JPH02149604A

JPH02149604A - 粉末の圧縮成形体の製造方法

Info

Publication number: JPH02149604A
Application number: JP30233188A
Authority: JP
Inventors: Hidemiki Matsumoto; 松本　英幹; Shigenori Asami; 浅見　重則
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1988-12-01
Filing date: 1988-12-01
Publication date: 1990-06-08

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）本発明は粉末冶金法による圧ｌＩＭ成形体の製造方法に
関する。

（従来の技術）粉末冶金方法は本来金属などの粉末を金型にいれて圧縮
成形し、これを溶融温度以下の温度で焼結する方法であ
るが、この方法は焼結体に微小な空隙が残存し靭性など
に劣るため、その用途は超硬合金やタングステン線など
の難加工材料または高融点材料などの粉末冶金法てない
と製造か困難なものに限られていた。

しかし、近年金属などの粉末な冷間圧縮した後これを金
属製容器にいれて真空排気して密封し金属製容器ごと熱
間加工する方法が開発され、これにより空隙のない緻密
な組織か得られるようになり、真密度焼結合金と称され
て各方面で使用されつつある。

上述の金属製容器を用いる方法は特にアルミニウム合金
などの酸化し易い合金では有効である。

すなわち、アルミニウム合金などの酸化し易い合金では
、一般に粉末表面に酸化皮膜か存在するため各粉末間の
接触部での金属原子およびガス拡散が起こりにくい。し
たかって、真空状ぶて加工し粉末表面の酸化皮膜を破壊
して焼結する上述の方法が特に有効である０例えばアル
ミニウム合金粉末にＳｉＣ，Ａ文、０３またはＡ！Ｌ４
Ｃ３等の微粒子を分散させた複合材は、耐摩耗性、耐熱
性などに優れており自動車などの部品として開発か進め
られている。

（発明が解決しようとする課題）上記の真密度焼結合金の製造方法においては、粉末を冷
間圧縮成形した後に真空排気し、粉末間の空隙の空気お
よび粉末表面に吸着しているガス、水分などを除去する
必要がある。このとき冷間圧縮成形を高い密度比まて行
なうと粉末粒子間にガスの気泡か孤立し易くなり、この
状態のものを熱間成形するとその空隙は圧着されてなく
なったかのように見える。しかし、その後溶体化処理等
の熱処理を行なうとガスが膨張、凝集し、ふくれや割れ
などの欠陥を生じる。よって、冷間圧縮成形は内部の空
気か排出され易いようにある程度低めの密度比に成形さ
れるが、このため冷開成形体を金型から取り出す際また
はこれを金属製容器へ挿入する際に割れたり崩れたりし
ないように冷開成形を行なわなければならない。

したがって、上記冷間圧縮成形工程およびこれに引き続
く冷開成形体を金属容器へ挿入する工程は種々の難点を
有していた。

そこで、このような難点の回避の意味からも上記冷間圧
縮成形工程の省略かできれば最も望ましい。しかし、粉
末を金属容器に充填した場合、粉末の充填密度が４０〜
５０％と低く、これを熱開成形すると圧縮加工時の変形
量か大きくなり、金属製容器か挫屈して粉末の部分に捲
れ込み健全部の歩留が悪化する問題かある。

本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、真密度粉末
成形冶金材料製造工程における冷間成形工程を省略する
とともに粉末の充填密度を高め製造工程の簡略化とコス
トの低減を計るものである。

（課題を解決するための手段）本発明は、金属製容器に金属粉末または金属とセラミッ
クスの混合粉末を充填し、該充填時又は充填後に振動を
与えることによって粉末の充填密度を高め、次いで前記
金属製容器内を真空排気したのち密閉し、１００％密度
まで圧縮成形することを特徴とする粉末の圧縮成形体の
製造方法な提供するものである。

まず本発明方法において前記粉末の充填は上記第１図お
よび第２図に示す金属製容器を用いて行なうことかでき
る０図中１は金属製容器、２は金属パイプ、３は圧縮す
る粉末、４は後述する振動装置である。また２ａは金属
パイプ２の下端開口部に溶接した底蓋である。金属製容
器ｌは材料としては例えばＡｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐ
ｂ、Ｓｎなどの金属及びその合金のうち塑性加工性の良
いものなら何れでも好ましく使用できる。上記金属パイ
プ２の板厚は１．０〜１０．０ｍｍが好ましく、また底
蓋２ａの板厚は０．３〜５．０ｍｍが好ましい。この範
囲であれば、金属製容器としての機能を十分はたす。本
発明に用いられる金属製容器の形状（断面形状）は特に
制限はない。

本発明方法を適■する前記粉末としては、Ａｎのほかに
Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ等の金属およびその合金か
らなる粉末のいずれでもよく、その製造方法もガスアト
マイズ法、遠心噴霧法、回転カップ法、回転電極法など
任意の方法で製造されたものでよい。粉末の粒径は特に
制限はないが好ましくは５〜５００ＩＬｍである。

また、セラミックス粉末としては、５ｉＣ１ＷＣ，ＢＣ
等の炭化物系、Ｓｉ３Ｎ４、Ａ文Ｎ、ＢＮ、ＴｉＮなど
の窒化物系、Ａ　４１　０　　、　Ｚ　ｒ　Ｏｚ　、　
Ｍ　ｇ　ＯｌＳ　１０２、ＢｅＯなとの酸化物系または
上記の複合化合物などが適用される。セラミックス粉末
の形状は粒状に限らず長繊維、短繊維など任意のもので
よくまたウィスカーなどを用いてもよい、粉末の粒径は
１〜１１００ｐが好ましく用いられる。さらに、セラミ
ックス粉末の金属粉末の混合比率は５０容量％程度まで
が好ましい、この範囲であれば問題を生ずることなく圧
縮成形体を製造することかできる。

本発明では、上記金属製容器に粉末を充填する際にまた
は充填後に粉末に振動を与えるが、これは振動装置４を
用いて行なうことができる。振動装置４は、上端中央部
に筒部を形成しこの筒の中に金属製容器１の下部を挿入
設置し、前後および上下に振動できるようになっている
。振動の周波数は、３〜１００Ｈｚの振動を発生するも
のが望ましく、特に５〜３０Ｈｚの振動を発生するもの
かよい。粉末に与える振動の強さは、強いほど粉末の充
填密度か高まる時間か短くなり有利であるか、強すぎる
と粉末が飛散してしまうのて、粉末が飛散しない範囲で
最強の振動を与えることか理想である。

また、金属粉末にセラミックス粉末を混合して使用する
場合において、金属粉末とセラミックス粉末との比重差
か大きいと強い振動を長時間加える場合にセラミックス
粉末が分離したり、分布が不均一になることかあるので
比重差、振動を加える時間等、使用する粉末ごとに適宜
考慮する必要がある。

本発明では、この振動により粉末の充填密度を高めるが
その範囲は６０〜８０％か好ましい、この充填密度の範
囲であれば、その後の圧縮成形において金属製容器が大
きく座屈して歩留を著しく悪化させることなしに圧縮成
形体を製造することかできる。

以上、振動を与えられた、粉末３の充填された金属製容
器１は真空排気されるか、この排気方法は１例えば、第
２図に示すように金属製容器ｌの上端開口に上Ｍ５を溶
接等により接続し、この上蓋５には排気管６を設けてお
き、これに真空排気装置（図示せず）を連結して１０〜
ｌ　Ｏ’Ｔｏｒｒまて減圧することにより行なうことが
できる。この排気管６は真空排気後ハンマーでたたきつ
ぶすなどして圧着させることにより密封される。なお上
蓋５の材料としては、金属容器と溶接性の良いものが用
いられる。また、その板厚は特に制限はないが１〜５ｍ
ｍが好ましい。

次に真空排気後、密封された金属製容器１はその後例え
ば油圧プレス、または熱間静水圧成形などで常法により
熱間圧縮成形され１００％密度まで緻密化され、圧縮成
形体が得られる。この時の圧縮圧力は１０００〜１００
００　Ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　ｍ’が好ましい。

なお本発明方法では、第３図に示すように、前記した金
属パイプ２の底蓋２ａに空気排気用の孔７を設けて、こ
れに通気性のあるテープ８を張り付けて塞ぐようにする
のがより好ましい、空気排出孔を設けることにより振動
時粉末に与える振動の強さを弱め、かつ振動時間を短く
することができる。この空気排出孔７は振動を与えて充
填密度を高めた後に溶接して塞がれる。なおテープ８は
、粉末が空気排出孔７より放出されることがないように
するためのものである。

また、第４図は本発明に用いられる金属製容器の他側を
示し金属製容器１に粉末を充填する際に粉末の上端部に
重り９をのせて圧力をかけるようにしたものである。こ
のようにした場合粉末に与える振動の強さを弱くでき、
振動時間を短縮できさらに充填密度を高めることができ
る。

（実施例）以下実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。

第１図および第２図に示す装置を用いて実施した金属バ
イブ２として純アルミニウムを用い、また底蓋２ａにも
同様に純アルミニウムを用いた。

この一端を閉じた金属バイブ２の寸法は外径２００ｍｍ
、肉厚５ｍｍ、高さ７００ｍｍて底蓋２ａの厚さは３ｍ
ｍである。実験に使用する粉末３は粒子径１１０５ｐ以
下の７０９１Ａ１合金粉末およびこのＡＩ粒粉末１５μ
ｍ以下のＳｉＣ粉末を１０容量％添加した混合粉末の２
種類である。

上記の混合粉末３を前記純アルミニウム製の金属バイブ
２に真密度にした場合３００ｍｍの高さとなる量充填し
、これを振動装置４にセットし１２．５Ｈｚの振動を３
分間与えて充填密度を高めた。このときの粉末の充填密
度を測定した０次に第２図に示すように金属バイブ２の
開口部に上蓋５を溶接し、この上蓋５に設けられた排気
管６に連結した真空排気装置（図示せず）により４００
　”Ｃに加熱しながら金属パイプ内を１Ｏ−２Ｔｏｒｒ
に真空排気して密封した。このような成形体を１０個作
製し、これらを４００°Ｃで熱間成形ブレスしてビレッ
トに加工した。

比較のために、粉末を充填したたけて振動をかけずに前
記と同じ条件で真空排気および熱間成形プレスしたビレ
ットを１０個製造した。さらに、従来の方法により混合
粉末の冷間成形体を作製した。すなわち上記の混合粉末
を内径２００ｍｍの金型に直接充填し相対密度が８５％
になるように冷間圧縮成形し、これを金型から取り出し
て前記と同じ純アルミニウム製の金属バイブに挿入しこ
れを４００°Ｃに加熱しながら真空に排気し密封した。

この成形体を１０個作製し、これらを４００°Ｃで熱間
成形プレスしてビレットに加工した。

Ａ１合金粉末についても上記の条件で冷開成形した後、
熱間圧縮成形してビレットに加工した。

これらのビレットについて外周のパイプが完全に除去さ
れるまで切削加工した後、ビレット健全部の径を測定し
歩留を求めた。次に４２０℃の温度で直径７０ｍｍに押
出加工した。この押出材を４８８°Ｃで１時間溶体化処
理した後水冷し、さらに１２０℃Ｘ２４時間のＴ６時効
処理を施した後、押出材表面のふくれの有無を観察し、
押出材の強度を測定した。ビレット健全部の歩留、溶体
化処理後のふくれの有無ＳよびＴ６処理時の引張試験結
果を第１表に示す。

第１表より明らかなように、振動を与えることなしに成
形したビレットはアルミニウム製パイプか挫屈しており
ビレットの健全部の径か小さくなっているのに対し１本
発明では従来法と同等の歩留を示している。また本発明
方法はプレスを用いた冷間圧縮成形を行なっていないに
もかかわらず、溶体化処理てふくれを生じることなくま
た強度も従来法で製造された粉末冶金材料と同等であり
、製造工程を変更して簡略化したことによる悪影響は生
じていないことがわかる。

（発明の効果）本発明によれば、従来の真密度焼結材料の製造工程のう
ち、材料品質を低下させることなく冷間圧縮成形工程を
省略することができるのて、製造コスト低減に顕著な効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の圧縮成形体の製造に用
いられる装置の一態様の概略説明断面図および斜視図で
ある。第３図およびｉ４図は本発明に用いられる金属製
容器の他側の説明斜視図および断面図である。ｌ・・・金属製容器、２・・・金属バイブ、２ａ・・・
底蓋、３・・・粉末、４・・・振動装置、５・・・上蓋
、６・・・排気管、７・・・空気排気孔、８・・・通気
性テープ、９・・・重り。ト

Claims

【特許請求の範囲】

金属製容器に金属粉末または金属とセラミックスの混合
粉末を充填し、該充填時または充填後に振動を与えるこ
とによって粉末の充填密度を高め、次いで前記金属製容
器内を真空排気したのち密閉し、１００％密度まで圧縮
成形することを特徴とする粉末の圧縮成形体の製造方法
。