JPH08218102A - 金属多孔体の製造方法 - Google Patents

金属多孔体の製造方法

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JPH08218102A
JPH08218102A JP24895395A JP24895395A JPH08218102A JP H08218102 A JPH08218102 A JP H08218102A JP 24895395 A JP24895395 A JP 24895395A JP 24895395 A JP24895395 A JP 24895395A JP H08218102 A JPH08218102 A JP H08218102A
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JP
Japan
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metal
mpk
porous
sintered body
metal powder
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JP24895395A
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Takashi Nishi
隆 西
Akira Kosaka
晃 小阪
Atsushi Funakoshi
淳 船越
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】樹脂の熱成形用・金属鋳造用金型,フィルタ
材,断熱材,制振材,防音材等として有用な金属多孔体
の製造方法を提供する。 【構成】金属粉末をカプセルに封入し、静水圧媒体中、
低圧力・低温加熱の仮焼結処理を行って多孔質の仮焼結
体を形成した後、カプセルを除去しもしくは除去すこと
なく、その仮焼結体を加熱処理に付して、その気孔分布
を損なわずに粒子結合を強化する。仮焼結処理は、0.
35〜0.85mpK〔mpKは、金属粉末の融点(絶対温
度)〕、5〜150MPaで、仮焼結体の加熱処理は、
0.6〜0.95mpKで行うのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金型,フィルタ,
断熱材,防音材,制振材,触媒担体,隔膜材等として有
用な金属多孔体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属多孔体は、例えば樹脂の熱成形(射
出成形,ブロー成形等)や金属鋳造(低圧鋳造,ダイキ
ャスト鋳造等)等に使用される金型の構成材料として有
用である。金型の全体ないしその一部に金属多孔体を適
用し、または付属部品として金型内に組み付けて金型の
ガス抜き性や断熱・保温性等を改善することにより、成
形・鋳造操業の効率化、複雑形状を有する製品の成形・
鋳造品質の向上等が可能となる。上記金型をはじめ、フ
ィルタ、断熱材、その他の各種部材に対する金属多孔体
の工学的応用に当たっては、用途・使用態様等に応じて
要求される気孔率・気孔径を備え、かつ機械的性質を満
たすものであることが必要である。このため、金属多孔
体の製造法の工夫として、例えば、所定のサイズに調整
したステンレス鋼等の金属繊維と金属粉末の混合物を原
料とし、これを加圧成形した後、その粉末成形体を真空
もしくは還元性雰囲気中で焼結する方法、粉末成形体の
焼結処理の後、得られた焼結体を窒化処理等に付して強
度や硬さを高める方法、あるいは原料粉末を、低圧力で
の加圧成形とそれより高い圧力での加圧成形との2段加
圧成形に付して粉末成形体を成形した後、所定の雰囲気
中で焼結する方法等、種々の提案がなされている(特開
平3-239509号公報,特開平4-72004 号公報,特開平4-30
8048号公報, 特開平6-33112 号公報等) 。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】原料粉末を加圧成形し
た粉末成形体を、真空もしくは所定組成の雰囲気中で焼
結処理(常圧焼結)する従来の製造法では、金属多孔体
の気孔率や気孔径の制御が困難であり、気孔率・気孔径
の不均一を生じ易い。製品サイズの大型化,形状の複雑
化に伴ってその不具合は増大する。また難成形性・難焼
結性の金属材種では、機械強度の確保も困難である。焼
結体の機械強度は、焼結処理に高温度を適用し、焼結反
応を促進することにより高めることができるが、その反
面において、粒子同士の融着による焼結体の緻密化(気
孔率や気孔径の減少)のために、多孔質体としの機能の
低下を免れない。本発明は、金属多孔質体の製造に関す
る上記問題を解決することを目的としてなされたもので
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の金属多孔体の製
造方法は、金属粉末をカプセルに封入し、静水圧媒体
中、低圧力・低温加熱の仮焼結処理を行って多孔質の仮
焼結体を形成した後、カプセルを除去しもしくは除去す
ことなく、その仮焼結体を加熱処理することを特徴とし
ている。
【0005】
【発明の実施の形態】金属粉末をカプセルに封入して行
う低圧力・低温加熱の熱間等方加圧処理により、多孔質
の仮焼結体が形成される。この仮焼結体は、静水圧媒体
の均一な圧力作用の効果として、形状,サイズの如何に
拘らず、均質な多孔性を有する。この仮焼結体は、その
ままでは粒子間の結合力に乏しいが、熱処理が施される
ことにより、仮焼結体の気孔分布を維持しながら、粒子
同士の結合が促進され、高多孔性と良好な機械性質を具
備する金属多孔体に仕上げられる。金属粉末の熱間等方
加圧処理(HIP処理)は、焼結合金製品を製造するた
めの工業的手法として知られているが、それは、真密度
に近い高緻密性を有する焼結製品を目的として行われ、
そのHIP処理には、高温加熱・高圧力が適用される。
本発明は、このHIP処理を多孔体の形成手段として利
用し、HIP処理の本来の適用形態と異なる低圧力・低
温加熱の処理条件のもとに、均質性の高い多孔性を有す
る仮焼結体を形成せしめ、そのHIP処理につづく熱処
理との組み合わせの効果として、広汎な用途における各
種の構造部材・機能部材として望まれる改良された多孔
特性と機械性質を兼備させることを可能にしている。
【0006】金属粉末をHIP処理(仮焼結処理)に付
すためのカプセルへの封入操作は、通常のそれと同じよ
うに、適当な材種のカプセル(例えば、軟鋼製)に充填
し、脱気密封(例えば、1×10-1〜1×10-3Torr)する
ことにより行われる。仮焼結体を形成するための金属粉
末のHIP処理において、加熱温度は、0.35mp〜
0.85mpK(mpKは、金属粉末の絶対温度表示の融
点)の範囲〔例えば,融点1700Kの場合は、0.35×1700
K〜0.85×1700K(=595 〜1445K)の範囲〕、加圧力
は、5〜150MPaの範囲に制御するのが好ましい。
加熱温度が0.35mpKより低く,加圧力が5MPaに
満たない処理条件では、仮焼結体の形成に長時間を要
し、また金属粉末の材種により長時間の処理を施して
も、ハンドリングに耐え得る仮焼結体の形成が困難であ
るからである。他方、加熱温度が0.85mpKより高
く、加圧力が150MPaを超える処理条件では、金属
粉末の粒子同士の融着が不必要に進行し、多孔性に富む
仮焼結体を得ることが困難となるからである。このよう
に制御された低温・低圧力の条件下に、適当時間(約
0.5〜8Hr)保持することにより、金属粉末は適度
に軟化して粒度同士の結合を生じ、多孔性に富む仮焼結
体が形成される。
【0007】上記HIP処理の後、その仮焼結体の強度
向上を目的として行う仮焼結体の熱処理(強化熱処理)
は、好ましくは、0.6mp〜0.95mpK〔mpKは上記
と同義〕の温度範囲に制御される。処理温度が、0.6
mpKより低いと、粒子同士の接触界面の拡散結合反応を
効率よく行わせることが困難であり、他方0.95mpK
を超える高温度を適用すると、粒子同士の凝集反応が助
長され、仮焼結体の気孔分布が損なわれるからである。
処理時間は、約5〜15Hr程度である。この熱処理
は、仮焼結体をカプセルから取り出して行われ、または
カプセルに被包されたままの状態で行われる。仮焼結体
は粒子間結合力が低いので、原料粉末が難焼結性の材種
であるような場合の仮焼結体は脆弱であり、仮焼結体を
カプセルから取り出すためのカプセルの機械加工や、取
り出された仮焼結体のハンドリング過程で、仮焼結体に
欠損・崩壊等を生じ易い。このような場合には、カプセ
ルに被包したまま熱処理を行って粒子間結合を強化させ
た後、カプセルから取り出すようにすれば、上記のよう
なトラブルを防止することができる。また、原料粉末が
活性な材種である場合も、仮焼結体の熱処理を、カプセ
ルに被包された状態で行うこととすれば、真空炉や雰囲
気炉を必要とせず、大気雰囲気でその処理を達成するこ
とができる。
【0008】金属粉末の材種の選択は任意であり、ステ
ンレス鋼(例えばSUS304,SUS630)、工具
鋼(例えばSKD61,SKD11)、マルエージング
鋼(例えば18Ni系,20Ni系)、高速度鋼(例え
ばSKH51,SKH55)、非鉄金属(例えば、アル
ミニウムまたはその合金,チタンまたはその合金,銅ま
たはその合金)等が、目的とする金属多孔体の用途や要
求される材料特性等に応じて選択使用される。
【0009】金属粉末は、その粒度構成として、重量基
準の粒径積算分布曲線(図1参照)における累積頻度5
%の粒径R5 ,同50%の粒径R50,および同95%の
粒径R95が、次式: (R95−R5 )/R50 ≦ 2.5 … 〔1〕 を満たす粒径分布を有するものが好ましく使用される。
粒径R50(平均粒径)に対する、粒径R95と粒径R5
幅(R95−R5 )の比「(R95−R5 )/R50」の値が
大きな粒径分布を有する粉末では、粉末充填層内の粒子
間に粗大な空隙を生じ易く、また粒子間の空隙に微細粒
子が侵入することによる空隙の閉塞を生じ易い。前者
は、焼結体内における粗大な気孔の分布を増大させ、後
者は開気孔の分布を減少させ、製品多孔体の多孔質性能
を低下させることとなる。(R95−R5 )/R50の比
を、約2.5以下に調整することは、このような不具合
を抑制緩和するのに有効であり、より好ましくは、1.
5以下である。また、粉末の粒径R50は、約10〜10
00μmの範囲が適当である。製品多孔体として、気孔
径の比較的小さい開気孔が豊富に分布したもの(金型等
に適している)を望む場合は、粒径R50約10〜75μ
m程度の比較的小径の粉末の使用が有利であり、他方気
孔径の大きい開気孔が豊富に分布したもの(フィルタ等
に適している)を望む場合は、粒径R50約300〜10
00μmの粗粒粉末が有利に使用される。
【0010】上記粒度構成を有する金属粉末を使用し、
本発明の仮焼結処理および熱処理工程を経て製造される
金属多孔体は、気孔率約7〜50%で,約500μm以
下の気孔径、および次式を満たす気孔径分布を有してい
る。 (D95−D5 )/D50 ≦ 2.5 … 〔2〕 〔式中、D95: 気孔径の積算分布曲線における累積頻度
95%の気孔径,D5 :同5%の気孔径,D50: 同50
%の気孔径(平均気孔径)〕。金属多孔体に付与される
このような気孔分布特性は、各種分野における様々な構
造部材・機能部材としての金属多孔体の有用性を高め、
例えば、ガス・微粒子の透過性,断熱性,機械強度等を
要求される金型やフィルタ類、透過性および大きな比表
面積を要求される触媒担体やセンサ類、あるいは高い振
動減衰特性を要求される制振材・防音材等への工学的応
用の可能性を高めるものである。
【0011】
〔原料粉末〕
A: ステンレス鋼(JIS G4303 SUS 310S相当)のアトマ
イズ粉末 (C:0.02, Si:1.0, Mn:0.1, Cr:18.3, Ni:10.8, %) B: 合金工具鋼(JIS G4404 SKD 61相当)のアトマイズ
粉末 (C:0.38, Si:0.9, Mn:0.01, Cr:5.25, Mo:1.20, V:1.0,
%)
【0012】表1に製造条件、表2に得られた金属多孔
体の諸特性を示す。供試材No.1〜5は発明例、No.11
は、従来材に相当する比較例である。表中、「ガス抜き
性」欄の数値は、エアを透過させるのに必要なエア加圧
力(Kgf/cm2 ) を示し、「曲げ強度」欄は、JIS B1601
の曲げ試験法(スパン距離:30mm)による3点曲げ強度
(Kgf/mm2 ) を示している。発明例の金属多孔体は、N
o.1〜3 のように、比較例No.11 のものに比し、平均気
孔径は同等であっても、開気孔率が高く、ガス透過性に
すぐれ、かつ著しく高い機械強度備え、またNo.4, No.5
のように、比較例のものと同水準の強度レベルを維持し
ながら、開気孔の豊富な気孔分布を有している。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】
【発明の効果】本発明による原料粉末の熱間等方加圧処
理と、仮焼結体の熱処理とを経て製造される金属多孔体
は、改良された多孔質特性と機械性質とにより、各種の
構造部材,機能部材としての有用性を備え、例えば、樹
脂成形用金型や金属鋳造用金型をはじめ、制振部材、断
熱部材、吸音部材、触媒担体、フィルタ、隔膜、その他
各種分野における金属多孔質体の工学的応用の拡大・多
様化を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】金属粉末の粒径積層分布曲線の説明図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属粉末をカプセルに封入し、静水圧媒
    体中、低圧力・低温加熱の仮焼結処理を行って多孔質の
    仮焼結体を形成した後、カプセルを除去しもしくは除去
    すことなく、その仮焼結体を加熱処理することを特徴と
    する金属多孔体の製造方法。
  2. 【請求項2】 カプセルに封入した金属粉末の仮焼結処
    理を、温度:0.35〜0.85mpK〔但し,mpKは、
    金属粉末の融点(絶対温度)〕、加圧力: 5〜150M
    Paで行い、仮焼結体の加熱処理を、温度: 0.6〜
    0.95mpK〔mpKは上記と同義〕で行うことを特徴と
    する請求項1に記載の金属多孔体の製造方法。
  3. 【請求項3】 金属粉末は、粒子径の積算分布曲線(重
    量基準)における累積頻度5%の粒径R5 ,同50%の
    粒径R50,および同95%の粒径R95が、次式: (R95
    −R5 )/R50 ≦ 2.5を満たし、粒径R50は、1
    0〜1000μmである粒度分布を有することを特徴と
    する請求項1または請求項2に記載の金属多孔体の製造
    方法。
JP24895395A 1994-12-12 1995-09-27 金属多孔体の製造方法 Pending JPH08218102A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103060590A (zh) * 2013-01-08 2013-04-24 西北工业大学 一种梯度多孔钛合金的制备方法
JP2015520660A (ja) * 2012-04-18 2015-07-23 ディーエスエム アイピー アセッツ ビー.ブイ. 水素化反応に有用な装置(ii)
WO2019225513A1 (ja) * 2018-05-23 2019-11-28 住友電工焼結合金株式会社 焼結部材の製造方法、及び焼結部材

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