JPS62127404A - 粉末合金シ−トの焼結方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、粉末合金シートを金属基体上で焼結して、金
属基体の表面に耐摩耗性合金属を形成する粉末合金シー
トの焼結方法に関するものである。

（従来技術） 従来より、金属基体に対し、耐摩耗性が要求される表面
に粉末合金シートを加熱焼結して１耐摩耗性焼ＩＸ；層
を得るようにした技術は、特公昭５３−１９５４０号に
見られるように公知である。

しかるに、この粉末合金シートの焼結方法においては、
金属基体の下面、傾斜面、曲面等に対し粉末合金シート
を接着した際に、焼結温度である１０００″Ｃ程度の高
温状ｙ島に加熱する過程においても上記シートが確天に
金属基体表面に接着しているだけの接着強度が得られな
い恐れがある。

これに対し、本件出願人は、特開昭６０−１８１２０７
号において、粉末合金シートを金ｔｉｌ１体に接着する
接着斉＋ｆのタール化により焼結温度に至るまでの高温
においても必要なる接若力が得られる焼結方法を提案し
た。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記特開昭６０−１８１２０７リに開示
の方法によるときには、　その接着剤のνの調整か難し
いということか判明した。

すなわち、接着剤の量が多すぎる場合、その接着剤の焼
失、揮故に４ｆ−うガスによって焼結層に凹みあるいは
膨れ等の欠陥が生じ易い。

こ、れについて、第６図、第７図を参照して訂６する。

先ず、第６′ｌＡは、上記特開昭６Ｏ−１８１２０７−
Ｊ＝に開示の焼結方法の工程を示すものである。

第６図Ａに示すように、金属基体Ｍの表面に、合金粉末
とアクリル樹脂粘着剤とを混練してなる粉末合金シート
Ｓを、アクリル樹脂接着剤Ｐを使用して接着した後、約
１１００℃程度の焼結温度に力ロ、鳩処理することによ
り、金属基体Ｍの表面に焼結層を形成するものである。

この焼結温度への昇温過程において、１０５０°Ｃ位の
温度で第６図Ｂの如く粉末合金シートＳの表面が溶融し
て液相ｅを示し、この状態からガスの発生に件って第６
図Ｃに示すように粉末合金シートＳの一部に膨れｆを形
成し、この閉じ込められたカスか液相ｅを破って噴出し
たとき；こは、焼結宛ｒ後の焼結層表［ｍに第６図りに
示すようにどｌμ部分が液相の移動により逆に凹みｄと
して欠陥か残るものと考′！イされる。また、上記）膨
れｆが破れずにそのまま焼結が完了しうると、表面に突
部か残って、焼結層と金属基体Ｍとの接合が不充分とな
る問題を有する。

１−記現象の発生原因を探究したところ、接着剤の樹脂
成分の熱分解によるガス発生が焼結温度近傍の高温状態
においても生じていることによると判明した。

つまり、上記のように金属基体の粉末合金シートを接着
剤によって接着して加熱し焼結を行う際に、３００　”
Ｃ付近から接着剤の低沸点成分がカス化して押故し、６
００℃付近では高沸点成分ガスの発生が始まり、９００
°Ｃ程度に上昇するとカスの発生は殆どなく、さらに温
度が１０５０’Ｃ程度に上昇すると、前述のように液相
が生成されるとともに、再びガスの発生がある。

このガスは液相の存在によって粉末合金シートをｄっで
抜けるのが阻害され、金属基体とシートとの間に閉じこ
められ、さらに発生したガスで内圧か上昇して粉末合金
シートを持ち上げて膨らますものと考察される。

Ｌ記Ｊｊ″！Ａは接着剤の焼結温度までの加熱に伴うカ
スの発生状況をガスクロマトグラフによって測定した結
果から判明したものである。この測定結果を第７図に示
し、分析方法は装置として熱分解装置を備えたガスクロ
マトグラフを用い、ステンレスカラムに所定量の試料（
アクリル樹脂接着剤、試料量　２４．ｌ１ｍｇ）を入れ
て３゜Ｏ°Ｃ１６００℃、９００℃、１０５０”ｃと順
に各温度で５分間加熱を繰り返し、発生したガスをＮ２
カスをキャリアカスとして収集し、分析測定したもので
ある。

第７図の結果に見られる如く、３００℃で低沸へ成分の
ガスが発生し、９００℃ではガスの発生は殆ど見られな
かったのに対し、１０５０℃ではタールピッチ化して残
存する有機成分のガスが発生している。

この１０５０℃の温度近傍では、粉末合金シートは液相
の出現が始まっており、これによりタール化した接着剤
から発生するガスの逃げ場を塞ぎ、粉末合金シートと金
属基体との間にガスが溜るためシートの膨れ等が生ずる
ものである。

勿論、接着剤の量が少なすぎる場合には、充分なる接着
力が得られず、焼結層の位置ずれの問題が生ずることと
なる。

そこで、本発明は、上記接着剤の定量化を容易なものと
するようにした粉末合金シートの焼結方法の提供を目的
とする。

（問題点を解決するための手段、作用）本発明は、アク
リル樹脂からなる粘着剤と１耐摩耗性共晶合金粉末とを
混練して形成された粉末合金シートを、アクリル樹脂か
らなる接着剤で金属基体の表面に接着させた後、非酸化
性雰囲気の下で、前記粉末合金シートを前記金属基体に
焼結結合させるようにした粉末合金シートの焼結方法を
ｔ丁ノ提として、 上記粉末合金シートの接合面若しくは前記金属基体の接
合面の少なくとも一方に、ガス抜き溝を設け、このガス
抜き溝に前記接着剤を充填する構成としたものである。

このような構成とすることにより、接着剤の量をカス抜
き溝により定量化がなされることとなる。勿論、ガス抜
き溝の相対的な総体問、断面積等、つまりｉ！ｉ量な接
着剤の量は実験的に求められるものである。

これによって、接着剤の焼失、揮故に伴うガスの量を最
小限に抑えつつ、最適なる接着力が得られることとなる
が、その焼結過程で発生するガスは上記ガス抜き溝によ
って、速やかに外部に排出されることとなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について添付した図面を参照しつ
つ説明する。

第１図、第２図に示す符号ｌは、金属基体で。

金属基体１は鉄系金属からなる。この金属基体ｌの表面
にはガス抜き溝２．２、・嗜・が設けられており、各ガ
ス抜き溝２に充填された接着剤３（第３図参照）で、耐
摩耗性粉末合金シート４を金属基体１に接着させ、非酸
化性雰囲気（Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気、Ｈ２等
の還元性雰囲気、真空雰囲気）の下で、焼結接合がなさ
れ、金属基体ｌの表面に焼結層が形成される（第５図参
照）。

次に、より具体的に説明する。

先ず、金属基体１は一辺の長さしが１５ｍｍの正方形と
され、その表面に設けられたガス抜き溝２．２、・φ・
は、４ｍｍ間隔（文１）で並列に刻設されている。

ガス抜き１の断−羊 各ガス抜き溝２は１幅（ｆＬ２）が１ｍｍ、深さくｈ）
が０．３ｍｍとされて、断面ａＯ０３ｍｍ２を有するも
のとされている。このガス抜き溝２の断面積は、接着剤
３の接着力及びガス抜き効果から実験的に決定されるも
のであるが、０゜０７ｍｍ２〜０．４ｍｍ２であること
が好ましい、ガス抜き溝２の断面積が０．０７ｍｍ２未
満では接着剤３の量が不足し、充分なる接着力が得られ
ない。逆にその断面積が０．４ｍｍ２を越えると、焼結
接合後、金属基体１と焼結層５との間に空洞が生じ、そ
の接合強度が弱くなる。

接着剤 接着剤３は、トルエン等の溶剤で動粘度５．０ｃｓｔ　
　（ｃｓｔ　：　！Ｏｃｍ２／ｓ）に稀釈されたアクリ
ル樹脂からなる。

接着剤３の動粘度は３，５〜８．０Ｃ３ｔであることが
好ましい。動粘度が３．５ｃｓｔ未満では、接着力が不
足する。８．０ｃｓｔを越えると接着剤の流れが悪くな
り、ガス抜き溝２への充填が難しくなる。

致スイ目し二二ュ 粉末合金シート４は、Ｃ２，０１量％、Ｐｉ。

０ｆｆｉ量％、Ｍｏ４．５重量％、Ｃｒ７．５重量％、
残部Ｆｅで、粉末粒度１５０メツシユ以下よりなる耐摩
耗性共晶合金粉末９０容量％とトルエンで希釈したアク
リル樹脂１０容量％とを混練した後、泥しよう状にして
離型紙を被せた型枠上に流し込み、溶剤を蒸発させた後
、これを圧延ロールに通して密度４−６ｇ／ｃｍ３厚み
１．５ｍｍを有するシートに成形されたものが使用され
ている。

ＰはＦｅ、Ｃと結合して燐共晶を形成し、Ｉ耐摩耗性を
向上させるとともに、融点を下げる役割をするものであ
る。すなわち、粉末合金シートの合金粉末は、加熱焼結
したときに耐摩耗性を有する必要があることは当然であ
るが、アクリル樹脂接着剤３の接着性には温度的に限界
があるため、焼結温度はできるだけ低いことが好ましい
からである。

Ｐは０．５ｉ量％未満では、液相徂がｌＯ容量％木滴に
なるため、母材との接合が不可能となる。また２、５重
量％を越えると燐共晶がネット状に晶出して靭性を著し
く低下させる。よってＰは０．５〜２．５１ｉ％の範囲
にあることが好ましい。

次に、ＣはＦｅ、Ｐと結合して基地の強化および硬質相
の形成を行うとともに、燐共晶を形成し密度の上昇およ
び母材との接合に役立つものである。

Ｃは１．５重量％未満では、低融点品出物の生成が少な
く密度の上昇及び母材との接合が不十分になる。また、
４．０重量％を越えると晶出する液相量が多くなりすぎ
るため必要な形状を保持できなくなると同時に、炭化物
がネット状に晶出し結晶粒も粗大化するため靭性か低下
する。よって、Ｃは１．５〜４．０重−ｆ％の範囲にあ
ることが好ましい。

Ｍｏは基地の強化および硬質相の形成に寄与するととも
にＦｅ、Ｃと結合して融点を下げる役割りをするものと
して必要な元素であり、２．５重９％未満では硬質相が
少なくなり、また液相量が少なくなるために密度が上ら
ず、その結果、耐摩耗性が低下するとともに接合が困難
になる。

１０．５重着％を越えると液相量が多くなりすぎるため
に脆くなり、靭性を著しく低下する。よってＭｏは２．
５〜１０．５重量％の範囲にあることが好ましい。

ＢはＦｅ、Ｃと結合して硬質相を形成するとともに融１
、ヱをドげるｊ′ジ割りをする元素であり、０．５重量
％未満ではＦｅ−Ｂ−Ｃの三元ア、品が少なくなるため
、［耐摩↓Ｌ性および耐焼イ・１、き性ｆ））話゛くな
る。３．０屯に％を越えると非常に脆どなってまた実用
的でなくなる。よって、Ｂは０．５〜３．０重ｉＩ１％
の範囲にあることがｔｌ’ｆましい。

Ｃｒは強度、耐摩耗性を改善する副次的なえ素であり、
他にＶ、Ｗが有効である。これらの元素は基地の強化、
特に靭性の向上に役ヴち、ざらにＣと結合して硬質相を
形成するのに好ましい元素であり、ｌｏｇ！、量％を越
えると上記効果が飽和して経済的に好ましくない。

次に、その他の元素Ｓｉ、Ｎｉ、Ｍｎを、ＩＪ［Ｉえて
もよい。Ｓｉの役割りは合金粉末製造時に溶出の流動性
を改善するとともに、接合時にＥｉＪ材とのぬれ性をも
改善する元素であり、５．０重縫％を越えると硬さが低
下し、耐摩耗性が悪くなる。

Ｎｉは、基地の強化に役立つ元素であるが、５．０重量
％を越えると硬質相の役割が少なくなるため、焼付きを
起しやすくなる。

また、ＭｎもＮｉと同様の機能を有していることから、
５．０重量≧６以下の範囲で添加されることが好ましい
。

敬スｍλ致匝 また、粉末金属の粒度は焼結相の気孔率に大きな影響を
与える要素があり、１５０メツシユ以下とすることが好
ましい０粒度が１５０メツシユを越えて大きくなると気
孔率もこれにつれて上昇し、焼結相の耐摩耗性を阻害す
る。

粘着剤と粉−合　との配合 粘着剤として用いるアクリル樹脂と、粉末合金との配合
比は、粘着剤を３〜１５容量％とし、残部を合金粉末と
することが好ましい。

粘着剤が３容量％より少なくなると、粘着性が不足して
粉末合金シートが脆化し必要なシートの可撓性を確保す
ることができず、１５容量％を越えて粘着剤が多くなる
と、樹脂分が過剰となって、気孔率等に悪影響を与える
と同時に母材との接合が不可能となる。

上記のように厚さ１．５ｍｍにシート化された粉末合金
シート４は、＄３１７ｍｍ、長さ１８ｍｍに切断された
ものを、金属基体ｌ上に接着し、水素ガス雰囲気の下で
、下記の加熱条件により焼結接合させた。なお、上記非
酸化性加熱雰囲気は、合金粉末およびアクリル樹脂接着
剤の酸化を防ぐためのものである。

加＠条件 申昇温速度り０℃／分→３００℃ ＜’ｊ）　３００℃×６０分 （ｊ）昇温速度１０℃／分→１０９０℃ｊ４）　１０９
０℃Ｘ２０分 ・′５）徐冷 上記加熱条件において、■に示す昇温速度は、４０℃／
分以下とすることか好ましい、この昇温速度が４０℃／
分を越えるとアクリル樹脂接着剤中の低沸魚介が急激に
揮発するため、粉末合金シートを破損したり、接着面に
気泡が発生して脱落する恐れがある。

また、上記（２）の加８温度は１５０〜３８０℃とする
ことが好ましい、より好ましくは２００〜３５０’０で
ある。１５０°Ｃ未満では接着剤の未分解量が多くなり
、３８０°Ｃ以上に加熱したときに急激な分解を起こす
ことと、接着剤３のタールピッチ状物質の生成量が少な
いため、高温における接着強度が低くなって粉末合金シ
ートが脱落する可能性がある。一方、３８０℃を越える
と接着剤が急激な分解を生起し、接着に寄テするタール
ピッチ状物質の生成量が少なく粉末合金シートが脱落す
る可能性があるからである。そして、上記■の加熱保持
を６０分としたのは、上記タールピッチ状物質の生成量
を十分に得るためである。勿論その加熱温度によって最
適な時間が量が異なるが、５分未満ではタールピッチ状
物質の生成量が少なく接着が不十分になり、また、１２
０分以上の加熱は経済的でない。

上述の条件の下で、数多くの実験を行なった結果、全て
に良好の結果が得られた。すなわち、そのいずれにも、
焼結層５に膨れ、凹み等の欠陥が発見されず、また金属
基体ｌと焼結層５との接合部における空洞も見当たらな
かった。勿論、その接合強度も十分であった。

（発明の効果） 本発明によれば、接着剤の量が物理的に定植化されるた
め、その調整の最適化が容易である。このことは、最適
な接着力が得られることを意味するのみならず、ガス抜
き溝のガス抜き作用と相粉って焼結過程で発生するガス
による焼結層の欠陥を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属基体の正面図、 第２図は金属基体の側面図、 第３図及至第５図は焼結工程を示すもので、第３図は、
ガス抜き溝に接着剤を充填する工程を示す図、 第４図は金属基体上に粉末合金シートを接着する工程を
示す図、 第５図は、金属基体の表面に焼結層を形成する工程を示
す図である。 第６図Ａ−Ｄは焼結工程を順に示し欠陥の発生状況を示
す説明図、 第７図はアクリル樹脂接着剤の焼結温度までの加熱に伴
うガスの発生状況をガスクロマトグラフによって測定し
た結果を示すグラフである。 １：金１ぷ基体 ２：ガス抜き溝 ３：接着剤 ４：粉末合金シート ５：焼結層 第１図 第３図　　　第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アクリル樹脂からなる粘着剤と耐摩耗性共晶合金
   粉末とを混練して形成された粉末合金シートを、アクリ
   ル樹脂からなる接着剤で、金属基体の表面に接着させた
   後、非酸化性雰囲気の下で、前記粉末合金シートを前記
   金属基体に焼結結合させるようにした粉末合金シートの
   焼結方法において、 上記粉末合金シートの接合面若しくは前記金属基体の接
   合面の少なくとも一方にガス抜き溝を設け、 該ガス抜き溝に前記接着剤を充填するようにした、 ことを特徴とする粉末合金シートの焼結方法。