KR20050109479A

KR20050109479A - 분말 성형 금형 장치 및 분말 성형체의 성형 방법

Info

Publication number: KR20050109479A
Application number: KR1020057014413A
Authority: KR
Inventors: 다카시 나카이; 긴야 가와세
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-11-21
Also published as: JP2004298891A; EP2650116A3; CN1753778A; EP1612036A4; ES2573534T3; EP2650116A2; RU2005127928A; EP1612036A1; US20060147570A1; WO2004087407A1; RU2349418C2; EP1612036B1; ES2535624T3; BRPI0408304B1; BRPI0408304A; EP2650116B1; CA2518542C; US7585165B2; CA2518542A1

Abstract

관통 구멍 (1) 의 표면 (10) 에는 표면 처리층 (11) 이 형성되어, 이 표면(10)은 용액 (L) 과의 접촉 각도 보다 작은 용액 (L) 과의 접촉 각도 (X)를 갖는다. 따라서, 용액 (L)의 사용시, 관통 구멍(1)의 용액 (L)과의 습윤성이 향상되고, 상기 용액 (L) 은 표면 처리층 (11) 주로, 관통 구멍(1)의 전체 표면 위로 신장될 수 있다. 결과적으로, 전체 표면에는 수분 증발에 의한 결정층이 제공될 수 있다. 그 결과, 고온에서도 성형이 가능하며, 고농도의 성형 분말 제품이 안정적으로 얻어질 수 있다. 또한, 결정층은 용매에 용해된 윤활제를 함유하는 용액(L)을 성형부(1A)의 균일상에 부착하고, 성형부에서 결정화되도록 용액(L)을 증발함으로써 얻어진다.

Description

분말 성형 금형 장치 및 분말 성형체의 성형 방법{POWDER MOLDING DIE APPARATUS AND METHOD OF MOLDING FOR OBTAINING POWDER MOLDING PRODUCT}

본 발명은 분말 성형 금형 장치 및 분말 성형체의 성형 방법에 관한 것이다.

소결 부품의 제조에 사용하는 압분말은 Fe계, Cu계 등의 원료 분말을 성형형내에서 가압 성형함으로써 형성되고, 이 다음 소결의 공정을 거쳐서 소결체를 제작한다. 그리고, 성형 공정에서는, 성형형을 사용하여 프레스로 가압하여 성형체를 형성한다. 이 프레스를 할 때에는, 성형체와 성형형과의 사이에는 마찰이 발생한다. 이 때문에 분말 혼합시에 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 스테아르산리튬 등의, 물에 불용성의 지방산계 윤활제를 첨가하여 윤활성을 부여하고 있다.

그러나, 이러한 원료 분말에 윤활제를 혼합하는 방법으로는 성형체의 밀도를 향상시키는 데는 한계가 있다. 그래서, 고밀도의 성형체를 얻기 위해서, 원료 분말에 첨가하는 윤활제를 줄이고, 형성형에, 원료 분말에 첨가하는 것과 동일한 윤활제를 도포하여, 윤활성의 부족을 보충할 수 있는 분말 성형체의 성형 방법이, 특허 제 3309970호의 단락 0012, 0013 등에 제안되어 있다.

이 종래의 성형 방법은, 가열된 금형의 내면에, 물에 분산되어 있는 고급 지방산계 윤활제를 도포하는 도포 공정과, 상기 금형에 금속 분말을 충전하고, 상기고급 지방산계 윤활제가 그 금속 분말과 화학적으로 결합하여 금속 비누의 피막을 생성하는 압력으로 그 금속 분말을 가압 성형하는 가압 성형 공정을 포함하는 분말 성형체의 성형 방법으로서, 가열되어, 내면에 스테아르산리튬과 같은 고급 지방산계 윤활제가 도포된 금형을 사용하여, 이 금형에 가열된 금속 분말을 충전하고, 이 금속 분말과 고급 지방산계 윤활제가 화학적으로 결합하여 금속 비누의 피막이 생성되는 압력으로 이 금속 분말을 가압 성형하면, 금속 비누의 피막이 금형의 내면 표면에 생성하고, 그 결과 금속 분말의 성형체와 금형과의 사이의 마찰력이 감소하여, 성형체를 발출하는 압력을 적게 할 수 있다는 것이다.

또한, 성형용의 금형에, 원료 분말에 첨가하는 것과 동일한 윤활제를 사용하기 때문에, 물에 불용성의 윤활제를 사용하는 것이 되어, 금형에 도포하는 윤활제는 고체 분말의 상태로 도포하는 것이 된다. 이 때문에, 윤활제의 분말을 정전 도포하거나, 물에 계면 활성제로 분산시켜 건조 도포하는 방법도 알려져 있다.

상기 종래 기술에 있어서는, 윤활제를 물에 분산시킨 분산액을 금형에 부착시키는 것이지만, 이 부착시에 표면 장력에 의해 분산액은 금형의 표면으로부터 튀겨나가버리고, 이 결과 금형에 있어서의 분말을 성형하는 성형부, 즉 관통 구멍의 표면에 분산액이 균일하게 부착되지 않고, 이 때문에 물이 증발한 후에, 성형부 (관통 구멍) 의 표면에 윤활층을 전면적으로 형성할 수 없게 된다는 문제가 있다. 이 문제는, 특히 150℃ 를 넘는 고온에서 온간 형성한 경우에 현저하고, 이 이상의 고밀도화를 저해하고 있었다.

한편, 윤활제를 물에 분산시킨 분산액을 금형에 스프레이 상태로 부착할 때에는, 분산액이 성형부뿐만 아니라 금형의 상면에 부착되어 버린다. 이 금형의 상면에는 피더 등으로 불리는 원료 분말의 원료 공급체가 슬라이딩하기 때문에, 상면에 부착된 분산액에 의해서 원료 분말이 굳어지기 쉬워지는 등의 폐해가 우려된다.

또한, 분말 성형용 다이스에 관해서, 일본 공개특허공보 2002-129201호의 단락 0006에 있어서는, 분말 성형용 다이스는, 성형체의 외측 형상을 형성하기 위한 내부 구멍을 갖고 경질 재료로 이루어지는 다이스를 다이 홀더의 내부 구멍에 끼워 맞춘 분말 성형용 다이스에 있어서, 상기 다이스의 내부 구멍이 압분체 발출측으로 확대되는 테이퍼를 갖고, 또한 상기 다이스의 표면이 TiC, TiN, Al₂O₃, TiCN, HfN, CrN, W₂C 및 DLC 중, 1종 이상의 단층 또는 복층의 코팅층을 형성함과 함께, 상기 다이 홀더의 재질은, 통상 사용되는 담금질 온도가 상기 코팅 처리 온도보다 높은 온도인 강재로 구성한 것이 개시되어 있다.

그러나, 상기 다이스의 표면을 TiC, TiN, Al₂O₃, TiCN, HfN, CrN, W₂C 및 DLC 중, 1종 이상의 단층 또는 복층의 코팅층을 형성한 것에 있어서는, 다이스의 내마모성 향상, 다이스 표면의 저마찰화를 꾀할 수 있지만, 관통 구멍의 표면에 분산액을 균일하게 부착시킨다는 것은 아니었다.

그래서, 본 발명은, 성형부에 윤활제에 의한 윤활층을 전면적으로 형성하여, 고밀도의 분말 성형체를 안정적으로 얻을 수 있는 분말 성형 금형 장치 및 분말 성형체의 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 성형부에 윤활제에 의한 윤활층을 형성하여, 고밀도의 분말 성형체를 안정적으로 얻는 분말 성형 금형 장치에 있어서, 금형의 상면에 있어서의 윤활제의 폐해를 없앨 수 있는 분말 성형 금형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시 형태를 나타내는 제 1 공정의 모식도이다.

도 1A 는, 제 1 실시 형태의 부분 P 의 확대 단면도이다.

도 2 는, 본 발명의 제 1 실시 형태를 나타내는 제 2 공정의 모식도이다.

도 2A 는, 제 1 실시 형태의 부분 Q 의 확대 단면도이다.

도 3 은, 본 발명의 제 1 실시 형태를 나타내는 제 3 공정의 모식도이다.

도 4 는, 본 발명의 제 1 실시 형태를 나타내는 제 4 공정의 모식도이다.

도 5 는, 본 발명의 제 2 실시 형태를 나타내는 제 1 공정의 모식도이다.

도 5A 는, 제 1 실시 형태의 부분 R 의 확대 단면도이다.

도 6 은, 본 발명의 제 2 실시 형태를 나타내는 제 2 공정의 모식도이다.

도 6A 는, 제 1 실시 형태의 부분 S 의 확대 단면도이다.

도 7 는, 본 발명의 제 3 실시 형태를 나타내는 제 1 공정의 모식도이다.

도 7A 는, 제 3 실시 형태의 부분 T 의 확대 단면도이다.

도 8 은, 본 발명의 제 3 실시 형태를 나타내는 제 2 공정의 모식도이다.

도 8A 는, 제 3 실시 형태의 부분 U 의 확대 단면도이다.

본 발명의 청구항 1 은, 분말 성형체의 측면을 형성하는 관통 구멍을 상면에 세로 방향으로 갖는 성형형 본체와, 상기 관통 구멍에 하방으로부터 끼워 맞추는 하펀치와, 상기 관통 구멍에 상방으로부터 끼워 맞추는 상펀치와, 윤활액을 상기 관통 구멍에 부착시키는 부착 수단을 구비하고, 상기 하펀치가 끼워 맞춰진 관통 구멍에 원료 분말을 상방으로부터 충전하기 전에 상기 윤활액을 상기 관통 구멍에 부착시키고, 상기 원료 분말을 상기 관통 구멍에 충전한 후에, 상기 상펀치를 상기 관통 구멍에 끼워 맞춰 분말 성형체를 성형하는 분말 성형 금형 장치로서, 상기 성형형 본체 자체에 의한 상기 윤활액과의 접촉 각도보다 작아지는 상기 윤활액과의 접촉 각도를 갖도록 상기 관통 구멍을 형성한 분말 성형 금형 장치이다.

이 청구항 1 의 구성에 의하면, 관통 구멍에 부착하는 윤활액에 있어서의 접촉 각도를 작게 할 수 있는 것으로, 관통 구멍에 대한 윤활액의 습윤성을 향상시킬 수 있고, 관통 구멍에 윤활액을 전면적으로 배치함으로써, 분말 성형체의 성형에 있어서 윤활 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 청구항 2 에 있어서는, 상기 윤활액은, 윤활제를 물에 분산시킨 분산액 또는 윤활제를 물에 용해시킨 용액으로서, 상기 관통 구멍을 친수성으로 표면 처리하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 에 기재된 분말 성형 금형 장치이다.

이 청구항 2 의 구성에 의하면, 관통 구멍에 부착된 윤활액의 수분을 증발시켜 윤활층을 확실하게 형성할 수 있다.

또한 본 발명의 청구항 3 에 있어서는, 상기 표면 처리층은, 산화물, 불화물, 질화물, 염화물, 황화물, 브롬화물, 요오드화물, 탄화물, 또는 수산화물을 코팅한 것을 특징으로 하는 청구항 2 에 기재된 분말 성형 금형 장치이고, 본 발명의 청구항 4 에 있어서는, 상기 표면 처리층은, 산화티탄, 또는 산화아연의 코팅에 광조사에 의한 광촉매 작용을 실시한 것을 특징으로 하는 청구항 2 에 기재된 분말 성형 금형 장치이며, 또한 본 발명의 청구항 5 에 있어서는, 상기 표면 처리층은, 알칼리나 열수 처리에 의한 수산화물 생성, 또는 칼륨이나 나트륨 이온 등의 스퍼터링에 의한 표면 처리를 실시한 것을 특징으로 하는 청구항 2 에 기재된 분말 성형 금형 장치이고, 또한 본 발명의 청구항 6 에 있어서는, 상기 표면 처리층은, 표면에 미세한 빈구멍을 형성함으로써 용액의 표면 장력의 변화의 이용으로 한 것을 특징으로 하는 청구항 2 에 기재된 분말 성형 금형 장치이다.

본 발명의 청구항 7 은, 분말 성형체의 측면을 형성하는 관통 구멍을 상면에 세로 방향으로 갖는 성형형 본체와, 상기 관통 구멍에 하방으로부터 끼워 맞추는 하펀치와, 상기 관통 구멍 (1) 에 상방으로부터 끼워 맞추는 상펀치와, 윤활액을 상기 관통 구멍에 부착시키는 부착 수단을 구비하고, 상기 하펀치가 끼워 맞춰진 관통 구멍에 원료 분말을 상방으로부터 충전하기 전에 상기 윤활액을 상기 관통 구멍에 부착시키고, 상기 원료 분말을 충전한 후에, 상기 상펀치를 상기 관통 구멍에 끼워 맞춰 분말 성형체를 성형하는 분말 성형 금형 장치로서, 상기 성형형 본체 자체에 의한 상기 윤활액과의 접촉 각도보다 커지는 상기 윤활액과의 접촉 각도를 갖도록 상기 상면을 형성한 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치이다.

이 청구항 7 의 구성에 의하면, 성형형 본체의 상면에 부착되는 윤활액에 있어서의 접촉 각도를 크게 함으로써, 상면에 대한 윤활액의 습윤성을 저하시킬 수 있고, 상기 상면으로부터 윤활액을 배제함으로써, 충전되는 원료 분말의 품질 저하를 방지할 수 있다.

본 발명의 청구항 8 은, 상기 윤활액은, 윤활제를 물에 분산시킨 분산액 또는 윤활제를 물에 용해한 용액으로서, 상기 상면을 발수성으로 표면 처리하는 것을 특징으로 하는 청구항 7 에 기재된 분말 성형 금형 장치이다.

이 청구항 8 의 구성에 의하면, 관통 구멍에 부착한 윤활액의 수분을 증발시켜 윤활층을 확실하게 형성할 수 있다.

본 발명의 청구항 9 에 있어서는, 상기 표면 처리는, Si-H 나 C-H 결합의 물질 또는 무극성 물질 등에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 청구항 8 에 기재된 분말 성형 금형 장치이다.

본 발명의 청구항 10 은, 성형형 본체에 형성한 성형부에, 윤활제를 물에 용해한 용액 또는 윤활제를 물에 분산한 분산액을 상기 성형부에 부착시키고, 상기 분산액의 수분 또는 용액의 수분을 증발시켜 상기 성형부에 윤활층을 형성한 후에, 원료 분말을 충전하고, 그 후 펀치를 상기 성형부에 끼워 맞춰 분말 성형체를 성형하는 분말 성형체의 성형 방법에 있어서, 상기 분산액 또는 용액에 상기 관통 구멍에 대한 습윤성 향상 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법이다.

이 청구항 10 의 구성에 의하면, 성형부에 부착한 용액 또는 분산액에 있어서의 접촉 각도를 작게 할 수 있음으로써, 성형부에 대한 용액 또는 분산액의 습윤성을 향상시킬 수 있고, 성형부에 용액 또는 분산액을 전면적으로 배치함으로써, 분말 성형체의 성형에 있어 윤활 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 청구항 11 에 있어서는, 상기 습윤성 향상 성분이 계면 활성제인 것을 특징으로 하는 청구항 10 에 기재된 분말 성형체의 성형 방법이다.

이하, 본 발명의 제 1 실시 형태를 도 1∼도 4 를 참조하여 설명한다. 도 1 은 제 1 공정을 나타내고 있고, 동 도면에 있어서, 1 은 후술하는 압분말인 분말 성형체 (A) 의 측면을 성형하는 성형형 본체인 다이 (2) 의 상면 (2A) 에 세로 방향으로 형성한 성형부인 관통 구멍이고, 그 관통 구멍 (1) 의 하방으로부터 하펀치 (3) 이 끼워 맞춰지고, 한편 관통 구멍 (2) 의 상방으로부터 상펀치 (4) 가 끼워 맞춰지게 되어 있다. 또한, 다이 (2) 의 상면에 원료 분말 (M) 을 공급하는 원료 공급체인 피더 (5) 가 슬라이딩이 자유롭게 형성되어 있다. 또한, 관통 구멍 (2) 의 상방에 윤활제를 용매인 물에 용해한 용액 (L) 을 분무하고 이 용액 (L) 을 관통 구멍 (1) 에 부착하는 부착 수단인 분무부 (6) 가 형성되어 있고, 그 분무부 (6) 은 관통 구멍 (1) 에 면하도록 형성됨과 함께, 용액 (L) 의 탱크 (도시 생략) 에 자동 개폐 밸브 (도시 생략) 를 개재하여 접속되어 있다. 또한, 용액 (L) 대신에 특허문헌 1 에 기재된 바와 같은 윤활제를 용매인 물에 분산시킨 분산액을 사용해도 된다. 또한, 관통 구멍 (1) 과 그 관통 구멍 (1) 에 끼워 맞춘 하펀치 (3) 로 구획되는 분말 성형체 (A) 의 성형부 (1A) 의 주위에 히터 (7) 와 온도 검출부 (8) 가 형성되고, 그리고, 이들 히터 (7) 와 온도 검출부 (8) 는 온도 제어 수단인 온도 제어 장치 (9) 에 접속되고, 그 온도 제어 장치 (9) 에 의해 관통 구멍 (2) 의 온도를 용액 (L) 의 증발 온도보다 높게, 또한 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 제어하도록 되어 있다.

또한, 상기 관통 구멍 (1) 의 표면 (10) 에는, 상기 용액 (L) 의 상기 표면 (10) 으로 습윤성을 향상시키기 위한 친수성 처리를 행하거나 친수성 재료를 배치하거나 하여 표면 처리층 (11) 을 형성한다. 상기 표면 처리층 (11) 에 있어서의 상기 용액 (L) 과의 접촉 각도 (X) 는, 상기 다이 (2) 자체의 재질에 의해서 형성되는 표면 (10) 또는 재질이 직접 나타나는 상면 (2A) 에서의 상기 용액 (L) 과의 접촉 각도 (Y) 보다 작아지는 (X<Y) 것에 의해 상기 습윤성을 향상시킬 수 있는 것이다. 또한, 상기 접촉 각도 (X), (Y) 의 측정은, 설명을 위해 나타낸 도 1 의 상태가 아니라 각각 표면 (10), 상면 (2A) 를 수평으로 유지하는 등 동일 조건에서 측정되는 것이다. 그리고 상기 표면 처리층 (11) 으로서는, 표 1 에서 볼 수 있는 바와 같은 결합을 갖는 산화물, 불화물, 질화물, 염화물, 황화물, 브롬화물, 요오드화물, 탄화물, 수산화물 등을 용사, PVD, CVD, 쇼트 피닝 등으로 친수 코팅을 행한 것, 산화티탄, 산화아연 등의 코팅에 광조사에 의한 광촉매 작용을 행한 것, 알칼리나 열수 처리 등에 의한 수산화물 생성, 칼륨이나 나트륨 이온 등의 스퍼터링에 의한 표면 처리, 나아가서는 용사 피막이나 분말 야금 금형의 이용 등에 의해 표면에 미세한 빈구멍을 형성하는 것에 의한 용액 (L) 의 표면 장력의 변화의 이용 등으로써, 표면 처리층에 의해 관통 구멍 (1) 표면 (10) 에 있어서의 용액의 접촉 각도를 작게 하여 그 지점에서의 습윤성을 향상시키도록 한 것이다. 또한, 표면 (10) 을 산이나 화염 처리, 전해 연마 등에 의한 유성 유기물 등으로 처리하여 접촉 각도 (X) 가 작아지도록 상기 관통 구멍 (1) 의 표면을 형성해도 된다. 또한, 강도 등에 문제가 없으면, 금형의 소재에 표 1, 2 에 보이는 바와 같은 친수성 물질로 구성하는 것이 바람직하다. 강도나 경도를 향상시키기 위해서, 철이나 초경 등의 금속에 표 1 에 보이는 바와 같은 물질을 분산시켜도 되고, Ti, V, Si, Al 등의 산화되기 쉬운 금속과 합금화시켜 금형의 소재로 하는 것도 친수성 향상에 효과가 있다. 코팅하는 경우도, 강도나 경도를 향상시키기 위해서, 철이나 초경 등의 금속을 친수성 물질과 함께 코팅하는 것도 금형 수명과 친수성을 양립시키는데 바람직하다.

<표 1>

<표 2>

그리고, 제 1 공정에서는, 미리 온도 제어 장치 (9) 에 의해 제어된 히터 (7) 의 열에 의해 관통 구멍 (1) 의 표면 (10) 은, 용액 (L) 의 증발 온도보다 높게, 또한 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 설정되어 있다. 그리고, 관통 구멍 (1) 에 하펀치 (3) 가 끼워 맞춰져 성형부 (1A) 가 형성되어 있는 상태에서, 자동 개폐 밸브를 열어 분무부 (6) 로부터 윤활제의 용액 (L) 을, 히터 (7) 에 의해 가열된 다이 (2) 의 성형부 (1A) 에 내뿜어 부착시킨다. 이 때, 용액 (L) 의 접촉 각도 (X) 는 표면 처리층 (11) 이 없으면 접촉 각도 (Y) 와 같이 되지만, 상기 표면 처리층 (11) 에 의해 작은 접촉 각도 (X) 가 되고, 이 결과 용액 (L) 이 튀겨나가는 경우가 적어져 관통 구멍 (1) 에 전면적으로 용액 (L) 이 부착되어 젖게 된다. 그리고, 용액 (L) 은 증발, 건조되어 관통 구멍 (1) 의 표면 처리층 (11) 에는 결정이 전면적으로 성장하여 상기 윤활제의 윤활층인 정출층 (B) 가 균일하게 형성된다.

다음으로 도 2 의 제 2 공정에 나타내는 바와 같이, 피더 (5) 가 전진하여 원료 분말 (M) 을 성형부 (1A) 로 낙하시켜 충전한다. 다음으로 도 3 의 제 3 공정에 나타내는 바와 같이, 다이 (2) 를 하방으로 이동시킴과 함께, 관통 구멍 (1) 의 성형부 (1A) 에 상방으로부터 상펀치 (4) 를 삽입하고, 상펀치 (4) 와 하펀치 (3) 로 사이에 끼우듯이 하여 원료 분말 (M) 을 압축한다. 이 때, 하펀치 (3) 는, 하단이 고정되어 있어 움직이지 않게 되어 있다. 그리고, 이 제 3 공정에서, 원료 분말 (M) 은 윤활제에 의해 형성되는 정출층 (B) 에 윤활 상태에서 압축된다.

이와 같이 가압 성형된 분말 성형체 (A) 는, 다이 (2) 가 더욱 하방으로 내려가고, 도 4 의 제 4 공정에서 나타내는 바와 같이 하펀치 (3) 의 상면이 다이 (2) 의 상면과 대략 같은 높이가 되었을 때 취출하는 것이 가능해진다. 이 취출시에도, 윤활제에 의해 형성되어 있는 정출층 (L) 에 분말 성형체 (A) 는 윤활 상태에서 접촉한다. 이렇게 하여, 분말 성형체 (A) 가 취출된 후, 다시 제 1 공정으로 되돌아가 다시 성형부 (1A) 에 용액 (L) 이 분무되어 정출층 (L) 이 형성된 후에, 원료 분말 (M) 이 성형부 (1A) 에 충전되는 것이다.

이상과 같이, 상기 실시 형태에서는, 상기 다이 (2) 자체에 있어서의 상기 용액 (L) 과의 접촉 각도 (Y) 보다 작아지는 상기 용액 (L) 과의 접촉 각도 (X) 를 갖도록 상기 관통 구멍 (1) 의 표면 (10) 에 표면 처리층 (11) 을 형성함으로써, 용액 (L) 을 부착시켰을 때에 관통 구멍 (10) 에 있어서의 용액 (L) 의 습윤성을 향상시키고, 그 용액 (L) 을 표면 처리층 (11), 나아가서는 관통 구멍 (1) 의 전체면에 용액을 널리 퍼지게 하여, 물을 증발시킴으로써 정출층 (B) 를 전면적으로 형성할 수 있고, 이 결과 고밀도의 분말 성형체 (A) 를 안정적으로 얻을 수 있다.

또한, 상기 원료 분말 (M) 을 충전하기 전에, 윤활제를 용매에 균일한 상이 되도록 용해한 용액 (L) 을 상기 성형부 (1A) 에 부착시키고, 그 용액 (L) 을 증발시켜 상기 성형부 (1A) 에 결정을 형성시켜 정출층 (B) 를 형성함으로써, 성형부 (1A) 의 둘레면에 치밀한 윤활용의 층 (B) 가 형성되어, 분말 성형체 (A) 의 성형부 (1A) 로부터의 발출 압력을 저감시킬 수 있는 동시에, 분말 성형체 (A) 의 밀도도 향상시킬 수 있다.

다음으로 제 2, 3 실시 형태를 도 5∼6, 도 7∼8 을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 제 l 실시 형태와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.

제 2 실시 형태에 있어서는, 피더 (5) 가 슬라이딩이 자유롭게 형성되는 다이 (2) 의 상면 (2A) 에는, 상기 용액 (L) 의 상기 상면 (2A) 에 대한 습윤성을 저하, 즉 발수(소수)성을 향상시키기 위한 발수 처리를 하거나, 발수 재료를 배치하거나 하여 표면 처리층 (21) 을 형성한다. 상기 표면 처리층 (21) 에 있어서의 상기 용액 (L) 과의 접촉 각도 (Y´) 는, 상기 다이 (2) 의 재질 자체에 의해서 형성되는 표면, 제 2 실시 형태에서는 관통 구멍 (1) 의 표면 (10) 에 있어서의 상기 용액 (L) 과의 접촉 각도 (X´) 보다 커지는 (Y´> X´) 것에 의해 상기 습윤성을 저하시킬 수 있는 것이다. 상기 표면 처리층 (21) 으로서는, 표 3 에서 볼 수 있는 바와 같은 실리콘계 수지나 불소계 수지 등의 Si-H 나 C-H 결합 등에서 볼 수 있는 물질이나 무극성 물질 등에 의해 형성된다.

<표 3>

·

따라서, 제 2 실시 형태에서는, 자동 개폐 밸브를 열어 분무부 (6) 로부터 윤활제 용액 (L) 을, 히터 (7) 에 의해 가열된 다이 (2) 의 성형부 (1A) 에 내뿜어 부착시킨다. 이 때, 용액 (L) 의 일부가 상면 (2A) 에 부착되어 버리는 경우가 발생한다. 그러나, 이 상면 (2A) 에 있어서의 접촉 각도 (Y´) 는 상기 표면 처리층 (21) 에 의해 다이 (2) 에 직접 닿은 용액 (L) 의 접촉 각도 (X´) 보다도 커지고, 이 결과 용액 (L) 이 튀겨나가 상면 (2A) 에 용액 (L) 이 고이는 것을 억지하게 된다.

이상과 같이, 다이 (2) 자체에 있어서의 용액 (L) 과의 접촉 각도 (X´) 보다 커지는 상기 용액 (L) 과의 접촉 각도 (Y´) 를 갖도록 상기 상면 (2A) 에 표면 처리층 (21) 을 형성함으로써, 상면 (2A) 에 있어서의 발수성을 향상시키고, 상면 (2A) (표면 처리층 (21) 에 용액 (L) 을 고이기 어렵게 하여 피더 (5) 에 수용되어 있는 원료 분말 (M) 에 용액 (L) 이 닿기 어렵게 하여 용액 (L) 에 의해 원료 분말 (M) 이 굳어지는 가루 뭉침을 방지할 수 있다.

제 3 실시 형태에 있어서는, 관통 구멍 (2) 의 상방에 윤활제를 용매인 물에 용해한 용액 (L) 을 분무하여 이 용액 (L) 을 성형부 (1A) 에 부착하는 부착 수단인 분무부 (6) 가 형성되어 있고, 그 분무부 (6) 는 관통 구멍 (2) 에 면하도록 형성된다. 그리고, 상기 용액 (L) 에는, 관통 구멍 (1) 의 표면 (10) 에 대한 습윤성 향상 성분을 함유하는 것이다. 상기 습윤성 향상 성분은 용액 (L) 의 표면 (10) 과의 접촉 각도 (X˝) 를 작게 하는 성분으로서, 예를 들어 계면 활성제가 사용된다. 또한, 용액 (L) 대신에 윤활제를 물에 분산시킨 분산액을 사용해도 되고, 이 경우에서도 분산액에 습윤성 향상 성분을 포함하는 것이다.

따라서, 관통 구멍 (1) 에 하펀치 (3) 가 끼워 맞춰져 성형부 (1A) 가 형성되어 있는 상태에서, 자동 개폐 밸브를 열어 분무부 (6) 로부터 윤활제 용액 (L) 을, 히터 (7) 에 의해 가열된 다이 (2) 의 성형부 (1A) 에 내뿜어 부착시킨다. 이 때, 용액 (L) 의 접촉 각도 (X˝) 는 습윤성 향상 성분이 없으면 커지지만, 상기 습윤성 향상 성분에 의해 접촉 각도 (X˝) 는 작아지고, 이 결과 용액 (L) 이 튀겨나가는 경우가 적어져 관통 구멍 (1) 의 표면 (10) 전체면에 용액 (L) 이 부착되어 젖게 된다. 그리고, 용액 (L) 은 증발, 건조되어 관통 구멍 (1) 의 둘레면에는 결정이 전면적으로 성장하여 상기 윤활제의 정출층 (B) 이 균일하게 형성된다.

이상과 같이, 상기 실시 형태에서는, 상기 용액 (L) 에 표면 (10) 과의 접촉 각도 (X˝) 를 작게 하도록 상기 용액 (L) 에 습윤성 향상 성분을 형성함으로써, 용액 (L) 을 부착하였을 때에 관통 구멍 (1) 에 있어서의 용액 (L) 의 습윤성을 향상시키고, 그 용액 (L) 을 관통 구멍 (1) 의 전체면에 널리 퍼지게 하여, 물을 증발시킴으로써 정출층 (B) 을 전면적으로 형성할 수 있고, 이 결과 고밀도의 분말 성형체를 안정적으로 얻을 수 있다.

또한, 이하에 실시예 및 비교예를 표 4 에 의해 설명한다. 표 4 에 있어서의 실시예 및 비교예는, 모두 원료 분말로서 철분 (평균 입경 90㎛) 을 사용하고, 가압 면적 1㎠ 의 원주를 성형하는 성형형에 상기 혼합한 원료 분말을 7g 충전하고, 이후 8t/㎠ 의 성형 압력으로 분말 성형체를 성형한 것이다. 그리고, 실시예의 것으로서는, 수용성 윤활제로서 인산수소2칼륨 1% 수용액을 친수성 물질을 코팅하고, 250℃ 로 가열된 성형형의 성형부에 부착시킨 후에, 증발, 건조시켜서 정출층을 형성하고, 이후, 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 비교예 1 은, 통상의 금형을 250℃ 로 가열된 성형형의 성형부에 윤활액을 부착시킨 후에 건조시키고, 이후, 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 비교예 2 는 통상의 금형을 150℃ 로 가열된 성형형의 성형부에 윤활액을 부착시킨 후에 건조시키고, 이후, 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 비교예 3 은 통상의 금형을 150℃ 로 가열하여, 윤활액을 부착시키지 않고, 그대로 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 모두 통상의 금형의 성형부에는, 공구강으로서 통상 사용되는 SKH-51 을 사용하였다.

<표 4>

표 4 의 비교 결과로서, 친수성 피막을 부착되지 않은 금형으로 250℃ 에서 성형하면, 성형부에 윤활제가 잘 부착되지 않기 때문에 성형할 수 없는 데 비하여, 친수성 피막을 부착한 금형으로 형성한 실시예 1∼6 은, 어느 것이나 150℃ 를 넘는 고온에서 성형이 가능하고, 150℃ 에서 성형한 성형체 밀도를 상회하는 밀도가 얻어지는 것을 알 수 있다.

Claims

분말 성형체의 측면을 형성하는 관통 구멍을 상면에 세로 방향으로 갖는 성형형 본체와, 상기 관통 구멍에 하방으로부터 끼워 맞추는 하펀치와, 상기 관통 구멍에 상방으로부터 끼워 맞추는 상펀치와, 윤활액을 상기 관통 구멍에 부착시키는 부착 수단을 구비하고, 상기 하펀치가 끼워 맞취진 관통 구멍에 원료 분말을 상방으로부터 충전하기 전에 상기 윤활액을 상기 관통 구멍에 부착시키고, 상기 원료 분말을 상기 관통 구멍에 충전한 후에, 상기 상펀치를 상기 관통 구멍에 끼워 맞춰 분말 성형체를 성형하는 분말 성형 금형 장치로서, 상기 성형형 본체 자체에 의한 상기 윤활액과의 접촉 각도보다 작아지는 상기 윤활액과의 접촉 각도를 갖도록 상기 관통 구멍을 형성한 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 윤활액은, 윤활제를 물에 분산시킨 분산액 또는 윤활제를 물에 용해시킨 용액으로서, 상기 관통 구멍을 친수성으로 표면 처리하는 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 표면 처리층은, 산화물, 불화물, 질화물, 염화물, 황화물, 브롬화물, 요오드화물, 탄화물 또는 수산화물을 코팅한 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 표면 처리층은, 산화티탄, 또는 산화아연의 코팅에 광조사에 의한 광촉매 작용을 실시한 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 표면 처리층은, 알칼리나 열수 처리에 의한 수산화물 생성, 또는 칼륨이나 나트륨 이온 등의 스퍼터링에 의한 표면 처리를 실시한 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 표면 처리층은, 표면에 미세한 빈구멍을 형성함으로써 용액의 표면 장력의 변화의 이용으로 한 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치.
분말 성형체의 측면을 형성하는 관통 구멍을 상면에 세로 방향으로 갖는 성형형 본체와, 상기 관통 구멍에 하방으로부터 끼워 맞추는 하펀치와, 상기 관통 구멍에 상방으로부터 끼워 맞추는 상펀치와, 윤활액을 상기 관통 구멍에 부착시키는 부착 수단을 구비하고, 상기 하펀치가 끼워 맞취진 관통 구멍에 원료 분말을 상방으로부터 충전하기 전에 상기 윤활액을 상기 관통 구멍에 부착시켜, 상기 원료 분말을 충전한 후에, 상기 상펀치를 상기 관통 구멍에 끼워 맞춰 분말 성형체를 성형하는 분말 성형 금형 장치로서, 상기 성형형 본체 자체에 의한 상기 윤활액과의 접촉 각도보다 커지는 상기 윤활액과의 접촉 각도를 갖도록 상기 상면을 형성한 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 윤활액은, 윤활제를 물에 분산시킨 분산액 또는 윤활제를 물에 용해한 용액으로서, 상기 상면을 발수성으로 표면 처리하는 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 표면 처리는, Si-H 나 C-H 결합의 물질 또는 무극성 물질 등에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치.
성형형 본체에 형성한 성형부에, 윤활제를 물에 용해한 용액 또는 윤활제를 물에 분산시킨 분산액을 상기 성형부에 부착시키고, 상기 분산액의 수분 또는 용액의 수분을 증발시켜 상기 성형부에 윤활층을 형성한 후에 원료 분말을 충전하고, 그 후 펀치를 상기 성형부에 끼워 맞춰 분말 성형체를 성형하는 분말 성형체의 성형 방법에 있어서, 상기 분산액 또는 용액에 상기 관통 구멍에 대한 습윤성 향상 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 습윤성 향상 성분이 계면 활성제인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.