JPH07228901A - 粉末冶金用混合粉末の見掛密度調整法および粉末冶金用混合粉末 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 粉末冶金用鉄系原料粉末の表面に、結合剤を
用いて粉末潤滑剤を付着させることとし、該潤滑剤の付
着量を変えることによって見掛密度を調整する。 【効果】 粉末潤滑剤の一部もしくは全部を結合剤によ
って鉄系原料粉末表面に付着せしめ、その付着量を適宜
調節することによって、粉末冶金用混合粉末としての見
掛密度を圧粉成形装置の性能或は最終燒結製品の要求特
性に応じて自由に調節することができ、あるいは圧粉成
形装置の性能や最終燒結製品の要求特性に応じた見掛密
度の粉末冶金用原料粉末を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粉末冶金用鉄系原料粉
末の特性を変えることなく、該粉末の見掛密度を任意の
値に調整することのできる方法、およびその方法によっ
て見掛密度の調整された粉末冶金用混合粉末に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】軸受けなどを始めとする様々の機械部品
を粉末冶金法により製造するに当たっては、焼結製品の
強度や耐摩耗性あるいは切削性等の特性を改善するた
め、種々の合金粉末が混合される。また、これら合金粉
末の混合に際しては、圧縮成形金型と粉末あるいは粉末
同士の摩擦を抑制し、圧粉成形性や圧縮率を高めると共
に金型寿命を延長する目的で、原料粉末に潤滑剤が配合
される。

【０００３】ここで使用される粉末冶金用原料粉末の見
掛密度は、圧縮成形金型への充填量や圧縮比などを決定
する上で正確に把握しておかなければならない原料特性
の一つであり、その測定は、合金粉末や潤滑剤等の配合
された原料粉末を所定寸法のロートを用いて所定容量の
計量容器内に自然落下させて充填し、該充填物の質量と
体積とから求められる。この見掛密度は、主として原料
粉末の形状特性と粒度分布に依存するが、最近では、添
加される粉末潤滑剤の種類や粒度構成によっても大きく
依存することが確認されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで粉末潤滑剤は
金属石鹸類と非金属石鹸類に大別されるが、その種類に
よって冶金用粉末に及ぼす影響はかなり異なり、例えば
非金属石鹸類の中でも代表的なエチレンビスアマイドを
潤滑剤として使用した混合粉末の見掛密度は、金属石鹸
類の中で代表的なステアリン酸亜鉛を添加したものに比
べると約０．３ｇ／ｃｍ³ 程度も低くなり、また添加量
の影響についても、例えば図１に示す如く約０．４重量
％の添加で最大となり、該添加量を外れる何れの領域で
も見掛密度は小さくなる。この様に粉末潤滑剤の配合さ
れた冶金用混合粉末では、使用する潤滑剤の種類や添加
量によって見掛密度が大きく変わってくるため、潤滑剤
の種類と添加量を定めた上で混合粉末の見掛密度を調整
することは非常に難しい。

【０００５】本発明は上記の様な事情に着目してなされ
たものであって、その目的は、鉄系粉末をベースとする
粉末冶金用混合粉末において、粉末潤滑剤の種類や添加
量等に関わらず該混合粉末の見掛密度を任意に調整する
ことのできる方法、及びその方法によって見掛密度の任
意に調整された粉末冶金用混合粉末を提供しようとする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る見掛密度調整法の構成は、粉末冶
金用鉄系原料粉末の表面に、結合剤を用いて粉末潤滑剤
を付着させることとし、該潤滑剤の付着量を変えること
によって見掛密度を調整するところに要旨を有するもの
である。ここで使用される粉末潤滑剤として最も好まし
いのは、ステアリン酸亜鉛および／またはエチレンビス
アマイドを主成分とするものであり、また結合剤として
最も好ましいのは、スチレン−ブタジエン共重合体およ
び／もしくはエチレン−プロピレン共重合体である。そ
して本発明に係る粉末冶金用混合粉末は、上記の様にし
て見掛密度を調整したものであるところに特徴を有して
いる。

【０００７】

【作用】上記の様に本発明では、粉末冶金用鉄系原料粉
末の表面に、結合剤を用いて粉末潤滑剤を付着させるこ
ととし、該潤滑剤の付着量によって見掛密度を調整する
ものである。即ち本発明者らが種々研究を重ねたところ
によると、粉末冶金用鉄系原料粉末に粉末潤滑剤を配合
して粉末冶金用混合粉末を調製する際に、結合剤を用い
て鉄系原料粉末への粉末潤滑剤の付着量をコントロール
してやれば、該付着量に応じて全体としての混合粉末の
見掛密度が高められ、任意の見掛密度に調整し得ること
が確認された。

【０００８】粉末潤滑剤を結合剤によって鉄系原料粉末
に付着させることにより見掛密度が高められる理由は、
異形の鉄系原料粉末の窪みを埋める様に粉末潤滑剤が付
着し、個々の粉末が球形に近づくことによって比表面積
が小さくなり、全体として見掛密度が高められるものと
考えている。そして結合剤の配合量を多くして粉末潤滑
剤の付着量を増大すると、得られる混合粉末の個々の粒
子形状は益々球形に近づくことになり、従ってその付着
量に応じて見掛密度が高まるので、該付着量を適宜調整
することによって任意の見掛密度の混合粉末を得ること
ができるのである。

【０００９】本発明を実施するに当たり、粉末潤滑剤や
結合剤の好ましい配合量は鉄系原料粉末の粒度や粒形等
によって変わってくるので一律に決めることはできない
が、標準的な配合量として示すならば、混合粉末全量中
に占める比率で粉末潤滑剤は０．３〜１．５重量％、よ
り好ましくは０．５〜１．２重量％、結合剤は０．０５
〜０．５０重量％、より好ましくは０．０８〜０．２０
重量％の範囲である。しかして、粉末潤滑剤の配合量が
不足する場合は、本来の潤滑作用が有効に発揮されなく
なるばかりでなく、見掛密度向上効果も不十分となって
本発明で意図する様な見掛密度調整効果が得られにくく
なり、逆に多過ぎる場合は、圧粉成形後に行われる焼結
工程で悪影響が表われてくるからである。また、結合剤
が不足する場合は、鉄系原料粉末への粉末潤滑剤の付着
が不十分となって見掛密度調整効果が得られにくくな
り、一方多過ぎると、焼結工程で悪影響が表われてくる
からである。

【００１０】なお、結合剤を用いた鉄系原料粉末への粉
末潤滑剤の付着は、鉄系原料粉末と粉末潤滑剤との混合
物に結合剤の揮発性溶剤希釈液を添加してから混合し、
攪拌して溶剤を揮発除去する方法（溶液型付着法）によ
って行うのが好ましく、この方法を採用すれば、鉄系原
料粉末に対する粉末潤滑剤の接着をより簡単かつ強固に
行うことができると共に、粉末潤滑剤の選択度も広くな
るという利点が得られる。

【００１１】また、使用される粉末潤滑剤はその全量を
鉄系原料粉末に付着さても勿論構わないが、見掛密度の
要求度によってはその一部のみを原料粉末表面に付着さ
せ、残部は単に混合するだけでもよい。この場合、付着
すべき粉末潤滑剤は前記溶剤型付着法によって付着せし
め、溶剤を揮発除去した後に残部の粉末潤滑剤を添加し
て均一に混合すればよい。この様にして原料粉末への粉
末潤滑剤の付着量を適宜調節することにより、粉末冶金
用混合粉末としての見掛密度を任意に調整することがで
きる。

【００１２】本発明で用いられる粉末潤滑剤の種類には
特に制限がなく、例えばステアリン酸リチウム、ステア
リン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸系粉
末潤滑剤；ステアリン酸アミン（ステアリン酸モノアマ
イド）、エチレン、ビスステアリルアミン（エチレンビ
スアマイド）等の非金属石鹸系粉末潤滑剤等が全て使用
できるが、これらの中でも特に好ましいのは、比較的少
量で高い潤滑効果を発揮すると共に見掛密度調整効果に
も優れたステアリン酸亜鉛やエチレンビスアマイド或は
これらの複合溶融混合物である。また、結合剤の種類に
も同様に格別の制約はなくアクリル樹脂系、セルロース
エステル樹脂系、ポリエステル樹脂系、ポリウレタン樹
脂系、酢酸ビニール樹脂系等公知の様々の結合剤を使用
できるが、これらの中でも特に好ましいのは、比較的少
ない使用量で優れたバインダー効果を発揮すると共に、
焼結工程では低温で分解消失するスチレンーブタジエン
共重合体あるいはエチレン−プロピレン共重合体を主成
分とする有機高分子系の結合剤であり、それらの好まし
い分子量は、結合力と均一分散性の双方を考慮すると、
スチレン−ブタジエン共重合体は重量平均分子量で１万
〜１００万、より好ましくは５万〜５０万、エチレン−
プロピレン共重合体は同じく重量平均分子量で１万〜１
００万、より好ましくは５万〜５０万のものである。

【００１３】鉄系原料粉末としては、最も一般的な鉄・
鋼粉末の他、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｔｉ、Ｃｏの如
き様々の合金元素を１種以上含有する鉄基合金粉末を使
用することができる。また本発明の混合粉末には、更に
他の成分として粉末冶金製品の強度、耐摩耗性、切削性
等の各種物性を改善するため、銅、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、
黒鉛、ＭｎＳ、Ｐ、Ｓ等の物性改善成分を複合添加する
ことも可能であり、それら物性改善成分の一般的な配合
量は、混合粉末全量中に占める比率で０．１〜３重量％
程度である。

【００１４】

【実施例】次に本発明の実施例を示すが、本発明はもと
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。

【００１５】実施例１：鉄粉と潤滑剤の混合粉末 鉄粉（神戸製鋼所製商品名「アトメル３００Ｍ」：平均
粒径７０μｍ）に潤滑剤（ステアリン酸亜鉛：平均粒径
２５μｍ）を混合粉末に対して０．８％（重量比：以下
同じ、サンプルＡ）、０．７％（サンプルＢ）、０．６
％（サンプルＣ）、０．５％（サンプルＤ）、０．４％
（サンプルＥ）、０．３％（サンプルＦ）、０．２％
（サンプルＧ）、０．１％（サンプルＨ）夫々添加し、
ハイスピードミキサー型混合機で２分間混合した後、ト
ルエンで８％に希釈した結合剤［スチレン−ブタジエン
共重合体（配合比３０対７０：重量平均分子量約１０
万）］を各々の混合粉末に対して２％添加した。次いで
ミキサー内を真空にして１５分間撹拌することにより溶
剤を蒸発させ、鉄粉の表面に潤滑剤を付着させた。

【００１６】最後に潤滑剤（ステアリン酸亜鉛：平均粒
径２５μｍ）を混合粉末に対して０％（サンプルＡ）、
０．１％（サンプルＢ）、０．２％（サンプルＣ）、
０．３％（サンプルＤ）、０．４％（サンプルＥ）、
０．５％（サンプルＦ）、０．６％（サンプルＧ）、
０．７％（サンプルＨ）夫々添加して２分間混合し、粉
体特性と圧粉体特性調査用の供試粉とした。また比較粉
として結合剤を全く使用することなく、鉄粉に潤滑剤
０．８％を加えて均一に混合しただけの比較混合粉末
（サンプルＩ）についても同様にして特性を評価した。

【００１７】尚、見掛密度の測定はＪＩＳ−Ｚ２５０
４、流動度の測定はＪＩＳ−Ｚ２５０２に準じて行なっ
た。圧粉体密度とラトラー値は、１１．２８ｍｍφの金
型に試料を７ｇ充填し５トン／ｃｍ² の成形圧力で成形
した成形体によって測定した。また抜き圧は、外径３０
ｍｍ、内径１０ｍｍのリング状金型に試料を５０ｇ充填
して５トン／ｃｍ² の成形圧力で成形し、成形体を金型
から取り出すときの単位面積当たりの抜き出し力によっ
て求めた。結果を表１におよび図２〜図６に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１からも明らかな様に、結合剤による潤
滑剤の付着量を増加することにより、見掛密度の増加と
流動度の低下がほぼ直線的に推移していることが分か
る。しかし、圧縮性、成形性、抜き圧の特性値について
は大きな差は見られない。

【００２０】尚、結合剤としてスチレン−ブタジエン共
重合体の好ましい分子量は、重量平均分子量で１万以上
１００万以下、より好ましくは５万以上５０万以下の範
囲であり、分子量が小さすぎる場合は、結合剤としての
作用が全体的に不足気味となり、一方分子量が大きすぎ
る場合は混合ムラを起こし易くなる傾向が表れてくるこ
とを確認している。

【００２１】実施例２：鉄粉と黒鉛粉、銅粉および潤滑
剤の混合粉末 鉄粉（神戸製鋼所製商品名「アトメル３００Ｍ」：平均
粒径７０μｍ）に黒鉛粉末（天然黒鉛：平均粒径３μ
ｍ）を混合粉末に対して０．８％（重量比：以下同
じ）、銅粉末（アトマイズ銅粉：平均粒径３０μｍ）を
混合粉末に対して２．０％および潤滑剤（エチレンビス
アマイド：平均粒径１０μｍ）を混合粉末に対して０．
５％を加え、ハイスピードミキサー型混合機で２分間混
合した後、トルエンで８％に希釈した結合剤［エチレン
−プロピレン共重合体（配合比８０対２０：重量平均分
子量約１０万）、サンプルＪ］を混合粉末に対して２％
添加した。次いでミキサー内を真空にして１５分間撹拌
することにより溶剤を蒸発させ、黒鉛粉と潤滑剤を鉄粉
表面に付着させた。この段階で第１サンプルを採取し、
後述の気流法による黒鉛付着度測定用の供試粉とした。

【００２２】最後に潤滑剤（エチレンビスアマイド：平
均粒径１０μｍ）を混合粉末に対して更に０．５％添加
して２分間混合し、粉体特性と圧粉体特性測定用の第２
サンプルとした。

【００２３】また比較粉としては、結合剤を添加する前
の初回添加潤滑剤を混合せず、最後の段階で潤滑剤（エ
チレンビスアマイド：平均粒径１０μｍ）を混合粉末に
対し０．８％添加して均一に混合したもの（サンプル
Ｋ）と、結合剤を全く使用しなかったもの（サンプル
Ｌ）および潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．８％を使
用し結合剤を用いなかったもの（サンプルＭ）を用いて
同様の特性評価を行なった。

【００２４】まず、第１サンプルを用いた気流法による
カーボン付着度の測定は、図７に示す様なニュークリポ
アフィルター１（網目１２μｍ）を備えた漏斗状のガラ
ス管２（内径１６ｍｍ、高さ１０６ｍｍ）を使用し、こ
れに試料粉末Ｐ（２５ｇ）を入れて下方より窒素ガスを
０．８リットル／分の速度で２０分間流し、次式よりカ
ーボン付着度を求めた。

【００２５】カーボン付着度＝［窒素ガス流通後炭素分
析値（％）／窒素ガス流通前 炭素分析値（％）］×１００（％） また第２サンプルの粉体特性と圧粉体特性は、前記実施
例１と同様の方法で評価した。結果を表２，３に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】表２からも明らかである様に、本発明品
は、黒鉛粉と潤滑剤が結合剤によって鉄粉表面に付着さ
れているためカーボン付着率が高く、発塵や偏析の抑制
にも有効であることが分かる。

【００２９】また表３からは、ステアリン酸亜鉛を単に
混合しただけのものでも、見掛密度は３．３６ｇ／ｃｍ
³ （サンプルＭ）であって、潤滑剤としてエチレンビス
アマイドを用いた単純混合物の見掛密度は、３．１２ｇ
／ｃｍ³ （サンプルＬ）に比べて０．２４ｇ／ｃｍ³ も
低く、潤滑剤の種類によって混合粉末の見掛密度はかな
り変わってくることが分かる。結合剤により黒鉛粉を鉄
粉に付着させると（サンプルＫ）、見掛密度は３．２５
ｇ／ｃｍ³ となりサンプルＬに比べて０．１３ｇ／ｃｍ
³ 高まるが、結合剤としてステアリン酸亜鉛を単純混合
したサンプルＭには及ばない。しかしながら、本発明品
（サンプルＪ）は、潤滑剤を結合剤により０．５％付着
させているため、結合剤としてエチレンビスアマイドを
使用したものでも、ステアリン酸亜鉛を用いたサンプル
Ｍとほぼ同じ見掛密度が得られている。

【００３０】また本発明品は、流動度についても比較粉
に比べて著しく改善されており、また圧縮性、成形性、
抜き圧の特性はいずれも同等以上の値を示している。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、粉
末潤滑剤の一部もしくは全部を結合剤によって鉄系原料
粉末表面に付着せしめ、その付着量を適宜調節すること
によって、粉末冶金用混合粉末としての見掛密度を圧粉
成形装置の性能或は最終焼結製品の要求特性に応じて自
由に調節することができ、あるいは圧粉成形装置の性能
や最終焼結製品の要求特性に応じた見掛密度の粉末冶金
用原料粉末を提供し得ることになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の粉末冶金用混合粉末における粉末潤滑剤
の添加量と見掛密度の関係を例示するグラフである。

【図２】本発明の実施例で得た粉末冶金用混合粉末にお
ける粉末潤滑剤の付着量と見掛密度の関係を示すグラフ
である。

【図３】本発明の実施例で得た粉末冶金用混合粉末にお
ける粉末潤滑剤の付着量と流動度の関係を示すグラフで
ある。

【図４】本発明の実施例で得た粉末冶金用混合粉末にお
ける粉末潤滑剤の付着量と圧粉体密度の関係を示すグラ
フである。

【図５】本発明の実施例で得た粉末冶金用混合粉末にお
ける粉末潤滑剤の付着量とラトラー値の関係を示すグラ
フである。

【図６】本発明の実施例で得た粉末冶金用混合粉末にお
ける粉末潤滑剤の付着量と抜出し圧力の関係を示すグラ
フである。

【図７】黒鉛付着率の測定に用いた装置を示す断面説明
図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末冶金用鉄系原料粉末の表面に、結合
   剤を用いて粉末潤滑剤を付着させることとし、該潤滑剤
   の付着量を変えることによって見掛密度を調整すること
   を特徴とする粉末冶金用混合粉末の見掛密度調整法。
2. 【請求項２】 粉末潤滑剤がステアリン酸亜鉛および／
   またはエチレンビスアマイドを主成分とするものである
   請求項１に記載の調整法。
3. 【請求項３】 結合剤がスチレン−ブタジエン共重合体
   および／もしくはエチレン−プロピレン共重合体である
   請求項１または２に記載の調整法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の方法に
   よって見掛密度が調整されたものであることを特徴とす
   る粉末冶金用混合粉末。