JP2904033B2 - 粉末冶金用バインダーおよび混合粉末 - Google Patents

粉末冶金用バインダーおよび混合粉末

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JP2904033B2 JP31692494A JP31692494A JP2904033B2 JP 2904033 B2 JP2904033 B2 JP 2904033B2 JP 31692494 A JP31692494 A JP 31692494A JP 31692494 A JP31692494 A JP 31692494A JP 2904033 B2 JP2904033 B2 JP 2904033B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄粉や鋼粉等の金属粉
末をベースとし、これに物性を改善する為の成分として
合金元素、黒鉛等の粉末を混合し、且つステアリン酸亜
鉛等の潤滑剤を含まない粉末冶金用混合粉末において、
特定の脂肪酸エステルをバインダーととして含有させる
ことにより、ベースとなる金属粉末の物性を阻害するこ
となく上記物性改善成分の偏析を抑え、また粉末取扱時
の発塵を抑え、更に潤滑剤を用いなくとも粉末成形時の
潤滑性を良好にしたものである。
【0002】
【従来の技術】鉄粉や鋼粉等の金属粉末を主原料とする
粉末冶金においては、焼結体の物性(強度特性や加工性
等)を改善するために、銅、ニッケル、クロム、モリブ
デン等の合金元素や黒鉛、燐、硫黄等の無機成分(本明
細書では一括して、物性改善成分ということがある)の
粉末およびステアリン酸亜鉛等の潤滑剤粉末を配合する
ことが多い。この場合、ベースとなる金属粉末と物性改
善成分粉末の粒子サイズや比重等はかなり違っているの
が普通であり、たとえばベース金属粉末が鉄粉や鋼粉で
あり物性改善成分粉末が黒鉛や燐等である場合の比重差
は極端に大きくなるため、混合後成形までの取扱い過程
中にこれらが偏析を起こし易く、焼結体の特性および均
質性を悪くする。また潤滑剤粉末として、ステアリン酸
亜鉛等の金属石鹸を用いると、スス状の汚れが発生しや
すいことが知られており、一方ワックス系の潤滑剤を用
いると見掛密度および潤滑特性が低下する。
【0003】こうした偏析の防止手段として、例えば特
公平2−10201号や特開昭63−103001号に
は、有機バインダーを用いて鉄・鋼粉末等に黒鉛粉末等
を付着させる方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された有機バインダーは親水性であるため、保
存時に吸湿して流動性を低下させたりベース金属粉末の
発錆を促すという問題があり、焼結体の品質をかえって
悪化させることもあった。またこの有機バインダーは、
鉄・鋼粉末と物性改善成分の結合力を高めるよりも、鉄
・鋼粉末同士の結合力を高める作用の方が強いので、黒
鉛等に対する偏析防止効果が不十分であり、より優れた
効果を得ようとすれば大量のバインダーを混合しなけれ
ばならない。その結果、鉄・鋼粉末同士の結合(塊状
化)が著しくなるため、混合・乾燥後の再粉砕や篩い工
程が不可欠となる。また上記の様な有機バインダーを用
いても、潤滑剤を併用する必要があり、潤滑剤の持つ従
来の問題も依然として残ることになる。
【0005】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、ベース金属粉末の変質や流
動性低下或はベース金属粉末同士の凝集といった問題を
生ずることなく、黒鉛等の分散不良、即ち偏析を防止す
ることができ、また取扱い時の粉塵発生を抑制し、更に
は粉末成形時に潤滑剤を用いなくても良好な潤滑性を有
する粉末冶金用混合粉末、およびその様な粉末冶金用混
合粉末を得ることのできる粉末冶金用バインダーを提供
しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の粉末冶金用バインダーとは、下記構造
式(1)で表される脂肪酸エステルである点に要旨を有
するものである。 R1 COO−CH2 −CH2 −OCOR2 ……(1) (但し、R1 ,R2 は、同一または異なって、脂肪族炭
化水素残基を意味する) 上記の脂肪酸エステルにおいて、R1 およびR2 は、同
一または異なって、炭素数12以上の脂肪族炭化水素残
基であることが好ましい。
【0007】上記の様なバインダーと、金属粉末を混合
することによって、希望する粉末冶金用混合粉末が得ら
れる。また粉末冶金用混合粉末において、バインダーの
含有量は、1.5重量%以下であることが好ましい。更
に、バインダーとしての効果と潤滑効果を発揮させる為
には、その含有量は0.3重量%以上であることが好ま
しい。
【0008】
【作用】本発明者らは前述の様な従来技術の問題点を解
決すべく種々研究を進めた結果、前記構造式(1)に示
した様な特定の脂肪酸エステルをバインダーとして使用
すれば、前述の問題点が一挙に解消され、ベース金属粉
末の変質や流動性低下といった問題を生じることなく物
性改善成分の偏析を効果的に防止することができ、併せ
て潤滑剤を用いなくとも混合粉末取扱い時の潤滑性が良
好であることが確認された。
【0009】ところで粉末冶金用液状結合剤として、ヨ
ウ素価が100以下、且つ100°Fにおける粘度が5
0cST以下の液状脂肪酸エステルからなる結合剤を、
同一出願人によって既に特許出願している(特開平6−
93302号)。この発明における結合剤は、少なくと
もステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を必要とすることを前提
とし、またスチレンとブタジエンをモノマー成分とする
スチレン系合成ゴム共重合体を固体結合剤として併用
し、しかも混合粉末に対する含有量も0.01〜0.2
重量%と極めて少ないものである。これに対し本発明の
粉末冶金用バインダーは固体状のものであり、しかも結
合剤としての機能と潤滑剤としての機能を併せ有し、基
本的に潤滑剤を必要としないものである。即ち、本発明
者らが、前記した不都合の生じるステアリン酸亜鉛等の
潤滑剤をできるだけ使用しないという観点から検討した
ところ、上記の様な特定の脂肪酸エステルは潤滑剤とし
ての機能も併せ有しており、この脂肪酸エステルを粉末
冶金用バインダーとして用いれば、前記目的が見事に達
成されることを見い出し、本発明を完成した。
【0010】本発明の粉末冶金用バインダーは、前記構
造式(1)に表される脂肪酸エステルからなるものであ
り、この構造式(1)を構成する脂肪族炭化水素残基R
1 およびR2 は、同一または異なる脂肪族炭化水素残基
であるが、二重結合を含んでいるもの(即ち不飽和脂肪
酸を用いたエステル)であっても良い。
【0011】この脂肪酸エステルは、エチレングリコー
ルと各種脂肪酸をエステル化することによって得られる
が、このとき用いることのできる脂肪酸としては(即
ち、脂肪族炭化水素残基を構成する脂肪酸)、特に限定
するものではなく、例えばトリデカン酸,ミリスチン
酸,ペンタデカン酸,パルチミル酸,マルガリン酸,ス
テアリン酸,ノナデカン酸,アラキジン酸,ベヘン酸,
リグノセリン酸、セロチン酸,モンタン酸,メリシン酸
等の飽和脂肪酸や、オレイン酸,リノール酸,リノレン
酸,アラキドン酸等の不飽和脂肪酸等、様々なものが挙
げられる。尚不飽和脂肪酸のうちパロミトレイン酸は、
三重結合を有しており、脱ロウ工程(有機物除去工程)
での熱分解性が悪いので、好ましくない。また本発明の
粉末冶金用バインダーにおいては、単独の脂肪酸エステ
ルを用いても良く、或は種類の異なる(即ち、脂肪族炭
化水素残基の異なる)2種以上を混合して用いても良
い。
【0012】上記脂肪酸エステルを構成する脂肪族炭化
水素残基R1 ,R2 は、いずれも炭素数が12以上の炭
化水素残基であることが好ましい。即ち炭化水素残基R
1 ,R2 のいずれかの炭素数が11以下(対応する脂肪
酸:酪酸,カプロン酸,カプリル酸,ラウリン酸等)に
なると、ジエステルが液体状や半固体状(グリース状)
になり、流動性が低下する。また一般式Cn2n+1で示
される脂肪酸炭化水素残基は疎水基であり、潤滑機能を
有しているが、このnの数が小さくなれば潤滑性が損な
われてしまい、多量の潤滑剤の併用が強いられ、従来技
術で述べた様な問題が生じる。但し、混合粉末の潤滑性
を更に向上させるという観点からして、ワックス等の潤
滑剤の併用は、前述した様な問題が生じない程度の少量
であれば可能である。
【0013】上記の様な粉末冶金用バインダーと、金属
粉末を混合することによって、本発明の粉末冶金用混合
粉末が得られるのであるが、このときのバインダーの含
有量は、1.5重量%以下であることが好ましく、これ
より多くなると圧粉密度が小さくなる。またバインダー
の含有量の下限は、バインダー効果と潤滑効果を発揮さ
せるという観点から、0.3重量%以上であることが好
ましい。尚バインダーの含有量が0.2重量%以下にな
ると、後記実施例に示す様に、バインダーとしての機能
の低下よりも潤滑機能の低下の方が大きくなる。
【0014】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更するとはいず
れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【0015】
【実施例】ベース金属粉末として、鉄粉(神戸製鋼所製
商品名「アトメル300M」:粒径180μm以下)
と、市販されている銅粉および黒鉛粉末を、鉄粉:10
0重量部に対して銅粉:2重量部、黒鉛粉末:0.8 重量
部の比率で混合したものを用いた。
【0016】これらの粉末原料を、図1(フロー図)に
示す如く、羽根付きミキサーによって高速撹拌しつつ、
後述する粉末冶金用バインダー溶液(8%トルエン溶
液)を滴下もしくは噴霧し、約5分間強撹拌した後、緩
やかな撹拌に切り替えて所定時間乾燥し溶媒を除去し
た。そして該乾燥粉末を、粉体特性(黒鉛飛散率,流動
度,圧粉密度および抜き圧等)の測定用試料とした。
【0017】黒鉛飛散率の測定には、図2に示す様なニ
ュークリポアフィルタ1(網目12μm)を付した漏斗
状のガラス管2(内径:16mm、高さ106mm)を使用
し、上記で得た試料粉末P(25g)を入れて下方より
2 ガスを0.8 リットル/分の速度で20分間流し、次
式により黒鉛飛散率を求めた。また流動度は、JIS−
Z2502により求めた。 黒鉛飛散率(%)=[1−N2 ガス流通後炭素量/N2 ガス流
通前炭素量]×100
【0018】一方、圧粉密度は、JSPM標準1−64
(金属粉の圧縮性試験法)に準じて行ない、圧力:5ト
ン/cm2 (490.3MPa)で直径:11.3m
m,高さ10mmの成形体を作成して測定した。また潤
滑性の指標となる抜出し圧の測定は、圧粉密度測定用の
成形体の抜出し荷重を金型接触面で除して求めた。更
に、その他の一般的特性は、JISおよびJSPM標準
に準じて求めた。
【0019】粉体特性(黒鉛飛散率,流動度および抜き
圧)の測定結果を表1に示す。尚表1において、実施例
1,2および参考例1は、バインダーとしてエチレング
リコールのステアリン酸,ベヘン酸およびラウリン酸の
エステルを夫々用いたものである。またバインダー量
は、いずれも鉄粉:100重量部に対して0.5重量部
とし、潤滑剤は使用しなかった。
【0020】
【表1】
【0021】表1からも明らかである様に、実施例1,
2および参考例1は各々十分なバインダー機能を有する
が、参考例1では流動度および潤滑性が大幅に低下して
いることが分かる。次に、バインダーとして、エチレン
グリコールのステアリン酸ジエステルを用い、その含有
量を変えて得られた混合粉末の粉体特性(黒鉛飛散率,
流動度,抜き圧および圧粉密度)の測定結果を、表2に
示す。
【0022】
【表2】
【0023】表2から明らかである様に、バインダーの
含有量が0.2重量%の参考例2では黒鉛飛散率が増加
すると共に、特に潤滑機能が低下しており、またバイン
ダーの含有量が2.0重量%の参考例3では圧粉密度が
低下しており、粉体として好ましくないのに対し、実施
例3,4の混合粉末では良好な粉体特性を示しているこ
とがわかる。
【0024】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、ベ
ースとなる金属粉末の物性を阻害することなく、合金粉
末や黒鉛粉末等の偏析を抑え、また粉末取扱時の発塵を
抑え、更に潤滑剤を用いなくても粉末成形時の潤滑性が
良好である粉末冶金用混合粉末を提供し得ることになっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】実験法を示すフロー図である。
【図2】黒鉛飛散率の測定に用いた器具の断面図であ
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−93302(JP,A) 特開 平4−210404(JP,A) 特開 平4−52203(JP,A) 特開 昭62−97311(JP,A) 特開 昭61−34101(JP,A) 特開 昭56−133402(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22F 3/00 - 7/08

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記構造式(1)で表される脂肪酸エス
    テルからなることを特徴とする粉末冶金用バインダー。 R1 COO−CH2 −CH2 −OCOR2 ……(1) (但し、R1 ,R2 は、同一または異なって、脂肪族炭
    化水素残基を意味する)
  2. 【請求項2】 R1 およびR2 が、同一または異なっ
    て、炭素数12以上の脂肪族炭化水素残基である請求項
    1に記載の粉末冶金用バインダー。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載のバインダー
    と、金属粉末を混合したものである粉末冶金用混合粉
    末。
  4. 【請求項4】 バインダーの含有量が1.5重量%以下
    である請求項3に記載の粉末冶金用混合粉末。
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