(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複雑な形状を有するアルミニウム物体を製造する方法において、
第１の平均寸法を有するアルミニウム粒子の第１の粉末を提供する工程と；
酸化アルミニウムと共融混合物を形成することで知られており、第２の平均寸法を有する添加物粒子の第２の粉末を提供する工程と；
所定の質量比で上記粉末を一緒に混合し、次いで、結合剤材料を添加して素材を形成する工程と；
上記素材をモールド内へ射出して、生の部品を形成する工程と；
上記生の部品を上記モールドから解放し、上記結合剤のすべてを除去して、スケルトンを形成する工程と；
上記共融混合物を溶融するのに十分な温度で上記スケルトンを焼結し、それによりバルクの少なくとも９５％の密度で上記物体を形成するために上記アルミニウム粒子の焼結を容易にする工程と；
を有し、各粉末の混合物内の相対的な質量比が変化するとき、その各粉末の平均粒子寸法も、該質量比の変化に反比例して変化することを特徴とする方法。
【請求項２】
第１の質量比にあるアルミニウムの第１平均粒子寸法をそれに所定の因数を掛けた大きさとした場合に、混合物内のアルミニウム粒子の質量比を上記第１の質量比を上記所定の因数で割った大きさに等しい第２の質量比で置き換えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複雑な形状を有するアルミニウム合金の物体を製造する方法において、
第１の平均寸法を有するアルミニウム合金粒子の第１の粉末を提供する工程と；
酸化アルミニウムと共融混合物を形成することで知られている材料の、第２の平均寸法を有する粒子の第２の粉末を提供する工程と；
所定の質量比で上記粉末を一緒に混合し、次いで、結合剤材料を添加して素材を形成する工程と；
上記素材をモールド内へ射出して、生の部品を形成する工程と；
上記生の部品を上記モールドから解放し、上記結合剤のすべてを除去して、スケルトンを形成する工程と；
上記共融混合物を溶融するのに十分な温度で上記スケルトンを焼結し、それによりバルクの少なくとも９５％の密度で上記物体を形成するために上記アルミニウム合金粒子の焼結を容易にする工程と；
を有し、各粉末の混合物内の相対的な質量比が変化するとき、その各粉末の平均粒子寸法も、該質量比の変化に反比例して変化することを特徴とする方法。
【請求項４】
アルミニウム合金の上記平均粒子寸法をそれに一定の因数を掛けた大きさとした場合に、混合物内のアルミニウム合金粒子の上記質量比を上記因数で割った大きさとすることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
複雑な形状を有するアルミニウム物体を製造する方法において、
第１の平均寸法を有するアルミニウム粒子の粉末を提供する工程と；
第２の平均寸法を有する炭化ケイ素粒子の粉末を提供する工程と；
上記炭化ケイ素粉末の最大５質量％を上記アルミニウム粉末に添加し、上記粉末を一緒に混合し、次いで、結合剤を添加して、素材を形成する工程と；
上記素材をモールド内へ射出して、生の部品を形成する工程と；
上記生の部品を上記モールドから解放し、上記結合剤のすべてを除去して、スケルトンを形成する工程と；
次いで、上記炭化ケイ素粒子が上記アルミニウム粒子の焼結効率を改善するように上記スケルトンを焼結し、それによりバルクの少なくとも９５％の密度で上記物体を形成する工程と；を有し、各粉末の混合物内の相対的な質量比が変化するとき、その各粉末の平均粒子寸法も、該質量比の変化に反比例して変化することを特徴とする方法。
【請求項６】
上記結合剤が有機ポリマーであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記生の部品から結合剤のすべてを除去する工程が、溶剤抽出、熱処理、触媒抽出及びウィッキングからなる方法のグループから選択されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
上記スケルトンを加熱する工程が、３００℃の温度で１時間加熱し、次いで、６４０℃で１時間加熱する熱処理を含み、両方の熱処理が０．０１ｔｏｒｒ以下の真空下で遂行されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
第１の質量比にあるアルミニウムの第１平均粒子寸法をそれに所定の因数を掛けた大きさとした場合に、混合物内の炭化ケイ素の質量比も上記所定の因数を掛けた大きさとすることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
上記炭化ケイ素粉末が更に、１ないし５０μｍの間の平均寸法を有する粒子からなることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
複雑な形状を有するアルミニウム物体を製造する方法において、
第１の平均寸法を有するアルミニウム粒子の粉末を提供する工程と；
第２の平均寸法を有する金属フッ化物粒子の粉末を提供する工程と；
上記金属フッ化物粉末の最大５質量％を上記アルミニウム粉末に添加し、上記粉末を一緒に混合し、次いで、結合剤を添加して、素材を形成する工程と；
上記素材をモールド内へ射出して、生の部品を形成する工程と；
上記生の部品を上記モールドから解放し、上記結合剤のすべてを除去して、スケルトンを形成する工程と；
次いで、上記金属フッ化物粒子が上記アルミニウム粒子の焼結効率を改善するように上記スケルトンを焼結し、それによりバルクの少なくとも９５％の密度で上記物体を形成
する工程と；
を有し、各粉末の混合物内の相対的な質量比が変化するとき、その各粉末の平均粒子寸法も、該質量比の変化に反比例して変化することを特徴とする方法。
【請求項１２】
上記金属フッ化物がＮａＦ、ＣａＦ及びＭｇＦからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１1に記載の方法。
【請求項１３】
上記結合剤が有機ポリマーであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
上記生の部品から結合剤のすべてを除去する工程が、溶剤抽出、熱処理、触媒抽出及びウィッキングからなる方法のグループから選択されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
上記スケルトンを加熱する工程が、３００℃の温度で１時間加熱し、次いで、６４０℃で１時間加熱する熱処理を含み、両方の熱処理が０．０１ｔｏｒｒ以下の真空下で遂行されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
第１の質量比にあるアルミニウムの第１平均粒子寸法をそれに所定の因数を掛けた大きさとした場合に、混合物内の金属フッ化物の上記質量比も上記所定の因数を掛けた大きさとすることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
複雑な形状を有するアルミニウム合金の物体を製造する方法において、
アルミニウム合金粒子の粉末を提供する工程と；
炭化ケイ素粒子の粉末を提供する工程と；
上記炭化ケイ素粉末の最大５質量％を上記アルミニウム合金粉末に添加し、上記粉末を一緒に混合し、次いで、結合剤を添加して、素材を形成する工程と；
上記素材をモールド内へ射出して、生の部品を形成する工程と；
上記生の部品を上記モールドから解放し、上記結合剤のすべてを除去して、スケルトンを形成する工程と；
次いで、上記炭化ケイ素粒子が上記アルミニウム合金粒子の焼結効率を改善するように上記スケルトンを焼結し、それによりバルクの少なくとも９５％の密度で上記物体を形成する工程と；を有し、各粉末の混合物内の相対的な質量比が変化するとき、その各粉末の平均粒子寸法も、該質量比の変化に反比例して変化することを特徴とする方法。
【請求項１８】
上記アルミニウム合金がアルミニウムを含み、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ及びＴｉからなるグループから選択された１又はそれ以上の金属の合計１０質量％までを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記生の部品から結合剤のすべてを除去する工程が、溶剤抽出、熱処理、触媒抽出及びウィッキングからなる方法のグループから選択されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
上記スケルトンを加熱する工程が、３００℃の温度で１時間加熱し、次いで、６４０℃で１時間加熱する熱処理を含み、両方の熱処理が０．０１ｔｏｒｒ以下の真空下で遂行されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
第１の質量比にあるアルミニウム合金の第１平均粒子寸法をそれに所定の因数を掛けた大きさとした場合に、混合物内の炭化ケイ素の上記質量比も上記所定の因数を掛けた大きさとすることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
複雑な形状を有するアルミニウム合金の物体を製造する方法において、
アルミニウム合金粒子の粉末を提供する工程と；
金属フッ化物粒子の粉末を提供する工程と；
上記金属フッ化物粉末の最大５質量％を上記アルミニウム合金粉末に添加し、上記粉末を一緒に混合し、次いで、結合剤を添加して、素材を形成する工程と；
上記素材をモールド内へ射出して、生の部品を形成する工程と；
上記生の部品を上記モールドから解放し、上記結合剤のすべてを除去して、スケルトン
を形成する工程と；
次いで、上記金属フッ化物粒子が上記アルミニウム合金粒子の焼結効率を改善するように上記スケルトンを焼結し、それによりバルクの少なくとも９５％の密度で上記物体を形成する工程と；
を有し、各粉末の混合物内の相対的な質量比が変化するとき、その各粉末の平均粒子寸法も、該質量比の変化に反比例して変化することを特徴とする方法。
【請求項２３】
上記アルミニウム合金がアルミニウムを含み、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ及びＴｉからなるグループから選択された１又はそれ以上の金属の合計１０質量％までを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
上記金属フッ化物がＮａＦ、ＣａＦ及びＭｇＦからなるグループから選択されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
上記結合剤が有機ポリマーであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
上記生の部品から結合剤のすべてを除去する工程が、溶剤抽出、熱処理、触媒抽出及びウィッキングからなる方法のグループから選択されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
上記スケルトンを加熱する工程が、３００℃の温度で１時間加熱し、次いで、６４０℃で１時間加熱する熱処理を含み、両方の熱処理が０．０１ｔｏｒｒ以下の真空下で遂行されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
第１の質量比にあるアルミニウム合金の第１平均粒子寸法をそれに所定の因数を掛けた大きさとした場合に、混合物内の金属フッ化物の上記質量比も上記所定の因数を掛けた大きさとすることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、粉末冶金及び金属射出成形に特に関連する、アルミニウム及びその合金からの網形状及び他の複雑な幾何学形状を有する物体の形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム及びその合金は調理用具、産業構成部品、写真反射鏡及び貯蔵設備の如き多くの応用において普通に使用される。これらの材料は、他の金属合金では普通見られない軽量性、高熱伝導率、非磁性、高い強度対重量率の如きいくつかの極めて重要な所望の属性を有する。
【０００３】
調理用具に対しては、その軽量性、高熱伝導率及び高腐食抵抗が食品準備にとってそれを極めて魅力的なものにする。産業構成部品に対しては、その優れた腐食抵抗、高熱伝導率及び優勢な強度対重量率がハードディスクドライブにおけるアクチュエータアーム、吸熱源及び電子ケーシングの如き多くの重要な応用を可能にする。写真反射鏡に対しては、これが高反射率及び不変色特徴の利点を与える。更に、非磁性特徴は、バスバーハウジング又は他の電気設備のための囲いの如き電気的なシールド目的に対してアルミニウムを有用にする。
【０００４】
種々の応用におけるこれらのアルミニウム及びアルミニウム合金は多くの異なる方法で処理することができる。例えば、形状及びインベストメント鋳造法は低い設備投資で設計上の融通性を提供できるが、この方法は、各鋳造片に対して新たなモールドを必要とするため、大容積生産物には適さない。ダイカストは大容積能力及び設計上の融通性を提供するが、仕上がった部品が内部孔、吹出し穴及び望ましくないバリを有する傾向がある。押出し法は簡単であるが、幾何学形状が極めて限定される。鍛造においては、方法は良好な機械的特性を提供するが、形状の複雑さが限定され、付加的な補助の作業が必要となる。従って、すべてのこれらの方法は、大きな容積体における小型の構成部品の生産に適用する場合に、制限を受ける。
【０００５】
他の金属形成法は粉末冶金であり、この場合、金属粉末を使用して、優れた形状の複雑さ、最小レベルの孔を伴って、しかも材料の無駄を全く又は殆ど伴わずに、仕上がり物品の寸法的な仕様を満たす仕上がり製品へと形状づけられる。粉末冶金はこの分野で周知であるが、形状の複雑さはダイスコンパクティング（粉末成形）幾何学形状及び粉末の流動性により制限される。
【０００６】
金属射出成形（ＭＩＭ）は最近の２０年にわたって出願され、発行された多数の特許を伴う別の既知の分野である。しかし、これらは鉄、ステンレス鋼、低合金スチール及びタングステン合金の如き普通で低反応性の材料に限定されてしまう傾向を有する。金属射出成形法に使用した場合、粉末形状のアルミニウムは反応性で、表面酸化膜を迅速に形成することが分かっている。その結果、使用する焼結方法の如何に拘わらず、良好な機械的特性及び低不純物体を得ることが困難である。これらの酸化膜は容易に除去又は減少することができない。この理由のため、アルミニウム粉末で網状の及び複雑な部品を生産する方法は制限されてしまう。粉末冶金プレス操作は十分な圧力により大きな生の強度を提供するかもしれないが、金属射出成形はアルミニウム粉末から金属部品を生産するものとして知られていない。
【０００７】
従来技術のルーチン調査を行って次の関連する参考文献を見つけた。
米国特許第４，６２３，３８８号明細書は複合材料を生産する方法を記載している。アルミニウムのマトリックスは炭化ケイ素粒子により補強される。炭化ケイ素の濃度は（本発明のように）焼結能力を促進するために使用される濃度よりも大幅に大きかった。アルミニウム合金複合物の他の例は米国特許第４，９７３，５２２号及び同第６，０７７，３２７号各明細書内で見ることができる。これらの方法においては、炭化ケイ素をアルミニウム内へ添加する目的は高圧コンパクティングのためである（モールド温度はアルミニウムの融点６６０℃よりも高くなければならない）。これは、モールド温度が１５０℃よりも高くない本発明に対しては適用できない。これらの方法は焼結された複合体内の熱伝導率を向上させようとしている。それらは、生の部品が既に極めて高い密度（約９０−９５％）を有するが幾何学形状が極めて限定されるような粉末冶金方法を述べている。それらは、効果を見るには、炭化ケイ素の添加がかなりのものであることを要求する。
【０００８】
米国特許第５，０５７，９０３号明細書においては、アルミニウム及び炭化ケイ素粒子の使用は熱可塑性基礎の材料内での熱伝導率を促進するためのものであり、一方、米国特許第６，３４６，１３３号明細書は合金化粉末として炭化ケイ素を含む金属ベースの粉末組成を記載している。ここでは、炭化ケイ素は強度、延性及び機械加工能力を向上させるために高圧及び高温コンパクティングで鉄ベース又はニッケルベースの粉末内へ添加される。
【０００９】
米国特許第３，９７１，６５７号明細書においては、耐火酸化コーティングを有する金属の粉末からの微粒子金属の焼結体、特に多孔性焼結体の生産を教示している。焼結前に小比率のフラックスを微粒子金属と混合し、金属粒子の表面からの酸化物の除去を補助する。微粒子金属はアルミニウムとすることができ、このアルミニウムに、小比率の合金化要素の粒子を混合することができる。フラックスはフッ化アルミン酸カリウム複合体の混合物とすることができ；焼結後に、このフラックスの残留物が腐食に対して焼結物品を保護する補助をするコーティングを提供する。この米国特許の方法の重要な特徴は、焼結後の産品が大きな多孔率（及び低密度）を有することである。事実、この方法の１つの応用はフィルタの生産に対してである。
【００１０】
「金属射出成形のための素材及び方法」という名称の米国特許第６，２６２，１５０号明細書においては、新しい結合剤添加物がアルミニウムを含む多くの材料に対する固形充填(solid loading) を向上させることができると報告されているが、先に述べたように、粉末形状のアルミニウムは反応性を有し、特に結合剤を除去するために水への曝しが必要なため、良好な焼結挙動を発揮しない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の少なくとも１つの実施の形態の目的は、小寸法で複雑な形状のアルミニウム及びアルミニウム合金の物体を製造する方法を提供することである。
【００１２】
本発明の少なくとも１つの実施の形態の別の目的は、金属射出成形を基礎にこの方法を行うことである。
本発明の少なくとも１つの実施の形態の更に別の目的は、この方法が他の材料のために実施されるような金属射出成形と両立できるようにすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
これらの目的は、少なくとも９５重量％（質量％）の量のアルミニウムを含み、残りが必要な密度及び強度のために十分な量の炭化ケイ素又は金属フッ化物であるような素材へ要素粉末の組成物を混合することにより、達成された。この方法は、素材を吸熱源の如きコンパクティング成形品の形にモールド成形する工程と、次いで、６００℃ないし６５０℃の間の焼結温度でコンパクティング成形品を焼結する工程とを含む。
【００１４】
合金の焼結温度は真空又は窒素又はアルゴン雰囲気内で６００℃から６５０℃までの間である。所望の合金においては、この合金は、約９７重量％のＡｌ（アルミニウム）と、残りの３重量％の炭化ケイ素又は金属フッ化物からなり、０．０１ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気内での６００℃ないし６５０℃の間の焼結温度及び約６０分の焼結時間である。
【００１５】
本発明のアルミニウム合金の技術的利点は、合金のための源として比較的容易なことである。アルミニウム、炭化ケイ素及び金属フッ化物は世界中の粉末製造者からの購入が容易である。
【００１６】
本発明のアルミニウム合金は多くの複雑な形状及び寸法で経済的に大容積体として容易に製造することができる。
本発明の別の技術的利点は、優れた寸法制御及び機械的特性を伴って網形状にできることである。仕上がり部品に対して補助の操作は殆ど又は全く必要でない。更に、本発明は、重さ１グラム以下、壁厚０．３ｍｍ以下及び表面仕上げ０．５ミクロン（μｍ）以下での小型で複雑な幾何学形状の製造を可能にする。
【００１７】
【実施の形態】
既に述べたように、アルミニウム粒子上で成長し、従って粒子間の金属対金属結合を阻止する頑固な酸化層のため、従来、アルミニウムはＭＩＭのために幅広く使用されていなかった。本発明は、（酸化アルミニウムとの共融混合物を形成することにより）焼結を補助する少量の材料の添加が酸化物を溶融し、アルミニウム表面間の緊密な接触を許容することを教示する。
【００１８】
添加される焼結補助材料に対するアルミニウム又はアルミニウム合金（アルミニウムおよびＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ及びＴｉからなるグループから選択された１又はそれ以上の金属の合計１０重量％までを含むものとして定義される）の重量比（質量比）は９５−９９重量％とすべきである。粉末内の金属粒子寸法の選択及び制御は本発明の重要な態様である。焼結物品を生産するために使用される金属粉末寸法及び粉末寸法分布は得られる最終製品の特性に効果を及ぼす。それ故、本発明で使用される金属粉末寸法及び粉末寸法分布は生産される合金に対して最大密度及び他の所望の特性を与えるように選択される。本発明の重要な特徴として、（アルミニウム粒子寸法）：（添加物粒子寸法）の比率を３：１３を越えるべきでない（３：５が好ましい）ことを教示する。更に、アルミニウム及び添加物の両方の重量比はそれらの平均粒子寸法に反比例する。従って、例えば、アルミニウムの平均粒子寸法を２倍とした場合は、混合物内のアルミニウム粒子の重量比を半分に減らさなければならない。
【００１９】
好ましくは、アルミニウム粉末は約１ないし１５ミクロンの平均粒子寸法を有するべきであり、炭化ケイ素又は金属フッ化物のような添加物は１ないし５０ミクロンの平均粒子寸法を有する。ほんの少量の混合物が焼結補助元素として必要である。その理由は、アルミニウム粒子が互いに結合するときに、共融液体がアルミニウム粒子間から徐々に絞り出され最終的に表面で終了するからである。
添加物粒子が大き過ぎると、混合物全体にわたって分布する粒子が少な過ぎることになる。添加物材料の重量割合が大き過ぎると、余剰の添加物が反応しなくなり、その関連する高溶融温度でその元の状態に留まる。これらは焼結せず、局部的に未焼結の構造体となってしまう。
【００２０】
アルミニウム、炭化ケイ素及び金属フッ化物の粒子は必要な粒子寸法の範囲で商業的に入手できる。次いで、上述の組成を有する金属粉末が（結合剤としても知られる）可塑剤と混合されて素材を形成し、この素材は重量プレスを使用してコンパクティングすることができ、普通の射出成形機を使用して射出成形することができる。当業者にとって周知のように、有機ポリマー結合剤は、典型的には、成形品が焼結工程前に結合解除されるまで、これらを一緒に保持する目的で、成形品内に含まれる。有機ポリマー結合剤は水を基礎とする結合剤又は水溶性ポリマーよりが好ましい。その理由は、水が反応性アルミニウム粉末と反応し
て表面酸化膜の形成を加速することがあるからである。
【００２１】
本質的に、金属物品の特性に害を及ぼすような望ましくない残留物を残すことなく上昇温度下で分解できる場合は、いかなる有機材料も機能でき、本発明に使用できる。好ましい材料はステアリン酸、微粉ワックス、パラフィンワックス及びポリエチレンの如き種々の有機ポリマーである。
【００２２】
次いで、素材はコンパクティング又は射出成形される。特に、金属粉末は生の物品を形成するために普通の射出成形機を使用して射出成形できる。生の物品の寸法は使用する工具の寸法により決定され、工具の寸法は焼結工程中の物品の収縮を考慮しながら所望の仕上がり物品の寸法により決定される。同様に、金属粉末は生の部品を形成するためにダイス内で重量液圧又は機械プレスによりプレスすることができる。
【００２３】
素材が（複雑な幾何学形状とすることのできる）所望の形状にコンパクティング又は射出成形された後、溶剤抽出、熱触媒又はウィッキング（毛細管現象を利用した除去方法）の如き（ただし、これらに限定されない）金属射出成形に利用できる周知の結合解除技術の任意の１つにより、結合剤を除去する。
【００２４】
続いて、結合剤を除去した成形又は形成物品はバッチ真空、連続雰囲気又はバッチ雰囲気の如き（ただし、これらに限定されない）多数の炉型式の任意の１つにおいて焼結工程で緻密化される。好ましくは、焼結工程はバッチ真空炉内で実施される。有効で経済的だからである。
【００２５】
焼結工程のために使用される支持板の選択は重要である。アルミナの如き焼結条件下で分解又は反応しない材料を炉内で物品のための支持板として使用することが望ましい。適当な板を使用しない場合は、金属合金の汚染が生じることがある。例えば、グラファイト板は、本発明に使用されるアルミニウム合金と反応する可能性があるので、不適当である。
【００２６】
焼結は、生の物品を焼結製品、即ち、理論上少なくとも９５％（好ましくは理論上少なくとも９９％）の密度を有する製品に変換させるのに十分な時間及び温度で実施される。
【００２７】
アルミニウム合金を生産するのに適した焼結方法は物品の反り、ひび割れ及び不均一収縮の如き一般の欠陥を阻止するために特別な注意を必要とする。焼結は真空又は窒素又はアルゴン雰囲気内で実施することができ、好ましくは、０．０１ｔｏｒｒ以下の真空又は０．６％以下の酸素含有量及び相対湿度を有するガスである。温度は２５℃／時ないし４５℃／時の傾斜率で室温から焼結温度まで徐々に傾斜上昇する。典型的には、温度は３０ないし９０分で６００℃ないし６５０℃の間である。焼結温度での１ｔｏｒｒ以下の良好な真空は炉内で優れた温度均一性を提供し、これが、バッチ寸法での物品の一様で均一な収縮をもたらす。
【００２８】
焼結中は注意を払わねばならない。温度傾斜率が急激過ぎ、焼結温度及び時間が不十分であると、密度、強度、一貫しない収縮、脆さ等に関する不良特性を有するアルミニウム合金の生産となってしまう。
【００２９】
本発明に従って有効かつ経済的にアルミニウムスチールを製造するのに特に有効だと判明した焼結プロフィールの例は、０．０１ｔｏｒｒ以下の真空内で３０℃／時で室温から３００℃まで生の物品を加熱し、約０．５−１．０時間だけその温度で維持することを含む。次いで、温度が６００℃−６５０℃の焼結温度に達するまで、傾斜率を５０℃／時に増大させ、３０−１２０分間だけ維持させる。次いで、炉の冷却ファンによりアルゴン又は窒素の如き不活性ガスを使用して、温度を徐々に又は急激に冷却させる。
【００３０】
焼結アルミニウム合金の物理的な寸法及び重量はバッチ毎に一貫している。同じバッチ内での寸法及び重量の変化は最小である。寸法及び重量の精密な公差を達成でき、従って、高価で困難を伴うことがある補助的な機械加工の必要性を排除する。
【００３１】
焼結工程が完了した後、本発明の教示に従って製造されたアルミニウム合金の部品は焼結炉から取り出すことができ、そのまま使用されるか、または、焼結表面を清掃するためのガラスビード処理及び鋭利な縁部を円滑にするためのタンブリングの如き周知の普通の補助操作を受けることができる。
【００３２】
本発明において生産されたアルミニウム合金は従来のアルミニウム合金と同じ方法で種々の異なる産業応用に使用することができ、その最も価値のある応用は、高度な複雑さ又は小型化が必要な分野である。
【００３３】
本発明の焼結されたアルミニウムは広範囲の複雑な形状及びプロフィールにわたって容易かつ迅速に生産することができる。連続する部品間の重量及び物理的寸法の変化は極めて小さく、これは、後焼結機械加工及び機械作業を全体的に排除できることを意味する。
例
２重Ｖ型ブレンダー機において、８ミクロンの平均粒子寸法を有する６８，６７０グラムのアルミニウム粉末と、４０ミクロンの平均粒子寸法を有する２，１３０グラムの炭化ケイ素粉末と、４６０グラムのステアリン酸とを４時間ブレンドした。均質な混合体が得られた後、混合体を混合機へ移した。
【００３４】
混合機は２重遊星ミキサーであり、ここで、２重壁鉢内で循環する油を使用して、鉢を１５０℃に加熱した。十分にブレンドされた粉末混合物を、３，２３０グラムの微粉ワックスの有機結合剤と、３，２３０グラムの半精錬パラフィンワックスと、２，３１０グラムのポリエチレンアラトンと一緒に鉢内に配置した。
【００３５】
均質の粉末／結合剤混合物を形成するために粉末及び有機結合剤は４．５時間かけたが、最後の１時間は無駄であった。次いで、粉末／結合剤混合物を混合鉢から取り出し、空気中で冷却した。冷却して室温で固化した後、混合物を粒化して粒状素材を形成した。ヘリウムガス比重瓶により粒状素材の密度を測定したところ、理論上の密度に一致することが分かった。
【００３６】
射出成形機を矩形のブロックのためのモールドに取り付けた。焼結されたブロックは２５．０×１５．０×３．５ｍｍの合計長さを有する。１０％の予期される線形焼結収縮に基づき、モールドはすべての寸法において矩形のブロックよりも１０％大きい。射出成形組成物は１９０℃の組成温度で溶融され、１００℃のモールド内へ射出された。約２０秒の冷却時間後、モールドから生の部品を取出した。
【００３７】
生の矩形ブロックを酸化アルミニウムの支持板上に置き、３０℃／時の割合で３００℃に加熱し、５０℃／時の割合で６４０℃に加熱される前に１時間保持し、焼結炉内で０．０１ｔｏｒｒの真空の下で１時間保持した。焼結時間は６４０℃で６０分とし、次いで、焼結炉を冷却した。これは、精確に正しい寸法を有する矩形ブロックを与えた。
【００３８】
１２５個の矩形ブロックのサンプルを作り、重量及びその厚さを測定し、分布を示すヒストグラムをプロットした。図１に示す結果は、厚さ寸法の３シグマ分布でのＣｐ（（ＵＳＬ−ＬＳＬ）／６σ；ここに、ＵＳＬは仕様上限、ＬＳＬは仕様下限である）が１．５８であることを示す。真空焼結を使用する工程は寸法に関する優れた工程制御でアルミニウム合金を生産した。０．５％の線形公差が厚さ寸法に適用される場合、厚さの仕様は３．５０±０．０１５ｍｍとなる。Ｃｐｋ（（ＵＳＬ−μ）；ここに、μは平均である）は１．５５となる。表面仕上げは０．８ないし１．６ミクロンのＲａ（粗さ値）である。
【００３９】
本発明の方法のフローチャートは図２に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】厚さに対する多数のサンプルをプロットしたヒストグラム図である。
【図２】本発明の方法を示すフローチャートである。
【図１】
0004748915.tif 000002
【図２】
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