(57)【要約】本発明は、構造を調整した金属発泡体の製造方法、およびこの方法で得られる発泡体状の金属体に関する。本発明は、発泡成形の前および／または発泡成形中に、元素周期系のＩＢからＶＩＩＩＢ族の金属が添加されることを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属発泡体の製造方法であって、前記発泡体の成形の前および／または成形中に、元素周期系のＩＢからＶＩＩＩＢ族の金属が添加される方法。
【請求項２】
前記発泡体の成形が、
発泡剤を含んだ金属粉末を圧縮し、こうして得られたプレフォームを、金属マトリックスの液相線温度より高く、かつ前記発泡剤の分解温度より高い温度まで加熱する工程、
溶融金属中に、発泡ガスを溶解させ、かつ／またはそれを吹き込む工程、
溶融金属中に、発泡剤を攪拌する工程、
金属中空球を焼結する工程、あるいは
金属が凝固した後に取り除かれる充填体中に、溶融金属を浸透させる工程
によって達成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＩＢからＶＩＩＩＢ族の金属が、粉末の形状で添加される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
チタン、銅、鉄、バナジウム、およびそれらの混合物からなる群から選択されるＩＢからＶＩＩＩＢ族の金属が用いられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
ＩＢからＶＩＩＩＢ族の金属が、発泡される金属、特に発泡される軽金属を基準として、０．００１重量％〜１重量％の量、特に０．０１重量％〜０．１重量％の量で添加される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
発泡剤が、金属、特に発泡される軽金属を基準として、０．１重量％〜５重量％の量、特に０．２５重量％〜２重量％の量で添加される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
用いられる発泡剤が、水素化マグネシウム、特に自触媒的に生成された水素化マグネシウムである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
発泡体のモルフォロジーを制御し、および／または発泡剤の使用効率を高めるための、金属発泡体の成形の前および／または成形中の、元素周期系のＩＢからＶＩＩＩＢ族の金属の使用。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる金属発泡体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御された構造を有する金属発泡体の製造方法、およびこうして得られる発泡体状の金属体に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属発泡体の製造の先行技術には、実質的に以下の５つの基本手順が含まれる：
１．適切な発泡剤を含んだ金属粉末を圧縮し、こうして得られたプレフォームを、金属マトリックスの液相線温度より高く、かつ用いられた前記発泡剤の分解温度より高い温度まで加熱する工程；
２．溶融金属中に、発泡ガスを溶解させるか、またはそれを吹き込む工程；
３．溶融金属中に、発泡剤を攪拌する工程；
４．金属中空球を焼結する工程；
５．金属が凝固した後に取り除かれる充填体（ｆｉｌｌｅｒ  ｂｏｄｉｅｓ）中に、溶融金属を浸透させる工程。
【０００３】
ＤＥ−Ａ−１９７  ４４  ３００号は、多孔性の軽金属部分または軽金属合金部分、すなわち加熱可能な、入口および出口開口部を有する密閉容器中で、発泡剤の分解温度より高く、かつ／または金属あるいは合金の溶融温度よりも高い温度まで加熱された混合粉末（軽金属またはアルミニウム合金、および発泡剤）の圧縮体の製造および使用を扱うものである。
【０００４】
特開平０３−０１７２３６  Ａ号は、溶融金属中にガスを溶解させ、次いで急激に減圧することにより発泡作業を開始することによって、空隙を有する金属製の物品を製造する方法について記載している。溶融物を冷却することにより、こうして得られた発泡体を安定化させる。
【０００５】
ＷＯ  ９２／２１４５７号は、例えばＳｉＣ、ＺｒＯ２などの研磨剤を安定剤として使用して、溶融金属の表面下にガスを吹き込むことによる、発泡アルミニウムまたは発泡アルミニウム合金の製造について教示している。
【０００６】
特開平０９−２４１７８０  Ａ号に記載された教示によれば、用いられる発泡剤の分解温度より低い温度で最初に金属を溶融させる結果として、発泡ガスの解離を制御することにより、金属発泡体が得られる。次に発泡剤を溶融金属中に分散させ、そのマトリックスを発泡ガスを解離させるのに必要な温度より高い温度まで加熱することによって、金属発泡体を成形する。
【０００７】
超軽量Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの中空球状発泡体の製造は、６００℃の水和されたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖの中空球を、１０００℃以上の温度で焼結を行うことに基づいている（Ｓｙｎｔｈ．／Ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ  Ｍｅｔ．Ｍａｔｅｒ．ＩＩ，Ｐｒｏｃ．Ｓｙｍｐ．２ｎｄ（１９９７），２８９−３００）。
【０００８】
発泡アルミニウムは、溶融アルミニウムを多孔性の充填剤中に浸透させた後に、その充填剤を凝固した金属から取り除くことによって得られる（Ｚｈｕｚａｏ  Ｂｉａｎｊｉｂｕ（１９９７）（２）１−４；ＺＨＵＺＥＴ，ＩＳＳＮ：１００１−４９７７）。
【０００９】
さらに、中空断面（ｈｏｌｌｏｗ  ｐｒｏｆｉｌｅｄ  ｓｅｃｔｉｏｎ）を有する構成部品は、重量を軽減し、剛性を高めるために、特に関心を集めている。ＤＥ−Ａ−１９５  ０１  ５０８号は、ダイカストアルミニウムから構成され、かつ中空形状部分を有する自動車のシャシの構成部品を扱うものであり、この中空断面の内側に発泡アルミニウムのコアが存在している。一体構造の発泡アルミニウムのコアは、予め粉末治金によって製造され、次いでダイカスト金型の内壁に固定され、ダイカストによって金属で覆われる。
【００１０】
先行技術を調査すると、発泡剤を含有するプレフォームの予備圧縮を提供する方法は、複雑で高コストであり、かつ大量生産には適していないことが認められる。さらに、これらの方法の一般的な特徴は、発泡される金属の融点と、用いられる発泡剤の分解温度との所望の温度差を、できる限り小さくするべきであることである。さもなければ、圧縮工程中またはその後の溶融段階中であっても、発泡剤の破裂分解が起こるためである。この所見は、発泡剤の溶融金属中への導入にも同様に当てはまる。
【００１１】
金属発泡体を成形するための予備成形された中空球の焼結は、せいぜい学究的関心を集めるに留まっている。なぜならば、中空球の製造でさえも、複雑な手順を必要とするからである。
【００１２】
多孔性の充填剤を発泡体マトリックス（ｆｏａｍ  ｍａｔｒｉｘ）から取り除く必要があり、これは困難な作業であるため、浸透技術が同様に検討される必要がある。
【００１３】
溶融金属中に、発泡ガスを溶解させるか、またはそれを吹き込むことは、ニアネットシェイプ部品の製造には適していない。なぜならば、吸蔵されたガス気泡を有する溶融物を含む系が、それがフォーミングダイ中で処理されるのに充分な時間、安定していないためである。金属発泡体の機械的性質は、用いられる金属または合金の選定に加えて、それらの構造によって実質的に決定される。
【００１４】
しかしながら、多孔性の金属体の製造中に行われる結合手順は、特に化学発泡剤の使用に基づいた方法の場合、大きさが同様な球状の気泡を有する均質な金属発泡体という所望の結果をもたらさないことが多い。これに関連するのが、例えば、多くの構造部品において金属発泡体に付随する機能として望ましいとされる見かけ密度の等方性の欠如である。その代わりに、金属体に肉厚な領域として凹凸が存在する（例えば、気泡膜が破れた結果として個々の気泡が互いに組み合わされて生じる、顕著な跡（ｆｏｏｔ）および／または縁部域（ｅｄｇｅ  ｚｏｎｅ）の形成および／または結合した間隙（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｃａｖｉｔｙ））。同時に、この性状の凹凸の発生は、発泡剤の使用が比較的非効率であったことを示す可能性がある。
【特許文献１】
ＤＥ−Ａ−１９７  ４４  ３００号
【特許文献２】
特開平０３−０１７２３６  Ａ号
【特許文献３】
ＷＯ  ９２／２１４５７号
【特許文献４】
特開平０９−２４１７８０  Ａ号
【特許文献５】
ＤＥ−Ａ−１９５  ０１  ５０８号
【非特許文献１】
Ｓｙｎｔｈ．／Ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ  Ｍｅｔ．Ｍａｔｅｒ．ＩＩ，Ｐｒｏｃ．Ｓｙｍｐ．２ｎｄ（１９９７），２８９−３００
【非特許文献２】
Ｚｈｕｚａｏ  Ｂｉａｎｊｉｂｕ（１９９７）（２）１−４；ＺＨＵＺＥＴ，ＩＳＳＮ：１００１−４９７７
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
したがって、本発明の目的は、化学発泡剤を用いて製造される金属発泡体の構造を特に制御するための、工業規模で用いることのできる方法を見出すものとして定義される。これに関連するのは、用いられる発泡剤（例えば金属水素化物）の使用を改良するという目的である。
【００１６】
したがって、上述の目的を達成する第１の実施形態は、金属発泡体の製造方法であって、発泡体の成形前および／または成形中に、元素周期系のＩＢからＶＩＩＩＢ族の金属が添加される方法に存する。
【００１７】
驚くべきことに、元素周期系のＩＢからＶＩＩＩＢ族の金属は、特に水素化物が作用する系への添加物として、上述の目的の意味においてモルフォロジーを制御するように働いて、発泡剤の効率を著しく高める。添加される元素周期系のＩＢからＶＩＩＩＢ族の金属は、個別に、または複数の金属の混合物の形状で適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
したがって、好ましい実施形態では、本発明による方法は、軽金属または軽金属合金と、少量のチタン、銅、鉄、バナジウム、およびそれらの混合物によって発泡する水素化物発泡剤とからなるマトリックスを提供する。これらの金属添加剤は、発泡される金属、特に発泡される軽金属を基準として、０．００１重量％〜１重量％、特に好ましくは０．０１重量％〜０．１重量％の量で使用されることが特に好ましい。
【００１９】
本発明の文脈における特に好ましい発泡剤は、水素化マグネシウム、特に自触媒的に生成された水素化マグネシウムであり、その製造は文献から公知である。さらに、この水素化マグネシウムは、本願特許出願人からテゴ・マグナン（Ｔｅｇｏ  Ｍａｇｎａｎ）（登録商標）という商品名で市販されている。一般に、発泡剤の量は、０．１重量％〜５重量％、好ましくは０．２５重量％〜２重量％の標準的な範囲内で変えられてもよい。
【００２０】
上記の観察された現象を利用することによって、工業用途の目的で必要とされる、高度に規則的な発泡体構造およびモルフォロジーが均質な金属発泡体の再現性を確実にする。発泡プロセス中に本発明の方法を使用することにより、気泡膜の破壊を大幅に抑制することができる。プラスチック発泡体および金属発泡体の品質を評価するための基準には、目視で感知可能な均質性に加えて、得られる膨張、および、結果として多孔性金属体の最終密度が含まれる。
【００２１】
本発明の一般原理は、本明細書では粉末治金法を用いて例示される（軽金属粉末を水素化物発泡剤、および適切な場合添加剤と混合し、予備圧縮し、かつ／またはそのマトリックスをプレスしてプレフォームを形成し、そのプレフォームを、発泡される金属の融点より高い温度まで加熱する）。当然、本発明で特許請求される添加剤を本発明による金属−水素化物系に適用する工程は粉末治金法に限定されるものではなく、溶融治金（ｍｅｌｔ  ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）の一部を成すと考えられ得る方法も包含するものである。
実施例
【実施例１】
【００２２】
純度９９．５％の５００ｇのアルミニウム粉末を、攪拌しながら、アルミニウム粉末の量を基準として１重量％のテゴ・マグナン（Ｔｅｇｏ  Ｍａｇｎａｎ）（登録商標）（水素化物含有率９５％の水素化マグネシウム）、アルミニウム粉末の量を基準として０．１重量％のチタン粉末、およびアルミニウム粉末の量を基準として０．０１重量％の銅粉末と混合した。冷間等方加工プレスにより、この混合物から円柱状のプレス体を製造した。こうして得られたプレス体の圧縮度は、理論的に得られる密度の９４〜９７％であった。
【００２３】
ＨＦ出力が１．５ｋＷの誘導電気炉で、プレス体を、黒鉛るつぼ内で３００℃／分の加熱速度で自由発泡させた。この発泡体を、発泡作業を開始してから３０秒後に急冷した。
【００２４】
この試料を切断して開いた後、図１に示すように、切断端面領域全体にわたって、均質に分散された平均直径３ｍｍの球状の気泡が見られた。得られた密度は０．５ｇ／ｃｍ３であった。
【実施例２】
【００２５】
実施例１と同様の方法で、５００ｇのアルミニウム粉末を、アルミニウム粉末の量を基準として１重量％のテゴ・マグナン（Ｔｅｇｏ  Ｍａｇｎａｎ）（登録商標）（水素化マグネシウム）、アルミニウム粉末の量を基準として０．１重量％のチタン粉末、およびアルミニウム粉末の量を基準として０．０１重量％のバナジウム粉末と混合した。この混合物を上述のように圧縮した。こうして得られた円柱状のプレス体の圧縮度は９４〜９６％であった。
【００２６】
発泡し、切断した後、１．５〜２ｍｍの平均径および０．６ｇ／ｃｍ３の密度を有する、微細で均質の気泡構造を目視することができた。
【００２７】
形成されたこの発泡体構造は、図２によって示される。
【実施例３】
【００２８】
実施例１と同様の方法で、５００ｇのアルミニウム粉末、アルミニウム粉末の量を基準として１重量％のテゴ・マグナン（Ｔｅｇｏ  Ｍａｇｎａｎ）（登録商標）（水素化マグネシウム）、アルミニウム粉末の量を基準として０．１重量％のチタン粉末、およびアルミニウム粉末の量を基準として０．０１重量％の鉄粉末を混合し圧縮し、得られたプレフォームを発泡させた。切断作業の後、５ｍｍの平均気泡径を有する均質構造を目視することができた。測定された密度は０．７ｇ／ｃｍ３であった。
【００２９】
形成されたこの発泡体構造は、図３によって示される。
【実施例４】
【００３０】
実施例１と同様の方法で、５００ｇのアルミニウム粉末、およびアルミニウム粉末の量を基準として１重量％のテゴ・マグナン（Ｔｅｇｏ  Ｍａｇｎａｎ）（登録商標）（水素化マグネシウム）、アルミニウム粉末の量を基準として０．１重量％のチタン粉末を混合し圧縮した。圧縮度は、理論的に得られる密度の９５〜９７％であった。こうして得られたプレフォームを発泡させ、切断した後、３．５〜４ｍｍの平均気泡径を有する均質構造が見られた。測定された密度は０．３ｇ／ｃｍ３であった。
【００３１】
形成されたこの発泡体構造は、図４によって示される。
参考例１：
実施例１と同様の方法で、５００ｇのアルミニウム粉末、アルミニウム粉末の量を基準として０．１重量％の水素化チタン、およびアルミニウム粉末の量を基準として０．１重量％のチタン粉末を混合し、圧縮して自由発泡させた。切断後、８ｍｍの平均気泡径を有する目の粗い高度に均質な発泡体構造を目視することができた。多くの気孔膜は破れて開いていた。得られた密度は０．７ｇ／ｃｍ３であった。
【００３２】
形成されたこの発泡体構造は、図５によって示される。
参考例２：
比較例１と同様の方法で、５００ｇのアルミニウム粉末、アルミニウム粉末の量を基準として０．１重量％の水素化チタン、およびアルミニウム粉末の量を基準として０．１重量％の銅粉末を混合し、圧縮した。発泡させて、切断した後、５．５ｍｍの平均孔径を有し実質的に固体ベースの、破れて開いた不均質な構造が見られた。得られた密度は０．５ｇ／ｃｍ３であった。
【００３３】
形成されたこの発泡体構造は、図６によって示される。
【００３４】
本発明による、少量の遷移金属および／またはそれらの混合物を添加することは、発泡金属体のモルフォロジーおよび最終密度にかなり影響を及ぼしたことが明らかに示された。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１に係る試料を切断して開いた後の気泡を示す図である。
【図２】実施例２に係る発泡体構造を示す図である。
【図３】実施例３に係る発泡体構造を示す図である。
【図４】実施例４に係る発泡体構造を示す図である。
【図５】参考例１に係る発泡体構造を示す図である。
【図６】参考例２に係る発泡体構造を示す図である。
【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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【国際公開パンフレット】
2004525265.tif 000008
2004525265.tif 000009
2004525265.tif 000010
2004525265.tif 000011
2004525265.tif 000012
2004525265.tif 000013
2004525265.tif 000014
2004525265.tif 000015
2004525265.tif 000016
2004525265.tif 000017
2004525265.tif 000018
2004525265.tif 000019
2004525265.tif 000020
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004525265.tif 000021
【国際調査報告】
2004525265.tif 000022
2004525265.tif 000023
2004525265.tif 000024
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