JPS6210202A

JPS6210202A - 低収縮性金属粉末複合成形体

Info

Publication number: JPS6210202A
Application number: JP14791085A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Kobayashi; 由樹小林; Takafumi Sakuramoto; 孝文櫻本; Kiyohiro Kamei; 亀井　清弘; Takashi Tominaga; 孝志富永; Tsuyoshi Morishita; 強森下; Shigezo Osaki; 茂三大崎
Original assignee: Mazda Motor Corp; Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp; Nitto Denko Corp
Priority date: 1985-07-05
Filing date: 1985-07-05
Publication date: 1987-01-19

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および粘性結合剤を含む２種の金属
粉末成形体を複合一体化してなる低収縮性金属粉末複合
成形体に関する。

〔従来の技術〕

一般に、金属母材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、金属粉末と粘性結合剤とから
なる柔軟な粉末成形体を金属母材面に貼着してから焼結
することによって母材面に層状に形成され、この焼結し
た金属被覆層は母材面に冶金学的に結合される。希に金
属被覆は上記同様の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面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面に金属被
覆層を冶金学的に結合させるのに有用な粉末成形体を提
供しようとするものである。

従来、この種の粉末成形体として、たとえば特開昭４．
９−９１９１０号公報、同５６−３５７０３号公報、特
公昭４５−２１）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粉末成形体の柔軟性
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、このような金属粉末に主剤と柔軟性向上剤と
を包含する粘性結合剤を配合してなる従来の粉末成形体
は、焼結時に面方向に約２０％前後収縮する欠点がある
。このため、この種の粉末成形体を金属母材面に貼着し
て焼結する場合、焼結後に規定寸法が得られるように予
め焼結前の成形体の寸法を上記収縮率を見込んだ寸法に
設定しておく必要がある。

ところが、このような寸法設定は、実際上非常に煩わし
くて実用性に欠け、しがち粉末成形体の厚みや金属粉末
と粘性結合剤との混合割合などのバラツキによる収縮率
の変動をどうしてもさけられないため、焼結後の寸法を
必ずしも規定寸法どおりに設定しにくいという難点があ
る。特に粉末成形体の寸法が太き（なると収縮率の変動
もそれだけ大きくなるため、上記難点が顕著となる。

また、粉末成形体を金属母材面に貼着して焼結する場合
、上記焼結時の収縮が下記の如き問題を招く。すなわち
、金属母材面が凹部などの曲面形状を有する場合にこれ
に粉末成形体を貼着して焼結すると、成形体の収縮によ
って上記母材内面と焼結形成された金属被覆層との間に
大きな空隙が形成され、母材と金属被覆層との間の密着
性が著しく損なわれてしまうという不都合がある。

この発明は、かかる従来技術の欠点を解消すること、つ
まり金属母材面に貼着したのちの焼結によって原形と実
質的に近似の大きさでかつ上記母材面に対して密着性の
良好な金属被覆層を形成しうる低収縮性金属粉末成形体
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〕

この発明者らは、上記目的を達成するための鋭意検討の
過程において、金属粉末成形体を、金属母材面に対して
耐摩耗性や耐腐食性などを付与する成形本体となるべき
表層用成形体層と、この層の母材接合面側に位置する異
種の成形体層との二層構造となし、かつ画成形体層を構
成する金属粉末として互いに特定のものを選択使用した
ときには、焼結時の収縮が大きく低減されるものである
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、共晶合金粉末と固相焼結合金粉
末と粘性結合剤とを含む表層用金属粉末成形体層と、共
晶合金粉末と粘性結合剤とを含む接合用金属粉末成形体
層とからなることを特徴とする低収縮性金属粉末複合成
形体に係るものである。

このように、この発明の低収縮性金属粉末複合成形体は
、表層用成形体層と接合用成形体層との二層構成とされ
て、かつ表層用金属粉末が共晶合金粉末と固相焼結合金
粉末との混合粉末からなるのに対して接合用の金属粉末
が共晶合金粉末のみからなり、この共晶合金粉末が表層
用の上記混合粉末の焼結温度よりも低い温度で液相を生
成するとともに、この液相がこれと同種の金属粉末を含
む表層用の上記混合粉末に対して良好な濡れ性を示すと
いう特徴を有している。

このため、この複合成形体をその接合用成形体層側が内
側となるように金属母材面に貼着して焼結させたときに
は、焼結温度より低い温度で生成した前記液相がこれと
濡れ性の良好な表層用成形体層の金属母材面に対する接
着力を増大させ、この増大した接着力が上記表層用成形
体層の収縮の応力に抗してこれの収縮を抑制するべく作
用する。

その結果、焼結完了後の面方向の収縮率は元の寸法に比
し成形体全体として１０％以下、好態として５％以下に
抑えられる。

すなわち、この発明の複合成形体によれば、原形と実質
的に近似する大きさで焼結を完了させることができるか
ら、従来のように焼結前の寸法を焼結時の収縮を考慮し
た大きさに厳密に設定しなくとも、はぼ規定寸法どおり
の寸法安定性良好な金属被覆層を形成することができる
。

また、上記の如く焼結時の収縮が抑えられる結果、この
複合成形体を曲面状の金属母材面、特に凹部を有する金
属母材面に貼着する場合でも、焼結後に母材と金属被覆
層との間に従来の如き収縮に起因した大きな空隙を生じ
させる心配が全くなく、金属母材面に対する金属被覆層
の密着性を大幅に改善することができる。

〔発明の構成・作用〕

この発明の表層用金属粉末成形体層を構成する金属粉末
としては、共晶合金粉末と固相焼結合金粉末との混合粉
末が用いられる。側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。

上記共晶合金粉末の最も代表的なものは、Ｆｅ−Ｍ−Ｃ
系の多元共晶合金粉末であり、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（：：ｒ、Ｖ。

Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔ　ｉを含むことがあり、また他の元
素としてＳｔ、Ｎｉ、Ｍｎなどを含むことができる。

また、上記固相焼結合金粉末としては、ステンレスやそ
の他ニッケル鋼、クロム鋼、マンガン綱、タングステン
鋼などの合金粉末を挙げることができる。この固相焼結
合金粉末は、前記の共晶合金粉末のみでは金属母材面に
対して耐摩耗性や耐腐食性などの性質を充分に付与でき
ないことからこれを補う目的で、また焼結時液相成分の
生成による成形体の変形を抑制し形状を保持させる目的
で用いられるものであり、上記共晶合金粉末とは焼結時
においても液相成分を生成しないという点で本質的に相
違するものである。

このような共晶合金粉末と固相焼結合金粉末とは、前者
対後者の重量比が一般に３５：６５〜６５：３５、特に
好適には４０：６０〜６０：４０の範囲となるような混
合比率で用いるのが望ましい。いずれか一方が過多とな
ったり過少となると、金属母材面に対する耐摩耗性など
の付与効果に劣るかあるいはこの発明の前記効果が滅失
するおそれがあり、好ましくない。

なお、金属母材面に対する耐摩耗性などの付与効果は、
一般に金属粉末の焼結温度が高くなるほど大きくなる。

したがって、上記共晶合金粉末と固相焼結合金粉末とか
らなる表層用の混合粉末は、その焼結開始温度が約７０
０℃以上で、焼結温度が約９００℃以上であるのが好ま
しい。

この発明の接合用金属粉末成形体層を構成する金属粉末
は、表層用における前記固相焼結合金粉末を全く含まな
い共晶合金粉末のみからなるものであり、このため焼結
にあたってまずこの接合層が容易に液相を生成し、この
液相が金属母材面とさらに同種の共晶合金粉末を含む表
層用金属粉末成形体層に対して優れた濡れ性を示し、こ
の濡れ性が良好であることにより前記この発明の効果が
発現されるものである。ここで使用する上記共晶合金粉
末は、前記表層用の共晶合金粉末と本質的に同じである
が、表層用のものとその合金組成などが全く同じである
必要は特にない。

また、金属粉末成形体の焼結時の収縮は、一般にその焼
結温度よりも１００〜１５０℃低い温度で起こり始める
から、接合層用の上記共晶合金粉末としては、上記収縮
開始温度近傍ないしそれ以下、実質的には焼結開始温度
を起点として一１００℃〜＋１００℃の範囲で溶融また
は一部液相を生成するものであるのが好ましいものであ
る。

この発明において表層用および接合用金属粉末成形体層
をそれぞれ構成させるための粘性結合剤としては、例え
ばメチルまたはエチル繊維素、ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポ
リブチラール、ポリアクリル、天然または合成ゴムなど
の主剤単独、またはこれにジブチルフタレート、グリセ
リン、ワックス類の如き柔軟性向上剤などを併用してな
るものが使用される。

粘性結合剤の使用量は、表層用および接合用金属粉末成
形体層中に占める割合が各層においてそれぞれ一般に１
〜１５重量％、好適には２〜１０重量％の範囲となるよ
うな割合とされる。この使用量が過少では各金属粉末成
形体層の物理的強度に劣り、逆に過多となると焼結後の
金属被覆層の密度が低くなったり、焼結処理中にガス化
する樹脂成分などによって焼結炉内を汚染したりするこ
とがあるので好ましくない。

粘性結合剤として、特に常温で感圧接着性を存するゴム
系や合成樹脂系の有機質ポリマーを主剤としたものを用
いると、可撓性にすぐれ、二次元以上の形状に変形せし
めても、クラッタなどの発生を生じない金属粉末成形体
が得られるので好ましい。

この発明の低収縮性金属粉末複合成形体は、表層用およ
び接合用の二つの金属粉末成形体を予め成形し、この画
成形体を適宜の手段で複合一体化することにより、得る
ことができる。

この方法における表層用および接合用の金属粉末成形体
は、それぞれたとえばアセトン、トルエン、メチルエチ
ルケトンなどの有機溶剤に所定の粘性結合剤を溶解させ
るとともに各層用の前記金属粉末を所定量加えて混練し
、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、得ることができる
。

また、粘性結合剤と金属粉末とを有機溶剤を用いること
なく必要なら加熱下または加熱真空下で混合し、この混
合物を加圧成形することにより、得ることもできる。

このようにして成形した表層用および接合用の二つの金
属粉末成形体を複合一体化する方法としては、画成形体
を重ね合わせて加圧一体化する方法があり、この際一体
化後に画成形体の厚みがかなり薄（なるようなロール圧
延などの圧延手段を採用してもよい。また、他の好まし
き一体化方法として、再成形体間に感圧接着剤層を介在
させて接着一体化する方法を推奨できる。ここで用いる
接着剤としては、金属粉末成形体用の前記粘性結合剤と
同様のもの、特に常温で感圧接着性を有するゴム系や合
成樹脂系の有機質ポリマーを主剤としたものが好ましい
。

この発明の低収縮性金属粉末複合成形体は、前記方法に
て成形した一方の粉末成形体（通常は表層用粉末成形体
）上に、他方の粉末成形体用の金属粉末および粘性結合
剤を含むペースト状の混練物を塗着することによっても
製造できるものである。

第１図および第２図は、このようにして得られるこの発
明のシート状の低収縮性金属粉末複合成形体の二つの例
を示したものである。両図中、１は表層用金属粉末成形
体層、２は接合用金属粉末成形体層、３は感圧接着剤層
である。

これらシート状の複合成形体としては、一般に表層用金
属粉末成形体層１の厚みで０．３〜５．ＯＮ、好ましく
は０．５〜２．Ｏｔｍ、接合用金属粉末成形体層２の厚
みで０．１〜１．０鶴、好ましくは０．２〜０゜５ｆｌ
で、全厚が０．４〜６．０ｆｌ、好ましくは０．７〜２
．５ｎの範囲に設定されているのがよい。また、表層用
金属粉末成形体層１の厚みは、金属母材面に所望の性質
を付与しうるように、接合用金属粉末成形体層２の厚み
の少なくとも２倍、好適には３〜１０倍の範囲にあるの
がよい。感圧接着剤層３の厚みは通常５〜２０μｍ程度
である。なお、この複合体全体の密度としては、−ｉに
４．２〜５゜５ｇ／ｃ＋ｄ程度のものである。

つぎに、この発明の低収縮性金属粉末複合成形体を用い
て金属母材面に金属被覆層を形成する方法につき、第３
図および第４図を参考にして説明する。

両図に示されるように、まず表層用金属粉末成形体層１
と接合用金属粉末成形体Ｎ２とからなるこの発明の金属
粉末複合成形体１２（第１図の構成のもの）を、接合用
金属粉末成形体層２が内側となるように金属母材４面に
貼着する。この貼着は、金属母材４面が平坦である場合
（第３図）などでは、接合用金属粉末成形体層２の表面
平滑性および弱粘着性を利用して直接行うことができる
。

しかし、母材４面が第４図の如く凸状であったり傾斜し
ている場合や、焼結処理が振動状態下などで行われる場
合などでは、感圧接着剤層５を介在させて行うのが好ま
しい。この接着剤層５は複合成形体構成用の前記感圧接
着剤層３と同様のものが用いられる。

このようにして貼着したのち、金属粉末複合成形体１２
を構成する金属粉末の種類に応じた適宜の温度条件下に
一定速度で加熱昇温しで焼結処理を行う。この処理は、
金属粉末の酸化劣化を防止するために、Ｎ　Ｚ　、Ａ　
ｒの如き不活性ガス雰囲気、Ｈ２の如き還元性雰囲気、
真空雰囲気などの非酸化性雰囲気下で行われる。

このように焼結処理することにより、複合成形体に含ま
れる粘性結合剤が熱分解するとともに金属粉末の焼結が
起こり、金属母材面に密度が高く母材面の耐摩耗性や耐
腐食性などの向上に寄与する金属被覆層が形成される。

この被覆層は縦横の面方向の長さが原形の１０％以下、
好態として５％以下の実質的に焼結前の複合成形体と同
一または近似の大きさを有するものであり、焼結処理中
の面方向収縮が良好に抑えられていることにより、母材
面が凹部などを有する曲面形状である場合でも、この母
材面と金属被覆層との間に空隙を生じることはない。す
なわち、母材と金属被覆層との密着性に非常にすぐれた
ものとなる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の低収縮性金属粉末複合成形体
は、表層用と接合用との二層構成としてかつ両層用の金
属粉末として特定のものを用いたことにより、焼結処理
時の収縮を大きく低減できるから、これを金属母材面に
貼着して焼結処理することにより原形と実質的に近似の
大きさでかつ上記母材面に対して密着性の良好な金属被
覆層を形成することが可能となる。このため、この発明
の上記複合成形体は、工具１機械、電気、自動車などの
各種金属母材面の表面改質用の金属被覆層として非常に
有利に応用できるものである。

〔実施例〕

つぎに、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、以下において部とあるは重量部を意味する
。

実施例ｌＭｏ１０．５重量％、Ｃｒ２．５重量％、Ｐ２．４重量
％、Ｃ３，５重量％、残部Ｆｅの組成を存し、粒度が１
５０メツシユ以下の三元共晶合金粉末４８゜５重量％と
、粒度１５０メツシユ以下の５ＵＳ４１０粉末４８．５
重量％と、アクリル酸エステル−アクリル酸共重合体か
らなる常温で感圧接着性を有するアクリル系共重合体３
重量％とに、トルエンを上記アクリル系重合体１００部
に対して２００部加えて混練し、ロール圧延して、密度
４．８ｇ／　ｃｔｌ　、厚み１．５０のシート状の表層
用金属粉末成形体とした。

つぎに、前記同様の三元共晶合金粉末９７重量％と前記
同様のアクリル系共重合体３重量％とを用いて、前記同
様にして密度４．８５ｇ／ｃｕｔ、厚み０、３　ｔｍの
シート状の接合用金属粉末成形体を得、これと前記の表
層用金属粉末成形体とを、感圧接着性を有するアクリル
系重合体からなる接着剤層１０μｍを介して接着一体化
し、この発明の低収縮性金属粉末複合成形体とした。

ついで、この複合成形体の接合用金属粉末成形体層面に
感圧接着性を有するアクリル系重合体からなる接着剤を
２０μｍ厚に塗布したのち、２５鶴×２５Ｈの大きさに
切断した。この切断片を、上記塗布面が内側となるよう
に、曲率半径が１０ｏｎの炭素鋼製の金属母材面に貼着
したのち、真空雰囲気下１，０９０℃で焼結して、上記
母材面にこれとの密着性の非常に良好な金属被覆層を形
成した。

この金属被覆層の面方向への収縮率は前記切断片原寸の
約５％であった。なお、前記表層用金属粉末成形体だけ
を用いて、つまりこれに前記接合用金属粉末成形体を接
着一体化させることな（これ単独で上記同様の焼結処理
を施したところ、このときの上記収縮率は約２０％であ
った。

実施例２実施例１で泪いた三元共晶合金粉末５８．２重量％と、
実施例１で用いた５ＵＳ４１０粉末３８．８重量％と、
実施例１で用いたアクリル系共重合体３重量％とを用い
て、実施例１と同様にして、密度５．１５ｇ／ｃｄ、厚
み２．０酊のシート状の表層用金属粉末成形体を得た。

つぎに、この表層用金属粉末成形体と実施例１で成形し
た接合用金属粉末成形体とを、実施例１と同様にして接
着一体化し、この発明の低収縮性金属粉末複合成形体と
した。

この複合成形体を用いて、以下実施例１と同様の操作で
焼結処理して、金属母材面にこれとの密着性の非常に良
好な金属被覆層を形成した。この金属被覆層の面方向へ
の収縮率は原寸の約４．２％であった。なお、前記表層
用金属粉末成形体単独で上記同様の焼結処理を施したと
ころ、このときの上記収縮率は約１４％であった。

実施例３実施例１で用いた三元共晶合金粉末３８．８重量％と、
実施例１で用いた５ＵＳ４１０粉末５８．２重量％と、
実施例１で用いたアクリル系共重合体３重量％とを用い
て、実施例１と同様にして、密度４．４５ｇ／ｄｌ、厚
み１．３ｆｉのシート状の表層用金属粉末成形体を得た
。

この複合成形体を用いて、以下実施例１と同様の操作で
焼結処理して、金属母材面にこれとの密着性が非常に良
好な金属被覆層を形成した。この金属被覆層の面方向へ
の収縮率は原寸の約５．１％であった。なお、前記表層
用金属粉末成形体単独で上記同様の焼結処理を施したと
ころ、このときの上記収縮率は約１８％であった。

実施例４実施例１で用いた三元共晶合金粉末４８重量％と、実施
例１で用いた５ＵＳ４１０粉末４８重量％と、アクリロ
ニトリル−ブタジェン共重合ゴム４重量％とを用いて、
実施例１と同様にして、密度４．６　ｇ　／ｃｊ、厚み
２．０ｆｉのシート状の表層用金属粉末成形体を得た。

つぎに、実施例１で用いた三元共晶合金粉末９６重量％
とアクリロニトリル−ブタジェン共重合ゴム４重量％と
を用いて、実施例１と同様にして密度４．７ｇ／ｃｄ、
厚み０．５龍のシート状の接合用金属粉末成形体を得、
これと前記の表層用金属粉末成形体とを重ね合わせてロ
ール圧延することにより、厚み１．７ｍ、密度４．７５
ｇ／ｅｅｌのこの発明の低収縮性金属粉末複合成形体と
した。

ついで、この複合成形体を２ＱｍＸ２０ｎの大きさに切
断したのち、接合用金属粉末成形体層面を内側にして金
属母材平面に載置し、真空雰囲気下１，０９０℃で焼結
して、上記母材面にこれとの密着性が非常に良好な金属
被覆層を形成した。

この金属被覆層の面方向への収縮率は切断片原寸の約７
％であった。なお、前記表層用金属粉末成形体単独で上
記同様の焼結処理を施したところ、このときの上記収縮
率は約２２％であった。

実施例５実施例１で成形した表層用金属粉末成形体の片面に、実
施例１で用いた三元共晶合金粉末６６．７重量％とポリ
ビニルブチラール３．３重量％とメチルアルコール３０
重量％とからなるペースト状の混練物を乾燥厚みが０．
２　ｍとなるように塗布したのち乾燥して、全体厚み１
．７ｍ、全体密度４．７ｇ／ｃｒ１のこの発明の低収縮
性金属粉末複合成形体とした。

ついで、この複合成形体の接合用金属粉末成形体層面に
感圧接着性を有するポリイミド系の接着剤を１０μｍ厚
に塗布したのち、３０ｍＸ３０ｍｍの大きさに切断した
。この切断片を、上記塗布面が内側となるように、曲率
半径が１００　ｍのステンレス鋼製の金属母材面に貼着
したのち、真空雰囲気下１，０９０℃で焼結して、上記
母材面にこれとの密着性が非常に良好な金属被覆層を形
成した。

この金属被覆層の面方向への収縮率は切断片原寸の約２
％であった。なお、前記表層用金属粉末成形体単独で上
記同様の焼結処理を施したところ、このときの上記収縮
率は約１０％となり、しかも金属被覆層にクラックが発
生し、外観が著しく損なわれていた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の低収縮性金属粉末複合成形体の一例
を示す断面図、第２図はこの発明の低収縮性金属粉末複
合成形体の他の例を示す断面図、第３図はこの発明の低
収縮性金属粉末複合成形体を平坦な金属母材面に貼着し
た状態を示す断面図、第４図はこの発明の低収縮性金属
粉末複合成形体を凸状の金属母材面に貼着した状態を示
す断面図である。１・・・表層用金属粉末成形体層、２・・・接合用金属
粉末成形体層、３・・・感圧接着剤層特許出願人　　日東電気工業株式会社（外１名）第１図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）共晶合金粉末と固相焼結合金粉末と粘性結合剤と
を含む表層用金属粉末成形体層と、共晶合金粉末と粘性
結合剤とを含む接合用金属粉末成形体層とからなること
を特徴とする低収縮性金属粉末複合成形体。
（２）表層用金属粉末成形体層における共晶合金粉末と
固相焼結合金粉末との割合が重量比で３５：６５〜６５
：３５である特許請求の範囲第（１）項記載の低収縮性
金属粉末複合成形体。
（３）表層用金属粉末成形体層および接合用金属粉末成
形体層に含まれる粘性結合剤の量がそれぞれ１〜１５重
量％である特許請求の範囲第（１）項または第（２）項
記載の低収縮性金属粉末複合成形体。
（４）表層用金属粉末成形体層と接合用金属粉末成形体
層とが感圧接着剤層を介して複合一体化されている特許
請求の範囲第（１）〜（３）項のいずれかに記載の低収
縮性金属粉末複合成形体。