JP2002146409A

JP2002146409A - 焼結体の製造方法

Info

Publication number: JP2002146409A
Application number: JP2000337425A
Authority: JP
Inventors: Tadataka Kaneko; 忠孝金子
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2002-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】金属射出成形を含む工程により金属製基体の
表面が異種材料で改質された焼結体を製造する方法であ
って、様々な形状の焼結体に適用可能であり、かつ効率
のよい製造方法を提供する。【解決手段】本発明の焼結体の製造方法は、金属射出
成形により得られた成形基体の表面に、バインダと粒度
５０μｍ以下の異種粉末とを体積比１：０．５〜１：２
の割合で含有する混合物を塗布するかあるいはこの混合
物に成形基体を浸漬して異種粉末層を形成し、この異種
粉末層付成形体に脱脂処理および焼結処理を行って表面
改質された焼結体を得ることを特徴とする。異種粉末と
しては、成形基体を構成する金属粉末（例えばステンレ
ス粉末）とは組成の異なる金属粉末（例えばモリブデン
粉末）を用いることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属射出成形を含
む工程により、金属製基体の表面が異種材料で改質され
た焼結体を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属粉末とバインダとを混練したコンパ
ウンドを射出法にて成形する金属射出成形法（Metal In
jection Molding）が知られている。この方法により作
製された成形体は、脱脂処理および焼結処理工程を経て
金属焼結体となる。一方、粉末成形法として射出成形法
ではなく圧縮成形法を用いて金属焼結体を製造する場合
には、所定の金属粉末から構成される基体の表面に異種
粉末からなる層（異種粉末層）を有する圧縮成形体を作
製し、これを焼成することにより、金属製基体の表面が
異種材料で改質された焼結体を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
表面改質された焼結体を、金属射出成形を含む工程によ
り作製しようとすると、例えばこの金属射出成形時に二
種類の材料を型内に同時に射出しても均一な異種粉末層
を備えた成形体を得ることはできず、型内において二種
類の材料が混ざり合った混合部が発生してしまう。この
混合部における材料混合の程度を制御することは困難で
あり、また成形体の脱脂・焼成時における混合部の挙動
は予期し難いため、安定した品質の焼結体を得ることが
できない。また、金属射出成形法により得られた成形基
体を脱脂・焼成して基体（焼結体）を作製し、この基体
の表面に溶射、メッキ等の方法により異種材料の層を設
ける方法も考えられるが、溶射法は粉末の歩留りが悪く
高コストであり、メッキ法は異種材料層の成長が遅いた
め生産性が低い。

【０００４】金属射出成形を含む工程により表面改質さ
れた焼結体を製造する方法として、特開平５−５１６０
９号公報には、基本形状部品と表面改質部品とをそれぞ
れ射出成形し、これらの部品を組み合わせた後に脱脂処
理および焼結処理を行う粉末焼結体の製造方法が開示さ
れている。しかし、この方法では表面改質部品を独立し
て射出成形するので、表面改質部品はその形状を維持す
るためにある程度の厚さを必要とし、したがってこの方
法により比較的薄い（例えば数μｍ〜１００μｍ厚程度
の）異種材料層を形成することは困難である。また、二
つの部品をそれぞれ成形した後にこの成形体同士を組み
合わせるので、適用可能な焼結体の形状が限定される。
さらに、射出成形により二種類の成形体を作製するため
製造工程が複雑である。

【０００５】なお、特開平８−２２５８０３号公報に
は、金属射出成形により得られた第一の成形体の表面
に、塗料にセラミック粉末を分散した分離剤を塗布・乾
燥硬化させて塗膜を形成し、次いでこの塗膜の上から第
二の成形体を一体に成形した後、両成形体を脱脂・焼結
する焼結体の製造方法が開示されている。しかし、この
塗膜は焼結時に第一の成形体と第二の成形体との溶着を
防止するためのものであって、得られた焼結体は塗膜成
分（塗料およびセラミック粉末）を含まない。すなわち
この従来技術は、表面改質された焼結体を得ることを目
的とする本発明の焼結体の製造方法とは本質的に異な
る。

【０００６】本発明の目的は、金属射出成形を含む工程
により金属製基体の表面が異種材料で改質された焼結体
を製造する方法であって、様々な形状の焼結体に適用可
能であり、かつ効率のよい製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の焼結体の製造方法は、金属射出成形
により得られた成形基体の表面に、バインダと粒度５０
μｍ以下の異種粉末とを体積比１：０．５〜１：２の割
合で含有する混合物を塗布するかあるいは該混合物に上
記成形基体を浸漬して異種粉末層を形成し、この異種粉
末層付成形体に脱脂処理および焼結処理を行うことを特
徴とする。

【０００８】また、請求項２記載の焼結体の製造方法
は、請求項１記載の方法において、上記異種粉末は、上
記成形基体を構成する金属粉末とは組成の異なる金属粉
末（以下、「異種金属粉末」ともいう。）であることを
特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の製造方法における「成形
基体」としては、金属粉末（以下、「基体金属粉末」と
もいう。）、バインダおよび必要に応じて使用される添
加剤等を原料とし、従来公知の金属射出成形法により作
製されたものを用いることができる。基体金属粉末の粒
度は５０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下
であることがより好ましく、１０μｍ以下であることが
さらに好ましい。基体金属粉末の粒度が大きすぎると、
後述する混合物の成形基体内部への浸透性が高すぎて、
成形基体の表面に異種粉末層を形成し難くなる場合があ
る。なお、本明細書中において「粒度」とは最大粒子径
を指す。

【００１０】上記成形基体に塗布されるか、あるいはこ
の成形基体が浸漬される「混合物」は、少なくともバイ
ンダと異種粉末とを含有する。この「異種粉末」とは、
上記基体金属粉末とは材料の種類またはその組成比が異
なる粉末をいい、例えばセラミック粉末、基体金属粉末
とは種類または組成の異なる金属粉末（以下、「異種金
属粉末」ともいう。）等から選択される一種または二種
以上を使用することができる。なお、使用する異種粉末
の全体としての組成比が異なれば、成形基体を構成する
金属粉末の一種または二種以上が異種粉末と共通してい
てもよい。

【００１１】本発明の製造方法においては、請求項２記
載のように、異種粉末として「異種金属粉末」を用いる
ことが特に好ましい。この異種金属粉末は、一種の金属
のみからなるものでもよく、二種以上の金属からなる合
金でもよい。上記異種粉末の粒度は５０μｍ以下であ
り、粒度１０μｍ以下であることが好ましい。粒度が５
０μｍを超える異種粉末を用いた場合には、この異種粉
末の焼結性が不足し、異種粉末層の脱脂・焼結により得
られる層（異種材料層）がほとんど形成されないか、あ
るいは異種材料層の形成が不均一となりやすい。異種粉
末の粒度の下限は特に限定されないが、粒度０．１μｍ
未満の粒子は入手が困難であったり高価であったりする
ことから、通常は粒度０．１μｍ以上の異種粉末が好ま
しく用いられる。

【００１２】上記混合物に含有される「バインダ」とし
ては、従来公知の金属射出成形に用いられる一般的なバ
インダ等、例えばパラフィン、ワックス、各種熱可塑性
樹脂等から選択される一種または二種以上を用いること
ができる。このうちパラフィンを用いることが特に好ま
しい。この混合物には、上記異種粉末およびバインダに
加えて、例えば流動性調整、成形基体との密着性向上等
の目的から、公知の添加剤等および／または溶剤を含有
させることができる。溶剤を含有させる場合には、この
混合物に用いるバインダを溶解し、かつ上記成形基体に
用いられるバインダを侵さないものを選択することが好
ましい。また、混合物全体を１００重量％として、異種
粉末とバインダとの合計量は８０〜１００重量％である
ことが好ましく、より好ましくは９５〜１００重量％、
さらに好ましくは９８〜１００重量％である。

【００１３】この混合物中におけるバインダと異種粉末
との体積比は１：０．５〜１：２であり、より好ましく
は１：０．７５〜１：１．５である。バインダ１体積に
対する異種粉末の体積が０．５未満では、この混合物か
ら形成された異種粉末層が脱脂・焼結処理の際に途切れ
やすく、得られる異種材料層にクラックが入ったり、さ
らには基体から異種材料層が脱落したりする恐れがあ
る。一方、バインダ１体積に対する異種粉末の体積が２
を超えると混合物の流動性が不足し、成形基体の表面に
均一な異種粉末層を形成することが困難となる。なお、
この流動性改善のため混合物に溶剤を含有させる場合に
は、混合物全体を１００重量％として０．１〜２０重量
％（より好ましくは０．２〜１０重量％）の範囲とする
ことが好ましい。溶剤の含有量が２０重量％を超える
と、バインダの体積比が高すぎる場合と同様の不具合が
生じる場合がある。

【００１４】上記成形基体の表面に上記混合物を塗布す
るか、あるいは上記成形基体を上記混合物に浸漬するこ
とにより、成形基体表面のうち改質されるべき部分に異
種粉末層を形成して異種粉末層付成形体を作製する。こ
の異種粉末層の形成工程は、通常は上記混合物中のバイ
ンダを加熱溶融させた状態で行われる。成形基体に混合
物を塗布する手段は特に限定されず、例えば刷毛塗り、
スプレー塗布等の手段を用いることができる。また、上
記成形基体の上記混合物への浸漬はドブ漬等の方法によ
り行うことができる。なお、この混合物の塗布または浸
漬は二回以上繰り返して行ってもよい。また、互いに組
成の異なる二種以上の混合物を用いて、成形基体表面の
一部および他部に二種以上の異種材料層を形成してもよ
い。さらに、この二種以上の異種材料層を積層して設け
てもよい。

【００１５】この異種粉末層付成形体に対して、通常の
金属射出成形による成形体と同様の脱脂処理および焼結
処理を行うことにより、異種粉末層および成形基体の双
方を同時に脱脂・焼結して、表面改質された焼結体が得
られる。ここで、異種粉末が異種金属粉末である場合に
は、この異種金属粉末と基体金属粉末とが焼結され得る
条件で焼結処理を行うことが好ましい。これにより、金
属製基体への密着性に優れた異種材料層が形成される。
本発明の製造方法は、金属製基体の表面に厚さ１〜６０
μｍ（より好ましくは２〜４０μｍ）の異種材料層を備
えた焼結体の製造方法として好適である。異種材料層の
厚さが上記範囲にある場合には、本発明の製造方法を適
用することによる利点が特によく発揮される。

【００１６】請求項１記載の製造方法によると、混合物
の塗布または混合物への浸漬により異種粉末層を形成す
るので、成形基体とは別体の表面改質部品を射出成形し
て組み合わせる従来技術に比べて異種粉末層の作製が容
易であり、異種粉末層の厚さを小さくすることもでき
る。また、成形体同士を組み合わせる場合に比べて適用
可能な形状の自由度が高い。この異種粉末層は成形基体
と同時に脱脂・焼成されるので、成形基体の焼結後にメ
ッキや溶射等により異種材料層を形成する場合に比べて
製造効率がよい。請求項２記載のように異種粉末として
異種金属粉末を用いる場合には、脱脂・焼成時に異種金
属粉末と基体金属粉末とを焼結させることができるの
で、金属製基体との密着性のよい異種材料層が得られ
る。

【００１７】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。（１）成形基体の作製市販の混練済み金属射出成形用ＳＵ３１６粉末ペレット
（以下、「ペレット」と略記する。）を原料とし、樹脂
用射出成形機を用いて、シリンダ温度：１７０℃、金型
温度：４０℃、射出速度：４７０Ｍ／秒の条件で、外径
１５ｍｍ、長さ６０ｍｍの円柱状の成形基体を作製し
た。

【００１８】（２）混合物の調整および塗布実験例１〜３の混合物における異種粉末としては、次の
Ｍｏ粉末を用いた。すなわち、１００メッシュ以下仕様
のＭｏ粉末を用意し、これを１００メッシュ、２００メ
ッシュおよび３５０メッシュのＪＩＳ標準篩により順次
分級し、表１に示す粒子径のＭｏ粉末を得た。また、実
験例４〜８の混合物には、粒子径１０μｍ以下仕様のＭ
ｏ微粉を用いた。バインダとしては、市販のパラフィン
（ナカライテスク株式会社製、商品名「パラフィン」）
を用いた。このパラフィンを１００℃の湯煎にかけて溶
融させ、その中に上記で分級されたＭｏ粉末またはＭｏ
微粉をそれぞれ表１に示す体積比となるように投入し、
温度を１００℃に保ちつつ攪拌して混合物を調整した。
得られた混合物を１００℃に保持し、ここに刷毛を浸漬
してほぼ同温度とした後、成形基体の表面全体に混合物
を塗布して異種粉末層を形成し、異種粉末層付成形体を
得た。

【００１９】（３）脱脂および焼成得られた異種粉末層付成形体を５０時間かけて６７０Ｋ
まで昇温することにより脱脂処理を行い、次いで１０時
間かけて１５２０Ｋまで昇温し同温度に３時間維持する
焼結処理を行って焼結体を得た。

【００２０】（４）表面層の形成状態得られた焼結体の切断面を観察することにより、異種材
料層（表面層）の形成状態を評価した。その結果を表１
に併せて示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１に示すように、本発明の製造方法によ
り得られた実験例３〜６の焼結体には、いずれも基体の
表面全体にわたって連続した異種材料層が均一に形成さ
れていた。これに対して、異種粉末として粒度５０μｍ
以上のＭｏ粉末を用いた実験例１、２では、異種粉末層
の焼結性が不足したため脱脂・焼成時に一部または大部
分が基体から脱落してしまい、基体の表面全体に表面層
を形成することはできなかった。また、バインダに対す
る異種粉末の含有割合が少なすぎる実験例５では脱脂・
焼成時に異種粉末層が途切れてしまい、基体の表面全体
に表面層を形成することはできなかった。一方、異種粉
末の含有割合が多すぎる実験例８では混合物の流動性が
低く、塗布による異種粉末層の形成が困難であった。

【００２３】なお、図１は焼結体（実験例４）の切断面
を示す光学顕微鏡写真（倍率：１００倍）である。下方
に見える白っぽい部分は基体であり、その表面に厚さ１
００μｍ程度の表面層が連続して形成されていることが
判る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例４により得られた焼結体の切断面を示
す、倍率１００倍の光学顕微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属射出成形により得られた成形基体の
表面に、バインダと粒度５０μｍ以下の異種粉末とを体
積比１：０．５〜１：２の割合で含有する混合物を塗布
するかあるいは該混合物に上記成形基体を浸漬して異種
粉末層を形成し、この異種粉末層付成形体に脱脂処理お
よび焼結処理を行うことを特徴とする焼結体の製造方
法。
【請求項２】上記異種粉末は、上記成形基体を構成す
る金属粉末とは組成の異なる金属粉末である請求項１記
載の焼結体の製造方法。