JPS60230916A

JPS60230916A - 金属粉末成形体の焼結時固定用組成物

Info

Publication number: JPS60230916A
Application number: JP8731484A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tominaga; 孝志富永; Hideshi Asoshina; 阿蘇品　英志; Takafumi Sakuramoto; 孝文櫻本; Kiyohiro Kamei; 亀井　清弘
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1984-04-29
Filing date: 1984-04-29
Publication date: 1985-11-16

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】この発明は金属粉末と合成樹脂系結合剤との混和物を圧
延成形してなるシート状物やその類似物品からなる金属
粉末成形体を金属母材上に載置しこれを焼結して母材表
面にこの母材表面の耐摩耗性などを改良するための金属
層を形成する際に使用する焼結時固定用組成物に関する
。

金属粉末シートを金属母材上に載置して焼結させる場合
、上記シート中に含まれる結合剤が接着作用を有するも
のであったとしてもこれが昇温過程で焼失、揮散してし
まいその接着機能を失って母材との接着性が消失する。

したがって、母材の斜面や湾曲面さらには下向きの面な
どのように金属粉末シートの垂部が母材との接着面に作
用する場合には上記シートの重量を支えきれなくなって
母材から上記シートが剥離ないし脱落してしまう。

特にメツシュベルト式やプッシャ一式の連続焼結炉ある
いは真空焼結炉などの炉内搬送中に振動や衝撃のかかる
焼結処理を施す場合などにあっては、上記振動や衝撃が
原因でシートの剥離や脱落を起こしやすくなる。

この発明者らは、上記問題を解決するための有効な方法
として、すでに金属粉末シートを金属Ｉす：材上に載置
する際に上記シートと上記母材との間に特定の組成物を
介在させ、この組成物によって上記シートが焼結するま
での間の母材面への接着固定を助け、もって前述したよ
うな特定の載置態様を採ったり振動や衝撃が加わるよう
な焼結処理を施したときの前記シートの剥離や脱落を防
止する方法を提案した（特願昭５９−３４８８７号）。

しかるに、この提案法で用いた上記組成物は（メタ）ア
クリル６２アルキルコニステルを主体としたものであっ
て、この場合特定の（１Ｌ結操作、つまり昇温初期の段
階において２５０〜３８０℃の温度に一定時間保持させ
るという操作を必要とし、かかる操作をとらなりれば所
期の効果を発現させることができなかった。このような
焼結操作は必ずしも実用的であるとはいえず、工業的汎
用性にやや欠ける憾みがある。

この発明は、」１記観点からさらに検討を加えた結果、
見出されたものであり、その要旨とするところは、金属
粉末と合成樹脂系結合剤との混和物を圧延成形してなる
金属粉末成形体を金属母材上に載置して非酸化性雰囲気
下で焼結する際に前記成形体と前記母材との間に介在さ
せて前記成形体が焼結するまでの間前記成形体を前記母
材上に接着固定するために用いる組成物であって、熱硬
化性樹脂に熱可塑性樹脂を加えてなる混合物を必須成分
とした焼結完了後の残存炭素量が少なくとも０、５重里
％の熱硬化性樹脂組成物からなることを特徴とする金属
粉末成形体の焼結時固定用組成物にある。

この発明の上記組成物は、これを金属粉末成形体と金属
母材との間に介在させて一定の昇温速度による焼結処理
に供したとき、昇温初期の段階通常１２０〜２５０℃で
まず熱硬化性樹脂が硬化してその強固な接着力によって
上記成形体の上記母材上への接着固定を助ける。

また、熱硬化性樹脂は上記硬化に先立つ溶融段階で急激
に粘度が低下するため、この樹脂単独では硬化前に金属
粉末成形体が灼．祠からずれノコリ、脱落するおそれが
あるが、この欠点は併用する熱可塑性樹脂によって解消
される。ずなわら、熱ＯＪ望性樹脂は一般に高分子量で
軟化温度が商いため、組成物の急激な粘度低下を抑える
のに有効に寄与する。

つぎに、この組成物は引き続く昇温過程で熱分解重縮合
反応を起ごして炭素前駆体を生成し、これが成形体が焼
結し始める通常７００℃程度までの温度範囲における上
記成形体の上記母材への接着固定を助ける機能を発揮す
る。

上記理由により、この発明の組成物を用いて成形体を母
材の斜面や湾曲面さらには下向きの面などに載置しまた
炉内搬送中に振動や衝撃がかかるような焼結処理に供し
たときでも、焼結処理中に成形体の剥離，脱落という問
題を招くことはない。

このように、この発明の組成物によれば、これを金属粉
末成形体と金属母材との間に介在させて既提寥の如き特
別な焼結操作を必要とすることなく、つまり一定の昇Ｖ
ＩＡ速度を採用した通常の焼結処理を施すことにより、
焼結処理中の剥離，脱落の問題を生しることなく、母材
と金属粉末との金属同志の結合によって母材上に強固に
固着された所望の金属層を形成することができる。

この発明において用いられる熱硬化性樹脂のもつとも代
表的なものはエポキシ樹脂である。このエポキシ樹脂と
してはエポキシ当量が１００〜５。

０００程度のビスフェノールへ耳、エーテルエステル型
、ノボラックエポキシ型、エステル型、環状脂肪族型お
よび窒素を含むグリシジルエーテル類などの各種タイプ
のものが用いられる。この中でも特にビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂が好ましい。

エポキシ樹脂の硬化剤としては、加熱により硬化作用を
発揮する加熱活性硬化剤が用いられ、一般に８０〜２０
０℃の温度範囲で活性であれば充分で、たとえばジシア
ンジアミド、イミダゾール類、ヒドラジド化合物、尿素
誘導体などが挙げられる。この硬化剤の使用量は、エポ
キシ樹脂１００重量部に対して通常１〜１５重量部程度
である。

熱硬化性樹脂としては上記エポキシ樹脂のほかフェノー
ル樹脂や不飽和ポリエステル樹脂など従来公知の熱硬化
性樹脂がいずれも使用可能であり、この場合これら樹脂
に応じた公知の硬化剤を使用する。またポリイソシアネ
ートとポリオールとを構成材料としたポリウレタン系樹
脂であってもよく、上記構成材料としてはアクリル変性
のポリイソシアネートや同変性のポリオールなどの変性
材料を適宜使用することができる。

このような熱硬化性樹脂とともに併用される熱可塑性樹
脂としては、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンと
より誘導される高分子量のエポキシ樹脂、ポリアミド樹
脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラ
ール、ポリエステル樹脂、ポリスルホン、ポリケトン、
ブタジェン−アクリロ三トリル共重合体などが挙げられ
る。これら樹脂の中でも、特に高分子量のエポキシ樹脂
、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エチレン−酢酸
ビニル共重合体が好ましい。

これら熱可塑性樹脂の使用量は、熱硬化性樹脂１００重
量部に対して５〜２００重量部、好ましくは１０〜５０
重量部とするのがよい。その使用量が少なしことこの樹
脂を用いたことによる前述の効果が得られず、また多（
なりすぎると熱硬化性樹脂の硬化による前記強固な接着
力を期待できにくくなるため、いずれも好ましくない。

この発明の焼結時固定用組成物は、上述の熱硬化性樹脂
に上記の熱可塑性樹脂を加えてなる混合物を必須成分と
し、これに通常硬化剤や必要に応じて硬化促進剤、その
他軟化剤としてキシレン樹脂、パラフィンワックス、プ
ロセスオイル、アビＩ−Ｊ−７Ｌ／アルコール、充填剤
として炭酸カルシウム、シリカ、タルク、可塑剤として
ジオクチルフタレート、ジオクチルアジペート、トリフ
ェニルフォスフェート、ジブチルフタレートなどの各種
の添加剤を配合することができる。

このような構成成分からなる上記組成物は、これを金属
粉末成形体と金属母材との間に介在させて焼結処理した
とき、焼結完了後の残存炭素量が少なくとも０．５重量
％であることが重要であり、これによって初めて前記こ
の発明の効果が奏し得られるものである。すなわち、残
存炭素量が０．５重量％に満たない場合は、高温加熱中
の成形体の接着固定力の改善を図りえな（なる。

上記の如き残存炭素量の設定は、必須成分である熱硬化
性樹脂と熱可塑性樹脂との種類を適宜組み合わせること
によりまた硬化剤や添加剤の種類。

量を適宜設定することにより、容易になしうるちのであ
る。残存炭素量の特に好適な量としては１゜０〜１０重
量％の範囲にあるのがよい。

この発明の焼結時固定用組成物は、熱可塑性樹脂が必須
成分のひとつとして用いられていることによって、一般
的には多少とも感圧接着特性が付与されたものとなって
いるが、必ずしも上記特性を有している必要はない。こ
の場合金属粉末成形体と金属母材との間への介在にあた
って必要に応じて熱エネルギーを加えることにより、仮
接着を容易に行わせることができる。

つぎに、この発明の焼結時固定用組成物の使用法につき
説明する。まず、金属母材上に金属粉末と合成樹脂系結
合剤との混和物を圧延成形してなる金属粉末成形体を載
置するに当たって、上記母材と上記成形体との間にこの
発明の前記焼結時固定用組成物を介在させる。この介在
は上記組成物を予めシート化して行ってもよいし、上記
母材または上記成形体のいずれか一方または両方に上記
組成物を塗布する方法で行ってもよい。

介在させる上記組成物のシート厚みないし塗布厚みとし
ては、一般に５〜５０μｍ、好適にはｌＯ〜・３０ｐｍ
程度とするのがよい。上記厚みが薄すぎてはこの発明の
効果が得られないし、また厚くなりすぎると母材と成形
体との界面でのガスの発生量が多（なり、焼結時の固定
あるいは焼結後の接合強度が低下するなどの問題があり
、いずれも好ましくない。

上記に用いる金属粉末成形体は、金属粉末と合成樹脂系
結合剤との混和物をシート状ないしその類似形状に圧延
成形してなるものであり、シート状のものでは通常０．
５〜５龍程度の厚みを有するものが用いられる。

上記金属粉末としては、自溶性合金粉末や耐摩耗性合金
粉末など金属母材表面に付与するべき性質に応じて各種
の金属粉末が使用可能である。代表的な金属粉末として
耐摩耗性合金粉末であるＩ？ｅ−Ｍ−Ｃ系の多元共晶合
金粉末を挙げることができる。上記のＭはＭｏ、Ｂおよ
びＰのうらいずれか少なくとも一種を主成分とし、副次
的な元素としてＣｒ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、”ｒａ、　］”ｉ
を含むごとがあり、また他の元素としてＳｉ、Ｎｉ、Ｍ
ｎなどを含むことができる。かかる多元共晶合金粉末は
焼結温度が比較的低（、一般に１，０００〜１゜１５０
℃の温度範囲で液相が１０〜５０容量％となり、しかも
この液相は母材に対して濡れ性が優れているという特徴
を有している。

なお、これらの合金粉末の粉末粒度としては、これが焼
結後の気孔率に影響するため、一般に１５０メツシユ以
下であるのが好ましい。これより大きくなると密度の高
い合金層を形成しにくくな上記金属粉末と混和する合成
樹脂系結合剤としては、感圧接着性を有するものが好ま
しく、特に（メタ）アクリル酸アルキルエステルまたは
これと共重合可能なモノマーとからなるアクリル系重合
体またはこれにアルキルフェノール系樹脂、ロジン系樹
脂、石油系樹脂、クマロンインデン系樹脂などの接着性
付与樹脂を加えてなるアクリル系感圧性接着剤組成物が
好ましく用いられる。

上記の合成樹脂系結合剤をアセトン、トルエン、メチル
エチルケトンなどの適宜の有機溶剤で希釈し、その固型
分１重量部に対して前記の金属粉末を通常１０〜１００
重量部加えて混練し、これを一般に離型紙を被せた型枠
上に流し込み、溶剤を蒸発させたのち、圧延ロールに通
ずなどしてシート状その他の形状に成形することにより
、所望の金属粉末成形体が得られる。

この成形体をこれと金属母材との間にこの発明の焼結時
固定用組成物を前述の如く介在させて非酸化性雰囲気上
焼結処理する。この際の昇温速度は一定でよく、既提案
の如く低温側で一定時間保持させる必要は特にない。昇
温初期の段階で上記組成物はまず熱硬化性樹脂が硬化し
て強固な接着力を示し、ついで接着に有効に寄与する炭
素前駆体に変換され、その後焼結温度に至るまでの間上
記成形体を上記母材上に安定に接着固定する。また熱硬
化性樹脂の硬化に先立つ溶融段階では併用する熱可塑性
樹脂が組成物の急激な粘度低下を抑えるべく作用してこ
の段階での成形体の接着固定に大きく寄与する。

なお、焼結処理を非酸化性雰囲気下で行う理由は明らか
で、酸化性雰囲気では成形体が処理中に酸化劣下して所
望の金属層を形成できないためである。非酸化性雰囲気
とは水素ガス雰囲気や窒素ガス雰囲気のばか真空などで
あってもよい。

このようにして焼結温度まで昇温して所定時間保持する
と、前記炭素前駆体は最終的に完全に炭化する。このと
きの残存炭素量は前述の如く少なくとも０．５重量％で
ある。また成形体中の同様の物質も炭化消失する一方、
成形体中の金属成分が母材に拡散することにより、母材
と強固に接着接合した金属層が形成される。

以下に、この発明の実施例を記載してより具体的に説明
する。なお、以下において部および％とあるはそれぞれ
重量部および重量％を意味するものとする。

実施剤ｌビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂（エポキシ当量１
８４〜１９４）８０部、高分子量エポキシ樹・脂（平均
分子量５万〜６万）２０部、ジシアンジアミド５部およ
びジクロロ−フェニルジメチルウレア２部を混合して、
この発明の焼結時固定用組成物とし、これを離型紙間で
プレス成形し、厚み２０μｍのシートとした。このシー
トを後述する焼結処理と同じ条件で炭化処理したときの
残存炭素量は７．５％であった。

一方、Ｍｏ１０．５％、Ｃｒ２．５％、Ｐ２．４％。

Ｃ３，６％、残部Ｆｅの化学成分からなる粒度１５０メ
ツシユ以下の多元共晶合金粉末４８．５％と、５ＵＳ４
１０からなる粒度１５０メツシユ以下の粉末４８．５％
と、さらにアクリル酸（メタ）アルキルエステル系樹脂
３％とを、溶剤としてアセトンを用いて湿式混練したの
ち、ロール圧延して、厚み２Ｎ、密度４．８ｇ／ｃＩＡ
の合金粉末シートを作製した。

このシートを１ｃｍＸ１ｃｍの大きさに切断し、これに
同形同寸に切断した前記の焼結時固定用シートを貼りつ
けたのち、鋼製母材の垂直面に接着した。その後、水素
ガス雰囲気中１５℃／分の速度で１．０９０℃まで昇温
し、この温度で２０分間保持したのち徐冷した。

このようにして、焼結処理中に合金粉末シー　トの脱落
を全くきたすことなく、鋼製母材上に強固に接合固定さ
れた厚さが１．６〜１．６５ｍ＋＋、硬さがＨＲＣで６
２〜６５．密度が７．６〜７．７５　ｇ／ｃｌの耐摩耗
性合金層を形成できた。

実施例２（エポ千シ白ＮｂＯυ〜’１００）ジシアンジアミド　５部上記の各成分を混合してこの発明の焼結時固定用組成物
とし、これをプレス成形して、厚み１５μｍのシートと
した。このシートを後述する焼結処理と同じ条件で炭化
処理したときの残存炭素量は６．６％であった。

一方、実施例１で用いた多元共晶合金粉末５８゜８％と
、５ＵＳ４１０からなる粒度１５０メツシユ以下の粉末
３９．２％と、アクリル酸（メタ）アルキルエステル系
樹脂２％とを、溶剤としてトルエンを用いて湿式混練し
たのち、ロール圧延して、厚み１鶴、密度４．６５ｇ／
ｃ／の合金粉末シートを作製した。

このシートをｌ　ｃｍ　Ｘ　ｌ　ｃｍの大きさに切断し
、これに同形同寸に切断した前記の焼結時固定用シート
を貼りつけたのち、鋼製母材の垂直面に接着した。その
後、水素ガス雰囲気中２０℃／分の速度で１，０８０℃
まで昇温し、この温度で１５分間保持したのち徐冷した
。

ごのようにして、焼結処理中に合金粉末シー　トの脱落
を全くきたすことなく、鋼製母材上に強固に接合固定さ
れた厚さが０．８〜０．８２　＋１ｍ、硬ざがＨＲＣで
６１〜６３．密度が７．６〜７．７８／ｃａの耐摩耗性
合金層を形成できた。

実施例３ジシアンジアミド　５部ジクロロ−フェニルジメチルウレア　１部上記の各成分
を混合してこの発明の焼結時固定用組成物とし、これを
プレス成形し、厚み２５　Ｉｔｍのシートとした。この
シートを後述する焼結処理と同じ条件で炭化処理したと
きの残存炭素量は６．２％であった。

一方、実施例１で用いた多元共晶合金粉末３８゜６％と
、５ＵＳ４１０からなる粒度１５０メツシユ以下の粉末
５７．９％と、アクリル酸（メタ）アルキルエステル系
樹脂３．５％とを、溶剤としてトルエンを用いて湿式混
練したのち、ロール圧延して、厚み１．５鶴、密度４．
８ｇ／ｃ＋＋ｔの合金粉末シートを作製した。

このシートを］ｃｍＸｌｃｍの大きさに切断し、これに
同形同寸に切断した前記の焼結時固定用シートを貼りつ
けたのち、鋼製母材の垂直面に接着した。その後、水素
ガス雰囲気中１０℃／分の速度で１．１００℃まで昇温
し、この温度で２０分間保持したのち徐冷した。

このようにして、焼結処理中に合金粉末シートの脱落を
全くきたすことなく、鋼製母材上に強固に接合固定され
た厚さが１．３〜１．３５ｍｍ、硬さがＨＲＣで６０〜
６２．密度が７．５〜７．７ｇ／ｄの耐摩耗性合金層を
形成できた。

特許出願人　日東電気工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属粉末と合成樹脂系結合剤との混和物を圧延成
形してなる金属粉末成形体を金属母材上に載置して非酸
化性雰囲気下で焼結する際に前記成形体と前記母材との
間に介在させて前記成形体が焼結するまでの間前記成形
体を前記母材上に接着固定するために用いる組成物であ
って、熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を加えてなる混合物
を必須成分とした焼結完了後の残存炭素量が少なくとも
０．５重量％の熱硬化性樹脂組成物からなることを特徴
とする金属粉末成形体の焼結時固定用組成物。
（２）熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である特許請求の範
囲第（１）項記載の金属粉末成形体の焼結時固定用組成
物。
（３）熱可塑性樹脂が高分子量のエポキシ樹脂、ポリア
ミド樹脂、ポリエステル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共
重合体から選ばれた少なくとも一種である特許請求の範
囲第（１）項または第（２）項記載の金属粉末成形体の
焼結時固定用組成物。