JPH0432121B2 - - Google Patents

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JPH0432121B2
JPH0432121B2 JP57034110A JP3411082A JPH0432121B2 JP H0432121 B2 JPH0432121 B2 JP H0432121B2 JP 57034110 A JP57034110 A JP 57034110A JP 3411082 A JP3411082 A JP 3411082A JP H0432121 B2 JPH0432121 B2 JP H0432121B2
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sintering
metal
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、合金の成分金属類及び該金属類各々
の化合物類の微粒子混合物の成形体を焼結するこ
とにより合金部品を形成する方法に関する。
金属合金製の部品を形成するための従来の方法
のうち最も一般的な方法は、合金のブロツクを所
望の形状及び寸法に機械加工する方法である。こ
の方法による合金部品の製造コストは部品に要求
される精度と部品形成に必要な加工工程数によつ
て変わり、部品の形状が複雑であればコストが増
大する。なお、合金素材のうち製品である部品に
なつた部分以外の部分はスクラツプとして廃棄さ
れることもコストに影響する。
別の従来法として粉末冶金法があり、合金の粒
子(粉末)を加圧成形して焼結することによつて
合金部品を形成することができる。然しこの方法
で形成した合金部品の特性は必ずしも満足できる
ものではない。また、合金の微粒子の入手が難し
いことあるいは価格が非常に高い場合もある。合
金の成分金属各々の粉末を合金の組成に対応する
割合で混合して焼結することも試みられている
が、原料粒子表面に酸化物が生じて焼結を阻害し
易いという問題がある。
本発明は粉末原料の焼結で合金の部品を形成す
る方法に関し、合金素材の機械加工で得る部品と
同等あるいはそれ以上の特性を有する部品、特に
精密部品を比較的低コストで形成することができ
る方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明は金属類及び金属化
合物類の微粒子混合物の成形体を焼結することに
より所望形状の合金部品を形成する方法であつ
て、下記の工程から成る方法である。
(a) 目的合金の成分金属類及び該成分金属類各々
の酸化物類から選択し、少なくとも一種類の金
属及び少なくとも一種類の酸化物を含む二種類
以上の原料物質それぞれの粒形0.1−10μmの微
粒子と適当なバインダを混合して目的合金の組
成に対応した割合の前記成分金属類を含有する
均一混合物を得る工程、 (b) 前記混合物を所定の形状に成形する工程、 (c) 工程(b)で得た成形体から前記バインダを除去
する工程、および (d) 還元性雰囲気中で前記バインダ除去後の前記
成形体を焼結し、その際前記雰囲気の露点を前
記二種類以上の原料物質それぞれに関する露点
平衡曲線のすべての還元側領域に常時保持する
ように焼成温度を制御し、前記成形体中の金属
酸化物粒子がすべて金属に還元されるまでは焼
成温度を焼結温度より低く保ちながら焼成温度
及び焼成時間を前記成形体を構成する微粒子間
の金属の固相相互拡散により合金化達成に充分
なように設定し、焼成温度を次第に高めて焼結
を達成する工程。
本発明の方法では目的合金の成分金属類のうち
少なくとも1種類についてはその酸化物を原料と
し、金属微粒子と酸化物微粒子の混合物の成形体
(一般にグリーン・ボデイと呼ばれる)を還元性
雰囲気中で上述のように温度を制御しながら焼成
することによつて、先ず金属酸化物をすべて金属
に還元させ、金属微粒子間の固相相互拡散による
合金化を進めながら焼結させる。この方法では、
例えば、微粒子粉末が高価な金属あるいは微粒子
の形では取扱が困難な金属についてはその酸化物
の粉末を原料として使うことが可能であり、それ
によつて合金部品の製造コストを低減することが
できる。本発明の方法の焼成工程によつて原料金
属(当初酸化物であつた物を含めて)の完全な合
金化を達成することが可能であり、製品である焼
結体は合金としての特性に欠点の無い合金部品で
ある。
以下、本発明を更に詳しく説明する。
本発明の方法で使用する金属類及び金属酸化物
類の粒子の径は充分小さいことが必要であり、粒
径の好ましい範囲は0.1μmから10μmまでである。
例えばクロム等のある種の金属は非常に小径の
微粒子にすると爆発性が強くなるので、その種の
金属の粒子を使用する場合はその粒径を上記範囲
内で比較的大きくする。金属酸化物は金属単体と
比較すると表面エネルギーがかなり小さいので、
粒径1μm以下の微粒子にすることが容易であり、
そのような微粒子を使うことに特別の問題は無
い。
本発明の方法では少なくとも1種類の金属粒子
と少なくとも1種類の金属酸化物粒子の混合物を
原料とし、混合物中の金属元素の割合(原子比)
が目的合金の組成比に対応するように配合する。
例えばニツケルとクロムを含むステンレス鋼の部
品を製造する場合、鉄粉末、ニツケル粉末及び酸
化クロム粉末の混合物、鉄粉末、酸化ニツケル粉
末及び酸化クロム粉末の混合物あるいは酸化鉄粉
末、ニツケル粉末及び酸化クロム粉末の混合物を
原料とすることができる。
金属粒子と金属酸化物粒子の混合物に適当な公
知のバインダ、例えばパラフインワツクス、カル
ナウバワツクス、ポリエチレン等またはこれらの
混合物を添加混合して均一な組成物とする。
バインダを含む前記組成物を公知の方法で所望
の形状に成形してグリーン・ボデイとし、その後
グリーン・ボデイからバインダを適当な方法で除
去する。
バインダを除去した後グリーン・ボデイをオー
プン、キルン等に入れて還元性雰囲気中で焼成す
る。還元性雰囲気として、通常は、酸素を含まな
い乾燥水素を用いる。焼成の初めの段階では炉内
の還元性雰囲気温度を、グリーン・ボデイを構成
する原料の焼結温度よりは低いが使用した金属酸
化物を金属に還元するには充分な温度に保つ。そ
の際、炉内の還元性雰囲気の露点をグリーン・ボ
デイを構成する原料物質それぞれに関する露点平
衡曲線のすべての還元側領域に常時保持するよう
にする。例えば、鉄、ニツケル及びCr2O3から成
るグリーン・ボデイを水素雰囲気中で焼成してス
テンレス鋼の部品を形成する場合、炉内雰囲気の
露点を添付の図面のCr2O3についての露点平衡曲
線の右側、即ち還元側に保持する。酸化鉄および
酸化ニツケルについての平衡曲線は図示のCr2O3
平衡曲線よりはるかに左側にある。
使用した金属酸化物がすべて金属単体に還元さ
れると、バインダが既に除去された微粒子から成
るグリーン・ボデイの全体が金属微粒子の均質な
混合物になる。還元反応が完了したか否かは炉の
入口および出口での露点を調べることによつて判
定できる。即ち、酸化物が残存しているうちは水
素中での還元反応によつて水が生じるので、炉が
気密であれば、酸化物がすべて還元されると出口
での露点が入口での露点まで下がる。還元性雰囲
気中での焼成であるから、グリーン・ボデイ中の
金属粒子が酸化することはない。
グリーン・ボデイ中の金属酸化物をすべて金属
に還元するのに要する時間は原料物質の種類、還
元性雰囲気の種類、焼成温度、グリーン・ボデイ
の形状と寸法等によつて変わる。一般的には、グ
リーン・ボデイの厚さ0.127cm(0.05インチ)当
り1時間露点平衡曲線の右側の還元域で焼成すれ
ば充分である。
グリーン・ボデイ中の金属酸化物の還元と共に
金属微粒子間の固相相互拡散による合金化が始ま
る。相互拡散による合金化のために必要であれば
焼成温度を上げるが、その際も炉内雰囲気の露点
は上述のように保つ。最終的にはグリーン・ボデ
イを構成する微粒子の焼結に充分な温度まで焼成
温度を上げる。焼結の達成後炉内の温度を室温ま
で下げて焼結体を取り出す。
以上説明した方法によつて形成された合金部品
は合金の微粒子をを焼結して形成した合金部品よ
り優れた特性を有する。その理由は、合金の微粒
子表面が酸化しているために経済的観点から実施
可能な焼結方法では良好で充分な焼結が難しいた
めと考えられる。
以下、本発明を実施例について具体的に説明す
る。
実施例 粒径2−4μmの鉄粉末1420g、粒径2−4μmの
ニツケル粉末200g及び粒径1.5μmの酸化クロム
粉末560gを混合し、その混合物にバインダとし
てパラフインワツクス70.5g及びポリエチレン70
gを添加して150℃で2時間混合した。得られた
均一組成物を射出成形機で棒状のグリーン・ボデ
イに成形した。
オーブン内に無灰紙から成る吸収体を置き、そ
の上に前記グリーン・ボデイを置き、オーブンの
温度をゆつくり200℃まで上げ、その後3時間200
℃に保つてグリーン・ボデイからバインダを除去
した。
バインダを除去したグリーン・ボデイを炉に入
れ、炉内には1気圧で露点が−59.4℃(75〓)の
水素ガスを導入し、流通させた。炉内温度を1分
間に3.3℃(6〓)の速度で約788℃(1450〓)ま
で徐々に上げ、更に1分間に3.3℃(6〓)の速
度で約9267℃(1700〓)まで徐々に上げ、この温
度で5時間保持した。その後、炉内の雰囲気の露
点を露点平衡曲線より5.6℃(10〓)低く保ちな
がら迅速に1260℃(2300〓)まで昇温し、この温
度に1時間保持した。炉内雰囲気の露点を継続的
にモニターしたところ、その変化は添付の図面に
プロツトして(Cr2O3についての平衡曲線の右
側)示すとおりであつた。その後炉の運転を停止
して室温まで放冷した。
炉から取り出した棒状の焼結体は全体が均質の
ステンレス鋼であり、非磁性体であつた。
以上説明した本発明の方法は、目的合金の成分
金属類の一部が金属単体の微粒子として入手可能
であつてしかも一部の金属の酸化物が焼結温度以
下の温度で金属に還元可能な微粒子として入手可
能であれば、殆どあらゆる種類の合金製の部品の
製造に利用することができる。
本発明をその好ましい態様について詳細に説明
したが、多様な変更が可能なことは言うまでもな
く、本発明は上述の好ましい態様あるいは実施例
に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
図面はCr2O3、Fe2O3、WO2及びMoO2につい
て、炉温に対する1気圧の水素ガスの露点(〓)
を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 金属類及び金属化合物類の微粒子混合物の成
    形体を焼結することにより所望形状の合金部品を
    形成する方法であつて、 目的合金の成分金属類及び該成分金属類各々の
    酸化物類から選択し、少なくとも一種類の金属及
    び少なくとも一種類の酸化物を含む二種類以上の
    原料物質それぞれの粒形0.1−10μmの微粒子と適
    当なバインダを混合して目的合金の組成に対応し
    た割合の前記成分金属類を含有する均一混合物を
    得る工程(a)と、 前記混合物を所定の形状に成形する工程(b)と、 該工程(b)で得た成形体から前記バインダを除去
    する工程(c)と、 還元性雰囲気中で前記バインダ除去後の前記成
    形体を焼成し、その際前記雰囲気の露点を前記二
    種類以上の原料物質それぞれに関する露点平衡曲
    線のすべての還元側領域に常時保持するように焼
    成温度を制御し、前記成形体中の金属酸化物粒子
    がすべて金属に還元されるまでは焼成温度を焼結
    温度より低く保ちながら焼成温度及び焼成時間を
    前記成形体を構成する微粒子間の金属の固相相互
    拡散により合金化達成に充分なように設定し、焼
    成温度を次第に高めて焼結を達成する工程(d)と から成る合金成形部品形成方法。 2 前記二種類以上の原料物質が酸化クロム、鉄
    及びニツケルから成る特許請求の範囲第1項に記
    載の方法。 3 前記二種類以上の原料物質が酸化クロム、酸
    化鉄及びニツケルから成る特許請求の範囲第1項
    に記載の方法。 4 前記二種類以上の原料物質が酸化クロム、鉄
    及び酸化ニツケルから成る特許請求の範囲第1項
    に記載の方法。
JP3411082A 1982-03-05 1982-03-05 合金成分である金属粒子又は化合物粒子から成形合金部品を形成する方法 Granted JPS58153702A (ja)

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