JPS60230901A - スズ含有鉄系粉末の製造方法 - 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】 この発明は機械部品あるいは軟質磁性部品等に使用され
る鉄系焼結材料の原料粉末の製造方法に関し、特に鉄を
主成分とする粉末粒子の表面にスズ２！！度の高い部分
が形成されかつそのスズの少なくとも一部が鉄−スズ化
合物となっているスズ含有鉄系粉末の製造方法に関する
ものである。

周知のようにモータ等の電気様器の鉄芯などの軟質磁性
部品としては、電気鉄板や珪素円板等が従来から広く使
用されていたが、最近では鉄粉を圧粉成形および焼結し
てなる焼結磁性材料が電気鉄板や珪素鋼板等に代って使
用され始めている。

このような焼結材料は原料歩留りが高く、また加工コス
トが低く、さらには形状自由度が大きいなど粉末冶金特
有の利点を有するが、材料中に空孔が残るため磁気特性
が電気鉄板や珪素鋼板と比較して劣らざるを得ない欠点
がある。

上述のような鉄系焼結材料の欠点を改善するため、種々
の添加物を添加する試みがなされており、これらのうち
でも特にスズ（Ｓｎ　）は比較的低温で液相を生成する
ため、スズを添加した場合には焼結中に液相が生成され
、また鉄にスズが固溶することによって焼結中に鉄のα
相が出現し、その結果焼結密度を向上させて空孔の悪影
響を低減させるとともに、α相の結晶粒成長が促進され
て、優れた磁気特性を実現させる可能性がある。

また、このような高密度の焼結体が製造されるならば、
耐摩耗性や高強度を特徴とする焼結機械部品への適用も
期待することができる。

ところで鉄系焼結材料においてスズを添加する方法とし
て鉢、特開昭４８−１０２００８号公報に記載されてい
るように、スズの粉末を鉄粉に混合し、圧粉成形および
焼結する方法が知られている。しかしながらこの場合焼
結中に１８１Ｐｌシたスズが鉄粉粒子間にはいり込ｌυ
で粒子間隙を押し拡げ、しかもＷＪＷＡ前のスズ粉の位
置に流出孔が残るため、焼結密度が実際には充分に上が
らず、その結果充分な磁気特性が轡られなかった。

このような問題を解決するための手段としては、予め合
金化した鉄系粉末を用いることが考えられる。しかしな
がら鉄系粉末はスズの合金化によって硬くなり、圧縮性
が著しく劣化して圧粉密度が低くなるから、スズの流出
孔の発生は防止しｎるものの、結局は高い焼結密麿を得
ることが困難となる。一方混合添加する金属スズ粉とし
て極めて細かいものを用いれば、焼結中にスズが溶融し
ても大きな流出孔が残らないため、均一な焼結が進行し
て、高密度の焼結体が得られると考えられる。

しかしながらスズ粉の製造に通常適用されているアトマ
イズ法や搗砕法ではそのような微細なスズ粉を効率的に
得ることは実際には困難であった。

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたもので、
上述の欠点を一掃して、焼結体密度が高く磁気特性の優
れた鉄系焼結材料を得ることができる焼結原料粉末の製
造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者は、鉄−スズ系の焼結原料粉末において、スズ
源として鉄系粉末の粒子表面にスズ濃度の高い部分を形
成させた複合粉末を用いれば、高密度で磁気特性の優れ
た焼結体が得られることを既に見出し、特願昭５８−９
８５７７号において新規なスズ含有鉄系粉末の提案を既
に行なっている。すなわちこの提案のスズ含有鉄系粉末
は、鉄を主成分とする個々の粉末粒子の表面にスズ濃度
が高い部分が形成され、そのスズの少くとも一部が鉄と
スズとの化合物となっており、かつ全スズ含有量が１〜
２０重量％とされているものであり、このよｐなスズ含
有鉄系粉末を用いれば、焼結体密度が高く磁気特性が優
れた鉄系焼結材料を実際に得ることが可能となる。そし
て上記特願昭５８−９８５７７＠においては、上述のＪ
：うなスズ含有鉄系粉末の製造方法として、スズｆｔ１
３　化物（７）粉末を鉄系粉末と混合して還元処理する
方法をも提案している。そこでこの発明では、上記Ｒ案
をさらに発展させ、上述の製造方法とは異なる別の方法
で上記同様なスズ含有鉄系粉末を製造する方法を提供す
る。

すなわちこの発明のスズ含有鉄系粉末の製造方法は、鉄
を主成分とする粉末に、水酸化スズ、塩化スズ、シュウ
酸スズ、硝酸スズ、硫酸スズおよび硫化スズのうちから
選ばれた１種以上の粉末を、スズ量に換算して１〜２０
重量％混合し、非酸化性または還元性雰囲気にて４５０
〜７００℃の温度で加熱処理することを特徴とするもの
である。

・す　′ 以下この発明についてさらに詳細に説明する。

この発明の方法によれば、スズ含有鉄系粉末として、前
述のように鉄系粉末の粒子表面にスズ濃度の高い部分を
形成させ、かつそのスズの少くとも一部を鉄−スズ化合
物とさせ、全スズ量を１〜２０ｆ！量％とした複合粉末
が得られる。このよ°）な複合粉末をスズ源として用い
て焼結すれば、焼結中にスズが溶融しても、細かく分布
しているためスズが鉄粉粒子中にすみやかに拡散し、そ
の結果スズが鉄粉粒子間を押し拡げる挙動および大きな
空孔が残る挙動とが抑制されるのみならず、合金化が迅
速かつ均一に起こるため、α相が出現し易く、そのため
焼結が促進されて、高密度の焼結体、すなわち機械的お
よび磁気的特性の優れた焼結体を得ることができ、しか
もスズの効果により結晶粒を大きくすることができ、磁
気特性はさらに優れたものとなる。

但し複合粉末中のスズ含有量が１重量％よりも少ない場
合には、第１図に示すＦｅ−８ｎ状態図から理解される
ように、複合粉末単独で焼結した場合でさえも通常の焼
結温度である９５０〜１３００℃においてα相が出現せ
ず、焼結促進の効果が充分に得られない。一方２０重量
％を越える量のスズを鉄系粉末粒子表面にスズ濃度の高
い部分として形成させることは困難であり、この場合焼
結時ニスズが凝集′１・粗大なスズ粉を混合した場合、
同様な挙動が現われてしまい、焼結体［１を高める効果
が発揮される得なりナル。

上述のようなｍ白粉末を郷る方法、すなわちこの発明の
方法としては、鉄系粉末にその鉄系粉末粒子の粒径と同
程度以下の粒径の水酸化スズ（Ｓｎ（ＯＨ）２または３
ｎ　０２　・ｎＨ２Ｏ）　、Ｌ’Ｊ化スズ＜５ｎＣ１２
また１、１ＬＳｎＣ１４、さらにこれらに結晶水が付い
た場合を含む）、シコウ門スズ（Ｃ２０４３ｎ　）　、
硝酸スズ（Ｓｎ　（ＮＯ３）２または３ｎ　（ＮＯ３）
４　、さらにはこれらに結晶水が付いた場合を含む）、
硫酸スズ（８１１３０４）硫化スズ（’ＳｎＳまたは３
ｎ　８２　）から選ばれる１種以上の粉末を沢合し゛Ｃ
Ｃ非他化性雰囲気しくは還元性雰囲鉢で加熱処狸するの
であるが、このようなスズの化合物はいずれもスズの金
属と比較して極めてれいため容易にト々粉化することが
でき、その微細なスズ化合物を鉄系粉末と混合して非酸
化せ雰囲気もしくは還元イ１雰１ＩｌｌＩ忘て加熱質理
することによって鉄系粉末粒子表面にスズ３度の高い部
分を均一に設けた複合粉末を得ることができる。

上述の加熱処理温度が４５０’Ｃよりも低い場合には、
スズ化合物が充分に還元されず、硬質の化合物が残るた
め、圧粉成形における金型摩耗の原因を招くとともに、
圧粉密度が充分に上がらず、その結果貌結密度も低くな
ってしまう。一方加熱処理温度が７００℃より高ければ
、スズが鉄粉系粉末中に極端に拡散、合金化してしまい
、その結架粉末が硬くなって圧粉密度、ひいては焼結密
度が低下する。これらの理由により加熱処理温度は４５
０〜７００℃の範囲内とした。

ここでｔ発明法によるスズ含有複合鉄系粉末の生成機構
についてさらに詳報に説明を加える。

まず、鉄系粉末とスズ化合物との混合により、鉄分とス
ズ分とが巨視的に交ざり合った混合物ができる。この場
合、スズ化合物粉末は細かい方がより緊密な混合状態と
なるが、比較的粗くても次工程以降で微細化するから、
鉄系粉末と同程度以下の粒度であれば差しつがえない。

かがる混合物を還元性雰囲気中もしくは非酸化雰囲気で
４５０℃以上に加熱すると、スズ化合物が分解して金属
スズが出現する。加熱温度はスズの融点よりも充分に高
いため、ただちに溶融スズどなり、鉄系粉末との＊ｔ’
を性が良好なことから、ススが鉄粉粒子表面の一部また
は全体を被覆する。溶融スズＧフ鉄と一部反応して鉄−
スス化合物を鉄系粉末の粒子表面に生成して固体となり
、該粉末表面にスス１度の高い部分を形成する。

上記製法において、加熱温度が低いほと、また加熱時間
が短いはどススど鉄との反応が不完全な状態で１了し、
それに応して金属ススが鉄系粉末粒子表面に残ることが
ある。また、鉄系粉末粒子の表面を被覆しないで残った
スズ（またｔｊ、このスズが鉄と反応して生成した鉄−
スズ化合物）が粒子状になって、鉄系粉末粒子表面に付
着する例も部分的に見られることかある。粉末の１１性
上は、できる限りのスス１１１の高い部分を鉄系！；）
末粉子表面に均一に生成さゼ、しがもそのスズ月析部を
鉄−スス′化合物とすることが好ましいが、その点のみ
にとられれて加熱濃度が７００℃を越えてしまうと、今
度は鉄系粉末粒子表面に偏析するスズが容易に鉄系粉末
粒子内部に拡散、合金化して鉄系粉末の硬化を招くから
、一部金属スズが残ることもやむを得ない。

なお、鉄系粉末に含有される元素によって、上記スズ濃
度の高い部分１ξ鉄、スズ以外の第３の元素が含有され
ることもありうる。

本発明法によって冑られる鉄−スズ複合粉末がきわめて
焼結性に優れている理由は、っぎの２点によって説明さ
れる。第１は、すでに述べたようにスズが微細に鉄系粉
末粒子表面に存在するため、それが仮に金属スズであっ
ても、焼結時にスズの大きな流出孔が残らず高密度化す
るためである。

Ｍ２は、とくにスズ分が鉄−スズの化合物の形で存在す
る場合、その融点が高いため、焼結時液相が出るまでの
間にスズの鉄中への拡散がある程度進行し、その結果、
スズｍａの高い部分が一挙に溶融して大きな流出孔を残
す現象が制御されるためである。　゛ ここで、同様にスズ濃度の高い部分を形成する公知の他
の方法と、この発明の方法との相）りについて説明する
。

先ず特公昭４３−１４５７１号公報に（ｉ、ステンし・
ス銅粉の成形性を改９．シイ、　１１め、細事：）をス
ズメッキ液中に浸漬してその袋面にススメツ−￥処理を
施す方法が記載されている。しかしなん・ら、この場合
にはススは金属の形態でＬ１郭）表面に存在するから、
既に４１゛＜たような、畝−スズの化合物としてスズを
含有することによる焼結特性の向上は望めない。

また特開昭５４−１９４５８号公報においては、やはり
合金銅粉の成形性を改善する目的で、ｉぢ粉に金属スズ
を混合してその混合物を加熱処理する方法が記載されて
いる。しかしながらこの方法は、スズの化合物を用いる
この発明の方法と比較して、次の問題点を有する。

第１に、前述した通り金属スズは軟かいため、粉砕よっ
て細かくすることが難しい点である。スズ粉末の粒度が
鉄系粉末の粒度よりも粗いと、鉄系粉末粒子のうち、表
面にスズの濃化した部分を持たないものが多くなる。第
２に、金属スズを鉄系粉末に混合して加熱した場合、ス
ズが鉄と反応して化合物となり、しかもスズが鉄系粉末
粒子の表面に留まるための、加熱温度条件が選定困難な
点である。本発明者の実験によれば、鉄系粉末に、それ
よりも細かい金属スズの粉末を混合して加熱処理すると
、加熱１１度が２３０〜４５０℃の場合、スズが溶融し
て鉄系粉末粒子表面の一部を被覆するが、鉄とスズとの
化合物は形成されないから、前述のような鉄−スズ化合
物による焼結特性の向上が望めない。一方、加熱温度が
４５０℃を越えると、スズが鉄系粒子の中に拡散する現
象がはじまり、鉄粉粒子がスズの固溶によって硬くなっ
て圧縮性が低下する。これに対して、この発明のように
スズ化合物を鉄系粉末に混合して加熱した場合に、４５
０〜７００℃の温度範囲でスズが鉄系粉末粒子の表面に
鉄−スズ化合物として濃化するのは、スズ化合物がスズ
の融点２３０℃以上になっても溶融せず、同相状態でス
ズが鉄系粉末粒子の中に拡散するのが難しいためと考え
られる。

さらに、この発明における鉄スズ複合粉末の製造方法に
類似した技術として鉄−銅複合粉末の製造方法が特開昭
５３−９２３０６号公報および特開昭５６−３８４０１
号公報にて明らかにされている。これらと本発明との根
本的な相違点は次の通りである。すなわち、第１に、公
知の鉄−銅複合粉末の製造方法においては、複合させる
ための加熱温度を銅の融点以下としているの対し、本発
明法ではスズの融点以上の加熱温度を用いているため、
スズがいったん鉄系粉末を被覆する過程を経ており、よ
り均一なスズ分布が実現できる。第２に、公知の鉄−銅
複合粉末製造方法によっては、銅の形態は金属銅である
の対し、水沫ではスズの少なくとも一部は鉄＝スズ化合
物となっている。

したがって、鉄−銅複合粉末においては、′混粉法に比
較して焼結性すなわち焼結密度の大幅な向上は見られな
いのに対し、水沫では顕著な向上が認められるのである
。

以下にこの発明の実施例および比較例を記す。

実施例１ 一８０メツシュの粒度のアトマイズ鉄粉に、−３２５メ
ツシユの粒度のＨ２Ｓｎ０３　（メタスズ酸：水酸化ス
ズの一種）粉末を、スズ量に換算して４重量％混合し、
アンモニア分解ガス気流中において４００〜８００℃の
温度範囲内の種々の温度で６０分間加熱処理を行ない、
鉄−スズ複合粉末を冑だ。複合粉末中の酸素量、圧粉成
形後焼結前の圧粉密度、および最終的な焼結体の焼結密
度を、混合粉末の還元処理温度と対応して第２図（Ａ）
〜（Ｃ）に示す。また参考のため従来法として、同じア
トマイズ鉄粉に一２５０メツシュの金属スズ粉を４重量
％添加混合し、前記と同様に圧粉成形および焼結した場
合〈特開昭４８−１００２８号公報記載の方法）の圧粉
密度、焼結密度を第２図（Ｂ）、（Ｃ）中に合せて示す
。ただし、圧粉成形はステアリン酸亜ｔ！ａ１％を混合
して成形圧力フ　ｔ、／ｄ＊で行ない、焼結はアンモニ
ア分解ガス中、１１５０℃、６０分とした。

第２図から明らかなように、メタスズ酸と鉄粉との混合
粉末に対し４５０〜７００℃の温度で還光処理すること
によってメタスズ酸が充分に分解し、スズ濃度の高い部
分が鉄粉粒子表面に設けられた複合粉末が得られた結果
、従来法よりも格段に高い密度の焼結体を得ることがで
きた。

実施例２ 鉄系粉末として一８０メツシュの粒度のアトマイズ鉄粉
を用い、これにスズ含有粉末くいずれも−２００メツシ
ユ粒子！１）を所定単混合し、第１゛表に示す条件でス
ズを４重量％含有する鉄−スズ複合粉末を作成した。こ
のうちＡ、Ｂ、　Ｃ″、Ｄ、Ｅは本発明によるもので、
ＦおよびＧは比較例である。

得られたそれぞれの粉末に詞清剤としてステアリン酸亜
鉛を１重量％添加し、７ｔ／ｄの圧力で圧粉成形した。

続いて成形体をアンモニア分解ガス気流中において１２
００℃で１時間焼結することにより、鉄−スズ焼結体を
得た。但し焼結体形状は、外径３８ＩｌｌＩｌ、内径２
５Ｉ！１１１１．凸さ６．５ｍｍのリング状とした。冑
られた焼結体の密度を調べるとともに、磁気特性として
８２９値（円界２５へにおける…束密度）、保磁力）（
Ｃを測定１−１た結果を第２表に示す。

第２表から明らかなようにこの発明の方法によって得ら
れた焼結体は、従来法による焼結体と比較して焼結密度
が高く、そのため磁束密度が高い（＞１４ｋＧ）ととも
に保磁力が小さく（〈１へ）軟質磁性材料として優れた
磁気特性を示す。

以上の説明で明らかなように、この発明の方法によれば
、焼結密度が轟く、特に磁気特性の優れたスズ含有鉄系
焼結材料を得るために適した、鉄−スズ複合粉末が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦｅ−３ｎ系平衡状態図、第２図は実施例１に
おける加熱処３１温度と、複合粉末の酸素量、圧粉密度
および焼結密度との関係を承す相関図である。 出願人　川崎製鉄株式会社 代理人　弁理士　豊田代入 （ほか１名） 第１図 ５ｎｉｉ　（ｗ？、％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄を主成分とする粉末に、水酸化スズ、塩化スズ、シュ
   ウ酸スズ、硝酸スズ、硫酸スズおよび硫化スズのうちか
   ら選ばれた１種以上の粉末を、スズ量に換算して１〜２
   ０重量％混合し、非酸化性または還元性雰囲気中にて４
   ５０〜７００℃の温度で加熱処理することを特徴とする
   、スズ含有鉄系粉末の製造方法。