(57)【要約】【課題】表面の鏡面性が高いオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体を製造し得る金属粉末、およびこの金属粉末を用いて製造された表面の鏡面性が高い焼結体を提供すること。【解決手段】本発明の金属粉末は、オーステナイト系ステンレス鋼で構成され、ＳｉとＭｎの含有率の合計が１質量％以下で、下記式（Ｉ）で規定されるＦの値が３質量％以上である。  Ｆ［％］＝−0.0816×（Ｃｒｅｑ）２＋5.975×（Ｃｒｅｑ）＋0.0587×（Ｃｒｅｑ）×（Ｎｉｅｑ）−3.786×（Ｎｉｅｑ）−46.23  ・・・（Ｉ）（ただし、Ｃｒｅｑ［％］＝（Ｃｒ％）＋1.5×（Ｓｉ％）＋（Ｍｏ％）＋0.5×（Ｎｂ％）、Ｎｉｅｑ［％］＝（Ｎｉ％）＋30×（Ｃ％＋Ｎ％）＋0.5×（Ｍｎ％）であり、Ｃｒ％、Ｓｉ％、Ｍｏ％、Ｎｂ％、Ｎｉ％、Ｃ％、Ｎ％およびＭｎ％は、それぞれ、金属粉末中でのＣｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃ、ＮおよびＭｎの含有率［質量％］を示す。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト系ステンレス鋼で構成され、Ｓｉの含有率とＭｎの含有率の合計が１質量％以下であり、かつ、下記式（Ｉ）で規定されるＦの値が３質量％以上であることを特徴とする金属粉末。
Ｆ［％］＝−0.0816×（Ｃｒｅｑ）２＋5.975×（Ｃｒｅｑ）＋0.0587×（Ｃｒｅｑ）×（Ｎｉｅｑ）−3.786×（Ｎｉｅｑ）−46.23  ・・・（Ｉ）
（ただし、Ｃｒｅｑ［％］＝（Ｃｒ％）＋1.5×（Ｓｉ％）＋（Ｍｏ％）＋0.5×（Ｎｂ％）、Ｎｉｅｑ［％］＝（Ｎｉ％）＋30×（Ｃ％＋Ｎ％）＋0.5×（Ｍｎ％）であり、Ｃｒ％、Ｓｉ％、Ｍｏ％、Ｎｂ％、Ｎｉ％、Ｃ％、Ｎ％およびＭｎ％は、それぞれ、金属粉末中でのＣｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃ、ＮおよびＭｎの含有率［質量％］を示す。）
【請求項２】
Ｍｎの含有率は、Ｓｉの含有率より小さい請求項１に記載の金属粉末。
【請求項３】
Ｍｎの含有率およびＳｉの含有率が、それぞれ０．５質量％以下である請求項１または２に記載の金属粉末。
【請求項４】
平均粒径が１〜３０μｍである請求項１ないし３のいずれかに記載の金属粉末。
【請求項５】
酸素含有率が４０００ｐｐｍ以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の金属粉末。
【請求項６】
水アトマイズ法により製造されたものである請求項１ないし５のいずれかに記載の金属粉末。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の金属粉末と、バインダーとを含む組成物を、成形して成形体を得た後、該成形体を脱脂・焼成して製造されたものであり、
表面において介在物または気孔が占める面積率が、２．５％未満であることを特徴とする焼結体。
【請求項８】
温度１１００〜１４００℃×０．２〜７時間の焼結条件で焼結して製造されたものであり、
内部に比べて相対的に緻密な、厚さ１５０μｍ以上の表層を有している請求項７に記載の焼結体。
【請求項９】
前記焼結後、前記表層の厚さを超えない範囲内で、前記表層に研磨処理が施されたものである請求項８に記載の焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末および焼結体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉末冶金法では、金属粉末とバインダーとを含む組成物を、所望の形状に成形して成形体を得た後、成形体を脱脂・焼結することにより、焼結体を製造する。このような焼結体の製造過程では、金属粉末の粒子同士の間で原子の拡散現象が生じ、これにより成形体が徐々に緻密化することによって焼結に至る。
例えば、特許文献１には、ステンレス鋼粉末と熱可塑性バインダーとを混合・混練してなる混合物を、射出成形して成形体を得た後、この成形体を脱脂・焼結して焼結体を得るステンレス鋼粉末の焼結方法が開示されている。
【０００３】
このようにして製造された焼結体は、各種構造部品として用いられる。また、焼結体を、ベゼル、バンド等の腕時計を構成する部品や装飾品等として用いる場合もあるが、この場合には、審美的外観が重要視されることから、表面に高い鏡面性が要求される。そこで、このような用途に用いられる焼結体には、その表面に鏡面を出すための研磨処理が施される。
【０００４】
ところが、金属粉末の組成によっては、粒子間における原子拡散の速度が遅い場合がある。特に、オーステナイト系ステンレス鋼は、焼結性が低いことで知られており、このような組成の粉末を用いた場合、成形体の焼結性が著しく低下し、焼結体の緻密化が十分に進行しないおそれがある。その結果、得られた焼結体中には多数の介在物や気孔が生じ、表面を研磨したとしても、表面に露出した介在物や気孔が鏡面性の低下を招いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１００８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、表面の鏡面性が高いオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体を製造し得る金属粉末、およびこの金属粉末を用いて製造された表面の鏡面性が高い焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の金属粉末は、オーステナイト系ステンレス鋼で構成され、Ｓｉの含有率とＭｎの含有率の合計が１質量％以下であり、かつ、下記式（Ｉ）で規定されるＦの値が３質量％以上であることを特徴とする。
Ｆ［％］＝−0.0816×（Ｃｒｅｑ）２＋5.975×（Ｃｒｅｑ）＋0.0587×（Ｃｒｅｑ）×（Ｎｉｅｑ）−3.786×（Ｎｉｅｑ）−46.23  ・・・（Ｉ）
（ただし、Ｃｒｅｑ［％］＝（Ｃｒ％）＋1.5×（Ｓｉ％）＋（Ｍｏ％）＋0.5×（Ｎｂ％）、Ｎｉｅｑ［％］＝（Ｎｉ％）＋30×（Ｃ％＋Ｎ％）＋0.5×（Ｍｎ％）であり、Ｃｒ％、Ｓｉ％、Ｍｏ％、Ｎｂ％、Ｎｉ％、Ｃ％、Ｎ％およびＭｎ％は、それぞれ、金属粉末中でのＣｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃ、ＮおよびＭｎの含有率［質量％］を示す。）
これにより、表面の鏡面性が高いオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体を製造し得る金属粉末が得られる。
【０００８】
本発明の金属粉末では、Ｍｎの含有率は、Ｓｉの含有率より小さいことが好ましい。
これにより、焼結体の劣化の起点となり易いＭｎＳのような化合物が生成され難くなるので、焼結体の鏡面性のさらなる向上が図られる。また、Ｍｎはオーステナイト相形成元素に属し、Ｓｉはフェライト相形成元素に属することから、Ｍｎの含有率をＳｉより小さくすることにより、δフェライト相の生成が促進され、ひいては焼結の促進が図られることとなる。その結果、焼結体の高密度化と鏡面性の向上が図られる。
【０００９】
本発明の金属粉末では、Ｍｎの含有率およびＳｉの含有率が、それぞれ０．５質量％以下であることが好ましい。
これにより、介在物や気孔の生成を抑制し、焼結体の鏡面性を高めることができる。
本発明の金属粉末では、平均粒径が１〜３０μｍであることが好ましい。
これにより、金属粉末は、成形時の圧縮性の低下を避けつつ、最終的に十分に緻密な焼結体を製造可能なものとなる。
【００１０】
本発明の金属粉末では、酸素含有率が４０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
これにより、介在物が生成されたとしても、焼結体の鏡面性への影響を最小限に抑えることができる。
本発明の金属粉末では、水アトマイズ法により製造されたものであることが好ましい。
これにより、粒径の揃った金属粉末を効率よく製造することができる。その結果、気孔の生成や結晶粒の肥大化が防止された、鏡面性の高い焼結体が得られる。
【００１１】
本発明の焼結体は、本発明の金属粉末と、バインダーとを含む組成物を、成形して成形体を得た後、該成形体を脱脂・焼成して製造されたものであり、
表面において介在物または気孔が占める面積率が、２．５％未満であることを特徴とする。
これにより、ほとんどの観察者にとって、視覚的には鏡面性が高いと認識されるような平滑な表面を有する焼結体が得られる。その結果、審美的外観に優れた焼結体が得られる。
【００１２】
本発明の焼結体では、温度１１００〜１４００℃×０．２〜７時間の焼結条件で焼結して製造されたものであり、
内部に比べて相対的に緻密な、厚さ１５０μｍ以上の表層を有していることが好ましい。
これにより、成形体に対する入熱量が最適化され、過焼結を防止しつつ、緻密な表層を形成することができる。その結果、表層において、介在物や気孔の露出、結晶粒の肥大化等が防止される。また、表層の厚さは、光反射特性を均一にし得る十分な厚さとなる。以上のことから、焼結体の表面の鏡面性をより高めることができる。
本発明の焼結体では、前記焼結後、前記表層の厚さを超えない範囲内で、前記表層に研磨処理が施されたものであることが好ましい。
これにより、焼結体表面の凹凸を平滑化しつつ、研磨面には緻密な表層が露出することになるため、研磨面の鏡面性を特に高めることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の金属粉末および焼結体について詳細に説明する。
まず、本発明の金属粉末（粉末冶金用金属粉末）について説明する。
粉末冶金では、粉末冶金用金属粉末とバインダーとを含む組成物を、所望の形状に成形した後、脱脂・焼結することにより、所望の形状の焼結体を得ることができる。このような粉末冶金技術によれば、その他の冶金技術に比べ、複雑で微細な形状の焼結体をニアネット（最終形状に近い形状）で製造することができるという利点を有する。
【００１４】
粉末冶金に用いられる粉末冶金用金属粉末としては、従来、種々の組成のＦｅ系金属粉末が用いられてきた。しかしながら、オーステナイト系ステンレス鋼の場合、その結晶構造の充填性が高いことから逆に焼結性が低くなり、焼結体の緻密化が不十分になるという問題があった。また、このような問題は、粉末冶金用のＦｅ系金属粉末として、焼結温度において原子配列が面心立方格子となるような組成の粉末を用いた場合に顕著であった。
【００１５】
また、焼結体の用途によっては、焼結体の表面に研磨処理を施して表面に鏡面を出し、焼結体の審美的外観を高めることが求められている。表面の鏡面性を高めるためには、単に焼結体の密度を高めるだけでは不十分であり、焼結体中にできるだけ気孔が生じないようにする必要がある。このため、粉末冶金用金属粉末の組成を見直すことが必要とされ、様々な組成の開発が行われてきたが、オーステナイト系ステンレス鋼粉末では、依然として鏡面性の高い焼結体を製造することができなかった。
【００１６】
上記のような問題に鑑み、本発明者は、焼結体の鏡面性を高める条件について鋭意検討した。その結果、（Ａ）オーステナイト系ステンレス鋼粉末中のＳｉの含有率およびＭｎの含有率の合計が１質量％以下であり、かつ、（Ｂ）下記式（Ｉ）で規定されるＦの値が３質量％以上であるような組成の粉末冶金用金属粉末を用いることが、上記問題を解決する上で有効であることを見出した。
【００１７】
このような（Ａ）と（Ｂ）の２つの条件を満たす粉末冶金用金属粉末を用いて焼結体を製造し、その焼結体の表面に研磨処理を施すことにより、鏡面性の高い焼結体が得られる。
以下、本発明の金属粉末についてさらに詳述する。
粉末冶金用金属粉末は、オーステナイト系ステンレス鋼の粉末であって、Ｆｅを主成分とし、Ｎｉ、Ｃｒ等の主要元素を含んでいる。また、粉末冶金用金属粉末には、これらの主要元素以外の元素として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎ等を含んでいてもよい。
オーステナイト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ２０２、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３０９、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７、ＳＵＳ３８４等が挙げられる。
【００１８】
以下、前述した条件（Ａ）、（Ｂ）について順次説明する。
（Ａ）  粉末冶金用金属粉末におけるＳｉの含有率およびＭｎの含有率の合計は、前述したように１質量％以下とされるが、好ましくは０．８質量％以下とされ、より好ましくは０．６質量％以下とされる。Ｓｉの含有率とＭｎの含有率との合計を前記範囲内とすることにより、ＳｉまたはＭｎを含む介在物の生成や、介在物に伴う気孔の生成が効果的に抑制される。これらの介在物や気孔は、粉末冶金用金属粉末の焼結を阻害する原因となり得るため、これらの生成が抑制されることにより、焼結体の焼結密度を高めることができる。その結果、焼結体の緻密化が図られるとともに、焼結体の表面に露出する介在物や気孔が減少し、焼結体の表面の鏡面性を高めることができる。
【００１９】
なお、ＳｉまたはＭｎを含む介在物としては、例えば酸化ケイ素のようなＳｉ酸化物、酸化マンガンのようなＭｎ酸化物等が挙げられる。
また、Ｓｉの含有率およびＭｎの含有率の合計の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．００１％程度とされる。
なお、粉末冶金用金属粉末におけるＳｉの含有率およびＭｎの含有率の合計が前記上限値を上回った場合、焼結体中に鏡面性の低下をもたらす介在物や気孔が多数生成され、鏡面性が著しく損なわれる。
【００２０】
（Ｂ）  粉末冶金用金属粉末における下記式（Ｉ）で規定されるＦの値は、前述したように３質量％以上とされるが、好ましくは５〜３０質量％程度とされ、より好ましくは８〜２５質量％程度とされる。
Ｆ［％］＝−0.0816×（Ｃｒｅｑ）２＋5.975×（Ｃｒｅｑ）＋0.0587×（Ｃｒｅｑ）×（Ｎｉｅｑ）−3.786×（Ｎｉｅｑ）−46.23  ・・・（Ｉ）
（ただし、Ｃｒｅｑ［％］＝（Ｃｒ％）＋1.5×（Ｓｉ％）＋（Ｍｏ％）＋0.5×（Ｎｂ％）、Ｎｉｅｑ［％］＝（Ｎｉ％）＋30×（Ｃ％＋Ｎ％）＋0.5×（Ｍｎ％）であり、Ｃｒ％、Ｓｉ％、Ｍｏ％、Ｎｂ％、Ｎｉ％、Ｃ％、Ｎ％およびＭｎ％は、それぞれ、粉末冶金用金属粉末中でのＣｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃ、ＮおよびＭｎの含有率［質量％］を示す。）
【００２１】
上記式（Ｉ）で規定されるＦの値を前記範囲内とすることにより、粉末冶金用金属粉末中のＦｅの結晶組織のうち、δフェライト相の割合を十分に大きくし、かつオーステナイト相の結晶粒の結晶粒成長を抑えることができる。これにより、粉末冶金用金属粉末は、結晶粒径が小さく、粒界の多い結晶組織で構成されたものとなる。このような粉末冶金用金属粉末は、焼結体を製造する際に、結晶組織内に存在する気孔が粒界に移動し易くなる。また、δフェライト相は、オーステナイト相に比べて原子の拡散速度が大きく、焼結中の原子拡散において原子が拡散する際の経路として働くため、焼結中に粒界が移動し易くなる。その結果、結晶組織内に存在する気孔が消滅し易くなり、最終的に、気孔率が低く焼結密度の高い焼結体が得られる。
【００２２】
また、上記式（Ｉ）で規定されるＦの値が前記下限値を下回った場合、δフェライト相の割合が少なくなり過ぎて、上述した効果がほとんど得られなくなる。一方、Ｆの値が前記上限値を上回った場合、δフェライト相の割合が大きくなり過ぎて、焼結体におけるオーステナイト相の特性が低下するおそれがある。
なお、上記式（Ｉ）で規定されるＦの値とは、理論的および実験的にδフェライト相の含有量に関連する独自の指標であり、Ｆの値が大きいほどδフェライトの含有量は高くなる傾向にあると言える。
【００２３】
そして、本発明者は、Ｆという指標を用いることにより、前述したＣｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃ、ＮおよびＭｎの８つの元素が、それぞれ焼結体の鏡面性についていかなる影響を及ぼすかについてほとんど意識することになく、８つの元素の最適な含有量を規定する方法を見出した。すなわち、８つの元素の最適な含有量は、前述したＦの値が３質量％以上であるという条件（Ｂ）をもってすれば、簡単に導き出すことができる。
以上のことから、粉末冶金用金属粉末が条件（Ａ）および条件（Ｂ）の双方を満たすことにより、焼結時に、介在物や気孔を減少させて焼結体の焼結密度を高めつつ、結晶粒成長を抑制することができる。その結果、鏡面性の高い焼結体を製造することができる。
【００２４】
また、特に粉末冶金用金属粉末が水アトマイズ法により製造された場合には、酸化物等の介在物が生成され易いことが知られていたが、以上のような条件（Ａ）および条件（Ｂ）の双方を満たすことにより、介在物の生成が最小限に抑えられ、焼結体の鏡面性の低下を抑制することができる。
ここで、オーステナイト系ステンレス鋼の構成元素は、前述したように、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒを主要元素とし、この他に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎ等が含まれることがある。
【００２５】
このうち、Ｃは、強力なオーステナイト相形成元素で、かつ固溶している場合は強度を高める元素であるが、耐食性の点からはできるだけ低減させることが望ましく、その含有率は、０．２質量％以下であるのが好ましい。
Ｓｉは、製鋼時の脱酸に必要な元素であり、ステンレス鋼の耐食性、耐酸化性に対し有益な元素であるが、その含有率が多過ぎると前述したような介在物や気孔の生成につながり、焼結体の鏡面性を低下させるおそれがある。したがって、粉末冶金用金属粉末中におけるＳｉの含有率は、０．５質量％以下であるのが好ましく、０．３質量％以下であるのがより好ましい。なお、下限値は特に設定されないが、好ましくは０．００１質量％程度とされる。
【００２６】
Ｍｎは、Ｓｉと同様に製鋼時の脱酸に必要な元素であり、ステンレス鋼の耐食性、耐酸化性に対し有益な元素であるが、その含有率が多過ぎると前述したような介在物や気孔の生成につながり、焼結体の鏡面性を低下させるおそれがある。したがって、粉末冶金用金属粉末中におけるＭｎの含有率は、０．５質量％以下であるのが好ましく、０．３質量％以下であるのがより好ましい。なお、下限値は特に設定されないが、好ましくは０．００１質量％程度とされる。
【００２７】
また、Ｍｎの含有率はＳｉの含有率より小さいのが好ましい。これにより、Ｍｎは前述したような介在物や気孔が生成する他、不可避的または意図的に含まれたＳ（硫黄）と化合してＭｎＳ等の化合物を生成する。この化合物は、焼結体の劣化の起点となり易いものであるため、逆にＭｎの含有率をＳｉに比べて小さくすることで、焼結体の鏡面性のさらなる向上を図ることができる。
【００２８】
さらに、Ｍｎは、オーステナイト相形成元素に属し、一方、Ｓｉは、フェライト相形成元素に属することから、Ｍｎの含有率をＳｉより小さくすることにより、δフェライト相の生成が促進され、ひいては焼結の促進が図られることとなる。その結果、焼結体の高密度化と鏡面性の向上が図られる。
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を付与する主要元素であり、その含有率は、１２〜２６質量％程度であるのが好ましく、１５〜２５質量％程度であるのがより好ましい。Ｃｒの含有率が前記下限値を下回った場合、十分な耐食性が得られないおそれがある。一方、Ｃｒの含有率が前記上限値を上回った場合、製造コストが高くなるおそれがある。
【００２９】
Ｎｉは、強力なオーステナイト相形成元素で、かつ耐食性、耐熱性を向上させるのに有効な元素であり、その含有率は、３〜２６質量％程度であるのが好ましく、７〜２１質量％程度であるのがより好ましい。Ｎｉの含有率が前記下限値を下回った場合、十分な耐食性、耐熱性が得られないおそれがある。一方、Ｎｉの含有率が前記上限値を上回った場合、製造コストが高くなるおそれがある。
【００３０】
Ｍｏは、耐食性を改善する元素であり、その含有率は、５質量％以下であるのが好ましい。Ｍｏの含有率が前記上限値を上回った場合、ステンレス鋼の耐食性が実質的に頭打ちとなり、かつ製造コストが高くなる。
Ｎｂは、炭窒化物形成元素であり、微細な炭窒化物を析出させ、ステンレス鋼の耐食性、耐酸化性、強度を向上させるのに有利な元素である。その含有率は、２質量％以下であるのが好ましい。Ｎｂの含有率が前記上限値を上回った場合、ステンレス鋼の耐食性、耐酸化性、強度が実質的に頭打ちになるとともに、製造コストが高くなる。
【００３１】
Ｎは、オーステナイト相安定化元素であり、かつ、ステンレス鋼の強度と耐食性を改善するのに有効な元素であり、その含有率は、０．４質量％以下であるのが好ましい。Ｎの含有率が前記上限値を上回った場合、オーステナイト相固溶限界を超えるおそれがある。
以上のようなオーステナイト系ステンレス鋼の構成元素は、それぞれ上述したような役割を担っており、上記式（Ｉ）において各構成元素の含有率に係る係数は、これらの役割の度合いが最適化されるように規定されている。
【００３２】
したがって、上記式（Ｉ）で規定されるＦの値を前記範囲内とすることにより、各構成元素の効果が相乗的に発揮された高品質の焼結体を得ることができる。
なお、本発明の金属粉末は、上述したような各構成元素の他に、Ｃｕ、Ｓ、Ｔｉを含んでいてもよい。
Ｃｕは、Ｍｏと同様に耐食性を改善する元素であり、その含有率は、５質量％以下であるのが好ましい。Ｃｕの含有率が前記上限値を上回った場合、ステンレス鋼の耐食性は実質的に頭打ちになるとともに、製造コストが高くなる。
【００３３】
Ｓは、溶融金属の表面張力を減少させ、アトマイズ法による微粉化を促進するよう作用する一方、耐食性を低下させる元素であり、特にＭｎと化合して劣化の起点となり易いＭｎＳを生成するおそれがある。その含有率は、０．００１〜０．３質量％程度であるのが好ましい。Ｓの含有率が前記上限値を上回った場合、ステンレス鋼の靭性や耐食性が著しく低下するおそれがある。
【００３４】
Ｔｉは、炭窒化物形成元素であり、微細な炭窒化物を析出させ、ステンレス鋼の耐食性、耐酸化性、強度を向上させるのに有利な元素である。その含有率は、２質量％以下であるのが好ましい。Ｔｉの含有率が前記上限値を上回った場合、ステンレス鋼の耐食性、耐酸化性、強度が実質的に頭打ちになるとともに、粉末冶金用金属粉末をアトマイズ法により製造した場合、溶湯ノズルの絞りや閉塞の問題が発生するおそれがある。
【００３５】
また、粉末冶金用金属粉末の平均粒径は、特に限定されないが、１〜３０μｍ程度であるのが好ましく、１〜２０μｍ程度であるのがより好ましい。このような粒径の粉末冶金用金属粉末は、成形時の圧縮性の低下を避けつつ、最終的に十分に緻密な焼結体を製造可能なものとなる。
なお、平均粒径が前記下限値未満である場合、粉末冶金用金属粉末が凝集し易くなり、成形時の圧縮性が著しく低下するおそれがある。一方、平均粒径が前記上限値を超える場合、粉末の粒子間の隙間が大きくなり過ぎて、最終的に得られる焼結体の緻密化が不十分になるばかりか、鏡面性の著しい低下を招くおそれがある。
【００３６】
また、本発明の金属粉末のタップ密度は、３．５ｇ／ｃｍ３以上であるのが好ましく、３．８ｇ／ｃｍ３以上であるのがより好ましい。このようにタップ密度が大きい粉末冶金用金属粉末であれば、成形体を得る際に、粒子間の充填性が特に高くなる。このため、最終的に、特に緻密な焼結体を得ることができる。
また、本発明の金属粉末の比表面積は、特に限定されないが、０．１５ｍ２／ｇ以上であるのが好ましく、０．２ｍ２／ｇ以上であるのがより好ましく、０．３ｍ２／ｇ以上であるのがさらに好ましい。このように比表面積の広い粉末冶金用金属粉末であれば、表面の活性（表面エネルギー）が高くなるため、より少ないエネルギーの付与でも容易に焼結することができる。したがって、成形体を焼結する際に、より短時間で焼結することができ、結晶粒の肥大化を防止することができる。その結果、焼結体の鏡面性を高めることができる。
【００３７】
さらに、本発明の金属粉末は、Ｓｉの含有率およびＭｎの含有率を抑えたことにより、酸素含有率を低下させることができ、酸素含有率の低い焼結体を製造することができる。このような焼結体は、介在物の生成が抑えられ、鏡面性の高いものとなる。また、水アトマイズ法のように、粉末製造時に水との接触が避けられない方法で製造された場合でも、酸素含有率の上昇を抑えられることから、製造方法が限定されないという利点もある。
【００３８】
具体的に、粉末冶金用金属粉末の酸素含有率は、４０００ｐｐｍ以下であるのが好ましく、３０００ｐｐｍ以下であるのがより好ましい。酸素含有率を前記範囲内に抑えることにより、介在物が生成されたとしても、焼結体の鏡面性への影響を最小限に抑えることができる。
このような粉末冶金用金属粉末は、例えば、いかなる方法で製造されたものでもよいが、例えば、アトマイズ法（水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法等）、還元法、カルボニル法、粉砕法等の方法により製造されたものを用いることができる。
【００３９】
このうち、粉末冶金用金属粉末には、アトマイズ法により製造されたものを用いるのが好ましい。アトマイズ法によれば、前記したような極めて微小な平均粒径の金属粉末を効率よく製造することができる。また、粒径のバラツキが少なく、粒径の揃った金属粉末を得ることができる。したがって、このような金属粉末を用いることにより、焼結体における気孔の生成や結晶粒の肥大化を確実に防止することができ、鏡面性の向上を図ることができる。
また、アトマイズ法で製造された粉末冶金用金属粉末は、真球に比較的近い球形状をなしているため、バインダーに対する分散性や流動性に優れたものとなる。このため、このような金属粉末を含む組成物を成形型に充填して成形する際に、その充填性を高めることができ、最終的により緻密な焼結体を得ることができる。
【００４０】
次に、このような本発明の金属粉末を用いて本発明の焼結体を得る方法について説明する。
焼結体の製造方法は、［Ａ］組成物を用意する組成物調製工程と、［Ｂ］成形体を製造する成形工程と、［Ｃ］脱脂処理を施す脱脂工程と、［Ｄ］焼成を行う焼成工程とを有する。以下、各工程について順次説明する。
【００４１】
［Ａ］組成物調製工程
まず、本発明の金属粉末と、バインダーとを用意し、これらを混練機により混練し、混練物（組成物）を得る。
この混練物（コンパウンド）中では、粉末冶金用金属粉末が均一に分散している。
バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、またはこれらの共重合体等の各種樹脂や、各種ワックス、パラフィン、高級脂肪酸（例：ステアリン酸）、高級アルコール、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等の各種有機バインダーが挙げられ、これらのうち１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００４２】
このうち、バインダーとしては、ポリオレフィンを主成分とするものが好ましい。ポリオレフィンは、還元性ガスによる分解性が比較的高い。このため、ポリオレフィンをバインダーの主成分として用いた場合、より短時間で確実に成形体の脱脂を行うことができる。
また、バインダーの含有率は、混練物全体の２〜２０質量％程度であるのが好ましく、５〜１０質量％程度であるのがより好ましい。バインダーの含有率が前記範囲内であることにより、成形性よく成形体を形成することができるとともに、密度を高め、成形体の形状の安定性等を特に優れたものとすることができる。また、これにより、成形体と脱脂体との大きさの差、いわゆる収縮率を最適化して、最終的に得られる焼結体の寸法精度の低下を防止することができる。
【００４３】
また、混練物中には、必要に応じて、可塑剤が添加されていてもよい。この可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル（例：ＤＯＰ、ＤＥＰ、ＤＢＰ）、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
さらに、混練物中には、粉末冶金用金属粉末、バインダー、可塑剤の他に、例えば、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物を必要に応じて添加することができる。
【００４４】
なお、混練条件は、用いる粉末冶金用金属粉末の金属組成や粒径、バインダーの組成、およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、混練温度：５０〜２００℃程度、混練時間：１５〜２１０分程度とすることができる。
また、混練物は、必要に応じ、ペレット（小塊）化される。ペレットの粒径は、例えば、１〜１５ｍｍ程度とされる。
なお、混練物に代えて、造粒粉末を製造するようにしてもよい。
【００４５】
［Ｂ］成形工程
次に、混練物を成形して、目的の焼結体と同形状の成形体を製造する。
成形体の製造方法（成型方法）としては、特に限定されず、例えば、圧粉成形（圧縮成形）法、金属粉末射出成形（ＭＩＭ：Metal Injection Molding）法、押出成形法等の各種成形法を用いることができる。
【００４６】
このうち、圧粉成形法の場合の成形条件は、用いる粉末冶金用金属粉末の組成や粒径、バインダーの組成、およびこれらの配合量等の諸条件によって異なるが、成形圧力が２００〜１０００ＭＰａ（２〜１０ｔ／ｃｍ２）程度であるのが好ましい。
また、金属粉末射出成形法の場合の成形条件は、諸条件によって異なるものの、材料温度が８０〜２１０℃程度、射出圧力が５０〜５００ＭＰａ（０．５〜５ｔ／ｃｍ２）程度であるのが好ましい。
【００４７】
また、押出成形法の場合の成形条件は、諸条件によって異なるものの、材料温度が８０〜２１０℃程度、押出圧力が５０〜５００ＭＰａ（０．５〜５ｔ／ｃｍ２）程度であるのが好ましい。
このようにして得られた成形体は、金属粉末の複数の粒子の間隙に、バインダーが一様に分布した状態となる。
なお、作製される成形体の形状寸法は、以降の脱脂工程および焼成工程における成形体の収縮分を見込んで決定される。
【００４８】
［Ｃ］脱脂工程
次に、得られた成形体に脱脂処理（脱バインダー処理）を施し、脱脂体を得る。
具体的には、成形体を加熱して、バインダーを分解することにより、成形体中からバインダーを除去して、脱脂処理がなされる。
この脱脂処理は、例えば、成形体を加熱する方法、バインダーを分解するガスに成形体を曝す方法等が挙げられる。
【００４９】
成形体を加熱する方法を用いる場合、成形体の加熱条件は、バインダーの組成や配合量によって若干異なるものの、温度１００〜７５０℃×０．１〜２０時間程度であるのが好ましく、１５０〜６００℃×０．５〜１５時間程度であるのがより好ましい。これにより、成形体を焼結させることなく、成形体の脱脂を必要かつ十分に行うことができる。その結果、脱脂体の内部にバインダー成分が多量に残留してしまうのを確実に防止することができる。
【００５０】
また、成形体を加熱する際の雰囲気は、特に限定されず、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、大気のような酸化性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられる。
一方、バインダーを分解するガスとしては、例えば、オゾンガス等が挙げられる。
なお、このような脱脂工程は、脱脂条件の異なる複数の過程（ステップ）に分けて行うことにより、成形体中のバインダーをより速やかに、そして、成形体に残存させないように分解・除去することができる。
また、必要に応じて、脱脂体に対して切削、研磨、切断等の機械加工を施すようにしてもよい。脱脂体は、硬度が比較的低く、かつ比較的可塑性に富んでいるため、脱脂体の形状が崩れるのを防止しつつ、容易に機械加工を施すことができる。このような機械加工によれば、最終的に寸法精度の高い焼結体を容易に得ることができる。
【００５１】
［Ｄ］焼成工程
前記工程［Ｃ］で得られた脱脂体を、焼成炉で焼成して焼結体を得る。
この焼結により、粉末冶金用金属粉末は、粒子同士の界面で拡散が生じ、焼結に至る。この際、前述したようなメカニズムによって、脱脂体が速やかに焼結される。その結果、全体的に緻密な高密度の焼結体が得られる。
【００５２】
具体的には、本発明によれば、相対密度で９６％以上の焼結体が得られる（９７％以上が好ましい。）。このような高密度の焼結体は、溶製材に匹敵する優れた機械的特性を有するものとなる。このため、かかる焼結体は、長期にわたって負荷が加わるような機械部品等として好適に用いられるものとなる。
なお、本工程における焼成条件は、成形体および脱脂体の製造に用いた粉末冶金用金属粉末の組成や粒径等によって若干異なるものの、温度１１００〜１４００℃×０．２〜７時間程度であるのが好ましく、温度１２００〜１３５０℃×１〜４時間程度であるのがより好ましい。これにより、焼結が進み過ぎて過焼結となり、結晶組織が肥大化するのを防止しつつ、脱脂体全体を十分に焼結させることができる。その結果、高密度であり、かつ特に機械的特性に優れた焼結体を得ることができる。
【００５３】
また、焼成の際の雰囲気は、特に限定されないが、金属粉末の酸化を防止することを考慮した場合、水素のような還元性ガス雰囲気、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が好ましく用いられる。
このようにして得られた焼結体は、介在物や気孔をほとんど含まないため、表面に研磨処理を施した場合、高い鏡面性の鏡面を得ることができる。
【００５４】
具体的には、研磨処理後、表面に露出した介在物や気孔が占める面積率は、できるだけ低い方が望ましいが、２．５％未満であるのが好ましく、１．５％未満であるのがより好ましい。介在物や気孔の面積率を前記範囲内の程度に抑えることにより、焼結体の表面は極めて平滑になり、ほとんどの観察者にとって、視覚的には鏡面性の高い表面であると認識させることができる。すなわち、このような表面は、審美的外観に優れたものとなる。
【００５５】
また、脱脂体の熱伝導性があまり良くないことから、本工程において脱脂体を加熱しても、脱脂体全体に熱が伝わるのに時間がかかる。このため、内部と表面側とで温度勾配が生じ、内部より表面側の焼結が進行する。その結果、表面側には、粒界の移動による気孔の除去が促進され、内部に比べて緻密な層（表層）が形成される。そして、焼成条件を前記範囲内とすることにより、脱脂体に対する入熱量が最適化され、過焼結を防止しつつ、緻密な表層を形成することができる。これにより、介在物や気孔の露出、結晶粒の肥大化等が防止され、焼結体の表面の鏡面性をより高めることができる。
【００５６】
具体的には、前述したような焼成条件で焼成した場合、表層深さ（厚さ）は、１５０μｍ以上になることが期待される（好ましくは２５０μｍ以上）。このような深さの表層が形成されていれば、表層による光反射特性が均一なものとなるため、鏡面性が特に高くなる。その結果、焼結体の審美的外観を特に高めることができる。
以上のようにして、本発明の焼結体が得られる。
【００５７】
得られた焼結体は、機械的特性に優れたものとなるが、具体的には引張強さが５００ＭＰａ以上であるのが好ましい。このような焼結体は、各種の機械部品として長期にわたる耐久性を有するものとなる。
また、得られた焼結体に対して研磨処理を施すことにより、焼結体表面の凹凸を平滑化し、表面に鏡面を出すことができる。
【００５８】
この研磨処理は、焼結体の表面に形成された表層の厚さを超えない範囲内で行われるのが好ましい。すなわち、研磨処理によって削られる厚さは、表層の厚さ未満であるのが好ましい。これにより、焼結体表面を平滑化しつつ、研磨面には緻密な表層が露出することになるため、研磨面の鏡面性が特に高くなる。
研磨処理としては、例えば、サンドペーパー研磨、バフ研磨、バレル研磨、サンドブラスト処理、電界研磨等が挙げられる。
以上、本発明の金属粉末および焼結体について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００５９】
１．焼結体の製造
（実施例１）
［１］まず、水アトマイズ法により製造されたオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ−３１６Ｌ粉末（エプソンアトミックス社製、ＰＦ−２０Ｒ）と、ポリプロピレンとワックスの混合物（有機バインダー）とを、質量比で９：１となるよう秤量して混合し、混合原料を得た。
上記オーステナイト系ステンレス鋼の組成を表１に示す。
【００６０】
【表１】
2010222662.tif 000002
【００６１】
なお、表１に示す粉末の組成は、誘導結合高周波プラズマ発光分析法（ＩＣＰ法）により同定した。また、ＩＣＰ分析には、（株）リガク製、ＩＣＰ装置（ＣＩＲＯＳ１２０型）を用いた。
また、表１中のＦの値、Ｃｒ当量（Ｃｒｅｑ）およびＮｉ当量（Ｎｉｅｑ）は、それぞれ前記式（Ｉ）に基づいて算出したものである。
また、表１の「Ｆの値」における○または×は、Ｆの値が、前記条件（Ｂ）を満たすか否かを表しており、「Ｓｉ＋Ｍｎ」における○または×は、Ｓｉの含有率とＭｎの含有率との合計が、前記条件（Ａ）を満たすか否かを表している。
また、粉末冶金用金属粉末の酸素含有率および平均粒径を表２に示す。
【００６２】
［２］次に、この混合原料を混練機で混練し、コンパウンドを得た。
［３］次に、このコンパウンドを、以下に示す成形条件で、射出成形機にて射出成形を行い、成形体を作製した。
＜成形条件＞
・材料温度：１５０℃
・射出圧力：１１ＭＰａ（１１０ｋｇｆ／ｃｍ２）
【００６３】
［４］次に、得られた成形体に対して、以下に示す脱脂条件で熱処理（脱脂処理）を施し、脱脂体を得た。
＜脱脂条件＞
・加熱温度  ：５００℃
・加熱時間  ：２時間
・加熱雰囲気：窒素ガス
【００６４】
［５］次に、得られた脱脂体を、以下に示す焼成条件で焼成した。これにより、焼結体を得た。
＜焼成条件＞
・焼成温度  ：１３５０℃
・焼成時間  ：３時間
・加熱雰囲気：水素ガス
・焼成炉    ：連続焼成炉
【００６５】
［６］次に、得られた焼結体の表面に対して６００番のサンドペーパーを用いた研磨処理を施した。次いで、焼結体の表面にバフ研磨を用いた研磨処理を施し、鏡面出しを行った。
（実施例２〜１１）
粉末冶金用金属粉末の鋼種および組成を表１に示すように変更した以外は、それぞれ前記実施例１と同様にして焼結体を得るとともに、焼結体の表面に研磨処理を施した。
また、粉末冶金用金属粉末の酸素含有率および平均粒径を、それぞれ表２に示す。
（比較例１〜６）
粉末冶金用金属粉末の鋼種および組成を表１に示すように変更した以外は、それぞれ前記実施例１と同様にして焼結体を得るとともに、焼結体の表面に研磨処理を施した。
また、粉末冶金用金属粉末の酸素含有率および平均粒径を、それぞれ表２に示す。
【００６６】
２．評価
２．１  焼結密度の測定
各実施例および各比較例で得られた焼結体について、それぞれの焼結密度を測定した。なお、焼結密度の測定は、アルキメデス法（ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１に規定）に準じた方法により行った。
また、測定された焼結密度と、各鋼種の真密度とから、各実施例および各比較例の相対密度を算出した。
【００６７】
２．２  介在物または気孔の面積率の測定
各実施例および各比較例で得られた焼結体の研磨面について、それぞれ、研磨面に対する介在物または気孔の面積率を測定した。
なお、面積率の測定は、研磨面を走査型電子顕微鏡で観察し、その観察像に画像処理を施して、全領域に対する介在物または気孔の面積の割合を算出することにより行った。
そして、測定された面積率を、以下の評価基準に基づいて評価した。
＜面積率の評価基準＞
◎：面積率１．５％未満
○：面積率１．５％以上２．５％未満
△：面積率２．５％以上４％未満
×：面積率４％以上
【００６８】
２．３  表層深さの測定
各実施例および各比較例で得られた焼結体をそれぞれ切断し、その切断面に対して前述した研磨処理を施し、研磨面に対して表層深さの測定を行った。
なお、表層深さの測定は、切断面の表層近傍を走査型電子顕微鏡で観察し、その観察像から、相対的に緻密な表層の厚さを見積もることにより行った。
そして、測定した表層深さを、以下の評価基準に従って評価した。
＜表層深さの評価基準＞
◎：表層深さ２５０μｍ以上
○：表層深さ１５０μｍ以上２５０μｍ未満
△：表層深さ１００μｍ以上１５０μｍ未満
×：表層深さ１００μｍ未満
【００６９】
２．４  鏡面性の評価
以上、面積率および表層深さの各評価結果を元に、各実施例および各比較例で得られた焼結体の鏡面性を、以下の評価基準に従って評価した。
＜鏡面性の評価基準＞
◎：面積率および表層深さの双方が◎
○：面積率および表層深さの一方が○、他方が◎か○
△：面積率および表層深さの一方が△、他方が◎か○か△
×：面積率および表層深さの少なくとも一方が×
以上、２．１〜２．４の測定結果を表２に示す。
【００７０】
【表２】
2010222662.tif 000003
【００７１】
表２から明らかなように、各実施例では、いずれも、相対密度が９６％以上の高密度の焼結体が得られた。
また、各実施例で得られた焼結体では、介在物または気孔の面積率も、比較例に比べて小さかった。
さらに、各実施例で得られた焼結体では、表層深さも１５０μｍ以上であった。
【００７２】
以上のことから、Ｓｉの含有率とＭｎの含有率の合計（Ｓｉ＋Ｍｎ）が１質量％以下である条件（Ａ）と、Ｆの値が３質量％以上である条件（Ｂ）の双方を満足して初めて、オーステナイト系ステンレス鋼からなる粉末冶金用金属粉末は、鏡面性の高い焼結体を確実に製造し得ることが明らかとなった。