JP2001518143A

JP2001518143A - 粒子状フェラス材料からの部品の製造方法

Info

Publication number: JP2001518143A
Application number: JP54585698A
Authority: JP
Inventors: エル．ビーン、グレン; エス．ラッシュモア、デイヴィッド; デレッシュ、レヴ
Original assignee: マテリアルズイノヴェーション、インコーポレイティッド
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2001-10-09
Also published as: KR20010005724A; WO1998042466A1; CA2284709A1; EP1021264A1; AU735668B2; AU6768098A; US6251339B1

Abstract

(57)【要約】フェラス材料の粒子から部品を製造する方法を提供する。延性の金属もしくは合金の約０重量％よりも多く約５０重量％までの層を該粒子の各々の上にメッキする。粒子は圧密されて部品を形成し、そしてその部品を約３５０℃から約８００℃までの温度で約３０分から約１２０分までの時間加熱する。複雑な幾何学的形状を有する部品を粉末冶金によって製造する方法もまた提供される。特定量の第１材料の粒子が用意される。約２重量％から約５０重量％までの第２材料の層を各粒子の表面上にメッキすることにより、第２材料を第１材料上に被覆する。該被覆粒子は圧密されて、部品を形成し、該部品は加熱処理される。

Description

【発明の詳細な説明】粒子状フェラス材料からの部品の製造方法発明の分野本発明は、鉄粉末および鋼粉末のような粒子状フェラス(ferrous)材料から部品を製造することに関する。より詳細には、本発明は、増加した圧粉密度、増加した強さといった改良した物理的特性を有する、フェラス部品および他の合金材料からの部品の製造に関する。また、本発明は複雑な幾何学的形状を有する部品を製造することができ、これらの部品の特性が、冶金学的コーティングを用いてフェラスベース粉末を被覆し、粉末をプレスして部品を製造し、かつ低温加熱プロセスを用いることにより改良することができる方法に関する。さらに、本発明は、粉末冶金ではこれまで入手できなかった合金材料といった、前記方法で使用されるかまたは前記方法により製造される材料および部品に関する。発明の背景技術粉末冶金、すなわちダイプレスで粉状金属をプレスして部品を製造することは、部品の経済的なソースとして多様な産業で使用されている。しかしながら、現在の粉末冶金技術を用いて製造されるフェラス金属（例えば、鉄および鋼）部品は、一般的に、粉末プレスから取り去る時点における１００％理論密度(「圧粉」密度)よりも密度がずっと小さい。例えば、鉄部品が公知の方法を用いてプレスされる場合、得られる代表的な密度は６．４ｇ／ｃｃから約７．４ｇ／ｃｃの範囲であり得る。対照的に、最高密度（１００％理論密度）の鉄部品の密度は、約７．８ｇ／ｃｃのはずである。フェラス焼結体に対する多くの用途は、より高い密度を要求する。その１つの理由としては、ヤング率、電磁的特性、ポアソン比のような多くの特性が、密度が増加すると改善されるということがある。現在利用可能な粉末冶金法を用いて、最高密度のフェラス部品を得ることを困難にしている要因としては、粒子状フェラス材料が「加工硬化する（work harden）」ことがある(純鉄は一般的に延性の材料であるが)。その上、フェラス粉末がプレスされると、粉末の表面上にある程度自然に生じた酸化物がこすり落とされ、部品が最高密度および最終形状にプレスされ得る前に、点同士の溶接が粉末間で生じる。この密度は、常に１００％理論密度よりも小さい。その結果、加工硬化するという結果を克服するために、そして粒子同士の結合を開裂し、ダイ壁の摩擦を緩和し、そして部品をさらに処理するために、必要なエネルギー消費は大きく増加する。先行技術の方法においては、粉末と粉末および粉末とダイ壁の両方の、この点同士の溶接を最小限にする一方法として、プレス前に粉末が有機潤滑剤で潤滑化される。代表的な先行技術の潤滑剤としては、ステアリン酸亜鉛またはワックスのような数多くの有機化合物が挙げられる。そのような潤滑剤の例、ポリエーテル潤滑剤が、Ｌｕｋの米国特許第５，４９８，２７６号に教示されている。潤滑化は通常、フェラス粉末を部品にプレスするのに必要な仕事量(work ex penditure)を減少させるが、この部品は最高密度にプレスされえないことにもなり得る。なぜならば、部品の内部にある有機潤滑剤の分解産物の外部への輸送を可能にするためには、この目的のために昇温温度および還元性雰囲気に暴露する場合、内部の、相互結合空隙率(interconnected porosity)を部品中にある程度維持しなければならないからである。つまり、そのような「潤滑化した（lubed ）」部品が得る圧粉密度は、通常約６．３から約７．０ｇ／ｃｍ³である。「脱潤滑（delubing）」プロセスの間、潤滑剤は、部品の全部分から外に揮発および拡散するものと予想される。しかしながら、この完全な揮発はいつも生じるとは限らない。部品は、その後、多孔性を減少させるために、分解アンモニアまたは水素のような還元性雰囲気下、代表的な焼結温度（材料の融解温度の０．８位かまたはそれよりも高い）に暴露される。内部にある潤滑剤はめったに完全に除去されないため、結果として、部品は完全には焼結しない。それゆえ、部品の欠点は共通である。その上、幾らかの潤滑剤が部品の内部空隙中に残るため、部品の全体的特性は低下する。加えて、クラス９および１０のヘリカルギヤ、その他の高精密ギヤ、およびタイトな寸法公差を有するスプロケットのような複雑な部品の形状は、概して、現在の技術を用いた粉末冶金により製造できない。なぜならば、必要とされる高温焼結工程（部品の密度を増加させるため）により部品は元の形から歪められ、商業的に役立たなくなるためである。従って、そのような複雑な部品は、高価な技術を用いて個々に機械加工されている。つまり、最高密度の部品をあまり高価ではない粉末冶金技術を用いてフェラス粉体材料から製造することができる方法、およびプレスした部品の形状が歪まないように、高温焼結を用いずに最高密度の部品を製造することができる方法が望まれている。純鉄は、通常強靭な材料ではないことから、フェラス粉末から製造される部品の強さを高くするためには、予備混合および予備合金化として一般に知られている方法を使用する。予備混合は、鉄粉末を金属もしくは半金属粉末または合金粉末と均一に混合し、それらを成形し(compact)、そして引き続いて、これらの添加した金属またはある場合には添加した炭素もしくはリン含有化合物を固溶化(s olid-solubilized)するために加熱下に成形体を焼結する方法である。この方法は、鉄粉末中の添加金属粉末が、それぞれの比重の差および鉄粉末と添加した粉末との粒形の差異により、分離または偏析を生じさせるため、理想的とはいえない。これは、次に、焼結製品の強さおよびサイズに幅広い多様性を引き起こすことによって、部品の品質に問題を生じさせる。Ｌｉの米国特許第４，３２３，３９５号は、ベース金属粒子を「合金化元素」の化学溶液に浸漬して、その粒子の表面をこれらの合金化元素で被覆することによって、この偏析問題を解決することを試みている。このプロセスは浸漬用の合金化元素の可溶性化合物の使用を含むため、得られるコーティングは真の冶金学的コーティングではなく、かつ化合物（例えばアニオン）に関する種々の汚染物質を成形された部品に導入する。つまり、このプロセスは高品質部品を製造するのに、あまり理想的ではない。予備合金化は、ニッケル、炭素、銅、モリブデン、およびクロムのような合金化元素が成形前に鉄に固溶化されている合金化された鋼粉末を用いることを含む。この方法は、予備混合の分離問題を回避するために用いられる。Ｊｏｈｎｓｏｎらの米国特許第５，２４０，７４２号は、様々なそのような予備合金化方法を提供する。Ｊｏｈｎｓｏｎらによると、鉄粉末はニッケル、銅およびモリブデンの化学前駆体の「ゾル」または溶液に浸漬され、粉末表面上にこれらの化合物の層が得られる。浸漬された粉末は、その後、粉末表面上の金属の化学前駆体を金属酸化物に変換し、そして少なくとも部分的に合金化された層を粉末表面上に形成するために加熱および／または還元処理に付される。これらの部分的に合金化された粉末は、その後、成形され、そしてその成形体は高温焼結に付される。しかしながら、このプロセスには欠点がある。即ち、そのような予備合金化プロセスにより得られる合金化鋼粉末は、純鉄粉末と比較すると相対的に硬いため、成形密度が成形の間に十分に増加できず、従って高密度の圧紛製品を得ることは困難であり、引き続いて高温焼結が必要である。従って、Ｊｏｈｎｓｏｎらのような予備合金化プロセスにおいて、合金鋼の優れた物理的特性を全て利用することができない。さらにＪｏｈｎｓｏｎらの化学前駆体は、最終プレス部品の中に汚染物質を導入する可能性がある。また、高温焼結により、Ｊｏｈｎｓｏｎらの粉末および方法は、複雑な幾何学的形状の部品および寸法制御が厳格な部品の製造には特に不適切になる。つまり、プレスされた鉄（またはフェラスベース）部品の密度、強さおよびそのほかの特性を増加させ、前記方法の不利益（例えば密度の減少、汚染物質の導入）を克服するような方法が必要である。発明の要旨本発明の目的は、特に前記不利益を克服するような、フェラス材料およびその他の材料の粒子から部品を製造する方法を提供することである。本発明の目的において、「フェラス」とは純鉄および全ての鋼だけでなく、鉄の合金を含有する全ての鉄材料を包含することを意図している。本発明は、フェラス材料のような、迅速に加工硬化し、それ自体が硬く、および／または成形すると点同士が「溶接する」材料の粉末をプレスすることにより製造される部品の圧紛密度を増加させる方法を提供する。さらに、本発明は、高温焼結工程を必要としないプロセスを提供するため、複雑な幾何学的形状およびタイトな寸法公差を有する部品を製造するために容易に使用することができる。好適な態様においては、本発明は、例えばフェラス材料またはそれ自体が硬い材料（例えば鋼）のような、成形すると溶接する材料の特定量の粒子を用意し；約０重量％よりも多く約５０重量％まで、好ましくは約２重量％未満の、延性の金属または合金の層を各当該粒子上に電気化学的に析出させることを包含する。金属は潤滑剤として作用し、および／または、粒子と粒子および粒子とダイ壁の溶接を除去するように作用する。このようにしてメッキまたは被覆された粒子を、その後、部品を形成するために圧力下で圧密(consolidate)し、そしてその部品を加熱する。そのような加熱工程は、好ましくは還元性雰囲気下、約２００℃ から約８００℃、最も好ましくは約４００℃の温度で、約１時間から約１０時間までの時間で行なわれる。一般的に、この加熱工程は従来の高温焼結温度の約３０％から約８０％の温度で行なわれる。加熱工程においてそのような比較的低い温度を用いることにより、およびより高密度の材料で開始することにより、圧密した部品は、従来の高温焼結のように形が歪まない。つまり、本発明は、プレスされた部品を比較的低温で加熱することができるプロセスを提供することにより、粉末冶金部品の高温焼結に起こる形状歪みの問題を解決する。なぜならば、ａ）鉄粒子上における実質的に均一な冶金学的コーティングは潤滑性を与え、そのために部品を従来の圧粉密度よりも高い密度にプレスすることを可能にし、つまり圧粉部品中の内部空隙を圧壊し、その密度を増加するのにより高い温度は必要なく、かつｂ）各粒子の周りの均一なコーティングは、金属コーティング材料とコア(core)粒子との拡散距離をより短くするため、即ち最終部品における均一性を促進するための、より高い温度の必要性がなくなるからである。さらに、本発明は、従来の粉末冶金法を使用しては、これまで入手不可能であった合金および金属間化合物（intermetallics）を、粉末冶金により形成することができるプロセスを提供する。これは、合金または金属間化合物が、ブレンドされた粉末を用いて形成される場合、粉末粒子は互いに点と点で接触しているだけであるという事実に帰する。本発明のプロセスにおいては、コア粒子は完全に合金材料で囲まれており、それにより得られた合金材料の全体の均一性がさらに与えられている。本発明のプロセスにおいては、鉄（フェラス）もしくは鋼コア粒子と金属コーティングの間の金属間化合物の形成を回避するように選択され、かつコアへのコーティング材料の拡散を促進するのに十分に長い時間にわたってプレスされた部品を加熱する。あるいは、幾つかの合金においては、金属間化合物形成は望ましいかもしれない。つまり、そのプロセスは、例えばTiNi、ならびにM2、M4およびS7の鋼のような粉末冶金により製造することが通常困難である合金を、迅速に、ある場合には安全に形成することを可能にする。図面の簡単な説明図１は、本発明によるプロセスにおいて純鉄粉末（■）および亜鉛被覆鉄粉末 (●)からプレスされる部品についての経時的圧力の関数としての密度を示すグラフである。図２は本発明によって、また亜鉛被覆鉄粉末、コバルト被覆鉄粉末および銅被覆鉄粉の各々からプレスされる部品の密度を比較する棒グラフである。図３ａおよび３ｂは、鉄中のコバルトコーティングの溶解度が約５００℃の温度で約１０重量％であることを示す状態図である。図４ａおよび４ｂは、鉄中の亜鉛コーティングの溶解度が、４２０℃付近の温度に最初に加熱された後、約４２５℃の温度で約７重量％であることを示す状態図である。図５ａおよび５ｂは、鉄中の銅コーティングの溶解度が、約６００℃の温度でさえも比較的小さいことを示す状態図である。図６ａおよび６ｂは、鉄中のニッケルコーティングの溶解度が、２００℃の温度で約２重量％であり、３４７℃の温度で４.９％であることを示す状態図である。好適な実施態様の詳細な説明第１の実施態様において、本発明は、フェラス材料の粒子から部品を製造する方法に関する。第１の工程として、延性の金属もしくは合金の実質的に均一な約０重量％より大きく約５０重量％までの冶金層（およびいくつかの用途（例えば、潤滑）については、これは２重量％未満であってもよい）は、該粒子の各々の上に電気化学的に析出される。本発明の目的において、「粒子」は、粉末、ウイスカ、繊維、連続ワイヤ、シートおよびフォイルを含むと解釈されるべきである。本プロセスにおいて使用に適切なフェラス材料としては、限定されないが、鉄、鋼、ステンレス鋼が挙げられ、例としては限定されないが、Ｍ２（０.８５Ｃ、０.３４Ｍｎ、０.３０Ｓｉ、４.０Ｃｒ、２.０Ｖ、６.０Ｗ、５.０Ｍｏ）、Ｍ４（１.３０Ｃ、０.３０Ｍｎ、０.３０Ｓｉ、４.０Ｃｒ、４.０Ｖ、５.５Ｗ、４ .５Ｍｏ）、Ｓ７（０.５Ｃ、１.４Ｍｏ、３.２５Ｃｒ）および５２１００鋼合金が挙げられる。コーティングは、金属粉末上に均一な冶金学的コーティングを提供するための当分野で公知の任意の方法により行うことができる。好ましくは、コーティング工程は、粒子状フェラス材料上に金属材料の層をできる限り均一に確保するために、電気化学的析出により行い、および最も好ましくは電気メッキにより行う。金属コーティングについての唯一の要件は、真の冶金学的コーティングであることである。従って、本発明において、任意の公知のコーティングプロセス（例えば、スパッタリング、ＣＶＤまたは化学還元）または電気メッキプロセスを使用して粒子を被覆することができる。延性の金属もしくは合金の層を粒子上にメッキするための特に好ましいプロセスは、Ｌａｓｈｍｏｒｅらの米国特許第５,６０３,８１５号（その全体の開示は言及することで本明細書に包含される）に教示されている流動床装置を使用するものである。上記プロセスは、無孔の容器中で粒子状基材材料の粒子と電解液とを組み合わせ、容器を振動させて電解液中で粒子の流動床を作り出し、電解液中の反応物質から粒子上にコーティングを電気化学的に析出させることを含む。この容器は好ましくは導電性とすべきであり、この方法は好ましくは粒子の流動床の存在と同時に電解液を通じて電流を印加（直流またはパルス）することを含む電解的方法とすべきである。単なる例示であるが、ニッケルは流動床においてスルファミン酸塩、硫酸塩、クエン酸塩または酢酸塩電解液から市販の純鉄粉末（Hoeganaes 1000C約２０μから約１５０μの範囲の粒径のＦｅ粒子）上に析出させることができる。亜鉛は好ましくはシアン化物またはアンモニア電解液から析出させ、銅は好ましくはピロリン酸塩またはシアン化物電解液から析出させ、およびコバルトは好ましくは硫酸塩またはスルファミン酸塩電解液から析出させる。延性メッキ金属または合金として使用するのに好ましい材料としては、亜鉛、スズ合金（好ましくは亜鉛−スズ合金、例えばスズ７５亜鉛２５、または組成物、例えばスズ３０亜鉛７０〜スズ７０亜鉛３０）コバルト、ニッケル、アンチモン、銅、カドミウム、白金、ルテニウム、スズ、ガリウム、パラジウム、およびレニウムが挙げられるが、これらに限定されない。本実施態様において使用される特に好ましい材料は、コバルト、スズ−亜鉛合金、ニッケルおよび銅である。コーティングは、好ましくは被覆粉末の総重量の約０重量％より多く約５０重量％までであり、より好ましくは約１％より多く約２０％までであるべきである。一般に、任意の公知の延性材料が本発明における使用に適切である。この適切なコーティング材料は、圧密の間にフェラス粒子を「潤滑する」能力で選択されるべきである。特に潤滑金属（lubricating metal）の例としては亜鉛が挙げられ、および同様に潤滑する合金の例としてはスズ７５亜鉛２５が挙げられる。本発明の目的において、「潤滑する」とは、圧密の間、粒子同士が滑り、滑動する能力を粒子に付与し、これにより成形プロセスの当初の段階の間に粉末の点同士の溶接を最小限にするがまたは排除し、かつ得られる圧粉プレスされた部品（green pressed part）の密度を最大限にすることを意味することを意図する。このコーティング材料はまた、加熱されてコア粒子状材料中に可溶化されるという能力で選択されるべきである。この点に関して、鉄中のコバルトコーティングの溶解度が、約５００℃のアニーリング温度で約１０％であることを示す状態図である図３ａおよびｂを挙げておく。図４ａおよびｂは、鉄中の亜鉛コーティングの溶解度が約４２５℃のアニーリング温度で約７％であることを示す状態図である。亜鉛は、常に、粒子コーティング界面で鉄と何らかの型の金属間化合物相を形成することに留意すべきである。図５ａおよびｂは、鉄中の銅コーティングの溶解度が、約６００℃のアニーリング温度においてさえも比較的小さいことを示す。図６ａおよび６ｂは、鉄中のニッケルコーティングの溶解度が、２００℃の温度で約２重量％であり、および３４７℃の温度で４.９％であることを示す状態図である。これらに満たない重量パーセントでの潤滑性を与える連続コーティングは、容易に達成される。たとえこれらのコーティングのいくつかが機械的特性に影響を与えるとしても、これらの低濃度においてでさえ、被覆粉末の使用は、コーティングが存在しなければ達成できないであろう高密度の粉末金属合金の製造を可能にする。さらに、コーティング材料はその特性、例えば、機械的、引張り、強さなどに関して選択することができる。鉄（または鋼）粒子を他の望ましい特性を有する材料でコーティングすることにより、本発明は、圧粉密度を増加させることに加えて、鉄（または鋼）粉末からなる部品の特性を設計または改善するために使用することができる。コバルト、ニッケル、銅、チタン、および亜鉛は、一般にコア材料へ可溶化させる能力および優れた機械的特性を最終部品に与える能力で選択される。本実施態様における使用に好ましい粒子およびコーティング材料の例としては、粒子は鋼（強さにおいて）でもよく、およびコーティング材料はコバルト（潤滑性および機械的特性において）でもよい。従って、このような例において、本プロセスは、鋼の優れた引張り強さおよびコバルトの優れた機械的特性の両方を有する最高密度の圧粉部品の製造を提供することができる。当業者は、粒子およびコーティング材料およびそれらの各々の特性についての適切な組み合わせをいくらでも想到することができ、従って本プロセスはそれゆえ、強さおよび機械的特性のみについての材料の選択に限定して、あるいはフェラス金属または実際上、金属に限定して解釈すべきでは全くない。金属性被覆セラミックスもまた本発明の範囲内とすべきである。完成した部品が各々の特性の１つまたは両方をどの程度表すかは、粒子上のコーティング材料の相対厚さに依存するだろう。いったん被覆されると、粒子は圧密されて部品を形成し、そしてその部品は約２００℃から約８００℃の温度で約１０分から約１０時間の時間加熱される。好ましくは、この温度は約３００℃から約５５０℃であり、時間は約２０分間から約１８０分間である。本プロセスにおいて、本加熱工程の適切な温度および時間は、一般にコーティング材料をコア（粒子状）材料へと拡散させるのに十分高く、その一方、金属間化合物相、すなわち粒子状材料とそのコーティングとの間の相の形成を防止するのに十分低いように選択されるべきである。従って、適切な温度は、コーティング材料の相対厚さおよび材料自体に従って選択されるべきである。例えば、スズ−亜鉛被覆フェラス材料は、好ましくは約１７５℃の温度で約６時間加熱されるべきであり、ニッケル被覆フェラス材料は、好ましくは約３５０℃の温度で約３０〜１２０分の時間加熱されるべきであり、コバルト被覆材料は約５００℃から約８００℃、好ましくは約７００℃の温度であり、および銅被覆材料は、好ましくは約７００℃から約７５０℃の温度で約３０〜１２０分の時間加熱されるべきである。被覆粒子は、「最高密度、すなわち理論密度」（成形された被覆粒子に少なくとも相互連結していない空隙が存在する密度）に近い密度まで成形される。従って、この被覆粒子の成形体の圧粉密度（およびその形状）は、もしこの成形された製品を従来の高温焼結に付したならば、穏やかに増加するのみであろう。粉末を圧密または成形するためにはいかなる圧力源であっても適当であるが、圧密工程は好ましくは粉末プレスのダイキャビティ内で行われる。このような粉末プレス法は、粉末冶金の分野で公知である。しかしながら、凝集した部品を形成する（主たは被覆粒子を互いに接着させる）ために適当な圧力をかけることができる方法であれば、いかなる方法も本発明で用いるのに適当である。一般に、これらの被覆粒子を「最高」（理論密度１００％）密度の圧粉部品まで十分に圧密するのに適切な圧力は、加熱したダイがあってもなくても、従来の粉末プレスでプレスを行う場合、好ましくは約６０Ｋｓｉから約２００Ｋｓｉにすべきである。さらに、圧密は、被覆粉末を高速度プロジェクション（熱溶射と同様）、ロールボンディング、「ＨＩＰ」、「ＣＩＰ」、鍛造、粉末押出し、コイニングまたは圧延するか、あるいは活性化溶液を用いる高速度溶射冷却（high velocity spraying cold ）により行うことができる。また、本プロセスを用いて、最高密度の圧粉部品を製造するために、フェラス材料の粒子の代わりにコバルトベース材料およびニッケルベース材料の粒子を使用することができる。このような例において、プロセスパラメーターは、フェラスベース粒子に関するものと実質的に同一である。従って、本発明は、迅速に加工硬化するか、または圧密の間に点同士が溶接する材料、すなわち鉄、あるいは既に硬いもの、すなわち鋼のような材料の粉末をプレスすることにより製造される部品の密度を増加させるのに特に適当である。本発明の方法はまた、高温焼結を必要としないので、粉末冶金によって複雑な幾何学的形状を有するフェラスおよび他の金属の部品を製造するのに特に適当である。このような金属部品の例は、ヘリカルギヤまたはスプロケットである。このような部品は、高温焼結に起因する形状ゆがみを避けるために従来は機械加工されている。本発明は、さらに、粉末冶金により製造された鉄または鋼部品の特性を設計する実施態様を提供する。本実施態様において、特定量の第１の鉄または鋼材料の粒子が提供される。第１材料は、その上に第２材料の約２重量％から約１０重量％の層をメッキすることにより被覆される。被覆粒子を圧密して部品を形成し、そしてこの部品を約３５０℃から約４００℃の温度で約１２０分の時間加熱する。本実施態様において、温度および時間は、コアフェラス材料へのコーティング材料の可溶化を促進するように選択される。本実施態様は、本明細書に記載される方法のより特定の適用を含み得る。特に、本実施態様を使用して、亜鉛またはスズ−亜鉛合金で均一に被覆されている軟材料を従来通りプレス（粉末冶金プレスによる）することにより、硬部品を製造することもできる。プレスされた被覆材料は、次いでコーティングを鉄または鋼内へと拡散させるのに役立つ加熱処理に付す。さらに、本実施態様は、硬表層部（case）が硬化した表面を有する鋼または鉄部品を製造する方法に関し得る。本方法において、特定量のアニールされた軟らかい鉄粒子がクロムまたはモリブデンの冶金学的コーティングによって提供され、その粒子は、例えば、ヘリカルギヤのような部品を形成するために圧密される。部品は、クロムまたはモリブデンに富んだ表面を形成するために、約４００℃ から約６００℃の温度で約１２０分から約５００分の時間加熱される。次いで、部品は、約７００℃から約１４００℃の昇温温度に約１時間から約４時間の時間暴露される。この暴露工程は、好ましくは炭素ガス雰囲気で行われる。部品の硬表層部（外表面）は、油中でクエンチされると硬化する。別の代替例としては、本実施態様において、粒子状材料は（鉄または鋼の代わりに）アルミニウムでもよく、および第２のコーティング材料はニッケルまたはニッケルボランでもよい。このような例において、低温焼結のための温度および時間は、ニッケルアルミニド（nickel aluminide）金属間化合物（Ｂ２（ＮｉＡｌ）またはＬｌ₂（Ｎｉ₃Ａｌ）を全体にわたって生成するために、好ましくは約２００℃から約４５０℃で約６０分間から約３００分間である。この金属間化合物は、幾分もろい合金であるが、優れた温度金属腐食挙動（temperature corros ion behavior）および高温での良好な機械的特性を示すので、例えば、他の点ではもろい材料からなるニアネットシェイプ部品ような多くの用途での使用が見出されている。上記の全ての実施態様において、加熱工程（アニーリング）は、好ましくは還元性雰囲気中または中性の無酸素雰囲気中で行われるべきである。このような雰囲気は、窒素、水素またはアルゴンにより提供することができる。圧密部品を還元性雰囲気中でのアニーリングにより、酸化鉄の生成が防止される。さらに、本発明は、上記プロセスにより製造されるフェラス（鉄または鋼部品）を含む。特に、本発明は、成形された延性金属被覆フェラス粒子の、該コーティングが拡散した、実質的に均一な形状化された集合体から構成される鉄または鋼部品に関する。フェラス材料へのコーティングの拡散は、フェラス粒子内へ金属コーティングを可溶化させるのに、十分な温度で十分な時間、成形された被覆鉄粒子を加熱する結果である。このような部品の例としては、鋼スプロケットおよび鋼ギヤが挙げられる。本発明は、さらに、フェラス粒子の上に配された実質的に均一な延性冶金学的コーティングを有するフェラス粒子を含むフェラス粒子状材料に関する。このコーティングは、約１重量％から約５０重量％であり、好ましくはフェラス部品を製造する本方法に関連して、フェラス粒子のコーティングに関して先に記載した金属から選択される。実施例実施例１粉末を、１０重量％の亜鉛でメッキすることにより、３００グラムの９９.９％の鉄粉末(Hoeganes 1000C)を亜鉛の層で被覆する。被覆粉末を５０トンの液圧プレス(Dake 50H)の１.２３ｃｍのダイに充填し、２０Ｋｓｉからく２５０Ｋｓｉまでの間隔で圧力を徐々に高めながらプレスする。プレスされた部品をダイから取り除き、密度を測定する。プレスされた部品の密度を経時的圧力の関数としてプロットする。結果を図１に報告する。３００グラムの純非被覆鉄粉末（Hoeganes 1000C）を上記のように同じ５０トンの液圧プレスのダイに充填し、直前に概説した被覆鉄粉末用プロセスに従ってプレスする。プレスされた部品の密度を経時的圧力の関数としてプロットする。図１に得られた曲線を示す。実施例２流動床からの粉末を１３.９重量％のコバルトで電気メッキすることにより、３００グラムのＭ２鋼粉末をコバルトの層で被覆する。３つの２０グラムの被覆粉末のサンプル（Ａ、Ｂ、およびＣ）をそれぞれ、５０トンの液圧プレス（Dake 50H）の直径３/８インチ×高さ１／２インチの円筒形ダイに充填し、２００Ｋｓｉから２５０Ｋｓｉでプレスする。この部品をその後ダイから取り除き、約５００℃の温度で１時間加熱処理して鋼中にコバルトを拡散させる。次いで、この円筒形の鋼サンプルを１５００°Ｆの温度に加熱し（予備均熱）、次いで２１５０°Ｆにて５分間加熱する。次いで、サンプルを３気圧の窒素中でクエンチし、そして１０００°Ｆにて二度焼きもどす。各々のサンプルの密度およびロックウェル硬さ（Rockwell C scale）を測定する。結果は以下の表Ｉの通りである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ラッシュモア、デイヴィッドエス. アメリカ合衆国、ニューハンプシャー州 03766、レバノン、ファーロウド 60 (72)発明者デレッシュ、レヴアメリカ合衆国、ニューハンプシャー州 03781、プレインフィールド、ピアスロウド 14

Claims

【特許請求の範囲】１．フェラス材料の粒子から部品を製造する方法であって、特定量の粒子状フェラス材料を用意し、延性の金属もしくは合金の、約０重量％よりも多く約５０重量％までの冶金層を、各該粒子上に電気メッキして、被覆粒子を製造し、該被覆粒子を部品の形状に圧密して、該粒子状フェラス材料を圧密することにより得られる部品よりも大きな圧紛密度を有する部品を製造し、該部品を、金属もしくは合金の該冶金層を該粒子状フェラス材料の中に拡散させるのに十分な温度、十分な時間加熱する工程を含み、該温度は該フェラス材料の焼結温度未満であり、該温度は該フェラス材料の焼結温度未満である、フェラス材料の粒子から部品を製造する方法。２．フェラス材料が鉄および鋼からなる群より選ばれる請求の範囲第１記載の方法。３．延性の金属もしくは合金がコバルト、ニッケル、亜鉛、アンチモンおよびスズ−亜鉛合金からなる群より選ばれる請求の範囲第１記載の方法。４．メッキの重量％が２重量％未満である請求の範囲第１記載の方法。５．圧密工程が粉末プレスのダイの中で行なわれる請求の範囲第１記載の方法。６．コバルトベース材料およびニッケルベース材料の粒子がフェラス材料の粒子の代わりに用いられる請求の範囲第１記載の方法。７．迅速に加工硬化する材料の粉末をプレスすることにより製造される部品の密度を増加させる方法であって、特定量の加工硬化する材料の粉末を用意し、各該粉末上に延性の金属の層を被覆し、最高密度の部品を形成するために該被覆された粉末材料を圧力で圧密し、該部品を、該コーティング材料を該フェラス材料の中に可溶化させるのに十分な温度、および十分な時間加熱する工程を含む、迅速に加工硬化する材料の粉末をプレスすることにより製造される部品の密度を増加する方法。８．部品の特性を設計する方法であって、少なくとも１つの特性の第１の値を有する特定量の粒子状材料を用意し、該少なくとも１つの特性の第２の値を有する第２材料の、約２重量％から約５０重量％までの層を各該粒子の表面上にメッキし、メッキした該粒子状材料を圧密して、部品を形成し、該部品を、約３５０℃から約７５０℃までの温度で、約１０分から約１２０分までの時間加熱して、最終部品を製造する工程を含み、該温度および該時間は最終部品が最終部品における該第１の値および該第２の値の一方または両方を示すように選択される、部品の特性を設計する方法。９．第１材料が鋼および鉄からなる群より選ばれる請求の範囲第８記載の方法。１０．第２材料がコバルト、ニッケル、銅、亜鉛、またはスズ−亜鉛合金からなる群より選ばれる請求の範囲第８記載の方法。１１．第１材料が鋼であり、かつ第２材料がコバルトである請求の範囲第９記載の方法。１２．最終部品が鋼の引張り強さおよびコバルトの機械的特性を示すように加熱工程の温度および時間が選択され、かつ該温度が約３５０℃から約８００℃までであり、該時間が約１０分から約１２０分までである、請求の範囲第１１記載の方法。１３．硬表層部の硬化した表面を有する鋼部品を製造する方法であって、特定量の鉄粒子を用意し、該粒子を圧密して部品を形成し、該部品を約４００℃から約６００℃までの温度で、約１２０分から約５００分までの時間加熱し、該部品を約７００℃から約１４００℃までの昇温温度に、約１時間から約４時間までの時間暴露し、ここで該暴露は炭素ガス雰囲気中で行われ、それにより該部品の硬表層部を硬化し、該硬表層部が硬化した部品を、油中でクエンチする工程を含む、硬表層部の硬化した表面を有する鋼部品を製造する方法。