(57)【要約】【課題】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、元々焼結性に劣る組成であっても、焼結性を向上させ、機械的特性に優れた焼結体を容易に製造することができる金属粉末、およびこの金属粉末を用いて製造された機械的特性に優れた焼結体を提供すること。【解決手段】本発明の金属粉末は、［Ａ］組成物調製工程、［Ｂ］成形工程、［Ｃ］脱脂工程、および［Ｄ］焼成工程を経て、焼結体を製造するのに用いられる粉末である。このような金属粉末は、焼結することによって面心立方格子相を析出する組成を主成分とし、Ｍｎ（マンガン）を０．００１〜０．３質量％の割合で含むことを特徴とする。この粉末を用いることで、図２に示すような、焼結密度の高い焼結体が得られる。【選択図】図２
2010222661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アトマイズ法で製造されたものであり、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を主成分とし、Ｍｎを０．００１〜０．３質量％の割合で含むことを特徴とする金属粉末。
【請求項２】
前記主成分は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種を含む単体または基合金である請求項１に記載の金属粉末。
【請求項３】
前記主成分は、オーステナイト系ステンレス鋼、高合金鋼、機械構造用鋼、強靭鋼、工具鋼、高硬度鋼、耐熱鋼、超合金、Ｃｏ−Ｃｒ系合金およびＣｏ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金のうちの少なくとも１種である請求項１または２に記載の金属粉末。
【請求項４】
前記主成分は、焼結することによってγ相を析出するような組成のＦｅ基合金である請求項１ないし３のいずれかに記載の金属粉末。
【請求項５】
平均粒径が１〜３０μｍ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】
比表面積が０．１５ｍ２／ｇ以上である請求項１ないし５のいずれかに記載の金属粉末。
【請求項７】
前記アトマイズ法は、水アトマイズ法である請求項１ないし６のいずれかに記載の金属粉末。
【請求項８】
オーステナイト系ステンレス鋼を主成分とし、Ｍｎを０．００１〜０．３質量％の割合で含有した、アトマイズ法で製造された金属粉末と、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、温度１１００〜１４００℃×０．２〜７時間で焼成して製造されたものであり、相対密度が９６％以上であることを特徴とする焼結体。
【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】
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。このような場合、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。
具体的には、用いる金属粉末が、オーステナイト系ステンレス鋼の粉末である場合、焼結温度において、各原子が緻密な面心立方格子構造に配列することにより、焼結の進行が阻害され、緻密化が進み難い。このため、このような金属粉末は、特許文献１に記載の方法によって焼結体を得たとしても、得られた焼結体は緻密化が不十分なものとなってしまい、機械的特性が低い。
このような問題を解消するため、オーステナイト系ステンレス鋼の主要成分のうち、ＮｉやＣｒの含有率を変更することで焼結性を改善することも行われてきたが、組成を変更した結果、日本工業規格（ＪＩＳ）に規定された組成比から外れてしまい、本来のオーステナイト系ステンレス鋼の優れた特性が損なわれることが問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
本発明の目的は、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、元々焼結性に劣る組成であっても、焼結性を向上させ、機械的特性に優れた焼結体を容易に製造することができる金属粉末、およびこの金属粉末を用いて製造された機械的特性に優れた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】
【０００６】
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、アトマイズ法で製造されたものであり、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を主成分とし、Ｍｎを０．００１〜０．３質量％の割合で含むことを特徴とする。
これにより、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、元々焼結性に劣る組成であっても、焼結性を向上させ、機械的特性に優れた焼結体を容易に製造することができる金属粉末が得られる。
【０００７】
本発明の金属粉末では、前記主成分は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種を含む単体または基合金であることが好ましい。
このような主成分の金属粉末から得られる焼結体は、機械的特性および電磁気的特性に優れていることから、種々の構造部品や電磁気用部品等に広範囲にわたって好適に用いられるものである。したがって、これらの主成分を含む金属に、Ｍｎを添加してなる金属粉末は、緻密であり機械的特性や電磁気的特性が特に良好な構造部品や電磁気用部品を製造するための原料粉末として、好ましく用いることができる。
【０００８】
本発明の金属粉末では、前記主成分は、オーステナイト系ステンレス鋼、高合金鋼、機械構造用鋼、強靭鋼、工具鋼、高硬度鋼、耐熱鋼、超合金、Ｃｏ−Ｃｒ系合金およびＣｏ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金のうちの少なくとも１種であることが好ましい。
このような金属粉末で得られた焼結体は、機械的特性および化学的特性（耐食性）に優れたものとなる。
【０００９】
本発明の金属粉末では、前記主成分は、焼結することによってγ相を析出するような組成のＦｅ基合金であることが好ましい。
これにより、金属粉末を用いて得られた焼結体は、γ相を含むＦｅ基合金が靭性等の機械的特性や耐食性等の化学的特性において元々有する優れた特性に加え、密度が高くなるように焼結されたものであるため、引張強度や硬度等の機械的特性にも優れたものとなる。
【００１０】
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。
本発明の金属粉末では、比表面積が０．１５ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。
これにより、金属粉末の表面の活性（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る。
【００１１】
本発明の金属粉末では、前記アトマイズ法は、水アトマイズ法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得ることができる。また、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。
【００１２】
本発明の焼結体は、オーステナイト系ステンレス鋼を主成分とし、Ｍｎを０．００１〜０．３質量％の割合で含有した、アトマイズ法で製造された金属粉末と、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、温度１１００〜１４００℃×０．２〜７時間で焼成して製造されたものであり、相対密度が９６％以上であることを特徴とする。
これにより、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、元々焼結性に劣るオーステナイト系ステンレス鋼の粉末であっても、Ｍｎを前記範囲内で含むことにより、焼結性を向上させ、緻密で機械的特性に優れた、各種の機械部品として長期にわたる耐久性を有する焼結体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】金属粉末中のＭｎの含有率と、この金属粉末を用いて製造された焼結体の相対密度との関係を示すグラフである。
【図２】焼成温度と焼結密度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の金属粉末および焼結体について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
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。
【００１５】
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、種々の組成の金属粉末が用いられてきた。しかしながら、用いる金属粉末の組成によっては、焼結性が低いために、焼結体の緻密化が不十分になるという問題があった。このような問題は、粉末冶金用の金属粉末として、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。したがって、従来、このような組成の金属粉末を用いて良好な焼結体を得ることは困難であった。
【００１６】
上記のような問題に鑑み、本発明者は、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であっても、優れた焼結性を示し、良好な焼結体を得るための条件について鋭意検討した。その結果、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を主成分とし、Ｍｎ（マンガン）を０．００１〜０．３質量％の割合で含む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】
このような粉末冶金用金属粉末によれば、Ｍｎが焼結性を高めるよう作用する。このため、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た後、脱脂・焼結してなる焼結体は、緻密化が十分に進行したものとなる。このため、得られた焼結体は、相対密度や各種機械的特性に優れたものとなる。
【００１８】
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におけるＭｎの含有率は、前述したように０．００１〜０．３質量％とされるが、好ましくは０．００３〜０．２質量％程度とされ、より好ましくは０．００５〜０．１質量％程度とされる。Ｍｎの含有率が前記範囲内であれば、主成分が有する特性を損なうことなく、Ｍｎの作用が十分に生じ、得られる焼結体の焼結性を十分に高めることができる。
なお、Ｍｎの含有率が前記下限値を下回った場合には、Ｍｎの作用がほとんど発揮されず、得られる焼結体の焼結密度が低下する。一方、Ｍｎの含有率が前記上限値を上回った場合には、Ｍｎの作用が頭打ちになるとともに、粉末冶金用金属粉末の特性として、Ｍｎが有する特性が顕在化し、本来発現すべき主成分が有する特性が損なわれる。
【００１９】
一方、本発明の金属粉末の主成分は、前述したように、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であるが、具体的には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等の各金属元素が挙げられ、これらのうちの１種を含む単体または基合金が挙げられる。
この中でも、前記主成分は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種を含む単体または基合金であるのが好ましい。このような主成分の金属粉末から得られる焼結体は、機械的特性および電磁気的特性に優れていることから、種々の構造部品や電磁気用部品等に広範囲にわたって好適に用いられるものである。したがって、これらの主成分を含む金属粉末に、Ｍｎを添加してなる粉末冶金用金属粉末は、緻密で、かつ機械的特性や電磁気的特性が特に良好な構造部品や電磁気用部品を製造するための原料粉末として、広く用いることができる。
【００２０】
ここで、粉末冶金用金属粉末が焼結する際の上述したようなＭｎの作用は、以下の（Ｉ）〜（III）の３つの要素に起因しているものと推察される。
（Ｉ）Ｍｎを添加することにより、原材料の融点が低下する。このため、アトマイズ法で粉末冶金用金属粉末を製造する際に、微小で粒径の揃った粉末を効率よく製造することができる。そして、Ｍｎの添加量を前記範囲内に制御したことにより、原材料の融点の降下量が適度に抑えられるため、粉末の粒径のバラツキを抑制しつつ、粉末の比表面積は比較的高い値となる。その結果、粉末冶金用金属粉末を成形型に充填する際には、粒径が揃っていることから充填性が高くなるとともに、粉末が微小で比表面積も高いことから各粒子の表面エネルギーが増加し、焼結に必要なエネルギー量が減少する。以上のことから、粉末冶金用金属粉末は、焼結性の高いものとなる。また、これにより、特に１２５０℃未満の比較的低温で焼成した場合でも、十分に焼結させることができる。
【００２１】
（II）Ｍｎを添加するものの、その添加量を前記範囲内に制御したことにより、（Ｉ）の作用を維持しつつ、粉末冶金用金属粉末の酸化を抑制し、酸素含有率の低い粉末を得ることができる。ところで、Ｍｎは比較的酸化し易く、その酸化物は金属粉末の焼結を阻害する要因となり得るが、本発明者は、Ｍｎの添加量を前記範囲内に制御した場合、酸化物が焼結に及ぼす影響が最小限に抑えられ、（Ｉ）の作用を損なわないことを見出した。したがって、粉末冶金用金属粉末における焼結性の低下を防止することができる。
【００２２】
（III）Ｍｎを添加するものの、その添加量を前記範囲内に制御したことにより、（Ｉ）の作用を維持しつつ、粉末冶金用金属粉末の焼結性の低下を防止することができる。これは、Ｍｎがオーステナイト相安定化元素であるため、原子配列が面心立方格子構造になっている粉末冶金用金属粉末においては、Ｍｎがこの構造をさらに安定化させてしまうのを防止して、焼結性がさらに低下するのを防止し得るからである。
【００２３】
以上のような理由から、粉末冶金用金属粉末を含む成形体（脱脂体）の焼結性を高めることができる。
また、Ｍｎの添加量を前記範囲内とした場合、焼結性が高くなるとともに、焼結体の耐食性を高めることができる。これは、Ｍｎの添加量を前記範囲内としたことにより、ＭｎとＳ（硫黄）との化合物であるＭｎＳの生成を抑制することができるためである。このＭｎＳは、焼結体の劣化の起点となり易いため、このようなＭｎＳの生成を抑制することで、耐食性に優れた焼結体を得ることができる。
【００２４】
また、Ｓの含有率を十分に低くすることで、ＭｎＳの生成を特に抑制することができる。具体的には、粉末冶金用金属粉末におけるＳの含有率は０．０１質量％以下であるのが好ましく、０．００５質量％以下であるのがより好ましい。
また、粉末冶金用金属粉末が特にＦｅ系合金粉末である場合、Ｆｅ系合金中のＦｅの含有率が高くなるほど、デルタフェライト（δ鉄）相が析出するおそれがある。デルタフェライトは耐食性に劣るため、焼結体中に多量に含まれると耐食性の低下を招く。
【００２５】
これに対し、粉末冶金用金属粉末がＭｎを含むことにより、相対的にＦｅの含有率が若干低下することと、Ｍｎがオーステナイト相安定化元素であるためフェライトの生成が抑制されることにより、粉末冶金用金属粉末はデルタフェライトの析出を抑制し得るものとなる。これにより、耐食性に富んだ粉末冶金用金属粉末が得られ、最終的に耐食性に富んだ焼結体が得られる。
【００２６】
ところで、上述したような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具体例としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、高合金鋼、機械構造用鋼、強靭鋼、工具鋼、高硬度鋼、耐熱鋼、超合金、Ｃｏ−Ｃｒ系合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ系合金等が挙げられるが、本発明は特に、オーステナイト系ステンレス鋼に対して有効である。オーステナイト系ステンレス鋼は、焼結性に劣るが、ステンレス鋼の中でも特に機械的特性および化学的特性（耐食性）に優れるものである。このため、Ｍｎを所定の割合で添加したことによって良好な焼結性が付与されることにより、オーステナイト系ステンレス鋼粉末は、構造部品として好適に用いられる緻密で機械的特性に優れた焼結体を確実に製造することができる。
【００２７】
なお、上述したような合金のうち、Ｆｅ基合金の場合は、原子が面心立方格子を構築するよう配置した相のことを「γ相」と言う。γ相を含む本発明の金属粉末を用いて製造された焼結体は、γ相を含むＦｅ基合金が靭性等の機械的特性や耐食性等の化学的特性において元々有する優れた特性に加え、密度が高くなるように焼結されたものであるため、引張強度や硬度等の機械的特性にも優れたものとなる。
【００２８】
また、オーステナイト系ステンレス鋼としては、ＪＩＳ  Ｇ  ４３０３〜４３０９等に規定のステンレス鋼のうち、例えば、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３０９、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７、ＳＵＳ３８４等が挙げられる。
また、オーステナイト系耐熱鋼としては、ＪＩＳ  Ｇ  ４３１１〜４３１２等に規定の耐熱鋼のうち、例えば、ＳＵＨ３１、ＳＵＨ３５、ＳＵＨ３６、ＳＵＨ３７、ＳＵＨ３８、ＳＵＨ３０９、ＳＵＨ３１０、ＳＵＨ３３０、ＳＵＨ６６０、ＳＵＨ６６１等が挙げられる。
【００２９】
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おそれがある。
【００３０】
また、本発明の金属粉末がＦｅ系合金、Ｎｉ系合金またはＣｏ系合金で構成されている場合、粉末冶金用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。
【００３１】
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る。
【００３２】
このような粉末冶金用金属粉末は、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）で製造されたものである。
このうち、粉末冶金用金属粉末には、水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。水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。
【００３３】
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。
なお、アトマイズ法では、前述した主成分とＭｎとを溶解して溶融金属とした後、この溶融金属を、高速で噴射させた流体（液体または気体）に衝突させることにより、溶融金属を微粉化するとともに冷却して、金属粉末を製造する。これにより、主成分およびＭｎは、合金化する（または、金属間化合物を形成する）。その結果、得られた金属粉末は、各金属粒子において、主成分とＭｎとが均一に分布したものとなる。このような金属粉末は、前述したようなＭｎの作用が組成物全体で均等に発揮されることとなり、最終的に、焼結ムラの発生を防止することができる。
【００３４】
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。
【００３５】
［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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
［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。
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。
【００４０】
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。
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。
【００４１】
［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。
【００４２】
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。
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。
【００４３】
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。
【００４４】
［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。
【００４５】
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。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温度は、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異なる。
【００４６】
ここでは、一例として、この粉末冶金用金属粉末が、オーステナイト系ステンレス鋼粉末であって、Ｍｎの含有率が０．００１〜０．３質量％であるような組成の金属粉末である場合について説明する。
このような組成の粉末冶金用金属粉末で製造された脱脂体を焼成する場合、その焼成条件は、温度１１００〜１４００℃×０．２〜７時間程度であるのが好ましく、温度１２００〜１３００℃×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。
【００４７】
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、相対密度の高いものとなる。
すなわち、本発明の金属粉末とバインダーとを含む組成物を、成形した後、脱脂・焼結して製造された焼結体は、その相対密度が、Ｍｎを含まない場合に比べて高いものとなる。したがって、焼結性をあまり考慮することなく、焼結体の電磁気的特性、化学的特性等を優先して金属粉末の組成を調整することができる。
【００４８】
なお、具体的には、焼結体の相対密度は、粉末冶金用金属粉末の組成によって若干異なるものの、１％以上の相対密度の向上が期待できる。
また、本発明の金属粉末とバインダーとを含む組成物を、成形した後、脱脂・焼結して製造された焼結体は、その引張強さや０．２％耐力が、Ｍｎを含まない場合に比べて高いものとなる。これは、焼結性の向上に伴い、焼結体の機械的特性が向上したためと考えられる。したがって、焼結体の機械的特性が低下することをあまり考慮することなく、焼結体の電磁気的特性や化学的特性等を優先して金属粉末の組成を調整することができるようになる。
【００４９】
なお、具体的には、粉末冶金用金属粉末の組成によって若干異なるものの、５％以上の引張強さの向上、５％以上の０．２％耐力の向上がそれぞれ期待できる。
その結果、例えばオーステナイト系ステンレス鋼の場合、焼結体の引張強さは５００ＭＰａ以上になることが期待される。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。
【００５０】
以上のことから、本発明の金属粉末であれば、焼結に伴って面心立方格子相を析出してしまい、焼結性が低くなってしまうような組成であっても、焼結における緻密化を図ることができる。その結果、本発明の金属粉末によれば、従来では製造することが困難であった、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であって、かつ高密度で機械的特性に優れた焼結体を容易に製造することができるようになる。
【００５１】
このようにして得られた面心立方格子相を主成分とする焼結体は、結晶構造として充填性の高い面心立方格子相に特有の優れた機械的特性を有するため、例えば、構造部品等として極めて有用なものとなる。
また、このようにして得られた焼結体において、面心立方格子相の含有率が大きいほど、面心立方格子相に特有の機械的特性が顕著になることは言うまでもないが、この含有率は、好ましくは８０原子％以上、より好ましくは９０原子％以上とされる。なお、この含有率は、例えば、Ｘ線回折法、超音波探傷法等によって測定することができる。
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】
【００５２】
１．焼結体の製造
（実施例Ａ１）
［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−１５Ｆ）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および粉末特性（酸素含有率、平均粒径、タップ密度および比表面積）を表１に示す。
【００５３】
【表１】
2010222661.tif 000003
【００５４】
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。
【００５５】
［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）
【００５６】
［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
【００５７】
［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  ：１２００℃
・焼成時間  ：３時間
・加熱雰囲気：水素ガス
・焼成炉    ：連続焼成炉
【００５８】
（実施例Ａ２〜Ａ７）
粉末冶金用金属粉末の組成を、表１に示すように変更した以外は、それぞれ前記実施例Ａ１と同様にして焼結体を得た。
（比較例Ａ１〜Ａ４）
粉末冶金用金属粉末の組成を、表１に示すように変更した以外は、それぞれ前記実施例Ａ１と同様にして焼結体を得た。
【００５９】
２．評価
２．１  焼結密度の測定
各実施例Ａ１〜Ａ７および各比較例Ａ１〜Ａ４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、ＳＵＳ−３１６Ｌ系ステンレス鋼の真密度とから、各実施例および各比較例の相対密度を算出した。
【００６０】
２．２  引張強さの測定
各実施例Ａ１〜Ａ７および各比較例Ａ１〜Ａ４で得られた焼結体について、それぞれの引張強さを測定した。なお、引張強さの測定は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に規定の方法に準じて行った。
以上、２．１、２．２の測定結果を表２に示す。
【００６１】
【表２】
2010222661.tif 000004
【００６２】
表２から明らかなように、各実施例Ａ１〜Ａ７では、いずれも、比較例Ａ１〜Ａ４に比べて高密度の焼結体が得られた。これにより、Ｍｎを所定の割合で含む本発明の金属粉末は、焼結性を高め得ることが明らかとなった。
図１は、粉末冶金用金属粉末中のＭｎの含有率と、この粉末冶金用金属粉末を用いて製造された焼結体の相対密度との関係を示すグラフである。
【００６３】
このグラフからも、各実施例Ａ１〜Ａ７で得られた焼結体、すなわちＭｎの含有率が０．００１〜０．３質量％である粉末を用いて製造された焼結体は、その相対密度が９６％以上となり、焼結密度の高い焼結体であることが明らかとなった。
また、各実施例Ａ１〜Ａ７で得られた高密度の焼結体は、いずれも比較例Ａ１〜Ａ４で得られた焼結体に比べて、引張強さのような機械的特性に優れていた。
【００６４】
３．焼結体の焼成温度と焼結密度との関係の評価
実施例Ａ３、実施例Ａ５、実施例Ａ６および比較例Ａ４で得られた粉末冶金用金属粉末を用い、焼成温度を以下のように１２００〜１３８０℃の間で７段階に変えつつ、それぞれの温度で焼結体を製造した。なお、一部の焼成温度では、実施例Ａ３で得られた粉末冶金用金属粉末を用いた焼結体のみ製造した。
【００６５】
（実施例Ｂ１〜Ｂ７）
焼成温度を表３に示す７段階の温度に変更した以外は、それぞれ前記実施例Ａ３、Ａ５、Ａ６および比較例Ａ４と同様にして焼結体を製造した。
【００６６】
【表３】
2010222661.tif 000005
【００６７】
表３から明らかなように、各実施例Ｂ１〜Ｂ７で得られた焼結体は、いずれも、焼成温度によらず焼結密度が高かった。
また、図２は、焼成温度と焼結密度との関係を示すグラフである。図２に示す直線Ｌは、実施例Ａ３で得られた粉末冶金用金属粉末を用いて、各実施例Ｂ１〜Ｂ７において製造された焼結体の焼結密度分布の回帰直線である。
【００６８】
一般に、焼成温度が１２５０℃未満の比較的低温の領域では、焼結密度が上がり難く、従来は機械的特性に優れた焼結体を得ることが困難であったが、実施例Ａ３で得られた焼結体の焼結密度は、図２からも明らかなように、直線Ｌとその他の焼結体の焼結密度との開きが大きいことが認められる。
したがって、本発明の金属粉末は、比較的低温で焼成したとしても、十分な焼結密度を有する焼結体を製造することを可能にする。また、低温での焼成を可能にしたことから、熱による金属粉末の化学的劣化および電磁気的劣化を抑制することができ、かつ、焼成に要する時間とエネルギーを抑制することができる。その結果、本発明によれば、化学的特性および電磁気的特性に優れた焼結体を低コストで作製することができることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００６９】
Ｌ……回帰直線
【図１】
2010222661.tif 000006
【図２】
2010222661.tif 000007