(57)【要約】      （修正有）【課題】酸化または昇華させることなく、通気性があるオープンセル構造に成形することが出来るマグネシウムまたはマグネシウム合金の多孔質体の提供。【解決手段】まず、綿状のマグネシウム合金の繊維を作製する。このマグネシウム合金の繊維は、長さ２０〜４０ｍｍ、外径５０〜１００μｍのカール状繊維が綿状になったものである。つぎに、このマグネシウム合金の繊維を焼鈍する。そして、焼鈍したマグネシウム合金の繊維を圧延することによって、気孔率２０〜８０％の多孔質マグネシウム合金が得られる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムまたはマグネシウム合金の繊維の圧縮体であって、気孔率が２０〜８０％である多孔質マグネシウムまたは多孔質マグネシウム合金。
【請求項２】
請求項１において、
前記マグネシウムまたは前記マグネシウム合金の繊維が、一方の面が滑らかで、他方の面が粗いカールした長板形状を備えている多孔質マグネシウムまたは多孔質マグネシウム合金。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記マグネシウムまたは前記マグネシウム合金の繊維の全体の８０質量％以上が、外径０.２ｍｍ以下、長さ１０ｍｍ以上である多孔質マグネシウムまたは多孔質マグネシウム合金。
【請求項４】
マグネシウムまたはマグネシウム合金の繊維を塑性変形する変形工程を有する多孔質マグネシウムまたは多孔質マグネシウム合金の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記マグネシウムまたは前記マグネシウム合金の繊維が、一方の面が滑らかで、他方の面が粗いカールした長板形状を備えている多孔質マグネシウムまたは多孔質マグネシウム合金の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記マグネシウムまたは前記マグネシウム合金の繊維の全体の８０質量％以上が、外径０.２ｍｍ以下、長さ１０ｍｍ以上である多孔質マグネシウムまたは多孔質マグネシウム合金の製造方法。
【請求項７】
請求項４から６のいずれかにおいて、
前記変形工程では、焼鈍したマグネシウムまたはマグネシウム合金の繊維を塑性変形する多孔質マグネシウムまたは多孔質マグネシウム合金の製造方法。
【請求項８】
請求項４から７のいずれかにおいて、
前記塑性変形が圧延である多孔質マグネシウムまたは多孔質マグネシウム合金の製造方法。
【請求項９】
請求項４から８のいずれかにおいて、
前記多孔質マグネシウムまたは前記多孔質マグネシウム合金の気孔率が２０〜８０％である多孔質マグネシウム合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易に製造できる多孔質マグネシウムおよび多孔質マグネシウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の電極や触媒の担体などに、多孔質マグネシウム合金が使用されている。非特許文献１には、多孔質アルミニウム合金の作製に用いられるプラスター法(非特許文献２)によって、多孔質マグネシウム合金を作製する試みが記載されている。そして、気孔率９５％の多孔質マグネシウム合金を作製することに成功している。しかし、この作製手法は煩雑であり、実用的な製造手法とはいえない。このように、簡便で安価なプロセスで多孔質マグネシウム合金を作製するのは容易ではない。
【０００３】
また、ＴｉＨ2のような加熱すると気体を発生する発泡剤とマグネシウム粉を、混合・固化した後、融点近くまで加熱して、発泡体のマグネシウムを製造する方法も開発されている(非特許文献３および非特許文献４)。しかし、この製造方法も発泡化に困難が伴う上、得られた発泡体のマグネシウムの気孔径が１〜２ｃｍと粗大になる。また、この発泡体のマグネシウムの気孔はクローズドセル構造となり、比表面積が大きく、通気性があり、電池の電極やフィルターへの利用に適したオープンセル構造にはならない。最近では、マグネシウム棒を井桁状に組んで、融点に近い温度で焼結して多孔質体を作製しようとする試みもある(非特許文献５)。しかし、マグネシウムは昇華および酸化しやすいため、高気圧の純粋な不活性ガス中でないと焼結が困難である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Yamada Y, Wen C, Shimojima K, Hosokawa H, Chino Y, Mabuchi M、Compressive deformation characteristics of open-cell Mg alloys with controlled cell structure,Mater Trans.,Vol.43,No.6,(2002),1298-1305
【非特許文献２】M.F. Ashby, A.G. Evans, N.A. Fleck, L.J. Gibson, J.W. Hutchinson and H.N.G. Wadley,Metal Foams: A Design Guide,Butterworth Heinemann,(2000)
【非特許文献３】小橋眞，前原一仁，金武直幸、「ポーラスマグネシウムの発泡特性および気孔性状に及ぼすプリカーサ加熱条件の影響、軽金属、59-5、(2009)、261-264
【非特許文献４】長田貢一，彦坂武夫、「マグネシウム合金切削くずを用いた多孔質金属の開発」、愛知県産業技術研究用研究報告、(2009)、28-31
【非特許文献５】K. Bobe, E. Willbold, I. Morgenthal, O. Andersen, T. Studnitzky, J. Nellesen, W. Tillmann, C. Vogt, K. Vano, F. Witte,In vitro and in vivo evaluation of biodegradable, open-porous scaffolds made of sintered magnesium W4 short fibres.,Acta Biomater.,9,(2013),8611-8623
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、酸化または昇華させることなく、マグネシウムおよびマグネシウム合金を通気性があるオープンセル構造に成形することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の多孔質マグネシウム合金は、マグネシウム合金の繊維の圧縮体であって、気孔率が２０〜８０％である。本発明の多孔質マグネシウム合金の製造方法は、マグネシウム合金の繊維を塑性変形する変形工程を有する。本発明の多孔質マグネシウムは、マグネシウムの繊維の圧縮体であって、気孔率が２０〜８０％である。本発明の多孔質マグネシウムの製造方法は、マグネシウムの繊維を塑性変形する変形工程を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、マグネシウムまたはマグネシウム合金の多孔質体が容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例の多孔質マグネシウム合金の製造過程で得られたマグネシウム合金の繊維の画像。
【図２】実施例で得られた多孔質マグネシウム合金の画像。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の多孔質マグネシウム、多孔質マグネシウム合金、およびこれらの製造方法について、実施形態と実施例に基づいて説明する。重複説明は適宜省略する。なお、２つの数値の間に「〜」を記載して数値範囲を表す場合には、この２つの数値も数値範囲に含まれる。
【００１０】
本発明の実施形態に係る多孔質マグネシウム合金は、マグネシウム合金の繊維の圧縮体であって、気孔率が２０〜８０％である。また、本発明の実施形態に係る多孔質マグネシウム合金の製造方法は、マグネシウム合金の繊維を塑性変形する変形工程を有する。より具体的には、綿状に絡み合ったマグネシウム合金の繊維に、せん断変形を伴う塑性変形を与えることにより固化し、通気性がある多孔質マグネシウム合金を作製する。
【００１１】
本実施形態の製造方法では、気孔率が２０〜８０％の多孔質マグネシウム合金が得られる。変形工程では、焼鈍したマグネシウム合金の繊維を塑性変形することが好ましい。マグネシウム合金の繊維が細かくなるのを抑えられるからである。さらに、塑性変形が圧延であることが好ましい。マグネシウム合金の繊維同士の結合を強化できるからである。
【００１２】
本実施形態の製造方法を以下で詳細に説明する。まず、綿状に絡み合ったマグネシウム合金の繊維を準備する。この繊維は、切粉の組織の「流れ型」と「剪断型」の両方の特徴を備え、一方の面が薄くて長い断片がカールした長板形状を備えており、もう一方の面が滑らかで、他方の面が粗い。なお、この繊維は、全体の８０質量％以上が外径０.２ｍｍ以下、長さ１０ｍｍ以上の金属繊維で構成されることが好ましい。原料のマグネシウム合金の利用率が向上でき、製造物の比表面積を確保でき、マグネシウム合金の繊維が絡まりやすいからである。また、製造効率の観点から、これらの繊維が絡まる、または編み上げられることによって一体となっており、その後の工程で分離しない状態となっていることが好ましい。
【００１３】
このようなマグネシウム合金の繊維を作製する方法として、様々な方法が考えられる。しかし、従来の伸線加工工程での引き抜きによって作製される繊維は極めて高価であるため、本実施形態の製造方法には適さない。また、特公昭５６−５１０５０号公報に記載されている方法によって作製される商品名ＫＣメタルファイバーの金属繊維は、繊維長が比較的短く絡まりにくい。
【００１４】
特許第３０８３１４４号公報に記載されている方法によって作製される商品名ベキニットの金属繊維の利用も考えられる。しかし、この金属繊維は、直線状であり、断面形状が正方形に近い長方形である。このため、繊維を圧縮しても絡まりにくい。また、製造工程での発火等の危険性のため、ベキニットのマグネシウム繊維やマグネシウム合金繊維は製造されていない。一方、本実施形態の製造方法では、一方の面が滑らかで、他方の面が粗く、カールした長板形状を備える特別な金属繊維を利用している。この金属繊維の粗い面の微細構造の周期は２〜５μｍ程度である。この金属繊維は、非対称で高アスペクト比であることが好ましい。
【００１５】
つぎに、この綿状に絡み合ったマグネシウム合金の繊維を焼鈍する。綿状に絡み合ったマグネシウム合金の繊維、特に粉体製造装置によって作製されるマグネシウム合金の繊維は、強く加工されるため硬化している。このため、そのまま圧延等の塑性変形をすると、この繊維が細かく破断するおそれがある。その傾向は合金の方が大きい。そこで、塑性変形の前に、マグネシウム合金の繊維を焼鈍することが望ましい。酸化および昇華を避けるため、焼鈍は、不活性雰囲気または真空中で行うことが好ましい。真空中で焼鈍を行う場合は昇華が起こりやすいため、温度３００℃以下でマグネシウム合金の繊維の焼鈍を行うことが好ましい。例えば、圧力１０-2Ｐａ以下、温度２００〜２５０℃で、マグネシウム合金の繊維の焼鈍を行う。
【００１６】
そして、焼鈍したマグネシウム合金の繊維を塑性変形する(変形工程)。塑性変形、例えば圧延では、マグネシウム合金の繊維の目付量、すなわち単位面積当たりの質量が一定になるように行う。製造したい多孔質マグネシウム合金の厚さに応じて、マグネシウム合金の繊維の目付量を調整する。例えば、気孔率５０％、厚さ１.０ｍｍの多孔質マグネシウム合金を作製する場合は、目付量が０.０９ｇ／ｃｍ2となるように調整する。多孔質マグネシウム合金が目標の厚さになるように、数段階に分けてマグネシウム合金の繊維の圧延を行ってもよい。
【００１７】
本実施形態では、カールした金属繊維を利用しているので、塑性変形によって金属繊維が絡まりやすい。また、金属繊維の一方の面が滑らかなので、塑性変形しても金属繊維が折れにくい。さらに、金属繊維の他方の面が粗いので、塑性変形すると他の金属繊維と密着しやすい。この方法により気孔率２０〜８０％のマグネシウム合金の多孔質体である圧縮体の作製が可能である。なお、圧下率が小さいほど、すなわち気孔率が大きいほど、せん断変形によるマグネシウム合金の繊維同士の結合は弱く、繊維が分離しやすい。
【００１８】
加熱可能な圧延装置を利用して、マグネシウム合金の繊維を圧延してもよい。この場合、圧延装置の圧延ローラーを２００〜６００℃に加熱して圧延を行う。圧延装置の加熱能力または圧延ローラーの蓄熱量等を考慮して、圧延速度、すなわち圧延ローラーの送り速度または圧延ローラーの外径部の回転速度を適宜設定する。例えば、１〜１００ｍｍ／分程度の圧延速度で、マグネシウム合金の繊維の圧延を行うことができる。このように加熱可能な圧延装置を利用することにより、マグネシウム合金の繊維の焼鈍と圧延が同時に実施でき、せん断変形によるマグネシウム合金の繊維同士の結合を強化することが可能になる。
【００１９】
マグネシウム合金の繊維の塑性変形後に、焼鈍をさらに行ってもよい。マグネシウム合金の繊維同士の結合をさらに強化できるからである。この塑性変形後の焼鈍は、２００〜３００℃以上で行うことが好ましい。塑性変形後の焼鈍の温度を上昇させるほど、マグネシウム合金の繊維同士の結合強化の効果は大きいが、その一方で焼鈍中のマグネシウム合金の繊維の酸化が激しくなる。マグネシウムは昇華しやすい金属であるため、アルゴン等の不活性ガス雰囲気や加圧雰囲気で焼鈍を行うことが好ましい。
【００２０】
本実施形態の製造方法で用いるマグネシウム合金に代えて、マグネシウムを用いることができる。すなわち、本発明の実施形態に係る多孔質マグネシウムは、気孔率が２０〜８０％で、マグネシウムの繊維を成形して得られる。また、本発明の実施形態に係る多孔質マグネシウムの製造方法は、マグネシウムの繊維を成形する変形工程を有する。本実施形態の製造方法では、気孔率が２０〜８０％の多孔質マグネシウムが得られる。変形工程では、焼鈍したマグネシウムの繊維を成形することが好ましい。さらに、成形が圧延であることが好ましい。
【実施例】
【００２１】
まず、特開２００１−１３７７３８号公報に記載されている粉体製造装置を用いて、原料のＡＺ３１マグネシウムインゴットから、綿状に絡み合ったマグネシウム合金の繊維を作製した。なお、原料の送り速度を３０ｍｍ／分、刃先回転速度を６０ｒｐｍとした。また、加振することにより、得られたマグネシウム合金の繊維中の短繊維を除去し、綿状に絡み合った長繊維のみを収集した。
【００２２】
この収集したマグネシウム合金の繊維は、長さ２０〜４０ｍｍ、外径５０〜１００μｍ程度のカールした繊維だった。なお、繊維の長さ、および繊維の外径は実体顕微鏡による画像から測定した。収集した繊維の外観を図１(ａ)に示す。図１(ｂ)は、図１(ａ)の一部を拡大して示している。図１(ｃ)と図１(ｄ)は、図１(ｂ)の一部を拡大して示している。図１(ｅ)は、繊維の別の角度を示している。図１(ｅ)より、繊維の厚さは２０μｍ程度だった。また、図１(ｂ)、図１(ｃ)、および図１(ｄ)に示すように、この繊維は一方の面が滑らかで、他方の面が粗いカールした長板形状を備えていた。
【００２３】
つぎに、温度２００℃、圧力１０-2Ｐａで、上記で収集したマグネシウム合金の繊維を１時間焼鈍した。そして、この焼鈍したマグネシウム合金の繊維を、目付量０.１３ｇ／ｃｍ2で板状に整えた。この板状のマグネシウム合金の繊維を、厚さ０.７ｍｍになるように徐々に圧延した。この圧延されたマグネシウム合金の繊維は、気孔率５０％程度の多孔質マグネシウム合金であった。ここで、多孔質マグネシウム合金の気孔率は、マグネシウム合金ＡＺ３１の密度１.７８ｇ／ｃｍ3を用いて、下記の式によって算出した。
(１.７８−多孔質マグネシウム合金の密度(ｇ／ｃｍ3))／１.７８×１００(％)
この多孔質マグネシウム合金の外観を図２に示す。さらに、温度３００℃、大気圧のアルゴン雰囲気で、この多孔質マグネシウム合金を１時間再焼鈍した。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
多孔質マグネシウムや多孔質マグネシウム合金は、電池電極、触媒担体、フィルター、生体材料としても注目されており、今後、安価な多孔質体の供給が求められると考えられる。したがって、本発明の多孔質マグネシウムおよび多孔質マグネシウム合金は、これらの材料として有望である。
【図１】
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【図２】
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