(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含油部材を粉末冶金によって形成する際に用いられ、鉄粉の表面に銅が被覆されてなる銅被覆鉄粉であって、
前記銅は、前記鉄粉の表面において間隔をあけて被覆されており、
前記鉄粉の表面積における前記銅の被覆割合が２５％以上７５％以下であり、
前記鉄粉の表面における前記銅の被覆厚さが平均で１μｍ以上５μｍ以下である
ことを特徴とする銅被覆鉄粉。
【請求項２】
前記銅の粒子が粒状に単独で、前記鉄粉の表面に点在した状態で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の銅被覆鉄粉。
【請求項３】
前記銅の粒子が重なり合って、前記鉄粉の表面に線状又は網目状に被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の銅被覆鉄粉。
【請求項４】
前記鉄粉の表面に粒状に被覆されている前記銅の粒子の一辺の大きさが０．５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の鉄被覆鉄粉。
【請求項５】
前記鉄粉の質量１００％に対して８質量％以上３０質量％以下の量で前記銅が被覆されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の銅被覆鉄粉。
【請求項６】
当該銅被覆鉄粉の粒子直径が４μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の銅被覆鉄粉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅被覆鉄粉に関するものであり、より詳しくは、例えば含油軸受のための粉末冶金用原料粉として好適に利用できる銅被覆鉄粉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、焼結含油軸受として、粉末冶金法により多孔質の金属体を形成し、潤滑油を含浸させることで、摺動特性を向上させた小型の軸受製造技術が求められている。これらは、特にベアリングが取り付けられないようなマイクロモーターの細い軸を保持するための軸受に使用されている。
【０００３】
これら多孔質の金属体を形成するために、鉄銅粉末冶金製品、中でも特に鉄銅焼結軸受における銅の偏析防止あるいは摺動抵抗の低減を目的として、鉄粉の表面に銅を均一に付着させた鉄銅複合金属粉（以下、「銅被覆鉄粉」という）の需要が増大しつつある。この銅被覆鉄粉の製造方法は、従来、湿式法と乾式法の２つが知られている。
【０００４】
湿式法としては、銅イオンを含む酸性溶液中に鉄粉を投入することで、鉄が酸によって溶解し、溶解に伴い発生した電子によって銅イオンを還元して、鉄粉表面に金属銅の被膜を形成させる、いわゆる置換法で作製するものである。
【０００５】
この方法では、鉄表面に銅被膜が薄い均一な被膜として形成される。具体的には、例えば特許文献１には、ピロリン酸銅めっき浴にニッケル被膜があらかじめ形成された鉄粉を投入して、めっき法で銅被覆鉄粉の製造する方法が開示されている。この特許文献１に示される方法では、事前に鉄表面に無電解めっきによってニッケル被膜を形成した上で銅被膜の形成を行うとしている。
【０００６】
一報、乾式法は、鉄粉と銅微粉とを混合し、還元雰囲気中で熱処理して鉄粉表面に銅微粉を拡散付着させる方法であるが、固相拡散によって鉄粉表面に銅微粉を均一に付着させることは難しく、これを改善する方法として、特許文献２、３に開示されている技術が提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献２では、鉄粉表面に銅微粉を均一に付着させるために、使用する酸化銅の粒子として非常に細かいものを使用する技術が開示されている。具体的には、一次粒子径が０．１μｍ以下の凝集した二次粒子からなり、その平均粒子径が５μｍ以下で比表面積が１０ｍ２／ｇ以上の非常に微細な酸化銅微粒子を使用するとしている。また、酸化銅を混合するにあたり、さらにカーボンを０．１５〜５．０重量％添加して、温度７００℃〜９５０℃の還元性雰囲気中で酸化物の還元と合金成分の拡散付着を同時に行わせることが開示されている。この特許文献２においては、非常に微細な酸化銅を得る手段として、塩化銅溶液にアルカリを作用させて生じた水酸化銅水和物のゲルを液と共に加熱することによって、黒色の酸化銅を作製するとしている。
【０００８】
これらの湿式法や乾式法により鉄表面に被覆した銅被膜は、鉄表面に均一に被膜された状態となっている。
【０００９】
一方、特許文献４では、含油軸受の特性を向上させるために通気性を低くすることが必要であるとして、銅にグラファイトを加えた粉末を添加する技術が示されている。さらに特許文献５では、銅被覆鉄粉を用いた含油軸受特性向上のために、含油率を確保しながら通気度を低く維持する方法として、３０質量％〜６０質量％の銅を被覆した銅被覆鉄粉を使用し、さらに亜鉛雰囲気下で焼結する技術が示されている。
【００１０】
しかしながら、上述した特許文献４に開示の方法では、新たに銅にグラファイトを加えた粉末を添加するとしているが、その粉末は高価にならざるを得ず、焼結時に種々の添加物を添加することは焼結体の強度を低下させる要因となり、グラファイトの添加は強度の面で不利になる要因である。また、特許文献５に開示の方法では、３０％以上の銅を被覆させることから高価な銅を多量に必要とし、コストアップとなる。さらに、被覆した銅が厚くなるために、鉄粒子の下地効果が十分に得られなくなり、軸受としての摺動特性が悪くなる原因となる。
【００１１】
このように従来の湿式法や乾式法で製造する銅被覆鉄粉は、鉄表面に銅が均一に被覆されているため、それを用いた含油軸受は、通気性や含油率のコントロールが難しく、銅含有率の高い銅被覆鉄粉や新たに銅とグラファイトの複合粉末を加える等の改良が加えられてきたものの、強度と摺動特性及びコストを両立して改善することは容易でなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平３−００２３９３号公報
【特許文献２】特開平８−９２６０４号公報
【特許文献３】特許第３０９４０１８号公報
【特許文献４】特公平７−５４１２６号公報
【特許文献５】特開平８−２０８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、例えば含油軸受に加工できる粉末冶金製品の原料粉として用いた場合に、通気性や含油率のコントロールが容易となり、さらに強度、摺動特性、コストを両立して改善することができる銅被覆鉄粉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、鉄粉の表面に、銅が間隔をあけて所定の面積割合で被覆されてなる銅被覆鉄粉では、含油軸受に加工できる粉末冶金製品の原料粉として用いた場合に、通気性や含油率のコントロールが容易となり、摺動特性等の性能を改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のものを提供する。
【００１５】
（１）本発明に係る第１の発明は、鉄粉の表面に銅が被覆されてなる銅被覆鉄粉であって、前記銅は、前記鉄粉の表面において間隔をあけて被覆されており、前記鉄粉の表面積における前記銅の被覆割合が２５％以上７５％以下である銅被覆鉄粉である。
【００１６】
（２）本発明に係る第２の発明は、上記第１の発明において、前記銅の粒子が粒状に単独で、前記鉄粉の表面に点在した状態で被覆されている銅被覆鉄粉である。
【００１７】
（３）本発明に係る第３の発明は、上記第１の発明において、前記銅の粒子が重なり合って、前記鉄粉の表面に線状又は網目状に被覆されている銅被覆鉄粉である。
【００１８】
（４）本発明に係る第４の発明は、上記第２の発明において、前記鉄粉の表面に粒状に被覆されている前記銅の粒子の一辺の大きさが０．５μｍ以上１０μｍ以下である銅被覆鉄粉である。
【００１９】
（５）本発明に係る第５の発明は、上記第１乃至第４の何れかの発明において、前記鉄粉の表面における前記銅の被覆厚さが１μｍ以上５μｍ以下である銅被覆鉄粉である。
【００２０】
（６）本発明に係る第６の発明は、上記第１乃至第５の何れかの発明において、前記鉄粉の質量１００％に対して８質量％以上３０質量％以下の量で前記銅が被覆されている銅被覆鉄粉である。
【００２１】
（７）本発明に係る第６の発明は、上記第１乃至第６の何れかの発明において、当該銅被覆鉄粉の粒子直径が４μｍ以上１００μｍ以下である銅被覆鉄粉である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る銅被覆鉄粉によれば、鉄粉の表面に、銅が間隔をあけて所定の面積割合で被覆されているため、その鉄粉表面に銅が凹凸状を形成するようになっており、例えば含油軸受に加工できる粉末冶金製品の原料粉として用いた場合に、通気性や含油率のコントロールが容易となり、さらに強度、摺動特性、コストを両立して改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】銅被覆鉄粉の走査型電子顕微鏡により観察したときの観察像の一例を示す写真図であり、銅の粒子が粒状に単独で鉄粉の表面に点在した状態で間隔をあけて被覆されてなる銅被覆鉄粉の写真図である。
【図２】銅被覆鉄粉の走査型電子顕微鏡によって観察したときの観察像の一例を示す写真図であり、銅の粒子が重なり合って鉄粉の表面に線状又は網目状の状態で間隔をあけて被覆されてなる銅被覆鉄粉の写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る銅被覆鉄粉の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２５】
≪銅被覆鉄粉≫
本実施の形態に係る銅被覆鉄粉は、鉄粉の表面に銅が被覆されているものであって、銅が、鉄粉表面において間隔をあけて被覆された状態となっており、鉄粉表面における銅の被覆率が２５％以上７５％以下であることを特徴としている。
【００２６】
図１及び図２は、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したときの観察像の一例を示すものであり、銅が鉄粉表面において間隔をあけて被覆された状態を示すものである。具体的に、図１の写真図に示す銅被覆鉄粉は、銅の粒子が粒状に単独で、その鉄粉の表面に点在した状態で被覆されてなる銅被覆鉄粉である。また、図２の写真図に示す銅被覆鉄粉は、銅の粒子が重なり合って、その鉄粉の表面に線状又は網目状の状態で被覆されてなる銅被覆鉄粉である。
【００２７】
図１及び図２の写真図に示されるように、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉は、鉄粉の表面に銅粒子が単独で点在した状態で、あるいは、銅粒子が重なり合って連続した線状又は網目状となって、その鉄粉表面における所定の面積割合で銅が間隔をあけて被覆されている。このように、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉では、鉄粉の表面において一様に、銅が均一に被覆されているのではなく、間隔をあけて被覆されていることにより、鉄粉と被覆されている銅との間で凹凸状を形成している。つまり、鉄粉の表面に間隔をあけて被覆された銅が凸部となり、銅が被覆されていない露出した鉄粉表面が凹部となって凹凸状を形成している。なお、これらの写真図から分かるように、鉄粉表面において、粒状に点在して、あるいは、線状又は網目状になって、間隔をあけて被覆されている銅は、その各被覆箇所ではそれぞれ均一に被覆されている。
【００２８】
本実施の形態に係る銅被覆鉄粉では、鉄粉の表面の銅粒子が単独又は重なり合って、その表面において被覆された銅と銅との間に隙間が形成されており、その隙間の形成により被覆銅に高さが設けられるようになる点が重要となる。このように、鉄粉表面において銅被覆の隙間が形成されることで、鉄粉表面に凹凸が形成されることになる。銅被覆鉄粉において、このような凹凸が鉄粉表面に形成されることにより、例えばこの銅被覆鉄粉を用いて含油軸受を成形した場合に、その凹凸が含油効果を向上させるように作用する。この銅被覆鉄粉によれば、含油効果の特性をより向上できる多孔質体の含油軸受に加工することが可能な粉末冶金製品の原料粉として好適に用いることができる。
【００２９】
従来の銅被覆鉄粉では、めっきによる方法等を用いて鉄粒子の表面に均一に銅が被覆されており、その鉄粉表面には凹凸の無いものであった。そのため、表面の凹凸に基づく含油効果を高めることはできなかった。そして、このような従来の凹凸の無い均一な銅被覆鉄粉を用いた含油軸受では、通気性や含油率のコントロールが難しく、銅含有率の高い銅被覆鉄粉や新たに銅とグラファイトの複合粉末を加える等の改良を加えることを要し、それに伴い、強度の低下やコスト上昇を招いていた。
【００３０】
これに対して、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉では、上述したように、鉄粉の表面に銅粒子が単独で点在した状態で、あるいは、銅粒子が重なり合って連続した線状又は網目状となって、その鉄粉表面における所定の面積割合で銅が間隔をあけて被覆されている。そのため、その表面に凹凸が形成されることとなり、含油軸受を成形した場合において含油効果を有効に高めることができ、摺動特性を向上させることができる。これにより、この銅被覆鉄粉を用いた含油軸受では、通気性や含油率のコントロールが極めて容易となり、含油軸受としての特性を高めて、例えば小型の軸受等の製造を可能にすることができる。また、従来のようにグラファイト等の添加剤を添加することを要しないため、強度の低下やコストの上昇を防ぐことができる。
【００３１】
上述したように、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉では、鉄粉表面において銅が間隔をあけて被覆されていることが重要となるが、その間隔の程度は、鉄粉表面に銅が被覆されている面積と被覆されていない面積との割合（銅の被覆率）で示すことができる。
【００３２】
具体的には、この銅被覆鉄粉においては、鉄粉の表面積における銅の被覆割合が２５％以上７５％以下である。このように、銅が鉄粉の表面において間隔をあけて被覆されている状態で、鉄粉の全表面積に対して２５％以上７５％以下の割合で銅が被覆されていることにより、例えば含油軸受の原料粉として用いた場合に、含油効果を向上させることができ、軸受を作製した際に摺動特性を高めることができる。
【００３３】
鉄粉表面における銅の被覆率が、鉄粉の全表面積に対して２５％未満であると、銅の被覆率が不足するために、軸受としての摺動特性が劣化する。一方で、銅の被覆率が７５％を超えると、鉄粉表面における被覆銅の割合が多くなりすぎて凹凸形状が少なくなり、その凹凸が形成されることの効果が無くなるため、含油効果が十分に期待できなくなる。このことから、銅の被覆率としては、鉄粉の全表面積に対して２５％以上７５％以下となる面積であり、より好ましくは３５％以上６０％以下である。
【００３４】
なお、鉄粉表面に銅が粒状に単独で又は重なり合って被覆されている状態での面積の測定方法としては、ＳＥＭにより撮影される銅被覆鉄粉の電子顕微鏡画像から面積を求め、銅が被覆されている面積と鉄粉全体の面積を求めることで算出することができる。
【００３５】
具体的には、測定試料（銅被覆鉄粉）を、走査型電子顕微鏡（例えば、日本電子株式会社製，ＪＳＭ−７１００Ｆ型等）により倍率１，０００倍程度の視野で観察し、電子顕微鏡画像を取得する。そして、それを画像解析ソフトウェア（例えば、米国国立衛生研究所（ＮＩＨ）で開発された『ＩｍａｇｅＪ』等）を用いて画像処理し、銅被覆の部分である突起した面積（Ｓ１）と鉄粉表面の面積（Ｓ）を求めることによって、鉄粉表面における銅が被覆されている面積の割合（Ｓ１／Ｓ）を算出することができる。
【００３６】
ここで、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉において、鉄粉表面を銅が粒状に単独で被覆されている場合、その粒状の銅の粒子の大きさとしては、特に限定されないが、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた観察で、一辺の大きさが０．５μｍ以上１０μｍ以下の大きさであることが好ましい。図１の写真図に示すように、このような大きさの銅粒子が粒状に単独で鉄粉表面に被覆されている（図１の写真図参照）。
【００３７】
また、この銅被覆鉄粉において、鉄粉表面に間隔をあけて被覆された銅の厚さ（高さ、被覆厚さ）としては、特に限定されないが、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた観察で、平均で１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。鉄粉表面における銅の被覆厚さが厚いほど銅被覆鉄粉の凹凸が大きくなるため、例えば含油軸受としての特性がより良好となる。しかしながら、その被覆厚さが過度に厚いと、被覆した銅が剥がれやすくなってしまう。そのため、例えば含油軸受としての必要な特性が得られ、銅の剥がれが発生しない厚さとしては、平均で、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上４μｍ以下の厚さであることがより好ましい。
【００３８】
また、この銅被覆鉄粉において、鉄粉表面における銅の量（被覆銅量）としては、上述した銅の鉄粉の表面積に占める割合を満たすとともに、鉄粉の質量１００％に対して８質量％以上３０質量％以下の量の範囲であることが好ましい。銅は高価な金属でもあるため、可能な限り被覆する銅量を少なくする方がコスト面では有効である。しかしながら、被覆する銅量を少なくしすぎると含油軸受としての摺動特性の劣化原因になり、ある程度の被覆量が必要となる。また一方で、被覆する銅量が多い状態では、銅の被覆厚みが過度に厚くなってしまい、鉄粒子の下地としての効果が十分に得られず、軸受としての摺動特性が悪くなる原因となる。
【００３９】
上述したように、この銅被覆鉄粉では、鉄粉表面において銅が粒状に単独で又は重なりあった状態で、間隔をあけて被覆されている。これが、上述した銅の被覆率（鉄粉の表面積における被覆割合）で銅が被覆された場合では、鉄粉の質量１００％に対して８質量％の被覆銅量であっても十分な効果を発揮できる。しかしながら、被覆状態がばらついた状態では、銅量を増加させることで軸受としての摺動特性を良好にするために銅量を多くする必要があり、それらを考慮すると、被覆銅量の上限値としては３０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以上２０質量％以下の量の範囲であることがより好ましい。
【００４０】
本実施の形態に係る銅被覆鉄粉に使用する鉄粉としては、特に限定されるものではなく、例えば含油軸受等の粉末冶金用途として市販され使用される鉄粉を用いることができる。ところが、近年では、焼結含油軸受として、小型の軸受製造技術が求められる傾向であり、それを実現するには、より小さな銅被覆鉄粉が求められている。そのことから、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉においては、その大きさが粒子直径（長軸の径）で１００μｍ以下であることが好ましく、８０μｍ以下であることがより好ましい。したがって、使用する鉄粉としては、上述した被覆銅量等を考慮して、得られる銅被覆鉄粉の粒子直径が１００μ以下となるような鉄粉を用いることがより好ましい。
【００４１】
一方で、上述した鉄粉表面における銅を被覆する面積割合、被覆する銅の厚さ（被覆厚み）、銅の被覆量範囲（重量範囲）を充足するには、その銅被覆鉄粉の大きさとしては最低でも粒子直径で４μｍ以上の大きさであることが必要となる。
【００４２】
なお、本実施の形態に係る銅被覆鉄粉においては、例えば、錫、鉛等の低融点金属を添加することができる。低融点金属である錫、鉛等は、それぞれ１種を単独で又は２種以上を混合して、０．１質量％以上２質量％以下程度の品位となるように添加することにより、粉末の焼結をより容易にすることができる。
【００４３】
また、この銅被覆鉄粉を原料粉末として用いて含油軸受等の粉末冶金用製品を製造するに際しては、固体潤滑剤を併用することができる。固体潤滑剤としては、例えば、黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ケイ素等を挙げることができ、これらの種類又は２種類以上を添加することができる。このように、固体潤滑剤を併用することにより、軸受摺動時における摩擦をより低減化し、長時間摺動時における温度上昇を低減化させることができる。
【００４４】
≪銅被覆鉄粉の製造方法≫
上述した特徴を有する銅被覆鉄粉は、例えば以下のようにして製造することができる。
【００４５】
先ず、含油軸受等の粉末冶金用途として市販され使用される鉄粉を用いて、その鉄粉に対して、金属銅量換算で、所望とする銅被覆率（鉄粉の表面積における２５％以上７５％以下の割合）に相当する銅量の酸化銅を添加して、周知の攪拌機等を用いて攪拌しながら混合する。
【００４６】
次に、例えば水素気流中において、鉄粉と酸化銅との混合物に対して、７００℃〜１０００℃程度の温度に加熱して還元処理を施す。このことにより、鉄粉の表面に酸化銅に含まれる銅を被覆させ、銅被覆鉄粉とする。このようにして得られる銅被覆鉄粉では、その鉄粉の表面において間隔をあけて銅が被覆された状態となっており、酸化銅の添加量に応じて鉄粉の表面積における銅の被覆割合が２５％以上７５％以下となっている。
【００４７】
なお、鉄粉と混合させる酸化銅の製造方法としては特に限定されるものではなく、例えば、周知の電解法に基づいて電解銅粉を作製し、その電解銅粉を７００℃〜１０００℃程度の温度で１時間〜３時間程度維持して酸化焙焼させることによって、酸化銅を製造することできる。なお、得られた酸化銅粉は、粉砕機等を用いて平均粒径が１０μｍ程度の大きさとなるように粉砕して使用することが好ましい。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明の実施例を比較例と共に示してさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４９】
≪実施例、比較例≫
［実施例１］
粒度分布が平均粒子径約８５μｍの鉄粉（東邦亜鉛株式会社製，マイロンＰＭ−２５０）１００ｇに対して、粒度分布が平均粒子径約１０μｍの酸化銅を金属銅量換算で２０質量％（被覆銅量）になるように添加した。
【００５０】
なお、酸化銅は、先ず以下に示す電解法により電解銅粉を作製し、次に作製した銅粉を空気雰囲気下で８００℃に加熱し３時間維持して酸化焙焼を行って酸化銅にした後、小型粉砕機（協立理工株式会社製，サンプルミルＳＫ−Ｍ１０型）を用いて粉砕して得た。
【００５１】
電解銅粉は、濃度８ｇ／ＬのＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ、濃度５５ｇ／Ｌの遊離Ｈ２ＳＯ４の浴組成の電解液中で、通電電流密度を１０Ａ／ｄｍ２、浴温２５℃の条件で通電して作製した。
【００５２】
酸化銅には、塩化銅を１％添加し、小型粉砕機（協立理工株式会社製，サンプルミルＳＫ−Ｍ１０型）で５分間攪拌して均一に混合した後に、鉄粉と混合した。次いで、水素気流中で８００℃の温度に加熱して還元することによって鉄粉の表面に銅を被覆させ、銅被覆鉄粉を作製した。
【００５３】
得られた銅被覆鉄粉を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日本電子株式会社製，ＪＳＭ−７１００Ｆ）を用いて観察したところ、鉄粉の表面において銅が間隔をあけて被覆されており、その間隔をあけて被覆された銅により銅被覆鉄粉に凹凸が形成されていることが確認された。また、この銅被覆鉄粉の大きさは、粒子直径で９２．３μｍであった。また、鉄粉表面に被覆された銅の被覆厚さは平均で３．６μｍであった。
【００５４】
また、得られた銅被覆鉄粉について、その鉄粉表面に被覆させた銅の被覆率を測定した。銅の被覆率の測定は、銅被覆鉄粉をＳＥＭを用いて倍率１，０００倍でそれぞれ５視野ずつ観察し、得られた電子顕微鏡画像を画像解析ソフトウェア（ＩｍａｇｅＪ）を用いて画像処理し、銅被覆部分の面積（Ｓ１）と鉄粉表面の面積（Ｓ）を求め、鉄粉表面における銅が被覆されている面積の割合を算出した。
【００５５】
また、作製した銅被覆鉄粉の摺動特性を評価するため、その銅被覆鉄粉を、内径６ｍｍ、外形１２ｍｍ、長さ６ｍｍの円筒形の圧粉体に成形して、これをアンモニア分解ガス気流中に置き、加熱温度１０００℃で３０分間保持して焼結処理を行うことによって、摺動特性評価用の試験試料を作製した。
【００５６】
得られた試験試料を含油率で２０％なるように油を用いて含浸処理を行い、以下の条件で摺動試験を実施した。なお、摺動試験は、作製した摺動特性用試験試料を５サンプル作製して実施し、それぞれの平均値を示した。摺動試験中には、試験試料の温度上昇を測定し、摺動時に発生した発熱による温度上昇の試験開始前との差を測定した。また、試験終了後には、試験試料の摩耗量を測定した。下記の実施例及び比較例でも同様である。
（摺動試験条件）
荷重：１０ｋｇｆ／ｃｍ２
摺動速度：８０ｍ／ｍｉｎ
シャフト材質：Ｓ４５Ｃ
含浸油：鉱油ＩＳＯ  ＶＧ−３２
【００５７】
［実施例２］
得られる銅被覆鉄粉の銅量（被覆銅量）が８質量％となるように条件を変更して銅被覆鉄粉を作製した。すなわち、添加する酸化銅を金属銅量換算で８質量％となるようにした。なお、酸化銅には塩化銅を５％添加して鉄粉と混合し、それ以外は実施例１と同様な還元条件で被覆銅量８質量％の銅被覆鉄粉を作製した。また、銅の被覆率、摺動特性用試験試料の作製、及び摺動特性試験についても実施例１と同じ条件で行った。
【００５８】
得られた銅被覆鉄粉を、ＳＥＭを用いて観察したところ、鉄粉の表面において銅が間隔をあけて被覆されており、その間隔をあけて被覆された銅により銅被覆鉄粉に凹凸が形成されていることが確認された。また、この銅被覆鉄粉の大きさは、粒子直径で８６．４μｍであった。また、鉄粉表面に被覆された銅の被覆厚さは平均で２．８μｍであった。
【００５９】
［実施例３］
得られる銅被覆鉄粉の銅量（被覆銅量）が３０質量％となるように条件に変更して銅被覆鉄粉を作製した。すなわち、添加する酸化銅を金属銅量換算で８質量％となるようにした。なお、酸化銅には塩化銅を０．５％添加して鉄粉と混合し、それ以外は実施例１と同様な還元条件で被覆銅量３０質量％の銅被覆鉄粉を作製した。また、銅の被覆率、摺動特性用試験試料の作製、及び摺動特性試験についても実施例１と同じ条件で行った。
【００６０】
得られた銅被覆鉄粉を、ＳＥＭを用いて観察したところ、鉄粉の表面において銅が間隔をあけて被覆されており、その間隔をあけて被覆された銅により銅被覆鉄粉に凹凸が形成されていることが確認された。また、この銅被覆鉄粉の大きさは、粒子直径で９３．１μｍであった。また、鉄粉表面に被覆された銅の被覆厚さは平均で４．１μｍであった。
【００６１】
［比較例１］
めっき法により鉄粉の表面に略均一に銅が被覆された銅被覆鉄粉（湿式法により作製した従来の銅被覆鉄粉）を作製して、実施例にて得られた銅被覆鉄粉と比較した。
【００６２】
めっき法による銅被覆鉄粉の作製においては、銅濃度４０ｇ／Ｌ、硫酸濃度１０ｇ／Ｌ、塩素濃度５ｍｇ／Ｌのめっき液に、実施例１で用いたものと同じ鉄粉を投入して、鉄と銅との置換反応により、鉄粉の表面に銅をめっきする方法を用いて、鉄粉に対して被覆銅量が２８質量％の銅被覆鉄粉を作製した。
【００６３】
得られた銅被覆鉄粉をＳＥＭを用いて観察したところ、めっき法を用いて鉄粉表面に銅を被覆して形成したため、ほぼ均一に銅が被覆された状態となっており、銅被覆鉄粉表面には凹凸が形成されていないことが確認された。また、この銅被覆鉄粉の大きさは、粒子直径で８９．８μｍであった。また、鉄粉表面に被覆された銅の被覆厚さは平均で２．５μｍであった。なお、鉄粉表面に略均一に銅が被覆されている状態であったため、実施例１と同じ画像解析では銅の被覆面積を解析することができず、エネルギー分散型Ｘ線分光器により元素のマッピングを行った画像から被覆面積（被覆率）を算出した。
【００６４】
また、作製した銅被覆鉄粉の摺動特性を評価するため、実施例１と同様にして摺動特性用試験試料を作製し、その摺動特性試験についても同じ条件で行った。
【００６５】
［比較例２］
乾式法により鉄粉の表面に略均一に銅を付着させた銅被覆鉄粉（乾式法により作製した従来の銅被覆鉄粉）を作製して、実施例にて得られた銅被覆鉄粉と比較した。
【００６６】
具体的には、鉄粉表面に銅微粉を均一に付着させるために、使用する酸化銅として、一次粒子径が０．１μｍ以下の微細な銅粉が凝集した二次粒子からなり、その二次粒子の平均粒子直径が５μｍ以下であり比表面積が１０ｍ２／ｇ以上の微細な酸化銅微粒子を使用した。なお、微細な酸化銅微粒子については、プリント基板のエッチング処理で発生した塩化第二銅塩化銅溶液を、攪拌装置付き反応容器に連続的に注入し、これに苛性ソーダ溶液を添加してｐＨを１０〜１２に維持しながら、液温を６０℃〜９０℃の範囲で保持して、中和処理とそれによって生成した水酸化銅の加水分解処理とを同時に行うことによって酸化銅を得て、次いでその酸化銅を水洗し、空気中で乾燥して酸化銅の微粒子とした。
【００６７】
実施例１と同じ鉄粉に対して、作製した酸化銅微粒子を金属銅量換算で２０質量％となるように添加して混合した後、実施例１と同様に水素気流中８００℃の温度で還元して鉄粉表面に銅を被覆することで銅被覆鉄粉を作製した。
【００６８】
得られた銅被覆鉄粉をＳＥＭを用いて観察したところ、鉄粉表面のごく一部にのみ銅が粒状に付着していることが確認された。また、この銅被覆鉄粉の大きさは、粒子直径で８７．５μｍであった。また、鉄粉表面に被覆された銅の被覆厚さは平均で８．７μｍであり、大きな銅粒子が鉄粉表面に部分的にまばらに付着している状態であった。
【００６９】
得られた銅被覆鉄粉について、銅の被覆率、摺動特性用試験試料の作製、及び摺動特性試験を、実施例１と同じ条件で行った。
【００７０】
≪評価≫
下記表１に、各実施例及び比較例における銅被覆鉄粉の作製条件と、摺動試験の結果をまとめて示す。なお、摺動試験の結果は、各実施例、比較例で作製した摺動特性用試験試料５サンプルについて行った試験結果の平均値である。
【００７１】
【表１】
0006330581.tif 000002
【００７２】
表１に示すように、実施例１〜３にて得られた銅被覆鉄粉は、銅が、鉄粉の表面積において２５％以上７５％以下の被覆割合（被覆率）で間隔をあけて被覆されているものであって、これらのような銅被覆鉄粉では、摺動試験においても温度上昇がおよそ４℃以下と僅かであり、摩耗量も１．２μｍ以下と少なかった。
【００７３】
これに対して、従来のようにめっき法により鉄粉表面において一様に銅を均一に被覆させた比較例１の銅被覆鉄粉においては、摺動試験における温度上昇が１１℃を超えてしまい、また摩耗量も３．８μｍと非常に多く実施例と比べて倍以上に摩耗してしまった。
【００７４】
また、乾式法により鉄粉表面に銅を被覆させた比較例２の銅被覆鉄粉では、その鉄粉表面において一様に銅が均一に被覆されたものではなかったものの、被覆率が１１．６％であり銅が鉄粉表面のごく一部のみに粒状にまばらに被覆されているだけであった。このような比較例２の銅被覆鉄粉でも、摺動試験における温度上昇が８℃を超え、また摩耗量のおよそ３μｍと多かった。なお、比較例２において、鉄表面における粒状の銅の被覆がごく一部にのみ確認されたことについては、エッチング廃液から酸化銅を作製する際に、添加した塩化鉄成分がごく微量残留したためと考えられる。塩化鉄成分を一定に残すためのコントロールは非常に困難であるため、実施例１で用いたように高純度な酸化銅に一定の塩化銅を添加する方法が有利であることがわかった。
【００７５】
以上の実施例及び比較例の結果から、実施例に得られた銅被覆鉄粉は、従来の銅被覆鉄粉に比べて優れた特性を示し、例えば軸受用粉末冶金の原料粉として好適に利用できることが分かった。
【図１】
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【図２】
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