JPH11106804A - 水アトマイズ金属粉末の造粒粉末及びその製造方法 - Google Patents

水アトマイズ金属粉末の造粒粉末及びその製造方法

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JPH11106804A
JPH11106804A JP27942197A JP27942197A JPH11106804A JP H11106804 A JPH11106804 A JP H11106804A JP 27942197 A JP27942197 A JP 27942197A JP 27942197 A JP27942197 A JP 27942197A JP H11106804 A JPH11106804 A JP H11106804A
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JP
Japan
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powder
average particle
raw material
particle size
granulation
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JP27942197A
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English (en)
Inventor
Okie Nakabayashi
興栄 中林
Atsushi Watanabe
篤 渡辺
Yoshiyuki Katou
欽之 加藤
Tadatsugu Yabuta
忠嗣 藪田
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Pacific Metals Co Ltd
Original Assignee
Pacific Metals Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、高強度、高密度の粉末冶金用に
適する水アトマイズ金属の造粒粉末及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 平均粒径が1〜100μmの水アトマイ
ズ金属原料粉末にバインダーを加えて造粒成形して得ら
れる、平均粒径が10〜250μmの水アトマイズ金属
粉末の造粒粉末。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は微細粒径の水アトマ
イズ金属粉末を原料として造粒成形により成形され、粉
末冶金用に適する水アトマイズ金属粉末の造粒粉末及び
その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の粉末冶金では、100メッシュに
代表される粉末原料を使用して、成形及び焼結工程を経
て製品を製造する。このような従来の方法では、焼結後
の製品の相対密度(真密度に対する相対値)は殆どの金
属粉末の場合85%程度の低い値しか得られていない。
【0003】このように製品の相対密度が低いと、以下
のような欠点がある。すなわち、 (1)一般構造材料では、強度不足や機能性が欠如して
いる。 (2)ステンレス鋼の場合、溶解材に比較して耐食性が
著しく劣る。工業的にはNi、Mo、Cr等の合金元素
を多量に含有させて、低い耐食性を補っている。 (3)磁性材料では、たとえ磁気特性が優れていても、
適用範囲が限定される。 (4)難加工性材料、例えば高速度鋼等は成形できず、
粉末冶金法での部品の生産は限定されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
従来技術の欠点を克服する手段として、焼結性は良好だ
が、流動性の悪い微細粒径の水アトマイズ金属原料粉末
を加工し、流動性が良く、滑り性、充填性を改善するこ
とで、金属粉末の含有割合を高め、成形、焼結後、高強
度、高密度の製品を得るために、粉末冶金用に適する水
アトマイズ金属の造粒粉末及びそ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】本発明の要旨とするとこ
ろは、特許請求の範囲に記載したように、以下のようで
ある。 (1)微細粒径の水アトマイズ金属原料粉末から造粒成
形により得られる、平均粒径が前記金属原料粉末の平均
粒径より大きいことを特徴とする水アトマイズ金属粉末
の造粒粉末。 (2)平均粒径が1〜100μmの水アトマイズ金属原
料粉末から造粒成形により得られる、平均粒径が10μ
m〜250μmであることを特徴とする(1)記載の造
粒粉末。 (3)平均粒径が1〜100μmの水アトマイズ金属原
料粉末にバインダーを加えて造粒成形し、平均粒径が1
0〜250μmの水アトマイズ金属粉末の造粒粉末を製
造する方法。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明で原料となる金属粉末は水
アトマイズ法で製造可能な金属粉末である。即ち、鉄、
鉄合金(例えば、ステンレス鋼、珪素鋼、構造用鋼、工
具鋼、高速度鋼、アルニコ合金、センダスト合金、パー
メンジュール合金、パーマロイ合金等)、ニッケル、ニ
ッケル合金(パーマロイ等)、クロム、クロム合金、コ
バルト、コバルト合金、チタン、チタン合金等の金属粉
末である。
【0007】本発明は、微細粒径の水アトマイズ金属原
料粉末から造粒成形により得られる、前記金属原料粉末
の平均粒径より大きい水アトマイズ金属粉末の造粒粉末
及びその製造方法である。
【0008】より詳細には、平均粒径が1〜100μm
の水アトマイズ金属原料粉末にバインダーを加えて造粒
成形し、平均粒径が10〜250μmの水アトマイズ金
属粉末の造粒粉末を製造する方法である。
【0009】ここで、原料の金属粉末の平均粒径につい
て説明すると、水アトマイズ法で金属粉末を製造する場
合、平均粒径が1μmの粉末も製造可能であり、充填密
度については微細粉末が高いことは理論的には説明され
ているし、焼結性が高いことも同様である。
【0010】しかしながら、平均粒径が1μm〜10μ
mの金属粉末を成形しようとすると、粉末の流動性が極
端に悪く、バインダーを添加しながら成形しても、均一
な充填は不可能であり、又、偏りが発生し易くなるため
に、成形体の充填密度は低くなり、その後これを焼結し
ても密度は低いし寸法精度も悪くなる。
【0011】また、原料の金属粉末の平均粒径が100
μmを越えると、この粉末を使用した造粒後の成形体の
充填密度は低くなり、その後これを焼結しても密度は低
いし寸法精度も悪くなる。従って、原料の金属粉末の平
均粒径の上限は100μmである。
【0012】また、原料の金属粉末の製造条件、経済性
を考慮すると、好ましい原料の金属粉末の平均粒径は2
〜60μmである。
【0013】また、場合により、原料の水アトマイズ金
属粉末の1部をガスアトマイズ金属粉末に代えることも
さしつかえない。
【0014】原料の金属粉末を造粒する方法の例として
は、水アトマイズ金属粉末を造粒装置を使用してバイン
ダーを添加、混合して造粒する。
【0015】ここで、造粒法としては混合造粒法、強制
造粒法、熱利用造粒法のいずれを使用しても良いが、好
ましくは、回転皿や回転円筒や回転円錐を使用する転動
方式の混合造粒法を使用する。また、バインダーとして
はポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ワッ
クス等の有機物や水と有機物の混合物等を使用する。
【0016】このバインダーの添加量は、金属原料粉末
の重量に対して、バインダー中の有効成分で0.1〜1
0wt%、好ましくは0.2〜5wt%であり、適宜可
塑剤や分散剤を添加してもよい。
【0017】本発明の造粒粉末の実施例として、表1に
示すような化学成分のステンレス鋼(SUS316
L)、磁性材料のパーメンジュール及び高速度鋼の水ア
トマイズ粉末を原料粉末として用いた。
【0018】特に、ステンレス鋼(SUS316L)の
水アトマイズ金属粉末については、原料粉末の平均粒径
を変えて、平均粒径の異なる造粒粉末を作り、次いで、
この造粒粉末の一部をプレス機を使用して加圧成型し、
円盤状試験片を作り、更にこれを水素雰囲気の焼結炉で
焼結した後、密度(金属の理論密度と実測密度との相対
値%)を測定した。その結果を第2表に示した。
【0019】この第2表の実施例1の数値から理解でき
るように、造粒粉末の平均粒径が10〜250μmの範
囲では焼結後の円盤状試験片の密度は95〜98%と極
めて高い数値が得られた。
【0020】また、磁性材料のパーメンジュールや高速
度鋼についても第3表に示すように、ステンレス鋼(S
US316L)の実施例と同様な傾向を示すことが判っ
た。
【0021】このように、造粒粉末の成形体の焼結体の
密度が上昇する理由としては、水アトマイズ金属粉末は
通常、不規則形状であるが、造粒により球形状に変化す
ること、粒度分布が改善されること、造粒の際にバイン
ダーを使用するのでこれが潤滑効果がある等、その形成
体の粉末充填密度を高め、その結果焼結体の密度が高く
なるものと考えられる。
【0022】これに対して、第3表の比較例1はステン
レス鋼(SUS316L)、比較例4はパーメンジュー
ル、比較例5は高速度鋼と各々の原料粉末のまま実施例
1と同様な工程を経て、加圧成型し、円盤状試験片を作
り、更にこれを水素雰囲気の焼結炉で焼結した後、密度
を測定した数値である。
【0023】これら比較例の密度は83〜85%であ
り、実施例と比較して10%以上も低いことが判る。
【0024】また、比較例2の造粒粉末の平均粒径は
7.6μmの例を、比較例3の造粒粉末の平均粒径は2
57.2μmの例を示すがいずれもその密度は実施例と
比較して低下してくる。従って、造粒粉末の平均粒径は
10〜250μmの範囲が好ましい。
【0025】
【実施例1】原料粉末としてステンレス鋼(SUS31
6L)の水アトマイズ粉末を用い、造粒装置としては転
動流動造粒装置((株)パウレック製)を使用した。
【0026】この原料粉末の平均粒径は5.2μmから
38.9μmまでの5種類について造粒を行い、その造
粒粉末を焼結して密度との関係を調べた。
【0027】最初に、前記原料粉末50kgを転動流動
造粒装置に供給し、回転ディスク部を回転させながらバ
インダーとしてメチルアルコールを溶媒とするPVP
(ポリビニルピロリドン)5%溶液を連続的に供給して
造粒した。
【0028】この際の給気量(空気)は約8.5m3
hr、給気温度は70℃、回転ディスク部の回転数は約
205rpmで、造粒粉末の温度は約35℃であった。
【0029】又、バインダーの供給量は約110g/m
inであり、造粒時間は120〜180分で、乾燥時間
は約10分であった。
【0030】この際に、転動流動の回転速度と造粒時間
を変えることにより、粒径の異なる造粒粉末を製造し
た。造粒後の平均粒径は12.3μm〜245.7μm
のものが得られた。
【0031】次いで、この造粒粉末の一部をプレス機を
使用して成型圧力が5t/cm2で、直径50mm、厚
さ20mmの円盤状試験片を作り、更にこれを水素雰囲
気の焼結炉で1350℃×3時間焼結した後、密度を測
定した。
【0032】その結果は第1表に示すように、95〜9
8%と極めて高い密度のものが得られることが判った。
【0033】
【実施例2】平均粒径が9.4μmの磁性材料のパーメ
ンジュールの水アトマイズ粉末を原料粉末として用い、
造粒装置としては、実施例1と同一の転動流動造粒装置
((株)パウレック製)を使用した。
【0034】最初に、前記原料粉末50kgを転動流動
造粒装置に供給し、回転ディスク部を回転させながらバ
インダーとしてメチルアルコールを溶媒とするPVP
(ポリビニルピロリドン)5%溶液を連続的に供給して
造粒した。
【0035】この際の給気量(空気)は約8.5m3
hr、給気温度は70℃、回転ディスク部の回転数は約
205rpmで、造粒粉末の温度は約35℃であった。
【0036】又、バインダーの供給量は約110g/m
inであり、造粒時間は150分で、乾燥時間は約10
分であった。
【0037】この際に、転動流動の回転速度を制御する
ことにより、粒径の異なる造粒粉末を製造した。造粒後
の平均粒径は38.7μmと225.6μmのものが得
られた。
【0038】次いで、この造粒粉末の一部をプレス機を
使用して成型圧力が5t/cm2で、直径50mm、厚
さ20mmの円盤状試験片を作り、更にこれを水素雰囲
気の焼結炉で1350℃×3時間焼結した後、密度を測
定した。
【0039】その結果は第3表から判るように、97〜
98%と極めて高い密度のものが得られることが判っ
た。
【0040】
【実施例3】平均粒径が8.6μmの高速度鋼の水アト
マイズ粉末を原料粉末として用い、造粒装置としては、
実施例1と同一の転動流動造粒装置((株)パウレック
製)を使用した。
【0041】最初に、前記原料粉末50kgを転動流動
造粒装置に供給し、回転ディスク部を回転させながらバ
インダーとしてメチルアルコールを溶媒とするPVP
(ポリビニルピロリドン)5%溶液を連続的に供給して
造粒した。
【0042】この際の給気量(空気)は約8.5m3
hr、給気温度は70℃、回転ディスク部の回転数は約
205rpmで、造粒粉末の温度は約35℃であった。
【0043】又、バインダーの供給量は約110g/m
inであり、造粒時間は150分で、乾燥時間は約10
分であった。
【0044】この際に、転動流動の回転速度を制御する
ことにより、粒径の異なる造粒粉末を製造した。造粒後
の平均粒径は37.2μmと208.0μmのものが得
られた。
【0045】次いで、この造粒粉末の一部をプレス機を
使用して成型圧力が5t/cm2で、直径50mm、厚
さ20mmの円盤状試験片を作り、更にこれを水素雰囲
気の焼結炉で1350℃×3時間焼結した後、密度を測
定した。
【0046】その結果は第3表に示すように、97〜9
8%と極めて高い密度のものが得られることが判った。
【0047】
【実施例4】平均粒径が9.3μmのステンレス鋼(S
US316L)の水アトマイズ粉末を原料粉末として用
い、造粒装置としては、実施例1と同一の転動流動造粒
装置((株)パウレック製)を使用した。
【0048】最初に、前記原料粉末50kgを転動流動
造粒装置に供給し、回転ディスク部を回転させながらバ
インダーとして水を溶媒とするPVP(ポリビニルピロ
リドン)5%溶液を連続的に供給して造粒した。
【0049】この際の給気量(空気)は約8.3m3
hr、給気温度は70℃、回転ディスク部の回転数は約
205rpmで、造粒粉末の温度は約35℃であった。
【0050】又、バインダーの供給量は約110g/m
inであり、造粒時間は150分で、乾燥時間は約10
分であった。
【0051】この際に、転動流動の回転速度を制御する
ことにより、粒径の異なる造粒粉末を製造した。造粒後
の平均粒径は42.6μmと230.5μmのものが得
られた。
【0052】次いで、この造粒粉末の一部をプレス機を
使用して成型圧力が5t/cm2で、直径50mm、厚
さ20mmの円盤状試験片を作り、更にこれを水素雰囲
気の焼結炉で1350℃×3時間焼結した後、密度を測
定した。
【0053】その結果は第3表に見られるように、バイ
ンダーを変えても96〜98%と極めて高い密度のもの
が得られることが判った。
【0054】
【比較例】比較例1、比較例4及び比較例5は前記の実
施例1〜3で使用した未造粒の原料粉末(SUS316
L、パーメンジュール、高速度鋼)について、前記各実
施例の場合と同様に、プレス機で成型圧力が5t/cm
2で、直径50mm、厚さ20mmの円盤状試験片を作
り、これを水素雰囲気の焼結炉で1350℃×3時間焼
結した後、密度を測定したものである。
【0055】その結果は第3表に示すように、実施例に
比較して密度は83〜85%にすぎず、10数%も低下
したものしか得られなかった。
【0056】また、比較例2の造粒粉末の平均粒径は
7.6μmの例を、比較例3の造粒粉末の平均粒径は2
57.2μmの例を、前記と同様な工程を経て作った焼
結体の密度を測定したものを示すが、その密度はいずれ
も実施例と比較して低下したものしか得られなかった。
【0057】
【表1】
【0058】
【表2】
【0059】
【表3】
【0060】
【発明の効果】本発明の水アトマイズ金属粉末を原料粉
末とする造粒粉末は流動性が良く、成形、焼結後の製品
は溶解材に匹敵するほどの高強度、高密度の優れたもの
が得られるので、粉末冶金用として極めて優れており、
その効果は極めて大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藪田 忠嗣 東京都千代田区大手町1―6―1 大平洋 金属株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 微細粒径の水アトマイズ金属原料粉末か
    ら造粒成形により得られる、平均粒径が前記金属原料粉
    末の平均粒径より大きいことを特徴とする水アトマイズ
    金属粉末の造粒粉末。
  2. 【請求項2】 平均粒径が1〜100μmの水アトマイ
    ズ金属原料粉末から造粒成形により得られる、平均粒径
    が10μm〜250μmであることを特徴とする請求項
    1記載の造粒粉末。
  3. 【請求項3】 平均粒径が1〜100μmの水アトマイ
    ズ金属原料粉末にバインダーを加えて造粒成形し、平均
    粒径が10〜250μmの水アトマイズ金属粉末の造粒
    粉末を製造する方法。
JP27942197A 1997-09-29 1997-09-29 水アトマイズ金属粉末の造粒粉末及びその製造方法 Pending JPH11106804A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010031349A (ja) * 2008-06-27 2010-02-12 Jfe Steel Corp 粉末冶金用鉄基混合粉末
WO2014069074A1 (ja) 2012-10-30 2014-05-08 化研テック株式会社 導電性ペーストおよびダイボンディング方法
CN103934461A (zh) * 2014-05-15 2014-07-23 云南锡业股份有限公司 一种冰铜粒化工艺及其装置

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WO2014069074A1 (ja) 2012-10-30 2014-05-08 化研テック株式会社 導電性ペーストおよびダイボンディング方法
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