(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ（黒鉛）：０．６００〜０．８２５mass％、Ｃｕ（銅）：０．９７５〜１．０２５mass％、Ｎｉ（ニッケル）：２．９０〜３．１０mass％、Ｆｅ（鉄）：残部である原料粉末を用い、日本粉末冶金工業規格（ＪＰＭＡ）ＳＭＦ５０４０相当で、引張強度が１３．８ＫＮ／ｍｍ２以上の焼結体の製造方法であって、
原料粉末としてＦｅ粒子の平均粒径は７５μｍ以上１００μｍ以下、Ｃｕ粒子は前記Ｆｅ粒子よりも小径で平均粒径は２５μｍ以上４５μｍ以下、Ｎｉ粒子の平均粒径は０．８以上１．５μｍ未満の原料粉末を準備する工程と、
前記原料粉末を混合し原料混合粉末とする工程と、
前記原料混合粉末を成形荷重３９２〜５８８Ｎ／ｍｍ２、金型及び前記原料混合粉末の温度８０〜１００℃として所定の形状に成形する工程と、
焼結温度を１０７０〜１２５０℃、焼結時間を２０分以下として焼結を行う工程と、
からなることを特徴とする焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結原料粉末を用いた焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結体の強度と靭性を向上させるためにＮｉを添加した材料が、特許文献１〜５として従来から知られている。
特許文献１には、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ系の焼結原料粉末が記載され、特にＦｅ粒子の表面に合金元素粒子を拡散せしめる際にＦｅ粒子が硬化して圧縮性が低下するのを防止するため、Ｆｅ粒子表面に合金元素粒子を拡散合金化させずに、潤滑剤とバインダの共溶融物を用いて合金元素粒子を付着させることが記載され、更に、合金元素粒子の粒径は４５μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下のものを６０％以上とすることが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｍｎ系の焼結原料粉末にＮｉ粉末を添加する内容が記載され、特に、予合金化法における圧縮性の低下を防止するため、添加するＮｉの平均粒径をＦｅ−Ｍｏ−Ｍｎ系予合金粉末の平均粒径の１／１０以下にすることが提案されている。
【０００４】
特許文献３には、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｍｎ系の焼結原料粉末にＮｉ粉末を添加する内容が記載され、特にＮｉの合金化による圧縮性の低下を防止するため、Ｆｅ粉末を平均粒径が５０〜８０μｍの粗粉末と平均粒径が２０μｍ以下の微粉末の組み合わせとし、圧粉成形体を成形する際の圧縮性を改善することが提案されている。
【０００５】
特許文献４には、極めて熱膨張率が小さなＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系のスーパーアンバー合金が記載され、原料粉末の平均粒径として５〜５０μｍのものが提案されている。
【０００６】
特許文献５には、熱処理を施さなくて済む焼結原料粉末として、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｍｎ系のものが開示され、ＮｉについてはＦｅ粉体を硬くして圧縮性を低下せしめるので、０．３〜２．５重量％添加することが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１５９３０１号公報
【特許文献２】特開昭６２−１４６２０３号公報
【特許文献３】特開２００１−１３１６７７号公報
【特許文献４】特開平９−３１５９０号公報
【特許文献５】特開２００１−８１５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した何れの先行技術にあっても、焼結の際にＮｉをＦｅに拡散して合金化するのに長時間（通常３０分以上）必要になる。また、焼結後の機械的強度が十分とは言えず、更なる強度の向上が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明に係る焼結体の製造方法は、Ｃ（黒鉛）：０．６００〜０．８２５mass％、Ｃｕ（銅）：０．９７５〜１．０２５mass％、Ｎｉ（ニッケル）：２．９０〜３．１０mass％、Ｆｅ（鉄）：残部である原料粉末を用い、日本粉末冶金工業規格（ＪＰＭＡ）ＳＭＦ５０４０相当で、引張強度が１３．８ＫＮ／ｍｍ２以上の焼結体の製造方法であって、原料粉末としてＦｅ粒子の平均粒径は７５μｍ以上１００μｍ以下、Ｃｕ粒子は前記Ｆｅ粒子よりも小径で平均粒径は２５μｍ以上４５μｍ以下、Ｎｉ粒子の平均粒径は０．８以上１．５μｍ未満の原料粉末を準備する工程と、前記原料粉末を混合し原料混合粉末とする工程と、前記原料混合粉末を成形荷重３９２〜５８８Ｎ／ｍｍ２、金型及び前記原料混合粉末の温度８０〜１００℃として所定の形状に成形する工程と、焼結温度を１０７０〜１２５０℃、焼結時間を２０分以下として焼結を行う工程と、からなることを特徴とする。
【００１０】
本願発明の焼結原料粉末の基本的な成分割合は、日本粉末冶金工業会規格（ＪＰＭＡ）のＳＭＦ５０４０に相当する。
Ｃ（炭素）は、焼結体の強度を高めるために添加するものであり、０．６００mass％未満では強度が不足し、０．８２５mass％を超えると過剰なＣが析出するので、上記の範囲とする。
Ｃｕ（銅）は、焼結体の強度を高めるために添加するものであり、０．９７５mass％未満では強度が不足し、１．０２５mass％を超えてもそれ以上の効果が期待できないので、上記の範囲とする。
Ｎｉ（ニッケル）は、焼結体の強度と靭性を高めるために添加するものであり、２．９０mass％未満では強度と靭性が不足し、３．１０mass％を超えてもそれ以上の効果が期待できないので、上記の範囲とする。
【００１１】
そして、本願発明の特徴となる点は、Ｆｅ粒子の平均粒径を１００μｍ以下、Ｃｕ粒子の平均粒径をＦｅ粒子よりも小径で４５μｍ以下、Ｎｉ粒子の平均粒径を０．８〜１．５μｍとした点にある。
各粒子の粒径を上記の範囲とすることで、Ｆｅ粒子の間にＣｕ粒子が充填され、Ｃｕ粒子とＦｅ粒子の間にＮｉ粒子が充填され、空隙率の低い焼結体が得られる。
また、Ｎｉ粒子の平均粒径を０．８〜１．５μｍとすることで、焼結（Ｎｉの合金化）に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
本発明に係る焼結体の製造方法は、上記の構成からなる焼結原料粉末を所定の形状に成形した後に焼結する。そして、前記成形は成形荷重３９２〜５８８Ｎ／ｍｍ２、成形温度８０〜１００℃とし、焼結温度は１０７０〜１２００℃、焼結時間は２０分以下とする。
【００１３】
成形時に金型並びに材料粉末を８０〜１００℃に加熱しておくことで、成形荷重が低減でき、プレス機によって成形できる素材のサイズを大きくすることができる。先行技術に開示された合金化粉末は、純鉄粉に比べて硬度が高くなっており、金型の磨耗を引き起こし、また変形しにくいので成形荷重をより高めなければならないが、本発明はこれを解消することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る焼結原料粉末によれば、焼結前の圧粉成形体の充填密度を高くすることができるので、焼結体の強度が向上する。また、Ｎｉ粒子の平均粒径を０．８〜１．５μｍとしたので、従来のＮｉ粒子（５μｍ）よりも比表面積が大きくなり、Ｎｉの拡散による合金化に要する時間が短くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施例を説明する。図１はＮｉ粒子径と焼結体の強度との関係を示すグラフ、図２（ａ）〜（ｅ）はＮｉ粒子径と焼結拡散状態との関係を示す顕微鏡写真である。
【００１６】
先ず、以下の成分割合の焼結原料粉末を用意する。
Ｆｅ：９５．３５mass％
Ｃｕ：  １．０mass％
Ｃ  ：  ０．６５mass％
Ｎｉ：  ３．０mass％
【００１７】
前記各成分を構成する粒子の平均粒径は以下の通りである。
Ｆｅ粒子：７５μｍ
Ｃｕ粒子：２５μｍ
Ｎｉ粒子：０．８μｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ
Ｎｉ粒子については、上記の６種類の粒径のものを用意し、各粒径ごとに成形及び焼結を行った。
尚、Ｃについては焼結の際にＦｅに侵入する侵入型元素であるので、一般的な粒径（５μｍ）の黒鉛を用いた。
【００１８】
上記の混合粉体１００に対し潤滑剤を０．７５mass％添加し、偏りがないように混合し、この混合粉体を成形金型に充填し、成形圧力４９０Ｎ／ｍｍ２、成形温度９０℃で、成形体を形成した。成形体はＮｉ粒子の粒径ごとに６種類作成した。
【００１９】
次いで、上記成形体を焼結温度を１１５０℃、焼結時間を２０分として焼結を行った。焼結体の強度とＮｉ粒子の粒径との関係を図１に示す。また、Ｎｉ粒子の各粒径ごとの組織の顕微鏡写真を図２（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００２０】
図１から、焼結体の強度とＮｉ粒子の粒径とは比例関係にあり、ギヤなどを焼結体で構成した場合に要求される強度として、１３．８ＫＮを目標値とすると、Ｎｉ粒子の粒径は０．８〜１．５μｍとすべきことが分かる。
【００２１】
また、図２からＮｉ粒子の粒径が１μｍ、２μｍの場合には、Ｎｉの偏析は見られず、これが強度向上に寄与していることが、推察できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】Ｎｉ粒子径と焼結体の強度との関係を示すグラフ
【図２】（ａ）〜（ｅ）はＮｉ粒子径と焼結拡散状態との関係を示す顕微鏡写真
【図１】
0005339770.tif 000002
【図２】
0005339770.tif 000003