JPH0317204A - 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ら有効である。

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１０ＬＬｍ以下の微粉を含有させる必
要があるが、焼結および溶浸ぱ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
粗さが大きく、金型材として用いる時などに、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〕

本発明者らは上記課題の解決を鋭意検討した結果、鉄系
粉末に非金属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、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、鉄系粉末に非金属粉末を混合した後、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
一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１ 本発明においては、原料粉末として鉄系粉末に非金属粉
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。

非金属粉末の混合は、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。

非金属粉末の作用機構は、鉄系粉末間の焼結現象を疎外
することにより、最終的な寸法収縮を抑制するものと考
えられる。非金属粉末の形状は限定されるものでなく、
通常セラミック等で用いられる粉末形態やウィスカ一の
ような短繊維状粉末ち適用可能である。

混合量も限定されるものではないが、鉄系粉末の収縮に
寄与するＩＯμｍ以下の粉末の重量に対して７０重量％
以下が適当である。本発明者らの実験によれば，７０重
量％を超えると，１０μｍ以下の金属粉末の添加の効果
がうすれ、最終的な焼結体強度が劣ることがあり、好ま
しくない。

非金属粉末の粒度は，平均粒径が５００ｕｍを越えると
焼結体の表面粗さが大きくなるため５００ＬＬｍ以下が
望ましく、粒径が小さくなりすぎると充填性を劣化させ
強度が低下するため、少なくとも平均粒径０．ＩＬＬｍ
以上が望ましい。短繊維性粉末の場合、短径を代表径と
することで通常の粉末と対応がとれる。

非金属粉末の種類としてはアルミナ （ＡＩ２２　０３　）　、シリカ（Ｓｉ０２）等鉄系粉
末の焼結に際し著しい液相を出現させないものであれば
限定されない。又、溶浸金属との濡れ性を向上させるた
めの添加物を混合あるいは非金属粉末表面にコーティン
グした粉末を用いることも可能である。

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銅粉が用いられ、
充填密度と表面平滑性を高めるため、例えば、最大粒径
が５００ｕｍで、粒径１０ｕｍ以下の微粉を含有するも
のが好適に用いられる。

鉄系粉末と非金属粉末との混合には、通常の■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
。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、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ち極めて低い
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／ｃｍ″以下でよく、加圧
により充填性を向上させるだけでなく、成形型のエッジ
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、ｌｍＸｌｍ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、焼結と溶漫の工程を■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、表面粗さが小さい鉄一銅系
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
　〜２００ｕｍ）のアトマイズ純鉄粉４０重量部、平均
粒径２９μｍ（粒度範囲１５〜６３ｕｍ）のアトマイズ
純鉄粉２５重量部，平均粒径４．２ｕｍ（粒度範囲１０
μｍ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９６．５重
量部に、平均粒径４０ｉｉｍ（粒度範囲１５〜１００ｕ
ｍ）のアルミナ粉末を３．５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）０．３ＬＬｍ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、１０１
０℃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℃に昇濡し溶漫材を溶かして溶浸を進行
させた。１１３０℃における保持時間は１００分間とし
、そののち炉冷を行った。

冷却後、溶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１．７％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＝１．５ｕｍを得た。この値は、
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ｌ アルミナ粉末の混合を行わなかった他は、実施例ｌ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、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６７ＬＬｍ（粒度範囲１０〜１８０μｍ）のア
トマイズ合金鋼扮（１．５％Ｎｉ、０．５％Ｃｕ，０．
５％ＭＯ）９４．８重量部に対して、平均粒径３６μｍ
（粒度範囲１５〜６３ｕｍ）のアルミナ粉末５．２重量
部を混合し、他は実施例ｌ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０．９％であり、焼
結体の表面粗さはＲａ＝１．９ｕｍと満足できる値であ
つた。

比較例２ アルミナ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
Ｒ　ａ　＝　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、鉄一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
   製品を製造するに当り、鉄系粉末に非金属粉末を混合し
   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。