JP6330581B2 - Copper coated iron powder - Google Patents
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本発明は、銅被覆鉄粉に関するものであり、より詳しくは、例えば含油軸受のための粉末冶金用原料粉として好適に利用できる銅被覆鉄粉に関する。 The present invention relates to a copper-coated iron powder, and more particularly to a copper-coated iron powder that can be suitably used as a raw material powder for powder metallurgy for an oil-impregnated bearing, for example.
近年、焼結含油軸受として、粉末冶金法により多孔質の金属体を形成し、潤滑油を含浸させることで、摺動特性を向上させた小型の軸受製造技術が求められている。これらは、特にベアリングが取り付けられないようなマイクロモーターの細い軸を保持するための軸受に使用されている。 In recent years, as a sintered oil-impregnated bearing, there has been a demand for a small-sized bearing manufacturing technique in which sliding characteristics are improved by forming a porous metal body by powder metallurgy and impregnating with a lubricating oil. These are used in particular for bearings for holding the thin shafts of micromotors where no bearings can be mounted.
これら多孔質の金属体を形成するために、鉄銅粉末冶金製品、中でも特に鉄銅焼結軸受における銅の偏析防止あるいは摺動抵抗の低減を目的として、鉄粉の表面に銅を均一に付着させた鉄銅複合金属粉（以下、「銅被覆鉄粉」という）の需要が増大しつつある。この銅被覆鉄粉の製造方法は、従来、湿式法と乾式法の２つが知られている。 In order to form these porous metal bodies, copper is uniformly deposited on the surface of iron powder for the purpose of preventing segregation of copper or reducing sliding resistance in iron and copper powder metallurgy products, especially in iron and copper sintered bearings. There is an increasing demand for iron-copper composite metal powder (hereinafter referred to as “copper-coated iron powder”). Conventionally, there are two known methods for producing this copper-coated iron powder: a wet method and a dry method.
湿式法としては、銅イオンを含む酸性溶液中に鉄粉を投入することで、鉄が酸によって溶解し、溶解に伴い発生した電子によって銅イオンを還元して、鉄粉表面に金属銅の被膜を形成させる、いわゆる置換法で作製するものである。 As a wet method, iron powder is introduced into an acidic solution containing copper ions, so that iron is dissolved by an acid, and copper ions are reduced by electrons generated along with the dissolution, and a metal copper film is formed on the iron powder surface. Is formed by a so-called substitution method.
この方法では、鉄表面に銅被膜が薄い均一な被膜として形成される。具体的には、例えば特許文献１には、ピロリン酸銅めっき浴にニッケル被膜があらかじめ形成された鉄粉を投入して、めっき法で銅被覆鉄粉の製造する方法が開示されている。この特許文献１に示される方法では、事前に鉄表面に無電解めっきによってニッケル被膜を形成した上で銅被膜の形成を行うとしている。 In this method, a copper coating is formed on the iron surface as a thin uniform coating. Specifically, for example, Patent Document 1 discloses a method for producing a copper-coated iron powder by a plating method by introducing iron powder on which a nickel coating has been formed in advance into a copper pyrophosphate plating bath. In the method disclosed in Patent Document 1, a copper film is formed after a nickel film is formed on an iron surface in advance by electroless plating.
一報、乾式法は、鉄粉と銅微粉とを混合し、還元雰囲気中で熱処理して鉄粉表面に銅微粉を拡散付着させる方法であるが、固相拡散によって鉄粉表面に銅微粉を均一に付着させることは難しく、これを改善する方法として、特許文献２、３に開示されている技術が提案されている。 One report, the dry method is a method in which iron powder and copper fine powder are mixed and heat-treated in a reducing atmosphere to diffuse and adhere the copper fine powder to the surface of the iron powder. It is difficult to adhere to the film, and the techniques disclosed in Patent Documents 2 and 3 have been proposed as methods for improving this.
例えば、特許文献２では、鉄粉表面に銅微粉を均一に付着させるために、使用する酸化銅の粒子として非常に細かいものを使用する技術が開示されている。具体的には、一次粒子径が０．１μｍ以下の凝集した二次粒子からなり、その平均粒子径が５μｍ以下で比表面積が１０ｍ２／ｇ以上の非常に微細な酸化銅微粒子を使用するとしている。また、酸化銅を混合するにあたり、さらにカーボンを０．１５〜５．０重量％添加して、温度７００℃〜９５０℃の還元性雰囲気中で酸化物の還元と合金成分の拡散付着を同時に行わせることが開示されている。この特許文献２においては、非常に微細な酸化銅を得る手段として、塩化銅溶液にアルカリを作用させて生じた水酸化銅水和物のゲルを液と共に加熱することによって、黒色の酸化銅を作製するとしている。 For example, Patent Document 2 discloses a technique that uses very fine particles of copper oxide to be used in order to uniformly deposit copper fine powder on the iron powder surface. Specifically, it is assumed that very fine copper oxide fine particles having an average particle diameter of 5 μm or less and a specific surface area of 10 m 2 / g or more are used. Yes. Further, when mixing copper oxide, 0.15 to 5.0% by weight of carbon is further added, and reduction of oxide and diffusion adhesion of alloy components are simultaneously performed in a reducing atmosphere at a temperature of 700 ° C. to 950 ° C. Is disclosed. In Patent Document 2, as a means for obtaining very fine copper oxide, black copper oxide is obtained by heating a copper hydroxide hydrate gel produced by causing an alkali to act on a copper chloride solution together with the liquid. It is supposed to be made.
これらの湿式法や乾式法により鉄表面に被覆した銅被膜は、鉄表面に均一に被膜された状態となっている。 The copper film coated on the iron surface by these wet or dry methods is in a state of being uniformly coated on the iron surface.
一方、特許文献４では、含油軸受の特性を向上させるために通気性を低くすることが必要であるとして、銅にグラファイトを加えた粉末を添加する技術が示されている。さらに特許文献５では、銅被覆鉄粉を用いた含油軸受特性向上のために、含油率を確保しながら通気度を低く維持する方法として、３０質量％〜６０質量％の銅を被覆した銅被覆鉄粉を使用し、さらに亜鉛雰囲気下で焼結する技術が示されている。 On the other hand, Patent Document 4 discloses a technique of adding a powder obtained by adding graphite to copper, assuming that air permeability needs to be lowered in order to improve the characteristics of the oil-impregnated bearing. Furthermore, in Patent Document 5, as a method of maintaining low air permeability while ensuring oil content, in order to improve oil-impregnated bearing characteristics using copper-coated iron powder, copper coating coated with 30% by mass to 60% by mass of copper A technique of using iron powder and sintering in a zinc atmosphere is shown.
しかしながら、上述した特許文献４に開示の方法では、新たに銅にグラファイトを加えた粉末を添加するとしているが、その粉末は高価にならざるを得ず、焼結時に種々の添加物を添加することは焼結体の強度を低下させる要因となり、グラファイトの添加は強度の面で不利になる要因である。また、特許文献５に開示の方法では、３０％以上の銅を被覆させることから高価な銅を多量に必要とし、コストアップとなる。さらに、被覆した銅が厚くなるために、鉄粒子の下地効果が十分に得られなくなり、軸受としての摺動特性が悪くなる原因となる。 However, in the method disclosed in Patent Document 4 described above, a powder obtained by adding graphite to copper is newly added. However, the powder has to be expensive, and various additives are added during sintering. This is a factor that reduces the strength of the sintered body, and the addition of graphite is a factor that is disadvantageous in terms of strength. Further, the method disclosed in Patent Document 5 requires a large amount of expensive copper because it covers 30% or more of copper, resulting in an increase in cost. Furthermore, since the coated copper is thick, the base effect of the iron particles cannot be sufficiently obtained, which causes the sliding characteristics as a bearing to deteriorate.
このように従来の湿式法や乾式法で製造する銅被覆鉄粉は、鉄表面に銅が均一に被覆されているため、それを用いた含油軸受は、通気性や含油率のコントロールが難しく、銅含有率の高い銅被覆鉄粉や新たに銅とグラファイトの複合粉末を加える等の改良が加えられてきたものの、強度と摺動特性及びコストを両立して改善することは容易でなかった。 In this way, the copper-coated iron powder produced by the conventional wet method or dry method has a uniform copper coating on the iron surface, so oil-impregnated bearings using it are difficult to control air permeability and oil content, Although improvements such as addition of copper-coated iron powder having a high copper content and a new composite powder of copper and graphite have been added, it has not been easy to improve both strength, sliding characteristics and cost.
本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、例えば含油軸受に加工できる粉末冶金製品の原料粉として用いた場合に、通気性や含油率のコントロールが容易となり、さらに強度、摺動特性、コストを両立して改善することができる銅被覆鉄粉を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-described circumstances. For example, when used as a raw material powder of a powder metallurgy product that can be processed into an oil-impregnated bearing, the air permeability and oil content can be easily controlled, and further, An object of the present invention is to provide a copper-coated iron powder capable of improving both dynamic characteristics and cost.
本発明者らは、鉄粉の表面に、銅が間隔をあけて所定の面積割合で被覆されてなる銅被覆鉄粉では、含油軸受に加工できる粉末冶金製品の原料粉として用いた場合に、通気性や含油率のコントロールが容易となり、摺動特性等の性能を改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のものを提供する。 In the copper-coated iron powder in which copper is coated on the surface of the iron powder at a predetermined area ratio with an interval, when used as a raw material powder of a powder metallurgy product that can be processed into an oil-impregnated bearing, It has been found that air permeability and oil content can be easily controlled, and performance such as sliding characteristics can be improved, and the present invention has been completed. That is, the present invention provides the following.
（１）本発明に係る第１の発明は、鉄粉の表面に銅が被覆されてなる銅被覆鉄粉であって、前記銅は、前記鉄粉の表面において間隔をあけて被覆されており、前記鉄粉の表面積における前記銅の被覆割合が２５％以上７５％以下である銅被覆鉄粉である。 (1) 1st invention which concerns on this invention is copper covering iron powder by which copper is coat | covered on the surface of iron powder, Comprising: The said copper is coat | covered at intervals in the surface of said iron powder. The copper-coated iron powder has a copper coating ratio of 25% to 75% in the surface area of the iron powder.
（２）本発明に係る第２の発明は、上記第１の発明において、前記銅の粒子が粒状に単独で、前記鉄粉の表面に点在した状態で被覆されている銅被覆鉄粉である。 (2) A second invention according to the present invention is the copper-coated iron powder according to the first invention, wherein the copper particles are coated in a granular form alone and scattered on the surface of the iron powder. is there.
（３）本発明に係る第３の発明は、上記第１の発明において、前記銅の粒子が重なり合って、前記鉄粉の表面に線状又は網目状に被覆されている銅被覆鉄粉である。 (3) A third invention according to the present invention is the copper-coated iron powder according to the first invention, wherein the copper particles are overlapped and coated on the surface of the iron powder in a linear or mesh shape. .
（４）本発明に係る第４の発明は、上記第２の発明において、前記鉄粉の表面に粒状に被覆されている前記銅の粒子の一辺の大きさが０．５μｍ以上１０μｍ以下である銅被覆鉄粉である。 (4) According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect, the size of one side of the copper particles coated on the surface of the iron powder in a granular form is 0.5 μm or more and 10 μm or less. Copper-coated iron powder.
（５）本発明に係る第５の発明は、上記第１乃至第４の何れかの発明において、前記鉄粉の表面における前記銅の被覆厚さが１μｍ以上５μｍ以下である銅被覆鉄粉である。 (5) A fifth invention according to the present invention is the copper-coated iron powder according to any one of the first to fourth inventions, wherein the copper coating thickness on the surface of the iron powder is 1 μm or more and 5 μm or less. is there.
（６）本発明に係る第６の発明は、上記第１乃至第５の何れかの発明において、前記鉄粉の質量１００％に対して８質量％以上３０質量％以下の量で前記銅が被覆されている銅被覆鉄粉である。 (6) According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the copper is contained in an amount of 8% by mass to 30% by mass with respect to 100% by mass of the iron powder. It is a coated copper-coated iron powder.
（７）本発明に係る第６の発明は、上記第１乃至第６の何れかの発明において、当該銅被覆鉄粉の粒子直径が４μｍ以上１００μｍ以下である銅被覆鉄粉である。 (7) A sixth invention according to the present invention is the copper-coated iron powder according to any one of the first to sixth inventions, wherein the copper-coated iron powder has a particle diameter of 4 μm or more and 100 μm or less.
本発明に係る銅被覆鉄粉によれば、鉄粉の表面に、銅が間隔をあけて所定の面積割合で被覆されているため、その鉄粉表面に銅が凹凸状を形成するようになっており、例えば含油軸受に加工できる粉末冶金製品の原料粉として用いた場合に、通気性や含油率のコントロールが容易となり、さらに強度、摺動特性、コストを両立して改善することができる。 According to the copper-coated iron powder according to the present invention, since copper is coated on the surface of the iron powder at a predetermined area ratio at intervals, the copper forms an uneven shape on the surface of the iron powder. For example, when used as a raw material powder of a powder metallurgy product that can be processed into an oil-impregnated bearing, air permeability and oil content can be easily controlled, and strength, sliding characteristics, and cost can be improved at the same time.
以下、本発明に係る銅被覆鉄粉の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。 Hereinafter, a specific embodiment of the copper-coated iron powder according to the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, A various change is possible in the range which does not change the summary of this invention.
≪銅被覆鉄粉≫
本実施の形態に係る銅被覆鉄粉は、鉄粉の表面に銅が被覆されているものであって、銅が、鉄粉表面において間隔をあけて被覆された状態となっており、鉄粉表面における銅の被覆率が２５％以上７５％以下であることを特徴としている。
≪Copper-coated iron powder≫
The copper-coated iron powder according to the present embodiment is obtained by coating the surface of the iron powder with copper, and the copper is in a state of being coated at intervals on the surface of the iron powder. The copper coverage on the surface is 25% or more and 75% or less.
図１及び図２は、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したときの観察像の一例を示すものであり、銅が鉄粉表面において間隔をあけて被覆された状態を示すものである。具体的に、図１の写真図に示す銅被覆鉄粉は、銅の粒子が粒状に単独で、その鉄粉の表面に点在した状態で被覆されてなる銅被覆鉄粉である。また、図２の写真図に示す銅被覆鉄粉は、銅の粒子が重なり合って、その鉄粉の表面に線状又は網目状の状態で被覆されてなる銅被覆鉄粉である。 FIG.1 and FIG.2 shows an example of an observation image when it observes with the scanning electron microscope (SEM) of the copper covering iron powder which concerns on this Embodiment, and copper leaves a space | interval in the iron powder surface. It shows the coated state. Specifically, the copper-coated iron powder shown in the photographic diagram of FIG. 1 is a copper-coated iron powder that is coated in a state where copper particles are in a granular form and are scattered on the surface of the iron powder. The copper-coated iron powder shown in the photographic diagram of FIG. 2 is copper-coated iron powder in which copper particles are overlapped and coated on the surface of the iron powder in a linear or mesh-like state.
図１及び図２の写真図に示されるように、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉は、鉄粉の表面に銅粒子が単独で点在した状態で、あるいは、銅粒子が重なり合って連続した線状又は網目状となって、その鉄粉表面における所定の面積割合で銅が間隔をあけて被覆されている。このように、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉では、鉄粉の表面において一様に、銅が均一に被覆されているのではなく、間隔をあけて被覆されていることにより、鉄粉と被覆されている銅との間で凹凸状を形成している。つまり、鉄粉の表面に間隔をあけて被覆された銅が凸部となり、銅が被覆されていない露出した鉄粉表面が凹部となって凹凸状を形成している。なお、これらの写真図から分かるように、鉄粉表面において、粒状に点在して、あるいは、線状又は網目状になって、間隔をあけて被覆されている銅は、その各被覆箇所ではそれぞれ均一に被覆されている。 As shown in the photographic diagrams of FIGS. 1 and 2, the copper-coated iron powder according to the present embodiment is continuous in a state where copper particles are scattered on the surface of the iron powder alone, or the copper particles overlap each other. In this case, copper is coated at intervals with a predetermined area ratio on the surface of the iron powder. Thus, in the copper-coated iron powder according to the present embodiment, the copper powder is not uniformly coated on the surface of the iron powder, but is coated with an interval, so that the iron powder is coated. Is formed between the copper and the coated copper. That is, copper coated on the surface of the iron powder with a gap becomes a convex portion, and the exposed iron powder surface not coated with copper becomes a concave portion to form an uneven shape. In addition, as can be seen from these photographic diagrams, the copper powder is scattered on the surface of the iron powder, or is formed in a linear or mesh shape, and is coated with a gap at each coating location. Each is uniformly coated.
本実施の形態に係る銅被覆鉄粉では、鉄粉の表面の銅粒子が単独又は重なり合って、その表面において被覆された銅と銅との間に隙間が形成されており、その隙間の形成により被覆銅に高さが設けられるようになる点が重要となる。このように、鉄粉表面において銅被覆の隙間が形成されることで、鉄粉表面に凹凸が形成されることになる。銅被覆鉄粉において、このような凹凸が鉄粉表面に形成されることにより、例えばこの銅被覆鉄粉を用いて含油軸受を成形した場合に、その凹凸が含油効果を向上させるように作用する。この銅被覆鉄粉によれば、含油効果の特性をより向上できる多孔質体の含油軸受に加工することが可能な粉末冶金製品の原料粉として好適に用いることができる。 In the copper-coated iron powder according to the present embodiment, the copper particles on the surface of the iron powder are individually or overlapped, and a gap is formed between the copper and the copper coated on the surface. It is important that the coated copper is provided with a height. Thus, the unevenness | corrugation will be formed in the iron powder surface by forming the clearance gap between copper coatings in the iron powder surface. In copper-coated iron powder, when such irregularities are formed on the surface of the iron powder, for example, when the oil-impregnated bearing is formed using this copper-coated iron powder, the irregularities act to improve the oil-impregnating effect. . According to this copper-coated iron powder, it can be suitably used as a raw material powder of a powder metallurgy product that can be processed into a porous oil-impregnated bearing capable of further improving the characteristics of the oil impregnation effect.
従来の銅被覆鉄粉では、めっきによる方法等を用いて鉄粒子の表面に均一に銅が被覆されており、その鉄粉表面には凹凸の無いものであった。そのため、表面の凹凸に基づく含油効果を高めることはできなかった。そして、このような従来の凹凸の無い均一な銅被覆鉄粉を用いた含油軸受では、通気性や含油率のコントロールが難しく、銅含有率の高い銅被覆鉄粉や新たに銅とグラファイトの複合粉末を加える等の改良を加えることを要し、それに伴い、強度の低下やコスト上昇を招いていた。 In the conventional copper-coated iron powder, copper is uniformly coated on the surface of the iron particles using a plating method or the like, and the iron powder surface has no irregularities. Therefore, the oil impregnation effect based on the surface irregularities could not be enhanced. And with such conventional oil-impregnated bearings using copper-coated iron powder with no irregularities, it is difficult to control air permeability and oil content, copper-coated iron powder with a high copper content and a new composite of copper and graphite. It was necessary to make improvements such as adding powder, which resulted in a decrease in strength and an increase in cost.
これに対して、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉では、上述したように、鉄粉の表面に銅粒子が単独で点在した状態で、あるいは、銅粒子が重なり合って連続した線状又は網目状となって、その鉄粉表面における所定の面積割合で銅が間隔をあけて被覆されている。そのため、その表面に凹凸が形成されることとなり、含油軸受を成形した場合において含油効果を有効に高めることができ、摺動特性を向上させることができる。これにより、この銅被覆鉄粉を用いた含油軸受では、通気性や含油率のコントロールが極めて容易となり、含油軸受としての特性を高めて、例えば小型の軸受等の製造を可能にすることができる。また、従来のようにグラファイト等の添加剤を添加することを要しないため、強度の低下やコストの上昇を防ぐことができる。 On the other hand, in the copper-coated iron powder according to the present embodiment, as described above, in a state where copper particles are individually scattered on the surface of the iron powder, or a continuous linear shape with overlapping copper particles or It has a mesh shape and is covered with copper at a predetermined area ratio on the surface of the iron powder. Therefore, unevenness is formed on the surface, and when an oil-impregnated bearing is molded, the oil-impregnating effect can be effectively enhanced and the sliding characteristics can be improved. Thereby, in the oil-impregnated bearing using this copper-coated iron powder, the control of air permeability and the oil content becomes extremely easy, and the characteristics as the oil-impregnated bearing can be enhanced, and for example, the manufacture of a small bearing or the like can be made possible. . Moreover, since it is not necessary to add an additive such as graphite as in the prior art, a decrease in strength and an increase in cost can be prevented.
上述したように、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉では、鉄粉表面において銅が間隔をあけて被覆されていることが重要となるが、その間隔の程度は、鉄粉表面に銅が被覆されている面積と被覆されていない面積との割合（銅の被覆率）で示すことができる。 As described above, in the copper-coated iron powder according to the present embodiment, it is important that copper is coated at intervals on the surface of the iron powder, but the degree of the interval is such that copper is coated on the iron powder surface. It can be shown by the ratio of the covered area to the uncovered area (copper coverage).
具体的には、この銅被覆鉄粉においては、鉄粉の表面積における銅の被覆割合が２５％以上７５％以下である。このように、銅が鉄粉の表面において間隔をあけて被覆されている状態で、鉄粉の全表面積に対して２５％以上７５％以下の割合で銅が被覆されていることにより、例えば含油軸受の原料粉として用いた場合に、含油効果を向上させることができ、軸受を作製した際に摺動特性を高めることができる。 Specifically, in this copper-coated iron powder, the copper coating ratio in the surface area of the iron powder is 25% or more and 75% or less. In this way, copper is coated at a ratio of 25% or more and 75% or less with respect to the total surface area of the iron powder in a state where the copper is coated with an interval on the surface of the iron powder. When used as a raw material powder for a bearing, the oil impregnation effect can be improved, and the sliding characteristics can be enhanced when the bearing is produced.
鉄粉表面における銅の被覆率が、鉄粉の全表面積に対して２５％未満であると、銅の被覆率が不足するために、軸受としての摺動特性が劣化する。一方で、銅の被覆率が７５％を超えると、鉄粉表面における被覆銅の割合が多くなりすぎて凹凸形状が少なくなり、その凹凸が形成されることの効果が無くなるため、含油効果が十分に期待できなくなる。このことから、銅の被覆率としては、鉄粉の全表面積に対して２５％以上７５％以下となる面積であり、より好ましくは３５％以上６０％以下である。 If the copper coverage on the surface of the iron powder is less than 25% with respect to the total surface area of the iron powder, the copper coverage is insufficient, and the sliding characteristics as a bearing deteriorate. On the other hand, if the copper coverage exceeds 75%, the ratio of the coated copper on the iron powder surface becomes too large and the uneven shape is reduced, and the effect of forming the unevenness is lost. Can no longer be expected. From this, the coverage of copper is an area that is 25% or more and 75% or less, more preferably 35% or more and 60% or less, with respect to the total surface area of the iron powder.
なお、鉄粉表面に銅が粒状に単独で又は重なり合って被覆されている状態での面積の測定方法としては、ＳＥＭにより撮影される銅被覆鉄粉の電子顕微鏡画像から面積を求め、銅が被覆されている面積と鉄粉全体の面積を求めることで算出することができる。 In addition, as a measuring method of the area in which copper is coated on the iron powder surface in a granular form alone or overlapping, the area is obtained from the electron microscope image of the copper-coated iron powder photographed by SEM, and the copper is coated. It can calculate by calculating | requiring the area currently performed and the area of the whole iron powder.
具体的には、測定試料（銅被覆鉄粉）を、走査型電子顕微鏡（例えば、日本電子株式会社製，ＪＳＭ−７１００Ｆ型等）により倍率１，０００倍程度の視野で観察し、電子顕微鏡画像を取得する。そして、それを画像解析ソフトウェア（例えば、米国国立衛生研究所（ＮＩＨ）で開発された『ＩｍａｇｅＪ』等）を用いて画像処理し、銅被覆の部分である突起した面積（Ｓ１）と鉄粉表面の面積（Ｓ）を求めることによって、鉄粉表面における銅が被覆されている面積の割合（Ｓ１／Ｓ）を算出することができる。 Specifically, a measurement sample (copper-coated iron powder) is observed with a scanning electron microscope (for example, JSM-7100F type manufactured by JEOL Ltd.) in a field of view of about 1,000 times, and an electron microscope image. To get. Then, it is image-processed using image analysis software (for example, “ImageJ” developed by the National Institutes of Health (NIH)), and the protruding area (S1) that is the copper coating portion and the iron powder surface By calculating the area (S), the ratio of the area covered with copper on the iron powder surface (S1 / S) can be calculated.
ここで、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉において、鉄粉表面を銅が粒状に単独で被覆されている場合、その粒状の銅の粒子の大きさとしては、特に限定されないが、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた観察で、一辺の大きさが０．５μｍ以上１０μｍ以下の大きさであることが好ましい。図１の写真図に示すように、このような大きさの銅粒子が粒状に単独で鉄粉表面に被覆されている（図１の写真図参照）。 Here, in the copper-coated iron powder according to the present embodiment, when the surface of the iron powder is coated with copper alone, the size of the granular copper particles is not particularly limited, but is a scanning type. In observation using an electron microscope (SEM), the size of one side is preferably 0.5 μm or more and 10 μm or less. As shown in the photographic diagram of FIG. 1, copper particles having such a size are individually coated in a granular form on the iron powder surface (see the photographic diagram of FIG. 1).
また、この銅被覆鉄粉において、鉄粉表面に間隔をあけて被覆された銅の厚さ（高さ、被覆厚さ）としては、特に限定されないが、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた観察で、平均で１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。鉄粉表面における銅の被覆厚さが厚いほど銅被覆鉄粉の凹凸が大きくなるため、例えば含油軸受としての特性がより良好となる。しかしながら、その被覆厚さが過度に厚いと、被覆した銅が剥がれやすくなってしまう。そのため、例えば含油軸受としての必要な特性が得られ、銅の剥がれが発生しない厚さとしては、平均で、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上４μｍ以下の厚さであることがより好ましい。 Further, in this copper-coated iron powder, the thickness (height, coating thickness) of the copper coated with an interval on the surface of the iron powder is not particularly limited, but a scanning electron microscope (SEM) was used. It is preferable that the average particle size is 1 μm or more and 5 μm or less. As the copper coating thickness on the surface of the iron powder increases, the unevenness of the copper-coated iron powder increases, so that the characteristics as, for example, an oil-impregnated bearing are improved. However, if the coating thickness is excessively thick, the coated copper tends to peel off. Therefore, for example, the necessary characteristics as an oil-impregnated bearing are obtained, and the thickness at which copper peeling does not occur is preferably 1 μm or more and 5 μm or less on average, and more preferably 2 μm or more and 4 μm or less. preferable.
また、この銅被覆鉄粉において、鉄粉表面における銅の量（被覆銅量）としては、上述した銅の鉄粉の表面積に占める割合を満たすとともに、鉄粉の質量１００％に対して８質量％以上３０質量％以下の量の範囲であることが好ましい。銅は高価な金属でもあるため、可能な限り被覆する銅量を少なくする方がコスト面では有効である。しかしながら、被覆する銅量を少なくしすぎると含油軸受としての摺動特性の劣化原因になり、ある程度の被覆量が必要となる。また一方で、被覆する銅量が多い状態では、銅の被覆厚みが過度に厚くなってしまい、鉄粒子の下地としての効果が十分に得られず、軸受としての摺動特性が悪くなる原因となる。 In addition, in this copper-coated iron powder, the amount of copper on the surface of the iron powder (amount of coated copper) satisfies the above-described ratio of the copper iron powder to the surface area of the copper powder, and is 8 mass with respect to 100 mass of the iron powder. It is preferable that it is the range of the quantity below 30 mass%. Since copper is also an expensive metal, it is more effective in terms of cost to reduce the amount of copper to be coated as much as possible. However, if the amount of copper to be coated is too small, the sliding characteristics of the oil-impregnated bearing may be deteriorated, and a certain amount of coating is required. On the other hand, when the amount of copper to be coated is large, the copper coating thickness becomes excessively thick, the effect as a base of iron particles cannot be obtained sufficiently, and the sliding characteristics as a bearing are deteriorated. Become.
上述したように、この銅被覆鉄粉では、鉄粉表面において銅が粒状に単独で又は重なりあった状態で、間隔をあけて被覆されている。これが、上述した銅の被覆率（鉄粉の表面積における被覆割合）で銅が被覆された場合では、鉄粉の質量１００％に対して８質量％の被覆銅量であっても十分な効果を発揮できる。しかしながら、被覆状態がばらついた状態では、銅量を増加させることで軸受としての摺動特性を良好にするために銅量を多くする必要があり、それらを考慮すると、被覆銅量の上限値としては３０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以上２０質量％以下の量の範囲であることがより好ましい。 As described above, in this copper-coated iron powder, copper is coated on the surface of the iron powder in a granular state alone or in an overlapped state with an interval. In the case where copper is coated at the above-described copper coverage (coating ratio in the surface area of the iron powder), a sufficient effect can be obtained even if the amount of coated copper is 8% by mass with respect to 100% by mass of the iron powder. Can demonstrate. However, in a state where the coating state varies, it is necessary to increase the copper amount in order to improve the sliding characteristics as a bearing by increasing the copper amount. Is preferably 30% by mass or less, and more preferably in the range of 10% by mass to 20% by mass.
本実施の形態に係る銅被覆鉄粉に使用する鉄粉としては、特に限定されるものではなく、例えば含油軸受等の粉末冶金用途として市販され使用される鉄粉を用いることができる。ところが、近年では、焼結含油軸受として、小型の軸受製造技術が求められる傾向であり、それを実現するには、より小さな銅被覆鉄粉が求められている。そのことから、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉においては、その大きさが粒子直径（長軸の径）で１００μｍ以下であることが好ましく、８０μｍ以下であることがより好ましい。したがって、使用する鉄粉としては、上述した被覆銅量等を考慮して、得られる銅被覆鉄粉の粒子直径が１００μ以下となるような鉄粉を用いることがより好ましい。 It does not specifically limit as iron powder used for the copper covering iron powder which concerns on this Embodiment, For example, the iron powder marketed and used for powder metallurgy uses, such as an oil-impregnated bearing, can be used. However, in recent years, as a sintered oil-impregnated bearing, there is a tendency that a small-sized bearing manufacturing technique is required, and in order to realize this, a smaller copper-coated iron powder is required. Therefore, in the copper-coated iron powder according to the present embodiment, the size is preferably 100 μm or less, more preferably 80 μm or less in terms of particle diameter (major axis diameter). Therefore, as the iron powder to be used, it is more preferable to use an iron powder in which the particle diameter of the obtained copper-coated iron powder is 100 μm or less in consideration of the amount of coated copper described above.
一方で、上述した鉄粉表面における銅を被覆する面積割合、被覆する銅の厚さ（被覆厚み）、銅の被覆量範囲（重量範囲）を充足するには、その銅被覆鉄粉の大きさとしては最低でも粒子直径で４μｍ以上の大きさであることが必要となる。 On the other hand, the size of the copper-coated iron powder is sufficient to satisfy the above-described area ratio of covering the copper on the iron powder surface, the thickness of the copper to be coated (coating thickness), and the copper coating amount range (weight range). As a minimum, the particle diameter must be 4 μm or more.
なお、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉においては、例えば、錫、鉛等の低融点金属を添加することができる。低融点金属である錫、鉛等は、それぞれ１種を単独で又は２種以上を混合して、０．１質量％以上２質量％以下程度の品位となるように添加することにより、粉末の焼結をより容易にすることができる。 In addition, in the copper-coated iron powder according to the present embodiment, for example, a low melting point metal such as tin or lead can be added. Tin, lead, etc., which are low melting point metals, are added individually so that they have a quality of about 0.1% by mass or more and 2% by mass or less by mixing two or more types. Sintering can be made easier.
また、この銅被覆鉄粉を原料粉末として用いて含油軸受等の粉末冶金用製品を製造するに際しては、固体潤滑剤を併用することができる。固体潤滑剤としては、例えば、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ケイ素等を挙げることができ、これらの種類又は２種類以上を添加することができる。このように、固体潤滑剤を併用することにより、軸受摺動時における摩擦をより低減化し、長時間摺動時における温度上昇を低減化させることができる。 Moreover, when manufacturing this product for powder metallurgy, such as an oil-impregnated bearing, using this copper covering iron powder as a raw material powder, a solid lubricant can be used together. Examples of the solid lubricant include graphite, molybdenum disulfide, and silicon nitride, and these types or two or more types can be added. Thus, by using a solid lubricant together, it is possible to further reduce the friction during sliding of the bearing and to reduce the temperature rise during long-time sliding.
≪銅被覆鉄粉の製造方法≫
上述した特徴を有する銅被覆鉄粉は、例えば以下のようにして製造することができる。
≪Method for producing copper-coated iron powder≫
The copper-coated iron powder having the above-described characteristics can be manufactured, for example, as follows.
先ず、含油軸受等の粉末冶金用途として市販され使用される鉄粉を用いて、その鉄粉に対して、金属銅量換算で、所望とする銅被覆率（鉄粉の表面積における２５％以上７５％以下の割合）に相当する銅量の酸化銅を添加して、周知の攪拌機等を用いて攪拌しながら混合する。 First, using iron powder that is commercially available and used for powder metallurgy applications such as oil-impregnated bearings, the desired copper coverage (in terms of the surface area of the iron powder is 75% or more 75%) in terms of the amount of metallic copper. % Of copper oxide) is added and mixed with stirring using a known stirrer or the like.
次に、例えば水素気流中において、鉄粉と酸化銅との混合物に対して、７００℃〜１０００℃程度の温度に加熱して還元処理を施す。このことにより、鉄粉の表面に酸化銅に含まれる銅を被覆させ、銅被覆鉄粉とする。このようにして得られる銅被覆鉄粉では、その鉄粉の表面において間隔をあけて銅が被覆された状態となっており、酸化銅の添加量に応じて鉄粉の表面積における銅の被覆割合が２５％以上７５％以下となっている。 Next, for example, in a hydrogen stream, the mixture of iron powder and copper oxide is heated to a temperature of about 700 ° C. to 1000 ° C. for reduction treatment. Thereby, the copper contained in the copper oxide is coated on the surface of the iron powder to obtain copper-coated iron powder. In the copper-coated iron powder obtained in this way, the copper powder is in a state in which copper is coated at intervals on the surface of the iron powder, and the copper coating ratio in the surface area of the iron powder according to the amount of copper oxide added Is 25% or more and 75% or less.
なお、鉄粉と混合させる酸化銅の製造方法としては特に限定されるものではなく、例えば、周知の電解法に基づいて電解銅粉を作製し、その電解銅粉を７００℃〜１０００℃程度の温度で１時間〜３時間程度維持して酸化焙焼させることによって、酸化銅を製造することできる。なお、得られた酸化銅粉は、粉砕機等を用いて平均粒径が１０μｍ程度の大きさとなるように粉砕して使用することが好ましい。 In addition, it does not specifically limit as a manufacturing method of the copper oxide mixed with iron powder, For example, electrolytic copper powder is produced based on a well-known electrolysis method, The electrolytic copper powder is about 700 to 1000 degreeC. Copper oxide can be produced by maintaining it at a temperature for about 1 to 3 hours and performing oxidative roasting. In addition, it is preferable to grind | pulverize and use the obtained copper oxide powder so that an average particle diameter may become a magnitude | size about 10 micrometers using a grinder.
以下、本発明の実施例を比較例と共に示してさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below in more detail with reference to comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
≪実施例、比較例≫
［実施例１］
粒度分布が平均粒子径約８５μｍの鉄粉（東邦亜鉛株式会社製，マイロンＰＭ−２５０）１００ｇに対して、粒度分布が平均粒子径約１０μｍの酸化銅を金属銅量換算で２０質量％（被覆銅量）になるように添加した。
≪Example, comparative example≫
[Example 1]
For 100 g of iron powder having an average particle size of about 85 μm (Toho Zinc Co., Ltd., Mylon PM-250), 20% by mass of copper oxide having a particle size distribution of about 10 μm in terms of metallic copper (coating) Copper amount) was added.
なお、酸化銅は、先ず以下に示す電解法により電解銅粉を作製し、次に作製した銅粉を空気雰囲気下で８００℃に加熱し３時間維持して酸化焙焼を行って酸化銅にした後、小型粉砕機（協立理工株式会社製，サンプルミルＳＫ−Ｍ１０型）を用いて粉砕して得た。 In addition, copper oxide first produces electrolytic copper powder by the electrolytic method shown below, and then the produced copper powder is heated to 800 ° C. in an air atmosphere and maintained for 3 hours to perform oxidation roasting to obtain copper oxide. Then, it was obtained by pulverization using a small pulverizer (sample mill SK-M10 type, manufactured by Kyoritsu Riko Co., Ltd.).
電解銅粉は、濃度８ｇ／ＬのＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ、濃度５５ｇ／Ｌの遊離Ｈ２ＳＯ４の浴組成の電解液中で、通電電流密度を１０Ａ／ｄｍ２、浴温２５℃の条件で通電して作製した。 Electrolytic copper powder, CuSO 4 · 5H 2 O at a concentration 8 g / L, in an electrolytic solution of the bath composition of the free H 2 SO 4 concentration 55 g / L, the electric current density of 10A / dm 2, a bath temperature of 25 ° C. It was produced by energizing under conditions.
酸化銅には、塩化銅を１％添加し、小型粉砕機（協立理工株式会社製，サンプルミルＳＫ−Ｍ１０型）で５分間攪拌して均一に混合した後に、鉄粉と混合した。次いで、水素気流中で８００℃の温度に加熱して還元することによって鉄粉の表面に銅を被覆させ、銅被覆鉄粉を作製した。 To copper oxide, 1% of copper chloride was added, stirred for 5 minutes with a small pulverizer (manufactured by Kyoritsu Riko Co., Ltd., sample mill SK-M10 type) and mixed uniformly with iron powder. Next, copper was coated on the surface of the iron powder by heating to a temperature of 800 ° C. in a hydrogen gas stream to reduce, thereby producing a copper-coated iron powder.
得られた銅被覆鉄粉を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日本電子株式会社製，ＪＳＭ−７１００Ｆ）を用いて観察したところ、鉄粉の表面において銅が間隔をあけて被覆されており、その間隔をあけて被覆された銅により銅被覆鉄粉に凹凸が形成されていることが確認された。また、この銅被覆鉄粉の大きさは、粒子直径で９２．３μｍであった。また、鉄粉表面に被覆された銅の被覆厚さは平均で３．６μｍであった。 When the obtained copper-coated iron powder was observed using a scanning electron microscope (SEM) (manufactured by JEOL Ltd., JSM-7100F), copper was coated on the surface of the iron powder at intervals, It was confirmed that unevenness was formed on the copper-coated iron powder by the copper coated with a gap therebetween. The size of the copper-coated iron powder was 92.3 μm in particle diameter. Moreover, the coating thickness of the copper coated on the iron powder surface was 3.6 μm on average.
また、得られた銅被覆鉄粉について、その鉄粉表面に被覆させた銅の被覆率を測定した。銅の被覆率の測定は、銅被覆鉄粉をＳＥＭを用いて倍率１，０００倍でそれぞれ５視野ずつ観察し、得られた電子顕微鏡画像を画像解析ソフトウェア（ＩｍａｇｅＪ）を用いて画像処理し、銅被覆部分の面積（Ｓ１）と鉄粉表面の面積（Ｓ）を求め、鉄粉表面における銅が被覆されている面積の割合を算出した。 Moreover, about the obtained copper covering iron powder, the coverage of the copper coat | covered on the iron powder surface was measured. For the measurement of the copper coverage, the copper-coated iron powder was observed using a SEM at a magnification of 1,000 times for each of five fields, and the obtained electron microscope image was image-processed using image analysis software (ImageJ). The area (S1) of the copper-coated portion and the area (S) of the iron powder surface were determined, and the ratio of the area covered with copper on the iron powder surface was calculated.
また、作製した銅被覆鉄粉の摺動特性を評価するため、その銅被覆鉄粉を、内径６ｍｍ、外形１２ｍｍ、長さ６ｍｍの円筒形の圧粉体に成形して、これをアンモニア分解ガス気流中に置き、加熱温度１０００℃で３０分間保持して焼結処理を行うことによって、摺動特性評価用の試験試料を作製した。 In addition, in order to evaluate the sliding characteristics of the produced copper-coated iron powder, the copper-coated iron powder is formed into a cylindrical green compact having an inner diameter of 6 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 6 mm, and this is decomposed into ammonia-decomposed gas. A test sample for evaluation of sliding properties was prepared by placing in an air stream and performing a sintering process by holding at a heating temperature of 1000 ° C. for 30 minutes.
得られた試験試料を含油率で２０％なるように油を用いて含浸処理を行い、以下の条件で摺動試験を実施した。なお、摺動試験は、作製した摺動特性用試験試料を５サンプル作製して実施し、それぞれの平均値を示した。摺動試験中には、試験試料の温度上昇を測定し、摺動時に発生した発熱による温度上昇の試験開始前との差を測定した。また、試験終了後には、試験試料の摩耗量を測定した。下記の実施例及び比較例でも同様である。
（摺動試験条件）
荷重：１０ｋｇｆ／ｃｍ２
摺動速度：８０ｍ／ｍｉｎ
シャフト材質：Ｓ４５Ｃ
含浸油：鉱油ＩＳＯ ＶＧ−３２
The obtained test sample was impregnated with oil so that the oil content was 20%, and a sliding test was performed under the following conditions. In addition, the sliding test was carried out by preparing 5 samples of the manufactured sliding characteristic test samples, and showed the average value of each. During the sliding test, the temperature rise of the test sample was measured, and the difference between the temperature rise due to the heat generated during sliding and the start of the test was measured. Further, after the test was completed, the amount of wear of the test sample was measured. The same applies to the following examples and comparative examples.
(Sliding test conditions)
Load: 10 kgf / cm 2
Sliding speed: 80m / min
Shaft material: S45C
Impregnating oil: Mineral oil ISO VG-32
［実施例２］
得られる銅被覆鉄粉の銅量（被覆銅量）が８質量％となるように条件を変更して銅被覆鉄粉を作製した。すなわち、添加する酸化銅を金属銅量換算で８質量％となるようにした。なお、酸化銅には塩化銅を５％添加して鉄粉と混合し、それ以外は実施例１と同様な還元条件で被覆銅量８質量％の銅被覆鉄粉を作製した。また、銅の被覆率、摺動特性用試験試料の作製、及び摺動特性試験についても実施例１と同じ条件で行った。
[Example 2]
The conditions were changed so that the copper amount (covered copper amount) of the obtained copper-coated iron powder was 8% by mass, and copper-coated iron powder was produced. That is, the added copper oxide was 8% by mass in terms of the amount of metallic copper. In addition, 5% of copper chloride was added to copper oxide and mixed with iron powder. Otherwise, copper-coated iron powder with an amount of coated copper of 8% by mass was produced under the same reducing conditions as in Example 1. Further, the copper coverage, the production of the test sample for sliding characteristics, and the sliding characteristic test were also performed under the same conditions as in Example 1.
得られた銅被覆鉄粉を、ＳＥＭを用いて観察したところ、鉄粉の表面において銅が間隔をあけて被覆されており、その間隔をあけて被覆された銅により銅被覆鉄粉に凹凸が形成されていることが確認された。また、この銅被覆鉄粉の大きさは、粒子直径で８６．４μｍであった。また、鉄粉表面に被覆された銅の被覆厚さは平均で２．８μｍであった。 When the obtained copper-coated iron powder was observed using an SEM, copper was coated at intervals on the surface of the iron powder, and the copper-coated iron powder was uneven with the copper coated at intervals. It was confirmed that it was formed. The size of the copper-coated iron powder was 86.4 μm in particle diameter. Moreover, the coating thickness of the copper coated on the iron powder surface was 2.8 μm on average.
［実施例３］
得られる銅被覆鉄粉の銅量（被覆銅量）が３０質量％となるように条件に変更して銅被覆鉄粉を作製した。すなわち、添加する酸化銅を金属銅量換算で８質量％となるようにした。なお、酸化銅には塩化銅を０．５％添加して鉄粉と混合し、それ以外は実施例１と同様な還元条件で被覆銅量３０質量％の銅被覆鉄粉を作製した。また、銅の被覆率、摺動特性用試験試料の作製、及び摺動特性試験についても実施例１と同じ条件で行った。
[Example 3]
The copper-coated iron powder was produced by changing the conditions so that the copper amount (covered copper amount) of the obtained copper-coated iron powder was 30% by mass. That is, the added copper oxide was 8% by mass in terms of the amount of metallic copper. In addition, 0.5% of copper chloride was added to copper oxide and mixed with iron powder. Otherwise, copper-coated iron powder with a coated copper amount of 30% by mass was produced under the same reducing conditions as in Example 1. Further, the copper coverage, the production of the test sample for sliding characteristics, and the sliding characteristic test were also performed under the same conditions as in Example 1.
得られた銅被覆鉄粉を、ＳＥＭを用いて観察したところ、鉄粉の表面において銅が間隔をあけて被覆されており、その間隔をあけて被覆された銅により銅被覆鉄粉に凹凸が形成されていることが確認された。また、この銅被覆鉄粉の大きさは、粒子直径で９３．１μｍであった。また、鉄粉表面に被覆された銅の被覆厚さは平均で４．１μｍであった。 When the obtained copper-coated iron powder was observed using an SEM, copper was coated at intervals on the surface of the iron powder, and the copper-coated iron powder was uneven with the copper coated at intervals. It was confirmed that it was formed. The size of the copper-coated iron powder was 93.1 μm in particle diameter. Moreover, the coating thickness of the copper coated on the iron powder surface was 4.1 μm on average.
［比較例１］
めっき法により鉄粉の表面に略均一に銅が被覆された銅被覆鉄粉（湿式法により作製した従来の銅被覆鉄粉）を作製して、実施例にて得られた銅被覆鉄粉と比較した。
[Comparative Example 1]
The copper-coated iron powder (conventional copper-coated iron powder prepared by the wet method) in which the surface of the iron powder is coated almost uniformly by the plating method is prepared, and the copper-coated iron powder obtained in the examples Compared.
めっき法による銅被覆鉄粉の作製においては、銅濃度４０ｇ／Ｌ、硫酸濃度１０ｇ／Ｌ、塩素濃度５ｍｇ／Ｌのめっき液に、実施例１で用いたものと同じ鉄粉を投入して、鉄と銅との置換反応により、鉄粉の表面に銅をめっきする方法を用いて、鉄粉に対して被覆銅量が２８質量％の銅被覆鉄粉を作製した。 In the production of copper-coated iron powder by plating, the same iron powder as used in Example 1 was put into a plating solution having a copper concentration of 40 g / L, a sulfuric acid concentration of 10 g / L, and a chlorine concentration of 5 mg / L. Using a method of plating copper on the surface of the iron powder by a substitution reaction between iron and copper, a copper-coated iron powder having a coated copper amount of 28 mass% with respect to the iron powder was produced.
得られた銅被覆鉄粉をＳＥＭを用いて観察したところ、めっき法を用いて鉄粉表面に銅を被覆して形成したため、ほぼ均一に銅が被覆された状態となっており、銅被覆鉄粉表面には凹凸が形成されていないことが確認された。また、この銅被覆鉄粉の大きさは、粒子直径で８９．８μｍであった。また、鉄粉表面に被覆された銅の被覆厚さは平均で２．５μｍであった。なお、鉄粉表面に略均一に銅が被覆されている状態であったため、実施例１と同じ画像解析では銅の被覆面積を解析することができず、エネルギー分散型Ｘ線分光器により元素のマッピングを行った画像から被覆面積（被覆率）を算出した。 When the obtained copper-coated iron powder was observed using an SEM, it was formed by coating copper on the surface of the iron powder using a plating method, so that the copper-coated iron powder was almost uniformly coated. It was confirmed that no irregularities were formed on the powder surface. The size of the copper-coated iron powder was 89.8 μm in particle diameter. The coating thickness of the copper coated on the iron powder surface was 2.5 μm on average. Since the iron powder surface was coated with copper almost uniformly, the same image analysis as in Example 1 could not analyze the copper coating area, and the energy dispersive X-ray spectrometer could The coverage area (coverage) was calculated from the mapped image.
また、作製した銅被覆鉄粉の摺動特性を評価するため、実施例１と同様にして摺動特性用試験試料を作製し、その摺動特性試験についても同じ条件で行った。 Further, in order to evaluate the sliding characteristics of the prepared copper-coated iron powder, a sliding characteristic test sample was prepared in the same manner as in Example 1, and the sliding characteristic test was performed under the same conditions.
［比較例２］
乾式法により鉄粉の表面に略均一に銅を付着させた銅被覆鉄粉（乾式法により作製した従来の銅被覆鉄粉）を作製して、実施例にて得られた銅被覆鉄粉と比較した。
[Comparative Example 2]
Copper-coated iron powder (conventional copper-coated iron powder prepared by a dry method) in which copper is adhered to the surface of the iron powder substantially uniformly by a dry method, and the copper-coated iron powder obtained in the examples Compared.
具体的には、鉄粉表面に銅微粉を均一に付着させるために、使用する酸化銅として、一次粒子径が０．１μｍ以下の微細な銅粉が凝集した二次粒子からなり、その二次粒子の平均粒子直径が５μｍ以下であり比表面積が１０ｍ２／ｇ以上の微細な酸化銅微粒子を使用した。なお、微細な酸化銅微粒子については、プリント基板のエッチング処理で発生した塩化第二銅塩化銅溶液を、攪拌装置付き反応容器に連続的に注入し、これに苛性ソーダ溶液を添加してｐＨを１０〜１２に維持しながら、液温を６０℃〜９０℃の範囲で保持して、中和処理とそれによって生成した水酸化銅の加水分解処理とを同時に行うことによって酸化銅を得て、次いでその酸化銅を水洗し、空気中で乾燥して酸化銅の微粒子とした。 Specifically, in order to uniformly adhere copper fine powder to the iron powder surface, the copper oxide used is composed of secondary particles in which fine copper powder having a primary particle diameter of 0.1 μm or less is aggregated, and the secondary particles Fine copper oxide fine particles having an average particle diameter of 5 μm or less and a specific surface area of 10 m 2 / g or more were used. For fine copper oxide fine particles, a cupric copper chloride solution generated by etching the printed circuit board is continuously poured into a reaction vessel equipped with a stirrer, and a caustic soda solution is added thereto to adjust the pH to 10 While maintaining at -12, the liquid temperature is maintained in the range of 60 ° C to 90 ° C to obtain a copper oxide by simultaneously performing a neutralization treatment and a hydrolysis treatment of the copper hydroxide produced thereby, The copper oxide was washed with water and dried in air to obtain copper oxide fine particles.
実施例１と同じ鉄粉に対して、作製した酸化銅微粒子を金属銅量換算で２０質量％となるように添加して混合した後、実施例１と同様に水素気流中８００℃の温度で還元して鉄粉表面に銅を被覆することで銅被覆鉄粉を作製した。 After adding and mixing the produced copper oxide fine particles to the same iron powder as in Example 1 so as to be 20% by mass in terms of the amount of metallic copper, in the same manner as in Example 1, at a temperature of 800 ° C. in a hydrogen stream. A copper-coated iron powder was produced by reducing and coating the iron powder surface with copper.
得られた銅被覆鉄粉をＳＥＭを用いて観察したところ、鉄粉表面のごく一部にのみ銅が粒状に付着していることが確認された。また、この銅被覆鉄粉の大きさは、粒子直径で８７．５μｍであった。また、鉄粉表面に被覆された銅の被覆厚さは平均で８．７μｍであり、大きな銅粒子が鉄粉表面に部分的にまばらに付着している状態であった。 When the obtained copper-coated iron powder was observed using SEM, it was confirmed that copper adhered to only a small part of the surface of the iron powder. The size of the copper-coated iron powder was 87.5 μm in particle diameter. Moreover, the coating thickness of the copper coated on the iron powder surface was 8.7 μm on average, and large copper particles were partially sparsely adhered to the iron powder surface.
得られた銅被覆鉄粉について、銅の被覆率、摺動特性用試験試料の作製、及び摺動特性試験を、実施例１と同じ条件で行った。 With respect to the obtained copper-coated iron powder, the copper coverage, the production of a sliding property test sample, and the sliding property test were performed under the same conditions as in Example 1.
≪評価≫
下記表１に、各実施例及び比較例における銅被覆鉄粉の作製条件と、摺動試験の結果をまとめて示す。なお、摺動試験の結果は、各実施例、比較例で作製した摺動特性用試験試料５サンプルについて行った試験結果の平均値である。
≪Evaluation≫
Table 1 below collectively shows the production conditions of the copper-coated iron powder in each Example and Comparative Example and the results of the sliding test. In addition, the result of a sliding test is an average value of the test result performed about 5 samples of the test samples for sliding characteristics produced by each Example and the comparative example.
表１に示すように、実施例１〜３にて得られた銅被覆鉄粉は、銅が、鉄粉の表面積において２５％以上７５％以下の被覆割合（被覆率）で間隔をあけて被覆されているものであって、これらのような銅被覆鉄粉では、摺動試験においても温度上昇がおよそ４℃以下と僅かであり、摩耗量も１．２μｍ以下と少なかった。 As shown in Table 1, the copper-coated iron powders obtained in Examples 1 to 3 were coated with copper at intervals at a coating ratio (coverage) of 25% or more and 75% or less in the surface area of the iron powder. In the copper-coated iron powders such as these, the temperature rise was as small as about 4 ° C. or less in the sliding test, and the wear amount was as small as 1.2 μm or less.
これに対して、従来のようにめっき法により鉄粉表面において一様に銅を均一に被覆させた比較例１の銅被覆鉄粉においては、摺動試験における温度上昇が１１℃を超えてしまい、また摩耗量も３．８μｍと非常に多く実施例と比べて倍以上に摩耗してしまった。 On the other hand, in the copper-coated iron powder of Comparative Example 1 in which copper is uniformly coated on the surface of the iron powder by plating as in the prior art, the temperature rise in the sliding test exceeds 11 ° C. Also, the wear amount was very high at 3.8 μm, and the wear amount was more than double that of the example.
また、乾式法により鉄粉表面に銅を被覆させた比較例２の銅被覆鉄粉では、その鉄粉表面において一様に銅が均一に被覆されたものではなかったものの、被覆率が１１．６％であり銅が鉄粉表面のごく一部のみに粒状にまばらに被覆されているだけであった。このような比較例２の銅被覆鉄粉でも、摺動試験における温度上昇が８℃を超え、また摩耗量のおよそ３μｍと多かった。なお、比較例２において、鉄表面における粒状の銅の被覆がごく一部にのみ確認されたことについては、エッチング廃液から酸化銅を作製する際に、添加した塩化鉄成分がごく微量残留したためと考えられる。塩化鉄成分を一定に残すためのコントロールは非常に困難であるため、実施例１で用いたように高純度な酸化銅に一定の塩化銅を添加する方法が有利であることがわかった。 Further, in the copper-coated iron powder of Comparative Example 2 in which the iron powder surface was coated with copper by a dry method, the copper powder was not uniformly coated uniformly on the iron powder surface, but the coverage was 11. It was 6%, and copper was only sparsely coated on only a small part of the surface of the iron powder. Even in the copper-coated iron powder of Comparative Example 2, the temperature increase in the sliding test exceeded 8 ° C., and the wear amount was as large as about 3 μm. In Comparative Example 2, the coating of granular copper on the iron surface was confirmed to be only partly because the added iron chloride component remained in a very small amount when copper oxide was produced from the etching waste liquid. Conceivable. Since it is very difficult to control to keep the iron chloride component constant, it has been found that the method of adding constant copper chloride to high-purity copper oxide as used in Example 1 is advantageous.
以上の実施例及び比較例の結果から、実施例に得られた銅被覆鉄粉は、従来の銅被覆鉄粉に比べて優れた特性を示し、例えば軸受用粉末冶金の原料粉として好適に利用できることが分かった。 From the results of the above examples and comparative examples, the copper-coated iron powder obtained in the examples shows superior characteristics compared to conventional copper-coated iron powder, and is suitably used as a raw material powder for powder metallurgy for bearings, for example. I understood that I could do it.
Claims (6)
前記銅は、前記鉄粉の表面において間隔をあけて被覆されており、
前記鉄粉の表面積における前記銅の被覆割合が２５％以上７５％以下であり、
前記鉄粉の表面における前記銅の被覆厚さが平均で１μｍ以上５μｍ以下である
ことを特徴とする銅被覆鉄粉。 It is used when forming an oil-containing member by powder metallurgy, and is a copper-coated iron powder in which the surface of the iron powder is coated with copper,
The copper is coated at intervals on the surface of the iron powder,
The copper coating ratio in the surface area of the iron powder is 25% or more and 75% or less,
The copper-coated iron powder, wherein the copper coating thickness on the surface of the iron powder is 1 μm or more and 5 μm or less on average.
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