JPH01159301A - 圧縮性および均質性に優れる複合鋼粉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高強度を要求される各種焼結部品の原料粉末と
して使用される圧縮性および均質性に優れる粉末冶金用
複合鋼粉に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、粉末冶金における焼結部品は、高強度化の傾向に
あり、それに従って高密度の合金鋼粉が要求されるよう
になっている。

一般に合金元素を固溶させた、いわゆる予合金鋼粉は合
金元素の均質性から焼入性などの熱処理特性に優れでい
るが、その反面合金元素の合金化によって鋼粉が固溶硬
化するため、鋼粉の圧縮性が低下して高密度が得られに
くくなるといった問題がある。

一方、純鉄粉に合金元素粉末を混合する、いわゆる混粉
法では圧縮性は確保されるものの、均質性の面で問題が
ある。そこで圧縮性と均質性を同時に満足させる方法と
して、ベースとなる鉄粉粒子の表面に合金元素粉末粒子
を部分的に拡散合金化して付着させる、いわゆる複合鋼
粉が開発されている。例えば特公昭４５〜９６４９では
鉄粉粒子表面に合金元素を部分的に拡散付着させた複合
鋼粉として、圧縮性を高める方法が開示されているが、
複合化熱処理によって鉄粉が硬化し、圧縮性が低下する
等の問題がある。また、複合化熱処理の工程は、コスト
高になるという問題もある。

そこで特開昭６３−８９６０２では複合化熱処理による
圧縮性の低下をカバーするために、高圧縮性のベース鉄
粉を用いる方法が開示されているが、拡散合金化による
圧縮性の低下は避けられず、また高圧縮性のベース鉄粉
を使用することによって、さらに製造コストが高（なる
等の問題がある。

一方、結合剤によって合金元素粉末を付着させる方法と
して、例えば特開昭６１−２３１１０２では炭素および
Ｎ１を潤滑剤により予めＭｏを部分拡散合金した鉄粉粒
子に付着させる方法、また特開昭６２−２７８２０１で
は粒度および組成の異なる金属粉末を水、油あるいは樹
脂等の粘着性バインダを用いて造粒付着させる方法など
が提案されている。何れの方法も鉄粉粒子への合金元素
粉末の付着は粒子接触面の極く一部に限定されるため不
安定であり、均質性の面で問題がある。

このように、従来提案されている複合鋼粉の製造におい
ては、圧縮性と均質性を両立させることは非常に難しい
といえる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は以上の問題点を解決するためになされたもので
、十分な圧縮性と均質性が得られるように鉄系粉末粒子
表面に４５μｍ以下の細かい合金元素粉末を潤滑剤とバ
インダとの共溶融物によって付着させることにより、圧
縮性と均質性に優れる粉末冶金用複合鋼粉を提供するこ
とを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は圧縮性と均質性に優れる複合銅粉の製造につい
て鋭意研究を重ねた結果、先ずベースとなる公知の鉄系
粉末粒子の表面に置換型の合金元素であるＮｉ、Ｃｕ、
Ｍｏの４５μｍ以下の細かい粒子を拡散合金化させずに
潤滑剤とバインダの共溶融物を用いて、付着度が８０％
以上に優先付着させ、必要に応じてさらに侵入型の合金
元素であるＣを黒鉛粉末として潤滑剤とバインダの共溶
融物を用いて付着させることによって、圧縮性と均質性
および焼結体強度が優れることを見出し、この知見に基
づいて本発明をなすに至った。

本発明は圧縮性および均質性に優れる複合鋼粉であって
、鉄系粉末粒子の表面に、Ｎｉ、Ｃｕの何れか１種以上
およびＭｏの合金元素粉末を、潤滑剤とバインダとの共
溶融物によって付着させて構成されていることを特徴と
する。

合金元素粉末は粒径４５μｍ以下が好適であり、これら
の付着度は各々８０％以上優先付着させて構成されてい
ることを特徴とする。また、Ｎ　ｉ　：　０．５〜６．
５重量％、および／またはＣｕ：０．５〜１０重量％お
よびＭｏｎｏ、１〜５重量％を含有するものがよく、必
要に応じてさらにＣ元素として黒鉛粉末粒子を同様に潤
滑剤とバインダとの共溶融物を用いて付着させる。この
ような複合鋼粉のＣ含有量は０．２〜２．５重量％であ
る。

［作用］ 一般に、鉄系粉末粒子表面に合金元素粉末を部分拡散合
金化して付着させた形式の複合銅粉では、合金元素粉末
が確実に付着して均質性には優れるが、付着時の合金元
素の拡散合金化によって鉄粉粒子が硬化し、圧縮性が低
下するといった問題がある。また、通常の混粉法あるい
は従来提案されている結合剤によって合金元素粉末を付
着させる方法では鉄系粉末粒子への合金元素粉末の付着
が不十分で均質性に問題がある。

本発明は、これらの問題点を解決するためになされたも
ので、鉄系粉末粒子表面に微細な合金元素粉末を拡散合
金化させずに損滑剤とバインダとの共溶融物を用いて所
定量均一に付着させることによって達成される。

先ず、本発明において鉄系粉末粒子表面に優先的に付着
させる合金元素粉末としては、Ｎｉ。

Ｃｕ、Ｍｏであり、これらの合金元素は焼結時に鉄基地
中に拡散して基地を強化し、焼結部品の強度を高める効
果がある。

Ｎｉは焼結体の強度および靭性を向上させるために必要
な元素であるが、それの含有量がＣ１５重量％未満では
その効果が期待できず、また６、５重量％を超えると残
留オーステナイトによって熱処理体の強度の向上が鈍化
する問題があり、含有量としては０．５〜６．５重量％
であることが望ましい。

Ｃｕは焼結体の強度を向上させるために有効な合金元素
であるが、その含有量はＮｉと同様の理由で０．５〜１
０重量％であることが望ましい。すなわち、０．５重量
％未満ではその効果が少な（、また１０重屑％を超える
と強度の向上が鈍化するため好ましくない。

次にＭｏは結晶粒を微細化して強度を向上させるが０．
１重量％未満ではそれの効果がなく、また５重量％を超
えると添加の割には機械的強度の向上がないため、含有
量としては０．１〜５重量％であることが望ましい。

これらの置換型の合金元素は侵入型元素であるＣに比べ
て鉄基中への拡散速度が遅いため、鉄系粉末粒子表面に
優先的に付着させて、焼結時の拡散合金化を容易に進行
させることが望ましい。すなわち、黒鉛粉末も同様に付
着させる時は、先ずＮｊ、Ｃｕ、Ｍｏ粉末を付着させ、
次に黒鉛粉末を付着させることが望ましい。

また、これらの合金元素粉末は粒子が細かいほど鉄粉粒
子表面によく付着し、かつ焼結時の拡散合金化が速やか
に進行して、組織が均質化するため、本発明ではこれら
合金元素粉末は４５ｕｍ以下の細かい粒子であることが
必要であるが、より十分に付着させるには１５μｍ以下
が６０％以上であることが好ましい６なお、合金元素粉
末が４５μｍを超えると鉄系粉末粒子への付着が著しく
低下し、複合鋼粉の均質性が低下するため好ましくない
。

本発明における鉄系粉末粒子としては特に高圧縮性の粉
末を必要とせず、一般に使用されているアトマイズ鉄粉
で十分である。もちろん、高圧縮性の鉄系粉末粒子を用
いれば、それだけ複合銅粉の圧縮性も向上する。

次に本発明における黒鉛粉末について述べる。

侵入型元素であるＣはＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏ等の置換型の合
金元素に比べて鉄基中への拡散が速いため、黒鉛粉末の
付着に際しては、先ず鉄系粉末粒子に置換型の合金元素
粉末を優先的に付着させ、これら合金元素粉末を付着し
た複合鋼粉に黒鉛粉末を付着させることによって合金元
素が十分に拡散した焼結体を得ることができる。

また、黒鉛粉末の粒子は細かいほど複合鋼粉表面によく
付着するため、黒鉛粉末の粒子は４５μｍ以下の細かい
粒子であることが必要で、好ましくは１５μｍ以下が６
０％以上であることが望ましい。なお、４！５ｕｍを超
える粒子では付着性が著しく低下するため好ましくない
。

また、Ｃは焼結体の強度を上げる最も代表的な合金元素
で本発明においても複合鋼粉焼結体の強度を上昇させる
元素として０．２〜２．５重量％含有することが必要で
ある。Ｃの含有量が０．２　重量％より少ないと、焼結
体の強度が不足し、また２、５重量％を超えると過剰な
Ｃが析出して十分な強度が得られなくなるため好ましく
ない。

次に本発明における合金元素粉末の付着方法について述
べる。潤滑剤はステアリン酸亜鉛等の通常の粉末冶金で
用いられるものでよく、またバインダは粉末あるいは液
体の何れでもよく、これらのバインダを鉄系粉末粒子と
合金元素粉末との混合時に潤滑剤と同時あるいは段階的
の何れかの方法で添加しても良いが、何れの方法におい
ても均−に分散するまでに十分な時間の混合が必要であ
る。

このように均一に分散混合した状態で、これらの混合粉
末を９０〜２００℃に加熱して潤滑剤とバインダとの共
溶融物によって鉄系粉末粒子に合金元素粉末を固着させ
る。なお、加熱温度が９０°Ｃ未満では付着力が不足し
、また２００℃を超える温度域では、それ以上の付着力
の上昇が見られないため、加熱温度としては９０〜２０
０°Ｃが好ましいと言える。

また鉄系粉末粒子への合金元素粉末の付着については、
合金元素粉末を付着させた複合鋼粉を一１００／＋２０
０メツシュに篩分け、その篩分けた粒子中に含まれる合
金元素の分析値を添加した合金元素量で除した値（以下
、この値を付着度と称する）が８０％以上であることが
必要である。付着度が８０％未満では合金元素粉末が偏
析して特性がばらつき均質性が劣るため好ましくない。

なお、本発明に用いる粉末あるいは液体のバインダは工
業的に市販されているものでよく、前者にあってはフェ
ノール樹脂などの熱硬化性樹脂、ナイロン等の熱可塑性
樹脂あるいは脂肪酸やワックス等の粉末を使用すること
ができ、また後者にあっては植物油、鉱物油あるいは脂
肪酸等の液体のバインダを使用することが可能である。

また、本発明においては鉄系粉末粒子にＮ１゜Ｃｕ、Ｍ
ｏの置換型の合金元素粉末を優先付着させたままでの使
用が可能であるが、本発明をより有効に作用させるには
、これらの合金元素粉末を付着した複合鋼粉に、さらに
侵入型元素のＣを黒鉛粉末として付着させて使用するこ
とがより効果的である。

一般に、複合鋼粉を用いて焼結部品を製造する場合、よ
り高強度の部品を得るために、滲炭あるいは混粉によっ
てＣが付与されているが、本発明法によれば、複合化と
同時にＣが付与されるため、その工程が省略できると同
時に固着によって均質性が保証できる等の利点があり、
本発明は経済性に優れる複合鋼粉の製造法であると言え
る。

以下、実施例について説明する。

〔実施例］ 実施例１ 実施例Ａ−Ｇおよび比較例Ｊ−Ｌは、公知のアトマイズ
純鉄粉に４５μｍ以下のＮｉ、Ｃｕ。

Ｍｏの合金元素粉末を第１表の組成でそれぞれ添加し、
それにステアリン酸亜鉛を１重量％およびオレイン酸を
０−１９市ｆｆ１％添加して、これらの混合粉末を１２
０°Ｃて１５分間撹拌しながら加熱した後、撹拌しなが
ら冷却し、ステアリン酸亜鉛とオレイン酸の共溶融物に
よって鉄系粉末粒子に合金元素粉末を付着させて複合鋼
粉を製造した。

比較例Ｈは通常の混粉法で合金元素粉末およびステアリ
ン酸亜鉛１重量％を添加したもの、また比較例■は合金
元素粉末を部分拡散合金化熱処理によって鉄系粉末粒子
に拡散付着させ、その後にステアリン酸亜鉛１市量％を
添加したものである。

なお、本実施例においては黒鉛粉末は添加していない。

これらの複合鋼粉における合金元素粉末の鉄系粉末粒子
への付着度（＝複合鋼粉の一１００／＋２００メツシュ
の粒子の中に含まれる合金元素の分析値を添加合金元素
量で割った値）およびこれらの複合鋼粉を６ｔ／ｃｍ″
で成形した時の圧粉密度、さらにその圧粉体を１１５０
℃で３０分間アンモニア分解ガス中で焼結した時の焼結
体の引張強さおよび焼結体の寸法変化のばらつき（標準
偏差）をそれぞれ示す。

第１表からも明らかなように実施例は比較例に比べて圧
粉密度が高く、かつ焼結体の強度も同等組成であれば単
純混合より大きく、拡散合金化付着させた複合鋼粉と同
等以上の値を示し、特に寸法変化のばらつきが小さく均
質性に優れていることが分る。

実施例２ 第２表は鉄系粉末粒子にＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏの合金元素粉
末と黒鉛粉末を付着させたものの例を示す。

実施例Ｍ〜０は実施例１と同じ要領で鉄系粉末粒子にＮ
ｉ、Ｃｕ、Ｍｏの合金元素を所定量付着させた後、さら
に黒鉛粉末をも所定量付着させたものであり、また実施
例ＰはＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏおよび黒鉛粉末を実施例１と同
じ要領で同時に付着させたものである。

次に比較例Ｑは通常の混粉法で合金元素粉末に黒鉛粉末
、ステアリン酸亜鉛を単に添加混合して製造したもので
あり、比較例Ｒは鉄系粉末粒子にＮｉ、Ｃｕ、Ｍｏの合
金元素粉末を熱処理によって部分拡散合金化付着させた
複合鋼粉に黒鉛粉、ステアリン酸亜鉛を単に添加混合し
たものである。また、比較例Ｓ、Ｔは実施例と同じ要領
で合金粉末を付着させ、Ｃの含有量を下限以下または上
限以上含有させたものである。

なお、成形および焼結の条件は実施例１と同じである。

Ｃ付着度は混合物中の１００〜２００メツシユ留分中の
Ｃ量の混合物全体の中のＣ量に対する比であり、次式で
定義した。

−・−・・　（１） ［Ｇｒｌ　＋　（０，６８［Ｓｔ］　＋０．７６　［０
］　１×　１００　　　　　　　　　　　　　　−・−
・・−（２）ただし、 ［Ｃ］　　　：ａ合物中の１００〜２００メツシユ留分
中のＣ分析値（重量％） ［Ｃ’　］　　：混合物中の全体のＣ値（重量％）［Ｓ
ｔ］：混合物中に添加したステアリン酸亜鉛の重量％ ［０］　　：？ａ合物中に添加したオレイン酸の重量％ ［Ｇｒｌ：？１合物中に添加した黒鉛粉の重量％すなわ
ち、鉄系粉末粒子表面に付着しない黒鉛粉は２００メツ
シユの網目を通り抜けることがら、前記処理した粉末を
ロータツブで１００〜２００メツシユに篩分け、その粉
末（留分）中のＣ分析値と全体のＣ分析値との比をＣ付
着度とした。

合金元素粉末を同時混合付着させた実施例Ｐは同一組成
で段階付着させた実施例Ｏに比べて合金元素粉末の付着
度が若干低く、寸法変化のばらつきも若干大きいものの
、比較例に比べて良好な値を示している。実施例Ｍ−Ｐ
は比較例Ｑ−Ｓに比べて引張強度が高く、かつ寸法変化
のばらつきが小さく、均質性および焼結体強度が優れて
いることが分る。

実施例３ 第３表に鉄系粉末粒子に付着させる合金元素粉末の粒度
を変えたものの例について示す。

実施例Ｕ−Ｖは何れも付着させる合金元素粉末の全量が
４５μｍ以下の粒子で、さらにその粉末粒子の中の１５
μｍ以下の細かい粒子が実施例Ｕでは４０％、そして実
施例Ｖでは６５％存在するものである。また比較例Ｗ、
ｘは合金元素粉末の４５ａｍ以下の細かい粒子が８０％
存在するものである。

なお複合鋼粉の組成は、 Ｎｉ：４．１９重量％ Ｃ：ｕ：１．６３重量％ Ｍｏ：０．５２重量％ Ｃ：０．５Ｑ重量％ を含有するものである。焼結体は成形圧力６ｔ／ｃｒｒ
Ｉ２で成形し、１Ｉ５０℃で３０分間アンモニ分解ガス
中で焼結した。

第３表からも明らがなように合金元素粉末の粒子が細か
くなるほど鉄系粉末粒子への合金元素粉末の付着度は向
上して、圧粉密度および引張強度が高く、かつ寸法変化
のばらつきが小さくなり、均質性および焼結体強度が優
れていることが分る。

〔発明の効果１ 本発明によれば、合金元素粉末を拡散合金化させずに、
潤滑剤とバインダの共溶融物を用いて鉄系粉末粒子表面
に固着させることによって圧縮性と均質性に優れる複合
鋼粉を安価に製造することが可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　鉄系粉末粒子の表面に、Ｎｉ、Ｃｕの何れか１種以
   上およびＭｏの合金元素粉末を、潤滑剤とバインダとの
   共溶融物によって付着させてなることを特徴とする圧縮
   性および均質性に優れる複合鋼粉。 ２　前記合金元素粉末の粒子の大きさが４５μｍ以下で
   ある請求項１記載の複合鋼粉。 ３　前記合金元素粉末の鉄系粉末粒子への各々の元素の
   付着度が８０％以上である請求項１または２記載の複合
   鋼粉。 ４　前記複合鋼粉は、 Ｎｉ：０．５〜６．５重量％ および／または Ｃｕ：０．５〜１０重量％ および Ｍｏ：０．１〜５重量％ を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の複合鋼粉。 ５　Ｎｉおよび／またはＣｕおよびＭｏの合金粉末に加
   えて、さらに黒鉛粉末を潤滑剤とバインダとの共溶融物
   によって鉄系粉末粒子表面に付着させ、Ｃを０．２〜２
   ．５重量％含有させてなることを特徴とする請求項１〜
   ４の何れかに記載の複合鋼粉。