JPS60230918A - 金属粉末成形体の焼結方法 - 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】 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
層を形成する方法に関する。

金属粉末シートを金属母材−（二に＠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重量が母材との接着面
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。

特にメツシュヘルド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に鋭意検討し
た結果、金属粉末シートを金属母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熱硬化性樹脂組成物
を介在させ、この組成物を熱硬化させたのちに焼結処理
を施すようにしたときには、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
した場合でも、シートの剥離や脱落をおこすおそれがな
いことを知り、この発明を完成するに至った。

すなわち、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金属粉末成形体を金属母材
上に載置するにあたって前記成形体と前記母材との間に
熱硬化性樹脂を必須成分とした焼結条件下での残存炭素
量が少なくとも０．５重量％の熱硬化性樹脂組成物を介
在させ、この組成物を熱硬化させて前記成形体を前記母
材上に接着固定したのち、非酸化性雰囲気下で前記成形
体の焼結温度まで昇温しで焼結することを特徴とする金
属粉末成形体の焼結方法に係るものである。

この発明の焼結方法においては、上記特定の組成物を金
属粉末成形体と金属母材との間に介在させてこれを一般
に１２０〜２５０℃で熱硬化させることにより上記成形
体を上記母材上に強固に接着固定することができる。そ
してこの状態で焼結処理したときには、上記硬化樹脂が
分解する約３００℃までは上記接着力が良好に保持され
るから、この間に金属母材から衝撃を加えても成形体は
脱離することはない。

また、この硬化樹脂は、さらに引き続く昇温過程で熱分
解重縮合反応を起こ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。

したがって、この発明方法により、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、焼結開始から焼結完了に至るまでの焼結処理中に成
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、この発明の焼結方法によれば、前記特定の
熱硬化性樹脂組成物を用いてこれを金属粉末成形体と金
属母材との間に介在させて熱硬化させ、その後に焼結処
理を施すことにより、焼結処理中の剥離、脱落の問題を
生じることなく、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Ａ型、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な一グ
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。

この発明に用いる熱硬化性樹脂組成物は、上述の熱硬化
性樹脂を必須成分とするが、これら必須成分のばか各種
の熱可塑性樹脂や粘着性物質を加えたり、また金属微粉
末を加えて接着保持力の改善を図るようにしてもよい。

上記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−アクリロニトリル共重合体
などが挙げられる。これらの中でも特に高分子量の二〔
ボキシ樹脂、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。

上記粘着性物質としては、一般の粘着剤組成物に用いら
れているゴム系、アクリル系なとの粘着性ポリマーやこ
れらに接着性付与樹脂を加えたものがいずれも使用可能
である。このうち特に好適なものは、（メタ）アクリル
酸アルキルエスヲＩ＋／系ポリマーを主成分とした粘着
剤である。

すなわち、アルキル基の平均炭素数が２〜１２の範囲に
ある（メタ）アクリル酸アルキルエステル８０〜９９．
５重量％と、（メタ）アクリル酸、マレイン酸、（メタ
）アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、グリシジル（メ
タ）アクリレート、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルア
ミド、Ｎ−Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレ
−１・などの分子内に官能端を有する重合性単量体０．
５〜２０重量％とからなるアクリル系共重合体、または
この共重合体１００重量部にアルキルフェノ−）し系樹
脂、クマロンインデン系樹脂、ポリテルペン系樹脂、ロ
ジン系樹脂、石油系樹脂、ポリビニルエーテル系樹脂な
どの接着性付与樹脂を０．１〜１００重量部加えた混合
物が好ましい。

また金属微粉末としては、鉄、ニッケル、コバルト、銅
、クロム、銀などの金属微粉末が挙げられ、このうち焼
結温度の低いものが好ましく用いられる。平均粒子径と
しては、１０μｍ以下、好ましくは０．１〜１μｍ程度
であるのがよい。

これら各成分の使用量としては、熱可塑性樹脂および／
または粘着性物質では熱硬化性樹脂１００重量部に対し
て合計量中通常５〜２００重量部、好ましくは１０〜５
０重量部とするのがよく、また金属微粉末では熱硬化性
樹脂１００重量部に対して通常０．５〜１００重量部、
好ましくは１〜３０重量部重量部型るのがよい。

この発明の熱硬化性樹脂組成物には、上記成分のほか必
要に応じて硬化促進剤や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、アビエチル
アルコール、充填剤として炭酸カルシウム、シリカ、タ
ルク、可塑剤とじ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、ジブヂルフ
クレートなどの各種の添加剤を配合するこ吉ができる。

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、焼結条件下つまり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。すなわぢ、残存炭素量が０．５重量％に満だない場
合は、高温加熱中の成形体の接着固定力の改善を図りえ
なくなる。

上記の如き残存炭素量の設定は、熱硬化性樹脂あるいは
これと硬化剤の種類を適宜選択することによりまた熱可
塑性樹脂や粘着性物質あるいは添加剤の種類、量を適宜
設定することにより、容易になしうるものである。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。

このような熱硬化性樹脂組成物は、仮接着を容易にする
観点から、粘着性物質などの使用によって感圧接着性を
有していることが望ましいが、必ずしも上記特性を有し
ている必要はない。

つぎに、上記の熱硬化性樹脂組成物を使用したこの発明
の焼結方法につき説明する。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熱硬化性樹脂組成物を介在
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１０〜３０μｍ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くなり、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顛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Ｆｅ−Ｍ−Ｃ系の多元共晶合金
粉末を挙げることかできる。上記のＭはＭＯ，Ｂおよび
Ｐのうち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、Ｔａ、”Ｉ’ｉを含
むことがあり、また他の元素としてＳｉ、Ｎｉ、Ｍｎ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
温度が比較的低く、一般に１，０００〜ｌ。

１５０℃の温度範囲で液相カ月θ〜５０容星％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る。

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千ツマ
−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
す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。

この発明においては、上記の成形体と金属母料との間に
前記の熱硬化性樹脂組成物を前述の如く介在させたのち
、上記組成物を熱硬化さゼる。この熱硬化は１２０〜２
５０℃で２〜６０分の熱処理を施せばよく、また必要に
応して非酸化性雰囲気下で行ってもよい。

上記熱硬化により、金属粉末成形体は金属Ｌ’ＥＪ４Ａ
上に強固に接着固定される。ついで、この接着固定状態
で非酸化性雰囲気上金属粉末成形体の焼結温度まで昇温
して焼結処理する。ごの際の昇温速度は一定でよく、約
３００℃イリ近から前記硬化組成物は接着に有効に寄与
する炭素前駆体に変換され、その後焼結温度に至までの
間−１−記成形体を上記母材上に安定に接着固定する。

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。

またこの発明においては、前述してきたとおり、金属粉
末成形体と金属母材との間に介在させた熱硬化性樹脂組
成物をまず熱硬化させてから焼結処理を施すことを１つ
の特徴としているが、この理由は上記熱硬化を仮に焼結
処理中に１段階で行うようにしたときには硬化不足を生
したり、また硬化に先立つ溶融段階で急激な粘度低下を
きたして成形体のずれや脱落をおこすおそれがあるため
である。

このようにして焼結温度まで昇温しで所定時間保持する
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１ 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）７５部、ヒスソエノールＡ型固形エポキ
シ樹脂（エポキシ当年：　（ｉ　００〜７００）２５部
およびアセトン６０部を混合し、これにさらにジシアン
ジアミド５部およびシクロｌコーフェニルジメチルウレ
ア２部を混合して溶液とした。この溶液をこの発明の熱
硬化性樹脂組成物溶液として、これを離型紙」二に塗布
乾燥し、厚め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７％であった。

一方、Ｍｏ１０．５％、Ｃｒ２．５％、Ｐ２．．１％。

Ｃ３，６％、残部Ｆｅの化学成分からなる粒度Ｉ５０メ
ツシュ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２１謁、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熱硬化性樹脂シート
を貼りつけたのち、鋼製母材の垂直面に接着した。しか
るのち、１８０℃で２０分間加熱して上記熱硬化性樹脂
シートを硬化させた。この硬化により、合金粉末シート
は鋼製母材に強固に接着し、衝撃などを加えても脱離す
ることはなかった。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２５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１．６〜１．６５ｍｍ、硬さがＨＲＣで６２〜
６５．密度が７．６〜７．７５　ｇ／ｃＪの耐摩耗性合
金層を形成できた。

実施例２ 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熱硬化性樹脂組成物
溶液とし、これをプレス成形して、厚み２０μｍのシー
トとじた。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、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１〜ルエンを用いて湿式混練
したのち、ロール圧延して、厚みｌ＋ｎ、密度４．６５
ｇ／ｃｔＡ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熱硬化性樹脂シート
を貼りつけたのち、鋼製母材の垂直面に接着した。しか
るのち、２００℃で１５分間加熱して上記熱硬化性樹脂
シートを硬化させた。その後、水素ガス雰囲気中２０℃
／分の速度で１．０８０℃まで界温し、この温度で１５
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０．８〜０．８２ｍｍ、硬さがＨＲＣで６１〜
６３．密度が７．６〜７．７ｇ／ｃｄの耐摩耗性合金層
を形成できた。

実施例３ ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂　７０部（エポキ
シ当量１８４〜１９４） ビスフェノールＡ型固形エポキシ樹脂　３０部（エポキ
シ当量６００〜７００） アセトン　７０部 平均粒子径１μｍ以下の鉄粉末　５部 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熱硬化性樹脂組成物溶液とし、こ
れを離型紙上に塗布乾燥し、厚み２５μｍ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６．８％であった。

一方、実施例Ｉ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＃（メタ）アルキルニスデル系
樹脂３．５％とを、溶剤としてトルエンを用いて湿式混
練したのら、ロール圧延して、厚み１．５１ｍ、密度４
．８ｇ／ｃ＋ａ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熱硬化性樹脂シート
を貼りつけたのち、鋼製母材の垂直面に接着した。しか
るのち、１９０℃で２０分間加熱してに記熱硬化性樹脂
シートを硬化させた。その後、水素ガス雰囲気中１０℃
／分の速度で１．１０　（１’Ｃ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
た厚さ力月、３〜１．３５＋＋＋＋、硬さが１（Ｒ，Ｃ
で６０〜６２．密度が７．５〜７．７　ｇ　／　ｃ−の
耐摩耗性合金層を形成できた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ！１１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するにあ
   たって前記成形体と前記母材との間に熱硬化性樹脂を必
   須成分とした焼結条件下で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を介在させ、この組成
   物を熱硬化させて前記成形体を前記母材上に接着固定し
   たのら、非酸化性雰囲気下で前記成形体の焼結温度まで
   昇温しで焼結することを特徴とする金属粉末成形体の焼
   結方法。 （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（１１項記載の金属粉末成形体の焼結方法。