JP3006263B2 - 金属粉末焼結体の製造方法 - Google Patents

金属粉末焼結体の製造方法

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JP3006263B2
JP3006263B2 JP4041346A JP4134692A JP3006263B2 JP 3006263 B2 JP3006263 B2 JP 3006263B2 JP 4041346 A JP4041346 A JP 4041346A JP 4134692 A JP4134692 A JP 4134692A JP 3006263 B2 JP3006263 B2 JP 3006263B2
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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、金属粉末焼結体の製造
方法に関し、詳しくはアルミニウム(Al)粉末、マグ
ネシウム(Mg)粉末、チタン(Ti)粉末若しくはこ
れらの合金粉末又はこれらの混合粉末が主となる金属粉
末により高い成形体密度の成形体を成形し、この成形体
により緻密化が高く図られた焼結体を製造する金属粉末
焼結体の製造方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、粉末冶金法により、Al粉末、M
g粉末、Ti粉末、これらの合金粉末又はこれらの混合
粉末等の各種の軽合金の金属粉末を用いた金属粉末焼結
体の製造方法が知られている(「金属材料と加工技術講
座12・粉末冶金の技術と材料および性能」地人書館発
行)。この粉末冶金法では、例えば金属粉末を押出法等
によりバルク又は成形体とし、加圧、加熱して緻密化さ
れた焼結体を製造する。この焼結体は、均一な品質であ
ること、合金化しない材料も成形可能であること、金属
とセラミックなどの複合材料が得られること、大量生産
に適して材料の歩留りもよいこと、寸法精度がよいこと
等から、種々の部品、工具等に採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】成形体密度は、成形体
抜き出し時に割れない条件下では、高い程後加工の焼結
緻密化の進行が容易になり、高強度の焼結体が得られ
る。しかし、従来の粉末冶金法では、一般に球状粉や不
規則形状粉からなる金属粉末を採用していたため、成形
体中の気孔率を充分低下させにくく、高価な冷間静水圧
焼結法(CIP)等によらなければ成形体ひいては焼結
体が高い強度を確保しにくかった。また、高い強度の焼
結体を得るために、超急冷粉末を金属粉末として採用す
ることも考えられるが、超急冷粉末は極めて硬質である
ため、成形が非常に困難である。さらに、熱間押出法に
代表される焼結・バルク化過程では、高強度の焼結体を
得べく効果的な焼結を行なうためには、金属粉末の表面
の酸化膜を破壊する必要があるが、一般的な球状粉等を
金属粉末として採用すれば、大きな押出比を要し、やは
り製造コストの高騰を生じてしまう。
【0004】本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされ
たものであって、低い製造コストで高い強度の焼結体を
製造可能な金属粉末焼結体の製造方法を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)本第1発明の金属粉末焼結体の製造方法は、Al
粉末、Mg粉末、Ti粉末若しくはこれらの合金粉末又
はこれらの混合粉末が主となる金属粉末を加圧成形し、
緻密化する金属粉末焼結体の製造方法であって、前記金
属粉末として、平均粒径3〜200μmであるとともに
厚さに対する粒径からなる偏平比5以上の偏平粉を50
体積%以上用意するとともに、平均粒径が該偏平粉の平
均粒径の20%以下の球状粉を残部用意し、振動エネル
ギーを加えて成形する振動成形法によって、該金属粉末
中の該偏平粉を配向制御するとともに、成形体密度90
%以上の成形体を成形する成形工程と、前記成形体の配
向方向と垂直方向に熱間又は温間加工を施し、焼結緻密
化する焼結工程と、を備えてなることを特徴とする。
【0006】第1発明の製造方法では、偏平粉は平均粒
径3〜200μmであるものを採用する。平均粒径3μ
m未満では、球状粉に近似して本発明の効果が得られに
くくなるとともに、取扱いが困難になる。平均粒径20
0μmを超えると、金属粉末の絡み合いが少なく、成形
性が低下する。また、この偏平粉は偏平比(粒径/厚
さ)5以上のものを採用する。偏平比5未満では、緻密
化効果が得られにくい。
【0007】球状粉は平均粒径が偏平粉の平均粒径の2
0%以下のものを採用する。偏平粉を50体積%以上用
意するとともに、球状粉を残部用意する。偏平粉が50
体積%未満では本発明の効果が得られにくい。 (2)本第2発明の金属粉末焼結体の製造方法は、Al
粉末、Mg粉末、Ti粉末若しくはこれらの合金粉末又
はこれらの混合粉末が主となる金属粉末を加圧成形し、
緻密化する金属粉末焼結体の製造方法であって、前記金
属粉末として、平均粒径3〜200μmであるとともに
厚さに対する粒径からなる偏平比5以上の偏平粉を95
体積%以上用意し、振動エネルギーを加えて成形する振
動成形法によって、該金属粉末中の該偏平粉を配向制御
するとともに、成形体密度90%以上の成形体を成形す
る成形工程と、前記成形体の配向方向と垂直方向に熱間
又は温間加工を施し、焼結緻密化する焼結工程と、を備
えてなることを特徴とする。
【0008】第2発明の製造方法では、偏平粉を95体
積%以上用意する。偏平粉が95体積%以上であると、
より本発明の効果が得られる。
【0009】
【作用】本発明者は、金属粉末として偏平粉を採用して
高い成形体密度の成形体を得、これにより焼結体の強度
を向上させることを検討した。この場合、偏平粉を主と
する成形体は、無配向状態では一般的な球状粉や不規則
形状粉を主とする成形体と比較して成形体密度が低くな
るが、本発明のように振動エネルギを利用して強制的に
配向制御できる振動成形法を活用すれば、成形体密度を
90%以上に高くすることができる。しかも、その際、
成形加圧力は振動エネルギの活用により通常の1/2以
下であり、高価なCIP等の成形法を採用する必要がな
い。また、偏平粉を主とする高い成形体密度の成形体
は、配向方向と垂直方向に熱間又は温間加工を施すこと
により、金属粉末にせん断力を最も強く働かせることが
可能となり、金属粉末における表面の酸化膜を効果的に
破壊して焼結緻密化を進行させうる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を具体化した実施例1〜4を比
較例1〜4とともに図面を参照しつつ説明する。 (実施例1) 成形工程:金属粉末として、平均粒径30μm、厚さ3
μm(偏平比10)の偏平Al合金粉(JIS2024
(Hv220))を100体積(Vf)%用意する。な
お、偏平Al合金粉の平面図及び立面図を図2(A)に
例示する。アサヒエンジニアリング(株)製のクロトン
振動成形プレス機により、図3に示すように、この偏平
Al合金粉を加圧面圧2ton/cm2 で加圧方向Pに
垂直に配向させて成形し、偏平Al合金粉のみからなる
成形体密度96%(気孔率4%)の成形体を得る(な
お、図において黒塗りは気孔を示す。以下同様。)。
【0011】焼結工程:図4に示すように、上記成形体
6をCu製カプセル7に入れ、真空加熱脱気処理後、封
缶し、500ton熱間押出機を用いて400℃で偏平
Al合金粉の配向と垂直方向にダイ8間を押出比「2」
で矢印方向に押出し、偏平粉の配向と垂直方向に後加工
して金属粉末にせん断力を最も強く働かせる。こうし
て、金属粉末における表面の酸化膜を効果的に破壊して
焼結緻密化を進行させ、焼結体密度100%の焼結体9
を得る。 (実施例2) 成形工程:金属粉末として、実施例1と同種の偏平Al
合金粉75体積%と、平均粒径5μm(偏平Al合金粉
に対して16.7%)の微細球状Al合金粉(JIS2
024)25体積%とを用意し、他は実施例1と同一の
条件の下、図5に示すように、偏平Al合金粉と微細球
状Al合金粉とからなる成形体密度93%(気孔率7
%)の成形体を得る。なお、微細球状Al合金粉の立面
図を図2(B)に例示する。
【0012】焼結工程:実施例1と同一の条件の下、焼
結体密度100%の焼結体を得る。 (実施例3) 成形工程:金属粉末として、実施例1と同種の偏平Al
合金粉50体積%と、実施例2と同種の微細球状Al合
金粉50体積%とを用意し、他は実施例1と同一の条件
の下、成形体密度90%(気孔率10%)の成形体を得
る。
【0013】焼結工程:実施例1と同一の条件の下、焼
結体密度100%の焼結体を得る。 (実施例4) 成形工程:金属粉末として、平均粒径20μm、厚さ2
μm(偏平比10)の超急冷偏平Al合金粉(JIS2
024(Hv350))を100体積%用意し、他は実
施例1と同一の条件の下、成形体密度95%(気孔率5
%)の成形体を得る。
【0014】焼結工程:350℃の押出比「10」で押
出し、他は実施例1と同一の条件の下、焼結体密度10
0%の焼結体を得る。 (比較例1) 成形工程:金属粉末として、実施例2と同種の微細球状
Al合金粉100体積%を用意し、他は実施例1と同一
の条件の下、成形体を得たところ、成形体密度92%
(気孔率8%)の成形体を得る。
【0015】焼結工程:実施例1と同一の条件の下、焼
結体密度100%の焼結体を得る。(比較例2) 成形工程:金属粉末として、平均粒径20μm(偏平A
l合金粉に対して67%)の粗大球状Al合金粉(JI
S2024)100体積%を用意し、他は実施例1と同
一の条件の下、成形体を得たところ、図6に示すよう
に、粗大球状Al合金粉からなる成形体密度87%(気
孔率13%)の成形体を得る。
【0016】焼結工程:実施例1と同一の条件の下、焼
結体密度98%の焼結体を得る。(比較例3) 成形工程:金属粉末として、実施例1と同種の偏平Al
合金粉75体積%と、比較例2と同種の粗大球状Al合
金粉25体積%とを用意し、他は実施例1と同一の条件
の下、成形体を得たところ、図7に示すように、偏平A
l合金粉と粗大球状Al合金粉とからなる成形体密度7
5%(気孔率25%)の成形体を得る。
【0017】焼結工程:実施例1と同一の条件の下、焼
結体密度75%の焼結体を得る。(比較例4) 成形工程:金属粉末として、平均粒径10μm(偏平A
l合金粉に対して33%)の球状Al合金粉(JIS2
024)50体積%と、実施例1と同種の偏平Al合金
粉50体積%とを用意し、他は実施例1と同一の条件の
下、成形体を得たところ、成形体密度80%(気孔率2
0%)の成形体を得る。
【0018】焼結工程:実施例1と同一の条件の下、焼
結体密度96%の焼結体を得る。(評価) 実施例1〜3、比較例3、4の成形体の気孔率を図1に
示す。図1より、偏平Al合金粉が50体積%以上、平
均粒径が偏平Al合金粉の平均粒径の20%以下の球状
Al合金粉が残部であることにより、振動エネルギを利
用して強制的に配向制御できる振動成形法の活用によ
り、成形体密度を90%以上にできることがわかる。 (試験)成形体中の偏平粉混合比率と成形体中の気孔率
との関係を図8に示す。図8において、A曲線は実施例
1と同種の偏平Al合金粉と実施例2と同種の微細球状
Al合金粉との混合粉末からなる金属粉末を振動成形し
た場合、B曲線は同偏平Al合金粉と比較例2と同種の
粗大球状Al合金粉との混合粉末からなる金属粉末を振
動成形した場合、C曲線は同偏平Al合金粉と同微細球
状Al合金粉との混合粉末からなる金属粉末を一般成形
(振動させない成形)した場合、D曲線は同偏平Al合
金粉と同粗大球状Al合金粉との混合粉末からなる金属
粉末を一般成形した場合を示す。図8により、本発明の
範囲に一部が該当するA曲線では、成形体中の偏平粉の
混合比率が50体積%以上であれば、成形体密度90%
以上の成形体が得られることがわかる。よって、本発明
の製造方法では、後加工の焼結緻密化の進行が容易な成
形体密度90%以上にすることができるため、高強度の
焼結体が得られることがわかる。
【0019】しかも、その際、成形加圧力が通常の1/
2以下であるため、高価なCIP等の成形法を採用する
必要がなく、低い製造コストで焼結体を製造することが
できる。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の金属粉末
焼結体の製造方法では、所定の偏平粉からなる金属粉末
を採用し、振動エネルギを利用して強制的に配向制御
し、かつ偏平粉の配向と垂直方向に後加工するため、低
い製造コストで高い強度の焼結体を製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1〜3、比較例3、4の成形体の気孔率
を示すグラフである。
【図2】(A)は偏平Al合金粉の平面図及び立面図、
(B)は球状Al合金粉の立面図である。
【図3】実施例1の成形体の成形状態を示す側面図であ
る。
【図4】実施例1の成形体を熱間押出加工した状態を示
す断面図である。
【図5】実施例2の成形体の成形状態を示す側面図であ
る。
【図6】比較例2の成形体の成形状態を示す側面図であ
る。
【図7】比較例3の成形体の成形状態を示す側面図であ
る。
【図8】成形体中の偏平粉混合比率と成形体中の気孔率
との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
6…成形体 7…Cu製カプセル
8…ダイ 9…焼結体

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム粉末、マグネシウム粉末、チ
    タン粉末若しくはこれらの合金粉末又はこれらの混合粉
    末が主となる金属粉末を加圧成形し、緻密化する金属粉
    末焼結体の製造方法において、 前記金属粉末として、平均粒径3〜200μmであると
    ともに厚さに対する粒径からなる偏平比5以上の偏平粉
    を50体積%以上用意するとともに、平均粒径が該偏平
    粉の平均粒径の20%以下の球状粉を残部用意し、振動
    エネルギーを加えて成形する振動成形法によって、該金
    属粉末中の該偏平粉を配向制御するとともに、成形体密
    度90%以上の成形体を成形する成形工程と、 前記成形体の配向方向と垂直方向に熱間又は温間加工を
    施し、焼結緻密化する焼結工程と、を備えてなることを
    特徴とする金属粉末焼結体の製造方法。
  2. 【請求項2】アルミニウム粉末、マグネシウム粉末、チ
    タン粉末若しくはこれらの合金粉末又はこれらの混合粉
    末が主となる金属粉末を加圧成形し、緻密化する金属粉
    末焼結体の製造方法において、 前記金属粉末として、平均粒径3〜200μmであると
    ともに厚さに対する粒径からなる偏平比5以上の偏平粉
    を95体積%以上用意し、振動エネルギーを加えて成形
    する振動成形法によって、該金属粉末中の該偏平粉を配
    向制御するとともに、成形体密度90%以上の成形体を
    成形する成形工程と、 前記成形体の配向方向と垂直方向に熱間又は温間加工を
    施し、焼結緻密化する焼結工程と、を備えてなることを
    特徴とする金属粉末焼結体の製造方法。
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