JPH02267254A - 低圧プラズマ溶射を用いた熱間静水圧加工方法 - 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〕 本発明は金属又はセラミック成形品の製造方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

粉末を熱間静水圧加工（ＨＩＰ）処理により緻密化させ
る際には、メタルカプセルに封入する、ガラスカプセル
に封入する、又は圧粉後焼結して気孔を閉気孔化させる
かの、いずれかの前処理が行われている。

また、溶射被膜をＨＩＰ処理によって被膜を繊密化させ
、かつ母材との健全な接合面を得るためにも、やはり、
メタルカプセルに封入する、あるいはガラスカプセルに
封入する、あるいは減圧（低圧）下で気孔を閉気孔化さ
せた溶射被膜を形成させる、等の前処理が行われている
。特に第３の方法は主に低融点粉末を溶射させる場合に
可能である。

一方、プラズマ溶射後ＨＩＰ処理した例としては、スラ
スタ母材の表面にＮｂ、　Ｍｏ、Ｚｒｏｚ、Ｙ２Ｏ３等
を常圧プラズマ溶射後カプセルなしでＨＩＰ処理する方
法（特開昭６０−１１０８６２号公報）、金属又はセラ
ミック基材に減圧下でプラズマ溶射後ガラスカプセル法
、プラズマフレーム法で溶射層表面をシールしその後Ｈ
ＩＰ処理する方法（特開昭６１−１５９５６６号公報）
、金属又はセラミック基材に低圧下でプラズマ溶射後真
空焼結し、その後ＨＩＰ処理する方法（特開昭６１−２
８８０６０号公報）などが知られている。そのほか、鋼
管圧延機用芯金である３４５Ｃ上にモリブデンを常圧下
で溶射してからメタルカプセルしてＨ１Ｐ処理する方法
も開示されている（特開昭６１２８６０７７号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

メタルカプセル法は主に金属系材料のＨＩ　Ｐ前処理方
法として最も一般的な方法であるが、形状が複雑になっ
てくると、カプセル製作費が高価となっていた。さらに
出発原料が粉末の場合には、ＨＩＰ中の収縮率が大きい
ためカプセルの角、辺部と面部との剛性の差によって寸
法精度が悪く、適用できる複雑形状そのものも制限され
るという問題点があった。

また、ガラスカプセル法は主にセラミック系材料の前処
理法であるが、ガラスの粘性が低すぎると、ガラスが粉
末あるいは圧粉体内に侵入し、方、高すぎると角、辺部
との面部との差によって寸法精度に問題があった。ガラ
スの熱膨張率が原料のそれより小さい場合には、カプセ
ルが昇温中軟化する迄に割れてしまうという問題点もあ
った。

そのため、使用できる材料範囲が限定され、メタルカプ
セル同様に複雑形状品には不向きであった。

粉末を焼結し閉気孔化させる方法は、単相系の場合には
焼結体を閉気孔化させるために超微粉を真空焼結炉にて
高温長時間焼結する必要があり、コスト、時間の面で、
工業的に問題があった。また、高温における長時間処理
は結晶粒を粗大化させたため、機械的特性上も好ましく
なかった。また、合金系の場合にも、−船釣には単相系
と同様であるが、成分によっては、あるいは助剤、例え
ば、Ｓｉ、Ｎ４の場合には５ｉｎ２、ＭｇＯ，Ｆｅ系の
場合にはＢなどを添加することによって液相焼結させて
閉気孔化させることは可能である。しかし、結晶粒、析
出物の粗大化を招くという問題があった。

以上のように、閉気孔化させれば、内部の空孔を、）（
ＩＰにより消滅させることが可能だが、表面の空孔、欠
陥及び表面と連なっている開気孔は、ＨＩＰによっては
除去することができない。

溶射被膜の緻密化法の場合も、メタルカプセル、ガラス
カプセルを使用する方法に、上記と同じ問題点があった
。溶射被膜を粒度約１００μｍ以下での低融点（Ｆｅ系
以下）金属系粉末を数十〜数百Ｔｏｒｒ以下のプラズマ
溶射することにより閉気孔化させることは、可能である
。従って、粒度の粗い金属粉末や、一般に溶射で使用す
る粒度約１ｏｏＩｆｔＢ以下の高融点系金属粉末及びセ
ラミック系粉末の場合は、本方法の使用は困難である。

前記公開公報記載のプラズマ溶射後ＨＩＰ処理する方法
はいずれも接着強度の大きい被覆層の形成を意図してお
り、本発明のようにＨＩＰにおけるメタルカプセル等の
省略を意図してはいない。

しかも、特開昭６０−１１０８６２号公報及び特開昭６
１−２８６０７７号公報に記載された方法のプラズマ溶
射はいずれも低圧法ではなく、被溶射体も溶融品であっ
て焼結体等ではない。また、特開昭６１−１５９５６６
号公報に開示された方法もＨＩＰ処理はカプセル化後に
行っている。本発明は表層の被膜層の下部層にＨＩＰ処
理効果を与えることを目的とするため、特開昭６１−２
８８０６０号公開に開示された方法のように、ＩイＩＰ
処理前に真空焼結する必要はない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれらの課題を解決して緻密な金属又はセラミ
ック成形品を安価に製造しろる方法を提供するものであ
り、金属又はセラミック粉末の圧粉体、焼結体又は溶射
被膜の表面に金属又はセラミックを低圧プラズマ溶射し
て被膜を形成してから、熱間静水圧加工処理し、その後
該被膜を除去することを特徴としている。

圧粉体及び焼結体を形成する金属粉末は鉄粉、ＳＵＳ粉
、銅（合金）粉、高速度工具鋼粉、ニオブ（合金）粉、
モリブデン（合金）粉、タングステン（合金）粉、アル
ミ（合金）′ＦＡ、ニッケル（合金）粉、コバルト（合
金）粉、チタン（合金）粉等であり、セラミック粉末は
Ａｈａ、粉、ジルコニア粉、ＳｉＣ粉、５ｉＪ４粉、フ
ェライト粉、Ｔｉ０ｚ粉、ＴｉＢ２粉、ＳｉＯ□粉、サ
イアロン粉等である。金属粉末及びセラミック粉末の粒
径は平均粒径で１〜２００μｍ程度、好ましくは４０〜
１００μｍ程度である。

セラミック粉末は、平均粒径で好ましくは１距以下で、
それを造粒処理し、金属粉末の平均粒径程度の顆粒を圧
粉に供する。圧粉体及び焼結体の形成力法は公知の方法
によればよく、圧粉体は一軸加圧成形法（例えば金属粉
末３〜７　ｔｏｎ／ＣＴＡ程度）、ＣＩＰ法（例えば金
属粉末で２〜５　ｔｏｎ／ｃｆｆｌ程度）によって成形
することができる。また、焼結体は上記圧粉体や、射出
成形体、押出し成形体、鋳込成形体などを真空焼結炉、
水素、分解アンモニアガス等の雰囲気、焼結炉、大気焼
結炉、雰囲気加圧焼結炉（例えば、５ＵＳ３０４圧粉体
は、水素雰囲気中で１１５０〜Ｉ２５０°Ｃ１３０分程
度、超硬（ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ）合金圧粉体は、真空中
で予備焼結７００〜１０００°Ｃ，６０〜３００分、本
焼結１３５０〜１５５０”Ｃ，３０〜１８０分程度）に
よって成形することができる。

溶射被膜はモリブデン（合金）、コバルト（合金）、ニ
ッケル（合金）、ニオブ（合金）、ＭＣｒＡ］Ｙ（Ｍ　
：　Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ　）等の金属被膜あるいは八
Ｉｚ（ｈ、ジルコニア、Ｔｉｃ、　ＣｒｙＣｚ等のセラ
ミック被膜であり、膜厚は５０〜３０００μｍ程度、好
ましくは１００〜３００−程度である。溶射被膜の形成
方法は公知の方法によればよく、ガス溶射、プラズマ溶
射によって成形することができる。溶射被膜を形成する
芯材の材質は金属又はセラミックであればよく、例えば
軟鋼、低合金鋼、ステンレス、ニッケル合金、コバルト
合金、ＡｂＯｓ等が適当である。

圧粉体、焼結体、溶射被膜の空隙は原則として開気孔の
必要があり、したがって、閉気孔化した焼結体や低圧プ
ラズマ溶射被膜体は対象外となる。

但し、焼結体が真空下あるいは、水素雰囲気下で焼結さ
れた場合は、閉気孔化した焼結体でも、Ｉ］ＩＰ処理効
果に問題はなく、本発明の方法を通用できる。

これらの圧粉体、焼結体又は溶射被膜は原則として全表
面に金属又はセラミックを低圧プラズマ溶射して被膜を
形成する。溶射する金属及びセラミックの材質は被覆す
る圧粉体、焼結体又は溶射被膜にＨＩＰ処理中にＨＩＰ
媒体（Ａｒ）ガスの侵入を防止できる程度の閉気孔化可
能な材質であればよく、例えば前述のもののなかから選
択できるが、被溶射体である圧粉体、焼結体又は溶射被
膜と同材料であることが好ましい。形成させる被膜を圧
粉体、焼結体あるいは溶射被膜と同様の材質にした場合
は、メタルカプセルやガラスカプセルなどの際必要な、
脱カプセルやカプセルと圧粉体ないし焼結体との反応に
よる影響がない。プラズマ溶射は低圧、通常１００Ｔｏ
ｒｒ以下で行う。好ましい圧力は８０Ｔｏｒｒ以下であ
る。圧力の下限は特に制限されないが技術的見地から通
常４０Ｔｏｒｒ程度である。被膜厚は５０〜５００ｐｆ
ｆｌ程度、好ましくは１００〜３００ｎ程度である。

熱間静水圧加工ＨＩＰ処理は処理する材質に応じて異な
るが、その材質に応じて公知の処理条件にて行えばよい
。一般のＨＩＰ処理においては被処理物をメタルカプセ
ル、ガラスカプセル等に封入して処理されるが本発明の
方法においてはカプセル化は不要である。

ＨＩＰ処理後は被膜を除去する。除去方法は研削などの
物理的方法によって行ってもよく、被膜の材質によって
は例えば、純鉄の場合、塩酸、硫酸等の酸処理等の化学
的方法によって行ってもよい。この被膜の除去は金属又
はセラミック成形品の用途等に応じて異種材質の除去、
寸法精度間上等の目的で行われる。従って、被膜は全て
を除去する必要はない場合もある。

本発明の方法が適用される金属又はセラミック成形品の
種類は特に制限されないが、外形状が複雑で、メタルカ
プセル法やガラスカプセル法ではカプセル製作が難しい
製品が好適である。

［作用］ 本発明の方法は有気孔成形体等の表面に低圧プラズマ溶
射法で被膜を形成してシールしており、低圧溶射雰囲気
におくことによって成形体等を脱気するとともに溶射さ
れる溶融粒子の速度を高め被膜を緻密化している。プラ
ズマを利用しているため溶射される粒子の温度は高く十
分に溶融していることもこの緻密化に寄与している。

本発明の方法を図解して更に説明する。

第１図は本発明の方法を圧粉体に適用した例を示すもの
である。図面に示すように、圧粉体１の全表面にまず溶
射トーチ３で低圧プラズマ溶射し、圧粉体１に閉気孔化
した被膜４を形成させる。次に、これをＨＩ　Ｐ処理装
置５に入れてＨＩＰ処理を行うと、被膜４の内部の気孔
６が消滅して緻密化し、ＨＩＰ処理媒体がガス７の圧粉
体内部への進入を阻止する。したがって、この緻密化さ
れた被膜はメタルカプセル、ガラスカプセル等と同様の
作用をする。そこで、Ｆ（Ｉ　Ｐ処理によって欠陥のな
い焼結体８を得ることができる。

第２図は本発明の方法を焼結体に適用した例を示すもの
である。図面に示すように１、焼結体２の全表面にまず
溶射トーチ３で低圧プラズマ溶射し、焼結体２に閉気孔
化した被膜４を形成させる。次に、これをＨＩＰ処理装
置５に入れてＨＩ　Ｐ処理を行うと、被膜４の内部の気
孔が消滅して緻密化し、ＨＩＰ処理媒体がガス７の圧粉
体内部への進入を阻止する。焼結体においては、閉気孔
化させた焼結体をそのままＨＩＰ処理したときと異なり
、焼結体表面の欠陥９及び表面と連なっている開気孔１
０も消滅させることができる。

〔実施例〕

実施例１ 通常の粉末冶金部品製造方法に従い、水アトマイズ鉄粉
を６　ｔｏｎ／ｃｆｆｌで圧粉後メツシュベルト焼結炉
にて１０３０℃で３０分間し、気孔率１５％の純鉄焼結
体を得た。この焼結体の全表面に同組成の水アトマイズ
鉄粉（粒径１００ρ以下）を８０Ｔｏｒｒで低圧プラズ
マ溶射して１００μｍ厚の被膜を形成した。この純鉄溶
射被膜の気孔率は１％程度であり、十分に閉気孔化して
いた。これを１．１００″Ｃ，１０００気圧、１時間保
持の条件でＨＩＰ処理した後表面を研削して被膜を除去
した。得られた焼結体の全体の気孔率は１％以下となっ
た。この焼結体の直流磁気特性を測定したところ、ｐ　
ｍａｘ　＝　５４００、Ｂｚｏ＝１６２０Ｇと溶製品と
軟磁性純鉄（ＪＩＳ　５ＩＩＹＢ　１　）同様の特性が
得られた。

実施例２ ＳＫＤ６１の表面に８０Ｔｏｒｒ以下で低圧プラズマ溶
射してモリブデン層を２配形成させたところ、気孔率は
１０％と開気孔が多く含まれていた。そこで、さらに純
鉄粉（粒径１１００ａ以下）をモリブデン層の全表面に
８０Ｔｏｒｒで低圧プラズマ溶射し、８０ａｍ厚の被膜
を形成した。これを１３００°Ｃ１１８００気圧、２時
間保持の条件で、ＨＩＰ処理した後純鉄被膜を研削除去
した。得られたモリブデン層の気孔率は１％以下であっ
た。

実施例３ ＳＳ４１の表面に、粒径８０ｆｍ以下のＡＩＫＯ，粉末
を１８０Ｔｏｒｒで低圧プラズマ溶射し、２５０ｎ厚の
被膜を形成させたところ、この被膜の気孔率は、１６％
であった。さらにその上に１０ｐＩＩ＋以下のＡ１□０
３粉末を同条件で熔射し、５０μｍの被膜を形成させた
。この被膜の気孔率は３％と閉気孔化していた。これを
１３５０°Ｃ１１５００気圧、１時間保持の条件で、Ｈ
ＩＰＰ処理た。得られたＡｔ２０．層の気孔はほとんど
消滅していた。

〔発明の効果］ 圧粉体ないし焼結体の場合 本発明の方法において形成される被膜は、溶射できる形
状のものであればメタルカプセル、ガラスカプセルの代
わりとすることができるため、複雑形状に対する適用可
能範囲がメタルカプセル、ガラスカプセルよりはるかに
広い。

低圧プラズマ溶射て閉気孔化が可能な材質のＨＩＰ処理
の場合は、処理品と同組成の被膜が可能なため、メタル
カプセル、ガラスカプセルで必要な完全に脱カプセルす
る必要なく、低価格化が可能である。

閉気孔化させた焼結体をそのままＨＩ　Ｐ処理したとき
と異なり、表面欠陥、表面連通の開気孔を消滅させるこ
ともできるためより健全な焼結体を得ることができる。

溶射被膜の場合 上記で述べた様に？３！雑形状への対応性が高く、完全
に脱カプセルの必要がなく安価な接合方法とすることも
可能である。

溶射する粒度を粗くすると被膜形成速度（付着量）を高
くすることが可能であるが、気孔率が高くなる。従って
、粒度の粗い粉末で原料費低減生産性向上をはかること
ができる。そして、最表面のみを粒度の細かい粉末で閉
気孔化させた被膜を形成させることが可能で、−様に閉
気孔化させた被Ｈりを形成させてＨＩＰ処理するよりも
、形成被膜厚が厚くなれば厚くなる程、高生産性で、安
価な方法とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧粉体について、そして第２図は焼結体につい
て本発明の方法を適用した例をいずれも模式的に示した
図である。 特許出願人　　日本鋼管株式会社 代　理　人　　弁理士　口中　政浩 第２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属粉末又はセラミック粉末の圧粉体、焼結体、又は溶
   射被膜の表面に金属又はセラミックを低圧プラズマ溶射
   して被膜を形成してから、熱間静水圧加工処理し、その
   後該被膜を除去することを特徴とする金属又はセラミッ
   ク成形品の製造方法