JPH0873902A

JPH0873902A - 金型による粉末の成形方法

Info

Publication number: JPH0873902A
Application number: JP21494494A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hatano; 等畑野; Tsukasa Shiomi; 司塩見; Katsuhiko Maehara; 克彦前原; Akira Egami; 明江上; Kazuhiko Asano; 和彦浅野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】安価なプレス機を用いて金型により、形状が
複雑で、かつ大型の粉末成形品を成形し、密度の均一で
高精度の焼結品を得る。【構成】プレス機で加圧される金型の雌型に充填する
超硬合金粉末に、この超硬合金粉末の容量の３０〜６０
Ｖｏｌ％の有機バインダーを混合・混練すれば、この混
合物の流動性が増し、プレス機による加圧力が金型の内
部やすみまで伝達されるので、形状が複雑で、かつ大型
であっても、密度が均一でしかも寸法精度の優れた粉末
成形品が得られ、結果的に密度が均一かつ寸法精度の優
れたの焼結品２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、金型による粉末の成形
方法の改善に係り、より詳しくは、割れ発生が少なく、
しかも密度が均一な粉末成形品をより低圧で成形し得る
ようにした金型による粉末の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、粉末の成形方法には、例
えば、液圧式のプレス機などで型押しする金型プレス成
形法、粉末に有機バインダーを混合して可塑性を与え、
混合物をノズルから押し出して成形する押出成形法、粉
末と有機物との混合物を高温にして液状にし、圧力をか
けて型に流し込んで成形する射出成形法等が知られてい
る。ところで、粉末冶金の場合には、後工程の加工工数
を減らすために、粉末をできるだけ最終製品に近似した
形状に成形することが望ましい。このようなことは、特
に、焼結により硬化して機械加工が困難になる超硬合金
やセラミック等の硬質材料からなる粉末成形品に要求さ
れる。そこで、焼結による粉末成形品の収縮量を考慮し
て、金型の粉末充填室の寸法を設定している。

【０００３】因みに、金型プレス成形法で粉末を成形す
る場合は、粉末にそれほど流動性が要求されないため有
機バインダーを添加していないのが一般的で、粉末に有
機バインダーを添加すると、必然的に粉末成形品の密度
が低くなったリ、脱脂工程が必要となるので、できるだ
け添加しない方が良いとされている。しかしながら、金
型への充填に際してそれなりの流動性が必要なので、粉
末に、この粉末の容積の数Ｖｏｌ％のパラフィンを添加
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記粉末の成形方法
は、それなりに有用であるが、それぞれ後述するような
短所を持っている。例えば、装置としては最も安価なプ
レス機を用いるプレス成形法では、丸棒状や管状の成形
は極めて困難である。また、押出成形法では、長尺丸棒
等の軸成形品を成形することができるが、３次元の複雑
な形状の粉末成形品を成形することができない。また、
射出成形法では、複雑な形状の粉末成形品を成形するこ
とができるが、装置自体が複雑かつ大型で高価であり、
しかも、小さい粉末成形品しか成形することができない
のに加えて、高温度で成形しなければならず、装置自体
の操作・取扱いが難しいという短所がある。

【０００５】取扱いが容易な最も安価な設備、つまり、
プレス機を用いる金型プレス成形法で低加圧で、形状が
複雑かつ大型の粉末成形品を簡単に成形し得ることが好
ましい。しかし、上記の通り、従来では、高加圧しても
形状が複雑で、かつ大型の粉末成形品を高精度で成形す
ることができなかった。そのため、得られる寸法精度を
考慮して、後工程の機械加工代を大きく設定した寸法で
成形しなければならないことになり、最終製品のコスト
低減に対する阻害要因になっていた。

【０００６】従って、本発明の目的とするところは、簡
便なプレス機を用いて、低圧で、形状が複雑で、しかも
大型の粉末成形品の成形を可能ならしめる金型による粉
末の成形方法を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記実情に鑑
みてなされたものであって、従って本発明の請求項１に
係る金型による粉末の成形方法の要旨は、超硬合金粉末
に、この超硬合金粉末の容量の３０〜６０Ｖｏｌ％の有
機バインダーを混合・混練し、混合・混練して得られた
混合物を金型に充填してプレス機で加圧することを特徴
とする。

【０００８】また、本発明の請求項２に係る金型による
粉末の成形方法の要旨は、セラミック粉末に、このセラ
ミック粉末の容量の１０〜２０Ｖｏｌ％の有機バインダ
ーを混合・混練し、混合・混練にて得られた混合物を金
型に充填してプレス機で加圧することを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記の通り、金型を用いるプレス機による合金
粉末の成形では、金型の雌型に粉末を充填して加圧する
が、特に形状が複雑な粉末成形品の場合には、合金粉末
同士あるいは合金粉末と金型との摩擦により、加圧力が
金型の内部やすみまで十分に伝達されず、充填に不十分
な部位が生じるので、粉末成形品にクラックが入った
り、充填密度にむらが生じる。

【００１０】これに対して、本発明の請求項１に係る粉
末の成形方法によれば、超硬合金粉末に、この超硬合金
粉末の容量の３０〜６０Ｖｏｌ％の有機バインダーを混
合・混練し、混合・混練して得られた混合物を金型に充
填して加圧し、また本発明の請求項２に係る粉末の成形
方法によれば、セラミック粉末に、このセラミック粉末
の容量の１０〜２０Ｖｏｌ％の有機バインダーを混合・
混練し、混合・混練して得られた混合物を金型に充填し
て加圧するが、混合物は粘土状であるため、低圧の加圧
力であっても容易に変形して流動する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の金型による粉末の成形方法に
係る実施例１乃至３を、粉末成形品の側面図の図１と、
粉末成形品から得られた焼結品の相対密度測定位置説明
図の図２（ａ）と、本発明と従来法とで成形した合金の
粉末成形品から得た焼結品の図２（ａ）に対応する位置
の相対密度説明グラフ図の図２（ｂ）とを参照しながら
説明する。但し、粉末の成形に用いたプレス機は周知の
ものなので、その構成に係る説明は割愛する。

【００１２】先ず、本発明の実施例１を説明すると、図
１に示す符号１は超硬合金の粉末成形品で、この粉末成
形品１の形状は円板状の大径部分１ａと、この大径部分
１ａの中心から突出する円柱状の小径部分１ｂとからな
っており、粉末成形品１の材質及びその成形・焼結工程
は下記の通りである。

【００１３】即ち、平均粒径０．７μｍで８８質量％の
ＷＣ粉末と、平均粒径１．３μｍで１２質量％のＣｏ粉
末とを湿式トライスターで５時間混合して乾燥した後、
乾燥後の超硬混合粉末に、この超硬混合粉末の５０ｖｏ
ｌ％の有機バインダー、つまり５０ｖｏｌ％のパラフィ
ンと、２０ｖｏｌ％のステアリン酸と、３０ｖｏｌ％の
ポリプロピレンとを混合してなる有機バインダーを混合
して、１００℃で３時間混練した。そして、このように
して得られた混合物を金型の雌型に充填すると共に、こ
の金型を１軸式の油圧プレス機で１．９６×１０⁷Ｐａ
（２００ｋｇｆ／ｃｍ²）の圧力で加圧して粉末成形品
１を成形した。次いで、この粉末成形品１を４００℃で
１時間脱脂した後、１４００℃で１時間焼結したもので
ある。

【００１４】本発明の実施例２を説明すると、この実施
例２が上記実施例１と相違するところは、ＷＣ粉末とＣ
ｏ粉末とからなる超硬合金粉末に対する有機バインダー
の混入割合を少なくしたもので、有機バインダーの混合
割合の下限値の把握を狙いとしたものである。つまり、
上記実施例１における有機バインダーの混入割合が、超
硬合金粉末の容量の５０Ｖｏｌ％であったのに対して、
この実施例２では超硬合金粉末に対する有機バインダー
の混入割合を、それぞれ超硬合金粉末の容量の２５Ｖｏ
ｌ％と，３０Ｖｏｌ％と，４５Ｖｏｌ％とにしたもので
ある。

【００１５】本発明の実施例３を説明すると、この実施
例３は、上記実施例２の場合とは逆に、超硬合金粉末に
対する有機バインダーの混合割合の上限値の把握を狙い
としたもので、有機バインダーの混合割合を超硬合金粉
末の容量の６０Ｖｏｌ％と，６５Ｖｏｌ％とにしたもの
である。

【００１６】そして、上記実施例１乃至３（本法）で得
られた各１０個ずつの焼結品の品質を検証するために、
従来の金型プレス成形法（従来法）により１．９６×１
０⁸Ｐａ（２０００ｋｇｆ／ｃｍ²）の圧力で加圧して
成形した後に焼結して１０個の焼結品を製造し、本法で
得た焼結品と従来法で得た焼結品との外観と組織とを比
較した。その結果は、下記表１に示す通りである。

【００１７】

【表１】

【００１８】上記表１によれば、超硬合金粉末に対する
有機バインダーの混入割合が３０Ｖｏｌ％〜６０Ｖｏｌ
％である場合、成形のための加圧力が従来法の１／１０
であるにもかかわらず、本法の方が従来法に比較して、
外観と組織とが共に優れた焼結品２が得られることが良
く示されている。

【００１９】次に、本法と従来法とで得られた焼結品の
相対密度について説明すると、相対密度測定位置は、図
２（ａ）に示すように、焼結品２の上側からＡ位置、Ｂ
位置、Ｃ位置、Ｄ位置の４か所である。上記実施例１乃
至３における焼結品のうち、有機バインダーの混合割合
が２５Ｖｏｌ％の場合を実線と黒四角で、３０Ｖｏｌ％
の場合を実線と白丸で、４５Ｖｏｌ％の場合を実線と白
四角で、５０Ｖｏｌ％の場合を実線と二重丸で、６０Ｖ
ｏｌ％の場合を実線と白三角で、６５Ｖｏｌ％の場合を
実線と黒三角で示すと共に、従来法による焼結品の場合
を実線と黒丸で示すと、図２（ｂ）の通りである。な
お、相対密度はアルキメデス法により求めたものであ
る。

【００２０】本図によれば、本法による場合、超硬合金
粉末に対する有機バインダーの混入割合が３０Ｖｏｌ％
未満、つまり２５Ｖｏｌ％の場合には、従来法による場
合と同様に、各位置によりばらつきが大きく従来法と大
差なく、３０Ｖｏｌ％超、つまり６５Ｖｏｌ％の場合に
は相対密度のばらつきが少ないものの全体的に低くなっ
ている。しかしながら、３０Ｖｏｌ％〜６０Ｖｏｌ％で
あれば、従来法に比較して高密度でクラックもなく、密
度のばらつきが少なく、従来法に比較して遙かに優れて
いることが良く判る。つまり、有機バインダーの混入に
より超硬合金粉末の流動性が増し、プレス機による加圧
力が金型の内部やすみまで効果的に伝達されていること
が良く判る。なお、有機バインダーの混合割合が６０Ｖ
ｏｌ％の場合では焼結品を完全に緻密化することができ
ず、若干のポアが認められたが、若干のポアであれば、
ＨＩＰによる加圧・加熱により消滅させることができる
ので、実用上の支障がないことを確認した。

【００２１】ところで、超硬合金粉末に対する有機バイ
ンダーの混合割合は、超硬合金粉末の材質や粒度によっ
て、また超硬合金粉末の成形温度によって変えられるべ
きものであるが、その成形温度の程度、成形品の焼結に
際しての収縮の程度から勘案すると、好ましい有機バイ
ンダーの混合割合は４０〜６０Ｖｏｌ％であり、より好
ましい有機バインダーの混合割合は４５〜５５Ｖｏｌ％
である。

【００２２】以上では、ＷＣとＣｏとを混合してなる超
硬合金粉末を成形する場合を例として説明したが、本発
明の効果をより明確にするために、セラミック粉末につ
いても成形・焼結を行い、何れの場合も従来法で成形し
た粉末成形品よりも優れていることを確認した。以下、
セラミック粉末に係る実施例４を説明すると、先ず平均
粒径０．５μｍで１００質量％のＡｌ₂Ｏ₃粉末に有機
バインダーであるセランダ（ユケン製）を混合し、５℃
で３時間混練した。そして、こうして得られた混合物を
金型の雌型に充填すると共に、この金型を１軸式の油圧
プレス機により１．９６×１０⁷Ｐａ（２００ｋｇｆ／
ｃｍ²）の圧力で加圧して、実施例１乃至３と同様に、
図１に示す形状の粉末成形品１を成形した。この実施例
では、セランダの混合割合は、Ａｌ₂Ｏ₃粉末の容量の
１０Ｖｏｌ％と、１５Ｖｏｌ％と、２０Ｖｏｌ％との３
種類である。

【００２３】次いで、このようにした得られた粉末成形
品１を４００℃で１時間脱脂した後、１５００℃で１時
間焼結した。そして、焼結後の焼結品（本法）と、従来
のプレス成形法（従来法）により１．９６×１０⁸Ｐａ
（２０００ｋｇｆ／ｃｍ²）で成形した後に焼結して得
た焼結品との外観・組織を比較した。その良否は下記表
２に示す通りであり、実施例１と同様に、本法の方が従
来法に比較して優れていることが良く理解される。

【００２４】

【表２】

【００２５】次に、本法と従来法とで得られた焼結品の
相対密度は、実施例１乃至３と同様に、図２（ａ）に示
すＡ位置、Ｂ位置、Ｃ位置、Ｄ位置の４か所についてそ
れぞれ測定し、本法による場合のセンダの混合割合が８
Ｖｏｌ％の場合を実線と黒三角で、１０Ｖｏｌ％の場合
を実線と白四角で、１５Ｖｏｌ％の場合を実線と白丸
で、２０Ｖｏｌ％の場合を実線と白三角で、２３Ｖｏｌ
％の場合を実線と黒四角で、従来法による焼結品の場合
を実線と黒丸で示すと、図３の通りである。

【００２６】本図によれば、本法による場合、合金粉末
に対する有機バインダーの混入割合が８Ｖｏｌ％の場合
には従来法による場合と同様に各位置によりばらつきが
大きく従来法と大差なく、２３Ｖｏｌ％の場合には相対
密度のばらつきが少ないものの全体的に低くなっている
が、１０Ｖｏｌ％〜２０Ｖｏｌ％であれば、従来法に比
較して高密度でクラックもなく、密度のばらつきが少な
く、従来法に比較して遙かに優れていることが良く判
る。なお、Ａｌ₂Ｏ₃粉末に対するより好ましいセンダ
の混合割合は、１０〜１５Ｖｏｌ％である。

【００２７】このように、本法によれば、取扱いが容易
出安価な設備で、従来法による場合に比較して遙かに低
圧で、より品質の優れた形状が複雑かつ大型の焼結品を
得ることを可能ならしめる粉末成形品を得ることが可能
になり、最終製品のコスト低減に多大な効果がある。さ
らに、上記の通り、加圧力も従来の場合の１／１０で良
いので、低能力の１軸式の油圧プレス機で済むことにな
り、設備費の低減とランニングコストとの低減があり、
最終製品のコスト低減により一層寄与することが可能に
なる。

【００２８】ところで、粉末成形品の成形温度は、低温
すぎると混合物の流動性が低下し、逆に高温すぎると混
合物が液化して良好な粉末成形品が得られなくなるの
で、上記の通り、混合物の粘性に合わせて変えられるも
のであり、また本発明の技術的思想を種々の形状の粉末
成形品の成形に適用することができるので、上記実施例
によって粉末成形品の形状が限定されるものではない。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項１
に係る粉末の成形方法によれば、超硬合金粉末に、この
超硬合金粉末の容量の３０〜６０Ｖｏｌ％の有機バイン
ダーを混合・混練し、混合・混練して得られた混合物を
金型に充填して加圧し、また本発明の請求項２に係る粉
末の成形方法によれば、セラミック粉末に、このセラミ
ック粉末の容量の１０〜２０Ｖｏｌ％の有機バインダー
を混合・混練し、混合・混練して得られた混合物を金型
に充填して加圧するが、混合物は粘土状であるため加圧
により容易に変形・流動して、金型の内部やすみまで移
動するので、簡便な装置による低圧加圧で、形状が複雑
で、かつ大型の粉末成形品を高精度で成形することがで
き、焼結品の精度向上による最終製品のコスト低減に大
いに寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１乃至３に係る粉末成形品の側面図であ
る。

【図２】図２（ａ）は、実施例１乃至３に係る焼結品の
相対密度測定位置説明図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に
対応する位置の焼結品の相対密度説明グラフ図である。

【図３】実施例４に係るセラミックの粉末成形品の焼結
後の相対密度説明グラフ図である。

【符号の説明】

１…粉末成形品，１ａ…大径部分，１ｂ…小径部分２…焼結品

フロントページの続き (72)発明者江上明兵庫県明石市魚住町金ケ崎西大池179番１株式会社神戸製鋼所明石工場内 (72)発明者浅野和彦兵庫県神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号株式会社神戸製鋼所神戸本社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超硬合金粉末に、この超硬合金粉末の容
量の３０〜６０Ｖｏｌ％の有機バインダーを混合・混練
し、混合・混練して得られた混合物を金型に充填してプ
レス機で加圧することを特徴とする金型による粉末の成
形方法。
【請求項２】セラミック粉末に、このセラミック粉末
の容量の１０〜２０Ｖｏｌ％の有機バインダーを混合・
混練し、混合・混練にて得られた混合物を金型に充填し
てプレス機で加圧することを特徴とする金型による粉末
の成形方法。