(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｏが主成分であり、
Ｃｒが１０質量％以上３５質量％以下の割合で含まれ、
Ｓｉが０．２質量％以上３質量％以下の割合で含まれ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、ＮｂおよびＨｆからなる群から選択される１種の元素を第１元素とし、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからなる群から選択される１種の元素であって元素周期表における族が前記第１元素より大きい元素または元素周期表における族が前記第１元素と同じでかつ元素周期表における周期が前記第１元素より大きい元素を第２元素としたとき、
前記第１元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれ、
前記第２元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれている粒子を有し、
前記粒子は互いに異なる組織として、第１領域と、前記第１領域よりも体積が大きい第２領域と、を含み、
前記第１領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第１Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第１Ｓｉ強度とし、
前記第２領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第２Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第２Ｓｉ強度としたとき、
第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度  ＜  第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度  の関係を満たすことを特徴とする粉末冶金用金属粉末。
【請求項２】
Ｃｏが主成分であり、
Ｃｒが１６質量％以上３４質量％以下の割合で含まれ、
Ｓｉが０．３質量％以上２質量％以下の割合で含まれ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、ＮｂおよびＨｆからなる群から選択される１種の元素を第１元素とし、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからなる群から選択される１種の元素であって元素周期表における族が前記第１元素より大きい元素または元素周期表における族が前記第１元素と同じでかつ元素周期表における周期が前記第１元素より大きい元素を第２元素としたとき、
前記第１元素が０．０３質量％以上０．２質量％以下の割合で含まれ、
前記第２元素が０．０３質量％以上０．２質量％以下の割合で含まれている粒子を有し、
前記粒子は互いに異なる組織として、第１領域と、前記第１領域よりも体積が大きい第２領域と、を含み、
前記第１領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第１Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第１Ｓｉ強度とし、
前記第２領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第２Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第２Ｓｉ強度としたとき、
第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度  ＜  第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度  の関係を満たすことを特徴とする粉末冶金用金属粉末。
【請求項３】
Ｃｏが主成分であり、
Ｃｒが２８質量％以上３３質量％以下の割合で含まれ、
Ｓｉが０．６質量％以上０．９質量％以下の割合で含まれ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、ＮｂおよびＨｆからなる群から選択される１種の元素を第１元素とし、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからなる群から選択される１種の元素であって元素周期表における族が前記第１元素より大きい元素または元素周期表における族が前記第１元素と同じでかつ元素周期表における周期が前記第１元素より大きい元素を第２元素としたとき、
前記第１元素が０．０５質量％以上０．１質量％以下の割合で含まれ、
前記第２元素が０．０５質量％以上０．１質量％以下の割合で含まれている粒子を有し、
前記粒子は互いに異なる組織として、第１領域と、前記第１領域よりも体積が大きい第２領域と、を含み、
前記第１領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第１Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第１Ｓｉ強度とし、
前記第２領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第２Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第２Ｓｉ強度としたとき、
第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度  ＜  第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度  の関係を満たすことを特徴とする粉末冶金用金属粉末。
【請求項４】
前記粒子は、複数の前記第２領域を含んでおり、
前記第１領域は、前記第２領域同士の境界に位置している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の粉末冶金用金属粉末。
【請求項５】
前記第２領域は、結晶であり、
前記粒子は、平均で１個以上２０個以下の前記第２領域を含んでいる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粉末冶金用金属粉末。
【請求項６】
前記粒子の平均粒径が０．５μｍ以上３０μｍ以下であり、
前記第１領域の最大径が５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の粉末冶金用金属粉末。
【請求項７】
Ｃｒが１６質量％以上３５質量％以下の割合で含まれ、
Ｓｉが０．３質量％以上２質量％以下の割合で含まれ、
Ｍｏが３質量％以上１２質量％以下の割合で含まれ、
前記第１元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれ、
前記第２元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の粉末冶金用金属粉末。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の粉末冶金用金属粉末と、前記粉末冶金用金属粉末の粒子同士を結着するバインダーと、を含むことを特徴とするコンパウンド。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の粉末冶金用金属粉末を造粒してなることを特徴とする造粒粉末。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の粉末冶金用金属粉末を含む組成物を成形し、成形体を得る工程と、
前記成形体を焼成し、焼結体を得る工程と、
を有することを特徴とする焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末および焼結体の製造方法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。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ＺｒおよびＳｉを含み、残部がＦｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種と不可避元素とで構成された粉末冶金用金属粉末が提案されている。かかる粉末冶金用金属粉末によれば、Ｚｒの作用によって焼結性が向上し、高密度の焼結体を容易に製造することができる。
【０００４】
このようにして得られた焼結体は、近年、各種機械部品や構造部品等に幅広く用いられるようになってきている。
【０００５】
ところが、焼結体の用途によっては、さらなる緻密化が必要とされている場合もある。このような場合、焼結体に対してさらに熱間等方加圧処理（ＨＩＰ処理）のような追加処理を行うことで高密度化を図っているが、作業工数が大幅に増加するとともに高コスト化を免れない。
【０００６】
そこで、追加処理等を施すことなく、高密度の焼結体を製造可能な金属粉末の実現に期待が高まっている。特にＣｏを主成分とする合金粉末については、高密度化の研究が途上である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−８７４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、高密度の焼結体を製造可能な粉末冶金用金属粉末、コンパウンドおよび造粒粉末、ならびに高密度の焼結体を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の粉末冶金用金属粉末は、Ｃｏが主成分であり、
Ｃｒが１０質量％以上３５質量％以下の割合で含まれ、
Ｓｉが０．２質量％以上３質量％以下の割合で含まれ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、ＮｂおよびＨｆからなる群から選択される１種の元素を第１元素とし、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからなる群から選択される１種の元素であって元素周期表における族が前記第１元素より大きい元素または元素周期表における族が前記第１元素と同じでかつ元素周期表における周期が前記第１元素より大きい元素を第２元素としたとき、
前記第１元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれ、
前記第２元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれている粒子を有し、
前記粒子は互いに異なる組織として、第１領域と、前記第１領域よりも体積が大きい第２領域と、を含み、
前記第１領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第１Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第１Ｓｉ強度とし、
前記第２領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第２Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第２Ｓｉ強度としたとき、
第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度  ＜  第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度  の関係を満たすことを特徴とする。
本発明の粉末冶金用金属粉末は、Ｃｏが主成分であり、
Ｃｒが１６質量％以上３４質量％以下の割合で含まれ、
Ｓｉが０．３質量％以上２質量％以下の割合で含まれ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、ＮｂおよびＨｆからなる群から選択される１種の元素を第１元素とし、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからなる群から選択される１種の元素であって元素周期表における族が前記第１元素より大きい元素または元素周期表における族が前記第１元素と同じでかつ元素周期表における周期が前記第１元素より大きい元素を第２元素としたとき、
前記第１元素が０．０３質量％以上０．２質量％以下の割合で含まれ、
前記第２元素が０．０３質量％以上０．２質量％以下の割合で含まれている粒子を有し、
前記粒子は互いに異なる組織として、第１領域と、前記第１領域よりも体積が大きい第２領域と、を含み、
前記第１領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第１Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第１Ｓｉ強度とし、
前記第２領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第２Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第２Ｓｉ強度としたとき、
第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度  ＜  第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度  の関係を満たすことを特徴とする。
本発明の粉末冶金用金属粉末は、Ｃｏが主成分であり、
Ｃｒが２８質量％以上３３質量％以下の割合で含まれ、
Ｓｉが０．６質量％以上０．９質量％以下の割合で含まれ、
Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、ＮｂおよびＨｆからなる群から選択される１種の元素を第１元素とし、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａからなる群から選択される１種の元素であって元素周期表における族が前記第１元素より大きい元素または元素周期表における族が前記第１元素と同じでかつ元素周期表における周期が前記第１元素より大きい元素を第２元素としたとき、
前記第１元素が０．０５質量％以上０．１質量％以下の割合で含まれ、
前記第２元素が０．０５質量％以上０．１質量％以下の割合で含まれている粒子を有し、
前記粒子は互いに異なる組織として、第１領域と、前記第１領域よりも体積が大きい第２領域と、を含み、
前記第１領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第１Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第１Ｓｉ強度とし、
前記第２領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第２Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第２Ｓｉ強度としたとき、
第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度  ＜  第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度  の関係を満たすことを特徴とする。
【００１０】
これにより、粉末冶金用金属粉末が粉末冶金に供されたとき、第２領域が著しく成長するのを抑制するように作用するため、焼結体中に空孔が生じ難くなるとともに、結晶粒の肥大化が抑制されることとなり、高密度でかつ機械的特性の高い焼結体が得られる。
【００１１】
本発明の粉末冶金用金属粉末では、前記粒子は、複数の前記第２領域を含んでおり、
前記第１領域は、前記第２領域同士の境界に位置していることが好ましい。
【００１２】
これにより、粒子の焼結速度が第１領域によって妨げられ難くなるため、特に相対密度の高い焼結体を製造することができる。また、これにより、第１領域同士が自ずと適度な距離、すなわち第２領域の大きさに対応する距離を保つことになる。このため、焼結体中において第１領域に由来する組織をより均一に分散させることができ、焼結体の機械的特性の低下を避けることができる。
【００１３】
本発明の粉末冶金用金属粉末では、前記第２領域は、結晶であり、
前記粒子は、平均で１個以上２０個以下の前記第２領域を含んでいることが好ましい。
【００１４】
これにより、粒子は、それ全体が単結晶あるいは単結晶に近い多結晶のようになり、焼成に供されたときには、単結晶を焼成に供したのと同等の振る舞いを示す。したがって、このような粉末冶金用金属粉末が焼成されたときには、単結晶に由来する優れた焼結速度により焼結が進行する。その結果、内在する空隙が少なく、相対密度の高い焼結体を製造することができる。
【００１５】
本発明の粉末冶金用金属粉末では、前記粒子の平均粒径が０．５μｍ以上３０μｍ以下であり、
前記第１領域の最大径が５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
これにより、第１領域の大きさが、高密度の焼結体を得るという効果を奏するにあたって最適なものとなる。
【００１７】
本発明の粉末冶金用金属粉末では、Ｃｒが１６質量％以上３５質量％以下の割合で含まれ、
Ｓｉが０．３質量％以上２質量％以下の割合で含まれ、
Ｍｏが３質量％以上１２質量％以下の割合で含まれ、
前記第１元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれ、
前記第２元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれていることが好ましい。
これにより、製造される焼結体のさらなる高密度化を図ることができる。
【００１８】
本発明のコンパウンドは、本発明の粉末冶金用金属粉末と、前記粉末冶金用金属粉末の粒子同士を結着するバインダーと、を含むことを特徴とする。
これにより、高密度の焼結体を製造可能なコンパウンドが得られる。
【００１９】
本発明の造粒粉末は、本発明の粉末冶金用金属粉末を造粒してなることを特徴とする。
これにより、高密度の焼結体を製造可能な造粒粉末が得られる。
【００２０】
本発明の焼結体の製造方法は、本発明の粉末冶金用金属粉末を含む組成物を成形し、成形体を得る工程と、
前記成形体を焼成し、焼結体を得る工程と、
を有することを特徴とする。
これにより、高密度の焼結体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の粉末冶金用金属粉末の実施形態に含まれる粒子の断面を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す粒子の組織を模式的に示す図である。
【図３】図２の範囲Ａを拡大して示す図である。
【図４】本発明の粉末冶金用金属粉末に含まれる粒子の断面のＴＥＭ像の一例である。
【図５】図４（ａ）に示す破線で囲まれた範囲Ｂの部分拡大図であって、同範囲Ｂを高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡で観察したときの観察像である。
【図６】図５に示す第１領域について取得されたＥＤＸスペクトルであって、図５に示す第１領域に対応する位置（図６のPosition1）に対する点分析によって得られたスペクトルである。
【図７】図５に示す第２領域について取得されたＥＤＸスペクトルであって、図５に示す第２領域に対応する位置（図７のPosition2）に対する点分析によって得られたスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末および焼結体について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
［粉末冶金用金属粉末］
まず、本発明の粉末冶金用金属粉末の実施形態について説明する。
【００２４】
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、焼成することにより、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シェイプ（最終形状に近い形状）で製造することができる。
【００２５】
粉末冶金に用いられる粉末冶金用金属粉末では、従来、その組成を適宜変えることにより、製造される焼結体の高密度化を図る試みがなされてきた。しかしながら、焼結体には空孔が形成され易いため、溶製材と同等の機械的特性を得るには、焼結体においてさらなる高密度化を図る必要があった。
【００２６】
例えば、従来、得られた焼結体に対し、さらに熱間等方加圧処理（ＨＩＰ処理）等の追加処理を施すことにより、高密度化を図ることがあった。しかしながら、このような追加処理は、多くの手間やコストを伴うため、焼結体の用途を広げる際の足かせとなる。
【００２７】
上記のような問題に鑑み、本発明者は、追加処理を施すことなく、高密度の焼結体を得るための条件について鋭意検討を重ねた。その結果、金属粉末に含まれる各粒子の化学組成および結晶組織を最適化することにより、焼結体の高密度化が図られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２８】
具体的には、本実施形態に係る粉末冶金用金属粉末は、Ｃｏが主成分であり、Ｃｒが１０質量％以上３５質量％以下の割合で含まれ、Ｓｉが０．２質量％以上３質量％以下の割合で含まれ、後述する第１元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれ、後述する第２元素が０．０１質量％以上０．５質量％以下の割合で含まれている化学組成を有する粒子を含んでいる。また、この粒子は、互いに異なる結晶組織として、第１領域と、第１領域よりも体積が大きい第２領域と、を含んでいる。さらに、これらの第１領域および第２領域は、第１領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第１Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第１Ｓｉ強度とし、第２領域について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第２Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第２Ｓｉ強度としたとき、（第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度）＞（第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度）の関係を満たす。
【００２９】
このような粒子を含む粉末冶金用金属粉末によれば、焼成工程において粒子同士が焼結する際に、その焼結が促進されることとなり、緻密化が進行する。その結果、追加処理を施すことなく十分に高密度の焼結体を製造することができる。
【００３０】
そして、このような焼結体は、機械的特性に優れたものとなる。このため、例えば機械部品や構造部品といった外力が加わる用途にも焼結体を幅広く適用することができる。
【００３１】
なお、第１元素とは、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの７元素からなる群から選択される１種の元素であり、第２元素とは、前記７元素からなる群から選択される１種の元素であってかつ元素周期表における族が第１元素よりも大きい元素、または、前記７元素からなる群から選択される１種の元素であるとともに第１元素として選択された元素と元素周期表における族が同じ元素であってかつ元素周期表における周期が第１元素よりも大きい元素である。
【００３２】
以下、本実施形態に係る粉末冶金用金属粉末の構成についてさらに詳述する。なお、以下の説明では、粉末冶金用金属粉末を単に「金属粉末」ともいい、粉末冶金用金属粉末を構成する多数の粒子のそれぞれを単に「粒子」ともいう。
【００３３】
図１は、本発明の粉末冶金用金属粉末の実施形態に含まれる粒子の断面を模式的に示す図であり、図２は、図１に示す粒子の組織を模式的に示す図である。
【００３４】
図１に示す粒子１は、Ｃｏ基合金で構成されている。そして、粒子１は、互いに異なる組織として、図２に示すように、第１領域１１と、第２領域１２と、を含んでいる。
【００３５】
このうち、第２領域１２は、粒子１に１つ以上含まれていればよい。図２では、一例として、粒子１に４つの第２領域１２が含まれている例を図示している。
【００３６】
また、この第２領域１２は、それぞれが単結晶であり、粒子１全体では多結晶になっている。なお、第２領域１２同士の境界は、線状の粒界３によって区切られている。
【００３７】
粒子１の断面に含まれる第２領域１２の平均数は、特に限定されないが、１個以上２０個以下であるのが好ましく、１個以上１０個以下であるのがより好ましい。このような粒子１は、それ全体が単結晶あるいは単結晶に近い多結晶であると言え、焼成に供されたときには、単結晶を焼成に供したのと同等の振る舞いを示す。したがって、粉末冶金用金属粉末が焼成されたときには、単結晶に由来する優れた焼結速度により焼結が進行する。その結果、内在する空隙が少なく、相対密度の高い焼結体を製造することができる。
【００３８】
なお、粒子１の断面における第２領域１２の平均数は、金属粉末に含まれる１０個以上の粒子１を観察対象としてそれらの断面を電子顕微鏡で観察し、１つの粒子１の中に含まれている第２領域１２の数を、観察像を目視することによって数えるとともに、その数を観察対象全体で平均した値である。第１領域１１および第２領域１２は、電子顕微鏡の観察像において濃淡の差を伴っているため、それに基づいて。粒子１の断面に異なる組織が存在していることがわかる。
【００３９】
電子顕微鏡には、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）が用いられ、明視野像にて観察したとき、粒子１の断面の大部分を占める組織として第２領域１２を特定することが可能である。また、明視野像では第２領域１２を明確に特定し難いときには、暗視野像に切り替えることによって特定が容易になる場合がある。
【００４０】
また、第２領域１２の円相当径（第２領域１２の断面と同じ面積を持つ円の直径）は、粒子１の円相当径（粒子１の断面と同じ面積を持つ円の直径）の１％以上１００％未満であるのが好ましく、３％以上９９．９％以下であるのがより好ましい。粒子１の円相当径に対する第２領域１２の円相当径の割合が前記範囲内であることにより、第２領域１２は、焼成に供されたときの粒子１の焼結性において支配的に振る舞うことができる。すなわち、粒子１は、あたかも単結晶粒子のように振る舞うため、焼結速度が大きくなり、焼結密度の向上に大きく寄与することになる。
【００４１】
また、第２領域１２は、Ｃｏを主成分とする結晶である。そして、第２領域１２は、粒子１の断面の大部分（面積比で９０％以上）を占めている。したがって、第２領域１２が粒子１（粉末冶金用金属粉末）およびこの粒子１から製造される焼結体の特性を左右する。
【００４２】
一方、第１領域１１も、粒子１に１つ以上含まれていればよい。図３では、一例として、図２の範囲Ａ内に１つの第１領域１１が含まれている例を図示している。
【００４３】
図３に示す範囲Ａには、第２領域１２よりも体積が小さい第１領域１１が存在している。このような第１領域１１が存在していることにより、粒子１を含む金属粉末を用いて製造された焼結体は、相対密度が高く、かつ、機械的特性に優れたものとなる。
【００４４】
また、第１領域１１は、第２領域１２の内部に存在していてもよいが、第２領域１２同士の境界、すなわち粒界３に存在しているのが好ましい。これにより、粒子１の焼結速度が第１領域１１によって妨げられ難くなるため、特に相対密度の高い焼結体を製造することができる。
【００４５】
また、粒子１の断面における第１領域１１の形状は、特に限定されず、いかなる形状であってもよいが、好ましくは円形、多角形状またはこれらに準じた形状であるのが好ましい。このような形状の第１領域１１が含まれていることにより、粒子１は、より焼結性に優れたものとなり、かかる粒子１を含む金属粉末を用いて製造された焼結体は、より相対密度が高いものとなる。
【００４６】
また、第１領域１１の形状は、換言すると、アスペクト比が小さい形状であることが好ましい。具体的には、第１領域１１の長径／短径で定義されるアスペクト比の平均値が１以上３以下であるのが好ましく、１以上２以下であるのがより好ましい。このような形状の第１領域１１が含まれていることにより、上記と同様、粒子１は、より焼結性に優れたものとなり、かかる粒子１を含む金属粉末を用いて製造された焼結体は、より相対密度が高いものとなる。
【００４７】
なお、第１領域１１の長径とは、第１領域１１においてとり得る最大長さのことであり、短径とは、長径に直交する方向においてとり得る最大長さのことである。
【００４８】
また、第１領域１１については、定性分析の面分析により、その大きさや分布等を特定することもできる。具体的には、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）によるＳｉの組成像において、Ｓｉが偏析している領域を見出すことによって、第１領域１１の存在を特定することができる。
【００４９】
１つの粒子１における第１領域１１の円相当径（第１領域１１の断面と同じ面積を持つ円の直径）の最大値（最大径）は、特に限定されないが、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であるのが好ましく、１０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であるのがより好ましい。第１領域１１の最大径が前記範囲内であれば、第１領域１１の大きさが前述したような各効果を奏するにあたって最適なものとなる。すなわち、第１領域１１の最大径が前記下限値を下回ると、第１領域１１の大きさが不十分なため、粒子１が焼成されたときに結晶の肥大化を抑制するという効果が十分に得られないおそれがあり、一方、第１領域１１の最大径が前記上限値を上回ると、焼結体の機械的特性が低下するおそれがある。
【００５０】
なお、第１領域１１の最大径は、Ｓｉの組成像において、Ｓｉが偏析している領域の面積と同じ面積を持つ円の直径（投影面積円相当径）の最大値として求めることができる。
【００５１】
ところで、第１領域１１および第２領域１２は、それぞれＥＤＸスペクトルが取得されたとき、後述する関係を満たしている。
【００５２】
まず、第１領域１１について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第１Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第１Ｓｉ強度とする。
【００５３】
また、第２領域１２について取得されたＥＤＸスペクトルのうち、５．３ｋｅＶ以上５．５ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＣｒのピークの高さを第２Ｃｒ強度とし、１．６ｋｅＶ以上１．８ｋｅＶ以下の範囲内に含まれるＳｉのピークの高さを第２Ｓｉ強度とする。
このとき、粒子１は、下記の式［１］を満足する。
【００５４】
第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度  ＜  第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度      ［１］
また、粒子１は、好ましくは下記の式［２］を満足し、より好ましくは下記の式［３］を満足する。
【００５５】
第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度  ＜  第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度  ＜１      ［２］
１．５×第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度  ＜  第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度  ＜０．８      ［３］
【００５６】
上記関係を満足することにより、第１領域１１は、粒子１が焼成に供されたとき、第２領域１２が著しく成長するのを抑制するように作用する。その結果、焼結体中に空孔が生じ難くなるとともに、結晶粒の肥大化が抑制され、高密度でかつ機械的特性の高い焼結体が得られる。
【００５７】
ここで、図４（ａ）は、粒子１の断面のＴＥＭ像（明視野像）の一例であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す粒子１の断面のＴＥＭ像（暗視野像）の一例である。
【００５８】
図４（ａ）に示すＴＥＭ像（明視野像）には、粒子１に含まれた２つの第２領域１２が写っている。また、図４（ａ）に矢印で指し示す濃淡の差に基づく線は、２つの第２領域１２同士の境界に位置する粒界３である。
【００５９】
また、図４（ｂ）に示すＴＥＭ像（暗視野像）には、２つの第２領域１２のうち、左方に位置している１つの第２領域１２が淡色で写っている一方、右方に位置している１つの第２領域１２が濃色で写っている。このように暗視野像で第２領域１２を観察することにより、結晶の方位の違いに基づき、２つの第２領域１２間のコントラストを強めることができる。
【００６０】
さらに、図５は、図４（ａ）に示す破線で囲まれた範囲Ｂの部分拡大図であって、同範囲Ｂを高角度環状暗視野走査透過型電子顕微鏡で観察したときの観察像である。また、図５に矢印で指し示す濃色の部分は、それぞれ第１領域１１である。なお、図５に写っている２つの第１領域１１のうち、一方は第２領域１２内に位置し、他方は粒界３に位置している。
【００６１】
また、図６は、図５に示す第１領域１１について取得されたＥＤＸスペクトルであって、図５に示す第１領域１１に対応する位置（図６のPosition1）に対する点分析によって得られたスペクトルである。さらに、図７は、図５に示す第２領域１２について取得されたＥＤＸスペクトルであって、図５に示す第２領域１２に対応する位置（図７のPosition2）に対する点分析によって得られたスペクトルである。
【００６２】
これらのＥＤＸスペクトルの例に示すように、第１領域１１について取得されたＥＤＸスペクトルにおける第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度は、第２領域１２について取得されたＥＤＸスペクトルにおける第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度よりも大きくなっている。第１領域１１に高濃度で集積しているＳｉは、酸化ケイ素等の状態で含有されていると考えられる。このため、粒子１が焼成に供されたとき、成長しようとする結晶同士の間に第１領域１１が介在することにより、それ以上結晶が成長するのを抑制することができる。その結果、焼結体中に空孔が生じ難くなるとともに、結晶粒の肥大化が抑制され、高密度でかつ機械的特性の高い焼結体が得られる。
【００６３】
なお、第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度が第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度と同等、あるいは、第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度より小さい場合には、第１領域１１にＳｉが高濃度で集積している状態にはならないので、粒子１が焼成に供されたとき、結晶の肥大化が生じるおそれがある。その結果、焼結体中に空孔が生じたり、結晶粒の肥大化を招いたりするおそれがある。
【００６４】
また、本発明の粉末冶金用金属粉末を用いて製造された焼結体は、デンドライト相をできるだけ含んでいないのが好ましい。
【００６５】
ここで、デンドライト相は、樹枝状に成長した結晶組織のことであるが、このようなデンドライト相が多量に含まれると焼結体の機械的特性が低下する。したがって、デンドライト相の含有率を小さくすることは、焼結体の機械的特性を高めるにあたって有効である。具体的には、焼結体の断面を走査型電子顕微鏡で観察し、得られた観察像においてデンドライト相が占める面積率が２０％以下であるのが好ましく、１０％以下であるのがより好ましい。このような条件を満足する焼結体は、機械的特性において特に優れたものとなる。
【００６６】
なお、上述した面積率は、観察像の面積に対するデンドライト相が占める面積の割合として算出され、観察像の一辺は５０μｍ以上１０００μｍ以下程度に設定される。
【００６７】
以下、粒子１の化学組成の一例についてさらに詳述する。
粒子１の全体の化学組成において、Ｃｏは最も含有率が高い元素（主成分）であり、焼結体の特性を左右する元素である。粒子１全体におけるＣｏの含有率は５０質量％以上である。
【００６８】
（Ｃｒ）
Ｃｒ（クロム）は、製造される焼結体に耐食性を付与する元素であり、Ｃｒを含む金属粉末を用いることで、長期にわたって高い機械的特性を維持し得る焼結体が得られる。このため、例えば得られた焼結体が皮膚と接触した場合でも金属イオンがより溶出し難くなるため、生体への適合性をより高めた焼結体が得られる。
【００６９】
金属粉末におけるＣｒの含有率は、１０質量％以上３５質量％以下とされるが、好ましくは１６質量％以上３４質量％以下とされ、より好ましくは２８質量％以上３３質量％以下とされる。Ｃｒの含有率が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、製造される焼結体の耐食性が不十分になる。一方、Ｃｒの含有率が前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、焼結性が低下し、焼結体の高密度化が困難になる。
【００７０】
（Ｍｏ）
本発明の粉末冶金用金属粉末は、必要に応じてＭｏ（モリブデン）を含んでいてもよい。
【００７１】
Ｍｏは、製造される焼結体の耐食性をより高めるように作用する元素である。すなわち、Ｍｏの添加によってＣｒの添加による耐食性をより強化することができる。これは、Ｍｏを添加することにより、Ｃｒの酸化物を主材料とする不働態被膜をより緻密化されるためであると考えられる。したがって、Ｍｏが添加された金属粉末を用いて製造された焼結体は、さらに金属イオンが溶出し難くなり、生体への適合性をさらに高めた焼結体が得られる。
【００７２】
金属粉末におけるＭｏの含有率は、好ましくは３質量％以上１２質量％以下とされ、より好ましくは４質量％以上１１質量％以下とされ、さらに好ましくは５質量％以上９質量％以下とされる。Ｍｏの含有率が前記下限値を下回ると、ＣｒやＳｉの含有量によっては、ＣｒやＳｉに対するＭｏの量が相対的に多くなり過ぎて、含有元素のバランスが崩れるため、焼結体の機械的特性が低下するおそれがある。
【００７３】
（Ｓｉ）
Ｓｉ（ケイ素）は、製造される焼結体の機械的特性を高めるように作用する元素である。Ｓｉの添加によって合金中には、Ｓｉの一部が酸化した酸化ケイ素が生成される。酸化ケイ素としては、ＳｉＯ、ＳｉＯ２等が挙げられる。このような酸化ケイ素は、金属粉末の焼結時において金属結晶が成長する際に、金属結晶が著しく肥大化するのを抑制する。このため、Ｓｉが添加された合金では、金属結晶の粒径が小さく抑えられることとなり、焼結体の機械的特性をより高めることができる。特に、Ｓｉ原子が置換型元素としてＣｏ原子を置換することにより、結晶構造がやや歪み、ヤング率が高くなる。したがって、Ｓｉを添加することにより、優れた機械的特性、特に優れたヤング率を得ることができる。その結果、より高い耐変形性を有する焼結体が得られる。
【００７４】
金属粉末におけるＳｉの含有率は、０．２質量％以上３質量％以下とされるが、０．３質量％以上２質量％以下であるのが好ましく、０．６質量％以上０．９質量％以下であるのがより好ましい。Ｓｉの含有率が前記下限値を下回ると、焼成条件によっては、酸化ケイ素の量が少なくなり過ぎるため、金属粉末の焼結時において金属結晶が肥大し易くなるおそれがある。一方、Ｓｉの含有率が前記上限値を上回ると、焼成条件によっては、酸化ケイ素の量が多くなり過ぎるため、酸化ケイ素が空間的に連続して分布する領域が生じ易くなる。この領域では、機械的特性が低下する可能性が高くなる。
【００７５】
また、Ｓｉのうちの一部は、前述したように酸化ケイ素の状態で存在していることが好ましいが、その存在量は、Ｓｉの全量に対して酸化ケイ素として含まれるＳｉの比率が１０質量％以上９０質量％以下であるのが好ましく、２０質量％以上８０質量％以下であるのがより好ましく、３０質量％以上７０質量％以下であるのがさらに好ましく、３５質量％以上６５質量％以下であるのが特に好ましい。全Ｓｉのうちの酸化ケイ素として含まれるＳｉの比率を前記範囲内に設定することで、焼結体には、上述したような機械的特性の向上といった効果がもたらされる一方、酸化ケイ素が一定量存在していることにより、この焼結体の内部に含まれるＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏといった遷移金属元素の酸化物量を十分に抑えることができる。これはすなわち、Ｓｉが、Ｃｏ、ＣｒおよびＭｏよりも酸化し易く、これらの遷移金属元素に結合している酸素をＳｉが奪うことによって還元反応を生じさせることが可能であるから、Ｓｉの全量が酸化ケイ素でないということは、遷移金属元素に対して十分な還元反応を生じさせたことに等しいと考えられるからである。したがって、Ｓｉのうちの酸化ケイ素として含まれるＳｉの比率が前記範囲内であることにより、焼結体では、上述したような高い機械的特性といった効果が、Ｃｏ、ＣｒまたはＭｏの酸化物によって阻害されることが抑制される。その結果、より信頼性の高い焼結体の実現が図られる。
【００７６】
加えて、一定量の酸化ケイ素は、焼結体の表面において、酸化クロムや酸化モリブデンとともに化学的に安定な被膜を形成することに寄与すると考えられる。このため、焼結体の表面には化学的安定性が付与され、焼結体の耐食性をより高めることにつながる。
【００７７】
また、Ｓｉのうちの酸化ケイ素として含まれるＳｉの比率を前記範囲内に設定することで、焼結体に対して適度な硬度が与えられることとなる。すなわち、酸化ケイ素でないＳｉが一定量存在することにより、Ｃｏ、ＣｒおよびＭｏのうちの少なくとも１種とＳｉとが硬質の金属間化合物を生成し、これが焼結体の硬度を高めると考えられる。焼結体の硬度が高くなることで、耐久性や耐摩耗性を高めることができる。
【００７８】
この金属間化合物としては、特に限定されないが、一例を挙げると、ＣｏＳｉ２、Ｃｒ３Ｓｉ、ＭｏＳｉ２、Ｍｏ５Ｓｉ３等が挙げられる。
【００７９】
なお、金属間化合物の析出量を考慮すると、Ｍｏの含有率に対するＳｉの含有率の割合（Ｓｉ／Ｍｏ）は、質量比で０．０５以上０．２以下であるのが好ましく、０．０８以上０．１５以下であるのがより好ましい。これにより、焼結体に対してより高い機械的特性（例えば硬度と靭性との良好なバランス）を付与することができる。
【００８０】
また、酸化ケイ素は、前述したように第１領域１１に高濃度で含まれるが、第１領域１１が粒界３に位置していると、第１領域１１同士が自ずと適度な距離、すなわち第２領域１２の大きさに対応する距離を保つことになる。このため、焼結体中において第１領域１１に由来する組織をより均一に分散させることができる。その結果、第１領域１１に由来する組織が空間的に連続して分布する確率が低下することとなり、焼結体の機械的特性の低下を避けることができる。
【００８１】
（Ｎ）
本発明の粉末冶金用金属粉末は、必要に応じてＮ（窒素）を含んでいてもよい。
【００８２】
Ｎは、製造される焼結体の機械的特性を高めるように作用する元素である。Ｎはオーステナイト化元素であるので、焼結体の結晶構造のオーステナイト化（面心立方格子化）を促進し、靭性を高めるように作用する。
【００８３】
また、Ｎを含むことにより、焼結体ではデンドライト相の生成が抑えられ、デンドライト相の含有率が非常に小さくなる。このような観点からも、靭性を高めることができる。
【００８４】
したがって、得られる焼結体は、適度な硬度を有するとともに、靭性が高く、かつ、デンドライト相の含有率が小さいものとなる。このため、かかる焼結体は、耐衝撃性等にも富んだものとなる。
【００８５】
金属粉末におけるＮの含有率は、０．０９質量％以上０．５質量％以下であるのが好ましく、０．１２質量％以上０．４質量％以下であるのがより好ましく、０．１４質量％以上０．２５質量％以下であるのがさらに好ましく、０．１５質量％以上０．２２質量％以下であるのが特に好ましい。Ｎの含有率が前記下限値を下回ると、合金の組成によっては、焼結体の結晶構造のオーステナイト化が不十分になり、焼結体の靭性が低下し易くなるおそれがある。これは、焼結体中に過度のｈｃｐ構造（ε相）が析出するためであると考えられる。一方、Ｎの含有率が前記上限値を上回ると、合金の組成によっては、各種の窒化物が多量に生成されるとともに、焼結し難い組成になるおそれがある。このため、焼結体の焼結密度が低下し、耐食性や機械的特性が低下するおそれがある。生成される窒化物としては、例えばＣｒ２Ｎ等が挙げられる。
【００８６】
とりわけ０．１５質量％以上０．２２質量％以下の範囲内では、オーステナイト相（面心立方格子相）が特に支配的となり、硬度の低下に伴って靭性の顕著な向上が認められる。このような含有率でＮを含む金属粉末を用いて製造された焼結体を、ＣｒＫα線を用いたＸ線回折法による結晶構造解析に供すると、オーステナイト相に起因する主ピークが非常に強く認められる一方、ｈｃｐ構造に起因するピークおよびその他のピークは、いずれも主ピークの高さの５％以下になっている。このことからオーステナイト相が支配的であることが分かる。
【００８７】
また、Ｓｉの含有率に対するＮの含有率の割合（Ｎ／Ｓｉ）は、質量比で０．１以上０．８以下であるのが好ましく、０．２以上０．６以下であるのがより好ましい。これにより、焼結体における高い機械的特性と高い耐食性とを両立させることができる。すなわち、Ｓｉが適量添加されることにより、適量の酸化ケイ素が生成され、Ｃｏ、ＣｒおよびＭｏの酸化物量が減少するため、前述したように機械的特性が高くなるとともに、表面における耐食性がより高くなる。その一方、Ｓｉの添加量が多過ぎると、酸化ケイ素の生成量が多くなり過ぎるため、焼結体の機械的特性が低下するおそれがある。そこで、前記範囲内の割合でＮが添加されると、Ｓｉを添加したことによる高い耐食性と、Ｎを添加したことによる上述した効果を、それぞれ互いに相殺することなく発揮させることができるので、高い耐食性と高い機械的特性とを両立させることができる。これは、ＳｉとＣｏ等の金属元素とが置換型固溶体を生成するのに対し、ＮとＣｏ等の金属元素とは侵入型固溶体を生成するため、互いに共存し得るからであると考えられる。しかも、Ｓｉが固溶したことによる結晶構造の歪みが、Ｎが固溶することによって抑えられることも起因していると考えられ、これによって機械的特性の低下が防止されると考えられる。
【００８８】
また、Ｓｉが添加されると、上述したように結晶構造に歪みが生じるが、この状態では熱膨張および熱収縮の挙動にヒステリシスが生じ易くなる。熱膨張および熱収縮の挙動に大きなヒステリシスがあると、経時的に焼結体の熱的特性が変化してしまうおそれがある。
【００８９】
これに対し、前述した割合でＮが添加されていることにより、Ｎが結晶構造中に侵入して固溶するため、結晶構造の歪みが抑制される。その結果、熱膨張および熱収縮の挙動におけるヒステリシスが抑えられ、焼結体の熱的特性の安定化を図ることができる。
【００９０】
以上のことから、ＳｉとＮとが適度に添加されることによって、焼結体の機械的特性の安定化および熱的特性の安定化をそれぞれ図ることができる。
【００９１】
なお、Ｓｉの含有率に対するＮの含有率の割合が前記下限値を下回ると、合金の組成によっては、結晶構造の歪みを十分に抑制することができず、靭性等が低下するおそれがある。一方、前記上限値を上回ると、合金の組成によっては、焼結し難い組成になり、焼結体の焼結密度が低下し、機械的特性も低下するおそれがある。
【００９２】
（Ｃ）
本発明の粉末冶金用金属粉末は、必要に応じてＣ（炭素）を含んでいてもよい。
【００９３】
Ｃは、製造される焼結体の機械的特性を高めるように作用する元素である。Ｃの添加によって焼結体の硬度や引張強さがより高められる。また、このＣが第１元素や第２元素と結合して炭化物を生成することによっても、焼結体の機械的特性の向上が図られる。
【００９４】
金属粉末におけるＣの含有率は、１．５質量％以下であるのが好ましく、０．７質量％以下であるのがより好ましい。Ｃの含有率が前記上限値を上回ると、合金の組成によっては、焼結体の脆性が大きくなり、機械的特性が低下するおそれがある。
【００９５】
また、添加量の下限値は特に設定されないが、上述した効果が十分に発揮されるためには、下限値が０．０５質量％程度に設定されるのが好ましい。
【００９６】
また、Ｃの含有率はＳｉの含有率の０．０２倍以上０．５倍以下程度であるのが好ましく、０．０５倍以上０．３倍以下程度であるのがより好ましい。Ｓｉに対するＣの比率を前記範囲内に設定することにより、酸化ケイ素や炭化物が焼結体の硬度や機械的特性に及ぼす悪影響を最小限に抑えることができる。
【００９７】
さらに、Ｎの含有率はＣの含有率の０．３倍以上１０倍以下程度であるのが好ましく、２倍以上８倍以下程度であるのがより好ましい。Ｃに対するＮの比率を前記範囲内に設定することにより、焼結体の硬度と機械的特性とのバランスを最適化することができる。
【００９８】
（第１元素および第２元素）
第１元素および第２元素は、成形体中のバインダーや金属粉末に含まれた酸素等と結合し、合金中に炭化物や酸化物（以下、まとめて「炭化物等」ともいう。）を析出させる。そして、この析出した炭化物等は、金属粉末が焼結するとき、結晶粒の著しい成長を阻害すると考えられる。その結果、前述したように、焼結体中に空孔が生じ難くなるとともに、結晶粒の肥大化が防止され、高密度でかつ機械的特性の高い焼結体が得られる。
【００９９】
加えて、詳しくは後述するが、析出した炭化物等が酸化ケイ素の集積を促進し、これにより、第１領域１１の生成が促進される。その結果、結晶粒の肥大化を抑えつつ、焼結の促進と高密度化とが図られる。
【０１００】
ところで、第１元素および第２元素は、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの７元素からなる群から選択される２種の元素であるが、長周期型元素周期表の３Ａ族または４Ａ族に属する元素（Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ）を含むことが好ましい。第１元素および第２元素の少なくとも一方として３Ａ族または４Ａ族に属する元素を含むことにより、金属粉末中に酸化物として含まれている酸素を除去し、金属粉末の焼結性を特に高めることができる。
【０１０１】
また、第１元素は、前述したように、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの７元素からなる群から選択される１種の元素であればよいが、好ましくは前記７元素からなる群のうち、長周期型元素周期表の３Ａ族または４Ａ族に属する元素とされる。３Ａ族または４Ａ族に属する元素は、金属粉末中に酸化物として含まれている酸素を除去し、金属粉末の焼結性を特に高めることができる。これにより、焼結後に結晶粒内に残存する酸素濃度の低減を図ることができる。その結果、焼結体の酸素含有率の低減を図り、高密度化を図ることができる。また、これらの元素は、活性が高い元素であるため、速やかな原子拡散をもたらすと考えられる。このため、この原子拡散が駆動力となって金属粉末の粒子間距離が効率よく縮まり、粒子間にネックを形成することによって成形体の緻密化が促進される。その結果、焼結体のさらなる高密度化を図ることができる。
【０１０２】
一方、第２元素は、前述したように、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＨｆおよびＴａの７元素からなる群から選択される１種の元素であって、かつ、第１元素とは異なる元素であればよいが、好ましくは前記７元素からなる群のうち、長周期型元素周期表の５Ａ族に属する元素とされる。５Ａ族に属する元素は、特に、前述した炭化物等を効率よく析出させるため、焼結時の結晶粒の著しい成長を効率よく阻害することができる。その結果、微細な結晶粒の生成を促進させ、焼結体の高密度化と機械的特性の向上とを図ることができる。
【０１０３】
なお、上述したような元素からなる第１元素と第２元素との組み合わせでは、それぞれの効果が互いに阻害し合うことなく発揮される。このため、このような第１元素および第２元素を含む金属粉末は、とりわけ高密度な焼結体を製造可能なものとなる。
【０１０４】
また、より好ましくは、第１元素が４Ａ族に属する元素であり、第２元素がＮｂである組み合わせが採用される。
【０１０５】
また、さらに好ましくは、第１元素がＺｒまたはＨｆであり、第２元素がＮｂである組み合わせが採用される。
このような組み合わせが採用されることにより、上述した効果がより顕著になる。
【０１０６】
また、これらの元素のうち、Ｚｒはフェライト生成元素であるため、体心立方格子相を析出させる。この体心立方格子相は、他の結晶格子相に比べて焼結性に優れているため、焼結体の高密度化に寄与する。
【０１０７】
金属粉末における第１元素の含有率は、０．０１質量％以上０．５質量％以下とされるが、好ましくは０．０３質量％以上０．２質量％以下とされ、より好ましくは０．０５質量％以上０．１質量％以下とされる。第１元素の含有率が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、第１元素を添加する効果が希薄になるため、製造される焼結体の高密度化が不十分になる。一方、第１元素の含有率が前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、第１元素が多くなり過ぎるため、前述した炭化物等の比率が多くなり過ぎて、かえって高密度化が損なわれる。
【０１０８】
金属粉末における第２元素の含有率は、０．０１質量％以上０．５質量％以下とされるが、好ましくは０．０３質量％以上０．２質量％以下とされ、より好ましくは０．０５質量％以上０．１質量％以下とされる。第２元素の含有率が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、第２元素を添加する効果が希薄になるため、製造される焼結体の高密度化が不十分になる。一方、第２元素の含有率が前記上限値を上回ると、全体の組成によっては、第２元素が多くなり過ぎるため、前述した炭化物等の比率が多くなり過ぎて、かえって高密度化が損なわれる。
【０１０９】
また、前述したように、第１元素および第２元素は、それぞれ炭化物等を析出させるが、第１元素として前述したように３Ａ族または４Ａ族に属する元素を選択し、第２元素として前述したように５Ａ族に属する元素を選択した場合、金属粉末を焼結する際に、第１元素の炭化物等が析出するタイミングと第２元素の炭化物等が析出するタイミングとが互いにずれると推測される。このように炭化物等が析出するタイミングがずれることにより、焼結が徐々に進行することになるため、空孔の生成が抑えられ、緻密な焼結体が得られるものと考えられる。すなわち、第１元素の炭化物等と第２元素の炭化物等の双方が存在していることにより、高密度化を図りつつ、結晶粒の肥大化を抑制することが可能になると考えられる。
【０１１０】
なお、金属粉末には、前記７元素からなる群から選択される２種の元素が含まれていればよいが、この群から選択される元素であって、この２種の元素とは異なる元素がさらに含まれていてもよい。すなわち、金属粉末には、前記７元素からなる群から選択される３種以上の元素が含まれていてもよい。これにより、組み合わせ方によって多少異なるものの、前述した効果をさらに増強することができる。
【０１１１】
また、第１元素の含有率と第２元素の含有率の比率は、第１元素として選択された元素の原子量および第２元素として選択された元素の原子量を考慮して設定されるのが好ましい。
【０１１２】
具体的には、第１元素の含有率Ｅ１（質量％）を第１元素の原子量で除した値を指数Ｘ１とし、第２元素の含有率Ｅ２（質量％）を第２元素の原子量で除した値を指数Ｘ２としたとき、指数Ｘ２に対する指数Ｘ１の比率Ｘ１／Ｘ２は、０．３以上３以下であるのが好ましく、０．５以上２以下であるのがより好ましく、０．７５以上１．３以下であるのがさらに好ましい。Ｘ１／Ｘ２を前記範囲内に設定することにより、第１元素の炭化物等の析出のタイミングと第２元素の炭化物等の析出のタイミングとのずれを最適化することができる。これにより、成形体中に残存する空孔を内側から順次掃き出すようにして排出することができるので、焼結体中に生じる空孔を最小限に抑えることができる。したがって、Ｘ１／Ｘ２を前記範囲内に設定することで、高密度で機械的特性に優れた焼結体を製造可能な金属粉末を得ることができる。また、第１元素の原子数と第２元素の原子数とのバランスが最適化されるため、第１元素によってもたらされる効果と第２元素によってもたらされる効果とが相乗的に発揮され、とりわけ高密度の焼結体を得ることができる。
【０１１３】
ここで、第１元素および第２元素の具体的な組み合わせの例について、上述したＸ１／Ｘ２の範囲に基づき、第１元素の含有率Ｅ１と第２元素の含有率Ｅ２の比率Ｅ１／Ｅ２について算出する。
【０１１４】
例えば、第１元素がＺｒであり、第２元素がＮｂである場合、Ｚｒの原子量が９１．２であり、Ｎｂの原子量が９２．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．２９以上２．９５以下であるのが好ましく、０．４９以上１．９６以下であるのがより好ましい。
【０１１５】
また、第１元素がＨｆであり、第２元素がＮｂである場合、Ｈｆの原子量が１７８．５であり、Ｎｂの原子量が９２．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．５８以上５．７６以下であるのが好ましく、０．９６以上３．８４以下であるのがより好ましい。
【０１１６】
また、第１元素がＴｉであり、第２元素がＮｂである場合、Ｔｉの原子量が４７．９であり、Ｎｂの原子量が９２．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．１５以上１．５５以下であるのが好ましく、０．２６以上１．０３以下であるのがより好ましい。
【０１１７】
また、第１元素がＮｂであり、第２元素がＴａである場合、Ｎｂの原子量が９２．９であり、Ｔａの原子量が１８０．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．１５以上１．５４以下であるのが好ましく、０．２６以上１．０３以下であるのがより好ましい。
【０１１８】
また、第１元素がＹであり、第２元素がＮｂである場合、Ｙの原子量が８８．９であり、Ｎｂの原子量が９２．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．２９以上２．８７以下であるのが好ましく、０．４８以上１．９１以下であるのがより好ましい。
【０１１９】
また、第１元素がＶであり、第２元素がＮｂである場合、Ｖの原子量が５０．９であり、Ｎｂの原子量が９２．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．１６以上１．６４以下であるのが好ましく、０．２７以上１．１０以下であるのがより好ましい。
【０１２０】
また、第１元素がＴｉであり、第２元素がＺｒである場合、Ｔｉの原子量が４７．９であり、Ｚｒの原子量が９１．２であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．１６以上１．５８以下であるのが好ましく、０．２６以上１．０５以下であるのがより好ましい。
【０１２１】
また、第１元素がＺｒであり、第２元素がＴａである場合、Ｚｒの原子量が９１．２であり、Ｔａの原子量が１８０．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．１５以上１．５１以下であるのが好ましく、０．２５以上１．０１以下であるのがより好ましい。
【０１２２】
また、第１元素がＺｒであり、第２元素がＶである場合、Ｚｒの原子量が９１．２であり、Ｖの原子量が５０．９であることから、Ｅ１／Ｅ２は０．５４以上５．３８以下であるのが好ましく、０．９０以上３．５８以下であるのがより好ましい。
【０１２３】
なお、上述する組み合わせ以外についても、上記と同様にしてＥ１／Ｅ２を算出することができる。
【０１２４】
また、第１元素の含有率Ｅ１と第２元素の含有率Ｅ２は、それぞれ前述した通りであるが、これらの合計については０．０５質量％以上０．６質量％以下であるのが好ましく、０．１０質量％以上０．４８質量％以下であるのがより好ましく、０．１２質量％以上０．２４質量％以下であるのがさらに好ましい。第１元素の含有率と第２元素の含有率の合計を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の高密度化が必要かつ十分なものとなる。
【０１２５】
また、Ｓｉの含有率に対する第１元素の含有率と第２元素の含有率の合計の比率を（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｓｉとしたとき、（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｓｉは質量比で０．１以上０．７以下であるのが好ましく、０．１５以上０．６以下であるのがより好ましく、０．２以上０．５以下であるのがさらに好ましい。（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｓｉを前記範囲内に設定することで、Ｓｉを添加した場合の靭性の低下等が、第１元素および第２元素の添加によって十分に補われる。その結果、高密度であるにもかかわらず、靭性といった機械的特性に優れ、かつ、Ｓｉに由来する耐食性にも優れた焼結体を製造可能な金属粉末が得られる。
【０１２６】
加えて、第１元素および第２元素が適量添加されることにより、焼結体中の結晶粒界において、第１元素の炭化物等および第２元素の炭化物等が「核」となり、酸化ケイ素の集積が起こると考えられる。酸化ケイ素が集積することにより、それ以外の部位における酸化物濃度が低下するため、焼結の促進が図られる。その結果、焼結体の高密度化がさらに促進されるものと考えられる。
【０１２７】
さらには、集積した酸化ケイ素は、金属粉末が焼成される過程において結晶粒界の三重点に移動し易いので、この点での結晶成長が抑制される（ピン留め効果）。その結果、結晶粒の著しい成長が抑制され、より微細な結晶を有する焼結体が得られる。このような焼結体は、機械的特性が特に高いものとなる。
【０１２８】
また、集積した酸化ケイ素は、前述したように結晶粒界の三重点に位置し易く、そのため、粒状に成形される傾向にある。したがって、焼結体には、このような粒状をなし、酸化ケイ素の含有率が相対的に高い第１領域１１と、第１領域１１よりも酸化ケイ素の含有率が相対的に低い第２領域１２と、が形成され易くなる。第１領域１１が存在することで、前述したような、結晶内部の酸化物濃度の低下と、結晶粒の著しい成長の抑制とが図られる。
【０１２９】
さらには、Ｃの含有率に対する第１元素の含有率と第２元素の含有率の合計の比率を（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｃとしたとき、（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｃは１以上１６以下であるのが好ましく、２以上１３以下であるのがより好ましく、３以上１０以下であるのがさらに好ましい。（Ｅ１＋Ｅ２）／Ｃを前記範囲内に設定することで、Ｃを添加した場合の硬度の上昇および靭性の低下と、第１元素および第２元素の添加によってもたらされる高密度化とを両立させることができる。その結果、引張強さや靭性といった機械的特性に優れた焼結体を製造可能な金属粉末が得られる。
【０１３０】
（その他の元素）
粒子１は、上述した元素の他、必要に応じてＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、ＷおよびＳのうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。なお、これらの元素は、不可避的に含まれる場合もある。
【０１３１】
Ｆｅは、製造される焼結体に高い機械的特性を付与する元素である。
金属粉末におけるＦｅの含有率は、特に限定されないが、０．０１質量％以上２５質量％以下であるのが好ましく、０．０３質量％以上５質量％以下であるのがより好ましい。Ｆｅの含有率を前記範囲内に設定することで、高密度で機械的特性に優れた焼結体が得られる。
【０１３２】
Ｎｉは、製造される焼結体に高い靭性を付与する元素である。
金属粉末におけるＮｉの含有率は、特に限定されないが、０．０１質量％以上４０質量％以下であるのが好ましく、０．０２質量％以上３７質量％以下であるのがより好ましい。Ｎｉの含有率を前記範囲内に設定することで、高密度で靭性に優れた焼結体が得られる。
【０１３３】
Ｍｎは、Ｓｉと同様、製造される焼結体に耐食性および高い機械的特性を付与する元素である。
【０１３４】
金属粉末におけるＭｎの含有率は、特に限定されないが、０．０５質量％以上１．５質量％以下であるのが好ましく、０．１質量％以上１質量％以下であるのがより好ましい。Ｍｎの含有率を前記範囲内に設定することで、高密度で機械的特性に優れた焼結体が得られる。また、伸びの低減を抑えつつ、機械的強度を高めることができる。さらに、高温時（赤熱時）の脆性の増大を抑制することができる。
【０１３５】
なお、Ｍｎの含有率が前記下限値を下回ると、全体の組成によっては、製造される焼結体の耐食性や機械的特性を十分に高められないおそれがあり、一方、Ｍｎの含有率が前記上限値を上回ると、かえって耐食性や機械的特性が低下するおそれがある。
【０１３６】
Ｗは、製造される焼結体の耐熱性を強化する元素である。
金属粉末におけるＷの含有率は、特に限定されないが、１質量％以上２０質量％以下であるのが好ましく、２質量％以上１６質量％以下であるのがより好ましい。Ｗの含有率を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の密度の大幅な低下を招くことなく、焼結体の耐熱性をより強化することができる。
【０１３７】
Ｓは、製造される焼結体の被削性を高める元素である。
金属粉末におけるＳの含有率は、特に限定されないが、０．５質量％以下であるのが好ましく、０．０１質量％以上０．３質量％以下であるのがより好ましい。Ｓの含有率を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の密度の大幅な低下を招くことなく、製造される焼結体の被削性をより高めることができる。
【０１３８】
この他、粒子１には、Ｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｄ等が添加されていてもよい。その場合、これらの元素の含有率は、特に限定されないが、それぞれ０．１質量％未満であるのが好ましく、合計でも０．２質量％未満であるのが好ましい。なお、これらの元素は、不可避的に含まれる場合もある。
【０１３９】
さらに、粒子１には、不純物が含まれていてもよい。不純物としては、上述した元素以外の全ての元素が挙げられ、具体的には、例えば、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ等が挙げられる。これらの不純物の混入量は、各々の元素がＣｏ、Ｃｒ、Ｓｉ、第１元素および第２元素の各含有量よりも少なくなるように設定されているのが好ましい。また、これらの不純物の混入量は、各々の元素が０．０３質量％未満となるように設定されるのが好ましく、０．０２質量％未満となるように設定されるのがより好ましい。また、合計でも０．３質量％未満とされるのが好ましく、０．２質量％未満とされるのがより好ましい。なお、これらの元素は、その含有率が前記範囲内であれば、前述したような効果が阻害されないので、意図的に添加されていてもよい。
【０１４０】
一方、Ｏ（酸素）も、意図的に添加されたり不可避的に混入したりしてもよいが、その量は０．８質量％以下程度であるのが好ましく、０．５質量％以下程度であるのがより好ましい。粒子１中の酸素量をこの程度に収めることで、焼結性が高くなり、高密度で機械的特性に優れた焼結体が得られる。なお、下限値は特に設定されないが、量産容易性等の観点から０．０３質量％以上であるのが好ましい。
【０１４１】
Ｃｏは、本発明の粉末冶金用金属粉末を構成する合金のうち含有率が最も高い成分（主成分）であり、焼結体の特性に大きな影響を及ぼす。Ｃｏの含有率は、特に限定されないが、５０質量％以上であるのが好ましく、５５質量％以上６７．５質量％以下であるのがより好ましい。
【０１４２】
また、粒子１の組成比は、例えば、ＪＩＳ  Ｇ  １２５７（２０００）に規定された鉄及び鋼−原子吸光分析法、ＪＩＳ  Ｇ  １２５８（２００７）に規定された鉄及び鋼−ＩＣＰ発光分光分析法、ＪＩＳ  Ｇ  １２５３（２００２）に規定された鉄及び鋼−スパーク放電発光分光分析法、ＪＩＳ  Ｇ  １２５６（１９９７）に規定された鉄及び鋼−蛍光Ｘ線分析法、ＪＩＳ  Ｇ  １２１１〜Ｇ  １２３７に規定された重量・滴定・吸光光度法等により特定することができる。具体的には、例えばＳＰＥＣＴＲＯ社製固体発光分光分析装置（スパーク放電発光分光分析装置、モデル：ＳＰＥＣＴＲＯＬＡＢ、タイプ：ＬＡＶＭＢ０８Ａ）や、（株）リガク製ＩＣＰ装置（ＣＩＲＯＳ１２０型）が挙げられる。
なお、ＪＩＳ  Ｇ  １２１１〜Ｇ  １２３７は、下記の通りである。
【０１４３】
ＪＩＳ  Ｇ  １２１１（２０１１）  鉄及び鋼−炭素定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２１２（１９９７）  鉄及び鋼−けい素定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２１３（２００１）  鉄及び鋼中のマンガン定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２１４（１９９８）  鉄及び鋼−りん定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２１５（２０１０）  鉄及び鋼−硫黄定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２１６（１９９７）  鉄及び鋼−ニッケル定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２１７（２００５）  鉄及び鋼−クロム定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２１８（１９９９）  鉄及び鋼−モリブデン定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２１９（１９９７）  鉄及び鋼−銅定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２２０（１９９４）  鉄及び鋼−タングステン定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２２１（１９９８）  鉄及び鋼−バナジウム定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２２２（１９９９）  鉄及び鋼−コバルト定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２２３（１９９７）  鉄及び鋼−チタン定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２２４（２００１）  鉄及び鋼中のアルミニウム定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２２５（２００６）  鉄及び鋼−ひ素定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２２６（１９９４）  鉄及び鋼−すず定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２２７（１９９９）  鉄及び鋼中のほう素定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２２８（２００６）  鉄及び鋼−窒素定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２２９（１９９４）  鋼−鉛定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２３２（１９８０）  鋼中のジルコニウム定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２３３（１９９４）  鋼−セレン定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２３４（１９８１）  鋼中のテルル定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２３５（１９８１）  鉄及び鋼中のアンチモン定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２３６（１９９２）  鋼中のタンタル定量方法
ＪＩＳ  Ｇ  １２３７（１９９７）  鉄及び鋼−ニオブ定量方法
【０１４４】
また、Ｃ（炭素）およびＳ（硫黄）の特定に際しては、特に、ＪＩＳ  Ｇ  １２１１（２０１１）に規定された酸素気流燃焼（高周波誘導加熱炉燃焼）−赤外線吸収法も用いられる。具体的には、ＬＥＣＯ社製炭素・硫黄分析装置、ＣＳ−２００が挙げられる。
【０１４５】
さらに、Ｎ（窒素）およびＯ（酸素）の特定に際しては、特に、ＪＩＳ  Ｇ  １２２８（２００６）に規定された鉄および鋼の窒素定量方法、ＪＩＳ  Ｚ  ２６１３（２００６）に規定された金属材料の酸素定量方法も用いられる。具体的には、ＬＥＣＯ社製酸素・窒素分析装置、ＴＣ−３００／ＥＦ−３００が挙げられる。
【０１４６】
なお、上述したような粒子１は、粉末冶金用金属粉末中にできるだけ多く含まれているのが好ましい。具体的には、粒子１は、粉末冶金用金属粉末中に個数比で５０％以上含まれているのが好ましく、６０％以上含まれているのがより好ましい。このような粉末冶金用金属粉末によれば、上述したような効果がより確実に発揮され、高密度でかつ機械的特性に優れた焼結体をより確実に製造することができる。
【０１４７】
また、本発明の粉末冶金用金属粉末の平均粒径は、０．５μｍ以上３０μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以上２０μｍ以下であるのがより好ましく、２μｍ以上１０μｍ以下であるのがさらに好ましい。このような粒径の粉末冶金用金属粉末を用いることにより、焼結体中に残存する空孔が極めて少なくなるため、特に高密度で機械的特性に優れた焼結体を製造することができる。
【０１４８】
なお、平均粒径は、レーザー回折法により得られた質量基準での累積粒度分布において、累積量が小径側から５０％になるときの粒径として求められる。
【０１４９】
また、粉末冶金用金属粉末の平均粒径が前記下限値を下回った場合、成形し難い形状の場合、成形性が低下し、焼結密度が低下するおそれがあり、前記上限値を上回った場合、成形時に粒子間の隙間が大きくなるので、やはり焼結密度が低下するおそれがある。
【０１５０】
また、粉末冶金用金属粉末の粒度分布は、できるだけ狭いのが好ましい。具体的には、粉末冶金用金属粉末の平均粒径が前記範囲内であれば、最大粒径が２００μｍ以下であるのが好ましく、１５０μｍ以下であるのがより好ましい。粉末冶金用金属粉末の最大粒径を前記範囲内に制御することにより、粉末冶金用金属粉末の粒度分布をより狭くすることができ、焼結体のさらなる高密度化を図ることができる。
【０１５１】
なお、上記の最大粒径とは、レーザー回折法により得られた質量基準での累積粒度分布において、累積量が小径側から９９．９％となるときの粒径のことをいう。
【０１５２】
また、粉末冶金用金属粉末の粒子の短径をＳ［μｍ］とし、長径をＬ［μｍ］としたとき、Ｓ／Ｌで定義されるアスペクト比の平均値は、０．４以上１以下程度であるのが好ましく、０．７以上１以下程度であるのがより好ましい。このようなアスペクト比の粉末冶金用金属粉末は、その形状が比較的球形に近くなるので、成形された際の充填率が高められる。その結果、焼結体のさらなる高密度化を図ることができる。
【０１５３】
なお、前記長径とは、粒子の投影像においてとりうる最大長さであり、前記短径とは、長径に直交する方向においてとりうる最大長さである。また、アスペクト比の平均値は、１００個以上の粒子について測定されたアスペクト比の値の平均値として求められる。
【０１５４】
また、本発明の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、４ｇ／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。
【０１５５】
また、本発明の粉末冶金用金属粉末の比表面積は、特に限定されないが、０．１ｍ２／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、成形体の内側と外側とで焼結速度の差が生じ難くなり、内側に空孔が残存して焼結密度が低下するのを抑制することができる。
【０１５６】
また、本発明の粉末冶金用金属粉末は、例えば、ＪＩＳ  Ｔ  ６１１５（２０１３）に規定されているコバルトクロム合金の化学成分を含んでいるのが好ましい。
【０１５７】
なお、上記「化学成分」とは、ＪＩＳ  Ｔ  ６１１５（２０１３）に規定されている化学成分のことを指す。具体的には、例えば、ＪＩＳ  Ｔ  ６１１５（２０１３）の４．３に規定された含有量（単位：質量％）で含まれた元素の組み合わせのことを指す。
【０１５８】
［焼結体の製造方法］
次に、このような本発明の粉末冶金用金属粉末を用いて焼結体を製造する方法について説明する。
【０１５９】
焼結体を製造する方法は、［Ａ］焼結体製造用の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。
【０１６０】
［Ａ］組成物調製工程
まず、本発明の粉末冶金用金属粉末と、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。
【０１６１】
この混練物（本発明のコンパウンドの実施形態）中では、粉末冶金用金属粉末が均一に分散している。
【０１６２】
本発明の粉末冶金用金属粉末は、例えば、アトマイズ法（例えば、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、粉砕法等の各種粉末化法により製造される。
【０１６３】
このうち、本発明の粉末冶金用金属粉末は、アトマイズ法により製造されたものであるのが好ましく、水アトマイズ法または高速回転水流アトマイズ法により製造されたものであるのがより好ましい。アトマイズ法は、溶融金属（溶湯）を、高速で噴射された流体（液体または気体）に衝突させることにより、溶湯を微粉化するとともに冷却して、金属粉末を製造する方法である。粉末冶金用金属粉末をこのようなアトマイズ法によって製造することにより、極めて微小な粉末を効率よく製造することができる。また、得られる粉末の粒子形状が表面張力の作用により球形状に近くなる。このため、成形した際に充填率の高いものが得られる。すなわち、高密度な焼結体を製造可能な粉末を得ることができる。さらに、溶湯の冷却速度が非常に速くなることから、第２領域１２の大きさが揃った粒子１を得ることができる。
【０１６４】
なお、アトマイズ法として、水アトマイズ法を用いた場合、溶融金属に向けて噴射される水（以下、「アトマイズ水」という。）の圧力は、特に限定されないが、好ましくは７５ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下（７５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上１２００ｋｇｆ／ｃｍ２以下）程度とされ、より好ましくは、９０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下（９００ｋｇｆ／ｃｍ２以上１２００ｋｇｆ／ｃｍ２以下）程度とされる。
【０１６５】
また、アトマイズ水の水温も、特に限定されないが、好ましくは１℃以上２０℃以下程度とされる。
【０１６６】
さらに、アトマイズ水は、溶湯の落下経路上に頂点を有し、外径が下方に向かって漸減するような円錐状に噴射される場合が多い。この場合、アトマイズ水が形成する円錐の頂角θは、１０°以上４０°以下程度であるのが好ましく、１５°以上３５°以下程度であるのがより好ましい。これにより、前述したような組成の粉末冶金用金属粉末を、確実に製造することができる。
【０１６７】
また、水アトマイズ法（特に高速回転水流アトマイズ法）によれば、とりわけ速く溶湯を冷却することができる。このため、広い合金組成において高品質な粉末が得られる。
【０１６８】
また、アトマイズ法において溶湯を冷却する際の冷却速度は、１×１０４℃／ｓ以上であるのが好ましく、１×１０５℃／ｓ以上であるのがより好ましい。このような急速な冷却により、均質な粉末冶金用金属粉末が得られる。その結果、高品質な焼結体を得ることができる。
【０１６９】
なお、このようにして得られた粉末冶金用金属粉末に対し、必要に応じて、分級を行ってもよい。分級の方法としては、例えば、ふるい分け分級、慣性分級、遠心分級のような乾式分級、沈降分級のような湿式分級等が挙げられる。
【０１７０】
一方、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、ポリビニルピロリドン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。
【０１７１】
また、バインダーの含有率は、混練物全体の２質量％以上２０質量％以下程度であるのが好ましく、５質量％以上１０質量％以下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。すなわち、高密度でかつ寸法精度の高い焼結体を得ることができる。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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、滑剤、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添加することができる。
【０１７４】
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℃以上２００℃以下程度、混練時間：１５分以上２１０分以下程度とすることができる。
【０１７５】
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、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下程度とされる。
【０１７６】
なお、後述する成形方法によっては、混練物に代えて、造粒粉末を製造するようにしてもよい。これらの混練物および造粒粉末等が、後述する成形工程に供される組成物の一例である。
【０１７７】
本発明の造粒粉末の実施形態は、本発明の粉末冶金用金属粉末に造粒処理を施すことにより、複数個の金属粒子同士をバインダーで結着してなるものである。
【０１７８】
造粒粉末の製造に用いられ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、ポリビニルピロリドン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。
【０１７９】
このうち、バインダーとしては、ポリビニルアルコールまたはポリビニルピロリドンを含むものが好ましい。これらのバインダー成分は、結着性が高いため、比較的少量であっても効率よく造粒粉末を形成することができる。また、熱分解性も高いことから、脱脂および焼成の際に、短時間で確実に分解、除去することが可能になる。
【０１８０】
また、バインダーの含有率は、造粒粉末全体の０．２質量％以上１０質量％以下程度であるのが好ましく、０．３質量％以上５質量％以下程度であるのがより好ましく、０．３質量％以上２質量％以下であるのがさらに好ましい。バインダーの含有率が前記範囲内であることにより、著しく大きな粒子が造粒されたり、造粒されていない金属粒子が大量に残存してしまうのを抑制しつつ、造粒粉末を効率よく形成することができる。また、成形性が向上するため、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、バインダーの含有率を前記範囲内としたことにより、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。
【０１８１】
さらに、造粒粉末中には、必要に応じて、可塑剤、滑剤、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物が添加されていてもよい。
【０１８２】
一方、造粒処理としては、例えば、スプレードライ（噴霧乾燥）法、転動造粒法、流動層造粒法、転動流動造粒法等が挙げられる。
【０１８３】
なお、造粒処理では、必要に応じて、バインダーを溶解する溶媒が用いられる。かかる溶媒としては、例えば、水、四塩化炭素のような無機溶媒や、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、セロソルブ系溶媒、脂肪族炭化水素系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、芳香族複素環化合物系溶媒、アミド系溶媒、ハロゲン化合物系溶媒、エステル系溶媒、アミン系溶媒、ニトリル系溶媒、ニトロ系溶媒、アルデヒド系溶媒のような有機溶媒等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上の混合物が用いられる。
【０１８４】
造粒粉末の平均粒径は、特に限定されないが、１０μｍ以上２００μｍ以下程度であるのが好ましく、２０μｍ以上１００μｍ以下程度であるのがより好ましく、２５μｍ以上６０μｍ以下程度であるのがより好ましい。このような粒径の造粒粉末は、良好な流動性を有し、成形型の形状をより忠実に反映させ得るものとなる。
【０１８５】
なお、平均粒径は、レーザー回折法により得られた質量基準での累積粒度分布において、累積量が小径側から５０％になるときの粒径として求められる。
【０１８６】
［Ｂ］成形工程
次に、混練物または造粒粉末を成形して、目的の焼結体と同形状の成形体を製造する。
【０１８７】
成形体の製造方法（成形方法）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。
【０１８８】
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２００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下（２ｔ／ｃｍ２以上１０ｔ／ｃｍ２以下）程度であるのが好ましい。
【０１８９】
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℃以上２１０℃以下程度、射出圧力が５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下（０．５ｔ／ｃｍ２以上５ｔ／ｃｍ２以下）程度であるのが好ましい。
【０１９０】
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℃以上２１０℃以下程度、押出圧力が５０ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下（０．５ｔ／ｃｍ２以上５ｔ／ｃｍ２以下）程度であるのが好ましい。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
［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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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℃以上７５０℃以下×０．１時間以上２０時間以下程度であるのが好ましく、１５０℃以上６００℃以下×０．５時間以上１５時間以下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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
［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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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が、一例として９８０℃以上１４５０℃以下程度とされる。また、好ましくは１０５０℃以上１３５０℃以下程度とされる。
【０２０３】
また、焼成時間は、０．２時間以上７時間以下とされるが、好ましくは１時間以上６時間以下程度とされる。
【０２０４】
なお、焼成工程においては、途中で焼結温度や後述する焼成雰囲気を変化させるようにしてもよい。
【０２０５】
焼成条件をこのような範囲に設定することにより、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。
【０２０６】
また、焼成温度が比較的低温であることから、焼成炉による加熱温度を一定に制御し易く、したがって、脱脂体の温度も一定になり易い。その結果、より均質な焼結体を製造することができる。
【０２０７】
さらには、前述したような焼成温度は、一般的な焼成炉で十分に実現可能な焼成温度であるため、安価な焼成炉が利用可能であるとともに、ランニングコストも抑えることができる。換言すれば、前記焼成温度を超える場合には、特殊な耐熱材料を用いた高価な焼成炉を利用する必要があり、しかもランニングコストも高くなるおそれがある。
【０２０８】
また、焼成の際の雰囲気は、特に限定されないが、金属粉末の著しい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。
【０２０９】
このようにして得られた焼結体は、高密度で機械的特性に優れたものとなる。すなわち、本発明の粉末冶金用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、従来の金属粉末を焼結してなる焼結体に比べて相対密度が高くなる。よって、本発明であれば、ＨＩＰ処理のような追加処理を施さなければ到達し得なかった高密度の焼結体を、追加処理なしに実現することができる。
【０２１０】
具体的には、本発明によれば、粉末冶金用金属粉末の組成によって若干異なるものの、一例として従来よりも２％以上の相対密度の向上が期待できる。
【０２１１】
その結果、得られた焼結体の相対密度は、一例として９７％以上になることが期待できる（好ましくは９８％以上、より好ましくは９８．５％以上）。このような範囲の相対密度を有する焼結体は、粉末冶金技術を利用することで目的とする形状に限りなく近い形状を有するものであるにもかかわらず、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ため、ほとんど後加工を施すことなく各種の機械部品や構造部品等に適用可能なものとなる。
【０２１２】
また、本発明の粉末冶金用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、従来の金属粉末を用いて同様に焼結してなる焼結体の引張強さや０．２％耐力よりも大きくなる。これは、合金組成や粒子の結晶組織を最適化したことにより、金属粉末の焼結性を高め、これにより製造される焼結体の機械的特性が向上したためと考えられる。
【０２１３】
また、上述したようにして製造された焼結体は、その表面が高硬度のものとなる。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、一例として表面のビッカース硬度が３００以上７８０以下になることが期待される。また、好ましくは３４０以上６００以下になることが期待される。このような硬度を有する焼結体は、耐摩耗性と耐衝撃性とを併せ持つものとなるので、特に高い耐久性を有するものとなる。
【０２１４】
また、追加処理を施さなくても、焼結体は十分に高い密度と機械的特性とを有しているが、さらなる高密度化および機械的特性の向上を図るために、各種の追加処理を施すようにしてもよい。
【０２１５】
この追加処理としては、例えば、前述したＨＩＰ処理のような高密度化を図る追加処理であってもよく、各種焼き入れ処理、各種サブゼロ処理、各種焼き戻し処理、各種焼き鈍し処理等であってもよい。これらの追加処理は単独で行われてもよく、複数が組み合わされて行われてもよい。
【０２１６】
なお、上述した焼成工程や各種追加処理においては、金属粉末中（焼結体中）の軽元素が揮発し、最終的に得られる焼結体の組成は、金属粉末中の組成から若干変化している場合もある。
【０２１７】
例えば、Ｃについては、工程条件や処理条件に応じて異なるものの、最終的な焼結体における含有率が、粉末冶金用金属粉末における含有率の５％以上１００％以下の範囲内（好ましくは３０％以上１００％以下の範囲内）で変化する可能性がある。
【０２１８】
また、Ｏについても、工程条件や処理条件に応じて異なるものの、最終的な焼結体における含有率が、粉末冶金用金属粉末における含有率の１％以上５０％以下の範囲内（好ましくは３％以上５０％以下の範囲内）で変化する可能性がある。
【０２１９】
一方、前述したように、製造された焼結体は、必要に応じて行われる追加処理の一環でＨＩＰ処理に供されてもよいが、ＨＩＰ処理を行っても十分な効果が発揮されない場合も多い。ＨＩＰ処理では、焼結体のさらなる高密度化を図ることができるが、そもそも本発明で得られる焼結体は、焼成工程の終了時点ですでに十分な高密度化が図られている。このため、さらにＨＩＰ処理を施したとしても、それ以上の高密度化は進み難い。
【０２２０】
加えて、ＨＩＰ処理では、圧力媒体を介して被処理物を加圧する必要があるため、被処理物が汚染されたり、汚染に伴って被処理物の組成や物性が意図しない変化を生じたり、汚染に伴って被処理物が変色したりするおそれがある。また、加圧されることにより被処理物内において残留応力が発生あるいは増加し、これが経時的に解放されるのに伴って変形や寸法精度の低下といった不具合の発生を招くおそれがある。
【０２２１】
これに対し、本発明によれば、このようなＨＩＰ処理を施すことなく、十分に密度の高い焼結体を製造可能であるため、ＨＩＰ処理を施した場合と同様の高密度化および高強度化が図られた焼結体を得ることができる。そして、このような焼結体は、汚染や変色、意図しない組成や物性の変化等が少なく、変形や寸法精度の低下といった不具合の発生も少ないものとなる。よって、本発明によれば、機械的強度および寸法精度が高く、耐久性に優れた焼結体を効率よく製造することができる。
【０２２２】
また、本発明で製造された焼結体は、機械的特性を向上させる目的の追加処理をほとんど必要としないため、組成や結晶組織が焼結体全体で均一になり易い。このため、構造的な等方性が高く、形状によらず全方位からの荷重に対する耐久性に優れたものとなる。
【０２２３】
なお、このようにして製造された焼結体では、その表面近傍における空孔率が内部における空孔率よりも相対的に小さくなることが多いことが認められる。このようになる理由は明確ではないが、第１元素および第２元素が添加されることにより、成形体の内部よりも表面近傍において、焼結反応がより進み易くなっているということが挙げられる。
【０２２４】
具体的には、焼結体の表面近傍の空孔率をＡ１とし、焼結体の内部の空孔率をＡ２としたとき、Ａ２−Ａ１は０．１％以上３％以下であるのが好ましく、０．２％以上２％以下であるのがより好ましい。Ａ２−Ａ１がこのような範囲にある焼結体は、必要かつ十分な機械的強度を有する一方、表面を容易に平坦化することを可能にする。すなわち、かかる焼結体の表面を研磨することにより、鏡面性の高い表面を得ることができる。
【０２２５】
このような鏡面性の高い焼結体は、機械的強度が高くなるだけでなく、審美性に優れたものとなる。このため、かかる焼結体は、優れた美的外観が要求される用途にも好適に用いられる。
【０２２６】
なお、焼結体の表面近傍の空孔率Ａ１とは、焼結体の断面のうち、表面から５０μｍの深さの位置を中心に半径２５μｍの範囲内の空孔率のことをいう。また、焼結体の内部の空孔率Ａ２とは、焼結体の断面のうち、表面から３００μｍの深さの位置を中心に半径２５μｍの範囲内の空孔率のことをいう。これらの空孔率は、焼結体の断面を走査型電子顕微鏡で観察し、前記範囲内に存在する空孔の面積を前記範囲の面積で除して得られた値である。
【０２２７】
以上、本発明の粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒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。
【０２２８】
また、本発明の焼結体は、例えば、自動車用部品、自転車用部品、鉄道車両用部品、船舶用部品、航空機用部品、宇宙輸送機（例えばロケット等）用部品のような輸送機器用部品、パソコン用部品、携帯電話端末用部品のような電子機器用部品、冷蔵庫、洗濯機、冷暖房機のような電気機器用部品、工作機械、半導体製造装置のような機械用部品、原子力発電所、火力発電所、水力発電所、製油所、化学コンビナートのようなプラント用部品、時計用部品、金属食器、宝飾品、眼鏡フレームのような装飾品、手術用器具、人工骨、人工歯、人工歯根、歯列矯正用部品のような医療機器の他、あらゆる構造部品に用いられる。
【実施例】
【０２２９】
次に、本発明の実施例について説明する。
１．焼結体（Ｚｒ−Ｎｂ系）の製造
（サンプルＮｏ．１）
［１］まず、水アトマイズ法により製造された表１に示す組成の金属粉末を用意した。
【０２３０】
また、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分析法）により同定、定量した。なお、ＩＣＰ分析には、（株）リガク製、ＩＣＰ装置（ＣＩＲＯＳ１２０型）を用いた。また、Ｃの同定、定量には、ＬＥＣＯ社製炭素・硫黄分析装置（ＣＳ−２００）を用いた。さらに、Ｏの同定、定量には、ＬＥＣＯ社製酸素・窒素分析装置（ＴＣ−３００／ＥＦ−３００）を用いた。
【０２３１】
［２］次に、金属粉末と、ポリプロピレンおよびワックスの混合物（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。
［３］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。
【０２３２】
［４］次に、このコンパウンドを、以下に示す成形条件で、射出成形機にて成形し、成形体を作製した。
【０２３３】
＜成形条件＞
・材料温度：１５０℃
・射出圧力：１１ＭＰａ（１１０ｋｇｆ／ｃｍ２）
【０２３４】
［５］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。
【０２３５】
＜脱脂条件＞
・脱脂温度  ：５００℃
・脱脂時間  ：１時間（脱脂温度での保持時間）
・脱脂雰囲気：窒素雰囲気
【０２３６】
［６］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。なお、焼結体の形状は、直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円筒形状とした。
【０２３７】
＜焼成条件＞
・焼成温度  ：１３００℃
・焼成時間  ：３時間（焼成温度での保持時間）
・焼成雰囲気：アルゴン雰囲気
【０２３８】
（サンプルＮｏ．２〜２９）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。なお、サンプルＮｏ．２９の焼結体については、焼成後、下記の条件でＨＩＰ処理を施した。また、サンプルＮｏ．１４〜１６の焼結体は、それぞれガスアトマイズ法により製造された金属粉末を用いて得られたものである。なお、表１には、備考欄に「ガス」と表記している。
【０２３９】
＜ＨＩＰ処理条件＞
・加熱温度  ：１１００℃
・加熱時間  ：２時間
・加圧力    ：１００ＭＰａ
【０２４０】
【表１】
0006314865.tif 000002
【０２４１】
なお、表１では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１への記載は省略した。
【０２４２】
（サンプルＮｏ．３０）
［１］まず、表２に示す組成の金属粉末を、サンプルＮｏ．１の場合と同様、水アトマイズ法により製造した。
【０２４３】
［２］次に、スプレードライ法により、金属粉末を造粒した。このとき使用したバインダーはポリビニルアルコールであり、金属粉末１００質量部に対して１質量部になる量を使用した。また、ポリビニルアルコール１質量部に対して５０質量部の溶媒（イオン交換水）を使用した。これにより、平均粒径５０μｍの造粒粉末を得た。
【０２４４】
［３］次に、この造粒粉末を、以下に示す成形条件で圧粉成形した。なお、この成形には、プレス成形機を使用した。また、作製する成形体の形状は、２０ｍｍ角の立方体形状とした。
【０２４５】
＜成形条件＞
・材料温度：９０℃
・成形圧力：６００ＭＰａ（６ｔ／ｃｍ２）
【０２４６】
［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。
【０２４７】
＜脱脂条件＞
・脱脂温度  ：４５０℃
・脱脂時間  ：２時間（脱脂温度での保持時間）
・脱脂雰囲気：窒素雰囲気
【０２４８】
［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。
【０２４９】
＜焼成条件＞
・焼成温度  ：１２００℃
・焼成時間  ：３時間（焼成温度での保持時間）
・焼成雰囲気：アルゴン雰囲気
【０２５０】
［６］次に、得られた焼結体に対し、以下に示す条件で固溶化熱処理と析出硬化熱処理とを順次施した。
【０２５１】
＜固溶化熱処理条件＞
・加熱温度  ：１０５０℃
・加熱時間  ：１０分
・冷却方法  ：水冷
【０２５２】
＜析出硬化熱処理条件＞
・加熱温度  ：４８０℃
・加熱時間  ：６０分
・冷却方法  ：空冷
【０２５３】
（サンプルＮｏ．３１〜４０）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表２に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．３０の場合と同様にして焼結体を得た。なお、サンプルＮｏ．４０の焼結体については、焼成後、下記の条件でＨＩＰ処理を施した。
【０２５４】
＜ＨＩＰ処理条件＞
・加熱温度  ：１１００℃
・加熱時間  ：２時間
・加圧力    ：１００ＭＰａ
【０２５５】
【表２】
0006314865.tif 000003
【０２５６】
なお、表２においては、各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末および焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表２への記載は省略した。
【０２５７】
２．金属粉末（Ｚｒ−Ｎｂ系）の評価
次いで、表１、２に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。
【０２５８】
その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも粒子内に異なる２種類の領域、すなわち、第１領域および第２領域の存在が認められた。また、これらの領域についてＥＤＸスペクトルを取得し、「第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」および「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度」を算出した。
【０２５９】
算出結果を表３、４に示す。
表３、４から明らかなように、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末は、それぞれ「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしていることが認められた。
【０２６０】
また、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも、第１領域の最大径が５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、かつ、第２領域の円相当径が粒子の円相当径の３％以上１００％未満であった。さらに、粒子１つあたりの第２領域の平均数は、１個以上２０個以下であった。
【０２６１】
なお、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、上記のような特徴を有する粒子が、個数比で５０％以上含まれていた。
【０２６２】
一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末の中には、「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たす粒子が含まれている粉末があったものの、その粒子の存在比は１０％以下であった。
【０２６３】
また、その粒子に含まれていた第１領域は、最大径が２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、非常に大きかった。なお、この理由は、明確ではないものの、第１元素および第２元素の双方が含まれないために、酸化ケイ素が集積するための核になるものが存在せず、このため、何らかの結晶の転位等が生じた際に、それが核となって酸化ケイ素の集積を促し、第１領域が肥大化したと考えられる。
【０２６４】
さらに、その粒子に含まれていた第２領域の平均数は、２０個以上であり、微結晶に近い多結晶であった。
【０２６５】
３．焼結体（Ｚｒ−Ｎｂ系）の評価
３．１  相対密度の評価
表１、２に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表３、４に示す。
【０２６６】
３．２  硬度の評価
表１、２に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の試験方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。
そして、測定した硬さについて、以下の評価基準にしたがって評価した。
【０２６７】
＜ビッカース硬さの評価基準＞
Ａ：ビッカース硬さが３００以上である
Ｆ：ビッカース硬さが３００未満である
評価結果を表３、４に示す。
【０２６８】
３．３  引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１、２に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。
そして、測定したこれらの物性値について、以下の評価基準にしたがって評価した。
【０２６９】
＜引張強さの評価基準＞
Ａ：焼結体の引張強さが６９５ＭＰａ以上である
Ｂ：焼結体の引張強さが６８５ＭＰａ以上６９５ＭＰａ未満である
Ｃ：焼結体の引張強さが６７５ＭＰａ以上６８５ＭＰａ未満である
Ｄ：焼結体の引張強さが６６５ＭＰａ以上６７５ＭＰａ未満である
Ｅ：焼結体の引張強さが６５５ＭＰａ以上６６５ＭＰａ未満である
Ｆ：焼結体の引張強さが６５５ＭＰａ未満である
【０２７０】
＜０．２％耐力の評価基準＞
Ａ：焼結体の０．２％耐力が４９０ＭＰａ以上である
Ｂ：焼結体の０．２％耐力が４８０ＭＰａ以上４９０ＭＰａ未満である
Ｃ：焼結体の０．２％耐力が４７０ＭＰａ以上４８０ＭＰａ未満である
Ｄ：焼結体の０．２％耐力が４６０ＭＰａ以上４７０ＭＰａ未満である
Ｅ：焼結体の０．２％耐力が４５０ＭＰａ以上４６０ＭＰａ未満である
Ｆ：焼結体の０．２％耐力が４５０ＭＰａ未満である
【０２７１】
＜伸びの評価基準＞
Ａ：焼結体の伸びが１６％以上である
Ｂ：焼結体の伸びが１４％以上１６％未満である
Ｃ：焼結体の伸びが１２％以上１４％未満である
Ｄ：焼結体の伸びが１０％以上１２％未満である
Ｅ：焼結体の伸びが８％以上１０％未満である
Ｆ：焼結体の伸びが８％未満である
以上の評価結果を表３、４に示す。
【０２７２】
３．４  疲労強度の評価
表１、２に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、疲労強度を測定した。
【０２７３】
なお、疲労強度は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２７３（１９７８）に規定された試験方法に準じて測定した。また、繰り返し応力に相当する荷重の印加波形は両振りの正弦波とし、最小最大応力比（最小応力／最大応力）は０．１とした。また、繰り返し周波数は３０Ｈｚとし、繰り返し数を１×１０７回とした。
そして、測定した疲労強度について、以下の評価基準にしたがって評価した。
【０２７４】
＜疲労強度の評価基準＞
Ａ：焼結体の疲労強度が４３０ＭＰａ以上である
Ｂ：焼結体の疲労強度が４１０ＭＰａ以上４３０ＭＰａ未満である
Ｃ：焼結体の疲労強度が３９０ＭＰａ以上４１０ＭＰａ未満である
Ｄ：焼結体の疲労強度が３７０ＭＰａ以上３９０ＭＰａ未満である
Ｅ：焼結体の疲労強度が３５０ＭＰａ以上３７０ＭＰａ未満である
Ｆ：焼結体の疲労強度が３５０ＭＰａ未満である
以上の評価結果を表３、４に示す。
【０２７５】
【表３】
0006314865.tif 000004
【０２７６】
【表４】
0006314865.tif 000005
【０２７７】
表３、４から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体（ＨＩＰ処理を施した焼結体を除く。）に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。
【０２７８】
一方、実施例に相当する焼結体と、ＨＩＰ処理を施した焼結体との間で、各物性値を比較したところ、いずれも同程度であることが認められた。
【０２７９】
４．焼結体（Ｈｆ−Ｎｂ系）の製造
（サンプルＮｏ．４１〜６９）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表５に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。
【０２８０】
【表５】
0006314865.tif 000006
【０２８１】
なお、表５では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表５への記載は省略した。
【０２８２】
５．金属粉末（Ｈｆ−Ｎｂ系）の評価
次いで、表５に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。
【０２８３】
その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子を５０％以上の個数比で含んでいることが認められた。また、粒子における第１領域の最大径が５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、かつ、第２領域の円相当径が粒子の円相当径の３％以上１００％未満であった。さらに、粒子１つあたりの第２領域の平均数は、１個以上２０個以下であった。
【０２８４】
一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子の存在比が１０％以下であり、また、粒子における第１領域の最大径は、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であった。
【０２８５】
６．焼結体（Ｈｆ−Ｎｂ系）の評価
６．１  相対密度の評価
表５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表６に示す。
【０２８６】
６．２  硬度の評価
表５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。
【０２８７】
そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表６に示す。
【０２８８】
６．３  引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。
【０２８９】
そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表６に示す。
【０２９０】
６．４  疲労強度の評価
表５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。
【０２９１】
そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表６に示す。
【０２９２】
【表６】
0006314865.tif 000007
【０２９３】
表６から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。
【０２９４】
一方、実施例に相当する焼結体と、ＨＩＰ処理を施した焼結体との間で、各物性値を比較したところ、いずれも同程度であることが認められた。
【０２９５】
７．焼結体（Ｔｉ−Ｎｂ系）の製造
（サンプルＮｏ．７０〜７９）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表７に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。
【０２９６】
（サンプルＮｏ．８０）
金属粉末と、平均粒径４０μｍのＴｉ粉末と、平均粒径２５μｍのＮｂ粉末と、を混合し、混合粉を調製した。なお、混合粉の調製にあたっては、混合粉の組成が表７に示す組成になるように、金属粉末、Ｔｉ粉末およびＮｂ粉末の各混合量を調整した。
【０２９７】
次いで、この混合粉を用い、サンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。
【０２９８】
【表７】
0006314865.tif 000008
【０２９９】
なお、表７では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表７への記載は省略した。
【０３００】
８．金属粉末（Ｔｉ−Ｎｂ系）の評価
次いで、表７に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。
【０３０１】
その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子を５０％以上の個数比で含んでいることが認められた。また、粒子における第１領域の最大径が５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、かつ、第２領域の円相当径が粒子の円相当径の３％以上１００％未満であった。さらに、粒子１つあたりの第２領域の平均数は、１個以上２０個以下であった。
【０３０２】
一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子の存在比が１０％以下であり、また、粒子における第１領域の最大径は、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であった。
【０３０３】
９．焼結体（Ｔｉ−Ｎｂ系）の評価
９．１  相対密度の評価
表７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表８に示す。
【０３０４】
９．２  硬度の評価
表７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。
【０３０５】
そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表８に示す。
【０３０６】
９．３  引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。
【０３０７】
そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表８に示す。
【０３０８】
９．４  疲労強度の評価
表７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。
【０３０９】
そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表８に示す。
【０３１０】
【表８】
0006314865.tif 000009
【０３１１】
表８から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。
【０３１２】
１０．焼結体（Ｎｂ−Ｔａ系）の製造
（サンプルＮｏ．８１〜９０）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表９に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。
【０３１３】
【表９】
0006314865.tif 000010
【０３１４】
なお、表９では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表９への記載は省略した。
【０３１５】
１１．金属粉末（Ｎｂ−Ｔａ系）の評価
次いで、表９に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。
【０３１６】
その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子を５０％以上の個数比で含んでいることが認められた。また、粒子における第１領域の最大径が５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、かつ、第２領域の円相当径が粒子の円相当径の３％以上１００％未満であった。さらに、粒子１つあたりの第２領域の平均数は、１個以上２０個以下であった。
【０３１７】
一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子の存在比が１０％以下であり、また、粒子における第１領域の最大径は、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であった。
【０３１８】
１２．焼結体（Ｎｂ−Ｔａ系）の評価
１２．１  相対密度の評価
表９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表１０に示す。
【０３１９】
１２．２  硬度の評価
表９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。
【０３２０】
そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１０に示す。
【０３２１】
１２．３  引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。
【０３２２】
そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１０に示す。
【０３２３】
１２．４  疲労強度の評価
表９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。
【０３２４】
そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１０に示す。
【０３２５】
【表１０】
0006314865.tif 000011
【０３２６】
表１０から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。
【０３２７】
１３．焼結体（Ｙ−Ｎｂ系）の製造
（サンプルＮｏ．９１〜１００）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１１に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。
【０３２８】
【表１１】
0006314865.tif 000012
【０３２９】
なお、表１１では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１１への記載は省略した。
【０３３０】
１４．金属粉末（Ｙ−Ｎｂ系）の評価
次いで、表１１に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。
【０３３１】
その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子を５０％以上の個数比で含んでいることが認められた。また、粒子における第１領域の最大径が５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、かつ、第２領域の円相当径が粒子の円相当径の３％以上１００％未満であった。さらに、粒子１つあたりの第２領域の平均数は、１個以上２０個以下であった。
【０３３２】
一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子の存在比が１０％以下であり、また、粒子における第１領域の最大径は、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であった。
【０３３３】
１５．焼結体（Ｙ−Ｎｂ系）の評価
１５．１  相対密度の評価
表１１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表１２に示す。
【０３３４】
１５．２  硬度の評価
表１１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。
【０３３５】
そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１２に示す。
【０３３６】
１５．３  引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。
【０３３７】
そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１２に示す。
【０３３８】
１５．４  疲労強度の評価
表１１に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。
【０３３９】
そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１２に示す。
【０３４０】
【表１２】
0006314865.tif 000013
【０３４１】
表１２から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。
【０３４２】
１６．焼結体（Ｖ−Ｎｂ系）の製造
（サンプルＮｏ．１０１〜１１０）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１３に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。
【０３４３】
【表１３】
0006314865.tif 000014
【０３４４】
なお、表１３では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１３への記載は省略した。
【０３４５】
１７．金属粉末（Ｖ−Ｎｂ系）の評価
次いで、表１３に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。
【０３４６】
その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子を５０％以上の個数比で含んでいることが認められた。また、粒子における第１領域の最大径が５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、かつ、第２領域の円相当径が粒子の円相当径の３％以上１００％未満であった。さらに、粒子１つあたりの第２領域の平均数は、１個以上２０個以下であった。
【０３４７】
一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子の存在比が１０％以下であり、また、粒子における第１領域の最大径は、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であった。
【０３４８】
１８．焼結体（Ｖ−Ｎｂ系）の評価
１８．１  相対密度の評価
表１３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表１４に示す。
【０３４９】
１８．２  硬度の評価
表１３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。
【０３５０】
そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１４に示す。
【０３５１】
１８．３  引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。
【０３５２】
そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１４に示す。
【０３５３】
１８．４  疲労強度の評価
表１３に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。
【０３５４】
そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１４に示す。
【０３５５】
【表１４】
0006314865.tif 000015
【０３５６】
表１４から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。
【０３５７】
１９．焼結体（Ｔｉ−Ｚｒ系）の製造
（サンプルＮｏ．１１１〜１２０）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１５に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。
【０３５８】
【表１５】
0006314865.tif 000016
【０３５９】
なお、表１５では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１５への記載は省略した。
【０３６０】
２０．金属粉末（Ｔｉ−Ｚｒ系）の評価
次いで、表１５に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。
【０３６１】
その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子を５０％以上の個数比で含んでいることが認められた。また、粒子における第１領域の最大径が５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、かつ、第２領域の円相当径が粒子の円相当径の３％以上１００％未満であった。さらに、粒子１つあたりの第２領域の平均数は、１個以上２０個以下であった。
【０３６２】
一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子の存在比が１０％以下であり、また、粒子における第１領域の最大径は、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であった。
【０３６３】
２１．焼結体（Ｔｉ−Ｚｒ系）の評価
２１．１  相対密度の評価
表１５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表１６に示す。
【０３６４】
２１．２  硬度の評価
表１５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。
【０３６５】
そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１６に示す。
【０３６６】
２１．３  引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。
【０３６７】
そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１６に示す。
【０３６８】
２１．４  疲労強度の評価
表１５に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。
【０３６９】
そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１６に示す。
【０３７０】
【表１６】
0006314865.tif 000017
【０３７１】
表１６から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。
【０３７２】
２２．焼結体（Ｚｒ−Ｔａ系）の製造
（サンプルＮｏ．１２１〜１３０）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１７に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。
【０３７３】
【表１７】
0006314865.tif 000018
【０３７４】
なお、表１７では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１７への記載は省略した。
【０３７５】
２３．金属粉末（Ｚｒ−Ｔａ系）の評価
次いで、表１７に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。
【０３７６】
その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子を５０％以上の個数比で含んでいることが認められた。また、粒子における第１領域の最大径が５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、かつ、第２領域の円相当径が粒子の円相当径の３％以上１００％未満であった。さらに、粒子１つあたりの第２領域の平均数は、１個以上２０個以下であった。
【０３７７】
一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子の存在比が１０％以下であり、また、粒子における第１領域の最大径は、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であった。
【０３７８】
２４．焼結体（Ｚｒ−Ｔａ系）の評価
２４．１  相対密度の評価
表１７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表１８に示す。
【０３７９】
２４．２  硬度の評価
表１７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。
【０３８０】
そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１８に示す。
【０３８１】
２４．３  引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。
【０３８２】
そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１８に示す。
【０３８３】
２４．４  疲労強度の評価
表１７に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。
【０３８４】
そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表１８に示す。
【０３８５】
【表１８】
0006314865.tif 000019
【０３８６】
表１８から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。
【０３８７】
２５．焼結体（Ｚｒ−Ｖ系）の製造
（サンプルＮｏ．１３１〜１４０）
粉末冶金用金属粉末の組成等を表１９に示すように変更した以外は、それぞれサンプルＮｏ．１の焼結体の製造方法と同様にして焼結体を得た。
【０３８８】
【表１９】
0006314865.tif 000020
【０３８９】
なお、表１９では、各サンプルＮｏ．の焼結体のうち、本発明に相当するものを「実施例」とし、本発明に相当しないものを「比較例」としている。
また、各焼結体には、微量の不純物が含まれていたが、表１９への記載は省略した。
【０３９０】
２６．金属粉末（Ｚｒ−Ｖ系）の評価
次いで、表１９に示す各サンプルＮｏ．の粉末冶金用金属粉末の粒子の断面について、ＴＥＭにより結晶組織を評価した。
【０３９１】
その結果、実施例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子を５０％以上の個数比で含んでいることが認められた。また、粒子における第１領域の最大径が５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、かつ、第２領域の円相当径が粒子の円相当径の３％以上１００％未満であった。さらに、粒子１つあたりの第２領域の平均数は、１個以上２０個以下であった。
【０３９２】
一方、比較例に対応する粉末冶金用金属粉末では、いずれも「第２Ｓｉ強度／第２Ｃｒ強度＜第１Ｓｉ強度／第１Ｃｒ強度」の関係を満たしている粒子の存在比が１０％以下であり、また、粒子における第１領域の最大径は、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であった。
【０３９３】
２７．焼結体（Ｚｒ−Ｖ系）の評価
２７．１  相対密度の評価
表１９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１（２０００）に規定された焼結金属材料の密度を測定する方法に準じて、焼結密度を測定するとともに、各焼結体を製造するのに用いた粉末冶金用金属粉末の真密度を参照して、各焼結体の相対密度を算出した。
算出結果を表２０に示す。
【０３９４】
２７．２  硬度の評価
表１９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に規定されたビッカース硬さ試験の方法に準じて、ビッカース硬さを測定した。
【０３９５】
そして、測定した硬さについて、３．２に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表２０に示す。
【０３９６】
２７．３  引張強さ、０．２％耐力および伸びの評価
表１９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（２０１１）に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さ、０．２％耐力および伸びを測定した。
【０３９７】
そして、測定した物性値について、３．３に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表２０に示す。
【０３９８】
２７．４  疲労強度の評価
表１９に示す各サンプルＮｏ．の焼結体について、３．４と同様にして疲労強度を測定した。
【０３９９】
そして、測定した疲労強度について、３．４に記載した評価基準にしたがって評価した。
評価結果を表２０に示す。
【０４００】
【表２０】
0006314865.tif 000021
【０４０１】
表２０から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、相対密度が高いことが認められた。また、引張強さ、０．２％耐力および伸びといった特性についても、有意差があることが認められた。
【０４０２】
２８．焼結体の鏡面性の評価
２８．１  表面近傍と内部の空孔率の評価
まず、表２１に示すサンプルＮｏ．の焼結体を切断し、断面を研磨した。
【０４０３】
次いで、表面近傍の空孔率Ａ１と、内部の空孔率Ａ２とを算出するとともに、Ａ２−Ａ１を算出した。
以上の算出結果を表２１に示す。
【０４０４】
２８．２  鏡面光沢度の評価
まず、表２１に示すサンプルＮｏ．の焼結体について、バレル研磨処理を施した。
【０４０５】
次いで、ＪＩＳ  Ｚ  ８７４１（１９９７）に規定された鏡面光沢度の測定方法に準拠して焼結体の鏡面光沢度を測定した。なお、焼結体表面に対する光の入射角は６０°とし、鏡面光沢度を算出するための基準面には、鏡面光沢度９０、屈折率１．５００のガラスを用いた。そして、測定された鏡面光沢度を、以下の評価基準にしたがって評価した。
【０４０６】
＜鏡面光沢度の評価基準＞
Ａ：表面の鏡面性が非常に高い（鏡面光沢度が２００以上）
Ｂ：表面の鏡面性が高い（鏡面光沢度が１５０以上２００未満）
Ｃ：表面の鏡面性がやや高い（鏡面光沢度が１００以上１５０未満）
Ｄ：表面の鏡面性がやや低い（鏡面光沢度が６０以上１００未満）
Ｅ：表面の鏡面性が低い（鏡面光沢度が３０以上６０未満）
Ｆ：表面の鏡面性が非常に低い（鏡面光沢度が３０未満）
以上の評価結果を表２１に示す。
【０４０７】
【表２１】
0006314865.tif 000022
【０４０８】
表２１から明らかなように、実施例に相当する焼結体は、比較例に相当する焼結体に比べて、鏡面光沢度が高いことが認められた。これは、焼結体の表面近傍における空孔率が特に小さいことにより、光の散乱が抑制される一方、正反射の割合が多くなっていることに起因するものと考えられる。
【符号の説明】
【０４０９】
１          粒子
３          粒界
１１        第１領域
１２        第２領域
【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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