(57)【要約】【課題】合金成分に拘わらず種々の融点のアルミニウム合金に適用することができ、しかもリサイクル性に優れた発泡部材を安価に製造することができる発泡アルミニウム合金部材の製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム合金を加熱して溶解させた溶湯中に、炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの混合物を添加して発泡させ、この発泡溶湯を型中で急速凝固させる。または、上記溶湯中に上記炭酸塩の混合物を添加した後、該溶湯を発泡させることなく凝固させ、これを粉砕してペレットとなし、このペレットを必要に応じて前駆体に成形したのち、型中で加熱し、発泡させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金の溶湯中に炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの混合物を添加して発泡させ、型中で急速凝固させる発泡アルミニウム合金部材の製造方法であって、アルミニウム合金の溶湯温度が６００〜７００℃であり、該溶湯中に添加する炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの量の比が９０：１０から５０：５０の範囲であることを特徴とする発泡アルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項２】
アルミニウム合金の溶湯中に炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの混合物を添加し、発泡させることなく凝固させたアルミニウム合金を粉砕してペレットとなし、該ペレットを型中で加熱して発泡させる発泡アルミニウム合金部材の製造方法であって、アルミニウム合金の溶湯温度が６００〜７００℃であり、該溶湯中に添加する炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの量の比が９０：１０から５０：５０の範囲であることを特徴とする発泡アルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項３】
前記溶湯温度が６００〜６５０℃の範囲の際は該溶湯中に添加する炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの量の比を９０：１０〜８０：２０とし、前記溶湯温度が６５０〜７００℃の範囲の際は８０：２０〜５０：５０とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡アルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項４】
炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムの混合物の添加量がアルミニウム合金に対する質量比で１〜５％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の発泡アルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項５】
炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムの混合物を添加に先立って、Ｍｇ及び／又はＺｒをアルミニウム合金に対する質量比で１〜３％添加することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の発泡アルミニウム合金部材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の方法を用いて製造したことを特徴とする発泡アルミニウム合金部材。
【請求項７】
アルミニウム合金の溶湯中に炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの混合物を添加し、発泡させることなく凝固させたアルミニウム合金を粉砕して成ることを特徴とする発泡性アルミニウム合金ペレット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質アルミニウム合金、中でも発泡アルミニウム合金から成る部材の製造方法と、当該方法によって製造された発泡アルミニウム合金部材、さらにはこのような発泡部材の製造に用いる発泡性アルミニウム合金ペレットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発泡アルミニウムは、軽量で断熱性や遮音性など優れた機能を有する材料であって、中でも圧縮荷重が作用したときに一定の応力下で変形が進行する、いわゆるプラトー現象を持つことから、例えば自動車の車体へ応用すれば、衝突時の衝撃エネルギを効率よく吸収することができ、衝撃吸収部材として好適なものとなる。
【０００３】
このような発泡アルミニウムの製法としてはアルミニウム粉末と発泡剤との混合物からなるプリカーサを加熱して発泡させる方法（例えば、特許文献１参照）や溶融アルミニウムに発泡剤を添加して発泡させる方法（例えば、特許文献２参照）が知られており、いずれの場合も、発泡剤としてＴｉＨ２などの金属水素化物を添加して発泡させるようにしている。
このような溶融アルミニウムに発泡剤を添加する方法は、焼結のようなアルミニウム粉末を出発原料とする方法と比較すれば、生産性に優れ、コスト面で勝っていると言うことができる。
【０００４】
一方、上記のような高価な水素化物ではなく、より安価な発泡剤として炭酸塩を使用することも知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−１２６０５号公報
【特許文献２】特開２０００−３２８１５５号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような発泡剤を添加する方法においては、アルミニウム合金溶湯の粘性を調整するために、Ｃａを添加するのが一般的であって（上記特許文献に加えて、例えば、Advanced Engineering Materials 2000, 2, No.4, p.179 - 183参照）、このようなＣａを含むアルミニウム合金はリサイクルして再利用する際の障害になりやすい。
また、炭酸カルシウムのような炭酸塩を単独で添加する方法においては、発泡する温度、すなわち炭酸塩の分解温度がほぼ一定であるため、適用可能なアルミニウム合金もそれに応じた融点を持つ合金に限られてしまうことになる。
【０００６】
本発明は、アルミニウム合金溶湯に発泡剤を添加する従来の発泡アルミニウムの製造方法における上記のような課題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、合金成分に拘わらず種々の融点のアルミニウム合金に適用することができ、しかもリサイクル性に優れた発泡部材を安価に製造することができる発泡アルミニウム合金部材の製造方法と、このような方法によって製造された発泡アルミニウム合金部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記目的を達成すべく、発泡剤の種類や量、発泡条件などについて鋭意検討した結果、炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの混合物を発泡剤として用いることにより、溶融温度の異なる種々のアルミニウム合金に対応することができることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の発泡アルミニウム合金部材の製造方法は、アルミニウム合金を加熱して溶解させた溶湯中に、炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの混合物を添加して発泡させ、この発泡溶湯を型中で急速凝固させる製造方法、あるいは、上記溶湯中に同様に炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの混合物を添加し、発泡を開始する前に凝固させたアルミニウム合金を粉砕してペレットとなし、該ペレットを必要に応じて成形してプリカーサ（前駆体）としたのち、型中で加熱して発泡させる製造方法において、アルミニウム合金の溶湯温度が６００〜７００℃であって、該溶湯中に添加する炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの量の比が９０：１０から５０：５０の範囲であることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の発泡アルミニウム合金部材は、上記方法によって製造されていることを特徴としている。
【００１０】
そして、本発明の発泡性アルミニウム合金ペレットは、アルミニウム合金の溶湯中に上記炭酸塩の混合物を添加し、発泡させることなく凝固させたアルミニウム合金を粉砕して成るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの混合物を発泡剤として使用するようにしているため、分解温度の異なるこれら両炭酸塩の配合比を調整することによって、発泡剤の分解温度を成分の異なる各種アルミニウム合金の融点に適合させることができ、発泡が効率的に行なわれるようになって、高い発泡率を備えた発泡アルミニウム合金部材を安定して、低コストに製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明について、さらに詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を意味するものとする。
【００１３】
溶融アルミニウム合金を出発原料として発泡アルミニウム合金部材を作製するには、当該アルミニウム合金の溶融温度において分解し、発泡する発泡剤を選択することが必要となる。
また、発生したガスをアルミニウム合金の溶湯中に分散させ、滞留させるためには溶湯の粘性を高める必要もある。
【００１４】
使用するアルミニウム合金は、素材入手のし易さ、価格、使用目的に応じた機械的性質等を考慮して選定され、その合金の溶融温度で効率的に発泡する発泡剤が望ましいことになる。
アルミニウム合金としては、融点の高い純アルミニウムや合金元素量の少ない合金だけでなく、融点の低い一般的なアルミニウム合金、例えばＡｌ−Ｓｉ合金などを使用できれば価格や性能面でも有利となる。
【００１５】
発泡剤としてＴｉＨ２のような高価な金属水素化物でなく炭酸塩を使用すると、その分解温度にあわせた溶融温度にしなければならず、アルミニウム合金の選択幅が狭まってしまう。
そこで、発泡剤としての炭酸塩の種類を１種類に限定することなく異なる分解温度を持つ炭酸塩を併用するようにすれば、発泡剤の効率的な分解・発泡温度をそれぞれのアルミニウム合金の溶融温度に適合させることができ、種々のアルミニウム合金をその目的に応じて、自由に選択することができるようになる。
【００１６】
すなわち、炭酸カルシウムの分解温度はおよそ５００〜９００℃、炭酸マグネシウムの分解温度は４００〜７００℃であることから、これら両炭酸塩を併用すれば、その配合によって最も効率的な分解・発泡温度を設定することができる。
具体的には、使用するアルミニウム合金の融点が低く、発泡温度を低くしたい場合には、炭酸マグネシウムの割合を多くし、融点の高いアルミニウム合金を使用する場合には、炭酸カルシウムの割合を高くするとよい。
【００１７】
実用的なアルミニウム合金の融点は、およそ５８０〜６６０℃の範囲内のものが大半であることから、発泡させるときの溶湯温度としては、それよりやや高い６００〜７００℃程度の範囲でよく、この時の発泡剤としての炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムとの配分比については、９０：１０〜５０：５０の範囲内とすることが好ましい。また、６００〜６５０℃の範囲では９０：１０〜８０：２０、６５０〜７００℃の範囲では８０：２０〜５０：５０とするのが更に好ましい。
この範囲を外れた配分割合では、上記の溶湯温度領域では分解・発泡が進み難く、発泡率の高いアルミニウム合金部材を形成することができなくなる可能性がある。
【００１８】
また、添加する発泡剤の量については、部材の形態や必要な発泡率などによっても異なるが、溶融アルミニウム合金に対して１〜５％の範囲が適当である。
すなわち、発泡剤の添加量が１％に満たない場合には、発泡の程度が少なく、いわゆる発泡アルミニウムとしての態をなさない。一方、５％を超えて添加しても、添加して分解・発泡するまでに時間を要するため、その間に酸化消耗する量も多くなって、有効に働く割合が小さくなることから、発泡率がさほど変わることはない。
【００１９】
発泡剤の分解・発泡によってできた気泡が溶融アルミニウム合金中に留まって分散するためには、アルミニウム合金溶湯の粘性がある程度高いことが望ましい。
粘性を高めるための方法としては、セラミック微粒子を分散させたりＣａのような活性金属を添加させることが有効であるが、使用後の発泡アルミニウム部材やスクラップをリサイクルするときには、これらの添加物は除去が困難であることから好ましくない。
【００２０】
ここで、ＭｇやＺｒは、Ｃａほどには活性ではないが、添加量と撹拌によって増粘効果が得られるため、これらの材料を発泡剤の添加の前に添加し、撹拌しておくことが望ましい。
これらＭｇやＺｒの添加に当たっては、Ａｌ−Ｍｇ合金やＡｌ−Ｚｒ合金の形態で添加することが望ましく、歩留まりを向上させることができる。これらの添加量としては、少ないと粘度上昇の効果が薄く、多いと粘度が高くなりすぎて分散度が低下する傾向となることから、１〜３％が好ましい。
【００２１】
溶融アルミニウム合金を出発原料とする本発明の発泡アルミニウム合金部材の製造方法としては、２種類のものが考えられる。
第１の方法としては、発泡させた溶融アルミアルミニウム合金を直ちに型中に導き、素早く冷却して、急速凝固させることによって部材とするものであり、第２の方法は、溶融アルミニウム合金に発泡剤を添加した後、その発泡開始前に冷却凝固させ、得られたインゴットを粉砕してペレットとし、これをそのまま、あるいは成形してプリカーサとし、型中で加熱して発泡させ、冷却・凝固させて部材とするものである。この第２の方法においては、工程が増すことになるが、安定した発泡率の部材を得ることができるので、発泡アルミニウム合金部材の要求性能に応じて使い分けることが望ましい。
【００２２】
なお、第１の方法においては、溶湯中に発生した気泡が消滅してしまわないうちに、発泡させた溶融アルミアルミニウム合金を型中で急速凝固させる必要があるが、このときの急速凝固とは、１０℃／ｓ以上、好ましくは３０℃／ｓ以上の冷却速度のものを意味する。
【００２３】
また、母材となるアルミニウム合金の種類は、特に限定されず、その融点に拘わらず、必要な発泡アルミニウム合金部材の性能に応じて、広範囲に選択することができる。
例えば、融点が低い方では、一般的なダイカスト用アルミニウム合金として、ＪＩＳ  Ｈ５３０２に規定されるＡＤＣ１２（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系、融点：約５８０℃）、ＡＤＣ１０（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系、融点：約５９０℃）、重力鋳造用のアルミニウム合金合金として、ＪＩＳ  Ｈ５２０２に規定されるＡＣ４Ｂ（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系、融点：約５９０℃）、ＡＣ８Ｃ（Ａｌ−Ｓｉ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系、融点：約５８０℃）、展伸材としてＪＩＳ  Ｈ４０００などに規定される４０３２合金（Ａｌ−Ｓｉ系、融点：約５８０℃）などを挙げることができる。
一方、融点が高い方では、同じく伸展剤としてＪＩＳ  Ｈ４０００に規定される６０６１合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、融点：約６５０℃）、５０５２合金（Ａｌ−Ｍｇ系、融点：約６５０℃）、鋳物用合金として上記ＪＩＳ  Ｈ５２０２に規定されるＡＣ１Ａ（Ａｌ−Ｃｕ系、融点：約６５０℃）などを挙げることができる。
【００２４】
さらに、上記のような既存の合金のみならず、強度や他の性能を考慮して新しく設計した合金を使用することも可能である。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されることはない。
【００２６】
表１に示すような種々のアルミニウム合金を坩堝中でそれぞれ１ｋｇ溶解し、所定の温度に保持した状態で増粘剤としてのＭｇを、実施例１、２及び比較例１、２にはそれぞれ１．５％添加し、同じく増粘剤としてのＺｒを実施例３に２．５％添加し、１０分間撹拌して粘度を調整しながら所定温度に達したところで、それぞれの発泡剤を添加し、２分間撹拌して発泡させ、直ちに鋳型中にて冷却し、急速凝固させることによって発泡アルミニウム合金部材を得た。
【００２７】
得られた実施例及び比較例に係わる発泡アルミニウム合金部材を切断し、発泡状態を観察すると共に、その密度及び空孔率を測定した。その結果を表１に併せて示す。
また、本発明による発泡アルミニウム合金部材の一例として、実施例３に係わる発泡部材の断面写真を図１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
上記の結果から明らかなように、炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムの混合物を発泡剤として添加することにより、相対密度（空孔部以外の金属が占める体積割合）が３０％程度の発泡アルミニウム部材を作製することができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明により製造された発泡アルミニウム合金部材の断面形状を示す写真である。
【図１】
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