JPWO2015056513A1 - Joining method of metal powder injection molding - Google Patents
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Abstract
金属粉末射出成型体の接合方法では、[1]金属粉末とバインダとを混練してそれぞれ射出成型された少なくとも二つの金属粉末射出成型体が互いに当接され、[2]前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体が当接されている接合部に、窒素又は塩素を含む塗布剤が塗布され、[3]脱脂又は焼結によって、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体が前記接合部で接合されて金属製品が製作される。上記接合方法によれば、前記接合部の接合強度を向上させることができる。In the method for joining metal powder injection molded bodies, [1] at least two metal powder injection molded bodies that are injection molded by kneading metal powder and a binder are brought into contact with each other, and [2] the at least two metal powders A coating agent containing nitrogen or chlorine is applied to the joint portion with which the injection molded body is in contact, and [3] the at least two metal powder injection molded bodies are joined at the joint portion by degreasing or sintering. Metal products are produced. According to the bonding method, the bonding strength of the bonding portion can be improved.
Description
本発明は、金属粉末射出成型体の接合方法[method for jointing metal injection molded parts]に関し、特に、複数の金属粉末射出成型体を接合して金属製品を製作するための金属粉末射出成型体の接合方法に関する。 [Technical Field] The present invention relates to a method for jointing metal injection molded parts, and in particular, joining metal powder injection molded parts for manufacturing a metal product by joining a plurality of metal powder injection molded parts. Regarding the method.
金属粉末射出成型法(MIM:Metal Injection Molding)は、金属粉末とバインダを混練して所定形状を持つように射出成型された成型体(グリーン体[green part])を、真空中又はガス雰囲気中で脱脂及び焼結することにより、密度95%を超える金属製品を製作する方法である。バインダとしては複数の樹脂やワックスを混合したものが使用される。複数のバインダ成分を順番に飛散させることで成形体の形状が維持される。 Metal Injection Molding (MIM) is a method in which metal powder and a binder are mixed and injection molded (green part) in a vacuum or gas atmosphere. In this method, a metal product having a density exceeding 95% is manufactured by degreasing and sintering. As the binder, a mixture of a plurality of resins and waxes is used. The shape of the molded body is maintained by scattering a plurality of binder components in order.
バインダには、金属中に残留しないような成分が使用されることが好ましい。例えば、250℃以下の比較的低温で揮発しやすい、ステアリン酸、パラフィンワックス、カルナバワックス等のワックスと、500℃以下の温度で分解飛散しやすい、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、EVA(エチレン酢酸ビニル)、EEA(エチレン−エチルアクリレート共重合樹脂)等の樹脂とを混合して使用することが一般的である。 It is preferable that a component that does not remain in the metal is used for the binder. For example, waxes such as stearic acid, paraffin wax, carnauba wax, etc., which are easily evaporated at a relatively low temperature of 250 ° C. or less, and polyethylene, polypropylene, polystyrene, EVA (ethylene vinyl acetate) that are easily decomposed and scattered at a temperature of 500 ° C. or less. In general, a resin such as EEA (ethylene-ethyl acrylate copolymer resin) is mixed and used.
ところで、タービン圧縮機の静翼は、下記特許文献1に開示されているように、環状のインナーシュラウドと環状のアウターシュラウドとの間に配置される。また、静翼は、Ti又はNiを主成分とする合金で形成され、周方向に分割された複数の静翼セクタ[stator blade sectors]が組み合わされて構成されている。一般に、静翼セクタは、アウターシュラウドの一部を構成するアウターバンド、インナーシュラウドの一部を構成するインナーバンド、及び、翼をそれぞれ別に製作し、翼にアウターバンド及びインナーバンドをロウ付けすることで形成される。 By the way, the stationary blade of the turbine compressor is disposed between the annular inner shroud and the annular outer shroud, as disclosed in Patent Document 1 below. Further, the stationary blade is made of an alloy mainly composed of Ti or Ni, and is configured by combining a plurality of stator blade sectors divided in the circumferential direction. In general, the stator blade sector is manufactured by separately manufacturing an outer band that forms part of the outer shroud, an inner band that forms part of the inner shroud, and the wing, and brazing the outer band and inner band to the wing. Formed with.
近年、機能向上の観点から、翼はさらに薄くされ、かつ、翼面は複雑な三次元曲面としてされる傾向にあるが、鋳造や塑性加工では翼の形状精度を保つことが難しい。このため、翼の製造方法に上述した金属粉末射出成型法を用いることが提案されている。 In recent years, from the viewpoint of improving functions, the blades are made thinner and the blade surfaces tend to be complicated three-dimensional curved surfaces, but it is difficult to maintain the blade shape accuracy by casting or plastic working. For this reason, it has been proposed to use the metal powder injection molding method described above for the blade manufacturing method.
アウターバンドとインナーバンドとの間に複数の翼を有する上述した静翼セクタは、射出成型(金属粉末射出成型法の一工程)により形成することが困難な場合がある。このため、アウターバンドとインナーバンドとの間に一つの翼を有する静翼セクタの分割体を形成し、複数の分割体を接合して静翼セクタを形成することが提案されている。 The above-described stationary blade sector having a plurality of blades between the outer band and the inner band may be difficult to form by injection molding (one step of the metal powder injection molding method). For this reason, it has been proposed to form a stationary blade sector divided body having one blade between the outer band and the inner band, and to join the plurality of divided bodies to form a stationary blade sector.
下記特許文献2は、金属粉末射出成型体の接合方法を開示しており、その目的は、接合強度の低下抑止である。この接合方法では、成型体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質[gelatinized soluble material]とを水で希釈したペースト用いられる。まず、上述したペーストが焼結前の成型体の接合面に塗布され、成型体同士がペーストによって仮接合される。その後、仮接合された成型体が焼結され、成型体同士がペーストに含まれる金属粉末により接合される。なお、下記特許文献2には、脱脂後にペーストを接合面に塗布し、その後、焼結する場合と、ペーストを接合面に塗布した後に脱脂及び焼結する場合とが開示されている。
上記特許文献2に記載されたペーストには、澱粉質を原料とする水溶性糊状物質が用いられている。澱粉は、炭素(C)、水素(H)及び酸素(0)からなる高分子であり、熱により分解されやすい。また、金属粉末射出成型法では、金属粉末とバインダとで構成されるグリーン体からバインダを飛散させて成型体を製作するので、成型体の大きさはグリーン体の大きさから収縮する。ここで、収縮による接合面の変形を制御するのは困難である。従って、熱分解しやすいペースト(接着剤)を使用すると、脱脂工程又は焼結工程でペーストが早期に分解・飛散してしまうので収縮した接合面同士の密着状態を維持することが困難である。従って、接合強度の低下抑止効果は不十分であった。
The paste described in
本発明の目的は、接合強度を向上させることのできる金属粉末射出成型体の接合方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the joining method of the metal powder injection molding which can improve joining strength.
本発明の特徴は、金属粉末射出成型体の接合方法であって、それぞれ金属粉末とバインダとを混練して射出成型された少なくとも二つの金属粉末射出成型体を互いに当接させ、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体が当接されている接合部に、窒素又は塩素を含む塗布剤を塗布し、前記接合部に前記塗布剤が塗布された前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を脱脂又は焼結することで、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を前記接合部で接合させて金属製品を製作する、金属粉末射出成型体の接合方法を提供する。 A feature of the present invention is a method for joining metal powder injection molded bodies, in which at least two metal powder injection molded bodies that are injection molded by kneading metal powder and a binder are brought into contact with each other, A coating agent containing nitrogen or chlorine is applied to the joint where the metal powder injection molded body is in contact, and the at least two metal powder injection molded bodies coated with the coating agent are degreased or baked. By joining, the metal powder injection molding body which manufactures a metal product by joining the said at least 2 metal powder injection molding body in the said junction part is provided.
上記特徴によれば、窒素又は塩素を含む塗布剤を用いることで塗布剤の分解速度を遅くでき、金属粉末射出成型体の脱脂又は焼成時に、接合部において金属粉末射出成型体の密着状態をより長く維持することができ、接合部の接合強度を向上することができる。 According to the above feature, the decomposition rate of the coating agent can be slowed by using a coating agent containing nitrogen or chlorine, and the adhesion state of the metal powder injection molded body can be more improved at the joint when degreasing or firing the metal powder injection molded body. It can be maintained for a long time, and the joint strength of the joint can be improved.
ここで、前記バインダが、所定温度域で揮発するワックスと、前記所定温度域よりも高い温度域で飛散する樹脂と、を含み、前記塗布剤の少なくとも一部が、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体の脱脂時又は焼結時に、前記ワックスよりも遅く揮発し、前記樹脂よりも早く飛散する、ことが好ましい。 Here, the binder includes a wax that volatilizes in a predetermined temperature range and a resin that scatters in a temperature range higher than the predetermined temperature range, and at least a part of the coating agent is the at least two metal powder injections. It is preferable that when the molded body is degreased or sintered, it evaporates later than the wax and scatters faster than the resin.
また、前記塗布剤が、前記接合部の接触面又は周側面に塗布される、ことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said coating agent is apply | coated to the contact surface or peripheral side surface of the said junction part.
また、前記接合部における隙間が0.1mm以下に保持された状態で、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を脱脂又は焼結する、ことが好ましい。 Further, it is preferable that the at least two metal powder injection molded bodies are degreased or sintered in a state where a gap at the joint portion is maintained at 0.1 mm or less.
また、前記金属製品が、複数の翼と、前記複数の翼を支持するバンド部とを備えた翼セクタであり、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体のそれぞれが、単一の翼を有する前記翼セクタの分割体である、ことが好ましい。 Further, the metal product is a wing sector including a plurality of wings and a band portion that supports the plurality of wings, and each of the at least two metal powder injection molded bodies has a single wing. It is preferably a wing sector division.
さらに、前記バンド部の前記翼が立設された面の裏面上に、前記翼の翼弦線と交差する方向に延在するリブが形成されている、ことが好ましい。 Furthermore, it is preferable that a rib extending in a direction intersecting the chord line of the wing is formed on the back surface of the surface of the band portion where the wing is erected.
ここで、前記分割体における前記バンド部の延在方向と前記リブの延在方向との角度をθとすると、角度θは、0°より大きく、かつ、前記翼のスタガー角以下である、ことが好ましい。 Here, when the angle between the extending direction of the band portion and the extending direction of the rib in the divided body is θ, the angle θ is larger than 0 ° and not more than the stagger angle of the blade. Is preferred.
あるいは、前記分割体における前記バンド部の延在方向と前記リブの延在方向との間の角度をθとすると、0°<θ≦12°である、ことが好ましい。 Alternatively, it is preferable that 0 ° <θ ≦ 12 °, where θ is an angle between the extending direction of the band portion and the extending direction of the rib in the divided body.
以下、金属粉末射出成型体の接合方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of a method for joining metal powder injection molded bodies will be described with reference to the drawings.
本実施形態の金属粉末射出成型体の接合方法では、金属粉末とバインダを混練して射出成型した金属粉末射出成型体2同士を接合して脱脂[degreasing](脱バインダ[debinding])又は焼結[sintering](焼成[calcining])することで、金属製品1が製作される。ここで、金属粉末射出成型体2の接合部3に窒素(N)又は塩素(Cl)を含む塗布剤4が塗布されてから、金属粉末射出成型体2同士が接合されて脱脂又は焼結される。
In the joining method of the metal powder injection molded body of the present embodiment, the metal powder injection molded
具体的には、図1に示されるように、金属粉末とバインダとを混練する混練工程S1と、混練した原料を加熱溶融して金型内に射出する射出成型工程S2と、金型から取り出した金属粉末射出成型体2同士を組み合わせて接合部3に塗布剤4を半田ごて等で塗布する塗布工程S3と、塗布剤4が塗布された金属粉末射出成型体2を加熱炉で脱脂する脱脂工程S4と、脱脂された金属粉末射出成型体2を加熱炉で焼結する焼結工程S5と、を経て金属製品1が製作される。
Specifically, as shown in FIG. 1, a kneading step S1 for kneading metal powder and a binder, an injection molding step S2 for heating and melting the kneaded raw material and injecting it into a mold, and taking out from the mold The metal powder injection-molded
金属製品1は、例えば、タービン圧縮機の静翼ユニットの一部である。静翼ユニットは、環状のインナーシュラウドと、環状のアウターシュラウドと、これらの間に配された複数の静翼とで構成される。静翼ユニットは、周方向に複数に分割された静翼セクタを組み合わせることで製作される。上記金属製品1は、静翼セクタである。 The metal product 1 is a part of a stationary blade unit of a turbine compressor, for example. The stationary blade unit includes an annular inner shroud, an annular outer shroud, and a plurality of stationary blades disposed therebetween. The stationary blade unit is manufactured by combining a plurality of stationary blade sectors divided in the circumferential direction. The metal product 1 is a stationary blade sector.
図2(a)に示される金属製品1(静翼セクタ)は、アウターシュラウドの一部であるアウターバンド11、インナーシュラウドの一部であるインナーバンド12、及び、アウターバンド11とインナーバンド12との間に配置された複数の静翼13によって構成されている。なお、図2(a)中の一点鎖線は、接合部3を示している。
A metal product 1 (stator blade sector) shown in FIG. 2A includes an
アウターバンド11は、静翼13の外周側流路面を形成するシュラウド部11aと、シュラウド部11aの両端縁にそれぞれ形成されたフック部11bと、を有している。フック部11bとシュラウド部11aとの間には段差11dが形成されており、段差11dはタービンハウジングに形成されたレールに係止される。アウターバンド11の静翼13が立設されている面の裏面(流路面に対して反対側の面)には、シュラウド部11a及びフック部11bにより凹部が形成されている。凹部内には、一対のフック部11bを連結するリブ11cがシュラウド部11a上に形成されている。
The
インナーバンド12は、静翼13の内周側流路面を形成するシュラウド部12aと、シュラウド部12aの軸方向の両端縁にそれぞれ形成されたスロット部12bと、を有している。スロット部12bは、シュラウド部12aの側縁が折り返されて形成されている。一対のスロット部12bの間に板部品を挿通することで複数の静翼セクタの内周端が連結され、複数のシュラウド部12aで形成されたインナーバンド12が環状に保持される。上述したリブ11cは、アウターバンド11を補強して脱脂工程S4や焼結工程S5におけるアウターバンド11の変形を抑制する。リブ11cに関する効果については、後述する。
The
金属製品1は、上述した構成に限定されない。図2(b)に示されるように、金属製品1はリブ11cを有しない静翼セクタであってもよい。また、図2(c)に示されるように、金属製品1は、タービン圧縮機の動翼ユニットの一部である動翼セクタであってもよい。動翼セクタとしての金属製品1は、アウターシュラウドの一部を構成するアウターバンド11、アウターバンド11に結合された複数の動翼14によって構成されている。なお、図2(b)及び図2(c)中の一点鎖線は、接合部3を示している。
The metal product 1 is not limited to the configuration described above. As shown in FIG. 2B, the metal product 1 may be a stationary blade sector without the
また、金属製品1は、静翼セクタや動翼セクタに限定されず、複数の金属粉末射出成型体2を接合して製作される全ての部品を含む。また、上述したアウターバンド11やインナーバンド12の構成は一例であり、上述した形状に限定されるものではない。
Moreover, the metal product 1 is not limited to a stationary blade sector or a moving blade sector, but includes all parts manufactured by joining a plurality of metal powder injection molded
上述した金属製品1は、複雑な形状を有しており、形状精度を維持しつつ、一回の射出成型で製作することが困難な場合がある。また、金属製品1が大型化された場合、重量が増加して脱脂又は焼結中に変形を生じる場合がある。そこで、本実施形態では、図3(a)に示されるように、複数の金属粉末射出成型体2(翼セクタの分割体)を接合することで、図2(a)に示されるような金属製品1が製作される。各金属粉末射出成型体2は、
アウターバンド11とインナーバンド12との間に単一の静翼13を有している比較的簡素な形状を有しているので、形状精度を維持しつつ、一回の射出成型で製作することができる。The metal product 1 described above has a complicated shape, and it may be difficult to manufacture by one injection molding while maintaining shape accuracy. Further, when the metal product 1 is enlarged, the weight increases and deformation may occur during degreasing or sintering. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3A, by joining a plurality of metal powder injection molded bodies 2 (divided bodies of the blade sector), a metal as shown in FIG. Product 1 is produced. Each metal powder injection molded
Since it has a relatively simple shape having a
複数の金属粉末射出成型体2を接合して製作された金属製品1は、複数の翼(静翼13)と、翼を支持するバンド部(アウターバンド11及びインナーバンド12)とを備えた翼セクタ(例えば、静翼セクタ)である。金属粉末射出成型体2は、翼セクタを翼毎に分割した部品である。従って、金属製品1が複雑な形状を有していても、金属粉末射出成型体2は射出成型しやすい形状となり、形状精度を維持することができる。なお、以下の説明では、金属粉末射出成型体2についても、金属製品1の各部と同一の符号を用いる(アウターバンド11、インナーバンド12、静翼13等)。
A metal product 1 manufactured by joining a plurality of metal powder injection-molded
図1のフローチャートの各工程について説明する。混練工程S1では、金属粉末射出成型体2の原料となる金属粉末とバインダとが混練されてペレット化される。金属粉末としては、例えば、ステンレス鋼(SUS)、チタン、各種合金、各種セラミックス等を粒径10〜20μm程度の粉末にしたものであるが使用される。
Each step of the flowchart of FIG. 1 will be described. In the kneading step S1, the metal powder as the raw material of the metal powder injection molded
また、バインダは、所定温度域で揮発するワックスと、ワックスよりも高い温度域で飛散する樹脂と、を含んでいる。ワックスは、例えば、250℃以下の比較的低温で揮発しやすい、ステアリン酸、パラフィンワックス、カルナバワックス等である。また、樹脂は、例えば、500℃以下の温度で分解飛散しやすい、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、EVA(エチレン酢酸ビニル)、EEA(エチレン−エチルアクリレート共重合樹脂)等である(これらは混合使用され得る)。なお、バインダには、ワックス及び樹脂に加えて、必要に応じて滑剤や界面活性剤等が添加される。 The binder includes a wax that volatilizes in a predetermined temperature range and a resin that scatters in a temperature range higher than the wax. The wax is, for example, stearic acid, paraffin wax, carnauba wax, etc., which are easily evaporated at a relatively low temperature of 250 ° C. or lower. The resin is, for example, polyethylene, polypropylene, polystyrene, EVA (ethylene vinyl acetate), EEA (ethylene-ethyl acrylate copolymer resin) and the like that are easily decomposed and scattered at a temperature of 500 ° C. or less (these are used in a mixed manner). obtain). In addition to the wax and the resin, a lubricant, a surfactant, or the like is added to the binder as necessary.
射出成型工程S2では、図3(a)に示される金属粉末射出成型体2が形成される。金属粉末射出成型体2は、グリーン体とも呼ばれる。金属粉末射出成型体2には、金属製品1を構成する金属粉末の他にバインダが含まれているので、金属粉末射出成型体2の大きさは金属製品1よりも大きい。
In the injection molding step S2, the metal powder injection molded
塗布工程S3では、図3(b)に示されるように、複数の金属粉末射出成型体2が金属製品1の形状となるように組み立てられ、接合部3に塗布剤4が塗布される。塗布剤4は、例えば、窒素(N)や塩素(Cl)を含むワックス又は樹脂である。また、塗布剤4の少なくとも一部は、脱脂又は焼結時にバインダに含まれるワックスよりも遅く飛散する材料や、脱脂又は焼結時にバインダに含まれる樹脂よりも早く飛散する材料を含んでいる。ここで、「塗布剤4の少なくとも一部」とは、塗布剤4に含まれる成分の一部が、バインダに含まれるワックスよりも早く飛散したり、バインダに含まれる樹脂よりも遅く飛散したりすることを意味する。
In the coating step S <b> 3, as shown in FIG. 3B, the plurality of metal powder injection molded
具体的には、塗布剤4としては、ウレタン基(−NHCOO−)、アミド基(−CONH2)を有するワックスや塩素化ワックス等や、ウレタン基を持つホットメルト接着剤が使用可能である。商品としては、ハイボン[Hi-Bon](登録商標:日立化成ポリマー社[Hitachi Kasei Polymer Co., Ltd.])、マクロメルト[Macromelt](登録商標:ヘンケル社[Henkel AG & Co. KGaA])、エンパラ[EMPARA](登録商標:味の素ファインテクノ社[Ajinomoto Fine-Techno Co., Inc.])等である。Specifically, as the
仮に、後述する脱脂工程S4や焼結工程S5の早い段階で塗布剤4が飛散してしまうと、金属粉末射出成型体2の接合部3に隙間が生じ、焼結後の金属製品1の強度が低下してしまう。しかし、本実施形態の塗布剤4は、熱により分解し難い材料、即ち、窒素(N)及び/又は塩素(Cl)を含むワックス又は樹脂であるので、脱脂工程S4や焼結工程S5の早い段階で飛散することはない。なお、塗布剤4は、窒素(N)及び/又は塩素(Cl)を含むワックスと、窒素(N)及び/又は塩素(Cl)を含む樹脂とが混合されたものでもよい。
If the
上述した塗布剤4を使用することで、塗布剤4の少なくとも一部を、脱脂又は焼結時にバインダに含まれるワックスよりも遅く飛散させたり、脱脂又は焼結時にバインダに含まれる樹脂よりも早く飛散させることができる。塗布剤4が、脱脂されるバインダのワックスよりも遅く飛散する材料を含むので、脱脂工程S4における塗布剤4の飛散を抑制でき、塗布剤4の接着(仮接合)機能を長時間維持できる。
By using the
また、塗布剤4が、脱脂又は焼結時にバインダに含まれる樹脂よりも早く飛散する材料を含む(即ち、塗布剤4の少なくとも一部がバインダの樹脂の飛散前後まで残留する)ので、焼結工程S5において、バインダの樹脂が飛散経路を閉塞することなく、全体的にバランスよく金属粉末を焼結することがでる。この結果、金属製品1の変形を抑制できる。(なお、ここにいう「変形」とは、焼結による、金属粉末射出成型体2から金属製品1への収縮は含まない。)また、脱脂工程S4後の金属粉末射出成型体2(ブラウン体とも呼ばれる)における接合部3が密着状態に保持されるので、焼結後の金属製品1の強度を向上させることができる。
In addition, since the
上述した塗布剤4は、加熱溶融された状態で、半田ごて[soldering iron]、刷毛[brush]、ローラ[roller]、吹き付け[spraying]、浸漬[immersion coating]等によって接合部3に塗布される。例えば、半田ごてを使用する場合、半田ごての使用温度330℃以下の軟化点を有する塗布剤4が用いられる。塗布剤4は、接合部3の接触面[contact surfaces]3a又は周側面[circumferential side surface]3bに塗布される。
The above-described
図4(a)に示される第一例では、接触面3aに塗布剤4が塗布される。接触面3aに塗布剤4を塗布した場合には、接合部3の接着力(接合力)を向上させることができる。ただし、接合部3の隙間gは、0.1mm以下に保持されることが好ましい。隙間gが広くなると、金属製品1の接合部3の強度低下や、金属製品1の変形の要因となる。
In the first example shown in FIG. 4A, the
図4(b)に示される第二例では、接触面3a及び周側面3bに塗布剤4が塗布される。接触面3aは、金属粉末射出成型体2の接合部3における対向面であるが、周側面3bは、金属粉末射出成型体2の接合部3における側面である。接触面3aに加えて周側面3bにも塗布剤4を塗布することで、接触面3aへの塗布量を低減でき、隙間gを0.1mm以下に調整しやすくできる。また、接着(接合)面積を増大させることができるので、接合部3の接着力(接合)を向上させることができる。
In the second example shown in FIG. 4B, the
図4(c)に示される第三例では、周側面3bに塗布剤4が塗布される。ここでは、塗布剤4は、接合部3における周側面3bの全周に塗布されている。周側面3bのみに塗布剤4を塗布することで、隙間gを0.1mm以下に容易に調整できる。また、周側面3bに塗布された塗布剤4は、脱脂工程S4又は焼結工程S5において加熱溶融され、自然に接触面3aに浸透する。従って、隙間gを所望値以下に維持しつつ、接触面3aによっても接合部3の接着力(接合力)を向上させることができる。
In the third example shown in FIG. 4C, the
図4(d)に示される第四例では、周側面3bの一部に塗布剤4が塗布される。接合部3が複雑な形状を有している場合には、塗布しやすい場所にのみ塗布剤4が塗布されてもよい。また、図4(d)に示されるように接触面3aが鉛直方向に延在される場合には、上方の周側面3bに塗布された塗布剤4は、重力によって接触面3aに浸透する。
In the fourth example shown in FIG. 4D, the
図3(b)に示されるように、塗布剤4が塗布された金属粉末射出成型体2は、支持ブロック5上に載置されて脱脂工程S4に送られる。ここで、アウターバンド11の段差11dの高さhとインナーバンド12の端縁の高さhとを一致させることで、段差11dを支持ブロック5の角部に当てた状態で静翼13を水平に載置させることができる。
As shown in FIG. 3B, the metal powder injection-molded
また、上述した高さhが一致しない場合、アウターバンド11の段差11dを支持ブロック5の角部に当てた状態で静翼13を水平にすると、インナーバンド12の端縁と支持ブロック5との間には隙間が生じる場合がある。このような場合、インナーバンド12の端縁と支持ブロック5との間に隙間を埋める補助支持ブロック(図示せず)を挿入してもよい。あるいは、インナーバンド12の端縁を支持ブロック5に接触させた状態で静翼13を水平にすると、アウターバンド11の段差11dと支持ブロック5の角部との間に隙間が生じる場合がある。このような場合、段差11dと支持ブロック5(の角部)との間に隙間を埋める補助支持ブロック(図示せず)を挿入してもよい。
Further, when the height h described above does not match, when the
脱脂工程S4及び焼結工程S5において、バインダが除去されるので、焼結後の金属製品1の大きさは、金属粉末射出成型体2の大きさよりも全体的に収縮する。このため、静翼13を水平に載置しておくことで静翼13をほぼ水平に収縮させることができる。この結果、接着された金属粉末射出成型体2を全体的にバランスよく収縮させることができ、収縮時の歪みによる変形を抑制できる。
In the degreasing step S4 and the sintering step S5, since the binder is removed, the size of the metal product 1 after the sintering is contracted as a whole than the size of the metal powder injection molded
脱脂工程S4では、バインダに含まれるワックスが除去される。脱脂工程S4での加熱温度は、一般に、焼結工程S5の加熱温度よりも低い。このため、焼結工程S5で使用される焼結炉とは別の脱脂装置で金属粉末射出成型体2を加熱してもよい。もちろん、焼結工程S5でも使用される焼結炉の温度を制御することで、金属粉末射出成型体2を脱脂してもよい。
In the degreasing step S4, the wax contained in the binder is removed. The heating temperature in the degreasing step S4 is generally lower than the heating temperature in the sintering step S5. For this reason, you may heat the metal
焼結工程S5では、バインダに含まれる樹脂が除去され、金属粉末が焼結される。例えば、Ni基合金であるIN718[IN:インコネル[Inconel](登録商標:スペシャルメタルズ社[Special Metals Corporation])]を金属粉末として用いた場合には、1200℃を越える非酸化雰気で焼結することが好ましい。焼結後の金属製品1については、後処理として、焼結の進行具合の確認のために密度を測定してもよいし、寸法の微調整のためにプレス加工してもよいし、端面処理のために放電加工してもよいし、表面組さを整えるために研削又は研磨処理が施されてもよい。 In the sintering step S5, the resin contained in the binder is removed, and the metal powder is sintered. For example, when IN718 [INconel (registered trademark: Special Metals Corporation)], which is a Ni-based alloy, is used as a metal powder, sintering is performed in a non-oxidizing atmosphere exceeding 1200 ° C. It is preferable to do. For the metal product 1 after sintering, as post-processing, the density may be measured for confirmation of the progress of sintering, press processing may be performed for fine adjustment of the dimensions, or end face processing. For this purpose, electric discharge machining may be performed, or a grinding or polishing treatment may be performed to adjust the surface assembly.
上述したリブ11c(図2(a)、図3(a)及び図3(b)参照)について説明する。図5(a)に示されるように、アウターバンド11(バンド部)の裏面にはリブ11cが延設されている。リブ11cの延在方向Lrは、静翼13の翼弦線[chord line]Lcと交差する。アウターバンド11の延在方向Le(図5(a)の場合は鉛直方向)に対するリブ11cの角度をθ(>0:角度の大きさ)、金属粉末射出成型体2のアウターバンド11の横幅をA、その高さをBとすると、金属粉末射出成型体2(金属製品1)の寸法の安定度S(dB:デシベル)は、S=10・log10(B/A)により求めることができる。The above-described
リブ11cの上記角度θが、0°,6°及び12°である金属粉末射出成型体2をそれぞれ成型し、焼結後のアウターバンド11の形状を三次元計測し、均一収縮した理想的な金属粉末射出成型体2(金属製品1)の形状と比較した。比較結果を図5(b)に示す。安定度Sが高いと、均一収縮した金属粉末射出成型体2との寸法差が小さい。逆に、安定度Sが低いと、均一収縮した金属粉末射出成型体2との寸法差が大きい。
The metal powder injection molded
図5(b)に示されるように、θ=0°よりもθ=6°又は12°の方が安定度Sが高い。従って、リブ11cは、上記角度θを大きくする(即ち、翼弦線Lcに対する交差角を大きくする)ことが好ましい。ただし、θ=0°の場合であっても、金属粉末射出成型体2の大きさ、形状、重量等の条件によって、金属製品1の形状精度を維持することができる程度に安定度Sが高い場合もあり得る。従って、上記角度θ=0°の場合が除外されるわけではない。
As shown in FIG. 5B, the stability S is higher at θ = 6 ° or 12 ° than at θ = 0 °. Therefore, the
また、リブ11cの角度θが大き過ぎると、リブ11cの自重による焼結時の変形が促進されるおそれがある。従って、上記角度θには上限が設定されることが好ましい。上述したことを考慮すると、上記角度θの上限は、静翼13のスタガー角[stagger angle]λ(>0:角度の大きさ)とされるのが好ましい。「スタガー角λ」とは、図5(a)に示されるように、タービン軸方向La(図5(a)の場合は上記延在方向Leと平行)に対する翼弦線Lcの角度である。具体的には、上記角度θの上限は、上述した試験結果に基づいて、6°〜12°の範囲内の値とされることが好ましい。ただし、上記角度θの上限は、この値(範囲)に限定されるものではなく、リブ11cの自重に応じて、金属粉末射出成型体2ごとに設定され得る。
Moreover, when the angle θ of the
即ち、アウターバンド11の延在方向Leとリブ11cの延在方向Lrとの間の角度θは、0°より大きく、かつ、スタガー角λ以下とされることが好ましい。特に、収縮による変形のみを考慮すると、上記角度θは、スタガー角λと同じ大きさとされるのが特に好ましい。ここで、静翼13のスタガー角λはある程度決まっているため、具体的には、0°<θ≦12°とされることが好ましい。なお、アウターバンド11の延在方向Leからリブ11cの延在方向Lrへの上記角度θの向きは、タービン軸方向Laから翼弦線Lcへのスタガー角λの向きとは逆になる。
That is, it is preferable that the angle θ between the extending direction Le of the
図6に、金属粉末射出成型体2の端面がタービン軸方向Laに対して傾斜されている変形例を示す。図6に示されるように、静翼13のスタガー角λとの関係によっては、リブ11cがこのように傾斜される場合もある。本変形例では、アウターバンド11の延在方向Leとタービン軸方向Laとは平行とはならない。図6に示されるような場合は、リブ11cに対するアウターバンド11のオーバーハングOH1及びOH2の差を小さくでき、金属粉末射出成型体2(金属製品1)収縮時の歪みによる変形を効果的に抑制することもできる。
FIG. 6 shows a modification in which the end surface of the metal powder injection molded
次に、上述した接合部3の隙間g(図4(a)参照)について説明する。図7(a)に示されるように、二枚の金属粉末射出成型板6を用意し、一方の金属粉末射出成型板6上で、スペーサ7を用いて、他方の金属粉末射出成型板6を傾斜させて、二枚の金属粉末射出成型板6の間に隙間を形成した。スペーサ7の水平位置を変化させることで、隙間の大きさを調整できる。この隙間に塗布剤4を塗布して金属粉末射出成型板6を脱脂及び焼結させて、二枚の金属粉末射出成型板6を十分な強度で接合可能な隙間Cを測定した。十分な接合強度を実現し得る隙間Cは0.1mmであった。従って、接合部3の隙間gを0.1mm以下とすることが好ましい。
Next, the gap g (see FIG. 4A) of the joint 3 described above will be described. As shown in FIG. 7A, two metal powder
なお、金属粉末射出成型板6の原料となる金属粉末及びバインダ等に応じて、上記隙間Cは変化し得る。即ち、接合部3の隙間gは、必ずしも、0.1mm以下に限定されるものではなく、経験的には0.1mm〜0.5mm以下であることが好ましい。
In addition, the said gap | interval C can change according to the metal powder used as the raw material of the metal powder
本実施形態の接合方法によれば、塗布剤4が窒素(N)又は塩素(Cl)を含むので、塗布剤4の分解速度を遅くできる。従って、脱脂又は焼結時における金属粉末射出成型体2同士の密着状態をより長く維持することができ、接合部3の接合強度を向上することができる。
According to the bonding method of this embodiment, since the
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば、インナーバンド12にリブが形成されてもよい。なお、リブ11cは、脱脂又は焼結時における金属製品1(金属粉末射出成型体2)の形状精度向上のために設けられるので、静翼ユニットの完成時までに切削される場合もある(リブ11cが切削されても、切削跡からリブ11cの角度θは判別し得る)。また、リブ11cは、一つの金属粉末射出成型体2に複数設けられてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, ribs may be formed on the
近年、機能向上の観点から、翼はさらに薄くされ、かつ、翼面は複雑な三次元曲面とされる傾向にあるが、鋳造や塑性加工では翼の形状精度を保つことが難しい。このため、翼の製造方法に上述した金属粉末射出成型法を用いることが提案されている。 In recent years, from the viewpoint of improving the function, the blades are made thinner and the blade surfaces tend to be complex three-dimensional curved surfaces , but it is difficult to maintain the shape accuracy of the blades by casting or plastic working. For this reason, it has been proposed to use the metal powder injection molding method described above for the blade manufacturing method.
下記特許文献2は、金属粉末射出成型体の接合方法を開示しており、その目的は、接合強度の低下抑止である。この接合方法では、成型体を構成する金属粉末と同種の金属粉末と水溶性糊状物質[gelatinized soluble material]とを水で希釈したペーストが用いられる。まず、上述したペーストが焼結前の成型体の接合面に塗布され、成型体同士がペーストによって仮接合される。その後、仮接合された成型体が焼結され、成型体同士がペーストに含まれる金属粉末により接合される。なお、下記特許文献2には、脱脂後にペーストを接合面に塗布し、その後、焼結する場合と、ペーストを接合面に塗布した後に脱脂及び焼結する場合とが開示されている。
塗布工程S3では、図3(b)に示されるように、複数の金属粉末射出成型体2が金属製品1の形状となるように組み立てられ、接合部3に塗布剤4が塗布される。塗布剤4は、例えば、窒素(N)や塩素(Cl)を含むワックス又は樹脂である。また、塗布剤4の少なくとも一部は、脱脂又は焼結時にバインダに含まれるワックスよりも遅く飛散する材料や、脱脂又は焼結時にバインダに含まれる樹脂よりも早く飛散する材料を含んでいる。ここで、「塗布剤4の少なくとも一部」とは、塗布剤4に含まれる成分の一部が、バインダに含まれるワックスよりも遅く飛散したり、バインダに含まれる樹脂よりも早く飛散したりすることを意味する。
In the coating step S <b> 3, as shown in FIG. 3B, the plurality of metal powder injection molded
また、塗布剤4が、脱脂又は焼結時にバインダに含まれる樹脂よりも早く飛散する材料を含む(即ち、塗布剤4の少なくとも一部はバインダの樹脂の飛散前後まで残留しない)ので、焼結工程S5において、塗布剤4がバインダの樹脂の飛散経路を閉塞することなく、全体的にバランスよく金属粉末を焼結することができる。この結果、金属製品1の変形を抑制できる。(なお、ここにいう「変形」とは、焼結による、金属粉末射出成型体2から金属製品1への収縮は含まない。)また、脱脂工程S4後の金属粉末射出成型体2(ブラウン体とも呼ばれる)における接合部3が密着状態に保持されるので、焼結後の金属製品1の強度を向上させることができる。
In addition, since the
Claims (8)
それぞれ金属粉末とバインダとを混練して射出成型された少なくとも二つの金属粉末射出成型体を互いに当接させ、
前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体が当接されている接合部に、窒素又は塩素を含む塗布剤を塗布し、
前記接合部に前記塗布剤が塗布された前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を脱脂又は焼結することで、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を前記接合部で接合させて金属製品を製作する、金属粉末射出成型体の接合方法。A method for joining metal powder injection moldings,
At least two metal powder injection-molded bodies that are injection-molded by kneading metal powder and a binder are brought into contact with each other,
Applying a coating agent containing nitrogen or chlorine to the joint where the at least two metal powder injection molded bodies are in contact,
By degreasing or sintering the at least two metal powder injection molded bodies in which the coating agent is applied to the joint, the metal products are manufactured by joining the at least two metal powder injection molded bodies at the joint. A method for joining metal powder injection molded bodies.
前記バインダが、所定温度域で揮発するワックスと、前記所定温度域よりも高い温度域で飛散する樹脂と、を含み、
前記塗布剤の少なくとも一部が、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体の脱脂時又は焼結時に、前記ワックスよりも遅く揮発し、前記樹脂よりも早く飛散する、金属粉末射出成型体の接合方法。A method for joining metal powder injection molded bodies according to claim 1,
The binder includes a wax that volatilizes in a predetermined temperature range, and a resin that scatters in a temperature range higher than the predetermined temperature range,
At least a part of the coating agent volatilizes slower than the wax and scatters faster than the resin during degreasing or sintering of the at least two metal powder injection molded bodies, and the joining method of the metal powder injection molded bodies .
前記塗布剤が、前記接合部の接触面又は周側面に塗布される、金属粉末射出成型体の接合方法。A method for joining metal powder injection molded bodies according to claim 1 or 2,
The joining method of the metal powder injection molding body by which the said coating agent is apply | coated to the contact surface or peripheral side surface of the said junction part.
前記接合部における隙間が0.1mm以下に保持された状態で、前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体を脱脂又は焼結する、金属粉末射出成型体の接合方法。It is a joining method of the metal powder injection molding according to any one of claims 1 to 3,
A method for joining metal powder injection molded bodies, wherein the at least two metal powder injection molded bodies are degreased or sintered in a state where a gap in the joint portion is maintained at 0.1 mm or less.
前記金属製品が、複数の翼と、前記複数の翼を支持するバンド部とを備えた翼セクタであり、
前記少なくとも二つの金属粉末射出成型体のそれぞれが、単一の翼を有する前記翼セクタの分割体である、金属粉末射出成型体の接合方法。It is a joining method of the metal powder injection molding according to any one of claims 1 to 4,
The metal product is a wing sector including a plurality of wings and a band portion supporting the plurality of wings;
The method for joining metal powder injection molded bodies, wherein each of the at least two metal powder injection molded bodies is a divided body of the blade sector having a single blade.
前記バンド部の前記翼が立設された面の裏面上に、前記翼の翼弦線と交差する方向に延在するリブが形成されている、金属粉末射出成型体の接合方法。It is a joining method of the metal powder injection molding object according to claim 5,
A method for joining metal powder injection moldings, wherein a rib extending in a direction intersecting a chord line of the wing is formed on the back surface of the surface of the band portion on which the wing is erected.
前記分割体における前記バンド部の延在方向と前記リブの延在方向との角度をθとすると、角度θは、0°より大きく、かつ、前記翼のスタガー角以下である、金属粉末射出成型体の接合方法。It is a joining method of the metal powder injection molding object according to claim 6,
When the angle between the extending direction of the band portion and the extending direction of the rib in the divided body is θ, the angle θ is greater than 0 ° and equal to or less than the stagger angle of the blade. Body joining method.
前記分割体における前記バンド部の延在方向と前記リブの延在方向との間の角度をθとすると、0°<θ≦12°である、金属粉末射出成型体の接合方法。It is a joining method of the metal powder injection molding object according to claim 6,
A joining method of metal powder injection molded bodies, wherein 0 ° <θ ≦ 12 °, where θ is an angle between the extending direction of the band portion and the extending direction of the rib in the divided body.
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