(57)【要約】【課題】  従来の発泡剤は、Ｈを含むため水素爆発の危険が伴なうと共に高価であった。【解決手段】  発泡剤２０は、ＣａＣＯ３粉末又はＭｇＣＯ３粉末からなる発泡性粉末１３と、この発泡性粉末１３の表面を覆うＳｉＯ２コーティング層２１とからなる。【効果】  ＳｉＯ２は濡れ性が良好であるため、この層を発泡性粉末に施すことで得た発泡剤は、溶融金属柱に良く分散し、均一に孔が分散した良質な発泡／多孔性金属を得ることができる。発泡剤は、発泡性粉末にＳｉＯ２をコーティングしただけのものであるから、廉価であり、且つＨ基を含まぬ発泡性粉末を用いたので、水素爆発の危険も無い。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡／多孔質金属を製造するときに用いる発泡剤において、この発泡剤は、発泡性粉末と、この粉末の表面を覆うＳｉＯ２コーティング層とからなることを特徴とする発泡／多孔質金属製造用発泡剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発泡／多孔質金属の製造に用いる発泡剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属若しくは粉末金属に発泡剤を添加し、これらを加熱するなどして発泡剤をガス化し、金属中に無数の孔を形成することで発泡金属若しくは多孔質金属を得る技術は知られている。狭義には発泡金属は無数の孔にガスを封じ込め、多孔質金属はガスを放出する点で差があるが、無数の孔を有する点では同一であるから、発泡／多孔質金属と一括して呼ぶことにする。
【０００３】
従来、発泡可能な金属体の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１。）。
【特許文献１】特許第２８９８４３７号明細書（第５頁）
【０００４】
特許文献１には、同公報の段落番号［００２２］第５行に「水素化チタン０．２重量％」や、同第１９行に「炭酸水素ナトリウム」のごとく発泡剤の具体例が記載されている。
【０００５】
酸素との結びつきが強いアルミニウムを発泡させるには、還元力の強い水素を含む水素化チタンや炭酸水素ナトリウムの使用が一般的である。
【０００６】
しかし、水素化チタンや炭酸水素ナトリウムは高価であり、発泡／多孔質金属の製造コストを押上げるという課題がある。
また、発生する水素ガスは爆発しやすい気体であり、取扱いに十分な注意を払わなければならず、作業者の負担は大きくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、廉価で水素爆発の危険が無い発泡剤を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、水素を含まぬ発泡剤で且つ廉価な発泡剤である炭酸ナトリウムが使用できれば、上記課題が解決できるため、炭酸ナトリウムの再評価を試みた。
【０００９】
先ず、溶融アルミニウムに炭酸ナトリウム粉末を混ぜて発泡性金属を製造した。この発泡性金属をカットし、顕微鏡で観察したところ、孔が大きく且つ単位体積当りの孔の数が期待したより少なかった。これは、予想していたとおりである。
【００１０】
大きな孔は、生成した泡が溶融金属中で合体したものであるが、炭酸ナトリウムは溶融アルミニウムと濡れ性が著しく悪く、均一に分散しない。そのために一箇所で多量に分解気泡が発生したために、気泡同士が衝突成長したものと考えられる。
【００１１】
新たな発泡剤として溶融アルミニウムと濡れ性がよい物質を使用すれば均一に分散し、気泡の合体を抑制することができると考えるに至った。
そこで、より濡れ性の良い材料を模索し、その過程で、入手容易で且つ極めて安価な材料であるＳｉＯ２に着目した。
【００１２】
材料の振れ性を評価するために接触角を調べた。
図１は接触角の説明図である。
（ａ）において、溶融金属１０に鉛直に且つ上から静かに試験片１１を沈め、液面に生じる窪みの縁と鉛直線とのなす角を調べる。この角度θを接触角と定義する。
【００１３】
（ｂ）では濡れ性の良い試験片１１を溶融金属１０に沈めた。濡れ性が良いと接触角θは減少する。すなわち、濡れ性が悪いと（ａ）のごとく接触角θが大きくなる。
このように、接触角θを調べることで濡れ性を評価することができる。
【００１４】
図２は材料別の接触角／濡れ性を表すグラフである。
先ず、試験片１１(図１参照)は、ＣａＣＯ３やＳｉＯ２のピースとし、溶融金属１０は溶融アルミニウムとして、接触角を調べた。ＣａＣＯ３は接触角が大きく、ＳｉＯ２は接触角が小さいことが分かった。このことから、ＳｉＯ２はＣａＣＯ３より十分に濡れ性が良いことが確認できた。
【００１５】
そこで、ＣａＣＯ３の粉末をＳｉＯ２でコーチングすれば、発泡の初期段階では濡れ性の良いＳｉＯ２が機能して、泡の移動を防止し、泡同士の衝突、合体を防止できるのではないかと考え、発泡金属を製造したところ、良い結果を得た。詳細は後述する。
【００１６】
そこで、請求項１は、発泡／多孔質金属を製造するときに用いる発泡剤において、この発泡剤は、発泡性粉末と、この粉末の表面を覆うＳｉＯ２コーティング層とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発泡剤は、発泡性粉末と、この粉末の表面を覆うＳｉＯ２コーティング層とからなることを特徴とする。
【００１８】
ＳｉＯ２は濡れ性が良好であるため、この層を発泡性粉末に施すことで得た発泡剤は、溶融金属柱に良く分散し、均一に孔が分散した良質な発泡／多孔性金属を得ることができる。
【００１９】
発泡剤は、発泡性粉末にＳｉＯ２をコーティングしただけのものであるから、廉価であり、且つＨ基を含まぬ発泡性粉末を用いたので、水素爆発の危険も無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
まず、本発明に係る発泡剤製造方法である共沈法を説明する。
図３（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る発泡剤の共沈法工程図である。
（ａ）において、容器１０に入れたＮａ２ＳｉＯ３水溶液１１を加熱手段１２で約４０℃まで加熱する。
【００２１】
（ｂ）において、Ｎａ２ＳｉＯ３水溶液１１に強酸（例えば塩酸）を混ぜ且つ発泡性粉末１３を入れる。この発泡性粉末１３は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）や炭酸マグネシウム（ＭｇＯ３）などの炭酸塩が適当である。爆発の危険が無い炭酸ガス（二酸化炭素ガス）を発生するからである。
【００２２】
なお、前記炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）は、入手が容易で、安定性に富む塩基性炭酸マグネシウム（４ＭｇＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ２）・５Ｈ２Ｏ））を脱水処理等を施すことにより生成することができる。
【００２３】
（ｃ）において、攪拌手段１４にてＮａ２ＳｉＯ３水溶液１１と塩酸（ＨＣｌ）と発泡性粉末１３とを十分に攪拌する。この攪拌により次に示す反応が起こる。
【００２４】
【化１】
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【００２５】
（液）は液体（水溶液）を示し、（固）は固体（粉末又は膜）を示す。
Ｎａ２ＳｉＯ３水溶液に強酸である塩酸（ＨＣｌ）を加え、溶液を弱酸性にしたとき起こるコロイドけい酸の生成反応を利用してＳｉＯ２（固）を生成させる。このＳｉＯ２（固）がＣａＣＯ３の粉末表面を覆う。
【００２６】
なお、ＳｉＯ２は、シリカゲル（ＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ）の形態になる可能性が高い。
従って、ＳｉＯ２コーティング層を構成するＳｉＯ２に、シリカゲルを含める。
【００２７】
（ｄ）において、濾紙等の濾材１５にて混合液を濾過する。このときに吸引することで濾過作業を促す。
（ｅ）において、乾燥させることにより、所望の発泡剤２０を得る。
【００２８】
図４は本発明に係る発泡剤の模型図であり、発泡剤２０は、ＣａＣＯ３粉末又はＭｇＣＯ３粉末からなる発泡性粉末１３と、この発泡性粉末１３の表面を覆うＳｉＯ２コーティング層２１とからなる。
【００２９】
以上の述べた構造の発泡剤２０を用いた発泡／多孔質金属の製造方法を次に説明する。
図５（ａ）〜（ｅ）は本発明の発泡剤を用いた発泡／多孔質金属の製造工程図である。
（ａ）において、ルツボ３１に７％珪素を含むＳｉ系アルミニウム合金３２を入れ、ヒータ３３で約７００℃に加熱して、金属を溶解する。なお、真空溶解するときには真空炉内でこの処理及び以降の処理を実施するが、ここでは真空炉は省略する。
【００３０】
（ｂ）において、攪拌手段３４で溶湯３５を撹拌しつつ、溶湯３５にＣａやＭｇの粘度調整剤３６を投入して粘度を調整する。
（ｃ）において、溶湯３５にさらに発泡剤２０を適量投入する。
【００３１】
（ｄ）は発泡剤２０がガス化したために溶湯３５が増量したことを示す。このままで、冷却を開始する。
（ｅ）において、適当な温度でルツボから外し、さらに冷却すれば、発泡／多孔質金属３７を得る。
【００３２】
図３に述べた共沈法の他、次に説明する蒸発法でも本発明の発泡剤を製造する
ことができる。
図６（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る発泡剤の蒸発法工程図である。
（ａ）において、容器１０に入れたＮａ２ＳｉＯ３水溶液１１へ強酸及び発泡性粉末１３を入れる。
（ｂ）において、加熱手段１２で加熱しつつ、Ｎａ２ＳｉＯ３水溶液１１と強酸と発泡性粉末１３とを撹拌する。この攪拌により次の反応が起こる。
【００３３】
【化２】
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【００３４】
反応の詳細は、先に説明したので省略する。
（ｃ）において、容器１０を加熱手段１２で引続き加熱することで水分を蒸発させ、結果として発泡剤２０を得る。この発泡剤２０の断面構造は図４で説明した通りである。
【００３５】
尚、発泡／多孔質金属はアルミニウム合金を原則とするが、金属（含む合金）であれば種類は問わず、例えばマグネシウム合金、鉄系合金、ステンレス鋼などが挙げられる。
【００３６】
また、発泡性粉末は炭酸塩が好適であるが、通常の発泡剤に用いられている材料であれば適宜使用することができる。
さらにまた、強酸として塩酸を用いたが、硫酸、硝酸であっても良く、強酸の種類は問わない。
【実施例】
【００３７】
本発明に係る実験例を次に説明する。なお、本発明はこの実験例に限定されるものではない。
Ａ：発泡剤を製造する条件
製造方法：  共沈法
Ｎａ２ＳｉＯ３（液）：  ２．０  質量％
ＣａＣＯ３（固）／Ｎａ２ＳｉＯ３（液）＝０．２１  ｇ／ｇ
ｐＨ：  ６．８７
乾燥温度：  １００  ℃
【００３８】
Ｂ：発泡金属を製造する条件
溶融すべき金属：  ７％珪素を含むＳｉ系アルミニウム合金
溶解設備：  真空溶解炉
熔解温度：  ７００℃
粘度調整剤：  Ｃａ、Ｍｇ
【００３９】
図７は発泡／多孔質金属密度を示すグラフである。
実施例（ＳｉＯ２コーティング層＋ＣａＣＯ３）の密度は、約１．０ｇ／ｃｍ３であった。
これに対してＣａＣＯ３のみを発泡剤として比較例１の密度は、約１．８ｇ／ｃｍ３であった。
また、従来採用されてきたＴｉＨ２を発泡剤として比較例２の密度は、約１．０ｇ／ｃｍ３であった。
【００４０】
縦軸の左に白抜き矢印で示したとおりに、密度が小さいほど発泡性が大きくなる。
実施例は、比較例１より十分に密度が小さく、発泡性が大きい。
また、実施例は、比較例２と同程度の密度の発泡性金属を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、車体フレームの中空部に充填する充填材に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】接触角の説明図である。
【図２】材料別の接触角／濡れ性を表すグラフである。
【図３】本発明に係る発泡剤の共沈法工程図である。
【図４】本発明に係る発泡剤の模型図である。
【図５】本発明の発泡剤を用いた発泡／多孔質金属の製造工程図である。
【図６】本発明に係る発泡剤の蒸発法工程図である。
【図７】発泡／多孔質金属密度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１３…発泡性粉末、２０…発泡剤、２１…ＳｉＯ２コーティング層、３７…発泡／多孔質金属。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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