JPH0372006A - 合金粉末成形体の熱処理時固定用組成物 - 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） この発明は、合金粉末と合成樹脂系感圧接着剤との混和
物をシート状などに圧延成形した合金粉末成形体を金属
母材上に載置しこれに焼結や再溶融チルなどの熱処理を
施して母材表面に合金層を形成する際に使用する、合金
粉末成形体の熱処理時固定用Ｕ威物に関する。

〔従来の技術〕

この種の合金粉末成形体は、これに含まれる合成樹脂系
感圧接着剤の接着力によって金属母材面への貼り付けが
可能であるが、これを焼結や再溶融チルなどの高温の熱
処理に供したときにはその接着力が消失するため、熱処
理中に母材面から剥がれ落ちる問題がある。

この発明者らは、上記問題の解決のため、先に、成形体
と母材との間に特定の固定用組成物を介在させる一方、
この状態で成形体を焼結する際に、非酸化性雰囲気下１
５０〜４００℃で少なくとも５分間保持する方法を提案
した。

この提案法においては、成形体と母材との間に特定の固
定用ｍ酸物を介在させて焼結処理に供したとき、１００
０程度までの分解温度以下では上記組成物の感圧接着力
によって成形体の母材上への接着固定を補助する作用を
発揮する。一方、上記温度からさらに４００℃程度まで
の昇温過程では分解し、この分解が急激におこると接着
固定という本来の補助作用を失って成形体の剥離、脱落
を防止しにくくなるが、この間つまり１５０〜４００℃
の範囲での昇温を緩やかに行い、上記温度範囲に少なく
とも５分間保持する如く昇温すると、上記組成物はこの
間に熱分解重縮合反応を起こしてタールピッチ状の粘着
性物質を生威し、これが上記温度範囲およびこれよりさ
らに高い温度である成形体が焼結し妬める７００℃程度
までの温度範囲における成形体の母材への接着固定を効
果的に補助する作用を発揮する。

このため、成形体を母材の斜面や湾曲面さらには下向き
の面などに載置して焼結処理に供したときでも、焼結処
理中に成形体の剥離、脱落という問題を招くことがなく
、母材と合金粉末との金属同志の結合によって母材面に
強固に固着された所望の合金層を形成することができる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この発明者らの引き続く研究によれば、
上記の提案法においても、処理するべき成形体が大型化
したり、母材面の湾曲度が大きくなると、１５０〜４０
０’ｔ’の間のタールピッチ状の粘着性物質を生成させ
る過程で、成形体がその自重または反ｆ８性によって母
材から脱落したり、エツジ部分にそり返りが発生する場
合があり、これが原因で焼結や再溶融チルなどの熱処理
に問題を生じることがあった。

したがって、この発明は、上記の提案法に係る固定用組
成物にさらに改良を加えることにょγＣ１戒形体の母材
面への接着固定をより確実に行うことを目的としている
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討
した結果、上記提案法に係る固定用Ｍｉ或物においては
主成分として特定の共重合体を用いているが、この共重
合体に対しさらに特定の無機繊維を配合するようにする
と、このＭｉ戒酸物１５０〜４００℃の間の熱処理でタ
ールピッチ状の粘着性物質に変換される際に、上記無機
繊維が粘着性物質のフィラー成分となってその凝集力を
高めるべく作用し、これにより成形体の保持性および耐
反ｉΩ性が向上してくることを見い出し、この発明を完
成するに至った。

すなわち、この発明は、合金粉末と合成樹脂系感圧接着
剤との混和物を圧延成形してなる合金粉末成形体を金属
母材上に載置し非酸化性雰囲気下１５０〜４００℃で少
なくとも５分間保持したのち焼結その他の熱処理を施す
際に上記成形体と上記母材との間に介在させて上記熱処
理が完了するまでの間上記成形体を上記母材上に接着固
定するための熱処理時固定用組成物であって、アルキル
基の平均炭素数が２〜１２の範囲にあるアクリル酸アル
キルエステルおよび／またはメタクリル酸アルキルエス
テル〔以下、（メタ）アクリル酸アルキルエステルとい
う）８０〜９９．５重量％と分子内に官能基を有する不
飽和単量体２０−０．５重量％との共重合体（以下、ア
クリル系共重合体という）と、この共重合体１００重量
部に対して１〜２０重量部となる割合の無機繊維および
０〜１００重量部となる割合の接着性付与樹脂とを含有
することを特徴とする合金粉末成形体の熱処理時固定用
組酸物に係るものである。

〔発明の構成・作用〕

この発明において熱処理時固定用Ｍｉ酸物の主成分とし
て使用するアクリル系共重合体は、アルキル基の平均炭
素数が２〜１２の範囲にある（メタ）アクリル酸アルキ
ルエステル８０〜９９．５重量％、好適には９０〜９８
重量％と分子内に官能基を有する不飽和単量体２０−０
．５重量％、好適にはｌ０〜２重量％との共重合体であ
る。

上記の（メタ）アクリル酸アルキルエステルは、組成物
を高温加熱処理して炭化させたときのガス発生量を少な
くし合金層に膨れなどが発生ずるのを防ぐ機能を有する
ものであり、その使用量が８０重量％に満たないと上記
機能に劣り、９９．５重量％を超えると常温での接着性
が低下したり固定作業性に劣る結果となる。また、アル
キル基の平均炭素数が２に満たないかあるいは１２を超
えてしまうと、接着性低下の問題がある。

このような（メタ）アクリル酸アルキルエステルの具体
例としては、たとえばアルコール残基としてのアルキル
基がｎ−ブチル、イソブチル、ｌ−エチルプロピル、１
−メチルペンチル、２−メチルペンチル、３−メチルペ
ンチル、■−エチルブチル、２−エチルブチル、イソオ
クチル、２−エチルヘキシル、３・５・５−トリメチル
ヘキシル、デシル、ドデシルなどであるアクリル酸アル
キルエステルまたはメタクリル酸アルキルエステルを挙
げることができる。

上記の（メタ）アクリル酸アルキルエステルと共重合さ
せる分子内に官能基を有する不飽和単量体は、主に紐或
物の常温での接着力の向上に寄与するものであって、そ
の使用量が０．５重量％に満たないと上記機能に劣り、
２０重量％を超えると粘着性が低下するおそれがある。

このような不飽和単量体の具体例としては、たとえば官
能基としてカルボキシル基を有するアクリル酸、メタク
リル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、フェノ
ール酸、フマル酸などが、また官能基として水酸基を有
するアクリル酸−２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸
−２−ヒドロキシエチル、アクリル酸−２−ヒドロキシ
プロピル、メタクリル酸−２−ヒドロキシプロピル、ア
クリル酸−１−メチル−２−ヒドロキシエチル、メタク
リル酸−１−メチル−２−ヒドロキシエチル、２−ヒド
ロキシビニルエーテルなどが、また官能基としてエポキ
シ基を有するグリシジルアクリレート、グリシジルメタ
クリレートやメチロール基を有するＮ−メチロールアク
リルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミドなどが、
さらに官能基としてアミノ基を有するＮ−Ｎ−ジメチル
アミノエチルアクリレート、Ｎ−Ｎ−ジメチルアミノエ
チルメタクリレート、Ｎ−ターシャリ−ブチルアミノエ
チルアクリレート、Ｎ−ターシャリ−ブチルアミノエチ
ルメタクリレート、Ｎ−ターシャリ−ブチルア果ノブチ
ルアクリレート、Ｎ−ターシャリ−ブチルアミノブチル
メタクリレートなどが挙げられる。

このアクリル系共重合体の分子量としては、−般に重量
平均で５万以上のものが好ましく、分子量が低すぎると
常温時および高温加熱時での成形棒の接着固定力に劣る
ので好ましくない。

この発明においては、上記のアクリル系共重合体ととも
に必要に応じて接着性付与樹脂が用いられる。この樹脂
は主に常温での接着力に寄与させるためのものであり、
その使用量は前記のアクリル系共重合体１００重量部に
対して１００重量部までとされる。これより多くなると
上記共重合体の前記特性が損なわれる。一方、この接着
性付与樹脂の使用に基づく上述の効果を得るためには、
少なくとも０．１重量部以上、好適には５〜７０重量部
の使用量とすればよい。

このような接着性付与樹脂の具体例としては、アルキル
フェノール系樹脂、クマロンインデン系樹脂、ポリテル
ペン系樹脂、セジン系樹脂、石油系樹脂、ポリビニルエ
ーテル系樹脂などを挙げることができる。

この発明の熱処理時固定用組酸物は、上述のアクリル系
共重合体またはこれと接着性付与樹脂との混合物に、さ
らに融点が４００℃以上、好適には５００〜１，８００
℃の無機繊維を含有させるようにしたことを特徴とする
。この無機繊維としては、ｌ”ｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、　　ソ
ーダガラス、５ｉＯｚなどの金属やガラスなどからなる
ものが好ましく、またその平均繊維長さが１〜１０ｗ程
度のものが好適に用いられる。

このような無機繊維の使用量は、前記のアクリル系共重
合体１００重量部に対して１〜２０重量部、好適には２
〜ｌＯ重量部とするのがよい。１重量部未満となると、
この発明の効果が充分に得られず、また２０重量部を超
えると初期接着力の面で劣るため、好ましくない。

この発明の熱処理時固定用組成物は、以上の成分のほか
、必要に応じて軟化剤としてキシレン樹脂、パラフィン
ワックス、プロセスオイル、アビエチルアルコール、充
填剤として炭酸カルシウム、シリカ、タルク、可塑剤と
してジオクチルフタレート、ジオクチルアジペート、ト
リフェニルフォスフェート、ジブチルフタレートなどの
各種の添加剤を配合することができる。これら任意成分
の配合量は、前記のアクリル系共重合体１００重量部に
対してこれら成分の総量で通常５０重量部以下とするの
がよい。

つぎに、この発明の熱処理時固定用組成物の使用法につ
き説明する。まず、金属母材上に合金粉末と合成樹脂系
感圧接着剤との混和物を圧延成形した合金粉末成形体を
載置するに当たって、上記母材と上記成形体との間にこ
の発明の前記固定用組成物を介在させる。この介在は上
記組成物を予めフィルム化して行ってもよいし、上記母
材または上記成形体のいずれか一方または両方に上記組
成物を塗布する方法で行ってもよい。

介在させる上記組成物のフィルム厚みないし塗布厚みは
、一般に５〜５０μｍ、好適には１０〜３０μｍ程度で
あるのがよい。上記厚みが薄すぎてはこの発明の効果が
得られないし、厚くなりすぎると母材と成形体との界面
でのガスの発生量が多くなり、焼結や再溶融チルなどの
熱処理時の固定力あるいは熱処理後の接合強度が低下す
るなどの問題があり、好ましくない。

ここで用いる合金粉末成形体は、合金粉末と合成樹脂系
感圧接着剤との混和物をシート状ないしその類似形状に
圧延成形してなるものであり、シト状のものでは通常０
．５〜５闘程度の厚みを有するものが用いられる。

合金粉末としては、従来公知のものがいずれも使用可能
である。その中でも、Ｆｅ−Ｍ−Ｃ系の多元耐摩耗性共
晶合金粉末が特に好ましく用いられる。上記のＭはＭｏ
、ＢおよびＰのうちいずれか少なくとも一種を主成分と
し、副次的な元素としてＣｒ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔ
ｉを含むことがあり、また他の元素としてＳｉ、Ｎｉ、
Ｍｎなどを含むことができる。

この耐摩耗性共晶合金粉末の粉末粒度は、一般に１５０
メツシユ以下であるのがよい。なお、このような共晶合
金粉末とともに必要に応して上記同様の粒度を有するス
テンレス製などの他の金属の粉末を併用してもよく、そ
の使用量は上記の共晶合金粉末との合計量中２０〜８０
重屡％の範囲内とするのがよい。

合金粉末と混和する合成樹脂系感圧接着剤は、前記した
熱処理時固定用組成物のアクリル系共重合体またはこれ
と接着性付与樹脂との混合物からなるものが好適である
が、その他の合成樹脂系感圧接着剤であってもよい。

この合成樹脂系感圧接着剤をアセトン、トルエン、メチ
ルエチルケトンなどの適宜の有機溶剤で希釈し、その固
型分１重量部に対して前記の合金粉末１０〜１００重量
部を加えて混練し、これを一般に離型紙を被せた型枠上
に流し込み、溶剤を蒸発させたのち、圧延ロールに通す
などしてシト状その他の形状に成形することにより、所
望の合金粉末成形体が得られる。

この成形体をこれと金属母材との間にこの発明の熱処理
時固定用組成物を前述の如く介在させて非酸化性雰囲気
下で熱処理するが、その際１５０〜４００℃の温度範囲
に少なくとも５分間保持することが肝要である。すなわ
ち、上記温度範囲に所定時間保持することにより、上記
組成物は急激な分解をきたすことなく接着に有効に寄与
するタルピッチ状の粘着性物質に変換され、かつこれに
含まれる前記の無機繊維の働きでその凝集力が増大する
結果、その後の焼結や再溶融チルなどの熱処理が完了す
るまでの間上記成形体を上記母材上に安定に接着固定す
る。

ここで保持すべき温度が１５０℃より低くなると分解量
が少なくなり、また４００℃より高くなると急激な分解
を起こし、いずれも接着に有効に寄与するタールピッチ
状の粘着性物質を生威しがたくなる。さらに、保持時間
が５分に満たない場合も上記同様の結果となり、やはり
不適当である。

保持時間の上限は特に規定されないが、通常は１２０分
程度までとするのがよい。

なお、非酸化性雰囲気下としているのは、酸化性雰囲気
では成形棒が酸化劣下して所望の合金層を形成できなく
なるためである。非酸化性雰囲気とは水素ガス雰囲気や
窒素ガス雰囲気のばか真空などであってもよい。

上記の保持後、たとえばさらに焼結温度まで昇温しで所
定時間保持すると、上記タールピッチ状の粘着性物質は
最終的に完全に炭化消失しまた成形体中の同様の物質も
炭化消失する一方、成形体中の共晶成分により液晶が晶
出してこれが母材に拡散することにより、母材と強固に
接着接合した合金層が形成される。このとき、粘着性物
質中の前記の無機繊維は通常溶融し、母材と成形棒との
界面においてこれらに一体化される。

また、このような焼結処理を施す代わりに、たとえば高
エネルギービームによる再溶融チルを施してもよく、こ
のような熱処理によっても金属母材面に対し上記と同様
の良好な合金層を形成することができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の熱処理時固定用組成物を用い
ることにより、合金粉末成形体が大型化したりまた金属
母材面の湾曲度が大きい場合などでも、上記成形棒の母
材面からの脱落やそり返りを防ぐことができるから、そ
の後の焼結や再溶融チルなどの熱処理になんら支障をき
たさず、この熱処理によって母材面に対し耐摩耗性など
にすぐれる良好な合金層を形成できる。

〔実施例〕

つぎに、この発明の実施例を記載してより具体的に説明
する。以下、部および％とあるのはそれぞれ重量部およ
び重量％を意味する。

実施剤１ ２−エチルへキシルアクリレート　６５部エチルアクリ
レート　　　　　　　　３０部アクリル酸　　　　　　
　　　　　　　５部酢酸エチル　　　　　　　　　　１
００部ベンゾイルパーオキサイド　　　　０．５部上記
の各成分を反応容器に仕込み、６５℃で８時間重合反応
させて、重量平均分子量が６０万のアクリル系共重合体
を含む溶液を得た。

つぎに、この溶液に、アクリル系共重合体１００部に対
して３部となる割合のガラス繊維（平均繊維長さ５ｍｍ
）を配合し、よく混合して、熱処理時固定用組成物とし
、これを離型紙上に塗布乾燥し、厚み３０μｍのシート
とした。

一方、Ｍｏ１０．５％、Ｃｒ２．５％、Ｐ２．４％。

Ｃ３，６％、残部Ｆｅの化学成分からなる粒度２００メ
ツシユ以下の多元共晶合金粉末にアクリル系感圧接着剤
３％を加え、溶剤としてトルエンを用いて、離型フィル
ム上に乾燥後の厚みが１ｍとなるように塗布したのち乾
燥し、密度４．０ｇ／ａｄの合金粉末シートを作製した
。

このシートを１０１０ｍｍＸ５０の大きさに切断し、こ
れに同形同寸に切断した前記の熱処理時固定用シートを
貼りつけたのち、曲率半径が１５ｆｌ、２５關および５
０ｎ＋の３種の鉄柱に貼り付け、２０℃／分の昇温速度
で３００℃に加熱し、６０分間保持した。このように熱
処理したのちに、合金粉末シートの接着状態を肉眼で観
察したところ、上記曲率半径の異なるいずれの鉄柱に対
しても、エツジ部の剥がれなどをきたすことなく良好に
接着していた。

つぎに、上記の試験後、さらに１０℃／分の昇温速度で
３００℃まで昇温し、この温度で６０分間保持したのち
徐冷して焼結処理を施したところ、この焼結処理中に合
金粉末シートの脱落をきたすことなく、鋼製母材上に強
固に接合固定された厚さが０．６〜０．８　ｔｍ　、硬
さがＨＲＣで５０〜６０、密度が７．６〜７．３　ｇ　
／ｃｔＡの耐摩耗性合金層を形成できた。

実施剤２ 実施例１で得たアクリル系共重合体を含む溶液に、アク
リル系共重合体１００部に対して２部となる割合の鉄繊
維（平均繊維長さ６ｍｍ）を配合し、よく混合して、熱
処理時固定用組酸物とした。この組成物を用いて、以下
実施例１と同様にして合金粉末シートの接着保持試験を
行ったところ、実施例１と変わらない良好な結果が得ら
れた。また、この試験後の焼結処理により実施例１と同
様の良好な耐摩耗性合金層を形成できた。

実施剤３ 実施例１で得た熱処理時固定用組成物（厚み３０μｍの
シート）を用いて、実施例１の合金粉末シート（２０ｍ
ｍＸ６０ｍｍ＋）を曲率半径１５ｍｍの鋳鉄製丸棒上に
はり付け、１０℃／分の昇温速度で３００℃に加熱し６
０分間窒素ガス中で保持した。

このように熱処理したのち、合金粉末シートは丸棒より
はく離せず良好に接着していた。ついで、前記丸棒を予
熱し、合金粉末シート部をＴＩＧアークにて再溶融した
。再溶融条件は、ワーク回転数Ｑ、５５ｒｐｒｒ＋、、
オシレート幅１４ｍｍ、オシレト回数３０回／分、電流
値７０Ａで行った。再溶融チル部にはＨＲＣ硬さ６１の
硬化層が得られた。

比較例１ 実施例１で得たアクリル系共重合体を含む溶液にガラス
繊維を配合せずに、上記の溶液単独を熱処理時固定用組
成物とした。この組成物を用いて、以下実施例（と同様
にして合金粉末シートの接着保持試験を行ったところ、
曲率半径が５０ｍ１ｉの鉄柱に対しては良好に接着して
いたが、曲率半径が１５ｍｍおよび２５ｗｍの鉄柱に対
してはエツジ部の剥がれが認められた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）合金粉末と合成樹脂系感圧接着剤との混和物を圧
   延成形してなる合金粉末成形体を金属母材上に載置し非
   酸化性雰囲気下１５０〜４００℃で少なくとも５分間保
   持したのち焼結その他の熱処理を施す際に上記成形体と
   上記母材との間に介在させて上記熱処理が完了するまで
   の間上記成形体を上記母材上に接着固定するための熱処
   理時固定用組成物であつて、アルキル基の平均炭素数が
   ２〜１２の範囲にあるアクリル酸アルキルエステルおよ
   び／またはメタクリル酸アルキルエステル８０〜９９．
   ５重量％と分子内に官能基を有する不飽和単量体２０〜
   ０．５重量％との共重合体と、この共重合体１００重量
   部に対して１〜２０重量部となる割合の無機繊維および
   ０〜１００重量部となる割合の接着性付与樹脂とを含有
   することを特徴とする合金粉末成形体の熱処理時固定用
   組成物。