(57)【要約】【課題】母材となる汎用の鉄系粉末と高機能金属粉末とを用い、コスト増と機能低下を抑制しつつ、各材料の焼結時の収縮率の差による反り発生およびこれによる界面剥離を抑制することが可能な複合焼結体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の製造方法は、相対的に焼結時の収縮率の小さい鉄系金属粉末に、グラファイトを含む焼結温度で液相量を増加させる添加剤を添加したグラファイト添加鉄系金属粉末と、相対的に焼結時の収縮率の大きい高機能金属粉末とを含む複数種の金属粉末を用意する工程と、前記複数種の金属粉末を複合成形する工程と、得られた複合成形体を焼結する工程とを有する。前記鉄系金属粉末に対する前記添加剤の添加量を調整することで、前記グラファイト添加鉄系金属粉末の焼結時の収縮率と前記高機能金属粉末の焼結時の収縮率との差を小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に焼結時の収縮率の小さい鉄系金属粉末に、グラファイトを含む焼結温度で液相量を増加させる添加剤を添加したグラファイト添加鉄系金属粉末と、相対的に焼結時の収縮率の大きい高機能金属粉末とを含む複数種の金属粉末を用意する工程と、
前記複数種の金属粉末を複合成形する工程と、
得られた複合成形体を焼結する工程とを有し、
前記鉄系金属粉末に対する前記添加剤の添加量を調整することで、前記グラファイト添加鉄系金属粉末の焼結時の収縮率と前記高機能金属粉末の焼結時の収縮率との差を小さくする、複合焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数種の材料を用いて複合成形体を得、これを焼結することで、複合焼結体を製造することができる。一般的に、複合焼結体の製造では、各材料の焼結時の収縮率の差が大きい場合に、収縮率の大きい方の材料に反りが生じやすい。収縮率の大きい方の材料について着目した場合、収縮率の小さい方の材料と接合した面（接合界面）は収縮率の小さい方の材料に拘束されている一方、収縮率の小さい方の材料と接合していない面には大きな収縮が起こる結果、反りが生じてしまう。このように収縮率の大きい方の材料に反りが生じた場合、接合界面に剥離が生じる恐れがある。
【０００３】
特許文献１は、第１粉末を主成分とする第１原料粉末を焼結することにより得られた第１部材と、第１粉末よりも焼結開始温度の高い第２粉末を主成分とする第２原料粉末を焼結することにより得られた第２部材とを少なくとも備え、隣り合う部材同士が焼結により一体的に接合された複合焼結体に関する。
特許文献１には、第１原料粉末および有機バインダを含む第１混合物と、第２原料粉末および有機バインダを含む第２混合物とを得る調製工程において、第１混合物および第２混合物のうちの少なくとも第２混合物に、第２部材の要求特性を確保しうる範囲内の配合量で、他方の混合物の主成分をなす粉末を含ませる製造方法が提案されている（請求項４）。
特許文献１に記載の方法では、焼結の初期段階で一方の部材側でのみ一方的に発生する焼結収縮による界面剥離を効果的に抑制することができ、接合強度を向上することができる（段落００２４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
母材となる汎用の鉄系粉末と高強度等の機能を付与することが可能な高機能金属粉末（例えば高速度工具鋼粉末等）とを用いて複合焼結体を得ることで、高価な高機能金属粉末の使用量を抑えつつ、高機能化を図ることができる。
このような場合、各材料の焼結時の収縮率の差による反り発生およびこれによる界面剥離を抑制するために、特許文献１に記載の方法を適用しようとしても、以下の課題がある。母材となる汎用の鉄系粉末側に高機能金属粉末を添加する場合、高価な高機能金属粉末の使用量が増し、コスト増になる。逆に、高機能金属粉末側に汎用の鉄系粉末を添加する場合、高機能金属粉末の使用量が低減する分、強度等の機能が低下する。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、母材となる汎用の鉄系粉末と高機能金属粉末とを用い、コスト増と機能低下を抑制しつつ、各材料の焼結時の収縮率の差による反り発生およびこれによる界面剥離を抑制することが可能な複合焼結体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の複合焼結体の製造方法は、
相対的に焼結時の収縮率の小さい鉄系金属粉末に、グラファイトを含む焼結温度で液相量を増加させる添加剤を添加したグラファイト添加鉄系金属粉末と、相対的に焼結時の収縮率の大きい高機能金属粉末とを含む複数種の金属粉末を用意する工程と、
前記複数種の金属粉末を複合成形する工程と、
得られた複合成形体を焼結する工程とを有し、
前記鉄系金属粉末に対する前記添加剤の添加量を調整することで、前記グラファイト添加鉄系金属粉末の焼結時の収縮率と前記高機能金属粉末の焼結時の収縮率との差を小さくするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、母材となる汎用の鉄系粉末と高機能金属粉末とを用い、コスト増と機能低下を抑制しつつ、各材料の焼結時の収縮率の差による反り発生およびこれによる界面剥離を抑制することが可能な複合焼結体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る一実施形態の複合焼結体の模式断面図である。
【図２】Ｆｅ−Ｃ系状態図である。
【図３】サンプル（ａ）、（ｂ）の焼結時の収縮率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［複合焼結体］
図面を参照して、本発明に係る一実施形態の複合焼結体の構成について、説明する。図１は、模式断面図である。
本実施形態の複合焼結体１は、第１の焼結体１１と第２の焼結体１２との複合焼結体である。図示例では、第１の焼結体１１の両面にそれぞれ第２の焼結体１２が接合している。各焼結体の数および配置は、適宜設計変更可能である。
第１の焼結体１１は、相対的に焼結時の収縮率の小さい鉄系金属粉末に、グラファイトを含む焼結温度で液相量を増加させる添加剤を添加したグラファイト添加鉄系金属粉末の焼結体である。
第２の焼結体１２は、相対的に焼結時の収縮率の大きい高機能金属粉末（例えば高速度工具鋼粉末等）の焼結体である。
【００１１】
汎用の鉄系金属粉末の焼結時の収縮率は例えば０．２％程度であるのに対して、高速度工具鋼粉末の焼結時の収縮率は例えば１０〜１５％である。特段の工夫をせずに、汎用の鉄系金属粉末と高速度工具鋼粉末とを複合焼結すれば、収縮率の差が大きく、収縮率の大きい方の材料に反りが生じ、接合界面に剥離が生じる恐れがある。そこで、本発明では、相対的に焼結時の収縮率の小さい鉄系金属粉末に、グラファイトを含む焼結温度で液相量を増加させる添加剤を添加して、焼結時の収縮率を大きくし、収縮率差を小さくする。
【００１２】
本発明の複合焼結体の製造方法は、
相対的に焼結時の収縮率の小さい鉄系金属粉末に、グラファイトを含む焼結温度で液相量を増加させる添加剤を添加したグラファイト添加鉄系金属粉末と、相対的に焼結時の収縮率の大きい高機能金属粉末とを含む複数種の金属粉末を用意する工程と、
上記の複数種の金属粉末を複合成形する工程と、
得られた複合成形体を焼結する工程とを有する。
【００１３】
複合成形と焼結は、公知方法にて行うことができる。複合成形は、型内に、所望の積層順序で複数種の金属粉末を充填し、加圧することで、行うことができる。次いで、型から複合成形体を取り出し、材料が焼結する温度で加熱することで焼結を行うことができる。
【００１４】
本発明の複合焼結体の製造方法では、鉄系金属粉末に対する上記添加剤の添加量を調整することで、グラファイト添加鉄系金属粉末の焼結時の収縮率と高機能金属粉末の焼結時の収縮率との差を小さくする。グラファイト添加鉄系金属粉末の焼結時の収縮率と高機能金属粉末の焼結時の収縮率の差は１．０％以下とすることが好ましく、グラファイト添加鉄系金属粉末の焼結時の収縮率と高機能金属粉末の焼結時の収縮率とを一致させることが特に好ましい。
【００１５】
一実施例を挙げて、説明する。
図２は、Ｆｅ−Ｃ系状態図である（引用元：https://em.ten-navi.com/dictionary/85/）。０．８ｗｔ％のＣを含むＦｅ−Ｃ系粉末材料（サンプル（ａ））と、２．０ｗｔ％のＣを含むＦｅ−Ｃ粉末材料（サンプル（ｂ））についてそれぞれ、適量を秤量し、９８．１ＭＰａの加圧条件で、１７ｍｍφの円柱状に成形し、得られた成形体を高速度工具鋼粉末の焼結温度として好ましい１２６０℃で１時間焼結した。
図２に示す状態図によれば、１２６０℃において、サンプル（ａ）は液相を含まないのに対し、サンプル（ｂ）は固相液相共存域内にあり、液相を含む。サンプル（ａ）に対してグラファイトを添加して、サンプル（ｂ）の組成とすれば、焼結時の液相量を増加させることができる。
サンプル（ａ）、（ｂ）の焼結時の収縮率を図３に示す。サンプル（ａ）に対してサンプル（ｂ）では焼結時の収縮率が大きくなり、高速度工具鋼粉末の焼結時の収縮率である１０〜１５％の範囲内に収まるようになった。このことは、サンプル（ａ）に対してグラファイトを添加して、サンプル（ｂ）の組成とすれば、焼結時の液相量の増加によって焼結時の収縮率が大きくなり、高速度工具鋼粉末の焼結時の収縮率との差を小さくできることを示している。
【００１６】
上記実施例のデータが示すように、Ｆｅ−Ｃ系粉末材料では、グラファイトを含む焼結温度で液相量を増加させる添加剤を添加することで、焼結時の液相量を増加させ、焼結時の収縮率を増加させ、相対的に焼結時の収縮率の大きい高機能金属粉末との収縮率の差を小さくすることができる。その結果、各材料の焼結時の収縮率の差による反り発生およびこれによる界面剥離を抑制することができる。
［課題を解決するための手段］の項で述べたように、各材料の焼結時の収縮率の差による反り発生およびこれによる界面剥離を抑制するために、特許文献１に記載の方法を適用しようとしても、以下の課題がある。母材となる汎用の鉄系粉末側に高機能金属粉末を添加する場合、高価な高機能金属粉末の使用量が増し、コスト増になる。逆に、高機能金属粉末側に汎用の鉄系粉末を添加する場合、高機能金属粉末の使用量が低減する分、強度等の所望の機能が得られなくなる恐れがある。
本発明の方法では、収縮率差を小さくするために、第１の焼結体に高価な高機能金属粉末を添加する必要がないので、高価な高機能金属粉末の使用量を最小限とすることができる。グラファイトは安価であり、添加しても大きなコスト増とはならない。本発明の方法では、収縮率差を小さくするために、高機能金属粉末側に汎用の鉄系粉末を添加する必要がないので、強度等の所望の機能が安定的に得られる。
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、母材となる汎用の鉄系粉末と高機能金属粉末とを用い、コスト増と機能低下を抑制しつつ、各材料の焼結時の収縮率の差による反り発生およびこれによる界面剥離を抑制することが可能な複合焼結体の製造方法を提供することができる。
【００１８】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１  複合焼結体
１１  第１の焼結体
１２  第２の焼結体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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