(57)【要約】専用の焼結工具と共に使用することができ、大きく複雑な金属射出成形されたプレフォーム部品またはフローボディの形状的に安定な焼結を提供できる、改善された乾燥、バインダー蒸発および焼結プロセス。改善されたプロセスは、３段階の乾燥プロセスと単一段階のバインダー蒸発プロセスと２段階の焼結プロセスを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末金属プレフォーム（２６）を焼結する方法であって、
前記プレフォームを第１焼結温度範囲内で所定時間の間、焼結するステップであって、前記プレフォームが収縮するステップと、
前記プレフォームを、第２焼結温度範囲内で所定時間の間、焼結するステップであって、前記第２焼結温度範囲で、前記プレフォームの最大の所望の密度が得られるステップとを含む方法。
【請求項２】
前記第１焼結温度範囲が約１１００℃から約１２４０℃である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２焼結温度範囲が約１２８０℃±５℃の請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１焼結温度範囲内の焼結を、前記プレフォームの粒子間溶融が起こりそれによって前記プレフォームの形状が固定されるまで継続する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記プレフォームが、前記第１焼結温度範囲でその最大密度の約６０％から約８０％に達する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
内部通路を画定する表面を有する金属射出成形プレフォームを支持する、焼結工具アセンブリであって、
支持構造（４０）と、
第１端と第２端を備え、この両方の端が前記支持構造上に取り付けられているロッド構造（３２）とを含み、前記ロッド構造が、前記通路内に配置され、前記プレフォームを支持する工具アセンブリ。
【請求項７】
内部通路を画定する表面を有する金属射出成形プレフォームを支持する、焼結工具アセンブリにおいて、
前記通路に配置され、所定の形状の少なくとも１つの表面を備えるインサート（３４）と、
支持構造（４０）と、
第１端と第２端を備え、この両方の端が、前記支持構造上に取り付けられているロッド構造（３２）とを含み、前記ロッド構造（３２）が、前記インサート（３４）を支持し、前記インサートの所定の形状の前記表面の少なくとも一部が、前記プレフォームを支持するために、前記プレフォームの前記内部通路を画定する前記表面の少なくと一部と接触する焼結工具アセンブリ。
【請求項８】
前記ロッド構造および前記インサートが、酸化アルミニウムセラミックからなる請求項７に記載の焼結工具アセンブリ。
【請求項９】
前記支持構造が１対のブロック（４１）を含み、前記インサートが、前記１対のブロックの間で支持される請求項７に記載の焼結工具。
【請求項１０】
前記１対のブロックの各々がＶ形ノッチを有し、前記ロッド構造の両方の端が、Ｖ形ノッチ内で前記１対のブロックのそれぞれのブロック上に取り付けられている請求項９に記載の焼結工具。
【請求項１１】
前記１対のブロックの各々が、耐火煉瓦からなる請求項９に記載の焼結工具。
【請求項１２】
粉末金属フローボディ（２６）を焼結する方法であって、
１つまたは複数の小さな円筒形のフィーチャ（２８）と１つまたは複数の大きな円筒形のフィーチャ（３０）とを有するフローボディ（２６）を提供するステップと、
前記フローボディを第１焼結温度範囲内で所定時間の間、焼結するステップであって、前記フローボディが収縮するステップと、
前記フローボディを、第２焼結温度範囲内で所定時間の間、焼結するステップであって、前記第２焼結温度範囲で、前記フローボディの最大の所望の密度が得られるステップとを含む方法。
【請求項１３】
前記第１焼結温度で焼結の際に前記フローボディの前記小さな円筒形のフィーチャの形状を保持するための、第１組のほぼ円筒形の焼結工具（３２，３４）を提供するステップと、
前記第２焼結温度で焼結の際に、前記フローボディの前記大きな円筒形のフィーチャの形状を保持するための、第２組のほぼ円筒形の焼結工具を提供するステップとをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１組の焼結工具が、ロッド（３２）と、１つまたは複数の円筒（３４）を含み、前記円筒が、前記ロッドを摺動可能に受ける貫通孔（３５）を有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２組の焼結工具が、ロッド（３６）と１つまたは複数の円筒（３８）を含み、前記円筒が前記ロッド摺動可能に受ける貫通孔（３７）を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
焼結の準備として金属プレフォームを乾燥させる方法において、前記プレフォーム（２６）が粉末金属とバインダーの組成物からなり、
前記プレフォームを密封コンテナ内で乾燥させるステップと、
前記プレフォームを通気コンテナ内で乾燥させるステップと、
前記プレフォームを所定の温度で所定の時間加熱することによって、前記プレフォームから水を蒸発させるステップと、
前記プレフォームを所定の温度で所定の時間加熱することによって、前記プレフォームからバインダーを蒸発させるステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記プレフォームを、密封されたコンテナ内で約２日または３日の間、乾燥する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記プレフォームを、通気されたコンテナ内で約２日または３日の間、乾燥する請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
温度６０℃±５℃で２４時間前記プレフォームを加熱することによって、水を前記プレフォームから蒸発させる請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
温度２７５℃±５℃で２時間前記プレフォームを加熱することによって、バインダーを前記プレフォームから蒸発させる請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
第１の所定温度で、所定の時間、前記プレフォームを焼結するステップと、
第２の所定温度で、所定の時間、前記プレフォームを焼結するステップとをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの円筒形の孔（２８，３０）を有し、約２５０グラムより大きな重量をもつ焼結されたフローボディ（２６）。
【請求項２３】
インコネル７１８からなる請求項２２に記載のフローボディ。
【請求項２４】
約３００グラムより大きな重量をもつ請求項２２に記載のフローボディ。
【請求項２５】
約１０００グラムより大きな重量をもつ請求項２２に記載のフローボディ。
【請求項２６】
前記孔が約８ｃｍより大きな直径を有する請求項２２に記載のフローボディ。
【請求項２７】
前記孔が約５ｃｍより大きな直径を有する請求項２２に記載のフローボディ。
【請求項２８】
前記孔が約３．８ｃｍより大きな直径を有する請求項２２に記載のフローボディ。
【請求項２９】
少なくとも２つの円筒形の孔（２８、３０）を有する請求項２２に記載のフローボディ。
【請求項３０】
前記少なくとも２つの円筒形の孔の１つ（３０）が、前記少なくとも２つの円筒形の孔のうちの他のもの（２８）より大きい請求項２９に記載のフローボディ。
【請求項３１】
約０．７６２μｍ（約３０μインチ）より小さな表面粗度を有する請求項２２に記載のフローボディ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属射出成形されたプレフォームまたはフローボディを焼結する技術に関し、より詳細には、２ステップの焼結方法および一般的に焼結プロセス中に起こるフローボディの変形を制御する関連工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属射出成形（ＭＩＭ）は、複雑な多次元部品を高い費用効果で生産するためのよく知られた技術である。一般に、そのような部品は、約２５〜約２５０グラムの重量範囲の比較的小さな大きさであり、しばしば大量に生産される。金属射出成形は、自動車、小火器および医療産業において、最も一般に使用されている。
【０００３】
一般に、ＭＩＭプロセスでは、粉末金属、水およびバインダーを混合する。一般にバインダーは、水性の有機ゲルから構成される。混合された粉末金属およびバインダー組成物は、比較的低い温度および圧力で一般に流動可能な混合物を生成する。一般に、粉末金属に対するバインダーの割合は、約４０〜６０体積％がバインダーである。その目的は、金型のすべてのクレバスおよび小寸法のフィーチャを満たすような粘性を有する流動可能な混合物を製造することである。一般に流動可能な混合物は、射出成形機を介して金型に移される。
【０００４】
射出成形機は、当分野の技術で知られており、一般に数百トンの圧力を金型に加えることができる。一般に金型は、流動可能な材料を取り出す前に、それを凝固させるための内部冷却通路を備えるように構成されている。一般に金型のキャビティは、バインダーを取り除いた後でおこる収縮を補償するために所望の完成部品のキャビティより大きくなっている。金型の構造は、金属、プラスチックやゴムなど、剛性の材料または可撓性の材料から形成することができる。金型は、成形プロセスの際に空気を金型から逃がすことを可能にするベントまたは空気抜き管路を備えることが好ましい。あるいは、金型は、空気を金型から逃がすことを可能にする多孔性の金属またはセラミックのインサートを備えることもできる。金型に流動可能な混合物を満たした後、成形された部品を形成するために金型／混合物に圧力を加える。これはプレフォームとしても知られている。プレフォームのための典型的な射出成形圧力は、約６８，９５０〜８２，７４０ｋＰａ（約１０〜１２ｋｓｉ）の範囲である。この成形された状態のプレフォームは、「未焼結」部品と呼ばれる。未焼結プレフォームは、ほとんどの残存水分を蒸発させるのに十分な温度にまで加熱するオーブンで乾燥することができる。それから、バインダーを蒸発させるためにプレフォームを炉内に置く。高密度を有し、したがって十分な動作強度を有する部品を実現するために、次いでプレフォームを焼結する。
【０００５】
焼結は、粉末金属プレフォームを凝集させて、鋳造されたまたは精錬された材料と同じまたはほぼ同じ機械的性質を有する実質的に固体の形状にするための高温プロセスである。一般に、焼結とは、粉末金属プレフォームの温度を材料の融点に近い温度にまで、しかしそれを越えずに上昇させ、温度をそこである定められた時間だけ保持することを言う。このような状況下では、粒子間溶融が起こり、材料が緻密化して固体になる。
【０００６】
一般に、完全な凝固は起こらないが、材料によっては焼結密度が９９％に近づくことができる。緻密化プロセスが起こると、プレフォーム内の隙間ボイドの大きさが収縮し、その数が減少する。その結果、焼結プレフォームのバルク体積は、焼結前のプレフォームのバルク体積よりかなり小さくなる。プレフォームが収縮するにつれて、プレフォームの幾何的変形が起こることがある。この変形は、小さな部品では比較的小さく、二次的機械加工操作によって容易に改善することができる。しかし、正味重量が２５０グラムを越える大きな部品では、この望ましくない変形は、より問題である。
【０００７】
一般に、緻密化期間中、プレフォームが高温にさらされる間は、管状や他の形状などいくつかの形状のプレフォームは、変形する影響に対する抵抗力がより弱く、プレフォームに合致した最終的な形状を実現することはそのような金属部品の焼結における挑戦課題であると認められている。例えば、米国特許第５，７１０，９６９号を参照のこと。この問題は、大きな円筒形断面および不規則な高質量の突出部を備えるプレフォームを焼結するとき、特に明白になる。例えば、大きな円筒形のプレフォームの断面は、重力の影響を受けて、卵型形状の緻密化された断面に変形する。この理由で、ＭＩＭおよび焼結技術の使用は、重量が約２５０グラムを越える比較的大きな部品、または直径が約３．８ｃｍを越える円筒形の断面を備える部品の製造に拡張されていなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、比較的大きな部品の形状の安定性を保持しながら、その部品を焼結できる焼結方法および工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、今まで実現できなかった大きさかつ／または複雑さの寸法的に正確なＭＩＭ部品を作製するために使用できる方法および／または工具を提供し、専用の焼結工具と共に使用できる、大きく複雑なＭＩＭ部品の形状的に安定な焼結を提供する、改善された乾燥プロセス、バインダー除去プロセス、および焼結プロセスを含む。
【００１０】
例としてのみあげると、この改善されたプロセスは、４段階の乾燥プロセス、単一段階のバインダー除去プロセスおよび２段階の焼結プロセスを含む。しばしば、乾燥プロセスの際にひび割れができて、多数のスクラップ部品がでるので、湿った未焼結プレフォームを乾燥させることは、特に重要である。この問題は、大きなＭＩＭ部品の場合に特によく起こる。
【００１１】
新しい２段階の焼結プロセスは、第１固定段階を含み、この第１固定段階では、ＭＩＭ成形プレフォームを、第１焼結温度で、その最大密度の約６０％〜８０％まで緻密化させ、次いで冷却させることができる。一般に、第１焼結段階で使用される焼結温度は、成形プロセスで使用される粉末金属材料の融点よりはるかに低く、したがってプレフォームが、どのような大きい支持されていない表面にも働く重力による不適切なひずみを受けることが防止される。第１焼結温度を合金の固相線温度（すなわち合金が溶融し始める温度）より低く保持することが望ましいことを示すことができる。この第１段階は、プレフォームの全体形状を固定する働きをする。
【００１２】
第２段階で、プレフォームを、粉末金属材料の融点近くの第２焼結温度まで加熱し、この温度で、より緻密な部品密度が生じる。
一般に、大小両方の円筒形のフィーチャを有するプレフォーム部品中で、所定の大きさのインサートなどの耐熱性焼結工具を、第１焼結段階と第２焼結段階の両方で使用することができる。酸化アルミニウムセラミックなどの耐熱性材料が、インサートに使用できる。第１焼結段階では、インサートを使用して、プレフォームを支持し、いかなる小さな円筒形のフィーチャの直径も制御する。第２焼結段階では、より大きな円筒形のフィーチャに第２組のインサートを嵌めることができ、それによって、そうしない場合には焼結中にフィーチャが卵型または望ましくない形状にさせる重力による、これらのフィーチャの法外な変形を防止する。
【００１３】
これらのまた他の本発明の特徴は、以下の本発明についての詳細な説明を、添付の例示的な図面と併せ読むことで、より明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本明細書で使用する、「プレフォーム」という用語は、バインダーを使用せずに粉末金属を圧縮成形させた従来の粉末金属プレフォームを含むものである。「プレフォーム」という用語は、フローボディが粉末金属、水およびバインダーの混合物から製造される、ＭＩＭフローボディも含むものである。フローボディとは、バルブアセンブリのうちで流体の流路が内部中に形成されている部分など、流路が内部に形成されている構造または部品である。
【００１５】
本明細書全体にわたって、本発明の方法および工具について、寒天水溶液を含むバインダーと混合した、公称化学組成が５２．５Ｎｉ−１８．５Ｆｅ−１８．５Ｃｒ−５．１Ｎｂ−３Ｍｏ−０．９Ｔｉ−０．５Ａｌ−０．４Ｃ（重量％）の市販のインコネル７１８の粉末金属混合物から製造された特定のフローボディに関して説明する。
【００１６】
一般に、様々な温度および加熱回数が、いかなるインコネル合金組成物にも適用できる。本発明の焼結方法は、鉄、ニッケルおよびチタンベースの合金を含むが、それだけには限らない、実質的にいかなる金属合金にも適用できることを当分野の技術者には理解されよう。インコネル７１８以外の合金の焼結温度および回数は、当然記載されたものとは異なる。さらに、本発明の方法は、実質的にいかなるプレフォームまたはＭＩＭフローボディ構成にも使用することができ、本発明の工具は、大きなまた小さな円筒形のフィーチャを有する、いかなるプレフォームまたはフローボディにも使用することができる。
【００１７】
図１を参照すると、第１段階焼結の準備がされた例示的なフローボディ２６が示してある。このフローボディは、内径約８．８ｃｍの大きな円筒形の孔３０と内径約３．０ｃｍの１対のより小さな円筒形の孔２８とを有するバタフライバルブのハウジングである。代表的なフローボディのフィーチャの壁厚は約３ｍｍである。フローボディの重量は、約１０００グラムで、一般にＭＩＭプロセスで製造される部品の重量を大幅に越えている。フローボディは、成形プロセスの際に形成された、フローボディの丸みを支持することを助けるダイアフラム２０を含む。しかし、ダイアフラムは、必ずしもすべての応用例で必要なわけではなく、望みに応じて、焼結の前または後で取り外される。
【００１８】
このフローボディは、本発明の方法および工具を使用して製造され、本発明の方法を用いて首尾よく製造できるタイプの大きなフローボディを寸法的、形状的に代表するものである。この方法および工具を使用して、他の大きく複雑なＭＩＭ部品も製造することができる。本発明の方法は、少なくとも１５００グラムまでの重量および８ｃｍを越える直径を有する円筒形のフィーチャを備えるフローボディを焼結するのに適していると考えられる。
【００１９】
図１に示すように、フローボディを専用の焼結工具が支持する。具体的に、各々の小さな孔の内部に、セラミックインサート、例えば円筒３４が配置される（図３も参照）。各円筒は、第１段階焼結の際、それが配置されているそれぞれの孔の形状を保持し、フローボディを、セラミックロッド３２を介して支持する働きをする。円筒の各々は、セラミックロッド３２を摺動可能に受ける貫通孔３５（図３）を含んでもよい。セラミックロッドは、中実でも管状でもよく、耐火煉瓦支持構造などのセラミック支持構造４０内に置かれる。この支持構造は、セラミックロッドを受けるためのベース４２と１対のＶ形ノッチのブロック４１（図３）とを含むことができる。第１段階焼結工具３２、３４、４１および４２の構成がより具体的に図３に示されている。フローボディ２６は、それがベース４２から間隔を置くように、円筒３４を介してセラミックロッド３２によって支持される。
【００２０】
より小さな孔を有するより小さな部品の場合、円筒３４を取り外し、セラミックロッド３２だけで部品を支持することができることを理解されよう。この場合、セラミックロッドは、孔の丸みを保証するために使用してもしなくてもよい。例えば、ロッドを使用して部品を支持してもよいが、そのロッドは、比較的小さな孔の丸みを保持する必要はない。さらに、フローボディの支持構造に対する向きは、望みに応じて変えることができる。例えば、図１は、水平の軸を有する大きな円筒形の孔３０を示している。しかし、セラミックロッド上で、孔３０が垂直軸を有するように部品を回転させることもできる。
【００２１】
次に図２を参照すると、第２段階焼結の準備がされたフローボディ２６が示してある。２つの大きな直径のセラミックインサート、例えば円筒３８（図４も参照）が、大きな孔３０の内部に配置される。第１段階焼結で使用したより小さなセラミック円筒と同様に、これらの円筒は、焼結の際、セラミックロッド３６を介して、孔の形状を保持しフローボディを支持する働きをする。セラミックロッドは、第１段階焼結で使用したものと同じロッドでよい。次に図４を参照すると、第２段階焼結工具が詳細に示されている。円筒３８の各々は、ロッド３６を摺動可能に受ける貫通孔３７を有する。ロッド３６は、円筒を支持し、したがって、耐火煉瓦支持構造４０内のフローボディを支持する。第１および第２焼結段階で、同じ支持構造を使用することができる。第２焼結段階でも、フローボディは、それがベースから間隔を置くように、円筒を介してセラミックロッドによって支持される。
【００２２】
焼結工具は、市販の酸化アルミニウムセラミックから製造することが好ましい。酸化アルミニウムは、焼結の際に変形もせず、またインコネル７１８金属フローボディに張り付くこともない耐久性のある材料である。焼結工具は、酸化アルミニウムの棒材を機械加工することによって、または当技術分野で知られている射出成形プロセスによって製造することができる。好ましくは、円筒３４および３８外径は、それらが配置される孔の最終寸法の所望の内径に合うように機械加工される。このように、焼結の際、フローボディが円筒を囲んで収縮するので、フローボディの円筒形のフィーチャの所望の最終寸法をより簡単に制御することができる。多くの場合には、円筒３４および３８の直径を、フローボディの円筒形のフィーチャの最終内径より小さな直径に機械加工して、少量の余分の材料を２次機械加工動作のために残しておくことが望ましいであろう。そうでない場合には、インサートは、焼結プロセスの際、所望の端部部品の形状によって必要とされる孔を形成するのに必要ないかなる形状もとることができることを理解されたい。
【００２３】
次に図５を参照して、本発明の焼結プロセスを詳細に説明する。ステップ１２〜１８は、湿った未焼結ＭＩＭ部品の乾燥プロセスを含んでいる。従来技術の乾燥プロセスでは、高温で急速に乾燥するＭＩＭ部品を必要としている。この手順は、小さな部品には効果的である。しかし、比較的大きな円筒形のフィーチャを備える大きなＭＩＭ部品は、急速乾燥プロセスの際にひび割れすることがあり、受け入れられないほど多数のスクラップ部品をもたらす。これは、フローボディのバインダーからの水の急激な蒸発が、厚いフローボディ断面と薄いフローボディ断面との間の、またより乾いた外側の（外部の）部分とより湿った内部の部分との間の収縮の差を起こすためであると考えられている。したがって、大きなＭＩＭ部品を首尾よく製造する際の重要なステップは、ひび割れを生じさせずに部品から水を除去することである。
【００２４】
ステップ１２で、１つまたは複数の新しく成形された未焼結のフローボディを、プラスチックまたは他の任意の適切な材料からなるコンテナまたは袋の中に密封する。密封コンテナは、室温および大気圧で２〜３日の期間、保管する。この期間中に、水蒸気が、各フローボディから蒸発し、コンテナまたは袋の壁に凝縮する。ステップ１４で、密封コンテナまたは袋を大気に通気して、ゆっくりした速度の乾燥を開始する。次いで、フローボディを、この状態で３日から５日の期間、保管する。この期間中に、水は、以前には密封されていたコンテナまたは袋から蒸発し、水蒸気はフローボディから蒸発し続ける。
【００２５】
ステップ１６で、各フローボディを、通気されたコンテナから取り出し、さらに２〜３日の間、棚または他の支持部の上で乾燥させる。一般に、ひび割れができるのを防ぐために、未焼結フローボディをゆっくりと乾燥することが重要であることがテストから明らかになっている。しかし、密封コンテナ内、通気コンテナ内また棚の上でフローボディを乾燥する持続時間は、特定のフローボディの大きさや壁の厚さなどの要因に応じて、大幅に変わり得る。したがって、前述の乾燥時間は、例にしかすぎない。
【００２６】
上述の時間を使用して、図１に示すタイプのひび割れのないフローボディを製造した。ステップ１８で、フローボディを、大気圧中のオーブン内で６０°±５℃で約２４時間焼成する。オーブン内で低温で焼成すると、フローボディ内に残っている水が蒸発する。乾燥プロセスを完了したとき、一般に乾燥した未焼結のフローボディは、「成形された状態の」重量の約７％を失っている。ステップ２０で、フローボディを炉内で約２７５℃±５℃に約２時間加熱する。このステップで、バインダーの非水部分がフローボディから蒸発する。この時点で、乾燥した未焼結のフローボディは、焼結の準備ができている。
【００２７】
さらなるテストによって、１種類または複数種類の添加剤をバインダーに加えると、乾燥プロセスをより速くすることが可能となり、未焼結のフローボディをコンテナまたは袋内に入れる必要がなくなり、また、応用例によっては、未焼結のフローボディを、室温で２〜３日またはそれより短い期間、乾燥させるだけで、焼結の準備ができる製品が得られることが示唆された。しかし、このより速い乾燥方法は、表面仕上げに有害な影響をおよぼし、例えばピッチングを生じさせるようにみえる。テストは完了しておらず、乾燥時間を短縮するためにバインダーへ添加剤を添加することが、個々のどのような応用例に対しても好ましいかどうかについては、まだ結論がでていない。図５に示されている乾燥方法は、許容できる方法であると考えられるが、他の乾燥方法も企図され、また記載された焼結方法は、適切に乾燥されたいかなる未焼結ＭＩＭ部品にも使用できることを理解されたい。
【００２８】
第１段階焼結で、フローボディを、前述のようにセラミック工具３２、３４、４１および４２によって配置する。ステップ２２で、フローボディを、高真空の炉内に置き、約３０分間、好ましくは約１２３５℃に加熱する。第１段階焼結の目的は、部品の全体形状を実質的に固定することである。したがって、１２３５℃で３０分間で、フローボディ中で一部の粒子間溶融が起こる。一般に、この溶融は、フローボディの外部表面で起こる。第１段階焼結後のインコネル７１８のフローボディの典型的な密度は、最大達成密度の約６０％〜８０％である。第１段階焼結の際、フローボディは、十分に可塑性になるほど、金属合金の融点に近くまでは加熱されず、したがって、フローボディに作用する重力がフローボディの大幅な変形を起こすことがあり得る。
【００２９】
焼結プロセスの際の温度制御は重要であるが、いくらかの温度変動は許される。例えば、第１焼結段階の場合、１１００℃〜１２４０℃がフローボディのために許容できる動作範囲である。１２３０℃〜１２４０℃の温度範囲も使用することができる。フローボディを加熱する持続時間もフローボディの形状に応じて変わる。薄い壁を有するフローボディは、より短い焼結時間を必要とし、それに対応して厚い壁で囲まれた断面を有するフローボディは、より長い焼結時間を必要とすることになる。
【００３０】
一般に、第１段階焼結の後、フローボディを高真空炉から取り出し、第１段階焼結と第２段階焼結の間、数時間冷却させる。この冷却期間は、プロセスにとってそれほど重要ではないが、それによって、主に第１段階焼結工具をフローボディから取り外し、第２段階焼結工具をフローボディ内に取り付けることが可能になる。本明細書に記載された方法および工具を使用して、１つまたは複数のフローボディを同時に加工することができる。
【００３１】
ステップ２４で、第２段階焼結工具３６、３８、４１および４２を、やはり高真空炉内に置かれたフローボディ内に取り付ける。次に、フローボディを、約３０分間、約１２８０℃±５℃の温度に加熱する。約１２７０℃以上の温度を使用してもよい。第２段階焼結の目的は、フローボディの密度の増大を、さらにはその最大の緻密化さえも実現することである。フローボディが合金組成物の融点近くの温度に加熱されるので、第２段階焼結では、温度制御はより重要である。この点に関して、焼結温度は、合金の融点を越えるべきではない。テストの結果では、１２８０℃±５℃の第２段階焼結を使用すると、緻密化は、鍛錬用成形品の合金密度の９９％に近づく。１２７５℃より低い温度で第２段階焼結を実施することも全く可能である。より低い第２段階焼結温度では、所与の時間内でのフローボディの緻密化がより少なくなり、それに対応して、完成部品がより高い間隙率を有し、使用強度が幾分減少する。このことは、最大強度が要求されない部品の場合には問題なく許容される。第２段階焼結後、フローボディを、望みに応じて、機械加工しかつ／または熱処理することができる。例えば、フローボディを、溶体熱処理し、さらに析出硬化処理すると、望みに応じた機械特性が達成される。この手順は、当技術分野では知られている。
【００３２】
鋳造フローボディおよびＭＩＭのフローボディは、一般に異なる表面特性を有する。鋳造フローボディは約６．３５μｍ（約２５０μインチ）の表面粗度をもつが、一方ＭＩＭのフローボディは約０．７６２μｍ（約３０μインチ）より小さい表面粗度をもつ。ＭＩＭプロセスでは、鋳込み成形と比べると、無駄になる材料がより少なく、必要な機械加工もより少なく、したがって、ＭＩＭプロセスで部品を作製する方がより安価である。
【００３３】
新しい多段階のＭＩＭ部品乾燥および焼結プロセスが開示されたことが理解されるであろう。これらの新しいプロセスは、部品の形状の優れた寸法制御を保持しながら、比較的大きなＭＩＭ部品が焼結されることを可能とする。さらに、大きな円筒形のフィーチャの正確な寸法の保持を支援する、専用の酸化アルミニウムセラミック焼結工具も開示された。現時点で好ましい実施形態のみについて詳細に説明したが、本発明の範囲を逸脱せずに、本明細書で開示されたシステムおよび方法に対する変形および修正ができることが、当分野の技術者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲による以外は、限定されるものではない
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による、第１段階焼結の準備がされたバルブフローボディを焼結工具と共に示す透視図である。
【図２】本発明による、第２段階焼結の準備がされた図１のフローボディを追加の焼結工具と共に示す別の透視図である。
【図３】図１の焼結工具をより詳細に示す透視図である。
【図４】図２の焼結工具をより詳細に示す透視図である。
【図５】本発明の乾燥プロセス、バインダー蒸発プロセス、および焼結プロセスの諸ステップを示すフローチャートである。
【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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