JPS60224702A - 金属製基体上への金属焼結層の形成方法 - 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】 Ａ２発明の目的 ｎ＋　産業上の利用分野 本発明は金属焼結体の製造方法に関する。

（２）従来の技術 金属焼結体を製造する場合、その成形作業を容易に行う
ため焼結性金属粉末と合成樹脂バインダとを混練した可
塑性物を用い、これを所定の形状に成形し、次いで成形
体中の合成樹脂バインダを熱分解すると共に金属粉末を
焼結することが提案されている。

（３）発明が解決しようとする問題点 上記方法において、金属粉末の焼結時それに河谷バック
アップ手段を講しておかないと焼結体が膨張による寸法
変化を惹起し、焼結前後で略４％近い狂いが発生するお
それがある。

本発明は上記に鑑み、簡単な手段により焼結体の膨張を
抑制し、また焼結体の面粗度を良好にし得る前記製造方
法を提供することを目的とする。

Ｂ１発明の構成 ｆｉｌ　問題点を解決するための手段 本発明は、焼結性金属粉末と合成樹脂バインダとを混練
した可塑性物を所定の形状に成形して成形体を得る工程
と、前記成形体の表面に、微細な耐火物粉末と合成樹脂
バインダとの混練物より形成されたシート状物を密着す
る工程と、前記成形体を前記シート状物の上から粒状バ
ックアツプ材により包む工程と、前記成形体中の合成樹
脂バインダおよび前記シート状物中の合成樹脂バインダ
を熱分解すると共に前記金属粉末を焼結する工程とを用
いることを特徴とする。

（２）作　用 上記バックアツプ材の押付力により膨張による金属焼結
体の寸法変化を抑制して金属焼結体の寸法精度を前ユさ
せることができ、またシート状物の表面は平滑であるか
ら比較的柔らかい成形体の表面が荒らされることがなく
、その上シート状物によりハックアップ材の荒い表面が
成形体の表面に転写されることおよびシート状物中の耐
火物粉末によりバックアツプ材が金属焼結体に溶着され
ることがそれぞれ防止されるので金属焼結体の面粗度を
良好にすることができる。

（３）実施例 〔実施例■〕 ｉ、可塑性物の製造 Ｎｉ自溶性合金粉　８０部と、Ｍｏ粉砕粉　２０部とを
■−ブレンダにより十分に混合して混合粉を得る。

四フフ化エチレン樹脂エマルジーンとアクリル樹脂エマ
ルジョンをｌ：１に混合して合成樹脂バインダを得る。

上記混合粉　１００部に対し合成樹脂バインダ３部を添
加して卓上ニーダにより十分に混練し、この混練物を１
００−１５０℃に加熱して合成樹脂バインダ中の水分を
蒸発させる。得られた混練物の性状は、合成樹脂バイン
ダにより粘結されて無数の団塊状を呈する。

上記混練物を８０〜１００℃に加熱してロール機に複数
回通しシート状可塑性物を得る。この場合ロール機のロ
ールを混練物と同程度に加熱するとシート成形作業が容
易に行われる。得られたシート状可塑性物は常温におい
゛（適度なｉ’ｉｌ　Ｆ！　＋／ｌと引裂き強度を有す
る。

ｉｉ　、　シート状物の製造 微細な耐火物粉末として、直径５〜５００μ程度のアル
ミナ粉末に、四フフ化エチレン樹脂エマルジョンとアク
リル樹脂エマルジョンをｌ＝１に混合した合成樹脂バイ
ンダ５〜１ｏ部を添加して卓」ニニーダにより十分に混
練し、この混練物をロール機に複数回通して厚さ０．２
〜５＋＋ｍのシート状物を得る。

ｉｉｉ　、焼結体の製造 上記シート状可塑性物を用いて、加圧力１ｋｇ／ｆ１２
で直径２０１ｍ、長さ２（Ｉｎの円柱状成形体Ｆ、〜Ｆ
、を成形し、これらに焼結処理を施す。

焼結処理に当たり、成形体Ｆ１の場合は、第１図（ａｌ
）に示すように成形体Ｆ１の表面に５０〜１００℃に加
熱されて可塑化した前記シート状物Ｓを密着し、これを
容器１に入れ、その成形体Ｆ、をシート状物Ｓの上から
粒状ハックアンプ材としての、直径０．５〜１真冒、線
膨張１１ＸＩＯ−’／℃の鋼球２１により包み、その容
器１を真空焼結炉３に設置する。

成形体Ｆ２の場合は、第１図（ａ２）に示すように成形
体Ｆ２の表面に前記同様にシート状物Ｓを密着し、これ
を容器１に入れ、その成形体Ｆ２をシート状物Ｓの上か
ら粒状ハックアップ材としての、線膨張４　Ｘ　１０−
６／’Ｃの５号ケイ砂２□により包み、その容器１を真
空焼結炉３に設置する。

成形体Ｆ３の場合は、第１図（ａ３）に示すようにシー
ト状物およびバックアップ材無しで真空焼結炉３に設置
する。

そして第２図に示す加熱−冷却条件で有機物質の分解と
金属粉末の焼結を行う。キャリヤガスには窒素ガスまた
は還元性の強い水素ガスが用いられる。

（Ａ）第１加熱ゾーン（第３図Ａ） この加熱ゾーンＡは常温から６５０　’ｃまでであり、
昇温速度は１０〜２０’Ｃ／分である。この加熱ゾーン
Ａでは先ず水分が蒸発し、次いで可塑性物およびシート
状物における合成樹脂バインダ中の四フフ化エチレン樹
脂およびアクリル樹脂が分解してガス化する。これら合
成樹脂は３００〜４００°Ｃでガス化するが、熱伝導を
考慮して６００〜６５０℃に９０分間均熱保持して殆ど
の有機物質を除去し、Ｎｉ自溶性合金−Ｍｏ粉末よりな
る圧粉体およびアルミナ粉末を残置する。この場合第１
図（ａ、）、（ａ、）においては、バックアツプ材とし
ての鋼球２．およびケイ砂２゜は粒状であるから、鋼球
２１相互間およびケイ砂２２相互間には無数の連続気孔
が形成されており、シート状物Ｓからの生成ガスはハッ
クアップ祠のａｓｈ気孔を通じ、また可塑性物からの生
成ガスはシート状物Ｓの合成樹脂バインダの分解により
生したアルミナ粉末間の連続気孔およびハックアップ材
の連続気孔を通じてそれぞれハックアップ材より散逸す
る。

（Ｂ）第２加熱ゾーン（第３図Ｂ） この加熱ゾーンＢは９００〜１０００℃の範囲であり、
圧粉体をＮｉ自溶性合金の固相線（１０１０〜１０２０
℃）以下の温度、例えば９５０℃に３０分間均熱保持し
て固相焼結処理を施し、これを仮焼結する。第１加熱ゾ
ーンＡからの昇温速度は１０〜ｂ 真空焼結炉３内の圧粉体は、その表面から加熱されて昇
温するので、圧粉体全体が均一温度に達するまでは所定
の加熱時間が必要である。若し焼結温度である１０００
〜１２００℃にいきなり加熱すると圧粉体に温度差がで
きて、気孔率のばらつきが多くなり均一な焼結体が得ら
れないだけでなく、焼結後クランク等の欠陥を生じ易く
なる。

第２加熱ヅーンＢでは未分解の有機物質が完全にガス化
して除去される。

（Ｃ）第３加熱ゾーン（第３図Ｃ） この加熱ゾーンＣは、Ｎｉ自溶性合金の固相線（１０１
０〜１０２０℃）直下から液相線（１０７５〜１０８５
℃）を越える温度、即ち１０００〜１２００℃の範囲で
あり、仮焼結体を、例えば液相線を越える温度である１
１００〜１１８０℃、好ましくは１１２０℃に１２０分
間恒温保持してＮ１自溶性合金の溶融により液相焼結処
理を施し焼結体を得る。この場合Ｎｉ自溶性合金の流動
はＭＯの存在により妨げられ、したがって形状維持性が
良い。

第２加熱ゾーンＢからの昇温速度は１５〜ｂに高温加熱
されているので、第３加熱ゾーンＣまでの昇温時間は僅
かである。この第３加熱ゾーンＣの保持時間が不充分で
あると焼結が完全に行われず、焼結体に欠陥を生ずる。

（Ｄ）冷却ゾーン（第３図Ｄ） この冷却ゾーンＤは、前記焼結温度から略８００℃まで
の１次冷却ゾーンＤ、と、略８００“Ｃから略４００℃
までの２次冷却ゾーンＤ２と、略４００℃から常温まで
の３次冷却ゾーンＤ、とに分けられる。

１次冷却ゾーンＤ、は、焼結体の高温下におりる安定域
であり、この冷却ゾーンＤ１ではできるだけ熱的な刺激
を避け、同時に冷却効率を考慮して最高２℃／分程度の
ゆっくりした速度で冷却する。この冷却ゾーンＤ１で急
冷が行われると焼結体にクラックが多発する。

２次冷却ゾーンＤ２では、最高３゛ｃ／分程度のゆっく
りした速度で冷却する。この冷却ゾーンＤ２で急冷が行
われると焼結体にクラックが多発するおそれがある。

３次冷却ゾーンＤ３では、水、油等の液冷以外のガス冷
却（空冷を含む）により焼結体の温度を常温まで冷却す
る。

上記工程を経て得られた３個の焼結体における焼結処理
前後の長さについて伸び率を測定したところ下表の結果
が得られた。表中、焼結体ｒ１〜ｆ３は成形体Ｆ１〜Ｆ
、にそれぞれ対応する。焼結体ｆ、、ｆ２についてはア
ルミナ粉末を除去した後測定が行われる。

）二記表から明らかなように、可塑性物よりなる成形体
Ｆ　ｌ−Ｆ　：＋を焼結する場合、ハノクア７・プ４．
１２．．２□を用いて得られる焼結体ｒ、、ｒ。

は、焼結時ハックアップ材２１．２□の押付力を受りて
膨張が抑制されるので、ハックアップ材を用いないで得
られる焼結体ｆ３に比べて伸び率が大幅に減少している
。

また成形体Ｆ、、Ｆ２の表面に密着するシート状物Ｓは
平滑な表面を持つので、比較的柔らかい成形体Ｆ１．Ｆ
２の表面を荒らすことがなく、またシーＩ・状物Ｓによ
りハックアップ材２１，２□の荒い表面が成形体Ｆ、、
Ｆ２の表面に転写されることがない。その上シート状物
Ｓ中の合成樹脂バインダが分解してガス化した後残置さ
れるアルミナ粉末によりハックアップ材２１，２□が焼
結体ｆ、、ｆ、に溶着することが防止され、したがって
焼結体ｒ、、ｒ、の面粗度は良好である。

〔実施例■〕

金型のワーク成形部の形成 第３図（ａ）に示すように、鋳鋼（ＪＩＳ　５Ｃ４６４
Ａ）よりタンク用金型素材４を構成する。この金型素材
４は鋳放しのまま使用されるもので、その黒皮を持つベ
ース面４ａには清掃後アクリル樹脂接着剤を塗布する。

第３図（ｂ）に示すように、ベース面４ａに前記実施例
１と同様のシート状可塑性物を貼着し、雌形模型Ｍを用
いて０．５ｋｇ／ａｍ”の圧力を以て押圧し、ワーク形
成部と同一形状の成形体Ｆ、を成形する。

第３図（ｃ）に示すように、成形体Ｆ４の表面に前記シ
ート状物Ｓを密着する。

第３図（ｄ）に示すように、金型素材４を容器ｌに入れ
、成形体Ｆ４をシート状物Ｓの上からバックアツプ材と
しての前記鋼球２、により包み、その容器ｌを真空焼結
炉３に設置して前記加熱−冷却条件で成形体Ｆ４および
シー］・状物Ｓ中の有機物質の分解とＮｉ自溶性合金−
ＭＯ粉末の焼結を行う。

第３図（ｅ）に示すように、上記工程を経て金型素材４
のベース面４ａに、Ｎｉ自溶性合金−ＭＯ焼結体ｆ４よ
りなるワーク成形部５を持った金型６が得られる。

上記金型６のワーク成形部５における各部位Ｘ〜２の焼
結前後の厚み方向の伸びを３次元測定機を用いて測定し
たところ、部位ＸではＱ、　’ｌ　＋ｕ、部位ｙでは０
．５　ａｍ、部位２では０．１１四であり、ハックアッ
プ材２、により焼結体ｆ４の寸法変化が大幅に抑制され
ていることが明らかである。

またシート状物Ｓは平滑な表面を持つので、成形体Ｆ４
の表面を荒らすことがなく、その」二シート状物Ｓによ
りバンクアップ材２１の荒い表面か成形体Ｆ４に転写さ
れること、およびシー］・状物Ｓ中の合成樹脂バインダ
が分解してガス化した後残置されるアルミナ粉末により
ハックアップ材２１が焼結体【、に溶着することがそれ
ぞれ防止されるので、焼結体ｆ１、したがってワーク成
形部５の面粗度は良好である。

なお、バンクアップ材としては、前記鋼球、ケイ砂の外
、球状アルミナ、球状セラミック等を用いることができ
、必要に応じて鋼球等を水ガラス等の無機バインダによ
り部分的に接着してハックアップ材を成形体の形状に合
致するように成形してもよい。また耐火物粉末としては
、前記アルミナ粉末の外、ジルコンフラウア、シリコン
フラウア等を用いることができる。さらにシート状物を
アクリル樹脂接着剤により成形体に接着して、そのシー
トの位置ずれを防ぐようにしてもよい。さらにまた第３
図（ｂ）工程における可塑性物の成形は、模型Ｍを用い
る場合に限らず、可塑性物を半硬化させてそれに研削加
工を施すようにしてもよい。

Ｃ６発明の効果 本発明によれば、可塑性物よりなる成形体を粒状ハック
アップ材による包むという極めて簡単な手段により膨張
による金属焼結体の寸法変化を抑制して、寸法精度の良
い金属焼結体を得ることができる。

また、シート状物は平滑な表面を持つので、比較的柔ら
かい成形体の表面を荒らすことがなく、その上シート状
物によりバンクアンプ材の荒い表面が比較的柔らかい成
形体の表面に転写されること、およびシート状物中の合
成樹脂バインダが分解してガス化した後残置される耐火
物粉末によりハ・７クアソプ材が金属焼結体に溶着され
ることがそれぞれ防止されるので、良好な面粗度を持つ
金属焼結体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図（ａ＋）〜
（ａ、）は第１実施例における３個の成形体の焼結処理
を示す説明図、第２図は焼結処理における温度と時間の
関係を示すグラフ、第３図（ａ）〜（ｅ）は第２実施例
における焼結体の製造工程説明図である。 Ｆ＋　、ＦＺ　、Ｆａ−成形体、ｒ４−・・焼結体、Ｓ
・・・シート状物、 ２、．２２・・・パ・７クアソプ材としての鋼球、ケイ
砂

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 焼結性金属粉末と合成樹脂バインダとを混練した可塑性
   物を所定の形状に成形して成形体を得る工程と、前記成
   形体の表面に、微細な耐火物粉末と合成樹脂バインダと
   の混練物より形成されたシート状物を密着する工程と、
   前記成形体を前記シート状物の上から粒状バックアツプ
   材により包む工程と、前記成形体中の合成樹脂バインダ
   および前記シート状物中の合成樹脂バインダを熱分解す
   ると共に前記金属粉末を焼結する工程と、よりなる金属
   焼結体の製造方法。