JPH0257604A - 射出成形用粉末および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〉 本発明は、射出成形用ステンレス粉末およびそれを用い
た金属焼結体の製造方法に関する。

〈従来の技術〉 材料歩留り、機械加工費の削減等を目的として、溶製ス
テンレス鋼に変りステンレス焼結体が注目されている。

　特に射出成形法、金型加圧成形法等の微粉末を原料と
するステンレス焼結体は、高密度な焼結体が得られるた
め溶製ステンレス鋼に近い耐食性が得られる点で発展が
期待されている。

このような微粉末を原料とするステンレス焼結体は、ま
ず原料微粉末と各種の有機物からなる成形助剤とを混合
して、この混合物を射出成形、金型加圧成形等の各種成
形方法にて成形する。　次いで得られた成形体より前記
の有機物を除去（脱脂）し、この有機物除去処理後の成
形体を焼結することにより得られる。

本発明者らも、このような微粉末ステンレス焼結体の特
性に注目し、溶製ステンレス鋼に匹敵する耐食性を確保
するための条件について研究を重ね、ステンレス焼結体
において、高水準の耐食性を確保するためには、ステン
レス焼結体おけるＣおよびＯの含有量が、 Ｃ：≦０．０６ｗｔ％、０：≦０．３ｗｔ％であること
が重要な要件の一つであることを発見し、先にこれを提
案した（特願昭６３−１５６８４１号）。

Ｃの含有量が低いほど焼結体の耐食性が向上するのは周
知のとおりであるが、 Ｃ：≦０．０６ｗｔ％を達成することにより、焼結の際
に液相が出現することによる気孔の粗大化や、（Ｆｅ、
Ｃｒ）Ｃ等の炭化物の生成による低Ｃｒ；ｔの生成を抑
え、耐食性を向上させることができる。

さらに、０の含有量が低いほど緻密かが容易に進み、焼
結密度が高くなり、その結果耐食性は向上する。　　ま
た、０：５０．３ｗｔ％を達成することにより、Ｃｒ系
酸化物の生成による焼結の阻害を防止し、高密度な焼結
体が得られ耐食性が向上する。

本発明者らは同時に、上記の要件は、あらかじめＣ１０
のモル比を０．３〜３に調整した成形体を、減圧下にて
焼結し、引き続き非酸化性雰囲気にて焼結することによ
り達成できること、さらに、成形体におけるＣ１０モル
比の調整方法として、脱脂体を湿水素中にて４００〜７
００℃で加熱温度を変更して熱処理する方法（以下、”
Ｃ１０調整熱処理”とする）が有効であることを見出し
、同明細書に開示した。

ところが、焼結前の成形体のＣおよびＯの含有量は同一
の脱脂処理を行なった場合、成形体のサイズ、肉厚、用
いた原料粉末の純度、添加する有機物の種類および量に
より大幅に異なるものである。

そのため、これらの種々の成形体のＣ１０モル比を調整
するためには、それぞれの成形体に対し、 ■同一の脱脂処理で別々のＣ１０調整熱処理を施す； ■別々の脱脂処理で同一のＣ１０調整熱処理を施す； 必要があった。

しかし、他品種、少量生産に対応する場合には、単一の
脱脂処理条件およびＣ１０調整熱処理条件を採用しない
限り製造コストが高くなり経済性に問題がある。　また
、Ｃおよび０の含有量を調整するためにＣ１０調整熱処
理工程を追加することも製造コスト等の点で有利ではな
い。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、以上の実状に鑑みて為されたもので、耐食性
に優れるステンレス焼結体の製造にあたり、経済性を損
なう原因の排除を目的とするものであり、具体的にはサ
イズ、肉厚、用いた原料粉末の純度、添加する有機物の
種類および量により大幅に変動する脱脂処理後のＣおよ
びＯの含有量を熱処理にて調整する必要なく、Ｃおよび
０の含有量が少ない、好まし・くはＣおよび０の含有量
が Ｃ：≦０．０６ｗｔ％、０：≦０．３ｗｔ％である耐食
性に優れたステンレス合金焼結体を容易に得ることがで
きる射出成形用粉末およびそれを用いた金属焼結体の製
造方法を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重
ね、ステンレス焼結体の製造に関して原料粉末中のＣお
よび０の含有量、脱脂処理後のＣおよびＯの含有量およ
び焼結体中のＣおよびＯの含有量の推移に対する工程要
因の影響に着目して種々実験を重ねた。

その結果、用いる・原料粉末のＣおよび０の含有量のバ
ランスを調整することにより、得られる焼結体のＣおよ
び０の含有量を共に低減することかできること。　さら
には、原料として用いられるアトマイズ粉末のＣおよび
０の含有量の低減には限界があるものの、Ｃの含有量を
大幅に低減する必要がある際には０の含有量を増量する
ことにより、また、０の含有量を大幅に低減する必要が
ある際にはＣの含有量を増量することにより、Ｃおよび
０の含有量のバランスを調整して焼結体のＣおよび０の
含有量を共に低減することができることを見出して本発
明を成すに至った。

すなわち、本発明は、アトマイズ法により作製した射出
成形用粉末であって、基本的にステンレス組成からなり
、含有するＣと０との量比が １．５　Ｘ　Ｃｆｗｔり＋１．８≧０　（ｗＨ）≧０．
７５ｘ　Ｃ（ｗｔ！１Ｋ）＋０．１５であることを特徴
とする射出成形用粉末および、前記の射出成形用粉末を
有機バインダと混練・造粒した後射出成形し、得られた
成形体を非酸化雰囲気中にて脱脂処理した後、０．１Ｔ
ｏｒｒ以下の減圧中にて焼結することを特徴とする金属
焼結体の製造方法を提供する。

また、金属焼結体の製造方法において、０．１Ｔｏｒｒ
以下の減圧下での焼結後、非酸化性雰囲気下で焼結する
ことが好ましい。

以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明の射出形成用粉末は、アトマイズ法により作製さ
れた、基本的にはステンレス組成からなるものである。

本発明者らは、前記したようにステンレス焼結体の製造
に関して原料粉末中のＣおよびＯの含有量、脱脂処理後
のＣおよびＯの含有量および焼結体中のおよび０の含有
量の推穆に対する工程要因の影響に着目して種々実験を
重ねた。

その結果、ステンレス焼結体を射出成形にて作製する場
合、成形助剤として添加される有機物はバインダとして
利用されるものであり、１０ｗｔ％程度の熱可望性樹脂
あるいはワックス類を主体とする混合物であるため、脱
脂処理によりて完全に除去することかできず（故意に完
全に除去せず、脱脂後の成形体強度を確保する場合もあ
る）成形体に残留していた。

本発明者らはさらに実験を重ね、射出成形における成形
体のサイズ、肉厚、原料として用いた粉末の純度、添加
するバインダの種類および量、さらには脱脂ヒートパタ
ーンに対して、脱脂後の成形体における残留バインダ量
はＣ量に換算すると０．２〜１．０ｗｔ％の範囲内にあ
ることを見出した。

また、脱脂後の成形体中の０の含有量は、原料粉末のそ
れと有意差がないことも発見した。

以上のことより、低炭素・低酸素の金属焼結体を射出成
形により作製する場合は、脱脂体のＣおよび０の含有量
は原料粉末のそれに対しＣを０．２〜１．０ｗｔ％加え
たものが得られることを考慮する必要がある。

さらに、用いる原料粉末のＣおよび０の含有量を決定す
る際には、脱脂体のＣおよび０の含有量と、焼結体のＣ
およびＯの含有量との関係を考慮する必要がある。

本発明者らは、各種の射出成形体の脱脂体を種々の条件
にて焼結した結果、焼結にょるＣ減量に対する０減量の
比は、必ず０．７５〜１．５の範囲内にあることを発見
した。

以上より、原料粉末、脱脂体および焼結体のＣ１０の含
有量を各々ｃｐ％ｃｂ％ＣｓおよびＯｐ、Ｏｂ、Ｏ５と
し、本発明のｃ、ｏの含有量範囲の限定理由を説明する
。

まず、焼結体と脱脂体とのＣ１０の含有量の関係より、 １．５≧（Ｏｂ−Ｏｓ）／　（Ｃｂ−Ｃｓ）≧０．７５
・・・・・・・・・■が成り立つ。

さらに、焼結体のＣ，Ｏの含有量が、高耐食性の条件Ｃ
ｓ≦０．０６ｗｔ％、Ｏ５≦０．３ｗｔ％を同時に満た
すためには、脱脂体のＣ１０の含有量は、 １．５　　ｘ　　　Ｃｂ（ｗｔ％）＋０．３　　≧　　
Ｏｂ（＋ｗｔ％）　≧０．７５Ｘ　　　Ｃｂ（ｗｔ％）
　　−０，０５・・・　・・・・・・■の範囲内にある
ことが必要である。

また、焼結時のＣと０の直接反応による最終焼結体のＣ
，Ｏの平衡値は、０の含有量が大ぎいほどＣの含有量は
小さくなるため、耐食性に影響の大きいＣの含有量をよ
り低減するために、焼結前の０の含有量を過剰にするこ
とが好ましい。　　したがって、脱脂体０の含有量の下
限値を高耐食性側に、０．０５ｗｔ％上乗せして、脱脂
体のＣ１０の含有量は、 １．５　ｘ　　Ｃｂ（ｗｔ％）＋０．３≧Ｏｂ（ｗｔ％
）≧０．７５Ｘ　　　Ｃｂ（ｗｔ％）　・・・・・―・
・・■の範囲内に規定することが必要となる。

さらに、脱脂体と原料粉末とのＣ１０の含有量の関係は
、前述の通り、 Ｃｐ　（ｗｔ％）＋１．０　　≧　Ｃｂ　（ｗｔ％）　
≧Ｃｐ（ｗｔ％）ｉ、２　　・・・・・・・・・■Ｏｐ
（ｗｔ％）　　＝　　Ｏｂ（ｗｔ％）　・・・・・・・
・・■であることを考慮して、■〜■式より、本発明の
原料粉末のＣ１０の含有量を、 １．５　　Ｘ　　Ｃｐ（ｗｔ％）＋　　１．８≧　Ｏｐ
（ｗｔ％）　≧０．７５ｘ　　Ｃｐ（ｗｔ％）＋０．１
５・・・・−・・−■の範囲内に限定することが必要と
なる。

以上のように組成を限定した本発明の射出成形用粉体を
用いて初めて、低炭素・低酸素の優れた耐食性を有する
金属焼結体を、脱脂後の熱処理等を行なう必要なく容易
に得ることかできる。

本発明の射出成形用粉末は、ＣおよびＯの含有量が上記
の範囲内にある以外は、基本的にはステンレス組成から
なるものである。

ステンレス組成とは、公知のステンレス鋼およびステン
レス合金の組成であり、Ｓ［Ｊ５４３０等のフェライト
系、５ＵＳ４１０，５ｔｌＳ４２０等ツマルチンサイト
系、５ＵＳ３０４，５ＵＳ３１６等のオーステナイト系
等のステンレス鋼組成や、インコネル５００、モネル合
金、ハステロイ等のステンレス合金組成、その他のステ
ンレス組成はいずれも適用可能である。

本発明の射出成形用粉末は、基本的に上記のような組成
を有するものであるが、原料粉末中のＣおよび０の含有
量を調整する方法としては、例えば、粉末をアトマイズ
法により作製する際に溶融金属中への炭素添加量を調整
する方法や、原料粉末を実質的に焼結しない低温の酸化
性雰囲気中にて処理する方法、さらにはそのようにして
得られた原料粉末を混合した混合粉末にて微調整しても
よい。　また、アトマイズ法によって得られる金属粉末
スラリーの乾燥時間を調整することにより０の含有量を
調整してもよい。

なお、本発明の射出成形用粉末を作製するアトマイズ法
としては、高圧水アトマイズ法、高圧ガスアトマイズ法
、高圧油アトマイズ法等、高圧アトマイズ媒体を用いる
通常のものはいずれも適用可能である。

本発明の射出成形用粉末の平均粒径が２０μｍ以下、よ
り好ましくは７〜１４μｍであることが好ましい。

平均粒径が２０μｍ以下であるとき、得られる金属焼結
体の密度が高くなる、表面粗度が小さくなる、気孔径が
小さくなる等の点で好ましい なお、このような原料粉末の粒径の調整は、アトマイズ
パラメーター（アトマイズ媒体圧力、溶融金属の注入径
管）の調整および分級等により行にえばよい。

本発明の金属焼結体の製造方法は、前記のような本発明
の射出成形用粉末を金型加圧成形することにより成形体
を作製し、この成形体を非酸化性雰囲気中にて脱脂処理
した後に、０．１Ｔｏｒｒ以下の減圧下にて焼結する。

　また、０．１Ｔｏｒｒ以下の減圧下での焼結の後に非
酸化性７囲気にて焼結を行うことが好ましい。

なお、本発明の製造方法にて金属焼結体を製造する際に
用いる射出成形用粉末の最適なＣおよび０の含有量は、
例えば本発明の射出成形用粉末を数種類用意して、脱脂
、焼結のための熱処理条件を一定にしておき、各工程に
おけるＣおよび０の含有量変化に関する前述の関係を考
慮して試作実験を行なうことにより容易に決定すること
ができる。

成形体を射出成形にて作製するには、好ましくは平均粒
径が２０μｍ以下の、本発明の射出成形用粉末を、まず
成形助剤としてのバインダと混合・混練し、射出成形用
コンパウンドを調整する。

適用可能なバインダは、熱可塑性樹脂類、ワックス類、
あるいはその混合物を主体とする公知のバインダはいず
れも適用可能であり、また必要に応じて可塑剤、潤滑剤
、脱・脂促進剤等を添加してもよい。

熱可塑性樹脂としては、アクリル系、ポリエチレン系、
ポリプロピレン系およびポリスチレン系等の一種、ある
いは二種以上を混合して用いることができる。

ワックス類としては、密ろう、木ろう、モンタンワック
ス等の天然ろう、低分子ポリエチレン、ミクロクリスタ
リンワックス、パラフィンワックス等の合成ろう等の一
種、あるいは二種以上を混合して用いることができる。

可塑剤はバインダの主成分により適宜選択すればよく、
フタル酸ジー２−エチルヘキシル（ＤＯＰ）、フタル酸
ジ−エチル（ＤＥＰ）、フタル酸ジ−ｎ−ブチル（ＤＨ
Ｐ）等が例示できる。

潤滑剤としては、高級脂肪酸、脂肪酸アミド、脂肪酸エ
ステル等が適用可能であり、場合によってはワックス類
を潤滑剤として兼用してもよい。

また、必要に応じ、脱脂促進剤として樟脳等の昇華性物
質を添加してもよい。

なお、このようなバインダと原料粉末との混合比は、通
常５０　：　５０〜４０　：　６０程度の容量比である
。

原料粉末とバインダとの混練方法は特に制限はなく、加
圧ニーダ、バンバリーミキサ−２軸押出し機等の各種の
ニーダ等によればよい。

このようにして調製した射出成形用コンパウンドは、必
要に応じベレダイザー　粉砕器等を用いて造粒を行ない
ベレットとしてもよい。

次いで、得られた射出成形用コンパウンドまたはベレッ
トを射出成し形して成形体を作製する。

射出成形は、通常のプラスチック用射出成形機、あるい
は、セラミック用、金属粉末用の射出成形機等、通常の
射出成形に用いられる射出成形機を用いて行なえばよい
。

この際において、射出圧力は通常０．５〜２．５ｔ／ｃ
ｍ２程度、温度は１００〜ｉａ。

℃程度である。

次に、得られた成形体の脱脂処理を行なう。

本発明の金属焼結体の製造方法においては、脱脂処理は
非酸化性雰囲気中、好ましくは窒素雰囲気、アルゴン゛
雰囲気にて行なわれる。　また、必要に応じこれらの雰
囲気を加圧、または減圧してもよいのは公知の通りであ
る。

脱脂処理の処理温度は最高温度で４５０〜６５０℃程度
、また保持時間は０．５〜６ｈｒ程度である。　なお、
この時の昇温速度を速くしすぎると、得られた成形体に
割れや膨わが生じるので、５℃／ｈｒ〜２０℃／　ｈ　
ｒ程度で一定速度で昇温するのが好ましい。

本発明においては、このように射出成形にて得られた脱
脂済みの成形体を焼結して金属焼結体を製造する。

本発明の金属焼結体の製造方法において、焼結は０．１
Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１×１０−’Ｔｏｒｒ以下の
減圧下にて行なわれる。

このような焼結の焼結温度は通常１１５０〜１３７０℃
程度、保持時間は通常０．５〜４ｈｒ程度である。

なお、本発明の製造方法における焼結においては、焼結
を２段階とし、前半の焼結を０．１Ｔｏｒｒ以下の減圧
下１０００〜１３００℃にて行ない一定時間保持した後
に、不活性ガス等の非酸化性ガスを導入し、０．１Ｔｏ
ｒｒをこえる圧力の雰囲気にてさらに後半の焼結を行な
ってもよい。　この際において、後半の焼結温度は、通
常１２００〜１３７０℃程度、保持時間は０．５〜４ｈ
ｒ程度である。

本発明の金属焼結体の製造方法は、基本的には以上のよ
うに行なわれるものであり、脱脂、脱蝋処理等の有機物
除去の後に、Ｃ１０熱処理等を行なう必要なく、経済的
に、しかも容易にＣおよびＯの含有量が低い、好ましく
はＣ：５０．０６ｗｔ％、０：５０．３ｗｔ％の、耐食
性の優れた金属焼結体を製造することができる。

〈実施例〉 以下、実施例に従って、本発明を具体的に説明する。

高圧水アトマイズ法により、表１に示される平均粒径お
よびＣおよび０の含有量が異なる射出成形用のステンレ
ス粉末を用意した。

これらの粉末におけるＣの含有量は、アトマイズ操業時
の溶融金属へのＣ添加量にて調整した。　０の含有量は
アトマイズによって得られる金属粉末スラリーの乾燥時
間により調整した。　さらに粉末の組成は、Ｃおよび０
の含有量を除いて５ＵＳ３１６．５ＵＳ３０４゜５ＵＳ
４３０組成となるようにアトマイズ操業時の溶融金属組
成を調整した。　なお、粒度は分級により調製し、マイ
クロトラック法により体積平均粒径を求めた。

各粉末に対し、成形助剤として熱可塑性樹脂系バインダ
（アクリル樹脂を主体とする混合物）あるいはワックス
系バインダ（パラフィンを主体とする混合物）を加圧ニ
ーダによって混練て射出成形用コンパウンドを調製した
。　成形助材の添加量および何れの粉末にどの成形助剤
を添加したかは表１に示す。

このようにして調製した各材料を用い、射出成形にて試
験片を作製した。

得られた射出成形体は、窒素雰囲気中にて＋７℃／　ｍ
　ｉ　ｎの速度で６００℃まで昇温し、６０分間保持し
た後に冷却して脱脂体とした。　脱脂体のＣおよび０の
含有量を表１に示す。

このようにして得られた脱脂体は、０．０００１Ｔｏｒ
ｒの減圧下にて１１５５℃にて２時間保持した後、ｔａ
ｔｍのアルゴン雰囲気中にて１３６５℃まで昇温し、２
時間保持して焼結を終了した。　各焼結体のＣおよび０
の含有量および発錆試験の結果を表１に示す。

なお、発錆試験は、試験液中に焼結体を浸漬し、４０℃
で１２ｈ保持した後、目視観察によって、焼結体の発錆
の有無を観察した。　発錆がある場合は×、無い場合は
Ｏで評価する。　試験液は、５ＵＳ３１６．５ＵＳ３０
４については人工汗を使用し、５Ｕ３４３０については
３％食塩水を使用した。

以下、表１より本発明の詳細な説明する。

表１に示される結果より、射出成形用粉末と脱脂体との
間では、０の含有量には有意差がなく、Ｃの含有量にお
いて０．２〜１．Ｏｗｔ％程度の増加が見られる。

原料粉末の０の含有量がこのＣの含有量の増加量に相当
するだけの量を持たない場合、すなわち本発明にて規定
する０の含有量をよりも少ない場合（Ｎｏ、１−７）　
には、０の含有量は低減できるがＣの含有量が多くなっ
てしまい、また発錆も認められた。　逆に０の含有量が
規定量よりも多い場合（同Ｎｏ、１−６）　には、０の
含有量は低減できるがＣの含有量が多くなってしまい、
やはり発錆が認められた。　これに対し、原料粉末のＣ
および０の含有量が本発明の比率内にある場合（Ｎｏ１
−１〜１−５．１８〜１−１１．２−１．〜２−６．３
−１．３−２）は、いずれもＣ：　≦　０　、０６ｗｔ
％、　Ｏ：　≦　０．３ｗｔ％を達成することができ、
発錆もない高耐食性を有する金属焼結体を得ることがで
きた。

以上のように、本発明の射出成形用粉末および金属焼結
体の製造方法によれば、添加有機物の種類および量、成
形体のサイズ、肉厚等に関係なく、最終的に得られる焼
結体のＣおよび０の含有量を低減することができ、耐食
性の高い金属焼結対を得ることができる。

また、本発明に適用可能なアトマイズ法により作製した
ステンレス原料粉末は、オーステナイト系（ＳＵＳ３１
８，５ＵＳ３２０４）から７エライト系（ＳＯ５４３０
）に渡り広く適用することができる。

〈発明の効果〉 以上のように構成される本発明の射出成形用粉体および
金属焼結体の製造方法によれば、アトマイズ法により作
製されたステンレス粉末を原料とするステンレス焼結体
を製造するに際し、適用するステンレス組成、添加有機
物の量および種類、焼結体のサイズ、肉厚等に影響され
ず、単一の脱脂処理の後に、Ｃ／　Ｑ熱処理等を行なう
必要なく、経済的に、しかも容易にＣおよび０の含有量
が低い、 耐食性の優れた金属 焼結体を製造することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アトマイズ法により作製した射出成形用粉末であ
   って、基本的にステンレス組成からなり、含有するＣと
   Ｏとの量比が １．５×Ｃ（ｗｔ％）＋１．８≧０（ｗｔ％）≧０．７
   ５×Ｃ（ｗｔ％）＋０．１５ であることを特徴とする射出成形用粉末。
2. （２）請求項１に記載の射出成形用粉末を有機バインダ
   と混練した後射出成形し、得られた成形体を非酸化雰囲
   気中にて脱脂処理した後、０．１Ｔｏｒｒ以下の減圧下
   にて焼結することを特徴とする金属焼結体の製造方法。
3. （３）請求項２に記載の金属焼結体の製造方法において
   、０．１Ｔｏｒｒ以下の減圧下での焼結後、非酸化性雰
   囲気下で焼結することを特徴とする金属焼結体の製造方
   法。