JPH0261012A - Ａ１系材料若しくはａ１系複合材料成形体の製造方法 - 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、Ａｌ又はＡｌ合金成型体あるいはこれをベー
スとする複合材料成形体を、要求特性を確保しつつ能率
良く製造する方法に関するものである。

［従来の技術］ ＡｌまたはＡｌ合金は、軽量であるという利点に加えて
電気伝導性、熱伝導性、成形性等においても優れた特性
を有しており、更には合金化によって強度面からの改質
も容易であるところから、小型・軽量化の要請の強い電
子・電気機器部品をはじめとして各種機械部品の分野で
賞用されている。又電子・電気機器部品等の分野ではモ
ータ類に対する小型・軽量化の要請が強くなっており、
ＡｌまたはＡｌ合金と磁性材料との複合材料がモータの
磁心材料等として注目を集めつつある。

特にこれらＡｌ複合材料の利用分野では、高機能化や高
付加価値化が図られる中で諸特性の改善が求められてお
り、比弾性率、比抵抗、耐摩耗性、耐熱性の他、磁気特
性や自己潤潜性等の特性も重視・されるようになってい
る。

こうしたＡｌ複合材料成形品の製造方法としては、主と
して次の３つの方式が用いられてきた。

■押出し、ホットプレスあるいはＩＩ　Ｉ　Ｐ等の方法
で成形した素材を切削加工して最終形状に仕上げる方法
。

■押出成形して得た素材を冷間又は熱間で鍛造した後、
切削加工して最終形状に仕上げる方法。

■粉末原料を圧縮成形しく圧粉）、脱脂後、冷間又は熱
間鍛造し、これを切削加工して最終形状に仕上げる方法
。

しかるにまず上記■の方式においては複雑形状部品を得
ようとすると切削代が多くなり、歩留りが低下するとい
う問題がある。特に高価な金属粉末素材を用いる場合の
経済損失は多大である。またＡｌ又はＡｌ合金粉末と他
の金属又は合金粉末を複合化する際に素材を高温条件特
に半溶融状態に曝すと、両者の界面に金属間化合物が生
成して複合材料成形体の物性が大幅に低下するという問
題もある。そして金属間化合物を含む切削くずはスクラ
ップとして回収しても役に立たないものとなり、経済損
失は益々大きなものとなる。

次に■の方式は■の方式に比べると材料歩留りが高いけ
れども、冷間又は熱間で鍛造するに先立って押出成形を
行ない、これを切断してスラブを切り出す必要があり、
切断代が無駄になるたけでなくかなりの切断コストを費
すことになる。ざらに押出成形工程における形状制御は
二次元的調整が可能であるに止まり、三次元的な形状調
整は極めて困難であり、冷間又は熱間鍛造の対象となる
予備成形体の形状に限界がある。このような問題にも増
して、ニアネット成形の可能な粉末原料を冷間又は熱間
鍛造に先立って棒状スラブ（鍛造素材）に押出成形しな
ければならないことは、製品性能に特別の効果が認めら
れない限り素材的並びに工程的に不経済であり、生産コ
ストを高める要因となっている。

これらに対し■の方式は、押出成形スラブの形成に起因
する問題点（切断代が多く三次元的スラブ形状やニアネ
ット成形が困難である等）からみるならば、■の方式よ
り改善されており、ざらに圧粉・脱脂・鍛造の各工程を
連続して実施する粉末鍛造設備を導入することによって
量産化が可能であり経済性も相当に改善可能である。し
かるにこの方法では圧粉工程において粉末原料と金型の
焼付きを防止し、ざらに圧粉成形体を金型から抜ぎ出す
時の離型性を良くする目的で粉末原料混合時にステアリ
ン酸亜鉛やワックス等の潤滑剤を配合する必要がある。

これら潤滑剤は脱脂工程において分解昇華するが、一部
が圧粉成形体中に残存し成形体強度の低下原因となるだ
けでなく、圧粉成形体表面に付着して鍛造後の表面性状
を劣化させる原因となる。また脱脂操作は通常４５０℃
以上で行なわれるのでＡｌ粉末と添加金属粉末が反応し
、界面に金属間化合物が生成して物性の低下を招くこと
がある。そしてこれを補う目的で添加金属粉末の配合量
を多くすると、他の特性が劣化するといった問題を派生
する。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、原料ロスが少なく、工程も比較的簡素な■の方式をさ
らに改善して、諸物性の良好なＡｌ系材料若しくはＡｌ
系複合材料成形体を低コストで能率よく製造し得る方法
を提供しようとするものである。即ち■の方式は圧粉成
形と鍛造を組合せた粉末鍛造方法と称されるものであり
、前述した通り原料ロスや工程上の有利さはあるが、成
形体の物性という点では若干の問題がある。本発明はこ
うした粉末鍛造法の欠点を解消し、さらに工程の合理化
を一層進めることによって上記目的を達成しようとする
ものである。

［課題を解決するための手段］ しかして本発明は、Ａｌ又はＡｌ合金あるいはこれに、
他の金属２合金又はセラミックスを添加・混合し、得ら
れた混合粉末を面圧５　Ｌ／ｃｖａ２以上の圧力で固化
成形した後、３００℃以上で拡散処理する点に要旨を有
するものである。

［作用］ 鍛造は、基本的には高重量落下体の衝撃力によって金属
材料を鍛錬しあるいは成形する技術であり、鍛錬される
金属材料としては鋳造体等の予備成形体が利用される。

粉末鍛造においてはこの予備成形体を用意する目的で原
料粉末の圧粉成形を行なうのであり、圧粉成形段階を経
ずに鍛造工程に入ることは原理的にも粉末鍛造では考え
難いところである。一方圧粉成形だけで鍛造を省略した
場合には、成形体密度を十分高めることができず、満足
し得る物性（強度等）を成形体に付与することができな
い、こうした理由から粉末原料の鍛造による成形は、圧
粉工程及び鍛造工程を脱脂工程を挟んで順に行なう手法
を採用せざるを得ないのが実状である。

これに対し、本発明方法は単味原料若しくは十分に混合
した原料（一般には粉末原料が使用されるので以下粉末
原料として説明する）を圧粉工程に供し、通常の圧粉成
形に用いられる面圧よりかなり高い面圧であってむしろ
冷間鍛造に使われる様な面圧で圧粉成形を行ない、得ら
れた固化成形体を所定の温度以上で拡散処理するもので
ある。

即ち本発明方法における圧粉工程は予備成形工程ではな
く最終製品密度まで原料粉末を圧縮し成形する工程であ
り、個々の原料粉末は著しく高い面圧によって強制的に
塑性変形し、粉末表面の酸化膜が破れて新生面が現われ
た状態となり、該新生面同士が接触した状態の成形体が
形成される。かかる圧粉成形体を高温に加熱すると原料
粉末の新生面同士が接触する界面において拡散現象が活
発に起り強固な金属結合を容易に得ることができる。尚
従来の粉末成形品を単に高温に加熱しても新生面の接触
がないのでこうした強固な金属結合を得ることはできず
、一方単に高圧で圧粉成形しただけでは強固な金属結合
は望めない。この様に本発明は従来よりはかなり高い圧
力で圧粉成形し、次いで拡散熱処理を施すことによって
鍛造工程を省略することができるだけでなく、粉末原料
を用いたニアネット成形を実現することができ、生産性
並びに原料コストの両面から製品コストを大幅に低減す
ることができる。又圧粉成形時の面圧が著しく高いので
原料粉末はあたかも液体状に流動し、その結果複雑な製
品形状であっても支障なしに成形することができる。尚
従来の圧粉成形では、金型の交換性などを考慮して分割
金型が使用されているが、本発明ではかなり高い圧力で
圧粉成形を行なうので分割金型でも構わないが、好まし
くは一体式の金型を使用することが望まれる。

本発明方法を更に具体的に説明すると、例えばＡｌ又は
Ａｌ粉末に他の金属粉末を添加し、Ｖ型ミキサー等を用
いて混合し、圧粉工程に供給する原料粉末を調製する。

尚添加金属としてはＦｅ。

Ｐｂ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｓｔ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ等並びにこ
れらの合金が例示され、又添加セラミックスとしてはＳ
ｉＣ，Ａｌ２０３　、ＴｉＮ、Ｔｉｃ等が例示され、こ
れらは粉末状のみならず繊維状等であっても良い。そし
てその添加割合は体積分率（Ｖｆ）で５〜９０％とする
ことが望まれ、Ｖｆが５％未満では複合効果が不十分で
あり、Ｖｆが９０％を超えるとＡｌによる結合力が不足
してくる。一方成形用金型内には必要に応じてステアリ
ン酸亜鉛等の潤滑剤を水又は有機溶媒に溶かして塗布又
は吹付け、乾燥させた後、金型内へ上記原料粉末を所定
量装入する。モして５　ｔ／ｃａ＋２以上、望ましくは
１０　ｔ／ｃｍ’以上の面圧を加えて圧粉成形する０次
いで成形体を通常の脱型方法例えばノックアウト方式に
より金型から取り出した後、３００〜５００℃、望まし
くは４００〜４５０℃程度に加熱して拡散処理を行なう
。尚加熱温度が３００℃未満の場合には拡散に長時間を
要し非能率的となり、５００℃以上では添加金属粉末の
種類によっては金属間化合物を生成し、性能低下を招く
恐れがある。又加熱時間は加熱温度によって左右され、
加熱温度が高いほど短くなる傾向にあるが、短かすぎる
場合は拡散不十分となり、長ずざると生産性が低下する
と共に金属間化合物が生成し易くなる。さらに加熱７囲
気は大気中でもよいが、添加金属元素の種類や製品用途
に応じて不活性ガスあるいは還元性ガス雰囲気を使用し
、酸化防止をはかることが望まれる。その他、本発明で
は従来の圧粉成形法のように原料粉末中に潤滑剤を添加
することは好ましくない。この理由は原料粉末中に潤滑
剤を添加すると脱脂処理をしても成形体中に潤滑剤が残
存して拡散処理を阻害することにもなるからである。し
かしながら必要に応じて金型内へ潤滑剤を塗布すること
により脱型性を向上させることは実用的にも大いに推奨
される。

［実施例］ 実施例１ 純Ａｌ粉末に、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｓｎ、・Ｎｉ。

Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕの各粉末を体積分率（Ｖｆ）で４０％
添加して混合し、これを、ステアリン酸亜鉛を塗布した
金型内に夫々装入して１２　ｔ／ｃ＋ｎ２の面圧で圧粉
成形した。その後、Ａｒ霊霊気気中４００℃に加熱し、
３０分間保持したところ、弓張強さが約１０　ｋｇ／ｍ
ｍ’の固化成形品を得ることができた。

Ａｌ合金粉（６０６１）のみ及びＡｌ合金粉（６０６１
）にアルミナ粉末、フェライト粉末をＶｆで４０％混合
した粉末原料を、上記と同様にして圧粉成形し、次いで
拡散処理したところ引張強さが夫々１８ｋｇ／ｍａ＋２
．　２０　ｋｇ／＋ｎ＋２．　１２ｋｇ／ｍｎ２の固化
成形品を得ることができた。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、成形工程を、圧粉
工程の一工程だけとすることができ、簡素な工程で強度
等の特性の優れたＡｌ系材料若しくはＡｌ系複合材料成
形体を能率良く製造することができる。又粉末原料を使
用したニアネット成形が実現し、原料ロスを大幅に低減
することができる。かくして原料コストの低減並びに生
産性の向上によってＡｌ系材料若しくはＡｌ系複合材料
成形体を低コストで提供することができるようになった
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ａｌ又はＡｌ合金あるいはこれに、他の金属、合金又は
   セラミックスを添加・混合し、得られた原料を面圧５ｔ
   ／ｃｍ＾２以上の圧力で固化成形した後、３００℃以上
   で拡散処理することを特徴とするＡｌ系材料若しくはＡ
   ｌ系複合材料成形体の製造方法。