JP3781173B2

JP3781173B2 - Ｗ基焼結重合金

Info

Publication number: JP3781173B2
Application number: JP2000312069A
Authority: JP
Inventors: 千生石原; 一夫浅香; 道晴最上; 浩二林
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: JP2002121638A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｗ基焼結重合金およびその製造方法に係り、特に、耐食性と靭性に優れ、携帯呼出し機器における小型振動発生装置の振動子に適したＷ基焼結重合金およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｗ（タングステン）基重合金については、金属便覧（日本金属学会編）、Journal of Institute Metals, Vol. 62 (1938年)、Metals Handbook, 9th Ed., Vol. 7 (1984年)、特公平７−１０９０１９号（特開平２−１０７７４１号）公報等に記載されているように、Ｗ−Ｎｉ系、Ｗ−Ｃｕ系、Ｗ−Ｎｉ−Ｃｕ系、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ系などの重合金が良く知られており、これらの重合金はいずれも粉末冶金法により製造されている。
【０００３】
たとえば、Ｗ−Ｎｉ−Ｃｕ系重合金の場合は、Ｗ粉、Ｎｉ粉およびＣｕ粉のそれぞれの単味粉末を、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ系焼結重合金の場合は、Ｗ粉、Ｎｉ粉およびＦｅ粉のそれぞれの単味粉末を混合して所定の混合粉末とし、金型のキャビティに混合粉末を充填および成形することで圧粉体とし、所定の温度で焼結することでＷ基重合金としている。このようなＷ基焼結重合金は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅといったバインダー成分が焼結により溶融または半溶融することでＷ粒子を結合したもので、バインダー相を微視的に観察すると、それぞれの元素が局所的に集合した相が散在した状態となっている。
【０００４】
これらのＷ基焼結重合金は、配合組成によりそれぞれの特徴を有しており、用途に応じて使い分けられている。たとえば、単に大きな比重を必要とする場合には、Ｗ−Ｎｉ系やＷ−Ｃｕ系焼結重合金が用いられ、切削性や強度および耐食性が求められる場合には、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ系やＷ−Ｎｉ−Ｃｕ系焼結重合金が用いられている。これらのＷ基焼結重合金の具体的な適用例として、特開平７−４８６４０号公報や特開平７−１８４２４７号公報には、通称「ポケベル」または「ページャー」の携帯呼出し機器における小型振動発生装置の振動子に適したＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系重合金が開示されている。このうち、特開平７−４８６４０号公報では、Ｗ基焼結重合金の耐食性を向上させることを目的として、重合金中のＦｅとＮｉの成分組成を重量比で１：３〜１：１０とし、Ｎｉの含有量を多くすることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
携帯呼出し機器はさまざまな環境で使用されることから耐食性に優れていることが望まれており、その振動子に用いるＷ基焼結重合金中にＮｉの含有量を多くすることは耐食性向上の観点から大変有効である。しかしながら、上記提案に係るＷ基焼結重合金では、振動子をモータのシャフトにかしめて固定する際のかしめ圧力が高いと、振動子にクラックが生じることがあった。これは、上記Ｗ基焼結重合金ではＮｉの含有量が多いために靭性が不足しているためである。この低下した靭性を補う手段として、焼結後に真空熱処理をして脆化の原因となる重合金中の水素を放散し、さらに急冷して延性を高める方法が考えられるが、工数が増えて製造コストが割高になる。
【０００６】
一方、Ｎｉ含有量を多くする以外に耐食性を向上させる手段として、振動子の表面をＮｉメッキ等で被覆することも知られている。しかしながら、この方法でも製造コストが割高になるとともに、振動子をシャフトへかしめ固定する際にメッキ被膜が剥離してしまう懸念もあって信頼性の面で不安があった。
したがって、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、真空熱処理やメッキ処理などの製造コストの増大をまねく追加工程を必要とすることなく、優れた耐食性を備えたＷ基焼結重合金を提供することを目的としている。さらに、本発明は、高い靭性をも備えたＷ基焼結重合金を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のＷ基焼結重合金は、質量比で、Ｎｉ：０．４〜９．０％、Ｆｅ：０．６〜３．０％、残部がＷおよび不可避不純物からなり、金属組織がＷ粒子とバインダー相からなるＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系重合金であって、ＦｅとＮｉの質量比率が３：２〜１：３であり、Ｗ粉末とＮｉ−Ｆｅ合金粉末と１．７〜２．４重量％のＮｉ粉末とを混合し、Ｆｅ成分をＮｉ−Ｆｅ合金粉末のみによって与えた原料粉末を圧粉成形し液相焼結することにより、バインダー相がＮｉ−Ｆｅ合金であることを特徴としている。
【０００８】
上記構成のＷ基焼結重合金にあっては、バインダー相がＮｉ−Ｆｅ合金であり、より具体的にはＮｉ−Ｆｅ固溶体である。したがって、従来のＷ基焼結重合金のように、Ｆｅ元素が局所的に集合した相が分散する組織ではないため、耐食性を向上させることができる。また、耐食性と靭性の双方を向上させるためには、ＦｅとＮｉの質量比率が３：２〜１：３であることが必須である。すなわち、この質量比率が３：２（Ｎｉ量：４０質量％）を下回りＦｅの質量比率が高くなると、塩水噴霧や高温高湿下で放置する等の信頼性評価試験において、Ｆｅ部分が腐蝕されて錆が発生し易くなる。一方、ＦｅとＮｉの質量比率が１：３（Ｎｉ量：７５質量％）を超えてＮｉの質量比率が高くなると靭性が低下して、かしめ加工の際にクラックが発生し易くなる。したがって、そのような観点からＷ基焼結重合金中のＮｉおよびＦｅの含有量も厳密に規定する必要があり、本発明では、質量比でＮｉ：０．４〜９．０％、Ｆｅ：０．６〜３．０％としている。
【０００９】
本発明では、バインダー相にＭｏを含有すると、靭性をさらに向上させることができる。すなわち、本発明の第２のＷ基焼結重合金は、質量比で、Ｎｉ：０．４〜９．０％、Ｆｅ：０．６〜３．０％、Ｍｏ：０．０１〜０．６％、残部がＷおよび不可避不純物からなり、金属組織がＷ粒子とバインダー相からなるＷ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ系重合金であって、ＦｅとＮｉの質量比率が３：２〜１：３であり、Ｗ粉末とＮｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金粉末と１．７〜２．４重量％のＮｉ粉末とを混合し、Ｆｅ成分をＮｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金粉末のみによって与えた原料粉末を圧粉成形し液相焼結することにより、バインダー相がＮｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金であることを特徴としている。
【００１１】
本発明のＷ基焼結重合金にあっては、Ｆｅ成分がＮｉ−Ｆｅ合金粉末またはＮｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金粉末のみによって与えられるから、バインダー相は、均一なＮｉ−Ｆｅ合金またはＮｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金となる。したがって、Ｆｅ元素が局所的に集合した相が分散した組織が生じないため、耐食性を向上させることができる。
【００１２】
ここで、Ｎｉ−Ｆｅ合金粉末またはＮｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金粉末におけるＮｉの含有量は、３５〜８３質量％であることが望ましい。Ｎｉの含有量が３５質量％を下回ると、バインダー相におけるＦｅの含有量が高くなって耐食性が低下する。一方、Ｎｉの含有量が８３質量％を超えると、バインダー相におけるＮｉの含有量が高くなりすぎて靭性が低下する。より好ましいＮｉの含有量は４５〜８３質量％である。また、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金粉末におけるＭｏの含有量は０．０１〜５．０質量％が望ましく、いずれの合金粉末においても残部はＦｅである。
【００１３】
上記合金粉末中のＮｉ、ＦｅおよびＭｏの含有量を上記範囲にするために、以下のようなパーマロイ合金粉末を使用することができる。Ｎｉ−Ｆｅ合金粉末としては、通称「インバー」と呼ばれるパーマロイＰＤ（Ｎｉ：３５〜４０質量％）、パーマロイＰＢおよびパーマロイＰＥ（Ｎｉ：４５〜５０質量％）、パーマロイＰＣ（Ｎｉ：７２〜８３質量％）を使用することができる。そして、そのようなパーマロイ合金粉末の組成は、Ｎｉ：３５〜８３質量％、残部Ｆｅとなる。ただし、パーマロイ粉末は一般には磁性材料に使用されるものであり、本発明はそのような合金粉末に限定されるものではなく、あらゆるＮｉ−Ｆｅ合金粉末を使用することができる。
【００１４】
また、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金粉末としては、上記パーマロイ合金粉末を基本にして５質量％以下のＭｏをさらに含有したＮｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金粉末を使用することができる。このような合金粉末の組成は、Ｎｉ：３５〜８３質量％、Ｍｏ：０．０４１〜５．０質量％、残部Ｆｅとなる。
【００１５】
バインダー相中のＮｉ含有量を調整するために、Ｎｉ−Ｆｅ合金粉末とともに１．７〜２．４重量％のＮｉ粉末を使用する。Ｎｉ粉末としては、カルボニル粉末やアトマイズ粉末など、粉末冶金法で一般的に使用されるものを用いることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、この発明を具体的な実施例によりさらに詳細に説明する。
Ｗ粉末、４種類のパーマロイ合金粉末、Ｎｉ粉末およびＦｅ粉末と成形潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を準備し、表１に示す配合の複数の混合粉末を作製した。それら、混合粉末を混合粉末を密度１３ｇ／ｃｍ^３程度の分銅形状に圧粉成形して、窒素ガス中で温度１,５００℃で焼結した試料の密度を測定した。いずれの試料の密度も１８ｇ／ｃｍ^３程度であり良好な値を示した。また、実施例の試料の電子顕微鏡写真を図１に示す。この図に示すように、Ｗ粒子の周囲にはバインダー相が存在している。この電子顕微鏡写真の組織においてＮｉ成分を顕在化させたのが、図２（Ａ）、Ｆｅ成分を顕在化させたのが同図（Ｂ）である。これらの図から明らかなように、Ｎｉ成分とＦｅ成分（図中白い部分）はほぼ同じ形態を示していることから、Ｎｉ成分とＦｅ成分とが均一に合金化してバインダー相を形成している。
【００１７】
（かしめ試験）
図３に示すように、分銅形状の試料１の孔（内径：０．８ｍｍ）にシャフト２を挿入した後、試料１を固定架台３にかしめ治具４を用いて装着した。次いで、かしめ治具４にポンチ５を挿通し、ポンチ５に２，４５０Ｎの荷重をかけて試料１をシャフト２にかしめた。その際のかしめ部の圧痕状態を目視観察し、クラック発生の有無を確認した。また、シャフト２へのかしめ状態を評価するため、かしめたシャフト２をプッシュプルゲージを用いて抜き取ることで抜去力を測定した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
（耐蝕性）
分銅形状の試料を温度８５℃、湿度９０％の環境下に４８時間放置し、その後、雰囲気を図４に示すように段階的に常温環境下まで変化させた。各試料の錆発生の有無を目視観察することにより、耐蝕性の評価を行った。その評価結果を各試料の組成とともに表２に示す。
【００２０】
【表２】

【００２１】
（クラック発生の評価）
表２に示すように、本発明の実施例ではクラックおよび錆の発生が一切なく、良好な靭性と耐食性を示した。これに対して、Ｎｉ粉末をＦｅ粉末の３倍以上配合した試料番号１４，１５（比較例、表１参照）では、Ｎｉ含有量が高い（Ｆｅ含有量が低い）ためにシャフトをかしめた際にクラックが発生した。また、それら試料では、シャフトのかしめ状態を示す抜去力においても低下していることが分かる。
【００２２】
（錆発生の評価）
表２に示すように、試料番号２（比較例）は試料番号３（実施例）と、試料番号４（比較例）は試料番号５（実施例）と、試料番号７（比較例）は試料番号８（実施例）と、試料番号９（比較例）は試料番号１０〜１３（実施例）とほぼ同一の組成である。しかしながら、それら実施例ではパーマロイ合金粉末を配合しているのに対し、比較例ではＮｉ粉末とＦｅ粉末とを単純に配合している。このため、実施例では錆の発生は無く、比較例では錆が発生した。このことから、バインダー相をＮｉ−Ｆｅ合金で構成することがいかに耐食性向上に寄与しているかが判る。なお、試料番号６（比較例）では、パーマロイ合金粉末を使用しているがＦｅ粉末も使用しているため、バインダー相でＦｅ成分が局所的に集合したために錆が発生した。
【００２３】
試料番号９（比較例）では、パーマロイ合金粉末を使用していないが、Ｎｉ粉末のＦｅ粉末に対する配合比が本発明で規定する上限の３／１であるため、バインダー相でのＮｉ含有量が充分なため錆の発生は他の比較例よりも若干緩和された。これと同等のことが試料番号１４（比較例）にも言える。また、試料番号１（比較例）では、Ｎｉ粉末とＦｅ粉末とを単純に配合しているだけではなく、Ｎｉ粉末のＦｅ粉末に対する配合比（質量比率）が２／３未満であるため、かなりの錆の発生が見られた。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のＷ基焼結重合金は、バインダー相がＮｉ−Ｆｅ合金であることから耐食性に優れるとともに、しかも、携帯呼出し機器における小型振動発生装置の振動子に適用して極めて有望である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のＷ基焼結重合金の組織を示す電子顕微鏡写真である。
【図２】（Ａ）は図１に示す顕微鏡写真においてＮｉ成分を顕在化させた写真、（Ｂ）はＦｅ成分を顕在化させた写真である。
【図３】かしめ試験の方法を示す概略図である。
【図４】耐蝕性評価条件を示す線図である。

Claims

質量比で、Ｎｉ：０．４〜９．０％、Ｆｅ：０．６〜３．０％、残部がＷおよび不可避不純物からなり、金属組織がＷ粒子とバインダー相からなるＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系重合金であって、ＦｅとＮｉの質量比率が３：２〜１：３であり、Ｗ粉末とＮｉ−Ｆｅ合金粉末と１．７〜２．４重量％のＮｉ粉末とを混合し、Ｆｅ成分をＮｉ−Ｆｅ合金粉末のみによって与えた原料粉末を圧粉成形し液相焼結することにより、上記バインダー相がＮｉ−Ｆｅ合金であることを特徴とするＷ基焼結重合金。
質量比で、Ｎｉ：０．４〜９．０％、Ｆｅ：０．６〜３．０％、Ｍｏ：０．０１〜０．６％、残部がＷおよび不可避不純物からなり、金属組織がＷ粒子とバインダー相からなるＷ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ系重合金であって、ＦｅとＮｉの質量比率が３：２〜１：３であり、Ｗ粉末とＮｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金粉末と１．７〜２．４重量％のＮｉ粉末とを混合し、Ｆｅ成分をＮｉ−ＦｅーＭｏ合金粉末のみによって与えた原料粉末を圧粉成形し液相焼結することにより、上記バインダー相がＮｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金であることを特徴とするＷ基焼結重合金。
前記Ｎｉ−Ｆｅ合金粉末または前記Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金粉末におけるＮｉの含有量が３５〜８３質量％であることを特徴とする請求項１または２に記載のＷ基焼結重合金。