JPS60177107A - Method for forming surface layer having different coefficient of thermal expansion on metallic member - Google Patents

Method for forming surface layer having different coefficient of thermal expansion on metallic member

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JPS60177107A
JPS60177107A JP3245284A JP3245284A JPS60177107A JP S60177107 A JPS60177107 A JP S60177107A JP 3245284 A JP3245284 A JP 3245284A JP 3245284 A JP3245284 A JP 3245284A JP S60177107 A JPS60177107 A JP S60177107A
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sheet
alloy
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強 森下
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川戸 康史
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Abstract

PURPOSE:To form a surface layer having the coefft. of linear expansion different from the coefft. of linear expansion of a base body without generating positional shift and exfoliation by adhering a powder alloy sheet onto a metallic member via a sheet having the coefft. of linear expansion at the intermediate of both materials and sintering the same by heating. CONSTITUTION:An intermediate powder alloy sheet 2 and a front side powder alloy sheet 3 are successively adhered to the surface of a metallic member 1. The sheet 3 is of the material meeting the intended function. The alloy powder having the coefft. of thermal expansion at the intermediate of the front side alloy powder and the member 1 is used for the sheet 2. Such adhered body A is heated to a prescribed sintering temp. to form a product a' laminated with the intermediate metallic layer 2' and a surface sintered metallic layer 3' on the surface of the member 1. The difference in the coefft. of thermal expansion between the member 1 and the sheet 3 is effectively lessened by the sheet 2 in such method and therefore the product having good dimensional accuracy and adhesion is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、金属部材表面に、該金属部材とは異なる熱膨
張係数を有しかつ所定の目的機能を備えた表面焼結金属
層を形成する方法に関するものである。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention provides a method for forming a surface sintered metal layer on the surface of a metal member, which has a coefficient of thermal expansion different from that of the metal member and has a predetermined objective function. It's about how to do it.

(従来技術) 金属部材表面に、例えば耐摩耗性や耐腐蝕性等の所定の
目的機能を有する表面焼結金属層を形成することが行わ
れているが、近時は、このような表面焼結金属層をいわ
ゆる粉末合金シート法によって形成することが実用化さ
れている。すなわち、この粉末合金シート法は、上記目
的機能に対応した合金粉末を樹脂バインダで混練してな
る粉末合金シートを形成して、この粉末合金シートを金
属部材の表面に接着した後、この接着体を加熱すること
により、金属部材の表面に上記合金粉末による焼結金属
層を形成するものである。
(Prior art) A surface sintered metal layer having a predetermined function such as wear resistance or corrosion resistance is formed on the surface of a metal member. It has been put into practical use to form a compacted metal layer by a so-called powder alloy sheet method. In other words, in this powder alloy sheet method, a powder alloy sheet is formed by kneading alloy powder corresponding to the above-mentioned desired function with a resin binder, and after this powder alloy sheet is adhered to the surface of a metal member, this adhesive body is By heating, a sintered metal layer made of the alloy powder is formed on the surface of the metal member.

しかしながら、このような所定の目的機能を有する焼結
金属層は、その熱膨張係数が金属部材の熱膨張係数と大
きく異なる場合が多く、このため高温となる部位に使用
された場合には、熱膨張係数の大きな差による一種のバ
イメタル現象により焼結金属層が金属部材からはがれた
り、クラックを生じる等の欠点を生じる。また、前述し
た粉末合金シート法による焼結金属層の形成の際に、加
熱途中において、熱膨張係数の大きな差により、粉末合
金シートが金属部材に対して位置ずれを生じて所定の寸
法精度が得られなかったり、極端な場合には粉末合金シ
ートが部分的に金属部材より剥離されて、得られた焼結
金属層と金属部材との接合が部分にクラックやピンボー
ル等が生じてこの接合が不完全になる(強度が弱くなる
)等の欠点を生じていた。
However, the coefficient of thermal expansion of a sintered metal layer having such a predetermined function is often significantly different from that of the metal member, and therefore, when used in a high-temperature area, A type of bimetal phenomenon due to a large difference in expansion coefficients causes defects such as the sintered metal layer peeling off from the metal member or cracking. Furthermore, when forming a sintered metal layer using the powder alloy sheet method described above, the powder alloy sheet may be misaligned with respect to the metal member due to a large difference in thermal expansion coefficient during heating, resulting in a failure to maintain the specified dimensional accuracy. In some extreme cases, the powder alloy sheet may be partially peeled off from the metal member, and cracks or pinballs may occur in the joint between the obtained sintered metal layer and the metal member, causing the joint to fail. This resulted in drawbacks such as incompleteness (weakened strength).

(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、
得られた焼結金属層と金属部材との熱膨張係数の差によ
るクラック発生等の問題点を回避するのは勿論のこと、
特に粉末合金シート法によって焼結金属層を形成する際
に、熱膨張係数の差による粉末合金シートの位置ずれや
接合の不完全さを無くするようにした金属部材上に熱膨
張係数が異なる表面層を形成する方法を提供することを
目的とする。
(Object of the invention) The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and
Of course, it is possible to avoid problems such as cracks caused by the difference in thermal expansion coefficient between the obtained sintered metal layer and the metal member,
In particular, when forming a sintered metal layer using the powder alloy sheet method, surfaces with different thermal expansion coefficients are used on metal members to eliminate misalignment of the powder alloy sheet and imperfections in bonding due to differences in thermal expansion coefficients. The object is to provide a method for forming layers.

(発明の構成) 本発明にあっては、金属部材と目的機能に対応して合金
粉末との熱膨張係数の大きな差を、この中間の大きさの
熱膨張係数を有する合金粉末によって緩衝することを基
本としており、該IIl衝用の中間合金粉末をも樹脂バ
インダと混練したシ2トとして、従来の粉末合金シート
法を応用発展させたものである。
(Structure of the Invention) In the present invention, a large difference in the coefficient of thermal expansion between the metal member and the alloy powder corresponding to the intended function is buffered by the alloy powder having a coefficient of thermal expansion between the two. This is based on the conventional powder alloy sheet method, in which the intermediate alloy powder for IIl is also kneaded with a resin binder to form a sheet.

具体的には、目的機能に対応した表面側合金粉末を樹脂
バインダで混練してなる表面側粉末合金シートの他に、
該表面側合金粉末の熱膨張係数と金属部材の熱膨張係数
との中間の熱膨張係数を有する中間合金粉末を樹脂バイ
ンダで混練してなる中間粉末合金シートを用意して、上
記金属部材の表面に上記中間粉末合金シートを接着する
と共に、該中間粉末合金シートの表面に上記表面側粉末
合金シートを接着した後、これ等の接着体を加熱するこ
とにより、金属部材の表面に、上記中間粉末合金シート
に対応した中間焼結金属層と上記表面側粉末合金シート
に対応した表面焼結金属層との積層体を得るようにしで
ある。
Specifically, in addition to the front side powder alloy sheet made by kneading the front side alloy powder corresponding to the intended function with a resin binder,
An intermediate powder alloy sheet is prepared by kneading with a resin binder an intermediate alloy powder having a thermal expansion coefficient intermediate between that of the surface-side alloy powder and that of the metal member. After adhering the above-mentioned intermediate powder alloy sheet to the surface of the intermediate powder alloy sheet and adhering the above-mentioned front-side powder alloy sheet to the surface of the intermediate powder alloy sheet, by heating these bonded bodies, the above-mentioned intermediate powder is applied to the surface of the metal member. This is to obtain a laminate of an intermediate sintered metal layer corresponding to the alloy sheet and a surface sintered metal layer corresponding to the front powder alloy sheet.

(実施例) 第1図において、1は金属部材で、この金属部材lの表
面に中間粉末合金シート2を接着すると共に、該中間粉
末合金シート2の表面に表面側粉末合金シート3を接着
する。この中間粉末合金シート2と表面側粉末合金シー
ト3とは、それぞれ合金粉末と樹脂バインダとの混練物
からなり、最とも表面側に位置する表面側粉末合金シー
ト3の合金粉末つまり表面側合金粉末は、金属部材lの
表面に所定の目的機能に対応したもの、すなわち目的機
能が例えば耐摩耗性であれば耐摩耗性合金粉末とされ、
また耐腐食性であれば耐腐食性合金粉末とされる。また
、中間に位置する中間粉末合金シート2の合金粉末つま
り中間合金粉末は、上記表面側合金粉末の熱膨張係数と
金属部材lの熱膨張係数との中間の大きさの熱膨張係数
を有するものとされる。したがって、この中間合金粉末
は、所定の目的機能を得るためのものではないので、製
品の用途に応じて幅広く適宜採択することが可能である
(Example) In FIG. 1, 1 is a metal member, and an intermediate powder alloy sheet 2 is adhered to the surface of this metal member 1, and a front side powder alloy sheet 3 is adhered to the surface of the intermediate powder alloy sheet 2. . The intermediate powder alloy sheet 2 and the front powder alloy sheet 3 are each made of a kneaded mixture of alloy powder and a resin binder, and the alloy powder of the front powder alloy sheet 3 located on the outermost side, that is, the front alloy powder is a wear-resistant alloy powder that corresponds to a predetermined objective function on the surface of the metal member l, that is, if the objective function is wear resistance, for example,
Moreover, if it is corrosion resistant, it is considered as a corrosion resistant alloy powder. Further, the alloy powder of the intermediate powder alloy sheet 2 located in the middle, that is, the intermediate alloy powder, has a thermal expansion coefficient that is intermediate between the thermal expansion coefficient of the surface side alloy powder and the thermal expansion coefficient of the metal member l. It is said that Therefore, since this intermediate alloy powder is not intended for obtaining a predetermined objective function, it is possible to appropriately adopt a wide range of materials depending on the intended use of the product.

上述のような金属部材lと中間粉末合金シート2と表面
側粉末合金シート3との接着体Aを所定の焼結温度で加
熱すれば、第2図に示すように、金属部材lの表面に中
間焼結金属層2′と表面焼結金属層3′とが積層された
製品A′が得られることになる。勿論、表面焼結金属層
3′は表面側粉末合金シート3に対応したもので最も表
面側に位置し、また中間焼結金属層2′は中間粉末合金
シート2に対応したもので金属部材1と表面焼結金属層
3′との中間に位置することになる。
If the bonded body A of the metal member l, the intermediate powder alloy sheet 2, and the front powder alloy sheet 3 as described above is heated at a predetermined sintering temperature, as shown in FIG. A product A' is obtained in which the intermediate sintered metal layer 2' and the surface sintered metal layer 3' are laminated. Of course, the surface sintered metal layer 3' corresponds to the surface side powder alloy sheet 3 and is located on the outermost side, and the intermediate sintered metal layer 2' corresponds to the intermediate powder alloy sheet 2 and is located on the outermost side of the metal member 1. and the surface sintered metal layer 3'.

金属部材1と表面焼結金属層3′とを明確に区分(物理
的に区分)するためには、中間焼結金属層2′を固相焼
結とするのが好ましく、この場合は、中間合金粉末とし
て表面側合金粉末の融点よりも高い融点を有するものを
用いる一方、焼結のための加熱を該中間合金粉末の融点
以下の温度とすればよい(勿論、表面側合金粉末の焼結
温度以上でもある)、また、表面焼結金属層3′の表面
に大きな外力が加わる等のため、機械的強度が特に要求
されるような場合は、少なくとも表面側合金粉末が一部
液相すなわち半液相となるような焼結温度で加熱すれば
よく(中間合金粉末も半液相となるようにしてもよい)
、この場合中間合金粉末としては、表面側合金粉末に対
して濡れ性の悪いものを選択するようにすればよい、勿
論、加熱雰囲気としては、真空中、N2ガス中、N2ガ
ス中等、非酸化雰囲気であるのが好ましい。
In order to clearly separate (physically separate) the metal member 1 and the surface sintered metal layer 3', it is preferable that the intermediate sintered metal layer 2' be solid phase sintered. While using an alloy powder having a melting point higher than that of the surface side alloy powder, heating for sintering may be performed at a temperature below the melting point of the intermediate alloy powder (of course, sintering of the surface side alloy powder In addition, if mechanical strength is particularly required due to the application of a large external force to the surface of the surface sintered metal layer 3', at least a portion of the surface alloy powder may be in a liquid phase. It is sufficient to heat it at a sintering temperature that makes it a semi-liquid phase (the intermediate alloy powder may also be made to become a semi-liquid phase).
In this case, the intermediate alloy powder should be selected to have poor wettability to the surface alloy powder.Of course, the heating atmosphere may be a non-oxidizing atmosphere such as vacuum, N2 gas, N2 gas, etc. Preferably, it is an atmosphere.

ここで、接着体としては、第3JiWBで示すように、
中間粉末合金シート2を複数枚すなわち符号2−1.2
−2.2−3で示すような複数層としてもよい、勿論こ
の場合は、得られた製品B′は第4図に示すようなもの
となるが、中間粉末合金シート2の各個別層2−1.2
−2.2−3における中間合金粉末の熱膨張係数は、金
属部材lから表面焼結金属層3′(表面側粉末合金シー
ト3の表面側合金粉末)へと順次段階的に興なっている
。すなわち、各熱膨張係数として金属部材1がα、個別
層2−1がβ、個別層2−2がγ、個別層2−3がδ表
面側合金粉末がε、とすれば、α〉β〉γ〉δ〉(また
はα〉β〉γ〉δ〉(とされる、このようにすれば、金
属部材lと表面側合金粉末(表面焼結金属層3′)との
熱膨張係数の差が極めて大きい場合にあっても、この熱
膨張係数の差を段階的に有効に緩衝することができる。
Here, as the adhesive body, as shown in the third JiWB,
A plurality of intermediate powder alloy sheets 2, ie, code 2-1.2
-2.2-3 may also be used. In this case, the resulting product B' will be as shown in FIG. 4, but each individual layer 2 of the intermediate powder alloy sheet 2 -1.2
-2. The thermal expansion coefficient of the intermediate alloy powder in 2-3 gradually increases from the metal member l to the surface sintered metal layer 3' (the surface side alloy powder of the surface side powder alloy sheet 3). . That is, if each thermal expansion coefficient is α for the metal member 1, β for the individual layer 2-1, γ for the individual layer 2-2, and δ for the individual layer 2-3, ε for the surface-side alloy powder, then α>β 〉γ〉δ〉 (or α〉β〉γ〉δ〉). In this way, the difference in thermal expansion coefficient between the metal member l and the surface side alloy powder (surface sintered metal layer 3') Even if the coefficient of thermal expansion is extremely large, this difference in coefficient of thermal expansion can be effectively buffered step by step.

前述した金属部材lと中間粉末合金シート2と表面側粉
末合金シート3との接着は、少なくとも中間に位置され
る中間粉末合金シート2がその樹脂バインダによる自己
接着性を有する場合は、この自己接着性を利用して別途
接着材を用いることなくそのまま該三者l、2,3を接
着することができるが、この自己接着性を有しない場合
は、別途接着剤(両面接着テープとされたものを含む)
を利用して接着するようにしてもよい、また、この金属
部材1と中間粉末合金シート2と表面側粉末合金シート
3との接着順序は特に問われな↓〜が、作業を能率良く
行うため、中間粉末合金シート2と表面側粉末合金シー
ト3とをあらかじめ接着して1枚のシートとしておくと
よい。このような中間粉末合金シート2と表面側粉末合
金シート3との積層シートを得るには、あらかじめ別途
作成された中間粉末合金シート2と表面側粉末合金シー
ト3とを、例えば一対のロール間を通して互いに押圧す
ることにより接着すればよく、この場合中間粉末合金シ
ート2あるいは表面側粉末合金シート3がその樹脂バイ
ンダによる自己接着性を有する場合は、単に上記押圧に
よって互いに接着される。また、この自己接着性を有し
ない場合は、別途接着を用いればよい。
The above-mentioned adhesion between the metal member 1, the intermediate powder alloy sheet 2, and the front powder alloy sheet 3 is achieved by this self-adhesion when at least the intermediate powder alloy sheet 2 located in the middle has self-adhesiveness due to its resin binder. The three parts 1, 2, and 3 can be bonded as is without using a separate adhesive by taking advantage of their self-adhesive properties, but if they do not have this self-adhesive property, use a separate adhesive (double-sided adhesive tape). including)
Also, the order of bonding the metal member 1, the intermediate powder alloy sheet 2, and the front powder alloy sheet 3 is not particularly important. It is preferable that the intermediate powder alloy sheet 2 and the front powder alloy sheet 3 are bonded together in advance to form one sheet. In order to obtain such a laminated sheet of the intermediate powder alloy sheet 2 and the front powder alloy sheet 3, the intermediate powder alloy sheet 2 and the front powder alloy sheet 3, which are separately prepared in advance, are passed between a pair of rolls, for example. They may be bonded together by pressing them together; in this case, if the intermediate powder alloy sheet 2 or the front powder alloy sheet 3 has self-adhesive properties due to the resin binder, they will be bonded to each other simply by the pressing described above. Furthermore, if the material does not have this self-adhesive property, adhesion may be used separately.

ここで、本発明が適用される金属部材としては種々考え
られるが、例えば内燃機関におけるロッカアームのチッ
プ片がある。すなわち、第5図において、ロッカアーム
Cはその本体4がアルミニウム合金等の軽金属で構成さ
れて、該本体4の一側姪動端部には例えば鋼材からなる
チップ片6が鋳ぐるまれており、該チップ片6のカム5
に対する当接面に、本発明による焼結金属層7(2′、
3′)が形成されている。勿論、本発明は上記チップ片
6に限らず、その他内燃機関におけるタペットの押圧端
面等適宜のものに適用し得るものである。
Various metal members can be considered as the metal member to which the present invention is applied; for example, there is a chip piece of a rocker arm in an internal combustion engine. That is, in FIG. 5, the rocker arm C has a main body 4 made of a light metal such as an aluminum alloy, and a tip piece 6 made of steel, for example, is cast into one sliding end of the main body 4. The cam 5 of the chip piece 6
The sintered metal layer 7 (2', 2',
3') is formed. Of course, the present invention is not limited to the tip piece 6, but can be applied to other suitable parts such as the pressing end face of a tappet in an internal combustion engine.

前記中間粉末合金シート2および表面側粉末合金シート
3に用いる樹脂バインダとしてはアクリル樹脂を用いる
のがよい。このアクリル樹脂単体は、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
れた場合もかなりの高温まで炭化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、いわゆるシー
トの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部材1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
ことになり、粉末合金の焼結が開始される温度まで金属
部材l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、金属部材1とアクリル樹脂をバインダと
する粉末合金シート2.3との接着体を搬送しっつ加熱
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2.3が金属部材1に対して位置ずれを生じ
ることがなく、しかも金属部材1の傾斜面(垂直面を含
む)に対して粉末合金シート2.3を接着した場合にあ
ってもこの粉末合金シート2.3が金属部材1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%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%以上であると得られた焼結金属の気孔率に悪影響
を与え易いと共に十分な接合性が得にくいものとなる。
Acrylic resin is preferably used as the resin binder for the intermediate powder alloy sheet 2 and the front powder alloy sheet 3. This acrylic resin alone has sufficient adhesiveness (tackiness) at room temperature, and even when used as a resin binder, this adhesiveness is maintained without causing carbonization or the like even at considerably high temperatures. Since gas is not generated rapidly and is diffused smoothly, so-called sheet bulges are less likely to occur. The acrylic resin used as the resin binder begins to turn into tar pitch at around 300°C, and the bonding force to the metal member 1 is gradually transferred from the resin to the tar pitch-like substance, and the powder alloy is sintered. A material having adhesion or bondability to the metal member 1 up to a temperature at which bonding starts can be obtained. That is, even if the bonded body of the metal member 1 and the powder alloy sheet 2.3 having an acrylic resin as a binder is subjected to some vibration while being transported and heated, the powder alloy sheet 2.3 Even when the powder alloy sheet 2.3 is adhered to an inclined surface (including a vertical surface) of the metal member 1, the powder alloy sheet 2 does not shift relative to the metal member 1. .3 does not fall off from the metal member 1 on the way, such an acrylic resin as a binder is 3% by volume to 15% by volume (alloy powder is 85% by volume).
Capacity%~97. In other words, if the acrylic resin is 3% by volume, it will be difficult to maintain the tackiness at room temperature and the flexibility of the powder alloy sheet;
If the amount is more than % by volume, the porosity of the obtained sintered metal is likely to be adversely affected and it becomes difficult to obtain sufficient bondability.

なお、アクリル樹脂は、よく知られているように、アク
リル酸エステル類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
As is well known, the acrylic resin is a polymer or copolymer of acrylic esters or methacrylic esters, and any of these may be used.

ここで、接着体AあるいはBに対して、搬送途中等に特
に大きな振動を伴ないやすい場合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2.3の金属部材1に対する接
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2.3を金属部材l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2.3と金属部材とが強固に一体化される。なお
、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
上で加熱した場合にはこの未分解量が急激に分解をおこ
して気散するので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が得られないことになる。さらに
、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。
Here, if the bonded body A or B is likely to be accompanied by particularly large vibrations during transportation, for example, if a mesh belt type, pusher-equipped continuous sintering furnace, vacuum sintering furnace, etc. are used, powder alloy sheet 2. In order to further strengthen the adhesion or bondability of No. 3 to the metal member 1,
It is preferable to proceed as follows, that is, after adhering the powder alloy sheet 2.3 to the metal member l with an acrylic resin adhesive,
It is recommended to hold the temperature at 350℃ for 5 minutes or more, and then raise the temperature to the sintering temperature.If you do this, the separately applied adhesive will evaporate from around 120℃, and the temperature will rise to around 200℃. A thermal decomposition polycondensation reaction occurs to generate a tar pitch-like substance, and the adhesive properties of this tar pitch-like substance firmly integrate the powder alloy sheet 2.3 and the metal member until the sintering temperature is reached. be done. In addition, if the temperature for obtaining the tar pitch-like substance is less than 150°C, the undecomposed amount will increase, which is undesirable. If the temperature is heated above 380°C, this undecomposed amount will rapidly decompose and be vaporized. This results in less tar pitch-like material being produced and insufficient adhesion. Furthermore, the optimum holding time varies depending on the heat treatment temperature, but if it is less than 5 minutes, the amount of tar pitch-like substances produced will be small and sufficient adhesion will not be obtained;
Retention for longer than 1 minute is unnecessary to ensure sufficient production of tar pitch-like material.

なお、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。
In addition, when acrylic resin is used as the resin binder and has self-adhesive properties, the same effect as described above can be obtained by holding the temperature at 150°C to 380°C for 5 minutes or more without using a separate adhesive. can be expected.

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
ダ中の低沸魚介が急激に揮発するため、粉末合金シート
2あるいは3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、lO℃/分以下分線下液相(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、金属部材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2あるいは3
の形態を保持しておくには50%以下であるのが好まし
い。
Furthermore, the heating rate up to the sintering temperature is 10℃/min ~
40°C/min is preferable, and it is particularly preferable to keep the temperature below 40°C/min until the temperature close to the end of thermal decomposition of the resin binder. evaporates rapidly, which is undesirable as it may damage the powder alloy sheet 2 or 3 or form bubbles on the adhesive surface, and it also makes it difficult for the liquid phase below the line (metallic liquid phase) to appear below 10°C/min. . In addition, the appearance ratio of this liquid phase is preferably 10% or more in consideration of bondability with metal members, and powder alloy sheet 2 or 3 is preferably 10% or more.
In order to maintain the morphology, it is preferably 50% or less.

次に、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よい、そして、目的機能が例えば
耐摩耗性である場合は、表面側粉末合金シート3の合金
粉末としては、特にコスト等の点を勘案してFe−M−
C系の三元共晶合金を用いるのが好ましく、このFe−
M−C系のMとしてはP、Mo、H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。
Next, as for the alloy powder, it is preferable that the sintering temperature is low because there is a limit to the adhesiveness of the resin binder, and therefore it is better to use a eutectic alloy.And if the intended function is, for example, wear resistance, it is preferable to use a eutectic alloy. As the alloy powder of the front side powder alloy sheet 3, Fe-M-
It is preferable to use a C-based ternary eutectic alloy, and this Fe-
M in the MC system is preferably one of P, Mo, and H, or a composite thereof.

また、このFe−M−C系の合金粉末は、その副次的な
成分としてCr、VおよびWのうち少なくとも一種を加
えるとよい。
Further, it is preferable to add at least one of Cr, V and W to the Fe-M-C alloy powder as a secondary component.

なお、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、150メツシユ以下の粒度の
細いものを用いるのが好ましい。
Incidentally, the particle size of the alloy powder is a factor that greatly affects the porosity of the sintered layer, and it is preferable to use one with a fine particle size of 150 mesh or less.

次に、本発明の試験例について説明する。先ず、金属部
材lの熱膨張係数が表面焼結金属層3′ (表面側粉末
合金シート3の表面側合金粉末)の熱膨張係数よりも大
きい場合について説明すると、金属部材lとしては、そ
の重量%でC2,8%、Si1.8%、Mn1.0%、
Ni2O%、Cr3.1%、Po 、08%、残部Fe
cy)組成からなるニレジスト合金(熱膨張係数は20
°C〜200℃で18 、7X I O−’/”0)を
用いた。また表面側粉末合金シート3の表面側合金粉末
としては、その重量%でC2,42%、Cr8.50%
、M o 4 、24%、SiO,45%、Pl、05
%、残部Feよりなる組成からなる合金粉末(熱膨張係
数は20℃〜200℃で12゜OX l O−6/”0
)を用い、このような組成の合金粉末91容量%とアク
リル樹脂9容量%とに対して溶剤としてのトルエンを加
えて混練して、1゜5mm厚の表面側粉末合金シート3
を形成した。
Next, test examples of the present invention will be explained. First, to explain the case where the coefficient of thermal expansion of the metal member l is larger than the coefficient of thermal expansion of the surface sintered metal layer 3' (the front side alloy powder of the front side powder alloy sheet 3), the weight of the metal member l is % C2.8%, Si1.8%, Mn1.0%,
Ni2O%, Cr3.1%, Po, 08%, balance Fe
cy) composition (thermal expansion coefficient is 20
18,7X IO-'/''0) was used at a temperature of 200°C to 200°C.The surface side alloy powder of the surface side powder alloy sheet 3 contained 2.42% C and 8.50% Cr by weight.
, M o 4 , 24%, SiO, 45%, Pl, 05
%, the balance being Fe (thermal expansion coefficient: 12゜OXlO-6/''0 at 20℃~200℃)
), 91% by volume of the alloy powder and 9% by volume of the acrylic resin were kneaded with the addition of toluene as a solvent to form a surface-side powder alloy sheet 3 with a thickness of 1°5 mm.
was formed.

さらに、中間粉末合金シート2の中間合金粉末としては
、その重量%でC2,4%、Si5.5%、M n 0
 、 9%、 Cr5.0%、 Po、08%、残部F
eよりなる組成の合金粉末(熱膨張係数は20℃〜20
0℃−C14,4X10−’/”C)を用い、このよう
な組成の合金粉末91容量%とアクリル樹脂9容量%と
に対して溶剤としてのトルエンを加えて混練することに
より1.5mm厚の中間粉末合金シート2を形成した。
Furthermore, as the intermediate alloy powder of the intermediate powder alloy sheet 2, its weight percentage is C2.4%, Si5.5%, M n 0
, 9%, Cr5.0%, Po, 08%, balance F
Alloy powder with a composition consisting of e (thermal expansion coefficient is 20℃~20
0℃-C14,4 An intermediate powder alloy sheet 2 was formed.

このような金属部材lと中間粉末合金シート2と表面側
粉末合金シート3との接着体を、H2雰囲気中で300
℃X30分間の脱ロウ後、真空雰囲気にて1050℃X
30分の焼結を行なった。この結果、金属部材lに対し
て中間粉末合金シート2および表面側粉末合金シート3
(中間焼結金属層2′および表面焼結金属層3′)の位
置ずれや剥離等の接合不具合は見られず、良好な接合で
あった。
The bonded body of the metal member 1, the intermediate powder alloy sheet 2, and the front powder alloy sheet 3 was heated for 300 minutes in an H2 atmosphere.
After dewaxing for 30 minutes at 1050°C in a vacuum atmosphere
Sintering was performed for 30 minutes. As a result, the intermediate powder alloy sheet 2 and the front powder alloy sheet 3
No bonding defects such as misalignment or peeling of (the intermediate sintered metal layer 2' and the surface sintered metal layer 3') were observed, and the bonding was good.

次に、金属部材lの熱膨張係数が表面焼結金属層3′ 
(表面側粉末合金シート3の表面側合金粉末)の熱膨張
係数よりも小さい場合について説明すると、金属部材l
としては、C0,25重量%、Mn0.6重量%、残部
Feからなる鋼材を用いた(20℃〜300℃で熱膨張
係数は13−IXIO−6/”C)、また表面側粉末合
金シート3の表面側合金粉末としては、Cu70重量%
、Zn30重量%の組成からなる合金粉末(25℃〜3
00℃で熱膨張係数は19.9XlO橿/”0)を用い
、このような組成の合金粉末91容量%とアクリル樹脂
9容量%とに対して溶剤としてのトルエンを加えて混練
して1.5mm厚の表面側粉末合金シート3を形成した
。さらに、中間粉末合金シート2の中間合金粉末として
、Cu9B重量%、Be2.0重量%の組成からなる合
金粉末(25℃〜300℃で熱膨張係数は16.7Xl
O−6/”Cりを用い、このような組成の合金粉末91
容量%とアクリル樹脂9容量%とに対して溶剤としての
トルエンを加えて1.5mm厚の表面側粉末合金シート
3を形成した。このような金属部材1と中間粉末合金シ
ート2と表面側粉末合金シート3との接着体をHt雰囲
気にて300℃×30分間の脱ロウ後、900℃×30
分間焼結を行ったところ、金属部材lに対して中間粉末
合金シート2や表面側粉末合金シート3(中間焼結金属
層2′および表面焼結金属層3′)の位置ずれや剥離等
の接合不具合は見られず、良好な接合であった。
Next, the coefficient of thermal expansion of the metal member l is determined by the surface sintered metal layer 3'.
To explain the case where the coefficient of thermal expansion is smaller than the coefficient of thermal expansion of the metal member l
A steel material consisting of 0.25% by weight of C, 0.6% by weight of Mn, and the balance Fe (thermal expansion coefficient of 13-IXIO-6/''C at 20°C to 300°C) was used as the material, and a powder alloy sheet on the surface side was used. As the alloy powder on the surface side of No. 3, 70% by weight of Cu
, an alloy powder having a composition of 30% by weight of Zn (25°C ~ 3% by weight)
Using a thermal expansion coefficient of 19.9XlO/"0) at 00°C, toluene as a solvent was added to 91% by volume of the alloy powder having such a composition and 9% by volume of the acrylic resin and kneaded. 1. A surface-side powder alloy sheet 3 with a thickness of 5 mm was formed.Furthermore, as an intermediate alloy powder of the intermediate powder alloy sheet 2, an alloy powder (thermal expansion at 25°C to 300°C) having a composition of Cu9B weight % and Be 2.0 weight% The coefficient is 16.7Xl
Using O-6/"C alloy powder 91 with such a composition
Toluene as a solvent was added to 9% by volume of the acrylic resin and 9% by volume of the acrylic resin to form a surface-side powder alloy sheet 3 having a thickness of 1.5 mm. The bonded body of the metal member 1, the intermediate powder alloy sheet 2, and the front powder alloy sheet 3 was dewaxed at 300°C for 30 minutes in an Ht atmosphere, and then heated at 900°C for 30 minutes.
When sintering was performed for a minute, it was found that the intermediate powder alloy sheet 2 and the front powder alloy sheet 3 (intermediate sintered metal layer 2' and front sintered metal layer 3') were misaligned or peeled off with respect to the metal member l. No bonding defects were observed, and the bonding was good.

(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、金属部材
と所定の目的機能を得るための表面側粉末合金シート(
表面側粉末合金シートの合金粉末)との熱膨張係数の差
が大きい場合にあっても、この中間の大きさの熱膨張係
数を有する中間合金粉末を含有した中間粉末合金シート
(中間粉末合金シートの合金粉末)によって、この上記
熱膨張係数の差が有効か緩衝されることとなって、焼結
途中において上記シートの位置ずれや剥離等が生じない
良好な接合が行えることとなる。この結果、得られた製
品として寸法精度や接合の良好な高品質のものが得られ
るのは勿論のこと、金属部材に対して熱膨張係数の差が
大きい合金粉末を用いるこが可能となって、該金属部材
裏面に所定の目的機能を与えるための合金粉末の選択余
地すなわちこの種の粉末合金シート法の適用範囲が大幅
に広がることとなる。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, the present invention provides a metal member and a surface-side powder alloy sheet (
Even if there is a large difference in thermal expansion coefficient from that of the surface-side powder alloy sheet (alloy powder), the intermediate powder alloy sheet (intermediate powder alloy sheet) containing an intermediate alloy powder having an intermediate thermal expansion coefficient The difference in thermal expansion coefficients is effectively buffered by the alloy powder), so that a good bonding can be performed without causing any displacement or peeling of the sheets during sintering. As a result, not only can we obtain high-quality products with good dimensional accuracy and bonding, but it has also become possible to use alloy powders with large differences in thermal expansion coefficients for metal parts. This greatly expands the scope of application of this type of powder alloy sheet method, in other words, the scope for selecting the alloy powder to provide a predetermined desired function to the back surface of the metal member.

勿論、得られた製品が高温下で使用されるような場合に
あっても、所定の目的機能を介する表面焼結金属層と金
属部材との間には、この中間の大きさの熱膨張係数を有
する中間焼結金属層が存在するので、いわゆるバイメタ
ル現象による表面焼結金属層のクラック発生等が防止さ
れて、当該製品自体の温度使用範囲をも広げることがで
きる。
Of course, even if the obtained product is used at high temperatures, there is a thermal expansion coefficient between the surface sintered metal layer and the metal member that has a predetermined purpose function. Since the intermediate sintered metal layer is present, cracks in the surface sintered metal layer due to the so-called bimetal phenomenon are prevented, and the temperature range of the product itself can be expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図は本発明の一実施例における工程を示す
断面図である。 第3図、第4図は本発明の他の実施例における工程を示
す断面図である。 第5図は本発明が適用された金属部材としてのチップ片
を備えてなるロッカアームの側面図である。 1・・・・金属部材 2・・・・中間粉末合金シート 3・・・・表面側粉末合金シート 2′・・・中間焼結金属層 3′・・・表面焼結金属層 A、B・・・・接着体 A”、B′・・製品
FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views showing steps in an embodiment of the present invention. FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views showing steps in another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a side view of a rocker arm provided with a chip piece as a metal member to which the present invention is applied. 1...Metal member 2...Intermediate powder alloy sheet 3...Front side powder alloy sheet 2'...Intermediate sintered metal layer 3'...Surface sintered metal layer A, B... ...Adhesive body A", B'...Product

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)金属部材表面に、該金属部材の熱膨張係数とは異
なる熱膨張係数を有しかつ所定の目的機能を備えた表面
焼結金属層を形成する方法であって、前記目的機能に対
応した表面側合金粉末を樹脂バインダで混練してなる表
面側粉末合金シート、および該表面側合金粉末の熱膨張
係数と前記金属部材の熱膨張係数との中間の熱膨張係数
を有する中間合金粉末を樹脂バインダで混練してなる中
間粉末合金シートを用意し、て、上記金属部材の表面に
上記中間粉末合金シートを接着すると共に、該中間粉末
合金シート表面に上記表面側粉末合金シートを接着する
工程と、 前記金属部材と中間粉末合金シートと表面側粉末合金シ
ートとの接着体を加熱して、該金属部材の表面に、該中
間粉末合金シートに対応した中間焼結金属層と該表面側
粉末合金シートに対応した前記表面焼結金属層との積層
体を得る工程と、からなることを特徴とする金属部材上
に熱膨張係数が異なる表面層を形成する方法。 (2、特許請求の範囲第1項において、前記中間合金粉
末が前記表面側合金粉末よりも高い融点を有して、前記
加熱の温度を該中間合金粉末の融点以下の温度とするこ
とにより、前記中間焼結金属層が固相焼結とされている
もの。 (3)特許請求の範囲第1項または第2項において、前
記中間焼結金属層が複数層すなわち前記中間粉末合金シ
ートが複数層とされて、該複数層における各個別層の中
間合金粉末の熱膨張係数が、前記金属部材から前表面側
合金粉末へと順次段階的に異なっているもの。 (4)特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか1
項において、前記表面側粉末合金シートと中間粉末合金
シートとの樹脂バインダがそれぞれアクリル樹脂とされ
ているもの。 (5)特許請求の範囲第4項において、前記中間粉末合
金シートは、前記樹脂バインダとしてのアクリル樹脂が
3〜15容量%で前記中間合金粉末が85〜97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、該中間粉末合金シートを前
記金属部材に接着すると共に、前記表面側粉末合金シー
トを該中間粉末合金シートに接着するようにしたもの。 (5)特許請求の範囲第5項において、前記表面側粉末
合金シートは、前記樹脂バインダとしてのアクリル樹脂
が3〜15容量%で前記表面側合金粉末が85〜97容
量%とされ、該樹脂バインダとしてのアクリル樹脂の粘
着性によって自己接着性を有するもの。 (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、前記表面側粉末合金シートと中間粉末合金
シートとが、前記金属部材に接着される前にあらかじめ
接着された一枚の積層シートとされているもの。
[Scope of Claims] (1) A method for forming a surface sintered metal layer on the surface of a metal member, which has a coefficient of thermal expansion different from that of the metal member and has a predetermined objective function, , a front-side powder alloy sheet formed by kneading a front-side alloy powder corresponding to the objective function with a resin binder, and a thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficient of the front-side alloy powder and the thermal expansion coefficient of the metal member. An intermediate powder alloy sheet is prepared by kneading an intermediate alloy powder with a resin binder, and the intermediate powder alloy sheet is adhered to the surface of the metal member, and the surface side powder a step of bonding an alloy sheet; heating the bonded body of the metal member, the intermediate powder alloy sheet, and the front side powder alloy sheet to apply an intermediate sintered metal corresponding to the intermediate powder alloy sheet on the surface of the metal member; A method for forming a surface layer having a different coefficient of thermal expansion on a metal member, the method comprising the step of obtaining a laminate of the layer and the surface sintered metal layer corresponding to the surface side powder alloy sheet. (2. In claim 1, the intermediate alloy powder has a higher melting point than the surface side alloy powder, and the heating temperature is set to a temperature equal to or lower than the melting point of the intermediate alloy powder, The intermediate sintered metal layer is solid-phase sintered. (3) In claim 1 or 2, the intermediate sintered metal layer is a plurality of layers, that is, the intermediate powder alloy sheet is a plurality of intermediate powder alloy sheets. (4) Claims No. Any one of paragraphs 1 to 3
In item 1, the resin binders of the front side powder alloy sheet and the intermediate powder alloy sheet are each made of acrylic resin. (5) In claim 4, the intermediate powder alloy sheet includes 3 to 15 volume % of acrylic resin as the resin binder and 85 to 97 volume % of the intermediate alloy powder.
The intermediate powder alloy sheet is bonded to the metal member and the front powder alloy sheet is bonded to the intermediate powder alloy sheet by self-adhesiveness due to the adhesiveness of the acrylic resin as the resin binder. What I did. (5) In claim 5, the front side powder alloy sheet has an acrylic resin as the resin binder of 3 to 15% by volume and a front side alloy powder of 85 to 97% by volume, and the resin Self-adhesive due to the adhesiveness of acrylic resin as a binder. (6) Any one of claims 1 to 5
In Item 1, the front powder alloy sheet and the intermediate powder alloy sheet are a single laminated sheet that is bonded in advance before being bonded to the metal member.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106837428A (en) * 2015-11-10 2017-06-13 通用电气公司 Addition manufacture method for making complicated fenestra

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