JPH04308005A - 鉄粉を用いた金属成形体の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転炉ダスト精製鉄粉及
び粒鉄または矩形鉄粉（鉄ウイスカーをいう）を主原料
とする金属成形体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業機械及び金属部品の技術分野
において、積層、鍛造、鋳造等の方法があるが、成形性
、コスト、技術の面で問題があり、これらの方法では製
造困難な物や、材質あるいは形状の関係から仕上げの面
倒な部品等に、例えば、特開平２−１４１５０２号公報
に示されるように、金属粉末を主原料として、所望の形
状を有する型に充填し、プレス成形、焼結して部材品を
製造する方法が知られていた。

【０００３】そして、該方法においては、バインダーと
してパラフィン、カルナウバワックス、マイクロクリス
タン、ポリエチレンワックス等のワックス類、アクリル
樹脂、酢酸セルロース、ポリビニールアルコール等の有
機性物質などが使用されている。この金属粉とバインダ
ーの１種又は２種以上を用いて、これらを混練し、この
混練したものを金型に充填しプレス等で加圧成形し、更
にこれを、焼結炉にいれて加熱脱脂後約１２５０℃まで
昇温して焼結していた。また、炉内には粉末粒子の酸化
を防ぐための真空装置や、還元雰囲気が必要なための水
素ガス、アンモニア分解ガス等が使用されていた。

【０００４】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、上記方
法による金属焼結品の製造方法は以下のような問題点を
有していた。 ■１２５０℃という高温、且つ真空下で焼結が行われる
ので、設備が大型で、複雑なものとなり、設備費の増大
を招く。そして、高温処理であるので脱脂を行う必要が
あり、処理工程が複雑となる。 ■高温度に加熱するので、収縮による変形が起こり寸法
精度が悪い。 ■加熱脱脂、焼結時に酸化が起こるので、真空または還
元性雰囲気が必要である。 ■従来の粉末冶金法では原料として還元鉄粉や、電解鉄
粉が用いられるので、非常にコスト高となる。

【０００５】一方において、製鉄所の転炉操業中に鉄粉
ダストが舞い上がり、これを集めて精製すれば転炉ダス
ト精製鉄粉（ＯＧＰという）となるが、現在のところ該
転炉ダスト精製鉄粉の有効利用がなされておらず、適当
に塊状化し原料として還元されていた。本発明は上記事
情に鑑みてなされたもので、製鉄所で発生する転炉ダス
ト精製鉄粉の有効利用とウイスカーの活用により、高密
度で且つ低コストの鉄粉を用いた金属成形体の製造方法
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的に沿う請求項第
１項記載の鉄粉を用いた金属成形体の製造方法は、転炉
ダスト精製鉄粉にウイスカーを１５〜７０％添加後、少
量の熱硬化性樹脂を添加混練し、次いで、該混練鉄粉を
金型に充填し、２ｔ／ｃｍ２　以上の圧力下でプレス成
形し、該成形体を加熱して硬化させて構成されている。

【０００７】また、請求項第２項記載の鉄粉を用いた金
属成形体の製造方法は、転炉ダストを磨鉱しその粒度を
１０〜７４μｍ；５〜３０％、７４〜１４９μｍ；５０
〜７０％；１４９〜５００μｍ；５〜２０％とした転炉
ダスト精製鉄粉に、１〜４ｍｍのウイスカーを１５〜７
０％添加し、適当量のレゾールとノボラックを添加して
再混練し、次いで該混練鉄粉を金型に充填し、２ｔ／ｃ
ｍ２　以上の圧力下でプレス成形し、該成形体を１５０
〜２５０℃で焼成した、特に自動車用カウンターウエイ
トに適するようにして構成されている。ここで、ウイス
カーとは釘の先端部を鋭利に削る場合に発生する切屑を
使用するのが好ましいが、他の切削屑あるいは線材等か
ら加工して製造された髭状物であっても良い。

【０００８】

【作用】請求項第１項記載の鉄粉を用いた金属成形体の
製造方法においては、転炉ダスト精製鉄粉にウイスカー
を１５〜７０％添加後、少量の熱硬化性樹脂を添加混練
し、該混練鉄粉を金型に充填し、２ｔ／ｃｍ２　以上の
圧力下でプレス成形しているので、これによって所定の
形状の成形体が出来上がる。そして、これを加熱するこ
とによって、熱硬化性樹脂を硬化させているが、ここで
加熱温度は熱硬化性樹脂の硬化温度まで加熱すれば充分
であるので、比較的低い温度で加熱することになり、こ
れによって製品寸法の狂いが少なくて済む。更に、内部
にはウイスカーが１５〜７０％混入されているので、骨
材として働いて強度が増加し、充填密度が更に向上して
比重も増加する。

【０００９】請求項第２項記載の鉄粉を用いた金属成形
体の製造方法においては、転炉ダストの粒度分布を１０
〜７４μｍ；５〜３０％、７４〜１４９μｍ；５０〜７
０％；１４９〜５００μｍ；５〜２０％とし、更にこれ
にウイスカーを１５〜７０％混入しているので、粗粒と
細粒の混合比率が理想的であり、しかもウイスカーが骨
材として働くので、強度が増加し、比重も大きくなる。 ここで、本発明においては、ウイスカーの投入量を１５
〜７０％としているので、この理由について説明すると
、仮にウイスカーの混入量が外分で１５％以下であれば
、カウンターウエイトに成形した際の嵩比重が比較的小
さく、またウイスカーが骨材として有効に働かないので
、特性強度の向上が期待できない。そして、ウイスカー
の混合量を外分で７０％以上とした場合には、カウンタ
ーウエイトの嵩密度は上昇するが、成形体の強度及び成
形性が悪いからである。次に適当量のレゾールとノボラ
ックを混入するが、レゾールは０．５〜２．０重量％、
ノボラックは２．０〜５．０重量％の範囲内が良く、こ
れらの添加量以下であると焼結後の強度不足をもたらし
、これらの添加量以上であると焼結時に膨張、亀裂が発
生する。また、レゾールの添加量が多過ぎると寸法精度
が悪くなるので、減らすようにするのが好ましい。次に
、金型に投入して２ｔ／ｃｍ２　以上の圧力下で加圧成
形を行うが、これによって充填密度の高い成形品が製造
される。そして、１５０〜２５０℃の温度で該成形品を
焼成するが、これによってフェノール樹脂が硬化する。 この場合、温度が高過ぎるとフェノール樹脂が飛んでし
まい、低過ぎるとフェノール樹脂が硬化しない。

【００１０】

【実施例】続いて、本発明を具体化した実施例につき説
明し、本発明の理解に供する。酸素転炉操業における発
生ガスを非燃焼状態で処理する際に、捕集される粗粒ダ
ストを精製して転炉ダスト精製鉄粉（ＯＧＰ）を製造し
た。この転炉ダスト精製鉄粉の成分はＴ・Ｆｅ＞９２％
で金属鉄を９０％以上有している。そして、その粒度分
布は多少のバラツキを有するが表１の通りである。この
転炉ダスト精製鉄粉に鉄ウイスカーを混合する。この鉄
ウイスカーは髭状となって最小が長さ１ｍｍ×径０．５
ｍｍ程度、最大が長さ４ｍｍ×径２ｍｍ程度を使用する
。ここで、粒度（長さをいう）が１ｍｍ以下の場合には
、転炉ダスト精製鉄粉の平均粒径（≒１００〜１２０μ
ｍ　）に対し、最低でも約１０倍以上の大きさのウイス
カーでないと、空隙率がゼロに近い密度の高い金属成形
体を構成できなくなる。また、製品の重量が小さい場合
には製品の厚みの少なくとも１／２〜１／３以下が理想
的である。従って、製造しようとするカウンターウエイ
トの厚みが薄い部分で８ｍｍ程度であるので、粒径が４
ｍｍ以下のものを使用する必要がある。

【００１１】

【表１】

【００１２】上記の転炉ダスト精製鉄粉にバインダーと
して熱硬化性樹脂の一例であるフェノール樹脂を所定量
混合する。即ち、該混合物にアルカリ触媒（フォルマリ
ン／フェノール＝１以上）にて造られた液状のレゾール
を転炉ダスト精製鉄粉とウイスカーとの混合物に対して
約１重量％混ぜて、均一に混練した後、酸触媒（フォル
マリン／フェノール＝１以下）にて造られた粉末状のノ
ボラックを転炉ダスト精製鉄粉の約３重量％になるよう
に添加し、均一に混合する。この場合、その添加順序は
、レゾールが液体でありノボラックは粉末であるため、
まず上述の転炉ダスト精製鉄粉に液体のレゾールを添加
混練して転炉ダスト精製鉄粉の表面を均一に被い、その
後、粉体のノボラックを添加して再混練すると、鉄粉及
びウイスカーの周囲に均一にノボラックが付着する。

【００１３】ここで、上記ウイスカーの転炉ダスト精製
鉄粉に対する混合比率を外分で、１５％、２０％、３５
％、７０％とした場合で、該混合物を４５ｍｍ×７９ｍ
ｍ×１３ｍｍの型に充填して２ｔ　／ｃｍ２　、５ｔ　
／ｃｍ２　で成形した結果を表２に示す。なお、該金属
成形体の焼成はグリーンのバリ取り（ヤスリ使用）実施
後、焼成炉（乾燥炉を含む）にて大気中で１５０〜２５
０℃（好ましくは２００℃）で熱硬化させる。そして、
この焼成パターンを図１に示す。図１に示すように、最
初の期間はレゾールの水分抜きを行い、その後徐々に加
熱してノボラックの分解、硬化を行う。

【００１４】

【表２】

【００１５】表２には比較の為に、ウイスカーを混入し
ない転炉ダスト精製鉄粉のみの場合の同一条件での金属
成形体の強度を示すが、表２及び図２に示すように、ウ
イスカーを入れた方が強度及び密度の点において優れる
ことが分かる。なお、他の熱硬化性樹脂として尿素樹脂
、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、エ
ポキシ樹脂等があり、これらを使用することも可能であ
る。

【００１６】

【発明の効果】請求項第１項及び第２項記載の鉄粉を用
いた金属成形体の製造方法においては、以上の説明から
明らかなように原料として転炉ダスト精製鉄粉の他にウ
イスカーを混入しているので、骨材として働き、強度が
大きくなり密度が向上する。また、その製造方法におい
ては、比較的低温で樹脂を硬化させているため、設備費
が安く、しかも加熱する為のエネルギーコストも安い。 そして、混合した樹脂が鉄粉の酸化を防ぐための真空設
備や水素ガス、アンモニア分解ガス等の還元雰囲気の為
の設備等も不要となる。更には、加熱温度が低いので常
温降下に伴う熱収縮も小さく、従来の方法による成形品
に比較して寸法精度が良い。特に、請求項第２項記載の
鉄粉を用いた金属成形体の製造方法のように、自動車の
振動防止用カウンターウエイト（例、４４×７８×１２
ｍｍの板からなる）に適用した場合、従来よりコストが
安く、充分な強度と、嵩比重を有する寿命の長い製品を
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属成形体の焼成条件を示すグラフである。

【図２】ウイスカー配合率と嵩比重を示すグラフである
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　転炉ダスト精製鉄粉に粒鉄または矩形
   鉄粉を１５〜７０％添加後、少量の熱硬化性樹脂を添加
   混練し、次いで、該混練鉄粉を金型に充填し、２ｔ／ｃ
   ｍ２　以上の圧力下でプレス成形し、該成形体を加熱し
   て硬化させたことを特徴とする鉄粉を用いた金属成形体
   の製造方法。
2. 【請求項２】　　転炉ダストを磨鉱しその粒度を１０〜
   ７４μｍ；５〜３０％、７４〜１４９μｍ；５０〜７０
   ％；１４９〜５００μｍ；５〜２０％とした転炉ダスト
   精製鉄粉に、１〜４ｍｍの粒鉄または矩形鉄粉を１５〜
   ７０％添加し、適当量のレゾールとノボラックを添加し
   て再混練し、次いで該混練鉄粉を金型に充填し、２ｔ／
   ｃｍ２　以上の圧力下でプレス成形し、該成形体を１５
   ０〜２５０℃で焼成した、特に自動車用カウンターウエ
   イトに適する鉄粉を用いた金属成形体の製造方法。