(57)【要約】【課題】金属粉末射出成形法による高密度で機械的特性に優れたアルミニウム焼結材の製造方法などを提供する。【解決手段】アルミニウムを主成分とする粉末と有機バインダーからなるコンパウンドを射出成形することにより所定形状に成形した成形体を脱脂、焼結して焼結体を製造する金属粉末射出成形法によるアルミニウム焼結材の製造方法において、平均粒子径が３５μｍまでのアルミニウム粉末を主成分とする粉末を使用し、上記コンパウンドとして、シリコン粉末を焼結助剤として添加したコンパウンドを使用し、それにより、合金化による融点の低下を招くことなくアルミニウム焼結体の焼結性を向上させて、少なくとも８０％の相対密度を有する高密度アルミニウム焼結材を作製する方法及びアルミニウム焼結部材。【効果】平均粒径が３５μｍ程度までの粗い粒径のアルミニウム粉末を用いて８０％以上の相対密度を有するアルミニウム焼結材を製造できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを主成分とする粉末と有機バインダーからなるコンパウンドを射出成形することにより所定形状に成形した成形体を脱脂、焼結して焼結体を製造する金属粉末射出成形法によるアルミニウム焼結材の製造方法において、１）平均粒子径が３５μｍまでのアルミニウム粉末を主成分とする粉末を使用し、２）上記コンパウンドとして、シリコン粉末を焼結助剤として添加したコンパウンドを使用し、３）それにより、合金化による融点の低下を招くことなくアルミニウム焼結体の焼結性を向上させて、４）少なくとも８０％の相対密度を有する高密度アルミニウム焼結材を作製する、ことを特徴とする高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
【請求項２】
アルミニウム粉末に対するシリコン粉末の添加量が、０．７５〜２．０％（重量比）である、請求項１に記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
【請求項３】
アルミニウム粉末の平均粒径が、１０μｍを越え３４μｍ以下である、請求項１に記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
【請求項４】
アルゴンガス又は窒素ガスを含有する雰囲気下で脱脂する、請求項１に記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
【請求項５】
真空中で焼結する、請求項１に記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
【請求項６】
シリコン粉末を焼結助剤として添加することにより、焼結体の相対密度を１５％以上向上させる、請求項１に記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法に使用するためのコンパウンドであって、３５μｍまでの平均粒径を有するアルミニウム粉末を主成分とする粉末と有機バインダー及び焼結助剤としてのシリコン粉末を含有することを特徴とするコンパウンド。
【請求項８】
アルミニウム粉末の平均粒径が１０μｍを越え３４μｍ以下である、請求項８に記載のコンパウンド。
【請求項９】
アルミニウムを主原料とする粉末と有機バインダーからなるコンパウンドを用いて作製されたアルミニウム焼結部材であって、焼結助剤として添加したシリコン成分を含有し、しかも合金化による融点の低下がなく、少なくとも８０％の相対密度を有することを特徴とする高密度アルミニウム焼結部材。
【請求項１０】
上記コンパウンドを用いて射出成形により成形した成形体を焼結したアルミニウム焼結体からなる、請求項９に記載の高密度アルミニウム焼結部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム焼結材とその製造方法に関するものであり、更に詳しくは、アルミニウムを主成分とする粉末を原料として、高密度のアルミニウム焼結材を製造する新しい技術に関するものである。
【０００２】
本発明は、金属粉末射出成形法によるアルミニウム焼結体の製造方法において、少量のシリコン粉末を焼結助剤として使用することにより、合金化による材料特性の変化（融点の低下、延性の低下）を招くことなく、アルミニウム粉末の焼結を促進して緻密な焼結体を製造することを可能とするアルミニウム焼結材の製造方法及びそのアルミニウム焼結材を提供するものである。
【０００３】
本発明は、特に、平均粒径１０μｍを超える粒径の粗いアルミニウム粉末に対して好適に適用することが可能であり、しかも、本発明により製造されたアルミニウム焼結体は、純度９９％のアルミニウム板材（焼鈍材）と比較して、遜色のない機械特性を有することを特徴とするものであり、近年、軽量化が求められている自動車をはじめとする各種輸送機のアルミニウム焼結部材として有用である。
【背景技術】
【０００４】
従来から、アルミニウム粉末は、その表面の強固な酸化物のため、難焼結性であり、高密度の焼結体を得ることは困難とされてきた。このため、従来、アルミニウム粉末焼結材の製造方法に関しては、粉末から成形体を作製する段階で、粉末充填率をできるだけ高くして、粉末相互を高い圧力下において接触させ、部分的に酸化皮膜を破壊した状態の成形体を形成し、これを焼結することによって、高密度の焼結体を得る方法が採られてきた。
【０００５】
先行技術として、例えば、アルミニウム粉末を主成分とする金属粉末に潤滑剤を混合したものをプレス成形して、９５％以上の相対密度の成形体を成形し、脱脂・焼結してアルミニウム焼結材を得る方法が提案されている（特許文献１参照）。しかし、この種の成形法では、成形体の粉末充填率をできるだけ高くするために、成形前に粉末に添加する潤滑剤あるいは有機バインダーを極力少なくすることが必要となる。
【０００６】
そのために、粉末相互の摩擦あるいは粉末と成形型内面との摩擦により、成形体内部の粉末充填率が不均一になり、結果として、焼結体の密度が不均一になったり、焼結変形が発生する可能性がある。特に、成形体の形状が複雑になり、肉厚変動が大きくなると、その傾向が顕著になる。また、形状が複雑になると、成形後の型抜きが困難になるため、型抜きできるように成形型に様々な工夫が必要となり、成形型が高価になる。
【０００７】
これらの理由から、プレス成形法では、複雑形状品の作製が困難であり、そのため、まず、単純形状品の焼結体をプレス成形で作製し、目的とする製品形状を得るために機械加工することが必要となり、製造工程が複雑化する。
【０００８】
また、ホットプレス法（特許文献２参照）や熱間押し出し法（特許文献３参照）の様に、焼結時に加圧するいわゆる加圧焼結法であれば高密度焼結体が得られるが、これらの方法は、粉末を型に充填したまま焼結するため、成形型の制約などから、やはり複雑な形状の焼結体の製造は困難である。
【０００９】
また、化学的に酸化皮膜を破壊する方法として、脱脂後の成形体（脱脂体）をほう化物系フラックス溶液に浸漬して化学的に酸化物を除去する方法（特許文献４参照）、また、原料となるアルミニウム粉末にフッ化物系フラックス粉末を添加して焼結する方法（特許文献５参照）がある。
【００１０】
これらの方法は、成形時の粉末充填率をプレス成形法ほど高くする必要はない。しかし、強固なアルミニウム酸化物を破壊するフラックスは、取り扱いが難しく、作業時の危険性が高く、焼結炉を腐蝕するなど、環境汚染を起こす恐れがある。しかも、フラックスが成形体内部に残留すると、焼結体を腐蝕して性能劣化を招く可能性もある。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明者らは、以前に相対密度が９０％以上のアルミニウム焼結材をネットシェイプで得るための製造方法を提案した（特許文献６参照）。その方法を以下に示す。平均粒径１０〜１μｍのアルミニウム粉末を主成分とする金属粉末に、ワックスや樹脂などの高分子から構成される有機バインダーを適量添加、混練して、可塑性のあるアルミニウム粉末と有機バインダーで構成された混練物（コンパウンド）を作製する。
【００１２】
次に、この混練物を目的の形状に成形した後、不活性雰囲気において脱脂して、１×１０−１〜１×１０−５Ｐａの範囲の真空度において加熱して焼結体を得る。この方法は、金属粉末射出成形法（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ：ＭＩＭ）と称され、複雑形状部品をネットシェイプ成形する方法として注目され、様々な金属材料への適用が試されている。
【００１３】
しかしながら、この方法では、アルミニウム材料の場合、平均粒径が１０μｍ以上の粉末では高密度の焼結体が得られない（特許文献６参照）。このことは、使用できる粉末を限定することになり、しかも、金属粉末は、一般的に、粒径が小さくなるほど重量当たりの単価が高くなるため、粒径の大きい粉末を原料とした方がコスト的には有利である。
【００１４】
また、その後の研究で、試料のサイズが大きくなると、上記の条件で焼結材を製造しても、相対密度が９０％以上にはならないことが明らかになった。すなわち、同一条件で作製しても、試料の大きさが大きくなるほど、焼結材の相対密度は低下することが明らかになった。
【００１５】
相対密度を上昇させるには、１）焼結温度を高くする、２）焼結時間を長くする、という対策が考えられる。しかし、１）の焼結温度を高くすることに関しては、アルミニウムの融点が６６０℃であるため限度がある。
【００１６】
また、２）の焼結時間を長くすることに関しては、焼結温度における保持時間を２時間から、その２倍の４時間にしてもさしたる効果は認められず、更に長時間の保持時間を必要とすることが予想され、その間、焼結炉を高温に維持しなければならず、時間的にも経済的にも不利である。この様な背景から、本発明者らは、上述の特許文献６の金属粉末射出成形法によるプロセスに基づき、アルミニウム粉末の焼結性を更に向上させるための焼結助剤の探索をこれまで進めてきた。
【００１７】
【特許文献１】特開平９−２５５２４号公報
【特許文献２】特開平５−９３２０５号公報
【特許文献３】特開昭６４−５６８０６号公報
【特許文献４】特開平５−１５６３１２号公報
【特許文献５】特開平５−２２２４７９号公報
【特許文献６】特開２００４−３０８００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、金属粉末射出成形法によるアルミニウム焼結体の製造方法において、緻密でかつ機械的特性に優れた焼結部材を簡便に製造する方法を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、金属粉末射出成形法におけるアルミニウム焼結部材の製造工程において、アルミニウム粉末を主成分とする金属粉末にシリコン粉末を添加することにより所期の目的を達成できることを見出し、更に研究を重ねて、本発明を完成するに至った。
【００１９】
本発明は、平均粒径が１０μｍを超える粒径の大きいアルミニウム粉末を原料として使用した場合であっても、少なくとも８０％の高密度の焼結体を得ることができるアルミニウム焼結材の製造方法を提供すること、また、射出成形法によるアルミニウム焼結体の製造方法に使用するための、平均粒径が１０μｍを超える粒径の大きいアルミニウム粉末、焼結助剤としてのシリコン粉末、及び有機バインダーを含有するコンパウンドを提供すること、また、各種機械部品の軽量化を可能とする高強度、高密度を有するアルミニウム焼結材を提供すること、を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）アルミニウムを主成分とする粉末と有機バインダーからなるコンパウンドを射出成形することにより所定形状に成形した成形体を脱脂、焼結して焼結体を製造する金属粉末射出成形法によるアルミニウム焼結材の製造方法において、１）平均粒子径が３５μｍまでのアルミニウム粉末を主成分とする粉末を使用し、２）上記コンパウンドとして、シリコン粉末を焼結助剤として添加したコンパウンドを使用し、３）それにより、合金化による融点の低下を招くことなくアルミニウム焼結体の焼結性を向上させて、４）少なくとも８０％の相対密度を有する高密度アルミニウム焼結材を作製する、ことを特徴とする高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
（２）アルミニウム粉末に対するシリコン粉末の添加量が、０．７５〜２．０％（重量比）である、前記（１）に記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
（３）アルミニウム粉末の平均粒径が、１０μｍを越え３４μｍ以下である、前記（１）に記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
（４）アルゴンガス又は窒素ガスを含有する雰囲気下で脱脂する、前記（１）に記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
（５）真空中で焼結する、前記（１）に記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
（６）シリコン粉末を焼結助剤として添加することにより、焼結体の相対密度を１５％以上向上させる、前記（１）に記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法。
（７）前記（１）から（６）のいずれかに記載の高密度アルミニウム焼結材の製造方法に使用するためのコンパウンドであって、３５μｍまでの平均粒径を有するアルミニウム粉末を主成分とする粉末と有機バインダー及び焼結助剤としてのシリコン粉末を含有することを特徴とするコンパウンド。
（８）アルミニウム粉末の平均粒径が１０μｍを越え３４μｍ以下である、前記（８）に記載のコンパウンド。
（９）アルミニウムを主原料とする粉末と有機バインダーからなるコンパウンドを用いて作製されたアルミニウム焼結部材であって、焼結助剤として添加したシリコン成分を含有し、しかも合金化による融点の低下がなく、少なくとも８０％の相対密度を有することを特徴とする高密度アルミニウム焼結部材。
（１０）上記コンパウンドを用いて射出成形により成形した成形体を焼結したアルミニウム焼結体からなる、前記（９）に記載の高密度アルミニウム焼結部材。
【００２１】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、金属粉末射出成形法によるアルミニウム焼結材の製造方法において、平均粒子径が略３５μｍまでのアルミニウム粉末を主成分とする粉末を使用し、上記コンパウンドとして、シリコン粉末を焼結助剤として添加したコンパウンドを使用し、それにより、合金化による融点の低下を招くことなくアルミニウム焼結体の焼結性を向上させて、少なくとも８０％の相対密度を有する高密度アルミニウム焼結材を作製する、ことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明は、上記高密度アルミニウム焼結材の製造方法に使用するためのコンパウンドであって、略３５μｍまでの平均粒径を有するアルミニウム粉末を主成分とする粉末と有機バインダー及び焼結助剤としてのシリコン粉末を含有することを特徴とするものである。更に、本発明は、アルミニウムを主原料とする粉末と有機バインダーからなるコンパウンドを用いて作製されたアルミニウム焼結部材であって、焼結助剤として添加したシリコン成分を含有し、しかも合金化による融点の低下がなく、少なくとも８０％の相対密度を有することを特徴とする高密度アルミニウム焼結部材、である。
【００２３】
本発明のアルミニウム焼結材の製造方法では、原料粉末の段階で、アルミニウムを主成分とする粉末にシリコン粉末を添加して、乾式の粉体混合機（Ｖ型ミキサーなど）で両粉末を均一に混合し、この混合粉末にワックスや樹脂などの高分子から構成される有機バインダーを適量添加、混練して、可塑性のあるアルミニウム粉末と有機バインダーで構成される混練物（コンパウンド）を作製する。
【００２４】
次に、この混練物を射出成形機で目的の形状に成形した後、脱脂、焼結して焼結体を得る。本発明では、上記コンパウンドに、焼結助剤としてシリコン粉末を添加することにより、１０μｍを越える平均粒径のアルミニウム粉末を原料粉末とする場合において、相対密度が高く、機械的特性に優れた焼結体を製造することを可能とするものである。本発明において、「平均粒子径が３５μｍまでのアルミニウム粉末」とは、平均粒子径が工業的に作製可能な数ｎｍ以上から略３５μｍまでの範囲のアルミニウム粉末であるものとして定義される。
【００２５】
本発明では、原料粉末としては、アトマイズ法で作製された平均粒径が３５μｍ程度までのアルミニウム粉末を主成分とする粉末が好適に用いられる。本発明においては、アルミニウム原料粉末の平均粒径は、特に限定されることはないが、平均粒径１〜１０μｍの原料粉末だけではなく、特に、１０μｍを越える粗い粒径の原料粉末を使用した場合であっても８０％以上の相対密度を有する高密度の焼結体を製造することが可能である。
【００２６】
本発明で使用するシリコン（Ｓｉ、ケイ素）粉末としては、平均粒径が２μｍ程度のシリコン粉末が好適に用いられるが、これに制限されるものではない。シリコン粉末の添加量は、アルミニウム粉末に対して、約０．５％以上とすることが好ましく、好適には０．７５％以上、更に好適には０．７５〜２．０％の範囲が挙げられる。本発明では、シリコン粉末は、焼結助剤として添加するものであり、２．０％以下の少量を添加することが重要であり、２．０％を越えると、合金化による材料特性の変化（融点の低下、延性の低下）が顕在化するので好ましくない。
【００２７】
アルミニウム粉末に可塑性を与えて射出成形を可能とするために、アルミニウム粉末に有機バインダーを添加してコンパウンドを作製する。有機バインダーとしては、ワックス類や樹脂類などの高分子材料に、必要に応じて、可塑剤、分散剤などを添加したものが使用されるが、これらに制限されるものではなく、アルミニウム粉末に、射出成形が可能な程度の可塑性を付与することができる適宜の有機バインダーが用いられる。アルミニウム粉末に対する有機バインダーの添加量は、特に制限されるものではなく、アルミニウム粉末の粒度分布などにより、４０ｖｏｌ％程度までの範囲内が好適であり、更に、３８〜４０ｖｏｌ％が好適である。
【００２８】
本発明のコンパウンドは、例えば、アルミニウムを主原料とする粉末にシリコン粉末を添加して、乾式の粉末混合機（Ｖ型ミキサーなど）で両粉末を均一に混合し、この粉末にワックスや樹脂などの高分子から構成される有機バインダーを適量添加、混練することにより作製される。有機バインダーの添加量は、上記の好適な範囲内で、個々の原料特性に応じて決定される。その場合、コンパウンドの粘度、成形時のひけ（シュリンケージ）の発生、成形体の強度、脱脂時の欠陥の発生、焼結による収縮、寸法精度などを考慮して好適な範囲が決定される。この様にして調製されたコンパウンドは、室温では固体状態を呈するが、有機バインダーが溶融する温度にまで加熱すれば、十分な可塑性を示す。
【００２９】
本発明では、成形体の脱脂は、例えば、アルゴンガス、窒素ガスなどの不活性雰囲気下で加熱して有機バインダーを８０％以上除去することで行われる。大気雰囲気下で脱脂すると、粉末が酸化され、焼結性が低下して十分に緻密な焼結体が得られないことがある。また、脱脂後の試料の焼結は、例えば、１×１０−１〜１×１０−５Ｐａの範囲の真空度の真空中で行うことが好適である。真空度が１×１０−１Ｐａまでの真空雰囲気、不活性ガス雰囲気あるいは還元雰囲気では、アルミニウム粉末の拡散が十分に行われず、焼結密度が向上しないことがある。また、１×１０−５Ｐａ以上の真空では、アルミニウム粉末が蒸発、気散し易くなり、焼結体表面が損傷されることがある。
【００３０】
アルミニウム粉末は、その表面の強固な酸化物のため、難焼結性を示し、高密度の焼結体を得ることは困難であり、従来、アルミニウム粉末にワックスや樹脂などからなる有機バインダーを添加して、成形時に可塑性を呈するコンパウンドとし、これを射出成形して成形体となし、脱脂、焼結して焼結体を作製する金属粉末射出成形法による高密度、高強度のアルミニウム焼結体を作製する方法が提案されていた。しかし、原料粉末の粒径が焼結材の密度に及ぼす影響は大きく、従来技術においては、平均粒径が１０μｍを越えると、相対密度が低下し、十分に緻密な焼結体が得られないのが実情であり、また、粒径が小さい金属粉末は重量当たりの単価が高くなるため、製品が高価となる問題があった。
【００３１】
これに対して、本発明は、アルミニウム粉末に焼結助剤としてシリコン粉末を添加することにより、１０μｍを越える粗い粒径の原料粉末を使用しても、低い温度及び短時間で、８０％以上の相対密度を有する高密度のアルミニウム焼結体を作製することを可能としたものである。本発明により、２．０％以下の添加量でシリコン粉末をアルミニウムを主成分とする粉末に添加することにより、合金化による融点の低下を招くことなくアルミニウム焼結体の焼結性を向上させて、少なくとも８０％の相対密度を有する高密度のアルミニウム焼結材を作製することが可能である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明により、次のような効果が奏される。
（１）本発明の金属粉末射出成形法におけるアルミニウム焼結助剤としてのシリコン粉末の添加は、アルミニウム粉末の粒径の大小に依らず、添加量が１％前後、具体的には０．７５〜２％と少量で焼結を促進し、焼結体の密度を大幅に向上させる効果がある。
（２）しかも、シリコン粉末の添加量が少ないため、シリコン粉末を添加することによる焼結後の材料特性の変化（融点の低下、延性の低下）がきわめて少ない。
（３）すなわち、アルミニウムの有する優れた材料特性を損なわずに、緻密な焼結部材を製造可能である。
（４）原料として平均粒径が約１０〜３５μｍのＡｌ粉末を用いた場合でも、相対密度が８０％以上で、高密度で優れた室温引張強度を有するアルミニウム焼結材を製造することができる。
（５）本発明は、ネットシェイプ成形を特徴とする金属粉末射出成形法によるアルミニウム焼結部品の製造の範囲を拡大し、特に、近年、軽量化が求められている自動車をはじめとする各種輸送器機の焼結部材の製造法に適用することで、大きな波及効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
次に、本発明を、試験例、実施例及び比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【００３４】
試験例
シリコン粉末の上記最適添加量を決定するために、以下の予備試験を行った。平均粒径２０μｍのアルミニウム粉末と平均粒径が２μｍのシリコン粉末を様々な配合で混合して混合粉末を作製し、金属粉末射出成形によるグリーン体を想定して充填密度が６０〜６５％となる直径１１ｍｍ、高さ１５ｍｍの圧粉体を作製し、この圧粉体を６２５℃で２時間真空焼結した。
【００３５】
シリコン粉末の添加量と焼結体の相対密度の関係を図１に示す。図１からシリコン粉末を添加しない焼結体は、密度が６０％にも満たないが、シリコン粉末の添加量を増加させていくと密度が向上し、添加量が１％になると密度は９５％まで上昇した。シリコン粉末の添加量を１％以上に増加させても密度の変化はほとんど無かった。また、シリコン粉末の添加量が３％以上になると、表面に微小な溶融球の付着が観察され、焼結体の融点が低下したと考えられる。
【実施例１】
【００３６】
（１）成形体の作製
本実施例では、以下の方法により成形体及び焼結体を作製し、その特性を調べた。原料粉末には、アトマイズ法で作製された平均粒径が１１μｍの純アルミニウム粉末と、平均粒径が２μｍのシリコン粉末を使用した。各アルミニウム粉末に、シリコン粉末を１ｍａｓｓ．％添加した混合粉末（アルミニウム粉末：シリコン粉末＝９９：１（ｍａｓｓ．％））に、ワックスと樹脂より構成される有機バインダーを添加して、コンパウンドを作製し、全長１１０ｍｍ、幅７．５ｍｍ、厚さ４ｍｍの板状引張試験片の形状に射出成形した。
【００３７】
（２）焼結体の作製
有機バインダーの添加量は、３８ｖｏｌ．％、である。得られた成形体をアルゴンガス気流中で３９０℃まで加熱脱脂して、添加した有機バインダーを８０％以上除去した後、１０−３Ｐａオーダーの真空中で２時間焼結し、その後、室温まで炉冷した。焼結後の焼結体の相対密度を表１に示す。焼結体の相対密度は９６．０％と高い値を示した。なお、相対密度は、純アルミニウムの理論密度２．７ｇ／ｃｍ３を１００％として換算した。
【００３８】
【表１】
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【実施例２】
【００３９】
原料粉末として、アトマイズ法で作製された平均粒径が２０μｍの純アルミニウム粉末を使用した以外は、実施例１と同様にして、アルミニウム焼結体を作製した。焼結後の焼結体の相対密度を表１に示す。焼結体の相対密度は９１．６％と高い値を示した。
【実施例３】
【００４０】
原料粉末として、アトマイズ法で作製された平均粒径が３４μｍの純アルミニウム粉末を使用した以外は、実施例１と同様にして、アルミニウム焼結体を作製した。焼結後の焼結体の相対密度を表１に示す。焼結体の相対密度は、８５．８％であり、原料粉末の平均粒径が３４μｍと大きい場合であっても高い相対密度を示した。
【００４１】
比較例１
原料粉末には、アトマイズ法で作製された平均粒径が１１μｍの純アルミニウム粉末を使用した。アルミニウム粉末に、ワックスと樹脂より構成される有機バインダーを３８ｖｏｌ．％添加してコンパウンドを作製し、板状引張試験片の形状に射出成形した。得られた成形体をアルゴンガス気流中で３９０℃まで加熱脱脂して、添加した有機バインダーを８０％以上除去した後、１０−３Ｐａオーダーの真空中、６５０℃で２時間焼結し、その後、室温まで炉冷した。焼結体の相対密度を表１に示す。この焼結体の相対密度は８０．８％であった。
【００４２】
比較例２
原料粉末に、アトマイズ法で作製された平均粒子径が２０μｍの純アルミニウム粉末を使用した以外は、比較例１と同様にして、アルミニウム焼結体を作製した。焼結体の相対密度を表１に示す。この焼結体の相対密度は７５．８％であった。
【００４３】
比較例３
原料粉末に、アトマイズ法で作製された平均粒子径が３４μｍの純アルミニウム粉末を使用した以外は、比較例１と同様にして、アルミニウム焼結体を作製した。焼結体の相対密度を表１に示す。この焼結体の相対密度は６５．５％であった。
【００４４】
表１において、参考例１は、純アルミニウムの溶製法による板材の値である。シリコン粉末を添加していない比較例１、２、３では、アルミニウム粉末の平均粒径が３４μｍ、２０μｍ、１１μｍのとき、焼結体の相対密度は、それぞれ６５．６％、７５．８％、８０．８％となり、粒径が小さくなる程、密度が高くなるが、焼結部材としては不十分である。実施例１、２、３では、シリコン粉末の添加により、アルミニウム粉末の粒径に関わらず相対密度が１５〜２０％程度増加することが分かる。表１の中で最も粒径の大きい（３４μｍの）アルミニウム粉末を使用した実施例３でも、８５．８％まで相対密度が向上し、焼結部材として実用に近いレベルに達している。以上の実施例及び比較例の対比により、シリコン粉末を添加すると、アルミニウム粉末の粒径に関わらず相対密度が大幅に向上することが分かる。
【００４５】
図２に、実施例１の焼結体（ａ）、比較例１の焼結体（ｂ）、及び射出成形後のグリーン成形体（ｃ）、の外観写真を示す。試験片の全長は、グリーン成形体で１１０ｍｍであるが、焼結による収縮により、実施例１では全長９５ｍｍ、比較例１では全長１０２ｍｍとなり、焼結後の密度を反映した収縮を現している。
【実施例４】
【００４６】
本実施例では、表１に記載した焼結体の中で最も高密度となった実施例１の焼結体の室温引張特性（実施例１）を測定し、日本工業規格（ＪＩＳ  Ｈ４０００：２００６）の純度９９．０％の純アルミニウム板材（焼鈍材）の室温引張特性（参考例２）と比較した。その結果を表２に示す。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
表２から明らかなように、実施例１の焼結体と参考例２の溶製板材の引張特性に大きな変化は認められない。この原因としては、シリコン粉末の添加量が１％と少量であり、合金化の作用が少ないため、材料特性の変化がほとんどなく、シリコン粉末添加が焼結性の向上に大部分作用するものと考えられる。言い換えれば、シリコン粉末が焼結助剤として作用したものと云える。
【００４９】
なお、アルミニウム粉末に対するシリコン粉末の添加量は、０．７５〜２．０％（重量比）までとすることが好適である。図１の結果から、添加量が０．７５％未満では、焼結性向上の効果が弱い。また、２％を超えると、合金化による材料特性の変化（融点の低下、延性の低下）が顕在化する。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上詳述したように、本発明は、金属粉末射出成形法による高密度のアルミニウム焼結材の製造方法に係るものであり、本発明により、平均粒径が３５μｍ程度までの粒径の粗いアルミニウム粉末にシリコン粉末を焼結助剤として添加することにより、シリコン粉末は焼結助材としての作用を示し、少量で焼結を促進し、しかも焼結体の材料特性の変化（融点の低下、延性の低下）を招くことなく８０％以上の相対密度を有する緻密な焼結材を製造することが可能となる。本発明により製造されたアルミニウム焼結材は、平均粒径が３５μｍ程度までの粒径の粗いアルミニウム粉末を用いた場合でも、純度９９％のアルミニウム板材（焼鈍材）と比較して遜色のない機械特性を有することから、本発明は、金属粉末射出成形法によるアルミニウム焼結部材の製造、及び製品の用途範囲を拡大するものであり、特に、近年、軽量化が求められている自動車をはじめとする各種輸送機の部材として好適に使用可能な新しいアルミニウム焼結材を提供するものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】シリコン添加量とアルミニウム焼結体の相対密度（焼結密度）の関係を示す。
【図２】グリーン体と焼結体の外観写真を示す。（ａ）：実施例１、（ｂ）比較例１、（ｃ）グリーン体。
【図１】
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【図２】
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