專利名稱：多孔金屬制品、使用該制品的金屬?gòu)?fù)合材料及其制造方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及金屬多孔體，其由具有高強(qiáng)度、良好的耐腐蝕性和良好的耐熱性的合金構(gòu)成的，它適于作電極基質(zhì)、催化劑載體、過濾器、金屬?gòu)?fù)合材料等，以及，還涉及使用該制品的金屬?gòu)?fù)合材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
此前，金屬多孔體已有各種用途，例如，要求具有耐熱性的過濾器、電池用電極板，另外，催化劑載體和金屬?gòu)?fù)合材料。因此，金屬多孔體的制造技術(shù)可從很多出版的已知文獻(xiàn)中查到。另外，使用住友電工制造的CELMET(商品名)的Ni基金屬多孔體，已在工業(yè)中廣泛應(yīng)用。
通常的金屬多孔體是通過在泡沫樹脂等表面上形成金屬層，然后燒成、去除樹脂部分，同時(shí)，還原成金屬層。例如，按照日本未審查專利申請(qǐng)公報(bào)No.57-174484中公開的方法，在多孔芯材料表面，例如泡沫樹脂施以導(dǎo)電性處理后，采用電鍍法形成金屬層。例如，按照日本審查專利申請(qǐng)公報(bào)No.38-17554中公開的方法，把含金屬粉末的漿粒粘貼到泡沫樹脂等制成的芯材料表面上，通過干燥，形成金屬預(yù)備層。
在通過電鍍法形成金屬層的前述方法中，導(dǎo)電性處理是通過導(dǎo)電材料的粘接附著、用于賦予導(dǎo)電性的材料的蒸著或用化學(xué)試劑等進(jìn)行表面改性來實(shí)施的。其次，通過電鍍或非電鍍等使金屬層最終變成多孔金屬體。最終，把多孔芯材料的樹脂部分燒成、去除，而制成金屬多孔性體。在制造合金化多孔體時(shí)，形成不同種的金屬電鍍層，通過加熱使它們進(jìn)行金屬擴(kuò)散處理。
在后一方法中，事先制備含金屬粉和樹脂的漿料，使其成為金屬預(yù)備層。在該法中，使用由具有合金成分的多種金屬構(gòu)成的合金粉末或混合金屬粉末作為漿料的金屬粉末，干燥后通過加熱進(jìn)行合金化可以得到多孔金屬體。
然而，關(guān)于上述這樣制得的合金化多孔金屬體，由于粒子表面的氧化或變質(zhì)，金屬粉末粒子間的粘合性特別受損，所以，與電鍍后進(jìn)行擴(kuò)散合金化處理的前一方法制成的多孔金屬體相比，多孔體的機(jī)械強(qiáng)度下降。
日本專利公報(bào)No.6-89376中公開了針對(duì)多孔鐵合金體的缺點(diǎn)進(jìn)行改善的實(shí)例。按照該法，使預(yù)先制成漿料的鐵粉中含有特定量的碳，此外，其表面要加以強(qiáng)制氧化。由此引起燒成時(shí)所含的碳和氧化物中的氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)，結(jié)果導(dǎo)致改善金屬粉末粒子中的粘合性。
此外，日本待審查專利申請(qǐng)公報(bào)No.9-231983中公開了一種具有致密的金屬骨架的燒結(jié)鐵多孔體，其原料為氧化鐵粉。然而，甚至在該法中，為了使多孔體用作要求高機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和耐磨性等重要特性的結(jié)構(gòu)材料，金屬本身要進(jìn)一步改善。例如，如上述公開所述，因?yàn)闄C(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐熱性不充分，所以，企圖通過合金化來改善這些性質(zhì)。
另外，通過與鑄件例如Al的壓模鑄件相組合而使多孔金屬體的使用加快。該組合技術(shù)是使輕金屬的鑄件熔化摻入、進(jìn)入多孔金屬體孔隙部分的方法，并通過使Al合金轉(zhuǎn)為鑄件而達(dá)到輕量化的方法而得到廣泛應(yīng)用。在這種情況下，通過要與主要含F(xiàn)e的多孔體進(jìn)行組合的主要含Al的部分進(jìn)行合金化，而可期待進(jìn)一步改善特性。因此，同樣也可以期待，與其他輕金屬合金例如Mg進(jìn)行復(fù)合化。
關(guān)于采用金屬多孔體復(fù)合化的技術(shù)，日本未審查專利申請(qǐng)公報(bào)No.9-122887號(hào)中作了詳細(xì)公開。按照該公報(bào)的公開，這種復(fù)合的輕金屬合金使用于苛刻使用的部分，例如滑動(dòng)部位等時(shí)特別有用。因此，用于復(fù)合化的金屬多孔體本身的特性需要與用途相符。
可以采用上述CELMET作為用于與上述輕金屬?gòu)?fù)合的金屬多孔體。然而，用于制造具有更加優(yōu)良性能材料的技術(shù)，已在日本未審查專利申請(qǐng)公報(bào)No.10-251710號(hào)中作了公開。為了制造多孔金屬體，把含金屬粉末和陶瓷粉末的漿料涂布在可以焚燒的泡沫樹脂構(gòu)成的部件上，然后，在含水蒸汽/或二氧化碳的還原氣體中燒掉樹脂成分，然后，升溫，以在還原性氣氛中完成燒成。結(jié)果，陶瓷粒子分散在所得多孔金屬體的骨架上，從而生成具有優(yōu)良陶瓷特性的多孔金屬體。
此外，日本未審查專利申請(qǐng)公報(bào)No.8-319504中公開的多孔金屬體，其中利用粉末間的空隙，使金屬粉末成型并燒結(jié)到不成為致密的程度。在該方法中，多孔金屬體的體積百分率是30～88％，它高于本發(fā)明值，因此，當(dāng)與Al復(fù)合時(shí)，需用高壓以使Al熔液浸入多孔金屬體的內(nèi)部。另外，因?yàn)榻饘俣嗫左w在復(fù)合材料中的比例加大，存在的問題是，重量減輕的優(yōu)點(diǎn)將失去。這里的體積百分率系指骨架部分相對(duì)于多孔體總體積的體積百分率。
通過上述涉及金屬?gòu)?fù)合技術(shù)的研究，解決了金屬?gòu)?fù)合材料使用中存在的幾個(gè)問題。目前，這種金屬?gòu)?fù)合材料已引起注意并在汽車等發(fā)動(dòng)機(jī)配件的要求質(zhì)輕的材料中得到應(yīng)用。然而，對(duì)這種部件來說，在排氣控制等方面對(duì)材料的要求正日益增長(zhǎng)。例如，特別是對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的耐磨活塞環(huán)部分所用的部件要求更優(yōu)良的耐磨性。采用上述含有陶瓷粒子的金屬多孔體的復(fù)合材料作為這種部件的潛在材料。然而，就這些材料來說，因?yàn)樘沾闪Ｗ雍诙嗫左w骨架中，所以，與一般的僅由金屬構(gòu)成的多孔體相比，完成加工困難，因此，加工制成的形狀受到限制。
首先，在制成部件的場(chǎng)合，例如，在高溫的高速滑動(dòng)條件下使用的發(fā)動(dòng)機(jī)組本體的穿孔材料，要求耐磨耗性優(yōu)良、以接近最終成型壓制件的良好成型性，同時(shí)，特別是對(duì)滑動(dòng)的對(duì)立物材料的耐咬合性(seizing resistance)是非常重要的要求。
發(fā)明的公開本發(fā)明是根據(jù)這種用途的一系列要求進(jìn)行探討的結(jié)果。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種特別在滑動(dòng)下具有無先例的抗咬合性的復(fù)合材料。
首先是提供一種滿足上述目的的金屬多孔體，該多孔體具有泡沫結(jié)構(gòu)，其中，骨架是由含F(xiàn)e和Cr的合金構(gòu)成的，同時(shí)，Cr碳化物及/或FeCr碳化物均勻分散在其中，并且，其孔徑是500μm或更小。所含的金屬碳化物的量可按照碳量確定，當(dāng)多孔金屬體骨架中的碳量為0.1-3.5質(zhì)量％時(shí)，多孔金屬體具有特別優(yōu)良的特性。當(dāng)多孔金屬體具有上述組成及組織時(shí)，將產(chǎn)生前所沒有的良好的機(jī)械強(qiáng)度。特別是，碳化物量處于上述碳含量范圍時(shí)是優(yōu)選的。當(dāng)碳含量低于0.1質(zhì)量％時(shí)，由于骨架中的碳化物量低，耐磨耗性降低，而當(dāng)高于3.5質(zhì)量％時(shí)，骨架本身變硬，難以進(jìn)行最終的加工，因此，抗對(duì)立物的滑動(dòng)構(gòu)件的侵蝕性上升。
碳量更優(yōu)選在0.3～2.5質(zhì)量％之間。
在上述碳量的優(yōu)選范圍內(nèi)，即在0.1～3.5質(zhì)量％之間，多孔金屬體骨架部分的維氏硬度處于140～350之間，因此，在復(fù)合合金化后，耐磨性及加工性都有特別好的結(jié)果。
當(dāng)在本發(fā)明的金屬多孔體骨架中含有至少一種選自Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si及Ti的金屬時(shí)，韌性增加，因此，可得到更優(yōu)良的結(jié)果。其所希望的含量為總量的25質(zhì)量％以下。
本發(fā)明的多孔體，其金屬骨架的孔徑控制在500μm或更小。借此，可特別改善與輕金屬?gòu)?fù)合后的耐咬合性。特別是，當(dāng)控制在100～350μm范圍內(nèi)時(shí)，由于輕金屬熔液易于浸入，從耐咬合性改善的觀點(diǎn)考慮，是優(yōu)選的。
本發(fā)明的第二目的是提供一種復(fù)合材料，其由多孔金屬體和輕金屬合金構(gòu)成并滿足上述目的。該復(fù)合材料是使在具有上述金屬多孔體的上述孔徑范圍內(nèi)的孔隙內(nèi)填充Al合金或Mg合金。復(fù)合材料的制造將在下面詳細(xì)說明，其通過往上述多孔金屬體的具有控制孔徑的孔內(nèi)加壓浸入Al合金或Mg合金熔體而制得。
通過使金屬骨架孔徑達(dá)到500μm或更小，可以使圍繞金屬骨架的Al或Mg基礎(chǔ)區(qū)域細(xì)微化，致使基礎(chǔ)區(qū)域和對(duì)立材料之間的接觸面積減少，因此，咬合現(xiàn)象的出現(xiàn)頻率可減少。另外，通過使金屬骨架的孔徑達(dá)到350μm或更小，這樣可使上述基礎(chǔ)區(qū)域內(nèi)的咬合面積減少，上述復(fù)合材料和對(duì)立材料之間的出現(xiàn)咬合的粘合力減少，由此，可以抑制因咬合所造成的表面損傷。
當(dāng)孔徑小于100μm時(shí)，存在的問題是需用高壓使Al和Mg滲入，因此，制造困難。
在用Al或Mg復(fù)合材料的情況下，取決于金屬骨架的孔徑，變得難以進(jìn)行機(jī)械加工的材料，致使用以加工的切削工具的切削刃部受損。然而，當(dāng)金屬骨架的孔徑達(dá)到500μm或更小時(shí)，因金屬骨架本身變小，所以，切削刀具的磨耗減少。
在本說明書中，多孔金屬體的孔徑系指工業(yè)界一般采用的平均孔徑(氣孔)。
本發(fā)明的金屬多孔體的制造方法如下述。
首先制造含有平均孔徑5μm或更小的Fe氧化物、至少一種選自金屬Cr、Cr合金和Cr氧化物的粉末、熱固性樹脂和稀釋劑的漿料。把該漿料涂布在孔徑625μm或更小的泡沫結(jié)構(gòu)的樹脂芯體上，并進(jìn)行干燥，其后，包括在非氧化性氣氛下，于溫度950～1350℃范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理的燒成。
對(duì)作為原料的氧化鐵粉末使其平均粒徑達(dá)到5μm或更小的理由是，在其后的熱處理工序，可以改善多孔體骨架部分的燒結(jié)性。當(dāng)采用這種細(xì)鐵粉時(shí)，骨架截面中的孔隙面積率達(dá)到30％或更低，結(jié)果可以制得作為本發(fā)明目的的具有優(yōu)良機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和耐腐蝕性的多孔體。對(duì)具有泡沫結(jié)構(gòu)樹脂芯的孔徑規(guī)定在625μm或更小的理由是由于多孔金屬體的孔徑需達(dá)到500μm或更小。
在本發(fā)明中，通過與熱固性樹脂產(chǎn)生的碳的反應(yīng)，生成碳化物。在這種情況下，與碳成分最初以金屬碳化物的形式添加的場(chǎng)合不同，金屬碳化物處于均勻分散的條件下。通過本發(fā)明的方法制得的金屬碳化物相，其平均粒徑在2～50μm范圍內(nèi)，對(duì)耐磨性等可發(fā)揮優(yōu)良的效果。通過使用具有上述孔徑的芯體，最終孔徑可控制在500μm或更小，并且，通過使輕金屬例如Al和Mg合金填充至孔隙內(nèi)，以得到復(fù)合物，可特別顯著改善耐咬合性。
上述至少一種選自Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si及Ti的金屬，以粉末狀態(tài)混入漿料中。燒結(jié)的結(jié)果是，與以主要含F(xiàn)e及Cr基礎(chǔ)金屬進(jìn)行合金化，因此，吸附在多孔金屬體骨架中。
作為上述熱處理方法的優(yōu)選方案包括涂布淤漿后，在非氧化性氣氛中，把干燥的多孔樹脂芯體的樹脂成分進(jìn)行碳化的第1熱處理步驟，以及，在還原氣氛中，于950～1350℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行加熱的第2熱處理步驟。在該第2熱處理步驟中，用第1熱處理步驟中產(chǎn)生的碳化成分還原金屬氧化物，此外，F(xiàn)e氧化物和至少一種選自Cr、Cr合金和Cr氧化物中的1種成分的一部分轉(zhuǎn)變成碳化物，另外，還原的金屬成分被合金化，并同時(shí)進(jìn)行燒結(jié)。
關(guān)于制造方法要注意的是，用于形成碳化物的碳源的樹脂配合量和燒成條件。
優(yōu)選的是使Fe氧化物和添加至漿料中的其他氧化物以及從漿料的樹脂成分產(chǎn)生的碳化成分和通過上述第1熱處理步驟的樹脂芯體的質(zhì)量比例要控制在特定的范圍內(nèi)?；谶@種關(guān)系，確定漿料中的配合組成也可。其確定方法基于下列方程(1)。即，從殘留在多孔金屬體骨架中的碳的殘留量對(duì)由樹脂成分產(chǎn)生的碳量之質(zhì)量比X和在淤漿制造時(shí)的樹脂成分對(duì)在Fe、Cr及其他金屬氧化物中所含的氧的質(zhì)量比Y的乘積，滿足下式(1)范圍37＜X×Y＜126 (1)X樹脂成分的殘留碳(質(zhì)量％)比例
Y樹脂成分對(duì)氧化物中所含氧的質(zhì)量比例上述樹脂成分的殘?zhí)悸适翘砑又翝{料中的熱固性樹脂和作為初始骨架等的樹脂多孔體的總樹脂成分產(chǎn)生的總的殘?zhí)悸?。按照J(rèn)IS K2270公開的方法測(cè)量的殘?zhí)悸适侵柑蓟髿埩舻奶汲煞至繉?duì)起始樹脂重量(樹脂芯體和漿料稀釋劑中的熱固性樹脂成分的總重量)之比。質(zhì)量比Y試算時(shí)所用的氧化物量主要基于Fe氧化物，盡管當(dāng)進(jìn)一步使用Cr氧化物時(shí)，也包括基于它的量。
在這樣的條件下通過控制起始組分比，在第2熱處理步驟中氧化物的還原以平衡的方式進(jìn)行，因此，可以制造具有優(yōu)良機(jī)械強(qiáng)度的金屬多孔體。
當(dāng)在所得的多孔金屬體中的碳量控制在0.1-3.5％時(shí)，氧化物粉末和熱固性樹脂的配合比滿足下式(2)是優(yōu)選的。
17＜a×b＜37 (2)式中a是添加至漿料中的熱固性樹脂溶液的殘留碳的比率，而b是添加至漿料中的熱固性樹脂溶液對(duì)氧化物中所含氧的質(zhì)量比。
燒結(jié)條件必須根據(jù)漿料中的樹脂成分所含的碳源和金屬氧化物中的氧量而進(jìn)行適當(dāng)變化。
這樣制成的金屬多孔體，因?yàn)榻饘偬蓟锵嗑鶆蚍稚⒃诠羌懿糠值慕饘傧嘀胁⑶医饘偬蓟锵嗌踔猎趦?nèi)部是由碳化物相構(gòu)成，所以，具有高的韌性和耐磨性。
這些多孔金屬體適于用注射法使Al合金或Mg合金的熔體注入它們的孔內(nèi)而進(jìn)行復(fù)合化。特別是，當(dāng)Al合金或Mg合金的熔體在壓力98kPa或更高時(shí)進(jìn)行注射以形成復(fù)合金屬時(shí)，制成良好的金屬?gòu)?fù)合材料，這是因?yàn)槎嗫捉饘袤w和Al合金或Mg合金基體充分粘接而沒有未填充的間隙。
當(dāng)熔體在低于98kPa的壓力下注射時(shí)，在金屬多孔體骨架之間存在的空氣未完全消除，因此，復(fù)合材料內(nèi)部可能產(chǎn)生空孔缺陷。
另外，除Fe和Cr的合金以外，通過另外含有第3成分，可制成適于特殊用途的合金。即，當(dāng)由第3金屬成分或其氧化物構(gòu)成的粉末添加至原漿料中時(shí)，所得金屬多孔體的耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度可得到改善。其典型的實(shí)例包括Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si和Ti。這些第3成分可以以金屬粉末、氧化物粉末和其混合物的任何一種形式添加。特別是，以氧化物的形式添加，具有的優(yōu)點(diǎn)是原料粉末易于得到。
當(dāng)上述第3材料以氧化物的形式添加時(shí)，對(duì)于上式(1)中的Y和(2)中的b來說，該第3材料氧化物中所含的氧也要考慮。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是本發(fā)明制造方法所制造的金屬多孔體放大的簡(jiǎn)圖。
圖2是用于說明金屬多孔體骨架斷面的示圖。
圖3是按本發(fā)明的金屬多孔體骨架斷面中分散的金屬碳化物存在的示意圖。
圖4是使用本發(fā)明金屬多孔體的金屬?gòu)?fù)合材料的放大斷面圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例中滾柱磨耗試驗(yàn)機(jī)(roller pin wear tester)和試片的示圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方案圖1是本發(fā)明的多孔金屬體典型實(shí)施例的放大示意圖。雖然其外觀與多孔樹脂體近似相同，因?yàn)樵诙嗫讟渲w骨架用漿料涂布后將其干燥，然后，燒結(jié)，金屬骨架1內(nèi)部生成空孔2，由于在轉(zhuǎn)變成碳化物和燒結(jié)后的收縮，上述骨架的斷面成為如圖2所示。
圖3是本發(fā)明的多孔金屬體骨架斷面典型實(shí)施例示意圖，表示金屬碳化物相4分散在含F(xiàn)e和Cr的合金相基體3的狀態(tài)。如圖2所示，在骨架中存在某些空隙。然而，從圖3可見這些空隙都省略。如果從一開始以碳化物粉末形式完成添加，由于粒子過大，碳化物相4不能在基體3中充分分散。例如，這種情況下的碳化物相的粒徑達(dá)到最大量級(jí)100μm。然而，本發(fā)明的多孔體骨架部分充分粘接到合金相基體3上，因?yàn)樘蓟锵?均勻分散和比合金相基體3的更加細(xì)微，所以，達(dá)到高的韌性。
圖4是本發(fā)明復(fù)合材料斷面(用電子顯微鏡觀察)的典型實(shí)施例的示意圖，其中，多孔金屬體與Al合金復(fù)合。雖然多孔金屬體骨架6的內(nèi)部成分，由于光反射而未觀察到，在Al合金基體5的邊緣，沒有可識(shí)別的空隙等，因此，在充分的粘接條件下形成復(fù)合。通過形成這樣的組織，制成具有金屬?gòu)?fù)合材料特征的優(yōu)良耐磨性和優(yōu)良加工性的金屬?gòu)?fù)合材料。
在本發(fā)明的金屬多孔體的制造方法中，作為漿料成分，不用Fe但使用其氧化物粉末。此時(shí)，F(xiàn)e氧化物的平均粒徑表明為5μm或更小，優(yōu)選1μm或更小。借此，還原粒子內(nèi)部所需要的時(shí)間縮短，此外，燒成時(shí)的燒結(jié)變得更容易。另外，作為第1熱處理的結(jié)果，從樹脂產(chǎn)生的碳化成分，在含F(xiàn)e和Cr的主要成分粒子周圍均勻分散的條件下形成，并被均勻還原。結(jié)果是，具有均勻組成和相對(duì)小的孔隙率的骨架同樣形成。
如圖2所示，骨架中存在空隙。當(dāng)空隙大時(shí)，強(qiáng)度下降。在本發(fā)明中，通過采用細(xì)微的Fe氧化物如上述那些，空隙，即相對(duì)于斷面面積的空隙面積的百分率可被控制在30％或更小。
通過使粒子變細(xì)，在樹脂多孔體上的漿料涂層可致密而均勻地形成。再者，因?yàn)樵诘?熱處理步驟中，F(xiàn)eCr復(fù)合氧化物的生成容易，在還原燒結(jié)時(shí)加速反應(yīng)。結(jié)果，熱處理時(shí)間縮短。因?yàn)橥ㄟ^使粒子變細(xì)，F(xiàn)eCr復(fù)合氧化物與從樹脂產(chǎn)生的碳粒子的接觸面積增加，轉(zhuǎn)變成碳化物的反應(yīng)加速，因此，碳的消耗均勻，以及在還原性氣氛中，在金屬粉燒結(jié)時(shí)，碳成分對(duì)爐壁的粘接變得不易產(chǎn)生。結(jié)果，燒結(jié)爐的惡化問題可被抑制。
關(guān)于變成合金成分的Cr，金屬Cr、Cr合金或Cr氧化物均可用作供料，值得推薦的是，關(guān)于合金化后的組成，Cr為30質(zhì)量％或更低，除此以外，更優(yōu)選的Fe對(duì)Cr的質(zhì)量比(即，F(xiàn)e/Cr)處于1.5-20的范圍內(nèi)。當(dāng)Cr量超過30質(zhì)量％時(shí)，金屬多孔體的機(jī)械強(qiáng)度降低。從形成均勻骨架的觀點(diǎn)考慮，當(dāng)Cr的原料粉末更細(xì)則與上述原料同樣方式成為合金組分Fe愈好。然而，特別是，因?yàn)榻饘俜勰┳兊糜?xì)成本增加，所以，推薦的是，在考慮其成本時(shí)考慮原料粉末的粒徑，在金屬Cr的情況下，具有平均粒徑40μm或更小的粉末是優(yōu)選的。更優(yōu)選的是，當(dāng)達(dá)到10μm或更小時(shí)，易于與Fe氧化物合金化。當(dāng)超過40μm時(shí)，導(dǎo)致在漿料中沉淀，涂布中變化等降低，因此，引起合金組成的不均勻性。從上述觀點(diǎn)看，作為Cr成分的特別優(yōu)選的原料是Cr2O3和FeCr合金。
當(dāng)Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si和Ti的金屬粉末或其氧化物粉末作為第3成分添加時(shí)，金屬多孔體的耐熱性、耐腐蝕性、和機(jī)械強(qiáng)度可得到改善，因此是優(yōu)選的。雖然發(fā)揮效果的量，取決于金屬基礎(chǔ)的類型而不同，但優(yōu)選是占產(chǎn)品組成中元素濃度總量的25質(zhì)量％或更小。當(dāng)添加量超過25質(zhì)量％時(shí)，反而給上述金屬骨架的改善帶來不良影響。
對(duì)漿料中的配合比例必須注意的重點(diǎn)是，F(xiàn)e及Cr氧化物中和上述第3成分的氧化物中的含氧量和熱固性樹脂量的比例。熱固性樹脂的作用是作為粘合劑以使?jié){料粘附到具有泡沫結(jié)構(gòu)的樹脂芯體上以成為用于形成金屬碳化物的碳源。熱固性樹脂在涂布后加熱時(shí)被碳化，并且，在碳化后碳也成為金屬碳化物形成的碳源。因此，其配合量與漿料中作為金屬氧化物存在的氧原子量和熱固性樹脂成分中的碳原子量之比有關(guān)。因?yàn)樵跓蓵r(shí)成為芯體的大部分樹脂或其他樹脂成分燒失，所以，其最終在多孔金屬體中對(duì)碳?xì)埩袅控暙I(xiàn)小。
在考慮這些點(diǎn)時(shí)，在制作漿料時(shí)的樹脂成分和金屬氧化物的配比，根據(jù)包括成為骨架的樹脂多孔體在內(nèi)的整個(gè)樹脂成分碳化率來確定是優(yōu)選的。對(duì)其確定方法來說，按照用途確定單位體積的金屬重量。樹脂成分量從金屬量來確定。與此同時(shí)，根據(jù)樹脂成分的碳?xì)埩袈是蟪鲇伤砑拥臒峁绦詷渲煞值臍執(zhí)剂?。按照金屬特性，例如耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度確定金屬合金的設(shè)計(jì)，計(jì)算添加的Fe、Cr、第3金屬等的量。從其原料組成計(jì)算、確定氧化物量，并求出要處理的氧量。漿料中所用的熱固性樹脂的種類和量，最好根據(jù)燒成步驟的下式(1)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
37＜X×Y＜126 (1)式中X是樹脂成分的碳?xì)埩袈?質(zhì)量％)，并且是碳化后的碳量對(duì)總樹脂成分例如骨架樹脂和用作漿料的熱固性樹脂總量之比。Y是總樹脂成分對(duì)作為主要成分的Fe和Cr氧化物中或作為上述第3成分添加的金屬中所含的氧的質(zhì)量比。當(dāng)以金屬粉末形式使用第3成分時(shí)，則不計(jì)算在內(nèi)。上述樹脂成分系指包括骨架樹脂和熱固性樹脂的總量。
如上所述，當(dāng)對(duì)熱固性樹脂的殘?zhí)悸?a)乘以熱固性樹脂對(duì)氧化物中所含的氧的質(zhì)量比(b)的值，如上式(2)所示，處于17-37的范圍內(nèi)時(shí)，在最終得到的多孔金屬體骨架內(nèi)殘存的碳量可調(diào)節(jié)在0.1-3.5％范圍內(nèi)。
如上所述，通過考慮以上式(1)和(2)表示的漿料中樹脂成分和金屬氧化物之間的關(guān)系，金屬多孔體中殘存的碳量變成非常少，因此，得到優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，還得到優(yōu)良的耐熱性和耐腐蝕性。骨架中的金屬組織變得致密，以及，骨架斷面的空隙面積也被控制在30％或更少。通過控制漿料量等，多孔體的體積百分率可自由地控制在3％或更多的范圍內(nèi)。
采用上述制造的漿料，把漿料涂布在樹脂芯體上。在本發(fā)明中，如上所述，為了使金屬多孔體的孔徑達(dá)到500μm或更小，要制造具有孔徑625μm或更小的樹脂芯體，并將漿料涂布其上。優(yōu)選的是具有100-350μm的孔徑。當(dāng)多孔體和輕金屬形成復(fù)合材料時(shí)，使上述抗咬合性得到明顯改善。
關(guān)于涂布方法，優(yōu)選的是，在漿料噴涂，在漿料中浸漬芯體等完成后，用滾筒等擠壓芯體，以達(dá)到預(yù)定的涂布量。同時(shí)，重要的是還要均勻涂布使芯體骨架的內(nèi)部也涂布。為了控制涂布量，控制漿料的粘度也重要。通過采用液態(tài)熱固性樹脂或用稀釋劑使其變成液態(tài)，這種控制就變得容易。作為稀釋劑，當(dāng)樹脂是水溶性時(shí)，使用水，而當(dāng)樹脂為非水溶性時(shí)，使用有機(jī)溶劑。涂布后的干燥，是在低于樹脂芯體發(fā)生變形的溫度下進(jìn)行。
用漿料涂布樹脂芯體和在非氧化性氣氛中進(jìn)行燒成干燥，以使制造的多孔金屬體組織是在骨架表面主要含有Fe和Cr和碳化物并均勻分散在內(nèi)部。關(guān)于燒結(jié)步驟的優(yōu)選方式，如上所述，在不同的條件下由兩步熱處理完成。在第1熱處理的條件下，除去樹脂芯體，同時(shí)碳化熱固性樹脂，另外，金屬氧化物被該碳組分還原，而部分金屬成分轉(zhuǎn)變成碳化物。然后，把上述條件改為高溫，在燒結(jié)的同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)固的泡沫金屬結(jié)構(gòu)。按照該處理，金屬碳化物在金屬多孔體的骨架部分形成，可以制得碳化物均勻分布在其中的金屬多孔體。
在上述燒成步驟，第1熱處理步驟的溫度最好處于生成均勻金屬組分條件下的低溫側(cè)，推薦在接近800℃的溫度。優(yōu)選的溫度是處于750-1100℃之間。用于燒結(jié)的第2熱處理溫度規(guī)定在950-1350℃之間，它適于形成Fe和Cr合金并生成上述燒結(jié)體，優(yōu)選1100-1250℃。在1200℃附近是特別理想。
作為另一方法，上述燒成也可以通過下列兩個(gè)熱處理步驟來完成。即，在第1熱處理步驟中，完成樹脂組分的碳化，同時(shí)，通過Fe氧化物和金屬Cr、Cr合金或Cr氧化物的反應(yīng)生成FeCr復(fù)合氧化物。該FeCr復(fù)合氧化物的生成，使下一步驟的還原燒結(jié)操作易于進(jìn)行。因此，在第1熱處理步驟中，因?yàn)橐髽渲M分的碳化，所以，優(yōu)選的氣氛溫度是400℃或更高，但在非氧化性氣氛中是900℃或更低。這是因?yàn)楫?dāng)溫度低于400℃時(shí)，樹脂組分的碳化要耗費(fèi)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間，成本上不經(jīng)濟(jì)。此外，碳化不能充分進(jìn)行，在下個(gè)步驟中可能形成焦油，因此，燒結(jié)時(shí)出現(xiàn)不良情況。另外，當(dāng)超過900℃時(shí)，上述復(fù)合氧化物的還原反應(yīng)進(jìn)行，因此，在以下的第2熱處理步驟不可能達(dá)到致密的金屬組織。
在該法中，當(dāng)未經(jīng)過上述第1熱處理步驟而進(jìn)行第2熱處理步驟時(shí)，樹脂的碳化不能充分進(jìn)行，因此，骨架結(jié)構(gòu)的保持變得不充分，骨架的破損、斷裂等易于發(fā)生。另外，當(dāng)上述FeCr復(fù)合氧化物不能充分形成時(shí)，由于進(jìn)行燒結(jié)，所以，在燒結(jié)后，用在骨架中可產(chǎn)生上述氧化物的缺陷。
在第2熱處理步驟中，F(xiàn)eCr復(fù)合氧化物和由前一步驟樹脂成分的碳組分之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)。同時(shí)，金屬骨架中的金屬粒子間進(jìn)行燒結(jié)。進(jìn)行燒結(jié)的氣氛最好是還原氣氛，盡管它也可在真空中進(jìn)行。形成還原氣氛的氣體典型實(shí)例包括氫氣、氨分解氣、或氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚狻．?dāng)在真空中進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，氧的分壓規(guī)定在0.5乇或更低。氣氛的溫度最好是950℃或更高，但在1350℃或更低。在這種條件下，F(xiàn)eCr復(fù)合氧化物在樹脂成分碳化生成的活性炭幫助下易于還原，形成骨架，同時(shí)成為FeCr合金。當(dāng)?shù)陀?50℃時(shí)，還原燒結(jié)需相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，成本上是不經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)超過1350℃時(shí)，在燒結(jié)時(shí)出現(xiàn)液相，金屬骨架的保持成為不可能，因此，也是不理想的。更優(yōu)選的溫度是不低于1100℃，和不高于1250℃。
這樣制造的金屬多孔體骨架由均勻的FeCr合金形成，以致具有小的孔隙率并成為致密，因此，機(jī)械強(qiáng)度得到改善。
按上法制造的金屬多孔體的孔徑成為500μm或更小。如上所述，當(dāng)成為芯體的泡沫體樹脂的孔徑變小時(shí)，則可以制成更小的金屬多孔體。本發(fā)明的多孔體具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，尤其是彎曲強(qiáng)度和韌性，這是因?yàn)橛蒄e和Cr基材制得的骨架，其中細(xì)微的碳化物如上述均勻分散，孔隙率小。因此，甚至當(dāng)孔徑小到500μm或更小時(shí)，與孔徑超過它的材料的成形性相比，成為予型件的成形性并未降低。然而，因?yàn)榭讖綔p少，與具有大孔徑材料的彎曲強(qiáng)度相比，彎曲強(qiáng)度得到改善。例如，就同樣材料制成壓制品來說，當(dāng)孔徑是790μm時(shí)，彎曲強(qiáng)度是0.17MPa，而當(dāng)孔徑變成500μm或更小時(shí)，可以得到超過0.45MPa的優(yōu)良的彎曲強(qiáng)度。因此，可以預(yù)料原來不能用作結(jié)構(gòu)部件的使用范圍得到擴(kuò)大。
另外，本發(fā)明的復(fù)合材料，因?yàn)樵谄涠嗫左w的空隙通過上述浸漬方法而被具有優(yōu)良耐熱性、耐腐蝕性、以及機(jī)械強(qiáng)度的輕合金所填充，可以得到作為具有耐久性優(yōu)良的質(zhì)輕結(jié)構(gòu)部件的基本優(yōu)點(diǎn)特別是與體積率3-30％的多孔體組合時(shí)。特別是，本發(fā)明提供的復(fù)合材料，如上所述，由于任意斷面的輕金屬占有面積可控制到特別小的程度，所以，耐磨耗性優(yōu)良，另外，由于滑動(dòng)時(shí)耐咬合性特別優(yōu)良，復(fù)合材料可使各種滑動(dòng)部分降低重量。
下面采用實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
表1

*比較例關(guān)于No.1，第2熱處理步驟的溫度是低的，關(guān)于No.7，第2熱處理步驟的溫度是高的。因此，就上述特性來說，這些都次于其他金屬多孔體相。
表2

*No.7的金屬骨架在燒結(jié)時(shí)熔化，未得到多孔體結(jié)構(gòu)。
*1金屬骨架斷面中孔隙部分的面積對(duì)斷面面積之比。
*2在大氣中于900℃下保持50小時(shí)的氧化重量增值率。
按照上述結(jié)果，當(dāng)?shù)?熱處理步驟的溫度低時(shí)，骨架部分的平均孔隙率增加，3點(diǎn)彎曲強(qiáng)度降低。因?yàn)楸砻娣e也增加，由于氧化而使耐熱性降低。反之，當(dāng)溫度過高時(shí)，金屬骨架不能保持，雖然密度增加，但3點(diǎn)彎曲強(qiáng)度下降。金屬多孔體的密度依賴于漿料的涂布量。因此，第2熱處理溫度優(yōu)選950-1350℃，用兩步法進(jìn)行熱處理是更優(yōu)選的。
表3

*比較例表4

*比較例按照表3及表4，當(dāng)Fe氧化物的平均粒徑大時(shí)，骨架部分的平均孔隙率率超過30％，并且抗拉強(qiáng)度降低。當(dāng)Fe氧化物的平均粒徑增大時(shí)，所得到的金屬多孔體骨架的表面積也增大，此外，金屬的密度和抗拉強(qiáng)度下降。結(jié)果，作為耐熱性尺度的氧化增值率加大。因此，F(xiàn)e氧化物的平均粒徑優(yōu)選5μm或更小，更優(yōu)選的是1μm或更小。
表5

*通過計(jì)算確定X和Y，在用漿料涂布氨基甲酸酯泡沫體和并干燥后測(cè)量樹脂成分。
按照表5所示的漿料制造條件形成的多孔金屬體，測(cè)量其密度、骨架部分的平均孔隙率、3點(diǎn)彎曲強(qiáng)度和氧化增值率，其結(jié)果示于表6。
表6

從表6的結(jié)果清楚可見，所制成的金屬多孔體的特性的差異取決于X××Y值。從表5和表6之間的比較可見，當(dāng)X×Y值小于37時(shí)(樹脂組分的碳?xì)埩袈屎蜆渲M分對(duì)氧化物中所含氧的質(zhì)量比之乘積小于37)，金屬多孔體的特性變差。特別是，骨架斷面的孔隙率稍大，結(jié)果，由于抗拉強(qiáng)度的降低和耐熱性的降低氧化增值率傾向于增加。相反，當(dāng)X×Y值大于126(樹脂組分的碳?xì)埩袈屎蜆渲M分對(duì)氧化物中所含氧的質(zhì)量比之乘積大于126)時(shí)也有類似的傾向。因此，從本實(shí)施例的結(jié)果可清楚已知，X×Y值超過37但低于126的條件下制得的金屬多孔體更為優(yōu)選的。
多孔金屬體的孔徑是400μm。
表7

表8

從表7和表8清楚可見，通過使FeCr合金含有第三金屬，可以改變多孔金屬體的性質(zhì)。只要第3金屬的量不能大到明顯影響配合比對(duì)物理性質(zhì)、機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性無不良影響。通過增加第3組分，可以改善耐熱性和3點(diǎn)彎曲強(qiáng)度等特性。
用X和Y表示的配合比示于表9。
表9

*通過計(jì)算來確定X和Y，在用漿料涂布氨基甲酸酯泡沫體并干燥后測(cè)量樹脂成分。
以實(shí)施例4同樣的制造條件下所制得的漿料制備多孔金屬體。用與上述實(shí)施例同樣的方法測(cè)量多孔金屬體。所得結(jié)果示于表10。制得的多孔金屬體的孔徑是400μm。
表10

從表9和表10清楚可見，當(dāng)其中X×Y值大于37但小于126的配合比時(shí)，可形成優(yōu)良的金屬多孔體。
對(duì)示于表12中的“最小曲率半徑”進(jìn)行評(píng)價(jià)，把板狀多孔金屬體(140mm×90mm×3mmt)的一端加以固定，而把另一端彎曲，以使接近固定端，斷裂時(shí)測(cè)其曲率半徑，以此定義為“最小曲率半徑”。
實(shí)施例9中的多孔金屬體用作具有大曲率半徑的產(chǎn)品是沒有問題的。然而，它不能用于加工直徑80mm的圓筒。
表12的結(jié)果清楚地表明，雖然多孔金屬體的密度并不取決于碳含量而變化，但彎曲加工時(shí)的加工性降低，這是因?yàn)樽钚∏拾霃诫S著碳量增加而超過10cm。關(guān)于硬度，清楚可見隨著殘?zhí)剂吭黾佣捕仍黾印＿@里，“碳含量”和“殘?zhí)悸省钡恼f明如下。
殘?zhí)悸试趦蓚€(gè)獨(dú)立步驟中進(jìn)行熱處理時(shí)，在第1熱處理步驟被碳化的氨基甲酸酯泡沫體和熱固性樹脂殘留量，對(duì)漿料中所用的骨架樹脂和熱固性樹脂的樹脂成分總量的質(zhì)量比。
碳含量在第2步驟熱處理后的殘留碳量對(duì)最終產(chǎn)物的多孔金屬體的質(zhì)量比，而在上述殘?zhí)悸蕰r(shí)進(jìn)行第2熱處理時(shí)，大部分的碳用于上述的氧化物還原。
因?yàn)楸景l(fā)明的多孔金屬體要求具有良好的加工性和硬度，所以，碳含量必須準(zhǔn)確。
表11

表12

*1在彎曲時(shí)產(chǎn)生破裂的最小曲率半徑這樣制造的多孔體特性示于表14。
當(dāng)制造條件滿足式(2)時(shí)，多孔金屬體中的碳含量可控制在0.1-3.5質(zhì)量％范圍內(nèi)，多孔金屬體的最小曲率半徑在該范圍內(nèi)下降，因此，各種類型的彎曲加工變得容易。當(dāng)值是37或更大時(shí)，碳含量超過3.5質(zhì)量％，此外，最小曲率半徑變大時(shí)，增加成型時(shí)的制約。另外，金屬骨架的硬度也有增加傾向。上述結(jié)果清楚地表明，通過控制a×b值可以達(dá)到控制優(yōu)選的碳量在0.1質(zhì)量％或更大至3.5質(zhì)量％或更小。
表13

*用于通過計(jì)算確定a和b的熱固性樹脂的重量是采用65％重量的酚樹脂溶液并通過計(jì)算確定。
表14

*彎曲時(shí)發(fā)生破裂的最小曲率半徑實(shí)施例17-21用以下組合物進(jìn)行混合以制造漿料平均粒徑0.5μm的Fe2O3粉末54質(zhì)量％、平均粒徑5μm的FeCr(Cr63％)合金粉末16質(zhì)量％、分散劑的CMC(羧甲基纖維素)1.5質(zhì)量％和表15中所示量的65％酚樹脂水溶液，以及加水使總量達(dá)100％。
使這些漿料浸漬入厚12mm、孔徑420μm的聚氨基甲酸酯泡沫片中，用金屬滾筒把擠出過量的漿料、并去除。然后，于120℃的溫度干燥10分鐘。在表11所示實(shí)施例9的條件下加熱這些片，以制造多孔金屬體。這樣制成的多孔金屬體的特性示于表16。
多孔金屬體的孔徑是340μm。
示于表16的實(shí)施例17-21的金屬多孔體的密度不同于示于表12和表14的實(shí)施例6-15的金屬多孔體的密度。這是由于用作原材料的氨基甲酸酯片的孔隙率等不同所致。碳含量、最小曲率半徑(表示加工性)和硬度的關(guān)系類似于表14的結(jié)果。當(dāng)碳含量超過3.5％時(shí)，從表16所示的最小曲率半徑數(shù)據(jù)可見加工性降低。然而，具有這樣較高殘?zhí)剂康慕饘俣嗫左w，甚至當(dāng)加工程度低時(shí)也沒有問題，并且適于要求耐磨性為主要的用途。在實(shí)施例17的碳含低的情況下，由于多孔金屬體的硬度低，與輕合金復(fù)合制成金屬?gòu)?fù)合材料也不會(huì)得到良好的結(jié)果。
表15

*用于通過計(jì)算確定a和b的熱固性樹脂的重量，是采用65％重量的酚樹脂溶液和通過計(jì)算確定。
表16

*1彎曲時(shí)發(fā)生破裂的最小曲率半徑金屬?gòu)?fù)合材料制造例1把上述實(shí)施例6-21中制造的各多孔金屬體的一部分放入模具內(nèi)，在壓力39.2MPa的條件下，將鋁合金(AC8C)熔體加熱至750℃并使浸漬入多孔體內(nèi)，以制造鋁復(fù)合材料。將得到的鋁復(fù)合材料切成圖5(a)所示的矩形樣品(15mm×15mm×10mm)，用圖5(c)的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行滾柱磨耗試驗(yàn)。具體的是，如圖所示，把要檢測(cè)的樣品加工成圖(a)所示形狀，使與加工成圖(b)所示的滾筒形狀的對(duì)立材料接觸，在預(yù)定條件下通過旋轉(zhuǎn)滾柱而評(píng)價(jià)磨耗性。
滾柱磨耗試驗(yàn)條件如下對(duì)立材料具有硬度Hv1000的氮化物鋼，是直徑80mm，寬10mm的旋轉(zhuǎn)滾柱轉(zhuǎn)數(shù)200rpm加壓重量60kg時(shí)間20分鐘潤(rùn)滑油SAE10W30下滴速率5ml/分在該試驗(yàn)中，把制成的鋁復(fù)合材料試片對(duì)著垂直旋轉(zhuǎn)的對(duì)立材料，在從上部加載的狀態(tài)進(jìn)行加壓而使其產(chǎn)生熱。在彼此接觸的部分滴加潤(rùn)滑油，以防止?jié)L筒和復(fù)合材料樣品的熔化和粘接。在加載后20分鐘，停止對(duì)立材料的旋轉(zhuǎn)，測(cè)定樣品的磨耗深度。測(cè)得結(jié)果示于表17。這里，把鋁合金(AC8C)加工成矩形，用作比較例1。
在這種滾柱磨耗試驗(yàn)中，雖然與要復(fù)合的滾柱材料復(fù)合物影響試驗(yàn)結(jié)果，如表17所示本發(fā)明的復(fù)合材料，表明顯著改善耐磨性。當(dāng)碳含量極少時(shí)，復(fù)合效果降價(jià)，當(dāng)碳含量增加時(shí)，耐磨性提高。在該試驗(yàn)中，實(shí)施例的金屬多孔體的加工操作不能進(jìn)行。然而，當(dāng)進(jìn)行復(fù)雜加工時(shí)，加工性成為重要的問題，因此，在碳含量高時(shí)，必須考慮耐磨性和加工性的相對(duì)重要性而調(diào)整和選擇碳含量。
表17

從上述結(jié)果可清楚地知道，本發(fā)明的多孔體本身具有良好的耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度，這是因?yàn)镕e碳化物或FeCr碳化物在Fe和Cr組成的合金中以均勻的分散相存在，因此，骨架本身具有高硬度。所以，與Al合金復(fù)合制成的本發(fā)明的復(fù)合材料，用作骨架的多孔體，具有良好的耐磨性。金屬?gòu)?fù)合材料制造例2和金屬?gòu)?fù)合材料制例1同樣，使實(shí)施例6-21中制造的各種多孔金屬體與鎂合金進(jìn)行復(fù)合。把實(shí)施例的各金屬多孔體一部分放入模具內(nèi)，在壓力24.5MPa的條件下，把鎂合金(AZ91A)熔塊加熱至750℃的注入，以制造鎂復(fù)合材料。把得到的鋁復(fù)合材料切成矩形，用滾柱磨耗試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行耐磨耗性試驗(yàn)。
滾柱磨耗試驗(yàn)條件如下對(duì)立材料具有硬度Hv1000的氮化物鋼，是直徑80mm，寬10mm的旋轉(zhuǎn)滾柱(與制造例1相同)轉(zhuǎn)數(shù)300rpm加壓重量50kg時(shí)間15分鐘潤(rùn)滑油SAE10W30下滴速率5ml/分該試驗(yàn)方法以與金屬?gòu)?fù)合材料制造例1類似的方法進(jìn)行，其結(jié)果示于表18。這里所用的比較例2是通過把鎂合金(AZ91A)切成矩形制成的。如表18所示，當(dāng)碳含量低時(shí)，其值接近未進(jìn)行復(fù)合的比較例2磨耗深度。然而，隨著碳含量增加，耐磨耗性上升。
關(guān)于殘?zhí)剂亢湍ズ牧康年P(guān)系，類似于鋁復(fù)合材料的情況，當(dāng)碳含量增加時(shí)硬度有增加傾向，耐磨性改善。
表18

本發(fā)明的多孔體本身具有良好的耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度，因?yàn)镕e碳化物或FeCr碳化物在Fe和Cr組成的合金中以均勻分散相存在所致，因此，骨架本身具有高硬度。因此，與Mg合金復(fù)合的本發(fā)明的復(fù)合材料用作多孔體的骨架，具有良好的耐磨性。
表19

表20

金屬?gòu)?fù)合材料制造例3把實(shí)施例22-26中制造的各多孔金屬體放入模具內(nèi)，在壓力20kg/cm2的條件下，使鋁合金(AC8A)熔體加熱至760℃注入，以制造鋁復(fù)合材料。把得到的鋁復(fù)合材料進(jìn)行滾柱磨耗試驗(yàn)，結(jié)果示于表21。
滾柱磨耗試驗(yàn)條件如下對(duì)立材料具有硬度Hv1000的氮化鋼，是直徑80mm，寬10mm的旋轉(zhuǎn)滾柱(與制造例1相同)轉(zhuǎn)數(shù)50rpm加壓重量100kg時(shí)間20分鐘潤(rùn)滑油SAE10W30下滴速率1ml/分表21

比較例3Al合金(AC8A)
把該漿料浸漬到表22所示的聚氨基甲酸酯泡沫體中，用金屬滾筒擠出過量的漿料并去除。然后，于120℃的溫度干燥10分鐘。在表11所示實(shí)施例9的條件下熱處理所制的片，以制造多孔金屬體。這樣制成的多孔金屬體的密度、碳含量和3點(diǎn)彎曲強(qiáng)度示于表23。清楚可見，具有孔徑0.5mm或更小的樣品彎曲強(qiáng)度是具有孔徑0.64mm的樣品的1.5或更多倍。
表22

表23

金屬?gòu)?fù)合材料制造例4將上述實(shí)施例22及27-30中制造的各多孔金屬體放入模具內(nèi)，在壓力20kg/cm2的條件下，將鋁合金(AC8A)熔體加熱至760℃注入，從而制造鋁復(fù)合材料。把這樣得到的鋁復(fù)合材料進(jìn)行咬合試驗(yàn)，結(jié)果示于表24。
咬合試驗(yàn)條件如下對(duì)立材料氮化鋼，直徑11.3mm，端部R＝10mm負(fù)載從1kgf開始，每1分鐘加載1kg沖程50mm試驗(yàn)速度200cpm
氣氛油(SAE10W-30)涂布后擦掉表24

工業(yè)上的可用性如上所述，按照本發(fā)明的制法，可制成FeCr合金的金屬多孔體，其中金屬碳化物均勻分散，此外，其具有良好的強(qiáng)度和耐磨性。而且，可以得到改善金屬多孔體特性的第3金屬合金化的金屬多孔體。
本發(fā)明的多孔金屬體通過在骨架中均勻分散的金屬碳化物相而可得到具有充分的可加工性和硬度，因此，它也適于以主要含輕金屬例如Al和Mg的復(fù)合材料制作骨架。采用本發(fā)明多孔金屬體的復(fù)合材料改善了耐磨性，也可根據(jù)用途而加工復(fù)合材料。特別是，當(dāng)孔徑抑制到500μm或以下的金屬多孔體，用作通過輕合金復(fù)合制作的復(fù)合材料的骨架時(shí)，當(dāng)用作滑動(dòng)部件時(shí)，復(fù)合材料呈現(xiàn)顯著改善耐咬合性。
權(quán)利要求
1.一種多孔金屬體，其具有孔徑500μm或更小的泡沫結(jié)構(gòu)，并含有包含F(xiàn)e和Cr的合金，所述合金含有均勻分散其中的Cr碳化物及/或FeCr碳化物。
2.按照權(quán)利要求1中的多孔金屬體，其中，多孔金屬體中的碳含量為0.1-3.5質(zhì)量％。
3.按照權(quán)利要求1或2中的多孔金屬體，其中，多孔金屬體還含有至少一種選自Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si和Ti的金屬。
4.一種多孔金屬體的制造方法，其中的步驟包括制造一種主要含有具有平均粒徑5μm或更小的Fe氧化物粉末，至少一種選自金屬Cr、Cr合金和Cr氧化物的粉末，一種熱固性樹脂和稀釋劑的漿料；把該漿料涂布在孔徑為625μm或更小的泡沫結(jié)構(gòu)的樹脂芯體上并進(jìn)行干燥；以及進(jìn)行包括在非氧化性氣氛中于950-1350℃的溫度下進(jìn)行熱處理步驟在內(nèi)的燒成。
5.按照權(quán)利要求4中所述的多孔金屬體制造方法，其中，燒成是按下列2個(gè)步驟進(jìn)行第1熱處理步驟，在熱固性樹脂碳化時(shí)同時(shí)去除樹脂芯體，以及使用部分金屬組分轉(zhuǎn)變成碳化物時(shí)所生成的碳還原金屬氧化物；和其后的第2熱處理步驟，其中，通過加熱至1100-1350℃的溫度而生成具有堅(jiān)固的泡沫金屬結(jié)構(gòu)的燒結(jié)體。
6.按照權(quán)利要求4中所述的多孔金屬體制造方法，其中，燒成以下列2個(gè)步驟進(jìn)行第1熱處理步驟，其中，樹脂組分在非氧化性氣氛中進(jìn)行碳化；以及第2熱處理步驟，其中，金屬氧化物在950-1350℃下在還原性氣氛中用第1步驟中產(chǎn)生的碳還原金屬氧化物，而部分金屬組分轉(zhuǎn)變成碳化物，然后，還原的金屬被合金化并燒結(jié)成具有堅(jiān)固的泡沫金屬結(jié)構(gòu)。
7.按照權(quán)利要求4-6中任何一項(xiàng)所述的多孔金屬體制造方法，其中，至少一種選自Ni、Cu、Mo、Al、P、B、Si和Ti的金屬及其氧化物的粉末混合進(jìn)要捏合的漿料中。
8.按照權(quán)利要求4-7中任何一項(xiàng)所述的多孔金屬體制造方法，其中，樹脂組分和氧化物粉末的配合比例，要使由樹脂組分殘?zhí)悸屎蜆渲M分對(duì)氧化物中所含氧的質(zhì)量比處于滿足下式(1)的范圍而確定37＜X×Y＜126 (1)式中，X樹脂組分殘?zhí)悸?質(zhì)量％)Y樹脂組分對(duì)氧化物中所含氧的質(zhì)量比
9.按照權(quán)利要求4-7中任何一項(xiàng)所述的多孔金屬體制造方法，其中，熱固性樹脂和氧化物粉末的配合比，以使含熱固性樹脂的溶液的殘?zhí)悸屎秃袩峁绦詷渲芤簩?duì)氧化物中的氧的質(zhì)量比滿足下式(2)的范圍而確定17＜a×b＜37(2)式中，a含熱固性樹脂的溶液的殘?zhí)悸?質(zhì)量％)b含熱固性樹脂的溶液對(duì)氧化物中所含氧的質(zhì)量比含熱固性樹脂的溶液其中熱固性樹脂溶于水或溶劑中的溶液。
10.一種金屬?gòu)?fù)合材料，其中，按照權(quán)利要求1-3中所述的多孔金屬體的孔隙是用Al合金或Mg合金填充。
11.一種制造金屬?gòu)?fù)合材料的方法，其中包括的步驟是在98KPa或更大的壓力下使Al合金或Mg合金的熔體浸漬和注入按照權(quán)利要求4-9中任何一項(xiàng)所述的制造方法制造的多孔金屬體的孔隙中。
12.一種金屬?gòu)?fù)合材料，其中，在按照權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的多孔金屬體骨架表面，用至少一種選自石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、氮化硼、三氧化鉬和氧化鐵的固體潤(rùn)滑劑涂布，并且在其孔隙中填充Al合金或Mg合金。
13.一種制造金屬?gòu)?fù)合材料的方法，其中包括的步驟是至少一種選自石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、氮化硼、三氧化鉬和氧化鐵的固體潤(rùn)滑劑涂布在按照權(quán)利要求4-9中任何一項(xiàng)所述的制造方法所制造的多孔金屬體的骨架表面，并且在98KPa或更大的壓力下，使Al合金或Mg合金浸漬和注入其孔隙中。
全文摘要
一種具有平均孔徑500μm或更小的泡沫結(jié)構(gòu)的多孔金屬體，其中骨架是由主要含F(xiàn)e和Cr的合金所構(gòu)成并且Cr碳化物或FeCr碳化物均勻分散在組織中。金屬多孔體的制造是通過制造主要含平均孔徑5μm或更小的Fe氧化物粉末、至少一種選自金屬Cr、Cr合金和Cr氧化物的粉末、熱固性樹脂和稀釋劑的漿料，使?jié){料涂布在具有泡沫結(jié)構(gòu)的樹脂芯體上，進(jìn)行干燥，然后在非氧化性氣氛中進(jìn)行燒成，以制成具有上述骨架結(jié)構(gòu)的金屬多孔體。
文檔編號(hào)B22F3/11GK1464804SQ02802452
公開日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月11日
發(fā)明者松浦貴宏, 原田敬三 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社