JPS5831378B2 - アルミニウム系焼結合金吸音材の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルミニウム系焼結合金吸音材の製造法、とく
に、騒音、雑音等の高周波数の音の吸音特性に優れ、機
械的特性ならびに耐候性に優れ、更に軽量でしかも経済
性にとんだ吸音材の製造法に関する。

現在、自動車、車輌その測高速回転機器、プレス等の金
段造機械、その他振動機器からの騒音、雑音、振動音等
は騒音公害として大きな問題になり、我々の日常生活の
上からもその除去が望まれている。

このため、現在、法的ならびに行政的にも規制ならびに
指導が行なわれているが、これらで解決するものでなく
、根本的にはその防止技術の開発がさげばれている。

例えば、現在、騒音防止技術の一つとして開発されてい
るのが、防音材で、これらは建物中に組込まれて所謂防
音壁として使用され所要の効果をおさめている。

しかし、防音材はあくまで音をしゃ断するもので、音を
吸収する効果はなく、更に、機械的強度もあまり大きく
ないため、自動車、車輌等に直接取付けて音を吸収する
ことはできない。

このため、現今では、防音材に代って吸音材の開発が行
なわれている。

そこで、現在、吸音材として開発されているものを大別
すると、ガラス繊維等を主体にするもの、孔隙を有する
金属板等から成るもの、更に、これらを組合わせたもの
等に分けられる。

この中で、ガラス繊維を主体にしたものは、比較的に吸
音特性に優れるか、機械的強度ならびに耐候性に乏しく
、とくに、走行若しくは振動する自動車や車輌等に直接
取付けて発生する騒音等を吸収することが困難であり、
吸音材自体が衝撃等の外力をうけて破損し易い。

また、金属板等から成るものは機械的強度は大きいが吸
音性を高めることが困難で、ガラス繊維等を組合せても
機械的強度や耐候性が劣化し、高周波数の音波では吸収
できない欠点がある。

このようなところから、最近では、粉末冶金法で構成さ
れる多孔質の銅合金焼結体は機械的強度ならびに耐候性
に優れ、吸音特性も良好であるところから、銅合金の焼
結体から戒る吸音材が提案されている。

この吸音材では機械的強度が大きくジグザグの連通孔を
有することもあって、騒音等の波動エネルギが連通孔中
を通過する間に熱エネルギに変換し、騒音等は完全に近
く吸音される。

換言すると、電車、汽車、自動車等のエンジン室をこの
吸音材で包囲すると、エンジン室から発生する騒音等は
連通孔中に入り、騒音はジグザグの壁面に衝突して波動
エネルギは熱エネルギに変化して完全に消音されるので
ある。

しかしながら、この構造の吸音材は単に通常の多孔質焼
結体の如く構成されているのでなく、騒音等、とくに高
周波の音波を完全に近く吸収するには、孔隙が連通し、
この連通孔が太き（しかもジグザグに形成されているこ
とが必要で、この条件を満足するには銅合金系の焼結体
のみが好適で、他の組成の金属若しくは合金ではほとん
ど不可能であると云われている。

このため、銅合金系の吸音材は価格が高く、しかも重く
、このために、使用面がいちぢるしく制限されるのが欠
点である。

本発明は上記欠点の解決を目的とし、とくにＡ７若しく
はその合金粉を原料として吸音特性、機械的特性ならび
に耐候性において銅合金系のものと同等若しくはそれ以
上であり、更に、軽量でかつ経済性に優れる吸音材の製
造法を提案する。

すなわち、本発明法は重量百分率でＣｕ３％若しくはそ
れ以下を含み粒度が２０〜８０メツシのＡ［合金粉また
は粒度２０〜８０メツシのＡｌ粉１００部に対して、Ｃ
ｕ２５〜４５俤を含み粒度がｉｏｏ〜３２５メツシのＡ
１合金粉１０〜３０部を、白灯油等の炭化水素系分散剤
を加えて混合し、その後、この混合物を実質的に無加圧
状態で所要形状に成形してから、成形体を５５０〜６０
０℃で焼結することを特徴とする。

なお、本発明法においては、混合物に０．７×１０”
ｋｇ／−若しくはそれ以下の圧力を加えて所要形状に成
形することができ、この場合は焼結性が向上して好まし
い。

以下、本発明法につき詳しく説明する。

まず、Ａｌ粉若しくは最大でＣｕ３％程度含み、しかも
粒度２０〜８０メツシＡ［合金粉を主成分とし、これら
原料粉中に例えば白灯油等の炭化水素系分散剤を滴下し
攪拌する。

次に、この状態において、原料のところにＣｕ２５〜４
５係を含み粒度１００〜３２５メツシＡ１合金粉を添加
し混合する。

このように混合すると、主成分のＡ［若しくはＡ１合金
粉と添加成分のＡ１合金粉とは粒度が相違しても均一に
混合し、とくに主成分のＡ７若しくはＡ１合金粉の粒子
（以下主成分粒子という）の周囲には添加成分のＡＪＩ
？合金粉が均一に耐着し、その周囲を完全におおうと共
に、後記の如く、後記の如き焼結時に分散剤によって主
成分粒子の表面酸化皮膜が還元されて良好に焼結が行な
われる。

すなわち、本発明法においては、吸音材としての特性か
ら、孔隙が連通しその連通孔の径が太き（、孔隙率が高
められ、更に、焼結体の機械的強度をいちぢるしく高め
ることが必要である。

一般に、Ａｌ若しくはＡ１合金粉（以下、単にＡ［粉等
という。

）は他の金属に比べてきわめて表面が酸化され易く、表
面は硬い酸化物皮膜でおおわれ、焼結性を高めるには、
焼結前に予めＡｌ粉等を圧縮して硬い酸化物皮膜を破壊
し除去することが必要である。

しかし、圧縮すると、焼結体の孔隙率を上げることはで
きず、孔隙率３０〜４０饅程度まで上げることは不可能
に近い。

この点から、従来では、粉等の焼結体として密実の軸受
や、特公昭４５−２４２０６号公報に記載される如き孔
隙率最大で２Ｏ４程度の含浸軸受が提案されているに過
ぎない。

すなわち、この公報に記載される方法はＡｌ粉等にＡｌ
−Ｃｕの共晶合金粉を混合し、所要形状に圧縮成形し、
共晶点附近で焼結する方法である。

この方法であると、圧縮時に表面酸化物は破壊され、焼
結時には共晶合金粉の溶融物が破壊部分を介して、粉等
の間に拡散し、ある程度多孔質になる。

しかし、この方法では、酸化物の皮膜を機械的に破壊す
るために圧力は少なくとも１．ＯＸ１０３ｋｇ、／ｃｒ
Ａ程度は必要で、その孔隙率はせいぜい２０係程度止り
である。

この点、本発明法においては、孔隙率が太きくしかも連
通ずる孔隙をジグザグに形成するため、主成分粉子表面
の酸化皮膜が熱膨張率の差によって瞬間的に破壊し、こ
の部分を介してＡｌ−Ｃｕ合金粉を拡散させるのであっ
て、この拡散を行なうために、主成分粉子の周囲をＡＡ
−Ｃｕ合金粉で均一に包囲することが有効であるところ
に着目したのである。

従って、連通孔の形成には、主成分粒子の表面にＡｌ−
Ｃｕが均一に包囲されていることが必要で、この意味で
粒子を小さくし、主成分粉末の粒子を大きくする必要が
ある。

なお、特公昭４５−２４２０６号公報に記載される方法
は、共晶合金粉が液相として拡散されこの部分が孔隙と
して残って多孔質になるため、共晶合金粉の粒子が大き
いほど、孔隙の寸法が大きくなり、孔隙率が上昇する。

これに対し、本発明法では後記の如く実質的な無加圧成
形であるから、主成分粒子間には予め孔隙が形成されて
おり、表面のＡｌ−Ｃｕ合金粉はこの状態の主成分粒子
を結合するバインダであって、孔隙の寸法や孔隙率は主
成分粒子の寸法等によって決まる。

まそ、大きい主成分粒子合金粉と小さいＡｌ−Ｃｕ合金
粉とを混合するには、この粒子径の相違、比重差等によ
って偏析し、このために、主成分粒子中に例えば白灯油
等の炭化水素系の分散剤を滴下して、主成分粉子の表面
を分散剤でぬらしてから、Ａ７Ｃｕ合金粉を添加する。

また、主成分粒子は２０〜８０メツシにするのは孔隙の
寸法は吸音材としてなるべく大きいことが好ましいが、
２０メツシ以上になると焼結性が損なわれ、８０メツシ
より小さくなると、吸音材としての性能が劣化する。

Ａｌ−Ｃｕ合金粉の粒径は１００〜３２５メツンとする
のは主成分粒子の粒径と関連させて分散性を考慮するか
らである。

また、主成分粒子でＡＡ金合金Ａｌを添加するのは機械
的強度を付与するためであるが、３φ以上になると、耐
食性が劣化する。

また、Ａｌ−Ｃｕ合金粉のＣｕを２５〜４５％とするの
は、主成分粒子の融点より低い融点とするためで、この
意味で共晶組成のものが含まれる。

また、主成分粒子１００部に対し、Ａｌ−Ｃｕ合金粉１
０〜３０部とするのは、１０部以下では主成分粒子間の
結合が不十分となり、３０部以上では結合性が向上して
も孔隙率が低下し、耐食性も劣化するからである。

次に、主成分粒子にＡ７−Ｃｕ合金粉を混合し、この混
合粉を実質的な無加圧状態で所要形状に成形する。

この場合、実質的に無加圧状態で成形しても、混合粉中
には白灯油等の分散剤が存在し、このために、所要形状
に容易に成形できる。

また、成形時に何んらかの容器を用いても良く、この場
合は容器とともに後記の如く焼結すれば良い。

また、上記の如く無加圧状態で成形する代りに、０、７
Ｘ １０” ｋｇ／ｃｒ？を程度の圧力を加えて差し
つかえがなく、この程度加圧しても孔隙率は３０〜４０
％程度に保持でき、加圧によって主成分粒子の周囲の酸
化皮膜の一部が破壊されてその破壊部分を介して焼結が
進行し、機械的強度が向上する。

最後に、上記通りに成形した成形体を非酸化性雰囲気、
例えば還元性雰囲気、不活性雰囲気中で温度条件５５０
〜ｂ で加熱し焼結する。

このように焼結すると、主成分粒子の周囲には小径のＡ
ｌ−Ｃｕ合金粉が溶融状態で包囲かつ流動し、これが例
えばバインダ的効果を発揮して主成分の粒子相互間が結
合する。

また、この際、混合粉中に介在する分散剤は炭化水素系
から成るため、分散剤は焼結時に熱分解し、この際、主
成分粒子周囲の酸化物皮膜の少なくとも一部は還元され
、この部分を介して溶融された共晶合金が拡散し、素地
の強化も併せて達成できる。

また、更に、無加圧状態の代りに加圧状態で成形する場
合は、主成分粒子周囲の酸化皮膜の一部が破壊され、こ
の割れ目を介して拡散ならびに焼結性が向上するため、
機械的強度に優れる吸音材が得られる。

また、上記の通りの焼結時の雰囲気において、雰囲気は
とくに高純度のものが好ましい。

この高純度非酸化性雰囲気とは、雰囲気中に酸素、水素
その他の酸化媒体がほとんど介在しないことであって、
例えば完全に近い真空状態、露点−５０〜−７０℃の雰
囲気が好ましい。

この理由は、主成分粒子の周囲において溶融する共晶合
金が僅かの酸化媒体によっても酸化し、この酸化介在物
が溶融部分に存在して、上記の通りに強固に結合しない
からである。

以上詳しく説明した通り、本発明法は主成分粒子をなる
べく大きくしてこの大粒子の周囲にＡｌＣｕ合金粉を介
在させて焼結し、主成分粒子で包囲される間隙として連
通孔を構成するものである。

したがって、吸音特性を左右する連通孔の形状は主成分
粒子の形状に左右される。

この点において、本発明法であると、主成分粒子の形状
が球状でなく不規則なものであっても、焼結後の主成分
粒子の周囲にはＡｌ−Ｃｕ合金が耐着するため、主成分
粒子の形状はほぼ球状に近くなり、連通孔の形状は均一
化し、この上からも吸音特性に優れるものが得られる。

次に実施例について説明する。

実施例 １ まず、粒度２０〜４０メツシのＡｎ粉１００重量部中に
分散剤としての白灯油を前記Ａ［粉が全体として僅かに
湿った状態になるまで配合した。

次に、この状態のＡｌ粉に対して粒度−１００メツシの
Ａｌ−Ｃｕの共晶合金粉２０部を添加して混合した。

また、上記のところと同様に、粒度２０〜４０メツシの
ＡＡＡｌ００重量部に対して白灯油を加えるとともに、
同様に粒度２０〜４０のＡｌＣｕの共晶合金粉を添加混
合させて比較例とした。

以上の通りに本発明法で配合したものと、比較例とにつ
きその顕び鏡組織をしらべたところ、前者は第１図、後
者は第２図の通りであった。

すなわち、本発明法による場合は、第１図に示す通り、
大径のＡ７粉１の周囲は完全かつ均一にＡｌ−Ｃｕ系の
共晶合金粉２によって被覆されている。

これに対し、比較例の場合は、第２図に示す如く、Ａｌ
粉３とＡ、ｇ−Ｃｕ系共晶合金粉４０粒子がほとんど同
じであることから、混合時には比重差の偏析もないが、
両粒子が仲々均一に分散することが困難であった。

実施例 ２ 実施例１０通りに混合した２種の混合粉を１０×２０×
５ｃｒ／Ｌの寸法のセラミック製容器の中に充填して、
ともに全く無加圧状態に成形し、これを水素気流雰囲気
中において焼結し、この条件は次の通りであった。

（１）雰囲気 水素気流（露点−５０℃）（２）焼
結温度 ５８０℃ （３）焼結時間 ６０分 （４）昇温速度 １０℃７／分 この結果、本発明に係るものは第１図におけるＡｌ−Ｃ
ｕ系の共晶合金粉のみが完全に溶融し、この溶融合金の
ところが結合して所要の機械的強度（引張り強さ４ｋｇ
／ｍ１７ｔ）を具えるものであり、更に孔隙は全て連通
しており、孔隙率は４５係前後であった。

これに対して、比較例は第２図における合金粉粒子４の
ところが溶融するのみで容器から引き出すとばらばらに
なり、板状のともとして成形できなかった。

実施例 ３ 実施例１０通りに混合した２種の混合粉について、成形
時に圧力を加えて、この圧力を０．２．０．３．０．４
．０．５．０．６．０．７．０．８．０．９、ならびに
１．ＯＸ １０３ｋｇ／−に変化させて、実施例２と同
じ条件で焼結してその孔隙率を求めた。

この結果、第３図の通りの結果が得られた。

第３図から明らかな通り、比較例の場合は成形圧力が０
．５ Ｘ １０３ｋｙ／ｃｒ／！Ｌ以下ではＡｌｊ−Ｃ
ｕ系の共晶合金のＡ１合金に対してほとんど拡散しない
こともあって、共晶合金の液相が焼結中に滴下し、焼結
体として構成できなかった。

これに反し、本発明法による場合は何れの場合でも完全
に焼結体として構成できた。

また、孔隙率をみると、本発明法によると、０．７ｋｙ
／ｃｗｉ以下では３４〜４１％程度のものが容易に得ら
れるのに反し、比較例では２５〜３１係程度であった。

更に、これら２種２系統のものにつき、常法によって通
水試験をしたところ、本発明法によるものは全て通水性
が良好であり、孔隙が連結していることがわかったが比
較例は通水性がほとんどなく孔隙がほとんど連通してい
なかった。

また、更に、本発明法によるものと、比較例のものとに
つき、実際の音の周波数を変えて、吸音率と周波数との
関係を求めた。

この結果、本発明法によるものは、５００Ｈ２以上、と
くに１０００〜１５００Ｈ２の周波数の音の吸音率が少
なくとも８０係であったが、比較例のものは、このよう
な高周波数の音はほとんど吸収できず、５００Ｈ２以下
程度の音が吸収できるに過ぎなかった。

なお、上記の高周波数の音とは現在の東海山場新幹線か
ら発する振動音に相当する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法によって混合した混合粉の各粉末粒子
の分布図、第２図は第１図と同様な関係の比較例の分布
図、第３図は本発明法と比較例とにおける成形圧力と孔
隙率との関係を示すグラフである。 １・・・・・・主成分の太径Ａｌ粉粒子、２・・・・・
・添加される小径ＡＡ−Ｃｕ系合金粒子、３・・・・・
・ＡＩ粉粒子、４・・・・・・Ａｌ−Ｃｕ系共晶合金粒
子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量百分率でＣｕ３％以下を含み粒度２０〜８０メ
   ツシのＡ１合金粉または粉度２０〜８０メツシのＡｌ粉
   １００部に対して、Ｃｕ２５〜４５係を含み粒度が１０
   ０〜３２５メツシのＡ１合金粉１０〜３０部を、白灯油
   等の炭化水素系分散剤を加えて混合し、この混合物を実
   質的に無加圧状態で所要形状に成形してから、成形体を
   ５５０〜６００°Ｃで非酸化雰囲気中で焼結することを
   特徴とするアルミニウム系焼結合金吸音材の製造法。 ２ 重量百分率でＣｕ３％若しくはそれ以下を含み粉度
   ２０〜８０メツシのＡ１合金粉または粉度２０〜８０メ
   ツシのＡｌ粉１００部に対して、Ｃｕ２５〜４５％を含
   み粉度が１００〜３２５メツシのＡＡ合金粉１０〜３０
   部を、白灯油等の炭化水素系の分散剤を加えて混合し、
   この混合物を０、７ Ｘ １０” ｋｇ、／’ｃｒＡ若
   しくはそれ以下の圧力のもとで所要形状に成形してから
   、成形体を５５０〜６００℃非酸化性雰囲気中で焼結す
   ることを特徴とするアルミニウム系焼結合金吸音材の製
   造法。