JPH0625793A - 粉末冶金用Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末及びその製造方法並びに前記粉末を用いた焼結体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 粉末冶金用Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末であっ
て、鉄粉表面にＣｕ−Ｎｉ合金めっき層が形成されたも
のであり、且つ該複合粉末の組成がＣｕ：０．１〜１０
重量％、Ｎｉ：１〜２０重量％、残部Ｆｅび不可避不純
物から成る。 【効果】 鉄粉表面にＣｕ−Ｎｉ合金めっきを施すこと
によって鉄粉にＣｕ−Ｎｉ合金が均一に付着した粉末冶
金用のＦｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末を安価で効率良く製造
することができる。またかくして得られる複合粉末は圧
縮性においても優れたものであり、且つ焼結によりＣｕ
−Ｎｉ合金がＦｅと相互に拡散して均一な合金となるの
で、高密度で寸法安定性が高く且つ高強度の焼結体を与
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高密度且つ高強度でし
かも焼結時の寸法精度のばらつきの少ない焼結体を与え
ることのできる粉末冶金用Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末及
びその製造方法、更には上記のような焼結体に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】粉末冶金法は圧延，鍛造，鋳造等からな
る従来の製造プロセスを大きく書き換え、原料となる金
属粉末を圧縮成形後焼結して製品とする方法である。従
って粉末冶金法によれば、ＷやＭｏ等の高融点金属材
料，含油軸受やフィルター等の多孔質材料，超硬合金や
サーメット等の様に、従来の溶製法では製造が困難であ
った部材の製造が可能になる。そればかりか、非切削に
よる材料歩留まりの向上、高い寸法精度等の製造面での
利点、および溶製材で発生しやすい偏析や異方性が少な
いという材料面での利点等の様に溶製材では得られない
各種の長所があることから、従来溶製法によって製造さ
れていた各種部材を粉末冶金法におきかえて製造するこ
とも行なわれている。

【０００３】現在粉末冶金法によって製造されている焼
結体は自動車用部品として用いられるものが大半であ
り、とりわけ鉄焼結部材が汎用されている。この様な鉄
焼結部材については様々なものが知られており、例えば
強度，耐候性，耐摩耗性等の向上を図るという目的の下
に、主成分となる鉄粉に対し黒鉛や銅等の微粉末を混合
して焼結したものが知られている。また焼結部材の適用
範囲の拡大という観点から、焼結部材にはより高い靭性
や強度が要求される様になり、それを達成する手段とし
てＮｉやＭｏ等の合金元素を添加して合金化する方法も
知られている。ところで粉末冶金法によって高強度の鉄
焼結体を得る代表的な方法としては、プレミックス法と
プレアロイ法が知られている。

【０００４】プレミックス法とは、鉄粉と金属粉または
合金粉（以下、添加金属粉ということがある）を均一に
混合し、これを圧粉成形した後加熱焼結して添加元素を
固溶させる方法である。この方法は成形加工が比較的簡
単であるという利点を有しているが、圧粉成形までの段
階で鉄粉中の添加金属粉が比重差によって分離・偏析し
たり、あるいは焼結時における添加金属粉の拡散が十分
に進まないという難点があり、焼結体の強度や寸法にば
らつきを生じるという品質上の問題がある。

【０００５】これに対しプレアレイ法は、Ｎｉ，Ｃｕ，
Ｍｏ等の合金元素を予め鉄中に固溶させた合金鋼粉を使
用するものであり、プレミックス法で指摘した様な問題
は起こさない。ところがこの方法では、プレアロイ化し
て得られる合金鋼粉が鉄に比べて非常に硬質であるた
め、圧粉成形時の圧密化を十分に高めることができず、
高密度の焼結体が得られにくい。従って当該合金鋼の物
性を十分に生かすことができない。更にプレミックス法
に比べ工程が複雑で、組成の調整や成形加工が難しいと
いう問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】Ｃｕは焼結時に溶融し
て焼結を促進し強度を向上させる元素であり、一方Ｎｉ
は焼結部材の強度を向上させる元素である。またこれら
元素の添加はいずれも焼入性を向上させる効果があると
されている。この為Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ焼結部材の需要は
大きいが、従来の技術では、上記したような問題点が各
々あるため、均質で優れた機械特性を有する焼結体は得
られていなかった。

【０００７】本発明は上記のような従来技術の問題点に
着目してなされたものであって、その目的は、高密度且
つ高強度でしかも均質な焼結体を得ることのできる粉末
冶金用Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末、その製造方法及びそ
の様な特性を有する焼結体を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明は、粉末冶金用Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉
末であって、鉄粉表面にＣｕ−Ｎｉ合金めっき層が形成
されたものであり、且つ該複合粉末の組成がＣｕ：０．
１〜１０重量％、Ｎｉ：１〜２０重量％、残部Ｆｅ及び
不可避不純物から成ることに要旨を有する。かくして得
られるＦｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末を焼結して高密度且つ
高強度でしかも均質な焼結体が得られる。また本発明の
Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末は、鉄粉表面に予めＮｉ無電
解めっきを行った後にＣｕ−Ｎｉ無電解めっきを行うこ
とにより容易に得ることができる。

【０００９】

【作用】本発明者等は、優れた特性の焼結体を得られる
ような粉末冶金用粉末の構造に関して種々検討した結
果、予め鉄粉の表面にＣｕ−Ｎｉ合金をめっきしたＦｅ
−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末（以下「複合粉末」ということが
ある）を用いればよいということを見出した。この複合
粉末はＣｕ−Ｎｉ合金が表面にめっきされているので、
従来のプリミックス法の持つ合金元素の偏析や拡散性の
問題を解決するものである。また、Ｃｕ−Ｎｉ合金層が
めっきという形で複合粉末の表面近傍に存在するので、
粉末全体を合金化する従来のプリアロイ法の粉末に比
べ、圧粉成形時の圧密化を十分に高めることができ、高
密度の焼結体を得ることができる。

【００１０】従来より鉄粉表面にＣｕ単味又は、Ｎｉ単
味の金属めっきを施すことは試みられてきた（呂戊辰：
防蝕メッキと化学メッキ，昭和３６年２月，Ｐ４１６，
日刊工業新聞社等）。しかしながらこの場合、例えばＣ
ｕの添加量が増大するとＣｕ−Ｇｒｏｗｔｈと呼ばれる
異常膨張現象が発生し、それが大きな寸法変化として現
われるという問題があった。そこで本発明者等は種々検
討した結果Ｃｕ−Ｎｉを予め合金状態にして鉄粉にめっ
きすれば、Ｃｕ，Ｎｉ単味金属をめっきした粉末に比
べ、同じ重量割合でも膨張率が異なるということを見出
した。

【００１１】この様な現象が生じる原因については次の
様に考えられる。即ち、Ｃｕの単味金属の融点（又は液
相発生点）は１０８３℃であり、通常の焼結条件（１１
２０〜１１３０℃×３０分）ではＣｕは溶融して鉄粉粒
子間に浸透して合金化することによってＣｕ−Ｇｒｏｗ
ｔｈが発生するのであるが、Ｎｉ−Ｃｕ合金では融点
（又は液相発生点）が焼結温度より高く（１３１０
℃）、これらの合金が溶融せず固相拡散による合金化の
ために膨張は発生しないと考えられる。

【００１２】次に本発明のＦｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末の
組成についてその限定理由を述べる。まずＣｕは融点低
下及び強度向上の観点から含有させるものであるが、そ
の含有量は複合粉末全体に対して０．１〜１０重量％の
範囲が好ましい。これは含有量が０．１重量％未満では
焼結体の強度改善効果が不十分であり、一方、１０重量
％を超えると靭性が劣化するとともにＣｕ−Ｇｒｏｗｔ
ｈによる焼結体寸法のバラツキを生じる恐れがあるから
である。

【００１３】Ｎｉは靭性や焼入性を改善する為に含有さ
せるものであるが、その含有量は複合粉末全体に対して
１〜２０重量％の範囲が好ましい。含有量が１重量％未
満では焼結体の靭性改善効果が不十分であり、一方２０
重量％を超えるとそれ以上靭性改善効果が向上しないば
かりでなくコストアップとなる為である。

【００１４】次に本発明の複合粉末の製造方法について
述べる。鉄にＣｕ−Ｎｉ合金をめっきする方法として
は、電解めっき，無電解めっき，気相めっき法等が挙げ
られるが、本発明ではめっき対象が通常平均粒子径約３
００μｍ以下の鉄粉であるので、特に無電解めっき法が
推奨される。これは、めっき浴，めっき条件を変えるこ
とによってＣｕ−Ｎｉ合金めっきの組成の制御が容易で
あること、めっき工程が簡単でその設備も安価であり経
済的である等の理由による。

【００１５】また本発明者等は種々検討した結果、無電
解めっき法を用いて本発明の複合粉末を製造する場合、
予め鉄粉表面にＮｉの無電解めっきを行った後にＣｕ−
Ｎｉ合金の無電解めっきを行う必要があることを見出し
た。

【００１６】鉄粉の表面にＣｕやＮｉを単独でめっきす
る方法は、従来の無電解めっき技術を適用すればよい
が、これらの合金をめっきするにあたっては、ＣｕとＮ
ｉのイオン化傾向に差があるため両者のめっき浴が基本
的に異なり、従来技術の組合せではその製造は困難であ
る。例えば、鉄粉の表面にＣｕを単独にめっきする場
合、硫酸銅の水溶液で撹拌しながら所定量の鉄粉を投入
することによって容易にめっきできる。また、鉄粉表面
にＮｉを単独にめっきするには塩化ニッケル＋クエン酸
ナトリウムの水溶液中にヒドラジンを添加して還元する
いわゆる「化学めっき法」を採用すればそのＮｉめっき
量の管理等も容易に行うことができる。しかしながら、
本発明の複合粉末を製造する為には、単純に両者を組み
合せた方法は適切ではなく、鉄粉表面にまずＮｉ無電解
めっきを施した後にＣｕ−Ｎｉ合金無電解めっきを施す
必要があることを見出したものである。

【００１７】尚、本発明のＦｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末の
粒度は特に限定されないが、緻密で均質な焼結体を得る
目的から、平均粒径で３００μｍ以下であることが好ま
しい。これは平均粒径があまり大きくなると、焼結時の
合金化が悪化し、均一な組織が得られにくくなり、強
度，硬度等の特性のバラツキが生じるからである。

【００１８】かくして得られたＦｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉
末を常法に従って焼結することにより、高密度且つ高強
度でしかも焼結時の寸法精度のバラツキの少ない焼結体
を得ることができる。尚、焼結にあたり、例えば潤滑剤
等の各種添加剤を添加して焼結体の品質を更に高めるこ
とも勿論有効である。

【００１９】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を制限するものではな
く、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施するこ
とは全て本発明の技術的範囲に包含される。 実施例１ ＮｉＣｌ₂ ＋クエン酸アンモニウム＋ヒドラジンの水溶
液を撹拌しながら所定量の鉄粉を投入して予めめっき反
応を起こさせＮｉめっき層を形成した後、所定量のＣｕ
ＳＯ₄ 水溶液を添加して撹拌し、Ｃｕ：１．３５重量
％，Ｎｉ：３．７８重量％，残部ＦｅのＦｅ−Ｃｕ−Ｎ
ｉ複合粉末を得た。得られた複合粉末の表面は金属光沢
を呈しており、また鉄粉表面にほぼ均一にＣｕ−Ｎｉ合
金がめっきされていることが確認された。

【００２０】比較例１ Ｎｉの化学めっき用の無電解めっき浴であるＮｉＣｌ₂
＋クエン酸アンモニウム＋ヒドラジンの水溶液中に実施
例１と同量のＣｕＳＯ₄ 添加した後、撹拌しながら鉄粉
を投入してめっきを行った。その結果、Ｎｉは鉄粉表面
にめっきされたが、Ｃｕはこれらとは分離された状態で
金属Ｃｕの塊となっておりＣｕ−Ｎｉ合金めっき鉄粉は
得られなかった。尚、各試薬及び原料の添加量は実施例
１に準じた。

【００２１】比較例２ ＮｉＣｌ₂ ＋クエン酸アンモニウムの水溶液にＣｕＳＯ
₄ 水溶液を添加した後、撹拌しながら鉄粉とヒドラジン
を同時に投与した。その結果鉄粉と金属Ｎｉ及び金属Ｃ
ｕが各々分離した塊で存在し、Ｃｕ−Ｎｉめっき鉄粉は
得られなかった。

【００２２】実施例２ 高純度純鉄粉（Ｃ＜０．０１％（重量％、以下同じ），
Ｍｎ＜０．１０％，Ｐ＜０．０１％，Ｓ＜０．０１％，
Ｏ＜０．１５％）を母粉にして、実施例１に準じた方法
でＣｕ−Ｎｉ合金無電解めっきを施し、表１に示す組成
のＦｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末を作成した。尚、従来のプ
リミックス法で作製した複合粉末を比較例として挙げる
（No.１）。作製したNo.５（本発明例）の複合粉末とN
o.１（比較例）の複合粉末から各々３０ケずつサンプリ
ングして、Ｃｕ及びＮｉの分析を行い分析値の標準偏差
を求めた結果を図１に示す。本発明例の複合粉末No.５
は、比較例No.１に比べ成分のバラツキが非常に少な
い。これは本発明例が鉄粉に対する付着性及び均一性に
優れていることを示している。

【００２３】次に得られた複合粉末に潤滑剤としてステ
アリン酸亜鉛粉末を０．７５％添加して混合した後、金
型を用いて６トン／ｃｍ² の圧力で、幅１０ｍｍ×高さ
１０ｍｍ×長さ５５ｍｍの角棒及び内径２４ｍｍ×外径
６４ｍｍ×高さ１７ｍｍのドーナッツ状に圧粉成形した
後、窒素ガス雰囲気中で１３００℃×５０分間焼結して
焼結体を得た。

【００２４】得られた角棒状焼結体より平行部の直径６
ｍｍの引張試験片を切り出して引張強さを調べ、また角
棒状焼結体を用いて、ノッチなしで常温にてシャルピー
衝撃値を調べ表１に示す結果を得た。またドーナッツ状
焼結体のNo.1及びNo.５については、焼結前後の寸法を
測定（ｎ＝３０）し次式により寸法変化率の標準偏差を
求め、図２に示す結果を得た。 寸法変化率（％）＝（焼結後試験片の外径−焼結前試験
片の外径）×１００／焼結前試験片の外径

【００２５】

【表１】

【００２６】表１及び図２から明らかなように、本発明
の規定要件を満たす例（No.４〜１３）では比較例（No.
１〜３）よりも寸法変化率のバラツキが小さく、機械強
度も強い。これは本発明に係るＦｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉
末においては鉄粉表面にＣｕ−Ｎｉ合金が均一に付着し
ており、更に焼結時のＣｕ及びＮｉの拡散性が優れてい
ることを示している。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
鉄粉表面にＣｕ−Ｎｉ合金めっきを施すことによって鉄
粉にＣｕ−Ｎｉ合金が均一に付着した粉末冶金用のＦｅ
−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末を安価で効率良く製造することが
できる。またかくして得られる複合粉末は圧縮性におい
ても優れたものであり、且つ焼結によりＣｕ−Ｎｉ合金
がＦｅと相互に拡散して均一な合金となるので、高密度
で寸法安定性が高く且つ高強度の焼結体を与える。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で得たＦｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末のＣｕ
及びＮｉの分析値の標準偏差を対比して示すグラフであ
る。

【図２】実施例で得たＦｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末を用い
た焼結体の焼結時における寸法変化率の標準偏差を対比
して示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐久間 均 兵庫県神戸市灘区灘浜東町２番地 株式会 社神戸製鋼所神戸製鉄所内 (72)発明者 井硲 弘 兵庫県神戸市灘区灘浜東町２番地 株式会 社神戸製鋼所神戸製鉄所内 (72)発明者 藤原 和雄 兵庫県神戸市北区松が枝町３丁目４−６ (72)発明者 大屋敷 昭男 兵庫県加古郡稲美町中村451−13

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末冶金用Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末で
   あって、鉄粉表面にＣｕ−Ｎｉ合金めっき層が形成され
   たものであり、且つ該複合粉末の組成がＣｕ：０．１〜
   １０重量％、Ｎｉ：１〜２０重量％、残部Ｆｅ及び不可
   避不純物から成ることを特徴とする粉末冶金用Ｆｅ−Ｃ
   ｕ−Ｎｉ複合粉末。
2. 【請求項２】 予め前記鉄粉表面にＮｉ無電解めっきを
   行った後Ｃｕ−Ｎｉ合金無電解めっきを行うことを特徴
   とする粉末冶金用Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｉ複合粉末の製造方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の複合粉末を用いて焼結
   したものである焼結体。