JP2581793B2 - 焼結部材の溶浸接合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空孔がある２個以上の部材を組合わせ、金属
を溶浸することによって接合し、一体とする粉末冶金法
に関するもので、例えば形状の複雑な部品又は気密性が
要求される部品に利用される。

〔従来の技術〕

鉄系焼結部品は一般に鉄粉を含む混合粉を金型で成形
し還元性ガス雰囲気ガス中で焼結して作られるが、金型
で成形しにくい形状の部品は、複数の部材に分割した形
状で成形し、それらの部材を組合わせ、焼結寸法変化の
違いを利用して一体化するとか、或いは焼結中に液相が
発生するような元素を部材に添加して結合するとか、或
は組合わせた部材に銅などの金属を溶浸して接合するな
どの方法によって作られる。

金属を溶浸する方法によれば、気密性が得られ、材料
強度及び接合力が高くなるため、ポンプ用部品などには
この方法が採用されていることは周知の通りである。

この場合、例えば気孔を持つ鉄系部材に溶浸銅材料を
用いて溶融含浸する際には、部材を浸蝕しないように鉄
族の元素を含有する合金の形で用いられ、１〜４重量％
のCoを含有するもの、FeとMnをそれぞれ４重量％程度の
含むもの、更に、ZnやAlを添加し溶浸残留物の除去性を
改善したもの、などが知られている。

溶浸材は、溶浸後の接合部材に気孔が残ったり余分な
溶浸銅が表面に付着したりしないように過不足なく、圧
粉体部材に直接積み重ねるか又は一旦焼結した部材の上
部又は下部に積み重ねられ、還元雰囲気ガス中、溶浸材
の融点以上の温度で加熱される。

鉄系材料以外でも気孔を持つ金属部材に金属を溶浸し
た材料として、アルミ合金焼結材に低融点金属を溶浸し
た材料、タングステンまたはモリブデンに鉄溶浸した材
料などが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

複数の鉄系焼結合金部材を銅溶浸により接合する例に
おいて、従来鉄系焼結合金部材の気孔に銅がほぼ充填さ
れていても、部材接合面の隙間の充填が不完全な場合が
あり、特に気密性を要する部品では不良製品ができてし
まうことがあった。このような現象は、部材が嵌合によ
って接合するものに比し、端面同志で接触した接合面の
方が発生し易かった。

このような場合、溶浸材の量を過剰にして溶浸する
か、溶浸された接合部品に溶浸材を添えて再溶浸する
か、または廃棄するしかなく、余剰溶浸材の除去や再溶
浸の手間がかかり製品歩留まりが悪かった。

本発明はこのような欠点を除去しようとするものであ
って、特に接合部隙間の溶浸不良を改善することを目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、２個以上の金属圧粉体部材又はそれを焼結
した有孔焼結金属部材などの被溶浸部材を組合わせ、金
属を溶浸して接合するにあたり、高融点の第１の溶浸材
および低融点の第２の溶浸材を別々に準備し、部材隙間
充填を受け持つ第１の溶浸材は被溶浸部材の露出する、
接合面以外の接合部の近傍に配置し、気孔充填を受け持
つ第２の溶浸材は第１の溶浸材から離して配置し、被溶
浸部材と共に加熱することを特徴とする溶浸接合方法に
よって上記問題点を解決したものである。

〔作用〕

溶浸の挙動は次のように考察される。

多孔性の被溶浸部材に被溶浸部材より融点の低い溶浸
材を接して加熱すると、溶浸材が溶融するやいなや毛細
管現象によって被溶浸部材内に含浸し気孔を充填する。

２個の被溶浸部材を積み重ね又は嵌合した状態で溶浸
する場合も同様であり、溶浸材は部材と被溶浸部材の接
触部を介して一方の部材から他方の部材へ浸透する。

ところが、被溶浸部材間の接合予定部隙間は、部材内
の空孔より大きいので、その部分は毛細管現象の働きが
弱く、隙間周辺の部材内の含浸が優先し被溶浸部材間の
隙間部は充填されずに取り残されてしまう事態を招来す
る。

特に被溶浸部材の端面同士を接合する場合は被溶浸部
材を成形する際に端面にバリが発生するなど、ダイやコ
アで形作られる嵌合形式の円周面に比べ平坦度が劣り、
30〜100μｍの隙間を生じてしまう。

そこで、主に空孔を充填する第２の溶浸材とは別に、
第２の溶浸材より融点が高い第１の溶浸材を、部材接合
部に置いて加熱すると、部材空孔に第２の溶浸材が満た
された後に融点の高い第１の溶浸材が溶けて毛細管現象
により比溶浸部材間の隙間部を重点的に充填する。

この状態の概念を第１図に示す。第１図は２個の模式
的に示した有孔焼結金属部材から成る被溶浸部材５、5a
の接合部の拡大部分図である。

低融点の第２の溶浸材８は被溶浸部材５内の空孔に充
填され、高融点の第１の溶浸材９は部材間の間隙７に充
填されている。これらの分布は図示のように画然として
はいないが、低融点の第２の溶浸材８は、一方の被溶浸
部材５と接触部６を介して他方の被溶浸部材5aの空孔に
含浸しており、高融点の第１の溶浸材９は隙間７を充填
している。

もし、第１、第２の溶浸材として同じ融点の溶浸材を
前述と同様に２カ所に置いたり、融点の違う溶浸材を前
記と反対の場所に置いた場合は、どちらの溶浸材も毛細
管力の大きい部材空孔に先行して溶浸され、被溶浸部材
間の隙間の充填は不完全になる。

この溶浸挙動は、鉄系焼結合金に銅溶浸する場合に適
用できることは勿論、被溶浸部材と溶浸材の他の組合わ
せでもよく、特に限定されるものではない。

〔実施例〕

以下、実施例により詳細に説明する。

密度が6.6g/cm³で組成が銅粉:1.5重量％、黒鉛粉:0.6
重量％、残り鉄粉からなる混合粉を金型で成形し、第２
図に示すような、外部材１と内部材２を作成した。

この外部材１と内部材２とを嵌合して組合わせ、その
上端面に主溶浸材３、表面に露出している接合部付近に
補助溶浸材４を所定量のせ、アンモニア分解ガス中、温
度1150℃で溶浸及び焼結した。

主溶浸材３と補助溶浸材４に第１表に示すＡ〜Ｅの５
種類の種々の組合わせを用いた。この焼結体の複数断面
を顕微鏡で観察して溶浸状態及び接合部の隙間の有無を
評価した。

用いた５種類の溶浸材Ａ〜Ｅの組成と加熱液相線温度
（融点）を第１表に示す。

また、主溶浸材３と補助溶浸材４の組合わせと溶浸接
合結果を第２表に示す。第２表において融点差のプラス
記号は主溶浸材３より補助溶浸材４の融点が高く、マイ
ナス記号は低いことを表わしている。また、溶浸状態の
○印は接合部に隙間が認められないもの、Δ印は接合部
に斑点状の隙間をわずかに認めたもの、×印は接合部に
間欠的に長い隙間を認めたものを表わす。

溶浸材記号Ｃ、Ｄ、Ｅを用いた試料は、溶浸材のケー
キ状残査が付着しているが容易に除去することができ
た。また、顕微鏡観察した接合面の部材間隔は、いずれ
の試料も直径方向では10〜20μｍ、端面突き合せ部では
30〜70μｍである。

第２表に示すように、主溶浸材だけを用いた試料番号
No.8、No.9の従来のものは接合部浸透不良で広い隙間を
充填できないことが明らかである。

試料番号No.7のように、同じ溶浸材を主溶浸材３と補
助溶浸材４に別けて用いた場合、また、試料番号No.6の
ように主溶浸材の融点を補助溶浸材より高いものにした
場合も同様に接合部浸透不良で広い隙間を充填すること
ができない。

これらに比較して、試料番号No.1〜No.5のように主溶
浸材３として融点の低い第２の溶浸材を用い、補助溶浸
材として融点の高い第１の溶浸材を用いると、良い結果
を示す。

また、試料番号No.1〜No.5の接合部近傍断面を電子線
マイクロアナライザーで定性面分析したところ、Co量は
空孔部よりも接合面とその近傍に多く検出された。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、融点の異なる溶浸材を
用い、融点の高い溶浸材を接合面以外の接合部近傍に置
き、融点の低い溶浸材を接合部以外の端部に置いて加熱
し、時間をおいて順次溶浸するものであるから、一回の
加熱工程で完全な溶浸接合を可能とし、簡単な操作で歩
留まりよく高品質な溶浸接合焼結部品を製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明溶浸接合方法の作用を説明する模式断面
図、第２図は実施例の縦断面図である。 １……外部材、２……内部材 ３……主溶浸材、４……補助溶浸材 ５……被溶浸部材、６……接触部 ７……隙間、８……低融点溶浸材 ９……高融点溶浸材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の被溶浸部材を組合わせこれに金属を
   溶浸して接合するにあたり、高融点の第１の溶浸材およ
   び低融点の第２の溶浸材を別々に準備し、第１の溶浸材
   は前記複数の部材の接合面以外の接合部の近傍に配置
   し、第２の溶浸材は第１の溶浸材から離れた位置に配置
   し、前記部材と共に加熱することを特徴とする焼結部材
   の溶浸接合方法。
2. 【請求項２】被溶浸部材が有孔鉄系材料であり溶浸材が
   銅又は銅合金であることを特徴とする請求項１記載の焼
   結部材の溶浸接合方法。