JPH0745683B2 - 圧縮性および均質性に優れる複合鋼粉 - Google Patents

圧縮性および均質性に優れる複合鋼粉

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JPH0745683B2 JP63208252A JP20825288A JPH0745683B2 JP H0745683 B2 JPH0745683 B2 JP H0745683B2 JP 63208252 A JP63208252 A JP 63208252A JP 20825288 A JP20825288 A JP 20825288A JP H0745683 B2 JPH0745683 B2 JP H0745683B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高強度を要求される各種焼結部品の原料粉末と
して使用される圧縮性および均質性に優れる粉末冶金用
複合鋼粉に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、粉末冶金における焼結部品は、高強度化の傾向に
あり、それに従って高密度の合金鋼粉が要求されるよう
になっている。
一般に合金元素を固溶させた、いわゆる予合金鋼粉は合
金元素の均質性から焼入性などの熱処理特性に優れてい
るが、その反面合金元素の合金化によって鋼粉が固溶硬
化するため、鋼粉の圧縮性が低下して高密度が得られに
くくなるといった問題がある。
一方、純鉄粉に合金元素粉末を混合する、いわゆる混粉
法では圧縮性は確保されるものの、均質性の面で問題が
ある。そこで圧縮性と均質性を同時に満足させる方法と
して、ベースとなる鉄粉粒子の表面に合金元素粉末粒子
を部分的に拡散合金化して付着させる、いわゆる複合鋼
粉が開発されている。例えば特公昭45−9649では鉄粉粒
子表面に合金元素を部分的に拡散付着させた複合鋼粉と
して、圧縮性を高める方法が開示されているが、複合化
熱処理によって鉄粉が硬化し、圧縮性が低下する等の問
題がある。また、複合化熱処理の工程は、コスト高にな
るという問題もある。
そこで特開昭63−89602では複合化熱処理による圧縮性
の低下をカバーするために、高圧縮性のベース鉄粉を用
いる方法が開示されているが、拡散合金化による圧縮性
の低下は避けられず、また高圧縮性のベース鉄粉を使用
することによって、さらに製造コストが高くなる等の問
題がある。
一方、結合剤によって合金元素粉末を付着させる方法と
して、例えば特開昭61−231102では炭素およびNiを結合
剤により予めMoを部分拡散合金した鉄粉粒子に付着させ
る方法、また特開昭62−278201では粒度および組成の異
なる金属粉末を水、油あるいは樹脂等の粘着性バインダ
を用いて造粒付着させる方法などが提案されている。何
れの方法も鉄粉粒子への合金元素粉末の付着は粒子接触
面の極く一部に限定されるため不安定であり、均質性の
面で問題がある。
このように、従来提案されている複合鋼粉の製造におい
ては、圧縮性と均質性を両立させることは非常に難しい
といえる。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は以上の問題点を解決するためになされたもの
で、十分な圧縮性と均質性が得られるように鉄系粉末粒
子表面に45μｍ以下の細かい合金元素粉末を潤滑剤とバ
インダとの共溶融物によって付着させることにより、圧
縮性と均質性に優れる粉末冶金用複合鋼粉を提供するこ
とを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は圧縮性と均質性に優れる複合鋼粉の製造につい
て鋭意研究を重ねた結果、先ずベースとなる公知の鉄系
粉末粒子の表面に置換型の合金元素であるNi,Cu,Moの45
μｍ以下の細かい粒子を拡散合金化させずに潤滑剤とバ
インダの共溶融物を用いて、付着度が80％以上に優先付
着させ、必要に応じてさらに侵入型の合金元素であるＣ
を黒鉛粉末として潤滑剤とバインダの共溶融物を用いて
付着させることによって、圧縮性と均質性および焼結体
強度が優れることを見出し、この知見に基づいて本発明
をなくに至った。
本発明は圧縮性および均質性に優れる複合鋼粉であっ
て、鉄系粉末粒子の表面に、Ni,CuおよびMoの合金元素
粉末を、潤滑剤とバインダとの共溶融物によって付着さ
せて構成されていることを特徴とする。
合金元素粉末は粒径45μｍ以下とし、これらの付着度は
各々80％以上優先付着させて構成されていることを特徴
とする。また、Ni:0.5〜6.5重量％、Cu:0.5〜10重量％
およびMo:0.1〜５重量％を含有するものがよく、必要に
応じてさらにＣ元素として黒鉛粉末粒子を同様に潤滑剤
とバインダとの共溶融物を用いて付着させる。このよう
な複合鋼粉のＣ含有量は0.2〜2.5重量％である。
〔作用〕
一般に、鉄系粉末粒子表面に合金元素粉末を部分拡散合
金化して付着させた形式の複合鋼粉では、合金元素粉末
が確実に付着して均質性には優れるが、付着時の合金元
素の拡散合金化によって鉄粉粒子が硬化し、圧縮性が低
下するといった問題がある。また、通常の混粉法あるい
は従来提案されている結合剤によって合金元素粉末を付
着させる方法では鉄系粉末粒子への合金元素粉末の付着
が不十分で均質性に問題がある。
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたも
ので、鉄系粉末粒子表面に微細な合金元素粉末を拡散合
金化させずに潤滑剤とバインダとの共溶融物を用いて所
定量均一に付着させることによって達成される。
先ず、本発明において鉄系粉末粒子表面に優先的に付着
させる合金元素粉末としては、Ni,Cu,Moであり、これら
の合金元素は焼結時に鉄基地中に拡散して基地を強化
し、焼結部品の強度を高める効果がある。
Niは焼結体の強度および靭性を向上させるために必要な
元素であるが、それの含有量が0.5重量％未満ではその
効果が期待できず、また6.5重量％を超えると残留オー
ステナイトによって熱処理体の強度の向上が鈍化する問
題があり、含有量としては0.5〜6.5重量％であることが
望ましい。
Cuは焼結体の強度を向上させるために有効な合金元素で
あるが、その含有量はNiと同様の理由で0.5〜10重量％
であることが望ましい。すなわち、0.5重量％未満では
その効果が少なく、また10重量％を超えると強度の向上
が鈍化するため好ましくない。
次にMoは結晶粒を微細化して強度を向上させるが0.1重
量％未満ではそれの効果がなく、また５重量％を超える
と添加の割には機械的強度の向上がないため、含有量と
しては0.1〜５重量％であることが望ましい。
これらの置換型の合金元素は侵入型元素であるＣに比べ
て鉄基中への拡散速度が遅いため、鉄系粉末粒子表面に
優先的に付着させて、焼結時の拡散合金化を容易に進行
させることが望ましい。すなわち、黒鉛粉末も同様に付
着させる時は、先ずNi,Cu,Mo粉末を付着させ、次に黒鉛
粉末を付着させることが望ましい。
また、これらの合金元素粉末は粒子が細かいほど鉄粉粒
子表面によく付着し、かつ焼結時の拡散合金化が速やか
に進行して、組織が均質化するため、本発明ではこれら
合金元素粉末は45μｍ以下の細かい粒子であることが必
要であるが、より十分に付着させるには15μｍ以下が60
％以上であることが好ましい。なお、合金元素粉末が45
μｍを超えると鉄系粉末粒子への付着が著しく低下し、
複合鋼粉の均質性が低下するため好ましくない。
本発明における鉄系粉末粒子としては特に高圧縮性の粉
末を必要とせず、一般に使用されているアトマイズ鉄粉
で十分である。もちろん、高圧縮性の鉄系粉末粒子を用
いれば、それだけ複合鋼粉の圧縮性も向上する。
次に本発明における黒鉛粉末について述べる。
侵入型元素であるＣはNi,Cu,Mo等の置換型の合金元素に
比べて鉄基中への拡散が速いため、黒鉛粉末の付着に際
しては、先ず鉄系粉末粒子に置換型の合金元素粉末を優
先的に付着させ、これら合金元素粉末を付着した複合鋼
粉に黒鉛粉末を付着させることによって合金元素が十分
に拡散した焼結体を得ることができる。
また、黒鉛粉末の粒子は細かいほど複合鋼粉表面によく
付着するため、黒鉛粉末の粒子は45μｍ以下の細かい粒
子であることが必要で、好ましくは15μｍ以下が60％以
上であることが望ましい。なお、45μｍを超える粒子で
は付着性が著しく低下するため好ましくない。
また、Ｃは焼結体の強度を上げる最も代表的な合金元素
で本発明においても複合鋼粉焼結体の強度を上昇させる
元素として0.2〜2.5重量％含有することが必要である。
Ｃの含有量が0.2重量％より少ないと、焼結体の強度が
不足し、また2.5重量％を超えると過剰なＣが析出して
十分な強度が得られなくなるため好ましくない。
次に本発明における合金元素粉末の付着方法について述
べる。潤滑剤はステアリン酸亜鉛等の通常の粉末冶金で
用いられるものでよく、またバインダは粉末あるいは液
体の何れでもよく、これらのバインダを鉄系粉末粒子と
合金元素粉末との混合時に潤滑剤と同時あるいは段階的
の何れかの方法で添加しても良いが、何れの方法におい
ても均一に分散するまでに十分な時間の混合が必要であ
る。
このように均一に分散混合した状態で、これらの混合粉
末を90〜200℃に加熱して潤滑剤とバインダとの共溶融
物によって鉄系粉末粒子に合金元素粉末を固着させる。
なお、加熱温度が90℃未満では付着力が不足し、また20
0℃を超える温度域では、それ以上の付着力の上昇が見
られないため、加熱温度としては90〜200℃が好ましい
と言える。
また鉄系粉末粒子への合金元素粉末の付着については、
合金元素粉末を付着させた複合鋼粉を−100/＋200メッ
シュに篩分け、その篩分けた粒子中に含まれる各合金元
素の分析値（％）を添加した合金元素量（％）で除した
値（以下、この値を付着度と称する）が80％以上である
ことが必要である。付着度が80％未満では合金元素粉末
が偏析して特性がばらつき均質性が劣るため好ましくな
い。
なお、本発明に用いる粉末あるいは液体のバインダは工
業的に市販されているものでよく、前者にあってはフェ
ノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ナイロン等の熱可塑性
樹脂あるいは脂肪酸やワックス等の粉末を使用すること
ができ、また後者にあっては植物油、鉱物油あるいは脂
肪酸等の液体のバインダを使用することが可能である。
また、本発明においては鉄系粉末粒子にNi,Cu,Moの置換
型の合金元素粉末を優先付着させたままでの使用が可能
であるが、本発明をより有効に作用させるには、これら
の合金元素粉末を付着した複合鋼粉に、さらに侵入型元
素のＣを黒鉛粉末として付着させて使用することがより
効果的である。
一般に、複合鋼粉を用いて焼結部品を製造する場合、よ
り高強度の部品を得るために、滲炭あるいは混粉によっ
てＣが付与されているが、本発明法によれば、複合化と
同時にＣが付与されるため、その工程が省略できると同
時に固着によって均質性が保証できる等の利点があり、
本発明は経済性に優れる複合鋼粉の製造法であると言え
る。
以下、実施例について説明する。
〔実施例〕
実施例１ 実施例Ａ〜Ｇは、公知のアトマイズ純鉄粉に45μｍ以下
のNi,Cu,Moの合金元素粉末を第１表の組成でそれぞれ添
加し、それにステアリン酸亜鉛を１重量％およびオレイ
ン酸を0.19重量％添加して、これらの混合粉末を120℃
で15分間攪拌しながら加熱した後、攪拌しながら冷却
し、ステアリン酸亜鉛とオレイン酸の共溶融物によって
鉄系粉末粒子に合金元素粉末を付着させて複合鋼粉を製
造した。
比較例Ｈは通常の混粉法で合金元素粉末およびステアリ
ン酸亜鉛１重量％を添加したもの、また比較例Ｉは合金
元素粉末を部分拡散合金化熱処理によって鉄系粉末粒子
に拡散付着させ、その後にステアリン酸亜鉛１重量％を
添加したものである。
なお、本実施例においては黒鉛粉末は添加していない。
これらの複合鋼粉における合金元素粉末の鉄系粉末粒子
への付着度（＝複合鋼粉の−100/＋200メッシュの粒子
の中に含まれる合金元素の分析値（％）を添加合金元素
量（％）で割った値）およびこれらの複合鋼粉を6t/cm2
で成形した時の圧粉密度、さらにその圧粉体を1150℃で
30分間アンモニア分解ガス中で焼結した時の焼結体の引
張強さおよび焼結体の寸法変化のばらつき（標準偏差）
をそれぞれ示す。
第１表からも明らかなように実施例は比較例に比べて圧
粉密度が高く、かつ焼結体の強度も同等組成であれば単
純混合より大きく、拡散合金化付着させた複合鋼粉と同
等以上の値を示し、特に寸法変化のばらつきが小さく均
質性に優れていることが分る。
実施例２ 第２表は鉄系粉末粒子にNi,Cu,Moの合金元素粉末と黒鉛
粉末を付着させたものの例を示す。
実施例Ｍ〜Ｏは実施例１と同じ要領で鉄系粉末粒子にN
i,Cu,Moの合金元素を所定量付着させた後、さらに黒鉛
粉末をも所定量付着させたものであり、また実施例Ｐは
Ni,Cu,Moおよび黒鉛粉末を実施例１と同じ要領で同時に
付着させたものである。
次に比較例Ｑは通常の混粉法で合金元素粉末に黒鉛粉
末、ステアリン酸亜鉛を単に添加混合して製造したもの
であり、比較例Ｒは鉄系粉末粒子にNi,Cu,Moの合金元素
粉末を熱処理によって部分拡散合金化付着させた複合鋼
粉に黒鉛粉、ステアリン酸亜鉛を単に添加混合したもの
である。また、比較例Ｓ、Ｔは実施例と同じ要領で合金
粉末を付着させ、Ｃの含有量を下限以下または上限以上
含有させたものである。
なお、成形および焼結の条件は実施例１と同じである。
Ｃ付着度は混合物中の100〜200メッシュ留分中のＣ量の
混合物全体の中のＣ量に対する比であり、次式で定義し
た。
ただし、 ［Ｃ］：混合物中の100〜200メッシュ留分中のＣ分析値
（重量％） ［Ｃ′］：混合物中の全体のＣ値（重量％） ［St］：混合物中に添加したステアリン酸亜鉛の重量％ ［Ｏ］：混合物中に添加したオレイン酸の重量％ ［Gr］：混合物中に添加した黒鉛粉の重量％ すなわち、鉄系粉末粒子表面に付着しない黒鉛粉は200
メッシュの網目を通り抜けることから、前記処理した粉
末をロータップで100〜200メッシュに篩分け、その粉末
（留分）中のＣ分析値と全体のＣ分析値との比をＣ付着
度とした。
合金元素粉末を同時混合付着させた実施例Ｐは同一組成
で段階付着させた実施例Ｏに比べて合金元素粉末の付着
度が若干低く、寸法変化のばらつきも若干大きいもの
の、比較例に比べて良好な値を示している。実施例Ｍ〜
Ｐは比較例Ｑ〜Ｓに比べて引張強度が高く、かつ寸法変
化のばらつきが小さく、均質性および焼結体強度が優れ
ていることが分る。
実施例３ 第３表に鉄系粉末粒子に付着させる合金元素粉末の粒度
を変えたものの例について示す。
実施例Ｕ〜Ｖは何れも付着させる合金元素粉末の全量が
45μｍ以下の粒子で、さらにその粉末粒子の中の15μｍ
以下の細かい粒子が実施例Ｕでは40％、そして実施例Ｖ
では65％存在するものである。また比較例Ｗ、Ｘは合金
元素粉末の45μｍ以下の細かい粒子が80％存在するもの
である。
なお複合鋼粉の組成は、 Ni:4.19重量％ Cu:1.63重量％ Mo:0.52重量％ C:0.60重量％ を含有するものである。焼結体は成形圧力6t/cm2で成形
し、1150℃で30分間アンモニ分解ガス中で焼結した。
第３表からも明らかなように合金元素粉末の粒子が細か
くなるほど鉄系粉末粒子への合金元素粉末の付着度は向
上して、圧粉密度および引張強度が高く、かつ寸法変化
のばらつきが小さくなり、均質性および焼結体強度が優
れていることが分る。
〔発明の効果〕 本発明によれば、合金元素粉末を拡散合金化させずに、
潤滑剤とバインダの共溶融物を用いて鉄系粉末粒子表面
に固着させることによって圧縮性と均質性に優れる複合
鋼粉を安価に製造することが可能である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】鉄系粉末粒子の表面に、粒子の大きさが45
    μｍ以下であるNi,CuおよびMoの合金元素粉末を、潤滑
    剤とバインダとの共溶融物によって下記に示す各元素の
    付着度が80％以上となるように付着させてなることを特
    徴とする圧縮性および均質性に優れる複合鋼粉。 付着度(%)＝{(複合鋼粉の−100/ ＋200メッシュの粒子に含まれる合金元素の分析値(%)) ／(添加した合金元素量(%))}×100
  2. 【請求項２】前記複合鋼粉は、 Ni:0.5〜6.5重量％ Cu:0.5〜10重量％ および Mo:0.1〜５重量％ を含有する請求項１記載の複合鋼粉。
  3. 【請求項３】Ni、CuおよびMoの合金粉末に加えて、さら
    に粒子の大きさが45μｍ以下である黒鉛粉末を、潤滑剤
    とバインダとの共溶融物によって鉄系粉末粒子表面に付
    着させ、Ｃを0.2〜2.5重量％含有させてなることを特徴
    とする請求項１又は２に記載の複合鋼粉。
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