JPH0768565B2 - 金属焼結体の製造方法 - Google Patents

金属焼結体の製造方法

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JPH0768565B2 JP63039664A JP3966488A JPH0768565B2 JP H0768565 B2 JPH0768565 B2 JP H0768565B2 JP 63039664 A JP63039664 A JP 63039664A JP 3966488 A JP3966488 A JP 3966488A JP H0768565 B2 JPH0768565 B2 JP H0768565B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原料粉末からグリーン成形体を得る成形工程
と、グリーン成形体の脱脂工程と、焼結工程を経て形成
される焼結体製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に金属の焼結体を製造する工程で焼結前の成形体は
粉末を圧縮成形することにより圧粉体として得られてい
る。これは通常上下方向からパンチで加圧するという方
法であることから、得られるグリーン成形体の形状とし
ては円柱、円筒のような比較的単純のなものに限られ、
より複雑な製品を得るには焼結上がりの製品に切削、研
削等の後加工を必要とする。
このような観点から成形体の形状を製品により近づける
ための技術が種々検討されている。いわゆるエンジニア
リングセラミックス等を中心とした窯業製品の分野で
は、原料粉末に10〜20重量%の有機高分子を主成分とし
たバインダーを加え、混合混練し、続いて射出成形又
は、押出成形した成形体を脱脂、焼結して製品を得ると
いう方法が工業的に行なわれてきている。射出成形、及
び押出成形は元来は熱可塑性プラスチックの成形方法で
あるが、製品の最終的な形状を後加工なしに、しかも高
い寸法精度で、大量に生産するのに適しているため、前
述のような問題点の解決策としては注目すべきものがあ
る。そして、近年アトマイズ法に代表される金属粉末の
製造技術の発展から射出成形、押出成形方法が、金属の
焼結製品に製造も適用が試みられてきている。
前述のような焼結製品の製造工程での最大の技術的な問
題点は原料粉末に多量のバインダーを加えてあることか
ら、焼結前にこれを加熱に除去するかということであ
る。バインダーの除去、即ち脱脂は加熱によってバイン
ダーを熱分解、揮散させるのが、最も一般的であり、近
年、超臨界状態(擬液体状態)の二酸化炭素ガスによっ
て抽出することも試みられている。加熱もしくは抽出の
いずれの方法においても成形体中でのバインダーの拡散
の容易さを考慮して、バインダーとしてはなるべく低分
子量のものが望ましい。このことから、バインダーとし
て石油系のパラフィンワックス等が多用されている。
〔発明が解決しようとする課題〕 しかしバインダーは金属粉末との親和性が小さく、また
一般に有機高分子は低分子量になるに従い、機械的な強
度低下することから、成形体そのものも機械的強度が不
十分で取り扱いの上で問題があり、ひいては歩留の低下
をきたすことが避けられない。しかも前述のようにバイ
ンダーと金属粉末の親和性の小さいことから粉末の原料
中での分散性にも問題があり、成形不良となることが多
い。
本発明はかかる問題点に鑑み、原料粉末表面を改質する
ことにより原料粉末の分散性を改善し、低温、低圧で成
形体の機械的強度を向上することが可能な金属焼結体の
製造方法を提供することを目的とする。
〔問題を解決するための手段〕
本発明によれば,金属粉末とバインダーとを含む原料を
混合,混練しコンパウンドを経て射出成形又は押出成形
して成形体を得る成形工程と,脱脂工程と,焼結工程と
を有する金属焼結体の製造方法において,上記金属粉末
は,1分子内にケイ素原子及びアルコキシ基を1以上含む
シランカップリング剤により表面処理が施されてケイ素
化合物の被膜が形成され,上記脱脂工程は,上記成形体
を加熱することにより上記バインダーを分解,揮散させ
て上記金属粉末の表面を被覆しているケイ素化合物を残
す工程であり,上記焼結工程は,上記ケイ素化合物によ
って焼結が促進されることを特徴とする金属焼結体の製
造方法が得られる。
また,本発明によれば,金属粉末とバインダーとを含む
原料を混合,混練しコンパウンドを経て射出成形又は押
出成形して成形体を得る成形工程と,脱脂工程と,焼結
工程とを有する金属焼結体の製造方法において,上記金
属粉末は,1分子内にケイ素原子及びアルコキシ基を1以
上含むシランカップリング剤により表面処理が施されて
ケイ素化合物の被膜が形成され,上記脱脂工程は,上記
成形体から上記バインダー押出溶媒により溶出させて上
記金属粉末の表面を被覆しているケイ素化合物を残す工
程であり,上記焼結工程は,上記ケイ素化合物によって
焼結が促進されることを特徴とする金属焼結体の製造方
法が得られる。
一般に無機質の粉末の表面改質方法としては(1)オレ
フィン酸誘導体のような界面活性剤を表面に均一に吸着
させる。(2)適当な分散媒に粉末を分散させた状態で
重合反応し得るモノマーと触媒を加えて反応させ、ポリ
マーで粉末表面を被覆する。(3)熱可塑性または熱硬
化性の高分子で表面を被覆する。(4)アルコキシ基を
有する有機金属化合物、即ち、カップリング剤で表面を
被覆する。などが挙げられるが、(1)は粉末の分散性
向上には硬化があるものの、グリーン成形体の機械的な
強度はむしろ低下し、しかも界面活性剤の粉末表面との
結合が強くない。(2)は使用する触媒がたとえば過酸
化物のように当然のことながら、化学的に活性の高いも
のであるため金属表面を侵すことが多い、(3)は粉末
が微細になるに従い、処理が困難になり、実用性が低い
という理由から本発明者らは(4)に着目し、検討の結
果、1分子内にケイ素原子及びアルコキシ基を各々1以
上有するシランカップリング剤が、金属粉末の分散性向
上及び成形体の機械的強度向上させることができしかも
上記した化合物の表面処理により、焼結する際の焼結性
の向上にも寄与することを見出し、本発明をなすに至っ
たものである。
本発明による方法がアルコキシ基により粉末表面と化合
物の間に化学的な結合が形成され、表面と強固に結合し
た皮膜が形成され、バインダーと粉末の親和性を増加す
ることにより粉末の分散性、成形体の機械的強度の向上
に寄与すると考えられる。
本発明において、金属粉末を処理するシランカップリン
グ剤としては、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−ト
リス(2−メトキシ−エトキシ)シラン、γ−メタクリ
ロキシ−プロピルトリメトキシ−シラン、γ−アミノプ
ロピル−トリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシ−
シクロヘキシル)エチル−トリメトキシシラン、γ−メ
ルカプトプロピルトリメトキシシラン等のシランカップ
リング剤が挙げられるが、これらに限定されるものでは
ない。
本発明において、金属粉末の表面処理方法は上記したシ
ランカップリング添加剤をそのままか、適当なエタノー
ル等の溶媒に溶解して、粉末と混合し、そのまま放置す
るという簡便な方法でも良く、又溶媒のすみやかな除
去、反応の促進のため加熱しても良いが、その場合は金
属粉末表面の酸化を抑制するため不活性ガス中で行うこ
とが望ましい。本発明においては、加熱もしくは有機溶
媒抽出による脱脂工程で、バインダー類のみを除去して
ケイ素を含む被膜を金属粉末表面に残すことが可能であ
り、焼結工程で金属粉末を含有する成形体中にケイ素と
化合物を形成する成分が存在する場合はその成分とケイ
素が反応することにより焼結の促進に寄与すると解され
る。更には、焼結工程ではケイ素がグリーン成形体中の
金属粉末粒子相内に拡散し、固溶体を得ることが可能で
あり、焼結が促進される。尚,本発明において,抽出用
有機溶媒は,液相状態でも超臨界状態でも使用可能であ
り,石油,ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族
系溶媒、四塩化炭素及びトリクレンなどの塩素系有機溶
媒等のバインダーを溶解できる有機溶媒であるならば、
これらに限定されない。
以下に実施例を挙げ本発明を詳しく説明する。
〔実施例〕
第1表は、本発明の実施例に係る金属焼結体製造方法に
より得られたグリーン成形体と焼結体を示している。比
較の為に従来の金属焼結体製造方法により得られたグリ
ーン成形体と焼結体を併記した。
この表から、シランカップリング剤により表面処理され
た金属粉末により得られた実施例に係るグリーン成形体
は、また、射出温度が40℃位射出圧力が50℃とともに小
さいにもかかわらず、曲げ強度が2倍以上優れており、
焼結体においても、その密度が大きく、歩留りにすぐれ
ていることがわかる。
本発明の実施例に係る金属焼結体は次のように製造され
た。第2表は、本発明の実施例に係る金属焼結体の原料
粉末の化学組成を示す。この表のように、原料粉末は、
カップリング剤により表面処理が行われた金属粉末91.0
wt%と、バインダー類、有機高分子、滑剤、可塑剤とし
て低密度ポリエチレン5.0%、融点63℃のパラフィンワ
ックス2.5wt%及び、ジオクチルフタレート1.5wt%より
なっている。
この実施例に係る金属粉末は次のように表面処理が施さ
れている。
原子%で50%Fe,50%Coなる化学組成の合金をアルゴン
ガス雰囲気で高周波加熱により要請し、水アトマイズ法
により、平均粒径約10μmの合金粉末を得た。その合金
粉末を10kg秤量し、内容量10lのはスーパーミキサーに
投入した。ミキサーの撹拌羽根を200r.p.mで回転させ、
γ−アミノプロピル−トリメトキシシラン50gを250ccの
エチルアルコールに溶解した溶液を滴下し、10分間撹拌
した。この合金粉末を窒素ガスを流した乾燥炉中にて12
0℃で30分間加熱した、次に本発明の実施例に係る金属
焼結体は次のように製造された。第2表に示した組成に
より混合、混練、粉砕し、射出成形用の原料を得た。
次にこの原料を用い、外径50mm、内径35mm、厚さ5mmの
グリーン成形体を射出成形により作製した。このグリー
ン成形体を体積比で水素:70%アルルゴン30%よりなる
気流中で、室温から10℃/Hrの速度で600℃まで昇温し、
2時間保持後、室温まで冷却した。続いて炉中にて2×
10-6Torrまで減圧し、200℃Hrで室温から1200℃まで昇
温し、10時間保持した後、急冷し焼結体を得た。この焼
結体の結晶粒の界面をEDXで分析した。その結果ケイ素
は検出できなかった。また第1表に示したグリーン成形
体の曲げ強度、焼結体の相対速度及び焼結体の元素分析
結果は、この時得られたグリーン成形体と焼結体より測
定した。
また、比較の為に従来例に係る金属焼結体を次のように
製造した。γ−アミノプロピル−トリメトキシシランに
よって粉末に表面処理を施さなかったこと以外は実施例
とまったく同じ製造方法により焼結体を製造した。第1
表に併記したグリーン成形体の曲げ強度、焼結体の相対
密度及び焼結体の元素分析結果は、この時に得られたグ
リーン成形体と焼結体より測定した。
〔発明の効果〕 以上詳しく述べたように本発明によれば、低コストで射
出成形グリーン成形体の機械的強度、焼結体の相対密度
を向上することができる。また本発明によれば、射出成
形の条件を低温、低圧力にすることができる。周知のよ
うに射出成形でスプルー・ランナーのようなスクラップ
の発生は不可避であるが、殊にこの場合のように高価な
金属粉末を含んだ材料ではスクラップをリサイクル使用
することがコスト低減に寄与する。従って、成形温度を
なるべく低くすることが、材料の熱劣化を防ぐ上で重要
である。そしてこの場合のように金属粉末を含む材料で
は通常のプラスチックに比較して金型の摩耗が著しい
が、成形圧力を低くすることが、金型の寿命を伸ばす上
で重要である。
このように本発明の及ぼす効果はコスト低減に寄与する
所は非常に大きく、工業上極めて重要である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−282418(JP,A) 特開 昭60−244888(JP,A) 特開 昭55−67107(JP,A) 特開 平1−161803(JP,A)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属粉末とバインダーとを含む原料を混
    合,混練しコンパウンドを経て射出成形又は押出成形し
    て成形体を得る成形工程と,脱脂工程と,焼結工程とを
    有する金属焼結体の製造方法において, 上記金属粉末は,1分子内にケイ素原子及びアルコキシ基
    を1以上含むシランカップリング剤により表面処理が施
    されてケイ素化合物の被膜が形成され, 上記脱脂工程は,上記成形体を加熱することにより上記
    バインダーを分解,揮散させて上記金属粉末の表面を被
    覆しているケイ素化合物を残す工程であり, 上記焼結工程は,上記ケイ素化合物によって焼結が促進
    されることを特徴とする金属焼結体の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の金属焼結体の製造方法にお
    いて,上記焼結工程は,上記金属粉末表面を被覆した上
    記ケイ素化合物中のケイ素原子を上記金属粉末内部に拡
    散させて固溶体とする工程を含むことを特徴とする金属
    焼結体の製造方法。
  3. 【請求項3】金属粉末とバインダーとを含む原料を混
    合,混練しコンパウンドを経て射出成形又は押出成形し
    て成形体を得る成形工程と,脱脂工程と,焼結工程とを
    有する金属焼結体の製造方法において, 上記金属粉末は,1分子内にケイ素原子及びアルコキシ基
    を1以上含むシランカップリング剤により表面処理が施
    されてケイ素化合物の被膜が形成され, 上記脱脂工程は,上記成形体から上記バインダー抽出溶
    媒により溶出させて上記金属粉末の表面を被覆している
    ケイ素化合物を残す工程であり, 上記焼結工程は,上記ケイ素化合物によって焼結が促進
    されることを特徴とする金属焼結体の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項3記載の金属焼結体の製造方法にお
    いて,上記脱脂工程は,抽出溶媒としての液相の有機溶
    媒を用いることを特徴とする金属焼結体の製造方法。
  5. 【請求項5】請求項4記載の金属焼結体の製造方法にお
    いて,上記脱脂工程は,抽出溶媒として超臨界状態の流
    体を用いることを特徴とする金属焼結体の製造方法。
  6. 【請求項6】請求項3乃至5の内のいずれかに記載の金
    属焼結体の製造方法において,上記焼結工程は,上記金
    属粉末表面を被覆した上記ケイ素化合物中のケイ素原子
    を上記金属粉末内部に拡散させて固溶体とする工程を含
    むことを特徴とする金属焼結体の製造方法。
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