KR101980987B1

KR101980987B1 - 윤활제, 분말 야금용 혼합 분말 및 소결체의 제조 방법

Info

Publication number: KR101980987B1
Application number: KR1020177017058A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 이토; 에이이치로 요시카와; 노부아키 아카기; 유지 다니구치; 미츠히로 사토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2019-05-21
Also published as: CN107107189B; US10500638B2; US20170304893A1; JP6437309B2; JP2016124960A; KR20170091117A; WO2016104077A1; EP3238862A4; CN107107189A; EP3238862A1

Abstract

본 발명의 일 국면은, 철기 분말을 포함하는 분말 야금용 혼합 분말에 배합되는 윤활제이며, 평균 입경이 0.1㎛ 이상 3㎛ 미만인 유기계 층상 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 윤활제이다. 본 발명의 다른 일 국면은, 철기 분말과 상기 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말이다. 본 발명의 다른 일 국면은, 철기 분말과 상기 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말을, 혼합에 의해 조제하는 공정과, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 금형을 사용하여 압축하여 압분체를 얻는 공정과, 상기 압분체를 소결하여 소결체를 얻는 공정을 구비하는 소결체의 제조 방법이다.

Description

윤활제, 분말 야금용 혼합 분말 및 소결체의 제조 방법 {LUBRICANT, MIXED POWDER FOR POWDER METALLURGY, AND METHOD FOR PRODUCING SINTERED BODY}

종래부터, 철기 분말을 사용하여 소결체를 제조하는 방법으로서, 분말 야금법이 알려져 있다. 일반적으로, 이 분말 야금법은, 철기 분말 및 임의 성분으로서 포함되는 부원료 분말 등을 혼합하는 혼합 공정과, 이 혼합에 의해 얻어지는 분말 야금용 혼합 분말을 금형을 사용하여 압축하는 압축 공정과, 이 압축에 의해 얻어지는 압분체를 상기 철기 분말의 융점 이하의 온도에서 소결하는 공정을 갖는다.

상기 압축 공정에서는, 금형을 사용한 압축에 의해 얻어진 압분체를 금형으로부터 빼낸다. 그리고, 상기 혼합 공정에서는, 상기 압축 공정에 있어서 압분체를 금형으로부터 빼낼 때, 압분체와 금형의 마찰을 저감함과 함께 상기 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 높일 목적으로, 분말 야금용 혼합 분말에 윤활제가 첨가된다. 이러한 윤활제로서는, 일반적으로 스테아르산아연 등의 금속 비누나 에틸렌비스스테아르산아미드 등의 아미드계 윤활제가 사용되고 있다.

한편, 상기 분말 야금용 혼합 분말에는, 강도 향상 등을 위해 부원료 분말로서 흑연 등이 혼합되는 경우가 많다. 그러나, 흑연은, 상기 철기 분말에 비하여 비중 및 입경이 작다. 그 때문에, 상기 철기 분말 및 흑연을 단순히 혼합하기만 해서는, 상기 철기 분말 및 흑연이 크게 분리되어 흑연이 편석된다. 그 결과, 흑연 등의, 상기 철기 분말과는 비중 등이 상이한 부원료 분말을 단순히 혼합시킨 경우, 균일하게 혼합하지 못할 우려가 있다.

또한, 상기 분말 야금용 혼합 분말에 바인더를 혼합하는 것도 제안되어 있다. 바인더를 혼합함으로써, 흑연 등의 부원료 분말의 편석을 억제할 수 있다고 생각된다. 이 때문에, 흑연 등의 부원료 분말을 혼합시켜도, 균일하게 혼합할 수 있고, 분말 야금용 혼합 분말의 균일성이 높아진다고 생각된다. 그러나, 이러한 바인더는, 높은 점착성을 갖기 때문에, 상기 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 저해하고, 나아가 균질의 압분체를 얻기 어렵게 한다고 하는 문제를 발생시킬 우려가 있다.

또한, 철기 분체 이외의 성분을 포함하는 분말 야금용 혼합 분말로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 분말을 들 수 있다.

특허문헌 1에는, 철분과, 상기 철분의 표면에 적어도 일부가 부착되는 결합제와, 상기 철분의 표면에 부착된 결합제에 적어도 일부가 부착되는 합금 성분과, 상기 철분에 대하여 적어도 일부가 부착되는 유동성 개선제와, 상기 철분에 대하여 적어도 일부가 유리 상태에 있는 멜라민시아누레이트를 함유하는 분말 야금용 철기 분말이 기재되어 있다.

특허문헌 1에 따르면, 얻어진 분말 야금용 철기 분말은, 발출성이 우수하다는 취지가 개시되어 있다. 이것은, 멜라민시아누레이트가 우선적으로 금형 벽면에 부착되고, 이것이 성형 압축 시, 발출 시에, 금형과 철분의 직접적인 접촉, 시징을 방지하기 때문이라는 취지가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2013-87328호 공보

본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 높임과 함께, 고밀도의 소결체를 제조 가능한 분말 야금용 혼합 분말로 할 수 있는 윤활제, 이 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말 및 이 윤활제를 사용한 소결체의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 일 국면은, 철기 분말을 포함하는 분말 야금용 혼합 분말에 배합되는 윤활제이며, 평균 입경이 0.1㎛ 이상 3㎛ 미만인 유기계 층상 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 윤활제이다.

상기, 그리고 그 밖의 본 발명의 목적, 특징 및 이점은, 이하의 상세한 기재와 첨부 도면으로부터 밝혀질 것이다.

도 1은, 실시예에 있어서 사용한 흑연 비산율 측정용 기구의 모식적 단면도이다.

본 발명자들이 예의 검토한바, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은, 멜라민시아누레이트를 함유하는 분말 야금용 철기 분말을 사용하여 소결체를 제조한 경우, 소결체의 밀도가 충분히 높아지지 않아, 질이 높은 소결체를 얻기가 곤란한 경우가 있다는 것을 알게 되었다. 또한, 이러한 소결체의 밀도의 저하는, 금형의 내면에 부착되지 않는 일부의 멜라민시아누레이트가 이물로 되어, 철분 등의 분말의 사이에 들어가, 상기 분말 야금용 혼합 분말의 압축을 저해하기 때문임이 확인되었다. 또한, 특허문헌 1에는, 멜라민시아누레이트의 평균 입경이 3 내지 20㎛인 것이 바람직하다는 취지가 기재되어 있다. 이러한 입경의 멜라민시아누레이트를 사용하면, 상술한 바와 같이, 소결체의 밀도가 충분히 높아지지 않아, 질이 높은 소결체를 얻기가 곤란한 경우가 발생하기 쉽다는 것을 알게 되었다.

이러한 점에서, 본 발명자들은, 멜라민시아누레이트와 같은 유기계 층상 재료를 포함하는 윤활제에 착안하고, 또한 유기계 층상 재료의 평균 입경에 주목함으로써, 본 발명에 이르렀다.

이하, 본 발명에 관한 실시 형태에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

[제1 실시 형태]

<윤활제>

본 발명의 실시 형태에 관한 윤활제는, 철기 분말을 포함하는 분말 야금용 혼합 분말에 배합되는 윤활제이며, 평균 입경이 0.1㎛ 이상 3㎛ 미만인 유기계 층상 재료를 포함한다. 즉, 상기 윤활제는 철기 분말을 포함하는 분말 야금용 혼합 분말에 배합된다. 그리고, 상기 윤활제는 분말 야금용 혼합 분말에 배합되어, 철기 분말이나 그 밖의 분말 등의 간극에 존재하여, 이들 분말 등의 윤활성을 높인다. 즉, 상기 윤활제를 배합함으로써, 유동성이 우수한 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다.

또한, 분말 야금용 분말을 사용하여 소결체를 제조할 때, 분말 야금용 혼합 분말을 금형을 사용하여 압축하고, 이 압축에 의해 얻어진 압분체를 금형으로부터 빼낸다. 그리고, 이 금형으로부터 빼낸 압분체를 소결함으로써, 소결체가 얻어진다.

상기 분말 야금용 혼합 분말을 사용함으로써, 금형으로부터 압분체를 빼낼 때의 발출압을 저감할 수 있다. 이것은, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 금형에 충전할 때, 상기 분말 야금용 혼합 분말에 포함되는 상기 유기계 층상 재료가, 금형의 내면에 부착되기 때문이라고 생각된다.

또한, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 사용하여 얻어진 압분체는, 그 밀도를 높일 수 있다. 이것은, 이하 때문이라고 생각된다. 우선, 상기 유기계 층상 재료는, 그 평균 입경이 상기 범위 내로 비교적 작기 때문에, 철기 분말이나 그 밖의 분말 등의 간극에 들어가기 쉽다. 이 때문에, 이 유기계 층상 재료가, 분말 야금용 혼합 분말의 압축을 저해하는 것을 충분히 억제할 수 있다. 따라서, 압분체의 밀도를 높일 수 있다고 생각된다. 또한, 이 고밀도화된 압분체를 소결함으로써 소결체가 얻어지므로, 고밀도화된 소결체가 얻어진다.

또한, 상기 윤활제는, 철기 분말을 포함하는 분말 야금용 혼합 분말에 배합되는 윤활제이다. 이 분말 야금용 혼합 분말은, 철기 분말을 포함하는 분말 야금용 혼합 분말이면 되지만, 필요에 따라, 후술하는 부원료 분말이나 바인더를 포함해도 된다. 또한, 분말 야금용 혼합 분말로서는, 부원료 분말을 포함하고 있는 것이 바람직하며, 부원료 분말로서 흑연을 포함하고 있는 것이 보다 바람직하다. 이러한 부원료 분말을 포함하는 분말 야금용 혼합 분말을 사용하면, 강도가 적합하게 향상된 소결체가 얻어진다. 한편으로, 부원료 분말을 포함하고 있으면, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말 등의 비산이나 상기 부원료 분말의 편석 등이 일어나기 쉽지만, 상기 윤활제를 포함함으로써, 이들의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 적합한 소결체가 얻어지는 분말 야금용 분말이 얻어진다.

상기 윤활제는, 상술한 바와 같이, 상기 유기계 층상 재료를 포함한다. 상기 유기계 층상 재료로서는, 융점을 갖지 않고, 승화성을 갖는 것이 보다 바람직하다. 이러한 융점을 갖지 않는 유기계 층상 재료라면, 보다 적합한 소결체가 얻어진다. 이것은, 압축 시에, 금형의 내면 부근에서, 용융하는 일이 없으므로, 용융된 유기계 층상 재료가 압분체의 작성을 저해하지 않고, 또한 소결 시에도, 용융된 유기계 층상 재료에 의한 소결의 저해를 충분히 억제할 수 있기 때문이라고 생각된다. 또한, 상기 유기계 층상 재료로서는, 예를 들어 트리아진환을 골격으로 하는 화합물을 포함하는 층상 구조를 갖는 재료 등을 들 수 있으며, 보다 구체적으로는 멜라민시아누레이트 및 멜라민폴리포스페이트 등, 층상의 결정 구조를 갖는 재료를 들 수 있다. 상기 유기계 층상 재료는, 상기 예시물 중에서도, 멜라민시아누레이트가, 결정이 다층 구조이고, 분말 야금용 혼합 분말의 압축 시에 있어서의 분말 간의 마찰을 용이하면서도 확실하게 저감할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 멜라민시아누레이트(시아누르산멜라민)는, 상압에서는 350 내지 400℃에서 승화하는 물질이고, 용융되지 않는, 즉 융점을 갖지 않는 것이다. 또한, 상기 유기계 층상 재료는, 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 또한, 상기 유기계 층상 재료는 실리콘 처리, 지방산 처리 등의 표면 처리가 실시된 것이어도 된다. 이러한 유기계 층상 재료에 표면 처리를 실시함으로써, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 높일 수 있다. 이것은, 상기 유기계 층상 재료가, 이러한 표면 처리를 실시함으로써, 상기 철기 분말이나 그 밖의 분말 등과의 친화성이 향상되어, 이들 분말의 분산성을 더 높일 수 있기 때문이라고 생각된다. 또한, 상기 실리콘 처리는, 예를 들어 실란 커플링 처리이다.

상기 유기계 층상 재료는, 상술한 바와 같이, 평균 입경이 0.1㎛ 이상 3㎛ 미만이다. 또한, 상기 유기계 층상 재료의 평균 입경의 하한은 0.1㎛이며, 1㎛가 바람직하고, 1.5㎛가 보다 바람직하다. 한편, 상기 유기계 층상 재료의 평균 입경은 3㎛ 미만이며, 그 상한은 2.5㎛가 바람직하고, 2㎛가 보다 바람직하다. 상기 유기계 층상 재료의 평균 입경이 지나치게 작으면, 상기 유기계 층상 재료를 첨가해도 윤활성을 충분히 향상시키지 못할 우려가 있다. 이것은, 지나치게 작은 유기계 층상 재료는, 상기 철기 분말의 표면의 오목부에 들어가기 쉽고, 들어간 유기계 층상 재료는, 윤활성의 향상에 기여하기 어렵기 때문이라고 생각된다. 또한, 상기 유기계 층상 재료의 평균 입경이 지나치게 크면, 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말을, 상기 압축에 의해, 적합한 압분체를 얻기 어려운 경향이 있다. 이것은, 이하 때문이라고 생각된다. 우선, 지나치게 큰 유기계 층상 재료는, 상기 철기 분말이나 그 밖의 분말의 사이에 들어가기 어렵게 될 우려가 있다고 생각된다. 또한, 지나치게 큰 유기계 층상 재료는, 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말의 소성 변형을 저해할 우려가 있다고 생각된다. 이러한 점에서, 평균 입경이 0.1㎛ 이상 3㎛ 미만인 유기계 층상 재료를 첨가함으로써, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 높임과 함께 고밀도의 소결체를 제조 가능한 분말 야금용 혼합 분말로 할 수 있는 윤활제가 얻어진다고 생각된다.

또한, 상기 윤활제는, 상기 유기계 층상 재료를 포함하고 있으면 된다. 즉, 상기 윤활제는, 상기 유기계 층상 재료를 포함하는 것이어도 되고, 상기 유기계 층상 재료에 추가하여, 아미드 화합물, 금속 비누, 왁스 등을 함유해도 된다.

상기 아미드 화합물로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 제1급 아미드 또는 제2급 아미드가 바람직하다. 상기 제1급 아미드로서는, 예를 들어 스테아르산아미드, 에틸렌비스스테아르산아미드 및 히드록시스테아르산아미드 등을 들 수 있다. 상기 제2급 아미드로서는, 예를 들어 스테아릴스테아르산아미드, 올레일스테아르산아미드, 스테아릴에루크산아미드 및 메틸올스테아르산아미드 등을 들 수 있다. 또한, 상기 아미드 화합물은, 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.

상기 금속 비누로서는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 탄소수가 12 이상인 지방산염 등을 들 수 있다. 상기 금속 비누는, 이 중에서도 스테아르산아연이 바람직하다. 또한, 상기 금속 비누는, 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.

상기 왁스로서는, 예를 들어 폴리에틸렌 왁스, 에스테르 왁스, 파라핀 왁스 등을 들 수 있다. 또한, 상기 왁스는, 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.

또한, 상기 윤활제에 있어서, 상기 유기계 층상 재료 이외에 다른 성분을 포함하는 경우에는, 상기 아미드 화합물이 바람직하다. 즉, 상기 윤활제는, 상기 아미드 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 아미드 화합물의 융점의 하한으로서는, 60℃가 바람직하고, 70℃가 보다 바람직하고, 80℃가 더욱 바람직하다. 한편, 상기 아미드 화합물의 융점의 상한으로서는 130℃가 바람직하고, 120℃가 보다 바람직하고, 110℃가 더욱 바람직하다. 융점이 지나치게 낮으면, 아미드 화합물의 첨가에 의해, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 향상시키는 효과를 충분히 발휘하지 못하는 경향이 있다. 또한, 융점이 지나치게 높으면, 분말 야금용 혼합 분말의 압축 시에, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 향상시키는 효과를 충분히 발휘하지 못하는 경향이 있다. 이것은, 분말 야금용 혼합 분말의 압축 시에, 아미드 화합물이 용융되지 않아, 아미드 화합물의 점성을 저하시킬 수 없기 때문이라고 생각된다. 따라서, 상기 아미드 화합물의 융점이 상기 범위 내이면, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 보다 높여, 보다 고밀도의 소결체를 제조할 수 있는 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다. 이것은, 이하 때문이라고 생각된다. 우선, 상기 아미드 화합물의 융점이 상기 범위 내이면, 분말 야금용 혼합 분말의 소성 변형 시에, 금형 내의 온도가 융점에 근접함에 수반하여, 아미드 화합물의 점성이 저하되어, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성이 향상된다고 생각된다. 또한, 철기 분말이나 그 밖의 분말의 사이 및 분말과 금형의 사이에, 아미드 화합물이 용이하면서도 확실하게 들어갈 수 있다고 생각된다. 이러한 점에서, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 보다 높여, 보다 고밀도의 소결체를 제조할 수 있는 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다고 생각된다.

상기 아미드 화합물의 함유량의 하한으로서는, 상기 유기계 층상 재료 100질량부에 대하여, 10질량부가 바람직하고, 20질량부가 보다 바람직하고, 30질량부가 더욱 바람직하다. 한편, 상기 아미드 화합물의 함유량의 상한으로서는, 상기 유기계 층상 재료 100질량부에 대하여, 90질량부가 바람직하고, 80질량부가 보다 바람직하고, 70질량부가 더욱 바람직하다. 상기 아미드 화합물의 함유량이 지나치게 적으면, 상기 아미드 화합물의 첨가에 따른 효과가 충분히 발휘되지 않을 우려가 있다. 반대로, 상기 아미드 화합물의 함유량이 지나치게 많으면, 분말 야금용 혼합 분말의 압축성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 상기 아미드 화합물의 함유량이 상기 범위 내이면, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 보다 높여, 보다 고밀도의 소결체를 제조할 수 있는 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다.

상기 분말 야금용 혼합 분말에 있어서의 상기 윤활제의 배합량의 하한으로서는, 0.01질량％가 바람직하고, 0.05질량％가 보다 바람직하고, 0.1질량％가 더욱 바람직하다. 한편, 상기 분말 야금용 혼합 분말에 있어서의 상기 윤활제의 배합량의 상한으로서는 1.5질량％가 바람직하고, 1질량％가 보다 바람직하고, 0.7질량％가 더욱 바람직하다. 상기 윤활제의 배합량이 지나치게 적으면, 분말 야금용 혼합 분말에 대하여, 상기 윤활제를 첨가한 효과를 충분히 발휘하지 못하는 경향이 있다. 즉, 분말 야금용 혼합 분말의 윤활성을 충분히 높이지 못할 우려가 있다. 반대로, 상기 윤활제의 배합량이 지나치게 많으면, 분말 야금용 혼합 분말의 압축성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 상기 분말 야금용 혼합 분말에 있어서의 상기 윤활제의 배합량이 상기 범위 내이면, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 보다 높여, 보다 고밀도의 소결체를 제조할 수 있는 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다.

<윤활제의 이점>

상기 윤활제는, 평균 입경이 0.1㎛ 이상 3㎛ 미만인 유기계 층상 재료를 포함한다. 이러한 윤활제를, 철기 분말을 포함하는 분말 야금용 혼합 분말에 배합하면, 상기 유기계 층상 재료의 평균 입경이 상기 범위 내이기 때문에, 분말 야금용 혼합 분말에 포함되는 철기 분말이나 그 밖의 분말 등의 공극에 비교적 용이하게 들어가, 분말 야금용 혼합 분말의 윤활성을 높일 수 있다. 즉, 상기 윤활제를 배합함으로써, 유동성이 우수한 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다.

또한, 상기 윤활제는, 함유되는 유기계 층상 재료의 평균 입경이 상기 범위 내이기 때문에, 분말 야금용 혼합 분말을 사용하여 소결체를 제조할 때의, 분말 야금용 혼합 분말의 압축 시에, 이 분말 야금용 혼합 분말을 적합하게 압축할 수 있어, 적합한 압분체가 얻어진다. 따라서, 이 압분체를 소결하여 얻어지는 소결체의 고밀도화를 촉진할 수 있고, 나아가 이 소결체의 고품질화를 촉진할 수 있다. 또한, 분말 야금용 혼합 분말을 금형에서 압축하여 얻어진 압분체를, 금형으로부터 빼낼 때의 발출압을 저감할 수 있다. 이것은, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 금형에 충전할 때, 상기 윤활제에 포함되는 상기 유기계 층상 재료의 일부가, 금형의 내면에 부착되기 때문이라고 생각된다. 또한, 상기 유기계 층상 재료가, 융점을 갖지 않으면, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 금형에 충전할 때 금형의 내면에 용융되지 않고 부착할 수 있으므로, 보다 발출압을 저감할 수 있다.

[제2 실시 형태]

<분말 야금용 혼합 분말>

본 발명의 다른 실시 형태에 관한 분말 야금용 혼합 분말은, 철기 분말과 상기 윤활제를 포함한다. 또한, 분말 야금용 혼합 분말은, 철기 분말과 상기 윤활제를 포함하는 것이어도 되지만, 다른 성분을 포함하고 있어도 된다. 다른 성분으로서는, 예를 들어 부원료 분말과 바인더를 들 수 있다.

(철기 분말)

상기 철기 분말은, 상기 분말 야금용 혼합 분말의 주원료이다. 또한, 상기 철기 분말은, 철을 주성분으로 하는 것이다. 상기 철기 분말로서는, 예를 들어 순철분 및 철 합금분 등을 들 수 있다. 즉, 상기 철기 분말은, 순철분 또는 철 합금분 중 어느 것이어도 된다. 또한, 상기 철 합금분으로서는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴 등의 합금분이 표면에 확산 부착된 부분 합금분이어도 되고, 합금 성분을 함유하는 용해 철 또는 용강으로부터 얻어지는 프리알로이분이어도 된다. 상기 철기 분말의 제조 방법으로서는, 예를 들어 용융된 철 또는 강을 아토마이즈 처리하는 방법이나, 철광석이나 밀 스케일을 환원하여 제조하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 「주원료」란, 원료 중에서 가장 함유량이 많은 원료를 말하며, 예를 들어 함유량이 50질량％ 이상인 원료를 말한다. 또한, 「주성분」이란, 가장 함유량이 많은 성분을 말하며, 예를 들어 함유량이 50질량％ 이상인 성분을 말한다.

상기 철기 분말의 평균 입경의 하한으로서는, 40㎛가 바람직하고, 50㎛가 보다 바람직하고, 60㎛가 더욱 바람직하다. 한편, 상기 철기 분말의 평균 입경의 상한으로서는 120㎛가 바람직하고, 100㎛가 보다 바람직하고, 80㎛가 더욱 바람직하다. 상기 철기 분말의 평균 입경이 지나치게 작으면, 철기 분말의 핸들링성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 상기 철기 분말의 평균 입경이 지나치게 크면, 철기 분말의 표면의 요철에 상기 윤활제가 들어갈 우려가 있다. 따라서, 상기 철기 분말의 평균 입경이 상기 범위 내이면, 보다 고밀도의 소결체를 제조할 수 있는 등, 보다 적합한 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다.

(부원료 분말)

상기 부원료 분말은, 최종 제품에 요망되는 물성 등에 따라 임의 성분으로서 분말 야금용 혼합 분말에 함유된다. 상기 부원료 분말을 함유시키면, 분말 야금용 혼합 분말로부터 얻어지는 소결체의 강도를 향상시키는 등, 첨가하는 부원료 분말에 따라, 소결체의 성상을 변화시킬 수 있다. 상기 부원료 분말로서는, 예를 들어 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴 등의 합금 원소나, 인, 황, 흑연, 불화흑연, 황화망간, 탈크, 불화칼슘 등의 무기 또는 유기 성분의 분말 등을 들 수 있다. 또한, 상기 부원료 분말로서는, 상기 예시한 분말 중에서도, 분말 야금용 혼합 분말을 사용하여 얻어진 소결체의 강도를 적합하게 향상시킬 수 있다는 점에서, 흑연이 바람직하다.

상기 부원료 분말의 함유량의 상한으로서는, 상기 철기 분말 100질량부에 대하여, 10질량부가 바람직하고, 7질량부가 보다 바람직하고, 5질량부가 더욱 바람직하다. 한편, 상기 부원료 분말은, 반드시 함유될 필요는 없기 때문에, 상기 부원료 분말의 함유량의 하한으로서는 0질량부여도 된다. 단, 상기 부원료 분말이 함유되는 경우에는, 상기 부원료 분말의 함유량의 하한으로서는, 상기 철기 분말 100질량부에 대하여, 0.1질량부가 바람직하고, 0.5질량부가 보다 바람직하고, 1질량부가 더욱 바람직하다. 상기 부원료 분말의 상기 철기 분말 100질량부에 대한 함유량이 지나치게 많으면, 얻어지는 소결체의 밀도가 저하되어 강도가 저하될 우려가 있다. 또한, 상기 부원료 분말의 함유량이 지나치게 적으면, 상기 부원료 분말의 첨가에 따른 효과를 충분히 발휘하지 못할 우려가 있다. 예를 들어, 소결체의 강도 향상을 위해, 상기 부원료 분말을 함유시켜도, 강도 향상의 효과를 충분히 발휘하지 못하는 경우가 있다. 따라서, 상기 부원료 분말의 함유량이 상기 범위 내이면, 보다 적합한 분말 야금용 혼합 분말이 얻어지고, 따라서, 보다 적합한 소결체를 제조할 수 있는 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다.

(바인더)

상기 바인더는, 필요에 따라, 분말 야금용 혼합 분말에 함유된다. 상기 바인더를 함유시키면, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말 등의 비산이나 상기 부원료 분말의 편석 등을 방지할 수 있다. 상기 바인더로서는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 폴리올레핀, 아크릴 수지, 폴리스티렌, 스티렌부타디엔 고무, 에틸렌글리콜디스테아레이트, 에폭시 수지 및 로진에스테르 등을 들 수 있다.

상기 바인더로서는, 상기 예시 화합물 중에서도, 폴리올레핀 및 아크릴 수지가 바람직하다. 또한, 상기 바인더로서는, 폴리올레핀 및 아크릴 수지 중 어느 한쪽을 포함하는 것이 바람직하며, 폴리올레핀 및 아크릴 수지를 모두 포함하는 것이 보다 바람직하다.

상기 폴리올레핀으로서는, 예를 들어 부텐계 중합체를 들 수 있다. 또한, 상기 부텐계 중합체로서는, 부텐만으로 이루어지는 부텐 중합체, 부텐 및 다른 알켄의 공중합체를 들 수 있다. 상기 공중합체로서는, 예를 들어 부텐-에틸렌 공중합체, 부텐-프로필렌 공중합체 등을 들 수 있다. 또한, 상기 폴리올레핀은, 임의의 다른 단량체 또는 중합체를 갖는 구조여도 되며, 예를 들어 아세트산비닐을 포함하는 부텐-에틸렌 공중합체는, 융점이 저하된다.

상기 폴리올레핀의 융점의 하한으로서는, 45℃가 바람직하고, 50℃가 보다 바람직하고, 55℃가 더욱 바람직하다. 한편, 상기 폴리올레핀의 융점의 상한으로서는 90℃가 바람직하고, 85℃가 보다 바람직하고, 80℃가 더욱 바람직하다. 상기 폴리올레핀의 융점이 지나치게 낮으면, 분말 야금용 혼합 분말의 온도가 상승하였을 때 점착성이 지나치게 높아져, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성이 충분히 높아지지 않을 우려가 있다. 반대로, 상기 폴리올레핀의 융점이 지나치게 높아지면, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말의 사이의 부착력이 약해져, 편석이나 발진을 충분히 방지하지 못할 우려가 있다. 따라서, 상기 폴리올레핀의 융점이 상기 범위 내이면, 상기 바인더를 함유시킨 효과를 효과적으로 발휘할 수 있고, 보다 적합한 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다. 예를 들어, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말 등의 비산이나 상기 부원료 분말의 편석 등을 적합하게 방지할 수 있다.

상기 폴리올레핀의 190℃에서의 가열 용융 유동성(MFR)의 하한으로서는, 2.8g/10분이 바람직하고, 3.2g/10분이 보다 바람직하다. 한편, 상기 폴리올레핀의 190℃에서의 가열 용융 유동성의 상한으로서는, 3.8g/10분이 바람직하고, 3.4g/10분이 보다 바람직하다. 상기 폴리올레핀의 190℃에서의 가열 용융 유동성이 지나치게 낮거나, 지나치게 높으면, 상기 폴리올레핀의 유동성이 저하되고, 나아가 상기 분말 야금용 혼합 분말의 유동성이 충분히 높아지지 않을 우려가 있다. 따라서, 상기 폴리올레핀의 190℃에서의 가열 용융 유동성이 상기 범위 내이면, 상기 바인더를 함유시킨 효과를 효과적으로 발휘할 수 있고, 보다 적합한 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다.

또한, 상기 폴리올레핀의 중량 평균 분자량 및 그 밖의 물성은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상기 폴리올레핀은 랜덤 공중합체, 교대 공중합체, 블록 공중합체 및 그래프트 공중합체 중 어느 것이어도 된다. 또한, 이 공중합체의 구조에 대해서도 직쇄상 및 분지상 중 어느 것이어도 된다.

상기 아크릴 수지로서는, 예를 들어 폴리메타크릴산메틸, 폴리메타크릴산에틸, 폴리메타크릴산부틸, 폴리메타크릴산시클로헥실, 폴리메타크릴산에틸헥실, 폴리메타크릴산라우릴, 폴리아크릴산메틸 및 폴리아크릴산에틸 등을 들 수 있다. 또한, 상기 아크릴 수지로서는, 구조식이 직쇄상에 가까운 아크릴 수지가 바람직하다. 즉, 상기 아크릴 수지로서는, 상기 예시 화합물 중에서도, 폴리메타크릴산메틸, 폴리메타크릴산에틸, 폴리메타크릴산부틸, 폴리아크릴산메틸 및 폴리아크릴산에틸이 바람직하고, 폴리메타크릴산메틸, 폴리메타크릴산에틸 및 폴리메타크릴산부틸이 특히 바람직하다.

상기 아크릴 수지의 중량 평균 분자량의 상한으로서는 50만이 바람직하고, 40만이 보다 바람직하고, 35만이 더욱 바람직하다. 상기 아크릴 수지의 중량 평균 분자량이 지나치게 높으면, 상기 부원료 분말의 편석을 방지하지 못할 우려가 있다. 이것은, 용융되었을 때나 유기 용매로 용해되었을 때의 점도의 조정이 곤란해져, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말의 점착성을 적확하게 향상시키지 못할 우려가 있기 때문이라고 생각된다. 이에 비해, 상기 아크릴 수지의 중량 평균 분자량이 상기 범위 내이면, 상기 분말 야금용 혼합 분말 중에 있어서의 상기 부원료 분말의 균일 분산성을 향상시킬 수 있음과 함께, 50℃ 이상 70℃ 이하 정도의 고온 하에 있어서의 상기 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 아크릴 수지의 중량 평균 분자량의 하한은, 유동성을 향상시킨다는 점에서는 특별히 한정되지 않는다. 단, 상기 아크릴 수지의 중량 평균 분자량이 지나치게 낮아지면, 점성이 저하될 우려가 있기 때문에, 예를 들어 상기 아크릴 수지의 중량 평균 분자량의 하한으로서는 15만으로 할 수 있고, 바람직하게는 20만으로 할 수 있다.

상기 분말 야금용 혼합 분말은, 상기 범위 내의 융점 및 가열 용융 유동성을 갖는 폴리올레핀, 또는 상기 범위 내의 중량 평균 분자량을 갖는 아크릴 수지를 포함하는 바인더를 포함함으로써, 부원료 분말 등의 편석이나 비산을 적확하게 방지할 수 있다. 또한, 상기 분말 야금용 혼합 분말은, 부원료 분말 등의 편석이나 비산을 적확하게 방지한다는 점에서, 상기 폴리올레핀 및 상기 아크릴 수지를 포함하는 바인더를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 바인더가 상기 폴리올레핀 및 아크릴 수지를 모두 포함하는 경우에 있어서의 상기 아크릴 수지의 함유량의 하한으로서는, 폴리올레핀 100질량부에 대하여, 10질량부가 바람직하고, 15질량부가 보다 바람직하고, 20질량부가 더욱 바람직하다. 상기 아크릴 수지의 함유량이 상기 범위 내임으로써, 상기 부원료 분말 등의 편석을 더 적확하게 방지할 수 있다. 또한, 상기 바인더가 상기 폴리올레핀 및 아크릴 수지를 모두 포함하는 경우에 있어서의 상기 아크릴 수지의 폴리올레핀 100질량부에 대한 함유량의 상한은, 상기 철기 분말 및 부원료 분말 등의 비산이나 상기 부원료 분말의 편석을 방지한다는 점에서는 특별히 한정되지 않는다. 단, 상기 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 용이하면서도 확실하게 높이기 위해서는, 예를 들어 상기 아크릴 수지의 함유량의 상한으로서는, 폴리올레핀 100질량부에 대하여, 80질량부로 할 수 있고, 바람직하게는 60질량부로 할 수 있다.

상기 바인더의 함유량의 상한으로서는, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말 100질량부에 대하여, 0.5질량부가 바람직하고, 0.2질량부가 보다 바람직하다. 상기 바인더의 함유량이 지나치게 많으면, 얻어지는 소결체의 밀도가 충분히 높아지지 않을 우려가 있다. 한편, 상기 바인더는, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말의 비산이나 상기 부원료 분말의 편석을 방지하기 위해 함유되는 것이며, 이들 분말의 비산이나 편석의 우려가 낮은 경우 등에는 반드시 함유될 필요는 없다. 그 때문에, 상기 바인더의 함유량의 하한으로서는, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말 100질량부에 대하여, 0질량부로 할 수 있다. 단, 상기 바인더가 함유되는 경우, 상기 바인더의 함유량의 하한으로서는, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말 100질량부에 대하여, 0.01질량부가 바람직하다. 상기 바인더의 함유량이 지나치게 적으면, 바인더를 함유시키는 효과를 충분히 발휘하지 못할 우려가 있다. 즉, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말의 비산이나 상기 부원료 분말의 편석을 충분히 방지하지 못할 우려가 있다.

<분말 야금용 혼합 분말의 이점>

상기 분말 야금용 혼합 분말은, 상기 윤활제를 포함하므로, 상술한 바와 같이 윤활성이 높아짐과 함께, 얻어지는 소결체의 고밀도화, 나아가 고품질화를 촉진할 수 있다. 또한, 상기 분말 야금용 혼합 분말은, 상술한 바와 같이 금형으로부터의 발출압을 저감할 수 있다.

[제3 실시 형태]

<소결체의 제조 방법>

이어서, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 사용한 소결체의 제조 방법에 대하여 설명한다. 상기 소결체의 제조 방법은, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 사용하여 소결체를 얻는 방법이면, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 혼합 공정과, 압축 공정과, 소결 공정을 구비한다. 구체적으로는, 상기 소결체의 제조 방법으로서는, 상기 철기 분말과 상기 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말을 얻는 혼합 공정과, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 금형을 사용하여 압축하여 압분체를 얻는 압축 공정과, 상기 압분체를 소결하여 소결체를 얻는 소결 공정을 구비하는 방법 등을 들 수 있다.

(혼합 공정)

상기 혼합 공정은, 상기 철기 분말과 상기 윤활제를 혼합하여, 상기 철기 분말과 상기 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말을 얻는 공정이면, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 상기 혼합 공정에서는, 상기 윤활제로서, 평균 입경이 0.1㎛ 이상 3㎛ 미만인 유기계 층상 재료를 포함하는 상술한 상기 윤활제가 사용된다. 또한, 상기 혼합 공정은, 상기 철기 분말과 상기 윤활제를 혼합할 뿐만 아니라, 이들에 추가하여, 필요에 따라, 상기 부원료 분말 및 상기 바인더도 혼합해도 된다. 그렇게 함으로써, 상기 철기 분말 및 상기 윤활제뿐만 아니라, 상기 부원료 분말 및 상기 바인더도 포함하는 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다. 또한, 상기 분말 야금용 혼합 분말로서는, 상기 부원료 분말을 포함하는 것이 바람직하므로, 상기 혼합 공정으로서는, 상기 철기 분말과 상기 윤활제와 상기 부원료 분말을 혼합하는 공정이 바람직하다.

상기 혼합 공정에 있어서, 상기 철기 분말과 상기 윤활제와 상기 부원료 분말과 상기 바인더를 혼합하는 경우에 대하여 설명한다. 우선, 공지된 혼합 장치에, 상기 철기 분말, 상기 부원료 분말 및 상기 바인더를 투입하고, 가열 혼합한 후에 냉각한다. 이에 의해, 상기 바인더가 고화하여 상기 철기 분말이나 상기 부원료 분말의 표면에 부착함으로써, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말이 서로 결합하고, 그 결과 편석이나 비산이 방지된다. 또한, 상기 혼합 장치로서는, 예를 들어 믹서, 하이스피드 믹서, 나우타 믹서, V형 혼합기 및 더블 콘 블렌더 등이 사용된다.

이어서, 냉각된 혼합 분말에 상기 윤활제를 혼합한다. 이에 의해, 상기 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다.

또한, 상기 바인더는, 예를 들어 용융 상태에서 혼합되어도 되고, 분말상 상태로 혼합되어 혼합 과정의 입자 간 마찰 등의 마찰열에 의해 용융되어도 되고, 외부 열원으로 소정의 온도까지 가열하여 용융되어도 된다. 또한, 상기 바인더가 용융 상태에서 혼합되는 경우, 통상, 용융된 바인더를 그대로 혼합하는 것이 아니라, 용융된 바인더를 톨루엔이나 아세톤 등의 휘발성 유기 용매에 용해한 상태에서 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 윤활제 이외의 성분의 혼합 조건은, 상기 철기 분말, 필요에 따라 첨가되는 성분인 상기 부원료 분말 및 상기 바인더 등의 각 성분을 혼합할 수 있으면 되며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 혼합 조건은, 구체적으로는 혼합 장치나 생산 규모 등의 여러 조건에 따라 적절히 설정된다. 상기 혼합은, 예를 들어 블레이드 부착 혼합기를 사용하는 경우, 블레이드의 회전 속도를 약 2m/s 이상 10m/s 이하의 범위 내의 주속도로 제어하고, 약 0.5분 이상 20분 이하 교반함으로써 행할 수 있다. 또한, V형 혼합기나 이중 원추형 혼합기를 사용하는 경우, 대략 2rpm 이상 50rpm 이하에서 1분 이상 60분 이하 혼합함으로써 행할 수 있다. 또한, 상기 윤활제의 혼합 조건은, 상기 윤활제를 혼합할 수 있으면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 윤활제 이외의 성분의 혼합 조건과 마찬가지의 조건을 들 수 있다.

상기 윤활제 이외의 성분의 혼합 온도로서는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 40℃ 이상 60℃ 이하로 할 수 있다. 상기 혼합 온도가 지나치게 낮으면, 상기 철기 분말과, 필요에 따라 첨가되는, 상기 부원료 분말이나 상기 바인더가 적합하게 혼합되지 않을 우려가 있다. 예를 들어, 상기 바인더의 점성이 높아져, 분말 야금용 혼합 분말 중에서의 균일 분산성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 상기 혼합 온도가 지나치게 높으면, 분말 야금용 혼합 분말의 성분이 손상되거나, 적합하게 혼합되지 않을 우려가 있다. 또한, 가열 설비에 드는 비용이 필요 이상으로 증가할 우려가 있다. 따라서, 혼합 온도가 상기 범위 내이면, 상기 철기 분말과, 필요에 따라 첨가되는 성분을 적합하게 혼합할 수 있다. 또한, 상기 윤활제의 혼합 온도는, 상기 윤활제를 혼합할 수 있으면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 윤활제 이외의 성분의 혼합 온도와 마찬가지의 온도를 들 수 있다. 그렇게 함으로써, 상기 윤활제도 적합하게 혼합할 수 있고, 적합한 분말 야금용 혼합 분말을 얻을 수 있다.

(압축 공정)

상기 압축 공정은, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 금형을 사용하여 압축하여 압분체를 얻는 공정이면, 특별히 한정되지 않는다. 상기 압축 공정은, 예를 들어 상기 분말 야금용 혼합 분말을 금형에 충전하고, 예를 들어 490MPa 이상 686MPa 이하의 압력을 가함으로써 행한다. 또한, 압축 온도로서는, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 구성하는 성분의 종류나 첨가량, 압축 압력 등에 따라 상이하기 때문에, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 25℃ 이상 150℃ 이하로 할 수 있다.

(소결 공정)

상기 소결 공정은, 상기 압분체를 소결하여 소결체를 얻는 공정이면, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 소결 조건은, 상기 압분체를 구성하는 성분의 종류, 얻어지는 소결체의 종류 등에 따라 상이하기 때문에, 특별히 한정되지 않는다. 상기 소결 공정에서의 소결 온도는, 상기 압분체로부터 소결체가 얻어지는 온도라면, 특별히 한정되지 않지만, 상기 철기 분말의 융점 이하인 것이 바람직하고, 1000℃ 이상 1300℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 소결 공정의 구체예로서는, N₂, N₂-H₂ 및 탄화수소 등의 분위기 하에서, 1000℃ 이상 1300℃ 이하의 온도에서 5분 이상 60분 이하 소결함으로써 행해진다.

<소결체의 제조 방법의 이점>

상기 소결체의 제조 방법은, 상기 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말을 사용하므로, 고밀도화된 소결체가 얻어진다. 이 소결체는 고밀도화에 의한 고품질화가 촉진된 소결체이다.

또한, 본 명세서에 있어서 「평균 입경」이란, 누적 50％ 평균 체적 직경(메디안 직경, 50％ 입자 직경, d50)을 말한다. d50은, 일반적인 평균 입경의 측정 방법으로 측정할 수 있으며, 예를 들어 레이저 회절 산란법 등에 의한 측정이나, 일반적인 입도계 등을 사용한 측정 등에 의해 계측할 수 있다. 「융점」이란, 시차 주사 열량계(DSC)에 의해 측정되는 융점 피크 온도를 말한다. 「유기계 층상 재료」란, 탄소 원자를 구성 원자로 하는 층상 구조를 갖는 재료를 말한다. 또한, 이 유기계 층상 재료에 포함되는 탄소 원자의 함유량으로서는, 예를 들어 20질량％ 이상으로 되고, 바람직하게는 30질량％ 이상으로 된다. 또한, 「층상」이란, 예를 들어 어떠한 면의 긴 직경 및 이 긴 직경에 수직인 짧은 직경의 길이 평균에 대한이 면과 수직 방향의 평균 두께의 비가 1/200 이상 1/5 이하인 것을 말하며, 바람직하게는 상기 비가 1/100 이상 1/20 이하인 것을 말한다. 또한, 긴 직경이란, 상기 면 내의 최대 직선 길이를 말한다. 또한, 짧은 직경이란, 상기 면 내의 긴 직경에 수직인 직선 중 최대 직선 길이를 말한다. 「가열 용융 유동성(MFR)」이란, JIS-K7210(1999)의 「부속서 A 표 1」에 준거하여 시험 온도 190℃, 하중 2.16kg으로 측정한 값을 말한다. 「중량 평균 분자량」은, JIS-K-7252(2008)에 준거하여, 겔 침투 크로마토그래피(GPC)를 사용하여 측정한 값을 말한다.

본 명세서는, 상술한 바와 같이 여러 가지 형태의 기술을 개시하고 있지만, 그 중 주된 기술을 이하에 정리한다.

상기 윤활제는, 평균 입경이 상기 범위 내인 유기계 층상 재료를 포함하기 때문에, 분말 야금용 혼합 분말에 포함되는 철기 분말이나 그 밖의 분말 등의 공극에 비교적 용이하게 들어가, 분말 야금용 혼합 분말의 윤활성을 높일 수 있다. 즉, 상기 윤활제를 배합함으로써, 유동성이 우수한 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다.

또한, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 사용하여 얻어진 압분체는, 그 밀도를 높일 수 있다. 이것은, 상기 윤활제는, 평균 입경이 상기 범위 내로 비교적 작은 유기계 층상 재료를 포함하므로, 분말 야금용 혼합 분말의 압축 시에 이 분말 야금용 혼합 분말의 압축을 저해할 우려가 낮고, 얻어지는 소결체의 고밀도화를 촉진할 수 있기 때문이라고 생각된다. 따라서, 압분체의 밀도를 높일 수 있고, 이 고밀도화된 압분체를 소결함으로써 얻어진 소결체는 고밀도화된 것이다. 즉, 상기 윤활제는, 이 소결체의 고품질화를 촉진할 수 있다.

또한, 분말 야금용 혼합 분말을 압축하여 얻어지는 압분체의 금형으로부터의 발출압을 저감할 수 있다. 이것은, 상기 윤활제는, 상기 유기계 층상 재료의 일부가, 분말 야금용 혼합 분말을 금형에 충전할 때 금형의 내면에 부착되기 때문이라고 생각된다.

이상의 점에서, 상기 구성에 따르면, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 높임과 함께 고밀도의 소결체를 제조 가능한 분말 야금용 혼합 분말로 할 수 있는 윤활제가 얻어진다.

또한, 상기 윤활제에 있어서, 상기 유기계 층상 재료가 융점을 갖지 않는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 따르면, 보다 적합한 소결체가 얻어지는 윤활제를 제공할 수 있다. 이것은, 우선, 압축 시에, 금형의 내면 부근에서, 용융하는 일이 없으므로, 용융된 유기계 층상 재료가 압분체의 작성을 저해하는 일이 없기 때문이라고 생각된다. 또한, 소결 시에도, 용융된 유기계 층상 재료에 의한 소결의 저해를 충분히 억제할 수 있기 때문이라고 생각된다.

또한, 상기 윤활제에 있어서, 상기 유기계 층상 재료가 멜라민시아누레이트인 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 유기계 층상 재료가 멜라민시아누레이트임으로써, 층상 구조가 용이하게 얻어지고, 분말 야금용 혼합 분말의 압축 시에 있어서의 분말 간의 마찰을 용이하면서도 확실하게 저감할 수 있다.

또한, 상기 윤활제에 있어서, 아미드 화합물을 더 포함하고, 상기 아미드 화합물의 함유량이, 상기 유기계 층상 재료 100질량부에 대하여, 10질량부 이상 90질량부 이하인 것이 바람직하다.

이와 같이, 아미드 화합물을 더 포함하고, 이 아미드 화합물의 상기 유기계 층상 재료에 대한 함유량이 상기 범위 내로 됨으로써, 분말 야금용 혼합 분말의 윤활성을 더 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 윤활제에 있어서, 상기 유기계 층상 재료는, 실리콘 처리 및 지방산 처리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 표면 처리가 실시된 것이면 바람직하다.

이러한 구성에 따르면, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 높일 수 있다. 이것은, 상기 표면 처리가 실시된 유기계 층상 재료는, 상기 철기 분말이나 그 밖의 분말 등과의 친화성을 향상시킬 수 있고, 이들 분말의 분산성을 더 높일 수 있기 때문이라고 생각된다.

또한, 상기 윤활제에 있어서, 분말 야금용 혼합 분말이 부원료 분말을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 부원료 분말이 흑연을 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 따르면, 부원료 분말을 포함하는 분말 야금용 혼합 분말을 사용하여 소결체를 얻으면, 강도 향상 등의 부원료 분말을 첨가함에 따른 효과를 발휘하는 소결체가 얻어진다. 예를 들어, 부원료 분말로서, 흑연을 포함하면, 분말 야금용 혼합 분말을 사용하여 얻어진 소결체의 강도를 향상시킬 수 있다. 한편, 부원료 분말을 포함하고 있으면, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말 등의 비산이나 상기 부원료 분말의 편석 등이 일어나기 쉬운 경향이 있지만, 상기 윤활제를 함유함으로써, 이들의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 보다 적합한 소결체가 얻어지는 분말 야금용 혼합 분말로 할 수 있는 윤활제가 얻어진다.

또한, 본 발명의 다른 일 국면은, 철기 분말과 상기 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말이다.

상기 분말 야금용 혼합 분말에 있어서, 바인더를 더 포함하고, 상기 바인더가, 융점이 45℃ 이상 90℃ 이하이고, 또한 190℃에서의 가열 용융 유동성이 2.8g/10분 이상 3.8g/10분 이하인 폴리올레핀, 및 중량 평균 분자량이 50만 이하인 아크릴 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 바인더를 더 포함하고, 이 바인더가, 상기 범위 내의 융점 및 가열 용융 유동성을 갖는 폴리올레핀, 또는 상기 범위 내의 중량 평균 분자량을 갖는 아크릴 수지를 포함함으로써, 철기 분말 또는 그 밖의 분말의 편석이나 비산을 적확하게 방지할 수 있다.

상기 분말 야금용 혼합 분말에 있어서, 상기 바인더는, 상기 폴리올레핀 및 상기 아크릴 수지를 모두 포함하고, 아크릴 수지의 함유량이, 상기 폴리올레핀 100질량부에 대하여, 10질량부 이상인 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 바인더가 상기 폴리올레핀 및 아크릴 수지를 모두 포함하고, 상기 아크릴 수지의 폴리올레핀에 대한 함유량이 상기 범위 내로 됨으로써, 철기 분말 또는 그 밖의 분말의 편석이나 비산을 방지할 수 있음과 함께, 유동성을 더 높일 수 있다.

또한, 상기 분말 야금용 혼합 분말에 있어서, 부원료 분말을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 부원료 분말이 흑연을 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 따르면, 보다 적합한 소결체가 얻어지는 분말 야금용 혼합 분말을 제공할 수 있다. 우선, 부원료 분말을 포함하는 분말 야금용 혼합 분말을 사용하여 소결체를 얻으면, 강도 향상 등의 부원료 분말을 첨가함에 따른 효과를 발휘하는 소결체가 얻어진다. 예를 들어, 부원료 분말로서, 흑연을 포함하면, 분말 야금용 혼합 분말을 사용하여 얻어진 소결체의 강도를 향상시킬 수 있다. 한편, 부원료 분말을 포함하고 있으면, 상기 철기 분말 및 상기 부원료 분말 등의 비산이나 상기 부원료 분말의 편석 등이 일어나기 쉬운 경향이 있지만, 상기 윤활제를 함유함으로써, 이들의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 보다 적합한 소결체가 얻어지는 분말 야금용 혼합 분말이 얻어진다.

또한, 본 발명의 다른 일 국면은, 철기 분말과 상기 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말을, 혼합에 의해 조제하는 혼합 공정과, 상기 분말 야금용 혼합 분말을 금형을 사용하여 압축하여 압분체를 얻는 공정과, 상기 압분체를 소결하여 소결체를 얻는 공정을 구비하는 소결체의 제조 방법이다.

상기 소결체의 제조 방법에 따르면, 상기 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말을 사용하므로, 고밀도화된 소결체를 제조할 수 있다. 따라서, 이 고밀도화에 의한 고품질화가 촉진된 소결체를 제조할 수 있다.

또한, 상기 소결체의 제조 방법에 있어서, 상기 혼합 공정이, 상기 철기 분말과, 상기 윤활제와, 상기 부원료 분말을 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 부원료 분말이 흑연을 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 따르면, 보다 적합한 소결체를 제조할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 윤활제, 분말 야금용 혼합 분말 및 소결체의 제조 방법은, 분말 야금용 혼합 분말의 유동성을 높임과 함께 소결체의 고밀도화를 촉진할 수 있다.

<실시예>

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

철기 분말로서 순철분(가부시키가이샤 고베 세이코쇼제의 「아트멜 300M」, 입경 40 내지 120㎛)을 준비하고, 이 순철분 100질량부에 대하여, 부원료 분말로서, 구리 분말 2.0질량부 및 흑연 0.8질량부를 V형 혼합기에 의해 혼합하였다. 또한, 바인더로서, 스티렌부타디엔 고무 0.10질량부(바인더 농도가 2.5질량％가 되도록 톨루엔에 스티렌부타디엔 고무를 용해시킨 바인더 용액)를 상기 순철분 및 상기 부원료 분말에 분무한 후, 교반 혼합하여 바인더로 피복된 혼합 분말을 얻었다. 또한, 이 혼합 분말에 유기계 층상 재료(윤활제)로서 평균 입경 2.0㎛의 멜라민시아누레이트(닛산 가가쿠 고교 가부시키가이샤제의 「MC-6000」)를 0.5질량％ 첨가하여 분말 야금용 혼합 분말로 하였다. 또한, 멜라민시아누레이트(시아누르산멜라민)는, 상압에서는 350 내지 400℃에서 승화하는 물질이고, 용융되지 않는 물질이며, 즉 융점을 갖지 않는 유기계 층상 재료이다.

(실시예 2)

유기계 층상 재료로서, 평균 입경 1.2㎛의 멜라민시아누레이트(사카이 가가쿠 고교 가부시키가이샤제의 「MC-1N」)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 2의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(실시예 3)

유기계 층상 재료로서, 표면에 실리콘 처리를 실시한 평균 입경 2.7㎛의 멜라민시아누레이트(사카이 가가쿠 고교 가부시키가이샤제의 「MC-20S」)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 3의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(실시예 4)

유기계 층상 재료로서, 표면에 지방산 처리를 실시한 평균 입경 1.0㎛의 멜라민시아누레이트(사카이 가가쿠 고교 가부시키가이샤제의 「MC-5F」)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 4의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(실시예 5)

윤활제로서, 평균 입경 2.0㎛의 멜라민시아누레이트(닛산 가가쿠 고교 가부시키가이샤제의 「MC-6000」)에 추가하여, 스테아르산아미드(닛본 가세이 가부시키가이샤제의 「아미드 AP-1」)를, 표 1에 나타내는 배합비(질량비)로 첨가한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 5의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(실시예 6 내지 8)

실시예 5의 분말 야금용 혼합 분말에 있어서의, 멜라민시아누레이트 및 스테아르산아미드의 배합비를, 표 1에 나타내는 배합비(질량비)로 한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여, 실시예 6 내지 8의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(실시예 9)

바인더로서, 부텐-프로필렌 공중합체(미츠이 가가쿠 가부시키가이샤제의 「타프머 XM5080」, 융점: 85℃, 190℃에서의 가열 용융 유동성(MFR): 3.0g/10분)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 9의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(실시예 10)

바인더로서, 부텐-프로필렌 공중합체(미츠이 가가쿠 가부시키가이샤제의 「타프머 XM5070」, 융점: 77℃, MFP: 3.0g/10분)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 10의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(실시예 11)

바인더로서, 부텐-에틸렌 공중합체(미츠이 가가쿠 가부시키가이샤제의 「타프머 DF740」, 융점: 55℃, MFP: 3.6g/10분)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 11의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(실시예 12)

바인더로서, 부텐-에틸렌 공중합체(미츠이 가가쿠 가부시키가이샤제의 「타프머 DF740」, 융점: 50℃, MFP: 3.6g/10분)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 12의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(실시예 13)

바인더로서, 메타크릴산부틸(네가미 고교 가부시키가이샤제의 「M-6003」, 중량 평균 분자량: 376500)을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 13의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(실시예 14)

바인더로서, 실시예 9의 부텐-프로필렌 공중합체 및 실시예 13의 메타크릴산부틸을 90/10의 질량 비율로 혼합한 혼합물을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 14의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(실시예 15)

바인더로서, 실시예 10의 부텐-프로필렌 공중합체 및 실시예 13의 메타크릴산부틸을 90/10의 질량 비율로 혼합한 혼합물을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 15의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(비교예 1)

윤활제로서, 에틸렌비스스테아르산아미드(다이니치 가가쿠 고교 가부시키가이샤제의 「WXDBS」)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 비교예 1의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(비교예 2)

윤활제로서, 스테아르산아연(다이니치 가가쿠 고교 가부시키가이샤제의 「다이 왁스 Z」)을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 비교예 2의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(비교예 3)

윤활제로서, 평균 입경 14㎛의 멜라민시아누레이트(닛산 가가쿠 고교 가부시키가이샤제의 「MC-4500」)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 비교예 3의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(비교예 4)

윤활제로서, 평균 입경 10㎛의 멜라민시아누레이트(닛산 가가쿠 고교 가부시키가이샤제의 「MC-4000」)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 비교예 4의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

(비교예 5)

윤활제로서, 평균 입경 3.3㎛의 멜라민시아누레이트(사카이 가가쿠 고교 가부시키가이샤제의 「MC-2010N」)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 비교예 5의 분말 야금용 혼합 분말을 얻었다.

[유동성]

JIS-Z-2502(2012)(금속분의 유동도 시험법)에 준거하여, 플로우 시험을 행하여, 분말 야금용 혼합 분말의 유동도를 구하였다. 구체적으로는, 50g의 분말 야금용 혼합 분말이 직경 2.63mm의 오리피스를 흘러나올 때까지의 시간(s)을 측정하고, 이 시간을 분말 야금용 혼합 분말의 유동도로 하였다. 또한, 이 얻어진 입도도에 기초하여, 이하의 기준으로 유동성을 평가하였다.

(평가 기준)

A: 유동도가 상온(25℃)에서 20s/50g 미만

B: 유동도가 상온(25℃)에서 20s/50g 이상 25s/50g 미만

C: 유동도가 상온(25℃)에서 25s/50g 이상

[흑연 비산성]

도 1에 도시하는 바와 같은 흑연 비산율 측정용 기구를 사용하여, 분말 야금용 혼합 분말의 흑연 비산성을 측정하였다. 또한, 도 1은, 실시예에 있어서 사용한 흑연 비산율 측정용 기구의 모식적 단면도이다. 흑연 비산율 측정 장치는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 뉴 밀리포어 필터(1)(스티치 12㎛)를 설치한 깔때기형의 유리관(2)(내경 16mm, 높이 106mm)이다. 이 흑연 비산율 측정 장치에, 분말 야금용 혼합 분말 P를 25g 넣고, 유리관(2)의 하방으로부터 N₂ 가스(실온)를 속도 0.8L/분으로 20분간 흘렸다. 그리고, 이 N₂ 가스를 유통시키기 전의 분말 야금용 혼합 분말 중의 카본양과, 이 N₂ 가스를 유통시킨 후의 분말 야금용 혼합 분말 중의 카본양을 측정하였다. 이 측정한 각 카본양을 사용하여, 하기 식으로부터 흑연 비산율(％)을 구하였다.

흑연 비산율(％)=[1-(N₂ 가스 유통 후의 분말 야금용 혼합 분말 중의 카본양(질량％)/N₂ 가스 유통 전의 분말 야금용 혼합 분말 중의 카본양(질량％))]×100

또한, 상기 각 분말 야금용 혼합 분말 중의 카본양은, 탄소분을 정량 분석함으로써 구하였다. 또한, 흑연 비산성을 이하의 기준으로 평가하였다.

(평가 기준)

A: 흑연 비산율이 0％

B: 흑연 비산율이 0％ 초과 10％ 이하

[발출압]

압력 10t/㎠, 상온(25℃)의 조건에서, 분말 야금용 혼합 분말을 금형을 사용하여, 직경 25mm, 길이 15mm의 원기둥형 압분체를 제작하였다. 이 압분체를 금형으로부터 빼내는 데 필요한 하중을 측정하였다. 그리고, 이 하중을, 금형과 압분체의 접촉 면적으로 나눔으로써, 발출압을 산출하였다. 또한, 발출압을 이하의 기준으로 평가하였다.

(평가 기준)

A: 발출압이 20MPa 이하

B: 발출압이 20MPa 초과 25MPa 미만

C: 발출압이 25MPa 이상

[압분체 밀도]

금형으로부터 빼낸 압분체의 밀도를, JSPM 표준 1-64(금속분의 압축 시험법)에 준거하여 측정하였다. 또한, 압분체 밀도를 이하의 기준으로 평가하였다.

(평가 기준)

A: 압분체 밀도가 7.45g/㎤ 이상

B: 압분체 밀도가 7.40g/㎤ 이상 7.45g/㎤ 미만

C: 압분체 밀도가 7.40g/㎤ 미만

[평가 결과]

표 2의 결과로부터, 실시예 1 내지 15에 관한 압분체는, 비교예 1 내지 5에 관한 압분체에 비하여, 밀도가 높음을 알 수 있었다. 또한, 바인더로서, 폴리올레핀 및/또는 아크릴 수지를 사용한 실시예 9 내지 15의 분말 야금용 혼합 분말은, 다른 실시예 및 비교예의 분말 야금용 혼합 분말에 비하여 유동성이 높음을 알 수 있었다. 또한, 윤활제로서 아미드 화합물을 첨가한 실시예 5 내지 8의 분말 야금용 혼합 분말은, 다른 실시예 및 비교예의 분말 야금용 혼합 분말에 비하여 발출압이 낮음을 알 수 있었다.

이 출원은 2014년 12월 26일에 출원된 일본 특허 출원 제2014-266266호를 기초로 하는 것이며, 그 내용은 본원에 포함되는 것이다.

본 발명을 표현하기 위해, 상술에 있어서 도면을 참조하면서 실시 형태를 통하여 본 발명을 적절하면서도 충분히 설명하였지만, 당업자라면 상술한 실시 형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 이룰 수 있는 것이라고 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 레벨의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는, 당해 청구항의 권리 범위에 포괄된다고 해석된다.

<산업상 이용가능성>

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 윤활제, 분말 야금용 혼합 분말 및 소결체의 제조 방법은, 밀도가 높고 고품질의 소결체를 제조하는 데 적합하다.

Claims

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주원료인 철기 분말과 임의 성분으로서 함유되는 부원료 분말을 포함하는 원료 분말과, 상기 원료 분말의 표면에 부착함으로써 상기 원료 분말을 서로 결부시키는 바인더로 이루어지는 혼합 분말과, 상기 혼합 분말에 0.01질량％ 이상 0.7질량％ 이하로 배합되는 윤활제를 포함하여 이루어지는 분말 야금용 혼합 분말이며,
상기 윤활제는, 평균 입경이 0.1㎛ 이상 3㎛ 미만인 유기계 층상 재료를 포함하고,
상온(25℃)에서의 유동도가 25s/50g 미만인 것을 특징으로 하는, 분말 야금용 혼합 분말.
제8항에 있어서,
상기 바인더는, 융점이 45℃ 이상 90℃ 이하이고, 또한 190℃에서의 가열 용융 유동성이 2.8g/10분 이상 3.8g/10분 이하인 폴리올레핀, 및 중량 평균 분자량이 50만 이하인 아크릴 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 분말 야금용 혼합 분말.
제9항에 있어서, 상기 바인더는, 상기 폴리올레핀 및 상기 아크릴 수지를 모두 포함하고,
상기 아크릴 수지의 함유량이, 상기 폴리올레핀 100질량부에 대하여, 10질량부 이상인, 분말 야금용 혼합 분말.
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제8항에 있어서, 상기 부원료 분말이 흑연을 포함하는, 분말 야금용 혼합 분말.
철기 분말과, 제8항에 기재된 윤활제를 포함하는 분말 야금용 혼합 분말을, 혼합에 의해 조제하는 혼합 공정과,
상기 분말 야금용 혼합 분말을 금형을 사용하여 압축하여 압분체를 얻는 공정과,
상기 압분체를 소결하여 소결체를 얻는 공정을 구비하는, 소결체의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 혼합 공정이, 상기 철기 분말과, 상기 윤활제와, 상기 부원료 분말을 혼합하는, 소결체의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 부원료 분말이 흑연을 포함하는, 소결체의 제조 방법.