JPS6342682B2

JPS6342682B2 -

Info

Publication number: JPS6342682B2
Application number: JP58102310A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nishino; Koshiro Ueda; Katsuyoshi Saito
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1983-06-08
Filing date: 1983-06-08
Publication date: 1988-08-25
Also published as: JPS59229403A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、金属焼結部材を射出成形を利用し
て製造する方法、並びにこの方法を実施するに際
して使用するのに適した射出成形用バインダーに
関するものである。一般に、金属焼結部材は、金属粉末を主体とす
る原料粉末を圧粉体にプレス成形した後、焼結す
ることからなる粉末冶金法によつて製造されてい
る。一方、耐火物などの窯素製品を、15〜30重量％
のバインダーを配合し、残りが原料粉末からなる
配合混合物を、射出成形した後、加熱して脱バイ
ンダー処理を施し、焼成することによつて製造す
る方法が提案され、この射出成形を利用した方法
によれば、通常の型押し成形では成形不可能な形
状のものや、薄肉の形状のものを量産性よく製造
することができることから、近年注目を集めるよ
うになつている。そこで、上記の窯素製品の製造に用いられてい
る射出成形を利用した方法を、現在粉末冶金法に
て製造されている金属焼結部材の製造に適用する
試みもなされたが、窯素製品の場合、原料粉末の平均粒径が10μ
ｍ以下と微細であるのに対して、金属焼結部材
の場合のそれは相対的に粗い粒度をもつこと。窯素製品の製造に用いられている射出成形用
バインダーは、原料粉末の成形性および熱分解
の容易性を重視したものであること。などの理由で、原料粉末だけを代えただけで、実
質的に窯素製品の製造の場合と同様な条件で金属
焼結部材を製造しようとしても、強度のある射出
成形体を製造することができないばかりでなく、
脱バインダー後の加熱成形体も壊れ易く、ハンド
リングに困難を伴うなどの現象を生じ、次工程の
焼結を満足に行なうことができないのが現状であ
る。しかして、本発明者等は、上述のような観点か
ら、射出成形を利用して金属焼結部材を工業的規
模で量産性よく製造すべく研究を行なつた結果、射出成形用バインダーとして、重量％（以上％
はすべて重量％を示す）で、エチレン酢酸ビニル共重合体（以下EVAと略
記する）および低密度ポリエチレン（以下LDPE
と略記する）のうちの１種または２種：30〜50
％、メタクリル酸エステル共重合体：19〜32％、ジ・ブチル・フタレート（以下DBPと略記す
る）、ジ・エチル・フタレート（以下DEPと略記
する）、およびステアリン酸のうちの１種：７〜
13％、パラフイン・ワツクス：残り（ただし20％以上
含有）、からなる組成をもつものを使用し、このバインダーを、平均粒径：10〜50μｍを有
する金属粉末を主体とする原料粉末に５〜15％配
合して混合物とし、この配合混合物を用いて、射出圧力：150〜1000Kg／cm²、成形温度：120〜160℃、の条件で射出成形し、ついで、この射出成形体を、還元性雰囲気中、昇温速度：15〜250℃／hr.、加熱温度：450〜600℃、加熱保持時間：０〜５時間、の条件で加熱して脱バインダー処理を行なうと、上記の射出成形工程では、上記組成のバインダ
ーおよびその配合量によつて、強度の高い射出成
形体が形成され、また、上記の脱バインダー工程では、原料粉末
たる金属粉末の相互接触部分にわずかながら溶着
現象が起つていることから、ハンドリングに特別
な注意を払う必要なく、次工程の焼結を満足に行
なうことができるようになるという知見を得たの
である。この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、以下にバインダーの組成並びに製造
条件を上記の通りに限定した理由を説明する。Ａバインダーの組成 (a) EVAおよびLDPE これらの成分は、熱可塑性樹脂であつて、
スラリーの成形性を損うことなく、射出成形
体の強度を高めるほか、脱バインダー処理時
に、これ以外の成分が低温で熱分解して除去
される間、射出成形体の形状を保持する作用
を有するが、その配合量が30％未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方50％を越
えて配合すると、配合混合物の成形性が劣化
するようになると共に、脱バインダー時に発
泡現象が生じるようになり、さらに焼結材料
中にも残留して、その特性を劣化させること
から、その配合量を30〜50％と定めた。なお、上記EVAは、平均分子量：5000〜20000、酢酸ビニル含有量：20〜28％、メルトインデツクス（M.I.）：200〜400ｇ／
10min のものを使用し、上記LDPEは、平均分子量：4000〜20000 メルトインデツクス（M.I.）：80〜200ｇ／
10min のものを使用するのが好ましい。 (b) メタクリル酸エステル共重合体この成分も、EVAおよびLDPEと同様に
粘着性の高い熱可塑性樹脂であつて、EVA
およびLDPEと同様な作用をもつほか、特に
射出成形時における肉薄部の欠落や破損など
を防止し、さらに熱分解温度がEVAや
LDPEに比して低い（EVA：400℃以上、
LDPE：350℃以上であるのに対して、メタ
クリル酸エステル共重合体の熱分解温度は
200℃以上）ので、これらの成分との共存に
おいて、バインダーの熱分解温度範囲が広が
り、この結果脱バインダーに際して、バイン
ダーの熱分解が徐々に進行するようになるこ
とから、バインダーの急激な熱分解に原因す
る成形体の破損が防止されるようになる作用
をもつが、その配合量が19％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方32％を越え
て配合すると、スラリーの成形性が劣化する
ようになることから、その配合量を19〜32％
と定めた。なお、上記メタクリル酸エステル
の共重合体は、重量％で (イ) メタクリル酸メチル（MMA）、メタク
リル酸ブチル（BMA）およびメタクリル
酸シクロヘキシル（CHMA）の共重合体
で、 MMA：BMA：CHMA：15％：60〜65
％：20〜25％のもの (ロ) MMA、BMA、CHMAおよびメタクリ
ル酸２エチルヘキシル（2EHMA）の共重
合体で、 MMA：BMA：CHMA：2EHMA＝10
％：60％：20％：10％、のもの (ハ) メタクリル酸イソブチル（IBMA、アク
リル酸ブチル（BA）の共重合体で、 IBMA：BA＝50％：50％、のもの、 (ニ) BMAとIBMAの共重合体で、 BMA：IBMA＝30％：70％のものを用いるのが好ましい。 (c) DBP、DEP、およびステアリン酸これらの成分には、バインダーを構成する
各成分の相溶性を向上させてバインダーの均
質化をはかると共に、射出成形時における配
合混合物の流動性を向上させる作用がある
が、その配合量が７％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方13％を越えて配合
すると、射出成形体が脆化するようになるほ
か、加熱成形体に変形が起るようになること
から、その配合量を７〜13％と定めた。 (d) パラフイン・ワツクスこの成分は、射出成形時における配合混合
物の流動性を向上させ、かつ原料粉末とバイ
ンダーとのぬれ性を向上させて配合混合物を
均質化する作用をもつが、これらの作用を確
保するためには20％以上の配合が必要であ
る。Ｂ製造条件 (a) バインダーの配合量その配合量が６％未満では、射出成形時に
おける配合混合物の流動性が不足し、射出成
形が困難になるばかりでなく、所望の強度を
もつた射出成形体を成形することができず、
一方15％を越えて配合すると、バインダーの
量が多すぎて、脱バインダー後の加熱成形体
に脆化傾向が現われるようになり、ハンドリ
ングが困難になることから、その配合量を６
〜15％と定めた。 (b) 金属粉末の平均粒径その平均粒径が10μｍ未満と細かくなる
と、相対的に粉末の比表面積が増大し、15％
のバインダーを配合しても所望の射出成形に
適した配合混合物を確保することができず、
かつ射出成形体の強度も低下するようにな
り、一方50μｍを越えた粗い粒度にしても、
射出成形体および脱バインダー後の加熱成形
体の強度低下が著しくなることから、その平
均粒度を10〜50μｍと定めた。 (c) 射出成形条件射出圧力が150Kg／cm²にして、成形温度が
120℃未満では、満足な射出成形体を形成す
ることができず、一方射出圧力にあつては、
どのような複雑な形状のものでも1000Kg／cm²
の射出圧力があれば十分に成形可能であり、
しかし成形温度に関しては、160℃を越える
と、配合混合物のガス発生が著しくなつて、
成形体密度の低下や外観不良などの欠陥が生
じるようになることから、射出圧力を150〜
1000Kg／cm²、成形温度を120〜160℃と定め
た。 (d) 脱バインダー条件昇温速度その昇温速度を250℃／hrを越えて速く
すると、発泡孔やクラツクが生じ、満足な
加熱成形体を得ることが困難になり、一方
15℃／hr未満の昇温速度は、あまりにも遅
すぎて実用的でないことから、その昇温速
度を15〜250℃／hrと定めた。加熱温度および加熱保持時間加熱温度が450℃未満では、完全に脱バ
インダーを行なうことができず、このこと
は焼結材料中の炭素含有量の増加を招き、
焼結材料の特性および寸法の安定化を阻害
することになり、一方加熱温度を600℃を
越えて高温にすると変形が起るようにな
り、また加熱保持時間については、薄肉の
ものは昇温過程で完全に脱バインダーされ
ることから、加熱温度に保持する必要がな
く、一方どのような肉厚のものでも５時間
あれば完全に脱バインダーすることができ
ることから、加熱温度を450〜600℃、加熱
保持時間を０〜５時間と定めた。なお、この発明の方法を実施するに際し
て、脱バインダー処理は、射出成形体を、こ
れとは反応しないアルミナやシリカ、さらに
はジルコニアなどの粉末中に埋めて行なうの
がよく、これによつて成形体の保形効果が得
られるだけでなく、毛細管現象によるバイン
ダーの排出効果も促進されて、その処理時間
の短縮がはかれるようになる。つぎに、この発明を実施例により具体的に説明
する。実施例原料粉末として、平均粒径：120μｍを有する
カーボニル鉄粉、同32μｍのアトマイズ鉄粉、同
40μｍの還元鉄粉、同18μｍのカーボニルNi粉末、
同40μｍのFe−Ni合金（Ni：50％含有）粉末、
同32μｍのJIS・SUS304のステンレス鋼粉末（以
下SUS304粉末という）、同32μｍのJIS・SUS316
のステンレス鋼粉末（以下SUS316粉末という）、
および同8μｍの炭素粉末を用意し、これらの原
料粉末を、それぞれ第１表に示される配合組成に
配合し、この原料粉末に同じく第１表に示される
配合組成をもつた、この発明にかかるバインダー
を同じく第１表に示される量加え、加圧式ニーダ
を用い、135℃の温度で１時間混合して均質なス
ラリー状とした後、冷却し、粉砕して平均粒径：
２mmを有する本発明配合混合物１〜７をそれぞれ
調製した。なお、この実施例で用いた、EVA、LDPE、
メタクリル酸エステル共重合体の分子量は、 EVA：16000、 LDPE：18000、メタクリル酸エステル共重合体：50000であり、上記メタクリル酸エステル共重合体は、 MMA：BMA：CHMA＝15％：62％：23％、のものを使用した。ついで、上記本発明配合混合物１〜７を用い、
それぞれ第２表に示される射出成形条件にて、第
１図に縦断面図で示される、高さ：50mm、最大肉
厚：25mm、最小肉厚：３mm、最大径：45mm、最小
径：24mmの寸法をもつた偏肉円筒状射出成形体を
成形し、これをアルミナ粉末中に埋没させた状態
で、水素雰囲気中第２表に示される条件に

【表】

【表】て前記射出成形体を脱バインダー処理し、さらに
同じく第２表に示される条件にて脱バインダー後
の成形体を焼結することによつて本発明法１〜７
をそれぞれ実施した。この結果、それぞれ第２表に示される理論密度
比をもち、何らの欠陥のない、第１図に示される
形状の金属焼結部材が得られた。なお、上記実施例では、肉薄部と肉厚部とが共
存する複雑な形状の金属焼結部材の製造について
述べたので、射出成形圧力が比較的高く、かつ脱
バインダー処理における昇温速度が比較的遅い条
件での実施となつたが、板状、棒状、あるいは管
状などの単純な形状をもつ金属焼結部材の製造に
際しては、低い射出圧力での射出成形体の成形、
並びに速い昇温速度での脱バインダー処理が可能
となるものである。上述のように、この発明によれば、薄肉形状や
偏肉形状は勿論のこと、著しく複雑な形状の金属
焼結部材を量産性よく製造することができるので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は射出成形体の実施例を示す縦断面図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、エチレン酢酸ビニル共重合体およ
び低密度ポリエチレンのうちの１種または２種：
30〜50％、メタクリル酸エステル共重合体：19〜32％、ジ・ブチル・フタレート、ジ・エチル・フタレ
ート、およびステアリン酸のうちの１種：７〜13
％、パラフイン・ワツクス：残り（ただし20％以上
含有）、からなる配合組成をもつバインダーを６
〜15重量％含有し、残りが平均粒径：10〜50μｍ
を有する金属粉末を主体とする原料粉末からなる
配合混合物を用いて、射出圧力：150〜1000Kg／cm²、成形温度：120〜160℃、の条件で射出成形し、ついで、この射出成形体を、還元性雰囲気中、昇温速度：15〜250℃／hr.、加熱温度：450〜600℃、加熱保持時間：０〜５時間、の条件で加熱して脱バインダーを行ない、引続いて、上記脱バインダー後の成形体を、通
常の条件で焼結することを特徴とする金属焼結部
材の製造法。２重量％で、エチレン酢酸ビニル共重合体およ
び低密度ポリエチレンのうちの１種または２種：
30〜50％、メタクリル酸エステル共重合体：19〜32％、ジ・ブチル・フタレート、ジ・エチル・フタレ
ート、およびステアリン酸のうちの１種：７〜13
％、パラフイン・ワツクス：残り（ただし20％以上
含有）、からなる配合組成をもつことを特徴とする射出成
形用バインダー。