JP2004332016A

JP2004332016A - 金属造粒粉末体及びその製造方法、並びに金属粉末体

Info

Publication number: JP2004332016A
Application number: JP2003126485A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiro Shimura; 辰裕志村; Takafumi Yoshida; 隆文吉田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】優れた流動性を備えた金属造粒粉末体、及び金属造粒粉末体の製造方法、並びに金属粉末体を提供する。
【解決手段】金属粉末を造粒してなる金属造粒粉末に、流動性改善剤を添加してなる金属造粒粉末体である。金属粉末を造粒して金属造粒粉末を製造する造粒工程と、前記金属粉末に流動性改善剤を添加する添加工程と、を備えてなる金属造粒粉末体の製造方法である。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、金属造粒粉末体、及び金属造粒粉末体の製造方法、並びに金属粉末体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、金属の微粉末を造粒し、得られた造粒粉末を使用して、一般の粉末冶金法により各種部品を製造する方法がある。この従来の粉末冶金法では、相対密度（真密度に対する相対値）が十分に高い部品を製造することが困難である。
ここで、部品の相対密度が低いと、以下のような欠点がある。すなわち、
（１）一般構造材料では、強度不足や機能性が欠如する虞がある。
（２）ステンレス鋼の場合、溶解材に比較して耐食性が劣るため、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ等の合金元素を多量に含有させて、低い耐食性を補っている。
（３）磁性材料では、たとえ磁気特性が優れていても、適用範囲が限定される。
（４）難加工性材料、例えば高速度鋼等は成形できず、粉末冶金法での部品の生産は限定されている。
【０００３】
そこで、このような欠点を解決するため、例えば、平均粒径が１〜１００μｍの水アトマイズ金属原料粉末にバインダを加えて造粒して得られる、平均粒径が１０〜２５０μｍの水アトマイズ金属粉末の造粒粉末が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１０６８０４号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平均粒径が約１〜１００μｍの金属原料粉末を使用して得られた造粒粉末は、金型への充填が不均一になり易い、あるいは、この造粒粉末をプレス成形して得た成形体の重量にばらつきが生じ易い、成形体を焼結して得られる焼結部品の密度がばらつき易い等の欠点が未だ残ることから、さらに流動性を向上させることが望まれている。
【０００５】
本発明は、このような従来の造粒粉末を改良することを課題とするものであり、優れた流動性を備えた金属造粒粉末体、及び金属造粒粉末体の製造方法、並びに金属粉末体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、金属粉末を造粒してなる金属造粒粉末に、流動性改善剤を添加してなる金属造粒粉末体を提供するものである。
【０００７】
この構成を備えた金属造粒粉末体は、優れた流動性を備えることができる。したがって、前記金属造粒粉末体の金型等への充填性を向上させることができる。
また、この金属造粒粉末体を使用してプレス成形して得た成形体の重量を均一化させることができる。さらに、成形体を焼結して得られる焼結部品の密度を均一化させることもできる。
【０００８】
前記金属粉末としては、水アトマイズ法により製造されたものを使用することができる。
【０００９】
また、前記流動性改善剤としては、少なくとも無水シリカを含んでいるものを使用することができる。この前記流動性改善剤として無水シリカを含んでいるものを使用することで、無水シリカの持つシラノール基が金属造粒粉末の表面に作用して、さらに優れた流動性を付与することができる。
【００１０】
この無水シリカとしては、ＳｉＯ_２を９５重量％以上含んだものを好適に使用することができる。また、前記無水シリカとしては、一次粒子の平均粒径が、５０ｎｍ以下のものを好適に使用することができる。
【００１１】
そしてまた、この流動性改善剤は、前記金属造粒粉末に対し、０．０１重量％〜０．５重量％、さらに好ましくは、０．０１重量％〜０．１重量％の範囲で添加することができる。
【００１２】
前記流動性改善剤の前記金属造粒粉末に対する添加量が、０．０１重量％未満であると、十分な流動性の改善が行われない傾向にある。また、前記流動性改善剤の前記金属造粒粉末に対する添加量が、０．５重量％を越えると、この金属造粒粉末体を使用して得た成形体の成形密度や、焼結体の焼結密度が低下する傾向にある。
【００１３】
また、前記金属造粒粉末としては、合金からなり、当該合金成分として少なくともシリコンを含んでいるものを好適に使用することができる。
【００１４】
なお、この流動性の値は、ＪＩＳＺ２５０２に基づいて測定した値である。
【００１５】
また、本発明は、金属粉末を造粒して金属造粒粉末を製造する造粒工程と、前記金属粉末に流動性改善剤を添加する添加工程と、を備えてなる金属造粒粉末体の製造方法を提供するものである。
【００１６】
この製造方法によれば、優れた流動性を備えた金属造粒粉末体を得ることができる。したがって、金属造粒粉末体の金型等への充填性を向上させることができる。また、この金属造粒粉末体を使用してプレス成形して得た成形体の重量を均一化させることができる。さらに、成形体を焼結して得られる焼結部品の密度を均一化させることもできる。
【００１７】
本発明にかかる製造方法では、前記金属粉末を水アトマイズ法によりを製造することができる。
【００１８】
また、本発明にかかる製造方法では、前記流動性改善剤として、少なくとも無水シリカを含んでいるものを使用することができる。この無水シリカとしては、ＳｉＯ_２を９５重量％以上含んだものを好適に使用することができる。そしてまた、前記無水シリカとしては、一次粒子の平均粒径が、５０ｎｍ以下のものを好適に使用することができ、さらに好ましくは、１５ｎｍ以下のものを使用することができる。
【００１９】
さらにまた、本発明にかかる製造方法では、この流動性改善剤は、前記金属造粒粉末に対し、０．０１重量％〜０．５重量％、さらに好ましくは、０．０１重量％〜０．１重量％の範囲で添加することができる。
【００２０】
そしてまた、本発明にかかる製造方法では、前記金属造粒粉末として、合金からなり、当該合金成分として少なくともシリコンを含んでいるものを使用することができる。
【００２１】
さらにまた本発明は、金属粉末に、流動性改善剤を添加してなる金属粉末体を提供するものである。この構成を備えた金属粉末体は、優れた流動性を備えることができる。
【００２２】
前記金属粉末体の構成要素である前記金属粉末としては、水アトマイズ法により製造したものを使用することができる。
【００２３】
また、本発明にかかる金属粉末体の構成要素である流動性改善剤としては、少なくとも無水シリカを含んでいるものを使用することができる。この無水シリカとしては、ＳｉＯ_２を９５重量％以上含んだものを好適に使用することができる。また、前記無水シリカとしては、一次粒子の平均粒径が、５０ｎｍ以下のものを好適に使用することができ、さらに好ましくは、１５ｎｍ以下のものを使用することができる。
【００２４】
そしてまた、本発明にかかる金属粉末体で使用される流動性改善剤は、前記金属造粒粉末に対し、０．０１重量％〜０．５重量％、さらに好ましくは、０．０１重量％〜０．１重量％の範囲で添加することができる。
【００２５】
そしてまた本発明は、金属粉末に対し、無水シリカを０．０１重量％〜０．５重量％の範囲で含んでなる金属粉末体を提供するものである。この構成を備えた金属粉末体も、優れた流動性を備えることができる。
【００２６】
なお、この流動性の値は、上記と同様の方法によって測定した値である。
【００２７】
前記金属粉末としては、例えば、鉄、鉄合金（例えば、ステンレス鋼、珪素鋼、構造用鋼、工具鋼、高速度鋼、アルニコ合金、センダスト合金、パーメンジュール合金、パーマロイ合金等）、ニッケル、ニッケル合金（パーマロイ等）、クロム、クロム合金、コバルト、コバルト合金、チタン、チタン合金等の金属粉末を好適に使用することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施の形態にかかる金属造粒粉末体及びその製造方法、並びに金属粉末体について説明する。
【００２９】
なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
（金属造粒粉末体及びその製造方法）
本実施の形態にかかる金属造粒粉末体の構成要素である金属造粒粉末は、水アトマイズ法により製造された金属原料粉末を造粒装置に投入し、バインダ（結合樹脂）を添加して混合して造粒することにより得られる。
【００３０】
本実施の形態では、表１に示す化学成分を備え、平均粒径が２〜６０μｍ程度のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を金属原料粉末として用いた。
【００３１】
【表１】

なお、本実施の形態では、水アトマイズ法により製造された金属原料粉末を使用したが、これに限定されるものではなく、所望により、例えば、ガスアトマイズ法等、他の方法により製造された金属原料粉末を使用してもよいし、水アトマイズ法により製造された金属原料粉末と、他の方法により製造された金属原料粉末を混合したものを使用してもよい。
【００３２】
前記造粒法としては、混合造粒法、強制造粒法、熱利用造粒法のいずれを使用しても良いが、好ましくは、回転皿や、回転円筒や、回転円錐等を使用する転動方式の混合造粒法を使用する。
【００３３】
また、バインダとしては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ワックス等の有機物や、水と有機物の混合物等を使用することができる。このバインダの添加量は、金属原料粉末の重量に対して、バインダ中の有効成分で０．１重量％〜１０重量％、さらに好ましくは、０．２重量％〜５重量％であり、所望により可塑剤等を添加してもよい。
【００３４】
なお、本実施の形態では、造粒装置として転動流動造粒装置（株式会社パウレック製）を使用した。この転動流動造粒装置に金属原料粉末５０ｋｇを供給し、回転ディスク部を回転させながらバインダとしてメチルアルコールを溶媒とするＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）５％溶液を連続的に供給して造粒した。この際の給気量（空気）は約８．５ｍ３／ｈｒ、給気温度は７０℃、回転ディスク部の回転数は約２０５ｒｐｍで、造粒粉末の温度は約３５℃であった。また、バインダの供給量は約１１０ｇ／分であり、造粒時間は１２０〜１８０分で、乾燥時間は約１０分であった。
【００３５】
このようにして、平均粒径が１０〜１５０μｍ程度の金属造粒粉末を得た。
【００３６】
次に、この金属造粒粉末に対し、表２に示す添加量（重量％）で、無水シリカを混合した。この無水シリカとしては、ＳｉＯ_２が９５重量％以上含有されており、一次粒子の平均粒径が、５０ｎｍ以下のものを使用した。金属造粒粉末と無水シリカの混合は、Ｖ型ブレンダーを使用し、約２０分間行った。このようにして、無水シリカが添加された金属造粒粉末体（実施例１〜実施例６、比較例１）を得た。
【００３７】
【表２】

（成形体及び焼結体の製造）
前述したブランク、実施例１〜６、比較例１の各々について、プレス機を使用して成型圧力５ｔ／ｃｍ^２で加圧成形し、直径５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円盤状試験片を製造した。次に、これらの円盤状試験片の密度（成形密度：ｇ／ｃｍ^３）を測定した。この結果を表３に示す。
【００３８】
次に、前記円盤状試験片を水素雰囲気の焼結炉において１３５０℃で３時間焼結した後、密度（焼結密度：ｇ／ｃｍ^３）を測定した。この結果を表３に示す。
【００３９】
【表３】

表３から、本発明にかかる実施例１〜６は、ブランクに比べ、成形密度、焼結密度の両方ともブランクと有意差無く、正常な値が得られていることが判る。
【００４０】
また、実施例１〜６から得られた焼結体に残存している無水シリカは、無水シリカ添加量０．１％までは、無添加品と有意差が無く均一分散されているが、添加量０．５％を超えてくると、凝集現象がみられる。
（金属粉末体の製造）
次に、水アトマイズ法により製造され、表１に示す化学成分を備え、平均粒径が２〜６０μｍ程度のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）からなる金属原料粉末に対し、表４に示す添加量（重量％）で、無水シリカを混合した。この無水シリカは、ＳｉＯ_２が９５重量％以上含有されており、一次粒子の平均粒径が、５０ｎｍ以下のものを使用した。金属造粒粉末と無水シリカの混合は、０．０１％〜１．０％とし、Ｖ型混合機を使用し、約２０分間行った。このようにして、無水シリカが添加された金属粉末体（実施例７〜１２、比較例２を得た。
【００４１】
次に、ブランク（流動性改善剤を添加しないもの）、実施例７〜１２、比較例２について、見かけ密度（ｇ／ｍ^３）、流動性、安息角を前記と同様の方法で測定した。この結果を表４に示す。
【００４２】
【表４】

表４から、本発明にかかる実施例７〜１２は、ブランク及び比較例２に比べ、流動性が改善され、安息角が小さくなっていることが判る。
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態にかかる金属造粒粉末体及び金属粉末体は流動性が大幅に改善された。

Claims

金属粉末を造粒してなる金属造粒粉末に、流動性改善剤を添加してなる金属造粒粉末体。
前記金属粉末は、水アトマイズ法により製造されてなる請求項１記載の金属造粒粉末体。
前記流動性改善剤は、少なくともＳｉＯ_２を９５重量％以上含んでなる無水シリカを含んでなる請求項１または請求項２記載の金属造粒粉末体。
前記ＳｉＯ_２は、一次粒子の平均粒径が、５０ｎｍ以下である請求項３記載の金属造粒粉末体。
前記流動性改善剤は、前記金属造粒粉末に対し、０．０１重量％〜０．５重量％の範囲で添加されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の金属造粒粉末体。
前記金属造粒粉末は合金からなり、当該合金成分として少なくともシリコンを含んでなる請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の金属造粒粉末体。
金属粉末を造粒して金属造粒粉末を製造する造粒工程と、
前記金属粉末に流動性改善剤を添加する添加工程と、を備えてなる金属造粒粉末体の製造方法。
水アトマイズ法により前記金属粉末を製造する請求項７記載の金属造粒粉末体の製造方法。
前記流動性改善剤は、少なくともＳｉＯ_２を９５重量％以上含んでなる無水シリカを含んでなる請求項７または請求項８記載の金属造粒粉末体の製造方法。
前記ＳｉＯ_２は、一次粒子の平均粒径が、５０ｎｍ以下である請求項９記載の金属造粒粉末体の製造方法。
前記流動性改善剤を、前記金属造粒粉末に対し、０．０１重量％〜０．５重量％の範囲で添加する請求項７ないし請求項１０のいずれか一項に記載の金属造粒粉末体の製造方法。
前記金属造粒粉末は合金からなり、当該合金成分として少なくともシリコンを含んでなる請求項７ないし請求項１１のいずれか一項に記載の金属造粒粉末体の製造方法。
金属粉末に、流動性改善剤を添加してなる金属粉末体。
前記金属粉末は、水アトマイズ法により製造されてなる請求項１３記載の金属粉末体。
前記流動性改善剤は、少なくともＳｉＯ_２を９５重量％以上含んでなる無水シリカを含んでなる請求項１３または請求項１４記載の金属粉末体。
前記無水シリカは、一次粒子の平均粒径が、５０ｎｍ以下である請求項１５記載の金属粉末体。
前記流動性改善剤は、前記金属粉末に対し、０．０１重量％〜０．５重量％の範囲で添加されてなる請求項１３ないし請求項１６のいずれか一項に記載の金属粉末体。