JPH0215875A - 鉄系焼結部品のロー付接合方法 - 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） 本発明は鉄系焼結部品と鉄系焼結部品又は鉄系焼結部品
と鋼材をロー付接合することによって復雑影状部品を製
造し、又は異なる製法による部品を複合化するための鉄
系焼結部品のロー付接合方法に関するものである。

（従来の技術） 焼結部品と焼結部品を複合化する方法として銅溶浸によ
る接合、焼結時の寸法変化差を利用して接合する方法が
知られており、一方数年前から焼結部品のロー付接合が
実用化されはじめている。

このようなロー付接合で、従来鉄系焼結部品をロー付接
合することは、溶けたロー材が接合すべき面に浸透する
よりも、本体の鉄系焼結部品の空孔内に毛細管力で浸透
するため困難とされていた。

しかし、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系よりなるロー材を使用する
と、ロー材の融点（＋９２０’　Ｆ　）以上の温度に加
熱することによりロー材は溶け、しかも鉄と反応すると
融点が上昇するために焼結部品本体へのロー材の浸透量
が抑制され、良好なロー付接合が鉄系焼結部品に対して
も実施出来るようになってきたということである。

第１図はその原理の説明図である。図面において、（＋
）及び（２）は接合しようとする鉄系焼結合金、（３）
はＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系よりなるロー材、（４）は接合而
である。

第１図の状態において、ロー材（３）の融点以上の温度
に加熱すると、ロー材（３）が溶けて鴎）の方向へ流れ
焼結部品（２）の空孔へ入っていこうとする。

しかし、焼結部品（２）の鉄と反応しロー材（３）の融
点が上昇するため成る程度の深さまで浸透した段階で凝
固し、それ以上（８）の方向には浸透しなくなり、（４
）の方向、即ち接合面（４）に拡がり、鉄系焼結部品（
１）と（２）のロー付接合が出来るということである。

（解決しようとする課題） 焼結部品用のロー付として要求される性質は、■焼結部
品本体への浸透は出来るだけ少なく、■接合面でのロー
材の到達距離が長いことである。

しかし、ロー材のこのような性質は、ロー材する炉の雰
囲気、接合しようとする焼結部品の材料組成、接合面の
表面状態、接合部品Ｌ’ｌのギャップ等によって変化す
る。

鉄系焼結部品用のロー付として使用されている上述のＣ
ｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系材料は焼結部品本体への浸透深さ及び
接合面の到達距離を改善するために微埴の５ＩＮＢ等を
含んでいるが、第２図に示すように理想の要求とはほど
遠いものである。

接合しようとする焼結部品個々において、上述の如き要
因によって変化するものであれば、しかもオールマイテ
ィ的なロー材がないきすれば、何らかの方法でロー材の
流れ性を制御してやることが必要となってくる。

（課題を解決するための手段） 本発明は上述の課題を解決する鉄系焼結部品のロー付接
合方法を提供するもので、その特徴は鉄系焼結部品及び
ロー材共に圧粉体を用い、ロー材はＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系
の粉末に、３−１５％の鉄も）、１〜１０％の銅粉、１
〜７％のＳｎ粉のうち少くとも１種類を添加した圧粉体
を使用してロー材・状態に組立てた後、ロー材の融点以
上の温度で加熱してロー付と焼結を同時に行なうことに
ある。

単に接合面でのロー材の到達距離を長くする手段として
例えば特許第１２０１７０２号に示されるように接合面
に溝を設ける方法もあるが、これだけでは上述の変動要
因に対して不十分であり、変動要因に対してロー材その
もので何らかの対策をすることが重要である。

この方法としては、■ロー材の原料そのものを変化させ
る方法、■ロー材原料そのものは固定しておいて、添加
元素を加えてロー材の性質を変化させる方法が考えられ
る。このうち、■の方法は接合部品に応じて原料組成を
変えることが必要であり、ロー材の種類が多くなりすぎ
て実用的でない。従って■の方法がペターであるが、ど
のような添加元素を加えていけばよいのかを明確にする
必要がある。

（添加元素の探索） どのような添加元素を加えればよいかを探索するため次
のような実験を行なった。

実験方法： Ｐ／Ｍ：Ｆｅ（成形密度［ｉ　、　８　ｇ／ｃｍ３）ロ
ー材二ロー材組成＋Ｆｅｓ　Ｓｎｓ　Ｃｕ混合ロー材組
成：　Ｃｕ　＋４ＯＮｉ　＋　２０Ｍｎ　＋　２８ｉ　
＋　ＩＢ第３図（イ）のようにＰ／Ｍ上にロー材をセッ
トし、同図（ロ）のようにブタン変成ガス中で１１３０
℃×２０分加熱焼結し、同図（ハ）のようにロー材の表
面へのひろがり、Ｐ／Ｍ本体への浸透について調査した
。

結果：ロー材の特性を変化させうる元素としてを効なＦ
ｅ１Ｓｎｓ　Ｃｕを見出した。

Ｆｅについては、第４図に示すように、添加量を＋５％
以上、例えば２０％添加すると同図（Ｏ）のようにロー
材がＰ／Ｍ上面で丸まってしまって横方向にはひろがら
ない。従って１５％以下にする必要がある。又ロー材の
圧粉体強度は改善されない。

Ｃｕは添加量を増加させればさせる程、第５図（ロ）の
ようにＰ／Ｍ本体への浸透は増大するが、ロー材の圧粉
体強度は著しく改善される。又ＳｎはＣｕと同じような
傾向を示すが、圧粉体強度は改善されない。

これらの結果からＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系ロー材めみではＰ
／Ｍ本体への浸透量が多いが、Ｆｅを添加すると本体へ
の浸透を抑えることが出来るし、ＣｕｘＳｎを添加する
とＰ／Ｍ本体への浸透量は多くなるものの、横方向への
ひろがりも増大することがわかり、ロー材の流れ性をル
制御する方法を見出した。

又ロー材にＦｅを固溶させた合金粉末を用いるとロー材
の融点が上昇するので、一般の焼結温度では使用出来な
くなるので、Ｆｅは外部添加することが必要である。

（実施例） ロー材の本体への浸透深さを少なくすることが重要なの
で、Ｆｅの添加について実験を行なった。

実験１： Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系ロー材に一般に粉末冶金用として使
用されているアトマイズ鉄粉を５％混合し、８　ｔ　ｏ
　ｎ／ｃＪの圧力でロー材の圧粉体を作り実験を行なっ
た。比較のために鉄粉を入れないものについても同じ条
件で作成した。

第６図（イ）は本実験における成形〜セットの状聾図で
、本体Ｐ／ＭはＡｌＢとも同一材料で、Ｆｅ＋２％Ｃｕ
＋０．８％Ｃ１成形密度８．５ｇ／ａｍ’のものを用い
た。これを■：１３０℃×２０分ブタン変成ガス、■：
１２５０℃×８０分Ｎ２ガス中でロー付し、焼結した。

（第６図ロ参厨） その結果、焼結温度が高くなるとロー材はＰ／Ｍ本体へ
の浸透、接合部への到達距離も大きくなる。

又鉄粉を混合した方が、しないものよりＰ／Ｍ本体への
浸透是が少ないことが確認された。

実験２： 第７図は本実験に用いたサンプルの構造図で、同図（イ
）は上面図、同図（ロ）は縦断面図、同図（ハ）は下面
図である。

Ｐ／Ｍ本体はＦｅ＋２％Ｃｕ　＋　０．８Ｃ、成形密度
８．５ｇ／ｃｓ”、ロー材はＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系＋５％
Ｆｅｚ成形圧力８　ｔ　ｏ　ｎ／ｃｌで、図のようなサ
ンプル１００ケを製作し、＋＋３０℃Ｘ２Ｇ分、ブタン
変成ガス中でロー付、焼結した。

結果は、４０％の接合不良（スキマ）が発生した。

この原因究明のためロー材の圧粉体中のＦｅを定量分析
したところ、５％の配合にもかかわらず、３〜７％もば
らついていることがＦ＋１明した。この発生理由は、ロ
ー材の粒度が＃−４０〜＋２００であるにもかかわらず
、鉄わ）が＃−１００と細かいため、混合〜給粉までの
工程中で偏析したものと７１１定される。

実験３： ロー付として添加する鉄粉の粒度の粗い＃−６５の粉末
を使用し、実験２と同様のテストを行なったところ、１
００％良好な結果が得られた。

この実験を５回繰り返したところ、微小なスキマもない
状態のものが８０〜１００％、局部的に微少なスキマの
ものも良好とすると１００％という結果が得られた。

このように、ロー材の粒度と鉄粉の粒度を近づけるだけ
で、接合結果が大幅に改善されることが判明した。

実験４： ロー付と鉄粉を混合するとき、鉄粉が偏析しないように
すればよいわけで、ロー材にオレイン酸を加えて母混合
した後、細かい鉄粉を加えて混合したところ、実験３と
同様な良好な結果が得られた。

基材的にはロー付と鉄粉の偏析を防止すればよいわけで
あるから、ロー付と鉄粉を局部的に拡散結合してもよい
。

実験５： ロー付としてＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系ロー材＋５％Ｆｅ（粒
度を粗くした鉄粉）＋２％Ｓｎを使用してロー付実験を
行なったところ、Ｆｅ扮のみの場合よりも本体への浸透
は若干太き（なるものの接合面への浸透も大きくなり良
好な接合結果を得ることが出来た。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の鉄系焼結部品の接合方法に
よれば、ロー付としてＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系の粉末に鉄粉
、銅粉、Ｓｎ粉の少なくとも１Ｆ！Ｉｉ類以上を添加し
た圧粉体を用いることにより、その流れ性が改善され、
良好な接合部品を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉄系焼結部品のロー付による原理の説明図であ
る。 第２図はロー付としてのＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ系材料の本体
への浸透深さと、接合面での到達距離の関係特性図であ
る。 第３図（イ）〜（ハ）はロー材組成への添加元素の探索
のための実験の説明図であり、第４図（イ）、←）は鉄
粉添加、第５図（イ）、（ロ）は銅粉添加の場合の状態
図である。 第６図（イ）（ロ）は鉄粉添加の効果の実験の説明図で
ある。 第７図は同上実験のサンプルの構造図で、同図（イ）は
上面図、同図（ロ）は縦断面図、同図（ハ）は下面図で
ある。 １．２・・・鉄系焼結部品、３・・・ロー材、４・・・
接合面、 耳３回 １０％

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄系焼結部品と鉄系焼結部品又は鉄系焼結部品と
   鋼材をロー付接合する方法において、鉄系焼結部品及び
   ロー材共に圧粉体を用い、ロー材はＣｕ＋３０〜５０％
   Ｎｉ＋１５〜２５％Ｍｎ＋１〜５％Ｓｉ＋０．５〜２．
   ０％Ｂよりなる合金粉末に３〜１５％の鉄粉、１〜１０
   ％の銅粉、１〜７％のＳｎ粉のうち少なくとも１種類以
   上を添加した圧粉体を使用してロー付状態に組立てた後
   、ロー材の融点以上の温度で加熱してロー付と焼結を同
   時に行なうことを特徴とする鉄系焼結部品のロー付接合
   方法。