(57)【要約】      （修正有）【課題】耐酸化性および／または耐食性が改良された、開気孔質構造を有する金属発泡体およびその製造方法を提供する。【解決手段】開気孔質構造を有する金属発泡体は、開気孔質構造のウェブ中に、製造により決定される溝状空洞がある。同時に、ウェブおよび空洞は、発泡体の出発金属材料とは異なった材料から構成された金属保護層が施されるか、または溝状空洞がこの材料により充填される。これには、適切な金属粉末または合金成分を含む粉末を使用し、この粉末が、ベース発泡体の金属が融解する温度未満で行う熱処理の際に液体になり、液相を形成する。毛管作用により、ウェブ中にある溝状空洞の表面が湿潤するので、冷却後、金属の保護層が形成されるか、または溝状空洞が充填される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
開気孔質構造を有する金属発泡体であって、前記開気孔質構造のウェブ中で、製造によって決定されて形成される溝状空洞が、前記発泡体の出発金属材料とは異なった材料から形成された金属保護層を備えるか、あるいは前記溝状空洞が充填されてなる、金属発泡体。
【請求項２】
前記ベース発泡体が、ニッケルから製造される、請求項１に記載の金属発泡体。
【請求項３】
前記ベース発泡体が、鉄または銅から製造される、請求項１に記載の金属発泡体。
【請求項４】
前記保護層および前記充填物が、それぞれニッケルベース合金を使用して形成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属発泡体。
【請求項５】
前記保護層および前記充填物が、それぞれアルミニウム、アルミニウムベース合金を使用して、またはアルミナイドから形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属発泡体。
【請求項６】
前記保護層および前記充填物が、スズベース合金を使用して形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属発泡体。
【請求項７】
前記保護層および前記充填物が、それぞれ銅または銅ベース合金を使用して形成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属発泡体。
【請求項８】
前記保護層を形成する前、前記ウェブ中の前記溝状空洞の自由断面が、前記ベース発泡体の平均細孔径の３０％よりも小さい、請求項１〜７のいずれか一項に記載の金属発泡体。
【請求項９】
開気孔質構造を有する金属発泡体の製造方法であって、製造によって決定される溝状空洞がウェブ中にある金属発泡体が、結合剤および金属粉末で被覆され、
同時に、前記ベース発泡体の前記金属が融解する温度未満における熱処理の際に、前記金属粉末または前記金属粉末中に含まれる少なくとも一種の合金成分が液体になり、液相を形成し、毛管作用により前記ウェブ中で溝状空洞の表面を湿潤させ、
冷却の際に、それぞれ前記ウェブ中の前記溝状空洞の前記表面に金属保護層が施され、前記溝状空洞が充填される、方法。
【請求項１０】
ニッケル製の開気孔質ベース発泡体が、ニッケルおよびアルミニウムがそれぞれ少なくとも４０重量％で含まれるニッケルまたはアルミニウムベース合金の金属粉末と共に使用される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
鉄製の前記開気孔質ベース発泡体が、アルミニウムが少なくとも５０重量％で含まれるアルミニウムまたはアルミニウムベース合金製の金属粉末で被覆される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
使用する前記金属粉末中に、鉄、コバルト、炭素、ニオブ、ケイ素、ニッケル、銅、チタン、クロム、マンガン、バナジウムおよび／またはスズが他の合金元素として含まれる、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
銅製の前記開気孔質ベース発泡体が、スズが少なくとも５０重量％で含まれるスズベース合金の金属粉末で被覆される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
合金元素として鉛、ニッケル、チタン、鉄および／またはマンガンを含む前記スズベース合金が使用される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記結合剤で被覆された前記ベース発泡体を、前記熱処理の前に、プレスする、および／または振動させる、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記被覆されたベース発泡体を、前記熱処理の後に、限定された成形工程にかける、請求項９〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記熱処理の際に、過剰の溶融物および液相がそれぞれ開気孔から除去される、請求項９〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
溝状空洞の中に前記保護層が形成される第一の熱処理に続いて、結合剤および金属粉末で別の被覆を施し、続いて第二の熱処理を行う、請求項９〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記溝状空洞中に前記保護層および前記充填物をそれぞれ形成するために使用した前記金属粉末とは異なったコンシステンシーを有する金属粉末が使用される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、開気孔質構造を有する金属発泡体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
開気孔質構造を有する金属発泡体は、様々な様式で製造できるが、有益な手順は、原則的に２つの異なった方法に基づいている。
【０００３】
どちらの場合も、有機材料から製造された多孔質構造素子を使用し、その特定の表面にメッキを施し、続いて熱処理の際に、その構造素子の有機成分を熱的に排除する。
【０００４】
例えば、一方法で、そのような開気孔質有機構造素子の表面上には、例えば直流金属被覆を行うことができる。あるいは、金属の均質な化学蒸着を表面上に行うことができる（例えばＮｉ）。
【０００５】
この代わりに、そのような金属層は、いわゆる「Schwarzwalder法」により、同様に製造することができる。この方法では、金属粉末を含む懸濁／分散剤を有機構造素子の表面上に堆積させ、続いて、このようにして調製された被覆構造素子を熱処理にかけ、すでに述べたように、有機成分を排除し、焼結を行う。
【０００６】
しかし、この製造から決定される溝状の空洞がウェブの中に残り、これが、この場所でそれぞれの有機成分が、熱処理の前に対応する空間を充填しているので、金属発泡体の支持骨格を形成する。
【０００７】
しかし、特定金属発泡体の支持構造であるウェブは、周囲の大気に対して開いた入口を含んでなり、ウェブ中に形成された溝状空洞は、周囲の媒体（大気）に対して、百パーセント流体を通さない様式で密封されていない。
【０００８】
しかし、適切な製造方法に応じて、すべての金属および合金がそれぞれそのような開気孔質金属発泡体の製造に使用される訳ではなく、適切な金属および合金の多くは、酸化する傾向があるか、またはそれぞれの状況下で十分に高い耐食性を有していない。開気孔質金属発泡体の多くの用途では、このように酸化された、または腐食した表面も、さらに保護しない限り、不適当であり、特性がさらに悪くなるか、または破壊につながる障害も起こり得る。
【発明の開示】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、耐酸化性および／または耐食性が改良された開気孔質構造を有する金属発泡体を提供することである。
【００１０】
本発明により、この目的は、請求項１の特徴を有する金属発泡体により達成される。これらの金属発泡体は、請求項９により製造することができる。本発明の有利な実施態様および改良は、従属請求項に記載されている特徴により、達成することができる。
【００１１】
本発明の開気孔質構造を有する金属発泡体では、製造によって決定される溝状空洞が前もって形成され、それぞれの開気孔質構造のウェブ中で、それらの内側表面上に保護層を備えるか、あるいは溝状空洞が完全に、または少なくとも部分的に充填される。その場合、溝状空洞上の保護層／空洞中への充填物は、それそれ、発泡体の出発金属材料とは異なった材料から形成されてなる。
【００１２】
その結果、開気孔質構造を有する金属フォームの、説明の冒頭の部分に述べた、溝状空洞がウェブ中に残っている欠点が排除されるのみならず、それらの金属発泡体を、簡単で、比較的妥当な様式で製造することもできる。
【００１３】
従って、本発明の金属発泡体を製造する際、金属ベース発泡体を結合剤および金属粉末で被覆する。それによって、被覆を、それぞれのベース発泡体の外側表面が被覆されるのみならず、個々の細孔の中にも被覆を施し、複数のウェブが被覆材料で覆われるように行う。
【００１４】
その際、使用する金属粉末は、ベース発泡体の材料、従って、ウェブを形成する材料の融解温度未満で融解するように、あるいはそれぞれの金属粉末に含まれている少なくとも一種の合金成分が液相を形成するように、選択する。
【００１５】
次いで、溶融物および液相は、毛管作用により、それぞれウェブ壁の開口部／細孔を通過して溝状空洞中に入り、同時にその内側表面を湿潤させる。この内側表面は、溶融物および液相でそれぞれ覆われ、そこから、保護層がウェブ中の溝状空洞の内側表面上に形成されるか、または溝状空洞が充填物で満たされる。
【００１６】
保護層および充填物が冷却され、固化した後、開気孔質構造をなお有し、特にその耐酸化性および耐食性に関して特性が改良された本発明の金属発泡体が得られる。
【００１７】
金属粉末の組成および対応する組合せをベース発泡体のそれぞれの金属に対して適切に選択することにより、溝状空洞中で少なくとも界面で、ウェブ材料に向かって金属間相または液体溶液もしくは全体としてそのような金属発泡体が形成される。
【００１８】
本発明は、様々なベース発泡体で行うことができる。例えば、本発明の製造方法により、ニッケルから製造され、開気孔質構造を有する金属発泡体を、例えばニッケルベース合金、アルミニウムベース合金またはアルミニウムの金属粉末と組み合わせて使用し、次いでそこから保護層および充填物を溝状空洞の中に形成することができる。
【００１９】
鉄製のベース発泡体では、ニッケルベース合金、アルミニウムベース合金および純粋なアルミニウムの金属粉末を使用できる。
【００２０】
しかし、銅および銅合金をそれぞれ、保護層および充填物のそれぞれに使用できる。
【００２１】
ニッケルおよびアルミニウムベース合金中で、ニッケルおよびアルミニウムの比率は、それぞれ少なくとも４０重量％になるべきである。他の合金元素としては、鉄、コバルト、炭素、ニオブ、ケイ素、ニッケル、銅、チタン、クロム、マグネシウム、バナジウムおよび／またはスズを含むことができる。
【００２２】
ニッケルベース合金の例は、Wall Colomonoy Corp.から商品名「Nicrobraz」で、２種類の異なった品質および組成で知られている。その一つは、LM-BNi-2で、Ｃｒ７、Ｓｉ４．５、Ｂ３．１、Ｆｅ３、Ｃ０．０３（残りがＮｉ）、融解およびろう付け温度９７０〜１１７０℃であり、もう一つは30-BNi-5で、Ｃｒ１９、Ｓｉ１０．２、Ｃ０．０３（残りがＮｉ）、融解およびろう付け温度１０８０〜１２００℃である。
【００２３】
銅製のベース発泡体では、スズベース合金の金属粉末が好ましく、スズの比率は少なくとも５０重量％になるべきである。スズベース合金では、追加の合金元素として鉛、ニッケル、チタン、鉄および／またはマンガンを含むことができる。
【００２４】
本発明の金属発泡体の製造に使用する金属ベース発泡体は、ウェブ中にある溝状空洞の自由断面がそれぞれのベース発泡体の平均細孔径の３０％未満であるが、最大１０００μｍの内径を有するべきである。溝状空洞の自由断面のそのような寸法設計により、溝状空洞の中に溶融物および液相のそれぞれを配置し、湿潤させるのに、十分に大きな毛管作用を確保することができる。
【００２５】
本発明の金属発泡体を製造する際、少なくとも一種の結合剤およびそれぞれの選択された金属粉末を含む被覆を開気孔質ベース発泡体中に堆積させる必要があるが、その際、ベース発泡体に押し付ける、および／またはベース発泡体を振動させる（振動）とよい。
【００２６】
さらに、被覆は、内圧を下げた密封容器中で行うこともできる。
【００２７】
特に、ニッケル製のベース発泡体では、熱処理を行う前にベース発泡体を変形させることができ、これはニッケル発泡体では比較的容易に行うことができる。次いで、それぞれの形状に成形した、被覆されたニッケル発泡体を熱処理にかけ、溝状空洞内の保護層形成および溝状空洞の充填をそれぞれ行う。
【００２８】
事前に行う成形は、本発明によりニッケルベース合金を使用することにより機械的強度の明らかな増加も達成できるので、特に重要である。
【００２９】
本発明により開気孔質構造を有する金属発泡体を製造する際、熱処理を完了する前に、液体のままである過剰の溶融物および液相をそれぞれ除去することができるので、使用する各ベース発泡体の初期気孔率の低下は、あるにしても、僅かな程度である。
【００３０】
保護層形成および溝状空洞充填のそれぞれに続いて、こうして得られた金属発泡体を、結合剤および金属粉末で繰り返し被覆することができ、その際、保護層または充填物の形成に使用した金属粉末とは異なった金属粉末を特に有利に使用することができる。これに使用する金属粉末は、別の金属粉末でもよいし、あるいは異なった様式で構成される合金を含んでなることもできる。
【００３１】
そのような手順により、後に残る表面、特にそれぞれの細孔の内側表面、を、それぞれさらに変性し、被覆することができる。
【００３２】
いずれの場合も、熱処理は、保護雰囲気および還元性雰囲気で行うことができる。酸化性雰囲気は、試料の計算された予備酸化に応じて、製法の最後に使用することができる。
【実施例】
【００３３】
以下に、本発明を例として、より詳細に説明する。
【００３４】
実施態様１
ニッケル製の、気孔率が９２〜９６％であるベース発泡体を、ポリ（ビニルピロリドン）の１％水溶液中に浸漬した。浸漬後、吸収性パッドを押し付け、過剰の結合剤が細孔から除去され、開気孔質構造のウェブの外側表面だけが濡れているようにした。こうして被覆されたニッケルベース発泡体を振動させ、下記の組成、すなわち
ニッケル５６．８重量％、
炭素０．１重量％、
クロム２２．４重量％、
モリブデン１０．０重量％、
鉄４．８重量％、
コバルト０．３重量％、
ニオブ３．８重量％、および
ケイ素１．８重量％
および平均粒子径３５μｍを有するニッケルベース合金の金属粉末で、金属粉末の粒子が
ウェブの外側表面に付着し、ほとんど全体を覆うように被覆した。
【００３５】
このように製造したニッケルベース発泡体を、金属フォーム構造が円筒形になるように、成形した。
【００３６】
成形に続いて、金属粉末の粒子が結合剤により表面になお付着している状態で、酸素雰囲気中で熱処理を行った。加熱は、昇温速度５ｋ／分で行った。３００〜６００℃で、結合剤を約３０分間かけて除去した。この時間の後、温度を１２２０〜１３８０℃に増加し、この温度範囲内に３０分間保持した。
【００３７】
これによって、使用した金属粉末から液相を形成することができてた。液相は、ウェブ壁中の細孔または他の開口部を通り、そのようなウェブ中に配置された溝状空洞中に浸透し、毛管作用により、ウェブ中にある溝状空洞のそれぞれの内壁を湿潤させ、冷却後、そのようなウェブ中にある溝状空洞の内側表面上に保護層を形成した。
【００３８】
完成した金属発泡体は、約９１％の気孔率をなお維持しており、出発ニッケルベース発泡体と比較して、１０５０℃までの温度で空気中における耐酸化性の明らかな増加を達成した。これによって、開気孔質構造を有する純粋なニッケル発泡体と比較して、機械的特性、例えばクリープ耐性、粘性および強度、が明らかに改良され、これは、その物体に動的負荷が作用するする際に特に好ましい効果を有する。このように製造された金属発泡体は、特定の限度内でなお変形できるが、特定の曲げ半径は、考慮すべきである。
【００３９】
実施態様２
ニッケル製の、気孔率が９２〜９６％であるベース発泡体を、その外側表面を研削により機械加工し、ウェブの溝状空洞上に開口部をさらに形成した。続いて、このようにして調製した発泡体を、結合剤としてポリ（ビニルピロリドン）の１％水溶液中に浸漬した後、吸収性パッドを押し付け、過剰の結合剤を細孔から除去した。同時に、細孔内のウェブ表面も濡れたままにした。
【００４０】
このようにして調製し、結合剤で被覆したニッケル発泡体に、アルミニウム粉末混合物を堆積させた。アルミニウム粉末は、フレーク形状のアルミニウム粉末（平均粒子径が２０μｍ未満である）１重量％、および球形状のアルミニウム粉末（平均粒子径が１００μｍ未満である）９０重量％から構成され、これらを前もって１０分間乾燥混合させた。
【００４１】
結合剤で湿潤させた表面のアルミニウム粉末による被覆は、振動装置中で、開気孔質構造中にアルミニウム粉末が一様に分布し、ウェブの少なくとも外側表面がアルミニウム粒子で覆われるように行った。この構造の開気孔質特性は、実質的に維持されている。
【００４２】
このように調製されたニッケルベース発泡体は、熱処理を行う前に、再度好適な形状に成形することができ、この形状は、熱処理の後にも実質的に維持された。
【００４３】
熱処理は、窒素雰囲気中で行ったが、その際、昇温速度を再度５Ｋ／分に維持し、温度３００〜６００℃で３０分間かけて結合剤を除去し、次いで、ウェブの溝状空洞の中でもニッケルアルミナイドを形成するための最終的な熱処理を、温度９００〜１０００℃で３０分間かけて行った。
【００４４】
このようにして最後に製造された金属発泡体は、気孔率が約９１％であり、少なくともほとんど完全にニッケルアルミナイドから構成され、ウェブ中の溝状空洞は完全に充填されていた。
【００４５】
このようにして製造された金属発泡体は、温度１０５０℃まで、空気中酸化耐性を達成する。
【００４６】
実施態様３
鉄製の、気孔率が９２〜９６％であるベース発泡体を、実施態様２に準じて結合剤およびアルミニウム粉末で調製し、続いて水素雰囲気中で熱処理にかけたが、その際、昇温速度５Ｋ／分を再度維持し、同じ条件で有機成分を除去し、最終的な熱処理を、より高い温度９００〜１１５０℃で３０分間かけて行った。
【００４７】
冷却後、このようにして製造された金属発泡体は、気孔率が約９１％であり、ほとんど完全に鉄アルミナイドから構成され、製造によりベース発泡体中に前もって形成された溝状空洞は完全に充填されていた。このようにして製造された金属発泡体は、温度９００℃
まで、空気中で耐酸化性であった。
【００４８】
実施態様４
銅製の、気孔率が９２〜９６％であるベース発泡体を、実施態様３と同様に機械的調製処理を行った後、ポリ（ビニルピロリドン）の１％水溶液中に浸漬し、吸収性パッドに押し付けることにより、過剰の結合剤を除去した。
【００４９】
ウェブの少なくとも表面上で結合剤により湿潤している銅発泡体を、振動装置中に配置し、両側にスズ粉末（平均粒子径５０μｍおよび球粒子形状を有する）を散布し、スズ粉末を開気孔質構造中に一様に配分し、特にウェブの外側表面をほとんど完全に被覆した。
【００５０】
これに続いて、実施態様１〜３と同じ昇温速度および保持時間で熱処理を行って結合剤を除去し、続いて温度を６００〜１０００℃に増加し、１時間保持した。
【００５１】
熱処理に続いて、ほとんど完全にスズブロンズから構成され、溝状空洞がほとんど完全に充填された金属発泡体が得られた。銅から製造された初期発泡体と比較して、機械的強度の大幅な増加が達成された。完成した金属発泡体は、気孔率約９１％を達成したが、なお特定の曲げ半径を維持する限度内で機械的変形が可能であった。
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月17日(2010.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開気孔質構造を有する金属発泡体の製造方法であって、製造によって決定される溝状空洞がウェブ中にある金属発泡体が、結合剤および金属粉末で被覆され、
同時に、前記ベース発泡体の前記金属が融解する温度未満における熱処理の際に、前記金属粉末または前記金属粉末中に含まれる少なくとも一種の合金成分が液体になり、液相を形成し、毛管作用により前記ウェブ中で溝状空洞の表面を湿潤させ、
冷却の際に、それぞれ前記ウェブ中の前記溝状空洞の前記表面に金属保護層が施され、前記溝状空洞が充填される、方法。
【請求項２】
ニッケル製の開気孔質ベース発泡体が、ニッケルおよびアルミニウムがそれぞれ少なくとも４０重量％で含まれるニッケルまたはアルミニウムベース合金の金属粉末と共に使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
鉄製の前記開気孔質ベース発泡体が、アルミニウムが少なくとも５０重量％で含まれるアルミニウムまたはアルミニウムベース合金製の金属粉末で被覆される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
使用する前記金属粉末中に、鉄、コバルト、炭素、ニオブ、ケイ素、ニッケル、銅、チタン、クロム、マンガン、バナジウムおよび／またはスズが他の合金元素として含まれる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
銅製の前記開気孔質ベース発泡体が、スズが少なくとも５０重量％で含まれるスズベース合金の金属粉末で被覆される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
合金元素として鉛、ニッケル、チタン、鉄および／またはマンガンを含む前記スズベース合金が使用される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記結合剤で被覆された前記ベース発泡体を、前記熱処理の前に、プレスする、および／または振動させる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記被覆されたベース発泡体を、前記熱処理の後に、限定された成形工程にかける、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記熱処理の際に、過剰の溶融物および液相がそれぞれ開気孔から除去される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
溝状空洞の中に前記保護層が形成される第一の熱処理に続いて、結合剤および金属粉末
で別の被覆を施し、続いて第二の熱処理を行う、請求項１〜９のいずれか一項に記載の
方法。
【請求項１１】
前記溝状空洞中に前記保護層および前記充填物をそれぞれ形成するために使用した前記金属粉末とは異なったコンシステンシーを有する金属粉末が使用される、請求項１０に記載の方法。
【外国語明細書】
2010144254000001.pdf