JP2016141820A - 粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末および焼結体 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度の焼結体を製造可能な粉末冶金用金属粉末、コンパウンドおよび造粒粉末、ならびに高密度の焼結体を提供すること。【解決手段】本発明の粉末冶金用金属粉末は、Ｆｅが主成分であり、Ｃｒが１０〜３０質量％で含まれ、Ｃが０．１〜２質量％で含まれ、Ｓｉが０．２〜１．５質量％で含まれ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからなる群から選択される１種の元素を第１元素とし、前記群から選択される１種の元素であって元素周期表における族が前記第１元素より大きい元素または元素周期表における族が前記第１元素と同じでかつ元素周期表における周期が前記第１元素より大きい元素を第２元素としたとき、前記第１元素が０．０１〜０．５質量％で含まれ、前記第２元素が０．０１〜０．５質量％で含まれている粒子を有し、前記粒子の断面における結晶の個数は、平均で１個以上５個以下であることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末および焼結体に関するものである。

粉末冶金法では、金属粉末とバインダーとを含む組成物を、所望の形状に成形して成形体を得た後、成形体を脱脂・焼結することにより、焼結体を製造する。このような焼結体の製造過程では、金属粉末の粒子同士の間で原子の拡散現象が生じ、これにより成形体が徐々に緻密化することによって焼結に至る。

例えば、特許文献１には、ＺｒおよびＳｉを含み、残部がＦｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種と不可避元素とで構成された粉末冶金用金属粉末が提案されている。かかる粉末冶金用金属粉末によれば、Ｚｒの作用によって焼結性が向上し、高密度の焼結体を容易に製造することができる。

このようにして得られた焼結体は、近年、各種機械部品や構造部品等に幅広く用いられるようになってきている。

ところが、焼結体の用途によっては、さらなる緻密化が必要とされている場合もある。このような場合、焼結体に対してさらに熱間等方加圧処理（ＨＩＰ処理）のような追加処理を行うことで高密度化を図っているが、作業工数が大幅に増加するとともに高コスト化を免れない。

そこで、追加処理等を施すことなく、高密度の焼結体を製造可能な金属粉末の実現に期待が高まっている。

特開２０１２−８７４１６号公報

本発明の目的は、高密度の焼結体を製造可能な粉末冶金用金属粉末、コンパウンドおよび造粒粉末、ならびに高密度の焼結体を提供することにある。

上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の粉末冶金用金属粉末は、Ｆｅが主成分であり、
Ｃｒが１０質量％以上３０質量％以下の割合で含まれ、
Ｃが０．１質量％以上２質量％以下の割合で含まれ、
Ｓｉが０．２質量％以上１．５質量％以下の割合で含まれ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからなる群から選択される１種の元素を第１元素とし、前記群から選択される１種の元素であって元素周期表における族が前記第１元素より大きい元素または元素周期表における族が前記第１元素と同じでかつ元素周期表における周期が前記第１元素より大きい元素を第２元素としたとき、
前記第１元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれ、
前記第２元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれている粒子を有し、
前記粒子の断面における結晶の個数は、平均で１個以上５個以下であることを特徴とする。
これにより、高密度の焼結体を製造可能な粉末冶金用金属粉末が得られる。

本発明の粉末冶金用金属粉末では、前記結晶は、Ｆｅが主成分であり、
前記粒子は、さらに、前記結晶よりも体積が小さく、かつ、Ｆｅの含有率に対するＳｉの含有率の割合が前記結晶よりも大きい領域を有していることが好ましい。

これにより、相対密度が高くかつ機械的特性に優れた焼結体を製造可能な粉末冶金用金属粉末が得られる。

本発明の粉末冶金用金属粉末では、前記粒子の断面において、前記結晶の円相当径は、前記粒子の円相当径の１％以上１００％以下であることが好ましい。

これにより、前記結晶は、焼成に供されたときの粒子の焼結性において支配的に振る舞うことができる。すなわち、粒子は、単結晶粒子のように振る舞うため、焼結速度が大きくなり、焼結密度の向上に大きく寄与することになる。

本発明の粉末冶金用金属粉末では、前記結晶は、マルテンサイトの結晶構造を有していることが好ましい。

マルテンサイトの結晶構造は、例えばＣが過飽和に固溶した体心立方格子を含んでいる。この体心立方格子は、焼成あるいはその後の熱処理に伴って面心立方格子から転化したものであり、その際に体積膨張を伴っている。したがって、マルテンサイトの結晶構造を有する粉末冶金用金属粉末は、高硬度の焼結体を製造し得るものとなる。

本発明のコンパウンドは、本発明の粉末冶金用金属粉末と、前記粉末冶金用金属粉末の粒子同士を結着するバインダーと、を含むことを特徴とする。
これにより、高密度の焼結体を製造可能なコンパウンドが得られる。

本発明の造粒粉末は、本発明の粉末冶金用金属粉末を造粒してなることを特徴とする。
これにより、高密度の焼結体を製造可能な造粒粉末が得られる。

本発明の焼結体は、本発明の粉末冶金用金属粉末を焼結して製造されたことを特徴とする。
これにより、高密度の焼結体が得られる。

本発明の粉末冶金用金属粉末の実施形態に含まれる粒子の断面を模式的に示す図である。 図１に示す粒子の結晶組織を模式的に示す図である。 図２において破線で囲まれた範囲Ａをさらに拡大して示す図である。 図４（ａ）は、粒子１の断面のＴＥＭ像（明視野像）の一例であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す粒子１の断面のＴＥＭ像（暗視野像）の一例である。 図４（ａ）に示す破線で囲まれた範囲Ｂの部分拡大図であって、同範囲Ｂを高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡で観察したときの観察像である。 図５に示すＳｉ高濃度領域のＥＤＸスペクトルの一例であり、図５に示すＳｉ高濃度領域に対応する位置（図６のPosition1）に対する点分析によって得られたスペクトルである。 図５に示すＦｅ基合金結晶のＥＤＸスペクトルの一例であり、図５に示すＦｅ基合金結晶に対応する位置（図７のPosition2）に対する点分析によって得られたスペクトルである。 図８（ａ）は、Ｆｅ基合金結晶が６個以上含まれる粒子の断面のＴＥＭ像（明視野像）の一例であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す粒子の断面のＴＥＭ像（暗視野像）の一例である。

以下、本発明の粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末および焼結体について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

［粉末冶金用金属粉末］
まず、本発明の粉末冶金用金属粉末の実施形態について説明する。

粉末冶金では、粉末冶金用金属粉末とバインダーとを含む組成物を、所望の形状に成形した後、脱脂、焼成することにより、所望の形状の焼結体を得ることができる。このような粉末冶金技術によれば、その他の冶金技術に比べ、複雑で微細な形状の焼結体をニアネットシェイプ（最終形状に近い形状）で製造することができる。

粉末冶金に用いられる粉末冶金用金属粉末では、従来、その組成を適宜変えることにより、製造される焼結体の高密度化を図る試みがなされてきた。しかしながら、焼結体には空孔が形成され易いため、溶製材と同等の機械的特性を得るには、焼結体においてさらなる高密度化を図る必要があった。

例えば、従来、得られた焼結体に対し、さらに熱間等方加圧処理（ＨＩＰ処理）等の追加処理を施すことにより、高密度化を図ることがあった。しかしながら、このような追加処理は、多くの手間やコストを伴うため、焼結体の用途を広げる際の足かせとなる。

上記のような問題に鑑み、本発明者は、追加処理を施すことなく、高密度の焼結体を得るための条件について鋭意検討を重ねた。その結果、金属粉末に含まれる各粒子の化学組成および結晶組織を最適化することにより、焼結体の高密度化が図られることを見出し、本発明を完成するに至った。

具体的には、本実施形態に係る粉末冶金用金属粉末は、Ｆｅが主成分であり、Ｃｒが１０質量％以上３０質量％以下の割合で含まれ、Ｃが０．１質量％以上２質量％以下の割合で含まれ、Ｓｉが０．２質量％以上１．５質量％以下の割合で含まれ、後述する第１元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれ、後述する第２元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれている粒子を有している。また、この粒子における結晶の個数は、平均で１個以上５個以下である。このような粒子を含む粉末冶金用金属粉末によれば、焼成工程において粒子同士が焼結する際に、その焼結が促進されることとなり、緻密化が進行する。その結果、追加処理を施すことなく十分に高密度の焼結体を製造することができる。

そして、このような焼結体は、機械的特性に優れたものとなる。このため、例えば機械部品や構造部品といった外力が加わる用途にも焼結体を幅広く適用することができる。

なお、第１元素とは、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの７元素からなる群から選択される１種の元素であり、第２元素とは、前記７元素からなる群から選択される１種の元素であってかつ元素周期表における族が第１元素よりも大きい元素、または、前記７元素からなる群から選択される１種の元素であるとともに第１元素として選択された元素と元素周期表における族が同じ元素であってかつ元素周期表における周期が第１元素よりも大きい元素である。

以下、本実施形態に係る粉末冶金用粉末の構成についてさらに詳述する。なお、以下の説明では、粉末冶金用金属粉末を単に「金属粉末」ともいい、粉末冶金用金属粉末を構成する多数の粒子のそれぞれを単に「粒子」ともいう。

図１は、本発明の粉末冶金用金属粉末の実施形態に含まれる粒子の断面を模式的に示す図であり、図２は、図１に示す粒子の結晶組織を模式的に示す図である。

図１に示す粒子１は、Ｆｅ基合金で構成されている。そして、粒子１は、図２に示すように、その断面において平均で１個以上５個以下の結晶を含んでいる。

この結晶とは、好ましくはＦｅが主成分である結晶のことである。そして、これらの結晶により粒子１の断面の大部分（面積比で９０％以上）が占められている。したがって、これらの結晶が粒子１（粉末冶金用金属粉末）およびこの粒子１から製造される焼結体の特性を左右する。

すなわち、粒子１は、含まれるＦｅ基合金の結晶の数が、非常に少ない粒子である。このような粒子１は、単結晶あるいは単結晶に近い多結晶であると言え、焼成に供されたときには、単結晶と同等の振る舞いを示す。したがって、粉末冶金用金属粉末が焼成されたときには、単結晶に由来する優れた焼結速度により焼結が進行する。その結果、内在する空隙が少なく、相対密度の高い焼結体を製造することができる。

なお、結晶においてＦｅが主成分であるとは、結晶の局所的な化学組成においてＦｅが最も高濃度に含まれた元素である状態を指す。結晶の化学組成は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析による定性、定量分析によって求めることができる。

図２に示す粒子１の断面図は、粉末冶金用金属粉末に含まれる多数の粒子のうち、典型的な結晶の存在を示す例である。

図２に示す粒子１は、４つのＦｅ基合金結晶２を含んでいる。また、Ｆｅ基合金結晶２同士の境界は、線状の粒界３によって区切られている。

前述したように、粒子１は、その断面において平均で１個以上５個以下のＦｅ基合金結晶２を含んでいる。

粒子１の断面におけるＦｅ基合金結晶２の平均数は、金属粉末に含まれる１０個以上の粒子１を観察対象としてそれらの断面を電子顕微鏡で観察し、１つの粒子１の中に含まれているＦｅ基合金結晶２の数を、観察像を目視することによって数えるとともに、その数を観察対象全体で平均した値である。なお、電子顕微鏡としては、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）が用いられ、明視野像にて観察が可能である。また、明視野像では粒界３を明確に特定し難いときには、暗視野像に切り替えることによって特定が容易になる場合がある。

なお、Ｆｅ基合金結晶２の円相当径（Ｆｅ基合金結晶２の断面と同じ面積を持つ円の直径）は、粒子１の円相当径（粒子１の断面と同じ面積を持つ円の直径）の１％以上１００％以下であるのが好ましく、３％以上１００％未満であるのがより好ましい。粒子１の粒径に対するＦｅ基合金結晶２の結晶粒径の割合が前記範囲内であることにより、Ｆｅ基合金結晶２は、焼成に供されたときの粒子１の焼結性において支配的に振る舞うことができる。すなわち、粒子１は、単結晶粒子のように振る舞うため、焼結速度が大きくなり、焼結密度の向上に大きく寄与することになる。

ここで、図３は、図２において破線で囲まれた範囲Ａをさらに拡大して示す図である。
図３に示す範囲Ａには、Ｆｅ基合金結晶２よりも体積が小さく、かつ、Ｆｅの含有率に対するＳｉの含有率の割合がＦｅ基合金結晶２よりも大きいＳｉ高濃度領域４が存在している。このようなＳｉ高濃度領域４が存在していることにより、粒子１を含む金属粉末を用いて製造された焼結体は、相対密度が高く、かつ、機械的特性に優れたものとなる。

なお、Ｓｉ高濃度領域４は、Ｆｅ基合金結晶２の内部または粒界３に存在し、Ｆｅ基合金結晶２よりもＦｅの含有率に対するＳｉの含有率の割合が大きい領域のことである。これらの元素の含有率は、例えば、Ｆｅ基合金結晶２およびＳｉ高濃度領域４をそれぞれエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）によって定性、定量分析することによって求めることができる。また、簡易的には、ＥＤＸスペクトルのうち、６．４ｋｅＶ付近に位置するＦｅのピークの高さと、１．８ｋｅＶ付近に位置するＳｉのピークの高さと、をそれぞれ求め、Ｆｅのピークの高さに対するＳｉのピークの高さの割合を求めることにより、Ｆｅの含有率に対するＳｉの含有率の割合を求めることができる。

したがって、Ｆｅ基合金結晶２におけるＦｅの含有率をＦｅ（２）とし、Ｓｉの含有率をＳｉ（２）とし、Ｓｉ高濃度領域４におけるＦｅの含有率をＦｅ（４）とし、Ｓｉの含有率をＳｉ（４）としたとき、粒子１は、下記の式［１］を満足する。
Ｓｉ（２）／Ｆｅ（２） ＜ Ｓｉ（４）／Ｆｅ（４） ［１］

また、粒子１の断面におけるＳｉ高濃度領域４の位置は、特に限定されないが、粒界３であるのが好ましい。これにより、Ｆｅ基合金結晶２の焼結速度が特に速くなり、特に相対密度が高い焼結体を製造することができる。

また、粒子１の断面におけるＳｉ高濃度領域４の形状は、特に限定されず、いかなる形状であってもよいが、好ましくは円形、多角形状またはこれらに準じた形状であるのが好ましい。このような形状のＳｉ高濃度領域４が含まれていることにより、粒子１は、より焼結性に優れたものとなり、かかる粒子１を含む金属粉末を用いて製造された焼結体は、より相対密度が高いものとなる。

また、Ｓｉ高濃度領域４の形状は、換言すると、アスペクト比が小さい形状であることが好ましい。具体的には、Ｓｉ高濃度領域４の長径／短径で定義されるアスペクト比の平均値が１以上３以下であるのが好ましく、１以上２以下であるのがより好ましい。このような形状のＳｉ高濃度領域４が含まれていることにより、上記と同様、粒子１は、より焼結性に優れたものとなり、かかる粒子１を含む金属粉末を用いて製造された焼結体は、より相対密度が高いものとなる。

なお、Ｓｉ高濃度領域４の長径とは、Ｓｉ高濃度領域４においてとり得る最大長さのことであり、短径とは、長径に直交する方向においてとり得る最大長さのことである。

また、粒子１は、好ましくは下記の式［２］を満足し、より好ましくは下記の式［３］を満足する。

１．２×Ｓｉ（２）／Ｆｅ（２） ＜ Ｓｉ（４）／Ｆｅ（４） ＜ １ ［２］
１．３×Ｓｉ（２）／Ｆｅ（２） ＜ Ｓｉ（４）／Ｆｅ（４） ＜ ０．８ ［３］

ここで、図４（ａ）は、粒子１の断面のＴＥＭ像（明視野像）の一例であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す粒子１の断面のＴＥＭ像（暗視野像）の一例である。

図４（ａ）に示すＴＥＭ像（明視野像）には、粒子１に含まれた２つのＦｅ基合金結晶２が写っている。また、図４（ａ）に矢印で指し示す濃淡の差に基づく線は、２つのＦｅ基合金結晶２同士の境界に位置する粒界３である。

また、図４（ｂ）に示すＴＥＭ像（暗視野像）には、２つのＦｅ基合金結晶２のうち、右上に位置している１つのＦｅ基合金結晶２が淡色で写っている一方、左下に位置している１つのＦｅ基合金結晶２は濃色で写っている。暗視野像でＦｅ基合金結晶２を観察することにより、結晶の種類の違いに基づき、２つのＦｅ基合金結晶２間のコントラストを強めることができる。

さらに、図５は、図４（ａ）に示す破線で囲まれた範囲Ｂの部分拡大図であって、同範囲Ｂを高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡で観察したときの観察像である。また、図５に矢印で指し示す濃色の部分は、Ｓｉ高濃度領域４である。なお、図４と図５とを見比べることにより、Ｓｉ高濃度領域４は、粒界３に位置していることがわかる。

また、図６は、図５に示すＳｉ高濃度領域４のＥＤＸスペクトルの一例であり、図５に示すＳｉ高濃度領域４に対応する位置（図６のPosition1）に対する点分析によって得られたスペクトルである。さらに、図７は、図５に示すＦｅ基合金結晶２のＥＤＸスペクトルの一例であり、図５に示すＦｅ基合金結晶２に対応する位置（図７のPosition2）に対する点分析によって得られたスペクトルである。

これらのＥＤＸスペクトルの例に示すように、Ｓｉ高濃度領域４に対応する位置におけるＥＤＸスペクトルでは、Ｆｅの量を基準にしたとき、Ｆｅ基合金結晶２に対応する位置に対して、Ｓｉの量が多くなっていることが示されている。

一方、図８（ａ）は、Ｆｅ基合金結晶が６個以上含まれる粒子の断面のＴＥＭ像（明視野像）の一例であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す粒子の断面のＴＥＭ像（暗視野像）の一例である。なお、これらの図８に示す粒子は、前述した第１元素および第２元素をそれぞれ含まない化学組成を有するものであり、本発明に対する比較例に相当する。

図８に示すように、第１元素および第２元素をそれぞれ含まない化学組成を有する粒子には、多数の結晶が生じている。このような粒子は、微結晶に近い多結晶であると言え、焼成に供されたときには、単結晶とは異なる振る舞いを示す。したがって、この粒子が含まれた金属粉末が焼成されたときには、焼結速度が遅くなり、焼結体の相対密度の低下を招くこととなる。

また、Ｆｅ基合金結晶２は、マルテンサイトの結晶構造を有しているのが好ましい。マルテンサイトの結晶構造は、例えばＣが過飽和に固溶した体心立方格子を含んでいる。この体心立方格子は、焼成あるいはその後の熱処理に伴って面心立方格子から転化したものであり、その際に体積膨張を伴っている。したがって、マルテンサイトの結晶構造を有するＦｅ基合金結晶２は、高硬度の焼結体を製造し得るものとなる。

なお、粉末冶金用金属粉末がマルテンサイトの結晶構造を有しているか否かは、例えばＸ線回折法により判定することができる。

以下、粒子１の化学組成の一例についてさらに詳述する。
粒子１の全体の化学組成において、Ｆｅは最も含有率が高い元素（主成分）であり、焼結体の特性を左右する元素である。粒子１全体におけるＦｅの含有率は５０質量％以上である。

（Ｃｒ）
Ｃｒ（クロム）は、製造される焼結体に耐食性を付与する元素であり、Ｃｒを含む金属粉末を用いることで、長期にわたって高い機械的特性を維持し得る焼結体が得られる。

粒子１におけるＣｒの含有率は、１０質量％以上３０質量％以下とされるが、好ましくは１０．５質量％以上２０質量％以下とされ、より好ましくは１１質量％以上１８質量％以下とされる。Ｃｒの含有率が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、製造される焼結体の耐食性が不十分になるおそれがある。一方、Ｃｒの含有率が前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、焼結性が低下し、焼結体の高密度化が困難になるおそれがある。

（Ｃ）
Ｃ（炭素）は、後述する第１元素や第２元素と併用されることで、焼結性を特に高めることができる。具体的には、第１元素や第２元素は、それぞれがＣと結合することにより、炭化物を生成する。この炭化物が分散して析出することにより、結晶粒の著しい成長を防止する効果が生じる。このような効果が得られる明確な理由は不明であるが、理由の１つとして、分散した析出物が障害となって結晶粒の著しい成長を阻害するため、結晶粒のサイズのバラツキが抑えられることが考えられる。これにより、焼結体中に空孔が生じ難くなるとともに、結晶粒の肥大化が防止されるため、高密度でかつ機械的特性の高い焼結体が得られる。

粒子１におけるＣの含有率は、０．１質量％以上２質量％以下とされるが、好ましくは０．３５質量％以上１．１５質量％以下とされ、より好ましくは０．４質量％以上１．１質量％以下とされる。Ｃの含有率が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、結晶粒が成長し易くなり、焼結体の機械的特性が不十分になる。一方、Ｃの含有率が前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、Ｃが多くなり過ぎるため、かえって焼結性が低下する。

（Ｓｉ）
Ｓｉ（ケイ素）は、製造される焼結体に耐食性および高い機械的特性を付与する元素であり、Ｓｉを含む金属粉末を用いることで、長期にわたって高い機械的特性を維持し得る焼結体が得られる。

粒子１におけるＳｉの含有率は、好ましくは０．２質量％以上１．５質量％以下とされるが、より好ましくは０．３質量％以上１質量％以下とされ、さらに好ましくは０．５質量％以上０．８質量％以下とされる。Ｓｉの含有率が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、Ｓｉを添加する効果が希薄になるため、製造される焼結体の耐食性や機械的特性が低下するおそれがある。一方、Ｓｉの含有率が前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、Ｓｉが多くなり過ぎるため、かえって耐食性や機械的特性が低下するおそれがある。

（Ｍｎ）
Ｍｎは、必要に応じて添加される元素であり、Ｓｉと同様、製造される焼結体に耐食性および高い機械的特性を付与する元素である。

粒子１におけるＭｎの含有率は、特に限定されないが、０．０１質量％以上１．２５質量％以下であるのが好ましく、０．０３質量％以上０．３質量％以下であるのがより好ましく、０．０５質量％以上０．２質量％以下であるのがさらに好ましい。Ｍｎの含有率を前記範囲内に設定することで、高密度で機械的特性に優れた焼結体が得られる。また、伸びの低減を抑えつつ、機械的強度を高めることができる。さらに、高温時（赤熱時）の脆性の増大を抑制することができる。

なお、Ｍｎの含有率が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、製造される焼結体の耐食性や機械的特性を十分に高められないおそれがあり、一方、Ｍｎの含有率が前記上限値を上回ると、かえって耐食性や機械的特性が低下するおそれがある。

（Ｎｉ）
Ｎｉは、必要に応じて添加される元素であり、製造される焼結体に耐食性や耐熱性を付与する元素である。

粒子１におけるＮｉの含有率は、特に限定されないが、０．０５質量％以上０．６質量％以下であるのが好ましく、０．０６質量％以上０．４質量％以下であるのがより好ましく、０．０７質量％以上０．２５質量％以下であるのがさらに好ましい。Ｎｉの含有率を前記範囲内に設定することで、長期にわたって機械的特性に優れた焼結体が得られる。

Ｎｉの含有率が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、製造される焼結体の耐食性や耐熱性を十分に高められないおそれがあり、一方、Ｎｉの含有率が前記上限値を上回ると、かえって耐食性や耐熱性が低下するおそれがある。

また、ＭｎおよびＮｉは、合計で０．０５質量％以上１．６質量％以下の割合で含まれることが好ましく、０．０８質量％以上１．３質量％以下であるのがより好ましく、０．１質量％以上１質量％以下であるのがさらに好ましい。これにより、焼結体の機械的特性を特に高めることができる。

（第１元素および第２元素）
第１元素および第２元素は、炭化物や酸化物（以下、まとめて「炭化物等」ともいう。）を析出させる。そして、この析出した炭化物等は、金属粉末が焼結するとき、結晶粒の著しい成長を阻害すると考えられる。その結果、前述したように、焼結体中に空孔が生じ難くなるとともに、結晶粒の肥大化が防止され、高密度でかつ機械的特性の高い焼結体が得られる。

加えて、詳しくは後述するが、析出した炭化物等が結晶粒界において酸化ケイ素の集積を促進し、その結果、結晶粒の肥大化を抑えつつ、焼結の促進と高密度化とが図られる。

ところで、第１元素および第２元素は、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの７元素からなる群から選択される２種の元素であるが、長周期型元素周期表の３Ａ族または４Ａ族に属する元素（Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ）を含むことが好ましい。第１元素および第２元素の少なくとも一方として３Ａ族または４Ａ族に属する元素を含むことにより、金属粉末中に酸化物として含まれている酸素を除去し、金属粉末の焼結性を特に高めることができる。

また、第１元素は、前述したように、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの７元素からなる群から選択される１種の元素であればよいが、好ましくは前記７元素からなる群のうち、長周期型元素周期表の３Ａ族または４Ａ族に属する元素とされる。３Ａ族または４Ａ族に属する元素は、金属粉末中に酸化物として含まれている酸素を除去し、金属粉末の焼結性を特に高めることができる。これにより、焼結後に結晶粒内に残存する酸素濃度の低減を図ることができる。その結果、焼結体の酸素含有率の低減を図り、高密度化を図ることができる。また、これらの元素は、活性が高い元素であるため、速やかな原子拡散をもたらすと考えられる。このため、この原子拡散が駆動力となって金属粉末の粒子間距離が効率よく縮まり、粒子間にネックを形成することによって成形体の緻密化が促進される。その結果、焼結体のさらなる高密度化を図ることができる。

一方、第２元素は、前述したように、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの７元素からなる群から選択される１種の元素であって、かつ、第１元素とは異なる元素であればよいが、好ましくは前記７元素からなる群のうち、長周期型元素周期表の５Ａ族に属する元素とされる。５Ａ族に属する元素は、特に、前述した炭化物等を効率よく析出させるため、焼結時の結晶粒の著しい成長を効率よく阻害することができる。その結果、微細な結晶粒の生成を促進させ、焼結体の高密度化と機械的特性の向上とを図ることができる。

なお、上述したような元素からなる第１元素と第２元素との組み合わせでは、それぞれの効果が互いに阻害し合うことなく発揮される。このため、このような第１元素および第２元素を含む金属粉末は、とりわけ高密度な焼結体を製造可能なものとなる。

また、より好ましくは、第１元素が４Ａ族に属する元素であり、第２元素がＮｂである組み合わせが採用される。

また、さらに好ましくは、第１元素がＺｒまたはＨｆであり、第２元素がＮｂである組み合わせが採用される。
このような組み合わせが採用されることにより、上述した効果がより顕著になる。

また、第１元素が特にＺｒである場合、Ｚｒはフェライト生成元素であるため、体心立方格子相を析出させる。この体心立方格子相は、他の結晶格子相に比べて焼結性に優れているため、焼結体の高密度化に寄与する。

なお、Ｚｒの原子半径は、Ｆｅの原子半径に比べてやや大きい。具体的には、Ｆｅの原子半径は約０．１１７ｎｍであり、Ｚｒの原子半径は約０．１４５ｎｍである。このため、ＺｒはＦｅに対して固溶するものの、完全な固溶には至らず、一部のＺｒは炭化物等として析出する。これにより、適量の炭化物等が析出することになるため、焼結の促進と高密度化とを図りつつ、結晶粒の肥大化を効果的に抑えることができる。

また、第２元素が特にＮｂである場合、Ｎｂの原子半径は、Ｆｅの原子半径に比べてやや大きいが、Ｚｒの原子半径よりはわずかに小さい。具体的には、Ｆｅの原子半径は約０．１１７ｎｍであり、Ｎｂの原子半径は約０．１３４ｎｍである。このため、ＮｂはＦｅに対して固溶するものの、完全な固溶には至らず、一部のＮｂは炭化物等として析出する。これにより、適量の炭化物等が析出することになるため、焼結の促進と高密度化とを図りつつ、結晶粒の肥大化を効果的に抑えることができる。

粒子１における第１元素の含有率は、０．０１質量％以上０．５質量％以下とされるが、好ましくは０．０３質量％以上０．３質量％以下とされ、より好ましくは０．０５質量％以上０．２質量％以下とされる。第１元素の含有率が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、第１元素を添加する効果が希薄になるため、製造される焼結体の高密度化が不十分になるおそれがある。一方、第１元素の含有率が前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、第１元素が多くなり過ぎるため、前述した炭化物等の比率が多くなり過ぎて、かえって高密度化が損なわれるおそれがある。

粒子１における第２元素の含有率は、０．０１質量％以上０．５質量％以下とされるが、好ましくは０．０３質量％以上０．３質量％以下とされ、より好ましくは０．０５質量％以上０．２質量％以下とされる。第２元素の含有率が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、第２元素を添加する効果が希薄になるため、製造される焼結体の高密度化が不十分になるおそれがある。一方、第２元素の含有率が前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、第２元素が多くなり過ぎるため、前述した炭化物等の比率が多くなり過ぎて、かえって高密度化が損なわれるおそれがある。

また、前述したように、第１元素および第２元素は、それぞれ炭化物等を析出させるが、第１元素として前述したように３Ａ族または４Ａ族に属する元素を選択し、第２元素として前述したように５Ａ族に属する元素を選択した場合、金属粉末を焼結する際に、第１元素の炭化物等が析出するタイミングと第２元素の炭化物等が析出するタイミングとが互いにずれると推測される。このように炭化物等が析出するタイミングがずれることにより、焼結が徐々に進行することになるため、空孔の生成が抑えられ、緻密な焼結体が得られるものと考えられる。すなわち、第１元素の炭化物等と第２元素の炭化物等の双方が存在していることにより、高密度化を図りつつ、結晶粒の肥大化を抑制することが可能になると考えられる。

加えて、粒子１中では、第１元素の炭化物等や第２元素の炭化物等が「核」となり、酸化ケイ素の集積が起こると考えられる。酸化ケイ素が結晶粒内（Ｆｅ基合金結晶２内）や結晶粒界（粒界３）に集積することにより、結晶内部の酸化物濃度が低下するため、焼結の促進が図られる。その結果、粒子１を焼結するとき、焼結体の高密度化がさらに促進されるものと考えられる。

なお、粒子１には、前記７元素からなる群から選択される２種の元素が含まれていればよいが、この群から選択される元素であって、この２種の元素とは異なる元素がさらに含まれていてもよい。すなわち、粒子１には、前記７元素からなる群から選択される３種以上の元素が含まれていてもよい。これにより、組み合わせ方によって多少異なるものの、前述した効果をさらに増強することができる。

また、第１元素の含有率と第２元素の含有率の比率は、第１元素の質量数および第２元素の質量数を考慮して設定されるのが好ましい。

具体的には、第１元素の含有率Ｅ１（質量％）を第１元素の質量数で除した値をＸ１とし、第２元素の含有率Ｅ２（質量％）を第２元素の質量数で除した値をＸ２としたとき、Ｘ１／Ｘ２は０．３以上３以下であるのが好ましく、０．５以上２以下であるのがより好ましく、０．７５以上１．３以下であるのがさらに好ましい。Ｘ１／Ｘ２を前記範囲内に設定することにより、第１元素の炭化物等の析出量と第２元素の炭化物等の析出量とのバランスを最適化することができる。これにより、成形体中に残存する空孔を内側から順次掃き出すようにして排出することができるので、焼結体中に生じる空孔を最小限に抑えることができる。したがって、Ｘ１／Ｘ２を前記範囲内に設定することで、高密度で機械的特性に優れた焼結体を製造可能な金属粉末を得ることができる。

ここで、第１元素および第２元素の具体的な組み合わせの例について、上述したＸ１／Ｘ２の範囲に基づき、第１元素の含有率Ｅ１と第２元素の含有率Ｅ２の比率Ｅ１／Ｅ２について算出する。

例えば、第１元素がＺｒであり、第２元素がＮｂである場合、Ｚｒの質量数が９１．２であり、Ｎｂの質量数が９２．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．２９以上２．９５以下であるのが好ましく、０．４９以上１．９６以下であるのがより好ましい。

また、第１元素がＨｆであり、第２元素がＮｂである場合、Ｈｆの質量数が１７８．５であり、Ｎｂの質量数が９２．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．５８以上５．７６以下であるのが好ましく、０．９６以上３．８４以下であるのがより好ましい。

また、第１元素がＴｉであり、第２元素がＮｂである場合、Ｔｉの質量数が４７．９であり、Ｎｂの質量数が９２．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．１５以上１．５５以下であるのが好ましく、０．２６以上１．０３以下であるのがより好ましい。

また、第１元素がＮｂであり、第２元素がＴａである場合、Ｎｂの質量数が９２．９であり、Ｔａの質量数が１８０．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．１５以上１．５４以下であるのが好ましく、０．２６以上１．０３以下であるのがより好ましい。

また、第１元素がＹであり、第２元素がＮｂである場合、Ｙの質量数が８８．９であり、Ｎｂの質量数が９２．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．２９以上２．８７以下であるのが好ましく、０．４８以上１．９１以下であるのがより好ましい。

また、第１元素がＶであり、第２元素がＮｂである場合、Ｖの質量数が５０．９であり、Ｎｂの質量数が９２．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．１６以上１．６４以下であるのが好ましく、０．２７以上１．１０以下であるのがより好ましい。

また、第１元素がＴｉであり、第２元素がＺｒである場合、Ｔｉの質量数が４７．９であり、Ｚｒの質量数が９１．２であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．１６以上１．５８以下であるのが好ましく、０．２６以上１．０５以下であるのがより好ましい。

また、第１元素がＺｒであり、第２元素がＴａである場合、Ｚｒの質量数が９１．２であり、Ｔａの質量数が１８０．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．１５以上１．５１以下であるのが好ましく、０．２５以上１．０１以下であるのがより好ましい。

また、第１元素がＺｒであり、第２元素がＶである場合、Ｚｒの質量数が９１．２であり、Ｖの質量数が５０．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．５４以上５．３８以下であるのが好ましく、０．９０以上３．５８以下であるのがより好ましい。

なお、上述する組み合わせ以外についても、上記と同様にしてＥ１／Ｅ２を算出することができる。

また、Ｓｉ高濃度領域４は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）のマッピング分析により、その存在を特定することも可能である。

また、第１元素の含有率Ｅ１と第２元素の含有率Ｅ２は、それぞれ前述した通りであるが、これらの合計については０．０５質量％以上０．６質量％以下であるのが好ましく、０．１０質量％以上０．４８質量％以下であるのがより好ましく、０．１２質量％以上０．２４質量％以下であるのがさらに好ましい。第１元素の含有率と第２元素の含有率の合計を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の高密度化が必要かつ十分なものとなる。

また、Ｓｉの含有率に対する第１元素の含有率と第２元素の含有率の合計の比率を（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｓｉとしたとき、（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｓｉは質量比で０．１以上０．７以下であるのが好ましく、０．１５以上０．６以下であるのがより好ましく、０．２以上０．５以下であるのがさらに好ましい。（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｓｉを前記範囲内に設定することで、Ｓｉを添加した場合の靭性の低下等が、第１元素および第２元素の添加によって十分に補われる。その結果、高密度であるにもかかわらず、靭性といった機械的特性に優れ、かつ、Ｓｉに由来する耐食性にも優れた焼結体を製造可能な金属粉末が得られる。加えて、粒子１では、第１元素の炭化物等や第２元素の炭化物等を核とする酸化ケイ素の集積が必要かつ十分に行われ、Ｆｅの他、粒子１にＣｒ、Ｎｉ等の元素が含まれている場合には、それらの酸化反応が抑制され易くなる。このため、かかる観点からも、粒子１の焼結性が高くなり、より高密度で機械的特性および耐食性に優れた焼結体を得ることができる。

なお、第１元素の炭化物等や第２元素の炭化物等と酸化ケイ素との位置関係については、必ずしも炭化物等が酸化ケイ素の中心に位置する必要はなく、例えば、炭化物等の内側に酸化ケイ素が集中しているような位置関係であってもよい。

さらには、Ｃの含有率に対する第１元素の含有率と第２元素の含有率の合計の比率を（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｃとしたとき、（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｃは１以上１６以下であるのが好ましく、２以上１３以下であるのがより好ましく、３以上１０以下であるのがさらに好ましい。（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｃを前記範囲内に設定することで、Ｃを添加した場合の硬度の上昇および靭性の低下の抑制と、第１元素および第２元素の添加によってもたらされる高密度化とを両立させることができる。その結果、引張強さや靭性といった機械的特性に優れた焼結体を製造可能な粒子１が得られる。

（その他の元素）
粒子１は、上述した元素の他、必要に応じてＭｏ、Ｐｂ、ＳおよびＡｌのうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。なお、これらの元素は、不可避的に含まれる場合もある。

Ｍｏは、製造される焼結体の耐食性を強化する元素である。
粒子１におけるＭｏの含有率は、特に限定されないが、０．２質量％以上０．８質量％以下であるのが好ましく、０．３質量％以上０．６質量％以下であるのがより好ましい。Ｍｏの含有率を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の密度の大幅な低下を招くことなく、焼結体の耐食性をより強化することができる。

Ｐｂは、製造される焼結体の被削性を高める元素である。
粒子１におけるＰｂの含有率は、０．０３質量％以上０．５質量％以下であるのが好ましく、０．０５質量％以上０．３質量％以下であるのがより好ましい。Ｐｂの含有率を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の被削性をより高めることができる。

Ｓは、製造される焼結体の被削性を高める元素である。
粒子１におけるＳの含有率は、特に限定されないが、０．５質量％以下であるのが好ましく、０．０１質量％以上０．３質量％以下であるのがより好ましい。Ｓの含有率を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の密度の大幅な低下を招くことなく、製造される焼結体の被削性をより高めることができる。

Ａｌは、製造される焼結体の耐酸化性を高める元素である。
粒子１におけるＡｌの含有率は、特に限定されないが、０．５質量％以下であるのが好ましく、０．０５質量％以上０．３質量％以下であるのがより好ましい。Ａｌの含有率を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の密度の大幅な低下を招くことなく、製造される焼結体の耐酸化性をより高めることができる。

この他、粒子１には、Ｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｄ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎ、Ｃｕ等が添加されていてもよい。その場合、これらの元素の含有率は、特に限定されないが、それぞれ０．１質量％未満であるのが好ましく、合計でも０．２質量％未満であるのが好ましい。なお、これらの元素は、不可避的に含まれる場合もある。

さらに、粒子１には、不純物が含まれていてもよい。不純物としては、上述した元素以外の全ての元素が挙げられ、具体的には、例えば、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ等が挙げられる。これらの不純物の混入量は、各々の元素がＦｅ、Ｃｒ、Ｓｉ、第１元素および第２元素の各含有量よりも少なくなるように設定されているのが好ましい。また、これらの不純物の混入量は、各々の元素が０．０３質量％未満となるように設定されるのが好ましく、０．０２質量％未満となるように設定されるのがより好ましい。また、合計でも０．３質量％未満とされるのが好ましく、０．２質量％未満とされるのがより好ましい。なお、これらの元素は、その含有率が前記範囲内であれば、前述したような効果が阻害されないので、意図的に添加されていてもよい。

一方、Ｏ（酸素）も、意図的に添加されたり不可避的に混入したりしてもよいが、その量は０．８質量％以下程度であるのが好ましく、０．５質量％以下程度であるのがより好ましい。粒子１中の酸素量をこの程度に収めることで、焼結性が高くなり、高密度で機械的特性に優れた焼結体が得られる。なお、下限値は特に設定されないが、量産容易性等の観点から０．０３質量％以上であるのが好ましい。

Ｆｅは、本発明の粉末冶金用金属粉末を構成する合金のうち含有率が最も高い成分（主成分）であり、焼結体の特性に大きな影響を及ぼす。Ｆｅの含有率は、特に限定されないが、５０質量％以上であるのが好ましい。

また、粒子１の組成比は、例えば、ＪＩＳ Ｇ １２５７（２０００）に規定された鉄及び鋼−原子吸光分析法、ＪＩＳ Ｇ １２５８（２００７）に規定された鉄及び鋼−ＩＣＰ発光分光分析法、ＪＩＳ Ｇ １２５３（２００２）に規定された鉄及び鋼−スパーク放電発光分光分析法、ＪＩＳ Ｇ １２５６（１９９７）に規定された鉄及び鋼−蛍光Ｘ線分析法、ＪＩＳ Ｇ １２１１〜Ｇ １２３７に規定された重量・滴定・吸光光度法等により特定することができる。具体的には、例えばＳＰＥＣＴＲＯ社製固体発光分光分析装置（スパーク放電発光分光分析装置、モデル：ＳＰＥＣＴＲＯＬＡＢ、タイプ：ＬＡＶＭＢ０８Ａ）や、（株）リガク製ＩＣＰ装置（ＣＩＲＯＳ１２０型）が挙げられる。

なお、ＪＩＳ Ｇ １２１１〜Ｇ １２３７は、下記の通りである。
ＪＩＳ Ｇ １２１１（２０１１） 鉄及び鋼−炭素定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２１２（１９９７） 鉄及び鋼−けい素定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２１３（２００１） 鉄及び鋼中のマンガン定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２１４（１９９８） 鉄及び鋼−りん定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２１５（２０１０） 鉄及び鋼−硫黄定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２１６（１９９７） 鉄及び鋼−ニッケル定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２１７（２００５） 鉄及び鋼−クロム定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２１８（１９９９） 鉄及び鋼−モリブデン定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２１９（１９９７） 鉄及び鋼−銅定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２２０（１９９４） 鉄及び鋼−タングステン定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２２１（１９９８） 鉄及び鋼−バナジウム定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２２２（１９９９） 鉄及び鋼−コバルト定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２２３（１９９７） 鉄及び鋼−チタン定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２２４（２００１） 鉄及び鋼中のアルミニウム定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２２５（２００６） 鉄及び鋼−ひ素定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２２６（１９９４） 鉄及び鋼−すず定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２２７（１９９９） 鉄及び鋼中のほう素定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２２８（２００６） 鉄及び鋼−窒素定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２２９（１９９４） 鋼−鉛定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２３２（１９８０） 鋼中のジルコニウム定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２３３（１９９４） 鋼−セレン定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２３４（１９８１） 鋼中のテルル定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２３５（１９８１） 鉄及び鋼中のアンチモン定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２３６（１９９２） 鋼中のタンタル定量方法
ＪＩＳ Ｇ １２３７（１９９７） 鉄及び鋼−ニオブ定量方法

また、Ｃ（炭素）およびＳ（硫黄）の特定に際しては、特に、ＪＩＳ Ｇ １２１１（２０１１）に規定された酸素気流燃焼（高周波誘導加熱炉燃焼）−赤外線吸収法も用いられる。具体的には、ＬＥＣＯ社製炭素・硫黄分析装置、ＣＳ−２００が挙げられる。

さらに、Ｎ（窒素）およびＯ（酸素）の特定に際しては、特に、ＪＩＳ Ｇ １２２８（２００６）に規定された鉄および鋼の窒素定量方法、ＪＩＳ Ｚ ２６１３（２００６）に規定された金属材料の酸素定量方法も用いられる。具体的には、ＬＥＣＯ社製酸素・窒素分析装置、ＴＣ−３００／ＥＦ−３００が挙げられる。

なお、上述したような粒子１は、粉末冶金用金属粉末中にできるだけ多く含まれているのが好ましい。具体的には、粒子１は、粉末冶金用金属粉末中に個数比で５０％以上含まれているのが好ましく、６０％以上含まれているのがより好ましい。このような粉末冶金用金属粉末によれば、上述したような効果がより確実に発揮され、高密度でかつ機械的特性に優れた焼結体をより確実に製造することができる。

また、本発明の粉末冶金用金属粉末の平均粒径は、０．５μｍ以上３０μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以上２０μｍ以下であるのがより好ましく、２μｍ以上１０μｍ以下であるのがさらに好ましい。このような粒径の粉末冶金用金属粉末を用いることにより、焼結体中に残存する空孔が極めて少なくなるため、特に高密度で機械的特性に優れた焼結体を製造することができる。

なお、平均粒径は、レーザー回折法により得られた質量基準での累積粒度分布において、累積量が小径側から５０％になるときの粒径として求められる。

また、粉末冶金用金属粉末の平均粒径が前記下限値を下回った場合、成形し難い形状の場合、成形性が低下し、焼結密度が低下するおそれがあり、前記上限値を上回った場合、成形時に粒子間の隙間が大きくなるので、やはり焼結密度が低下するおそれがある。

また、粉末冶金用金属粉末の粒度分布は、できるだけ狭いのが好ましい。具体的には、粉末冶金用金属粉末の平均粒径が前記範囲内であれば、最大粒径が２００μｍ以下であるのが好ましく、１５０μｍ以下であるのがより好ましい。粉末冶金用金属粉末の最大粒径を前記範囲内に制御することにより、粉末冶金用金属粉末の粒度分布をより狭くすることができ、焼結体のさらなる高密度化を図ることができる。

なお、上記の最大粒径とは、レーザー回折法により得られた質量基準での累積粒度分布において、累積量が小径側から９９．９％となるときの粒径のことをいう。

また、粉末冶金用金属粉末の粒子の短径をＳ［μｍ］とし、長径をＬ［μｍ］としたとき、Ｓ／Ｌで定義されるアスペクト比の平均値は、０．４以上１以下程度であるのが好ましく、０．７以上１以下程度であるのがより好ましい。このようなアスペクト比の粉末冶金用金属粉末は、その形状が比較的球形に近くなるので、成形された際の充填率が高められる。その結果、焼結体のさらなる高密度化を図ることができる。

なお、前記長径とは、粒子の投影像においてとりうる最大長さであり、前記短径とは、長径に直交する方向においてとりうる最大長さである。また、アスペクト比の平均値は、１００個以上の粒子について測定されたアスペクト比の値の平均値として求められる。

また、本発明の粉末冶金用金属粉末のタップ密度は、３．５ｇ／ｃｍ^３以上であるのが好ましく、４ｇ／ｃｍ^３以上であるのがより好ましい。このようにタップ密度が大きい粉末冶金用金属粉末であれば、成形体を得る際に、粒子間の充填性が特に高くなる。このため、最終的に、特に緻密な焼結体を得ることができる。

また、本発明の粉末冶金用金属粉末の比表面積は、特に限定されないが、０．１ｍ^２／ｇ以上であるのが好ましく、０．２ｍ^２／ｇ以上であるのがより好ましい。このように比表面積の広い粉末冶金用金属粉末であれば、表面の活性（表面エネルギー）が高くなるため、より少ないエネルギーの付与でも容易に焼結することができる。したがって、成形体を焼結する際に、成形体の内側と外側とで焼結速度の差が生じ難くなり、内側に空孔が残存して焼結密度が低下するのを抑制することができる。

［焼結体の製造方法］
次に、このような本発明の粉末冶金用金属粉末を用いて焼結体を製造する方法について説明する。

焼結体を製造する方法は、［Ａ］焼結体製造用の組成物を用意する組成物調製工程と、［Ｂ］成形体を製造する成形工程と、［Ｃ］脱脂処理を施す脱脂工程と、［Ｄ］焼成を行う焼成工程と、を有する。以下、各工程について順次説明する。

［Ａ］組成物調製工程
まず、本発明の粉末冶金用金属粉末と、バインダーとを用意し、これらを混練機により混練し、混練物（組成物）を得る。

この混練物（本発明のコンパウンドの実施形態）中では、粉末冶金用金属粉末が均一に分散している。

本発明の粉末冶金用金属粉末は、例えば、アトマイズ法（例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法等）、還元法、カルボニル法、粉砕法等の各種粉末化法により製造される。

このうち、本発明の粉末冶金用金属粉末は、アトマイズ法により製造されたものであるのが好ましく、水アトマイズ法または高速回転水流アトマイズ法により製造されたものであるのがより好ましい。アトマイズ法は、溶融金属（溶湯）を、高速で噴射された流体（液体または気体）に衝突させることにより、溶湯を微粉化するとともに冷却して、金属粉末を製造する方法である。粉末冶金用金属粉末をこのようなアトマイズ法によって製造することにより、極めて微小な粉末を効率よく製造することができる。また、得られる粉末の粒子形状が表面張力の作用により球形状に近くなる。このため、成形した際に充填率の高いものが得られる。すなわち、高密度な焼結体を製造可能な粉末を得ることができる。さらに、溶湯の冷却速度が非常に速くなることから、Ｆｅ基合金結晶２の大きさが揃った粒子１を得ることができる。

なお、アトマイズ法として、水アトマイズ法を用いた場合、溶融金属に向けて噴射される水（以下、「アトマイズ水」という。）の圧力は、特に限定されないが、好ましくは７５ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下（７５０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上１２００ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）程度とされ、より好ましくは、９０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下（９００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上１２００ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）程度とされる。

また、アトマイズ水の水温も、特に限定されないが、好ましくは１℃以上２０℃以下程度とされる。

さらに、アトマイズ水は、溶湯の落下経路上に頂点を有し、外径が下方に向かって漸減するような円錐状に噴射される場合が多い。この場合、アトマイズ水が形成する円錐の頂角θは、１０°以上４０°以下程度であるのが好ましく、１５°以上３５°以下程度であるのがより好ましい。これにより、前述したような組成の粉末冶金用金属粉末を、確実に製造することができる。

また、水アトマイズ法（特に高速回転水流アトマイズ法）によれば、とりわけ速く溶湯を冷却することができる。このため、広い合金組成において高品質な粉末が得られる。

また、アトマイズ法において溶湯を冷却する際の冷却速度は、１×１０^４℃／ｓ以上であるのが好ましく、１×１０^５℃／ｓ以上であるのがより好ましい。このような急速な冷却により、均質な粉末冶金用金属粉末が得られる。その結果、高品質な焼結体を得ることができる。

なお、このようにして得られた粉末冶金用金属粉末に対し、必要に応じて、分級を行ってもよい。分級の方法としては、例えば、ふるい分け分級、慣性分級、遠心分級のような乾式分級、沈降分級のような湿式分級等が挙げられる。

一方、バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンまたはこれらの共重合体等の各種樹脂や、各種ワックス、パラフィン、高級脂肪酸（例：ステアリン酸）、高級アルコール、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等の各種有機バインダーが挙げられ、これらのうち１種または２種以上を混合して用いることができる。

また、バインダーの含有率は、混練物全体の２質量％以上２０質量％以下程度であるのが好ましく、５質量％以上１０質量％以下程度であるのがより好ましい。バインダーの含有率が前記範囲内であることにより、成形性よく成形体を形成することができるとともに、密度を高め、成形体の形状の安定性等を特に優れたものとすることができる。また、これにより、成形体と脱脂体との大きさの差、いわゆる収縮率を最適化して、最終的に得られる焼結体の寸法精度の低下を防止することができる。すなわち、高密度でかつ寸法精度の高い焼結体を得ることができる。

また、混練物中には、必要に応じて、可塑剤が添加されていてもよい。この可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル（例：ＤＯＰ、ＤＥＰ、ＤＢＰ）、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。

さらに、混練物中には、粉末冶金用金属粉末、バインダー、可塑剤の他に、例えば、滑剤、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物を必要に応じ添加することができる。

なお、混練条件は、用いる粉末冶金用金属粉末の金属組成や粒径、バインダーの組成、およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、混練温度：５０℃以上２００℃以下程度、混練時間：１５分以上２１０分以下程度とすることができる。

また、混練物は、必要に応じ、ペレット（小塊）化される。ペレットの粒径は、例えば、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下程度とされる。

なお、後述する成形方法によっては、混練物に代えて、造粒粉末を製造するようにしてもよい。これらの混練物および造粒粉末等が、後述する成形工程に供される組成物の一例である。

本発明の造粒粉末の実施形態は、本発明の粉末冶金用金属粉末に造粒処理を施すことにより、複数個の金属粒子同士をバインダーで結着してなるものである。

造粒粉末の製造に用いられるバインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンまたはこれらの共重合体等の各種樹脂や、各種ワックス、パラフィン、高級脂肪酸（例：ステアリン酸）、高級アルコール、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等の各種有機バインダーが挙げられ、これらのうち１種または２種以上を混合して用いることができる。

このうち、バインダーとしては、ポリビニルアルコールまたはポリビニルピロリドンを含むものが好ましい。これらのバインダー成分は、結着性が高いため、比較的少量であっても効率よく造粒粉末を形成することができる。また、熱分解性も高いことから、脱脂および焼成の際に、短時間で確実に分解、除去することが可能になる。

また、バインダーの含有率は、造粒粉末全体の０．２質量％以上１０質量％以下程度であるのが好ましく、０．３質量％以上５質量％以下程度であるのがより好ましく、０．３質量％以上２質量％以下であるのがさらに好ましい。バインダーの含有率が前記範囲内であることにより、著しく大きな粒子が造粒されたり、造粒されていない金属粒子が大量に残存してしまうのを抑制しつつ、造粒粉末を効率よく形成することができる。また、成形性が向上するため、成形体の形状の安定性等を特に優れたものとすることができる。また、バインダーの含有率を前記範囲内としたことにより、成形体と脱脂体との大きさの差、いわゆる収縮率を最適化して、最終的に得られる焼結体の寸法精度の低下を防止することができる。

さらに、造粒粉末中には、必要に応じて、可塑剤、滑剤、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物が添加されていてもよい。

一方、造粒処理としては、例えば、スプレードライ（噴霧乾燥）法、転動造粒法、流動層造粒法、転動流動造粒法等が挙げられる。

なお、造粒処理では、必要に応じて、バインダーを溶解する溶媒が用いられる。かかる溶媒としては、例えば、水、四塩化炭素のような無機溶媒や、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、セロソルブ系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、芳香族複素環化合物系溶媒、アミド系溶媒、ハロゲン化合物系溶媒、エステル系溶媒、アミン系溶媒、ニトリル系溶媒、ニトロ系溶媒、アルデヒド系溶媒のような有機溶媒等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上の混合物が用いられる。

造粒粉末の平均粒径は、特に限定されないが、１０μｍ以上２００μｍ以下程度であるのが好ましく、２０μｍ以上１００μｍ以下程度であるのがより好ましく、２５μｍ以上６０μｍ以下程度であるのがさらに好ましい。このような粒径の造粒粉末は、良好な流動性を有し、成形型の形状をより忠実に反映させ得るものとなる。

なお、平均粒径は、レーザー回折法により得られた質量基準での累積粒度分布において、累積量が小径側から５０％になるときの粒径として求められる。

［Ｂ］成形工程
次に、混練物または造粒粉末を成形して、目的の焼結体と同形状の成形体を製造する。

成形体の製造方法（成形方法）としては、特に限定されず、例えば、圧粉成形（圧縮成形）法、金属粉末射出成形（ＭＩＭ：Metal Injection Molding）法、押出成形法等の各種成形法を用いることができる。

このうち、圧粉成形法の場合の成形条件は、用いる粉末冶金用金属粉末の組成や粒径、バインダーの組成、およびこれらの配合量等の諸条件によって異なるが、成形圧力が２００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下（２ｔ／ｃｍ^２以上１０ｔ／ｃｍ^２以下）程度であるのが好ましい。

また、金属粉末射出成形法の場合の成形条件は、諸条件によって異なるものの、材料温度が８０℃以上２１０℃以下程度、射出圧力が５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下（０．５ｔ／ｃｍ^２以上５ｔ／ｃｍ^２以下）程度であるのが好ましい。

また、押出成形法の場合の成形条件は、諸条件によって異なるものの、材料温度が８０℃以上２１０℃以下程度、押出圧力が５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下（０．５ｔ／ｃｍ^２以上５ｔ／ｃｍ^２以下）程度であるのが好ましい。

このようにして得られた成形体は、金属粉末の複数の粒子の間隙に、バインダーが一様に分布した状態となる。

なお、作製される成形体の形状寸法は、以降の脱脂工程および焼成工程における成形体の収縮分を見込んで決定される。

［Ｃ］脱脂工程
次に、得られた成形体に脱脂処理（脱バインダー処理）を施し、脱脂体を得る。

具体的には、成形体を加熱して、バインダーを分解することにより、成形体中からバインダーを除去して、脱脂処理がなされる。

この脱脂処理は、例えば、成形体を加熱する方法、バインダーを分解するガスに成形体を曝す方法等が挙げられる。

成形体を加熱する方法を用いる場合、成形体の加熱条件は、バインダーの組成や配合量によって若干異なるものの、温度１００℃以上７５０℃以下×０．１時間以上２０時間以下程度であるのが好ましく、１５０℃以上６００℃以下×０．５時間以上１５時間以下程度であるのがより好ましい。これにより、成形体を焼結させることなく、成形体の脱脂を必要かつ十分に行うことができる。その結果、脱脂体の内部にバインダー成分が多量に残留してしまうのを確実に防止することができる。

また、成形体を加熱する際の雰囲気は、特に限定されず、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、大気のような酸化性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられる。
一方、バインダーを分解するガスとしては、例えば、オゾンガス等が挙げられる。

なお、このような脱脂工程は、脱脂条件の異なる複数の過程（ステップ）に分けて行うことにより、成形体中のバインダーをより速やかに、そして、成形体に残存させないように分解・除去することができる。

また、必要に応じて、脱脂体に対して切削、研磨、切断等の機械加工を施すようにしてもよい。脱脂体は、硬度が比較的低く、かつ比較的可塑性に富んでいるため、脱脂体の形状が崩れるのを防止しつつ、容易に機械加工を施すことができる。このような機械加工によれば、最終的に寸法精度の高い焼結体を容易に得ることができる。

［Ｄ］焼成工程
前記工程［Ｃ］で得られた脱脂体を、焼成炉で焼成して焼結体を得る。

この焼結により、粉末冶金用金属粉末は、粒子同士の界面で拡散が生じ、焼結に至る。この際、前述したようなメカニズムによって、脱脂体が速やかに焼結される。その結果、全体的に緻密な高密度の焼結体が得られる。

焼成温度は、成形体および脱脂体の製造に用いた粉末冶金用金属粉末の組成や粒径等によって異なるが、一例として９８０℃以上１３３０℃以下程度とされる。また、好ましくは１０５０℃以上１２６０℃以下程度とされる。

また、焼成時間は、０．２時間以上７時間以下とされるが、好ましくは１時間以上６時間以下程度とされる。

なお、焼成工程においては、途中で焼結温度や後述する焼成雰囲気を変化させるようにしてもよい。

焼成条件をこのような範囲に設定することにより、焼結が進み過ぎて過焼結となり結晶組織が肥大化するのを防止しつつ、脱脂体全体を十分に焼結させることができる。その結果、高密度であり、かつ特に機械的特性に優れた焼結体を得ることができる。

また、焼成温度が比較的低温であることから、焼成炉による加熱温度を一定に制御し易く、したがって、脱脂体の温度も一定になり易い。その結果、より均質な焼結体を製造することができる。

さらには、前述したような焼成温度は、一般的な焼成炉で十分に実現可能な焼成温度であるため、安価な焼成炉が利用可能であるとともに、ランニングコストも抑えることができる。換言すれば、前記焼成温度を超える場合には、特殊な耐熱材料を用いた高価な焼成炉を利用する必要があり、しかもランニングコストも高くなるおそれがある。

また、焼成の際の雰囲気は、特に限定されないが、金属粉末の著しい酸化を防止することを考慮した場合、水素のような還元性ガス雰囲気、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が好ましく用いられる。

このようにして得られた焼結体は、高密度で機械的特性に優れたものとなる。すなわち、本発明の粉末冶金用金属粉末とバインダーとを含む組成物を、成形した後、脱脂・焼結して製造された焼結体は、従来の金属粉末を焼結してなる焼結体に比べて相対密度が高くなる。よって、本発明であれば、ＨＩＰ処理のような追加処理を施さなければ到達し得なかった高密度の焼結体を、追加処理なしに実現することができる。

具体的には、本発明によれば、粉末冶金用金属粉末の組成によって若干異なるものの、一例として従来よりも２％以上の相対密度の向上が期待できる。

その結果、得られた焼結体の相対密度は、一例として９７％以上になることが期待できる（好ましくは９８％以上、より好ましくは９８．５％以上）。このような範囲の相対密度を有する焼結体は、粉末冶金技術を利用することで目的とする形状に限りなく近い形状を有するものであるにもかかわらず、溶製材に匹敵する優れた機械的特性を有するものとなるため、ほとんど後加工を施すことなく各種の機械部品や構造部品等に適用可能なものとなる。

また、本発明の粉末冶金用金属粉末とバインダーとを含む組成物を、成形した後、脱脂・焼結して製造された焼結体は、その引張強さや０．２％耐力が、従来の金属粉末を用いて同様に焼結してなる焼結体の引張強さや０．２％耐力よりも大きくなる。これは、合金組成や粒子の結晶組織を最適化したことにより、金属粉末の焼結性を高め、これにより製造される焼結体の機械的特性が向上したためと考えられる。

また、上述したようにして製造された焼結体は、その表面が高硬度のものとなる。具体的には、粉末冶金用金属粉末の組成によって若干異なるものの、一例として表面のビッカース硬度が５７０以上１２００以下になることが期待される。また、好ましくは６００以上１０００以下になることが期待される。このような硬度を有する焼結体は、特に高い耐久性を有するものとなる。

なお、追加処理を施さなくても、焼結体は十分に高い密度と機械的特性とを有しているが、さらなる高密度化および機械的特性の向上を図るために、各種の追加処理を施すようにしてもよい。

この追加処理としては、例えば、前述したＨＩＰ処理のような高密度化を図る追加処理であってもよく、各種焼き入れ処理、各種サブゼロ処理、各種焼き戻し処理等であってもよい。これらの追加処理は単独で行われてもよく、複数が組み合わされて行われてもよい。

このうち、焼き入れ処理では、焼結体に対し、９８０℃以上１２００℃以下程度、０．２時間以上３時間以下程度の加熱を行った後、急冷する処理を行う。これにより、粉末冶金用金属粉末の組成によっても異なるが、オーステナイトの結晶構造をマルテンサイトの結晶構造に変化させることができる。したがって、この処理は、例えばマルテンサイトの結晶構造を含む焼結体を製造する際に好適に用いられる。
なお、焼き入れ処理における急冷には、水冷、油冷等が用いられる。

また、サブゼロ処理は、焼き入れ処理においてマルテンサイトの結晶構造に変化せず、残留したオーステナイトの結晶構造を、冷却によってマルテンサイト化する処理のことである。残留したオーステナイトの結晶構造は、時間の経過とともにマルテンサイト化することが多いが、このとき、焼結体の体積変化を伴うため、経時的に焼結体の寸法が変化してしまうという不具合を伴う。そこで、焼き入れ処理後にサブゼロ処理を行うことで、残留したオーステナイトの結晶構造を半ば強制的にマルテンサイト化することができ、経時的な寸法変化という不具合の発生を予防することができる。
焼結体の冷却には、例えばドライアイスや炭酸ガス、液体窒素等を用いる。

サブゼロ処理の温度は０℃以下程度、時間は０．２時間以上３時間以下程度であるのが好ましい。

また、焼き戻し処理は、焼き入れ処理後の焼結体に対して、焼き入れ処理よりも低温で再び加熱する処理のことである。これにより、焼結体の硬度を下げつつ靭性を付与することができる。

焼き戻し処理の温度は１００℃以上２００℃以下程度、時間は０．３時間以上５時間以下程度であるのが好ましい。

また、上述した焼成工程や各種追加処理においては、金属粉末中（焼結体中）の軽元素が揮発し、最終的に得られる焼結体の組成は、金属粉末中の組成から若干変化している場合もある。

例えば、Ｃについては、工程条件や処理条件に応じて異なるものの、最終的な焼結体における含有率が、粉末冶金用金属粉末における含有率の５％以上１００％以下の範囲内（好ましくは３０％以上１００％以下の範囲内）で変化する可能性がある。

また、Ｏについても、工程条件や処理条件に応じて異なるものの、最終的な焼結体における含有率が、粉末冶金用金属粉末における含有率の１％以上５０％以下の範囲内（好ましくは３％以上５０％以下の範囲内）で変化する可能性がある。

一方、前述したように、製造された焼結体は、必要に応じて行われる追加処理の一環でＨＩＰ処理に供されてもよいが、ＨＩＰ処理を行っても十分な効果が発揮されない場合も多い。ＨＩＰ処理では、焼結体のさらなる高密度化を図ることができるが、そもそも本発明で得られる焼結体は、焼成工程の終了時点ですでに十分な高密度化が図られている。このため、さらにＨＩＰ処理を施したとしても、それ以上の高密度化は進み難い。

加えて、ＨＩＰ処理では、圧力媒体を介して被処理物を加圧する必要があるため、被処理物が汚染されたり、汚染に伴って被処理物の組成や物性が意図しない変化を生じたり、汚染に伴って被処理物が変色したりするおそれがある。また、加圧されることにより被処理物内において残留応力が発生あるいは増加し、これが経時的に解放されるのに伴って変形や寸法精度の低下といった不具合の発生を招くおそれがある。

これに対し、本発明によれば、このようなＨＩＰ処理を施すことなく、十分に密度の高い焼結体を製造可能であるため、ＨＩＰ処理を施した場合と同様の高密度化および高強度化が図られた焼結体を得ることができる。そして、このような焼結体は、汚染や変色、意図しない組成や物性の変化等が少なく、変形や寸法精度の低下といった不具合の発生も少ないものとなる。よって、本発明によれば、機械的強度および寸法精度が高く、耐久性に優れた焼結体を効率よく製造することができる。

また、本発明で製造された焼結体は、機械的特性を向上させる目的の追加処理をほとんど必要としないため、組成や結晶組織が焼結体全体で均一になり易い。このため、構造的な等方性が高く、形状によらず全方位からの荷重に対する耐久性に優れたものとなる。

なお、このようにして製造された焼結体では、その表面近傍における空孔率が内部における空孔率よりも相対的に小さくなることが多いことが認められる。このようになる理由は明確ではないが、第１元素および第２元素が添加されることにより、成形体の内部よりも表面近傍において、焼結反応がより進み易くなっているということが挙げられる。

具体的には、焼結体の表面近傍の空孔率をＡ１とし、焼結体の内部の空孔率をＡ２としたとき、Ａ２−Ａ１は０．１％以上３％以下であるのが好ましく、０．２％以上２％以下であるのがより好ましい。Ａ２−Ａ１がこのような範囲にある焼結体は、必要かつ十分な機械的強度を有する一方、表面を容易に平坦化することを可能にする。すなわち、かかる焼結体の表面を研磨することにより、鏡面性の高い表面を得ることができる。

このような鏡面性の高い焼結体は、機械的強度が高くなるだけでなく、審美性に優れたものとなる。このため、かかる焼結体は、優れた美的外観が要求される用途にも好適に用いられる。

なお、焼結体の表面近傍の空孔率Ａ１とは、焼結体の断面のうち、表面から５０μｍの深さの位置を中心に半径２５μｍの範囲内の空孔率のことをいう。また、焼結体の内部の空孔率Ａ２とは、焼結体の断面のうち、表面から３００μｍの深さの位置を中心に半径２５μｍの範囲内の空孔率のことをいう。これらの空孔率は、焼結体の断面を走査型電子顕微鏡で観察し、前記範囲内に存在する空孔の面積を前記範囲の面積で除して得られた値である。

以上、本発明の粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末および焼結体について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

また、本発明の焼結体は、例えば、自動車用部品、自転車用部品、鉄道車両用部品、船舶用部品、航空機用部品、宇宙輸送機（例えばロケット等）用部品のような輸送機器用部品、パソコン用部品、携帯電話端末用部品のような電子機器用部品、冷蔵庫、洗濯機、冷暖房機のような電気機器用部品、工作機械、半導体製造装置のような機械用部品、原子力発電所、火力発電所、水力発電所、製油所、化学コンビナートのようなプラント用部品、時計用部品、金属食器、宝飾品、眼鏡フレームのような装飾品の他、あらゆる構造部品に用いられる。

次に、本発明の実施例について説明する。
１．焼結体（Ｚｒ−Ｎｂ系）の製造

（サンプルＮｏ．１）
［１］まず、水アトマイズ法により製造された表１に示す組成の金属粉末を用意した。

また、表１に示す粉末の組成は、誘導結合高周波プラズマ発光分析法（ＩＣＰ分析法）により同定、定量した。なお、ＩＣＰ分析には、（株）リガク製、ＩＣＰ装置（ＣＩＲＯＳ１２０型）を用いた。また、Ｃの同定、定量には、ＬＥＣＯ社製炭素・硫黄分析装置（ＣＳ−２００）を用いた。さらに、Ｏの同定、定量には、ＬＥＣＯ社製酸素・窒素分析装置（ＴＣ−３００／ＥＦ−３００）を用いた。

［２］次に、金属粉末と、ポリプロピレンおよびワックスの混合物（有機バインダー）とを、質量比で９：１となるよう秤量して混合し、混合原料を得た。
［３］次に、この混合原料を混練機で混練し、コンパウンドを得た。

［４］次に、このコンパウンドを、以下に示す成形条件で、射出成形機にて成形し、成形体を作製した。

＜成形条件＞
・材料温度：１５０℃
・射出圧力：１１ＭＰａ（１１０ｋｇｆ／ｃｍ^２）

［５］次に、得られた成形体に対して、以下に示す脱脂条件で熱処理（脱脂処理）を施し、脱脂体を得た。

＜脱脂条件＞
・脱脂温度 ：５００℃
・脱脂時間 ：１時間（脱脂温度での保持時間）
・脱脂雰囲気：窒素雰囲気

［６］次に、得られた脱脂体を、以下に示す焼成条件で焼成した。これにより、焼結体を得た。なお、焼結体の形状は、直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円筒形状とした。

＜焼成条件＞
・焼成温度 ：１２００℃
・焼成時間 ：３時間（焼成温度での保持時間）
・焼成雰囲気：アルゴン雰囲気

［７］次に、得られた焼結体に対し、以下に示す条件で焼き入れ処理を施した。

＜焼き入れ処理条件＞
・焼き入れ温度 ：９８０℃
・焼き入れ時間 ：４時間
・焼き入れ雰囲気：アルゴン雰囲気
・冷却方法 ：水冷

［８］次に、焼き入れ処理を施した焼結体に対し、以下に示す条件でサブゼロ処理を施した。

＜サブゼロ処理条件＞
・サブゼロ処理温度 ：−１９６℃
・サブゼロ処理時間 ：２時間

［９］次に、サブゼロ処理を施した焼結体に対し、以下に示す条件で焼き戻し処理を施した。

＜焼き戻し処理条件＞
・焼き戻し処理温度 ：２１０℃
・焼き戻し処理時間 ：４時間

（サンプルＮｏ．２〜６７）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１または表２に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。なお、サンプルＮｏ．３６、６７の焼結体については、焼成後、下記の条件でＨＩＰ処理を施した。また、サンプルＮｏ．２８〜３０、５７〜５９の焼結体は、それぞれガスアトマイズ法により製造された金属粉末を用いて得られたものである。なお、表１、２には、備考欄に「ガス」と表記している。

＜ＨＩＰ処理条件＞
・加熱温度 ：１１００℃
・加熱時間 ：２時間
・加圧力 ：１００ＭＰａ

なお、表１、２では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１、２への記載は省略した。

（サンプルＮｏ．６８）
［１］まず、表３に示す組成の金属粉末を、サンプルＮｏ．１の場合と同様、水アトマイズ法により製造した。

［２］次に、スプレードライ法により、金属粉末を造粒した。このとき使用したバインダーはポリビニルアルコールであり、金属粉末１００質量部に対して１質量部になる量を使用した。また、ポリビニルアルコール１質量部に対して５０質量部の溶媒（イオン交換水）を使用した。これにより、平均粒径５０μｍの造粒粉末を得た。

［３］次に、この造粒粉末を、以下に示す成形条件で圧粉成形した。なお、この成形には、プレス成形機を使用した。また、作製する成形体の形状は、２０ｍｍ角の立方体形状とした。

＜成形条件＞
・材料温度：９０℃
・成形圧力：６００ＭＰａ（６ｔ／ｃｍ^２）

［４］次に、得られた成形体に対して、以下に示す脱脂条件で熱処理（脱脂処理）を施し、脱脂体を得た。

＜脱脂条件＞
・脱脂温度 ：４５０℃
・脱脂時間 ：２時間（脱脂温度での保持時間）
・脱脂雰囲気：窒素雰囲気

［５］次に、得られた脱脂体を、以下に示す焼成条件で焼成した。これにより、焼結体を得た。

＜焼成条件＞
・焼成温度 ：１２００℃
・焼成時間 ：３時間（焼成温度での保持時間）
・焼成雰囲気：アルゴン雰囲気

［６］次に、得られた焼結体に対し、以下に示す条件で焼き入れ処理を施した。
＜焼き入れ処理条件＞
・焼き入れ温度 ：９８０℃
・焼き入れ時間 ：４時間
・焼き入れ雰囲気：アルゴン雰囲気
・冷却方法 ：水冷

［７］次に、焼き入れ処理を施した焼結体に対し、以下に示す条件でサブゼロ処理を施した。

＜サブゼロ処理条件＞
・サブゼロ処理温度 ：−１９６℃
・サブゼロ処理時間 ：２時間

［８］次に、サブゼロ処理を施した焼結体に対し、以下に示す条件で焼き戻し処理を施した。

＜焼き戻し処理条件＞
・焼き戻し処理温度 ：２１０℃
・焼き戻し処理時間 ：４時間

（サンプルＮｏ．６９〜８４）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表３に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．６８の場合と同様にして焼結体を得た。なお、サンプルＮｏ．８４の焼結体については、焼成後、下記の条件でＨＩＰ処理を施した。

＜ＨＩＰ処理条件＞
・加熱温度 ：１１００℃
・加熱時間 ：２時間
・加圧力 ：１００ＭＰａ

なお、表３においては、各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末および焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表３への記載は省略した。

２．金属粉末（Ｚｒ−Ｎｂ系）の評価
次いで、表１〜３に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。

その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が１個以上５個以下であった。具体的には、平均数の最小値が１．２個、平均数の最大値が４．６個であった。

また、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の円相当径が粒子の円相当径の１％以上１００％以下であった。具体的には、粒子の円相当径に対するＦｅ基合金結晶の円相当径の割合のうち、最小値は２％、最大値は８４％であった。

一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が６個以上であった。具体的には、平均数の最小値が８．４個、平均数の最大値が２５６個であった。

なお、各表には記載していないが、ＭｎおよびＮｉの双方を含まない以外は、表１〜３に示すのと同様の組成からなる金属粉末についても、上記と同様の評価を行ったところ、やはり、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末の粒子に含まれるＦｅ基合金結晶の平均数は１個以上５個以下であった。

３．焼結体（Ｚｒ−Ｎｂ系）の評価
３．１ 相対密度の評価
表１〜３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表４〜６に示す。

３．２ 硬度の評価
表１〜３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の試験方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。
そして、測定した硬さについて、以下の評価基準にしたがって評価した。

＜ビッカース硬さの評価基準＞
Ａ：ビッカース硬さが４９５以上である
Ｆ：ビッカース硬さが４９５未満である
評価結果を表４〜６に示す。

３．３ 引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１〜３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。
そして、測定したこれらの物性値について、以下の評価基準にしたがって評価した。

＜引張強さの評価基準＞
Ａ：焼結体の引張強さが非常に大きい（１８００ＭＰａ以上）
Ｂ：焼結体の引張強さが大きい（１６００ＭＰａ以上１８００ＭＰａ未満）
Ｃ：焼結体の引張強さがやや大きい（１４００ＭＰａ以上１６００ＭＰａ未満）
Ｄ：焼結体の引張強さがやや小さい（１２００ＭＰａ以上１４００ＭＰａ未満）
Ｅ：焼結体の引張強さが小さい（１０００ＭＰａ以上１２００ＭＰａ未満）
Ｆ：焼結体の引張強さが非常に小さい（８００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ未満）
Ｇ：焼結体の引張強さが特に小さい（８００ＭＰａ未満）

＜０．２％耐力の評価基準＞
Ａ：焼結体の０．２％耐力が非常に大きい（１２００ＭＰａ以上）
Ｂ：焼結体の０．２％耐力が大きい（１１００ＭＰａ以上１２００ＭＰａ未満）
Ｃ：焼結体の０．２％耐力がやや大きい（１０００ＭＰａ以上１１００ＭＰａ未満）
Ｄ：焼結体の０．２％耐力がやや小さい（９００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ未満）
Ｅ：焼結体の０．２％耐力が小さい（８００ＭＰａ以上９００ＭＰａ未満）
Ｆ：焼結体の０．２％耐力が非常に小さい（７００ＭＰａ以上８００ＭＰａ未満）
Ｇ：焼結体の０．２％耐力が特に小さい（７００ＭＰａ未満）

＜伸びの評価基準＞
Ａ：焼結体の伸びが非常に大きい（７％以上）
Ｂ：焼結体の伸びが大きい（６％以上７％未満）
Ｃ：焼結体の伸びがやや大きい（５％以上６％未満）
Ｄ：焼結体の伸びがやや小さい（４％以上５％未満）
Ｅ：焼結体の伸びが小さい（３％以上４％未満）
Ｆ：焼結体の伸びが非常に小さい（２％以上３％未満）
Ｇ：焼結体の伸びが特に小さい（２％未満）
以上の評価結果を表４〜６に示す。

３．４ 疲労強度の評価
表１〜３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、疲労強度を測定した。

なお、疲労強度は、ＪＩＳ Ｚ ２２７３（１９７８）に規定された試験方法に準じて測定した。また、繰り返し応力に相当する荷重の印加波形は両振りの正弦波とし、最小最大応力比（最小応力／最大応力）は０．１とした。また、繰り返し周波数は３０Ｈｚとし、繰り返し数を１×１０^７回とした。
そして、測定した疲労強度について、以下の評価基準にしたがって評価した。

＜疲労強度の評価基準＞
Ａ：焼結体の疲労強度が５７５ＭＰａ以上である
Ｂ：焼結体の疲労強度が５５５ＭＰａ以上５７５ＭＰａ未満である
Ｃ：焼結体の疲労強度が５３５ＭＰａ以上５５５ＭＰａ未満である
Ｄ：焼結体の疲労強度が５１５ＭＰａ以上５３５ＭＰａ未満である
Ｅ：焼結体の疲労強度が４９５ＭＰａ以上５１５ＭＰａ未満である
Ｆ：焼結体の疲労強度が４９５ＭＰａ未満である
以上の評価結果を表４〜６に示す。

表４〜６から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体（ＨＩＰ処理を施した焼結体を除く。）に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。

一方、実施例に相当する焼結体と、ＨＩＰ処理を施した焼結体との間で、各物性値を比較したところ、いずれも同程度であることが認められた。

また、各表には記載していないが、ＭｎおよびＮｉの双方を含まない以外は、表１〜３に示すのと同様の組成からなる金属粉末を用いて製造された焼結体についても、上記と同様の評価を行ったところ、やはり、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末を用いて製造された焼結体の相対密度および機械的特性はそれぞれ良好であった。

４．焼結体（Ｈｆ−Ｎｂ系）の製造
（サンプルＮｏ．８５〜１０５）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表７に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。

なお、表７では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表７への記載は省略した。

５．金属粉末（Ｈｆ−Ｎｂ系）の評価
次いで、表７に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。

その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が１個以上５個以下であった。また、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の円相当径が粒子の円相当径の１％以上１００％以下であった。

一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が６個以上であった。

６．焼結体（Ｈｆ−Ｎｂ系）の評価
６．１ 相対密度の評価
表７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表８に示す。

６．２ 硬度の評価
表７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。

そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表８に示す。

６．３ 引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。

そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表８に示す。

６．４ 疲労強度の評価
表７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。

そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表８に示す。

表８から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。

一方、実施例に相当する焼結体と、ＨＩＰ処理を施した焼結体との間で、各物性値を比較したところ、いずれも同程度であることが認められた。

７．焼結体（Ｔｉ−Ｎｂ系）の製造
（サンプルＮｏ．１０６〜１１８）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表９に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。

（サンプルＮｏ．１１９）
金属粉末と、平均粒径４０μｍのＴｉ粉末と、平均粒径２５μｍのＮｂ粉末と、を混合し、混合粉を調製した。なお、混合粉の調製にあたっては、混合粉の組成が表９に示す組成になるように、金属粉末、Ｔｉ粉末およびＮｂ粉末の各混合量を調整した。

次いで、この混合粉を用い、サンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。

なお、表９では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表９への記載は省略した。

８．金属粉末（Ｔｉ−Ｎｂ系）の評価
次いで、表９に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。

その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が１個以上５個以下であった。また、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の円相当径が粒子の円相当径の１％以上１００％以下であった。

一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が６個以上であった。

９．焼結体（Ｔｉ−Ｎｂ系）の評価
９．１ 相対密度の評価
表９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表１０に示す。

９．２ 硬度の評価
表９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。

そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１０に示す。

９．３ 引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。

そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１０に示す。

９．４ 疲労強度の評価
表９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。

そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１０に示す。

表１０から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。

１０．焼結体（Ｎｂ−Ｔａ系）の製造
（サンプルＮｏ．１２０〜１３２）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１１に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。

なお、表１１では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１１への記載は省略した。

１１．金属粉末（Ｎｂ−Ｔａ系）の評価
次いで、表１１に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。

その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が１個以上５個以下であった。また、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の円相当径が粒子の円相当径の１％以上１００％以下であった。

一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が６個以上であった。

１２．焼結体（Ｎｂ−Ｔａ系）の評価
１２．１ 相対密度の評価
表１１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表１２に示す。

１２．２ 硬度の評価
表１１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。

そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１２に示す。

１２．３ 引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。

そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１２に示す。

１２．４ 疲労強度の評価
表１１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。

そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１２に示す。

表１２から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。

１３．焼結体（Ｙ−Ｎｂ系）の製造
（サンプルＮｏ．１３３〜１４５）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１３に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。

なお、表１３では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１３への記載は省略した。

１４．金属粉末（Ｙ−Ｎｂ系）の評価
次いで、表１３に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。

その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が１個以上５個以下であった。また、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の円相当径が粒子の円相当径の１％以上１００％以下であった。

一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が６個以上であった。

１５．焼結体（Ｙ−Ｎｂ系）の評価
１５．１ 相対密度の評価
表１３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表１４に示す。

１５．２ 硬度の評価
表１３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。

そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１４に示す。

１５．３ 引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。

そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１４に示す。

１５．４ 疲労強度の評価
表１３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。

そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１４に示す。

表１４から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。

１６．焼結体（Ｖ−Ｎｂ系）の製造
（サンプルＮｏ．１４６〜１５８）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１５に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。

なお、表１５では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１５への記載は省略した。

１７．金属粉末（Ｖ−Ｎｂ系）の評価
次いで、表１５に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。

その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が１個以上５個以下であった。また、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の円相当径が粒子の円相当径の１％以上１００％以下であった。

一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が６個以上であった。

１８．焼結体（Ｖ−Ｎｂ系）の評価
１８．１ 相対密度の評価
表１５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表１６に示す。

１８．２ 硬度の評価
表１５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。

そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１６に示す。

１８．３ 引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。

そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１６に示す。

１８．４ 疲労強度の評価
表１５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。

そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１６に示す。

表１６から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。

１９．焼結体（Ｔｉ−Ｚｒ系）の製造
（サンプルＮｏ．１５９〜１７１）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１７に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。

なお、表１７では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１７への記載は省略した。

２０．金属粉末（Ｔｉ−Ｚｒ系）の評価
次いで、表１７に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。

その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が１個以上５個以下であった。また、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の円相当径が粒子の円相当径の１％以上１００％以下であった。

一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が６個以上であった。

２１．焼結体（Ｔｉ−Ｚｒ系）の評価
２１．１ 相対密度の評価
表１７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表１８に示す。

２１．２ 硬度の評価
表１７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。

そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１８に示す。

２１．３ 引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。

そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１８に示す。

２１．４ 疲労強度の評価
表１７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。

そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１８に示す。

表１８から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。

２２．焼結体（Ｚｒ−Ｔａ系）の製造
（サンプルＮｏ．１７２〜１８４）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１９に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。

なお、表１９では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１９への記載は省略した。

２３．金属粉末（Ｚｒ−Ｔａ系）の評価
次いで、表１９に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。

その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が１個以上５個以下であった。また、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の円相当径が粒子の円相当径の１％以上１００％以下であった。

一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が６個以上であった。

２４．焼結体（Ｚｒ−Ｔａ系）の評価
２４．１ 相対密度の評価
表１９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表２０に示す。

２４．２ 硬度の評価
表１９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。

そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表２０に示す。

２４．３ 引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。

そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表２０に示す。

２４．４ 疲労強度の評価
表１９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。

そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表２０に示す。

表２０から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。

２５．焼結体（Ｚｒ−Ｖ系）の製造
（サンプルＮｏ．１８５〜１９７）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表２１に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。

なお、表２１では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表２１への記載は省略した。

２６．金属粉末（Ｚｒ−Ｖ系）の評価
次いで、表２１に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。

その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が１個以上５個以下であった。また、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の円相当径が粒子の円相当径の１％以上１００％以下であった。

一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれもＦｅ基合金結晶の平均数が６個以上であった。

２７．焼結体（Ｚｒ−Ｖ系）の評価
２７．１ 相対密度の評価
表２１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表２２に示す。

２７．２ 硬度の評価
表２１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。

そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表２２に示す。

２７．３ 引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表２１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。

そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表２２に示す。

２７．４ 疲労強度の評価
表２１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。

そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表２２に示す。

表２２から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。

２８．焼結体の鏡面性の評価
２８．１ 表面近傍と内部の空孔率の評価
まず、表２３に示すサンプルＮｏ．の焼結体を切断し、断面を研磨した。

次いで、表面近傍の空孔率Ａ１と、内部の空孔率Ａ２とを算出するとともに、Ａ２−Ａ１を算出した。
以上の算出結果を表２３に示す。

２８．２ 鏡面光沢度の評価
まず、表２３に示すサンプルＮｏ．の焼結体について、バレル研磨処理を施した。

次いで、ＪＩＳ Ｚ ８７４１（１９９７）に規定された鏡面光沢度の測定方法に準拠して焼結体の鏡面光沢度を測定した。なお、焼結体表面に対する光の入射角は６０°とし、鏡面光沢度を算出するための基準面には、鏡面光沢度９０、屈折率１．５００のガラスを用いた。そして、測定された鏡面光沢度を、以下の評価基準にしたがって評価した。

＜鏡面光沢度の評価基準＞
Ａ：表面の鏡面性が非常に高い（鏡面光沢度が２００以上）
Ｂ：表面の鏡面性が高い（鏡面光沢度が１５０以上２００未満）
Ｃ：表面の鏡面性がやや高い（鏡面光沢度が１００以上１５０未満）
Ｄ：表面の鏡面性がやや低い（鏡面光沢度が６０以上１００未満）
Ｅ：表面の鏡面性が低い（鏡面光沢度が３０以上６０未満）
Ｆ：表面の鏡面性が非常に低い（鏡面光沢度が３０未満）
以上の評価結果を表２３に示す。

表２３から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、鏡面光沢度が高いことが認められた。これは、焼結体の表面近傍における空孔率が特に小さいことにより、光の散乱が抑制される一方、正反射の割合が多くなっていることに起因するものと考えられる。

１ 粒子
２ Ｆｅ基合金結晶
３ 粒界
４ Ｓｉ高濃度領域

Claims (7)

1. Ｆｅが主成分であり、
   Ｃｒが１０質量％以上３０質量％以下の割合で含まれ、
   Ｃが０．１質量％以上２質量％以下の割合で含まれ、
   Ｓｉが０．２質量％以上１．５質量％以下の割合で含まれ、
   Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからなる群から選択される１種の元素を第１元素とし、前記群から選択される１種の元素であって元素周期表における族が前記第１元素より大きい元素または元素周期表における族が前記第１元素と同じでかつ元素周期表における周期が前記第１元素より大きい元素を第２元素としたとき、
   前記第１元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれ、
   前記第２元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれている粒子を有し、
   前記粒子の断面における結晶の個数は、平均で１個以上５個以下であることを特徴とする粉末冶金用金属粉末。
2. 前記結晶は、Ｆｅが主成分であり、
   前記粒子は、さらに、前記結晶よりも体積が小さく、かつ、Ｆｅの含有率に対するＳｉの含有率の割合が前記結晶よりも大きい領域を有している請求項１に記載の粉末冶金用金属粉末。
3. 前記粒子の断面において、前記結晶の円相当径は、前記粒子の円相当径の１％以上１００％以下である請求項１または２に記載の粉末冶金用金属粉末。
4. 前記結晶は、マルテンサイトの結晶構造を有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の粉末冶金用金属粉末。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粉末冶金用金属粉末と、前記粉末冶金用金属粉末の粒子同士を結着するバインダーと、を含むことを特徴とするコンパウンド。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粉末冶金用金属粉末を造粒してなることを特徴とする造粒粉末。
7. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粉末冶金用金属粉末を焼結して製造されたことを特徴とする焼結体。

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