CN102655967A - 脱脂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及脱脂方法，该方法是在炉内将一个或多个处理品中所含的蜡加热以进行脱脂，该方法通过具有保持上述炉内的温度在高于蜡蒸发的蒸发点且低于处理品渗碳的温度的范围内达规定时间的步骤，可以降低每个处理品的品质的不均。

Description

脱脂方法
技术领域
本发明涉及脱脂方法。
本发明根据2009年12月28日于日本申请的特愿2009-297251号主张优先权，其内容引用于此。
背景技术
在烧结处理中，通过将蜡、粘合剂等有机粘合剂与粉末原料混炼而成型成规定形状的粉末成型品加热，除去该粉末成型品中所含的粘合剂(脱脂处理)，之后进一步升高炉内温度以进行烧结，得到最终产品。作为实施该烧结处理的加热炉，例如有下述专利文献1中记载的脱脂烧结炉。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-17305号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
然而，关于这种粉末成型品，如专利文献1所述，往往是对大量的这种小物品进行处理，通常是排列、收纳在由棚结构构成的内箱中，之后装入炉内。为了谋求粉末成型品的均质化，必须将所有粉末成型品的温度升至相同程度后再进行脱脂处理，但由于炉内的配置位置、例如相对于加热器的位置的不同，在内箱的外侧和中心侧产生温度差，从而在粉末成型品间产生温度差。若在粉末成型品间产生温度差，则脱脂结束的时间不同，产品的渗碳程度发生变化，产生品质的不均。需要说明的是，为了减小粉末成型品间的温度差，有缓慢升高炉内温度的方法，但由于直至脱脂处理开始需要长时间，因此没有效率。
另外，不仅是该产品间的不均，即使是只对一个大型的粉末成型品进行脱脂处理的情况，当该粉末成型品的每个部分产生温度差时，同样也会在每个部分产生品质的不均。
本发明鉴于上述问题点而设，其目的在于：提供可以降低每个产品的品质不均和一个产品的各部分的品质不均的粉末成型品的脱脂方法。另外，作为第2个目的，本发明的目的在于：提供可以缩短处理时间的脱脂方法。
解决课题的方法
为了解决上述课题，在本发明中采用以下方法。即：
(1) 本发明涉及脱脂方法，该方法是在炉内将一个或多个粉末成型品中所含的有机粘合剂加热以进行脱脂，该方法具有保持步骤，即保持上述炉内的温度在高于上述有机粘合剂蒸发的蒸发温度且低于上述粉末成型品渗碳的温度的范围内达规定时间。
在本发明中，通过在保持步骤中保持炉内的温度达规定时间，可以抑制粉末成型品间或者一个粉末成型品的部分间的温度差的扩大，同时通过炉内的热传递来缓和该温度差。另外，在保持步骤中，通过使炉内温度达到高于有机粘合剂的蒸发温度的温度，可以确实使有机粘合剂从粉末成型品中蒸发，并且通过使炉内温度达到低于发生由有机粘合剂蒸发而产生的气体引起的渗碳的温度的温度，可以抑制粉末成型品的渗碳的发生。
(2) 上述(1)所述的脱脂方法可以具有调节步骤，即根据上述有机粘合剂的蒸发特性来调节上述保持步骤的时间。
通过采用该方法，在本发明中，可以对应于有机粘合剂的固体差异或粉末成型品间的升温速度的不同，可以在粉末成型品间实现均匀的脱脂。
(3) 上述(1)或(2)所述的脱脂方法，该方法是在上述炉内在至少互不相同的位置配置好第1粉末成型品和第2粉末成型品，并具有计测上述第1粉末成型品的温度的第1计测步骤和计测上述第2粉末成型品的温度的第2计测步骤，并可以具有第2保持步骤，即在上述第1计测步骤和上述第2计测步骤中的计测结果均达到上述蒸发温度之前，保持上述炉内的温度在上述蒸发温度达规定时间。
通过采用该方法，在本发明中，通过在直至第1粉末成型品和第2粉末成型品均达到有机粘合剂的蒸发温度期间保持炉内的温度在该有机粘合剂的蒸发温度，形成在粉末成型品间的温度稍均匀后可以开始向保持步骤中的温度升温的状态。因此，即使是保持步骤中的温度与有机粘合剂的蒸发温度的温度差较大的情况，也可以在粉末成型品间将有机粘合剂均匀地脱脂，可以抑制由有机粘合剂蒸发而产生的气体引起的粉末成型品的渗碳的发生。
(4) 上述(1)或(2)所述的脱脂方法，该方法具有计测上述粉末成型品的第1位置的温度的第1计测步骤和计测该粉末成型品的不同于上述第1位置的第2位置的温度的第2计测步骤，并可以具有第2保持步骤，即在上述第1计测步骤和上述第2计测步骤中的计测结果均达到上述蒸发温度之前，保持上述炉内的温度在上述蒸发温度达规定时间。
通过采用该方法，在本发明中，通过在直至一个粉末成型品中第1位置的部分和第2位置的部分均达到有机粘合剂的蒸发温度期间保持炉内的温度在该蒸发温度，形成在一个粉末成型品的部分间的温度稍均匀后可以向保持步骤中的温度升温的状态。因此，即使是保持步骤中的温度与有机粘合剂的蒸发温度的温度差较大的情况，也可以在一个粉末成型品的部分间将有机粘合剂均匀地脱脂，可以抑制由有机粘合剂蒸发而产生的气体引起的粉末成型品的渗碳的发生。
(5) 上述(3)或(4)所述的脱脂方法可以具有升温步骤，即在进入上述第2保持步骤之前使上述炉内的温度升至上述蒸发温度以上。
通过采用该方法，在本发明中，若升高炉内的温度则可以加快粉末成型品的升温速度，因此可以缩短处理时间。
(6) 上述(1)～(5)所述的脱脂方法可以具有压力度调节步骤，即调节上述炉内的环境压力。
通过采用该方法，在本发明中，若升高炉内的环境压力则向粉末成型品的导热性增加，因此可以缩短处理时间。
发明效果
本发明涉及脱脂方法，是在炉内将一个或多个粉末成型品中所含的有机粘合剂加热以进行脱脂，该脱脂方法可以降低粉末成型品的每个产品的品质的不均和一个产品的各部分的品质的不均，还可以缩短粉末成型品的处理时间。
附图说明
图1是显示本发明的实施方式中的脱脂炉的构成的图；
图2是用于说明本发明的第1实施方式中的脱脂方法的曲线图；
图3是用于说明本发明的第2实施方式中的脱脂方法的曲线图；
图4是用于说明本发明的第3实施方式中的脱脂方法的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式中的脱脂方法进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，例示在与粉末原料混炼并制成粉末成型品的有机粘合剂中使用蜡的情形来进行说明。
图1是显示本发明的实施方式中脱脂炉1的构成的图。
脱脂炉1通过在减压、真空环境下将包含蜡(有机粘合剂)的粉末成型品即处理品W加热，除去该处理品W中所含的蜡(脱脂处理)，之后，进一步升高炉内温度以烧结处理品W而得到产品。脱脂炉1具有形状设定成略圆筒形状的由真空容器构成的炉体2，使得即使在炉内的压力状态发生变化的情况下也能够耐受其压力。炉体2内设有未图示的水冷夹套，防止炉体2的温度过高。
炉体2内设有：收纳棚3，其收纳多个处理品W；隔焰炉(Muffle Furnace)4，其包围收纳棚3；加热器5，其经由隔焰炉4将处理品W加热；以及隔热室6，其包围隔焰炉4和加热器5。另外，炉体2上还连接有：向炉体2内供给载气的载气供给系统7；控制炉内环境压力的主排气系统8；以及排出隔焰炉4内产生的蜡蒸气的脱脂排气系统9。脱脂炉1具有控制上述各构成设备的驱动的控制装置(没有图示)。
收纳棚3具有具备收纳多个处理品W的多个段的棚结构。收纳棚3以形成向多个处理品W传递加热器5的热的热传递路径的方式发挥作用。在升温速度最快的收纳棚3的隅部设有计测配置在该隅部的处理品(第1粉末成型品)W1的温度的温度传感器51。另外，在升温速度最慢的收纳棚3的中央部设有计测配置在收纳棚3的中央部的处理品(第2粉末成型品)W2的温度的温度传感器52。温度传感器51、52的计测结果输出给控制装置。作为温度传感器51、52，这里是使用热电偶，但也可以使用例如放射温度计这样的非接触式的传感器来计测温度。
需要说明的是，在本实施方式中，虽然是对收纳多个处理品W的情形进行说明，但是当处理品W为1个时，只要具备适于收纳1个处理品W的收纳棚3即可。
另外，关于温度传感器51、52，也可适当配置成分别计测1个处理品W的不同部分(第1位置，第2位置)的温度。
加热器5可以成对设置在箱状的隔焰炉4的上下。加热器5对隔焰炉4进行辐射加热，利用从隔焰炉4传出的热间接地将处理品W加热。加热器5的温度(炉内温度)由控制装置来管理。
在隔热室6中，例如使用石墨棉或陶瓷棉等棉毡系的隔热材料。隔热室6为箱型，设计成包围隔焰炉4和加热器5的外侧。
载气供给系统7具有配置成可以向炉体2内供给载气的载气供给管道71。从载气供给系统7供给的载气由氮气、氩气或氦气或者它们的混合气体等惰性气体组成。另外，载气供给系统7内设有能够计测炉体2内的环境压力的未图示的压力传感器。压力传感器的计测结果输出给控制装置。
主排气系统8具有配置成可以从隔焰炉4的外部吸气的主排气管道81。主排气管道81内设有机械泵82、回转泵83。
机械泵82和回转泵83在控制装置的控制下根据隔焰炉4内部的减压、真空环境的程度串联驱动或者以单机驱动。另外，主排气系统8内设有可以计测隔焰炉4内部的环境压力的未图示的压力传感器。压力传感器的计测结果输出给控制装置。
脱脂排气系统9具有配置成可以吸入在隔焰炉4的内部产生的蜡蒸气的脱脂排气管道91。脱脂排气管道91内设有蜡收集器92。蜡收集器92通过将蜡蒸气冷却来回收蜡。
另外，脱脂排气管道91经由旁通管道93与主排气管道81相连，来自脱脂排气系统9的蜡蒸气的吸气通过驱动回转泵83来实施。
接着，参照图2对使用上述构成的脱脂炉1的处理品W的脱脂方法进行说明。
图2是用于说明本发明的第1实施方式中的脱脂方法的曲线图。图2中，纵轴表示温度，横轴表示时间。另外，在图2中，实线表示炉内(加热器5)的温度变化，虚线表示处理品W1的温度变化，点划线表示处理品W2的温度变化。
首先，利用主排气系统8在隔焰炉4的内部形成真空环境。如图2所示，此时蜡的蒸发点(蒸发温度)Tv达到约260℃。
在步骤S1中，将加热器5通电，使炉内的温度从常温升至蜡的蒸发点Tv。此时，在处理品W1和处理品W2之间，由于配置位置的不同故导热的程度不同，产生温度差。
接下来，在步骤S2中，在温度传感器51、52中的计测结果均达到蒸发点Tv之前，保持炉内的温度在蒸发点Tv达规定时间(第2保持步骤)。
在该步骤S2中，直至处理品W1和处理品W2均达到蜡的蒸发点Tv附近期间，保持炉内的温度在蒸发点Tv。由此，通过使处理品W间的温度稍均匀，形成可以开始向进行脱脂处理的步骤S3中设定的温度升温的状态。因此，即使是步骤S3中的处理品W的温度与蜡的蒸发点Tv的温度差较大的情况，也可以在处理品W间将蜡均匀地脱脂。另外，可以事先防止处理品W的温度急剧上升而碳化。若是到了温度传感器51、52的计测结果均达到温度T3(T3＝Tv-20℃)的适当的时间，本实施方式的步骤S2便结束。
接下来，在步骤S3中，保持炉内的温度在高于蜡蒸发的蒸发点Tv且低于蜡碳化的碳化温度的范围内达规定时间(保持步骤)。
在该步骤S3中，通过保持炉内的温度达规定时间，可以抑制处理品W间的温度差的扩大，同时利用炉内的热传递边缓和该温度差边进行脱脂。
而且，在步骤S3中，当处理品W1和处理品W2的温度达到T3后，进行缓慢升高炉内温度至维持温度T2(T2＝Tv+30℃)的缓慢升温处理和保持炉内温度在维持温度T2的维持处理。
在步骤S3中，通过使炉内温度达到高于蜡的蒸发点Tv的温度，确实地使蜡从处理品W中蒸发。当炉内温度升至蜡的蒸发点Tv时，通常蜡会蒸发。但是，由于蜡的固体差异或处理品W间的升温状况的不同等，若保持炉内温度在蒸发点Tv，则产生蜡蒸发的部分和未蒸发的部分。因此，在本实施方式中，在步骤S3中通过保持炉内温度在高于蒸发点Tv的温度，确实地使蜡蒸发。
另外，在步骤S3中，通过维持炉内温度在低于处理品W的渗碳温度的维持温度T2，抑制处理品W的渗碳的发生。需要说明的是，处理品W的渗碳温度根据蜡的种类或炉内的压力来确定。本实施方式的处理品W的渗碳温度例如为较蒸发点Tv高约50℃的温度。虽然维持温度T2为高于蒸发点Tv的温度，但是若达到过高的温度，则处理品W发生渗碳，当维持温度T2太接近于蒸发点Tv时等，蜡有可能未蒸发完。考虑到这些方面，维持温度T2为Tv+约30℃。
需要说明的是，虽然蜡的蒸发在缓慢升温处理中几乎结束，但蜡的蒸发特性存在个体差异。因此，缓慢升温处理后蜡不一定从处理品W中完全去除。对于这一点，在步骤S3的末尾进一步设有保持炉内温度在维持温度T2的维持处理(调节步骤)，以调节步骤S3的时间。在本实施方式中，实施1小时的维持处理。
接下来，在步骤S4中，将炉内温度从维持温度T2升至使处理品W烧结的烧结温度T1。
最后，在步骤S5中，保持炉内温度在烧结温度T1达规定时间直至温度传感器51、52中的计测结果均达到烧结温度T1，以使处理品W烧结。通过以上的处理，可以谋求产品的均质化。顺便说一下，本实施例中的总处理时间为9.5小时。
上述的第1实施方式涉及至少在炉内将配置在互不相同的位置的处理品W1和处理品W2(粉末成型品)中所含的蜡加热以进行脱脂的脱脂方法。根据该方法，具有保持上述炉内温度在高于蜡蒸发的蒸发点Tv且低于处理品W的渗碳温度的范围内达规定时间的步骤S3(保持步骤)。在该步骤S3中，通过保持炉内温度达规定时间，可以抑制处理品W间或者一个处理品W的不同部分的温度差的扩大，同时利用炉内的热传递使处理品W间或者一个处理品W的不同部分的温度差缓和。另外，在步骤S3的保持步骤中，通过使炉内温度达到高于蜡的蒸发点Tv(有机粘合剂的蒸发温度)的温度，可以确实地使蜡从处理品W中蒸发。而且，通过使炉内温度低于发生由蜡蒸发而产生的气体引起的渗碳的温度的温度，可以抑制处理品W的渗碳的发生。因此，在本发明的第1实施方式中，可以降低完成后的产品的品质的不均。
另外，在上述的第1实施方式中，通过在步骤S3内设置调节步骤，可以对应于蜡的固体差异或处理品W1和处理品W2的升温速度的不同，可以在这些处理品间实现均匀的脱脂。
另外，在第1实施方式中，对于多个处理品W，至少在互不相同的位置配置处理品W1(第1粉末成型品)和处理品W2(第2粉末成型品)，并具有计测处理品W1的温度的第1计测步骤和计测处理品W2的温度的第2计测步骤。而且，具有第2保持步骤，即在第1计测步骤和第2计测步骤中的计测结果均达到蒸发温度之前，保持炉内温度在该蒸发温度达规定时间。
因此，在处理品W1和处理品W2均达到蜡的蒸发温度期间，通过保持炉内温度在该蒸发温度，形成在处理品W1和处理品W2的温度稍均匀后可以开始向保持步骤中的温度升温的状态。因此，即使是保持步骤中的温度与处理品W1和处理品W2的蜡的蒸发温度的温度差较大的情况，也可以在处理品W1和处理品W2间将蜡均匀地脱脂，可以抑制由蜡蒸发产生的气体引起的处理品W的渗碳的发生。
另外，在第1实施方式中，对于一个处理品W，具有计测该处理品W的不同部分的第1位置的温度的第1计测步骤和计测该处理品W的不同于第1位置的第2位置的温度的第2计测步骤。而且具有第2保持步骤，即在第1计测步骤和第2计测步骤中的计测结果均达到蒸发温度之前，保持炉内温度在该蒸发温度达规定时间。
因此，在一个处理品W中，通过在直至第1位置的部分和第2位置的部分均达到处理品W的蜡的蒸发温度期间保持炉内温度在蜡的蒸发温度，形成在一个处理品W的部分间的温度稍均匀后可以开始向保持步骤中的温度升温的状态。因此，即使是保持步骤中的温度与蜡的蒸发温度的温度差较大的情况，也可以在一个处理品W的部分间将蜡均匀地脱脂，可以抑制由蜡蒸发产生的气体引起的处理品W的渗碳的发生。
(第2实施方式)
接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。在以下的说明中，对与上述实施方式相同或同等的构成部分附上相同的符号，其说明简化或省略。
图3是用于说明本发明的第2实施方式中的脱脂方法的曲线图。与上述实施方式一样，在图3的曲线图中，纵轴表示温度，横轴表示时间。另外，在图3中，实线表示炉内(加热器5)的温度变化，虚线表示处理品W1的温度变化，点划线表示处理品W2的温度变化。
在第2实施方式中，为了使处理时间较上述实施方式有所缩短，调节炉内的环境压力，以提高蜡的蒸发点Tv(压力调节步骤)。若提高炉内的环境压力，则向处理品W的导热性增加，因此可以缩短处理时间。
炉内的环境压力的调节通过控制主排气系统8的驱动或载气供给系统7的驱动来进行。在第1实施方式中，是在真空环境下进行脱脂，而在第2实施方式中，使主排气系统8暖机运转，从载气供给系统7供给规定量的惰性气体，在压力高于真空环境的减压环境下进行脱脂。如图3所示，第2实施方式的蜡的蒸发点Tv为约350℃。若提高蜡的蒸发点Tv，则在步骤S1和步骤S2中可以提高对处理品W的进热量。另外，若提高蜡的蒸发点Tv，则蒸发点Tv与烧结温度T1的差变小，因此可以缩短使处理品W升温至步骤S4和步骤S5中的烧结温度T1的时间。随便说一下，本实施例中的总处理时间为8.5小时。
在本发明的第2实施方式中，除第1实施方式中阐述的步骤外，还具备压力调节步骤，从而使炉内的环境压力提高、向处理品W的导热性增加，因此可以缩短处理时间。
(第3实施方式)
接下来，对本发明的第3实施方式进行说明。在以下的说明中，对与上述实施方式相同或同等的构成部分附上相同的符号，其说明简化或省略。
图4是用于说明本发明的第3实施方式中的脱脂方法的曲线图。与上述实施方式一样，在图4的曲线图中，纵轴表示温度、横轴表示时间。另外，在图4中，实线表示炉内(加热器5)的温度变化，虚线表示处理品W1的温度变化，点划线表示处理品W2的温度变化。
在第3实施方式中，为了使处理时间较上述第1和第2实施方式有所缩短，除第2实施方式的方法外，还设有步骤(升温步骤)S1’，即在进入步骤S2之前将炉内温度升至蒸发点Tv以上。
在步骤S1’中，在初期的升温中，使炉内温度升至高于蒸发点Tv的温度T4，之后再降至蒸发点Tv。步骤S1’中的降至蒸发点Tv的降温通过停止加热器5的加热、并利用炉内环境或水冷夹套的吸热来进行。通过该步骤S1’，提高了对处理品W的进热量以提高升温速度，因此可以缩短处理时间。需要说明的是，由于步骤S1’在步骤S2之前进行，因此处理品W不会升温高过渗碳温度。而且，在步骤S2中，可以事先防止处理品W的温度上升。随便说一下，本实施例中的总处理时间为7.9小时。
在本发明的第3实施方式中，除第1实施方式中阐述的步骤外，还具备升温步骤，从而使炉内的温度提高，可以加快处理品W的升温速度，因此可以缩短处理时间。
以上，一边参照附图一边对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式。上述实施方式中显示的各构成构件的诸形状或组合等是一个例子，在不脱离本发明主旨的范围内，根据设计要求等可以进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，虽然说明的是从步骤S1经由步骤S2进入步骤S3，但本发明并不限于此，例如可以不经过步骤S2而由步骤S1进入步骤S3。
另外，在上述实施方式中，作为粉末成型品中所含的有机粘合剂，虽然例示蜡来进行说明，但本发明并不限于此，可以是粘合剂等其他种类的有机粘合剂。
或者，本发明不仅适用于处理多个处理品W的情形，也可适用于处理1个处理品W的情形。这种情况下，在上述实施方式中，使用温度传感器51、52分别计测第1粉末成形品W1和第2粉末成形品W2的温度来进行处理。可以在1个处理品W中的第1位置部分(例如处理品W的内侧)和与其不同的第2位置部分(例如处理品W的外侧)分别设置温度传感器51、52来计测温度进行该处理，以实施本发明的脱脂方法。由此，可以降低1个处理品W的每个部分的品质的不均。
产业实用性
根据本发明的脱脂方法，可以降低粉末成型品的每个产品的品质不均和一个产品的各部分的品质不均，还可以缩短粉末成型品的处理时间。
符号说明
S2步骤(第2保持步骤)、S3步骤(保持步骤)、S1’步骤(升温步骤)、Tv蒸发点(有机粘合剂的蒸发温度)、W1处理品(第1粉末成型品)、W2处理品(第2粉末成型品)。

Claims (6)

1. 脱脂方法，该方法是在炉内将一个或多个粉末成型品中所含的有机粘合剂加热以进行脱脂，
该脱脂方法具有保持步骤，即保持上述炉内的温度在高于上述有机粘合剂蒸发的蒸发温度且低于上述粉末成型品渗碳的温度的范围内达规定时间。
2. 权利要求1所述的脱脂方法，其中，进一步具有调节步骤，即根据上述有机粘合剂的蒸发特性来调节上述保持步骤的时间。
3. 权利要求1或2所述的脱脂方法，其中，
在上述炉内在至少互不相同的位置配置好第1粉末成型品和第2粉末成型品；
具有计测上述第1粉末成型品的温度的第1计测步骤和计测上述第2粉末成型品的温度的第2计测步骤；以及
具有第2保持步骤，即在上述第1计测步骤和上述第2计测步骤中的计测结果均达到上述蒸发温度之前，保持上述炉内的温度在上述蒸发温度达规定时间。
4. 权利要求1或2所述的脱脂方法，其中，
具有计测上述粉末成型品的第1位置的温度的第1计测步骤和计测该粉末成型品的不同于上述第1位置的第2位置的温度的第2计测步骤；以及
具有第2保持步骤，即在上述第1计测步骤和上述第2计测步骤中的计测结果均达到上述蒸发温度之前，保持上述炉内的温度在上述蒸发温度达规定时间。
5. 权利要求3或4所述的脱脂方法，该方法具有升温步骤，即在进入上述第2保持步骤之前，使上述炉内的温度升至上述蒸发温度以上。
6. 权利要求1～5中任一项所述的脱脂方法，该方法具有压力调节步骤，即调节上述炉内的环境压力。
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