JPH05263104A

JPH05263104A - 金属成形体の焼結方法

Info

Publication number: JPH05263104A
Application number: JP6191792A
Authority: JP
Inventors: Kouichi Gondai; 晃一権代
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1993-10-12

Abstract

(57)【要約】【目的】水素による炉を構成する金属部品の脆化や炉
内の炭素部品の損耗が少なくかつ炭素や酸素の残留を少
なくできる金属成形体の焼結方法を提供することであ
る。【構成】有機物のバインダと金属粉末の成形体からバ
インダを除去し脱脂体とし、その後焼結する方法であっ
て、前記脱脂体を１×１０マイナス３乗Ｔｏｒｒより減
圧の雰囲気中でＣＯ反応を進行させ、ＣＯ反応終了後は
前記ＣＯ反応を進行させた温度よりも高い温度に保持
し、保持期間中の１部の期間の雰囲気を水素を含む還元
性雰囲気とし好ましくは０．１〜１００Ｔｏｒｒの圧力
とすることを特徴とする金属成形体の焼結方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は有機物のバインダと金属
粉末の成形体から、金属焼結物品を得る焼結方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】複雑形状の製品を得る１つの方法とし
て、有機物よりなるバインダと金属粉末の混練体から射
出成形法、押出成形法あるいはプレス成形法等により成
形体とし、この成形体からバインダを除去し、焼結する
ことによって金属焼結物品を得る粉末冶金法が知られて
いる。最近、このような粉末冶金法により製造する際の
焼結密度の増加や不純物となる酸素や炭素を除去するこ
とを目的として、焼結温度や雰囲気などの制御が行なわ
れている。たとえば特公平３−４８２４２号公報には、
脱脂体中に残留している炭素を水素中で加熱することに
より脱炭し、その後減圧または常圧の水素中で還元しな
がら焼結する方法が開示されており、特開平３−３９４
０２号公報には酸素を除去するために炭素を添加し、真
空中で加熱しＣＯ反応を利用して焼結体中の酸素を低減
する方法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし前記特公平３−
４８２４２号公報に開示されるような、焼結期間をすべ
て水素雰囲気にさらすことは、焼結を行なう炉を構成す
る金属の脆化や炉の加熱をおこなうヒータおよび断熱材
として使用される炭素の損耗が問題となる。また前記特
開平３−３９４０２号公報に開示されるようなＣＯ反応
を利用して真空中で焼結する方法では、ＣＯ反応を理論
的に進行させ炭素および酸素を完全に除去することは不
可能であり、炭素や酸素の残留がなお問題であった。本
発明の目的は、水素による炉を構成する金属部品の脆化
や炉内の炭素部品の損耗が少なくかつ炭素や酸素の残留
を少なくできる金属成形体の焼結方法を提供することで
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は焼結中の水素
による炉の脆化や炉内の炭素部品の損耗を抑えるため、
水素をできるだけ使用しないで酸素および炭素の十分な
除去を行なえる焼結条件を検討し本発明に到達した。す
なわち本発明は、有機物のバインダと金属粉末の成形体
からバインダを除去し脱脂体とし、その後焼結する方法
であって、前記脱脂体を１×１０マイナス３乗Ｔｏｒｒ
より減圧の雰囲気中でＣＯ反応を進行させ、ＣＯ反応終
了後は前記ＣＯ反応を進行させた温度よりも高い温度に
保持し、保持期間中の１部の期間の雰囲気を水素を含む
還元性雰囲気とすることを特徴とする金属成形体の焼結
方法である。本発明の最大の特徴の一つは、１×１０マ
イナス３乗Ｔｏｒｒより減圧という高真空の雰囲気で行
なうＣＯ反応を進行させる期間と、その後のＣＯ反応を
進行させる温度よりも高い温度で水素を含む還元性雰囲
気にさらす期間とに分けたことである。

【０００５】

【作用】本発明のＣＯ反応とは脱脂体の金属粉末中に含
有される炭素および酸素除去をあらかじめ添加すること
により、金属粉に含まれる酸素と反応させＣＯガスとし
て脱脂体から除去する反応である。ＣＯ反応の進行は雰
囲気中に存在する気体の種類には大きく左右されない
が、ガス化反応であるため、脱脂体から除去するために
は雰囲気をできるだけ減圧雰囲気とする必要があり、１
×１０マイナス３乗Ｔｏｒｒより減圧の雰囲気にすれば
十分なＣＯガスの除去が達成できる。

【０００６】好ましいＣＯ反応を行なう温度は、８５０
℃〜１１５０℃である。８５０℃よりも低い温度ではＣ
Ｏ反応がほとんど進行せず、１１５０℃を越えると脱脂
体の焼結が進行しすぎ、ＣＯガスの排出経路を閉塞して
しまう場合があるためである。また、ＣＯ反応の終了
はＣＯ反応が進行するとガスの発生により雰囲気の真空
度が低下し、場合によっては１×１０マイナス２乗Ｔｏ
ｒｒ程度まで低下するが、ＣＯ反応が終了すると真空度
が回復していくため、真空度が回復する時点をＣＯ反応
終了時点とすることができる。このときＣＯ反応を完全
に終了させるために真空度の変動がなくなる時点まで１
×１０マイナス３乗Ｔｏｒｒより減圧に保つことが好ま
しい。なお、ＣＯ反応を行なう温度まで昇温する期間の
雰囲気は脱脂体を酸化しない雰囲気であればよい。

【０００７】上記ＣＯ反応の終了後、ＣＯ反応を行なっ
た温度よりも高い温度に保持するのは、焼結を進行させ
るためである。このとき雰囲気を純水素または水素と窒
素および不活性ガスなどの混合ガスの水素を含む還元性
雰囲気とすることにより、ＣＯ反応で除去しきれなかっ
た残存する炭素および酸素をさらに低減することが可能
である。水素をＣＯ反応で除去しきれなかった残存する
炭素および酸素の除去に対して使用することにより、少
ない水素使用量で焼結過程のすべての期間に水素雰囲気
を使用する場合と同等以上の炭素および酸素の除去が可
能になる。このましくは水素を含む還元性雰囲気は０．
１〜１００Ｔｏｒｒの減圧雰囲気とする。これは０．１
Ｔｏｒｒより減圧であると水素による還元の効果が期待
できず、１００Ｔｏｒｒ以上では高温における水素によ
る金属部品の脆化および炭素部品の損耗が激しくなるた
めである。

【０００８】

【実施例】

（実施例１）ＪＩＳＰＣ相当の重量％でＣ：０．３、
Ｎｉ：７８．９、Ｍｏ：５．１、Ｏ：０．３８％、残部
Ｆｅおよび不可避的不純物からなる水アトマイズ粉を製
造した。得られた粉末の平均粒径は７．５μｍであっ
た。この粉末に粉末の重量を１とし、ポリブチルメタア
クリレート１．５部、エチレン酢酸ビニル共重合体を
３．３部、パラフィンワックス２．０部、ジブチルフタ
レート１．８部をそれぞれ添加し、ヘンシェルミキサで
１６００℃で混練したもの射出成形用原料とした。この
原料を射出成形機で外径φ６０ｍｍ、内径φ５０ｍｍ厚
さ３ｍｍのリングに成形した。この成形体を窒素ガス中
で５００℃に昇温し、１時間保持し、脱脂体を得た。

【０００９】この脱脂体を図１に示すヒートパターンで
１×１０マイナス１乗Ｔｏｒｒの窒素雰囲気で９５０℃
まで昇温し、次に真空ポンプで表１の期間aに示す雰囲
気および圧力に到達させＣＯ反応を進行させた。図１に
ａ、ｂで示す期間の雰囲気は表１に示す雰囲気とした。
１．５時間後、本発明のすべての試料でＣＯ反応による
雰囲気の変動はなくなり、ＣＯ反応が終了したことが確
認された。次に減圧雰囲気を保ったまま１２３０℃に昇
温しこの温度で保持するとともに、表１の期間bに示す
雰囲気と圧力に変えた。１時間後窒素雰囲気に変え室温
まで冷却した。得られた焼結体の炭素および酸素量と磁
気特性として保磁力Hc、最大透磁率μm、10[Oe]の磁場
における飽和磁束密度B₁₀を表２に示す。また、比較例
として、ＣＯ反応を進行させる期間の雰囲気の真空度が
１×１０マイナス１乗の場合および同一のヒートパター
ンですべての期間を１０Ｔｏｒｒの水素雰囲気とした場
合を同じく表１および表２に示す。

【００１０】

【表１】

【００１１】

【表２】

【００１２】表２に示すように、本発明の試料Ｎｏ．１
ないし４は全期間を水素雰囲気とした試料Ｎｏ．５と比
較して同等の不純物量となり、同等の磁気特性がえられ
たことがわかる。これより、ＣＯ反応進行時には水素を
含む雰囲気を使用しなくても十分に不純物を低減するこ
とができ、水素の使用量を少なくすることができること
がわかる。また、ＣＯ反応進行時の雰囲気の圧力の高い
試料Ｎｏ．６は不純物が残留しており、本発明の試料に
比較して磁気特性が劣化していることがわかる。

【００１３】（実施例２）重量％でＣ：０．２５％、Ｎ
ｉ：３０．５％、Ｃｏ：５．３％、Ｏ：０．３３％、残
部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるスーパーインバー
合金の水アトマイズ粉末を作成した。この粉末の平均粒
径は８．３μｍであった。これに実施例１と同様のバイ
ンダーを添加、混錬し、射出成形用原料とし、射出成形
し、φ５．５ｍｍ×２５ｍｍ長さの成形体を得た。この
成形体からバインダーを除去し、脱脂体を、図２に示す
焼結条件で焼結した。なお、１１００℃に到達した時点
では、ＣＯ反応による雰囲気の圧力の変動は見られず、
この時点でＣＯ反応が終了していることが確認された。
焼結体の炭素は、０．００７ｗｔ％、酸素は０．００４
ｗｔ％であった。この焼結体をφ４ｍｍ×２０ｍｍ長さ
の熱膨張測定用試験片に加工し、０℃〜１００℃の熱膨
張率を測定したところ、０．９×１０マイナス６乗／℃
が得られた。

【００１４】一方、比較例として同様の脱脂体を、図３
に示すように水素を使用しない焼結条件で焼結したとこ
ろ焼結体の炭素は．０．１９ｗｔ％、酸素は０．０２ｗ
ｔ％であった。なお、１１００℃に到達した時点では、
ＣＯ反応による雰囲気の圧力の変動は見られず、この時
点でＣＯ反応が終了していることが確認された。この焼
結体をφ４ｍｍ×２０ｍｍ長さの熱膨張測定用試験片に
加工し、０℃〜１００℃の熱膨張率を測定したところ、
３．２×１０マイナス６乗／℃となり、炭素および酸素
の残留により、熱膨張率が劣化していた。このことか
ら、ＣＯ反応終了後に水素を含む還元性雰囲気とするこ
とが炭素および酸素のさらなる除去に必要であることが
わかる。

【００１５】（実施例３）重量％でＣ：０．２１％、Ｃ
ｏ：４９．５％、Ｏ：０．２７％、残部Ｆｅおよび不可
避的不純物からなるパーメンダー合金の水アトマイズ粉
末を作成した。この粉末の平均粒径は９．２μｍであっ
た。これに実施例１と同様のバインダーを添加、混錬
し、実施例１と同様の射出成形体を得た。この成形体を
水素ガス雰囲気中５５０℃に昇温し１時間保持し、脱脂
体を得た。この脱脂体を本発明例により図４に示す焼結
条件で焼結し焼結体を得た。ＣＯ反応は１０５０℃で進
行させ、１．５時間後に焼結温度まで昇温させたが、こ
の時点でＣＯガスの発生による雰囲気の圧力の変動はみ
られず、ＣＯ反応は完了していた。この焼結体の炭素は
０．００７ｗｔ％、酸素は０．００５ｗｔ％であり、磁
気特性は保磁力Ｈｃ１．２〔Ｏe〕、最大透磁率μm １
００００、２５〔Ｏe〕の磁場における飽和磁束密度Ｂ
₂₅ ２１５００〔Ｇ〕と良好な値が得られた。同様の脱
脂体を比較例として、図５に示す焼結条件で焼結し焼結
体を得た。この場合、焼結温度まで到達した時点でまだ
ＣＯガスの発生が見られた。この焼結体の炭素は０．１
１ｗｔ％、酸素は０．０３ｗｔ％であり、磁気特性は保
磁力Ｈｃ１．８〔Ｏe〕、最大透磁率μm ６０００、２
５〔Ｏe〕の磁場における飽和磁束密度Ｂ₂₅ １９０００
〔Ｇ〕と炭素と酸素の残留により良好な磁気特性は得ら
れなかった。

【００１６】本発明によれば焼結中の水素を含む還元性
雰囲気を使用する期間が短くても、全期間水素を含む還
元性雰囲気を使用する場合と同等の炭素および酸素の除
去が可能となり、水素雰囲気による炉内金属部品の脆化
や炉内炭素部品の損耗を抑えることが可能となる。した
がって、炭素および酸素の残留が磁気特性に影響する焼
結部品の製造あるいは熱膨張率に影響するインバー合金
等の低熱膨張合金製の焼結部品の製造に対して極めて有
効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１で用いたヒートパターンであ
る。

【図２】本発明の実施例２で用いたヒートパターンであ
る。

【図３】本発明の比較例で用いたヒートパターンであ
る。

【図４】本発明の実施例３で用いたヒートパターンであ
る

【図５】本発明の比較例で用いた別のヒートパターンで
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機物のバインダと金属粉末の成形体か
らバインダを除去し脱脂体とし、その後焼結する方法で
あって、前記脱脂体を１×１０マイナス３乗Ｔｏｒｒよ
り減圧の雰囲気中でＣＯ反応を進行させ、ＣＯ反応終了
後は前記ＣＯ反応を進行させた温度よりも高い温度に保
持し、保持期間中の１部の期間の雰囲気を水素を含む還
元性雰囲気とすることを特徴とする金属成形体の焼結方
法。
【請求項２】還元性雰囲気は０．１〜１００Ｔｏｒｒ
の減圧雰囲気であることを特徴とする請求項１に記載の
金属成形体の焼結方法。