(57)【要約】【課題】表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金およびその製造方法を提供する。【解決手段】Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基焼結合金において、表面から１μｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さを有する鉄基焼結合金表層部におけるＫおよび／またはＮａが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有されていることを特徴とする。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金表面から１μｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ部分で構成する鉄基焼結合金表層部（以下、鉄基焼結合金表層部という）と、鉄基焼結合金表層部よりも内側にある鉄基焼結合金内部（以下、鉄基焼結合金内部という）とで構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にカリウム（以下、Ｋと記す）が含まれていることを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項２】
鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にナトリウム（以下、Ｎａと記す）が含まれていることを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項３】
鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にＫおよびＮａが含まれていることを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項４】
鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部で構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にＫが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有していることを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項５】
鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部で構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にＮａが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有していることを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項６】
鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部で構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にＫおよびＮａの合計が平均濃度で０．０００１〜１質量％含有していることを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項７】
鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＫが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項８】
鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＮａが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項９】
鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＫおよびＮａの合計が平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項１０】
鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、さらにＫが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項１１】
鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、さらにＮａが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項１２】
鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、さらにＫおよびＮａの内の１種または２種の合計が平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項１３】
前記鉄基焼結合金表層部の開放気孔率は５％以下であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２記載の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金。
【請求項１４】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３記載の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金からなることを特徴とする機械部品。
【請求項１５】
前記機械部品はスプロケットであることを特徴とする請求項１４記載の機械部品。
【請求項１６】
前記機械部品は歯車であることを特徴とする請求項１４記載の機械部品。
【請求項１７】
前記機械部品はローターであることを特徴とする請求項１４記載の機械部品。
【請求項１８】
前記機械部品はインナーレースであることを特徴とする請求項１４記載の機械部品。
【請求項１９】
前記機械部品はアウターレースであることを特徴とする請求項１４記載の機械部品。
【請求項２０】
成形金型のキャビティ内面に潤滑剤としての硫酸カリウム、亜硫酸カリウム、チオ硫酸カリウム、ドデシル硫酸カリウム、ドデシルベンゼン硫酸カリウム、食用青色１号およびアスコルビン酸硫酸エステルカリウムの内の１種または２種以上からなる硫酸カリウム塩の膜を形成したのち、鉄基焼結合金原料粉末を成形金型のキャビティに充填しプレス成形することにより表面にＫを含む圧粉体を作製し、得られた圧粉体を燒結することを特徴とする請求項１、４、７または１０記載の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金の製造方法。
【請求項２１】
成形金型のキャビティ内面に潤滑剤としての硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、食用黄色５号およびアスコルビン酸硫酸エステルナトリウムの内の１種または２種以上からなる硫酸ナトリウム塩の膜を形成したのち、鉄基焼結合金原料粉末を成形金型のキャビティに充填しプレス成形することにより表面にＮａを含む圧粉体を作製し、得られた圧粉体を燒結することを特徴とする請求項２、５、８または１１記載の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金の製造方法。
【請求項２２】
成形金型のキャビティ内面に潤滑剤としての前記硫酸カリウム塩と硫酸ナトリウム塩からなる混合膜を形成したのち、鉄基焼結合金原料粉末を成形金型のキャビティに充填しプレス成形することにより表面にＫおよびＮａを含む圧粉体を作製し、得られた圧粉体を燒結することを特徴とする請求項３、６、９または１２記載の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、合金表面から１μｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さ部分で構成する鉄基焼結合金表層部（以下、鉄基焼結合金表層部という）と、鉄基焼結合金表層部よりも内側にある鉄基焼結合金内部（以下、鉄基焼結合金内部という）とで構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にカリウムおよびナトリウムの内の１種または２種が含まれている表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金およびその製造方法に関するものであり、この鉄基焼結合金は、特に表面の硬さおよび耐摩耗性を必要とする機械部品、例えば、スプロケット、歯車、ローター、インナーレース、アウターレースなどの部材として使用され、またこの発明の鉄基焼結合金は表面緻密性が高いので、表面にメッキを施す必要のある鉄基焼結合金からなる機械部品などの部材として使用することが有効である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鉄基焼結合金は各種機械部品の部材として使用されており、この鉄基焼結合金は鉄基合金粉末にステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸リチウムなどの高級脂肪酸の塩を潤滑剤として混合したのち、これを成形金型のキャビティに充填しプレス成形することにより圧粉体を作製し、得られた圧粉体を燒結することにより製造することは知られている。
しかし、鉄基合金粉末に従来の高級脂肪酸の塩を潤滑剤として混合した混合粉末を成形金型のキャビティに充填しプレス成形して得られた圧粉体は、内部に多量の潤滑剤が含まれているために高密度の圧粉体を作製することができず、この方法で得られた圧粉体を燒結して作製した鉄基焼結合金は、添加した潤滑剤が鉄基焼結合金内部に残留するので機械的強度を低下させる。
一方、圧粉体成形に使用する鉄基合金粉末に添加する潤滑剤を減らして潤滑剤の少ない圧粉体を作製し、この潤滑剤含有量の少ない圧粉体を燒結して機械的強度の優れた鉄基焼結合金を製造しようとすると、圧粉体に含まれる潤滑剤の量の不足により潤滑性が不足し、そのために成形された圧粉体の型抜きが困難になり、不良な圧粉体が発生して歩留まりが低下する。
そこで、この潤滑剤の減少に伴って発生する圧粉体型抜き不良を防止するために、１００℃以上に加熱された金型のキャビティ内面に、高級脂肪酸の塩（例えば、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛）を溶媒に懸濁させた高級脂肪酸系潤滑剤を塗布し、金型の加熱によって溶媒は蒸発させ、それによって成形金型のキャビティ内面に高級脂肪酸の塩膜を形成し、この高級脂肪酸の塩膜が形成されたキャビティに通常より潤滑剤の少ない鉄基合金粉末を充填し６００ＭＰａ以上の圧力でプレス成形して圧粉体を作製すると、圧粉体の表面にステアリン酸鉄の単分子膜のような高級脂肪酸の鉄塩の被膜が圧粉体表面に生成し、その結果、圧粉体と金型の間の摩擦力が減少し、圧粉体を抜出する圧力が減少して圧粉体を金型から簡単に取り出すことができ、また６００ＭＰａ以上の高圧力で加圧成形するので高密度の圧粉体を製造できるとされている（特許文献１参照）。
この方法によると、得られた圧粉体は内部に含まれる潤滑剤の量が少ない高密度の圧粉体を得ることができ、さらに型抜けを容易に行なうことができるので金型からの抜出し圧力を減少させることができ、さらに圧粉体の型抜け時における破損が少ないなどの優れた効果があり、効率よく優れた圧粉体を製造し、得られた圧粉体を焼結することにより優れた鉄基燒結合金を製造することができるという。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３３０９９７０号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の固体粉末であるステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸リチウムなど固体状態の高級脂肪酸の塩を水中に懸濁した高級脂肪酸系潤滑剤を成形金型のキャビティ内面に塗布して得られた潤滑剤膜は、キャビティ内面に固体粉末膜として形成するために成形金型のキャビティ内面に緻密な被膜が形成されず、またキャビティ内面に対する密着性も不十分であるなどの欠点があり、安定した潤滑剤膜の形成が困難となるという課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上述のような観点から、成形金型のキャビティ内面に一層緻密な潤滑剤膜を形成すべく研究を行っていたところ、
（ａ）溶媒に溶解可能な硫酸カリウム塩および／または硫酸ナトリウム塩を溶媒に溶解した溶液を作製し、この溶液を潤滑剤として、潤滑剤の溶媒が蒸発する温度以上に加熱された成形金型のキャビティ内面に塗布すると、成形金型は溶媒が蒸発する程度の高温に加熱されているので潤滑剤に含まれる溶媒は蒸発し、硫酸カリウム塩および／または硫酸ナトリウム塩が成形金型のキャビティ内面に晶出して成形金型のキャビティ内面に硫酸カリウム塩および／または硫酸ナトリウム塩の晶出膜を形成し、この成形金型のキャビティ内面に形成した硫酸カリウム塩および／または硫酸ナトリウム塩の晶出膜は極めて緻密な潤滑剤膜を形成することができ、また密着性に優れているので作業中に剥離することが少ない、
（ｂ）前記硫酸カリウム塩および／または硫酸ナトリウム塩の晶出膜を形成した成形金型のキャビティに原料粉末である鉄基合金粉末を充填し、プレス成形して得られた圧粉体は成形金型のキャビティ内面に硫酸カリウム塩および／または硫酸ナトリウム塩の晶出膜が形成されているために容易に型抜きすることができ、さらに得られた圧粉体の表面はカリウム（以下、Ｋと記す）および／またはナトリウム（以下、Ｎａと記す）が含まれており、この表面にＫおよび／またはＮａが含まれている圧粉体を燒結すると、Ｋおよび／またはＮａは酸化鉄被膜を還元して鉄基合金粉末の表面を活性化させ、焼結体表面に開放気孔（焼結合金の表面から内部に連通している気孔）の極めて少ない表面緻密な鉄基焼結合金が得られ、この表面緻密な鉄基焼結合金は表面硬度も高くなるので表面耐摩耗性を増すところからスプロケット、歯車、ローター、インナーレース、アウターレースなどの耐摩耗性を必要とする機械部品の部材として使用され、また表面緻密性が高いところから表面にメッキを施す必要のある鉄基焼結合金製機械部品および磁性部品などの部材として有効である、
（ｃ）このようにして得られた表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金は、鉄基焼結合金表層部にＫおよび／またはＮａが０．０００１〜１質量％含まれている、
（ｄ）前記鉄基焼結合金表層部におけるＫ濃度およびＮａ濃度は、高精度分析を行うと、表面からの深さ位置および表面位置によって大きく検出されたり検出されなかったりして大きくばらつき、そのために鉄基焼結合金表層部におけるＫ濃度およびＮａ濃度は平均値で求めることが好ましい、などの知見を得たのである。
【０００６】
この発明は、かかる知見にもとづいて成されたものであって、
（１）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にＫが含まれている表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、
（２）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にＮａが含まれている表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、
（３）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にＫおよびＮａが含まれている表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、
（４）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部で構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にＫが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有している表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、
（５）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部で構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にＮａが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有している表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、
（６）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部で構成されている鉄基焼結合金であって、鉄基焼結合金表層部にＫおよびＮａの合計が平均濃度で０．０００１〜１質量％含有している表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、に特徴を有するものである。
【０００７】
スプロケット、歯車、ローター、インナーレース、アウターレースなどの表面耐摩耗性を必要とする機械部品の材料としてＣ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量を含有し、さらに必要に応じてＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基合金焼結合金が使用されることは一般に知られており、この発明の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金における鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％、Ｐ：０．０５質量％以下（０％も含む）を含有し、さらに必要に応じてＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する鉄基合金焼結体で構成されており、鉄基焼結合金表層部はＣ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらに必要に応じてＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、さらにＫおよびＮａの内の１種または２種の合計が平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鉄基合金焼結体で構成されている。
【０００８】
したがって、この発明は、
（７）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＫが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、
（８）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＮａが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、
（９）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＫおよびＮａの合計が平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、
（１０）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、さらにＫが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、
（１１）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、さらにＮａが平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、
（１２）鉄基焼結合金表層部と鉄基焼結合金内部とで構成されている鉄基焼結合金であって、
前記鉄基焼結合金内部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、
前記鉄基焼結合金表層部は、Ｃ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらにＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、さらにＫおよびＮａの内の１種または２種の合計が平均濃度で０．０００１〜１質量％含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、に特徴を有するものである。
【０００９】
前記（１）〜（１２）記載のこの発明の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金における鉄基焼結合金表層部は、表面が緻密になり、表面における気孔、特に開放気孔（焼結合金の表面から内部に連通している気孔）が極めて少なくなり、開放気孔率が５％以下になる。したがって、この発明は、
（１３）前記鉄基焼結合金表層部の開放気孔率は５％以下である前記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）または（１２）記載の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金、に特徴を有するものである。
開放気孔率は小さいほど好ましく、２％以下であることが一層好ましく、１％以下であることがさらに一層好ましい。
【００１０】
この発明において、前記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）または（１３）記載の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金は、各種の機械部品の材料として使用することができ、特にスプロケット、歯車、ローター、インナーレース、アウターレースなどの強度が必要でかつ表面が摩耗しやすい部品の材料として使用することが好ましい。したがって、この発明は、
（１４）前記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）、（８）、（９）、（１０）、（１１）、（１２）または（１３）記載の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金からなる機械部品、
（１５）前記機械部品はスプロケットである前記（１４）記載の機械部品、
（１６）前記機械部品は歯車である前記（１４）記載の機械部品、
（１７）前記機械部品はローターである前記（１４）記載の機械部品、
（１８）前記機械部品はインナーレースである前記（１４）記載の機械部品、
（１９）前記機械部品はアウターレースである前記（１４）記載の機械部品、
に特徴を有するものである。
【００１１】
この発明の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金における「鉄基焼結合金表層部」とは、その厚さが鉄基焼結合金の表面から１μｍ〜２ｍｍ範囲内にある部分である。鉄基焼結合金表層部の厚さが１μｍ未満では表面緻密性および表面硬度に格別な効果がなく、一方、これら鉄基焼結合金表層部の厚さが２ｍｍを越えるようになると、鉄基焼結合金内部にまで焼結が進行するところから寸法精度が低下し、さらに焼入れ時に割れが生じやすくなり、好ましくないからである。
また、この発明の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金における「鉄基焼結合金内部」は、表面から１μｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さを有する鉄基焼結合金表層部よりも内部の部分である。
【００１２】
この発明の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金において、鉄基焼結合金表層部におけるＫおよびＮａの内の１種または２種を合計で平均濃度が０．０００１質量％以上となるように定めたのは、これら成分の平均濃度が０．０００１質量％よりも少ないと、鉄基焼結合金原料粉末の表面酸化膜を還元して活性化する効果が不十分であるところから緻密な表層部が得られなくなり、一方、鉄基焼結合金表層部におけるこれら成分の平均濃度が１質量％を越えるほど高くすることは通常の焼結条件では不可能であり、また、特に表面緻密性が高くなることはない。したがって、この発明の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金における鉄基焼結合金表層部に含まれるＫおよびＮａの内の１種または２種を合計の平均濃度は０．０００１〜１質量％に定めた。この発明の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金における鉄基焼結合金表層部に含まれるＮａまたはＫ濃度の内の１種または２種を合計の平均値は０．０２〜０．５質量％含まれるようにするのが製造しやすく、製造効率の上で一層好ましい。
【００１３】
前記（１）、（４）、（７）または（１０）記載の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金は、成形金型のキャビティ内面に潤滑剤としての硫酸カリウム、亜硫酸カリウム、チオ硫酸カリウム、ドデシル硫酸カリウム、ドデシルベンゼン硫酸カリウム、食用青色１号およびアスコルビン酸硫酸エステルカリウムの内の１種または２種以上からなる硫酸カリウム塩の膜を形成したのち、鉄基焼結合金原料粉末を成形金型のキャビティに充填しプレス成形することにより表面に硫酸カリウム塩が付着した表面にＫを含む圧粉体を作製し、得られた圧粉体を１０００〜１３００℃で燒結することにより製造することができる。
【００１４】
成形金型のキャビティ内面に前記硫酸カリウム塩の膜を形成するには、硫酸カリウム塩を溶媒（例えば水）に溶解した溶液を加熱した成形金型のキャビティ内面に塗布して溶媒（例えば水）を蒸発させ、潤滑剤として硫酸カリウム塩を晶出させることにより形成する。この時、成形金型を加熱する温度は溶媒（例えば水）が蒸発する温度に加熱すればよいから、成形金型の加熱温度は１００℃以上であれば良い。
【００１５】
前記（２）、（５）、（８）または（１１）記載の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金は、成形金型のキャビティ内面に潤滑剤としての硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、食用黄色５号およびアスコルビン酸硫酸エステルナトリウムの内の１種または２種以上からなる硫酸ナトリウム塩の膜を形成したのち、鉄基焼結合金原料粉末を成形金型のキャビティに充填しプレス成形することにより表面に硫酸ナトリウム塩が付着した表面のＮａ濃度が高い圧粉体を作製し、得られた圧粉体を１０００〜１３００℃で燒結することにより製造することができる。
成形金型のキャビティ内面に前記硫酸ナトリウム塩の膜を形成するには、硫酸ナトリウム塩を溶媒（例えば水）に溶解した溶液を加熱した成形金型のキャビティ内面に塗布して溶媒（例えば水）を蒸発させ、潤滑剤として硫酸ナトリウム塩を晶出させることにより形成する。この時、成形金型を加熱する温度は溶媒（例えば水）が蒸発する温度に加熱すればよいから、成形金型の加熱温度は１００℃以上であれば良い。
【００１６】
前記（３）、（６）、（９）または（１２）記載の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金は、成形金型のキャビティ内面に潤滑剤としての前記硫酸カリウム塩と前記硫酸ナトリウム塩の混合塩膜を形成したのち、鉄基焼結合金原料粉末を成形金型のキャビティに充填しプレス成形することにより表面に硫酸カリウム塩と硫酸ナトリウム塩が付着した表面のＫおよびＮａの合計濃度が高い圧粉体を作製し、得られた圧粉体を１０００〜１３００℃で燒結することにより製造することができる。
成形金型のキャビティ内面に前記硫酸カリウム塩と前記硫酸ナトリウム塩の混合塩膜を形成するには、硫酸カリウム塩と硫酸ナトリウム塩の混合塩を溶媒（例えば水）に溶解した溶液を加熱した成形金型のキャビティ内面に塗布して溶媒（例えば水）を蒸発させ、潤滑剤として硫酸カリウム塩と硫酸ナトリウム塩の混合塩を晶出させることにより形成する。この時、成形金型を加熱する温度は溶媒（例えば水）が蒸発する温度に加熱すればよいから、成形金型の加熱温度は１００℃以上であれば良い。
【００１７】
前記（１３）に記載されたこの発明の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金および（１４）〜（１９）に記載されたこの発明の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金からなる機械部品は、前記この発明の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金の製造方法と同じ製造方法により製造することができる。
【００１８】
この発明の表面緻密性および表面硬度の高い鉄基焼結合金を製造する際に使用する原料粉末は、スプロケット、歯車、ローター、インナーレース、アウターレースなどの表面耐摩耗性を必要とする機械部品を製造する際に使用する原料粉末として知られているＣ：０．１〜０．９質量％、Ｍｏ，Ｎｉ，ＣｒおよびＣｕの内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、さらに必要に応じてＭｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣａおよびＳの内の１種または２種以上を合計で０．１〜３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有する公知の鉄基合金粉末に対して、Ｃ含有量を調整するために、必要に応じてＣ粉末を添加した混合粉末を使用する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
直径：１１ｍｍ、高さ：４０ｍｍを有するキャビティを有し、キャビティ内面を所定の温度に加熱することができる成形金型を用意した。さらに原料粉末として、平均粒径：９０μｍのＦｅ−１．５％Ｍｏ鉄基合金粉末および平均粒径：２０μｍのＣ粉末を用意し、Ｖ型ブレンダーでＦｅ−１．５％Ｍｏ−０．３％Ｃとなるように配合し混合して混合粉末を作製した。
さらに、硫酸カリウム塩として、硫酸カリウム、亜硫酸カリウム、チオ硫酸カリウム、ドデシル硫酸カリウム、ドデシルベンゼン硫酸カリウム、食用青色１号およびアスコルビン酸硫酸エステルカリウムを用意し、
さらに、硫酸ナトリウム塩として硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、食用黄色５号およびアスコルビン酸硫酸エステルナトリウムを用意した。
これらを溶媒である水に異なる濃度で溶解させることにより、表１に示される潤滑剤Ａ〜Ｕおよびａ〜ｆを作製した。
【００２０】
【表１】
2005015866.tif 000002
【００２１】
実施例１
予め成形金型のキャビティ内面の温度を１５０℃に保持ししたのち、キャビティ内面に表１に示される潤滑剤Ａ〜Ｇおよびａ〜ｂを異なる厚さで塗布し、水を蒸発させることによりキャビティ内面に硫酸カリウム、亜硫酸カリウム、チオ硫酸カリウム、ドデシル硫酸カリウム、ドデシルベンゼン硫酸カリウム、食用青色１号およびアスコルビン酸硫酸エステルカリウムからなる異なる厚さを有する晶出層を形成した。
一方、これら晶出層を形成した成形金型のキャビティ内に原料粉末であるＦｅ−１．５％Ｍｏ鉄基合金粉末およびＣ粉末からなりＦｅ−１．５％Ｍｏ−０．３％Ｃの成分組成となるように配合しＶ型ブレンダーで混合して得られた混合粉末を充填し、８００ＭＰａでプレス成形することにより表面にＫの高濃度層を有する圧粉体を作製した。このようにして得られた表面にＫの高濃度層を有する圧粉体を５％Ｈ２−Ｎ２のガス雰囲気中、温度：１１５０℃で焼結し、さらに浸炭焼入れおよび焼き戻しを行い、鉄基焼結合金表層部にＫを含む本発明鉄基焼結合金１〜７および比較鉄基焼結合金１〜４を作製した。
【００２２】
従来例１
平均粒径５μｍのステアリン酸リチウム粉末をアセトンに分散させた潤滑剤を実施例１で用意した１５０℃に加熱した成形金型のキャビティ内面に塗布し、アセトンを蒸発させることにより成形金型のキャビティ内面にステア硫酸リチウム層を形成したのち実施例１で用意した成分組成がＦｅ−１．５％Ｍｏ−０．３％Ｃを有する鉄基合金混合粉末を充填し、８００ＭＰａでプレス成形することにより圧粉体を作製した。これら圧粉体を取り出して５％Ｈ２−Ｎ２のガス雰囲気中、温度：１１５０℃で焼結することにより従来鉄基焼結合金１を作製した。
【００２３】
これら本発明鉄基焼結合金１〜７、比較鉄基焼結合金１〜４および従来鉄基焼結合金１における鉄基焼結合金表層部の厚さおよび平均Ｋ濃度をＥＰＭＡにより測定し、それらの測定結果を表２に示し、さらにこれら合金の表面におけるロックウェル硬さ、開放気孔率および合金の密度を測定し、その結果を表２に示した。
【００２４】
【表２】
2005015866.tif 000003
【００２５】
表２に示される結果から、硫酸カリウム塩を溶媒に溶解した潤滑剤を使用して作製した本発明鉄基焼結合金１〜７は、ステアリン酸リチウム粉末をアセトンに懸濁させた潤滑剤を使用して作製した従来鉄基焼結合金１に比べて、密度がほぼ同等であっても、本発明鉄基焼結合金１〜７はいずれも表面の硬さが高く、さらに表面の開放気孔率が格段に小さくなっているところから、表面が緻密であり、表面の耐摩耗性に優れていることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れた値を有する比較鉄基焼結合金１〜４は一部好ましくない特性が現れることが分かる。
【００２６】
実施例２
予め成形金型のキャビティ内面の温度を１５０℃に保持ししたのち、キャビティ内面に表１に示される潤滑剤Ｈ〜Ｎおよびｃ〜ｄを異なる厚さで塗布し、水を蒸発させることによりキャビティ内面に硫酸水素２ナトリウム、硫酸３ナトリウム、ポリ硫酸ナトリウム、硫酸リボフラビンナトリウムの異なる厚さを有する晶出層を形成した。
一方、これら晶出層を形成した成形金型のキャビティ内に原料粉末であるＦｅ−１．５％Ｍｏ鉄基合金粉末およびＣ粉末からなりＦｅ−１．５％Ｍｏ−０．３％Ｃの成分組成となるように配合しＶ型ブレンダーで混合して得られた混合粉末を充填し、８００ＭＰａでプレス成形することにより表面にＮａの高濃度層を有する圧粉体を作製した。このようにして得られた表面にＮａの高濃度層を有する圧粉体を５％Ｈ２−Ｎ２のガス雰囲気中、温度：１１５０℃で焼結し、さらに浸炭焼入れおよび焼き戻しを行い、表３に示される鉄基焼結合金表層部における平均Ｎａ濃度を有する本発明鉄基焼結合金８〜１４および比較鉄基焼結合金５〜８を作製した。
【００２７】
これら本発明鉄基焼結合金８〜１４および比較鉄基焼結合金５〜８における鉄基焼結合金表層部の厚さおよび平均Ｎａ濃度をＥＰＭＡにより測定し、それらの測定結果を表３に示し、さらにこれら合金の表面におけるロックウェル硬さ、開放気孔率および合金の密度を測定し、その結果を表３に示した。
【００２８】
【表３】
2005015866.tif 000004
【００２９】
表３に示される結果から、硫酸ナトリウム塩を溶媒に溶解した潤滑剤を使用して作製した本発明鉄基焼結合金８〜１４は、ステアリン酸リチウム粉末をアセトンに懸濁させた潤滑剤を使用して作製した表１の従来鉄基焼結合金１に比べて、密度がほぼ同等であっても、本発明鉄基焼結合金８〜１４はいずれも表面の硬さが高く、さらに表面の開放気孔率が格段に小さくなっているところから、表面が緻密であり、表面の耐摩耗性に優れていることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れた値を有する比較鉄基焼結合金５〜８は一部好ましくない特性が現れることが分かる。
【００３０】
実施例３
予め成形金型のキャビティ内面の温度を１５０℃に保持ししたのち、キャビティ内面に表１に示される潤滑剤Ｏ〜Ｕおよびｅ〜ｆを異なる厚さで塗布し、水を蒸発させることによりキャビティ内面に、硫酸カリウム塩と硫酸ナトリウム塩の混合塩からなる晶出層を形成した。
一方、これら晶出層を形成した成形金型のキャビティ内に原料粉末であるＦｅ−１．５％Ｍｏ鉄基合金粉末およびＣ粉末からなりＦｅ−１．５％Ｍｏ−０．３％Ｃの成分組成となるように配合しＶ型ブレンダーで混合して得られた混合粉末を充填し、８００ＭＰａでプレス成形することにより表面にＫおよびＮａの高濃度層を有する圧粉体を作製した。このようにして得られた表面にＫおよびＮａの高濃度層を有する圧粉体を５％Ｈ２−Ｎ２のガス雰囲気中、温度：１１５０℃で焼結し、さらに浸炭焼入れおよび焼き戻しを行い、鉄基焼結合金表層部におけるＫ濃度およびＮａ濃度が高い本発明鉄基焼結合金１５〜２１および比較鉄基焼結合金９〜１２を作製した。
【００３１】
これら本発明鉄基焼結合金１５〜２１および比較鉄基焼結合金９〜１２の鉄基焼結合金表層部における厚さ、並びに平均Ｋ濃度および平均Ｎａ濃度をＥＰＭＡにより測定し、それらの測定結果を表４に示し、さらに表面のロックウェル硬さ、開放気孔率および合金の密度を測定し、その結果を表４に示した。
【００３２】
【表４】
2005015866.tif 000005
【００３３】
表４に示される結果から、硫酸カリウム塩と硫酸ナトリウム塩の混合塩を溶媒に溶解した潤滑剤を使用して作製した本発明鉄基焼結合金１５〜２１は、ステアリン酸リチウム粉末をアセトンに懸濁させた潤滑剤を使用して作製した表１の従来鉄基焼結合金１に比べて、密度がほぼ同等であっても、本発明鉄基焼結合金１５〜２１はいずれも表面の硬さが高く、さらに表面の開放気孔率が格段に小さくなっているところから、表面が緻密であり、表面の耐摩耗性に優れていることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れた値を有する比較鉄基焼結合金９〜１２は一部好ましくない特性が現れることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
上述のように、この発明の鉄基燒結合金は、従来の同じ成分組成を有する鉄基焼結合金に比べて表面における硬さが高く、さらに開放気孔率が小さいところからメッキなどの表面処理を施しやすく、各種の耐摩耗性を必要とする機械部品用部材とすることができ、機械産業の発展に大いに貢献し得るものである。