JPH06142942A - 金属焼結材の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブロホ−ル等の発生なしに金属焼結材を強固
に接合する。 【構成】 突起６を形成したスプロケット本体１と取付
け板３とをプロジェクション溶接する。スプロケット４
をスチーム処理等の酸化被膜処理手段により４００℃〜
６００℃の温度範囲で加熱する。 【効果】 金属焼結材を強固に接合できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属焼結材と、他の金
属焼結材または金属材を接合する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉末冶金における接合技術は粉末焼結製
品の高い歩留り、良好な精度，高い生産性と経済性に加
え、複雑形状部品の増加と高精度化、プレス能力以上の
大型部品への焼結化、材質的高級化および機能の複合化
などに対応する１つであり、粉末焼結製品の２次元的
（平面的）な形状から、３次元形状の展開，異種材料と
の複合化などによる、機能性の向上を狙った粉末焼結法
独自の接合技術開発が期待されてきた。

【０００３】ところで、焼結部品の接合法として従来実
用化された主なものには、焼結中の方法（炉中接合）と
して、焼結時の寸法変化を利用した焼きばめ効果や一部
固相拡散接合などの組み合せ焼結接合、成形時に層間を
圧力により絡ませその後の焼結にて固相拡散接合する多
層粉末成形接合や焼結時に液相を発生させその液相によ
り部品を接合する液相接合、ろう付などがある。また、
焼結後の接合方法（炉中接合）として、圧入，カシメ，
ボルト締めなどの機械的接合，溶接，摩擦圧接など溶融
による接合が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の焼結製
品接合法のうち、炉外接合としての溶接法は、焼結部品
同士の接合法として接合体の形状の自由度が比較的ある
ことや寸法精度が比較的良い利点を有するとされている
一般的な方法ではあるが焼結製品に適用される事例は比
較的少ない。これは機械部品に使われている焼結材の場
合、内部に空孔を有するため接合部が溶融中に空孔が集
合してブローホールを発生しやすくまた空孔内に油が残
存すると、溶接時に膨脹気化するためブローホールが生
じやすいことや、一般に炭素量が多く、溶接時には、一
瞬のうちに接合部の加熱，冷却が行われるため大きな熱
応力によりクラックが発生することや、熱影響部の硬度
上昇により切り欠き感受性が高くなり、強度が低下する
場合があるなどの問題点があることに起因する。また、
ポーラス内の防請油などの存在も、溶接性、作業環境に
問題を発生する場合があり、事前に除去する必要がある
など作業性，接合強度の面で問題がある。さらに、焼結
材は、内部に空孔を有するため、溶接部が空孔のほとん
どない状態になるのでプロジェクション溶接法又は溶接
加材（溶接棒等）を用いないと溶接部の肉が落ち込み十
分な溶け込みが得られない問題もある。前記プロジェク
ション溶接法は、一方の部材の接合面に突起（プロジェ
クション）を形成し、他の部材の接合面と加圧当接させ
たうえ、両部材を電極間にはさんで交流または直流電流
を通電し、その抵抗加熱により前記突起を溶融させ、両
部材を接合する方法である。このプロジェクッション溶
接法では、相対密度９０％以上では軟鋼同士の場合に近
い評価があるが、鉄系焼結材と軟鋼材との溶接では、密
度７．０gr／cm³ 以下ではより大きな突起（プロジェク
ション）が必要であり、浸炭材や高炭素材は溶接部がも
ろくなり問題がある。

【０００５】そこで、前記課題を解決して焼結製品のプ
ロジェクション溶接を可能とするため、特開昭５８−１
３４８０号公報では、接合する一対の金属焼結材のうち
熱容量が大きい側の接合面に突起を形成し、各部材の接
合面での昇温速度の差を小さくし、各接合面での溶融程
度を均一にして前記各課題を改善する提案がなされてい
る。

【０００６】また、特開昭５８−１３４８２号公報で
は、真空中でプロジェクション溶接を行うことにより、
予め金属焼結材の気孔中ガスを抜き、前記課題を改善す
る方法が開示されている。

【０００７】さらに、特開平３−１８４６７７号公報で
は、焼結材に形成したプロジェクションを溶融すること
なく両部材の接合面に拡散させて接合することにより、
空孔中ガスによりブロ−ホ−ルが生じて接合面積が減少
し、接合強度が低下したり、溶融した金属が電極間の加
圧または空孔から噴出するガスで吹き飛ばされ、スパッ
タを生じて製品の美観を損ねる等の前記課題を改善する
方法も開示されている。しかしながら、これらの方法
も、接合部を溶融する点では従来法と変わりがなく、接
合強度の面で問題を残すなど根本的な解決には至らない
ことが判明した。そこで本発明は、溶接後熱処理をする
ことにより金属焼結材を強固に接合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】本発明は前記課題に基づ
いてなされたもので、少なくとも一方の金属焼結材の接
合面に突起を形成し、この突起を他方の金属焼結材また
は金属材の接合面に加圧当接するとともに両部材間に通
電し、前記突起を加熱して両部材を溶接した後、加熱処
理する金属焼結材の接合方法である。

【０００９】また、本発明は前記溶接後の加熱処理を行
う加熱温度が４００〜６００℃である金属焼結材の接合
方法である。

【００１０】さらに、本発明は前記溶接後の加熱手段が
スチーム処理等の酸化被膜処理手段である。

【００１１】さらにまた、本発明は前記溶接後の加熱手
段が処理温度が４００〜６００℃である表面処理手段で
ある。

【００１２】

【作用】前記構成によって、接合が加熱処理されて強固
に接合することができる。

【００１３】また、４００〜６００℃に加熱処理するこ
とによって、所定の強度を確保できる。

【００１４】さらに加熱処理をスチーム処理等の酸化被
膜処理手段とすることによって、簡単に所定の強度を確
保できると共に、接合物全体に防錆等の効果を付与する
ことができる。

【００１５】さらにまた、加熱処理を加熱手段が処理温
度が４００〜６００℃である表面処理手段とすることに
よって、簡単に所定の強度を確保できると共に、接合物
に窒化等の表面処理効果を付与することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について、図１、
図２を参照しながら説明する。図１、図２は鉄系焼結品
（Ｆｅー２．０Ｃｕー０．７Ｃ）同士をプロジェクショ
ン溶接し、その後熱処理したものである。

【００１７】図１は溶接後熱処理温度と硬度分布を示し
たものであり、測定位置０は溶接箇所を示すグラフであ
り、図１の（１）は熱処理しないもので最高約８００
（ＭＨｖ）、（２）は１８０℃で熱処理したもので最高
約７００（ＭＨｖ）、（３）は５５０℃で熱処理したも
ので最高約３８０（ＭＨｖ）を示している。

【００１８】図２は溶接後熱処理温度の影響部最高硬さ
および引張り強度に及ぼす影響を示すグラフであり、熱
処理温度が４００℃で約３２ｋｇｆ／ｍｍ² 、５００℃
で約３５ｋｇｆ／ｍｍ² 、６００℃で約３３ｋｇｆ／ｍ
ｍ² となり、４００℃〜６００℃の温度範囲で熱処理す
ることによって、所定の引張り強度を確保することがで
きる。

【００１９】本発明の第２実施例について、図３から図
４を参照しながら説明する。図３に示すように、この実
施例は鉄系焼結品（Ｆｅー２．０Ｃｕー０．７Ｃ）たる
スプロケット本体１の上面に、羽根２を四方向に突出さ
せた例えばＳＰＣＣ、ＳＳなどの溶製材からなる取付け
板３を、プロジェクション溶接法によって固着したスプ
ロケット４を示したものである。

【００２０】図４に示すように、前記スプロケット本体
１は、鉄粉末と、炭素粉末などの原料粉末を粉末成形プ
レスの金型により圧縮して成形し、この成形された圧粉
体を焼結炉において焼結することにより得られたもので
あり、前記スプロケット本体１の接合面５には数箇所、
実施例では８か所に突起６が形成されている。一方取付
け板３は鉄板をプレス装置等によって打抜き形成したも
のである。

【００２１】そして前記スプロケット本体１と取付け板
３の接合は、まず一方の電極プラテン７上にスプロケッ
ト本体１を載置し、このスプロケット本体１の突起６上
に取付け板３を同軸状に載置し、さらにこの取付け板３
上に他方の電極プラテン８を加圧状態で当てる。そして
電極プラテン７、８間に交流或いは直流電流を流す。こ
のとき、前記スプロケット本体１と取付け板３とが突起
６で接触しているために、電流および荷重が突起６部分
に集中する。そして抵抗発熱によりスプロケット本体１
の突起６部分および取付け板３の対応する部分が溶融
し、両者が溶接部のナゲット９を介して接合する。この
後電極プラテン７、８から取出したスプロケット４を加
熱処理する。このスプロケット４を加熱処理は、スチー
ム炉（図示せず）中で４００〜６００℃に加熱し、スチ
ームを通すことによって行うものである。

【００２２】したがって、スプロケット４の表面には例
えば５〜１０μｍの四三酸化鉄（Ｆｅ₃ Ｏ₄ ）の被膜が
生成されると共に、この四三酸化鉄の被膜は表面のみな
らず、スプロケット４の空隙近傍にも生成され、外部と
の空気を遮断することによって発錆を防止する。さらに
硬さも著しく向上すると共に、スプロケット本体１と取
付け板３の連結強度も向上する。

【００２３】次の表１は前記スチーム処理手段の有無に
ついてその強度を比較したものである。尚、ねじりモー
メントにおける径は１４ｍｍの場合を示している。そし
て表１によって、スチーム処理手段を行うと溶接部の引
張強さがスチーム処理手段をしないものに比較して約３
倍になることが判明する。

【００２４】

【表１】

【００２５】以上のように、前記実施例においては突起
６を形成したスプロケット本体１と取付け板３とをプロ
ジェクション溶接したスプロケット４を、スチーム処理
手段により加熱することによって、金属焼結材を強固に
接合することができる。

【００２６】図５から図10は本発明の第３実施例を示し
ている。図５および図６の第３実施例は鉄系焼結品（Ｆ
ｅー２Ｃｕー０．７Ｃ）たる円筒形のプーリ11に、例え
ば、ＳＰＣＣなどの溶製材からなるフランジ12を、プロ
ジェクション溶接法によって固着したエンジンのウォー
タポンプ部品13を示したものである。前記フランジ12の
接合面14には数箇所に突起15が形成され、そして前記突
起15上に前記プーリ１１を同軸状に載置し、そして第１
実施例と同様に上下に配設された電極プラテン１６、17
によりプロジェクション溶接を行う。次に酸化被膜処理
手段を行う。この酸化被膜処理手段は、大気中にて４０
０〜６００℃で加熱した後徐冷することによって、表面
に薄膜の黒色酸化被膜を生じさせるようにするものであ
る。また前記処理温度が４００〜６００℃の表面処理手
段は塩浴窒化処理、ＰＶＤ法によるＴｉＮ等がある。

【００２７】このようにプロジェクション溶接した後、
酸化被膜処理手段を行ったウォータポンプ13の接合強度
を図７に示すように、支え部材18により支持された状態
でパンチ19を押圧した強度試験したものが図８である。
この図８に示したデータ（Ｎ＝２０）では平均接合強度
が８６３．８ｋｇとなり、所定の強度を得ることができ
る。また図10は図９に示すようには接合面14を中心とし
て接合部の硬度を示したものであり、接合面14よりやや
プーリ11側に硬度の最高値があらわれている。以上のよ
うに、前記実施例においては突起15を形成したプーリ11
とフランジ12とをプロジェクション溶接したウォータポ
ンプ部品13を、酸化被膜処理手段により加熱することに
よって、引張り強度を簡単に確保することができる。

【００２８】尚、本発明は前記実施例に限定されるもの
ではなく、例えば実施例ではＳＰＣＣ、ＳＳなどの溶製
材と鉄系焼結品との接合の場合を示したが、鉄系焼結品
と鉄系焼結品の接合の場合でもよいなど種々の組み合せ
が可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、金属焼結材と、他の金属焼結
材または金属材とを接合する方法であって、少なくとも
一方の金属焼結材または金属材の接合面に突起を形成
し、この突起を他方の金属焼結材または金属材の接合面
に加圧当接するとともに両部材間に通電し、前記突起を
加熱して両部材を溶接した後、加熱手段を用いて加熱処
理したことによって、ブロ−ホ−ル等の発生なしに金属
焼結材を強固に接合する方法を提供できる。

【００３０】また本発明は、前記溶接後の加熱処理を行
う加熱温度を４００〜６００℃とすることによって、所
定の強度を得ることができる。

【００３１】さらに前記溶接後加熱手段をスチーム処理
等の酸化被膜処理手段とすることによって、簡単に所定
の強度を得て強固に接合する方法を提供できると共に、
接合物全体に防錆等の効果を付与することができる。

【００３２】さらにまた本発明は、前記溶接後の加熱手
段を処理温度が４００〜６００℃である表面処理手段と
することによって、簡単に所定の強度を得て強固に接合
する方法を提供できると共に、接合物に窒化等の表面処
理効果を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す熱処理温度と硬度分
布を示すグラフである。

【図２】本発明の第１実施例を示す熱処理温度と引張強
度、熱影響最高硬さ示すグラフである。

【図３】本発明の第２実施例を示す斜示図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す断面図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す斜示図である。

【図６】本発明の第３実施例を示す断面図である。

【図７】本発明の第３実施例を示す接合強度試験の断面
図である。

【図８】本発明の第３実施例を示す接合強度試験のグラ
フである。

【図９】本発明の第３実施例を示す接合部硬度分布の断
面図である。

【図１０】本発明の第３実施例を示す接合部硬度分布の
グラフである。

【符号の説明】

１ スプロケット本体（金属焼結材） ３ 取付け板（金属材） ５ １４ 接合面 ６ １５ 突起 １１ プーリ（金属焼結材） １２ フランジ（金属材）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属焼結材と、他の金属焼結材または金
   属材とを接合する方法であって、少なくとも一方の金属
   焼結材または金属材の接合面に突起を形成し、この突起
   を他方の金属焼結材または金属材の接合面に加圧当接す
   るとともに両部材間に通電し、前記突起を加熱して両部
   材を溶接した後、加熱手段を用いて加熱処理することを
   特徴とする金属焼結材の接合方法。
2. 【請求項２】 前記溶接後の加熱処理を行う加熱温度が
   ４００〜６００℃であることを特徴とする請求項１の金
   属焼結材の接合方法。
3. 【請求項３】 前記溶接後加熱手段がスチーム処理等の
   酸化被膜処理手段であることを特徴とする請求項１の金
   属焼結材の接合方法。
4. 【請求項４】 前記溶接後の加熱手段が処理温度が４０
   ０〜６００℃である表面処理手段であることを特徴とす
   る請求項１の金属焼結材の接合方法。