JP2008266776A - 粉末冶金用鉄基混合粉末 - Google Patents
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Abstract
【課 題】 安価な手段で鉄基粉末の流動性や充填性の改善と圧粉体の抜出力の低減とを両立させ、圧粉体や焼結体の生産性向上と歩留り向上とを達成できる粉末冶金技術に用いて好適な粉末冶金用鉄基粉末を提供する。
【解決手段】 無機物,炭材および有機物の中から選ばれる1種または2種以上の多孔質粒子と、有機結合剤を介して鉄粉の表面に合金用粉末を付着させた合金成分外装鉄粉と、潤滑剤と、を混合してなる粉末冶金用鉄基粉末である。
【選択図】 図1
Description
そこで鉄基混合粉末における鉄粉,合金用粉末,潤滑剤,切削性改善用粉末の偏析を防止する技術が種々検討されている。たとえば特許文献1〜3には鉄粉の表面に予め合金用粉末を付着させる技術が開示され、特許文献4には遊離潤滑剤を添加し、偏析防止粉の流出性を改善せしめる技術が開示されている。
しかしながら鉄基混合粉末の流動性や金型への充填性を高めると、圧粉体を金型から取り出す際の押圧力(以下、抜出力という)が増加しやすいことが一般に知られている。つまり、流動性や充填性を高めた鉄基混合粉末を用いると抜出力が増加し、圧粉体の取り出しに長時間を要することによる生産性低下や圧粉体に欠損が生じることによる歩留り低下を招くことが多い。
本発明の粉末冶金用鉄基混合粉末においては、多孔質粒子が、粒子径1〜500nmの一次微粒子の集合体であることが好ましい。あるいは、多孔質粒子が連結したチャンネル構造を有するものであることが好ましい。
使用する無機物は、SiO2,TiO2,Fe2O3およびMgO・Al2O3・xSiO2・yH2O,タルクの中から選ばれる1種の粉末または2種以上の混合粉末であることが好ましい。
まず、本発明で使用する多孔質粒子について説明する。
多孔質粒子は、その粒子体内に空隙を内在させたものであり、その製法は特に限定しない。ただし、
(A)図2(a)に示すような、粒子径1〜500nmの微粉末(以下、一次微粒子という)を造粒して得た多孔質粒子
または
(B)図2(b)に示すような、ゼオライトに代表される連結したチャンネル構造を予め有する多孔質粒子
を使用することが好ましい。
この多孔質粒子は、無機物,炭材および有機物の中から選ばれる1種または2種以上の一次微粒子を造粒して得られるものであり、一次微粒子の集合体である。一次微粒子の粒子径が1nm(ナノメートル)未満では、一次微粒子の粒子間の空隙が微小になるので、十分な量の潤滑剤を保持できず、抜出力低減の効果が得られない。しかも、貯蔵や搬送の際に目詰まりを起こし、操業に支障を来たすばかりでなく、極めて微細な一次微粒子は、その製造コストの上昇を招く。一方、500nmを超えると、一次微粒子の粒子間の空隙が拡大するので潤滑剤が流出し易くなり、十分な量の潤滑剤を保持できず、抜出力低減の効果が得られない。したがって、一次微粒子の粒子径は1〜500nmの範囲内が好ましい。より好ましくは1〜20nmである。
無機物微粉末を造粒して多孔質粒子を製造する際に、無機物微粉末に潤滑剤を添加することが好ましい。その潤滑剤の種類は、金属石鹸(たとえばステアリン酸亜鉛,ステアリン酸マンガン,ステアリン酸リチウム等),ビスアミド(たとえばエチレンビスステアリン酸アミド等),モノアミドを含む脂肪酸アミド(たとえばステアリン酸モノアミド,エルカ酸アミド等),脂肪酸(たとえばオレイン酸,ステアリン酸等),液状潤滑剤(たとえばリン酸エステル,ポリオールエステル,鉱油,ポリグリコール等),熱可塑性樹脂(たとえばポリアミド,ポリエチレン,ポリアセタール等)が、圧粉体の抜出力を低減する効果を有するので好ましい。
また、無機物微粉末に潤滑剤を添加して造粒しても良い。このようにしても、潤滑剤を内包する多孔質粒子を得ることができる。
多孔質粒子の素材である有機物は、特に材質を限定しないが、セルロース,乳糖,ポリテトラフルオロエチレン,ポリエチレン,アクリル系ポリマー,メタアクリル系ポリマー等を使用することが好ましい。これらの微粉末は、それぞれ単独で使用しても良いし、あるいは2種以上を併用しても良い。
無機物の多孔質粒子としては、ケイ酸ゾルの重合と二次的な凝集によって得られる多孔質シリカ,ゼオライト等が好適である。炭材の多孔質粒子としては、木材のおが屑を高温でガスや薬品に反応させることによって得られる活性炭等が好適である。有機物の多孔質粒子としては、セルロース,グルコース,澱粉,カルボキシメチルセルロース等に加えて、特開2006-131738号公報に記載された方法で得られるメタアクリル系の中空多孔質重合体粒子が好適である。
次に、本発明で使用する鉄粉について説明する。
鉄粉は、有機結合剤を介してその表面に合金用粉末や切削性改善粉末を付着させたもの(以下、合金成分外装鉄粉という)が好ましい。鉄粉の表面に合金用粉末や切削性改善粉末を付着させることによって、合金用粉末や切削性改善粉末の偏析を防止する。使用する鉄粉の特性は限定せず、圧粉体を焼結した焼結製品に要求される仕様に応じて適宜選択する。
有機結合剤の添加量が0.05質量%未満では、鉄粉の表面に合金用粉末や切削性改善粉末を均一かつ十分に付着できない。一方、0.6質量%を超えると、鉄粉同士が付着し凝集するので、流動性が低下する惧れがある。したがって、有機結合剤の添加量は0.05〜0.6質量%の範囲内とするのが好ましい。なお、有機結合剤の添加量(質量%)は、粉末冶金用鉄基粉末の質量に占める有機結合剤の比率を指す。
さらに遊離潤滑剤を添加すると、粉末冶金用鉄基混合粉の流動性を向上させることが可能である。遊離潤滑剤は、多孔質粒子に内包させた潤滑剤とは別に添加し、その添加量は粉末冶金用鉄基混合粉の質量に占める割合で0.05〜0.5質量%の範囲内が好ましい。遊離潤滑剤の種類は、金属石鹸(たとえばステアリン酸亜鉛,ステアリン酸マンガン,ステアリン酸リチウム等),ビスアミド(たとえばエチレンビスステアリン酸アミド等),モノアミドを含む脂肪酸アミド(たとえばステアリン酸モノアミド,エルカ酸アミド等),脂肪酸(たとえばオレイン酸,ステアリン酸等),熱可塑性樹脂(たとえばポリアミド,ポリエチレン,ポリアセタール等)が、圧粉体の抜出力を低減する効果を有するので好ましい。
得られた多孔質粒子の粒径は表2に示す通りである。また、多孔質粒子に内包させた潤滑剤とは別に遊離潤滑剤を使用した。遊離潤滑剤の種類とその添加量は表2に示す通りである。なお、遊離潤滑剤の添加量(質量%)は、粉末冶金用鉄基混合粉末の質量に占める潤滑剤の比率を指す。
粉末冶金用鉄基混合粉末の充填試験を行なうにあたって、図1に示すように粉末冶金用鉄基混合粉末1を収容した粉箱2を速度200mm/秒で移動し、キャビティー3(長さ20mm,深さ40mm,幅0.5mm)上で0.5秒停止して粉末冶金用鉄基混合粉末1をキャビティー3に充填した。なお、図1中の矢印Xは粉箱2の移動方向を示す。
次いで、粉末冶金用鉄基混合粉末1を金型(外径11mm,高さ11mm)に充填し、室温で圧力588MPaを加えて加圧成形し、円柱状の圧粉体とした。この圧粉体を金型から取り出す際の抜出力を測定した。その結果を表3に示す。また、得られた圧粉体の密度を測定した。その結果を表3に併せて示す。
2 粉箱
3 キャビティー
11 多孔質粒子
12 潤滑剤
13 一次微粒子
14 連結したチャンネル構造
Claims (8)
- 無機物、炭材および有機物の中から選ばれる1種または2種以上の粒径1〜100μmの多孔質粒子が潤滑剤を内包し、前記多孔質粒子と鉄粉とを混合してなることを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉末。
- 前記多孔質粒子が、粒子径1〜500nmの一次微粒子の集合体であることを特徴とする請求項1に記載の粉末冶金用鉄基混合粉末。
- 前記多孔質粒子が、連結したチャンネル構造を有することを特徴とする請求項1に記載の粉末冶金用鉄基粉末。
- 前記潤滑剤の割合が、前記多孔質粒子100質量部に対して20〜400質量部であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の粉末冶金用鉄基混合粉末。
- 前記潤滑剤が、金属石鹸、ビスアミド、脂肪酸アミド、脂肪酸、液状潤滑剤および熱可塑性樹脂の中から選ばれる1種または2種以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の粉末冶金用鉄基混合粉末。
- 前記無機物が、SiO2、TiO2、Fe2O3およびMgO・Al2O3・xSiO2・yH2O,タルクの中から選ばれる1種の粉末または2種以上の混合粉末であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の粉末冶金用鉄基混合粉末。
- 前記鉄粉が、その表面に有機結合剤を介して合金用粉末を付着させてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の粉末冶金用鉄基粉末。
- 遊離潤滑剤を含有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の粉末冶金用鉄基粉末。
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