JP2002173704A

JP2002173704A - 粉末冶金用複合金属粉末、同粉末を焼結して得た焼結体及び同焼結体からなる軸受

Info

Publication number: JP2002173704A
Application number: JP2000366801A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Narisawa; 靖成澤
Original assignee: Nikko Materials Co Ltd
Current assignee: Nippon Mining Holdings Inc
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2002-06-21
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: JP4703843B2

Abstract

(57)【要約】【課題】粉末冶金用複合金属粉末の構造を変え、ラト
ラ値を効果的に減少させて粉末の強度を向上させ、また
圧環強度を著しく高めた粉末冶金用複合金属粉末、同粉
末を焼結して得た焼結体及び同焼結体からなる軸受を得
る。【解決手段】銅以外の金属粉に５ｗｔ％以上７５ｗｔ
％以下の銅又は銅合金被覆層とさらにその上に錫めっき
層を形成した少なくとも三層構造の異種金属層を備えて
いることを特徴とする粉末冶金用複合金属粉末。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼結機械部品、焼
結軸受、特にマイクロモーター用軸受に好適なラトラ値
が低く圧環強度に優れた粉末冶金用複合金属粉末、同粉
末を焼結して得た焼結体及び同焼結体からなる軸受に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、焼結機械部品、焼結軸受等に使
用される自己潤滑性材料は、鉄粉、錫粉、銅粉あるいは
二硫化モリブデン等に銅又は銅合金等を被覆して使用さ
れている。例えば、焼結部品の原料として使用するのに
適した鉄粉表面に銅を被覆した、いわゆる銅被覆鉄粉が
あるが、これは銅系圧粉体の焼結温度に相当する７４５
°Ｃ以下の焼結温度において、目標値として１５〜２０
ｋｇ／ｍｍ^２（１５０〜２００ＭＰａ）程度の圧環強度
を有する焼結部品（例えば軸受メタル）を製造するもの
である。

【０００３】銅被覆鉄粉はマイクロモーター用軸受の原
料粉として優れた成形性（高圧粉体強度）と焼結性（低
温焼結性）を有しているが、最近では、このような銅被
覆鉄粉からなる焼結性を向上させ、また軸受としての強
度を増加させるために、銅被覆鉄粉に錫（Ｓｎ）粉を添
加し焼結することが行われている。これによって、ラト
ラ値が減少し、また圧環強度もある程度上昇するのであ
るが、マイクロモーター用軸受の原料粉として必ずしも
十分であるとは言えなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、粉末冶金用
複合金属粉末の構造を変え、ラトラ値を効果的に減少さ
せて粉末の強度を向上させ、また圧環強度を著しく高め
た粉末冶金用複合金属粉末、同粉末を焼結して得た焼結
体及び同焼結体からなる軸受を得ることを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するために、単に銅被覆鉄粉に錫（Ｓｎ）粉を
混合するのではなく、原料粉末の構造を変え混合する錫
を事前にめっきすることにより、ラトラ値を効果的に減
少させ、また圧環強度を著しく高めることができるとの
知見を得た。本発明はこの知見に基づいて、１銅以外の金属粉に５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下の銅
又は銅合金被覆層とさらにその上に錫めっき層を形成し
た少なくとも三層構造の異種金属層を備えていることを
特徴とする粉末冶金用複合金属粉末２銅以外の金属粉が鉄粉であることを特徴とする上記
１記載の粉末冶金用複合金属粉末３鉄粉が還元鉄粉であることを特徴とする上記２記載
の粉末冶金用複合金属粉末４銅合金被覆層の銅含有量が５０ｗｔ％以上であるこ
とを特徴とする上記１〜３のそれぞれに記載の粉末冶金
用複合金属粉末を提供する。

【０００６】また、本発明は５銅以外の金属粉に５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下の銅
又は銅合金被覆層とさらにその上に錫めっき層を形成し
た少なくとも三層構造の異種金属層を備えた複合金属粉
末を焼結して得たことを特徴とする圧環強さに優れた焼
結体６銅以外の金属粉が鉄粉であることを特徴とする上記
５記載の焼結体７鉄粉が還元鉄粉であることを特徴とする上記６記載
の焼結体８銅合金被覆層の銅含有量が５０ｗｔ％以上であるこ
とを特徴とする上記５〜７のそれぞれに記載の焼結体を
提供する。

【０００７】さらにまた、本発明は９銅以外の金属粉に５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下の銅
又は銅合金被覆層とさらにその上に錫めっき層を形成し
た少なくとも三層構造の異種金属層を備えた複合金属粉
末を焼結して得た焼結体からなることを特徴とする軸受１０銅以外の金属粉が鉄粉であることを特徴とする９
記載の軸受１１鉄粉が還元鉄粉であることを特徴とする上記１０
記載の軸受１２銅合金被覆層の銅含有量が５０ｗｔ％以上である
ことを特徴とする上記８〜１１のそれぞれに記載の軸受
を提供するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の粉末冶金用複合金属粉末
の原料粉末として、銅以外の金属粉を使用する。この原
料粉末としては、鉄粉を用いる。本発明においては、鉄
粉は価格が低く、強さ、耐摩耗性の点で優れた性質の焼
結体が得られる。さらに鉄粉の中でも代表的な噴霧鉄粉
（アトマイズ鉄粉）は、溶融工程を経るため、カルシウ
ム含有量は還元鉄粉より低いものの、粉末内部が還元鉄
粉のようなスポンジ状となっていないため、鉄が焼結し
ない１０００°Ｃ以下の焼結では高い焼結強度を得にく
い。したがって、以上のような理由から、鉄粉、特に還
元鉄を使用するのが望ましい。また、この銅以外の金属
粉である原料粉に含有されるカルシウム含有量が０．０
６ｗｔ％以下であることが望ましい。好ましくは０．０
４ｗｔ％以下とする。原料粉に含有されるカルシウム含
有量が０．０６ｗｔ％を超えると、この原料を使用して
製造した粉末冶金用複合金属粉末中のカルシウム含有量
が増加し０．０２％を超え、圧環強度が低下するので、
上記の範囲とするのが良い。

【０００９】上記鉄粉等の金属粉にさらに５ｗｔ％以上
７５ｗｔ％以下の銅又は銅合金被覆層を形成して粉末冶
金用複合金属粉末とする。銅又は銅合金被覆層が５ｗｔ
％未満では、金属粉上への銅の被覆が薄かったり、不均
一であったりして特性が得られなかったり、ばらつきが
大きくなる。また７５ｗｔ％を超えると、製造コストが
高く経済的でない。したがって、上記の範囲とする。こ
の複合金属粉末中のカルシウム含有量は、０．０２ｗｔ
％以下とするのが良い。複合金属粉末中のカルシウム含
有量が０．０２ｗｔ％を超えると、圧環強度が低下する
ので、上記の範囲とする。

【００１０】特に、水道水などからカルシウムが混入す
る可能性が高いので、製造の各工程で外部よりカルシウ
ムが混入しないようにすることが必要である。銅合金被
覆層の銅含有量は５０ｗｔ％以上とする。一般に、焼結
体に使用される金属は、鉄と銅が主体であり、これ以外
の金属は添加材として使用されるのみで、その量は１０
％以下である。したがって、通常銅以外の金属含有量を
５０％以上とすることはなく、そのようなことは実用的
でない。したがって、上記の範囲とする。

【００１１】鉄粉等の上に銅又は銅合金被覆層を形成し
たさらにその上に錫めっき層を形成し、少なくとも三層
構造からなる異種金属層の複合粉とする。従来の技術で
は、鉄粉等の上に銅又は銅合金被覆層を形成した複合粉
に錫粉を混ぜて焼結するだけで、所定の圧環強度が得ら
れると考えられており、錫めっき層を形成するという発
想は全く存在せず、またこれによって、圧環強度をさら
に向上させ、かつラトラ値を減少させることができ、良
好な焼結特性が得られるという知見は全くなかった。し
かし、本発明は後述する実施例に示すように、錫めっき
を施すことにより圧環強度を著しく向上させることがで
き、かつラトラ値を大きく減少できるという優れた効果
がえられた。

【００１２】錫めっき層は０．５〜１５ｗｔ％とする。
好ましくは５〜１０ｗｔ％である。これによって、ラト
ラ値を効果的に減少させて粉末の強度を向上させ、また
圧環強度を著しく高めた粉末冶金用複合金属粉末が得ら
れる。０．５ｗｔ％未満では錫層を形成することによる
上記特性を得ることは困難であり、また１０ｗｔ％を超
えると効果が飽和すると共に、製造コストが過度に増大
するので得策でない。したがって、上記の範囲とする。
錫めっきは、公知の錫めっき方法を使用することができ
る。すなわち、被めっき体である銅又は銅合金被覆層を
形成した複合金属粉末と錫及び錫イオンを含む水溶液と
を加熱処理して形成することができる。この場合、前記
錫イオンを含む水溶液にチオ尿素及び又はチオ尿素誘導
体を添加すると、めっきの速度を向上させることができ
る。

【００１３】具体的には、例えば塩酸でｐＨ０．３に調
整した濃度３０ｇ／ｌの塩化錫水溶液２００ｃｃに、チ
オ尿素１ｇ／ｌを添加し、これに銅粉（１００μｍ以
下）１００ｇと錫粉（０．５ｍｍ以上）５０ｇを入れ攪
拌下で約７０°Ｃに加熱し、１時間程度めっきを行う。
これによって得た反応生成物を濾別しｐＨ３になるまで
純水で洗浄後、乾燥する。この後乾燥した粉末を８０メ
ッシュの篩により、被めっき粉とめっき粉とを分離す
る。このようにして、例えば鉄粉に銅又は銅合金被覆層
を形成した複合金属粉末にさらに錫をめっきした銀白色
を呈する錫めっき複合粉末を得る。

【００１４】

【実施例及び比較例】次に、本発明の実施例について説
明する。なお、本実施例はあくまで１例であり、この例
に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思
想の範囲内で、実施例以外の態様あるいは変形を全て包
含するものである。カルシウム濃度が０．０５ｗｔ％以
下である還元鉄粉に、置換法により銅をめっきし、さら
にその上に錫めっきし、銅２０．１ｗｔ％、錫３．８ｗ
ｔ％、残部鉄（試料Ｎｏ．１）及び銅１９．３ｗｔ％、
錫６．５ｗｔ％、残部鉄のそれぞれ三層構造の複合めっ
き鉄粉を得た（試料Ｎｏ．２）。錫めっきは上記に示す
条件で実施した。この複合粉の見掛け密度、流動度、化
学分析値の粉末特性値を測定した。その結果を表１に示
す。また、対比のために比較例（試料Ｎｏ．３）とし
て、錫粉６．５ｗｔ％と銅被覆複合鉄粉を混合した混合
粉の見掛密度、流動度、化学分析値の粉末特性値を測定
し、その結果を表１に併記した。

【００１５】次に、この錫めっき銅被覆複合鉄粉に対し
て潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）を０．５ｗｔ％混合して
得た混合粉を用い、１１．３φ×１０ｍｍＨの試験片に
成形し、成形圧力、圧粉密度及びラトラ値からなる成形
特性を測定した。その結果を表２に示す。また、この場
合の圧粉密度とラトラ値の関係を図１に示す。また、対
比のために比較例として、錫粉６．５ｗｔ％と銅被覆複
合鉄粉を混合した混合粉を成形し、成形圧力、圧粉密度
及びラトラ値からなる成形特性を測定し、その結果を表
２に併記した。また、この場合の圧粉密度とラトラ値の
関係を図１にも併記した。図１で△は比較例、○は実施
例の試料Ｎｏ．１、◇は実施例の試料Ｎｏ．２をそれぞ
れ示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】次に、上記錫めっき銅被覆複合鉄粉に対し
て潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）を０．５ｗｔ％混合して
得た混合粉を用い、１０φ×１８φ×７ｍｍＨの試験片
に成形したものを、メッシュベルト炉にて焼結温度７８
０°Ｃ、焼結時間３０分、水素雰囲気中で焼結した。こ
れによる焼結体を焼結含油軸受の圧環強さ試験方法（Ｊ
ＩＳＺ２５０７）に基づき圧粉密度と圧環強さ等を測
定した。この結果を表３に示す。また、圧粉密度と圧環
強さとの関係を図２に示す。また、また、対比のために
比較例として、錫粉６．５ｗｔ％と銅被覆複合鉄粉を混
合した混合粉の焼結体を、上記と同様に基づき圧粉密度
と圧環強さ等を測定し、その結果を表３に併記した。ま
た、圧粉密度と圧環強さとの関係も図２に併記した。図
２において、△は比較例、○は実施例の試料Ｎｏ．１、
◇は実施例の試料Ｎｏ．２をそれぞれ示す。

【００１９】

【表３】

【００２０】上記本発明の実施例である、３．８ｗｔ％
の錫めっきを施した銅被覆複合鉄粉（試料Ｎｏ．１）及
び６．５ｗｔ％の錫めっきを施した銅被覆複合鉄粉（試
料Ｎｏ．２）は、表２に示すように、比較例の錫粉と銅
被覆複合鉄粉を混合した混合粉に比べ、いずれもラトラ
値が低く優れた粉末であることが分かる。また、図１に
示すように、このラトラ値は圧粉密度が高い場合には、
比較例の混合粉が本実施例に近似してくるが、低圧粉密
度ではその差が著しいことが分かる。

【００２１】表３及び図２は焼結体の焼結特性を示す
が、実施例及び比較例のいずれの焼結体も成形圧力が高
くなるに従い、当然のことながら圧粉密度、焼結密度及
び圧環強さは高くなる傾向にあるが、錫めっきを施した
本発明の実施例は、比較例に比べはるかに高い圧環強さ
を有しているのが分かる。また、３．８ｗｔ％の錫めっ
きを施した銅被覆複合鉄粉（試料Ｎｏ．１）に比べ６．
５ｗｔ％の錫めっきを施した銅被覆複合鉄粉（試料Ｎ
ｏ．２）は、より大きな圧環強さを有している。したが
って、焼結強度を上げるためには、錫層の増加が有効で
あることが分かる。しかし、図表には示していないが、
１０ｗｔ％を超えると効果が飽和すると共に、製造コス
トが過度に増大するので得策でない。また、０．５ｗｔ
％未満では錫層を形成することによる上記の特性を得る
ことは困難であることが分かった。上記においては、錫
めっきを施した銅被覆複合鉄粉の特性を述べたが、銅合
金の被覆複合粉、さらには生地が鉄粉以外でも同様な傾
向があることが確認できた。また、銅以外の金属粉に５
ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下の銅又は銅合金被覆層とさら
にその上に錫めっき層を形成するという三層構造が変わ
らない限り、さらに他の層を形成しても同様の特性を示
すのは容易に理解できるところであり、そのような層の
形成は本発明に当然包含されるものである。

【００２２】

【発明の効果】以上に示す通り、銅以外の金属粉に５ｗ
ｔ％以上７５ｗｔ％以下の銅又は銅合金被覆層とさらに
その上に錫めっき層を形成した少なくとも三層構造の異
種金属層を備えることにより、粉末のラトラ値を減少さ
せ、焼結体強度の向上に有効であり、安定した焼結部品
を製造することができる著しい効果を有し、焼結機械部
品、焼結軸受等の品質向上に優れた粉末冶金用複合金属
粉末、同粉末を焼結して得た焼結体及び同焼結体からな
る軸受を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例及び比較例の圧粉密度とラトラ値の関係
を示す図である。

【図２】実施例及び比較例の焼結体の圧粉密度と圧環強
さとの関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅以外の金属粉に５ｗｔ％以上７５ｗｔ
％以下の銅又は銅合金被覆層とさらにその上に錫めっき
層を形成した少なくとも三層構造の異種金属層を備えて
いることを特徴とする粉末冶金用複合金属粉末。
【請求項２】銅以外の金属粉が鉄粉であることを特徴
とする請求項１記載の粉末冶金用複合金属粉末。
【請求項３】鉄粉が還元鉄粉であることを特徴とする
請求項２記載の粉末冶金用複合金属粉末。
【請求項４】銅合金被覆層の銅含有量が５０ｗｔ％以
上であることを特徴とする請求項１〜３のそれぞれに記
載の粉末冶金用複合金属粉末。
【請求項５】銅以外の金属粉に５ｗｔ％以上７５ｗｔ
％以下の銅又は銅合金被覆層とさらにその上に錫めっき
層を形成した少なくとも三層構造の異種金属層を備えた
複合金属粉末を焼結して得たことを特徴とする圧環強さ
に優れた焼結体。
【請求項６】銅以外の金属粉が鉄粉であることを特徴
とする請求項５記載の焼結体。
【請求項７】鉄粉が還元鉄粉であることを特徴とする
請求項６記載の焼結体。
【請求項８】銅合金被覆層の銅含有量が５０ｗｔ％以
上であることを特徴とする請求項５〜７のそれぞれに記
載の焼結体。
【請求項９】銅以外の金属粉に５ｗｔ％以上７５ｗｔ
％以下の銅又は銅合金被覆層とさらにその上に錫めっき
層を形成した少なくとも三層構造の異種金属層を備えた
複合金属粉末を焼結して得た焼結体からなることを特徴
とする軸受。
【請求項１０】銅以外の金属粉が鉄粉であることを特
徴とする請求項９記載の軸受。
【請求項１１】鉄粉が還元鉄粉であることを特徴とす
る請求項１０記載の軸受。
【請求項１２】銅合金被覆層の銅含有量が５０ｗｔ％
以上であることを特徴とする請求項８〜１１のそれぞれ
に記載の軸受。