合金の場合と異なり、還
元性雰囲気にする必要はなく、非酸化性のアルゴンガス
や窒素ガスの雰囲気で十分である。多孔材がウレタンフ
オームの場合は、１００〜３５０℃で３０分加熱すると
多孔材は除去される。

更に６００〜１２００℃に約１時間加熱すると、液相焼
結化や自己還元反応や仕上げ焼結化によって、母材が鉄
や鉄合金で、この母材の表面が母材とは異なる組成の鉄
合金や非鉄金属や非鉄合金で被覆された複層金属多孔体
が得られる。還元反応に際してはＣＯガスやＣＯ□ガス
が生成するが、これ等のガスは多孔材が除去された空孔
に沿ってスムーズに離脱する。

本発明の方法は、自己還元焼結型の製造法であるため、
焼結後の母材の炭素含有量は、母材用粉末の炭素含有量
と酸素含有量とによっておＮむね決るが、加熱炉の雰囲
気ガスのＰｃｏ、　、　Ｐａ２．　ＰＨ。

の分圧調整を行うことによって、母材の炭素含有量の微
量調整が可能である。

［実施例１］ 湿式粉砕で製造した、平均粒径がｌθμの鋳鉄粉末（Ｃ
：　３．５％、　Ｍｎ　：　０．８０％、Ｓｉ：０．１
０％。

Ｃｒ　：　０．４０％、　Ｐ　：　０．０２０％、　Ｓ
　：　０．０１０％、０：４％、残り鉄）　３ｋｇを、
ポリアクリル酸：１．５％、水：３５％、＄１鉄粉：　
６３．５％の割合で混練し、ウレタン樹脂フオーム（１
００ｍｍ　Ｘ　１００ｍ＋ｍ　Ｘ　１０ａｕａ）を浸漬
し、混練物を塗着し乾燥した。平均粒径５μのＮｉ粉末
２ｋｇをポリアクリル酸：１．０％、水：４０％、Ｎｉ
粉末：５９％の割合で混練し、この混練物に前記の塗着
乾燥多孔体を浸漬した。その後Ｎ３雰囲気炉で。

３００℃Ｘ３０分脱脂加熱、７００℃×１０分自己還元
加熱、１２００℃×３０分焼結加熱（昇温速度５０℃／
Ｈｒ）の加熱を行った。得られた複層金属多孔体は、母
材成分が、Ｃ：０．８％、　Ｍｎ　：　０．７８％、Ｓ
ｉ：０．０５％、Ｃｒ：０．４０％、　Ｐ　：　０．０
２１％、　Ｓ　：　０．０１０％で、被覆層の成分が、
Ｎｉ：９５％、Ｆｅ：４．７％の、耐酸化性のＮｉ被覆
層を有する、鉄−ニッケルの複層金属多孔体であった。

［実施例２］ 製鋼集塵ダストから平均粒径２０μの５表面が酸化した
鉄粉（Ｃ：　０．８％、　Ｍｎ　：　０．３０％、Ｐ：
０．０１０％、　Ｓ　：　０．０１５％、○ニア％、残
り鉄）を回収し、表面が酸化した鉄粉：コークス粉：Ｍ
ｎ粉：ＣＭＣ：水＝　７１　：　２．０　：　０．５　
：　１．５　：　２５の重量比で混練した。この混練物
をローラー法でウレタン樹脂フオーム（１０（ｌｓｍ　
Ｘ　１００＋ｎ＋ａ　Ｘ　５ｍｍ）に塗着し乾燥した。

平均粒径１０μのステンレス鋼粉末：ポリアクリル′ｖ
：水が重量比で７４：１：２５の混練物に前記の塗着乾
燥多孔体を浸漬し、ステンレス鋼粉末を複層化した。そ
の後アルゴンガス雰囲気炉で１．３５０℃Ｘ２０分脱脂
、７５０℃Ｘ３０分自己還元加熱、１２５０″ＣＸ６０
分焼結加熱（昇温速度１００℃／Ｈｒ）の加熱を行った
。得られた複層金属多孔体は、母材成分がｃ　：　ｏ、
ｔｏ％、Ｍｎ：０．７５％、　Ｐ　：　０．０１５％、
ｓｈｏ。

０１５％で、被覆層の成分が、Ｃｒ：１７％、Ｎｉニア
％のステンレス鋼組成で、耐食性のステンレス被覆層を
有する、鉄−ステンレスの複層金属多孔体であった。

［実施例３］ 熱延鋼板工場で発生したスケールを粉砕して、平均粒径
１５μの酸化鉄粉（Ｃ：　０．０３％、　Ｍｎ　：　０
．４０％、　　Ｐ　：　０．０２０％、　　Ｓ　：　０
．０２０％、０：１３％、残り鉄）とした。この酸化鉄
粉を、酸化鉄粉：電極炭素粉：水：水ガラスを重量比で
７０　：　５　：　２０　：　５に混練し、混練物をス
プレー法でウレタン樹脂網（１００ｍｍ＋　Ｘ　ｌｏＯ
＋＊ｍ　Ｘ　２ｍｍ）に塗着し乾燥した。

上記の混練物に平均粒度が５μのフェロクローム粉末を
１０％添加して含クロム混練物を製造し、この含クロム
混練物を上記の塗着乾燥多孔体に上塗り塗着した。その
後Ｎ２ガス雰囲気炉で、３００℃×３０分脱脂、７００
℃×６０分自己還元加熱、　１２００℃×６０分焼結加
熱（昇温速度５０℃／Ｈｒ）を行ったところ、健全な複
層金属の網目体が得られた。母材成分はＣ：　０．１５
％、　Ｍｎ　：　０．３８％、　Ｐ　：　０．０２１％
、ｓｈｏ。

０２１％、残り鉄で、母材と被覆層の境界層の成分はＣ
：　０．１７％、　Ｍｎ　：　０．３６％、Ｃｒ：１．
５％、Ｐ：０゜０２０％、　Ｓ　：　０．０２０％、残
り鉄で、被覆層の成分はＣ：　０．２０％、　Ｍｎ　：
　０．２０％、Ｃｒ：４．０％、Ｐ：０．０１０％、　
Ｓ　：　０．０１５％、残り鉄で、耐熱性を有する鉄ク
ロム合金の表面被覆層を有する。鉄−クロムの複層金属
網目体であった。

［発明の効果］ 本発明の方法で得られる複層金属多孔体は、骨格の母材
が鉄や鉄合金で形成されているため、機械的特性が良好
である。また母材用粉末は安価に製造する事ができる。

本発明は多孔体の骨格の表面を、用途に適した鉄合金や
非鉄金属や非鉄合金で被覆する。従って本発明の複層金
属多孔体は、表面がＦｅよりなる多孔体が従来使用でき
なかった用途にも用いる事ができる。

本発明は、取扱いが安全な酸化鉄粉や表面を酸化させた
鉄粉が使用できるため作業が安全で、また複層塗着物を
一回の加熱によって自己還元焼結化せしめるため、工程
が簡易である。更に本発明では複層塗着物の加熱に還元
性雰囲気炉を必要とせず加熱は容易である。以上の如く
本発明の方法はプロセス全体が簡易でコストが安い。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄粉、酸化鉄粉、表面を酸化させた鉄粉を単独で
   あるいは混合してあるいは炭素粉末を添加し混合して、
   炭素と酸素の含有量が、下記１式の母材用粉末を製造す
   る第１工程と、該母材用粉末を結合剤と混練し多孔材の
   骨格に塗着する第２工程と、被覆金属材粉末を結合剤と
   混練し第２工程の生成物の骨格上に上塗り塗着する第３
   工程と、第３工程の生成物を加熱し多孔材を除去し更に
   塗着物を自己還元焼結せしめる第４工程とを有すること
   を特徴とする、複層金属多孔体の製造方法［Ｃ］＞２．
   １、４／３（［Ｃ］−２）＜［Ｏ］＜４／３（［Ｃ］＋
   ７）・・・１但し［Ｃ］：母材用粉末の炭素含有量（重
   量％）［Ｏ］：母材用粉末の酸素含有量（重量％）
2. （２）母材用粉末が、母材の強度や耐食性を向上させる
   Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐ、Ａｌを含有する母材用粉
   末である、請求項（１）に記載の、複層金属多孔体の製
   造方法
3. （３）被覆金属材粉末がＴｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ
   、Ｃｕ、Ｖの金属またはこれ等を主成分とする合金、合
   金鉄、炭化物の粉末またはこれらを混合した粉末である
   、請求項（１）または（２）に記載の、複層金属多孔体
   の製造方法
4. （４）被覆金属材粉末が母材用粉末を混合した被覆金属
   材粉末である、請求項（１）または（２）または（３）
   に記載の、複層金属多孔体の製造方法（５）第３工程の
   上塗り塗着が、複数回行う上塗り塗着である、請求項（
   １）または（２）または（３）または（４）に記載の、
   複層金属多孔体の製造方法（６）複数回行う上塗り塗着
   が、異なる被覆金属材粉末と結合剤の混練物を、順次複
   数回に亘って行う上塗り塗着である、請求項（５）に記
   載の、複層金属多孔体の製造方法