(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の鋳造法では鋳造可能なＭｎＣｕ基制振合金のＭｎ組成が限られているため、ＭｎＣｕ基制振合金の鋳造温度より低い温度での焼結により双晶型高Ｍｎ組成の任意形状を持つ焼結ＭｎＣｕ基制振合金を提供する。【解決手段】Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉを主成分としたＭｎＣｕ基制振合金であって、液相焼結助剤としてＢｉ、Ｓi、Ｓｎ、Ｂのうちの１種以上の元素を含有し、Ｂｉ含有のときはＭｎの含有量が６７質量％未満であることを特徴とするＭｎＣｕ基制振合金。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−５０〜＋３００℃の温度領域で０．５Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数領域に対し対数減衰率が０．０１〜１であり、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉを主成分としたＭｎＣｕ基制振合金であって、液相焼結助剤としてＢｉ、Ｓi、Ｓｎ、Ｂのうちの１種以上の元素を含有し、Ｂｉ含有のときはＭｎの含有量が６７質量％未満であることを特徴とするＭｎＣｕ基制振合金。
【請求項２】
請求項1に記載のＭｎＣu制振合金において、硬質セラミックス粒子を０．５−３０質量％含有することを特徴とするＭｎＣu焼結制振合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、−５０〜＋３００℃の温度領域で０．５Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数領域に対し対数減衰率が０．０１〜１であり、液相焼結助剤を含有するＭｎ、Ｃｕ、Ｎｉを主成分とするＭｎＣｕ基制振合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械、車輌などでは，構造体の多機能化・コンパクト化に伴い振動騒音対策が重要となる。従来の振動騒音対策は、構造制振（質量増大、共振回避設計、振動絶縁設計）やシステム制振（制振ディバイスの追加）措置が行われていたが、適用できる範囲がせまくなってきている。そこで、最も直接な制振方法といわれる材料そのものの制振性を向上させることが近年大いに注目されている。材料そのものの制振性を向上させることは、構造体に構造部品として使用された制振材料そのものの機械振動エネルギーを熱エネルギーへ変換させ、構造体の振動の共振を抑制させることや、構造体の振動振幅を減衰させる制振手法である。このような制振性の機能を有する材料は制振材料という。金属や合金に比べて、高分子材料が大きな制振性の機能を呈しているが、剛性・強度や加工性、耐久性においては大きな欠点があり、実用分野が限られている。金属の剛性・強度、加工性や耐久性をもつことと同時に、一般金属より大きな制振性の機能を示す合金を制振合金と称する。実用に適する新しい制振合金の開発は機械や車輌の振動・騒音対策に非常に有効であり、大いに期待されている。本発明は、従来の鋳造型制振合金の代替として、特殊金属助剤による液相焼結合金を創製し、従来の鋳造型制振合金の問題点を克服するとともに、新たな機能性を付与した焼結制振合金を提供するものである。
【０００３】
従来の鋳造型制振合金は、組織の特徴から複合型、強磁性型、転移型、双晶型に分類できる。複合型制振合金は片状黒鉛鋳鉄やＡｌ‐Ｚｎ等のダイカスト合金が相当する。これらの合金は強度が比較的に低く、高い制振性能が現れる温度範囲がせまいという欠点がある。転位型制振合金はＭｇ系合金が対応するが、転位組織により制振性能が敏感に変化するので、加工プロセスをうまくコントロールしなければいけないことに問題点がある。強磁性型制振合金はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ系の強磁性合金を指す。高い振動振幅において、高い制振性能を呈する一方、加工歪みや静的負荷の環境においては制振性能が著しく低下することが用途を制限している。
【０００４】
双晶型制振合金は室温における組織の特徴が相変態双晶であり、その双晶界面が外力に伴い可逆的な移動を起こすことで、合金に制振機能をあたえる。その典型的な合金はＭｎＣｕ基合金である。徐冷や時効処理によって、引張強度が５００ＭＰａ以上となり、対数減衰率が０．３以上になる。ＭｎＣｕ基制振合金は顕著な振幅依存性を示す一方で、広い周波数帯域において優れた制振性能を発現する。高強度と高制振性能を兼有することから、実用性が高い制振合金として注目されている。しかしＭｎＣｕ基制振合金はＭｎ組成に依存して、高温での制振性能が減少することが問題点とされている（例えば、非特許文献１参照。）。Mn組成を増やして高温側での制振性能を上げることができるが、その組成で合金の鋳造が困難となる。また、鋳造したＭｎＣｕ基制振合金には鍛造・圧延加工が可能であるが、複雑形状品を大量に製造するにはコストが高くなり、実用化へのネックにもなる。それに、ＭｎＣｕ基制振合金が制振性能を出すために固溶体化処理が不可欠であるため、結晶粒径が５０μｍ以上となり、合金の力学特性の改善が望めない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、新たな発想のもとに、ＭｎＣｕ基制振合金の鋳造温度より低い温度での焼結により双晶型高Ｍｎ組成の任意形状を持つ焼結ＭｎＣｕ基制振合金を作る研究を行い、添加元素や添加焼結助剤により従来の鋳造ＭｎＣｕ基制振合金にない新しい機能性を付与した焼結ＭｎＣｕ基制振合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
高Mn組成のMnCu基制振合金が広い温度範囲で制振性能が優れるため、その合金の創製法が課題となる。従来の鋳造法では鋳造可能なMnCu基制振合金のMn組成が限られているので、粉末冶金法を用い、合金粉末を焼結する方法が検討された。しかし、MnCu合金が酸化されやすいことから、焼結合金組成の確定、焼結温度や焼結条件の最適化が具体的な検討内容であった。発明者らは、新たな発想のもとに、鋭意研究を行い以下のＭｎＣｕ基制振合金を得るに至った。
発明１のMnCu基制振合金は、ビスマス等の液相焼結助材を含有した焼結体であり、かつ、前記ビスマスが含有する場合はＭｎの含有量が６７質量％未満であることを特徴とする。
発明２は、発明1のＭｎＣu制振合金において、ＴｉＮ又はＴｉＣ等の硬質セラミックス粒子が含まれていることを特徴とする。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、Ｍｎ‐Ｃｕ‐Ｎｉ系合金粉に焼結助剤としてＢｉ等を添加し液相焼結法により焼結させた相対密度７０〜１００％の焼結合金を製造するようにしたものである。この場合、前記焼結助剤は低温度でＭｎ‐Ｃｕ‐Ｎｉ系合金粉の表面と反応して、液相を発生して常圧で緻密化に寄与し任意の密度を達成する。用途に応じて相対緻密度は制御されなければならない。Ｂｉは焼結中Ｍｎ‐Ｃｕ‐Ｎｉ系合金粉末の表面組成をわずか変化するだけでそのほかが粒子界面に残り、焼結合金の制振効果に寄与する。さらに、硬質な炭化物、硼化物などのセラミックス粒子を０．５〜３０ｍａｓｓ％添加分散させ液相焼結すると、耐摩耗性、剛性を向上させた粒子分散制振合金が製造できる。すなわち鋳造合金で従来なし得なかった高機能材料の製造が可能となる。
【０００８】
本発明で得られる焼結合金は０．５Ｈｚ〜５０ＭＨｚの周波数領域の振動に対し−５０＋３００℃の温度領域で低―中周波対数減衰率が０．０１〜１、超音波縦波減衰率が０．０１〜３
ｎｅｐｅｒ／ｃｍ、超音波横波減衰率が０．０１〜２ ｎｅｐｅｒ／ｃｍの振動減衰特性を発現できる。緻密度は用途に応じて制御し、９５％以上の相対密度が常圧焼結で得られない場合はガス圧による熱間静水圧プレスで気孔を潰すか、ホットプレスで焼結する。
【発明の効果】
【０００９】
下記実施例より明らかな通り、焼結助剤を添加しない焼結体では、抗折力は１５ｋｇ／ｍｍ２と低いものであったが、液相焼結助剤を添加することで、抗折力が２倍以上に向上したにかかわらず、制振を損なうようなことはなかった。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】番号３と比較用試料Ｍ２０５２合金のＡｒ大気圧下、−１００〜３５０℃の温度範囲での対数減衰率。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明における各種材料の焼結合金特性について、焼結条件を用いてその実施例を説明する。
【実施例】
【００１２】
表１は各種材料の原料組成及び焼結条件である。各種組成の粉末をアルコール媒体中ボールミルで１時間混合し、３トン/cm2の加圧力でプレスした。
なお、番号1と3は、本発明との比較の為に示した比較例である。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
焼結合金の緒特性を表２に示す。密度はアルキメデス法、ビッカース硬度は５００ｇ荷重値。対数減衰率は４００Ｈｚの自由端片持ち共振法、縦波・横波減衰率は２ＭＨｚの超音波法で測定した。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
本発明は、表２に記載したように、対数減衰率、縦波・横波減衰率で優れた制振性を有するものは番号３，中程度のものは番号１，６，８，９，制振性が劣るものは番号２，４，５、７であるが、いずれも従来のＭｎ‐Ｃｕ‐Ｎｉ‐Ｆｅ制振合金（略称Ｍ２０５２合金）に劣るものではない。番号２のＳｉや番号５のＳｎ、番号７のＢを助剤に用いると焼結性は促進するけれども、番号３に比べ制振性が悪い。番号６のＦｅも低下させる傾向がある。反対に助剤がない番号１の場合、焼結性は悪く機械的特性が低いものの減衰特性がある程度良いため強度が要求されない音響部材に使える。セラミックス含有（番号８，９）の場合、剛性が向上した減衰材となるため、切削振動吸収ホルダーに使用できる。軟鋼並の機械的強度をもつ番号３の組成は各種の機械構造用制振用材料として重用される。また上記焼結合金は溶製合金に比して複雑・任意形状にプレスされて研削加工等の後工程が軽減されるため、大量生産、低廉化への道を開く。
【００１７】
表２における番号３の焼結合金を用いてＡｒ大気圧下、−１００〜３５０℃の温度範囲で対数減衰率を測定した。その結果を図１に示す。歪振幅は３ｘ１０−５、振動周波数０．１，１．０，  １０Ｈｚにおける溶製合金と焼結合金の制振性能である。比較用として、溶製ＭｎＣｕ２０Ｎｉ５Ｆｅ２合金（Ｍ２０５２合金）と対比させると、−５０℃近辺の双晶界面の制振ピークに加えて、０〜３００℃の温度範囲で温度によらずほぼ一定の制振特性を示す。特に７０℃以上の高温領域で制振特性が消失するＭ２０５２合金と比べて使用温度が室温より高い機械構造部品への適用に好適である。なお強度と制振性はＭｎ／Ｃｕ比において反比例の関係にあり、用途に応じては変える必要がある。
【００１８】
Ｂｉの効果は約２６０℃の低融点の液相を形成し、主成分のＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ粉末粒子を緻密化させることにある。ＢｉはＭｎ、Ｃｕ、Ｎｉに対してほとんど固溶限を持たないため、Ｂｉの融点２６９℃以上でも各々の融点まで固溶することなく液相が存在し、液相焼結を促進させる。冷却、凝固後もＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ３元系合金粒子の粒界に偏在する。その結果、主成分のＭｎ−Ｃｕ−Ｎｉ３元系合金は制振特性を変化させることがない。Ｂｉ量が小さいと液相焼結の効果が小さく、反対に多いと粒界量が増加して強度低下を招き、高比重となる。従って、重量比で０．５〜３３％と規定するのが望ましい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１９】
殷ほか、日本金属学会誌、６５（７），２００１，６０７−６１３
【図１】
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