CN107427923B - 机械部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

机械部件(含油轴承1)是在氧化性气氛中(例如空气中)对压粉体进行加热处理而成的部件，其中，该压粉体是对包含铁粉和铜粉的原料粉末进行压粉成型而成的。铁粒子(10)和铜粒子(20)通过在各粒子的表面上生成的氧化物覆膜(11、21)而结合在一起。压粉体的距表面300μm±10μm的区域中的氧化物覆膜(11、21)的最大膜厚为1μm以下。

Description

机械部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及机械部件及其制造方法。更详细地说，本发明涉及使压粉体在不进行烧结的情况下实现高强度化而成的机械部件及其制造方法，其中，所述压粉体是通过对金属粉末进行压粉成型而获得的。
背景技术
以往，在粉末冶金的领域中，通常在混合主要包含有金属粉末的原料粉末并进行压粉成型之后，在超过800℃的高温的炉中进行烧结而形成制品。另外，以下，将对金属粉末进行压粉成型而未实施烧结处理的部件称为压粉体，进一步与实施了烧结处理的烧结体进行区分。
所谓粉末冶金，根据JIS Z 2500：2000，是金属粉末的制造、或者通过成型和烧结工序而从金属粉末制造出制品的冶金技术的部类，是与铸造和锻造不同的技术。在粉末冶金中，通常按照以下这样的工序制造制品。
(1)作为原料的金属粉末、润滑剂粉末、石墨粉末等的混合
(2)压粉成型
(3)在熔点以下进行的烧结
(4)矫正(整形)
(5)(与需求相对应的)热处理、含油等后加工
其中，在(3)的烧结工序中，在铁系材料的情况下，通常在800℃以上的高温域中进行处理，其成本占整个制造成本的1/4～1/2。并且，经过高温下的烧结工序，压粉体膨胀-收缩，因此，为了限定为目标尺寸或精度，(4)的矫正工序是不可缺少的。
另外，烧结工序通常在氮气或氩气等惰性气体、氢气等还原性气体、或者它们的混合气体中、或者真空中等非氧化性气氛中进行。其目的是，在烧结时抑制在金属粉末的表面上形成氧化物覆膜，并促进粒子间的熔接。通过经过这样的烧结工序，会发生金属粒子间的熔接、颈缩，从而提高了强度，但是，如果通过更低温度下的处理确保足够的强度，则不仅能够降低制造成本，还能够抑制尺寸变化，从而可以省略矫正工序。
以往，作为不经过上述那样的高温下的烧结工序就能使压粉体高强度化的方法，进行了如下研究。
专利文献1所示的压粉体的强化方法如下：在对添加有金属皂来作为成型用润滑剂的金属粉末进行压粉成型之后，将该压粉体加热到金属皂的熔点以上且脱蜡温度以下的温度。由此，压粉体的机械强度显著增加。其机理被推定为：压粉体内的孔隙中的金属皂由于热处理而熔融，形成连续的层并凝固，该层的密度提高了压粉体的强度(参照专利文献1的权利要求书、第2栏第10～12行、第3栏第22～25行)。
在专利文献2中，记载了如下的方案：对压粉体不进行烧结，而是通过水蒸气发黑处理使其结合来制造铁系烧结部件。其机理是，通过水蒸气发黑处理，使得氧化膜覆盖着压粉体的整个表面，表面粒子相互结合固化而成为在整体上具有规定的强度的物体(专利文献2的第2页左下栏第8～11行)。另外，该文献所示的铁系“烧结”部件由于未经过以800℃以上的高温进行加热的烧结工序，因此在本说明书中被分类为“压粉体”。
在专利文献3中公开了如下的铁系机械部件：在氧化性气氛中将由铁粉构成的压粉体加热到400～700℃，使各铁粉的表面上生成铁氧化物，从而利用该铁氧化物使铁粉彼此固结在一起。具体而言，通过对压粉体进行加热，由此首先使各个铁粉的表面氧化而生成铁氧化物，该铁氧化物填充压粉体内的孔隙并且彼此呈网状连接，从而使各个粒子牢固地结合在一起。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭61-011282号公报
专利文献2：日本特开昭63-072803号公报
专利文献3：日本特公昭51-43007号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所记载的技术的目的在于无论如何要防止在将压粉体从成型工序搬送到烧结炉的期间的缺口或裂纹，在该状态下，不具有作为制品的强度。因此，当然没有暗示对烧结工序的省略。因此，如果不进行高温下的烧结工序，则不仅无法确保可作为制品使用的强度，而且还由于这是烧结前的处理，因此与通常的烧结制品相比增加了一个工序，反而成为成本提高的主要原因。
在专利文献2中示出了如下方案：通过对压粉体实施水蒸气发黑处理而形成氧化膜，由此提高强度，但实际上，专利文献2对于能够获得何种程度的强度则完全没有任何记载，像作为具体例而列举的软磁性材料部件那样限于不要求那么高的强度的用途。另外，在水蒸气气氛中，由于容易在金属粉末的各粒子的表面上形成氧化物覆膜而导致压粉体的内部孔隙的大部分被掩埋，因此根据用途也存在不是优选的情况。例如，在将上述那样的部件作为在内部孔隙中含浸有油的含油轴承来使用的情况下，由于内部孔隙被氧化物掩埋，由此降低了内部所含浸的油量，从而有可能无法获得充分的润滑性。
在专利文献3的技术中，也由于在氧化性气氛中对压粉体进行加热而生成氧化物从而导致压粉体的内部孔隙被氧化物掩埋，因此，与上述相同，根据用途也存在不是优选的情况。
鉴于以上情况，本发明的目的在于，在由通过氧化物覆膜使金属粉末的粒子彼此结合在一起的压粉体所构成的机械部件中，赋予足够的强度并且确保内部孔隙。另外，这里，只要基于JIS Z 2507“烧结轴承-径向抗压强度试验方法”的径向抗压强度为120MPa以上，则具有可作为机械部件使用的强度。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的而完成的本发明是一种机械部件，其由金属粉末的粒子彼此通过在各粒子的表面上生成的氧化物覆膜结合在一起的压粉体构成，其特征在于，所述压粉体的距表面的深度为300μm±10μm的区域中的所述氧化物覆膜的最大膜厚为1μm以下。
另外，为了达成上述目的而完成的本发明是一种经过如下工序来进行的机械部件的制造方法：对包含金属粉末的原料粉末进行压粉成型而获得压粉体；和通过在氧化性气氛中对所述压粉体进行加热处理而使得所述金属粉末的粒子彼此通过在各粒子的表面上生成的氧化物覆膜结合在一起，其特征在于，设定所述加热处理的条件，以使所述压粉体的距表面的深度为300μm±10μm的区域中的所述氧化物覆膜的最大膜厚为1μm以下。
这样，在本发明中，在压粉体的内部，具体而言是在距表面的深度为300μm处的附近，更具体地说是在距表面300μm±10μm的区域中，使在金属粉末的各粒子的表面上生成的氧化物覆膜的最大膜厚设为1μm以下。根据本发明人们的验证，判明了：即使是这样的极薄的氧化物覆膜，也可以获得作为机械部件所需的强度(具体而言，径向抗压强度为120MPa以上)。这样，通过使氧化物覆膜变薄，能够降低压粉体的内部孔隙被氧化物覆膜填埋的比例，从而充分确保压粉体的孔隙率。
在上述机械部件中，压粉体的表面层(具体而言是距表面的深度为30μm以内的区域)中的所述氧化物覆膜的最大膜厚优选为压粉体的内部(具体而言是距表面的深度为300μm±10μm的区域)中的所述氧化物覆膜的最大膜厚的2倍以上。通过像这样使形成在压粉体的表面层中的氧化物覆膜变厚，能够期待提高防锈性和耐腐蚀性。
本发明的机械部件例如可以由仅以铁为主要成分的压粉体、或者以铁和铜为主要成分的压粉体构成。
作为对压粉体进行加热处理时的氧化性气氛，可以考虑例如水蒸气气氛。但是，若在水蒸气气氛中对压粉体进行加热，则容易在金属粉末的各粒子的表面上生成氧化物覆膜，因此难以将压粉体的内部的氧化物覆膜的厚度控制为1μm以下。另外，为了向炉内导入足够量的水蒸气并且保持为高温高压，设备变得庞大而导致成本升高。因此，压粉体的加热处理优选在氧化物覆膜的生成速度比水蒸气气氛慢的氧化性气氛中进行，具体而言，优选在氧气或空气、或者将惰性气体与它们混合而成的氧化性气体中的任一方的气氛中进行。另外，所谓空气气氛包含向炉内供给纯空气的气氛、不进行气氛控制的大气气氛。
如上所述，通过使压粉体的内部中的氧化物覆膜变薄，能够使压粉体的孔隙率为8％以上。
上述的机械部件可以恰当地用作在内部孔隙中含浸有油的含油轴承、尤其是在轴承面上形成有动压槽等动压产生部的含油轴承。
发明效果
如上所述，根据本发明，在由通过氧化物覆膜使金属粉末的粒子彼此结合在一起的压粉体构成的机械部件中，能够在赋予足够的强度的同时确保内部孔隙。
附图说明
图1是作为本发明的一个实施方式的机械部件的含油轴承的剖视图。
图2A是上述含油轴承的表面层中的截面组织的照片。
图2B是上述含油轴承的距表面层的深度为300μm处的附近的截面组织的照片。
图3A是比较例的含油轴承的表面层中的截面组织的放大照片。
图3B是图3A的含油轴承的距表面层的深度为300μm处的附近的截面组织的放大照片。
图4A是本发明的另一实施方式的含油轴承的截面组织的放大照片。
图4B是图4A的含油轴承的距表面层的深度为300μm处的附近的截面组织的放大照片。
具体实施方式
以下，对将本发明的机械部件应用于在内部含浸有油的含油轴承的情况进行说明。
图1所示的含油轴承1由呈圆筒状的压粉体构成，在内部孔隙中含浸有油。含油轴承1的内周面1a作为对插入到内周的轴2进行支承的轴承面而发挥功能。当轴2旋转时，随着温度上升，含浸在含油轴承1的内部孔隙中的油渗出到与轴2的滑动部，由此，对滑动部始终提供有充裕的油，从而提高了润滑性。
构成本实施方式的含油轴承1的压粉体以铁粉和铜粉为主要成分。图2A和图2B是在空气气氛中对与后述的实施例17相当的压粉体、具体而言是Fe+60％Cu组成的压粉体实施500℃×30分钟的氧化处理而成的部件的截面组织的放大照片(FE-SEM的BSE(反射电子)像)。图2A是表面层的截面照片，图2B是内部(距表面的深度为300μm处的附近)的截面照片。在图中，表面比较平滑的粒子(色调较浓的粒子)是铁粒子10，树枝状的粒子(色调较淡的粒子)是铜粒子20。在铁粒子10和铜粒子20的表面上分别生成有铁氧化物覆膜11和铜氧化物覆膜21。通过该氧化物覆膜11、21使得铁粒子10彼此、铜粒子20彼此、或者铁粒子10和铜粒子20结合在一起。另外，并不是所有的粒子彼此通过氧化物覆膜11、21结合在一起，一部分粒子彼此不通过氧化物覆膜11、21而是直接接触并熔接在一起。
在图2A所示的压粉体的表面层的截面照片中，能够清楚地确认到在铁粒子10和铜粒子20的表面上生成了氧化物覆膜11、21。另一方面，在图2B所示的压粉体的内部的截面照片中，几乎无法确认到氧化物覆膜的存在。但是，当通过目视来确认实物的压粉体的剖切面时，在内部也确认到了氧化所引起的黑色化，因此，肯定在内部的各粒子的表面上生成有氧化物覆膜。由此，可以认为在压粉体的内部生成了膜厚极小的氧化物覆膜。由于内部(例如距表面的深度为300μm±10μm的区域)的氧化物覆膜的最大膜厚是在图2B中难以进行确认的程度，因此可以认为该最大膜厚至少为1μm以下、或者0.5μm以下，甚至在0.3μm以下。这样，即使内部的氧化物覆膜的膜厚极小，也具有作为含油轴承等机械部件所要求的强度，具体而言是120MPa以上的径向抗压强度。另外，所谓的氧化物覆膜的“最大”膜厚是指氧化物覆膜中的除去偶然形成的局部的厚壁部以外的部分的最大膜厚。
这样，通过使压粉体的内部的氧化物覆膜的膜厚极小，能够充分确保含油轴承1的孔隙率。具体而言，能够使含油轴承1的孔隙率为8％以上，优选为11％以上。由此，能够使含油轴承1的内部孔隙含浸足够量的油。另外，为了确保强度，期望使含油轴承1的孔隙率为27％以下，优选为24％以下。另外，孔隙率的测定按照以下方法进行。在设按照JIS Z 2501：2000所记载的阿基米德法计测/计算出的压粉体的干密度为ρ(dry)，并设构成该压粉体的基材粉末(润滑剂粉末除外)的真密度为ρ(powder)时，根据它们的密度比并通过下式来计算孔隙率。
孔隙率(％)＝100-{ρ(dry)/ρ(powder)}×100
例如，在仅由Fe粉构成的加热处理后的压粉体的干密度为5.8g/cm3的情况下，孔隙率为100-(5.8/7.87)×100≈26.3％。
另外，由图2A和图2B可知，压粉体的表面层(例如距表面的深度为30μm以内的区域)的氧化物覆膜的最大膜厚比内部中的氧化物覆膜的最大膜厚厚，可以认为至少为2倍以上、或者5倍以上、甚至在10倍以上。这样，通过在表面层中的各粒子的表面上形成比较厚的氧化物覆膜，能够期待防锈效果和耐腐蚀性的提高。如上所述，通过使构成含油轴承1的压粉体的内部的氧化物覆膜极薄并使表面层的氧化物覆膜变厚，能够获得防锈性和耐腐蚀性优良且润滑性高的含油轴承1。
上述那样的现象在以铁粉为主体的铁系的压粉体的情况下也得到了确认。图3A、图3B是在氮气气氛中对仅由铁粉构成的压粉体实施加热处理而成的部件(与后述的比较例9相当)的截面组织的放大照片，图4A、图4B是在氧气分率为20vol％的氮/氧2种成分的混合系统气氛中对仅由铁粉构成的压粉体实施加热处理而成的部件(与后述的实施例26相当)的截面组织的放大照片。图3A、4A示出了表面层的截面，图3B、4B示出了内部(距表面的深度为300μm处的附近)的截面。关于图3A、图3B所示的压粉体，无论是在表面层还是在内部，都没有在铁粒子10的表面上确认到氧化覆膜。另一方面，关于图4A、图4B所示的压粉体，无论是在表面层还是在内部，都在铁粒子10的表面上形成有氧化覆膜11。很明显，图4A、图4B所示的压粉体的表面层中的氧化物覆膜11比内部中的氧化物覆膜厚，并且最大覆膜至少为2倍以上。由此，能够获得与上述相同的效果。
含油轴承1是经过混合工序、压粉工序、脱脂工序、氧化工序、含油工序制造而成的。以下，详细地对各工序进行说明。
(1)混合工序
混合工序是混合各种金属粉末而制作出原料粉末的工序。原料粉末包含铁粉或铜粉或者这两者来作为主要成分，在本实施方式中包含铁粉和铜粉。对于铁粉，能够与制造方法(例如雾化法、还原法、模压法、羰基法等)无关地来使用。对于铜粉，也，能够与制造方法(电解法、雾化法、还原法、模压法等)无关地来使用。另外，也可以使用主要成分为铁或铜的合金粉末(例如预合金化的预合金粉末、部分地扩散合金化的部分扩散合金粉)、或者预先将多种金属粉末混合而成的预混粉末。另外，为了润滑性的提高和高强度化等，也可以将Sn、Zn等低熔点金属粉末、或者石墨或炭黑等碳系粉末添加到原料粉末中。
并且，为了确保后述的压粉工序中的原料粉末与模具之间的润滑或者原料粉末彼此的润滑，也可以将润滑剂添加到原料粉末中。作为润滑剂，可以使用金属皂或酰胺蜡等。关于润滑剂，除了作为粉末与原料粉末混合之外，也可以通过使上述所列举的润滑剂分散到溶剂中并喷雾或含浸在金属粉末中，并且使溶剂成分挥发/除去，由此使润滑剂包覆在金属粉末的表面上。
(2)压粉工序
压粉工序是通过向模具供给在上述混合工序中制作出的原料粉末并进行压粉成型来获得圆筒状的压粉体的工序。压粉工序的方法没有特别限制，除了单轴加压成型之外，还可以应用基于多轴CNC挤压的成型、注塑成型(MIM)等。
通常，在烧结部件中，密度越高，则强度得到提高。但是，在像本实施方式这样通过对压粉体实施氧化处理来实现高强度化的情况下，若压粉密度过高，则空气等氧化性气体无法侵入到压粉体内部，从而氧化物覆膜的形成被限制于压粉体的最表面层，因此反而有可能导致强度降低。鉴于这一点，压粉密度为7.2g/cm3以下优选为7.0g/cm3以下较好。另一方面，若压粉密度过低，则存在如下的担忧：在进行处理时产生缺口或裂纹(拉托拉值较大)，粒子间距离过长而无法遍及粒子间形成氧化物覆膜。鉴于这一点，压粉密度为5.8g/cm3以上优选为6.0g/cm3以上较好。另外，压粉密度的测定基于尺寸测定法。
(3)脱脂工序
脱脂工序是对压粉体进行加热来去除(脱蜡)压粉体所包含的润滑剂成分的工序。本实施方式的脱脂工序在比润滑剂的分解温度高且比后述的氧化工序低的温度下进行，例如在350℃下加热90分钟。在现有的方法中，压粉体所包含的润滑剂成分由于在烧结工序中被保持为高温而分解，烧结后的制品中不含有润滑剂成分。但是，在应用本发明的情况下，润滑剂成分根据压粉体的密度或处理温度、保持时间而可能残留。因此，期望采取如下的方法：在进行氧化处理之前，预先设置用于分解/去除润滑剂成分的脱脂工序，在脱脂工序之后连续地在相同的气氛中进行氧化处理。但是，已经确认了：即使不设置脱脂工序而是在含有润滑剂的状态下进行氧化处理，也能实现高强度化。另外，也可以使用另外的加热装置并在与氧化工序不同的气氛(例如惰性气体、还原性气体、真空中等)中实施脱脂工序。
(4)氧化工序
氧化工序是如下这样的工序：在氧化性气氛中对压粉体进行加热而在金属粉末(尤其是作为主要成分的铁粉和铜粉)的各粒子的表面上生成氧化物覆膜，通过该氧化物覆膜而使粒子彼此结合在一起，由此提高压粉体的强度。在本实施方式中，以可以获得上述所示的氧化物覆膜的方式设定氧化工序的处理条件(加热温度、加热时间、加热气氛)。具体而言，本实施方式的氧化工序中的加热温度被设定为350℃以上，优选为450℃以上。另外，若加热温度过高，则压粉体的尺寸变化变大，因此加热温度优选为600℃以下。加热时间在5分钟～2小时的范围内适当设定。为了促进积极的氧化而将加热气氛设为氧化性气氛。其中，由于在水蒸气气氛中，氧化物覆膜的生成速度较快，从而内部中的膜厚容易超过1μm，因此优选设置成氧化物覆膜的生成速度比这慢的氧化性气氛。具体而言，优选在空气或氧气、或者在它们中混合氮气或氩气等惰性气体而成的氧化性气体中的任一种气氛中进行加热。另外，只要加热气氛中的氧气分率为2vol％以上，就能够获得可作为含油轴承等机械部件来使用的径向抗压强度为120MPa以上的强度。
形成在铁粉的表面上的铁氧化物覆膜是Fe3O4、Fe2O3、FeO中的2种以上的混合相。形成在铜粉的表面上的铜氧化物覆膜是CuO、Cu2O、Cu2+1O的2种以上的混合相。这些氧化物覆膜的比率根据材料和处理条件而不同。
通过该氧化工序，在金属粉末的各粒子的表面上生成的氧化物覆膜遍布在金属粉末的粒子间而形成网络，由此代替了基于以往的高温下的烧结而产生的结合力，使压粉体高强度化。另外，在本实施方式中，并不是作为主要成分的铁粉和铜粉的全部粒子通过氧化物覆膜接合在一起，而是一部分粒子彼此在不通过氧化物覆膜的情况下直接接触而熔接在一起。经过了氧化工序的压粉体的强度为含油轴承或滑动部件等烧结机械部件所需的强度，具体而言为120MPa以上优选为150MPa以上的径向抗压强度。
基于上述的氧化工序所实现的高强度化能够应用于在现有的通常的烧结部件中所使用的、铁或铜或者将这两者以各种比例进行混合而成的材质(铁系、铜系、铁-铜系、或者铜-铁系)的压粉体中。因此，能够与铜和铁的混配比率无关地应用上述的氧化工序，例如也能够应用于铜的比率为50wt.％以上的铜铁系的压粉体。
由于上述的氧化工序的处理温度比以往的高温下的烧结工序的低，因此尺寸变化较小，从而可以根据材质、处理条件、制品形状、尺寸等而省略之后的矫正(整形)工序。与此相伴，能够缩短制造工序从而降低成本，并且制品和压粉成型用的模具的设计变得容易。
能够与压粉体的形状和尺寸无关地应用上述的氧化工序。另外，由于实施了氧化工序后的压粉体的表面被氧化物覆膜覆盖，因此防锈效果高，根据情况而不需要防锈处理。另外，由于氧化工序的处理温度比较低，因此也能够添加会在超过该处理温度的温度下发生变性、分解这样的添加剂(例如具有滑动性或润滑性的材料)，从而实现制品的高功能化。
(5)含油工序
含油工序是使润滑油含浸于实施了氧化处理后的压粉体的内部孔隙中的工序。具体而言，在减压环境下将压粉体浸泡在润滑油中之后，使其恢复为大气压，由此使润滑油进入压粉体的内部气孔。此时，由于形成在压粉体的金属粉末的内部中的氧化物覆膜的膜压为1μm以下，从而充分确保了压粉体的孔隙率，因此能够使压粉体的内部含浸有足够量的油。以上，完成了本实施方式的含油轴承1。
上述的含油轴承不限于对轴进行接触支承的轴承，也可以是通过充满与轴之间的径向轴承间隙的油的动压作用来对轴进行非接触支承的轴承。在这种情况下，可以在含油轴承的内周面上形成有动压产生部(例如人字形状或螺旋形状等的动压槽)。
本发明的由压粉体构成的机械部件由于具有足够的强度，因此不限于软磁性材料等未要求那么高的强度的领域，能够应用于上述实施方式那样的含油轴承或其他滑动部件、或者在滑动面上形成有树脂层的复合轴承的金属基体。
【实施例1】
在上述机械部件的制造方法中，为了确认优选的条件，进行以下的试验。在任何试验中，都使用还原铁粉和电解铜粉作为金属粉末，并使用酰胺蜡系粉末润滑剂作为压粉成型用润滑剂。另外，任何压粉体均通过基于使用了SKD11制模具的浮动锻模方式的单轴加压成型，成型为内径φ6mm×外径φ12mm×轴向长度5mm。相对于金属粉末合计重量添加了0.7wt.％的润滑剂。尤其是在未记载的情况下，在加热过程中使用了能够进行气氛调整的间歇式加热炉。加热时的氧化性气体的流量为0.1L/min，其他惰性或还原性气体的流量为2.0L/min。加热时的升温速度为10℃/min，关于冷却，炉冷到成为室温为止。
对于变更各种条件而获得的试验片，利用按照JIS Z 2507所记载的方法所测定、计算出的径向抗压强度来评价。用于评价的是针对三个试验片测定出的径向抗压强度的平均值。所使用的试验装置是株式会社岛津制作所制的万能试验机AG-5000A。所谓径向抗压强度是指根据径向抗压载荷并通过一定的方法求出的圆筒状压粉体的强度，所谓径向抗压载荷是指在与轴平行的两个面上压缩圆筒形的压粉体而开始产生裂纹时的载荷。关于径向抗压强度(单位：MPa)的判定基准，小于120时为不可以(叉)，120以上且小于150时为可以(圆)，150以上时为良好(双重圆)。另外，以各试验片中的径向抗压强度为120MPa以上的试验片(可以或者良好)为实施例，以径向抗压强度小于120MPa的试验片(不可以)为比较例。以下对各试验的详细进行记述。
(a)对压粉密度的研究
仅使用还原铁粉作为基材金属粉末，制作出基于尺寸测定法的压粉密度为5.5～7.4g/cm3的压粉体，在以纯空气进行置换的炉中，使润滑剂脱蜡350℃×90分钟之后，在500℃下加热、氧化30分钟。将条件和评价结果记于表1中。
【表1】
若压粉密度为小于5.5g/cm3的低密度，则加热前的状态的压粉体的强度不足，从而在进行加热前的处理时容易产生缺口或裂纹(拉托拉值较大)。另外，即使在纯空气中对这样的低密度的压粉体进行加热，径向抗压强度也至多为100MPa左右，无法满足可作为滑动轴承或其他机械部件来使用的120MPa。
另一方面，若压粉密度超过5.8g/cm3，则不容易产生上述那样的缺口或裂纹，且加热处理后的径向抗压强度为超过120MPa的水准。如果是通常的烧结部件，则使压粉体越高密度化则越高强度化，但在本发明中，在粒子间的熔接的基础上，基于氧化物覆膜彼此的网络的形成所实现的高强度化占据支配性地位。因此，若密度过高，则无法将足够的氧气提供到压粉体内部，从而导致氧化物覆膜的形成被限定在压粉体表面层区域，反而会有强度降低的倾向。并且，当将密度提高到7.4g/cm3时，径向抗压强度降低到110MPa。
根据以上的结果，在压粉密度为5.8～7.2g/cm3的范围内，压粉体的径向抗压强度在120MPa以上，并且，在压粉密度为6.0～7.0g/cm3的范围内，压粉体的径向抗压强度超过150MPa。因此，可以说，压粉密度为5.8～7.2g/cm3是合适的，优选为6.0～7.0g/cm3的范围。
(b)对加热温度/时间的研究
对与上述的实施例2相同的由密度为6.0g/cm3的纯铁粉构成的压粉体以各种温度和时间在纯空气中进行加热，对给径向抗压强度带来的影响进行调查。除加热时的最高温度和时间以外的条件与实施例2相同。将条件和评价结果记于表2中。
【表2】
首先，在未处理(保持为压粉体)的状态下，15Mpa的径向抗压强度是非常低的。另外，在300℃下，强度的提高不够充分，小于100MPa。另一方面，通过设置为350℃以上，由此强度提高到120MPa以上，进而在450～600℃的范围内时，强度提高到150MPa以上。另外，即使使处理温度为500℃，在处理时间为1分钟时，也不能充分高强度化，为80MPa左右。但是，通过延长到5分钟以上，均高强度化到150MPa以上。根据以上的结果，可以说，加热温度为350℃以上优选为450℃以上是合适的，处理时间为5分钟以上是合适的。
(c)对处理气氛的研究
在各种气氛中对与上述的实施例2相同的由密度为6.0g/cm3的纯铁粉构成的压粉体进行加热，对加热处理时的气氛给径向抗压强度带来的影响进行调查。除加热时的气氛以外的条件与实施例2相同。另外，记载于实施例14中的大气与实施例2的纯空气不同，其意味着：不供给纯空气的气体，在没有气氛控制的间歇式大气炉中进行加热。将条件和评价结果记于表3中。
【表3】
当使加热时的气氛为氢气(还原性)和氮气(惰性)时，与加热处理前的15MPa进行比较，提高到了2倍以上，但是，远远达不到作为所需的水准的120MPa。另一方面，在氧气和包含有氧气的纯空气或者大气气氛中，显示出了150MPa以上的径向抗压强度，可知实现了充分高强度化。
这里，(d)若将加热温度/时间的研究结果也包含在内进行考虑，则可以认为惰性气体或还原性气体下的强度提高源自一部分铁粉间的熔接。但是，由于该熔接在低温下不会发生，因此，在以300℃进行加热的比较例3中，可以认为强度未充分提高。即使在非氧化性气体中，也可以认为：如果提高处理温度，则强度提高到120MPa以上，但要想获得实施例2、13、14的水准的强度，很有可能需要与现有的烧结同等水准的高温加热。另一方面，由于在与比较例6、7相同的加热条件下实施例2、13、14显示出了150MPa以上的径向抗压强度，因此，可以说：除了铁粉间的熔接之外，通过氧化性气氛中的加热而在粒子间也形成氧化物覆膜的网络对于高强度化来说是需要的。
根据以上内容，要想在600℃以下的低温下实现充分的高强度化，可以说氧气或氧气与惰性气体的混合气体那样的氧化性气氛是重要的。
并且，对加热处理时的气氛中的氧气分率给径向抗压强度带来的影响进行调查。在对与上述的实施例3相同的由密度为6.5g/cm3的纯铁粉构成的压粉体进行加热处理时，使处理气氛为氮气/氧气这两种成分系统，并使其体积分率变化。将氮气/氧气这两种成分的合计流量统一为2.0L/min，通过改变各成分的流量比来调整气氛。另外，除加热时的气氛以外的脱脂条件和升降温条件都与实施例3相同。将条件和评价结果记于表4中。
【表4】
如果处理气氛中的氧气分率为2vol％以上，则径向抗压强度为150MPa以上的水准。另外，随着氧气分率的增大，强度大致提高，但在5vol％以上尤其在10vol％以上时，强度的提高变缓。在氧气分率较低时，能够使压粉体的内部的氧化覆膜较薄来确保内部孔隙。因此，可以说：如果使处理气氛中的氧气分率为2vol％以上且10vol％以下(优选为5vol％以下)，则能够获得具有足够的强度和孔隙率的压粉体。
(d)对材质的研究
以上述的实施例2为基础，准备添加了20～80wt.％的电解铜粉的实施例15～18，获得了压粉密度为6.0g/cm3的压粉体。另外，作为不以铁、铜为主要成分而能够形成氧化物覆膜的材质，准备了纯Al粉末的压粉体，作为比较例8。但是，对于Al粉来说，在真密度较低的基础上难以进行压粉成型，因此压粉密度为1.9g/cm3。除压粉体的材质和比较例8的密度以外的条件与实施例2相同。将条件和评价结果记于表5中。
【表5】
以铁或铜为主要成分的实施例2、15～18显示为120MPa以上，在铜比率为20wt.％以下的情况下，为150MPa以上。另一方面，在通过氧化气氛中的加热而与铁粉的情况同样地期待氧化物覆膜的形成和与此相伴的高强度化的比较例8中，停留在40MPa左右的径向抗压强度。
根据以上内容，可以说：本方法并不是能够应用于可以形成氧化物覆膜的所有金属中，在以铁或铜为主要成分时是显著的。但是，通过今后的调查，有可能发现即使以其他金属为主要成分时也能够实现高强度化的事例。
(e)对有无润滑剂的脱蜡工序(脱脂工序)的研究
在上述的实施例2中，在用于形成氧化物覆膜的在纯空气中进行的加热工序之前，在相同的纯空气中对成型用润滑剂进行脱蜡。这里，根据在各种气氛中事先使润滑剂脱蜡的情况或未进行事先的脱蜡工序而进行加热时的结果，对脱蜡条件进行了研究。除加热前的脱蜡工序以外的条件与实施例2相同。将条件和评价结果记于表6中。
【表6】
与成型用润滑剂的脱蜡工序的有无和脱蜡时的气氛无关，均具有120MPa以上的径向抗压强度。但是，与没有脱蜡工序的实施例21相比，有脱蜡工序的实施例2、19、20的强度更高。另外，被推测为残留在压粉体内部的润滑剂的量(残渣)最少的、在真空中进行了脱蜡的实施例20的强度最高提高至180MPa左右，因此，可以说润滑剂的去除在高强度化方面是有用的。
标号说明
1：含油轴承；2：轴；10：铁粒子；11：铁氧化物覆膜；20：铜粒子；21：铜氧化物覆膜。

Claims (9)

1.一种机械部件，其由金属粉末的粒子彼此通过在各粒子的表面上生成的氧化物覆膜结合在一起的压粉体构成，其特征在于，
所述压粉体的距表面的深度为300μm±10μm的区域中的所述氧化物覆膜的最大膜厚为1μm以下。
2.根据权利要求1所述的机械部件，其中，
所述压粉体的距表面的深度为30μm以内的区域中的所述氧化物覆膜的最大膜厚为所述压粉体的距表面的深度为300μm±10μm的区域中的所述氧化物覆膜的最大膜厚的2倍以上。
3.根据权利要求1或2所述的机械部件，其中，
所述压粉体的主要成分为铁和铜。
4.根据权利要求1或2所述的机械部件，其中，
所述压粉体的孔隙率为8％以上。
5.根据权利要求1或2所述的机械部件，其中，
该机械部件被作为在内周面上具有轴承面且在内部孔隙中含浸有油的含油轴承来使用。
6.根据权利要求5所述的机械部件，其中，
在所述轴承面上形成有动压产生部。
7.一种机械部件的制造方法，其经过如下工序来进行：
对包含金属粉末的原料粉末进行压粉成型而获得压粉体；和
通过在氧化性气氛中对所述压粉体进行加热处理而使得所述金属粉末的粒子彼此通过在各粒子的表面上生成的氧化物覆膜结合在一起，
其特征在于，
设定所述加热处理的条件，以使所述压粉体的距表面的深度为300μm±10μm的区域中的所述氧化物覆膜的最大膜厚为1μm以下。
8.根据权利要求7所述的机械部件的制造方法，其中，
所述加热处理在氧气或空气、或者将惰性气体与氧气或空气混合而成的氧化性气体中的任一方的气氛中进行。
9.根据权利要求8所述的机械部件的制造方法，其中，
所述氧化性气体所包含的氧气为10vol％以下。
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