JPH0159324B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属基体の表面に接着された後焼結
結合されることにより、該金属基体の表面に耐摩
耗性や耐腐食性等の目的機能を有する焼結金属層
を得るための粉末合金シートに関し、特に樹脂バ
インダと上記目的機能に対応した合金粉末との混
練物からなつて、該樹脂バインダによる接着性
（粘着性）すなわちいわゆる自己接着性によつて、
金属基体に対する接着性を有するようにされた、
接着性を有する粉末合金シートに関するものであ
る。

（従来技術） 樹脂バインダと目的機能に対応した合金粉末と
の混練物からなる合金粉末シートは従来から知ら
れているが、従来のものは、十分な品質の焼結金
属層を得ようとすると、粉末合金シートの自己接
着性が不十分になり易く、このため、別途接着剤
（両面接着テープとして加工されたものを含む）
を用いて金属基体と粉末合金シートを接着してい
るのが実情であつた。すなわち、自己接着性を確
保しようとして樹脂バインダの量を多くすると、
加熱の際に該樹脂バインダが熱分解することによ
り多量のガス発生を伴つて、加熱途中に粉末合金
シートにいわゆる膨れやしわが生じてひどい時に
は粉末合金シートが破損してしまうこととなり、
また得られた焼結金属層に巣が生じたり表面が粗
くなる等して良好な品質のものが得にくいことに
なる。したがつて、焼結金属層の品質を第１に考
えると、樹脂バインダの量が必然的に制約を受け
ることとなつて、自己接着性が不十分なものにな
つていた。また、上述のように別途接着剤を用い
ることは、例えば金属基体に接着剤を塗布する作
業等が別途必要になつて作業能率上好ましくな
い。

（発明の目的） 本発明は以上のような事情を勘案してなされた
もので、金属基体に対する十分な自己接着性を確
保しつつ、目的機能に合つた良好な品質の焼結金
属層が得られるようにした、接着性を有する粉末
合金シートを提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、樹脂バインダと合金粉末との配合比
が同じであつても、合金粉末の粒度が大きい（粒
子が大きい）程接着性が大きくなるという知得に
基づくものである。すなわち、上記配合比が同じ
であつても、粒度の大きい（粒子の大きい）方
が、粒度の小さい（粒子の小さい）ものに比し
て、その単位表面積あたりの樹脂バインダ量が多
くなるため接着性が大となるという知得に基づく
ものである。

具体的には、粉末合金シートの金属基体へ接着
される面側となる裏面側層と表面側層との合金粉
末の粒度を互いに異ならせて、自己接着性が重視
される裏面側層の合金粉末の粒度を、目的機能が
重視される表面側層の合金粉末の粒度よりも大
（粒子を大）としてある。

このような構成とすることにより、例え表面側
層の樹脂バインダ量（割合）を自己接着性が有し
ない程少なくした場合にあつても、裏面側層の合
金粉末の粒度の大きさを調整することによつて該
裏面側層の自己接着性を確保することができる。

なお、樹脂バインダの量（割合）を少なくする
と共に、全体的に粒度の大きい（粒子の大きい）
合金粉末を用いることも考えられるが、この場合
は、自己接着性が確保されても、焼結した際にい
わゆるブリツヂ現象により大きな空孔や表面の粗
れができてしまい、良質な焼結金属層を得ること
が不可能になつてしまう。

（実施例） 第１図において、粉末合金シートＡは、樹脂バ
インダと目的機能に対応して合金粉末との混練物
からなり、金属基体へ接着される面側となる裏面
側層１と表面側層２との２層構造とされている。
この裏面側層１の合金粉末の粒度は、表面側層２
の合金粉末の粒度よりも大きく（粒子が大きく）
されており、裏面側層１はその樹脂バインダの有
する粘着性によつて金属基体に対する自己接着性
を有している。

このような粉末合金シートＡを得るには、例え
ば、第２図に示すように、それぞれあらかじめ別
途形成された、裏面側層１に対応した裏面側シー
ト１′と、表面側層２に対応した表面側シート
２′とを、圧延ロール３間に通して互いに密着さ
せることによつて容易に得ることができる。勿
論、上記両シート１′と２′とは、裏面側シート
１′の有する自己接着性によつて接着、一体化さ
れ、必要に応じて、該両シート１′と２′との接着
の際に、裏面側シート１′の金属基体へ接着され
る面側には第２図一点鎖線で示すような剥離紙４
が合せて貼着される。

前記表面側層２における合金粉末の粒度は、得
られる焼結金属層の品質特に気孔率（密度）等を
勘案して、200メツシユ以下の細かい粒子のもの
が良く、とりわけ350メツシユ以下の粒度のもの
が50重量％以上あることが好ましい。そして、こ
のような粒度において、表面側層２の樹脂バイン
ダと合金粉末との配合比を、巣や表面の粗れ等が
生じない良好な品質の焼結金属層を得るべく設定
した際には、裏面側層１における合金粉末の粒度
を80〜200メツシユの範囲内にするのが良い。

裏面側層１の厚さは、接着性を確保する上で必
要最小限の厚さとするのが良く、実用上0.5mm程
度あれば十分である。また、表面側層２は、本来
的に得られる焼結金属層の品質を大きく左右する
部分であるので、裏面側層１よりも厚くされるの
が好ましく、１mm以上の厚さとするのが実用上好
ましい。

次に、樹脂バインダとしては、常温で感圧接着
性を有するアクリル系重合体または共重合体から
なるアクリル樹脂を用いるのがよい。このアクリ
ル樹脂は常温で十分な接着性（粘着性）を有して
いて、樹脂バインダとして用いられた場合にもか
なりの高温まで焼失等をおこさずにこの接着性が
維持されており、しかもガス発生が急激でない上
にその拡散がスムーズに行なわれるため、粉末合
金シートＡにいわゆる膨れ等の生じ難いものとな
る。このように樹脂バインダとして用いられたア
クリル樹脂は、300℃付近からタール、ピツチ化
し始めて金属基体に対する接合力は樹脂から徐々
にタールピツチ状物質に肩代りされていくことに
なり、粉末合金の焼結が開始される温度まで金属
基体に対する接着ないし接合性を有するものが得
られる。すなわち、金属基体とアクリル樹脂をバ
インダとする粉末合金シートＡとの接着体を搬送
しつつ加熱していく途中で多少の振動等を受けた
としても、該粉末合金シートＡが金属基体に対し
て位置ずれを生じることがなく、しかも金属基体
の傾斜面（垂直面を含む）に対して粉末合金シー
トＡを接着した場合にあつてもこの粉末合金シー
トＡが金属基体から途中で脱落することがない。

このようなバインダとしてのアクリル樹脂は、
３容量％〜15容量％（合金粉末が85容量％〜97容
量％）の範囲にするのが好ましい。すなわち、ア
クリル樹脂が３容量％未満であると粉末合金シー
トの粘着性や可撓性が確保しずらく、また15容量
％を越えると得られた焼結金属層５の気孔率に悪
影響を与え易いと共に金属基体との十分な接合性
が得にくいものとなる。

前記アクリル樹脂は、よく知られているように
アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステル
類の重合体または共重合体であるがこのいずれを
も採用し得る。勿論、裏面側層１および表面側層
２におけるそれぞれの合金粉末と樹脂バインダと
の配合比は、上記の数値範囲内において互いに異
ならせることもできるが、配合比の管理を容易に
するため、またガス発生の状態等が極力合金粉末
シートＡの厚さ方向で均一となるように、該両層
１と２における当該配合比を同一にすることすな
わち全体として均一な配合比にするのが好まし
い。

ここで、金属基体と粉末合金シートＡとの接着
体が特に大きな振動を伴ないやすい場合、例えば
メツシユベルト式やプツツシヤー式連続焼結炉や
真空焼結炉等を用いる場合は、粉末合金シートＡ
の金属基体に対する接着性あるいは接合性をより
一層強固なものとするため、次のようにするとよ
い。すなわち、樹脂バインダとしてはアクリル樹
脂を用い、その自己接着性によつて粉末合金シー
トＡを金属基体に接着した後、150℃〜380℃（好
ましくは200℃〜350℃）で５分以上この温度に保
持し、その後所定の焼結温度にまで昇温させるよ
うにするとよい。このようにすると、120℃付近
より樹脂バインダの低沸点分が揮発し始めて200
℃付近より熱分解重縮合反応がおこつてタールピ
ツチ状物質が生成され、このタールピツチ状物質
による接着性によつて、焼結温度に至るまでの間
粉末合金シートＡと金属基体との強固な接着性な
いし接合性が確保される。

前記タールピツチ状物質を得るための温度が
150℃未満では未分解量が多くなるので好ましく
なく、また逆に380℃以上で加熱されるとこの未
分解分が急激に分解して発散してしまいタールピ
ツチ状物質の生成量が少なくなつて、十分な接着
性ないし接合性を得る上で好ましくない。また、
前記保持時間は、熱処理温度によつてその最適時
間が異なるが、５分未満ではタールピツチ状物質
の生成量が少なくて十分な接着性が得られないこ
とになり、また120分以上の保持はタールピツチ
状物質の十分な生成量を確保する上で不必要であ
る。

焼結温度までの昇温速度としては、10℃／分〜
40℃／分が好ましく、特に樹脂バインダの熱分解
が終了される付近の温度までは40℃／分以下とす
るのが好ましい。すなわち、40℃／分を越える
と、樹脂バインダ中の低沸点分が急激に揮発する
ため粉末合金シートＡを破損したり接着面に気泡
が生じる等して好ましくない。また10℃以下の昇
温速度であると、液相（金属液相）が現われにく
くなる。なお、この液相の出現割合としては、金
属基体との接合性を考慮して10％以上であること
が好ましく、また粉末合金シートＡの形態を保持
する上では50％以下であることが好ましい。

本発明による粉末合金シートＡは、その目的機
能によつて種々の用途に用いられるが、例えば耐
摩耗性が要求される部位に使用される場合の金属
基体としては、第３図に示すように、例えば内燃
機関におけるロツカアームＢのチツプ片５があ
る。すなわち、アルミニウム合金等の軽金属製か
らなるロツカアーム本体６には、カム７側揺動端
部にチツプ片５が鋳ぐるまれていて、該チツプ片
５の表面に、本発明による粉末合金シートＡによ
り形成された耐摩耗層としての焼結金属層８が形
成されている。勿論、このような焼結金属層８を
得る手順としては、第４図に示すように、本発明
による粉末合金シートＡを、その裏面側層１をチ
ツプ片５の表面へ当てがつて、押圧すれば、その
自己接着性によつて粉末合金シートＡがチツプ片
５に接着されることになり、この後は焼結温度ま
で加熱すれば、チツプ片５の表面に焼結金属層８
が形成されることとなる。

次に、合金粉末としては、樹脂バインダによる
接着性に限界があるため焼結開始温度が低い方が
好ましく、このため共晶合金粉末を用いるのがよ
い。この点を具体的に説明すると、焼結金属層の
目的機能が耐摩耗性である場合、合金粉末すなわ
ち耐摩耗性合金粉末としては、特にコスト等の点
を勘案してFe−Ｍ−Ｃ系の三元共晶合金を用い
るのが好ましい。このFe−Ｍ−Ｃ系のＭとして
はＰ、Mo、Ｂのうちいずれか一種あるいはこれ
等の複合物であることが好ましい。このＭとして
Ｐを用いた場合は、Ｃと同様に金属基体への拡散
性が強いので好ましく、またFe、Ｃと結合して
燐共晶を形成して、耐摩耗性を向上させる他、融
点を下げる役割りをなす。このＰは、ある程度以
上の液相量を確保するために0.5重量％以上とす
るのがよく、靭性の確保を考慮して2.5重量％以
下であることが好ましい。

上記Fe−Ｍ−Ｃ系におけるＣは、Ｐと共働し
て基地の強化および硬質相の形成を得ると共に、
燐共晶を形成して密度の上昇および金属基体との
接合に役立つものである。このＣの割合は、密度
の上昇と金属基体との接合性を考慮して1.5重量
％以上、また液相量の出現割合が多くなりすぎる
のと靭性に与える影響を考慮して4.0重量％以下
とするのがよい。

Fe−Ｍ−Ｃ系のＭがMoの場合は、基地の強化
および硬質相の形成に寄与すると共に、Fe、Ｃ
と結合して融点を下げるものであり、硬質相が少
なくなり過ぎるのと密度の確保を考慮して2.5重
量％以上とし、靭性を考慮して10.5重量％以下と
するのがよい。

Fe−Ｍ−Ｃ系におけるＭがＢの場合は、Fe、
Ｃと結合して硬質相を形成すると共に融点を下げ
る役割りを行なうが、耐摩耗性を考慮して0.5重
量％以上で、脆性を考慮して3.0重量％以下とす
るのがよい。

さらに、副次的な元素として、Cr、Ｖ、Ｗ、
Nb、Ta、Tiが有効である。すなわち、これらの
元素は、基地の強化、特に靭性の向上に役立ち、
さらにＣと結合して硬質相を形成する上で好まし
いが、10.0重量％以上は上記効果が飽和するので
経済的に必要でない。また、Siは合金粉末製造時
の溶湯の流動性を改善すると共に、接合時に金属
基体とのぬれ性を改善するために用いるとよい
が、耐摩耗性を考慮して5.0重量％以下とするの
がよい。さらに、Ni、Mnは、基地の強化に役立
つが、耐摩耗性を考慮して5.0重量％以下とする
のがよい。

最後に試験例を説明すると、重量％でP1.2％、
Mo4.6％、Cr6.8％、C1.9％、残部Feからなる200
メツシユ以上の粒度の合金粉末96容量％に対し
て、アクリル樹脂（アクリル酸エステル−アクリ
ル酸共重合体）４容量％に溶剤としてのトルエン
を加えて混練し、1.5mm厚の表面側シート２′（表
面側層２）を作成した。また同上成分で粒度が80
〜100メツシユの合金粉末96容量％に対して、ア
クリル樹脂４容量％に溶剤としてのトルエンを加
えて混練し、0.5mm厚の裏面側シート１′（裏面側
層１）を作成した。この裏面側シート１′と表面
側シート２′との積層体を、裏面側シート１′側が
金属基体としての鋼材（S20C）に接するように
して押圧したところ、良好な接着力が得られ、ま
た得られた焼結金属層は巣の発生がなくかつ表面
の粗れのない良好なものが得られた。

第６図には、粉末粒度と接着強さとの関係を示
してある。

（発明の効果） 本発明の粉末合金シートは、以上述べたことか
ら明らかなように、金属基体に対して自己接着性
を有すると共に、巣や表面の粗れのない良好な品
質の焼結金属層を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による粉末合金シートの拡大
図。第２図は本発明の粉末合金シートの製造方法
の一例を示す工程図。第３図は本発明による粉末
合金シートによつて形成されてなる焼結金属層を
備えたロツカアームを示す側面図。第４図、第５
図は本発明による粉末合金シートによつて焼結金
属層を得るための工程を示す断面図。第６図は粉
末粒度と接着強さとの関係を示す図。 Ａ……粉末合金シート、１……裏面側層、２…
…表面側層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属基体表面に接着された後焼結結合される
   ことにより、該金属基体表面に目的機能を有する
   焼結金属層を得るための粉末合金シートであつ
   て、 樹脂バインダと前記目的機能に応じた合金粉末
   との混練物からなり、 前記金属基体へ接着される面側となる裏面側層
   と表面側層との合金粉末の粒度が互いに異なつて
   いて、該裏面側層の合金粉末の粒度の方が該表面
   側層の合金粉末の粒度よりも大とされ、 前記裏面側層は、その樹脂バインダによる粘着
   性によつて前記金属基体に対する自己接着性を有
   している、 ことを特徴とする接着性を有する粉末合金シー
   ト。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記粉末合
   金シートの樹脂バインダが常温で感圧接着性を有
   するアクリル樹脂とされているもの。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記粉末合
   金シートは、樹脂バインダとしてのアクリル樹脂
   が３〜15容量％で前記合金粉末が85〜97容量％と
   されているもの。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   か１項において、前記合金粉末と樹脂バインダと
   の配合比が、前記裏面側層と表面側層との合金粉
   末の粒度の大小に拘らず全体的に均一とされてい
   るもの。 ５ 特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   か１項において、前記裏面側層の合金粉末の粒度
   が80〜200メツシユの範囲内のものとされ、前記
   表面側層の合金粉末の粒度が200メツシユ以下と
   されているもの。 ６ 特許請求の範囲第５項において、前記表面側
   層の合金粉末は、350メツシユ以下の粒度のもの
   が50重量％以上存在しているもの。 ７ 特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれ
   か１項において、前記裏面側層の厚さが前記表面
   側層の厚さよりも小とされているもの。 ８ 特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれ
   か１項において、前記合金粉末が共晶合金粉末と
   されているもの。