JPH02236202A - 低融点金属焼結体の製造方法 - 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、成形用金型やその他種々の機械部品等とな
る低融点金属焼結体の製造方法に関し、特に亜鉛や亜鉛
を主体とする合金の粉末からなる低融点金属焼結体の製
造方法に関するものである．〔従来の技術） 亜鉛の金属は、融点が４１５゜Ｃ程度と低い金属であり
、また空気中でも表面に塩基性薄膜を生じて内部の酸化
を防ぎ、海水に対しても耐食性があるなど、取扱い易い
金属である。

その反面、柔らかくて脆いという欠点がある。

そのため、亜鉛金属成形品において、強度や硬度を上げ
て用途の拡大を図ることが望まれるでいる。

近年、粉末冶金技術の進歩につれて、亜鉛＄５）末に急
冷凝固法でアルミニウムを混入し、従来の溶解法により
平衡状態で得た合金では容易に達成できない物性を得て
いる。例えば、防振合金やアルミニウムの含有量を増や
すことにより、脆さを減少させ、耐力も２０〜４０ｋｇ
／ｍ”と増加させることができる． （発明が解決しようとする課題） しかし、硬度はブリネル硬さで８５〜１２０、ショア硬
度ではＨｓ＝２０以下と不充分である．このように、急
冷凝固法では強度を強めることはできるが、硬度は鋼材
程度まで高めることはできない．また、脆さについても
充分な改善を図ることができない． また、従来の粉末冶金法では、複雑な形状に対しては側
面の形状や細部に至るまで成形することは困難であり、
また、いわゆるパリも生し易く、特に亜鉛ダイカスト成
形でパリの発生を抑えることが難しく、表面仕上げ加工
を必要とするなど種々の問題点がある．すなわち、転写
性が良く、しかも緻密な表面を持った焼結面を得ること
が難しい． 一方、成形型を製造するためのモデルの加工に関しては
、最近放電加工が発達し、表面の粗さは小さい電極では
０．８μＲｍａｘ程度まで加工ができるようになった．
しかし、この機械は相当高価であり、加工工数も多いの
で、モデルの加工費は相当高くなる．通常、同じモデル
を数個作り、多数個取りの成形を行うので、モデルの製
作個数が多く、より一層コストが高くなる． 請求項（１）〜（３）の発明の目的は、硬度の向上が図
れ、しかも転写性が良く、また表面仕上げ加工などの後
加工の省略が図れる低融点金属焼結体の製造方体を提供
．することである． 請求項（４）の発明の目的は、さらに緻密な表面が得ら
れ、かつモデルの再使用が可能な低融点金属焼結体の製
造方法を提供することである．〔課題を解決する７こめ
の手段〕 この発明の低融点金属焼結体の製造方法は、亜鉛または
亜鉛を主体とする合金の粉末を機械的粉砕方法により粉
砕し，粉砕時間の異なる複数種の微粉末を得る．例えば
、粉砕時間が５時間，１０時間，１５時間，２０時間，
２５時間の５種類の微粉末を得る．機械機粉砕にはボー
ルミルや自動乳鉢等を使用する．粒度は３５０メッシュ
を通遇する程度の微粉末が望ましい．このようにして得
た粉砕時間の異なる複数種の微粉末を混合し、その混合
微粉末に、機械的に粉砕しない亜鉛または亜鉛合金粉末
を混合する．この未粉砕粉末は、急冷凝固法等により得
たものであり、銀灰白色を呈している．前記のように粉
砕すると、一部超微粉末が発生し、また不完全な酸化状
態となり、黒色化して活性化状態となる．このようにし
て得た混合粉末を加熱および加圧し、焼結する．加熱お
よび加圧の装置としては、ホットプレス，射出成形装置
、高周波加熱装置等を使用する。

請求項（２）の低融点金属焼結体の製造方法は、請求項
（１〕の方法において、粉砕時間の異なる複数種の微粉
末の混合微粉末１００重量部に対し、硅酸塩基類の複合
溶液１０重量部以下の溶液を浸透させる． 請求項（３）の低融点金ＷＡ焼結体の製造方法は、請求
項（１）の方法において、前記の未粉砕粉末を混合した
混合粉末に、さらにセラミックおよび繊維の少な《とも
一方を混合する。

請求項（４）の低融点金属焼結体の製造方法は、加熱・
加圧を行う成形型として、メ・冫キ層等の金属膜で覆っ
たモデルを使用する。

〔作用］ 亜鉛または亜鉛を主体とする合金の粉末を機械的粉砕方
法により粉砕した場合、その粉砕した微粉末の表面は黒
色を帯び、練り時間が経過するほど黒色が濃くなる．こ
の色により粉砕時間が異なるｖＩＩ＄９末であることが
判別できる．黒色を帯びるのは、粒子が一部超微粉末化
したことと、一部不完全酸化したことを示し、混練する
ほど超微粉末化し、黒色を帯び、活性化が進んでくる。

したがって、粉砕時間の異なる微粉末を混合することに
より、酸化程度の異なる微粉末が混合されたことになる
． ここで、酸化を抑えて超微粉末の黒色化を促進するため
には、超微粉末炭化硅素の混合が非常に有効である。炭
化硅素を入れないでアルミニュウム粉末を自動乳鉢で混
練した場合、次第に銀灰白色からねずみ色および濃いね
ずみ色を経て白色に近くなり、白い粒子が見えるように
なる（／ｌ１練時間２５時間位）．シかるに、超微粉末
の炭化硅素を入れて混練すると、次第に、銀灰白色一ね
ずみ色一濃いねずみ色一黒い艶のある柔らかい粉末へと
変化する（混練時間２５時間位）．このように、超微粉
末の炭化硅素を少１（５〜１０％位）用いることで、早
めに超微粉末化させることができる．この混合微粉末を
、亜鉛または亜鉛を主体とする合金の未粉砕粉末と混合
し、加熱・加圧を行うことにより半溶融焼結体となる。

この場合に、不完全酸化の程度の異なる微粉末を混合し
てあるので、凝固温度に差が生じ、そのため一度に液化
しないで徐々に溶融する．すなわち、微粉末の凝固温度
は表面の不完全酸化の程度、超微粉末化の程度によって
異なり、粉砕時間の長い酸化の進んだ黒色の微粉末は溶
融し難く、粉砕時間の短い微粉末と比べて凝固温度は例
えば８０゜Ｃ程度の差が生しる．そのため、徐々に溶融
することになり、全体が溶融するまでは粘性の高い流動
状態となる．このように粘度の高い流動状態になるので
、パリの発生が少なくなり、加圧により複雑な形状にも
焼結体が流れ込み、通常の粉末冶金法では無理とされて
いる金型側面の溝等の細部まで充填可能で、転写性が良
い．しかも、表面仕上げ加工等の後工程が不要となる。

焼結を行う場合、亜鉛または亜鉛を主体とする合金の未
扮砕粉末は核となり、粉砕超微粉末がその回りを覆って
凝固する．このとき、核とその外面を覆，う材質４とが
同じ亜鉛類であるため、溶融の際に分離しない．そのた
め強度が強い。また、焼結により亜鉛は部分的に酸化し
て酸化亜鉛（ＺｎＯ）になり、セラミック化する。その
ため焼結体の硬度が高くなる． 請求項（２）の方法では、粉砕時間の異なる、すなわち
酸化の不完全な趙微粉末の含有匿の異なる数種の微粉末
の混合微粉末と、硅酸塩基類の複合溶液を混合する．こ
の複合溶液は、ρ１１１０〜ｌ２のアルカリｆ＠液であ
り、例えば次の配合例のものを使用する． ３号硅酸ソーダ　　　１２０ｇ ２号珪酸ソーダ　　　　５０ｇ 珪酸カリウム　　　　　１０ｇ アモルファスシリカ　１２０ｇ コロイダルシリカ　　　４５ｇ その他（硬化剤）　約１０ｇ　（ただし、使用時に添加
） この場合、前記複合溶液は、例えば活性炭でろ過し、そ
のろ過した溶液５重量部を希釈して添加しても良い。ろ
過液としては、水でも良いが、酢酸水が好ましい，希釈
した複合溶液はｐ｛｛７〜１０程度のアルカリ溶液とな
る。

この複合溶液の混合により混合微粉末を泥状物とし、例
えば２〜３時間接触させる。この後、ろ過し、ろ過物を
高純度のアルコール液中に浸す．しばらく　（３〜４時
間位）放置すると、このアルコール液は粘って《る。再
びろ過．乾燥し、さらさらの粉末とする． 前記の硅酸塩基類の複合溶液はつぎの作用がある．機械
的粉砕と超微粉末の炭化硅素との相互作用により黒色化
した亜鉛または亜鉛を主体とする合金の粉末は、紹微粉
末化し、また表面が酸化の不完全に進んだ活性化の状態
となっている．これに硅酸塩類の複合液（ｐｌ１９〜１
０位のアルカリ性液）を混合すると、亜鉛粉末の表面が
活性化されているので、硅酸塩類と反応し、ｐｌ１は減
少し、同時に硅酸ソーダが膜となって黒色化または黒色
化されていない粉末を包む形となる．すなわち、Ｎａｇ
ＳＩＯｓ　＋ｌＩ＊０”２ＮａＯＩｌ＋ＩＩｇＳｉＯｔ
＋　ＮａＯＩＩ　＋　Ｚｎ−４Ｚｎ　（Ｏｆ！）　ｘ２
ＮａＯＩＩ　＋Ｚｎ（Ｏｉｌ）ｇ　−ＮａＪｒ＋（Ｏｆ
ｆ）ａとなり、Ｚｎ　（０１１）　ｘあるいはＮａｔＺ
ｎ（Ｏｌｌ）ａのようなヒドロキシ塩と種々の形の亜鉛
の化合物が表面に生成する．この泥状物をろ過し、ろ過
物に高純度のアルコール（純度９９％）を添加してしば
らく放置すると粘度が増してくる．上述の化合物の他に
アルコキソ塩Ｎａ　（Ｚｒ＋（Ｏ［！ｔ），）が若干発
生すると思われる． しかし全体的にみて中和されるので、ｐｌ＋は減し同時
に硅酸塩の膜が表面に析出し、半溶融焼結の際にｚｎ　
Ｏ　＋　Ｓ　ｉＯ　！の化合物が分子状に細かくでき、
単にＺｎＯ，ＳｉＯ１の粒子を混合したのとは違ってく
る．したがって、粘度が高分子の粘度と同じように高く
なり、ダイカスト成形で問題となっているパリの発生を
抑えることができる。また加熱に際しては、粒子の回り
がＺｎ　（ＯＨ）　ｔの膜、Ｎａｚｚｎ（ＯＨ）　ａの
膜、アルキソ塩と化したＺｎの膜、硅酸塩の膜、その他
のＺｎの不完全な酸化膜で包まれることになり、内部の
Ｚｎ．Ｚｎ粉末合金全複合体を溶かすのに熱伝導度の悪
い膜で包まれたことになるので、加熱方法、加熱中の撹
拌も重要となる．電気炉を使用する場合と高周波を使用
する場合とを比較すると、膜を破って粒子内容物が外破
に溶出する溶出温度が８０〜１５０　’Ｃ程の違いとな
り、したがって電気炉よりも高周波を利用した方が、こ
の粒子の特性をはるかによく生かすことができる． 請求項（３）の方法では、請求項（２）の方法で得たさ
らさらの混合物の粉末に、繊維（金属．非金属繊維等）
またはセラミック粉末と、その他滑り材を添加する．こ
の混合物を材料として加熱・加圧により焼結を行う。

この加熱・加圧により半ｉ８融焼結体を造る成形方法と
、その成形材料の組成物として硬度増進材急冷凝固法で
造った亜鉛合金粉末．セラミノクおよび繊維の混合物を
使用したこととが相まって、亜鉛の脆さを軽残し、鉄よ
りも軽く、鉄なみの硬度を有する焼結体が得られる。

請求項（４）の方法によると、つぎの作用が得られる。

モデルの表面を金属膜で覆うので、金属等の溶出物等に
よってモデルが汚れなくてすみ、繰り返し使用が可能で
あると同時に、金属の無電解ＮｉＰメッキによって耐薬
品性・耐摩耗性が大いに向上する，このようにモデルの
繰り返し使用が可能であるため、多数個取りの成形を行
う場合等に、モデルを数個作る代わりに、メッキ等の金
属膜で覆ったモデルを１個作成するだけですむ。そのた
めモデルのコストが低滅する。

しかも、この金属膜と半熔融焼結法との併用により、細
かい型形状の細部にまで焼結体が行きわたり、また電着
の特徴を生かし、モデルの精度に応じて転写が可能であ
り、緻密な表面が得られる．前記の半溶融焼結体の硬度
は、Ｈｓ＝３５以上であり、時間が経遇すると４０〜５
０と上昇してくる。これは通常の構造用鋼の硬度に匹敵
する。

そのため、モデル表面を金属膜で覆う方法と併用するこ
とにより、エンジニアリングプラスチックの簡易金型用
材料等に好適である。

〔実施例〕

尖里炎上 急冷凝固粉末の複合材からなる亜鉛合金粉末（アルミニ
ウム含有ｉｔ２２ｗｔ％で超塑性合金）を準備する。こ
の亜鉛合金粉末を（Ｚｎ−Ａ−１）と称する。この粉末
１２０ｇにさらにアルミニウム粉末３０ｇと炭化硅素の
微粉末３ｇ加えた割合の混合粉末を自動乳鉢により混練
し、混合微粉末を得る．この場合、時間割りで５時間，
１０時間，１５時間，２０時間．２５時間と５種類の混
練時間の混合微粉末を別々に混練して得る。混合粉末は
黒色になるが、混練時間が長い程酸化の程度が進むため
、黒色が濃くなってくる。これら５種類の混合微粉末を
、各々１００ｇずつ合計５００ｇボールミルに入れ、そ
の中で１２０分程度混合する（１）。

（１）の混合物１００重量部に対して、硅酸塩類のｉ１
記複合溶液、またはそれを活性炭でろ過した赤黄色の透
明のる／ｌ！５重量部を希釈して加え、どろどろの泥状
物とし、２〜３時間浸したまま時々撹き混ぜる。この後
、ろ過し、再びろ過物をアルコール液中に浸し、撹拌す
る。この混合物はしばらく放置すると粘りを生して来る
。これをろ過し、ろ過物を乾燥させて柔らかいさらさら
の粉末とする（１１）。

（ＩＩ）の混合物１５０　ｇにアトマイザーで処理した
根灰白色の亜鉛合金粉末（Ｚｎ−Ａ−１）　２５ｇと、
滑り剤ステアリン酸亜鉛０．５＋ｍｔ％を添加し、自動
乳鉢で約６０分混合する（ＩＩＩ）。

（ＩＩＩ）の混合物１００　ｇに鉄繊維（長さ１皿，直
径５０μ）、またはチタン酸カリの繊維５〜１０ｗｔ％
を、上部パンチ．下部ダイス（モデルを含む）とその受
け台からなる円筒状の充填容器に充填し、プレス圧０　
＝　１　０　０　０　ｋｇ／ｃｄの範囲で常温圧粉体を
作る． 金型に使用するモデルについては、表面を無電解メノキ
し、この後クロメート化し（酸化膜で離型剤に相当する
）、さらに電着Ｎｉメッキしたものを用いる。したがっ
て、モデルの外側は金属膜で覆われており、その外側は
鋼材の充填容器で囲まれ、中間体が充填体一圧粉体一焼
結体となる．この充填容器中の圧扮体は、半密閉窒素ガ
ス雰囲気中で、加圧０〜１５０ｋｇ／ｃシの範囲で、温
度４００〜５　０　０　”Ｃで１５分程度加熱する．こ
の間、充填体が加圧に応じて徐々に溶解し、モデルの細
部にまで行きわたる．冷却後、この焼結体はモデルから
抜かれる。この焼結体は、モデルに接触した面は金属膜
（５０−１００μ）で包まれた焼結体で、鋳造法と焼結
法の両作用を受けた半溶融焼結体となる。

この半溶融焼結体を旋盤で削ると、切り屑は繋がってお
り、断面は金属光沢があり、比重は約４．６で、モデル
の側面の溝にも一様に充填される．この焼結体の耐力は
２５ｋｇ／ｍ”程度、ショア硬度Ｈｓ＝３５前後で、３
５５Ｃ鋼材の硬さに匹敵する。ドリルで穿孔した場合、
入口および出口の欠けはなく、亜鉛の脆さも改良された
。

月１糺Ｉ 実施例ｌで示したように、急例凝固粉末の複合材からな
る亜鉛合金粉末（アルミニウム２２−ｔ％）（Ｚｎ−Ａ
−１）を準備する。この亜鉛合金粉末１５０ｇと、炭化
硅素３ｇの割合の混合わ｝末を自動乳鉢により混練し、
混合微粉末を得る．この場合、時間割りで５時間．ＩＯ
時間，１５時間．２０時間，２５時間と５種類の混合時
間の混合微粉末を別々に混練して得る。混合粉末は黒色
になるが、混練時間が長い程超微粉末化、不完全酸化の
程度が進むため、黒色が濃くなってくる。

これら５種類の混合微粉末を、各々１００ｇずつ合計５
００ｇボールミルに入れ、その中で１２０分程度混合す
る（１）。

（１）の混合微粉末（１００重量部）に対して、前記硅
酸塩基類の複合溶液、またはこれを活性炭でろ過した赤
黄色の透明のる液５重量部を希釈して加え、どろどろの
泥状物とし、２〜３時間浸したまま時々撹き混ぜる。こ
のあと、ろ過し再びろ過物をアルコール液中に浸し撹拌
する。この混合物は、しばらく放置すると、粘りを生じ
てくる。

これをろ過し、ろ過物を乾燥し、柔らかいさらさらした
粉末とする（ｎ′）。

（ＩＩ）の混合物２００ｇをとり、この混合物の核とな
る亜鉛合金粉末（アルミニウム５Ｑｗｔ％）（Ｚｎ−Ａ
−［１と称する）を６０ｇとステアリン酸亜鉛の微粉末
０．５１％添加し、ボールミル中で約６０分程度混合す
る（■′）。

この混合物（■′）を充填容器に充填し、プレス圧０　
＝　１　０　０　０　ｋｇ／ｃｄの範囲で加圧しながら
、半密閉の窒素（Ｎ３）雰囲気下で、温度４００〜５０
０゜Ｃで１５分程度加熱し、断続的に０〜２００　ｋｇ
　／　ｃｄの範囲で加熱する．亜鉛合金粉末（ＺｎＡ−
Ｉ１）と結合した亜鉛合金粉末（Ｚｎ−ＡＩ）が、加熱
・加圧に応じて徐々に溶解して行き、核は亜鉛合金粒子
（Ｚｎ−Ａ−■）で、その回りを硬度が鋼材なみに高め
られた低アルミニウム含有の亜鉛合金粒子（Ｚｎ−Ａ−
１）で包まれた型となる。

この半溶融焼結体の耐力は、３０ｋｇ／■２以上で、時
間が経過すると４０以上ともなる。硬さについてはＨｓ
＝３５前後で鋼材なみの値を示す。

比重は約４．６で、亜鉛金属の比重７．１より減少し軽
くなり、脆さも大きく改善された。　また、前記混合物
（ｍ′）は、半溶融焼結体の状態にして使用するので、
射出成形機で予め加熱・加圧で成形材料を半溶融焼結体
の状態にして金型内に射出成形することができる。

〔発明の効果〕

この発明の低融点金属焼結体の製造方法によると、亜鉛
または亜鉛を正体とする合金の粉砕時間の異なる複数種
の微粉末を混合し、かつ半溶融焼結法を採用するので、
硬度の向上が図れ、しかも転写性が良く、また表面仕上
げ加工等の後工程の省略が図れる。

この混合物は、半／８融焼結法で成形するので、鋳造法
と焼結法の両作用を受けて溶出部がプラスチックの溶融
物に近い流動性になるので、射出成形機用材料、高周波
用材料にも適し、機械部品として自動車産業，電気機械
産業等に幅広く用いることができる． 請求項（４）の方法では、半溶融焼結体と金属膜とを組
み合わせるため、普通の粉末冶金法での焼結では難しい
とされている焼結面の仕上げ等、後加工を必要としない
で、転写性良く緻密な表面を得ることができる．しかも
モデル表面の汚れが少なく、モデルの再使用が可能とい
う効果がある。

手続補正四（吟 平成　１年　５月１２１

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）亜鉛または亜鉛を主体とする合金の粉末を機械的
   粉砕方法により粉砕し、粉砕時間の異なる複数種の微粉
   末を得る過程と、この複数種の微粉末を混合する過程と
   、この混合微粉末に未粉砕の亜鉛または亜鉛を主体とす
   る合金の粉末を混合する過程と、この混合粉末を加熱お
   よび加圧して焼結する過程とを含む低融点金属焼結体の
   製造方法。
2. （２）前記粉砕時間の異なる微粉末の混合微粉末１００
   重量部に対し、硅酸塩基類の複合溶液１０重量部以下の
   溶液を浸透させる請求項（１）記載の低融点金属焼結体
   の製造方法。
3. （３）前記未粉砕の亜鉛または亜鉛を主体とする合金の
   粉末を混合した混合粉末に、さらにセラミックおよび繊
   維の少なくとも一方を混合する請求項（１）記載の低融
   点金属焼結体の製造方法。
4. （４）前記加熱・加圧を行うときに使用する成形型とし
   て、金属膜で覆ったモデルを使用する請求項（１）記載
   の低融点金属焼結体の製造方法。