JPH0247206A - 鉄の多孔体の製造方法 - 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］ 本発明は網目状の鉄の多孔体の製造方法に関する。網目
状の鉄の多孔体は２例えば構造用材料や熱交換材料とし
て好ましい。

［従来の技術］ 特開昭５５−１２５２０２号は、表面が酸化していない
金属粉末（例えばカーボニルニッケル粉末）を用いて、
金属の多孔体を製造する方法に関する。しかじカーボニ
ルニッケル粉末は高価であるため、この方法で製造した
金属多孔体も極めて高価である。

本願発明者等は、Ｃを２．０〜４．５％含有する鉄を湿
式粉砕した微粉や、酸化鉄粉を粉砕した微粉を用いて鉄
の多孔体を製造する方法を発明して、特願昭６３−１６
５８８４号及び６３−１６５８８５号で特許出願した。

この方法は特開昭５５−１２５２０２号に比べて、粉末
の製造が容易で、鉄の多孔体を安価に製造できる。しか
し、本願発明者等のその後の知見によると、特願昭６３
−１６５８８４号、や特願昭６３−１６５８８５号の方
法で製造した鉄の多孔体は、製造ロットによっては１強
度や靭性が変動し、あるいは熱歪等による割れ疵を伴う
場合がある。

［発明がしようとする課題］ 本発明は、鉄粉末の製造が容易で、多孔体が安価に製造
でき、且つ強度や靭性の変動が小さく、割れ疵を防止で
きる、鉄の多孔体の製造方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段および作用］本発明の請求
項（１）について先ず説明する。本発明では、平均粒径
が５０μ以下でＣを２．１〜４．５％含有する鉄粉を用
いる。一般の粉末合金は高圧プレスで成形して焼成する
が、本発明では高圧プレスを用いないで多孔質の高分子
樹脂の骨格に塗着せしめて焼成する。

高圧プレスを用いない本発明で、平均９粒径が５０量以
上では、スラリー状態とならず、塗着しづらく、又粒子
間の結合力が不十分となる。従って本発明では平均粒径
が５０μ以下の鉄粉を用いる。

又、本発明では粒子間の結合力を高めるために、液層焼
結化を促進させる。Ｃを２．１％以上含有する鉄粉は粉
砕し易いために鉄粉の製造が容易であり且つ低融点のレ
デブライト共晶量が多いため液層焼結化し易く１粒子間
の強固な結合が得られ易い。

しかしＣを４．５％以上含有する鉄粉は後で述べる第３
工程で熱歪割れが発生し易い。

本発明の第１工程では、この鉄粉を、酸素含有量が第（
１）式となるように表面酸化せしめる。

［Ｏ］＝　４／３（［Ｃ］−２）〜４／３（［Ｃ］＋７
）・・・・・・（１）［Ｏ］＝表面酸化した鉄粉末の酸
素含有量、［Ｃ］：表面酸化した鉄粉末の炭素含有量鉄
の多孔体を形成している鉄の炭素含有量が高過ぎると、
多孔体は脆く、熱歪等による表面割れ疵が発生し易くな
る。本発明では、後で述べる第３工程で、多孔体を形成
している鉄の炭素量を低減して靭性の優れた多孔体を得
るために、鉄粉を表面酸化せしめる。［Ｏ］量が４／３
（［Ｃ］−２）以下では、第３工程での脱炭が不十分で
、靭性の優れた多孔体は生成され難い。又［Ｏ１量が４
／３（［Ｃ］＋７）以上では第３工程後の多孔体に未還
元酸化物が多く、多孔体は崩壊し易く又強度も低い。本
発明者等の知見によると、［Ｏ］を第１式に保つ事によ
り、靭性に優れた鉄の多孔体の製造は安定する。鉄粉の
表面酸化は湿式粉砕を行っても達成できるし、又表面酸
化していない鉄粉を、例えば水と共に煮沸し、あるいは
例えば大気中で低温加熱する事により得る事ができる。

本発明の第２工程では、この表面酸化せしめた鉄粉末を
結合剤と混練して多孔質の高分子樹脂の骨格に塗着する
。結合剤としては、有機系あるいは無機系のバインダー
の水溶液を用いることができる。有機系バインダーとし
は例えばＣＭＣ，ポリアクリル酸等が使用でき、又無機
系バインダーとしては水ガラス等が使用できる。結合剤
は又有機系バインダーと無機系バインダーの両方を含有
する水溶液であってもよい。多孔質の高分子樹脂として
は例えばウレタンフオーム等が使用できる。

塗着は例えば、スプレー法や浸漬法によって行うことが
できる。

本発明の第３工程では、第２工程で得られた塗着生成物
を加熱する。本発明の第３工程では、鉄粉末の［Ｃ］と
［Ｏ］を反応せしめると共に焼結反応をせしめる。従っ
て一般の粉末合金を製造する真空炉や還元炉を用いても
よいが、加熱炉は非酸化性の例えばＡｒやＮ２ガス雰囲
気で十分である０例えばウレタンフオームの骨格は１６
０〜３５０℃で約３０分加熱すると除去される。又６０
０〜１２００℃の加熱によって自己還元焼結して鉄の多
孔体が得られる。

［Ｃ］と［Ｏ］の反応で生成したｃｏ、ｃｏ□ガスは、
ウレタンフオームの除去された骨格の空洞に沿って。

スムーズに放出される。

本発明では［Ｃ］と［Ｏ１の自己還元反応を行わせるた
め、第１工程での表面酸化工程における［Ｃ］量に見合
うように［Ｏ］量を制御する事によって、多孔体を形成
している鉄の炭素量が調整され、従って強度や靭性の変
動が少なく所望の特性を有する鉄の多孔体が得られる。

又本発明の鉄の多孔体は製造中の熱衝撃にも耐えるため
に、割れ疵の発生が有効に防止できる。

本発明の請求項（２）について説明する。請求項（２）
の鉄粉は、Ｍ　ｎ　＜　２％、Ｎ１（１０％、Ｐく５％
、　Ｃｒ〈２５％、Ｍｏ（３％、Ｃｕ＜３％、ＡＱ＜５
％、Ｓｉ＜１％の１又は２以上の合金成分を含有する鉄
粉である。請求項（２）の合金成分の含有は、溶鉄で合
金成分を含有せしめ以後鉄粉に粉砕すると得られるし、
又Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、ＡＱ、Ｓｉを含
有しない鉄粉にＭｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａ
ｌ１．Ｓｉの合金粉を混合しても得られるが、本発明で
は。

何れの方法で製造してもよいａ　Ｍｎ、　Ｎｉ、　Ｐ　
、　Ｃｒ。

Ｍｏ、　Ｃｕ、　Ａ　Ｑ　、、Ｓ　ｉは鉄の多孔体の、
強度や耐食性を改善するために含有せしめる。

本発明の請求項（３）について説明する。請求項（３）
では、原料粉末として、Ｃを２．１％以上含有する鉄粉
、Ｃを２．１％以上含有し且つ表面を酸化せしめた鉄粉
末の何れかあるいは両者の混合粉末と、酸化鉄粉、炭素
粉末の何れかあるいは両者の混合物とを調合して混合す
る。混合する粉末はいずれも平均粒径が５０μ以下であ
り、各粉末は。

調合して混合した混合粉末の酸素含有量が、第（２）式
となる割合で混合する。

［：ｏｌ＝４７ａ（［ｃｌ−２）〜４／３（［Ｃ］＋７
）・・・・・・・・・（２）［Ｏ］：混合粉末の酸素含
有量 ［Ｃ］：混合粉末の炭素含有量 但し２．１％＜［Ｃ］＜４．５％ 本発明の鉄の多孔体は、原料粉末の［ｏ］や［Ｃ］の含
有量を酸化鉄粉や炭素粉を用いて調合して達成する事も
できる。炭素粉としては１例えば電極屑粉等を用いる事
ができる。第（２）式の限定理由や、第２工程、第３工
程の作用は、請求項（１）に関する記載と同じである。

本発明の請求項（４）について説明する。請求項（４）
では、Ｈ料粉末として、Ｃを２．１％以上含有する鉄粉
、Ｃを２．１％以上含有し且つ表面を酸化せしめた鉄粉
末の何れかあるいは両者の混合物と、酸化鉄粉、炭素粉
末の何れかあるいは両者の混合物と、Ｍｎ、Ｎ１ｔＣｒ
、Ｐ、Ｍｏ、Ｃｕ、ＡＱ、ＳＬの１又は２以上の合金粉
末あるいは合金の化合物とを調合し、て混合粉末とし使
用する＊　Ｍｎ、　Ｎｉｌ　Ｏｒ、　Ｐ　ｇ　Ｍｏ。

Ｃｕ　ｅ　Ａ　Ｑ＊　Ｓ　ｉの合金粉末とはＭｎ、Ｎｉ
、Ｃｒ、Ｐ、　Ｎｏ、Ｃｕ。

Ａ　Ｑ　、Ｓｉの純金属粉末あるいはＭｎ、Ｎｉ、Ｃｒ
、Ｐ、　Ｍ。、Ｃｕｔ＾Ｑ　、Ｓｉを含有する合金鉄粉
が使用できる。又Ｍｎ、Ｎ１１ｃｒｙＰｐ阿ｏ、Ｃｕ、
Ａ　Ｑ　、Ｓｉの合金化合物とは、例えば酸化マンガン
や酸化ニッケルや炭化クロムを指す。

Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐ、ＭｏｔＣｕｔＡ　Ｑ　、ＳＬは
鉄の多孔体の強度や耐食性を改善するために混合せしめ
る２、尚請求項（４）で使用する各粉末の平均粒径は何
れも５０μ以下であり、調合して混合した混合粉末の酸
素含有量が、第（３）式となる割合で混合する。

［○コニ４／３（［Ｃ］−２）　〜４／３（ＩＣ］＋７
）−・団・（３）［Ｏ］：混合粉末の酸素含有量 ［Ｃ］：混合粉末の炭素含有量 但し２．１＜［Ｃ］＜４．５％ 第（３）式の限定理由や、第２工程、第３工程の作用は
、請求項（１）に関する記載と同じである。

［実施例１］ 平均粒度が５０μ以下の、鉄粉、表面を酸化せしめた鉄
粉末、酸化鉄粉末、炭素粉末を用い、その混合割合を変
えて、混合粉末の酸素含有量と炭素含有量とが異なる各
種の混合粉末を調整した。

各混合粉末はＣＭＣの水溶液の結合剤を用いて混練して
、多孔質のウレタンフオームの骨格にそれぞれスプレー
法で０　、５ｍｍの厚さに塗着した。塗着した各生成物
は３００℃×２０分間加熱脱脂し６００℃〜１２００℃
×３０分間で自己還元焼結を行わせて鉄の多孔体を製造
した。得られた鉄の各多孔体の曲げ強度試験の結果を第
１図に示した。第１図に見られる如く、Ｃ含有量が２．
１〜４．５％で酸素含有量が４／３（［Ｃツー２）〜４
／３（［Ｃ］＋７）の粉末を用いて製造した鉄条孔体は
、曲げ強度も十分で、ワレ疵等の発生がなく、健全な鉄
の多孔体であった。

［実施例２コ 平均粒度が５０μ以下の鉄粉１表面を酸化せしめた鉄粉
末、酸化鉄粉末、炭素粉末、と合金成分材を第１表に示
した組成に調整した。各粉末はアクリル酸の水溶液の結
合剤を用いて混練して、多孔質のウレタンフオームの骨
格に、ローラー法でそれぞれｌｎｍ厚さに塗着した。塗
着した各生成物は３５０℃×１０分間加熱脱脂し８００
〜ｂ分間で自己還元焼結を行った。この方法で製造した
、第１表に示した合金成分を含有する鉄の多孔体は、何
れも健全な材質で、且つ合金成分を含有しない鉄の多孔
体に比べて、耐候性または強度または耐熱性または耐酸
性の優れた性能を有していた。

［発明の効果］ 本発明は原料粉末の製造が容易で、従って鉄の多孔体を
安価に製造する事ができる。本発明によって割れ疵がな
く靭性に優れた鉄の多孔体が製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は混合粉末の組成と鉄条孔体の性質の関係を示す
図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）平均粒径が５０μ以下でＣを２．１〜４．５％含
   有する鉄粉を酸素含有量が第（１）式となるように表面
   酸化する第１工程と、該表面酸化した鉄粉末を結合剤と
   混練して多孔質の高分子樹脂の骨格に塗着する第２工程
   と、塗着生成物を加熱し高分子樹脂の骨格を除去し更に
   焼結還元する第３工程とを有する事を特徴とする、鉄の
   多孔体の製造方法［Ｏ］：４／３（［Ｃ］−２）〜４／
   ３（［Ｃ］＋７）・・・・・・（１） 但し［Ｏ］：表面酸化した鉄粉末の酸素含有量（重量％
   ） ［Ｃ］：表面酸化した鉄粉末の炭素含有量（重量％）
2. （２）鉄粉が、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａ
   ｌ、Ｓｉの１又は２以上を合金成分として含有する鉄粉
   で、鉄の多孔体が強度、耐食性が改善された鉄の多孔体
   である、請求項（１）に記載の鉄の多孔体の製造方法
3. （３）平均粒径が５０μ以下の、Ｃを２．１％以上含有
   する鉄粉及び又はＣを２．１％以上含有し且つ表面を酸
   化せしめた鉄粉末と、平均粒径が５０μ以下の酸化鉄粉
   末及び又は炭素粉末とを、酸素含有量が第（２）式の混
   合粉末となる割合で混合する第１工程と、混合粉末を結
   合剤と混練して多孔質の高分子樹脂の骨格に塗着する第
   ２工程と、塗着生成物を加熱し高分子樹脂の骨格を除去
   し更に焼結還元する第３工程とを有する事を特徴とする
   、鉄の多孔体の製造方法 ［Ｏ］：４／３（［Ｃ］−２）〜４／３（［Ｃ］＋７）
   ・・・・・・（２） ［Ｏ］：混合粉末の酸素含有量（重量％） ［Ｃ］：混合粉末の炭素含有量（重量％） 但し２．１％＜［Ｃ］＜４．５％
4. （４）平均粒径が５０μ以下の、Ｃを２．１％以上含有
   する鉄粉及び又はＣを２．１％以上含有し且つ表面を酸
   化せしめた鉄粉末と、平均粒径が５０μ以下の酸化鉄粉
   末及び又は炭素粉末と、平均粒径が５０μ以下のＭｎ、
   Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｉの１又は２以
   上の合金粉末あるいは合金の化合物の粉末とを、酸素含
   有量が第（３）式の混合粉末となる割合で混合する第１
   工程と、混合粉末を結合剤と混練して多孔質の高分子樹
   脂の骨格に塗着する第２工程と、塗着生成物を加熱し高
   分子樹脂の骨格を除去し更に焼結還元する第３工程とを
   有する事を特徴とする鉄の多孔体の製造方法 ［Ｏ］＝４／３（［Ｃ］−２）〜４／３（［Ｃ］＋７）
   ・・・・・・（３） ［Ｏ］：混合粉末の酸素含有量（重量％） ［Ｃ］：混合粉末の炭素含有量（重量％） 但し２．１＜［Ｃ］＜４．５％