JP2007002340A - 粉末冶金用鉄基粉末混合物及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の粉体特性及び圧粉体特性を十分に維持しながら、見掛け密度の安定性、偏析、ホッパからの流出性、流動性、金型からの抜出力をバランスよく確保し、かつ、焼成炉を痛める亜鉛の発生を極力押えた粉末冶金用鉄基混合物の製造方法を提供する。
【解決手段】鉄基粉末にオレイン酸、スピンドル油、タービン油の内から選ばれた１種以上の有機質液体潤滑剤０．０１重量％以上０．３重量％以下を加えてから、該鉄基粉末と、合金用粉末及び／又は切削性改善用粉末と、下記の内から選択した異なる融点の２種以上の有機潤滑剤０．２〜１．０重量％とを混合した後、前記有機潤滑剤の内最も低い融点以上、前記潤滑剤の内の最も高い融点以下の温度範囲で加熱・混合し、さらに冷却した後、ステアリン酸亜鉛の粉末０．１〜０．３５重量％を単独で添加・混合する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、見掛密度が安定し、添加物の偏析が少なく、成形時の金型からの抜出力が低く、亜鉛の含有が少なく、とりわけホッパからの流出性に優れた粉末冶金用鉄基粉末混合物及びその製造方法に関する。

粉末冶金用鉄基粉末混合物は、鉄粉に、銅粉、黒鉛粉、燐化鉄粉等の合金粉末とステアリン酸亜鉛等の潤滑剤とを混合し、さらに必要に応じて切削性改善用粉末を加えて製造するのが一般的である。しかし、このような混合物は以下のような欠点を持っている。先ず、その欠点はこのような混合物が偏析を生ずることである。偏析について述べると、混合物は大きさ、形状及び密度の異なる粉末を含んでいるため、混合後の輸送、ホッパへの装入、払出し、又は成形処理等の際に容易に偏析が生じてしまう。

例えば、鉄系粉末と黒鉛粉との混合物は、トラック輸送中の振動によって輸送容器内に偏析が起こり、黒鉛粉が浮かび上がることは良く知られている。また、ホッパに装入された黒鉛はホッパ内偏析のためホッパより排出する際、排出の初期、中期、終期でそれぞれ黒鉛粉の濃度が異なることも知られている。

これらの偏析によって製品は組成にばらつきを生じ、寸法変化及び強度のばらつきが大きくなって不良品の原因となる。また、黒鉛粉などはいずれも微粉末であるため混合物の比表面積を増大させる。その結果、混合物は流動性が低下する。このような流動性の低下は成形用金型への充填速度を低下させるため、圧粉体の生産速度を低下させてしまうという欠点もある。

従来常用される、潤滑剤のステアリン酸亜鉛は、焼結時に結合材中の金属元素が酸化物として炉内を汚染したり、焼結体組成を変化させるという問題点を有する。

例えば、ステアリン酸、オレイン酸モノアミド、ステアリン酸モノアミドから選ばれた１種以上と、エチレンビスステアリン酸アミド、メチレンビスステアリン酸アミドから選ばれた１種以上との溶融混合物を結合剤として、鉄基粉末表面に合金用粉末及び／又は切削性改善用粉末が固着されていることを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物を開示している（特許文献１参照）。さらに、同公報には、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドから選ばれた１種以上の加熱溶融物０．１重量％以上１．０重量％以下を結合材として合金用粉末及び／又は切削性改善用粉末が表面に固着されている鉄基粉末と、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドから選ばれた１種以上の遊離粉末０．１重量％以上０．５重量％以下と、ステアリン酸亜鉛の遊離粉末０．０１重量％以上０．２重量％以下との混合物であることを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物が開示されている。

特許文献１に記載の技術により、見掛け密度の安定性、偏析、ホッパからの流出性はかなり改善された。しかしながら、ホッパからの流出性を含む流動性と金型からの抜出力をバランスよく確保するという点でいまだ不十分であった。

鉄基粉末混合物を貯蔵した容器からプレス機械にまで搬送する装置として、例えば日本興産株式会社社製の商品名トランジ粉・粒体供給機が知られている。この供給機は、ステンレス鋼、ナイロン又はゴム製の外径４０〜１００ｍｍのチューブ内に内蔵された１本のヘリカルコイルの回転運動によって搬送する装置である。この搬送をチューブ・コイル搬送という、このチューブ・コイル搬送の際に、前記ヘリカルコイルやチューブの内部に、鉄基粉末混合物が付着し、特にその中の有機潤滑剤が付着するという問題があった。
特開平５−１４８５０５号公報

本発明は上記問題点に鑑み、従来の粉体特性及び圧粉体特性を十分に維持しながら、見掛け密度の安定性、偏析、ホッパからの流出性、流動性、金型からの抜出力をバランスよく確保し、かつ、焼成炉を痛める亜鉛の発生を極力押え、鉄粉チューブ・コイル輸送時のチューブ・コイル内部への付着がない粉末冶金用鉄基混合物及びその製造方法を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するために、提案されたもので、次の各項目に示す技術的手段を構成とするものである。本発明の第１の発明は、
鉄基粉末と、
該鉄基粉末に溶融・付着した、下記の内から選ばれた異なる融点の２種以上の有機潤滑剤０．２〜１．０重量％の内の低融点有機潤滑剤と、
該低融点潤滑剤の溶融により粉末形態で前記鉄基粉末に付着した、前記低融点潤滑剤を除く有機潤滑剤並びに合金用粉末及び／又は切削性改善粉末と、
ステアリン酸亜鉛だけの遊離粉末０．１〜０．３５重量％とからなると共に、前記鉄基粉末にさらにオレイン酸、スピンドル油、タービン油の内から選ばれた１種以上の有機質液体潤滑剤０．０１重量％以上０．３重量％以下を加えたことを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物である。

記
ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミド
この場合、前記鉄基粉末に溶融・付着した低融点有機潤滑剤をステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物とし、低融点潤滑剤の溶融により粉末形態で前記鉄基粉末に付着した有機潤滑剤をエチレンビスステアリン酸アミドとするのが、ホッパ流出性が特によくなり好ましい。なお、本発明は、上記特開平５−１４８５０５号公報に記載の技術に対して、粉末冶金用鉄基粉末混合物に遊離粉末として混合している特定の有機化合物を、遊離粉末として混合しない構成としている。

また、本発明の第２の発明は、鉄基粉末にオレイン酸、スピンドル油、タービン油の内から選ばれた１種以上の有機質液体潤滑剤０．０１重量％以上０．３重量％以下を加え、該鉄基粉末と、合金用粉末及び／又は切削性改善用粉末と、下記の内から選択した異なる融点の２種以上の有機潤滑剤０．２〜１．０重量％とを混合した後、前記有機潤滑剤の内最も低い融点以上、前記潤滑剤の内の最も高い融点以下の温度範囲で加熱・混合し、さらに冷却した後、ステアリン酸亜鉛の粉末０．１〜０．３５重量％を単独で添加・混合することを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法である。

記
ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミド

本発明により、従来の混合物に比して、チューブ・コイル輸送中の付着の発生を防止でき、さらに合金用粉末や切削性改善用粉末の偏析が少なく、ホッパからの流出性に優れるので見掛密度が安定し、金型からの抜出力が小さいので成形体の損傷がなく、粉末冶金製品の品質が安定し切削性が改善され、さらに、結合材や潤滑剤の金属成分が少ないので焼結体組成の変化や焼結炉の汚染を生じることの少ない粉末冶金用鉄基粉末混合物及びその製造方法を提供することができ、粉末冶金技術の向上に寄与するところが大きい。

次に、本発明を完成するに至った知見について説明する。

本発明者らは、ステアリン酸亜鉛０．３５重量％以下の添加量で、従来の粉体特性及び圧粉体特性を維持し、見掛密度が安定し、偏析が少なく、ホッパからの流出性に優れ、かつ亜鉛含有量が少ない粉末冶金用鉄基粉末混合物について鋭意研究を重ねた結果、以下に示す知見を得て本発明に至った。

本発明は以下の２点のポイントからなる。
（ａ）ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物とエチレンビスステアリン酸アミドから選ばれた２種以上の有機潤滑剤０．２〜１．０重量％を、さらに必要に応じて有機液体潤滑剤を添加したものを、前記有機潤滑剤の融点のうち最低の融点以上、最高の融点以下に加熱し、さらに冷却した後、遊離粉末を添加混合する。
（ｂ）遊離粉末としてステアリン酸亜鉛を単独で０．１重量％以上、０．３５重量％以下混合添加する。

このように、従来の粉体特性及び圧粉体特性を維持しながら、見掛け重量が安定し、偏析が少なく、ホッパからの排出性に優れ、かつステアリン酸亜鉛の含有量が０．３５重量％以下の粉末冶金用鉄基粉末が得られ、とくに流動性に関しては特許文献１で提案された鉄基粉末混合物よりも一層優れた粉末が得られ、チューブ・コイル輸送をする場合、コイル内部への潤滑剤の付着がなくなる。

本発明においては、合金用粉末及び／又は切削性改善用粉末が、鉄基粉末表面に有機潤滑剤の内の溶融した低融点有機潤滑剤である結合材によって固着されているので偏析を防止することができる。

鉄基粉末としては、粉砕又はアトマイズ等による純鉄粉及び／又は合金鉄粉が用いられ、合金用粉末としては黒鉛粉末、合金粉末等が、焼結体の被切削性を改善する切削性改善用粉末としては、タルク、金属硫化物等が、製品に要求される特性を考慮して選定され必要量用いられる。

特許文献１によれば、鉄基粉末混合物に粉末遊離粉末としてステアリン酸亜鉛等を用いると、抜き出し力が高くなるとされていたが、その後、鋭意検討を行った結果、結合剤として、ステアリン酸（融点６９℃）、オレイン酸アミド（融点７６℃）、ステアリン酸アミド（融点１０３℃）、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物（融点１２５℃）、エチレンビスステアリン酸アミド（融点１４７℃）から選ばれた２種以上の有機潤滑剤０．２重量％以上１．０重量％以下と必要に応じて液体潤滑剤を加えることにより抜き出し力を低減させることが可能となった。

前記有機潤滑剤をステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物単独あるいはエチレンビスステアリン酸アミド単独の添加ではこのような抜出力低減効果はない。

これに対して、本発明で鋳型からの抜出力を低減できるのは、このような該混合粉の製造粉として、融点のうち最低の融点以上、最高の融点以下に加熱することにより、図１に示すように、鉄粉１に付着する有機潤滑剤４は、溶融した低融点の有機潤滑剤３と未溶融の高融点潤滑剤２とからなる構造となる。この未溶融の潤滑剤２の部分が抜出力を低下させると思われる。

有機潤滑剤の量が０．２重量％未満では合金用粉末等の付着性が低下すると共に、金型からの抜出力が劣化するためである。有機潤滑剤の量が１．０重量％を越えて多すぎると、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を過度の添加してもホッパからの流出性を向上させることができない。

また、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドから選ばれた１種を加熱溶融した有機潤滑剤では抜出力が劣化するので不可である。

ステアリン酸亜鉛の粉末は０．１０重量％以上添加しないとホッパからの流出性が得られない。一方、０．３５重量％を越えて添加すると焼結時に発生する亜鉛により緒焼成炉を痛める可能性がある。従って、０．１０重量％以上０．３５重量％以下に限定する。また、ステアリン酸亜鉛に加え、脂肪酸又は脂肪酸アミドを添加すると、鉄粉をチューブ・コイル輸送中に付着物が生成するので、それらは添加せず、冷却後の遊離粉末としてはステアリン酸亜鉛の単独添加とする。

なお、本発明では、上記の有機潤滑剤に加え、オレイン酸、スピンドル油、タービン油から選ばれた１種以上の有機質液体潤滑剤０．０１重量％以上０．３重量％以下を有機潤滑剤に混合することにした。それによって、さらに付着は強固となると共に、見掛け密度を安定させる効果を有するからである。この液体潤滑剤の添加量が０．０１重量％未満では見掛け密度を安定する効果がなく、０．３重量％を越えるとホッパからの流出性が低下する。液体潤滑剤の添加時期は鉄基粉末と他の添加物を混合する前が好ましい。液体潤滑剤は撹拌混合時に鉄基粉末表面を速やかに覆い、撹拌による鉄基粉末同士の表面摩擦、衝突による変形を抑制し、変形による流出性の低下を押えると共に、鉄基粉末表面への添加物の均一付着を容易にする作用を有するためである。

液体潤滑剤の添加時期は鉄粉と他の添加物とを混合する前である。混合中では見掛密度の安定化作用が小さく流出性も低下し、さらに混合後では見掛密度安定作用、流出性ともに低下するからである。すなわち液体潤滑剤は鉄粉と他の添加物との撹拌混合時にすみやかに鉄粉表面を覆い、撹拌による鉄粉粒子の表面摩擦、衝突による変形を抑制し、変形による流出性の低下を抑制するものである。また鉄粉表面への添加物の均一付着を容易にする作用も副次的に有する。

液体潤滑剤以外の他の結合材すなわち、加熱溶融混合によって結合材として用いる前記有機化合物の添加量は、液体潤滑剤を用いない場合の前述の添加量と同等でよい。またステアリン酸亜鉛の選択添加量も前述と同様でよい。

加熱温度は、用いられる結合材構成物（液体潤滑剤を除く有機化合物）の最低融点以上、好ましくは構成物の最低融点プラス１０℃以上、最高融点の構成物の融点以下とする。これにより、熱分解による機能低下を防止するとともに、流出性能を向上させる。

平均粒径７８μｍの粉末冶金用鉄粉に、表１の液体潤滑剤を添加してから、平均粒径２３μｍの黒鉛粉末１重量％、平均粒径２５μｍの電解銅粉を２重量％と、表１に示した有機潤滑剤を十分混合後、有機潤滑剤中最低の融点以上、最高の融点以下で混合加熱し（１次混合）、さらに混合しながら８５℃以下に冷却した。冷却後、遊離粉末として表１に示す２次混合の潤滑剤を均一に混合後（２次混合とする）、加熱混合機から排出した。

表２にはこれらの混合粉末を直径２５ｍｍ、高さ２０ｍｍのタブレットを５ｔ／ｃｍ^２ で成形したのち金型から抜出すときの押圧力（抜出力）と、流動度はオリフィス径５ｍｍの容器に鉄粉１００ｇを充填後、排出するまでの時間で示す流動度の結果を示した。粉末のホッパ流出性は、内径１００ｍｍ、高さ２００ｍｍの容器の底部中央に設けた直径２．０ｍｍのオリフィスから混合物１０００ｇを排出させるまでの加振回数で評価した。また、混合粉末を５ｔ／ｃｍ^２ で成形したのち、ＲＸ雰囲気中で１１３０℃２０分焼結後、焼結体表面に煤があるか否か目視で判断した結果を表２に示した。

偏析防止処理粉末１０ｔをチューブ・コイル型輸送機（商品名トランジー、日本興産製ＴＳ−０５−７ＡＢ）を用いて、１．３ｔ／ｈｒの送り速度で輸送した。１０ｔ輸送後チューブ・コイル内部のコイル内付着物の有無を調べ、その結果を表２に示した。

実施例１〜２に示すように、本願発明の配合で鉄基混合粉末を製造すれば、流動性に格段優れ、ホッパ排出性が良好で、抜出力が低く、焼結体に煤の発生が見られないか僅かに見られる程度でチューブ・コイル輸送中付着物の発生のない、粉末冶金用鉄基混合粉末を容易に製造することができる。また、液体潤滑剤を添加しているので、前記撹拌混合時に鉄基粉末表面を速やかに覆い、撹拌による鉄基粉末同士の表面摩擦、衝突による変形を抑制し、変形による流出性の低下を押えると共に、鉄基粉末表面への他の添加物の均一付着を容易にする効果も認められた。
一方、比較例のように、液体潤滑剤を添加していない場合には、撹拌混合時に鉄基粉末表面を速やかに覆うこｔがないので、撹拌による鉄基粉末同士の表面摩擦、衝突による変形が抑制されず、変形による流出性の低下を押えたり、鉄基粉末表面への他の添加物の均一付着が劣るので、実施例に比べ、流動性、ホッパ流出性、金型からの抜出力が共に低くなっている。

鉄粉の表面の結合材の付着構造を示す模式図である。

符号の説明

１ 鉄粉
２ 未溶融の有機潤滑剤
３ 溶融した有機潤滑剤
４ 有機潤滑剤
５ 遊離粉末

Claims (2)

1. 鉄基粉末と、
   該鉄基粉末に溶融・付着した、下記の内から選ばれた異なる融点の２種以上の有機潤滑剤０．２〜１．０重量％の内の低融点有機潤滑剤と、
   該低融点潤滑剤の溶融により粉末形態で前記鉄基粉末に付着した、前記低融点潤滑剤を除く有機潤滑剤並びに合金用粉末及び／又は切削性改善粉末と、
   ステアリン酸亜鉛だけの遊離粉末０．１〜０．３５重量％とからなると共に、前記鉄基粉末にさらにオレイン酸、スピンドル油、タービン油の内から選ばれた１種以上の有機質液体潤滑剤０．０１重量％以上０．３重量％以下を加えたことを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物。
   記
   ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミド
2. 鉄基粉末にオレイン酸、スピンドル油、タービン油の内から選ばれた１種以上の有機質液体潤滑剤０．０１重量％以上０．３重量％以下を加え、該鉄基粉末と、合金用粉末及び／又は切削性改善用粉末と、下記の内から選択した異なる融点の２種以上の有機潤滑剤０．２〜１．０重量％とを混合した後、前記有機潤滑剤の内最も低い融点以上、前記潤滑剤の内の最も高い融点以下の温度範囲で加熱・混合し、さらに冷却した後、ステアリン酸亜鉛の粉末０．１〜０．３５重量％を単独で添加・混合することを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法。
   記
   ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミド

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