JP2005015902A - Sintered compact with airtightness, and manufacturing method - Google Patents

Sintered compact with airtightness, and manufacturing method Download PDF

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JP2005015902A JP2003185870A JP2003185870A JP2005015902A JP 2005015902 A JP2005015902 A JP 2005015902A JP 2003185870 A JP2003185870 A JP 2003185870A JP 2003185870 A JP2003185870 A JP 2003185870A JP 2005015902 A JP2005015902 A JP 2005015902A
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sintered body
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airtightness
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Kinya Kawase
欣也 川瀬
Yoshinari Ishii
義成 石井
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Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sintered compact capable of meeting the recent demand for a product requiring airtightness. <P>SOLUTION: In the airtight sintered compact 1 prepared by compacting and sintering a raw-material powder composed mainly of metal, the sintered compact contains 0.006 to 0.1 mass% carbon and 0.2 to 1.5 mass% phosphorus and also the sintered compact has ≤12% open porosity and ≤40μm average grain size and contains nitrogen, and further, a surface treatment layer 3 having airtightness is provided. Since, the percentage of the oxidation of phosphorus at sintering is decreased by a reducing effect by carbon, phosphorus lowers the melting point of the raw-material powder and promotes the formation of liquid-phase components and also the diffusion of iron and phosphorus is smoothly performed and phosphorus combines with iron and is allowed to enter into solid solution, by which the sintered compact minimal in pores and excellent in airtightness can be obtained. Further, the surface treatment layer 3 can be provided without performing sealing treatment. Owing to this surface treatment layer 3, airtightness can be secured. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気密性有する焼結体とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
粉末冶金では、金属を主原料とする原料粉末を圧縮して圧粉体を形成した後、この圧粉体を加熱して焼結し、これにより所定形状の焼結体を成形することが知られている。
【0003】
このように原料粉末を圧縮成形した後、焼結する焼結体は多数の気孔を有する。このため、従来、一般に気密性及び耐圧性が要求される油圧ポンプや可変バルブタイミング機構のハウジング、エヤコンさらにはコンプレッサー等の構造部品に焼結体を用いる場合、Cuや樹脂含浸などの封孔処理を行っていた。また、耐食性や表面硬度を向上させる表面処理であるNi,Zn及びCrメッキ、TiN及びCrNコーティングを施す場合も、表面処理の前処理として、前記封孔処理が必要であった。
【0004】
このような問題を考慮して、特許文献1には、還元鉄粉と、リン量が0.5〜2.0重量%になる様リン化鉄粉を配合し、この粉末を圧縮成形した後に焼結してなる気密性を有する焼結部材が提案され、この焼結部材では、気密性及び耐圧性を要求される用途に使用する場合、焼結密度が7.0g/cm以上であることが好ましいと記載されている。
【0005】
【特許文献1】
特開昭55−122803号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、耐圧機器の部品に対して高性能化及び小型化の要求が高まり、これに伴い、気密性及び表面処理層との高い密着性が要求されるが、従来の方法で製造した焼結体では、この要求に対応する気密性及び表面処理層との密着性を得ることが困難であった。
【0007】
また、従来技術を踏まえて、発明者はさらに気密性及び表面処理層との密着性を有する焼結体とその製造方法を得るため、各種の実験を行ったが、単に焼結部材の焼結密度を高めただけでは気密性及び表面処理層との密着性を効果的に向上することができないことが分かった。
【0008】
そこで、本発明は、気密性を有する焼結体とその製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の気密性を有する焼結体は、前記目的を達成するために、金属を主成分とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる気密性を有する焼結体において、焼結体に炭素を0.006〜0.1質量%、リンを0.2〜1.5質量%含み、開放気孔率が12%以下、平均結晶粒径が40μm以下で、窒素を含み、気密性を有する表面処理層を設けたものである。
【0010】
炭素による還元効果により、焼結時にリンが酸化する割合が少ないため、リンが原料粉末の融点を下げて液相成分の生成を促進すると共に、鉄とリンとの拡散がスムーズに行われ、リンが鉄に結合して固溶し、気孔の少ない気密性に優れた焼結体が得られる。
【0011】
そして、原料として配合する炭素が0.02質量%未満であると、十分にリンを還元することができず、一方、炭素が0.2質量%を超えると、焼結中にオーステナイトを安定化し、焼結速度を低下させるため原料として配合する炭素を0.02〜0.2質量%とした。炭素の一部は焼結中に酸化物となり、焼結体より失われるため、焼結体に含まれる炭素量としては、0.006〜0.1質量%とした。
【0012】
また、リンが0.2質量%未満であると、気密化の効果が得られず、一方、リンが1.5質量%を超えると、焼結体の強度と靱性が低下するため、含まれるリンは0.2〜1.5質量%とした。
【0013】
したがって、従来に比べて圧粉体を低圧で成形しても、気密性の高い焼結体が得られ、この焼結体は密度が小さく軽量なものとなる。このため、圧粉体を成形する成形金型の負荷が小さくなるから、成形金型の耐久性も向上する。
【0014】
また、請求項2の発明は、請求項1の焼結体において、前記焼結体の窒素量が60〜300ppmであるものである。
【0015】
焼結時における鉄粉結晶の成長を抑制するには、窒素量を60ppm以上とすることが好ましく、一方、窒素量が300ppmを超えると焼結の進行が窒化により妨げられ、急激に強度が低下するため、上記の窒素量が好ましい。
【0016】
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の焼結体において、前記焼結体の酸素量が100〜1000ppmである。
【0017】
焼結時における鉄粉結晶の成長を抑制するには、酸素量を100ppm以上とすることが好ましく、一方、酸素量が1000ppmを超えると焼結の進行が酸化により妨げられ、急激に強度が低下するため、上記の酸素量とすることが好ましい。
【0018】
また、請求項4の発明は、請求項1〜3の焼結体において、前記表面処理層がスチーム処理により形成されたものである。
【0019】
スチーム処理により気密性を確保することができる。
【0020】
また、請求項5の発明は、請求項1〜3の焼結体において、前記表面処理層がメッキ処理により形成されたものである。
【0021】
メッキ処理により気密性を確保することができる。尚、メッキ処理の例としては、Ni,Zn及びCrメッキなどが挙げられる。
【0022】
また、請求項6の発明は、請求項1〜3の焼結体において、前記表面処理層がコーティング処理により形成されたものである。
【0023】
コーティング処理により気密性を確保することができる。尚、コーティング処理の例としては、TiN及びCrNコーティングなどが挙がられる。
【0024】
請求項7の焼結体の製造方法は、前記目的を達成するために、金属を主成分とする原料粉末を加圧して圧粉体を形成した後、この圧粉体を雰囲気ガス中で焼結する気密性を有する焼結体の製造方法において、還元鉄粉を40質量%以上、リンを0.2〜1.5質量%、炭素を0.02〜0.2質量%含み、前記雰囲気ガスが70容積%以上の窒素を含み、焼結後に気密性を有する表面処理層を形成する方法である。
【0025】
この方法を用いることにより、強度と靱性が向上すると共に、表面処理層との密着性に優れた焼結体が得られ、この焼結体は、表面処理層との密着性を備え、その表面処理層により気密性を備えたものとなる。
【0026】
また、請求項8の発明は、請求項7の焼結体の製造方法において、前記表面処理層をスチーム処理で形成する方法である。
【0027】
この方法によれば、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたスチーム処理を施すことができる。
【0028】
また、請求項9の発明は、請求項7の焼結体の製造方法において、前記表面処理層をメッキ処理で形成する方法である。
【0029】
この方法によれば、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたメッキを設けることができる。
【0030】
また、請求項10の発明は、請求項7の焼結体の製造方法において、前記表面処理層をコーティング処理で形成する方法である。
【0031】
この方法によれば、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたコーティングを設けることができる。
【0032】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図1〜図3は本発明の一実施形態を示す。
【0033】
まず、本発明の製造方法においては、図1のフローチャートに示すように、金属である鉄を主とした原料粉末を混合(S1)し、この原料粉末を圧縮して圧粉体を成形(S2)し、この圧粉体を焼結炉により焼結(S3)し、この後、表面処理(S4)を施して前記焼結体1が得られる。本発明では、原料粉末に所定量以上の還元鉄粉を使用することが好ましい。また、その還元鉄粉は各種方法により還元されたものを用いることができる。
【0034】
発明者は、気密性に優れた焼結体とその製造方法を得るため、各種の実験を行った結果、開放気孔率と表面処理層の密着性との関係から、表面処理層により気密性が得られ、且つ所定のその表面処理層との密着性が得られるものを見出し、さらに、焼結密度を上げることなく、開放気孔率の小さい焼結体を製造できることを見出して、本発明に至ったものである。特に、比較的、開放気孔率が高くても気密性を得ることを可能とした。
【0035】
以下に、それを証明する実験例の一例を説明する。
【0036】
実験例
原料粉末(Fe−0.6%P)における還元鉄粉の割合などを異なる複数の鉄系焼結体1を製造し、原料粉末に対して還元鉄粉を混合し、残りをアトマイズ鉄粉と、0.8質量%のリン(P)とする。この場合、リンは隣化鉄粉により供給することができる。さらに、原料粉末は、炭素として黒鉛粉を0.1質量%含む。尚、上記の原料粉末の他にCu等を混合してもよい。
【0037】
そして、窒素雰囲気ガス(Nベースガス:N−3vol%H)中や分解アンモニア雰囲気ガス中で焼結(S3)し、各焼結体1の開放気孔率を計測した。測定後、焼結体1に表面処理(S4)としてスチーム処理を施した。
【0038】
そして、焼結体1の平均結晶粒径,窒素量,酸素量の測定並びに焼結体の拡大組織写真の撮影を行い、さらに、密着性についても試験を行い、以下のことが分かった。
【0039】
焼結体の拡大組織写真により、鉄粉の結晶の成長が抑制されるていることが確認され、これは焼結(S2)時の雰囲気ガスに窒素雰囲気ガスを用いることにより、窒素が核となって鉄粉の結晶の拡大成長が抑制されたためである。この窒素量については、焼結時に窒素が核となって鉄結晶粒の成長が抑制するから、60ppm以上とすることが好ましく、一方、窒素量が300ppmを超えると焼結の進行が窒化により妨げられ、急激に強度が低下する。窒素量を70〜200ppmとすることが、緻密化と強度の面から一層好ましい。
【0040】
酸素は鉄結晶粒の成長が抑制に関連し、酸素量については、鉄結晶粒の成長が抑制するためには、酸素量が100ppm以上であることが好ましく、一方、酸素量が多くなると、酸化により強度が低下するから、酸素量は1000ppm以下が好ましく、さらに、酸素量を200〜700ppmとすることが、緻密化と強度の面から一層好ましい。
【0041】
平均結晶粒径は、表面処理層との密着性に大きく関係するから、平均結晶粒径は40μm以下とすることが好ましい。さらに、表面処理層との密着性を考慮すれば、平均結晶粒径を25μm以下することが一層好ましい。
【0042】
また、原料粉末に、黒鉛粉を0.02〜0.2質量%混合することにより、焼結体の靱性の向上が認められた。その焼結体の成分分析を行ったところ、本発明による実施例では、焼結体に含まれる炭素量が0.006〜0.1質量%となり、これに対して、黒鉛粉を混合しない比較例では、0.001〜0.004質量%となり、実施例のものが比較例に比べて、炭素が多い。
【0043】
このようにして製造された本発明の焼結体に係る効果を図3のグラフ説明図で説明すると、同グラフ説明図は、横軸に成形金型により原料粉末から圧粉体を形成する際の成形圧力、縦軸に同圧粉体を焼結して得られた開放気孔率を示し、従来品を破線、本発明品を実線で示し、本発明品によれば低い成形圧力で、従来品より開放気孔率の小さな気密な焼結体を得ることができる。
【0044】
このように本発明では、リンの酸化物の生成が抑制されており、リンが原料粉末の融点を下げて液相成分の生成を促進し、気孔の少ない気密性に優れた焼結体が得られる。
【0045】
尚、本発明における開放気孔率は、JIS Z 2501(2000)の焼結金属材料−密度,含油率及び開放気孔率試験方法により算出される。この試験方法の概略について説明すると、装置としては、十分な測定容量をもち、精度0.01%以内の分析用天びんと、ソックスレー抽出器(JIS Z 2501の付図1に例示)と、試験片の質量を空中と液中(液体は一般的に水)とで図るためのジグ(JIS Z 2501の付図2〜付図4に例示)と、試験片とそれを図るジグとを十分に入れられるだけの大きさで、0.05〜0.10vol%の界面活性剤が入った蒸留水か、なるべくなら脱気された水が入っている容器と、真空含油装置と、密度の分かっている含浸油と、精度±0.5℃の温度計を用いる。試験片は、通常は、試験片全体を試験する。できない場合には、操作を容易にするために試験片を切断又は破壊して小片にしてもよい。部品の代表部分だけの試験にも適用できる。試験片の質量が5gに満たない場合には、試験片を幾つか集めて測定することによって、平均値を得る。試験片の表面には、汚れ、油、その他の異物付着があってはならない。試験片の表面には、過剰表面油が付着していてはならない。油吸収剤で余分な油を取り除くときは、気孔部内の油まで取り除かないように注意しなければならない。試験方法は、(7−1)試験片の最初の質量測定として、受け入れたままの試験片の質量をひょう量し、m(試験片の最初の質量:単位g)を得る。尚、試験片が油を含んでいないことが分かっている場合、後述する「(7−2)溶剤による試験片の油除去」と「(7−3)乾燥試験片の質量測定」に記載した方法は省略できる。
【0046】
(7−2)溶剤による試験片の油除去として、溶剤に約3時間浸し、普通の密度で薄肉の試験片から脂を取り除くには、およそ10回の溶剤交換が必要である。肉厚で高密度の試験片に対しては、24時間まで浸す場合がある。気孔の溶剤を蒸発させた後の質量が一定になるまで抽出を続ける。試験片が一定質量になるまで乾燥する(最後の抽出での質量の減少が0.01%を超えてはならない)。乾燥温度は溶剤の沸点より20℃高く設定し、その後、デシケータ中で冷やしてから質量を計測する。油を完全に溶解する溶剤を選定する。それについては別途試験する必要がある。試験報告書には、使用した溶剤名を明記する。実際上では、油を取り除く他の方法が行われるかもしれない(例えば、保護雰囲気中で熱するような)。議論が起こる場合は、ソックスレー抽出法を参考としなければならない。(7−3)乾燥試験片の質量測定として、試験片を脱油,乾燥後にひょう量し、m(脱脂,乾燥後の試験片の質量:単位g)を得る。
【0047】
完全含浸(開放気孔率の測定用)として、真空状態に耐える適当な容器中の油に試験片を浸す。最大70kPaまで、油表面の圧力を下げる。油表面に泡がでなくなるまで、真空処理を続ける。真空部の圧力を周囲の圧力になるまで戻す。10分間、試験片を油に浸し続けてもよい。油は、水と絶対に混ざり合っては成らないし、多孔質金属をぬらさなければならない。油から試験片を取り出し、油切りし、過剰表面油を除去する。この場合、試験片の表面には、過剰表面油が付着していてはならない。油吸収剤で余分な油を取り除くときは、気孔部内の油まで取り除かないように注意しなければならない。完全含浸した試験片の質量測定として、完全含浸後の試験片をひょう量し、m(完全含浸後の試験片の質量:単位g)を得る。試験片の体積の測定として、試験片の体積Vを求めるために、空中でひょう量し、m(含浸させた試験片と支持ジグ(例えば、つり針金)との空中質量:単位g)を得、その後、既知の密度ρの水又は液体に浸してm(含浸させた試験片と支持ジグ(例えば、つり針金)との水中質量:単位g)を得る。体積Vcmを次の式によって算出する。
【0048】
V=(m−m)/ρ
多孔質金属では、使用した液体が気孔に吸収されていないことが重要である。このため、気孔を油で含浸する。また、一般に、ジグの質量と体積はできる限り小さくすることが望ましい。また、体積の測定において、試験片を細い針金でつり、試験片と針金との合計質量を空中と水中とでひょう量する。水中の針金の堆積で許容誤差を生じるが、試験片の体積に比べれば小さいので問題はない。この許容誤差は、水中質量をひょう量した後、水中での深さを正確にしてひょう量することによって把握できる。もう一つの求め方としては、針金の単位長さの体積が既知であれば、水中部分の長さを測ることである。試験片の表面と保持ジグから泡が全く出ていないことを確認する。水に0.05〜0.10vol%の界面活性剤を入れても差し支えない。試験片と水は同一温度とする。通常の試験温度は18〜22℃で、この範囲の純水の密度ρは0.0998g/cmである。
【0049】
上記の測定により得られた数値に基き、乾燥密度は次の式により求められる。
【0050】
乾燥密度(g/cm)=m/V
また、開放気孔率は下記の式により求められる。
【0051】
開放気孔率(vol%)=(m−m)/(ρV)×100
尚、ρは、含浸に使った油の密度である。
【0052】
本発明では、開放気孔率を12%以下に設定することを見出し、表面処理層と組み合わせることにより、気密性の確保を可能とした。そして、Niメッキ,ZnメッキやCrメッキ等の各種メッキによる表面処理層やTiNコーティング,CrNコーティング等の各種合金コーティングによる表面処理層やスチーム処理等による表面被膜である表面処理層などを用いることができ、焼結体1と表面処理層3との密着性について図面を参照して説明すると、図2は焼結体1の要部の断面説明図であり、焼結体1の表面に例えばスチーム処理などにより表面処理層3を設け、原料粉末を焼結してなる結晶粒4において、表面処理層3は境界すなわち結晶粒界5に入り込み、この結晶粒界5に入り込んだ表面処理層3は楔を打ち込んだような形状となり、表面処理層3が焼結体1の表面に密着する。すなわち、表面処理層3がスチーム処理によるものであれば、四三酸化鉄の被膜が密着状態で形成されていく。また、焼結体1の表面の気孔6でも、気孔6の結晶粒界5に表面処理層3が入り込み、この結晶粒界5に入り込んだ表面処理層3は楔を打ち込んだような形状となり、表面処理層3が焼結体1に密着する。そして、平均結晶粒径が小さい方が単位面積当りの結晶粒界5の数が多くなるから、密着性に優れたものとなる。
【0053】
尚、表面処理として、Zn、Cr、Ni、Agメッキや、TiN、CrN、TiC、TiCN、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)などのコーティングを行ってもよく、これらの表面処理層3と焼結体1とは所定の密着力が得られると共に、表面処理層3により気密性を確保することができる。
【0054】
また、原料粉末において、還元鉄粉は、開放気孔率の低減及び低コストの長所があり、一方、他の鉄粉に比べて、強度及び圧縮性が低く、アトマイズ鉄粉には、高強度、高圧縮性、低コストという長所があるが、開放気孔率の低減効果は低く、カルボニル鉄粉は、高強度、開放気孔率の低減の長所があるが、低圧縮性、高コストの短所があり、開放気孔率の低減及び低コストの面から、還元鉄粉を40質量%以上用いることが好ましい。
【0055】
このように本実施形態では、請求項1に対応して、金属を主成分とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる気密性を有する焼結体1において、原料粉末が還元鉄粉を40質量%以上含むと共に、炭素を0.006〜0.1質量%とリンを0.2〜1.5質量%含み、開放気孔率が12%以下、平均結晶粒径が40μm以下で、窒素を含み、気密性を有する表面処理層3を設けたものであるから、炭素による還元効果により、焼結時にリンが酸化する割合が少ないため、リンが原料粉末の融点を下げて液相成分の生成を促進すると共に、鉄とリンとの拡散がスムーズに行われ、リンが鉄に結合して固溶し、気孔の少ない気密性に優れた焼結体が得られ、封孔処理することなく、表面処理層3を設けることができ、この表面処理層3により気密性を確保することができる。そして、原料として配合する炭素が0.02質量%未満であると、十分にリンを還元することができず、一方、炭素が0.2質量%を超えると、焼結中にオーステナイトを安定化し、焼結速度を低下させるため原料として配合する炭素を0.02〜0.2質量%とした。炭素の一部は焼結中に酸化物となり、焼結体より失われるため、焼結体に含まれる炭素量としては、0.006〜0.1質量%とした。また、リンが0.2質量%未満であると、気密化の効果が得られず、一方、リンが1.5質量%を超えると、焼結体の強度と靱性が低下するため、含まれるリンは0.2〜1.5質量%とした。
【0056】
したがって、従来に比べて圧粉体を低圧で成形しても、気密性の高い焼結体が得られ、この焼結体は密度が小さく軽量なものとなる。このため、圧粉体を成形する成形金型の負荷が小さくなるから、成形金型の耐久性も向上する。
【0057】
また、このように本実施形態では、請求項2に対応して、焼結体1の窒素量が60〜300ppmであるものであるから、焼結時における鉄粉結晶の成長を抑制し、表面処理層3との密着性に優れた焼結体1を得ることができる。
【0058】
また、このように本実施形態では、請求項3に対応して、焼結体1の酸素量が100〜1000ppmであるから、焼結時における鉄結晶粒の成長を抑制し、開放気孔率の低い焼結体1を得ることができる。
【0059】
また、このように本実施形態では、請求項4に対応して、表面処理層3がスチーム処理により形成されたものであるから、スチーム処理により気密性を確保することができる。
【0060】
また、このように本実施形態では、請求項5に対応して、表面処理層3がメッキ処理により形成されたものであるから、メッキ処理により気密性を確保することができる。
【0061】
また、このように本実施形態では、請求項6に対応して、表面処理層3がコーティング処理により形成されたものであるから、コーティング処理により気密性を確保することができる。
【0062】
このように本実施形態では、請求項7に対応して、金属を主成分とする原料粉末を加圧して圧粉体を形成した後、この圧粉体を雰囲気ガス中で焼結する気密性を有する焼結体1の製造方法において、還元鉄粉を40質量%以上、リンを0.2〜1.5質量%、炭素を0.02〜0.2質量%含み、前記雰囲気ガスが90容積%以上の窒素を含み、焼結後に気密性を有する表面処理層3を形成する方法であるから、強度と靱性が向上すると共に、表面処理層3との密着性に優れた焼結体1が得られ、この焼結体1は、表面処理層3との密着性を備え、その表面処理層3により気密性を備えたものとなる。
【0063】
また、このように本実施形態では、請求項8に対応して、表面処理層3をスチーム処理で形成するから、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたスチーム処理を施すことができる。
【0064】
また、このように本実施形態では、請求項9に対応して、表面処理層3をメッキ処理で形成するから、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたメッキを設けることができる。
【0065】
また、このように本実施形態では、請求項10に対応して、表面処理層3をコーティング処理で形成するから、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたコーティングを設けることができる。
【0066】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、表面処理層は各種のものに適用可能であり、また、表面処理層として例示したメッキの材質やコーティングの材質も適宜選定可能である。
【0067】
【発明の効果】
請求項1の気密性を有する焼結体は、金属を主成分とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる気密性を有する焼結体において、焼結体中に炭素を0.006〜0.1質量%、リンを0.2〜1.5質量%含み、開放気孔率が12%以下、平均結晶粒径が40μm以下で、窒素を含み、気密性を有する表面処理層を設けたものであり、封孔処理することなく、表面処理層を設けることができ、この表面処理層により気密性を確保することができる。
【0068】
また、請求項2の発明は、請求項1の効果に加えて、前記焼結体の窒素量が60〜300ppmであるものであり、焼結時における鉄粉結晶の成長を抑制することができ、表面処理層との密着性に優れた焼結体が得られる。
【0069】
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の効果に加えて、前記焼結体の酸素量が100〜1000ppmであり、一層、緻密な焼結体を得えることができる。
【0070】
また、請求項4の発明は、請求項1〜3の効果に加えて、前記表面処理層がスチーム処理により形成されたものであり、スチーム処理により気密性を確保することができる。
【0071】
また、請求項5の発明は、請求項1〜3の効果に加えて、前記表面処理層がメッキ処理により形成されたものであり、メッキ処理により気密性を確保することができる。
【0072】
また、請求項6の発明は、請求項1〜3の効果に加えて、前記表面処理層がコーティング処理により形成されたものであり、コーティング処理により気密性を確保することができる。
【0073】
請求項7の焼結体の製造方法は、金属を主成分とする原料粉末を加圧して圧粉体を形成した後、この圧粉体を雰囲気ガス中で焼結する気密性を有する焼結体の製造方法において、還元鉄粉を40質量%以上、リンを0.2〜1.5質量%、炭素を0.02〜0.2質量%含み、前記雰囲気ガスが70容積%以上の窒素を含み、焼結後に気密性を有する表面処理層を形成する方法であり、強度と靱性が向上すると共に、表面処理層との密着性に優れた焼結体が得られ、この焼結体は、表面処理層との密着性を備え、その表面処理層により気密性を備えたものとなる。
【0074】
また、請求項8の発明は、請求項7の効果に加えて、前記表面処理層をスチーム処理で形成するから、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたスチーム処理を施すことができる。
【0075】
また、請求項9の発明は、請求項7の効果に加えて、前記表面処理層をメッキ処理で形成するから、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたメッキを設けることができる。
【0076】
また、請求項10の発明は、請求項7の効果に加えて、前記表面処理層をコーティング処理で形成するから、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたコーティングを設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す製造方法を説明するフローチャート図である。
【図2】同上、焼結体の要部の断面説明図であり、一部を拡大している。
【図3】同上、圧粉体の成形圧力と焼結体の開放気孔率との関係を示すグラフ説明図である。
【符号の説明】
1 焼結体
3 表面処理層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hermetic sintered body and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
In powder metallurgy, it is known that a raw material powder containing metal as a main raw material is compressed to form a green compact, and then this green compact is heated and sintered to form a sintered body of a predetermined shape. It has been.
[0003]
Thus, after the raw material powder is compression-molded, the sintered body to be sintered has a large number of pores. For this reason, when using sintered bodies for structural parts such as hydraulic pumps, variable valve timing mechanism housings, air conditioners, and compressors that generally require airtightness and pressure resistance, sealing treatment such as Cu or resin impregnation is conventionally used. Had gone. Further, when the Ni, Zn and Cr plating, TiN and CrN coating, which are surface treatments for improving the corrosion resistance and the surface hardness, are applied, the sealing treatment is necessary as a pretreatment for the surface treatment.
[0004]
In consideration of such problems, Patent Document 1 contains reduced iron powder and iron phosphide powder so that the amount of phosphorus is 0.5 to 2.0% by weight, and after this powder is compression molded. A sintered member having airtightness obtained by sintering has been proposed, and when this sintered member is used for an application requiring airtightness and pressure resistance, the sintered density is 7.0 g / cm.3It is described that the above is preferable.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-55-122803
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, there has been a demand for higher performance and downsizing for components of pressure-resistant devices, and as a result, airtightness and high adhesion with the surface treatment layer are required. In the bonded body, it is difficult to obtain airtightness and adhesion to the surface treatment layer corresponding to this requirement.
[0007]
In addition, based on the prior art, the inventor conducted various experiments in order to obtain a sintered body having further airtightness and adhesion with the surface treatment layer and a method for producing the same. It has been found that the airtightness and the adhesion with the surface treatment layer cannot be effectively improved only by increasing the density.
[0008]
Then, an object of this invention is to provide the sintered compact which has airtightness, and its manufacturing method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The airtight sintered body according to claim 1 is an airtight sintered body obtained by molding and sintering a raw material powder containing a metal as a main component in order to achieve the above object. Contains 0.006 to 0.1% by mass of carbon, 0.2 to 1.5% by mass of phosphorus, has an open porosity of 12% or less, an average crystal grain size of 40 μm or less, contains nitrogen, and has airtightness. A surface treatment layer is provided.
[0010]
Due to the reduction effect of carbon, the rate at which phosphorus oxidizes during sintering is small, so that phosphorus lowers the melting point of the raw material powder and promotes the formation of liquid phase components, and the diffusion of iron and phosphorus is performed smoothly. Is bonded to iron to form a solid solution, and a sintered body with few pores and excellent airtightness can be obtained.
[0011]
And if the carbon mix | blended as a raw material is less than 0.02 mass%, it cannot fully reduce phosphorus, and on the other hand, if carbon exceeds 0.2 mass%, austenite will be stabilized during sintering. In order to reduce the sintering speed, the amount of carbon blended as a raw material was set to 0.02 to 0.2% by mass. A part of the carbon becomes an oxide during the sintering and is lost from the sintered body. Therefore, the amount of carbon contained in the sintered body is set to 0.006 to 0.1% by mass.
[0012]
Further, if the phosphorus is less than 0.2% by mass, the effect of airtightness cannot be obtained. On the other hand, if the phosphorus exceeds 1.5% by mass, the strength and toughness of the sintered body is reduced, and therefore included. Phosphorus was 0.2 to 1.5 mass%.
[0013]
Therefore, even if the green compact is molded at a lower pressure than before, a highly airtight sintered body can be obtained, and this sintered body has a small density and a light weight. For this reason, since the load of the molding die for molding the green compact is reduced, the durability of the molding die is also improved.
[0014]
The invention of claim 2 is the sintered body of claim 1, wherein the nitrogen amount of the sintered body is 60 to 300 ppm.
[0015]
In order to suppress the growth of iron powder crystals during sintering, the amount of nitrogen is preferably 60 ppm or more. On the other hand, if the amount of nitrogen exceeds 300 ppm, the progress of sintering is hindered by nitriding, and the strength rapidly decreases. Therefore, the above nitrogen amount is preferable.
[0016]
The invention of claim 3 is the sintered body of claim 1 or 2, wherein the sintered body has an oxygen content of 100 to 1000 ppm.
[0017]
In order to suppress the growth of iron powder crystals during sintering, the oxygen amount is preferably 100 ppm or more. On the other hand, if the oxygen amount exceeds 1000 ppm, the progress of the sintering is hindered by oxidation, and the strength rapidly decreases. Therefore, the oxygen amount is preferably set as described above.
[0018]
The invention according to claim 4 is the sintered body according to claims 1 to 3, wherein the surface treatment layer is formed by steam treatment.
[0019]
Airtightness can be ensured by steam treatment.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in the sintered body according to the first to third aspects, the surface treatment layer is formed by plating.
[0021]
Airtightness can be ensured by plating. Examples of the plating process include Ni, Zn, and Cr plating.
[0022]
The invention of claim 6 is the sintered body of claims 1 to 3, wherein the surface treatment layer is formed by a coating treatment.
[0023]
Airtightness can be ensured by the coating process. Examples of the coating treatment include TiN and CrN coatings.
[0024]
In order to achieve the above object, the method for producing a sintered body according to claim 7 pressurizes a raw material powder containing metal as a main component to form a green compact, and then sinters the green compact in an atmospheric gas. In the method for producing a sintered compact having airtightness, the reduced iron powder contains 40 mass% or more, phosphorus is 0.2 to 1.5 mass%, carbon is 0.02 to 0.2 mass%, and the atmosphere This is a method of forming a surface treatment layer having a gas tightness after sintering, wherein the gas contains 70% by volume or more of nitrogen.
[0025]
By using this method, strength and toughness are improved, and a sintered body having excellent adhesion to the surface treatment layer is obtained. This sintered body has adhesion to the surface treatment layer, and its surface. The treatment layer has airtightness.
[0026]
The invention of claim 8 is the method for producing the sintered body of claim 7, wherein the surface treatment layer is formed by steam treatment.
[0027]
According to this method, it is possible to perform a steam treatment with excellent adhesion without performing a sealing treatment as a pretreatment for the surface treatment.
[0028]
The invention of claim 9 is the method for producing the sintered body of claim 7, wherein the surface treatment layer is formed by plating.
[0029]
According to this method, plating having excellent adhesion can be provided without performing a sealing treatment as a pretreatment for the surface treatment.
[0030]
The invention of claim 10 is the method for producing a sintered body according to claim 7, wherein the surface treatment layer is formed by a coating treatment.
[0031]
According to this method, a coating having excellent adhesion can be provided without performing a sealing treatment as a pretreatment for the surface treatment.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 to 3 show an embodiment of the present invention.
[0033]
First, in the manufacturing method of the present invention, as shown in the flow chart of FIG. 1, raw material powder mainly composed of iron which is a metal is mixed (S1), and this raw material powder is compressed to form a green compact (S2). The green compact is sintered (S3) in a sintering furnace, and then surface treatment (S4) is performed to obtain the sintered body 1. In the present invention, it is preferable to use a predetermined amount or more of reduced iron powder as the raw material powder. The reduced iron powder can be reduced by various methods.
[0034]
The inventor conducted various experiments in order to obtain a sintered body having excellent airtightness and a manufacturing method thereof, and as a result, the surface-treated layer was more airtight due to the relationship between the open porosity and the adhesion of the surface-treated layer. The present invention has been found to be obtained and can be obtained with a predetermined adhesion to the surface treatment layer. Further, it has been found that a sintered body having a small open porosity can be produced without increasing the sintering density, and has led to the present invention. It is a thing. In particular, it is possible to obtain airtightness even when the open porosity is relatively high.
[0035]
Below, an example of the experimental example which proves it is demonstrated.
[0036]
Experimental example
A plurality of iron-based sintered bodies 1 having different ratios of reduced iron powder in the raw material powder (Fe-0.6% P) are manufactured, the reduced iron powder is mixed with the raw material powder, and the rest is made of atomized iron powder. , 0.8 mass% phosphorus (P). In this case, phosphorus can be supplied by iron halide powder. Further, the raw material powder contains 0.1% by mass of graphite powder as carbon. In addition to the above raw material powder, Cu or the like may be mixed.
[0037]
And nitrogen atmosphere gas (N2Base gas: N2-3 vol% H2) Or in a decomposed ammonia atmosphere gas (S3), and the open porosity of each sintered body 1 was measured. After the measurement, the sintered body 1 was subjected to a steam treatment as a surface treatment (S4).
[0038]
And the measurement of the average crystal grain diameter of the sintered compact 1, the amount of nitrogen, and the amount of oxygen, and the photography of the enlarged structure photograph of the sintered compact were performed, and also about the adhesiveness, the test was done, and the following things were found.
[0039]
It is confirmed from the enlarged structure photograph of the sintered body that the growth of the crystal of the iron powder is suppressed. This is because nitrogen is used as a nucleus by using nitrogen atmosphere gas as the atmosphere gas during sintering (S2). This is because the expansion of the iron powder crystals was suppressed. The amount of nitrogen is preferably 60 ppm or more because nitrogen serves as a nucleus during sintering to suppress the growth of iron crystal grains. On the other hand, if the amount of nitrogen exceeds 300 ppm, the progress of sintering is hindered by nitriding. And the strength rapidly decreases. The nitrogen amount is more preferably 70 to 200 ppm from the viewpoints of densification and strength.
[0040]
Oxygen is related to the suppression of iron crystal grain growth, and the oxygen content is preferably 100 ppm or more in order to suppress the growth of iron crystal grains. Therefore, the oxygen content is preferably 1000 ppm or less, and more preferably 200 to 700 ppm in terms of densification and strength.
[0041]
Since the average crystal grain size is largely related to the adhesion with the surface treatment layer, the average crystal grain size is preferably 40 μm or less. Furthermore, considering the adhesion with the surface treatment layer, the average crystal grain size is more preferably 25 μm or less.
[0042]
Moreover, the improvement of the toughness of a sintered compact was recognized by mixing 0.02-0.2 mass% of graphite powder with raw material powder. When the component analysis of the sintered body was performed, in the examples according to the present invention, the amount of carbon contained in the sintered body was 0.006 to 0.1% by mass. In an example, it becomes 0.001-0.004 mass%, and the thing of an Example has more carbon compared with a comparative example.
[0043]
The effect of the sintered body of the present invention manufactured as described above will be described with reference to the graph explanatory diagram of FIG. 3. When the green compact is formed from the raw material powder by the molding die on the horizontal axis, Shows the open porosity obtained by sintering the same-pressure powder on the vertical axis, the conventional product is shown by a broken line, the product of the present invention is shown by a solid line, and according to the product of the present invention at a low molding pressure, An airtight sintered body having a smaller open porosity than the product can be obtained.
[0044]
As described above, in the present invention, the generation of phosphorus oxides is suppressed, and phosphorus lowers the melting point of the raw material powder to promote the generation of liquid phase components, thereby obtaining a sintered body with few pores and excellent airtightness. It is done.
[0045]
In addition, the open porosity in this invention is calculated by the sintered metal material-density, oil content, and open porosity test method of JIS Z 2501 (2000). The outline of this test method will be described. As an apparatus, an analytical balance having a sufficient measurement capacity and accuracy within 0.01%, a Soxhlet extractor (exemplified in FIG. 1 of JIS Z 2501), a test piece A jig for measuring the mass in the air and liquid (liquid is generally water) (illustrated in Attached Figure 2 to Attached Figure 4 of JIS Z 2501), and a test piece and a jig for achieving it are sufficient. A container containing distilled water containing 0.05 to 0.10 vol% of surfactant, or preferably degassed water, a vacuum oil retaining device, and an impregnating oil of known density Use a thermometer with an accuracy of ± 0.5 ° C. The test specimen is usually tested as a whole specimen. If this is not possible, the specimen may be cut or broken into small pieces for ease of operation. It can also be applied to testing only representative parts of parts. When the mass of the test piece is less than 5 g, an average value is obtained by collecting and measuring several test pieces. The surface of the specimen shall be free from dirt, oil and other foreign matter. Excess surface oil must not adhere to the surface of the specimen. When removing excess oil with an oil absorbent, care must be taken not to remove the oil in the pores. The test method consists of (7-1) weighing the weight of the test piece as received as the first mass measurement of the test piece, m1(Initial mass of test piece: unit g) is obtained. When it is known that the test piece does not contain oil, it was described in “(7-2) Oil removal of test piece with solvent” and “(7-3) Mass measurement of dry test piece” described later. The method can be omitted.
[0046]
(7-2) In order to remove the oil from the thin-walled test piece at a normal density by immersing in the solvent for about 3 hours as the oil removal of the test piece with the solvent, approximately 10 solvent changes are required. Thick and high density specimens may be immersed for up to 24 hours. Extraction is continued until the mass after evaporation of the pore solvent is constant. Dry until the specimen is of constant mass (the mass reduction in the last extraction should not exceed 0.01%). The drying temperature is set 20 ° C. higher than the boiling point of the solvent, and then the mass is measured after cooling in a desiccator. Select a solvent that completely dissolves the oil. It needs to be tested separately. In the test report, specify the name of the solvent used. In practice, other methods of removing the oil may be performed (eg, heating in a protective atmosphere). In case of debate, the Soxhlet extraction method should be consulted. (7-3) For measuring the mass of a dry test piece, the test piece is deoiled and weighed after drying, m2(Mass of test piece after degreasing and drying: unit g) is obtained.
[0047]
For complete impregnation (for measuring open porosity), immerse the specimen in oil in a suitable container that can withstand vacuum conditions. Reduce oil surface pressure up to 70 kPa. Continue vacuuming until the oil surface is free of bubbles. Return the vacuum to ambient pressure. The specimen may be kept immersed in the oil for 10 minutes. The oil must never mix with water or wet the porous metal. Remove specimen from oil, drain and remove excess surface oil. In this case, excess surface oil should not adhere to the surface of the test piece. When removing excess oil with an oil absorbent, care must be taken not to remove even the oil in the pores. To measure the mass of a fully impregnated test piece, weigh the test piece after complete impregnation, m3(Mass of test piece after complete impregnation: unit g) is obtained. To measure the volume of the test piece, weigh in the air to determine the volume V of the test piece, ma(Air mass of impregnated test piece and support jig (for example, suspension wire): unit g) is obtained, and then the known density ρWSoak in water or liquidW(Mass in water of impregnated test piece and supporting jig (for example, suspension wire): unit g) is obtained. Volume Vcm3Is calculated by the following equation.
[0048]
V = (ma-MW) / ΡW
For porous metals, it is important that the liquid used is not absorbed by the pores. For this, the pores are impregnated with oil. In general, it is desirable to make the mass and volume of the jig as small as possible. In measuring the volume, the test piece is hung with a thin wire, and the total mass of the test piece and the wire is weighed in the air and in water. Although tolerance is caused by the accumulation of the wire in the water, there is no problem because it is smaller than the volume of the test piece. This permissible error can be grasped by weighing the underwater mass and then weighing the water accurately. Another method is to measure the length of the underwater portion if the volume of the unit length of the wire is known. It is confirmed that no bubbles are generated from the surface of the test piece and the holding jig. It is possible to add 0.05 to 0.10 vol% of surfactant in water. The test piece and water are at the same temperature. The normal test temperature is 18-22 ° C, and the density of pure water in this rangeWIs 0.0998 g / cm3It is.
[0049]
Based on the numerical value obtained by the above measurement, the dry density is obtained by the following equation.
[0050]
Dry density (g / cm3) = M2/ V
Moreover, an open porosity is calculated | required by the following formula.
[0051]
Open porosity (vol%) = (m3-M2) / (Ρ2V) × 100
Ρ2Is the density of the oil used for impregnation.
[0052]
In the present invention, it was found that the open porosity was set to 12% or less, and it was possible to ensure airtightness by combining with the surface treatment layer. Then, a surface treatment layer by various plating such as Ni plating, Zn plating or Cr plating, a surface treatment layer by various alloy coating such as TiN coating or CrN coating, a surface treatment layer which is a surface coating by steam treatment, or the like may be used. The adhesion between the sintered body 1 and the surface treatment layer 3 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the main part of the sintered body 1. In the crystal grain 4 formed by providing the surface treatment layer 3 by treatment or the like and sintering the raw material powder, the surface treatment layer 3 enters the boundary, that is, the crystal grain boundary 5, and the surface treatment layer 3 entering the crystal grain boundary 5 is The surface is shaped like a wedge, and the surface treatment layer 3 adheres to the surface of the sintered body 1. That is, if the surface treatment layer 3 is formed by steam treatment, a film of iron trioxide is formed in a close contact state. Further, even in the pores 6 on the surface of the sintered body 1, the surface treatment layer 3 enters the crystal grain boundaries 5 of the pores 6, and the surface treatment layer 3 that has entered the crystal grain boundaries 5 has a shape that is driven with a wedge, The surface treatment layer 3 adheres to the sintered body 1. Since the number of crystal grain boundaries 5 per unit area is larger when the average crystal grain size is smaller, the adhesion is excellent.
[0053]
In addition, as surface treatment, coating such as Zn, Cr, Ni, Ag plating, TiN, CrN, TiC, TiCN, DLC (diamond-like carbon) may be performed. These surface treatment layer 3 and sintered body 1 A predetermined adhesion can be obtained and airtightness can be secured by the surface treatment layer 3.
[0054]
In addition, in the raw material powder, reduced iron powder has the advantages of reduced open porosity and low cost, while compared to other iron powders, the strength and compressibility are low, and the atomized iron powder has high strength, Although it has the advantages of high compressibility and low cost, the effect of reducing open porosity is low, and carbonyl iron powder has the advantages of high strength and low open porosity, but has the disadvantage of low compressibility and high cost. From the viewpoint of reduction of open porosity and low cost, it is preferable to use 40% by mass or more of reduced iron powder.
[0055]
Thus, in the present embodiment, corresponding to claim 1, in the sintered body 1 having airtightness formed by molding and sintering the raw material powder mainly composed of metal, the raw material powder is reduced iron powder. 40 mass% or more, 0.006 to 0.1 mass% of carbon and 0.2 to 1.5 mass% of phosphorus, open porosity of 12% or less, average crystal grain size of 40 μm or less, nitrogen Since the surface treatment layer 3 having airtightness is provided, because of the reduction effect of carbon, the ratio of phosphorous oxidation during sintering is small. While promoting the formation, the diffusion of iron and phosphorus is performed smoothly, phosphorus binds to iron and forms a solid solution, and a sintered body with few pores and excellent airtightness can be obtained without sealing treatment. The surface treatment layer 3 can be provided, and the surface treatment layer 3 It is possible to ensure the sex. And if the carbon mix | blended as a raw material is less than 0.02 mass%, it cannot fully reduce phosphorus, and on the other hand, if carbon exceeds 0.2 mass%, austenite will be stabilized during sintering. In order to reduce the sintering speed, the amount of carbon blended as a raw material was set to 0.02 to 0.2% by mass. A part of the carbon becomes an oxide during the sintering and is lost from the sintered body. Therefore, the amount of carbon contained in the sintered body is set to 0.006 to 0.1% by mass. Further, if the phosphorus is less than 0.2% by mass, the effect of airtightness cannot be obtained. On the other hand, if the phosphorus exceeds 1.5% by mass, the strength and toughness of the sintered body is reduced, and therefore included. Phosphorus was 0.2 to 1.5 mass%.
[0056]
Therefore, even if the green compact is molded at a lower pressure than before, a highly airtight sintered body can be obtained, and this sintered body has a small density and a light weight. For this reason, since the load of the molding die for molding the green compact is reduced, the durability of the molding die is also improved.
[0057]
In this way, in this embodiment, since the nitrogen content of the sintered body 1 is 60 to 300 ppm, corresponding to claim 2, the growth of iron powder crystals during sintering is suppressed, and the surface A sintered body 1 having excellent adhesion to the treatment layer 3 can be obtained.
[0058]
In this way, in this embodiment, since the amount of oxygen in the sintered body 1 is 100 to 1000 ppm corresponding to claim 3, the growth of iron crystal grains during sintering is suppressed, and the open porosity is reduced. A low sintered body 1 can be obtained.
[0059]
In this way, in this embodiment, since the surface treatment layer 3 is formed by the steam process corresponding to the fourth aspect, the airtightness can be ensured by the steam process.
[0060]
In this way, in this embodiment, since the surface treatment layer 3 is formed by the plating process corresponding to the fifth aspect, airtightness can be ensured by the plating process.
[0061]
In this way, in this embodiment, since the surface treatment layer 3 is formed by the coating process corresponding to the sixth aspect, airtightness can be ensured by the coating process.
[0062]
Thus, in the present embodiment, corresponding to claim 7, after forming the green compact by pressurizing the raw material powder containing metal as a main component, the hermeticity of sintering the green compact in the atmosphere gas. In the manufacturing method of the sintered body 1 having 40% by mass or more of reduced iron powder, 0.2 to 1.5% by mass of phosphorus, 0.02 to 0.2% by mass of carbon, and the atmosphere gas is 90%. Since it is a method of forming the surface treatment layer 3 containing nitrogen in a volume% or more and having airtightness after sintering, the sintered body 1 is improved in strength and toughness and excellent in adhesion to the surface treatment layer 3. The sintered body 1 has adhesiveness with the surface treatment layer 3 and is airtight with the surface treatment layer 3.
[0063]
In this way, in this embodiment, since the surface treatment layer 3 is formed by the steam treatment in correspondence with the eighth aspect, the steam having excellent adhesion without performing the sealing treatment as the pretreatment of the surface treatment. Processing can be performed.
[0064]
In this way, in this embodiment, since the surface treatment layer 3 is formed by plating in accordance with claim 9, plating with excellent adhesion without performing sealing treatment as a pretreatment of the surface treatment. Can be provided.
[0065]
In this way, in this embodiment, since the surface treatment layer 3 is formed by a coating process corresponding to claim 10, the coating having excellent adhesion without performing a sealing process as a pretreatment of the surface treatment. Can be provided.
[0066]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible. For example, the surface treatment layer can be applied to various types, and the plating material and the coating material exemplified as the surface treatment layer can be appropriately selected.
[0067]
【The invention's effect】
The sintered body having airtightness according to claim 1 is a sintered body having airtightness formed by molding and sintering a raw material powder mainly composed of a metal. 0.1% by mass, 0.2 to 1.5% by mass of phosphorus, an open porosity of 12% or less, an average crystal grain size of 40 μm or less, nitrogen, and a surface treatment layer having airtightness were provided. Thus, a surface treatment layer can be provided without sealing, and airtightness can be secured by this surface treatment layer.
[0068]
In addition to the effect of claim 1, the invention of claim 2 is such that the sintered body has a nitrogen content of 60 to 300 ppm, and can suppress the growth of iron powder crystals during sintering. A sintered body having excellent adhesion to the surface treatment layer can be obtained.
[0069]
Moreover, in addition to the effect of Claim 1 or 2, the invention of Claim 3 has an oxygen content of 100 to 1000 ppm in the sintered body, so that a denser sintered body can be obtained.
[0070]
In addition to the effects of claims 1 to 3, the invention of claim 4 is such that the surface treatment layer is formed by steam treatment, and airtightness can be secured by the steam treatment.
[0071]
Moreover, in addition to the effect of Claims 1-3, invention of Claim 5 is the said surface treatment layer formed by the plating process, and can ensure airtightness by the plating process.
[0072]
In addition to the effects of the first to third aspects, the sixth aspect of the invention is such that the surface treatment layer is formed by a coating treatment, and airtightness can be secured by the coating treatment.
[0073]
The method for producing a sintered body according to claim 7 is an airtight sintering method in which a raw powder mainly composed of metal is pressed to form a green compact, and then the green compact is sintered in an atmospheric gas. In the method for producing a body, nitrogen containing reduced iron powder in an amount of 40% by mass or more, phosphorus in an amount of 0.2 to 1.5% by mass, carbon in an amount of 0.02 to 0.2% by mass and the atmospheric gas in an amount of 70% by volume or more. Is a method of forming a surface treatment layer having airtightness after sintering, and a sintered body with improved strength and toughness and excellent adhesion to the surface treatment layer is obtained. The surface-treated layer has adhesiveness, and the surface-treated layer has airtightness.
[0074]
Moreover, in addition to the effect of Claim 7, since the surface treatment layer is formed by steam treatment, the invention of claim 8 is a steam having excellent adhesion without performing a sealing treatment as a pretreatment of the surface treatment. Processing can be performed.
[0075]
Further, in addition to the effect of claim 7, the invention of claim 9 forms the surface treatment layer by plating, so that plating with excellent adhesion without performing sealing treatment as a pretreatment of the surface treatment. Can be provided.
[0076]
Moreover, in addition to the effect of Claim 7, the invention of Claim 10 forms the surface treatment layer by a coating treatment. Therefore, the coating has excellent adhesion without performing a sealing treatment as a pretreatment of the surface treatment. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart for explaining a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the main part of the sintered body, partially enlarged.
FIG. 3 is a graph explanatory view showing the relationship between the compacting pressure of the green compact and the open porosity of the sintered body.
[Explanation of symbols]
1 Sintered body
3 Surface treatment layer

Claims (10)

金属を主成分とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる気密性を有する焼結体において、炭素を0.006〜0.1質量%、リンを0.2〜1.5質量%含み、開放気孔率が12%以下、平均結晶粒径が40μm以下で、窒素を含み、気密性を有する表面処理層を設けたことを特徴とする気密性を有する焼結体。In a sintered body having airtightness formed by molding and sintering a raw material powder containing a metal as a main component, carbon is contained in an amount of 0.006 to 0.1% by mass and phosphorus is contained in an amount of 0.2 to 1.5% by mass. An airtight sintered body comprising an air-tight surface treatment layer having an open porosity of 12% or less, an average crystal grain size of 40 μm or less, containing nitrogen. 前記焼結体の窒素量が60〜300ppmであることを特徴とする請求項1記載の気密性を有する焼結体。The sintered body having airtightness according to claim 1, wherein the sintered body has a nitrogen amount of 60 to 300 ppm. 前記焼結体の酸素量が100〜1000ppmであることを特徴とする請求項1又は2記載の気密性を有する焼結体。The sintered body having airtightness according to claim 1 or 2, wherein the sintered body has an oxygen content of 100 to 1000 ppm. 前記表面処理層がスチーム処理により形成されたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の気密性を有する焼結体。The sintered body having airtightness according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface treatment layer is formed by steam treatment. 前記表面処理層がメッキ処理により形成されたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の気密性を有する焼結体。The sintered body having airtightness according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface treatment layer is formed by plating. 前記表面処理層がコーティング処理により形成されたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の気密性を有する焼結体。The sintered body having airtightness according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface treatment layer is formed by a coating treatment. 金属を主成分とする原料粉末を加圧して圧粉体を形成した後、この圧粉体を雰囲気ガス中で焼結する気密性を有する焼結体の製造方法において、前記原料粉末は、還元鉄粉を40質量%以上、リンを0.2〜1.5質量%、炭素を0.02〜0.2質量%含み、前記雰囲気ガスが70容積%以上の窒素を含み、焼結後に気密性を有する表面処理層を形成することを特徴とする気密性を有する焼結体の製造方法。In the manufacturing method of a hermetic sintered body in which a green compact is formed by pressurizing a raw material powder containing metal as a main component, and the green compact is sintered in an atmospheric gas, the raw material powder is reduced 40 mass% or more of iron powder, 0.2 to 1.5 mass% of phosphorus, 0.02 to 0.2 mass% of carbon, the atmosphere gas contains nitrogen of 70 volume% or more, and airtight after sintering A method for producing a hermetic sintered body, characterized by forming a surface treatment layer having properties. 前記表面処理層をスチーム処理で形成することを特徴とする請求項7記載の表面処理層との密着性を有する焼結体の製造方法。The method for producing a sintered body having adhesiveness with a surface treatment layer according to claim 7, wherein the surface treatment layer is formed by steam treatment. 前記表面処理層をメッキ処理で形成することを特徴とする請求項7記載の表面処理層との密着性を有する焼結体の製造方法。The method for producing a sintered body having adhesiveness with a surface treatment layer according to claim 7, wherein the surface treatment layer is formed by plating. 前記表面処理層をコーティング処理で形成することを特徴とする請求項7記載の表面処理層との密着性を有する焼結体の製造方法。The method for producing a sintered body having adhesiveness with a surface treatment layer according to claim 7, wherein the surface treatment layer is formed by a coating treatment.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103555985A (en) * 2013-11-02 2014-02-05 陈红辉 Porous metal composite material for automobile and preparation method thereof

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