JPH0220687B2 - - Google Patents

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JPH0220687B2
JPH0220687B2 JP59082376A JP8237684A JPH0220687B2 JP H0220687 B2 JPH0220687 B2 JP H0220687B2 JP 59082376 A JP59082376 A JP 59082376A JP 8237684 A JP8237684 A JP 8237684A JP H0220687 B2 JPH0220687 B2 JP H0220687B2
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JP
Japan
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layer
metal
sintered
synthetic resin
powder
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JP59082376A
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Osamu Furubayashi
Hiroshi Sasaki
Toshiki Kaneko
Hideaki Ikeda
Yoshihisa Yamamura
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 A 発明の目的 (1) 産業上の利用分野 本発明は、金属製基体上への金属焼結層の形成
方法に関する。
(2) 従来の技術 従来、この種金属焼結層を形成する場合、焼結
性金属粉末と合成樹脂バインダとを混練した可塑
性物を前記基体上に貼着し、次いで可塑性物に成
形加工を施して成形層を得、その後成形層中の合
成樹脂バインダを熱分解すると共に金属粉末を焼
結する、といつた手法が提案されている。
(3) 発明が解決しようとする問題点 前記形成方法によれば、金属焼結層における形
態上の自由度を増して種々の形状を有する金属焼
結層を得ることができる反面、金属粉末の焼結時
それに何等かの押付手段を講じておかないと金属
焼結層が膨脹による寸法変化を惹起し、焼結前後
で略4%近い狂いが発生する。この場合、押付手
段によつては金属焼結層の面粗度が悪化するの
で、これを回避するためには独特の工夫が必要と
なる。
また合成樹脂バインダの分解による発生ガスを
効率良く除去しないと、残留ガスにより金属焼結
層が腐食されてその品質が低下するといつた問題
を生じる。
本発明は上記に鑑み、簡単な手段により金属焼
結層の膨脹を抑制し、また金属焼結層の面粗度を
良好にし、さらに発生ガスを効率良く除去し得る
前記形成方法を提供することを目的とする。
B 発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段 本発明は、金属製基体上へ金属焼結層を形成す
るに当り、焼結性金属粉末と合成樹脂バインダと
を混練した可塑性物を前記金属製基体上に貼着す
る工程と、前記可塑性物に成形加工を施して成形
層を得る工程と、この成形層の表面に、前記金属
焼結層に対し非溶着性および非拡散接合性である
耐火物粉末と合成樹脂バインダとの混練物より形
成されたシート状物を密着させる工程と、前記成
形層を前記シート状物の上から粒状バツクアツプ
材により包む工程と、前記成形層中の合成樹脂バ
インダおよび前記シート状物中の合成樹脂バイン
ダを熱分解すると共に前記金属粉末を焼結して前
記金属焼結層を得る工程とを用いることを特徴と
する。
(2) 作用 上記バツクアツプ材の押付力により膨脹による
金属焼結層の寸法変化を抑制して金属焼結層の寸
法精度を向上させることができる。
シート状物はなじみ性が良いので、複雑な形状
を有する成形層に対しても十分に密着する。
シート状物の表面は平滑であるから比較的柔ら
かい成形層の表面が荒らされることがない。その
上、シート状物によりバツクアツプ材の荒い表面
が成形層の表面に転写されることが防止され、こ
の転写防止作用は、焼結処理中にシート状物中の
合成樹脂バインダが熱分解した後もバツクアツプ
材と金属焼結層との間には、金属焼結層に対して
非溶着性および非拡散接合性である耐火物粉末の
層が介在し、且つその層の移動がバツクアツプ材
により防止されることによつて維持され、またバ
ツクアツプ材が金属焼結層に溶着することがな
く、これにより金属焼結層の面粗度が良好とな
る。焼結後、耐火物粉末はブラシ等で払う、エア
を吹付ける等の手法で金属焼結層より容易に除去
されるので、その除去に当つて金属焼結層の表面
を傷付けることがない。
シート状物中の合成樹脂バインダの熱分解によ
る発生ガスは粒状バツクアツプ材相互間に形成さ
れる無数の比較的直径の大きな連続気孔を経て除
去されるので、耐火物粉末相互間には無数の微細
な連続気孔が形成される。これにより成形層中の
合成樹脂バインダの熱分解に因る発生ガスは、耐
火物粉末相互間の連続気孔よりバツクアツプ材相
互間の連続気孔を経て効率良く除去されるので、
残留ガスに因る金属焼結層の腐食といつた不具合
を回避して金属焼結層の品質の低下を防止するこ
とができる。
この場合、耐火物粉末にバツクアツプ機能を持
たせるべく、成形層を耐火物粉末中に埋設する
と、耐火物粉末相互間に形成される連続気孔の直
径が極めて小さく、且つその連続気孔が長くなる
ため発生ガスの抜けが悪化して、その発生ガスが
金属焼結層内に残留し易くなる。
(3) 実施例 可塑性物の製造 Ni自溶性合金粉80部と、Mo粉砕粉20部とをV
−ブレンダにより十分に混合して混合粉を得る。
四フツ化エチレン樹脂エマルジヨンとアクリル
樹脂エマルジヨンを1:1に混合して合成樹脂バ
インダを得る。
上記混合粉100部に対し合成樹脂バインダ3部
を添加して卓上ニーダにより十分に混練し、この
混練物を100〜150℃に加熱して合成樹脂バインダ
中の水分を蒸発させる。得られた混練物の性状
は、合成樹脂バインダにより粘結されて無数の団
塊状を呈する。
上記混練物を80〜100℃に加熱してロール機に
複数回通しシート状可塑性物を得る。この場合、
ロール機のロールを混練物と同程度に加熱すると
シート成形作業が容易に行われる。得られたシー
ト状可塑性物は常温において適度な可撓性と引裂
き強度を有する。
(ii) シート状物の製造 金属焼結層に対し非溶着性および非拡散接合性
である微細な耐火物粉末として、直径5〜500μm
のアルミナ粉末に、四フツ化エチレン樹脂エマル
ジヨンとアクリル樹脂エマルジヨンを1:1に混
合した合成樹脂バインダ5〜10部を添加して卓上
ニーダにより十分に混練し、この混練物をロール
機に複数回通して厚さ0.2〜5mmのシート状物S
を得る。前記のように耐火物粉末の直径の下限値
を5μmに限定する理由は、直径5μm末満の耐火物
粉末は製造しにくいこと等に因る。
金型のワーク成形部の形成 第1図aに示すように、鋳鋼(JIS SC 46材)
より金属製基体としてのタンク成形用金型素材4
を構成する。この金型素材4は鋳放しのまま使用
されるもので、その黒皮を持つベース面4aには
清掃後アクリル樹脂接着剤を塗布する。
第1図bに示すように、ベース面4aに前記シ
ート状可塑性物を貼着し、雌形模型Mを用いて
0.5Kg/mm2の圧力を以て押圧し、ワーク成形部に
対応する成形層F4を成形する。
第1図cに示すように、成形層4の表面に前記
シート状物Sを密着させる。このシート状物S
は、なじみ性が良いので、成形層F4の形状が複
雑であつても、その成形層F4に対し十分に密着
する。
第1図dに示すように、金型素材4を容器1に
入れ、成形層F4をシート状物Sの上からバツク
アツプ材としての鋼球21により包み、その容器
1を真空焼結炉3に設置する。
そして第2図に示す加熱−冷却条件で有機物質
の分解と金属粉末の焼結を行う。キヤリヤガスに
は窒素ガスまたは還元性の強い水素ガスが用いら
れる。
(A) 第1加熱ゾーン(第2図A) この加熱ゾーンAは常温から650℃までであり、
昇温速度は10〜20℃/分である。この加熱ゾーン
Aでは先ず水分が蒸発し、次いで成形層F4およ
びシート状物Sにおける合成樹脂バインダ中の四
フツ化エチレン樹脂およびアクリル樹脂が分解し
てガス化する。これら合成樹脂は300〜400℃でガ
ス化するが、熱伝導を考慮して600〜650℃に90分
間均熱保持して殆どの有機物質を除去し、Ni自
溶性合金−Mo粉末よりなる圧粉層およびアルミ
ナ粉末の層を残置する。第1図dにおいて、シー
ト状物S中の合成樹脂バインダの熱分解に因る発
生ガスは、バツクアツプ材としての鋼球21相互
間に形成される無数の比較的直径の大きな連続気
孔を経て除去されるので、アルミナ粉末相互間に
は無数の微細な連続気孔が形成される。これによ
り成形層F4中の合成樹脂バインダの熱分解に因
る発生ガスはアルミナ粉末相互間の連続気孔より
バツクアツプ材相互間の連続気孔を経て効率良く
除去される。
(B) 第2加熱ゾーン(第2図B) この加熱ゾーンBは900〜1000℃の範囲であり、
圧粉層をNi自溶性合金の固相線(1010〜1020℃)
以下の温度、例えば950℃に30分間均熱保持して
固相焼結処理を施し、これを仮焼結する。第1加
熱ゾーンAからの昇温速度は10〜20℃/分であ
る。
真空焼結炉3内の圧粉層は、その表面から加熱
されて昇温するので、圧粉層全体が均一温度に達
するまでは所定の加熱時間が必要である。若し焼
結温度である1000〜1200℃にいきなり加熱すると
圧粉層に温度差ができて、気孔率のばらつきが多
くなり均一な金属焼結層が得られないだけでな
く、焼結後クラツク等の欠陥を生じ易くなる。
第2加熱ゾーンBでは末分解の有機物質が完全
にガス化して除去される。
(C) 第3加熱ゾーン(第2図C) この加熱ゾーンCは、Ni自溶性合金の固相線
(1010〜1020℃)直下から液相線(1075〜1085℃)
を越える温度、即ち1000〜1200℃の範囲であり、
仮焼結層を、例えば液相線を越える温度である
1100〜1180℃、好ましくは1120℃に120分間恒温
保持してNi自溶性合金の溶融により液相焼結処
理を施し金属焼結層を得る。この場合Ni自溶性
合金の流動はMoの存在により妨げられ、したが
つて形状維持性が良い。
第2加熱ゾーンBからの昇温速度は15〜20℃/
分であり、仮焼結層は第2加熱ゾーンBで既に高
温加熱されているので、第3加熱ゾーンCまでの
昇温時間は僅かである。この第3加熱ゾーンCの
保持時間が不充分であると焼結が完全に行われ
ず、金属焼結層に欠陥を生ずる。
(D) 冷却ゾーン(第2図D) この冷却ゾーンDは、前記焼結温度から略800
℃までの1次冷却ゾーンD1と、略800℃から略
400℃までの2次冷却ゾーンD2と、略400℃から
常温までの3次冷却ゾーンD3とに分けられる。
1次冷却ゾーンD1は、金属焼結層の高温下に
おける安定域であり、この冷却ゾーンD1ではで
きるだけ熱的な刺激を避け、同時に冷却効率を考
慮して最高2℃/分程度のゆつくりした速度で冷
却する。この冷却ゾーンD1で急冷が行われると
金属焼結層のクラツクが多発する。
2次冷却ゾーンD2では、最高3℃/分程度の
ゆつくりした速度で冷却する。この冷却ゾーン
D2で急冷が行われると金属焼結層にクラツクが
多発するおそれがある。
3次冷却ゾーンD3では、水、油等の液冷以外
のガス冷却(空冷を含む)により金属焼結層の温
度を常温まで冷却する。
第1図eに示すように、上記工程を経て金型素
材4のベース面4aに、Ni自溶性合金−Mo焼結
層f4よりなるワーク成形部5を持つた金型6が得
られる。金属焼結層f4の表面に残存するアルミナ
粉末は、金属焼結層f4に対して非溶着性および非
拡散接合性であるから、ブラシ等により払う、エ
アを吹付ける等の手法で金属焼結層f4より容易に
除去され、したがつて前記除去に当つて金属焼結
層f4の表面を傷付けることがない。
上記金型6のワーク成形部5における各部位x
〜zの焼結前後の厚み方向の伸びを3次元測定機
を用いて測定したところ、部位xでは0.2mm、部
位yでは0.5mm、部位zでは0.1mmであり、バツク
アツプ材21により前記焼結層f4の寸法変化が大
幅に抑制されていることが明らかである。
また成形層F4の表面に密着するシート状物S
は平滑な表面を持つので、比較的柔らかい成形層
F4の表面を荒らすことがない。その上、シート
状物Sによりバツクアツプ材21の荒い表面が成
形層F4の表面に転写されることが防止され、こ
の転写防止作用は、焼結処理中においてシート状
物S中の合成樹脂バインダが熱分解した後もバツ
クアツプ材21と金属焼結層f4との間に、それf4
対して非溶着性および非拡散接合性であるアルミ
ナ粉末の層が介在し、且つその層の移動がバツク
アツプ材21により防止されることによつて維持
され、またバツクアツプ材21が金属焼結層f4
溶着することがなく、これにより金属焼結層f4
面粗度が良好となる。
その上、成形層F4中の合成樹脂バインダの分
解による発生ガスは、前記のようにアルミナ粉末
相互間の微細な連続気孔等を経て効率良く除去さ
れるので、残留ガスに因る金属焼結層f4の腐食と
いつた不具合を回避して金属焼結層の品質低下を
防止することができる。
なお、バツクアツプ材としては、前記鋼球の
外、ケイ砂、球状アルミナ、球状セラミツク等を
用いることができ、必要に応じて鋼球等を水ガラ
ス等の無数バインダにより部分的に接着してバツ
クアツプ材を成形層の形状に合致するように成形
してもよい。また耐火物粉末としては、前記アル
ミナ粉末の外、ジルコンフラウア、シリコンフラ
ウア等を用いることができる。さらにシート状物
をアクリル樹脂接着剤により成形層に接着して、
そのシートの位置ずれを防ぐようにしてもよい。
さらにまた第1図b工程における可塑性物の成形
は、模型Mを用いる場合に限らず、可塑性物を半
硬化させてそれに研削加工を施すようにしてもよ
い。
また、本発明は金型の製造に限らず、他の部材
の製造にも当然に適用される。
C 発明の効果 本発明によれば、焼結性金属粉末と合成樹脂バ
インダとを混練した可塑性物を用いて金属焼結層
における形態上の自由度を増すことを狙いとし
た、金属製基体上への金属焼結層の形成方法の実
施に当り、金属製基体上に可塑性物よりなる成形
層を成形し、その成形層の表面に特定の耐火物粉
末を含むシート状物を密着させ、その上から成形
層を粒状バツクアツプ材により包むという極めて
簡単な手段を採用することにより、寸法精度が良
く、また良好な面粗度を持ち、さらに発生ガスの
除去を達成した高品質な金属焼結層を前記金属製
基体上に得ることができる。
また焼結中において、微細な耐火物粉末の層
と、粒状バツクアツプ材の層との通気性二重構造
が形成されるので、発生ガスを効率良く除去する
ことができる。
さらに、金属焼結層の面粗度は、耐火物粉末に
より決められるので、その耐火物粉末の粒度制御
のみを正確に行い、比較的多量に使用するバツク
アツプ材の粒度制御を簡易化し得るといつた利点
もある。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例を示すもので、第1図
a〜eは金型の製造工程説明図、第2図は焼結工
程における温度と時間の関係を示すグラフであ
る。 F4……成形層、f4……焼結層、S……シート状
物、21……バツクアツプ材としての鋼球、4…
…金型素材(基体)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 金属製基体上へ金属焼結層を形成するに当
    り、焼結性金属粉末と合成樹脂バインダとを混練
    した可塑性物を前記金属製基体上に貼着する工程
    と、前記可塑性物に成形加工を施して成形層を得
    る工程と、この成形層の表面に、前記金属焼結層
    に対し非溶着性および非拡散接合性である耐火物
    粉末と合成樹脂バインダとの混練物より形成され
    たシート状物を密着させる工程と、前記成形層を
    前記シート状物の上から粒状バツクアツプ材によ
    り包む工程と、前記成形層中の合成樹脂バインダ
    および前記シート状物中の合成樹脂バインダを熱
    分解すると共に前記金属粉末を焼結して前記金属
    焼結層を得る工程とを用いることを特徴とする、
    金属製基体上への金属焼結層の形成方法。
JP8237684A 1984-04-24 1984-04-24 金属製基体上への金属焼結層の形成方法 Granted JPS60224702A (ja)

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