JPH04247808A - 複合焼結品の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複合焼結品の製造方
法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、
異種の金属または合金等の組合わせの自由度を高め、高
生産性で多機能性を実現することのできる複合焼結品の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】高密度、かつ高強度を有し、
三次元の複雑形状の金属製品を量産するための技術とし
て、射出成形粉末冶金法が最近注目されており、各種の
技術分野で広くその実用化が進展しつつある。この射出
成形粉末冶金法は、一般的には次のような工程によって
構成されている。

【０００３】すなわち、まず、平径粒径数μｍ〜数十μ
ｍ程度の微細な金属または合金の粉末と有機系の結合剤
とを所定の割合で均一に混練し、射出成形装置によって
所定形状の金型キャビティー中に射出成形し、金型から
脱型して射出成形体を得る。次いで、有機系のバインダ
を昇華法、溶剤抽出法、加熱分解法等によって除去し、
さらに不活性あるいは還元性の保護雰囲気下、あるいは
真空下に加熱焼結する。　　通常、この焼結によって、
射出時の成形体よりも体積で１０％以上収縮し、理論値
の９５％以上の密度の焼結品が得られている。また、必
要に応じて、さらにサイジィング、コイニング、熱処理
、切削加工等の後処理を施して最終製品としてもいる。

【０００４】このような工程からも明らかなように、射
出成形粉末冶金法は、金属粉末とバインダとの混練物を
金型内において成形する点で、従来より知られているプ
レス式粉末冶金法と技術的に共通している点がある。し
かしながら一方で、この射出成形粉末冶金法は、ア）添
加する有機系結合剤の量が格段に多く、イ）成形は射出
によりなされ、しかも、ウ）三次元の複雑形状の成形体
が容易に得られること等の点においてプレス式粉末冶金
法とは大きく相違している。

【０００５】このように、射出成形粉末冶金法は特徴の
ある方法であるが、射出成形法であるが故の制約があっ
た。この制約は、射出成形では三次元複雑形状品の成形
が容易であるものの、異種の金属または合金を用いての
複合品の製造が困難であるという点にある。すなわち、
射出成形は、素材の均一性が技術的に前提となることか
ら、複合品の成形には本質的な限界がある。仮に異種材
料の複合品成形が考えられたとしても、その接合界面の
接合強度はほとんど期待できないと考えられていた。

【０００６】一方、プレス式粉末冶金法では複合品の製
造は可能であるものの、三次元の複雑形状品を製造する
ことは極めて困難であった。複合成形品については、金
属または合金の種類に応じて特有の機能を複合的に発現
することのできるものとして、機能的に、しかも高価な
機能材料と低価な材料との組合せが自在になるものとし
て期待されているが、これまでの技術によっては、三次
元複雑形状の複合品の製造はほとんど不可能であるのが
実情であった。　　この発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、従来の射出成形粉末冶金法の
特徴を生かしつつ、これまでの方法によっては成形困難
であった三次元の複雑形状を有する２種以上の異種金属
または合金から、容易に、かつ、高性能品として製造す
ることのできる新しい複合品、特に、その複合焼結品の
製造方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の通り
の課題を解決するものとして、金属または合金の粉末を
高分子量または超高分子量のバインダと混合・混練して
射出成形した成形品を所定の型内に配置し、異種金属ま
たは合金の粉末を前記バインダと混合・混練したものを
前記型内に射出成形し、次いで、得られた複合成形体を
保護雰囲気下に加熱してバインダを除去し、保護雰囲気
下または真空中において加熱焼結してなることを特徴と
する複合焼結品の製造方法を提供する。

【０００８】この発明において使用することのできる金
属、合金の種類については特段の限定はないが、多機能
性を実現するとの観点に沿って、その組合せを選択する
。たとえば歯車の成形を例にとると、耐摩耗性が要求さ
れる歯面部には耐摩耗合金を用い、それ以外にはより安
価な鉄系の金属あるいは合金を用いるなどの対応が可能
となる。

【０００９】耐摩耗合金に代わるものとしてＷＣ５０重
量％程度以上を含有する炭化物等を、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ
の鉄系金属または合金を結合材として、これにさらにバ
インダを混合・混練して使用することもできる。射出成
形のために、金属または合金の粉末に混合・混練するバ
インダとしては、分子量１００，０００　〜５００，０
００　程度の高分子量バインダ、あるいは分子量１，０
００，０００　〜３，０００，０００　程度の超高分子
量バインダを好適なものとして用いることができる。高
分子量のバインダとしては、たとえばエチレン酢酸ビニ
ル共重合樹脂が、また、超高分子量のバインダとしては
、たとえばポリブテンなどを例示することができる。

【００１０】このバインダには、成形性の向上のために
滑剤、可塑剤等の他の成分を添加することもできる。た
とえば滑剤としては、オレフィンワックスを好ましいも
のとして用いることができる。一般的には、これらの有
機配合成分は、およそ１５重量％以下で配合するのが好
ましい。あまり多すぎる場合には、射出成形性がそこな
われるので好ましくない。

【００１１】混合・混練に際しては、金属または合金の
粉末は、その粒径を３０μｍ以下、より好ましくは１０
μｍ以下とする。より微粒化された粉末は、表面エネル
ギーが高いことから、この発明の複合焼結品の製造には
好適である。射出成形は、一般的には２５０　℃以下、
より好ましくは１８０　℃以下の温度条件下に行うのが
好ましい。

【００１２】射出成形によって成形した複合成形体は、
次いで脱脂処理として保護雰囲気に加熱し、前記高分子
量または超高分子量のバインダを好ましくはその残存量
が１重量％以下にまで除去する。この時の雰囲気は、窒
素、アルゴン等の不活性ガスや水系等の還元性ガスによ
って保護雰囲気とする。通常、この時の加熱は、５〜５
０℃／時程度の速度で昇温し、４５０　〜５５０　℃程
度まで加熱する。

【００１３】次いで、この脱脂処理した複合成形体は、
同様の保護雰囲気下、もしくは真空下に加熱して焼結す
る。焼結は、たとえば１２００〜１５００℃程度におい
て行われる。もちろん、素材となる金属または合金の種
類によってこの焼結温度や焼結時間は、相違してくる。 射出成形、そして焼結のための装置、金型等については
従来公知の手段をはじめとする適宜なものを使用するこ
とができる。操作条件の細部についても様々な態様が可
能である。

【００１４】次に実施例を示し、さらに詳しくこの発明
の複合焼結金とその製造方法について説明する。

【００１５】

【実施例】実施例１ 図１に示した工程に沿って複合焼結品を製造する。 ＜ａ＞　　まず、平径粒径４μｍのＷＣ９０重量％の炭
化物粉末を、結合剤としてのＣｏ粉末（１．４　μｍ）
の１０重量％とともに平均分子量約２，０００，０００
　の超高分子量のポリブデン、オレフィンワックスおよ
び可塑剤と混合・混練する。この時の有機成分の配合量
は６重量％とする。

【００１６】この混練物を、図１に示したように、金型
（１）（２）内に射出成形し、脱型した後に、ゲート（
３）およびスプール（４）を除去し、リング状成形体（
５）を得る。この射出成形時の温度は１８０　℃とした
。 ＜ｂ＞　　このリング状成形体（５）を、別の金型（６
）（７）に配置し、Ｆｅ−Ｃｏ合金の粉末（１２μｍ）
を、上記同様のバインダ、ワックスおよび可塑剤の６重
量％と混合・混練したものを１９０　℃の温度において
、射出成形する。

【００１７】なお、前記リング状成形体（５）を金型（
６）（７）に配置する場合、この成形体（５）と金型（
６）（７）との寸法のクリアランスがあり、このまま射
出成形すると成形体（５）は射出圧力によって破壊され
る危険がある。このため、成形体（５）をあらかじめ室
温以上５０℃程度に加熱して金型（６）（７）内に配置
するのが好ましい。 ＜ｃ＞　　射出成形後にゲート処理し、複合化されたリ
ング状成形体（８）を得る。

【００１８】この得られた成形体（８）を、昇温速度２
０℃／時で昇温して５２０　℃に加熱し、脱脂処理した
。この時、水素ガス雰囲気下で処理した。その後、１４
００℃までは昇温速度１００　℃／時で昇温した。なお
、１０００℃までは水素ガス雰囲気下で処理した。次い
で、５×１０−４Ｔｏｒｒの真空下に１４００℃で焼結
した。

【００１９】得られたリング状複合焼結品（９）の内側
リング（１０）と外側リング（１１）との密着は強固で
、実用製品として何ら問題はなかった。 実施例２ 複合焼結品として歯車を製造した。この場合は、図２に
示したように、実施例１とは逆に、まずＦｅ−Ｃｏ−Ｎ
ｉ合金の粉末から歯車の軸周辺部の成形体（１２）を射
出成形し、これを所定の金型内に配置して超硬合金粉末
を用いてのギヤー形状部（１３）の射出成形を行った。 ギヤー形状部（１３）の射出成形は、ピンゲート方式を
採用した。このため、ピンとゲートとの位置を合致させ
ておくために、位置止めピンを設けた。

【００２０】アルゴン雰囲気下に脱脂し、次いで焼結し
て所定の歯車焼結品（１４）を得た。強度特性は優れた
ものであった。

【００２１】

【発明の効果】この発明の製造により、以上詳しく説明
した通り、三次元の複雑形状品であっても、異種金属ま
たは合金間の接合強度の大きな複合焼結品が提供される
。多機能成形品として今後の応用分野の拡大が期待され
る。すなわち、 １）　　全く異なった機能を一体化し、耐磨耗と耐食性
、被削性等々の諸機能を複合化することができる。 ２）　　安価な材料の部分使用が可能となり、省コスト
、省資源効果が優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】

【図２】各々、この発明の複合焼結品の製造例を示した
工程図である。

【符号の説明】

１，２　　　　金型 ３　　　　ゲート ４　　　　スプール ５　　　　リング状成形体 ６，７　　　　金型 ８　　　　リング状成形体 ９　　　　リング状複合焼結品 １０　　　　内側リング １１　　　　外側リング １２　　　　軸周辺部成形体 １３　　　　ギヤー形状部 １４　　　　歯車焼結品

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属または合金の粉末を高分子量また
   は超高分子量のバインダと混合・混練して射出成形した
   成形品を所定の型内に配置し、異種金属または合金の粉
   末を前記バインダと混合・混練したものを前記型内に射
   出成形し、次いで、得られた複合成形体を保護雰囲気下
   に加熱してバインダを除去し、保護雰囲気下または真空
   中において加熱焼結してなることを特徴とする複合焼結
   品の製造方法。
2. 【請求項２】　　分子量１００，０００　〜５００，０
   ００　の高分子量のバインダを混合・混練する請求項１
   の複合焼結品の製造方法。
3. 【請求項３】　　エチレン酢酸ビニル共重合樹脂をバイ
   ンダとする請求項２の複合焼結品の製造方法。
4. 【請求項４】　　分子量１，０００，０００　〜３，０
   ００，０００　の超高分子量のバインダを混合・混練す
   る請求項１の複合焼結品の製造方法。
5. 【請求項５】　　ポリブテンをバインダとする請求項４
   の複合焼結品の製造方法。
6. 【請求項６】　　オレフィンワックスを滑材として混合
   ・混練する請求項１の複合焼結品の製造方法。
7. 【請求項７】　　請求項１の複合焼結品において、超硬
   合金または金属炭酸化物と鉄系元素の金属または合金の
   結合材とからなる混合粉末をバインダと混合・混練して
   射出成形した成形品の製造方法。
8. 【請求項８】　　射出成形品をあらかじめ型内に配置し
   た後に、鉄系元素金属または合金の粉末をバインダと混
   合・混練したものを型内に射出成形してなる請求項７の
   高硬度複合焼結品の製造方法。