JPS60177110A

JPS60177110A - 多孔質鉄系焼結部材表面の封孔方法

Info

Publication number: JPS60177110A
Application number: JP59033750A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Morishita; 強森下; Shigezo Osaki; 茂三大崎; Noriyuki Sakai; 紀幸坂井; Yasushi Kawato; 川戸　康史
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1985-09-11
Also published as: DE3505863A1; DE3505863C2; US4591480A; JPH0148325B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、多孔質金属の封孔方法に関し、史に詳細には
、多孔質金属に対して拡散性のすぐれた元素を構成元素
として含む共晶合金を使用した、多孔質金属の封孔方法
に関する。

〔従来技術〕

一般の焼結合金は、３〜３０容量％の気孔を有する。こ
のような焼結合金はその気孔中に■滑油を含浸し、無潤
滑軸受などとして利用されている。

ところで、このような焼結合金の耐食性や耐摩耗性を向
上させるため、あるいは装飾を目的として、めっきが行
われるが、その際気孔中に浸透しためつき液は、めっき
後洗浄しても十分に取り除かれないため、気孔周囲より
錆が発生して、耐摩耗性を低下させる。また、鉄系焼結
合金の耐摩耗性や強度を向上させるため、浸炭、浸炭窒
化、軟窒化処理等が施される。このような処理、たとえ
ば鋼の浸炭焼入れは、表面より／龍程度の深さまで行い
、表面を硬化するとともに１内部の靭性はそのまま維持
されるようにすることが必要である。しかしながら多孔
質金属部材を封孔処理することなくこのような浸炭等の
処理を行うと、／闘よりも深部まで硬化され、内部の靭
性が著しく低下して、実用に供せないものとなってしま
う。

そこで従来、次に示すような封孔処理を行った後に、め
っきや浸炭、浸炭屋化、軟窒化処理を施すのが普通であ
る。

（イ）　パラフィンや高分子材料を含浸する。

（ロ）水ガラス質材料を含浸する。

（ハ）最表面を棲械的に塑性加工し、封孔する。

（イ）の方法は、主としてめっきの前処理として行われ
るが、表面の気孔以外の部分すなわち基地にも・母ラフ
インや高分子材料が付着するため、これを取り除く工程
が必要であり、また、被処理金属と含浸処理剤の熱膨張
係数の差が太きいため、完全な封孔が難しいという欠点
がある。

（ロ）の方法は、加熱した状態で浸炭、浸炭窒化、軟窒
化処理を施すばあいの前処理として利用されているが、
含浸材料自体が封孔処理後も残存し、多孔質材料の軽量
性、多孔性などの特性を［５という欠点がある。

（ハ）の方法は、ロールやコイニング型で材料表面を塑
性流動させて気孔をつぶす方法であるが、部品の形状が
特定の形状に制限され、また、材料も塑性変形しやすい
材料に制限されるなど、一般的な方法とはいえない。

他の方法として、酸化処理によって、内部まで連通して
いる有効気孔の内面に酸化膜を形成して封孔する方法が
あるが、このばあいは、最表面の基地も酸化されて酸化
膜を形成するので、この酸化膜を除去するために、例え
ばショットゲラスト、バレル等の前処理がさらに必要に
なる。

一方、鉄系焼結合金に銅または銅合金を溶浸させてその
強度を改善する方法が知られている。また、エンジンの
弁座に利用される焼結合金の耐摩耗性を改善するために
、オートクレーブ等を利用して鉛または鉛合金等の低融
点金属または合金を加圧含浸させる方法も知られている
。

ところで、鉄系焼結合金などの多孔質金属部材にめっき
、浸炭、浸炭窒化、軟窒化処理などを施す際に、その前
処理として封孔処理を行うばあい、多孔質金利部材の最
表面近傍の有効気孔のみを封孔すればよいことは明らか
である。しかし、このような封孔処理手段として、上記
溶浸法や加圧含浸法を使用すると、処理剤である溶融金
属または溶融合金が表面近傍にのみとどまることなく気
孔を通じて深部まで浸透してしまうため、多量の処理剤
が必要になる。またこのように深部まで処理剤が浸透し
て気孔を塞いでしまうため、多孔質部材の特性、すなわ
ち多孔性が損われるという欠点がある。

〔発明の目的〕

したがって本発明の目的は、多孔負金属部材の最表面近
傍の気孔のみを封孔することができる方法を提供するこ
とである。

〔発明の構成〕

本発明者らは、共晶合金の特性に注目し、共晶合金を多
孔質金属部材の封孔材料として利用することにより上記
目的が達成されることを見出し、本発明を完成するに至
った。

本発明は、多孔質金属部材表面に、該多孔質金属に対し
て拡散性のすぐれた元素を構成元素として含む共晶合金
粉末または共晶合金生成金属粉末混合物を付着させ、該
共晶合金の共晶温度以上の温度に加熱することを特徴と
する多孔質金属の封孔方法である。

本発明に使用される多孔質金属部材としては、焼結合金
部材、発泡金属部材、または圧粉体などがある。最も典
型的なものは鉄系の金属部材である。

本発明に封孔用材料として使用される共晶合金は、被処
理多孔質金属に対して拡散性のすぐれた元素を、その共
晶組成中に含むものである。本発明では、共晶合金の代
りに、加熱されると共晶合金を生成するような金属の混
合物を使用してもよい。鉄系の多孔質金属部材を処理す
るのに適切に共晶合金としてはＦｅ＝Ｐ　＋　Ｆｅ−Ｐ
−Ｃ、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃ。

Ｆｅ−８−Ｃなどが誉げられる。

本発明では、封孔用材料として共晶成分のみからなる合
金または混合物を用いてもよいし、あるいは共晶成分と
仙の金属とからなる合金または混合物を用いてもよい。

多孔質金属部材表面に封孔用材料として使用する合金粉
末または混合金属粉末を付着させる方法としては各種の
方法を利用することができる。たとえば、合金粉末また
は混合金属粉末に対してθ、、ｔ−４’重ｔ％の樟脳を
、アセトンなどに溶解し、合金粉末または混合粉末と湿
式混練し、泥しよう状態にしておき、これに多孔質金属
中材を浸漬するか、あるいは、この泥しようを多孔η金
属部材の封孔すべき部分に塗布すればよい。あるいはま
た、合金粉末または混合粉末に対して７〜７重量％のア
クリル系樹脂を混合し、必要によりトルエン等の溶媒を
加えて、必要により加熱しながら、混線し、圧延して、
適当な厚み（コ〜１０ｍｒｎ程度）のシートに成形し、
これを多孔質金属部材表面に、直接に、あるいは上記ア
クリル系樹脂と同一組成の接着剤を介して接着させても
よい。

また、鉄系焼結合金を摺動材料として利用するばあい、
気孔は、摺動面圧が小さいときは、油留り等になって好
都合であるが、摺動面圧が大きくなると、気孔中に潤滑
油が押し込められ、その結果、摺動面の接触面積が気孔
面積の分だけ小さくなり、基地金属の支える面圧が上昇
するため、気孔の存在は摺動特性を逆に悪くシ、摺動材
料の摩耗を促進することになる。したがって、このよう
な気孔部分は、ｔｌ席耗性共晶合金、たとえば、前記Ｆ
ｅ−Ｐ　＋　Ｆｅ−Ｐ−Ｃ＋　Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃ＋　Ｆｅ
−Ｂ−Ｃ等の共晶合金を用いて封孔処理し、耐摩耗性を
向上させておくことが望、ましい。

合金粉末または混合粉末を多孔質金属中面に付着させた
のち非酸化性琴曲気中で共晶成分の共晶温度以上の温度
に加熱する。非酸化性等囲気としては、窒素、アルゴン
などの不活性琴曲気、水素などの還元性琴曲気、真空中
などが使用できる。

昇温速度は１７０８０７分以下とするのが好ましい。

また、バインダーとしてアクリル系樹脂を含む粉末成形
体を使用するばあい、／夕θ℃〜３ｇＯ℃で５分間以上
保持したのち昇温すると、３ｇｏ℃から共晶温度に至る
までの温度においても、粉末成形体と多孔質金属表面と
の間の接着力が十分に高（保持され、粉末成形体を斜面
や下面に接着させたばあいにも剥離したり、脱落したり
することがないので好ましい。

共晶温度に達すると、共晶成分が溶融し、気孔中に浸入
して、多孔質金属と接触する。そうすると、共晶成分の
なかで、多孔質金属に対して鉱敷性のすぐれた元素はす
みやかに多孔質金属中に拡散する。このため、多孔質今
風表面に近接した部分で、溶融共晶合金の共晶関係がく
ずれ、該溶融合金の融点が上昇するため、合金は急速に
凝固し、気孔を塞いでしまう。その結果、溶融した共晶
合金が、さらに多孔細金属部材の深部に浸入することは
できなくなる。こうして、多孔質金属部材の表面近傍の
みが完全に封孔され、表面に近くない気孔は封孔される
ことなくそのまま保存される。

このような封孔が行われる後横を、多孔質金属として鉄
系焼結合金を使用し、封孔材料としてＰりｕ＋ｔ、・４
１し’ｆ−１ｆｌ＾９ｊｉ’舌４駈ト’Ｆ４−ｒｒりｕ
１丁ｊ’４６ト’ＡＣ３，９重量％、Ｓｔ　Ｏ，６重−
１１％、Ｍｎ　Ｏ，４を重ｉ％、残部Ｆｅ　からなる合
金を使用したばあいを例にとって説明する。以下、％は
すべて重量％である。

この合金では、主として、Ｆｅ−Ｐ　（乙、９％）−〇
　（２，１１％）（共晶温度９５Ｏ℃）、Ｆｅ−Ｐ（９
，，２％）−Ｃ（０６３％）（共晶温度／θ０左℃）、
Ｆｅ−４Ａｏ　（／　３％）　−Ｃ（’１．３％）（共
晶温度／θ７０°Ｃ）の共晶部分が存在する。したがっ
てこの合金粉末を、非酸化性零囲気中で加熱すると、９
５０℃、７００３℃および１０７０℃で、上記の各共晶
部分が溶融する。これらの離液はいずれも、非酸化性等
囲気では、鉄系焼結合金との濁れ性が良いため、毛細管
現象によって気孔中に浸入する。この融液が、多孔質金
属中制の表面近傍で凝固し、深部の気孔中に浸入しない
理由を、第７図に示すＡ−８二元状憇図を参照してさら
に詳細に説明する。

第１図において、共晶温度Ｔ、より高い温度Ｔ、に加熱
したときに溶融した部分の成分Ｂの比率はａ％（１）で
ある。この融液が毛細管現象によつて鉄系焼結合金の気
孔中へ浸入すると、気孔周囲の基地中へ、拡散性の大き
い成分Ｂが急速に拡散し、また逆に基地を構成している
鉄が融液中に拡散する。このため融液中の成分８の比率
は低減し、８％からｂ％（Ｉｆ）になり、ｂ％以下にな
ると半溶融状態（Ｌ＋α）となり、液相中に固相αが晶
出する。そうすると、相互拡散がさらに進行して、成分
Ｂの比率はさらに低減し、ｄ％（１）より低くなると、
完全に固相αとなって凝即する。このようにして気孔が
塞がれ、融液はもはや浸入できな（なる０上記合金では、温度が９５θ℃を超えると、Ｐ。

Ｃが共晶成分となっている部分が溶融して気孔中に浸入
する。そうすると、拡散性の大きいＰおよびＣが気孔周
囲の基地中へ拡散するとともに、基地中のＦｅ　が融液
中に拡散し、融液組成が共晶組成からずれることにより
、融液は凝固する。次に、１００５℃を超えると、同様
の現象が起こるはずである。しかしこのときにはＰの大
部分が既に基地のＦｅ　中に拡散してしまっているため
、Ｐが９．２％も偏在している部分は少なく、シたがっ
て、共晶温度がｉｏｏｇ℃の液相の晶出も少ない。さら
に７０７０℃を超えると、Ｆｅ−ＭＯ（／　５％）−〇
　（１１，３％）の共晶成分が溶剤１して、気孔中に浸
入し、拡散性の大きいＭｏ　、　Ｃが気孔周囲の基地中
に拡散するとともに１基地中のＦｅ　が融液中に拡散す
る。こうして融液の組成が共晶組成からずれることによ
り融液が凝固し、勿孔を塞ぐことになる。

このようにして、鉄系・多孔質部材の気孔は、鉄系共晶
合金成分を含む合金を封孔材料として用いることにより
塞ぐことができる。

一方、封孔される気孔の深さ、すなわち融液の浸入深さ
は、封孔材料の組成と加熱温度を選択することにより制
御することができる。この点につき、再び第７図を診照
して説明する。

第１図において組成Ｉの合金（成分Ｂの比率ａ％）を共
晶温度Ｔ、よりやや高い温度Ｔ、に加熱すると、溶融し
て液相しになる。この融液が鉄系焼結合金の気孔中に浸
入すると、前述のとおり、融液中の成分Ｂの比率は次第
に低下し、ｂ％より低くなると固相αが晶出し、６％よ
り低くなると完全に凝固する。ところが、同じ組成Ｉの
合金を用いても、加熱温度なＴ、より高いＴ２　にする
と、融液中の成分日の比率がｂ％より低くなっても、固
相αは晶出しない。温度Ｔ２　においては、成分日の比
率が０％（組成■）より低くなったときにはじめて、固
相αが晶出する。このように同一組成の合金を用いても
溶融温度が高いと、固相の晶出が遅くなり、したがって
融液はより長く液相で存在できるため、融液の気孔中へ
の浸入深さは低温のばあいより大きくなる。

また、溶融温度が同一でも、成分Ｂの北本が低い合金■
を用いたばあいには、成分日の比率が高い合金Ｉを用い
たばあいにくらべて、融液が液相で存在できる時間は短
くなる。このため、融液の浸入深さは小さくなる。

このように１融液の浸入深さを大きくするには、加熱温
度を高くシ、あるいは、拡散性元素の比率の高い合金を
使用中ればよ＜−揃ｆ−浴ス渉弐シ小さくするには、加
熱温度を低くシ、あるいは、拡散性元素の比率の低い合
金を使用すればよい。

このように、合金の組成および加熱温度を適切に選ぶこ
とにより、融液の浸入深さ、すなわち封孔される気孔の
深さを制御することができる。この深さをさらに小さく
するには、同相線にできるだけ近い半溶融状態で処理を
するように、合金の組成および加熱温度を選択すればよ
い（たとえば、組成■のものを温度Ｔ、で処理する）。

しかし、同相線にあまり近すぎると固相分が多くなりす
ぎて、鉄系焼結合金の表面に残渣を生じ、これを削り落
す工程が必要となるので好ましくない。このため、一般
に、液相が同相に対して３０容量％以上となるように、
合金の組成および加熱温度を選択することが望ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多孔質金属部材の表面近傍の気孔のみ
を封孔することができ、また、封孔される気孔の深度を
制御することができる。

〔実施例〕

Ｐ　Ｊ、ｌ１％、ＭＯ９，！；％、ｃｒ２．４ｔ％、Ｃ
３，９％、Ｓｌ　Ｏ，６％、残部Ｆｅからなり、粒度が
コθθメツシュ以下の合金粉末９３％と、アクリル系樹
脂７％とにトルエンを加えて混練し、これをロールによ
り圧延し、厚み０．５〜０．６ｍｍのシートをつくった
。こノシートを／２ｔｍｘｊＯｍｍに裁断し、Ｃθ、４
Ｌｊ％、残部Ｆｅ　からなり、密度がｌ、、Ａ　３　ｔ
／ｃｒ／Ｉの焼結体（／２■龍×３０■朋×乙關）に接
着した。これを水素ガス零囲気中、昇温速度１０℃／分
で３０θ℃まで加熱し、３００℃に７時間保持したのち
、昇温速度１５℃／分で７０ｇ０℃まで加熱し、この温
度にｌＳ分間保持したのち、徐冷した。

３％硝酸アルコールで腐食したときの、封孔処理表面近
傍の組織断面の顕微鏡写真を第２図に示す。

第２図から、表面より約θ、／３酊までの気孔のみが封
孔され、これより内部の気孔は封孔されていないことが
わかる。

このようにして封孔した焼結体を銅めっきした。

これをさらに、３％硝酸アルコールで腐食したときの断
面顕微鏡写真を第３図に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ａ−８二元共晶合金の状態図であり、第２図
は、本発明方法により封孔した焼結体表面の断面組織を
示す顕微鏝写真であり、第３図は、第２図に示した焼結
体をさらに銅めっきした表面の断面組織を示すＷＩ４ｍ
鉾写真である。第１図第２図（Ｘ１００）

Claims

【特許請求の範囲】

多孔質金属部材表面に、該多孔質金属に対して拡散性の
すぐれた元素を構成元素として含む共晶合金粉末または
共晶合金生成金属粉末混合物を付着させ、該共晶合金の
共晶温度以上の温度に加熱することを特徴とする多孔質
金属の封孔方法。