KR20030091710A

KR20030091710A - 분말 야금용 부원료 분말 및 분말 야금용 철기 분말혼합물 그리고 이것들의 제조 방법

Info

Publication number: KR20030091710A
Application number: KR10-2003-0032165A
Authority: KR
Inventors: 오자끼유끼꼬; 우나미시게루; 우에노소노사또시
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2003-12-03
Also published as: KR100635889B1; EP1364731A2; JP2004232079A; JP2008069460A; US20030219617A1; US6860918B2; CN1234485C; CA2429093A1; US20040038067A1; JP5112828B2; CN1481956A; EP1364731A3

Abstract

분말 야금용 부원료 분말 본체의 표면을 유기 바인더로 피복하여 부원료 분말로 하고, 이 유기 바인더를 통해 분말 야금용 부원료 분말을 철기 분말의 표면에 접착함으로써, 성분 편석이 없고, 유동성, 압축성이 우수한 분말 야금용 부원료 분말, 및 이 분말 야금용 부원료 분말과 철기 분말을 혼합한 분말 야금용 철기 분말 혼합물을 제공한다.

Description

분말 야금용 부원료 분말 및 분말 야금용 철기 분말 혼합물 그리고 이것들의 제조 방법 {POWDER ADDITIVE FOR POWDER METALLURGY, IRON-BASED POWDER MIXTURE FOR POWDER METALLURGY, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 분말 야금용 분말 혼합물을 얻기 위해, 주원료 분말인 철기 분말에 혼합되는 분말 야금용 부원료 분말, 예컨대 합금화용 분말이나 절삭성 개선용 분말 등에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 분말 야금용 부원료 분말의 제조 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 분말 야금용 부원료 분말을 철기 분말의 표면에 유기 바인더를 통해 접착시킨 분말 야금용 철기 분말 혼합물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

분말 야금용 철기 분말 혼합물은 일반적으로 철분이나 합금 강분 등의 철기 분말에 분말 야금용 부원료 분말이나 윤활제를 필요에 따라 혼합시킨 것이다. 여기서 분말 야금용 부원료 분말로는 동분(銅紛), 흑연분, 인화철분 등의 합금화용 분말이나 MnS 분, BN 분, CaF 분 등의 절삭성 개선용 분말 등을 들 수 있다. 또한 윤활제로는 스테아르산아연, 스테아르산알루미늄, 스테아르산납 등이 사용된다.

최근, 소결 부재의 저비용화의 요구와 함께, 제조 공정의 비용 삭감에 대한 요구가 고조되고 있다. 예컨대 철기 분말, 분말 야금용 부원료 분말 및 윤활제와 같은 원료 분말의 편석을 방지하는 것은 성형체 소결시의 치수 편차를 저감시킨다. 그 결과, 절삭 가공 공정에 의해 소결후의 소결 부재의 치수를 수정하는 데에 드는 비용을 저감할 수 있다. 그래서, 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 편석을 방지하기 위해 각종 연구가 행해져 왔다.

또한, 분말 야금용 철기 분말 혼합물 자체도 제조 비용의 저감이 요구된다.

분말 야금용 철기 분말 혼합물의 편석을 방지하기 위해서는 유기 바인더를 이용하여 부원료 분말을 철기 분말에 접착시키는 것이 유효한 것으로 알려져 있다. 그 대표적인 수순으로는 다음과 같은 기술이 알려져 있다.

(1) 습식 혼합법: 분말 야금용 부원료 분말과 철기 분말 및 윤활제를 유기 바인더를 분산 또는 용해시킨 액체와 혼합하고, 분산매 또는 용매를 건조시키는 방법 (예컨대 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 참조).

(2) 건식 혼합법: 분말 야금용 부원료 분말과 철기 분말과 고체의 유기 바인더를 혼합하면서 가열하여 유기 바인더를 용융시킨 후, 이것을 냉각시켜 분말 야금용 부원료 분말과 철기 분말을 고착시키는 방법. 특히 고형 윤활제를 혼합하고, 고형 윤활제의 적어도 일부를 가열하고 용융하여 유기 바인더로서 기능시키는 방법이 적합하다 (예컨대 특허 문헌 3, 특허 문헌 4 참조).

상기 습식 혼합법이나 건식 혼합법으로 얻어지는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 모식도를 도 2 에 나타낸다. 통상, 분말 야금용 부원료 분말 (7) 은 부원료 분말 입자 본체 (1) 로 이루어지고, 이것이 별도 혼합된 유기 바인더 (2) 를 통해 철기 분말 (3) 의 표면에 접착되는 형태를 취하고 있다.

그러나, 상기 방법은 모두 편석을 충분히 방지하기 위해 유기 바인더의 첨가량을 증가시키면 불필요한 바인더 (4), 즉 철기 분말과 분말 야금용 부원료 분말간의 접착에 기여하지 않고, 단순히 분말 야금용 부원료 분말 또는 철기 분말 표면에 부착되는데 지나지 않는 쓸모없는 바인더가 필연적으로 증가하기 때문에, 압분 밀도를 저하시키는 문제가 발생한다. 또한 원료 분말에 부착되지 않은 유리 상태의 불필요한 바인더도 증가한다. 따라서, 상기 각 방법으로는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 편석을 충분히 개선할 수 없다.

[특허 문헌 1]

일본 특허 제 2582231 호 (특허 청구의 범위)

[특허 문헌 2]

일본 특허 공보 평5-27682 호 (특허 청구의 범위)

[특허 문헌 3]

일본 공개 특허 공보 평 2-57602 호 (특허 청구의 범위)

[특허 문헌 4]

일본 공개 특허 공보 평 3-162502 호 (특허 청구의 범위)

본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로, 혼합분의 압분 밀도를 저하시키지 않고 성분 편석을 경감시킨 분말 야금용 철기 분말 혼합물 및 저비용이면서 유리한 제조 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 이러한 분말 야금용 철기 분말 혼합물을 얻기 위한 분말 야금용 부원료 분말 및 그 유리한 제조 방법을 제안하는 것도 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 분말 야금용 부원료 분말 및 본 발명에 따른 분말 야금용 철기 분말 혼합물을 나타내는 모식도이다.

도 2 는 종래의 분말 야금용 철기 분말 혼합물을 나타내는 모식도이다.

도 3 은 본 발명에 따른 다른 분말 야금용 철기 분말 혼합물을 나타내는 모식도이다.

도 4 는 본 발명에 따른 분말 야금용 부원료 분말 (흑연 분말) 의 SEM 이미지이다.

도 5 는 종래의 분말 야금용 부원료 분말 (흑연 분말) 의 SEM 이미지이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 부원료 분말 입자 본체

2: 유기 바인더

3: 철기 분말

4: 불필요한 유기 바인더

5: 유기 바인더

6: 피복 윤활제

7: 분말 야금용 부원료 분말

본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 철기 분말로 이루어지는 주원료분에 첨가하고 혼합하여 분말 야금용 철기 분말 혼합물을 형성하는 상기 첨가 및 혼합전의 분말 야금용 부원료 분말로서, 부원료 분말 입자 본체 및 그 표면에 부여된 유기 바인더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 부원료 분말.

여기서, 상기 입자 본체의 전체면이 상기 유기 바인더로 피복되어 있는 것이 바람직하다. 또는 상기 입자 본체의 전체면에 유기 바인더가 산재하는 것도 바람직하다.

2. 상기 1 에서, 상기 분말 야금용 부원료 분말이 합금화용 분말 또는 절삭성 개선용 분말인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 부원료 분말.

3. 상기 1 또는 2 에서, 상기 유기 바인더가 열가소성 수지 및 왁스류로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 부원료 분말.

4. 유기 바인더를 용매에 용해 또는 분산매에 분산시킨 처리액을 부원료 분말 입자 본체와 혼합하고, 그 후 상기 용매 또는 분산매를 건조시켜 상기 부원료 분말 입자 본체의 표면에 상기 유기 바인더를 부여시키는 분말 야금용 부원료 분말의 제조 방법.

여기서, 상기 분산매로서 물을 사용하는 것이 바람직하다.

5. 철기 분말과, 상기 1 ∼ 3 중 어느 하나에 기재된 분말 야금용 부원료 분말을 혼합하면서 상기 유기 바인더의 하나 이상의 성분의 융점 또는 연화점 이상으로 가열하고, 상기 유기 바인더의 적어도 일부를 용해시킨 후, 냉각시켜 철기 분말의 표면에 상기 유기 바인더를 통해 상기 분말 야금용 부원료 분말을 접착시키는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.

6. 상기 5 에서, 철기 분말의 표면에 유기 바인더를 통해 분말 야금용 부원료 분말을 접착시켜 혼합물로 한 후, 이 혼합물을 유기 바인더의 융점보다 낮은 온도로 가열하면서 윤활제를 분산매 중에 분산 또는 용매 중에 용해시킨 처리액을 이 혼합물에 도포하고 이 철기 분말의 표면을 이 처리액으로 덮고, 이어서 건조 처리에 의해 이 분산매 또는 용매를 휘산시켜 이 철기 분말을 이 윤활제로 덮는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.

여기서, 처리액의 도포 방법으로는 분말에 처리액을 분무하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 철기 분말의 전체면을 상기 윤활제 입자로 덮는 것이 바람직하다.

7. 상기 6 에서, 상기 윤활제가 평균 입경 0.01 ∼ 10㎛ 의 입자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.

8. 상기 5 ∼ 7 중 어느 하나에서, 철기 분말의 표면에 유기 바인더를 통해 분말 야금용 부원료 분말을 접착시킨 후, 유리(遊離) 윤활제를 첨가하고, 이어서 혼합하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.

9. 상기 8 에서, 상기 유리 윤활제가 1차 입자를 응집시켜 조립(造粒)한 2차 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.

여기서, 상기 유리 윤활제의 1차 입자의 평균 입경이 0.01 ∼ 80㎛ 인 것이바람직하다. 또한, 상기 유리 윤활제가 입경: 10 ∼ 200㎛ 의 2차 입자를 전체 유리 윤할제의 20vol% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 유리 윤활제를 첨가하고 이어서 혼합할 때, 상기 2차 입자가 파괴되지 않는 전단력으로 혼합하는 것이 바람직하다. 또 상기 9 에서, 이상과 같은 적합한 조건 모두를 만족하는 것이 특히 바람직하다.

10. 상기 8 또는 9 에서, 상기 유리 윤활제를 주원료 분말 및 부원료 분말 본체 입자의 총량 100 중량부에 대해 0.01 ∼ 2.0 중량부 범위에서 첨가하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.

11. 상기 1 ∼ 3 중 어느 하나에 기재된 분말 야금용 부원료 분말을 상기 유기 바인더를 통해 철기 분말의 표면에 접착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.

12. 상기 11 에서, 분말 야금용 부원료 분말을 접착시킨 철기 분말의 전체면을 윤활제로 덮어 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.

여기서, 상기 부원료 분말을 접착시킨 철기 분말의 전체면을 상기 윤활제 입자로 덮는 것이 바람직하다.

13. 상기 12 에서, 상기 윤활제가 평균 입경 0.01 ∼ 10㎛ 의 입자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.

14. 상기 11 ∼ 13 중 어느 하나에 있어서, 추가로 유리 윤활제를 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.

15. 상기 14 에서, 상기 유리 윤활제가 1차 입자를 응집시켜 조립한 2차 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.

여기서, 상기 유리 윤활제의 1차 입자의 평균 입경이 0.01 ∼ 80㎛ 인 것이 바람직하다. 또한, 상기 유리 윤활제가 입경: 10 ∼ 200㎛ 의 2차 입자를 전체 유리 윤활제의 20vol% 이상 함유하는 것이 바람직하다.

16. 상기 14 또는 15 에서, 상기 유리 윤활제를 주원료 분말 및 부원료 분말 본체 입자의 총량 100 중량부에 대해 0.01 ∼ 2.0 중량부 범위에서 첨가하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.

특히 분말 야금용 부원료 분말을 접착시킨 철기 분말의 전체면을 입경: 0.01 ∼ 10㎛ 의 윤활제로 덮고, 또한 분말 야금용 철기 분말 혼합물 중에 입경 0.01 ∼ 80㎛ 의 1차 입자를 응집시켜 조립한 입경: 10 ∼ 200㎛ 의 2차 입자로 이루어지는 유리 윤활제를 20vol% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

17. 주원료인 철기 분말과, 상기 1 ∼ 3 중 어느 하나에 기재된 분말 야금 부원료 분말이 부원료 분말 입자 본체에 부여된 유기 바인더를 통해 접착되어 이루어지고, 상기 접착부를 제외하고 상기 철기 분말 표면에는 상기 유기 바인더는 실질적으로 부착되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.

[발명의 실시 형태]

본 발명자들은 먼저 분말 야금용 철기 분말 혼합물 중의 이종(異種) 입자, 즉 분말 야금용 부원료 분말과 철기 분말 서로의 이상적인 접착 상태에 대해 검토하였다.

그 결과, 접착시키는 이종 입자 사이에만 바인더가 존재하고, 그 밖의 상호접착에 관계없는 입자 표면 부위에는 바인더를 존재시키지 않는 형태가 이상적이기는 하나, 해당 부위에만 선택적으로 바인더를 존재시키기는 매우 어렵다는 결론에 도달하였다.

따라서, 이것에 가까운 형태에 대해 다양한 연구를 거듭하였다.

그 결과, 미리 입자 개수가 상대적으로 적은 분말 야금용 부원료 분말 (입자 본체) 의 표면을 예컨대 골고루 바인더로 피복한 후에 주원료인 철기 분말과 혼합하는 것이 바람직한 결과를 가져온다는 것을 알아냈다.

즉, 분말 야금용 부원료 분말은 상대적으로 개수가 적기 때문에 주원료인 철기 분말 입자에 주위를 에워싸인 상태 (이른바 포접 상태) 가 되고, 높은 확률로 철기 분말과 접촉하여 접착에 이른다. 그럼으로써, 철기 분말과 이것에 인접한 분말 야금용 부원료 분말 사이에는 필연적으로 바인더가 존재하며 상호 접착에 기여한다. 또한 이종 입자가 인접하지 않는 철기 분말 부분에는 불필요한 바인더가 일절 존재하지 않는다는 바람직한 이종 입자간 접착 형태를 달성할 수 있다.

한편, 만일 철기 분말 입자를 바인더로 피복한 경우에는 철기 입자끼리가 접촉할 가능성이 높아 바인더의 효율은 그다지 향상되지 않는다.

또한 발명자들은 유기 바인더로서 열가소성 수지 또는 왁스류를 사용하고, 철기 분말과 혼합하여 접착시킬 때, 열가소성 수지 (또는 왁스류)의 연화점 또는 융점 이상으로 가열함으로써, 이것이 용융되어 이종 입자 사이로 침입하고 액가교(液架橋)를 형성하여 접착점을 강고하게 형성한다는 것을 알아냈다.

발명자들은 이 방법에 의해 미리 유기 바인더를 피복한 분말 야금용 부원료분말을 철기 분말과 혼합하고, 유기 바인더의 연화점 또는 융점 이상으로 가열하고, 그 후 냉각시켜 얻어진 분말 야금용 철기 분말 혼합물에 있어서는 성분 편석이 큰 폭으로 경감되는 것을 확인하였다.

도 1 에 본 발명의 분말 야금용 부원료 분말이 철기 분말 표면에 접착된 상태의 모식도를 나타낸다.

본 발명에서는 분말 야금용 부원료 분말 입자 본체 (1) 는 미리 유기 바인더 (5) 로 피복되어 전체적으로 분말 야금용 부원료 분말 (7) 을 형성한다. 분말 야금용 부원료 분말 (7) 은 이 유기 바인더 (5) 를 통해 철기 분말 (3) 의 표면에 접착되어 있다.

본 발명은 상기한 지견을 바탕으로 각종 검토를 더 추가하여 완성된 것이다.

이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

제 1 발명은 입자 본체의 표면에 유기 바인더를 부여한 것을 특징으로 하는 분말 야금용 부원료 분말이다.

여기서, 유기 바인더를 부여하는 형태로는 도 1 에 모식적으로 나타내는 바와 같이 부원료 분말 입자 본체의 전체면을 피복하는 것이 바람직하다. 그러나, 부원료 입자 본체의 전체면에 유기 바인더를 산재시키는 것도 유효하다. 도 4, 도 5 는 부원료 분말 입자인 흑연 입자의 SEM 이미지이고, 도 5 는 종래 기술에 따른 유기 바인더가 부여되지 않은 것이다. 한편, 도 4 는 본원 발명에 따라 유기 바인더 입자 (대략 구상을 이루는 작은 입자) 가 흑연 입자 표면의 전체면에 산재하고 있다. 본 발명자들은 도 4 와 같은 유기 바인더의 부여 형태로도 편석 방지 및 높은 압분 밀도의 유지라는 본 발명의 효과를 달성할 수 있음을 확인하였다.

부여되는 유기 바인더의 양은 주원료 분말 및 부원료 분말 입자 본체의 치수ㆍ형상 등에도 의존하여 일률적으로는 말할 수 없지만, 바인더가 산재형으로 충분히 균일하게 분포되어 있는 경우에는 당해 부원료 분말 입자 본체에 대해 피복률 (면적) 로 1% 이상이면 충분한 것으로 생각된다.

제 1 발명에서 바인더는 유기 바인더를 사용한다. 무기 바인더는 일반적으로 소결성에 악영향을 미치기 때문이다.

유기 바인더로는 예컨대 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 열가소성 수지를 사용하는 경우, 연화점 또는 융점이 100 ∼ 160°정도인 것이 바람직하다. 연화점 또는 융점이 100℃ 미만에서는 분말 야금용 철기 분말 혼합물을 제조할 때에 행해지는 가열 공정에서, 용융된 열가소성 수지의 점성이 낮아 분말 야금용 부원료 분말 표면으로부터 유출되기 쉽다. 따라서, 바인더로서의 기능이 최적의 상태에 비해 저하된다. 또한, 연화점 또는 융점이 160℃ 를 초과하면 가열 공정에서의 가열 온도를 높일 필요가 생기기 때문에, 철기 분말 표면이 산화되기 쉬워진다. 철기 분말의 산화는 소결후의 소결 부재의 기계적 성질을 저하시키므로, 따라서 고연화점 또는 고융점의 바인더를 사용하면 산화 대책이 필요해진다.

이 때, 열가소성 수지로는 폴리에스테르 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 부티랄 수지, 에틸렌아세트산비닐(EVA) 수지, 테르펜페닐 수지, 스티렌-부타디엔 일래스토머, 스티렌아크릴산 공중합체, 아크릴산 수지, 메타크릴산에스테르 공중합체 수지 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 폴리에스테르 수지는 분말인 것이 바람직하고, 그 폴리에스테르 수지 분말의 표면은 친수성 수지층으로 피복되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 폴리에스테르 수지의 분자 구조는 선상 포화 폴리에스테르 수지 또는 변성 에테르형 폴리에스테르 수지인 것이 특히 바람직하다.

또한 제 1 발명에서, 유기 바인더는 왁스류일 수도 있다. 이 왁스류로는 파라핀 왁스, 마이크로 크리스탈린 왁스, 피셔-트롭슈 왁스, 폴리에틸렌 왁스 중에서 선택된 1 종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 또 왁스류에서의 바람직한 융점의 범위는 열가소성 수지와 동일하다.

또한 유기 바인더로서 상기한 열가소성 수지와 왁스류를 병용하는 것은 유리하다.

왁스류의 첨가에 의해 수지의 가열 용융시의 점성이 향상되고, 분말 야금용 부원료 분말 표면 및 철기 분말 표면과의 사이에 안정된 액가교가 형성되어 접착력이 향상된다.

부원료 분말에 부여하는 유기 바인더의 양은 합계로 분말 야금용 부원료 분말 본체 100 중량부 (즉 부원료 분말 입자 본체의 중량의 총계 100 중량부) 에 대해 0.5 ∼ 50 중량부 정도가 적합하다. 그 이유는 0.5 중량부 미만에서는 유기 바인더로서의 접착력이 저하되고, 한편 50 중량부를 초과하면 분말 입자의 부착력이 증대되고, 분말 야금용 부원료 분말 및 이것을 사용한 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 유동성을 저하시키기 때문이다. 특히 바람직하게는 1 ∼ 30 중량부 범위이다.

제 1 발명에서의 분말 야금용 부원료 분말은 분말 야금에 사용하는 분말의 주성분인 철기 분말 이외의 원료로서, 흑연분, 동분, Ni 기 분말, Mo 기 분말 등의 합금화용 분말 및/또는 MnS 분말, BN 분말, CaF 분말, 히드록시아파타이트 분말 등의 절삭성 개선용 분말이 대표적이다. 또 윤활제는 원료로 하는 것을 목적으로 하는 것이 아니므로, 유리 윤활제이더라도 부원료분에는 해당되지 않는다.

합금화용 분말은 분말 야금 제품의 화학 조성을 조정하고, 그럼으로써 제품의 기계적 특성을 조정할 목적으로 첨가되는 것으로, 일반적으로는 탄소, 금속, 또는 합금의 분말이다. 이들 편석은 제품의 균일성이나 치수 정밀도에 크게 영향을 미치므로 본 발명의 적용 효과가 크다.

절삭성 개선용 분말은 절삭시에 파단 기점이 되는 이물로서 기능시킬 목적으로 첨가되는 것으로, 일반적으로 금속 무기 화합물의 분말이다. 편석의 악영향은 일반적으로 합금용 분말보다는 작은 것으로 알려져 있다.

흑연분으로는 천연 흑연, 인조 흑연, 구정(球晶) 중 어느 한 분말이 유리하고, 그 평균 입경은 0.1 ∼ 50㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다. 평균 입경이 0.1㎛ 미만에서는 흑연분이 서로 응집되어 유기 바인더가 부여되기 어려워진다. 또 응집된 흑연분은 쉽게 해쇄되지 않으므로 공정의 부담이 증대된다. 한편, 50㎛ 를 초과하면 분말 야금용 철기 분말 혼합물을 성형하고, 또한 소결한 후의 소결 부재 내부 및 표면에 핀홀이 발생될 가능성이 커진다. 핀홀은 소결 부재의 강도 저하나 외관 불량을 일으키는 경우가 있으므로 그다지 바람직하지 않다.

동분으로는 아토마이즈 동분, 전해 동분, 산화물 환원 동분 또는 아산화 동분 등이 유리하고 적합하다.

Ni 기 분말, Mo 기 분말로는 각각 아토마이즈 Ni 분말, 카르보닐 Ni 분말, 산화물 환원 Ni 분말이나 아토마이즈 Mo 분말, 카르보닐 Mo 분말, 산화물 환원 Mo 분말이 바람직하다.

Ni-Fe, Mo-Fe 등의 합금 분말의 경우에는 강괴를 기계 분쇄하여 분급한 분말일 수도 있다.

동분, Ni 기 분말 및 Mo 기 분말 등의 합금화용 분말의 평균 입경은 0.1 ∼ 50㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다. 평균 입경이 0.1㎛ 미만에서는 흑연분의 경우와 동일한 유의점이 발생된다. 한편, 50㎛ 를 초과하면 분말 야금용 철기 분말 혼합물을 성형한 후, 소결할 때 Cu, Ni, Mo 의 확산을 충분히 행하기 위한 고온ㆍ장시간의 소결이 필요해진다.

또한, 분말 야금용 부원료 분말에서, MnS 분말, BN 분말, CaF 분말, 히드록시아파타이트 분말 등의 절삭성 개선용 분말은 소결 부재의 기계적 특성의 개선에 유효하게 기여하므로 필요에 따라 첨가한다. 이들 분말의 바람직한 평균 입경도 0.1 ∼ 50㎛ 정도이다.

제 2 발명은 상기한 제 1 발명의 분말 야금용 부원료 분말의 제조 방법이다. 이하, 제 2 발명에 대해 설명한다.

제 1 발명의 분말 야금용 부원료 분말의 바람직한 제조 방법은 먼저 열가소성 수지 분말을 용매에 용해시키거나, 에멀션과 같이 액체의 분산매에 분산시켜 처리액으로 한다. 이 처리액을 아무 것도 피복되어 있지 않은 분말 야금용 부원료 분말 (즉 부원료 분말 입자 본체) 과 혼합한 후, 이어서 용매 또는 분산매를 건조시키고, 다시 이것을 해쇄함으로써 제 1 발명의 분말 야금용 부원료 분말을 얻는다. 또 상기 처리액에는 미리 왁스류를 추가로 첨가해 혼합해 두어도 된다.

또 왁스류만을 함유하는 처리액을 사용해도 된다. 이 경우의 처리액도 분산계 또는 용매가 된다.

또한, 부원료 분말은 단체로, 즉 다른 주ㆍ부원료 분말과 혼합하기 전에 상기 방법으로 유기 바인더를 표면에 부여한다.

분산계로서 적합한 에멀션을 처리액에 사용하는 경우, 에멀션 중에 분산되는 수지 분말의 평균 입경 (1차 입경) 은 0.01 ∼ 5㎛ 로서, 피복하는 (또는 산재시킨다. 이하 동일) 대상이 되는 분말 야금용 부원료 분말 본체의 입경보다 작은 것이 바람직하다. 평균 입경이 0.01㎛ 미만에서는 그 후의 공정에서의 용매의 건조에 시간이 걸려 수지 피복 비용이 상승된다. 한편, 5㎛ 를 초과하면 분말 야금용 부원료 분말의 표면 전체면을 균일하게 피복하기가 어려워진다.

처리액인 에멀션의 분산매는 물 또는 알코올인 것이 바람직하고, 피복의 대상인 분말 야금용 부원료 분말 본체에 따라 적절히 선정한다.

예컨대 흑연분이나 BN 분말 등과 같은 물에 불용이며 비교적 산화되기 어려운 분말인 경우에는 제조 비용을 삭감하고, 안전하게 피복 작업을 행하기 위해 물을 분산매로 하는 것이 바람직하다.

또한 필요에 따라 물과 분말의 습윤성을 개선하기 위해 계면활성제를 소량 첨가해도 된다. 계면활성제로는 대상인 부원료 분말 본체에 바람직한 효과가 알려져 있는 (또는 예상되는) 특성의 것을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, K, Na 등의 활성인 금속 이온을 함유하지 않는 비이온계가 바람직하다. 그 이유는 K, Na 등을 함유하면 분말 야금용 철기 분말 혼합물로 사용할 때, 소결 부재내에 잔류하여 녹 발생이나 강도 저하를 초래할 위험성이 있기 때문이다.

또한, 동분, Ni 기 분말, Mo 기 분말 등의 산화되기 쉬운 분말이나, MnS 분말, CaF 분말, 히드록시아파타이트 분말 등과 같이 물에 용해되거나 수분자와 친화성이 높은 분말인 경우에는 알코올을 분산매로 하는 것이 바람직하다.

단 합금화용 분말 (동분, Ni 기 분말, Mo 기 분말 등) 의 경우, 녹방지제를 첨가한 물을 분산매로 한 처리액도 문제없이 적용할 수 있다. 또 녹방지제의 첨가는 산화되기 쉬운 분말을 대상으로 한 처리액에 한정되는 것은 아니다.

알코올을 분산매로 사용하는 경우에는 유기기의 분자량이 큰 것이 바람직하고, 이소프로필알코올, 부틸알코올 등이 바람직하다. 메틸알코올과 같은 분자량이 작은 것은 물과 유사한 특성을 나타내고, 또한 불순물로서 물을 함유할 가능성도 있으므로 대상이 되는 분말 (본체) 의 특성을 잘 검토하여 적용하는 것이 바람직하다.

용액을 처리액으로 하는 경우의 선택도 상기에 준한다.

또한, 상기한 산화되기 쉬운 분말 본체나 수분자와 친화력이 높은 분말 본체는 수지 에멀션을 사용하여 피복하는 것 이외에, 유기 용제에 수지를 용해한 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 용제로는 수지를 용해하는 것이면 특별히 한정되지는 않지만, 환경 오염을 방지하는 관점에서 염소를 함유하지 않는 것이 바람직하다.

아무 것도 피복되어 있지 않은 부원료 분말 입자 본체와, 열가소성 수지 분말이 분산된 에멀션 또는 용해된 용액을 혼합하는 경우, 혼합 장치는 수지 혼련기 (이축 회전식 혼합기), 헨쉘 믹서, V 블렌더, 아토라이터 등을 사용할 수 있다. 수지 에멀션 또는 용액의 점성이 낮을수록 혼합이 양호하고, 에멀션 중의 고형분의 농도로 하여 1 ∼ 60 질량% 가 바람직하다. 고형분의 농도가 1 질량% 미만에서는 용매의 비율이 높기 때문에, 이어지는 건조 공정에서 시간이 걸려 제조 비용이 상승되므로 바람직하지 않다. 한편, 60 질량% 를 초과하면 수지 에멀션 또는 용액의 점성이 높아져 혼합시키기 위한 설비 부하가 증대된다.

이어서, 분말 야금용 부원료 분말과 수지 에멀션 또는 용액과의 혼합물을 건조시키고, 용매 또는 분산매를 제거한다. 용매 또는 분산매의 제거는 로터리 킬른이나 메시 벨트 노, 머플 노에서 행할 수 있지만, 감압 건조시켜도 된다. 건조시의 온도는 첨가한 수지의 연화점 또는 융점 미만의 온도로 하는 것이 바람직하다. 수지의 연화점 이상 또는 융점 이상으로 건조시키면 수지가 연화 또는 용융되어 분말끼리가 응집을 일으키므로 후술하는 해쇄 작업에서의 부하가 커진다.

건조시킴으로써 수지로 피복된 분말 야금용 부원료 분말을 기계에 의해 해쇄한다. 해쇄 작업은 해머 밀, 조 크러셔, 제트 밀 등의 분쇄기로 행해도 되고,또는 헨쉘 믹서 등을 사용하여 교반 날개의 회전에 의해 해쇄해도 된다. 해쇄한 후의 분말은 체 분급이나 공기 분급 등에 의해 원하는 입자 사이즈로 조정된다.

다음에, 제 3 발명의 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조시에는 다음과 같은 방법이 바람직하다.

제 1 발명의 분말 야금용 부원료 분말과 철기 분말을 혼합 (이른바 1차 혼합) 하면서 유기 바인더의 적어도 1 종의 성분의 연화점 또는 융점 이상으로 가열하고, 유기 바인더의 일부 또는 전부를 용융 (공용융(共容融) 포함) 시킨 후 냉각시킨다. 이 프로세스에 의해 부원료 분말이 철기 분말에 접착된다.

이 냉각후, 필요에 따라 윤활제를 첨가한 후에 혼합해도 된다 (이른바 2차 혼합). 또 1차 혼합시에 윤활제를 혼합해도 된다. 윤활제로는 바인더로서의 기능을 갖는 것도 적용할 수 있지만, 본 발명의 효과는 기본적으로 부원료 분말에 바인더를 미리 부여해 둠으로써 발휘된다.

또 분말 야금용 철기 분말 혼합물을 구성하는 모든 부원료 분말에 대해 본 발명 (제 1 발명, 즉 유기 바인더의 부여) 을 적용할 필요는 없다. 제 1 발명을 적용하지 않은 부원료 분말을 추가로 상기 공정에서 혼합한 경우, 발명을 적용하지 않는 부원료 분말도 주원료 분말에 대한 부착도가 향상된다. 물론, 부착도 향상의 관점에서는 모든 부원료 분말에 본 발명을 적용하는 것이 바람직하다.

1차 혼합에서의 가열 온도가 유기 바인더의 적어도 1 종의 성분의 연화점 또는 융점 미만에서는 가열 혼합시에 입자 표면의 바인더가 연화 또는 용융되지 않아 충분한 접착력이 얻어지지 않는다.

1차 혼합에서 윤활제를 첨가한 경우, 1차 혼합에서의 가열 온도는 첨가한 윤활제의 적어도 1 종의 융점보다 높은 것이 바람직하다. 유기 바인더의 연화 또는 용융에 더불어, 윤활제의 용융에 의해 철기 분말 입자와 분말 야금용 부원료 분말 입자 사이에 형성되는 액가교의 체적이 증가되어 서로가 더욱 접착되기 쉬워진다.

그런데, 상기한 2차 혼합에 있어서, 윤활제는 다음과 같은 요령으로 첨가하는 것이 바람직하다.

즉, 상기와 같은 방법으로 철기 분말의 표면에 유기 바인더를 통해 분말 야금용 부원료 분말을 접착시키고 혼합 분말로 한 후,

(1) 윤활제 (바람직하게는 평균 입경: 0.01 ∼ 10㎛ 의 윤활제 입자) 를 분산매 중에 분산시키거나 용매 중에 용해시켜 처리액으로 하고, 상기 혼합 분말을 유기 바인더의 융점보다 낮은 온도로 가열하면서 상기 처리액을 분무 등의 수단에 의해 상기 혼합 분말에 도포하여 철기 분말의 표면을 처리액으로 덮는다. 이어서 건조 처리에 의해 용매를 휘산시켜 철기 분말의 전체면을 윤활제로 덮는다 (피복법). 여기서「분산」은 유화도 포함한 넓은 의미로 사용된다. 또한「유기 바인더의 융점보다 낮은 온도」란 유기 바인더 중 어느 한 성분의 융점보다 낮은 온도를 가리킨다.

(2) 상기 혼합 분말의 냉각후, 고체의 유리 윤활제를 첨가하여 혼합하는 방법. 또한 유리 윤활제를 2차 입자로 하는 것이 바람직하다 (조립형 윤활제 혼합법). 바람직한 1차 입자의 평균 입경은 0.01 ∼ 80㎛ 이고, 또한 1차 입자를응집시켜 조립한 입경: 10 ∼ 200㎛ 의 2차 입자를 전체 유리 윤활제의 20vol% 이상 함유하는 유리 윤활제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 유리 윤활제의 첨가량은 본 원료 분말 (철기 분말) 과 부원료 분말 입자 본체의 약 100 중량부에 대해 0.01 ∼ 2.0 중량부 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한 유리 윤활제를 첨가하고 이어서 혼합할 때, 2차 입자가 파괴되지 않는 전단력으로 혼합하는 것이 바람직하다.

(3) 윤활제 (바람직하게는 평균 입경: 0.01 ∼ 10㎛ 의 윤활제 입자) 를 분산매 중에 분산시키거나 용매 중에 용해시켜 처리액으로 하고, 상기 혼합 분말을 유기 바인더의 융점보다 낮은 온도로 가열하면서 이 처리액을 분무 등의 수단에 의해 상기 혼합 분말에 도포하여 철기 분말의 표면을 처리액으로 덮는다. 이어서 건조 처리에 의해 용매를 휘산시켜 철기 분말의 전체면을 윤활제 입자로 덮은 후, 혼합 분말을 냉각시키고, 추가로 유리 윤활제 (바람직하게는 2차 입자를 포함하는 유기 윤활제) 를 첨가하여 혼합하는 방법 (피복법 ＋ 조립형 윤활제 혼합법). 유리 윤활제 및 혼합 방법의 바람직한 조건은 (2) 와 동일하다.

여기서, 상기한 피복법에서, 사용하는 윤활제 입자의 바람직한 평균 입경을 0.01 ∼ 10㎛ 로 한 이유는 평균 입경이 0.01㎛ 에 미치지 못하면 철기 분말 표면에 피복후, 용매 분자가 윤활제 입자 사이로 들어가서 건조 공정의 부하가 증대되고, 한편 10㎛ 를 초과하면 분산매 또는 용매 중으로의 분산 또는 용해가 어려워져 철기 분말 표면의 피복 처리가 어려워지기 때문이다. 또 윤활제 입자의 형상에 제한은 없으며, 윤활제에 의해 구상이나 박편 형상 등의 형태를 취한다. 입경은 실시예 1 에 후술하는 바와 같이 레이저 회절ㆍ산란법에 의한 값을 채용하였다.

또 종래의 부원료 분말을 사용하는 경우, 철기 분말 및 부원료 분말의 산화 방지 등의 목적에서 유기 용제를 윤활제의 분산매 또는 용매로 사용하였다. 따라서, 휘발ㆍ가연 용매의 무해화 등의 공정이 필요하였다. 그러나 본 발명에서는 윤활제가 분산 또는 용해된 처리액을 부원료 분말 표면의 유기 바인더보다 낮은 온도에서 가열하면서 도포함으로써, 분산매나 용매가 차차 휘발되기 때문에 물을 분산매 또는 용매로 사용해도 전혀 문제가 없다. 따라서, 윤활제의 피복 처리를 저비용으로 할 수 있다. 이 저비용화 효과는 부원료 분말 본체로의 유기 바인더의 부여도 물을 용매 또는 분산매로 함으로써 더욱 유리해진다.

또, 용매 또는 분산매, 특히 물에 대해 필요에 따라 계면활성제나 녹방지제 등을 첨가해도 된다.

유기 용제를 용매 또는 분산매로 사용하는 경우에는 알코올류가 적합하다.

한편, 상기한 조립 윤활제 혼합법에서, 사용하는 유리 윤활제의 바람직한 평균 1차 입경을 0.01 ∼ 80㎛, 또한 바람직한 2차 입경을 10 ∼ 200㎛ 범위로 한 이유는 다음과 같다.

즉, 1차 입경이 0.01㎛ 에 미치지 못하면 입자간의 결합력이 강해져 이것이 응집되어 형성되는 2차 입자가 철기 분말 혼합분의 성형시에 풀리기 어려워지고, 금형 표면까지 충분히 분산되지 않기 때문에 윤활 효과가 저하된다. 한편 80㎛ 를 초과하면 성형후, 성형체 중에 잔류한 1차 입자가 소결후에 큰 빈 구멍을 발생시킬 위험이 커진다.

또한 2차 입경이 10㎛ 에 미치지 못하면 철기 분말의 입자경에 비해 매우 작기 때문에, 철기 분말 입자의 간극에 들어가 응집이 풀리기 어려워 1차 입자가 철기 분말 혼합물 중에 분산되기 어려워지기 때문에 윤활 효과가 저하된다. 한편 200㎛ 를 초과하면 1차 입자의 응집이 풀어진 후에도 일부 응집 상태의 2차 입자 구조가 잔존하여 성형체 소결후의 큰 빈 구멍의 발생 위험이 증대된다.

또 1차 입자의 평균 입경은 기존의 분쇄 수단에 있어서 분쇄 조건을 관리함으로써, 또한 2차 입자의 입경 분포는 기존의 조립 수단에 있어서 조립 조건을 관리함으로써 달성할 수 있다. 예컨대 결합제가 되는 폴리머류를 용매에 용해시키고, 1차 입자와 혼합하여 슬러리 형상으로 한 후, 가열된 가스류 중에 분무하여 조립하는 방법에서는 결합제의 농도나 분무량, 분무 방울의 크기, 분무시의 가스 온도ㆍ유량 등을 제어함으로써, 원하는 입경 분포를 얻을 수 있다.

또한, 상기한 유리 윤활제는 철기 분말 혼합물에 대해 0.01 ∼ 2.0 중량부 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다.

철기 분말과 부원료 분말 입자 본체의 약 100 중량부에 대한 유리 윤활제의 비율이 0.01 중량부에 미치지 못하면 유리 윤활제에 의한 윤활 효과가 적다. 한편 2.0 중량부를 초과하면 철기 분말 혼합물 중에 차지하는 윤활제의 체적분률이 높아진다. 따라서, 지나친 윤활제의 첨가로 인한 문제, 즉 성형체 밀도의 저하나 소결시의 치수 수축률 등의 증대로 인한 소결체의 변형 등의 문제를 억제한다는 본 발명의 효과를 감소시키기 때문이다.

또 1차 혼합 및 2차 혼합시에 첨가되는 윤활제로는 스테아르산아연, 스테아르산칼륨, 스테아르산리튬, 히드록시스테아르산리튬 등의 금속 비누 및 그 유도체, 또는 올레인산, 팔미틴산 등의 지방산, 또는 스테아르산아미드, 스테아르산비스아미드, 에틸렌디아민과 세바신산의 공중합 생성물 등의 에틸렌디아민과 지방산의 공중합 생성물, 또는 폴리올레핀 등의 열가소성 수지 분말로부터 선택되는 1 종 또는 2 종 이상이 바람직하다. 1차 혼합, 2차 혼합시의 윤활제는 동일해도 되고 달라도 된다.

도 3 에 상기 (1) 의 피복법에 의해 표면에 분말 야금용 부원료 분말을 접착시킨 철기 분말의 전체면을 윤활제로 덮은 상태의 모식도를 나타낸다.

동 도면에 나타낸 바와 같이 이 피복법에 의하면 분말 야금용 부원료 분말 (7) 을 접착시킨 철기 분말 입자 (3) 의 전체면을 윤활제 (6; 피복 윤활제) 로 균일하게 피복할 수 있으므로, 철기 분말 혼합물의 유동성이 개선될 뿐만 아니라, 성형 금형으로부터의 발출성도 개선된다. 또한 윤활제의 분포 효율이 가장 양호하므로, 종래에 비해 윤활제의 첨가량을 유리하게 저감시킬 수 있고, 따라서 압분체 밀도의 향상을 도모할 수 있다. 즉, 윤활제 및 결합제의 사용량으로는 종래의 건식 혼합법 (윤활제의 일부를 결합제에 이용) 에 비해 50% 이하, 종래의 습식 혼합법 (윤활제의 일부를 결합제에 이용) 에 비해 70% 정도밖에 필요로 하지 않는다.

또한 상기 (2) 의 조립형 윤활제 혼합법에 따르면 비교적 입경이 작은 2차 입자가 철기 분말간의 공극에 효과적으로 침입할 뿐만 아니라, 이들 철기 분말 혼합물을 압분 성형 금형에 장입한 경우, 비교적 입경이 큰 2차 입자가 금형 벽면과이에 접하는 철기 분말의 공극으로도 효과적으로 침입하고, 그럼으로써 윤활 효과가 현격하게 향상되므로, 금형으로부터의 발출력의 저감과 압분체 밀도의 향상을 함께 달성할 수 있다. 또 종래의 혼합분의 제조법에 비해 윤활제의 필요량이 적다.

(3) 의 방법은 양자의 특장을 균형 잡히게 할 목적으로 채용된다.

또, 상기 조립법을 이용하는 경우에 유리 윤활제의 2차 입자가 파괴되지 않는 낮은 전단력으로 혼합하는 것이 중요하다.

혼합 수단으로서 분체 혼합기를 사용하는 경우, 입경 10 ∼ 200㎛ 의 2 차 입경을 전체 유리 윤활제에 대해 20vol% 이상 잔존시키는 것이 조립법의 효과를 충분히 발휘시키기 위해서는 바람직하다. 따라서 적당한 분체 혼합기로는 혼합 조작에 의해 분체에 가해지는 외력은 작은 것이 바람직하다. 혼합기가 혼합 조작에 의해 분체에 부여하는 외력에 대해서는 예컨대 일본 분체 공업 기술 협회편「분체 혼합 기술」(일간 공업신문사, 2001) 의 제 33 페이지 ∼ 제 35 페이지에 따르면 외력이 작은 순서로 (1) 확산 혼합 (diffusive mixing), (2) 대류 혼합 (convective mixing), (3) 전단 혼합 (shearing mixing) 으로 분류된다. 이 분류에 따르면 상기한 (1), (2) 정도의 외력을 주체로 하는 혼합 방식이 적합하다.

적합한 혼합기로는 용기 회전식 혼합기, 기계 교반식 혼합기, 유동 교반식 혼합기 및 무교반식 혼합기 등이 있고, 고속 전단식 혼합기나 충격식 혼합기는 적합하지 않다.

여기서, 용기 회전식 혼합기로는 V 형 혼합기, 이중원추형 혼합기 및 원통회전형 혼합기가, 또한 기계 교반식 혼합기로는 단일축 리본형 혼합기, 회전 가래형 혼합기 (레딕 믹서 등), 원추 유성 스쿠르형 혼합기 (나우터 믹서 등), 고속 저부 회전식 혼합기 (헨쉘 믹서 등) 및 경사 회전 팬형 혼합기 (아이리히 밀 등) 가 바람직하다.

또, 기계 교반식 혼합기의 경우, 교반 날개에 대해서는 표면적이 큰 형상은 전단력의 기여가 커지므로 바람직하지 않다. 동일한 이유로 교반 날개 등의 회전수는 통상보다 저속으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 교반기의 선단 속도로 약 60m/분 이하가 바람직하다.

제 4 발명은 제 1 발명의 분말 야금용 부원료 분말이 유기 바인더를 통해 철기 분말의 표면에 접착된 분말 야금용 철기 분말 혼합물이다.

이러한 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 상기 철기 분말 표면에는 부원료 분말의 접착부를 제외하면 유기 바인더가 실질적으로 부착되어 있지 않다. 여기서「실질적으로 부착되어 있지 않다」란 피복률로 환산하여 적어도 0.5% 이하이다.

여기서, 철기 분말로는 순철분을 비롯하여 Fe 에 Cr, Mn, Ni, Mo, V 등을 합금화시킨 완전 합금화 강분이나 Ti, Ni, Mo, Cu 등의 분말을 순철분 또는 완전 합금화 강분에 확산 접합시킨 부분 합금화 강분 등 어느 것이나 선택할 수 있다.

철기 분말인 전제 (Fe 가 50 질량% 이상) 만 만족한다면 다른 합금 원소의 함유량에 특별한 한정은 없다. 또 철기 분말 중의 불순물은 합계 3 질량% 정도 이하이면 된다. 대표적인 불순물의 함유량은 C: 0.05 질량% 이하, Si: 0.10 질량% 이하, Mn (합금 원소로서 첨가하지 않는 경우): 0.50 질량% 이하, P:0.03질량% 이하, S: 0.03 질량% 이하, O: 0.30 질량% 이하, N: 0.1 질량% 이하이다.

또, 철기 분말의 입경은 약 1 ∼ 200㎛ 정도가 분말 야금의 목적에서는 바람직하다.

수지 피복을 실시한 분말 야금용 부원료 분말은 기본적으로는 필요에 따라 분말 야금에 있어서 상식적인 범위의 원하는 양을 철기 분말에 혼합할 수 있다. 즉, 흑연분, BN 분말, MnS 분말 등의, Fe 보다 비중이 적은 분말은 0.1 ∼ 20 질량%, 바람직하게는 10 질량% 이하를 철기 분말에 혼합하고, 또한 동분, Ni 기 분말, Mo 기 분말 등의, 비중이 Fe 와 동등 이상의 분말 (주로 금속 분말) 은 0.1 ∼ 50 질량%, 바람직하게는 30 질량% 이하를 철기 분말에 혼합하여 편석 방지 처리를 할 수 있다. 분말 야금용 부원료 분말의 혼합량 (질량%) 은 모두 철기 분말 (주원료 분말) 및 부원료 분말 입자 본체의 총중량에 대한 비율이다.

분말 야금용 부원료 분말의 혼합량이 0.1 질량% 미만에서는 실질적으로 분말 야금용 부원료 분말을 첨가하는 분말 야금적인 의의가 없다. 한편, 상기한 상한값 (즉 20 질량%, 50 질량%) 을 초과하면 철기 분말보다 부원료 분말의 체적률이 커져 본원의 전제인 혼합시에 부원료분의 주위에 거의 확실하게 철기 분말이 존재한다는 상황이 반드시 성립하지 않게 된다. 그 결과, 부원료 분말의 일부가 철기 분말의 표면에 접착되지 않거나, 유기 바인더로 피복된 여잉의 부원료 분말끼리가 접착되어 응집되거나 하여 성분 편석이 발생되기 쉬워진다. 이러한 현상을 가능한 한 저감시키기 위해서는 상기한 바람직한 상한값 (즉 10 질량%, 30 질량%)이하로 하는 것이 바람직하다.

편석 방지의 관점에서는 혼합한 부원료의 거의 전량을 철기 분말에 접착시키는 것이 바람직하다.

제 3 발명에서 윤활제는 필요에 따라 첨가된다. 전술한 1차 혼합시에 첨가하는 윤활제는 주로 분말 야금용 부원료 분말의 철기 분말로의 접착을 보강할 목적으로 첨가되므로, 분말 야금용 부원료 분말의 표면에 피복된 유기 바인더가 충분한 접착력을 갖는 경우, 첨가를 생략하거나 저감할 수 있다.

또한, 2 차 혼합시에 첨가하는 윤활제는 혼합물의 유동성을 향상시킴과 함께, 성형 금형으로부터의 성형체의 발출 압력을 저하시키는 효과가 있으므로, 필요량을 첨가하는 것이 바람직하다.

어떻게 하든, 본 발명의 혼합분은 분말 야금용 철기 분말 혼합물 중의 분말 야금용 부원료 분말의 편석을 방지할 수 있고, 소결 부재의 치수 편차, 강도 편차를 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 종래 기술에서 분말 야금용 부원료 분말을 충분히 접착하기 위해 첨가되는 윤활제 (결합제를 겸함) 의 양의 70% 정도까지 저감이 가능하므로, 성형시의 고밀도화가 가능해지고, 고밀도 또한 고강도 부재로의 전개가 가능해진다.

또 분말 야금 철기 분말 혼합물의 조성은 상기 각 원료의 조성과 첨가량에 의해 결정되고 특별한 제한은 없다.

제 3 발명의 분말 야금용 철기 분말 혼합물은 종래의 상온 성형 또는 온간 성형으로 성형되는 것 이외에, 상온 및 온간에서의 금형 윤활 성형, 냉간 단조 등의 고밀도 성형법에 의해 성형된다. 종래의 상온 성형, 온간 성형 또는 금형 윤활 성형 등으로 성형된 성형체는 소결되고, 필요에 따라 침탄 담금질, 고주파 담금질, 광휘 담금질 등의 열처리가 실시되어 소결 부재가 된다.

또한 강종에 따라서는 소결후, 급랭하는 신터 하드닝에 대해 사용할 수도 있다. 그 밖에 소결체는 다시 가열되고, 열간에서 단조하여 사용할 수도 있다. 냉각 단조에서는 상온에서 고압으로 성형된 성형체를 예비 소결한 후, 상온에서 단조하고, 다시 본 소결을 행하여 사용해도 된다.

[실시예]

실시예 1

부원료 분말에 부여하는 유기 바인더로서 표 1 에 나타내는 열가소성 수지 및 왁스를 준비하였다. 또한 부원료 분말 (입자 본체) 로서 표 2 에 기재된 각종 흑연분, 표 3 에 기재된 각종 동분, 표 4 에 기재된 각종 Ni 기 분말, 표 5 에 기재된 각종 Mo 기 분말을 준비하였다. 이들 부원료 분말 (입자 본체) 에 표 2 ∼ 5 에 나타내는 유기 바인더를 수지 (또는 왁스) 에멀션 또는 용액으로 한 처리액을 첨가하고, 방폭형 헨쉘 믹서로 혼합한 후, 방폭형 드라이 오븐 안에서 건조시켰다. 여기서, 부원료 분말에 부여된 유기 바인더량 (고형분량) 도 표 2 ∼ 5 에 나타낸다.

또 분산매가 물인 경우, 흑연분에 적용하는 경우에는 계면활성제를 또한 동분, Ni 기 분말, Mo 기 분말에 적용하는 경우에는 녹방지제를 각각 첨가하였다.

얻어진 건조 케익을 헨쉘 믹서로 해쇄한 후, 눈금 간격 75㎛ 의 체로 분급하였다. 체 아래의 분체의 평균 입경을 이른바 마이크로 트랙 장치 (정식 명칭: 레이저 회절ㆍ산란법에 의한 입도 분포 측정 장치) 로 측정하고, 50% 입경 (50% 투과 누적 입도) d₅₀을 구하였다. 측정법은 예컨대 입자 크기 측정 (Particle Size measurement) (Terence Allen 저술, Chapman And Hall 사, London) 에 기재되어 있다.

또한, 체 아래의 분체를 대기 중에서 10℃/분의 속도로 가열 승온하면서 중량과 발열량을 측정하는 방법 (이른바 TG-DTA; 시차열 천칭 측정) 에 의해 휘발 성분의 질량을 측정하였다. 얻어진 결과를 표 2 ∼ 5 에 병기한다.

또 표 2 ∼ 5 에는 비교를 위해 유기 수지를 피복하지 않는 각종 분말 야금용 부원료 분말의 d₅₀에 대해 조사한 결과도 함께 나타낸다.

종류	기호	물질명	융점 (℃)	연화점 (℃)
열가소성 수지	A	폴리에스테르 수지	146	-
	B	친수성 수지 피복 폴리에스테르 수지	124 ∼ 130	-
	C	선상 포화 폴리에스테르 수지	155	-
	D	변성 에테르형 폴리에스테르 수지	123	-
	E	폴리프로필렌 수지	165	-
	F	저분자 폴리에틸렌 수지	120 ∼ 130	-
	G	부티랄 수지	120	-
	H	에틸렌아세트산비닐 수지	135	-
	I	테르펜페놀 수지	130	-
	J	테르펜페놀 수지	145	-
	K	스티렌-부타디엔 일래스토머	-	＞80
	L	스티렌아크릴산 공중합체	100 ∼ 105	-
	M	아크릴산 수지	115	-
	N	메타크릴산에스테르 공중합체 수지	160	-
왁스	P	폴리에틸렌 왁스	138	-
	Q	파라핀 왁스	69	-
	R	마이크로크리스탈린 왁스	101	-
	S	피셔-트롭슈 왁스	98	-

표 2 에 나타낸 발명예 S1 ∼ S5, S2b 와 비교예 S1 ∼ S5, 표 3 에 나타낸 발명예 S6 ∼ S9 와 비교예 S6 ∼ S9, 표 4 에 나타낸 발명예 S10 ∼ S13 과 비교예 S10 ∼ S13, 표 5 에 나타낸 발명예 S14 ∼ S16 과 비교예 S14 ∼ S16 을 각각 비교하면 모든 분말 야금용 부원료 분말이 유기 수지 피복전의 평균 입경과 동등하였다. 또한, 유기 수지 피복후의 분말 야금용 부원료 분말 중의 휘발 성분량은 원료로서 첨가한 수지 고형분의 질량비와 동등하다. 이러한 점에서, 각종 분말 야금용 부원료 분말은 응집되지 않고 소정량의 유기 수지가 부여되었음이 확인되었다.

실시예 2

아토마이즈 순철분 (KIP(TM) 301A: JFE 스틸 (주)), 환원 철분 (KIP(TM) 255M), 4 질량% Ni - 1.5 질량% Cu - 0.5 질량% Mo 부분 합금화 강분 (KIP(TM) 시그마로이 415S), 2 질량% Ni - 1 질량% Mo 부분 합금화 강분 (KIP(TM) 시그마로이 2010), 3 질량% Cr - 0.3 질량% V 완전 합금화 강분 (KIP(TM) 30CRV) 을 철기 분말로서 준비하였다. 또한 부원료 분말로서 실시예 1 의 발명예 S1 ∼ S5 및 비교예 S1 ∼ S5 에 해당하는 흑연분을 준비하였다. 상기 철기 분말과 상기 부원료 분말을 소정의 온도에서 헨쉘 믹서 속에서 혼합하고, 분말 야금용 철기 혼합 분말을 제작하였다. 사용한 철기 분말의 종류 및 흑연분의 종류, 첨가량, 가열 혼합 온도는 표 6 에 나타내는 바와 같다.

또 KIP(TM) 시그마로이 415S 중의 Ni, Cu, Mo 는 모두 각 합금분을 철분에 확산 접합하는 부분 합금화 처리에 의해 첨가되어 있다. KIP(TM) 시그마로이2010 중의 Ni, Mo 에 대해서도 동일하다. 또한 상기 이외의 불순물은 C: 0.05 질량% 이하, Si: 0.10 질량% 이하, Mn: 0.50 질량% 이하, P: 0.03 질량% 이하, S: 0.03% 이하, O: 0.30 질량% 이하, N: 0.1 질량% 이하였다.

얻어진 분말 야금용 철기 분말 혼합물 중의 탄소량을 유도 가열에 의해 연소하고, 적외선 흡수법으로 분석하였다. 또한 눈금 간격 75㎛ 와 150㎛ 의 체로 분급하고, 75 ∼ 150㎛ (150㎛ 의 체를 투과하고, 75㎛ 의 체를 투과하지 않은 분말) 의 분말 야금용 철기 혼합 분말 중의 탄소량을 연소 - 적외선 흡수법으로 분석하였다. 이들 탄소량의 측정값을 이용하여 하기 식 (1) 로부터 흑연 부착도를 산출하였다. 이 흑연 부착도는 흑연분의 편석을 나타내는 지표이고, 이 값이 클수록 흑연이 철기 분말에 접착되고, 편석이 작음을 나타냈다.

흑연 부착도 (%) ＝ 100 ×(C_75-150/ C_total) (1)

C_75-150: 75-150㎛ 의 분말 야금용 철기 분말 혼합물 중의 탄소량 (질량%)

C_total: 분급하지 않은 분말 야금용 철기 분말 혼합물 중의 탄소량 (질량%)

얻어진 결과를 표 6 에 병기한다.

	철기 분말	흑연분	가열 혼합 온도 (℃)	흑연 부착도(%)
	철기 분말	종류	가열 혼합 온도 (℃)	흑연 부착도(%)	혼합량^*(질량%)	유기 바인더의 최저 융점 (℃)
발명예 M1	255M	발명예 S1	0.8	130	155	89
발명예 M2	301A	발명예 S3	0.8	130	140	95
발명예 M3	415S	발명예 S2	0.3	145	160	98
발명예 M4	2010	발명예 S1	0.6	130	145	90
발명예 M5	30CRV	발명예 S5	1.0	69	140	85
발명예 M6	2010	발명예 S4	0.6	101	130	94
비교예 M1	255M	비교예 S1	0.8	-	155	22
비교예 M2	301A	비교예 S3	0.8	-	140	24
비교예 M3	415S	비교예 S2	0.3	-	160	21
비교예 M4	2010	비교예 S1	0.6	-	145	25
비교예 M5	30CRV	비교예 S5	1.0	-	140	23
비교예 M6	2010	비교예 S4	0.6	-	130	23

* 혼합량: 철기 분말 및 부원료 분말 본체의 합계량에 대한 부원료 분말 본체량

동 표에 나타낸 바와 같이, 유기 바인더를 미리 부여한 흑연분을 사용하고, 유기 바인더의 융점 또는 연화점 이상으로 가열하여 혼합한 분말 야금용 철기 분말 혼합물 (발명예 M1 ∼ M6) 은 모두 흑연분에 유기 바인더를 부여하지 않은 것 (비교예 M1 ∼ M6) 에 비해 흑연 부착도가 현저히 높다. 또 특히 비교예에서는 체눈보다 작지만 체로부터 낙하되지 않은 흑연분이 흑연 부착도를 외관상 증가시켰다.

이러한 점에서, 유기 바인더인 열가소성 수지 등을 흑연분에 부여하고, 또한 가열 혼합에 의해 이것을 일단 용융시킴으로써 흑연분이 철기 분말에 효과적으로 접착되어 편석을 방지할 수 있음을 알 수 있다.

실시예 3

아토마이즈 순철분 (KIP(TM) 301A 및 KIP 304A), 환원 철분 (KIP(TM) 255M),4 질량% Ni - 1.5 질량% Cu - 0.5 질량% Mo 부분 합금화 강분 (KIP(TM) 시그마로이 415S), 2 질량% Ni - 1 질량% Mo 부분 합금화 강분 (KIP(TM) 시그마로이 2010), 3 질량% Cr - 0.3% V 완전 합금화 강분 (KIP(TM) 30CRV) 을 철기 분말로서 준비하였다. 또한 부원료 분말로서 실시예 1 의 발명예 S1 ∼ S4, S2b, 비교예 S1 ∼ S4 에 해당하는 각종 흑연분, 실시예 1 의 발명예 S6, S7, S9, 비교예 S6, S7, S9 에 해당하는 각종 강분, 실시예 1 의 발명예 S11, 비교예 S11 에 해당하는 Ni 분말, 실시예 1 의 발명예 S16, 비교예 S16 에 해당하는 Mo-Fe 분말을 준비하였다.

철기 분말과, 부원료 분말인 흑연분과, 또한 필요에 따라 부원료 분말인 동분, Ni 분말, Mo-Fe 분말의 적어도 1 종을 표 7 에 나타내는 배합비의 1차 혼합 윤활제와 함께 혼합하였다. 이어서 용량: 2 리터, 교반 날개 직경: 20㎝ 이고, 초퍼가 없는 헨쉘 믹서로 130 ∼ 160℃ 로 가열하면서 혼합하고, 그 후 냉각시켜 60℃ (즉 2차 혼합 윤활제의 융점 미만) 에 도달한 시점에서 표 7 에 나타내는 2차 혼합 윤활제를 첨가하여 혼합하고, 각종 분말 야금용 철기 혼합 분말을 제작하였다. 1차 혼합 윤활제를 혼합할 때의 가열 온도는 흑연분 및 동분, Ni 분말 및 Mo-Fe 분말에 부여한 열가소성 수지 등의 융점 또는 연화점, 및 1차 혼합 윤활제인 모든 윤활제의 융점 이상이며, 이들을 용융시키기에 충분한 온도이다.

얻어진 분말 야금용 철기 혼합 분말 중의 흑연 부착도를 실시예 2 와 동일한 방법으로 산출하였다.

또한, Cu 부착도, Ni 부착도, Mo 부착도는 다음과 같은 방법으로 구하였다.

얻어진 분말 야금용 철기 분말 혼합물 중의 Cu 량, Ni 량, Mo 량을 원자 흡광 분석법에 의해 측정하였다. 또한 눈금 간격 75㎛ 와 150㎛ 의 체로 분급하고, 75 ∼ 150㎛ 의 분말 야금용 철기 분말 혼합물 중의 Cu 량, Ni 량, Mo 량을 원자 흡광 분석법에 의해 측정하였다. 이들 Cu 량, Ni 량, Mo 량의 측정값을 이용하여 하기 식 (2) 로부터 Cu 부착도, Ni 부착도, Mo 부착도를 산출하였다.

M 부착도 (%) ＝ 100 ×(M_75-150/ M_total) (2)

M: Cu, Ni 또는 Mo

M_75-150: 75-150㎛ 의 분말 야금용 철기 분말 혼합물 중의 M 량 (질량%)

M_total: 분급하지 않은 분말 야금용 철기 분말 혼합물 중의 M 량 (질량%)

또한, 분말 야금용 철기 혼합 분말을 내경: 11㎜ 의 타블렛형 금형 중에서 686㎫ 의 압력으로 성형하고 성형체의 압분 밀도를 측정하였다.

얻어진 결과를 표 8 에 나타낸다.

동 표에 나타낸 바와 같이, 유기 바인더를 미리 부여한 흑연분, Cu 분, Ni 분말, Mo-Fe 분말을 사용한 분말 야금용 철기 분말 혼합물 (발명예 M7 ∼ M18, M18b) 은 모두 유기 바인더를 부여하지 않은 것을 사용한 경우 (비교예 M7 ∼ M18) 에 비해 부원료 분말의 부착도 (흑연 부착도, Cu 부착도, Ni 부착도, Mo 부착도)가 크다. 따라서, 발명예는 모두 비교예보다 부원료 분말이 철기 분말에 확실히 접착되어 편석이 억제됨을 알 수 있다.

또한, 철기 분말과 부원료 분말의 결합을 보조하는 작용을 갖는 1차 혼합 윤활제를 사용하지 않은 경우 (발명예 M9 ∼ M12, M14, M16 ∼ M18, M18b) 에서도 부원료 분말의 부착도는 커 부원료 분말이 철기 분말에 확실히 접착되어 편석이 억제되었음을 알 수 있다.

또한, 발명예 M13 과 비교예 M13, M13b, 및 발명예 M14 와 비교예 M14 에 주목하면 가열에 의해 용융되어 바인더로 기능하는 1차 혼합 윤활제를 삭감 (발명예 M14, 비교예 M14) 하면 1차 첨가제를 첨가한 경우 (발명예 M13, 비교예 M13) 에 비해 압분 밀도는 동일하게 향상되지만, 비교예에서는 흑연 부착도가 저감되어 분말 야금용 철기 분말로는 바람직하지 않다. 이러한 점에서 유기 바인더를 미리 부여한 흑연분을 사용한 분말 야금용 철기 분말 혼합물은 높은 흑연 부착도와 높은 압분 밀도를 양립할 수 있음을 알 수 있다. 또한 유기 바인더를 미리 부여하지 않고 1차 혼합 윤활제만으로 본 발명 (1차 혼합 윤활제를 첨가하지 않는 발명예 M14) 에 가까운 흑연 부착도를 얻고자 하면 비교예 M13b 로 알 수 있는 바와 같이, 윤활제 및 바인더의 총량으로서 본 발명의 배 이상이 필요하고, 따라서 압분 밀도가 현저히 저하됨을 알 수 있다.

또 발명예 M15, M16, 비교예 M15, M16 및 M15b 의 비교를 통해서도 동일한 내용을 언급할 수 있다.

또한, 발명예 M10 과 발명예 M16 을 비교하면 분말 야금용 철기 분말 혼합물중의 Cu 량, Ni 량, Mo 량이 동일한 경우, 유기 바인더로 미리 피복된 Cu 분, Ni 분, Mo 분을 가열 혼합한 발명예 M10 의 Cu 부착도, Ni 부착도, Mo 부착도는 Cu, Ni, Mo 를 열확산으로 철기 분말 표면에 접착시킨 부분 합금화 강분 (발명예 M16) 과 동등한 정도로 높고, 유기 바인더로 미리 피복된 Cu 분, Ni 분, Mo 분을 가열 혼합한 철기 분말 혼합물은 부분 합금화 강분 대신에 이용할 수도 있음을 알 수 있다.

또한, 발명예 M18 또는 발명예 M18b 와 비교예 M18 을 비교하면 발명예는 부원료 분말 중 흑연분만이 바인더를 미리 부여받았을 뿐이며, 동분은 동일한 처리 (바인더에 의한 예비 피복) 가 되어 있지 않음에도 불구하고, 발명예에서는 흑연 부착도 뿐만 아니라, 동분의 부착도도 개선되어 있다. 이는 복수의 부원료를 함유하는 철기 분말 혼합분의 경우, 적어도 1 종의 부원료 분말의 표면에 미리 바인더를 피복해 두면 동 처리를 하지 않은 부원료도 함께 접착되고, 다른 부원료의 접착도도 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 4

실시예 3 과 동일한 방법으로 (단, 표 7 에 나타낸 1차 혼합 윤활제 및 2차 혼합 윤활제는 사용하지 않음) 분말 야금용 철기 혼합분을 제작하였다.

이어서, 표 9 에 나타내는 유리 윤활제를 각종 범위에서 첨가한 후, 표 10 에 나타내는 각종 분체 혼합 장치로 혼합하여 각종 분말 야금용 철기 혼합 분말을 제작하였다.

이렇게 하여 얻어진 분말 야금용 철기 혼합 분말의 유동성, 발출성 및 압분체 밀도에 대해 조사한 결과를 표 10 에 병기한다.

그리고 각 특성은 다음과 같은 방법으로 평가하였다.

(1) 혼합후의 2차 입자의 비율

윤활제는 주사 전자 현미경 (SEM) 의 반사 전자 이미지 중, 경원소 성분에 대응하는 낮은 콘트라스트 입자로서 관찰된다. 여기서, 이 저콘트라스트 입자만을 대상으로 화상 해석하고, 윤활제 중에 존재하는 입경: 10 ∼ 200㎛ 의 2차 입자 구조의 입자의 체적률 (vol%) 을 구하였다.

(2) 유동성

철기 분말 혼합물: 50g 을 오리피스 직경: 2.63㎜ 의 용기에 충전하고, 충전한 후 배출하기까지의 시간을 측정하여 유동도 (s/50g) 를 구하고 이 유동도로 평가하였다.

(3) 발출성 및 압분체 밀도

철기 분말 혼합물을 금형에 충전하고, 7ton/㎠ (686㎫) 의 압력으로 압축하고, 11.3㎜φ×11㎜ 높이의 타블렛 (성형체) 으로 성형한 후, 금형으로부터 성형체를 발출하고, 그 때의 발출력을 금형에 접촉하는 타블렛 측면의 면적으로 나누어 평가하였다.

또한 얻어진 성형체의 밀도를 압분체 밀도로 하였다.

기호	유리 윤활제의 종류
가	스테아르산아연
나	스테아르산리튬
다	스테아르산아미드
라	에틸렌비스스테아로아미드
마	에틸렌비스스테아로아미드와 폴리에틸렌의 공융 혼합물
바	폴리올레핀 (분자량: 725)
사	에틸렌비스스테아로아미드와 폴리올레핀 (분자량: 725) 의 공융 혼합물

표 10 을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명예 M7c ∼M18c, M18d 및 M13e ∼ M17e 는 모두 양호한 유동성, 발출성, 압분성을 나타낸다. 단, 유리 윤활제의 1차 입자의 평균 입경이 80㎛ 를 초과하는 경우에는 철기 혼합 분말 성형시의 발출력이 약간 증가된다 (발명예 M13c 와 발명예 M13e 의 비교). 또한, 유리 윤활제의 2 차 입자가 10㎛ 에 미치지 못하는 경우, 철기 혼합 분말 성형시의 발출력이 약간 크고, 또한 성형체 밀도도 약간 낮다 (발명예 M18c 와 발명예 M18e 의 비교). 한편, 유리 윤활제의 2차 입자가 200㎛ 를 초과하는 경우, 철기 혼합 분말의 성형에는 문제가 없었으나, 성형체의 표면에 윤활제가 응집된 백색점이 미량 관찰되었다 (발명예 M15c 와 발명예 M15e 의 비교).

또한, 유리 윤활제의 혼합시, 높은 전단 조건 (헨쉘 믹서로 1000rpm 이상에 상당) 으로 혼합한 경우, 낮은 전단 조건으로 혼합한 경우에 비해 혼합후의 유리 윤활제에서의 소정의 입경 범위의 2차 입자의 체적률이 저하되어 20vol% 미만이 되고, 분체의 유동성이 약간 저하된다. 또한 분말 성형시의 발출력도 약간 증대됨과 동시에, 성형체 밀도도 약간 저하되었다 (발명예 M17c 와 발명예 M17e 의 비교).

즉, 본 발명 중에서는 특히 1차 입경: 0.01 ∼ 80㎛ 의 입자로 이루어지는 2차 입경이 10 ∼ 200㎛ 의 조립 입자를 20vol% 이상 함유하는 유리 윤활제를 철기 분말에 대해 0.01 ∼ 2.0 중량부의 비율로 또한 낮은 전단 조건으로 혼합한 경우에, 발출력, 성형체 밀도, 및 외관에 의해 우수한 성형체가 얻어짐을 알 수 있다.

이에 비해, 미리 유기 바인더를 부여하지 않은 부원료분을 사용하여 동일한유리 윤활제 혼합 처리를 한 비교예 M13c ∼ M17c 및 M13d ∼ M17d 에서는 부원료 분말의 대부분이 유리 상태에 있기 때문에, 윤활제의 효과가 균일하게 작용하지 않았다. 그 결과, 대응하는 본 발명예 (M13c ∼ M17c 및 M13e ∼ M17e) 에 비해 압분체의 발출성 등의 특성이 악화되었다. 또한 이에 수반하여 성형체의 외관에는 발출시의 흠집이나 윤활제에 의한 백색점이 흩어져 관찰되는 예가 있었다.

실시예 5

이어서, 상기 철기 혼합분을 부원료 표면의 유기 바인더 (각 성분) 의 융점보다 낮은 온도에서 가열하면서 표 11 에 나타내는 윤활제 입자를 분산매 중에 분산 (유화 포함) 시킨 처리액을 분무한 후, 표 11 에 나타내는 온도에서 건조 처리를 실시하여 각종 분말 야금용 철기 혼합 분말을 제작하였다. 얻어진 혼합 분말에 관해 부원료분의 부착도를 측정하였다. 그 후, 일부의 혼합 분말에 대해서는 냉각후, 추가로 실시예 4 에 기재된 조건으로 조립법을 실시한 유리 윤활제를 혼합하고, 각종 분말 야금용 철기 혼합 분말을 제작하였다.

이렇게 하여 얻어진 분말 야금용 철기 혼합 분말의 유동성, 발출성 및 압분체 밀도에 대해 조사한 결과를 표 11 에 병기한다.

표 11 로 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 윤활제 입자를 분산시킨 처리액을 사용하여 피복된 철기 혼합 분말은 부원료 입자가 접착된 철기 분말 입자의 표면에 균일한 피막을 형성하고, 유동성이 개선되고, 또한 발출력 및 압분체 밀도도 개선된다. 단, 평균 입자 직경 0.01 ∼ 10㎛ 범위 밖의 윤활제를 분산시킨 분산액을 사용한 경우에는 피막의 균일성이 약간 저하되므로, 윤활제끼리가 약간 응집되고, 철기 혼합 분말의 유동도를 약간 악화시킨다 (발명예 M13f, M15f, M18h, M18i 와 발명예 M13j, M15j, M18k, M18m 의 비교).

또한, 상기 윤활제의 피복후, 조립법에 의한 유리 윤활제를 첨가한 경우, 균일한 피막이 형성된 경우에는 유동성 및 성형성이 함께 개선된다 (발명예 M18i, M8i, M18m). 이 효과는 평균 입자 직경 0.01 ∼ 10㎛ 범위내의 윤활제 입자를 함유하는 분산액으로 처리한 경우에 특히 현저하다 (발명예 M18i, M8i).

이에 비해, 미리 유기 바인더를 부여하지 않은 부원료분을 사용하여 동일한 유리 윤활제 혼합 처리를 한 비교예에서는 표 11 의 윤활제만으로 부원료 분말을 고정시키므로, 부원료 분말의 부착도가 낮고, 또한 이 때문에 윤활제의 효과도 균일하게 작용하지 않았다. 그 결과, 대응하는 (동일하게 부합하는) 본 발명예에 비해 압분체의 발출성 등의 특성이 악화되고, 일부에서는 성형 불능으로 되었다. 또한, 분산매로서 물을 사용한 비교예에서는 (특히 M8h, M8i) 성형체에 녹발생이 관찰되었다.

또 비교예 M15n, M18o, M18p, M8o, M8p 는 각각 윤활제량을 증가시켜 발명예M15f, M18h, M18i, M8h, M8i 에 가까운 부원료 분말의 부착도를 달성한 것인데, 윤활량ㆍ바인더의 합계량이 1.4 배 이상으로 되기 (반대로 말하면 본 발명의 윤활량ㆍ바인더의 합계량은 70% 정도이면 된다) 때문에, 압분 밀도가 상당히 저하되었다.

이렇게 하여 본 발명에 따르면, 분말 야금용 철기 혼합 분말을 사용한 경우, 편석이 작은 분말 야금용 부원료 분말을 제공할 수 있으므로, 소결 부재의 치수나 기계적 강도의 편차를 저감할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 분말 야금용 철기 혼합 분말 중에 윤활제를 균일하게 분산시킬 수 있으므로, 혼합 분말의 유동성 및 압분 금형으로부터의 발출성의 향상을 도모할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 분말 야금용 철기 혼합 분말 중에 윤활제를 피복하는 경우에, 물을 분산매로 사용할 수 있으므로 저비용화가 가능하다.

그리고 본 발명에 따르면 종래에 비해 유기 바인더 및 윤활제의 첨가량을 저감할 수 있으므로, 편석이 작고, 또한 고밀도화가 가능한 분말 야금용 철기 혼합 분말을 제공할 수 있다.

Claims

부원료 분말 입자 본체 및 그 표면에 부여된 유기 바인더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 부원료 분말.
제 1 항에 있어서, 상기 분말 야금용 부원료 분말이 합금화용 분말 또는 절삭성 개선용 분말인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 부원료 분말.
제 1 항에 있어서, 상기 유기 바인더가 열가소성 수지 및 왁스류로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 부원료 분말.
유기 바인더를 용매 중에 용해 또는 분산매 중에 분산시킨 처리액을 부원료 분말 입자 본체와 혼합하고, 그 후 상기 처리액 중의 용매 또는 분산매를 건조시켜 상기 부원료 분말 입자 본체의 표면에 상기 유기 바인더를 부여시키는 분말 야금용 부원료 분말의 제조 방법.
제 1 항에 기재된 분말 야금용 부원료 분말을 상기 유기 바인더를 통해 철기 분말의 표면에 접착시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.
제 5 항에 있어서, 분말 야금용 부원료 분말을 접착시킨 철기 분말의 표면을 윤활제로 덮어 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.
제 6 항에 있어서, 상기 윤활제가 평균 입경 0.01 ∼ 10㎛ 의 입자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.
제 5 항에 있어서, 추가로 유리 윤활제를 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.
제 8 항에 있어서, 상기 유리 윤활제가 1차 입자를 응집시켜 조립한 2차 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.
제 9 항에 있어서, 상기 유리 윤활제의 1차 입자의 평균 입경이 0.01 ∼ 80㎛ 이고, 또한, 상기 유리 윤활제가 입경: 10 ∼ 200㎛ 의 2차 입자를 전체 유리 윤할제의 20vol% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.
제 8 항에 있어서, 상기 유리 윤활제를 주원료 분말 및 부원료 분말 본체 입자의 총량 100 중량부에 대해 0.01 ∼ 2.0 중량부 범위로 첨가하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.
제 6 항에 있어서, 추가로 유리 윤활제를 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물.
철기 분말과 제 1 항에 기재된 분말 야금용 부원료 분말을 혼합하면서 상기 유기 바인더의 적어도 하나의 성분의 융점 또는 연화점 이상으로 가열하고, 상기 유기 바인더의 적어도 일부를 용융시킨 후, 냉각시켜 철기 분말의 표면에 유기 바인더를 통해 분말 야금용 부원료 분말을 접착시키는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.
제 13 항에 있어서, 철기 분말의 표면에 유기 바인더를 통해 분말 야금용 부원료 분말을 접착시켜 혼합물로 한 후, 이 혼합물을 유기 바인더의 융점보다 낮은 온도로 가열하면서 윤활제를 분산매 중에 분산 또는 용매 중에 용해시킨 처리액을 상기 혼합물에 도포하고 상기 철기 분말의 표면을 상기 처리액으로 덮고, 이어서 건조 처리에 의해 상기 분산매 또는 상기 용매를 휘산시켜 상기 철기 분말을 상기 윤활제로 덮는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 윤활제가 평균 입경 0.01 ∼ 10㎛ 의 입자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 철기 분말의 표면에 상기 유기 바인더를 통해 분말 야금용 부원료 분말을 접착시킨 후, 유리 윤활제를 첨가하고, 이어서 혼합하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.
제 16 항에 있어서, 상기 유리 윤활제가 1차 입자를 응집시켜 조립한 2차 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 유리 윤활제의 1차 입자의 평균 입경이 0.01 ∼ 80㎛ 이고, 또한 상기 유리 윤활제가 입경: 10 ∼ 200㎛ 의 2차 입자를 전체 유리 윤활제의 20vol% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 유리 윤활제를 첨가하고 이어서 혼합할 때, 상기 2차 입자가 파괴되지 않는 전단력으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.
제 16 항에 있어서, 상기 유리 윤활제를 주원료 분말 및 부원료 분말 본체 입자의 총량 100 중량부에 대해 0.01 ∼ 2.0 중량부 범위에서 첨가하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.
제 13 항에 있어서, 철기 분말의 표면에 유기 바인더를 통해 분말 야금용 부원료 분말을 접착시켜 혼합물로 한 후, 이 혼합물을 유기 바인더의 융점보다 낮은 온도로 가열하면서 윤활제를 분산매 중에 분산 또는 용매 중에 용해시킨 처리액을 상기 혼합물에 도포하고 상기 철기 분말의 표면을 상기 처리액으로 덮고, 이어서 건조 처리에 의해 상기 분산매 또는 상기 용매를 휘산시켜 상기 철기 분말을 상기 윤활제로 덮은 후, 추가로 유리 윤활제를 첨가하고, 이어서 혼합하는 것을 특징으로 하는 분말 야금용 철기 분말 혼합물의 제조 방법.