JPS61284503A - 金属粉末成形体 - 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剤とで構成された
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
に関する。

〔従来の技術〕

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っ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。

この発明は、主として前者すなわち金属母材上に金属被
覆層を冶金学的に結合させるのに有用な金属粉末成形体
を提供しようとするものであるが、後者すなわち金属被
覆層を物理的結合手段によって形成する場合の金属粉末
成形体をも提供しようとするものである。

ところで、金属粉末成形体は、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（密度の高い被
覆層を与えうるち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
５−２１）６７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剤
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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、上記の可塑剤は、一般に上記主剤に比して低
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った。しかも、
可塑剤の使用は成形体の強度を低下させ、その取り扱い
にあたってクラックを発生させ易いという問題があるほ
が、焼結後の被覆層を高密度化させにくいという問題を
も有していた。

一方、このような可塑剤の使用に起因した問題点を解消
するために、金属粉末の結合剤として特定のアクリル系
ポリマーを用いることが提案されている。ところが、こ
のアクリル系ポリマーは金属粉末との相互作用によって
粉末成形体を硬化させる性質があり、このために金属粉
末成形体の柔軟性が経時的に損なわれてくるという問題
点があった。

この発明は、以上の観点から、可塑剤を実質的に使用す
ることなく、したがって可塑剤に起因した前述の問題を
一切きたすことなく、良好な柔軟性とさらに良好な強度
や伸びを示すとともに、これらの特性を長期にわたって
維持でき、しがも焼結後には密度の高い金属層となりう
る金属粉末成形体を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した
結果、金属粉末の結合剤として、従来全く用いられたこ
とのないニトリル系高分子物質を使用したときには、前
記問題点を悉く解消できること、および上記のニトリル
系高分子物質とともにさらに接着性付与樹脂を併用した
ときにも上記同様の結果が得られることを知り、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１００重量部に対して
結合剤としてのニトリル系高分子物質が多（でも８重量
部を超えない割合で含まれてなる金属粉末成形体に係る
第１の発明と、金属粉末１００重量部に対して結合剤と
してのニトリル系高分子物質および接着性付与樹脂がそ
の合計量で多くても８重量部を超えない割合で含まれて
なる金属粉末成形体に係る第２の発明とからなるもので
ある。

このように、この発明においては、結合剤としてニトリ
ル系高分子物質またはこれと接着性付与樹脂とを使用し
たことにより、この結合剤の使用量が金属粉末１００重
量部に対して前記８重量部以下という少量であっても従
来の如き可塑剤を実質的に使用しないで、たとえば曲率
半径が１５鶴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、強度および伸び特性
にもすぐれているという特徴を有している。

さらに、上記この発明のニトリル系高分子物質またはこ
れと接着性付与樹脂とからなる結合剤は、アクリル系ポ
リマーに比し金属粉末との相互作用が低いため、成形体
を経時的に硬化させるという弊害がほとんど認められず
、したがって前記良好な柔軟性、強度および伸び特性を
長期にわたって維持しうる金属粉末成形体を提供できる
。また焼結後には結合剤の使用量が少なくてかつ可塑剤
を用いてい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
ことができる。

〔発明の構成・作用〕

この発明において使用するニトリル系高分子物質とは、
アクリロニトリルを必須成分とした樹脂ないしゴム状物
質であり、その分子量としては一般に重量平均で１，０
００以上、好適には３，０００〜４００．０００程度の
ものである。上記分子量が低すぎると金属粉末に対する
結合力に欠は成形体の強度の低下や焼結後の高密度化を
困難とするため、好ましくない。

このニトリル系高分子物質を構成するアクリロニ）　Ｉ
Ｊル成分の割合は、高分子物質中央なくとも５重量％で
あることが望ましく、これより少なくなると高温加熱処
理の際高分子物質の熱分解温度から金属粉末の焼結温度
に至るまでの間の成形体の保形性に劣り、クラック、割
れなどの原因となる。一方、ポリアクリロニトリルを代
表とするアクリロニトリル成分があまりに過多となる高
分子物質では成形体の粘着結合性や柔軟性の低下が認め
られる。

したがって、この発明におけるニトリル系高分子物質と
しては、アクリロニトリルと他のモノマーとの共重合樹
脂ないしゴム状物質であって、上記アクリロニトリル成
分が高分子物質中５〜６０重量％の範囲にあるもの、特
に１０〜５０重量％の範囲にあるものが好ましい。

このようなニトリル系高分子物質としては、アクリロニ
トリルと酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、２
−ビニルピリジン、スチレン、アクリル酸メチル、ブタ
ジェン、クロロブレンなどの他の七ツマ−の一種もしく
は二種以上との共重合樹脂ないしゴムが挙げられる。こ
れらの中でも特に好ましいものは、アクリロニトリル−
ブタジエン共重合ゴムを代表例とするジエン系ゴム状物
質であり、この発明の効果が最も大きいものである。

また、上記ニトリル系高分子物質のガラス転移温度とし
てはＱ　’Ｃ以下であるのが望ましい。これより高くな
るとたとえば曲率半径が１５１）までの賦形に耐えうる
柔軟な成形体を得ることが難しくなる。一方、ガラス転
移温度が一７０℃より低い高分子物質は経済的に得にく
いばかりか、柔らかすぎて成形体として充分な強度を得
にくい。したがって、上記ニトリル系高分子物質の好適
なガラス転移温度はＱ　’Ｃ以下で一７０℃以上、特に
−６５〜−１０℃の範囲である。

さらに、このようなニトリル系高分子物質はその弾性率
が適度な範囲にあることが望ましい。まず、弾性率の下
限としては、２５℃での弾性率がが０．２ｋｇ／ｃｒＡ
以上、特に０．５ｋｇ／ａｄ以上であるのがよい。これ
より低い弾性率となると強度や伸びの不足により取り扱
い時ないし賦形時に成形体にクラッタなどの欠陥部を生
じやすく、またそのために成形にあたって組成物の使用
量を多（しなければならないため焼結後の金属層の高密
度化を図りえな（なる。つぎに、上限としては、２５゛
Ｃでの弾性率が２０ｋｇ／ａ＋Ｉ以下、特に１０ｋｇ／
ｃｎｌ以下であるのがよく、これより大きくなりすぎる
と曲率半径が１５℃璽までの賦形に耐えうる柔軟な成形
体を得ることが難しくなる。

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５０ｍｍで３００ｆｌ／分の速度で引
き伸ばしたときの接線モジュラスの値を意味する。その
計算式は下記の通りである。

〈計算式〉弾性率＝　Ｆ／Ｓ 但し　Ｆ：試料を１００％伸ばした点上と接線との交点
の力（ｋｇ　／　ｃｄ＋　） Ｓ：試料の断面積 この発明においては、上記のニトリル系高分子物質を結
合剤として単独で使用できるし、またこの高分子物質と
ともに接着性付与樹脂を併用することができる。この接
着性付与樹脂は主に成形体の常温での接着力の向上に寄
与する。併用割合は、ニトリル系高分子物質５０〜９９
．８重量％に対して接着性付与樹脂が５０〜０．２重量
％とするのがよく、接着性付与樹脂の使用量が少ないと
上記の効果が得られず、また多くなりすぎるとニトリル
系高分子物質の前記特性が損なわれるため好ましくない
。

このような接着性付与樹脂の具体例としては、アルキル
フェノール系樹脂、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
ーテル系樹脂などを挙げることができる。

つぎに、上記のニトリル系高分子物質またはこれと接着
性付与樹脂とを結合剤としたこの発明のシート状物その
他の類似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ｍ溶剤に
溶解し、これに金属粉末を加えて混練したのち、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
成形する方法が好ましい。また、溶剤を用いることなく
必要なら加熱下または加熱真空下で混合して加圧成形す
るようにしてもよい。

これら方法において、この発明の結合剤の使用量として
は、金属粉末１００重量部に対して８重量部を超えない
割合、好ましくは１．０〜５．５重量部の割合とすべき
である。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樹脂成分によって焼結炉内の
汚染をきたす結果となる。

上記に用いる金属粉末としては、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ができる。上記のＭはＭｏ、
ＢおよびＰのうちいずれか少な（とも一種を主成分とし
、副次的な元素としてＣｒ、Ｖ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、、Ｔ
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１，０００〜１，１５
０℃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０．３〜５１園程度の厚みとされ、この厚み
で曲率半径（アール）が１５ｎ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
るものとなり、さらにこれらの特性が長期にわたって維
持されるという特徴を有している。なお、この成形体の
密度としては一般に４．０〜５．５ｇ／−程度である。

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、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
ぐために通常は非酸化性雰囲気下で加熱して行われる。

か（して形成される焼結後の金属層は、成形体の結合剤
として用いた前記ニトリル系高分子物質またはこれと接
着性付与樹脂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。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明においては、金属粉末の結合剤
としてニトリル系高分子物質またはこれと接着性付与樹
脂を特定割合で用いたことにより、可塑剤を実質的に使
用することなく、したがって可塑剤に起因した従来の如
き問題を一切きたすことなく、良好な柔軟性とさらに良
好な強度や伸びを示すとともに、これらの特性を長期に
わたって維持でき、しかも焼結後には密度の高い金属層
となりうる金属粉末成形体を提供できる。

したがって、この発明の金属粉末成形体は、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じても応用できる。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。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。

実施例１ トルエン　　　　　　　　　　　　４００部上記成分を
フラスコに仕込み、１日放置して膨潤させたのち攪拌し
て、上記混合ゴムの溶液を得た。なお、上記混合ゴムの
ガラス転移温度は一３５℃、弾性率は２５℃で３．５　
ｋｇ　／　ｃｉであった。

つぎに、ごの溶液を２００メツシユパスの鉄系合金粉末
１００部に対して３部添加し、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、厚さ１．７　ｍ
ｍ、密度４．７ｇ／ａｎ！の柔軟で引張。

強度カ月、５００ｇ／２０ｍの合金粉末シートを作製し
た。

実施例２ トルエン　　　　　　　　　　　　４００部上記成分を
フラスコに仕込み、１日放置して膨潤させたのぢ攪拌し
て、上記混合ゴムの溶液となし、これにさらに上記混合
ゴム１００部に対して２０部のポリテルペン系接着性付
与樹脂を加えて、攪拌混合した。なお、上記混合ゴムの
ガラス転移温度は一３０°Ｃ１弾性率は２５℃で７．８
ｋｇ／ｃＪであった。

つぎに、この溶液を３００メツシユパスの鉄系合金粉末
１００部に対して５部混合し、以下実施例１と同様にし
て厚さ１．５　ｍｍ、密度４．９ｇ／ｃｆｆｌの柔軟で
引張強度が１，０００　ｇ／　２　ＯＮの合金粉末シー
トを作製した。

実施例３ アクリロニトリル　　　　　　　　　３０部アクリル酸
ブチル　　　　　　　　　７０部水　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　２００部亜硫酸水素ナトリウ
ム　　　　　　　０．１部上記の各成分を反応容器に仕
込み、重合開始剤として過硫酸カリウム０．２部を加え
、３０℃で２０時間乳化重合させた。重合後、塩析処理
して、重量平均分子量が７・５万のアクリロニトリル−
酢酸ビニル共重合体を得た。この共重合体のガラス転移
温度は一５℃、弾性率は２５℃で１０．２ｋｇ／Ｃｌ１
ｌであった。

つぎに、上記共重合体をメチルエチルケトンに溶解して
３０重量％の共重合体溶液とし、これにさらに共重合体
１００部に対して４０部のフエノ−ル系接着性付与樹脂
を加え、よく撹拌混合した。

ついで、この溶液を２００メツシユパスの鉄系合金粉末
１００部に対し５部混合し、以下実施例１と同様にして
厚さ１．５　ｍｍ、密度４．８ｇ／ｃｆｆｌの柔軟で引
張強度が１，８００　ｇ／　２０ｍの合金粉末シートを
得た。

上記実施例１〜３の合金粉末シートの性能を調べるため
に、各シートを１ｃｍＸ５ｃｍに切断し、下記（１）〜
（３）の試験を行った。

（１）切断シートを半径が２Ｏｎ＋の鋼管に巻きつけ、
このときの表面変化の有無を観察した。

（２）切断シートを３５℃×８０％の条件下で１０日間
保存したのち、上記（１）と同様の試験を行った。

（３）切断シートを上記（１）と同様・の鋼管に巻きつ
けたのち、非酸化雰囲気中で焼結処理を施し、この処理
後の表面状態と密度を調べた。

上記試験結果は、実施例１〜３の各シート共に試験（１
）〜（３）のいずれの場合もクラック、ふくれなどの発
生はみられなかった。また、試験（３）の焼結処理によ
り、実施例１〜３の各シート共に密度が７．２ｇ／ｃｆ
ｆ１以上の高密度の合金層を形成できるものであること
がわかった。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粉末１００重量部に対して結合剤としてのニ
   トリル系高分子物質が多くても８重量部を超えない割合
   で含まれてなる金属粉末成形体。
2. （２）ニトリル系高分子物質がアクリロニトリル成分を
   少なくとも５重量％含む特許請求の範囲第（１）項記載
   の金属粉末成形体。
3. （３）ニトリル系高分子物質がアクリロニトリル−ブタ
   ジエン共重合ゴム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。
4. （４）ニトリル系高分子物質のガラス転移温度が０℃以
   下である特許請求の範囲第（１）〜（３）項のいずれか
   に記載の金属粉末成形体。
5. （５）金属粉末１００重量部に対して結合剤としてのニ
   トリル系高分子物質および接着性付与樹脂がその合計量
   で多くても８重量部を超えない割合で含まれてなる金属
   粉末成形体。