(57)【要約】【課題】気密性を要求される製品に対応可能な焼結体を提供する。【解決手段】金属を主成分とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる気密性を有する焼結体１において、焼結体中に炭素を０．００６〜０．１質量％、リンを０．２〜１．５質量％含み、開放気孔率が１．５％以下で、窒素を含む。焼結時にリンが酸化する割合が少ないため、リンが原料粉末の融点を下げて液相成分の生成を促進すると共に、鉄とリンとの拡散がスムーズに行われ、リンが鉄に結合して固溶し、気孔の少ない気密性に優れた焼結体が得られる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を主成分とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる気密性を有する焼結体において、炭素を０．００６〜０．１質量％、リンを０．２〜１．５質量％含み、開放気孔率が１．５％以下で、窒素を含むことを特徴とする気密性を有する焼結体。
【請求項２】
前記焼結体の窒素量が６０〜３００ｐｐｍであることを特徴とする請求項１記載の気密性を有する焼結体。
【請求項３】
前記焼結体の酸素量が１００〜１０００ｐｐｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の気密性を有する焼結体。
【請求項４】
金属を主成分とする原料粉末を加圧して圧粉体を形成した後、この圧粉体を雰囲気ガス中で焼結し、開放気孔率が１．５％以下で気密性を有する焼結体の製造方法であって、前記原料粉末は、還元鉄粉を４０質量％以上、リンを０．２〜１．５質量％、炭素を０．０２〜０．２質量％含み、前記雰囲気ガスが７０容積％以上の窒素を含むことを特徴とする気密性を有する焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気密性を有する焼結体とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末冶金では、金属を主原料とする原料粉末を圧縮して圧粉体を形成した後、この圧粉体を加熱して焼結し、これにより所定形状の焼結体を成形することが知られている。
【０００３】
このように原料粉末を圧縮成形した後、焼結する焼結体は多数の気孔を有する。このため、従来、一般に気密性及び耐圧性が要求される油圧ポンプやエヤコンさらにはコンプレッサー等の構造部品に焼結体を用いる場合、Ｃｕや樹脂含浸などの封孔処理を行っていた。また、耐食性や表面硬度を向上させる表面処理であるＮｉ，Ｚｎ及びＣｒメッキ、ＴｉＮ及びＣｒＮコーティングを施す場合も、表面処理の前処理として、前記封孔処理が必要であった。
【０００４】
このような問題を考慮して、特許文献１には、還元鉄粉と、リン量が０．５〜２．０質量％になる様リン化鉄粉を配合し、この粉末を圧縮成形した後に焼結してなる気密性を有する焼結部材が提案され、この焼結部材では、気密性及び耐圧性を要求される用途に使用する場合、焼結密度が７．０ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましいと記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５５−１２２８０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、耐圧機器の部品に対して高性能化及び小型化の要求が高まり、これに伴い、気密性及び表面処理層との高い密着性が要求されるが、従来の方法で製造した焼結体では、この要求に対応する気密性及び表面処理層との密着性を得ることが困難であった。
【０００７】
そして、従来技術を踏まえて、発明者はさらに気密性及び表面処理層との密着性を有する焼結体とその製造方法を得るため、各種の実験を行ったが、単に焼結部材の焼結密度を高めただけでは気密性及び表面処理層との密着性を効果的に向上することができないことが分かった。
【０００８】
そこで、本発明は、気密性及び表面処理層との密着性を有する焼結体とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の気密性を有する焼結体は、前記目的を達成するために、金属を主成分とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる気密性を有する焼結体において、焼結体は、炭素を０．００６〜０．１質量％、リンを０．２〜１．５質量％含み、開放気孔率が１．５％以下で、窒素を含むものである。
【００１０】
炭素による還元効果により、焼結時にリンが酸化する割合が少ないため、リンが原料粉末の融点を下げて液相成分の生成を促進すると共に、鉄とリンとの拡散がスムーズに行われ、リンが鉄に結合して固溶し、気孔の少ない気密性に優れた焼結体が得られる。
【００１１】
そして、原料として配合する炭素が０．０２質量％未満であると、十分にリンを還元することができず、一方、炭素が０．２質量％を超えると、焼結中にオーステナイトを安定化し、焼結速度を低下させるため原料として配合する炭素を０．０２〜０．２質量％とした。炭素の一部は焼結中に酸化物となり、焼結体より失われるため、焼結体に含まれる炭素量としては、０．００６〜０．１質量％とした。
【００１２】
また、リンが０．２質量％未満であると、リンによる焼結促進効果が不十分であり、気密化の効果が得られず、一方、リンが１．５質量％を超えると、リンによりフェライト相が硬化しすぎて、焼結体の靱性が低下するため、含まれるリンは０．２〜１．５質量％とした。
【００１３】
したがって、従来に比べて圧粉体を低圧で成形しても、気密性の高い焼結体が得られ、この焼結体は密度が小さく軽量なものとなる。このため、圧粉体を成形する成形金型の負荷が小さくなるから、成形金型の耐久性も向上する。
【００１４】
そして、原料粉末には還元鉄粉以外にアドマイズ鉄粉（噴霧鉄粉）等を用いることができるが、還元鉄粉が４０質量％未満になると、条件により焼結体の開放気孔率が好ましい範囲を外れる場合があるため、還元鉄粉を４０質量％以上とし、開放気孔率が１．５％以下であるから、気密性が高く、表面処理の前処理として封孔処理を必要としない焼結体が得られる。したがって、その焼結体は、例えばＮｉ，Ｚｎ及びＣｒメッキ、ＴｉＮ及びＣｒＮコーティング、スチーム処理などの表面処理層との密着性に優れ、前処理として封孔処理を必要としない。
【００１５】
請求項２の気密性を有する焼結体は、前記焼結体の窒素量が６０〜３００ｐｐｍである。
【００１６】
窒素が核となって鉄粉の結晶の成長が抑制されるため、強度と靱性が向上すると共に、表面処理層との密着性に優れる。特に、焼結時における鉄粉結晶の成長を抑制するには、窒素量を６０ｐｐｍ以上とすることが好ましく、一方、窒素量が３００ｐｐｍを超えると焼結の進行が窒化により妨げられ、急激に強度が低下するため、上記の窒素量とすることが好ましい。
【００１７】
請求項３の気密性を有する焼結体は、前記焼結体の酸素量が１００〜１０００ｐｐｍである。
【００１８】
焼結時における鉄粉結晶の成長を抑制するには、酸素量を１００ｐｐｍ以上とすることが好ましく、一方、酸素量が１０００ｐｐｍを超えると焼結の進行が酸化により妨げられ、急激に強度が低下するため、上記の酸素量とすることが好ましい。
【００１９】
請求項４の焼結体の製造方法は、前記目的を達成するために、金属を主成分とする原料粉末を加圧して圧粉体を形成した後、この圧粉体を雰囲気ガス中で焼結し、開放気孔率が１．５％以下で気密性を有する焼結体の製造方法であって、前記原料粉末は、還元鉄粉を４０質量％以上、リンを０．２〜１．５質量％、炭素を０．０２〜０．２質量％含み、前記雰囲気ガスが７０容積％以上の窒素を含む方法である。
【００２０】
この方法を用いることにより、強度と靱性が向上すると共に、表面処理層との密着性に優れた焼結体が得られ、この焼結体は、開放気孔率が低く、気密性及び表面処理層との密着性を必要とする製品に対応可能となる。また、炭素は、焼結中にリンを還元することにより、固溶リン量を増加させ、間接的に焼結を促進させる。炭素が多量にあると、焼結温度域において、拡散速度の低い鉄の結晶構造であるオーステナイトを安定化するために焼結を阻害してしまう。
【００２１】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図６は本発明の一実施形態を示す。
【００２２】
まず、本発明の製造方法においては、図１のフローチャートに示すように、金属である鉄を主とした原料粉末を混合（Ｓ１）し、この原料粉末を圧縮して圧粉体を成形（Ｓ２）し、この圧粉体を焼結炉により焼結（Ｓ３）して前記焼結体１が得られる。本発明では、原料粉末に所定量以上の還元鉄粉を使用することが好ましい。また、その還元鉄粉は各種方法により還元されたものを用いることができる。
【００２３】
発明者は、気密性に優れた焼結体とその製造方法を得るため、各種の実験を行った結果、焼結体の焼結密度を上げると、開放気孔率が一般に低下するものの、同程度の焼結密度を持つものであっても、開放気孔率が大きく異なることがあることを見出し、さらに、焼結密度を上げることなく、開放気孔率の小さい焼結体を製造できることを見出し、本発明に至ったものである。
【００２４】
以下に、それを証明する実験例の一例を説明する。
【００２５】
実験例
実験例▲１▼▲２▼▲３▼は、原料粉末（Ｆｅ−０．６％Ｐ）における還元鉄粉の割合が異なる以外は同一条件で製造した鉄系焼結体１の開放気孔率を示し、実験例▲１▼，実験例▲２▼では、原料粉末に対して還元鉄粉を４０質量％，７０質量％混合し、残りをアトマイズ鉄粉と、０．８質量％のリン（Ｐ）とする。この場合、リンは隣化鉄粉により供給することができる。また、実験例▲３▼では原材粉末は還元鉄粉を使用し、リンを０．８質量％含み、アドマイズ鉄粉は含まれていない。一方、比較例は、原料粉末にアトマイズ鉄粉を使用し、還元鉄粉は含まれていない。さらに、実験例▲１▼▲２▼▲３▼の原料粉末は、炭素として黒鉛粉を０．１質量％含む。尚、上記の原料粉末の他にＣｕ等を混合してもよい。
【００２６】
そして、実験例▲１▼▲２▼▲３▼及び比較例の圧粉体をそれぞれ窒素雰囲気ガス（Ｎ２ベースガス：Ｎ２−３ｖｏｌ％Ｈ２）中で焼結（Ｓ３）し、各焼結体の開放気孔率を計測し、これを図２のグラフに示す。尚、各例に付記した数値は、括弧内の数値が前記圧縮による成形（Ｓ２）後の圧粉体の成形密度であり、また、各例には焼結密度も記載し、これら密度の単位はいずれも「ｇ／ｃｍ３」である。尚、リンは焼結体１の緻密化に寄与するが、０．２〜１．５質量％の範囲でその効果が顕著に得られる。
【００２７】
図２のグラフから、還元鉄粉が４０質量％のものであれば、上記の製造方法を用いることにより、開放気孔率が１．５％以下となり、気密性に優れた焼結体１が得られ、還元鉄粉が４０質量％のものであれば、開放気孔率が１．５％以下となり、気密性及び耐圧性が要求される製品に対応可能となる。また、実験例▲１▼▲２▼▲３▼による焼結体の拡大組織写真により、鉄粉の結晶の成長が抑制されるていることが確認され、これは焼結（Ｓ２）時の雰囲気ガスに窒素雰囲気ガスを用いることにより、窒素が核となって鉄粉の結晶の拡大成長が抑制されたためである。
【００２８】
また、実験例▲１▼▲２▼▲３▼による焼結体の成分分析を行ったところ、焼結体に含まれる炭素量は、次の表１のようになった。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
上記のように、実験例▲１▼▲２▼▲３▼では、比較例に比べて、気孔の少ない気密性に優れた焼結体が得られたことが分る。
【００３１】
尚、本発明における開放気孔率は、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１（２０００）の焼結金属材料−密度，含油率及び開放気孔率試験方法により算出される。この試験方法の概略について説明すると、装置としては、十分な測定容量をもち、精度０．０１％以内の分析用天びんと、ソックスレー抽出器（ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１の付図１に例示）と、試験片の質量を空中と液中（液体は一般的に水）とで図るためのジグ（ＪＩＳ  Ｚ  ２５０１の付図２〜付図４に例示）と、試験片とそれを図るジグとを十分に入れられるだけの大きさで、０．０５〜０．１０ｖｏｌ％の界面活性剤が入った蒸留水か、なるべくなら脱気された水が入っている容器と、真空含油装置と、密度の分かっている含浸油と、精度±０．５℃の温度計を用いる。試験片は、通常は、試験片全体を試験する。できない場合には、操作を容易にするために試験片を切断又は破壊して小片にしてもよい。部品の代表部分だけの試験にも適用できる。試験片の質量が５ｇに満たない場合には、試験片を幾つか集めて測定することによって、平均値を得る。試験片の表面には、汚れ、油、その他の異物付着があってはならない。試験片の表面には、過剰表面油が付着していてはならない。油吸収剤で余分な油を取り除くときは、気孔部内の油まで取り除かないように注意しなければならない。試験方法は、（７−１）試験片の最初の質量測定として、受け入れたままの試験片の質量をひょう量し、ｍ１（試験片の最初の質量：単位ｇ）を得る。尚、試験片が油を含んでいないことが分かっている場合、後述する「（７−２）溶剤による試験片の油除去」と「（７−３）乾燥試験片の質量測定」に記載した方法は省略できる。
【００３２】
（７−２）溶剤による試験片の油除去として、溶剤に約３時間浸し、普通の密度で薄肉の試験片から脂を取り除くには、およそ１０回の溶剤交換が必要である。肉厚で高密度の試験片に対しては、２４時間まで浸す場合がある。気孔の溶剤を蒸発させた後の質量が一定になるまで抽出を続ける。試験片が一定質量になるまで乾燥する（最後の抽出での質量の減少が０．０１％を超えてはならない）。乾燥温度は溶剤の沸点より２０℃高く設定し、その後、デシケータ中で冷やしてから質量を計測する。油を完全に溶解する溶剤を選定する。それについては別途試験する必要がある。試験報告書には、使用した溶剤名を明記する。実際上では、油を取り除く他の方法が行われるかもしれない（例えば、保護雰囲気中で熱するような）。議論が起こる場合は、ソックスレー抽出法を参考としなければならない。（７−３）乾燥試験片の質量測定として、試験片を脱油，乾燥後にひょう量し、ｍ２（脱脂，乾燥後の試験片の質量：単位ｇ）を得る。
【００３３】
完全含浸（開放気孔率の測定用）として、真空状態に耐える適当な容器中の油に試験片を浸す。最大７０ｋＰａまで、油表面の圧力を下げる。油表面に泡がでなくなるまで、真空処理を続ける。真空部の圧力を周囲の圧力になるまで戻す。１０分間、試験片を油に浸し続けてもよい。油は、水と絶対に混ざり合っては成らないし、多孔質金属をぬらさなければならない。油から試験片を取り出し、油切りし、過剰表面油を除去する。この場合、試験片の表面には、過剰表面油が付着していてはならない。油吸収剤で余分な油を取り除くときは、気孔部内の油まで取り除かないように注意しなければならない。完全含浸した試験片の質量測定として、完全含浸後の試験片をひょう量し、ｍ３（完全含浸後の試験片の質量：単位ｇ）を得る。試験片の体積の測定として、試験片の体積Ｖを求めるために、空中でひょう量し、ｍａ（含浸させた試験片と支持ジグ（例えば、つり針金）との空中質量：単位ｇ）を得、その後、既知の密度ρＷの水又は液体に浸してｍＷ（含浸させた試験片と支持ジグ（例えば、つり針金）との水中質量：単位ｇ）を得る。体積Ｖｃｍ３を次の式によって算出する。
【００３４】
Ｖ＝（ｍａ−ｍＷ）／ρＷ
多孔質金属では、使用した液体が気孔に吸収されていないことが重要である。このため、気孔を油で含浸する。また、一般に、ジグの質量と体積はできる限り小さくすることが望ましい。また、体積の測定において、試験片を細い針金でつり、試験片と針金との合計質量を空中と水中とでひょう量する。水中の針金の堆積で許容誤差を生じるが、試験片の体積に比べれば小さいので問題はない。この許容誤差は、水中質量をひょう量した後、水中での深さを正確にしてひょう量することによって把握できる。もう一つの求め方としては、針金の単位長さの体積が既知であれば、水中部分の長さを測ることである。試験片の表面と保持ジグから泡が全く出ていないことを確認する。水に０．０５〜０．１０ｖｏｌ％の界面活性剤を入れても差し支えない。試験片と水は同一温度とする。通常の試験温度は１８〜２２℃で、この範囲の純水の密度ρＷは０．０９９８ｇ／ｃｍ３である。
【００３５】
上記の測定により得られた数値に基き、乾燥密度は次の式により求められる。
【００３６】
乾燥密度（ｇ／ｃｍ３）＝ｍ２／Ｖ
また、開放気孔率は下記の式により求められる。
【００３７】
開放気孔率（ｖｏｌ％）＝（ｍ３−ｍ２）／（ρ２Ｖ）×１００
尚、ρ２は、含浸に使った油の密度である。
【００３８】
本発明では、単に焼結密度でなく、実際に気密性と深くかかわる気孔の割合を示す開放気孔率を１．５％以下と極めて低く設定しているから、焼結時の窒素による鉄粉の結晶拡大抑制効果による優れた表面処理層との密着性と合せて、気密性に優れた焼結体１を得ることができる。
【００３９】
開放気孔率を１．５％以下と極めて低く設定することにより、気密性が向上し、さらに、Ｎｉメッキ，ＺｎメッキやＣｒメッキ等の各種メッキによる表面処理層やＴｉＮコーティング，ＣｒＮコーティング等の各種合金コーティングによる表面処理層やスチーム処理等による表面被膜である表面処理層などとの密着性が向上する点について図面を参照して説明すると、図３は焼結体１の要部の断面説明図であり、焼結体１の表面に例えばメッキなどの表面処理層３が設けられ、原料粉末を焼結してなる結晶粒４において、表面処理層３は境界すなわち結晶粒界５に入り込み、この結晶粒界５に入り込んだ表面処理層３は楔を打ち込んだような形状となり、表面処理層３が焼結体１の表面に密着する。また、焼結体１の表面の気孔６でも、気孔６の結晶粒界５に表面処理層３が入り込み、この結晶粒界５に入り込んだ表面処理層３は楔を打ち込んだような形状となり、表面処理層３が焼結体１に密着する。そして、平均結晶粒径が小さい方が単位面積当りの結晶粒界５の数が多くなるから、密着性に優れたものとなる。
【００４０】
以下、実施例について説明する。
【００４１】
実施例１〜７及び比較例１〜７
平均粒径８７μｍ（ミクロン）の還元鉄粉、平均粒径８２μｍのアトマイズ鉄粉、平均粒径５μｍのカルボニル鉄粉、平均粒径５μｍのＦｅ３Ｐ（Ｐ含有率１５質量％）、平均粒径２０μｍの黒鉛粉を表２に示す配合比率とし、さらに、金型圧粉成形用潤滑剤として平均粒径２０μｍのステアリン酸亜鉛粉末０．８質量％を添加した後、混合し、成形圧力７００ＭＰａで、図４に示すように、外径４４ｍｍ、内径３６ｍｍ、高さ１０ｍｍのリング形状に圧粉成形した。得られた圧粉体を１１４０℃で２０分、表２で示す焼結雰囲気で焼結することによりリング状の試験片１１を得た。得られた試験片１１を用いて開放気孔率と密度（乾燥密度）及び窒素量、酸素量、平均結晶粒径、シャルピー衝撃試験によるシャルピー値を測定した結果を表２に示す。前記開放気孔率と密度とはＪＩＳ  Ｚ  ２５０１（２０００）に基いて測定した。尚、原料粉末において、還元鉄粉は、開放気孔率の低減及び低コストの長所があり、一方、他の鉄粉に比べて、強度及び圧縮性が低く、アトマイズ鉄粉には、高強度、高圧縮性、低コストという長所があるが、開放気孔率の低減効果は低く、カルボニル鉄粉は、高強度、開放気孔率の低減の長所があるが、低圧縮性、高コストの短所がある。
【００４２】
また、ろう付けを可能とするには焼結体１に気密性が要求されるから、気密性の評価の一方法としてろう付けに係わる測定を行った。具体的には、図５に示すように、前記リング状の試験片１１の内側に、直径３５ｍｍ、高さ１０ｍｍのステンレス製円盤１２を配置し、試験片１１と円盤１２との境界にＣｕ合金ろう材１３を配置した後、Ｎ２−９０ｖｏｌ％Ｈ２雰囲気中１１３０℃で２０分間の条件でろう付けをした。得られたろう付け体の接合強度を測定した結果を表２に示す。、
また、前記試験片１１と同一条件で、外径４０ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５ｍｍの焼結体を作製した。蒸発源にＴｉを用い窒素雰囲気中アーク電流１００Ａ、バイアス電圧１５０Ｖ、圧力１Ｐａの条件で真空アーク放電蒸着法により焼結体にＴｉＮコーティング層を形成させた。皮膜表面を先端曲率半径２００μｍの円錐ダイヤモンド圧子で荷重を増加させながら引っかき試験をし、皮膜が剥離した時点での荷重を測定することにより焼結体とＴｉＮコーティング層の密着力を測定した結果を表１に示す。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
上記表２に示すように、実施例５で還元鉄粉を４０質量％用い、開放気孔率が１％では、接合強度４５０ＭＰａ、密着力６２Ｎと所望の性能が得られ、一方、還元鉄粉が３０質量％では、開放気孔率が２．１％となり、「ろう付けせず」となり、還元鉄粉は開放気孔率を低減するから、実施例５などのように還元鉄粉を４０質量％用いることが好ましい。
【００４５】
また、比較例３，４及び６のように、開放気孔率が２％を超えると、「ろう付けせず」となる。また、実施例１の開放気孔率は１．８％であるから、高い気密性を要求される気密性部品には不向きである。
【００４６】
また、窒素量については、焼結時に窒素が核となって鉄結晶粒の成長が抑制するから、６０ｐｐｍ以上とすることが好ましく、一方、窒素量が３００ｐｐｍを超えると焼結の進行が窒化により妨げられ、急激に強度が低下する。表１に示すように、実施例５において、窒素量７０ｐｐｍで所定のろう付けに必要な性能が得られ、また、実施例６において、窒素量２３０ｐｐｍで所定のろう付けに必要な性能が得れ、さらに、窒素量を７０〜２００ｐｐｍとすることが、緻密化と強度の面から一層好ましい。
【００４７】
次に、リンの量については、比較例６は、Ｆｅ３Ｐ（Ｐ含有率１５質量％）を１質量％含むから、０．１５質量％のリンを含み、「ろう付けせず」となり、一方、リンが１．５質量％を超えると、焼結体の強度と靱性が低下するから、原料粉末には０．２〜１．５質量％のリンを含むことが好ましい。
【００４８】
酸素量については、酸素量９０ｐｐｍの比較例１と、酸素量７０ｐｐｍの比較例２の接合強度及び密着力が他の例に比べて低いことから分かるように、鉄結晶粒の成長が抑制するためには、酸素量が１００ｐｐｍ以上であることが好ましく、一方、酸素量が多くなると、酸化により強度が低下するから、酸素量は１０００ｐｐｍ以下が好ましく、さらに、酸素量を２００〜７００ｐｐｍとすることが、緻密化と強度の面から一層好ましい。
【００４９】
また、焼結体である試験片１１の平均粒径については、平均粒径５２μｍの比較例１、平均粒径６４μｍの比較例２、平均粒径４５μｍの比較例３、平均粒径４４μｍの比較例４及び平均粒径４７μｍの比較例５の接合強度及び密着力が他の例に比べて低いことと、平均粒径３６μｍの実施例５で、比較的良好な接合強度と接着力が得られたことから、平均結晶粒径は４０μｍ以下とすることが好ましい。尚、４０μｍは３６μｍと４４μｍの平均である。さらに、表面処理層との密着性を考慮すれば、平均結晶粒径を２５μｍ以下することが一層好ましい。これらは表１及び表１以外の実験に基く。
【００５０】
実施例１〜７では黒鉛粉を０．０２〜０．２質量％混合することにより、シャルピー値が高くなり、焼結体の靱性の向上が認められた。各例の焼結体の成分分析を行ったところ、実施例１〜７では、焼結体に含まれる炭素量は０．００６〜０．１質量％となり、これに対して、黒鉛粉を混合しない比較例１〜６では、炭素量は０．００１〜０．００４質量％となり、実施例のものが比較例に比べて、炭素量が多い。
【００５１】
このようにして製造された本発明の焼結体に係る効果を図６のグラフ説明図で説明すると、同グラフ説明図は、横軸に成形金型により原料粉末から圧粉体を形成する際の成形圧力、縦軸に同圧粉体を焼結して得られた開放気孔率を示し、従来品を破線、本発明品を実線で示し、本発明品によれば低い成形圧力で、従来品より開放気孔率の小さな気密な焼結体を得ることができる。
【００５２】
尚、表２に示したものでは、表面処理として、ＴｉＮコーティングを行ったが、これ以外にも、ろう付け後、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇメッキや、ＣｒＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などのコーティングを行ってもよく、これらの表面処理により気密性が向上する。
【００５３】
このように本実施形態では、請求項１に対応して、金属を主成分とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる気密性を有する焼結体１において、炭素を０．００６〜０．１質量％とリンを０．２〜１．５質量％含み、開放気孔率が１．５％以下で、窒素を含むものであり、炭素による還元効果により、焼結時にリンが酸化する割合が少ないため、リンが原料粉末の融点を下げて液相成分の生成を促進すると共に、鉄とリンとの拡散がスムーズに行われ、リンが鉄に結合して固溶し、気孔の少ない気密性に優れた焼結体が得られる。そして、原料として配合する炭素が０．０２質量％未満であると、十分にリンを還元することができず、一方、炭素が０．２質量％を超えると、焼結中にオーステナイトを安定化し、焼結速度を低下させるため原料として配合する炭素を０．０２〜０．２質量％とした。炭素の一部は焼結中に酸化物となり、焼結体より失われるため、焼結体に含まれる炭素量としては、０．００６〜０．１質量％とした。また、リンが０．２質量％未満であると、気密化の効果が得られず、一方、リンが１．５質量％を超えると、焼結体の強度と靱性が低下するため、含まれるリンは０．２〜１．５質量％とした。
【００５４】
したがって、従来に比べて圧粉体を低圧で成形しても、気密性の高い焼結体が得られ、この焼結体は密度が小さく軽量なものとなる。このため、圧粉体を成形する成形金型の負荷が小さくなるから、成形金型の耐久性も向上する。
【００５５】
また、このように本実施形態では、請求項２に対応して、焼結体１の窒素量が６０〜３００ｐｐｍであるから、焼結時における鉄粉結晶の成長を抑制し、表面処理層３との密着性に優れた焼結体１を得ることができる。
【００５６】
また、このように本実施形態では、請求項３に対応して、焼結体１の酸素量が１００〜１０００ｐｐｍであるから、焼結時における鉄結晶粒の成長を抑制し、開放気孔率の低い焼結体１を得ることができる。
【００５７】
このように本実施形態では、請求項４に対応して、金属を主成分とする原料粉末を加圧して圧粉体を形成した後、この圧粉体を雰囲気ガス中で焼結し、開放気孔率が１．５％以下で気密性を有する焼結体の製造方法であって、原料粉末は、還元鉄粉を４０質量％以上、リンを０．２〜１．５質量％、炭素を０．０２〜０．２質量％含み、雰囲気ガスが７０容積％以上の窒素を含むから、強度と靱性が向上すると共に、表面処理層との密着性に優れた焼結体が得られ、この焼結体は、開放気孔率が低く、気密性及び表面処理層との密着性を必要とする製品に対応可能となる。
【００５８】
また、実施形態上の効果として、焼結体１の平均結晶粒径が４０μｍ以下の緻密な組織となり、気密性の高い焼結体１となる。また、表面処理層３との密着性に優れ、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、表面処理層３を表面に形成する製造方法であり、強度と靱性が向上すると共に、表面処理層３との密着性に優れた焼結体１を製造することができる。また、前記表面処理層３をメッキ処理で形成する製造方法であり、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたメッキを設けることができる。また、前記表面処理層３をコーティング処理で形成した製造方法であり、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたコーティングを設けることができる。また、前記表面処理層３をスチーム処理で形成した製造方法であり、表面処理の前処理として封孔処理を行うことなく、密着性に優れたスチーム処理の被膜層を施すことができる。
【００５９】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、表面処理層は各種のものに適用可能であり、また、表面処理層として例示したメッキの材質やコーティングの材質も適宜選定可能である。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の気密性を有する焼結体は、前記目的を達成するために、金属を主成分とする原料粉末を成形すると共に焼結してなる気密性を有する焼結体において、焼結体中に炭素を０．００６〜０．１質量％、リンを０．２〜１．５質量％含み、開放気孔率が１．５％以下で、窒素を含むものであり、リン酸化物の発生が少ないため、強度と靱性が向上すると共に、表面処理層との密着性に優れ、気密性及び耐圧性を要求される製品に対応可能な焼結体を提供することができる。
【００６１】
また、請求項２の発明は、請求項１の効果に加えて、前記焼結体の窒素量が６０〜３００ｐｐｍであるから、焼結時における鉄粉結晶の成長を抑制することができ、表面処理層との密着性に優れた焼結体が得られる。
【００６２】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の効果に加えて、前記焼結体の酸素量が１００〜１０００ｐｐｍであるから、一層、緻密な焼結体を得えることができる。
【００６３】
請求項４の焼結体の製造方法は、前記目的を達成するために、金属を主成分とする原料粉末を加圧して圧粉体を形成した後、この圧粉体を雰囲気ガス中で焼結し、開放気孔率が１．５％以下で気密性を有する焼結体の製造方法であって、前記原料粉末は、還元鉄粉を４０質量％以上、リンを０．２〜１．５質量％、炭素を０．０２〜０．２質量％含み、前記雰囲気ガスが７０容積％以上の窒素を含む方法であり、強度と靱性が向上すると共に、表面処理層との密着性に優れた焼結体が得られ、この焼結体は、開放気孔率が低く、気密性を必要とする製品に対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す製造方法を説明するフローチャート図である。
【図２】同上、実施例及び比較例の開放気孔率を示すグラフである。
【図３】同上、焼結体の要部の断面説明図であり、一部を拡大している。
【図４】同上、試験片の斜視図である。
【図５】同上、試験片の気密性の評価に用いたろう付けを説明する断面図である。
【図６】同上、圧粉体の成形圧力と焼結体の開放気孔率との関係を示すグラフ説明図である。
【符号の説明】
１  焼結体
３  表面処理層
【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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