JPS5815522B2 - 溶浸材粉末 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鉄、鉄基合金粉末又は鉄基混合粉末の成形体
に溶浸する溶浸材粉末に関するものである。

粉末冶金法による機械部品等の製造に当っては適当な空
孔を有する圧粉体もしくは焼結体の基材に、それより融
点の低い金属又は合金（これを溶浸材と呼ぶ）を接触さ
せ、溶浸材を加熱、溶融させて毛細管現象により溶浸せ
しめ、基材の空孔の減少による密度の上昇、及び、封孔
効果による気密性の向上、さらには基材と溶浸材との合
金化反応による焼結部品の機械的強度、硬さ、電気伝導
性、耐食性、耐摩耗性等の改良が行なわれている。

鉄系粉末冶金においては、焼結部品の機械的強度の向上
のため、特に溶浸法が多く用いられており、一般には鉄
、鉄基合金粉末又は鉄基混合粉末の成形体に、その上又
は下向の形状と概ね同形の銅盾溶浸材粉末の圧粉体をト
又は下に接触させ、加熱する方法が用いられている。

一般に、溶浸材に要求される特性としては、（ａ）
溶浸率、即ち基材上にのせた溶浸材重量に対する基材に
浸透した溶浸材重量の比が大きく、溶浸材の残留物を過
度に残さないこと。

（ｂ） 溶浸材の残留物が基材に付着しないこと。

又は付着したとしても容易に除去できること。

（ｃ） 溶浸後の基材（溶浸体）に浸食、点食を生じ
ないで、表面が美しいこと。

（ｄ） 得られた溶浸体が、高い硬さや強度を有し、
優れた特性を示すこと。

の特性が要求される。

これらの特性に影響する因子は種々考えられるが、特に
基材と溶浸材の材質の組み合せにより影響される。

基材に用いられる鉄、鉄基合金粉末又は鉄基混合粉末の
組成と（〜ては、鉄、鉄−銅、鉄−ニッケル、鉄−クロ
ム、鉄−マンガン、鉄−ニッケルーモリブデン−マンガ
ン、その他、及び各組成の合金粉末あるいは混合粉末に
カーボンを含ませた組成があり、これらに用いられる溶
浸材としては、銅系の溶浸材が使用され、従来より、鉄
、マンガンを夫々重量％（以下同じ）で２〜７％、残部
は銅より成る銅−鉄一マンガン系合金粉末が使用されて
いる。

しかしながら、この溶浸材は溶浸材の残留物が基材に付
着し、その除去が困難である。

特に、基材にカーボンを含む場合に、その欠点が助長さ
れる傾向がある。

この欠点を改良するため、銅−鉄一マンガン系合金粉末
にニッケルを０．３〜４％、アルミニウムを０．１〜０
．６％添加した溶浸材が提案され、溶浸材の残留物の除
去が容易になったものの溶浸率が低く、溶浸材の残留物
が多く残り、又、溶浸体の点食は依然として改良されな
い欠点がある。

又、溶浸雰囲気としては、アンモニア分解ガスあるいは
プロパン、ブタン、天然ガスの変成ガス（エンドザーミ
ツクガス）等が使用されているが従来品は溶浸雰囲気が
かわると溶浸率がばらつく欠点がある。

本発明者は、これら従来品の鉄系粉末冶金用溶浸材の欠
点を改良すべく、種々の溶浸材組成を検討し、基材の組
成及び溶浸雰囲気によっても、溶浸率にばらつきが少な
く高い値を示し、溶浸材の残留物は容易に除去でき、又
、溶浸体の表面は浸食や点食が見られないという、溶浸
材に要求される特性をほぼ全て満足する溶浸材粉末を完
成したものである。

即ち、本発明は、鉄２〜７％、マンガン１〜７％、シリ
コン０．１〜２％、ボロン０，０１〜５％、亜鉛０〜５
％、残部は実質的に銅より成る鉄系粉末冶金に用いる溶
浸材粉末である。

本発明の溶浸材粉末の組成範囲を前記のように定めた理
由は以下の通りである。

鉄は従来から知られているように、溶浸過程中に溶融し
た銅が基材の鉄を固溶して食う現象、即ち浸食を防止す
るために添加されるもので、２％以下ではその効果が少
なく、７％以上添加しても浸食を防止する効果の改善は
少なく、溶浸材の融点を望ましくない高さまで上げるの
で好ましくない。

マンガンも従来から知られているように、溶浸過程中に
安定な酸化物等を形成し、溶浸体と溶浸材の残留物との
付着を防止する効果があり、又、溶浸材の流動性を良好
にし、それにより浸食を防止する効果もあるが、１％以
下ではそれらの効果が少なく、７％以上では流動性が過
剰になるため好ましくない。

鉄及びマンガンは、鉄２〜８，８％、マンガン１〜８．
８％含む銅合金の形態にし、アトマイズ法などにより１
４９μ以下（−１００ｍｅｓｈ ）の合金粉末と（−で
製造される。

本発明の溶浸材粉末は上記組成の銅−鉄一マンガン合金
粉末を用いる場合には、８０％以上、さらには９０％以
上混合するのが望ましい。

ここで用いる銅−鉄−マンガン合金粉末の鉄及びマンガ
ンを８．８％以上にすると、粉末が硬化することにより
成形性が悪くなり、又融点が高くなるため溶浸材粉末と
して用いるには不適当である。

本発明の溶浸材粉末の組成での特長は、シリコンを０．
１〜２％、ボロンを０，０１〜０．５％、亜鉛な０〜５
％含むことである。

シリコンの添加は、溶浸過程中にシリコンの酸化物等を
形成し、溶浸体と溶浸材の残留物との付着を防止するの
に著しい効果があり、又、浸食あるいは点食の発生を減
する効果がある。

シリコン添加の効果は、添加量の増加と共に溶浸体と溶
浸材残留物との付着が少なくなり、はく離性が良くなる
ことであるが、残留物の量は次第に多くなり溶浸率が低
下する。

シリコンは０．１％以下では上記の効果が少なく、２％
以上では溶浸率が急激に低下し、過度の溶浸材残留物が
残るため好ましくない。

シリコンは、シリコンの単体粉末、あるいはシリコンを
２〜３０％含む銅−シリコン合金粉末、又は一般に市販
されている、シリコンを４０〜８０％含む鉄−シリコン
合金粉末として添加することができる。

これらの粉末はアトマイズ法あるいは機械的粉砕法など
により製造した１４９μ以下（−１００ｍｅｓｈ ）さ
らには６３μ以下（−２５０ｍｅｓｈ ）の微細な粒度
のものを添加するのが好ましい。

ボロンの添加は、極めて特長ある著しい効果を示し、溶
浸材を活性化する作用がある。

即ち、ホロンは溶浸材と基材とのぬれ性を良好にし〜、
シリコンの添加による溶浸率の低下を補い、溶浸率を高
める効果があり、又、溶浸体の強度を向上させる効果が
あるが、０．０１％以下では上記の効果が少なく、０．
５％以上添加すると、溶浸体と溶浸拐残留物とが付着し
やすくなるので好ましくない。

ボロンは、ボロンを２〜２５％含む鉄、クロムニッケル
、コバルト、銅の一種もしくは二種以」二の合金粉末と
して添加することができる。

これらの粉末は、機械的粉砕法などにより製造した６３
μ以下（−２５Ｏｍｅｓｈ ）の微細な粒度のものを添
加するのが好ましい。

尚、付随的に含まれるクロム、ニッケ／瓢コバルＩ・は
１％以下であれば、溶浸材としての特性を阻害すること
はない。

亜鉛は、添加しなくても、良い特性を得ることができる
が、添加することにより溶浸材の融点を下げ、それによ
り浸食が防止され、溶浸体の外観を良好にする効果があ
り、又、基材との合金化により溶浸体の硬さ、強度を向
上させる効果もあるが、５％以上添加すると、溶浸過程
において亜鉛の蒸発が多くなり、溶浸率が低下すると同
時に、蒸発した亜鉛が焼結炉の壁面等に付着し、炉を汚
損するため好ましくない。

亜鉛は添加する場合、亜鉛を１０〜４５％含む銅−亜鉛
合金粉末として添加することができ、アトマイズ法など
により製造した１４９μ以下（−１，ＯＯｍｅｓｈ ）
の粉末とするのが好ましい。

溶浸材粉末の成形に当っては、グラファイトと潤滑剤を
各々０．３〜１％添加することがあるが、本発明の溶浸
材粉末を使用する場合にも、同様の添加を行なっても何
らその特性を劣化させることはない。

又、工業的に用いられている溶浸方法として、圧粉体の
状態の基材に溶浸材を接触させ、その後に両者を同時に
加熱することにより、基材の焼結と溶浸とを同時に行な
う一段溶浸法 （Ｓ １ｎｔｒａｔｉｏｎ ）と、基材圧粉体をまず加
熱、焼結し、その後、この焼結体に溶浸材を接触させて
溶浸を行なう二段溶浸法の工法がある。

工業的な生産コストの点からは一段溶浸法が好ましいが
、従来の溶浸材では一段溶浸法によると°溶浸率などに
問題があり、十分なる溶浸体を得られにくいため、二段
溶浸法を用いることが多い。

本発明の溶浸材粉末は、二段溶浸法はもちろん一段溶浸
法においても良好な溶浸性を示し、この点についても優
れた特性を有している。

以下、本発明の溶浸材粉末の代表的な実施例を示す。

実施例 １ 本発明の範囲内の溶浸材粉末組成の代表的な実施例を第
１表に示す。

尚、溶浸実験には、基材として鉄−１，５％銅−１％カ
ーボンの混合粉にステアリン酸亜鉛を０．５％添加した
粉末１３．７Ｓ’を、３０×１−２Ｘ約６ｍｍの抗折力
試験片状に、密度が６、３ ′？／ｃｙｒｔ （多孔率
・・・・・・・・・２０％）になるよう成形した圧粉体
を用いた。

又、溶浸材として３．９２（基材の２８５重量％・・・
・・・・・・基材ポアの１００容量％に相当するよう計
算した値）の溶浸材粉末を、３０Ｘ １２Ｘ約１．５朋
の薄板状に５ ｆ、 ／ｃｒＡの成形圧力で成形した圧
粉体を用いた。

次に、基材圧粉体の上面に溶浸材圧粉体をのせ、溶浸及
び焼結に□は一段溶浸法を用い、５５０℃で３０分間加
熱し脱ロウした後、１１１０℃で２０分間加熱し、溶浸
と焼結を同時に行なった。

炉内雰囲気には、水素：窒素が３：１の混合ガスを用い
た。

第１表かられかるように、本発明の溶浸材粉末組成の範
囲内においては、基材圧粉体に有効に浸透し、９．０％
以上の溶浸率が得られ、溶浸材の残留物はすでにはく離
しているか、あるいは指で軽くおすと取れる程度で、機
械的な除去は全く必要とせず、溶浸体の表面に浸食や点
食は見られなかった。

父、溶浸体の密度は７８２／ＬＳ−ｒｉｌ以−Ｈに−Ｌ
昇Ｌ９３〜１００（ロックウェルＢ−スケール）のて硬
さ、及び１４２〜１５５ ｋｇ／ｍｙ？ｔの抗折力が得
られた。

実施例 ２ 雰囲気として、エンドチーミツクガスを用い、本発明の
代表的な溶浸材粉末組成と従来の溶浸材との比較を第２
表に示す。

尚、他の条件は、実施例１と同一の方法で行なった。

第２表かられかるように、本発明の溶浸材粉末組成にお
いては、エンドチーミックガス中で溶浸した場合も９０
％の溶浸率が得られ、溶浸材の残留物は容易に除去する
ことができ、表面は良好であった。

又、従来品に比べ、溶浸体の密度、硬さ、抗折力は高い
値が得られた。

実施例 ３ 基材に銅やカーボンを混合しない純鉄を用い、本発明の
代表的な溶浸材粉末組成と従来の溶浸材との比較を第３
表に示す。

尚、他の条件は実施例１と同一の方法で行なった。

第３表かられかるように、本発明の溶浸材粉末組成にお
いては、カーボンを含まない純鉄のような基材組成に溶
浸しても、溶浸率は９３％と高い値を示し、溶浸材の残
留物は容易に除去することができ、表面は良好であった
。

以上詳述した通り、従来、溶浸率の良い溶浸材粉末は溶
浸材の残留物の付着が強く、その除去に難があり、残留
物の除去が容易な場合には残留物の量が多く、溶浸率が
低いという欠点を改良し、本発明の溶浸材粉末は、溶浸
雰囲気に影響されず又、いかなる鉄系基材に溶浸する場
合にも、溶浸率が高く、残留物は極めて少なく、又、残
留物は溶浸体にほとんど付着しないか、あるいは付着し
てもごく軽度で、容易に除去することができる。

さらには、溶浸体に点食や浸食を生じないという溶浸材
に要求される特性を全て満足するものである。

さらに、溶浸材に要求される特性として、得られた溶浸
体が機械的強度、硬さ等が良好な値を示すことである点
に関しても、本発明の溶浸材粉末は溶浸率が高いために
溶浸体の密度が高く、硬さ及び強度の高い、良好な特性
を有する溶浸体が容易に得られ、従来品と比較して、溶
浸性に優れ、溶浸体の特性の向上した焼結部品を得られ
る溶浸材粉末を完成したものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で鉄２〜７％、マンガン１〜７％、シリコン
   ０．１〜２％、ボロン０．０１〜０．５％、残部は実質
   的に銅より成る溶浸材粉末。 ２ 重量％で鉄２〜７％、マンガン１〜７％、シリコン
   ０．１〜２％、ボロン０．０１〜０．５％、亜鉛５％以
   下、残部は実質的に銅より成る溶浸材粉末。 ３ 単独の金属粉末もしくは合金粉末を所定の成分とな
   るように配合した、特許請求の範囲第１項もしくは第２
   項に記載の溶浸材粉末。 ４ 重量％で鉄２〜８８％、マンガン１〜８．８％残部
   銅より成る銅−鉄一マンガン合金粉末を、全体の８０％
   以上混合した、特許請求の範囲第３項に記載の溶浸材粉
   末。 ５ 重量％でシリコン２〜３０％、残部銅の銅−シリコ
   ン合金粉末、又は、及びシリコン４０〜８０％残部鉄の
   鉄−シリコン合金粉末を混合した、特許請求の範囲第３
   項、第４項のいずれかに記載の溶浸材粉末。 ６ 重量％でボロンを２〜２５％含む、鉄、クロム、ニ
   ッケル、コバルト、銅の一種もしくは二種以上の合金粉
   末を混合した特許請求の範囲第３項、第４項、第５項の
   いずれかに記載の溶浸材粉末。 １ 重量％で亜鉛を１０〜４５％、残部銅の銅−亜鉛合
   金粉末を混合した、特許請求の範囲第３項、第４項、第
   ５項、第６項のいずれかに記載の溶浸材粉末。