JPH04323308A - タングステン重合金製品の製造方法 - 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、タングステン重合金の
原料粉末を有機バインダーと混練し、射出成形した成形
体を焼結することによって、複雑形状で寸法精度に優れ
且つ高強度のタングステン重合金製品を製造する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】タングステン重合金は約８０重量％以上
のタングステンと、ニッケル、鉄又は銅とからなり、中
でもタングステン含有量が約９０重量％を越えるものは
タングステン超重合金と呼ばれ、小さくても大きな重量
を要する自動車のフライウエイト、コンピューターＨＤ
Ｄ用ウエイト、ＶＴＲヘッド等の用途の外、クイル、シ
ャンク、ボーリングバー等の機械的強度を必要とする用
途に使用されつつある。

【０００３】かかるタングステン超重合金を含めたタン
グステン重合金は、高融点のタングステンを含むので、
従来から粉末冶金法により製造されている。また最近で
は、所定の組成の混合粉末をプレス成形又はＣＩＰ成形
等の通常の加圧成形法により成形したのでは、製造でき
る製品の形状が限られ又寸法精度に限度があるため、混
合粉末に有機バインダーを混練し、射出成形により所望
とする最終製品と相似形の成形体を得た後、この成形体
を焼結する方法が検討されている。この射出成形により
得た成形体を焼結する方法では、複雑な三次元形状にも
対応でき且つ高い寸法精度が得られるので、機械加工な
しで最終製品が得られる利点がある。

【０００４】一般的に射出成形により得た成形体を焼結
する技術については、特公昭６３−４２６８２号公報や
特開昭６２−２５０１０２号公報等に開示されるように
、既に良く知られている。又、粉末に混練する有機バイ
ンダーについても、例えば特公昭５１−２９１７０号公
報に記載されたアタクチックポリプロピレン、ワックス
、パラフィン等の潤滑剤、或は特開昭５７−２６１０５
号公報に記載されたポリエチレン、ポリスチレン、蜜ロ
ウ等、各種のものが知られている。更に、射出成形によ
り得た成形体は有機バインダーを含むので焼結前に加熱
して脱バインダー処理を行う必要があるが、その際の成
形体の変形を防ぐための方法として、成形体表面を若干
酸化させて強度を高める方法、形状保持が出来る程度の
バインダーを故意に残す方法、成形体をアルミナ粉末中
に埋め込んだ状態で脱バインダー処理する方法等が従来
行われていた。

【０００５】しかし、かかる射出成形を用いた粉末冶金
技術をタングステン重合金にそのまま適用することは困
難であった。即ち、タングステン重合金の成分系をなす
粉末は比重が大きいため、射出成形により得た成形体を
焼結前に加熱する脱バインダー処理において、成形体自
体の自重により成形体が変形すると言う問題がある。従
来行われていたアルミナ粉末中に成形体を埋め込んで脱
バインダー処理する方法は比重の小さいセラミックスや
鉄系合金の製造において発展してきたものであり、タン
グステン重合金にそのまま適用しても、成形体の変形を
完全に抑えることは出来なかった。

【０００６】又、タングステン重合金においては、従来
の脱バインダー処理によってもカーボンが残留しやすく
、このため通常は焼結後の製品中に約０．１重量％のカ
ーボンが残留する。この残留カーボンのため健全な合金
特性を得ることが出来ず、加圧成形法を用いた通常の粉
末冶金法により製造した製品より強度及び靭性等が劣る
製品しか得られなかった。しかも、従来の脱バインダー
処理においては、成形体にクラックの発生や変形が起こ
ることを防止するために、通常２０℃／時間以下の極め
て遅い昇温速度しかとれず、従って全体の脱バインダー
処理に３０〜４０時間と極めて長い時間が必要であった
。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
事情に鑑み、射出成形後の脱バインダー処理を改良する
ことにより、複雑形状が可能で且つ高い寸法精度を有し
、残留カーボンが少なく強度に優れたタングステン重合
金製品を、生産性良く製造する方法を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明のタングステン重合金製品の製造方法において
は、タングステン重合金の混合原料粉末に有機バインダ
ーを混練し、射出成形により最終製品と相似形の成形体
を得た後、この成形体をアルミナ粉末中に埋め込み、そ
のアルミナ粉末を０．２〜５．０ｋｇ／ｃｍ２で押し固
め、次に０．１〜１．０ａｔｍの窒素ガス雰囲気中にお
いて加熱することにより成形体から有機バインダーを除
去し、その後アルミナ粉末中から取り出した成形体を水
素ガス中において焼結することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明方法は、射出成形を利用した粉末冶金法
によりタングステン重合金製品を製造するものであって
、タングステン重合金とは８０重量％以上のＷと、Ｎｉ
、Ｆｅ又はＣｕとからなる合金で、Ｗ含有量９０重量％
以上のタングステン超重合金を含めたものである。原料
粉末はＷ粉末と、Ｎｉ粉末、Ｆｅ粉末及びＣｕ粉末の少
なくとも１種であり、これらをボールミルやアトライタ
ー等を用いてアルコール等と共に混合すると同時に粉砕
して混合粉末とする。これら原料粉末は良好な焼結性を
得るために２０μｍ以下の粒径が好ましく、特に混合及
び粉砕が不十分であると焼結性が阻害され真密度に近い
焼結体が得られないので注意を要する。

【００１０】上記混合粉末は有機バインダーと混練した
後、通常のごとく射出成形により最終製品と相似形の成
形体に成形し、次に成形体をアルミナ粉末に埋め込み、
回りからアルミナ粉末を押し固める。アルミナ粉末を押
し固める圧力が０．２ｋｇ／ｃｍ２未満ではアルミナ粉
末中の空気の除去が不完全になり成形体の変形を防止し
難く、又５．０ｋｇ／ｃｍ２をこえると中の成形体が損
傷を受ける危険性があるため、０．２〜５．０ｋｇ／ｃ
ｍ２で押し固めるものとする。尚、有機バインダーは従
来から一般に使用されていたもので良く、例えばパラフ
ィン、ポリエチレン、ワックス等を単独で又は混合して
用いることが出来る。

【００１１】成形体は押し固めたアルミナ粉末中に保持
された状態のまま、０．１〜１．０ａｔｍの減圧又は常
圧の窒素ガス雰囲気中において徐々に加熱することによ
り脱バインダー処理を行う。脱バインダー処理における
最終温度は、使用する有機バインダーにより異なるが、
通常は６００〜８００℃の範囲が好ましい。最終温度が
６００℃未満では成形体強度が弱く取り扱い困難であり
、又８００℃を越えると成形体とアルミナ粉末が反応し
やすくなるからである。

【００１２】上記脱バインダー処理によれば、成形体は
殆ど変形せず射出成形時の形状をほぼ完全に維持するこ
とができ、しかも成形体の変形が起こらないので加熱に
よる昇温速度を２０〜５０℃／時間と従来のほぼ倍に速
めることが可能であり、従って全体の脱バインダー処理
時間も１０〜３０時間と著しく短縮することが出来る。 又、脱バインダー処理により成形体中の残留カーボン量
も０．００２〜０．００５重量％となり、有機バインダ
ーをほぼ完全に除去出来るので、後の焼結により強度等
の特性の優れたタングステン重合金製品が得られる。

【００１３】脱バインダー処理した成形体は、その後水
素ガス中において焼結して最終製品とする。一般的に焼
結温度はニッケル、鉄又は銅の結合相の融点から＋５０
℃までの範囲の温度、好ましくは融点の＋３０℃〜＋４
０℃の温度とする。結合相の融点未満で焼結しても緻密
化し得るが、タングステン粒の成長が少なく十分な靭性
が得られず、逆に結合相の融点の＋５０℃を越えると重
力によるタングステン重合金の変形が起こりやすく、寸
法精度の優れた製品が得られなくなるからである。

【００１４】本発明方法により製造されるタングステン
重合金は、最終的な残留カーボン量が極めて少ないので
通常の粉末冶金法で製造したものと同等の強度など優れ
た特性を有し、しかも通常の粉末冶金法では達成出来な
かった優れた寸法精度を備えているので、焼結後に切削
等の機械加工を施さずそのまま各種製品として使用でき
る。特に最近では、医療分野において半減期の短い放射
性物質を人体に注射することによる患部の検査や放射線
治療が行なわれているが、タングステン重合金は放射線
遮蔽効果にも優れているので、ＵＳＰ第４，０６２，３
５３号明細書に記載されるような放射性物質用注射器の
外周に装着して医師や看護婦を放射線被曝から保護する
ための放射線遮蔽カバーとして用いることも出来る。

【００１５】

【実施例１】原料粉末としてＷ粉末、カーボニルＮｉ粉
末、カーボニルＦｅ粉末及び電解Ｃｕ粉末（いずれも粒
径２〜３μｍ）を用意し、各粉末を組成が重量比で９５
．０％Ｗ−３．０％Ｃｕ−１．６％Ｎｉ−０．４％Ｆｅ
となるように混合し、アトライターで６時間粉砕混合し
、１５０メッシュの篩で篩分けした。篩を通過した混合
粉末３０ｋｇに有機バインダーとして３００ｇのポリエ
チレンと６００ｇのワックスを添加し、ニーダで３時間
混練した。この混練物を２０ｔｏｎの型締力を持つ射出
成形機を用い、縦２０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ５ｍｍの
製品２ケ取りの金型を温度４０℃に保持し、射出成形を
行った。得られた成形体をアルミナ粉末中に埋め込んだ
後、アルミナ粉末を２．５ｋｇ／ｃｍ２の圧力で押し固
め、そのまま０．５ａｔｍの減圧窒素ガス中において昇
温速度２０℃／時間で３００℃まで加熱してその温度に
５時間保持し、次に昇温速度５０℃／時間で７００℃ま
で加熱して脱バインダー処理した。 その後、脱バインダー処理した成形体を水素ガス雰囲気
中で１４００℃で焼結した。

【００１６】得られた焼結体は、密度が１８．１０ｇ／
ｃｍ３で、通常のプレス成形後に焼結したものと同様の
組織を有し、１００倍の光学顕微鏡による観察でも巣や
パッチは存在せず、正常なＷ−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｆｅ系超重
合金であることが確認された。又、このＷ超重合金の硬
度はＨＶで３１０であり、引張強度は６０ｋｇ／ｍｍ２
であることから、通常のプレス成形後に焼結したものと
比較して同レベルの機械的特性を有することが判った。 更に、成形体の脱バインダー時の歪みについても、得ら
れた焼結体の寸法測定から０．０５ｍｍ以下の歪みに抑
えられていることが判った。

【００１７】

【実施例２】原料粉末としてＷ粉末、カーボニルＮｉ粉
末及びカーボニルＦｅ粉末（いずれも粒径２〜３μｍ）
を用意し、各粉末を組成が重量比で９７．０％Ｗ−２．
０％Ｎｉ−１．０％Ｆｅとなるように混合し、アトライ
ターで６時間粉砕混合し、１５０メッシュの篩で篩分け
した。篩を通過した混合粉末３０ｋｇに有機バインダー
として１０００ｇのパラフィンを添加し、ニーダで２時
間混練した。この混練物を実施例１と同じ射出成形機を
用いて、直径１５ｍｍ×長さ６０ｍｍ×厚さ１．５ｍｍ
のパイプ状製品１ケ取りの金型を温度４０℃に保持し、
射出成形した。得られた成形体をアルミナ粉末中に埋め
込み、そのアルミナ粉末を２．５ｋｇ／ｃｍ２の圧力で
押し固め、そのまま０．１ａｔｍの減圧窒素ガス中にお
いて昇温速度３０℃／時間で７００℃まで加熱して脱バ
インダー処理した。次に、脱バインダー処理した成形体
をアルミナ粉末から取り出し、水素ガス雰囲気中で１４
５０℃で焼結した。

【００１８】得られた焼結体は、密度が１８．５０ｇ／
ｃｍ３で、通常のプレス成形後に焼結したものと同様の
組織を有し、１００倍の光学顕微鏡による観察でも巣や
パッチは存在せず、正常なＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系超重合金で
あることが確認された。又、このＷ系超重合金の硬度は
ＨＶで３３０であり、引張強度は６５ｋｇ／ｍｍ２であ
ることから、通常のプレス成形後に焼結したものと比較
して同レベルの機械的特性を有することが判った。成形
体の脱バインダー時の歪みについても、得られた焼結体
の寸法測定から０．１ｍｍ以下の歪みに抑えられている
ことが判った。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、射出成形法による成形
体の脱バインダー処理を改善することにより、成形体の
変形を抑えながら、有機バインダーを短時間でほぼ完全
に除去できるので、高い寸法精度で複雑な形状を有し同
時に強度に優れたタングステン重合金製品を生産性良く
安価に製造することが出来る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　タングステン重合金の混合原料粉末に有
   機バインダーを混練し、射出成形により最終製品と相似
   形の成形体を得た後、この成形体をアルミナ粉末中に埋
   め込み、そのアルミナ粉末を０．２〜５．０ｋｇ／ｃｍ
   ２で押し固め、次に０．１〜１．０ａｔｍの窒素ガス雰
   囲気中において加熱することにより成形体から有機バイ
   ンダーを除去し、その後アルミナ粉末中から取り出した
   成形体を水素ガス中において焼結することを特徴とする
   タングステン重合金製品の製造方法。
2. 【請求項２】　　アルミナ粉末中に埋め込んだ成形体を
   加熱する場合の昇温速度が２０〜５０℃／時間であるこ
   とを特徴とする、請求項１記載のタングステン重合金製
   品の製造方法。