TWI586460B - Surface treatment of powdered metallic materials - Google Patents

Description

粉末狀金屬材料之表面處理方法

本發明係關於一種粉末狀金屬材料之表面處理方法，更詳細而言，本發明係關於一種用作如燒結等粉末冶金或熔射般進行使用了金屬粉末之金屬製品的製造或被膜之形成時的材料之粉末狀金屬材料的表面處理方法。

作為粉末冶金之一種，將粉末狀金屬材料之集合體以低於熔點的溫度加熱固化而獲得燒結金屬之「燒結」被廣泛用於齒輪等各種機械零件之製造，尤其近年來，亦提出使用粉末狀金屬材料作為3D印表機中之造形材料，亦提出將雷射束或電子束以特定之圖案照射於粉末狀金屬材料進行燒結，藉此可直接利用金屬材料，由CAD等形狀資料成形所需之三維立體模型(非專利文獻1)，如此藉由粉末狀金屬材料之燒結製造的三維立體模型與習知之藉由3D印表機製造之樹脂製的模型不同，不僅可期待作為模型或樣品之用途，亦可期待將其用作直接組裝入機械等之零件。

然而，將粉末狀金屬材料燒結而獲得之燒結金屬因產生殘留氣孔等原因，於進行熔融成形之情形相比，容易形成低密度、低強度，若為該狀態，則作為機械零件等而不耐實用之情形亦多。

因此，以去除此種導致低密度、低強度之殘留氣孔為目的，亦進行將所獲得的燒結金屬進行鍛造之稱為「燒結鍛造」的處理，但如上所述，若對於藉由使用3D印表機之簡便立體造形製造的零件，進一步需要燒結鍛造之處理，則失去簡便性之優點。

與如上述燒結鍛造之事後處理不同，藉由鑽研作為用於燒結之原料的粉末狀金屬材料之組成或構造而謀求燒結金屬之高強度化的研究亦逐步推進，作為其中之一，亦報告藉由對進行燒結前之粉末狀金屬材料實施藉由球磨機之攪拌進行的機械研磨處理，改變材料之內部構造，藉此可獲得高強度之燒結金屬(非專利文獻2、3)。

該方法中，藉由對如圖6(A)所示般具有特定結晶構造之粉末狀金屬材料進行藉球磨機之機械研磨處理，對粉末狀金屬材料集中實施超強加工(super-intensive working)，而如圖6(B)所示般，於粉末狀金屬材料之表面附近產生結晶粒經微細化形成之稱為外殼(Shell)之區域(以下將該區域稱為「微細粒區域」)，藉此獲得具備維持原結晶粒尺寸之稱為核心(Core)的中心部之區域(以下，將該區域稱為「粗大粒區域」)及覆蓋該粗大粒區域的上述微細粒區域之粉末狀金屬材料。

並且，藉由如此將形成有粗大粒區域及微細粒區域之粉末狀金屬材料進行燒結，所獲得的金屬可得到如圖6(C)所示般具有粉末狀金屬材料之微細粒區域彼此連結而形成的網狀組織及該微細粒區域中之粗大粒區域協調地配置之稱作「協調組織」之構造的金屬(本發明中，將此種金屬稱作「協調組織金屬」)，關於此種協調組織金屬，報告有維持與使用未進行機械研磨處理之通常的粉末狀金屬材料所獲得之均勻等軸粒組織的 燒結金屬同等之延展性，且同時獲得強度之大幅度提高(非專利文獻2)。

再者，以上說明中，列舉藉由「燒結」進行之情形為例對上述「協調組織金屬」之製造方法進行了說明，但關於上述具備微細粒區域之粉末狀金屬材料，使其藉由「熔射」於基材的表面形成金屬被膜之情形時，亦可使所形成之金屬被膜成為「協調組織金屬」。

[非專利文獻1]『特集2-3D印表機|引人入勝！篇|「設計、製造方法展」報告樹脂、紙、金屬等造形材料多樣化』[日經BP公司發行「日經製造8月號」(發行日：2013年8月1日)第64~68頁]

[非專利文獻2]飴山惠、關口達也「兼具藉由協調組織控制獲得之高強度、高延展性的革新構造用材料之創製」[一般社團法人日本熱處理技術協會發行「熱處理材料及表面之改質Vol.53 NO.12013」(發行日：2013年2月28日)第1~2頁]

[非專利文獻3]「再生黃銅硬度3倍切削屑成形、燒結日大新技術改良導電率面向實用」[日刊工業報(2013年4月30日)]

如非專利文獻2、3所介紹，於使用事前進行經球磨機之攪拌的粉末狀金屬材料進行燒結之情形時，藉由燒結獲得之燒結金屬成為「協調組織」，藉此獲得具備兼具高延展性及高強度之優異特性的金屬。

然而，如非專利文獻2、3所記載，於利用球磨機進行粉末狀金屬材料之處理的情形時，處理效率極差，作為一例，非專利文獻2中之處理時間成為100小時，非專利文獻3中之處理時間成為32小時。

又，藉球磨機進行之粉末狀金屬材料的處理有粉塵爆炸之虞，為極其危險之作業。

即，用於燒結等之粉末狀金屬材料通常為粒徑100μm左右之微細者，故將其投入球磨機內，於空氣之存在下攪拌，施加摩擦力或衝擊力，又，若產生因攪拌時之摩擦產生的靜電之放電，則發生粉塵爆炸。

此處，粉塵爆炸會在氧之存在、爆炸下限濃度以上之粉塵的產生及著火源之存在之三個要素齊聚時發生，故於欲防止粉塵爆炸發生之情形時，必須除去該等條件之一個以上，但為了對粉末狀金屬材料實施超強加工，不可能自於內部產生摩擦力、衝擊力之球磨機去除可成為著火源之摩擦或衝擊之產生。

因此，於欲防止粉塵爆炸之情形時，必須利用惰性氣體將球磨機之內部充滿等，於排除氧之狀態下進行作業，或將粉末狀金屬材料之投入量調整為未達爆炸下限濃度，或實施該兩者。

然而，若於利用惰性氣體將球磨機內部充滿之狀態下進行處理，則製造成本變得大幅上升，又，考慮到粉末狀金屬[200網目(孔徑74μm)全部通過]之爆炸下限濃度以鋁計為35g/m³，以鈦計為45g/m³，以鐵計為120g/m³[摘選自「電弧熔接作業之安全性及衛生(第3次)」一般社團法人日本熔接協會WE-COM雜誌第6號(2012年10月發行)]，若欲於爆炸下限濃度以下進行攪拌，則每次僅可處理極少量，即使若為研究室之實驗水準的少量生產而可處理，亦不可能利用球磨機處理配合商業基準之大量粉末狀金屬材料。

又，即便可將上述藉由球磨機之處理應用於粉末狀金屬材料 之處理，於利用該方法處理過之粉末狀金屬材料中，混合存在有自粉末狀金屬材料之表面剝離的氧化皮(oxided scale)等表面氧化物，該氧化物於燒結時成為粉末狀金屬材料彼此結合之妨礙，阻礙高強度化。

即，用於燒結或熔射之粉末狀金屬材料通常藉由霧化法製造，於該霧化法中，使熔融金屬噴霧、飛散而微粒化，使其瞬間急冷、凝固，製造粉末狀金屬材料，故於粉末狀金屬材料之表面附著有氧化皮。

又，關於利用霧化法以外的方法製造之粉末狀金屬材料，雖有程度之差，但亦藉由與空氣中的氧之接觸而形成作為表面氧化物之氧化膜。

即便此種氧化皮等表面氧化物因球磨機之攪拌時所受的摩擦或衝擊而自粉末狀金屬材料之表面剝離，就球磨機之構造方面而言，如此剝離之氧化物於剝離後亦不會被去除，而混合存在於粉末狀金屬材料中。

並且，經剝離之氧化物其後亦與粉末狀金屬材料一併於球磨機內被攪拌，故經剝離之氧化物的一部分因攪拌所導致之摩擦或衝擊而壓抵於粉末狀金屬材料之表面，並被埋入等而再次附著。

因此，於將利用球磨機處理過之粉末狀金屬材料直接取出而用於燒結之情形時，因混合存在於粉末狀金屬材料中之氧化物的存在，強度之提高受到抑制。

另一方面，為了去除混合存在於粉末狀金屬材料中之氧化物，亦考慮對藉由球磨機之處理後的粉末狀金屬材料進行例如風力篩選等，於該方法中，除藉由球磨機之處理以外，進而需要另外設置用以去除氧化物之一步驟，生產性進一步降低。

而且，該方法中，就混合存在於粉末狀金屬材料中之氧化物而言，即便可於某種程度上去除，亦無法將再次附著於粉末狀金屬材料之表面的氧化物分離、去除。

因此，若可利用亦能夠去除此種表面氧化膜之方法進行粉末狀金屬材料的表面處理，則可期待所獲得之協調組織金屬的進一步之高強度化。

因此，本發明係為了消除上述先前技術之缺點而成者，其目的在於提供一種粉末狀金屬材料之表面處理方法，該方法無粉塵爆炸之擔憂，可容易且確實地進行自表面剝離氧化物或去除剝離後之氧化物，並且可以相對較短之時間有效率地進行於用作藉由燒結等粉末冶金或熔射等方法獲得具備協調組織之金屬製品或金屬被膜時之材料的粉末狀金屬材料之表面形成上述微細粒區域之處理。

為了達成上述課題，本發明之粉末狀金屬材料之表面處理方法係用作微細粒區域與粗大粒區域協調配置之協調組織金屬之製造材料的粉末狀金屬材料之表面處理方法，其特徵在於：使用具備有集塵手段之噴擊加工裝置，該集塵手段係在作業空間內將噴射粉體與壓縮氣體一併噴射，使其碰撞被碰撞物，且對上述作業空間內進行抽吸而將粉塵去除、回收，進行使平均粒徑10~200μm之粉末狀金屬材料及具有與上述粉末狀金屬材料同等以上之硬度的媒介物質以噴射速度100~300m/sec反覆碰撞之噴擊處理，藉此自上述粉末狀金屬材料將表面氧化物剝離，且於該粉末狀金屬材料之表面附近形成具有相對於中心部之結晶粒徑較小的結晶粒徑 之微細粒區域(請求項1)。

作為用於上述噴擊處理之上述噴擊加工裝置，使用上述集塵手段具備將上述粉塵與上述噴射粉體分級之旋風分離器(cyclone)者(請求項2)。

進而，於上述噴擊加工裝置之上述集塵手段中，將經回收之粉塵與例如碳酸鈣等不燃性粉末一併貯存(請求項3)。

於上述構成的粉末狀金屬材料之表面處理方法中，上述噴擊處理可將上述粉末狀金屬材料設為上述噴射粉體，且將上述媒介物質設為上述被碰撞物而進行(請求項4)，亦可將上述媒介物質作為粉體而製成上述噴射粉體，並且將上述粉末狀金屬材料作為上述被碰撞物而進行(請求項5)，進而，亦可將上述媒介物質設為具有與上述粉末狀金屬材料相同之材質及相同之平均粒徑的粉末狀金屬材料，而將上述噴射粉體與上述被碰撞物均設為上述粉末狀金屬材料而進行(請求項6)。

再者，上述媒介物質之材質可設為具有與上述粉末狀金屬材料同等以上之硬度的金屬，又，亦可設為具有與上述表面處理後之粉末狀金屬材料的硬度同等以上之硬度的陶瓷(請求項7)。

根據以上說明之本發明的構成，藉由本發明之粉體狀金屬材料之表面處理方法，可獲得以下之顯著效果。

藉由進行使平均粒徑10~200μm之粉末狀金屬材料及具有與上述粉末狀金屬材料同等以上之硬度的媒介物質以噴射速度100~300m/sec反覆碰撞之噴擊處理，粉末狀金屬材料之表面氧化物得以去除，且於 碰撞時在表面附近產生之急速溫度上升及冷卻反覆進行，藉此粉末狀金屬材料之表面附近的結晶粒被微細化，藉此可利用噴擊加工之相對簡單的方法容易地且短時間內大量處理在表面附近形成有具有相對於中心部之結晶粒徑較小的結晶粒徑之微細粒區域的粉體狀金屬材料。

並且，藉由利用附帶集塵功能之噴擊加工裝置進行上述噴擊加工，避免粉塵爆炸之危險，同時可進行量產，並且藉由作業空間內之抽吸將自粉末狀金屬材料之表面剝離的氧化皮等表面氧化物作為粉塵去除、回收，藉此可於後續步驟中不另外設置去除表面氧化物之步驟而獲得無表面氧化物混入之粉末狀金屬材料。

尤其於在噴擊處理中使用具備將上述粉塵及上述噴射粉體分級之旋風分離器者作為集塵手段之情形時，以粉末狀金屬粉體與經剝離之表面氧化物混合存在的狀態回收之情形時，亦可自其中將表面氧化物與粉塵一併自噴射粉體分級而回收，可獲得表面氧化物被更高精度地去除之粉末狀金屬材料。

進而，於上述噴擊加工裝置之集塵手段中，將經去除之粉塵與碳酸鈣等不燃性粉末一併貯存之情形時，不僅可降低加工室內之粉塵爆炸之危險，集塵機內之粉塵爆炸之危險亦可降低。

關於該噴擊加工，可將粉末狀金屬材料設為噴射粉體對媒介物質進行噴射，使其等進行碰撞，或者，亦可將媒介物質設為噴射粉體對粉體狀金屬材料進行噴射，使其等進行碰撞，於設為將噴射粉體及被碰撞物兩者設為由相同平均粒徑及相同材質構成之粉末狀金屬材料，對粉末狀金屬材料噴射粉末狀金屬材料，使其等進行碰撞之構成的情形時，對設為 噴射粉體之粉末狀金屬粉體及設為被碰撞物之粉末狀金屬粉體兩者同時進行表面處理，故可使處理量倍增。

1‧‧‧噴擊加工裝置

21‧‧‧機櫃

22‧‧‧噴霧嘴

23‧‧‧回收槽(旋風分離器型)

24‧‧‧料籠

32‧‧‧管

33‧‧‧排風路徑

38‧‧‧集塵機

39‧‧‧排風器

圖1係用於本發明之表面處理方法的噴擊加工裝置之概略說明圖，(A)為重力式，(B)為直壓式。

圖2係表示未處理之不鏽鋼粉末(相當於SUS304之製品)的X射線繞射結果之圖表。

圖3係表示利用實施例1的方法處理過之不鏽鋼粉末(相當於SUS304之製品)的X射線繞射結果之圖表。

圖4係表示未處理之粉末高速工具鋼(相當於SKH之製品)的X射線繞射結果之圖表。

圖5係表示利用實施例2的方法處理過之粉末高速工具鋼(相當於SKH之製品)的X射線繞射結果之圖表。

圖6係說明協調組織之生成的說明圖，(A)為未處理之粉末狀金屬材料，(B)為藉由球磨機處理後之粉末狀金屬材料，(C)為將(B)之粉末狀金屬材料燒結而獲得的協調組織金屬之模式圖。

其次，對於本發明之實施形態，一面參照隨附圖式一面於以下說明。

[整體構成]

本發明為如下者：使用已知之噴擊加工裝置，進行使作為處理對象之粉末狀金屬材料及與上述粉末狀金屬材料碰撞之媒介物質以特定的噴射速度反覆碰撞之噴擊處理，藉此自粉末狀金屬材料之表面去除於燒結或熔射時阻礙強度提高的氧化皮等表面氧化物，並且欲於該粉末狀金屬材料之表面附近形成具有相對於中心部之結晶粒徑較小的結晶粒徑之微細粒區域。

如此，使用於中心部形成結晶粒徑較大之粗大粒區域、於表面附近形成相對於粗大粒區域結晶粒徑較小之微細粒區域的粉末狀金屬材料，利用燒結等粉末冶金等方法獲得之金屬製品或藉由熔射製造之金屬被膜具有於微細粒區域彼此結合而形成之微細粒組織的網狀物中協調配置有粗大粒區域之結晶構造[參照圖6(C)]，成為具有兼具高延展性及高強度之優異特性的協調組織金屬。

[粉末狀金屬材料]

本發明中作為處理對象之粉末狀金屬材料為用作燒結等粉末冶金或熔射時之材料的平均粒徑為10~200μm之粉體狀金屬，只要為可適用於粉末冶金或熔射之材質者，則可使用各種材質者，可為由純金屬、合金之任一者構成者。

作為一例，通常用於粉末冶金之金屬可列舉鐵系、銅系、不鏽鋼系、鈦系、鎢系之金屬，又，用於熔射之金屬通常為鋅、鋁、銅等，本發明中，該等之任一者均可含有於粉末狀金屬材料之材質中。

所使用之粉末狀金屬材料可使用利用各種方法製造者，除了藉由作為於粉末冶金或熔射中通常使用的粉末狀金屬材料之製造方法的霧化法所代表之噴霧法外，可使用機械破碎、電解析出等已知之各種方法製 造者。

粉體之形狀可為球狀，但並不限定於此，可使用各種形狀者。

再者，處理前之粉末狀金屬材料的結晶粒徑直接成為上述粗大粒區域之結晶粒徑，故於將粗大粒區域之結晶粒徑設為特定範圍內者之情形時，選擇對應之結晶粒徑的粉末狀金屬材料。雖並無特別限定，但作為一例，粗大粒區域之平均結晶粒徑為數μm~數十μm。

[媒介物質]

作為與上述粉末狀金屬材料碰撞之媒介物質，只要為具有與粉末狀金屬材料同等以上之硬度者，則可使用各種者，不僅可為金屬製者，亦可使用陶瓷製者。

再者，於使用未進行加工硬化之陶瓷製的媒介物質之情形時，較佳使用具有與進行本發明之表面處理後的粉末狀金屬材料之硬度同等以上之硬度的陶瓷，使粉末狀金屬材料於加工硬化後亦維持同等以上之硬度。

又，亦可藉由利用上述粉末狀金屬材料構成媒介物質自身，而利用粉末狀金屬材料彼此之碰撞，於兩者之粉末狀金屬材料上形成上述超微細粒組織。

關於媒介物質之形狀，於將媒介物質側用作噴射粉體之情形時，有必要將其以粉體之形式構成，但於將上述粉末狀金屬材料作為噴射粉體進行處理之情形時，媒介物質無需製成粉體，亦可製成例如以板體等形態構成者。

[噴擊加工方法及噴擊加工裝置]

以上說明之粉末狀金屬材料與媒介物質之碰撞係藉由使用噴擊加工裝置之噴擊加工而進行。

作為該噴擊加工，如上所述，可將粉末狀金屬材料設為噴射粉體，將其朝著媒介物質噴射進行碰撞，亦可反之，準備粉體狀之媒介物質，將其設為噴射粉體對粉末狀金屬材料噴射進行碰撞，進而，亦可使噴射粉體、被碰撞物兩者均以由相同平均粒徑、相同材質構成之粉末狀金屬材料構成，使粉末狀金屬材料彼此碰撞。

作為所使用之噴擊加工裝置1，若為具有成為加工室之機櫃(cabinet)21且對該機櫃21內進行抽吸而集塵之附集塵功能的噴擊加工裝置，則可使用已知之各種構成者，可使用直壓式、重力式之任一種噴擊加工裝置。

將用於本發明之表面處理的重力式之噴擊加工裝置1之構成例示於圖1(A)，將直壓式之構成例示於圖1(B)。

以下，就使用該等噴擊加工裝置1，並且對噴射粉體及被碰撞物兩者均使用相同材質、相同平均粒徑的粉末狀金屬材料而進行本發明之表面處理之例進行說明，但用於本發明之表面處理方法的噴擊加工裝置1並不限定於圖示之構成者。

圖1(A)、(B)所示之噴擊加工裝置1具備：收容噴霧嘴(spray nozzle)22及被加工物進行噴擊加工之成為加工室的機櫃21以及對該機櫃21內進行抽吸之集塵機38，藉由於該集塵機38與機櫃21間設置旋風分離器型之回收槽23，將對機櫃21內進行抽吸所回收之處於與粉塵混合存在之狀態的粉末狀金屬材料回收至回收槽23內，並且可將於旋風分離器型之回收 槽23自粉末狀金屬材料分離之粉塵回收於集塵機38中。

並且，如此回收至回收槽23內之粉末狀金屬材料係以可再次自機櫃21內之噴霧嘴22噴射的方式構成。

於為上述機櫃21之內部且噴霧嘴22的前端朝向之前方，設有於噴射粉體之噴射中旋轉的朝上開口之收容容器即料籠(barrel cage)24，其以可將成為被碰撞物之粉末狀金屬材料投入其中的方式形成。

圖1(A)所示之例中，將料籠24表示為形成有多個小孔之金屬線網狀者，但並不限定於圖示之例，亦可設為不具備此種小孔之構成者。

若於進行使用如以上般構成之噴擊加工裝置1之處理前，於回收槽23內投入粉末狀金屬材料，並且於設於加工室內之料籠24內亦投入粉末狀金屬材料，一面以該狀態使料籠24旋轉，一面自噴霧嘴22以噴射速度100~300m/sec開始粉末狀金屬材料之噴射，則自噴霧嘴22噴射之粉末狀金屬材料與旋轉之料籠24內的粉末狀金屬材料碰撞。

關於噴射壓力，於非鐵系之粉末狀金屬材料之處理中可為100m/sec以上，於鐵系之粉末狀金屬材料的處理中較佳設為150m/sec以上。

藉由如此進行粉末狀金屬材料之噴射，料籠24內之粉末狀金屬材料及自噴霧嘴22噴射之粉末狀金屬材料分別接受相互碰撞時之能量，使形成於粉末狀金屬材料的表面之氧化皮等表面氧化物剝離，又，於碰撞部分之表面，溫度急遽上升並且冷卻，藉此碰撞部分表面之結晶粒被微細化，於粉末狀金屬材料之表面附近形成微細粒區域，該微細粒區域形成有相對於中央部分之結晶粒為小徑之結晶粒。

關於粉末狀金屬材料之微細化，於作為處理對象之粉末狀金屬材料未達100μm之情形時，於粉末狀金屬材料的表面以相對於粒徑最大為20%左右之深度形成，於作為處理對象之粉末狀金屬材料為100μm以上之情形時，以相對於粒徑最大為10%左右之深度形成的情況得到經驗性確認，故將平均粒徑10~200μm之粉末狀金屬材料作為處理對象的本發明之表面處理方法中，根據作為處理對象之粉末狀金屬材料的粒徑，於最大距表面2~20μm之範圍形成上述微細粒區域。

自噴霧嘴22噴射之粉末狀金屬材料與料籠24內之粉末狀金屬材料碰撞後，除去彈出至料籠24外者，留存於料籠24內，伴隨料籠24之旋轉與原本存在於料籠24內之粉末狀金屬材料一併攪拌。

因此，若自噴霧嘴22繼續粉末狀金屬材料之噴射，則料籠24內之粉末狀金屬材料增加，自料籠24溢出，掉落至機櫃21之底部。

機櫃21之底部形成為倒梯形之加料斗，並且加料斗之下端經由排風路徑33、回收槽23與集塵機38連通，故若藉由設於集塵機38之排風器39對機櫃21內進行抽吸，則掉落之粉末狀金屬材料或粉塵與機櫃21內之空氣一併被抽吸，而送給至旋風分離器型之回收槽23內，於該回收槽23內對粉塵及粉末狀金屬材料進行分級，粉末狀金屬材料被回收至回收槽23內之下方。

產生於粉末狀金屬材料之表面的氧化皮等表面氧化物與粉末狀金屬材料相比，硬度高而脆弱，故於因粉末狀金屬材料彼此之碰撞所導致的衝擊而剝離時，破碎為細小狀，故不回收至回收槽23內，而作為粉塵經由連接於回收槽23的上部之管32送至集塵機38，向集塵機38內之下 方聚集，使清潔之空氣自排風器39向外部大氣中排出。

如此，形成於機櫃21內之加工室內一直進行抽吸，將於空氣中浮游之粉塵或粉末狀金屬材料去除而抑制於爆炸下限濃度以下，故本實施形態中即便產生作為粉末狀金屬材料之噴射粉體的噴射、碰撞、摩擦所導致之放熱或靜電，亦無於機櫃內發生粉塵爆炸之虞。

另一方面，利用旋風分離器型之回收槽23分級而回收至集塵機38的粉塵與不燃性粉末例如碳酸鈣之粉末一併收容於集塵機38內，以使集塵機38內之空氣中的可燃性粉塵之濃度成為爆炸下限濃度以下，藉此亦避免集塵機38內之粉塵爆炸之危險性。

並且，回收至上述回收槽23內之粉末狀金屬材料再次自噴霧嘴22向料籠24內之粉末狀金屬材料噴射，藉由重複上述步驟，自任一粉末狀金屬材料之表面均去除氧化皮等表面氧化物，並且以覆蓋表面附近之整體的方式形成微細粒區域。

如以上所述，關於在表面附近形成有微細粒區域之粉末狀金屬材料，若將其用作燒結等粉末冶金之材料，或者用於熔射等金屬膜之形成，則關於所獲得之燒結金屬或金屬被膜，可獲得於微細粒區域之部分相互連結而形成的微細粒組織之網狀物中協調配置有粗大粒區域的協調組織金屬。關於此種協調組織金屬，可獲得兼具高延展性及高強度之優異特性。

尤其關於利用本發明之方法處理過的粉末狀金屬材料，由於成為燒結或熔接時強度降低之原因的氧化皮等表面氧化物亦可較佳地去除，故可謀求所獲得之燒結金屬或金屬被膜之進一步高強度化。

再者，以上說明中，就噴射粉體及被碰撞物均成為粉末狀金 屬材料，並且在設於機櫃21內之料籠24內進行噴射粉體與被碰撞物之碰撞的構成進行了說明，亦可例如代替上述料籠24，於機櫃21內收容由具有與噴射粉體同等以上之硬度的材質形成之板體作為媒介物質，將粉末狀金屬材料設為噴射粉體對該板體進行噴射，使其等進行碰撞，藉此進行本發明之表面處理。

又，亦可使用上述具備料籠24之噴擊加工裝置1，將粉體狀之媒介物質設為噴射粉體，對投入於料籠24內之粉末狀金屬材料噴射作為噴射粉體的媒介物質，於該情形時，處理後將粉末狀金屬材料與媒介物質分級，各自回收。

[實施例]

以下，就對各種材質的粉末狀金屬材料應用本發明之表面處理方法的實施例進行說明。

[實施例1]

對作為粉末狀金屬材料之不鏽鋼的粉末(相當於SUS304之製品：#80)實施本發明之表面處理方法。將處理條件示於下述表1。

在設於噴擊加工裝置之加工室內的料籠投入10kg不鏽鋼粉末，於回收槽投入20kg不鏽鋼粉末，以上述表1所示之條件，連續3小時進行將回收槽內之不鏽鋼粉末自噴霧嘴朝著料籠內噴射之處理。

上述處理之結果為處理後之不鏽鋼粉末的氧化皮經去除，表面變得乾淨，並且處理前為250~350 HV之不鏽鋼粉末的硬度於處理後上升至450~550 HV，由此預測表面附近之結晶粒微細化。

又，可藉由謝樂(Scherrer，1918)公式，根據X射線繞射峰之線寬的增大評價結晶粒徑之微細化，結果相對於未處理之不鏽鋼粉末的X射線繞射結果(參照圖2)，於本申請案之處理後的X射線繞射結果(圖3)中，峰之線寬大幅增大，上述粉末狀金屬材料之硬度上升，並且根據X射線繞射結果亦確認到表面的結晶粒徑之微細化。

[實施例2]

對作為粉末狀金屬材料之粉末高速工具鋼(相當於SKH之製品：#150)實施本發明之表面處理方法。將處理條件示於下述表2。

在設於噴擊加工裝置之加工室內的料籠投入10kg粉末高速工具鋼，於回收槽投入10kg粉末高速工具鋼，以上述表2所示之條件，連續5小時進行將回收槽內之粉末高速工具鋼自噴霧嘴朝著料籠內噴射之處理。

其結果是，處理前為650~750 HV之粉末高速工具鋼的硬度於處理後上升至900~1000 HV。

又，處理後之粉末高速工具鋼的氧化皮經去除，表面變得乾淨，並且根據X射線繞射結果，相對於未處理者(參照圖4)，X射線繞射峰之線寬增大(參照圖5)，可確認藉由本發明之方法的處理，表面組織經微細化(參照圖4、5)。

[實施例3]

對作為粉末狀金屬材料之機械構造用合金鋼的粉末(相當於SCM之製品：#150)實施本發明之表面處理方法。將處理條件示於下述表3。

在設於噴擊加工裝置之加工室內的料籠投入10kg機械構造用合金鋼之粉末，於回收槽投入10kg機械構造用合金鋼之粉末，以上述表3所示之條件，連續5小時進行將回收槽內之機械構造用合金鋼之粉末自噴霧嘴朝著料籠內噴射之處理。

其結果是，處理前為150~200 HV之機械構造用合金鋼之粉末的硬度於處理後上升至300~350 HV。

又，可認為處理後之機械構造用合金鋼的粉末之氧化皮經去除，表面變得乾淨，並且藉由上述硬度之上升，於表面形成經微細化之組織。

[實施例4]

對作為粉末狀金屬材料之銅合金的粉末(#150)實施本發明之表面處理方法。將處理條件示於下述表4。

於回收槽投入20kg銅合金粉末，連續7小時進行以下處理：將回收槽內之銅合金粉末自噴霧嘴朝著由配置於加工室內的SKD11製之板( 400mm，厚度20mm)的中心將芯偏移100mm之位置噴射。

其結果是，處理前為160~200 HV之銅合金粉末之的硬度於處理後上升至220~260 HV。

又，可認為處理後之銅合金粉末的氧化皮經去除，表面變得乾淨，並且藉由上述硬度之上升，於表面形成經微細化之組織。

[實施例5]

對作為粉末狀金屬材料之鋁合金的粉末(AC8A：#80)實施本發明之表面處理方法。將處理條件示於下述表5。

將形成有多個直徑1mm之孔的料籠設於加工室內，於該料籠內投入10kg鋁合金(AC8A)之粉末，並且連續7小時進行將投入於回收槽內之高速鋼製的噴射物朝著料籠內噴射之處理。

上述處理之結果是，處理前為120~140 HV之鋁合金之粉末的硬度於處理後上升至200~250 HV。

又，可認為處理後之鋁合金之粉末的氧化皮經去除，表面變得乾淨，並且藉由上述硬度之上升，作為媒介物質之高速鋼的成分於鋁合金之粉末的表面擴散滲透，並且於表面形成經微細化之組織。

[燒結試驗結果]

以上，使用藉由作為實施例1~5說明的本發明之表面處理方法進行過處理之粉末狀金屬材料，進行放電電漿燒結。

其結果是，確認將實施例1~5之任一粉末狀金屬材料燒結 而獲得的燒結金屬具有於微細粒區域相互連結而形成之網狀物中協調配置有粗大粒組織的「協調組織」，本發明之表面處理方法為可對用於協調組織金屬之製造的粉末狀金屬材料簡易且大量而安全地進行處理之表面處理方法。

Claims (10)

1. 一種粉末狀金屬材料之表面處理方法，係用作微細粒區域與粗大粒區域協調配置之協調組織金屬之製造材料的粉末狀金屬材料之表面處理方法，使用具備有集塵手段之噴擊加工裝置，該集塵手段係在作業空間內將噴射粉體與壓縮氣體一併噴射，使其碰撞被碰撞物，且對該作業空間內進行抽吸而將粉塵去除、回收，進行使平均粒徑10~200μm之粉末狀金屬材料及具有與該粉末狀金屬材料同等以上之硬度的媒介物質以噴射速度100~300m/sec反覆碰撞之噴擊處理，藉此自該粉末狀金屬材料將表面氧化物剝離，且於該粉末狀金屬材料之表面附近形成具有相對於中心部之結晶粒徑較小的結晶粒徑之微細粒區域。
2. 如申請專利範圍第1項之粉末狀金屬材料之表面處理方法，其中，該噴擊加工裝置之該集塵手段具備將該粉塵與該噴射粉體分級之旋風分離器。
3. 如申請專利範圍第1項之粉末狀金屬材料之表面處理方法，其中，於該噴擊加工裝置之該集塵手段中，將經回收之粉塵與不燃性粉末一併貯存。
4. 如申請專利範圍第2項之粉末狀金屬材料之表面處理方法，其中，於該噴擊加工裝置之該集塵手段中，將經回收之粉塵與不燃性粉末一併貯存。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之粉末狀金屬材料之 表面處理方法，其中，將該粉末狀金屬材料設為該噴射粉體，且將該媒介物質設為該被碰撞物而進行該噴擊處理。
6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之粉末狀金屬材料之表面處理方法，其中，將該媒介物質作為粉體而製成該噴射粉體，且將該粉末狀金屬材料作為該被碰撞物而進行該噴擊處理。
7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之粉末狀金屬材料之表面處理方法，其中，將該媒介物質設為具有與該粉末狀金屬材料相同之材質及相同之平均粒徑的粉末狀金屬材料，而將該噴射粉體與該被碰撞物均設為該粉末狀金屬材料。
8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之粉末狀金屬材料之表面處理方法，其中，該媒介物質之材質為具有與該粉末狀金屬材料同等以上之硬度的金屬，或具有與該表面處理後之粉末狀金屬材料的硬度同等以上之硬度的陶瓷。
9. 如申請專利範圍第5項中任一項之粉末狀金屬材料之表面處理方法，其中，該媒介物質之材質為具有與該粉末狀金屬材料同等以上之硬度的金屬，或具有與該表面處理後之粉末狀金屬材料的硬度同等以上之硬度的陶瓷。
10. 如申請專利範圍第6項中任一項之粉末狀金屬材料之表面處理方法，其中，該媒介物質之材質為具有與該粉末狀金屬材料同等以上之硬度的金屬，或具有與該表面處理後之粉末狀金屬材料的硬度同等以上之硬度的陶瓷。