JPH0227401B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルミニウム合金焼結品の製造方法
に関する。

〔従来の技術〕

ガスアトマイズ法等により得られたアルミニウ
ム合金の急冷凝固粉末を原料とするアルミニウム
合金焼結品の製造方法は、アルミニウム合金（以
下、「アルミ合金」）粉末を、軟化焼鈍および乾燥
のために加熱処理する工程、加熱された粉末を加
圧成形機により高圧下力（例えば2000Kg／cm²）で
所定形状に加圧成形する工程、およびその成形体
を約350〜400℃で焼結する工程、更にそれを約
350〜400℃での熱間押出加工（例えば面圧：約
8000Kg／cm²、押出速度：10mm／秒）に付し、断面
積比：約10以上の強加工を加える工程からなり、
その熱間押出加工品に機械加工を施すことにより
目的とする形状・サイズの部品に仕上げられる。

上記製造工程において、粉末の加圧成形体を焼
結したのち、更に熱間押出加工を行うのは、粉末
同士の焼結を完全ならしめるためである。すなわ
ちアルミニウム合金粉末の表面は強固な酸化皮膜
（Al₂O₃）で被われているので、単にその粉末を
加圧成形して焼結するだけでは、十分に粉末同士
を結合させることができない。そこで、その成形
体を熱間押出加工に付し、断面積比で約10以上の
強加工を加え、粉末に圧縮と剪断力を作用させて
酸化皮膜を破壊することにより、粉末同士の焼結
を完全なものとするのである。従つて、熱間押出
加工はアルミニウム合金焼結品の製造に欠くこと
ができない工程となつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように従来の製造方法における熱間押出
加工工程は、粉末同士を十分に焼結させるための
不可欠の工程であるが、この工程は多大のエネル
ギを必要とするうえ、得られる製品の形状・サイ
ズが限定され、大径品や異形状品を得ることがで
きず、また目的とする部品に仕上げるための機械
加工代が大きくなる等の欠点がある。しかも、粉
末の加熱（焼鈍・乾燥）、加圧成形・焼結、およ
び熱間押出加工の各工程が独立しているため、生
産性が低く、製造コストが高くつく。

本発明は、アルミ合金焼結品の製造における上
記問題点を解決するための改良された製造方法を
提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明に係るアルミ合金焼結品の製造方法は、
不活性雰囲気下に、アルミ合金の急冷凝固粉末を
焼鈍および乾燥のために加熱処理したのち、相対
向して相異なる周速度で回転するロール間を通過
させることにより粉末表面の酸化皮膜を破壊し、
ついで該粉末を所定の形状に焼結することを特徴
とする。

本発明方法を第１図により説明すると、１０は
不活性雰囲気に調節保持されたチヤンバ、２０は
原料粉末供給バツト、３０は粉末加熱処理装置、
４０は粉末表面の酸化皮膜を破壊するためのロー
ラ、６０は焼結装置である。各装置は、不活性雰
囲気チヤンバ１０内に配設され、粉末の加熱処理
から焼結完了までの一連の工程は不活性雰囲気下
で行われるようになつている。

チヤンバ１０内を不活性雰囲気に保持するの
は、アルミ合金粉末の加熱処理における発火・爆
発等の危険防止を目的とするだけでなく、ローラ
４１，４２により酸化皮膜が破壊された後の粉末
の酸化を防止し、酸化皮膜が破壊された表面状態
を保つたまま粉末を焼結工程に送り込むこめであ
る。

その不活性雰囲気は、真空、またはアルゴン、
窒素等の不活性ガスにより形成されるが、粉末の
加工成形時の摩擦を少なくし、圧粉・成形性を高
める点からは真空雰囲気とするのが好ましい。

原料粉末であるアルミ合金粉末Ｐは、バツト２
０を介してチヤンバ１０の外部からその内部に供
給され、まず加熱処理装置３０において加熱処理
をうける。この加熱処理は、粉末を十分に乾燥さ
せることと併せて、粉末を焼鈍・軟化させること
により、その後のローラ４０における粉末の酸化
皮膜を破壊し易くすると共に、粉末の加圧成形性
を高めるための工程である。この加熱処理は、好
ましくは250〜350℃にて行われる。

加熱処理された粉末Ｐは、ついで加熱処理装置
３０からローラ４０に送給される。ローラ４０
は、相対向するローラ４１，４２を一組として構
成され、ローラ４１，４２は互いに異なる周速度
で矢符方向に回転している。

ローラ４１，４２上に落下した粉末は、そのロ
ーラ間隙を通過する過程で加えられる圧縮および
剪断力の作用により、変形を伴いながら表面の酸
化皮膜が破壊される。

ローラ４１，４２による粉末の酸化皮膜の破壊
を効果的に行わせるために、一方のローラ４１の
周速度V₁に対する他方のローラ４２の周速度V₂
の比〔V₂／V₁〕は、３／１以上であることが望
ましい。ローラ４１と４２とは同一の胴径の組合
わせのほかに、胴径の異なる組合わせの場合もあ
り、またそれらのロールの胴径は特に限定しない
が、ロール間隙を通過する粉末に対する圧縮およ
び剪断力の作用時間が長い程、酸化皮膜の破壊に
有利であり、この点から、ローラ４１，４２のそ
れぞれの胴径は、300mmφ以上であることが好ま
しい。なお、ローラ間隙は、0.01〜0.1mm程度が
適当である。

ローラ４１，４２の間隙を通過して酸化皮膜が
破壊された粉末は、ローラの下部のバツト５０に
受け取られ、ついで焼結装置６０に導入され、所
定の形状に焼結される。この焼結に供される粉末
は、表面の酸化皮膜が破壊されているので、粉末
同士の焼結が妨げられることはなく、一般的な粉
末冶金の手法に従つて焼結を行うことにより粉末
同士が十分に結合した健全な焼結品を得ることが
できる。その焼結工程は、粉末を所定の形状に成
形する圧粉成形と焼結とを同一工程で行う方法、
または圧粉成形と焼結とを別工程で行う方法のい
ずれであつてもよく、例えばホツトプレス法によ
り、粉末を型の中に充填し、加圧下に焼結する方
法、または一軸プレス、ラバープレス、冷間静水
圧加圧成形等により所定の形状・サイズに加圧成
形したのち、その成形体を常圧（または非加圧）
下に焼結する方法、あるいはその加圧成形体をキ
ヤニングし熱間静水圧加圧焼結装置により加圧下
に焼結する方法等、適宜のプロセスが適用され
る。

〔実施例〕

第１図において、加熱処理装置３０はベルトコ
ンベア３１とその上方に加熱源として配設された
赤外線ヒータ３２からなる。原料粉末バツト２０
のコツク２１を開いてチヤンバ１０内に送給され
る粉末Ｐはベルトコンベア３１の左端部に落下
し、該コンベアの走行下に赤外線ヒータ３２で加
熱されつつ焼鈍および乾燥されてコンベアの右端
図に到り、ローラ４１，４２上に落下する。ロー
ラ４１，４２の下部にはローラ間を通過して酸化
皮膜が破壊された粉末を受け止めるバツト５０が
配設されており、バツト５０内の粉末が所定量と
なると、該バツト５０は図示しない駆動機構によ
り駆動せられて焼結装置６０に粉末を送り込むよ
うになつている。

焼結装置６０は、円筒形状の金型６１と、その
上方から降下するパンチ棒６３とからなり、金型
６１の周囲には、金型内の粉末を加熱・焼結する
ための加熱源として高周波コイル６２が配設され
ている。金型６１内に所定量の粉末が投与される
と、油圧によりパンチ棒６３が降下し、粉末に所
定の荷重を負荷する。金型６１内の粉末はパンチ
棒６３による加圧下、高周波コイル６２により所
定温度に加熱保持される。このホツトプレスによ
り焼結を完了したのち、パンチ棒６３を降下させ
て金型内を押し切らせることにより焼結品Ｓを金
型の底部材６４と共に下方に押し出し、ついでそ
の焼結品Ｓをチヤンバ１０の開閉扉（図示せず）
から大気中に取り出す。

上記装置によりアルミニウム合金粉末の焼結を
行い、焼結品として円柱状ビレツト（150φ×150
、mm）を得た。その製造条件は次のとおりであ
る。

(1) 粉末：Al−20Siガスアトマイズ急冷凝固粉
末（粒径：150μm以下、平均45μm） (2) 加熱処理：300〜350℃、30分 (3) ローラによる酸化皮膜の破壊 ローラ４１：胴径300φ， ：回転数：200rpm ローラ４２：胴径300φ， ：回転数：600rpm 周速度比（V₂／V₁）：３／１ ロール間隙：0.02mm (4) 焼結：加圧力2000Kg／cm²（面圧） 加熱温度350℃ 保持時間60分 得られたビレツト（150φ×150，mm）より引
張試験片を調製し、JIS Ｚ 2241に準拠して引張
試験を行い次の結果を得た。

引張強さ：40.7Kg／mm² 耐 力：32.8Kg／mm² 伸 び：4.9％ 因に、原料粉末を加熱処理後、酸化皮膜を破壊
せずに、そのままホツトプレス（加圧力：2000
Kg／cm²、温度：350℃）に付して得られる焼結品
の機械試験値を示すと、 引張強さ：21.0Kg／mm² 伸 び：0.8％ 絞 り：0.8％ と極めて低いレベルにとどまつている。これは、
粉末の酸化皮膜により粉末の焼結が妨げられてい
るからである。これに対し、本発明方法により得
られる焼結品の上記機械的性質は、次の比較例に
おける試験結果との対比から明らかなように、熱
間押出加工工程を経て得られる従来材のそれと同
等のレベルにある。このことから、本発明方法に
よれば、従来法における熱間押出加工効果と同等
の酸化皮膜破壊効果が得られ、粉末同士の十分な
焼結を達成できることがわかる。

比較例 前記実施例と同じアルミ合金粉末（Al−20Si）
を使用し、真空雰囲気で焼鈍・乾燥（300〜350
℃、30分）したのち、ホツトプレス法により円柱
状焼結品（160φ）を得、ついでこれを熱間押出
加工に付して円柱状製品（50φ）を得た。ホツト
プレスおよび熱間押出加工条件は次のとおりであ
る。

(1) ホツトプレス 加圧力：2000Kg／cm²（面圧） 加熱温度：350℃ 保持時間：60分 (2) 熱間押出加工 押出力：8000Kg／cm² 押出速度：10mm／秒 断面積比：約10／１ 得られた製品（50φ／1000）から引張試験片
を調製し実施例と同様の引張試験を行い、次の結
果を得た。

引張強さ：41.0Kg／mm² 耐 力：33.0Kg／mm² 伸 び：5.0％ 〔発明の効果〕 本発明方法によれば、従来法のように焼結を行
つたのち熱間押出加工を行う必要がなく一般的な
焼結工程を経ることにより、アルミ合金粉末の完
全な焼結を達成し、健全なアルミ合金焼結品を得
ることができる。

本発明方法は、従来法に比し、工程が簡素であ
り、また原料粉末の加熱処理から焼結工程に到る
までの一連の工程を連続的に行うことができるの
で、生産性にすぐれ、製造コストも安価である。

また、従来の製造法では焼結体に熱間押出加工
による強加圧（その断面積比は約10以上である）
を加えなければならない関係上、得られる製品は
小物品に限られ（実際上、約50φ程度が限度であ
る）、しかも比較的単純な形状のものに限定され
るが、本発明方法は熱間押出加工を必要としない
ので、製品形状にそのような制限がない。例えば
150φの大型製品を得ることができ、また粉末の
加圧成形・焼結工程で使用される型の内形状の選
択により比較的自由に複雑な、しかも最終製品形
状に近い（Near net shape）焼結品を製造する
ことができる等、製品の形状設計の自由度に富
み、また最終製品に仕上げるための機械加工代が
少なくてすみ、加工に要するコストが節減される
等の諸効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す模式的説明図で
ある。 １０：チヤンバ、３０：加熱処理装置、４０，
４１，４２：ローラ、６０：焼結装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウム合金の急冷凝固粉末を、不活性
   雰囲気下に、加熱処理したのち、相対向して相異
   なる周速度で回転するロール間を通過させること
   により粉末の表面の酸化皮膜を破壊し、ついで該
   粉末を所定の形状に焼結することを特徴とするア
   ルミニウム合金焼結品の製造方法。 ２ 不活性雰囲気が真空雰囲気である上記第１項
   に記載のアルミニウム合金焼結品の製造方法。 ３ 相対向するロールの周速度比が３／１以上で
   ある上記第１項または第２項に記載のアルミニウ
   ム合金焼結品の製造方法。 ４ 相対向する各ロールのロール径が300mm以上
   である上記第３項に記載のアルミニウム合金焼結
   品の製造方法。