(57)【要約】【課題】高密度で質の高い金属焼結体を、高い生産効率で製造する。【解決手段】金属粉末と有機バインダとを混合した混合物を射出成形した後、脱脂し、焼結する金属焼結体の製造方法である。前記金属粉末には、水アトマイズ法で製造された水アトマイズ粉末が５０〜８８ｗｔ％、ガスアトマイズ法で製造されたガスアトマイズ粉末が５０〜１２ｗｔ％含まれている。好ましくは、水アトマイズ粉末が７５ｗｔ％であり、前記ガスアトマイズ粉末が２５ｗｔ％である。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末と有機バインダとを混合した混合物を射出成形した後、脱脂し、焼結する金属焼結体の製造方法において、
前記金属粉末には、水アトマイズ法で製造された水アトマイズ粉末が５０〜８８ｗｔ％、ガスアトマイズ法で製造されたガスアトマイズ粉末が５０〜１２ｗｔ％含まれていることを特徴とする金属焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記水アトマイズ粉末が７５ｗｔ％であり、前記ガスアトマイズ粉末が２５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の金属焼結体の製造方法。
【請求項３】
金属粉末を焼結してなる金属焼結体において、
請求項１又は２に記載の金属焼結体の製造方法で製造されたことを特徴とする金属焼結体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属焼結体の製造方法及び金属焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属粉末射出成形技術（メタルインジェクションモールディング、以下ＭＩＭとも言う）を利用して、金属製の各種機械部品が製造されている。このＭＩＭ法では、金属粉末、熱可塑性樹脂及びワックス等を混練してペレットを形成し、このペレットを射出成形することで、いわゆるグリーン体を得る。グリーン体を脱脂（ワックスの除去）後、焼結して所定の形状の焼結体を得る。さらにこの焼結体を素材として、焼入れ・焼き戻しなどの処理を施すことで、部品を製造する。
【０００３】
前記金属粉末としては、主に、水アトマイズ法で製造した水アトマイズ粉末と、ガスアトマイズ法で製造したガスアトマイズ粉末のいずれかが用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水アトマイズ粉末は、その製造過程で水を使用しているため、得られた粉末の周囲に水由来の酸素が残留する。こういった水アトマイズ粉末から形成したグリーン体を焼結しても、焼結性が悪く焼結密度が上がらず、ピンホールが多数発生しもろい焼結体となってしまう。これは、焼結時に水アトマイズ粉末の周囲の酸素が、焼結体の密度や固さなどの性質に大きな影響を及ぼす炭素と結びついて二酸化炭素等として脱離することが原因であると考えられる。
【０００５】
一方、ガスアトマイズ粉末は、その製造過程で不活性ガスを使用しているので残留酸素の影響はほとんどなく焼結しやすく、好適な温度で焼結すれば、所望の密度や固さの焼結体が得られる。しかし、ガスアトマイズ粉末は、温度に敏感であり、焼結温度の変動や焼結炉内のばらつきによって、得られる焼結体の密度や組織状態などがばらついてしまう。このようにばらつきが大きいと、焼結炉の中の限られた位置にのみグリーン体をセットしなければならなかったり、焼結炉の温度を厳密に制御しなければならないといったことにより、生産性が悪い。
【０００６】
本発明の課題は、高密度で質の高い金属焼結体を、高い生産効率で製造することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
金属粉末と有機バインダとを混合した混合物を射出成形した後、脱脂し、焼結する金属焼結体の製造方法において、
前記金属粉末には、水アトマイズ法で製造された水アトマイズ粉末が５０〜８８ｗｔ％、ガスアトマイズ法で製造されたガスアトマイズ粉末が５０〜１２ｗｔ％含まれていることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末の２種類の粉末を混合することで、焼結時に加熱が始まると、まず、焼結反応が速いガスアトマイズ粉末同士でネッキング結合が開始し、次いで水アトマイズ粉末周囲の酸素がガスアトマイズ粉末側に拡散していきながら両者の接触界面でネッキングが始まり、最後に水アトマイズ粉末同士でネッキングが開始し、焼結が進む。
このようにネッキングが３段階で進み、またガスアトマイズ粉末側に水アトマイズ粉末からの酸素が拡散していくことでガスアトマイズ粉末側の反応が抑えられ、緩やかで安定した焼結反応が行われる。すなわち、ガスアトマイズ粉末の急激な反応性を水アトマイズ粉末を混合することで緩和し、また逆に見れば、反応性の悪い水アトマイズ粉末をガスアトマイズ粉末とネッキングさせることで活性化させ、これにより穏やかで、しかも十分に高密度になるまで焼結することができる。また、穏やかに進むということは、つまり適正な焼結温度範囲が広く、多少の温度差や温度変化があってもあまり影響を受けないことから、高い生産性をもって、金属焼結体を製造できる。
【０００９】
請求項１に記載の金属焼結体の製造方法において、請求項２に記載の発明のように、前記水アトマイズ粉末が７５ｗｔ％であり、前記ガスアトマイズ粉末が２５ｗｔ％であると、より一層好ましい。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、
金属粉末を焼結してなる金属焼結体において、
請求項１又は２に記載の金属焼結体の製造方法で製造されたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の金属焼結体の製造方法で製造したことから、高密度の焼結体となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の金属焼結体の製造方法は、金属粉末と有機バインダとを混合した混合物を射出成形した後、脱脂し、焼結する金属焼結体の製造方法において、前記金属粉末には、水アトマイズ法で製造された水アトマイズ粉末が５０〜８８ｗｔ％、ガスアトマイズ法で製造されたガスアトマイズ粉末が５０〜１２ｗｔ％含まれていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、金属粉末の種類としては、特に限定されないが、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ４４０Ｃなどのステンレス合金、ＳＫＨ５１などの高速度工具鋼、ＳＫＤ１１などの熱間工具鋼、コバールなどのニッケル合金等を利用できる。本発明では、これら金属粉末の水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末の双方を混合して金属焼結体を製造する。
【００１３】
本発明の金属焼結体の製造方法では、まず、上記で例示したような種類の金属粉末の水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末に、さらに有機バインダを混合し、混合物を得る。
有機バインダとしては、射出成形時に必要な流動性と、成形後の形状の維持、焼結時における分解のしやすさなどを考慮し、熱可塑性樹脂（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、ポリメチルアクリレート、ポリブチルア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）、ワックス（例えば、カルナバワックス、パラフィンワックス）、滑剤（例えば、ステアリン酸等の高級脂肪族）、可塑剤（例えば、フタル酸エステル系、脂肪酸系、リン酸系、ポリエステル系、エポキシ系）の他に酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物が挙げられ、これらを成形性、脱脂性等を考慮して適宜の組み合わせ及び配合で混合して用いることができる。
金属粉末と有機バインダの混合割合は、金属や有機バインダの種類によって適宜設定すればよい。有機バインダの量が少なすぎると流動性が小さく型の隅々まで混合物が流れず、多すぎれば焼結時に形状が崩れたりするので、こういった事態が発生しないよう系によって最適化が必要である。上記で挙げたような種類の金属粉末では、例えば混合物全体に対して６〜８ｗｔ％含まれる。
なお、水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末との混合比率は後で詳述する。
【００１４】
次いで、金属粉末と有機バインダの混合物を、適宜加熱しながら混練し、全体を十分に均一化する。この均一化した混合物を、必要に応じて所定大きさずつペレット化して、成形機に装填し射出成形し、いわゆるグリーン体を形成する。
次いで、グリーン体を溶剤に浸漬することで、ワックスやその他の可塑剤成分などを除去する脱脂を行う。この脱脂工程によって、グリーン体の形状が崩れることはないが、ワックスなどの成分が抜けた経路が微細な孔となる。
この脱脂後のものを焼結炉に入れて、徐々に温度を上げていき、１０００℃以上の温度で一定に保ち焼結する。この焼結の際に、樹脂などの有機バインダ成分が分解し、脱脂工程で形成された微細な孔を通って抜けていく。やがて、金属粉末同士が焼き固まり、所望の形状の金属焼結体が得られる。
この後、金属焼結体に対して、さらに熱処理（焼入れ、焼き戻し）することで材質の安定化や物理的性質を強化したり、穴あけなどの機械的処理、メッキなどの表面加工処理を行うことで、機械部品として製品化される。
【００１５】
本発明では、金属粉末のうち、水アトマイズ粉末が５０〜８８ｗｔ％、ガスアトマイズ粉末が５０〜１２ｗｔ％含まれていることを特徴とし、以下この点について詳述する。
まず、水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末それぞれの性質について説明する。図１には、金属粉末として、同じ種類の金属の水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末の一方のみを用いてグリーン体を形成し、それらを異なる焼結温度で焼結したとき得られる密度の変化を模式的に示す図である。ここで、「７．８ｇ／ｃｍ３」は、真密度に近似した理想値として示している。
【００１６】
図１から分かるように水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末では、同じ焼結温度であっても異なる密度の焼結体が得られる。これは、両者の残留酸素量が大きく異なるためである。例えばＳＵＳ４４０Ｃのガスアトマイズ粉末の場合、全重量中残留酸素量が０．０７ｗｔ％であるのに対し、水アトマイズ粉末の場合、全重量の０．２〜０．４ｗｔ％で数倍多い。酸素が多いと前述のように焼結性が悪く、図１から明らかなように、同じ焼結温度で比較すると、ガスアトマイズ粉末の方がより密度が高くなる。逆に言えば、同じ密度、例えば密度７．６ｇ／ｃｍ３の金属焼結体を得たい場合には、ガスアトマイズ粉末では温度Ｔ１でよいのに対し、水アトマイズ粉末ではＴ１よりも高い温度Ｔ２である必要がある。
【００１７】
また、ガスアトマイズ粉末の場合、焼結温度を上げていけば密度７．８ｇ／ｃｍ３近くにまで到達するが、水アトマイズ粉末では焼結温度を上げていっても到達できる密度は７．８ｇ／ｃｍ３近くまで達しない。
このようにガスアトマイズ粉末と水アトマイズ粉末では、焼結性の点で前者の方がはるかに優れている。
しかし、ガスアトマイズ粉末では、適正な焼結温度範囲が狭い。ガスアトマイズ粉末、水アトマイズ粉末のいずれでも、焼結温度が高過ぎると、密度が上がっても結晶が成長しすぎて粒度が粗くなったり、空孔が巨大化したり、炭素が比較的多いものでは炭化物が成長する。こういった焼結体は、もろく所望の強度が得られない。ガスアトマイズ粉末の場合、高密度でかつ好ましい組織状態が得られる温度範囲が狭く、温度制御が難しい。
【００１８】
以上のように一方の粉末だけでは問題があるが、本発明では両者を所定量ずつ混合することで上記問題を解決している。以下では、具体的にＳＵＳ４４０Ｃについて、水アトマイズ粉末、ガスアトマイズ粉末の一方のみを含むグリーン体を焼結した場合と、両者を混合した場合の違いを密度だけでなく焼結体の組織観察も含めて詳細に説明する。
図２の図表では、本実施の形態で用いたＳＵＳ４４０Ｃの水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末の鉄成分以外の組成をｗｔ％で示し、さらにそれぞれの平均粒径とタップ密度を示した。
【００１９】
図２の水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末をそれぞれ単独で、あるいは所定量ずつ混合し、グリーン体を形成し、それぞれ２種類の焼結温度１２６０℃、１２７０℃（水アトマイズ粉末のみ、ガスアトマイズ粉末のみについては、１２４０℃、１２８０℃についても行った）で焼結し焼結体を製造した。
具体的には、ＳＵＳ４４０Ｃの金属焼結体は次の方法で製造した。
金属粉末に６〜８ｗｔ％の割合で有機バインダを混合し、加圧ニーダーで１６０℃で加熱しながら１時間以上混練した。有機バインダは、ポリエチレンを主成分として、残りを他の熱可塑性樹脂及びワックスにより形成されている。
混練後、市販の装置を使用して加熱しながら粒状に分けた（造粒）。得られた多数の粒を射出成形機に充填し、所定温度で射出成形し、温度が下がった後取り出し、グリーン体を得た。
【００２０】
このグリーン体を、ｎ−ヘキサンの中に１０時間以上浸漬し、ワックスを除去し脱脂した。
脱脂後、焼結炉にグリーン体を入れ、徐々に温度を上げていき、最終的には１２６０℃、または１２７０℃（水アトマイズ粉末のみ、ガスアトマイズ粉末のみについては、更に１２４０℃及び１２８０℃）で一定時間保ち、焼結した。焼結炉内はアルゴン雰囲気下とした。１つの焼結炉の中には、複数個のグリーン体をセットし、一度に焼結した。
【００２１】
図３（ａ）に両粉末の割合と、各焼結温度で得られた焼結体の密度を示した。密度は、アルキメデス法により測定した。本発明では、金属焼結体の密度としては、摺動部品の材料、精密な機能部品の材料として有用である７．６ｇ／ｃｍ３以上であれば良いと判断して、それよりも小さいものを図３（ａ）でグレーで示している。この表から焼結温度が高くなると密度が高くなることが分かる。
試料Ｎｏ．１はガスアトマイズ粉末のみ、Ｎｏ．２は水アトマイズ粉末２５ｗｔ％、ガスアトマイズ粉末７５ｗｔ％、Ｎｏ．３は水アトマイズ粉末及びガスアトマイズ粉末５０ｗｔ％ずつ、Ｎｏ．４は水アトマイズ粉末７５ｗｔ％、ガスアトマイズ粉末２５ｗｔ％、試料Ｎｏ．５は水アトマイズ粉末のみを金属粉末として用いている。
【００２２】
また、図３（ｂ）には、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５について、各焼結温度で得られた焼結体の組織の状態を示した。組織は、顕微鏡により観察した。本発明では、組織の状態の良し悪しを３段階に分類し、良い方から◎、○、×で示した。◎は、結晶粒が微細で、炭化物が均一に分布し、空孔が極めて小さく、また、○は結晶粒が小さく、炭化物が均一が分布し、空孔が小さくなっているものである。これら◎及び○の状態であれば、硬さ、曲げ強さ、衝撃値等の機械的性質が優れている。一方、×は、結晶が成長しすぎて粒度が粗く、空孔が大きく、機械的性質が劣り、所望する強度が得られないものである。
結晶粒を観察した結果、焼結温度が低いときには、結晶粒は微細で、炭化物が均一に分布し、空孔が極めて小さく、焼結温度が高くなるにつれて、結晶粒が粗大化し、空孔が大きくなることが分かった。
また、図４は、図３（ａ）に基づいて、試料Ｎｏ．１〜５（ガスアトマイズ粉末に対する水アトマイズ粉末の配合比）と密度との関係を、焼結温度１２６０℃及び１２７０℃の場合についてグラフで示した。また、図５は、図３（ａ）に基づいて、焼結温度と密度との関係を、試料Ｎｏ．１〜５についてグラフで示した。図５（ａ）の枠で囲んだエリアを、図５（ｂ）で示した。
【００２３】
試料Ｎｏ．１〜５について、詳細に検証する。
試料Ｎｏ．１（ガスアトマイズ１００ｗｔ％）は、図３（ａ）に示すように、焼結温度が１２６０℃、１２７０℃、１２８０℃で密度７．６ｇ／ｃｍ３以上であり、良好である。しかし、図３（ｂ）に示すように、１２７０℃及び１２８０℃で得られた焼結体の組織は、×であり、不良である。
【００２４】
したがって、試料Ｎｏ．１は、焼結温度が１２６０℃で良好なものとなる。
１２６０℃と１２７０℃の焼結体の組織観察の結果から経験的に温度上限として１２６４℃程度まで良好な焼結体が得られると推測される。また、温度下限は、図５（ｂ）に示すように、試料Ｎｏ．１の１２４０℃〜１２８０℃の測定点を結んだ曲線が、密度７．６ｇ／ｃｍ３と交わる約１２５５℃（Ａ点）が適切な焼結温度として考えられる。
以上により、ガスアトマイズ１００ｗｔ％の場合の許容される焼結温度範囲は、１２５５℃〜１２６４℃の約９℃である。ガスアトマイズ粉末だけであると、焼結温度１２６０℃付近で良好な焼結体が得られるものの許容温度範囲は９℃と狭い。
【００２５】
試料Ｎｏ．２（水アトマイズ２５ｗｔ％、ガスアトマイズ７５ｗｔ％）は、図３（ａ）に示すように、１２６０℃及び１２７０℃のいずれの焼結温度であっても密度が７．６ｇ／ｃｍ３を超えている。図３（ｂ）に示すように、１２６０℃で得られた焼結体の組織は○であり結晶粒が細かく炭化物も均一に分布し良好であるが、１２７０℃で得られた焼結体は×であり結晶粒が粗大化し空孔も大きく不良である。図５（ｂ）の結果なども合わせて経験的に推察すると、良好な組織が得られる上限値は１２６５℃程度であると考えられる。また、下限値は、図５（ｂ）のグラフから密度７．６ｇ／ｃｍ３と交差する１２５８℃程度であると推測される。よって、適正な焼結温度範囲は、１２５８℃〜１２６５℃の約７℃であり、狭い。
【００２６】
試料Ｎｏ．３（水アトマイズ５０ｗｔ％、ガスアトマイズ５０ｗｔ％）は、図３（ａ）に示すように、１２６０℃及び１２７０℃のいずれの焼結温度であっても密度は７．６ｇ／ｃｍ３以上である。図３（ｂ）に示すように、それぞれの焼結体の組織を見ると、どちらも良好で、１２６０℃は特に良い。１２７０℃の組織を観察すると、さらに数度高い温度で焼結すると良好な組織の焼結体が得られなくなると予想されるため、適正温度範囲の上限としては約１２７３℃と推測される。
また１２６０℃で密度７．６ｇ／ｃｍ３ちょうどの焼結体が得られているので、この温度が下限値である。よって、適正な焼結温度範囲は、１２６０〜１２７３℃の約１３℃で、比較的広い。
【００２７】
試料Ｎｏ．４（水アトマイズ７５ｗｔ％、ガスアトマイズ２５ｗｔ％）は、図３（ａ）に示すように、１２６０℃及び１２７０℃のいずれの焼結温度であっても密度は７．６ｇ／ｃｍ３以上である。図３（ｂ）に示すように、それぞれの焼結体の組織を見ると、どちらも良好である。１２７０℃の組織を見ると、少なくとも５℃程度焼結温度が上がっても良好な組織が得られると予想されるので、焼結温度の上限は約１２７５℃と予想される。
また、図４から明らかなように、１２６０℃と１２７０℃のそれぞれの焼結温度で得られた焼結体の密度差が小さく、温度による影響が小さい。そのため図５（ｂ）のグラフでも試料Ｎｏ．４（黒丸）の場合直線の傾きが小さい。この直線から、密度が７．６ｇ／ｃｍ３となる焼結温度を推定すると高くても約１２５５℃であると推定される。以上から、適正な焼結温度範囲は、１２５５〜１２７５℃の２０度でありかなり広い。よってこの試料であれば、温度をあまり厳密に管理しなくても所望の密度と組織を有する金属焼結体を得ることができる。
また、炉内の温度むらによって、焼結場所の違いにより焼結温度が異なっても所望の密度と組織を有する金属焼結体を得ることができる。
【００２８】
水アトマイズ粉末だけの試料Ｎｏ．５は、図３（ａ）に示すように、ほとんどの焼結温度で密度が７．６ｇ／ｃｍ３未満の焼結体しか得られず、使用できない。１２８０℃で焼結すれば７．６ｇ／ｃｍ３に達してはいるが、このとき得られた金属焼結体の組織は、図３（ｂ）に示すように×であり、結晶が大きく成長し過ぎてしまい、また、炭化物が均一に分布していない状態で、不良であった。
すなわち、水アトマイズ粉末だけでは密度７．６ｇ／ｃｍ３を有し好ましい組織状態の焼結体を得ることはできない。
【００２９】
以上のように、密度及び適正な焼結温度範囲の広さの点から、試料Ｎｏ．１〜５のうち、水アトマイズ粉末が７５ｗｔ％であるＮｏ．４が最も好ましく、水アトマイズ粉末５０ｗｔ％のＮｏ．３でもよい。よって、金属粉末のうち水アトマイズ粉末を少なくとも５０ｗｔ％程度用いた方がよいと考えられ、本発明では下限値として５０ｗｔ％とした。
また、図４のグラフから、水アトマイズ粉末の割合が８８ｗｔ％を超えると密度が７．６ｇ／ｃｍ３を下回ってしまい、製品に用いることができない。よって、適正な水アトマイズ粉末の割合の上限値としては８８ｗｔ％と考えられる。
以上のように、本発明の金属焼結体の製造方法では、金属粉末として水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末を混合し、このうち水アトマイズ粉末を５０〜８８ｗｔ％混合することが好ましく、特に水アトマイズ粉末が７５ｗｔ％であることが好ましい。
【００３０】
図６は、前記試料Ｎｏ．１〜５の金属焼結体の寸法のバラツキを示したものである。ここでの「バラツキ」は、以下の式（１）で示す値で、Ｖは不偏分散である。
【数１】
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このデータは、前記試料Ｎｏ．１〜５について焼結温度１２６０℃で焼結して得られた呼び寸法１０ｍｍの焼結体のバラツキである。
この結果から、水アトマイズ粉末が約８８ｗｔ％までは、水アトマイズ粉末が増えるにしたがって寸法のバラツキが小さくなっていくことが分かる。特に５０ｗｔ％以上になるとバラツキが小さく好ましい。このようにバラツキが小さいものは焼結後の後工程において、寸法を手直しする手間が省ける。
なお、焼結体の密度が小さければ寸法が大きく、密度が大きいと寸法が小さい。よって、例えば１つの焼結炉の中で焼結温度差による密度差が大きいと、寸法に差が出ることになる。しかし、本発明の焼結体は多少温度差があっても密度差が小さく、寸法を揃えることができる。これは、機械部品としては有用な点である。
【００３１】
以上の本発明の金属焼結体の製造方法及び金属焼結体によれば、金属粉末として水アトマイズ粉末を５０〜８８ｗｔ％、ガスアトマイズ粉末を５０〜１２ｗｔ％用いたことから、広い焼結温度範囲にわたって高密度で質の高い金属焼結体を得ることができるようになった。温度範囲が広いことから、例えば１つの炉の中に複数のグリーン体をセットして焼結する場合、多少温度差があったとしても所望の密度と良好な組織状態の焼結体を高い歩留まりで得ることが可能となり、生産性が高い。
このような効果が得られる理由について、図７を用いて説明する。図７には、水アトマイズ粉末Ｗと、ガスアトマイズ粉末Ｇを混合したグリーン体の状態を模式的に示した。なお、ガスアトマイズ粉末は実際にも図７で示すように球状で粒が揃っているが、水アトマイズ粉末は実際には球状ではなく形が不ぞろいの異形粉であるがここでは球状で示している。
【００３２】
水アトマイズ粉末Ｗとガスアトマイズ粉末Ｇとを混合すると、ガスアトマイズ粉末Ｇ同士の接触、水アトマイズ粉末Ｗとガスアトマイズ粉末Ｇとの接触、水アトマイズ粉末Ｗ同士の接触の３種類の接触状態が混在する。
グリーン体を焼結炉に装填し、温度を徐々に上げていくと、まず９００〜１０００℃付近で、焼結反応が速いガスアトマイズ粉末Ｇ同士でネッキング結合が開始する。１０００℃以上になると、水アトマイズ粉末Ｗとガスアトマイズ粉末Ｇの接触界面で水アトマイズ粉末Ｗの酸素がガスアトマイズ粉末Ｇ側へ拡散し、水アトマイズ粉末Ｗ同士よりも早く両者間でネッキングが始まる。
【００３３】
最後に水アトマイズ粉末Ｗ同士の接触界面でネッキングが始まり、続いて所定の焼結温度まで加熱することで、固相焼結が終結する。
このように２種類の粉末を混合することで、ネッキングが３段階で進み、またガスアトマイズ粉末側に水アトマイズ粉末Ｗからの酸素が拡散していくことで、緩やかで安定した焼結反応が行われる。すなわち、ガスアトマイズ粉末Ｇの急激な反応性を水アトマイズ粉末Ｗを混合することで緩和し、また逆に見れば、反応性の悪い水アトマイズ粉末Ｗをガスアトマイズ粉末Ｇと反応させることで活性化させて、これにより穏やかに、高密度の金属焼結体を製造できる。また、穏やかな焼結反応であるので、適正な焼結温度範囲が広く、多少の温度差や温度変化があってもあまり影響を受けない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末の２種類の粉末を混合することで、ネッキングが３段階で進み、緩やかで安定した焼結反応が行われる。すなわち、ガスアトマイズ粉末の急激な反応性を水アトマイズ粉末を混合することで緩和し、また逆に見れば、反応性の悪い水アトマイズ粉末をガスアトマイズ粉末とネッキングさせることで活性化させ、これにより穏やかで、しかも高密度になるまで焼結することができる。また、穏やかに進むということは、適正な焼結温度範囲が広く、多少の温度差や温度変化があってもあまり影響を受けないことから、高い生産性をもって、金属焼結体を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末の焼結温度に対する密度の変化を示すグラフである。
【図２】ＳＵＳ４４０Ｃの水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末の組成、平均粒径、タップ密度を示す図表である。
【図３】図２の水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末を用いて得られた焼結体に関して、（ａ）は密度を示す図表で、（ｂ）は組織の状態をまとめた図表である。
【図４】図３（ａ）の結果をまとめたグラフである。
【図５】（ａ）は図３（ａ）の結果から、焼結温度に対する密度を示したグラフであり、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。
【図６】図３の試料Ｎｏ．１〜５の寸法精度を示すグラフである。
【図７】水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末との焼結の過程を説明するための模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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