JPH05311205A - 焼結部品の製造方法 - Google Patents
焼結部品の製造方法Info
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- JPH05311205A JPH05311205A JP14823292A JP14823292A JPH05311205A JP H05311205 A JPH05311205 A JP H05311205A JP 14823292 A JP14823292 A JP 14823292A JP 14823292 A JP14823292 A JP 14823292A JP H05311205 A JPH05311205 A JP H05311205A
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 複雑３次元形状の焼結部品の脱脂工程を短縮
もしくは省略するために少ないバインダー使用量で製造
できる製造方法を提供する。 【構成】 本発明の一つは金属粉末とバインダーの混合
物を充填した型を高周波コイルの中に設置し、該高周波
コイルに高周波電流を流して前記混合物を加熱すること
により成形した成形体を脱脂および焼結を行う焼結部品
の製造方法である。また、もう一つの本発明は前記混合
物中のバインダー量を体積比０．０１％以上、１５％以
下添加する焼結部品の製造方法である。
もしくは省略するために少ないバインダー使用量で製造
できる製造方法を提供する。 【構成】 本発明の一つは金属粉末とバインダーの混合
物を充填した型を高周波コイルの中に設置し、該高周波
コイルに高周波電流を流して前記混合物を加熱すること
により成形した成形体を脱脂および焼結を行う焼結部品
の製造方法である。また、もう一つの本発明は前記混合
物中のバインダー量を体積比０．０１％以上、１５％以
下添加する焼結部品の製造方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属粉末を原料とした焼
結部品の製造方法に関する。
結部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より金属粉末とバインダの混合物を
プレス成形することにより成形体を得、しかるのち加熱
焼結することによって圧密化するプレス成形法が実施さ
れている。このプレス成形法は、プレス圧による粉末の
機械的な変形により形状を保持するため、添加バインダ
ー量はごく微量ですみ、特に脱脂工程を設けなくても焼
結によって圧密化することができるという利点がある。
しかし、このプレス成形法ではプレス方向にアンダカッ
トを有する製品は製造が困難であるという問題があっ
た。近年、金属製の３次元的複雑形状品を製造する方法
として金属粉末とバインダの混合物を金型内に射出する
ことによって成形し、所望する最終製品形状と相似形の
成形体を得た後、この成形体からバインダを加熱法等に
より除去し、しかるのち加熱焼結することによって圧密
化する金属粉末射出成形法が用いられるようになってき
た。この金属粉末射出成形法は射出する金型から成形体
が離型できる形状であれば成形可能であるため、プレス
成形のように成形体の形状が制約されることがなく、３
次元的な複雑形状の製品を得るのに適した方法である。
プレス成形することにより成形体を得、しかるのち加熱
焼結することによって圧密化するプレス成形法が実施さ
れている。このプレス成形法は、プレス圧による粉末の
機械的な変形により形状を保持するため、添加バインダ
ー量はごく微量ですみ、特に脱脂工程を設けなくても焼
結によって圧密化することができるという利点がある。
しかし、このプレス成形法ではプレス方向にアンダカッ
トを有する製品は製造が困難であるという問題があっ
た。近年、金属製の３次元的複雑形状品を製造する方法
として金属粉末とバインダの混合物を金型内に射出する
ことによって成形し、所望する最終製品形状と相似形の
成形体を得た後、この成形体からバインダを加熱法等に
より除去し、しかるのち加熱焼結することによって圧密
化する金属粉末射出成形法が用いられるようになってき
た。この金属粉末射出成形法は射出する金型から成形体
が離型できる形状であれば成形可能であるため、プレス
成形のように成形体の形状が制約されることがなく、３
次元的な複雑形状の製品を得るのに適した方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、金属粉末射出
成形法は、金型内に射出するため、金属粉末に流動性を
付与する必要があり、添加するバインダー量が、体積比
で３０〜５５％と多くする必要があった。そのため脱脂
工程に１５〜５０Ｈｒ程度の長時間を要すという問題点
を有している。したがって、金属粉末射出成形法では成
形体に含まれる多量のバインダーをいかに処理するかが
大きな課題となる。従来、脱脂時間の短縮と、変形や膨
れ等の脱脂不良を低減するために、バインダーの組成を
工夫したもの、温度、圧力、雰囲気等の脱脂処理条件で
対応する方法、処理治具やトレイで対応するもの等、多
くの提案がなされている。また、脱脂を加熱法によらず
溶媒中に浸漬し、抽出脱脂する方法も試みられている。
しかしながら、これらの方法はいずれもバインダーを体
積比で約３０％以上含むことを前提としており、脱脂焼
結時間を無視しえるほどの時間短縮とはなっていない。
また、多量のバインダーを除去する際に発生する、変形
や膨れ等の脱脂不良に対しても抜本的な対策とはなって
いない。本発明の目的は、粉末冶金技術において、特に
脱脂工程を設けなくても３次元的な複雑形状品が製造可
能な焼結物品の製造方法を提供することである。
成形法は、金型内に射出するため、金属粉末に流動性を
付与する必要があり、添加するバインダー量が、体積比
で３０〜５５％と多くする必要があった。そのため脱脂
工程に１５〜５０Ｈｒ程度の長時間を要すという問題点
を有している。したがって、金属粉末射出成形法では成
形体に含まれる多量のバインダーをいかに処理するかが
大きな課題となる。従来、脱脂時間の短縮と、変形や膨
れ等の脱脂不良を低減するために、バインダーの組成を
工夫したもの、温度、圧力、雰囲気等の脱脂処理条件で
対応する方法、処理治具やトレイで対応するもの等、多
くの提案がなされている。また、脱脂を加熱法によらず
溶媒中に浸漬し、抽出脱脂する方法も試みられている。
しかしながら、これらの方法はいずれもバインダーを体
積比で約３０％以上含むことを前提としており、脱脂焼
結時間を無視しえるほどの時間短縮とはなっていない。
また、多量のバインダーを除去する際に発生する、変形
や膨れ等の脱脂不良に対しても抜本的な対策とはなって
いない。本発明の目的は、粉末冶金技術において、特に
脱脂工程を設けなくても３次元的な複雑形状品が製造可
能な焼結物品の製造方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は脱脂工程の時
間短縮のために、バインダ添加量自体を減らす方法を検
討し、成形型内でバインダを固化し成形体形状を保持す
るようにすれば、バインダ量を低減できることを見いだ
し、そのバインダにより成形体を固化させるには、高周
波コイルによる加熱が好ましいことを見いだした。すな
わち、本発明は金属粉末とバインダーの混合物を充填し
た型を高周波コイルの中に設置し、該高周波コイルに高
周波電流を流して前記混合物を加熱することによって成
形し、得られた成形体を焼結することを特徴とする焼結
部品の製造方法である。また、本発明の方法ではバイン
ダー量は適量決められるが、バインダーは体積比で０．
０１％以上、１５％以下で添加することが好ましい。こ
れはバインダ量が体積比の０．０１％以下では高周波コ
イルで加熱しても成形体の形状を保持するのが難しく、
また１５％以上の添加はむやみに脱脂時間を長くする傾
向があるからである。
間短縮のために、バインダ添加量自体を減らす方法を検
討し、成形型内でバインダを固化し成形体形状を保持す
るようにすれば、バインダ量を低減できることを見いだ
し、そのバインダにより成形体を固化させるには、高周
波コイルによる加熱が好ましいことを見いだした。すな
わち、本発明は金属粉末とバインダーの混合物を充填し
た型を高周波コイルの中に設置し、該高周波コイルに高
周波電流を流して前記混合物を加熱することによって成
形し、得られた成形体を焼結することを特徴とする焼結
部品の製造方法である。また、本発明の方法ではバイン
ダー量は適量決められるが、バインダーは体積比で０．
０１％以上、１５％以下で添加することが好ましい。こ
れはバインダ量が体積比の０．０１％以下では高周波コ
イルで加熱しても成形体の形状を保持するのが難しく、
また１５％以上の添加はむやみに脱脂時間を長くする傾
向があるからである。
【０００５】
【作用】本発明法において、型内に充填されたバインダ
ーと金属粉末の混合体は、型の周囲のコイルに高周波電
流を流すことにより、金属粉末内あるいは型内に発生す
る渦電流によるジュール熱で加熱される。熱硬化性バイ
ンダーの場合は加熱、熱可塑性バインダの場合は加熱と
冷却により固化する機能を有していれば有機系、および
無機系いずれを使用することも可能である。有機バイン
ダーを用い、加熱温度が約２００℃以下の比較的低温の
場合、熱可塑性のバインダーでは、加熱後冷却すること
により成形体の形状保持が可能となり、型から成形体と
して取り出すことができる。また、熱硬化性バインダー
では特に冷却しなくても取り出しが可能である。これら
の場合では、成形体の形状保持手段はいずれもバインダ
ーの本来の結合力による。
ーと金属粉末の混合体は、型の周囲のコイルに高周波電
流を流すことにより、金属粉末内あるいは型内に発生す
る渦電流によるジュール熱で加熱される。熱硬化性バイ
ンダーの場合は加熱、熱可塑性バインダの場合は加熱と
冷却により固化する機能を有していれば有機系、および
無機系いずれを使用することも可能である。有機バイン
ダーを用い、加熱温度が約２００℃以下の比較的低温の
場合、熱可塑性のバインダーでは、加熱後冷却すること
により成形体の形状保持が可能となり、型から成形体と
して取り出すことができる。また、熱硬化性バインダー
では特に冷却しなくても取り出しが可能である。これら
の場合では、成形体の形状保持手段はいずれもバインダ
ーの本来の結合力による。
【０００６】加熱温度が５００℃以上の比較的高温の場
合は、熱可塑性、熱硬化性バインダーとも急速加熱によ
り部分的に炭化が発生し、主として炭化したバインダー
により、形状が保持される。さらに、７００℃以上の高
温加熱をすると、バインダーの炭化とともに、金属粉末
間で部分的な焼結が進行し、仮焼結の状態とすることも
可能である。以上のように、加熱温度により形状保持機
構は大きく３種類に分類できるが、型構造や成形サイク
ルを考慮すると２００℃前後の低温加熱が経済的であ
る。また、高温加熱により炭化した割合が多い場合は、
焼結時の雰囲気に水素を使用する等の対策を施さないと
焼結体の清浄度が悪くなるので、この点からも低温加熱
が有利である。バインダーには無機系を使う場合は、焼
結工程における昇温時に、バインダーが成形体から分離
しにくく、焼結後に炉内や焼結品内に残存するので、ガ
ス化して完全に除去可能な有機系のほうが取扱い易い。
バインダーは粉状にして金属粉末と混合するか、あるい
は金属粉末にコーティングし、金属粉末とバインダーの
混合物が粉体としての流動性を有しているものを用い
る。型への充填はこの流動性を利用し、型に振動を与え
ながら行うのが良い。
合は、熱可塑性、熱硬化性バインダーとも急速加熱によ
り部分的に炭化が発生し、主として炭化したバインダー
により、形状が保持される。さらに、７００℃以上の高
温加熱をすると、バインダーの炭化とともに、金属粉末
間で部分的な焼結が進行し、仮焼結の状態とすることも
可能である。以上のように、加熱温度により形状保持機
構は大きく３種類に分類できるが、型構造や成形サイク
ルを考慮すると２００℃前後の低温加熱が経済的であ
る。また、高温加熱により炭化した割合が多い場合は、
焼結時の雰囲気に水素を使用する等の対策を施さないと
焼結体の清浄度が悪くなるので、この点からも低温加熱
が有利である。バインダーには無機系を使う場合は、焼
結工程における昇温時に、バインダーが成形体から分離
しにくく、焼結後に炉内や焼結品内に残存するので、ガ
ス化して完全に除去可能な有機系のほうが取扱い易い。
バインダーは粉状にして金属粉末と混合するか、あるい
は金属粉末にコーティングし、金属粉末とバインダーの
混合物が粉体としての流動性を有しているものを用い
る。型への充填はこの流動性を利用し、型に振動を与え
ながら行うのが良い。
【０００７】型にはセラミック等の絶縁体か、銅等の導
電体を用いることができる。絶縁体を用いた場合は、高
周波電流は直に金属粉末に作用する。導電体を用いた場
合は、一部は型材である導電体に作用し、型温度を上昇
させることによって混合物の温度を上昇させることがで
きる。ここでコイルに流す高周波電流とは広義の意味の
交流電流をさす。原理的には商用周波数である低周波で
も可能であるが、１０００Ｈｚ以上の高周波帯域のほう
が装置としては作り易い。周波数が高くなると電流の浸
透深さが浅くなり、表層のみの加熱となるので、中心部
は充填時の状態を維持し固化しないが、成形品外郭が固
化すれば型からの取り出しが可能となり、成形の目的は
達成可能である。
電体を用いることができる。絶縁体を用いた場合は、高
周波電流は直に金属粉末に作用する。導電体を用いた場
合は、一部は型材である導電体に作用し、型温度を上昇
させることによって混合物の温度を上昇させることがで
きる。ここでコイルに流す高周波電流とは広義の意味の
交流電流をさす。原理的には商用周波数である低周波で
も可能であるが、１０００Ｈｚ以上の高周波帯域のほう
が装置としては作り易い。周波数が高くなると電流の浸
透深さが浅くなり、表層のみの加熱となるので、中心部
は充填時の状態を維持し固化しないが、成形品外郭が固
化すれば型からの取り出しが可能となり、成形の目的は
達成可能である。
【０００８】
【実施例】本発明の実施例について説明する。なお、本
発明は以下の実施例によって限定されるものではない。 （実施例１）平均粒径５μのカーボニル鉄粉１００容積
に対し、パラフィンワックスとポリエチレン樹脂粉末が
体積比１：３で構成されるバインダを０．０５から１８
容積加え、ブレンダー中で乾式混合しコンパウンドとし
た。一方、図２に示す横孔を有する円柱体形状の成形体
８を得るために、図１で示す形状のキャビティを有する
成形用型３をシリカ質の快削性セラミックにて製造し
た。この成形用型３は図１で示す断面を有しており、横
穴用ピン４、上型５および下型６で構成するものであ
る。
発明は以下の実施例によって限定されるものではない。 （実施例１）平均粒径５μのカーボニル鉄粉１００容積
に対し、パラフィンワックスとポリエチレン樹脂粉末が
体積比１：３で構成されるバインダを０．０５から１８
容積加え、ブレンダー中で乾式混合しコンパウンドとし
た。一方、図２に示す横孔を有する円柱体形状の成形体
８を得るために、図１で示す形状のキャビティを有する
成形用型３をシリカ質の快削性セラミックにて製造し
た。この成形用型３は図１で示す断面を有しており、横
穴用ピン４、上型５および下型６で構成するものであ
る。
【０００９】この成形用型３を図１に示す振動台７の上
にセットし、毎分約６００サイクルの振動を成形用型３
に加えながら、コンパウンド１を成形用型３の開口部よ
り注入した。その後、成形用型３の周囲に配置した銅製
の高周波コイル２に陽極電圧５ＫＶ、プレート電流７Ａ
にて２０ＫＨｚの高周波電流を７秒間印加した。これを
放置冷却した後、型を分解し、成形体を型から取りだし
た。この成形体を真空焼結炉に投入し、１０マイナス４
乗ｔｏｒｒより減圧した雰囲気で２５０℃／Ｈｒまたは
５０℃／Ｈｒの昇温速度で昇温し、１３００℃、２Ｈｒ
の焼結を行った。得られた焼結体の相対密度および焼結
状態を表１に示す。
にセットし、毎分約６００サイクルの振動を成形用型３
に加えながら、コンパウンド１を成形用型３の開口部よ
り注入した。その後、成形用型３の周囲に配置した銅製
の高周波コイル２に陽極電圧５ＫＶ、プレート電流７Ａ
にて２０ＫＨｚの高周波電流を７秒間印加した。これを
放置冷却した後、型を分解し、成形体を型から取りだし
た。この成形体を真空焼結炉に投入し、１０マイナス４
乗ｔｏｒｒより減圧した雰囲気で２５０℃／Ｈｒまたは
５０℃／Ｈｒの昇温速度で昇温し、１３００℃、２Ｈｒ
の焼結を行った。得られた焼結体の相対密度および焼結
状態を表１に示す。
【００１０】
【表１】
【００１１】表１に示すようにバインダの容積比が０．
０１以下の試料１では成形不良で焼結させることができ
ず好ましくないことがわかった。また、バインダの容積
比が１５％を越える試料９では、５０℃／Ｈｒの緩やか
な昇温速度であっても、昇温時に成形体が変形し、好ま
しくないものであった。一方本発明例である試料２ない
し８は９２％以上の焼結体密度が得られ、焼結体の変形
もないものであった。
０１以下の試料１では成形不良で焼結させることができ
ず好ましくないことがわかった。また、バインダの容積
比が１５％を越える試料９では、５０℃／Ｈｒの緩やか
な昇温速度であっても、昇温時に成形体が変形し、好ま
しくないものであった。一方本発明例である試料２ない
し８は９２％以上の焼結体密度が得られ、焼結体の変形
もないものであった。
【００１２】（実施例２）平均粒径１５μのＳＵＳ３０
４水アトマイズ粉を１００容積に対し、アクリル粉末を
４容積分加えボールミル中で混合したものに、さらにブ
レンダー中でステリアン酸亜鉛をＳＵＳ３０４水アトマ
イズ粉を１００容積に対し１容積分混合しコンパウンド
とした。これを実施例１と同型状のシリカ製の成形用型
とこれと同じ形状のキャビティを有する銅製の成形用型
を製作し、以下実施例１と同じ手順でコンパウンドの充
填と高周波電流の印加を行った。高周波電流を２５秒間
印加したのち放冷し所望の成形体を得た。この成形体を
真空焼結炉に投入し、２５０℃／Ｈｒのレートで昇温
し、１２８０℃、２Ｈｒの焼結を行った。得られた焼結
体の相対密度はシリカ製の成形用型の場合が９４．５
％、銅製の成形型の場合が９４．８％であり、シリカ製
および銅製の成形型ともに良好な焼結体が得られた。
４水アトマイズ粉を１００容積に対し、アクリル粉末を
４容積分加えボールミル中で混合したものに、さらにブ
レンダー中でステリアン酸亜鉛をＳＵＳ３０４水アトマ
イズ粉を１００容積に対し１容積分混合しコンパウンド
とした。これを実施例１と同型状のシリカ製の成形用型
とこれと同じ形状のキャビティを有する銅製の成形用型
を製作し、以下実施例１と同じ手順でコンパウンドの充
填と高周波電流の印加を行った。高周波電流を２５秒間
印加したのち放冷し所望の成形体を得た。この成形体を
真空焼結炉に投入し、２５０℃／Ｈｒのレートで昇温
し、１２８０℃、２Ｈｒの焼結を行った。得られた焼結
体の相対密度はシリカ製の成形用型の場合が９４．５
％、銅製の成形型の場合が９４．８％であり、シリカ製
および銅製の成形型ともに良好な焼結体が得られた。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば３次元的な複雑形状を有
する焼結物品を少ないバインダ量で製造することができ
るため、特に時間がかかっていた脱脂工程の時間を短縮
もしくは不要とすることができる。これにより、焼結物
品製造にかかる時間が著しく短くなり、製造効率を極め
て高いものとすることができる。
する焼結物品を少ないバインダ量で製造することができ
るため、特に時間がかかっていた脱脂工程の時間を短縮
もしくは不要とすることができる。これにより、焼結物
品製造にかかる時間が著しく短くなり、製造効率を極め
て高いものとすることができる。
【図１】本発明の製造方法における成形用型および高周
波コイルの配置を説明する図である。
波コイルの配置を説明する図である。
【図２】本発明の実施例で作成した成形体形状を示す図
である。
である。
１ コンパウンド ２ 高周波コイル ３ 横穴用ピン ４ 上型 ５ 下型 ６ 振動台 ７ 成形体
Claims (2)
- 【請求項１】 金属粉末とバインダーの混合物を充填し
た型を高周波コイルの中に設置し、該高周波コイルに高
周波電流を流して前記混合物を加熱することによって成
形し、得られた成形体を焼結することを特徴とする焼結
部品の製造方法。 - 【請求項２】 バインダーは体積比で０．０１％以上、
１５％以下添加することを特徴とする焼結部品の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14823292A JPH05311205A (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 焼結部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14823292A JPH05311205A (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 焼結部品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05311205A true JPH05311205A (ja) | 1993-11-22 |
Family
ID=15448224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14823292A Pending JPH05311205A (ja) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | 焼結部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05311205A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160013377A (ko) * | 2014-07-25 | 2016-02-04 | 연세대학교 산학협력단 | 분말 성형체 제조방법 및 분말 성형체 제조용 혼합분말 |
-
1992
- 1992-05-14 JP JP14823292A patent/JPH05311205A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160013377A (ko) * | 2014-07-25 | 2016-02-04 | 연세대학교 산학협력단 | 분말 성형체 제조방법 및 분말 성형체 제조용 혼합분말 |
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