CN103357870A - 喷射成形用组合物以及烧结体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种喷射成形用组合物以及使用该喷射成形用组合物的烧结体的制造方法。该喷射成形用组合物的特征在于,含有:磁性金属粉末,以Fe、Ni以及Co中的任一个为主成分,质量基准的粒度分布中累计质量达到10%时的粒径D10为2μm以上且小于5μm,累计质量达到50%时的粒径D50为5μm以上且小于10μm,累计质量达到90%时的粒径D90为12μm以上且小于28μm;以及有机粘结剂,包含由含有不饱和缩水甘油基的聚合物构成的第一树脂以及比所述第一树脂软化点高的第二树脂,其中,相对于所述磁性金属粉末100质量份,所述有机粘结剂的含量为3质量份以上9质量份以下。
Description
技术领域
本发明涉及喷射成形用组合物以及烧结体的制造方法。
背景技术
将含有金属粉末的成形体进行烧结制造金属制品的粉末冶金法,由于能够得到近净成形的烧结体,近年来在许多工业领域普及。例如,通过使用磁性金属粉末能够容易地得到形状复杂的磁芯,因而能够用于磁操动器用部件的用途。
成形体的制造方法(成形方法)有许多方法,已知有将金属粉末和有机粘结剂进行混合、混炼,用该混炼物(混合物)进行喷射成形的粉末喷射成形法。通过粉末喷射成形法制造而成的成形体在通过之后的脱脂处理除去有机粘结剂后,再通过烧成而形成目标形状的金属制品。
这种金属粉末喷射成形法中,根据赋予成形体保形性等各种目的,需要选定合适的有机粘结剂。
例如,专利文献1中公开有聚α-甲基苯乙烯、石蜡、硬脂酸、邻苯二甲酸二丁酯等作为金属粉末喷射成形法所使用的有机粘结剂成分。
但是,特别是在成形为复杂形状的情况中,如果脱脂时成形体的保形性不够高,则脱脂和烧结时难以维持刚刚成形之后的形状,并产生变形和缺损等从而降低烧结体的尺寸精度。特别是喷射成形法中,由于需要提高有机粘结剂相对于金属粉末的比例,以提高混合物的流动性,因此,收缩率相应变大且容易降低烧结体的尺寸精度。为此,既需要将脱脂时的保形性提高到到此为止以上的程度,又需要尽量抑制收缩率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开平11-131103号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种能够制造保形性高的成形体的喷射成形用组合物、以及能够可靠地制造尺寸精度高的高质量烧结体的烧结体的制造方法。
解决技术问题的技术方案
上述目的通过以下的本发明而实现。
本发明的喷射成形用组合物,其特征在于,含有:磁性金属粉末,以Fe、Ni以及Co中的任一个为主成分,质量基准的粒度分布中累计质量达到10%时的粒径D10为2μm以上且小于5μm,累计质量达到50%时的粒径D50为5μm以上且小于10μm,累计质量达到90%时的粒径D90为12μm以上且小于28μm;以及有机粘结剂,包含由含有不饱和缩水甘油基的聚合物构成的第一树脂以及比上述第一树脂软化点高的第二树脂,其中,相对于上述磁性金属粉末100质量份,上述有机粘结剂的含量为3质量份以上9质量份以下。
由此,磁性金属粉末和有机粘结剂混炼而成的混炼物的流动性高、且有机粘结剂的含量低,因此能够制造脱脂时收缩率低且保形性高的成形体,并能够得到可以制造尺寸精度高的高质量烧结体的喷射成形用组合物。
本发明的喷射成形用组合物中,上述磁性金属粉末优选以55质量%以上、超过0质量%且小于15质量%以及超过0质量%且小于5质量%的比例分别包含粒径小于10μm的粉末、粒径20μm以上且小于30μm的粉末以及粒径30μm以上的粉末,其余部分为粒径10μm以上且小于20μm的粉末。
由此,可以将磁性金属粉末中粗大粒径的粉末控制到非常少,同时可以将粒径的偏差控制得特别小,因此能够特别提高与有机粘结剂混炼时的流动性以及成形性。其结果,既能够维持成形性又能够更加减少相对于磁性金属粉末的有机粘结剂的相对量,并能够更加抑制脱脂时的收缩率。
本发明的喷射成形用组合物中,上述第一树脂和上述第二树脂的软化点的差优选为10℃以上100℃以下。
由此能够更加提高混炼时的流动性,并能够更加控制相对于磁性金属粉末的有机粘结剂的含量。其结果,能够更加抑制脱脂时的收缩率。
本发明的喷射成形用组合物中,上述含有不饱和缩水甘油基的聚合物优选为含有不饱和缩水甘油基的单体以及乙烯类不饱和酯化合物的单体的共聚物。
由此,由于提高了有机粘结剂相对于磁性金属粉末粒子的亲和性,因此能够特别提高喷射成形用组合物的均质性。
本发明的喷射成形用组合物中,上述含有不饱和缩水甘油基的聚合物优选为含有不饱和缩水甘油基的单体以及非极性α-烯烃类单体的共聚物。
由此,由于提高了含有不饱和缩水甘油基的聚合物相对于其他粘结剂成分的亲和性,因此含有不饱和缩水甘油基的聚合物能够稳定地存在于磁性金属粉末和其他粘结剂成分之间。为此,在提高脱脂体(成形体)的成形性的同时,能够得到可以抑制保形性降低的喷射成形用组合物。
本发明的喷射成形用组合物中,上述含有不饱和缩水甘油基的聚合物的软化点优选为65℃以上105℃以下。
由此,混炼时以及成形时显示适当的柔软性,并能够制造可以制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
本发明的喷射成形用组合物中,上述有机粘结剂优选还包含蜡类。
由此,由于赋予组合物适当的流动性、能够提高组合物的均匀性以及成形性,因此能够得到可以制造特别均质且尺寸精度高的烧结体的组合物。
本发明的喷射成形用组合物中,上述有机粘结剂优选还包括邻苯二甲酸酯类。
由此,由于赋予组合物适当的流动性、能够提高组合物的均匀性以及成形性,因此能够得到可以制造特别均质且尺寸精度高的烧结体的组合物。
本发明的喷射成形用组合物中,有机粘结剂中上述第二树脂的质量含量优选为上述第一树脂的80质量%以上150质量%以下。
由此,能够高度兼顾第二树脂和磁性金属粒子的亲和性以及组合物的成形性,并能够得到可以制造特别均质且尺寸精度高的烧结体的组合物。
本发明的喷射成形用组合物中,上述第一树脂以及上述第二树脂优选为二者合计在上述有机粘结剂中占50质量%以上。
由此,能够更可靠地得到可以制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
本发明的烧结体的制造方法,其特征在于,包括:将磁性金属粉末和有机粘结剂进行混炼而得到混炼物的工序,其中,磁性金属粉末以Fe、Ni以及Co中的任一个为主成分,质量基准的粒度分布中累计质量达到10%时的粒径D10为2μm以上且小于5μm,累计质量达到50%时的粒径D50为5μm以上且小于10μm,累计质量达到90%时的粒径D90为12μm以上且小于28μm;有机粘结剂包含由含有不饱和缩水甘油基的聚合物构成的第一树脂以及比上述第一树脂软化点高的第二树脂;将上述混炼物成形得到成形体的工序;以及将上述成形体进行脱脂、烧成得到烧结体的工序。
由此,能够可靠地制造尺寸精度高的高质量烧结体。
附图说明
图1的(a)是示出作为通过本发明制造的烧结体的应用例的磁轭箱的俯视图,图1的(b)是图1的(a)中的X-X线剖视图。
具体实施方式
以下,对本发明的喷射成形用组合物以及烧结体的制造方法进行详细说明。
[喷射成形用组合物]
本发明的喷射成形用组合物包括磁性金属粉末和有机粘结剂,是将其混炼而形成的组合物。
其中,磁性金属粉末以Fe、Ni以及Co中的任一个为主成分。
另一方面,有机粘结剂是将磁性金属粉末粒子彼此粘结的粘结剂,包含含有不包含缩水甘油基的化合物作为第一树脂以及比第一树脂软化点高的成分作为第二树脂。
通过将这种喷射成形用组合物喷射成形,能够得到脱脂时收缩率低、保形性高的成形体。另外,通过将该成形体进行脱脂、烧成,能够得到变形和缺损等少、尺寸精度高的高质量烧结体。
以下,对本发明的喷射成形用组合物的各成分进行详细描述。
〈磁性金属粉末〉
如上所述,可以使用以Fe、Ni以及Co中的任一个为主成分的粉末作为磁性金属粉末。主成分是指在构成磁性金属粉末的磁性金属材料中包含最多、且其含量超过50质量%的元素。因而,磁性金属材料中可以列举出Fe基合金、Ni基合金、Co基合金等。具体而言,可以列举出纯铁、铁系不锈钢、铁硅铝磁性合金、坡莫合金、超导磁合金、波明德合金、Fe-Si、Fe-Al、Fe-Cr、Fe-Al-Cr、Fe-Si-Cr等。
其中优选使用波明德合金(Fe-Co-V系合金)。Fe-Co-V系合金由于饱和磁通密度特别高,因而能够实现具有优良磁特性的磁性金属烧结体。
此外,这种磁性金属粉末可以是任何方法制造的粉末,例如可以使用通过雾化法(水雾法、气雾法、高速旋转水流雾化法等)、还原法、羰基法、粉碎法等方法制造的粉末。其中,磁性金属粉末优选使用通过雾化法制造的粉末。根据雾化法能够高效率地制造微小磁性金属粉末。另外,能够得到粒径偏差少、粒径均匀的磁性金属粉末。从而,通过使用这种磁性金属粉末,能够可靠地防止烧结体中气孔的生成并能够实现密度的提高。其结果,能够得到磁特性以及机械特性优良的磁性金属烧结体。
另外,通过雾化法制造的金属粉末,由于形成比较接近球的近似球形,因此成为相对于有机粘结剂的分散性和流动性优良的粉末。为此,将造粒粉末填充入成形模具进行成形时,能够提高其填充性并最终能够得到尺寸精度更高更致密的烧结体。
本发明所使用的磁性金属粉末具有如下粒度分布:在质量基准的粒度分布中,来自小粒径侧的累计质量达到10%时的粒径D10为2μm以上且小于5μm,累计质量达到50%时的粒径D50为5μm以上且小于10μm,累计质量达到90%时的粒径D90为12μm以上且小于28μm。具有这种粒度分布的磁性金属粉末整体粒径小且分布范围较窄,因此与有机粘结剂混炼时,流动性以及成形性优良。为此,即使减少有机粘结剂相对于磁性金属粉末的相对量,也能够实现具有充分流动性以及成形性的喷射成形用组合物(混合物)。通过使用这种喷射成形用组合物,能够得到抑制脱脂时的收缩率、即使在脱脂时也具有高保形性的成形体,最终能够制造变形和缺损少且均质的尺寸精度高的高质量烧结体。这种烧结体由于磁特性以及机械特性优良,因此作为磁性部件有用。
此外,磁性金属粉末的粒径能够通过激光衍射法测量。
另外,粒径D10优选为2μm以上4μm以下,粒径D50优选为6μm以上9μm以下,粒径D90优选为15μm以上25μm以下。
另外,本发明使用的磁性金属粉末的粒度分布优选分布如下:以55质量%以上、超过0质量%且小于15质量%以及超过0质量%且小于5质量%的比例包含粒径小于10μm的粉末、粒径20μm以上且小于30μm的粉末以及粒径30μm以上的粉末,其余部分为粒径10μm以上且小于20μm的粉末。具有这种粒度分布的磁性金属粉末能够将粗大粒径粉末控制到非常少,同时能够将粒径偏差控制得特别小,因此能够特别提高与有机粘结剂混炼时的流动性以及成形性。其结果,既能够维持成形性又能够更加减少相对于磁性金属粉末的有机粘结剂的相对量,并能够更加抑制脱脂时的收缩率。
此外,粒径小于10μm的粉末的占有率优选为60质量%以上,粒径20μm以上且小于30μm的粉末的占有率优选为3质量%以上且小于13质量%,粒径30μm以上的粉末的占有率优选为1质量%以上且小于4质量%。
另外,本发明使用的磁性金属粉末的振实密度优选为3.5g/cm3以上,更优选为3.8g/cm3以上。这样如果是振实密度大的磁性金属粉末,则成形时粒子间的填充性变得特别高。为此,最终能够得到特别致密的烧结体。此外,磁性金属粉末的振实密度可以根据例如JIS Z2512中规定的振实密度测量方法而测量。
另外,本发明使用的磁性金属粉末的比表面积不受特别限定,优选为0.15m2/g以上0.8m2/g以下,更优选为0.2m2/g以上0.7m2/g以下,进一步优选为0.3m2/g以上0.6m2/g以下。这样如果是比表面积大的磁性金属粉末,则由于表面活性(表面能)增大,即使赋予更少的能量也能够容易地进行烧结。因此,烧结成形体时,能够在更短时间烧结且容易提高保形性。另一方面,比表面积超过上述上限值时,则磁性金属粉末与有机粘结剂的接触面积扩大到超出必要,存在降低组合物的稳定性和流动性的可能性。此外,磁性金属粉末的比表面积可以按照例如JIS Z8830中规定的基于气体吸附测量粉体(固体)的比表面积的方法而测量。
〈有机粘结剂〉
如上所述,有机粘结剂包含由含有不饱和缩水甘油基的聚合物构成的第一树脂和比第一树脂软化点高的第二树脂。
本发明者针对磁性金属粉末与有机粘结剂混炼而成的混炼物,为既能够确保其成形性又能够抑制脱脂时的收缩而对磁性金属粉末的粒度分布与有机粘结剂的组成的关系反复进行了深入研究。然后,通过在将磁性金属粉末的粒度分布限制在特定范围内的条件下最优化有机粘结剂的组成,发现即使抑制有机粘结剂相对于磁性金属粉末的量也能够确保充分的成形性,从而完成本发明。
即,本发明中,通过包含粒径D10、粒径D50以及粒径D90分别被设定在如上所述的范围的磁性金属粉末、以及含有如上所述的第一树脂和第二树脂的有机粘结剂,即使将相对于磁性金属粉末100质量份的有机粘结剂的含量控制在3质量份以上9质量份以下如此少的量,也仍是作为喷射成形用组合物(混合物)具有有用特性的组合物。因此,将这种喷射成形用组合物成形时能够得到优良的成形性,将这种成形体脱脂时能够抑制收缩率,并能够实现高保形性。其结果,最终能够得到变形和缺损少、尺寸精度高的高质量烧结体。
另外,第一树脂和第二树脂的软化点的差优选为10℃以上100℃以下,更优选为10℃以上50℃以下,进一步优选为15℃以上40℃以下。通过第一树脂和第二树脂之间具有这种软化点的差,能够更加提高混炼时的流动性,并能够更加抑制相对于磁性金属粉末的有机粘结剂的含量。其结果,能够更加抑制脱脂时的收缩率。
此外,第二树脂既可比第一树脂多也可比第一树脂少。因此,可以存在有机粘结剂中含有不饱和缩水甘油基的聚合物(第一树脂)的质量含量最高并其次多地含有比其软化点高的树脂的情况、有机粘结剂中比含有不饱和缩水甘油基的聚合物(第一树脂)软化点高的树脂的质量含量最高并其次多地含有第一树脂的情况、或者比第一树脂以及第二树脂都多的含有与之不同的第三树脂的情况,但并不特别限定于上述情况。
在此,有机粘结剂中除了上述含有不饱和缩水甘油基的聚合物外,可以列举出例如:聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和聚戊烯之类的聚烯烃、聚乙烯-聚丙烯共聚物和聚乙烯-聚丁烯共聚物之类的聚烯烃类共聚物、聚苯乙烯之类的苯乙烯类树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸丁酯之类的丙烯酸类树脂、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯之类的聚酯、聚醚、聚乙烯醇、聚缩醛、或者上述化合物的共聚物等各种树脂或者各种蜡、高级脂肪酸(例:硬脂酸)、高级醇、高级脂肪酸酯、高级脂肪酸酰胺、邻苯二甲酸酯等,可以使用其中的一种或两种以上的混合物。
其中,有机粘结剂优选包含含有不饱和缩水甘油基的聚合物、苯乙烯类树脂、蜡类以及邻苯二甲酸酯。根据这些成分的组合,可以认为含有不饱和缩水甘油基的聚合物赋予组合物充分的流动性以及成形性,而苯乙烯类树脂则赋予组合物充分的保形性。另外,蜡类以及邻苯二甲酸酯通过从更低温阶段开始赋予组合物流动性且脱脂时在更低温下被脱脂,能够促进在更高温被脱脂的含有不饱和缩水甘油基的聚合物和苯乙烯类树脂的脱脂。其结果,能够得到变形和缺损等少、机械特性和磁特性优良的高质量烧结体。以下,对这些成分进行说明。此外,以下的说明中,以含有不饱和缩水甘油基的聚合物作为第一树脂,以苯乙烯类树脂作为第二树脂进行说明。
〈含有不饱和缩水甘油基的聚合物〉
含有不饱和缩水甘油基的聚合物(第一树脂)是将含有不饱和缩水甘油基的单体作为重复单元而含有的聚合物。作为含有不饱和缩水甘油基的单体,可以列举出例如:甲基丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚、α-乙基缩水甘油醚、巴豆酸缩水甘油醚、巴豆酸缩水甘油酯、衣康酸单烷基酯单缩水甘油酯、富马酸单烷基酯单缩水甘油酯、马来酸单烷基酯单缩水甘油酯、含脂环族环氧基的甲基丙烯酸酯等,本发明使用的含有不饱和缩水甘油基的聚合物中使用含有这些含有不饱和缩水甘油基的单体中的一种或两种以上的混合物的物质。另外,特别优选使用甲基丙烯酸缩水甘油酯。
在此,缩水甘油基在混炼、成形等当过程中开环,并与磁性金属粉末粒子表面的羟基结合。其结果,磁性金属粉末粒子和含有不饱和缩水甘油基的聚合物显示高粘合性,这成为驱动力使磁性金属粉末和有机粘结剂完全均匀混炼。其结果,确保了混炼物的流动性,相应地能够降低有机粘结剂的比例。
另外,含有不饱和缩水甘油基的聚合物优选为含有如上所述的含有不饱和缩水甘油基的单体和乙烯类不饱和酯化合物单体的共聚物。含有乙烯类不饱和酯化合物单体的共聚物有助于实现均质且填充性高的成形体以及脱脂体。特别是乙烯类不饱和酯化合物单体与含有不饱和缩水甘油基的单体都有助于与磁性金属粉末粒子的亲和性,因此特别能够提高均质性。
作为乙烯类不饱和酯化合物单体,可以列举出例如:醋酸乙烯、丙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯之类的羧酸乙烯基酯以及α,β-不饱和羧酸烷基酯等,可以使用含有其中一种或两种以上的化合物。
这些乙烯类不饱和酯化合物单体当中,特别优选使用含有醋酸乙烯以及丙烯酸甲酯中至少一个的化合物。
此外,作为含有不饱和缩水甘油基的聚合物,可以列举出例如:レクスパール(日本聚烯烃制造)、モディパー(日本油脂制造)、ユーメックス(三洋化成工业制造)、ボンダイン(住化制造)、ボンドファースト(住友化学制造)等。
另外,含有不饱和缩水甘油基的聚合物除了含有如上所述的含有不饱和缩水甘油基的单体外,优选含有非极性α-烯烃类单体。通过含有非极性α-烯烃类单体作为重复单元,含有不饱和缩水甘油基的聚合物成为富有与苯乙烯类树脂之类的烯烃类树脂的亲和性的物质。其结果,含有不饱和缩水甘油基的聚合物,不仅仅如上所述对于磁性金属粉末粒子具有亲和性,而且对于其他粘结剂成分也具有亲和性,因此能够稳定地存在于磁性金属粉末和其他粘结剂成分之间。其结果,能够提高脱脂体(成形体)的成形性,特别能够抑制保形性的降低。
作为非极性α-烯烃类单体,可以列举出例如:乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等,其中优选乙烯、丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯。
另外,本发明使用的含有不饱和缩水甘油基的聚合物的软化点优选为65℃以上105℃以下,更优选为70℃以上100℃以下。这种软化点的含有不饱和缩水甘油基的聚合物在混炼时以及成形时显示适当的柔软性,并有助于制造能够制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
另外,本发明使用的含有不饱和缩水甘油基的聚合物的熔体流动指数(190℃)优选为大约2(g/10min)以上10(g/10min)以下,更优选为大约3(g/10min)以上8(g/10min)以下。这种熔体流动指数的含有不饱和缩水甘油基的聚合物由于对成型模具的填充性优良,因此特别有助于制造能够制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。此外,熔体流动指数可以按照JIS K6922-2中规定的方法,在测量温度190℃、测量负荷2.16kg下进行测量。
此外,如上所述作为构成含有不饱和缩水甘油基的聚合物的重复单元,可以列举出含有不饱和缩水甘油基的单体,可以根据需要添加乙烯类不饱和酯化合物单体和非极性α-烯烃类单体等。
上述化合物的存在比例并未特别限定,作为一例,相对于含有不饱和缩水甘油基的单体100质量份,非极性α-烯烃类单体优选为300质量份以上2000质量份以下,更优选为400质量份以上1500质量份以下。由此,能够使非极性α-烯烃类单体提供的与苯乙烯类树脂的相溶性与含有不饱和缩水甘油基的单体提供的与磁性金属粒子的亲和性高度平衡,并能够兼顾保形性和成形性。其结果,能够得到可以制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
另外,相对于含有不饱和缩水甘油基的单体100质量份,乙烯类不饱和酯化合物单体优选为20质量份以上80质量份以下,更优选为25质量份以上75质量份以下。
而且,作为含有不饱和缩水甘油基的聚合物,优选使用其拉伸强度大约为4MPa以上25MPa以下的聚合物,更优选使用大约为5MPa以上20MPa以下的聚合物。
此外,考虑如上所述的熔体流动指数等对含有不饱和缩水甘油基的聚合物的重均分子量进行适当的设定,作为一例优选为1万以上40万以下,更优选为3万以上30万以下。
有机粘结剂中含有不饱和缩水甘油基的聚合物的含量优选为大约15质量%以上40质量%以下,更优选为大约20质量%以上35质量%以下。通过将含有不饱和缩水甘油基的聚合物的含量设定在上述范围内,既能够提高苯乙烯类树脂和磁性金属粒子的亲和性,又能够提高组合物的成形性。其结果,能够制造可以制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
〈苯乙烯类树脂〉
第二树脂如果是与第一树脂之间的软化点满足规定的大小关系的树脂,则可以是任何树脂,在此如上所述对第二树脂为苯乙烯类树脂的情况进行说明。
苯乙烯类树脂能够赋予有机粘结剂适当的机械强度,提高成形体的保形性。为此,有助于制造可以制造尺寸精度特别高的烧结体的脱脂体。
作为苯乙烯类树脂可以列举出含有苯乙烯单体作为重复单元的聚合物和共聚物,优选使用均聚物的聚苯乙烯。
苯乙烯类树脂的重均分子量并未特别限定,优选为大约5000以上70000以下,更优选为大约7000以上50000以下。通过含有这种分子量的苯乙烯类树脂,能够得到可以制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
作为苯乙烯类树脂,优选使用其软化点比含有不饱和缩水甘油基的聚合物的软化点高且为90℃以上150℃以下的树脂,更优选使用为100℃以上140℃以下的树脂。通过将苯乙烯类树脂的重均分子量设定在上述范围内,能够将磁性金属粉末和有机粘结剂更加均匀地混合,并能够更加提高组合物的成形性。其结果,能够得到可以制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
此外,相对于含有不饱和缩水甘油基的聚合物的苯乙烯类树脂(第二树脂)的比例优选为80质量%以上150质量%以下,更优选为90质量%以上140质量%以下,进一步优选为超过100质量%且在130质量%以下。通过将比例设定在上述范围内,能够高度兼顾苯乙烯类树脂(第二树脂)和磁性金属粒子的亲和性与组合物的成形性,能够得到可以制造特别均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
另外,含有不饱和缩水甘油基的聚合物以及苯乙烯类树脂,优选二者合计在有机粘结剂中占50质量%以上,更优选占55质量%以上。由此,能够可靠地得到可以制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
〈蜡类〉
蜡类赋予组合物适当的流动性,并能够提高组合物的均匀性以及成形性。其结果,有助于制造可以制造特别均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
作为蜡类,可以列举出例如:小烛树蜡、巴西棕榈蜡、米糠蜡、日本蜡、荷荷巴油之类的植物类蜡;蜂蜡、羊毛脂、鲸蜡之类的动物类蜡;褐煤蜡、地蜡、精制地蜡之类的矿物类蜡;石蜡、微晶蜡、凡士林之类的石油类蜡等天然蜡;聚乙烯蜡之类的合成碳水化合物;褐煤蜡衍生物、石蜡衍生物、微晶蜡衍生物之类的改性蜡;氢化蓖麻油、氢化蓖麻油衍生物之类的氢化蜡;12-羟基硬脂酸之类的脂肪酸、硬脂酸酰胺之类的酸酰胺、邻苯二甲酸酐酰亚胺之类的酯等合成蜡,可以使用其中的一种或两种以上组合使用。
此外,作为蜡类特别优选使用石油类蜡或其改性物,更优选使用石蜡、微晶蜡、巴西棕榈蜡或这些蜡的衍生物,进一步优选使用石蜡或者巴西棕榈蜡。这些蜡由于与苯乙烯类树脂的相溶性优良,因此能够制备均匀的粘结剂。
另外,蜡类的重均分子量优选为100以上且小于1万,更优选为200以上5000以下。通过将蜡类的重均分子量设定在上述范围内,能够将磁性金属粉末和有机粘结剂更加均匀地混合,并能够更加提高组合物的成形性。
此外,作为蜡类优选使用其软化点比含有不饱和缩水甘油基的聚合物的软化点低、且为30℃以上100℃以下的蜡,更优选使用软化点为50℃以上95℃以下的蜡。
另外,含有蜡类时也可以含有软化点不同的多种蜡类。由此能够提高组合物的成形性。此时,软化点最高的蜡类和软化点最低的蜡类的软化点的差不受特别限定,优选为大约3℃以上40℃以下,更优选为大约5℃以上30℃以下。作为具体的组合可以列举出例如石蜡和巴西棕榈蜡等。
有机粘结剂中蜡类的含量优选为大约10质量%以上45质量%以下,更优选为大约15质量%以上40质量%以下。通过将蜡类的含量设定在上述范围内,既能够赋予有机粘结剂适当的流动性,又能够抑制保形性的降低。其结果,能够制造可以制造特别均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
此外,相对于含有不饱和缩水甘油基的聚合物的蜡类的比例优选为80质量%以上150质量%以下,更优选为90质量%以上140质量%以下,进一步优选为超过100质量%且在130质量%以下。通过将比例设定在上述范围内,既能够赋予组合物适当的流动性,又能够抑制保形性的降低。
〈邻苯二甲酸酯〉
邻苯二甲酸酯赋予组合物适当的流动性,能够提高组合物的均匀性以及成形性。其结果,有助于制造可以制造特别均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
作为邻苯二甲酸酯可以列举出例如:邻苯二甲酸酯二甲酯、邻苯二甲酸酯二乙酯、邻苯二甲酸酯丁酯、邻苯二甲酸酯二丁酯、邻苯二甲酸酯二异丁酯、邻苯二甲酸酯二辛酯等,可以使用其中一种或两种组合使用。
有机粘结剂中邻苯二甲酸酯的含量优选为大约5质量%以上30质量%以下,更优选为大约10质量%以上25质量%以下。通过将含量设定在上述范围内,既能够赋予组合物适当的流动性,又能够抑制保形性的降低。
此外,相对于含有不饱和缩水甘油基的聚合物的邻苯二甲酸酯的比例优选为大约30质量%以上80质量%以下,更优选为大约40质量%以上70质量%以下。通过将比例设定在上述范围内,既赋予组合物适当的流动性,又能够抑制保形性的降低。
〈其他成分〉
另外,有机粘结剂中除了上述四种外还可以含有上述其他成分。
饱和脂肪酸的碳数优选为大约12以上20以下。由此能够特别提高成形性。
另外,作为高级脂肪酸可以列举出例如硬脂酸、油酸、亚麻酸等,特别优选使用十二烷基酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸之类的饱和脂肪酸。
另外,作为醇类,可以列举出例如多元醇、聚乙二醇、聚甘油等,特别优选使用十六烷醇、硬脂酰醇、油醇、甘露糖醇等。
另外,作为脂肪酸金属盐可以列举出例如:十二烷基酸、硬脂酸、琥珀酸、硬脂乳酸、乳酸、邻苯二甲酸、苯甲酸、羟基硬脂酸、蓖麻酸、环烷烃酸、油酸、棕榈酸、芥酸之类的高级脂肪酸和Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Al、Sn、Pb、Cd之类的金属形成的化合物,特别优选使用硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸锌、油酸钙、油酸锌、油酸镁等。
另外,作为非离子表面活性剂类润滑剂,可以列举出例如エレクトロストリッパーTS-2、エレクトロストリッパーTS-3(花王)等。
另外,作为有机硅类润滑剂,可以列举出例如:二甲基聚硅氧烷及其改性物、羧基改性有机硅、α-甲基苯乙烯改性有机硅、α烯烃改性有机硅、聚醚改性有机硅、氟改性有机硅、亲水性特殊改性有机硅、烯烃聚醚改性有机硅、环氧改性有机硅、氨基改性有机硅、酰胺改性有机硅、醇改性有机硅等。
并且作为其他成分,可以列举出例如:棕榈油之类的脂肪酸酯、己二酸二丁酯之类的己二酸酯、癸二酸二丁酯之类的癸二酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚醚、聚碳酸丙二酯、乙撑双硬脂酰胺、海藻酸钠、琼脂、阿拉伯树脂、树脂、蔗糖、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等,可以使用其中一种或两种以上组合使用。
有机粘结剂中这种成分的含量优选为0.1质量%以上10质量%以下,更优选为1质量%以上8质量%以下。
另外,相对于含有不饱和缩水甘油基的聚合物的其他成分的质量比优选为0.005以上0.3以下,更优选为0.01以上0.2以下。
此外,喷射成形用组合物除了上述成分外,还可以包括抗氧化剂、脱脂剂、表面活性剂等。
另外,如上所述,喷射成形用组合物中有机粘结剂的含量相对于磁性金属粉末100质量份设定为3质量份以上9质量份以下,优选为约4质量份以上9质量份以下,更优选为约5质量份以上8质量份以下。
[烧结体的制造方法]
接着,对本发明的烧结体的制造方法进行说明。
本发明的烧结体的制造方法包括:将上述磁性金属粉末和有机粘结剂混炼得到混炼物的混炼工序、将得到的混炼物成形为所需形状的成形工序、对得到的成形体进行脱脂处理的脱脂工序、以及将得到的脱脂体进行烧成的烧成工序。以下,依次对各工序进行说明。
〈混炼工序〉
将上述磁性金属粉末、有机粘结剂等进行混炼制备混炼物,可以对该混炼物使用例如加压或双臂捏合式混炼机、辊式混炼机、班伯里混炼机、单轴或双轴挤出机等各种混炼机。
此外,整体混炼时间优选大约为15分钟以上210分钟以下。
得到的混炼物的粘度优选为500P以上7000P以下(50Pa·s以上700Pa·s以下),更优选为1000P以上6000P以下(100Pa·s以上600Pa·s以下)。由此能够特别提高成形时的成形性。此外,粘度的测量在将混炼物保持在190℃的温度下,通过流动特性曲线测量。
此外,提供给本工序的有机粘结剂优选使用粉末状的粘结剂。并且,将有机粘结剂粉末化时可以使用通常的粉碎方法,特别优选使用冻结粉碎。通过冻结粉碎得到的粘结剂粉末特别细小均匀,而且具有粉碎时的热影响被控制了的原来的粘结特性。
另外,粘结剂粉末的平均粒径分别优选为大约10μm以上500μm以下,更优选为大约15μm以上400μm以下。通过由冻结粉碎粉碎至该程度的粒径,能够将混合中的比重差的影响控制在最小限度,因此能够使粘结剂粉末和磁性金属粉末均匀混合。
此外,平均粒径作为通过激光衍射法、按照质量基准累计量达到50%时的粒径而求出。
另外,将如上所述的组合物进行混炼时,由于来自外部的加热或伴随着混炼产生的自我放热,组合物的温度上升。其结果,得到的混炼物中以覆盖磁性金属粉末粒子的方式形成以含有不饱和缩水甘油基的聚合物为主材料的内层,在其外侧形成以其他成分为主材料的外层。由于含有不饱和缩水甘油基的聚合物即使与金属元素接触也难以发生突发分解,因此通过形成内层能够抑制其他成分和金属元素接触所伴随的催化性作用。该催化性作用是指当上述其他成分与金属元素接触时发生突发分解,抑制这种情况在能够抑制脱脂体裂纹等方面有效。其结果,能够抑制有机粘结剂发生突发分解,避免保形性降低。
〈成形工序〉
接着,进行得到的混炼物的成形。由此制造所需形状、尺寸的成形体。
作为成形方法,可以使用喷射成形法、压缩成形法、挤出成形法等。制造的成形体的形状尺寸通过预测由以后的脱脂以及烧结引起的收缩程度而确定。
另外,也可以根据需要对得到的成形体进行机械加工、激光加工等后加工。
此外,提供给本发明的成形体并不限定于经由上述混炼工序以及成形工序而制造的成形体,可以是通过任何方法制造的成形体。
〈脱脂工序〉
接着,对得到的成形体进行脱脂处理。由此除去成形体中含有的粘结剂(脱脂),从而可以得到脱脂体。
脱脂过程中对成形体进行加热,该加热过程优选包括三个脱脂升温过程。并且,各脱脂升温过程中的加热温度根据有机粘结剂中的高温粘结剂成分在1大气压下的分解温度TH(℃)和低温粘结剂成分在1大气压下的分解温度TL(℃)而设定。此外,有机粘结剂中包含三种以上成分时,从其含量多的一个开始,两种成分中在1大气压下的分解温度高的一个为高温粘结剂成分、低的一个为低温粘结剂成分。
本发明中的脱脂处理包括:以小于(TL-30℃)的温度加热成形体的第一脱脂升温过程、第一脱脂升温过程后以(TL-30℃)以上且小于(TL+50℃)的温度加热成形体的第二脱脂升温过程、以及第二脱脂升温过程后以(TL+50℃)以上且小于(TH+200℃)的温度加热成形体的第三脱脂升温过程。以下,对各脱脂升温过程进行说明。
(第一脱脂升温过程)
第一脱脂升温过程中以小于(TL-30℃)的温度加热成形体。可以认为在该温度区域内有机粘结剂虽被升温,但大部分未达到分解。为此,既能够抑制有机粘结剂的改性,又能够实现成形体温度的均匀化。
第一脱脂升温过程中的加热时间不受特别限定,优选设定为大约0.5小时以上15小时以下,更优选设定为大约1小时以上10小时以下。此外,本脱脂升温过程中上述温度为最高温度,可以使该最高温度持续上述加热时间,也可以仅仅一部分时间以最高温度加热、除此以外的时间以较低温度加热。这在后述的其他升温过程也同样。
另外,第一脱脂升温过程中的加热气氛不受特别限定,可以列举出含有氮气、氩气之类惰性气体的气氛、含有空气之类氧化性气体的气氛、含有氢气之类还原性气体的气氛、将上述气氛减压而形成的减压气氛等,特别优选为含有惰性气体的气氛,更优选为含有氮气的气氛。由此既能够抑制有机粘结剂无意识的气化和磁性金属粉末的氧化、改性等,又能够实现成形体温度的均匀化。其结果,最终有助于制造能够制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
这种情况下,气氛压力优选为大致大气压程度(例如大约50kPa以上200kPa以下)或比大气压高的高压。
此外,如上所述,本脱脂升温过程中的加热温度根据有机粘结剂各成分的组成而适当地进行设定,作为加热温度的一例设定为100℃以下。
(第二脱脂升温过程)
第二脱脂升温过程中以(TL-30℃)以上且小于(TL+50℃)的温度加热成形体。可以认为在该温度区域内低温粘结剂成分开始分解而高温粘结剂成分尚未分解。为此,两个成分之间产生分解进行程度差,低温粘结剂成分被优先除去。由此,通过实现不是大量粘结剂成分突发分解而是少量粘结剂成分缓慢被分解、除去的这种脱脂举动,从而难以产生突发分解所伴随的成形体(脱脂体)的变形、裂纹等不良情况。即,低温粘结剂成分优先被除去之后,成形体中在低温粘结剂通过的轨迹上形成微小的路径,因此在之后的升温过程中,高温粘结剂通过本升温过程所形成的路径被顺利地排出。从而,通过经由第二脱脂升温过程,最终能够得到可以制造尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
第二脱脂升温过程中的加热时间并未特别限定,优选设定为大约1小时以上20小时以下,更优选设定为大约2小时以上15小时以下。由此能够形成对之后的升温过程中高温粘结剂成分被顺利排出而言具有足够长度和直径的路径。
另外,作为第二脱脂升温过程中的加热气氛不受特别限定,可以列举出上述各种气氛,特别优选为减压气氛,更优选为含有惰性气体气氛的减压气氛。由此,在促进低温粘结剂成分分解的同时,在上述范围内也能够降低加热温度。其结果,能够实现脱脂工序的短时间化,同时低温粘结剂成分变得难以软化,能够抑制脱脂体变形、裂纹等不良情况的发生。
此外,减压气氛中的压力不受特别限定,优选设定为大约10-4Pa以上10kPa以下,更优选设定为大约10-3Pa以上1kPa以下。由此能够在较短时间内对低温粘结剂成分进行选择性分解、除去。其结果,能够高度兼顾确保保形性和脱脂工序的短时间化。
另外,如上所述,本脱脂升温过程中的加热温度根据有机粘结剂的各成分组成而适当地进行设定,作为加热温度的一例,设定为比第一脱脂升温过程中的加热温度高且设定为50℃以上350℃以下。
(第三脱脂升温过程)
第三脱脂升温过程中以(TL+50℃)以上且小于(TH+200℃)的温度加热成形体。可以认为在该温度区域内高温粘结剂成分开始分解。如上所述第二树脂经由成形体(脱脂体)中形成的路径而排出,因此被均匀除去。其结果,能够得到可以制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
第三脱脂升温过程中的加热时间不受特别限定,优选设定为大约0.5小时以上15小时以下,更优选设定为大约1小时以上10小时以下。由此能够充分除去有机粘结剂成分。
另外,作为第三脱脂升温过程中的加热气氛不受特别限定,可以列举出上述各种气氛,特别优选为含有惰性气体的气氛,更优选为含有氮气的气氛。由此,既能够抑制磁性金属粉末的氧化和改性,又能够通过成形体(脱脂体)周围进行气体交换而高效率地排出有机粘结剂的分解成分。此外,从气体交换效率的观点出发,并非封闭入惰性气体而是优选以向成形体的配置空间内连续供给惰性气体(流动)的方式进行。
这种情况下,气氛压力优选为大致大气压程度(例如大约50kPa以上200kPa以下)或比大气压高的高压。
另外,如上所述,本脱脂升温过程中的加热温度根据有机粘结剂的各成分组成而适当地进行设定,作为加热温度的一例,设定为比第二脱脂升温过程中的加热温度高且设定为200℃以上600℃以下。
(脱脂降温过程)
如上所述的升温过程之后,对脱脂体进行冷却。这种冷却可以是敞开在大气中的自然冷却,也可以是在填充有冷却气体的空间内的自然冷却或者由吹冷却气体或使冷却气体循环引起的强制冷却。
作为冷却气体可以是升温过程中的气体,优选使用惰性气体,更优选使用氮气。通过使用这些气体,能够抑制磁性金属粉末的氧化和变形的同时,还能够抑制脱脂装置内的氧化和污染。
如上所述脱脂工序结束。
另外,如上所述的脱脂处理之后,可以根据例如去毛刺和形成槽等微小构造的目的,对得到的脱脂体进行各种后加工。
此外,成形体中的粘结剂可以并非由脱脂处理完全除去,例如可以在脱脂处理结束时残留其中一部分。
如上所述,通过根据有机粘结剂成分的分解温度将脱脂工序中的升温过程分成多个阶段进行,既能够抑制成形体(脱脂体)产生各种不良情况又能够均匀脱脂。由此,能够可靠地得到可以制造均质且尺寸精度高的烧结体的脱脂体。
另外,通过如上所述进行升温过程,脱脂效率提高,能够在更短时间内完成脱脂。从而,能够在短时间内制造上述脱脂体。
〈烧成工序〉
接着,对烧成工序进行说明。通过对脱脂体进行烧成处理,使磁性金属粉末烧结可以得到烧结体。
烧成工序中对脱脂体进行加热,该加热过程优选包括三个烧成升温过程。具体而言包括:以小于750℃的温度加热脱脂体的第一烧成升温过程、第一烧成升温过程后以750℃以上且小于1050℃的温度加热脱脂体的第二烧成升温过程、以及第二烧成升温过程后以1050℃以上且小于1600℃的温度加热脱脂体的第三烧成升温过程。以下,对各烧成升温过程进行说明。
(第一烧成升温过程)
第一烧成升温过程中以小于750℃的温度加热脱脂体。该温度区域内,除去脱脂体内残留的有机粘结剂的同时能够实现脱脂体温度的均匀化。因此,通过在该温度区域加热一定时间,能够实现后述烧成升温过程中烧结进行的均匀化。此外,加热温度根据有机粘结剂的组成而适当地进行设定,作为一例优选设定为500℃以上750℃以下。
第一烧成升温过程中的加热时间不受特别限定,优选设定为大约1小时以上20小时以下,更优选设定为大约2小时以上15小时以下。由此能够实现可靠地除去有机粘结剂和脱脂体温度的充分均匀化。
另外,第一烧成升温过程中的加热气氛不受特别限定,可以列举出上述各种气氛,特别优选为减压气氛,更优选为惰性气体的减压气氛。由此,既能够抑制磁性金属粉末的氧化和改性,又能够通过脱脂体周围进行气体交换以及真空排气而高效率地排出有机粘结剂的分解成分。
(第二烧成升温过程)
第二烧成升温过程中以750℃以上且小于1050℃的温度加热脱脂体。该温度区域中磁性金属粉末开始烧结。另外,也开始磁性金属粉末中所含的氧原子和有机粘结剂分解成分中所含的碳原子结合、气化并排出的反应。其结果,磁性金属粉末的还原所伴随的烧结性的提高与有机粘结剂分解成分的排出同时进行,有助于提高最终得到的烧结体的机械特性和磁特性等。
第二烧成升温过程中的加热时间不受特别限定,优选设定为大约1小时以上25小时以下,更优选设定为大约2小时以上20小时以下。
另外,作为第二烧成升温过程中的加热气氛不受特别限定,可以列举出上述各种气氛,特别优选为含有惰性气体的气氛,更优选为含有氩气的气氛。由此,既能够抑制磁性金属粉末的氧化和改性,又能够高效率地烧结磁性金属粉末。
此外,本烧成升温过程中例如由于氧原子和碳原子结合产生一氧化碳等,因此优选通过向脱脂体的配置空间内连续供给惰性气体(流动),提高气体交换效率、促进废物排出。
这种情况下,气氛压力可以是大气压以上,考虑到成本等优选基本为大气压左右(例如大约50kPa以上200kPa以下)。
(第三烧成升温过程)
第三烧成升温过程中以1050℃以上的温度加热脱脂体。该温度区域中,磁性金属粉末达到最终的烧结状态而制造成烧结体。此外,最高加热温度根据磁性金属粉末的组成而适当地进行设定,作为一例优选设定为1050℃以上1400℃以下。
第三烧成升温过程中的加热时间不受特别限定,优选设定为大约1小时以上25小时以下,更优选设定为大约2小时以上20小时以下。
另外,作为第三烧成升温过程中的加热气氛不受特别限定,可以列举出上述各种气氛,特别优选为含有惰性气体的气氛,更优选为含有氩气的气氛。由此,能够得到上述同样的效果。
此外,本烧成升温过程中优选以向脱脂体的配置空间内封闭入惰性气体的方式进行。由此例如即使磁性金属粉末中含有Cr等蒸气压较高的元素的情况,通过在封闭的含有惰性气体气氛中进行本烧成升温过程,能够使上述元素难以气化,并抑制磁性金属粉末组成的无意识变化。
这种情况下,气氛压力可以是大气压以上,考虑到成本等优选基本为大气压左右(例如大约50kPa以上200kPa以下)。
(第一烧成降温过程)
如上所述的升温过程之后使烧结体冷却。该降温过程并未特别限定,优选包括第一烧成降温过程及其后的第二烧成降温过程。
第一烧成降温过程中烧结体置于减压气氛中。由此防止烧结体与氧气和氮气接触,从而能够防止烧结体污染。并且还能够防止烧成装置内的污染。另外,通过置于减压气氛中能够防止刚刚烧结之后的烧结体温度急剧降低。由此能够抑制烧结体发生污染、裂纹、变形等。此外,也可以根据需要一边对烧结体进行加热一边缓慢降低温度。
另外,作为减压气氛优选为惰性气体的减压气氛。
另外,减压气氛中的压力不受特别限定,优选设定为大约10-4Pa以上10kPa以下,更优选设定为大约10-3Pa以上1kPa以下。由此能够兼顾适当的降温速度和防止烧结体污染,并能够在较短时间内制造高质量烧结体。
第一烧成降温过程中的冷却时间不受特别限定,优选设定为大约1分钟以上1小时以下,更优选设定为大约3分钟以上30分钟以下。
(第二烧成降温过程)
第二烧成降温过程中烧结体置于惰性气体气氛中。由此通过与气氛的热交换进行烧结体的冷却。另外,通过使用惰性气体能够防止烧结体氧化和烧成装置内的污染。这种情况下,通过向烧结体的配置空间内连续供给惰性气体(流动)或使其循环而提高热交换效率即可。
本烧成降温过程中由于冷却至常温,之后,即使烧结体与大气接触氧化的可能性也减少。
如上所述制作成烧结体。
期待得到的烧结体的相对密度例如为95%以上,优选为96%以上。这种烧结体烧结密度高且外观以及尺寸精度优良。
此外,可以对得到的烧结体进行例如机械加工(切削加工、冲压加工、研磨加工)、放电加工、激光加工、蚀刻加工等各种后加工。通过进行这种后加工,能够进行去毛刺、实现尺寸精度进一步提高。
可以根据需要对得到的烧结体进行HIP处理(热等静压处理)等。由此能够实现烧结体的进一步高密度化。
作为HIP处理的条件,例如设定温度为850℃以上1100℃以下,时间为1小时以上10小时以下。
加压压力优选为50MPa以上,更优选为100MPa以上。
如上所述得到的烧结体可以用于各种目的,作为其用途可以列举出各种制造部件、各种医疗用构造体等。
图1的(a)示出作为通过本发明制造的烧结体的应用例的磁轭箱的俯视图,图1的(b)是图1的(a)中的X-X线剖视图。
图1所示磁轭箱1包括:箱主体10,是在俯视图中具有贯通中心部的贯通孔101的圆环状板状体;边缘部11,分别设置于箱主体10的外侧边缘以及内侧边缘且分别比箱主体10厚;十二个磁芯12,在箱主体11的外侧边缘和内侧边缘之间沿内侧边缘等间隔排列,且比箱主体10厚;以及多个贯通孔13,散布于箱主体10的外侧边缘和内侧边缘之间并贯通箱主体10。
这种磁轭箱1由软磁性金属粉末的烧结体构成。通过在各磁芯12上缠绕线圈,磁轭箱1构成磁操动器的一部分。因此要求磁轭箱1具有极高的尺寸精度。
以上,根据优选实施方式对本发明进行了说明,但本发明并不受其限制。例如,脱脂工序中可以根据需要进一步追加脱脂升温过程和脱脂降温过程,也可以在脱脂降温过程后再次设置脱脂升温过程。同样,烧成工序中可以根据需要进一步追加烧成升温过程和烧成降温过程,也可以在烧成降温过程后再次设置烧成升温过程。
实施例
接着,对本发明的具体实施例进行说明。
1、烧结体的制造
实施例1
首先,准备由49质量%Fe-49质量%Co-2质量%V系合金(波明德合金)构成的磁性金属粉末。通过激光衍射式粒度分布测量装置(マイクロトラック、日机装株式会社制造HRA9320-X100)测量该磁性金属粉末的平均粒径。测量结果示于表1。
接着,将作为第一树脂的含有不饱和缩水甘油基的聚合物、作为第二树脂的苯乙烯类树脂、石蜡分别冻结粉碎,得到粘结剂粉末。
接着,将磁性金属粉末、粘结剂粉末和邻苯二甲酸酯进行混合,用加压捏合机在混炼温度160℃下混炼30分钟。该混炼在氮气气氛中进行。
接着,通过造粒机将得到的混炼物(喷射成形用组合物)粉碎,得到平均粒径5mm的颗粒。
接着,使用得到的颗粒,在材料温度:190℃、喷射压力:10.8MPa(110kgf/cm2)的成形条件下,用喷射成形机进行成形。由此得到成形体。
接着,对得到的成形体按以下所示条件进行脱脂处理。由此得到脱脂体。
〈脱脂条件〉
第一脱脂升温过程:温度70℃、3小时、含有氮气气氛
第二脱脂升温过程:温度260℃、12小时、氮气减压气氛
第三脱脂升温过程:温度475℃、5小时、含有氮气气氛
脱脂降温过程:强制冷却、8小时、含有氮气气氛
接着,对得到的脱脂体按以下所示条件进行烧成处理。由此得到烧结体。
〈烧成条件〉
第一烧成升温过程:温度650℃、7小时、氮气减压气氛
第二烧成升温过程:温度1000℃、5小时、含有氩气气氛
第三烧成升温过程:温度1100℃、8小时、含有氩气气氛
第一烧成降温过程:温度700℃、3分钟、含有氩气气氛
第二烧成降温过程:强制冷却、1小时、含有氩气气氛
得到的烧结体如图1所示,是形成圆环状的板状体(磁轭箱),其外径为35mm、内径为10mm、最大厚度为5mm。
实施例2至实施例6
除了使用表1所示物质作为磁性金属粉末以及有机粘结剂,同时相对于磁性金属粉末100质量份的有机粘结剂的含量为表1所示值外,其余分别与实施例1相同得到烧结体。
比较例1至比较例7
除了使用表2所示物质作为磁性金属粉末以及有机粘结剂,同时相对于磁性金属粉末100质量份的有机粘结剂的含量为表2所示值外,其余分别与实施例1相同得到烧结体。
此外,表1、2中有机粘结剂各成分表示的意义如下所示。以下的含有不饱和缩水甘油基的聚合物中,E是指含有乙烯的重复单元,GMA是指含有甲基丙烯酸缩水甘油酯的重复单元,VA是指含有醋酸乙烯的重复单元,MA是指含有丙烯酸甲酯的重复单元。
〈含有不饱和缩水甘油基的聚合物〉
CMA-1:E-GMA-VA共聚物(分解温度310℃)
CMA-2:E-GMA共聚物
CMA-3:E-GMA-MA共聚物(分解温度280℃)
〈苯乙烯类树脂〉
PS:聚苯乙烯(重均分子量10000)(分解温度350℃)
〈蜡类〉
PW-1:石蜡(分解温度260℃)
PW-2:石蜡(分解温度230℃)
〈邻苯二甲酸酯〉
DBP:邻苯二甲酸二丁酯
此外,含有不饱和缩水甘油基的聚合物的熔体流动指数,GMA-1为7g/10min、GMA-2为3g/10min、GMA-3为7g/10min。
2、烧结体的评价
2.1、烧结密度的评价
通过基于阿基米德法(JIS Z2501中所规定)的方法对由各实施例以及各比较例得到的烧结体进行密度测量。另外,根据测量的烧结密度和磁性金属粉末的真密度,计算出烧结体的相对密度。
2.2、外观的评价
根据以下的评价基准对由各实施例以及各比较例得到的100个烧结体进行外观评价。
〈外观评价基准〉
◎:产生裂纹、缺损以及变形的数量为3个以下
○:产生裂纹、缺损以及变形的数量为4个以上10个以下
△:产生裂纹、缺损以及变形的数量为11个以上50个以下
×:产生裂纹、缺损以及形的数量为50个以上
2.3、尺寸精度的评价
通过测微计对由各实施例以及各比较例得到的100个烧结体的外径进行测量。然后,根据JISB0411(金属烧结品的普通容许差)所规定的“宽度的普通容许差”,基于以下评价基准对测量值的平均值进行评价。
〈尺寸精度评价基准〉
◎:等级为精级(容许差±0.05mm以下)
○:等级为中级(容许差超过±0.05mm且±0.1mm以下)
△:等级为普通级(容许差超过±0.1mm且±0.2mm以下)
×:容许以外
以上评价结果示于表1、2。
由表1、2可知,由各实施例得到的烧结体中任一个的烧结密度都高。另外可知,由各实施例得到的烧结体外观以及尺寸精度优良。即,断定由各实施例得到的成形体的保形性高。
反之,断定由各比较例得到的烧结体烧结密度低,或者外观或尺寸精度差。
在此,分别测量成形体的尺寸和脱脂体的尺寸,并测量脱脂时的收缩率。其结果,收缩率显示与有机粘结剂含量之间的相关关系,例如相对于金属粉末的有机粘结剂的含量大时收缩率也大,而含量小时收缩率也小。
此外,关于各烧结体,通过向在各磁芯上卷绕电线而形成的线圈通入电流来测量各磁芯的磁特性,并进行比较。其结果可知,由各实施例得到的烧结体全都比由各比较例得到的烧结体的磁特性高。具体而言,断定铁损以及矫顽力小、磁通密度大。并且确定烧结密度越高这些磁特性越优良。
另外可知,用纯铁、硅钢、铁硅铝磁性合金以及坡莫合金取代波明德合金的情况,也具有与上述波明德合金的实施例同样的趋势。
并且,除了使用聚丙烯(软化点130℃)取代苯乙烯类树脂外,其余与各实施例和各比较例相同制造烧结体时,确定具有与使用苯乙烯类树脂时同样的趋势。
2.4、烧结均匀性的评价
关于由各实施例以及各比较例得到的烧结体,测量了图1所示磁轭箱的各磁芯表面的维氏硬度。然后计算出十二个测量值的分布范围,按照各烧结体对其进行了比较。
其结果,由各实施例得到的烧结体的维氏硬度的分布范围全都比由各比较例得到的烧结体的维氏硬度的分布范围窄。由此确定,由各实施例得到的烧结体都比由各比较例得到的烧结体均匀性高。
另外,使用由各实施例以及各比较例得到的磁轭箱制造了磁操动器。通过在制造的磁操动器中向磁轭箱的各磁芯缠绕线圈并向该线圈通入电流而使各磁芯产生磁力,以便驱动按照每个磁芯配置的引脚。因此,图1所示的磁轭箱的情况中配置有十二个引脚。
然后,分别测量了驱动这十二个引脚时的驱动力。其结果,关于驱动力的分布范围也可知,由各实施例得到的磁轭箱全都比由各比较例得到的磁轭箱窄。
符号说明
1、磁轭箱 10、箱主体
101、贯通孔 11、边缘部
12、磁芯 13、贯通孔
Claims (11)
1.一种喷射成形用组合物,其特征在于,含有:
磁性金属粉末,以Fe、Ni以及Co中的任一个为主成分,质量基准的粒度分布中累计质量达到10%时的粒径D10为2μm以上且小于5μm,累计质量达到50%时的粒径D50为5μm以上且10μm以下,累计质量达到90%时的粒径D90为12μm以上且28μm以下;以及
有机粘结剂,包含由含有不饱和缩水甘油基的聚合物构成的第一树脂以及比所述第一树脂软化点高的第二树脂,
相对于所述磁性金属粉末100质量份,所述有机粘结剂的含量为3质量份以上9质量份以下。
2.根据权利要求1所述的喷射成形用组合物,其特征在于,
所述磁性金属粉末按比例计分别包含55质量%以上的粒径小于10μm的粉末、超过0质量%且小于15质量%的粒径20μm以上且小于30μm的粉末、以及超过0质量%且小于5质量%的、粒径30μm以上的粉末,其余部分的粒径为10μm以上且小于20μm。
3.根据权利要求1或2所述的喷射成形用组合物,其特征在于,
所述第一树脂和所述第二树脂的软化点的差为10℃以上100℃以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的喷射成形用组合物,其特征在于,
所述含有不饱和缩水甘油基的聚合物为包含含有不饱和缩水甘油基的单体和乙烯类不饱和酯化合物单体的共聚物。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的喷射成形用组合物,其特征在于,
所述含有不饱和缩水甘油基的聚合物为包含含有不饱和缩水甘油基的单体和非极性α-烯烃类单体的共聚物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的喷射成形用组合物,其特征在于,
所述含有不饱和缩水甘油基的聚合物的软化点为65℃以上105℃以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的喷射成形用组合物,其特征在于,
所述有机粘结剂还包含蜡类。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的喷射成形用组合物,其特征在于,
所述有机粘结剂还包含邻苯二甲酸酯。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的喷射成形用组合物,其特征在于,
有机粘结剂中所述第二树脂的质量含量为所述第一树脂的80质量%以上150质量%以下。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的喷射成形用组合物,其特征在于,
所述第一树脂以及所述第二树脂为二者合计在所述有机粘结剂中占50质量%以上。
11.一种烧结体的制造方法,其特征在于,具有:
将磁性金属粉末和有机粘结剂进行混炼而得到混炼物的工序,其中,所述磁性金属粉末以Fe、Ni以及Co中的任一个为主成分,质量基准的粒度分布中累计质量达到10%时的粒径D10为2μm以上且小于5μm,累计质量达到50%时的粒径D50为5μm以上且10μm以下,累计质量达到90%时的粒径D90为12μm以上且28μm以下,所述有机粘结剂包含由含有不饱和缩水甘油基的聚合物构成的第一树脂以及比所述第一树脂软化点高的第二树脂;
将所述混炼物成形得到成形体的工序;以及,
对所述成形体进行脱脂、烧成得到烧结体的工序。
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