JPH01309906A

JPH01309906A - 焼結層の形成方法

Info

Publication number: JPH01309906A
Application number: JP14070588A
Authority: JP
Inventors: Sumio Jinno; 神野　純夫
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-06-08
Filing date: 1988-06-08
Publication date: 1989-12-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、耐摩耗性共晶合金粉末とアクリル系粘着性結
合剤とからなる合金粉末シートを金属基体の表面に焼結
接合することにより焼結層を形成する方法に関する。

（従来の技術）従来より、例えば自動車等車両用エンジンの動弁機構を
構成するロッカアームのカム摺動部には耐摩耗性が要求
されることから、該カム摺動部に耐摩耗性焼結合金層を
形成することが一般に行われている。このようにロッカ
アーム等耐摩耗性が要求される金属部材の本体を構成す
る金属基体に耐摩耗性焼結合金層を形成する方法として
は、次の如き方法がよく行われている。

■　所定形状に焼結された耐摩耗性焼結合金部材を金属
基体の表面にロウ付けにより接合する方法。

■　合金粉末シートを金属基体の表面に接着テープによ
り固定し、両者を予備焼結および本焼結を経て拡散接合
する方法。

■　予備焼結した合金粉末シートを金属基体の鍔に係合
させて固定し、両者を本焼結を経て拡散接合する方法。

ところが、上記■の方法では、焼結工程とロウ付は工程
との２工程を経るため製作費がコストアップするという
欠点がある。また、上記■の方法では、本焼結時に接着
テープからガスが発生し、合金粉末シートにフクレ現象
が現われるという不具合がある。さらに、上記■の方法
では、上記■の場合のフクレ現象を解消することができ
るものの、合金粉末シートを鍔に係合させていることか
ら、■の接着テープによる固定の場合に比べて不安定と
なって合金粉末シートがずれ易くなり、かつ焼結接合後
に鍔を取り除く工程が必要となって製作費がコストアッ
プするという欠点がある。

そこで、例えば特開昭６０−１８１２０２号公報に開示
されているように、耐摩耗性共晶合金粉末９４〜９９重
皿％と、アクリル系粘着性結合剤１〜６重量％とからな
る合金粉末シートを金属基体表面に密着させ、非酸化性
雰囲気中、１５０〜３８０℃の予備焼結温度で少なくと
も５分間保持して予備焼結した後、加熱昇温することに
より本焼結し、これにより金属基体に対して合金粉末シ
ートを強固に接着せしめ、上述の如き欠点を解消する方
法が提案されている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、金属基体の焼結層形成部位の表面形状が湾曲
面を呈している場合には、上記提案例の如き合金粉末シ
ートを例えば型付は治具にて上記焼結層形成部位の表面
形状に沿うよう型付けし、この型付けされた合金粉末シ
ートを金属基体の焼結層形成部位に載置して予備焼結を
行う必要がある。

しかし、単に合金粉末シートを型付けしたのでは、該合
金粉末シートの主成分である金属粉末粒子を結合させて
いるアクリル系粘着性結合剤に作用している圧縮応力お
よび引っ張り応力が予備焼結中に解放されるため、上記
合金粉末シートが元のフラットなシート形状に戻ろうと
し、この復元力によって合金粉末シート表面にクラック
が発生ずるという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、合金粉末シートを金属基体の焼結層
形成部位の表面形状に沿わせる適切な型付は手段を講す
ることにより、予備焼結時における上記合金粉末シート
の復元をなくしてクラックの発生しない焼結層を形成せ
んとすることにある。

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、金属
基体の表面に焼結層を形成する方法として、まず、耐摩
耗性共晶合金粉末９４〜９９重量％と、アクリル系粘着
性結合剤１〜６重量％とからなる合金粉末シートを型付
は治具にセットして１０時間以上挟圧することにより、
上記金属基体の焼結層形成部位の表面形状に沿うよう型
付けする。次いで、この型付けされた合金粉末シートを
予備焼結した後、上記金属基体の焼結層形成部位に載置
して本焼結するようにする。

（作用）上記の構成により、本発明方法では、合金粉末シートは
、型付は治具にセットされて１０時間以上挟圧されるこ
とにより、金属基体の焼結層形成部位の表面形状に沿う
よう型付けされることから、型付は治具から取り出され
ても、上記合金粉末シート中のアクリル系粘着性結合剤
に作用している圧縮応力および引っ張り応力は型付は中
に取り除かれていて、元のフラットなシート形状に戻ろ
うとする復元力がなくされ、よって予備焼結時における
クラックの発生が防止されてクラックの発生しない焼結
層が形成されることとなる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る焼結層形成方法を自動車
等車両用エンジンの動弁機構を構成するロッカアーム１
のカム摺動部２に適用した場合を示し、その焼結層３の
形成要領を説明するに、まず、耐摩耗性共晶合金粉末９
４〜９９重量％と、アクリル系粘着性結合剤１〜６重量
％とからなる合金粉末シートを用意する。

該合金粉末シートの主成分である耐摩耗性共晶合金粉末
としては、金属組成がＣ：１，５〜３゜０重量％、ｐ：
ｏ、５〜１．５重量％、Ｍｏ：３゜５〜１０，０重量％
、Ｃ「：５〜１５重二％、残部Ｆｅからなる粒度１５０
メツシユ以下のものが用いられる。

上記金属組成中、ＣはＦｅ、、Ｐ、ＭｏおよびＣｒと結
合して硬質相を形成すると同時に、ＦｅとＰ又はＭｏと
結合して低融点共晶を形成し、液相を晶出して焼結体の
密度を上昇させるとともに、ロッカアーム１の金属基体
であるロッカアーム本体４（カム摺動部２）との拡散接
合に役立つものである。このＣの配合割合を１．５〜３
．０重ユ％に設定したのは、１．５重量％未満では液相
量が少なくなってロッカアーム本体４との接合不良が起
こるとともに、硬質相が少なくなって耐摩耗性が低下す
るからである。一方、３．０重量％を越えると硬質相が
多くなりすぎて靭性が低下するとともに、液相量が多く
なりすぎて形状を保持することができなくなるからであ
る。

また、ＰはＦｅおよびＣと結合して燐共晶を形成し、液
相を晶出して焼結体の密度を上昇させるとともに、ロッ
カアーム本体２との拡散接合に役立ち、かつ耐摩耗性を
向上させるものである。このＰの配合割合を０，５〜１
．５重量％に設定したのは、０．５重量％未満では液相
量が少なくなってロッカアーム本体４との接合不良が起
こる一方、１６５重量％を越えると液相量が多くなりす
ぎて形状を保持することができなくなるがらである。

さらに、ＭｏはＣと結合して硬質相を形成して耐摩耗性
を向上させるとともに、ＦｅおよびＣと結合して低融点
共晶を形成し、液相を晶出して焼結体の密度を上昇させ
るものである。このＭｏの配合割合を３．５〜１０．０
重量％に設定したのは、３．５重量％未満では硬質相が
少なくなって耐摩耗性を確保することができなくなる一
方、１０．０重量％を越えるとその効果が飽和して経済
的に不利となるからである。

また、ＣｒはＣと結合して硬質相を形成して耐摩耗性を
向上させるとともに、基地中に固溶して焼結体の強度を
増すのに役立つものである。このＣｒの配合割合を５〜
１５重量％に設定したのは、５重量％未満では上記効果
が得られなくなる一方、１５重量％を越えるとその効果
が飽和して経論的に不利となるからである。

なお、以上の元素のほかにＢを含む場合においては、Ｂ
はＦｅおよびＣと結合して低融点共晶を形成し、液相を
晶出してロッカアーム本体４との接合に役立つものであ
る。また、Ｖ、ＮｂおよびＴａ等を含む場合においては
、これらはＣと結合して硬質相を形成して耐摩耗性を向
上させるのに役立つものである。

また、耐摩耗性共晶合金粉末の粒度を１５０メツシユ以
下に設定したのは、１５０メツシユを越えると焼結層の
気孔率がこれにつれて上昇し、焼結層の耐摩耗性を阻害
するからである。

一方、アクリル系粘着性結合剤としては、アクリル酸エ
ステルおよびメタクリル酸エステルの重合体および共重
合体、またはこれらのエステルと共重合可能な官能基を
持つ重合性単量体との共重合体が好ましい。このアクリ
ル系粘着性結合剤と上記耐摩耗性合金粉末との配合割合
を、耐摩耗性共晶合金粉末が９４〜９９重量％に、アク
リル系粘着性結合剤が１〜６重ご％になるように設定し
たのは、アクリル系粘着性結合剤が１ｍｍ％未満になる
と、粘着性が不足してシートが脆化して必要なシートの
可撓性を確保することができなくなる一方、６ｆｆｉ量
％を越えると樹脂分が過剰となって焼結層の気孔率等に
悪影響を与え、かっロッカアーム本体４との接合が不十
分となるからである。

そして、上述の如き耐摩耗性共晶合金粉末とアクリル系
粘着性結合剤とを用いて合金粉末シートを成形する要領
は、両者に例えばアセトン、トルエンおよびメチルエチ
ルケトン等の溶剤をアクリル系粘着性結合剤１００ｆｆ
ｉｆｆｉ部に対し７て１００〜１０００重量部の割合で
加えて混練して混しよう化した後、離型紙を被せた型枠
に流し込み、溶剤を蒸発させたのち圧延ロールに通して
例えば０゜５〜５．０ｍｍの厚みを有するシートに成形
する。

あるいは、溶剤を使用することなく、耐摩耗性共晶合金
粉末とアクリル系粘着性結合剤との混合物を必要により
加熱しながら混練した後、シートに成形するようにする
。

次いで、第２図に示すように、上述の如くして成形され
た複数枚の合金粉末シート５．　５．・・・を型付は治
具６の凸状湾曲面を有する下型型付は部材７に櫃み重ね
てセットし、次いで、上記下型型付は部材７から上方に
延びる複数本のボルト部材８．８．・・・に、凹状湾曲
面を有する上型型付は部材９を挿入して位置決めするこ
とにより、該上型型付は部材９を上記合金粉末シート５
，５．・・・の上に重ねる。その後、上記各ボルト部材
８に螺合せしめたナツト部材１０を螺進させることによ
って上型型付は部材９を下降させ、上記合金粉末シート
５．　５．・・・を下型型付は部材７と上型型付は部材
９とで１０時間以上挟圧することにより、上記ロッカア
ーム本体４の焼結層形成部位（カム摺動部２）の表面形
状に沿うよう型付けする。

このようにして型付けされた上記各合金粉末シート５は
、各合金粉末シート５中のアクリル系粘着性結合剤に作
用している圧縮応力および引っ張り応力が型付は中に取
り除かれ、よって型付は治具６から取り出しても、元の
フラットなシート形状に戻ることがない。

その後、この型付けされた各合金粉末シート５を型付は
治具６から取り出し、焼結炉に入れて非酸化性雰囲気中
、所定の予備焼結温度で予備焼結する。これにより、各
合金粉末シート５からアクリル系粘着性結合剤の樹脂感
分の熱分解により発生したガスを除去する。

このように予備焼結工程を経ることにより、各合金粉末
シート５から分解ガスを予め除去するのは、予備焼結す
ることなく本焼結した場合には、発生した分解ガスのた
めに焼結層に大きな空孔が生じ、十分な強度および耐摩
耗性が得られなくなるからである。

また、予備焼結を非酸化性雰囲気中で行うのは、耐摩耗
性共晶合金粉末およびアクリル系粘着性結合剤の酸化を
防止するためである。非酸化性雰囲気とは、例えばＮ２
ガスおよびＡｒガス等の不活性ガス、Ｎ２ガス等の還元
ガス、真空中などが挙げられる。

そして、このようにして予備焼結された各合金粉末シー
ト５にはクラックが発生しなかった。このことは、上記
型付は工程において各合金粉末シート５中のアクリル系
粘着性結合剤に作用している圧縮応力および引っ張り応
力が型付は中に取り除かれていて、予備焼結時において
上記各合金粉末シート５は、型付けされた形状を保持し
ていることによるものである。このことを実証するため
に、合金粉末シート５の型付は時間を変えて予備焼結後
にクラックが発生したか否かの実験を行った。その実験
データを下記の表１に示す。表１中、括弧書した数値は
クラックの発生頻度を表わし、分母が実験回数、分子が
クラックの発生回数である。なお、本実験データを得る
にあたって使用したロッカアーム本体４のカム摺動部２
のアールは２７ｍｍであり、予備焼結条件は、Ｎ２ガス
雰囲気中、３００℃で６０分保持した。

表１この実験データから明らかなように、型付は時間が８時
間まではクラックの発生頻度が高くなっているが、１０
時間以上になるとクラックが発生していないことが判る
。

しかる後、この予備焼結された各合金粉末シート５を上
記ロッカアーム本体４のカム摺動部２に載置して所定温
度で加熱昇温することにより本焼結し、焼結層３を形成
する。

次に、その具体例と比較例とを説明する。

（具体例Ｉ）金属組成がＣ：２．０重量％、Ｐ：１，１重量％、Ｍｏ
：４．６重量％、Ｃｒ：８．９重量％、残部Ｆｅからな
る粒度１５０メツシユ以下の耐摩耗性共晶合金粉末９７
重量％と、トルエンで希釈したアクリル系粘着性結合剤
３型二％とを混練した後、厚さ１．５報のシート状に成
形したものを２０ｍｍＸ２１．５ｍ＋ａの大きさに裁断
して合金粉末シート５を得た。この合金粉末シート５を
アール２７ｍｍの型付は治具６にセットして１０時間挾
圧した後、Ｎ２ガス雰囲気中にて３００℃まで加熱し、
６０分保持したのち冷却する予備焼結を行った。この結
果、上記合金粉末シート５にクラックは発生しなかった
。次に、この予備焼結された合金粉末シート５をロッカ
アーム本体４のカム摺動部２に載置し、真空中で昇温速
度１０℃／ｍｆｎで加熱して、１０８０℃で２０分間保
持した後、９００℃まで降温して、３０分間保持した後
、Ｎ２ガスで急冷する本焼結を行った。これによりロッ
カアーム本体４のカム摺動部２にクラックの発生しない
焼結層９を得た。

（具体例■）金属組成がＣ：２．２重量％、Ｐ：１．２重量％、Ｍｏ
：４．８重量％、Ｃｒ：８．０重量％、残部Ｆｅからな
る粒度１５０メツシユ以下の耐摩耗性共晶合金粉末９７
重量％と、トルエンで希釈したアクリル系粘着性結合剤
３型二％とを混練した後、厚さ１．１關のシート状に成
形したものを１６．５＋ａｍＸ１６．５關の大きさに裁
断して合金粉末シート５を得た。この合金粉末シート５
をアール２５ｍ＋ｅの型付は治具６にセットして１５時
間挟圧した後、Ｎ２ガス雰囲気中にて３００℃まで加熱
し、６０分保持したのち冷却する予備焼結を行った。こ
の結果、上記合金粉末シート５にクラックは発生しなか
った。次に、この予備焼結された合金粉末シート５をロ
ッカアーム本体４のカム摺動部２に載置し、真空中で昇
温速度１０℃／ｍｌｎで加熱して、１０７０℃で２０分
間保持した後、９００℃まで降温して、３０分間保持し
た後、Ｎ２ガスで急冷する本焼結を行った。これにより
ロッカアーム本体４のカム摺動部２にクラックの発生し
ない焼結層３を得た。

（比較例）実施例１と同じ合金粉末シート５を用い、この合金粉末
シート５をアール２７關の型付は治具６にセットして５
時間挟圧した後、Ｎ２ガス雰囲気中にて３００℃まで加
熱し、６０分保持したのち冷却する予備焼結を行った。

この結果、上記合金粉末シート５にクラックが発生した
。

なお、上記実施例では、自動車等車両用エンジンの動弁
機構を構成するロッカアームコ、のカム摺動部２に適用
した場合を示したが、これに限らず、他の金属基体の表
面に焼結層３を形成する場合にも適用可能なことは勿論
である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明方法によれば、金属基体の
表面に焼結層を形成するにあたって、合金粉末シートを
予備焼結する前の段階で型付は治具にセットして１０時
間以上挟圧することにより、上記合金粉末シート中のア
クリル系粘着性結合剤に作用している圧縮応力および引
っ儂り応力を取り除（ので、予備焼結時における合金粉
末シートへのクラックの発生を防止してクラックの発生
しない焼結層を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により焼結層が形成されたロッカア
ームの正面図、第２図は合金粉末シートをセットした状
態の型付は治具を示す正面図である。２・・・カム摺動部（焼結層形成部位）、３・・・焼結
層、４・・・ロッカアーム本体（金属基体）、５・・・
合金粉末シート、６・・・型付は治具。Ｃ凭耗創第１図／第　２　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属基体の表面に焼結層を形成する方法であって
、耐摩耗性共晶合金粉末９４〜９９重量％と、アクリル
系粘着性結合剤１〜６重量％とからなる合金粉末シート
を型付け治具にセットして１０時間以上挟圧することに
より、上記金属基体の焼結層形成部位の表面形状に沿う
よう型付けし、次いで、この型付けされた合金粉末シー
トを予備焼結した後、上記金属基体の焼結層形成部位に
載置して本焼結することを特徴とする焼結層の形成方法
。