JPH04218628A - 貴金属焼結体及びその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、貴金属材料を用いた機
械部品及び装身具などの、貴金属焼結体及びその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金、白金、あるいはこれらの合金
などの貴金属製品を得るには精密鋳造法を用いることが
一般的である。しかし、精密鋳造法は同一形状の部品を
大量に生産するためには、製品と同数の多数の鋳型が必
要なうえ、ピンホールを生じやすいため、一般に高度の
表面性状を要求される貴金属製品にあっては、鏡面性な
どの点で十分な表面性状が得られにくい。

【０００３】このような精密鋳造法の欠点を回避する試
みとして、特公昭６２−２１６１１号公報に開示されて
いるように、貴金属粉末の微粉末とプラスチック粒子の
混合物を加熱・成形して冷却し、擬似貴金属製品を製造
する方法がある。この方法は同一形状の物品を大量生産
することが可能であり、生産性に優れた方法である。し
かし、この方法は貴金属粒子に結合剤としてプラスチッ
ク粒子を配合して成形することによりプラスチックを含
む組成物を作る技術であり、貴金属製品と肉眼で区別が
難しくとも貴金属製品とは異なる、いわばイミテーショ
ンで、貴金属製品に要求される質感を満足することが困
難である。

【０００４】また、鍛造による製造は得られる製品形状
が限られるうえ、鍛造による加工硬化を生じ軟化のため
の複数の熱処理が必要であり、製造コストの低減が困難
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、精密鋳造法
あるいは鍛造法による貴金属製品の問題点である表面性
状の劣化及び高製造コストを回避し、鏡面性などの表面
性状が優れた複雑形状の製品を安価に大量生産可能な技
術を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、炭素含有量が０．０５重量％以下、かつ相
対密度が９５％以上であることを特徴とする貴金属焼結
体、炭素含有量０．０５重量％以下、酸素含有量０．１
重量％以下、かつ相対密度９８％以上であることを特徴
とする貴金属焼結体、体積平均径２０μｍ以下の貴金属
微粉末にバインダを添加・混合して射出成形し、続いて
該射出成形体を加熱して脱脂すると共に炭素含有量を０
．０５重量％以下に調整し、次いで該脱脂体を焼結する
ことを特徴とする貴金属焼結体の製造方法、及び体積平
均径２０μｍ以下の貴金属微粉末にバインダを添加混合
して射出成形し、続いて該射出成形体を加熱して脱脂す
ると共に炭素含有量を０．０５重量％以下に調整し、次
いで該脱脂体を焼結し酸素含有量を０．１重量％以下か
つ相対密度９５％以上とした後、該焼結体を圧力１０ｋ
ｇｆ／ｃｍ２　以上の非酸化性ガス中で該焼結体の融点
の７５〜９８％の温度域で加圧処理して相対密度９８％
以上とすることを特徴とする貴金属焼結体の製造方法を
提供するものである。

【０００７】

【作用】本発明者らは、貴金属製品の製造方法として、
鉄系製品で用いられている金属粉末の射出成形法による
製造を検討し、その製造条件を、得られる焼結貴金属の
物性に適合させる研究を行い、表面性状の優れた貴金属
製品の大量生産を可能とする方法を開発するに至った。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
貴金属焼結体とは、金、銀、白金系金属及びこれらの金
属の合金を主成分とする焼結体を含むものである。本発
明の実施にあたっては、これらの貴金属の合金あるいは
純金属の粉末が必要である。特に粒度は後の製品性状を
決定する要素の一つであるため重要であり、本発明の目
的とする特性を得るには、高い焼結密度を達成するため
体積平均径２０μｍ以下である必要がある。

【０００９】すなわち、後に実施例として図２に示すよ
うに体積平均径が２０μｍを越える粗粉の場合、この後
の工程を最適化しても焼結体の密度を９５％以上とする
ことが困難であり、研磨性が劣悪であるうえ、最終製品
の鏡面性が劣り、本発明の目的とする表面性状の優れる
貴金属製品が得られない。そこで本発明に用いる金属粉
末は体積平均径２０μｍ以下であることが必要である。

【００１０】この金属粉末を射出成形機を用いて成形す
るためには、加熱時において十分な流動性が得られるよ
うに熱可塑性を有するバインダを添加し、均一に混練す
る必要がある。すなわち、金属粉末の射出成形は、金属
粉末だけで行うと、公知のごとく射出流動性及び成形体
強度の点で問題があるので、バインダを添加混合したコ
ンパウンドを用いて成形を行う。本発明においては、射
出成形用バインダは一般的な熱可塑性樹脂等の樹脂及び
／又はワックスを主体とするものを使用し、必要に応じ
て可塑剤、潤滑剤及び脱脂促進剤などを添加する。

【００１１】熱可塑性樹脂には、アクリル系、ポリエチ
レン系、ポリプロピレン系及びポリスチレン系等があり
、ワックス類には、みつろう、木ろう、モンタンワック
ス等に代表されるような天然ろう、及び低分子ポリエチ
レン、マイクロスタリンワックス、パラフィンワックス
等に代表されるような合成ろうがあるが、これから選ば
れる１種あるいは２種以上を用いる。

【００１２】可塑剤は主体となる樹脂あるいはワックス
との組合わせによって選択するが、具体的には、フタル
酸ジ−２−エチルヘキシル（ＤＯＰ）、フタル酸ジエチ
ル（ＤＥＰ）、フタル酸ジーｎ−ブチル（ＤＥＰ）等が
あげられる。潤滑剤としては、高級脂肪酸、脂肪酸アミ
ド、脂肪酸エステル等があげられ、場合によっては、ワ
ックス類を潤滑剤として兼用する。

【００１３】また、脱脂促進剤として樟脳等の昇華性物
質を添加することもできる。なお、射出成形用バインダ
の量は、通常、コンパウンドの５０容積％程度である。 金属粉末とバインダとの混合・混練にはバッチ式あるい
は連続式のニーダが使用でき、バッチ式ニーダの中では
加圧ニーダやバンバリーミキサ等が、また、連続式ニー
ダの中では２軸押出機等がそれぞれ有利に適合する。そ
して、混練後、必要に応じてペレタイザあるいは粉砕機
等を使用して造粒を行い、射出成形用コンパウンドを得
る。

【００１４】本発明はこれらのコンパウンドを射出成形
して形状を付与するが、射出成形は、通常、プラスチッ
クの成形で用いられる射出成形機を用いて成形すること
が可能である。また成形条件も金属粉末の物性に合わせ
バインダを３０〜６０容積％の範囲で選定すれば特別な
手段を用いなくても十分に成形可能である。得られた成
形体を不活性、還元性、酸化性などの雰囲気中あるいは
真空中で加熱し、バインダを除去する。

【００１５】特に本発明において重要な点は焼結体の炭
素含有量を０．０５重量％以下にすることである。０．
０５重量％を越えると焼結体の相対密度が低下し、溶製
体と同等の表面性状が得られなくなるからである。その
ために焼結工程の前の脱脂体にバインダから残留する炭
素を０．０５重量％以下、望ましくは０．０１重量％以
下とする。本発明の脱脂工程は、金属粉末あるいはセラ
ミック粉末の射出成形体の脱脂に通常用いられる加熱脱
脂、減圧脱脂、加圧脱脂など形状を保持するに必要なバ
インダにあった方法を選択することが可能である。

【００１６】しかし、先に述べたように焼結工程の前に
炭素を十分に低減する必要がある。これは後に実施例と
して図１に示すように残留炭素が多い場合、真空あるい
は還元性雰囲気下においても焼結が進行せず、緻密な焼
結体が得られないためである。すなわち、貴金属粉末の
脱脂体炭素量が０．０５重量％を越えた場合、炭素によ
り焼結が妨げられ、高品質の製品を得ることが困難であ
る。そこで本発明の焼結前の脱脂体炭素量は０．０５重
量％以下、望ましくは０．０１重量％以下とする。

【００１７】炭素の低減は、湿水素中の脱脂処理あるい
は酸素を含む雰囲気中の熱処理、又は減圧下において酸
素と反応させて除去するなどの方法があるが、本発明は
いずれの方法を用いても可能で、例えば最高温度３００
℃以上の大気中の加熱処理、あるいは他の雰囲気あるい
は真空下などで脱脂を行った後の大気中における最高温
度３００℃以上の大気中加熱により、炭素量を０．０５
重量％以下とすることが容易に可能である。

【００１８】一方、通常実施される例えば窒素中などの
脱脂では、炭素量を０．１重量％以下とすることは困難
であった。本発明の焼結は、還元あるいは不活性雰囲気
中もしくは真空中において実施される。本発明における
焼結条件は目的の貴金属組成により適宜選定すればよい
。通常融点下３０〜３００℃の範囲内において実施され
る。

【００１９】このように貴金属微粉末の体積平均径及び
焼結前の脱脂体炭素含有量を限定することにより、焼結
工程で９５％以上の相対密度が得られる。これを研磨な
どの後処理をほどこし製品とする。焼結後の密度は、製
品の機械的性質を大きく左右するため重要である。焼結
密度が相対密度９５％未満の場合は、研磨を行っても空
孔が表面に多数存在するため鏡面性が劣り、貴金属製品
に要求される特性を満足できない。

【００２０】９５％以上の相対密度とすることにより、
研磨により十分な鏡面性が得られる。また、密度を高く
すると研磨性が向上し、より効率的な貴金属製品の製造
が可能である。また、本発明においては成形に射出成形
を用いることにより、精密鋳造法におけるような製品と
同数の多数の鋳型を用いる必要や、ピンホールを生ずる
ことがなく、鍛造法におけるような、製品形状の制限や
製造コストの上昇がない。

【００２１】このような本発明の製造方法により貴金属
製品を製造することにより、従来不可能であった表面性
状良好な複雑形状の貴金属製品を大量生産できた。また
、本発明は体積平均径２０μｍ以下の貴金属微粉末にバ
インダを添加混合して射出成形し、続いて該射出成形体
を加熱して脱脂すると共に炭素含有量を０．０５重量％
以下に調整し、次いで該脱脂体を焼結し酸素含有量を０
．１重量％以下かつ相対密度９５％以上とした後、該焼
結体を圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２　以上の非酸化性ガス中
で該焼結体の融点の７５〜９８％の温度域で加圧処理し
て相対密度９８％以上とすることを特徴とする貴金属焼
結体の製造方法により、炭素含有量０．０５重量％以下
、酸素含有量０．１重量％以下、かつ相対密度９８％以
上であることを特徴とする貴金属焼結体を得ることがで
きる。

【００２２】この方法においても、前述の方法と同様に
用いる貴金属微粉末の体積平均径が２０μｍを超える場
合、脱脂体の炭素含有量が０．０５重量％を超える場合
は、表面に開口した連通空孔を有する相対密度が９５％
未満の焼結体となり、後工程の加圧処理における加圧ガ
スの圧力が焼結体の相対密度上昇に有効に作用しない。

【００２３】焼結体の酸素含有量は０．１重量％以下と
する。焼結体の酸素含有量は、加圧処理中の焼結体の酸
化を防止するために使用される非酸化性ガス中での加圧
処理では変化せず、酸素は酸化物を形成して残留する。 ０．１重量％を超える酸素が残留した場合は、加圧処理
を行っても９８％以上の相対密度を得ることが困難とな
るばかりか、貴金属中に含まれる、例えば合金の一部で
ある銅などの金属の酸化物を生成し、製品の鏡面性の劣
化、色調不良をまねき表面性状が劣る。

【００２４】脱脂体の酸素量の制御は還元雰囲気中での
熱処理が有効で貴金属及びその合金の場合、比較的低温
で還元が可能であり、脱脂及び／又は焼結と同時に実施
することができる。加圧処理は、焼結体の融点の７５〜
９８％の温度範囲で、圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２　以上の
非酸化性ガスで行う。焼結体の融点直下である融点の９
８％の温度においても、１０ｋｇｆ／ｃｍ２　未満の圧
力では相対密度を９８％以上にするためには長時間を要
し、また融点の７５％の温度未満では３００ｋｇｆ／ｃ
ｍ２　をこえる圧力を必要とし、共に経済的でない。

【００２５】

【実施例】実施例１ 貴金属微粉末として第１表に示す組成のＫ１８イエロー
ゴールドの水アトマイズ粉を用い、これを分級により粒
度を調整し、体積平均径１０μｍとした。

【００２６】

【表１】 ─────────────────────────
───────────　　　　　　　　　　金　　属
　　　　　　　　　　　　　　Ａｕ　　　　　　　　　
　　　Ａｇ　　　　　　　　　　　　Ｃｕ　　　　　　
　　　　　　含有量（重量％）　　　　　　　　７５．
１　　　　　　　　１５．２　　　　　　　　９．７　
　　　──────────────────────
──────────────この微粉末にバインダと
して熱可塑性樹脂とワックスを混合し、加圧ニーダを用
いて混練した。混練物を冷却後、顆粒状に粉砕し、射出
成形機を用いて時計ケース用成形体を成形した。

【００２７】得られた成形体を窒素雰囲気中で昇温速度
５〜１０℃／ｈで６００℃まで加熱し、成形体中のバイ
ンダを除去した。しかし、この工程のみでは残留炭素が
０．２５重量％と高いため、大気中において３００〜６
００℃で１ｈの加熱を行い残留する炭素を除去した。こ
の処理の結果残留炭素は０．００２〜０．０５重量％ま
で低下できた。

【００２８】この脱脂体を水素雰囲気中において８５０
℃２ｈの焼結を実施した。この結果、図１に示すように
炭素量が０．０５重量％以下で９５％以上の相対密度を
有する焼結体が得られ、研摩性、鏡面性ともに優れた特
性が得られた。なお、大気中における加熱処理を実施し
ても最高温度が３００℃未満の場合の比較例１は処理後
の炭素量は０．１重量％となり、これは本発明の０．０
５重量％を越え相対密度８６％と本発明の特徴とする相
対密度が得られなかった。

【００２９】また、脱脂処理が窒素中のため処理後の炭
素量が０．２０重量％である比較例２の場合は、相対密
度は５５％と更に低かった。 実施例２ 体積平均径が５μｍから２２μｍの粉末を使用し実施例
１と同一工程にて焼結まで行った製品の密度は図２に示
す相対密度となった。なお、脱脂体の残留炭素量はいず
れも０．０３重量％であった。体積平均径が２２μｍで
ある比較例３の相対密度は９３％で研摩性が劣悪なうえ
鏡面性が劣り、本発明の目的の製品が得られなかった。 実施例３ 実施例１と同様に作製しバインダを除去した成形体を、
大気中にて６００℃１．５ｈの加熱を行うことにより炭
素含有量０．０３重量％の脱脂体とした。

【００３０】この脱脂体に水素雰囲気中で８５０℃２ｈ
の焼結を行い、相対密度９７％、酸素含有量０．０９重
量％の焼結体を得、この焼結体に圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ
２　の水素雰囲気中で８５０℃２ｈの加圧処理を行い、
相対密度９９％の焼結体を得た。得られた焼結体は、表
面の凹凸が少なく、研磨性及び鏡面性に極めて優れ、溶
製品と同等の表面特性が得られた。

【００３１】

【発明の効果】本発明により、表面性状の優れる複雑形
状の貴金属製品を安価に製造可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】焼結体の相対密度と脱脂体の残留炭素量との関
係を示す図である。

【図２】焼結体の相対密度と貴金属微粉末の体積平均径
との関係を示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　炭素含有量が０．０５重量％以下、か
   つ相対密度が９５％以上であることを特徴とする貴金属
   焼結体。
2. 【請求項２】　　炭素含有量０．０５重量％以下、酸素
   含有量０．１重量％以下、かつ相対密度９８％以上であ
   ることを特徴とする貴金属焼結体。
3. 【請求項３】　　体積平均径２０μｍ以下の貴金属微粉
   末にバインダを添加・混合して射出成形し、続いて該射
   出成形体を加熱して脱脂すると共に炭素含有量を０．０
   ５重量％以下に調整し、次いで該脱脂体を焼結すること
   を特徴とする貴金属焼結体の製造方法。
4. 【請求項４】　　体積平均径２０μｍ以下の貴金属微粉
   末にバインダを添加混合して射出成形し、続いて該射出
   成形体を加熱して脱脂すると共に炭素含有量を０．０５
   重量％以下に調整し、次いで該脱脂体を焼結し酸素含有
   量を０．１重量％以下かつ相対密度９５％以上とした後
   、該焼結体を圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２　以上の非酸化性
   ガス中で該焼結体の融点の７５〜９８％の温度域で加圧
   処理して相対密度９８％以上とすることを特徴とする貴
   金属焼結体の製造方法。