JP2010236042A - 金属粉末射出成形体の接合方法および金属複合焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の金属射出成形体を接着して複合成形体とする金属粉末射出成形体の接着方法および該複合成形体を焼結して高い接合強度を有する金属複合焼結体とする金属複合焼結体の製造方法を提供する。
【解決手段】好ましくは脱脂処理を施された、複数の金属射出成形体の接合界面に、少なくとも一つの成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液を塗布し接着して複合成形体とし、さらに焼結処理を施して金属複合焼結体とする。水溶性糊状物質としては、澱粉質糊状物質とすることが好ましい。
【効果】金属射出成形体の変形による接合不良を回避でき、さらに塗布作業が容易となるとともに、ハンドリング作業時に発生する接合面のズレ等を防止でき、接合強度が高く、しかも寸法精度の高い複合焼結体を容易に製造できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属粉末射出成形体の接合方法および金属複合焼結体の製造方法に係り、とくに成形体同士の接着が容易な成形体の接着方法と該接着された成形体を焼結し優れた接合強度を有する複合焼結体とする金属複合焼結体の製造方法に関する。

自動車、精密機械等の分野では、粉末射出成形技術を利用して製造された焼結品を部品として多数利用している。粉末射出成形技術を利用して製造された焼結品は、製品の寸法精度に優れていること、ニアネット形状が安定的に確保できるため生産性が高いこと等の利点がある。粉末射出成形技術を利用した金属焼結品の製造は、通常、金属や合金の粉末に有機バインダ等を配合し、混合・混練して混合混練物とする工程と、この混合混練物を射出成形して、所望の形状の粉末射出成形体とする射出成形工程と、ついで得られた粉末射出成形体から有機バインダーを抽出除去する脱脂処理工程と、脱脂処理された粉末射出成形体を焼結して、所定形状の金属焼結品とする焼結工程とを経て、行われている。粉末射出成形技術を利用した金属焼結品では、通常、１種類の金属や合金の粉末を用いて、１回の粉末射出成形により成形体とし、その後、該成形体に脱脂処理、焼結処理を施して、単一の金属あるいは合金からなる金属焼結体としている。

しかし、最近では、１回の粉末射出成形で所望形状の成形体とすることが難しい複雑な形状や、異種の金属で構成される形状等の金属焼結品の要求が増加する傾向となっている。そのため、別々に射出成形された複数の成形体を組み合わせて、所望形状の成形体とし、焼結して所望形状の金属複合焼結体とすることが考えられている。
例えば、金属成形体同士を、焼結工程を利用して接合する場合には、固相拡散法、液相拡散法等を利用することが考えられるが、とくにニアネット形状に仕上げる焼結製品の場合には、寸法精度の観点から、固相拡散法を適用することが好ましいといえる。一般に、固相拡散法は、被接合材の清浄化された表面同士を重ね合わせ、あるいは突合せて、高温に加熱し、原子の固体拡散を利用して接合する方法である。液相の生成を伴う液相拡散法では、接合後の寸法精度が低下する。

しかし、複数の成形体を組み合わせ、固相拡散法である焼結により所望形状の成形体とした場合には、焼結時に接合面で分離したり、一部で分離したりして良好な接合ができない場合がある。というのは、例えば、被接合材が金属射出成形体である場合には、材料の収縮等により中心部が凹状となる傾向があり、被接合材（成形体）の表面が完全に平坦ではない場合が多く、重ね合わせた場合、図２に示すように重ね合わせ面に隙間を生じる。さらに、被接合材（成形体）の表面には、清浄化しても、通常、ミクロな凹凸が存在している。

そのため、固相拡散法を適用して、被接合材同士を接合する際には、接合面を平坦にしたうえ、接合面の適正な面粗さを選択し、さらに、被接合材同士を原子が拡散可能な状態になるまで接合面を押圧するに適正な圧力、接合時に原子が拡散可能なように適正な温度を選択する必要がある。例えば、非特許文献１には、鉄圧粉体を焼結した場合についてであるが、接合面が母材部とほぼ同等の強度を有するようになるためには3.28MPa以上の接合圧力を必要とすることが示されている。また、接合する温度については、液相が発生しない温度域の可能な限り高い温度とすることが望まれており、異種の成形体を接合する場合には、液相発生温度の低い方に合わせることが必要となり、他の被接合材では原子の拡散が低下することになる。

かかる問題に対し、例えば、特許文献１には、射出成形して製作された成形体の表面の一部分に、金属粉末と有機バインダーと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、脱脂および焼結を行って金属複合焼結体とする金属複合焼結体を製造する方法が記載されている。なお、特許文献１に記載された技術では、接着する成形体に予め脱脂処理を施してもよく、また、接着する成形体は、同種の金属粉末からなる成形体同士としても、あるいは異種の金属粉末からなる成形体同士としてもよいとしている。さらに、特許文献１に記載された技術では、ペースト状混練物で使用する金属粉末は、成形体に含まれる金属粉末と同一、あるいは異種金属の成形体を接着する場合には、どちらか一方と同一の金属粉末あるいは両者の混合粉末とすることが好ましく、さらにペースト状混練物で使用する有機バインダーは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）のアルコール溶解液とすることが好ましいとしている。接着面にペースト状混練物を塗布することにより、接着面の平坦度が低く曲り等が存在しても、接着面同士の接合が容易となるとしている。

また、特許文献２には、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された成形体の表面の一部分に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され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、焼結して、接合し、ついで熱処理を行な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が記載されている。そして、特許文献２に記載された技術では、使用するペースト状混練物として、ＳＵＳ４２０Ｊ２ステンレス鋼粉末またはＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼粉末と、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）をエチルアルコールなどで溶解した液とすることが好ましいとしている。

また、特許文献３には、金属粉末あるいはセラミックス粉末と樹脂成分で構成されたコンパウンドを用いて、射出成形法によって成形された複数の成形体を接合する場合、それぞれの成形体接合面に有機溶媒または金属粉末が含まれる有機溶媒またはセラミックス粉末が含まれる有機溶媒の少なくとも一つを塗布して、脱脂および焼結工程を完了させて成形体を接合させる金属粉末およびセラミックス粉末射出成形体の接合方法が記載されている。特許文献３に記載された技術によれば、金属粉末等を含む有機溶媒を接合面に塗布することにより、接合面が母材とほぼ同じ接合強度を有するようになるとしている。なお、特許文献３に記載された技術では、有機溶媒はフタル酸ジオクチルとエタノールの混合とすることが好ましいとしている。

特開2004−285466号公報 特開2004−315955号公報 特開平07−11305号公報

黒木英憲、横山元宣：粉体および粉末冶金，第36巻（1989）第７号,p.813〜818

しかしながら、特許文献１，２に記載された技術では、使用するペースト状混練物に問題を残していた。特許文献１，２に記載されたペースト状混練物では、溶媒としてアルコールを、また、特許文献３に記載された技術においても、有機溶媒を使用している。アルコール等の有機溶媒は、揮発性が高く、塗布後の乾燥が速いという利点はあるが、接合面を重ね合わせる前に乾燥してしまう場合があったり、乾燥が速くペースト状混練物を薄く延ばせない場合があるなど、所望の接着力を発揮できなくなるという問題があった。大面積の接合面を有する被接合材である場合にはとくに問題があった。

また、特許文献１，２に記載されたペースト状混練物では、有機バインダーとしてＰＶＡを使用している。しかし、ＰＶＡは、金属粉末と混合することによりさらに粘性が高くなり、ペースト状混練物の塗布性が低下するうえ、一度固化すると再溶解が難しいなどの問題があった。
本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、例えば、中央部が凹状等に変形した金属射出成形体同士を容易にしかも、低い接着圧力で効率よく接着が可能な、金属射出成形体の接着方法を提供することを目的とする。またさらに、本発明は、接合面における高い接合強度を有する、金属複合焼結体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した目的を達成するために、接着用塗布液の組成、とくにバインダー、溶媒の種類について鋭意研究を行った。その結果、金属射出成形体同士を容易にしかも不具合の発生を抑制して接着することが可能な、接着用塗布液として、水を溶媒にし、バインダーを澱粉質糊状物質として、金属粉末と混合したペースト状の塗布液として接合面に塗布することに想到した。接着用塗布液に、金属粉末を含有させることにより、例えば中央部が凹状に変形した被接合材同士を重ね合わせた際にできる空間を埋めることができ、その後の焼結処理等により十分な接合強度を有する接合面となり、被接合材の変形起因の接合不良を解消できることを知見した。また、バインダーとしての澱粉質糊状物質は、一度固化（硬化）しても、水を加えることにより再度軟化させることができるうえ、水量の調整で粘度の調整が容易で、しかも接着面への塗布作業が容易となる程度まで水量を増加させても接着強度への影響が少ないことを知見した。

また、バインダーとして澱粉質糊状物質を採用し、溶媒として水を利用することにより、溶媒の揮発等による早期の乾燥を抑制でき、接着用塗布液の塗布作業や、被接合材を重ね合わせて接着する作業に時間的余裕が生じ、不具合の発生が減少するという知見を得た。また、溶媒として利用する水は、粘度を低下させる効果もあるため、使用するバインダー（澱粉質糊状物質）の量を減少でき、焼結後の残留炭素の影響を少なくできるという知見も得た。

本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形してなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属粉末射出成形体の接着方法。

（２）金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形し、溶剤脱脂処理を施してなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属粉末射出成形体の接着方法。

（３）金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形し、加熱脱脂処理を施されてなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属粉末射出成形体の接着方法。

（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と澱粉質糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属粉末射出成形体の接着方法。
（５）（２）において、前記接着用塗布液が、前記金属粉末を前記澱粉質糊状物質と前記水との混合物に配合してなり、該接着用塗布液全量に対する質量％で、前記金属粉末を65〜90％、前記水を5〜34％含み、残部が前記澱粉質糊状物質であるペースト状の塗布液であることを特徴とする金属粉末射出成形体の接着方法。

（６）金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形してなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体としたのち、さらに該複合成形体に加熱脱脂処理および焼結処理を施して金属複合焼結体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属複合焼結体の製造方法。

（７）金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形し、溶剤脱脂処理を施してなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体としたのち、さらに該複合成形体に脱脂焼結処理を施して金属複合焼結体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属複合焼結体の製造方法。

（８）金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形し、さらに加熱脱脂処理を施してなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体としたのち、さらに該複合成形体に焼結処理を施して金属複合焼結体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属複合焼結体の製造方法。

（９）（６）ないし（８）のいずれかにおいて、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と澱粉質糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属複合焼結体の製造方法。
（１０）（９）において、前記接着用塗布液が、前記金属粉末を、前記澱粉質糊状物質と前記水との混合物に配合してなり、該接着用塗布液全量に対する質量％で、前記金属粉末を65〜90％、前記水を5〜34％含み、残部が前記澱粉質糊状物質であるペースト状の塗布液であることを特徴とする金属複合焼結体の製造方法。

（１１）（６）ないし（１０）のいずれかにおいて、前記複合成形体としたのちで、前記焼結処理の後に、ＨＩＰ処理を施すことを特徴とする金属複合焼結体の製造方法。
（１２）（６）ないし（１１）のいずれかにおいて、前記複数の成形体が、前記金属粉末を工具鋼組成の粉末とする成形体と、前記金属粉末をＮｉ基合金組成の粉末とする成形体であることを特徴とする金属複合焼結体の製造方法。

（１３）（１２）において、前記Ｎｉ基合金が、インコネル625であり、前記工具鋼がJIS G 4404に規定されるＳＫＤ61であることを特徴とする金属複合焼結体の製造方法。
（１４）（６）ないし（１３）のいずれかに記載の製造方法で製造してなる金属複合焼結体。

本発明によれば、接着面への塗布作業が容易となり、しかも中央部が凹状等に変形した金属射出成形体でも接合面の変形による接着不良を回避でき、さらに、低い接合圧力でも十分な固相拡散接合が可能で、接合面における接合強度が十分に高い金属複合焼結体を製造できるという、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、異種金属成形体同士や、また従来では接合が困難な複雑形状の成形体同士の接着が容易となるという効果もある。また、本発明によれば、接着により、脱脂処理時等のハンドリング作業時における接合面のズレを防止でき、寸法精度が向上するという効果もある。

好ましい製造工程の一例を示す説明図である。 変形した成形体同士を接着する際の重ね合わせ状態を模式的に示す説明図である。

まず、本発明の金属粉末射出成形体の接着方法について説明する。
本発明では、金属粉末とバインダーとを素材とする混練物を射出成形して得られた金属粉末射出成形体（単に成形体ともいう）を被接着材として使用する。
本発明で使用する成形体は、金属粉末とバインダーとを加熱、加圧して混合する混練工程と、冷却固化した混練物を粉砕する粉砕工程を経て得られた混練物を、射出成形機によって金型内に射出し、冷却固化させて、金属粉末射出成形体を得る、常用の金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）を適用して製造される。使用する金属粉末としては、水アトマイズ法、あるいはガスアトマイズ法で製造された金属粉末がいずれも好適であり、これら金属粉末を適正な温度、時間で加圧混練し、冷却後粉砕した粉末とすることが好ましく、平均粒径10μm以下の粉末とすることがより好ましい。なお、水アトマイズ粉、ガスアトマイズ粉に代えて、カルボニル粉を使用しても良い。

また、使用するバインダーとしては、通常の金属粉末射出成形用のバインダーがいずれも適用できるが、ワックス成分と、プラスチックス成分とさらに植物油とを配合したバインダーとすることが好ましい。
ワックス成分は、脱脂処理時に主として抽出される成分であり、その種類を限定する必要はないが、好ましいワックス成分としては、パラフィンワックス（ＰＷ）、マイクロクリスタリンワックス等が例示できる。

また、配合するプラスチックス成分は、ポリプロピレン、ポリエチレン（ＰＥ）、アタクチックポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニール共重合体（EVA）等の熱可塑性樹脂が例示できるが、なかでもポリプロピレンまたはポリエチレンとすることが成形性と製造コストの観点から好ましい。
また、植物油としては、不乾性の植物油とすることが好ましい。不乾性の植物油としては、落花生油、ひまし油、オリーブ油、サラダ油が例示でき、それらのうちから選ばれた１種または２種以上とすることが好ましい。上記した範囲のワックス成分とプラスチックス成分に加えて、植物油を配合することにより、バインダーの凝固点が低下して、バインダーの流動性が向上し、金属粉末やプラスチックス粉末へのバインダーのなじみ性等が向上するとともに、冷却時の収縮量が低減して、成形体の割れの発生が抑制され、さらには金型からの離脱性が向上する。

ついで、得られた成形体に、図１（ａ）に示すように、好ましくは脱脂処理を施す。なお、図１（ｂ）に示すように、脱脂処理を行わずに、次工程（接着）を施してもよい。脱脂処理としては、溶剤脱脂処理、加熱脱脂処理のいずれでもよい。図１（ａ）に示すように、溶剤脱脂処理を行う場合には、溶剤脱脂処理でバインダーの一部を除去し、さらに接着後に、焼結処理を兼ねた脱脂焼結処理で残部を除去することになる。

ついで、本発明では、上記したように、好ましくは脱脂処理を施されてなる複数の成形体を重ね合わせて、接着して複合成形体とする。脱脂処理を施された成形体に接着用塗布液を塗布して接着するほうが、空孔の存在により接着強度が向上しやすいことから好ましい。なお複数の成形体を重ね合わせるに当たっては、重ね合わせ面（接合面）の異物を除去するなど、接合面の清浄化を行うことは言うまでもない。清浄化された重ね合わせ面（接合面）に、接着用塗布液を塗布し、適正な時間をおいて接合面を適正な乾燥状態としたのち、複数の成形体を重ね合わせ面（接合面）で突合せて、接着する。

複数の成形体の組合せとしては、金属粉末を工具鋼組成の粉末とする成形体と、金属粉末をＮｉ基合金組成の粉末とする成形体との組合せとすることが好ましい。この組合せからなる複合成形体を用いて焼結してなる金属複合焼結体は、高強度で高耐食性が要求される用途に好適である。工具鋼としてはJIS G 4404に規定されるＳＫＤ61が、またＮｉ基合金としてはインコネル625が例示できる。

本発明で使用する接着用塗布液は、成形体を構成する金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈し、混合、混錬したペースト状の塗布液とする。なお、金属粉末を水と水溶性糊状物質との混合物に配合して塗布液とすることが好ましい。使用する金属粉末は、成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末とする。接着する複数の成形体が異種の金属粉末からなる成形体である場合には、使用する金属粉末は、複数の成形体のうちの少なくとも一つの成形体を構成する金属粉末とする。なお、各成形体を構成する金属粉末の混合としてもよい。

接着用塗布液に、成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末を含有させることにより、例えば図２に示すように、中央部が凹状に変形したような、変形した被接合材同士を重ね合わせた際にできる空間（隙間）を埋めることができ、その後の焼結処理等により金属原子の拡散が十分可能となって、十分な接合強度を有する接合面となり、被接合材の変形起因の接合不良を解消できる。

本発明で使用する接着用塗布液には、接着力を発揮する物質として、水溶性糊状物質を混合する。ここで、「水溶性糊状物質」とは、水に溶けて糊状を呈する物質をいう。これにより、溶媒として水を使用することができ、乾燥時間を適正化でき、塗布作業を容易にできるという利点がある。水溶性糊状物質としては、水に溶解した際に糊状を呈し、所望の接着力を発揮できるものであれば、特に限定する必要はないが、澱粉質糊状物質とすることが好ましい。澱粉質糊状物質は、水溶性で、一度固化しても、水を加えることにより再度軟化させることができるうえ、水量の調整で粘度の調整が容易で、しかも接着面への塗布作業が容易となる程度まで水量を増加させても接着強度への影響が少なく、塗布・接着の作業が容易となるという利点がある。ここで「澱粉質糊状物質」とは、穀類の澱粉質を原料として、糊状に形成したものを指す。なお、穀類としては小麦、米、豆類、馬鈴薯、ダビオカ等が例示できる。澱粉質糊状物質は、市販のでんぷん糊を使用してもなんら問題ない。また、澱粉質糊状物質以外の水溶性糊状物質としては、PＶＡ等が挙げられる。

上記した接着用塗布液は、該接着用塗布液全量に対する質量％で、金属粉末を65〜90％、残部が10〜35％の水と澱粉質糊状物質との混合物であるペースト状の塗布液とすることが好ましい。金属粉末が65％未満では、成形体同士を重ね合わせた際に生じる空間（隙間）を十分に埋めることができず、焼結処理時に金属原子の拡散が不十分となり、所望の接合強度を確保できなくなる。一方、金属粉末が、90％を超えて混合させると、粘性が高くなり、接着用塗布液を均一に塗布することが難しくなる。混合物が10％未満では、塗布液の粘度が高くなりすぎ、一方35％を超えると金属粉末同士の間隔が空きすぎて、所望の接合強度を確保できなくなる。

なお、水と澱粉質糊状物質との混合物中の水は、接着用塗布液全量に対する質量％で５〜34％とすることが好ましい。水が５％未満では塗布液の粘性が高く、均一な塗布が困難となる。一方、水が34％を超えると接着力が不足し、所望の接合強度を確保できない。なお、混合物においては、上記した水以外は澱粉質糊状物質である。なお、接着用塗布液は、100〜1000程度の粘度を有するペースト状とすることが好ましい。なお、より好ましくは、接着用塗布液は接着用塗布液全量に対する質量％で、金属粉末を75〜85％、水を10〜20％、残余の澱粉質糊状物質であり、澱粉質糊状物質は２〜５％とすることが好ましい。

上記した接着用塗布液を使用して、接着し、複合成形体とすることにより、塗布作業が容易になるとともに、成形体の変形起因の接合不良や、製造工程におけるハンドリング作業等による複合成形体の接合面でのズレを防止でき、さらに焼結時の固相拡散を十分に行うことができ、複合焼結体の接合面の強度を高めることができる。なお、接着は、常温、あるいは適正な温度に保持して行うことが好ましい。また、乾燥は常温で十分であるが、適正な温度に加熱して行っても問題はない。

上記した工程で接着された複合成形体は、ついで、図１（ｂ）に示すように、接着前に脱脂処理を施されなかった場合には、脱脂・焼結処理、または加熱脱脂処理および焼結処理を、図１（ａ）に示すように、接着前に溶剤脱脂処理を施された場合には脱脂・焼結処理を、接着前に加熱脱脂処理を施された場合には焼結処理を、それぞれ施されて金属複合焼結体となる。

溶剤脱脂処理は、有機溶剤を用いてバインダーを除去する方法であり、加熱脱脂処理は、バインダーを熱分解して除去する方法であり、本発明ではその条件はとくに限定する必要はなく、常用の脱脂条件がそのまま適用可能である。なお、溶剤脱脂処理、加熱脱脂処理に代えて、超臨界流体である超臨界二酸化炭素を用いた脱脂処理としてもなんら問題はない。超臨界二酸化炭素を用いた脱脂処理は、超臨界二酸化炭素を用いてバインダーを除去する方法であり、その条件はとくに限定する必要はなく、常用の条件がそのまま適用可能である。

本発明で使用する接着用塗布液をもちいて接着された複合成形体に、さらに焼結処理（脱脂・焼結処理）を施すことにより、接着面で固体拡散が十分に行われ、強固な接合面を有する金属複合焼結体とすることができる。
焼結処理は、組成に応じて所定の焼結密度を確保できる、適正範囲の焼結条件（焼結温度、保持時間）を選定して行えばよく、とくに限定されない。焼結処理温度は、成形体を構成する金属の種類にもよるが、1100℃以上1400℃以下とすることが好ましい。

なお、接着した複合成形体に、焼結処理後に、ＨＩＰ処理を施してもよい。複合成形体にＨＩＰ処理を施すことにより、金属複合焼結体の更なる密度向上が可能となるとともに、接合面の接合強度も向上する。また、たとえ接着後に接合面に隙間が存在する場合であっても、それを消滅させることができる。

水アトマイズ製ＳＫＤ61鋼粉ａ（質量％で、0.35％Ｃ−0.97％Si−0.40％Mn−4.93％Ｃr−1.21％Ｍo−1.01％Ｖ−残部Feおよび不可避的不純物）、および、水アトマイズ製インコネル625粉ｂ（0.02％Ｃ−0.18％Si−0.23％Mn−21.8％Ｃr−8.9％Ｍo−3.9％Ｎｂ−2.4％Ｆe−残部Ｎｉおよび不可避的不純物を原料粉末（金属粉末）として用いた。また、バインダーは、ワックス成分（ＰＷ）、プラスチック成分（ＰＥ）、植物油成分（落花生油）を混合、加熱撹拌して用いた。配合量は、ワックス成分：プラスチック成分：植物油成分の比で、35：40：25とした。

これら原料粉末（金属粉末）に上記したバインダーを混合し、130〜140℃の温度で混練し、射出成形用混練物とした。これら混練物を冷却固化したのち、粉砕して、射出成形機に投入して、シリンダ温度：120〜130℃とし、所定の圧力（100MPa）で所定形状の金型に射出し、円柱状の金属粉末成形体（直径16mmφ×長さ40mm）とした。
得られた成形体に、表１に示すような接着前の脱脂処理を施した。ついで、成形体の接合面をエアーガンで清浄化してのち、該接合面に表１に示す接着用塗布液を塗布し、所定の乾燥状態となってから、２つの成形体を接合面で突合せて、接着し複合成形体とした。接着する２つの成形体は、表１に示すように、金属粉末ａで構成される成形体と同種の金属粉末からなる成形体同士、あるいは金属粉末ａで構成される成形体と金属粉末ｂで構成される成形体とした。

ついで、得られた複合成形体に、表１に示すような、接着後の脱脂を兼ねた焼結処理または減圧窒素雰囲気中での焼結処理を施し、接合面で固相拡散させて、金属複合焼結体とした。なお、一部では接着状態が不良な場合は焼結処理を行わなかった。
得られた金属複合焼結体について、接合面に垂直な断面で切断し、研磨、腐食して接合状況を光学顕微鏡（倍率：50または200倍）で観察した。剥離がない場合を○、剥離がある場合を×として、接合状況を評価した。得られた結果を表１に示す。

本発明例は、いずれも接合面での剥離が観察されず、十分な固相拡散が達成され、接合面で良好な接合状態が得られていることがわかる。一方、本発明範囲を外れる比較例は、剥離が観察され、固相拡散が不十分で、接合状態が不良となっていることが推察される。

Claims (14)

1. 金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形してなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属粉末射出成形体の接着方法。
2. 金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形し、溶剤脱脂処理を施してなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属粉末射出成形体の接着方法。
3. 金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形し、加熱脱脂処理を施されてなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属粉末射出成形体の接着方法。
4. 前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と澱粉質糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の金属粉末射出成形体の接着方法。
5. 前記接着用塗布液が、前記金属粉末を、前記澱粉質糊状物質と前記水との混合物に配合してなり、 該接着用塗布液全量に対する質量％で、前記金属粉末を65〜90％、前記水を5〜34％含み、残部が前記澱粉質糊状物質であるペースト状の塗布液であることを特徴とする請求項４に記載の金属粉末射出成形体の接着方法。
6. 金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形してなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体としたのち、さらに該複合成形体に加熱脱脂処理および焼結処理を施して金属複合焼結体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属複合焼結体の製造方法。
7. 金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形し、溶剤脱脂処理を施してなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体としたのち、さらに該複合成形体に脱脂焼結処理を施して金属複合焼結体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属複合焼結体の製造方法。
8. 金属粉末とバインダーとの混練物を射出成形し、さらに加熱脱脂処理を施してなる複数の成形体を、該複数の成形体の接合界面に接着用塗布液を塗布し接着して複合成形体としたのち、さらに該複合成形体に焼結処理を施して金属複合焼結体とするにあたり、前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする金属複合焼結体の製造方法。
9. 前記接着用塗布液が、前記成形体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と澱粉質糊状物質とを水で希釈したペースト状の塗布液であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の金属複合焼結体の製造方法。
10. 前記接着用塗布液が、前記金属粉末を、前記澱粉質糊状物質と前期水との混合物に配合してなり、該接着用塗布液全量に対する質量％で、前記金属粉末を65〜90％、前記水を5〜34％含み、残部が前記澱粉質糊状物質であるペースト状の塗布液であることを特徴とする請求項９に記載の金属複合焼結体の製造方法。
11. 前記複合成形体としたのちで、前記焼結処理の後に、ＨＩＰ処理を施すことを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の金属複合焼結体の製造方法。
12. 前記複数の成形体が、前記金属粉末を工具鋼組成の粉末とする成形体と、前記金属粉末をＮｉ基合金組成の粉末とする成形体であることを特徴とする請求項６ないし１１のいずれかに記載の金属複合焼結体の製造方法。
13. 前記Ｎｉ基合金が、インコネル625であり、前記工具鋼がJIS G 4404に規定されるＳＫＤ61であることを特徴とする請求項１２に記載の金属複合焼結体の製造方法。
14. 請求項６ないし１３のいずれかに記載の製造方法で製造してなる金属複合焼結体。

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