JP6760504B2 - 粉末冶金用粉末混合物およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉末冶金用粉末混合物に関し、特に、成形時に少ない力で金型から抜出すことができ、型かじり（die galling）が抑制された粉末冶金用粉末混合物に関する。また本発明は、前記粉末冶金用粉末混合物の製造方法に関する。

粉末冶金においては、鉄基粉末を主成分とする原料粉末を、金型を用いて成形して成形品（圧粉体）とし、前記成形品を焼結することによって焼結部品が製造される。そして、前記成型の際の成形性を良好にすることを目的として、前記原料粉末に潤滑剤を添加することや、前記成型に用いる金型の表面に潤滑剤を付着させておくことが、一般的に行われている。潤滑剤を使用しないと、原料粉末に含まれる鉄基粉末と金型とが直接接触するため、摩擦力が大きくなる。そしてその結果、成形時に目的とする圧粉密度にまで圧縮することができなかったり、成形後に成形品を金型から抜き出すときに大きな力を要したりするといった問題が生じる。

このような理由から、粉末冶金においては様々な潤滑剤が用いられている。前記潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛などの金属石鹸、あるいはエチレンビスステアロアミドなどのアミド系潤滑剤が使用されている。

また、特許文献１では、潤滑性向上のために黒鉛粉を用いることが提案されている。鉄基粉末の表面に黒鉛を被覆することにより、該鉄基粉末表面の潤滑性が向上する。また、黒鉛が介在することによって鉄基粉末と金型との直接接触が回避されるため、型かじりが防止される。

特開２００５−３３０５４７号公報

特許文献１で提案されているように、黒鉛粉が被覆された鉄基粉末を用いることによって、成形時の摩擦を低減し、金型からの抜出し力を低減することができる。しかし、特許文献１で提案されている技術には以下の問題があることが分かった。

特許文献１で提案されている技術では、黒鉛およびバインダを水または有機溶媒に分散した分散液を使用して、鉄基粉末の表面に黒鉛粉を被覆しているため、液体状の原料を取り扱うことができる製造設備が必要となる。特に、使用済みの溶媒を回収し、処理するための装置を設ける必要がある。

また、特許文献１では鉄基粉末に黒鉛粉を付着させるためにバインダが使用されているが、上記方法で得られる粉末混合物を調査した結果、鉄基粉末に付着した黒鉛粉の表面にもバインダが存在していることが分かった。粉末の表面にバインダが存在する結果、粉末混合物の流動性を十分に向上させることができない。

さらに、上記方法で得られる粉末混合物を調査した結果、鉄基粉末に銅粉が十分に付着していないことが分かった。銅粉が十分に付着していないと、輸送中や充填、成形工程中に銅粉の偏析（segregation）が生じることにより、焼結後の寸法精度を安定させることができない。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、流動性に極めて優れ、少ない力で圧粉成形金型から抜出すことができ、成形時の型かじりが抑制され、さらに銅粉の偏析を防止した粉末冶金用粉末混合物を提供することを目的とする。また本発明は、溶媒を使用することなく、前記粉末冶金用粉末混合物を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。

（１）原料粉末、黒鉛粉、およびバインダを同時に混合すると、黒鉛粉の表面にもバインダが被覆されてしまうため、原料粉末の最表面を十分に黒鉛粉で被覆することができない。

（２）原料粉末の表面にバインダにより銅粉を付着させた後、微細な黒鉛粉を被覆することにより、黒鉛粉や銅粉の表面がバインダで被覆されてしまうことを防止できる。粒子表面を黒鉛で被覆すると、成形時に少ない力で金型から抜出すことができ、型かじりを抑制することができる。

（３）また、黒鉛粉を被覆した後、さらにカーボンブラックを被覆することにより、黒鉛粉で被覆しきれなかった粒子表面のバインダを被覆することができる。そしてその結果、バインダとバインダとの直接接触が回避されるため、粉末冶金用粉末混合物の流動性を著しく向上させることができる。

本発明は、上記知見に立脚するものであり、その要旨構成は次のとおりである。

１．原料粉末、銅粉、バインダ、黒鉛粉、およびカーボンブラックを含む粉末冶金用粉末混合物であって、
前記原料粉末が、該原料粉末の９０質量％以上の鉄基粉末を含有し、
前記黒鉛粉の平均粒径が５μｍ未満であり、
前記原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対する前記バインダの質量（ｍ_ｂ）の比率［ｍ_ｂ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］が、０．１０〜０．８０質量％であり、
前記原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対する前記黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）の比率［ｍ_ｇ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］が、０．６〜１．０質量％であり、
前記原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対する前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）の比率［ｍ_Ｃｕ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］が、０．１〜３．０質量％であり、
前記原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対する前記カーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の比率［ｍ_ｃ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］が、０．０１〜０．３０質量％であり、
前記原料粉末の表面が、前記バインダの少なくとも一部で被覆されており、
前記バインダの表面が、前記黒鉛粉の少なくとも一部、前記銅粉の少なくとも一部、および前記カーボンブラックの少なくとも一部で被覆されている、粉末冶金用粉末混合物。

２．前記バインダが、共重合ポリアミドおよびポリウレタンからなる群より選択される１または２以上の樹脂である、上記１に記載の粉末冶金用粉末混合物。

３．前記銅粉の平均粒径が１０μｍ未満である、請求項１または２に記載の粉末冶金用粉末混合物。

４．原料粉末と銅粉とバインダとを、前記バインダの融点以上の温度で混合して、第１の粉末混合物とする第１混合工程と、
前記第１の粉末混合物と平均粒径が５μｍ未満の黒鉛粉とを、前記バインダの融点以上の温度で混合して第２の粉末混合物とする第２混合工程と、
前記第２の粉末混合物とカーボンブラックとを、前記バインダの融点以下の温度で混合して粉末冶金用粉末混合物とする第３混合工程とを有し、
前記原料粉末が、該原料粉末の９０質量％以上の鉄基粉末を含有し、
前記原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対する前記バインダの質量（ｍ_ｂ）の比率［ｍ_ｂ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］が、０．１０〜０．８０質量％であり、
前記原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対する前記黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）の比率［ｍ_ｇ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］が、０．６〜１．０質量％であり、
前記原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対する前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）の比率［ｍ_Ｃｕ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］が、０．１〜３．０質量％であり、
前記原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対する前記カーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の比率［ｍ_ｃ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］が、０．０１〜０．３０質量％である、
粉末冶金用粉末混合物の製造方法。

５．前記バインダが、共重合ポリアミドおよびポリウレタンからなる群より選択される１または２以上の樹脂である、上記４に記載の粉末冶金用粉末混合物の製造方法。

６．前記銅粉の平均粒径が１０μｍ未満である、上記４または５に記載の粉末冶金用粉末混合物の製造方法。

本発明の粉末冶金用粉末混合物は、極めて優れた流動性を有している。そのため、成形時に少ない力で金型から抜出すことができるとともに、型かじりを生ずることなく連続成形を行うことができる。したがって、成形品の歩留まりが向上し、高い生産性を実現することができる。また、本発明の粉末冶金用粉末混合物ではＣｕの偏析が少ないため、高寸法精度の焼結体を得ることができる。さらに、本発明の製造方法によれば、溶媒を用いることなく前記粉末冶金用粉末混合物を製造することができる。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明の粉末冶金用粉末混合物は、原料粉末、銅粉、バインダ、黒鉛粉、およびカーボンブラックを必須成分として含む。以下、前記各成分について説明する。

［原料粉末］
上記原料粉末としては、鉄基粉末を含有する粉末を使用する。原料粉末中における鉄基粉末の比率は、９０質量％以上であればよいが、９５質量％以上とすることがより好ましい。一方、原料粉末中における鉄基粉末の比率の上限は特に限定されず、１００質量％とすることもできる。すなわち、前記原料粉末は、鉄基粉末のみからなるものであってもよい。しかし、最終的に得られる焼結体に様々な特性を付与するという観点からは、鉄基粉末と後述する副原料とからなる混合粉末を前記原料粉末として用いることが好ましい。

［鉄基粉末］
上記鉄基粉末としては、特に限定されることなく、任意のものを用いることができる。前記鉄基粉末の例としては、鉄粉や合金鋼粉が挙げられる。前記合金鋼粉としては、例えば、合金元素を溶製時に予め合金化した予合金鋼粉（完全合金化鋼粉）、鉄粉に合金元素を部分拡散させて合金化した部分拡散合金化鋼粉、予合金化鋼粉にさらに合金元素を部分拡散させたハイブリッド鋼粉からなる群より選択される１または２以上を用いることができる。なお、ここで「鉄基粉末」とは、Ｆｅ含有量が５０質量％以上である金属粉末を指す。また、「鉄粉」とは、Ｆｅおよび不可避不純物からなる粉末を指し、本技術分野においては一般的に「純鉄粉」と称される。

前記鉄基粉末の製造方法についても限定されず、任意の方法で製造された鉄基粉末を用いることができる。好適に使用できる鉄基粉末の例としては、アトマイズ法によって製造されるアトマイズ鉄基粉末（atomized iron-based powder）や、還元法によって製造される還元鉄基粉末（reduced iron-based powder）などが挙げられる。

前記鉄基粉末の平均粒径は、特に限定されないが、７０〜１００μｍとすることが好ましい。なお、鉄基粉末の粒径は、特に断りがない限り、ＪＩＳ Ｚ ２５１０：２００４に準拠した乾式ふるい分けによる測定値とする。

［副原料］
上記副原料としては、特に限定されることなく任意のものを用いることができる。前記副原料としては、合金用粉末および切削性改善材粉からなる群より選択される１または２以上を用いることが好ましい。前記合金用粉末としては、金属粉末を用いることが好ましい。前記金属粉末としては、例えば、Ｎｉ粉、Ｍｏ粉などの金属粉末からなる群より選択される１または２以上を用いることが好ましい。また、前記切削性改善材粉としては、例えば、ＭｎＳなどが挙げられる。原料粉末における前記副原料の比率は、１０質量％以下とする。

［バインダ］
前記原料粉末の表面は、バインダの少なくとも一部で被覆される。前記バインダとしては、原料粉末の表面に黒鉛粉、銅粉、およびカーボンブラックを付着させることができるものであれば、任意のものを用いることができる。前記バインダとしては、有機樹脂を用いることが好ましく、共重合ポリアミドおよびポリウレタンからなる群より選択される１または２以上の樹脂を用いることがより好ましい。

バインダの添加量：０．１０〜０．８０質量％
前記バインダの添加量が０．１０質量％未満であると、原料粉末の表面をバインダで十分に被覆することができない。そのため、バインダの添加量を０．１０質量％以上とする。一方、バインダの添加量が０．８０質量％を超えると バインダが黒鉛粉の表面も被覆してしまい、流動性が低下する。そのため、バインダの添加量を０．８０質量％以下とする。なお、ここでバインダの添加量は、原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）とカーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対するバインダの質量（ｍ_ｂ）の比率［ｍ_ｂ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］と定義する。

前記バインダは、粉末状であることが好ましい。前記バインダの平均粒径が５μｍ未満であると、当該粒径まで粉砕するためのコストが増大し、原料費が高くなってしまう。そのため、コスト低減の観点からは、バインダの平均粒径を５μｍ以上とすることが好ましい。一方、バインダの平均粒径が１００μｍを超える場合、原料粉末と均一に混合するために要する時間が増大し、生産性が低下する。そのため、生産性向上の観点からは、バインダの平均粒径を１００μｍ以下とすることが好ましい。

前記バインダの融点が６０℃未満であると、気温が高くなる夏場などに粉末混合物の流動性が低下してしまう。そのため、気温の影響を抑制するという観点からは、バインダの融点が６０℃以上であることが好ましい。一方、バインダの融点が１６０℃を越える場合、バインダの融点以上に加熱するために必要な時間やエネルギーが増大し、生産性が低下する。そのため、生産性向上の観点からは、バインダの融点が１６０℃以下であることが好ましい。

［黒鉛粉］
前記原料粉末の表面に被覆された前記バインダの表面は、黒鉛粉の少なくとも一部で被覆される。言い換えると、原料粉末の表面には、バインダを介して黒鉛粉が被覆される。バインダを介して鉄基粉末の表面を黒鉛粉で被覆することによって、鉄基粉末表面の潤滑性が向上する。また、黒鉛粉が介在することによって、鉄基粉末と金型との直接接触が回避されるため、金型表面に鉄基粉末が付着、堆積することがなく、その結果、型かじりが防止される。

黒鉛粉の平均粒径：５μｍ未満
一般的に粉末冶金で用いられる黒鉛粉の粒径は５〜２０μｍ程度である。しかし、黒鉛粉の平均粒径が５μｍ以上であると、黒鉛粉の粒子数が少なくなるため黒鉛粉を鉄基粉末の表面に十分に被覆することが難しい。本発明では、鉄基粉末を含む原料粉末の表面に黒鉛粉を十分に被覆するために、黒鉛粉の平均粒径を５μｍ未満とする。一方、黒鉛粉の平均粒径は小さければ小さいほどよいため、黒鉛粉の平均粒径の下限は特に限定されない。しかし、過度に粒径が小さくいと、粉砕に必要なエネルギーが増大し、経済的に不利になる。そのため、経済性の観点からは、黒鉛粉の平均粒径を１００ｎｍ以上とすることが好ましい。

黒鉛粉の添加量：０．６〜１．０質量％
黒鉛の添加量が０．６質量％未満であると、鉄基粉末の最表面を黒鉛粉で十分に被覆することができない。そのため、黒鉛粉による被覆の効果を十分に得るためには、黒鉛粉の添加量を０．６質量％以上とする必要がある。一方、黒鉛粉は最終的に焼結時の浸炭に消費され、焼結体の強度などの特性を高めるが、黒鉛粉の添加量が１．０質量％を超えると、かえって焼結体の特性が低下する。そのため、黒鉛粉の添加量は１．０質量％以下とする。なお、ここで黒鉛粉の添加量は、原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）とカーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対する黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）の比率［ｍ_ｇ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］と定義する。

［銅粉］
上記原料粉末の表面に被覆された前記バインダの表面は、さらに、銅粉の少なくとも一部で被覆される。言い換えると、原料粉末の表面には、バインダを介して銅粉が被覆される。銅粉を添加することにより、焼結体の機械的性質が向上する。また、銅粉をバインダ表面に付着させることにより、輸送中や充填、成形工程中における銅粉の偏析が抑制され、焼結後の寸法精度を安定させることができる。

銅粉の添加量：０．１〜３．０質量％
銅粉の添加効果を得るために、銅粉の添加量を０．１質量％以上とする。一方、銅粉の添加量が３．０質量％を超えるとＣｕ膨張が大きくなり寸法精度が安定しない。また、Ｃｕ膨張による密度低下のため、焼結体の強度および靭性が低下する。そのため、銅粉の添加量を３．０質量％以下とする。なお、ここで、銅粉の添加量は、原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対する前記銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）の比率［ｍ_Ｃｕ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］と定義する。

前記銅粉としては、任意の粒径の銅粉を用いることができる。しかし、平均粒径が５０μｍ以下である銅粉は、平均粒径が５０μｍ超である銅粉に比べて、鉄基粉末の表面に付着しやすい。そのため、銅粉の平均粒径は、５０μｍ以下とすることが好ましく、１０μｍ未満とすることがより好ましい。

［カーボンブラック］
上記原料粉末の表面に被覆された前記バインダの表面は、カーボンブラックの少なくとも一部で被覆される。言い換えると、原料粉末の表面には、バインダを介してカーボンブラックが被覆される。鉄基粉末の表面を黒鉛粉で被覆し、さらにカーボンブラックで被覆することによって、鉄基粉末表面に露出するバインダがさらに減少し、バインダとバインダとの直接接触が回避されるため、流動性が改善される。前記カーボンブラックとしては、特に限定されることなく任意のものを用いることができる。

前記カーボンブラックの比表面積は、特に限定されないが、５０ｍ^２／ｇ以上であることが好ましい。比表面積が５０ｍ^２／ｇ以上であるカーボンブラックは粒子径が小さいため、バインダ表面を被覆するために必要なカーボンブラックの添加量を低減することができる。そしてその結果、粉末混合物の圧縮性をさらに向上させることができる。一方、前記比表面積は、１００ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。比表面積が１００ｍ^２／ｇ以下であれば、焼結時の寸法変動に起因する機械特性の低下をさらに抑制することができる。なお、本発明において、カーボンブラックの比表面積は、ＢＥＴ法（ＪＩＳ Ｋ ６２１７−２：２００１）により測定することができる。

カーボンブラックの平均粒径は特に制限されない。しかし、カーボンブラックの平均粒径が５ｎｍ未満では、鉄基粉末表面の凹凸や鉄基粉末表面に存在するバインダ中にカーボンブラックが埋没する可能性がある。また、平均粒径が５ｎｍ未満であるカーボンブラックは、凝集状態のままバインダ表面に付着する場合がある。そのため、カーボンブラックの効果をさらに高めるという観点からは、カーボンブラックの平均粒径を５ｎｍ以上とすることが好ましい。一方、カーボンブラックの平均粒径が５００ｎｍを超えると、カーボンブラックの粒子数が少なくなるため、カーボンブラックを付着させる効果が低下する。そのため、カーボンブラックの効果をさらに高めるという観点からは、カーボンブラックの平均粒径を５００ｎｍ以下とすることが好ましい。なお、ここでカーボンブラックの平均粒径は、カーボンブラック粒子を電子顕微鏡で観察して求めた算術平均径を指すものとする。

カーボンブラックの添加量：０．０１〜０．３０質量％
カーボンブラックの添加量が少なすぎると、カーボンブラックによるバインダ表面の被覆率が不足し、流動性改善の効果が得られない。また、添加量が多すぎると成形時の抜出力（ejection force）が高くなることがある。そのため、カーボンブラックの添加量は、０．０１〜０．３０質量％とする。ここで、カーボンブラックの添加量とは、原料粉末の質量（ｍ_ｒ）と黒鉛粉の質量（ｍ_ｇ）と銅粉の質量（ｍ_Ｃｕ）とカーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の合計に対するカーボンブラックの質量（ｍ_ｃ）の比率［ｍ_ｃ／（ｍ_ｒ＋ｍ_ｇ＋ｍ_Ｃｕ＋ｍ_ｃ）×１００］である。

［製造方法］
次に、上記粉末冶金用粉末混合物の製造方法について説明する。本発明の一実施形態における製造方法は、第１混合工程、第２混合工程、および第３混合工程を含む。前記第１混合工程では、原料粉末、銅粉、およびバインダが、前記バインダの融点以上の温度で混合されて、第１の粉末混合物が得られる。前記第２混合工程では、前記第１の粉末混合物と平均粒径が５μｍ未満の黒鉛粉とが、前記バインダの融点以上の温度で混合されて、第２の粉末混合物が得られる。前記第３混合工程では、前記第２の粉末混合物とカーボンブラックとが、前記バインダの融点以下の温度で混合されて、粉末冶金用粉末混合物が得られる。

バインダと黒鉛粉とを予め混合してしまうと、バインダの粘度が増加し、その結果、鉄基粉末の表面に均一にバインダを被覆することが困難となる。そのため、黒鉛粉を被覆する工程に先立って、鉄基粉末および銅粉の表面にバインダを被覆する工程を実施する。これにより、鉄基粉末の表面にバインダを介して銅粉が付着する。上記観点からは、第１混合工程では原料粉末および銅粉に対してバインダのみを添加混合することが好ましい。また、第２混合工程では、バインダにより銅粉が付着した原料粉末に対して、さらにバインダを添加することなく、黒鉛粉のみを添加混合することが好ましい。

また、バインダと黒鉛粉を鉄基粉末の表面に同時に被覆すると、黒鉛粉の表面にもバインダが被覆されてしまうため、黒鉛粉による被覆の効果を十分に得ることができない。そこで、バインダを被覆した後に黒鉛粉を被覆することにより、黒鉛粉の表面がバインダで被覆されてしまうことを防止できる。言い換えると、本発明の方法で得られる粉末冶金用粉末混合物においては、鉄基粉末表面が、バインダを介して付着した黒鉛粉によって均一に被覆されている。また、黒鉛粉が最表面に露出した状態で存在するため、本発明の粉末冶金用粉末混合物は流動性および金型成形時の抜出性に優れる。

ただし、第２混合工程後の鉄基粉末粒子表面には一部バインダが露出しているため、第３混合工程でカーボンブラックを混合する。カーボンブラックは、黒鉛で被覆しきれなかったバインダ表面を覆うため、流動性を改善することができる。

第１混合工程、第２混合工程、および第３混合工程で用いる混合手段としては、特に制限はなく、任意の混合機を使用できる。加熱が容易であるという観点からは、高速底部撹拌式混合機、傾斜回転パン型混合機、回転クワ型混合機、または円錐遊星スクリュー形混合機を用いることが好ましい。

前記第１混合工程および第２混合工程を実施する際の混合温度は、使用するバインダの融点（Ｔ_ｍ）以上とする。なお、融点の異なる複数のバインダを併用する場合には、使用する複数のバインダの融点のうち最も高いものをＴ_ｍとして用いる。前記混合温度は、Ｔ_ｍ＋２０℃以上とすることが好ましく、Ｔ_ｍ＋５０℃以上とすることが好ましい。一方、前記混合温度の上限は特に限定されないが、混合温度を過度に高くすると生産効率の低下および鉄基粉末の酸化などの弊害が生じるため、Ｔ_ｍ＋１００℃以下とすることが好ましい。

また、前記第３混合工程を実施する際の混合温度は、使用するバインダの融点（Ｔ_ｍ）以下とする。なお融点の異なる複数のバインダを併用する場合には、使用する複数のバインダの融点のうち最も低いものをＴ_Ｌとして用いる。前記混合温度は、Ｔ_ｍ−２０℃以下とすることが好ましく、Ｔ_ｍ−５０℃以下とすることが好ましい。一方、前記混合温度の下限は特に限定されないが、混合温度を過度に低くすると生産効率が低下する。そのため、第３混合工程を実施する際の混合温度は６０℃以上とすることが好ましい。

上記のようにして得られた粉末混合物は、粉末冶金による焼結体の製造に用いることができる。前記焼結体の製造方法は特に限定されず、任意の方法で製造することができるが、通常は、前記粉末冶金用粉末混合物を金型に充填し圧縮成形し、任意にサイジングを行った後、焼結すればよい。前記圧縮成形は、一般的に室温から１８０℃の温度領域で行われるが、特に圧粉体の密度を高くする必要がある場合には、粉体および金型を共に予熱しておいて成形する温間成形を採用することもできる。得られた焼結体は、さらに必要に応じて浸炭焼入れ、光輝焼入れ、高周波焼入れなどの熱処理を施して、製品（機械部品等）とすることができる。

なお、本発明の粉末冶金用粉末混合物には、上記第３混合工程の後に、さらに任意に追加の副原料および潤滑剤の一方または両方を添加することもできる。前記追加の副原料としては、上述した原料粉末に含有させる副原料と同様のものを用いることができる。また、第３混合工程の後に潤滑剤を添加する場合、前記潤滑剤としては、有機樹脂ではない潤滑剤を用いることが好ましく、脂肪酸、脂肪酸アミド、脂肪酸ビスアミド、および金属石鹸からなる群より選択される１または２以上の潤滑剤を用いることがより好ましい。

以下、実施例に基づいて本発明の構成および作用効果をより具体的に説明する。なお、本発明は下記の例に限定されるものではない。

以下の手順で粉末冶金用粉末混合物を製造した。まず、原料粉末と、銅粉と、バインダとを、高速底部撹拌式混合機で混合しながら所定の混合温度に加熱して、第１の粉末混合物を得た（第１混合工程）。前記原料粉末としては、鉄基粉末としての純鉄粉（ＪＦＥスチール社製アトマイズ鉄粉ＪＩＰ３０１Ａ）を用いた。使用したバインダの種類と、各成分の添加量、および混合温度を表１に示す。

次いで、前記高速底部撹拌式混合機中へ、さらに黒鉛粉を添加し、前記混合温度に加熱した状態で混合して、第２の粉末混合物を得た（第２混合工程）。すなわち、表１に示した混合温度は、第１混合工程および第２混合工程における混合温度である。前記黒鉛粉としては、表１に示した平均粒径を有する、市販の黒鉛粉を使用した。

前記第２の粉末混合物を、前記高速底部撹拌式混合機中で融点以下の温度まで冷却した後、前記高速底部撹拌式混合機中へ、さらにカーボンブラックを添加し、前記温度で混合した（第３混合工程）。混合終了後、得られた粉末冶金用粉末混合物を混合機から排出した。前記カーボンブラックとしては、平均粒径２５ｎｍの、市販のカーボンブラックを使用した。

なお、比較のために、一部の比較例においては、前記第２混合工程において黒鉛粉を添加することに代えて、前記第１混合工程において平均粒径４μｍの黒鉛粉を添加した。また、一部の比較例（Ｎｏ．１８）では、上記第１混合工程および第２混合工程において加熱を行わず、室温で混合を行った。Ｎｏ．１８では、加熱せずに混合を行ったため、原料粉末の表面は、バインダおよび黒鉛粉で被覆された状態とならなかった。

次に、得られた粉末冶金用混合粉末のそれぞれについて、以下に述べる手順で流動度およびＣｕ付着度の測定、ならびに成型体の加圧成形を実施した。

（流動度）
得られた粉末冶金用粉末混合物５０ｇを、オリフィス径：２．５ｍｍの容器に充填し、充填してから排出するまでの時間を測定して、流動度（単位：ｓ／５０ｇ）を求めた。なお、その他の測定条件は、ＪＩＳ Ｚ ２５０２：２０１２に準拠した。流動度は、金型充填時の混合粉の流動性を示す指標であり、流動度の値が小さいほど混合粉の流動性が優れていることを意味する。なお、一部の比較例では粉末冶金用粉末混合物が流れず、オリフィスから排出されなかった。

（Ｃｕ付着度）
下記（１）式で定義されるＣｕ付着度を測定した。
Ｃｕ付着度［％］＝Ａ／Ｂ×１００ ・・・（１）
Ａ：７５μｍ以上１５０μｍ以下に篩った粉末冶金用粉末混合物のＣｕ量（質量％）
Ｂ：粉末冶金用粉末混合物のＣｕ量（質量％）
前記ＡおよびＢの値は、得られた粉末冶金用混合物をＪＩＳ Ｇ１２５８ ＩＣＰ硫酸リン酸分解法に準拠した方法で溶解した後、ＩＣＰ発光分光装置（島津製：ＩＣＰＳ−８１００）を使用して測定した。測定は積分時間１０秒の条件で行い、３回の測定で得られた値の平均値を使用した。

前記Ａの値は、原料粉末に付着しているＣｕの量と見なすことができる。したがって、前記Ｃｕ付着度は粉末冶金用混合物全体に含まれるＣｕのうち、原料粉末に付着しているＣｕの割合を表す。前記Ｃｕ付着度は、Ｃｕ偏析の指数として用いることができ、Ｃｕ付着度が大きいほど粉末混合物のＣｕ偏析防止に優れていることを意味する。

（加圧成形）
加圧成形では、上記粉末冶金用粉末混合物を、金型を用いて加圧成形し、径：１１．３ｍｍ、高さ：１１ｍｍの成形体を得た。前記加圧成形における成形圧力は６８６ＭＰａとした。前記成形体を金型から抜き出すときに必要な力（抜出力）と、得られた成形体の圧粉密度（成形体の平均）とを測定した。なお、一部の比較例では型かじりが発生して、成形体を金型から抜出すことができなかった。

測定結果は、表２に示したとおりであった。なお、流動度の測定において、粉末冶金用粉末混合物が流れず、オリフィスから排出されなかった例では、流動度の欄に、「流れず」と表示した。また、型かじりのため成形体を金型から抜出すことができなかった例では、圧粉密度および抜出力の欄に「抜出し不可」と表示した。

表２に示した結果から分かるように、本発明の条件を満たす粉末冶金用粉末混合物は、流動性に極めて優れ、少ない力で圧粉成形金型から抜出すことができ、かつ成形時の型かじりも抑制されていた。また、Ｃｕ付着度も良好であることが分かった。

なお、表１における各成分の含有量は、それぞれ以下の式で求めた値である。
・銅粉の添加量（＊１）：銅粉の質量／（鉄基粉末の質量＋黒鉛粉の質量＋Ｃｕ粉の質量＋カーボンブラックの質量）×１００（質量％）
・黒鉛粉の添加量（＊２）：黒鉛粉の質量／（鉄基粉末の質量＋黒鉛粉の質量＋Ｃｕ粉の質量＋カーボンブラックの質量）×１００（質量％）
・バインダの添加量（＊３）：バインダの質量／（鉄基粉末の質量＋黒鉛粉の質量＋Ｃｕ粉の質量＋カーボンブラックの質量）×１００（質量％）
・カーボンブラックの添加量（＊４）：カーボンブラックの質量／（鉄基粉末の質量＋黒鉛粉の質量＋Ｃｕ粉の質量＋カーボンブラックの質量）×１００（質量％）

Claims (4)

1. 原料粉末、銅粉、バインダ、黒鉛粉、およびカーボンブラックを含む粉末冶金用粉末混合物であって、
   前記原料粉末が、鉄基粉末からなる粉末、および該原料粉末の９０質量％以上の鉄基粉末と副原料とからなる混合粉末のいずれかであり、
   前記副原料が、Ｎｉ粉、Ｍｏ粉、および切削性改善材粉からなる群より選択される１または２以上であり、
   前記バインダが、共重合ポリアミドおよびポリウレタンからなる群より選択される１または２以上の樹脂であり、
   前記黒鉛粉の平均粒径が５μｍ未満であり、
   前記原料粉末の質量（ｍ_r）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_g）と前記銅粉の質量（ｍ_Cu）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_c）の合計に対する前記バインダの質量（ｍ_b）の比率［ｍ_b／（ｍ_r＋ｍ_g＋ｍ_Cu＋ｍ_c）×１００］が、０．１０〜０．８０質量％であり、
   前記原料粉末の質量（ｍ_r）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_g）と前記銅粉の質量（ｍ_Cu）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_c）の合計に対する前記黒鉛粉の質量（ｍ_g）の比率［ｍ_g／（ｍ_r＋ｍ_g＋ｍ_Cu＋ｍ_c）×１００］が、０．６〜１．０質量％であり、
   前記原料粉末の質量（ｍ_r）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_g）と前記銅粉の質量（ｍ_Cu）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_c）の合計に対する前記銅粉の質量（ｍ_Cu）の比率［ｍ_Cu／（ｍ_r＋ｍ_g＋ｍ_Cu＋ｍ_c）×１００］が、０．１〜３．０質量％であり、
   前記原料粉末の質量（ｍ_r）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_g）と前記銅粉の質量（ｍ_Cu）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_c）の合計に対する前記カーボンブラックの質量（ｍ_c）の比率［ｍ_c／（ｍ_r＋ｍ_g＋ｍ_Cu＋ｍ_c）×１００］が、０．０１〜０．３０質量％であり、
   前記原料粉末の表面が、前記バインダの少なくとも一部で被覆されており、
   前記バインダの表面が、前記黒鉛粉の少なくとも一部、前記銅粉の少なくとも一部、および前記カーボンブラックの少なくとも一部で被覆されている、粉末冶金用粉末混合物。
2. 前記銅粉の平均粒径が１０μｍ未満である、請求項１に記載の粉末冶金用粉末混合物。
3. 原料粉末と銅粉と粉末状のバインダとを、前記バインダの融点以上の温度で混合して、第１の粉末混合物とする第１混合工程と、
   前記第１の粉末混合物と平均粒径が５μｍ未満の黒鉛粉とを、前記バインダの融点以上の温度で混合して第２の粉末混合物とする第２混合工程と、
   前記第２の粉末混合物とカーボンブラックとを、前記バインダの融点以下の温度で混合して粉末冶金用粉末混合物とする第３混合工程とを有し、
   前記原料粉末が、鉄基粉末からなる粉末、および該原料粉末の９０質量％以上の鉄基粉末と副原料とからなる混合粉末のいずれかであり、
   前記副原料が、Ｎｉ粉、Ｍｏ粉、および切削性改善材粉からなる群より選択される１または２以上であり、
   前記バインダが、共重合ポリアミドおよびポリウレタンからなる群より選択される１または２以上の樹脂であり、
   前記原料粉末の質量（ｍ_r）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_g）と前記銅粉の質量（ｍ_Cu）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_c）の合計に対する前記バインダの質量（ｍ_b）の比率［ｍ_b／（ｍ_r＋ｍ_g＋ｍ_Cu＋ｍ_c）×１００］が、０．１０〜０．８０質量％であり、
   前記原料粉末の質量（ｍ_r）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_g）と前記銅粉の質量（ｍ_Cu）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_c）の合計に対する前記黒鉛粉の質量（ｍ_g）の比率［ｍ_g／（ｍ_r＋ｍ_g＋ｍ_Cu＋ｍ_c）×１００］が、０．６〜１．０質量％であり、
   前記原料粉末の質量（ｍ_r）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_g）と前記銅粉の質量（ｍ_Cu）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_c）の合計に対する前記銅粉の質量（ｍ_Cu）の比率［ｍ_Cu／（ｍ_r＋ｍ_g＋ｍ_Cu＋ｍ_c）×１００］が、０．１〜３．０質量％であり、
   前記原料粉末の質量（ｍ_r）と前記黒鉛粉の質量（ｍ_g）と前記銅粉の質量（ｍ_Cu）と前記カーボンブラックの質量（ｍ_c）の合計に対する前記カーボンブラックの質量（ｍ_c）の比率［ｍ_c／（ｍ_r＋ｍ_g＋ｍ_Cu＋ｍ_c）×１００］が、０．０１〜０．３０質量％である、
   粉末冶金用粉末混合物の製造方法。
4. 前記銅粉の平均粒径が１０μｍ未満である、請求項３に記載の粉末冶金用粉末混合物の製造方法。