JP2019002068A - 粉末冶金用粉末混合物およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記原料粉末が、該原料粉末の90質量%以上の鉄基粉末を含有し、
前記黒鉛粉の平均粒径が5μm未満であり、
前記原料粉末の質量(mr)と前記黒鉛粉の質量(mg)の合計に対する前記バインダの質量(mb)の比率[mb/(mr+mg)×100]が、0.10〜0.80質量%であり、
前記原料粉末の質量(mr)と前記黒鉛粉の質量(mg)の合計に対する前記黒鉛粉の質量(mg)の比率[mg/(mr+mg)×100]が、0.6〜1.0質量%であり、
前記原料粉末の表面が、前記バインダの少なくとも一部で被覆されており、
前記原料粉末の表面に被覆された前記バインダの表面が、前記黒鉛粉の少なくとも一部で被覆されている、粉末冶金用粉末混合物。
前記バインダ被覆粉末と平均粒径が5μm未満の黒鉛粉とを、前記バインダの融点以上の温度で混合して粉末冶金用粉末混合物とする第2混合工程とを有し、
前記原料粉末が、該原料粉末の90質量%以上の鉄基粉末を含有し、
前記原料粉末の質量(mr)と前記黒鉛粉の質量(mg)の合計に対する前記バインダの質量(mb)の比率[mb/(mr+mg)×100]が、0.10〜0.80質量%であり、
前記原料粉末の質量(mr)と前記黒鉛粉の質量(mg)の合計に対する前記黒鉛粉の質量(mg)の比率[mg/(mr+mg)×100]が、0.6〜1.0質量%である、
粉末冶金用粉末混合物の製造方法。
上記原料粉末としては、鉄基粉末を含有する粉末を使用する。原料粉末中における鉄基粉末の比率は、90質量%以上であればよいが、95質量%以上とすることがより好ましい。一方、原料粉末中における鉄基粉末の比率の上限は特に限定されず、100質量%とすることもできる。すなわち、前記原料粉末は、鉄基粉末のみからなるものであってもよい。しかし、最終的に得られる焼結体に様々な特性を付与するという観点からは、鉄基粉末と後述する副原料とからなる混合粉末を前記原料粉末として用いることが好ましい。
上記鉄基粉末としては、特に限定されることなく、任意のものを用いることができる。前記鉄基粉末の例としては、鉄粉(いわゆる純鉄粉)や合金鋼粉が挙げられる。前記合金鋼粉としては、合金元素を溶製時に予め合金化した予合金鋼粉(完全合金化鋼粉)、鉄粉に合金元素を部分拡散させて合金化した部分拡散合金化鋼粉、予合金化鋼粉にさらに合金元素を部分拡散させたハイブリッド鋼粉など、任意のものを用いることができる。なお、ここで「鉄基粉末」とは、Fe含有量が50質量%以上である金属粉末を指し、「鉄粉」とは、Feおよび不可避不純物からなる粉末を指すものとする。
上記副原料としては、特に限定されることなく、粉末冶金において副原料として一般的に用いられるものなど任意のものを用いることができる。前記副原料としては、合金用粉末および切削性改善材粉からなる群より選択される1または2以上を用いることが好ましい。前記合金用粉末としては、一般的には金属粉末を用いることができる。前記金属粉末としては、例えば、Cu粉、Ni粉、およびMo粉からなる群より選択される1または2以上を用いることが好ましい。また、前記切削性改善材粉としては、例えば、MnSなどが挙げられる。原料粉末における前記副原料の比率は、10質量%以下とする。
前記原料粉末の表面は、バインダの少なくとも一部で被覆される。前記バインダとしては、原料粉末の表面に黒鉛粉を付着させることができるものであれば、任意のものを用いることができる。例えば、脂肪酸モノアミドや脂肪酸ビスアミドなどの脂肪酸アミド、有機樹脂からなる群より選択される1または2以上を用いることができる。中でも、有機樹脂を用いることが好ましく、共重合ポリアミド、ポリウレタン、およびポリエチレンからなる群より選択される1または2以上の樹脂を用いることがより好ましい。
前記バインダの添加量が0.10質量%未満であると、原料粉末の最表面をバインダで十分に被覆することができない。そのため、バインダの添加量を0.10質量%以上とする。一方、バインダの添加量が0.80質量%を超えると バインダが黒鉛粉の表面も被覆してしまい、流動性が低下する。そのため、バインダの添加量を0.80質量%以下とする。なお、ここでバインダの添加量は、原料粉末の質量(mr)と黒鉛粉の質量(mg)の合計に対する前記バインダの質量(mb)の比率[mb/(mr+mg)×100]と定義する。言い換えると、原料粉末と黒鉛粉の合計質量を100質量部としたときの前記バインダの質量を0.10〜0.80質量部とする。
前記原料粉末の表面に被覆された前記バインダの表面は、黒鉛粉の少なくとも一部で被覆される。言い換えると、原料粉末の表面には、バインダを介して黒鉛粉が被覆される。バインダを介して鉄基粉末の表面を黒鉛粉で被覆することによって、鉄基粉末表面の潤滑性が向上する。また、黒鉛粉が介在することによって、鉄基粉末と金型との直接接触が回避されるため、金型表面に鉄基粉末が付着、堆積することがなく、その結果、型かじりが起き難くなる。
一般的に粉末冶金で用いられる黒鉛粉の粒径は5〜20μm程度である。一方、鉄基粉末は、一般的に、平均粒径が70〜80μm程度、最大で250μm程度である。黒鉛粉と鉄基粉末の粒径がこのような関係にある場合、黒鉛粉を鉄基粉末の表面に均一に被覆することが難しい。本発明では、鉄基粉末を含む原料粉末の表面に黒鉛粉を均一に被覆するために、黒鉛粉の平均粒径を5μm未満とする。一方、黒鉛粉の平均粒径の下限は特に限定されないが、過度に粒径を小さくすると、粉砕に必要なエネルギーが増大し、経済的に不利になる。そのため、黒鉛粉の平均粒径は100nm以上とすることが好ましい。
黒鉛の添加量が0.6質量%未満であると、鉄基粉末の最表面を黒鉛粉で十分に被覆することができず、鉄基粉末の表面が露出する。そのため、黒鉛粉による被覆の効果を十分に得るためには、黒鉛粉の添加量を0.6質量%以上とする必要がある。一方、黒鉛粉は最終的に焼結時の浸炭に消費され、焼結体の強度などの特性を高めるが、黒鉛粉の添加量が1.0質量%を超えると、かえって焼結体の特性が低下する。そのため、黒鉛粉の添加量は1.0質量%以下とする。なお、ここで黒鉛粉の添加量は、原料粉末の質量(mr)と黒鉛粉の質量(mg)の合計に対する前記黒鉛粉の質量(mg)の比率[mg/(mr+mg)×100]と定義する。
次に、上記粉末冶金用粉末混合物の製造方法について説明する。本発明の一実施形態における製造方法は、原料粉末とバインダとを、前記バインダの融点以上の温度で混合してバインダ被覆粉末とする第1混合工程と、前記バインダ被覆粉末と平均粒径が5μm未満の黒鉛粉とを、前記バインダの融点以上の温度で混合して粉末冶金用粉末混合物とする第2混合工程とを有する。
得られた粉末冶金用粉末混合物50gを、オリフィス径:2.5mmの容器に充填し、充填してから排出するまでの時間を測定して、流動度(単位:s/50g)を求めた。なお、その他の測定条件は、JIS Z 2502:2012に準拠した。流動度は、金型充填時の混合粉の流動性を示す指標であり、流動度の値が小さいほど混合粉の流動性が優れていることを意味する。なお、一部の比較例では粉末冶金用粉末混合物が流れず、オリフィスから排出されなかった。
加圧成形では、上記粉末冶金用粉末混合物を、金型を用いて加圧成形し、径:11.3mm、高さ:11mmの成形体を得た。前記加圧成形における成形圧力は686MPaとした。前記成形体を金型から抜き出すときに必要な力(抜出力)と、得られた成形体の圧粉密度(成形体の平均)とを測定した。なお、一部の比較例では型かじりが発生して成形を行うことができなかった。
Claims (6)
- 原料粉末と、バインダと、黒鉛粉とを含む粉末冶金用粉末混合物であって、
前記原料粉末が、該原料粉末の90質量%以上の鉄基粉末を含有し、
前記黒鉛粉の平均粒径が5μm未満であり、
前記原料粉末の質量(mr)と前記黒鉛粉の質量(mg)の合計に対する前記バインダの質量(mb)の比率[mb/(mr+mg)×100]が、0.10〜0.80質量%であり、
前記原料粉末の質量(mr)と前記黒鉛粉の質量(mg)の合計に対する前記黒鉛粉の質量(mg)の比率[mg/(mr+mg)×100]が、0.6〜1.0質量%であり、
前記原料粉末の表面が、前記バインダの少なくとも一部で被覆されており、
前記原料粉末の表面に被覆された前記バインダの表面が、前記黒鉛粉の少なくとも一部で被覆されている、粉末冶金用粉末混合物。 - 前記バインダが、脂肪酸アミド、共重合ポリアミド、ポリウレタン、およびポリエチレンからなる群より選択される1または2以上の樹脂である、請求項1の粉末冶金用粉末混合物。
- 前記原料粉末が、合金用粉末および切削性改善材粉からなる群より選択される1または2以上の副原料を含有する、請求項1または2に記載の粉末冶金用粉末混合物の製造方法。
- 原料粉末とバインダとを、前記バインダの融点以上の温度で混合してバインダ被覆粉末とする第1混合工程と、
前記バインダ被覆粉末と平均粒径が5μm未満の黒鉛粉とを、前記バインダの融点以上の温度で混合して粉末冶金用粉末混合物とする第2混合工程とを有し、
前記原料粉末が、該原料粉末の90質量%以上の鉄基粉末を含有し、
前記原料粉末の質量(mr)と前記黒鉛粉の質量(mg)の合計に対する前記バインダの質量(mb)の比率[mb/(mr+mg)×100]が、0.10〜0.80質量%であり、
前記原料粉末の質量(mr)と前記黒鉛粉の質量(mg)の合計に対する前記黒鉛粉の質量(mg)の比率[mg/(mr+mg)×100]が、0.6〜1.0質量%である、
粉末冶金用粉末混合物の製造方法。 - 前記バインダが、脂肪酸アミド、共重合ポリアミド、ポリウレタン、およびポリエチレンからなる群より選択される1または2以上の樹脂である、請求項4の粉末冶金用粉末混合物の製造方法。
- 前記原料粉末が、合金用粉末および切削性改善材粉からなる群より選択される1または2以上の副原料を含有する、請求項4または5に記載の粉末冶金用粉末混合物の製造方法。
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