CN100515613C

CN100515613C - 粉末冶金用混合粉体

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Publication number: CN100515613C
Application number: CNB2005800007512A
Authority: CN
Inventors: 宇波繁; 上之园聪; 尾崎由纪子
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: CN1839006A

Abstract

在作为预合金而含有Mn：0.5质量%以下以及Mo：0.2～1.5质量%的铁基粉末的表面上，使0.05～1.0质量%的Mo扩散附着而形成合金钢粉，并且配合Ni粉：0.2～5质量%和/或Cu粉：0.2～3质量%而形成粉末冶金用混合粉体。通过本混合粉体，能够制造出具有良好的拉伸强度和弯曲疲劳强度且致密的烧结体。

Description

粉末冶金用混合粉体

技术领域

本发明涉及以合金钢粉为主体的粉末冶金用混合粉体。本发明特别涉及适合于制造要求良好的强度的各种烧结金属部件的粉末冶金用混合粉体。

背景技术

粉末冶金技术，能够以与制品形状极其相近的形状(near net：同时复合形状)生产要求高尺寸精度、复杂的形状的部件，能够大幅度地减少切削成本。因此，粉末冶金制品作为各种机械、装置的部件而利用在多方面。

一般而言，向铁基粉末中混合石墨粉等合金用粉末和硬脂酸、硬脂酸锂等润滑剂粉末而形成铁基粉末混合粉体后，将该铁基粉末混合粉体填充到金属模具，加压成形而制造粉末冶金用铁基粉末成形体(压粉体)。

其中，铁基粉末根据成分可分为铁粉(纯铁粉等)、合金钢粉等。并且，铁基粉末根据制造方法还可分为雾化铁粉、还原铁粉等。

铁基粉末成形体的密度一般为6.6～7.1Mg/m³。对于这些铁基粉末成形体进一步实施烧结处理而形成烧结体，并且根据需要实施精整、切削加工而形成粉末冶金制品。并且，需要提高拉伸强度、疲劳强度时，烧结后还实施渗碳热处理、光亮热处理。

最近，为了部件的小型化、轻量化，作为铁类的粉末冶金制品的特性，强烈要求高强度、高疲劳强度。

为了提高粉末冶金制品的强度，一般向铁基粉末中添加合金元素(Ni、Cu、Mo、W、V、Co、Nb、Ti等)。

并且，作为添加合金元素的方式，具有使铁基粉末合金化的方式(预合金)、将合金用粉末(含有所希望的合金元素的粉末)与粘结剂以及铁基粉末一起混合的方式、不使用粘结剂而混合的方式、和将含有合金元素的粉末与铁基粉末混合后在高温保持而以冶金形式结合的方式(扩散附着)。在各方式中，各合金钢粉(或混合粉体)的特性、烧结时合金元素的均匀度、扩散状态等不同。因此，合金元素的选择以及添加方式的选择，成为达成目标合金钢粉(或混合粉体)、烧结体的质量的重要的因素。

例如在特公平6-89365号公报中，公开了一种合金钢粉，其包含1.5～20质量％的范围的铁素体稳定化元素Mo作为预合金。并且，使用该合金钢粉时，在烧结工序中由于形成Fe的自身扩散速度快的α单相，因而促进烧结，其结果气孔闭塞化，因而通过加压烧结能够促进细致化。并且，通过不使用扩散附着型的合金元素而可得到均质且稳定的组织。但是，由于Mo添加量在实际的公开中为1.8质量％以上而较高，且压缩性低，因而存在粉末成形体不能得到高密度(成形体密度)的缺点。因此，应用通常的烧结工序(不加压而一次烧结)时只能得到低烧结密度的制品，强度、疲劳强度不充分。

并且，由于伴随加压烧结法、再压缩工序的二次烧结法，工序成本高，因而优选的是，不以这些特殊的烧结法作为前提而能够得到高强度、高疲劳强度。

另一方面，在特公平7-51721号公报中，公开了在铁粉中以0.2～1.5质量％的范围使Mo预合金化，以0.05～0.25质量％的范围使Mn预合金化的钢粉，其压粉成形时的压缩性较高。但是，本发明者们最新发现，由于在该钢粉中Mo量为1.5质量％以下，因而不能形成α相单相。由此，一般用于粉末冶金用的网带炉的烧结温度(1120～1140℃)中，由于不促进粒子之间的烧结的进行，因而存在烧结颈部的强度低的问题。

并且，在特公平7-51721号公报中，虽然作为比较例公开了使Ni(3.8质量％)、Mo(0.5质量％)以及Cu(1.4质量％)扩散附着的铁粉，但是在该公报中记载了作为发明而公开的上述合金钢粉热处理后的强度变差的结果。

并且在特公昭63-66362号公报中，在不损失压缩成形性的范围(Mo：0.1～1.0质量％)内将Mo预合金化到铁粉中，通过在该铁粉的粒子表面使Cu和Ni以粉末形式扩散附着而同时提高压粉成形时的压缩性和烧结后的部件的强度。但是，由于该技术与特公平7-51721号公报所公开的技术相同地，将Mo预先合金化的铁粉的烧结性不太好，因而添加Cu和Ni引起的拉伸强度和疲劳强度的提高存在限度。

并且在特开平8-49047号公报中，公开了将Mn的预合金量抑制在0.3质量％以下，通过共同添加(预合金)Mo：0.1～6.0质量％和V：0.05～2.0％，维持压缩性并使热处理后的烧结体成为高强度的合金钢粉。并且，还可以在该合金钢粉中混合或扩散附着选自Mo粉：4质量％以下、Cu粉：4质量％以下、Ni粉：10质量％以下、Co粉：4质量％以下以及W粉：4质量％以下中的一种以上。

并且，在特开平7-233401号公报中公开了作为预合金而含有0.03～0.5质量％的Mn，0.03～不足0.1质量％的Cr等，切削性以及尺寸精度良好的雾化铁粉(合金钢粉)，可作为预合金的强化元素列举有Ni(4.0质量％以下)、Mo(4.0质量％以下)、Nb(0.05质量％以下)、V(0.5重量％以下)，并且作为可扩散附着的强化元素(合金粉)可列举Ni粉(5.0质量％以下)、Mo粉(3.0质量％以下)以及Cu粉(5.0质量％以下)。

但是，这些技术也没有进行考虑了通过烧结得到的部件的疲劳强度的合金设计，因而，即使通过通常的烧结工序制造烧结金属部件，也很难得到近年来所要求的满足高疲劳强度的烧结金属部件。

作为将疲劳强度的改善作为目的的合金钢粉，例如有特开平6-81001号公报、特开2003-147405号公报所公开的合金钢粉。

在特开2003-147405号公报中，公开了在将Ni：0.5～2.5质量％以及Mo：0.3～2.5质量％作为预合金而含有的钢粉的表面上使Mo：0.5～1.5质量％扩散附着的合金钢粉，使用该合金钢粉而可能得到的渗碳淬火处理后的烧结体可得到良好的面压疲劳强度。

并且，在特开平6-81001号公报中，公开了在将Mo：0.05～2.5质量％与V、Ti、Nb中的至少一种共同作为预合金而含在铁基粉末中，并在其中使Ni(0.5～5质量％)和/或Cu(0.5～2.5质量％)扩散附着的合金钢粉，同样地渗碳淬火处理后的烧结体可得到良好的面压疲劳强度。

但是，根据本发明者们的发现，即使在特开平6-81001号公报、特开2003-147405号公报中公开的合金钢粉中，烧结体的疲劳强度(旋转弯曲疲劳强度)的提高也不充分。

发明内容

本发明克服上述现有技术的问题，其目的在于提供一种粉末冶金用混合粉体，以合金钢粉作为主体，其中，不利用特殊的烧结工序也能够维持较高的烧结体的密度，不仅能够提高拉伸强度，还能够提高弯曲疲劳强度。

本发明的粉末冶金用混合粉体，在包括作为预合金而含有Mn：0.5质量％以下以及Mo：0.2～1.5质量％的铁基粉末、和在该铁基粉末的表面上以粉末形式扩散附着的Mo：0.05～1.0质量％的合金钢粉中至少添加Ni粉：0.2～5质量％以及Cu粉：0.2～3质量％中的任意一种而形成。

并且，本发明的粉末冶金用混合粉体，在合金钢粉中至少添加Ni粉：0.2～5质量％以及Cu粉：0.2～3质量％中的任意一种而形成，其中，Mo浓度在2.0质量％以上的区域在上述合金钢粉的表面上存在截面面积的1％以上、30％以下，并且，该合金钢粉的余量为Mo浓度在0.2质量％以上、不足2.0质量％的区域。

另外，在本发明中，优选的是，使上述Ni粉以及Cu粉中的至少一种通过粘结剂附着在上述合金钢粉的表面上。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的粉末冶金用混合粉体中使用的合金钢粉的例子的剖视图。

图2是示意性地表示本发明的粉末冶金用混合粉体中使用的合金钢粉的制造工序的例子的方块图。

其中，各标号的含义如下：

1：铁基粉末

2：含Mo合金粉末(包括金属Mo粉末的情况)

3：铁基粉末和含Mo合金粉末接触的部位

4：合金钢粉

具体实施方式

以下，参照附图进一步详细说明本发明的粉末冶金用混合粉体(即混合了合金钢粉和Ni粉、Cu粉的粉体)。

首先，对于合金钢粉进行说明。

如图1中示意性地表示，用在本发明的粉末冶金用混合粉体中的合金钢粉4的粒子，在含Mo合金粉末2(以下，金属Mo粉末也视为含Mo合金粉末)和铁基粉末1接触的部位3上，含Mo合金粉末2中的Mo的一部分扩散到铁基粉末1粒子中而附着(扩散附着)到铁基粉末1的表面上。

接着说明本发明的粉末冶金用合金钢粉的制造方法的一个例子。

在合金钢粉的制造中，如图2的制造工序例(方块图)所示，首先准备将规定量的Mo和Mn作为预先合金成分(即作为预合金)而含有的铁基粉末(原料)(a)和作为含Mo合金粉末的Mo原料粉末(b)。

作为铁基粉末(a)，优选的是，用水或气体对钢水进行喷雾而得到的雾化铁粉，其中，在所述钢水中将作为预合金而需要含有的合金成分调整至规定量。雾化铁粉，通常在雾化后实施在还原性气氛(例如氢气氛)中加热而降低C和O的处理。但是，本发明的铁基粉末(a)也可以使用不实施这种热处理的所谓“雾化状态”(“as atomized”)的铁粉。

此外，只要成分适合还可以没有问题地使用还原铁粉、电解铁粉、粉碎铁粉等也没有问题。

作为Mo原料粉末(b)，可以使用金属Mo粉末或含Mo合金粉末，或者也可以使用可还原成含Mo合金粉末的含Mo化合物。但是，优选实质上都不含有Mo、Fe以外的金属元素。

含Mo合金粉末，可以使用纯Mo金属粉末或将市售的钼铁形成粉末的合金粉末。并且，也可以使用对含有5质量％以上的Mo的Fe-Mo合金进行水雾化或气体雾化而得到的粉末。

并且，作为含Mo化合物，可以使用Mo氧化物、Mo碳化物、Mo硫化物、Mo氮化物或它们的复合化合物等。考虑获取的容易性以及还原反应的容易性而优选Mo氧化物。另外，含Mo化合物以粉末或通过与铁基粉末的混合和还原等处理而进行粉末化的形态使用。还原含Mo化合物而得到的含Mo合金粉末的主要成分为Mo或Fe-Mo。

无论哪种情况，作为使Mo原料粉末化的方法，可以使用粉碎、雾化处理等任意方法。

接着，以规定的比率混合(c)上述的铁基粉末(a)和Mo原料粉末(b)。混合(c)可以使用能够应用的任意的方法(例如亨舍尔混合机、锥型混合机等)。为了改善铁基粉末(a)和Mo原料粉末(b)的附着性，也可以在0.1质量％以下(相对铁基粉末(a)和Mo原料粉末(b)的总计100质量％的值)的范围添加锭子油等。优选的是，为了发挥锭子油等的效果，优选添加0.005质量％以上。

通过在氢气氛、含氢气氛等的还原性气氛中对于该混合物进行热处理(d)，可得到Mo以含Mo合金粉末形式扩散附着的合金钢粉(e)。另外，也可以在真空下进行热处理(d)。优选的是，热处理的温度为800℃以上，1000℃以下。

并且，将雾化状态的高C、O量的铁粉用作铁基粉末(a)时，优选的是，通过热处理(d)并形成还原性气氛来降低C和O。并且，作为铁基粉末(a)使用雾化状态的铁粉时，由于在扩散附着处理中降低C和O，铁基粉末表面变为活性，由此基于含Mo合金(包括金属Mo)的扩散的附着在低温(800～900℃)下也可靠地发生，因而优选。

另外，对于合金钢粉中的适合的C、O的含量与其他成分一起在后文中描述。

当然，作为Mo原料粉末(b)使用含Mo合金粉末时，含Mo合金粉末2和铁基粉末1之间发生扩散附着。

另一方面，作为Mo原料粉末使用Mo氧化物粉等含Mo化合物时，在上述热处理(d)中含Mo化合物还原成金属Mo的形态。其结果，与作为Mo原料粉末(b)使用含Mo合金粉末的情况相同地，可得到通过扩散附着而部分地增加了Mo含量的状态。

使用对上述的Fe-Mo合金进行雾化而得到的粉末时，可以对该粉末实施最终还原后实施热处理(d)。但是，也能够以与Mo氧化物粉等相同的要领，将雾化状态的Fe-Mo合金粉末供给于热处理(d)。

另外，与作为Mo原料粉末(b)使用含Mo合金粉末相比，从附着度的观点来看，优选使用含Mo化合物。这是因为，由于在热处理工序中被还原的含Mo合金粉末2的表面相对扩散反应变为活性，因而相对铁基粉末1的附着度较好。

如上所述地进行热处理(d)时，通常由于铁基粉末1和含Mo合金粉末2烧结而成为凝固状态，因而粉碎·分级成所希望的粒径，根据需要进一步实施退火而形成合金钢粉4。

接着对于合金钢粉4中的合金元素量的限定理由进行说明。

作为预合金而含有的Mo：0.2～1.5质量％

在本发明的合金钢粉4中，作为预合金(即预先作为合金成分)而包含在铁基粉末1中的Mo含量，相对合金钢粉4的质量为0.2～1.5质量％。作为预合金而含有的Mo含量超过1.5质量％时，淬火性提高的效果也没有大的改变，反而由于合金钢粉4粒子的硬化而使压缩性降低，因而不优选。从经济方面考虑也是不利的。并且，对作为预合金而含有的Mo含量不足0.2质量％的合金钢粉4进行成形，然后进行烧结，然后进行渗碳处理以及淬火时，在烧结体中容易析出铁素体相，其结果，烧结体松软而成为强度、疲劳强度低的物质。

作于预合金而含有的Mn：0.5质量％以下

作为预合金而包含在铁基粉末1中的Mn相对合金钢粉4的质量为0.5质量％以下。作为预合金的Mn含量超过0.5质量％时，不会得到与Mn含量相称的淬火性提高的效果，相反，合金钢粉4硬化而使压缩性降低。并且会过剩消耗Mn，导致制造成本的上升。

另外，由于Mn具有一些强化效果，因而可以有意地在上述范围内含有，但是不必由于材质上的原因而设置下限。另一方面，Mn作为不可避免的杂质在铁基粉末1中含有0.04质量％的情况较多。为了使Mn降低至不足0.04质量％而除去Mn的处理需要很长时间，因而导致制造成本的上升。因而Mn优选0.04～0.5质量％。

Mo的扩散附着量：0.05～1.0质量％

铁基粉末1作为预合金含有Mo和Mn，使含Mo合金粉末在其铁基粉末1的表面上扩散附着即得到合金钢粉4。合金钢粉4，作为预合金的Mo含量[Mo]_P(相对合金钢粉4的质量的质量％)和Mo的平均含量[Mo]_T(相对合金钢粉4的质量的质量％)需要满足以下的(1)式：

0.05≤[Mo]_T-[Mo]_P≤1.0(单位：质量％)…(1)

式中的[Mo]_T-[Mo]_P的实质含义为扩散附着在铁基粉末1表面上的Mo量(虽然存在少许的游离状态的含Mo合金粉末，但是在此忽略)，以下将[Mo]_T-[Mo]_P记作扩散附着量。

Mo的扩散附着量不足0.05质量％时，淬火性提高的效果较小，并且合金钢粉4彼此的接触面的烧结促进的效果也较小。另一方面，Mo的扩散附着量即使超过1.0质量％，淬火性提高、烧结促进的效果几乎没有改善，导致起因于Mo的过度消耗的制造成本的上升。另外，优选的是，Mo的扩散附着量不足0.5质量％。

并且，含Mo合金粉末2的平均粒径为20μm以下时，烧结体的疲劳强度等的改善效果更加明显。另一方面，根据制造工序中的操作性的观点，优选为1μm以上。含Mo合金粉末2的平均粒径，通过依据JIS标准R1629(1997年版)的激光衍射·散射法测定粒径分布，采用体积基准的累积百分比为50％的直径的值。

并且，在下述式(2)中定义的Mo附着度为1.5以下，优选为1.2以下时，疲劳强度等的改善效果更加明显。

其中，[Mo]_S是将细粒合金钢粉(通过JIS标准Z8801规定的标准筛筛分合金钢粉4而分级成45μm以下的物质)的Mo含量，用相对该细粒合金钢粉整体的质量％表示的。如已经描述，[Mo]_T是合金钢粉4中的Mo含量(相对合金钢粉4的质量的质量％)。

并且，在含Mo合金粉末均匀地附着在铁基粉末中且没有游离状态的含Mo合金粉末的状态下，Mo附着度成为1。按照少有不平衡的观点，Mo附着度优选0.9以上，进一步优选1.0以上。

Mo附着度＝[Mo]_S/[Mo]_T…(2)

上述以外的合金元素，例如Ni、V、Cu、Cr等作为预合金而添加到铁基粉末中时，由于压缩性明显降低，烧结体的密度降低而强度、疲劳强度也明显变差，因而优选限制在杂质程度的含量。具体而言，在铁基粉末中，优选的是，Ni：0.03质量％以下、V：0.03质量％以下、Cu：0.03质量％以下、Cr：不足0.02质量％(相对合金钢粉的质量的质量％)。进一步优选的是，Ni：0.02质量％以下、V：0.02质量％以下、Cu：0.02质量％以下、Cr：0.01质量％以下。

并且，这些合金元素中，除了Ni、Cu以外，同样不希望通过扩散附着而包含在合金钢粉中。因此，优选的是，在合金钢粉中同样限制在上述组成范围内。

对于配合到混合粉体中的Ni和/或Cu，容许以扩散附着的方式包含在合金钢粉中。但是，按照压缩性的观点而优选其他配合方式，因而在合金钢粉中也可以限制在上述组成范围。

作为包含在铁基粉末以及合金钢粉中的杂质，可举出C：约0.02质量％以下、O：约0.2质量％以下、N：约0.004质量％以下、Si：约0.03质量％以下、P：约0.03质量％以下、S：约0.03质量％以下、Al：约0.03质量％以下(都是相对合金钢粉的质量％)。另外，本来杂质不需要下限值，但是工业上的降低限度(大体的值)如下所述：C：0.001质量％、O：0.02质量％、N：0.0001质量％、Si：0.005质量％、P：0.001质量％、S：0.001质量％、Al：0.001质量％。

优选的是，除了以上描述的成分以外的余量为铁。

如以上说明，合金钢粉4，由于作为预合金而包含在铁基粉末1中的元素的量较少，因而合金钢粉4的硬度被抑制在低级别，并通过合金钢粉4的压缩成形而可得到高密度的成形体。并且，由于在铁基粉末1粒子的表面上以高浓度偏析有Mo(即形成有Mo高浓度部)，因而烧结合金钢粉4的成形体时，在合金钢粉4彼此的接触面上形成α单相。其结果，促进了基于烧结的合金钢粉4彼此的结合。

作为在本发明中适当的Mo高浓度部的状态，优选的是，Mo浓度为2.0质量％以上的区域，以相对该合金钢粉截面积的面积率计，存在1％以上、30％以下。即，Mo浓度在2.0质量％以上的区域，对于α相的生成以及烧结的促进效果明显良好，并且该区域存在1％以上时，在合金钢粉彼此的接触点上充分地存在Mo高浓度部的频度明显增加。另外，该区域超过30％时，烧结促进效果有饱和的趋势，从成本和、避免压缩性的不必要降低角度，将上限设定成30％是有效的。进一步优选的上限为20％。并且，该区域的Mo浓度也可以是100质量％。并且，在该区域以外，Mo实质上为预合金浓度(最低0.2质量％)以上、不足2.0质量％。

是否满足上述Mo高浓度部状态，可通过用EPMA分析合金钢粉的粒子截面(选择截面的直径在平均粒径±10％以内的截面)，测定Mo浓度在2.0质量％以上的区域并通过图像解析计算其面积，从而可以确认。

并且在本发明中，虽然铁基粉末1的平均粒径不限定于特定的数值，但是优选能够在工业上以低成本制造的30～120μm的范围内。其中，平均粒径是指通过由JIS标准Z8801的标准筛测定的粒度分布，累积重量分布为50％以上的粒径。

合金钢粉4的平均粒径也优选30～120μm的范围内。

在以上说明的合金钢粉4中配合了规定量的Ni粉和/或Cu粉的粉体，是本发明的粉末冶金用混合粉体。接着，对于合金钢粉4中配合的Ni粉和Cu粉进行说明。另外，下述的Ni粉和Cu粉的配合量(质量％)是指相对合金钢粉4的100质量份数(100质量％)的比率。

Ni粉：0.2～5质量％

Ni粉具有使合金钢粉4的烧结反应活化，并使烧结体的空孔微细化而提高烧结体的拉伸强度和疲劳强度的作用。Ni配合量不足0.2质量％时，不能得到使烧结反应活化的效果。另一方面，超过5质量％时，烧结体中的残余奥氏体明显增加，烧结体的强度降低。因而Ni粉需要在0.2～5质量％的范围进行配合。优选0.5～3质量％。

另外，作为Ni粉，能够使用还原Ni氧化物而制造的Ni粉、通过热分解法(羰基法)制造的羰基Ni粉等以往公知的的Ni粉。其中，上述配合量是金属Ni换算下的值。

Cu粉：0.2～3质量％

Cu粉具有在合金钢粉4的烧结温度下形成液相而促进烧结反应，并且使烧结体的空孔球化而提高烧结体的拉伸强度和疲劳强度的作用。Cu配合量不足0.2质量％时，不能得到提高烧结体的强度的效果。另一方面，超过3质量％时，使烧结体变脆。因而Cu粉需要在0.2～3质量％的范围进行配合。优选1～2质量％。另外，作为Cu粉，能够使用电解Cu粉、雾化Cu粉等以往公知的Cu粉。其中，上述配合量是金属Cu换算下的值。

Ni粉、Cu粉，可以将其中任意一种配合到合金钢粉4中，或者也可以将双方都配合到合金钢粉4中。只配合Ni粉或Cu粉中的一种时，在0.2～5质量％的范围配合Ni粉，或者在0.2～3质量％的范围配合Cu粉。配合Ni粉和Cu粉双方时，在0.2～5质量％的范围配合Ni粉，并且在0.2～3质量％的范围配合Cu粉。

并且，使Ni粉的平均粒径在20μm以下，Cu粉的平均粒径在30μm以下时，烧结体的疲劳强度等的改善效果更加明显。另一方面，根据制造工序中的操作性的观点，都优选为1μm以上。平均粒径的测定法可以与含Mo合金粉末2相同。

在本发明中，也可以只将Ni粉和/或Cu粉混合到合金钢粉中。并且，也可以用粘合剂(粘结剂)使Ni粉和/或Cu粉附着到合金钢粉上。或者，也可以配合Ni粉和/或Cu粉后，实施热处理而使它们扩散附着到合金钢粉4中。

实施粘合剂附着或扩散附着时，能够防止Ni粉、Cu粉的偏析，能够减少烧结体的特性的偏差。但是，如上所述，由于扩散附着可能带来压缩性的降低，因而最优选粘合剂附着。

粘合剂虽然不限定于特定的材质，能够使用

·硬脂酸锌、硬脂酸钙等金属皂，

·亚乙基双硬脂酰胺、硬脂酸单酰胺等酰胺类蜡

等以往公知的的粘合剂。特别是上述各粘合剂，还兼具润滑功能而适合，但是也可以应用PVA(聚乙烯醇)、乙酸丁二烯异分子聚合物、苯酚树脂这样的润滑功能不高的粘合剂。其中，润滑功能是加压成形时的功能，是指由粉体重排列而得到的成形体密度的提高、拔模性的改善的功能。

这些粘合剂虽然可通过加热熔融至熔点以上(包括共熔点)而使Ni粉、Cu粉附着在铁基粉末表面上，但是通过粘合剂的附着不限定于该方法。例如，也可以使用在溶剂中溶解粘合剂成分而涂敷到铁基粉末以及含Mo合金粉末上，使两者附着，然后使溶剂挥发的方法。使用金属皂等上述粘合剂时，优选含有熔点为80～150℃左右粘合剂，并加热到这些物质的熔点以上而使Ni粉、Cu粉附着。

另外，确认了作为预合金而含有的Ni对于空孔的微细化几乎没有作用。因此，需要通过混合等配合来添加Ni。

Ni粉的配合效果和Cu粉的配合效果相比，配合Ni粉得到弯曲疲劳强度等的改善效果更加明显。

对于以上的Ni粉、Cu粉添加的影响及其添加方式的影响，推测其原理如下。

关于面压疲劳强度，由于应力的形态主要为压缩应力，因而烧结体的高密度化是最重要的。但是，关于旋转弯曲疲劳，由于除了压缩应力以外还作用有拉伸应力，因而烧结体中残余的空孔的尺寸、形状作为不能忽略的因素而产生影响。因此，认为Ni粉末、Cu粉末的配合，由于改善空孔的形态的效果，对于旋转弯曲疲劳强度等的改善起到很大作用。

其中，认为根据Ni、Cu的空孔形态改善效果在充分形成空孔的烧结后期表现出来。因此，认为以预合金以及扩散附着的组合添加Mo而促进空孔的微细化，并且以简单混合、粘合剂附着等的在烧结后期向空孔周边正式扩散的方式配合Ni、Cu的组合中，表现出明显的复合效果。

接着，说明使用本发明的粉末冶金用混合粉体而制造烧结体时适合的条件。

优选的是，在对于混合粉体进行加压成形之前，作为合金用粉末混合0.1～1.2质量份数左右(相对混合粉体100质量份数的值)的石墨粉等含碳粉末。并且，也可以添加公知的切削性改善用粉末(MnS等)。另外，还优选的是，使含碳粉末、切削性改善用粉末也使用粘合剂而附着在合金钢粉上。

并且，在加压成形之前，可以混合粉末状的润滑剂。并且，也可以在金属模具上涂敷或附着润滑剂。无论哪个目的，作为润滑剂，适用如下用于减少成形时的粉末彼此或粉末与金属模具之间的摩擦的润滑剂：

·金属皂(例如硬脂酸锌、硬脂酸锂、硬脂酸钙等)、

·脂肪酸酰胺(例如硬脂酸酰胺、亚乙基双硬脂酰胺、芥酸酰胺等)等公知的润滑剂。

优选的是，所混合的润滑剂为0.1～1.2重量份数左右(相对混合粉体100质量份数的值)。

如上所述，也可以在混合润滑剂时加热，将润滑剂作为粘合剂如而使Ni粉、Cu粉附着在合金钢粉上。

优选的是，以400～1000MPa左右的压力，在常温(约20℃)～约160℃的温度实施加压成形。对于成形方法，公知的方法都适合。例如，使铁基粉末混合粉体为室温，将金属模具加热至50～70℃的方法，由于粉末的处理容易且可以进一步提高铁基粉末成形体的密度(压粉体密度)，因而适合。并且，还可以使用粉末、金属模具同时加热到120～130℃的所谓的热成形方法。

优选的是，在1100～1300℃左右实施烧结。按照经济上的观点，优选的是，用廉价且可大量生产的网带炉在可能的1160℃以下进行烧结。进一步优选1140℃以下。烧结时间特别优选10～60分钟左右。也可以使用其他的炉子例如推盘式烧结炉等。

对于所得到的烧结体，根据需要可实施渗碳淬火(CQT)、光亮淬火(BQT)、高频淬火、渗碳氮化热处理等强化处理。实施淬火等时，也可以进一步实施回火处理。各强化处理条件根据常规方法设定即可。另外，在未实施强化处理时，与现有的烧结体(未实施强化处理)相比，弯曲疲劳强度等得到改善。

并且，烧结体的空孔的尺寸还受到成形条件、烧结条件的影响。例如配合了Ni粉时，以压粉密度7.1～7.4Mg/m³成形，通过1100～1160℃、10～60分钟的烧结，烧结体的平均空孔直径成为5～20μm左右，在压粉密度7.4Mg/m³以上、1130℃以上、20分钟以上的烧结中成为10μm以下。

另外，根据拉伸强度及疲劳强度的观点，优选的是，调整混合的含碳粉末的量、强化处理条，使所得到的烧结体的成分为C：0.6～1.2质量％、O：0.02～0.15质量％、N：0.001～0.7质量％。

实施例

以下通过实施例进一步详细地说明本发明，本发明的粉末冶金用混合粉体及其用途均不限定于以下的例子。

实施例1

通过水雾化法对于包含规定量的Mo和Mn的钢水进行喷雾而形成雾化状态的铁基粉末(平均粒径70～90μm)。在该铁基粉末上以规定的比率添加平均粒径1～3μm的MoO₃粉末作为Mo原料粉末，在V型混合机中混合15分钟。

在露点30℃的氢气氛中对于该混合粉进行热处理(保持温度875℃、保持时间1小时)，将MoO₃粉末还原成Mo金属粉末，并且扩散附着到铁基粉末的表面上而制造合金钢粉。并且，无论哪个合金钢粉的平均粒径都在70～90μm的范围内。在该合金钢粉上配合平均粒径为4μm的Ni粉(羰基Ni粉)以及平均粒径为20μm的Cu粉(电解Cu粉)，并在V型混合机中混合15分钟，形成粉末冶金用混合粉体。将这样得到的粉末冶金用混合粉体的组成表示在表1。表中记载以外的余量实质上为铁和杂质。

表1

^*：“-”表示未进行配合的情况

表1中的2～4号试样以及13～15号试样是Mo预合金量、Mn预合金量、Mo扩散附着量、Ni粉配合量满足本发明的范围的例子。1号试样、5号试样是Mo扩散附着量脱离本发明的范围的例子。

7～9号试样是Mo预合金量、Mn预合金量、Mo扩散附着量、Ni粉配合量、Cu粉配合量满足本发明的范围的例子。6号试样、10号试样是Mo预合金量脱离本发明的范围的例子，11号试样是Mn预合金量脱离本发明的范围的例子。

12号试样是Ni粉配合量脱离本发明的范围的例子。

17～19号试样是Mo预合金量、Mn预合金量、Mo扩散附着量、Cu粉配合量满足本发明的范围的例子。16号试样、20号试样是Cu粉配合量脱离本发明的范围的例子。

在这些粉末冶金用混合粉体100质量份数中，作为合金化用粉末添加0.3质量份数的石墨，作为润滑剂添加0.8质量份数的硬脂酸锂，并在V型混合机中混合15分钟。接着，将粉末冶金用混合粉体加热至130℃，并且填充到金属模具(温度：130℃)而进行加压成形(压力：686MPa)。

对于该成形体，在RX气氛(N₂-32体积％H₂-24体积％CO-0.3体积％CO₂)中实施烧结(烧结温度1300℃，烧结时间20分钟)而形成烧结体。在所得到的烧结体中以碳势0.8质量％进行气体渗碳(保持温度870℃，保持时间60分钟)后，进行淬火(淬火温度60℃，油淬火)和回火(回火温度200℃，回火时间60分钟)。其中，碳势是表示对钢进行加热的气氛的渗碳能力的指标，在该温度下，以与该气体气氛达到平衡时的钢的表面的碳浓度来表示。

测量了该烧结体的密度、拉伸强度、旋转弯曲疲劳强度。其结果如表2所示。其中，以JIS标准Z2501作为基准测定密度。从烧结体选取平行部的直径5mm、长度15mm的小型圆杆试样并在室温进行拉伸实验而测定拉伸强度。选取平行部的直径为8mm、长度为15.4mm的平滑圆杆试样，并使用小野式旋转弯曲疲劳试验机，由10⁷次不发生破坏的载荷算出旋转弯曲疲劳强度。

表2

从表2可知，比较1～5号试样中的发明例(2～4号试样)和比较例(1号、5号试样)时，虽然未发现密度的差异，但是发明例一方的拉伸强度和旋转弯曲疲劳强度优良。

比较6～11号试样中的发明例(7～9号试样)和比较例(6号、10号、11号试样)时，密度、拉伸强度、旋转弯曲疲劳强度，都是发明例的一方优良。

比较12～15号试样中的发明例(13～15号试样)和比较例(12号试样)时，虽然未发现密度的差异，但是拉伸强度和旋转弯曲疲劳强度是发明例的一方优良。

比较16～20号试样中的发明例(17号、19号试样)和比较例(16号、20号试样)时，虽然未发现密度的差异，但是拉伸强度和旋转弯曲疲劳强度是发明例的一方优良。

实施例2

用与实施例1同样的方法，制造使规定量的Mo、Mn作为预合金，使规定量的Mo(Mo金属粉、Fe-10质量％Mo、Fe-50质量％Mo)扩散附着到表面上的合金钢粉。在该合金钢粉中，添加规定量的平均粒径4μm的Ni粉、0.3质量％的石墨粉、作为润滑剂兼粘合剂而添加0.6质量份数的亚乙基双硬脂酰胺，加热至160℃并混合10分钟，使Ni粉附着在合金钢粉表面上(26号、29号、30号试样)。其中，对于31号添加粘合剂而进行加热·混合处理后混合添加Ni粉，此外，通过同样的处理形成混合粉体。并且，对于32号以及作为组成的比较例的33号，强化了烧结(1250℃-60分钟、N₂-10体积％H₂气氛中)。

并且，还制造了使Ni粉扩散附着在铁基粉末的表面上的合金钢粉(27号试样)。并且，作为比较，还制造了与规定量的Mo、Mn一起将Ni作为预合金，在表面上扩散附着规定量的Mo的合金钢粉(28号试样)。在这些合金钢粉中添加0.3质量％的石墨粉，作为润滑剂兼粘合剂而添加0.6质量份数的亚乙基双硬脂酰胺，并加热至160℃并进行了10分钟混合。

对于这些混合粉体，通过与实施例1同样的方法进行了成形、烧结、渗碳。接着，求出这些烧结体的密度、拉伸强度、旋转弯曲疲劳强度、平均空孔直径。其结果如表3、表4所示。其中，对于烧结体的截面进行镜面研磨，对于视野50cm²的光学显微镜摄影图像进行图像解析，而以近似圆直径的方法求出平均空孔直径。

表3

^*1：作为Mo源使用Fe-10质量％Mo粉

^*2：作为Mo源使用Fe-50质量％Mo粉

^*3：换算成金属Mo

^*4：“-”表示未进行配合的情况

^*5：未使用粘合剂

^*6：烧结条件为1250℃-60分钟

表4

26号、27号、29号、30号试样的发明例与28号试样的比较例相比，平均空孔直径变小，拉伸强度和旋转弯曲疲劳强度是发明例的一方优良。并且，用粘合剂使Ni粉附着在合金钢粉上的一方(26号、29号、30号试样)与扩散附着(27号试样)相比，孔穴直径变小，还提高了旋转弯曲疲劳强度。

实施例3

在以与实施例1同样的方法将规定量的Mo、Mn作为预合金的铁基粉末中混合规定量的Mo原料粉末(MoO₃粉末)。对于该混合粉末，在露点30℃的氢气氛中以与实施例1不同的保持温度(900～1050℃)进行热处理，制造了表5的34～36号所示的合金钢粉。另外，实施例1的1～5号合金钢粉同时表示在表5中。

通过以下的方法测定了Mo浓度在2.0质量％以上的区域的面积率。将合金钢粉埋入树脂中后，进行研磨，选取10个粒子截面(截面直径在平均粒径的±10％以内的部分)而通过EPMA进行分析，测定Mo浓度在2.0质量％以上的区域，通过图像解析计算出其面积。对从各截面得到的值(10个)取平均而作为Mo浓度在2.0质量％以上的区域的面积率。

对于表5的各合金钢粉，混合1.0质量％的Ni粉，通过与实施例1同样的方法得到烧结体后，测定了密度、拉伸强度以及旋转弯曲疲劳强度。结果表示在表6。

表5

表6

从表5、表6可知，Mo浓度在2.0质量％以上的区域的面积率在1～30％的范围的发明例(2～4号，34～36号)与比较例(1号、5号)相比，拉伸强度和旋转弯曲疲劳强度优良。

产业上的利用可能性

使用本发明的粉末冶金用混合粉体，不使用特殊的烧结工序，也能够制造出具有良好的拉伸强度和弯曲疲劳强度且致密的烧结体。

Claims

1.一种粉末冶金用混合粉体，在具有含有作为预合金的Mn：0.5质量％以下以及Mo：0.2～1.5质量％的铁基粉末、并且在该铁基粉末的表面上以粉末形式扩散附着Mo：0.05～1.0质量％的合金钢粉中，至少添加Ni粉：0.2～5质量％以及Cu粉：0.2～3质量％中的任意一种而形成。

2.一种粉末冶金用混合粉体，在合金钢粉中，至少添加Ni粉：0.2～5质量％以及Cu粉：0.2～3质量％中的任意一种而形成，其中，Mo浓度为2.0质量％以上的区域在所述合金钢粉的表面上存在截面面积的1％以上、30％以下，并且，该合金钢粉的除所述Mo浓度为2.0质量％以上的区域之外的其他区域为Mo浓度在0.2质量％以上、不足2.0质量％的区域。

3.根据权利要求1或2所述的粉末冶金用混合粉体，其中，使所述Ni粉以及Cu粉中的至少一种通过粘结剂附着在所述合金钢粉的表面上而形成。