JPS6124443B2 - - Google Patents
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- JPS6124443B2 JPS6124443B2 JP18146180A JP18146180A JPS6124443B2 JP S6124443 B2 JPS6124443 B2 JP S6124443B2 JP 18146180 A JP18146180 A JP 18146180A JP 18146180 A JP18146180 A JP 18146180A JP S6124443 B2 JPS6124443 B2 JP S6124443B2
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- container
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- metal
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は多孔質金属又は合金の製造方法に関す
る。多孔質金属は焼結含油軸受、フイルター、紡
績用焼結リングの他近年建築用軽量材料、防振材
料、熱交換器、太陽熱集熱体、吸音材、スピーカ
ー振動板等用途が広範囲に広がりつゝある。一般
的にこれらは焼結法で作られるが、選定される合
金系、多孔質度、強度に数多くの問題点がある。
る。多孔質金属は焼結含油軸受、フイルター、紡
績用焼結リングの他近年建築用軽量材料、防振材
料、熱交換器、太陽熱集熱体、吸音材、スピーカ
ー振動板等用途が広範囲に広がりつゝある。一般
的にこれらは焼結法で作られるが、選定される合
金系、多孔質度、強度に数多くの問題点がある。
本発明も出発原料および基本プロセスは粉末冶
金手法によるが従来の手法と比較して以下の利点
を有する。
金手法によるが従来の手法と比較して以下の利点
を有する。
(1) 素材を鉄、非鉄系で完全に任意に選択でき
る。
る。
(2) 多孔質度と孔径を任意に選択できる。
(3) 製品形状も任意に選択できる。ある場合は塑
性加工、切削加工、研削加工等の手法で所望の
形状を得た後に熱的取扱いによつて多孔質度、
孔径を任意に選択できる。
性加工、切削加工、研削加工等の手法で所望の
形状を得た後に熱的取扱いによつて多孔質度、
孔径を任意に選択できる。
本発明は、これら３つの特質を兼備する多孔質
材料を製造法を提供することを目的とする。
材料を製造法を提供することを目的とする。
本発明は基本的には金属又は合金粉末に不溶性
のガスを金属又は合金中に内蔵させた状態で圧密
化した後に、外部より熱を加えて内蔵されたガス
の膨脹圧を金属又は合金の塑性変形抵抗値以上に
高め、膨脹圧によつて金属又は合金を変形させ内
部空孔を拡大させることによつて達成される。
のガスを金属又は合金中に内蔵させた状態で圧密
化した後に、外部より熱を加えて内蔵されたガス
の膨脹圧を金属又は合金の塑性変形抵抗値以上に
高め、膨脹圧によつて金属又は合金を変形させ内
部空孔を拡大させることによつて達成される。
多孔質度は最初に内蔵されたガス量、内蔵せし
める時の内部圧力及び圧密化後の膨脹圧のコント
ロールによつて行なわれる。一方孔間隔はイニシ
ヤルの原料粉末の粒径と膨脹圧のコントロールに
よつて行なわれる。
める時の内部圧力及び圧密化後の膨脹圧のコント
ロールによつて行なわれる。一方孔間隔はイニシ
ヤルの原料粉末の粒径と膨脹圧のコントロールに
よつて行なわれる。
以上をより具体的に表現すると、次の製造工程
によつて実施される。
によつて実施される。
(1) 圧密化すべき原料粉末を製造する。この手法
は従来の公知の粉末製造法のいづれでもよい。
但し最終的に所望する孔径、孔間隔によつては
微細粉末が必要となり製造法が制限されること
があるがこれ自体は本発明と直接関係がないの
で説明は加えないがいづれにしても本発明の趣
旨を損うものではない。
は従来の公知の粉末製造法のいづれでもよい。
但し最終的に所望する孔径、孔間隔によつては
微細粉末が必要となり製造法が制限されること
があるがこれ自体は本発明と直接関係がないの
で説明は加えないがいづれにしても本発明の趣
旨を損うものではない。
(2) (1)項の原料粉末をガス不透過性の容器に充填
する。この容器は一般的には金属又は合金が用
いられる。ガラスのような材料でも差支えな
い。いずれも後続する粉末の圧密温度と圧密時
に外部より作用する応力によつて自在に変形で
きる熱可塑性を有し溶融や破損を生ぜずガス不
透過性を持続できるものであればよい。
する。この容器は一般的には金属又は合金が用
いられる。ガラスのような材料でも差支えな
い。いずれも後続する粉末の圧密温度と圧密時
に外部より作用する応力によつて自在に変形で
きる熱可塑性を有し溶融や破損を生ぜずガス不
透過性を持続できるものであればよい。
容器の形状は所望する最終製品の形状に類似
するものでもよいし、単なる円筒状のものでも
よい。容器への原料粉末の充填度は、最終製品
で所望する空孔率によつて変えればよい。但し
充填度はなんらかの手法によつて測定される必
要がある。
するものでもよいし、単なる円筒状のものでも
よい。容器への原料粉末の充填度は、最終製品
で所望する空孔率によつて変えればよい。但し
充填度はなんらかの手法によつて測定される必
要がある。
容器内への充填度を上げる目的であらかじめ
の冷間プレス等の手法で充填度をあげ、その後
容器内に挿入してもよい。
の冷間プレス等の手法で充填度をあげ、その後
容器内に挿入してもよい。
(3) 容器内に金属又は合金粉末と一緒に不溶性の
ガスを投入する。この工程が本発明の最も重要
な工程となる。投入するガス圧を十分に吟味す
る必要がある。不溶性ガス投入後は容器を密閉
する。こゝでいう不溶性ガスは金属又は合金中
に高温下で実質的に不溶性を示すガスであれば
よい。Ar、Heガスが好ましい。
ガスを投入する。この工程が本発明の最も重要
な工程となる。投入するガス圧を十分に吟味す
る必要がある。不溶性ガス投入後は容器を密閉
する。こゝでいう不溶性ガスは金属又は合金中
に高温下で実質的に不溶性を示すガスであれば
よい。Ar、Heガスが好ましい。
(4) 不溶性ガスを封入した容器を高温高圧下で処
理する。こゝでいう高温高圧下とは容器および
容器内の合金又は金属粉末の塑性変形抵抗値以
上であればよい。
理する。こゝでいう高温高圧下とは容器および
容器内の合金又は金属粉末の塑性変形抵抗値以
上であればよい。
例えばある金属がＴ°（Ｋ）でａKg／mm2の塑
性変形抵抗値を有するとすればａKg／mm2以上の
外圧を作用させることを意味する。高温、高圧
下とは熱間静水圧、熱間押出、熱間プレス等の
いづれの公知手法でも差支えないが、好ましく
は均一な応力場が得られる熱間静水圧、又は熱
間押出法が好ましい。本工程において粉末粒子
間の拡散又は機械的接合が生じ不溶性ガスは粒
子間間隙に濃縮される。ガスを封じ込めた空間
は、クローズドポアとなることが必要で、この
ため粉末の充填密度、封入ガス圧力、熱間圧密
条件等を選定する。
性変形抵抗値を有するとすればａKg／mm2以上の
外圧を作用させることを意味する。高温、高圧
下とは熱間静水圧、熱間押出、熱間プレス等の
いづれの公知手法でも差支えないが、好ましく
は均一な応力場が得られる熱間静水圧、又は熱
間押出法が好ましい。本工程において粉末粒子
間の拡散又は機械的接合が生じ不溶性ガスは粒
子間間隙に濃縮される。ガスを封じ込めた空間
は、クローズドポアとなることが必要で、この
ため粉末の充填密度、封入ガス圧力、熱間圧密
条件等を選定する。
(5) 次に容器は減圧降温される。このとき、粒子
間の空隙はクローズドポアの状態を保持してい
る。容器を製品形状に近似させた場合は、該容
器を除去してもよく、また容器を柱状体等単純
な形状とした場合は、この容器ごと熱間加工ま
たは冷間加工により、棒、線等とし、またはさ
らに旋削等により、目的製品に近い形状に加工
することができる。
間の空隙はクローズドポアの状態を保持してい
る。容器を製品形状に近似させた場合は、該容
器を除去してもよく、また容器を柱状体等単純
な形状とした場合は、この容器ごと熱間加工ま
たは冷間加工により、棒、線等とし、またはさ
らに旋削等により、目的製品に近い形状に加工
することができる。
(6) 最後に容器で被覆されたまま、または容器を
除去した状態で加熱処理し、クローズドポア内
のガス圧により空孔径、空孔率を増加させ、目
的の多孔質製品を得る。もちろんこの後さらに
機械加工を行なうことができる。
除去した状態で加熱処理し、クローズドポア内
のガス圧により空孔径、空孔率を増加させ、目
的の多孔質製品を得る。もちろんこの後さらに
機械加工を行なうことができる。
以上の工程を経て出来る空孔容積、空孔率を数
式で示すと下式の関係が生れる。
式で示すと下式の関係が生れる。
いま内容積がV0（m3）の可塑性容器に体積充
填率βで所望の金属、合金粉末を充填した後該容
器を真空に吸引して空気を除いた後温度T0
（〓）で、圧力P0Kg／m2）のArガスを封入したと
する。このカプセルを熱間静水圧装置（Hip）内
で圧力P2（Kg／m2）温度T2（〓）保持時間を十
分与え、容器及び粉末のクリープ強度を低下する
とともに焼結、拡散を十分行なわせたとすると、
容器内の空孔容積及び空孔率は概略次式で示され
る。
填率βで所望の金属、合金粉末を充填した後該容
器を真空に吸引して空気を除いた後温度T0
（〓）で、圧力P0Kg／m2）のArガスを封入したと
する。このカプセルを熱間静水圧装置（Hip）内
で圧力P2（Kg／m2）温度T2（〓）保持時間を十
分与え、容器及び粉末のクリープ強度を低下する
とともに焼結、拡散を十分行なわせたとすると、
容器内の空孔容積及び空孔率は概略次式で示され
る。
即ち空孔容積Vxは
Ｖx＝Ｐ０（１−β）Ｖ０・Ｔ２／Ｐ２・Ｔ０（m3
） 空孔率Ｈは Ｈ＝１００Ｖｘ／βＶ０＋Ｖｘ（％） となる。空孔率は初期の容器内の不溶性ガス圧
力、その容積比、圧密時の温度で示され圧密時の
温度が高い程高くなる。換言すればこれらが一次
的な空孔コントロールフアクターとなる。
） 空孔率Ｈは Ｈ＝１００Ｖｘ／βＶ０＋Ｖｘ（％） となる。空孔率は初期の容器内の不溶性ガス圧
力、その容積比、圧密時の温度で示され圧密時の
温度が高い程高くなる。換言すればこれらが一次
的な空孔コントロールフアクターとなる。
以上の過程を模式的に容器内の粉末の挙動で示
すと第１図の如くなる。第１図において（断面
図）第１図ａはHip前の充填時の容器内の粉末の
配列状況、ｂはHip中の高温高圧中の粉末の配列
状況である。球状粉末の12面体状の角隙部に不溶
性Arガスが凝集された状況となる。ｃは降温降
圧のHip後の状態で凝集されたほとんどそのまゝ
の空孔径で残存した状態を示す。さらに２次的処
理として第１図ｃの状態から大気圧中で昇温し封
入されたクローズドポアー中のArガスの内部圧
力が用いた金属又は合金粉末の塑性変形値を上廻
るような温度に加熱した時内部空孔は膨脹し、こ
の状態から急冷却することにより空孔率と空孔径
をコントロールすることができる。
すと第１図の如くなる。第１図において（断面
図）第１図ａはHip前の充填時の容器内の粉末の
配列状況、ｂはHip中の高温高圧中の粉末の配列
状況である。球状粉末の12面体状の角隙部に不溶
性Arガスが凝集された状況となる。ｃは降温降
圧のHip後の状態で凝集されたほとんどそのまゝ
の空孔径で残存した状態を示す。さらに２次的処
理として第１図ｃの状態から大気圧中で昇温し封
入されたクローズドポアー中のArガスの内部圧
力が用いた金属又は合金粉末の塑性変形値を上廻
るような温度に加熱した時内部空孔は膨脹し、こ
の状態から急冷却することにより空孔率と空孔径
をコントロールすることができる。
なお、第１図は同粒径の球形粒子の場合を示し
たものであるが本発明はこれに限定されない。
たものであるが本発明はこれに限定されない。
かゝるように本発明は密閉される容器内に不溶
性ガスと金属又は合金粉末を同時に充填し高温、
高圧下で金属又は合金粉末を圧密化せしめた状態
で粉末粒子間に不溶性ガスを濃縮せしめる１次処
理についで、常圧下で高温に保持し濃縮されたガ
スの内部膨脹圧を利用して更に２次的に多孔化す
る手法によつて金属又は合金の多孔質化となるも
のを製造し得るものである。つぎに本発明の実施
例について述べる。
性ガスと金属又は合金粉末を同時に充填し高温、
高圧下で金属又は合金粉末を圧密化せしめた状態
で粉末粒子間に不溶性ガスを濃縮せしめる１次処
理についで、常圧下で高温に保持し濃縮されたガ
スの内部膨脹圧を利用して更に２次的に多孔化す
る手法によつて金属又は合金の多孔質化となるも
のを製造し得るものである。つぎに本発明の実施
例について述べる。
ガスアトマイズ法によつて製造したSUS304の
球状合金粉末（最大粒径600μ、最小粒径75μ、
平均200μ）を内径0.14ｍ高さ0.35ｍの軟鋼製容
器に充填した。充填率は容積比で68％であつた。
該容器を10-2mmHgで室温で真空引したあと、内
圧で3.0Kg／cm2のArガスを充填した。この後該容
器を封着し熱間静水圧法で温度1050℃圧力1200
Kg／cm2保持時間2Hrで圧密化を実施した。圧密完
了後のミクロ組織（倍率×100）を第２図ａに示
す。空孔率は実測値で0.01％であつた。この材料
の一部を20角に鍛伸後1150℃と1250℃で30分溶体
化処理して空冷した。その時のミクロ組織をそれ
ぞれ第２図ｂ，ｃに示す。いずれも空孔径、空孔
率が拡大してｂは面積率で４％、ｃは６％であつ
た。空孔の形状は球形に近く一部は熱間加工方向
に僅かに展伸された隋円状を示した。溶体化処理
後の第２図ｂの引張強さは40Kg／mm2伸び35％絞り
25％を示した。
球状合金粉末（最大粒径600μ、最小粒径75μ、
平均200μ）を内径0.14ｍ高さ0.35ｍの軟鋼製容
器に充填した。充填率は容積比で68％であつた。
該容器を10-2mmHgで室温で真空引したあと、内
圧で3.0Kg／cm2のArガスを充填した。この後該容
器を封着し熱間静水圧法で温度1050℃圧力1200
Kg／cm2保持時間2Hrで圧密化を実施した。圧密完
了後のミクロ組織（倍率×100）を第２図ａに示
す。空孔率は実測値で0.01％であつた。この材料
の一部を20角に鍛伸後1150℃と1250℃で30分溶体
化処理して空冷した。その時のミクロ組織をそれ
ぞれ第２図ｂ，ｃに示す。いずれも空孔径、空孔
率が拡大してｂは面積率で４％、ｃは６％であつ
た。空孔の形状は球形に近く一部は熱間加工方向
に僅かに展伸された隋円状を示した。溶体化処理
後の第２図ｂの引張強さは40Kg／mm2伸び35％絞り
25％を示した。
ついで同材を1.0mm（厚）×10.0mm（幅）×100mm
（長さ）の試験片に加工し片持方式の横振動を与
え100Hzの振動数下で減衰能の試験を行なつた。
測定した最大曲げ応力は５Kg／mm2測定温度は常温
である。
（長さ）の試験片に加工し片持方式の横振動を与
え100Hzの振動数下で減衰能の試験を行なつた。
測定した最大曲げ応力は５Kg／mm2測定温度は常温
である。
溶製法で作つたSUS304の同一処理材の対減衰
率が100Hzで１×10-2であつたのに対し本発明法
によつて得た試験片は2.2×10-2と約２倍の減衰
特性を示した。
率が100Hzで１×10-2であつたのに対し本発明法
によつて得た試験片は2.2×10-2と約２倍の減衰
特性を示した。
以上説明したごとく本発明法による材料が機械
的性質にすぐれ減衰特性が非常に大きな値を示し
た効果は大きいものである。
的性質にすぐれ減衰特性が非常に大きな値を示し
た効果は大きいものである。
第１図は本発明の方法を実施するに当つて模式
的な粉末と空孔の挙動の想定図である。第２図は
実施例における空孔の拡大状況を示すミクロ顕微
鏡写真である。
的な粉末と空孔の挙動の想定図である。第２図は
実施例における空孔の拡大状況を示すミクロ顕微
鏡写真である。
Claims (1)
- １ 金属又は合金の粉末をガス不透過性かつ熱加
塑性の材料でなる容器に封入し、高温下で前記容
器外から加圧して前記粉末を焼結圧密化する方法
において、粉末をこの粉末に実質的に不溶性のガ
スと共存状態で前記容器に封入して高温下で該容
器外から加圧して焼結圧密化して有孔焼結体を得
る第１の工程と、この焼結体を高温に加熱して前
記ガスの圧力によりさらに空孔を拡大して空孔径
を調整する第２の工程からなる多孔質材料の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18146180A JPS57104602A (en) | 1980-12-22 | 1980-12-22 | Production of porous material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18146180A JPS57104602A (en) | 1980-12-22 | 1980-12-22 | Production of porous material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57104602A JPS57104602A (en) | 1982-06-29 |
| JPS6124443B2 true JPS6124443B2 (ja) | 1986-06-11 |
Family
ID=16101155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18146180A Granted JPS57104602A (en) | 1980-12-22 | 1980-12-22 | Production of porous material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57104602A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE602004008622T2 (de) * | 2003-06-20 | 2008-06-05 | CRS Holdings, Inc., Wilmington | Herstellung von metallwerkzeugen mit kontrollierter porosität |
-
1980
- 1980-12-22 JP JP18146180A patent/JPS57104602A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57104602A (en) | 1982-06-29 |
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