JPH09227905A - 金属ワイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬質で塑性加工が困難な金属材料から、連続
した捲線状の金属ワイヤを製造する。 【解決手段】 主として金属粉体からなるワイヤ原材料
を含む混練物を、連続的に供給しながら線状にする押出
成形工程と、焼成工程とを有する。また、混練物生成時
に接着剤を加え、これを消失除去する脱バインダ工程を
設ける。さらに、焼結体６ｂをドラム１２に巻き取る工
程を設け、これらの諸工程を連続的に行う。これによ
り、成形体６に過度の負荷がかからず、Ｃｏ基合金等の
硬質で塑性加工が困難なものから、捲線化した細い金属
ワイヤを製造できる。脱バインダ工程において、加熱開
始温度と最大加熱温度との温度差は１５０〜５００℃、
成形体６に対する加熱速度は３〜６０℃／ｈが好まし
い。焼成工程は、５００〜１５００℃の焼結温度で行う
とよい。また、巻取り速度に対する押出し速度の比は、
１０／９．９〜１０／７が望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば肉盛り溶接
用溶加材等、硬質で塑性加工が困難な金属材料であって
も、連続して捲線状に製造できる金属ワイヤの製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車のエンジンバルブのあた
り面等、高信頼性を要求される部分の溶接には、耐磨耗
性に優れるＣｏ基合金による肉盛り溶接が施される。こ
の肉盛り溶接用の溶加材（溶接ワイヤ）としては、Ｃｏ
基合金からなる直径５ｍｍ程度の棒状製品が市場に多く
供給されている。

【０００３】この溶接ワイヤの製造方法の一つとして、
アスピレーション法として広く知られた方法がある。ア
スピレーション法は、Ｃｏ合金溶湯に片側を差し込んだ
ガラス管内を減圧することで、溶解したＣｏ合金を吸い
上げた後、水中に浸し急冷させることでガラス管を破壊
して製品を取り出す方法である。

【０００４】また、他の溶接ワイヤの製造方法として
は、連続鋳造法がある。連続鋳造法は、Ｃｏ合金溶湯の
るつぼの一端に設けたノズルからＣｏ合金を冷却しなが
ら引き出し、適当な長さで切断して製品化する方法であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、機器の小型化が
進み、或いは小型機器にも肉盛り溶接が頻繁に使用され
るようになると、これに伴って細い溶接ワイヤが求めら
れるようになってきた。また、溶接工程の自動化が進
み、従来の棒状ワイヤでは人手による追加供給を強いら
れることから、細い溶接ワイヤを捲線で供給する要望が
強まってきた。

【０００６】しかし、上記した従来の溶接ワイヤの製造
方法では、細い溶接ワイヤを連続的に製造できず、これ
に代わる新たな溶接ワイヤの製造方法が強く求められて
いた。すなわち、上記したアスピレーション法では、ガ
ラス管内径を小さくすることで細い溶接ワイヤとするこ
とはできるが、ガラス管を長くするにも限度があり、長
い溶接ワイヤを得ることはできない。上記連続鋳造法で
は、逆に、連続した溶接ワイヤとするとはできるもの
の、ノズル径を小さくして細いワイヤを得ようとする
と、引き出し時の負荷でワイヤが切れてしまい、細い溶
接ワイヤの製造は困難である。

【０００７】他方、細い溶接ワイヤの製造に適用可能な
技術としては、合金粉末を金属管に真空封入し、熱間静
水圧プレス処理（ＨＩＰ; Hot Iso-static Press処理）
で固め、焼結処理を施し、伸線工程と焼鈍工程との繰り
返しで細径化した後、金属管を酸で融解して製品を取り
出す方法が知られている。しかし、この方法も、いわゆ
るバッチ処理であり金属管に封入する一回の合金材の量
は限られるため、捲線状にするほどの溶接ワイヤの長尺
化は困難である。また、他の技術分野でいえば、例えば
公開特許公報平１−３０６５４３に開示されているドッ
トプリンタ用ワイヤの製法があるが、ドットプリンタ用
ワイヤは１本の長さが数十ｍｍ程度であり、この開示さ
れた方法のみでは連続した捲線状の金属ワイヤを製造す
ることはできない。

【０００８】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、硬質で塑性加工が困難な金属材料から、
連続した捲線状の金属ワイヤを製造できる新たな製造方
法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の問題
点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明で
は、投入原料を連続供給しながら行う押出成形法により
金属ワイヤを成形し、焼成工程で圧密化，高強度化を図
ることとした。焼成工程における加熱は、５００〜１５
００℃の範囲の焼結温度で行うことが望ましい。なぜな
ら、焼結温度が５００℃以下では、焼結が不十分であり
製品の強度低下を招き、１５００℃を越えると酸化が激
しく製品の品質低下につながるおそれがあるからであ
る。

【００１０】押出成形法では、従来の連続鋳造法のよう
に押し出された成形体に過度の負荷がかかるようなこと
がなく、押出しノズルの径に応じて細い金属ワイヤを成
形することができる。また、本発明における押出成形法
では、投入原料の追加供給を行うこととしたことから、
連続した金属ワイヤの成形が可能である。

【００１１】押出成形後直ぐに焼結すれば、成形体の形
くずれ防止が可能であるが、押出成形に投入される混練
物に接着剤を予め混練させておけば、確実に形くずれを
防止でき好ましい。この場合、押出成形工程後で焼成工
程の前に、成形体から接着剤を消失除去する脱バインダ
工程を設ける必要がある。

【００１２】この接着剤を、脱バインダ工程で加熱によ
り除去可能な有機系とした場合、脱バインダ工程におけ
る加熱は、その加熱開始温度と最大加熱温度との望まし
い温度差は１５０〜５００℃である。この温度差が１５
０℃以下では、脱バインダが不十分である一方、５００
℃で脱バインダ速度が飽和することから、それ以上の加
熱は余り意味をなさないからである。また、押出成形後
の成形体に対する加熱速度を３〜６０℃／ｈとして、徐
々に加熱するとよい。急加熱による接着剤の急激な消失
除去は、発泡により、成形体内に欠陥を生じ、製品の破
断および製品の粗面化を招くおそれがあることから、こ
れを防止するためである。

【００１３】本発明では、連続した金属ワイヤの成形が
可能であるので、焼成工程後に焼結体をドラムに巻き取
る工程を設け、押出成形工程から、この巻取り工程まで
を連続的に行うとよい。この巻取り工程における焼結体
の巻取り速度に対する、押出成形工程における押出し速
度の比は、１０／９．９〜１０／７とすることが好まし
い。この比が１０／９．９未満では、ワイヤ状の成形体
に過度の引張り力が加わりこれが破断するおそれがあ
り、１０／７より大きいと撓みが発生するからである。

【００１４】このように連続処理することによって、押
出成形後（又は脱バインダ後）の成形材は、続く焼成工
程で直ぐに焼結，圧密化されるので、最後まで形くずれ
を起こすことがない。その後は、ドラムに巻き取られ、
例えば数ｍ或いは数十ｍといったかなり長い単位で製品
化される。

【００１５】また、連続処理により生産性向上が期待で
きるといった側面もある。さらに、例えば押出成形工程
において押出しノズルの開口数や本数を複数にすれば、
複数の金属ワイヤの同時製造ができ更なる生産性の向上
も可能である。以上の製法は、例えば肉盛り溶接用溶加
材などの用途を有し、硬質で塑性加工が困難なコバルト
基合金からなる金属ワイヤについて、特に好適である。

【００１６】

【本発明の実施の形態】以下、本発明に係る金属ワイヤ
の製造方法を、図面にもとづいて説明する。ここで使用
する図１は本発明の製法による金属ワイヤの製造過程の
概略を例示する説明図、図２はワイヤ送り方向の炉内温
度プロファイルを示すグラフであり、特に同図（Ａ）に
脱バインダ炉、同図（Ｂ）に焼成炉についてそれぞれ示
す。

【００１７】図１に示すように、本発明の金属ワイヤの
製造工程には、上記した４つの工程、即ち押出成形工
程，脱バインダ工程，焼成工程，巻取り工程を有してい
る。また、図以外では、押出成形工程の投入原料（混練
物）を生成する工程を備える。最初に、この混練物の生
成が行われる。まず、主として金属粉体からなるワイヤ
原材料が用意される。ワイヤ原材料の主成分である金属
粉体の材質について、特に限定はない。例えば、肉盛り
溶接用の溶接ワイヤの用途向けでは、コバルト（Ｃｏ）
基合金，鉄（Ｆｅ）基合金，ニッケル（Ｎｉ）基合金な
どが用いられる。これらの材料を、平均粒径１０〜３０
μｍ程度に粉砕するが、その際、製品の耐摩耗性向上の
ため、適量なセラミックやカーバイトなど同時粉砕し混
入させることもある。そして、このワイヤ原材料に、接
着剤を加えて混練し、混練物を得る。接着剤としては、
各種有機バインダを用いることができる。

【００１８】つぎに、図１に示すように、押出成形を行
う。この図示例では、油圧シリンダ２に連結したスクリ
ュウ押出機４を用いている。この押出成形は、通常の射
出成形機を用いてもよい。図示のスクリュウ押出機４の
供給口４ａから、上記した混練物を常時供給しながらシ
リンダ２ａを所定速度で動かすと、他方側の押出口（ノ
ズル４ｂ）から混練物が細線状に押し出され、成形され
る。この成形体６の断面形状及び外径は、ノズル４ｂの
開口形状で決められる。ノズル４ｂの開口数や本数に限
定はない。本図示例では、２本の成形体６が同時成形で
きる構成としてある。このスクリュウ押出機４の内容量
に応じて、連続した長い成形体６を得ることができる。
また、例えば２本のシリンダを切替え可能な機構等を設
けることで、原理的には、いくらでも長い線状成形体６
を作ることが可能となる。

【００１９】スクリュウ押出機４からの成形体６に対
し、従来の連続鋳造法のように過度の負荷がかかるよう
なことがない。また、前記した接着剤の作用で形くずれ
することもなく、次の脱バインダ工程に送られる。ここ
では、成形体６内の接着剤を消失除去するため、脱バイ
ンダ炉８による加熱が行われる。この脱バインダ炉８の
温度プロファイルは、図２（Ａ）に示すように、炉入口
の加熱開始温度ｔ₀ から比較的に緩やかな傾きでもって
徐々に加熱され、炉出口側に温度ピーク（最大加熱温
度：ｔ_max ）をもたせてある。

【００２０】この昇温の傾きは、例えば、押出成形後の
成形体６に対する加熱速度を３〜６０℃／ｈとするよう
な値に決められる。急加熱による接着剤の急激な消失除
去は、発泡による製品の粗面化を招くおそれがあること
から、これを防止するためである。従って、この昇温の
傾きは、成形体６の送り速度に応じて随時変更される。

【００２１】また、最大加熱温度ｔ_max については、そ
の加熱開始温度との温度差が１５０〜５００℃であるこ
とが好ましい。なぜなら、この温度差が１５０℃以下で
は脱バインダが不十分である一方、５００℃で脱バイン
ダ速度が飽和することから、それ以上の加熱は余り意味
をなさないからである。

【００２２】脱バインダ後の成形体６ａは、形くずれし
ないように、次の焼成工程において焼成炉１０で直ぐに
加熱され、焼結，圧密化される。この焼成炉１０の温度
プロファイルは、図２（Ｂ）に示すように、脱バインダ
の場合と異なり比較的に急な傾きの昇温としてよく、ま
た比較的に広範な焼成温度Ｔ_max の範囲Ｌを有してい
る。

【００２３】この焼成温度Ｔ_max の範囲Ｌも、成形体６
ａの送り速度との関係で、成形体６ａが焼成温度Ｔ_max
に曝される時間が一定となるように決められる。具体的
な焼成温度Ｔ_max としては、５００〜１５００℃である
ことが好ましい。なぜなら、焼結温度が５００℃以下で
は、焼結が不十分であり製品の強度低下を招き、１５０
０℃を越えると酸化が激しく製品の品質低下につながる
おそれがあるからである。

【００２４】そして、成形体６ａが焼成炉１０を通って
出来た焼結体６ｂは、冷却された後、次の巻取り工程で
ドラム１２に巻き取られ、最終製品形状に仕上げられ
る。すなわち、例えば数ｍ或いは数十ｍといった単位で
の切断、ドラム１２交換を繰り返すことで、最終製品形
状に整えられる。

【００２５】このドラム１２の巻取り速度は、押出成形
工程における押出速度（通常、成形体６の送り速度と同
じ）と関係させることとし、この巻取り速度に対する押
出成形工程における押出し速度の比を、１０／９．９〜
１０／７とすることが好ましい。なぜなら、この比が１
０／９．９未満では、ワイヤ状の形成体６に引張り力が
加わりこれが破断するおそれがあり、１０／７より大き
いと撓みが発生するからである。

【００２６】

【実施例】以下、さらに具体的に、本発明の実施例につ
いて説明する。第１実施例 本実施例は、Ｃｏ基合金の金属粉体の一例として、Ｃｏ
−Ｃｒ系合金粉末を用い、溶接用ワイヤを製造する場合
である。

【００２７】ここで使用したＣｏ−Ｃｒ系合金粉末は、
商品名がステライト＃６と呼ばれ、所定の含有元素と、
その残部のＣｏとで組成されている。所定の含有元素と
しては、１．３重量％のＳｉ，２８重量％のクロム（Ｃ
ｒ），４重量％のタングステン（Ｗ），２重量％の鉄，
１重量％の炭素（Ｃ）を含む。その平均粒径は、２０μ
ｍであった。

【００２８】接着剤としては、パラフィンワックスを用
いた。混練物は、上記Ｃｏ−Ｃｒ系合金粉末と接着剤の
他に、エチレンアクリレート，油剤，ポリエチレンとい
った形成助剤を混合して、１００℃，２時間混練し、冷
却後粉砕し、ペレット化して生成した。

【００２９】押出形成工程には、射出形成機を用いてお
り、その温度範囲を１１０〜１５０℃に設定した。ま
た、押出し速度は５ｍ／ｈとした。脱バインダ工程の温
度条件としては、加熱開始温度ｔ₀ を１５０℃とし、こ
の場合の最大加熱温度ｔ_max は３００〜７００℃が好ま
しく、ここでは４００℃に設定した。

【００３０】焼成工程は、アンモニア分解ガス雰囲気中
で行い、その焼成温度Ｔ_max を１０００℃に設定した。
巻取り工程では、２段のドラム巻取り機を用い、その巻
取り速度は４．５ｍ／ｈとした。この巻取り速度に対す
る押出し速度の比は、１０／９であった。 これによ
り、一回の射出形成で、１．２ｍｍφ，６０ｍのドラム
巻き溶接ワイヤを４個製造できた。すなわち、従来５ｍ
ｍφ程度であったワイヤ径を１／５程度まで細径化し、
かつ長尺化（捲線化）が可能となった。

【００３１】第２実施例 本実施例は、上記した第１実施例の金属粉体に、さらに
硬度を上げると共に耐摩耗性を向上させるために、炭化
タングステン（ＷＣ）微粉末を混合させた場合である。
この場合のＣｏ−Ｃｒ系合金粉末も、その組成は第１
実施例の場合と同様であるが、平均粒径が１５μｍと多
少細かなものを使用した。これに、平均粒径が５μｍの
ＷＣ微粉末を、それぞれ３対１の体積比で混合し、第１
実施例と同様な方法及び条件で、混練物を生成した。

【００３２】以後の押出形成，焼成，巻取りの諸工程の
条件は、第１実施例と同様とした。第３実施例 本実施例は、Ｆｅ基合金の金属粉体の一例として、Ｆｅ
−Ｃｒ系合金粉末を用い、溶接用ワイヤを製造する場合
である。

【００３３】ここで使用したＦｅ−Ｃｒ系合金粉末は、
所定の含有元素と、その残部のＦｅとで組成されてい
る。所定の含有元素としては、１重量％のＣ，１２重量
％のマンガン（Ｍｎ），２６重量％のＣｒ，７．２重量
％のモリブデン（Ｍｏ），１２重量％のＮｉ，０．２重
量％の窒素（Ｎ），０．６重量％の硅素（Ｓｉ），０．
３重量％のＣｏを含む。

【００３４】混練物の生成，押出形成，焼成，巻取りの
諸工程の条件は、第１実施例と同様とした。第４実施例 本実施例は、上記した第３実施例の金属粉体に、さらに
硬度を上げるとともに耐摩耗性を向上させるために、Ｍ
Ｃ炭化物（ここで、Ｍはニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔ
ａ）及びＳｉを指す）を混合させた場合である。

【００３５】ここでの平均粒径は、Ｆｅ−Ｃｒ系合金粉
末で２０μｍ，ＭＣ炭化物で３μｍ程度であった。ま
た、Ｆｅ−Ｃｒ系合金粉末とＭＣ炭化物との混合比は、
それぞれ３対１とした。その他の混練物の生成条件、及
び押出形成，焼成，巻取りの諸工程の条件は、第１実施
例と同様とした。

【００３６】第５実施例 本実施例は、Ｎｉ基合金の金属粉体の一例として、Ｎｉ
−Ｃｒ系合金粉末を用い、溶接用ワイヤを製造する場合
である。ここで使用したＮｉ−Ｃｒ系合金粉末は、所定
の含有元素と、その残部のＮｉとで組成されている。所
定の含有元素としては、１．６重量％のＣ，１．２重量
％のＳｉ，２８．６重量％のＣｒ，２４．１重量％のＦ
ｅ，２．８重量％のＭｏ，０．２重量％のＭｎ，９．９
重量％のＷを含む。

【００３７】混練物の生成，押出形成，焼成，巻取りの
諸工程の条件は、第１実施例と同様とした。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
金属ワイヤの製造方法によれば、硬質で塑性加工が困難
な金属材料から、連続した捲線状の金属ワイヤを製造で
きる新たな製造方法を提供することができる。

【００３９】本発明による製法では、連続処理がされる
ので生産性がよい。また、押出成形工程で、例えばノズ
ルの開口数や本数を複数とすれば、複数の金属ワイヤの
同時製造ができ更なる生産性の向上も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製法による金属ワイヤの製造過程の概
略を例示する説明図である。

【図２】ワイヤ送り方向の炉内温度プロファイルを示す
グラフであり、特に図２（Ａ）で脱バインダ炉、図２
（Ｂ）で焼成炉について示す。

【符号の説明】

２…油圧シリンダ， ２ａ…シリンダ， ４…スクリュウ押出機， ４ａ…供給口， ６…成形体， ６ａ…脱バインダ後の成形体， ６ｂ…焼結体， ８…脱バインダ炉， １０…焼成炉， １２…ドラム，

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主として金属粉体からなるワイヤ原材料
   を含む混練物を、連続的に供給しながら線状に押出成形
   する工程と、 押出成形後の成形体を焼結する焼成工程とを有する金属
   ワイヤの製造方法。
2. 【請求項２】 前記焼成工程では、５００〜１５００℃
   の焼結温度で、前記押出成形後の成形体を加熱する請求
   項１に記載の金属ワイヤの製造方法。
3. 【請求項３】 前記混練物は、さらに接着剤を加えて混
   練したものであり、 前記押出成形工程後、前記焼成工程の前には、押出成形
   後の成形体から接着剤を消失除去する脱バインダ工程を
   設ける請求項１または２に記載の金属ワイヤの製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記接着剤は、前記脱バインダ工程で加
   熱により消失除去可能な有機系の接着剤であり、 該脱バインダ工程における加熱は、加熱開始温度と最大
   加熱温度との温度差が１５０〜５００℃で、その間の前
   記押出成形後の成形体に対する加熱速度が３〜６０℃／
   ｈである請求項３に記載の金属ワイヤの製造方法。
5. 【請求項５】 前記焼成工程の後に、焼成後の焼結体を
   ドラムに巻き取る工程を設け、前記押出成形工程から該
   巻取り工程までを連続的に行う請求項１〜４のいずれか
   １項に記載の金属ワイヤの製造方法。
6. 【請求項６】 前記巻取り工程における焼結体の巻取り
   速度に対する、前記押出成形工程における押出し速度の
   比が、１０／９．９〜１０／７である請求項５に記載の
   金属ワイヤの製造方法。
7. 【請求項７】 前記金属粉体は、コバルト基合金である
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属ワイヤの製造
   方法。