JPS61221302A - 金属粉末結合用組成物 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は金属粉末とこの粉末の結合用組成物とで構成
されたシート状物やその他の類似物品からなる金属粉末
成形体を得るための上記結合用組成物に関する。さらに
詳しくは、金属粉末に対する使用割合を少なくしてなお
かつ曲率半径（アール）が１５１１ＥＩ＋までの賦形に
耐えうる柔軟な金属粉末成形体を形成でき、しかもこの
成形体が焼結後は密度の高い金属層となりうる金属粉末
結合用組成物に関する。

〈従来技術とその問題点〉 従来、金属母材表面に特別な性質たとえば耐摩耗性ある
いは耐腐食性などを付与するために、これらの性質にす
ぐれた金属被覆層を母材表面に形成することがよく行わ
れている。

金属被覆は、多くの場合、金属粉末と結合剤と可塑剤と
溶剤とからなる柔軟な金属粉末成形体を金属母材上に貼
り付けてから焼結することによりて母材上に層状に形成
され、この焼結した金属被覆層は母材上に冶金学的に結
合される。希に金属被覆は上記同様の金属粉末成形体を
予め焼結してなる被覆用金属片を作製し、これをビスま
たは接着剤などの物理的な手段で金属母材上に結合させ
ることによって形成されることがある。

そして、このような金属粉末成形体には、金属母材表面
に貼り付けその後焼結して上記母材面に冶金学的に結合
させる場合は、上記母材表面の曲面に対してもクラック
発生などの実用性を阻害する要因を生起させることなく
追従変形させうる良好な柔軟性を有していることが必要
であり、また予め所定の形状に焼結した被覆用金属片を
得る場合は、焼結前の金属粉末成形体を上記同様の問題
をきたすことなく所定形状に加工変形しうる柔軟性が必
要である。

さらに、この種の金属粉末成形体は、上記追従変形性な
いし加工変形性の如き賦形性にすぐれた良好な柔軟性を
有するうえに、当然のことながら、その取り扱い上充分
な強度を有し、しかも焼結にあたっては許容以上の収縮
や巣と指称する穴など生じさせることなく密度の高い被
覆層を与えうるものであることが要求される。

従来、この種の成形体として、たとえば特開昭４９−９
１９１０号公報、同５６−３５７０３号公報、特公昭４
５−２１１６７号公報などに代表されるように、ポリビ
ニルエーテル、メチル繊維素系樹脂の如き樹脂類を主材
としてこれにジブチルフタレート、グリセリン、ワック
ス類などの揮散性の可塑剤を成形体の柔軟性向上剤とし
て配合したものが知られている。

しかるに、上記の可塑剤は、一般に上記主材に比して低
沸点であるため焼結過程における揮散が速く、このため
焼結過程の早期においてガス化し、焼結後の被覆層に無
数の穴を生じさせるおそれがあり、したがって焼結時の
昇温速度をできるだけ遅くする必要がありた。

しかも、可塑剤の使用は成形体の強度を低下させ、その
取シ扱いにあたってクラックを発生させ易いという問題
がおるほか、焼結後の被覆層を高密度化させにくいとい
う問題も有していた。

本発明者の一人はかかる従来技術の欠点を解決する金属
粉末結合用組成物として、特定のアクリル系ポリマー又
は該ポリマーと接着性付与樹脂との混合物を主材とする
ものを提案した。

この組成物を用いてなる金属粉末成形体は、柔軟で取り
扱い易く、シかも焼結属はふくれやクラックがなく、高
密度であるなど多くの特徴を有するものであったが、該
成形体を夏場などの常態（２０〜ｂ 保存すると、前記組成物と金属粉末とのイオン反応によ
る金属架橋が進行して、成形体の柔軟性が低下するため
に、保存時の環境管理が煩雑であった。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明はかかる従来技術の欠点を解決する新規な金属粉
末結合用組成物を提供するものであって、その要旨とす
るところは、金属粉末１００重量部に対してその固形分
含有量が多くても８重査部を超えない使用割合で配合し
てなる焼結用金属粉末成形体を得るための結合用組成物
であって、該組成物は前記成形体の焼結時の昇温過程で
炭化する成分を含むものであり、且つ該炭化量が原組成
物重量の０．０１〜４０重量％である、本質的にゴム系
材料を主材とするものであることである。

本発明の金属粉末結合用組成物は、焼結時の昇温過程で
炭化する成分を特定量含むゴム系材料を主材としたこと
を大きな特徴とするものでアシ、この主材によれば、組
成物の固形分含有量が金属粉末に対して前記少量であっ
てもまた前記従来の如き可塑剤を実質的に使用しなくと
も、曲率半径が１５麿までの曲率面を有する金属母材表
面に対してもクラック発生の問題などをきたすことなく
良好に追従変形させうる、また上記母材とは別体に上記
同様の曲率面を有する任意の曲面形状に良好に加工変形
させうる、柔軟性にすぐれた焼結用金属粉末成形体を得
ることができる。

しかも、この金属粉末成形体は、強度および特性にすぐ
れ、また焼結後には組成物の使用量が少なくてかつ可塑
剤を用いてないこともあって密度の高い金属層を与え、
金属母材表面の被覆層としてすぐれた性能を発揮させる
ことができ、さらに該成形体は保存時の環境管理に格別
の注意を払うことなく、一般の保存条件下で保存してお
いても、成形体の柔軟性が低下するということがないも
のである。

本発明において使用するゴム系材料は、ゴム自体が焼結
時の昇温過程で特定量の炭化する成分を含むか、或いは
ゴム自体は実質的に炭化する成分を含まないが、該ゴム
と共に用いられる他の成分が焼結時の昇温過程で特定量
の炭化する成分である二又はそれ以上の混合系からなる
ものであって、該ゴム系材料は、前記成形体を高温加熱
処理して焼結したときのガス発生量が少なく、焼結後の
金属層に膨れなどが起生ずるのを防止し、しかも焼結時
の昇温過程において、環化、縮合或いは架橋などにより
炭化した成分は、焼結過程での母材と焼結用金属粉末成
形体との接合強度を高めるものである。

このようなゴム系材料としては、ゴム自体が焼結時の昇
温過程で炭化する成分を含むものとして、例エバアクリ
ル系ゴム、クロロブレン系ゴム、シリコン系ゴム、（メ
タ）アクリル酸をグラフトした天然ゴムなどが挙げられ
、また後述するような焼結時の昇温過程で炭化する成分
と併用して用いられるゴムとして、実質的に炭化する成
分を殆んど或いは全く含まないエチレンプロピレン系ゴ
ム、エチレンプロプレンターポリマー系ゴム、ポリイソ
ブチレン系ゴム、ポリイソプレン系ゴム（合成天然系ゴ
ム、イソプレン・インブチレン系ゴム（ブチル系ゴム）
、天然系ゴム、スチレンブタジェン系ゴムなどが挙げら
れ、これらの実質的に炭化する成分を殆んど或いは全く
含まないゴムには、焼結時の昇温過程で炭化する成分が
添加される。

該炭化する成分としては、前述の如き炭化する成分を含
むゴム類のほかに、樹脂又はポリマー類などが例示され
る。

前記樹脂類としては、フェノール系樹脂、キシレン系樹
脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド
系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ＡＢＳ系
樹脂などが挙げられ、またポリマー類としては（メタ）
アクリル酸エステル重合体、（メタ）アクリル酸エステ
ルと官能性七ツマ−例えば（メタ）アクリル酸の如きカ
ルボキシル基を持つ重合性七ツマ−１（メタ）アクリル
酸−２−ヒドロキシエチルエステルの如キヒドロキシル
基を持つ重合性七ツマ−１その他アミノ基、アミド基、
エポキシ基、メチロール基の如き官能基を持つ重合性七
ツマ−なと、或いはアクリロニトリル、酢酸ビニル、プ
ロピオン酸ビニルの如キビニル系七ツマ−などとの共重
合体、その他アクリロニトリル重合体、アクリロニトリ
ル系共重合体などが挙げられる。

ゴム系材料は、前述の如く、焼結時の昇温過程で炭化す
る成分を含むゴム単独、または実質的に炭化する成分を
殆んど或いは全く含まないゴムと炭化する成分との混合
系で構成されるが、ゴム及び混合系の選択は、焼結時の
昇温過程で炭化する量が、焼結用金属粉末成形体中に占
める原金属粉末結合用組成物重量の０，０１〜４０重量
％、好ましくは０．１〜３０重量％、実用的には２〜２
５重量％の範囲となるようにすることが重要である。炭
化量が０．０１重量％未満では焼結過程での母材と焼結
用金属粉末成形体との強固な接合が得られず、４０重量
％を超えると炭化物が焼結金属層の物性を阻害するため
に好ましくないものである。

ゴム系材料からなる金属粉末結合用組成物は、金属粉末
と一般的な混練手段を用いて混練され、ｉ常０．１〜５
厘の厚みにフィルム又はシート状に成形され、金属粉末
成形体とされるものであるが、該成形体の取り扱い上の
容易さ、或いは練成形体を平坦ではなく湾曲させた状態
で焼結させるときにクラックなどが発生するのを防止す
るために、前記ゴム系材料は２５℃で０．１〜３０〜／
ｃＩＡ、好ましくは０．５〜１５１’ｆ／ｃＪの範囲内
にある弾性率に設計しておくことは望才しいことである
。

なお、上記弾性率とは、測定温度２５℃において、試料
をチャック間距離５０顛で３００８７分の速度で引き伸
ばしたときの接線モｉ；／Ｓラスの値を意味する。その
計算式は下記の通りである。

く計算式〉弾性率＝Ｆ／８ 但し　Ｆ：試料を１００％伸ばした点上と接線との交点
の力（Ｋ！？／ｄ　） Ｓ：試料の断面積 前記ゴム系材料からなる金属粉末結合用組成物には、前
記特性及び物性を維持する範囲内で、ゴム用軟化剤、充
填剤、補強剤などを適量添加することができる。

次に、本発明の金属粉末結合用組成物を用いてフィルム
又はシート状物、その他の成形物品からなる金属粉末成
形体を得る方法につき説明する。

この方法としては、たとえば上記の組成物をアセト／、
トルエン、メチルエチルケトンなどの適宜の有機溶剤を
用いた溶液とし、この溶液中に上記組成物の固型分含量
が金属粉末１００重量部に対して多くとも８重量部を超
えない割合、好ましくは１．０〜６．５重量部の割合と
なるように上記金属粉末を加えて混練し、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′フィルム又はシート状
物、その他の物品形状に成形する方法が好ましく採用さ
れる。また、溶剤を用いることなく必要に応じて加熱下
または加熱真空下で混合してプレス、金型などを用いて
加圧成形するようにしてもよい。

上記方法において、この発明の組成物の使用量をその固
型分含有量が金属粉末１００重量部に対して８重量部を
超えてしまうような多量とすると、焼結後に密度の高い
金属層を得ることが難しくなり、また焼結処理中にガス
化するゴム又は樹脂成分によって焼結炉内の汚染をきた
す結果となるので好ましくないものである。

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は、耐摩耗性合金粉末であるＦ
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
、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｔｉを含むことがあり、また他の
元素として８ｉ　、　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１０００〜１１５０℃の温度範囲で液相がｌ
Ｏ〜５０容槍％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。

上記の方法にて形成される金属粉末成形体は、シート状
物では通常０．１〜５諺程度の厚みとされ、この厚みで
曲率半径（アール）が１５ｊｌＥＩＩまでの賦形に耐え
うる良好な柔軟性を示し、またすぐれた強度および伸び
を有するものとなる。

この成形体を使用するにあたっては、金属母材表面に適
宜の接着剤層を介しもしくは介さずして上記表面に追従
変形させる如く貼りつけたのち、好ましくは１５０〜４
００℃で少なくとも５分保持させて前記炭化する成分を
炭化させた後、金属粉末の種類に応じた適宜の温度条件
で焼結処理を施せばよい。また上記成形体単独を適宜加
工変形したのち上記同様の焼結処理を施し、この焼結体
を金属母材表面に機械的な手段で結合すればよい。

上記焼結処理は、金属粉末の酸化劣化を防ぐために通常
は水素ガス雰囲気やＮ２ガス雰囲気のばか真空などの非
酸化性雰囲気下で加熱して行われる。

〈発明の効果〉 かくして形成される焼結後の金属層は、成形体形成用と
して用いたこの発明の前記組成物に起因して密度の高い
ものとなり、金属母材表面の摩耗や腐食を防止するなど
の本来の性能をよりよく発揮させることができる。

この発明の金属粉末結合用組成物を用いてなる金属粉末
成形体は、上述の特徴を活かして、工具機械、電気、自
動車の母材の表面改質層として応用でき、また目的とす
る形状の棒管、シート片や異形物の素材としても応用で
きる。また、未焼結のままその引張強度、伸び、柔軟性
などの特性を活かした電磁波シールド材の如き障壁材料
としても利用することができる。

〈実施例〉 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。文中％とあるのは重量％を意味する。

実施例Ｉ ＭＯｌｏ、５％、Ｃｒ　２．５％、Ｐ２．４％、Ｃ３，
６％残部Ｆｅの配合比率からなる粒度１５０メツシユ以
下の多元共晶合金粉末４８．５％と、５ＵＳ４１０粉末
からなる粒度１５０メツシ二以下の合金粉末４８．５％
とからなる合金粉末組成に、ブチルゴム２％とフェノー
ル系樹脂１％のトルエン混合溶液を添加混合し、トルエ
ンを除去した後厚さ２顛にロール圧延し、密度４．８９
／ｃ！Ａの焼結用金属粉末成形体を得た。

この成形体を評価するために、これをｌσｘｌ備の大き
さに切断し、鋼鉄部材の垂直表面に、成形体小片表面を
少量のアセトンで濡らして貼着し、真空下で毎分１５℃
の速度で昇温加熱して３００℃で６０分間保持した後、
更に毎分１５°Ｃの速度で１０５０℃まで昇温加熱し、
この温度で２０分間保持後徐冷を行い焼結を完了した。

この焼結処理中、成形体小片の部材からの脱落はなく、
部材上には厚さ１．６〜１．６５１ｉ１、密度が７．５
〜７．７５Ｐ／７の焼結合金を形成することができた。

なお上記ブチルゴムとフェノール樹脂とからなる組成物
の炭化量は、原組成物重量の約５．６％（測定は指差熱
分析による）であった。

実施例２ 実施例１において、多元共晶合金粉末４６％、８ＵＳ粉
末４６％、ブチルゴム５％及びフェノール系樹脂３％と
した以外は実施例１と同様の操作で焼結用金属粉末成形
体を得た。

以下実施例１と同様の操作にて焼結して評価をしたとこ
ろ、焼結処理中における成形体小片の部材からの脱落は
なく、部材上には厚さ１．５５〜１．６１１＋、密度が
７．４〜７．５ｙ／ｄの焼結金属層を形成することがで
き、組成物の炭化量は約８．３％であった。

実施例３ Ｍｏｌｏ、５％、Ｃｒ　２．５％、Ｐ２．４％、Ｃ３，
５％残部Ｆｅの配合比率からなる粒度２００メツシー以
下の多元共晶合金粉末４８．５％、８ＵＳ−４１０粉末
からなる２００メツシ３−以下の合金粉末からなる合金
粉末組成に、クロロブレンゴム３％のトルエン混合溶液
を添加混合し、トルエンを除去した後厚さ１．５ｊＥＩ
にロール圧延し、密度４．８　Ｐ／ｄの焼結用金属粉末
成形体を得た。

この成形体を評価するために、これを１ｊＦＩＸ’１ｃ
ｍの大きさに切断し、鋼鉄部材の垂直表面Ｋ、厚さ１０
／ｉｎのアクリル酸エステル−アクリル酸共重合物から
なる粘着剤層を介して貼り付け、真空下で毎分１５℃の
速度で昇温加熱して３００℃で６０分間保持した後、更
に毎分１５℃の速度で１０９０℃まで昇温加熱し、この
温度で２０分間保持後徐冷を行い焼結を完了した。

この焼結処理中、成形体小片の部材からの脱落はなく、
部材上には厚さ１．２〜１．２５ｇ、密度が７．５〜７
．７５ｆ／ｃｄの焼結合金層を形成することができ、組
成物の炭化量は約２０％であった。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粉末１００重量部に対してその固形分含有量
   が多くても８重量部を超えない使用割合で配合してなる
   焼結用金属粉末成形体を得るための結合用組成物であっ
   て、該組成物は前記成形体の焼結時の昇温過程で炭化す
   る成分を含むものであり、且つ該炭化量が原組成物重量
   の０．０１〜４０重量％である、本質的にゴム系材料を
   主材とするものであることを特徴とする金属粉末結合用
   組成物。
2. （２）ゴム系材料がゴムと前記成形体の焼結時の昇温過
   程で炭化する樹脂成分とからなるものである特許請求の
   範囲第１記載の金属粉末結合用組成物。
3. （３）前記成形体の焼結時の昇温過程で炭化する樹脂成
   分がフェノール系樹脂、キシレン系樹脂、エポキシ系樹
   脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル
   系樹脂、ポリアミド系樹脂の群から選ばれた少なくとも
   一つである特許請求の範囲第２項記載の金属粉末結合用
   組成物。
4. （４）ゴムと前記成形体の焼結時の昇温過程で炭化する
   樹脂成分との配合割合が１：０．１〜２（重量比）であ
   る特許請求の範囲第２項記載の金属粉末結合用組成物。