JPS6142761B2

JPS6142761B2 -

Info

Publication number: JPS6142761B2
Application number: JP54153254A
Authority: JP
Inventors: Masahito Fujita; Toshio Ookawa; Tooru Morimoto
Original assignee: ENU DEE SHII KK
Current assignee: ENU DEE SHII KK
Priority date: 1979-11-27
Filing date: 1979-11-27
Publication date: 1986-09-24
Also published as: JPS5677301A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はAl若しくはその合金粉の焼結方法に
係り、詳しくは、Al若しくはAl合金粉をベース
粉とし、このベース粉に対し融点の低いAl合金
粉を混合して焼結し、通気性、機械的強度及び延
性に優れるほか、耐食性ならびに耐候性に優れる
多孔質焼結体を製造できる焼結方法に係る。

最近、銅若しくはその合金の球状粉末を焼結し
て成る多孔質焼結体は、フイルタその他の用途の
ほかに、吸音材としての用途に供せられている。
この多孔質焼結体は、隣接粉末間に無限に屈曲す
る連通通路が形成され、この通路を通つて水、油
等の流体が流れる間に過されると同様に、音波
等が該通路を通過する間に、波動エネルギーが吸
収されて吸音される。しかし、この銅等の金属粉
末の多孔質焼結体は非常に重くかつ高価であり、
この点から軽量で経済的なものとして、Alやそ
の合金粉から成る多孔質焼結体が求められてい
る。しかしながら、Al等の粉末の表面はAl₂O₃の
酸化皮膜におおわれ、この皮膜は難還元性である
ため、焼結前に機械的圧力を加えて、表面皮膜を
破壊すると共に、粉末間の空気を外部に追出し内
部の金属分を直接接触させて良好に焼結を行なわ
せる必要があり、この焼結前の加圧によつて上記
構造の多孔質焼結体が得られない。

そこで、本発明者等は、Al若しくはその合金
粉の多孔質焼結体の構造法について研究し、Al
若しくはAl合金のベース粉に対して、このベー
ス粉の融点より融点が低くかつCuを含むAl合金
粉を混合し、ベース粉の融点とAl合金粉の融点
との間の温度で焼結することによつて、多孔質焼
結体を製造できる方法を開発した。

しかし、ベース粉に混合すべき低融点Al―Cu
合金粉（以下、単にAl―Cu粉という。）中には
Cu含み、Cuの一部はどうしてもAl粉末の粒界に
は例えば、Al₂Cu₂等のθ相若しくはη相のAl―
Cu系金属間化合物が連続した帯状のものとして
析出する。このAl―Cu系金属間化合物はAlとの
電位差が大きく、このため、弱酸性の腐蝕環境下
では結晶粒界に沿つて連続的に腐蝕が進行する。

本発明は上記欠点の解決を目的とし、具体的に
は、Al若しくはその合金のベース粉に少なくと
もCuを含むAl―Cu粉を混合して焼結する際に、
このベース粉の粒界に連続したAl―Cu系金属間
化合物を析出させることなく多孔質焼結体を焼結
できる焼結方法を提案する。

なお、ここで、ベース粉中のAl粉とは実質的
にAlから成つて残余が不可避的な不純物であつ
て、一般に、純Alと言われているもの、更に、
ベース粉中のAl合金粉はCu、Mg、Siその他の合
金成分を含むものであり、この中にはCuを含む
ものも含まれるが、ベース粉のAl合金粉はAl―
Cu粉に比べて融点が高いものである。

以下、本発明について詳しく説明する。

まず、Al粉若しくはその合金粉をベース粉と
し、このベース粉に対してAl―Cu粉を混合す
る。このAl―Cu粉は少なくともCuを含みベース
粉に対して融点が10℃若しくは10℃以上低いもの
であある。従つて、ベース粉がAl粉から成ると
きは、Al―Cu粉は例えばAl―12％Cu（融点620
℃）、Al―33％Cu（共晶組成、融点548℃）、Al―
50％Cu（過共晶組成、融点580℃）の何れのもの
でも良く、ベース粉がAl―1.0％Si（融点650℃）
から成るときも、これら合金をAl―Cu粉として
添加できる。

また、ベース粉ならびにAl―Cu粉に対して
Cr、Ti、Sb、Co、Sr、Se若しくはZrのうちの一
種若しくは二種以上の金属粉（以下、単に金属粉
という。）を配合する。この金属粉はAlに優先し
てCuとの間で固溶体若しくは金属間化合物（以
下、金属間化合物等という。）を形成するもので
ある。

次に、このように配合された混合粉は、実質的
に無加圧状態で、所要の形状に成型するために、
例えば、黒鉛容器中若しくは板等の上に散布し、
還元性雰囲気その他の非酸化性雰囲気若しくは真
空中で加熱して焼結する。この際、混合粉中のベ
ース粉が純Al（融点約660℃）のAl粉で、Al―Cu
粉がAl―20％Cu（融点約600℃）であるときは、
610℃前後で焼結する。非酸化性とは、還元性雰
囲気中で焼結する場合のほか、通常の焼結と異な
つて、ほとんど酸素が侵入しない状態を与えるこ
とであつて、一般には、露点で−40℃以下程度が
特に好ましく、当然真空中であつても良い。

以上の通り焼結すると、ベース粉の表面の酸化
皮膜が局部的に破壊する一方、その破壊部分から
Al―Cu粉は溶融拡散して焼結する際に、Al―Cu
粉やベース粉、とくに、Al―Cu粉中のCuのうち
でベース粉の粒界に析出するCuの一部はCr、Ti
その他の金属粉と優先して反応して金属間化合物
等を形成し、一部のCuがAlと反応してベース粉
の粒界に析出しても、このAl―Cu系金属間化合
物は金属間化合物等によつて分断され、断片的に
しか析出しない。

すなわち、ベース粉が加熱されると、表面の酸
化皮膜とその内部との膨脹係数の差から酸化皮膜
は破れて、その破壊部分から内部のAl若しくは
その合金が露出し、融点以下の加熱であつても、
破壊部分が随所にあらわれる。一方、Al―Cu粉
はその融点以上で焼結されるため溶融し、液相部
分がベース粉の破壊部分から作用し、ベース粉は
固相を保持した状態で焼結される。つまり、第１
図に示す如く、ベース粉１にはAl―Cu粉の液相
部分が作用し、Cu分は固溶限度（理論的には
Cu5.7％であるが、焼結では工業的に2.5〜３％程
度である。）内ではAlに固溶してα相として素地
が強化され、Al―Cu粉のところは溶融かつ消失
して連通孔２が形成される。しかし、この素地強
化はベース粉が固相、Al―Cu粉が液相でかつ局
部的に行なわれるため、全体としてCu分の添加
が２％程度にとどめるときでも、固溶が行なわれ
る局部ではCu分の一部は固溶せずに、凝固過程
においてベース粉１の周囲の粒界にAlとの間で
Al―Cu系金属間化合物３（θ相）として析出
し、Cr等の金属粉が存在しないと、これが連続
する。

これに対し、本発明法においてはCr、Ti、
Sb、Co、Se、Sr、Zr等のうち一種若しくは二種
以上の金属粉４を配合するため、第２図に示す如
く、ベース粉１の粒界には金属粉４が存在し、
Al―Cu粉の液相部分、とくに、Cu分に対して凝
固時に金属粉４が核になつてその表面はCuが吸
収され、金属間化合物等が４ａが形成される。つ
まり、ベース粉１の粒界に流出したCu分は金属
粉４の存在するところでは金属間化合物等４ａを
形成し、金属粉４が存在しないところではAl―
Cu系金属間化合物３を形成する。

要するに、第２図に示す如く、金属粉４を核と
して金属間化合物等４ａが優先的に形成されるた
め、Al―Cu系金属間化合物３は分断されて断片
的に生成し、粒界で電気化学的に腐蝕が生じて
も、それは局部的進行にとどまり、この事は耐蝕
性、耐候性は著しく向上させる。

なお、少なくともCuを含むAl―Cu粉におい
て、このCu分の一部をNi若しくはNnの一部若し
くは全部で置換できる。すなわち、Ni、MnはCu
ならびにAlの間でAl―Cu―Mn系またはAl―Cu
―Ni系等の全率固溶体を形成する。従つて、
Ni、Mnは実施例３に示す如くAl―Cu粉のCu分
の一部を置換した型で添加することもでき、Al
―Mn、Al―Ni、Al―Mn―Ni等のAl合金粉の形
でも添加でき、更に、Mn粉、Ni粉としても添加
できる。何れの型で添加しても焼結時に上記の全
率固溶体を形成し、粒界腐蝕は更に減少し、耐蝕
性ならびに耐候性は一層向上する。

更に詳しく説明すると、Ni、MnはCuと原子径
がほぼ等しくCuの一部が置換できる。このた
め、ベース粉の粒界で上記の如くAl―Cu金属間
化合物が形成されても、その一部はNi、MnはCu
ならびにAlの間でAl―Cu―Mn系や、Al―Cu―
Ni系等の全率固溶体を形成し、この金属間化合
物５（θ相）は細く樹脂状に分散する。つまり、
焼結時には粒界においてAl―Cu系金属間化合物
が形成されるが、その一部でMnあるいはNiはCu
ならびにAlの間で全率固溶体が形成されるた
め、太くならず、樹脂状を成しかつ細くなる。ま
た、この状態においてTi、Cr、、Sb、Co、Se、
Sr、Zr等の金属粉４が存在すると、第３図に示
す如く、金属間化合物５が分断かつ分散され、耐
蝕性ならびに耐候性はより一層向上する。

そこで、上記の各粉末の組成ならびに配合範囲
について示すと、次の通りである。

(1) Al―Cu粉について、まず、この粉中にCuを含めるのは、多孔質焼
結体の強度を上昇させるためであり、この意味で
はベース粉中にCuが含まれる場合は、これらの
含量が強度の向上に寄与する。しかし、合量の
Cuがあまり多いと、上記の如く、Al―Cu系金属
間化合物の量が多くなつて耐食性が劣化し、この
意味から、実施例２に示す如く、上限は合量で
6wt％とした。また、Cuの下限は強度の上からは
合量で2wt％必要であるので、2wt％を下限とし
た。

次に、吸音材としての孔隙率を上げるのには
Al―Cu粉の配合比を高めるのが望ましく、孔隙
率40％には実施例１の如く少なくとも8wt％配合
する。しかし、配合率をあまり高めても孔隙率が
その割りに上昇せず、上限はせいぜい20wt％程
度が好ましい。

(2) 金属粉について金属粉は上記の如くベース粉の粒界に単独に存
在してCuを吸収し、Al―Cu系金属間化合物を分
断するもので、この意味で単味の金属粉として添
加し、その量はCu量との関係で規制する。従つ
て、Cu量が２〜6wt％であるから、0.2〜7wt％配
合するのが好ましい。この理由は、0.2wt％以下
では上記の通りの分断分散効果が達成できないか
らであり、また、7wt％以上配合してもその効果
があまり向上せず、Cr、Ti、Sb、Co、Se、Sr、
Zr等の金属粉若しくはこれらの成分を含む合金粉
が高価であるからである。

(3) Mn、Niについて、これらはCu、Alとの間で全率固溶体を形成
し、Cuの一部を置換できる性質のものである。
このため、実施例３で示す如く、Ni、MnはAl―
Cu粉中のCu分の一部を置換する型式としても添
加できるし、これらの金属粉の型式でも添加で
き、更に、ベース粉と合わせてAl―Mn、Al―Ni
等のAl合金の型でも添加できる。しかし、いず
れの型で添加しても、Cu量により規制され、Cu
は上記の如く少なくとも2wt％必要であり、上限
が6wt％であるから、Ni、Mnで置換できる範囲
は4wt％以下であり、僅かであつても全率固溶体
を形成できる。

次に、実施例について説明する。

実施例１まず、Al粉（99.77wt％Al、融点約660℃、平
均粒度40〜150メツシユ）のベース粉87wt％なら
びにAl―Cu粉（50wt％Cu、融点約580℃、平均
粒度100〜150メツシユ）8wt％に対して（Cuは全
量で４％）、Cr粉（99.61wt％、約1800℃、平均
粒度200メツシユ以下）1wt％を配合して混合
し、これら混合粉を黒鉛容器中に散布充填し、板
状のものとして成型した。

次に、黒鉛容器の状態で、成型体を露点−40℃
附近に調整したH₂ガス雰囲気の焼結炉の中に入
れて、温度645℃±３℃の条件で20分間程度焼結
したところ、板状の多孔質体が得られ、その気孔
率は約40％であつた。また、この多孔質体の顕微
鏡組織を求めたところ、第２図に示す通り、1wt
％程度のCr粉の添加によつてベース粉１の粒界
はCr粉４ならびにCr―Cu金属間化合物等４ａの
存在によりAl―Cu系金属間化合物３が分断かつ
分散され、不連続であつた。

また、比較のために、上記組成のAl粉のベー
ス粉88wt％ならびにAl―Cu粉12wt％を混合し
（Cuは全量で6wt％）、同様に黒鉛容器中に散布成
型し、その後、−40℃の露点のH₂ガス雰囲気中で
620℃で９分間焼結した。その結果、得られた多
孔質体の多孔率は40％であり、その顕微鏡組織は
第１図の通り、ベース粉１の粒界にはAl―Cu系
金属間化合物３が太く連続して析出していた。

そこで、上記の通りに得られた二種の多孔質体
についてJIS Ｚ―2371に示される通りに5wt％の
塩水を用いて塩水噴霧試験を行なつた。この試験
について耐蝕、耐候性は各多孔質体の連通孔が粒
界腐蝕によつて簡単に割れてしまうまでの時間で
比較した。この結果、比較例が20時間程度である
のに対し、本発明に係るものは約120時間程度で
あつた。また、試験終了後の各多孔質体の顕微鏡
組織をしらべたところ、比較例の結晶粒界におい
て連続するθ相のAl―Cu系金属間化合物のとこ
ろは孔蝕が進行し、ほとんど機械的強度がない状
態であつたのに対し、本発明に係るものは分断さ
れたところには孔蝕が進行していたが、他の部分
が残存しているため、相当な機械強度があつた。

実施例２まず、実施例１に示す組成ならびに粒度のAl
粉のベース粉とAl―Cu粉を用いて、ベース粉
83wt％とAl―Cu粉12wt％とを配合し（Cuは全量
で6wt％）、これにTi粉（Ti99.40wt％、融点1730
℃）5wt％を配合して混合した。

次に、この混合物を黒鉛容器の中に充填して、
板状のものとして成型してから、実施例１と同様
な条件で焼結したところ、気孔率約41％の多孔質
体が得られた。この顕微鏡組織は第２図に示され
る通りであつて、Cu量が6wt％と多いのにも拘ら
ず、塩水噴霧試験は130時間台に向上した。

実施例３まず、実施例１に示す組成ならびに粒度のAl
粉のベース粉とAl―20％Cu―35％MnのAl―Cu
―Mn系合金粉（融点約590℃）とを用い、ベース
粉89wt％ならびにAl―Cu―Mn系合金粉10wt％
に対し、実施例１に示すCr粉を添加し、この混
合粉を同様に成型、焼結したところ、第３図に示
す顕微鏡組織の多孔質体が得られた。第３図から
明らかな如く、金属間化合物５は細かく分散さ
れ、実施例１と同様な塩水噴霧試験をしたとこ
ろ、100時間台、とくに、130時間以上まで向上し
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法によつて得られた多孔質体の一
例の顕微鏡組織の説明図、第２図ならびに第３図
はそれぞれ本発明法によつて得られた多孔質体の
一例の顕微鏡組織の説明図である。符号１…ベース粉、２…連通孔、３…Al―Cu
系金属間化合物、４…核としての金属粉、４ａ…
金属間化合物等、５…細い金属間化合物。

Claims

【特許請求の範囲】１ Al若しくはその合金粉のベース粉に対し
て、このベース粉の融点より低い融点を有しかつ
少なくともCuを含むAl―Cu合金粉のほかに、
Cr、Ti、Sb、Co、Sr、Se若しくはZrのうちの一
種若しくは二種以上の金属粉を添加してから、実
質的に無加圧の状態で成型した後、前記ベース粉
の融点と前記Al―Cu合金粉の融点との間の温度
で、真空若しくは非酸化性雰囲気の下で焼結する
ことを特徴とするAl若しくはその合金粉の焼結
方法。２ Al若しくはその合金粉のベース粉に対し
て、このベース粉の融点より低い融点を有しかつ
少なくともCuを含むAl―Cu合金粉のほかに、
Mn若しくはNiのうちの一種若しくは二種を、こ
れらの金属粉、前記Al―Cu合金粉中のCuの一部
を置換した型式のAl合金、または、Mn若しくは
Niのうちの一種若しくは二種を含むAl合金の形
で添加すると共に、Cr、Ti、Sb、Co、Sr、Se若
しくはZrのうちの一種若しくは二種以上の金属粉
を添加してから、実質的に無加圧の状態で成型し
た後、前記ベース粉の融点と前記Al―Cu合金粉
の融点との間の温度で、真空若しくは非酸化性雰
囲気の下で焼結することを特徴とするAl若しく
はその合金粉の焼結方法。