JPH0211703A - 金属粉末射出成形体の脱脂方法 - 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］ この発明は、金属焼結部材を射出成形体を利用して製造
する技術において、射出成形して得た成形体より有機バ
インダを効率的に低コストで除去する金属粉末の射出成
形体の脱脂方法に関する。

［従来の技術］ 近年、金属粉末を射出成形法で成形して、その焼結体を
得る方法は、他の方法に比べると複雑な形状のものを大
量に生産できるので注１」されるようになった。

この方法は、金属粉末を各種ワックスとポリマーとを組
合せてなる有機バインダとともに加熱混練して得た混合
材料を、通常のプラスチック射出成形と同様の方法で射
出成形し、その後脱脂、焼結を行って金属の焼結体を得
るものである。

この工程中、脱脂とは射出成形体を焼結する前に、有機
バインダを成形体より除去することである。このため有
機バインダを流動体（液体、気体、蒸気）として、成形
体を変形させることなく除去する必要がある。

このための方法として大別すると、下記の２つの方法が
ある。

（１）抽出法（溶媒抽出法、超臨界ガス抽出法）（２）
加熱法 ［発明か解決しようとする課題］ 上記従来行なわれている技術は、コストかかかり過ぎた
り、長時間（３〜５日）の処理か必要たったり、又、製
品厚み１０ｍｍ程度のものしか製造てきないという欠点
を持っている。それは従来の脱脂方法では、短時間に脱
脂しようとすると、射出成形体にふくれとか割れなとの
脱脂欠陥か生しるためである。

そこで、本発明では、かかる欠点を除去し、健全な焼結
体を得るための脱脂を短時間に行おうとするものである
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、金属粉末と低融点物質を含有する有機バイン
ダとの混合材料を射出成形して得た成形体をアルミナ粉
中に埋込み、脱脂炉内で化学的に不活性な雰囲気の中で
２００°Ｃまで加熱して有機バインダ中の低融点物質を
成形体を変形することなく除去し、次いでこの成形体を
雰囲気温度を均一に保つため蓋（Ｊ焼結用容器に入れ、
真空炉内に設置し、真空炉を真空に減圧し真空炉内に不
活性ガスを供給しながら、３００〜６００’Ｃ／ｈｒの
昇温速度で５５０〜６５０９Ｃまで加温して成形体中の
有機バインダを除去することを特徴とする金属粉末射出
成形体の脱脂方法である。

これを図面に基づいて具体的に説明すると、金属粉末と
有機バインダとを加熱混練して得た混合利料を、射出成
形機により通常のプラスチック射出成形法と同様にして
射出成形する。ここで有機バインダとしては例えばアク
リル系結合剤等に低融点成分として滑剤および可塑剤′
、ｔを混合したものである。ついて第１図に示すように
得られた成形体１，２・・・を脱脂炉３の中で、アルミ
ナ粉４に埋め込み、排気管５より排気して炉内を真空に
し、供給管６より窒素などの化学的に不活性なガスを炉
内に装入する。これをヒーター　７により　２００℃程
度に加熱し、有機バインダ中の低融点物質（滑剤、ワッ
クスおよび可塑剤）を成形体２を変形することなく除去
する。この場合、室温から　２００℃まで直線的に昇温
するが、特に複雑形状品の成形体では昇温中に軟化して
変形する恐れかある。これを防止する目的で成形体を昇
温前にアルミナ粉中に埋込み、成形体を固定し昇温を行
うのである。

又、２００℃までの昇温によって、有機バインダ中の低
融点物質か除去され成形体中に微細な空洞を生じる。こ
の空洞は成形体内部がら表面まで貫通しており、以後の
真空脱脂時に急速に昇温しても、加熱分解成分は熱分解
後直ちに空シ何を通り成形体表面へ達し、次いてワック
ストラップに捕集されることとなる。

次に、第２図に示すように上記処理した成形体１．２を
焼結用容器１２に入れ、真空炉８に配置したグラファイ
トホックス９内に装入し、真空ポンプ１０により排気管
５より炉内の排気をし、供給管６より不活性ガス（例、
窒素ガス）を供給しながら、３００〜ｂ 熱する。

供給管６より供給された不活性ガスの流れは、真空ポン
プで吸引することにより、グラファイトボックス９内外
の隙間を通過し、炉外のワックストラップ１１を経て真
空ポンプ１０て吸引される。このとき、成形体内の有機
バインダにより発生する有機性の上記または熱分解ガス
は、供給されたガスと同一の経路を経て炉外に排出され
るがワックスのような低融点有機物はフックストラップ
１１で冷やされて固体となる。

成形体２を真空炉８内に剥き出しの状態に置いた場合、
真空中での熱伝導は輻射によってのみ行なわれ、直接成
形体２表面が加熱される。

このため、成形体２は均等に加熱されにくく、焼結時に
焼結体に反りやねじれ等の不具合を生しる。特に揮発性
金属成分、例えばクロム、アルミニウム、銅等を含有す
る鋼粉末を真空焼結する場合、焼結時に前記焼結用容器
に成形体を配置しないと、揮発性金属成分が焼結体表面
から選択的に蒸発し、焼結体の外観が灰色から黒色に変
化し、また変形する場合が多い。

そこで本発明では、脱脂にひき続き連続して焼結工程に
移行するので、脱脂、焼結用の容器として、グラファイ
トに比較して熱伝導性の悪いアルミナ等のセラミックス
材を脱脂及び焼結用容器ｊ２として用い、この中に成形
体２を配置し、脱脂、焼結を行うと均等に収縮した良好
な金属光沢を有する製品が得られる。

昇温速度を３００〜ｂ ６５０℃まで加温することに限定したのは、多くの有機
バインダの場合、不活性雰囲気中で減量率は５５０°Ｃ
までの加熱で９８，５％の除去率となっており、実用上
は５５０〜６５０℃までの範囲で十分であるからである
。又、昇温速度は小さければ小さい程、脱脂時の欠陥を
生じる可能性が少なくなるか、作業性を考慮すればでき
るだけ短時間で脱脂するのか好ましい。本発明の２段階
脱脂によれば３００〜６００°Ｃ／　ｈ　ｒと昇温速度
を速めても特に弊害はない。

［作　用］ 本発明においては、２段階の脱脂を行っている。成形体
を直接真空下で加熱して脱脂すれば、低融点成分や樹脂
の除去は容易であるか、成形体の割れやふくれ等の欠陥
を生じる。このため−段目の脱脂では金属粒子間を密に
充填している有機バインダの低融点成分を流動または蒸
発させ、成形体内に気孔を形成させる目的で行う。

これにより、二段目の真空脱脂を急速に加熱することに
よって行っても、成形体にふくれとか割れなどの脱脂に
伴う欠陥を生じることなく、短時間に脱脂することがで
きる。

［実施例］ 次に本発明を実施例によって説明する。

実施例１ ステンレス鋼粉末（ＳＵＳ　　８０４Ｌ、平均粒径１０
μｍ）　１００重量部と、融点５０℃のパラフィンワッ
クス　１．０重量部、ステアリン酸１．０重量部及びア
クリル系樹脂７．０重量部とよりなる有機バインダとを
１５０℃で均一に加熱混練する。

この混練物を粒状となして射出成形機で射出成形し、５
ｍｍ厚さのブロック状抗折試験片の成形体を得る。

ついで、この成形体をアルミナ粉中に埋込み、密閉構造
の脱脂炉の中に入れ、脱脂炉を真空弓き（Ｉｍｂａｒ以
下）後、窒素ガスで炉内を置換する。その後、窒素ガス
を２９．７分の流量で供給しながら　１００℃まで３０
分で昇温後、引続き１００Ｃ／ｈｒの昇温速度で２００
°Ｃまて加熱後、冷却する。冷却後、成形体表面に付着
しているアルミナ粉を除去し、アルミナセラミックス製
の焼結用容器に処理した成形体を入れ、蓋をして真空炉
内に配置する。

真空炉内を真空引き後、窒素ガスを１９／分の流量で供
給しながら３００℃／ｈｒの昇温速度で室温から６００
℃まで直線的に加熱し３０分保持する。これに引き続き
ｌＯ’Ｔｏｒｒ以下の高真空下で１２５０℃まで３００
℃／ｈｒの昇温速度で直線的に加熱し一時間保持の焼結
を行った後、冷却する。

焼結体にはふくれとか割れ等の脱脂による欠陥は全く認
められず、健全な焼結体が得られた。

焼結体の密度は７．８ｇ／ｃｍ３で、焼結後の製品厚さ
は４．２０ｍｍで、線収縮率は１６．５％であった。ま
た、６００°Ｃまで加熱した脱脂後の試料の残留炭素量
は０．１０重量％で、焼結後は０．旧型量％以下となっ
ており、上記脱脂の目的は十分に達せられた。

実施例２ 実施例１で用いたステンレス鋼粉末の代りにカルボニル
鉄粉（平均粒径６μｍ）と、実施例１と同一のバインダ
の同量とを加熱混練した。混練物を射出成形機でリング
状の成形体を成形した。以後の脱脂、焼結は実施例１と
同様に行った。

焼結後の試料にはふくれや割れ等の脱脂による欠陥は全
く認められず、健全な焼結体が得られた。焼結体の密度
は７．４ｇ／ｃｍ　３で、成形体の外径５０．０ｍｍが
、焼結後は外径４１．８ｍｍで線収縮率は１６．５％で
あった。また、６００℃まで加熱した脱脂後の試料の残
留炭素量は０１５重量％で、真空焼結後は０．０１重量
％以下となっており、脱脂の目的は十分に達せられた。

焼結体の磁気測定を行った結果、最大透磁率２０００μ
１１磁束密度Ｂ　２５（Ｇ）　＝　１４，５００、保磁
力０．２０Ｈｃ　（Ｏｅ　）であり、優れた特性を示し
た。

［発明の効果］ 本発明によれば、金属粉末射出成形体の焼結に先立つ有
機バインダの脱脂にあたって、２段階の脱脂を行うこと
によって、脱脂時間の短縮、バインダの炭化、金属の酸
化、成形体に生じるふくれや割れなどの脱脂欠陥を除去
することができる。そして、ひいては焼結体の残留炭素
量の低減ができ、金属粉末の射出成形焼結における品質
の向上に寄与することかできる。

そして、第１段の脱脂において、成形体をアルミナ粉中
に埋込んで２００℃に加熱することにより、有機バイン
ダ中の滑剤、低融点ワックスおよび可塑剤等の低融点成
分を成形体表面から徐々に内部まで均一に除去し、成形
体内に連通気孔を形成する。これによって、二段目の真
空脱脂を３００〜ｂ で急速に加熱しても成形体にふくれや割れの生じる恐れ
がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１段脱脂を実施する装置の断面図、第２図は
第２段脱脂を実施する装置の断面図である。 １．２・・・成形体、３・・・脱脂炉、４・・・アルミ
ナ粉１．５・・・排気管、６・・・供給管、７・・ヒー
タ訃・・真空炉、９・・・グラファイトボックス、１０
・・・真空ポンプ、ｊｌ・・・ワックストラップ、１２
・・・焼結用容器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属粉末と低融点物質を含有する有機バインダとの混合
   材料を射出成形して得た成形体をアルミナ粉中に埋込み
   、脱脂炉内で化学的に不活性な雰囲気の中で２００℃ま
   で加熱して有機バインダ中の低融点物質を成形体を変形
   することなく除去し、次いでこの成形体を雰囲気温度を
   均一に保つため蓋付焼結用容器に入れ、真空炉内に設置
   し、真空炉を真空に減圧し真空炉内に不活性ガスを供給
   しながら、３００〜６００℃／ｈｒの昇温速度で５５０
   〜６５０℃℃まで加温して成形体中の有機バインダを除
   去することを特徴とする金属粉末射出成形体の脱脂方法
   。