JPH0452201A - 高強度構造部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ１発明の目的 （１）産業上の利用分野 本発明は高強度構造部材の製造方法に関する。

（２）従来の技術 従来、この種部材の製造方法として、非晶質相の体積分
率Ａ（Ｖｆ）が５０％以上の金属粉末を用いて圧粉体を
成形し、次いでその圧粉体に熱間押出し加工を施す、と
いった方法が知られている。

（３）発明が解決しようとする課題 前記非晶質権の体積分率Ａ（Ｖｆ）が高い金属粉末表面
は、結晶質の金属粉末に比べて厚い酸化膜により覆われ
ているが、結晶化を回避すべく低押出し比にて加工を行
わなければならないので、その加工中に酸化膜の除去を
行うことができず、その結果、非晶質相相互間の接合を
実現し得ないので部材の高強度化を十分に達成すること
ができない、という問題がある。

本発明は前記に鑑み、簡単な手段を採用することによっ
て非晶質相の体積分率Ａ（Ｖｆ）の高い金属粉末より酸
化膜を除去して非晶質相相互間の接合を実現し得るよう
にした前記製造方法を提供することを目的とする。

Ｂ９発明の構成 （１）課題を解決するための手段 本発明は、表面を酸化膜で覆われ、且つ非晶質相の体積
分率Ａ（Ｖｆ）が５０％以上のま金属粉末と、低硬度、
且つ高延性の添加金属粉末とを機械的に撹拌混合して、
前記添加金属粉末より生じた塑性変形物による前記酸化
膜の微小砕片の取込みとそのま金属粉末表面の被覆とを
行うことにより、複数のま金属粉末を前記塑性変形物を
介して集合させた凝集粉を製造し、次いで前記凝集粉の
集合体に成形処理を施すことを第１の特徴とする。

本発明は、表面を酸化膜で覆われ、且つ非晶質相の体積
分率Ａ（Ｖｆ）が５０％以上のま金属粉末と、低硬度、
且つ高延性の添加金属粉末と、強化材とを機械的に撹拌
混合して、前記添加金属粉末より生じた塑性変形物によ
る前記酸化膜の微小砕片および前記強化材の取込みと、
そのま金属粉末表面の被覆とを行うことにより、複数の
ま金属粉末を前記塑性変形物を介して集合させた凝集粉
を製造し、次いで前記凝集粉の集合体に成形処理を施す
ことを第２の特徴とする。

（２）作　用 第１の特徴において、酸化膜を除去された主金属粉末の
表面は塑性変形物により被覆されているので、再度の酸
化が防止される。

そして、成形処理時において、集合体が低加工率下で圧
縮されると、塑性変形物は、その高延性に起因して主金
属粉末相互間から排除されるので、非晶質相相互間の接
合が実現される。また塑性変形物は部材の気孔を埋める
ので、その部材の高密度化が達成され、その上塑性変形
物は酸化膜の微小砕片を取込んだ複合体となるので、高
強度である。

このようにして、部材の高強度化が達成される。

第２の特徴によれば、前記の外に、強化材による酸化膜
除去作用および塑性変形物に対する強化作用が得られ、
部材の一層の高強度化が達成される。

（３）実施例 表面を酸化膜で覆われ、且つ非晶質相の体積分率Ａ（Ｖ
ｆ）が５０％以上のま金属粉末としては、非晶質相の体
積分率Ａ（Ｖｆ）が略１００％の非晶質単相合金粉末お
よび非晶質相と結晶質相との混相合金粉末が用いられる
。この混和合金粉末の表層部は、その製造時において急
冷されるので非晶質槽となる。

非晶質単相合金粉末には、Ａ　１　ａｓＮ　ｉ　ｓ　Ｙ
　Ｉｏ、ＡＲａａＮ　ｉ　ＩｏＣｅｍ　、Ａｌ；！ａａ
Ｎ　ｊ　ｒｏＤ　Ｖｈ　、　ＡＩ！＊ｓＮ　ｊｓ　Ｙｓ
　ＣＯｘ　、ＡｆｓｓＦ　ｅｑ、ｓ　Ｙ？、Ｓ　、　Ａ
Ｉ！ｓｏＮ　ｉ　ＩｏＣａ　Ｉｏ、ＭｇｇｚＮ　ｉｓ　
Ｙｒｏ、ＭｇｔｈＮｔ＋ｏｃｅ＋ｏｃｒ４、Ｍｇ７ｓＮ
　ｉ＋ｓｃｅ＋ｏ　（数値は原子％）等の組成を有する
合金粉末が該当する。

また前記混和合金粉末には、Ａ１９ｔＦｅｓ　Ｙｓ、Ａ
／！ｗｓＮｔｓ　Ｙｌ。Ｂｔ、Ａｌ。ＮｔｓＹ＋。Ｎｂ
、　、ＡｆｆｉｓｓＮｉ、Ｃａｂ　、ＡＩ！ｔｏＮｉｔ
　Ｙｓ　、ＡｌｑｒＦ　ｅｈ　　Ｙｓ　　、Ｍｇ５ｓＮ
　ｉ　＊　　Ｃｅフ　、Ｍｇ５ｈＮｔ＊Ｙｍ（数値は原
子％）等の組成を有する合金粉末が該当する。

なお、組成上は前記非晶質相の体積分率Ａ（Ｖｆ）が略
１００％の合金粉末と同一であっても、製造時における
冷却速度の差に伴い平均直径の小さなものは非晶質単相
組織となり、また平均直径が大きなものは結晶質単相組
織となり、さらに平均直径がそれらの中間であるものは
非晶質相と結晶質相との混和組織となる。

低硬度、且つ高延性の添加金属粉末としては、アルミニ
ウム粉末、アルミニウム合金粉末、マグネシウム粉末、
マグネシウム合金粉末、銅粉末、銅合金粉末等が用いら
れる。これらは結晶質相の体積分率Ｃ（Ｖｆ）が１００
％である。

主金属粉末と添加金属粉末との機械的撹拌混合手段とし
ては、回転ボールミル、高エネルギボールミル（振動回
転ボールミル、強制撹拌ボールミル等）等が用いられる
。

第１図は本発明製造方法を粉末に主眼を置いて表わした
説明図である。

同図（ａ）工程では、主金属粉末１に所定量の添加金属
粉末２を配合する。主金属粉末工の表面は比較的厚い酸
化膜３によって覆われている６間図（ｂ）工程において
、（ｉ）段階では両粉末１．２を回転ボールミルに投入
して強力に撹拌混合する。

これにより主金属粉末１表面から酸化膜３が剥離されて
微小砕片に粉砕される。一方、添加金属粉末２の圧縮に
伴いその添加金属粉末２より塑性変形物２０が生じ、そ
の塑性変形物２０によって微小砕片が取込まれ、また主
金属粉末１表面が被覆される。

（ｉｉ　）段階では、回転ボールミル内において、複数
のま金属粉末１が塑性変形物２０を介して集合され、こ
れにより凝集粉４が製造される。

この凝集粉４において、酸化膜３を除去された主金属粉
末工の表面は塑性変形物２０により被覆されているので
、再度の酸化が防止される。この場合、主金属粉末１の
微細化に伴い、その酸化に因る発火が問題となるが、こ
のような不具合も除去される。また塑性変形物２０がア
ルミニウム系金属である場合、それは酸化し易いが、個
々のま金属粉末１を塑性変形物２０により被覆するだけ
でなく、その塑性変形物２０をバインダとする凝集粉４
の形態にすると、塑性変形物２０の表面積を小さくし得
るので、その酸化を抑制することができ、その上凝集粉
４はミクロンオーダの粉末に比べて取扱性が良いといっ
た利点もある。

同図（ｃ）工程では、凝集粉４の集合体、例えば圧粉体
に主金属粉末１の結晶化温度Ｔｘよりも低い温度下で成
形処理、例えば熱間押出し加工を開始して構造部材を得
る。

凝集粉４より集合体を成形する場合、主金属粉末１間に
塑性変形物２０が介在しているのでその集合体の成形性
が良好となる。そして集合体が低加工率（低押出し比）
下で圧縮されると、塑性変形物２．は、その高延性に起
因して主金属粉末１相互間から排除されるので、非晶質
相相互間の接合が実現される。この場合、塑性変形物２
０表面に酸化膜が生じていても、それは薄いので成形処
理段階で除去される。また塑性変形物２ｏは部材の気孔
を埋めるので、その部材の高密度化が達成され、その上
塑性変形物２０は酸化膜３の微小砕片を取込んだ複合体
となるので、高強度である。

このようにして、部材の高強度化が達成される。

構造部材のなお一層の高強度化を狙った場合、添加金属
粉末２と共に硬質な強化材を配合することは有効な手段
である。

このような手段を採用することによって、強化材による
酸化膜除去作用および塑性変形物２０に対する強化作用
を得ることができる。この種強化材には、ＳｉＣ等の粉
末、繊維、ウィスカ等が該当する。

〔実施例■〕

高圧Ｈｅガスアトマイズ法を適用して、Ａ！、。

Ｎ１５Ｙ＊Ｃｏｇ合金（数値は原子％）よりなり、平均
直径２２μｍ未満のま金属粉末を調製した。

このま金属粉末における非晶質相の体積分率Ａ（Ｖｆ）
は９５％以上、結晶化温度Ｔｘは２９０℃であった。

また添加金属粉末として、平均直径１６μｍ未満の純ア
ルミニウム粉末を用意した。

主金属粉末と添加金属粉末との体積分率Ｐ（Ｖｆ）を種
々変えた各種混合粉末を調製し、それら粉末より遊星型
回転ボールミルを用いて、原料粉としての平均直径１０
０μｍの各種凝集粉を製造した。

これら凝集粉の製造条件は次の通りである。即ち、Ａｒ
雰囲気中において、混合粉末と直径１０■のクロム網製
ボールとを１：１０の割合で回転ボールミルに投入し、
回転数４５Ｏｒｐｍにて３時間撹拌混合するものである
。

比較のため、原料粉として、前記回転ボールミル処理を
施してない前記主金属粉末、その処理を施した前記主金
属粉末、ならびに前記主金属粉末および前記添加金属粉
末よりなり、前記処理を施してないものを用意した。

前記各種原料粉を用い、下記の方法を実施することによ
って各種構造部材を製造した。

（ｉ）　　第２図（６）に示すように、原料粉５を本体
６と蓋体７とよりなるゴム製縮体８に入れて、それに圧
力４０００ｋｇｆ／ｃｊの条件下で冷間静水圧プレス（
ＣＩＰ）を施した。

（ｉｉ）　　同図（ロ）に示すように、前記冷間静水圧
プレスによって、直径５８閣、長さ６５閣、密度７５％
の短円柱状圧粉体９を得た。

（井）　　同図（Ｃ）に示すように、圧粉体９を、アル
ミニウム合金（ＡＡ規格　６０６１材）よりなる縮体１
０に装填した。この縮体１０は、外径７８―、周壁厚さ
１０３１ｍ、底壁厚さ１５ａｍ、長さ８０閤である。

（ｉｖ　）　　同図（ｄ）に示すように、縮体１０の底
壁を押出し方向前側に向けて縮体１０と共に圧粉体９を
単動式熱間押出し加工機１１のコンテナ１２に装填した
０図中、１３はダイス、１４はダイス孔、１５はダイバ
ッカ、１６はステム、１７はダミーブロックである。

熱間押出し加工機１１において、最大加圧力は５００ト
ン、コンテナ１２の内径は８０鴫、コンテナ１２の予熱
温度は後述するように所定の温度に設定された。

次いでステム１６を前進させてダミーブロック１７を介
し縮体１０に荷重を作用させ、その縮体１０を変形させ
て、約３０ｋｇｆ／ｄの面圧でコンテナ１２に密着させ
た。これにより圧粉体９の温度が急速に上昇し、その温
度がコンテナ１２の温度よりも５°Ｃ低い温度に達した
時、縮体１０と共に圧粉体９を押出し、粉末相互間を接
合することにより丸棒状構造部材を得た。

表Ｉは、各製造例１−Ｘｎ［の加工条件および構造部材
の物性を示す。

表Ｉにおいて、製造例Ｉ〜■は、添加金属粉末（純アル
ミニウム粉末）の体積分率Ｐ（Ｖｆ）を２％以上、２５
％以下に設定した凝集粉を用い、また加工開始温度を主
金属粉末の結晶化温度Ｔｘ（２９０℃）以下に設定した
場合に該当し、これらの方法により得られた構造部材は
非晶質相の体積分率Ａ（Ｖｆ）が高く、また高強度であ
ることが判る。

凝集粉における添加金属粉末の配合効果は、その体積分
率Ｐ（Ｖｆ）２％から現われ、上限は２５％である。添
加金属粉末の体積分率Ｐ（Ｖｆ）が２％未満では、いか
に微細なものを使用しても、それを均一に分散させるこ
とができないので前記配合効果を得ることができず、一
方、２５％を超えると、塑性変形物の層が厚くなり過ぎ
て非晶質相相互間の接合が妨げられるため、製造例■の
ように部材の強度が大幅に低下する。

製造例■の場合は圧粉体の結晶化が発生している上に、
加工温度が低く、且つ高押出し比であるため押出し不能
である。

製造例■〜ＸＩの場合は、原料粉の酸化膜が除去されて
いないので部材の強度が低い。

製造例ＸＨの場合は、回転ボールミル処理によって原料
粉の酸化膜が除去されるが、添加金属粉末を含まないた
め塑性変形物による再酸化防止作用が得られず、その結
果、再酸化に起因して部材の強度が低くなる。

製造例Ｘｒｆ１の場合は、主金属粉末の酸化膜および添
加金属粉末によって非晶質相相互間の接合が妨げられる
ため部材の強度が低い。

〔実施例■〕

実施例■と同一のま金属粉末および添加金属粉末を用意
した。また強化材として平均直径２２μｍ未満のＳｉＣ
粉末を用意し、その強化材の体積分率Ｐ（Ｖｆ）を、添
加粉末と強化材との混合粉末において１０％に設定した
。

主金属粉末と、強化材を含む添加金属粉末との体積分率
Ｐ（Ｖｆ）を種々変えた各種混合粉末を調製し、それら
粉末より実施例■同様の回転ボールミルを用いて平均直
径１００μｍの各種凝集粉を製造した。これら凝集粉の
製造条件は実施例Ｉと同じである。

前記各種凝集粉を用い、実施例Ｉと同様の方法を実施す
ることによって各種構造部材を製造した。

表■は、各製造例ＸＩＶ〜ＸＸの加工条件および構造部
材の物性を示す。

表Ｈにおいて、製造例ＸＩＶ〜ＸＸは表Ｉの製造例Ｉ〜
■にそれぞれ対応する。

表Ｉ、■を対比すると明らかなように、製造例ＸＩＶ〜
ＸＸによる構造部材は強化材の配合に伴し１望性変形物
の強化が達成されるので、製造例Ｉ〜■による構造部材
に比べて強度が向上している。

た覧し、製造例ＸＩＶ〜ＸＸにおいては強化材の配合に
伴い押出し圧力を高めなければならないので、構造部材
における非晶質相の体積分率Ａ（Ｖｆ）は製造例Ｉ〜■
による構造部材のそれに比べ、て低くなる。

添加金属粉末として、マグネシウム粉末またはマグネシ
ウム合金粉末を用いる場合は、凝集粉における各粉末の
体積分率Ｐ（Ｖｆ）は２％以上、１８％以下、好ましく
は５％以上、１５％以下に設定され、また銅粉末または
銅合金粉末を用いる場合は、凝集粉における各粉末の体
積分率ｐ（ｖｆ）は２％以上、２０％以下、好ましくは
５％以上、１５％以下に設定される。このように各体積
分率Ｐ（Ｖｆ）の範囲を規定する理由は、アルミニウム
粉末の場合と同じである。

たりし、添加金属粉末の体積分率Ｐ（Ｖｆ）は、主金属
粉末の総表面積と密接な関係を有するので、主金属粉末
の平均直径の大小により前記体積分率Ｐ（Ｖｆ）の最適
値も変化する。

Ｃ１発明の効果 第（１）請求項記載の発明によれば、前記のように特定
された凝集粉の集合体に成形処理を施すことによって、
高強度な構造部材を得ることができる。

第（２）請求項記載の発明によれば、さらに強度を向上
させた構造部材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はミクロ的な構
造部材製造側説明図、第２図はマクロ的な構造部材製造
側説明図である。 第２図 １・・・主金属粉末、 ２・・・添加金属粉末、 ２０ ・・・塑 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 性変形物、 ３・・・酸化膜、 ４・・・凝集粉、 ９・・・圧粉体 （集合物） １・・・熱間押出し加工機 特 許 出 願 人 本田技研工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面を酸化膜（３）で覆われ、且つ非晶質相の体
   積分率Ａ（Ｖｆ）が５０％以上の主金属粉末（１）と、
   低硬度、且つ高延性の添加金属粉末（２）とを機械的に
   撹拌混合して、前記添加金属粉末（２）より生じた塑性
   変形物（２＿０）による前記酸化膜（３）の微小砕片の
   取込みとその主金属粉末（１）表面の被覆とを行うこと
   により、複数の主金属粉末（１）を前記塑性変形物（２
   ＿０）を介して集合させた凝集粉（４）を製造し、次い
   で前記凝集粉（４）の集合体（９）に成形処理を施すこ
   とを特徴とする高強度構造部材の製造方法。
2. （２）表面を酸化膜（３）で覆われ、且つ非晶質相の体
   積分率Ａ（Ｖｆ）が５０％以上の主金属粉末（１）と、
   低硬度、且つ高延性の添加金属粉末（２）と、強化材と
   を機械的に撹拌混合して、前記添加金属粉末（２）より
   生じた塑性変形物（２＿０）による前記酸化膜（３）の
   微小砕片および前記強化材の取込みと、その主金属粉末
   （１）表面の被覆とを行うことにより、複数のま金属粉
   末（１）を前記塑性変形物（２＿０）を介して集合させ
   た凝集粉（４）を製造し、次いで前記凝集粉（４）の集
   合体（９）に成形処理を施すことを特徴とする高強度構
   造部材の製造方法。