JP2014118603A - 粉末冶金用原料粉末 - Google Patents

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Abstract

【課題】焼結体の汚れ、表面欠陥、脱炭を防止し、強度や密度を向上することのできる、粉末冶金用原料粉末を提供する。
【解決手段】５００℃以上で焼結されて焼結体を製造する用途に用いられる粉末冶金用原料粉末であって、金属粉末と潤滑剤とを混合してなり、潤滑剤はメラミンシアヌレート又はテレフタル酸である。或いは、５００℃以上で焼結されて焼結体を製造する用途に用いられる粉末冶金用原料粉末であって、金属粉末、第１の潤滑剤、第２の潤滑剤とを混合してなり、第１の潤滑剤はメラミンシアヌレート又はテレフタル酸である。第２の潤滑剤はエルカ酸アミド又はステアリン酸アミドであることが好ましい。
【選択図】図５

Description

本発明は、粉末冶金用原料粉末に関し、詳細には、焼結体を製造するために５００℃以上で焼結される粉末冶金用原料粉末に関する。
金属粉末と潤滑剤の混合物において、潤滑剤にステアリン酸亜鉛等の金属石鹸、エチレンビスステアリン酸アミド、脂肪酸アミド等のアミド系潤滑剤が使用されるのが一般的である。
しかし、金属粉末と潤滑剤との混合粉末を使用して成形し、５００℃以上で焼結して潤滑剤を除去して金属の焼結体を製造する工程において、以下の問題があった。
１ 焼結体の汚れ
潤滑剤に金属石鹸を用いた場合、焼結時に潤滑剤に含まれる金属成分の残留に起因した汚れが発生するという問題があった。そして、この金属成分の残留に起因した汚れを防止するためには、金属成分を含まないアミド系潤滑剤が潤滑剤として用いられている。しかし、潤滑剤にアミド系潤滑剤を用いた場合において、汚れが完全になくなるわけではなかった。
２ 焼結体の表面欠陥
従来の潤滑剤を用いた場合、成形時の金型表面における摩擦熱により潤滑剤が溶融し、潤滑剤の塊が焼結体の表面に形成されていた。そして、焼結時に潤滑剤が分解されると、潤滑剤が塊になっていた箇所が欠陥部として残るという問題があった。
３ 焼結体の強度
従来の潤滑剤を用いた場合、上記表面欠陥等により、強度が低下する問題があった。
４ 焼結材の密度
従来の潤滑剤を用いた場合、成形体の密度を高くしようとすると、成形圧力を高くしなければならず、金型に大きな負荷がかかり、金型が破損しやすいという問題があった。このため、高密度、高強度、高硬度の仕様を満足させることができなかった。
５ 焼結体の脱炭
添加剤として黒鉛が含まれる場合は、黒鉛が空気と反応して脱炭するため、焼結体の強度が低下するという問題があった。
特開２００５−１０５３２３号公報 特開２０１１−１８４７０８号公報
そこで、本発明は、焼結体の汚れ、表面欠陥、脱炭を防止し、強度や密度を向上することのできる、粉末冶金用原料粉末を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために検討した結果、潤滑剤にアミド系潤滑剤や高温で溶融して液体状態になる物質を用いた場合、焼結体の段差部分や皿状になっている部分に特に著しい汚れが発生することが判明した。このことから、焼結時に一旦溶融した潤滑剤が段差部分や皿状になっている部分に溜まり、この潤滑剤が分解されるまでの間に炉内の不揮発成分等が付着することにより汚れが発生しているものと考えられた。また、脂肪酸アミドの種類によって汚れの程度に差が見られ、分解温度の高いエチレンビスステアリン酸アミド（窒素雰囲気中約３００〜３７０℃で分解）を用いた場合と比較して、分解温度の低いエルカ酸アミド（窒素雰囲気中約２５０〜３２０℃で分解）又はステアリン酸アミド（窒素雰囲気中約２４０〜３１０℃で分解）を用いた場合の汚れが少なかったため、溶融後に素早く分解する潤滑剤の方が汚れが少なくなると考えられた。
そして、以上の知見に基づき鋭意検討した結果、そもそも溶融しない潤滑剤としてメラミンシアヌレート又はテレフタル酸を用いることに着想し、本発明に想到した。
すなわち、本発明の粉末冶金用原料粉末は、以下のとおりである。
（１）５００℃以上で焼結されて焼結体を製造する用途に用いられる粉末冶金用原料粉末であって、金属粉末と潤滑剤とを混合してなり、前記潤滑剤はメラミンシアヌレート又はテレフタル酸の内の１種又は２種である。
（２）５００℃以上で焼結されて焼結体を製造する用途に用いられる粉末冶金用原料粉末であって、金属粉末、第１の潤滑剤、第２の潤滑剤とを混合してなり、前記第１の潤滑剤はメラミンシアヌレート又はテレフタル酸の内の１種又は２種である。
（３）上記（２）において、前記第２の潤滑剤はエルカ酸アミド、ステアリン酸アミドのいずれかである。
（４）上記（１）において、前記潤滑剤は、平均粒径０．１〜２００μｍのメラミンシアヌレート又は平均粒径０．１〜２００μｍのテレフタル酸である。
（５）上記（２）において、前記第１の潤滑剤は、平均粒径０．１〜２００μｍのメラミンシアヌレート又は平均粒径０．１〜２００μｍのテレフタル酸である。
（６）上記（３）において、前記第２の潤滑剤は、平均粒径０．１〜２００μｍのエルカ酸アミド又は平均粒径０．１〜２００μｍのステアリン酸アミドである。
（７）上記（３）において、前記第１の潤滑剤は、平均粒径０．１〜３μｍのメラミンシアヌレートであって、前記第２の潤滑剤は、平均粒径６０〜２００μｍのエルカ酸アミドである。
（８）上記（７）において、前記第１の潤滑剤と前記第２の潤滑剤の配合割合は９０〜５０％：１０〜５０％の範囲である。
（９）上記（３）において、前記第１の潤滑剤は、平均粒径０．１〜３μｍのメラミンシアヌレートであって、前記第２の潤滑剤は、平均粒径０．１〜２００μｍのステアリン酸アミドである。
（１０）上記（９）において、前記第１の潤滑剤と前記第２の潤滑剤の配合割合は９０〜１０％：１０〜９０％の範囲である。
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれかにおいて、前記潤滑剤を前記金属粉末に付着させる処理を行ったものである。
（１２）上記（１）〜（１０）のいずれかにおいて、前記潤滑剤の形状を変化させる処理を行ったものである
本発明によれば、焼結体の汚れ、表面欠陥、脱炭を防止し、強度や密度を向上することができる。
潤滑剤にエチレンビスステアリン酸アミドのみを使用した比較例の焼結体の上部表面の写真である。 潤滑剤にメラミンシアヌレートのみを使用した実施例の焼結体の上部表面の写真である。 潤滑剤にエチレンビスステアリン酸アミドのみを使用した比較例の焼結体の側面表面の写真である。 潤滑剤にメラミンシアヌレートのみを使用した実施例の焼結体の側面表面の写真である。 焼結体の密度を比較したグラフである。 焼結体の硬さを比較したグラフである。 焼結体の衝撃値を比較したグラフである。 焼入体の硬さを比較したグラフである。 焼入体の衝撃値を比較したグラフである。
本発明の粉末冶金用原料粉末は、５００℃以上で焼結されて焼結体を製造する用途に用いられる粉末冶金用原料粉末であって、金属粉末と潤滑剤とを混合してなり、前記潤滑剤はメラミンシアヌレート又はテレフタル酸の内の１種又は２種である。
メラミンシアヌレート（シアヌル酸メラミン）又はテレフタル酸は、金属成分を含まず、かつ、高温で溶融せずに５００℃以下で分解又は昇華する物質であるため、焼結時には焼結体に影響を与えずに消失する。また、メラミンシアヌレート又はテレフタル酸は、固体潤滑剤としての性能が高い。したがって、潤滑剤としてメラミンシアヌレート又はテレフタル酸を用いることにより、成形時には潤滑剤としての高い機能を果たしつつ、焼結時においては焼結体の汚れと表面欠陥、脱炭を防止することができる。また、潤滑剤としてメラミンシアヌレート又はテレフタル酸用いることにより、表面欠陥を防止することができることに伴い、焼結体の強度が改善される。また、潤滑剤としてメラミンシアヌレート又はテレフタル酸を用いることにより、成形時の圧縮性が高くなり、成形圧力が低減されるとともに金型の破損が防止され、高密度、高強度、高硬度の仕様を満足させることができる。また、メラミンシアヌレートは、主要用途の難燃剤用の原料粉末として、テレフタル酸は、主要用途のＰＥＴ樹脂製造用の原料粉末として容易に入手でき、低価格であるという利点を有する。
なお、メラミンシアヌレートの一般的な用途は建築材等の難燃剤である（特開昭５３−３１７５９号公報）。その他の用途に、鋳造金型用の離型剤（特開昭５７−１６８７４５号公報）、耐アーク材の耐トラッキング剤（特開昭５９−１４９９５５号公報）、磁気記録媒体の潤滑剤（特開昭６０−２３４２２３号公報）、レーザー反射剤（特開平２−１９４２１号公報）、熱間圧延油の潤滑性向上剤（特開平２−１２７４９９号公報）、歴青材のブロッキング防止剤（特開平２−２２８３６２号公報）、窒化・浸炭塩浴の再生剤（特開平３-２０２４５８号公報）、摺動剤の摺動特性向上剤（特開平４−２４６４５２号公報）、塗料の特性向上剤（特開平５−２１４２７２号公報）、砥石の潤滑剤（特開平６−０３９７３１号公報）、金属加工用皮膜剤の防錆剤（特開平６−１５８０８５号公報）、軸受の自己潤滑剤（特開平６−１５９３６９号公報）、ポリオキシメチレンの酸安定化剤（特開平６−１９２５４０号公報）、カチオン電着鋼板の電着向上剤（特開平６−２２８７６３号公報）、抄紙機の潤滑剤（特開平６−２８０１８１号公報）、ソルダーレジストインキの硬化剤（特開平７−０４１７１６号公報）、砥石の擬似気孔剤（特開平７−２４１７７４号公報）、指紋検出剤（特開平７−２８９５３８号公報）、超硬金型ガイドピンの潤滑剤（特開平９−５９６６３号公報）、グリースの潤滑剤（特開平９−２５５９８３号公報）、摩擦材の耐摩耗剤（特開平１０−３３０７３１号公報）、筆記具の摩耗抑制剤（特開２０００−３３５１６４号公報）、熱間圧延ロール用固体潤滑剤（特開２００１−００３０７１号公報）、冷間加工用潤滑油の焼付防止剤（特開２００１−１８１６６５号公報）、研磨液の潤滑剤（特開２００１−３３２５１７号公報）、冷間伸線加工用潤滑剤の防錆剤（特開２００３−０４９１８８号公報）、エアバック用ガス発生剤の燃料剤（特開２００４−０６７４２４号公報）、水分散型金属加工剤の潤滑剤（特開２００４−３１５７６２号公報）、水系潤滑皮膜処理剤の潤滑剤（特開２００６−３３５８３８号公報）、圧粉磁心の強度改善剤（特開２００８−２３１４４３号公報）、トナーの帯電付与剤（特開２００９−２３７２７４号公報）、高分子圧電材料の結晶促進剤（特開２０１２−２３５０８６号公報）、ディーゼル燃料の窒素酸化物低下剤（米国特許５７４６７８３号公報）、ディスクブレーキカリパーピン用潤滑剤の溶着防止及び熱安定剤（米国特許５８７４３８８号公報）がある。
また、テレフタル酸の一般的な用途は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ樹脂）の製造用の原料である。ＰＥＴ樹脂は、１９６７年にデュポン社が開発し、１９７３年に飲料用ＰＥＴボトルが開発されてから大量に使用され、ＰＥＴ樹脂は衣料の合成繊維や一般的な成形品等にも使用されている。その他の用途に、テレフタル酸の化合物等の薬品の製造原料（公報多数）、電子写真像形成剤の潤滑剤（特開昭４９−６０２２２号公報）、鋳型の崩壊剤（特開昭５２−１１６７２４号公報）、鋳造用ロストワックス組成物の強化剤（特開昭５２−３０２１８号公報）、蛍光放電ランプ蛍光体の酸洗浄剤（特開昭５５−６０２４８号公報）、植物生長調整剤（特開昭５５−１００３０４号公報）、殺菌洗浄剤の酸性剤（特開昭６１−１２２８４７号公報）、漂白剤（特開昭６２−７７９７号公報）、 半導体装置基板の昇華剤（特開昭６２−３３４３１号公報）、キサンチンオキシダーゼの安定化剤（特開昭６２−２１０９８８号公報）、アルミニウムの電気化学処理剤（特開平３−２４２８９号公報）、天然ゴム素練り用添加剤（特開平１０−２６５６１１号公報）、半導体基板の洗浄剤の還元＆リンス剤（特開２０００−１３８１９８号公報）、トナーの酸性電荷制御剤（特開２００３−１５３６５号公報）、アレルゲン除去剤の固化剤（特開２００３−３３６１００号公報）、液体洗浄剤の洗浄剤（特開２００４−１８９７９５号公報）、ディーゼル潤滑油の腐食防止剤（特開２００４−３４６３２６号公報）、インクジェット記録用インクの特性向上剤（特開２００６−５７０７６号公報）、紙質の特性向上剤（特開２００６−８３５０３号公報）、燃料電池用電解質の安定化剤（特開２００６−２６９１８３号公報）、電子部品実装用接合材の表面活性化剤（特開２００７−１５７３７３号公報）、ステンレス鋼の腐食抑制剤（特開２００８−５０６２７号公報）、二酸化炭素外用剤の増粘剤（特開２００９−９１３６４号公報）、リチウムイオン二次電池用負極の発熱抑制剤（特開２０１１−２４９０５８号公報）、エポキシ樹脂組成物の硬化遅延剤（特表２００４−５０３６３２号公報）、推進薬の安定剤（特表２００４−５１６２２３号公報）、燃料電池の冷却剤（特表２００５−５０５９０８号公報）、銅の洗浄保護剤の錯化剤（特表２０１２−５０６４５７号公報）、農薬の酸性剤（特国開ＷＯ２００６／０３８６３１）、蛍光剤（米国特許７１５０８３９号公報）、炭素捕捉剤（米国特許２００４−０１２９１８０号公報）、殺菌剤（米国特許２００５−００１９４２１号公報）、脱臭剤（米国特許２００８−０２０６０９３号公報）、ｐＨ制御剤（米国特許２００９−００８１８０６号公報）がある。
本発明の粉末冶金用原料粉末を５００℃以上で焼結されて焼結体を製造する用途に限定するのは、多くの金属粉の焼結温度が５００℃以上であるとともに、焼結体に潤滑剤であるメラミンシアヌレート又はテレフタル酸が残留する温度では、メラミンシアヌレート又はテレフタル酸が残留して焼結体として望ましい強度が得られないためである。なお、メラミンシアヌレートは、約３６０〜４３０℃、テレフタル酸は、約３１０〜３８０℃で完全に分解又は昇華し、両物質ともに融点が無く、溶融しない物質である。
本発明の必須潤滑剤をメラミンシアヌレート又はテレフタル酸に限定するのは、融点が無く、溶融しない物質は、潤滑剤溶融物に炉内の煤や汚れが付着して焼結体が汚れる事が原理的に起こらないからである。融点が無く、溶融しない物質は、その他にも存在し、潜在的に本発明の必須潤滑剤に成り得る。本発明者は、その他の溶融しない物質として、メラミン、メラミン樹脂、シアヌル酸、尿素、尿素樹脂（ウレア樹脂）、アダマンタン、セルロース、アラミド樹脂について検討した。どれも使用不可能なレベルでは無いが、潤滑性や圧縮性、流動性等が劣る部分があるため粉末冶金用原料粉末の潤滑剤として従来から使用してきた潤滑剤に代替して使用するにはやや不十分であった。
また、本発明の粉末冶金用原料粉末は、５００℃以上で焼結されて焼結体を製造する用途に用いられる粉末冶金用原料粉末であって、金属粉末、第１の潤滑剤、第２の潤滑剤とを混合してなり、前記第１の潤滑剤はメラミンシアヌレート又はテレフタル酸である。
第２の潤滑剤としては、公知の潤滑剤を用いることができる。潤滑剤として、メラミンシアヌレート又はテレフタル酸と公知の潤滑剤を併用することにより、メラミンシアヌレート又はテレフタル酸を単独で用いる場合と比較して潤滑性が向上して金型の寿命が延びる。また、公知の潤滑剤の使用量を削減することができるため、その結果、汚れと表面欠陥の発生を抑えるとともに、焼結材の密度を向上させることができる。なお、第２の潤滑剤としては、エルカ酸アミド又はステアリン酸アミドが特に好適に用いられ、第２の潤滑剤にエルカ酸アミド又はステアリン酸アミドを用いることにより、汚れの発生が抑えられるとともに、高い潤滑性が得られる。
本発明において用いられるメラミンシアヌレート及びテレフタル酸及びエルカ酸アミド及びステアリン酸アミドは、平均粒径０．１〜２００μｍのものが好ましい。２００μｍを超えると焼結体に内部欠陥が発生し、０．１μｍ未満では２次凝集しやすくなる。また、本発明において用いられるメラミンシアヌレートは、平均粒径０．１〜３μｍのものがより好ましい。３μｍを超えると粉末冶金用原料粉末の流動性が悪化する。また、本発明において用いられるエルカ酸アミドは、平均粒径６０〜２００μｍのものがより好ましい。６０μｍ未満では粉末冶金用原料粉末の流動性が悪化する。メラミンシアヌレートとエルカ酸アミドを併用する場合は、メラミンシアヌレートとエルカ酸アミドの配合割合は９０〜５０％：１０〜５０％の範囲とするのが好ましい。また、メラミンシアヌレートとステアリン酸アミドを併用する場合は、メラミンシアヌレートとステアリン酸アミドの配合割合は９０〜１０％：１０〜９０％の範囲とするのが好ましい。配合割合をこの範囲とすることにより、成形時の圧縮性、潤滑性、流動性を両立させることができる。また、メラミンシアヌレートとテレフタル酸を併用又は単独で使用する場合は、特に温間成形において成形時の圧縮性、潤滑性、流動性を両立させることができる。
また、潤滑剤や黒鉛等を金属粉に付着させることによって、見掛け密度や成形・焼結時の寸法変化率を制御したり、偏析や流動性、圧縮性等を改善したりすることも従来からの粉末冶金用原料粉末と同様に可能である。金属粉は、鉄粉に限らず、銅粉、アルミニウム粉等のその他金属粉も使用できる。また、潤滑剤の形状及び比表面積を変化させることで、見掛け密度や成形・焼結時の寸法変化率を制御したり、偏析や流動性、圧縮性等を改善したりすることも従来からの粉末冶金用原料粉末と同様に可能である。例えば、形状を丸くさせるためにアトマイズ法を使用したり、表面積を大きくするために粉砕法を使用したりすることで形状や比表面積を変化させることができる。
以下、本発明の粉末冶金用原料粉末の具体的な実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例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。
（１）焼結体の汚れと表面欠陥
焼結体の汚れと表面欠陥について検討した。
金属粉として、鉄粉（神戸製鋼製 アトメル３００Ｍ）を使用し、潤滑剤として、平均粒径２μｍのメラミンシアヌレートの粉末（以下、「Ｍ」とする。）、平均粒径１００μｍのテレフタル酸の粉末（以下、「Ｔ」とする。）、平均粒径２０μｍのエチレンビスステアリン酸アミドの粉末（以下、「Ｂ」とする。）、平均粒径５０μｍのエルカ酸アミドの粉末（以下「Ｅ」とする。）、平均粒径５０μｍのステアリン酸アミドの粉末（以下、「Ｓ」とする。）、平均粒径２０μｍのステアリン酸亜鉛の粉末（以下、「Ｚ」とする。）を使用した。
原料粉末は、鉄粉と潤滑剤をＶ型コーンミキサーに入れ、約２０分間混合して製造した。潤滑剤の添加量は、原料粉末中の潤滑剤が１質量％となるようにした。そして、原料粉末を成形して、約５００ｇの皿状の成形体を製造した。成形時の金型は、表面粗さがＲｚ５μｍ以上であって数十万個成形後の使用済み金型を使用した。その後、成形体をＲＸガスの還元雰囲気下で、６５０℃で焙焼、１１４０℃で焼結し、焼結体を製造した。得られた焼結体について、汚れの量を目視で大、中、小、極小、無し、の５段階で比較評価した。また、表面欠陥の有無を目視で大、小、無し、の３段階で比較評価した。その結果を下表に示す。
評価の結果、汚れの量は、Ｍ又はＴを使用した実施例１〜７の汚れが少なかった。表面欠陥は、Ｚ、Ｂ、Ｅ、Ｓを単独使用した比較例１〜４はいずれも表面に潤滑剤の大きい塊が形成され、焼結体の表面欠陥不良となったが、Ｍ又はＴを使用した実施例１〜７では潤滑剤の塊が形成されないか、塊が形成されたとしても小さかったため、焼結体の表面欠陥不良は発生しなかった。
潤滑剤にＢのみを使用した比較例２の焼結体の表面の写真を図１に示す。皿状になった焼結体の上部から見た拡大写真であるが、皿状になった底の部分に点状の汚れが多数見られることがわかる。一方、潤滑剤にＭのみを使用した実施例１の焼結体の表面の写真を図２に示す。図２に示す部分は、図１に示す部分と同じ箇所であるが、汚れが見られないことがわかる。
潤滑剤にＢのみを使用した比較例２の焼結体の表面の写真を図３に示す。焼結体の側面から見た拡大写真であるが、窪みが生じて黒っぽく見える表面欠陥があることがわかる。一方、潤滑剤にＭのみを使用した実施例１の焼結体の表面の写真を図４に示す。図４に示す部分は、図３に示す部分と同じ箇所であるが、表面欠陥が見られないことがわかる。
（２）原料粉末の圧縮性、潤滑性、流動性
つぎに、原料粉末の圧縮性、潤滑性、流動性について検討した。
金属粉として、鉄粉（神戸製鋼製 アトメル３００Ｍ）を使用し、潤滑剤として、平均粒径約２μｍのメラミンシアヌレートの粉末（以下、「Ｍ」とする。）、平均粒径５０μｍのエルカ酸アミドの粉末（以下「Ｅ」とする。）、平均粒径７０μｍのエルカ酸アミドの粉末（以下「Ｆ」とする。）、平均粒径約４μｍのメラミンシアヌレートの粉末（以下、「Ｎ」とする。）、平均粒径約５０μｍのステアリン酸アミドの粉末（以下「Ｓ」とする。）、平均粒径１００μｍのテレフタル酸の粉末（以下、「Ｔ」とする。）、平均粒径約２０μｍのステアリン酸亜鉛の粉末（以下「Ｚ」とする。）を使用した。
また、添加剤として、銅粉（福田金属製 ＣＥ−２０）と、黒鉛粉（日本黒鉛 ＣＰＢ−Ｓ）を使用した。
原料粉末は、鉄粉と潤滑剤をＶ型コーンミキサーに入れ、約２０分間混合して製造した。潤滑剤の添加量は、原料粉末中の潤滑剤が０．７５質量％となるようにした。添加剤の添加量は、原料粉末中の銅粉が２質量％、黒鉛粉が０．７質量％となるようにした。そして、原料粉末の流動度をＪＩＳ Ｚ−２５０２に準拠して測定した。その後、混合した原料粉末を使用し、金型温度を常温又は１５０℃、成形圧力８ｔ／ｃｍ２で成形して、約７ｇのパンチ面積１ｃｍ２の円柱状の成形体を製造した。得られた成形体について、成形密度を測定した。また、成形体の潤滑性は、成形体成形時の抜きエネルギーにより評価した。なお、抜きエネルギーは、成形後金型から円柱状の成形体を１ｃｍ／分の速度で抜き出すときに要する総エネルギー量により測定した。その結果を下表に示す。
評価の結果、流動性については、Ｅを５０質量％使用した実施例１２、Ｆを６０質量％使用した実施例１４、Ｎを単独使用した実施例１５、Ｆを単独使用し１５０℃とした比較例５、Ｓを単独使用し１５０℃とした比較例６、Ｚを単独使用し１５０℃とした比較例８では流動性が悪く、流動度計で計測できなかった。Ｅを用いた実施例１２よりもＦを用いた実施例１３の方が流動性が高く、Ｎを用いた実施例１５よりもＭを用いた実施例２１の方が流動性が高く、１５０℃の流動度では、Ｆ、Ｓ、Ｚを用いた比較例５，６，８よりもＭ、Ｔを用いた実施例２８，３４の方が流動性が高くなった。常温成形での圧縮性については、Ｚを使用した比較例５と比較して、実施例８〜１１、１６〜１８，２１〜２７の成形密度が向上しており、圧縮性が向上していることが確認された。１５０℃温間成形での圧縮性については、Ｚを使用した比較例８と比較して、実施例２８〜３１の成形密度が向上しており、圧縮性が向上していることが確認された。常温成形での潤滑性については、Ｚを使用した比較例７と比較して、Ｍと、Ｅ、Ｆ又はＳとを併用した実施例９〜１１、１３、１７〜２０において、抜きエネルギーが小さいため潤滑性が高いことが確認された。１５０℃温間成形での潤滑性については、Ｚを使用した比較例８と比較して、実施例２９〜３４において、抜きエネルギーが小さいため潤滑性が高いことが確認された。また、実施例２１〜２７と比較して、１５０℃温間成形した実施例２８〜３４において、抜きエネルギーが小さいためＭとＴの潤滑剤は常温成形よりも温間成形した方が潤滑性が高いことが確認された。ＭとＴの潤滑剤については、分解温度に近い温度まで温間成形温度を上げることも可能であり、その場合、さらに圧縮性の向上が見込まれる。
（３）焼結体の脱炭
つぎに、焼結体の脱炭について検討した。
金属粉として、鉄粉（神戸製鋼製 アトメル３００Ｍ）を使用し、潤滑剤として、平均粒径２μｍのメラミンシアヌレートの粉末（以下、「Ｍ」とする。）、平均粒径２０μｍのステアリン酸亜鉛の粉末（以下、「Ｚ」とする。）を使用した。
また、添加剤として、銅粉（福田金属製 ＣＥ−２０）と、黒鉛粉（日本黒鉛製 ＣＰＢ−Ｓ）を使用した。
原料粉末は、鉄粉と潤滑剤と添加剤をＶ型コーンミキサーに入れ、約２０分間混合して製造した。潤滑剤の添加量は、原料粉末中の潤滑剤が１質量％となるようにした。添加剤の添加量は、原料粉末中の銅粉が２質量％、黒鉛粉が０．７質量％となるようにした。そして、原料粉末を成形圧力４ｔ／ｃｍ２で成形して、６０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの棒状の成形体を製造した。その後、成形体を大気中５００℃で４０分間加熱し、大気中で放置冷却後、成形体中の残留黒鉛量を測定した。その結果を下表に示す。
評価の結果、元の黒鉛量０．７質量％に対して、Ｍを使用した実施例３５が黒鉛量を維持したのに対して、Ｚを使用した比較例９は０．０５質量％の黒鉛を喪失し、脱炭が発生した。このことから、ＺよりもＭの方が脱炭に対する抵抗力が高いことが確認された。
（４）焼結体の密度、強度
つぎに、焼結体の密度、強度について検討した。
金属粉として、鉄粉（神戸製鋼製 アトメル３００Ｍ）を使用し、潤滑剤として平均粒径２μｍのメラミンシアヌレートの粉末（以下、「Ｍ」とする。）、平均粒径２０μｍのステアリン酸亜鉛の粉末（以下、「Ｚ」とする。）を使用した。を使用した。
また、添加剤として、銅粉（福田金属製 ＣＥ−２０）と、黒鉛粉（日本黒鉛製 ＣＰＢ−Ｓ）を使用した。
原料粉末は、鉄粉と潤滑剤と添加剤をＶ型コーンミキサーに入れ、約２０分間混合して製造した。潤滑剤の添加量は、原料粉末中の潤滑剤が０．７５質量％となるようにした。添加剤の添加量は、原料粉末中の銅粉が２質量％、黒鉛粉が０．７質量％となるようにした。そして、原料粉末を成形圧力４ｔ／ｃｍ２、６ｔ／ｃｍ２、８ｔ／ｃｍ２で成形して、６０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの棒状の成形体を製造した。その後、成形体をＲＸガスの還元雰囲気下で、６５０℃で焙焼、１１４０℃で焼結し、焼結体を製造した。得られた焼結体について、焼結体密度をＪＩＳ Ｚ ２５０１に、硬さをＪＩＳ Ｚ ２２４５に、衝撃値をＪＩＳ Ｚ ２２４２に準拠して測定した。その結果を下表と図５〜７に示す。
評価の結果、実施例３６の方が、比較例１０よりも、成形圧力の増加に伴う焼結体密度の増加が大きいことが確認された。このことから、潤滑剤にＺを用いた場合よりもＭを用いた場合に、焼結体密度が高く、圧縮性が向上していることが再確認された。
また、硬さについては、同一の焼結体密度において実施例３６と比較例１０は同等であったが、同一の成形圧力においては実施例３６の方が高くなった。衝撃値については、同一の焼結体密度、同一の成形圧力のいずれおいても、実施例３６の方が高くなった。このことから、潤滑剤にＺを用いた場合よりもＭを用いた場合に、焼結体の強度が高いことが確認された。
（５）焼入体の強度
つぎに、焼入体の強度について検討した。
上記「（４）焼結体の密度、強度」において評価した焼結体を、８７０℃に加熱後、６０℃で油焼入、１６０℃で焼戻し、焼入体を製造した。得られた焼入体について、硬さをＪＩＳ Ｚ ２２４５に、衝撃値をＪＩＳ Ｚ ２２４２に準拠して測定した。その結果を下表と図８、９に示す。
評価の結果、硬さについては、同一の焼結体密度において実施例３７と比較例１１は同等であったが、同一の成形圧力においては実施例３７の方が高くなった。衝撃値については、同一の焼結体密度、同一の成形圧力のいずれおいても、実施例３７の方が高くなった。このことから、潤滑剤にＺを用いた場合よりもＭを用いた場合に、焼入体の強度が高いことが確認された。

Claims (12)

  1. ５００℃以上で焼結されて焼結体を製造する用途に用いられる粉末冶金用原料粉末であって、金属粉末と潤滑剤とを混合してなり、前記潤滑剤はメラミンシアヌレート又はテレフタル酸の内の１種又は２種であることを特徴とする粉末冶金用原料粉末。
  2. ５００℃以上で焼結されて焼結体を製造する用途に用いられる粉末冶金用原料粉末であって、金属粉末、第１の潤滑剤、第２の潤滑剤とを混合してなり、前記第１の潤滑剤はメラミンシアヌレート又はテレフタル酸であることを特徴とする粉末冶金用原料粉末。
  3. 前記第２の潤滑剤はエルカ酸アミド、ステアリン酸アミドのいずれかであることを特徴とする請求項２記載の粉末冶金用原料粉末。
  4. 前記潤滑剤は、平均粒径０．１〜２００μｍのメラミンシアヌレート又は平均粒径０．１〜２００μｍのテレフタル酸であることを特徴とする請求項１記載の粉末冶金用原料粉末。
  5. 前記第１の潤滑剤は、平均粒径０．１〜２００μｍのメラミンシアヌレート又は平均粒径０．１〜２００μｍのテレフタル酸であることを特徴とする請求項２記載の粉末冶金用原料粉末。
  6. 前記第２の潤滑剤は、平均粒径０．１〜２００μｍのエルカ酸アミド又は平均粒径０．１〜２００のステアリン酸アミドであることを特徴とする請求項３記載の粉末冶金用原料粉末。
  7. 前記第１の潤滑剤は、平均粒径０．１〜３μｍのメラミンシアヌレートであって、前記第２の潤滑剤は、平均粒径６０〜２００μｍのエルカ酸アミドであることを特徴とする請求項３記載の粉末冶金用原料粉末。
  8. 前記第１の潤滑剤と前記第２の潤滑剤の配合割合は９０〜５０％：１０〜５０％の範囲であることを特徴とする請求項７記載の粉末冶金用原料粉末。
  9. 前記第１の潤滑剤は、平均粒径０．１〜３μｍのメラミンシアヌレートであって、前記第２の潤滑剤は、平均粒径０．１〜２００μｍのステアリン酸アミドであることを特徴とする請求項３記載の粉末冶金用原料粉末。
  10. 前記第１の潤滑剤と前記第２の潤滑剤の配合割合は９０〜１０％：１０〜９０％の範囲であることを特徴とする請求項９記載の粉末冶金用原料粉末。
  11. 前記潤滑剤を前記金属粉末に付着させる処理を行ったものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の粉末冶金用原料粉末。
  12. 前記潤滑剤の形状を変化させる処理を行ったものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の粉末冶金用原料粉末。
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