JPS61284504A - 金属粉末成形体の焼結時固定用材料 - 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合成樹脂系ないしゴム系結合剤と
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
るだめの金属層を形成する際に使用する焼結時固定用材
料に関する。

〔従来の技術〕

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母材上に載置する
際に上記シートと上記母材との間に（メタ）アクリル酸
アルキルエステル系ポリマーを主材とした特定の材料を
介在させ、この材料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）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、上記提案法に係る接着固定用材料は（メタ）
アクリル酸アルキルエステル系のポリマーを主材とした
非常に限定された材料構成をとるものであるため、種々
の金属粉末成形体に対して必ずしも汎用性のある接着固
定用材料とはいえなかった。

したがって、この発明は、金属粉末成形体を金属母材上
に載置して焼結処理する際の上記成形体の上記母材面へ
の接着固定用として有効に機能する上記既提案のものと
はさらに異なる材料構成をとる焼結時固定用材料を提供
することを目的としている。

〔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、天然ゴムないし合成ゴムを必須成分とした焼結完
了後の残存炭素量が特定の値となるゴム様材料が金属粉
末成形体の焼結時固定用の材料として有効に機能するも
のであることを知り、この発明を完成するに至った。

すなわち、この発明は、金属粉末と合成樹脂系ないしゴ
ム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！！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材料であって、天然ゴムないし合
成ゴム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％のゴム様材料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材料に係るものであ
る。

〔発明の構成・作用〕

この発明の上記材料は、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７
００℃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。

このため、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ゴム様材料の必須成分は、
天然ゴムないし合成ゴムであり、上記合成ゴムの具体例
としてはアクリロニトリル−ブタジェン共重合ゴム、ク
ロロプレンゴム、ブチルゴム、ブタジェンゴム、イソプ
レン−イソブチレン共重合ゴム、イソプレンゴム、スチ
レン−ブタジェン共重合ゴム、エチレン−プロピレン共
重合ゴムなどが挙げられる。

上記ゴム成分の中でも、アクリロニトリル−ブタジェン
共重合ゴムやクロロプレンゴムはこれらをゴム様材料の
必須成分として単独で使用できる。

一方他のゴム成分は上記アクリロニトリル−ブタジェン
共重合ゴムやクロロプレンゴムと併用するかあるいはフ
ェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂などの樹脂成分と併用するのが好ましい。

この理由は、アクリロニトリル−ブタジェン共重合ゴム
やクロロプレンゴムではこれらを単独で用いても焼結完
了後の残存炭素量を０．５重量％以上に設定することが
容易であるが、他のゴム成分では上記炭素量に設定しに
くいため、上述の如き併用成分によって炭素源の補給を
行うことが望まれるためである。

なお、上記の併用系において、炭素源としてアクリロニ
トリル−ブタジェン共重合ゴムやクロロプレンゴムを用
いる場合はこれらの炭素源を他のゴム成分との合計量中
１５重量％以上の割合で使用するのがよい。また炭素源
として前記樹脂成分を用いるときはこれらの炭素源をゴ
ム成分との合計量中７重量％以上の割合で使用するのが
望ましい。

この発明の焼結時固定用材料は、上述のゴム成分を必須
成分とし、これに上記の如き炭素源となる樹脂成分や必
要に応じて炭酸カルシウム、シリカ、タルクなどの充填
剤、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
可塑剤の如き各種の添加剤を配合してなるゴム様材料か
らなるものである。上記添加剤は材料全体の通常５０重
量％以下であるのがよい。

このような構成成分からなるこの発明の上記材料は、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％となることを特徴とするものであり、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
えなくなる。

上記の如き残存炭素量の設定は、既述のとおり、ゴム成
分の種類を適宜選択することにより、また炭素源となる
前記樹脂成分を適宜組み合わせ使用することにより、さ
らには添加剤の種類、量を適宜設定することにより、容
易になしうるちのである。残存炭素量の特に好適な量と
しては１．０重量％以上で４０重量％以下の範囲にある
のがよい。

つぎに、この発明の焼結時固定用材料の使用法につき説
明する。まず、金属母材上に金属粉末と合成樹脂系ない
しゴム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材料を介在させる。

この介在は上記材料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
に上記材料を塗布する方法で行ってもよい。

介在させる上記材料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（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
ないしゴム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籠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、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、’ｒ’　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゜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（なる。

上記金属粉末と混和する合成樹脂系ないしゴム系結合剤
としては、感圧接着性を有するものが好ましく、従来公
知の各種の合成樹脂ないしゴムをベースポリマーとした
感圧性接着剤組成物がいずれも使用可能である。特に好
ましい結合剤は、（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七ツマ−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正性接着剤組
成物である。

上記の合成樹脂系ないしゴム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
固定用材料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、昇温過程
で上記材料は分解して接着にを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。

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ほか真空などで
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。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の焼結時固定用材料は、これを
焼結処理に供するべき金属粉末成形体と金属母材との間
に介在させておくことにより、上記成形体をこれが焼結
するまでの間上記母材上に安定に接着固定する機能を発
揮させることができるから、母材表面への焼結金属層の
形成が非常に容易となるという効果が得られる。

〔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。

実施剤１ アクリロニトリル−ブタジェン共重合ゴム（結合アクリ
ロニトリル含存量３５％）２０部とトルエン８０部とを
混合して、この発明の焼結時固定用材料溶液とし、これ
を離型紙上に塗布乾燥し、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８％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１ｍｍ、密度４．８　ｇ　／
　ｃｏｔ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１５℃／分の速度で昇温加熱し、
３００℃で３０分間保持したのち、１５℃／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。

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０．８〜０．８２＋ｎ、硬さがＨＲＣで６１〜
６３．密度が７．６〜７．７ｇ／ｃ＋ｄの耐摩耗性合金
層を形成できた。

実施例２ ブチルゴム２１部と、フェノール樹脂９部と、トルエン
７０部とを実施例１と同様に混合してこの発明の焼結時
固定用材料溶液とし、これを離型紙上に塗布乾燥して、
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２１１．密度４．６５ｇ
／ｃｆｆｌの合金粉末シートを作製した。

このシートをｉｃｍＸｌｃｍ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℃／分の速度で昇温加熱し、２００℃
で８０分間保持したのち、１５℃／分の速度で１，０８
０℃まで昇温し、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１．６〜１．６．４　ｍ、硬さがＨＲＣで６１
〜６３．密度が７．６〜７．７ｇ／ａｄの耐摩耗性合金
層を形成できた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粉末と合成樹脂系ないしゴム系結合剤との混
   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
   る材料であつて、天然ゴムないし合成ゴムを必須成分と
   した焼結完了後の残存炭素量が少なくとも０．５重量％
   のゴム様材料からなることを特徴とする金属粉末成形体
   の焼結時固定用材料。