JPH03271302A

JPH03271302A - 粉末焼結品の製造方法

Info

Publication number: JPH03271302A
Application number: JP7259490A
Authority: JP
Inventors: Isao Fuwa; 勲不破; Toshiyuki Matsumae; 松前　利幸
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1991-12-03
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH089721B2

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）本発明は粉末焼結品の製造方法に関する。

（従来の技術）粉末を成形し、それを構成する材質の融点以下の温度で
加熱し、強固な結合をつくりだして部品として利用しよ
うとする試みは以前から取り組まれ、金属粉末を利用し
たものは粉末冶金として完全に実用化段階にある。この
粉末冶金によれば高融点のため溶解や鋳造では製造困難
な材料や、高硬度である為に鍛造が困難な材料の部品製
造において特に重要な技術となっている。

又、最近では更に複雑な形状や、高精度を四指した金属
射出成形法や開発され、この成形法による製品が市場に
供給されつつある。

これらの粉末成形において、粉体と粉体との滑りを良く
する為に、通常、有機物が添加されるが、その添加量は
粉末冶金では体積の数％、射出成形法では更に高い流動
性が要求される為に体積の４０〜５０％にも及んでいる
。

（発明が解決しようとする課題）しかし、これらの有機物は、特に射出成形法では焼結が
完了するまでの工程において、有機物を取り除くために
脱脂という独立した工程を設けているが、これによって
も完全に除去することは困難で、焼結品中に残留し、焼
結品の特性低下を招く原因となっている。

即ち、例えば電磁特性が求められるパーマロイや！磁軟
鉄においては炭素含有量が増加するに伴って特性が低下
し、又、耐食性が要求されるマルテンサイト系ステンレ
スでは、耐食性が低下したり磁気を帯びる等の！！題が
あった。

更に、上記に代表される低炭素含有金属は、その焼結品
を得るのに低炭素含有粉末を用いる必要があり、その結
果、粉末精製コスト等により、粉末焼結品のコストをア
ップさせる原因となっていた。

この発明は斯る課題を解決するためになされたものであ
り、その目的とするところは、焼結品内の炭素含有量を
低減させることにより、ｉｔＭ１気特性や耐食性等に優
れた高品質な粉末焼結品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）前記目的を遠戚するために、本発明方法においては、金
属粉末を成形した後これを酸化性雰囲気中で加熱し、粉
末表面に酸化皮膜を形成して、焼結時に還元性雰囲気中
で焼結することにより、酸素が解離する際にＣＯガスや
ｃｏ８ガスとして解離させ、焼結品内の炭素含有量を低
減させることを特徴とする。

又、金属粉末を成形して得られる成形品の粉末表面に酸
化皮膜を形成させるかわりに、成形時に金属粉末とその
酸化物を任意の割合で混合したものを用いても良い。

成形材料として金属粉末と金属粉末及びその酸化物の混
合物のいずれかと、有機結合剤とを混練したものを用い
、成形は射出成形とし、成形後に酸化性雰囲気中で加熱
して有機結合剤を除去（脱脂）することで粉末表面に酸
化皮膜を形成する。

前記脱脂工程において、その大部分は非酸化性雰囲気中
で行われ、工程の任意の一部分のみは酸化性雰囲気中で
行うことにより、粉末表面の酸化皮膜の厚みを制御し、
焼結品内の炭素含有量が制御される。

前記焼結工程は真空中で行われ、酸素と炭素を結合させ
て解離させるようにしている。

又、前記焼結工程を真空中で行い、その時に発生するガ
スの特定成分をモニタリングし、その結果をフィードバ
ックして還元性ガスや酸化性ガスを制御しながら導入す
ることにより、焼結品の炭素含有量を制御することであ
っても良い。

更に、焼結工程をＨｌやアンモニア分解ガス等の還元性
雰囲気中で行い、Ｃｏ／Ｃ（ｈの比率及びＵｔ／ＨＪの
比率をモニタリングし、その結果をフィードバックして
還元ガス量を制御することにより、焼結品内の炭素含有
量を制御することであっても良い。

（作用〉前記槽底により、本発明方法によれば、例えば炭素鋼等
の炭素を含有した金属粉末を成形して得られる成形品の
表面を酸化させ、その後に還元性雰囲気中（真空やＨｚ
雰囲気等）で加熱すると、粉末内部の酸素は活性化され
た状態で表層から解離し、この際に酸素は粉末内部の炭
素と結合してＣＯ富ガスはＣＯ２ガスとなって離脱し、
結果的に焼結品内の炭素含有量が低減する。

このため、電磁気特性や耐食性等に優れた高品質の粉末
焼結品が得られるという利点を有する。

（実施例）以下、図面に基づき本発明方法の好ましい実施例を説明
する。

第１図には本発明方法による原理的工程が示されている
。

同図において、炭素を含有した金属粉末、例えば炭素鋼
と有機物を混合して成形することにより成形品を得、こ
れを酸化性雰囲気中で加熱すると有機物の大部分は揮発
するが、一部は炭化して残留すると共に金属粉末の表面
は酸化される。

この状態で、真空のような還元性雰囲気中で焼結可能な
温度まで加熱すると、酸素は活性化された状態で粉末表
面から離脱する。この際、酸素は粉末内部の炭素又は有
機物から残留した炭素分と結合して、−酸化炭素（ＣＯ
）又は二酸化炭素（Ｃｏ□）として成形品から離脱し、
結果的に焼結品内の炭素含有量は低減することになる。

以下に、本発明の更に具体的な実施例を説明する。

〔実施ｇ４１〕この実施例では、粉末として平均粒径５０μｍのカーボ
ニル鉄粉を用い、これに有機物である３ｗｔ％のステア
リン酸を加えてブレス底形により成形品を得た。この成
形品を大気圧中において２５０°Ｃまで３時間で昇温し
、その後２時間保持するように加熱した。更に、これを
１０−’ｔｏｒｒ台の真空中において９００℃で２時間
保持した後、同じ真空度を保持しつつ１２５０℃まで昇
温し、この温度で２時間保持して焼結を完了した。

なお、前記における大気圧中での加熱条件は、除去すべ
き炭素量に応して粉末表面の酸化炭膜厚を変化させるよ
う、適宜に設定すれば良い。

又、真空中における加熱条件も前記のものに限定さるも
のではないが、焼結が進行する時点において粉末表面は
還元され、活性化されている必要がある。そして、この
実施例では、１０−’ｔｏｒｒ台の真空中において９０
０’Ｃで２時間保持させることにより還元を行っている
が、粉末表面の酸化皮膜の厚みによっては時間を延長し
たり、炉内に一部水素ガス（ｌを導入して行う等の手段
を採ることもできる。

〔実施例２〕粉末として平均粒径５０μｍのカーボニル鉄粉を用い、
これに金属酸化物としての４ｗｔ％の酸化鉄と、有機物
としての３ｗｔ％のステアリン酸を加えてブレス底形を
行って成形品を得た。この成形品を、炉内に水素ガス（
Ｈ２）を微量導入し１０−’ｔｏｒｒ台に保持した条件
下で、９００℃で４時間加熱した後、水素ガス（Ｈ２）
の供給を止め、更に１０−　’　Ｌｏｒｒ台に保持した
真空下で１２５０℃まで昇温し、その温度で２時間保持
した。

なお、前記のカーボニル鉄粉と酸化鉄との混合にはボー
ルミルを用い、アルコールを加えた湿式状態で２４時間
混合した。

この実施例では、前述した「実施例１」に比べ酸化鉄を
用いているので、強力な還元能力が要求される。このた
め、真空下で炉内に水素ガス（■よ〉を導入して加熱を
行っているが、酸化鉄の混合比率によっては、水素ガス
（Ｈ２）を導入しない真空下のみで行っても良い。

〔実施例３〕粉末として平均粒径１２μｍの水アトマイズ鉄粉を用い
、これに有機物としてのステアリン酸、エチレン−酢酸
ビニル共重合体、メタクリル酸エステル、パラフィンの
混合物を体積比で、鉄粉：前記混合物−３：２になるよ
うに混ぜ、加圧ニーダで混練した。

そして、この材料を一般の樹脂成形用射出成形機で成形
を行い成形品を得た。この成形品を大気圧下において４
５０°Ｃまで２４時間を要して昇温させ、前記の有機物
を除去して脱脂を行った。

この脱脂品を、炉内に水素ガス（Ｎ２）を微量導入し１
０−　’　ｔｏｒｒ台に保持した条件下で、９００℃で
４時間加熱した後、水素ガス（ａＸ）の供給を止め、１
０”’ｔｏｒｒ台に保持した真空中で１２５０″Ｃまで
昇温し、この温度に２時間保持した。

〔実施例４］この実施例では、前記の「実施例３Ｊと同様の成形材料
を用い、かつ射出成形を行って得られた成形品を、窒素
ガス（Ｎ２）雰囲気中又は真空中で４５０°Ｃまで２４
時間を要して昇温し、その後大気圧雰囲気中で４５０”
Ｃの温度で２時間保持し脱脂を行った。

この脱脂品を１０−’ｔｏｒｒ台の真空中で９００℃で
３時間加熱した後、同し真空度を保持して１２５０℃ま
で昇温し、この温度に２時間保持した。

なお、前記の「実施例３」においては、本実施例よりも
強固な酸化皮膜が形成されるため、真空中に水素ガス（
Ｎ２）を加える手段が用いられたが、これは必ずしも必
要でなく、焼結が進行する以前の段階で、より長時間に
わたり真空中で加熱する手段を採っても良い。

〔実施例５〕この実施例では、前記の「実施例４」で得られた脱脂品
を第２図に示される炉で焼結した。

この炉は、炉体１と水素ガス（Ｎ２）及び空気（Ａｉｒ
）の供給口がコントロール弁２，３を介して接続され、
又、炉体１内の真空排気系はコントロール弁４を介して
炉体ｌと接続されている。

炉体１とコントロール弁４との間には質量分析部５が設
けられ、この質量分析部５では分解ガス成分の分子量が
検出される。ここで分析された結果は管理用コンピュー
タ６に送られ、前記分析結果と管理用コンピュータ６に
予め設定された値との差異に応し、コントロール弁２，
３．４及び５ＣＲ７を介して接続されたヒータ８が制御
される。

第３図には本実施例における炉内温度と炉内圧力等との
関係が示されている。

この実施例によれば、例えば分解ガス成分の分子量Ｉ８
及び２８が検出され、分子量１８の成分が増加するとコ
ントロール弁２を絞り、又、分子量２８の成分が減少す
るとコントロール弁４を開いて真空度を高くする。この
場合、脱脂品は真空中において９００°Ｃで４時間保持
した後、１２５０℃まで昇温し、その温度で２時間保持
した。

なお、この実施例では、検出する分解ガス成分を分子量
１８と２８のものについて説明したが、これに塵定され
るものではなく、又分解ガスの検出方法も質量分析計に
限定されるものでもない、更に、炉内温度や真空度を変
化させるシステムとして、コントロール弁と管理用コン
ピュータ及びヒータ等を組合せた場合について説明した
が、これは−例を示すものであってこれに限られるもの
でないことは勿論である。

〔実施例６〕この実施例においては前記の「実施例５」と同様の手順
で行った。しかし、焼結工程は第２図に示されるコント
ロール弁３．４を作動させず、常圧で炉内に水素ガス（
８ｇ）を導入して行った。質量分析系では分解ガス成分
の分子Ｉ２８．４４．２゜１８を検出し、その値からＣ
ｏ／ＣＯ□の比率及びＨＸ／Ｈ，Ｏの比率を算出し、こ
の値によりコントロール弁２を制御した。

本実施例では前記の「実施例５」と同様に、脱脂品を９
００°Ｃで４時間保持した後、１２５０°Ｃまで昇温し
、その温度で２時間保持した。

なお、以上の各実施例において、材料粉末は低炭素材料
に限定されるものではなく、高炭素含有材料の炭素量制
御にも応用することができる。

〔実施例７〕この実施例では、材料粉末として炭素を１．３８％含ん
だ５ＫＨ５７の水アトマイズ粉を用い、前述した「実施
例４」と同様に、窒素ガス（Ｎ２）雰囲気中又は真空中
において４５０℃まで２４時間を要して昇温し、その後
大気圧雰囲気中で４５０℃の温度で２時間保持した。こ
の脱脂品を１０−’ｔｏｒｒ台の真空中で９００°Ｃで
３時間加熱した後、同じ真空度を保持しながら１２２０
°Ｃまで昇温し、この温度で２時間保持した。

この様にして得られた焼結品の炭素含有量は０．８％と
なり、焼結後硬度は本発明を適用しないもののロックウ
ェル硬度がＨ＊ｃ６１に対し、Ｈａｃ６４に下がったが
、靭性では大きく向上した。

以上のように、本発明の実施例によれば、必要とする特
性に応じて、任意に炭素量をコントロールすることがで
きるという利点を有する。

（発明の効果）この発明は以上説明した通り、炭素を含有した金属粉末
を底形してこれを酸化性雰囲気中で加熱し、粉末表面に
酸化膜を形成し、焼結時に還元性雰囲気中で加熱して酸
素が解離する際、ＣＯガスやＣＯ□ガスとして解離させ
ること等により、焼結材料として高価な低炭素粉末を用
いなくとも、電磁気特性や耐食性等に優れた高品質な焼
結品を得ることができる。又、必要な特性に応じて焼結
品の炭素含有量をコントロールすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法による原理的工程を示す図、第２図
は本実施例に用いたシステム構成を示す図、第３図は炉
内温度と炉内圧力ならびに分解ガスの特定成分の分圧と
の関係を示す図である。１・・・・・・炉体２．３．４・・コントロール弁５・・・・・・質量分析部６・・・・・・管理用コンピュータ１、−　ｉ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属粉末を成形した後これを酸化性雰囲気中で加
熱し、粉末表面に酸化皮膜を形成して、焼結時に還元性
雰囲気中で焼結することにより、酸素が解離する際にＣ
ＯガスやＣＯ＿２ガスとして解離させ、焼結品内の炭素
含有量を低減させることを特徴とする粉末焼結品の製造
方法。
（２）請求項１記載の製造方法において、金属粉末を成
形して得られる成形品の粉末表面に酸化皮膜を形成させ
るかわりに、成形時に金属粉末とその酸化物を任意の割
合で混合したものを用いることを特徴とする粉末焼結品
の製造方法。
（３）請求項１、２記載の製造方法において、成形材料
として金属粉末と金属粉末及びその酸化物の混合物のい
ずれかと、有機結合剤とを混練したものを用い、成形は
射出成形とし、成形後に酸化性雰囲気中で加熱して有機
結合剤を除去する脱脂を行うことにより粉末表面に酸化
皮膜を形成することを特徴とする粉末焼結品の製造方法
。
（４）請求項３記載の製造方法において、前記脱脂工程
はその大部分を非酸化性雰囲気中で行い、工程の任意の
一部分を酸化性雰囲気中で行うことにより、粉末表面の
酸化皮膜の厚みを制御し、焼結品内の炭素含有量を制御
することを特徴とする粉末焼結品の製造方法。
（５）請求項１〜４記載の製造方法において、前記焼結
工程を真空中で行い、酸素と炭素を結合させて解離させ
ることを特徴とする粉末焼結品の製造方法。
（６）請求項１〜４記載の製造方法において、前記焼結
工程を真空中で行い、その時に発生するガスの特定成分
をモニタリングし、その結果をフィードバックして還元
性ガスや酸化性ガスを制御しながら流すことにより、焼
結品の炭素含有量を制御することを特徴とする粉末焼結
品の製造方法。
（７）請求項１〜４記載の製造方法において、前記焼結
工程をＨ＿２ガスやアンモニア分解ガス等の還元性雰囲
気中で行い、ＣＯ／ＣＯ＿２の比率及びＨ＿２／Ｈ＿２
Ｏの比率をモニタリングし、その結果をフィードバック
して還元ガス量を制御することにより、焼結品内の炭素
含有量を制御することを特徴とする粉末焼結品の製造方
法。