(57)【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フッ化物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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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】
この発泡／多孔質金属の製造方法には、例えば特許第２８９８４３７号公報「発泡可能な金属体の製造方法」が提案され、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００５】
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。
そこで、本発明の目的は廉価で水素爆発の危険が無い発泡剤を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項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フッ化物コーティング層とからなることを特徴とする。
【０００７】
発泡／多孔質金属の製造過程で、フッ化物はアルミニウムを覆う酸化膜を破壊する役割を果たす。この結果、発泡剤は金属（アルミニウム）とのぬれ性が高まり、溶融金属に良好に分散し、均一に孔が分布した良質な発泡／多孔質金属を得ることができる。
【０００８】
発泡剤は、発泡性粉末にフッ化物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場合には、水素爆発の危険も無い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施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１（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ＮａＦ水溶液１１を加熱手段１２で約４０℃まで加熱する。
【００１０】
（ｂ）において、ＮａＦ水溶液１１に発泡性粉末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（ＭｇＣＯ3）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。
【００１１】
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。
【００１２】
（ｃ）において、撹拌手段１４にてＮａＦ水溶液１１と発泡性粉末１３とを十分に撹拌する。この撹拌により次に示す反応が起こる。なお、撹拌は４０分〜６０分程度続ける。その理由は後述する。
【００１３】
【化１】
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【００１４】
（液）は液体（水溶液）を示し、（固）は固体（粉末又は膜）を示す。
ＮａＦ水溶液にＣａＣＯ3の粉末を接触させると、ＣａにＦが結合してＣａＦ2ができるが、残りがＮａ2ＣＯ3（液体）となってＮａＦ水溶液に混じる。すなわち、ＣａＣＯ3粉末の表面のＣａＣＯ3がＮａＦに接触して、ＣＯ3がＦに置き換り、フッ化物であるＣａＦ2の形でＣａＣＯ3粉末を覆う。
【００１５】
【化２】
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【００１６】
ＮａＦ水溶液にＭｇＣＯ3の粉末を接触させると、ＭｇＣＯ3粉末の表面のＭｇＣＯ3がＮａＦに接触して、ＣＯ3がＦに置き換り、フッ化物であるＭｇＦ2の形でＭｇＣＯ3粉末を覆う。
【００１７】
（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。
【００１８】
図２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の表面を覆うフッ化物コーティング層２１とからなる。フッ化物コーティング層２１は例えばＣａＦ2又はＭｇＦ2からなる。
【００１９】
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３（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。
【００２０】
（ｂ）において、撹拌手段３４で溶湯３５を攪拌しつつ、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。
【００２１】
（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。
【００２２】
図４は発泡／多孔質金属の密度と処理時間との関係を調べたグラフであり、横軸の処理時間は図１（ｂ）〜（ｄ）までの時間、すなわち、発泡性粉末がＮａＦ水溶液に接触している時間である。
比較例１は従来の代表的な発泡剤であるＣａＣＯ3でＳｉ系アルミニウム合金を発泡させた例を示し、得られた発泡／多孔質金属の密度は、１．８Ｍｇ／ｍ3であった。
【００２３】
比較例２は従来の好ましい発泡剤であるＴｉＨ2でＳｉ系アルミニウム合金を発泡させた例を示し、得られた発泡／多孔質金属の密度は、１．１Ｍｇ／ｍ3であった。
グラフの右に白抜き矢印で示した通りに、密度が小さいほど発泡性は大きく、比較例２は比較例１より遥に発泡性が大きいことが分かる。
【００２４】
これは比較例２で用いた発泡剤（ＴｉＨ2）に含まれるＨがアルミニウム表面の酸化膜を破壊し、アルミニウムと発泡剤とを円滑に接触させる。この結果、発泡剤が溶融金属中に良好に分散し、均一に孔を形成することができたことを意味する。
【００２５】
逆に、比較例１は安価で安全なＣａＣＯ3を発泡剤に採用したが、アルミニウムの表面が酸化膜で覆われ、アルミニウムと発泡剤とを十分に接触せず、この結果、発泡剤が溶融金属中に不十分に分散し、孔の形成が偏り、十分な数の孔を形成することができなかったことを意味する。
【００２６】
一方、本発明による実施例では横軸の処理時間に、得られる発泡性が大きく依存することが分かった。すなわち、処理時間が１０分以内では比較例１と同じであった。しかし、処理時間を４０分以上に延ばすと比較例２並みの発泡性が得られる。そこで、処理時間は４０〜６０分程度とする。
【００２７】
処理時間を延ばせば、図２に示すフッ化物コーティング層２１が十分に成長して、その膜厚が増加する。膜厚が増加すれば、発泡剤の保有するフッ化物の量が比例的に増加し、このフッ化物がアルミニウム合金表面の酸化膜を盛んに破壊するため、比較例２並みの良好な結果が得られたと言える。
ここで、重要なことは、本発明の発泡剤はＣａＣＯ3粉末又はＭｇＣＯ3粉末からなる発泡性粉末と、この発泡性粉末の表面を覆うフッ化物コーティング層とからなり、廉価であり、水素爆発の危険性がないことである。
【００２８】
図１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５（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ＮａＦ水溶液１１へ発泡性粉末１３を入れる。
（ｂ）において、加熱手段１２で加熱しつつ、ＮａＦ水溶液１１と発泡性粉末１３とを攪拌する。この撹拌により次の反応が起こる。
【００２９】
【化３】
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【００３０】
【化４】
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【００３１】
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２で説明した通りである。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
フッ化物はＦ基を含む化合物あり、その種類は問わない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
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フッ化物コーティング層とからなる。フッ化物コーティング層は発泡／多孔質金属の製造過程で、フッ化物はアルミニウムなどの金属を覆う酸化膜を破壊する役割を果たす。この結果、発泡剤は溶融金属とのぬれ性が高まり、溶融金属に良好に分散し、均一に孔が分布した良質な発泡／多孔質金属を得ることができる。
【００３５】
加えて、発泡剤は、発泡性粉末にフッ化物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場合には、水素爆発の危険も無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発泡剤の共沈法工程図
【図２】本発明に係る発泡剤の模型図
【図３】本発明の発泡剤を用いた発泡／多孔質金属の製造工程図
【図４】発泡／多孔質金属の密度と処理時間との関係を調べたグラフ
【図５】本発明に係る発泡剤の蒸発法工程図
【符号の説明】
１３…発泡性粉末、２０…発泡剤、２１…フッ化物コーティング層、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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