JPH02270932A - 鉄―銅系粉末冶金製品の製造方法 - 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〕 本発明は金型などの大型焼結部材の製造方法に関する。

［従来の技術］ 粉末冶金法の適用により、金型などの大型焼結部材の製
造がなされている。この方法により、短期間で、複雑形
状部材が製造できることを、本発明者らは特願昭６２−
３２２８６９および同６２−３２２８７０に開示した。

これ等は、鉄系粉末を成形型に無加圧充填し。

成形型と共に焼結して大型部材を得る方法で、焼結体の
機械的特性を高めるため、焼結に引き続いて銅系溶浸材
を溶浸して空隙を埋める手段も有効である。

無加圧充填した成形体を強固に焼結するためには、鉄系
粉末に例えば粒径１０μｍ以下の微粉を含有させる必要
があるが、焼°結および溶浸は成形型に拘束された状態
で行われるから、焼結・溶浸時に過剰の微粉による充填
体の収縮が起こると。

焼結体が変形したり破損したりして、満足な部材が得ら
れない。そのため、鉄系粉末の粒度構成は、このような
収縮が起こらないように選定せねばならず、上記微粉に
比し粗い粉末が必要である。しかし、余りに粗い粉末を
用いると作製された焼結体の表面粗さが太き（、金型材
として用いる時などに１表面の大幅な研削が必要となっ
てコスト高となるし、また、複雑形状の部材を作る上で
の限界が生じる。

そこで、特願昭６２−３２２８６９において、粉末の粒
度構成を適正化することで表面粗さを小さくし得ること
を明らかにした。しかし、プラスチック射出成形部品に
要求される表面粗さは、小さければ小さい程よく、より
以上の表面性状の向上と焼結・溶浸時の収縮抑制が望ま
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は前記の問題点を解決すべくなされたもので、焼
結体の表面粗さを減少させるために微粒を含有する鉄系
粉末を用いた時にも、焼結・溶浸時に焼結体の収縮を抑
制し、変形や破損のない焼結部材を得ることを可能にし
ようとするものである。

［課題を解決するための手段１ 本発明者らは上記課題の解決を鋭意検討した結果、鉄系
粉末にアルミニウム粉末を混合することにより、焼結・
溶浸時の収縮が抑制され、しかも表面粗さの小さい焼結
部材が得られることを見出し本発明に至ったもので１本
発明は鉄系粉末を成形型に無加圧充填し、成形型と共に
加熱して焼結し、次いで銅系溶浸材を溶浸させて粉末冶
金製品となすに際し、鉄系粉末にアルミニウム粉末を混
合した後、該混合粉末を成形型に無加圧充填することを
特徴とする鉄−銅系粉末冶金製品の製造方法を提供する
ものである。

〔作用〕

本発明においては、原料粉末として鉄系粉末にアルミニ
ウム粉末を混合した混合粉末を用いる。

必要に応じて、黒鉛粉末や他の金属粉末等、焼結時に合
金化して焼結体の機械的特性等の向上に役立つ元素をさ
らに混合しても良い。

アルミニウム粉末の混合は、焼結・溶浸時の焼結体の収
縮を抑制し、しかも、表面粗さの小さい焼結体を得るた
めに必要である。アルミニウム粉末の作用機構は詳らか
ではないが、昇温によって溶融し、鉄系粉末と反応する
過程で、成形体が膨張する作用を起こし、その結果、焼
結による成形体の収縮を補償すると考えられる。

アルミニウム粉末の混合量は限定されるものではないが
、鉄系粉末とアルミニウム粉末の合計重量に対して１−
１５重量％が適当である。

本発明者らの実験によれば、アルミニウム粉末の混合量
の増加と共に焼結・溶浸時の焼結体の収縮量は直線的に
減少し、その割合はアルミニウム粉末１重量％につき、
収縮率の減少が約１％である。アルミニウム粉末を混合
しない時の収縮率は最大１０％程度であるから、１５重
量％混合すれば収縮を十分抑制することが可能で、１重
量％では効果が少ない。

アルミニウム粉末の粒度は、鉄系粉末に混合したのちの
混合粉末の充填性や焼結体の表面粗さとの関係で、平均
粒径がｌｕｍ未満であると混合粉の充填性が劣化し、平
均粒径が５００μｍを越えると、焼結体の表面粗さが大
きくなるため、平均粒径１〜５００μｍの範囲が望まし
い。

アルミニウム粉末の純度については、焼結体の特性を劣
化させない限り制限されないが、不純物量の総計が２０
％以下であることが望ましい。

一方の鉄系粉末は、原料粉末の大半を占め、焼結体の特
性要求に応じて、純鉄粉もしくは合金鋼粉が用いられ、
充填密度と表面平滑性を高めるため、例えば、最大粒径
が５００μｍで、粒径１゜μｍ以下の微粉を含有するも
のが好適に用いられる。

鉄系粉末とアルミニウム粉末との混合には、通常のＶ型
混合機やダブルコーン型混合機などが用いられる。

上記混合粉末を予め用意された成形型に充填する。成形
型は粉末が焼結により強度が向上し成形型の形状を正し
く転写する温度まで強度が十分であり、粉末との著しい
反応により成形型の転写を損なわないものであれば良い
０通常、高温まで強度を保つことのできるセラミックス
型を用いる。

成形型の形状は焼結処理後、焼結体がそのままの形状で
、あるいは著しい加工を施さずに金型などとして機能で
きる形状とする。その製作方法は機械加工によっても良
いし、精密鋳造で用いられるセラミックス型の製造方法
によっても良く、要は転写面の粗さが小さく、かつ強度
的にも優れたものであれば、いかなる製法によっても良
い。

充填は乾式で行い、振動を加えることにより充填密度を
向上させることができる。振動の方法は、電磁振動１機
械振動などいかなる方法によっても良い。

また、振動中に、従来の加圧成形方法よりも極めて低い
圧力を施すことにより、より充填性を向上することがで
きる。この圧力は通常１ｋｇ／ｃｒｎ’以下でよく、加
圧により充填性を向上させるだけでなく、成形型のエツ
ジ部分の転写性が向上するという利点がある。このよう
な充填方法を用いることにより、大型形状品の成形が通
常の粉末冶金で使用する高価なプレス機を用いずに、安
価にしかも容易にできるため、ｌｍＸ１ｍにもおよぶ射
出成形用金型の製造などには非常に適している。

次に粉末が充填された成形型を炉に装入して焼結を行う
。焼結は還元性雰囲気、不活性雰囲気。

または真空で行い焼結後は型ばらしをする。

得られた焼結体はそれだけでは、金型などとしての強度
が不十分であるため、焼結体に残留する空孔を銅系溶浸
材で溶浸して強度を増大させる。

銅系溶浸材としては、銅、黄銅などが用いられ、溶浸は
還元性雰囲気、不活性雰囲気または真空で行うことが可
能である。

なお、焼結と溶浸の工程を１工程、即ち１ヒートサイク
ルで行っても、得られる効果に変りはない、１工程にす
ることにより、製造工程を短縮できるという利点がある
。

以上のように本発明により１表面粗さが小さい鉄−銅糸
粉末冶金製品を、焼結・溶浸工程における収縮を抑制し
て製造することができる。

〔実施例］ 実施例１ 鉄系粉末として、平均粒径１３９ｕｍ（粒度範囲１００
〜２００μｍ）のアトマイズ純鉄粉４０重量部、平均粒
径２９μｍ（粒度範囲１５〜６３μｍ）のアトマイズ純
鉄粉２５重量部、平均粒径４．２μｍ（粒度範囲１０ｕ
ｍ以下）のカーボニル鉄粉２５重量部を混合して粒度構
成を調整した鉄粉を用いた。この混合鉄粉９４．３重量
部に、純度９８％、平均粒径６１ｕｍ（粒度範囲４５〜
■００μｍ）のアルミニウム粉末を５．７重量部混合し
て混合粉末とした。

成形型として表面粗さ（Ｒａ値）０．３μｍのセラミッ
クス製モールドを用い、混合粉末を振動充填した。充填
体表面に、黄銅の粉末をプレス成形して成型体とした銅
系溶浸材をのせ、セラミックスのモールド、粉末充填体
、溶浸材を炉に装入して、窒素ガス雰囲気中、１０１０
℃で７０分間加熱し充填体を焼結させたのち、２時間か
けて１１３０℃に昇温し溶浸材を溶かして溶浸を進行さ
せた。１１３０℃に右ける保持時間は１００分間とし、
そののち炉冷を行った。

冷却後、ｌ＠浸された焼結体をセラミックスのモールド
から取り出し、寸法を図って焼結・溶浸時の収縮率を求
めたところ１，４％であった。

また、セラミックスのモールドに接触していた側面の表
面粗さを測定し、Ｒａ　＝　１．６μｍを得た。この値
は１例えばプラスチック射出成形の金型に使用可能であ
る。

［比較例１］ アルミニウム粉末の混合を行わなかった他は、実施例１
と同一として試験を行った。

その結果、焼結・溶浸時の収縮率は５．６％であった。

このように収縮が大きい（２％越）場合は、複雑形状の
モールドで拘束して焼結すると。

焼結体に拘束割れが起こるので焼結不可能である。

なお１表面粗度はＲａ　＝　１．７μｍで、実施例１と
同等であった。

［実施例２〕 平均粒径６７μｍ（粒度範囲１０〜１８０ＬＬｍ）のア
トマイズ合金銅粉（１，５％Ｎｉ、０、５％Ｃｕ、０．
５％ＭＯ）９１．．９重量部に対して、純度９９％、平
均粒径３６μｍ（粒度範囲１５〜６３μｍ）のアルミニ
ウム粉末８．１重量部を混合し、他は実施例１と同一と
して試験を行った。その結果、焼結・溶浸時の収縮率は
０．７％であり、焼結体の表面粗さはＲａ　＝　１．２
μｍと満足できる値であった。

［比較例２１ アルミニウム粉末を混合しなかった他は、実施例２と同
一として試験を行った。

焼結・溶浸時の収縮率は６．８％と大きく、表面粗さは
Ｒａ＝１．６μｍで良好であったものの、比較例１と同
様、拘束割れが起こるため焼結不可能である。

〔発明の効果］ 本発明により、鉄−銅系粉末冶金製品の製造方法におい
て、表面粗さを損うことなく、焼結−溶浸工程における
焼結体の収縮が抑制され、寸法精度の向上および拘束割
れの防止が可能となった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　鉄系粉末を成形型に無加圧充填し、成形型と共に加
   熱して焼結し、次いで銅系溶浸材を溶浸させて粉末冶金
   製品となすに際し、鉄系粉末にアルミニウム粉末を混合
   した後、該混合粉末を成形型に無加圧充填することを特
   徴とする鉄−銅系粉末冶金製品の製造方法。