(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス分離性発泡剤粉を含んでいるアルミニウムマトリックスから成る発泡可能なアルミニウム合金であって、
前記合金は、添加物として、均一な気泡形成と均一な発泡構造とを生じさせる均一に分布した核生成粒子を含み、
前記核生成粒子は、過共晶アルミニウム・珪素溶融物を噴霧することにより得られる過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子の中に、珪素初晶の形態で含まれる珪素であり、
前記珪素は、合金の総量に関し２０重量％以下で且つ３０μｍよりも小さな粒径である、
前記発泡可能なアルミニウム合金。
【請求項２】
過共晶アルミニウム・珪素溶融物を噴霧することにより得られる過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子の中に、５０％以下の珪素を含んでいる、請求項１に記載の発泡可能なアルミニウム合金。
【請求項３】
発泡可能なアルミニウム合金からアルミニウム発泡体を製造する方法において、
−過共晶アルミニウム・珪素溶融物を噴霧することにより、粒径が３０μｍ以下である珪素初晶を含む過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子から成る粉体を形成させる工程と、
―アルミニウムマトリックスを形成する少なくとも１つのアルミニウム粉と、前記過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子から成る粉体と、少なくとも１つのガス分離性発泡剤粉とから成る均一な混合物であって、前記過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子の中に珪素初晶の形態で含まれる珪素は、混合物の総量に関し２０重量％以下で含まれる前記混合物を製造する工程と、
−混合物を型に充填する工程と、
−混合物をガス分離性発泡剤粉の分解温度以上の温度に加熱して発泡させる工程と、
−発泡させた混合物を冷却する工程と、
を含む前記製造方法。
【請求項４】
混合物を型の中に充填した後にして発泡させる工程の前に、型の中で加圧して圧縮を行なう請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
冷間または熱間アイソスタティックプレスにより加圧して圧縮を行なう請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
圧縮後熱間成形を行なう請求項４または５に記載の製造方法。
【請求項７】
圧縮後、または熱間成形後、冷間成形および／または切削加工により後処理を行なう請求項４，５または６に記載の製造方法。
【請求項８】
アルミニウム発泡体を製造するにあたって、
過共晶アルミニウム・珪素溶融物を噴霧することにより得られる、粒径が３０μｍ以下である珪素初晶を含む過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子から成る粉体を、
珪素成分が混合物の総量に関し１２重量％以下となるように、
アルミニウムマトリックスを形成する少なくとも１つのアルミニウム粉と少なくとも１つのガス分離性発泡剤粉とから成る混合物に対する添加物として使用する使用方法。
【請求項９】
過共晶アルミニウム・珪素溶融物を噴霧することにより得られる過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子の中に、５０％以下の珪素を含んでいる、請求項８に記載の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、発泡可能なアルミニウム合金および発泡可能なアルミニウム合金からアルミニウム発泡体を製造する方法に関するものである。
【０００２】
金属発泡体を製造する種々の方法が知られているが、その主なものは、合金粉または合金成分からなる粉末混合物にガス分離性発泡剤を添加する方法である。この場合、まず非発泡半製品を製造し、次にこの半製品を、発泡剤の分解温度以上の温度、有利には合金の溶融点の温度範囲に加熱することにより発泡させ、その後このようにして発泡させた発泡体を冷却する。半製品の発泡は任意に或いは一定の形態で行なうことができ、アルミニウムまたはアルミニウム合金を使用すると、密度がほぼ０．３ないし１．７ｇ／ｃｍ３の金属発泡体を製造することができる。
【０００３】
有孔金属体を製造する方法は、たとえばドイツ連邦共和国特許第４０１８３６０号公報に記載され、以下のステップからなっている。少なくとも一つの金属粉と少なくとも１つのガス分離性発泡剤粉からなる混合物を製造し、この混合物を熱間圧縮して半製品を製造する。そのときの温度は、金属粉粒子の結合が主に拡散により行なわれるような温度であり、圧力は、発泡剤の分解が阻止される程度に十分高いものであり、より厳密には、金属粒子が互いに固着状態にあり、且つ発泡剤のガス粒子を気密に遮断するような圧力である。次にこのようにして製造した半製品を発泡剤の分解温度以上の温度、有利には使用した金属の溶融点の温度範囲に加熱し、次にこのようにして発泡した発泡体を冷却する。
【０００４】
０．１重量％の水素化チタン粉を添加した純アルミニウム粉を使用すると、密度がほぼ０．７８ｇ／ｃｍ３の有孔金属体を製造することができる。典型的な穴径は１ｍｍ径である。４重量％のマグネシウムと０．４重量％の水素化チタン粉を合金成分としたアルミニウム合金からなる完全合金化粉を使用すると、０．６２ｇ／ｃｍ３の密度が得られ、このときの典型的な穴径は約２ないし３ｍｍである。
【０００５】
この公知の方法および他の方法（たとえば米国特許第３０８７８０７号公報）の欠点は、発泡時に気泡が形成され、したがって金属発泡体の構造が非常に不均一なことである。これは機械的特性に望ましくない影響をもたらすので、合金組成または方法を変えることによって均一な発泡構造を達成するための試みが成された。しかしこれらの試みは望ましい均一な発泡構造をもたらさず、或いは製造方法を高価なものにするような高コストのプロセスを必要とした。
【０００６】
水素化チタン粉を添加したＡｌＳｉｌ２型またはＡｌＳｉ７Ｍｇ型のアルミニウム合金からなる完全合金化粉を使用すると、１２％珪素粉または７％珪素粉を添加した金属マトリックスＡｌまたはＡｌＭｇの粉末または粉末混合物を使用した場合に比べて好ましくない発泡特性が確認される。他のＡｌＭｇＳｉ型のマトリックス合金を使用すると、付加的に混合した珪素粉が発泡特性を改善させることが確認されるが、しかしながら、穴径が極めて異なる不均一な発泡構造が得られることに変わりはない。
【０００７】
発泡構造が不均一になるのは、珪素粒子の大きさと分布がまちまちであるために核生成が不均一になり気泡が形成されるためである。１０％珪素粉を添加したＡｌＭｇＳｉ粉末混合物から製造された押出し異形材の結晶粒組織を写真１に示す。マトリックス結晶粒組織に介在している珪素粒子の分布は不均一であり、その大きさおよび形状もかなり不均一である。
【０００８】
本発明の課題は、発泡可能なアルミニウム合金および発泡可能なアルミニウム合金からアルミニウム発泡体を製造するにあたって、所望の特性を得るため、発泡構造を可能な限り均一にして強度特性を可能な限り好ましいようにすることである。
【０００９】
上記課題は、発泡可能なアルミニウム合金においては、ガス分離性発泡剤粉を含んでいるアルミニウムマトリックスから成る発泡可能なアルミニウム合金であって、前記合金は、添加物として、均一な気泡形成と均一な発泡構造とを生じさせる均一に分布した核生成粒子を含み、前記核生成粒子は、過共晶アルミニウム・珪素溶融物を噴霧することにより得られる過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子の中に、珪素初晶の形態で含まれる珪素であり、前記珪素は、合金の総量に関し２０重量％以下で且つ３０μｍよりも小さな粒径である、前記発泡可能なアルミニウム合金によって解決される。
【００１０】
均一に分布した小さな珪素粒子が特に有利である。これらの珪素粒子は、ほぼ５０％以下の珪素を含む過共晶ＡｌＳｉ溶融物を噴霧した際に個々の粉粒のなかに発生する（写真２）。この製造法は、本出願人の特許出願１９８０１９４１．６である、特にシリンダライナーを製造するための耐磨耗性アルミニウム合金に記載されている。
【００１１】
１０％珪素添加物を含むＡｌＭｇＳｉ粉末合金から上記粉粒の形態で製造された押出し異形材の結晶粒組織を写真３に示す。珪素粒子はほぼ１０−３０μｍの均一な大きさを有し、マトリックス内に均一に分布している。
【００１２】
さらに、上記課題は、発泡可能なアルミニウム合金からアルミニウム発泡体を製造する方法においては、過共晶アルミニウム・珪素溶融物を噴霧することにより、粒径が３０μｍ以下である珪素初晶を含む過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子から成る粉体を形成させる工程と、アルミニウムマトリックスを形成する少なくとも１つのアルミニウム粉と、前記過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子から成る粉体と、少なくとも１つのガス分離性発泡剤粉とから成る均一な混合物であって、前記過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子の中に珪素初晶の形態で含まれる珪素は、混合物の総量に関し２０重量％以下で含まれる前記混合物を製造する工程と、混合物を型に充填する工程と、混合物をガス分離性発泡剤粉の分解温度以上の温度に加熱して発泡させる工程と、発泡させた混合物を冷却する工程とを含む前記製造方法によって解決される。混合物を型の中に充填した後にして発泡させる工程の前に、型の中で加圧して圧縮を行なってもよい。この圧縮は冷間または熱間アイソスタティックプレスにより加圧して行なうのが好ましい。圧縮後、熱間成形を行なうようにしてもよい。さらに、圧縮後、または熱間成形後、冷間成形および／または切削加工により後処理を行なってもよい。その後、前記のように混合物をガス分離性発泡剤粉の分解温度以上の温度（有利には使用した金属の溶融点の温度範囲）に加熱して発泡させる工程を実施する。
【００１３】
最後に、冒頭で述べた問題を解決するため、アルミニウム発泡体を製造するにあたって、過共晶アルミニウム・珪素溶融物を噴霧することにより得られる、粒径が３０μｍ以下である珪素初晶を含む過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子から成る粉体を、珪素成分が混合物の総量に関し１２重量％以下となるように、アルミニウムマトリックスを形成する少なくとも１つのアルミニウム粉と少なくとも１つのガス分離性発泡剤粉とから成る混合物に対する添加物として使用する。
【００１４】
粉体として添加される添加物の中に微細に分布している粒子構造は、特に微細に分布している珪素構造は、均一な気泡形成にとって重要であり、よって均一な発泡構造にとって重要である。というのは、この微細に分布している粒子、特に珪素初晶は、気泡を成長させるための核生成体として作用するからである。
【００１５】
発泡可能なアルミニウム合金とは、たとえば、水素化チタン（Ｔｉｈ２）のようなガス分離性発泡剤粉と、過共晶アルミニウム・珪素溶融物を噴霧することにより得られる過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子の中に合金の総量に関し２０重量％以下で且つ珪素初晶の形態で含まれる珪素とを含むアルミニウム合金粉である。この発泡可能なアルミニウム合金からアルミニウム発泡体を製造するため、アルミニウムマトリックスを形成する少なくとも１つのアルミニウム粉と過共晶アルミニウム・珪素合金の粒子から成る粉体と少なくとも１つのガス分離性発泡剤粉とから成る混合物を型の中に充填し、加圧して圧縮する。その際ガス分離性発泡剤粉は分解しない。このようにして製造した半製品を次に熱間プレス、熱間圧延、または熱間流動プレス(Warmfliesspressen)してもよい。この場合発泡は行なわれない。この半製品を発泡させるためにほぼ８００℃まで加熱すると、ガス分離性発泡剤粉に含まれているガスが遊離するので、アルミニウム合金粉が発泡する。半製品の発泡を型の中で行なえば、泡は型キャビティの輪郭を満たしてその形状を受け取り、ガス分離性発泡剤粉の種類および発泡度に応じて、ほぼ０．３ないし１．７ｇ／ｃｍ３の密度を有するに至る。発泡したアルミニウム合金（アルミニウム発泡体）は、実質的に同じ大きさで、均一に分布した、閉じた孔を有し、極めて耐圧性があり、軽量であり、成形される対象物に、それぞれの用途例に対応して必要な強度を付与する。
【図３】
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【図１】
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【図２】
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