(57)【要約】【課題】  耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料及びその製造法を提供する。【解決手段】  本発明のニッケル−チタン系焼結材料は、５５〜８５質量％のニッケルと１５〜４５質量％のチタンとを含有し、空隙率が３５〜６５％であり、原料として用いる純ニッケル粉末の平均粒径が３〜３０μｍであり、純チタン粉末の平均粒径が５〜３５μｍであることを特徴とする。また、本発明のニッケル−チタン系焼結材料の製造法は、合計で４０〜７０体積％の純ニッケル粉末および純チタン粉末と、３０〜６０体積％の有機バインダとを含有し、且つ純ニッケル粉末は５５〜８５質量％、純チタン粉末は１５〜４５質量％である混合物を用いて射出成形法により成形体を作製し、その後、成形体を加熱して有機バインダを除去し、次いで、真空雰囲気下、９００〜１２００℃で焼成することを特徴とする。【選択図】      図２５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケルとチタンとの合計を１００質量％とした場合に、５５〜８５質量％のニッケルと１５〜４５質量％のチタンとを含有するニッケル−チタン系焼結材料において、空隙率が３５〜６５％であり、原料として用いる純ニッケル粉末の平均粒径が３〜３０μｍであり、純チタン粉末の平均粒径が５〜３５μｍであることを特徴とする耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料。
【請求項２】
粒界相におけるＴｉＮｉ３、Ｔｉ２ＮｉおよびＮｉの合計を１００質量％とした場合に、該ＴｉＮｉ３の含有量が８５〜９９質量％である請求項１に記載の耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料。
【請求項３】
連通孔を有する多孔質体であり、比摩耗量が２×１０−８ｍｍ２／Ｎ以下である請求項１または２に記載の耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料。
【請求項４】
純ニッケル粉末と純チタン粉末と有機バインダとの合計を１００体積％とした場合に、合計で４０〜７０体積％の該純ニッケル粉末および該純チタン粉末と、３０〜６０体積％の該有機バインダとを含有し、且つ該純ニッケル粉末と該純チタン粉末との合計を１００質量％とした場合に、該純ニッケル粉末は５５〜８５質量％、該純チタン粉末は１５〜４５質量％である混合物を用いて射出成形法により成形体を作製し、
その後、該成形体を加熱して該有機バインダを除去し、
次いで、真空雰囲気下、９００〜１２００℃で焼成することを特徴とする耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料の製造法。
【請求項５】
上記純ニッケル粉末と上記純チタン粉末とを予め混合して混合粉末とし、その後、該混合粉末と上記有機バインダとを混合して上記混合物を調製する請求項４に記載の耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料の製造法。
【請求項６】
上記加熱後の上記成形体の上記焼成による収縮率が１０％以下である請求項４または５に記載の耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料およびその製造法に関する。更に詳しくは、空隙率が高く、特に耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料、および純ニッケル粉末と純チタン粉末とを用いて特定の方法で成形し、焼成する耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料の製造法に関する。
本発明は耐摩耗性を必要とする各種の機械部品等において利用することができ、特に、本発明のニッケル−チタン系焼結材料は、耐摩耗性に優れるとともに、相手材を摩耗させ難いため、例えば、軸受け等の用途においても利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
チタンおよびチタン系合金は、比強度が高く、耐食性等に優れているが、切削加工が容易ではなく、接合性が低い等の問題もあり、他の金属との複合による高機能化の研究はほとんどなされていないのが現状である。このチタンおよびチタン系合金を用いた製品は、通常、粉末冶金法により製造されている。また、金属粉末射出成形法も、製造技術が向上して精密な製品を製造することができるようになり、製造コストは高いものの、チタン合金、ステンレス鋼等からなる精密部品などが金属粉末射出成形法により製造されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９２７０４号公報
【特許文献２】特開２００３−２７１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、粉末冶金法に用いる金型は高価であり、多品種少量生産には向いていない。さらに、粉末冶金法および金属粉末射出成形法のいずれの場合も、従来、所定の組成の合金粉末が用いられており、用途、物性等に応じた組成の製品にしようとしても、そのような組成の合金粉末の入手は容易ではない。
本発明は、上記の従来の問題を解決するものであり、空隙率が高く、特に耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料、および合金粉末ではなく、純ニッケル粉末と純チタン粉末とを用いて特定の方法で成形し、焼成する耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料の製造法を提供することを目的とする。更に、空隙率の高い成形体を焼成したときの収縮率が小さく、結果として空隙率の高い焼結材料とすることができるニッケル−チタン系焼結材料の製造方法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】
【０００５】
本発明は以下のとおりである。
１．ニッケルとチタンとの合計を１００質量％とした場合に、５５〜８５質量％のニッケルと１５〜４５質量％のチタンとを含有するニッケル−チタン系焼結材料において、空隙率が３５〜６５％であり、原料として用いる純ニッケル粉末の平均粒径が３〜３０μｍであり、純チタン粉末の平均粒径が５〜３５μｍであることを特徴とする耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料。
２．ＴｉＮｉ３、Ｔｉ２ＮｉおよびＮｉの合計を１００質量％とした場合に、該ＴｉＮｉ３の含有量が８５〜９９質量％である上記１．に記載の耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料。
３．連通孔を有する多孔質体であり、比摩耗量が２×１０−８ｍｍ２／Ｎ以下である上記１．または２．に記載の耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料。
４．純ニッケル粉末と純チタン粉末と有機バインダとの合計を１００体積％とした場合に、合計で４０〜７０体積％の該純ニッケル粉末および該純チタン粉末と、３０〜６０体積％の該有機バインダとを含有し、且つ該純ニッケル粉末と該純チタン粉末との合計を１００質量％とした場合に、該純ニッケル粉末は５５〜８５質量％、該純チタン粉末は１５〜４５質量％である混合物を用いて射出成形法により成形体を作製し、その後、該成形体を加熱して該有機バインダを除去し、次いで、真空雰囲気下、９００〜１２００℃で焼成することを特徴とする耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料の製造法。
５．上記純ニッケル粉末と上記純チタン粉末とを予め混合して混合粉末とし、その後、該混合粉末と上記有機バインダとを混合して上記混合物を調製する上記４．に記載の耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料の製造法。
６．上記脱脂後の上記成形体の上記焼成による収縮率が１０％以下である上記４．または５．に記載の耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料の製造法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料は、特に優れた耐摩耗性を有する。また、空隙率が高く、見掛け比重が小さくて軽量である。
さらに、ＴｉＮｉ３、Ｔｉ２Ｎｉ及びＮｉの合計を１００質量％とした場合に、ＴｉＮｉ３の含有量が８５〜９９質量％である場合は、より優れた耐摩耗性を有するニッケル−チタン系焼結材料とすることができる。
また、連通孔を有する多孔質体であり、比摩耗量が２×１０−８ｍｍ２／Ｎ以下である場合は、二硫化モリブデン等の潤滑剤を圧入することができ、耐摩耗性がより向上するため、軸受け等の摺動部品の用途に用いることができる。さらに、油類を含浸させ、軽量油含浸材料等の用途に応用することもできる。その他、エンジンバルブ、ボールジョイント等の特に高い耐摩耗性を必要とする用途に用いることができる。
本発明の耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料の製造法では、原料粉末として合金粉末ではなく、純ニッケル粉末と純チタン粉末とを用いるため、原料粉末の組成の変更が容易であり、用途、所要物性等に応じたニッケル−チタン系焼結材料を製造することができる。
また、純ニッケル粉末と純チタン粉末とを予め混合して混合粉末とし、その後、混合粉末と有機バインダとを混合して混合物を調製する場合は、純ニッケル粉末と純チタン粉末と有機バインダとをより均一に混合することができる。
さらに、脱脂をした後の成形体の焼成による収縮率が１０％以下である場合は、空隙率の高い軽量なニッケル−チタン系焼結材料を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
上記「ニッケル−チタン系焼結材料」は、ニッケルとチタンとの合計を１００質量％とした場合に、５５〜８５質量％のニッケルと１５〜４５質量％のチタンとを含有する。ニッケルとチタンとの各々の含有量は、ニッケルが６２〜７８質量％、チタンが２２〜３８質量％であることが好ましい。焼結材料が５５〜８５質量％のニッケルと１５〜４５質量％のチタンとを含有する場合は、優れた耐摩耗性を有する焼結材料とすることができる。
このニッケルとチタンとのそれぞれの含有量は、エネルギー分散型Ｘ線分光分析装置によりスタンダードレス分析の条件で測定し、定量することができる。
【０００８】
この焼結材料は、その空隙率が３５〜６５％であり、この空隙率は、４０〜６０％、特に４５〜５５％であることが好ましい。空隙率が３５〜６５％であれば、見掛け比重が２．４〜４．５の軽量な焼結材料となり、運搬機械の軸受、航空機の軸受や摺動部等の軽量であることを必要とする用途において用いることができる。この空隙率は、精密重量測定装置を用いてアルキメデス法により測定することができる。
【０００９】
また、この焼結材料は、特定の組成の合金ではなく、純ニッケル粉末と純チタン粉末とを用いて製造される。上記「純ニッケル粉末」としては、一般に提供されている純度９９．００〜９９．９７質量％程度の純ニッケル粉末をそのまま用いることができる。また、この純ニッケル粉末の平均粒径は特に限定されないが、３〜３０μｍ、特に５〜２５μｍ、さらに１０〜２０μｍであることが好ましい。さらに、上記「純チタン粉末」としては、一般に提供されている純度９９．００〜９９．９５質量％程度の純チタン粉末をそのまま用いることができる。また、この純チタン粉末の平均粒径も特に限定されないが、５〜３５μｍ、特に１０〜３０μｍ、さらに１５〜２５μｍであることが好ましい。この平均粒径は、粒度分布測定装置によりレーザー回折法により測定することができる。
【００１０】
このニッケル−チタン系焼結材料は、その粒界相に金属間化合物であるＴｉＮｉ３を多量に含有している。粒界相におけるＴｉＮｉ３、Ｔｉ２ＮｉおよびＮｉ単体の合計を１００質量％とした場合に、ＴｉＮｉ３の含有量は８５〜９９質量％であることが好ましく、９０〜９９質量％、特に９５〜９９質量％、さらに９８〜９９質量％であることがより好ましい。ＴｉＮｉ３の含有量が８５〜９９質量％、特に９５〜９９質量％であれば、より優れた耐摩耗性を有する焼結材料とすることができる。このＴｉＮｉ３の含有量は、後記の実施例のようにＸ線回折法により定量することができる。
【００１１】
さらに、この焼結材料は、連通孔を有する多孔質体であることが好ましい。連通孔を有しておれば、この連通孔の内部に二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の固体潤滑剤を保持させることができ、焼結材料の耐摩耗性をより向上させることができる。また、連通孔の内部に油類を含侵させ、軽量油含侵材料等の用途において用いることもできる。さらに、この焼結材料は、後記の実施例における方法により測定した比摩耗量が２×１０−８ｍｍ２／Ｎ以下、特に１×１０−８ｍｍ２／Ｎ以下、さらに７×１０−９ｍｍ２／Ｎ以下であり、優れた耐摩耗性を有する。なお、この焼結材料は、耐摩耗性に優れるとともに相手材を摩耗させ難いという特性をも併せて有しており、軸受け等の特に摩耗が問題となる用途においても用いることができる。
【００１２】
本発明の耐摩耗性に優れたニッケル−チタン系焼結材料は、純ニッケル粉末と純チタン粉末と有機バインダとを含有する混合物を用いて射出成形法により成形体を作製し、その後、成形体を加熱して有機バインダを除去し、次いで、真空雰囲気下、焼成することにより製造することができる。この純ニッケル粉末および純チタン粉末としては、前記の純度および平均粒径のものを用いることができる。
【００１３】
上記のように、本発明のニッケル−チタン系焼結材料の製造法では、金属粉末として、特定の組成のＮｉ−Ｔｉ合金粉末ではなく、純ニッケル粉末と純チタン粉末とを用いることで、所望の組成を有する焼結材料とすることができる。さらに、微細な原料粉末を用いることにより、焼結を促進することができ、より優れた耐摩耗性を有する焼結材料を容易に製造することができる。また、純ニッケル粉末と純チタン粉末の各々の平均粒径によって焼成工程における粒成長を調整することもできる。
【００１４】
純ニッケル粉末と純チタン粉末とは、これらの合計を１００質量％とした場合に、純ニッケル粉末が５５〜８５質量％、純チタン粉末が１５〜４５質量％の割合で用いられる。この使用割合は、純ニッケル粉末が６２〜７８質量％、純チタン粉末が２２〜３８質量％であることが好ましい。５０〜８５質量％の純ニッケル粉末と、１５〜５０質量％の純チタン粉末とを用いることにより、これらの粉末のほとんど全量を合金化することができ、且つ金属間化合物であるＴｉＮｉ３をより多量に生成させることができるため、耐摩耗性を十分に向上させることができる。
【００１５】
上記「有機バインダ」としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、アセチルセルロース等のセルロース類、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリル酸、ポリメチルメタアクリレート等のアクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリエチレングリコール、ポリ酢酸ビニル、クマロン樹脂、クマロン−インデン樹脂等の高分子系結合剤を含有するものなどを用いることができる。これらの結合剤は１種のみを用いてもよいし、２種以上を用いることもできる。
【００１６】
有機バインダは、純ニッケル粉末と純チタン粉末と有機バインダとの合計を１００体積％とした場合に、純ニッケル粉末および純チタン粉末が合計で４０〜７０体積％、有機バインダが３０〜６０体積％の割合で用いられる。この使用割合は、純ニッケル粉末および純チタン粉末が合計で４５〜６５体積％、有機バインダが３５〜５５体積％であることが好ましく、純ニッケル粉末および純チタン粉末が合計で５０〜６０体積％、有機バインダが４０〜５０体積％であることがより好ましい。４０〜７０体積％の純ニッケル粉末および純チタン粉末と、３０〜６０体積％の有機バインダとを用いることにより、通常、均一に混合することが容易ではない純ニッケル粉末と純チタン粉末とを、互いにより均一に分散させることができる。
【００１７】
純ニッケル粉末と純チタン粉末と有機バインダとを含有する上記「混合物」の調製方法は特に限定されず、例えば、樹脂の溶融、混練及び造粒に用いられる混練押出機により調製することができる。この混練押出機では、バーレル及び押出ダイス等を所定温度に設定することができ、また、溶融、混練用のスクリューを用いることで、金属粉末と有機バインダとを十分に混練、混合することができる。バーレル及び押出ダイス等の設定温度は特に限定されず、用いる有機バインダの種類等によって所定温度に設定することができる。バーレルの温度は、通常、室温（例えば、２５〜４０℃）とし、押出ダイスの温度は、通常、１５０〜１７０℃、特に１５５〜１６０℃とすることができる。さらに、スクリューの回転数等の他の混練押出条件も、バーレルの設定温度および有機バインダの種類などにより適宜設定することができる。
【００１８】
また、この混練押出機では、各々の金属粉末と有機バインダとをホッパーに投入し、押出ダイスから押し出された混合物を連続的にカッティングすることで、ペレットとすることができる。さらに、このペレットはそのまま後工程の射出成形に用いることができる。また、純ニッケル粉末、純チタン粉末および有機バインダは、それぞれを別個に混練押出機のホッパーに投入してもよいが、これらを互いにより均一に分散させるためには、純ニッケル粉末、純チタン粉末および有機バインダを予めドライブレンド等により予備混合し、この予備混合物をホッパーに投入することがより好ましい。
なお、混合物を１００質量％とした場合に、純ニッケル粉末、純チタン粉末および有機バインダの合計量は、９９．９量％以上であり、１００質量％であってもよい。また、この有機バインダの成分としては、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂等の結合剤、ステアリン酸等の滑剤、アミノ酸機能性粉末等の分散剤、ジオクチルフタレート等の可塑剤などが挙げられる。
【００１９】
純ニッケル粉末と純チタン粉末と有機バインダとは、上記のようにこれらを同時に配合して混合物とすることができるが、予め純ニッケル粉末と純チタン粉末とを混合して混合粉末とし、その後、この混合粉末と有機バインダとを混合して混合物とすることが好ましい。このように、予め調製された混合粉末を使用すれば、純ニッケル粉末と純チタン粉末とを、互いにより均一に分散させることができる。この純ニッケル粉末と純チタン粉末とを混合する方法は特に限定されず、連続混練押出装置等の混合機により混合することができる。また、混合粉末と有機バインダとは、それぞれを別個に混練押出機のホッパーに投入してもよいが、純ニッケル粉末と純チタン粉末と有機バインダとをより均一に分散させるためには、混合粉末と有機バインダとを予めドライブレンド等により予備混合し、この予備混合物をホッパーに投入することがより好ましい。
【００２０】
純ニッケル粉末と純チタン粉末と有機バインダとを含有する混合物は、例えば、ペレット等の形状とされ、射出成形法により所定形状の上記「成形体」とすることができる。この射出成形に用いる射出成形機は特に限定されず、樹脂の射出成形に用いられる装置をそのまま用いることができる。また、射出成形の条件はショートショット実験の結果等に基づき、適宜設定することができる。
【００２１】
成形体から有機バインダを除去するための上記「加熱」は、不活性雰囲気下、有機バインダを除去することができる温度で行われる。不活性雰囲気としては、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気、窒素ガス雰囲気等が挙げられる。加熱温度は有機バインダの種類にもよるが、通常、３００〜６００℃、特に３００〜５００℃、さらに３００〜４００℃とすることができる。また、加熱時間も特に限定されず、２４〜７２時間、特に４８〜７２時間、さらに６０〜７２時間とすることができる。また、この加熱により成形体は４５〜７５％、特に５０〜７０％と高い空隙率を有する多孔質体となる。
【００２２】
加熱後の成形体の焼成は、真空雰囲気下、所定の速度で焼成温度まで昇温させた後、この焼成温度を所定の時間保持することにより行うことができる。この真空雰囲気は、焼成炉内の圧力を１×１０−２〜１×１０−３Ｐａ、特に５×１０−３〜１×１０−３Ｐａ、さらに２×１０−３〜１×１０−３Ｐａに調整することで形成することができる。また、焼成温度は、固相における焼結がなされる（焼成工程の一部で液相焼結がなされていてもよい。）９００〜１２００℃とすることができ、特に９５０〜１１５０℃、さらに９８０〜１１２０℃とすることができる。さらに、焼成時間は特に限定されないが、１〜４０時間、特に２〜３０時間、さらに５〜２５時間とすることができる。また、焼成温度を９００〜１２００℃、且つ焼成時間を１〜４０時間とすることが好ましく、焼成温度を９５０〜１１５０℃、且つ焼成時間を２〜３０時間とすることが特に好ましく、焼成温度を９８０〜１１２０℃、且つ焼成時間を５〜２５時間とすることがさらに好ましい。さらに、ＴｉＮｉ３の生成量を増加させ、耐摩耗性をより向上させるためには、焼成時間を１０時間以上、特に１５時間以上、さらに２０時間以上とすることがより好ましい。
【００２３】
有機バインダを除去した後の空隙率の高い成形体は、焼成により収縮する。そのため、この焼成による収縮率と所定の製品寸法とを勘案して成形体の寸法を設定する必要がある。ただし、この収縮率は有機バインダを除去した後の成形体に対して１０％以下であり、前記のように焼結材料も空隙率の高い多孔質体となる。特に、焼成温度が低いとき、および焼成時間が短いときは、収縮率はより低くなり、７％以下、特に５％以下、さらに３％以下となり、２％以下となることもある。従って、焼結材料の空隙率は３５〜６５％と高くなり、軽量であって、且つ耐摩耗性に優れた焼結材料とすることができる。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１〜７
純ニッケル粉末（ニッケルの純度９９．９０質量％、平均粒径１５μｍ、ＩＮＣＯ社製、商品名「ＨＤＮＰ」）６５質量％と、純チタン粉末（チタンの純度９９．９０質量％、平均粒径１９μｍ、東邦チタニウム社製、商品名「ＴＣ４５９」）３５質量％とを用意し、粉末５５．１体積％と、アクリル系バインダ４４．９体積％とを、バーレル温度は室温で、押出ダイスは１６０℃に設定された連続混練押出装置（ＫＣＫ社製、型式「ＫＣＫ７０−２２ＶＥＸ（６）」）により混練し、造粒し、この混練と造粒を３回繰り返して各々の金属粉末とバインダとの混合物を調製した。次いで、型温６０℃に設定された射出成形機（名機製作所製、型式「Ｍ−２０Ａ−ＳＪ２０」）により、耐摩耗性等を評価するための試験片の形状の成形体を作製した。その後、成形体を加熱炉に収容し、窒素ガス雰囲気下、３８０℃まで加熱してアクリル系バインダを除去し、そのまま室温まで冷却させた。次いで、バインダが除去された成形体を焼成炉に収容し、真空雰囲気下（炉内の圧力１．５×１０−３Ｐａ）、１００℃／時間の速度で昇温させ、表１に記載の温度で、表１に記載の時間保持して焼成し、そのまま室温まで冷却させて試験片の形状および寸法の焼結材料を得た。
【００２５】
図１は、用いた純ニッケル粉末を走査型電子顕微鏡により倍率１０００倍で観察した画像を出力したものである。また、図２は、用いた純チタン粉末を走査型電子顕微鏡により同倍率で観察した画像を出力したものである。さらに、図４は、有機バインダを除去し、焼成する前の焼結材料を透過型電子顕微鏡により同倍率で観察した画像を出力したものである。図１及び図２のように、純ニッケル粉末と純チタン粉末は形状、粒径が異なり、さらに比重も差があるため、従来、混合が容易ではないとされてきた。しかし、この実施例のように、多量の有機バインタとともに混練し、混合することで、図４のように、均一に分散、混合させ得ることが分かる。なお、図４において、表面に細かい凹凸を有する粒子が純ニッケル粉末であり、表面が比較的平滑な粒子が純チタン粉末である。
【００２６】
比較例１〜１４
純ニッケル粉末を表１に記載の配合量とした他は、各々の実施例の場合と同様にして、混合物を調製し、成形体を作製し、バインダを除去した後、表１に記載の焼成温度および焼成時間で焼成し、耐摩耗性等を評価するための試験片の形状および寸法の焼結材料を得た。
なお、図３は、純ニッケル粉末の配合量が１５質量％である場合の、有機バインダを除去し、焼成する前の焼結材料を走査型電子顕微鏡により上記と同倍率で観察した画像を出力したものであるが、実施例のときと同様に、純ニッケル粉末と純チタン粉末とは均一に分散、混合されていることが分かる。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
実施例および比較例において作製した試験片を用いて、バインダを除去した後の成形体の焼成による収縮率、焼結材料の空隙率、曲げ強さおよび比摩耗量をそれぞれ下記の方法により測定した。
（１）収縮率；マイクロメーターを用いて焼成前後の寸法を測定し、各々の値から下記の式により算出した。
収縮率（％）＝［（焼成前の寸法−焼成後の寸法）／焼成前の寸法］×１００
（２）空隙率；精密重量測定装置（島津製作所製、型式「ＡＥＬ２００」）を用いて、アルキメデス法により測定した。
（３）曲げ強さ；万能引張圧縮試験機（東洋ボールドウィン社製、型式「ＵＴＭ−III−５００」）により、負荷速度２ｍｍ／分の条件で測定した。
（４）比摩耗量；大越式摩耗試験機（東京試験機製作所製、型式「ＯＡＴ−Ｕ」）により下記の条件で測定した。
板状試験片（この実施例の焼結材料からなる。）の寸法；５×４０×７０ｍｍ
円板状試験片（相手材；炭素工具鋼「ＳＫ−３」）の厚さ；３ｍｍ、直径；３０ｍｍ
荷重；１０Ｎ
摺動速度；０．１ｍ／ｓ（円板回転速度は毎分６４回転、摺動円直径は３０ｍｍとする。）
摺動距離；２０００ｍ
試験雰囲気；温度２３±１℃、相対湿度５０±１０％の大気雰囲気
【００２９】
表１および図５によれば、収縮率は焼成温度が高くなるとともに、また、焼成時間が長くなるとともに大きくなる傾向があるが、実施例では、０．５〜４．２％といずれも極めて小さく、その結果、空隙率が４７．８〜５３．２％と高い焼結材料が得られていることが分かる。さらに、表１および図６によれば、曲げ強さは、８．２〜１６．１ＭＰａの範囲で、焼成温度が高くなるとともに、また、焼成時間が長くなるとともに大きくなる傾向があるが、いずれも実用的な強度であることが分かる。なお、図１９は、実施例５の焼結材料の曲げ試験後の破断面であるが、この図１９からも、焼結材料が空隙率の高い多孔質体であることが分かる。さらに、表１および図２５によれば、実施例の焼結材料の比摩耗量は１．０８×１０−８〜４．３４×１０−９ｍｍ２／Ｎであり、いずれも極めて優れた耐摩耗性を有していることが分かる。
【００３０】
また、図１５〜１８によれば、焼成条件により組織の外観に大きな差異はないが、実施例５に比べて焼成温度が低い実施例２、焼成温度は同じであるものの焼成時間が短い実施例３、４では空隙率が少し大きくなっていることが、これらの図からも分かる。さらに、実施例５の焼結材料の粒界相におけるＸ線回折のチャートである図２３によれば、Ｔｉ２ＮｉとＮｉ単体の各々の回折ピークが僅かにみられる他は、すべてＴｉＮｉ３の回折ピークであり、この焼結材料の粒界相は、ほぼ全体が金属間化合物であるＴｉＮｉ３により構成されていることが分かる。また、図２４の焼結材料のＥＤＸによる線分析の結果から分かるように、ＮｉとＴｉとは十分に均一に分散していることが分かる。さらに、実施例３の焼結材料の粒界相におけるＸ線回折チャートである図２２によれば、実施例５の場合に比べて、焼成時間が短いためＮｉおよびＴｉ２Ｎｉが多く、ＴｉＮｉ３の生成量がやや減少していることが分かる。
【００３１】
一方、表１および図５によれば、比較例では、収縮率は１３．５〜１９．２％と、実施例に比べて大きく、その結果、空隙率は高々１５．８％であり、特にチタンのみからなる焼結材料である場合は空隙率がより小さい焼結材料であることが分かる。また、このように空隙率が小さい焼結材料であることは、図７〜１０のチタンのみからなる焼結材料の組織の外観からも分かる。さらに、図１１〜１４の純ニッケル粉末の配合量が１５質量％であるときの焼結材料の組織の外観からも、図１５〜１８の純ニッケル粉末の配合量が６５質量％であるときと比べて空隙率が小さいことが分かる。なお、図１１〜１４の純ニッケル粉末の配合量が１５質量％である場合、および図１５〜１８の純ニッケル粉末の配合量が６５質量％である場合、のいずれにおいても焼成条件により組織の外観に大きな差異はないことが分かる。また、表１および図６によれば、曲げ強さは、比較例では、２６．０〜８２．８ＭＰａの範囲であり、空隙率が小さく緻密な組織であるため、大きな強度を有していることが分かる。さらに、表１および図２５によれば、比較例の焼結材料の比摩耗量は５．８６×１０−８以上であり、実施例の焼結材料に比べて劣っていることが分かる。
【００３２】
また、比較例１１の焼結材料の粒界相におけるＸ線回折のチャートである図２０では、αＴｉ、Ｔｉ２ＮｉおよびＮｉ単体の各々の回折ピークがみられるのみである。さらに、比較例１３の焼結材料の粒界相におけるＸ線回折のチャートである図２１では、αＴｉとＴｉ２Ｎｉの各々の回折ピークがみられるのみである。このようにいずれもＴｉＮｉ３の回折ピークはまったく現れておらず、ＴｉＮｉ３が生成していない。これにより、上記のように実施例に比べて比摩耗量が多く、耐摩耗性に劣る焼結材料となっていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例、比較例で用いた純ニッケル粉末を走査型電子顕微鏡により倍率１０００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図２】実施例、比較例で用いた純チタン粉末を走査型電子顕微鏡により倍率１０００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図３】純ニッケル粉末を１５質量％用いた場合の、加熱して有機バインダを除去し、焼成する前の成形体を、走査型電子顕微鏡により倍率１０００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図４】純ニッケル粉末を６５質量％用いた場合の、加熱して有機バインダを除去し、焼成する前の成形体を、走査型電子顕微鏡により倍率１０００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図５】焼成温度および焼成時間と、焼成による収縮率との相関を表すグラフである。
【図６】焼成温度および焼成時間と、曲げ強さとの相関を表すグラフである。
【図７】比較例１における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図８】比較例２における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図９】比較例３における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図１０】比較例４における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図１１】比較例５における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図１２】比較例６における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図１３】比較例７における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図１４】比較例８における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図１５】実施例１における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図１６】実施例２における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図１７】実施例３における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図１８】実施例４における焼結材料を光学顕微鏡により倍率１００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図１９】実施例３において曲げ強さを測定した後の試験片の破断面を走査型電子顕微鏡により倍率１０００倍で観察した画像を出力した説明図である。
【図２０】比較例５の焼結材料のＸ線回折のチャートである。
【図２１】比較例７の焼結材料のＸ線回折のチャートである。
【図２２】実施例１の焼結材料のＸ線回折のチャートである。
【図２３】実施例３の焼結材料のＸ線回折のチャートである。
【図２４】実施例３の焼結材料のＥＤＸによる線分析結果であり、ＮｉとＴｉとが均一に混合されていることを裏付ける説明図である。
【図２５】焼成温度および焼成時間と、比摩耗量との相関を表すグラフである。
【図５】
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【図６】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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