WO2001043900A1

WO2001043900A1 - Procede de moulage d'une ebauche crue pulverulente

Info

Publication number: WO2001043900A1
Application number: PCT/JP2000/008836
Authority: WO
Inventors: Mikio Kondo; Yoji Awano; Masatoshi Sawamura; Hiroshi Okajima; Shigehide Takemoto
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho; Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2001-06-21
Also published as: ES2270884T3; US7083760B2; DE60030422T8; DE60030422T2; ATE337872T1; EP1170075B1; EP1170075A1; DE60030422D1; EP1170075A4; JP3309970B2; CA2363557C; US20020034453A1; CA2363557A1

Description

明細書粉末成形体の成形方法技術分野

本発明は粉末成形体の成形方法に関する。特に高密度の粉末成形体を得ると同時に、粉末成形体を金型から抜出する際の抜出圧力を低くすることができる粉末成形体の成形方法に関する。背景技術

粉末冶金においては、粉末を加圧成形して粉末成形体（以下適宜「成形体」と略す）を成形し、この成形体を焼結して焼結体を製造する。この粉末冶金において、寸法精度が高く高密度の焼結体を得るために高密度の成形体を得ておく必要がある。そしてそのためには成形体を成形するための成形圧力を高くする必要がめる。

高密度の焼結体を製造する方法として、従来より 2回成形して、 2回焼結する方法や粉末鍛造法が行われてきたが、これらの方法においても、やはり高密度の焼結体を得るためには高密度の成形体を得る必要があり、そのため粉末を成形するための成形圧力を高くする必要があった。

しかし成形圧力を高くした場合には、加圧成形された成形体を金型から抜き出すための抜出圧力が必然的に高くなる。そして抜出圧力が高くなると成形体にわれやひび等が発生したり、金型にかじりが生じたりするという問題が生じた。そこで従来より抜出圧力が高くならない技術が求められてきた。

例えば潤滑剤を用いて成形体を抜き出すときの成形体と金型との摩擦を軽減する手法がある。 U S P— 4 9 5 5 7 9 8には粉末と金型を 1 5 0 °C程度以下に加熱する温間成形法が開示されている。そして、加圧成形された成形体を金型から抜き出す際の抜出圧力を減少させるために、粉末に混合する潤滑剤としてステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム等の金属ステアリン酸塩の潤滑剤ゃヮックス系潤滑剤等を用いて成形することが開示されている。また特開平 0 5— 2 7 1 7 0 9号公報、特開平 1 1一 1 4 0 5 0 5号公報、特閧平 1 1一 1 0 0 6 0 2号公報等には温間成形用の潤滑剤を含む原料粉末の製造方法や温間成形用の潤滑剤を含む原料粉末を用いた成形方法が開示されている。更に特開平 8— 1 0 0 2 0 3 号公報には金型に潤滑剤を静電塗布する方法が開示されている。

またステアリン酸リチウムを潤滑剤として用いた場合成形温度が高くなると抜出圧力が高くなるとする研究論文 (" INFLUENCE OF TEMPERATURE ON PROPERTIES OF LITHIUM STEARATE LUBRICANT" , Powder Metallurgy & Particulate Materials, voll，1997) も発表されている。

鉄系の焼結体については、高強度化、軽量化のために高密度化が要求されると共に、高精度化と低コスト化も要求されている。そのため一回の成形と焼結だけで高密度の焼結体を得ようとすると粉末を加圧成形する圧力を高くしなければならない。しかし従来の手法では成形圧力の増加に伴い、抜出圧力が高くなり、成形体の表面を劣化させかつ金型にかじりが生じて、成形を続行することができないという問題も生じていた。

そこで本発明の目的は、高い成形圧力で高密度の成形体を得ることができると同時に、金型からの抜出圧力を減少することができる粉末成形体の成形方法を提供することにある。発明の開示

本発明者は研究の結果、金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤であるステアリン酸リチウムを塗布して、 1 5 0 °Cに加熱した金型に同一の温度に加熱した鉄粉末を充填して、この鉄粉末を加圧成形する場合、成形圧力を 6 8 6 M P aで加圧成形した方が 5 8 8 M P aで加圧成形するよりも却って抜出圧力が減少することを発見した。これは従来の高圧力で粉末を成形体に成形した場合には、この成形体を抜出する圧力には高い圧力を必要とする従来の考えを覆す発見であった。そこで本研究者は更に研究を重ね、金型の内面にステアリン酸リチウムを塗布して、 9 8 I MP aの成形圧力で加圧成形した鉄粉末の成形体について、成形体の表面にステアリン酸鉄が付着していることを発見した。

更に本発明者はステアリン酸カルシウムとステアリン酸亜鉛についても 1 0 5 °Cに加熱した金型及び鉄粉末を用いて鉄粉末を加圧成形したところ、一定の圧力を越えると却って成形体の抜出圧力が減少するという同様な現象が見られることを確認した。

これらの現象について本発明者は研究を重ねた結果、次のように推測するに至つた。つまりステアリン酸リチウムのような高級脂肪酸系潤滑剤を加熱した金型の内面表面に塗布すると、金型の内面表面に薄い潤滑剤の被膜が存在することになる。この状態で加熱した金属粉末を金型に充填して、ある一定の圧力以上で加圧成形すると、詳細は明らかではないが、金属粉末と高級脂肪酸系潤滑剤との間に所謂メカノケミカル反応が生じ、このメカノケミカル反応によって金属粉末と高級脂肪酸系潤滑剤とが化学的に結合して金属石験の被膜が形成されると考えるに至った。そしてこの金属石鹼の被膜は金属粉末との結合力が非常に強固であり、物理的に金型の内面表面に吸着していた高級脂肪酸系潤滑剤以上の潤滑性能が発揮されて、この被膜によって金型と成形体の間の摩擦力が著しく減少されることになると考えた。

そこで本発明者は、加熱された金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤を塗布する塗布工程と、前記金型に金属粉末を充填し、前記高級脂肪酸系潤滑剤が該金属粉末と化学的に結合して金属石験の被膜を生成する圧力で該金属粉末を加圧成形する加圧成形工程とを含むことを特徴とする粉末成形体の成形方法を発明した。

即ち加熱され、内面にステアリン酸リチウムのような高級脂肪酸系潤滑剤が塗布された金型を用いて、この金型に加熱された金属粉末を充填して、この金属粉末と高級脂肪酸系潤滑剤とが化学的に結合して金属石験の被膜が生成される圧力でこの金属粉末を加圧成形すると、金属石鹼の被膜が金型の内面表面に生じると推測され、その結果金属粉末の成形体と金型との間の摩擦力が減少し、成形体を抜出する圧力が少なくて済む。また金型が加熱された状態で加圧成形されるのでそれだけ高級脂肪酸系潤滑剤と金属粉末との化学的結合が促進されていると推測され、金属石験の被膜が形成しやすくなる。更に金属石鹼の被膜が生成される圧力で加圧成形するので、高密度の成形体を成形することができる。なおここで高級脂肪酸系潤滑剤とは高級脂肪酸からなる潤滑剤及び高級脂肪酸の金属塩からなる潤滑剤の双方を含む。また本発明者は、 1 0 o °c以上に加熱された金型の内面に高級脂肪酸の金属塩を塗布する塗布工程と、前記金型に鉄粉末を充填し、 6 0 0 M P a以上で該鉄粉末を加圧成形する加圧成形工程とを含むことを特徴とする粉末成形体の成形方法を発明した。

即ち 1 0 0 °C以上に加熱され、内面に例えばステアリン酸リチウムのような高級脂肪酸の金属塩が塗布された金型を用い

て、鉄粉末を 6 0 0 M P a以上で加圧すると金型が 1 0 0 °C以上に加熱されているので、高級脂肪酸の金属塩が鉄粉末と化学的結合が促進されると推測され、例えばステアリン酸鉄の単分子膜のような高級脂肪酸の鉄塩の被膜が成形体の表面に生じ、その結果鉄粉末の成形体と金型との間の摩擦力が減少し、成形体を抜出する圧力が少なくて済む。また 6 0 0 M P a以上という高圧力で加圧成形するので、高密度の成形体を成形することができる。図面の簡単な説明

図 1は、スプレーガンで金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤を塗布する様子を概略的に示した図である。

図 2は、スプレーガンで金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤を塗布する様子を概略的に示した図である。

図 3は、 3種類の粒径の異なるステアリン酸リチウムが 1 5 0 °Cに加熱された金型に塗布された時の付着した状態を示す写真である。

図 4は、評価試験 1における成形体の成形圧力と抜出圧力の関係を示した図である。

図 5は、評価試験 1における成形体の成形圧力と成形体密度の関係を示した図である。

図 6は、評価試験 2における成形体の成形圧力と抜出圧力の関係を示した図である。

図 7は、評価試験 2における成形体の成形圧力と成形体密度の関係を示した図である。

図 8は、評価試験 3における成形体の成形圧力と抜出圧力の関係を示した図である。

図 9は、評価試験 3における成形体の成形圧力と成形体密度の関係を示した図である。

図 1 0は、評価試験 4における成形体の成形圧力と抜出圧力の関係を示した図である。

図 1 1は、評価試験 4における成形体の成形圧力と成形体密度の関係を示した図である。

図 1 2は、評価試験 5における成形体の成形圧力と抜出圧力の関係を示した図である。

図 1 3は、評価試験 5における成形体の成形圧力と成形体密度の関係を示した図である。

図 1 4は、評価試験 6における成形体の成形圧力と抜出圧力の関係を示した図である。

図 1 5は、評価試験 6における成形体の成形圧力と成形体密度の関係を示した図である。

図 1 6は、評価試験 7における成形体の成形圧力と成形体密度の関係を示した図である。

図 1 7は、評価試験 8における成形体の成形圧力と抜出圧力の関係を示した図である。

図 1 8は、評価試験 8における成形体の成形圧力と成形体密度の関係を示した図である。

図 1 9は、評価試験 9における成形体の成形圧力と抜出圧力の関係を示した図である。

図 2 0は、 T O F— S I M Sの結果を示す図である。発明の実施の形態

以下詳細に本発明の粉末成形体の成形方法（以下適宜「成形方法」と略す）の実施の形態について説明する。

本発明の成形方法は、加熱された金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤を塗布する塗布工程と、この金型に金属粉末を充填し、高級脂肪酸系潤滑剤が金属粉末と化学的に結合して金属石験の被膜を生成する圧力で金属粉末を加圧成形する加圧成形工程とを含む。即ち本発明の成形方法は塗布工程と加圧成形工程とを含む。塗布工程は加熱された金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤を塗布する工程である。ここで用いられる高級脂肪酸系潤滑剤は上述したように高級脂肪酸からなる潤滑剤と高級脂肪酸の金属塩からなる潤滑剤の双方を含む。例えばステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、パルミチン酸リチウム、ォレイン酸リチウム、ノルミチン酸カルシウム、ォレイン酸カルシウム等を用いることができる。

なお高級脂肪酸系潤滑剤は高級脂肪酸の金属塩であることが好ましい。高級脂肪酸の金属塩の潤滑剤であれば、所定の温度及び所定の圧力の下で高級脂肪酸の金属塩が金属粉末とそれだけ容易に化学的に結合し、高級脂肪酸の金属塩の被膜を形成すると考えられる。更にこの高級脂肪酸の金属塩は高級脂肪酸のリチウム塩、カルシウム塩又は亜鉛塩であるのがより好ましい。金属粉末を加圧成形して、成形された成形体を抜き出す抜出圧力が少なくて済む。即ちより容易に金属粉末と化学的に結合して高級脂肪酸の金属塩の被膜を容易に形成すると考えられる。例えば鉄粉末と化学的に結合してステアリン酸鉄の被膜を形成して、抜出圧力が少なくて済む。

なお高級脂肪酸系潤滑剤は固体であることが好ましい。液状であると潤滑剤が下方向に流れ落ち易くなり、金型内面に潤滑剤を均一に塗布することが困難であるという問題が生じる。また金属粉末が固まる等の問題が生じる。

更に高級脂肪酸系潤滑剤は水に分散されているのが好ましい。水に分散されている潤滑剤を 1 0 o。c以上に加熱された金型に用いると水が瞬時に蒸発して、均一な潤滑剤の被膜を形成することができる。また有機溶媒ではなく水に分散されているので環境上の問題を避けることができる。また水に分散された高級脂肪酸系潤滑剤の粒子は最大粒径が 3 0 z m未満であることが好ましい。 3 0〃m以上の粒子があると潤滑剤の被膜が不均一になり、また水に分散した場合に高級脂肪酸系潤滑剤の粒子が容易に沈殿してしまい、均一な塗布が困難になる。

なお最大粒径が 3 0 m未満である水に分散された高級脂肪酸系潤滑剤は次のように調整することができる。まず高級脂肪酸系潤滑剤を加える水に界面活性剤を添加しておく。

界面活性剤は例えばアルキルフエノ一ル系の界面活性剤、ポリオキシエチレンノニルフエ二ルェ一テル（E O ) 6、ポリオキシエチレンノニルフエ二ルェ一テル（E O ) 1 0、ァニオン性非イオン型界面活性剤、ホウ酸エステル系エマルポンド T— 8 0等その他公知の界面活性剤を用いることができる。これらのうち適切なものを 1種類、或いは 2種以上を必要に応じて適切な量添加すればよい。例えば高級脂肪酸系潤滑剤としてステアリン酸リチウムを用いる場合、ポリォキシエチレンノニルフエ二ルェ一テル（E O ) 6、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル（E O ) 1 0及びホウ酸エステルエマルボン T— 8 0の 3種類の界面活性剤を同時に添加することが好ましい。ホウ酸エステルエマルボン T一 8 0のみであるとステアリン酸リチウムは水に分散しないからである。またポリオキシエチレンノニルフエニルエーテル（E〇） 6或いは（E O ) 1 0のみではステアリン酸リチウムは水に分散するが、これを後述するように更に希釈したときにうまく分散しないからである。そこでこのように 3種類の界面活性剤を適切に複合添加するのが好ましい。

添加する界面活性剤の全体量は水溶液の全体の体積を 1 0 0体積％として 1 . 5〜 1 5体積％が好ましい。界面活性剤の添加量が多いほどステアリン酸リチウムを多量に分散させることができるが、添加量が多くなればそれだけ水溶液の粘度が高くなり、後述する潤滑剤の粉砕処理においてステアリン酸リチウムの粒子を微細にすることが困難になる。

なおこのほかに少量の消泡剤、例えばシリコン系の消泡剤等を添加することができる。潤滑剤の粉碎処理において泡立ちが激しいと潤滑剤を塗布した際に均一な潤滑剤の被膜が形成されにくいからである。消泡剤の添加量は概ね水溶液の体積を 1 0 0体積％として 0 . 1〜1体積％であればよい。

次にこのように界面活性剤が添加された水溶液に高級脂肪酸系潤滑剤の粉末を加えて分散させる。例えばステアリン酸リチウムの粉末を水溶液に分散させる場合ステアリン酸リチウムの粉末は水溶液 1 0 0 c m³に対して 1 0〜3 0 g分散させればよい。そしてこの高級脂肪酸系潤滑剤の粉末が分散された水溶液をテフロンコートした鋼球を用いてボールミル式粉砕処理を施せばよい。ボールの直径は 5〜1 0 mmであればよい。ボールの直径が大きすぎても小さすぎても粉碎効率が悪くなるからである。ボールの体積は処理する液体の体積とほぼ同じ体積が好ましい。このようにすると粉砕効率が最もよくなると考えられる。なおボールミル式粉砕処理に用いる容器の容量は処理する液体の体積とボールの体積の合計の 1 . 5〜 2倍が好ましい。同様にこのようにすると粉碎効率が最もよくなると考えられる。

なお粉碎処理時間は概ね 5 0〜 1 0 0時間が好ましい。例えばこれによりステァリン酸リチウムの粉末が最大粒径が 3 0 / m未満に粉砕されて液体中に浮遊分散した状態になる。

高級脂肪酸系潤滑剤は金型の内面に塗布される。高級脂肪酸系潤滑剤を金型の内面に塗布する場合ボールミル式粉砕処理を施された水溶液を 1 0〜2 0倍に希釈したものを用いて塗布する。水溶液を希釈する場合、希釈された水溶液全体の重量を 1 0 0重量％として、そこに含まれている高級脂肪酸系潤滑剤が 0 . 1〜 5重量％となるように希釈するのが好ましい。更に好ましくは 0 . 5〜2重量％に希釈するのがよい。このように希釈することによって薄くて均一な潤滑膜を形成することができる。

このように希釈された水溶液を例えば塗装用のスプレーガンで吹き付けて、塗布することができる。塗布する水溶液の量はおよそ 1 c m³/秒程度の塗布量に調整したスプレーガンを用いて、金型の大きさに合わせて適宜調整して行えばよい。例えば高級脂肪酸系潤滑剤がステアリン酸リチウムの場合には成形体の重量 1 0 0部に対して 0 . 0 5重量部のステアリン酸リチウムが金型の内面に付着する程度が好ましい。スプレーした塗布量と抜出圧力の関係を調べた実験からこの程度の量を塗布するのが妥当と推定される。

なお金型の内面に潤滑剤を均一にスプレー塗布する場合、所定の位置に下パンチをセットして、そのままスプレー塗布するとパンチ付近に付着しない部分が生じるという問題がある。この場合図 1に示すように予め下パンチ 2 0を所定の位置より下げた位置にしておき、スプレーガン 1 0で潤滑剤をスプレー塗布し、その後所定の位置に下パンチ 2 0を押し上げてもよい。あるいは図 2に示すようにスプレー塗布する前に下パンチ 2 0を金型（ダイス） 4 0の外へ引き出し、ついてスプレーガン 1 0を金型（ダイス） 4 0の下方へ移動させて、下から上に向けて潤滑剤をスプレー塗布してもよい。このように下から上に向けて潤滑剤をスプレ一塗布した場合には金型（ダイス） 4 0に付着しなかった潤滑剤が上方へ飛散するのを防ぐ目的で、余剰の潤滑剤を回収する構造にすればよい。金型（ダイス） 4 0をこのような構造にすることで、金型（ダイス） 4 0の内面には常に均一な潤滑剤の被膜 3 0が形成でき、潤滑剤の塗布不良による焼き付きを防ぐことができる。さらに作業環境を悪化させることもなくなる。

なお高級脂肪酸系潤滑剤を金型の内面に塗布する方法としてはスプレーガンでスプレー塗布する方法の他に、例えば静電ガン等の静電塗布装置を用いて塗布してもよい。

本塗布工程に用いられる金型は粉末冶金において成形体を成形するために通常用いられる金型を用いることができる。なお高い圧力で加圧成形するので強度に優れた金型が望ましい。また金型の内面は T i Nコート処理等が施され、表面の粗さが低いのが好ましい。それだけで摩擦が少なくなり、また成形体の表面も滑らかに仕上がる。

本塗布工程で用いられる金型は加熱されている。金型が加熱されることによつて、金型に塗布された高級脂肪酸系潤滑剤とその近傍の金属粉末とが共に加熱されて、高級脂肪酸系潤滑剤と金属粉末とが一定の圧力の下で化学的に結合し易くなり、金属石験の被膜を形成し易くなる。従って抜出圧力が少なくて済む。また金型が 1 0 0 °C以上に加熱されているので、高級脂肪酸系潤滑剤が分散されている水が瞬時に蒸発して、金型の内面に均一な潤滑剤の被膜を形成することができる。金型を加熱するには通常の方法で行えばよい。例えば電熱ヒー夕一を用いて加熱することができる。

なおこの場合金型の温度は 1 0 0 °C以上に加熱されているのが好ましい。即ち金属粉末と高級脂肪酸系潤滑剤とが一定の圧力下で化学的に結合し易くなり、金属石鹼の被膜を形成し易くなると推測される。更に金型の温度は高級脂肪酸系潤滑剤の融点未満であることが好ましい。金型の温度が融点以上であると高級脂肪酸系潤滑剤が溶融して、金型内面を下方向に流れ落ち易くなり、金型の内面に均一な潤滑剤の被膜を形成することができなくなる。また金属粉末が固まる等の問題が生じる。例えば高級脂肪酸系潤滑剤としてステアリン酸リチウムを用いた場合には金型の加熱温度はステアリン酸リチウムの融点である 2 2 0 °C未満が好ましい。

加圧成形工程は、加熱した金型に金属粉末を充填し、高級脂肪酸系潤滑剤が金属粉末と化学的に結合して金属石験の被膜を生成する圧力で金属粉末を加圧成形する工程である。

塗布工程において高級脂肪酸系潤滑剤が塗布された金型に金属粉末を充填する。ここで用いられる金属粉末は鉄粉末等の金属粉末の他、金属間化合物粉末、金属非金属間化合物粉末でもよく、異なった種類の金属粉末が混合された混合粉末でもよい。更に金属粉末と非金属粉末との混合粉末でもよい。なおここで鉄粉末とは所謂純鉄の粉末の他、鉄を主成分とする鉄合金の粉末をも含むものとする。従つてここで用いられる金属粉末は例えば鋼粉末と黒鉛粉末との混合粉末でもよい。金属粉末は適切な金属粉末を用いることができ、造粒粉を用いてもよいし、粗粒粉を用いてもよい。従って粒径が 2 0 0 以下で、平均粒径が 1 0 0 m前後である一般的な粉末冶金用の金属粉末を用いることができる。また添加用の粉末（G r (黒鉛）、 C u ) として粒径が 4 O z m以下の一般的な粉末を用いることができる。なお金属粉末は通常用いられている混合機を用いて混合することができる。

なお金属粉末は加熱されているのが好ましい。成形体を抜き出す抜出圧力が減少することができる。即ち金属粉末も加熱されていることにより、高級脂肪酸系潤滑剤と化学的に結合し易くなり、金属石鹼の被膜を形成しやすくなると考えられる。

また金属粉末は鉄粉末を含む金属粉末であることが好ましい。高級脂肪酸系潤滑剤と化学的に結合して高級脂肪酸の鉄塩の被膜を形成すると考えられる。この鉄塩の被膜は鉄粉末との結びつきが強固であり、もとの物理的に吸着していた潤滑剤以上の潤滑性能を発揮して、金型と成形体との間の摩擦力を著しく減少させて、成形体を抜き出す抜出圧力を減少させることができる。

なお金属粉末には黒鉛粉末が添加されているのが好ましい。それだけ抜出圧力が減少することができる。黒鉛粉末自体に潤滑作用があり、黒鉛粉末を添加することによつて鉄粉末と金型との接触面積が減少して、抜出圧力が減少する。

更にここで用いられる金属粉末には高級脂肪酸系潤滑剤が添加されているのが好ましい。例えばステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等を金属粉末に添加してもよい。高級脂肪酸系潤滑剤の添加の割合は金属粉末全体を 1 0 0重量％として、 0 . 1重量％以上で 0 . 6重量％未満が好ましい。潤滑剤の添加量が、 0 . 1重量％以上で 0 . 6重量％未満であると、金属粉末の流動性が著しく向上して金型への充填密度を高くすることができ、高密度の成形体を成形するのに有利である。但し潤滑剤の添加量が多くなるほど高圧力で成形したときの成形体の到達密度が低くなる。

金属粉末を金型で加圧成形するときの成形圧力は高級脂肪酸系潤滑剤が金属粉末と化学的に結合して金属石験の被膜を生成する圧力で行う。このように金属石験の被膜を生成する圧力で行うことにより、金型と加圧成形された成形体との間に金属石験の被膜が形成されると考えられる。この被膜は金属粉末との結合力が非常に強固であり、もとの物理的に吸着していた潤滑剤の被膜以上の潤滑性能を発揮し、金型と成形体との間の摩擦力を著しく減少することができる。また温間で高い成形圧力で成形されるので成形体の密度を室温成形に比べて大幅に高くすることができる。

金型に塗布される高級脂肪酸系潤滑剤の種類によって金属石鹼の被膜が生成し形成する圧力が異なるので、用いられる高級脂肪酸系潤滑剤の種類に応じて成形圧力を定めて成形すればよい。

例えば金型の内面に塗布する高級脂肪酸系潤滑剤としてステアリン酸リチウム等の高級脂肪酸の金属塩を用いて鉄粉末を加圧成形する場合には金型の温度は 1 0 0 °C以上に加熱して、 6 0 O M P a以上の圧力で加圧成形することができる。即ち 6 0 O M P a以上の圧力で加圧成形すると、鉄粉末と高級脂肪酸の金属塩とが化学的に結合して高級脂肪酸の鉄塩の被膜が成形体と金型との間に形成され、抜出圧力が減少する。また 6 0 O M P a以上の高圧力で成形しているので、高密度の成形体を得ることができる。

なおこの場合 7 8 5 M P a以上の加圧成形するのが更に好ましい。またこの場合金型の温度は 1 2 0〜 1 8 0 °C程度の設定しておくのが更に好ましい。この温度であれば高級脂肪酸の金属塩と鉄粉末とが化学的に結合して、高級脂肪酸の鉄塩の被膜を形成し易くなり、成形体の抜出圧力が著しく減少するからである。更にこの場合高級脂肪酸の金属塩は高級脂肪酸のリチウム塩、カルシゥム塩又は亜鉛塩であることが更に好ましい。成形体を抜き出す抜出圧力が減少するからである。

なおこのように成形された成形体は通常の方法で抜き出せばよい。金属石験の被膜が金型と成形体の間に形成されているので、従来と比較して減少した抜出圧力で成形体を抜き出すことができる。また高い成形圧力で成形されているので、高密度の成形体を得ることができる。抜出圧力は加圧成形圧力の 3 %以下の圧力で抜き出すことができる。

本発明の成形方法を経時的に列挙すると次のようになる。

①金型を 1 0 0 °C以上の所定金型温度に加熱しておく。

②金型温度より高い融点をもつ高級脂肪酸の金属塩が微細に分散した分散液を金型表面に塗布し、金型表面に高級脂肪酸の金属塩の皮膜を形成する。

③金型に鉄粉末を充填し、 6 0 O M P a以上の成形圧力で加圧成形する。これにより金型と当接している表面に金属石鹼の皮膜をもつ成形体を得る。

④その後、金属石験の皮膜の潤滑特性により加圧成形時の加圧力の 3 %以下の抜出力で成形体を金型より引き抜き成形体を取り出す。

なお、上記鉄粉末には、純鉄や合金綱などの鉄を主体とする粉末、および純鉄や合金綱に銅や黒鉛粉などを混合した粉末も含まれる。実施例

実施例として高級脂肪酸系潤滑剤を調整し、粉末成形体を成形した。また比較のため比較例として粉末成形体を成形した。

(高級脂肪酸系潤滑剤の調整）

①高級脂肪酸系潤滑剤として融点が約 2 2 5 °Cであるステアリン酸リチウム ( L i S t ) の粉末を用意し、このステアリン酸リチウムの粉末を水に分散させた。

表 1は水にステアリン酸リチウムの粉末を分散させる条件を示し、水に分散されたステアリン酸リチウムの最大粒径が 3 未満のものを No. 1〜4とし、最大粒径が 30 m以上のものを No. 5とした。なおここで最大粒径には個々の粒子が凝集したものも含む。

【表 1】

②ステアリン酸リチウムを分散させるのに際して、まず水に界面活性剤と消泡剤を添加して、界面活性剤と消泡剤が添加されている水溶液を作製した。

界面活性剤としてはポリオキシエチレンノニルフエニルエーテル（E0) 6、 (E〇） 10及びホウ酸エステルエマルボン T— 80を用いた。

表 1の界面活性剤添加量の欄に、水溶液の体積を 100体積％として No. 1 〜 5におけるこれら 3種類の界面活性剤全体の添加量を示す。（E0) 6、 (E 0) 10及びホウ酸エステルエマルボン T一 80の体積比は（E 0) 6 ： (E0) 10 ：ホウ酸エステルエマルボン T— 80 = 1 : 1 : 1であった。

消泡剤はシリコン系の消泡剤を用い、水溶液の体積を 100体積％として 0. 3体積％添加した。

③界面活性剤を添加した水溶液にステアリン酸リチウムの粉末を加えて分散した。水溶液 100 cm³に対して分散させるステアリン酸リチウムの粉末の量は表 1に示した通りである。

次にこのステアリン酸リチウムの粉末を分散した水溶液をテフロンコートした鋼球を用いてボールミル式粉砕処理を施した。鋼球の直径は 10mmであった。用いられたボールの体積は処理された水溶液の体積とほぼ同一の体積であった。ボールミル式粉碎処理を施すために用いた容器の容量は水溶液とボールの体積に対して約 2倍であった。粉砕処理に要した時間は表 1に示した。この粉砕処理によってステアリン酸リチウムの粉末が水溶液中に浮遊分散した状態となった。更にこのステアリン酸リチウムの粉末が浮遊分散した水溶液を水で希釈した。希釈倍率は表 1に示した。

④ 1 cm³/秒程度の塗布量に調整した塗装用スプレーガンを用いて、この希釈した水溶液を 150°Cに加熱した金型の内面にスプレー塗布を行った。

⑤図 3は No. 1、 No. 4及び No. 5におけるステアリン酸リチウムが 1 50°Cに加熱された金型に塗布された時の付着した状態を示す写真である。 No. 1は細かな粒子が均一に付着していた。 No. 4ではわずかに粗い粒子が見られたが、粒径が 30 / m以上のものは見られなかった。 No. 5では粒径が 3 m以上の粗い粒子が認められた。なお No. 5ではスプレー塗布によるステアリン酸リチウムの被膜が不均一であるばかりでなく、ステアリン酸リチウムの粒子が水溶液中に沈殿してしまい、常時ステアリン酸リチウムの粉末を分散した水溶液を攪拌していなければスプレーガンによるスプレー塗布自体がうまくいかなかつた。

(粉末成形体の成形）

実施例 1〜4

実施例 1から 4として上述の（高級脂肪酸系潤滑剤の調整）で作製した No. 1から 4の潤滑剤を用いて粉末成形体を成形した。

上述した No. 1〜4の潤滑剤を 150°Cに加熱した金型の内面にスプレー塗布した。金型は内面に T iNコート処理を施して表面粗さを十点平均粗さ（J I S B 0601 ) で 0. 4 Zに仕上げた ø 17mmの超硬金型を用いた。

次に 150°Cに加熱した金属粉末を上記金型に充填し、圧力 785MPaで加圧成形して成形体を作製した。金属粉末は実施例 1から 4まで同一の金属粉末を用いた。川崎製鉄（株）製 K I P 103 V合金鋼粉（以下適宜「 103 V」と略す）に黒鉛粉と内部潤滑剤としてステアリン酸リチウムの粉末とを添加して、 1 時間回転混合した金属粉末である。黒鉛粉及びステアリン酸リチウムの粉末の添加の量は、金属粉末全体の重量を 100重量％として、黒鉛粉は 0. 5重量％であり、ステアリン酸リチウムの粉末は 0. 3重量％であった。なお川崎製鉄（株）製 K I P 103 V合金鋼粉の組成は、 Fe— 1重量％Cr— 0. 3重量％Mo— 0. 3重量％Vであった。比較例 1

金型に塗布した潤滑剤の比較のために、日本バルカ一工業社製のスプレータイプ潤滑剤乾性フッ素樹脂 U— NONS (以下適宜「U— NONS] と略す）を金型の内面に塗布した。後は実施例と同様の条件で粉末成形体を成形した。これを比較例 1とする。比較例 2

金属粉末に添加した内部潤滑剤の比較のために、内部潤滑剤として添加された 0. 3重量％のステアリン酸リチウムの粉末の代わりに、 0. 8重量％のステアリン酸リチウムの粉末を添加した金属粉末を用いた。

なお金型の内面には潤滑剤を塗布しなかった。金型及び金属粉末を加熱せずに室温で金属粉末を成形して粉末成形体を作製した。なお金型は実施例と同一のものを用い、成形圧力も同一とした。これを比較例 2とする。比較例 3

同様に金属粉末に添加した内部潤滑剤の比較のため、内部潤滑剤として添加された 0. 3重量％のステアリン酸リチウムの粉末の代わりに、 0. 8重量％のステアリン酸亜鉛（ZnSt) の粉末を添加した金属粉末を用いた。

なお金型の内面には潤滑剤を塗布しなかった。金型及び金属粉末を加熱せずに室温で金属粉末を成形して粉末成形体を作製した。金型は実施例と同一のものを用い、成形圧力も同一とした。これを比較例 3とする。

実施例 1〜 4及び比較例 1〜 3の抜出圧力及び成形体密度を表 2に示す。【表 2】

表 2から明らかなように室温で成形した比較例 2と比較例 3に比較して、実施例 1から 4まですベて抜出圧力が著しく低く、また成形体密度が高かった。また市販の潤滑剤（U— NONS) を金型の内面に塗布して成形した比較例 1と比較しても、実施例 1から 4は抜出圧力が著しく低かつた。

また実施例 1から 4は成形体の表面状態が極めて良好であつた。これに対して比較例 1では成形体の表面が黒っぽくなつた。また比較例 3ではかじりが成形体の一部に発生し、また表面状態も悪かった。

[評価試験]

成形圧力と抜出圧力との関係、成形圧力と成形体密度の関係を調べるため以下の評価試験を行った。

(評価試験 1 )

成形圧力と抜出圧力の関係及び成形圧力と成形体密度との関係を評価するための評価試験を行った。 393MPa、 490MPa、 588 MPa、 686 MP a、 785 MPa、 883 MPa、 981 M P a等の圧力で金属粉末を成形し、それぞれの成形圧力毎の抜出圧力、成形体密度を測定した。

金型は上述の [実施例] の（粉末成形体の成形）で用いたのと同一の金型を用いた。なお以下の評価試験において用いた金型はすべて上述の [実施例] の（粉末成形体の成形）で用いた金型と同一である。即ち内面に T iNコート処理を施して表面粗さを十点平均粗さ（J I S B0601) で 0. 4 Zに仕上げた 01 7 mmの超硬金型である。

金型の内面に塗布する潤滑剤として上述の [実施例] の（高級脂肪酸系潤滑剤の調整）で作製した No、 2のステアリン酸リチウム（Li St) を用いた。なお以下の評価試験において金型の内面に塗布するステアリン酸リチウムはこの N 0. 2のステアリン酸リチウムを用いた。なお金型の内面への潤滑剤の塗布は成形温度に加熱された金型にスプレ一塗布することによって行った。なお以下の評価試験においても同様である。

150°Cに加熱した金型に 150°Cに加熱した金属粉末を充填した。なお以下の記載において金型の温度及び充填される金属粉末の温度を成形温度という。金属粉末は上述の [実施例] の（粉末成形体の成形）の実施例で用いた金属粉末と同一の金属粉末を用いた。即ち川崎製鉄（株）製の K I P 103 V合金鋼粉に黒鉛粉末と内部潤滑剤としてステアリン酸リチウムの粉末とを添加して、 1時間回転混合した金属粉末である。黒鉛粉末及びステアリン酸リチウムの粉末の添加の量は、金属粉末全体の重量を 100重量％として、黒鉛粉末は 0. 5重量％であり、ステアリン酸リチウムの粉末は 0. 3重量％であった。

比較のために金型の内面に塗布する潤滑剤として上述の（粉末成形体の成形）の比較例 1で用いた U— NONSを用いた。金属粉末については、同様に（粉末成形体の成形）の実施例で用いた金属粉末と同一の金属粉末を用いた。

更に比較のため金属粉末として、金属粉末全体の重量を 100重量％として A s t al oy85Moに 0. 8重量％の黒鉛（C) と 0. 6重量％の潤滑剤とが添加されたへガネス社製の温間成形用粉末である D e n s mi xを用いた。この金属粉末には潤滑剤が含まれているため、金型の内面には潤滑剤を塗布しなかつた。

図 4に金型の内面にステアリン酸リチウムを塗布し、上述した K I P 103 V 合金鋼粉に黒鉛粉末とステアリン酸リチウムの粉末を添加した金属粉末を用いた場合（L i S t金型潤滑）、金型の内面に U— NONSを塗布し、同様に I P 103 V合金鋼粉に黒鉛粉末とステアリン酸リチウムの粉末を添加した金属粉末を用いた場合（U— NONS金型潤滑）、金型の内面には潤滑剤を塗布せずに金属粉末として Den smixを用いた場合（Densmix粉末）の成形圧力と抜出圧力との関係を示す。金型の内面にステアリン酸リチウムを塗布した場合は上記圧力で成形した場合の抜出圧力を示すが、 U— N ON Sを塗布した場合は 3 92MPa、 588MP a, 785 MPa、 981 MP aで成形した場合の抜出圧力を示し、金属粉末として Densmixを用いた場合は 392 MPa、 58 8MPa、 686MPa、 785 MPa、 981 MP aで成形した場合の抜出圧力を示す。

金属粉末として D e n s mi xを用いた場合には抜出圧力は成形圧力の増加と共に高くなつた。金型の内面に U— N 0 N Sを塗布した場合も Densmixを用いた場合と比較するとその値は小さくなるが、成形圧力の増加と共に抜出圧力は高くなつた。

これに対して金型の内面にステアリン酸リチウムを塗布した場合には、成形圧力が 588 MP aまでは抜出圧力は増加したが、 686 MP a以上の成形圧力になると逆に抜出圧力が低下し、 U— N 0 N Sを塗布した場合及び金属粉末として Densmixを用いた場合よりも抜出圧力が著しく低下している。これは本発明の粉末成形体の成形方法の最大の特徴である。

なおデ一夕には示していないが、金型の内面にステアリン酸リチウムを塗布した場合には成形体の表面状態は極めて良好であった。これに対して金属粉末として D e n smi Xを用いた場合、金型の内面に U— N 0 N Sを塗布した場合には成形体の表面にかじり等が発生して、良好な表面の成形体を得ることができなかつた。

図 5に金型の内面にステアリン酸リチウムを塗布し、上述した K I P 103 V 合金鋼粉に黒鉛粉末とステアリン酸リチウムの粉末を添加した金属粉末を用いた場合（L i S t金型潤滑）、金型の内面に U— NONSを塗布し、同様に I P 103 V合金鋼粉に黒鉛粉末とステアリン酸リチウムの粉末を添加した金属粉末を用いた場合（U— NONS金型潤滑）、金型の内面には潤滑剤を塗布せずに金属粉末として Den smixを用いた場合（Den smix粉末）の成形圧力と成形体密度との関係を示す。ステアリン酸リチウムを塗布した場合については上記圧力で成形した場合の成形体密度を示すが、 U— NONSを塗布した場合については 392 MPa、 588 MP a, 785 M P a、の圧力で成形した場合の成形体密度を示し、金属粉末として D e n s mi xを用いた場合については 392 MP a, 490 MP a, 588 MP a, 686 MP a, 785 MP a, 98 1 M P aの圧力で成形した場合の成形体密度を示す。

成形体密度は成形圧力が高いほど高い値が得られる。ステアリン酸リチウム又は U— NONSを金型の内面に塗布した場合は概ね同じ値が得られ、 7. 4 g/ cm³以上の高い値となった。但し金属粉末として D e n s m i xを用いた場合には 7. 3 g/cm³以上にはならなかった。

(評価試験 2)

成形温度を 105°C、 125°C、 1 50°Cと設定し、金型の内面に潤滑剤としてステアリン酸リチウムを塗布した場合の成形圧力と抜出圧力の関係及び成形圧力と成形体密度の関係を調べるために評価試験を行った。

金属粉末としては、へガネス社製の純鉄粉末 AS C 100— 29を用いた。また内部潤滑剤は添加しなかった。即ち金属粉末として純鉄粉末のみを用いた場合の評価試験であった。

393MP a、 490 MP a, 588 MP a, 686 MP a, 785 MP a, 98 IMP aの成形圧力で金属粉末を成形し、それそれの成形圧力毎の抜出圧力と成形体密度を測定した。但し 1 50°Cについては 1 176 MP aの圧力でも成形し、抜出圧力と成形体密度を測定した。

図 6にそれぞれの温度における成形圧力と抜出圧力の関係を示す。 1 05°C、 125°C及び 1 50°Cのいずれの温度においても 586 MP aで成形した場合に抜出圧力が最大であった。 686 MP a以上の成形圧力ではむしろ抜出圧力が減少した。

図 7にそれそれの温度における成形圧力と成形体密度の関係を示す。 105° (：、 125°C及び 1 50°Cのいずれの温度においても成形圧力が増大すると成形体密度が増大した。

図 6と図 7からステアリン酸リチウムを金型に塗布する潤滑剤として用いて、成形体を成形した場合には、 686 MP a以上の圧力で成形すると抜出圧力が減少すると共に高密度の成形体を得ることができることが分かる。

(評価試験 3)

成形温度を 105°Cに設定し、金型の内面に潤滑剤としてステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム又はステアリン酸亜鉛を塗布した場合の成形圧力と抜出圧力との関係及び成形圧力と成形体密度との関係を調べるために評価試験を行つた。

ステアリン酸カルシウムとステアリン酸亜鉛は上述の [実施例] の（高級脂肪酸系潤滑剤の調整）の No. 2と同様の方法で作製したものを用いた。なお以下の評価試験において金型の内面に塗布されるステアリン酸カルシウムとステアリン酸亜鉛についても同様である。

金属粉末としては、へガネス社製の純鉄粉末 ASC 100— 29を用いた。また内部潤滑剤は添加しなかった。即ち金属粉末として純鉄粉末のみを用いた評価試験であった。

393 MPa、 490 MP a, 588 MP a, 686 MPa、 785 MP a, 98 IMP a等の成形圧力で成形した場合の成形圧力毎の抜出圧力及び成形密度を測定した。

図 8にステアリン酸リチウム（L i S t) 、ステアリン酸カルシウム（CaS t ) 又はステアリン酸亜鉛（ZnSt) を用いた場合におけるそれそれの成形圧力と抜出圧力の関係を示す。ステアリン酸リチウムとステアリン酸亜鉛については 588 MP aで成形したときに抜出圧力が最大であった。 686 MP a以上については減少した。ステアリン酸カルシウムについては 490 MP aで成形したときに抜出圧力が最大であった。 588MP a以上では抜出圧力は減少した。図 9にステアリン酸リチウム（L i St) 、ステアリン酸カルシウム（CaS t ) 又はステアリン酸亜鉛（ZnSt) を用いた場合におけるそれそれの成形圧力と成形体密度の関係を示す。いずれを用いても概ね同一であり、成形圧力が増大すると成形体密度が増大した。

(評価試験 4) 成形温度を 125°Cに設定し、金型の内面に潤滑剤としてステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム等を塗布した場合の成形圧力と抜出圧力との関係及び成形圧力と成形体密度との関係を調べるための評価試験を行った。

ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウムについては評価試験 3と同一のものを用いた。また金属粉末は、評価試験 3と同様に、へガネス社製の純鉄粉末 ASC 100 - 29を用いた。また内部潤滑剤は添加しなかった。即ち金属粉末として純鉄粉末のみを用いた評価試験であった。

393MPa、 490MPa、 588 MPa、 686 MP a, 785 MP a, 98 IMP a等の成形圧力で成形した場合の成形圧力毎の抜出圧力及び成形密度を測定した。

図 10にステアリン酸リチウム（L i S t) 又はステアリン酸カルシウム（C aSt) を用いた場合におけるそれそれの成形圧力と抜出圧力の関係を示す。ステアリン酸リチウムは 588 MP aで成形したときに抜出圧力が最大であった。 686 MP a以上については抜出圧力は減少した。ステアリン酸カルシウムは 4 9 OMP aで成形したときに抜出圧力が最大であった。 588 MPa以上については抜出圧力は減少した。

図 11にステアリン酸リチウム又はステァリン酸カルシウムを用いた場合におけるそれそれの成形圧力と成形体密度との関係を示す。いずれを用いても概ね同一であり、成形圧力が増大すると成形体密度が増大した。

評価試験 3、評価試験 4から、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシゥム、ステアリン酸亜鉛のいずれを金型の内面に塗布する潤滑剤として用いても、一定の成形温度で一定の圧力以上で成形すると抜出圧力が減少し、また成形体密度の高い成形体が得られることが分かる。

(評価試験 5)

成形温度を 150°Cに設定し、金型の内面に潤滑剤としてステアリン酸リチウムを塗布し、鉄粉末に黒鉛を添加した場合の成形圧力と抜出圧力との関係及び成形圧力と成形体の密度との関係を調べるために評価試験を行った。

この評価試験に用いた金属粉末は鉄粉末としてへガネス社製 AS C 100-2 9を用い、この鉄粉末のみの金属粉末、金属粉末全体の重量を 100重量％としてこの鉄粉末に 0. 5重量％の黒鉛（C) を添加した金属粉末、この鉄粉末に 1 重量％の黒鉛（C) を添加した金属粉末の三種類を用いた。 588MPa、 78 5MPa、 981 MP a等の成形圧力で成形した場合の成形圧力毎の抜出圧力及び成形密度を測定した。

図 12に金属粉末が鉄粉末のみ（F e) 、 0. 5重量％の黒鉛を添加した鉄粉末（Fe— 0. 5%C) 及び 1重量％の黒鉛を添加した鉄粉末（Fe— 1%C) の場合の成形圧力と抜出圧力の関係を示す。いずれの場合も成形圧力が増大しても抜出圧力は減少した。鉄粉末のみの場合の方が黒鉛が添加されている場合と比較して抜出圧力が高かった。黒鉛が添加されている場合は 1重量％添加されてぃる方が 0. 5重量％添加されている場合よりも拔出圧力は減少した。

図 13に金属粉末が鉄粉末のみ（Fe) 、 0. 5重量％の黒鉛を添加した鉄粉末（Fe— 0. 5%C) 、 1重量％の黒鉛を添加した鉄粉末（Fe— 1%C) の場合の成形圧力と成形体密度の関係を示す。いずれの場合も成形圧力が増大すると成形体密度も増大した。鉄粉末のみの場合の方が黒鉛が添加されている場合と比較して成形体密度が高かった。黒鉛が添加されている場合は 0. 5重量％添加されている方が 1重量％添加されている場合によりも成形体密度が高かった。以上のことから鉄粉末に黒鉛を多く添加すると抜出圧力は多く減少するが、成形体密度は低下することが分かる。また黒鉛の添加によって、見かけ上の真密度が低下するため、密度比で表すとほぼ同じ値となる。

(評価試験 6)

成形温度を室温に設定し、金型の内面には潤滑剤を塗布しないで、金属粉末に内部潤滑剤を添加した場合の成形圧力と抜出圧力との関係及び成形圧力と成形体の密度との関係を調べるために評価試験を行った。

金属粉末は鉄粉末として川崎製鉄（株）製の I P 103 V合金鋼粉末を用い、金属粉末全体の重量を 100重量％としてこの鉄粉末に 0. 5重量％の黒鉛（C) 及び 0. 8重量％の内部潤滑剤を添加した金属粉末（ 103V— 0. 5 C + 0. 8%Lub. ) を用いた。内部潤滑剤は、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸

2Z 亜鉛又はステアリン酸カルシウムを用いた。

これら 3種類の内部潤滑剤を用いた場合について、それそれ 393MPa、 4 90MPa、 588 MPa、 686 MP a, 785 MP a, 981MPa等の成形圧力で成形した場合の成形圧力毎の抜出圧力及び成形密度を測定した。

図 14に内部潤滑剤としてステアリン酸リチウム（L iSt) 、ステアリン酸亜鉛（ZnSt) 又はステアリン酸カルシウム（CaSt) を用いた場合の成形圧力と抜出圧力の関係を示す。ステアリン酸亜鉛の場合は成形圧力が増大すると抜出圧力も増大した。ステアリン酸リチウムの場合は成形圧力が 686 MPaのときに抜出圧力が最大であり、 785 MP aのときに抜出圧力は減少したが、 9 8 IMP aでは再び増大した。加熱した金型の内面に潤滑剤を塗布した評価試験 2、評価試験 3、評価試験 4等のような抜出圧力の著しい減少は見られなかった。ステアリン酸カルシウムについても 785 MP aでやや減少したが、 981 MP aでは再び増大した。やはり加熱した金型の内面に潤滑剤を塗布した評価試験 2、評価試験 3、評価試験 4等のような抜出圧力の著しい減少は見られなかつた。図 15に内部潤滑剤としてステアリン酸リチウム（LiSt) 、ステアリン酸亜鉛（ZnSt) 又はステアリン酸カルシウム（CaSt) を用いた場合の成形圧力と成形体密度の関係を示す。いずれの場合も成形圧力の増大すると成形体密度も増大した。但し評価試験 2、評価試験 3、評価試験 4の場合と比較すると成形体密度は低かった。成形体密度を高めようとするには内部潤滑剤の添加量を減らして加熱した方がよいと推測される。

(評価試験 7)

成形温度を 150°Cに設定し、金型の内面に潤滑剤を塗布しない場合と金型の内面にステアリン酸リチウムを塗布した場合とで、金属粉末を成形した場合の成形圧力と抜出圧力との関係を調べるために評価試験を行った。

金型の内面に潤滑剤を塗布しない場合は A s t a 10 y 85 M oに金属粉末全体の重量を 100重量％として 0. 8重量％の黒鉛と 0. 6重量％の潤滑剤とが添加されたへガネス社製の温間成形用粉末である Densmixを用いた。金型にステアリン酸リチウムが塗布された場合は、金属粉末全体の重量を 100重量 %として As t al oy85Moに 0· 8重量％の黒鉛と 0. 2重量％の潤滑剤が添加されたへガネス社製の温間成形用粉末である D e n smi Xを用いた。 4 90MPa、 588 MPa、 686 MP a, 785 MP a 981MPa等の成形圧力で成形した場合の成形圧力毎の抜出圧力を測定した。

図 16に金型の内面に潤滑剤としてステアリン酸リチウムを塗布した場合（D ens mix (0. 2%Lub. ) +L i St金型潤滑）と潤滑剤を塗布しなかつた場合（Densmix (0. 6 %Lub. ) ) の成形圧力と抜出圧力の関係を示す。

金型の内面にステアリン酸リチウムを塗布した場合は 785 MP aの圧力で成形した場合に著しく抜出圧力が減少し、 98 IMP aではほぼ同じであった。金型の内面に潤滑剤を塗布しなかった場合は塗布した上述の場合よりも抜出圧力は高く、かつ成形圧力の増加と共に抜出圧力も増加し、 981MPaでやや減少したにすぎない。

(評価試験 8)

成形温度を 150。Cに設定し、金型の内面に潤滑剤としてステアリン酸リチウムを塗布し、金属粉末として高強度焼結材料として実用性の高い各種低合金鋼粉末を用いた場合の成形圧力と抜出圧力の関係、成形圧力と成形体密度の関係を調ベるための評価試験を行った。

金属粉末は 4種類用意した。いずれも低合金鋼粉末に黒鉛の粉末と内部潤滑剤としてステアリン酸リチウムの粉末を添加した。低合金鋼粉末はいずれも川崎製鉄（株）製のアトマイズ粉末であって、 KIP 103V、 5MoS、 30CRV であった。 KIP 103Vの組成は Fe— 1重量％Cr— 0. 3重量％Mo— 0. 3重量％Vであった。 5Mo Sの組成は F e— 0. 6重量％Mo— 0. 2重量％ Miであった。 30 CRVの組成は Fe— 3重量％Cr— 0. 3重量％Mo— 0. 3重量％Vであった。

この KIP 103Vに、金属粉末全体の重量を 100%として、 0. 3重量％の黒鉛の粉末と 0. 3重量％のステアリン酸リチウムの粉末を添加した金属粉末 ( 103 V-0. 3%C + 0. 3%L i S t ) を調整した。

2A 同じくこの K I P 103 Vに、金属粉末全体の重量を 100%として、 0. 5 重量％の黒鉛の粉末と 0. 3重量％のステアリン酸リチウムの粉末を添加した金属粉末（103V— 0. 5%C + 0. 3%L i S t ) を調整した。

また 5MoSに、金属粉末全体の重量を 100%として、 0. 2重量％の黒鉛の粉末と 0. 3重量％のステアリン酸リチウムの粉末を添加した金属粉末（5M 0 S-0. 2重量％C + 0, 3重量％Li St) を調整した。

更に 30CRVに、金属粉末全体の重量を 100%として、 1重量％の黒鉛の粉末と 0. 3重量％のステアリン酸リチウムの粉末を添加した金属粉末（30C RV- l%C + 0. 3%L i S t ) を調整した。

これら 4種類の金属粉末をそれそれ 588MP a、 686 MP a, 785 MP a、 98 IMP a等の成形圧力で成形した場合の成形圧力毎の抜出圧力及び成形密度を測定した。

図 17にこれら 4種類の金属粉末を用いた場合の成形圧力と抜出圧力の関係を示し、図 18にこれら 4種類の金属粉末を用いた場合の成形圧力と成形体密度の関係を示す。

これらの図から理解できるように、いずれの組成の金属粉末においても概ね同じ傾向を示した。即ちいずれの金属粉末においても 588MP aの成形圧力で成形した場合に最も抜出圧力が高くなり、成形圧力が高くなるほど、抜出圧力が減少した。また得られる成形体密度については、成形圧力が高いほど高密度となつた。

これらの結果から、本発明の粉末成形体の成形方法で成形することによって、実用的な低合金鋼粉末を高密度にしかも低い抜出圧力で成形できることが明らかになつ/こ。

(評価試験 9)

成形温度を 150°Cに設定し、金型の内面に潤滑剤としてステアリン酸リチウムを塗布し、 2種類の金属粉末をそれぞれ成形した場合の成形圧力と抜出圧力の関係の関係を調べるための評価試験を行った。また成形体の表面にステアリン酸鉄の被膜が生成しているかを調べた。金属粉末は川崎製鉄（株）製の I P 103 Vとへガネス社製の AS C 100 一 29を用いた。上述したように KI P 103 Vは、全体を 100重量％として鉄粉末に Cr粉末が 1重量％、 Mo粉末が0. 3重量％、 V粉末が 0. 3重量％添加された合金綱（F e— 1重量％C r— 0. 3重量％Mo— 0. 3重量％V) であった。これに対して AS C 100 - 29は純鉄（F e) であった。

KIP 103Vを用いた場合の成形圧力は 588MPa、 686 MPa、 78 5MPa、 883MPa、 98 IMP aで行い、それそれの場合の抜出圧力を測定した。 ASC 100— 29を用いた場合の成形圧力は 393MPa、 490M Pa、 588MP , 686 MP a, 785 MP a, 883 MP , 981 MP aで行い、それそれの場合の抜出圧力を測定した。

図 19にこれら 2種類の金属粉末を用いた場合の成形圧力と抜出圧力の関係を示す。この図から理解できるように K I P 103 Vを用いた方が、 ASC I 00 - 29を用いた場合よりも抜出圧力が高かった。即ち純鉄である AS C 100— 29の方が鉄に〇、 Mo、 V等が添加されている K I P 103 Vよりも抜出圧力が少なくて済んだことが分かる。ここから金属粉末に含まれている鉄の割合が多い方が金型の内面に接触する鉄の量が多くなり、それだけステアリン酸鉄を生成しやすいと推定される。

そこで K I P 103 V及び AS C 100 - 29の両者について 588 MP aで成形した場合また 98 IMP aで成形した場合に成形体の表面にステアリン酸鉄の被膜が生成しているかを調べた。ステアリン酸鉄の被膜の検出は後述する [抜出圧力低下減少の解析] と同様に TOF— S IMSで分析することによって行つた。

KIP 103 Vを成形した場合には 588 MP aの成形圧力では成形体の表面からステアリン酸鉄の被膜は検出されなかったが、 98 IMPaの成形圧力においてはステアリン酸鉄の被 Ji莫が検出された。即ち 98 IMP aの成形圧力においてステアリン酸鉄の被膜が生成していたことが確認された。一方 ASC 100- 29を成形した場合には 588 MP a及び 98 IMP aの成形圧力において共にステアリン酸鉄の被膜が成形体の表面から検出された。即ち成形体の表面にステアリン酸鉄の被膜が生成したことが分かる。 588 MP aの成形圧力では純鉄である ASC 100— 29ではステアリン酸鉄が生成されたが、鉄合金である K I P 103 Vではステアリン酸鉄が生成されなかった結果と AS C 100— 29の方が KIP 103Vよりも抜出圧力が少なく済むということを考慮すると、ステァリン酸鉄の被膜の存在が抜出圧力を減少させていると考えられる。

なお同じ条件で、金型の表面にステアリン酸リチウムの代わりにステアリン酸亜鉛を塗布して K IP 103 V、 AS C 100 - 29をそれそれ成形したところ、 98 IMP aにおいて共にステアリン酸鉄が検出された。またステアリン酸カルシゥムを塗布した場合にも同様に 981 MP aにおいて K I P 103 V、 AS C 100 - 29の両者ともステアリン酸鉄が検出された。このことからステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等を金型の内面に塗布しても抜出圧力を減少させる効果があると考えられる。

[抜出圧力低下現象の解析]

更に潤滑剤としてステアリン酸リチウムを金型の内面に塗布して成形体を成形した場合に成形圧力が高くなると却って成形体の抜出圧力が低下する現象を解析するために以下の解析試験を行つた。

金型としては、上述の [実施例] の（粉末成形体の成形）で用いたのと同一の金型を用い、この金型を 150°Cまで加熱した。そして上述の（高級脂肪酸の調整）で作製した No. 2のステアリン酸リチウムをこの金型の内面にスプレー塗布した。金属粉末として川崎製鉄（株）製 K I P 103 V合金鋼粉末を用いた。この合金鋼粉末を 150°Cにまで加熱して、金型に充填し、 588 MP aと 98 1 M P aの 2種類で加圧成形して成形体を成形した。

2種類の成形圧力で成形された成形体の表面を T 0 F _ S I M Sで分析した。分析結果を図 20に示す。

図 20から分かるように 588MP aの成形圧力で成形された成形体の表面からはステアリン酸リチウムが検出されたが、ステアリン酸鉄はほとんど検出されなかった。一方 981 MP aの成形圧力で成形された成形体の表面からはステアリン酸鉄が検出された。

このことは 588 MP aで成形された成形体では鉄粉の表面に潤滑剤であるス τι テアリン酸リチウムが物理的に吸着しているだけであるが、 9 8 I M P aで成形された成形体では鉄粉の表面にステアリン酸鉄が化学吸着していることを示している。このステアリン酸鉄は金属石鹼であって、ステアリン酸リチウムが鉄との化学結合により生じたものである。

このように化学吸着した被膜は物理吸着した潤滑剤の被膜よりも強い潤滑作用があり、本発明のように高圧力の成形においては、極めて優れた潤滑性能を示すと考えられる。発明の効果

本発明の成形方法は、一回の成形と焼結だけで高密度の焼結体を製造することができる。

本発明の成形方法は成形体を金型から抜き出すときの抜出圧力を減少することができる。その結果として成形体の表面の状態が極めて良好となり、成形体の寸法精度も安定して確保できる。また高圧力で金属粉末を成形するので高密度の粉末成形体を得ることができる。

本発明の成形方法は金型の低い抜出圧力で成形体を抜き出すことができるので、金型の摩耗を著しく減少することができ、また金型の寿命が大幅に向上して金型に対するコストを減少することができる。

本発明の成形方法において、水に分散された高級脂肪酸系潤滑剤を用いる場合には、潤滑剤をその融点以下の温度に加熱された金型の内面に均一に塗布できる。また有機溶媒を使用しないので環境汚染の心配もない。

本発明の成形方法において、金型の温度が高級脂肪酸系潤滑剤の融点未満の場合には、高級脂肪酸系潤滑剤が液状となることによる金属粉末の固化等の問題が生じない。

本発明の成形方法において、金属粉末が加熱されている場合には、高密度の成形体を成形することができる。また粉末成形体の抜出圧力を減少することができ本発明の成形方法において、金属粉末に高級脂肪酸系潤滑剤が 0 . 1重量％以上で 0 . 6重量％未満添加されている場合には金属粉末の流動性が向上し、金属粉末の充填密度を高くすることができる。

1 0 o °c以上に加熱された金型の内面に高級脂肪酸の金属塩を塗布する塗布ェ程と、金型に鉄粉末を充填し、 6 0 O M P a以上で該鉄粉末を加圧成形する加圧成形工程とを含む粉末成形体の成形方法の場合には、抜出圧力を減少することができ、また成形体密度を高くすることができる。また高級脂肪酸の金属塩が高級脂肪酸のリチウム塩、カルシウム塩又は亜鉛塩である場合も同様である。

Claims

請求の範囲

I . 加熱された金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤を塗布する塗布工程と、前記金型に金属粉末を充填し、前記高級脂肪酸系潤滑剤が該金属粉末と化学的に結合して金属石験の被膜を生成する圧力で該金属粉末を加圧成形する加圧成形工程と

を含むことを特徴とする粉末成形体の成形方法。

2 . 前記高級脂肪酸系潤滑剤は高級脂肪酸の金属塩である請求項 1記載の粉末成形体の成形方法。

3 . 前記高級脂肪酸の金属塩は高級脂肪酸のリチウム塩、カルシウム塩又は亜鉛塩である請求項 2記載の粉末成形体の成形方法。

4 . 前記高級脂肪酸系潤滑剤は水に分散されている請求項 1記載の粉末成形体の成形方法。

5 . 前記高級脂肪酸系潤滑剤は界面活性剤を含む水に分散されている請求項 4記載の粉末成形体の成形方法。

6 . 前記高級脂肪酸系潤滑剤は最大粒径が 3 O ^m未満である請求項 5記載の粉末成形体の成形方法。

7 . 加熱された前記金型の温度は 1 0 0 C以上である請求項 1記載の粉末成形体の成形方法。

8 . 加熱された前記金型の温度は前記高級脂肪酸系潤滑剤の融点未満である請求項 7記載の粉末成形体の成形方法。

9 . 前記金属粉末は加熱されている請求項 1記載の粉末成形体の成形方法。

1 0 . 前記金属粉末は鉄粉末を含む金属粉末である請求項 1記載の粉末成形体の成形方法。

I I . 前記金属粉末は前記高級脂肪酸系潤滑剤が添加されている請求項 1又は 1 0記載の粉末成形体の成形方法。

1 2 . 前記金属粉末は前記高級脂肪酸系潤滑剤が 0 . 1重量％以上添加されている請求項 1 1記載の粉末成形体の成形方法。

1 3 . 1 0 0 C以上に加熱された金型の内面に高級脂肪酸の金属塩を塗布する塗布工程と、前記金型に鉄粉末を充填し、 60 OMP a以上で該鉄粉末を加圧成形する加圧成形工程と

を含むことを特徴とする粉末成形体の成形方法。

14. 前記高級脂肪酸の金属塩は高級脂肪酸のリチウム塩、カルシウム塩又は亜鉛塩である請求項 13記載の粉末成形体の成形方法。

1 5. 785 MP a以上で前記鉄粉末を加圧成形する請求項 13記載の粉末成形体の成形方法。

1 6 100°C以上の所定金型温度に加熱された金型の内面に該金型温度より高い融点をもつ高級脂肪酸の金属塩が微細に分散した分散液を塗布し該高級脂肪酸の金属塩の皮膜を形成する塗布工程と、

前記金型に鉄粉末を充填し、 60 OMP a以上の成形圧力で該鉄粉末を加圧成形し該金型と当接している表面に金属石鹼の皮膜をもつ成形体を得る加圧成形ェ程と、

該成形体を該金型より引き抜き該成形体を取り出す抜出工程と、

を含むことを特徴とする粉末成形体の成形方法。

17. 100°C以上の所定金型温度に加熱された金型の内面に該金型温度より高い融点をもつ高級脂肪酸の金属塩が微細に分散した分散液を塗布し該高級脂肪酸の金属塩の皮膜を形成する塗布工程と、

前記金型に鉄粉末を充填し、 60 OMP a以上の成形圧力で該鉄粉末を加圧成形し該金型と当接している表面に金属石験の皮膜をもつ成形体を得る加圧成形ェ程と、

該金属石鹼の皮膜の潤滑特性により該加圧成形の加圧力の 3 %以下の抜出圧力で該成形体を該金型より引き抜き該成形体を取り出す抜出工程と、

を含むことを特徴とする粉末成形体の成形方法。

18. 前記成形圧力は 686 MP a以上であり前記抜出圧力は 8 MP a以下である請求項 16記載の粉末成形体の成形方法。

19. 前記成形圧力は 70 OMP a以上であり前記抜出圧力は 15MPa以下である請求項 16記載の粉末成形体の成形方法。

20. 前記成形圧力は 700 MP a以上であり前記抜出圧力は 13 MP a以下である請求項 16記載の粉末成形体の成形方法。

2 1. 前記成形圧力は 700 MP a以上であり前記抜出圧力は 1 OMPa以下である請求項 16記載の粉末成形体の成形方法。

22. 前記分散液に分散している前記金属塩の最大粒径は 30 zm以下である請求項 16記載の粉末成形体の成形方法。