JPS58153702A - 合金成分である金属粒子又は化合物粒子から成形合金部品を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、合金成分及び／又はこれらの合金成分を詮有
する化合物類から合金部品を形成する方法及び成形組成
物に関する。

従来、番属合金類から柚々の方法により部品が成形され
ている。例えは、置載のブロックを製造し、これを所望
の形状及び寸法に加工して部品が得られる。最終部品の
コストは要求される部品精度と要求される加工工程数に
依存して変るのでＦ記方法は明らかに費用がかかる。即
ち、部品が複雑になればなる程、最終部品の費用は増大
する。

しかも、部品を構成しなかった合金物質はすべてスクラ
ップとなり廃棄されるという欠点もある。

別の従来法として、合金物質の粒子を利用し、この粒子
を通常のプレス・焼結冶金法により部品とする方法があ
る。しかしながら、これらの方法では満足な結果が得ら
れなかった。更に、合金類の粉体又は目的とする合金を
得るだめの金属成分自体の粉体を適当な割合で混合した
混合物から部品を成形する試みがなされたが、これらの
方法には粒子表面に酸化物が形成され焼結作業が阻害さ
れ易いという欠点がある。従って、従来法で加工された
部品の利点をすべて有すると同時に、部品構造の完成度
が向ｈｌ−かつ最終部品の費用が減少するという利点を
更に有する精度の高い部品を金属合金類から成形する方
法の提供が強く望まれている。

各金属類及び／又目目的とする金属合金の金属成分を含
有する各化合物類の小粒子及びバインダから金属合金の
精密な成形部品を形成する本発明の方法により上記要望
を達成することができる。

目的とする合金を製造するのに必要な金属類及び／又は
金属化合物＠を所定の割合で混合すれば、前記目的とす
る合金が得られる。使用金属類及び／又は合金類の粒子
の径は小さければ小さい程よく、好１しくはｈｏミクロ
ン〜１０ミクロンの範囲である。これらの粒子は適当な
バインダと混合して均一な塊状体とする。

部品を形成するには、この混合物全公知の方法によりグ
リーン・ボディとし、グリーン・ボディからバインダを
除去し、バインダを除去したグリーン・ボディを使用金
属類の焼成温度以上であってしかも処理雰囲気中ですべ
ての金属化合物類を充分還元せしめるが、金属の酸化を
防止するのに充分な高温まで昇温する。この温度を保持
することにより合金化されかつ焼成される金属類に対す
る炉雰囲気の平衡曲線の還元側で処理が行なわれ、この
処理操作はしばしば雰囲気の露点と現状温）Ｗとの関係
に基づいて調節される。グリーン・ボディを光分な時間
この雰囲気中に保持すると実質的にすべての金属及び／
又は金属化合物類は純粋な金属状となる。次いで、焼成
温度１で糸を昇温１−１焼成が完工′するまで糸を前記
平衡曲線の還元域に保持しながら当該金属類の焼成温間
に系の温度を保持すれば、焼成部品が得られる。この焼
成部品は均質な合金の性状を示し、目的とする合金が形
成される。

以下、本発明を更に詳しく説明する。

金属合金類から精密部品を形成するには、まず過当な成
形用組成物を用いることが必要である。

本発明による成形組成物は、所望の合金を形成するのに
必要な金属類の小粒子か金属成分を含有する化合物類で
あって４：の条件下で卑金属に還元又は転換され得る化
合物類の小粒子を利用して形成される。化合物を使用す
る場合には、最終合金中の金稿含有駿が所定鼠となるよ
うに化合物の使用量は目的とする合金に必要な化合物中
の金属含有量により決める。粒子径は約１０ミクロン以
下であり、粒径は小さければ小さいほどよい。好ましい
粒径範囲は臂０ミクロン〜ｌＯミクロンである。

しかしながら、純粋な金属類の場合、例えばクロム等の
ある種の金属は粒子の径を非常に小さくすると爆発性が
強くなるので、金属状で使用する場合これらの純金属の
粒径はＬ記範囲の内大径側で使用することが必要である
。ｔ１０方、金属化合物類、特に酸化物類が用いられる
場合、これらの化合物の表面エネルギは純金属に比１〜
非常に小さいので、これらの化合物は数分の一ミクロン
以下の非常に小さな粒径とすることができ、純金属自体
と比較すると実質的に何の危険性も伴わず上記径範囲で
使用することができる。父、必要な合金類及び金属成分
は普通入手できず、例え入手出来たとしても、価格が高
く経済的でない。従って、適当な金属類及び／又は化合
物類の小粒子を適当な公知のバインダ、例えばパラフィ
ンワックス、カルナウバワックス、ポリエチレン等及び
これらの混合物と共に混合して均一な塊状体とする。

バインダ及び金属及び／又は金属化合物の組成物は次に
所望形状に成形してグリーン・ボディとし、グリーン・
ボディから前記バインダ全従来法により除去する。バイ
ンダを除去したグリ−７・・ボディを適当な還元又は他
の雰囲気、通常は、酸素を含まない乾燥水素のオーブン
、キル／等に入れ−Ｃ金属化合物類をすべで純金属に転
換１〜かつ純金属類を使用した場合これらｔ」純金属状
１轢に保持する。炉内の露点は、合金の製造１′こ利用
される子＠類及び／又は化合物類もしくは系内の条件ド
に利用される金属の酸化物類のすべての半面曲線の還元
域（父はＣｒ２Ｏ，が含まれている場合図面のＣｒ２Ｕ
、曲線の右１ｊｌｉｌ）に常に保持する。列えば、水素
雰囲気を使用しかつＣｒ２Ｏ，、鉄及びニッケルを用い
てステンレススチールを形成し、更に雰囲気を変えずに
操作する場合、全操作が図面のＣｒ、　０゜曲線の右側
、既ち還元域で行なわれるように系の露点を保持する。

鉄及び二ノクールの酸化物の平衡曲線は図示のＣｒ、０
．曲線の完全に左側に位置している。

次に、金属化合物類をすべて純金属に還元又は転換させ
るかあるいは金属化合物類が金属自体に還元又は転換さ
せるような適当な化学反応が生起するのに充分な高温に
オーブン内を昇温する。この場合、系の露点は図示の曲
線の右側となるようにする。使用した金属化合物類がす
べて純金属に還元又は変換すると、粒子径が非常に小さ
いためにバインダが既に除去されている成形体全体に亘
って金属の小粒子の均質な混合物となる。還元反応が完
了したか否かは炉への入口及び出口の露点を監視すれば
よい。即ち、酸化物類が存在している間は還元又は焼成
されている成形体から水分が発生するので、酸化物がす
べて還元された後気密系においては排気露点は人口露点
以■となる。しかる後、系を合金の焼成温度まで徐々に
昇温し、この原糸の露点は前述の如く還元域に保持する
。

、１１１゜ 焼成温度で所要時間焼成すると金属粒子は互いに拡散し
て所望の合金が得られる。焼成中雰囲気は中性又は真空
としてもよい。次いで、炉を停止して最終部品を室温ま
で冷却し完成品を炉から取り出す。

全化合物類を卑金属に還元するのに要する時間は使用物
質の種類、雰囲気、温度、及び部品のサイズと形状によ
り変る。一般に、部品の厚さ０．１２７ＣｒＩＬ（ｏ、
ｏ　５インチ）当り１時間平衡曲線の右側即ち置元域で
部品を焼成すれば充分に全化合物が純金属に還元される
。

更に、原料粉体自体が目的とする合金からなる場合より
優れた結果が−Ｆ記方法により得られる。

これは一般に合金もその粒子表面は酸化するので、経済
的観点から充分かつ適切な焼成ができないが、本発明の
方法では全金属表面の酸化は実質的に防止されるので表
面が酸化されたとしても純粋な金属合金に還元されるか
らであると思われる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例■ 粒径２〜４ミクロンのニッケル粉体２００ｇを　　　　
　・粒径２〜４ミクロンの鉄粉体１４２０ｇ及び粒径１
．５ミクロンの酸化クロム５６０ｇと混合した。

これらの物質に更にパラフィンワックス７０．５ｇ及び
ポリエチレン７０ｇを添加し、　　１５０ｔｌｌ’で２
時間混合した。各種物質の均一塊状物を用いて射出成形
機でテスト用の棒を成形した。棒を成形機から取り出し
、このグリーン・ボディをオーブン内の無灰紙からなる
吸収材上に載置ｊ〜オープンを徐々に２００Ｃまで加熱
し、３時間２００Ｃに保持してバインダをグリーン・ボ
ディから除去した。

バインダをグリーン・ボディから除去した後、グリーン
・ボディを炉に入れた。炉内には１気圧で露点−５ｃ＋
、＋ｃ（−７５°Ｆ）の水素を供給循環した。炉内温度
を１分間に３３Ｃ（６°Ｆ）の速度で７８７．８Ｕ（１
４５０°Ｆ）まで徐々に昇温させ、更に１分間に３．３
Ｃ（６°Ｆ）の速度で９２６．７Ｃ（１７００°Ｆ）ま
で徐々に昇温させこの温度で５時間保持した。次いで、
露点平衡曲線より露点を５．６Ｃ（１０°Ｆ）低く保持
しながら出来るだけ迅速に１２６０Ｃ（２３００°Ｆ）
まで外温し、この温度に１時間保持した。系内の露点は
継続的にプロットしたが、これは添付の図面に示す通り
である。次に、炉を停止して室温まで放冷した後、棒を
取り出し検査した。棒は全体が均質のステンレススチー
ルであって、非磁性体であった。

実施例■ 粒径１０ミクロン以下の３１６Ｌステンレススチ一ル粉
体２１５１ｇをパラフィンワックス７０゜５ｇｂ　ポリ
エチレン５０ｇ１純粋な精製キャンデリラワックス片２
０ｇ及びステアリン酸１ｇと１５０Ｕで２時間混合して
各物質の均一塊状物が得られた。この均一塊状物を用い
て試験相棒を射出成形機で成形した。成形機から前記棒
を取り出し、このグリーン・ボディをオーブン内の無灰
紙からなる吸収材上に載置し、２００Ｃまで徐々に加熱
しかつ２００Ｃで３時間保持してバインダ成分を除去し
た。グリーン・ボディからバインダを除去した後、この
グリーン・ボディを炉に入れた。

炉内には１気圧で露点−５９，４Ｕ（−７５°Ｆ）の水
素が供給循環され、温度を１分間に３．３Ｃ（６’Ｆ　
）の速度で７８７．８Ｃ（１４５０°Ｆ）まで除徐に上
げ、更に１分間に３．３Ｃ（６°Ｆ）の速度で９２６．
７０（１７００°Ｆ）まで徐々に−上げこの温度で５時
間保持１〜だ。次いで、傷点平衡曲服より露点を５．６
Ｃ（１０°Ｆ）低く保持（−ながら出来るだけ迅速に１
２６０Ｃ（２３００°Ｅ”）−Ｅで昇温し、この温度に
１０時間保持した。炉を停止して室温まで放冷した後、
４＃！を取り出し検査した。この棒は全体に任って均質
なステンレススチールであって非磁性体であった。棒の
密度は錬Ｘデンレススチール３１６　Ｌの９７％であっ
た。

以上詳述した如く、本発明では合金を構成する黴属成分
が卑金属自体とし７て粒状で人手可能でわるか又は合金
の形成中金属粒子の焼成温度以−Ｆの温度で卑金属に転
換し得る化合物の粒体で大手可能であれば、あらゆる種
類の合金から部品を製造することができる。

本発明を好ましい態様に関して説明したが、多くの変更
、改変が当業者にとって容易であり、本発明が上記好捷
しい態様に限定されるものでないことは言うまでもない
。

【図面の簡単な説明】

図面はＣｒ、　０．　、　Ｆｅ２０Ｂ　、　Ｗ’０２及
びＭｏＯ２に関する炉温に対する１気圧での水素の露点
（”Ｆ）を示すグラフである。 特イｆ出願人 ライチック・ケイマン・パテンツ・リミテッド代理人　
弁理士　　　森　崎　俊　明 １１．１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　個々の金属類及び／又は目的とする合金の金
   属成分を含有する化合物類から直接金属合金の成形部品
   を形成する方法であって、 （ａ）　　目的合金中に存在する個々の金属の重量パー
   セントに対応する量の金属類及び／又は金属化合物類か
   らなる群より選ばれる物質の小粒子と適当なバインダと
   を混合してバインダと粒子の均一混合物とし、 Φ）前記混合物を所定の形状に成形し、（Ｃ）　　前記
   バインダを前記成形体から除去し、（ｄ）　　前記雰囲
   気の露点を目的合金を形成するすべての金属類に対する
   露点平衡曲線の還元側に常時保持しながら工程（Ｃ）か
   らの前記成形体を還元性雰囲気及び温度条件下に置いて
   すべての化合物類を金属状に変換し、かつ （ｅ）焼成雰囲気中前記雰囲気の露点を目的合金を形成
   する金属類すべてに対する露点平衡曲線の還元側に常時
   保持しながら工程（ｄ）からの前記成形体を還元性雰囲
   気及び温度条件下で焼成する工程からなる前記合金成形
   部品を形成する方法。 （２）　　前記粒子が目的合金を形成する金属類の酸化
   物である特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （３）前記粒子の径が約１０ミクロン以下である特許請
   求の範囲第１及び２項のいずれかに記載の方法。 （４）前記粒子が酸化クロム、酸化鉄及び酸化ニッケル
   からなる特許請求の範囲第３項に記載の方法。 （５）前記粒子が酸化クロム、鉄及びニッケルからなる
   特許請求の範囲第３項に記載の方法。 （６）前記粒子が酸化クロム、酸化鉄及びニッケルから
   なる特許請求の範囲第３項に記載の方法。 （力　前記粒子が酸化クロム、鉄及び酸化ニッケルから
   なる特許請求の範囲第３項に記載の方法。 １８）個々の金属類及び／又は目的とする合金の金属成
   分を含有する化合物類から直接金属合金成形部品を形成
   する方法であって、 （ａ）　　ＬＪ的合金中に存在する個々の金属の取計バ
   ーセン）　ＶＣＫ＝Ｊ心する計の金属類及び／又は金属
   化合物かｌ：、なる７１ｆエリ選ばれる物質の小粒子と
   適当な・・−イノダとを混合してバインダと粒子との均
   　７昆合９勿とし、 （ｂ）　　前記混合物を所定の形状に成形し、（ｃ）　
   　ｎｆ＋　Ａ＋４バイ／ダを前記成形体から除去し、（
   ｄ）　　］」的合、ＩＩｉ中の全化合物類及び全金属の
   ｔ液化物類を純金槙とするためにＬ１＆１（ｃ）からの
   前記成形体をｊＡ整された雰囲気内に入れて、前６己雰
   囲気の露点をＬｊ的合油をル成する全積属類に対−Ｉ−
   る露点曲線の瞳元側に常時保持しながら全化合物類を番
   桟状に変換し、かつ （ｅ）　　ＩＪ的合訪中の前記化合物類及び全硬属の酸
   ｆヒ物を純金属に変換する雰囲気中で土＆ｉ　（Ｃ）か
   らの前記成形（４）を、焼成′雰囲気中前記雰囲気の露
   点を目的ａ金を形成する金属類すべてに対する蛎点平衡
   曲巌のＪｌｔ元１１Ｎに′に時保持し７ながら焼成する
   工程からなる前記合金成形部品を形成する方法。 （９）前記粒子が目的合金を形成する金属類の酸化物で
   ある特許請求の範囲第８項に記載の方法。 ＯＱ　　前記粒子の径が約ｌＯミクロン以上である特許
   請求の範囲第８及び９項のいずれかに記載の方法。 ＯＩ）前記粒子が酸化クロム、酸化鉄及び酸化ニッケル
   からなる特許請求の範囲第１Ｏ項に記載の方法。 ０′４　　前記粒子が酸化クロム、鉄及びニッケルから
   なる特許請求の範囲第１Ｏ項に記載の方法。 （ト）前記粒子が酸化クロム、酸化鉄及びニッケルから
   なる特許請求の範囲第１０項に記載の方法。 α４　　Ａｉｌ記粒子粒子化クロム、鉄及び酸化ニッケ
   ルからなる特許請求の範囲第１０項に記載の方法。 に）合金の粒子から奥接金属合金成形部品を形成する方
   法であって、 （ａ）　　前記合金の小粒子と適当なバインダを混合し
   てバインダと粒子との均一混合物とし、（ｂ）　　Ａｉ
   ｒ記混合物を所定の形状に成形し、（ｃ）　　Ａｉｌ記
   バイ／ダを前記成形体から除去し、（（Ｊ）　　Ａｉｌ
   記雰囲気の露点をＭ記合蓋の全番属類にズ・（する露点
   平衡曲線の還元側に虐待保持しながらに程（Ｃ）からの
   Ａｆｌ記成形成形体元１生雰囲気及び温１隻条件ＦＶ装
   置いて全化合物類を金属状に変換し、かつ （ｅ）　　焼成雰囲気中Ａｆ前記雰囲気の露点を置載の
   金属類すべてにズ１する露点−ＩＬ罰凹曲線還元１１１
   １１に保持しながら「程（ｄ）からのＩｊ１１記成形体
   全還ノＬ１生雰囲気及び温ｊ斐条件トで焼成する［程か
   らなる前記合金成形部品を形成する方法。 （４）Ａｆｔｆｔ子粒子が約１（］ミクロン以ドである
   特許請求の範囲第１５項に記載の方法。