JP2002348601A

JP2002348601A - 粉末冶金法及び焼結金属体

Info

Publication number: JP2002348601A
Application number: JP2001151233A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kurihara; 英晃栗原; Akira Umeda; 彰梅田; Junichi Asami; 淳一浅見
Original assignee: Tsurumi Soda Co Ltd
Current assignee: Tsurumi Soda Co Ltd
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2002-12-04
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: JP3849118B2

Abstract

(57)【要約】【課題】粉末成形において、焼結前の圧粉体の強度を
低下させることなく、問題の無い機械加工を可能にする
粉末冶金法ならびに焼結金属体を提供する。【解決手段】メッキされた銅を２０〜８０質量％含有
する銅メッキ金属粉末、又は炭素粉末などの潤滑剤粉末
の添加された鉄粉からなる金属紛末を加圧しながら圧縮
し、得た成形体を機械加工したのち焼結して焼結金属体
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、改良された粉末
冶金法と、この冶金法で得られた焼結金属体に関するも
ので、粉末冶金技術に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】粉末冶金法は、金属粉末を加圧成形し、
さらに金属の融点以下の高温で加熱焼結して各種金属製
品を得る加工法であって、高融点で、高純度の金属製品
が得られる、数種の金属あるいは金属と非金属の複合体
が得られる、造形が容易で、かつ大量生産にも対応可能
である、切削などの加工を大幅に省略でき、材料の節約
が図れる、さらには多孔質の金属材料が得られるという
数々の特徴を有しているので、種々の用途において幅広
く利用されている。

【０００３】すなわち、粉末冶金法で得られた焼結金属
体は、以上のような特徴を有するため、超硬工具、ビッ
ト、多孔質の含油軸受（オイルレスベアリング）、フィ
ルタ、サーメット、クラッチなどの自動車部品、機械部
品あるいは電気接点や摩擦材として広く採用され活用さ
れている。

【０００４】かかる粉末冶金法の一般的な工程は、原料粉末、粉末潤滑剤などを混合する工程粉末を加圧圧縮して成形体（圧粉体）を得る工程得た成形体を主成分の融点以下の温度で加熱（焼結）し
て、所望の性質を有する固体（焼結体）を得る工程機械加工、熱処理、含油、表面処理などの後処理工程から成り立っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記した工程中、後処
理工程において、切削などの機械的な二次加工が不要で
あるというのが、本来、粉末冶金法が有する一つの特徴
として挙げられるのであるが、最近の製品の形状複雑化
に伴い、工業的に、焼結後の後加工、後処理として、焼
結体に機械加工を施す機会が増えてきているが、焼結体
は、切削加工などの機械加工性の良いものではなく、そ
の改良が強く望まれている。

【０００６】上記の工程全体を考慮すると、焼結体の機
械加工に代えて、得られた成形体（圧粉体）を機械加工
することも考えられるが、一般的に成形体（圧粉体）の
機械的強度は弱く、機械加工に耐えることができないの
が現状である。

【０００７】かかる現状に鑑み、発明者らは、成形体
（圧粉体）の機械的強度を上げ、機械加工を可能にする
成形体（圧粉体）を得るため原料粉末について鋭意検討
を行い、原料粉末として、銅メッキ金属粉末又は潤滑剤
粉末、特に銅メッキ鉄粉又は炭素粉末の添加された鉄粉
を用いることによって、機械的強度の高い成形体（圧粉
体）が得られ、機械加工も充分に行えることを見出し、
この発明を完成した。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に記
載の発明は、銅メッキ金属粉末又は潤滑剤粉末の添加さ
れた金属紛末を加圧圧縮し、得た成形体を機械加工した
のち焼結することを特徴とする粉末冶金法である。

【０００９】また、この発明の請求項２に記載の発明
は、銅メッキ鉄粉又は潤滑剤粉末の添加された鉄粉を加
圧圧縮し、得た成形体を機械加工したのち焼結すること
を特徴とする粉末冶金法である。

【００１０】また、この発明の請求項３に記載の発明
は、メッキされた銅を２０〜８０質量％含有する銅メッ
キ金属粉末を加圧圧縮し、得た成形体を機械加工したの
ち焼結することを特徴とする粉末冶金法である。

【００１１】さらに、この発明の請求項４に記載の発明
は、炭素粉末の添加された金属粉末を加圧圧縮し、得た
成形体を機械加工したのち焼結することを特徴とする粉
末冶金法である。

【００１２】さらにまた、この発明の請求項５に記載の
発明は、機械加工した銅メッキ金属粉末又は潤滑剤粉末
含有金属紛末を加圧圧縮し、得た成形体を焼結したもの
であることを特徴とする焼結金属体である。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明の粉末冶金法及び該冶金
法で得られる焼結金属体は、それ自体公知である銅メッ
キ金属粉末又は潤滑剤粉末含有金属紛末を用い、焼結前
の加圧圧縮された成形体（圧粉体）を機械加工する以外
は、従来と同様な方法で行う粉末冶金法で、また、それ
により得られる焼結金属体である。

【００１４】銅メッキ金属粉末は、焼結金属体の原料粉
末として知られているが、この発明においても、それら
銅メッキ金属粉末が用いられるもので、金属としては、
鉄を含む各種の金属が例示されるが、この発明の目的と
する効果が顕著に認められるのは銅メッキ鉄粉である。

【００１５】メッキ量は、粉末全体の２０〜８０質量％
の銅で被覆されているものが好ましく、より好ましくは
４０〜６０質量％の銅で被覆されているものである。

【００１６】銅メッキ金属粉末、特に銅メッキ鉄粉は、
それ単独で成形主原料として用いられるが、常用されて
いる様に、メッキされていない金属粉末、鉄粉、亜鉛粉
末、錫粉末などを、用途に応じて少量併用することもで
きる。

【００１７】また、潤滑剤粉末を含有した金属粉末も焼
結金属体の原料粉末として知られているが、この発明に
おいても、それら潤滑剤粉末を含有した金属粉末を用い
ることができ、潤滑剤粉末としては、ステアリン酸亜鉛
末、黒鉛などの炭素粉末、二硫化モリブデン、鉛、さら
には、比重差を小さくして分散性を向上させた銅メッキ
黒鉛、銅メッキ二硫化モリブデンなどが挙げられ、この
発明にとり好ましいものは炭素粉末、特に黒鉛や銅メッ
キ黒鉛、銅メッキ二硫化モリブデンなどが挙げられ、潤
滑剤粉末の添加量としては通常０．１〜５質量％で、好
ましくは０．３〜３質量％である。

【００１８】金属としては、上記と同様に、鉄などの各
種の公知の金属を挙げることができるが、この発明の目
的とする効果が顕著に認められるのは、鉄粉である。

【００１９】成形圧力や焼結温度は、原料金属粉末の金
属の種類や銅メッキ量、あるいは潤滑剤の種類や添加量
などにより異なるので、条件探索のための試験を行い、
それぞれに最適なものを選択すればよいが、銅メッキ鉄
粉の場合、加圧圧縮された成形体（圧粉体）を成形する
際の圧力は１〜３ｔ／ｃｍ²で、焼結時の温度は、温度
７００〜１１００℃程度である。

【００２０】また、原料の銅メッキ金属粉末にも、必要
に応じて、公知のステアリン酸亜鉛末、黒鉛、二硫化モ
リブデン、鉛、さらには上記した特性の優れた黒鉛や銅
メッキ黒鉛、銅メッキ二硫化モリブデンなどの潤滑剤成
分を配合することができ、潤滑剤の添加量は、通常の
０．１〜５質量％の範囲で調整することができる。

【００２１】

【作用】この発明において、銅メッキ金属粉末からなる
原料粉末は、粉末成形性が良好で、圧粉体強度が向上
し、複雑な旋削にも対応が可能なもので、焼結による表
面の変化も無く、焼結前の圧粉体でも機械加工を施すこ
とが可能である。

【００２２】また、潤滑剤粉末を添加した金属粉末から
なる圧粉体は、潤滑剤粉末の添加によって十分利用に耐
える圧粉体強度を有し、旋削結果も良好で、焼結による
表面の変化も無く、焼結前の圧粉体でも機械加工を施す
ことが可能である。

【００２３】これに対し、鉄粉のみのもの又は銅紛を添
加した鉄粉からなる圧粉体は、成形圧力を上げることに
よって旋削性の向上は認められるものの、旋削表面に不
良な個所が散在することがあり、当該部位が引っかき傷
のようになって問題となるものであったが、これは、工
具の刃先に被削材の一部が堆積して加工硬化（地金の数
倍の硬さになる）を起こし、それが事実上の切れ刃（構
成刃先）を構成し、丸く鈍い刃先は、旋削というよりむ
しろ被削材を押し分けて進むとともに、構成刃先が成長
と脱落を繰返し、形状と大きさが変動し、一部を旋削面
においていかれるために、被削材の表面の送り方向とそ
れと直角方向ともに荒さが桁違いに大きくなる個所が発
生するためと思われ、機械加工には向かないものであっ
た。

【００２４】

【実施例】以下、具体的な実施例に基づいて、この発明
を説明する。

【００２５】＜実施例１＞原料金属紛として、１）４０％銅メッキ鉄粉２）４０％銅粉末配合鉄粉３）３％銅粉末配合鉄粉４）鉄粉の４種の金属粉末を用い、ステアリン酸亜鉛のアセトン
分散液の塗布された、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍの軸受
型の金型を用い、１〜７ｔの圧力を加え圧粉成形し、得
られた試料（圧粉体）について、その密度、ラトラ値、
圧環強さを測定した。

【００２６】得られた試料（圧粉体）を旋削用治具に固
定し、回転速度５００、１０５０、１５００ｒｐｍの３
段階、送り速度０．０６８ｍｍ／１回転、切り込み０．
２ｍｍ（直径）×２の旋削条件で旋削試験を行った。旋
削性の判断は、外観（目視）及び表面粗さで行った。旋
削加工の施された試料（圧粉体）は、１２７３Ｋ〜１３
７３Ｋ、３．６Ｋｓ、水素雰囲気下の条件で焼結し、焼
結体の健全性を評価した。

【００２７】測定した試料（圧粉体）の密度、ラトラ
値、圧環強さを、それぞれ図１、図２及び図３に示すと
ともに、回転速度５００、１０５０、１５００ｒｐｍの
３段階で行った旋削試験による切削後の試料（圧粉体）
の表面粗さを、図４、図５及び図６に示すが、図中、◆
は４０％銅メッキ鉄粉、黒塗りの□は４０％銅粉末配合
鉄粉、▲は３％銅粉末配合鉄粉、×は鉄粉のデータを示
す。

【００２８】これらの結果及び目視による外観評価から
明らかなことは、銅メッキ鉄粉による試料（圧粉体）
は、密度が上昇し、ラトラ値、特に圧環強さに優れてい
ることで、さらに、銅メッキ鉄粉以外の各試料とも成形
圧力を上げると、それなりの旋削性の向上（表面粗さの
減少）が認められるが、その旋削後の表面には、良好な
個所以外に不良な個所が散在することがあり、良好な個
所は光沢を放つが、不良の個所は引っかき傷のようにな
っており問題となるものであった。

【００２９】これに対し、銅メッキ鉄粉は、低い圧力の
もとでも優れた旋削性を示すだけでなく、その表面も全
体にわたって滑らかであった。なお、いずれの試料も、
焼結による表面変化は認められなかった。

【００３０】＜実施例２＞原料金属紛として、下記の４
種の金属粉末を用いた以外は、実施例１と同様に試験を
行い、各試料（圧粉体）の評価を行った。原料金属粉末イ）鉄粉ロ）１％黒鉛配合鉄粉ハ）３％銅粉末配合鉄粉ニ）１％黒鉛と３％銅粉末からなる配合鉄粉

【００３１】測定した試料（圧粉体）の密度、ラトラ
値、圧環強さを、それぞれ図７、図８及び図９に示すと
ともに、回転速度５００、１０５０、１５００ｒｐｍの
３段階で行った旋削試験による切削後の試料（圧粉体）
の表面粗さを、図１０、図１１及び図１２に示すが、図
中、◆は１％黒鉛配合鉄粉、黒塗りの□は１％黒鉛、３
％銅粉末配合鉄粉、▲は３％銅粉末配合鉄粉、×は鉄粉
のデータを示すものである。

【００３２】潤滑剤粉末（黒鉛）の添加された試料（圧
粉体）は、ラトラ値や圧環強さに劣るものであったが、
旋削加工性は、銅メッキ品に劣るものの、未添加のもの
に比較して著しく向上したものであった。

【００３３】

【発明の効果】銅メッキ金属粉末を原料とする粉末は、
粉末成形性が良好で、成形圧力１ｔ程度においても、圧
粉体強度が向上し、旋削結果も良好であり、複雑な旋削
にも対応可能なもので、焼結による、表面の変化も無
く、銅メッキ金属粉末を原料とすることにより、焼結後
に苦労して行われていた機械加工を、焼結前の圧粉体に
施すことを可能とする。

【００３４】潤滑剤粉末を添加した金属粉末を原料とす
る圧粉体は、潤滑剤粉末の添加により、圧粉体強度が若
干低下するも、十分利用に耐える圧粉体強度を有し、ま
た、旋削結果も良好で、焼結による表面の変化も無く、
上記と同様に、潤滑剤粉末添加金属粉末を原料とするこ
とによって、焼結後に苦労して行われていた機械加工
を、焼結前の圧粉体に施すことを可能としたものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の試料（圧粉体）の密度を示す図であ
る。

【図２】実施例１の試料（圧粉体）のラトラ値を示す図
である。

【図３】実施例１の試料（圧粉体）の圧環強さを示す図
である。

【図４】実施例１の試料（圧粉体）を回転速度５００の
旋削試験による切削後の試料（圧粉体）の表面粗さを示
す図である。

【図５】実施例１の試料（圧粉体）を回転速度１０５０
の旋削試験による切削後の試料（圧粉体）の表面粗さを
示す図である。

【図６】実施例１の試料（圧粉体）を回転速度１５００
の旋削試験による切削後の試料（圧粉体）の表面粗さを
示す図である。

【図７】実施例２の試料（圧粉体）の密度を示す図であ
る。

【図８】実施例２の試料（圧粉体）のラトラ値を示す図
である。

【図９】実施例２の試料（圧粉体）の圧環強さを示す図
である。

【図１０】実施例２の試料（圧粉体）を回転速度５００
の旋削試験による切削後の試料（圧粉体）の表面粗さを
示す図である。

【図１１】実施例２の試料（圧粉体）を回転速度１０５
０の旋削試験による切削後の試料（圧粉体）の表面粗さ
を示す図である。

【図１２】実施例２の試料（圧粉体）を回転速度１５０
０の旋削試験による切削後の試料（圧粉体）の表面粗さ
を示す図である。

【符号の説明】

なし

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅見淳一東京都北区西が丘３丁目13番10号東京都立産業技術研究所内Ｆターム(参考） 4K018 AA01 AA24 BA13 BC22 DA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅メッキ金属粉末又は潤滑剤粉末の添加さ
れた金属紛末を加圧圧縮し、得た成形体を機械加工した
のち焼結することを特徴とする粉末冶金法。
【請求項２】前記金属粉末は、鉄粉であることを特徴とする請求項１に記載の粉末冶金
法。
【請求項３】前記銅メッキ金属粉末は、メッキされた銅を２０〜８０質量％含有する粉末である
ことを特徴とする請求項１に記載の粉末冶金法。
【請求項４】前記潤滑剤粉末は、炭素粉末であることを特徴とする請求項１記載の粉末冶
金法。
【請求項５】機械加工した銅メッキ金属粉末又は潤滑剤
粉末含有金属紛末を加圧圧縮し、得た成形体を焼結したものであることを特徴とする焼結
金属体。