JPH0125803B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属基体の表面に粉末合金シートを
接着した後、加熱焼結することにより、例えば、
耐摩耗性や耐腐食性等の目的機能に応じた焼結金
属層を形成する際の粉末合金シートの焼結方法に
関するものである。

（従来技術） 近時、樹脂バインダと目的機能に対応した合金
粉末とからなる粉末合金シートを金属基体の表面
に接着して、該粉末合金シートを焼結させること
により、金属基体の表面に所定の目的機能を有す
る焼結金属層を形成するようにすることが多い。
そして、従来、上記粉末合金シートを焼結させる
には、特公昭53―19540号公報に示すように、金
属基体と粉末合金シートとの接着体を加熱炉中に
おいて全体的に加熱することや、特公昭55―
27127号公報に示すように、成形型のなかに粉末
合金シートを載置して、これを上から電極部材で
押圧しながら通電加熱するようにしていた。

ところで、粉末合金シートは、その焼結に際し
て、樹脂バインダの揮発等によりかなり収縮（10
〜15％位）するものであり、したがつて、粉末合
金シートは、この収縮を見込して金属基体表面に
形成すべき焼結金属層よりも若干大きめに形成さ
れた状態で接着されるものである。一方、この粉
末合金シートの収縮は、その収縮中心がどこにな
るかすなわち粉末合金シートの周縁のうちどの部
分がどの方向へ変位するのかが必ずしも明確では
なく、前述した従来の焼結方法でもこのような問
題点を内包していた。したがつて、この従来の焼
結方法では、収縮の様子をあらかじめ実験的に求
めて、この実験結果に基づいて粉末合金シートの
金属基体に対する接着すべき位置を特定してい
た。しかしながら、このようにしたとしても、必
ずしも実験通りに収縮が生じない場合もあつて、
得られた焼結金属層が金属基体に対してかなりの
位置ずれを生じるのが避け難く、とりわけ、金属
基体の傾斜面や湾曲面に対して粉末合金シートを
接着した際には、このような位置ずれを生じ易い
ものとなつていた。

（発明の目的） 本発明は以上のような事情を勘案してなされた
もので、金属基体と得られた焼結金属層とが殆ん
ど位置ずれを生じることなく、所定の位置関係で
きちんと焼結できるようにした粉末合金シートの
焼結方法を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、粉末合金シートの収縮中心をあらか
じめ特定できれば、粉末合金シートの周縁のうち
どの部分がどの方向に変位するのが容易に判別す
なわち得られた焼結金属層の金属基体に対する位
置関係が容易に判別できることに着目してなされ
たもので、この収縮中心を特定するのに、粉末合
金シート全体を加熱、焼結するのに先立つて、あ
らかじめ収縮中心となすべき箇所を部分的（スポ
ツト的）に加熱焼結させるようにしたものであ
る。

具体的には、金属基体表面の所定位置に、樹脂
バインダと目的機能に対応した合金粉末との混練
物からなる所定形状、所定サイズとされた粉末合
金シートを接着して、焼結時にこの粉末合金シー
トの収縮中心とすべき点を他の部分に先がけて部
分的に加熱、焼結しておき、この後、粉末合金シ
ート全体を加熱して該粉末合金シート全体を焼結
させるようにしてある。

（実施例） 本実施例では、ロツカアームのチツプ片表面
に、耐摩耗層としての焼結金属層を形成した場合
を説明する。

第１図において、Ａはロツカアームで、支軸１
を中心とし揺動自在とされている。このロツカア
ームＡは、その本体２がアルミニウム合金等の軽
金属で構成され、その一側揺動端部には、例えば
鋼材からなるチツプ片３が鋳ぐるまれている。こ
のチツプ片３は、その表面すなわち、カム４に対
する当接面側が球状面とされており、このような
表面には、耐摩耗層としての焼結金属層５が全面
形成されている。

次に、上記焼結金属層５を形成するための本発
明方法について第２図〜第５図により説明する。
先ず、第２図に示すように、金属基体としてのチ
ツプ片３の表面に、粉末合金シート６を接着す
る。勿論、この粉末合金シート６は、樹脂バイン
ダと目的機能に対応した合金粉末との混練物から
なり、焼結時の収縮を見込んで、粉末合金シート
６はチツプ片３の全表面よりも若干大きめのサイ
ズでかつ該チツプ片３の表面形状に対応した形状
とされている。

なお、このような所定形状、所定サイズの粉末
合金シート６を得るには、例えば大きな粉末合金
シートをプレス等による抜型を利用して裁断する
よにすればよい。

次いで、第３図、第４図に示すように、粉末合
金シート６の一部（実施例では粉末合金シート６
の形状中心部の一箇所）のみを焼結させる部分焼
結を行う。すなわち、レーザ加熱、アーク加熱、
通電抵抗加熱等のスポツト加熱手段を利用して、
上記一部分のみを他の部分に先がけて加熱、焼結
させる（この部分焼結部を第３図、第４図で符号
７として示す）。

この後は、従来同様、粉末合金シート６全体を
加熱、焼結させる本焼結を行う。すなわち、例え
ば、チツプ片３と粉末合金シート６との接着体を
加熱炉に入れて所定の焼結温度で加熱することに
より、第５図に示すように、粉末合金シート６全
体が焼結されてなる焼結金属層５が、チツプ片３
の表面に形成されることとなる。この本焼結の
際、粉末合金シート６は、必ず部分焼結部７を収
縮中心として収縮することになるので、得られた
焼結金属層５は、チツプ片３に対して殆んど位置
ずれを生じることなく所定位置においてきちんと
焼結、接合される。すなわち、上記部分焼結部７
を特定位置に形成した場合に、本焼結において粉
末合金シート６が収縮する様子があらかじめ実験
的に求められる一方、粉末合金シート６の収縮
は、必ず当該あらかじめ特定された部分焼結部７
を中心にして行われるので、得られた焼結金属層
５とチツプ片３との位置ずれを殆んど皆無とする
ことが可能になる。

なお、実施例では、粉末合金シート６（の面
積）が小さいので、部分焼結部７をその中心部分
の一箇所のみとしたが、粉末合金シート６の表面
積が大きい場合は、部分焼結部７を点在させて複
数箇所にするようにしてもよい。勿論、この部分
焼結部７の選定に際しては、部分焼結部７が１箇
所のみの場合は粉末合金シート６の中心部分とさ
れるのが好ましいが、複数箇所選定する場合は、
各部分焼結部７同志の間の間隔および各部分焼結
部７と粉末合金シート６の周縁との間隔を、収縮
量の大小に部分的な大差を生じないようにすると
よい。勿論、本発明は、ロツカアームＡのチツプ
片３の表面に限らず、その他内燃機関のタペツト
押圧端面等に焼結金属層５を形成する等、金属基
体としては、適宜用途の部材を選定することがで
き、また焼結金属層５としては、耐摩耗層として
のみならず、耐腐食層等、種々の目的機能に対応
したものとすることができる。

さて次に、前記粉末合金シート８としては既知
のものをそのまま利用することも可能であるが、
好ましくは以下に説明するようなものを用いると
よい。

先ず、樹脂バインダとしてはアクリル樹脂を用
いるのがよい。このアクリル樹脂は常温で十分な
接着性（粘着性）を有していて、樹脂バインダと
して用いられた場合にもかなりの高温まで焼失等
をおこさずにこの接着性が維持されており、しか
もガス発生が急激でない上にその拡散がスムーズ
に行なわれるため、粉末合金シート６にいわゆる
膨れ等の生じ難いものとなる。このように樹脂バ
インダとして用いられたアクリル樹脂は、150℃
付近からタールピツチ化し始めて金属基体（実施
例ではチツプ片３）に対する接合力は樹脂から
徐々にタールピツチ状物質に肩代りされていくこ
とになり、粉末合金の焼結が開始される温度まで
金属基体に対する接着ないし接合性を有するもの
が得られる。すなわち、金属基体とアクリル樹脂
をバインダとする粉末合金シート６との接着体を
搬送しつつ加熱していく途中で多少の振動等を受
けたとしても、該粉末合金シート６が金属基体に
対して位置ずれを生じることがなく、しかも金属
基体の傾斜面（垂直面を含む）に対して粉末合金
シート６を接着した場合にあつてもこの粉末合金
シート６が金属基体から途中で脱落することがな
い。

このようなバインダとしてのアクリル樹脂は、
３容量％〜15容量％（合金粉末が85容量％〜97容
量％）の範囲にするのが好ましい。すなわち、ア
クリル樹脂が３容量％未満であると常温での粘着
性や粉末合金シートの可撓性が確保しずらく、ま
た15容量％を越えると得られた焼結金属層５の気
孔率に悪影響を与え易いと共に金属基体との十分
な接合性が得にくいものとなる。なお、アクリル
樹脂は、よく知られているようにアクリル酸エス
テルまたはメタクリル酸エステル類の重合体また
は共重合体であるがこのいずれをも採用し得る。

次に、耐摩耗性合金粉末としては、樹脂バイン
ダによる接着性に限界があるため焼結温度が低い
方が好ましく、このため共晶合金を用いるのが好
ましい。そして、目的機能が、耐摩耗性焼結金属
層の形成にある場合は、この共晶合金粉末とし
て、特にコスト等の点を勘案してFe―Ｍ―Ｃ系
の三元共晶合金を用いるのが好ましい。このFe
―Ｍ―Ｃ系のＭの主成分としてはＰ，Mo，Ｂの
うちいずれか一種あるいはこれ等の複合物である
ことが好ましい。このＭとしてＰを用いた場合
は、Ｃと同様に金属基体への拡散性が強いので好
ましく、またFe，Ｃと結合して燐共晶を形成し
て、耐摩耗性を向上させる他、融点を下げる役割
りをなす。このＰは、ある程度以上の液相量を確
保するために0.5重量％以上とするのがよく、靭
性の確保を考慮して2.5重量％以下であることが
好ましい。

上記Fe―Ｍ―Ｃ系におけるＣは、Ｐと共働し
て基地の強化および硬質相の形成を得ると共に、
燐共晶を形成して密度の上昇および金属基体との
接合に役立つものである。このＣの割合は、密度
の上昇と金属基体との接合性を考慮して1.5重量
％以上、また液相量の出現割合が多くなりすぎる
のと靭性に与える影響を考慮して4.0重量％以下
とするのがよい。

Fe―Ｍ―Ｃ系のＭがMoの場合は、基地の強化
および硬質相の形成に寄与すると共に、Fe，Ｃ
と結合して融点を下げるものであり、硬質相が少
なくなり過ぎるのと密度の確保を考慮して2.5重
量％以上とし、靭性を考慮して10.5重量％以下と
するのがよい。

Fe―Ｍ―Ｃ系におけるＭがＢの場合は、Fe，
Ｃと結合して硬質相を形成すると共に融点を下げ
る役割りを行なうが、耐摩耗性を考慮して0.5重
量％以上で、脆性を考慮して3.0重量％以下とす
るのがよい。

さらに、副次的な元素として、Cr，Ｖ，Ｗが
有効である。すなわち、これらの元素は、基地の
強化、特に靭性の向上に役立ち、さらにＣと結合
して硬質相を形成する上で好ましいが、10.0重量
％以上は上記効果が飽和するので経済的に必要で
ない。また、Siは合金粉末製造時の溶湯の流動性
を改善すると共に、接合時に金属基体とのぬれ性
を改善するために用いるとよいが、耐摩耗性を考
慮して5.0重量％以下とするのがよい。さらに、
Ni，Mnは、基地の強化に役立つが、耐摩耗性を
考慮して5.0重量％以下とするのがよい。

合金粉末の粉末粒度は、焼結層の気孔率に大き
な影響を与える要素であり、耐摩耗性を考慮して
150メツシユ以下とするのが好ましい。

ここで、金属基体と粉末合金シート６との接着
体が特に大きな振動を伴ないやすい場合、例えば
メツシユベルト式やプツシヤー式連続焼結炉や真
空焼結炉等を用いる場合は、粉末合金シート６の
金属基体に対する接着性あるいは接合性をより一
層強固なものとするため、次のようにするとよ
い。すなわち、アクリル樹脂による接着剤によつ
て粉末合金シート６を金属基体に接着した後、
150℃〜380℃（好ましくは200℃〜350℃）で５分
以上この温度に保持し、その後所定の焼結温度に
まで昇温させるようにするとよい。このようにす
ると、120℃付近より上記別途付与された接着剤
が揮発して150℃付近より熱分解重縮合反応がお
こつてタールピツチ状物質が生成され、このター
ルピツチ状物質による接着性によつて、焼結温度
に至るまでの間粉末合金シート６と金属基体との
強固な接着性ないし接合性が確保される。

前記タールピツチ状物質を得るための温度が
150℃未満では未分解量が多くなるので好ましく
なく、380℃以上で加熱した場合はこの未分解分
が急激に気散し生成されるタールピツチ状物質が
少なくなつて、十分な接着性ないし接合性を得る
上で好ましくない。また、前記保持時間は、熱処
理温度によつてその最適時間が異なるが、５分未
満ではタールピツチ状物質の生成量が少なくて十
分な接着性が得られないことになり、また120分
以上の保持はタールピツチ状物質の十分な生成量
を確保する上で不必要である。

なお、粉末合金シート６の樹脂バインダとして
アクリル樹脂を用いて自己接着性を有する場合
は、別途接着剤を用いることなく前述した150℃
〜380℃での５分以上の保持を行なえば、上述し
たのと同様の効果を期待し得るものである。

さらに、焼結温度までの昇温速度としては、10
℃／分〜40℃／分が好ましく、特に樹脂バインダ
の熱分解が終了される付近の温度までは40℃／分
以下とするのが好ましい。すなわち、40℃／分を
越えると、樹脂バインダ中の低沸点分が急激に揮
発するため粉末合金シート６を破損したり接着面
に気泡が生じる等して好ましくない。また10℃以
下の昇温速度であると、液相（金属液相）が現わ
れにくくなる。なお、この液相の出現割合として
は、金属基体との接合性を考慮して10％以上であ
ることが好ましく、また粉末合金シート６の形態
を保持する上では50％以下であることが好まし
く、このような点をも考慮しつつ粉末合金シート
６の流動性をも勘案して該液相の出現割合を適宜
調整するようにすればよい。勿論、加熱雰囲気と
しては、従来から行なわれているように、真空
中、N₂ガス中、H₂ガス中等の非酸化雰囲気とす
るのが好ましい。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように、
粉末合金シートの焼結（全体的な焼結）の際に、
該粉末合金シートの収縮中心となるべき箇所を必
ず特定させることができるので、換言すれば粉末
合金シートの収縮状態を収縮中心を特定すること
によつてコントロールすることができるので、該
粉末合金シートの収縮に伴う金属基体と得られた
焼結金属層との位置ずれを回避でき、この結果金
属基体の所定位置にきちんと焼結金属層が焼結結
合されたものを得ることができる。また、粉末合
金シートの全体的な焼結に先立つて、該粉末合金
シートの所定点を部分的に焼結させるだけでよい
ので、容易に実施化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用された金属基体としての
チツプ片を備えたロツカアームの一例を示す側面
図。第２図、第３図、第５図は本発明の工程を示
す断面図。第４図は第３図の平面図。 ３……チツプ片（金属基体）、５……焼結金属
層、６……粉末合金シート、７……部分焼結部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属基体表面の所定位置に、目的機能を有す
   る焼結金属層を形成する方法であつて、 前記金属基体表面の所定位置に、樹脂バインダ
   と前記目的機能に対応した合金粉末との混練物か
   らなり所定形状、所定サイズとされた粉末合金シ
   ートを接着する工程と、 焼結時に前記粉末合金シートの収縮中心とすべ
   き所定点を、他部に先がけて部分的に加熱、焼結
   する工程と、 前記粉末合金シートを全体的に加熱して、該粉
   末合金シート全体を焼結させる工程と、 からなることを特徴とする粉末合金シートの焼結
   方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記樹脂バ
   インダがアクリル樹脂とされているもの。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記部分的
   な加熱がレーザ加熱であるもの。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記粉末合
   金シートは、樹脂バインダとしてのアクリル樹脂
   が３〜15容量％で前記合金粉末が97〜85容量％と
   され、該樹脂バインダとしてのアクリル樹脂の粘
   着性による自己接着性によつて、上記粉末合金シ
   ートを前記金属基体に接着するようにしたもの。 ５ 特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   か１項において、前記粉末合金シートの全体的な
   加熱に際して、焼結温度に昇温されるまでの間
   に、150℃〜380゜で５分間以上保持させるように
   したもの。 ６ 特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ
   か１項において、前記合金粉末が共晶合金粉末と
   されているもの。