(57)【要約】【課題】住宅等の主要な建材として、高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法を提供する。【解決手段】純アルミニウム粉末、又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末と、Ｆｅ粉末と、Ｓｉ粉末とを準備する準備工程と、  上記粉末を容器内で混合し、攪拌後、圧縮して、前記アルミニウム粉末、又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末の表面に被膜が形成された複合材を作製するメカニカルアロイング工程とを含む高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純アルミニウム粉末、又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末と、Ｆｅ粉末と、Ｓｉ粉末とを準備する準備工程と、
上記粉末を容器内で混合し、攪拌後、圧縮して、前記アルミニウム粉末、又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末の表面に被膜が形成された複合材を作製するメカニカルアロイング工程とを含むことを特徴とする高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法。
【請求項２】
前記メカニカルアロイング工程の後に、
前記複合材を加圧しつつ、放電プラズマ焼結法にて焼結する放電プラズマ焼結工程とを含む請求項１に記載の高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法。
【請求項３】
前記アルミニウム製建材が、構造耐力上主要な部分、主要構造部、準防火構造、防火構造、準耐火構造、又は耐火構造である請求項１又は２に記載の高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムやアルミニウム合金を主成分とし、高温における強度に優れた建材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アルミニウムや、アルミニウム合金（以下、アルミニウム及びアルミニウム合金を総称してアルミニウムということがある。）を主成分とした建材（建築用材料）が知られている（特許文献１参照）。
アルミニウムは、その軽量性だけでなく、鉄鋼材料とはやや異なる性質を示すものの、添加元素を加えて合金にし、熱処理をすることで多様な性質を見せる点も工業用途での利用が多い金属材料である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１１−５０８８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アルミニウムは鋼等に比べて熱伝導率が高く、耐熱強度が低いので、簡易住宅では利便性が高いが、一般家屋の柱や梁等の主要部分の建材に用いるにあたっては、防火性能等に改善の余地があった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、住宅等の主要な建材として高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法の一態様は、純アルミニウム粉末、又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末と、Ｆｅ粉末と、Ｓｉ粉末とを準備する準備工程と、
上記粉末を容器内で混合し、攪拌後、圧縮して、上記アルミニウム粉末、又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末の表面に被膜が形成された複合材を作製するメカニカルアロイング工程とを含む。
【０００６】
また、上記高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法においては、上記メカニカルアロイング工程の後に、
上記複合材を加圧しつつ、放電プラズマ焼結法にて焼結する放電プラズマ焼結工程とを含むことが好ましい。
また、上記高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法においては、上記メカニカルアロイング工程、又は上記メカニカルアロイング工程と上記放電プラズマ焼結法とで得られたアルミニウム製建材が、構造耐力上主要な部分、主要構造部、準防火構造、防火構造、準耐火構造、又は耐火構造であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、住宅等の主要な建材として高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法の一実施形態によって製造されたアルミニウム製建材の試験結果を示すグラフであり、（ａ）は硬度、（ｂ）は応力特性を示すグラフである。
【図２】高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法の一実施形態によって製造されたアルミニウム製建材の試験結果を示すグラフであり、（ａ）は高温における強度試験、（ｂ）は（ａ）の要部を拡大したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。
（高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法）
本実施形態の高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法は、少なくとも「準備工程」と、「メカニカルアロイング工程」とを含む。なお、「メカニカルアロイング工程」の後に「放電プラズマ焼結工程」を含んでもよい。なお、これらの工程の他、本実施形態の効果を損なわない限りにおいて、他の工程を追加してもよい。
【００１０】
＜準備工程＞
準備工程は、純アルミニウム粉末、又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末と、少なくとも被膜に供する粉末とを準備する工程である。具体的には、純アルミニウム粉末、又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末と、Ｆｅ粉末と、Ｓｉ粉末とを準備する工程である。
【００１１】
＜メカニカルアロイング工程＞
メカニカルアロイング工程は、準備工程で準備した粉末を容器内で混合し、攪拌後、圧縮して、上記アルミニウム粉末、又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末の表面に被膜が形成された粉末状の複合材を作製するメカニカルアロイング（ＭＡ）法を用いた工程である。
【００１２】
メカニカルアロイング（ＭＡ）法は、具体的には、被膜の原材料として、Ａｌ粉及びＦｅ粉を使用する。そして、ＭＡ装置として遊星ボールミルを使用する。この遊星ボールミルに用いられる鉄鋼ボールとしては、例えば、直径が異なるものを混合することが好ましい。そして、アルゴン雰囲気中で、容器を所定の速度で回転させて、メカニカルアロイングを行い、粉末状の複合材を得る。その後、この複合材を加工してアルミニウム製建材を作製してもよいし、放電プラズマ焼結工程を経てアルミニウム製建材を得てもよい。
【００１３】
＜放電プラズマ焼結工程＞
放電プラズマ焼結工程は、上記複合材を加圧しつつ、放電プラズマ焼結法にて焼結してアルミニウム製建材を製造する工程である。
具体的には、まず、上記複合材を放電プラズマ焼結機のダイ内に装填する。なお、ダイ内の混合物は、２つのＳＰＳ焼結パンチで加圧できる構成となっている。また、複合材をＳＰＳダイ内に装填する際には、混合物を焼結した後の焼結体と、ＳＰＳダイ及びＳＰＳ焼結パンチとの離型性を良好に保つべく、両者間にカーボンペーパーを配置する。
【００１４】
次いで、上記放電プラズマ焼結機内を減圧した後、所定の速度で放電プラズマ焼結機内の温度を上昇させる。このとき、放電プラズマ焼結機内の温度が約５００〜６００℃まで上昇した時点で、放電プラズマ焼結機内にアルゴンガスを導入する。この後、上記複合材を所定の圧力で加圧しつつ、所定時間通電することにより焼結させてアルミニウム製建材を得ることができる。
【００１５】
ここで、放電プラズマ焼結条件としては、特に限定されるものではないが、たとえば加圧力は１ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲、温度は５００℃〜６００℃の範囲、時間は５分〜１時間の範囲で行えばよい。また、これらの条件を変化させることにより、熱膨張率、電気抵抗値、熱伝導率等の値をある程度所望の値に調整することも可能である。
このようにして製造されたアルミニウム製建材は、構造耐力上主要な部分、又は主要構造部の他、開口部などの準防火構造、防火構造、準耐火構造、耐火構造のアルミニウム製建材として用いられる。
【００１６】
ここで、上記「構造耐力上主要な部分」とは、基礎、基礎ぐい、壁、柱、小屋組、土台、斜材（筋かい、方づえ、火打材その他これらに類するものをいう。）、床版、屋根版又は横架材（はり、けたその他これらに類するものをいう。）で、建築物の自重若しくは積載荷重、積雪荷重、風圧、土圧若しくは水圧又は地震その他の震動若しくは衝撃を支えるものをいう。
また、上記主要構造部とは、「壁、柱、床、はり、屋根、又は階段等をいい、建築物の構造上重要でない間仕切壁、間柱、附け柱、揚げ床、最下階の床、廻り舞台の床、小ばり、ひさし、局部的な小階段、屋外階段等、その他、これらに類する建築物の部分を除くものをいう。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
まず、出発材粉末として、工業用純アルミニウム粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末と、Ｆｅ粉末と、Ｓｉ粉末とを合計１０ｇで秤量する。
その後、出発材粉末１０ｇと、助剤としてのステアリン酸０．２５ｇとを、ＭＡ装置として遊星ボールミルを使用した（容器：ＳＫＤ１１、鉄鋼ボール：ＳＵＪ２）。鉄鋼ボールとしては、直径が１０ｍｍのものと５ｍｍのものを１：１０の比率で混合したものを７０ｇ使用した。そして、アルゴン雰囲気中で、容器を毎分２５０回転の速度で回転させて、メカニカルアロイングを行った。
次に、放電プラズマ焼結装置にて圧力４９ＭＰa以上、温度５００℃以上６００℃以下、焼結温度１℃／ｓ、焼結時間３０ｍｉｎで、粉末状の上記複合体を焼結して実施例１のアルミニウム製建材を得た。
【００１８】
（実施例２）
出発材粉末として、工業用純アルミニウム粉末の代わりに、６０６１Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末を用いた以外は実施例１と同様にして実施例２のアルミニウム製建材を得た。
（比較例１）
メカニカルアロイング工程も、放電プラズマ焼結工程も行わずに、工業用純アルミニウム粉末を焼結温度５００℃で焼結して比較例１のアルミニウム製建材を得た。
【００１９】
（比較例２）
メカニカルアロイング工程も、放電プラズマ焼結工程も行わずに、６０６１Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金粉末を焼結温度５５０℃で焼結して比較例２のアルミニウム製建材を得た。
（比較例３）
メカニカルアロイング工程を行わない以外は実施例１と同様にして比較例３のアルミニウム製建材を得た。
（比較例４）
焼結温度を３００℃にした以外は比較例２と同様にして比較例４のアルミニウム製建材を得た。
【００２０】
（評価）
＜硬度＞
実施例１，２及び比較例１〜３で得られたアルミニウム製建材について、ビッカーズ硬さを測定した。結果を図１（ａ）に示す。図１（ａ）に示すように、純アルミニウムでも、メカニカルアロイング工程及び放電プラズマ焼結工程を行うことにより、アルミニウム合金を上回る硬度を呈することがわかった。
【００２１】
＜応力特性＞
実施例１，２及び比較例１〜４で得られたアルミニウム製建材について圧縮試験を行い、応力と歪みとの関係について測定した。測定結果を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）に示すように、純アルミニウムやアルミニウム合金は、メカニカルアロイング工程及び放電プラズマ焼結工程を行うことにより大きな応力がかかっても、これらの工程を行わないものより歪みが極めて小さい圧縮特性を呈することがわかった。
【００２２】
＜高温における強度性能＞
高温における強度性能試験のサンプルとして、以下の実施例３，実施例４、比較例５の合金、複合体、焼結体を準備し、ＩＳＯ８３４に従った高温における強度試験を行った。図２（ａ），（ｂ）に炉内の温度制御による標準加熱曲線を示す。
比較例５：６０６１Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金（Ｔ６調質）
実施例３：出発材粉末を純アルミニウム粉末としてメカニカルアロイング工程のみを行った複合体
実施例４：アルミニウム合金中にＳｉＣ粒子を含有させた複合材料を、メカニカルアロイング工程を経て焼結させた焼結体
【００２３】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、加熱時間の経過に応じて炉内温度をグラフ通り変化させ、炉内温度が３００℃と５００℃のときに、各サンプルを取り出し、圧縮応力又は引張応力を測定したところ、比較例５の常温時の圧縮応力が３００ＭＰａ、３００℃での圧縮応力が１００ＭＰａであった。また、実施例３の３００℃での引張応力が２００ＭＰａであった。また、実施例４の３００℃での圧縮応力が３００ＭＰａ、５００℃での圧縮応力が１５０ＭＰａであった。
【００２４】
この測定結果から、少なくともメカニカルアロイング工程を行ったサンプルでは高温時におけるサンプルの耐力軟化が抑制されていることがわかる。そして、上記実施例１，２のようにメカニカルアロイング工程及び放電プラズマ焼結工程を行った焼結体（建材）ではその傾向がより顕著であることが予想される。
以上説明したように、本発明によれば、住宅等の主要な建材として高温強度に優れたアルミニウム製建材の製造方法を提供することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。
【図１】
2017160477.tif 000003
【図２】
2017160477.tif 000004