(57)【要約】【課題】本発明は、バランサー、充填材、重りなどに用いる鉛の代替材となる高比重複合金属材料を切粉破砕粒にＳｎ又はＺｎを含浸させて得ることを目的とする。【解決手段】本発明による高比重複合金属材料の製造方法及び高比重複合金属材料は、Ｗを主成分とする焼結合金の切粉破砕粒(1)に溶融した低融点金属(20)を加圧含浸して高比重複合金属材料(30,30A)を得る方法と構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｗを主成分とする高比重の焼結合金の切粉破砕粒(1)に溶融した低融点金属(20)を加圧含浸して高比重複合金属材料(30,30A)を得ることを特徴とする高比重複合金属材料の製造方法。
【請求項２】
前記焼結合金は、Ｗ-Ｎｉ-Ｆｅ又はＷ−Ｃｕ又はＷ-Ｎｉ-Ｃｕからなり、前記切粉破砕粒(1)は、０．１ｍｍ以上で１ｍｍ以下の形状よりなり、前記低融点金属(20)は、溶融Ｓｎ又は溶融Ｚｎからなることを特徴とする請求項１記載の高比重複合金属材料の製造方法。
【請求項３】
前記切粉破砕粒(1)及び低融点金属(20)は、加熱されたシリンダ(12)内に装入され、加圧体(18)によって加圧されることを特徴とする請求項１又は２記載の高比重複合金属材料の製造方法。
【請求項４】
前記シリンダ(12)と加圧体(18)が金型の作用をなし、成形を行うことを特徴とする請求項３記載の高比重複合金属材料の製造方法。
【請求項５】
Ｗを主成分とする高比重の焼結合金の切粉破砕粒(1)に低融点金属(20)を加圧含浸してなることを特徴とする高比重複合金属材料。
【請求項６】
前記焼結合金は、Ｗ-Ｎｉ-Ｆｅ又はＷ−Ｃｕ又はＷ-Ｎｉ-Ｃｕからなり、前記切粉破砕粒(1)は、０．１ｍｍ以上で１ｍｍ以下の形状よりなり、前記低融点金属(20)は、溶融Ｓｎ又は溶融Ｚｎからなることを特徴とする請求項５記載の高比重複合金属材料。
【請求項７】
前記切粉破砕粒(1)及び低融点金属(20)は、加熱されたシリンダ(12)内に装入され、前記シリンダ(12)内の加圧体(18)によって前記切粉破砕粒(1)及び低融点金属(20)を加圧し、前記切粉破砕粒(1)に前記低融点金属(20)を加圧含浸させてなることを特徴とする請求項５又は６記載の高比重複合金属材料。
【請求項８】
前記シリンダ(12)と加圧体(18)は、金型を構成し、前記シリンダ(12)内で加圧含浸と成形が同時に行われることを特徴とする請求項７記載の高比重複合金属材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高比重複合金属材料の製造方法及び高比重複合金属材料に関し、バランサー、充填材又は重りに用いられている鉛又は鉛合金の代替材を得るための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、用いられていたこの種のバランサー、充填材又は重りとしては、その加工性及びコストの観点から最適である鉛が採用されていた。
しかしながら、鉛はその毒性が強く、鉛を含む製品に関して製造時の加工くずや製品の廃棄物から鉛が環境中に流れ出すと生態系に悪影響を及ぼすため、鉛の代替材として安全な材料の開発が切望されていた。
【０００３】
鉛の代替材として、高融点金属粉末あるいは高融点金属粉末と低融点金属粉末との混合粉末の成形体を焼結して、あるいは、その焼結体に低融点金属を溶浸させて重量を変化させうる製造方法が特許文献１に開示されている。
【０００４】
また、Ｗ−Ｃｕ混合粉末の成形体を焼結、Ｗ粉末を成形後焼結したものにＣｕを溶浸、あるいは、Ｗと鉄族金属（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ）の複合材料（混合粉末を成形して焼結）等によるバランスウェイトが特許文献２に開示されている。
【０００５】
また、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｂｉの中の１種以上を１５〜９０重量％含有し、残部がＷの複合材料、あるいは、その０．３〜３重量％をＮｉ、Ｃｕ、Ｃｏの中の１種以上で置換した複合材料が高比重複合金属材料として特許文献３に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１７１２２２号公報
【特許文献２】特開２００１−５０３５０号公報
【特許文献３】特開２００２−３０３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の各特許文献１〜３に開示された材料は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の各材料を製造する方法は、いずれも、そのベース技術としては粉末治金技術が採用され、使用される粉末のサイズは数μｍから数１０μｍと微細であり、例えば、本発明の対象である切粉の再利用を可能とするためには、前述のような微細なμｍ単位の粉末にする必要があるが、技術的困難さだけではなく、大きい費用を必要とし、実現性は困難である。また、焼結や溶浸による製造方法では、高温までの加熱を要するため、製造設備が複雑になると共に多くの消費エネルギーが必要となり、製造コストが上昇する。
【０００８】
また、本出願人は、試験的に、溶融Ｓｎ＋Ｗ粉末（Ｃｕメッキ）、溶融Ｚｎ＋Ｗ粉末（Ｃｕメッキ）、溶融Ｓｎ＋Ｗ合金切粉（Ｃｕメッキ）、溶融Ｓｎ＋Ｗ合金切粉（Ｃｕメッキ）、溶融Ｚｎ＋（Ｗ粉末＋Ｎｉ粉末）の鉛の比重を得る割合での各組合せの材料をルツボの中に装入し、加熱して石英棒で攪拌して混合試験を行った。
その結果、溶融ＳｎとＷ粉末（Ｃｕメッキ）及びＷ合金切粉（Ｃｕメッキ）では良好な混合は得られなかった。また、溶融ＺｎとＷ粉末（Ｃｕメッキ）及びＷ合金切粉（Ｃｕメッキ）では良好な混合が得られる可能性があるが、混合物は粒が凝集した状態であり、流動性がなく、結論としては、この試験で用いた前述の各材料は、鉛代替複合材料の鋳込み用の材料としては不適であることが判明した。
【０００９】
また、本出願人も、切粉を粉末治金技術で利用ができるように、機械的な方法での微粉化を検討してみたが、切粉が偏平に延びて数μｍ以下へは微粉化が困難で、仮に、微粉が得られた場合でも偏平な粉形状では粉末治金の原材料としては不適当であった。従って、粉末治金技術で利用できる粉末として切粉を再生するためには、切粉を高温で溶解して溶融体（液体）としてからアトマイズ法などの通常の粉末製造方法で処理する必要があると考えたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による高比重複合金属材料の製造方法は、Ｗを主成分とする高比重の焼結合金の切粉破砕粒に溶融した低融点金属を加圧含浸して高比重複合金属材料を得る方法であり、また、前記焼結合金は、Ｗ-Ｎｉ-Ｆｅ又はＷ−Ｃｕ又はＷ-Ｎｉ-Ｃｕからなり、前記切粉破砕粒は、０．１ｍｍ以上で１ｍｍ以下の形状よりなり、前記低融点金属は、溶融Ｓｎ又は溶融Ｚｎからなる方法であり、また、前記切粉破砕粒及び低融点金属は、加熱されたシリンダ内に装入され、加圧体によって加圧される方法であり、また、前記シリンダと加圧体が金型の作用をなし、成形を行う方法であり、また、本発明による高比重複合金属材料は、Ｗを主成分とする高比重の焼結合金の切粉破砕粒に低融点金属を加圧含浸してなる構成であり、また、前記焼結合金は、Ｗ-Ｎｉ-Ｆｅ又はＷ−Ｃｕ又はＷ-Ｎｉ-Ｃｕからなり、前記切粉破砕粒は、０．１ｍｍ以上で１ｍｍ以下の形状よりなり、前記低融点金属は、溶融Ｓｎ又は溶融Ｚｎからなる構成であり、また、前記切粉破砕粒及び低融点金属は、加熱されたシリンダ内に装入され、前記シリンダ内の加圧体によって前記切粉破砕粒及び低融点金属を加圧し、前記切粉破砕粒に前記低融点金属を加圧含浸させてなる構成であり、また、前記シリンダと加圧体は、金型を構成し、前記シリンダ内で加圧含浸と成形が同時に行われる構成である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による高比重複合金属材料の製造方法及び高比重複合金属材料は以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、高価であるＷ-Ｎｉ-Ｆｅ又はＷ−Ｃｕ又はＷ-Ｎｉ-Ｃｕ焼結合金の切粉破砕粒をシリンダ内に装入して加熱し、溶融Ｓｎあるいは溶融Ｚｎなどの低融点金属を加圧含浸して毒性のない高比重複合金属材料を得ることができ、簡単で安価な費用でＷ−Ｎｉ−Ｆｅ焼結合金の切粉の再利用ができる。
また、シリンダを成形用の金型として用いることにより、加圧含浸処理と成形を同時に行うこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ又はＷ−Ｃｕ又はＷ-Ｎｉ-Ｃｕ焼結合金の切粉破砕粒に溶融Ｓｎあるいは溶融Ｚｎなどの低融点金属を加圧含浸して簡単に高比重複合金属材料を得ることができる。
【実施例】
【００１３】
以下、図面と共に本発明による高比重複合金属材料の製造方法及び高比重複合金属材料の好適な実施の形態について説明する。
まず、本発明で用いるＷ−Ｎｉ−Ｆｅ又はＷ−Ｃｕ又はＷ-Ｎｉ-Ｃｕ焼結合金の切粉破砕粒の大きさは、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下が好適であり、このサイズへの破砕は、手打ちのハンマーなどによる打撃で得られるものであり、技術的に極めて容易で、かつ、費用も安くて済むものである。
【００１４】
前記切粉破砕粒１の破砕粒サイズを１ｍｍ以下とした理由は、低融点金属の加圧含浸により得られた複合金属材料を次工程として金型成形して所定の形状にする場合に１ｍｍ以上の粒の場合切粉粒とバインダーの境界でセパレートが生じ易く良好な成形体が得られないからである。また、成形対象に応じて使用する破砕粒の最大サイズを１〜０．３ｍｍの間で変化させる場合がある。
一方、最小を０．１ｍｍとした理由は、破砕粒が微細すぎると破砕粒間の隙間が微細になるため低融点金属の良好な含浸が得られない場合があるからである。
【００１５】
次に、前述のようにして得られたＷ−Ｎｉ−Ｆｅの切粉破砕粒１に、溶融Ｓｎ又は溶融Ｚｎなどの低融点金属を加圧含浸して高比重複合金属材料を得る方法について述べる。
図１は本発明による高比重複合金属材料を作るための加圧含浸装置２を示しており、符号１０で示されるものは全体形状が筒状をなす電気炉であり、この電気炉１０内には、シリンダ台１１上に載置されたシリンダ１２が設けられている。
【００１６】
前記電気炉１０及びシリンダ１２には、第１、第２熱電対１３，１４が各々電気炉１０とシリンダ１２の温度を測定するように設けられている。
前記シリンダ１２のシリンダ孔１５内には、下受けピン１６が設けられていると共に、ポンチ又はロッド等からなりピストンピン１７を有する棒状の加圧体１８が上下動自在に設けられ、図示しないパワー駆動手段を介して矢印Ａの方向に付勢され、ピストンピン１７を加圧することができるように構成されている。
【００１７】
次に、前記加圧含浸装置２を用いて本発明による高比重複合金属材料を製造する場合について説明する。
まず、電気炉１０内にセットしたシリンダ１２のシリンダ孔１５内に、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ焼結合金の切粉破砕粒１を装入し、その上部に溶融Ｓｎ又は溶融Ｚｎなどの低融点金属２０を装入し、あるいはその逆の順序で装入し、この低融点金属２０のみを溶融させる加熱を行う。
【００１８】
次に、加圧体１８を矢印Ａの方向に付勢してこの低融点金属２０を加圧することにより、前記切粉破砕粒１の隙間（すなわち、粒と粒の間の隙間及び粒の中のピンホールによる隙間よりなる）に前記低融点金属２０による低融点金属溶融相を充填させることによって複合材を得ることができる。また、必要に応じて、低融点金属を充填する温度よりも融点の高い金属、例えば、Ｃｕの０．１〜１．０ｍｍ粒をＷ−Ｎｉ−Ｆｅ焼結合金の切粉破砕粒に混合して、得られる複合材料の比重を調節することもできる。
【００１９】
図２及び図３は、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ切粉破砕粒１＋溶融Ｓｎを前述のようにして含浸させた複合材であり、図２は組織を示す拡大写真に基づく拡大組織図で、図３はシリンダ１２内で加圧成形された成形物すなわち高比重複合金属材料３０を示している。
前記高比重複合金属材料３０は、３００℃に加熱して溶融Ｓｎがその隙間に充填され、この高比重複合金属材料３０の比重は測定の結果、１１．１０ｇ／ｃｍ３であり、鉛の比重（１１．３６ｇ／ｃｍ３）とほぼ同等のものが得られた。
【００２０】
また、図４及び図５は、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ切粉破砕粒１＋溶融Ｚｎを前述のようにして含浸させた複合材であり、図４は組織を示す拡大写真に基づく拡大組織図で、図５はシリンダ１２内で加圧成形された成形物すなわち高比重複合金属材料３０Ａを示している。
【００２１】
図４は、溶融Ｚｎを５００℃で含浸した高比重複合金属材料３０Ａの拡大組織図であるが、前記溶融Ｓｎの場合と異なり、切粉破砕粒１が溶融Ｚｎの侵入を受けて（すなわち、Ｚｎとの反応によって）小さい粒に分割している状態が明確である。この場合の高比重複合金属材料３０Ａの比重は１０．９２ｇ／ｃｍ３であった。なお、含浸温度が高すぎるとＺｎと切粉との反応による硬い金属間化合物の生成が多量になり、後工程での所定形成へのプレス成形性が劣化するので、成形が必要な複合材を得るための含浸は、必要かつ最低の温度にて実施されることが望ましい。
【００２２】
前述の各高比重複合金属材料３０、３０Ａは、図３及び図５の状態から、図示しない所要形状の型に入れて所定の形状にして用いるが、溶融Ｓｎを含浸させた高比重複合金属材料３０の場合は、切粉破砕粒１とＳｎとの反応はなく、軟質なＳｎを利用して成形に要する変形は比較的容易である。
【００２３】
一方、溶融Ｚｎを含浸させた高比重複合金属材料３０Ａの場合は、切粉成分が溶融Ｚｎに溶け込むことによって、純Ｚｎの場合よりも硬質の組織となっており成形には前記高比重複合金属材料３０の場合よりも高荷重を必要とするように構成されている。
尚、前述の形態においては、シリンダ内で加圧されて取り出した高比重複合金属材料３０、３０Ａを必要とする形状の型に入れて所要の形状に成形しているが、シリンダ１２自体又は下受けピン１６自体、加圧体１８自体又はピストンピン１７自体を所要の形状を有する型の形状として、型を兼ねるように構成することにより、シリンダ１２内で加圧含浸処理と成形の動作を同時に行うことができるようにすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明による高比重複合金属材料は鉛とほぼ同等の比重であると共に毒性が殆んどないため、車輪用バランサー、充填材、釣り用の重り、玩具用材料としても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明で用いる加圧含浸装置を示す断面図である。
【図２】本発明における切粉破砕粒とＳｎの含浸による高比重複合金属材料の組成を示す拡大図である。
【図３】図２の高比重複合金属材料の加圧後の形状を示す斜視図である。
【図４】本発明における切粉破砕粒とＺｎの含浸による高比重複合金属材料の組成を示す拡大図である。
【図５】図４の高比重複合金属材料の加圧後の形状を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    切粉破砕粒
２    加圧含浸装置
１０    電気炉
１１    シリンダ台
１２    シリンダ
１３    第１電熱対
１４    第２電熱対
１５    シリンダ孔
１６    下受けピン
１７    ピストンピン
１８    加圧体
２０    低融点金属
３０、３０Ａ    高比重複合金属材料
【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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