JPH03232906A

JPH03232906A - 複合焼結品

Info

Publication number: JPH03232906A
Application number: JP2692690A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Kato; 靖正加藤; Yoichi Nakanishi; 洋一中西
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1990-02-06
Filing date: 1990-02-06
Publication date: 1991-10-16

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、複合焼結品に関するものである。

さらに詳しくは、この発明は、異種の金属または合金等
の組合わせの自由度を高め、高生産性で多機能性を実現
することのできる複合焼結品に関するものである。

（従来の技術とその課題）高密度、かつ高強度を有し、三次元の複雑形状の金属製
品を量産するための技術として、射出成形粉末冶金法が
最近注目されており、各種の分野で広くその実用化が進
展しつつある。

この射出成形粉末冶金法は、−数的には次のような工程
によって構成されている。

すなわち、ます、平径粒径数μｍ〜数十μｍ程度の微細
な金属または合金の粉末と有機系の結合剤とを所定の割
合で均一に混練し、射出成形装置によって所定形状の金
型キャビティー中に射出成形し、金型から脱型して射出
成形体を得る。次いで、有機系の結合剤を昇華法、溶剤
抽出法、加熱分解法等によって除去し、さらに不活性あ
るいは還元性の保護雰囲気下、あるいは真空下に加熱焼
結する。

通常、この焼結によって、射出時の成形体よりも体積で
１０％以上収縮し、理論値の９５％以上の密度の焼結晶
が得られている。また、必要に応じて、さらにサイジイ
ング、ライニング、熱処理、切削加工等の後処理を施し
て最終製品としてもいる。

このような工程からも明らかなように、射出成形粉末冶
金法は、金属粉末とバインダとの混線物を金型内におい
て成形する点で、従来より知られているプレス式粉末冶
金法と技術的に共通している点がある。しかしながら一
方で、この射出成形粉末冶金法は、ア）添加する有機系
結合剤の量が格段に多く、イ）成形は射出によりなされ
、しかも、つ）三次元の複雑形状の成形体が容易に得ら
れること等の点においてプレス式粉末冶金法とは大きく
相違している。

このように、射出成形粉末冶金法は特徴のある方法であ
るか、射出成形法であるか故の制約があった。この制約
は、射出成形では三次元複雑形状品の成形が容易である
ものの、異種の金属または合金を用いての複合品の製造
か困難であるという点にある。すなわち、射出成形は、
素材の均一性が技術的に前提となることから、複合品の
成形には本質的な限界がある。仮に異種材料の複合品成
形が考えられたとしても、その接合界面の接合強度はほ
とんど期待できないと考えられていた。

一方、プレス式粉末冶金法では複合品の製造は可能であ
るものの、三次元の複雑形状品を製造することは極めて
困難であった。

複合成形品については、金属または合金の種類に応じて
特有の機能を複合的に発現することのできるものとして
、機能的に、しかも高価な機能材料と低価な材料との組
合せが自在になるものとして期待されているか、これま
での技術によっては、三次元複雑形状の複合品の製造は
ほとんど不可能であるのが実情であった。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、従来の射出成形粉末冶金法の特徴を生かしつつ、
これまでの方法によっては成形困難であった三次元の複
雑形状を有する２種以上の異種金属または合金から、容
易に、かつ、高性能品として製造することのできる新し
い複合品、特に、その複合焼結品を提供することを目的
としている。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記の通りの課題を解決するものとして、
金属または合金の粉末をバインダと混合・混練して射出
成形した成形品を所定の型内に配置し、異種金属または
合金の粉末をバインダと混合・混練したものを前記型内
に射出成形し、次いで、得られた複合成形体を保護雰囲
気下に加熱してバインダを除去し、保護雰囲気下または
真空中において加熱焼結してなることを特徴とする複合
焼結品を提供する。

この発明において使用することのできる金属、合金の種
類については特段の限定はないか、多機能性を実現する
との観点に沿って、その組合せを選択する。たとえば歯
車の成形を例にとると、耐摩耗性が要求される歯面部に
は耐摩耗合金を用い、それ以外にはより安価な鉄系の金
属あるいは合金を用いるなどの対応が可能となる。

耐摩耗合金に代わるものとしてＷＣ５０重量％程度以上
を含有する炭化物等を、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの鉄系金属ま
たは合金を結合材として、これにさらにバインダを混合
・混練して使用することもできる。

射出成形のために、金属または合金の粉末に混合・混練
するバインダとしては、たとえばポリブテンなどが好適
なものとして例示される。

このバインダには、成形性の向上のために滑剤、可塑剤
等の他の成分を添加することもできる。

殻的には、これらの有機配合成分は、およそ１５重量％
以下で配合するのが好ましい。あまり多すぎる場合には
、射出成形性がそこなわれるので好ましくない。

混合・混練に際しては、金属または合金の粉末は、その
粒径を３０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下とす
る。より微粒化された粉末は、表面エネルギーが高いこ
とから、この発明の複合焼結品の製造には有用である。

射出成形は、−数的には２５０℃以下、より好ましくは
１８０℃以下の温度条件下に行うのが好ましい射出成形によって成形した複合成形体は、次いで脱脂処
理として保護雰囲気に加熱し、バインダを好ましくはそ
の残存量が１重量％以下にまで除去する。この時の雰囲
気は、窒素、アルゴン、ネオン等の不活性ガスや水系等
の還元性ガスによって保護雰囲気とする。通常、この時
の加熱は、５〜ｂ程度まで加熱する。

次いで、この脱脂処理した複合成形体は、同様の保護雰
囲気下、もしくは真空下に加熱して焼結する。焼結は、
たとえば１２００〜１５００℃程度において行われる。

もちろん、素材となる金属または合金の種類によってこ
の焼結温度や焼結時間は相違してくる。

射出成形、そして焼結のための装置、金型等については
従来公知の手段をはじめとする適宜なものを使用するこ
とができる。操作条件の細部についても様々な態様が可
能である。

次に実施例を示し、さらに詳しくこの発明の複合焼結金
とその製造方法について説明する。

実施例１第１図に示した工程に沿って複合焼結品を製造する。

＜ａ＞　　まず、平径粒径４μｍのＷ０９０重量％の炭
化物粉末を、結合材としてのＣｏ粉末（１，４μｍ）の
１０重量％とともにポリブテンおよびワックスと混合・
混練する。この時の有機成分の配合量は６重量％とする
。

この混練物を、第１図に示したように、金型（１）（２
＞内に射出成形し、脱型した後に、ゲート（３）および
スプール（４）を除去し、リング状成形体（５）を得る
。この射出成形時の温度は１８０°Ｃとした。

＜ｂ＞　　このリング状成形体（５）を、別の金型（６
）（７）に配置し、Ｆｅ−Ｃｏ合金の粉末（１２μｍ）
を、上記同様のバインダおよびワックスの６重量％と混
合・混練したものを１９０°Ｃの温度において射出成形
する。

なお、前記リンク状成形体（５）を金型（６）（７）に
配置する場合、この成形体（５）と金型（６）（７）と
の寸法のクリアランスがあり、このまま射出成形すると
成形体（５）は射出圧力によって破壊される危険がある
。このため、成形体（５）をあらかじめ室温以上５０℃
程度に加熱して金型（６）（７）内に配置するのが好ま
しい。

＜ｃ＞　　射出成形後にゲート処理し、複合化されたリ
ング状成形体（８）を得る。

この得られた成形体（８）を、昇温速度２０°Ｃ／時で
昇温して５２０°Ｃに加熱し、脱脂処理した。この時、
水素ガス雰囲気下で処理した。その後、１４００°Ｃま
では昇温速度１００°Ｃ／時で昇温しな。なお、１００
０°Ｃまでは水素ガス雰囲気下で処理した。

次いで、５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒの真空下に、１４０
０℃で焼結した。

得られたリング状複合焼結品（９）の内側リンク（１０
）と外側リング（１１）との密着は強固で、実用製品と
して何ら問題はなかった。

実施例２複合焼結品として歯車を製造した。

この場合は、第２図に示したように、実施例１とは逆に
、まずＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金の粉末から歯車の軸周辺部
の成形体（１２）を射出成形し、これを所定の金型内に
配置して超硬合金粉末を用いてのギヤー形状部（１３）
の射出成形を行った。

ギヤー形状部（１３）の射出成形は、ピンゲート方式を
採用した。このため、ピンとゲートとの位置を合致させ
ておくために、位置止めピンを設けた。

アルゴン雰囲気下に脱脂し、次いで焼結して所定の歯車
焼結晶（１４）を得た。強度特性は優れたものであった
。

（発明の効果）この発明により、以上詳しく説明した通り、三次元の複
雑形状品であっても、異種金属または合金間の接合強度
の大きな複合焼結品が提供される。

多機能成形品として今後の応用分野の拡大が期待される
。

すなわち、１）　全く異なった機能を一体化し、耐摩耗と耐食性、
被剛性等々の諸機能を複合化することができる。

２）　安価な材料の部分使用が可能となり、省コスト、
省資源効果が優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は各々、この発明の複合焼結品の製
造例を示した工程図である。１．２・・・金　　　型３・・・ゲ　−　ト４・・・スプール１５・・・リング状成形体６．７・・・金　　　型８・リング状成形体９・・・リング状複合焼結品０・・・内側リングト・・外側リング２・・・軸周辺部成形体３・・・ギヤー形状部４・・・歯車焼結晶

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属または合金の粉末をバインダと混合・混練し
て射出成形した成形品を所定の型内に配置し、異種金属
または合金の粉末をバインダと混合・混練したものを前
記型内に射出成形し、次いで、得られた複合成形体を保
護雰囲気下に加熱してバインダを除去し、保護雰囲気下
または真空中において加熱焼結してなることを特徴とす
る複合焼結品。
（２）請求項（１）記載の複合焼結品において、起硬合
金または金属炭化物と鉄系元素の金属または合金の結合
材とからなる混合粉末をバインダと混合・混練して射出
成形した成形品をあらかじめ型内に配置してなる高硬度
複合焼結品。
（３）射出成形品をあらかじめ型内に配置した後に、鉄
系元素金属または合金の粉末をバインダと混合・混練し
たものを型内に射出成形してなる請求項（２）記載の高
硬度複合焼結品。