JPS62247006A - アルミニウム合金焼結品の製造方法 - 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、アルミニウム合金焼結品の製造方法に関する
。

〔従来の技術〕

ガスアトマイズ法等により得られたアルミニウム合金の
急冷凝固粉末を原料とするアルミニウム合金焼結品の製
造方法は、アルミニウム合金（以下、「アルミ合金」）
粉末を、軟化焼鈍および乾燥のために加熱処理する工程
、加熱された粉末を加圧成形機により高圧下刃（例えば
２０００　ｋｇ　／　ｃｒＡ　）で所定形状に加圧成形
する工程、およびその成形体を約３５０〜４００℃で焼
結する工程、更にそれを約３５０〜４００℃での熱間押
出加工（例えば面圧約８０００　ｋｇ　／　ａｎｔ、押
出速度：約１０１／秒）に付し、断面積比：約１０以上
の強加工を加える工程からなり、その熱間押出加工品に
機械加工を施すことにより目的とする形状・サイズの部
品に仕上げられる。

上記製造工程において、粉末の加圧成形体を焼結したの
ち、更に熱間押出加工を行うのは、粉末同士の焼結を完
全ならしめるためである。すなわち、アルミ合金粉末の
表面は強固な酸化皮膜くＡＡｚＯｚ）で被われているの
で、単にその粉末を加圧成形して焼結するだけでは、十
分に粉末同士を結合させることができない。そこで、そ
の成形体を熱間押出加工に付し、断面積比で約１０以上
の強加工を加え、粉末に圧縮と剪断力を作用させて酸化
皮膜を破壊することにより、粉末同士の焼結を完全なも
のとするのである。従って、熱間押出加工は、アルミ合
金焼結品の製造に欠くことのできない工程となっている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように従来の製造方法における熱間押出加工工程
は、粉末同士を十分に焼結させるための不可欠の工程で
あるが、この工程は多大のエネルギを必要とするうえ、
得られる製品の形状・サイズが限定され、大径品や異形
状品を得ることができず、また目的とする部品に仕上げ
るための機械加工代が大きくなる等の欠点がある。しか
も、粉末の加熱（焼鈍・乾燥）、加圧成形・焼結、およ
び熱間押出加工の各工程が独立しているため、生産性が
低く、製造コストが高くつく。

本発明は、上記問題点を解決するための改良されたアル
ミ合金焼結品の製造方法を提供しようとするものである
。

〔問題点を解決するだめの手段および作用〕本発明に係
るアルミ合金焼結品の製造方法は、不活性雰囲気下に、
アルミ合金の急冷凝固粉末を焼鈍および乾燥のための加
熱処理に付したのち、射出成形機のシリンダ内に装入し
、加熱しつつスクリュで圧送し先端のノズルから成形型
内に射出することにより、粉末表面の酸化皮膜を破壊す
ると共に、該成形型内で焼結せしめることを特徴とする
。

本発明方法を、第１図を参照して説明すると、（１０）
は不活性雰囲気に保持されたチャンバ、（２０）は原料
粉末供給バット、（３０）は粉末加熱処理装置、（５０
）は射出成形装置である。射出成形装置（５０）は射出
シリンダ（５１）と成形型（５６）とからなり、成形型
（５６）内において粉末は所定の形状に焼結される。

これらの各装置はチャンバ（１０）内に配設され、粉末
の加熱処理から焼結に到るまでの一連の工程は不活性雰
囲気下に行われる。

原料粉末であるアルミ合金粉末（Ｐ）は、供給バラ）　
（２０）を介してチャンバ（１０）の内部に供給され、
まず加熱処理装置（３０）において加熱処理される。こ
の加熱処理は、粉末を十分に乾燥させることと併せて、
粉末を焼鈍・軟化させることにより、その後の工程にお
ける粉末表面の酸化皮膜の破壊を容易にすると共に、粉
末の成形性を高めるための工程である。この加熱処理は
、好ましくは２５０〜３５０℃にて行われる。

加熱処理された粉末（Ｐ）は、ついで射出成形装置（５
０）に送られ、シリンダ（５１）の後尾部のホッパ（５
５）を介してシリンダ（５１）内に装入される。シリン
ダ（５１）は内部にスクリュ（５２）を存し、先端部に
はノズル（５３）が取付けられ、またシリンダ（５１）
の周囲にはシリンダ内の粉末を加熱するためのヒータ（
５４）が配設されている。

シリンダ（５１）内に装入された粉末（Ｐ）は、ヒータ
（５４）で所定温度に加熱されながら、スクリュ（５２
）の回転運動により前方に圧送され、ノズル（５３）か
ら、その前面に配置された成形型（５６）内に射出され
る。

粉末（Ｐ）は、ノズル（５３）から高圧力高速度下に射
出される過程で、酸化皮膜が破壊される。すなわち、ノ
ズル（５３）の孔径はシリンダ（５１）内のスクリュ（
５２）の径に比し著しく小さいので、スクリュ（５２）
の回転でノズルの孔内に圧入される粉末は、スクリュ／
ノズル間の断面積の急激な縮小に伴う強い圧縮と剪断力
の作用下にノズル（５３）の孔内を通過することにより
、変形を伴って表面の酸化皮膜が破壊され、その表面状
態を保持したまま成形型（５６）内に射出される。

粉末の射出過程における酸化皮膜の破壊を効果的に行わ
せるためには、スクリュ（５２）の断面積（ＳＳ）とノ
ズル（５３）の孔の断面積（ＳＮ）との比（Ｓ３　／Ｓ
Ｎ　）を１０以上とし、また射出圧力を２０００　ｋｔ
ｒ　／　ｃｒＡ以上に設定することが好ましい。

シリンダ（５１）内の粉末の加熱温度は、シリンダ内で
の粉末同士の動きを阻害せずに、しかも成形型内で十分
な焼結を達成させる点から、２５０〜３５０℃が適当で
ある。また、ノズル口径は特に限定されないが、通常５
〜１５ｍφ程度であればよい。

上記シリンダ（５１）内に粉末（Ｐ）を装入するに当た
っては、必要に応じて樹脂などの添加剤が配合される。

例えば、シリンダ（５１）内における粉末の流動性を改
善するために熱可塑性樹脂が適量（約１０〜１５重量％
）添加されることもある。

かくしてノズル（５３）から成形型（５６）内に射出さ
れた粉末は、表面の酸化皮膜が破壊されているので、酸
化皮膜によって焼結が妨げられることはなく、適当な温
度（例えば、３５０〜４００℃）に加熱保持されること
により十分な焼結を完了する。しかるのち、その焼結晶
（Ｓ）を成形型（５６）内から脱型し、チャンバ（１０
）の開閉扉（図示せず）から大気中に取り出す。

なお、上記一連の工程が行われるチャンバ（１０）内を
不活性雰囲気に保持するのは、粉末の加熱処理から、シ
リンダ（５１）内での圧送を経て、成形型（５６）への
射出に到る過程におけるアルミ合金粉末の発火・爆発の
危険を防止すると共に、ノズル（５３）の孔を通過する
過程で酸化皮膜が破壊された粉末の表面を、再び酸化さ
せることなく成形型（５６）内に射出することにより、
そのまま成形型内で十分な焼結を達成させるためである
。この不活性雰囲気は、真空、またはアルゴン、窒素等
の不活性ガスにより形成されるが、装置構成上の都合に
より、図示のようにチャンバ（１０）を、加熱処理装置
部（１１）と、射出成形装置部（１２）との２つの部分
に分割し、それぞれの部分を個別の不活性雰囲気、例え
ば加熱処理装置部（１１）を真空雰囲気とし、射出成形
装置部（１２）をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気と
することもある。

〔実施例〕

第１図において、加熱処理装置（３０）は、ベルトコン
ベア（３１）と、その上方に配設された赤外線ヒータ（
３２）からなる。原料粉末バット（２０）のコック（２
１）を開いてチャンバ（１０）内に導入される原料粉末
（Ｐ）は、ベルトコンベア（３１）の左端部に落下し、
該コンベアの走行下に赤外線ヒータ（３２）で加熱され
つつ焼鈍および乾燥されてコンベアの右端部に到り、そ
の直下に配設されたバット（４０）内に受は止められる
。バット（４０）は駆動装置（図示せず）により駆動せ
られてバット内の粉末を、ホッパ（５５）からシリンダ
（５１）内に装入する。バット（４０）内の粉末をシリ
ンダ（５１）内に装入するに当たって、図示しない樹脂
添加装置により、適量の熱可塑性樹脂が添加されるよう
になっている。

なお、チャンバ（１０）は、独立した２つのチャンバ（
１１）と（１２）とからなり、チャンバ（１１）は真空
雰囲気（１０−’ｔｏｒｒ）に保持され、チャンバ（１
２）はアルゴンガス雰囲気（１００ｔｏｒｒ）に保持さ
れている。

上記装置によりアルミ合金粉末の焼結を行い、円柱状の
射出成形品（焼結体）を得た。製造条件は次のとおりで
ある。

（１）原料粉末： Ａｊ！２０Ｓｉガスアトマイズ急冷凝固粉末（粒径：４
５μｍ以下） （２）加熱処理：３００〜３５０℃Ｘ３０分（３）樹脂
添加ｆｆｉ：１３重量％ （４）射出成形： スクリュ径：３０鶴φ ノズル孔径：８ｆｉφ スクリュ・ノズル断面積比（ＳＳ　／Ｓｏｌ　）：１４
．１加熱部度＝３５０℃ 射出圧カニ　２０００　ｋｇ　／　ａＪ成形型内温度・
保持時間：３５０℃×３０分得られた成形品（２０φＸ
６（ｌ、Ｍ）より試験片を採取し、機械試験を行って次
の結果を得た。

引張強さ：４２．Ｏｋｇ／龍２ 耐　　　力＝３１゜Ｑｋｇ／ｍｕ” ヤング率：　７４０Ｑｋｇ／　ｍｍ” 伸　　　び：４．８　　％ 絞　　　リ＝９．０　％ 因に、原料粉末を加熱処理後、ホットプレス（加圧カニ
　２０００　ｋｇ　／　ｃｉ、温度＝３８０℃）に付し
て得られる焼結晶の機械試験値を示すと、引張強さ：　
２１．Ｏｋｇ／　＋ｎ” ヤング率：６２００ｋｇ／嘗鳳２ 伸　　　び二〇、８　　％ 絞　　　リ　＝０．８　　％ と極めて低いレベルにとどまっている。これは、粉末の
酸化皮膜により粉末の焼結が妨げられているからである
。これに対し、本発明方法により得られる焼結晶の上記
機械的性質は、次の比較例における試験結果との対比か
ら明らかなように、熱間押出加工工程を経て得られる従
来材のそれと同等のレベルにある。このことから、本発
明方法によれば、従来法における熱間押出加工効果と同
等の酸化皮膜破壊効果が得られ、粉末同士の十分な焼結
を達成できることがわかる。

ル較炭 前記実施例と同じアルミ合金粉末（Ａｎ−２０Ｓｉ）を
使用し、真空雰囲気で焼鈍・乾燥（３００〜３５０℃、
３０分）したのち、ホットプレス法により円柱状焼結晶
（１６０φ）を得、ついでこれを熱間押出加工に付して
円柱状製品（５０φ）を得た。ホットプレスおよび熱間
押出加工条件は次のとおりである。

（１）　　ホットプレス 加圧カニ　２０００ｋｇ／　ｃｒＡ　（面圧）加熱温度
：３８０℃ 保持時間：６０分 （２）熱間押出加工 押出カニ　８０００　ｋｇ　／　ｃＩｉｌ（面圧）押出
速度：１０龍／秒 断面積比：約１０／１ 得られた製品（５０φＸ１０００ｊｌりから引張試験片
を調製し実施例と同様の試験を行い、次の結果を得た。

引張強さ：４３．Ｏｋｇ／寵２ 耐　　　カニ　３１．２ｋｇ／　ｗ” ヤング率：　７５００ｋｇ／　＊識２ 伸　　　び：５．０　％ 絞　　　リ　：９．５　％ 〔発明の効果〕 本発明方法によれば、従来法のような焼結と、熱間押出
加工の二重の工程を必要とせず、射出成形工程によりア
ルミ合金粉末の酸化皮膜の除去と粉末の十分な焼結とを
達成し、健全なアルミ合金焼結品を得ることができる。

本発明方法は、従来法に比し、工程が簡素であり、また
原料粉末の加熱処理から焼結工程に到るまでの一連の工
程を連続的に行うことができるので、生産性にすぐれ、
製造コストも安価である。

また、従来の製造法では焼結体に熱間押出加工による強
加工（その断面積比は約１０以上である）を加えなけれ
ばならない関係上、得られる製品は小物品に限られ（実
際上、約５０φ程度が限度である）、シかも比較的単純
な形状のものに限定されるが、本発明方法はそのような
制約はなく、例えば直径１５０鶴φの大径品はむろんの
こと、射出成形型の内形状に応じて比較的自由に、複雑
な、しかも最終製品形状に近い（Ｎｅａｒ　ｎｅｔ　５
ｈａｐｅ）焼結晶を製造することができる等、製品形状
設計の自由度に富み、また最終製品に仕上げるための機
械加工代が少なくてすみ、加工に要するコストが節減さ
れる等の諸効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す模式的説明図である。 １０：チャンバ、３０：加熱処理装置、５０：射出成形
装置、５１ニジリンダ、５２：スクリュ、５３：ノズル
、５４：ヒータ、５６：成形型。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム合金の急冷凝固粉末を、不活性雰囲
   気下に、加熱処理したのち、射出成形機のシリンダ内に
   装入し、加熱しつつスクリュにて圧送しノズルから成形
   型内に射出することにより、粉末表面の酸化皮膜を破壊
   すると共に該成形型内で焼結せしめることを特徴とする
   アルミニウム合金焼結品の製造方法。
2. （２）シリンダ内のスクリュの断面積（Ｓ＿Ｓ）に対す
   るノズルの吐出孔断面的（Ｓ＿Ｎ）の比（Ｓ＿Ｓ／Ｓ＿
   Ｎ）が１０以上であり、粉末の射出圧力が２０００ｋｇ
   ／ｃｍ＾２以上である上記第１項に記載のアルミニウム
   合金焼結品の製造方法。
3. （３）不活性雰囲気が真空雰囲気である上記第１項また
   は第２項に記載のアルミニウム合金焼結品の製造方法。