JPH0313329A - 耐食性、寸法精度および経済性に優れる焼結金属複合材料およびその製造方法 - 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〉 本発明は粉末冶金法によって製造される耐食性、寸法精
度および経済性に優れる焼結金属複合材およびその製造
方法に関する。

〈従来の技術〉 焼結ステンレス鋼は、材料歩留りの改善、機械加工費の
削減を目的として溶製ステンレス鋼の一部に代替しつつ
ある。　しかし、一般に、焼結ステンレス鋼は、溶製ス
テンレス鋼に比べ、耐食性が劣悪であるため、用途が限
定されている。　そこで、本発明者らは、焼結ステンレ
ス鋼の用途拡大を目差し、従来の焼結ステンレス鋼に比
べ、大幅に耐食性を改善した焼結ステンレス鋼を開発し
、先願（特願昭６３−１５６８４１号）を発明した。　
しかし、先願の焼結ステンレス鋼の製造においては平均
粒径１５μｍ以下の原料粉末を必要とし、高価な微粉を
使用するため経済上不利であり、また焼結収縮が大きい
ため寸法精度にも問題があった。　その結果、先願焼結
ステンレス鋼は、小型・複雑形状の部品に適用する場合
に、有益性の高いものであった。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであり、従来
差の優れた耐食性を有し、かつ、経済性および寸法精度
を改善した焼結ステンレス鋼およびその製造方法を提供
することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは、焼結ステンレス鋼の耐食性、寸法精度お
よびその製造における経済性について種々の検討を重ね
た結果、本発明に至った。

すなわち本発明は、心材となる金属材料（心材原料類）
の表面の一部もしくは全部を、Ｃ：５０．０６ｗｔ％、
Ｏ：≦０．３ｗｔ％の不純物を含むステンレス鋼で、か
つ密度比９２％以上、組織内に存在する気孔の最大径が
２０μｍ以下、心材原料類と接触しない側の焼結材料表
面のＣｒ含有量が焼結体内部のＣｒ含有量の８０％以上
である被覆材である焼結材料（被覆材原料）によって被
覆されていることを特徴とする耐食性、寸法精度および
経済性に優れる焼結金属複合材料が提供される。

また、上記被覆材原料のステンレス組成が、Ｃｒ　：　
１６〜２５ｗｔ％、Ｎｉ：８〜２４ｗｔ％、と残部Ｆｅ
と不可避的不純物から成るものが好ましく、さらに、Ｍ
ｏ：≦１０＊ｔ％を含むのが好ましい。

また、前記心材原料類が鉄基焼結材料であるのがよい。

そして、前記鉄基焼結材料の焼結密度が９５％以下が好
ましく、さらに、９０％以下のステンレス焼結材料であ
るのが好ましい。

また本発明において、ステンレス組成の平均粒径１５μ
ｍ以下の鋼粉に結合剤を添加または添加せずに被覆材原
料を得る第１の工程、金属粉末成形材または金属焼結材
よりなる心材原料、および／または金属溶製材または金
属焼結材よりなる心材（心材原料類）の１種以上に前記
被覆材原料を接触させる第２の工程、さらに、前記被覆
材原料および心材原料類を焼結して、心材原料類に被覆
材原料を被覆し焼結金属複合材を得る第３の工程より構
成される焼結金属複合材の製造方法であって、 前記第３の工程の少なくとも一部において、温度１００
０〜１３５０℃、圧力０．１Ｔｏｒｒ以下の減圧下で焼
結し、さらに非酸化性雰囲気下で焼結することを特徴と
する耐食性、寸法精度および経済性に優れる焼結金属複
合材料の製造方法が提供される。

そして前記第２の工程が、心材原料類を内装した金型中
に被覆材原料を射出成形する工程、あるいは−軸加工す
る工程であるのが好ましい。

そして、前記第２の工程より後の工程において、金型中
で焼結金属複合材またはその中間工程品を、金型中で一
軸加圧することで寸法を矯正するのがよい。

以下、本発明について、詳細に説明する。

まず、本発明の複合焼結材料の材料構成について説明す
る。

本発明では、心材となる金属材料（心材原料類）の耐食
性を必要とする表面部の一部あるいは全部に、微粉を原
料とする耐食性に優れる被覆材である焼結材（被覆材原
料）を使用する。

腐食性の雰囲気気体あるいは液体の接触部では耐食性は
必須であるが、耐食性が要求されるのは、主に金属材料
の表面部であり、それ以外の部位に、高価で寸法収縮の
大きな微粉を原料とする耐食性に優れる焼結材料を利用
するのは、経済性および寸法精度を阻害するためあまり
好ましくない。

次に、被覆材原料の限定理由について説明する。

被覆材原料の組成は、一般的なステンレス組成を有する
鋼板中に、Ｃ；５０．０６ｗｔ％、Ｏ：５０．３ｗｔ％
の不純物を含むことが必要で、好ましくは、Ｃｒ　：　
１６〜２５ｗｔ％、Ｎｉ：８〜２４ｗｔ％を有し、さら
に好ましくは上記組成に、Ｍｏ；≦１０冑ｔ％が含まれ
ているものである。

ステンレス組成において、不純物であるＣの上限値を０
．０６ｗｔ％と規定したのは、これを越えて含有した場
合、（Ｆｅ、Ｃｒ）Ｃの炭化物が生成し、炭化物近傍に
届所的な低Ｃｒｆｆｃが生じ、その結果、耐食性が劣化
するからである。

また、０の上限値を０．３ｗｔ％と規定したのは、これ
を越えて含有した場合、酸化物の存在に起因する焼結性
の阻害などの原因により、耐食性が劣化することを経験
的に知ったからである。

一方、ステンレス組成の主成分であるＣｒについては、
その好ましい範囲は１６〜２５ｗｔ％である。　その含
有量が１８ｗｔ％８ｗｔ％未満ｒ酸化物生成による不動
態形成の効果が十分でなく、好ましい耐食性が得られな
い場合があり、一方、２５ｗｔ％を越えて添加しても、
耐食性向上の効果が顕著ではないので、経済的観点から
好ましくない。

また、Ｎｉの好ましい範囲は８〜２４ｗｔ％である。　
Ｎｉは、オーステナイト相を安定化し、耐食性を確保す
るために好ましいものであり、８ｗｔ％未満ではオース
テナイト相安定に十分ではなく、一方、２４ｗｔ％を越
えて添加してもオーステナイト相安定化効果の向上は望
めないので、経済的観点から好ましくない。

さらに、Ｍｏを添加することで、耐食性はより好ましい
ものとなるが、１０ｗｔ％を越えて添加しても、耐食性
向上の効果は殆ど無いばかりか、機械的特性をも劣化さ
せるため、上限値を１０ｗｔ％に限定するのがさらに好
ましい。

焼結密度比は、焼結体残留気孔の存在を反映しており、
密度比を高くすることによって、孔食の起点となる気孔
の数、量ともに低減でき、さらに、焼結体表面から内部
まで一部連結していた気孔を分断・球状化できる。　こ
れらの効果は、焼結体表面の孔食現象の発生確率を減ら
すとともに、焼結体内部までの腐食の進展を抑制する効
果がある。　しかし、密度比が９２％未満の場合は、気
孔の数、量のイ氏減および気孔の分断・球状化が十分で
なく、耐食性に劣る焼結体となってしまうため、焼結密
度比の下限値は９２％と規定した。

さらに、密度比が十分に高い場合においても、焼結体気
孔に異常に大きなものが存在する場合、即ち、気孔の最
大径が２０μｍを越える場合は、密度比が低い場合と同
様に、この大きな気孔を起点に孔食が発生するため、耐
食性が劣化する。　したがワて、気孔の最大径を２０μ
ｍと定めた。　但し、本発明でいう気孔の最大径は、次
式［Ｉ］で算出されたＤ　ｗａｘをさす。

Ｉ）ｗａｘ　ｘ　Ｄｍａｘ　ｘ　４　ｘ　５ＩＱａｘ　
／ｒｔ　　　［Ｉ　］Ｓｍａｘ：最大断面積を持つ気孔
の断面積さらに、Ｃ「のような蒸気圧の高い元素を含む
焼結合金に特有の問題であるが、高温・減圧中で焼結し
た場合、焼結体表面からのＣｒ原子の蒸発によって、焼
結体表面部のＣｒ濃度が、焼結体内部のＣｒ濃度より極
端に低下する。

特に、焼結体表面部のＣｒ濃度が、焼結体内部のＣｒ濃
度の８０％未満の場合は、耐食性が著しく劣化するため
、心材原料類と接触しない側の焼結体表面のＣｒ濃度は
、焼結体内部のＣｒ濃度の８０％以上と限定する。　一
方、心材原料類と接触する側の焼結体表面は、腐食性環
境にさらされることはないので、この限りではない。

以上のように、被覆材原料を限定することによってはじ
めて耐食性に優れる焼結金属複合材料が得られる。

また、被覆材原料の厚さについては、特に限定しないが
、最終的な焼結終了後において、０．１ｍｍ程度以上あ
ることが耐食性の観点から好ましく、経済性および寸法
精度の許す限りにおいて、厚みを増大することができる
。

さらに、心材原料類について説明する。

心材原料類は、ステンレス組成の被覆材原料と冶金的結
合可能な金属材料であれば、特に限定する必要はないが
、被覆材原料との結合強度を高める観点から（粒界拡散
を利用可能なため）原子拡散が容易で、複雑形状を経済
的に製造しえる鉄基焼結材料が好ましい。

また、鉄基焼結材料の焼結密度比が９５％を越えると、
安価な粗粒粉（−殻粉末冶金用鉄粉：平均粒径５０〜１
００μｍ）による製造が困難となり、鍛造等の非経済的
な工程を施すことなく製造できず、本発明の目的に反す
る場合があるので、焼結密度比９５％以下の鉄基焼結材
料が好ましい。

さらに、心材原料類にもステンレス組成の焼結材料を使
用しない場合、被覆材原料に心材原料類から耐食性を阻
害する元素（例えばＣ等）が移行したり、被覆材原料の
構成元素が心材原料類に拡散する結果、被覆材原料の組
成がステンレス組成でなくなる場合があるため、本発明
の複合焼結材料の製造が困難な場合がある。　また、心
材原料類の表面全部が被覆されていない場合等のように
、心材原料類にもある程度以上の耐食性が必要な場合が
ある。　したがって、心材原料類はステンレス組成の焼
結材料であることが好ましい、　特に、ステンレス焼結
材料の焼結密度比が９０％を越えると、安価な粗粒粉（
一般粉末冶金用鉄粉；平均粒径５０〜１００μｍ）によ
る製造が困難となり、鍛造等の非経済的な工程を施すこ
となく製造できず、本発明の目的に反する場合があるの
で、焼結密度比９０％以下のステンレス焼結材料が好ま
しい。

以上、心材原料類について好ましい形態について説明し
たが、いずれも本発明の被覆材原料を使用した複合焼結
材料である限りにおいては、本発明の内容を限定するも
のではない。

続いて、本発明の複合焼結材料の製造方法について説明
する。

まず、被覆材原料を得る第１の工程としては、ステンレ
ス組成の平均粒径１５μｍ以下の鋼粉を用いる。

原料鋼粉の組成は、後工程である焼結工程で、除去でき
る量の０．０から成る不純物を含むものであればよく、
特に限定はしないが、ＣＳ２．５ｗｔ％、０≦１　ｗｔ
％程度であれば本発明の目的を果たすことができる。　
また、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏの主成分においては、被覆材原
料における組成と同じでよい。　　しかし、心材原料類
との組合せによって異なるが、最終的な被覆材原料とな
ったときに、心材への拡散により、各成分が低下する場
合には、Ｃｒ。

Ｎｉ、Ｍｏの幾分かは濃厚な粉末を使用すればよい。

原料鋼粉の平均粒径は、最終的な被覆材原料の密度比を
支配し、１５μｍを越えると、密度比９２％の被覆材原
料が得られないため、１５μｍを上限値とする必要があ
る。

また前記鋼粉中には、結合剤を添加したりしなかったり
するが、これは次工程の心材原料類と被覆材原料を接触
させる第２の工程によフて、要・不要および使用する種
類が異なるので後述する。

本発明の複合焼結材料の製造方法の第２の工程では、金
属粉末成形材または金属焼結材よりなる心材原料、およ
び／または金属溶製材よりなる心材（心材原料類）の１
種以上に前記被覆原料を接触させることが好ましい。

被覆材原料と接触させる相手材としては、後工程である
焼結時において、もはや寸法変化のない金属溶製材ある
いは金属焼結材からなる心材である場合、あるいは、寸
法収縮の起る金属粉末成形材または焼結の不十分な金属
粉末焼結材からなる心材原料である場合のいずれでもよ
く、その心材原料類の種類も限定されるものではない。

本工程では、第３の工程である焼結工程での被覆材原料
と心材原料類との接合を十分に行うために、被覆材原料
と心材原料類との接触を十分に行う必要がある。　ここ
でいう、十分な接触とは、被覆材原料に含まれる鋼粉の
一部が心材原料類と接触していることをさす、　この接
触方法としては、被覆材原料に含まれる結合剤の接着作
用を利用する方法、または成形機による加圧で被覆材原
料を機械的接合させる方法、あるいは、両者を併用する
方法が適用できる。

加圧のみで機械的接触を行う場合は、特に結合剤を必要
とせず、この際に使用する金型の保護等のために、潤滑
剤の添加を必要とする場合がある。　特に、３次元複雑
形状の焼結金属複合材を製造する場合は、原料鋼粉と、
熱可塑性プラスチックとしてアクリル樹脂、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、エチレン酢酸共重合樹脂などと、
ワックスとしてパラフィンワックス、マイクロクリスタ
リンワックスなどを、可塑剤としてフタル酸エステル、
種々の低分子ポリマーなどより構成される１０ｗｔ％程
度のバインダとを各種のプラスチック用混練機を使用し
、混練して得られる被覆材原料を、心材原料類を内装し
た金型中に射出成形することで、効率的に機械的接触を
達成することができるので、好ましい。

また、２次元複雑形状複合材の製造には、パラフィンワ
ックスなどのワックス、ステアリン酸エステルなどの油
脂、ステアリン酸亜鉛などの金属石鹸あるいはエポキシ
樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂の１種以上を
鋼粉に対して数ｗｔ％以下添加・混合し、被覆材原料を
、心材原料類を内装した金型中で一軸加圧することで効
率的に機械的接触を達成できるので好ましい。

さらに、心材原料類として金属粉末成形材を使用する場
合は、心材原料粉末に被覆材原料と同様の結合剤を調合
し、金型設計に工夫を加えることで、心材原料類の成形
と被覆材原料の機械的接触とを同一金型で行うことがで
きる。

また、心材原料粉末としては、５０〜１００μｍの平均
粒径を持つ粉末冶金用粉末が使用できる。　これらを成
形、あるいは、焼結することによって、心材原料類とし
て使用でざる。

この第２の工程で結合剤を使用した場合は、第３の焼結
工程以前に、結合剤を除去する。　結合剤は加熱処理に
よって除去でき、加熱の少なくとも一部においては非酸
化性雰囲気を使用し、１〜１０００℃／ｈの昇温速度で
４００〜８００℃まで昇温し、４ｈ以下の保持で行える
。　特に、前記昇温速度は、結合剤の添加量と関連し、
射出成形のために１０ｗｔ％前後の結合剤を使用した場
合は、１〜３００’ｅ／ｈ、−軸加圧成形のために数ｗ
ｔ％の結合剤を使用した場合は、１００〜ｂ 条件で行うことができる。

また、必要に応じて、酸素ポテンシャルを制御した雰囲
気下で加熱することで、結合剤を除去した被覆材の中間
工程品のＣ，Ｏ量を調整でき、最終被覆材の０．０量を
制御することができる。

さらに、本発明の複合焼結材料の製造方法の第３の工程
は、被覆材原料と心材原料類を、少なくとも一部におい
て、温度１０００〜１３５０℃、圧力０．１Ｔｏｒｒ以
下の減圧下で焼結し、さらに非酸化性雰囲気下で焼結す
る。

この心材原料類と被覆材原料とは冶金的に接合されてい
るのが好ましい。　心材原料類と被覆材原料とが冶金的
に接合されていない場合は、両者の接合強度が弱く、機
械的な衝撃等によって両者が分離し、使用に耐えないた
めである。

また、特に限定はしないが、心材原料類に対する被覆材
原料の比率を小さくすることで、高価な微粉の使用量が
減るため、経済性を向上できる。　さらに、一定寸法を
占める被覆材原料の割合を小さくすることで、焼結工程
における寸法収縮の絶対値を小さくできるため、寸法精
度を高めることができる。

被覆材原料中には、結合剤に起因するＣおよび被覆材原
料鋼粉に起因するＣ、Ｏが不純物として含有される。　
本工程では、まず、これら０．０の除去を次式の反応に
よって行う。

固溶Ｃ中酸化物−金属＋ＣＯ＋　ＣＯｔこの反応は、平
衡論的には高温・高真空であるほど右に進行する。　と
ころが、温度が１０００℃未満の場合は、いくら高真空
でも十分な反応速度が得られないため、下限値を１００
０℃とした。

また、０．１Ｔｏｒｒを越える圧力は、いくら高温でも
十分な反応速度が得られないため、上限値を０．１Ｔｏ
ｒｒとする。

また、減圧中で加熱を行う場合、蒸気圧の高いＣｒ原子
が蒸発し、被覆材表面部のＣｒ濃度が低下する。　この
際、被覆材表面から内部へのＣｒ濃度分布はＦｉｃｋの
拡散第２法則にしたがうものであり、Ｃｒ原子の自己拡
散定数が大きい高温はど、低Ｃｒ濃度領域は被覆材内部
まで及ぶ。　そこで本発明では、被覆材表面のＣｒ濃度
を向上させるために、減圧に引続き非酸化性雰囲気中で
加熱を行う。　また減圧加熱を１３５０℃を越える温度
で行うと、低Ｃｒ？ｆｉ度領域が大きくなり過ぎ、被覆
材表面のＣｒ濃度を向上させることが困難となるため、
減圧加熱温度の上限値を１３５０℃と規定する。

前述のように、本発明では、減圧によって生じた被覆材
表面のＣｒ濃度を向上させるために、減圧に引続き非酸
化性雰囲気中で加熱することが必要である。

この加熱は、Ｃｒが実質的に蒸発しない圧力で行う。　
工業的には、大気圧を使用するのが設備上経済的である
。　また特には限定しないが、約１００Ｔｏｒｒ以上７
６０Ｔｏｒｒ未満の炉内圧を示す減圧雰囲気も使用する
ことが可能であり、本発明の加熱条件の範囲に含まれる
。　この圧力下では、Ｃｒの被覆材表面からの蒸発は無
くなり、減圧加熱によって生じたＣｒ濃度分布を原動力
として、Ｃｒ濃度の高い被覆材内部より、Ｃｒ濃度の低
い被覆材表面に向かって、Ｃｒ原子は拡散し、被覆材表
面のＣｒ濃度は上昇し、ついには、被覆材表面のＣｒ濃
度は内部のＣｒ濃度と有意差がなくなる。

本発明の減圧および非酸化性雰囲気での加熱時における
Ｃｒ拡散の形態から予想できるように、非酸化性雰囲気
での表面Ｃｒ濃度の向上に要するＣｒ拡散は、減圧下で
表面Ｃｒ濃度が低下するのに要したＣｒ拡散よりも、長
時間を必要とする。　したがって、減圧下での加熱は、
非酸化性雰囲気での加熱よりも、低温・短時間であるこ
とが好ましく、前者は、１０００〜１２５０℃で０．５
〜２時間、後者は、１２００〜１３５０℃で１〜３時間
の保持が好ましい。

また、非酸化性雰囲気としては、Ａｒ。

Ｈｅ、Ｎ２　等の不活性ガス、Ｈ２Ｃｏ。

ＣＨ２、Ｃ３Ｈｓ等の還元性ガス等が使用できる。　但
し、これらの加熱条件は、本発明の好ましい形態の一部
を示しただけで、本発明をこれらの範囲に限定するもの
ではない。

さらに、以上のように、本発明では、十分に、脱Ｃ１０
を行い、原子拡散（Ｃｒについては前述したが、他元素
例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｍ。

なども、同加熱条件で十分に拡散する）を行うものであ
るため、本発明の被覆材原料粉末を使用することで、密
度９２％以上を達成することができる。　また、同時に
、心材原料類と被覆材原料との構成原子の相互拡散も十
分であり、十分に機械的強度を持つ心材原料類と被覆材
原料の冶金的結合が達成できる。　また、この加熱条件
において、心材原料類として使用した、金属粉末成形材
および焼結の完全に終了していない金属粉末焼結材も同
時に焼結を終了させることができる。

以上の製造方法によって、はじめて、本発明の複合焼結
材料が製造できる。

さらに、より高い寸法精度が要求される場合は、前記第
２の工程の後、結合剤を添加している場合は結合剤を除
去した後、非酸化性雰囲気中６００〜９５０℃で加熱し
、仮焼結を行い、さらに、金型中で焼結金属複合材の中
間工程品を、金型中で一軸加圧すること、あるいは、前
記第３の工程終了後の焼結金属複合材を金型中で一軸加
圧することで寸法を矯正するのが好ましい。

〈実施例〉 以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明する
。

（実施例１） 平均粒径９．５μｍの５Ｕ３３１６組成（Ｃ：０．０１
ｗｔ％；０：０．４２ｗｔ％）の原料粉末に、１０．５
ｗｔ％の結合剤を、加圧ニダーにより１７５℃で４５分
混練して被覆材用原料を用意した。　ここで使用した結
合剤は、アクリル樹脂５５ｗｔ％、パラフィンワックス
２５ｗｔ％、フタル酸エステル２０ｗｔ％により構成さ
れるものである。

心材原料類として、Φ９５ＸＨ３ｍｍの円柱形状の５Ｕ
Ｓ３１６Ｌ組成の溶製材（実施例１−１の心材）、焼結
材（実施例１−２の心材；密度比＝８９％）　鋼粉成形
材（実施例１−３の心材原料；密度比；８５％）を各々
、用意、した。　溶製材は、４ｍｍ厚の鋼板より機械加
工により切り出したものである。　鋼粉成形材は、５Ｕ
Ｓ３１６Ｌの平均粒径８０μｍの粉末冶金用ステンレス
を７ｔ／ｃｍ’（ｆ）の圧力で成形して作製した。　　
また、焼結材は、前記の成形材を０．００１Ｔｏｒｒの
真空中、１２００℃で２ｈ保持して作製した。

第１図に、被覆材原料と心材原料類とを機械的に接触し
た複合成形体を作製する際の線図を示す。　すなわち、
Φ１０１００ＸＨ３の円柱形状のキャビティを有する射
出成形用金型１に、同心円となるように、Φ９５ｘＨ３
ｍｍの円柱形状の心材原料類２を配置し、被覆材用原料
３を１７０℃、圧力２ｔ／ｃｍ２　（ｆ）で射出成形す
る。　複合成形体を窒素中、昇温速度５℃／ｈで、６５
０℃まで昇温の後、２時間保持し、結合剤を除去した。

　さらに、０．０Ｏ１Ｔｏｒｒの減圧中、１１６０℃ま
で昇温し、１ｈ保持した後、Ａｒ（大気圧）を導入し、
１３５０℃まで昇温、２ｈの保持の後、冷却し、本発明
の焼結金属複合材料を得た。

この焼結金属複合材はいずれも１水準あたり５個の試料
を作製し、焼結金属複合材料とじて外径寸法を測定し、
さらに、被覆材について、密度比を測定し、さらに、人
工汗中に４０℃、２４ｈ保持し、発錆の有無を調べた。

　また、１水準あたり１個の被覆材試料については、Ｃ
，Ｏ分析、顕微鏡による組織観察およびＥＰＭＡにより
Ｃｒの線分析を行った。　さらに、ＥＰＭＡの線分析結
果より焼結体表面のＣｒ濃度を求めた。　また、顕＠鏡
観察は、王水により、エツチングを行い、画像解析装置
により、最大気孔径を求めた。　以上の結果を、第１表
にまとめた。

（比較例１） 比較のため、Φ１０１００ｘＨ３の円柱形状の粗粒粉の
成形材（実施例１−３の心材に使用した成形材と外径寸
法のみ異なる；比較例１−１作製用）およびΦ１２０ｘ
Ｈ３ｍｍの円柱形状の微粒粉の射出成形材（実施例１の
被覆材原料で射出成形したもの；比較例１−２作製用）
を用意し、上記複合成形体と同一の処理を施した。

この焼結材を用い、前記実施例１と同様な試験を行った
。　Ｍ果を第１表に示した。

第１表から明らかなように、複合焼結材としての寸法精
度は、心材原料類として、溶製材（実施例１−１）％粗
大粉末を原料とする焼結材（実施例１−２）および粗大
粉末を原料とする成形材（実施例１−３）のいずれを使
用しても、微粒粉を用いた公知射出成形・焼結材（比較
例１−２）に比べ、１ケタ優れるものであり、寸法収縮
の小さい粗大粉末を原料とする成形材より得た焼結材（
比較例１−１）に匹敵するものである。

また、発錆試験によフて、本発明の被覆材は、公知射出
成形・焼結材（比較例１−２）と遜色なく、耐食性に優
れることが判る。

以上のように、本発明の複合焼結材料は、寸法精度にお
いては、粗粒粉のみを使用した焼結材釜であり、耐食性
においては、微粒粉のみを使用した焼結材料並であり、
さらに、全原料中に占める安価な粗粒粉の割合が高いた
め、経済性に優れるもので、工業的に価値の高いもので
あることが明確になった。

（実施例２） 平均粒径９．２μｍの５ＵＳ３０４組成（Ｃ：０．０３
ｗｔ％；Ｏ：０．４８ｗｔ％）の原料粉末に、３ｗｔ％
の樟脳を混合し、被覆材原料を用意した。　混合は、ア
セトンに樟脳を溶解し、乳鉢中で、原料粉末に樟脳溶液
を添加し、アセトンが揮発するまで行った。

心材原料類として、Φ９０ＸＨ３ｍｍの円柱形状の５Ｕ
Ｓ３０４組成の焼結材（実施例２−１の心材；密度比二
８９％）　　５ＵＳ３１６Ｌ組成の焼結材（実施例２−
２の心材；密度比：８９％）、純鉄焼結材（実施例２−
３の心材原料；密度比＝９５％）を各々、用意した。　
焼結材は、各組成の平均粒径８７μｍ粉末冶金用ステン
レスを８ｔ／ａｍ’（ｆ）の圧力でΦ９０ＸＨ３ｍｍに
成形し、さらに、０．０Ｏ１Ｔｏｒｒの真空中、１２０
０ｔで２ｈ保持して作製した。

実施例１と同様に上記の心材を第２図に示すような内径
１００ｍｍの粉末成形用金型に、同心円となるように配
置し、被覆材原料を充填し、外径１００ｍｍ、内径９０
ｍｍのリング状パンチにより、上下より、５ｔ／ａｍ”
（ｆ）で加圧し、被覆材原料と心材原料類とを機械的に
接触した複合成形体を作製した。　複合成形体を水素中
、昇温速度３００℃／ｈで、６５０℃まで昇温の後、２
時間保持し、結合剤を除去した。　さらに、０．００１
Ｔｏｒｒの減圧中、１１２０℃まで昇温し、１ｈ保持し
たのち、Ａｒ（大気圧）を導入し、１２８０℃まで昇温
、２ｈの保持の後、冷却し、本発明の焼結金属複合材料
を得た。

この焼結金属複合材について、実施例１と同様の試験を
行い、結果を第２表に示した。

（比較例２） 比較のため、上記被覆材原料を、Φ１２０のタブレット
の粉末成形用ダイセット金型により、５ｔ／ａｍ’（ｆ
）でΦｔ　２０ＸＨ３ｍｍの円柱形に１軸加圧成形し、
上記実施例２の被覆材原料と、寸法のみ異なる焼結材（
比較例２−１）を用意し、上記複合成形体と同一の処理
を施した。

この焼結材について、実施例１と同様の試験を行った。

　結果を第２表に示した。

第２表により、５ＵＳ３０４組成の被覆材により（実施
例２−１〜３）、心材の組成が被覆材の組成と異なる場
合においても（実施例２−２．３）、微粒粉を使用した
焼結材（比較例２−１）に比較して、耐食性において同
等、寸法精度において格段に優れる、本発明の焼結金属
複合材料が得られることが、明らかになフた。

（実施例３） 本発明をより明確にするために、代表製造方法として以
下の方法で代表的複合焼結材を作製した。

まず、平均粒径９．５ｐｍの５ＵＳ３１６組成（Ｃ：０
．０３＋ｙｔ％；Ｏ：０．５０ｗｔ％）の原料粉末に３
ｗｔ％の樟脳を混合し、被覆材原料を用意した。　混合
は、アセトンに樟脳を溶解し、乳鉢中で、原料粉末に樟
脳溶液を添加し、アセトンが揮発するまで行った。　第
３図に、本実施例に用いた複合成形体を作製する際の粉
末成形用金型４の線図を示す、　この粉末成形用金型４
を用い、心材として、Φ１２×Ｈ７ｍｍの円柱形状の５
ＵＳ３１６組成の焼結材（密度比二８８％）を作製した
。　焼結材は、各組成の平均粒径８２μｍの粉末冶金用
ステンレスを７ｔ／ｃｍ”（ｆ）の圧力でΦ１２Ｘ８７
ｍｍに成形し、さらに、ｏ、ｏｏｉＴｏｒｒの真空中、
１２００℃で２ｈ保持して作製した。　内径１２ｍｍの
粉末成形用金型に、心材を挿入し、さらに、被覆材原料
を充填し、外径１２ｍｍのパンチにより、上下より、４
ｔ／ｃｍ”（ｆ）で加圧し、被覆材原料と心材とを機械
的に接触した複合成形体を作製した複合成形体を水素中
、昇温速度３００℃／ｈで、６５０℃まで昇温の後、１
時間保持し、結合剤を除去した。　さらに、ｏ、ｏｏｔ
Ｔｏｒｒの減圧中、１１５０℃まで昇温し、１ｈ保持し
た後、Ａｒ（大気圧）を導入し、１３２５℃まで昇温、
２ｈの保持の後、冷却し、本発明の焼結金属複合材料（
実施例３−１）を得た。

さらに、上記、代表製造方法と部分的に製造方法を変更
し、種々の本発明用の複合焼結金属材料を作製した。

すなわち、実施例３−２では、被覆材原料粉末の平均粒
径が７．５μｍであるものを用い、実施例３−３では、
平均粒径が１３．５μｍのものを用いた。

また、実施例３−４および３−５は、原料粉末の０１０
量が異なるものを用いた。　なお実施例３−５において
は、結合剤除去の後、露点；＋２０℃の水素中、７００
℃で３０分加熱酸化して、Ｏ量を調整した。　実施例３
−６においては、結合剤除去後、水素中、８５０℃で４
５分保持して、仮焼結を行い、さらに、内径１２ｍｍの
金型中、フｔ／ａｍ”（ｆ）で加圧した後、焼結した。

　実施例３−７においては、焼結後、同金型で、１０ｔ
／ｃｍ”　　（ｆ）で加圧し、さらに、水素中、９００
℃で６０分間保持して焼結した。

実施例３−８、および３−９は、Ａｒガスの非酸化性雰
囲気の焼結温度をそれぞれ１３００℃、１２００℃とし
て行い、実施例３−１０は、同Ａｒ雰囲気下、圧力を２
００Ｔｏｒｒとして行った。

また、実施例３−１１および３−１２は、減圧焼結時の
圧力を０．１Ｔｏｒｒまたは０．０１Ｔｏｒｒとして行
った。

そして、実施例３−１４および３−１５は、減圧焼結時
の温度を１２５０℃または１０５０℃として行った。

これらの本発明の焼結金属複合材について、実施例１と
同様の試験を行い、結果を第３表に示す。

（比較例３） 比較のため、前記実施例３とは下記の条件を変え、焼結
金属複合材を製造した。

すなわち、比較例３−１は、被覆材原料の平均粒径を１
８μｍとして行い、比較例３−２では、被覆材原料中の
Ｃ量を０．５１ｗｔ％、Ｏ量を０．３４ｗｔ％含むもの
、さらに比較例３−３では、Ｃ量を０．０１ｗｔ％、０
量を０．９５ｗｔ％含むものを用いた。

また比較例３−４では、平均粒径４８μｍの粉末を被覆
原料とし、実施例３−６と同様の仮焼結、再加圧した後
、焼結した。　比較例３−５では、非酸化性雰囲気下で
の焼結を省き、減圧焼結のみを行なった。　比較例３−
６では、減圧焼結時の圧力を１Ｔｏｒｒとして行い、比
較例３−７では減圧焼結時の温度を１３６０℃として行
った。

これらの焼結材について、前述と同様の試験を行い、結
果を３４３表に示した。

第３表より、まず、被覆材の原料粉末の平均粒径は、被
覆材の焼結密度比を左右し、平均粒径が１５μｍを越え
ると（比較例３−り、密度比が低下するため、耐食性が
劣化（発錆あり）してしまう、　平均粒径が、７．５．
９．５．１３．５μｍの場合（各々、実施例３−２、−
１．−３）は、９２％以上の密度比が得られるため、優
れた耐食性が達成できた。

また、原料粉末のＣ，Ｏ量の異なる場合、同一の製造方
法によると、Ｃ量が０．０６ｗｔ％を越えたり（比較例
３−２）、Ｏ量が０．３宵ｔ％を越えたり（比較例３−
３）する結果、耐食性が損なわれる。　ただし、原料粉
末のＣ１０量が異なる場合においても、適切なＣ，Ｏ量
の範囲であるか（実施例３−４）、あるいは、焼結前に
、加熱処理によりＣ，Ｏ量を適切に調節すれば（実施例
３−５）、本発明のＣ，Ｏ量の被覆材とすることができ
、耐食性が損なわれることはない。

さらに、被覆材のＣ１０量は、減圧での焼結条件に左右
され、圧力が０．１Ｔｏｒｒを越える場合（比較例３−
６）には、Ｃ％Ｏ量ともに高くなるため、耐食性が劣化
する。　しかし、圧力が、０．１．０，０１、ｏ、ｏｏ
ｔＴｏｒｒと本発明の範囲内での場合（実施例３−１１
、−１２、−１）は、いずれも、耐食性に優れる低Ｃ１
低Ｏの被覆材が得られる。

さらに、減圧焼結の温度も、被覆材のＣ５０量に影響し
、温度が高いほど、低Ｃ１低０が達成できるため（実施
例３−１５、−１、−１４）、耐食性に優れる被覆材が
得られる。

しかし、減圧焼結の温度が高過ぎ、１３５０℃を越える
場合（比較例３−７）は、Ｃｒ原子の蒸発が甚だしいた
め、その後の非酸化性雰囲気下の焼結によっても、高い
表面Ｃｒ濃度が確保できず、耐食性が損なわれる。

さらに、非酸化性雰囲気での焼結を行わない場合（比較
例３−５）は、焼結体表面のＣｒ濃度が極端に低下して
しまうため、耐食性は劣悪なものになフてしまう。

また、非酸化性雰囲気での焼結は、大気圧で行う必要は
なく、Ｃｒが蒸発しない圧力であればよい（実施例３−
１０）、　　さらに、非酸化性雰囲気での焼結は、焼結
密度および表面Ｃｒ濃度を支配し、相対的に高温である
方が、好ましい（実施例３−９．３−８．３−１）。

一方、焼結前後において、加圧および焼結を行うことで
、寸法精度をさらに向上でき〈実施例３−６、−７）、
好ましい。

また、焼結体組織中の最大気孔径の影響をより明確にす
るために、平均粒径４８μｍの粉末を被覆材原料とし、
実施例３−６と同様の仮焼結、再加圧した後、焼結する
ことによって、最大気孔径のみ本発明の範囲外の被覆材
を持つ複合焼結材（比較例３−４）を得た。　しかし、
最大気孔径が２０μｍを越えるため、耐食性に劣る被覆
材となってしまった。

以上のように、本発明によって、はじめて、耐食性、寸
法精度および経済性に優れる複合金属焼結材が得られる
ことが明らかになった。

〈発明の効果〉 本発明では、金属材料（心材原料類）の表面の一部もし
くは全部を、Ｃ：５０．０６ｗｔ％、０：５０．３ｗｔ
％の不純物を含むステンレス組成で、かつ密度比９２％
以上、組織内に存在する気孔の最大径が２０μｍ以下、
心材と接触しない側の焼結体表面のＣｒ含有量が焼結体
内部のＣｒ含有量の８０％以上である焼結材料（被覆材
）によって被覆した焼結金属複合材料によって、従来得
られなかった耐食性、寸法精度および経済性を兼ね備え
る金属部材の提供を達成した。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の実施例に示す複合成形
体の一線図を示す。 第３図は、本発明の実施例に用いた複合成形体を作製す
る際の粉末成形用金型の線図を示す。 符号の説明 １・・・射出成形用金型、 ２・・・心材原料類、 ３・・・被覆材用原料、 ４・・・粉末成形用金型

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）心材となる金属材料（心材原料類） の表面の一部もしくは全部を、Ｃ：≦０．０６ｗｔ％、
   ０：≦０．３ｗｔ％の不純物を含むステレンス組成で、
   かつ密度比９２％以上、組織内に存在する気孔の最大径
   が２０μｍ以下、心材原料類と接触しない側の焼結材料
   表面のＣｒ含有量が焼結体内部のＣｒ含有量の８０％以
   上である被覆材である焼結材料（被覆材原料）によって
   被覆されていることを特徴とする耐食性、寸法精度およ
   び経済性に優れる焼結金属複合材料。
2. （２）上記被覆材原料のステンレス組成が、Ｃｒ：１６
   〜２５ｗｔ％、Ｎｉ：８〜２４ｗｔ％、と残部Ｆｅと不
   可避的不純物から成るものである請求項１記載の耐食性
   、寸法精度および経済性に優れる焼結金属複合材料。
3. （３）上記被覆材原料のステンレス組成が、請求項２記
   載の他に、Ｍｏ：≦１０ｗｔ％を含む請求項１記載の耐
   食性、寸法精度および経済性に優れる焼結金属複合材料
   。
4. （４）前記心材原料類が鉄基焼結材料である請求項１〜
   ３のいずれかに記載の耐食性、寸法精度および経済性に
   優れる焼結金属複合材料。
5. （５）前記鉄基焼結材料の焼結密度が９５％以下である
   請求項４記載の耐食性、寸法精度および経済性に優れる
   焼結金属複合材料。
6. （６）前記鉄基焼結材料の焼結密度が９０％以下のステ
   ンレス焼結材料である請求項４記載の耐食性、寸法精度
   および経済性に優れる焼結金属複合材料。
7. （７）ステンレス組成の平均粒径１５μｍ以下の鋼粉に
   結合剤を添加または添加せずに被覆材原料を得る第１の
   工程、金属粉末成形材または金属焼結材よりなる心材原
   料、および／または金属溶製材または金属焼結材よりな
   る心材（心材原料類）の１種以上に前記被覆材原料を接
   触させる第２の工程、さらに、前記被覆材原料および心
   材原料類を焼結して、心材原料類に被覆材原料を被覆し
   焼結金属複合材を得る第３の工程より構成される焼結金
   属複合材の製造方法であって、 前記第３の工程の少なくとも一部において、温度１００
   ０〜１３５０℃、圧力０．１Ｔｏｒｒ以下の減圧下で焼
   結し、さらに非酸化性雰囲気下で焼結することを特徴と
   する耐食性、寸法精度および経済性に優れる焼結金属複
   合材料の製造方法。
8. （８）前記第２の工程が、心材原料類を内装した金型中
   に被覆材原料を射出成形する工程である請求項７記載の
   耐食性、寸法精度および経済性に優れる焼結金属複合材
   料の製造方法。
9. （９）前記第２の工程が、心材原料類を内装した金型中
   で被覆材原料を一軸加圧する工程である請求項７記載の
   耐食性、寸法精度および経済性に優れる焼結金属複合材
   料の製造方法。
10. （１０）前記第２の工程より後の工程において、金型中
    で焼結金属複合材またはその中間工程品を、金型中で一
    軸加圧することで寸法を矯正する請求項７〜９のいずれ
    かに記載の耐食性、寸法精度および経済性に優れる焼結
    金属複合材料の製造方法。