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メタルフォーム:「強い」と「軽い」を両立した新しい金属素材。

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メタルフォーム:「強い」と「軽い」を両立した新しい金属素材。

2024年5月30日

金属フォーム金属発泡体は、金属の特性と多孔質材料の機能特性を融合した独自の構造を持っています。金属発泡体は多孔質金属材料に属し、内部の気孔率は90%以上に達し、「泡」や「ハニカム」のような形状をしており、金属の緻密構造の伝統的な概念を打ち破り、金属の「強靭」な特性と泡の「軽さ」を併せ持つ、金属材料の構造機能融合の新しい形です。金属の緻密構造の伝統的な概念を打ち破り、金属と泡の両方の特性を持ち、構造機能融合の新しいタイプの金属材料です。独自の構造により、発泡金属は母材金属の導電性、延性、溶接性などの特性を保持するだけでなく、エネルギー吸収・振動減衰、ノイズ低減、電磁シールド、通気性、透水性など、多孔質材料の機能特性も備えており、国内外の材料科学分野で広く注目を集め、航空宇宙や石油化学分野で広く使用されています。

金属フォームを分類する主な方法は次のとおりです。
(1)気孔径と気孔率の大きさによって:気孔径が0.3mm未満で気孔率が45%~90%のものは多孔質金属と呼ばれ、気孔径が0.5~6mmで気孔率が90%を超えるものは金属フォームと呼ばれます。
(2)気孔構造によって:貫通気孔構造と閉気孔構造に分けられる。
(3)製造方法による分類:当初は発泡法で製造されたものは発泡金属と呼ばれ、その後、浸透鋳造法などの製造方法が開発され、通気金属とも呼ばれる。
(4)マトリックスの種類:アルミニウムフォーム、ニッケルフォーム、銅フォームなど。製造プロセスにおいて、従来の金属フォーム製造方法では、主に複雑で不規則な気孔構造が得られますが、3Dプリントでは気孔構造を正確に制御できるため、金属フォームの応用範囲が広がります。例えば、医療、精密機器などの分野における多孔質チタンは、金属フォームの応用ギャップを埋める役割を果たします。

構造機能統合材料、金属フォームの応用展望は広い
金属フォームは構造と機能を統合します。構造材料として、金属フォームは軽量で高い比強度の特性を持っています。機能材料として、金属フォームはさまざまな物理的特性を持っています。シック多孔質、振動減衰、制振、吸音、防音、放熱、衝撃吸収、電磁波遮蔽など、様々な特性を有しています。その独自の特性により、金属発泡体は産業分野やハイテク分野で広く利用されています。
(1)軽量かつ比強度に優れた特性を生かし、水上浮遊装置、スポーツ用具(そり等)、航空宇宙機関連部品の製造に用いられる。
(2)多孔質の利用と化学フィルターの製造、ガス化処理装置で使用する水の浄化、オイルベアリングの自動給油、香り付き装飾品等への利用。
(3)振動減衰、減衰性能の用途、緩衝材、振動吸収材としての生産、例えば宇宙船の着陸装置、エレベーターの伝動装置の安全クッションや各種の箱、特に航空輸送箱、工作機械のベッド、ベース、減衰リングなど。
(4)その電磁波遮蔽性、軽量で優れた吸音性、遮音性を利用して、建築業界の防音パネル、電子機器の外殻、電気シールド室の構造を作るために使われてきました。

具体的な材料としては、金属フォームはアルミニウム、ニッケル、銅およびその合金に広く使用されており、マトリックス材料や応用分野によって主な特性は異なります。
(1)アルミフォーム:最も早く開発された発泡金属材料であるアルミフォームの主な利点は、軽量、断熱性、遮音性、電磁波遮蔽性、衝撃エネルギー吸収性などにあり、ミサイル、航空機およびそのリサイクル部品の衝撃保護層に使用されているほか、自動車の緩衝材、電子・機械振動減衰装置、パルス電源の電磁波遮蔽カバーなどの分野にも使用されています。
(2)ニッケルフォーム:連続気孔構造と高い多孔性により、ニッケルフォームは通気性、表面積、毛細管力に優れ、耐腐食性にも優れた利点があり、液体フィルター、触媒コンバーター、アトマイザー、バッテリー電極板、熱交換器などの製造によく使用されます。
(3)銅フォーム:銅フォームは導電性と延性に優れており、電池の負極(キャリア)材料、触媒キャリア、電磁シールド材料などの製造に大きな可能性を秘めています。