JPH03232937A - 射出成形による金属体の製造方法 - 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］ 本発明は金属粉末を出発原料として射出成形により金属
体を製造する方法に関するものである。

［従来の技術］ この種の金属体は、金属粉末に有機バインダを混練し、
この混練物を射出成形してグリーンボディを形成し、こ
のグリーンボディから前記有機バインダを除去した後、
成形体を焼結して製造される。

この製造方法は、金属体の形状を自由に選択でき、金属
体の量産に適し、微粉未使用による焼結晶の緻密化のた
めに物理的機械的性質に優れた特徴がある。しかし、金
属粉末に可塑性を与え、かつ一定形状に成形したグリー
ンボディの型崩れを防止するために用いられる有機バイ
ンダは金属粉末に対してかなりの量が混合される。この
ため有機バインダの除去、即ちグリーンボディの脱脂を
緩やかな温度勾配で長時間行わなければならない煩わし
さがあった。

従来、有機バインダの他に金属粉末に繊維径１０〜４０
μｍ１長さ０．３〜２ｍｍのポリプロピレン、ナイロン
、アクリル等の合成樹脂短繊維を混練する製造方法が開
示されている（特開昭６１２０４３０１）。

この方法は金属粉末に混練する短繊維にグリーンボディ
の型崩れを防止する機能をもたせたため、有機バインダ
が少量で済み、容易に脱脂が行われる。このため、この
方法はグリーンボディの脱脂後の高温焼結時において成
形体にクラック等が発生せず、良品質で高強度の焼結体
が得られる特長がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記方法に用いられる短繊維は、合成樹脂であ
って、３５０℃まで昇温するグリーンボディの脱脂中に
軟化し、更に溶融するため、脱脂中の成形体の型崩れ防
止機能や脱脂後の成形体の強度保持機能が十分でない問
題点があった。

本発明の目的は、グリーンボディの脱脂時の昇温速度を
速めることができ、脱脂中の成形体の変形やクラックの
発生を防止し得る射出成形による金属体の製造方法を提
供することにある。

また本発明の別の目的は、脱脂後の成形体の強度を高め
てその後の取扱いを容易にする射出成形による金属体の
製造方法を提供することにある。

更に本発明の別の目的は、焼結後の金属体の機械的性質
を劣化させることのない射出成形による金属体の製造方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、金属粉末に短繊
維と有機バインダを混練し、この混練物を射出成形して
グリーンボディを形成し、このグリーンボディから前記
有機バインダを除去した後、成形体を焼結する射出成形
による金属体の製造方法の改良である。

その特徴ある構成は、前記短繊維が前記金属粉末１００
重量％に対して０．１〜２０重量％加えられ、少なくと
も３５０℃以上の融点を有し、かつ前記成形体の焼結時
に少なくともその３０容積％以上が前記金属粉末ととも
に溶融して前記金属と一体化することにある。

本発明の金属粉末としては、カルボニル鉄粉末、カルボ
ニルニッケル粉末、ＳＵ、５３０４，３１６等のステン
レス鋼粉末の他、金属射出成形法に通常用いられる金属
粉末を用いることができる。この金属粉末は平均粒子径
が２０μｍ以下の微粉末が好ましい。特に１０μｍ以下
の超微粉は流動性が良好で容易に射出成形できるため好
ましい。

方２０μｍを越えた粗粉末は流動性が悪く、射出成形が
困難となり好ましくない。

本発明の短繊維は、脱脂時に繊維形態を維持することが
必須であるため少なくとも３５０℃以上の融点を有し、
かつ焼結後の金属体の機械的性質を劣化させないために
成形体の焼結時に少なくともその３０容積％以上が金属
粉末とともに溶融してこの金属と一体化する耐熱性材料
で構成される。

この短繊維としては、金属繊維、炭素繊維又はこれらの
混合繊維が挙げられる。特に金属粉末と同一化学成分の
金属繊維は焼結後の金属体の機械的性質がほとんど劣化
せず好ましい。

　− 短繊維はその繊維径が２０μｍ以下で、長さが２〜１０
ｍｍの範囲にあるものが好ましい。繊維径が２０μｍを
越えると射出成形が困難となり、炭素繊維の場合には金
属中に炭素成分が拡散しにくくなり好ましくない。また
長さが２ｍｍ未満であるとグリーンボディ又は脱脂後の
成形体の補強効果が低くなり、１０ｍｍを越えると短繊
維同士が絡んで金属中の同位置に集中しやすくなるため
上記範囲が好ましい。

短繊維は、金属粉末１００重量％に対し短繊維の比重に
応じて０．１〜２０重量％加えられる。

０．１重量％未満ではグリーンボディ又は脱脂後の成形
体の補強効果が低くなり、２０重量％を越えると射出成
形が困難となり好ましくない。

本発明の有機バインダとしては、ポリエチレスポリスチ
レン、ポリアミド等のポリマー系バインダ、又はパラフ
ィン系ワックス等が挙げられる。

この有機バインダは金属粉末１００重量％に対して６〜
１５重量％加えられる。金属粉末の比表面積が大きい場
合には有機バインダを増大し、金属　− 粉末の比表面積が小さい場合には有機バインダを減少す
る必要がある。有機バインダの含有量が６重量％未満で
は流動性が悪く、射出成形が困難となる。また１５重量
％を越えると脱脂時に成形体にクラックや変形が起こり
易くなる。

本発明においては、上述した金属粉末、短繊維及び有機
バインダを混練し、所望の金型を用いて射出成形する。

このときの射出圧力は４００〜２０００　ｋｇ／Ｃｍ”
、射出温度は１２０〜１６０℃が好ましい。射出圧力が
４００　ｋｇ／ｃｍ２未満では圧力が低すぎて材料が流
れず、２０００　ｋｇ／ｃｍ′Ｉを越えると金型が破損
しやすい。また射出温度が１２０°Ｃ未満では材料の粘
性が大きくなり過ぎ材料が流れず、１６０℃、を越える
とバインダの分解に伴うブローホール等の欠陥を生じや
すい。

この射出成形で得られたグリーンボディから有機バイン
ダを分解、気化させて除去し、グリーンボディを脱脂す
る。本発明の脱脂は、グリーンボディにその形態保持用
の短繊維が含まれているため、従来の昇温速度より速い
１０〜２００６Ｃ／　ｈｒで、室温から３５０°Ｃまで
昇温しで行われる。グリーンボディの肉厚が薄い程、速
い昇温速度で脱脂することができる。

脱脂した成形体を真空圧下で焼結する。焼結は金属粒子
が相互に拡散して、粒子同士が密着する１１００〜１５
００℃で、０．５〜４時間行われる。

［作　用コ 金属粉末、短繊維及び有機バインダを均一に混練した材
料を射出成形した後、グリーンボディを脱脂すると、短
繊維が補強材となって、脱脂中の成形体の変形及びクラ
ックを防止する。

また短繊維により成形体の形態保持力が高まっているた
め、脱脂後の成形体を焼結炉に搬入する際に、型崩れす
ることなく、容易に取扱うことができる。

更に短繊維は焼結中、金属粉末とともに溶融して金属と
一体化する。特に短繊維が炭素繊維の場合には、炭素が
金属の融点降下を起こすため金属の焼結性を向上し、か
つ炭素が金属と化合するため焼結後の金属体の機械的性
質を劣化させることがない。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、金属粉末とともに
所定の短繊維を混合することにより、脱脂時の昇温速度
を速めることができ、脱脂中の成形体及び脱脂後の成形
体の型崩れを防止し、クラックや変形のない焼結金属体
を得ることができる。

［実施例］ 次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。

〈実施例１〉 金属粉末として平均粒子径９μｍの５ＵＳ３０４粉末１
００ｇに、短繊維として平均繊維径８μｍで長さ５ｍｍ
の５ＵＳ３０４繊維３ｇを十分に混合した後、この混合
材料に有機バインダとしてエチレン酢酸ビニル共重合体
２．９３ｇ、ポリブチルメタアクリレート３．１２ｇ、
パラフィンワックス３７１ｇ及びフタル酸ジブチル０７
４ｇを添加し、１５０℃に加熱した混練機に投入した。

上記材料をこの混線機で３０分間加圧しながら均一に混
練し、射出成形に可能な粘度を有する混練物を得た。

この混練物を射出圧カフ　００　ｋｇ／ｃｍ２、射出温
度１５０℃で射出成形し、所望の金属体の形状に近似し
たグリーンボディを得た。このグリーンボディを脱脂炉
に入れ、大気圧下、室温から昇温速度１５°Ｃ／ｈｒで
３２０℃まで昇温しで、３２０　’Ｃで１時間保持し、
グリーンボディから有機バインダを分解、気化させて除
去し、続いて炉内で放冷した。成形体の残バインダ量を
測定したところ最初の総バインダ量１０．５ｇに対して
０．５２ｇであった。

脱脂した成形体を焼結炉に入れ１Ｏ−８Ｔｏｒｒの真空
圧下、室温から昇温速度３００’Ｃ／ｈｒで１３５０℃
まで昇温しで、１３５０℃で１時間保持し、成形体を焼
結した。焼結後、焼結体を炉内で放冷し、所望の５ＵＳ
３０４焼結金属体を得た。

く比較例１〉 実施例１の短繊維を用いない以外は、実施例１０ と同様にして、５ＵＳ３０４焼結金属体を得た。

〈実施例２〉 金属粉末として平均粒子径３μｍのニッケル粉末４ｇと
平均粒子径５μｍのカルボニル鉄粉９６ｇに、短繊維と
して平均繊維径７μｍで平均長さ５ｍｍの炭素繊維（東
し■、商品名トレカチョップドファイバー）０．５ｇを
十分に混合した後、この混合材料に有機バインダとして
エチレン酢酸ビニル共重合体２．７９　ｇ、ポリブチル
メタアクリレート２．９８ｇ、パラフィンワックス３．
５３ｇ及びフタル酸ジブチル０．７０ｇを添加し、実施
例１と同様に混練した。

この混練物を実施例１と同様に射出成形し、所望の金属
体の形状に近似したグリーンボディを得た。このグリー
ンボディを実施例１と同じ脱脂炉に入れ、大気圧下、室
温から昇温速度１０’Ｃ／ｈｒで２５０℃まで昇温しで
、２５０℃で１時間保持し、グリーンボディから有機バ
インダを分解、気化させて除去し、続いて炉内で放冷し
た。成形体の残バインダ量を測定したところ最初の総パ
イン１ ダｆｉｌｏｇに対して４ｇであった。

脱脂した成形体を焼結炉に入れ１Ｏ−３Ｔｏｒｒの真空
圧下、室温から昇温速度４００℃／ｈｒで１３００℃ま
で昇温して、１３００°Ｃで３０分間保持し、成形体を
焼結した。焼結後、焼結体を炉内で放冷し所望のＦｅ−
Ｎ１−Ｃの焼結金属体を得た。

く比較例２〉 実施例２の短繊維を用いない以外は、実施例２と同様に
して、Ｆｅ−Ｎｉの焼結金属体を得た。

上記実施例１及び２において、脱脂した成形体中の５Ｕ
Ｓ３０４繊維又は炭素繊維は熱による変質、変形を起こ
さず、脱脂後の成形体は短繊維を混合しない比較例１及
び２のものと比べて変形やクラック等が極めて少なく、
短繊維が有効に作用していることが認められた。この結
果、比較例１及び２の各焼結体に変形やクラック等が見
られたのに対して、実施例１及び２の各焼結体には変形
やクラック等が全く見られなかった。

また実施例１の５ＵＳ３０４を１０％しゅう酸２ 液中で電解腐食させた後、また実施例２のＦｅＮ１−Ｃ
をナイタルで腐食させた後、それぞれ金属顕微鏡で観察
したところ、実施例１の５ＵＳ３０４繊維は５ＵＳ３０
４粉末とともに焼結し、その痕跡は全く見られなかった
。また実施例２の炭素繊維は僅かな痕跡を残すもののＦ
ｅ−Ｎｉ焼結体にほとんど溶融していた。

実施例と比較例の各焼結体の相対密度をアルキメデス法
により測定し、引張試験は第１図に示す金型により作成
した厚さ４ｍｍの引張試験片を用いてインストロン型引
張試験機により行った。また硬さ試験はロックウェル硬
さ試験機により行った。

その結果を第１表に示す。

（以下、本頁余白） ３ 第 表 第１表より実施例１及び２の各焼結体は比較例１及び２
の各焼結体と比べて工業的に十分に使用可能な機械的強
度を有することが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例及び比較例の各引張試験片の金
型平面図。 ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）金属粉末に短繊維と有機バインダを混練し、この混
   練物を射出成形してグリーンボディを形成し、このグリ
   ーンボディから前記有機バインダを除去した後、成形体
   を焼結する射出成形による金属体の製造方法において、 前記短繊維は前記金属粉末１００重量％に対して０．１
   〜２０重量％加えられ、少なくとも３５０℃以上の融点
   を有し、かつ前記成形体の焼結時に少なくともその３０
   容積％以上が前記金属粉末とともに溶融して前記金属と
   一体化することを特徴とする射出成形による金属体の製
   造方法。 ２）短繊維が金属粉末と同一化学成分の金属繊維である
   請求項１記載の射出成形による金属体の製造方法。 ３）短繊維が炭素繊維である請求項１記載の射出成形に
   よる金属体の製造方法。