JPH02141502A - 金属焼結品の製造法 - 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： 本発明は、産業機械をはじめ多様な構造体に含まれる金
属部品又は金属複合部材を、主要原料粉末の焼結により
製造する方法に関するもので、特に異形状の部品又は部
材を効率よく得る方法に係るものである。

従来技術； 目的とする部材品の成分組成に相当する主として金属粉
末を混練、加圧成形し、加熱して所要形状品を得る焼結
法は、鋳造、鍛造、切削等より複雑な形状のものを経済
的に得られるので広く用いられている。しかし、この焼
結の分野においては、原料粉末を成形するときのプレス
工程に形状的制約があり、プレス方向に対するアンダカ
ット、同じく直交する横孔並びにスリット、球面等の未
だ機械加工によらなければならない部分が残されている
。さらに部品形状を２つ以上のセグメントとして成形し
、焼結時に組立て接合する手段を用いて、より複雑な形
状品を高精度で製造することも試みられているが、組立
て接合が人手によっており、手間を要するとともに組立
て精度に難があった。

一方、３〜１５７１１１１径の微細金属粉に大部（４０
ＶＯＬ％以上）の樹脂バインダーを混練した材料を使用
する射出成形技術が開発されている。しかし、得られる
成形品は空隙率がほぼ０％ときわめて緻密であるととも
に、樹脂分が非常に多いことにより脱脂時の膨れ、割れ
、変形が起り易い。その防止のため、 （イ）長時間（通常は３５〜７０時間）をかり゛ζζ除
徐脱脂しなければならない、 （ロ）目的部材品の肉厚、形状に制約があり、特に肉厚
が大体７ｍｍ以下に限られる、（ハ）微細金属粉が高価
である、 等から、低コスト、高生産性を満足させる製造手段とは
いえない。

発明が解決しようとする課題： 射出成形によらず、金属粒をプレス成形する際には、粒
体間の摩擦抵抗が大きく、その」−粒体と型との摩擦抵
抗も大きいため、密度を」−げるには大きな加圧力が必
要である。その結果、耐圧性の大きな金型が必要となり
、さらに異形部材を成形したとき、各部位での密度のバ
ラツキが増すので、必然的に金型の形状、すなわち目的
とする部材品の形状の制約が免れない。

課題の解決手段： 本発明では、潤滑性の高い有機質バインダーを用いて金
属粉を一定の粒度に造粒し、これを用い°ζプレス成形
することにした。このような金属造粒粉をプレス成形す
れば、 （１）型・＼の金属粒の流れをよくし、型の内壁になし
み易い、 （２）加圧時の金属粒子間並びに金属粉子と型の内壁と
の摩擦抵抗を著しく下げる、 （３）プレス加圧力が各方向に分散付加され、いわゆる
擬似アイソスタチック的に作用するように改善される、 等の効果があり、複雑な形状の金型の使用を可能とし、
複雑な形状の部材品でも密度の偏差を生ずることなく、
すぐれた焼結晶が得られるようになる。

発明の構成・作用： 本発明に用いるバインダーは潤滑性にすくれており、パ
ラフィン、カルナウバワックス、マイクロクリスタン、
ポリエチレンワックス等のワックス類、アクリル樹脂、
酢酸セルロース、ポリビニールアルコール等の有機性物
質を使用する。これらの１種又は２種以上よりなるバイ
ンダーを、所望する部材品の組成と実用上一致する合金
粉、複数の金属粉、その他黒鉛、セラミック粉などから
なる混合粉末（以下、単に金属粉等と称する。）に対し
、その体積分率で１０〜４５ＶＯＩＪの範囲で添加する
。バインダーを添加しながら金属粉等を造粒機により混
練し、１　ｍｍ径以下に造粒した後、成形型に供給する
。このようにして得られる金属等の造粒粉は型への充填
時の流れを改善し、又定量給粉性を確保する。

そして、加圧成形に際して、型のアンダーカット部、逆
テーパ一部への均一な加圧力の伝播性並びに密度の均一
性を発現し、さらに型からの取出し時にも欠損の懸念が
なく安定な作業が行える。

この後の加熱脱脂工程を考えると、成形後の空隙率を５
〜１０％の範囲にすると脱脂性がよいことと、脱脂時及
び焼結時の歪量を考慮すれば、有機バインダーを除いた
構成金属等造粒粉末量が５０〜７０％となるように成形
圧を調整する。

第１表に、平均粒径約９０ρ程度の一般冶金用鉄粉を用
いて造粒するのに必要な有機バインダーの最小量を調べ
た結果を示す。これによるとワックス類で約５　ＶＯＩ
Ｊ、ステアリン酸で約５ＶＯＵ、アクリル樹脂で約１０
νｏＬｚ程度が必要であることが分る。さらに造粒粉の
流れ（成形時の充填性を左右する。）を表わす安息角及
び流動度も、造粒していない通常の鉄粉よりもよくなっ
ており、金型への充填性が向上している。なお、第１図
の顕微鏡写真に造粒粉の形状を示す。

第１表 単位：添加量−ＶＯＬＸ　　　安息角、流動塵−度ワッ
クス系バインダーを用いたときの、バインダー量と成形
密度との関係を調べた結果が第２図に示されている。こ
の結果から、成形圧が２０００ｋｇｆ／ｃ−ｆｉｌを超
えないで充分な成形強度が得られるのはバインダー量が
ｌｏＶＯＬ％以上のときである。また、バインダー量が
４５ＶＯＬχを超えると、成形体の空隙率を５％とした
ときの構成粉末量が５０％を切ることになり、第３図に
示すように脱脂時又は焼結時の変形が大きく、実用上問
題が多い。第２図中に、粉体を加圧成形して得られる成
形品の保形性を示すラトラー値が１．０を保全できる領
域を斜線囲いで示した。

上記のことは成形圧が２０００ｋｇｆ／ｃ＋ｆｌを超え
ると金型をプレス方向と平行な方向に分割するものとし
たときの型締力が大きくなりすぎるため、上限圧を２０
００ｋｇｆ／ｃＪに設定する点からも有利である。

バインダーにより成形時の粉体の流れを改善するため粒
径０．１〜１■の範囲に金属粉等を造粒し、製品形状の
型に充填し、加圧成形して生型とする。バインダーを添
加しないときは、加圧力が２０００ｋｇｆ／ｃ＋ｆｌ以
下ではグリーン強度がなく、成形は困難である。次いで
加圧成形した生型を、炉中での加熱脱脂又は溶剤中での
溶去脱脂により脱脂処理する。さらに真空、還元若しく
は不活性雰囲気で焼結する工程を経て金属焼結部材品を
得るのである。

従って本発明は、金属粉をバインダーを用いずに或いは
少量のバインダーを用いて加圧成形し、焼結する通常の
手段と異なって、 所望する製品の組成と実用上一致する金属粉、合金粉、
黒鉛並びにセラミックス粉などの非金属粉からなる混合
粉末に、この粉末に対する体積分率で１０〜４５ＶＯＬ
χを占める有機バインダーを混合し； 上記混合体を混練するとともに粒径が０．１〜ＩＩＩＩ
ｉｌの範囲となるように造粒し；この造粒粉を製品形状
の型に充填し、加圧成形し、脱脂処理した後焼結する； 構成となっている。

かかる構成とした本発明方法では、金属粉等を多量の有
機バインダーで造粒することにより粉体の流れを著しく
改善している。従って、低圧加圧でアンダーカット部や
逆テーパ一部へ金属粉等を均一に充填可能とし、均質な
成形が得られる。さらに成形圧が２００〜２０００ｋｇ
ｆ／ｃＩ１１まで下げることができ、従来のプレス成形
の形状的制約をほとんど解消した。脱脂後の成形密度に
限れば通常プレス成形品よりも低いが、成形体の密度分
布が均一なため、焼結による高密度化を低歪状態のもと
で達成した。なお、射出成形法よりも成型密度が高く、
歪も少な（なった。

全体的に一層のネットシェイプ化が可能となった。

実施例： 以下、本発明の製造法の具体的な実施例につき説明する
。

４６００系一般冶金鋼粉を用いて、炭素が１ｗｔχ、Ｐ
が０．６ｗｔχになるように黒鉛粉とリン鉄粉とを添加
して混合粉末とし、これに有機バインダーとしてパラフ
ィンワックスを混合、混線（高速ミキサー）し造粒粉と
した。これに有機バインダーとしてパラフィンワックス
を混合し、型に充填し加圧成形して第５図に示すような
部材品を作成した。造粒時のパラフィンワックスの混合
量は、２０．２５．３５．４５ノ各ｖＯＬ？４とした。

加圧は５００．１０００．２０００ｋｇｆ／ｃｒＭの面
圧で成形し、加熱脱脂後、真空雰囲気で１２５０°ＣＸ
１時間で焼結した。

本実施例による成形品の構成金属粉の体積分率が、第５
図に例示した部材品の外径、内径、高さの寸法精度のバ
ラツキに及ぼす影響を第３図に示した。前記したとおり
、バインダー量が４５ＶＯＬ％以下で構成金属粉末の体
積分率が５０％を超し、又、ｌ０ＶＯＬχを超し粉末の
体積分率が７０％以下となる範囲において、すぐれた寸
法精度が得られていることが明らかである。この範囲で
は焼結後の相対密度は約９６％であった。

これらの複雑な形状の金型に造粒粉を充填するとき、約
１０秒程度、金型に振動を付与すると、第４図に示すよ
うに組織の均一性が一層よくなる。特に、パラフィンワ
ックス系バインダーを２０ないし２５ＶＯＬχ混合した
造粒粉を５００ｋｇｆ／ｃｆｌ程度で成形するときには
、２％程度のトルエンなどの有機溶剤を添加し、金型又
はパンチを振動させながら成形することにより低加圧力
及び均一密度がより容易に達成できる。

脱脂性に関しては、成形品の空隙率を５％以上に保つと
第５図に例示した部材品では、最大でも５時間程度で完
了するが、従来の射出成形品では少くとも３００時間程
が必要であった。

発明の効果： 本発明によるときは、加圧成形圧を下げることが可能と
なるばかりでなく、型内で擬似アイソスタチック状の加
圧が充填造粒体に付加され、密度の均一化が図れる。そ
して、従来のプレス成形法では不可能であった複雑な形
状のものが、きわめてすぐれた精度のもとに得られるよ
うになった。

その結果、 （ａ）　　従来法では、接合焼結法で作成していた焼結
晶が、単体成形でできる、 （ｂ）　　射出成形法では成形工程又は脱脂工程の制約
から困難であった、厚肉・大型の複雑形状品の成形品が
低コストで施工できる、 等の効果があり、産業上の利用性は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における造粒粉の粒子構造を示す顕微鏡
写真、第２図はバインダー量と成形密度との関係を示す
図、第３図は寸法精度に及ぼす成形品の構成金属粉の体
積分率の影響を示す図、第４図は成形品の構成金属粉の
体積分率とプレス成形圧との関係を示す図である。 （％ン　５ｄ−１，ｙ￥≦　、し く％）赫ｗ並０１梓■繁 （％）″Ｖ豫姥町

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　金属粉を主要原料粉末とする粉体を所要の形状を現
   出する型に充填し、プレス成形し、焼結して所要形状の
   部材品を得る金属焼結品の製造法において： 所望する製品の組成と実用上一致する金属 粉、合金粉、黒鉛並びに非金属粉からなる混合粉末に、
   この粉末に対する体積分率で１０〜４５ＶＯＬ％を占め
   る有機バインダーを混合し；上記混合体を混練するとと
   もに粒径が０．１〜１ｍｍの範囲となるように造粒し； この造粒粉を製造形状の型に充填し、加圧 成形し、脱脂処理した後焼結する； ことを特徴とする金属焼結品の製造法。