JPS583904A - 発泡金属粒の製法 - 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】 本発明は発泡金属粒又は合金粒（本明細書においては単
に「金属粒」と称する）の製法に係り、ぬる気泡を形成
して単粒の見掛比重が中実粒の真比重よりも著るしく軽
少な発泡金属粒を製造する方法に係る。

本発明により製造された発泡金属粒はその侭、又（まこ
れを素材として単味で又は他の結合材、充填材等と複合
し、焼結乃至成形することにより軽量材料として各種用
途に例えば断熱、防水、防音、吸振、濾材、熱交換、触
媒用その他に供することができる。

多孔質金属材料の製造については従来から各種の方法が
提案されており、それらの内で金属の溶湯が冷却凝固す
る際に発泡させる方法としては水素吸蔵特殊金属又は熱
分解性発泡剤を溶湯に添加したり或いは水流を特殊態様
で噴射して溶湯を処理する等の方法がある。一方、比較
的大型の金属塊の製造例えばＰＪｊ　造に際してこれを
多孔質体とすることは、冷却凝固時の温度分布や液圧差
による遊離ガスの偏倚及び浮力等のために気泡の形成、
分布を全体的に均一になすのが極めて困難であり、又気
泡容積率を大にすることも困俯であるので、実際上不可
能であることが知られている。

従って、本発明の目的は、特殊な発泡剤の使用を必要と
ぜず、又特殊態様で水流を噴射することなしに、比較的
簡単性つ容易に発泡金属粒を量産することのできる方法
を提供することにある。

本発明方法により得られる金属粒は後述の通り各単粒の
気泡容積率が犬であるのでこの金属粒をその侭の状態で
も各種の用途に供することができ、更にこれら金属粒の
粒径、気泡容積率を揃えこれを素材として焼結等により
集合成形すれば、構成単粒そのものが気泡を有していて
軽比重であるのみならず粒間空隙が加わるので全体とし
て著るしく気孔率が高く、軽量でありしかも均斉な多孔
質構造材イＳＩを容易且つ確実に製造することができる
と謂う利点を有している。

しかして、本発明においては、この種の発泡金属粒素材
を製造するために各般の条件を検討の結果、下記の点を
基本的技術思想とした。

第１に、一般に金属溶湯は主として水素などのガスを溶
解吸収し温度」二昇に従って、その量を増加するが冷却
同化に際してはこれらのガスの溶解度が急に減少し、過
飽分のガスを遊離する傾向があるので、この現象を利用
する。

すなわち、主として水素などのガスを溶解、吸収した金
属溶湯、必要により積極的にこれらのガスを充分に吸収
させた溶湯を発泡させること。

第２に、」二記のガスを溶解吸収した金属溶湯を使用し
ても一般大気圧中における鋳造のように、冷却凝固させ
ると遊離ガスは抜は出ていわゆるビ９７１′ ンホールないしブローホールを形成するｒ前述したよう
に、気泡を一定の大容積率とすることが困難である。

よって、溶湯の冷却凝固時における平衡飽和溶解度を低
下することにより遊離ガス量を増加し、しかもその容積
を拡大させるために溶湯の冷却凝固する際の雰囲気圧を
相当に減圧された状態とすること。

第３に、目的とする凝固塊を比較的大塊とするときは、
この点も前述したが、仮に気泡の容積率を大きくできた
としても、その形成分布を全体的に均一にすることが困
難であることから、ガスを溶解吸収した溶湯を分散し、
比較的小径の液滴として自由落下状態で冷却させればほ
ぼ無重力状態における僅かな表面張力による液圧下で、
各分散粒毎に第２項の効果とあいまって大なる容積率の
気泡を均等に形成することが容易となり且つ分散粒は、
発泡膨張に際し表面張力によって種球状を呈する。

ずなわち、金属溶湯け、液滴として分散状態で冷却凝固
させること。

次に、」二記思想に基く本発明方法を実施するための装
置の一例が示されている添附図面第１図に関連して説明
する。

この装置は、基本的には、原料金属又は合金を　５− 融解する溶湯形成部１０と、該溶湯形成部からの溶湯を
分散凝固させて発泡金属粒とする分散凝固容器２０と、
形成された発泡金属粒を取出ず排出部３０とから成って
いる。溶湯形成部１０には、原料の装填されるルツボ１
１と、該ルツボを加熱してルツボ内の原料を溶湯Ｍとな
ずために加熱コイル１２１の埋設された加熱炉１２と、
密閉座１３と、断熱台座１４とが設けられている。ルツ
ボ１１の底部には出湯孔１１１が形成されており、この
出湯孔は溶湯Ｍの収容時には閉鎖されており溶湯Ｍの出
湯に際して開孔されるようになされている。更に、ルツ
ボ１１には高温度計１５が所属していて原料の融解を確
認し、又加熱コイル１２１によるルツボの加熱温度を調
節し得るようになされている。

溶湯形成部１０は上述のように構成されるが、原料金属
又は合金が別途に溶解炉で融解準備される場合には、ル
ツボ１１の代りに単なる受湯ローｌ・を用いることもで
きる。

分散凝固容器２０の適宜個所例えば外壁上部にはバルブ
２１．１の配設された導管２１が設けられ、この　６− 導管２１は真空ポンプ（図示せず）に接続されていて、
容器２０の内部を減圧状態に維持するようになされてい
る。容器２０内の圧力は圧力計２２に表示されるので、
これを読取りバルブ２０１を操作することにより容器２
０内部の減圧状態を調節することができる。

ルツボ１１の出湯孔１１１の孔径が小であれば格別の部
材を用いなくとも減圧下にある分散凝固容器２０内を流
下中に溶湯を滴状となすことが可能であるが、出湯孔１
１］の孔径を小になせばこれが狭搾し易いので作業−に
問題が生じる。このために出湯孔１１１の孔径を比較的
太になしても流下する溶湯Ｍを分散して滴状となず補助
部材を設けることができる。この目的で、分！′ｆＩｉ
凝固容器２０の内部に且つその上蓋２０１に近い位置に
目皿乃至網体（以下１目皿」と称する）２３が設けられ
ている。目皿２３を通過して滴状となった溶湯Ｍはその
表面張力により球状化しつつ分散凝固容器２０内を落下
する間に冷却し過飽和分のガスを放出し発泡凝固した金
属粒となって分散凝固容器２０の底部に堆積するに至る
が、出湯した溶湯殊に液滴状溶湯に接触して分解反応に
よりガスを吸収溶解させると共に生成する発泡金属粒の
冷却を促進するための油又は水分散凝固容器２０の外壁
２０２に設けることもできる。

分散凝固容器２０の底部に堆積した発泡金属粒を取出す
ための排出部３０は図示されでいるように２段構成の密
閉開閉扉３１．３２を備えたシュートとなし、これによ
って分散凝固容器２０内への外部空気の漏入を極力阻止
するようになされているのが好ましい。

次に、第１図に示された装置を使用し、金属原料として
アルミニウムを用いて行なわれた実施例に関連して本発
明方法を更に詳細に説明する。

実施例　１ まず、ルツボ１１の孔径３關に穿った出湯孔１１１７５
０°Ｃに保持し、溶湯Ｍとした。このとき原料アルミニ
ウムに、油脂、水分、腐蝕などがあれば溶湯Ｍは水素を
主とするガスを溶解吸収するが、必要により溶湯Ｍと接
触分解して主として水素を発生する例えば油脂、炭酸ア
ンモニウム、含水粉末フラックスなどの添加、その他の
適宜の方法で処理し、溶湯Ｍにガスを溶解吸収させる。

ついで、予め真空ポンプを作動し、導管２１を通じて圧
力計２２の指示値による容器２０の圧力を％気圧に減圧
し、出湯孔】１１を開孔して出湯させた。

分散、冷却、発泡して凝固し、容器２０の下底に堆積し
た発泡アルミニウム粒は、排出シュート３３の密閉扉３
１および３２を交互に開閉して、外部に取り出された。

得られた発泡アルミニウム粒は、一部の変形塊を除いて
よく種球状を呈し、それらの気泡は殆どすべて外部に開
放しない閉鎖気孔であって、水中に投入してもよく浮び
、その見掛比重は１以下であった。

それらの特性を示せば第１表の通りであった。

　９− （第　１　表） 得られた発泡アルミニウム粒の粒子構造（外観及び断面
構造）は第２ａ及び２ｂ図の図面代用写真（１，５倍）
に示される通りであった。

この実施試験により、出湯孔１】１から流出するアルミ
ニウム溶湯Ｍの分散滴化するときの粒径は、出湯孔１１
１の孔径が大きく影響し、したがって、発泡程度にもよ
るが、発泡アルミニウム粒の粒径は基本的には出湯孔】
１１の孔径に左右され、一方この口径が小であれば、ア
ルミニウム溶湯Ｍに酸化発生するドロスにより、狭搾し
易く作業が不安定になることが判明した。

また一旦流下する液滴が合体したためと思われる変形塊
の発生が認められたので、これらを防止するために次の
ように改善実施（、た。

実施例　２ 出湯孔１１１の孔径を実施例１の場合よりも拡大し、７
ｍｍ程度として、狭搾の影響の緩和をはかる一方、孔径
３　ｍｍの分散流出孔を孔径以上の孔間間隔をあけて、
数個穿孔したステンレス鋼板製の分散目皿２３を容器２
０内に設け、他は、実施例１の場合と同様に実施したと
ころ、平均見掛比重などは、前例とほぼ同様であったが
粒度分布において、変形塊の発生が殆んど見られなくな
り、最大外径が８闘程度以下となり、しかも変形塊の発
生率が減少し平均外径が４．５ｍｍ程度に揃った。これ
は分散目皿２３の底板に離隔して穿孔した分散流出孔の
効果によるものと考えられる。分散目皿２３は、本例の
場合、ステンレス鋼板製のものを使用したが他の金属ま
たは、無機非金属で製作することもできる。

分散目皿２３の流出孔もその孔径や溶湯Ｍの性状により
狭搾する傾向があるので、これを極力防止するには、作
業開始前に予熱し、あるいは、さらに予め容器２０内の
空気を例えば窒素その他の不活性ガスに置換した上で減
圧すれば有効である。

以上の実施例の方法では、得られる発泡アルミニウムの
粒径は発泡率が同程度の場合において分散目皿２３の流
出孔径に支配されるので、より細粒を望むときは、流出
孔を小にすればよい。

尚、溶湯を液滴に分散する手段としては、例えば回転体
を用いるなど、各種の公知の機械的方法、装置が提案さ
れているので、それらを適宜適用することももちろん可
能である。

本発明方法の反証実験として、アルミニウムの溶湯に例
えば乾塩素ガスを吹き込んで水素などの吸収ガスを脱ガ
ス処理した場合は、その後単に減圧状態で冷却凝固して
も当然ながら、殆んど発泡せずまたガスを吸収処理した
溶湯を大気圧中において分散凝固させた場合も本発明の
場合におけるような発泡現象は見られなかった。

すなわち、アルミニウムの溶湯の分散液滴を大容積率の
ガス気泡を含んで均一に発泡凝固させることは、本発明
の顕著な特徴効果があることが確認された。

尚、アルミニウム溶湯のガスの吸収溶解量を容器内にお
け゛る分散液滴状態において増加する目的で、水または
油と接触させて分解し、主として水素を吸収させ、冷却
発泡凝固させることも可能で、この場合は、容器内の減
圧状態を極力保持するために油または水を空気噴霧によ
らず、圧力噴霧により液滴に吹きかけ、あるいは液滴を
直接これらの液体中に落下させ、冷却凝固させても減圧
状態にあれば、ある程度の発泡効果を認めることができ
た。従って、これらの附加的処理も本発明の範晒に属す
るものであることに留意され度い。

以」−の実施例に関する説明は、アルミニウムに対して
であるが、本発明は、高温溶湯状態において、主として
水素などのガスを溶解吸収し、冷却凝固時にはガスの飽
和溶解度を著しく減少して過飽和分を遊離する鉄鋼は、
もちろん、非鉄系の銅、ニッケルをはじめとする一般純
金属および合金類に対しても、類似の効果をもって適用
することができる。

１３− 発泡金属単粒の気泡容積率は、金属溶湯のガス溶解量の
如何にも支配されるのであるが、溶湯湿度が高く、また
分散冷却凝固時の器内雰囲気圧の小なる程大きくなる。

しかして、極度に発泡させた場合には、気泡容積率が７
５％程度以」二になるものがあるが、気泡容積率を過大
にすると外殻の一部が破壊して開放気泡になり易くなる
。

よって、閉鎖気泡である発泡金属粒の製造を目的とする
場合は、金属特性等諸条件を考慮し、試験実施しその結
果を参酌して気泡容積率を定める必要がある。

他方、開放気泡となる発泡金属粒も特殊の目的用途には
好適なので、その場合には、適宜積極的に製造すべきで
ある。

本発明を適宜に適用実施すれば、任意の気泡容積率の発
泡金属粒を製造することが可能であるが、気泡容積率が
過小の場合は、効果薄く一般に少なくとも２０％以上の
場合に効果が現われる。

また、単粒の粒径は、金属の特性にもよるが、大型を目
的とすると変形塊を生じやすく、粒度分布も偏倚する。

従って、金属種によっても若干相違するか、一般に比較
的に容易に製造可能な１５ｍｍ径以下とする。

なお、不発明によって製造された発泡金属粒は、種球状
であるが、金属材質」−可能な場合は、必要に応じて圧
縮し、扁平形に加工して目的に供することも勿論可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

添附図面中、 第１図は本発明方法の実施に適する装置の一例を略示す
る縦断面図であり、 第２ａ及び２ｂ図は本発明方法により製造された発泡金
属粒の粒子構造を示す拡大尺図面代用写真であって、第
２ａ図は外観構造を、又第２ｂ図は発泡金属粒を合成樹
脂体に押入し切断して断面構造を示したものである。 溶湯・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・Ｍ分
散凝固容器・・・・・・・・・・・・・２０目皿乃至網
体・・・・・・・・・・・・・２３油又は水噴霧用の吹
込管・・・・・・・・２４１５−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素を主とするガスを溶解含有する金属又は合金
   の溶湯を減圧状態に維持した分散凝固装置内に液滴とし
   て流下させ、これら液滴をその表面張力により粒状化す
   ると共にその冷却凝固に伴ない遊離する溶解ガスの圧力
   により発泡させて内部に容積率２０％以上の気泡を有す
   る直径１５ｚｍ又はそれ以下の種球状金属粒とすること
   を特徴とする、発泡金属粒の製法。
2. （２）分散凝固装置内において流下する溶湯を一旦目皿
   又は網体で受けて分散させ液滴とすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の製法。
3. （３）液滴状溶湯の自由落下中に油又は水を噴霧するこ
   とによりガスを吸収溶解させて発泡、冷却凝固させるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１又は２項に記載の製
   法。
4. （４）液滴状溶湯を油又は水中に落下させガスを吸収溶
   解させて発泡、冷却凝固させることを特徴と　１− する、特許請求の範囲第１乃至３項の何れか１つに記載
   の製法。