JP2004520483A - 衝撃、熱、及び音の吸収特性を改善した金属発泡体あるいは金属複合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

泡状のあるいは発泡した金属ペレット、部品、合板の製造方法であって、ｉ）粉末合金の混合物に発泡剤粉末を与える工程、ｉｉ）工程ｉ）の混合物を前もって圧縮する工程、ｉｉｉ）工程ｉｉ）で前もって圧縮した混合物を、その粒子の恒久的ボンディングが発生するところの、発泡剤分解温度以下まで加熱する工程、ｖ）発泡剤を包埋した金属母体でできた圧縮物体を製造するために、その物体を熱圧縮する工程、およびｖｉ）その圧縮された物体を金属断片に縮小し、それによって高密度発泡性金属片を獲得する工程を含む。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末冶金の分野に関するものである。より詳細には、特に、衝撃、エネルギー、音の吸収特性及び耐熱特性を改善した、軽量かつ固い材料としての金属発泡体あるいは金属複合体の製造方法とその利用方法に関するものである。また望ましくは、様々な化学成分を有する再生アルミニウム合金又は屑から作り出された環境に優しく低コストな材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既に先の技術で知られているように、アルミニウム、及び銅をベースとした粉末合金から多孔性半製品を製造する方法を記述したドイツの特許Ｎｏ．４１０１６３０（ＵＳ特許番号５，１５１，２４６）がある。そこに記述されている方法は、粉末合金を発泡剤と混ぜる工程、その混合物を圧縮容器に入れる工程、その入れられた容器を加熱しながら、発泡剤が分解しない圧力で圧縮する工程、その入れられた容器を冷却しながら、その圧力を取り除く工程、その容器を取り外し、そこから固形ブリケットを引っ張り出す工程を含んでいる。固形ブリケットは、直ぐに、多孔性物体を作り出すため熱処理されるか、あるいは押出成形または圧延によって仮の熱間変形を受けて熱処理される。このような方法では、ブリケットの重さが２〜５Ｋｇであるので、サイズ及び形状という点から見ると非常に狭い範囲の製品が製造され得る。加えて、この方法は、その粉末混合物が入れられた大きなサイズの圧縮容器を長期に渡り加熱するために、非常に生産性が低いことを示している。その粉末混合物を、直径１００ｍｍ、高さ４００ｍｍの容器で熱する場合であっても、その加熱作業は経済的に適していない。
【０００３】
こちらも知られているが、様々な変形を組み込んだ金属粉末から多孔性半製品を製造する方法がある。
【０００４】
最初の変形は、圧縮容器の底面を発泡剤を含まない金属層でコーティーングする工程、その金属層を発泡剤を含む粉末混合物で覆う工程、そして次にその粉末混合物層を発泡剤を含まないもう１つの金属層で覆う工程を含んでいる。その後その容器は加熱され、そして熱圧縮が実施される。作り出された物体の形状は変形することにより変え得る。そして、その物体を、高多孔性金属発泡体層が２つの金属層の間に現れる新しい物体を形成するために発泡させる。
【０００５】
もう１つの変形は、押出成形に適合させた空の圧縮容器に高密度金属ディスクを配置する工程、そしてその容器に発泡剤を含む粉末混合物を入れる工程を含んでいる。そして、その粉末混合物の入った容器は加熱され、約６０Ｍｐａの圧力を与えられる。圧縮金型の穴を遮断するその硬い金属ディスクの中心部は、その圧力によってこの穴を通って流れ始め、押出成形プロセスを確保する。次の押出成形段階の間、その圧縮された粉末混合物は塑性変形し、その金型の穴を通って流れる。この場合もまた、その高密度金属層は、発泡準備の整ったその押出成形された粉末混合物を覆う。この混合体が発泡した後、その金属層は高多孔性発泡からなるコアを覆う。
【０００６】
両変形によって作り出された混合ビレットは更に薄板に圧延され得る。そして熱処理温度によって多孔性金属物体に形を変え得る（ＵＳ特許５，１５１，２４６、１９９２年９月、Ｂ２２Ｆ ３／１８、Ｂ２２Ｆ ３／２４）。
【０００７】
また、先の技術で知られているように、粉末合金を発泡剤と混ぜる工程、及びその混合物を高温（アルミニウムには約４００℃を限度とする）でいくつかの圧延孔型にて圧延する工程を含むプロセスがある。各々の圧延孔型に従ってその前もって圧延した材料を中間加熱することは、縁割れができてしまうのを大幅に防ぐ為の重要な措置である。これは、ローラー間隙における金属と推進薬粉末粒子のボンディングを引き起こし、推進薬の気体粒子に気密なシールを形成する。この物体は熱処理によって多孔性金属物体に変え得る。
【０００８】
これらの技術の不利な点は、半製品、特に工業用サイズの薄板の製造可能性が制限されてしまうこと、製品生産高および収益が低いこと、製造費が高額なことである。
【０００９】
粉末冶金の一般分野でもまた知られているように、ＥＰ０１２７３１２及びＵＳ４，８２０，１４１（ＥＰ０２７１０９５）に記述されているプロセスがある。金属発泡体の製造に関係しないこれらの文書は、本発明に関連した技術例として挙げる。
【００１０】
ＥＰ０１２７３１２では、金属粉末を厚板構造に強化するプロセスを公開している。そこではその金属粉末は密閉され、加熱され、格納金型へ入れられ、その粉末を強化するために圧延される。
【００１１】
ＵＳ４，８２０１４１では、不平衡及び／あるいは準安定性の金属あるいは非金属の、粉末、薄片または細い線材を硬い物体に形成する方法を公開している。その公開された方法は、その材料を金属容器に入れる工程、その材料が入っている金属容器をその材料固有の特性が維持される温度で圧延する方法、そしてその後その金属容器を取り除く方法を含んでいる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以下で詳細に述べられる様に、本発明の方法は、先の技術のいくつかの不利点とは異なり、またその不利点を克服している。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
最初の側面によれば、本発明は以下の工程を含む金属片の製造方法に関するものである。
【００１４】
ｉ）発泡剤粉末（所定の分解温度を有しその温度を超えると気体に分解する発泡剤）を合金粉末混合物（細かく分散された固形粒子を含む粉末）に与える工程。
【００１５】
ｉｉ）工程ｉ）の混合物を前もって圧縮する工程。
【００１６】
ｉｉｉ）工程ｉｉ）の前もって圧縮した混合物を、その粒子の恒久的ボンディングが生じ得るところの分解温度以下の温度まで加熱する工程。
【００１７】
ｖ）発泡剤を包埋した金属母体でできた圧縮物体を製造するために、工程ｉｉｉ）で獲得した混合物を熱圧縮する工程。
【００１８】
ｖｉ）その圧縮物体を金属断片へと縮小し、それによって発泡性金属片を獲得する工程。
【００１９】
その粉末合金及び発泡剤粉末を与える工程ｉ）は、以下の工程を含むのが望ましい。
【００２０】
−金属屑、金属粒子、あるいは金属片をその粉末合金に分解する工程。
【００２１】
一代替案によれば、この方法は、工程ｖｉ）の後に以下の工程を含んでいる。
【００２２】
−その発泡性金属片を、その合金溶解温度以下の温度、及びその金属片に可塑性を持たせるのに十分な温度まで加熱する工程。
【００２３】
−発泡性金属ワイヤーを作り出すためにその加熱した金属片を押出成形する工程。
【００２４】
獲得したその発泡性金属ワイヤーは、更に小さい発泡性ワイヤー断片に有利に切断し得る。
【００２５】
多孔性ペレットを作り出すために用いられたもう１つの代替案によれば、この方法は、工程ｖｉ）の後に以下の工程を含むことが望ましい。
【００２６】
ｖｉｉ）工程ｖｉ）で獲得した発泡性金属片をその発泡剤の分解温度以上の温度まで加熱する工程。
【００２７】
このもう１つの代替案においては、この方法は、その発泡性金属片を加熱する工程ｖｉｉ）の前に、前述の発泡性金属片を耐火性材料粉末などのその他の粉末と混合する工程を含むことが望ましい。更に望ましいのは、この方法が、その発泡性金属片を耐火性材料粉末と混合する前に、その発泡性金属片をその合金固体化温度以下の温度、及び金属片に可塑性を持たせるのに十分な温度まで加熱し、その金属片を球状顆粒のような金属顆粒に成形する工程を含むことである。
【００２８】
球形金属顆粒へのその金属片の成形は、その加熱した金属片を、加熱した平面上で単層として分散させる工程、そしてその単層の上に加熱した板を当てる工程、及びその加熱した板に圧力を加えながら円形運動を行なって、その金属片を成形する工程を含むことが望ましい。
【００２９】
上記の両代替案においては、この方法は更に、分解工程ｖｉ）の後に、その金属片を粒子サイズ毎に分級する工程を含めてもよい。その粒子サイズは１．５ｍｍから４０ｍｍの範囲が望ましい。
【００３０】
そのプロセスで用いられた粉末合金は、粉末アルミニウム合金であるのが望ましい。しかしながら、その技術において一般的に用いられている適切ないかなる粉末合金、例えば粉末銅合金を用いることが可能であることは特筆する価値がある。
【００３１】
また、熱圧縮工程ｖ）は熱間圧延であるのが望ましい。
【００３２】
本発明はまた、上述の通り、高分子材、防音材、防火材及び衝撃吸収材から成る群から選択された材料のための充填剤としての多孔性金属ペレットの利用に関するものである。
【００３３】
高分子材は、樹脂、特に発泡性樹脂であることが望ましい。
【００３４】
もう１つの側面によれば、本発明は、以下の工程を含む高密度金属製品の製造方法も提供している。
【００３５】
ａ）金属断片を用意し、前述の金属断片を更に小さな金属粒子に分解する工程。
【００３６】
ｂ）その金属粒子に、前述の金属粒子の固形化温度より高い分解温度を有する添加剤を混合する工程。
【００３７】
ｃ）工程ｂ）の混合物を所定の厚さを有する箱型金属シェルに注ぎ、その金属シェルに気体を抜くための通路を少なくとも１つ与える工程。
【００３８】
ｄ）圧力をかけてその金属シェルの密度を高める工程。
【００３９】
ｅ）その金属シェルを、前述の金属粒子固形化温度から５５℃差し引いた過不足５℃の温度以上（例えば、その固形化温度が４８０℃の場合には、その金属シェルは４８０℃から５５℃を差し引いた温度、つまり４２５℃の過不足５℃以上の温度で加熱される）、前述の添加剤の分解温度以下の温度まで加熱し、そして直ぐに、その金属粒子を圧縮するのに十分な圧力、及び高密度金属製品を獲得できるように金属粒子間にマイクロせん断状態を作り出すのに十分な圧力をその金属シェルにかける工程。
【００４０】
その金属断片は、再生アルミニウム屑で作られているのが望ましい。このような場合のプロセスの有利な点は、以下の通りである。再利用物質を用いることから環境に優しく、再利用アルミニウム屑は容易に低価格で手に入ることからコストに有効性がある。もう１つの有利な点は、そのアルミニウム金属屑に含まれる化学不純物が、その完成品に有利な所定の特性を与える有用な添加剤として働くことである。
【００４１】
工程ａ）の更に小さな粒子は、金属片あるいは細かく分散した金属粉末粒子であるのが望ましい。
【００４２】
その方法は、工程ｃ）の前に、その混合物を前もって圧縮する工程を含むことが望ましい。その前もって圧縮することは、振動によって行なわれるのが更に望ましい。
【００４３】
また、その添加剤は、発泡剤であることが望ましく、上記の分解温度より高い温度で気体に分解するＴｉＨ₂及びＣａＣＯ₃から構成される群から選択された発泡剤であることが望ましい。この場合、その方法は、工程ｅ）の後に、金属シェルを有するあるいは有しないその高密度金属製品を、金属発泡体製品を獲得するために、その発泡剤の分解温度より高い温度まで加熱する工程を含むことが望ましい。
【００４４】
工程ｅ）では、その圧力はその金属シェルを熱間圧延することによって加えられるのが望ましい。その熱間圧延は、密度９５〜１００％の高密度金属製品を得るために十分な圧縮力で行なわれるのが更に望ましい。
【００４５】
工程ｂ）で用いられる箱型金属シェルは、両端を有する２つの連続した主要長手面を含んでいることが望ましく、そして前後方向に変形可能であるのが望ましい。更に以下で挙げるように、その２つの長手面は、細長い金属片の２つの巻き線から獲得し得る。この場合、工程ｅ）の熱間圧延は、そのシェルの面の１つに沿って少なくとも１回の圧延運動をすることによって行なわれるのが望ましい。そのシェルは、二つの圧延機の間で熱間圧延されるのが最も望ましい。
【００４６】
その連続面は、長手方面に、金属が抜けるための、あるいは気体に抜け道を残すための少なくとも１つの通路を与えられるように、両端が部分的に閉ざされているのが望ましい。その部分的な閉鎖は、不連続なウェルディング、ベンディング、クランピング、ボンディングから構成される群から選択されたプロセスによって作リ出し得る。
【００４７】
別の方法として、その箱型金属シェルは、平らな、あるいは専用形状の蓋付き平鍋から得られうる。この場合、工程ｃ）は、その混合物を平鍋に入れ、少なくとも一つの通路を残して鍋の蓋を閉める工程を含んでいる。このような通路は、平鍋の側壁に不連続にウェルディング、ベンディング、クランピング、ボンディングを施すか、そのシェル自体に打抜き穴をあけることで得られうる。
【００４８】
その金属シェルの密度を高める工程ｃ）は、その金属シェルを冷間圧延する工程を含んでいるのが望ましい。
【００４９】
発明の更に好適な実施例によれば、その方法は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ−Ｓｉ（鋳造合金）、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ−Ｍｇ、発泡剤を有するＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ（鍛錬用合金）といった様々な系統の粉末アルミニウム合金の混合を取り込んでいる。一つの変形では、獲得したその混合物は、再利用可能な割型に入れられ、その粉末混合物と加熱される。その粉末混合物の加熱は、最も溶けやすい共晶融点の固形化以下１０〜２０℃まで冷却された後に行なわれる焼結を確実にする温度で行なわれる。結果として、その粉末混合物は流動性を失う。その金型の底を取り外した後、その熱い型は縦型圧縮容器に置かれる。この圧縮機のピストンは、その焼結された粉末混合物をその金型から圧縮容器に押し出す。そしてダミーブロックが置かれ、多孔性（相対密度８６〜９６％）でもろいブリケットを作り出すために、その焼結された粉末混合物の熱圧縮が所定の低圧力で行なわれる。高効率機械を用い、その冷却されたブリケットはサイズ０．５〜５．０ｍｍの粉末粒子を有する断片形の小片に縮小され、その化学組成は、その発泡剤が均一に分配された初期の粉末アルミニウム合金の化学組成と一致する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
これら、その他の物体、及びその発明の有利な点は、詳細な説明を読むこと及び図を参照することで明確になるであろう。その図１から７は、その発明の好適な実施例に従った方法の一連の工程を図式的に示したものである。
【００５１】
実施例とともにその発明が説明される間、当然のことながら、その発明の目的をそのような実施例に限定することを意味するものではない。それどころか反対に、その補足特許請求によって定義されているように、含まれる可能性のある手段、修正、及び同等物を全て網羅することを意味している。
【００５２】
本発明の目的は、熱圧縮されたブリケットから作り出された金属片で作られた工業用サイズの連続熱間圧延済み薄板を材料に複合及び単純な形状の製品を製造することである。その発明の実現によって得られた技術的成果は、製品生産における飛躍的な増進（ごみの出ない技術の構築）、多孔性製品の生産コストの削減、そして、その製品の幾何学的サイズ、機械的な部分、熱的及び音響的な吸収特性、および密度という点に関する製品系列拡大を盛り込んでいる。
【００５３】
図１から６に関して、アルミニウム合金から多孔性製品を製造する方法は、アルミニウム合金粉末母体の固形化温度を上回る分解温度を持つ発泡剤粉末（２）を有する純金属（添加剤のあるもの又はないもの）同様に、例えばＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ−Ｓｉ（鋳造合金）、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ（鍛錬用合金）からなる群から選択された２つあるいはそれ以上の合金化元素を有するアルミニウム合金の粉末、屑片、ペレット、小片及び／又は切れ端を含む金属粒子（１）の混合を盛り込んでいる。獲得された混合物（５）は、図３で示されているように、その粉末混合物（５）と一緒に熱せられる再利用可能な割型（６）に入れられる。最低共晶融点の固形化温度以下１０〜２０℃まで冷却された後に行なわれる液相焼結を確実にする温度で、その粉末混合物（５）の加熱が行なわれる。結果として、今、液相焼結ブリケット（１２）形態のその粉末混合物は、その流動性を失う。金型（６）から取り外した後、その熱い金型を縦型圧縮容器（１４）に置く。この圧縮機（１４）のピストン（１３）は、図５に示されているように、その焼結された粉末混合物（１２）を圧縮容器（１４）に押し出し、その後ダミーブロックが置かれ、その焼結された粉末混合物の熱圧縮が規定の低圧力で実行される。作り出された熱圧縮されたブリケット（１５）は、相対密度８６〜９２％を示す。低圧力で圧縮されたこれらのブリケット（１５）は、多孔性（相対密度８〜１４％）および不安定であるため、大変壊れやすい。図６に関して、その冷却されたブリケット（１５）は、高効率機械を用いて、サイズ０．５〜５．０ｍｍの片粒子を有する断片形の小片に縮小される。その化学組成は、発泡剤が均一に分配された初期の粉末アルミニウム合金の化学組成と一致する。
【００５４】
また、その金属片（１８）は、１．５〜４０ｍｍまでの粒子サイズ毎に分級される（望ましくは５ｍｍまで）のが望ましく、各粒群は、アルミニウムに対し不活性な細かな耐火性材料粉末と混合させる。その後その混合物は、金型に入れられ、そして加熱炉で融解点を５０〜７０度上回る発泡温度まで熱せられる。その発泡プロセスの完了後、その混合物は、多孔性金属片から耐火性材料粉末を分けるために選別される。
【００５５】
発明のもう一つの好適な実施例によれば、作り出された金属片は、１．５〜４０ｍｍの粒子サイズ毎に分級され（望ましくは５ｍｍまで）、各粒群は、固形化点以下１０〜１００℃の温度まで加熱される。そして、熱せられた平面上で単層として分散させ、その断片形金属片は、加熱された大きなディスク形の板の円形運動よって小球状にされる。そして、作り出されたそのペレットの各群は、アルミニウムに対し不活性な細かな耐火性材料粉末と混合される。そして、その混合物は金型へ入れられ、その融解点を５０〜７０℃上回る発泡温度まで加熱される。その発泡プロセスの完了後、その混合物は細かな耐火性材料粉末から球状多孔性顆粒を分けるために選別される。
【００５６】
更なる好適な実施例によれば、作り出されたその金属片は、１．５〜４０ｍｍの粒子サイズ毎に分級され（望ましくは５ｍｍまで）、各サイズのものは専用の台上で単層として分散され、液体状態へ変移する段階の温度までの温度で下部より加熱される。その発泡ペレットが望ましいサイズに達するのを視覚的に確認したら、それらは加熱炉から取り外される。
【００５７】
その発泡ペレット（別称多孔性ペレット）は、その後樹脂と混合され、一つあるいはそれ以上のくぼみを含むいずれの構造要素の内部空間に注入されるのが望ましい。その樹脂は、その構造要素の剛性及びエネルギー吸収作用を増加するために硬化される。
【００５８】
この発明のもう一つの側面によれば、粒群に分級されていない金属片は、金属片の一層が分散された表面に専用のコーディングをした平らな金属板を含む混合物ブロックを成形するために用いられる。そして、この層の上に、予め望ましい部品用に打ち抜かれた二つ目の専用コーティーングした金属板を特定の高さに置く。この後に、その発泡混合物ブロックは加熱炉で、その溶解点を少なくとも５０〜７０℃標準的に上回る発泡温度まで加熱される。そして視覚的に発泡ペレットがその上部金属層に到達するのを確認したら、その発泡粉末を有するブロックは加熱炉から取り出され、冷却される（不活性雰囲気におけるそのブロックの加熱に備えるために）。
【００５９】
この場合に望ましいのは、その金属薄板間の支えを確実にするために、横材を結合してそれらが一緒にしっかりと固定されることである。横材は同時に結合要素を固定する役目を果たす。
【００６０】
また、粒群に分級されていないその金属片は、一つあるいはそれ以上のくぼみを含むいずれの構造要素の内部空間を望ましい量群に満たすために用いられ得るのが望ましい。その組立部全体は、多孔性充填剤（コア）を成形するために、合金の固体状態から液体状態に変移する温度以上の温度で加熱される。
【００６１】
この発明の更なる側面によれば、その過熱された発泡顆粒の圧延は、ともに、及び２枚あるいはそれ以上の加熱された金属薄板の間で、混合物体を作り出すために実施される。その作り出された混合物体は、コアとフェーシングの間に多孔性コアと金属接合剤を有する多層構造を形成するために、合金が固体状態から液体状態へ変移する温度以上に加熱される。
【００６２】
図７中、７Ａは、金属（２１）の小さな粒子の混合物（望ましくは再生アルミニウム屑によってもたらされる粉末合金の混合物）と発泡剤粉末の混合物を入れている箱型金属シェル（４８）を熱間圧延する工程を示す。その混合物の入った金属シェル（４８）は、まずヒーター（５０）で加熱され、その粒子のマイクロせん断状態が発生する２つの圧延機（２２）の間で圧延される。そして、その圧延プロセスの完了時に高密度発泡半製品（４１）が獲得される。評価されうるものとして、その二つの圧延機（２２）によって形成されるローラー間隙（２１）の前で、その粒子混合物は、実質上、非粘着性、あるいは流動性である。その圧延機（２２）の間で処理された後、その混合物は発泡剤を有する粉末合金の圧縮された発泡混合物（１６）で構成される。この圧縮された構造（１６）は、箱型金属シェル（４８）を利用することで作り出されたマイクロせん断状態のようなマイクロせん断状態をその粒子（１９）に受けさせることによって獲得される。評価されうるものとして、可塑性域（１７）が、２つの圧延機（２２）によって成形されたローラー間隙で作り出され、引き続き弾力性域が作り出される。図７中、７Ｂで示されているように、その可塑性域（１７）の粒子（１９）は、矢印（５２）で示された圧縮力および矢印（５４）で示されたせん断力を受ける。
【００６３】
図１０に示されたこの発明の更なる側面によれば、その熱い金属片及び／あるいは粉末アルミニウムと発泡剤の熱い混合物は、温度調整フィーダー（３２）に注がれ、そこで金属片及び／あるいは混合物の密度と運動の増加が振動により促される。そして、加熱炉（３３）でその金属片の温度よりも約１００度高い温度まで加熱された巻き線（３６）によって提供された２つの細長い金属片の間で圧延される。その作り出された混合物体（４１）は、コアとフェーシング間に多孔性のコアと金属接合剤を有するサンドイッチ構造を形成するために、合金が固体状態から液体状態へ変移する温度以上に加熱される。
【００６４】
図１１に示されたこの発明の更なる側面によれば、その熱い金属片及び／あるいは粉末アルミニウムと発泡剤の熱い混合物は、温度調整フィーダー（３２）に注がれ、そこで金属片及び／あるいは混合物の密度と運動の増加が振動により促される。そして、加熱炉（３３）でその金属片の温度よりも約１００度高い温度まで加熱された２つの連続した金属片（４０）の間で圧延される。作り出されたその熱間圧延された薄板（２３）は、熱処理に送り込まれる未加工品に切断される。
【００６５】
図１２に示されたこの発明の更なる側面によれば、その熱い金属片及び／あるいは粉末アルミニウムと発泡剤の熱い混合物は、温度調整フィーダー（３２）に注がれ、そこで金属片の密度と運動の増加が振動により促される。その後、圧延機台（４３）上で動かし巻き線（３６）から細長い金属片に注がれる。その後、その金属片及び／あるいは粉末混合物は、巻き線（３７）からの細長い上部金属片で覆われ、シェルを成形及びその細長い上下の金属片の端を結合するために機械に移される。金属片及び／あるいは粉末混合物の入れられた箱型断面金属シェル（４８）は、このようにしてその機械（４４）で成形される。その後そのシェルは、歪み矯正され、金属片及び／あるいは粉末混合物の密度が歪み矯正機（４５）で高められ、加熱炉（４６）で加熱される。その加熱されたシェルはその後圧延装置（４７）で熱間圧延される。その作り出された混合物体（４１）は、コアとフェーシングの間に多孔性コアと金属接合剤を有するサンドイッチ構造を成形するために、元の粉末混合物で獲得された合金の固体状態から液体状態へ変移する温度以上に加熱される。
【００６６】
別の手段として、図１２に示されたシェル成形機（４４）から作られたその金属シェル（４８）は、箱型金属シェル（４８）を成形するために未加工品に切り出されてもよい。その後、このような箱型金属シェル（４８）は、上記の通り、歪み矯正、加熱、熱間圧延、多孔性コアを有するサンドイッチ構造を成形するための高温度への加熱の処理を受ける。
【００６７】
上述の一連の記号によって特徴付けられたこの発明の実現可能性及びこの発明の目的実現の可能性は、以下の例を説明することによって確証され得る。
【００６８】
例１
高密度発泡性金属片の製造方法実現例は以下の通りである。
【００６９】
重さ３００ｋｇの粉末Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ−Ｍｎアルミニウム合金（融解温度６４０〜６４５℃、低融点共晶温度５０５℃）を重さ３．２５ｋｇのＴｉＨ₂発泡剤（分解温度６９０℃）と混合し、直径２９０ｍｍの内部空間を有する直径３４０ｍｍ、高さ８００ｍｍの割型に入れた。図８はＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ−Ｍｎ合金の相図縦断面を示している。この図の斜線域は、プロセスに用いられた合金を示している。評価され得るものとして、その平均固形化温度は５０３℃、そしてその融解温度は６５０℃前後である。その粉末混合物を、密度１．７５〜１．８ｇ／ｃｍ３を得るために振動によって圧縮した。各金型におけるその混合物の重さは、９７〜１００ｋｇであった。４８０〜４８５℃に冷却した後の液相焼結を確実にするため、その粉末混合物を５１０〜５１５℃で加熱した。その粉末混合物は流動性を失った。その金型を取り外した後、その熱い金型を１０ＭＮあるいは１５ＭＮ容量の縦型圧縮容器に置いた。その容器の直径及び高さは各々３００ｍｍ及び８００ｍｍであった。その圧縮機のピストンは、その焼結された粉末混合物を圧縮容器に押し出した。そして、ダミーブロックを置き、その焼結粉末混合物の熱圧縮を規定の低圧力１４０〜２００Ｍｐａで行った。作り出されたその熱圧縮されたブリケットは、相対密度８６〜９２％を示した。冷却後、そのブリケットを専用の機械で断片形状の金属片に縮小した。
【００７０】
初期の粉末を低融点共晶の出現する温度を１０〜２０℃超える温度以上に加熱し、それに続きこの温度を２０〜３０℃下回る温度に冷却することは、粉末液相焼結の展開を確実なものとする。この状態の粉末混合物はその流動性を失い、その金型から圧縮容器に簡単に押し出され得る。極めて低量の水素が出現する第１の原因は、加熱温度におけるＴｉＨ₂の分解である。第２の原因は、酸化膜を通して拡散するアルミニウムイオンとの吸収反応（Ｈ２Ｏ分子）によって出現した表面水素である。表面水素、及びＴｉＨ₂の分解により成形された水素は、部分的に多孔性ブリケットを残す。一方で、最大量の水素は、出現した低融点共晶で溶解する。
【００７１】
そして、１４０あるいは２００Ｍｐａの低圧力での熱圧縮作業を行なう。焼結ブリケットに適用された圧力は多孔性ブリケットのみを形成する。その多孔性状態は専用の機械での金属片製造を円滑にするためだけに必要である。主な作業、すなわち熱圧縮はごみの出ないプロセスである。
【００７２】
もしその初期の粉末混合物の加熱を、その粒子が結合しない温度、例えば低融点共晶成形温度以下１０〜２０℃で行なった場合、その粒子は結合せず、獲得されたその粉末混合物はその流動性を維持する。取り外した金型の圧縮容器への運搬は不可能であり、ブリケット構造は失われてしまう。
【００７３】
例２
その発泡性金属片から多孔性ペレット半製品を製造する方法の実現例は以下の通りである。
【００７４】
粉末Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ−Ｍｇアルミニウム合金（合金融解温度６３０〜６４０℃、共晶低融点成形温度は重さ２１０ｋｇで４８０℃）を重さ１２ｋｇのＣａＣＯ₃発泡剤（分解温度７２０℃）と混合し、直径２９０ｍｍの内部空間を有する直径３４０ｍｍ、高さ８００ｍｍの割型に入れた。図９は、Ｚｎを４．５％、Ｃｕを３．５〜４．５％、Ｍｇをごくわずか、Ａｌを残りの割合含んでいる粉末合金Ａｌ−Ｚｎ−Ｃｕ−Ｍｇの結晶体の表面（液相表面）を示している。用いられた合金は図のＡＬ側（小さな斜線域）にあり、融解温度は６５０℃である。これらの合金の固形化は、温度５１０〜５２０℃の間にある。密度１．７５〜１．８ｇ／ｃｍ３を獲得するためにその粉末混合物を振動によって圧縮した。各金型におけるその混合物の重さは、９７〜１００ｋｇであった。４５０〜４６０℃に冷却した後の液相焼結を確実にするため、その粉末混合物を４９０〜５００℃で加熱した。その粉末混合物は流動性を失った。その金型を取り外した後、その熱い金型を１０ＭＮあるいは１５ＭＮ容量の縦型圧縮容器に置いた。その容器の直径及び高さは各々３００ｍｍ及び８００ｍｍであった。その圧縮機のピストンは、その焼結された粉末混合物を圧縮容器に押し出した。そして、ダミーブロックを置き、その焼結粉末混合物の熱圧縮を規定の低圧力１４０〜２００ＭＰａで行った。作り出されたその熱圧縮されたブリケットは、相対密度８６〜９２％を示した。冷却後、そのブリケットを専用の機械で断片形状の金属片に縮小した。
【００７５】
この方法を実現するために、作り出されたその金属片を２．０、３．０、４．０及び５．０ｍｍの粒子サイズに分級した。各粒群をアルミニウムに対し不活性な細かな耐火性材料粉末と混合し、その混合物を金型に入れ、固体状態から液体状態へ変移する温度を５０〜７０℃上回る発泡温度にて加熱炉で加熱した。この発泡プロセスの完了後、その混合物を多孔性ペレットから粉末難溶性材料を分けるために選別した。サイズ３．０〜１０．０ｍｍ及び密度０．３〜０．９ｇ／ｃｍ３の多孔性ペレットは、自動車産業において用いられるエネルギー吸収部品のためのいかなる形体の容器にも有効な充填剤である。
【００７６】
粒子サイズ２．０、３．０、４．０及び５．０ｍｍに分級された同合金金属片実現のための更に簡単な技術は以下の通りである。各群を専用の台の上で単層として分散させ、加熱炉において、過熱された塩の溶解物の上で下部から加熱した。そして視覚的に発泡ペレットが望ましいサイズに到達するのを確認し、それらを加熱炉から取り出し、冷却した。そのペレットは、半径５．０〜２０．０ｍｍ及び密度０．４〜１．０ｇ／ｃｍ３の半球形であった。
【００７７】
このサイズと形状の多孔性ペレットは、雑音抑制部品、防火障壁部品、及び大型衝撃吸収要素の製造へ向けた適用が考えられる。製品収量は１００％である。
【００７８】
例３
平らな多孔性半製品の製造方法実現例は以下の通りである。
【００７９】
重さ３０ｋｇの粉末Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ−Ｍｎアルミニウム合金（合金融解温度６４０〜６４５℃、低融点共晶温度５０５℃）を重さ０．３２ｋｇのＴｉＨ₂発泡剤と混合し、長さ５００ｍｍ、幅１２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの箱型金属シェル１０個に入れた。その粉末混合物を、振動及び歪み矯正機を介した圧延孔型によって密度１．８〜２．０ｇ／ｃｍ３を獲得するために圧縮した。各シェルにおけるその混合物の重さは、２．９〜３．２ｋｇであった。そしてシェルに入ったその粉末混合物を加熱炉で温度５１５〜５５０℃まで高レートにて加熱した。そして、圧延装置に送り込み、金属フェーシング及び発泡コアを有する１２０ｘ１０００ｘ５ｍｍの未加工品２９ｋｇを圧延した。その未加工品を、金属合板を自由に発泡するために用いた。薄板状の未加工品を過熱した塩の融解物の上で下部から加熱することにより高温熱処理を行った。必要時点で、厚さが２４．５ｍｍになった時、加熱炉から金属発泡体合板をすばやく取り除いて発泡プロセスを停止した。多孔性コアを有する合板のサイズは１２２ｘ１００５ｘ２４．５ｍであった。その合板の下面および上面は滑らかであった。作り出されたその多孔性半製品の密度は０．９６〜１．０７ｇ／ｃｍ３であった。合板収量は９５％であった。
【００８０】
本発明の好適な実施例をここに詳細に記述及び添付図面で図解したが、当然のことながら、本発明は、これらの緻密な実施例に限定されず、また、本発明の意図あるいは精神から離れることなく、各種の変更及び修正が実行される可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の方法は、土木、機械、自動車、航空機、およびその他の、高度特異強度および剛性、エネルギー吸収作用、熱の遮断、防音、軽量、不燃性、浮揚性、完全環境受容性のようなこの材料独自の特性のコンビネーションが必要とされる工業において用いられる部品や構造要素のための多孔性金属物質の製造に用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】金属粉末を発泡剤粉末と混ぜ合わせる工程を表す図
【図２】混合物を再利用可能なシェルに入れ、その混合物を振動によって前もって圧縮する工程を表す図
【図３】焼結の工程を表す図
【図４】焼結されたブリケットを再利用可能な容器から圧縮金型へ押し出す工程を表す図
【図５】焼結されたブリケットの圧縮の工程を表す図
【図６】物体を発泡性金属片に縮小する工程を表す図
【図７】粉末混合物を箱型金属シェルで熱間圧延する工程を表す図、及び２つの圧延機によって成形された２つのローラー間隙でのその粉末混合物の拡大図
【図８】粉末合金Ａｌ−Ｓｉの相図
【図９】粉末合金Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ−Ｍｎの相図
【図１０】細長い２本の金属片によって成形された金属シェルにおける金属片あるいはその粉末混合物の連続あるいは一括圧延の工程を表す図
【図１１】細長い２本の連続金属片によって成形された金属シェルにおける金属片あるいはその粉末混合物の連続圧延の工程を表す図
【図１２】箱型金属シェルにおける金属片あるいはその粉末混合物の連続圧延の工程を表す図

Claims (32)

1. ｉ）発泡剤粉末（所定の分解温度を有しその温度を超えると気体に分解する発泡剤）を、合金粉末混合物（細かく分散された固形粒子を含む粉末）に与える工程。
   ｉｉ）工程ｉ）の混合物を前もって圧縮する工程。
   ｉｉｉ）工程ｉｉ）において前もって圧縮した混合物を、その粒子の恒久的ボンディングが生じ得るところの、前述の分解温度以下の温度まで加熱する工程。
   ｖ）発泡剤を包埋した金属母体から圧縮物体を製造するために、工程ｉｉｉ）で獲得したその混合物を熱圧縮する工程。
   ｖｉ）その圧縮された物体を金属断片へと縮小し、それによって発泡性金属片を獲得する工程を含む金属片の製造方法。
2. 前記粉末合金及び発泡剤粉末を与える工程ｉ）は、金属屑、金属粒子、あるいは金属片を前述の合金粉末に粉砕する工程を含む請求項１に記載の方法。
3. 工程ｖｉ）の後に、−前記発泡性金属片を、前記合金の溶解温度以下の温度、及びその金属片に可塑性を持たせるのに十分な温度まで加熱する工程、及び
   −発泡性金属ワイヤーを作り出すためにその加熱した金属（片）物体を押出成形する工程を含む請求項１または２に記載の方法。
4. 押出成形工程の後に、前記ワイヤーを更に小さな発泡性金属ワイヤー断片に切断する工程を含む請求項３に記載の方法。
5. ｖｉｉ）前記工程ｖｉ）で獲得した発泡性金属片を前述の発泡剤粉末の分解温度以上の温度まで加熱する工程をさらに含む、多孔性金属ペレットを作り出すための、請求項１または２に記載の方法。
6. 発泡性金属片を加熱する工程ｖｉｉ）の前に、
   −前記発泡性金属片を他の粉末と混合する工程を含む請求項５に記載の方法。
7. 前記他の粉末は、耐火性材料粉末からなる請求項６に記載の方法。
8. 前記発泡性金属片を前記耐火性材料粉末と混合する前に、
   −前記発泡性金属片を、前述の合金溶解温度以下の温度、及びその金属片に可塑性を持たせるのに十分な温度まで加熱する工程、及び
   −該金属片を金属顆粒に成形する工程を含む請求項７に記載の方法。
9. 前記金属顆粒は球状である請求項８に記載の方法
10. 前記金属片を金属顆粒に成形する工程は、
    −加熱された前記金属片を加熱された平面上で単層として分散する工程、及び
    −該単層上に加熱された板を当て、その加熱された板で圧力を加えながら円形運動を行ってその金属顆粒を成形する工程を含む請求項９に記載の方法。
11. 分解工程ｖｉ）の後に、
    −その金属片を粒子サイズ毎に分級する工程を含む請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記粒子サイズは、１．５ｍｍから４０ｍｍの範囲である請求項１１に記載の方法。
13. 前記金属粉末は、アルミニウム合金粉末である請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記発泡剤はＴｉＨ₂及びＣａＣＯ₃をからなる群から選択される請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記工程ｖ）の熱圧縮工程は、熱圧延である請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 高分子材、防音材、防火材及び衝撃吸収材からなる群から選択された材料のための充填剤として、請求項５ないし１０のいずれか１項に記載の多孔性金属ペレットの用途。
17. 前記高分子材は樹脂である請求項１６に記載の多孔性金属ペレットの用途。
18. ａ）金属断片を用意し、前記金属断片を更に小さな金属粒子に縮小する工程、
    ｂ）その金属粒子に、前記金属粒子の固形化温度より高い分解温度を有する添加剤を混合する工程、
    ｃ）工程ｂ）の混合物を所定の厚さを有する箱型金属シェルに注ぎ、その金属シェルに気体を抜くための通路を少なくとも一つ与える工程、
    ｄ）圧力を与えることによって粉末を有する金属シェルの密度を高める工程、及び
    ｅ）前記固形化温度から５０〜６０℃差し引いた温度と等しい温度以上、かつ前記添加物の前記分解温度以下の温度まで、前記金属シェルを加熱し、その直後に、前記金属粒子を圧縮するのに十分な圧力及びその金属粒子間にマイクロせん断状態を作り出すのに十分な圧力を、その金属シェルに与え、高密度金属製品を獲得する工程を具備する金属製品の製造方法。
19. 前記工程ｃ）の前に、
    前記工程ｂ）の混合物を前もって圧縮する工程を含む請求項１８に記載の方法。
20. 前記添加剤は、前記分解温度を上回る温度で気体に分解する発泡剤である請求項１８または１９に記載の方法。
21. 前記発泡剤はＴｉＨ₂及びＣａＣＯ₃から成る群から選択される請求項２０に記載の方法。
22. 工程ｅ）の後に、金属シェルを有するあるいは有しない前記高密度金属製品を、金属発泡体製品を獲得するために、前記発泡剤の分解温度以上の温度まで加熱する工程を含む請求項２０あるいは２１に記載の方法。
23. 前記混合物を前もって圧縮する工程は振動によって行われる請求項１９に記載の方法。
24. 前記工程ｅ）において、前記圧力は、その金属シェルを熱間圧延することによって行われる請求項１８ないし２３のいずれか１項に記載の方法。
25. 前記工程ｅ）におけるその熱間圧延は、密度９５〜１００％の高密度金属製品を獲得するのに十分な圧縮力で行われる請求項１８ないし２４のいずれか１項に記載の方法。
26. 前記箱型金属シェルは、両端を有する２つの連続した主要長手面を含み、幅方向において変形可能である請求項１８ないし２５のいずれか１項に記載の方法。
27. 前記連続面は少なくとも部分的にその両端が閉鎖されており、部分的な閉鎖部分はウェルディング、ベンディング、クランピング、ボンディングから成る群から選択されたプロセスによって作られる請求項２６に記載の方法。
28. 前記熱間圧延工程ｅ）は、前記シェル表面の１つに沿って少なくとも一回の圧延運動によって行われる。請求項２６または２７に記載の方法。
29. 箱型金属シェルは、蓋付きの平鍋を与えることによって獲得され、前記工程ｃ）は、その混合物をその平鍋に注ぎ、少なくとも前述の通路を一つ残して蓋をする工程を含む請求項１８または１９に記載の方法。
30. その金属シェルの密度を高める工程ｄ）は、その金属シェルを冷間圧延する工程を含む請求項１８ないし２９のいずれか１項に記載の方法。
31. 前記金属断片は再生アルミニウム屑から作られる請求項１８ないし３０のいずれか１項に記載の方法。
32. 工程ａ）の更に小さな粒子は、金属片、細かく分散した金属粒子、凝集粉末あるいは粒子である請求項１８から３１のいずれか１項に記載の方法。

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