KR20150042214A

KR20150042214A - 분말 야금용 원료 분말

Info

Publication number: KR20150042214A
Application number: KR1020157004440A
Authority: KR
Inventors: 다카시 나카이; 긴야 가와세
Original assignee: 가부시키가이샤 다이야멧트
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2015-04-20
Also published as: WO2014097871A1; CN104994976A; CN110170645A; EP2933042A4; EP2933042A1; JP2014118603A; US20150283609A1; KR101901002B1; JP5831440B2; CN104994976B; MY169918A; US9844811B2; MX2015006367A

Abstract

소결체의 오염, 표면 결함, 탈탄을 방지하고, 강도나 밀도를 향상시킬 수 있는 분말 야금용 원료 분말을 제공한다. 500 ℃ 이상에서 소결되어 소결체를 제조하는 용도에 사용되는 분말 야금용 원료 분말로서, 금속 분말과 윤활제를 혼합하여 이루어지고, 윤활제는 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산이다. 혹은, 500 ℃ 이상에서 소결되어 소결체를 제조하는 용도에 사용되는 분말 야금용 원료 분말로서, 금속 분말, 제 1 윤활제, 제 2 윤활제를 혼합하여 이루어지고, 제 1 윤활제는 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산이다. 제 2 윤활제는 에루크산아미드 또는 스테아르산아미드인 것이 바람직하다.

Description

분말 야금용 원료 분말{STARTING MATERIAL POWDER FOR POWDER METALLURGY}

본 발명은 분말 야금용 원료 분말에 관한 것으로, 상세하게는 소결체를 제조하기 위해 500 ℃ 이상에서 소결되는 분말 야금용 원료 분말에 관한 것이다.

금속 분말과 윤활제의 혼합물에 있어서, 윤활제에 스테아르산아연 등의 금속 비누, 에틸렌비스스테아르산아미드, 지방산 아미드 등의 아미드계 윤활제가 사용되는 것이 일반적이다.

그러나, 금속 분말과 윤활제의 혼합 분말을 사용하여 성형하고, 500 ℃ 이상에서 소결하여 윤활제를 제거해서 금속의 소결체를 제조하는 공정에 있어서, 이하의 문제가 있었다.

1 소결체의 오염

윤활제에 금속 비누를 사용한 경우, 소결시에 윤활제에 함유되는 금속 성분의 잔류에서 기인한 오염이 발생한다는 문제가 있었다. 그리고, 이 금속 성분의 잔류에서 기인한 오염을 방지하기 위해서는, 금속 성분을 함유하지 않는 아미드계 윤활제가 윤활제로서 사용되고 있다. 그러나, 윤활제에 아미드계 윤활제를 사용한 경우에 있어서, 오염이 완전히 없어지는 것은 아니었다.

2 소결체의 표면 결함

종래의 윤활제를 사용한 경우, 성형시의 금형 표면에 있어서의 마찰열에 의해 윤활제가 용융되어, 윤활제 덩어리가 소결체의 표면에 형성되어 있었다. 그리고, 소결시에 윤활제가 분해되면, 윤활제가 덩어리로 되어 있었던 지점이 결함부로서 남는다는 문제가 있었다.

3 소결체의 강도

종래의 윤활제를 사용한 경우, 상기 표면 결함 등으로 인하여 강도가 저하되는 문제가 있었다.

4 소결재의 밀도

종래의 윤활제를 사용한 경우, 성형체의 밀도를 높이고자 하면 성형 압력을 높이지 않으면 안 되어, 금형에 큰 부하가 가해져 금형이 파손되기 쉽다는 문제가 있었다. 이 때문에, 고밀도, 고강도, 고경도의 사양을 만족시킬 수 없었다.

5 소결체의 탈탄

첨가제로서 흑연이 함유되는 경우에는, 흑연이 공기와 반응하여 탈탄되기 때문에, 소결체의 강도가 저하된다는 문제가 있었다.

일본 공개특허공보 2005-105323호 일본 공개특허공보 2011-184708호

그래서, 본 발명은 소결체의 오염, 표면 결함, 탈탄을 방지하고, 강도나 밀도를 향상시킬 수 있는 분말 야금용 원료 분말을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 검토한 결과, 윤활제에 아미드계 윤활제나 고온에서 용융되어 액체 상태가 되는 물질을 사용한 경우, 소결체의 단차 부분이나 접시상으로 되어 있는 부분에 특히 현저한 오염이 발생되는 것이 판명되었다. 이로부터, 소결시에 일단 용융된 윤활제가 단차 부분이나 접시상으로 되어 있는 부분에 모이고, 이 윤활제가 분해될 때까지의 사이에 노 내의 불휘발 성분 등이 부착됨으로써 오염이 발생되고 있는 것으로 생각되었다. 또, 지방산 아미드의 종류 에 따라 오염의 정도에 차이가 보여, 분해 온도가 높은 에틸렌비스스테아르산아미드 (질소 분위기 중 약 300 ∼ 370 ℃ 에서 분해) 를 사용한 경우와 비교하여, 분해 온도가 낮은 에루크산아미드 (질소 분위기 중 약 250 ∼ 320 ℃ 에서 분해) 또는 스테아르산아미드 (질소 분위기 중 약 240 ∼ 310 ℃ 에서 분해) 를 사용한 경우의 오염이 적었기 때문에, 용융 후에 빠르게 분해되는 윤활제쪽이 오염이 적어질 것이라고 생각되었다.

그리고, 이상의 지견에 기초하여 예의 검토한 결과, 원래 용융되지 않는 윤활제로서 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산을 사용하는 것에 착상하여, 본 발명에 생각이 이르렀다.

즉, 본 발명의 분말 야금용 원료 분말은, 이하와 같다.

(1) 500 ℃ 이상에서 소결되어 소결체를 제조하는 용도에 사용되는 분말 야금용 원료 분말로서, 금속 분말과 윤활제를 혼합하여 이루어지고, 상기 윤활제는 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산 중 1 종 또는 2 종이다.

(2) 500 ℃ 이상에서 소결되어 소결체를 제조하는 용도에 사용되는 분말 야금용 원료 분말로서, 금속 분말, 제 1 윤활제, 제 2 윤활제를 혼합하여 이루어지고, 상기 제 1 윤활제는 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산 중 1 종 또는 2 종이다.

(3) 상기 (2) 에 있어서, 상기 제 2 윤활제는 에루크산아미드, 스테아르산아미드 중 어느 것이다.

(4) 상기 (1) 에 있어서, 상기 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 멜라민시아누레이트 또는 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 테레프탈산이다.

(5) 상기 (2) 에 있어서, 상기 제 1 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 멜라민시아누레이트 또는 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 테레프탈산이다.

(6) 상기 (3) 에 있어서, 상기 제 2 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 에루크산아미드 또는 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 스테아르산아미드이다.

(7) 상기 (3) 에 있어서, 상기 제 1 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 3 ㎛ 의 멜라민시아누레이트이고, 상기 제 2 윤활제는, 평균 입경 60 ∼ 200 ㎛ 의 에루크산아미드이다.

(8) 상기 (7) 에 있어서, 상기 제 1 윤활제와 상기 제 2 윤활제의 배합 비율은 90 ∼ 50 ％ : 10 ∼ 50 ％ 의 범위이다.

(9) 상기 (3) 에 있어서, 상기 제 1 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 3 ㎛ 의 멜라민시아누레이트이고, 상기 제 2 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 스테아르산아미드이다.

(10) 상기 (9) 에 있어서, 상기 제 1 윤활제와 상기 제 2 윤활제의 배합 비율은 90 ∼ 10 ％ : 10 ∼ 90 ％ 의 범위이다.

(11) 상기 (1) ∼ (10) 중 어느 하나에 있어서, 상기 윤활제를 상기 금속 분말에 부착시키는 처리를 실시한 것이다.

(12) 상기 (1) ∼ (10) 중 어느 하나에 있어서, 상기 윤활제의 형상을 변화시키는 처리를 실시한 것이다.

본 발명에 의하면, 소결체의 오염, 표면 결함, 탈탄을 방지하고, 강도나 밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1 은 윤활제에 에틸렌비스스테아르산아미드만을 사용한 비교예의 소결체의 상부 표면의 사진이다.
도 2 는 윤활제에 멜라민시아누레이트만을 사용한 실시예의 소결체의 상부 표면의 사진이다.
도 3 은 윤활제에 에틸렌비스스테아르산아미드만을 사용한 비교예의 소결체의 측면 표면의 사진이다.
도 4 는 윤활제에 멜라민시아누레이트만을 사용한 실시예의 소결체의 측면 표면의 사진이다.
도 5 는 소결체의 밀도를 비교한 그래프이다.
도 6 은 소결체의 경도를 비교한 그래프이다.
도 7 은 소결체의 충격값을 비교한 그래프이다.
도 8 은 ?칭체의 경도를 비교한 그래프이다.
도 9 는 ?칭체의 충격값을 비교한 그래프이다.

본 발명의 분말 야금용 원료 분말은, 500 ℃ 이상에서 소결되어 소결체를 제조하는 용도에 사용되는 분말 야금용 원료 분말로서, 금속 분말과 윤활제를 혼합하여 이루어지고, 상기 윤활제는 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산 중 1 종 또는 2 종이다.

멜라민시아누레이트 (시아누르산멜라민) 또는 테레프탈산은, 금속 성분을 함유하지 않고, 또한 고온에서 용융되지 않고 500 ℃ 이하에서 분해 또는 승화되는 물질이기 때문에, 소결시에는 소결체에 영향을 주지 않고 소실된다. 또, 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산은, 고체 윤활제로서의 성능이 높다. 따라서, 윤활제로서 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산을 사용함으로써, 성형시에는 윤활제로서의 높은 기능을 수행하면서, 소결시에 있어서는 소결체의 오염과 표면 결함, 탈탄을 방지할 수 있다. 또, 윤활제로서 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산을 사용함으로써, 표면 결함을 방지할 수 있음에 따라 소결체의 강도가 개선된다. 또, 윤활제로서 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산을 사용함으로써, 성형시의 압축성이 높아져, 성형 압력이 저감됨과 함께 금형의 파손이 방지되어, 고밀도, 고강도, 고경도의 사양을 만족시킬 수 있다. 또, 멜라민시아누레이트는 주요 용도인 난연제용 원료 분말로서, 테레프탈산은 주요 용도인 PET 수지 제조용 원료 분말로서 용이하게 입수할 수 있고, 가격이 저렴하다는 이점을 갖는다.

또한, 멜라민시아누레이트의 일반적인 용도는, 건축재 등의 난연제이다 (일본 공개특허공보 소53-31759호). 그 밖의 용도에, 주조 금형용 이형제 (일본 공개특허공보 소57-168745호), 내아크재의 내트랙킹제 (일본 공개특허공보 소59-149955호), 자기 기록 매체의 윤활제 (일본 공개특허공보 소60-234223호), 레이저 반사제 (일본 공개특허공보 평2-19421호), 열간 압연유의 윤활성 향상제 (일본 공개특허공보 평2-127499호), 역청재의 블로킹 방지제 (일본 공개특허공보 평2-228362호), 질화ㆍ침탄염욕의 재생제 (일본 공개특허공보 평3-202458호), 슬라이딩제의 슬라이딩 특성 향상제 (일본 공개특허공보 평4-246452호), 도료의 특성 향상제 (일본 공개특허공보 평5-214272호), 숫돌의 윤활제 (일본 공개특허공보 평6-039731호), 금속 가공용 피막제의 방청제 (일본 공개특허공보 평6-158085호), 베어링의 자기 윤활제 (일본 공개특허공보 평6-159369호), 폴리옥시메틸렌의 산 안정화제 (일본 공개특허공보 평6-192540호), 카티온 전착 강판의 전착 향상제 (일본 공개특허공보 평6-228763호), 초지기 (抄紙機) 의 윤활제 (일본 공개특허공보 평6-280181호), 솔더 레지스트 잉크의 경화제 (일본 공개특허공보 평7-041716호), 숫돌의 의사 (擬似) 기공제 (일본 공개특허공보 평7-241774호), 지문 검출제 (일본 공개특허공보 평7-289538호), 초경 금형 가이드 핀의 윤활제 (일본 공개특허공보 평9-59663호), 그리스의 윤활제 (일본 공개특허공보 평9-255983호), 마찰재의 내마모제 (일본 공개특허공보 평10-330731호), 필기구의 마모 억제제 (일본 공개특허공보 2000-335164호), 열간 압연 롤용 고체 윤활제 (일본 공개특허공보 2001-003071호), 냉간 가공용 윤활유의 늘어붙음 방지제 (일본 공개특허공보 2001-181665호), 연마액의 윤활제 (일본 공개특허공보 2001-332517호), 냉간 신선 (伸線) 가공용 윤활제의 방청제 (일본 공개특허공보 2003-049188호), 에어백용 가스 발생제의 연료제 (일본 공개특허공보 2004-067424호), 수 분산형 금속 가공제의 윤활제 (일본 공개특허공보 2004-315762호), 수계 윤활 피막 처리제의 윤활제 (일본 공개특허공보 2006-335838호), 압분 자심의 강도 개선제 (일본 공개특허공보 2008-231443호), 토너의 대전 부여제 (일본 공개특허공보 2009-237274호), 고분자 압전 재료의 결정 촉진제 (일본 공개특허공보 2012-235086호), 디젤 연료의 질소 산화물 저하제 (미국 특허공보 5746783호), 디스크 브레이크 캘리퍼 핀용 윤활제의 용착 방지 및 열 안정제 (미국 특허공보 5874388호) 가 있다.

또, 테레프탈산의 일반적인 용도는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET 수지) 의 제조용 원료이다. PET 수지는 1967년에 듀퐁사가 개발하고, 1973년에 음료용 PET 보틀이 개발되고 나서 대량으로 사용되어, PET 수지는 의료의 합성 섬유나 일반적인 성형품 등에도 사용되고 있다. 그 밖의 용도에, 테레프탈산의 화합물 등 약품의 제조 원료 (공보 다수), 전자 사진 이미지 형성제의 윤활제 (일본 공개특허공보 소49-60222호), 주형의 붕괴제 (일본 공개특허공보 소52-116724호), 주조용 로스트왁스 조성물의 강화제 (일본 공개특허공보 소52-30218호), 형광 방전 램프 형광체의 산 세정제 (일본 공개특허공보 소55-60248호), 식물 생장 조정제 (일본 공개특허공보 소55-100304호), 살균 세정제의 산성제 (일본 공개특허공보 소61-122847호), 표백제 (일본 공개특허공보 소62-7797호), 반도체 장치 기판의 승화제 (일본 공개특허공보 소62-33431호), 크산틴옥시다아제의 안정화제 (일본 공개특허공보 소62-210988호), 알루미늄의 전기 화학 처리제 (일본 공개특허공보 평3-24289호), 천연 고무 소련용 첨가제 (일본 공개특허공보 평10-265611호), 반도체 기판 세정제의 환원 ＆ 린스제 (일본 공개특허공보 2000-138198호), 토너의 산성 전하 제어제 (일본 공개특허공보 2003-15365호), 알레르겐 제거제의 고화제 (일본 공개특허공보 2003-336100호), 액체 세정제의 세정제 (일본 공개특허공보 2004-189795호), 디젤 윤활유의 부식 방지제 (일본 공개특허공보 2004-346326호), 잉크젯 기록용 잉크의 특성 향상제 (일본 공개특허공보 2006-57076호), 종이질의 특성 향상제 (일본 공개특허공보 2006-83503호), 연료 전지용 전해질의 안정화제 (일본 공개특허공보 2006-269183호), 전자 부품 실장용 접합재의 표면 활성화제 (일본 공개특허공보 2007-157373호), 스테인리스강의 부식 억제제 (일본 공개특허공보 2008-50627호), 이산화탄소 외용제의 증점제 (일본 공개특허공보 2009-91364호), 리튬 이온 2 차 전지용 부극의 발열 억제제 (일본 공개특허공보 2011-249058호), 에폭시 수지 조성물의 경화 지연제 (일본 공표특허공보 2004-503632호), 추진약의 안정제 (일본 공표특허공보 2004-516223호), 연료 전지의 냉각제 (일본 공표특허공보 2005-505908호), 구리의 세정 보호제의 착화제 (일본 공표특허공보 2012-506457호), 농약의 산성제 (국제공개 WO2006/038631), 형광제 (미국 특허공보 7150839호), 탄소 포착제 (미국 특허공보 2004-0129180호), 살균제 (미국 특허공보 2005-0019421호), 탈취제 (미국 특허공보 2008-0206093호), pH 제어제 (미국 특허공보 2009-0081806호) 가 있다.

본 발명의 분말 야금용 원료 분말을 500 ℃ 이상에서 소결되어 소결체를 제조하는 용도로 한정하는 것은, 많은 금속분 (金屬粉) 의 소결 온도가 500 ℃ 이상임과 함께, 소결체에 윤활제인 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산이 잔류하는 온도에서는, 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산이 잔류하여 소결체로서 바람직한 강도가 얻어지지 않기 때문이다. 또한, 멜라민시아누레이트는 약 360 ∼ 430 ℃, 테레프탈산은 약 310 ∼ 380 ℃ 에서 완전히 분해 또는 승화되어, 양 물질 모두 융점이 없어 용융되지 않는 물질이다.

본 발명의 필수 윤활제를 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산으로 한정하는 것은, 융점이 없어 용융되지 않는 물질은, 윤활제 용융물에 노 내의 그을음이나 오염이 부착되어 소결체가 오염되는 경우가 원리적으로 일어나지 않기 때문이다. 융점이 없어 용융되지 않는 물질은 그 밖에도 존재하며, 잠재적으로 본 발명의 필수 윤활제가 될 수 있다. 본 발명자는, 그 밖의 용융되지 않는 물질로서, 멜라민, 멜라민 수지, 시아누르산, 요소, 요소 수지 (우레아 수지), 아다만탄, 셀룰로오스, 아라미드 수지에 대하여 검토하였다. 모두 사용 불가능한 레벨은 아니지만, 윤활성이나 압축성, 유동성 등이 열등한 부분이 있기 때문에, 분말 야금용 원료 분말의 윤활제로서 종래부터 사용해 온 윤활제를 대체하여 사용하기에는 약간 불충분하였다.

또, 본 발명의 분말 야금용 원료 분말은, 500 ℃ 이상에서 소결되어 소결체를 제조하는 용도에 사용되는 분말 야금용 원료 분말로서, 금속 분말, 제 1 윤활제, 제 2 윤활제를 혼합하여 이루어지고, 상기 제 1 윤활제는 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산이다.

제 2 윤활제로는, 공지된 윤활제를 사용할 수 있다. 윤활제로서 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산과 공지된 윤활제를 병용함으로써, 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산을 단독으로 사용하는 경우와 비교하여 윤활성이 향상되어 금형의 수명이 연장된다. 또, 공지된 윤활제의 사용량을 삭감할 수 있기 때문에, 그 결과, 오염과 표면 결함의 발생을 억제함과 함께 소결재의 밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제 2 윤활제로는, 에루크산아미드 또는 스테아르산아미드가 특히 바람직하게 사용되며, 제 2 윤활제에 에루크산아미드 또는 스테아르산아미드를 사용함으로써, 오염의 발생이 억제됨과 함께 높은 윤활성이 얻어진다.

본 발명에 있어서 사용되는 멜라민시아누레이트 및 테레프탈산 및 에루크산아미드 및 스테아르산아미드는, 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 것이 바람직하다. 200 ㎛ 를 초과하면 소결체에 내부 결함이 발생하고, 0.1 ㎛ 미만에서는 2 차 응집되기 쉬워진다. 또, 본 발명에 있어서 사용되는 멜라민시아누레이트는, 평균 입경 0.1 ∼ 3 ㎛ 의 것이 보다 바람직하다. 3 ㎛ 를 초과하면 분말 야금용 원료 분말의 유동성이 악화된다. 또, 본 발명에 있어서 사용되는 에루크산아미드는, 평균 입경 60 ∼ 200 ㎛ 의 것이 보다 바람직하다. 60 ㎛ 미만에서는 분말 야금용 원료 분말의 유동성이 악화된다. 멜라민시아누레이트와 에루크산아미드를 병용하는 경우에는, 멜라민시아누레이트와 에루크산아미드의 배합 비율은 90 ∼ 50 ％ : 10 ∼ 50 ％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또, 멜라민시아누레이트와 스테아르산아미드를 병용하는 경우에는, 멜라민시아누레이트와 스테아르산아미드의 배합 비율은 90 ∼ 10 ％ : 10 ∼ 90 ％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 배합 비율을 이 범위로 함으로써, 성형시의 압축성, 윤활성, 유동성을 양립시킬 수 있다. 또, 멜라민시아누레이트와 테레프탈산을 병용 또는 단독으로 사용하는 경우에는, 특히 온간 성형에 있어서 성형시의 압축성, 윤활성, 유동성을 양립시킬 수 있다.

또, 윤활제나 흑연 등을 금속분에 부착시킴으로써, 외관 밀도나 성형ㆍ소결시의 치수 변화율을 제어하거나, 편석이나 유동성, 압축성 등을 개선하거나 하는 것도 종래부터의 분말 야금용 원료 분말과 마찬가지로 가능하다. 금속분은 철분에 한정되지 않고, 동분, 알루미늄분 등의 기타 금속분도 사용할 수 있다. 또, 윤활제의 형상 및 비표면적을 변화시킴으로써, 외관 밀도나 성형ㆍ소결시의 치수 변화율을 제어하거나, 편석이나 유동성, 압축성 등을 개선하거나 하는 것도 종래부터의 분말 야금용 원료 분말과 마찬가지로 가능하다. 예를 들어, 형상을 둥글게 하기 위해 아토마이즈법을 사용하거나, 표면적을 크게 하기 위해 분쇄법을 사용하거나 함으로써 형상이나 비표면적을 변화시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 분말 야금용 원료 분말의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지의 변형 실시가 가능하다.

실시예

(1) 소결체의 오염과 표면 결함

소결체의 오염과 표면 결함에 대하여 검토하였다.

금속분으로서 철분 (코베 제강 제조, 아토멜 300M) 을 사용하고, 윤활제로서 평균 입경 2 ㎛ 의 멜라민시아누레이트의 분말 (이하, 「M」이라고 한다), 평균 입경 100 ㎛ 의 테레프탈산의 분말 (이하, 「T」라고 한다), 평균 입경 20 ㎛ 의 에틸렌비스스테아르산아미드의 분말 (이하, 「B」라고 한다), 평균 입경 50 ㎛ 의 에루크산아미드의 분말 (이하, 「E」라고 한다), 평균 입경 50 ㎛ 의 스테아르산아미드의 분말 (이하, 「S」라고 한다), 평균 입경 20 ㎛ 의 스테아르산아연의 분말 (이하, 「Z」라고 한다) 을 사용하였다.

원료 분말은, 철분과 윤활제를 V 형 콘 믹서에 넣고, 약 20 분간 혼합하여 제조하였다. 윤활제의 첨가량은, 원료 분말 중의 윤활제가 1 질량％ 가 되도록 하였다. 그리고, 원료 분말을 성형하여 약 500 g 의 접시상의 성형체를 제조하였다. 성형시의 금형은, 표면 조도가 Rz 5 ㎛ 이상으로서 수십만 개 성형 후의 사용이 끝난 금형을 사용하였다. 그 후, 성형체를 RX 가스의 환원 분위기 하에서, 650 ℃ 에서 배소, 1140 ℃ 에서 소결하여 소결체를 제조하였다. 얻어진 소결체에 대하여, 오염의 양을 육안으로 대, 중, 소, 극소, 없음의 5 단계로 비교 평가하였다. 또, 표면 결함의 유무를 육안으로 대, 소, 없음의 3 단계로 비교 평가하였다. 그 결과를 하기 표에 나타낸다.

평가의 결과, 오염의 양은 M 또는 T 를 사용한 실시예 1 ∼ 7 의 오염이 적었다. 표면 결함은, Z, B, E, S 를 단독 사용한 비교예 1 ∼ 4 는 모두 표면에 윤활제의 큰 덩어리가 형성되어, 소결체의 표면 결함 불량이 되었지만, M 또는 T 를 사용한 실시예 1 ∼ 7 에서는 윤활제의 덩어리가 형성되지 않거나, 덩어리가 형성되었다고 해도 작았기 때문에, 소결체의 표면 결함 불량은 발생하지 않았다.

윤활제에 B 만을 사용한 비교예 2 의 소결체 표면의 사진을 도 1 에 나타낸다. 접시상으로 된 소결체의 상부에서 본 확대 사진인데, 접시상으로 된 바닥 부분에 점상의 오염이 다수 관찰되는 것을 알 수 있다. 한편, 윤활제에 M 만을 사용한 실시예 1 의 소결체 표면의 사진을 도 2 에 나타낸다. 도 2 에 나타내는 부분은, 도 1 에 나타내는 부분과 동일한 지점이지만, 오염이 관찰되지 않는 것을 알 수 있다.

윤활제에 B 만을 사용한 비교예 2 의 소결체 표면의 사진을 도 3 에 나타낸다. 소결체의 측면에서 본 확대 사진인데, 오목부가 생겨 거무스름하게 보이는 표면 결함이 있는 것을 알 수 있다. 한편, 윤활제에 M 만을 사용한 실시예 1 의 소결체 표면의 사진을 도 4 에 나타낸다. 도 4 에 나타내는 부분은, 도 3 에 나타내는 부분과 동일한 지점이지만, 표면 결함이 관찰되지 않는 것을 알 수 있다.

(2) 원료 분말의 압축성, 윤활성, 유동성

다음으로, 원료 분말의 압축성, 윤활성, 유동성에 대하여 검토하였다.

금속분으로서 철분 (코베 제강 제조, 아토멜 300M) 을 사용하고, 윤활제로서 평균 입경 약 2 ㎛ 의 멜라민시아누레이트의 분말 (이하, 「M」이라고 한다), 평균 입경 50 ㎛ 의 에루크산아미드의 분말 (이하, 「E」라고 한다), 평균 입경 70 ㎛ 의 에루크산아미드의 분말 (이하, 「F」라고 한다), 평균 입경 약 4 ㎛ 의 멜라민시아누레이트의 분말 (이하, 「N」이라고 한다), 평균 입경 약 50 ㎛ 의 스테아르산아미드의 분말 (이하, 「S」라고 한다), 평균 입경 100 ㎛ 의 테레프탈산의 분말 (이하, 「T」라고 한다), 평균 입경 약 20 ㎛ 의 스테아르산아연의 분말 (이하, 「Z」라고 한다) 을 사용하였다.

또, 첨가제로서, 동분 (후쿠다 금속 제조, CE-20) 과 흑연분 (닛폰 흑연 CPB-S) 을 사용하였다.

원료 분말은, 철분과 윤활제를 V 형 콘 믹서에 넣고, 약 20 분간 혼합하여 제조하였다. 윤활제의 첨가량은, 원료 분말 중의 윤활제가 0.75 질량％ 가 되도록 하였다. 첨가제의 첨가량은, 원료 분말 중의 동분이 2 질량％, 흑연분이 0.7 질량％ 가 되도록 하였다. 그리고, 원료 분말의 유동도를 JIS Z-2502 에 준거하여 측정하였다. 그 후, 혼합한 원료 분말을 사용하고, 금형 온도를 상온 또는 150 ℃, 성형 압력 8 t/㎠ 로 성형하여, 약 7 g 의 펀치 면적 1 ㎠ 의 원주상의 성형체를 제조하였다. 얻어진 성형체에 대하여 성형 밀도를 측정하였다. 또, 성형체의 윤활성은, 성형체 성형시의 발출 (拔出) 에너지에 의해 평가하였다. 또한, 발출 에너지는, 성형 후 금형으로부터 원주상의 성형체를 1 ㎝/분의 속도로 빼낼 때에 필요로 하는 총 에너지량에 의해 측정되었다. 그 결과를 하기 표에 나타낸다.

평가의 결과, 유동성에 대해서는, E 를 50 질량％ 사용한 실시예 12, F 를 60 질량％ 사용한 실시예 14, N 을 단독 사용한 실시예 15, F 를 단독 사용하고 150 ℃ 로 한 비교예 5, S 를 단독 사용하고 150 ℃ 로 한 비교예 6, Z 를 단독 사용하고 150 ℃ 로 한 비교예 8 에서는, 유동성이 나빠 유동도계로 계측할 수 없었다. E 를 사용한 실시예 12 보다 F 를 사용한 실시예 13 쪽이 유동성이 높고, N 을 사용한 실시예 15 보다 M 을 사용한 실시예 21 쪽이 유동성이 높고, 150 ℃ 의 유동도에서는, F, S, Z 를 사용한 비교예 5, 6, 8 보다 M, T 를 사용한 실시예 28, 34 쪽이 유동성이 높아졌다. 상온 성형에서의 압축성에 대해서는, Z 를 사용한 비교예 5 와 비교하여, 실시예 8 ∼ 11, 16 ∼ 18, 21 ∼ 27 의 성형 밀도가 향상되어 있고, 압축성이 향상되어 있는 것이 확인되었다. 150 ℃ 온간 성형에서의 압축성에 대해서는, Z 를 사용한 비교예 8 과 비교하여, 실시예 28 ∼ 31 의 성형 밀도가 향상되어 있고, 압축성이 향상되어 있는 것이 확인되었다. 상온 성형에서의 윤활성에 대해서는, Z 를 사용한 비교예 7 과 비교하여, M 과, E, F 또는 S 를 병용한 실시예 9 ∼ 11, 13, 17 ∼ 20 에 있어서, 발출 에너지가 작기 때문에 윤활성이 높은 것이 확인되었다. 150 ℃ 온간 성형에서의 윤활성에 대해서는, Z 를 사용한 비교예 8 과 비교하여, 실시예 29 ∼ 34 에 있어서, 발출 에너지가 작기 때문에 윤활성이 높은 것이 확인되었다. 또, 실시예 21 ∼ 27 과 비교하여, 150 ℃ 온간 성형한 실시예 28 ∼ 34 에 있어서, 발출 에너지가 작기 때문에 M 과 T 의 윤활제는 상온 성형보다 온간 성형한 편이 윤활성이 높은 것이 확인되었다. M 과 T 의 윤활제에 대해서는, 분해 온도에 가까운 온도까지 온간 성형 온도를 높이는 것도 가능하고, 그 경우, 더욱 압축성의 향상이 기대된다.

(3) 소결체의 탈탄

다음으로, 소결체의 탈탄에 대하여 검토하였다.

금속분으로서 철분 (코베 제강 제조, 아토멜 300M) 을 사용하고, 윤활제로서 평균 입경 2 ㎛ 의 멜라민시아누레이트의 분말 (이하, 「M」이라고 한다), 평균 입경 20 ㎛ 의 스테아르산아연의 분말 (이하, 「Z」라고 한다) 을 사용하였다.

또, 첨가제로서, 동분 (후쿠다 금속 제조, CE-20) 과 흑연분 (닛폰 흑연 제조, CPB-S) 을 사용하였다.

원료 분말은, 철분과 윤활제와 첨가제를 V 형 콘 믹서에 넣고, 약 20 분간 혼합하여 제조하였다. 윤활제의 첨가량은, 원료 분말 중의 윤활제가 1 질량％ 가 되도록 하였다. 첨가제의 첨가량은, 원료 분말 중의 동분이 2 질량％, 흑연분이 0.7 질량％ 가 되도록 하였다. 그리고, 원료 분말을 성형 압력 4 t/㎠ 로 성형하여, 60 ㎜ × 10 ㎜ × 10 ㎜ 의 봉상의 성형체를 제조하였다. 그 후, 성형체를 대기 중 500 ℃ 에서 40 분간 가열하고, 대기 중에서 방치 냉각 후, 성형 체 중의 잔류 흑연량을 측정하였다. 그 결과를 하기 표에 나타낸다.

	윤활제	잔류 흑연량
실시예 35	M	0.70 ％
비교예 9	Z	0.65 ％

평가의 결과, 원래의 흑연량 0.7 질량％ 에 대해, M 을 사용한 실시예 35 가 흑연량을 유지한 데에 반해, Z 를 사용한 비교예 9 는 0.05 질량％ 의 흑연을 상실하고, 탈탄이 발생하였다. 이로부터, Z 보다 M 쪽이 탈탄에 대한 저항력이 높은 것이 확인되었다.

(4) 소결체의 밀도, 강도

다음으로, 소결체의 밀도, 강도에 대하여 검토하였다.

원료 분말은, 철분과 윤활제와 첨가제를 V 형 콘 믹서에 넣고, 약 20 분간 혼합하여 제조하였다. 윤활제의 첨가량은, 원료 분말 중의 윤활제가 0.75 질량％ 가 되도록 하였다. 첨가제의 첨가량은, 원료 분말 중의 동분이 2 질량％, 흑연분이 0.7 질량％ 가 되도록 하였다. 그리고, 원료 분말을 성형 압력 4 t/㎠, 6 t/㎠, 8 t/㎠ 로 성형하여, 60 ㎜ × 10 ㎜ × 10 ㎜ 의 봉상의 성형체를 제조하였다. 그 후, 성형체를 RX 가스의 환원 분위기 하에서, 650 ℃ 에서 배소, 1140 ℃ 에서 소결하여 소결체를 제조하였다. 얻어진 소결체에 대하여, 소결체 밀도를 JIS Z 2501 에, 경도를 JIS Z 2245 에, 충격값을 JIS Z 2242 에 준거하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표와 도 5 ∼ 7 에 나타낸다.

평가의 결과, 실시예 36 쪽이 비교예 10 보다 성형 압력의 증가에 따른 소결체 밀도의 증가가 큰 것이 확인되었다. 이로부터, 윤활제에 Z 를 사용한 경우보다 M 을 사용한 경우에, 소결체 밀도가 높고, 압축성이 향상되어 있는 것이 재확인되었다.

또, 경도에 대해서는, 동일한 소결체 밀도에 있어서 실시예 36 과 비교예 10 은 동등하였지만, 동일한 성형 압력에 있어서는 실시예 36 쪽이 높아졌다. 충격값에 대해서는, 동일한 소결체 밀도, 동일한 성형 압력에 있어서 모두 실시예 36 쪽이 높아졌다. 이로부터, 윤활제에 Z 를 사용한 경우보다 M 을 사용한 경우에 소결체의 강도가 높은 것이 확인되었다.

(5) ?칭체의 강도

다음으로, ?칭체의 강도에 대하여 검토하였다.

상기 「(4) 소결체의 밀도, 강도」에 있어서 평가한 소결체를, 870 ℃ 로 가열 후, 60 ℃ 에서 오일 ?칭, 160 ℃ 에서 템퍼링하여 ?칭체를 제조하였다. 얻어진 ?칭체에 대하여, 경도를 JIS Z 2245 에, 충격값을 JIS Z 2242 에 준거하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표와 도 8, 9 에 나타낸다.

평가의 결과, 경도에 대해서는, 동일한 소결체 밀도에 있어서 실시예 37 과 비교예 11 은 동등하였지만, 동일한 성형 압력에 있어서는 실시예 37 쪽이 높아졌다. 충격값에 대해서는, 동일한 소결체 밀도, 동일한 성형 압력에 있어서 모두 실시예 37 쪽이 높아졌다. 이로부터, 윤활제에 Z 를 사용한 경우보다 M 을 사용한 경우에 ?칭체의 강도가 높은 것이 확인되었다.

Claims

500 ℃ 이상에서 소결되어 소결체를 제조하는 용도에 사용되는 분말 야금용 원료 분말로서, 금속 분말과 윤활제를 혼합하여 이루어지고, 상기 윤활제는 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산 중 1 종 또는 2 종인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.
500 ℃ 이상에서 소결되어 소결체를 제조하는 용도에 사용되는 분말 야금용 원료 분말로서, 금속 분말, 제 1 윤활제, 제 2 윤활제를 혼합하여 이루어지고, 상기 제 1 윤활제는 멜라민시아누레이트 또는 테레프탈산인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 윤활제는 에루크산아미드, 스테아르산아미드 중 어느 것인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.
제 1 항에 있어서,
상기 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 멜라민시아누레이트 또는 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 테레프탈산인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 멜라민시아누레이트 또는 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 테레프탈산인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 에루크산아미드 또는 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 스테아르산아미드인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 3 ㎛ 의 멜라민시아누레이트이고, 상기 제 2 윤활제는, 평균 입경 60 ∼ 200 ㎛ 의 에루크산아미드인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 윤활제와 상기 제 2 윤활제의 배합 비율은 90 ∼ 50 ％ : 10 ∼ 50 ％ 의 범위인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 3 ㎛ 의 멜라민시아누레이트이고, 상기 제 2 윤활제는, 평균 입경 0.1 ∼ 200 ㎛ 의 스테아르산아미드인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 윤활제와 상기 제 2 윤활제의 배합 비율은 90 ∼ 10 ％ : 10 ∼ 90 ％ 의 범위인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 윤활제를 상기 금속 분말에 부착시키는 처리를 실시한 것인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 윤활제의 형상을 변화시키는 처리를 실시한 것인 것을 특징으로 하는 분말 야금용 원료 분말.