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JP6206868B2 - Porous metal material manufacturing method and porous metal material - Google Patents
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JP6206868B2 - Porous metal material manufacturing method and porous metal material - Google Patents

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Description

本発明は、ポーラスメタルの孔の内部に非金属材料を有するポーラスメタル材料の製造方法に係わる。また、この製造方法により得られるポーラスメタル材料に係わる。   The present invention relates to a method for manufacturing a porous metal material having a non-metallic material inside a hole of the porous metal. Moreover, it is related with the porous metal material obtained by this manufacturing method.

多くの気孔を含むポーラスメタルは、軽量であって、衝撃エネルギー吸収特性や消音特性に優れており、自動車、鉄道、航空宇宙、建築等、様々な分野で超軽量な多機能素材として注目されている(例えば特許文献1〜特許文献3を参照。)。   Porous metal including many pores is lightweight, and has excellent impact energy absorption and sound deadening properties. It is attracting attention as an ultralight and multifunctional material in various fields such as automobiles, railways, aerospace, and architecture. (For example, see Patent Documents 1 to 3).

特開2007−61865号公報JP 2007-61865 A 独国特許出願公開第1048360号明細書German Patent Application No. 1048360 独国特許出願公開第4101630号明細書German Patent Application No. 4101630

ポーラスメタルを上述した分野で実際に使用する際には、所望の形状にポーラスメタルを加工することになる。
しかしながら、ポーラスメタルは気孔を有しているため、加工の際に荷重が加わると、気孔の部分がつぶれて塑性変形しやすい。
そのため、所望の3次元形状を有するポーラスメタルを作製することが困難であった。
When the porous metal is actually used in the above-described field, the porous metal is processed into a desired shape.
However, since porous metal has pores, when a load is applied during processing, the pores are crushed and are easily plastically deformed.
Therefore, it has been difficult to produce a porous metal having a desired three-dimensional shape.

上述した問題の解決のために、本発明は、容易に所望の形状に加工することが可能であるポーラスメタル材料の製造を可能にするポーラスメタル材料の製造方法を提供するものである。また、容易に所望の形状に加工することが可能であるポーラスメタル材料を提供するものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for producing a porous metal material that makes it possible to produce a porous metal material that can be easily processed into a desired shape. Moreover, the present invention provides a porous metal material that can be easily processed into a desired shape.

本発明のポーラスメタル材料の製造方法は、金属又は合金と、非金属材料を混合する工程と、摩擦熱と荷重とせん断力により、混合した金属又は合金と非金属材料とを焼結する工程とを有して、金属又は合金から成るポーラスメタルに存在する全ての孔の内部全体を埋めて非金属材料が形成されたポーラスメタル材料を製造する。 The method for producing a porous metal material of the present invention includes a step of mixing a metal or alloy and a nonmetallic material, and a step of sintering the mixed metal or alloy and nonmetallic material by frictional heat, load and shear force. The porous metal material in which the non-metallic material is formed by filling the entire inside of all the holes existing in the porous metal made of metal or alloy is manufactured.

本発明のポーラスメタル材料の他の製造方法は、金属又は合金と、非金属材料を混合する工程と、摩擦熱と荷重とせん断力により、混合した金属又は合金と非金属材料とを焼結する工程と、非金属材料の一部を除去する工程とを有して、金属又は合金から成るポーラスメタルに存在する全ての孔の内部の一部に非金属材料が形成されたポーラスメタル材料を製造する。 Another method for producing a porous metal material according to the present invention includes a step of mixing a metal or alloy and a non-metallic material, and sintering the mixed metal or alloy and non-metallic material by frictional heat, load and shear force. A porous metal material in which a nonmetallic material is formed in a part of all the holes existing in a porous metal made of a metal or an alloy, and a step of removing a part of the nonmetallic material. To do.

本発明のポーラスメタル材料は、金属又は合金から成るポーラスメタルと、このポーラスメタルに存在する全ての孔の内部の一部に形成され、ポーラスメタルの金属又は合金よりも融点が低い非金属材料を有する。 The porous metal material of the present invention includes a porous metal made of a metal or an alloy and a non-metallic material that is formed in a part of all the holes present in the porous metal and has a melting point lower than that of the metal or alloy of the porous metal. Have.

本発明のポーラスメタル材料の製造方法によれば、金属又は合金と非金属材料を混合して、摩擦熱と荷重とせん断力により焼結するので、比較的低い温度で焼結させることが可能になる。
また、金属又は合金の融点よりも低い温度でポーラスメタル材料を製造することも可能になる。
従って、金属又は合金よりも融点が低い非金属材料を使用しても、ポーラスメタル材料を製造することができるので、融点の高い金属又は合金でもポーラスメタル材料を製造することができ、また、非金属材料の選択の範囲を広げることができる。
According to the method for producing a porous metal material of the present invention, a metal or alloy and a non-metallic material are mixed and sintered by frictional heat, load and shear force, so that it can be sintered at a relatively low temperature. Become.
It is also possible to produce a porous metal material at a temperature lower than the melting point of the metal or alloy.
Accordingly, a porous metal material can be produced even when a non-metallic material having a melting point lower than that of a metal or alloy is used. Therefore, a porous metal material can be produced even with a metal or alloy having a high melting point. The range of selection of metal materials can be expanded.

上述の本発明のポーラスメタル材料の構成によれば、ポーラスメタルに存在する全ての孔の内部の一部に非金属材料を有するので、ポーラスメタル単独よりも高い強度やヤング率を有する。これにより、ポーラスメタル材料を加工する際の塑性変形を抑制することができる。
According to the above-described configuration of the porous metal material of the present invention, since the nonmetallic material is provided in a part of all the holes existing in the porous metal, it has higher strength and Young's modulus than the porous metal alone. Thereby, the plastic deformation at the time of processing a porous metal material can be suppressed .

本発明のポーラスメタル材料の一実施の形態の概略構成図(断面図)である。It is a schematic block diagram (sectional drawing) of one embodiment of the porous metal material of the present invention. A、B 図1のポーラスメタル材料から孔の内部の非金属材料を除去する方法を示す図である。A, B It is a figure which shows the method of removing the nonmetallic material inside a hole from the porous metal material of FIG. A〜D 本発明のポーラスメタル材料の製造方法を示す図である。AD is a figure which shows the manufacturing method of the porous metal material of this invention. 本発明のポーラスメタル材料の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the porous metal material of this invention. 本発明のポーラスメタル材料の他の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the other manufacturing method of the porous metal material of this invention. NaClの残存率と圧縮強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the residual rate of NaCl, and compressive strength.

以下、発明を実施するための最良の形態(以下、「実施の形態」とする)について説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described.

本発明のポーラスメタル材料の一実施の形態の概略構成図(断面図)を、図1に示す。
図1に示すように、このポーラスメタル材料1は、内部に孔が形成されたポーラスメタル2と、孔の内部全体を埋めて形成された非金属材料3とから成る。
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of an embodiment of the porous metal material of the present invention.
As shown in FIG. 1, the porous metal material 1 is composed of a porous metal 2 having a hole formed therein and a non-metallic material 3 formed by filling the entire inside of the hole.

ポーラスメタル2は、金属又は合金から成る。
ポーラスメタル2には、例えば、アルミニウムやチタン、並びにこれらの合金を使用することができる。
The porous metal 2 is made of a metal or an alloy.
For the porous metal 2, for example, aluminum, titanium, and alloys thereof can be used.

非金属材料3には、好ましくは、溶解、気化、融解等の操作によって、非金属材料3を除去することが可能な材料を使用する。   As the non-metallic material 3, a material that can remove the non-metallic material 3 by an operation such as dissolution, vaporization, and melting is preferably used.

より好ましくは、非金属材料3として、塩(塩化ナトリウム)等の水溶性の材料を使用する。水溶性の材料を使用することにより、水に浸ければ、容易に非金属材料3を除去することが可能になる。   More preferably, a water-soluble material such as a salt (sodium chloride) is used as the nonmetallic material 3. By using a water-soluble material, the nonmetallic material 3 can be easily removed if immersed in water.

このように、水に浸けることにより、ポーラスメタル材料1の非金属材料3を除去する過程を、図2A〜図2Bに示す。
図2Aに示すように、塩(塩化ナトリウム)等の水溶性の非金属材料3をポーラスメタル2の孔の内部に含む、ポーラスメタル材料1を、水20に浸けることによって、非金属材料3の塩を除去する。
その結果、図2Bに示すように、内部に気孔4が形成されたポーラスメタル2が得られる。
Thus, the process of removing the nonmetallic material 3 of the porous metal material 1 by immersing in water is shown in FIGS. 2A to 2B.
As shown in FIG. 2A, the porous metal material 1 containing a water-soluble nonmetallic material 3 such as salt (sodium chloride) in the pores of the porous metal 2 is immersed in water 20, so that the nonmetallic material 3 Remove salt.
As a result, as shown in FIG. 2B, a porous metal 2 having pores 4 formed therein is obtained.

ポーラスメタル2は、孔が連通性を有しているので、孔の隙間から塩が抜けていく。
従って、上述のように水に浸けた場合、ポーラスメタル材料全体では、水と触れる側であるポーラスメタル材料の外側から、水溶性の非金属材料3が抜けていく。
In the porous metal 2, since the holes have communication properties, salt is released from the gaps between the holes.
Therefore, when immersed in water as described above, the water-soluble non-metallic material 3 escapes from the outside of the porous metal material that is in contact with water in the entire porous metal material.

水に浸けて完全に非金属材料3が除去されるまでの時間は、ポーラスメタル2の孔の大きさ、ポーラスメタル2と孔の体積比、非金属材料3の水への溶けやすさ、等の条件によって変わる。
条件を選定することにより、非金属材料3が、数時間から数日かけて徐々に抜けていくようにすることも可能である。
なお、非金属材料3が徐々に抜けていく条件を選定した場合は、図2Bに示したように完全に非金属材料3が抜ける前に、水から取り出すことにより、ポーラスメタル2の孔の内部の一部に非金属材料3を残すことが可能になる。
The time until the nonmetallic material 3 is completely removed after being immersed in water is the size of the pores of the porous metal 2, the volume ratio of the porous metal 2 to the pores, the ease of dissolving the nonmetallic material 3 in water, etc. Varies depending on the conditions.
By selecting the conditions, the nonmetallic material 3 can be gradually removed over several hours to several days.
In addition, when the conditions under which the nonmetallic material 3 is gradually removed are selected, before the nonmetallic material 3 is completely removed as shown in FIG. It becomes possible to leave the non-metallic material 3 in a part of.

本実施の形態のポーラスメタル材料1は、ポーラスメタル2の孔の内部全体を非金属材料3で埋めているため、ポーラスメタル2単独と比較して、高い強度を有する。
これにより、ポーラスメタル材料1を所望の形状に加工する際に、荷重が加わることによって塑性変形することを抑制できる。
従って、切削加工できる特性を有し、ポーラスメタル材料1を所望の形状に加工することが可能になる。
The porous metal material 1 of the present embodiment has a higher strength than the porous metal 2 alone because the entire inside of the hole of the porous metal 2 is filled with the nonmetallic material 3.
Thereby, when processing the porous metal material 1 into a desired shape, it is possible to suppress plastic deformation by applying a load.
Accordingly, the porous metal material 1 can be processed into a desired shape having characteristics that allow cutting.

本実施の形態のポーラスメタル材料1は、スペーサーとなる非金属材料3の融点が、ポーラスメタル2の金属又は合金の融点よりも低い構成とすることが可能である。
このため、ポーラスメタル2の金属又は合金に、チタンやチタン合金等の融点の高い材料を使用した場合において、非金属材料3の材料選択を幅広くすることが可能になる。
The porous metal material 1 of the present embodiment can be configured such that the melting point of the non-metallic material 3 serving as a spacer is lower than the melting point of the metal or alloy of the porous metal 2.
For this reason, when a material having a high melting point such as titanium or a titanium alloy is used for the metal or alloy of the porous metal 2, the material selection of the nonmetallic material 3 can be widened.

また、本実施の形態のポーラスメタル材料1において、非金属材料3を水溶性の材料としたときには、水溶性の非金属材料が水に溶けて徐々に抜けていくことを利用して、ポーラスメタル材料1の使用時に強度等の特性を変化させることが可能になる。   Further, in the porous metal material 1 of the present embodiment, when the non-metallic material 3 is a water-soluble material, the porous metal material utilizes the fact that the water-soluble non-metallic material dissolves in water and gradually escapes. It is possible to change characteristics such as strength when the material 1 is used.

なお、本実施の形態のポーラスメタル材料1を所望の形状に加工した後に、ポーラスメタル2内に気孔を有する形態で使用することが可能である。
その場合には、例えば図2A〜図2Bに示した水に浸ける工程のように、ポーラスメタル2の孔の内部の非金属材料3を全部又は一部除去する工程を行って、気孔を形成すれば良い。非金属材料3を全部又は一部除去することにより、軽量化や気孔を利用した機能の発現が可能になる。また、ポーラスメタル材料1を所望の形状に加工した後に非金属材料3を全部除去することにより、所望の形状を有するポーラスメタルを作製することが可能になる。
In addition, after processing the porous metal material 1 of this Embodiment to a desired shape, it is possible to use it in the form which has a pore in the porous metal 2. FIG.
In that case, for example, the step of removing all or part of the nonmetallic material 3 inside the pores of the porous metal 2 is performed to form pores, such as the step of immersing in water shown in FIGS. 2A to 2B. It ’s fine. By removing all or part of the non-metallic material 3, it is possible to reduce the weight and develop functions using pores. Further, by removing all the non-metallic material 3 after processing the porous metal material 1 into a desired shape, a porous metal having a desired shape can be produced.

次に、本発明のポーラスメタル材料の他の実施の形態を説明する。
本実施の形態のポーラスメタル材料は、内部に孔が形成されたポーラスメタルと、孔の内部の一部に形成された非金属材料とから成る。
即ち、図1に示した先の実施の形態の構成から、孔の内部の非金属材料が一部除去された構成である。
ポーラスメタル及び非金属材料には、先の実施の形態と同様の材料を使用することができる。
なお、本実施の形態は、ポーラスメタルの全ての孔の内部が非金属材料で埋められている構成と、ポーラスメタルの全ての孔の内部に非金属材料が無い構成との中間の構成である。個々の孔を見た場合には、内部が非金属材料で完全に埋められている孔や、内部に非金属材料が無い孔が存在していても構わない。
Next, another embodiment of the porous metal material of the present invention will be described.
The porous metal material of the present embodiment is composed of a porous metal having a hole formed therein and a non-metallic material formed in a part of the hole.
In other words, the non-metallic material inside the hole is partially removed from the configuration of the previous embodiment shown in FIG.
As the porous metal and the non-metallic material, the same materials as those in the previous embodiment can be used.
This embodiment is an intermediate configuration between a configuration in which all the holes in the porous metal are filled with a nonmetallic material and a configuration in which no nonmetallic material is present in all the holes in the porous metal. . When individual holes are viewed, there may be holes in which the inside is completely filled with a nonmetallic material or holes without a nonmetallic material in the inside.

本実施の形態のポーラスメタル材料は、ポーラスメタルの孔の内部の一部を非金属材料で埋めているため、孔の内部全体を非金属材料で埋めていた先の実施の形態のポーラスメタル材料と比較すると強度が下がるが、ポーラスメタル単独と比較すると高い強度を有する。
これにより、ポーラスメタル材料を所望の形状に加工する際に、荷重が加わることによって塑性変形することを抑制できる。
従って、切削加工できる特性を有し、ポーラスメタル材料を所望の形状に加工することが可能になる。
また、先の実施の形態のポーラスメタル材料より強度が下がるので、強度がある程度下がった方が加工しやすい場合に好適である。
Since the porous metal material of the present embodiment has a portion of the inside of the hole of the porous metal filled with a nonmetallic material, the porous metal material of the previous embodiment in which the entire inside of the hole is filled with a nonmetallic material. The strength is lower than that of the porous metal, but the strength is higher than that of the porous metal alone.
Thereby, when processing a porous metal material into a desired shape, it is possible to suppress plastic deformation due to application of a load.
Therefore, the porous metal material can be machined into a desired shape with characteristics that can be machined.
In addition, since the strength is lower than that of the porous metal material of the previous embodiment, it is preferable that the strength is lowered to some extent when processing is easy.

本実施の形態のポーラスメタル材料は、先の実施の形態のポーラスメタル材料と同様に、スペーサーとなる非金属材料の融点がポーラスメタルの金属又は合金の融点よりも低い構成とすることが可能である。
このため、ポーラスメタルの金属又は合金に、チタンやチタン合金等の融点の高い材料を使用した場合において、非金属材料の材料選択を幅広くすることが可能になる。
As with the porous metal material of the previous embodiment, the porous metal material of the present embodiment can be configured such that the melting point of the non-metallic material serving as the spacer is lower than the melting point of the metal or alloy of the porous metal. is there.
For this reason, when a material having a high melting point such as titanium or a titanium alloy is used for the metal or alloy of the porous metal, it is possible to widen the selection of materials for the nonmetallic material.

また、本実施の形態のポーラスメタル材料においても、非金属材料を水溶性の材料としたときには、水溶性の非金属材料が水に溶けて徐々に抜けていくことを利用して、ポーラスメタル材料の使用時に強度等の特性を変化させることが可能になる。   Also in the porous metal material of the present embodiment, when the non-metallic material is a water-soluble material, the porous metal material takes advantage of the fact that the water-soluble non-metallic material dissolves in water and gradually escapes. It is possible to change the properties such as strength when using.

なお、本実施の形態のポーラスメタル材料を所望の形状に加工した後に、ポーラスメタルの孔の内部の非金属材料が除去された形態(ポーラスメタル単独の形態)で使用することも、可能である。
その場合には、例えば水に浸ける工程のように、ポーラスメタルの孔の内部の非金属材料を全て除去する工程を行えば良い。非金属材料を全部除去することにより、さらなる軽量化や気孔を利用した機能の強化が可能になり、また、所望の形状を有するポーラスメタルを作製することが可能になる。
In addition, after processing the porous metal material of the present embodiment into a desired shape, it is also possible to use it in a form in which the nonmetallic material inside the porous metal hole is removed (a form of the porous metal alone). .
In that case, for example, a step of removing all the nonmetallic material inside the porous metal hole may be performed, such as a step of immersing in water. By removing all of the non-metallic material, it is possible to further reduce the weight and enhance the function using the pores, and to produce a porous metal having a desired shape.

続いて、本発明のポーラスメタル材料の製造方法について説明する。   Then, the manufacturing method of the porous metal material of this invention is demonstrated.

ポーラスメタルの孔の内部に非金属材料が形成されている構造のポーラスメタル材料を製造する方法としては、例えば、金属又は合金と、スペーサーとなる非金属材料とを混合して、圧縮成形した後に、金属又は合金の融点近傍の温度で熱処理して、焼結させる方法が提案されている。
しかしながら、この方法では、スペーサーとなる非金属材料の融点が金属の融点よりも高いことが必要になる。そのため、ポーラスメタルの金属又は合金と、スペーサーとなる非金属材料との材料の組み合わせが限られてしまう。特に、チタン等の融点の高い金属を使用すると、非金属材料にはさらに融点の高い材料(例えば、セラミック)しか使用できなくなる。
As a method of manufacturing a porous metal material having a structure in which a nonmetallic material is formed inside the porous metal hole, for example, after mixing a metal or an alloy with a nonmetallic material that serves as a spacer and compressing it, A method of sintering by heat treatment at a temperature near the melting point of a metal or alloy has been proposed.
However, this method requires that the melting point of the non-metallic material serving as the spacer is higher than the melting point of the metal. Therefore, the combination of the material of the metal or alloy of a porous metal and the nonmetallic material used as a spacer will be limited. In particular, when a metal having a high melting point such as titanium is used, only a material having a higher melting point (for example, ceramic) can be used as the nonmetallic material.

また、気孔を有するポーラスメタルを作製した後に、吸引圧を利用してポーラスメタルの気孔の内部に非金属材料を注入する方法も考えられるが、孔の内部に均等に注入することが難しく、強度の向上が十分に得られない。   In addition, after making a porous metal having pores, a method of injecting a non-metallic material into the pores of the porous metal using suction pressure is also conceivable, but it is difficult to uniformly inject into the pores, Is not sufficiently improved.

本発明のポーラスメタル材料のうち、スペーサーとなる非金属材料の融点がポーラスメタルの金属又は合金の融点よりも低い構成は、圧縮成形して焼結させる方法では作製することができない。
本発明では、金属又は合金の融点よりも低い温度で、ポーラスメタル材料を作製することが可能な製造方法、具体的には、金属又は合金の粒子と非金属材料の粒子とを混合した後、摩擦熱と荷重とせん断力により、混合した金属又は合金の粒子と非金属材料を焼結させる方法を採用する。
この方法によれば、摩擦熱を利用して、金属又は合金の融点よりも低い温度で焼結させることができる。このため、金属又は合金よりも融点が低い非金属材料を使用することが可能になる。また、従来の圧縮成形により焼結させる方法よりも、低い温度で焼結させることができる。
Among the porous metal materials of the present invention, a structure in which the melting point of the non-metallic material serving as the spacer is lower than the melting point of the metal or alloy of the porous metal cannot be produced by the compression molding and sintering method.
In the present invention, a manufacturing method capable of producing a porous metal material at a temperature lower than the melting point of the metal or alloy, specifically, after mixing the metal or alloy particles and the non-metallic material particles, A method of sintering mixed metal or alloy particles and non-metallic material by frictional heat, load and shear force is adopted.
According to this method, it is possible to sinter at a temperature lower than the melting point of the metal or alloy using frictional heat. For this reason, it becomes possible to use the nonmetallic material whose melting | fusing point is lower than a metal or an alloy. Moreover, it can sinter at a temperature lower than the method of sintering by the conventional compression molding.

本発明のポーラスメタル材料の製造方法の一実施の形態の製造工程図を、図3A〜図3Dに示す。
本実施の形態では、上述した摩擦熱と荷重とせん断力により、ポーラスメタル材料を製造する。
まず、図3Aに示すように、アルミニウム等のポーラスメタルの原料の金属微粉末11と、塩(塩化ナトリウム)等の非金属材料から成るスペーサー粒子12とを用意する。
次に、図3Bに示すように、容器21中で攪拌羽22等を使用することにより、金属微粉末11とスペーサー粒子12とを混合する。
次に、図3Cに示すように、摩擦熱と荷重とせん断力を利用して、型23の内部に収納した金属微粉末11とスペーサー粒子12に対して、治具24を回転させながら荷重を加えることによって、摩擦熱とせん断力で金属微粉末11とスペーサー粒子12とを焼結させる。
これにより、非金属材料3(スペーサー粒子12)をポーラスメタル2の孔の内部に含む、ポーラスメタル材料1を製造することができる。
Production process diagrams of an embodiment of the method for producing a porous metal material of the present invention are shown in FIGS. 3A to 3D.
In the present embodiment, the porous metal material is manufactured by the above-described frictional heat, load, and shearing force.
First, as shown in FIG. 3A, a metal fine powder 11 made of a porous metal such as aluminum and spacer particles 12 made of a non-metallic material such as a salt (sodium chloride) are prepared.
Next, as shown in FIG. 3B, the metal fine powder 11 and the spacer particles 12 are mixed by using a stirring blade 22 or the like in the container 21.
Next, as shown in FIG. 3C, a load is applied to the fine metal powder 11 and the spacer particles 12 stored in the mold 23 while rotating the jig 24 using frictional heat, load, and shearing force. By adding, the metal fine powder 11 and the spacer particles 12 are sintered with frictional heat and shearing force.
Thereby, the porous metal material 1 which contains the nonmetallic material 3 (spacer particle | grains 12) in the inside of the hole of the porous metal 2 can be manufactured.

なお、図3Cに示した型23の代わりに、図4に示すように、円形の穴27を形成した金属板(例えば、Al板)26を用いることも可能である。
そして、先端部が平坦な円柱状の治具(ツール)24を、回転させながら穴27の上部から押し込むことにより、治具(ツール)24と母材(金属板26及び金属微粉末11)との摩擦により生じる摩擦熱及びせん断力、並びに、押込み時の荷重により、原材料粉末が焼結する。
Instead of the mold 23 shown in FIG. 3C, it is also possible to use a metal plate (for example, an Al plate) 26 having a circular hole 27 as shown in FIG.
Then, a cylindrical jig (tool) 24 having a flat tip is pushed from above the hole 27 while rotating, so that the jig (tool) 24 and the base material (metal plate 26 and metal fine powder 11) The raw material powder is sintered by the frictional heat and shearing force generated by the friction and the load during pressing.

また、図3や図4に示した方法では、製造されるポーラスメタル材料1の大きさが、型23や金属板26の穴27の大きさに限定されるが、治具(ツール)を動かすようにすれば、より大きい板材のポーラスメタル材料1を作製することが可能になる。   Further, in the method shown in FIGS. 3 and 4, the size of the porous metal material 1 to be manufactured is limited to the size of the hole 27 of the mold 23 or the metal plate 26, but the jig (tool) is moved. By doing so, it is possible to produce a porous metal material 1 having a larger plate material.

例えば、図示しないが、金型の凹部内に、金属微粒子及びスペーサー粒子を混合した混合物を層状に埋め込む。
そして、図5に斜視図を示すように、ある程度広い面積で形成された、金属微粒子及びスペーサー粒子の混合層31体の上で、円柱状の治具(ツール)34を使用する。なお、図5では、混合層31の周囲の金型の図示は省略している。
図5に示すように、ツール34を矢印bで示すように所定の回転数で回転させながら、ツール34を矢印aで示す方向(下方向)に押圧する。そして、矢印cで示すように、ツール34を移動させる。矢印cの方向へ移動して向こう側の端部付近まで達したら、ツール34を矢印cとは垂直な方向に移動させて矢印cと平行な方向への移動とツール34の押厚による荷重と回転による摩擦熱及びせん断力とを加えて、焼結する。以降、同様の操作を繰り返して、混合層31全体を焼結する。
このようにして、ポーラスメタル2の孔の内部全体にスペーサーの非金属材料3が形成された、ポーラスメタル材料1を製造することが可能になる。
For example, although not shown, a mixture of metal fine particles and spacer particles is embedded in layers in the recesses of the mold.
Then, as shown in the perspective view of FIG. 5, a cylindrical jig (tool) 34 is used on the mixed layer 31 of metal fine particles and spacer particles formed in a certain area. In FIG. 5, the illustration of the mold around the mixed layer 31 is omitted.
As shown in FIG. 5, the tool 34 is pressed in the direction (downward) indicated by the arrow a while rotating the tool 34 at a predetermined number of rotations as indicated by the arrow b. Then, as indicated by the arrow c, the tool 34 is moved. After moving in the direction of the arrow c and reaching the vicinity of the end on the other side, the tool 34 is moved in a direction perpendicular to the arrow c to move in the direction parallel to the arrow c and the load due to the thickness of the tool 34. Sintering is performed by applying frictional heat and shearing force by rotation. Thereafter, the same operation is repeated to sinter the entire mixed layer 31.
Thus, the porous metal material 1 in which the spacer non-metallic material 3 is formed in the entire inside of the hole of the porous metal 2 can be manufactured.

また、前述した、本発明のポーラスメタル材料の他の実施の形態の構成のように、ポーラスメタルの孔の内部の一部に非金属材料が形成された、ポーラスメタル材料を製造する場合には、孔の内部全体を非金属材料で埋めたポーラスメタルを上述の摩擦熱とせん断力を利用した製造方法等によって作製した後に、水に浸ける等の工程によって、非金属材料を一部除去すれば良い。   In the case of manufacturing a porous metal material in which a non-metallic material is formed in a part of the inside of a porous metal hole as in the configuration of another embodiment of the porous metal material of the present invention described above. If the porous metal in which the entire inside of the hole is filled with a non-metallic material is manufactured by the above-described manufacturing method using frictional heat and shearing force, etc., and part of the non-metallic material is removed by a process such as immersion in water good.

本発明の実施例として、実際に本発明に係るポーラスメタル材料を作製して、特性を調べた。
Alの微粒子とNaClの粒子とを混合して、図4に示した製造工程によって、図1に示した構成のポーラスメタル材料1を作製した。
そして、このように作製したポーラスメタル材料1の試料を複数用意して、水に浸けない試料(NaCl残存率100%)と、水に浸けてNaClを完全に除去した試料(NaCl残存率0%)を作製した。
As an example of the present invention, a porous metal material according to the present invention was actually produced and the characteristics were examined.
A porous metal material 1 having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by mixing Al fine particles and NaCl particles and performing the manufacturing process shown in FIG.
A plurality of samples of the porous metal material 1 prepared in this way are prepared, a sample that is not immersed in water (NaCl remaining rate 100%), and a sample that is immersed in water to completely remove NaCl (NaCl remaining rate 0%). ) Was produced.

作製した各試料について、圧縮強度試験を行い、圧力−歪み曲線を求めた。
得られた圧力−歪み曲線を、図6に示す。
About each produced sample, the compressive strength test was done and the pressure-strain curve was calculated | required.
The obtained pressure-strain curve is shown in FIG.

図6より、NaCl残存率100%では、大きい応力が加わっても変形が少なく、NaCl残存率0%では、小さい応力で大きく変形することがわかる。
そして、これら2つの試料で、強度に大きな差があり、曲線の傾きからヤング率にも大きな差があることがわかる。
なお、NaClを一部除去した場合には、残存率100%と残存率0%の中間の特性を示すと推測される。
From FIG. 6, it can be seen that when the NaCl residual rate is 100%, the deformation is small even when a large stress is applied, and when the NaCl residual rate is 0%, the deformation is large with a small stress.
It can be seen that there is a large difference in strength between these two samples, and a large difference in Young's modulus from the slope of the curve.
When a part of NaCl is removed, it is presumed that intermediate characteristics between the remaining rate of 100% and the remaining rate of 0% are exhibited.

本発明は、上述の実施の形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

本発明のポーラスメタル材料は、例えば、骨折部固定材として適用すれば、ポーラスメタル内の非金属材料が徐々に抜けていくことを利用して、治療の経過と共に強度を低下させることが可能である。即ち、産業上の利用可能性を有する。   When the porous metal material of the present invention is applied as, for example, a fracture fixing material, it is possible to reduce the strength with the progress of treatment by utilizing the fact that the non-metallic material in the porous metal is gradually removed. is there. That is, it has industrial applicability.

1 ポーラスメタル材料、2 ポーラスメタル、3 非金属材料、4 気孔、11 金属微粉末、12 スペーサー粒子、20 水、21 容器、22 攪拌羽、23 型、24,34 治具(ツール)、26 金属板、27 穴、31 混合層 1 Porous metal material, 2 Porous metal, 3 Non-metallic material, 4 Porosity, 11 Metal fine powder, 12 Spacer particles, 20 Water, 21 Container, 22 Stirring blade, 23 type, 24, 34 Jig (tool), 26 Metal Board, 27 holes, 31 mixed layers

Claims (6)

金属又は合金と、非金属材料を混合する工程と、
摩擦熱と荷重とせん断力により、混合した前記金属又は前記合金と前記非金属材料とを焼結する工程とを有して、
前記金属又は合金から成るポーラスメタルに存在する全ての孔の内部全体を埋めて前記非金属材料が形成されたポーラスメタル材料を製造する
ポーラスメタル材料の製造方法。
Mixing a metal or alloy with a non-metallic material;
Sintering the mixed metal or the alloy and the non-metallic material by frictional heat, load and shear force,
A porous metal material manufacturing method for manufacturing a porous metal material in which the entire inside of all holes existing in a porous metal made of a metal or an alloy is filled to form the non-metallic material.
金属又は合金と、非金属材料を混合する工程と、
摩擦熱と荷重とせん断力により、混合した前記金属又は前記合金と前記非金属材料とを焼結する工程と、
前記非金属材料の一部を除去する工程とを有して、
前記金属又は合金から成るポーラスメタルに存在する全ての孔の内部の一部に前記非金属材料が形成されたポーラスメタル材料を製造する
ポーラスメタル材料の製造方法。
Mixing a metal or alloy with a non-metallic material;
Sintering the mixed metal or alloy and the non-metallic material by frictional heat, load and shear force;
Removing a portion of the non-metallic material,
A method for producing a porous metal material, comprising: producing a porous metal material in which the nonmetallic material is formed in a part of all the holes present in the porous metal made of the metal or alloy.
切削加工できる特性を有する前記ポーラスメタル材料を製造する、請求項1又は請求項2に記載のポーラスメタル材料の製造方法。   The method for producing a porous metal material according to claim 1 or 2, wherein the porous metal material having a property capable of being cut is produced. 前記非金属材料に、前記金属又は前記合金の融点よりも低い融点を有する非金属材料を使用する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のポーラスメタル材料の製造方法。   The method for producing a porous metal material according to any one of claims 1 to 3, wherein a nonmetallic material having a melting point lower than that of the metal or the alloy is used as the nonmetallic material. 金属又は合金から成るポーラスメタルと、
前記ポーラスメタルに存在する全ての孔の内部の一部に形成され、前記ポーラスメタルの前記金属又は前記合金よりも融点が低い非金属材料を有する
ポーラスメタル材料。
Porous metal made of metal or alloy;
A porous metal material comprising a non-metallic material formed in a part of all the holes present in the porous metal and having a melting point lower than that of the metal or the alloy of the porous metal.
切削加工できる特性を有する請求項5に記載のポーラスメタル材料。 The porous metal material according to claim 5 , which has a characteristic capable of being cut.
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