JPS60177106A - 粉末合金シ−トの焼結方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属基体の表面に粉末合金シートを接着した
後、加熱焼結することにより、例えば、耐摩耗性や耐腐
食性等の目的機能に応じた焼結金属層を形成する際の粉
末合金シートの焼結方法に関するものである。

（従来技術） 近時、樹脂バインダと目的機能に対応した合金粉末とか
らなる粉末合金シートを金属基体の表面に接着して、該
粉末合金シートを焼結させることにより、金属基体の表
面に所定の目的機能を有する焼結金属層を形成するよう
にすることが多い。

そして、従来、上記粉末合金シートを焼結させるには、
特公昭５３−１９５４０号公報に示すように、金属基体
と粉末合金シートとの接着体を加熱炉中において全体的
に加熱することや、特公昭５５−２７１２７号公報に示
すように、成形型のなかに粉末合金シートを載置して、
これを上から電極部材で押圧しながら通電加熱するよう
にしていた。

ところで、粉末合金シートは、その焼結に際して、樹脂
バインダの揮発等によりかなり収縮（１０〜１５％位）
するものであり、したがって、粉末合金シートは、この
収縮を見込して金属基体表面に形成すべき焼結金属層よ
りも若干大きめに形成された状態で接着されるものであ
る。一方、この粉末合金シートの収縮は、その収縮中心
がどこになるかすなわち粉末合金シートの周縁のうちど
の部分がどの方向へ変位するのかが必ずしも明確ではな
く、前述した従来の焼結方法でもこのような問題点を内
包していた。したがって、この従来の焼結方法では、収
縮の様子をあらかじめ実験的にめて、この実験結果に基
づいて粉末合金シートの金属基体に対する接着すべき位
置を特定していた。しかしながら、このようにしたとし
ても、必ずしも実験通りに収縮が生じない場合もあって
、得られた焼結金属層が金属基体に対してかなりの位置
ずれを生じるのが避は難く、とりわけ、金属基体の傾斜
面や湾曲面に対して粉末合金シートを接着した際には、
このような位置ずれを生じ易いのもとなっていた。

（発明の目的） 本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、
金属基体と得られた焼結金属層とが殆んど位置ずれを生
じることなく、所定の位置関係できちんと焼結できるよ
うにした粉末合金シートの焼結方法を提供することを目
的とする。

（発明の構成） 本発明は、粉末合金シートの収縮中心をあらかじめ特定
できれば、粉末合金シートの周縁のうちどの部分がどの
方向に変位するのがが容易に判別すなわち得られた焼結
金属層の金属基体に対する位置関係が容易に判別できる
ことに着目してなされたもので、この収縮中心を特定す
るのに、粉末合金シート全体を加熱、焼結するのに先立
って、あらかじめ収縮中心となすべき箇所を部分的（ス
ポット的）に加熱焼結させるようにしたものである。

具体的には、金属基体表面の所定位置に、樹脂バインダ
と目的機能に対応した合金粉末との混線物からなる所定
形状、所定サイズとされた粉末台゛金シートを接着して
、焼結時にこの粉末合金シートの収縮中心とすべき点を
他の部分に先がけて部分的に加熱、焼結しておき、この
後、粉末合金シート全体を加熱して該粉末合金シート全
体を焼結させるようにしである。

（実施例） 本実施例では、ロッカアームのチップ片表面に、耐摩耗
層としての焼結金属層を形成した場合を説明する。

第１図において、Ａはロッカアームで、支軸１を中心と
し揺動自在とされている。このロッカアームＡは、その
本体２がアルミニウム合金等の軽金属で構成され、その
−側揺動端部には、例えば鋼材からなるチップ片３が鋳
ぐるまれている。

このチップ片３は、その表面すなわち、カム４に対する
当接面側が球状面とされており、このような表面には、
耐摩耗層としての焼結金属層５が全面形成されている。

次に、上記焼結金属層５を形成するための本発明方法に
ついて第２図〜第５図により説明する。

先ず、第２図に示すように、金属基体としてのチップ片
３の表面に、粉末合金シート６を接着する、勿論、この
粉末合金シート６は、樹脂バインダと目的機能に対応し
た合金粉末との混線物からなり、焼結時の収縮を見込ん
で、粉末合金シート６はチップ片３の全表面よりも若干
大きめのサイズでかつ該チップ片３の表面形状に対応し
た形状とされている。

なお、このような所定形状、所定サイズの粉末合金シー
ト６を得るには、例えば、大きな粉末合金シートをプレ
ス等による抜型を利用して裁断するよにすればよい。

次いで、第３図、第４図に示すように、粉末合金シート
６の一部（実施例では粉末合金シート６の形状中心部の
一箇所）のみを焼結させる部分焼結を行う、すなわち、
レーザ加熱、アーク加熱、通電抵抗加熱等のスポット加
熱手段を利用して、上記一部分のみを他の部分に先がけ
て加熱、焼結させる（この部分焼結部を第３図、第４図
で符号７として示す）。

この後は、従来同様、粉末合金シート６全体を加熱、焼
結させる本焼結を行う、すなわち、例えば、チップ片３
と粉末合金シート６との接着体を加熱炉に入れて所定の
焼結温度で加熱することにより、第５図に示すように、
粉末合金シート６全体が焼結されてなる焼結金属層５が
、チップ片３の表面に形成されることとなる。この本焼
結の際、粉末合金シート６は、必ず部分焼結部７を収縮
中心として収縮することになるので、得られた焼結金属
層５は、チップ片３に対して殆んど位置ずれを生じるこ
となく所定位置においてきちんと焼結、接合される。す
なわち、上記部分焼結部７を特定位置に形成した場合に
、本焼結において粉末合金シート６が収縮する様子があ
らかじめ実験的にめられる一方、粉末合金シート６の収
縮は、必ず当該あらかしめ特定された部分焼結部７を中
心にして行われるので、得られた焼結金属層５とチップ
片３との位置ずれを殆んど皆無とすることが可能になる
。

なお、実施例では、粉末合金シート６（の面積）が小さ
いので、部分焼“結部７をその中心部分の一箇所のみと
したが、粉末合金シート６の゛表面積が大きい場合は、
部分焼結部７を点在させて複数箇所にするようにしても
よい、勿論、この部分焼結部７の一選定に際しては４部
分焼結部７が１箇所のみの場合は粉末合金シート６の中
心部分とされるのが好ましいが、複数箇所選定する場合
は、各部分焼結部７同志の間の間隔および各部分焼結部
７と粉末合金シート６の周縁との間隔を、収縮量の大小
に部分的な大差を生じないようにするとよい、勿論１本
発明は、ロッカアームＡのチップ片３の表面に限らず、
その他内燃機関のタペット押圧端面等に焼結金属層５を
形成する等、金属基体としては、適宜用途の部材を選定
することができ、また焼結金属層５としては、耐摩耗層
としてのみならず、耐腐食層等１種々の目的機能に対応
したものとすることができる。

さて次に、前記粉末合金シート８としては既知のものを
そのまま利用することも可能であるが、好ましくは以下
に説明するようなものを用いるとよい。

先ず、樹脂バインダとしてはアクリル樹脂を用いるのが
よい、このアクリル樹脂は常温で十分な接着性（粘着性
）を有してい、て、樹脂バインダとして用いられた場合
にもかなりの高温まで焼失等をおこさずにこの接着性が
維持されており、しかもガス発生が急激でない上にその
拡散がスムーズに行なわれるため、粉末合金シート６に
いわゆる膨れ等の生じ難いものとなる。このように樹脂
バインダとして用いられたアクリル樹脂は、３００℃付
近からタールピッチ化し始めて金属基体（実施例ではチ
ップ片３）に対する接合力は樹脂から徐々にタールピッ
チ状物質に肩代りされていくこきになり、粉末合金の焼
結が開始さたる、温７度まで金属基体に対する接着ない
し接合性を有するも、のが得られる。すなわち、金属基
体とアクリル樹脂をバインダとする粉末合金シート６と
の接着体を搬送しつつ加熱していく途中で多少の振動等
を受けたとしても、該粉〈末合金シート６が金属基体に
対して位置ずれを生じることがなく、しかも金属基体の
傾斜面（垂直面を含む）に対して粉末合金シート６を接
着した場合にあってもこの粉末合金シート６が金属基体
から途中で脱落することがない。

このようなバインダとしてのアクリル樹脂は、３容量％
〜１５容量％（合金粉末が８５容量％〜９７容量％）の
範囲にするのが好ましい、すなわち、アクリル樹脂が３
容量％未満であると常温での粘着性や粉末合金シートの
可撓性が確保しずらく、また１５容量％を越えると得ら
れた焼結金属層５の気孔率に悪影響を与え易いと共に金
属基体との十分な接合性が得にくいものとなる。なお、
アクリル樹脂は、よく知られているようにアクリル酸エ
ステルまたはメタクリル酸エステル類の重合体または共
重合体であるがこのいずれをも採用し得る。

次に、耐摩耗性合金粉末としては、樹脂バインダによる
接着性に限界があるため焼結温度が低い方が好ましく、
このため共晶合金を用いるのが好ましい、そして、目的
機能が、耐摩耗性焼結金属層の形成にある場合は、この
共晶合金粉末として、特にコスト等の点を勘案してＦ　
ｅ　−Ｍ　−Ｃ系の三元共晶合金を用いるのが好ましい
、このＦｅ−Ｍ−Ｃ系のＭの主成分としてはＰ、Ｍｏ、
Ｂのうちいずれか一種あるいはこれ等の複合物であるこ
とが好ましい、このＭとしてＰを用いた場合は、Ｃと同
様に金属基体への拡散性が強いので好ましく、またＦｅ
、Ｃと結合して燐共晶を形成して、耐摩耗性を向上させ
る他、融点を下げる役割りをなす、このＰは、ある程度
以上の液相量を確保するために０．５重量％以上とする
のがよく、靭性の確保を考慮して２．５重量％以下であ
ることが好ましい。

上記Ｆｅ−Ｍ−Ｃ系におけるＣ′は、Ｐと共働して基地
の強化および硬質相の形成を得ると共に、燐共晶を形成
して密度の上昇および金属基体との接合に役立つもので
ある。このＣの割合は、密度の上昇と金属基体との接合
性を考慮して１．５重量％以上、また液相量の出現割合
が多くなりすぎるのと靭性に与える影響を考慮して４．
０重量％以下とするのがよい。

Ｆｅ−Ｍ−Ｃ系のＭがＭＯの場合は、基地の強化および
硬質相の形成に寄与すると共に、Ｆｅ、Ｃと結合して融
点を下げるものであり、硬質相が少なくなり過ぎるのと
密度の確保を考慮して２゜５重量％以上とし、靭性を考
慮して１０．５重量％以下とするのがよい。

Ｆ　ｅ　−Ｍ　−Ｃ系におけるＭｆｈＢの場合は、Ｆｅ
、Ｃと結合して硬質相を形成すると共に融点を下げる役
割りを行なうが、耐摩耗性を考慮して０．５重量％以上
で、脆性を考慮して３．０重量％以下とするのがよい。

さらに、副次的な元素として、Ｃｒ、Ｖ、Ｗが有効であ
る。すなわち、これらの元素は、基地の強化、特に靭性
の向上に役立ち、ざら＜Ｃと結合して硬質相を形成する
上で好ましいが、１０．０重量％以上は上記効果が飽和
するので経済的に必要でない、また、Ｓｔは合金粉末製
造時の溶湯の流動性を改善すると共に、接合時に金属基
体とのぬれ性を改善するために用いるとよいが、耐摩耗
性を考慮して５．０重量％以下とするのがよい。

さらに、Ｎｉ、Ｍｎは、基地の強化に役立つが、耐摩耗
性を考慮して５．０重量％以下とするのがよい。

合金粉末の粉末粒度は、焼結層の気孔率に大きな影響を
与える要素であり、耐摩耗性を考慮して１５０メツシユ
以下とするのが好ましい。

ここで、金属基体と粉末合金シート６との接着体が特に
大きな振動を伴ないやすい場合１例えばメツシュベルト
式やプッッシャ一式連続焼結炉や真空焼結炉等を用いる
場合は、粉末合金シート６の金属基体に対ｆる接着性あ
るいは接合性をより一層強固なものとするため、次のよ
うにするとよい、すなゝわち、アクリル樹脂による接着
剤によって粉末合金シート６を金属基体に接着した後、
１５０℃〜３８０℃（好ましくは２００℃〜３５０℃）
で５分以上この温度に保持し、その後所定の焼結温度に
まで昇温させるようにするとよい、このようにすると、
１２０℃付近より上記別途付与された接着剤が揮発して
２００℃付近より熱分解重縮合反応がおこってタールピ
ッチ状物質が生成され、このタールピッチ状物質による
接着性によって、焼結温度に至るまでの間粉末合金シー
ト６と金属基体との強固な接着性ないし接合性が確保さ
れる。

前記タールピッチ状物質を得るための温度が１５０℃未
満では未分解量が多くなるので好ましくなく、３８０℃
以上で加熱した場合はこの未分解量が急激に気散し生成
されるタールピッチ状物質が少なくなって、十分な接着
性ないし接合性を得る上で好ましくない、また、前記保
持時間は、熱処理温度によってその最適時間が異なるが
、５分未満ではタールピッチ状物質の生成量が少なくて
十分な接着性が得られないことになり、また１２０分以
上の保持はタールピッチ状物質の十分な生成量を確保す
る上で不必要である。

なお、粉末合金シート６の樹脂バインダとしてアクリル
樹脂を用いて自己接着性を有する場合は、別途接着剤を
用いることなく前述した１５０℃〜３８０℃での５分以
上の保持を行なえば、上述したのと同様の効果を期待し
得るものである。

さらに、焼結温度までの昇温速度としては、１０℃／分
〜４０℃／分が好ましく、特に樹脂バインダの熱分解が
終了される付近の温度までは４０℃／分以下とするのが
好ましい、すなわち、４０℃／分を越えると、樹脂バイ
ンダ中の低沸恵方が急激に揮発するため粉末合金シート
６を破損したり接着面に気泡が生じる等して好ましくな
い、また１０℃以下の昇温速度であると、液相（金属液
相）が現われにくくなる。なお、この液相の出現割合と
しては、金属基体との接合性を考慮して１０％以上であ
ることが好ましく、また粉末合金シート６の形態を保持
する上では５０％以下であることが好ましく、このよう
な点をも考慮しつつ粉末合金シート６の流動性をも勘案
して該液相の出現割合を適宜調整するようにすればよい
、勿論。

加熱雰囲気としては、従来から行なわれているように、
真空中、Ｎ２ガス中、Ｎ２ガス中等の非酸化雰囲気とす
るのが好ましい。

（発明の効果） 本発明は以上述べたことから明らかなように。

粉末合金シートの焼結（全体的な焼結）の際に、該粉末
合金シートの収縮中心となるべき箇所を必ず特定させる
ことができるので、換言すれば粉末合金シートの収縮状
態を収縮中心を特定することによってコントロールする
ことができるので、該粉末合金シートの収縮に伴う金属
基体と得られた焼結金属層との位置ずれを回避でき、こ
の結果金属基体の所定位置にきちんと焼結金属層が焼結
結合されたものを得ることができる。また、粉末合金シ
ートの全体的な焼結に先立って、該粉末合金シートの所
定点を部分的に焼結させるだけでよいので、容易に実施
化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用された金属基体としてのチップ片
を備えたロッカアームの一例を示す側面図。 第２図、第３図、第５図は本発明の工程を示す断面図。 第４図は第３図の平面図。 ３・Φ拳・チップ片（金属基体） ５・・・・焼結金属層 ６・・拳・粉末合金シート ７・・・・部分焼結部 第１図 Δ 第４図　第５図 手続補正書（自発） 昭和５９年　５月１１日 昭和５９年特許願第０３２４５１、 発明の名称 粉末合金シートの焼結方法 ３補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　（３１３）東洋工業株式会社 ４代理人〒１０５　置（５０Ｂ）１８０１住所　東京都
港区新橋３丁目７番３号、ミドリヤ第２ビル６補正の内
容 （１）明細書第１０頁第８行、「３０ｏ」とあるのをｒ
１５０Ｊと補正する。 （２）同第１４頁第１８行、ｒ２００Ｊ　、！ｌるのを
ｒ１５０Ｊ　と補正する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）金属基体表面の所定位置に、目的機能を有する焼
   結金属層を形成する方法であって、前記金属基体表面の
   所定位置に、樹脂バインダと前記目的機能に対応した合
   金粉末との混線物からなり所定形状、所定サイズとされ
   た粉末合金シートを接着する工程と、 焼結時に前記粉末合金シートの収縮中心とすべき所定点
   を、他部に先がけて部分的に加熱、焼結する工程と。 前記粉末合金シートを全体的に加熱して、該粉末合金シ
   ート全体を焼結させる工程と、からなることを特徴とす
   る粉末合金シートの焼結方法。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記樹脂バイン
   ダがアクリル樹脂とされているもの。 （３）特許請求の範囲第１項において、前記部分的な加
   熱がレーザ加熱であるもの。 （０特許請求の範囲第１項において、前記粉末合金シー
   トは、樹脂バインダとしてのアクリル樹脂が３〜１５容
   量％で前記合金粉末が９７〜８５容量％とされ、該樹脂
   バインダとしてのアクリル樹脂の粘着性による自己接着
   性によって、上記粉末合金シートを前記金属基体に接着
   するようにしたもの。 （５）特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１
   項において、與記粉末合金シートの全体的な加熱に際し
   て、焼結温度に昇温されるまでの間に、１５０℃〜３８
   ０°で５分間以上保持させるようにしたもの。 （６）特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１
   項において、前記合金粉末が共晶合金粉末とされている
   もの。