JPH04323307A - タングステン重合金製品の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タングステン重合金の
原料粉末を有機バインダーと混練し、射出成形した成形
体を焼結することによって、複雑形状で且つ高強度のタ
ングステン重合金製品を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】タングステン重合金は約８０重量％以上
のタングステンと、ニッケル、鉄又は銅とからなり、特
にタングステン含有量が約９０重量％を越えるものはタ
ングステン超重合金と呼ばれ、小さくても大きな重量を
要する自動車のフライウエート、コンピューターＨＤＤ
用ウエイト、ＶＴＲヘッド等の用途の外、クイル、シャ
ンク、ボーリングバー等の機械的強度を必要とする用途
に使用されつつある。

【０００３】かかるタングステン超重合金を含めたタン
グステン重合金は、高融点のタングステンを含むので、
従来から粉末冶金法により製造されている。また最近で
は、所定の組成の混合粉末をプレス成形又はＣＩＰ成形
等の通常の加圧成形法により成形したのでは、製造でき
る製品の形状が限られ又寸法精度に限度があるため、混
合粉末に有機バインダーを混練し、射出成形により所望
とする最終製品と相似形の成形体を得た後、この成形体
を焼結する方法が検討されている。この射出成形により
得た成形体を焼結する方法では、複雑な三次元形状にも
対応でき且つ高い寸法精度が得られるので、機械加工な
しで最終製品が得られる利点がある。

【０００４】一般的に射出成形により得た成形体を焼結
する技術については、特公昭６３−４２６８２号公報や
特開昭６２−２５０１０２号公報等に開示されるように
、既に良く知られている。又、粉末に混練する有機バイ
ンダーについても、例えば特公昭５１−２９１７０号公
報に記載されたアタクチックポリプロピレン、ワックス
、パラフィン等の潤滑剤、或は特開昭５７−２６１０５
号公報に記載されたポリエチレン、ポリスチレン、蜜ロ
ウ等、各種のものが知られている。更に、射出成形によ
り得た成形体は有機バインダーを含むので焼結前に加熱
して脱バインダー処理を行う必要があるが、その際の成
形体の変形を防ぐための方法として、成形体表面を若干
酸化させて強度を高める方法、成形体をアルミナ粉末中
に埋め込んだ状態で脱バインダー処理する方法等が従来
行われていた。

【０００５】しかし、かかる射出成形を用いた粉末冶金
技術をタングステン重合金にそのまま適用することは困
難であった。即ち、タングステン重合金の成分系をなす
粉末は比重が大きいため、射出成形により得た成形体を
焼結前に加熱する脱バインダー処理において、成形体自
体の自重により成形体が変形すると言う問題があり、従
来行われていたアルミナ粉末中に成形体を埋め込む方法
によっても、完全に変形を抑えることは出来なかった。

【０００６】又、タングステン重合金では脱バインダー
処理によってもカーボンが残留しやすく、このため通常
は焼結後の製品中に約０．１重量％のカーボンが残留す
る。この残留カーボンのため製品の強度や靭性が著しく
低下し、加圧成形法を用いた通常の粉末冶金法により製
造した製品より強度及び靭性等が劣る製品しか得られな
かった。しかも、従来の脱バインダー処理においては、
成形体にクラックの発生や変形が起こることを防止する
ために、通常２０℃／時間以下の極めて遅い昇温速度し
かとれず、従って全体の脱バインダー処理に３０〜４０
時間と極めて長時間が必要であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
事情に鑑み、射出成形後の脱バインダー処理を改良する
ことにより、高い寸法精度で複雑な形状を有し、残留カ
ーボンが少なく強度に優れたタングステン重合金製品を
、生産性良く製造する方法を提供することを目的とする
。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明のタングステン重合金製品の製造方法において
は、タングステン粉末と、ニッケル粉末、鉄粉末又は銅
粉末とを所定の組成に混合し、この混合粉末に有機バイ
ンダーを混練して所定の形状に射出成形した後、成形体
をタングステン粉末中又は前記混合粉末と同一組成か若
しくは該組成に近い組成で少なくともタングステン粉末
を含む粉末中に埋め込み、非酸化性ガス中において最終
温度６００〜７５０℃まで加熱して成形体から有機バイ
ンダーを除去し、次に粉末中から取り出した成形体を水
素ガス中において焼結することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明方法は、射出成形を利用した粉末冶金法
によりタングステン重合金製品を製造するものであって
、タングステン重合金とは８０重量％以上のＷとＮｉ、
Ｆｅ又はＣｕとからなる合金で、Ｗ含有量９０重量％以
上のタングステン超重合金を含めたものである。原料粉
末はＷ粉末と、Ｎｉ粉末、Ｆｅ粉末及びＣｕ粉末の少な
くとも１種であり、これらをボールミルやアトライター
等を用いてアルコール等と共に混合すると同時に粉砕し
て混合粉末とする。これら原料粉末は良好な焼結性を得
るために２０μｍ以下の粒径が好ましく、特に混合及び
粉砕が不十分であると焼結性が阻害され真密度に近い焼
結体が得られないので、混合粉砕後の混合粉末の粒径は
５μｍ以下であることが望ましい。

【００１０】上記混合粉末は有機バインダーと混練した
後、通常のごとく射出成形により最終製品と相似形の成
形体に成形し、次に成形体の脱バインダー処理を行う。 本発明者らは脱バインダー処理中の成形体の変形防止に
ついて検討した結果、従来から一般に行われていたアル
ミナ粉末中に成形体を埋め込む方法では、タングステン
重合金に比べてアルミナの比重が軽すぎるためタングス
テン重合金粉末の成形体に変形が起こると判断し、鉄や
銅などの比重の大きい粉末中に成形体を埋め込むことを
考えた。しかし、鉄や銅などの粉末は成形体の成分と高
温下で反応しやすかったり、又成形体表面に付着した鉄
粉末が焼結工程に影響を及ぼしたりするので、正常なタ
ングステン重合金を得ることが困難であった。

【００１１】これらの点から、脱バインダー処理時に成
形体を埋め込む粉末としては、成形体を構成する各原料
粉末の混合粉末と比重がほぼ等しく、成形体と反応しに
くく且つ焼結に影響を与えない粉末が適当であることが
判り、種々検討のすえ、タングステン粉末、又は成形体
をなす混合粉末と同一組成の粉末、若しくはその混合粉
末に近い組成を有し少なくともタングステン粉末を含む
粉末を用いることにより成形体の変形を防止出来ること
が判った。又、処理雰囲気は成形体の酸化を抑えること
が出来ればよく、従って水素ガス、窒素ガス、或はアル
ゴン等の不活性ガスのような非酸化性ガス中で行うもの
とする。尚、有機バインダーについては従来から一般に
使用されていたもので良く、例えばパラフィン、ポリエ
チレン、ワックス等を単独で又は混合して用いることが
出来る。

【００１２】本発明方法により、上記粉末中に成形体を
埋め込んで脱バインダー処理を行えば、成形体は殆ど変
形せず射出成形時の形状をほぼ完全に維持することがで
き、しかも成形体の変形が起こらないので加熱による昇
温速度を２０〜５０℃／時間と従来のほぼ倍に速めるこ
とが可能であり、従って全体の脱バインダー処理時間も
１０〜３０時間と著しく短縮することが出来る。又、上
記バインダー処理により成形体中の残留カーボン量も０
．０２重量％以下となるので、焼結により高強度で特性
の優れたタングステン重合金製品が得られる。

【００１３】上記脱バインダー処理において、加熱によ
る最終温度は６００〜７５０℃に制御する必要がある。 最終温度が６００℃未満では成形体強度が弱く取り扱い
困難であり、又７５０℃を越えると成形体を埋め込んだ
粉末が成形体と反応を開始しやすく、後に成形体と粉末
の分離が困難になるからである。

【００１４】脱バインダー処理した成形体は、その後水
素ガス中において焼結する。焼結温度は通常はニッケル
、鉄又は銅の結合相の融点から＋５０℃までの範囲の温
度、好ましくは融点の＋３０℃〜＋４０℃の温度である
。結合相の融点未満で焼結しても緻密化し得るが、タン
グステン粒の成長が少なく十分な靭性が得られない。逆
に結合相の融点の＋５０℃を越えると重力によるタング
ステン重合金の変形が激しくなるため、寸法精度の優れ
た製品が得られなくなる。

【００１５】本発明方法により製造されるタングステン
重合金は、最終的な残留カーボン量が極めて少ないので
通常の粉末冶金法で製造したものと同等の強度など優れ
た特性を有し、しかも通常の粉末冶金法では達成出来な
かった優れた寸法精度を備えているので、焼結後に切削
等の機械加工を施さずそのまま各種製品として使用でき
る。特に最近では、医療分野において半減期の短い放射
性物質を人体に注射することによる患部の検査や放射線
治療が行なわれているが、タングステン重合金は放射線
遮蔽効果にも優れているので、ＵＳＰ第４，０６２，３
５３号明細書に記載されるような放射性物質用注射器の
外周に装着して医師や看護婦を放射線被曝から保護する
ための放射線遮蔽カバーとして用いることも出来る。

【００１６】

【実施例１】原料粉末としてＷ粉末、カーボニルＮｉ粉
末、カーボニルＦｅ粉末及び電解Ｃｕ粉末（いずれも粒
径２〜３μｍ）を用意し、各粉末を組成が重量比で９５
．０％Ｗ−３．０％Ｃｕ−１．６％Ｎｉ−０．４％Ｆｅ
となるように混合し、アトライターで６時間粉砕混合し
、１５０メッシュの篩で篩分けした。篩を通過した混合
粉末３０ｋｇに有機バインダーとして３００ｇのポリエ
チレンと６００ｇのワックスを添加し、ニーダで３時間
混練した。この混練物を２０ｔｏｎの型締力を持つ射出
成形機を用い、縦２０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ５ｍｍの
製品２ケ取りの金型を温度４０℃に保持し、射出成形を
行った。得られた成形体をＷ粉末中に埋め込み、窒素ガ
ス中において昇温速度３０℃／時間で３００℃まで加熱
してその温度に５時間保持し、次に昇温速度５０℃／時
間で７００℃まで加熱して脱バインダー処理した。その
後、脱バインダー処理した成形体を水素ガス雰囲気中で
１４００℃で焼結した。

【００１７】得られた焼結体は、密度が１８．１０ｇ／
ｃｍ３で、通常のプレス成形後に焼結したものと同様の
組織を有し、１００倍の光学顕微鏡による観察でも巣や
パッチは存在せず、正常なＷ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｆｅ系超重
合金であることが確認された。又、このＷ超重合金の硬
度はＨＶで３１０であり、引張強度は６０ｋｇ／ｍｍ２
であることから、通常のプレス成形後に焼結したものと
比較して同レベルの機械的特性を有することが判った。 更に、成形体の脱バインダー時の歪みについても、得ら
れた焼結体の寸法測定から０．０５ｍｍ以下の歪みに抑
えられていることが判った。

【００１８】

【実施例２】原料粉末としてＷ粉末、カーボニルＮｉ粉
末及びカーボニルＦｅ粉末（いずれも粒径２〜３μｍ）
を用意し、各粉末を組成が重量比で９７．０％Ｗ−２．
０％Ｎｉ−１．０％Ｆｅとなるように混合し、アトライ
ターで６時間粉砕混合し、１５０メッシュの篩で篩分け
した。篩を通過した混合粉末３０ｋｇに有機バインダー
として１０００ｇのパラフィンを添加し、ニーダで２時
間混練した。この混練物を実施例１と同じ射出成形機を
用いて、直径１５ｍｍ×長さ６０ｍｍ×厚さ１．５ｍｍ
のパイプ状製品１ケ取りの金型を温度４０℃に保持し、
射出成形した。得られた成形体を原料として用いた上記
混合粉末と同一組成（９７．０％Ｗ−２．０％Ｎｉ−１
．０％Ｆｅ）の粉末中に埋め込み、０．１ａｔｍの窒素
ガス中において昇温速度３０℃／時間で７００℃まで加
熱して脱バインダー処理を行った。次に、脱バインダー
処理した成形体を水素ガス雰囲気中で１４５０℃で焼結
した。

【００１９】得られた焼結体は、密度が１８．５０ｇ／
ｃｍ３で、通常のプレス成形後に焼結したものと同様の
組織を有し、１００倍の光学顕微鏡による観察でも巣や
パッチは存在せず、正常なＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系超重合金で
あることが確認された。又、このＷ超重合金の硬度はＨ
Ｖで３３０であり、引張強度は６５ｋｇ／ｍｍ２である
ことから、通常のプレス成形後に焼結したものと比較し
て同レベルの機械的特性を有することが判った。成形体
の脱バインダー時の歪みについても、得られた焼結体の
寸法測定から０．１ｍｍ以下の歪みに抑えられているこ
とが判った。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、射出成形法による成形
体の脱バインダー処理を改善することにより、成形体の
変形を抑えながら、有機バインダーを短時間でほぼ完全
に除去できるので、高い寸法精度で複雑な形状を有し同
時に強度に優れたタングステン重合金製品を生産性良く
安価に製造することが出来る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　タングステン粉末と、ニッケル粉末、鉄
   粉末又は銅粉末とを所定の組成に混合し、この混合粉末
   に有機バインダーを混練して所定の形状に射出成形した
   後、成形体をタングステン粉末中又は前記混合粉末と同
   一組成か若しくは該組成に近い組成で少なくともタング
   ステン粉末を含む粉末中に埋め込み、非酸化性ガス中に
   おいて最終温度６００〜７５０℃まで加熱して成形体か
   ら有機バインダーを除去し、次に粉末中から取り出した
   成形体を水素ガス中において焼結することを特徴とする
   タングステン重合金製品の製造方法。
2. 【請求項２】　　粉末中に埋め込んだ成形体を加熱する
   場合の昇温速度が２０〜５０℃／時間であることを特徴
   とする、請求項１記載のタングステン重合金製品の製造
   方法。