JP2004285466A - Method for manufacturing metallic composite sintered body - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉末射出成形において成形体の接合による金属複合焼結体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属粉末射出成形は、金属粉末と有機バインダーの混練物であるコンパウンドを金型内に射出して製品形状の成形体を作製した後、この成形体から有機バインダー成分を脱脂除去し、さらに高温で焼結することにより三次元形状に自由度の大きな精密金属部品を作製する技術である。
【0003】現在、金属粉末射出成形はステンレス鋼、磁性材料や工具鋼などの各種金属材料において精密部品の製造に利用されている。しかしこれらは1回の射出成形による成形体を脱脂、焼結した単一種類の金属材料からなる製品であった。
【0004】最近になり、金属粉末射出成形において接合により複数の金属材料からなる金属複合焼結体の製作が試みられている。その一般的な製造方法としてはろう付けや溶接による焼結体の接合が行われるが、これらの方法では焼結までのすべてのMIMプロセスの終了後にろう付けや溶接の工程が追加されるのでコストアップや製造期間の長期化を免れなかった。
【0005】また、成形体の上に別の成形体を重ねて置いたり、金属粉末が含有されていない有機ペースト糊で二つの成形体を接着した後、脱脂、焼結することにより接合することも行われるが、両者の密着性は悪く、焼結後の複合焼結体の接合強度は接合なしの単一材料の焼結体に比べ非常に低い。
【0006】さらに射出成形して作製した成形体をあらかじめ金型内の一部に設置し、別のコンパウンドを金型内に射出することにより両成形体を接着した後、これを脱脂及び焼結することにより接合することも行われている。しかしあらかじめ金型内に設置する成形体の接合部形状に工夫がなく密着性が悪いため、焼結後の複合焼結体の接合強度は低く、実用レベルに達していない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の金属粉末射出成形での金属複合焼結体の製造方法において(0004)に記載の方法では金属粉末射出成形の工程終了後に工程を追加することによりコストアップや製造期間の長期化が余儀なくされ、また(0005)及び(0006)に記載の方法では接合強度が低く、実用レベルの強度が得られないという問題点があった。本発明は従来方法の抱える上述の問題点を解決しようとするものである。すなわち、金属粉末射出成形において後工程を追加せずに低コストで製造期間の長期化なしに実用レベルの接合強度を有する金属複合焼結体を製造する方法を実現する。
【0008】
【課題を解決するための手段】従来のろう付けや溶接による接合では金属粉末射出成形の全工程終了後にその工程が追加される形で行われ、コストアップや製造期間の長期化を招いていたが、本発明では接合工程を金属粉末射出成形の工程の後に追加せずに金属粉末射出成形プロセス中の成形体の焼結工程において焼結と接合を同時に行うことで、コストダウン及び製造期間を短縮する。
【0009】また金属複合焼結体において高い接合強度を得る方法として、(請求項1)ではあらかじめ金型内に設置する成形体の接合部形状を金型内でのコンパウンドの流れの方向に対して角度15〜45度の傾きを持つ接合面を取るように成形する。この成形体を金型内に設置後、さらに別の混練物を射出してこの接合面を介して二つの成形体を接着する。この方法により両者間に高い密着性が得られる。その後、焼結することにより高い接合強度を有する金属複合焼結体が得られる。
【0010】(請求項2)では成形体接合面へ金属粉末と有機バインダーからなるペースト状混練物(以下、金属粉末入りペースト糊と云う)を塗布して二つの成形体を接着する。これにより両者間に高い密着性を有する金属粉末入りペースト糊中間層が得られ、その後、脱脂−焼結することにより高い接合強度を有する金属複合焼結体が得られる。
【0011】(請求項3)では、一部バインダー成分を脱脂した成形体接合面へ(0010)において記載した金属粉末入りペースト糊を塗布して一部バインダー成分を脱脂した二つの成形体を接着する。これにより両者間に高い密着性を有する金属粉末入りペースト糊中間層が得られ、その後、脱脂−焼結することにより高い接合強度を有する金属複合焼結体が得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】(請求項1)の方法での実施例を挙げ、実施の形態を説明する。平均粒径10μmのSUS316LあるいはSUS430Lステンレス鋼粉末と複数の有機ポリマーを混練してコンパウンドを作製した。このコンパウンドをこれと接する端面が金型内でのコンパウンドの流れの方向に対して角度30度の傾きを持つ入れ駒で図1に示すようにキャビティの中央部まで半分ふさいだ試験片用金型内に射出して中央部まで半分だけの平ダンベル状引張試験片成形体を作製した。この成形体を入れ駒の位置に設置して同種あるいは異種のステンレス鋼粉末のコンパウンドを再び射出して二つの成形体を接着し、図2に示すような複合成形体を作製した。その後溶媒脱脂および焼結を行い金属複合焼結体を作製した。
【0013】この方法により作製した金属複合焼結体では、SUS316L同士を1350℃にて焼結した試料は460MPa、SUS430L同士を1100℃にて焼結した試料は360MPaの引張強度を示し、これらの値はそれぞれ接合なしの単一材料の強度の100%及び90%であった。またSUS316LとSUS430Lの異種ステンレス鋼の複合成形体を1350℃で焼結した試料は320MPaの引張強度を示し、この値は接合なしのSUS316L単一材料の強度の70%であった。また比較のため接合部端面が金型内でのコンパウンドの流れの方向に対して角度90度の傾きを持つ入れ駒にて同様に作製した金属複合焼結体では、SUS316L同士を1350℃にて焼結した試料は310MPa、SUS430L同士を1100℃にて焼結した試料は260MPaの引張強度を示し、これらの値は角度30度での強度の70%であった。
【0014】次に(請求項3)の方法での実施例を挙げ、実施の形態を説明する。まず(0012)に記載と同様な方法でSUS316L粉末あるいはSUS430L粉末のコンパウンドにより接合部端面が金型内でのコンパウンドの流れの方向に対して角度30度の傾きを持つ半分だけの平ダンベル引張試験片成形体を作製した。次にコンパウンドに含まれる有機バインダ成分のうち、PP(ポリプロピレン)を残しPMMA(アクリル樹脂)やPW(パラフィンワックス)などをノルマルヘキサン蒸気中で成形体から除去した。この一部バインダ成分を脱脂除去した成形体の接合面にSUS316LあるいはSUS430Lのステンレス鋼粉末とPVA(ポリビニルアルコール)をエタノールに溶解した溶液を体積比3:4の割合で混合、混練して作製したステンレス鋼粉末入りペースト糊を塗布し、図3に示すようにこのペースト糊の層を介して別の同様に脱脂した半分だけの試験片成形体と接着した。その後、接着した試験片成形体について残されたPP(ポリプロピレン)の加熱脱脂及び焼結を行い、同種類または異種類の金属が接合した金属複合焼結体を作製した。
【0015】この方法で作製した金属複合焼結体では、SUS316L同士をSUS316L粉末入りペースト糊で接着して1350℃にて焼結して接合した試料は400MPa、SUS430L同士をSUS430L粉末入りペースト糊で接着して1100℃にて焼結して接合した試料は320MPaの引張強度を示し、これらの値はそれぞれ接合なしの単一材料の強度の90%及び80%であった。またSUS316L/SUS430Lの異種ステンレス鋼をSUS316L粉末入りペースト糊で接着して1350℃で焼結して接合した試料は330MPa、同じくSUS430L粉末入りペースト糊では370MPaの引張強度を示した。
【0016】金属粉末入りペースト糊に使用する金属粉末は成形体に含まれる金属粉末と同一の粉末、また異種類金属の成形体の接合においてはどちらか一方と同一の金属粉末あるいは両者金属の混合粉末が望ましい。またペースト糊に使用される有機バインダには、PVA(ポリビニルアルコール)のアルコール溶解液など常温において液体で、金属粉末とよく混練され、また接着力を有するものが望ましい。
【0017】
【発明の効果】
本発明によれば金属粉末射出成形の工程終了後にろう付けや溶接などによる接合工程の追加なしで低コストで、また製造期間の長期化なしに実用レベルの接合強度を有する金属複合焼結体が製造出来る。
【0018】また成形を複数回に分けることにより中空形状など、より複雑形状の精密部品が金型を複雑化せずに製造出来る。
【0019】また異種類の金属粉末からなる成形体を接合することにより一つの部品において例えば磁性/非磁性や硬質/軟質などの複数の異なる機能を有する精密機械部品などが製造出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(請求項1)における2回の射出成形による成形体の接着方法の概略図であり(A)は第1回目、(B)は第2回目の射出成形を示す。
【図2】2回の射出成形により作製した引張試験片成形体を示す図である。
【図3】金属粉末入りペースト糊による引張試験片成形体の作製方法を示す図である。
【符号の説明】
1射出成形金型
2入れ駒
3キャビティ
4半分だけの試験片成形体
5引張試験片成形体
6金属粉末入りペースト糊[0001]
BACKGROUND OF THE
[0002]
2. Description of the Related Art In metal powder injection molding, a compound, which is a kneaded product of metal powder and an organic binder, is injected into a mold to produce a molded product, and the organic binder component is degreased and removed from the molded product. Then, it is a technique of producing a precision metal part having a large degree of freedom in a three-dimensional shape by sintering at a higher temperature.
At present, metal powder injection molding is used for manufacturing precision parts of various metal materials such as stainless steel, magnetic material and tool steel. However, these are products made of a single type of metal material obtained by degreasing and sintering a molded product obtained by one injection molding.
Recently, attempts have been made to manufacture a metal composite sintered body made of a plurality of metal materials by joining in metal powder injection molding. The common manufacturing method involves joining of the sintered body by brazing or welding, but these methods add a brazing and welding step after the completion of all MIM processes up to sintering, so cost is reduced. Upswing and prolonged manufacturing period were inevitable.
Further, another molded body is placed on top of another molded body, or two molded bodies are bonded with an organic paste containing no metal powder, and then joined by degreasing and sintering. However, the adhesion between them is poor, and the bonding strength of the composite sintered body after sintering is much lower than that of a single-material sintered body without bonding.
Further, a molded body produced by injection molding is placed in a part of a mold in advance, another compound is injected into the mold, and the two molded bodies are adhered to each other. In some cases, bonding is performed by doing so. However, since the shape of the joints of the compacts set in the mold in advance is not devised and the adhesion is poor, the joint strength of the composite sintered body after sintering is low and has not reached a practical level.
[0007]
In the conventional method for producing a metal composite sintered body by metal powder injection molding, the method described in (0004) increases costs by adding a step after the step of metal powder injection molding. In addition, the method described in (0005) and (0006) has a problem that the joining strength is low and a practical level of strength cannot be obtained. The present invention is intended to solve the above-mentioned problems of the conventional method. That is, a method of manufacturing a metal composite sintered body having a practical level of bonding strength at low cost and without prolonging the manufacturing period without adding a post-process in metal powder injection molding is realized.
[0008]
Means for Solving the Problems In the conventional joining by brazing or welding, the steps are added after the completion of all the steps of metal powder injection molding, resulting in an increase in cost and a prolonged production period. However, in the present invention, sintering and joining are simultaneously performed in the sintering step of the molded body in the metal powder injection molding process without adding the joining step after the step of metal powder injection molding, thereby reducing cost and manufacturing period. Shorten.
According to a first aspect of the present invention, in order to obtain a high bonding strength in a metal composite sintered body, the shape of a bonding portion of a molded body previously set in a mold is adjusted with respect to the direction of the flow of the compound in the mold. To form a joint surface having an inclination of 15 to 45 degrees. After the molded body is placed in a mold, another kneaded material is injected to bond the two molded bodies through the joint surface. According to this method, high adhesion between the two can be obtained. Thereafter, by sintering, a metal composite sintered body having high bonding strength is obtained.
In the present invention, a paste-like kneaded material (hereinafter, referred to as a paste containing metal powder) composed of a metal powder and an organic binder is applied to a joint surface of the molded bodies to bond the two molded bodies. As a result, a paste intermediate layer containing metal powder having high adhesion between the two is obtained, and thereafter, a metal composite sintered body having high bonding strength is obtained by degreasing and sintering.
According to a third aspect of the present invention, the paste containing the metal powder described in the above paragraph (0010) is applied to the joint surface of the molded body partially degreased to bond the two molded bodies partially degreased. I do. As a result, a paste intermediate layer containing metal powder having high adhesion between the two is obtained, and thereafter, a metal composite sintered body having high bonding strength is obtained by degreasing and sintering.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments will be described with reference to examples of the method of
In the metal composite sintered body manufactured by this method, a sample obtained by sintering SUS316L at 1350 ° C. shows a tensile strength of 460 MPa, and a sample obtained by sintering SUS430L at 1100 ° C. shows a tensile strength of 360 MPa. The values were 100% and 90% of the strength of the single material without bonding, respectively. Further, a sample obtained by sintering a composite molded product of SUS316L and SUS430L of different stainless steels at 1350 ° C. showed a tensile strength of 320 MPa, which was 70% of the strength of the SUS316L single material without joining. For comparison, in the case of a metal composite sintered body similarly manufactured with an insert piece having a joint end face inclined at an angle of 90 degrees with respect to the direction of compound flow in the mold, SUS316L was heated at 1350 ° C. The sintered sample had a tensile strength of 310 MPa, and the sample obtained by sintering SUS430L at 1100 ° C. had a tensile strength of 260 MPa, and these values were 70% of the strength at an angle of 30 degrees.
Next, an embodiment will be described with reference to an example using the method of
In the metal composite sintered body produced by this method, the SUS316L was bonded with a paste paste containing SUS316L powder and sintered at 1350 ° C. and joined at 400 MPa, and the SUS430L was joined with a paste paste containing SUS430L powder. The samples bonded and sintered at 1100 ° C. and joined exhibited a tensile strength of 320 MPa, these values being 90% and 80% of the strength of the single material without joining, respectively. A sample in which SUS316L / SUS430L dissimilar stainless steels were adhered with SUS316L powder-containing paste and sintered at 1350 ° C. and joined together exhibited 330 MPa, and the SUS430L powder-containing paste showed a tensile strength of 370 MPa.
The metal powder used for the paste containing the metal powder is the same powder as the metal powder contained in the compact, or the same metal powder as one of the two or a mixture of the two metals in the joining of the compacts of different metals. Powder is preferred. The organic binder used for the paste is desirably a liquid, such as an alcohol solution of PVA (polyvinyl alcohol), which is liquid at room temperature, is well kneaded with the metal powder, and has an adhesive force.
[0017]
【The invention's effect】
According to the present invention, a metal composite sintered body having a practical level of bonding strength at a low cost without adding a bonding step such as brazing or welding after the end of the metal powder injection molding step, and without prolonging the manufacturing period is provided. Can be manufactured.
By dividing the molding into a plurality of times, a precision part having a more complicated shape such as a hollow shape can be manufactured without complicating the mold.
Further, by joining molded bodies made of different kinds of metal powders, it is possible to manufacture precision machine parts having a plurality of different functions such as magnetic / non-magnetic and hard / soft in one part.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a method of bonding a molded article by two injection moldings in (Claim 1), wherein (A) shows a first injection molding and (B) shows a second injection molding.
FIG. 2 is a view showing a molded product of a tensile test piece produced by two injection moldings.
FIG. 3 is a diagram showing a method for producing a tensile test specimen molded body using paste containing metal powder.
[Explanation of symbols]
1
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003122900A JP2004285466A (en) | 2003-03-24 | 2003-03-24 | Method for manufacturing metallic composite sintered body |
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ID=33296639
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JP2003122900A Pending JP2004285466A (en) | 2003-03-24 | 2003-03-24 | Method for manufacturing metallic composite sintered body |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2004285466A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008231461A (en) * | 2007-03-16 | 2008-10-02 | Hitachi Metal Precision:Kk | Method for producing long component including sintered compact, and decompression shaft using the same |
JP2010236042A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Nippon Piston Ring Co Ltd | Method of joining metal powder injection moldings, and method of producing metal composite sintered material |
WO2022191142A1 (en) | 2021-03-12 | 2022-09-15 | 川崎重工業株式会社 | Composite sintered body, method for manufacturing same, and bonding material |
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2003
- 2003-03-24 JP JP2003122900A patent/JP2004285466A/en active Pending
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