(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分粉として銅粉又は銅合金粉、副成分粉として銅系粉末冶金で使用される錫粉，鉛粉，亜鉛粉，アルミ粉，黒鉛粉の中から選ばれるいずれか１種を、主成分粉と副成分粉の総重量の0.01〜0.10％の水溶性有機結合剤で結合させた、粉末冶金用銅系偏析防止処理混合粉。
【請求項２】
主成分粉として銅粉又は銅合金粉、副成分粉として銅系粉末冶金で使用される錫粉，鉛粉，亜鉛粉，アルミ粉，黒鉛粉の中から選ばれるいずれか１種において、主成分粉に主成分粉と副成分粉の総重量の0.5 〜4.0 ％の水を添加, 混合して、主成分粉の周囲に薄い水の層を成形させたものに、水溶性有機結合剤の重量が主成分粉と副成分粉の総重量の0.02〜0.10％となる様に水溶性有機結合剤をコーティングした副成分粉を添加、混合した後、乾燥する偏析防止処理混合粉の製造方法。
【請求項３】
主成分粉として銅粉又は銅合金粉、副成分粉として銅系粉末冶金で使用される錫粉，鉛粉，亜鉛粉，アルミ粉，黒鉛粉の中から選ばれるいずれか１種において、主成分粉に水溶性有機結合剤の重量が主成分粉と副成分粉の総重量の0.02〜0.05％となる様に水溶性有機結合剤の水溶液を添加, 混合し、副成分粉を添加、再び混合したもの又は、主成分粉と副成分粉の混合粉に、水溶性有機結合剤の重量が主成分粉と副成分粉の総重量の0.02〜0.05％となる様に水溶性有機結合剤の水溶液を添加, 混合したものを、30〜100 kgf/cm2 の圧力で加圧した後、乾燥, 解砕する偏析防止処理混合粉の製造方法。
【請求項４】
主成分粉として銅粉又は銅合金粉、副成分粉として銅系粉末冶金で使用される錫粉，鉛粉，亜鉛粉，アルミ粉，黒鉛粉の中から選ばれるいずれか１種において、主成分粉に主成分粉と副成分粉の総重量の 0.5〜4.0 ％の水を添加, 混合して、主成分粉の周囲に薄い水の層を形成させたものに、水溶性有機結合剤の重量が主成分粉と副成分粉の総重量の0.01〜0.10％となる様に水溶性機結合剤をコーティングした副成分粉を添加, 混合した後、30〜100 kgf/cm2 の圧力で加圧し、乾燥, 解砕する偏析防止処理混合粉の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、粉末冶金製品の原料粉として使用され、従来技術では有機結合剤が焼結を阻害する銅系において、焼結を阻害されずに偏析を防止できる偏析防止処理混合粉とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、焼結部品を製造する場合の原料粉としては、主成分粉と副成分粉とを所定の割合で混合したものが用いられている。しかしながら多くの場合、主成分粉と副成分粉の間に比重, 粒度及び粒形等の差があるために、混合粉の輸送, ホッパーへの装入, ホッパーからの流出あるいは金型への充填時に偏析を起こし、得られる焼結部品の寸法精度, 強度等の特性がばらついたり低下したりする。このような混合粉の偏析を防止するために、これまで次の様な方法が開示されている。
(1) 特開昭60−502158に示されている様にトール油などの液体添加剤を粉末混合物に添加する方法。
(2) 特開昭63−103001や特開平2 −217403などで示されている様に有機結合剤を溶剤で溶解して添加し、均一混合した後、溶剤を蒸発させる方法。
【０００３】
しかしながら、上記(1) の方法は、混合粉末の流動性が著しく悪化し、作業性が極めて悪くなる。
また、(2) の方法は、鉄系では実用されているが、有機結合剤が脱脂あるいは焼結中に完全に分解, 揮発せず、極く微量の炭素が残るため、例えば銅系の様に炭素の固溶度がない系では、残留炭素が焼結を著しく阻害する。
このため、従来有機結合剤を使用した偏析防止処理混合粉は鉄粉あるいは鉄系の粉末を主成分とする場合に限られており、銅系など、有機結合剤が焼結を阻害する系の偏析防止処理混合粉とその製造方法は提案されていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決し、有機結合剤が阻害する銅系において、焼結を阻害されずに偏析を防止できる粉末冶金用偏析防止処理混合粉とその製造方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の粉末冶金用銅系偏析防止処理混合粉は、主成分として銅粉又は銅合金粉、副成分粉として銅系粉末冶金で使用される錫粉，鉛粉, 亜鉛粉, アルミ粉，黒鉛粉の中から選ばれるいずれか１種を、主成分粉と副成分粉の総重量の0.01〜0.10％の水溶性有機結合剤で結合させた、銅系偏析防止処理混合粉である。また本発明の製造方法は次の３通りの手段を講じたものである。
【０００６】
(1) 先ず、副成分粉に、例えばポリビニルピロリドン(PVP) やポリビニルアルコール(PVA) などの水溶性有機結合剤をコーティングさせる。すなわち、固体結合剤の量が、主成分粉と副成分粉の総重量の0.02〜0.10％となる様に、水溶性有機結合剤の水溶液と副成分粉を混練し、乾燥後, 粉砕して、水溶性有機結合剤でコーティングされた副成分粉を作製する。次に、主成分粉に、主成分粉と副成分粉の総重量の 0.5〜4.0 ％の水を添加、均一混合して主成分粉の周囲に薄い水の層を形成させたものに、上記の水溶性有機結合剤をコーテイングした副成分粉を添加して均一混合した後、乾燥することにより偏析防止処理混合粉を作製する。
【０００７】
(2) 主成分粉に、水溶性有機結合剤の重量が主成分粉と副成分粉の総重量の0.02〜0.05％となる様に水溶性有機結合剤の水溶液を添加, 均一混合し、副成分粉を添加, 再び混合したもの又は、主成分粉と副成分粉の混合粉に、水溶性有機結合剤の重量が主成分粉と副成分粉の総重量の0.02〜0.05％となる様に水溶性有機結合剤の水溶液を添加, 混合したものを、30〜100 kgf/cm2 の圧力で加圧し、乾燥, 解砕して偏析防止処理混合粉を作製する。
【０００８】
(3) 主成分粉と副成分粉の総重量の 0.5〜4.0 ％の水を主成分粉に添加して、主成分粉の周囲に薄い水の層を形成させたものに、水溶性有機結合剤の重量が主成分粉と副成分粉の総重量の0.01〜0.10％となる様に水溶性有機結合剤をコーティングした副成分粉を添加, 混合した後、30〜100 kgf/cm2 の圧力で加圧し、乾燥, 解砕して偏析防止処理混合粉を作製する。
【０００９】
【作用】
(1) の手段の特徴は、水溶性有機結合剤を副成分粉にコーティングしたものを、水で濡らした銅粉と混合した後、乾燥する所にある。従来の鉄系偏析防止処理混合粉では、主成分粉の周囲にも薄い有機結合剤の層ができてしまい、この技術を、銅系など炭素の固溶度がない系に適用すると、わずかに残る有機結合剤中の炭素が焼結を著しく阻害するという問題があるが、本発明方法では、図１にモデル図を示したように、水溶性有機結合剤は、主成分粉の周囲にはほとんど存在せず、焼結を阻害しにくい。また、主成分粉と副成分粉の間の水溶性有機結合剤が厚く、付着力が向上するので、偏析防止効果が良好である。水溶性有機結合剤の量を主成分粉と副成分粉の総重量の0.02〜0.10％としたのは、0.02％以下では十分な偏析防止効果が得られず、0.10％以上では、初め副成分粉の周囲のみに存在していた水溶性有機結合剤が、混合過程中に主成分粉の周囲にも付着するため、焼結を阻害することになる。
【００１０】
主成分粉に添加する水の量を、主成分粉と副成分粉の総重量の 0.5〜4.0 ％としたのは、0.5 ％より少ないと、主成分粉を十分に濡らすことができず、満足する偏析防止効果が得られない。また、4 ％より多いと、余剰な水のため副成分粉同志が凝集してしまい、粗大な副成分粒子ができ、適切でない。(2) の手段は、主成分粉に水溶性有機結合剤の水溶液を添加、混合し、副成分粉を添加、再び混合したもの又は、主成分粉と副成分粉の混合物に水溶性有機結合剤の重量が主成分粉と副成分粉の総重量の0.02〜0.05％となる様に水溶性有機結合剤の水溶液を添加, 混合したものを、加圧することにより、主成分粉と副成分粉の接着性が向上するために、より少量の水溶性有機結合剤で満足できる偏析防止効果が得られ、その結果、水溶性有機結合剤は主成分粉の周囲に存在するものの、焼結を阻害することがない。水溶性有機結合剤の量を主成分粉と副成分粉の総重量の0.02〜0.05％としたのは、0.02％以下では、満足できる偏析防止効果が得られず、0.05％以上では、主成分粉の周囲に存在する水溶性有機結合剤が焼結を阻害するためである。
【００１１】
加圧力を30〜100 kgf/cm2 としたのは、30kgf/cm2 以下では加圧の効果が不十分で、満足できる偏析防止効果が得られず、100 kgf/cm2 以上では、粉末が変形し、元のイレギュラーな形状が壊れるため、成形性が悪くなるためである。(3) の手段は、(1) と(2) の両方の手段を施すもので、(1),(2) の手段より少量の水溶性有機結合剤で十分な偏析防止効果が得られ、また、水溶性有機結合剤を0.10％添加しても、焼結を阻害することがない。水溶性有機結合剤の量を主成分粉と副成分粉の総重量の0.01〜0.10％としたのは、0.01％以下では、十分な偏析防止効果が得られず、0.10％以上では、初め副成分粉の周囲のみに存在していた水溶性有機結合剤が、混合過程中に主成分粉の周囲に付着するため、水溶性有機結合剤が焼結を阻害するためである。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
実施例(1) 〜(3) は請求項２の方法、実施例(4) 〜(6) は請求項３の方法、実施例(7) は請求項４の方法の例である。
なお、見掛密度は、ＪＩＳ−Ｚ−２５０４に準じて、流動度はＪＩＳ−Ｚ−２５０２に準じて測定した。偏析についての評価は、粉末 100 gをビーカーに入れ、内製の振動装置により、水平に対して45°の角度に振幅 5mm, 振動数12Hzで30分間振動させた後の目視観察で行った。すなわち、銅−黒鉛系の場合では、黒鉛粉が銅粉と分離して、かなり上の方へ浮き上がるものを×、側面に黒いすじ状の偏析を起こすものを△、偏析をほとんど起こさないものを○とした。
焼結体圧環強さは、粉末をステアリン酸亜鉛を塗布した金型に入れ、圧粉密度が6.5 g/cm3 となる様にφ20×φ12×11.8mmの円筒形に成形し、500 ℃で30分間脱脂、800 ℃で30分間焼結した後、ＪＩＳ−Ｚ−２５０７に準じて測定した。
【００１３】
実施例(1) 及び比較例(1)
実施例(1) として、請求項２の方法で作製した本発明粉と従来技術による粉末及び単純混合粉を比較した。
試料Ａとして、次の偏析防止処理粉を作製した。平均粒径10μm の天然黒鉛粉100gに、PVP 2 ％水溶液を125g添加、乳鉢で混練し、オーブンで100 ℃、1 時間乾燥した後、粉砕して、PVP が主成分粉と副成分粉の総重量の0.05％となるようにPVP でコーティングされた黒鉛粉を得た。
次に、平均粒径50μm の粉末冶金用アトマイズ銅粉196 g に水を 2g 添加して、小型混合機で15分混合した後、上記PVP コーティング黒鉛粉を4.10g 添加、さらに15分混合した。混合物を100 ℃で30分間乾燥し、−80meshを試料粉とした。
試料Ｂは、平均粒径50μm のアトマイズ銅粉196 g に、PVP 5 ％水溶液を 2g 添加して小型混合機で15分間混合、平均粒径10μm の天然黒鉛粉 4g を添加し、さらに15分間混合した後、100 ℃で30分間乾燥し、−80meshを試料粉としたものである。
試料Ｃは、平均粒径50μm のアトマイズ銅粉196 g に、平均粒径10μm の天然黒鉛粉 4g とを小型混合機で15分間混合して作製した。
表１に実施例(1) 及び比較例(1) の結果を示す。
【００１４】
【表１】
0003703871.tif 000002
【００１５】
本発明に比べ、従来技術による粉末は、主成分粉と副成分粉の間の有機結合剤が少ないため、偏析防止効果が劣り、また、主成分の周囲に存在する薄い有機結合剤の層が、焼結を阻害するため、圧環強さが低い。単純混合粉は微細な黒鉛粉のために、流動性が悪く、振動を与えると著しく偏析を起こし、また、成分が不均一なため、本発明粉よりも圧環強さが低い。
【００１６】
実施例(2) 及び比較例(2)
実施例(2) として、水溶性有機結合剤を主成分粉と副成分粉の総重量の0.02％から0.10％に限定した理由を示した。平均粒径10μm の天然黒鉛粉100gに水溶性有機結合剤としてPVP 2 ％水溶液を25〜300g 添加、乳鉢で混練し、オーブンで100 ℃、１時間乾燥した後粉砕して、PVP が主成分粉と副成分粉の総重量の0.01〜0.12％となるようにPVP でコーティングされた黒鉛粉を得た。次に、平均粒径50μm の粉末冶金用アトマイズ銅粉196 g に水を 2g 添加して、小型混合機で15分間混合した後、上記PVP コーティング黒鉛粉を4.02g 〜4.24g添加して、さらに15分混合し、オーブンで100 ℃で30分間乾燥し、−80meshを試料粉とした。結果を表２に示す。
【００１７】
【表２】
0003703871.tif 000003
【００１８】
試料Ａは、水溶性有機結合剤が少な過ぎ、主成分粉である銅粉と副成分粉である黒鉛粉との接着が十分できないため、流動性が悪く、偏析が激しい。試料Ｅは、水溶性有機結合剤の量が多すぎるため、焼結を阻害し、圧環強さが低い。
実施例(3) 及び比較例(3)
実施例(3) として、主成分粉に添加する水の量を成分粉と副成分粉の総重量の0.5〜4.0 ％に限定した理由を示す。平均粒径50μm の粉末冶金用アトマイズ銅粉196 g に水を0.4 〜12.0g 添加して、小型混合機で15分混合した後、実施例(1) で作製した、PVP が主成分粉と副成分粉の総重量の0.05％となるようにPVP でコーティングされた黒鉛粉を4.10g 添加、さらに15分間混合し、100 ℃で30分間乾燥し、−80meshを試料粉とした。結果を表３に示す。試料Ａは、水の添加量が少ないため、銅粉を十分に濡らすことができず、黒鉛粉の付着が十分でない。試料Ｅは、水の添加量が多すぎるため、余剰な水が黒鉛粉のみを凝集させ、粗大な黒鉛粒子ができ、粉末に振動を与えると、粗大な黒鉛粒子が著しく偏析を起こし、また、焼結体の強度も低い。
【００１９】
【表３】
0003703871.tif 000004
【００２０】
実施例(4) 及び比較例(4)
実施例(4) として、請求項３の方法で作製した本発明粉と従来技術による粉末及び単純混合粉を比較した。
試料Ａとして、次の偏析防止混合粉を作製した。平均粒径50μm の粉末冶金用アトマイズ銅粉  196 g にPVP 5 ％水溶液を1.6 g 添加し、小型混合機で15分混合して、平均粒径10μm の天然黒鉛 4g を添加、さらに15分混合した。次に、これを金型に入れてプレス機で60 kgf/cm2の圧力を加えた後に取り出して、オーブンで100 ℃、１時間乾燥し、乳鉢にて軽く解砕して−80meshを試料粉とした。
試料Ｂは、試料Ａの加圧工程がないものである。
試料Ｃは、同様の銅粉と黒鉛粉を小型混合機で15分間混合したものである。
表４にこれらの結果を示す。
【００２１】
【表４】
0003703871.tif 000005
【００２２】
本発明粉は、加圧により、銅粉と黒鉛粉がよく接着しているため偏析を起こさず、その結果、焼結体の成分分布が均一で強度が向上することがわかる。
実施例(5) 及び比較例(5)
実施例(5) として、水溶性有機結合剤量を主成分粉と副成分粉の総重量の0.02〜0.05％に限定した理由を示した。
【００２３】
平均粒径50μm の粉末冶金用アトマイズ銅粉にPVP 5 ％水溶液0.4 〜2.8 g を添加、小型混合機で15分間混合し、これに、平均粒径10μm の天然黒鉛4gを添加、さらに15分間混合した。次に、これを金型に入れてプレス機で 60kgf/cm2の圧力を加えた後、取り出して、オーブンで100 ℃、1 時間乾燥し、乳鉢で軽く解砕して、−80meshを、PVP を主成分粉と副成分粉の総重量の0.01〜0.07％含んだ試料粉とした。
結果を表５に示す。
【００２４】
【表５】
0003703871.tif 000006
【００２５】
PVP 添加量が0.02％より少ないと、偏析防止効果が低下し、0.07％以上になると、PVP が焼結を阻害し、焼結体強度が低下する。
実施例(6) 及び比較例(6)
実施例(6) として、加圧力を30〜100 kgf/cm2 に限定した理由を示した。
平均粒径50μm の粉末冶金用アトマイズ銅粉にPVP 5 ％溶液を 2 g添加し、小型混合機で15分間混合し、これに、平均粒径10μm の天然黒鉛 4 gを添加して、さらに15分間混合した。次に、これを金型に入れてプレス機で20〜120kgf/cm2の圧力を加えた後、取り出して、オーブンで100 ℃、1 時間乾燥し、乳鉢で軽く解砕して、−80meshを試料粉とした。
結果を表６に示す。
【００２６】
【表６】
0003703871.tif 000007
【００２７】
加圧力が30kgf/cm2 より小さいと、銅粉と黒鉛粉の接着が不十分で、偏析を起こしやすくなり、その結果、焼結体の強度が低下する。加圧力が100kgf/cm2より大きくなると、粉末が変形して、元のイレギュラーな形状が壊れるため、成形時に粉末同志のからみが少なくなり、その結果、焼結体の強度が低下する。
実施例(7) 及び比較例(7)
実施例(7) として、請求項４の方法で作製した本発明粉の水溶性有機結合剤の量について示す。
【００２８】
平均粒径10μm の天然黒鉛100gに水溶性有機結合剤として、PVP 2 ％溶液を12.5及び25g 添加、乳鉢で混練し、オーブンにて100 ℃、1 時間乾燥した後、粉砕して、PVP が粉末冶金用アトマイズ銅粉と天然黒鉛の総重量の0.005 及び0.01％となるようにPVP でコーティングされた黒鉛粉を得た。次に、平均粒径50μm の粉末冶金用アトマイズ銅粉196 に水を 2 g添加して、小型混合機で15分間混合した後、上記PVP コーテイング黒鉛粉を4.01g 及び4.02g添加し、さらに15分間混合した。
【００２９】
【表７】
0003703871.tif 000008
【００３０】
この、混合物を金型に入れてプレス機で 60kgf/cm2の圧力を加えた後にとり出して、オーブンにて100 ℃、 1時間乾燥し、乳鉢で軽く解砕して−80meshを試料粉とした。結果を表７に示す。試料Ａは、水溶性有機結合剤が少な過ぎ、振動により偏析を起こす。本発明品である、試料Ｂは、水溶性有機結合剤の0.01％の添加で偏析を起こさず、成分分布の均一性により、焼結体強度も良好である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、有機結合剤が焼結を阻害する銅系において、焼結を阻害されずに偏析を防止できる粉末冶金用偏析防止処理混合粉を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の方法で作製した偏析防止粉と従来技術のモデル図。
【符号の説明】
１  主成分粉
２  副成分粉
３  有機結合剤
【図１】
0003703871.tif 000009