JPH02217403A - 粉末冶金用混合粉末及び結合剤 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、鉄粉や銅粉等の金属粉末をベースとし、これ
に物性を改善する為の成分として合金元素、黒鉛、りん
等の粉末を混合した粉末冶金用混合粉末において、特定
組成比の共重合体成分を結合剤として含有させることに
より、ベースとなる金属粉末の物性を阻害することなく
上記物性改善成分の偏析を抑え、また粉末取扱い時の発
塵を抑えたものである。

［従来の技術］ 鉄粉や銅粉等の金属粉末を主原料とする粉末冶金におい
ては、焼結体の物性（強度特性や加工性等）を改善する
ために、銅、ニッケル、クロム、モリブデン等の合金元
素や黒鉛、りん、硫黄等の無機成分（本明細書では一括
して、物性改善成分ということがある）の粉末を配合す
ることが多い、この場合、ベースとなる金属粉末と物性
改善成分粉末の粒子サイズや比重等はかなり違っている
のが普通であり、たとえばベース金属粉が鉄粉や銅粉で
あり物性改善成分粉末が黒鉛やりん等である場合の比重
差は極端に大きくなるため、混合後成形までの取扱い過
程中にこれらが偏析を起こし易く、焼結体の特性及び均
質性を悪くする。

こうした偏析の防止手段として、たとえば特開昭５６−
１３６９０１号や特開昭６３−１０３００１号に開示さ
れている如く、有機バインダを用いて鉄・銅粉末等に黒
鉛粉末等を付着させる方法が提案された。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記特開昭５６−１３６９０１号公報に開
示された有機バインダーは親水性であるため、保存時に
吸湿して流動性を悪化させたりベース金属粉末の発錆を
促すという問題があり、焼結体の品質をかえって悪化さ
せることもあった。また上記特開昭６３−１０３００１
号公報に開示された有機バインダは、鉄・銅粉末のたと
えば黒鉛粉末に対する結合力よりも鉄・銅粉末同士の結
合力を高める作用の方が強いので、黒鉛の偏析防止効果
が不十分で、より優れた効果を得ようとすれば大量のバ
インダを配合しなくてはならず鉄・銅粉末同士の結合（
塊状化）が避けられない為、混合・乾燥後は再粉砕や篩
い工程が不可欠となる。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は、ベース金属の変質や流動性低下或はベー
ス金属同士の凝集といった問題をで籾るだけ生じないと
いう前提の下に黒鉛等の偏析を防止することができ、更
には取扱い時の粉塵発生についてもこれを抑制し得る様
な粉末冶金用混合粉末を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明の構成は、金属
粉末をベースとする粉末冶金用混合粉末において、結合
剤として、 アクリル酸エステル　：２０〜７０重量部メタクリル酸
エステル：８０〜３０Ｉｔ量部重合性不飽和酸：上記ア
クリル酸エステルとメタクリル酸エステルの和 １００１ｉ量部に対し０．５〜９重 量部 をモノマー成分とする共重合体を配合してなるところに
要旨を有するものであり、また上記共重合体はそれ自体
で粉末冶金用金属粉末の結合剤として商品価値を有する
ものである。

［作用及び実施例］ 本発明者らは前述の様な従来技術の問題点を解決すべく
種々研究を進めた結果、先に示した特定の３元系共重合
体を使用すれば前述の問題点が一挙に解消され、ベース
金属の変質や流動性低下といった問題を生じることなく
黒鉛等の偏析を効果的に防止することができ、併せて混
合粉末取扱い時の粉塵発生も抑制し得ることが確認され
た。

以下、バインダとなる３元共重合体におけるモノマー組
成を定めた理由について実験経緯を追りて説明する。

尚実験に当たワては、ベース金属粉末として鉄粉（本出
願人会社製商品名「アトメル３００ＭＪ：粒径１８０μ
ｍ以下）と黒鉛粉末（サウスウエスタン社製商品名ｒ１
６５１Ｊ：平均粒径２μｍ）」を使用し、これらを前者
９９重量部に対し後者１重量部の比率で混合するものと
する。これらの粉末原料を、第１図（フロー図）に示す
如く羽根付きミキサーにより高速攪拌しつつ、後述する
有機バインダ溶液を滴下もしくは噴震し、５分間強攪拌
した後縁やかな攪拌に切り替えて所定時間真空乾燥し溶
媒を除去する。そして該乾燥粉末の一部を抜き出して黒
鉛飛散率測定用の試料とする。残りの乾燥粉末には潤滑
剤として０．７５重量％のステアリン酸亜鉛を加えて強
攪拌し、流動度測定用の試料とする。

黒鉛飛散率の測定には、第２図に示す様なニュークリボ
アフィルり１（網目１２μｍ）を付した濾斗状のガラス
管２（内径：１６ｍｍ、高さ１０６ｍｍ）を使用し、上
記で得た試料粉末Ｐ（２５ｇ）を入れて下方よりＮ２ガ
スを０．８Ｊｌ／分の速度で２０分間流し、次式により
黒鉛飛散率を求める。

黒鉛飛散率（％）＝ また流動度はＪＩＳ−２２５０２により求める。

まず、バインダを構成するアクリル酸エステルとメタク
リル酸エステルの共重合比が混合粉末の黒鉛飛散率及び
流動度にどの様な影響をあたえるかを調べたので、その
結果を第１表に示す。

第１表からも明らかである様に、アクリル酸エステルの
共重合比が７０部（重量部：以下同じ）を超える場合は
、黒鉛飛散率は抑制されて良好な結果を与えたものの、
流動度は砥下しており混合粉末の流動性が悪化すること
によって、圧粉成形性に問題を生ずる。一方、メタクリ
ル酸エステルの共重合比が８０部を超える場合は黒鉛飛
散率を十分に下げることができず、結合剤としての機能
が満足に発揮されていない、従って黒鉛飛散率と流動度
を同時に満足させるには、アクリル酸エステルとメタク
リル酸エステルの共重合比を前者２０〜７０部：後者８
０〜３０部の範囲に設定しなければならない。

しかし上記構成によってようやく確保された黒鉛飛散率
及び流動性は実験室的に一応の満足が得られるものに過
ぎず、実用上は必ずしも十分とは言えない。そこで更に
検討したところ、上記２成分素に適量の重合性不飽和酸
を加えて３元系共重合体とすると、流動性をあまり下げ
ることなしに黒鉛飛散率を一段と改善することができた
。たとえば第２表は、アクリル酸ブチルとメタクリル酸
メチルのモノマー比率を最も好ましいと思われる４０：
６０（重量比）に定め、これらの総和１００部（重量部
）にアクリル酸を１１．１部以下の範囲で共重合させて
３元系としたときの黒鉛飛散率及び流動性に与える影響
を調べた結果を示したものである。この結果からも明ら
かである様に、アクリル酸は０．５〜９部の範囲で最良
の黒鉛飛散率が得られ、この範囲内では流動度も良好で
ある。

本発明で使用されるバインダの好ましい共重合組成は上
記の通りであるが、その使用に当たっては、混合工程で
粉末混合系に万逼無く行き渡ると共にベース金属粉末の
表面を過不足なく均一に被覆して物性改善成分粉末とう
まく結合させなければならず、そのためには、粉末原料
に対するバインダの添加量やバインダの濃度等も重要に
なると思われる。そこで、アクリル酸ブチル：メタクリ
ル酸メチル：アクリル酸−５１３８：５（重量部）の３
元系共重合体を使用し、そのトルエン濃度や添加量等が
黒鉛飛散率に与える影響を明確にすべく実験を進めた。

尚この実験では生産性に影響を及ぼす乾燥時間比（バイ
ンダ溶液濃度５％、バインダ／粉末原料＝０．１％の乾
燥時間を１．ＯＯとしたときの時間比率）も調べた。

結果を第３表に示す。

第３表からも明らかである様にバインダ（３元系共重合
体）の添加に当たっては、バインダの溶液濃度や粉末原
料に対する固形分としての添加量もさることながら、粉
末原料に対するバインダ溶液としての添加量が極めて重
要であり、この値が１．６％未満では鉄粉表面全体にバ
インダ溶液が行き渡り難くなって結合不足となり、偏析
及び黒鉛飛散を十分に抑えることはできない。一方２．
４％を超えると混合系内でバインダ溶液自体の偏析が起
こって混合むらが生じ、部分的に結合力の不足部が生じ
て所期の目的が達せられなくなる。従ってバインダの添
加に当たっては、溶液としての添加量を粉末原料に対し
１．６〜２．４％の範囲に調整するのがよい。但し、バ
インダの固形分としての絶対量が不足する場合は乾燥後
の結合力が不十分となり、一方、多過ぎる場合は塊状化
して再粉砕が必要となるので、固形分としての添加量は
０．０１〜０．５％、より好ましくは０．０５〜０．３
％の範囲に収めるのがよい。またバインダ溶液の好まし
い濃度は、３元共重合体の分子量（重合度）及びそれに
伴なう溶液粘度によっても変わってくるので一律に規定
することはできないが、通常は１〜１５％、より好まし
くは３〜１０％の範囲のものが使用される。

次に第４表は、前記方法に準拠し、バインダとしてアク
リル酸ブチル：メタクリル酸メチル：アクリル酸５７：
３８：５（部）よりなる３元系共重合体を用い、該バイ
ンダの溶液濃度や添加量を種々変えた場合の黒鉛飛散率
及び凝集性（ｉｉい目２５０μｍ上の残存率）、並びに
これに０．７５％のステアリン酸亜鉛を追加混合したと
きの流動度及び圧縮性（試片寸法：　１１．３ｍｍφＸ
１０ｍｍ１ｌ、成形圧カニ５トン／ｃｍ’）を調べた結
果を示したものである。尚この表には比較のためバイン
ダ無添加の例及びメタクリル酸メチル単独重合体をバイ
ンダとして用いた例を併記した。

第４表からも明らかである様に、バインダ無添加の場合
の黒鉛飛散率は非常に大きいのに対し、適量のバインダ
を添加すると黒鉛飛散率は著しく抑えられる。またバイ
ンダとしてＭＭＡ！＃独重合体全重合体た場合、固形分
で０．２５％添加することにより黒鉛飛散率はかなり抑
えられるが、反面、バインダの作用で部分的に凝集が起
こり、相当量の凝集物が生成している。これに対し本発
明の３元共重合体を使用すると、上記ＭＭＡＪＩ独重合
体全重合体場合に匹敵する黒鉛飛散率を得ようとすると
、たとえば４％トルエン溶液を原料粉末に対し０．０８
％添加するだけでよく、しかも凝集物の生成は見られな
い。

尚上記の実験ではアクリル酸エステルとしてアクリル酸
ブチル、またメタクリル酸エステルとしてメタクリル酸
メチル、重合性不飽和酸としてアクリル酸を夫々用いた
例を示したが、このほかアクリル酸メチル、アクリル酸
エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ペンチル、ア
クリル酸ヘキシル等のアクリル酸アルキルエステルや、
メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリ
ル酸ブチル、メタクリル酸ペンチル等のメタクリル酸ア
ルキルエステルを、またメタアクリル酸、エタアクリル
酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸等の重合
性不飽和酸を夫々モノマー成分として使用した場合もほ
ぼ同様の効果を得ることができる。また上記実験例では
鉄粉に黒鉛粉を混合する場合を例にとって説明したが、
鉄粉や鋼粉に他の合金元素やりん、硫黄等を加えて改質
する場合にも同様に適用することができる。

［発明の効果コ 本発明は以上の様に構成されており、バインダとして特
定の３元系共重合体を使用することにより、ベース金属
粉末に悪影響を及ぼすことなく流動性及び耐発塵性を改
善することができ、優れた性能の粉末冶金用混合粉末を
提供し得ることになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は実験法を示すフロー図、第２図は黒鉛飛散率の
測定に用いた器具の断面図である。 脛裏１＋／　＊訃−回暑奴

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粉末をベースとする粉末冶金用混合粉末にお
   いて、結合剤として、 アクリル酸エステル：２０〜７０重量部 メタクリル酸エステル：８０〜３０重量部 重合性不飽和酸：上記アクリル酸エステル とメタクリル酸エステルの和 １００重量部に対し０．５〜９重 量部 をモノマー成分とする共重合体を配合してなることを特
   徴とする粉末冶金用混合粉末。
2. （２）金属粉末をベースとする粉末冶金用混合粉末に適
   用される結合剤であって、 アクリル酸エステル：２０〜７０重量部 メタクリル酸エステル：８０〜３０重量部 重合性不飽和酸：上記アクリル酸エステル とメタクリル酸エステルの和 １００重量部に対し０．５〜９重 量部 をモノマー成分とする共重合体からなることを特徴とす
   る粉末冶金用結合剤。