JP2017122256A - 装飾品 - Google Patents

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Abstract

【課題】研磨に供されても良好な美的外観を呈する装飾品を提供すること。【解決手段】本発明の装飾品は、Fe、Cr、Ni、SiおよびCが含まれ、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第1元素より大きい元素または族が同じでかつ周期が大きい元素を第2元素としたとき、第1元素が0.01質量%以上0.5質量%以下の割合で含まれ、第2元素が0.01質量%以上0.5質量%以下の割合で含まれ、厚さが200μmである表層の断面において、Feが主成分である第1領域の面積率をP1とし、SiまたはOが主成分である第2領域の面積率をP2としたとき、P2/(P1+P2)が0.3%以下である焼結体を含む。【選択図】なし

Description

本発明は、装飾品に関するものである。
時計用外装部品のような装飾品には、まず、優れた美的外観が要求される。この美的外観の要素の1つとして、金属材料が有する特有の質感があり、金属材料が変質等を生じることなく製造時の状態を長期にわたって維持することが、この質感を維持することになる。
装飾品の製造方法の1つとして、粉末冶金法が知られている。粉末冶金法によれば、金型を用いて金属粉末を成形することにより、目的とする形状の金属構造体からなる装飾品を効率よく製造することができる。
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。このような粉末冶金用金属粉末を粉末冶金法に適用すれば、Zrの作用によって焼結性が向上し、目的とする形状をなし、かつ、高密度の焼結体を容易に製造することができる。
特開2012−87416号公報
ところで、装飾品では、製造の過程で表面に対して研磨作業を施すことにより、優れた美的外観を獲得する。また、通常の使用において生じる浅いキズを消すため、製造後の装飾品に対して再び研磨作業が行われることもある。このような研磨作業では、装飾品の表面を薄く研磨することにより、キズを含む表層を除去している。
しかしながら、粉末冶金法によって製造される焼結体は、気孔を含んでいるため、研磨によって気孔が露出する。その結果、金属材料が有する特有の質感が損なわれ、装飾品の美的外観が悪化するという問題がある。
本発明の目的は、研磨に供されても良好な美的外観を呈する装飾品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。
本発明の装飾品は、Feが主成分として含まれ、
Crが15質量%以上26質量%以下の割合で含まれ、
Niが7質量%以上22質量%以下の割合で含まれ、
Siが0.3質量%以上1.2質量%以下の割合で含まれ、
Cが0.005質量%以上0.3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、
表面からの厚さが200μmである表層の断面において、Feが主成分として含まれている第1領域D1の面積率をP1とし、SiまたはOが主成分として含まれている第2領域D2の面積率をP2としたとき、P2/(P1+P2)が0.3%以下である焼結体を含むことを特徴とする。
これにより、焼結体の高密度化に伴って気孔の形成が抑制されるため、研磨に供されても良好な美的外観を維持し得る装飾品が得られる。
本発明の装飾品では、前記焼結体の相対密度が98%以上であることが好ましい。
これにより、溶製材に匹敵する優れた機械的特性を有するとともに、表層における空孔の形成が抑制される装飾品が得られる。
本発明の装飾品では、前記焼結体は、オーステナイトの結晶構造を有していることが好ましい。
これにより、焼結体に対して高い耐食性と大きな伸びとが付与されるため、耐食性が高くかつ耐衝撃性にも優れた装飾品が得られる。
本発明の装飾品は、時計用外装部品であることが好ましい。
これにより、研磨に供されても良好な美的外観を呈する時計用外装部品が得られる。
本発明の装飾品の実施形態を適用した時計ケースを示す斜視図である。 本発明の装飾品の実施形態を適用したベゼルを示す部分断面斜視図である。 本発明の装飾品の実施形態を適用した指輪を示す斜視図である。 本発明の装飾品の実施形態を適用したナイフを示す平面図である。 本発明の装飾品の実施形態に用いられる焼結体の表層の断面を示す模式図である。
以下、本発明の装飾品について詳細に説明する。
[装飾品]
本発明の装飾品は、後述する金属粉末の焼結体で構成される部位を含む物品である。
本発明の装飾品の実施形態は、例えば、時計ケース(胴、裏蓋、胴と裏蓋とが一体化されたワンピースケース等)、時計バンド(バンド中留、バンド・バングル着脱機構等を含む。)、ベゼル(例えば、回転ベゼル等)、りゅうず(例えば、ネジロック式りゅうず等)、ボタン、ガラス縁、ダイヤルリング、見切板、パッキン等の時計用外装部品、メガネ(例えば、メガネフレーム)、ネクタイピン、カフスボタン、指輪、ネックレス、ブレスレット、アンクレット、ブローチ、ペンダント、イヤリング、ピアス等の装身具、スプーン、フォーク、箸、ナイフ、バターナイフ、栓抜き等の食器、ライターまたはそのケース、ゴルフクラブのようなスポーツ用品、銘板、パネル、賞杯、その他ハウジング(例えば携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、モバイル型コンピューター、音楽プレーヤー、カメラ、シェーバー等のハウジング)の各種機器部品、各種容器等に適用可能である。
これらの物品はいずれも、優れた美的外観を求められるため、研磨等によって表面の平滑化が図られる。これにより、装飾品は、金属材料特有の質感を示し、優れた美的外観を獲得する。その結果、装飾品は、その価値を高めることができる。
また、これらの物品はいずれも、人体の皮膚に接して使用される可能性がある物品であり、汗や唾液のような体液、食品、洗剤、その他の薬品等に対する耐性も必要とされる。したがって、これらの物品に本発明の装飾品を適用することで、耐食性に優れた装飾品、すなわち長期にわたって優れた美的外観を維持し得るとともに、体液等に対して変質等を生じ難い装飾品を実現することができる。
以下、本発明の装飾品の実施形態の例として、時計用外装部品、装身具および食器を挙げて説明する。
(時計用外装部品)
まず、本発明の装飾品の実施形態を適用した時計用外装部品について説明する。
図1は、本発明の装飾品の実施形態を適用した時計ケースを示す斜視図であり、図2は、本発明の装飾品の実施形態を適用したベゼルを示す部分断面斜視図である。
図1に示す時計ケース11は、ケース本体112と、ケース本体112から突出するように設けられ、時計バンドを取り付けるためのバンド取付部114と、を備えている。このような時計ケース11は、図示しないガラス板や裏蓋とともに、容器を構築することができる。この容器内には、図示しないムーブメントや文字盤等が収納される。したがって、この容器は、ムーブメント等を外部環境から保護するとともに、時計の美的外観の大きな影響を及ぼす。
図2に示すベゼル12は、環状をなしており、時計ケースに装着され、必要に応じて時計ケースに対して回転可能になっている。時計ケースにベゼル12が装着されると、ベゼル12が時計ケースの外側に位置するため、ベゼル12が時計の美的外観を左右することになる。
その一方、時計ケース11やベゼル12といった時計用外装部品は、時計の使用とともにキズが付き易い。このため、時計ケース11やベゼル12の表面に対して研磨作業を施すことにより、キズを浅くしたり、消したりするメンテナンスが行われる。このとき、時計ケース11やベゼル12が後述する焼結体を備えていることにより、研磨面に空孔が露出し難くなり、研磨面の平滑化が図られる。これにより、時計ケース11やベゼル12の表面には、金属材料特有の質感を与えることができ、優れた美的外観を確保することができる。
また、このような時計ケース11やベゼル12は、人の腕等に触れた状態で使用されるため、長い期間にわたって汗に触れることになる。このため、時計ケース11やベゼル12の耐食性が低い場合には、汗によって錆の発生を招き、美的外観の悪化や機械的特性の低下等を引き起こすおそれがある。したがって、このような時計用外装部品の構成材料として後述する皮膚接触材料を用いることにより、耐食性に優れた時計用外装部品が得られる。
(装身具)
次に、本発明の装飾品の実施形態を適用した装身具について説明する。
図3は、本発明の装飾品の実施形態を適用した指輪を示す斜視図である。
図3に示す指輪21は、リング本体212と、リング本体212に設けられた台座214と、台座214に取り付けられた宝石216と、を備えている。この指輪21のうち、リング本体212および台座214は、後述する皮膚接触材料により一体的に構成されている。また、宝石216は、台座214が備えるかしめ爪218により固定されている。
その一方、リング本体212や台座214は、指輪21の使用とともにキズが付き易い。このため、リング本体212や台座214の表面に対して研磨作業を施すことにより、キズを浅くしたり、消したりするメンテナンスが行われる。このとき、リング本体212や台座214が後述する焼結体を備えていることにより、研磨面に空孔が露出し難くなり、研磨面の平滑化が図られる。これにより、リング本体212や台座214の表面には、金属材料特有の質感を与えることができ、優れた美的外観を確保することができる。
また、リング本体212および台座214は、人の指等に触れた状態で使用されるため、やはり長い期間にわたって汗に触れることになる。このため、リング本体212や台座214の耐食性が低い場合には、汗によって錆の発生を招き、美的外観の悪化や機械的特性の低下を引き起こすおそれがある。したがって、リング本体212および台座214の構成材料として後述する皮膚接触材料を用いることにより、耐食性に優れた装身具が得られる。
(食器)
次に、本発明の装飾品の実施形態を適用した食器について説明する。
図4は、本発明の装飾品の実施形態を適用したナイフを示す平面図である。
図4に示すナイフ31は、把持部312と、把持部312から延出する刃部314と、を備えている。これらの把持部312および刃部314は、後述する皮膚接触材料(装飾品用材料)により一体的に構成されている。また、把持部312は、人の手等に触れた状態で使用されるため、やはり長い期間にわたって汗に触れることになる。さらに、刃部314は、食品等に触れた状態で使用されるため、酸等に触れることになる。このため、把持部312や刃部314の耐食性が低い場合には、汗や酸によって錆の発生を招き、美的外観の悪化や機械的特性の低下を引き起こすおそれがある。したがって、把持部312および刃部314の構成材料として後述する皮膚接触材料を用いることにより、耐食性に優れた食器が得られる。
その一方、把持部312および刃部314は、ナイフ31の使用とともにキズが付き易い。このため、把持部312および刃部314の表面に対して研磨作業を施すことにより、キズを浅くしたり、消したりするメンテナンスが行われる。このとき、把持部312および刃部314が後述する焼結体を備えていることにより、研磨面に空孔が露出し難くなり、研磨面の平滑化が図られる。これにより、把持部312および刃部314の表面には、金属材料特有の質感を与えることができ、優れた美的外観を確保することができる。
なお、以上説明したような時計用外装部品、装身具および食器の各形状は、一例に過ぎず、本発明の装飾品の実施形態は、図示した形状に限定されるものではない。例えば、時計用外装部品は、腕時計用の外装部品に限定されるものではなく、懐中時計用の外装部品にも適用可能である。
[装飾品の構成材料]
次に、本発明の装飾品を構成する材料について説明する。本発明の装飾品は、粉末冶金法により製造された焼結体で構成された部位を含む。以下、かかる焼結体について説明する。
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・焼結することにより、所望の形状の焼結体が得られる。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(最終形状に近い形状)で製造することができるという利点を有する。
本発明の装飾品の製造に用いられる粉末冶金用金属粉末は、Crが15質量%以上26質量%以下の割合で含まれ、Niが7質量%以上22質量%以下の割合で含まれ、Siが0.3質量%以上1.2質量%以下の割合で含まれ、Cが0.005質量%以上0.3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、残部がFeおよびその他の元素で構成されている金属粉末である。このような金属粉末によれば、合金組成の最適化が図られた結果、焼結時の緻密化を特に高めることができる。その結果、追加処理を施すことなく、高密度の焼結体を製造することができる。
また、この焼結体の表面を起点にして厚さ200μmの範囲を「表層」とする。この表層の断面において、Feが主成分として含まれている領域を第1領域D1とし、SiまたはOが主成分として含まれている領域を第2領域D2とする。また、表層の断面における第1領域D1の面積率をP1とし、表層の断面における第2領域D2の面積率をP2とする。
このとき、上記焼結体は、P2/(P1+P2)が0.3%以下という条件を満たす。
このような焼結体は、特に表層における気孔の含有率が少ないものとなる。このため、表面が研磨されたとしても、露出する気孔の数や大きさが抑えられることとなり、気孔が美的外観に及ぼす悪影響を最小限に留めることができる。その結果、研磨面の美的外観に優れた焼結体が得られる。かかる焼結体は、装飾品の美的外観の向上に寄与することとなる。
また、上記のような焼結体は、その高密度化が図られることで、機械的特性に優れたものとなる。このため、装飾品の耐摩耗性や耐久性をさらに高めることができる。
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、本発明に用いられる焼結体の合金組成についてさらに詳述する。
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。
焼結体におけるCrの含有率は、15質量%以上26質量%以下とされるが、好ましくは15.5質量%以上25質量%以下とされ、より好ましくは16質量%以上21質量%以下とされ、さらに好ましくは16質量%以上20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。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。
なお、Crの含有率は、後述するNiやMoの含有率に応じてさらに好ましい範囲が規定される。例えば、Niの含有率が7質量%以上22質量%以下であり、かつ、Moの含有率が1.2質量%未満である場合には、Crの含有率が18質量%以上20質量%以下であるのがさらに好ましい。一方、Niの含有率が10質量%以上22質量%以下であり、かつ、Moの含有率が1.2質量%以上5質量%以下である場合には、Crの含有率が16質量%以上18質量%未満であるのがさらに好ましい。
Ni(ニッケル)は、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。
焼結体におけるNiの含有率は、7質量%以上22質量%以下とされるが、好ましくは7.5質量%以上17質量%以下とされ、より好ましくは8質量%以上15質量%以下とされる。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。
なお、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。
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。
焼結体におけるSiの含有率は、0.3質量%以上1.2質量%以下とされるが、好ましくは0.4質量%以上1.1質量%以下とされ、より好ましくは0.5質量%以上0.9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。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。
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、高密度化を図ることができる。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。
焼結体におけるCの含有率は、0.005質量%以上0.3質量%以下とされるが、好ましくは0.008質量%以上0.15質量%以下とされ、より好ましくは0.01質量%以上0.08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。
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。前記群のうちの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。前記群のうち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、これらの元素のうち、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。
焼結体における第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0.2質量%以下とされ、より好ましくは0.05質量%以上0.1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。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。
焼結体における第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0.2質量%以下とされ、より好ましくは0.05質量%以上0.1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。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。
なお、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。
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元素として選択された元素の質量数および第2元素として選択された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指数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指数X2としたとき、指数X2に対する指数X1の比率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のタイミングと第2元素の炭化物等の析出のタイミングとのずれ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得ることができる。また、第1元素の原子数と第2元素の原子数とのバランスが最適化されるため、第1元素によってもたらされる効果と第2元素によってもたらされる効果とが相乗的に発揮され、とりわけ高密度の焼結体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、上述した比率X1/X2の範囲に基づき、含有率E1(質量%)と含有率E2(質量%)の比率E1/E2についても算出する。
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、第1元素の含有率E1と第2元素の含有率E2の合計(E1+E2)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が得られる。
加えて、第1元素および第2元素が適量添加されることにより、焼結体中の結晶粒界において、第1元素の炭化物等および第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界に集積することにより、結晶粒内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、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。
さらには、析出した酸化ケイ素は、集積する過程において結晶粒界の三重点に移動し易いので、この点での結晶成長が抑制される(ピン留め効果)。その結果、結晶粒の著しい成長が抑制され、より微細な結晶を有する焼結体が得られる。このような焼結体は、機械的特性が特に高いものとなる。
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焼結体が得られる。
なお、焼結体には、Ti、V、Y、Zr、Nb、HfおよびTa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、焼結体には、前記群から選択される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。
この焼結体の表面を起点にして厚さ(深さ)200μmの範囲を「表層」とする。
ここで、図5は、本発明の装飾品の実施形態に用いられる焼結体の表層の断面を示す模式図である。
図5に示す焼結体1は、表層10の断面において、Feが主成分として含まれている領域を第1領域D1とし、SiまたはOが主成分として含まれている領域を第2領域D2とする。また、表層の断面における第1領域D1の面積率をP1とし、表層の断面における第2領域D2の面積率をP2とする。
このとき、上記焼結体は、P2/(P1+P2)が0.3%以下という条件を満たす。また、好ましくはP2/(P1+P2)が0.1%以下という条件を満たし、より好ましくは0.05%以下という条件を満たす。
このような焼結体は、特に表層における気孔あるいは異物の含有率が少ないものとなる。このため、表面が研磨されたとしても、露出する気孔・異物の数や大きさが抑えられることとなり、気孔・異物が美的外観に及ぼす悪影響を最小限に留めることができる。その結果、研磨面の美的外観に優れた焼結体が得られる。かかる焼結体は、装飾品の美的外観の向上に寄与することとなる。
換言すれば、従来の焼結体は、P2/(P1+P2)が0.3%超という条件が満たしていた。このような焼結体は、比較的多く含まれる第2領域D2が焼結体の緻密化を阻害するため、比較的多くの気孔を含むものとなる。このため、表面が研磨されたとき、この気孔が多く露出することとなり、装飾品の美的外観が損なわれる。
また、上記のような焼結体は、その高密度化が図られることで、機械的特性に優れたものとなる。このため、装飾品の耐摩耗性や耐久性をさらに高めることができる。
なお、第1領域D1および第2領域D2は、それぞれ焼結体の断面の電子顕微鏡写真の濃淡および定性定量分析から特定される。
また、焼結体の断面における第2領域D2は、いかなる形状であってもよいが、円形であるのが好ましい。このような第2領域D2が含まれることにより、焼結体の機械的特性をより高めることができる。なお、円形には、真円、長円、楕円等が含まれる。
第2領域D2が所定の比率以上含まれていることにより、表層の十分な緻密化が図られ、研磨面の美的外観に優れた焼結体が得られる。かかる焼結体は、装飾品の美的外観の向上に寄与することとなる。
なお、第1領域D1では、全元素のうちFeが最も大きい含有率を占めている。したがって、第1領域D1の組成は、前述した焼結体の組成をほぼ引き継いでいる。
一方、第2領域D2では、全元素のうちSiまたはOが最も大きい含有率を占めている。したがって、第2領域D2には、SiおよびOが酸化ケイ素の状態で存在している可能性が高い。
また、各領域の組成は、例えばエネルギー分散型X線分析のような定性定量分析のうち、マッピング分析を利用することによって容易に特定することができる。
なお、表層10における第1領域D1の面積率および第2領域D2の面積率は、表層10の断面において半径100μmの円Zを描いたとき、その円Z内においてそれぞれ求められる(図5参照)。
また、表層10における面積率P1は、90%以上であるのが好ましく、95%以上であるのがより好ましい。これにより、第1領域D1が支配的になり、焼結体の特性が良好になる。なお、表層10には、第1領域D1および第2領域D2以外の領域が含まれていてもよい。
また、第1領域D1におけるFeの含有率は、焼結体1全体におけるFeの含有率の0.5倍以上1.5倍以下であるのが好ましく0.8倍以上1.2倍以下であるのがより好ましい。
一方、第2領域D2における主成分元素(SiまたはO)の含有率は、30質量%以上であるのが好ましく、40質量%以上であるのがより好ましく、50質量%以上であるのがさらに好ましい。
また、焼結体のうち、表層の内側を「内部」とする。焼結体は、その内部の断面において、P2/(P1+P2)が0.3%超10%以下という条件を満たすのが好ましく、0.5%以上7%以下という条件を満たすのがより好ましく、1%以上5%以下という条件を満たすのがさらに好ましい。焼結体の内部がこのような条件を満たすことにより、内部と表層とで応力の均衡が図られる。このため、表層の緻密化と焼結体の機械的特性との両立を図ることができる。すなわち、表層が高度に緻密化されると、残留応力の影響を受け易くなるところ、内部が前述した条件を満たすことによって、残留応力が焼結体に及ぼす影響を抑制することができる。その結果、表層が高度に緻密化されているにもかかわらず、機械的特性に優れた焼結体を得ることができる。
さらに、内部におけるP2/(P1+P2)は、表層におけるP2/(P1+P2)よりも1%以上大きいのが好ましく、1.5%以上大きいのがより好ましく、2%以上大きいのがさらに好ましい。このような面積率差(占有率差)があることにより、前述した残留応力の影響を内部によって緩和する効果が増強される。その結果、表層が高度に緻密化されているにもかかわらず、機械的特性により優れた焼結体を得ることができる。
なお、面積率差の上限値は、好ましくは10%程度、より好ましくは7%程度とされる。これにより、表層と内部との均衡が図られ、焼結体の機械的特性をより高めることができる。
また、内部における第1領域D1の面積率および第2領域D2の面積率は、焼結体の断面において、表面から深さ5mmの位置を中心にして半径100μmの円を描いたとき、その円内においてそれぞれ求められる。
また、内部における面積率P1は、90%以上であるのが好ましく、95%以上であるのがより好ましい。これにより、第1領域D1が支配的になり、焼結体の特性が良好になる。なお、内部にも、第1領域D1および第2領域D2以外の領域が含まれていてもよい。
本発明に用いられる焼結体は、これらの元素の他、必要に応じてMn、Mo、Cu、NおよびS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。
Mnは、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。
焼結体におけるMnの含有率は、特に限定されないが、0.01質量%以上3質量%以下であるのが好ましく、0.05質量%以上1質量%以下であるのがより好ましい。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。
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。
Moは、製造される焼結体の耐食性を強化する元素である。
焼結体におけるMoの含有率は、特に限定されないが、1質量%以上5質量%以下であるのが好ましく、1.2質量%以上4質量%以下であるのがより好ましく、2質量%以上3質量%以下であるのがさらに好ましい。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。
Cuは、製造される焼結体の耐食性を強化する元素である。
焼結体におけるCuの含有率は、特に限定されないが、5質量%以下であるのが好ましく、1質量%以上4質量%以下であるのがより好ましい。Cu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。
Nは、製造される焼結体の耐力等の機械的特性を高める元素である。
焼結体におけるNの含有率は、特に限定されないが、0.03質量%以上1質量%以下であるのが好ましく、0.08質量%以上0.3質量%以下であるのがより好ましく、0.1質量%以上0.25質量%以下であるのがさらに好ましい。N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、焼結体の耐力等の機械的特性をより高めることができる。
なお、Nが添加された焼結体を製造する方法としては、粉末冶金法において、例えば、窒化した原料を用いて製造された金属粉末を用いる方法、溶融金属に対して窒素ガスを導入しつつ製造された金属粉末を用いる方法、窒化処理が施された金属粉末を用いる方法等が挙げられる。
Sは、製造される焼結体の被削性を高める元素である。
焼結体における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。
この他、本発明に用いられる焼結体には、W、Co、B、Se、Te、Pd、Al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、本発明に用いられる焼結体には、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、Ni、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。焼結体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、本発明に用いられる焼結体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、焼結体の組成比は、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。
また、本発明に用いられる焼結体は、オーステナイトの結晶構造を有しているのが好ましい。オーステナイトの結晶構造は、焼結体に高い耐食性を付与するとともに、大きな伸びを付与する。このため、かかる結晶構造を有する焼結体は、高密度であるにもかかわらず、高い耐食性と大きな伸びとを有する焼結体を製造し得るものとなる。したがって、耐食性が高く、かつ、耐衝撃性にも優れた装飾品を得ることができる。
なお、焼結体がオーステナ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。
[焼結体の製造方法]
次に、このような本発明の装飾品に用いられる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、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、混練物を得る。この混練物中では、粉末冶金用金属粉末が均一に分散している。
粉末冶金用金属粉末は、前述した焼結体の合金組成を有する原材料を溶融し、得られた溶融金属を、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って粉末化することにより製造される。
このうち、本発明に用いられる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。
また、粉末冶金用金属粉末は、前述した焼結体の合金組成を有する原材料を溶融し粉末化して製造された1種類の粉末であってもよいが、組成の異なる2種類以上の粉末の混合物であってもよい。このうち、後者は、混合物全体において前述した焼結体の合金組成を有するように、各粉末の組成が調整される。換言すれば、後者は、2種類以上の粉末をプレミックスした粉末であり、前者は、プレアロイ粉末である。したがって、前述した焼結体は、プレアロイ粉末を用いた粉末冶金法でも、プレミックス粉末を用いた粉末冶金法でも製造可能である。
このうち、プレミックス粉末における2種類以上の粉末の各組成は、特に限定されない。一例としては、前述した焼結体の合金組成のうち、C(炭素)を除いた組成の粉末を一方の粉末(第1粉末)とし、Cの粉末を他方の粉末(第2粉末)として、これらを混合した混合粉末、あるいは、前述した焼結体の合金組成のうち、Cの一部を除いた組成の粉末を一方の粉末(第1粉末)とし、第1粉末で除いたCの一部を他方の粉末(第2粉末)として、これらを混合した混合粉末等が挙げられる。このようなプレミックス粉末を用いることにより、焼結体の表層において第1元素や第2元素の炭化物等を析出させ易くなる。このため、表層において特に結晶粒の著しい成長が阻害され、表層中に空孔が生じ難くなる。その結果、表層において特に結晶粒の肥大化が防止され、高密度化が図られる。
また、このようなプレミックス粉末では、第1粉末の粒径と第2粉末の粒径との大小関係は特に限定されない。したがって、第2粉末の平均粒径が第1粉末の平均粒径よりも大きくてもよく、等しくてもよいが、第2粉末の平均粒径が第1粉末の平均粒径よりも小さいことが好ましい。これにより、第2粉末を第1粉末の粒子間に対して均一に分散させることができ、粒子間における結晶粒の著しい成長を特に抑制することができる。その結果、結晶粒界の三重点に発生し易い空孔を特に減少させることができ、特に焼結体の表層における高密度化を図ることができる。
2種類以上の粉末の混合方法としては、例えば、混合機、ミル、ミキサー等が挙げられる。このうち、混合機を用いた場合、回転数は例えば10rpm以上200rpm以下程度とされ、混合時間は例えば100秒以上10000秒以下程度とされる。
一方、前者(プレアロイ粉末)の場合には、粉末化する際の溶融金属の温度を調整することにより、プレミックス粉末の場合と同様の作用、効果を奏する。すなわち、溶融金属の温度を最適化しつつ製造したプレアロイ粉末は、プレミックス粉末を用いた場合と同様、焼結体の表層において第1元素や第2元素の炭化物等を析出させ易くなる。このため、表層において特に結晶粒の著しい成長が阻害され、表層中に空孔が生じ難くなる。
具体的には、粉末化する際の溶融金属の温度は、原材料の融点をTmとしたとき、Tm+30℃以上Tm+200℃以下であるのが好ましく、Tm+40℃以上Tm+100℃以下であるのがより好ましい。粉末化する際の溶融金属の粘性を下げることができるので、軽元素であるC(炭素)が粒子表面に移行し易くなる。その結果、プレミックス粉末の場合と同様、焼結体の表層において第1元素や第2元素の炭化物等を析出させ易くなる。
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。
[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以上10t/cm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以上5t/cm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以上5t/cm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、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。特に、表層における空孔の形成が抑制されるため、研磨等によって空孔が露出し難くなる。その結果、研磨面の美的外観に優れた焼結体が得られる。かかる焼結体は、装飾品の美的外観の向上に寄与することとなる。よって、本製造方法によれば、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、追加処理なしに製造することができる。
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98%以上になることが期待できる(好ましくは98.5%以上、より好ましくは99%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、特に、表層における空孔の形成が抑制されるため、研磨等によって空孔が露出し難くなる。その結果、研磨面の美的外観に優れた焼結体が得られる。かかる焼結体は、装飾品の美的外観の向上に寄与することとなる。
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140以上500以下になることが期待される。また、好ましくは150以上400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。その結果、表面にキズが付き難い装飾品が得られる。
なお、必要に応じて、得られた焼結体に対し、HIP処理のような高密度化を図る追加処理の他、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が施されてもよい。
以上、本発明の装飾品について、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。
例えば、上記において列挙した装飾品は、一例であり、本発明はそれ以外の装飾品にも適用可能である。
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に示す組成の混合粉末を用意した。なお、この混合粉末は、表1に示す組成からC(炭素)を除いた組成を有する第1粉末と、C(炭素)からなる第2粉末と、を混合機で混合してなる粉末である。
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、混合粉末と、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
[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
(サンプルNo.2〜19)
粉末冶金用金属粉末の組成等を表1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.19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
Figure 2017122256
なお、表1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への記載は省略した。
(サンプルNo.20〜34)
混合粉末に代えて、水アトマイズ法により、表2に示す組成を有する金属粉末を製造した。なお、水アトマイズ法により粉末化する際の溶融金属は、原材料の融点よりも50℃高い温度になるように加熱された。
次に、得られた金属粉末と有機バインダーとを用い、サンプルNo.1の場合と同様にして混合原料を得るとともに、焼結体を得た。なお、サンプルNo.34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
Figure 2017122256
なお、表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2への記載は省略した。
2.焼結体(Zr−Nb系)の評価
2.1 相対密度の評価
表1、2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3、4に示す。
2.2 ビッカース硬度の評価
表1、2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、ビッカース硬度を測定した。
測定結果を表3、4に示す。
2.3 引張強さ、0.2%耐力および伸びの評価
表1、2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520MPa以上である
B:焼結体の引張強さが510MPa以上520MPa未満である
C:焼結体の引張強さが500MPa以上510MPa未満である
D:焼結体の引張強さが490MPa以上500MPa未満である
E:焼結体の引張強さが480MPa以上490MPa未満である
F:焼結体の引張強さが480MPa未満である
<0.2%耐力の評価基準>
A:焼結体の0.2%耐力が195MPa以上である
B:焼結体の0.2%耐力が190MPa以上195MPa未満である
C:焼結体の0.2%耐力が185MPa以上190MPa未満である
D:焼結体の0.2%耐力が180MPa以上185MPa未満である
E:焼結体の0.2%耐力が175MPa以上180MPa未満である
F:焼結体の0.2%耐力が175MPa未満である
<伸びの評価基準>
A:焼結体の伸びが48%以上である
B:焼結体の伸びが46%以上48%未満である
C:焼結体の伸びが44%以上46%未満である
D:焼結体の伸びが42%以上44%未満である
E:焼結体の伸びが40%以上42%未満である
F:焼結体の伸びが40%未満である
以上の評価結果を表3、4に示す。
2.4 疲労強度の評価
表1、2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260MPa以上である
B:焼結体の疲労強度が240MPa以上260MPa未満である
C:焼結体の疲労強度が220MPa以上240MPa未満である
D:焼結体の疲労強度が200MPa以上220MPa未満である
E:焼結体の疲労強度が180MPa以上200MPa未満である
F:焼結体の疲労強度が180MPa未満である
以上の評価結果を表3、4に示す。
2.5 美的外観の評価
まず、表1、2に示す各サンプルNo.の焼結体について、表面の研磨処理を施した。なお、研磨処理は、400番研磨、600番研磨および800番研磨をこの順で施す処理とした。
次に、研磨後の焼結体の表面について、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(美的外観)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3、4に示す。
Figure 2017122256
Figure 2017122256
表3、4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。さらに、鏡面性が良好で、美的外観に優れることも認められた。
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。
2.6 走査型電子顕微鏡(SEM)による焼結体の断面観察
各焼結体の断面について、走査型電子顕微鏡(日本電子製、JXA−8500F)で観察像を取得した。なお、撮像時の加速電圧は10kV、拡大倍率は300倍とした。
観察の結果、各焼結体の表層の断面には、Feが主成分として含まれている領域(第1領域D1)と、Oが主成分であり、Siがそれに次いで多い成分として含まれている領域(第2領域D2)が存在していた。ここで、表層の断面における第1領域D1の面積率をP1とし、表層の断面における第2領域D2の面積率をP2とする。第1領域D1と第2領域D2とは、電子顕微鏡の観察像上において濃淡の差がはっきりとしており、容易に判別可能であった。また、第1領域D1が最も大きい面積を占有し、第2領域D2がそれに次ぐ面積を占有していた。
なお、各焼結体において、面積率P1は95%以上であった。
また、各領域に対する定性定量分析には、電子線マイクロアナライザーを用いた。そして、各領域の面積率から算出したP2/(P1+P2)を表1、2に示す。
3.焼結体(Hf−Nb系)の製造
(サンプルNo.35〜48)
粉末冶金用金属粉末の組成等を表5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。
Figure 2017122256
なお、表5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5への記載は省略した。
(サンプルNo.49〜55)
粉末冶金用金属粉末の組成等を表6に示すように変更した以外は、それぞれサンプルNo.20の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。
Figure 2017122256
なお、表6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6への記載は省略した。
4.焼結体(Hf−Nb系)の評価
4.1 相対密度の評価
表5、6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7、8に示す。
4.2 ビッカース硬度の評価
表5、6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、ビッカース硬度を測定した。
測定結果を表7、8に示す。
4.3 引張強さ、0.2%耐力および伸びの評価
表5、6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、表5、6に記載した各サンプルNo.の焼結体の物性値については、前述した表3、4に適用される評価基準にしたがって評価した。
以上の評価結果を表7、8に示す。
4.4 美的外観の評価
表5、6に示す各サンプルNo.の焼結体について、前述した2.5と同様の方法で研磨を行うとともに、鏡面光沢度を測定し評価した。
以上の評価結果を表7、8に示す。
4.5 走査型電子顕微鏡(SEM)による焼結体の断面観察
各焼結体の断面について、サンプルNo.1の焼結体の場合と同様にして走査型電子顕微鏡で観察像を取得した。そして、P2/(P1+P2)を算出した。算出結果を表5、6に示す。
Figure 2017122256
Figure 2017122256
表7、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。さらに、鏡面性が良好で、美的外観に優れることも認められた。
5.焼結体(Ti−Nb系)の製造
(サンプルNo.56〜65)
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。
Figure 2017122256
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。
6.焼結体(Ti−Nb系)の評価
6.1 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。
6.2 ビッカース硬度の評価
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試験方法に準じて、ビッカース硬度を測定した。
測定結果を表10に示す。
6.3 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、測定したこれらの物性値について、前述した表3、4に適用される評価基準にしたがって評価した。
以上の評価結果を表10に示す。
6.4 美的外観の評価
表9に示す各サンプルNo.の焼結体について、前述した2.5と同様の方法で研磨を行うとともに、鏡面光沢度を測定し評価した。
以上の評価結果を表10に示す。
6.5 走査型電子顕微鏡(SEM)による焼結体の断面観察
各焼結体の断面について、サンプルNo.1の焼結体の場合と同様にして走査型電子顕微鏡で観察像を取得した。そして、P2/(P1+P2)を算出した。算出結果を表9に示す。
Figure 2017122256
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。さらに、鏡面性が良好で、美的外観に優れることも認められた。
7.焼結体(Nb−Ta系)の製造
(サンプルNo.66〜75)
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。
Figure 2017122256
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。
8.焼結体(Nb−Ta系)の評価
8.1 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。
8.2 ビッカース硬度の評価
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試験方法に準じて、ビッカース硬度を測定した。
測定結果を表12に示す。
8.3 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、測定したこれらの物性値について、前述した表3、4に適用される評価基準にしたがって評価した。
以上の評価結果を表12に示す。
8.4 美的外観の評価
表11に示す各サンプルNo.の焼結体について、前述した2.5と同様の方法で研磨を行うとともに、鏡面光沢度を測定し評価した。
以上の評価結果を表12に示す。
8.5 走査型電子顕微鏡(SEM)による焼結体の断面観察
各焼結体の断面について、サンプルNo.1の焼結体の場合と同様にして走査型電子顕微鏡で観察像を取得した。そして、P2/(P1+P2)を算出した。算出結果を表11に示す。
Figure 2017122256
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。さらに、鏡面性が良好で、美的外観に優れることも認められた。
9.焼結体(Y−Nb系)の製造
(サンプルNo.76〜86)
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。
Figure 2017122256
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。
10.焼結体(Y−Nb系)の評価
10.1 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。
10.2 ビッカース硬度の評価
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試験方法に準じて、ビッカース硬度を測定した。
測定結果を表14に示す。
10.3 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、測定したこれらの物性値について、前述した表3、4に適用される評価基準にしたがって評価した。
以上の評価結果を表14に示す。
10.4 美的外観の評価
表13に示す各サンプルNo.の焼結体について、前述した2.5と同様の方法で研磨を行うとともに、鏡面光沢度を測定し評価した。
以上の評価結果を表14に示す。
10.5 走査型電子顕微鏡(SEM)による焼結体の断面観察
各焼結体の断面について、サンプルNo.1の焼結体の場合と同様にして走査型電子顕微鏡で観察像を取得した。そして、P2/(P1+P2)を算出した。算出結果を表13に示す。
Figure 2017122256
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。さらに、鏡面性が良好で、美的外観に優れることも認められた。
11.焼結体(V−Nb系)の製造
(サンプルNo.87〜96)
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。
Figure 2017122256
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。
12.焼結体(V−Nb系)の評価
12.1 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。
12.2 ビッカース硬度の評価
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試験方法に準じて、ビッカース硬度を測定した。
測定結果を表16に示す。
12.3 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、測定したこれらの物性値について、前述した表3、4に適用される評価基準にしたがって評価した。
以上の評価結果を表16に示す。
12.4 美的外観の評価
表15に示す各サンプルNo.の焼結体について、前述した2.5と同様の方法で研磨を行うとともに、鏡面光沢度を測定し評価した。
以上の評価結果を表16に示す。
12.5 走査型電子顕微鏡(SEM)による焼結体の断面観察
各焼結体の断面について、サンプルNo.1の焼結体の場合と同様にして走査型電子顕微鏡で観察像を取得した。そして、P2/(P1+P2)を算出した。算出結果を表15に示す。
Figure 2017122256
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。さらに、鏡面性が良好で、美的外観に優れることも認められた。
1…焼結体、10…表層、11…時計ケース、12…ベゼル、21…指輪、31…ナイフ、112…ケース本体、114…バンド取付部、212…リング本体、214…台座、216…宝石、218…爪、312…把持部、314…刃部、D1…第1領域、D2…第2領域、Z…円

Claims (4)

  1. Feが主成分として含まれ、
    Crが15質量%以上26質量%以下の割合で含まれ、
    Niが7質量%以上22質量%以下の割合で含まれ、
    Siが0.3質量%以上1.2質量%以下の割合で含まれ、
    Cが0.005質量%以上0.3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、
    表面からの厚さが200μmである表層の断面において、Feが主成分として含まれている第1領域D1の面積率をP1とし、SiまたはOが主成分として含まれている第2領域D2の面積率をP2としたとき、P2/(P1+P2)が0.3%以下である焼結体を含むことを特徴とする装飾品。
  2. 前記焼結体の相対密度が98%以上である請求項1に記載の装飾品。
  3. 前記焼結体は、オーステナイトの結晶構造を有している請求項1または2に記載の装飾品。
  4. 当該装飾品は、時計用外装部品である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の装飾品。
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