JPS60500376A - 表面変形粉末金属部品とそれを製造する方法 - 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】 表面変形粉末金属部品とそれを製造する方法 本発明は粉末金属（Ｐ／Ｍ　）部品（ｐａｒｔ　）に関し、特に心と異なる特注 （すなわち密度、硬度）及び／部品の製造方法にも関する。これらの部品は粉末 金属技術の利点と機械加工あるいは鋳造部品の利点を結びつける。本発明の製品 は粉末冶金の分野に重要に寄与する。

粉末冶金では所望の部品の形状を有する凝集体に金属粒子（例えば粉末）を圧縮 し、次に該粉末の融点以下のある温度で還元雰囲気中で該圧粉体を加熱すること によってこれらの粒子を溶融することは周知である。フ０レスと焼、拮で知られ た技術は強力な金属部品を製造し且つ従来の鋳造及び機械工程よりも少ない時間 、原料及びエネルギーで済む。

粉末冶金は当業界で周知である。例えば、ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ＋ 　Ｆ、　Ｖ、　Ｌｅｎｅｌ＋　Ｍｅｔａｌ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅ ｓＦｅｄｅｒａｔｉｏｎ　（１９８０）　；　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｐｏｗ ｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ＋　Ｈｅｎｒｙ　Ｈ，Ｈａｕｓｎｅｒ＋　Ｃｈｅｍ ｉｃａｌ　Ｐｕｂｌｉ−ｓｈｉｎｇ　Ｃｏ、　（１９７３）　；　Ｔｅｃｈｎｏ ｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌ　Ｐｏｗｄｅｒｓ＋Ｒｅｃｅｎｔ　Ｄｅｖｅｌｏｐ ｍｅｎｔｓ　１９８０．　Ｌ、　Ｈ，Ｙａｖｅｒｂａｕｍによる編集、　Ｎｏｙ ｅｓ　Ｄａｔａ　Ｃｏｒｐ−（１９８０）　；　ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒ ｇｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＋　Ｎｅｆ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｎｄＡｎａ ｌｙｓｅｓ　＋　ＦＬ　Ａ、　ＫｕｈｎとＡ、　Ｌａｗｌｅｙによる編集。

Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ　（１９７８）；　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　５ ｃｉｅｎｃｅａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｊ、に、Ｂｅｄｄｏｗ、Ｃｈｅｍ ｉｃａｌ　Ｐｕｂｌｉｓｈ−ｉｎｇ　Ｃｏ、（１９８ｆ））；　５ｏｕｒｃｅ　 Ｂｏｏｋ　ｏｎ　ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ、Ｓａｍｕｅｌ　Ｂｒａｄ ｂｕｒｙ、Ａｍｅｒｉｃａｎ　５ｏｃｉｅｔｙｆｏｒ　Ｍｅｔａｌｓ　（１９７ ９）　；　Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ＋　Ｍ、Ｂ、　Ｗａｌｄｒｏｎａｎｄ　Ｂ、　Ｌ 、　Ｄａｎｉｅｌｌ、　Ｈｅｙｄｅｎ　＆　Ｓｏｎ　（１９７８）　；　Ｔｅｒ ｍｓＵｓｅｄ　ｉｎ　Ｐｏｗｄｅｒ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ、Ｉｎｔ’ｌ　Ｐｌ ａｎｓｅｅ　Ｓｏｃ。

ｆｏｒ　Ｐ／Ｍ　（１９７５）　；　Ｐｏｗｄｅｒｅｄ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｔｅｃ ｈｎｏｌｏｇｙ。

Ｊ、　ＭｃＤｅｒｍｏｔｔ＋　Ｎｏｙｅｓ　Ｄａｔａ　Ｃｏｒｐ、（１９７４） 　；　ＰｏｗｄｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ｆｏｒ　Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ＋Ｊ−ＢｕｒｋｅとＶ、Ｗｅｉｓｓによる 編集５ｙｒａｃｕｓｅ　Ｕｎｉｖｅｒ　−５ｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ　（１９７２） ；　ａｎｄ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　ＭｅｔａｌＰｏｗｄｅｒｓｒ　Ａ、Ｒ， Ｐｏ５ｔｅｒ、Ｒｅ１ｎｈｏｌｄ−Ｌｉｔｔｏｎ　（１９６６）　。

粉末冶金部品は製造上の利点に反して、それらは重要な欠点がある。全ての粉末 冶金部品はある程度有孔性である。粉末冶金部品の原料である金属粉末は焼結中 に決して液化しないし、圧縮形状の変形粒子間に存在する空孔（穴）は仕上げ製 品にも残る。

穴が連かった網をとシまく堅固な金属の特徴のある組織は粉末冶金製品をフィル タや自己潤滑ベアリングのような流体に浸透性が必要なものへの適用に理想的な ものにする。しかしながら、粉末冶金部品が強くて耐久力があるように設計する 場合（パ構造″部品のように）、プレス後焼結された製品の固有の孔によって鋳 造あるいは機械加工されたものよりとれらの部品が腐食損傷に対してより影響を 受けやすい。開放した空孔網の存在のために外面と内面が環境を悪化させる影響 にさらされている。これらの広い面はこれらの部品を化学薬品によって劣化しや すくもなる。

更に、粉末冶金部品は同じ成分の鋳造又は機械加工品が示すよシ低い表面硬度を 示す。というのは粉末冶金表面のある部分は開放スペースであるからである。更 に又、連続的な金属メッキを施したりあるいはプレス後焼結した部品の多孔性表 面にある種の均一仕上を施すことは非常に困難である。

小さな体積の孔従って小さな表面の孔を有する粉末冶金製品を製造するのに必要 な技術は周知であるが高価である。該製品の連なった孔は１回以上部品をプレス し焼結することによっであるいはそれらの溶融温度に非常に近い温度で圧縮粉末 を焼結することによって減少し且つ完全に高密度の粉末冶金部品は特殊なオート クレーブ装置内で該金属粉末を焼結温度でプレスすることによって製造されてい る。゛残念ながら、粉末冶金部品を再プレス及び再焼結が半分彦ので消えつつあ り、高温焼結はよシ以上のエネルギーと特殊な炉設計を要し、且つ″熱間プレス ”に必要な装置は高価でその生産能率は低い。従って、高密度粉末冶金部品は、 経済性がこれらの強大な資本のいる製造技術の使用を許容する場合にのみ利用さ れる。

粉末冶金部品の組織と成分を異にする方法を記載する従来技術を再検討して以下 の特許が注目された。

米国特許第３，３２０，０５８号Ｋｒｏｃｋらは高密度外面と制御された穴の心 を有するタングステン組織に関する。

そのよりなパ武装した″組織は１１００℃ないし１４．００℃での焼結前にニッ ケル粒子を圧縮タングステン粉末の表面に振シかけることによって達成される。

この温度範囲ではニッケルがタングステン粒子−の粒界に沿った圧縮心向に拡散 する。ニッケルは拡散のだめの活性化エネルギーを低下させることによってタン グステンの焼結を活性化させる。このため内部に拡散するニッケルはタングステ ン圧粉体の表面を完全に濃縮させる。得られたタングステン組織はイオンエミッ ター、浸透性皮膜、ガ゛ス及び液体のような流体の管及び流体フィルタとして用 いられることが記されている。それらは紙フィルターその他のような繊維材料の 代わりとして提案されている。

５ Ｊａｃｑｕｉｅｒの米国特許第２，６４４，６５６号はアルカリ蓄電池用の多孔 性板に関する。該板はニッケルあるいは続いて焼結され又は溶融されたニッケル 被覆鉄の多孔性粒子からなる。種々の粒子は共に溶融され、強化されあるいは完 全な多孔性体を形成する。鉄粒子上のニッケル被覆はそれがニッケルと鉄の全量 の２０％を超えることががなシ重要である。

Ｊａｃｋｓｏｎの米国特許第３，６８２，０６２号は厚さを貫通するクロムで焼 結鉄含有金属長を開示している。

Ｍａｙｎａｒｄらの米国特許第３，９８９，５５８号はオスミウムとルテニウム で被覆されたタングステンカーバイドのようなコバルトで焼結されたカーバイド を記載している。被覆はコバルト内に拡散するようになされる。

上記特許に加えて、以下の米国特許が本願で考慮された。Ａ１１ｅｎの第１，２ ９１，３５２号；　Ｏｒｌｅｍａｎｎの第３．５２０，６８０号；　Ｒｕ５ｓｅ ｌの第２，３５７，２６９号；Ｂａｒｔｌｅｔｔの２，７５３，８５９号；　Ｓ ｗａｒｔｌｅｙの１，２６３，９５９号；　Ｈａｒｄｙの２，０３３，２４０号 ；　Ｌｕｔｈｅｒの第２，６７９，６８３号；　Ｈｏｍｅｒの２，９３３，４１ ５号及びＫｌｕｔｚの第３，３９５，０２７号。

本明細書中に記載した本発明は上記の如き広範囲な工程や高温装置を使用しない で、プレス及び焼結を施した部品（ｐａｒｔ）表面を修正（変形）させる手段を 提供する。表面修正は成分及び／又は組織で該部品の本体と明らかに異なる金属 層を・表面上に焼結させることによって行なわれる。この個別の金属表面層は未 焼結（ｔｔ　ｇｒｅｅｎ　ｎ　）又は焼結の粉末冶金部品を高温粘結剤中の金属 塗料スラリーで破覆し、次に代表的な方法で該被覆部品を焼結することによって 製造される。焼結中、被覆金属塗料は溶融して焼結粉末冶金部品の表面に最も好 ましくば１ｏないし５０ミクロン厚の明確な金属層を形成する。この層の成分と 組織は被覆スラリーの成分にょシ且っわずかながら焼結時間と温度にょ逆制御さ れる。

本発明は修正された表面層を含む粉末金属部品を提供する。その表面層は１つ以 上上の特性と異なる特性を有する。修正面は被覆をしない部品の硬さ特性と異な った硬さ特性（代表的には硬さの上昇）、化学薬品に対する異なった抵抗、異な った多孔性、及び本発明の詳細な説明から明らかになる他の特性を有してもよい 。このように本発明はこれ迄知られていない新金属部品を提供する。

本発明に従って好ましい金属部品を得るためにいくつかのパラメータを変化させ る。上記”焼結可能な″被覆から形成された金属層の品質に影響を与える１つの 重要な・ぐラメータは被覆液中の金属塗料のサイズである。該被覆中の金属粒子 は１５ｏミクロン程でよいが２０ミクロンを超えない粉末サイズが最も好ましい 。微細粒子は被覆液によって表面孔（第１図）に“橋かけ”を可能にし多孔性表 面に連続層又は外皮を形成する。そのような粉末を使用することは焼結後連続被 覆層中の孔が、平均直径５゜ないし１００ミクロンの金属粒子で作られる粉末冶 金部品の本体中の孔よシ小さな大きさにも並ぶととが保証される。粗大粒子やそ れ自身多孔性の粒子を使用すると粉末金属基板の多孔性比率より大きな該比率を 有する焼結被覆を有する。

被覆塗料の選択が球状粉末に限定されないことが本発明でも意図されている。フ レーク状及び針状粉末も粉末冶金部品に独特の高密金属皮膜を形成する。

被覆用に選ばれた塗料の形態にもかかわらずその成分は焼結中連続的外皮が形成 するものであシ粉末冶金部品の内域は該被覆を形成する焼結金属粒子が実質的に 又は全て留まらない。

該部品の外面の連続的焼結外皮の形成は急速焼結材料としてこの後、述べられる どのクラスの金属と合金塗料をも含む液体被覆を述べることによって達成される 。これら本発明の被覆の生成基地材は基本的なものであり且つ被覆部品が７暁結 されるべき温度で溶融し且つ溶解なしで合体することが周知の合金粉末である。

急速に焼結する成分は焼結被覆の物理的組織あるいは凝集性を与える。被覆の着 色はいくらかはいつも存在するがこれらの急速、焼結塗料に限定される必要がな い。実際、該被覆用の骨格組織を与えるために十分な量でのみ存在しなければな らないので、急速２暁結塗料の比率が着色剤の全重量の５襲のみである。

急速焼結材料の組合せを構成する正確な金属と合金は一般に規定し得ない。その 代わり、被覆が使用される焼結温度の範囲によって各々が決定される。

例えば、鉄、ニッケル、コバルト、及びそれらの合金は約１０５０℃以上の温度 で急速に焼結する。従ってこれらの金属は１１００℃と１３００℃の間で代表的 に焼結される鉄及び鋼（鉄系）粉末冶金部品用の焼結可能な被覆の基地材である 。これらの同じ金属は、黄銅あるいは青銅粉末冶金部品に用いる本発明の被覆に 不可欠でないというのはこれらの部品は約９００℃以下で焼結されるからである 。逆に、銅は鉄系部品に用いる急速焼結成分とみなさない。というのはそれは１ ０８０℃で溶解し、黄銅と青銅基板に使用する急速焼結金属とみなすからである 。

好ましい特性を有する焼結外皮を製造するために多くの塗料が基本的な急速焼結 材料との関連で種々の比率で使用し得ることも本発明では意図するものである。

焼結温度で液体である塗料は該被覆に添加させて、該製品の密度と他の塗料の焼 結速度を上昇させることもできる。一般的に塗料の全重量の約２０係以下に低融 点金属の比率を制限し、液体金属が焼結中に該部品の本体内に全体が吸収される のを防止するのが好ましい。

代表的な焼結温度で互いに反応（焼結）しない高融点元素又は合金は上記のよう な急速焼結金属、も含む被覆に用いられ得る。耐火金属（例えばタングステン） 及び金属化合物（例えば炭嘴を素）でさえ、焼結後基板と未反応粒子及び互いに 結びつけるためにスラリー中に十分な量の急速焼結金属がある限り、混合せしめ られる。当業者は好ましい特性を有する被覆を製造するのに要する最適金属量を 決定する困難さはない。

粉末冶金部品の基地金属から被覆内の他の金属（例えば鉄含翁アルミニウム）と の発熱あるいは化学量論的反応はそれらの反応が焼結を妨害するため避けるべき である。

本発明によれば仕上げ金属部品の組織と特性はかなシ変化し得る。被覆スラリー 内の特定の元素仕上製品の組織と特性を決める。例えばニッケルあるいはステン レス鋼を含有する被覆は良好な耐食性を有する焼結膜を鉄あるいは鋼粉末冶金部 品に形成する。

該被覆がそれらの金属の６０ないし１００重量％を含有する場合、最良の実施が なされる。鉄系部品の表面の孔は銅塗料を含有する被覆によって減少あるいは除 去される。低融点塗料（すなわち銅、錫等）の量は該被覆内に１０ないし２０重 量係のみが好ましい。鉄系粉末冶金表面の穴はもし必要なら６０ないし９５係の スポンソ鉄粉末を含有する被覆をその穴に焼結することによって上昇される。

クロムのような硬質金属あるいは炭素のような侵入硬化元素を更に含有する本発 明の被覆は鉄粉末冶金部品の表面硬さを上昇させ且つ鉄あるいはニッケルと炭化 タングステン又は窒化はう素を混合する被覆は耐久、耐摩耗表面を形成する。こ れらの硬質面及び耐摩耗焼結被覆は硬質様（例えば炭化珪素）の９５％だけ含有 させることができる。

本発明によれば被覆を含む金属粒子は液体粘結剤内で部品に適用される。当技術 で知られたいずれの粘結剤も使用されるが、本発明での使用に好ましい粘結剤を 考慮して選択すべきである。その粘結剤はスプレー、ブラシ又は浸漬技術により 、金属塗料を粉末金属部品に容易に適用し得るのみならず温度が焼結温度に上昇 するにつれ部品表面に該金属塗料をも保持する。

該被覆内の粒子間及び粉末冶金圧粉体を構成する粒子間の拡散を妨げないのが好 ましい。粘結剤は高温で蒸発するかあるいは焼結部品から容易に除去し得る軽く 伺着した残余を少なくとも生じるかが好ましい。しかしながら、粘結剤が硬化膜 内の塗料の高濃度、最も好ましくは７５重量φ以上が可能であることがより好寸 しい。

特に適当であった粘結剤の１つは燐酸塩陰イオン及びクロム酸塩（又はツクロム 酸塩）及び又はモリブデン酸陰イオンからなる。その溶液の１種は金属表面処理 用として知られている。例えばＫｉ　ｒｋと０ｔｈｅｒのＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄ ｉａ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ第２回、第１８巻、イン ターサイエンス出版、ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ　＆　５ｏｎｓ社、１９６９年（２９ ２−３０３−”−ジ）は燐酸塩とクロム酸塩被覆を記載する。米国特許公報には 金属の保護被覆用の被覆溶液又は分散液を記載している。その成分は金属粒子を 多孔性部品に供給するのに適幽である。そのような成分はＡ１１ｅｎ（第３．２ ４８，２５　］号）　：　Ｂｒａｕｍｂａｕｇｈ　（第３，８６９，２９３号） ；Ｃｏ１１ｉｎｓ　（第３，２４８，２４９号）　；　Ｗｙｄｒａ　（第３，８ ５７，７１７号）；Ｂｏｉｅｓ（第３，０８１，１４６号）；Ｒｏｍｉｇ（第２ ．２４５，６０９号）；Ｈｅｌｗｉｇ（第３，９６７，９８４号）　；　Ｂｅｎ ｎｅｔｃｈ（第３．４４．３，９７７号）；Ｈｉｒｓｔ（第３，５６２，０１１ 号）；その他に開示されテイル。

これらの開示は参考として本明細書中にも示されている。

本発明では特定の金属添加物で用いられる燐酸塩成分の中で広い範囲に用いられ ることが注目される。

例えば上記Ａ１１ｅｎ特許（米国特許第３．２４８，２５１号）に関して、燐酸 塩粘結剤が種々の濃度及びその特許で開示された他のモル関係に限定される必要 がない。

少なくとも約０５モルの燐酸塩と約０．２モルのクロム酸塩及び／又はモリブデ ン酸塩が存在することは好ましいが必要ではない。Ａ１１ｅｎ特許は金属酸化物 、水酸化物又は炭酸塩によって金属イオグを供給することも示している（例えば コラム７参照）。本発明ではそのような添加は任意である。

ここで用いられる水性粘結剤のＰＨは約１．０ないし約３０の範囲にあるのが好 ましいが必ずしも必要でない。

該米国特許に記載されたクロム酸塩／燐酸塩粘紹剤を使用する場合しばしば溶液 の流動を変えてニッケル、クロム又はタングステンのような重金属塗料のチキソ ｈローフ０で安定な懸濁液を形成することが必無機液、特に珪酸カリウム及びナ トリウムのような水溶性のアルカリ珪酸塩がある。珪酸アルキル（例えばエチル ）のような珪酸塩を発生させる液体も含まれる。高アルカリ度よりむしろ低アル カリ度を有するもの例えば高５ＩＯ２／Ｍ２０モル比を有するものが用いられる ことは好ましい。他の有用な粘結剤はンリ１３ コーン及びフェノール樹脂のような合成有機粘結剤及びほう酸塩その他のような 無機ガラスを含む。

上記のような粘結剤中に金属塗料の混合物からなる被覆は市販粉末冶金部品に特 に充分に適用される。

粉末冶金部品は周知のように鉄、鋼、ニッケル、コバルト、銅、アルミニウム、 耐火酸化物、貴金属及びその合金からなる金属で構成される。これらの芋板材料 の成分及び特性は金属粉末工業連合明細書第３５号に記載されている。該明細書 はまた特定の化合物用に所望の特性を達成するために要する焼結時間及び温度を も規定する。前記明細書はこの中に参考として含まれている。

本発明の焼結金属部品を形成する際、金属粉末が形成すべき部品の所望形状に圧 縮される。未焼結部品の組織はプレート■に図示されている。

該圧粉体は被覆を適用する前に焼結せしめられ、その場合、第２の焼結作業が、 該被覆を溶融、不浸透又は多孔性にした後用いられる。該被覆を、圧粉体がバグ リーン″（未焼結）状態の時に行なうことも十分なものでおるが、その場合、単 一焼結作業のみが必要とされないがこれは被覆かたされてから行なわれる。もし 鉄粉末冶金部品が銅粒子で侵入されるなら被覆を行なう前に該圧粉体を焼結する の力二力）なり好ましい。すもなければ、被覆を行なう前又は後に圧粉体を焼結 するかは任意である。

液体被覆を部品に塗布して乾燥し実質的に難水溶性膜に硬化される。その膜は粉 末冶金心の表面で孔を被覆充填あるいは橋かけを行なう個々の金属を有した１５ ないし１００ミクロン厚が最も好ましい。

被覆圧粉体の組織はプレート■で示される。

被覆部品は次に焼結炉内に置かれ真空又は通常窒素、水素、−酸化炭素、二酸化 炭素及びメタン又はプロパンからなる還元雰囲気内で粗大金属粉末を相互圧粉体 に溶融するに十分な温度で加熱される。同時に被覆中の微細金属は連続体でそれ 自身圧縮形状の金属での合金に焼結される。部品を冷却すると、機械的仕上げ技 術によって粘結剤残余が表面から除去される。焼結被覆の組織と焼結部品がプレ ート■で示される。

被覆部品はプレスされ再び焼結されすなわち非常に高温で焼結されあるいはプレ スと焼結が同時になされるけれど、従来のプレスと焼結技術は本発明で得られた 部品面の組織的及び／又は成分的変形を行なうには不十分である。従って、本発 明は次の処理として市販の粉末冶金部品にとって又は硬化被覆（未焼結）の部品 が製造し得る粉末冶金部品において有用である。これらの製品は本発明に係る価 値ある中間生成物である。

５ 本発明の目的と利点は金属顕微鏡写真に基づいた次の焼結可能な被覆の例を述べ ることによって明白ニッケル粉末を以下の成分のクロム酸塩／燐酸塩中で分散し た。

１００．０ｇ水 ３７．３９　燐酸（８５％） ５．０ｇ　酸化マグネシウム １６．０．９　ジクロム酸６水和マグネシウム２．７，９　ヒ、−ムドシリカ（ Ｃａｂ−０−８ｉｌ　Ｍ−５）７５．０ｇ　ニッケル粉末（−３２５メツシユ） ０．３ｍｌ　非イオン界面活性剤（Ｔｒｉｔｏｎ　Ｘ−１００）ニッケル／クロ ム酸塩／燐酸塩スラリを噴霧イオンと銅粉末の圧粉体上にスプレーした。３０ｔ ／インチ２で約６．６　ｇ／　ｃｃの密度にプレスした小さな円板の組織を第２ 図に示す。ニッケル被覆を３４３℃で硬化した後、圧粉体を真空中、１１２１℃ で１時間半焼結した。得られたものは焼結ニッケル表面を有する焼結金属粉末冶 金円板であった。第３図は焼結ニッケル被覆を有する焼結鉄円板を示す。

焼結部品上に形成された被覆は多孔性であったが５チ塩噴霧（ＡＳＴＭ　Ｂ１１ ７　）中赤錆なしで７２時間該四躬φぶテの寸才〒あｈうＡに♀る二、ッケルが 表面にあった。焼結前に被覆されなかった他の鉄円板は塩霧中１時間以内に錆び た。この実施例は被覆すべき部品が、合金焼結化した被覆を形成する金属で処理 する場合焼結されなかったことを示す。従って本発明は未加工部品に適用可能で ある。

実施９１．２ 実施例１に記載したスラリーの３つの被覆が鉄（９５％）、ニッケル（２チ）、 銅（２％）及び炭素（１チ）粉末をプレスし、焼結した粉末冶金平歯車に噴霧さ れた。該被覆の各層を３４３℃で１時間半便化した。第４図は該歯車の表面上の 硬化被覆を示す。該被覆は約６０ミクロン厚であった。

被覆歯車を真空中で１１２１℃に加熱しその温度で１時間半保持し次にアルゴン ガス中に焼入れすることによって急速に冷却した。その温度で被覆中のニッケル 粒子を焼結し該歯車の表面にニッケルリッチの層を形成した。第５図は多孔性部 品の焼結被覆を示す。焼結被覆は約２０ミクロン厚であった。

この焼結被覆はいくつかの微細な孔を含んだが該部品の表面に合金化した付随的 ニッケルは５％塩噴霧（ＡＳＴＭ　Ｂ１１７　）中で赤錆発生なしで１００時間 該歯車を元の状態を可能にしだ。未被覆歯車は塩霧中で５時間以内で錆びた。被 覆中の焼結可能な金属（例えば二、ケル、鉄又はコバルト）の合金の存在１７ は仕上げ多孔性部品の特性である。

実施例３ 実施例２に記したいくつかの歯車を真空の代ゎシに吸熱ガス（３９％Ｎ２．３９ ％Ｈ２ｒ　２０％ｃｏ及び２％Ｃ０２）を燃料にした焼結炉で１１２１℃で１時 間半焼結した。炉内で製造した焼結被覆は非常に均一で高密度であった。外部層 は粉末冶金部品よシ明らかに高密度であった。一般的に、被覆すなわち外部層及 び合金の密度は約２％である。第６図は製造炉雰囲気中で製造した焼結被覆を４ ００倍の大きさで示す。

実施例４ ニッケル粉末を以下の成分の珪酸塩粘結剤に分散５０ｍ１　珪酸カリウム（Ｋａ ｓｉｌ　＋　１）７５．９　ニッケル粉末（−３２５メツシユ）この被覆を実施 例２と３で用いたのと同じ鋼粉末冶金歯車上に噴霧し厚いゆるく積層した被覆層 を形成した。珪酸カリウム粘結剤は室温で硬化する。第７図はニッケルで被覆し た銅粉末冶金歯車を示す。

該被覆は硬化する迄数日（４日）間周囲温度に置いた。次にそれを真空で１１２ １℃で１時間半焼結した。

この温度で被覆中のニッケル粉末を焼結し多孔性ニッケル°゛スポンジ”表面層 を形成した。第８図は鋼粉末冶金部品上の焼結ニッケル珪酸塩被覆を示す。

該焼結被覆は非常に圧縮性があり例えば潤骨剤、樹脂、冷却剤等の液に対する耐 食溜めとして有用である。この被覆部品は歯車や負荷ベアリングブツシュのよう な潤滑面を有する強力な高密度部品を必要とする場合に有用である。

同じく被覆した歯車を実施例３に記した吸熱雰囲気内で１１２１℃で焼結した場 合、形成された金属層は異常なパスパイク状”顕微鏡写真を示した。この層はク ロム酸塩／燐酸塩粘結剤を使用するニッケル粒子被覆から作られた層よシ硬いこ とがわかった。

水（１８ｇ／８２ｇ水）で溶解したＰＡ″Ｇ″珪酸塩のような珪酸ナトリウム溶 液はＫａ　ｓ　ｉ　ｌ≠１に代わる適当なものである。

実施因中 実施例１から４迄で、ニッケル粉末を８０％ニッケルと１０重量％コバルトの混 合粉末で変換し、鉄部品に合金被覆を形成した。塩噴霧に対してすばらしい抵抗 を見出した。

実施例ｐ 実施例１から４において、被覆スラリーのニッケル粉末を、３２５メツシ一未満 にふるいをかけた３１６Ｌステンレス鋼粉末に代えた。その焼結被覆はニッケル 粉末を用いて製造したものより多孔性であった。しかしながら、該被覆部品の塩 耐食性は鉄粉末冶金部品のそれより著しく良好であった。

実施例７ ニッケル粉末と炭化タングステン粉末の混合物を以下の成分のクロム酸塩／燐酸 塩粘結剤中に分散した。

９００ｇ水 ２０．０９　８５係　Ｈ３ＰＯ４ ８０、０９ニッケル粉末（−３２５メツシユ）ｓｏ、ｏ９　炭化タングステン粉 末（−４００メッシ、）０、４　ｍｌ　非−イオン界面活性剤（Ｔｒｉｔｏｎ　 Ｘ−１００）　５この被覆をＦｅ−Ｎｉ−Ｃｕ粉粉末冶金両歯車噴霧して１時間 半３４３℃で硬化した。第９図は平歯車上の硬化被覆を示す。

被覆歯車を次に真空中１１２１℃で１時間半加熱した。硬化炭化タングステン粒 子からなる得られた焼結被覆は限定され低多孔性の軟ニッケル地に分散した。第 １０図は焼結被覆の組織を示す。

実施例８ 実施例７の粘結剤を界面活性剤とヒーームドンリカなしで構成した。この粘結剤 は低粘度だったので、重粒子は素早く懸濁液から沈積した。それにもかかわらず 定期的に溶液を攪拌することによって被覆を粉末冶金歯車に噴霧した。実施例７ に記した特性の被覆を焼結後得た。

実施例９ 鉄粉末を以下の成分のクロム酸塩／燐酸塩に分散４０９　８５％　Ｈ３Ｐ０４ １０ｇ　水酸化アルミニウム、乾燥グル１５０９　噴霧鉄粉末（−３２５メツシ ー）この被覆を５．８９／ｃｃのみの密度を有する焼結鉄粉末冶金円板上に分散 させた。被覆した円板を真空中、１１２１℃で約１時間半再焼結した。焼結被覆 は多孔性であった。しかしながら、その多孔性は円板心のそれよシもわずかであ った。第１１図は被覆され再結晶した鉄円板を示す。

次に片側を加圧した装置で該円板をクランプし、該円板の２つの側面で圧力を等 しくさせるために十分な空気が円板を介してもれる迄時間を測定した。

該鉄円板は非常に大きな相互に接続した孔を持つ２１ ていたので圧力は３分以内で等しくなった。焼結鉄被覆は該部品を完全にシール しなかった。しかしながら、圧力が被覆円板で等しくなるのに３０秒かかった。

これは被覆（部品の表面が焼結され合金化された）と部品それ自身の間の多孔性 （孔の大きさと数）において差異を生ずる。

実施例１０ 上記実施例に記した被覆をニッケルの未焼結圧粉体上に噴霧した。該圧粉体の密 度は７．２９／ｃｃであ、った。該部品を１２００℃で真空焼結した時均−外皮 が表面に形成された。この外皮のエツチングは該外皮がほとんど純鉄であること を示した。

上記実施例に引用したように該部品の全体の外周に連続層として焼結被覆を配設 するのはしばしば好ましい。しかしながら、ある場合被覆は連続する必要がない 。所定の適用を要する時、該部品の領域を選択的にマスクして被覆をしない。

ここに記載した本発明は、同じ基地金属成分の鋳造又は機械加工特性値と同じか ずぐれた表面特注をイｊする個々の金属粉末から経済的に金属部品を製造する手 段を提供する。粉末冶金技術によって通常製造された多くのもの（すなわち歯車 、ベアリング、レバー、カム、アクチーエータ等）は以前可能であった以上に硬 く、耐摩耗がアり耐食性のある表面を有して製造され且ついくつかの新しい製品 も製造されることを考慮している。

例えば本発明は鉄と黒鉛粉末から直接クラツド鋼板を製造する手段を提供するも のである。鉄と黒鉛粉末が連続相ス）　ＩＪッフ０に圧延され焼結炉に直接供給 され連続的粉末冶金鋼板製品を製造するのが知られている。しかしながら、ビレ ットの熱間及び冷間圧延技術に対して経済的節約が小さいため実施不可能となる 。しかしながら、もし本発明に従ってステンレス鋼又はニッケル塗料を含む被覆 で粗ストリ。

プを噴霧するならば焼結製品は従来の圧延製品より耐食性ですぐれ且つ製造性に 延性及び経済的なステンレス鋼合金又はニッケルクラ、ド炭素鋼である。

焼結可能な被覆は粉末冶金製品に限定されない。

本発明はいかなる金属製品（鋳造、鍛錬、又は粉末冶金）でも加工し得るもので 被覆を焼結するに必要な温度にすることが可能である。

実際、実施例１に記した被覆は］１２１℃で１時間半焼結して１０１１１！・ぐ ネル上に非常に高密度のニッケル膜を製造した。得られた被覆を第１２図に示す 。

上記及び本発明で示した原理から冶金技術に重要な寄与をしたことが明白である 。本発明の種々の例の均等は本発明の考慮と範囲内にあると考えられる。

浄書（内容に変更なし） 粉床胎金部品の孔の才宸慢″橿カ゛１す″焼結＃０だ、悔全薦圧粉Ｉ本 婿７佑参円沃でズ完結翠虚罹 ・刀七＾与阜汽珍イトぎＰ品０石耐イしオ皮竣渋結粉禾冶仝部品Ｏゾ禿結ネ皮覆 ゾ売糸か粉末冶金七千品のス売酷積 ニッケル被橿ｊ嘱偏卓 ＦＩＧ、８ オ釘糸占二・ソプルの多孔・１呟才皮覆ｎ歪呵オ介右金部品叩１１叡の贋化砿覆 ＦＩＧ、　１０ ニッケルＯ右り覆艷の刈１告ＷＣ鮮 ＦＩＧ、１１ 初覆２匹焼結され后銭円叛 ＦＩＧ、　１２ 漬・皓コ湧して゛〃的！されＦＭｉ＠仝丙ＦＩＧ、１３　＆Ｍ桝ａ＋釆ｒ＊、４ 吉ＪＥＪｈｌｔ−２ＡＩｃ’　ＷＦＩＧ・１４　備結りへ緑龜の倦禰雑 ＦＩＧ、１５　焼、飼ハ隻のＸ皮覆一部品の模式１図手続補正書Ｃ方式） 昭和５９年１２月−７日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、　事件の表示 ＰＣＴ／＃、Ｓ’８３１０２０５’？ ２、発明の名称 表面変形粉末金属部品とそれを製造する方法ろ、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　セルマチック　インターナショナル　インコ〒ポレイテイド４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５、補正命令の日付 昭和５９年１１月２７日（発送日） ６　補正の対象 図面翻訳文 Ｚ　補正の内容。

図面翻訳文の浄書（内容に変更なし） ８、添付書類の目録 図面翻訳文　１通 田際、１均Ａ”報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ］、　プレス及び焼結心を有する複合焼結部品において、該部品が、無機の特定 の材料を有する焼結金属表面層で被覆され、前記金属表面層が該金属部品の心の 特性と異なる特性を有するプレス及び焼結心を有する複合焼結部品製品。 ２、前記焼結被覆層の特性が少なくとも下記特性。 化学成分、硬さ、多孔性及び化学薬品と腐食に対する抵抗、 の少なくとも１つにおいて該プレス及び焼結心のそれと異なる請求の範囲第１項 記載の製品。 ３　前記心の内部領域は前記被覆を構成する金属がない請求の範囲第１項記載の 製品。 ４、前記金属部品が多孔性心を有し且つ前記焼結金属表面層が該部品の外面に開 放している孔の開口を覆う請求の範囲第１項記載の製品。 ５、　前記心の内部領域は前記被覆を構成する金属がない請求の範囲第４項記載 の製品。 ６、　前記焼結金属部品が金属粒子を含み、且つ前記表面層が、該金属部品を含 む該金属粒子の焼結温度で拡散付着を生ずる請求の範囲第１項記載の製品。 ７、　前記表面が、前記金属部品を含む金属粒子の焼結温度で拡散付着を生ずる 少なくとも１つ以上で構成される請求の範囲第６項記載の製品。 ８、前記表面層の平均的多孔性が前記粉末金属部品の心のそれと異なる請求の範 囲第・４項記載の製品。 ９、前記表面層の平均的多孔性が前記粉末金属部品の心のそれよシ小さいが大き い請求の範囲第４項記載の製品。 １０、前記表面層の平均的多孔性が前°記粉末金属部品の心のそれと事実上同じ 多孔性である請求の範囲第４項記載の製品。 １１、前記表面層が前記部品本体の全外周で連続層である請求の範囲第４項記載 の製品。 １２、前記焼結粉末金属部品が鉄、ニッケル、コバルト、及び鉄合金を含むそれ ぞれの合金である請求の範囲第４項記載の製品。 １３　前記部品が鉄部品であシ、且つ前記表面層が鉄、ニッケル又はコバルト及 びそれぞれの合金から選択される請求の範囲第１２項記載の製品。 １４、前記表面層が銅、亜鉛、チタン、ツルコン、ハフニウム、バナジウム゛、 ニオビウム、タンタル、マンガン、クロム、モリブデン、又はそれぞれの合金か らなる群から選択された金属を含む請求の範囲第１３項記載の製品。 １５　前記表面層の界面と前記焼結金属部品の心が接触金属の合金である請求の 範囲第１３項記載の製品。 １６　前記粉末金属部品の表面層が約５ないし１５０２５ ミクロンのオーダの厚さである請求の範囲第１３項記載の製品。 １７　前記表面層が前記金属部品の焼結温度で溶解する金属がない請求の範囲第 １３項記載の製品。 ］８　前記表面層が、該表面層を含む焼結金属粒子より硬い付随的金属粒子を含 む請求の範囲第１３項記載の製品。 項記載の製品。 ２０、前記耐火炭化物が炭化タングステン、窒化はう素又は炭化珪素である請求 の範囲第１９項記載の製品。 ２１、前記４付随的金属粒子が侵入型硬化元素又はクロムである請求の範囲第１ ８項記載の製品。 ２２、前記部品がプレスされ前記表面層で被覆され、焼結されない請求の範囲第 １３項記載の製品。 ２３、前記部品がプレスされ、焼結され前記表面層で被覆され、該表面層が被覆 されない請求の範囲第１３項記載の製品。 ２４　前記部品と表面層が共に焼結される請求の範囲第２１項記載の製品。 ２５、粉末金属部品を被覆する方法において、付着性金属部品を水性粘結剤中で 焼結可能金属分散剤で被覆し、前記被覆部品を焼結し、それによって該部品が焼 結金属被覆で被覆され且つ該焼結部品の内部に該被覆からの金属が残らない粉末 金属部品を被覆する方法。 ２６　前記分散剤で被覆される該部品が未焼結状態である請求の範囲第２５項記 載の方法。 ２７、前記分散剤で被覆される該部品が焼結状態である請求の範囲第２５項記載 の方法。 ２８　前記被覆を焼結する工程の前に該粉末冶金部品の被覆を硬化する請求の範 囲第２６項又は第２７項記載の方法。 ２９、前記焼結部品が多孔他心を有する請求の範囲第２５項記載の方法。 ３０　前記粉末金属部品の周囲に実質的に連続層を形成するために前記被覆をす る請求の範囲第２９項記載の方法。 ３１　前記焼結し得る被覆で被覆された粉末金属部品を、該部品の心の金属粒子 の焼結温度にする請求の範囲第２９項記載の方法。 ３２、前記焼結温度が該被覆の金属の焼結温度でもある請求の範囲第３１項記載 の方法。 ３３　前記部品が鉄系部品である請求の範囲第３１項記載の方法。 ３４、前記焼結温度が約１１２０℃である請求の範囲第３３項記載の方法。 ７ ３５、前記粉末金属部品の焼結を、該被覆の金属粒子の溶融温度前で中止する請 求の範囲第３３項記載の方法。 ３６　前記特定の無機材料がアルカリ珪酸塩、アルキル珪酸塩、シリカ及び燐酸 塩イオン及びクロム酸イオンとモリブデン酸イオンの群のイオンからなる群から 選択された少なくとも１つである請求の範囲第２１項記載の複合製品。 ３７　複合部品製品であってプレスされた心を含み、該部品が焼結金属表面層で 被覆され前記表面層が同じ硬さを有し、且つ前記心の金属より硬い金属を含む複 合金属部品製品。 ３８、前記表面層が前記心の金属と同じか硬い硬度を有する粒子の混合物を含む 請求の範囲第３７項記載の複合製品。 ３９　前記表面層が前記心金属より硬い金属の混合物を含む請求の範囲第３７項 記載の複合製品。 ４０、複合金属部品製品であってプレス及び焼結石を含み、該部品が異なった焼 結温度を有する金属の焼結金属面で被覆される複合金属部品製品。 ４１、前記焼結金属面が約５重量係の急速焼結材料を含む請求の範囲第４０項記 載の製品。 ４２、前記金属面が、融和し且つ溶解なしで合体する複数の金属粉末で形成され る請求の範囲第４０項記載の製品。 ４３　前記低軸点金属が前記金属面の総重量の２０重量係未満を含む請求の範囲 第４０項記載の製品。 ４４、前記金属面が炭化タングステン、炭化珪素及び窒化はう素からなる群の少 なくとも１つを含む請求の範囲第４０項記載の製品。 ４５　前記粘結剤が燐酸塩イオン及びクロム酸イオンとモリブデン酸イオンの群 のイオン及びシリカ含有有機及び無機液体を含む請求の範囲第２５項記載の方法 。 ４６　異なった焼結温度を有する金属が前記粘結剤中に分散される請求の範囲第 ２５項記載の方法。 １