CN101180146B - Cu-Sn系混合粉末及其制造方法 - Google Patents

Cu-Sn系混合粉末及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于粉末冶金用原料粉末的Cu-Sn系混合粉末，其特征在于，包含部分合金化的Cu-Sn烧结体的粉碎粉末和电解铜粉的混合粉末；本发明还涉及一种用于粉末冶金用原料粉末的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，将Cu粉与Sn粉烧结制造部分合金化的Cu-Sn烧结体，将该烧结体粉碎得到Cu-Sn粉碎粉末，然后将该Cu-Sn粉碎粉末与电解铜粉混合。本发明的目的在于在制造含油烧结轴承等用的粉末冶金原料粉末时，可以提高粉末的压坯密度、拉托拉值等的成形性，可以提高径向抗压强度等的烧结特性并且可以降低成本的Cu-Sn系粉末。

Description

Cu-Sn系混合粉末及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于含油烧结轴承等的粉末冶金用原料粉末的青铜系烧结粉末，即Cu-Sn系混合粉末及其制造方法。
背景技术
以往，作为含油烧结轴承等的粉末冶金用原料粉末，使用铜粉例如电解铜粉和锡粉，并且使用将这些粉末混合为目标比例并成形和烧结的方法，但是，由于铜粉与锡粉的比重、粒度、粒径不同，因此难以均匀混合。另外，此时，在烧结过程中经液相进行铜与锡的合金化，成为所谓液相烧结，但是由于烧结时的收缩率变大，因此存在尺寸精度变差的问题。
鉴于以上内容，通过使用青铜粉作为原料进行烧结，可以解决上述问题的多数。虽然制造青铜粉时，主要通过雾化法得到微粉，但是由于粒子形状是球形，因此产生了成形性差的新问题。
因此，提出了不使用雾化粉末，而是将不规则形状的铜粉和锡粉混合并进行合金化。
另一方面，对应这样的要求，提出了使用微粉化的青铜粉，但是当青铜粉过于微细时，产生烧结原料粉的流动性变差，成形性也变差的问题。鉴于此，本发明人提出了使用尺寸不同的2种电解铜粉制造烧结用青铜粉的方法(参见专利文献1)。该方法提高了流动性也提高了成形性，作为青铜的烧结体显示了良好的特性。
但是，由于这样的烧结用青铜粉要求几乎全部是青铜粉，因此制造成本变高，目前未必能够满足。
专利文献1：日本特开昭62-67102号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种Cu-Sn系粉末，其在制造含油烧结轴承等用的粉末冶金用原料粉末时，其能够提高粉末的压坯密度、拉托拉值(ラトラ值)等的成形性，可以提高径向抗压强度(圧環強度)等的烧结特性，并且可以降低成本。
本发明人为了解决上述问题，发现通过使用部分合金化的Cu-Sn烧结体的粉碎粉末与电解铜粉的混合粉末，可以得到一种Cu-Sn系粉末，其是能够提高粉末的压坯密度、拉托拉值等的成形性、提高径向抗压强度等的烧结特性并且能够降低成本的粉末冶金用原料粉末。
本发明基于上述发现，提供以下各项。
1)一种用于粉末冶金用原料粉末的Cu-Sn系混合粉末，其特征在于，包含部分合金化的Cu-Sn烧结体的粉碎粉末和电解铜粉的混合粉末。
2)根据上述1)所述的Cu-Sn系混合粉末，其特征在于，所述部分合金化的Cu-Sn烧结体的粉碎粉末的Sn含量为10至12重量％。
3)根据上述1)或2)所述的Cu-Sn系混合粉末，其特征在于，所述混合粉末中Sn的总含量为8至10重量％。
4)根据上述1)至3)中任一项所述的Cu-Sn系混合粉末，其特征在于，所述部分合金化的Cu-Sn烧结体为电解铜与雾化锡粉的烧结体。
5)根据上述1)至4)中任一项所述的Cu-Sn系混合粉末，其特征在于，所述混合粉末为含油烧结轴承用混合粉末。
本发明还提供以下各项。
6)一种用于粉末冶金用原料粉末的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，将Cu粉与Sn粉烧结制造部分合金化的Cu-Sn烧结体，将该烧结体粉碎得到Cu-Sn粉碎粉末，然后将该Cu-Sn粉碎粉末与电解铜粉混合。
7)根据上述6)所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，所述部分合金化的Cu-Sn烧结体的粉碎粉末的Sn含量为10至12重量％。
8)根据上述6)或7)所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，所述混合粉末中Sn的总含量为8至10重量％。
9)根据上述6)至8)中任一项所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，所述部分合金化的Cu-Sn烧结体为电解铜与雾化锡粉的烧结体。
10)根据上述6)至9)中任一项所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，在烧结温度500至700℃进行烧结，将Cu粉和Sn粉烧结而制造所述部分合金化的Cu-Sn烧结体。
11)根据上述6)至10)中任一项所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，将-100目的Cu-Sn粉碎粉末与-100目的电解铜粉进行混合。
12)根据上述6)至10)中任一项所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，将为-100目并且-350目的微粉为45％以下的Cu-Sn粉碎粉末与为-100目并且-350目的微粉为25％以下的电解铜粉进行混合。
发明效果
本发明的作为粉末冶金用原料粉末的Cu-Sn系混合粉末，通过使用部分合金化的Cu-Sn烧结体的粉碎粉末与电解铜粉的混合粉末，可以得到以下优良效果：可以提高粉末的压坯密度、拉托拉值等的成形性，可以提高径向抗压强度等的烧结特性，并且可以降低成本。
具体实施方式
本发明的用于粉末冶金用原料粉末的Cu-Sn系混合粉末，使用部分合金化的Cu-Sn烧结体的粉碎粉末与电解铜粉的混合粉末。电解铜粉一般通过电解法工序制造，可以使用这样制造的通常的电解铜粉(資料、新版粉末冶金、渡辺侊尚著，技術書院発行、昭和62年10月15日第5刷発行、15～17頁)。
特别地，由于粉末冶金用的理由，希望-100目左右的电解铜粉。由于粉末过度微细时流动性下降，因此特别希望将-350目的电解铜粉设定为25％以下。
作为用于混合的锡粉，可以使用通常的雾化锡粉。通过这样将电解铜粉与锡粉混合，部分合金化的Cu-Sn烧结体因为目的不是得到完全的青铜合金粉，因此容易得到偏析少、比较均匀的混合状态。
制造部分合金化的Cu-Sn烧结体时，希望将混合的Sn含量设定为10至12重量％。将粉碎粉末的Sn含量设定为10至12重量％的理由，是因为：Sn含量超过12重量％时烧结体变得过硬而难以粉碎，另外，当小于10重量％时，作为最终目标物的Cu-Sn系混合粉末的Sn含量变低。该Sn量比作为最终目标的Cu-Sn系混合粉末的Sn量稍多。这是因为被之后添加的电解铜粉稀释的原故。
将包含Cu粉和Sn粉的混合粉末在烧结温度500℃至700℃烧结，制造部分合金化的Cu-Sn烧结体。
通过将上述的Cu粉和Sn粉烧结制造部分合金化的Cu-Sn烧结体后，将该烧结体粉碎得到Cu-Sn粉碎粉末。该粉碎粉末的粒度，为了提高成形性及烧结性，希望设定为-100目。另外，由于粉末过度微细时流动性下降，因此特别希望将-350目的Cu-Sn粉末设定为45％以下。
接下来，将所述Cu-Sn粉碎粉末与电解铜粉混合，进行成分调整使得混合粉末中Sn的总含量为8至10重量％，即，使得混合粉末中Sn的总含量为最佳组成比例或者作为轴承等的烧结体使用的最终组成比例(例如，作为青铜成分的组成比例)。
在所述范围以外当然也可以使用，但是，之所以像这样将Sn的总含量设定为8至10重量％，是因为作为青铜含油烧结轴承的最佳组成为所述范围。
这样得到的Cu-Sn系混合粉末，可以用于含油烧结轴承用混合粉末。
实施例
以下，对本发明的实施例进行说明。本实施例仅是例示性的，本发明不受其任何限制。即，本发明包括在本发明的技术思想的范围内的、实施例以外的全部方式或者变形。
(实施例1)
以89∶11的重量比将电解铜粉(-100目)与雾化锡粉混合，在H2+N2混合气体气氛中，在630℃进行烧结(Cu-11％Sn品)。最高温度滞留时间为30分钟。
其结果，得到了部分合金化(70％合金化)的烧结体。将该烧结块粗粉碎后，用锤磨机型粉碎机(粉磨机)进行粉碎，用100目进行筛分，得到-100目的Cu-11％Sn粉碎粉末。
然后，在该-100目的Cu-11％Sn粉碎粉末中，以81.8∶18.2的比率(重量比)添加-100目的电解铜粉，并置于混合器中，得到Cu-9％Sn混合粉末。另外，在该混合粉末中添加0.5％(不包括在总数内)的润滑剂メタフロ一A并混合。
对这样得到的烧结用混合粉末的特性进行了考查。作为粉末特性考查了表观密度(g/cm3)和流动度(s/50g)，作为成形特性考查了压坯密度(g/cm3)和拉托拉值(％)，作为烧结特性考查了径向抗压强度(kgf/mm2)。结果如表1至表3所示。
表1
  表观密度(g/cm<sup>3</sup>)   流动度(s/50g)
  实施例1   2.54   29
  实施例2   2.53   29
  表观密度(g/cm<sup>3</sup>)   流动度(s/50g)
  实施例3   2.46   28
  实施例4   2.50   28
  实施例1   2.51   28
  比较例1   2.45   25
  比较例2   2.70   21
  比较例3   2.70   27
表2
  径向抗压强度(kgf/mm<sup>2</sup>)
  实施例1   27.6
  实施例2   27.5
  实施例3   27.3
  实施例4   27.0
  实施例1   27.5
  比较例1   25.8
  比较例2   23.8
  比较例3   23.9
表3
Figure G2006800175438D00071
(实施例2)
在上述实施例1得到的-100目的Cu-11％Sn粉碎粉末中，以81.8∶18.2的比率(重量比)添加-250目的电解铜粉，并置于混合器中，得到Cu-9％Sn混合粉末。另外，在该混合粉末中添加0.5％(不包括在总数内)的润滑剂メタフロ一A并混合。
对这样得到的烧结用混合粉末的特性进行了考查。作为粉末特性考查了表观密度(g/cm3)和流动度(s/50g)，作为成形特性考查了压坯密度(g/cm3)和拉托拉值(％)，作为烧结特性考查了径向抗压强度(kgf/mm2)。结果如表1至表3所示。
(实施例3)
以89∶11的重量比将电解铜粉(-100目)与雾化锡粉混合，在H2+N2混合气体气氛中，在550℃进行烧结(Cu-11％Sn品)。最高温度滞留时间为30分钟。
其结果，得到了部分合金化(60％合金化)的烧结体。将该烧结块粗粉碎后，用锤磨机型粉碎机(粉磨机)进行粉碎，用100目进行筛分，得到-100目的Cu-11％Sn粉碎粉末。
然后，在该-100目的Cu-11％Sn粉碎粉末中，以81.8∶18.2的比率(重量比)添加-100目的电解铜粉，并置于混合器中，得到Cu-9％Sn混合粉末。另外，在该混合粉末中添加0.5％(不包括在总数内)的润滑剂メタフロ一A并混合。
对这样得到的烧结用混合粉末的特性进行了考查。作为粉末特性考查了表观密度(g/cm3)和流动度(s/50g)，作为成形特性考查了压坯密度(g/cm3)和拉托拉值(％)，作为烧结特性考查了径向抗压强度(kgf/mm2)。结果如表1至表3所示。
(实施例4)
将电解铜粉(-100目)与雾化锡粉以90∶10的比率(重量比)混合，在H2+N2混合气体气氛中，在690℃进行烧结(Cu-10％Sn品)。最高温度滞留时间为30分钟。
其结果，得到了部分合金化(80％合金化)的烧结体。将该烧结块粗粉碎后，用锤磨机型粉碎机(粉磨机)进行粉碎，用100目进行筛分，得到-100目的Cu-10％Sn粉碎粉末。
然后，在该-100目的Cu-10％Sn粉碎粉末中，以80.0∶20.0的比率(重量比)添加-100目的电解铜粉，并置于混合器中，得到Cu-8％Sn混合粉末。另外，在该混合粉末中添加0.5％(不包括在总数内)的润滑剂メタフロ一A并混合。
对这样得到的烧结用混合粉末的特性进行了考查。作为粉末特性考查了表观密度(g/cm3)和流动度(s/50g)，作为成形特性考查了压坯密度(g/cm3)和拉托拉值(％)，作为烧结特性考查了径向抗压强度(kgf/mm2)。结果同样如表1至表3所示。
(实施例5)
将电解铜粉(-100目)与雾化锡粉以88∶12的比率(重量比)混合，在H2+N2混合气体气氛中，在690℃进行烧结(Cu-12％Sn品)。最高温度滞留时间为30分钟。
其结果，得到了部分合金化(75％合金化)的烧结体。将该烧结块粗粉碎后，用锤磨机型粉碎机(粉磨机)进行粉碎，用100目进行筛分，得到-100目的Cu-12％Sn粉碎粉末。
然后，在该-100目的Cu-12％Sn粉碎粉末中，以83.3∶16.7的比率(重量比)添加-100目的电解铜粉，并置于混合器中，得到Cu-10％Sn混合粉末。另外，在该混合粉末中添加0.5％(不包括在总数内)的润滑剂メタフロ一A并混合。
对这样得到的烧结用混合粉末的特性进行了考查。作为粉末特性考查了表观密度(g/cm3)和流动度(s/50g)，作为成形特性考查了压坯密度(g/cm3)和拉托拉值(％)，作为烧结特性考查了径向抗压强度(kgf/mm2)。结果同样如表1至表3所示。
(比较例1)
将电解铜粉(-100目)与雾化锡粉以91∶9的比率(重量比)混合，在H2+N2混合气体气氛中，在630℃进行烧结(Cu-9％Sn品)。最高温度滞留时间为30分钟。
其结果，得到了部分合金化(70％合金化)的烧结体。将该烧结块粗粉碎后，用锤磨机型粉碎机(粉磨机)进行粉碎，用100目进行筛分，得到-100目的Cu-9％Sn粉碎粉末。使用该粉碎粉末作为烧结用粉末。
与上述实施例一样，作为粉末特性考查了表观密度(g/cm3)和流动度(s/50g)，作为成形特性考查了压坯密度(g/cm3)和拉托拉值(％)，作为烧结特性考查了径向抗压强度(kgf/mm2)。其结果与实施例比较，同样如表1至表3所示。
(比较例2)
与比较例1同样，将电解铜粉(-100目)与雾化锡粉以91∶9的比率(重量比)混合，在H2+N2混合气体气氛中，在750℃进行烧结(Cu-9％Sn品)。最高温度滞留时间为30分钟。这与比较例1相比进一步进行了合金化。
其结果，得到了部分合金化(90％合金化)的烧结体。将该烧结块粗粉碎后，用锤磨机型粉碎机(粉磨机)进行粉碎，用100目进行筛分，得到-100目的Cu-9％Sn粉碎粉末。使用该粉碎粉末作为烧结用粉末。
与上述实施例一样，作为粉末特性考查了表观密度(g/cm3)和流动度(s/50g)，作为成形特性考查了压坯密度(g/cm3)和拉托拉值(％)，作为烧结特性考查了径向抗压强度(kgf/mm2)。其结果与实施例比较，同样如表1至表3所示。
(比较例3)
将电解铜粉(-100目)与雾化锡粉以89∶11的比率(重量比)混合，在H2+N2混合气体气氛中，在630℃进行烧结(Cu-11％Sn品)。最高温度滞留时间为30分钟。
其结果，得到了部分合金化(70％合金化)的烧结体。将该烧结块粗粉碎后，用锤磨机型粉碎机(粉磨机)进行粉碎，用100目进行筛分，得到-100目的Cu-11％Sn粉碎粉末。在其中进一步以81.8∶18.2的比率(重量比)添加-100目的雾化铜粉，并置于混合器中，得到Cu-9％Sn混合粉末。另外，在该混合粉末中添加0.5％(不包括在总数内)的润滑剂メタフロ一A并混合。使用该粉碎粉末作为烧结用粉末。
与上述实施例一样，作为粉末特性考查了表观密度(g/cm3)和流动度(s/50g)，作为成形特性考查了压坯密度(g/cm3)和拉托拉值(％)，作为烧结特性考查了径向抗压强度(kgf/mm2)。其结果与实施例比较，同样如表1至表3所示。
如上所述，比较例中，作为粉末特性的表观密度为2.45至2.70g/cm3的平均水平、流动度为21至27s/50g，其成形性不好。另外，作为成形特性的压坯密度为5.63至5.65g/cm3的良好的通常水平。但是，拉托拉值在1.25t/cm2时为11.2至100.0％，显著变差。在1.5t/cm2时也同样。作为烧结特性的径向抗压强度为23.8至25.8kgf/mm2，比较良好。
与此相对，本实施例中，作为粉末特性的表观密度为2.46至2.54g/cm3的通常水平，流动度提高到28至29s/50g。另外，作为成形特性的压坯密度为5.59至5.61g/cm3的良好的通常水平，拉托拉值在1.25t/cm2时显著提高到7.6至8.4％。在1.5t/cm2时也同样，显著提高到3.9至4.6％。另外，作为烧结特性的径向抗压强度具有为27.3至27.6kgf/mm2的良好的高强度。
产业实用性
如上所述，本发明通过使用部分合金化的Cu-Sn烧结体的粉碎粉末与电解铜粉的混合粉末作为粉末冶金原料粉末的Cu-Sn系粉末，具有下列优良效果：可以提高粉末的压坯密度、拉托拉值等的成形性，可以提高径向抗压强度等的烧结特性，并且可以降低成本，因此可以用于青铜类的含油烧结轴承。

Claims (12)

1.一种用于粉末冶金用原料粉末的Cu-Sn系混合粉末，其特征在于，包含部分合金化的Cu-Sn烧结体的粉碎粉末和电解铜粉的混合粉末。
2.根据权利要求1所述的Cu-Sn系混合粉末，其特征在于，所述部分合金化的Cu-Sn烧结体的粉碎粉末的Sn含量为10至12重量％。
3.根据权利要求1或2所述的Cu-Sn系混合粉末，其特征在于，所述混合粉末中Sn的总含量为8至10重量％。
4.根据权利要求1或2所述的Cu-Sn系混合粉末，其特征在于，所述部分合金化的Cu-Sn烧结体为电解铜与雾化锡粉的烧结体。
5.根据权利要求1或2所述的Cu-Sn系混合粉末，其特征在于，所述混合粉末用于制造含油烧结轴承。
6.一种用于粉末冶金用原料粉末的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，将Cu粉与Sn粉烧结制造部分合金化的Cu-Sn烧结体，将该烧结体粉碎得到Cu-Sn粉碎粉末，然后将该Cu-Sn粉碎粉末与电解铜粉混合。
7.根据权利要求6所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，所述部分合金化的Cu-Sn烧结体的粉碎粉末的Sn含量为10至12重量％。
8.根据权利要求6或7所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，所述混合粉末中Sn的总含量为8至10重量％。
9.根据权利要求6或7所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，所述部分合金化的Cu-Sn烧结体为电解铜与雾化锡粉的烧结体。
10.根据权利要求6或7所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，在烧结温度500至700℃进行烧结，将Cu粉和Sn粉烧结而制造所述部分合金化的Cu-Sn烧结体。
11.根据权利要求6或7所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，将-100目的Cu-Sn粉碎粉末与-100目的电解铜粉进行混合。
12.根据权利要求6或7所述的Cu-Sn系混合粉末制造方法，其特征在于，将为-100目并且-350目的微粉为45％以下的Cu-Sn粉碎粉末与为-100目并且-350目的微粉为25％以下的电解铜粉进行混合。
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