JPS63286533A - 微細結晶粒合金の製造法 - Google Patents
微細結晶粒合金の製造法Info
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- JPS63286533A JPS63286533A JP62119014A JP11901487A JPS63286533A JP S63286533 A JPS63286533 A JP S63286533A JP 62119014 A JP62119014 A JP 62119014A JP 11901487 A JP11901487 A JP 11901487A JP S63286533 A JPS63286533 A JP S63286533A
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- Powder Metallurgy (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、粉末冶金法によって0.1μmから20μm
の微細結晶粒を有する高強度高延性合金を製造する方法
に関する。
の微細結晶粒を有する高強度高延性合金を製造する方法
に関する。
〔発明の背景および従来技術の問題点〕各種の金属材料
は最も普通には溶製法で製造され5種々の加工や熱処理
を経て広範囲な用途で使用されている。高強度合金の開
発も盛んに行われいるが、溶製法で製造される合金の強
化法の代表的な処決としては、適切な合金成分の適量の
添加と熱処理の組み合わせによる「固溶体強化法」。
は最も普通には溶製法で製造され5種々の加工や熱処理
を経て広範囲な用途で使用されている。高強度合金の開
発も盛んに行われいるが、溶製法で製造される合金の強
化法の代表的な処決としては、適切な合金成分の適量の
添加と熱処理の組み合わせによる「固溶体強化法」。
「析出硬化法J、「結晶粒の微細化による強化法」およ
びrMi織による強化法Jのほか、適切な加工を施すこ
とによって[加工硬化を利用した方法」など様々な手法
が用いられている。
びrMi織による強化法Jのほか、適切な加工を施すこ
とによって[加工硬化を利用した方法」など様々な手法
が用いられている。
これらのうち「結晶粒の微細化による強化法」は例えば
鋼を例にとると、鋼を強く且つ粘くするための最良の方
法であると考えられている。結晶粒が微細になればなる
ほど強く且つ粘くなるからである。例えば数10μmの
結晶粒からなる普通の低炭素鋼は抗張力が40kg/m
m”未満であるが、熱延や鍛造などのくり返しなどによ
る特殊な方法で結晶粒を数μmオーダーにすると70k
g/sm”以上に向上するといわれている。またニッケ
ル鋼などでは変態点前後で数回くり返し焼鈍を行うこと
によって結晶粒の微細化か図れるという報告もある。
鋼を例にとると、鋼を強く且つ粘くするための最良の方
法であると考えられている。結晶粒が微細になればなる
ほど強く且つ粘くなるからである。例えば数10μmの
結晶粒からなる普通の低炭素鋼は抗張力が40kg/m
m”未満であるが、熱延や鍛造などのくり返しなどによ
る特殊な方法で結晶粒を数μmオーダーにすると70k
g/sm”以上に向上するといわれている。またニッケ
ル鋼などでは変態点前後で数回くり返し焼鈍を行うこと
によって結晶粒の微細化か図れるという報告もある。
しかし、このような方法はいずれも経済性から見て工業
的に実施することは困難である場合が多い。
的に実施することは困難である場合が多い。
一方、溶製法以外で合金を製造する方法として粉末冶金
法がある。粉末冶金法による各種の製品は、自転車、自
動車、鉄道車輌、家電製品、ミシン、農業機械、事務機
器などの機械構成部品として広く用いられており1年々
増加している。この増加の理由は短時間で複雑な形状の
最終製品が多量に生産できるという利点が挙げられる。
法がある。粉末冶金法による各種の製品は、自転車、自
動車、鉄道車輌、家電製品、ミシン、農業機械、事務機
器などの機械構成部品として広く用いられており1年々
増加している。この増加の理由は短時間で複雑な形状の
最終製品が多量に生産できるという利点が挙げられる。
粉末冶金法による合金製品の製造は、各種金属粉末を混
合し、所定の形に圧縮成型した後、最終製品の形を保っ
たまま焼き固める(焼結)という工程で行われるのが通
常である。
合し、所定の形に圧縮成型した後、最終製品の形を保っ
たまま焼き固める(焼結)という工程で行われるのが通
常である。
異種の金属粉末を混合して焼結した合金製品は金属組織
的には合金元素の偏在が避けられず、マクロ的な規模で
不均一な組織となっている。この不均一な組織は合金の
緒特性を一般に低下させる。
的には合金元素の偏在が避けられず、マクロ的な規模で
不均一な組織となっている。この不均一な組織は合金の
緒特性を一般に低下させる。
このため、より均一な合金をめざして、使用する粉末自
体を合金粉末とするか、或いは部分的に合金化させた粉
末とすることが開発され、実用化されてきた。
体を合金粉末とするか、或いは部分的に合金化させた粉
末とすることが開発され、実用化されてきた。
しかし1合金粉末は合金化のための溶解工程が必要であ
るのでエネルギー消費が多くなるという問題のほか1合
金粉末の圧縮成型性や焼結性に問題が多く微細結晶化が
困難であるという問題がある。したがって、従来の公知
の合金粉末を使用した粉末冶金製品では微細粒組織の合
金を得ることには限界があった。
るのでエネルギー消費が多くなるという問題のほか1合
金粉末の圧縮成型性や焼結性に問題が多く微細結晶化が
困難であるという問題がある。したがって、従来の公知
の合金粉末を使用した粉末冶金製品では微細粒組織の合
金を得ることには限界があった。
小原嗣朗、立沢清彦等は、 1979年以降行ってきた
研究成果として「粉体および粉末冶金J VOl、29
1Nα4.P、139〜145. (1982年)、「
粉体および粉末冶金J VOl、30.8(L 5 、
P、190〜195(1983年)および[粉体およ
び粉末冶金J vol、31+ Na6 、 P、1
83〜188. (1984年)において、要約すれば
、100メツシユから325メツシユ (約35μ謡か
ら149μ端径)のアトマイズ鉄粉に対して塩化ニッケ
ル・ホウ酸水溶液を用いて置換ニッケルメッキを行うか
、または硫酸銅水溶液を用いて置換銅メ・ンキを行ない
。
研究成果として「粉体および粉末冶金J VOl、29
1Nα4.P、139〜145. (1982年)、「
粉体および粉末冶金J VOl、30.8(L 5 、
P、190〜195(1983年)および[粉体およ
び粉末冶金J vol、31+ Na6 、 P、1
83〜188. (1984年)において、要約すれば
、100メツシユから325メツシユ (約35μ謡か
ら149μ端径)のアトマイズ鉄粉に対して塩化ニッケ
ル・ホウ酸水溶液を用いて置換ニッケルメッキを行うか
、または硫酸銅水溶液を用いて置換銅メ・ンキを行ない
。
或いはこれらの複層メッキを行った後、成型・焼結する
方法を提案している。この方法によると。
方法を提案している。この方法によると。
混合粉末を用いた場合よりも焼結が促進されることおよ
び粉末粒子界面が合金相で強化されることによって高強
度が得られ、また合金元素が未拡散の大きな粒子内部で
は高延性を分担するという不均一な組繊となるので、粉
末混合法では得られない高強度高延性の合金が開発でき
たを報告している。しかしながら、同じ組成の溶製材に
比べると結晶粒も大きく1強度や延性も優れているとは
言い難い。
び粉末粒子界面が合金相で強化されることによって高強
度が得られ、また合金元素が未拡散の大きな粒子内部で
は高延性を分担するという不均一な組繊となるので、粉
末混合法では得られない高強度高延性の合金が開発でき
たを報告している。しかしながら、同じ組成の溶製材に
比べると結晶粒も大きく1強度や延性も優れているとは
言い難い。
木原宏、林宏爾等は1日本金属学会春期大会−1講座概
要集、 1987年4月、 P、163において、真空
冶金■製の平均粒径が0.02μmの鉄超微粉およびニ
ッケル超微粉を用い、これらの粉末を種々の割合いに混
合し、成型・焼結した例を報告している。これによると
、若干の粒成長は認められるものの約0.8μmから3
1.6μmの微細粒ニッケル合金鋼を開発できたと報告
している。しかし1両方の超微粉末が高価なこと、粉末
表面の還元や焼結微密化に伴う体積収縮が著しいこと1
等から実用化にあたっては問題が多い。
要集、 1987年4月、 P、163において、真空
冶金■製の平均粒径が0.02μmの鉄超微粉およびニ
ッケル超微粉を用い、これらの粉末を種々の割合いに混
合し、成型・焼結した例を報告している。これによると
、若干の粒成長は認められるものの約0.8μmから3
1.6μmの微細粒ニッケル合金鋼を開発できたと報告
している。しかし1両方の超微粉末が高価なこと、粉末
表面の還元や焼結微密化に伴う体積収縮が著しいこと1
等から実用化にあたっては問題が多い。
[発明の目的]
本発明は、前述した従来の方法とは異なる方法で「微細
結晶粒を有する合金」を焼結によって製造することを目
的とする。そして、製造プロセスの簡略・容易化、成分
偏析の減少化、粉末の圧縮成型の容易さ2体積収縮の減
少化など、実用化にあたっての諸問題点もできる限り解
決しようとするものである。
結晶粒を有する合金」を焼結によって製造することを目
的とする。そして、製造プロセスの簡略・容易化、成分
偏析の減少化、粉末の圧縮成型の容易さ2体積収縮の減
少化など、実用化にあたっての諸問題点もできる限り解
決しようとするものである。
前記の目的を達成せんとする本発明の要旨とするところ
は9粒径が0.1μmから20μmの範囲の微細な金属
粉末の表面に、該金属粉末よりも低融点で且つ該金属粉
末と互いに固溶し合う金属の一種以上をQ、1wt.%
から50wt.%の範囲量で被覆し、得られた被覆粉末
を成型し、そしてこの成形体を焼結する工程からなり、
そのさい、前記の焼結の条件として、金属粉末と被覆金
属元素が互いに均一に固溶化せず且、つ少量の固溶化し
た被覆金属元素を含む粉末部分が、当初の金属粉末の粒
径を実質上保ったまま、少量の固溶化した粉末金属元素
を含む被覆部分で結合された不均一固溶組織となる条件
で行なうことを特徴とする微細結晶粒合金の製造法に存
する。
は9粒径が0.1μmから20μmの範囲の微細な金属
粉末の表面に、該金属粉末よりも低融点で且つ該金属粉
末と互いに固溶し合う金属の一種以上をQ、1wt.%
から50wt.%の範囲量で被覆し、得られた被覆粉末
を成型し、そしてこの成形体を焼結する工程からなり、
そのさい、前記の焼結の条件として、金属粉末と被覆金
属元素が互いに均一に固溶化せず且、つ少量の固溶化し
た被覆金属元素を含む粉末部分が、当初の金属粉末の粒
径を実質上保ったまま、少量の固溶化した粉末金属元素
を含む被覆部分で結合された不均一固溶組織となる条件
で行なうことを特徴とする微細結晶粒合金の製造法に存
する。
本発明法では、また、前記の不均一固溶組織の微細結晶
粒の焼鈍体(−次焼結体)を得たあと適度の加工例えば
圧延を施すことができ、この加工のあとさらに焼鈍や焼
入れなどの熱処理を施すことができる。そのさいの焼鈍
や焼入れのさいの加熱温度や時間はやはり本発明合金の
特徴である不均一固溶組織で微細結晶粒組織が保たれる
がまたはこの組織をより完成化させるような条件で行う
6本発明法によれば、微細結晶粒を有する合金を比較的
簡単に製造することができる。
粒の焼鈍体(−次焼結体)を得たあと適度の加工例えば
圧延を施すことができ、この加工のあとさらに焼鈍や焼
入れなどの熱処理を施すことができる。そのさいの焼鈍
や焼入れのさいの加熱温度や時間はやはり本発明合金の
特徴である不均一固溶組織で微細結晶粒組織が保たれる
がまたはこの組織をより完成化させるような条件で行う
6本発明法によれば、微細結晶粒を有する合金を比較的
簡単に製造することができる。
〔発明の詳細な
説明者らは種々の金属微粉末の焼結現象を研究していた
際に、単一の粉末だけの焼結では焼結時の粒成長が著し
いが9粒径が0.1μmから20μmの範囲の微細な金
属粉末の表面に、該金属粉末よりも低融点で互いに固溶
し合う金属の一種以上を0.1wt.%から50wt.
%の範囲に被覆した複合粉末はこれを成型して焼結する
と、特定の焼結条件範囲内では短時間で均一固溶化せず
に、少量の固溶化した被覆金属元素を含む粉末部分が、
当初の金属粉末の粒径を実質上保ったまま、少量の固溶
化した粉末金属元素を含む被覆層部分で結合された不均
一固溶組織を呈した微細結晶粒組織の焼結構造が得られ
ることを発見し9本発明に至ったものである。この現象
は限られた空間における粉末金属中への被覆金属の拡散
速度と被覆金属中への粉末金属の拡散速度の微妙な違い
および粉末金属と被覆金属との固溶体に対する粉末金属
および被覆金属の各々の拡散速度の微妙な違いなどに起
因していると考えられるが、0.1μmから20μmと
いう微粉末の内での現象であり、その理由の明確な分析
は至難であるが、第1図や第2図に図解したよう−な挙
動となると考えられる。
際に、単一の粉末だけの焼結では焼結時の粒成長が著し
いが9粒径が0.1μmから20μmの範囲の微細な金
属粉末の表面に、該金属粉末よりも低融点で互いに固溶
し合う金属の一種以上を0.1wt.%から50wt.
%の範囲に被覆した複合粉末はこれを成型して焼結する
と、特定の焼結条件範囲内では短時間で均一固溶化せず
に、少量の固溶化した被覆金属元素を含む粉末部分が、
当初の金属粉末の粒径を実質上保ったまま、少量の固溶
化した粉末金属元素を含む被覆層部分で結合された不均
一固溶組織を呈した微細結晶粒組織の焼結構造が得られ
ることを発見し9本発明に至ったものである。この現象
は限られた空間における粉末金属中への被覆金属の拡散
速度と被覆金属中への粉末金属の拡散速度の微妙な違い
および粉末金属と被覆金属との固溶体に対する粉末金属
および被覆金属の各々の拡散速度の微妙な違いなどに起
因していると考えられるが、0.1μmから20μmと
いう微粉末の内での現象であり、その理由の明確な分析
は至難であるが、第1図や第2図に図解したよう−な挙
動となると考えられる。
第1図において、1は金属粉末、2は被覆層を示してお
り、金属粉末工の元素を小白丸で、また被覆層の被覆金
属元素を小黒丸で図解的に示したものであり、第2図は
第1図の被覆微粉を本発明に従って焼結した場合の焼結
組織と各元素の拡散の状態を模式的に描いたものである
。第2図において、3は当初の金属粉末の粒径を実質上
保持した結晶粒であり、この結晶粒3には被覆金属元素
(小黒丸)が少量固溶している。4は結晶粒3を結合し
ている結合層であり、これは第1図の被覆層2が結晶粒
3の粒界を埋めることになるが、そのさいに、結合層4
には金属粉末1の元素(小白丸)の少量が固溶している
。5は被覆層と被覆層の境界を示すがこれは必ずしもは
っきり現れるわけではない。
り、金属粉末工の元素を小白丸で、また被覆層の被覆金
属元素を小黒丸で図解的に示したものであり、第2図は
第1図の被覆微粉を本発明に従って焼結した場合の焼結
組織と各元素の拡散の状態を模式的に描いたものである
。第2図において、3は当初の金属粉末の粒径を実質上
保持した結晶粒であり、この結晶粒3には被覆金属元素
(小黒丸)が少量固溶している。4は結晶粒3を結合し
ている結合層であり、これは第1図の被覆層2が結晶粒
3の粒界を埋めることになるが、そのさいに、結合層4
には金属粉末1の元素(小白丸)の少量が固溶している
。5は被覆層と被覆層の境界を示すがこれは必ずしもは
っきり現れるわけではない。
本発明法では、第2図に模式的に示すように。
被覆金属元素を少量固溶した金属粉末の結晶が。
当初の粒径を保ったまま、その結晶の隙間を金属粉末元
素を少量固溶した被覆金属で埋めつくされた組織となる
。このような結晶粒と結晶結合層とでは均一ではない(
不均一)固溶組織となり且つ各結晶粒が当初の金属粉末
と実質上回等の微細粒径を維持したままの微細粒組繊を
焼結によって得た点に本発明の基本的な特徴があり、こ
れには。
素を少量固溶した被覆金属で埋めつくされた組織となる
。このような結晶粒と結晶結合層とでは均一ではない(
不均一)固溶組織となり且つ各結晶粒が当初の金属粉末
と実質上回等の微細粒径を維持したままの微細粒組繊を
焼結によって得た点に本発明の基本的な特徴があり、こ
れには。
使用する金属粉末が20〃−以下の微細粒径を有するこ
と、被覆金属が金属粉末の表面全体に緊密に付着結合し
ていること、被覆金属の融点が金属粉末よりも低いこと
、被覆金属元素と金属粉末元素とは相互に固溶する性質
を有すること、被覆金属は金属粉末より50wt、%以
下の少量であること等が基本的な要件となるが、特に金
属粉末の粒径と前記要件を備えた被覆層の存在が支配的
な因子となる。金属粉末の粒径が20μ−より大きくな
ると焼結の際に結晶粒が粗大化してしまい、被覆金属元
素が内部にまで拡散されないので高強度高延性を発現し
得ない、前記の要件を備えるように、超微粉に所定の金
属被覆を形成した場合に、おそらくはその皮膜がバリヤ
ーとなるのであろう焼結時に結晶粒の成長が阻止される
のである。そして、微粉であることから表面積の異常な
増大による表面エネルギーが関与して粒成長よりも金属
粒子と被覆金属元素との相互に差のある適量だけの相互
拡散が先に進行し同時に結晶粒子の間を金属粉末元素を
固溶した被覆相が埋め尽くすような流動化が起きるので
はないかと推測される。
と、被覆金属が金属粉末の表面全体に緊密に付着結合し
ていること、被覆金属の融点が金属粉末よりも低いこと
、被覆金属元素と金属粉末元素とは相互に固溶する性質
を有すること、被覆金属は金属粉末より50wt、%以
下の少量であること等が基本的な要件となるが、特に金
属粉末の粒径と前記要件を備えた被覆層の存在が支配的
な因子となる。金属粉末の粒径が20μ−より大きくな
ると焼結の際に結晶粒が粗大化してしまい、被覆金属元
素が内部にまで拡散されないので高強度高延性を発現し
得ない、前記の要件を備えるように、超微粉に所定の金
属被覆を形成した場合に、おそらくはその皮膜がバリヤ
ーとなるのであろう焼結時に結晶粒の成長が阻止される
のである。そして、微粉であることから表面積の異常な
増大による表面エネルギーが関与して粒成長よりも金属
粒子と被覆金属元素との相互に差のある適量だけの相互
拡散が先に進行し同時に結晶粒子の間を金属粉末元素を
固溶した被覆相が埋め尽くすような流動化が起きるので
はないかと推測される。
本発明で使用できる金属粉末としては9例えば水アトマ
イズ法、ガスアトマイズ法、電解法1機械的破砕法、酸
化物の還元法、低圧ガス中蒸発法。
イズ法、ガスアトマイズ法、電解法1機械的破砕法、酸
化物の還元法、低圧ガス中蒸発法。
活性水素溶融金属反応法および塩化物反応法などの製造
法によって得た鉄、銅、銀、金、錫、白金。
法によって得た鉄、銅、銀、金、錫、白金。
ニッケル、チタン、コバルト、クロム、アルミニウム、
亜鉛、タングステンなどの金属粉末、さらには5US3
04や5US316. パーマロイ、インコロイ。
亜鉛、タングステンなどの金属粉末、さらには5US3
04や5US316. パーマロイ、インコロイ。
センダスト、チノール+ Nb5Sn、 Nb3Ge+
フェロクロム、フェロシリコン、フェロアルミなど
の合金の粉末を使用することができる0粒径は0.1μ
mから20μmの範囲であれば良いが、好ましくは1μ
mから10μmが最適である。0.1μ−以下の超微粉
末は粉末同志の凝集が著しく分散が困難である。
フェロクロム、フェロシリコン、フェロアルミなど
の合金の粉末を使用することができる0粒径は0.1μ
mから20μmの範囲であれば良いが、好ましくは1μ
mから10μmが最適である。0.1μ−以下の超微粉
末は粉末同志の凝集が著しく分散が困難である。
また、20μm以上の粗粉を使用した場合には焼結によ
って得られる合金が粗大結晶粒となり且つ粉末の内部に
まで被覆金属が拡散固溶化しないため高強度高延性など
の特性が向上しない、粉末の形状としては球状、針状、
棒状、角状、板状、不定形状、クラスター状、ウィスカ
ー状、中空状および多孔質のいずれでも使用できる。
って得られる合金が粗大結晶粒となり且つ粉末の内部に
まで被覆金属が拡散固溶化しないため高強度高延性など
の特性が向上しない、粉末の形状としては球状、針状、
棒状、角状、板状、不定形状、クラスター状、ウィスカ
ー状、中空状および多孔質のいずれでも使用できる。
また9金属粉末と被覆金属との組み合わせは。
固溶することが原則であるが、固溶することによって特
定の合金や金属間化合物になるような組み合わせであっ
ても良い0例えば、フェロクロム粉にニッケルメッキを
施こして5US304合金にしたり。
定の合金や金属間化合物になるような組み合わせであっ
ても良い0例えば、フェロクロム粉にニッケルメッキを
施こして5US304合金にしたり。
フェロシリコン粉にアルミニウムメッキを施こしてセン
ダスト合金にすることができる。これらの場合には一回
の焼結で最終の合金化を狙わず、予備焼結によって合金
粉末相と被覆相との2相組織体にとどめておき、板や管
などに成型加工した後に十分な熱処理を加えて最終の合
金化(ただし粉末相と被覆相とは完全な均一成分の固溶
体にはならない条件で合金化する)を行うことも可能で
ある。
ダスト合金にすることができる。これらの場合には一回
の焼結で最終の合金化を狙わず、予備焼結によって合金
粉末相と被覆相との2相組織体にとどめておき、板や管
などに成型加工した後に十分な熱処理を加えて最終の合
金化(ただし粉末相と被覆相とは完全な均一成分の固溶
体にはならない条件で合金化する)を行うことも可能で
ある。
被覆金属は鉄、ニッケル、w4.クロム、亜鉛。
錫、鉛、銀、白金、金、カドミウム、コバルト。
N1−P、N1−Bおよびこれらの合金などが使用でき
る。被覆の方、法は、無電解メッキ法、置換メッキ法、
懸濁電気メツ、キ法、スパッタリング法、イオンブレー
ティング法、イオン注入法、真空蒸着法、熱CVD法、
プラズマCVD法およびこれらの組み合わせが可能であ
る。被覆厚さは100人から5μM、好ましくは0.1
μ屑から2μmが適当であり、薄すぎると本発明のポイ
ントである粉末相と被覆相の不均一構造が得られにりく
、厚すぎると製造コストが高価となる欠点がある。懸濁
電気メツキ法やスパッタリング法によって多層被覆する
ことも可能であり、2層以上の多層被覆を行った後、加
熱・拡散処理を行なって合金皮膜とすることも可能であ
る。
る。被覆の方、法は、無電解メッキ法、置換メッキ法、
懸濁電気メツ、キ法、スパッタリング法、イオンブレー
ティング法、イオン注入法、真空蒸着法、熱CVD法、
プラズマCVD法およびこれらの組み合わせが可能であ
る。被覆厚さは100人から5μM、好ましくは0.1
μ屑から2μmが適当であり、薄すぎると本発明のポイ
ントである粉末相と被覆相の不均一構造が得られにりく
、厚すぎると製造コストが高価となる欠点がある。懸濁
電気メツキ法やスパッタリング法によって多層被覆する
ことも可能であり、2層以上の多層被覆を行った後、加
熱・拡散処理を行なって合金皮膜とすることも可能であ
る。
粉末の成型にあたっては、被覆粉末の乾燥品をその、ま
ま用いても良いし、ステアリン酸亜鉛(1−【、χ)溶
解エタノール溶液中で粉末の表面を潤滑処理したものを
用いても良い。また、市販のニューマルメライザー(不
二パウダル■製)やアトライター(三井三池化工機■製
)で造粒し、 500″Cから700°Cで1時間から
3時間、水素雰囲気中で熱処理し、バインダーの熱分解
と粉末表面を還元した後、 1000’Cで10分間か
ら30分間焼結処理して50μ−から1+am径の大き
さにペレット化した粉末を用いても良い、このペレット
化した粉末を用いると被覆粉末表面が清浄化されており
、焼結時の異物が混入し、にくい他、粉末成型時のハン
ドリングが容易であり、従来の粉末成型システムがその
まま利用できる利点がある。粉末成型は冷間プレス成型
、ホットプレス成型、真空ホットプレス成型、熱間押し
出し成型、射出成型、スリップキャスティング、CIP
、HIPおよび粉末圧延成型を用いて一般の粉末と同様
に成型できる。
ま用いても良いし、ステアリン酸亜鉛(1−【、χ)溶
解エタノール溶液中で粉末の表面を潤滑処理したものを
用いても良い。また、市販のニューマルメライザー(不
二パウダル■製)やアトライター(三井三池化工機■製
)で造粒し、 500″Cから700°Cで1時間から
3時間、水素雰囲気中で熱処理し、バインダーの熱分解
と粉末表面を還元した後、 1000’Cで10分間か
ら30分間焼結処理して50μ−から1+am径の大き
さにペレット化した粉末を用いても良い、このペレット
化した粉末を用いると被覆粉末表面が清浄化されており
、焼結時の異物が混入し、にくい他、粉末成型時のハン
ドリングが容易であり、従来の粉末成型システムがその
まま利用できる利点がある。粉末成型は冷間プレス成型
、ホットプレス成型、真空ホットプレス成型、熱間押し
出し成型、射出成型、スリップキャスティング、CIP
、HIPおよび粉末圧延成型を用いて一般の粉末と同様
に成型できる。
焼結条件としては前記の不均一固溶組織で且つ使用した
金属粉末と実質上同じ粒径の結晶粒が維持されるような
温度と時間の条件で行うことが必要である。これを鉄粉
を例として説明すると、α−Feの収縮現象が見られる
550°C以上910’Cの間で30分間から8時間行
うのが最も望ましいが、この場合は、CIP、HIPあ
るいは真空ホットプレス成型などで圧粉密度資80%以
上にしておかねば十分な焼結強度が得られない、したが
って、一般には冷間プレス成型または粉末圧延成型後、
1000°Cから1200°Cの範囲で30分間から
8時間焼結して十分な焼結強度を得る。この場合、より
高温でより長時間の熱処理を行なうと、均一固溶化がさ
らに進行し2粒成長が著しくなり目的の微細結晶粒を有
する合金が得られなくなる。焼結時の雰囲気としては水
素ガス、水素ガスとアルゴンなどの不活性ガスとの混合
ガスあるいは真空中が望ましく焼結時のボイド消失のた
め前半水素ガス中で焼結後、後半アルゴンガスに切換え
ても良い。
金属粉末と実質上同じ粒径の結晶粒が維持されるような
温度と時間の条件で行うことが必要である。これを鉄粉
を例として説明すると、α−Feの収縮現象が見られる
550°C以上910’Cの間で30分間から8時間行
うのが最も望ましいが、この場合は、CIP、HIPあ
るいは真空ホットプレス成型などで圧粉密度資80%以
上にしておかねば十分な焼結強度が得られない、したが
って、一般には冷間プレス成型または粉末圧延成型後、
1000°Cから1200°Cの範囲で30分間から
8時間焼結して十分な焼結強度を得る。この場合、より
高温でより長時間の熱処理を行なうと、均一固溶化がさ
らに進行し2粒成長が著しくなり目的の微細結晶粒を有
する合金が得られなくなる。焼結時の雰囲気としては水
素ガス、水素ガスとアルゴンなどの不活性ガスとの混合
ガスあるいは真空中が望ましく焼結時のボイド消失のた
め前半水素ガス中で焼結後、後半アルゴンガスに切換え
ても良い。
以下に本発明の代表的な実施例を挙げる。
〔実施例1〕
出願人の市川製造所における塩酸回収装置で副生じた酸
化鉄粉95gを水素中で600″CX3時間還元処理し
て得た一次粒子径0.1μmの鉄粉を還元処理後、ただ
ちにニッケル電気メツキ液中に投入し、下記の条件で5
wt.%量の懸濁電気ニッケルメッキを施した。なお
、懸濁電気ニッケルメッキは特願昭61−161950
号 (昭和61年7月11日出願、超微粉末に金属を被
覆する方法)に準じて行った。
化鉄粉95gを水素中で600″CX3時間還元処理し
て得た一次粒子径0.1μmの鉄粉を還元処理後、ただ
ちにニッケル電気メツキ液中に投入し、下記の条件で5
wt.%量の懸濁電気ニッケルメッキを施した。なお
、懸濁電気ニッケルメッキは特願昭61−161950
号 (昭和61年7月11日出願、超微粉末に金属を被
覆する方法)に準じて行った。
懸濁電気ニッケルメッキ条件
浴組成
硫酸ニッケル 240g/ j!塩化ニッケ
ル 45g/ 12ホウ酸
30g/ 12陽極・・ニッケル板 陰極・・チタニウム板 浴温・・40°C 電流密度・・8 A/dボ 陰極電流効率・・95% 電解時間・・30分間 得られたニッケルメッキ鉄粉を濾過後、良く水洗し、エ
タノールで洗浄後、直ちに60°Cで2時間減圧乾燥し
た。この乾燥粉末を5−t、χのポリビニルアルコール
を含むエタノール溶液中に懸濁し。
ル 45g/ 12ホウ酸
30g/ 12陽極・・ニッケル板 陰極・・チタニウム板 浴温・・40°C 電流密度・・8 A/dボ 陰極電流効率・・95% 電解時間・・30分間 得られたニッケルメッキ鉄粉を濾過後、良く水洗し、エ
タノールで洗浄後、直ちに60°Cで2時間減圧乾燥し
た。この乾燥粉末を5−t、χのポリビニルアルコール
を含むエタノール溶液中に懸濁し。
不二バウダル■製の二二一マルメライザーによって造粒
した後、600°Cで3時間水素雰囲気中で熱処理し、
バインダーの熱分解および粉末表面を還元した後、 1
000″Cで30分間焼結処理して平均粒径が約200
μ−のペレットを得た。
した後、600°Cで3時間水素雰囲気中で熱処理し、
バインダーの熱分解および粉末表面を還元した後、 1
000″Cで30分間焼結処理して平均粒径が約200
μ−のペレットを得た。
このペレットをさらに粉末圧延機にかけて厚さ5mm、
幅100mm、長さ1m、圧粉密度80%のグリーンシ
ートを得た。このグリーンシートを水素ガス中で100
0°Cで1時間焼結し、冷却後50%の圧下率の冷間圧
延を行い厚さ2.51の焼結板を得た。
幅100mm、長さ1m、圧粉密度80%のグリーンシ
ートを得た。このグリーンシートを水素ガス中で100
0°Cで1時間焼結し、冷却後50%の圧下率の冷間圧
延を行い厚さ2.51の焼結板を得た。
この時圧粉密度は99.5%であった。冷間圧延後。
水素ガス中で900℃で10分間焼鈍して本発明品を得
た。この発明品の平均結晶粒径を光学顕微鏡で測定し、
添加元素の濃度分布をX線マイクロアナライザー(EP
MA)”t”測定し、 JIS Z 2201 r金属
材料引張り試験片」に基づいて幅12.5mm、標点距
離50■、平行部の長さ60mmのダンベル片を作成し
島津製作所製オートグラフl5−500により引張速度
4.2 X 10−”s+/sの条件で引張り試験を行
った。
た。この発明品の平均結晶粒径を光学顕微鏡で測定し、
添加元素の濃度分布をX線マイクロアナライザー(EP
MA)”t”測定し、 JIS Z 2201 r金属
材料引張り試験片」に基づいて幅12.5mm、標点距
離50■、平行部の長さ60mmのダンベル片を作成し
島津製作所製オートグラフl5−500により引張速度
4.2 X 10−”s+/sの条件で引張り試験を行
った。
抗張力や破断伸びは得られた3つの測定値の平均値を用
いて考察した。
いて考察した。
本発明品の平均結晶粒径は0.1μ−であり、抗張力は
60kg/l1m”、破断伸びは4%と高強度高延性の
低ニツケル合金鋼であった。
60kg/l1m”、破断伸びは4%と高強度高延性の
低ニツケル合金鋼であった。
〔実施例2〕
高純度化学■製の平均粒径15μmのアトマイズ鉄粉9
5gを常温のIN・塩酸水溶液中に約5分間浸漬し1表
面の酸化膜を溶解除去後、直ちに下記の条件で1 wt
.%量の無電解銅メッキを施した。
5gを常温のIN・塩酸水溶液中に約5分間浸漬し1表
面の酸化膜を溶解除去後、直ちに下記の条件で1 wt
.%量の無電解銅メッキを施した。
無電解銅メッキ条件
フェーリング液の浴組成
A液 硫酸銅 34.6g1500m l浴温
20’C 時間 約30分 得られた銅メツキ鉄粉をシ濾過後、良く水洗し。
20’C 時間 約30分 得られた銅メツキ鉄粉をシ濾過後、良く水洗し。
エタノールで洗浄後、直ちに60°Cで2時間減圧乾燥
した。この乾燥粉末を5ton/CII”の圧力で冷間
プレス加工し、アルゴンガス中で900°Cで2時間焼
結した後、圧下率80%で冷間圧延を行った後。
した。この乾燥粉末を5ton/CII”の圧力で冷間
プレス加工し、アルゴンガス中で900°Cで2時間焼
結した後、圧下率80%で冷間圧延を行った後。
1000″Cで1時間の溶体化処理後、油中に焼入れて
本発明の焼入れ品を得た。実施例1と同様結晶粒径、抗
張力および破断伸びを測定したところ、それぞれ15
p m、 120kg/mm”、 10%の値を示す高
強度高延性合金であった。
本発明の焼入れ品を得た。実施例1と同様結晶粒径、抗
張力および破断伸びを測定したところ、それぞれ15
p m、 120kg/mm”、 10%の値を示す高
強度高延性合金であった。
〔実施例3〕
福田金属箔粉工業■のアトマイズフェロクロム粉(Cr
: 61wt.%、 C: 0.2wt、X、残部
Fe)を分級し、平均粒径20μmの粉末40gを得た
。常温でIN・塩酸水溶液中に約10分間浸漬し1表面
の酸化膜を溶解除去後、良く水洗し、エタノ−ルで洗浄
後、 60″Cで1時間減圧乾燥した。この粉末を用い
て直ちに下記の条件で10wt.%量のアルミニウムの
スパッタリングを施した。なお、アルミニウムのスパッ
タリングは特願昭61−93223号(昭和61年4月
24日出願、超微粉末に被覆する方法と装置)に準じて
行った。
: 61wt.%、 C: 0.2wt、X、残部
Fe)を分級し、平均粒径20μmの粉末40gを得た
。常温でIN・塩酸水溶液中に約10分間浸漬し1表面
の酸化膜を溶解除去後、良く水洗し、エタノ−ルで洗浄
後、 60″Cで1時間減圧乾燥した。この粉末を用い
て直ちに下記の条件で10wt.%量のアルミニウムの
スパッタリングを施した。なお、アルミニウムのスパッ
タリングは特願昭61−93223号(昭和61年4月
24日出願、超微粉末に被覆する方法と装置)に準じて
行った。
アルミニウムのスパッタリング条件
型式:マグネトロン型
ターゲット:アルミニウム
ガス:アルゴン
出力=300W
スパッタリング時間:30時間
粉末の温度:100℃
圧カニ 5 X 10−”Tor。
得られたアルミ被覆フェロクロム粉を直ちに下記の電気
鉄メッキ液に投入し、 50wt.%量の懸濁電気鉄メ
ツ、キを実施例1と同じ手順で行った。
鉄メッキ液に投入し、 50wt.%量の懸濁電気鉄メ
ツ、キを実施例1と同じ手順で行った。
懸濁電気鉄メッキ条件
浴組成
硫酸第一鉄 250g/ 1塩化第一鉄
42g/ 1塩化アンモニウム
20g/ 1陽極・・鉄板 陰極・・S[l5304 浴温・・40°C 電流密度・・IOA/dイ 陰極電流効率・・90% 電解時間・・10時間 得られた2iメツキフエロクロム粉を′Jp過し。
42g/ 1塩化アンモニウム
20g/ 1陽極・・鉄板 陰極・・S[l5304 浴温・・40°C 電流密度・・IOA/dイ 陰極電流効率・・90% 電解時間・・10時間 得られた2iメツキフエロクロム粉を′Jp過し。
良く水洗し、エタノールで洗浄した後、60°Cで2時
間減圧乾燥した。この乾燥粉末を三菱重工■製のCIP
で10ton/cm”の圧力で成型し、その後。
間減圧乾燥した。この乾燥粉末を三菱重工■製のCIP
で10ton/cm”の圧力で成型し、その後。
水素ガス雰囲気中で1000”Cで30分間予備焼結し
。
。
圧下率50%で冷間圧延した後、 1100°Cで5時
間アルゴンガス中で本焼結および拡散固溶化を行った。
間アルゴンガス中で本焼結および拡散固溶化を行った。
得られた本発明品に対して実施例1と同様に結晶粒径、
抗張力および破断伸びを測定したところ。
抗張力および破断伸びを測定したところ。
それぞれ20 u Ig、 50kg/ms”、30%
の値を有する高強度高延性のクロム・アルミ合金鋼を得
た。
の値を有する高強度高延性のクロム・アルミ合金鋼を得
た。
〔実施例4〕
高純度化学■製の平均粒径5μmのアトマイズアルミニ
ウム粉99.9gを常温の0.IN・水酸化ナトリウム
水溶液中に投入し1分間処理して表面の酸化膜を溶解除
去した後、良く水洗し、直ちに下記の条件で0.1wt
.%量のN1−P無電解メッキを行った。
ウム粉99.9gを常温の0.IN・水酸化ナトリウム
水溶液中に投入し1分間処理して表面の酸化膜を溶解除
去した後、良く水洗し、直ちに下記の条件で0.1wt
.%量のN1−P無電解メッキを行った。
N1−P無電解メッキ条件
浴組成
塩化ニッケル 30g/乏次亜リン酸ナト
リウム Log/ 1ヒドロキシ酢酸ナトリウム
50g/ 1溶温:80〜90°C pH:4〜6 処理時間:1時間 得られたN1−Pメッキアルミ粉をシ濾過し、良く水洗
した後、エタノールで洗浄し、 60″Cの電気炉で乾
燥した。この粉末を2 X 10−”Tor、の真空下
で2ton/cm”の圧力で600°Cで8時間真空ホ
ットプレス加工を行い本発明品を得た。得られた本発明
品に対して実施例1と同様に結晶粒径、抗張力および破
断伸びを測定したところ、それぞれ5μm。
リウム Log/ 1ヒドロキシ酢酸ナトリウム
50g/ 1溶温:80〜90°C pH:4〜6 処理時間:1時間 得られたN1−Pメッキアルミ粉をシ濾過し、良く水洗
した後、エタノールで洗浄し、 60″Cの電気炉で乾
燥した。この粉末を2 X 10−”Tor、の真空下
で2ton/cm”の圧力で600°Cで8時間真空ホ
ットプレス加工を行い本発明品を得た。得られた本発明
品に対して実施例1と同様に結晶粒径、抗張力および破
断伸びを測定したところ、それぞれ5μm。
30kg/mm”、 50%の値を有する微細粒アルミ
板を得た。
板を得た。
以上の代表的実施例に示すように本発明法によれば微細
結晶粒を存する高強度高延性の合金を比較的簡単に製造
することができる。得られた合金は溶製材よりも優れた
特性を有する上、粉末冶金法特有の複雑な形状の最終製
品を得ることができるという利点を合わせて有する。
結晶粒を存する高強度高延性の合金を比較的簡単に製造
することができる。得られた合金は溶製材よりも優れた
特性を有する上、粉末冶金法特有の複雑な形状の最終製
品を得ることができるという利点を合わせて有する。
第1図は本発明の被覆粉末の断面構成を示す模式図、第
2図は第1図に示す被覆粉末を成型・焼結したものの断
面模式図である。 l・・微細金属粉末、 2・・被覆層。 3・・少量の固溶化した被覆金属を含む粉末部分4・・
少量の固溶化した粉末金属を含む被覆部分5・・被覆層
と被覆層との焼結の境界線。
2図は第1図に示す被覆粉末を成型・焼結したものの断
面模式図である。 l・・微細金属粉末、 2・・被覆層。 3・・少量の固溶化した被覆金属を含む粉末部分4・・
少量の固溶化した粉末金属を含む被覆部分5・・被覆層
と被覆層との焼結の境界線。
Claims (2)
- (1)粒径が0.1μmから20μmの範囲の微細な金
属粉末の表面に、該金属粉末よりも低融点で且つ該金属
粉末と互いに固溶し合う金属の一種以上を0.1wt.
%から50wt.%の範囲量で被覆し、得られた被覆粉
末を成型し、そしてこの成形体を焼結する工程からなり
、 前記の焼結にあたり、金属粉末と被覆金属元素が互いに
均一に固溶化せず且つ少量の固溶化した被覆金属元素を
含む粉末部分が、当初の金属粉末の粒径を実質上保った
まま、少量の固溶化した粉末金属元素を含む被覆部分で
結合された不均一固溶組織となる条件で焼結することを
特徴とする微細結晶粒合金の製造法。 - (2)粒径が0.1μmから20μmの範囲の微細な金
属粉末の表面に、該金属粉末よりも低融点で且つ該金属
粉末と互いに固溶し合う金属の一種以上を0.1wt.
%から50wt.%の範囲量で被覆し、得られた被覆粉
末を成型し、この成形体を焼結し、この焼結体を加工し
、次いで焼鈍または焼入れする工程からなり、 前記の焼結にあたり、金属粉末と被覆金属元素が互いに
均一に固溶化せず且つ少量の固溶化した被覆金属元素を
含む粉末部分が、当初の金属粉末の粒径を実質上保った
まま、少量の固溶化した粉末金属元素を含む被覆部分で
結合された不均一固溶組織となる条件で焼結し、 前記の焼鈍または焼入れの熱処理にあたっても前記の不
均一固溶組織と微細結晶組織が維持されるか一層完成さ
れる条件で行うことを特徴とする微細結晶粒合金の製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62119014A JPH0811802B2 (ja) | 1987-05-18 | 1987-05-18 | 微細結晶粒合金の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62119014A JPH0811802B2 (ja) | 1987-05-18 | 1987-05-18 | 微細結晶粒合金の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63286533A true JPS63286533A (ja) | 1988-11-24 |
| JPH0811802B2 JPH0811802B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=14750851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62119014A Expired - Lifetime JPH0811802B2 (ja) | 1987-05-18 | 1987-05-18 | 微細結晶粒合金の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0811802B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03183530A (ja) * | 1989-09-05 | 1991-08-09 | Univ Texas Syst | 部品を製造する装置および方法 |
| US5196232A (en) * | 1990-06-07 | 1993-03-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Manufacturing method of base heat transfer material with porous surface |
| JP2006128215A (ja) * | 2004-10-26 | 2006-05-18 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 複合磁性粒子および複合磁性部品 |
| CN116393695A (zh) * | 2023-02-02 | 2023-07-07 | 西安稀有金属材料研究院有限公司 | 一种壳核结构钛基复合粉体及复合材料制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102304937B1 (ko) * | 2019-12-11 | 2021-09-24 | (주)에스지신소재 | 입체형 성형체 및 이의 제조방법 |
-
1987
- 1987-05-18 JP JP62119014A patent/JPH0811802B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| JPH03183530A (ja) * | 1989-09-05 | 1991-08-09 | Univ Texas Syst | 部品を製造する装置および方法 |
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| JP2006128215A (ja) * | 2004-10-26 | 2006-05-18 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 複合磁性粒子および複合磁性部品 |
| CN116393695A (zh) * | 2023-02-02 | 2023-07-07 | 西安稀有金属材料研究院有限公司 | 一种壳核结构钛基复合粉体及复合材料制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0811802B2 (ja) | 1996-02-07 |
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