WO2011046152A1 - 傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造方法、並びに傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料 - Google Patents

傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造方法、並びに傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料 Download PDF

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foam
functionally gradient
gradient material
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禎彦 半谷
登雄 宇都宮
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国立大学法人群馬大学
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Definitions

  • the present invention is manufactured by a method of manufacturing a functionally gradient material precursor and a functionally gradient material formed such that the material composition, or the material composition and the porosity change continuously or stepwise, and the manufacturing method thereof.
  • the present invention relates to a functionally gradient material precursor and a functionally gradient material.
  • Porous aluminum typified by foam metal, is a multifunctional material that combines light weight and excellent impact energy absorption characteristics, and is expected to be a highly functional material that can improve both fuel economy and collision safety in the future. Has been.
  • Non-patent Document 1 a typical method is a precursor method (Non-patent Document 1).
  • the precursor method is a method for producing a so-called precursor (foamed metal precursor) in which a foaming agent powder is previously mixed in an aluminum base material.
  • the precursor method after forming the precursor, the precursor is heated to decompose the foaming agent to generate gas, and the generation of this gas expands the aluminum base material to make it porous. Thereby, porous aluminum is completed.
  • Non-patent Document 2 a powder method
  • Patent Document 3 a rolling joining method
  • the powder method is a method in which the base material powder and the foaming agent powder are mixed until uniform, and the obtained mixed powder is solidified by performing operations such as hot extrusion and hot rolling to obtain a precursor. is there.
  • a plurality of plate materials as base materials are prepared, a foaming agent is sandwiched between the plate materials, the plate materials are joined by rolling at a predetermined reduction rate, for example, 50%, and this rolling process is repeated.
  • a foaming agent is uniformly dispersed in a plate material to obtain a precursor.
  • the above-mentioned powder method is expensive in comparison with materials such as plate materials that are generally distributed, and when the base material is an aluminum alloy powder, there is an oxide film on the surface of the powder. Therefore, there is a problem that it is difficult to manufacture a sufficiently dense precursor.
  • the rolling joining method has the advantage that cheap plate materials can be used and existing rolling equipment can be used, but in order to join the plate materials by rolling, pretreatment such as annealing and surface treatment of the joint surface is necessary. And there is a problem that heat treatment is necessary before and after rolling.
  • porous aluminum is desired to be provided with a gradient functionality for further expansion of applications.
  • the function of the material can be changed in grades in porous aluminum such that the surface has excellent corrosion resistance and the inside has high strength, it can be used in automobiles, aerospace, railway vehicles, medical machines, building components, industrial Higher functionality can be realized as a member used in industrial machines and the like.
  • the present invention provides a functionally graded material precursor having a low cost, excellent quality stability, and a graded material composition, and a method for producing the same. Furthermore, the present invention provides a functionally graded material in which the material composition or the material composition and the porosity are graded to achieve high functionality, and a method for manufacturing the material.
  • the method for producing a functionally gradient material precursor according to the present invention includes a foam metal precursor in which a plurality of pores are generated inside a metal member by performing a heat treatment.
  • it has the process of carrying out friction stir welding of several types of foam metal precursors simultaneously with the process of forming a foam metal precursor, or after.
  • the method for producing a functionally gradient material precursor according to the present invention includes a step of forming a foam metal precursor in which a plurality of pores are generated inside the metal member by performing a heat treatment. Moreover, it has the process of carrying out friction stir welding of the dense metal part and foam metal precursor which consist of a material composition different from the material composition of a metal member simultaneously with the process of forming a foam metal precursor, or after.
  • a functionally functional material precursor in which the foam metal precursors having different composition materials or the foam metal precursor and the dense metal part are integrated is formed.
  • the method for producing a functionally gradient material of the present invention includes a step of forming a plurality of types of foam metal precursors in which a plurality of pores are generated inside the metal member by performing a heat treatment, with different material compositions of the metal member.
  • a functionally gradient material precursor by carrying out friction stir welding of several types of foam metal precursors simultaneously with the process of forming a foam metal precursor, or later.
  • it has the process of foaming the inside of a foam metal precursor, and forming a foam metal part by heat-processing a functionally gradient material precursor.
  • the method for producing a functionally gradient material of the present invention includes a step of forming a foam metal precursor in which a plurality of pores are formed inside the metal member by performing a heat treatment, and a step of forming the foam metal precursor, Or it has the process of carrying out friction stir welding of the dense metal part and foam metal precursor which consist of material composition different from the material composition of a metal member later. Moreover, it has the process of foaming the inside of a foam metal precursor, and forming a foam metal part by heat-processing a functionally gradient material precursor.
  • a functionally gradient material in which foam metal parts having different material compositions or a foam metal part and a dense metal part are integrated is formed. Thereby, a functionally graded material in which the material composition or the material composition and the porosity are changed continuously or stepwise is obtained.
  • the functionally gradient material precursor of the present invention is a kind of foam metal precursor in which a plurality of pores are generated inside the metal member by heat treatment, and the foam metal precursor has one or more different material compositions. Various other foam metal precursors are joined together to form a single piece.
  • the functionally gradient material precursor of the present invention has a material composition different from a foam metal precursor in which a plurality of pores are formed inside a metal member by heat treatment, and the foam metal precursor. And a dense metal portion formed by bonding to a desired surface.
  • the functionally gradient material of the present invention forms a foam metal precursor by forming a plurality of types of foam metal precursors in which a plurality of pores are formed inside the metal member by performing a heat treatment by varying the material composition of the metal member.
  • a functionally graded material precursor is formed by friction stir welding of a plurality of types of foam metal precursors, and the inside of the foam metal precursor is foamed by heat-treating the functionally graded material precursor. It has a formed metal foam part.
  • the functionally gradient material of the present invention forms a foam metal precursor in which a plurality of pores are generated inside the metal member by performing a heat treatment, and at the same time as or after the formation of the foam metal precursor, It has a foam metal part formed by foaming the inside of the metal foam precursor by friction stir welding a dense metal part made of a material composition different from the material composition of the metal member and heat treating the functionally gradient material precursor .
  • the functionally graded material precursor having a low cost, excellent quality stability, and a graded material composition.
  • the functionally graded material can be obtained in which the material composition, or the material composition and the porosity are graded to achieve high functionality.
  • FIGS. 2A and 2B are schematic configuration diagrams showing a manufacturing process of a functionally gradient material precursor and a functionally gradient material according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. FIGS. 2A and 2B are schematic configuration diagrams showing a manufacturing process of a functionally gradient material precursor and a functionally gradient material according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. A and B are schematic configuration diagrams illustrating other examples of the metal plates constituting the first stacked body and the second stacked body in the first embodiment.
  • It is a schematic block diagram which shows the manufacturing process of the functionally gradient material precursor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and a functionally gradient material.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional configuration diagram along line AA in FIG. 4.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional configuration diagram along the line xx of FIG. 6. It is a schematic block diagram which shows the manufacturing process of the functionally gradient material precursor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and a functionally gradient material. It is a schematic block diagram which shows the manufacturing process of the functionally gradient material precursor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and a functionally gradient material. It is a schematic block diagram which shows the manufacturing process of the functionally gradient material precursor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and a functionally gradient material. It is a schematic block diagram which shows the manufacturing process of the functionally gradient material precursor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and a functionally gradient material.
  • FIGS. 2A and 2B are schematic configuration diagrams showing a manufacturing process of a functionally gradient material precursor and a functionally gradient material according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. It is a schematic block diagram which shows the manufacturing process of the functionally gradient material precursor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and a functionally gradient material.
  • FIGS. It is a schematic block diagram which shows the manufacturing process of the functionally gradient material precursor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and a functionally gradient material.
  • It is a schematic perspective view of the functionally gradient material precursor manufactured in the first embodiment of the present invention.
  • A, B The appearance photograph of the functionally gradient material precursor manufactured in the first embodiment and the corresponding observation result with EPMA are shown.
  • a and B An appearance photograph of the functionally gradient material manufactured in the first embodiment and an observation result with EPMA corresponding thereto are shown.
  • a and B are a schematic perspective view of a functionally gradient material precursor in Modification 1 and a schematic configuration diagram of the functionally gradient material. It is a schematic block diagram of the functionally gradient material in the modification 2.
  • a and B are schematic configuration diagrams of functionally gradient material precursors in Modification 3.
  • FIG. It is a schematic block diagram which shows the manufacturing process of the functionally gradient material precursor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and a functionally gradient material.
  • FIG. 24 is a schematic cross-sectional configuration diagram taken along the line xx of FIG. 23. It is a schematic block diagram which shows the manufacturing process of the functionally gradient material precursor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and a functionally gradient material. It is a schematic perspective view of the functionally gradient material precursor manufactured by the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIGS. 4A and 4B are an appearance photograph of a functionally gradient material precursor produced in the second embodiment and an enlarged photograph of the main part.
  • FIGS. A and B The observation result in EPMA of the functionally gradient material precursor manufactured in 2nd Embodiment is shown.
  • A, B, C The appearance photograph of the functionally gradient material manufactured in the second embodiment and the observation result with EPMA corresponding thereto are shown.
  • FIGS. 7A and 7B are schematic configuration diagrams illustrating a manufacturing process of a functionally gradient material precursor and a functionally gradient material according to a third embodiment of the present invention.
  • First Embodiment Functionally Gradient Material Precursor Made of Different Materials and Functionally Gradient Material Modification
  • Example 1 Example Using Three Different Material Materials Modification
  • Example 2 Changing Porosity Modification
  • Example 3 Additive Material
  • Example 2 of changing Second Embodiment Functionally Gradient Material Precursor with Dense Metal Bonded, and Example of Functionally Gradient Material 3.
  • Third Embodiment Example using a die-cast material
  • a pair of first metal plates 1a and 1b are laminated by sandwiching a foaming agent 3 and a pore shape stabilizer 4 to form a first laminate 7 shown in FIG. 2A.
  • a pair of second metal plates 2a and 2b made of a material composition different from those of the first metal plates 1a and 1b are stacked by sandwiching the foaming agent 3 and the pore shape stabilizer 4, and the second metal plate 2a and 2b shown in FIG.
  • Two laminated bodies 8 are formed.
  • any one of aluminum and its alloys, magnesium and its alloys, titanium and its alloys, iron and steel materials, copper and copper alloys, and the like may be used. it can.
  • the first metal plates 1a and 1b constituting the first laminate 7 and the second metal plates 2a and 2b constituting the second laminate 8 are made of different material compositions.
  • first metal plates 1a and 1b rolled plates of aluminum (JIS standard: A1050) having a purity of 99.5% were used as the first metal plates 1a and 1b.
  • second metal plates 2a and 2b rolled plates of aluminum alloy (JIS standard: A6061) whose material composition is mainly composed of aluminum (Al), silicon (Si), and magnesium (Mg) were used.
  • the first metal plates 1a and 1b and the second metal plates 2a and 2b of the present embodiment are rolled plates having a length of 210 mm, a width of 80 mm, and a thickness of 3 mm.
  • the pair of first metal plates 1a and 1b or the pair of second metal plates 2a and 2b have the same thickness, but may have different thicknesses.
  • the foaming agent 3 is not particularly limited as long as it does not adversely affect the first metal plates 1a and 1b and the second metal plates 2a and 2b.
  • titanium hydride, zirconium hydride, calcium carbonate Inorganic foaming agents such as azo compounds and hydrazine derivatives can be used.
  • zirconium hydride, calcium carbonate Inorganic foaming agents such as azo compounds and hydrazine derivatives
  • alumina, silicon carbide, silicon dioxide, or the like can be used.
  • titanium hydride (TiH 2 ) powder having a particle size smaller than 45 ⁇ m is used as the foaming agent 3, and the pore shape stabilizer 4 is alumina ( ⁇ -Al 2 O 3 ) having an average particle size of 1 ⁇ m.
  • the spray area is a place through which the friction stir tool passes in a friction stir welding (FSW) process described later.
  • the amount of the foaming agent 3 and the pore shape stabilizer 4 applied is the first metal plates 1a and 1b (or the second metal) obtained by multiplying the area where these powders are applied by the length (5 mm) of the probe of the friction stir tool described later.
  • the foaming agent 3 was 1 mass% and the pore shape stabilizer 4 was 10 mass% with respect to the mass of the volume of the plates 2a and 2b).
  • FIG. 8 when forming the first laminate 7 and the second laminate 8, the lower first metal plate 1b and the second metal plate 2b constituting the first laminate 7 or the second laminate 8 are shown in FIG. As shown to 3A, you may make it the shape which has the groove part 9 for accommodating a foaming agent. Moreover, as shown to FIG. 3B, it is good also as a shape which has the recessed part 10. FIG.
  • FSW is performed from each one surface.
  • FSW is one of the joining methods, and is a joining method capable of joining a plurality of metal members that are in contact with each other while stirring the inside of the metal member by a simple and high-speed process. Since the FSW in the first stacked body 7 and the second stacked body 8 is performed in the same process, the FSW in the first stacked body 7 and the second stacked body 8 will be described simultaneously in the following description.
  • FSW is performed by a friction stir tool 5 including a cylindrical main body 5b and a rod-like probe 5a attached to the tip of the main body. While the main body 5b and the probe 5a are rotated at a predetermined rotation number as indicated by the arrow b, the main body 5b and the probe 5a are pressed in the direction indicated by the arrow a, whereby the first laminated body 7 (second laminated body 8). The probe 5a is penetrated into one end of one of the surfaces. And as shown by the arrow c, the main body 5b and the probe 5a are moved toward the other end of the 1st laminated body 7 (2nd laminated body 8).
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a cross section along the line AA in FIG.
  • a solid line indicates a state in which the probe 5 a of the friction stir tool 5 is in contact with the first stacked body 7 (second stacked body 8), and a two-dot chain line indicates the first stacked body 7 (second stacked body 8).
  • the probe 5a is inserted. As shown in FIG. 5, the probe 5a penetrates through the joining surface of the two first metal plates 1a and 1b of the first laminate 7 and penetrates to a depth reaching the lower first metal plate 1b.
  • the friction stir tool 5 made of SKH51 high-speed tool steel (JIS standard), having a cylindrical body 5b with a diameter of 17 mm, a probe 5a with a diameter of 6 mm, and a probe 5a with a length of 5 mm is provided.
  • JIS standard high-speed tool steel
  • the rotational speed of the friction stirring tool 5 is 2200 rpm
  • the moving speed is 100 mm / min
  • the advance angle is 3 °.
  • the rotational speed of the friction stirring tool was 1000 rpm
  • the moving speed was 100 mm / min
  • the advance angle was 3 degrees.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram when FSW is performed from one end to the other end of the first stacked body 7 (second stacked body 8).
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional configuration along the line xx in FIG. 6 and shows the inside of the first stacked body 7 (second stacked body 8) when FSW is performed.
  • the two first metal plates 1a and 1b (second metal plates 2a and 2b), the foaming agent 3 and the pore shape stabilizer 4 (see FIG. 1) are mixed uniformly, Two first metal plates 1a and 1b (second metal plates 2a and 2b) are joined.
  • the first laminate 7 is the first foam metal precursor 11 in which the foaming agent 3 and the pore shape stabilizer 4 are mixed in the first metal plates 1a and 1b
  • the second laminate 8 is
  • the second metal foam precursor 12 is obtained by mixing the foaming agent 3 and the pore shape stabilizer 4 in the two metal plates 2a and 2b.
  • the diameter of the probe 5a of the friction stir tool 5 is shifted four times in total in a direction orthogonal to the friction stir scanning direction (the direction from the right side to the left side of the page) (4 Friction stir of the column) was performed. Furthermore, as shown in FIG. 9, the stirring is performed by reversing the scanning direction with respect to the same place where the friction stir is once performed, and the friction is shifted while shifting in the direction opposite to the first time (the direction from the left side to the right side of the paper). Stirring was performed. Further, in the present embodiment example, the friction stirrer in FIGS. 8 to 9 was performed again only at the same location only in the second laminate 8.
  • the multipass method in which the stirring process is performed a plurality of times at the same location is used.
  • the foaming agent 3 and the pore shape stabilizer 4 are more uniformly diffused into the first metal plates 1a and 1b (second metal plates 2a and 2b), as shown in FIG.
  • the first foam metal precursor 11 second foam metal precursor 12
  • the first foamed metal precursor 11 (second foamed metal precursor 12) can be obtained in a wide range by repeating the frictional stirring for a predetermined number of times while moving in the direction orthogonal to the scanning direction.
  • the foaming agent can be sufficiently stirred by repeating frictional stirring a plurality of times for the same portion.
  • FSW is performed from one surface, but it may be performed from both surfaces.
  • the surface (stirring unit 6) subjected to frictional stirring is obtained by machining each of the first foamed metal precursor 11 and the second foamed metal precursor 12. Adjust so that the edges are exposed.
  • the surface of the first laminate 7 subjected to friction stirring and the surface of the second laminate 8 subjected to friction stirring are placed in contact with each other, and the contact surface is arranged on the contact surface.
  • FSW is performed.
  • the FSW with respect to the contact surface was performed by setting the rotational speed of the friction stir tool 5 to 1000 rpm, the moving speed to 100 mm / min, and the advance angle to 3 °.
  • the multi-pass method may be used for the FSW on the contact surface.
  • the friction stir was performed twice in the same place by reversing the scanning direction. .
  • the first foam metal precursor 11 and the second foam metal precursor 12 were joined, and as a result, the functionally graded material precursor 13 whose material composition was inclined and changed was formed.
  • the functionally graded material precursor 13 formed in the above-described process is heated at a temperature near its melting point.
  • the portions of the first foam metal precursor 11 and the second foam metal precursor 12 from the functionally gradient material precursor 13 formed so far are each 17.5 mm ⁇ 12 mm. It cut out so that it might become * 6 mm (area
  • the sample was placed in an electric furnace (Denken Co., Ltd., product name: KDF-S80) preheated to 1003 K, held at that temperature for 10 minutes, then removed from the electric furnace and air-cooled. .
  • an electric furnace (Denken Co., Ltd., product name: KDF-S80) preheated to 1003 K, held at that temperature for 10 minutes, then removed from the electric furnace and air-cooled. .
  • the functionally gradient material 14 as shown in FIG. 15 is produced by the above heat treatment process.
  • the foaming agent 3 inside the functionally gradient material precursor 13 is decomposed to generate a plurality of pores.
  • the metal foam portions 15 and 16 having a plurality of pores 17 are formed as shown in FIG.
  • the first foam metal In the region that was the precursor 11 a foam metal portion 15 made of pure aluminum is formed, and in the region that was the second foam metal precursor 12, a foam metal portion 16 made of an aluminum alloy is formed.
  • the functionally gradient material 14 formed by inclining the composition material is completed.
  • the joint portion of the first foam metal precursor 11 and the second foam metal precursor 12 is mixed by friction stirring, so that the foam metals having different composition materials are used.
  • the intermediate regions of the portions 15 and 16 are in a state where different compositions are mixed.
  • the gradient of the material composition of the functionally gradient material precursor 13 and the functionally gradient material 14 obtained in the present embodiment is applied only to the aluminum alloy applied to the second metal plates 2a and 2b of the second laminate 8.
  • the observation was made by the distribution of the contained magnesium (Mg) element.
  • this observation was performed with respect to the cross section perpendicular
  • the observation cross sections of the functionally gradient material precursor 13 and the functionally gradient material 14 were polished by polishing paper (polishing up to No. 1200 with emery paper) and further polished by electrolytic polishing.
  • FIG. 16A shows an appearance photograph of the observation cross section of the functionally gradient material precursor 13, and FIG. 16B shows the magnesium (Mg) distribution in the observation cross section of FIG. 16A analyzed by an electron beam microanalyzer (EPMA).
  • Indicates. 17A shows an appearance photograph of the observation cross section of the functionally gradient material 14, and
  • FIG. 17B shows the magnesium (Mg) distribution in the observation cross section of FIG. 17A analyzed by the electron beam microanalyzer.
  • the left side from the center is a part constituted by the first laminated body 7, and the right side from the center is a part constituted by the second laminated body 8.
  • the location where the magnesium (Mg) element exists and the location where it does not exist are complicated. It can be seen that they are mixed. Thereby, in the functionally gradient material precursor formed in the present embodiment, it is observed that the ratio of the magnesium (Mg) element gradually changes from the right side to the left side, and the composition is inclined. I understand that.
  • the functionally gradient material 14 made of the foam metal parts 15 and 16 obtained in this embodiment is composed of pure aluminum and the second metal constituting the first metal plates 1a and 1b.
  • the seam of the aluminum alloy constituting the plates 2a and 2b is not seen at all.
  • magnesium (Mg) element is hardly observed on the left side, which is a portion of pure aluminum constituting the first metal plates 1a and 1b in the functionally gradient material precursor 13.
  • a large amount of magnesium (Mg) element was observed on the right side, which was the aluminum alloy constituting the second metal plates 2a and 2b in the functionally gradient material precursor 13. Also in FIG.
  • the ratio of the magnesium (Mg) element gradually changes in the original joint portion of the first stacked body 7 and the second stacked body 8. It is observed that the composition is inclined.
  • the foam metal part 15 made of pure aluminum which is a relatively soft material and the foam metal part 16 made of an aluminum alloy which is a material harder than pure aluminum. are joined in an inclined manner.
  • the function is inclined in one material, when the functionally gradient material 14 of the present embodiment is used for, for example, an automobile part or the like, it is possible to provide a more highly functional part. .
  • the foaming agent can be dispersed in the metal plate using FSW to form the foam metal precursor, it is more stable than the conventional powder method and rolling method. A foam metal precursor having quality can be easily produced at low cost. Moreover, since it is energy saving and a foaming agent is friction-stirred in the state clamped between a pair of metal plates, the foaming agent does not scatter and the working environment is hardly deteriorated.
  • first metal plates 1a and 1b pure aluminum is used as the first metal plates 1a and 1b, and an aluminum alloy is used as the second metal plates 2a and 2b.
  • the functionally gradient material precursor 13 and the functionally gradient material 14 according to the present embodiment are not limited thereto.
  • the first metal plates 1a, 1b constituting the first laminate 7 and the second metal plates 2a, 2b constituting the second laminate 8 can be formed by different material compositions, and various applications can be achieved. Is possible.
  • the FSW for forming the first foam metal precursor 11 and the second foam metal precursor 12, the first foam metal precursor 11, and the second foam metal precursor 12 are joined.
  • the FSW is performed in a separate process, but may be performed simultaneously.
  • the first laminated body 7 and the second laminated body 8 are placed in contact with each other, and stirring and joining inside the first laminated body 7 and the second laminated body 8 by performing FSW over the entire surface,
  • the 1st laminated body 7 and the 2nd laminated body 8 can be joined simultaneously. As a result, the number of steps can be reduced.
  • FSW is performed by adding alumina (Al 2 O 3 ) as the pore shape stabilizer 4 to the surfaces of the first stacked body 7 and the second stacked body 8.
  • alumina Al 2 O 3
  • the pore shape stabilizer 4 also functions as a pore-forming nucleus, the porosity can be increased.
  • the pore shape stabilizer 4 is added.
  • the pore shape stabilizer 4 is not necessarily added, and pores are formed even when not added.
  • the mechanical properties can be improved by subjecting the functionally gradient material manufactured in this embodiment example to heat treatment again.
  • the functionally gradient material manufactured in this embodiment example to heat treatment again.
  • mechanical properties are improved by performing heat treatment. Therefore, a part or all of the functionally gradient material made porous by the heat treatment step is again treated at a temperature of, for example, 100 ° C. to 250 ° C.
  • the mechanical properties can be improved by heat treatment.
  • the mechanical properties can be improved in a part of the functionally gradient material, and the functional gradient can be further improved.
  • Modification 1 Next, a functionally gradient material precursor and a functionally gradient material according to Modification 1 will be described with reference to FIGS. 18A and 18B.
  • Modification 1 is an example in which three laminated bodies having different composition materials are joined. 18A and 18B, parts corresponding to those in FIGS. 14 and 15 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the functionally gradient material precursor 40 in Modification 1 is further provided with a third foam metal precursor 42 having a different material composition in addition to the first foam metal precursor 11 and the second foam metal precursor 12. It is constituted by joining.
  • a material constituting the third foam metal precursor 42 a pair of third metal plates 41a and 41b made of an aluminum alloy (JIS standard: A5083) having high corrosion resistance is used.
  • the third foam metal precursor 42 is also provided with a foaming agent and a pore shape between the third metal plates 41a and 41b, as in the method of manufacturing the first foam metal precursor 11 and the second foam metal precursor 12. It can be formed by sandwiching and stacking a stabilizer and performing FSW.
  • the first to third foam metal precursors 11, 12, and 42 are joined to each other by FSW in the same manner as in the steps of FIGS.
  • the functionally graded material precursor 40 composed of the first to third foam metal precursors 11, 12, and 42 is subjected to heat treatment by the same method as that of the first embodiment, and shown in FIG. 18B.
  • a functionally gradient material 44 can be formed.
  • the foam metal part 15 made of pure aluminum which is a relatively soft material
  • the foam metal part 16 made of an aluminum alloy which is a material harder than pure aluminum
  • the functionally gradient material 44 made of is configured. As described above, according to this example, it is possible to add a plurality of functions to one material.
  • the functionally gradient material 44 made of the foam metal parts 15, 16, 43 having three different material compositions is formed.
  • it is composed of three or more kinds of foam metal parts.
  • the FSW for bonding to 42 is performed in a separate process, but may be performed at the same time.
  • Modification 2 Next, a functionally gradient material precursor and a functionally gradient material according to Modification 2 will be described with reference to FIG. Modification 2 is an example in which the material composition and the porosity are changed. 19, parts corresponding to those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • Modification 2 is an example in which the porosity is changed by giving a distribution to the foaming agent contained.
  • the amount of the foaming agent 3 is changed between the first laminate 7 and the second laminate 8.
  • the amount of the foaming agent 3 applied is the volume of the first metal plate 1a, the volume of which is obtained by multiplying the area where these powders are applied by the length of the probe of the friction stir tool described later (5 mm). It is 1.0 mass% with respect to the mass of 1b, and in the 2nd laminated body 8, it is 0.2 mass% with respect to the mass of 2nd metal plate 2a, 2b.
  • the functionally gradient material 50 having a structure in which the foam metal parts 51 and 52 having different porosities are joined is formed.
  • Modification 3 Next, a functionally gradient material precursor and a functionally gradient material according to Modification 3 will be described with reference to FIGS. 20A and 20B.
  • Modification 3 is an example in which the additive material added to the functionally gradient material precursor and the functionally gradient material has a distribution. 20A and 20B, parts corresponding to those in FIG.
  • FIG. 20A is a schematic configuration diagram of the functionally gradient material 60 formed in the third modification.
  • FIG. 20A shows an example in which alumina 61 for improving the strength is added to the first metal foam part 63 and silicon carbide (SiC) 62 is added to the second metal foam part 64.
  • FIG. 20B shows an example in which the functionally graded material 70 is configured so that the amount of alumina 61 added decreases from 10% to 0%.
  • the amount of additive sprayed in the first laminate 7 and the second laminate 8 may be changed in the steps shown in FIGS. 1A and 1B.
  • two metal plates 20a and 20b are prepared, and a powdery foaming agent 3 and a pore shape stabilizer 4 are sandwiched and laminated between the metal plates 20a and 20b. .
  • the laminated body 22 shown in FIG. 22 is formed.
  • the dense metal portion 21 is laminated on the lower layer of the laminate 22.
  • the foaming agent 3, and the pore shape stabilizer 4 the same materials as those in the first embodiment can be used.
  • the dense metal portion 21 is made of a metal material having a material composition different from that of the metal plates 20a and 20b.
  • a rolled plate having a length of 180 mm and a width of 110 mm made of aluminum (JIS standard: A1050) having a purity of 99.5% was used for the two metal plates 20a and 20b.
  • the thickness of the upper metal plate 20a was 3 mm and the thickness of the lower metal plate 20b was 2 mm so that the thickness of the entire laminate 22 would be the length (5 mm) of the probe of the friction stir tool described later.
  • the dense metal portion 21 was a rolled plate made of a steel plate (JIS standard: SS400) having a length of 180 mm ⁇ width of 110 mm and a thickness of 3 mm.
  • titanium hydride (TiH 2 ) having a particle size smaller than 45 ⁇ m is used as the foaming agent 3, and alumina ( ⁇ -Al 2 O 3 ) having an average particle size of about 1 ⁇ m as the pore shape stabilizer 4.
  • the foaming agent 3 and the pore shape stabilizer 4 were dispersed between the two metal plates 20a and 20b.
  • the spraying area is a place through which the friction stir tool passes in the FSW process described later.
  • the amount of the foaming agent 3 and the pore shape stabilizer 4 applied is based on the mass of the metal plates 20a and 20b corresponding to the volume obtained by multiplying the area where these powders are applied by the length (5 mm) of the probe of the friction stir tool described later.
  • the foaming agent 3 was 1 mass%, and the pore shape stabilizer 4 was 10 mass%.
  • FSW is performed from the surface side opposite to the surface in contact with the dense metal portion 21 of the laminate 22.
  • the FSW rotates the probe 5a of the friction stir tool 5 at a predetermined rotational speed as indicated by the arrow b, and presses the main body 5b and the probe 5a in the direction indicated by the arrow a, thereby stacking the layers.
  • the probe 5 a is inserted into one end of one surface of the body 22. Then, with the probe 5a inserted, the friction stir tool 5 is moved toward the other end of the laminate 22 as indicated by an arrow c.
  • FIG. 24 is a schematic configuration diagram showing a cross section along the line xx of FIG.
  • the length of the probe 5a is configured to be substantially the same as the thickness of the stacked body 22. Therefore, as shown in FIG. 24, the two metal plates 20a that the probe 5a forms the stacked body 22 are provided. , 20b, and the tip of the probe 5a is agitated in such a way that it slightly penetrates into the dense metal portion 21. Then, by performing FSW, frictional heat is generated between the laminate 22 and the friction stir tool 5, and the stirring unit 6 is formed in the frictionally stirred portion.
  • the same FSW apparatus as in the first embodiment is used, the rotational speed of the friction stir tool 5 is 2200 rpm, the moving speed is 100 mm / min, the advance angle is 3 °, and the multipass method is used. Friction stirring was performed.
  • FIG. 25 is a schematic configuration diagram after performing FSW from one end of the laminate 22 to the other end and stirring the same portion twice using a multipass method.
  • the metal plates 20a and 20b, the foaming agent 3, and the pore shape stabilizer 4 are uniformly mixed in the stirring unit 6, and at the same time, the two metal plates 20a and 20b and the dense metal portion 21 are mixed. Are joined.
  • the laminated body 22 portion is made the foam metal precursor 24, and at the same time, the functionally gradient material precursor 23 in which the foam metal precursor 24 and the dense metal portion 21 are joined is formed.
  • the functionally gradient material precursor 23 formed in the above-described process is heated at a temperature in the vicinity of the melting point thereof.
  • the portion of the functionally gradient material precursor 23 on which FSW has been applied is 12 mm long ⁇ 12 mm wide ⁇ 8 mm thick (the thickness of the foam metal precursor 24 is 5 mm and the dense metal
  • the functionally functional gradient material precursor 23 was heat-treated. That is, in this embodiment, the cut functional gradient material precursor 23 is put in an electric furnace (product name: KDF-S80, manufactured by Denken Co., Ltd.) that has been heated to 1003 K in advance, and the temperature is maintained for 9 minutes 30 After holding for 2 seconds, it was removed from the electric furnace and air-cooled.
  • KDF-S80 manufactured by Denken Co., Ltd.
  • FIG. 27 is a schematic configuration diagram of the functionally gradient material 25 completed in the present embodiment.
  • the functionally gradient material 25 of the present embodiment example has pores 26 formed only in the region that was the foam metal precursor 24 and becomes the foam metal portion 27 by the heat treatment process. And the dense metal portion 21 are joined.
  • the composition materials are different as shown in FIG.
  • the intermediate region between the foam metal part 27 and the dense metal part 21 is in a state where different compositions are mixed. That is, the functionally gradient material 25 according to the present embodiment is in a state in which the material composition and the porosity are changed from the foamed metal portion 27 to the dense metal portion 21 while being inclined.
  • the distribution of aluminum (Al) element and iron (Fe) element was analyzed by an electron beam microanalyzer (EPMA). It was observed by analyzing with. Moreover, this observation was performed with respect to the cross section perpendicular
  • the observed cross sections of the functionally gradient material precursor 23 and the functionally gradient material 25 were polished by polishing paper (polishing up to No. 1200 with emery paper) and then by electrolytic polishing.
  • FIG. 28A shows an appearance photograph of an observation cross section of the functionally gradient material precursor 23.
  • the upper layer is the foam metal precursor 24 and the lower layer is the dense metal portion 21.
  • the white-colored region of the foam metal precursor 24 in FIG. 28A indicates alumina and serves as an indicator of the state of stirring.
  • the onion ring peculiar to FSW is confirmed at the portion (stirring portion 6) through which the central probe passes, and it can be seen that aluminum, foaming agent, and alumina are mixed. Further, the joining of the two metal plates 20a and 20b and the dense metal portion 21 is performed almost satisfactorily over the entire stirring portion 6.
  • FIG. 28B is an enlarged photograph of the vicinity of the interface between the metal foam precursor 24 and the dense metal part 21 in the stirring part 6 in FIG. 28A. From FIG. 28B, at the interface between the foam metal precursor 24 and the dense metal portion 21, the aluminum constituting the foam metal precursor 24 penetrates into the dense metal portion 21 and is similar to the steel burrs constituting the dense metal portion 21. It can be observed that the material is overhanging in the foam metal precursor 24. From this, it can be considered that in FSW, the tip of the probe 5a is a little but reaches the surface of the dense metal portion 21 and is joined to aluminum constituting the foam metal precursor 24.
  • 29A and 29B show the results of observing the distribution of aluminum (Al) element and iron (Fe) element in the vicinity of the interface between the metal foam precursor 24 and the dense metal part 21 in the stirring part 6 in FIG. 28A with EPMA. . Although the presence of aluminum constituting the foam metal precursor 24 is slightly observed in the dense metal portion 21, no significant diffusion beyond the interface between the aluminum element and the iron element is observed. It is thought that a proper joining occurred.
  • FIG. 30A shows an appearance photograph in the case where the part subjected to stirring in FIG. 28A is foamed. Even after foaming, the joining of the aluminum constituting the foam metal part 27 and the dense metal part 21 was maintained, and the foam metal part 27 and the dense metal part 21 were not separated.
  • 30B and 30C show the results of observing the distribution of the aluminum element and the iron element in the vicinity of the interface between the foam metal part 27 and the dense metal part 21 in FIG. 30A with EPMA. A region where both elements are detected is observed on the interface. It is considered that remarkable diffusion occurred, diffusion bonding was performed, and an Fe—Al intermetallic compound was generated.
  • iron element is also detected in the foam metal part 27. This is thought to be because during foaming, the Fe—Al intermetallic compound produced at the interface between the foam metal part 27 and the dense metal part 21 moved in the semi-molten aluminum due to the movement of the solution such as drainage. . However, it is confirmed that the distribution of the iron element in the metal foam part 27 is limited to the vicinity of the interface between the metal foam part 27 and the dense metal part 21 and does not extend over the metal foam part 27 as a whole. Yes.
  • the dense metal part 21 and the foam metal part 27 are joined to form a functionally gradient material formed by inclining the material composition and the porosity. it can.
  • the functionally gradient material which is the structure by which the foam metal part 27 and the dense metal part 21 were joined can be obtained, when using for an automotive component etc., it makes it easy to paint. In addition, it can be applied to a wide range of parts, such as facilitating joining with other members during product assembly. In addition, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
  • the composite of foam metal (general porous member) and dense metal has been mainly performed by using an adhesive.
  • an adhesive has problems such as a heavy environmental load, difficulty in recycling, and softening of the adhesive resin in a high temperature environment.
  • FSW by using FSW, the foam metal part and the dense metal part can be joined without using an adhesive, so that the conventional problem can be solved.
  • the dense metal portion 21 is laminated in the lamination direction of the laminated body to be the foam metal portion 27, but is joined to the side surface of the laminated body 22 perpendicular to the lamination direction of the laminated body 22.
  • the functionally gradient material precursor and the functionally gradient material of the present invention can be implemented by performing FSW on the laminated body 22 and on the joint surface between the laminated body 22 and the dense metal portion 21. .
  • the functionally gradient material 25 in which one kind of the foam metal portion 27 and the dense metal portion 21 are joined is formed.
  • the functionally gradient material formed in the first embodiment is used. It can also be formed by joining a part or all of the two types of foam metal precursors constituting the precursor 13. In this case, the FSW may be applied to the joining surface between the dense metal portion and the foam metal precursor joined to the dense metal portion.
  • the functionally gradient material 25 formed in the present embodiment is an example in which the material composition of the foam metal portion 27 and the dense metal portion 21 is different, but the foam metal portion and the dense metal portion having the same material composition are joined. May be. In this case, functionally gradient materials having different porosities are formed.
  • the foam metal precursor constituting the functionally gradient material precursor forms a laminate by sandwiching a foaming agent between a pair of metal plates, and one of the laminates is formed.
  • FSW is performed from the surface.
  • the manufacturing method of a foam metal precursor is not restricted to this, The subject of this invention can be achieved also by applying a die-casting method. The method shown below is an example using a die casting method.
  • a first metal member 36 and a second metal member 37 are formed using a die casting method.
  • the die casting method is a casting method in which a high-precision casting can be molded in a large amount in a short time by pressing a molten metal material into a predetermined mold.
  • the die-casting method is a general atmospheric open die-casting method, a vacuum die-casting method in which molten metal is injected in a state where the mold cavity is depressurized to prevent the formation of entrapment nests, and molten metal is injected into the cavity at a low speed.
  • a squeeze die casting method in which molten metal is solidified by applying pressure
  • a non-porous (oxygen substitution) die casting method in which oxygen is filled in the cavity and the inside of the cavity is decompressed by the action of the oxygen to prevent formation of nests
  • a semi-melting and semi-solid die casting method in which a solid and liquid metal material in a sherbet state is pressed into a mold.
  • Al-Si-Cu-based aluminum alloys for die casting JIS standards: ADC12, ADC10, ADC10Z, ADC12Z, ADC14
  • Al-Si die castings are used as the metal material to be press-fitted into the mold.
  • Aluminum alloys JIS standard: ADC1
  • Al—Si—Mg based aluminum alloys for die casting JIS standard: ADC3
  • Al—Mg based aluminum alloys for die casting JIS standards: ADC5, ADC6
  • die casting materials such as magnesium, magnesium alloy, zinc, zinc alloy, copper, and copper alloy can be used.
  • the inside of the metal member formed by the die casting method usually contains gas and pore forming nuclei.
  • gas when molten metal is injected into a die of a die casting apparatus at a very high speed, air is mixed in the molten metal and contained in the metal member, or a release agent applied to the die comes into contact with the molten metal. There are some which are vaporized and mixed into the molten metal and contained in the metal member.
  • the pore-forming nuclei are already contained in the raw material of the metal material, or are contained in the casting process by the die casting method.
  • a metal member made of aluminum or an aluminum alloy when a metal member made of aluminum or an aluminum alloy is formed, primary crystal Si, eutectic Si, Al—Fe—Si compound, Al—Cu compound, and the like serve as pore forming nuclei.
  • a metal member made of magnesium or a magnesium alloy When a metal member made of magnesium or a magnesium alloy is formed, a Mg—Al compound, a Mg— (Al, Zn) compound, or the like becomes a pore forming nucleus.
  • the first metal member 36 and the first metal member 36 are made of different material compositions by press-fitting a molten metal material with a casting pressure of 70 MPa into the mold using an open air die casting method. Two metal members 37 were formed.
  • FSP friction stir processing
  • the gas and pore forming nuclei contained in the first metal member 36 and the second metal member 37 are uniformly diffused in the first metal member 36 and the second metal member 37 by the FSP.
  • the first metal member 36 is the first foam metal precursor 28
  • the second metal member 37 is the second foam metal precursor 29.
  • friction stir is performed by machining each of the first foam metal precursor 28 and the second foam metal precursor 29. Adjust so that the exposed surface is exposed at the edge.
  • the first foamed metal precursor 28 and the second foamed metal precursor 29 are arranged in contact with the surfaces subjected to frictional stirring, and the contact surfaces are Perform FSW.
  • the FSW with respect to the contact surface was performed by setting the rotational speed of the friction stir tool 5 to 1000 rpm, the moving speed to 100 mm / min, and the advance angle to 3 °.
  • the multi-pass method may be used for the FSW on the contact surface.
  • the friction stir is performed twice on the same portion by reversing the scanning direction as in the first embodiment. went.
  • the first and second foam metal precursors 28 and 29 are joined to form the functionally graded material precursor 30 that changes in material composition.
  • the functionally gradient material precursor 30 is heat-treated in the same manner as in the first embodiment, so that the gas that already exists in the gradient functional material precursor 30 expands.
  • the pores are generated and expanded by the pore-forming nuclei already present in the interior of 30.
  • the portion that was the first foam metal precursor 28 becomes the first foam metal 33
  • the portion that was the second foam metal precursor 29 becomes the second foam metal 34
  • the functionally gradient material 31 according to this embodiment is completed.
  • the first foamed metal precursor 28 and the second foamed metal precursor 29 having different composition materials formed using a die-cast material are joined by FSW and heat-treated, so that the material composition is inclined.
  • the functionally gradient material 31 can be formed.
  • the first foam metal precursor 28 and the second foam metal precursor 29 are formed of a die-cast material, an expensive foaming agent powder is unnecessary, and the conventional powder metallurgy method is used. Compared with the simple manufacturing process, the productivity is high and the cost can be reduced.
  • one foam metal precursor constituting the functionally gradient material precursor is formed using the formation method of the first embodiment, and the other foam metal precursor is formed using the die casting method of the third embodiment.
  • the upper first metal plate 1a and the lower first metal plate 1b of the first laminate 7 are formed of metal materials having different material compositions, they are easily made of different materials.
  • a functionally gradient material in which foam metal is bonded can be formed.
  • the friction stir welding of the upper and lower first metal plates 1a and 1b and the friction stirring for diffusing the foaming agent 3 into the first metal plates 1a and 1b are performed by one-step FSW.
  • the step of forming the foam metal precursor and the step of joining them can be performed at a time.
  • a functional metal material precursor may be formed by joining various metal foam precursors.
  • a functionally gradient material precursor and a functionally gradient material made of a plurality of metal materials (two types in the present embodiment) having different material compositions and porosity.
  • a functionally gradient material formed by joining a plurality of types of foam metal parts made of different materials, a foam metal part having a plurality of pores, and a non-porous dense metal part are joined.
  • the functionally gradient material can be easily formed.
  • the functionally gradient material of the present invention in which the material composition, the material composition, and the porosity are different from each other is useful for automobile parts and the like by inclining the function according to the application. Yes, it can be applied as a highly functional material.

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Abstract

低コストで品質の安定性に優れ、材料組成が傾斜化した傾斜機能材料前駆体、及びその製造方法を提供する。さらに、材料組成、若しくは、材料組成及び気孔率が傾斜化され、高機能化が図られた傾斜機能材料、及びその製造方法を提供する。熱処理を施すことにより、金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を、金属部材の材料組成を異ならせて複数種形成する工程と、複数種の発泡金属前駆体を摩擦攪拌接合する工程とにより、傾斜機能材料前駆体を形成する。また、その傾斜機能材料を熱処理することにより、傾斜機能材料を形成する。

Description

傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造方法、並びに傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料
　本発明は、材料組成、若しくは、材料組成及び気孔率が連続的、又は段階的に変化するように形成された傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造方法と、その製造方法で製造された傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料に関する。
　発泡金属に代表されるポーラスアルミニウムは、軽量性と優れた衝撃エネルギー吸収特性を併せ持った多機能な素材であり、今後、自動車の燃費向上と衝突安全性向上の両立が可能な高機能素材として期待されている。
　ポーラスアルミニウムの作製方法は、数多く提案されており、その代表的なものとして、プリカーサ法がある（非特許文献１）。プリカーサ法とは、アルミニウム母材中に、あらかじめ発泡剤粉末を混合した、プリカーサ（発泡金属前駆体）と呼ばれるものを作製する方法である。プリカーサ法においては、プリカーサ形成後、このプリカーサを加熱することで発泡剤を分解してガスを発生させ、このガスの発生によりアルミニウム母材を膨張させてポーラス化する。これにより、ポーラスアルミニウムが完成される。
　また、プリカーサを作製するプリカーサ法としては、粉末法（非特許文献２、特許文献１、２）と圧延接合法（非特許文献３、特許文献３）とがある。
　粉末法は、母材粉末と発泡剤粉末とを均一になるまで混合し、さらに、得られた混合粉末に熱間押出や熱間圧延などの操作を施すことにより固化させてプリカーサとする方法である。
　圧延接合法は、母材である板材を複数用意し、この板材の間に発泡剤を挟み、所定の圧下率、例えば５０％で圧延して板材を接合し、さらに、この圧延工程を繰り返して板材中に発泡剤を均一に分散させることで、プリカーサとする方法である。
ドイツ特許出願公開第１０４８３６０号明細書 ドイツ特許出願公開第４１０１６３０号明細書 特許第３８９５２９２号公報
J.Banhart,Manufacture,characterization and application of cellular metals and metal foams.ProgressinMaterials Science,2001.46(6):pp559-632 F.Baumgartner,I.Duarte and J.Banhart,Industrialization of powder compact foaming process.Advanced Engineering Materials,2000.2(4):pp168-174 K.Kitazono,E.Sato,and K.Kuribayashi,Novel manufacturing process of closed-cell aluminum foam by accumulative roll-bonding.ScriptaMaterialia,2004.59(4):pp495-498.
　しかしながら、上述した粉末法は、母材の粉末の価格が一般に流通している板材などの材料と比較して高いこと、母材がアルミニウム合金の粉末である場合、粉末の表面に酸化被膜が存在するため十分に緻密なプリカーサを製造することが困難である等の問題点がある。
　圧延接合法は、安価な板材を使用でき、既存の圧延設備を使用できるという長所はあるものの、圧延によって板材を接合するために、焼鈍や接合面の表面処理などの前処理が必要であること、及び圧延前後で熱処理が必要であること等の問題点がある。
　一方、ポーラスアルミニウムは、更なる用途の拡大の為に、傾斜機能性が付与されることが望まれる。例えば、表面は耐食性に優れ、内部は高強度といったように、ポーラスアルミニウム内で材料の機能を傾斜的に変化させることができれば、自動車を始め、航空宇宙、鉄道車両、医療機械、建築部材、産業用機械等に用いられる部材として、より高機能化が実現できる。
　上述の点に鑑み、本発明は、低コストで品質の安定性に優れ、材料組成が傾斜化した傾斜機能材料前駆体、及びその製造方法を提供する。さらに、材料組成、若しくは、材料組成及び気孔率が傾斜化され、高機能化が図られた傾斜機能材料、及びその製造方法を提供する。
　上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の傾斜機能材料前駆体の製造方法は、熱処理を施すことにより、金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を、金属部材の材料組成を異ならせて複数種形成する工程を有する。また、発泡金属前駆体を形成する工程と同時に、又は後に、複数種の発泡金属前駆体を摩擦攪拌接合する工程を有する。
　また、本発明の傾斜機能材料前駆体の製造方法は、熱処理を施すことにより、金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を形成する工程を有する。また、発泡金属前駆体を形成する工程と同時に、又は後に、金属部材の材料組成とは異なる材料組成からなる緻密金属部と発泡金属前駆体を摩擦攪拌接合する工程を有する。
　本発明の傾斜機能材料前駆体の製造方法によれば、組成材料の異なる発泡金属前駆体同士、又は発泡金属前駆体と緻密金属部が一体化された傾斜機能材料前駆体が形成される。
　また、本発明の傾斜機能材料の製造方法は、熱処理を施すことにより、金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を、金属部材の材料組成を異ならせて複数種形成する工程を有する。また、発泡金属前駆体を形成する工程と同時に、又は後に、複数種の発泡金属前駆体を摩擦攪拌接合することにより、傾斜機能材料前駆体を形成する工程を有する。また、傾斜機能材料前駆体を熱処理することにより、発泡金属前駆体の内部を発泡させて発泡金属部を形成する工程を有する。
　また、本発明の傾斜機能材料の製造方法は、熱処理を施すことにより、金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を形成する工程と、発泡金属前駆体を形成する工程と同時に、又は後に、金属部材の材料組成とは異なる材料組成からなる緻密金属部と発泡金属前駆体を摩擦攪拌接合する工程を有する。また、傾斜機能材料前駆体を熱処理することにより、発泡金属前駆体の内部を発泡させて発泡金属部を形成する工程を有する。
　本発明の傾斜機能材料の製造方法では、材料組成の異なる発泡金属部同士、又は発泡金属部と緻密金属部が一体化された傾斜機能材料が形成される。これにより、材料組成、若しくは、材料組成及び気孔率が連続的、又は段階的に変化された傾斜機能材料が得られる。
　また、本発明の傾斜機能材料前駆体は、熱処理を施すことにより、金属部材の内部に複数の気孔が生じる一の発泡金属前駆体と、発泡金属前駆体とは材料組成が異なる一種、又は複数種の他の発泡金属前駆体が互いに接合して一体に形成されている。
　また、本発明の傾斜機能材料前駆体は、熱処理を施すことにより金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体と、発泡金属前駆体とは異なる材料組成を有し、発泡金属前駆体の所望の面に接合して形成された緻密金属部とから構成されている。
　また、本発明の傾斜機能材料は、熱処理を施すことにより金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を金属部材の材料組成を異ならせて複数種形成し、発泡金属前駆体を形成すると同時に、又は後に、複数種の発泡金属前駆体を摩擦攪拌接合することにより傾斜機能材料前駆体を形成し、傾斜機能材料前駆体を熱処理することにより、発泡金属前駆体の内部を発泡させて形成された発泡金属部を有する。
　また、本発明の傾斜機能材料は、熱処理を施すことにより金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を形成し、発泡金属前駆体を形成すると同時に、又は後に、発泡金属前駆体と金属部材の材料組成とは異なる材料組成からなる緻密金属部とを摩擦攪拌接合し、傾斜機能材料前駆体を熱処理することにより発泡金属前駆体の内部を発泡させて形成された発泡金属部を有する。
　本発明によれば、低コストで品質の安定性に優れ、材料組成が傾斜化した傾斜機能材料前駆体が得られる。また、材料組成、若しくは、材料組成及び気孔率が傾斜化され、高機能化が図られた傾斜機能材料が得られる。
Ａ，Ｂ　本発明の第１の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 Ａ，Ｂ　本発明の第１の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 Ａ，Ｂ　第１の実施形態において、第１積層体及び第２積層体を構成する金属板の他の例を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 図４のＡ－Ａ線上に沿う概略断面構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 図６のｘ－ｘ線上に沿う概略断面構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 Ａ，Ｂ　本発明の第１の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態で製造された傾斜機能材料前駆体の概略斜視図である。 本発明の第１の実施形態で製造された傾斜機能材料の概略構成図である。 Ａ，Ｂ　第１の実施形態で製造された傾斜機能材料前駆体の外観写真と、それに対応するＥＰＭＡでの観察結果を示す。 Ａ，Ｂ　第１の実施形態で製造された傾斜機能材料の外観写真と、それに対応するＥＰＭＡでの観察結果を示す。 Ａ，Ｂ　変形例１における傾斜機能材料前駆体の概略斜視図と、傾斜機能材料の概略構成図である。 変形例２における傾斜機能材料の概略構成図である。 Ａ，Ｂ　変形例３における傾斜機能材料前駆体の概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 図２３のｘ－ｘ線上に沿う概略断面構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 本発明の第２の実施形態で製造された傾斜機能材料前駆体の概略斜視図である。 本発明の第２の実施形態で製造された傾斜機能材料の概略構成図である。 Ａ，Ｂ　第２の実施形態で製造された傾斜機能材料前駆体の外観写真と、要部の拡大写真である。 Ａ，Ｂ　第２の実施形態で製造された傾斜機能材料前駆体のＥＰＭＡでの観察結果を示す。 Ａ，Ｂ，Ｃ　第２の実施形態で製造された傾斜機能材料の外観写真と、それに対応するＥＰＭＡでの観察結果を示す。 Ａ，Ｂ　本発明の第３の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造工程を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施形態で製造された傾斜機能材料前駆体の概略斜視図である。 本発明の第３の実施形態で製造された傾斜機能材料の概略構成図である。
　以下、本発明の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体、傾斜機能材料、及びその製造方法の一例を、図１～図３５を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
１．第１の実施形態：異種材料からなる傾斜機能材料前駆体、及び傾斜機能材料の例
　変形例１：３つの異種材料を用いる例
　変形例２：気孔率を変化させる例
　変形例３：添加材料を変化させる例
２．第２の実施形態：緻密金属を接合した傾斜機能材料前駆体、及び傾斜機能材料の例
３．第３の実施形態：ダイカスト材を用いる例
　〈１．第１の実施形態〉
　図１～図１７を用いて、本発明の第１の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造方法について説明する。
　まず、図１Ａに示すように、発泡剤３と気孔形態安定剤４を挟持して一対の第１金属板１ａ，１ｂを積層し、図２Ａに示す第１積層体７を形成する。同様にして、発泡剤３と気孔形態安定剤４を挟持して、第１金属板１ａ，１ｂとは異なる材料組成からなる一対の第２金属板２ａ，２ｂを積層し、図２Ｂに示す第２積層体８を形成する。
　第１金属板１ａ，１ｂ及び第２金属板２ａ，２ｂとしては、アルミニウム及びその合金、マグネシウム及びその合金、チタン及びその合金、鉄および鉄鋼材料、銅および銅合金などのいずれかを用いることができる。そして、このとき、第１積層体７を構成する第１金属板１ａ，１ｂと第２積層体８を構成する第２金属板２ａ，２ｂとは異なる材料組成で構成する。
　本実施形態例では、第１金属板１ａ，１ｂとして、純度９９．５％のアルミニウム（ＪＩＳ規格：Ａ１０５０）の圧延板を用いた。また、第２金属板２ａ，２ｂとして、材料組成がアルミニウム（Ａｌ）と珪素（Ｓｉ）とマグネシウム（Ｍｇ）を主成分とするアルミニウム合金（ＪＩＳ規格：Ａ６０６１）の圧延板を用いた。また、本実施形態例の第１金属板１ａ，１ｂ及び第２金属板２ａ，２ｂは、長さ２１０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ３ｍｍの圧延板とした。本実施形態例では、一対の第１金属板１ａ，１ｂ、又は一対の第２金属板２ａ，２ｂをそれぞれ同じ厚みとしたが、異なる厚みとしてもよい。
　発泡剤３には、第１金属板１ａ，１ｂや、第２金属板２ａ，２ｂに悪影響を与えないようなものであれば特に制限はなく、例えば、水素化チタン、水素化ジルコニウム、炭酸カルシウムなどの無機系発泡剤や、アゾ化合物、ヒドラジン誘導体等の有機系発泡剤を用いることができる。
　また、気孔形態安定剤４にはアルミナ、炭化珪素、二酸化珪素などを用いることができる。
　本実施形態例では、発泡剤３として粒径が４５μｍよりも小さい水素化チタン（ＴｉＨ２）の粉末を用い、気孔形態安定剤４には平均粒径が１μｍのアルミナ（α－Ａｌ２Ｏ３）を用い、２枚の第１金属板１ａ，１ｂ間、及び２枚の第２金属板２ａ，２ｂ間に散布した。散布領域は、後述する摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）の工程で、摩擦攪拌工具が通る個所とされている。発泡剤３及び気孔形態安定剤４の散布量は、これらの粉末を散布した面積に後述する摩擦攪拌工具のプローブの長さ（５ｍｍ）をかけた第１金属板１ａ，１ｂ（又は第２金属板２ａ，２ｂ）の体積分の質量に対して、発泡剤３は１mass%、気孔形態安定剤４は１０mass%とした。
　また、第１積層体７及び第２積層体８を形成する場合には、第１積層体７又は第２積層体８を構成する下層の第１金属板１ｂ、第２金属板２ｂを、図３Ａに示すように、発泡剤を収容するための溝部９を有する形状にしてもよい。また、図３Ｂに示すように、凹陥部１０を有する形状としてもよい。
　次に、第１積層体７と第２積層体８において、図４に示すように、それぞれの一方の面からＦＳＷを行う。ＦＳＷは、接合方法の一つであり、単純かつ高速プロセスで、金属部材内部を攪拌すると同時に接触する複数の金属部材を結合することができる接合方法である。
　第１積層体７及び第２積層体８におけるＦＳＷはそれぞれ同様の工程にて行われるので、以下の説明では、第１積層体７と第２積層体８におけるＦＳＷを同時に説明する。
　ＦＳＷは、円柱状の本体５ｂと、本体の先端に取り付けられた棒状のプローブ５ａとから構成される摩擦攪拌工具５によって実施される。本体５ｂ及びプローブ５ａを矢印ｂで示すように所定の回転数で回転させながら、本体５ｂ及びプローブ５ａを矢印ａで示す方向に押圧することで、第１積層体７（第２積層体８）の一方の面の一端にプローブ５ａを貫入させる。そして、矢印ｃで示すように第１積層体７（第２積層体８）の他端に向かって本体５ｂ及びプローブ５ａを移動させる。
　図５は、図４のＡ－Ａ線上に沿う断面を示した概略構成図である。図５において、実線は摩擦攪拌工具５のプローブ５ａを第１積層体７（第２積層体８）に接触させた状態を示し、二点鎖線は、第１積層体７（第２積層体８）に押圧してプローブ５ａを貫入させた状態を示している。図５に示すように、プローブ５ａは第１積層体７の２枚の第１金属板１ａ，１ｂの接合面を貫通して、下層の第１金属板１ｂに達する深さに貫入する。
　本実施形態例のＦＳＷでは、日立設備エンジニアリング株式会社製（品名：ＳＨＨ２０４－７２０）のＦＳＷ装置を用いた。また、本実施形態例では、ＳＫＨ５１高速度工具鋼（ＪＩＳ規格）製で、円柱状の本体５ｂの径が１７ｍｍ、プローブ５ａの径が６ｍｍ、プローブ５ａの長さが５ｍｍの摩擦攪拌工具５を用いた。そして、本実施形態例では、第１積層体７の摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌工具５の回転速度を２２００ｒｐｍ、移動速度を１００ｍｍ／ｍｉｎ、前進角を３°とした。また、第２積層体８の摩擦攪拌工程では、摩擦攪拌工具の回転速度を１０００ｒｐｍ、移動速度を１００ｍｍ／ｍｉｎ、前進角を３°とした。
　図６は、第１積層体７（第２積層体８）の一端から他端にかけてＦＳＷを行ったときの概略構成図である。また、図７は、図６のｘ－ｘ上に沿う概略断面構成であり、ＦＳＷを行った時の第１積層体７（第２積層体８）の内部の様子を示したものである。ＦＳＷを行うことにより、第１積層体７（第２積層体８）と、摩擦攪拌工具５との間に摩擦熱が発生し、摩擦攪拌された部分には攪拌部６が形成される。この場合、実際には、本体５ｂと金属板の表面で摩擦熱が発生され、プローブ５ａによって攪拌される。そして、攪拌部６においては２枚の第１金属板１ａ，１ｂ（第２金属板２ａ，２ｂ）と発泡剤３及び気孔形態安定剤４（図１参照）が均一に混合されると同時に、２枚の第１金属板１ａ，１ｂ（第２金属板２ａ，２ｂ）が接合される。これにより、第１積層体７は、第１金属板１ａ，１ｂ内に発泡剤３及び気孔形態安定剤４が混入された第１発泡金属前駆体１１とされ、第２積層体８は、第２金属板２ａ，２ｂ内に発泡剤３及び気孔形態安定剤４が混入された第２発泡金属前駆体１２とされる。
　本実施形態例では、図８に示すように、摩擦攪拌工具５のプローブ５ａの直径分を摩擦攪拌の走査方向と直交する方向（紙面右側から左側に向かう方向）にずらしながら合計４回（４列分）の摩擦攪拌を行った。さらに、図９に示すように、一度摩擦攪拌を行った同一箇所に対して走査方向を逆転させて攪拌を行い、一回目とは反対の方向（紙面左側から右側に向かう方向）にずらしながら摩擦攪拌を行った。また、本実施形態例では第２積層体８においてのみ、さらに、図８～図９における摩擦攪拌を同一箇所において、再度行った。このように、本実施形態例では、攪拌工程を同一箇所において複数回実施するマルチパス法を用いた。マルチパス法を用いることにより、発泡剤３や気孔形態安定剤４がより均一に第１金属板１ａ，１ｂ（第２金属板２ａ，２ｂ）内に拡散され、図１０に示すように、一個所に対して所望の回数ずつＦＳＷが施された第１発泡金属前駆体１１（第２発泡金属前駆体１２）が形成された。
　本実施形態例のように、走査方向と直交する方向に移動させながら所定回数だけ摩擦攪拌を繰り返すことにより、広い範囲で第１発泡金属前駆体１１（第２発泡金属前駆体１２）が得ることができ、また、同一箇所に対して複数回の摩擦攪拌を繰り返すことで発泡剤が十分に攪拌できる。なお、本実施形態例では、第１積層体７と第２積層体８において、一方の面からＦＳＷを行う例としているが、両面から行ってもよい。
　次に、図１１Ａ，Ｂに示すように、第１発泡金属前駆体１１と、第２発泡金属前駆体１２のそれぞれを機械加工することにより、摩擦攪拌が施された面（攪拌部６）が端部に露出されるよう調整する。
　続いて、図１２に示すように、第１積層体７の摩擦攪拌が施された面と、第２積層体８の摩擦攪拌が施された面とを接触させて配置し、その接触面に対して、ＦＳＷを行う。本実施形態例では、接触面に対するＦＳＷは、摩擦攪拌工具５の回転速度を１０００ｒｐｍ、移動速度を１００ｍｍ／ｍｉｎ、前進角を３°として行った。さらに、接触面に対するＦＳＷにおいてもマルチパス法を用いてもよく、本実施形態例では、図１３に示すように、走査方向を逆転させることにより、摩擦攪拌を同一箇所に対して２往復行った。
　以上の工程により、第１発泡金属前駆体１１と第２発泡金属前駆体１２が接合され、その結果、材料組成が傾斜化して変化する傾斜機能材料前駆体１３が形成された。
　次に、前述の工程で形成された傾斜機能材料前駆体１３をその融点近傍の温度にて加熱する。本実施形態例では、図１４に示すように、前述までに形成された傾斜機能材料前駆体１３から第１発泡金属前駆体１１及び第２発泡金属前駆体１２の部分がそれぞれ１７．５ｍｍ×１２ｍｍ×６ｍｍとなるように切り取り（図１３の破線で囲む領域）、３５ｍｍ×１２ｍｍ×６ｍｍの傾斜機能材料前駆体１３とした。本実施形態例における熱処理では、あらかじめ１００３Ｋに温めておいた電気炉（株式会社デンケン製、品名：ＫＤＦ－Ｓ８０）に入れ、その温度に保ったまま１０分間保持した後電気炉から取り出し、空冷した。
　そして、上述の熱処理工程により、図１５に示すような傾斜機能材料１４が作製される。なお、この熱処理工程では、傾斜機能材料前駆体１３内部の発泡剤３が分解され、複数の気孔が生じる。これにより、傾斜機能材料１４では、図１５に示すように複数の気孔１７を有する発泡金属部１５，１６が形成される。本実施形態例では、第１積層体７を構成する第１金属板１ａ，１ｂと第２積層体８を構成する第２金属板２ａ，２ｂとは異なる材料組成であるため、第１発泡金属前駆体１１であった領域では、純アルミニウムからなる発泡金属部１５が形成され、第２発泡金属前駆体１２であった領域では、アルミニウム合金からなる発泡金属部１６が形成される。これにより、組成材料が傾斜化して形成された傾斜機能材料１４が完成される。また、本実施形態例では、傾斜機能材料前駆体１３において、第１発泡金属前駆体１１と第２発泡金属前駆体１２の接合部は摩擦攪拌により混合されているため、組成材料の異なる発泡金属部１５，１６の中間領域は、異なる組成が入り交じった状態となる。
　以上の工程で形成された本実施形態例の傾斜機能材料前駆体１３、及び傾斜機能材料１４における組成成分の分布を観察した結果を詳述する。
　本実施形態例で得られた傾斜機能材料前駆体１３及び傾斜機能材料１４の材料組成の傾斜化の様子を、第２積層体８の第２金属板２ａ，２ｂに適用されたアルミニウム合金のみに含まれるマグネシウム（Ｍｇ）元素の分布により観察した。なお、この観察は、図１４に示す傾斜機能材料前駆体１３、及び図１５に示す傾斜機能材料１４の、ＦＳＷの走査方向に垂直な断面に対して行った。
　断面の観察に際して、傾斜機能材料前駆体１３、及び傾斜機能材料１４の観察断面は、研磨紙により研磨した後（エメリー紙にて１２００番まで研磨）、さらに電解研磨により研磨した。
　図１６Ａに、傾斜機能材料前駆体１３の観察断面の外観写真を示し、図１６Ｂに、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro-Analysis)で解析した図１６Ａの観察断面におけるマグネシウム（Ｍｇ）分布を示す。また、図１７Ａに、傾斜機能材料１４の観察断面の外観写真を示し、図１７Ｂに、電子線マイクロアナライザで解析した図１７Ａ観察断面におけるマグネシウム（Ｍｇ）分布を示す。
　図１６及び図１７では、中心から左側が第１積層体７で構成される部分で、中心から右側が第２積層体８で構成される部分である。
　図１６Ａの観察断面では、ＦＳＷに特有な同心円状のオニオンリングが何カ所か確認された。図１６Ｂに示す電子線マイクロアナライザの解析では、マグネシウム（Ｍｇ）元素をより多く含む部分が白っぽく観察されている。図１６Ｂに示すように、マグネシウム（Ｍｇ）元素をより多く含むアルミニウム合金からなる第２金属板２ａ，２ｂで構成された第２積層体８側でマグネシウム（Ｍｇ）元素が多く観察された。一方、純アルミニウムからなる第１金属板１ａ，１ｂで構成された第１積層体７側ではマグネシウム（Ｍｇ）元素がほとんど観察されなかった。また、電子線マイクロアナライザの解像度の問題からわかりにくいが、第１積層体７と第２積層体８の接合部では、マグネシウム（Ｍｇ）元素の存在している個所と、存在しない個所とが複雑に混合していることがわかる。これにより、本実施形態例で形成された傾斜機能材料前駆体では、近似的に右側から左側にかけてマグネシウム（Ｍｇ）元素の割合が徐々に変化しているのが観察され、組成が傾斜化していることがわかる。
　また、図１７Ａに示すように、本実施形態例で得られた発泡金属部１５，１６からなる傾斜機能材料１４は、第１金属板１ａ，１ｂを構成していた純アルミニウムと、第２金属板２ａ，２ｂを構成していたアルミニウム合金の継ぎ目が全く見られない。また、図１７Ｂに示すように、傾斜機能材料前駆体１３において第１金属板１ａ，１ｂを構成する純アルミニウムであった個所である左側ではマグネシウム（Ｍｇ）元素がほとんど観察されない。一方、傾斜機能材料前駆体１３において第２金属板２ａ，２ｂを構成するアルミニウム合金であった個所である右側では、マグネシウム（Ｍｇ）元素が多く観察された。図１７Ｂにおいても、電子線マイクロアナライザの解像度の問題からわかりにくいが、第１積層体７と第２積層体８のもともとの継ぎ目部分では、マグネシウム（Ｍｇ）元素の割合が徐々に変化しているのが観察され、組成が傾斜化していることがわかる。
　このように、本実施形態例で形成された傾斜機能材料１４では、比較的柔らかい素材である純アルミニウムからなる発泡金属部１５と、純アルミニウムよりも硬い素材であるアルミニウム合金からなる発泡金属部１６とが傾斜的に接合されている。このように、一つの材料内で機能が傾斜化しているので、本実施形態例の傾斜機能材料１４を、例えば自動車部品等に用いる場合には、より高機能化した部品を提供することができる。
　また、本実施形態例によれば、ＦＳＷを用いて金属板内に発泡剤を分散させ、発泡金属前駆体を形成することができるため、従来の粉末法や圧延法に比較して、安定した品質を有する発泡金属前駆体を低コストで容易に製造することができる。また、省エネルギーであり、発泡剤が、一対の金属板に挟持された状態で摩擦攪拌されるため、発泡剤が飛散することがなく、作業環境の悪化も少ない。
　本実施形態例では、第１金属板１ａ，１ｂとして、純アルミニウムを用い、第２金属板２ａ，２ｂとして、アルミニウム合金を用いる例を示した。しかし、本実施形態例の傾斜機能材料前駆体１３及び傾斜機能材料１４はこれに限られるものではない。第１積層体７を構成する第１金属板１ａ，１ｂと第２積層体８を構成する第２金属板２ａ，２ｂとで材料組成を異ならせることで形成することができ、種々の応用が可能である。
　また、本実施形態例では、第１発泡金属前駆体１１及び第２発泡金属前駆体１２を形成するためのＦＳＷと第１発泡金属前駆体１１と第２発泡金属前駆体１２とを接合するためのＦＳＷとを別の工程で行ったが、同時に行うようにしてもよい。この場合には、第１積層体７と第２積層体８とを接触させて配置し、ＦＳＷを全面に行うことで第１積層体７及び第２積層体８の内部の攪拌及び接合と、第１積層体７と第２積層体８の接合とを同時に行うことができる。これにより、工程数の低減を図ることが可能である。
　また、本実施形態例では、第１積層体７及び第２積層体８の表面に気孔形態安定剤４であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を添加してＦＳＷを行う例とした。これにより、金属部材の粘性が増し、発泡した際に、気孔同士の合体が抑制されるとともに、気孔の浮上による外部へのガスの放出が抑制できる。そして、完成される傾斜機能材料１４において気孔の真球度を向上できる。また、気孔形態安定剤４が気孔形成核としても機能するため、気孔率を増大させることができる。なお、本実施形態例では、気孔形態安定剤４を添加する例としたが、必ずしも添加する必要はなく、添加しない場合においても気孔が形成される。
　ところで、本実施形態例で作製される傾斜機能材料に対して、再度熱処理を施すことにより、機械的性質を向上させることができる。例えば、６０００系のアルミニウム合金では、熱処理を行うことにより機械的性質が良好になるため、熱処理工程によりポーラス化した傾斜機能材料の一部、又は全部を、例えば１００℃～２５０℃の温度で再度熱処理することにより、その機械的性質を向上させることが可能である。傾斜機能材料の一部のみを熱処理する場合には、一つの傾斜機能材料内の一部において、機械的性質を向上させることができ、より傾斜機能性を高めることができる。
　［変形例１］
　次に、変形例１に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料について図１８Ａ，Ｂを参照しながら説明する。変形例１は、組成材料の異なる積層体を３つ接合する例である。図１８Ａ，Ｂにおいて、図１４及び図１５に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
　図１８Ａに示すように、変形例１における傾斜機能材料前駆体４０は、第１発泡金属前駆体１１、第２発泡金属前駆体１２に加え、さらに、材料組成の異なる第３発泡金属前駆体４２を接合して構成されている。例えば、第３発泡金属前駆体４２を構成する材料として、耐食性が高いアルミニウム合金（ＪＩＳ規格：Ａ５０８３）からなる一対の第３金属板４１ａ，４１ｂを用いる。この場合、第３発泡金属前駆体４２も、第１発泡金属前駆体１１及び第２発泡金属前駆体１２の製造方法と同様に、第３金属板４１ａ，４１ｂの間に、発泡剤及び気孔形態安定剤を挟持して積層しＦＳＷを行うことで形成することができる。そして、第１～第３発泡金属前駆体１１，１２，４２は、図１１～図１３の工程と同様に、ＦＳＷによりそれぞれの接合面を接合する。
　そして、これらの第１～第３発泡金属前駆体１１，１２，４２で構成された傾斜機能材料前駆体４０を、第１の実施形態と同様の方法で熱処理を行うことにより、図１８Ｂに示すような傾斜機能材料４４を形成することができる。これにより、本例では、比較的柔らかい素材である純アルミニウムからなる発泡金属部１５と、純アルミニウムよりも硬い素材であるアルミニウム合金からなる発泡金属部１６と、耐食性に優れた発泡金属部４３とからなる傾斜機能材料４４が構成される。上述したように、本例によれば、１つの材料に複数の機能を付加することが可能である。
　なお、上述した変形例１では、３種類の異なる材料組成を有する発泡金属部１５，１６，４３からなる傾斜機能材料４４を形成する例としたが、３種以上の発泡金属部で構成することも可能である。また、変形例１においても、第１の実施形態と同様、第１～第３発泡金属前駆体１１，１２，４２を形成するためのＦＳＷと第１～第３発泡金属前駆体１１，１２，４２とを接合するためのＦＳＷとを別の工程で行う例としたが、同時に行うようにしてもよい。
　［変形例２］
　次に、変形例２に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料について図１９を参照しながら説明する。変形例２は、材料組成及び気孔率を変化させる例である。図１９において、図１５に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
　変形例２は、含有する発泡剤に分布を持たせることにより、気孔率を変化させる例である。図１Ａ，Ｂにおける発泡剤３の散布において、第１積層体７と第２積層体８で発泡剤３の量を変えて構成する。例えば、第１積層体７では、発泡剤３の散布量は、これらの粉末を散布した面積に後述する摩擦攪拌工具のプローブの長さ（５ｍｍ）をかけた体積分の第１金属板１ａ，１ｂの質量に対して、１．０mass%とし、第２積層体８では、第２金属板２ａ，２ｂの質量に対して０．２mass%とする。
　これにより、図１９に示すように、気孔率の異なる発泡金属部５１，５２が接合された構造を持つ傾斜機能材料５０が形成される。
　［変形例３］
　次に、変形例３に係る傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料について図２０Ａ，Ｂを参照しながら説明する。変形例３は、傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料に添加される添加材料に分布を持たせる例である。図２０Ａ，Ｂにおいて、図１５に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
　図２０Ａは、変形例３で形成された傾斜機能材料６０の概略構成図である。図２０Ａは、第１発泡金属部６３に強度向上のためのアルミナ６１を添加し、第２発泡金属部６４に炭化珪素（ＳｉＣ）６２を添加した例である。また、図２０Ｂは、アルミナ６１の添加量を１０％から０％にまで傾斜して減少するように傾斜機能材料７０を構成した例である。このような傾斜機能材料７０を形成する場合には、図１Ａ，Ｂに示す工程において第１積層体７及び第２積層体８における添加剤の散布量を変えればよい。
　変形例３に示すように、発泡金属部を構成する金属材料の組成のみならず、添加剤の種類や量を変えることによって傾斜機能材料を形成することも可能である。また、変形例３においても、第１の実施形態と同様、各発泡金属前駆体を形成するためのＦＳＷと各発泡金属前駆体とを接合するためのＦＳＷとを別の工程で行うようにしても、同時に行うようにしてもよい。
　〈２．第２の実施形態〉
　次に、図２１～図３０を用いて、本発明の第２の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体、及び傾斜機能材料の製造方法について説明する。本実施形態例は、発泡金属部の一端に緻密金属部を接合する例である。
　まず、図２１に示すように、２枚の金属板２０ａ，２０ｂを準備し、それらの金属板２０ａ，２０ｂの間に粉末状の発泡剤３、及び気孔形態安定剤４を挟持して積層する。これにより図２２に示す積層体２２を形成する。さらに、その積層体２２の下層に緻密金属部２１を積層する。金属板２０ａ，２０ｂ、発泡剤３、及び気孔形態安定剤４としては、第１の実施形態と同様の材料を用いることができる。また、緻密金属部２１には金属板２０ａ，２０ｂと異なる材料組成を有する金属材料を用いる。
　本実施形態例では、２枚の金属板２０ａ，２０ｂには、純度９９．５％のアルミニウム（ＪＩＳ規格：Ａ１０５０）からなる、長さ１８０ｍｍ×幅１１０ｍｍの圧延板を用いた。また、積層体２２全体の厚みが、後述する摩擦攪拌工具のプローブの長さ（５ｍｍ）となるように、上層の金属板２０ａの厚みは３ｍｍ、下層の金属板２０ｂの厚みは２ｍｍとした。
　また、緻密金属部２１には、鋼板（ＪＩＳ規格：ＳＳ４００）からなる、長さ１８０ｍｍ×幅１１０ｍｍ、厚み３ｍｍの圧延板を用いた。
　また、本実施形態例では、発泡剤３として粒径が４５μｍよりも小さい水素化チタン（ＴｉＨ２）を用い、気孔形態安定剤４として平均粒径が１μｍ程度のアルミナ（α－Ａｌ２Ｏ３）の粉末を用い、それらの発泡剤３及び気孔形態安定剤４を２枚の金属板２０ａ，２０ｂの間に散布した。散布領域は、後述するＦＳＷの工程で、摩擦攪拌工具が通る個所とされている。発泡剤３及び気孔形態安定剤４の散布量は、これらの粉末を散布した面積に後述する摩擦攪拌工具のプローブの長さ（５ｍｍ）をかけた体積分の金属板２０ａ，２０ｂの質量に対して、発泡剤３は１mass%、気孔形態安定剤４は１０mass%とした。
　次に、積層体２２の緻密金属部２１に接する面とは反対側の面側から、図２３に示すように、ＦＳＷを行う。
　本実施形態例においても、ＦＳＷは摩擦攪拌工具５のプローブ５ａを矢印ｂで示すように所定の回転数で回転させながら、本体５ｂ及びプローブ５ａを矢印ａで示す方向に押圧することで、積層体２２の一方の面の一端にプローブ５ａを貫入させる。そして、プローブ５ａを貫入させた状態で、矢印ｃで示すように積層体２２の他端に向かって摩擦攪拌工具５を移動させる。
　図２４は、図２３のｘ－ｘ線上に沿う断面を示した概略構成図である。本実施形態例では、プローブ５ａの長さは、積層体２２の厚みとほぼ同じに構成されているため、図２４に示すように、プローブ５ａが積層体２２を構成する２枚の金属板２０ａ，２０ｂの接合面を貫通し、プローブ５ａの先端がわずかに緻密金属部２１に食い込む程度に貫入した状態で攪拌される。そして、ＦＳＷを行うことにより、積層体２２と、摩擦攪拌工具５との間に摩擦熱が発生し、摩擦攪拌された部分には攪拌部６が形成される。
　本実施形態例においても、第１の実施形態と同様のＦＳＷ装置を用い、摩擦攪拌工具５の回転速度を２２００ｒｐｍ、移動速度を１００ｍｍ／ｍｉｎ、前進角を３°とし、マルチパス法を用いて摩擦攪拌を行った。
　図２５は、積層体２２の一端から他端にかけてＦＳＷを行い、マルチパス法を用いて同一個所を２回攪拌した後の概略構成図である。本実施形態例では、攪拌部６においては金属板２０ａ，２０ｂと発泡剤３、及び気孔形態安定剤４が均一に混合されると同時に、２枚の金属板２０ａ，２０ｂ、及び緻密金属部２１が接合される。これにより、積層体２２部分が発泡金属前駆体２４とされると同時に、発泡金属前駆体２４と緻密金属部２１とが接合した傾斜機能材料前駆体２３が形成される。
　次に、前述の工程で形成された傾斜機能材料前駆体２３をその融点近傍の温度にて加熱する。本実施形態例では、図２６に示すように、傾斜機能材料前駆体２３のＦＳＷが施された部分を、長さ１２ｍｍ×幅１２ｍｍ×厚さ８ｍｍ（発泡金属前駆体２４の厚み５ｍｍと緻密金属部２１の厚み３ｍｍによる）となるように切り取り、この傾斜機能材料前駆体２３を熱処理した。すなわち、本実施形態例では、切り取った傾斜機能材料前駆体２３をあらかじめ１００３Ｋに温めておいた電気炉（株式会社デンケン製、品名：ＫＤＦ－Ｓ８０）に入れ、その温度に保ったまま９分３０秒間保持した後、電気炉から取り出し、空冷した。
　図２７は、本実施形態例で完成された傾斜機能材料２５の概略構成図である。図２７に示すように、熱処理工程により、本実施形態例の傾斜機能材料２５は、発泡金属前駆体２４だった領域でのみ気孔２６が発生して発泡金属部２７となるため、発泡金属部２７と緻密金属部２１とが接合した状態とされる。また、本実施形態例では、傾斜機能材料前駆体２３において、発泡金属前駆体２４と緻密金属部２１の接合部は摩擦攪拌により混合されているため、図２７に示すように、組成材料の異なる発泡金属部２７と緻密金属部２１の中間領域は、異なる組成が入り交じった状態となる。すなわち、本実施形態例の傾斜機能材料２５は、発泡金属部２７から緻密金属部２１へと材料組成及び気孔率が傾斜化して変化した状態とされる。
　次に、以上の工程で形成された本実施形態例の傾斜機能材料前駆体２３、及び傾斜機能材料２５における組成成分の分布を観察した結果を詳述する。
　本実施形態例で得られた傾斜機能材料前駆体２３及び傾斜機能材料２５の材料組成の傾斜化の様子について、アルミニウム（Ａｌ）元素及び鉄（Ｆｅ）元素の分布を電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ)で解析することにより観察した。また、この観察は、傾斜機能材料前駆体２３、及び傾斜機能材料２５の、ＦＳＷの走査方向に垂直な断面に対して行った。
　断面の観察に際して、傾斜機能材料前駆体２３、及び傾斜機能材料２５の観察断面は、研磨紙により研磨（エメリー紙にて１２００番まで研磨）後、電解研磨により研磨した。
　図２８Ａに、傾斜機能材料前駆体２３の観察断面の外観写真を示す。図２８Ａでは、上層が発泡金属前駆体２４で、下層が緻密金属部２１である。図２８Ａの発泡金属前駆体２４の白色を呈した領域はアルミナを示すものであり、攪拌の様子の指標となる。中央部のプローブが通過した個所（攪拌部６）ではＦＳＷ特有のオニオンリングが確認され、アルミニウム、発泡剤、アルミナが混合されていることが分かる。また、２枚の金属板２０ａ，２０ｂや緻密金属部２１の接合は、攪拌部６全体にわたってほぼ良好に行われている。
　図２８Ｂは、図２８Ａ中の攪拌部６における発泡金属前駆体２４と緻密金属部２１との界面近傍の拡大写真である。図２８Ｂから、発泡金属前駆体２４と緻密金属部２１との界面では、緻密金属部２１に発泡金属前駆体２４を構成するアルミニウムが侵入すると共に、緻密金属部２１を構成する鋼のバリのようなものが発泡金属前駆体２４中に張り出しているのが観察される。このことから、ＦＳＷでは、プローブ５ａ先端はわずかであるが緻密金属部２１の表面に到達し、発泡金属前駆体２４を構成するアルミニウムとの接合が行われたものと考えられる。
　図２９Ａ，Ｂに、図２８Ａ中の攪拌部６における発泡金属前駆体２４と緻密金属部２１との界面近傍のアルミニウム（Ａｌ）元素及び鉄（Ｆｅ）元素の分布をＥＰＭＡで観察した結果を示す。緻密金属部２１中に、発泡金属前駆体２４を構成するアルミニウムの存在が若干観察されるが、アルミニウム元素、鉄元素の界面を越えた顕著な拡散は観察されず、アンカー効果のような機械的な接合が生じたものと考えられる。
　図３０Ａに、図２８Ａで攪拌が行われた部分を発泡させた場合の外観写真を示す。発泡後も、発泡金属部２７を構成するアルミニウムと緻密金属部２１の接合は維持され、発泡金属部２７と緻密金属部２１とが分離することはなかった。
　図３０Ｂ，Ｃに、図３０Ａの発泡金属部２７と緻密金属部２１との界面近傍のアルミニウム元素と鉄元素の分布をＥＰＭＡで観察した結果を示す。界面上に両元素が検出される領域が観察される。顕著な拡散が起こり、拡散接合されると共に、Ｆｅ－Ａｌ系金属間化合物が生成されたものと考えられる。
　また、発泡金属部２７内にも、鉄元素が検出されている。これは、発泡時に、発泡金属部２７と緻密金属部２１との界面で生成されたＦｅ－Ａｌ系金属間化合物がドレナージなどの溶液の動きにより半溶融状態のアルミニウム内を移動した為と考えられる。ただし、このような発泡金属部２７の鉄元素の分布は、発泡金属部２７と緻密金属部２１との界面近傍に限られており、発泡金属部２７全体には渡っていないことを確認している。
　なお、比較例として、緻密金属部上部に発泡金属前駆体を置いて発泡させる実験を行った。この比較例では、発泡金属前駆体は第１の実施形態と同様の方法で形成し、緻密金属部と発泡金属前駆体とは接合されていない状態とした。この結果、緻密金属部上部に発泡金属前駆体をおいて発泡させるのみでは、発泡金属部と緻密金属部との接合は起こらず、簡単に分離してしまうことがわかった。
　この比較例の結果により、発泡金属前駆体２４と緻密金属部２１との間がＦＳＷにより接合される本実施形態例では、発泡金属前駆体２４や緻密金属部２１の酸化皮膜が破壊され、新生面が表出することにより発泡過程において拡散接合が行われるものと予想される。
　このように、本実施形態例によれば、緻密金属部２１と発泡金属部２７とが接合されることにより、材料組成、及び気孔率が傾斜化して形成された傾斜機能材料を形成することができる。
　そして、本実施形態例によれば、発泡金属部２７と緻密金属部２１とが接合された構成である傾斜機能材料を得ることができるので、自動車部品等に用いる際に塗装を容易にすることや、製品組み立ての際に他部材との接合を容易にするなど、広範な部品への適用が可能となる。その他、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
　また、従来、発泡金属（一般的なポーラス部材）と緻密金属との複合化は、主に接着剤を用いることで行われていた。しかし、接着剤の利用は、環境への負荷が大きい、リサイクルを困難にする、高温環境下では接着剤の樹脂が軟化する、等の問題がある。本実施形態例ではＦＳＷを用いることにより、接着剤を用いずに発泡金属部と緻密金属部とを接合することができるので、従来の問題を解決することができる。
　ところで、本実施形態例では、緻密金属部２１を、発泡金属部２７となる積層体の積層方向に積層する構成としたが、積層体２２の積層方向に垂直な積層体２２の側面に接合するように構成してもよい。この場合には、ＦＳＷを積層体２２に行う共に、積層体２２と緻密金属部２１との接合面に行うことで、本発明の傾斜機能材料前駆体、及び傾斜機能材料を実施することができる。
　また、本実施形態例では、１種類の発泡金属部２７と緻密金属部２１とが接合された傾斜機能材料２５が形成される例としたが、第１の実施形態で形成される傾斜機能材料前駆体１３を構成する２種の発泡金属前駆体の一部、又は全部に接合して形成することもできる。この場合には、緻密金属部と、その緻密金属部と接合する発泡金属前駆体との接合面にＦＳＷを行う構成とすればよい。また、本実施形態例で形成された傾斜機能材料２５は、発泡金属部２７と緻密金属部２１との材料組成が異なる例としたが、同じ材料組成の発泡金属部と緻密金属部とを接合してもよい。この場合には、気孔率が異なる傾斜機能材料が形成される。
　上述した第１及び第２の実施形態例では、傾斜機能材料前駆体を構成する発泡金属前駆体は、発泡剤を一対の金属板で挟持して積層体を形成し、その積層体の一方の面からＦＳＷを行うことにより形成する例であった。しかしながら、発泡金属前駆体の製造方法は、これに限られるものではなく、ダイカスト法を適用することによっても、本発明の課題を達成することが可能である。以下に示す方法は、ダイカスト法を用いた例である。
　〈３．第３の実施形態〉
　次に、図３１～図３５を用いて、本発明の第３の実施形態に係る傾斜機能材料前駆体、及び傾斜機能材料の製造方法について説明する。本実施形態例は、ダイカスト材によって傾斜機能材料前駆体、及び傾斜機能材料を形成する例である。
　まず、図３１Ａ，Ｂに示すように、ダイカスト法を用いて第１金属部材３６と第２金属部材３７を形成する。ダイカスト法は、溶融した金属材料を所定の金型に圧入することにより、高精度の鋳物を短時間に大量に成型できる鋳造法である。ダイカスト法としては、一般的な大気開放ダイカスト法、金型のキャビティ内を減圧した状態で溶融金属を注入して巻き込み巣の発生を防止する真空ダイカスト法、キャビティ内に溶融金属を低速で注入し、かつ、溶融金属に圧力をかけて凝固させるスクイズダイカスト法、キャビティ内に酸素を充填し、その酸素の作用によりキャビティ内を減圧し巣の発生を防止する無孔性（酸素置換）ダイカスト法、固体と液体がシャーベット状態の金属材料を金型に圧入する半溶解・半凝固ダイカスト法などが挙げられる。
　また、ダイカスト法において、金型に圧入される金属材料としては、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ系のダイカスト用アルミニウム合金（ＪＩＳ規格：ＡＤＣ１２，ＡＤＣ１０，ＡＤＣ１０Ｚ，ＡＤＣ１２Ｚ，ＡＤＣ１４）、Ａｌ－Ｓｉ系のダイカスト用アルミニウム合金（ＪＩＳ規格：ＡＤＣ１）、Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系のダイカスト用アルミニウム合金（ＪＩＳ規格：ＡＤＣ３）、Ａｌ－Ｍｇ系のダイカスト用アルミニウム合金（ＪＩＳ規格：ＡＤＣ５，ＡＤＣ６）を用いることができる。また、この他、マグネシウム、マグネシウム合金、亜鉛、亜鉛合金、銅、銅合金等のダイカスト用材料を用いることができる。
　ダイカスト法によって成形される金属部材の内部には、通常、ガス及び気孔形成核が含まれている。ガスは、ダイカスト装置の金型に溶融金属を極めて速い速度で注入するときに空気が溶融金属に混入して金属部材内に含まれるもの、あるいは金型に塗布した離型剤が溶融金属に接することで気化し、溶融金属に混入して金属部材内に含まれるものなどがある。また、気孔形成核は、金属材料の原料に既に含まれているか、あるいは、ダイカスト法による鋳造工程で含まれるものである。例えば、アルミニウム、又はアルミニウム合金からなる金属部材を形成する場合には、初晶Ｓｉ、共晶Ｓｉ、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ化合物、Ａｌ－Ｃｕ化合物、等が気孔形成核となる。また、マグネシウム又はマグネシウム合金からなる金属部材を形成した場合には、Ｍｇ－Ａｌ化合物、Ｍｇ－（Ａｌ，Ｚｎ）化合物、等が気孔形成核となる。
　本実施形態例では、大気開放ダイカスト法を用い、鋳造圧力を７０ＭＰａとして溶融した金属材料を金型に圧入することにより第１金属部材３６と、第１金属部材３６とは異なる材料組成からなる第２金属部材３７を形成した。
　次に、図３２に示す工程と同様にして、第１金属部材３６及び第２金属部材３７のそれぞれに、摩擦攪拌プロセシング（ＦＳＰ）を行う。ＦＳＰは、ＦＳＷと同様の技術である。本実施形態例では、第１の実施形態と同じ構成のＦＳＷ装置を用い、マルチパス法を採用した。
　ＦＳＰにより、第１金属部材３６及び第２金属部材３７の内部に含まれているガス及び気孔形成核が第１金属部材３６及び第２金属部材３７において均一に拡散する。これにより、第１金属部材３６は第１発泡金属前駆体２８とされ、第２金属部材３７は第２発泡金属前駆体２９とされる。
　次に、第１の実施形態における図１１Ａ，Ｂの工程と同様にして、第１発泡金属前駆体２８と、第２発泡金属前駆体２９のそれぞれを機械加工することにより、摩擦攪拌が施された面が端部に露出されるよう調整する。
　次に、図３３に示すように、第１発泡金属前駆体２８と第２発泡金属前駆体２９を、それぞれの摩擦攪拌が施された面を接触させて配置し、その接触面に対して、ＦＳＷを行う。本実施形態例では、接触面に対するＦＳＷは、摩擦攪拌工具５の回転速度を１０００ｒｐｍ、移動速度を１００ｍｍ／ｍｉｎ、前進角を３°として行った。さらに、接触面に対するＦＳＷにおいてもマルチパス法を用いてもよく、本実施形態例では、第１の実施形態と同様に、走査方向を逆転させることにより、摩擦攪拌を同一箇所に対して２度行った。
　以上の工程により、図３４に示すように、第１発泡金属前駆体２８と第２発泡金属前駆体２９が接合され材料組成が傾斜化して変化する傾斜機能材料前駆体３０が形成された。
　その後、第１の実施形態と同様にして傾斜機能材料前駆体３０を加熱処理することにより、傾斜機能材料前駆体３０の内部に既に存在していたガスが膨張し、また、傾斜機能材料前駆体３０の内部に既に存在していた気孔形成核により気孔が発生して膨張する。これにより、図３５に示すように、第１発泡金属前駆体２８であった部分は、第１発泡金属３３となり、第２発泡金属前駆体２９であった部分は、第２発泡金属３４となり、本実施形態例の傾斜機能材料３１が完成される。
　本実施形態例では、ダイカスト材を用いて形成した組成材料の異なる第１発泡金属前駆体２８と第２発泡金属前駆体２９をＦＳＷにより接合し、加熱処理することで、材料組成が傾斜化した傾斜機能材料３１を形成することができる。
　本実施形態例によれば、第１発泡金属前駆体２８や第２発泡金属前駆体２９がダイカスト材で形成されるため、高価な発泡剤粉末が不要であり、また、従来の粉末冶金法に比較して製造工程が簡単であるため、生産性が高くコストの低減を図ることができる。
　以上の第１～第３の実施形態は、それらを組み合わせて実施することも可能であり、種々の変更が可能である。
　例えば、傾斜機能材料前駆体を構成する一方の発泡金属前駆体を第１の実施形態の形成方法を用いて形成し、他方の発泡金属前駆体を第３の実施形態のダイカスト法を用いて形成することもできる。また、第３の実施形態で形成した発泡金属前駆体に緻密金属部を接合することにより、第２の実施形態と同様の構成の傾斜機能材料を形成することも可能である。
　さらに、第1の実施形態において、第１積層体７の上層の第１金属板１ａと下層の第１金属板１ｂとを、材料組成の異なる金属材料で形成すれば、容易に異種材料からなる発泡金属同士が接合された傾斜機能材料を形成することができる。この場合には、上層と下層の第１金属板１ａ，１ｂの摩擦攪拌接合と、第１金属板１ａ，１ｂ内部へ発泡剤３を拡散するための摩擦攪拌とを１工程のＦＳＷにて行うことができ、発泡金属前駆体を形成する工程と、それらを接合する工程とを一度に行うことができる。
　また、第３の実施形態では、２種類の発泡金属前駆体を接合して傾斜機能材料前駆体を形成する例としたが、第１の実施形態における変形例のように、材料組成が異なる複数種の発泡金属前駆体を接合して傾斜機能材料前駆体を形成してもよい。
　このように、本発明によれば、材料組成、及び気孔率の異なる複数（本実施形態例では２種）の金属材料からなる傾斜機能材料前駆体、及び傾斜機能材料を形成することができる。
　本発明によれば、異種材料からなる複数種の発泡金属部が接合されることで形成された傾斜機能材料や、複数の気孔を有する発泡金属部と無気孔の緻密金属部とが接合された傾斜機能材料を容易に形成することができる。
　このように、材料組成や、材料組成及び気孔率が異なるものが、一体に形成される本発明の傾斜機能材料は、用途に合わせてその機能を傾斜化することにより、自動車部品等に有用であり、高機能な材料として適用され得る。
　１ａ・・第１金属板
　１ｂ・・第１金属板
　２ａ・・第２金属板
　２ｂ・・第２金属板
　３・・発泡剤
　４・・気孔形態安定剤
　５・・摩擦攪拌工具
　５ａ・・プローブ
　５ｂ・・本体
　６・・攪拌部
　７・・第１積層体
　８・・第２積層体
　９・・溝部
　１０・・凹陥部
　１１・・第１発泡金属前駆体
　１２・・第２発泡金属前駆体
　１３・・傾斜機能材料前駆体
　１４・・傾斜機能材料
　１５・・発泡金属部
　１６・・発泡金属部
　１７・・気孔
　２０ａ・・金属板
　２０ｂ・・金属板
　２１・・緻密金属部
　２２・・積層体
　２３・・傾斜機能材料前駆体
　２４・・発泡金属前駆体
　２５・・傾斜機能材料
　２６・・気孔
　２７・・発泡金属部
　２８・・第１発泡金属前駆体
　２９・・第２発泡金属前駆体
　３０・・傾斜機能材料前駆体
　３１・・傾斜機能材料
　３３・・第１発泡金属
　３４・・第２発泡金属
　３６・・第１金属部材
　３７・・第２金属部材

Claims (15)

  1. 　熱処理を施すことにより金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を、前記金属部材の材料組成を異ならせて複数種形成する工程と、
    　前記発泡金属前駆体を形成する工程と同時に、又は後に、前記複数種の発泡金属前駆体を摩擦攪拌接合する工程と、
    　を含む傾斜機能材料前駆体の製造方法。
  2. 　前記複数種の発泡金属前駆体のうち少なくとも１つは、
    　発泡剤と前記発泡剤を挟持して積層される一対の金属板とからなる積層体を形成する工程と、
    　前記積層体の所望の面から摩擦攪拌接合を行うことにより、前記発泡剤を前記金属板内に拡散させて、前記一対の金属板を接合する工程と、
    　から形成される請求項１に記載の傾斜機能材料前駆体の製造方法。
  3. 　前記複数種の発泡金属前駆体のうち少なくとも１つは、
    　所望の溶融金属材料を金型に圧入する工程と、
    　前記金型から取り出した金属部材を、摩擦攪拌することにより前記金属部材内部に混入されたガス及び気孔形成核を前記金属部材内部で均一に分散する工程と、
    　から形成される請求項１に記載の傾斜機能材料前駆体の製造方法。
  4. 　前記複数種の発泡金属前駆体を摩擦攪拌接合する工程において、所望の材料組成からなる緻密金属部を前記複数種の積層体のうち一部又は全部に、摩擦攪拌接合する
    　請求項１に記載の傾斜機能材料前駆体の製造方法。
  5. 　熱処理を施すことにより金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を形成する工程と、
    　前記発泡金属前駆体を形成する工程と同時に、又は後に、前記発泡金属前駆体と前記金属部材の材料組成とは異なる材料組成からなる緻密金属部とを摩擦攪拌接合する工程と、
    　を含む傾斜機能材料前駆体の製造方法。
  6. 　前記発泡金属前駆体は、
    　発泡剤と前記発泡剤を挟持して積層される一対の金属板とからなる積層体を形成する工程と、
    　前記積層体の所望の面から摩擦攪拌接合を行うことにより、前記発泡剤を前記金属板内に拡散させると同時に前記一対の金属板を接合する工程と、
    　から形成される請求項５記載の傾斜機能材料前駆体の製造方法。
  7. 　前記発泡金属前駆体は、
    　所望の溶融金属材料を金型に圧入する工程と、
    　前記金型から取り出した金属部材を、摩擦攪拌することにより前記金属部材内部に混入されたガス及び気孔形成核を前記金属部材内部で均一に分散する工程と、
    　から形成される請求項５記載の傾斜機能材料前駆体の製造方法。
  8. 　熱処理を施すことにより金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を、前記金属部材の材料組成を異ならせて複数種形成する工程と、
    　前記発泡金属前駆体を形成する工程と同時に、又は後に、前記複数種の発泡金属前駆体を摩擦攪拌接合することにより、傾斜機能材料前駆体を形成する工程と、
    　前記傾斜機能材料前駆体を熱処理することにより、前記発泡金属前駆体の内部を発泡させて発泡金属部を形成する工程と、
    　を含む傾斜機能材料の製造方法。
  9. 　熱処理を施すことにより金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を形成する工程と、
    　前記発泡金属前駆体を形成する工程と同時に、又は後に、前記発泡金属前駆体と前記金属部材の材料組成とは異なる材料組成からなる緻密金属部とを摩擦攪拌接合する工程と、
    　前記傾斜機能材料前駆体を熱処理することにより、前記発泡金属前駆体の内部を発泡させて発泡金属部を形成する工程と、
    　を含む傾斜機能材料の製造方法。
  10. 　熱処理を施すことにより、金属部材の内部に複数の気孔が生じる一の発泡金属前駆体と、
    　前記発泡金属前駆体とは材料組成が異なる一種、又は複数種の他の発泡金属前駆体とが互いに接合して一体に形成された
    　傾斜機能材料前駆体。
  11. さらに、前記一の発泡金属前駆体及び前記他の発泡金属前駆体の一部又は全部に接合して形成された緻密金属部
    　を有する請求項１０に記載の傾斜機能材料前駆体。
  12. 　熱処理を施すことにより、金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体と、
    　前記発泡金属前駆体とは異なる材料組成を有し、前記発泡金属前駆体の所望の面に接合して形成された緻密金属部と、
    　を有する傾斜機能材料前駆体。
  13. 　熱処理を施すことにより金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を前記金属部材の材料組成を異ならせて複数種形成し、前記発泡金属前駆体を形成すると同時に、又は後に、前記複数種の発泡金属前駆体を摩擦攪拌接合することにより、傾斜機能材料前駆体を形成し、前記傾斜機能材料前駆体を熱処理することにより、前記発泡金属前駆体の内部を発泡させて形成された発泡金属部を有する
    　傾斜機能材料。
  14. 　請求項１３において、前記発泡金属部の所望の面に緻密金属部が接合されている
    　傾斜機能材料。
  15. 　熱処理を施すことにより金属部材の内部に複数の気孔が生じる発泡金属前駆体を形成し、前記発泡金属前駆体を形成すると同時に、又は後に、前記発泡金属前駆体と前記金属部材の材料組成とは異なる材料組成からなる緻密金属部とを摩擦攪拌接合し、前記傾斜機能材料前駆体を熱処理することにより、前記発泡金属前駆体の内部を発泡させて形成された発泡金属部を有する
    　傾斜機能材料。
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