JPH02170902A - 耐食性焼結ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は時計側等に使用される高耐食性ステンレス鋼焼
結体の製造方法に関するものである。

［従来技術］ 金属粉末を加圧プレスにより賦形して焼結する粉末冶金
法は、製品の形状に制限があることや密度が充分上り切
らないという欠点があり、これらの欠点をカバーする方
法として金属粉末の射出成形法がクローズアップされて
きた。

射出成形法は、加熱によって流動性を呈する主として有
機化合物からなるバインダーを１１．金属粉末にまぜて
加熱混練した後、射出成形機により加熱流動化させ、金
型に射出してグリーン成形体として固化成形させる０次
いで、グリーン成形体をオーブン内で加熱して、有機バ
インダーを蒸発或いは分解揮散せしめて脱脂し、゛その
後、焼成炉で金属の融点以下の高温に加熱して焼成させ
る。このようにして得られた焼結体は三次元的に複雑な
形状を持ち、粉末冶金法による焼結体よりも、真比重近
くまで密度が達するという利点があるので、適用対象が
急速に広がりつつあるが、耐食性は必ずしも満足できる
ものではなかった。

Ｃ発明が解決しようとする課ｉｌｌ なかでも、金属粉末としてステンレス鋼を使用した射出
成形焼結体は、ステンレス鋼材が機械加工しにくいこと
から、ニヤ　ネット　シェイプの有望な材料として注目
を集めているが、鋼材や鋳造品に比べて一般に錆が発生
しやすいという欠点がある。

ステンレスの大きな特徴である耐食性が、射出成形焼結
品において一般に低下することの原因は、焼結品である
ため空孔が残りやすいこと、成形に使用する有機バイン
ダーが脱脂で完全に除去されず、炭素となって残り、そ
の炭素が焼成中にステンレス鋼中のクロームと結合して
クロームの防食効果を低減させることにある。

従って、射出成形焼結体の耐食性を上げるためには、焼
結密度を出来るだけ上げて空孔を可及的に低減させるこ
と、及び脱脂体に含まれる残留炭素量を少なくすること
が必要である。

しかし、脱脂体中の炭素は、一方では、それ自体、ステ
ンレス粉末の焼結に必要な温度を低下させたり、また脱
脂工程で生じた金属酸化物を焼成中に還元させる働きを
する。すなわち、炭素は焼結を容易にすると共に焼結密
度を上げ、空孔の残存率を低下させる機能を持っている
ので、−概に少なくすれば良いというものでもない。

また、脱脂によってバインダーが揮散すると、ステンレ
ス粉末と外気が高温下で直接接触するため、特にステン
レス中の鉄の酸化が起こりやすくなる。脱脂中に一旦酸
化されたステンレス粉末は、一般に極めて焼結し難くな
るから、焼結体の密度が上らなくなる。すなわち、脱脂
体に含まれる炭素量を少なくするため、単純に脱脂を強
化すればステンレスが酸化し、焼結体の密度が上り難く
、空孔も残留しやすくなるという問題がある。

このように、射出成形ステンレス鋼焼結体は、その欠点
である耐食性を改善することが予想以上にむつかしく、
そのため、高湿度、塩水等の環境にさらされる商品には
、適用が躊躇されているのが実状である。

上記諸問題に鑑み１本発明の目的とするところは、ステ
ンレス鋼粉末の射出成形、焼結品の製造方法であって、
耐食性を阻害するクローム炭化物の生成を押えて空孔残
存率の少ない高密度焼結品が得られるものを提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 本願の発明者は、ステンレス鋼粉末の射出成形脱脂体に
含まれる残留炭素量が焼結体の密度及びクローム炭化物
生成量、その耐食性に及ぼす影響について詳細に検討す
ると同時に、一般に分子量が比較的高い有機化合物であ
るため、タール化したりして筒単には揮散し難いバイン
ダーの有効な脱脂方法について鋭意研究を進め、脱脂体
の残留炭素量のコントロールや、脱脂中の金属の酸化の
抑制について多くの工夫を積み重ねた結果、本発明に到
達した。

本発明が採用する手段は、ステンレス鋼の粉末を、主と
して有機化合物からなるバインダーと混練し、これを射
出成形してグリーン体を形成し、該グリーン体を脱脂し
た後、焼成する焼結品の製造において、含有される残留
炭素量が０．０５〜ｌ、０％の脱脂体に焼成することを
特徴とする。

上記の脱脂体を得る方法としては、バインダー量が８〜
１５重量％のグリーン体を用い、該グリーン体を、大気
雰囲気中、昇温速度３℃／時間以上、最高温度３５０℃
以下、最高温度保持時間８時間以内で脱脂することが望
ましい。

さらに、上記脱脂体を得る他の方法としては、バインダ
ー量が８〜１５重量％のグリーン体を用い、該グリーン
体を、真空中、昇温速度３℃／時間以上、最高温度５０
０〜６００℃、最高温度保持時間８時間以内で脱脂する
ことにより可能である。

［作用コ 脱脂体中の炭素量が、０．０５％以下になると、焼結に
よるクローム炭化物の生成は少ないが、脱脂中の金属の
酸化が加速されたり、また酸化された金属を焼成中に還
元する力が不足して、結局焼結し難くなり、密度の上昇
が不十分となる。また、該炭素量が１．０％以上になる
と焼結温度は低下するが、焼結によるクローム炭化物の
生成が多くなって耐食性が阻害される。

このような脱脂体を得るための脱脂体製造条件は広く選
択できるが、好ましくは、使用グリーン体の含有バイン
ダー量は８〜１５重量％である。

バインダー量がこれより少ない場合は、流動性の悪い組
成物を無理に射出成形しているため、グリーン体の組織
が均一でなく、よい焼結品が得られにくいし、バインダ
ー量が１５重量％以上になると、脱脂負荷が大きくなっ
て脱脂体の残留炭素量が増えると同時にその量のコント
ロールが難しくなる。

脱脂の条件として、第一は、脱脂中の雰囲気は酸素が存
在する大気を七のまま使用する。大気中の酸素によって
バインダーの酸化分解が促進され、バインダーの除去が
円滑に行なわれるため残留炭素は少なく保てるし、また
、その量のコントロールもやりやすい。

しかし、同時に酸素によってステンレス鋼の酸化が起こ
るので、これを極力防ぐために脱脂の温度条件は昇温速
度３℃／時間以上、最高温度３５０℃以下、最高温度保
持時間８時間以内に設定される。この範囲以上に熱履歴
を多く与えると、ステンレス鋼中の金属の酸化が促進さ
れ、脱脂体が焼結し難くなり、焼結体の密度アップが不
十分になる。

脱脂の条件として、第二は真空炉を用いて脱脂する。そ
の場合は、昇温速度３℃／時間以上、最高温度５００〜
６００℃、最高温度保持時間８時間以内に設定される。

真空中での脱脂の場合、ステンレス鋼が酸化される危険
はないが、最高温度が低いとバインダーがタール状で残
留し易いから最高温度を５００〜６００℃にして加熱分
解することが重要である。

不活性ガス中で脱脂した場合は炭素が必要量以上に残っ
てし才い易いが、真空炉を使用すると分解ガスが効率よ
く排気されるので、残留炭素量が所定の範囲となる。

実際に、脱脂する際のより詳細な条件は、バインダーを
構成する物質によっても若干具なるが、当然、バインダ
ーの分解除去が行なわれるために十分な高い温度や、ク
ラックの発生しない低い昇温速度が、上記の温度条件の
範囲内で選定される。

脱脂体の最適焼成条件は当然ステンレス鋼の種類によっ
て異なり、さらに脱脂体の性状及び組成によって微妙に
変化するが、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｌ（７）場
合、最高温度は１０００℃〜１３９０℃位が一般に用い
られる。

本発明におけるステンレス鋼粉末は、各種粒径のものが
使用可能であるが、平均粒径が２０−以下であることが
望ましい、２０μより大きい平均粒径の粉末では１粒子
間隔が大きいため、焼結後学孔が残りやすく、錆が発生
しやすい傾向にある。また、本発明には各種のステンレ
ス鋼が使用されるが、特にオーステナイト系の５Ｏ５３
０３，３０４，３０４Ｌ、３１６．３１６Ｌが効果的で
ある。

〔実施例〕

実施例１ ＳＵＳ３０４Ｌ−２０μｍ　（平均粒径Ｊｏｇｍ）と金
属射出成形用有機バインダーとを表１のバインダー配合
比になるように秤量する。

（以下余白） 表１ 表２ 秤量した金属粉と有機バインダーとを卓上加圧ニーグー
内に入れ１４０℃で３０分間混練後１２０″Ｃで９０分
間混練し、ついで混練物を粗粉砕する。

粗粉砕した混練物を射出成形機内に入れ、時計ケースを
成形した。成形条件は表２に示すとおりである。

時計ケース成形体を大気循環式脱脂炉に入れ、大気中３
１０℃まで１０℃／　Ｈｒでヒートアップして、３１０
℃で１時間放置後、炉冷して脱脂を行う。この時、残留
しているカーボン量は、粉体中に含有されているカーボ
ンを含めて０．３８％である。

時計ケース脱脂体を真空加圧焼結炉に入れ、１３３０℃
Ｘ２．５Ｈｒで焼結後、８５０℃まで真空中で炉冷した
後、Ｎ２ガス１　ａｔｍで炉冷する。

この時、残留しているカーボン量は、０．００１％であ
り、極低炭素ステンレス鋼である。この量は溶製材では
到達し難い低炭素量である（溶製材ＳＵＳ３０４Ｌの規
格カーボン量は０．０３以下である）、得られた焼結体
密度はρ＝９７％以上の従来方法では容易に得られない
高密度である。

この時計ケースを加速塩水噴霧試験（ＪＩＳＤ０２０１
−１９７１）した結果、錆の発生は全く見られなかった
。

実施例？ ＳＵＳ３０４Ｌ−２０終ｍ（平均粒径１０終ｍ）と金属
射出成形用有機バインダーとを混練して時計ケースを成
形する。

成形体を大気脱脂炉に入れ、大気中３４０℃まで１０℃
／Ｈｒで加熱脱脂後、放置せずに炉冷する。この時の残
留カーボン量は０．１２％である。

脱脂体を真空加圧焼結炉に入れ、１３４０℃×２．５８
ｒで焼結後、８５０℃まで真空中で炉冷した後、Ｎ２ガ
ス１　ａｔｍで炉冷する。この時の残留カーボン量は０
．００３％であり、極低炭素ステンレス鋼である。

得られた焼結体の密度はρ＝９７％以上で加速塩水噴霧
試験を行なったところ、錆の発生は全くなく耐食性が極
めて良好であることを示した。

実施例３ ＳＵＳ３０４Ｌ−２０μｍ　（平均粒径ｌＯＩＬｍ）と
表１の有機バインダーを加圧ニーダにより加熱混練し、
この混練物を表２の条件で時計ケースを射出成形した。

成形体を真空炉（１０Ｔｏｒｒ）に入れ３２０℃／時の
昇温速度で加熱し、５５０℃で２時間保持後炉冷した。

この時の残留カーボン量は００１５％であった・ 脱脂体を真空加圧焼結炉に入れ、１３４０℃Ｘ２．５Ｈ
ｒで焼結後、８５０℃まで真空中で炉冷した後、Ｎ２ガ
ス１　ａｔｍで炉冷する。この時の残留カーボン量は０
．００３９６であり、極低炭素ステンレス鋼である。

得られた焼結体の密度はρ＝９７％以上で加速塩水噴霧
試験を行なったところ、錆の発生は全くなく耐食性が極
めて良好であった。

［発明の効果］ 上記のとおり本発明の製造方法は、ステレス鋼粉末を用
いて耐食性にすぐれた射出成形焼結品を製造することが
出来る。従来、焼結品は錆が発生し易かったため、使用
用途が限られていたが、本発明による焼結品は、高湿度
や塩水等の環境で使用しても錆が発生するおそれが少な
いので、腕時計側等の部品としても使用を可能であると
いう優れた効果を有する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ステンレス鋼の粉末を、主として有機化合物からな
   るバインダーと混練し、これを射出成形してグリーン体
   を形成し、該グリーン体を脱脂した後、焼成する焼結品
   の製造方法において、含有炭素量が０．０５〜１．０％
   の脱脂体を焼成することを特徴とする耐食性焼結ステン
   レス鋼の製造方法。 ２）グリーン体のバインダ量が８〜１５重量％、グリー
   ン体を脱脂する条件が、大気雰囲気中、昇温速度３℃／
   時間以上、最高温度３５０℃以下、最高温度保持時間８
   時間以内である請求項１記載の耐食性焼結ステンレス鋼
   の製造方法。 ３）グリーン体のバインダ量が８〜１５重量％、グリー
   ン体を脱脂する条件が、真空中、昇温速度３℃／時間以
   上、最高温度５００〜６００℃、最高温度保持時間８時
   間以内である請求項１記載の耐食性焼結ステンレス鋼の
   製造方法。 ４）ステンレス鋼粉末の平均粒径が２０μ以下である請
   求項１記載の耐食性焼結ステンレス鋼の製造方法。 ５）ステンレス鋼がＳＵＳ３０３、３０４、３０４Ｌ、
   ３１６、３１６Ｌである請求項１ないし４のいずれか一
   つに記載の耐食性焼結ステンレス鋼の製造方法。