JP2004315955A

JP2004315955A - 金属複合焼結体

Info

Publication number: JP2004315955A
Application number: JP2003148390A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Hariyuki; 達也針幸; Yoshinori Ito; 芳典伊藤; Kenji Sato; 憲治佐藤; Kenji Isobe; 賢二磯部; Masatoshi Otake; 正寿大竹; Hideo Miura; 秀士三浦
Original assignee: Shizuoka Prefecture
Current assignee: Shizuoka Prefecture
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】金属粉末射出成形において焼結と接合を同時に行い複数の材料からなる金属複合焼結体の製造が試みられている。しかし硬質と軟質の両機能を持つ金属複合焼結体においては、焼結時における接合面での分離により高い接合強度を持ち、良好に接合する金属複合焼結体がいまだ実現していない。
【解決手段】焼結時における接合面での分離は硬質金属粉末を含む成形体と軟質金属粉末を含む成形体とでそれぞれの最適な焼結温度や焼結時の収縮挙動が異なるために生ずると考え、良好な接合を得るために硬質金属と軟質金属両者の最適な焼結温度と焼結時の収縮挙動が似かよった組み合わせを検討した結果、硬質金属としてＳＵＳ４２０Ｊ２、軟質金属としてＳＵＳ３１６Ｌの組み合わせが最適であることを見いだした。この組み合わせにより高い接合強度を持ち、良好に接合する硬質と軟質の両機能を有する金属複合焼結体を実現する。
【選択図】図１

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より製造する金属複合焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】硬質な金属材料と軟質な金属材料をつなぎ合わせて硬質／軟質の複数機能を持たせた金属部品には、各種の工具や刃物あるいは部分的に高硬度であることが必要な機械部品や自動車部品などがある。
【０００３】これらの金属部品を作る場合、一般的な接合方法としてはろう付けや溶接などの冶金的方法、ビス留めやカシメなどの機械的方法が採られている。
【０００４】一方、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を金型内に射出して製品形状の成形体を作製した後、有機バインダー成分を脱脂除去し、さらに焼結することにより精密金属部品を作製する技術である。
【０００５】現在、金属粉末射出成形はステンレス鋼や工具鋼など多くの金属材料において精密金属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、引き続いて焼結した単一種類の金属材料からなる製品であった。
【０００６】最近になり、金属粉末射出成形のプロセスの中で異なる金属粉末からなる複数の成形体について焼結と接合を同時に行うことにより、複数の材料を接合し、硬質と軟質の両機能を持つ金属複合焼結体を製作することが試みられている。
【０００７】その方法としては成形体の上に別の成形体を重ねて置いた後、あるいは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、さらに別の混練物を金型内に射出することにより両成形体を接着した後、これを脱脂および焼結することにより両者を接合することが行われている。
【０００８】しかし、このような方法で硬質金属粉末を含む成形体と軟質金属粉末を含む成形体を接合し、硬質と軟質の両機能を持つ金属複合焼結体を製作しようとする場合、焼結時に接合面で両者は分離したり、一部分離してしまい、良好な接合が得られない困難があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】現状では焼結時における接合面での分離により良好な接合が得られていない硬質と軟質の両機能を持つ金属複合焼結体において、高い接合強度を持ち、良好に接合する金属複合焼結体を実現する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】（０００６）に記載の接合面における分離は硬質金属粉末を含む成形体と軟質金属粉末を含む成形体とでは、それぞれの最適な焼結温度や焼結時の収縮挙動が異なるために生ずると考えられ、良好な接合を得るためには、硬質金属と軟質金属両者の最適な焼結温度と焼結時の収縮挙動が似かよった組み合わせを選択する必要がある。
【００１１】そこで各種の硬質金属および軟質金属について焼結実験を行い、それぞれの最適な焼結温度および焼結時の収縮挙動を詳細に検討した結果、硬質金属としてＳＵＳ４２０Ｊ２、軟質金属としてＳＵＳ３１６Ｌの組み合わせが最適であることを見いだした。
【００１２】（請求項１）では、予め成形体を金型内に設置しておき、さらに別の成形体を射出して接着する。その後の焼結で両者を接合し、さらに熱処理を施して作製するＳＵＳ４２０Ｊ２およびＳＵＳ３１６Ｌからなる金属複合焼結体について記述している。
【００１３】（請求項２）では、両者成形体を、ＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌ粉末とＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などをエチルアルコールなどに溶解した液とを混練して作製したペースト糊によって接着し、その後の焼結で両者を接合し、さらに熱処理を施して作製するＳＵＳ４２０Ｊ２およびＳＵＳ３１６Ｌからなる金属複合焼結体について記述している。
【００１４】（請求項３）では、一部のバインダ成分を予め脱脂除去した両者成形体を、ＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌ粉末とＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などをエチルアルコールなどに溶解した液とを混練して作製したペースト糊によって接着する。その後の焼結で両者を接合し、さらに熱処理を施して作製するＳＵＳ４２０Ｊ２およびＳＵＳ３１６Ｌからなる金属複合焼結体について記述している。
【００１５】
【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。平均粒径約１０μｍのＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼粉末と複数の有機ポリマーをステンレス鋼粉末と有機ポリマーの体積比で６０：４０の比率で混練して、コンパウンドと呼ばれる混練物を作製した。次の射出成形工程では、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キャビティの中央部まで半分ふさいだ引張試験片用金型内に射出して中央部まで半分だけの試験片成形体を作製した。この成形体を金型内の入れ駒の位置に設置して、これとは別種類のＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌ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が接着した複合成形体を作製した。その後、作製した複合成形体についてノルマルヘキサン蒸気中にて溶媒脱脂を行い、一部の有機ポリマーを残して有機バインダー成分を除去した後、電気炉内で加熱脱脂、引き続いて焼結温度１２５０℃にて焼結を行い両者を接合し、さらに焼き入れ、焼き戻しの熱処理を施すことにより、図１に示す形状のＳＵＳ４２０Ｊ２およびＳＵＳ３１６Ｌからなる金属複合焼結体を作製した。
【００１６】この方法により作製したＳＵＳ４２０Ｊ２およびＳＵＳ３１６Ｌからなる金属複合焼結体について引張試験を行った結果、４００ＭＰａの接合強度を示した。この値は接合なしのＳＵＳ３１６Ｌ単一材料に比べ、約９割の強度であった。
【００１７】また同じくＳＵＳ４２０Ｊ２およびＳＵＳ３１６Ｌからなる金属複合焼結体についてビッカース硬度測定を行った結果、ＳＵＳ４２０Ｊ２部は４８０ＨＶ０．２、ＳＵＳ３１６Ｌ部は１２０ＨＶ０．２であった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の硬質／軟質の二つの特性を有するＳＵＳ４２０Ｊ２／ＳＵＳ３１６Ｌ金属複合焼結体は、これまでの同様な方法で製作される他の硬質／軟質の複合材に比べ、はるかに良好な接合強度を有している。
【００１９】また、ろう付けや溶接などの接合工程の追加なしに金属粉末射出成形の工程の中で両者を接合するので、製造コストの低減および製造期間の短縮が可能となる。
【００２０】さらに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。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＵＳ４２０Ｊ２およびＳＵＳ３１６Ｌからなる金属複合焼結体の形状
【符号の説明】
１．ＳＵＳ４２０Ｊ２部
２．接合部
３．ＳＵＳ３１６Ｌ部

Claims

ＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼粉末と有機バインダーの混練物を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、さらにこれと異なる種類のＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼粉末と有機バインダーの混練物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、引き続いて焼結してＳＵＳ４２０Ｊ２とＳＵＳ３１６Ｌを接合する。その後、さらに焼き入れおよび焼き戻しの熱処理を行うことにより作製するステンレス鋼ＳＵＳ４２０Ｊ２およびＳＵＳ３１６Ｌからなる金属複合焼結体。
ＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼粉末と有機バインダーの混練物を射出成形して作製した成形体の表面の一部分にＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼粉末と有機ペーストからなるペースト状混練物を塗布し、この部分を接着面として別の異なる種類のＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼粉末と有機バインダーの混練物を射出成形して作製した成形体とペースト状混練物の層を介して接着した後、脱脂、引き続いて焼結してＳＵＳ４２０Ｊ２とＳＵＳ３１６Ｌを接合する。その後、さらに焼き入れおよび焼き戻しの熱処理を行うことにより作製するステンレス鋼ＳＵＳ４２０Ｊ２およびＳＵＳ３１６Ｌからなる金属複合焼結体。
ＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼粉末と有機バインダーの混練物を射出成形して作製した成形体から一部の有機バインダー成分を脱脂した後、成形体の表面の一部分にＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼粉末と有機ペーストからなるペースト状混練物を塗布し、この部分を接着面として別の種類のＳＵＳ４２０Ｊ２あるいはＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼粉末と有機バインダーの混練物を射出成形した後に同様に脱脂した成形体とペースト状混練物の層を介して接着する。その後、これを脱脂、引き続いて焼結してＳＵＳ４２０Ｊ２とＳＵＳ３１６Ｌを接合した後、さらに焼き入れおよび焼き戻しの熱処理を行うことにより作製するステンレス鋼ＳＵＳ４２０Ｊ２およびＳＵＳ３１６Ｌからなる金属複合焼結体。