JPS6148566B2

JPS6148566B2 -

Info

Publication number: JPS6148566B2
Application number: JP5007580A
Authority: JP
Inventors: Tooru Morimoto; Masahito Fujita; Toshio Ookawa; Kyoshi Nakanishi
Original assignee: NDC Co Ltd
Current assignee: NDC Co Ltd
Priority date: 1980-04-15
Filing date: 1980-04-15
Publication date: 1986-10-24
Also published as: CA1176490A; JPS56149363A; AU548796B2; AU6954281A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はAl若しくはAl合金の多孔質焼結体の
製造方法に係り、詳しくは、実質的にAlからな
るベース粉と、このベース粉の融点以下で、ベー
ス粉との間で共晶反応を生成して溶融し、共晶温
度がベース粉末以下である金属粉またはベース粉
末の融点以下で一部に液相に生成するAl合金粉
とを混合した混合粉を無加圧で所望形状に成型し
てから、焼結時に圧力をかけて焼結し、機械的強
度に優れる多孔質焼結体を製造する方法に係る。従来から、多孔質焼結体、なかでも、銅焼結体
が液体等のフイルタとして用いられていたが、最
近は、無数の連通孔に着目し、吸音材としての用
途も開発されている。すなわち、多孔質焼結体で
は、隣接粉粒子の間に孔隙が形成され、この孔隙
が連続的に連なりかつ無限に屈曲しているため
に、そこに、音波が通過すると、エネルギーの大
部分を失なつて吸音される。また銅粉は高価であ
り、多孔質焼結体は非常に重くなるため、Al粉
やその合金粉から成る多孔質焼結体が望まれてい
るが、Al粉やその合金粉（以下、単にAl粉等と
いう。）から製造することはきわめてむづかしい
と云われている。この理由は、Al粉等の表面
は、Al₂O₃の難還元性の酸化皮膜でおおわれてい
るために、成型時に圧力を加えないと、焼結時
に、内部のAlや、Al合金が接触することなく、
焼結反応は進行しないからである。この点からAl粉等であると、孔隙率35％以上
を有し、フイルタや吸音材等に好適な連通孔を具
える多孔質焼結体を製造することは困難である。このため、本発明者等は孔隙率の大きいAl粉
等の多孔質焼結体製造法について研究し、先に、
Al粉等から成るベース粉に対して、そのベース
粉の融点より低い融点を有する低融点Al合金粉
を混合し、この混合粉を無加圧状態で成型し、そ
の成型体をそのまま低融点Al合金粉の融点以上
の温度で焼結し多孔質焼結体を製造する方法を提
案した。この方法は成型時ならびに焼結時に圧力をかけ
ないため、孔隙率が30％以上保持でき、成型時に
Al粉等の酸化皮膜を機械的に破壊できなくとも
焼結時に局部的に破壊するとともに、低融点Al
合金からの液相によつて結合でき、孔隙率の高い
焼結体を製造するのには好適な方法である。しかし、この方法では、酸化皮膜の破壊は焼結
時の昇温によつて表面の酸化皮膜と内部のAlと
で膨脹度合が相違することを利用して行なうので
あつて、破壊の程度が小さく、低融点のAl合金
粉の液相が作用するときに、この酸化皮膜が障害
になつて焼結性が向上せず大きな機械的強度が得
られない。このところから、上記欠点を解決するものとし
て本発明は完成したのであつて、具体的には、本
発明は、Al粉等から成るベース粉に対し、焼結
時に適正範囲の圧力をかけると、クリープ現象に
よつてベース粉内部のAl基地が変形し、この変
形によつて表面の酸化皮膜が大きく破壊して焼結
性が向上することを利用して焼結する方法であ
る。以下、本発明方法について詳しく説明する。まず、ベース粉はAl粉等、つまり、実質的に
Alから成るAl粉末若しくはAlを含むAl合金粉末
の何れか一方または双方とする。このベース粉に
対して以下の粉末を混合する。 (1) ベース粉の融点以下で少なくとも一部に液相
が生成する組成のAl合金粉 (2) ベース粉中のAl基地との間で共晶反応を示
して溶融する際の共晶温度がベース粉の融点よ
り低い金属の粉末若しくはその金属を含む合金
粉末すなわち、ベース粉に対し、(1)若しくは(2)粉末
または(1)ならびに(2)の粉末を混合する。この混合
において、添加粉末の組成や添加量はベース粉の
組成、配合量ならびに融点と関連して定められて
いる。例えば、ベース粉として実質的にAlから
成るAl粉末若しくはCuを含むAl−Cu合金粉末を
用いるときには、(1)の粉末としては、これらAl
粉末やAl−Cu粉末のベース粉融点以下において
一部に液相を生成する組成のAl合金粉末を添加
配合する。例えば、このAl合金粉末としてAl−
Cu合金粉末を配合するときには、第１図に示す
Al−Cu系状態図から定める。つまり、ベース粉
が実質的にAlから成るときには、その融点が660
℃であるから、660℃以下で部分的に液相が生成
するAl−Cu合金粉末を配合する。この合金粉末
を第１図から求めると、Cu約45％以上を含むAl
−Cu合金粉末であつても、例えば、70％Cu−30
％Al粉末の融点はベース粉融点より高いが、591
℃以上ではη_１＋Ｌの如く、一部には液相Ｌが生
成し、626℃以上でもε_２＋Ｌの如く、一部に液
相Ｌが安定して存在する。また、Cu45％以下を
含むAl−Cu合金粉末でも、548℃以上ではθ＋Ｌ
またはＫ＋Ｌの如く、一部に液相Ｌが生成する。従つて、この組成のAl−Cu合金粉末を混合
し、例えば、660〜591℃または660〜548℃で焼結
すると、安定して部分的に液相が生成できる。な
お、Cu45％以下を含むAl−Cu合金の粉末を添加
するときには、この粉末はAlから成るベース粉
の融点より低いため、その混合率を調整し、孔隙
率を適正範囲に保つ必要がある。また、(1)の粉末のかわりに、または(1)の粉末と
ともに(2)の粉末を添加するときには、ベース粉の
Al基地との間で共晶反応を考慮し、例えば、第
１表に示す共晶組成ならびに共晶温度との関連か
ら金属粉末や合金粉末の添加量を定めて添加す
る。このように(2)の粉末を添加すると、第１表か
ら明らかな通り、ベース粉が実質的にAlから成
るときは、その融点以下で各種の共晶合金が生成
し、この合金が焼結時に安定した液相として存在
する。

【表】次に、混合粉は圧力を加えることなく、所望の
形状に成型するが、焼結時には各ベース粉に対し
適正な圧力をかけて真空若しくは非酸化性雰囲気
中で焼結する。この際の焼結温度はベース粉の融点より低い
が、(1)の粉末のみを添加したときは、そのAl合
金粉末の一部に液相が生成する温度以上であり、
(2)の粉末を添加したときには、ベース粉のAl基
地との間で共晶反応により溶融する温度、つま
り、共晶温度以上である。また、焼結時の加圧力は、焼結温度でクリープ
現象によりベース粉が変形する程度であつて、加
圧力は本質的には焼結温度と関連して定められ
る。しかしながら、焼結温度の上限はベース粉の
融点であるから、工業的には600℃内外で焼結す
ることが多く、焼結温度600℃のベース粉の極限
強さが600ｇ/cm²〜70ｇ/cm²程度であるため、各ベ
ース粉末粒子に対して60ｇ/cm²以上の加圧力が加
えられる程度、なかでも、100〜1000Kg/cm²程度か
かるよう加圧する。すなわち、Al若しくはその合金から成るベー
ス粉のクリープ現象におけるベース粉の極限強さ
と歪速度との関係を求めると、第２図に示す通り
であつて、第２図に示す如く、歪速度の上昇によ
つてベース粉の極限強さが上昇するのに反し、焼
結温度の上昇とともにベース粉の極限強さは低下
する。そこで、焼結時間を30分とし、焼結温度
600℃としたときは、ベース粉の極限強さは60〜
70ｇ/cm²程度であつて、これ以上の加圧力を加え
ると、ベース粉はクリープにより大巾に変形す
る。しかし、加圧力があまり大きいと、変形は大
きくなり焼結性は向上するが、孔隙率が低下し、
良好な吸音特性を示さない。このために、加圧力
の上限は1000ｇ/cm²程度が好ましい。なお、上記の如く無加圧成型ならびに加圧焼結
を行なう場合、通常、混合粉と反応しない容器や
板、例えば、黒鉛容器、黒鉛板等を用いるのが好
ましい。すなわち、黒鉛容器の中に混合粉を散布
し、所要形状に成型し、焼結時には黒鉛容器中の
混合粉上に重りをおいて加圧する。このように成
型、焼結すると、各ベース粉上の酸化皮膜には無
数に近く割れ目が生じ、焼結が進行して、孔隙率
が高く、機械的強度に優れる多孔質焼結体が得ら
れる。そこで、上記の如き本発明法の特徴を説明する
ために、更に詳しく焼結機構を説明すると、次の
通りである。一般に、Al粉等のベース粉の表面は硬い酸化
皮膜におおわれているが、成型時に圧力を加えな
くとも、ベース粉の融点以下で(1)や(2)の粉末が部
分的に溶融し、この液相が、熱膨脹率の差によつ
て生成する酸化皮膜の亀裂から内部のAl基地が
露出したところに作用する。しかし、このように
熱膨脹率の差に起因する亀裂は小さく、焼結雰囲
気中に僅かでも酸素が存在すると、この酸素は破
壊部分に作用し、きわめて瞬間的に内部の露出部
分がただちに酸化されて、露出部分が封鎖され、
焼結の進行に支障が生じる。これに対し、本発明方法においては、加圧状態
で焼結するために、ベース粉表面の酸化皮膜は従
来例の如く、静的な膨脹係数の差によつて亀裂を
発生させるほか、ベース粉内部のAl基地のクリ
ープ現象による伸びや変形によつて厚さ100〜500
Å程度の酸化皮膜は動的に破壊し、この動的破壊
によつて大きな亀裂を発生させて焼結性を大巾に
向上させる。例えば、平均粒径175μ程度のベース粉１（実
質的にAlから成るもの）に、平均粒径74μ程度
の添加粉末２（ベース粉のAlと共晶組成で溶融
するもの、つまりNiから成る粉末）を混合す
る。混合物を無加圧で成型すると、第３図に示す
通り、ベース粉１の表面は酸化皮膜３におおわ
れ、この構造のベース粉１の間に小径の添加粉末
２が介在する。成型後、そのままの状態で焼結す
ると、酸化皮膜３は膨脹係数の差により破壊し、
この部分を通じて添加粉末２が作用してAl−Ni
の共晶組成で溶融するが、この破壊部分はきわめ
て小さい。これに対し、焼結時に加圧すると、第
４図に示す如く、ベース粉１の内部はクリープ現
象により変形し、この変形によつて酸化皮膜３が
動的に破壊するために、破壊部分がきわめて大き
くなり、添加粉末２の拡散が促進され、Al−Ni
の共晶反応により良好に焼結する。なお、添加粉末として(2)の粉末を添加するとき
に、この粉末としては第１表に示す金属の粉末ま
たはこれら金属を含む合金の粉末を添加するが、
この中でCu粉末またはCu合金粉末を添加すると
きには、更に、Cr、Ti、Sb、Co、Se、Sn、Zn、
Mn等の成分を添加して耐食性の劣化を防止する
ことができる。すなわち、ベース粉に対し２の粉末としてNi
粉とCu粉とを混合すると、焼結時に温度548℃で
CuとAlとが共晶反応を起して溶融し、その後、
温度640℃でNiとAlとが溶融してβ＋Ｌとα＋Ｌ
の共晶系から液相Ｌが発生する。この場合、Al
−Niの共晶組織は、ベース粉の結合部にのみと
どまるが、Al−Cuの共晶組織以上のCuはベース
粉のAl基地の粒界に沿つて入り、Cu若しくは金
属間化合物として析出し、結晶粒界に沿つて腐食
が進行し、耐食性が劣化する。しかし耐食性向上
成分としてCr、Ti、Sb、Co、Se、Sn、Zn若しく
はMnのうちの１種若しくは２種以上を添加する
と、ベース粉のAl基地の結晶粒界にこれら成分
が核になつて析出し、その表面にCuを吸収し、
これによつて結晶粒界に沿つて析出するCuは分
断されて腐食は進行しない。また、焼結時に雰囲気を上記の如く真空若しく
は非酸化性に保持するのは、膨脹係数の差や、ク
リープ現象によつて発生する酸化皮膜の割れ目を
保持するためである。また、焼結時にベース粉の各粉末粒子に対する
加圧力を60ｇ/cm²以上にするのは、30分間程度加
圧力をかけるときには、第２図に示す如く、600
℃で30分の歪速度では極限強さが60ｇ/cm²程度で
あつて、これ以下ではクリープ現象により変形が
生じないからである。次に、実施例について説明する。実施例１まず、平均粒度50メツシユの実質的にAlから
成るベース粉79wt％に対し、平均粒度200メツシ
ユのNi粉２重量部ならびに同粒度のCu粉1wt％を
混合した。この混合粉をセラミツク容器中に圧力
をかけることなく散布して充填し、容器に収容さ
れているままで板状体を成型した。次に、この容器に入れたままで露点−40℃附近
に調整したH₂ガス雰囲気中で30分間焼結した。
このときに容器の混合粉の上に重りをのせて、こ
の重りの重量を変化させて、ベース粉の各粒子当
りの加圧力が０〜７×10ｇ/cm²の如く変化させ、
加圧焼結後は、大気中で徐冷し、各焼結体につい
て、気孔率ならびに機械的性質（引張強度）を求
めたところ、第２表の通りであつた。

【表】

【表】第２表から、焼結時の加圧力が70ｇ/cm²では伸
びも十分にあり、引張強度が大きく、ベース粉の
クリープによる変形が観察できた。これに反し、
加圧力が60ｇ/cm²より低下すると、ほとんどクリ
ープによる変形がみられず、機械的性質は大巾に
低下し、加圧力０、２、５ｇ/cm²のときには引張
強度が大巾に低下していた。また、加圧力を70ｇ/cm²から更に増加させたと
ころ、ある程度機械的性質が向上したが、1000
ｇ/cm²以上では通水性が低下し、連通孔が少な
く、孔隙率が30％以下の如く大巾に低下している
ことがわかつた。実施例２まず、平均粒度50メツシユの実質的にAlから
成べるベース粉87wt％対し、50％Cu−50％Al合
金粉（平均粒度200メツシユ）8wt％を配合する
と共に、Cr粉（平均粒度200メツシユ以下）1wt
％を配合し、これらを混合した。これら混合粉を
黒鉛容器中に散布充填し、板状のものとして形型
した。次に、この容器の混合粉の上に重りをのせて、
この重りによつてベース粉の各粒子に対し、0.51
×10³ｇ/cm²の加圧力をかけて、露点−40℃附近に
調整されたH₂ガス雰囲気中で、温度645℃±３℃
×30分の条件で焼結した。この多孔質焼結体の性質を験べたところ、孔隙
率は約38％であり、通水試験の結果良好であり、
引張強度は3.1Kg/mm²であり、きわめて良好であつ
た。また、比較のために、上記の通りに配合した混
合粉を板状に成型したものを加圧せずにそのまま
焼結し、これを比較例１とした。更に、実質的にAlから成るベース粉（平均粒
度50メツシユ）84wt％と50％Al−50％Cu合金粉
（平均粒度200メツシユ）12wt％とを混合し、こ
れを上記のところを同じ加圧力を加えて焼結し、
これを比較例２とした。この比較例２は本発明に
係るものであつて、比較例２は上記の本発明に係
るものと同等の通水性ならびに機械強度を示し
た。次に、これら３種の多孔質焼結体について、
JIS Ｚ−2371に示される通り、5wt％の塩水を用
いて塩水噴霧試験を行ない、とくに、この試験に
おいて耐食、耐候性は各多孔質体の連通孔が粒界
腐食によつて簡単に割れてしまうまでの時間で比
較した。この結果、比較例２はCu粒界析出が連
続化することもあつて、20時間程度である。これ
に対し、比較例１は無加圧焼結のこともあつて
Cuの析出の程度が小さく、約120程度に高くなつ
ているが、上記の本発明に係るものは約150時間
以上向上した。実施例３実質的Al粉より成つて平均粒度80メツシユの
ベース粉91wt％に対して、60％Cu−40％Al合金
粉（平均粒度150メツシユ）7wt％ならびにNi粉
（平均粒度200メツシユ）5wt％を混合し、これら
の混合粉を黒鉛容器中に圧力をかけることなく散
布充填し、板状のものに成型した。この容器に散
布したままで、混合粉の上に重りをのせてベース
粉の各粉末粒子に60ｇ/cm²の加圧力がかかるよう
に加圧し、露点−45℃、温度645℃、30分の焼結
を行なつた。この多孔質焼結体は気孔率は42％で
あり、引張強度も1.5Kg/mm²であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はAl−Cu系状態図、第２図はベース粉
に加圧力をかけたときのクリープ極限強さと歪速
度との関係を示すグラフ、第３図は実質的にAl
から成るベース粉とNi粉末とから成る混合粉を
無加圧で成型した成型体の構造を示す説明図、第
４図は第３図に示す成型体を加圧状態で焼結し、
クリープ現象により変形している状態を示す説明
図である。符号１……ベース粉末、２……添加粉末、３…
…酸化皮膜。

Claims

【特許請求の範囲】１実質的にAlからなるAl粉末またはAlを含む
Al合金粉末の何れか一方若しくは双方から成る
ベース粉に対し、このベース粉中のAl基地との
間で共晶反応を示して溶融する際の共晶温度が前
記ベース粉の融点より低い金属の粉末またはこれ
ら金属を含む合金の粉末のうちの１種若しくは２
種以上を混合してから、この混合物を無加圧状態
で所望形状に成型し、その後、真空若しくは非酸
化性雰囲気で、前記ベース粉末の各粉末粒子に対
して60ｇ/cm²以上の圧力がかかるよう加圧して焼
結することを特徴とするAl若しくはAl合金の多
孔質焼結体の製造方法。２実質的にAlからなるAl粉末またはAlを含む
Al合金粉末の何れか一方若しくは双方から成る
ベース粉に対し、このベース粉の融点以下の温度
で一部に液相を生成する組成のAl合金粉末のう
ちの１種若しくは２種以上を混合してから、無加
圧状態で所望形状に成型し、その後、真空若しく
は非酸化性雰囲気で、前記ベース粉末の各粉末粒
子に対して60ｇ/cm²以上の圧力がかかるよう加圧
して焼結することを特徴とするAl若しくはAl合
金の多孔質焼結体の製造方法。３実質的にAlからなるAl粉末またはAlを含む
Al合金粉末の何れか一方若しくは双方から成る
ベース粉に対し、このベース粉の融点以下の温度
で一部に液相を生成する組成のAl合金粉末と共
に、前記ベース粉中のAl基地との間で共晶反応
を示して溶融する際の共晶温度が前記ベース粉の
融点より低い金属の粉末またはこれら金属を含む
合金の粉末のうちの１種若しくは２種以上を混合
してから、この混合粉を無加圧状態で所望の形状
に成型し、その後、真空若しくは非酸化性雰囲気
で、前記ベース粉の各粉末粒子に対して60ｇ/cm²
以上の圧力がかかるよう加圧して焼結することを
特徴とするAl若しくはAl合金の多孔質焼結体の
製造方法。