JPH04337040A - 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り、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もあるが、この方法は比重の小
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、脱バインダー処理の際に形状保持が出
来る程度のバインダーを故意に残す方法もあるが、この
場合タングステン重合金においては約０．１重量％のカ
ーボンを残留させる必要がある。この多量の残留カーボ
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１０
℃／時間以下の極めて遅い昇温速度しかとれない等の不
利な点があった。

【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において成
形体の変形を防止し且つ有機バインダーをほぼ完全に除
去でき、複雑形状が可能で且つ高い寸法精度を有し、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
のアルミナ粉末全体を揮発性有機溶媒又は水で湿潤させ
、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む。 本発明方法では、成形体を埋め込んだアルミナ粉末に揮
発性有機溶媒又は水を注ぐ等して全体を湿潤させ、その
まま又は有機溶媒又は水をアルミナ粉末から蒸発除去す
る乾燥工程を経た後、脱バインダー処理を行う。使用す
る有機溶媒としてはアルコール、アセトン、トリクロロ
エタン、四塩化炭素、メチレンクロライド等の揮発性の
ものであれば良く、特にエチルアルコール又はメチルア
ルコールが好ましい。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】アルミナ粉末に湿潤させた有機溶媒又は水
は、通常は乾燥工程により蒸発除去させるが、そのまま
脱バインダー処理に移っても前半の昇温過程で蒸発させ
ることが出来る。尚、有機溶媒等の急激な蒸発を防ぐた
め、常温から１００℃までの温度で蒸発除去を完了させ
ることが好ましい。かかる有機溶媒等の蒸発除去により
アルミナ粉末中の空気を効率良く除去でき、アルミナ粉
末全体を適度な強度で保形できるので、後の脱バインダ
ー処理時にアルミナ粉末全体及びその内部の成形体が形
崩れせず且つスムースに脱バインダーすることが出来る
。

【００１２】その後、成形体は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６
００℃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。

【００１３】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１０〜５０℃／時間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短縮する
ことが出来る。又、上記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％
と従来より遥かに少なくなり、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。

【００１４】脱バインダー処理した成形体は、その後ア
ルミナ粉末中から取り出され、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℃〜＋４０℃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。

【００１５】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。

【００１６】

【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５０℃に保持し、射出成形を
行った。

【００１７】得られた成形体をアルミナ粉末中に埋め込
んだ後、アルミナ粉末上にエチルアルコールを注いで全
体を十分に湿潤させた。この湿潤したアルミナ粉末全体
を室温に２４時間保持してエチルアルコールを蒸発させ
た。次に、上記の処理により内部に成形体を含んだまま
保形されたアルミナ粉末を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
、その温度に５時間保持し、引き続き昇温速度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アルミナ粉末中か
ら取り出し、水素ガス雰囲気中で１４００℃で焼結した
。

【００１８】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。

【００１９】又、成形体を埋め込んだアルミナ粉末全体
を保形させるため、エチルアルコールの代わりにメチレ
ンクロライドを用いてアルミナ粉末を湿潤させ、減圧雰
囲気中で蒸発乾燥させた以外、上記実施例と同様にして
焼結体を製造した所、上記と同じ特性を有する正常なＷ
−Ｎｉ−Ｃｕ−Ｆｅ系超重合金が得られた。

【００２０】

【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。

【００２１】得られた成形体をアルミナ粉末中に埋め込
み、そのアルミナ粉末上にメチルアルコールを注いで全
体を十分に湿潤させ、次に乾燥炉内で８０℃に保持して
メチルアルコールを蒸発させた。その後、成形体を埋め
込んだまま保形されたアルミナ粉末を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１４５０℃で焼結した。

【００２２】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。

【００２３】又、成形体を埋め込んだままアルミナ粉末
全体を保形されるため、メチルアルコールの代わりに水
を用いてアルミナ粉末を湿潤させ、１００℃で蒸発乾燥
させた以外、上記実施例と同様にして焼結体を製造した
所、上記と同じ特性を有する正常なＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系超
重合金が得られた。

【００２４】

【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 (3)

【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、そのアルミナ粉末全体を揮発性有機溶媒又は
   水で湿潤させ、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】　　窒素ガス雰囲気中での脱バインダー処
   理前に、湿潤したアルミナ粉末を室温から１００℃の温
   度にて乾燥し、揮発性有機溶媒又は水を除去することを
   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。
3. 【請求項３】　　アルミナ粉末中に埋め込んだ成形体を
   脱バインダー処理において加熱する際の昇温速度が１０
   〜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。