WO2006070879A1 - アルミニウム複合材の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention generally relates to a method for producing an aluminum composite, and more specifically, plastic workability, thermal conductivity, strength at room temperature or high temperature, high rigidity, neutron absorption performance, wear resistance, low heat
- the present invention relates to the production of an aluminum composite material excellent in at least one characteristic such as expansibility.
- the mixed powder was sealed in a can or cold compression molded, and then degassed, sintered, etc., and molded into the desired shape.
- a sintering method a method of simply heating, a method of heating while applying pressure such as hot press, a method of pressure sintering by hot plastic processing such as hot extrusion processing, hot forging processing or hot rolling processing, There are a method of energizing and sintering while applying pressure, a method of combining these methods, and the like. In some cases, degassing was also used for sintering.
- Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-329302
- the main purpose is to provide a method that can easily produce a large amount of aluminum composite material with a large amount of lamix.
- Another object of the present invention is to provide a method for producing an aluminum composite material in which a metal plate is clad on an aluminum ceramic composite material to facilitate plastic working.
- Still another object of the present invention is to provide a method for producing an aluminum composite capable of reliably preventing the occurrence of cracking or the like when rolling calorie is applied to a clad aluminum 'ceramic composite. It is in.
- Still another object of the present invention is to provide a method for producing an aluminum composite material capable of achieving high productivity.
- aluminum means pure aluminum and aluminum alloys.
- the production method of the present invention is not limited to the production of an aluminum composite material with a large amount of reinforcing material added, and the aluminum composite material containing 0.5% by mass ceramics with a small amount of reinforcing material addition is not limited. It can also be applied to the manufacture of materials.
- the method for producing an aluminum composite material of the present invention includes: (a) a step of preparing a mixed material by mixing aluminum powder and ceramic particles; and (b) energizing and pressing the mixed material together with a metal plate material. And forming a clad material in which the sintered body is coated with a metal plate material, and (c) performing a plastic working on the clad material to obtain an aluminum composite material. To do.
- ceramic particles have a very high hardness compared to aluminum. For this reason, when a sintered body of aluminum powder containing a large amount of ceramic particles is plastically processed, the ceramic particles on the surface become the starting point of fracture, and cracks occur in the plastically processed material. Also, wear the extrusion dies, rolling rollers, forging dies and the like.
- the mixed material of the aluminum powder and the ceramic particles is covered with a metal plate material, and then the power plate is sintered under pressure and the metal plate material is applied to the surface of the ceramic-containing aluminum sintered body. It was decided to clad and perform plastic working in that state.
- the mixed material in the step (b), is placed in a forming die together with the metal plate while being in contact with the metal plate, and compressed with a punch.
- a voltage is applied to apply pressure and pressure sintering.
- the mixed material can be sandwiched between a pair of metal plates, inserted into a forming die in a state where the metal plate is pressed by a punch, and the mixed material can be compressed together with the metal plate,
- the mixed powder is housed in a metal container having a lid plate material facing the bottom plate material, and is inserted into a forming die in a state where the bottom plate material and the lid plate material are pressed by a punch, The mixed material can be compressed together with the container.
- step (b) at least two combinations of the mixed material and the metal plate are prepared, and the at least two combinations are stacked.
- At least two clad materials can be simultaneously formed by charging in a forming die and applying current and pressure sintering, and productivity can be greatly improved by a powerful method.
- the housing space in the forming die is partitioned by at least one partition member orthogonal to the punch moving direction to define at least two partition spaces, and the at least two sets of combinations are divided into the at least two partitions. It can be charged into the space and subjected to energization and pressure sintering.
- the metal plate is made of aluminum or stainless steel.
- a mixed material consisting of mixed powder powder by mixing aluminum powder and ceramic particles.
- the mixture may be made of a compression-molded body by compression molding such as isostatic pressing (CIP), cold uniaxial molding, vibration press molding, etc.
- CIP isostatic pressing
- the sintering is reduced during the current and pressure sintering, and handling such as transportation becomes easy.
- put the mixed powder into a metal container It is possible to compress the mold with the mixed powder sandwiched between the metal plates.
- the aluminum powder in the step (a), is pure A1 powder having a purity of 99.0% or more, or any one of Mg, Si, Mn, and Cr is added to A1 by 0.2%. Alloy powder containing ⁇ 2% by mass, and ceramic particles account for 0.5 ⁇ 60% of the total mass of the mixture.
- a clad material having a peripheral edge surrounded by a metal frame material is formed. More preferably, in the step (b), the periphery of the clad material is surrounded by a metal frame material after the current and pressure sintering. Alternatively, in the alternative method, the metal plate material and the periphery of the Z or mixed material are surrounded by a metal frame material before the electric current pressure sintering.
- the metal frame member may be formed by fixing a plurality of frame members by welding, friction stir welding (FSW bonding) or the like, or may be an integral member.
- the metal frame material is preferably an integral member such as one obtained by cutting the central portion of an aluminum plate material by wire cutting or press carriage or the like, or a hollow extruded material cut to an appropriate length. .
- the surface of the clad material is covered with a metal protective plate before plastic working.
- the protective plate is stretched, has a high temperature strength, a high material strength and a low thermal conductivity. It is preferable to manufacture, for example, a stainless steel plate, a Cu plate, a soft iron plate, etc. A plate is most preferred.
- the front side and the upper and lower surfaces of the clad material in the moving direction are surrounded by the protective plate.
- a lubrication treatment such as solid lubrication with a BN lubricant between the clad material and the protective plate.
- an aluminum composite material produced by the above-described method for producing an aluminum composite material is provided.
- the method for producing an aluminum composite material according to the present invention partially or completely eliminates the above-mentioned problems of the conventional method for producing an aluminum composite material.
- a mixture of aluminum powder and ceramic particles and a metal plate material are both energized and pressure-sintered to produce a ceramic mix. Since the metal plate material was clad on the aluminum-containing sintered body, Since there are no ceramic particles that become spots or wear dies, etc., a good plastic work material can be obtained. In addition, since the metal plate material is clad to the ceramic-containing aluminum material by an electric current pressure sintering method, the adhesion between the ceramic-containing aluminum material and the metal plate material is good. The electrical conductivity is excellent. In addition, no defects are caused between the metal plate material and the ceramic-containing aluminum material even when plastic molding is performed.
- the clad material is surrounded by a metal frame material, or the surface of the clad material is covered with a metal protective plate before the rolling process. If the processing can surely prevent the occurrence of cracks, cracks, etc. on the surface, inside, or side surfaces of the composite material, there is an effect.
- the thickness can be controlled freely by using a spacer.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a main part of an electric pressure sintering apparatus used for carrying out the present invention.
- FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of the method of the present invention, and shows a state in which mixed powder is accommodated between a pair of upper and lower metal plate members and is inserted into an electric pressure sintering apparatus.
- FIG. 3 is a schematic view showing another embodiment of the method of the present invention, and shows a state in which the mixed powder is housed in a metal container charged in an electric pressure sintering apparatus.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an electric pressure sintering apparatus showing another embodiment of the method of the present invention, showing an example of two-stage sintering.
- FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing another embodiment of the method of the present invention, and shows a state in which a metal frame member is attached to the outer edge of a container composed of a box-shaped body and a lid member.
- FIG. 6 is a plan view of the entire container of FIG. 5 with a frame member attached to the outer edge.
- FIG. 7 This is a partial cross-sectional view similar to FIG. 5, showing another example of attaching the metal frame to the outer edge of the container.
- FIG. 8 is a plan view of the entire container of FIG. 7 with a frame member attached to the outer edge.
- FIG. 9 is a partial cross-sectional view similar to FIG. 5 and shows another example of attaching the metal frame material to the outer edge of the container.
- FIG. 10 is a partial sectional view similar to FIG. 5 and shows another example of attaching the metal frame material to the outer edge of the container.
- FIG. 11 A plan view of the entire container similar to that in Fig. 6, showing the welded corners of the metal frame.
- FIG. 12 is a plan view of the entire container with a wire-cut metal frame attached.
- FIG. 13 is a schematic longitudinal sectional view for illustrating another embodiment of the method of the present invention, in which a metal frame material is attached to the peripheral edge of the mixed material before the current and pressure sintering, and the mixed material and the frame material are Shows the form of sintering at the same time.
- FIG. 14 is a schematic view showing another embodiment of the method of the present invention, and shows a state in which the surface of the cladding material is covered with a protective plate before plastic working.
- FIG. 15 is a micrograph of a sintered body obtained by subjecting a rectangular aluminum composite JIS5052 and JIS1050 container to current pressure sintering according to the method described in Example 1 of the present invention.
- FIG. 16 Metal container of sintered body and interface of sintered body obtained by applying current and pressure sintering according to the method described in Example 1 of the present invention using rectangular aluminum composite JIS5052 and JIS1050 containers FIG.
- FIG. 17 is a diagram of Mg line analysis of the sintered bodies of FIGS.
- FIG. 18 is a photograph of a rolled material obtained by cold rolling an electric pressure sintered body including the sintered bodies of FIGS.
- FIG. 19 is a microstructure photograph of a longitudinal section of an extruded material produced by the method described in Example 2.
- the production method of the present invention includes: (a) a step of preparing a mixed material by mixing aluminum powder and ceramic particles; and (b) energizing and sintering the mixed material together with a metal plate material to perform sintering. It comprises a step of forming a clad material whose body is covered with a metal plate material, and (c) a step of plastically processing the clad material to obtain an aluminum composite material.
- a step of preparing a mixed material by mixing aluminum powder and ceramic particles and (b) energizing and sintering the mixed material together with a metal plate material to perform sintering. It comprises a step of forming a clad material whose body is covered with a metal plate material, and (c) a step of plastically processing the clad material to obtain an aluminum composite material.
- the composition of the aluminum powder used as the base material of the main body is not particularly limited. Pure aluminum (JIS1050, 1070, etc.), Al—Cu alloy (JIS2017, etc.), Al—Mg alloy (JIS505 2, etc.) ), Al—Mg—Si alloys (JIS6061 etc.), Al—Zn—Mg alloys (JIS7075 etc.), A1 —Mn alloys, etc. Can be used as a mixture.
- the composition of the aluminum alloy powder to be selected is determined in consideration of desired characteristics, deformation resistance at the time of subsequent forming, amount of ceramic particles to be mixed, raw material cost, and the like. For example, pure aluminum powder is preferable for improving the workability and heat dissipation of an aluminum composite material. Pure aluminum powder is also advantageous in terms of raw material costs compared to aluminum alloy powder. In addition, it is preferable to use pure aluminum powder having a purity of 99.5% by mass or more (usually commercially available pure aluminum powder is 99.7% by mass or more).
- a boron compound is used as the ceramic particles described later.
- hafnium (Hf), summary (Sm), gadmium At least one element having a neutron absorption ability such as Gd
- Gd At least one element having a neutron absorption ability
- silicon (Si), copper (Cu), magnesium (Mg), zinc (Zn ) And the like can be added at a ratio of 2% or less of each element and 15% by mass or less in total.
- a force that is particularly necessary to enhance the sinterability is obtained.
- at least one of Mg (magnesium), Cu (copper), and Zn (zinc) is 0.2. It is preferable to contain at least mass%.
- the balance other than the specified components is basically aluminum and inevitable impurities.
- the average particle diameter of the aluminum powder is not particularly limited, but the upper limit is generally 500 ⁇ m or less, preferably 150 ⁇ m or less, more preferably 60 ⁇ m or less. it can.
- the lower limit of the average particle diameter is not particularly limited as long as it can be produced, but is usually 1 ⁇ m or more, preferably 20 ⁇ m or more. If the particle size distribution of the aluminum powder is 100 m or less and the average particle size of the reinforcing material particles is 10 m or less, the reinforcing material particles are uniformly dispersed, and there are very few sparse portions of the reinforcing material particles. It is effective for stability.
- the average particle size of the aluminum alloy powder is the ceramic particle described later.
- the average particle diameter in the present invention is a value determined by a laser diffraction particle size distribution measurement method.
- the powder shape is not limited. For example, it may be a teardrop shape, a true sphere shape, a spheroid shape, a flake shape, or an indefinite shape.
- the method for producing the aluminum powder is not limited, and the aluminum powder can be produced according to a known method for producing metal powder.
- the production method include an atomizing method, a melt spinning method, a rotating disk method, a rotating electrode method, and other rapid solidification methods.
- the atomizing method particularly by atomizing a molten metal, is used.
- the gas atomization method to manufacture is preferable.
- the atomizing medium 'atmosphere during atomization may be air, nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, water, or a mixed gas thereof.
- the atomizing medium is air, nitrogen gas, or argon from an economic viewpoint. It is preferable to use gas.
- A1 As ceramics mixed with aluminum powder and used to form the main body, A1
- boron (B) has the ability to absorb neutrons
- the aluminum composite can also be used as a neutron absorber.
- examples of boron-based ceramics include B C, TiB, B 2 O, FeB, and FeB.
- 4 2 2 3 2 can be used alone or as a mixture.
- boron carbide BC which contains a large amount of B, an isotope of B that absorbs neutrons well. Yes.
- the ceramic particles in the aluminum alloy powder described above preferably induced to an amount of 0.5% to 60 mass 0/0. More preferably, it is 5 mass%-45 mass%.
- the reason for setting it to 0.5% by mass or more is that if it is less than 0.5% by mass, the composite material cannot be sufficiently strengthened.
- the reason for setting it to 60% by mass or less is that if it exceeds 60% by mass, the deformation resistance at the time of plastic processing, which is difficult to sinter, is high, and it is difficult to perform plastic processing, and the molded body becomes brittle and easily breaks. This is because there is a problem of becoming.
- the adhesion between aluminum and ceramic particles also deteriorates, and voids are formed, and the desired functions cannot be obtained immediately, and the strength and thermal conductivity are also reduced.
- the machinability also decreases.
- the average particle size of the B C and Al 2 O ceramic particles is arbitrary, but 1 to 20 ⁇ m is preferred! /.
- the difference in particle size between these two types of powders is small. Therefore, it is more preferable to set it to 5 m or more and 20 m or less. If the average particle size is larger than 20 m, there is a problem that the saw blades are worn out immediately during cutting, and the average particle size is smaller than 1 ⁇ m (preferably 3 ⁇ m). This is because agglomeration easily occurs and uniform mixing with aluminum powder becomes very difficult.
- the average particle diameter of this invention shows the value by the laser diffraction type particle size distribution measuring method.
- the powder shape is not limited, and may be, for example, a teardrop shape, a true shape, a spheroid shape, a flake shape, an indefinite shape, or the like.
- any metal can be used as long as it has excellent adhesion to the powder material and is suitable for plastic molding. Or made of stainless steel.
- pure aluminum JIS1050, 1070, etc.
- Al-Cu alloys JIS2017, etc.
- Al-Mg alloys JIS5052, etc.
- Al-Mg-Si alloys JIS6061) Etc.
- A1-Zn-Mg alloys JIS7075, etc.
- Al-Mn alloys and other types of alloy materials can also be used.
- the composition of aluminum to be selected is determined in consideration of the desired characteristics, cost, and the like.
- pure aluminum is preferable.
- Pure aluminum is a raw material cost compared to aluminum alloys.
- an Al—Mg alloy JIS5052 or the like
- at least one element having neutron absorption ability such as Hf, Sm, Gd and the like can be added, preferably 1 to 50% by mass.
- the metal plate material may be a pair of metal plate materials as will be described in detail in the subsequent energization and pressure sintering step, and the box-like body including the bottom plate material and the side plate material is covered with a lid. It may be a container in which part plates are combined. In the case of a container, it is preferable that a stepped fitting portion that fits the peripheral edge portion of the lid plate material is formed on the upper edge portion of the box-shaped body.
- Aluminum powder and ceramic particles are prepared, and these powders are mixed uniformly. Only one kind of aluminum powder may be used, or only one kind of ceramic particles may be mixed, or a plurality of kinds such as B C and Al 2 O may be mixed. Mixed
- the method may be a known method, for example, using various mixers such as a V blender and a cross rotary mixer, a vibration mill, a planetary mill, etc. and mixing them for a predetermined time (for example, about 10 minutes to 10 hours). Further, the mixing may be either dry or wet. In addition, media such as alumina balls may be appropriately added for the purpose of crushing during mixing.
- step (a) only the powder mixture is prepared, and the power is the basic process in which the powder mixture is sent directly to the next electric pressure sintering process. It is also possible to compress the aluminum mixed powder by cold isostatic pressing (CIP), cold uniaxial forming, vibration press forming, etc. If a compression molded material that can be used as a mixed powder, even if it has been kneaded, it will be easier to sinter during current-pressure sintering, and handling and handling will be easier. There are advantages. Further, the compression-molded product may be degassed by heating to 200 to 600 ° C. in a reduced pressure atmosphere, an inert atmosphere, or a reducing atmosphere.
- CIP cold isostatic pressing
- Step (3) (b) (Electric pressure sintering process)
- the mixed material (mixed powder or mixed compression molded body) produced in the step (a) is charged into an electric pressure sintering apparatus and subjected to electric pressure sintering.
- an electric pressure sintering apparatus any apparatus can be used as long as the predetermined electric current pressure sintering can be performed. Force
- the device shown schematically in Figure 1 can be used. This apparatus is disposed in a sintering furnace (also not shown) housed in a vacuum vessel (not shown), and is made of cemented carbide, cemented carbide, carbon with a hole penetrating in the vertical direction.
- a molding die 1 made of a conductive material such as a system material, and a cemented carbide metal, a cemented carbide alloy, which are respectively disposed by movably inserting a punch portion into the through hole above and below the molding die 1;
- An upper punch member 2 and a lower punch member 3 made of a conductive material such as a carbon-based material are provided, and a space defined by the upper punch member 2 and the lower punch member 3 in the through hole is a material accommodating portion.
- the powder material is charged into the material container A, and the upper punch member driving mechanism and the lower punch member driving mechanism are operated to move the powder material by the upper punch member 2 and the lower punch member 3 (not shown).
- the molding die is used together with the metal plate material in a state where the powder material is brought into contact with the metal plate material instead of directly charging the powder material into the material container A. It is characterized in that it is charged in 1 and compressed by the upper and lower punch members 2 and 3 and applied with voltage and subjected to current and pressure sintering.
- the powder material and the metal plate material are placed in contact with each other so that a clad material coated with the metal plate material is formed on the sintered body, and energization and pressure sintering is performed.
- the electric pressure and pressure sintering can be performed by a conventionally known method.
- the vacuum vessel is sealed, the pressure in the sintering furnace is reduced by a vacuum pump or the like, and an inert atmosphere gas is placed in the vacuum vessel as necessary.
- the upper punch member 2 and the lower punch member 3 are actuated, the material in the die 1 is pressed and compressed at a predetermined pressure, and the resulting high-density compressed body is passed through the upper punch member 2 and the lower punch member 3.
- a DC pulse current is applied to heat and sinter the material.
- the conditions for power-pass pressure sintering must be selected so that the desired sintering results are achieved, and are appropriately determined according to the type of powder to be used, the desired degree of sintering, etc. In view of the basic desired requirements in the present invention, such as adhesion between the metal plate and the sintered body, plastic workability of the clad material, etc.
- the powder material and the metal plate material are brought into contact with each other so that a clad material in which the metal plate material is coated on the sintered body is formed.
- a clad material in which the metal plate material is coated on the sintered body is formed.
- the first embodiment is as shown in FIG. 2.
- a metal plate material 4 made of aluminum, stainless steel or the like is first brought into contact with the punch surface of the lower punch member 3 in the powder material housing portion of the forming die 1.
- the powder mixed material M (or compression molded product) obtained in step (a) is loaded, and then the metal plate 5 is covered from above. Then, in this state, energization and pressure sintering is performed under the above-described conditions.
- the second mode is shown in FIG. 3, and the powdered material M (or compression molded product) obtained in step (a) is loaded into the box-shaped body 8 comprising the bottom plate 6 and the side plate 7. After that, the lid plate material 9 is fitted from above. This container is accommodated in the powder material accommodating portion of the molding die 1, and in this state, current-pressure sintering is performed under the above conditions.
- the box-shaped body 8 has a quadrangular shape, but a cylindrical box-shaped body 8 is used for extrusion.
- the mixed material composed of the aluminum mixed powder or the compacted body thereof is sintered by energization and pressure sintering, and at the same time, the upper and lower metal plate materials 4 and 5, the bottom plate material 6 of the container, and the lid plate material. Adhering to 9, a clad material is formed.
- the sintering process can be multi-stage sintering such as two-stage sintering or three-stage sintering.
- FIG. 4 shows an embodiment in the case of two-stage sintering, and the case of three or more stages can be implemented with the same configuration.
- reference numeral 13 denotes at least one partition member orthogonal to the punch moving direction, whereby two partition spaces are defined in the accommodation space in the forming die.
- a combination 11 of the mixed material and the metal plate material is charged one by one and subjected to energization and pressure sintering, but between each combination 11 and the forming die 1 and each combination 11
- a pair of upper and lower laminated plates 10 are disposed so that the punch member, the partition member, and the combined body are not joined.
- a rectangular frame spacer 12 extending along the outer peripheral edge of the laminated plate is arranged with the upper and lower surfaces facing the opposed surfaces of the pair of upper and lower laminated plates.
- This spacer 12 prevents the contact portion between the side plate material 7 and the lid plate material 9 from being deformed during energization and pressure sintering, and makes it difficult for the box 8 and the lid plate material 9 to peel off. belongs to.
- a metal frame is formed by forming a clad material whose peripheral portion is surrounded by a metal frame material such as an aluminum block material.
- a structure in which the rolling load is applied to the material prevents cracks and cracks in the lateral direction of the clad material from occurring.
- the protection of the clad material by the metal frame material may be performed after the electric current pressure sintering, or may be performed before the electric current pressure sintering.
- the frame member 15 is made of the same material as that of the metal plate or the metal container, the bondability between them is good. Also, it is difficult to make a difference in the amount of composition deformation during rolling.
- FIGS. 5 and 6 show an example of attachment of the metal frame 15 to the outer edge of the combined body shown by the container 14 which also has a box-like body and a lid member.
- a frame member 15 such as an aluminum block cover is attached, and the outer periphery of the frame member 15 is welded or friction stir welded after energization and pressure sintering.
- 16 indicates the weld overlay.
- the container 14 (the force that is also a combined body, hereinafter referred to as the container 14) is formed so that the corners of the bottom and top and the side of the container 14 have a gentle curved surface.
- the thickness of the frame material 15 of the aluminum block is preferably smaller than the thickness of the container 14. If the frame material 15 of the aluminum block is at the same level as or higher than the container 14, the frame material 15 receives much of the compressive force at the time of energization and pressure sintering, and it is difficult for the compressive force to be applied to the container 14 and its internal powder There is a captive. Conversely, if the thickness of the frame material 15 is too thin, no pressure is applied to the frame material 15 at the beginning of rolling, so it is preferable that it is 90% or more of the thickness of the container 14! /.
- FIGS. 7 and 8 show another embodiment in which the metal frame 15 is attached to the container 14. Then, after energization and pressure sintering, a frame material 15 such as an aluminum blocker is attached to the outer peripheral portion of the container 14 which is a clad material by welding 16 or friction stir welding.
- a frame material 15 such as an aluminum blocker is attached to the outer peripheral portion of the container 14 which is a clad material by welding 16 or friction stir welding.
- This method is easy to implement, and by making the frame material 15 of the aluminum block slightly thicker than the thickness of the container 14, pressure is applied to the frame material 15 from the beginning. If pressure is applied to the frame material 15 at an early stage, cracks and cracks of the clad material will occur. In addition, since it is not necessary to put the frame material 15 in an electric current pressure sintering apparatus, the current electric pressure sintered body can be enlarged accordingly.
- FIG. 9 shows another embodiment, in which the outer shape of the peripheral portion of the container 14 constituting the outer portion of the clad material is tapered so that the container gradually becomes thinner toward the outside.
- the rolling load is made to flow easily to the frame material 15.
- FIG. 10 shows still another embodiment, in which the frame material 15 of the aluminum block is simultaneously sintered with the container 14 during energization and pressure sintering, and after the sintering, the frame material 15 and the container 14 are formed at the outer peripheral portion. Welding or friction stir welding. At this time, the end of the flange portion of the container 14 is bent outward by approximately 90 ° to increase the cross-sectional area of the flange portion, and the bent central portion is welded all around or by friction stir welding. This method has the advantage that the flange tensile strength can be increased.
- the metal frame member 15 can be formed by fixing a plurality of frame members 15a by welding or friction stir welding, but a large force is applied to the corner portion 18 during rolling.
- the corner portion 18 may be subjected to a welding process in order to increase the strength.
- an integrated member metal frame 15 in which the central portion of the aluminum plate member is cut by wire cutting or pressing can be used.
- a hollow aluminum extruded material cut into appropriate dimensions can be used as the metal frame material 15.
- FIG. 13 shows still another embodiment, in which 19 is a metal plate, and 20 is a mixed material.
- the metal frame material 15 such as aluminum is formed on the periphery of the mixed material 20 before the electric pressure sintering. And the mixed material 20 and the frame material 15 are sintered simultaneously. Since the aluminum and the frame material in the mixed material are sintered in a molten state, a more integrated sintered body can be obtained.
- the metal frame member 15 may be made of a plurality of aluminum block materials, etc., but considering the strength of the corners, the center portion of the aluminum plate material may be cut by wire cutting or press carriage, or hollow aluminum It is preferable to use a single body such as an extruded material appropriately cut out.
- the frame member 15 since the frame member 15 also enters the material accommodating portion A, if the width a of the frame member 15 is large, the sintered body becomes small. Therefore, a frame material 15 having a small width may be used, and a frame material may be further provided outside the frame material 15 after energization and pressure sintering.
- An electric pressure sintered body is generally subjected to hot plastic calorie such as hot extrusion, hot rolling, hot forging, etc., and the pressure sintering is further improved, while at the same time achieving the desired shape. Molded.
- hot plastic calorie such as hot extrusion, hot rolling, hot forging, etc.
- the pressure sintering is further improved, while at the same time achieving the desired shape. Molded.
- the hot plastic casing one process may be performed, or a plurality of processes may be combined. Further, after hot plastic molding, cold plastic caloring may be performed. In the case of performing cold plastic caching, if the annealing is performed at 100 to 530 ° C (preferably 400 to 520 ° C) before processing, the processing is facilitated.
- the sintered body is clad with a metal plate material, there are no ceramic particles on its surface that become the starting point of fracture during plastic working or wear dies. Therefore, an aluminum composite material having good plastic workability and excellent strength and surface properties can be obtained. Also, the obtained hot plastic working material is clad with metal, and the adhesion between the metal on the surface and the aluminum sintered body is good, so the surface is better than the aluminum composite material whose surface is not clad with metal material. Excellent corrosion resistance, impact resistance and thermal conductivity.
- the surface of the clad material is covered with a metal protective plate, for example, a thin plate made of stainless steel, Cu or soft iron, before rolling.
- a metal protective plate for example, a thin plate made of stainless steel, Cu or soft iron, before rolling.
- FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of this embodiment, in which the front side and the upper and lower sides of the clad material 23 in the moving direction are surrounded by a protective plate 21.
- a lubrication treatment between the clad material 23 and the protective plate 21. Act 22 is applied. By applying the lubrication treatment, the friction between the protective plate and the metal plate material is reduced, and peeling between the sintered material and the metal plate material occurs more.
- the power-supply-pressure sintered body is covered with a thin plate made of soft iron (0.5 mm thick), and the inside of the sintered body and the soft iron thin plate is solid lubricated with a BN-based lubricant, Hot rolling (roll diameter: ⁇ 340 mm, surface length: 400 mm, speed: 15.2 mZmin) is applied.
- Hot rolling roll diameter: ⁇ 340 mm, surface length: 400 mm, speed: 15.2 mZmin
- the roll 24 can be made unlubricated, and can be performed under the condition that only the tip surface of the soft iron plate is roughened (for example, using # 120 emiri paper). It is not necessary to use the protective plate until the end of rolling.
- the protective plate is work hardened when rolling is repeated.
- the work hardened protective plate may damage the cladding. If the clad material is damaged, it will be the starting point of destruction. Therefore, after rolling several times, it is preferable to replace it with a new protective plate.
- the product name “Microtrack” (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) was used, and the laser diffraction particle size distribution measurement method was used.
- the average particle diameter is a volume-based median diameter.
- a small piece from which the sample was cut was embedded in a resin, emery and puffed, and then the structure was observed with an optical microscope.
- BC ceramic powder was added to 35% by mass.
- a container made of aluminum composite JIS5052 and JIS1050 with a length of 100 mm x width 100 mm x height 5 mm and a thickness of 0.5 mm. It was loaded into the apparatus, and voltage (current 7000 ampere) was applied in a vacuum atmosphere (vacuum level: 0.1 l to rr) to conduct energization and pressure sintering.
- the sintering temperature was 520 to 550 ° C
- the holding time was 20 minutes
- the heating rate was 20 ° CZ minutes
- the pressure was 7 MPa.
- Table 1 Composition of aluminum alloy powder of base material (unit: mass%)
- a 1 balance contains inevitable impurities
- Figure 18 shows a photograph of the appearance of cold-rolled material. From FIG. 18, it can be seen that the rolling process has no appearance defects. In addition, the strength and corrosion resistance of the cold-rolled material (salt spray test: room temperature, saline solution, appearance inspection after 500 hours of immersion) were examined. The results are shown in Table 2.
- the inventive example is superior in strength and corrosion resistance and has good rolling properties, whereas the comparative example is inferior to the inventive example in any properties and cracks during rolling. It turns out that will occur.
- B C ceramic powder was added to 43% by mass.
- Example 1 the mixed powder was put into a cylindrical container ( ⁇ 1 OOmm; plate thickness 2 mm) made of pure aluminum CFIS 1050), and subjected to current and pressure sintering under the conditions described in Example 1.
- Figure 19 shows a micrograph of the metal structure. Fig. 19 shows that the extruded material is sintered, and that the container and the extruded material are in close contact.
Abstract
【課題】 セラミックスの添加量の多いアルミニウム複合材を容易に製造することができる方法を提供する。 【課題を解決するための手段】 （ａ）アルミニウム粉末とセラミックス粒子を混合して混合材を調製する工程と、（ｂ）前記混合材を金属板材と共に通電加圧焼結して、焼結体が金属板材で被覆されたクラッド材を形成する工程と、（ｃ）前記クラッド材に塑性加工を施してアルミニウム複合材を得る工程を具備せしめる。（ｂ）工程では、混合材を一対の金属板材間に挟むか、金属製容器に混合粉末を収容して、金属板材がパンチで押圧される状態で成形ダイ中に装入し、混合材を金属板材と共に圧縮する。金属板材はアルミニウム製又はステンレス鋼製である。
Description
明 細 書
アルミニウム複合材の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、一般にアルミニウム複合材の製造方法に係り、より詳細には、塑性加工 性、熱伝導性、室温又は高温での強度、高剛性、中性子吸収性能、耐磨耗性、低熱 膨張性等の少なくとも一の特性に優れたアルミニウム複合材の製造に関する。
背景技術
[0002] 粉末冶金法でアルミニウムを母相とする複合材を製造する場合、母相となるアルミ -ゥム粉末に、強化材となる Al O、 SiCや B C、 BN、窒化アルミ、窒化ケィ素等の
2 3 4
セラミックス粒子を混合した後、混合粉体を、缶封入したり、冷間圧縮成形したりした 後、脱ガスや焼結等を行い目的とする形状に成形していた。焼結方法としては、単に 加熱する方法、ホットプレス等の加圧しながら加熱する方法、熱間押出加工や熱間 鍛造加工や熱間圧延加工等の熱間塑性加工により加圧焼結させる方法、加圧しな がら通電し焼結させる方法やそれらの方法を組み合わせて行う方法等がある。また 脱ガスに焼結を兼ねさせる場合もあった。
特許文献 1：特開 2001— 329302公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 近年、アルミニウム複合材として、強度ばかりでなく、高ヤング率、耐磨耗性、低熱 膨張性、そして放射能吸収性能が求められるような用途も開発されるようになってき た。一般に、各機能性を持つセラミックスの添加量を増加させれば、各機能を増加さ せることは可能であるが、単に添加量を増加させただけでは、焼結性、押出性、圧延 性及び鍛造性等の塑性加工性が著しく低下してしまう。
そこで、セラミックスを予備成形し、そこにアルミニウム合金溶湯を浸透させて、高濃 度のセラミックスを均一に母相中に分散させるようにした方法も考えられて 、るが、溶 湯の浸透不足や凝固時のひけ等の欠陥が発生する虞があった。
[0004] しかして、本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、例えば 10質量％以上とセ
ラミックスの添加量の多 ヽアルミニウム複合材を容易に製造することができる方法を提 供することを主たる目的とする。
本発明の他の目的は、アルミニウム 'セラミックス複合材に金属板材をクラッドィ匕して 、塑性加工を容易にしたアルミニウム複合材の製造方法を提供することにある。
[0005] 本発明の更に他の目的は、クラッドィ匕したアルミニウム 'セラミックス複合材に圧延カロ ェを施すに当たり、割れ等の発生を確実に防止することができるアルミニウム複合材 の製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、高い生産性を達成することができるアルミニウム複合材 の製造方法を提供することにある。
[0006] なお、本明細書にぉ 、てアルミニウムとは、純アルミニウム及びアルミニウム合金を 意味する。
また、本発明の製造方法は、強化材の添加量の多いアルミニウム複合材の製造に 限定されるものではなぐ強化材の添カ卩量の少ない例えば 0. 5質量％のセラミックス を含有するアルミニウム複合材の製造にも適用が可能である。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明のアルミニウム複合材の製造方法は、（a)アルミニウム粉末とセラミックス粒 子を混合して混合材を調製する工程と、 (b)前記混合材を金属板材と共に通電加圧 焼結して、焼結体が金属板材で被覆されたクラッド材を形成する工程と、（c)前記クラ ッド材に塑性加工を施してアルミニウム複合材を得る工程を具備してなることを特徴と する。
一般に、セラミックス粒子はアルミニウムと比較して、非常に硬度が高い。そのため セラミックス粒子を多く含むアルミニウム粉末の焼結体を塑性加工すると、表面のセラ ミックス粒子が破壊の基点となり、塑性加工材に割れが発生する。また、押出ダイス、 圧延ローラ、鍛造金型等を摩耗させる。しかしながら、本発明では、塑性加工を施す 前に、アルミニウム粉末とセラミックス粒子の混合材を金属板材で覆った後、通電力口 圧焼結して、セラミックス含有アルミニウム焼結体の表面に金属板材をクラッドし、そ の状態で塑性加工を行うこととした。この方法だと表面には、破壊の基点となったり、 ダイス等を摩耗させたりするセラミックス粒子が無 、ので、良好な塑性加工材を得るこ
とができる。また、セラミックス含有アルミニウム粉末に通電加圧焼結法により金属板 材をクラッドさせて 、るので、セラミックス含有アルミニウム材と金属板材との密着性が 良ぐセラミックス含有アルミニウム材と金属板材の間の熱伝導性や電気伝導性が優 れている。また熱間塑性カ卩ェを行っても、金属板材とセラミックス含有アルミニウム材 の間に欠陥が生じることもなぐよって熱間塑性加工後に金属板材を剥がす必要もな い。
[0008] 本発明の好適な実施態様では、前記 (b)工程にお ヽて、前記混合材を金属板材に 接触せしめた状態で金属板材と共に成形ダイ中に装入し、パンチで圧縮すると共に 電圧を印加して通電加圧焼結を施す。ここで、混合材を一対の金属板材間に挟み、 金属板材がパンチで押圧される状態で成形ダイ中に装入し、混合材を金属板材と共 に圧縮するようにすることもできるし、あるいは別法として、蓋部板材を底部板材に対 向して有する金属製容器に混合粉末を収容し、底部板材と蓋部板材がパンチで押 圧される状態で成形ダイ中に装入し、混合材を容器と共に圧縮するようにすることも できる。
[0009] 本発明の更に好適な実施態様では、前記 (b)工程にお ヽて、混合材と金属板材の 組合せ体を少なくとも二組準備し、該少なくとも二組の組合せ体を積み重ねた状態で 成形ダイ中に装入して通電加圧焼結を施し、少なくとも二のクラッド材を同時に形成 することができ、力かる方法によって、生産性を大幅に向上させることができる。ここで 、成形ダイ中の収容空間を、パンチ移動方向に直交する少なくとも一の仕切り部材で 仕切って少なくとも二の仕切り空間を画成し、前記少なくとも二組の組合せ体を該少 なくとも二の仕切り空間に装入して、通電加圧焼結を施すことができる。
[0010] 本発明の他の好適な実施態様では、前記金属板材は、アルミニウム製又はステン レス鋼製である。また、前記 (a)工程において、アルミニウム粉末とセラミックス粒子を 混合して混合粉末カゝらなる混合材を調製するのが一般的であるが、アルミニウム粉末 とセラミックス粒子の混合粉末に、例えば冷間静水圧成形 (CIP)や冷間一軸成形、 振動プレス成形等の圧縮成形を施して混合材を圧縮成形体からなるものとしてもよく 、一度通電加圧焼結したものでもよぐこのようにすると、通電加圧焼結の際に焼結が しゃすくなる上に、搬送等の取り扱いも容易になる。また、金属製容器に混合粉を入
れた状態ある!ヽは金属板材間に混合粉を挟んだ状態で、圧縮成形してもよ ヽ。 本発明の更なる実施態様では、前記 (a)工程において、アルミニウム粉末は純度 9 9. 0%以上の純 A1粉もしくは A1に Mg、 Si、 Mn、 Crの何れ力 1種以上を 0. 2〜2質 量％含有する合金粉であり、セラミックス粒子は混合材全質量の 0. 5〜60%を占め る。
[0011] 本発明の更に他の好適な実施態様では、前記 (b)工程において、周縁部が金属 枠材で囲橈されたクラッド材を形成する。より好ましくは、前記 (b)工程において、通 電加圧焼結後に、クラッド材の周縁部を金属枠材で囲橈する。あるいは別法では、通 電加圧焼結前に、金属板材及び Z又は混合材の周縁部を金属枠材で囲橈する。こ こで、前記金属枠材は、複数の枠部材を溶接、摩擦撹拌接合 (FSW接合)等により 固着させて形成したものでもよいし、一体部材でもよい。好ましくは、金属枠材はアル ミニゥム板材の中央部をワイヤーカットやプレスカ卩ェ等により切除したものや中空押 出材を適宜長さに切断したもの等の一体部材のものを使用することが好ましい。
[0012] 本発明の更なる実施態様では、前記 (c)工程において、塑性加工を施す前に、前 記クラッド材の表面を金属製の保護板で覆う。ここで、前記保護板は、伸びがあり、高 温強度が高ぐ熱伝導率が低い材料力 製作することが好ましぐ例えばステンレス 鋼板、 Cu板、軟鉄板等を利用することができ、軟鉄板が最も好ましい。また、より好ま しくは、前記 (c)工程において、前記クラッド材の移動方向前方側と上下面を前記保 護板で囲橈する。更に、前記クラッド材と保護板の間には、 BN系潤滑剤による固体 潤滑等の潤滑処理を施すことが好まし ヽ。
本発明の他の実施態様では、上述のアルミニウム複合材の製造方法により製造さ れたアルミニウム複合材が提供される。
発明の効果
[0013] 本発明に係るアルミニウム複合材の製造方法は、従来のアルミニウム複合材の製 造方法が有する前述の不具合を部分的に又は完全に解消するものである。
特に、本発明に係るアルミニウム複合材の製造方法では、塑性加工を施す前に、ァ ルミ-ゥム粉末とセラミックス粒子の混合材と、金属板材を共に通電加圧焼結して、セ ラミックス含有アルミニウム焼結体に金属板材をクラッドしたので、表面に、破壊の基
点となったり、ダイス等を摩耗させたりするセラミックス粒子が無いので、良好な塑性 加工材を得ることができる。また、セラミックス含有アルミニウム材に通電加圧焼結法 により金属板材をクラッドさせて ヽるので、セラミックス含有アルミニウム材と金属板材 との密着性が良ぐセラミックス含有アルミニウム材と金属板材の間の熱伝導性ゃ電 気伝導性が優れている。また塑性カ卩ェを行っても、金属板材とセラミックス含有アルミ ユウム材の間に欠陥が生じることもない。
[0014] また、本発明に係るアルミニウム複合材の製造方法の好適な態様では、混合材と金 属板材の組合せ体を二組以上同時に成形ダイに装入して通電加圧焼結を施すこと により、焼結工程を高効率ィ匕することができ、アルミニウム複合材の生産性を大幅に 向上させることができる。
更に好適な態様では、クラッド材を周縁部が金属枠材で囲橈されたものとしたり、圧 延加工を施す前に、クラッド材の表面を金属製の保護板で覆うようにしたので、塑性 加工により複合材の表面や内部又は側面に割れや亀裂等が発生するのを確実に防 止することができると 、う効果を奏する。
また、多段焼結においては、スぺーサを利用することにより、自在に板厚制御を行う ことができる効果ちある。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]本発明の実施に使用される通電加圧焼結装置の要部を示す概略断面図であ る。
[図 2]本発明の方法の一実施形態を示す概略図で、上下一対の金属板材の間に混 合粉末を収容して通電加圧焼結装置に装入した状態を示す。
[図 3]本発明の方法の他の実施形態を示す概略図で、通電加圧焼結装置に装入さ れる金属製容器に混合粉末を収容して!/、る状態を示す。
[図 4]本発明の方法の他の実施形態を示す通電加圧焼結装置の概略断面図で、二 段焼結例を示す。
[図 5]本発明の方法の他の実施形態を示す部分断面図で、箱状体と蓋部部材からな る容器の外縁部へ金属枠材を取付けた状態を示す。
[図 6]外縁部に枠材を取り付けた図 5の容器の全体の平面図である。
[図 7]図 5と同様の部分断面図で、容器の外縁部への金属枠材の他の取付け例を示 す。
[図 8]外縁部に枠材を取り付けた図 7の容器の全体の平面図である。
[図 9]図 5と同様の部分断面図で、容器の外縁部への金属枠材の更に他の取付け例 を示す。
[図 10]図 5と同様の部分断面図で、容器の外縁部への金属枠材の更に他の取付け 例を示す。
[図 11]図 6と同様の容器の全体の平面図で、金属枠材のコーナー部を溶接した状態 を示す。
[図 12]ワイヤーカット型の金属枠を取り付けた容器全体の平面図である。
[図 13]本発明の方法の他の実施形態を示すための概略縦断面図で、通電加圧焼結 前に、混合材の周縁部に金属枠材を取り付けて、混合材と枠材を同時に焼結する形 態を示す。
[図 14]本発明の方法の他の実施形態を示す概略図で、塑性加工を施す前に、クラッ ド材の表面を保護板で覆う状態を示す。
[図 15]矩形のアルミニウム合^ JIS5052及び JIS1050製容器を用いて、本発明の実 施例 1に記載の方法に従って通電加圧焼結した焼結体の顕微鏡写真である。
[図 16]矩形のアルミニウム合^ JIS5052及び JIS1050製容器を用いて、本発明の実 施例 1に記載の方法に従って通電加圧焼結した焼結体の金属製容器と焼結体の界 面の顕微鏡写真である。
[図 17]図 15、 16の焼結体の Mgの線分析の図である。
[図 18]図 15、 16の焼結体を含む通電加圧焼結体を冷間圧延した圧延材の写真であ る。
[図 19]実施例 2に記載の方法によって製造された押出材の縦断面の顕微鏡組織写 真である。
符号の説明
1 成形ダイ
2 上パンチ部材
3 下パンチ部材
A 材料収容部
4、 5 金属板材
6 底部板材
9 蓋部板材
10 積層板
11 組合せ体
12 スぺーサ
13 仕切り部材
14 容器
15 枠材
16、 18 溶接部
17 空隙部
21 保護板
24 圧延ローノレ
発明を実施するための最良の形態
[0017] 本発明の製造方法は、 (a)アルミニウム粉末とセラミックス粒子を混合して混合材を 調製する工程と、（b)前記混合材を金属板材と共に通電加圧焼結して、焼結体が金 属板材で被覆されたクラッド材を形成する工程と、（c)前記クラッド材に塑性加工を施 してアルミニウム複合材を得る工程を具備してなることを特徴とする。以下、使用され る原材料の説明を行った後、各工程を (a)工程から (c)工程の順に詳細に説明する。
[0018] (1)原材料の説明
[母材のアルミニウム粉末]
本体部の母材となるアルミニウム粉末は、その組成は特に限定されず、純アルミ- ゥム (JIS1050、 1070等）、 Al— Cu系合金 (JIS2017等）、 Al— Mg系合金 (JIS505 2等）、 Al—Mg— Si系合金 (JIS6061等）、 Al—Zn—Mg系合金 (JIS7075等）、 A1 —Mn系合金等、種々のタイプの合金の粉末を、単独で、又は 2種以上を混合して使 用することができる。
如何なる組成のアルミニウム合金粉末を選択するかは、所望される特性、後の成形 加工時の変形抵抗、混合されるセラミックス粒子の量、原料コスト等々を考慮して、決 定される。例えば、アルミニウム複合材の加工性や放熱性を高めたい場合には、純ァ ルミ-ゥム粉末が好ましい。純アルミニウム粉末は、アルミニウム合金粉末の場合に 比べて原料コストの面で有利でもある。なお、純アルミニウム粉末は、純度が 99. 5質 量％以上のもの（通常市販の純アルミニウム粉末は 99. 7質量％以上）を使用するの が好ましい。
[0019] また、中性子吸収能を付与する場合、後述するセラッミタス粒子としてホウ素化合物 を用いるが、得られる中性子吸収能を更に高めたい場合には、ハフニウム (Hf)、サ マリゥム（Sm)、ガドリゥム (Gd)等の中性子吸収能を備えた少なくとも 1種の元素を、 アルミニウム粉末中に好適には 1〜50質量％添加することができる。また、高温強度 が要求される場合にはチタン (Ti)、バナジウム (V)、クロム (Cr)、マンガン (Mn)、鉄 (Fe)、銅（Co)、ニッケル（Ni)、モリブデン（Mo)、ニオブ（Nb)、ジルコニウム（Zr)、 ストロンチウム (Sr)等の少なくとも 1種を、室温強度が要求される場合にはケィ素（Si) 、銅 (Cu)、マグネシウム（Mg)、亜鉛 (Zn)等の少なくとも 1種を、何れも各元素 2%以 下、合計量で 15質量％以下の割合で、添加することができる。
[0020] 更に、本願発明では焼結性を高めることが特に必要である力 かかる目的には、 M g (マグネシウム）、 Cu (銅）、 Zn (亜鉛)の何れか 1種以上を 0. 2質量％以上含ませる ことが好ましい。
尚、上記アルミニウム合金粉末では、特定した成分以外の残部は、基本的にアルミ ニゥム及び不可避不純物である。
[0021] アルミニウム粉末の平均粒径は特に限定されるものではないが、上限値は一般に は 500 μ m以下、好ましくは 150 μ m以下、より好ましくは 60 μ m以下の粉末を用い ることができる。平均粒径の下限値は製造可能であれば特に限定されるものではな いが、通常は 1 μ m以上、好ましくは 20 μ m以上である。またアルミニウム粉末の粒 度分布を 100 m以下として、強化材の粒子の平均粒度を 10 m以下とすると強化 材の粒子が均一に分散し、強化材粒子の希薄な部分が非常に少なくなり、特性の安 定ィ匕に効果がある。アルミニウム合金粉末の平均粒径は、後述するセラミックス粒子
の平均粒径との差が大きいと押出加工や圧延加工等の塑性加工の際に割れが生じ やすいので、平均粒径の差を小さくすることが好ましい。平均粒径が大きくなりすぎる と、平均粒径を大きくできないセラミックス粒子との均一混合が困難となる一方、平均 粒径が小さすぎると、微細アルミニウム合金粉末同士で凝集が起こり易くなり、セラミ ックス粒子との均一混合が非常に困難になるからである。また、かかる範囲内の平均 粒径とすることにより、一層優れた加工性、成形性、機械的特性を得ることもできる。 なお、本発明における平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定法による値を示 す。粉末形状も限定されるものではなぐ例えば涙滴状、真球状、回転楕円体状、フ レーク状又は不定形状等 、ずれであっても差し支えな 、。
[0022] 上記アルミニウム粉末の製造方法は限定されず、公知の金属粉末の製造方法に従 つて製造することができる。その製造方法は例えば、アトマイズ法、メルトスピユング法 、回転円盤法、回転電極法、その他の急冷凝固法等が挙げられるが、工業的生産に はアトマイズ法、特に溶湯をアトマイズすることにより粉末を製造するガスアトマイズ法 が好ましい。
なお、アトマイズ法においては、上記溶湯を通常 700〜1200°Cに加熱してアトマイ ズすることが好ましい。この温度範囲に設定することにより、より効果的なアトマイズを 実施することができるからである。またアトマイズ時の噴霧媒'雰囲気は、空気、窒素、 アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、水等あるいはそれらの混合ガスであってもよいが、 噴霧媒は、経済的観点から、空気、窒素ガス又はアルゴンガスによるのが好ましい。
[0023] [セラミックス粒子]
アルミニウム粉末と混合されて本体部の形成に用いられるセラミックスとしては、 A1
2
O、 SiCや B C、 BN、窒化アルミ、窒化ケィ素等がある。これらを単独で又は混合物
3 4
として使用することができ、複合材の用途によって選択する。
ここで、ホウ素（B)には中性子を吸収する性能があるので、ホウ素系セラミックス粒 子を用いた場合は、アルミニウム複合材は中性子吸収材としても使用できる。その場 合、ホウ素系セラミックスとしては、例えば B C、 TiB、 B O、 FeB、 FeB等を挙げる
4 2 2 3 2 ことができ、これらを単独で又は混合物として使用することができる。特に、中性子を 良く吸収する Bの同位体である を多く含む炭化ホウ素 B Cを使用するのが好まし
い。
[0024] このセラミックス粒子は、前述のアルミニウム合金粉末に、 0. 5質量％〜60質量0 /0 の量で含有せしめられることが好ましい。更に好ましくは 5質量％〜45質量％である 。 0. 5質量％以上とした理由は、 0. 5質量％より少ないと、複合材を十分に強化でき ないためである。また、 60質量％以下とした理由は、 60質量％より多いと、焼結が難 しぐ塑性加工の際の変形抵抗が高ぐ塑性加工が困難な上、成形体が脆くなつて、 折れやすくなるという問題があるからである。またアルミニウムとセラミックス粒子の密 着性も悪くなり、空隙ができやすぐ求める各機能が得られなくなり、強度や熱伝導性 も低下する。さらに切削性も低下する。
[0025] B Cや Al Oセラミックス粒子の平均粒径は任意であるが、 1〜20 μ mが好まし!/、。
4 2 3
アルミニウム合金の平均粒径に対して説明したように、これら二種の粉末間の粒径差 が少ない方が好ましい。よって、 5 m以上 20 m以下とすることがより好ましい。平 均粒径が 20 mより大きいと、切断時に鋸歯が直ぐに摩耗してしまう問題があり、ま た、平均粒径が 1 μ m (好ましくは 3 μ m)より小さ 、と、これら微細粉末同士で凝集が 起こり易くなり、アルミニウム粉末との均一混合が非常に困難になるからである。 なお、本発明の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定法による値を示す。粉 末形状も限定されず、例えば、涙滴状、真級状、回転楕円体状、フレーク状、不定形 状等の 、ずれであってもよ 、。
[0026] [金属板材]
本発明に係る製造方法にお!、て用いられる金属板材としては、粉末材料との密着 性に優れかつ塑性カ卩ェに適した金属であれば如何なる金属でも用いることができる 力 好適にはアルミニウム製又はステンレス鋼製である。例えばアルミニウムの場合、 純アルミニウム (JIS1050、 1070等）が好適に用いられる他、 Al—Cu系合金 (JIS20 17等）、 Al—Mg系合金 (JIS5052等）、 Al—Mg— Si系合金 (JIS6061等）、 A1—Z n— Mg系合金 (JIS7075等）、 Al— Mn系合金等、種々のタイプの合金素材も使用 することができる。如何なる組成のアルミニウムを選択するかは、所望される特性、コ スト等々を考慮して決定される。例えば、加工性や放熱性を高めたい場合には、純ァ ルミ-ゥムが好ましい。純アルミニウムは、アルミニウム合金の場合に比べて原料コス
トの面で有利でもある。また更に強度や加工性を高めたい場合には、 Al— Mg系合 金 (JIS5052等）が好ましい。更に、中性子吸収能を更に高めたい場合には、 Hf、 S m、 Gd等の中性子吸収能を備えた少なくとも 1種の元素を、好ましくは 1〜50質量％ 添カロすることができる。
[0027] また、金属板材は、後の通電加圧焼結工程において詳述するように、一対の金属 板材であってもよ 、し、底部板材と側部板材カもなる箱状体に蓋部板材が組み合わ された容器であってもよい。容器の場合、好適には箱状体の上部縁部には蓋部板材 の周縁部が嵌合する段状の嵌合部が形成されて 、てもよ 、。
[0028] (2) (a)工程 (アルミニウム ·セラミックス混合材製造工程）
アルミニウム粉末と、セラミックス粒子を用意し、これら粉末を均一に混合する。アル ミニゥム粉末は一種のみでもよいし複数種を混合してもよぐセラミックス粒子につい ても一種のみでもよいし複数種、例えば B C及び Al Oを混合してもよい。混合の方
4 2 3
法は、公知の方法でよぐ例えば Vブレンダー、クロスロータリーミキサー等の各種ミキ サー、振動ミル、遊星ミル等を使用し、所定の時間（例えば 10分〜 10時間程度)混 合すればよい。また、混合は、乾式又は湿式の何れであってもよい。また、混合の際 に解砕の目的で、アルミナボール等のメディアを適宜カ卩えてもよい。
[0029] (a)工程では、粉末の混合材を調製するのみで、この粉末混合材をそのまま次ェ 程の通電加圧焼結工程に送るのが基本プロセスである力 場合によっては、次工程 の通電加圧焼結の前に、冷間静水圧成形 (CIP)や冷間一軸成形、振動プレス成形 等により、アルミニウム混合粉末を圧縮成形しておくことも可能であり、一度通電加圧 焼結しておいたものでもよぐ混合粉末のままではなぐかかる圧縮成形材とすると、 通電加圧焼結の際に焼結しやすくなる上に、搬送等の取り扱 、も容易になると 、う利 点がある。また更に、圧縮成形したものを、減圧雰囲気、不活性雰囲気、還元性雰囲 気において、 200〜600°Cまで加熱し、脱ガスを行ってもよい。
[0030] (3) (b)工程 (通電加圧焼結工程）
(b)工程にぉ 、ては、（a)工程で製造された混合材 (混合粉末又は混合圧縮成形 体)を通電加圧焼結装置に装入して通電加圧焼結する。通電加圧焼結装置自体は 、所定の通電加圧焼結が実施できるものであれば如何なるものを用いても構わな 、
力 例えば図 1に概略図が示された装置が使用できる。この装置は、図示しない真空 容器内に収容された焼結炉 (これも図示せず）内に配設されており、上下方向に貫通 した穴が形成された超硬金属、超硬合金、炭素系材料等の導電性材料からなる成形 ダイ 1と、該成形ダイ 1の上下にパンチ部を前記貫通穴に移動可能に挿通させてそ れぞれ配設された超硬金属、超硬合金、炭素系材料等の導電性材料からなる上パ ンチ部材 2及び下パンチ部材 3とを具備してなり、上記貫通穴の上パンチ部材 2と下 パンチ部材 3により画成される空間が材料収容部 Aとなる。しかして、一般には粉末 材料をこの材料収容部 Aに装入し、図示しな 、上パンチ部材駆動機構と下パンチ部 材駆動機構を作動させて上パンチ部材 2と下パンチ部材 3により粉末材料を圧縮し て圧粉体を成形すると共に、図示しな ヽ DCパルス通電機構に電圧を印加して上パ ンチ部材 2と下パンチ部材 3から直流パルス電流を通電させ、通電加圧焼結を行う。 この通電加圧焼結方法自体は既に公知である力 本発明においては、粉末材料を そのまま材料収容部 Aに装入するのではなぐ粉末材料を金属板材に接触せしめた 状態で金属板材と共に成形ダイ 1中に装入し、上下のパンチ部材 2、 3で圧縮すると 共に電圧を印加して通電加圧焼結を施す点に特徴がある。
すなわち、本発明においては、焼結体に金属板材が被覆されたクラッド材が形成さ れるように粉末材料と金属板材を互いに接する状態で材料収容部 Aに装入し、通電 加圧焼結を施す。通電加圧焼結は従来知られた方法で実施することができ、真空容 器を密封して真空ポンプ等で焼結炉内を減圧状態とし、必要に応じて真空容器内に 不活性雰囲気ガスを充填した後、上パンチ部材 2と下パンチ部材 3を作動させ成形 ダイ 1内の材料を所定圧で押圧圧縮した後、得られた高密度圧縮体に上パンチ部材 2と下パンチ部材 3を通して直流パルス電流を通電し、材料を加熱焼結する。通電力口 圧焼結の条件は、所望の焼結結果が達成されるように選択されなければならず、対 象とする粉末の種類、所望される焼結度合 、等に応じて適宜決定されるものである 力 本発明における基本的な所望要件である金属板材と焼結体の密着性、クラッド 材の塑性加工性等に鑑みると、大気中でも通電加圧焼結は可能である力 例えば、 真空度 0. ltorr以下の真空雰囲気下で、電流 5000〜30000アンペア一、昇温速 度 10〜300°CZ分、焼結温度 500〜650°C、保持時間 5分以上、圧力 5〜： LOMpa
の条件で実施される。焼結温度が 500°C未満では十分に焼結させることが難しぐ 6 50°Cを超えるとアルミニウム粉末あるいはアルミニウム板材が溶融してしまう虞がある (好ましくは 530〜580°C以下）。
[0032] ここで、本発明では焼結体に金属板材が被覆されたクラッド材が形成されるように 粉末材料と金属板材を互いに接する状態とするが、具体的には、次の二通りの態様 が考えられ、好適である。
すなわち、第一の態様は図 2に示すもので、成形ダイ 1の粉末材料収容部に先ず アルミニウム製、ステンレス鋼製等の金属板材 4を下パンチ部材 3のパンチ面にこれ を当接させて装入し、っ ヽで工程 (a)で得られた粉末の混合材 M (又は圧縮成形体） を装填した後、上から金属板材 5を被せる。そして、この状態で、前述の条件で通電 加圧焼結を施す。
第二の態様は図 3に示すもので、底部板材 6と側部板材 7からなる箱状体 8に、ェ 程 (a)で得られた粉末の混合材 M (又は圧縮成形体)を装填した後、その上から蓋部 板材 9を嵌合する。この容器を、成形ダイ 1の粉末材料収容部に収容し、この状態で 、上記の条件で通電加圧焼結を施す。尚、図 3において箱状体 8は四角形状として いるが、押出加工をする場合は、円筒状の箱状体 8を使用する。
上記何れの方法によっても、通電加圧焼結によりアルミニウム混合粉末又はその圧 縮成形体からなる混合材は焼結され、それと同時に上下の金属板材 4、 5や容器の 底部板材 6及び蓋部板材 9に密着し、クラッド材が形成される。
[0033] 更に、本発明では、焼結工程を二段焼結、三段焼結等の多段焼結とすることができ る。図 4は二段焼結の場合の実施形態を示すもので、三段以上の場合も同様の構成 で実施可能である。
図 4中、 13はパンチ移動方向に直交する少なくとも一の仕切り部材を示し、これに よって成形ダイ中の収容空間には二の仕切り空間が画成されている。この各仕切り 空間に、混合材と金属板材の組合せ体 11を一組ずつ装入して通電加圧焼結を施す のであるが、各組合せ体 11と成形ダイ 1の間と、各組合せ体 11と仕切り部材 13の間 とには、パンチ部材ゃ仕切り部材と組合せ体が接合してしまわな ヽように上下一対の 積層板 10が配設される。更に、上下一対の積層板 10の間で積層板周縁部の近傍
には、積層板の外周縁部に沿って延びる矩形枠状のスぺーサ 12が上下面を上下一 対の積層板の対向面に向けて配設されている。このスぺーサ 12は、側部板材 7と蓋 部板材 9の接触部が通電加圧焼結の際に変形することを抑制し、箱状体 8と蓋部板 材 9がはがれにくくするためのものである。
[0034] また、本発明の好適な実施形態では、工程 (b)にお 、て、周縁部がアルミニウムブ ロック材等の金属枠材で囲橈されたクラッド材を形成することにより、金属枠材に圧延 荷重が力かる構造とし、クラッド材の主として側方向の割れや亀裂等の発生が未然に 防止される。この金属枠材によるクラッド材の保護は、通電加圧焼結後に行ってもよ いし、通電加圧焼結前に行ってもよい。枠材 15の幅 aが、大きいほど圧延荷重を受け ることができるため、クラッド材の割れや亀裂が発生しにくくなるので、枠材 15の幅 a は、 5mm以上にするのが好ましい。更に 20mm以上にするのが好ましい。また枠材 15は、金属板材ゃ金属容器と同じ材質の金属であるとそれらとの接合性が良い。ま た圧延する際の組成変形量に差が出にくい。
[0035] 図 5及び 6は、箱状体と蓋部部材カもなる容器 14によって示した組合せ体の外縁 部への金属枠材 15の一取付け例を示すもので、通電加圧焼結時にアルミニウムブロ ックカゝらなる枠材 15を取り付け、通電加圧焼結後に枠材 15の外周部を溶接あるいは 摩擦撹拌接合する。図 5中、 16は溶接の肉盛りを示す。また図 5から分力ゝるように、容 器 14 (組合せ体でもある力 以下、容器 14とする）を、その底部及び上部とその側面 部との角部がなだらかな湾曲面状になるように形成し、枠材 15と容器 14の該角部の 間に空隙 17を形成しておくと、焼結の際に、この空隙 17に枠材 15のアルミニウムブ ロックが溶け込み、枠材 15と容器 14の一体ィ匕が図れ、枠材 15の摩擦係数が上がる という利点がある。なお、容器内部では粉末の圧縮が生じるため、アルミニウムブロッ クの枠材 15の厚みは容器 14の厚みより小さいことが好ましい。アルミニウムブロック の枠材 15は容器 14と同じレベルあるいはそれ以上だと通電加圧焼結時の圧縮力の 多くを枠材 15が受けてしまい、容器 14及びその内部の粉末に圧縮力が加わりにくく なる虜がある。逆に枠材 15の厚みが薄すぎると圧延初期に、枠材 15に圧力が加わら なくなるので、容器 14の厚みの 90%以上であることが好まし!/、。
[0036] 図 7及び 8は、金属枠材 15を容器 14に取り付ける場合の他の実施形態を示すもの
で、通電加圧焼結後に、クラッド材となっている容器 14の外周部にアルミニウムブロッ タカゝらなる枠材 15を溶接 16あるいは摩擦撹拌接合により取り付ける。この方法は実 施が容易であり、アルミニウムブロックの枠材 15を容器 14の厚みより若干厚くすること で、枠材 15へ圧力が初期から力かるようにする。早い段階で枠材 15へ圧力が掛かる とクラッド材の割れや亀裂が発生しに《なる。また、枠材 15を通電加圧焼結装置に 入れる必要が無 、ので、その分通電加圧焼結体を大きくすることができる。
更に図 9は別の実施形態を示すもので、クラッド材の外側部分を構成する容器 14 の周縁部の外部形状を外方に向けて容器が徐々に薄くなるようにテーパー状にする ことにより、圧延荷重が枠材 15に流れ易くするようにしたものである。このような構造 にすれば、アルミニウムブロックの枠材 15を取り付けたとき、テーパー部へ荷重がか 力りやすくなる。また、クラッドされる容器 14の製作が比較的容易であり、通電加圧焼 結処理前に CIP等の圧縮成型を行う場合には、粉体を詰める作業が容易になるとい ぅ禾 IJ点がある。
[0037] 図 10は更に別の実施形態を示すもので、通電加圧焼結時にアルミニウムブロック の枠材 15を容器 14と同時焼結して、焼結後に外周部において枠材 15と容器 14を 溶接あるいは摩擦撹拌接合する。その際、容器 14のフランジ部分の端部を外方に略 90° 折り曲げることによりフランジ部分の断面積を大きくし、曲げた中央部分を全周 溶接あるいは摩擦撹拌接合する。この方法では、フランジ引張り強度を上げることが できるという利点がある。
また、図 11に示すように、金属枠材 15は複数の枠部材 15aを溶接あるいは摩擦撹 拌接合により固着させて形成することができるが、圧延の際、コーナー部 18には大き な力が加わるので、コーナー部 18には強度を上げるため、溶接処理を施してもよい。 また、枠材 15のコーナー部の強度をより上げるため図 13に示すように、アルミニウム 板材の中央部をワイヤーカットやプレス加工等により切除した一体部材の金属枠 15 を用いることもできる。更に中空状のアルミニウム押出材を適宜寸法に切り出したもの を金属枠材 15として用いることもできる。
[0038] 図 13は更に別の実施態様を示すもので、 19は金属板材、 20は混合材である。こ の例では、通電加圧焼結前に、混合材 20の周縁部にアルミニウム等の金属枠材 15
を取り付けて、混合材 20と枠材 15を同時に焼結する。混合材中のアルミニウムと枠 材が溶融状態で焼結するので、より一体となった焼結体を得ることができる。金属枠 部材 15は、複数個のアルミニウムブロック材等カもなるものでも良いが、コーナー部 の強度を考慮するとアルミニウム板材の中央部をワイヤーカットやプレスカ卩ェ等により 切除したものや中空状のアルミニウム押し出し材を適宜寸法に切り出したもの等の一 体物を用いることが好ましい。この場合、枠材 15も材料収容部 Aの中に入るので、枠 材 15の幅 aが大きいと焼結体が小さくなる。そこで、幅の小さい枠材 15を用い、通電 加圧焼結後に、枠材 15の外に更に枠材を設けても良い。
[0039] (4) (c)工程 (塑性加工工程）
通電加圧焼結体は、一般には、熱間押出、熱間圧延、熱間鍛造等の熱間塑性カロ ェを施され、加圧焼結が更に改良されると同時に、目的とする形状に成形される。板 状クラッド材を作製する場合は、冷間圧延のみで A1板材ゃ A1容器との所定のクラッド 率を有するクラッド板材を得ることも可能である。熱間塑性カ卩ェは一つの加工を行つ てもよいし、複数の加工を組み合わせてもよい。また熱間塑性カ卩ェ後、冷間塑性カロ ェを行ってもよい。冷間塑性カ卩ェを行う場合は、加工前に 100〜530°C (好ましくは 4 00〜520°C)で焼鈍を行うと加工が行 、やすくなる。
焼結体は金属板材によってクラッドされているので、その表面には塑性加工の際に 破壊の基点となったり、ダイス等を摩耗させたりするセラミックス粒子は無い。そのた め、塑性加工性が良好であり、強度や表面性状の優れたアルミニウム複合材を得る ことができる。また得られた熱間塑性加工材は、表面が金属でクラッドされ、表面の金 属と内部のアルミニウム焼結体の密着性もよいので、表面を金属材にクラッドされて いないアルミニウム複合材より、耐食性、耐衝撃性、熱伝導性に優れる。
[0040] 好適な圧延加工の実施形態では、圧延加工を施す前に、クラッド材の表面を金属 製の保護板、例えばステンレス鋼、 Cu又は軟鉄製の薄板で覆う。これにより、圧延カロ ェ時 (特に初期に）にローラと金属板材との摩擦により生じる恐れのある焼結材と金 属板材との剥離等を未然に防止することができる。
図 14は、この実施形態の一例を示す概略図で、クラッド材 23の移動方向前方側と 上下面を保護板 21で囲橈している。また、クラッド材 23と保護板 21の間には潤滑処
理 22が施される。潤滑処理を施すことにより、保護板と金属板材との摩擦が減少し、 焼結材と金属板材との剥離がより発生しに《なる。より具体的には、例えば、通電力口 圧焼結体を軟鉄製の薄板 (0. 5mm厚)で覆い、焼結体と軟鉄薄板の内部を BN系 潤滑剤にて固体潤滑処理して、熱間圧延（ロール径： Φ 340mm,面長： 400mm、 速度： 15. 2mZmin)を施す。なお、嚙込性改善のため、ロール 24は無潤滑とし、ま た、軟鉄板の先端表面のみ粗面処理 (例えば、 # 120エミリ一紙を用いる）を施す等 の条件で行うことができる。保護板は圧延の最後まで使用する必要はなぐ圧延があ る程度進んだ段階では、金属板材と焼結体の結合が強固になるので、使用を止めて も良い。また保護板も圧延を繰り返すと加工硬化する。加工硬化した保護板はクラッ ド材を傷つける可能性がある。クラッド材が傷つくと破壊の起点となるので、圧延を数 回繰り返した後、新 、保護板と交換することが好ま 、。
実施例
以下、本発明の製造方法を実施例を参照しながら詳細に説明する。
なお、実施例に記載した各物性値の測定方法は次の通りである。
(1)組成
ICP発光分光分析法により分析した。
(2)平均粒径
商品名「マイクロトラック」（日機装製)を使用し、レーザー回折式粒度分布測定法に より実施した。平均粒径は、体積基準メジアン径である。
(3)圧延性
試料を圧延加工したときの割れの有無や表面性状を評価した。板面上に表面割れ の発生があったものを「X」、表面に割れはないが、しわ状の凹凸のあるものを「〇」、 表面割れや凹凸の発生がな力 たものを「◎」とした。
(4)組織観察
試料を切断した小片を榭脂に埋め込み、エメリー研磨、パフ研磨を行なった後、光 学顕微鏡により、組織を観察した。
(5)線分析
組織観察に使用した試料にっ 、て EPMA装置を用いて、 Mgの分布を調査した。
[0042] [実施例 1]
表 1に示す組成のアルミニウム合金粉末に、 B Cセラミックス粉末を、 35質量％にな
4
るように均一に混合した。ついで、縦 100mm X横 100mm X高さ 5mmの板厚 0. 5 mmのアルミニウム合^ JIS5052及び JIS1050製の容器を準備し、前記の混合粉を 各容器に入れた状態で、通電加圧焼結装置に装填し、真空雰囲気 (真空度: 0. lto rr)において電圧（電流 7000アンペア一）を印加して通電加圧焼結を行った。ここで 、焼結温度は 520〜550°C、保持時間 20分とし、昇温速度 20°CZ分、圧力 7Mpa の条件とした。
[表 1] 表 1 母材のアルミニゥム合金粉末の組成 （単位：質量％)
A 1残部には不可避不純物を含む
[0043] 得られた焼結材力 試験片を採取し、その金属組織を光学顕微鏡を用いて組織観 察した。図 15、 16にその顕微鏡写真を示す。この写真より、試験片は十分高密度に 焼結されていることが分かる。また図 16より、容器と内部のアルミニウム粉末合金とは 強固に密着されていることが分かる。
更に、組織観察に使用した試験片につ ヽて EPMA装置を使用して Mgの線分析を 行った。その結果を図 17に示す。図 17より、接合面近くの 5052材の Mgが減少し、 母材が純アルミニウムである焼結体内部に Mgが検出されていることが分かる。すな わち、 5052材の Mgが焼結体内部に拡散していることが分かる。このことからも 5052 材と焼結材が強固に密着していることが確認された。
[0044] 次に得られた焼結体を、板厚 2mmまで、冷間圧延した。冷間圧延材の外観写真を 図 18に示す。図 18より、外観不良が無ぐ圧延加工されていることが分かる。また冷 間圧延材の強度、耐食性 (塩水噴霧試験:室温、食塩水、浸漬 500時間の後、外観 検査)を調べた。その結果を表 2に示す。
[0045] 比較例として、容器に入れず粉末のまま通電加圧焼結を行ったものを冷間圧延し た (他の組成、製造条件は同じ)。しかし、表面に割れやむしれが発生し、圧延材を
得ることができな力つた。そこで、焼結材の強度、耐食性を調べた。これらの結果も以 下の表 2に併せて示す。
表 2より、本発明例は、強度、耐食性に優れていると共に圧延性も良好であるのに 対して、比較例は、何れの性質においても本発明例に比較して劣り、また圧延時に 割れが生じてしまうことが分かる。
[表 2] 表 2
[実施例 2]
表 1に示す組成のアルミニウム合金粉末に、 B Cセラミックス粉末を、 43質量％にな
4
るように混合した。ついで、混合粉を純アルミニウム CFIS 1050)製の円筒状容器（ φ 1 OOmm;板厚 2mm)に入れ、実施例 1記載の条件で通電加圧焼結を行った。
次に得られた焼結材を、 480°Cまで加熱し、厚さ 6mmx40mmの平板状に熱間押 出加工した。図 19に金属組織の顕微鏡写真を示す。図 19より押出材が焼結され、 容器と押出材が十分に密着していることが分力る。
Claims
[1] (a)アルミニウム粉末とセラミックス粒子を混合して混合材を調製する工程と、 (b)前 記混合材を金属板材と共に通電加圧焼結して、焼結体が金属板材で被覆されたクラ ッド材を形成する工程と、（c)前記クラッド材に塑性加工を施してアルミニウム複合材 を得る工程を具備してなることを特徴とする、アルミニウム複合材の製造方法。
[2] 前記 (b)工程にお ヽて、前記混合材を金属板材に接触せしめた状態で金属板材と 共に成形ダイ中に装入し、パンチで圧縮すると共に電圧を印加して通電加圧焼結を 施すことを特徴とする、請求項 1に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[3] 前記 (b)工程において、混合材を一対の金属板材間に挟み、金属板材がパンチで 押圧される状態で成形ダイ中に装入し、混合材を金属板材と共に圧縮することを特 徴とする、請求項 2に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[4] 前記 (b)工程にぉ ヽて、蓋部板材を底部板材に対向して有する金属製容器に混合 粉末を収容し、底部板材と蓋部板材がパンチで押圧される状態で成形ダイ中に装入 し、混合材を容器と共に圧縮することを特徴とする、請求項 2に記載のアルミニウム複 合材の製造方法。
[5] 前記 (b)工程において、混合材と金属板材の組合せ体を少なくとも二組準備し、該 少なくとも二組の組合せ体を積み重ねた状態で成形ダイ中に装入して通電加圧焼 結を施し、少なくとも二のクラッド材を同時に形成することを特徴とする、請求項 2ない し 4の何れか 1項に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[6] 成形ダイ中の収容空間を、パンチ移動方向に直交する少なくとも一の仕切り部材で 仕切って少なくとも二の仕切り空間を画成し、前記少なくとも二組の組合せ体を該少 なくとも二の仕切り空間に装入して、通電加圧焼結を施すことを特徴とする、請求項 5 に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[7] 前記各組合せ体と成形ダイの間と、各組合せ体と仕切り部材の間とに、上下一対の 積層板を配設させて、通電加圧焼結を施すことを特徴とする、請求項 6に記載のアル ミニゥム複合材の製造方法。
[8] 前記金属板材がアルミニウム製又はステンレス鋼製であることを特徴とする、請求項 1ないし 7の何れか 1項に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[9] 前記 (a)工程にぉ 、て、アルミニウム粉末とセラミックス粒子を混合して混合粉末か らなる混合材を調製することを特徴とする、請求項 1な 、し 8の何れか 1項に記載のァ ルミ-ゥム複合材の製造方法。
[10] 前記 (a)工程にぉ 、て、アルミニウム粉末とセラミックス粒子を混合して混合粉末を 調製し、該混合粉末に圧縮成形を施して圧縮成形体からなる混合材を調製すること を特徴とする、請求項 1な 、し 9の何れ力 1項に記載のアルミニウム複合材の製造方 法。
[11] 前記（a)工程において、アルミニウム粉末は純度 99. 0%以上の純 A1粉もしくは A1 に Mg、 Si、 Mn、 Crの何れ力 1種以上を 0. 2〜2質量％含有する合金粉であり、セラ ミックス粒子は混合材全質量の 0. 5〜60%を占めることを特徴とする、請求項 1ない し 10の何れか 1項に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[12] 前記 (b)工程にぉ ヽて、周縁部が金属枠材で囲橈されたクラッド材を形成し、前記
(c)工程において、塑性カ卩ェが圧延カ卩ェであることを特徴とする、請求項 1ないし 11 の何れか 1項に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[13] 前記 (b)工程において、通電加圧焼結後に、クラッド材の周縁部を金属枠材で囲 橈することを特徴とする、請求項 12に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[14] 前記 (b)工程にお ヽて、通電加圧焼結前に、金属板材及び Z又は混合材の周縁 部を金属枠材で囲橈することを特徴とする、請求項 12に記載のアルミニウム複合材 の製造方法。
[15] 複数の枠部材を溶接又は摩擦撹拌接合により固着させて金属枠材を形成する、請 求項 12ないし 14の何れか 1項に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[16] 金属枠材がー体部材である、請求項 12ないし 14の何れ力 1項に記載のアルミ-ゥ ム複合材の製造方法。
[17] 前記金属枠材がアルミニウム材であることを特徴とする、請求項 12ないし 16の何れ 力 1項に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[18] 前記 (c)工程において、圧延加工を施す前に、前記クラッド材の表面を金属製の保 護板で覆うことを特徴とする、請求項 1ないし 17の何れか 1項に記載のアルミニウム 複合材の製造方法。
[19] 前記 (c)工程において、前記クラッド材の移動方向前方側と上下面を前記保護板 で囲橈することを特徴とする、請求項 18に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[20] 前記クラッド材と保護板の間に潤滑処理を施すことを特徴とする、請求項 18又は 1
9に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[21] 前記保護板が、ステンレス鋼、 Cu又は軟鉄製の薄板であることを特徴とする、請求 項 18ないし 20の何れか 1項に記載のアルミニウム複合材の製造方法。
[22] 請求項 1ないし 21の何れか 1項に記載のアルミニウム複合材の製造方法により製造 されたアルミニウム複合材。
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