JPH0820848A - 鏡面性の高い金属焼結体およびその製造方法 - Google Patents

鏡面性の高い金属焼結体およびその製造方法

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JPH0820848A JP15561394A JP15561394A JPH0820848A JP H0820848 A JPH0820848 A JP H0820848A JP 15561394 A JP15561394 A JP 15561394A JP 15561394 A JP15561394 A JP 15561394A JP H0820848 A JPH0820848 A JP H0820848A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属粉末焼結体において、研磨により鏡面を
与えるが、全体としてはあまり高密度に焼結していない
焼結体を提供する。 【構成】 バインダーを加えて所望の形状に成形した成
形体を加熱してバインダーを除去したものを、その金属
にとって適切な焼結温度領域において、1.5〜15℃
/minの昇温速度で昇温しつつ加熱し、焼結させることに
より、表層の厚さ50μmの部分の気孔率が2%以下の
焼結体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属粉末の焼結体であっ
て、研磨により鏡面を生じるものに関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば腕時計の胴、ベゼルあるいはバ
ンドの材料、あるいは装飾品とする金属粉末焼結体は、
研磨して鏡面を出した形で使用されることが多いから、
高い鏡面性が要求される。
【0003】鏡面性の高い金属粉末焼結体を製造する方
法として、非金属介在物の含有量を規制し、特定の平均
粒径をえらんだ金属粉末を、制御された雰囲気中、特定
の温度範囲で焼結する技術が提案された(特公平6−8
490)。 この技術は、気孔率が5%以下(つまりカ
サ密度95%以上)の密な焼結体を得ることにより鏡面
性を高めるという考えに立っている。 ところが、カサ
密度を高くすれば、粉末成形体から焼結体への焼き締り
が著しくなるから、金型の設計がむつかしくなるし、製
品の寸法精度をコントロールすることも容易でなくな
る。
【0004】鏡面性はもっぱら焼結体の表層の問題であ
るから、焼結により得た製品の表面だけを溶融させて気
孔をなくせばよい、という考えがあり、レーザーの利用
が提案された(特開昭62−290803号)。 いう
までもなくレーザーの使用には高価な設備を必要とする
し、焼結品の表面全体に鏡面性を与えたい場合は全面に
レーザーを照射しなければならないから工数がかかり、
コストは実用的なレベルを超えてしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、全体
のカサ密度を過度に高めることなく鏡面性を高くした金
属粉末焼結体を、レーザーのようなコスト高を招く手段
によらずに提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的にかなう本発
明の鏡面性の高い金属粉末の焼結体は、焼結体の表面か
ら深さ50μmまでの表層部の気孔率が(面積率で)2
%以下であることを特徴とする。
【0007】本発明の代表的な態様は、金属粉末とし
て、オーステナイト系ステンレス鋼粉末、フェライト系
ステンレス鋼粉末、またはNi:0.5〜10%の組成
を有するFe−Ni合金の粉末を使用したものである。
【0008】上記の焼結体を与える本発明の金属粉末の
焼結体の製造方法は、金属粉末にバインダーを混合し、
混合物を所望の形状に成形した後、成形体を加熱してバ
インダーを除去し、バインダーを除去した成形体を焼結
することからなる金属粉末焼結体の製造方法において、
焼結を、その金属粉末の実質的な焼結が進行する温度か
ら成形体表面の溶融が開始する直前の温度にわたる焼結
温度領域において、1.5〜15℃/minの昇温速度で昇
温させつつ行なうことを特徴とする。
【0009】金属粉末としてオーステナイト系ステンレ
ス鋼粉末を使用する場合、焼結温度領域は1050〜1
380℃となる。 金属粉末としてフェライト系ステン
レス鋼粉末を使用する場合、焼結温度領域は上限が少し
低い1050〜1350℃である。 金属粉末としてN
i:0.5〜10%を含有するFe−Ni合金の粉末を
使用する場合、焼結温度領域はステンレス鋼より少し低
温の側にずれた、950〜1300℃の範囲にある。
その他の金属を使用する場合についても、当業者は焼結
温度領域を知っているか、または必要により少しの実験
を行なうことにより決定し得るであろう。
【0010】得られた焼結品を研磨して鏡面を得る工程
を付加した製造方法も、本発明に包含されることはもち
ろんである。
【0011】
【作用】金属粉末の成形体は熱伝導性が高くないから、
外部から加熱されたとき、熱が内部に伝わるまでには若
干時間がかかる。 従って、粉末成形体の周囲の温度が
比較的速く上昇しつつあるときは、その表層部ではかな
り大きな温度勾配が生じている。
【0012】本発明では、この温度勾配を利用して、粉
末成形体の表層部だけを溶融に近い状態にして、空孔率
をごく小さくし、一方で内部は通常の焼結が行なわれる
に止めるようにはかったものである。 このような焼結
を実現する条件が、1.5℃/min以上の昇温速度であ
る。 一方、昇温速度を過度に高くすると、表層部の溶
融が起って溶融金属が空孔中に入るため表面に凹凸が生
じたり、結晶粒が粗大化したりする。 凹凸は研磨にと
って不都合であるし、粗大な結晶粒ができると研磨した
とき美麗な鏡面が得られない。 しかも大型のものは内
部の焼結が不十分になる。 このような理由で、昇温速
度の上限15℃/minを設けた。
【0013】最適の昇温速度は、焼結させる金属の種
類、粉末の粒度、成形体のカサ比重(つまり充填度)、
形状および寸法などの因子により異なるが、1.5〜1
5℃/minの範囲内で、必要に応じ多少の実験をすること
により、容易に見出すことができる。
【0014】このようにして、本発明に従い、表層の5
0〜100μmが高密度で、それより内部は通常の密度
をもった焼結体が得られる。 研磨により削り去られる
厚さは通常20〜30μmであるから、50μm以上の
厚さの高密度層が存在すれば、実際上ほとんどの場合に
鏡面が得られる。 気孔率2%以下の密度であれば、研
磨面は十分な鏡面であり、メッキを行なう上でも問題は
ない。
【0015】
【実施例】
〔実施例1〕表1に示す合金組成のSUS316L(オ
ーステナイト系ステンレス)の粉末(平均粒径8.7μ
m)を用意した。
【0016】 表1 C Si Mn P S Ni Cr Mo N O 0.022 0.70 0.36 0.025 0.003 12.96 16.86 2.09 0.084 0.57 重量%、残部Fe。
【0017】この粉末にバインダー8.5重量%を添加
し、加圧ニーダーで混練した。 バインダーは、ポリオ
レフィン樹脂にパラフィンワックスおよびステアリン酸
などを配合したものである。
【0018】混練物を射出成形し、厚さ3mm×幅10mm
×長さ20mmの板状体にしたものを所要の数用意した。
【0019】この成形体をN2ガス雰囲気中でゆっくり
加熱し、410℃に3時間保ってバインダーを分解除去
した。
【0020】バインダー除去後の成形体を、圧力5Torr
のN2ガス雰囲気の炉に入れ、炉内温度1050℃まで
昇温し、その後の昇温速度を、1,1.5,2,5,1
0,15または20℃/minにえらんで、1350℃まで
加熱した。 5℃/minの昇温速度の例は、加熱を130
0℃までに止めたもの、1380℃または1400℃ま
で行なったものも、比較のため含めた。
【0021】焼結体の全体の密度を測定するとともに、
射出成形体から焼結品に至る間の保形性を、表面の状態
も含めて評価した。 次に、焼結体を切断して表層の厚
さ50μmの部分の気孔率をしらべた。 また、表面に
#600サンドペーパーをかけてから、バフ研磨を行な
って鏡面性を評価した。 その結果を、焼結条件ととも
に表2に掲げる。
【0022】 表2 昇温速度 最終温度 全体密度 表層気孔率 鏡面性 保形性 (℃/min) (℃) (%) (%) 1 1350 97.0 2.3 やや不良 良 1.5 1350 97.0 1.9 良 良 2 1350 96.9 1.5 良 良 5 1300 93.9 1.8 良 良 5 1350 96.5 1.1 良 良 5 1380 97.0 0.8 良 良 5 1400 98.0 0.9 良 不良 10 1350 95.3 1.0 良 良 15 1350 94.5 1.8 良 やや不良 20 1350 94.2 2.5 不良 やや不良 温度は炉内の温度。
【0023】上のデータは、1050℃から1380℃
までを1.5〜10℃/minの昇温速度で加熱して焼結さ
せたとき、良い結果が得られることを示している。 切
断面の顕微鏡写真を図1に示した。
【0024】〔実施例2〕表3の合金組成のクロムモリ
ブデン鋼(フェライト系のステンレス)の粉末(平均粒
径8.7μm)を用意した。
【0025】 表3 C Si Mn P S Ni Cr Mo N O 0.023 0.72 0.15 0.016 0.06 0.13 20.14 2.21 0.061 0.35 重量%、残部Fe。
【0026】以下、実施例1と同様にバインダーとの混
練、射出成形および加熱によるバインダー除去を行なっ
たのち、5Torr のN2雰囲気下に、炉内温度1050℃
から1350℃にかけて5℃/minの昇温速度で昇温させ
つつ加熱し、焼結体を得た。
【0027】この焼結体は、全体の密度が97.2%、
表層部厚さ50μmの気孔率は0.5%で、研磨により
美麗な鏡面を与えた。 切断面の顕微鏡写真を図2に示
す。
【0028】〔実施例3〕カーボニル法により調製さ
れ、下記表4の分析値を示すFe粉(平均粒径3.4μ
m)およびNi粉(同3.8μm)を、重量でFe:N
i=92:8の割合で秤り取り、V型ブレンダー中で混
合した。
【0029】 表4 C Si Mn P S Ni Cr Mo N O Fe 0.72 <0.01 <0.1 <0.001 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 0.72 0.26 Ni 0.09 0.04 <0.1 <0.002 <0.01 残 0.01 <0.01 0.003 0.12 重量%、「Fe」の残部はFe。
【0030】混合粉末に実施例1および2と同じバイン
ダー6.5重量%を添加し、ニーダーで加圧混練した。
混練物を射出成形して厚さ5mm×幅10mm×長さ20
mmの板状体にしたものを複数用意し、大気中で210℃
に3時間加熱して、バインダーを分解除去した。
【0031】成形体をN2:H2=2:1(容積比)の雰
囲気下に、炉内温度950℃から1250℃(または1
280℃)に向って、0.5,1.5,2,5,10,
15および20℃/minの昇温速度で加熱して焼結させ
た。 5℃/minの例は、1200℃で止めたもの、13
50℃または1420℃まで加熱したものも加えた。
【0032】得られた焼結体について、実施例1と同様
に、全体の密度および表層厚さ50μmの部分の気孔率
を測定し、鏡面性および焼結体の保形性を評価した。
その結果を、焼結条件とともに表5に示す。
【0033】 表5 昇温速度 最終温度 全体密度 表層部気孔率 鏡面性 保形性 (℃/min) (℃) (%) (%) 0.5 1250 95.7 3.3 不良 良 1.5 1250 95.4 1.9 良 良 2 1250 95.3 1.7 優 良 5 1200 94.8 1.8 優 良 5 1250 95.1 1.1 優 良 5 1350 95.9 0.8 優 良 5 1420 98.0 0.9 良 全く不良 10 1250 95.0 0.9 優 良 15 1280 95.1 1.5 良 不良 20 1250 95.2 2.1 不良 不良
【0034】
【発明の効果】本発明により、表層部が研磨により削ら
れても、気孔率がごく低い、換言すれば溶製品に近い表
層が十分な厚さで残る金属粉末の焼結体が得られ、これ
を研磨することにより、美麗な鏡面をもった製品が提供
できる。
【0035】この焼結品は、表面の気孔率を低くするた
めに内部まで高密度に焼き締めるということをせず、全
体の密度を高くとも95%程度に止めているから、バイ
ンダーを加えて成形した成形品と焼結品との寸法の差が
小さく寸法の調整が全く容易になる。 従って成形品と
焼結品の間の形状の変化も小さくてすみ、金型設計が容
易であるとともに、良品歩留りを高くすることができ
る。 これらの利点は、あいまって粉末焼結品の製造コ
ストの低減に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1において製造した焼結体の
切断面の、表層付近を示した顕微鏡写真。(倍率100
倍)
【図2】 本発明の実施例2において製造した焼結体の
切断面の、表層付近を示した顕微鏡写真。(倍率100
倍)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属粉末を焼結してなり、焼結体の表面
    から深さ50μmまでの表層部の気孔率が(面積率で)
    2%以下であることを特徴とする鏡面性の高い金属焼結
    体。
  2. 【請求項2】 金属粉末がオーステナイト系ステンレス
    鋼粉末またはフェライト系ステンレス鋼粉末である請求
    項1の金属焼結体。
  3. 【請求項3】 金属粉末がNi:0.5〜10%の組成
    を有するFe−Ni合金の粉末である請求項1の金属焼
    結体。
  4. 【請求項4】 金属粉末にバインダーを混合し、混合物
    を所望の形状に成形した後、成形体を加熱してバインダ
    ーを除去し、バインダーを除去した成形体を焼結するこ
    とからなる金属粉末焼結体の製造方法において、焼結を
    その金属粉末の実質的な焼結が進行する温度から成形体
    表面の溶融が開始する直前の温度にわたる焼結温度領域
    において、1.5〜15℃/minの昇温速度で昇温させつ
    つ行なうことを特徴とする製造方法。
  5. 【請求項5】 金属粉末がオーステナイト系ステンレス
    鋼粉末であって、焼結温度領域が1050〜1380℃
    である請求項4の製造方法。
  6. 【請求項6】 金属粉末がフェライト系ステンレス鋼粉
    末であって、焼結温度領域が1050〜1350℃であ
    る請求項4の製造方法。
  7. 【請求項7】 金属粉末がNi:0.5〜10%を含有
    するFe−Ni合金粉末であって、焼結温度領域が95
    0〜1300℃である請求項4の製造方法。
  8. 【請求項8】 焼結品を研磨して鏡面を得る工程を付加
    した請求項4ないし7のいずれかの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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