JPH10317008A - 金属粉末焼結体の製造方法 - Google Patents
金属粉末焼結体の製造方法Info
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- JPH10317008A JPH10317008A JP14089097A JP14089097A JPH10317008A JP H10317008 A JPH10317008 A JP H10317008A JP 14089097 A JP14089097 A JP 14089097A JP 14089097 A JP14089097 A JP 14089097A JP H10317008 A JPH10317008 A JP H10317008A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属粉末焼結体の製造時に、一度に処理
できる処理量を増やして製造効率を上げる。 【解決手段】 焼結に至る加熱工程中途（例えば８００
〜１０００℃の温度域）に還元性ガス雰囲気と真空雰囲
気とを交互に繰り返すように雰囲気を変え、その後、還
元性ガス雰囲気中で焼結させる。 【効果】 還元性ガス雰囲気と真空雰囲気との交互
の繰り返しにより脱炭反応が確実になされ、高品質の焼
結体を効率よく製造することができる。
できる処理量を増やして製造効率を上げる。 【解決手段】 焼結に至る加熱工程中途（例えば８００
〜１０００℃の温度域）に還元性ガス雰囲気と真空雰囲
気とを交互に繰り返すように雰囲気を変え、その後、還
元性ガス雰囲気中で焼結させる。 【効果】 還元性ガス雰囲気と真空雰囲気との交互
の繰り返しにより脱炭反応が確実になされ、高品質の焼
結体を効率よく製造することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属粉末とバイン
ダとが混合された金属粉末成形体から焼結体を得るため
の金属粉末焼結体の製造方法に関するものである。
ダとが混合された金属粉末成形体から焼結体を得るため
の金属粉末焼結体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属粉末焼結体を製造する際に、金属粉
末と熱可塑性バインダとを混合し、これを射出成形等に
より成形した後、脱脂し、さらに加熱して焼結する方法
が一般に行われている。上記工程の中で焼結工程は、特
に製品の品質を決定する重要な要因であり、生産技術上
の問題の一つになっている。図２は、その焼結時のヒー
トパターンを示すものである。図２に示すように焼結は
Ｈ2ガス雰囲気（例えば３０ｍｂａｒ）で行われ、その
際に、雰囲気中のＨ2ガスとバインダに含まれる炭素成
分とが反応して成形体の脱炭が行われる。なお、脱炭反
応はＣＨ4反応が始まる８００〜１０００℃付近で起こ
っており、この脱炭反応を十分に終了させてから、焼結
到達温度にまで昇温させて焼結を行っている。また、上
記焼結では、通常はバッチ式の焼結炉が用いられてお
り、効率を上げるために焼結炉に複数の成形体を収容し
て焼結を行っている。
末と熱可塑性バインダとを混合し、これを射出成形等に
より成形した後、脱脂し、さらに加熱して焼結する方法
が一般に行われている。上記工程の中で焼結工程は、特
に製品の品質を決定する重要な要因であり、生産技術上
の問題の一つになっている。図２は、その焼結時のヒー
トパターンを示すものである。図２に示すように焼結は
Ｈ2ガス雰囲気（例えば３０ｍｂａｒ）で行われ、その
際に、雰囲気中のＨ2ガスとバインダに含まれる炭素成
分とが反応して成形体の脱炭が行われる。なお、脱炭反
応はＣＨ4反応が始まる８００〜１０００℃付近で起こ
っており、この脱炭反応を十分に終了させてから、焼結
到達温度にまで昇温させて焼結を行っている。また、上
記焼結では、通常はバッチ式の焼結炉が用いられてお
り、効率を上げるために焼結炉に複数の成形体を収容し
て焼結を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近では生
産効率に対する要求は益々大きくなっており、このため
一度に焼結処理できる処理量を増加させたいという要望
が強く、これに応じて焼結炉の能力を上げる試みもなさ
れている。しかし、成形体の処理数を増やした試験にお
いては、焼結中のＣＨ4反応時に残留Ｃ量が十分に減少
せず、従来に比べて約２倍近くのＣが残留して製品の品
質に悪影響を及ぼすという問題が発生した。これは、反
応中に炉内雰囲気中の炭素系ガス濃度が上がり、脱炭反
応が抑制されたことや、脱炭反応の結果生成されたＣＯ
ガスと成形体の金属成分とが再反応し、浸炭現象が起き
たためではないかと考えられる。これに対し、焼結時の
脱炭を容易にするため、脱脂工程で残留Ｃ量を極力下げ
ることが考えられる。しかし、焼結前のハンドリング等
を考えると脱脂後においても脱脂前の２０〜３０％のバ
インダを残しておくのが望ましく、脱脂時に残留Ｃ量を
下げるのにも限界がある。したがって、製品の品質を考
慮すると、一度に処理できる処理量が制限され、製造効
率を上げることが困難であるという問題がある。
産効率に対する要求は益々大きくなっており、このため
一度に焼結処理できる処理量を増加させたいという要望
が強く、これに応じて焼結炉の能力を上げる試みもなさ
れている。しかし、成形体の処理数を増やした試験にお
いては、焼結中のＣＨ4反応時に残留Ｃ量が十分に減少
せず、従来に比べて約２倍近くのＣが残留して製品の品
質に悪影響を及ぼすという問題が発生した。これは、反
応中に炉内雰囲気中の炭素系ガス濃度が上がり、脱炭反
応が抑制されたことや、脱炭反応の結果生成されたＣＯ
ガスと成形体の金属成分とが再反応し、浸炭現象が起き
たためではないかと考えられる。これに対し、焼結時の
脱炭を容易にするため、脱脂工程で残留Ｃ量を極力下げ
ることが考えられる。しかし、焼結前のハンドリング等
を考えると脱脂後においても脱脂前の２０〜３０％のバ
インダを残しておくのが望ましく、脱脂時に残留Ｃ量を
下げるのにも限界がある。したがって、製品の品質を考
慮すると、一度に処理できる処理量が制限され、製造効
率を上げることが困難であるという問題がある。
【０００４】本発明は、上記事情を背景としてなされた
ものであり、一度に処理できる成形体を増やしても十分
に残留Ｃ量を減らすことができ、よって高品質の焼結体
を効率よく製造することができる金属粉末焼結体の製造
方法を提供することを目的とする。
ものであり、一度に処理できる成形体を増やしても十分
に残留Ｃ量を減らすことができ、よって高品質の焼結体
を効率よく製造することができる金属粉末焼結体の製造
方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の金属粉末焼結体の製造方法は、金属粉末とバイ
ンダとを混合した金属粉末成形体を還元性ガス雰囲気下
で加熱して焼結する金属粉末焼結体の製造方法におい
て、焼結に至る加熱工程中途に還元性ガス雰囲気と真空
雰囲気とを交互に繰り返すように雰囲気を変え、その
後、還元性ガス雰囲気中で焼結させることを特徴とす
る。
本発明の金属粉末焼結体の製造方法は、金属粉末とバイ
ンダとを混合した金属粉末成形体を還元性ガス雰囲気下
で加熱して焼結する金属粉末焼結体の製造方法におい
て、焼結に至る加熱工程中途に還元性ガス雰囲気と真空
雰囲気とを交互に繰り返すように雰囲気を変え、その
後、還元性ガス雰囲気中で焼結させることを特徴とす
る。
【０００６】また、第２の発明は、上記還元性ガス雰囲
気と真空雰囲気との繰り返しを、加熱工程中途の８００
〜１０００℃の温度域において行うことを特徴とする。
気と真空雰囲気との繰り返しを、加熱工程中途の８００
〜１０００℃の温度域において行うことを特徴とする。
【０００７】すなわち、本発明によれば、焼結のための
加熱時に、還元性ガスによって脱炭反応が起こるととも
に、その結果発生した炭素成分ガスが真空雰囲気時に炉
外に除去され、引き続き、還元性ガス雰囲気において、
円滑かつ速やかに脱炭反応が進行する。これを繰り返す
ことにより脱炭が効率的かつ確実に行われ、高品質の焼
結体を得ることができる。上記作用により、本発明で
は、脱炭の確実化により一度に多くの量の成形体を処理
することが可能になり、製造効率が向上する。また、処
理量の大小に拘わらず、脱炭が確実に行われることによ
り焼結体の残留Ｃ量が減少し、品質の高い焼結体が得ら
れる。
加熱時に、還元性ガスによって脱炭反応が起こるととも
に、その結果発生した炭素成分ガスが真空雰囲気時に炉
外に除去され、引き続き、還元性ガス雰囲気において、
円滑かつ速やかに脱炭反応が進行する。これを繰り返す
ことにより脱炭が効率的かつ確実に行われ、高品質の焼
結体を得ることができる。上記作用により、本発明で
は、脱炭の確実化により一度に多くの量の成形体を処理
することが可能になり、製造効率が向上する。また、処
理量の大小に拘わらず、脱炭が確実に行われることによ
り焼結体の残留Ｃ量が減少し、品質の高い焼結体が得ら
れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明で原料となる金属粉末成形
体は、その種別が特に限定されるものではなく、適宜の
材質の金属材料とバインダ（熱可塑性等）とを適宜の混
合比で混合したものが用いられる。なお、成形方法の一
つとして射出成形を例示できるが、本発明としては、成
形方法がこれに限定されるものではなく、適宜の方法に
より所望の形状に成形されたものを対象とすることがで
きる。
体は、その種別が特に限定されるものではなく、適宜の
材質の金属材料とバインダ（熱可塑性等）とを適宜の混
合比で混合したものが用いられる。なお、成形方法の一
つとして射出成形を例示できるが、本発明としては、成
形方法がこれに限定されるものではなく、適宜の方法に
より所望の形状に成形されたものを対象とすることがで
きる。
【０００９】上記成形体は、金属粉末の焼結を目的に所
定の温度にまで加熱される。この温度は、金属粉末の種
別によっても異なるが、脱炭反応を十分に行った後、焼
結するという点から、１０００℃を越える温度で焼結す
るのが望ましい。なお、この焼結に至る加熱中途では、
図１に示すように還元性ガス雰囲気と真空雰囲気とを交
互に繰り返すが、各雰囲気の条件は適宜選定することが
できる。
定の温度にまで加熱される。この温度は、金属粉末の種
別によっても異なるが、脱炭反応を十分に行った後、焼
結するという点から、１０００℃を越える温度で焼結す
るのが望ましい。なお、この焼結に至る加熱中途では、
図１に示すように還元性ガス雰囲気と真空雰囲気とを交
互に繰り返すが、各雰囲気の条件は適宜選定することが
できる。
【００１０】先ず、還元性ガス雰囲気では、上記説明に
あるように脱炭を行う必要があり、したがって脱炭性の
ガスを使用する。このガスとしては通常は水素ガスを用
いる。なお、ガス圧も適宜選定可能であり、減圧状態で
還元性ガス雰囲気とすることもできる（例えば図１では
３０ｍｂａｒ）。また、この還元性ガス雰囲気と交互に
行う真空雰囲気では、脱炭生成ガスを十分に雰囲気中か
ら除去できるように雰囲気中も真空排気するのが望まし
い。なお、真空雰囲気の真空度も特に限定されるもので
はなく、上記還元性ガス雰囲気に比べ、十分に低圧の状
態であればよく、例えば、１０-2Ｔｏｒｒ以下にするの
が望ましい。
あるように脱炭を行う必要があり、したがって脱炭性の
ガスを使用する。このガスとしては通常は水素ガスを用
いる。なお、ガス圧も適宜選定可能であり、減圧状態で
還元性ガス雰囲気とすることもできる（例えば図１では
３０ｍｂａｒ）。また、この還元性ガス雰囲気と交互に
行う真空雰囲気では、脱炭生成ガスを十分に雰囲気中か
ら除去できるように雰囲気中も真空排気するのが望まし
い。なお、真空雰囲気の真空度も特に限定されるもので
はなく、上記還元性ガス雰囲気に比べ、十分に低圧の状
態であればよく、例えば、１０-2Ｔｏｒｒ以下にするの
が望ましい。
【００１１】また、上記雰囲気を変える際の還元性ガス
雰囲気と真空雰囲気のそれぞれの雰囲気時間も特に限定
されるものではなく、適宜選定することができ、還元性
ガス雰囲気と真空雰囲気とで雰囲気保持時間を変えるも
のであってもよい。例えば、還元性ガス雰囲気では、脱
炭反応が緩慢になってきたときや焼結炉内の炭素系ガス
濃度が増大し始めたときを見計らって真空雰囲気に移行
することができる。また、真空雰囲気では、焼結炉内ガ
スが十分に排気されたことを見計らって還元性ガス雰囲
気に移行することができ、この他にこれらを予測して所
定の雰囲気時間を予め定め、そのスケジュールに従って
雰囲気を保持、変更することもできる。さらに、還元性
ガス雰囲気と真空雰囲気との繰り返し数も適宜選定可能
である。
雰囲気と真空雰囲気のそれぞれの雰囲気時間も特に限定
されるものではなく、適宜選定することができ、還元性
ガス雰囲気と真空雰囲気とで雰囲気保持時間を変えるも
のであってもよい。例えば、還元性ガス雰囲気では、脱
炭反応が緩慢になってきたときや焼結炉内の炭素系ガス
濃度が増大し始めたときを見計らって真空雰囲気に移行
することができる。また、真空雰囲気では、焼結炉内ガ
スが十分に排気されたことを見計らって還元性ガス雰囲
気に移行することができ、この他にこれらを予測して所
定の雰囲気時間を予め定め、そのスケジュールに従って
雰囲気を保持、変更することもできる。さらに、還元性
ガス雰囲気と真空雰囲気との繰り返し数も適宜選定可能
である。
【００１２】上記雰囲気の繰り返しは、脱炭反応が開始
して十分に反応が進行する温度域で行うのが望ましく、
この温度域として８００〜１０００℃が示される。これ
はあまりに低い温度で上記繰り返しを開始すると、脱炭
反応が十分に開始しておらず、真空雰囲気の導入によっ
て却って効率が低下するためであり、またあまりに高い
温度になってから上記繰り返しを開始すると、既に成形
体で浸炭反応が生じており、脱炭作業の負担が増大して
効率が悪くなるためである。上記雰囲気の変更を繰り返
し行った後は、還元性ガス雰囲気に維持し、焼結を終え
る。なお、この還元性ガス雰囲気の条件は、上記と同一
とすることができる他、上記とは条件を変えることもで
きる。
して十分に反応が進行する温度域で行うのが望ましく、
この温度域として８００〜１０００℃が示される。これ
はあまりに低い温度で上記繰り返しを開始すると、脱炭
反応が十分に開始しておらず、真空雰囲気の導入によっ
て却って効率が低下するためであり、またあまりに高い
温度になってから上記繰り返しを開始すると、既に成形
体で浸炭反応が生じており、脱炭作業の負担が増大して
効率が悪くなるためである。上記雰囲気の変更を繰り返
し行った後は、還元性ガス雰囲気に維持し、焼結を終え
る。なお、この還元性ガス雰囲気の条件は、上記と同一
とすることができる他、上記とは条件を変えることもで
きる。
【００１３】
【実施例】以下に本発明の一実施例を説明する。金属粉
末（９５％Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ、平均粒径Ｗ：４．５μｍ，
Ｎｉ：３μｍ，Ｆｅ：３μｍ）に熱可塑性バインダを混
合した成形体を射出成形した後、３６０℃×１２０分で
脱脂を行った。この成形体にはバインダが３．８％含ま
れていた。次いで、上記成形体を焼結炉に複数置き、３
０ｍｂａｒの水素ガス雰囲気下で８００〜１０００℃ま
で昇温させ、同温度に１２０分維持した後、焼結炉内を
１０-2Ｔｏｒｒまで減圧して真空雰囲気とし、この状態
を１２０分保った。その後、上記と同様の条件で、順
次、水素ガス雰囲気、真空雰囲気に変えて脱炭を行った
後、再度水素ガスを導入して３０ｍｂａｒの水素ガス雰
囲気にして、１４００〜１４５０℃にまで昇温させ、１
２０分維持した後、１４７０〜１５００℃にまで昇温さ
せ、６０分間保持して焼結を完結させ、その後冷却し
た。得られた焼結体の残留Ｃ量を測定したところ、いず
れも、０．００３重量％以下であった。一方、従来の方
法により上記金属粉末の焼結を行ったところ、得られた
焼結体の含有Ｃ量は、いずれも０．０２％を越えてお
り、脱炭が不十分であることが判明した。
末（９５％Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ、平均粒径Ｗ：４．５μｍ，
Ｎｉ：３μｍ，Ｆｅ：３μｍ）に熱可塑性バインダを混
合した成形体を射出成形した後、３６０℃×１２０分で
脱脂を行った。この成形体にはバインダが３．８％含ま
れていた。次いで、上記成形体を焼結炉に複数置き、３
０ｍｂａｒの水素ガス雰囲気下で８００〜１０００℃ま
で昇温させ、同温度に１２０分維持した後、焼結炉内を
１０-2Ｔｏｒｒまで減圧して真空雰囲気とし、この状態
を１２０分保った。その後、上記と同様の条件で、順
次、水素ガス雰囲気、真空雰囲気に変えて脱炭を行った
後、再度水素ガスを導入して３０ｍｂａｒの水素ガス雰
囲気にして、１４００〜１４５０℃にまで昇温させ、１
２０分維持した後、１４７０〜１５００℃にまで昇温さ
せ、６０分間保持して焼結を完結させ、その後冷却し
た。得られた焼結体の残留Ｃ量を測定したところ、いず
れも、０．００３重量％以下であった。一方、従来の方
法により上記金属粉末の焼結を行ったところ、得られた
焼結体の含有Ｃ量は、いずれも０．０２％を越えてお
り、脱炭が不十分であることが判明した。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の焼結体の
製造方法によれば、金属粉末とバインダとを混合した金
属粉末成形体を還元性ガス雰囲気下で加熱して焼結する
金属粉末焼結体の製造方法において、焼結に至る加熱工
程中途に還元性ガス雰囲気と真空雰囲気とを交互に繰り
返すように雰囲気を変え、その後、還元性ガス雰囲気中
で焼結させるので、成形体の量に拘わらず脱炭が確実か
つ十分になされ、高品質の焼結体を得ることができる。
また、上記のように脱炭が確実になされるので、一度に
処理できる成形体の処理量が増え、製造効率を増大させ
ることが可能になる。
製造方法によれば、金属粉末とバインダとを混合した金
属粉末成形体を還元性ガス雰囲気下で加熱して焼結する
金属粉末焼結体の製造方法において、焼結に至る加熱工
程中途に還元性ガス雰囲気と真空雰囲気とを交互に繰り
返すように雰囲気を変え、その後、還元性ガス雰囲気中
で焼結させるので、成形体の量に拘わらず脱炭が確実か
つ十分になされ、高品質の焼結体を得ることができる。
また、上記のように脱炭が確実になされるので、一度に
処理できる成形体の処理量が増え、製造効率を増大させ
ることが可能になる。
【００１５】また、還元性ガス雰囲気と真空雰囲気との
繰り返しを、８００〜１０００℃の温度域において行え
ば、脱炭の確実性が増し、効率的な脱炭が可能になるの
で、焼結体の品質向上および製造効率の向上が一層顕著
になる。
繰り返しを、８００〜１０００℃の温度域において行え
ば、脱炭の確実性が増し、効率的な脱炭が可能になるの
で、焼結体の品質向上および製造効率の向上が一層顕著
になる。
【図１】 本発明の一実施形態における焼結時のヒート
パターンである。
パターンである。
【図２】 従来の焼結時のヒートパターンである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 保夫 千葉県四街道市鷹の台１丁目３番 株式会 社日本製鋼所内
Claims (2)
- 【請求項１】 金属粉末とバインダとを混合した金属粉
末成形体を還元性ガス雰囲気下で加熱して焼結する金属
粉末焼結体の製造方法において、焼結に至る加熱工程中
途に還元性ガス雰囲気と真空雰囲気とを交互に繰り返す
ように雰囲気を変え、その後、還元性ガス雰囲気中で焼
結させることを特徴とする金属粉末焼結体の製造方法 - 【請求項２】 還元性ガス雰囲気と真空雰囲気との繰り
返しは、８００〜１０００℃の温度域において行うこと
を特徴とする請求項１記載の金属粉末焼結体の製造方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14089097A JPH10317008A (ja) | 1997-05-14 | 1997-05-14 | 金属粉末焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14089097A JPH10317008A (ja) | 1997-05-14 | 1997-05-14 | 金属粉末焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10317008A true JPH10317008A (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=15279173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14089097A Pending JPH10317008A (ja) | 1997-05-14 | 1997-05-14 | 金属粉末焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10317008A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004502028A (ja) * | 2000-06-28 | 2004-01-22 | ホガナス アクチボラゲット | 表面を緻密化した粉末金属部品の製造方法 |
| WO2018198534A1 (ja) | 2017-04-27 | 2018-11-01 | 株式会社コイワイ | 高強度アルミニウム合金積層成形体及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-05-14 JP JP14089097A patent/JPH10317008A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004502028A (ja) * | 2000-06-28 | 2004-01-22 | ホガナス アクチボラゲット | 表面を緻密化した粉末金属部品の製造方法 |
| WO2018198534A1 (ja) | 2017-04-27 | 2018-11-01 | 株式会社コイワイ | 高強度アルミニウム合金積層成形体及びその製造方法 |
| US11555229B2 (en) | 2017-04-27 | 2023-01-17 | Koiwai Co., Ltd. | High-strength aluminum alloy laminated molding and production method therefor |
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