(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄基粉末と、該鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤と、該潤滑剤により前記鉄基粉末に付着した合金用粉末と、遊離した潤滑剤粉末とを含む鉄基粉末混合物であって、前記鉄基粉末、前記鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤、前記遊離した潤滑剤粉末および前記合金用粉末のうちの１種以上の表面が、オルガノシロキサンにより、被覆率80％以上で被覆されてなることを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物。
【請求項２】
前記オルガノシロキサンがフェニル基を有し、前記鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤がカルシウム石鹸とリチウム石鹸の共溶融物またはカルシウム石鹸とアミド系潤滑剤の共溶融物であり、前記遊離した潤滑剤粉末がアミド系潤滑剤とポリメタクリル酸メチル粉末との混合粉末またはリチウム石鹸粉末であることを特徴とする請求項１に記載の粉末冶金用鉄基粉末混合物。
【請求項３】
前記アミド系潤滑剤が、下記構造式（１）を有することを特徴とする請求項２に記載の粉末冶金用鉄基粉末混合物。
記
C z H2Z+1CONH(CH2)2NH(CO(CH2)8CONH(CH2)2NH) X COC y H2y+1   ……（１）
ここで、ｘ：１〜５の整数、
ｙ：17または18の整数、
ｚ：17または18の整数
【請求項４】
前記ポリメタクリル酸メチル粉末が、球状一次粒子の凝集物であることを特徴とする請求項２または３に記載の粉末冶金用鉄基粉末混合物。
【請求項５】
鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤で合金用粉末を付着する粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法において、前記鉄基粉末および前記合金用粉末の少なくともいずれかを、予め水が添加されたオルガノアルコキシシランで被覆した後、該鉄基粉末および該合金用粉末を、１種以上の潤滑剤を加えたうえ１次混合し、該１次混合後の混合物を、前記潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤の融点以上に加熱しつつ攪拌して前記潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤を溶融し、該溶融後の混合物を攪拌しながら冷却し、前記鉄基粉末の表面に、溶融・固着した前記潤滑剤で前記合金用粉末を付着し、さらに、１種以上の潤滑剤を加えて２次混合し、鉄基粉末、潤滑剤、合金用粉末のうちの１種以上の表面にオルガノシロキサン被膜が80％以上の被覆率で形成されることを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法。
【請求項６】
鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤で合金用粉末を付着する粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法において、前記鉄基粉末および前記合金用粉末を、１種以上の潤滑剤を加えたうえ１次混合し、該１次混合後の混合物を、前記潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤の融点以上に加熱しつつ攪拌して、前記潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤を溶融し、該溶融後の混合物を攪拌しながら冷却し、冷却過程の100 〜140 ℃の温度域で水が添加されたオルガノアルコキシシランを添加混合するとともに、前記鉄基粉末の表面に、溶融・固着した前記潤滑剤で前記合金用粉末を付着し、さらに、１種以上の潤滑剤を加えて２次混合し、鉄基粉末、潤滑剤、合金用粉末のうちの１種以上の表面にオルガノシロキサン被膜が80％以上の被覆率で形成されることを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法。
【請求項７】
前記１次混合する１種以上の潤滑剤が２種以上の場合には、互いに融点の異なる潤滑剤とすることを特徴とする請求項５または６に記載の粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法。
【請求項８】
前記１次混合する１種以上の潤滑剤のうち最低融点の潤滑剤を、前記２次混合する１種以上の潤滑剤のうち最低融点の潤滑剤にくらべ、低融点の潤滑剤とし、１次混合時の加熱温度を両者の中間とすることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法。
【請求項９】
鉄基粉末混合物を加圧成形して成形体とする鉄基粉末成形体の製造方法において、請求項１ないし４のいずれかに記載の鉄基粉末混合物を使用し、前記加圧成形の温度を、前記鉄基粉末混合物に含まれる潤滑剤の最低融点以上最高融点未満の温度範囲とすることを特徴とする高密度鉄基粉末成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄粉、合金鋼粉などの鉄基粉末に、黒鉛粉、銅粉などの合金用粉末および潤滑剤を添加・混合した粉末冶金用鉄基粉末混合物に関し、さらに詳しくは、前記添加物の偏析および発塵（ダスト）の発生が少なく、かつ常温から 170℃程度の温度までの広い温度範囲での流動性、圧縮性に極めて優れた粉末冶金用鉄基粉末混合物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末冶金用鉄基粉末混合物は、鉄粉に銅粉、黒鉛粉、燐化鉄粉などの合金用粉末と、さらに必要に応じて切削性改善用粉末や、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸鉛などの潤滑剤を混合して製造するのが一般的である。このような潤滑剤は金属粉末との混合性や焼結時の散逸性などから選択されてきた。
【０００３】
近年、焼結部材に対する高強度化の要求の高まりと共に、特開平2-156002号公報、特公平7-103404号公報、USP 第 5,256,185号公報、USP 第 5,368,630号公報に開示されたように、金属粉末を加熱しつつ成形することにより、成形体の高密度かつ高強度化を可能にする温間成形技術が提案された。温間成形技術に用いる潤滑剤は、金属粉末との混合性、焼結時の散逸性といった観点以外に、加熱時の潤滑性が重視されている。
【０００４】
すなわち、温間成形時に潤滑剤の一部または全部を溶融させて金属粉末粒子間に潤滑剤を均一に分散させ、粒子間および成形体と金型の間の摩擦抵抗を下げ、成形性を向上させるものである。
しかし、このような金属粉末混合物には、第１に、合金用粉末などの原料混合物が偏析を生じるという問題があり、第２に、温間での流動性が悪いという問題があった。
【０００５】
第１の問題である、粉末混合物の偏析を防止する技術として、特開昭56−136901号公報や特開昭58− 28321号公報に開示されたような結合剤を用いる技術がある。しかし、粉末混合物の偏析を充分に改善するように結合剤の添加量を増加させると、粉末混合物の流動性が低下するという問題がある。
また、本発明者らは、先に特開平1-165701号公報、特開平2- 47201号公報において、金属石鹸またはワックスとオイルとの共溶融物を結合剤として用いる方法を提案した。これらの技術は、粉末混合物の偏析と発塵を格段に低減することができると共に、流動性を改善することができるものである。しかし、これらの方法では上記した偏析を防止する手段に起因して、粉末混合物の流動性が経時的に変化する問題があった。
【０００６】
そこで、さらに本発明者らは、特開平2-57602 号公報において、高融点のオイルと金属石鹸の共溶融物を結合剤に用いる方法を提案した。この技術は、共溶融物の流動性の経時変化が少なく、粉末混合物の流動性の経時的な変化が低減されるものである。しかし、この技術では、常温では固体である高融点の飽和脂肪酸と金属石鹸とを鉄基粉末と混合するので、粉末混合物の見掛け密度が変化するという別の問題があった。
【０００７】
この問題を解決するため、本発明者らは特開平3-162502号公報にて、鉄基粉末表面を脂肪酸で被覆した後、鉄基粉末表面に添加物を脂肪酸と金属石鹸との共溶融物で付着させ、さらにその外表面に金属石鹸を添加するという方法を提案した。
上記した特開平2-57602 号公報や特開平3-162502号公報に記載の技術によって、偏析、発塵等の問題はかなり解決した。しかしながら、流動性、とりわけ混合粉末を 150℃程度まで加熱し、同じく加熱した金型内へ充填した後成形する、いわゆる温間成形における加熱時の流動性が不十分であった。
【０００８】
温間成形における成形性を改善した、特開平2-156002号公報、特公平7-103404号公報、USP 5,256,185 号公報、およびUSP 5,368,630 号公報に記載された技術においても、低融点の潤滑剤成分が粒子間に液架橋を形成するため、金属粉末混合物の温間での流動性が悪いという問題があった。流動性が不十分であると、圧粉成形体の生産性が阻害されるばかりでなく、成形体の密度にばらつきを生じ、焼結体の特性が変動する原因になる場合がある。
【０００９】
このような金属粉末混合物の、第２の問題である、温間での流動性が不十分であるという問題に対し、本発明者らは、特開平9-104901号公報、特開平10-317001 号公報にて、温間での合金粉末の偏析防止や温間での流動性の改善を図ることができる、鉄基粉末混合物の製造方法を提案した。
これらの製造方法は、鉄基粉末、合金用粉末の少なくとも１種を表面処理剤で被覆したのち、鉄基粉末、合金用粉末に脂肪酸、脂肪酸アミド、金属石鹸などの潤滑剤を加えて混合し、混合後、添加した潤滑剤のうちの少なくとも１種以上の潤滑剤の融点以上に加熱して、少なくとも１種以上の潤滑剤を溶融し、溶融後の混合物を攪拌しながら冷却して、鉄基粉末の表面に合金用粉末を付着させ、さらに冷却後、脂肪酸、脂肪酸アミド、金属石鹸などの潤滑剤を加えて混合することにより、温間での合金粉末の偏析防止や温間での流動性の改善を図ることができるというものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特開平9-104901号公報、特開平10-317001 号公報に記載された技術によれば、鉄基粉末混合物の温間成形における流動性は顕著に改善される。本発明者らの検討によれば、これは、鉄基粉末、合金用粉末の表面を有機成分である表面処理剤で被覆することにより、導電性の悪い潤滑剤と導電性の良い鉄基粉末または合金用粉末表面との電位差を低減し、接触帯電による付着力を低減すること、および温間領域で鉄基粉末、合金用粉末と溶融した潤滑剤との濡れ性が向上したことによるものと推察された。しかし、この鉄基粉末混合物は比較的高温では流動性が低下するという問題があった。このため、温間成形時の流動性を高く保持するためには、鉄基粉末の温度や金型の温度を厳密に管理する必要があった。本発明者らの検討によれば、これは、鉄基粉末、合金用粉末の表面への表面処理剤の被覆率が不十分であることに起因し、表面処理剤が被覆されていない鉄基粉末、合金用粉末においては潤滑剤との濡れ性が悪く、一部潤滑剤の融点を超えた直後に、鉄基粉末および／または合金用粉末粒子間に停留した溶融潤滑剤が液架橋を形成して、混合粉末が凝集するため、比較的高温で流動性が低下したものと推定された。
【００１１】
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、室温及びより高い温間温度域まで、流動性、圧縮性に優れるとともに、流動性、粉体の見掛け密度および圧粉密度の温度依存性が小さい、粉末冶金用鉄基粉末混合物およびその製造方法を提案することを目的とする。また、本発明は、上記した鉄基粉末混合物を用いて、高密度鉄基粉末成形体を得る鉄基粉末成形体の製造方法を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明者らは、鉄基粉末混合物の流動性を支配している因子について鋭意研究した。その結果、鉄基粉末および／または合金用粉末の表面状態、とくに表面に形成される被膜の種類および被膜による被覆率が鉄基粉末混合物の流動性に大きな影響を及ぼしていることを知見した。そこで、粉末表面を被覆する被膜の種類について検討した結果、本発明者らは、オルガノシロキサンからなる被膜により被覆率80％以上で粉体表面を被覆することにより、溶融した潤滑剤との濡れ性が向上し、鉄基粉末混合物の流動性が顕著に向上することを見いだした。
【００１３】
さらに、本発明者らは、鉄基粉末混合物における流動性の温度依存性が、温度上昇に伴う粉末表面の水分吸着量変化に大きく影響されることを知見した。
本発明者らは、この温度上昇に伴う粉末表面の水分吸着量変化は、鉄基粉末混合物の粉末表面をオルガノシロキサンからなる被膜で、被覆率80％以上で被覆し、常温付近での粉末表面への水分子の吸着量を一定量に抑制することにより、温度上昇に伴う脱離による吸着した水分量の変化率が小さくなり、鉄基粉末混合物の流動性の温度依存性が顕著に改善されることを見いだした。また、オルガノシロキサン被膜を粉末表面に形成することにより、潤滑剤との濡れ性が向上し、低温（常温付近）での鉄基粉末粒子の滑りが容易となり、加圧成形時における粒子の再配列が促進するため、低温での圧粉密度が向上し、成形性の温度依存性が小さくなるということも見いだした。
【００１４】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加え完成されたものである。すなわち、第１の本発明は、鉄基粉末と、該鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤と、該潤滑剤により前記鉄基粉末に付着した合金用粉末と、遊離した潤滑剤粉末とを含む鉄基粉末混合物であって、前記鉄基粉末、前記鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤、前記遊離した潤滑剤粉末および前記合金用粉末のうちの１種以上の表面が、オルガノシロキサンにより、被覆率80％以上で被覆されてなることを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物であり、また、第１の本発明では、前記オルガノシロキサンがフェニル基を有し、前記鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤がカルシウム石鹸とリチウム石鹸の共溶融物またはカルシウム石鹸とアミド系潤滑剤との共溶融物であり、前記遊離した潤滑剤粉末がアミド系潤滑剤とポリメタクリル酸メチル粉末との混合粉末またはリチウム石鹸粉末であることが好ましく、また、第１の本発明では、前記アミド系潤滑剤が、次構造式（１）
C z H2Z+1CONH(CH2)2NH(CO(CH2)8CONH(CH2)2NH) X COC y H2y+1   ……（１）
（ここで、ｘ：１〜５の整数、ｙ：17または18の整数、ｚ：17または18の整数）を有することが好ましい。また、第１の本発明では、前記ポリメタクリル酸メチル粉末が、好ましくは平均直径0.03〜５μm を有する球状一次粒子の凝集物であることが好ましく、また、本発明では、前記凝集物が平均直径５〜50μm を有することが好ましい。また、第１の本発明では、前記遊離した潤滑剤粉末が、潤滑剤の全合計量に対して、25質量％以上、80質量％以下であることが好ましい。
【００１５】
また、第２の本発明では、鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤で合金用粉末を付着する粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法において、前記鉄基粉末および前記合金用粉末の少なくともいずれかを、予め水が添加されたオルガノアルコキシシランで被覆した後、該鉄基粉末および該合金用粉末を、１種以上の潤滑剤を加えたうえ１次混合し、該１次混合後の混合物を、前記潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤の融点以上に加熱しつつ攪拌して前記潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤を溶融し、該溶融後の混合物を攪拌しながら冷却し、前記鉄基粉末の表面に、溶融し固着した前記潤滑剤で前記合金用粉末を付着し、さらに、１種以上の潤滑剤を加えて２次混合し、鉄基粉末、潤滑剤、合金用粉末のうちの１種以上の表面にオルガノシロキサン被膜が80％以上の被覆率で形成されることを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法であり、また、第２の本発明では、前記１次混合する潤滑剤を１種または２種以上とし、２種以上の場合には、互いに融点の異なる潤滑剤とすることが好ましく、また、第２の本発明では、前記１次混合する１種以上の潤滑剤を、カルシウム石鹸とリチウム石鹸の混合物またはカルシウム石鹸とアミド系潤滑剤との混合物とすることが好ましく、また、第２の本発明では、前記２次混合する１種以上の潤滑剤を、アミド系潤滑剤とポリメタクリル酸メチル粉末との混合粉末またはリチウム石鹸粉末とすることが好ましい。
【００１６】
また、第２の本発明では、前記アミド系潤滑剤が、次構造式（１）
C z H2Z+1CONH(CH2)2NH(CO(CH2)8CONH(CH2)2NH) X COC y H2y+1   ……（１）
（ここで、ｘ：１〜５の整数、ｙ：17または18の整数、ｚ：17または18の整数）を有することが好ましく、また、第２の本発明では、前記ポリメタクリル酸メチル粉末が、好ましくは平均直径0.03〜５μm を有する球状一次粒子の凝集物であることが好ましく、また、第２の本発明では、前記凝集物が平均直径5 〜50μm を有することが好ましい。
【００１７】
また、第２の本発明では、前記２次混合する１種以上の潤滑剤を、１次混合する潤滑剤と２次混合する潤滑剤との全合計量に対し、25質量％以上、80質量％以下とすることが好ましく、また、第２の本発明では、前記１次混合する１種以上の潤滑剤のうち最低融点の潤滑剤を、前記２次混合する１種以上の潤滑剤のうち最低融点の潤滑剤にくらべ、低融点の潤滑剤とし、１次混合時の加熱温度を両者の中間とすることが好ましい。
【００１８】
また、第３の本発明は、鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤で合金用粉末を付着する粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法において、前記鉄基粉末および前記合金用粉末を、１種以上の潤滑剤を加えたうえ１次混合し、該１次混合後の混合物を、前記潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤の融点以上に加熱しつつ攪拌して、前記潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤を溶融し、該溶融後の混合物を攪拌しながら冷却し、冷却過程の100 〜140 ℃の温度域で水が添加されたオルガノアルコキシシランを添加混合するとともに、前記鉄基粉末の表面に、溶融し固着した前記潤滑剤で前記合金用粉末を付着し、さらに、１種以上の潤滑剤を加えて２次混合し、鉄基粉末、潤滑剤、合金用粉末のうちの１種以上の表面にオルガノシロキサン被膜が80％以上の被覆率で形成されることを特徴とする粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法であり、また、第３の本発明では、前記１次混合する潤滑剤を１種または２種以上とし、２種以上の場合には、互いに融点の異なる潤滑剤とすることが好ましく、また、第３の本発明では、前記１次混合する１種以上の潤滑剤を、カルシウム石鹸とリチウム石鹸の混合物またはカルシウム石鹸とアミド系潤滑剤の混合物とすることが好ましく、また、第３の本発明では、前記２次混合する１種以上の潤滑剤を、アミド系潤滑剤とポリメタクリル酸メチル粉末との混合粉末またはリチウム石鹸粉末とすることが好ましい。
【００１９】
また、第３の本発明では、前記アミド系潤滑剤が、次構造式（１）
C z H2Z+1CONH(CH2)2NH(CO(CH2)8CONH(CH2)2NH) X COC y H2y+1   ……（１）
（ここで、ｘ：１〜５の整数、ｙ：17または18の整数、ｚ：17または18の整数）を有することが好ましく、また、第３の本発明では、前記ポリメタクリル酸メチル粉末が、好ましくは平均直径0.03〜５μm を有する球状一次粒子の凝集物であることが好ましく、また、第３の本発明では、前記凝集物が平均直径５〜50μm を有することが好ましい。
【００２０】
また、第３の本発明では、前記２次混合する１種以上の潤滑剤を、１次混合する潤滑剤と２次混合する潤滑剤との全合計量に対し、25質量％以上、80質量％以下とすることが好ましく、また、第３の本発明では、前記１次混合する１種以上の潤滑剤のうち最低融点の潤滑剤を、前記２次混合する１種以上の潤滑剤のうち最低融点の潤滑剤にくらべ、低融点の潤滑剤とし、１次混合時の加熱温度を両者の中間とすることが好ましい。
【００２１】
また、第４の本発明では、鉄基粉末混合物を加圧成形して成形体とする鉄基粉末成形体の製造方法において、第１の本発明の鉄基粉末混合粉を使用し、前記加圧成形の温度を、前記鉄基粉末混合物に含まれる潤滑剤の最低融点以上最高融点未満の温度範囲とすることを特徴とする高密度鉄基粉末成形体の製造方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
第１の本発明は、鉄基粉末と、該鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤と、該潤滑剤により前記鉄基粉末に付着した合金用粉末と、遊離した潤滑剤粉末とを含む鉄基粉末混合物であって、鉄基粉末、鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤、遊離した潤滑剤粉末および前記合金用粉末のうちの１種以上の表面が、オルガノシロキサンにより、被覆率80％以上で被覆されてなることを特徴とする流動性および圧縮性に優れた粉末冶金用鉄基粉末混合物である。
【００２３】
第１の本発明における鉄基粉末としては、アトマイズ鉄粉または還元鉄粉などの純鉄粉、または部分拡散合金化鋼粉、または完全合金化鋼粉、またはこれらの混合粉が好ましく用いられる。部分拡散合金化鋼粉としては、特に、Cu、Ni、Moの１種以上を部分合金化した鋼粉が好適であり、完全合金化鋼粉としては、特に、Mn、Cu、Ni、Cr、Mo、Ｖ、Co、Ｗの１種以上を含む合金鋼粉が好適である。
【００２４】
また、本発明の合金用粉末として少なくとも黒鉛粉末あるいはさらに、銅粉末または亜酸化銅粉末を含むことにより焼結体の強度を上昇させることができる。
また、本発明の合金用粉末としては、黒鉛粉末、銅粉末、亜酸化銅粉末以外に、MnS 粉末、Mo粉末、Ni粉末、Ｂ粉末、BN粉末、ホウ酸粉末などが例示され、それらを併用することもできる。
【００２５】
鉄基粉末混合物中の合金用粉末の含有量は、鉄基粉末と合金用粉末の合計量に対して、0.05〜10質量％とするのが好ましい。これは、黒鉛粉末、Cu、Mo、Niなどの金属粉末、Ｂ粉末などの合金用粉末を0.05質量％以上含有することにより、得られる焼結体の強度が優れるためであり、逆に10質量％を超えると焼結体の寸法精度が低下するためである。なお、黒鉛粉末の含有量は0.05〜１質量％であることが、より好ましい。
【００２６】
第１の本発明の鉄基粉末混合物は、鉄基粉末と溶融・固着した潤滑剤と合金用粉末のうちの１種以上が、オルガノシロキサン被膜によって被覆された粉末から構成される。
本発明でいうオルガノシロキサン被膜とは、鉄基粉末および／または合金用粉末表面の金属原子Ｍとシロキサン結合（-SiO- ）を介して有機基Ｒが結合した被膜で、酸素原子Ｏが金属原子Ｍと結合した被膜をいう。本発明においては、有機基Ｒはフェニル基とするのが好ましい。有機基Ｒをフェニル基とすることにより、有機基が嵩高くなり、被膜の潤滑性を向上させるという利点がある。
【００２７】
オルガノシロキサン被膜は、オルガノシランのうちオルガノアルコキシシラン（Ｒ4-m Si(OR ' ) m ）、オルガノクロロシラン（Ｒ4-m SiClm ）、アシロキシシラン（Ｒ4-m Si(OCOＲ ') m ）（ここで、Ｒは有機基、Ｒ' はアルキル基、ｍは１〜３の整数である。）と、鉄基粉末表面の酸化膜末端に水分が作用して形成される水酸基-OH とが反応し、縮合することにより形成される、図１に示す化学構造を示す被膜である。ここで、Ｍは鉄基粉末および／または合金用粉末表面の酸素以外の原子を示す。図１では、（ａ−１）〜（ａ−３）は単分子膜、（ｂ−１）〜（ｂ−３）は重合膜、（ｃ）は高分子膜である。高分子膜は、形成されるポリシロキサン−（Ｒ2 SiO ）n −（ここにｎは整数）が途中で分岐したものも含まれる。
【００２８】
粉末表面に形成されるオルガノシロキサン被膜は、シロキサン結合（-SiO- ）中の酸素Ｏが水分子の吸着サイトとなり、酸素１原子に対し水１分子を吸着できる。したがって、粉末表面にオルガノシロキサン被膜を被覆することにより、粉末表面の水分子吸着量を制御できる。
粉末表面にオルガノシロキサン被膜の被覆がない場合には、水分子は鉄基粉末表面の金属原子および／または合金用粉末表面の原子に吸着する。この場合、空気中の湿度次第で多層に水分子が吸着する場合もある。しかし、吸着した水分子のほとんどは、温度の上昇に伴い、粉末表面から離脱してしまう。このため、粉末表面にオルガノシロキサン被膜の被覆がない場合には、温度上昇に伴い鉄基粉末混合物の流動性が極端に低下し、流動性の温度依存性が大きくなる。
【００２９】
一方、粉末表面にオルガノシロキサン被膜を被覆した場合には、吸着される水分子は、吸着サイトに限定され、被膜がない場合より水分子の吸着量は少ない。このため、室温では、粉末表面にオルガノシロキサン被膜を被覆した鉄基粉末混合物の流動性は、粉末表面にオルガノシロキサン被膜を被覆しない場合にくらべ、若干劣ることになる。しかし、粉末表面にオルガノシロキサン被膜を被覆した場合には、温度上昇に伴う吸着した水分子の離脱が少ないため、鉄基粉末混合物の温度変動に伴う流動性の変動は小さい。
【００３０】
また、オルガノシロキサン被膜を被覆した鉄基粉末および合金用粉末は、溶融した潤滑剤との濡れ性が良く、鉄基粉末混合物を加熱して使用する際に、鉄基粉末混合粉粒子表面に溶融した潤滑剤の浸潤を促す。このため、鉄基粉末混合物の成形性が改善される。またさらに、オルガノシロキサン被膜を被覆することにより溶融した潤滑剤が鉄基粉末混合物の粒子間に均一に拡がるため、潤滑剤が特定の場所に溜まり粒子間に液架橋を形成することがなく、より高温まで鉄基粉末混合物の流動性が維持される。
【００３１】
また、粉末表面の水分吸着量は、オルガノシロキサンによる被覆率（すなわち、原料となるシランの添加量などに依存）、あるいはオルガノシロキサン中の有機基の種類（極性、嵩高さなど）、あるいは高分子膜であれば重合度等により調整できる。したがって、水分子の吸着サイト数を少なくし水分吸着量を少なくして流動性の温度依存性を小さく維持するためには、粉末表面のオルガノシロキサン被膜の被覆率を80％以上とすることが必要である。被覆率が80％未満では、加熱して使用する際に、溶融した潤滑剤が、鉄基粉末混合物の粒子間に均一に拡がらず、局在化し特定の場所に溜まり粒子間に液架橋を形成し凝集し、鉄基粉末混合粉の流動性が低下し、使用温度領域の上限が低く限定される。
【００３２】
十分な被覆率でオルガノシロキサン被膜を形成するためには、後述するように、予め水が添加されたオルガノアルコキシシランを少なくとも鉄基粉末および／または合金用粉末に添加し、混合加熱する。
一般に、オルガノアルコキシシランを原料として無機材料に被膜を被覆する場合には、オルガノアルコキシシランが雰囲気中の水と反応してシラノールに変化し、さらに無機材料表面の水酸基と縮合反応を起こし、無機材料表面にオルガノシロキサン被膜を形成する。このため、必ずしも反応系への水の添加を必要としない。
【００３３】
しかし、鉄基粉末混合粉の製造時に原料として使用する鉄基粉末、合金用粉末は、防錆のため低水分レベルの雰囲気中で保管される。さらに鉄基粉末混合粉の製造は、低水分レベルに調整された雰囲気中で行われるため、水分の供給源がない。このため、オルガノアルコキシシランを原料粉に添加・混合しただけでは、単にオルガノアルコキシシランが原料粉の表面に吸着しただけの場合が多く、上記したシラノール化が進行しがたい。またさらに、非酸化性雰囲気で処理された鉄基粉末、合金用粉末では、表面の水酸基の数が極めて少なくオルガノアルコキシシランを添加・混合したのちに、鉄基粉末、合金用粉末表面で化学結合を伴って形成されるオルガノシロキサン被膜が十分には形成されない。
【００３４】
このようなことから、鉄基粉末混合物の製造工程においては、オルガノシロキサン被膜を形成するために必要な水分を、予めオルガノアルコキシシランに添加しておく。
なお、鉄基粉末および／または合金用粉末等に水を加えてからオルガノアルコキシシランを加えたり、鉄基粉末および／または合金用粉末等にオルガノアルコキシシランを加えてから、そこにさらに水を加える方法で単独で水を加えると、表面張力の大きい水は一部鉄基粉末および／または合金用粉末等の粒子間に液架橋を形成し偏析し、別途添加されるオルガノアルコキシシランと十分混合されないため、後に粉末表面で起こるオルガノアルコキシシランのシラノール化反応の開始、進行が不十分となるばかりか、鉄基粉末の錆発生の原因となる場合がある。このような問題を回避するためには、予め水を添加したオルガノアルコキシシランを鉄基粉末および／または合金用粉末に添加し、混合・加熱する。
【００３５】
なお、オルガノシロキサン被膜は高分子膜とするより、単分子膜、あるいは重合膜とするのが好ましい。
また、オルガノシロキサン被膜の原料は、上記したオルガノアルコキシシランの他に、オルガノクロロシラン、オルガノアシロシランが考えられるが、鉄基粉末との縮合反応で酸が生成されるため、鉄基粉末の錆の原因となり好ましくない。
【００３６】
このように、鉄基粉末、合金用粉末および潤滑剤のうちの１種以上の粉末表面に、オルガノシロキサン被膜を被覆率80％以上で被覆することにより、広い温度範囲にわたり鉄基粉末混合物の流動性の温度依存性が小さくなるという効果が得られる。
つぎに、第１の本発明における潤滑剤について説明する。
【００３７】
本発明における、鉄基粉末混合物中の潤滑剤の含有量は、鉄基粉末と合金用粉末の合計量を100 重量部として、0.01〜2.0 重量部とするのが好ましい。0.01重量部未満の場合は、流動性が低下し成形性が低下する。一方、2.0 重量部超えの場合は圧粉密度が低下し、圧粉体の強度が低下する。なお、より好ましい上限値は1.0 重量部である。
【００３８】
つぎに、本発明における潤滑剤の作用について説明する。潤滑剤は、まず第１に、合金用粉末を鉄基粉末に固着させる結合剤として作用する。この作用により合金用粉末の偏析や発塵が抑制できるという効果を生じる。第２に、潤滑剤は粉末混合物を加圧成形する際に粉体の再配列・塑性変形を促進する作用を有し、それにより圧粉体密度が向上し、さらに加圧成形後の型抜きにおける抜き出し力が低減するという効果を生じる。
【００３９】
このような効果を得るために鉄基粉末混合物は、鉄基粉末に合金用粉末と少なくとも１種の潤滑剤とを混合し、潤滑剤が２種以上の混合物である場合には少なくとも１種の潤滑剤の融点以上に加熱し攪拌した後、冷却して製造されるのが好ましい。その際、潤滑剤が１種の場合はその潤滑剤が溶融し、潤滑剤が２種以上の場合は融点が加熱温度以下である潤滑剤が溶融し、相溶性のある物質の組合せの場合には共溶融物を形成する。その溶融した潤滑剤が毛細管現象により合金用粉末をコーティングし、その後凝固する際に前記合金用粉末を、また２種以上の潤滑剤を含み加熱時に溶融した潤滑剤と共溶融物を形成せずに未溶融の潤滑剤が存在する場合には未溶融の潤滑剤の１部をも、鉄基粉末に固着する。未溶融の潤滑剤には固着せず遊離したままのものが残る場合もある。
【００４０】
鉄基粉末混合物を加圧成形する際に、粉体の配列・塑性変形を促進するのは、結合剤としての潤滑剤である。そのため、潤滑剤は、鉄基粉末の表面に均一に分散させるのが望ましい。一方、加圧成形後の型抜きにおける抜き出し力を低減するものは、２次混合した鉄基粉末表面から遊離した潤滑剤と、あるいはさらに加えて、１次混合した潤滑剤のうち未溶融で鉄基粉末に固着したもの、または未溶融でかつ凝固の際に遊離したままの潤滑剤が存在する場合にはその潤滑剤である。
【００４１】
これらの潤滑剤の作用を両立させるためには、遊離状態で鉄基粉末粒子間に存在する潤滑剤を、潤滑剤の全合計量に対し、25質量％以上80質量％以下とすることが好ましい。25質量％未満では、抜き出し力の低減が不十分で、成形体表面の疵発生の原因となる。また、80質量％を越えると、合金用粉末の鉄基粉末への固着が弱くなり合金用粉末の偏析を招き、最終製品の特性のバラツキの原因となるうえ、成形時の発塵の原因となり作業環境を悪化させる。
【００４２】
鉄基粉末混合物中に含有される潤滑剤のうち、鉄基粉末表面に溶融・固着させる潤滑剤としては、金属石鹸、とりわけカルシウム石鹸とリチウム石鹸の共溶融物、あるいはカルシウム石鹸とアミド系潤滑剤との共溶融物が好適である。
本発明者らの研究によれば、鉄基粉末混合物中粉末における粒子間の相互作用は、粒子間の分子間力が支配的であり、この分子間力は粒子表面の物質の分子量と表面の凹凸に依存し、分子量が小さいほど、凹凸が大きいほど小さい（上ノ薗、尾崎、小倉：粉体と粉末冶金，Vol.45（1998）,p.849参照）。一般に、潤滑剤は分子量が大きく、鉄基粉末混合物中の粒子間の分子間力が大きくなり鉄基粉末混合物の流動性が劣化していた。鉄基粉末混合物の流動性を改善するためには、潤滑剤表面に分子量の小さい水分子を単分子層で吸着させることが有効である。カルシウム石鹸とリチウム石鹸の共溶融物、カルシウム石鹸とアミド系潤滑剤の共溶融物は、水吸着能が比較的高く、鉄基粉末混合物中の粒子間相互作用を低減し、流動性を顕著に改善する。
【００４３】
なお、共溶融物は、相対的に融点の高い潤滑剤が一部未溶融となる部分溶融状態であってもなんら問題はない。また、これらの共溶融物の融点は、構成成分である２種の物質のそれぞれの融点の中間の値を示す。このため、鉄基粉末混合物の使用温度に応じ、２種の構成物質の配合率を調整して、溶融・固着する潤滑剤の融点を調整することができる。
【００４４】
鉄基粉末表面に溶融・固着させる潤滑剤として好適な、共溶融物を構成するカルシウム石鹸としては、ステアリン酸カルシウム、ヒドロキシステアリン酸カルシウム、ラウリル酸カルシウムなどから選ばれた１種以上が、またリチウム石鹸としては、ステアリン酸リチウム、ヒドロキシステアリン酸リチウムなどから選ばれた１種以上が好ましい。
【００４５】
また、共溶融物を構成するアミド系潤滑剤としては、上記した金属石鹸の融点以上の比較的融点の高いものとするのが好ましく、例えば次構造式（１）
C z H2Z+1CONH(CH2)2NH(CO(CH2)8CONH(CH2)2NH) X COC y H2y+1   ……（１）
（ここで、ｘ：１〜５の整数、ｙ：17または18の整数、ｚ：17または18の整数  ）
を有するものとするが好ましく、具体的には、
C17 H35 CONH(CH2)2 NH(CO(CH2)8CONH(CH2)2NH) X COC17 H35 ：ｘ＝１〜５
C18 H37 CONH(CH2)2 NH(CO(CH2)8CONH(CH2)2NH) X COC17 H35 ：ｘ＝１〜５
および、
C18 H37 CONH(CH2)2 NH(CO(CH2)8CONH(CH2)2NH) X COC18 H37 ：ｘ＝１〜５
のうちの少なくとも１種以上とするのが好ましい。なお、上記したアミド系潤滑剤は、環球法による軟化点が少なくとも210 ℃以上であり、酸価７以下、アミン価３以下であることが望ましい。
【００４６】
鉄基粉末混合物中に含有される潤滑剤のうち、遊離した状態で鉄基粉末間に存在する潤滑剤粉末は、アミド系潤滑剤とポリメタクリル酸メチル粉末との混合粉末またはリチウム石鹸粉末とするのが好ましい。
遊離した状態で存在する潤滑剤粉末は、加圧成形後の型抜きにおける抜き出し力を低減する作用を有する。これら遊離潤滑剤が、鉄基粉末と金型との間に分散し、型抜きの際に金型と成形体の間隙でコロのように作用し摩擦力を低減する。コロとして作用するためには、成形温度より高融点で成形時に固体状態で、しかも金型表面に一様に分散できることが必要となる。これらの条件を満足する潤滑剤としては、リチウム石鹸、あるいはアミド系潤滑剤とポリメタクリル酸メチル粉末の混合粉末が好ましい。
【００４７】
リチウム石鹸は、融点が高くさらに層状の結晶構造を有するため、型抜き時に劈開面に沿って自己崩壊し、型抜きの進展に伴い金型表面に押し広げられ、型抜き力低減に有効に作用する。リチウム石鹸としては、ステアリン酸リチウム、ヒドロキシステアリン酸リチウムなどから選ばれた１種以上が好ましい。
また、ポリメタクリル酸メチル粉末は、球状一次粒子が凝集した凝集物であることが好ましい。このような凝集構造を有するポリメタクリル酸メチル粉末は、型抜き時に微細な球状一次粒子に自己崩壊し、一次粒子は型抜きの進展に伴い金型表面に押し広げられ、型抜き力低減に有効に作用する。また、このような凝集構造は、表面に一次粒子サイズ相当の凹凸が形成され、鉄基粉末混合物の粒子間における分子間力を低減し粉体の流動性を改善するという効果もある。
【００４８】
ポリメタクリル酸メチル粉末の球状一次粒子は平均直径0.03〜５μm を有するものとするのが好ましい。球状一次粒子の平均直径が0.03μm 未満では、分子間力の低減効果が不十分となり好ましくない。一方、５μm を超えると、粒子相互の凝集力が低下し、凝集構造を維持しにくいという問題がある。また、これら球状一次粒子が凝集した凝集物は平均直径５〜50μm を有することが好ましい。凝集物の平均直径が５μm 未満では、鉄基粉末混合物の流動性が低下し、好ましくない。一方、50μm を超えると、成形時に型表面にポリメタクリル酸メチル粉末が十分分散しないという問題がある。
【００４９】
ポリメタクリル酸メチル粒子は、非常に硬く、単独では圧縮性の低下を招くため、高融点を有し、柔らかくかつ層状構造を有するアミド系潤滑剤と混合して、混合粉末として使用するのが好ましい。遊離潤滑剤として使用するアミド系潤滑剤は、前記した鉄基粉末に溶融・凝固させて使用する潤滑剤と同じものを使用するのが好ましい。
【００５０】
このように、第１の本発明によれば、鉄基粉末混合物の流動性・圧縮性が改善され、さらに流動性・圧縮性の温度依存性が常温から高温領域にわたり小さくすることができる。
つぎに、第２の本発明である、鉄基粉末混合物の製造方法について説明する。
鉄基粉末、合金用粉末の少なくともいずれかを、予め水が添加されたオルガノアルコキシシランで被覆した後、鉄基粉末および合金用粉末に１種以上の潤滑剤を加えて１次混合する。一次混合する際に添加される１種以上の潤滑剤は、カルシウム石鹸とリチウム石鹸の混合物またはカルシウム石鹸とアミド系潤滑剤の混合物とすることが好ましい。また、添加される潤滑剤が２種以上の場合には、互いに融点の異なる潤滑剤とすることが好ましい。
【００５１】
ついで、１次混合後の混合物を、潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤の融点以上に加熱しつつ攪拌して潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤を溶融し、溶融後の混合物を攪拌しながら冷却する。これにより、鉄基粉末の表面に、溶融・固着した潤滑剤で合金用粉末が付着し、場合によっては未溶融の潤滑剤をも固着する。もちろん、固着されずに遊離したままの潤滑剤が残留していてもよい。なお、１次混合後、加熱することにより、鉄基粉末、合金用粉末、潤滑剤のうちの１種以上の表面にオルガノシロキサン被膜が80％以上の被覆率で形成される。これにより、鉄基粉末混合物の流動性が改善され、さらに流動性の温度依存性が小さくなる。また、圧粉密度の温度依存性も小さくなる。
【００５２】
さらに、１種以上の潤滑剤を加えて２次混合して、鉄基粉末混合物とする。２次混合する１種以上の潤滑剤は、アミド系潤滑剤とポリメタクリル酸メチル粉末との混合粉末またはリチウム石鹸粉末とすることが好ましい。
第２の本発明において、１次混合の前に行っていたオルガノアルコキシシランによる被覆を、１次混合ののちに行ってもよい。
【００５３】
第３の本発明では、１次混合後の混合物を、加えた潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤の融点以上に加熱しつつ攪拌して、潤滑剤の内少なくとも１種の潤滑剤を溶融し、溶融後の混合物を攪拌しながら冷却し、混合粉末の温度が、冷却過程の100 〜140 ℃の温度域で、予め水が添加されたオルガノアルコキシシランを添加混合し、鉄基粉末の表面に、溶融・固着した前記潤滑剤で前記合金用粉末を付着し、場合によっては未溶融の潤滑剤をも固着するとともに、オルガノシロキサン被膜を粉末表面に被覆形成する。
【００５４】
予め水が添加されたオルガノアルコキシシランを140 ℃超えの温度域で添加すると、オルガノアルコキシシランが十分に鉄基粉末混合物と混合しない前に、重合反応が進行しオルガノシロキサン被膜の被覆率が低下する。一方、オルガノアルコキシシランの添加時期が100 ℃未満では、オルガノアルコキシシランと粉末表面との反応が進行せず、やはりオルガノシロキサン被膜の被覆率が低下するため、鉄基粉末混合物の流動性が低下し、流動性の温度依存性が大きくなる。
【００５５】
予めオルガノアルコキシシランに水を添加すると、鉄基粉末表面の酸化膜上で水酸基との縮合反応の効率が上がり、オルガノシロキサン被膜の形成が促進される。水の添加量はオルガノアルコキシシラン量に対し、0.001 〜1.0 質量％が適当である。水の添加量が0.001 質量％未満では効果が不十分であり、一方、1.0 質量％を越えると、鉄基粉末混合前にオルガノアルコキシシランが重合しゲル化するため、オルガノシロキサン被膜が形成されないことがある。
【００５６】
なお、予めオルガノアルコキシシランに水を添加することに代えて、鉄基粉末等に水を加えてからオルガノアルコキシシランを加えたり、鉄基粉末等にオルガノアルコキシシランを加えてから、そこにさらに水を加えてもよい。しかし、これらの方法で単独に水を加えると、表面張力の大きい水は一部鉄基粉末等の粒子間に液架橋を形成し偏析するため、オルガノアルコキシシランと十分に混合されず、シラノール化反応の開始・進行が不十分となる場合があり、さらに鉄基粉末の錆の原因となる。
【００５７】
オルガノアルコキシシランは、Ｒ4-m −Ｓｉ（ＯＣn Ｈ2n+1）m 〔Ｒは有機基、ｎ、ｍは整数、ｍ＝１〜３）なる構造を有する物質である。有機基Ｒは、オルガノシロキサン皮膜による摩擦低減効果に有効なものが好ましく、フェニル基とするのがより好ましく、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、トルフェニルメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリフェニルエトキシシランなどが好ましい。なお、オルガノアルコキシシランの中のアルコキシ基（Ｃn Ｈ2n+1Ｏ−）の数は、少ない方が好ましい。
【００５８】
オルガノアルコキシシランの添加量は、混合物合計量（処理粉末）100 重量部に対し、0.01〜0.1 重量部とするのが好ましい。0.01重量部未満ではオルガノシロキサン被膜の形成量が少なく、また、0.1 重量部を超えると成形体強度が低下する。
また、潤滑剤を溶融させる場合に、加熱温度が250 ℃を超えると鉄粉の酸化が進み，圧縮性の低下を招く。このため加熱温度は250 ℃以下で行う必要があり潤滑剤の少なくとも１種の融点が250 ℃以下であることが望ましい。
【００５９】
第２および第３の本発明では、１次混合する潤滑剤を１種または２種以上とし、２種以上の場合には互いに融点の異なる潤滑剤とすることが好ましい。融点の異なる２種以上の潤滑剤を鉄基粉末混合物に含有させ、加圧成形温度をこれら潤滑剤の融点の最高値と最低値の間の温度とすることにより、潤滑剤は一部溶融、残部未溶融となる。溶融した潤滑剤は、加圧成形後の型抜き時の抜き出し力の低減に、また未溶融の潤滑剤は、加圧成形時に粉体の配列・塑性変形の促進に、寄与する。これにより、鉄基粉末混合物の偏析、発塵が効果的に防止され、鉄基粉末混合物を加圧成形する際に、粉体の配列・塑性変形を促進し、加圧成形後の型抜きにおける抜き出し力を低減できる。
【００６０】
また、２次混合する１種以上の潤滑剤を、１次混合する潤滑剤と２次混合する潤滑剤との全合計量に対し、25質量％以上、80質量％以下とすることが好ましい。これにより、必要量の遊離した潤滑剤を確保でき、流動性が改善される。
なお、１次混合する１種以上の潤滑剤のうち最低融点の潤滑剤を、２次混合する１種以上の潤滑剤のうち最低融点の潤滑剤にくらべ、低融点の潤滑剤とし、温間成形法における加熱温度を両者の中間とすれば、２次混合した潤滑剤が溶解することによる鉄基粉末混合物の流動性の悪化が防止できる。
【００６１】
つぎに、本発明の鉄基粉末混合物を用いた高密度成形体の製造方法について説明する。
本発明の成形体の製造方法は、第１の本発明である上記した鉄基粉末混合物を加熱しつつ成形する温間成形法が好ましく、これにより成形体は高密度化する。なお、本発明の鉄基粉末混合物は常温成形でも十分高密度化する。
【００６２】
温間成形法における加熱温度（粉末の温度）は、１次混合および２次混合した２種以上の潤滑剤の融点のうちの最低融点以上最高融点未満の温度範囲とすることが好ましい。
１次混合および２次混合した２種以上の潤滑剤のうちの最低融点以上に加熱することにより、溶解した潤滑剤が、毛管現象によって粉体の間隙に均一に浸透し、それにより加圧成形時に粉体の再配列・塑性変形が促進され、成形体は高密度化する。また、溶融する潤滑剤は合金用粉末を鉄基粉末の表面に固着する結合剤として作用した潤滑剤である。
【００６３】
一方、加熱温度を混合した潤滑剤の最高融点未満とすることにより、２次混合した遊離した潤滑剤、さらに加えて１次混合した固体の状態で存在する潤滑剤は、圧縮時には溶融せず圧縮により高密度化した成形体の型抜き時に金型と成形体との間隙に分散して、抜き出しに要する抜出力を低減する。
全ての潤滑剤の融点未満で成形した場合、溶融状態の潤滑剤が存在せず、粉体の再配列・塑性変形が十分に進行しない。さらに、成形体の密度上昇時に粉体間隙に存在する潤滑剤が成形体表面に排出されないため、できあがった成形体の密度低下の原因となる。
【００６４】
また、全ての潤滑剤の融点を超えて成形した場合には、固体状態の潤滑剤が存在しないため、成形体の型抜き時に抜き出し力が増大し，成形体表面にキズが発生する。さらに、成形体の密度上昇時に、粉体間隙の溶融した潤滑剤が成形体表面に排出され、粗大な空孔が発生して焼結体の機械的特性の低下を招く。
ついで、これら成形体は、鉄基粉末の種類に応じた雰囲気中で焼結され、あるいはさらに浸炭処理を施されたのち、焼入れ・焼戻し処理を施されて使用される。
【００６５】
【実施例】
（実施例１）
平均粒径78μm の粉末冶金用鉄粉（鉄基粉末Ａ：アトマイズ純鉄粉）1000g に、平均粒径23μm 以下の天然黒鉛粉と平均粒径25μm 以下の銅粉（合金用粉末）を表１に示す比率（鉄基粉末と合金粉末との合計量に対する比率）で混合し、予め、0.01質量％の水を混合したトリフェニルメトキシシラン（オルガノアルコキシシラン）を、鉄基粉末と合金用粉末（黒鉛粉と銅粉）との合計量 100重量部に対し、0.03重量部噴霧した。なお、この量は粉末表面に単層のトリフェニルシロキサン（オルガノシロキサン）被膜を被覆率100 ％で形成できる添加量に相当する。
【００６６】
その後、高速ミキサーで攪拌翼回転数：1000rpm の条件下、１分間混合し、さらにステアリン酸リチウム（融点：230 ℃）0.2 重量部、ステアリン酸カルシウム（融点：148 〜155 ℃）0.1 重量部を加えて、混合（１次混合）しながら、160 ℃に加熱し、鉄基粉末と合金用粉末表面にオルガノシロキサンを形成するとともに、潤滑剤を一部溶融させたのち、85℃以下まで冷却した。
【００６７】
これにより、鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤で合金用粉末を付着させた混合粉（一次混合）となる。そして、これら一次混合した混合粉にさらに、ステアリン酸リチウム0.3 重量部を添加し、均一に攪拌混合（２次混合）したのち、混合機から排出し、本発明例の鉄基粉末混合物とした。なお、潤滑剤の添加量は鉄基粉末と合金用粉末の合計量100 重量部に対する重量部で表示した。
【００６８】
また、鉄基粉末と合金用粉末に、予め水を混合しないトリフェニルメトキシシランを噴霧した場合（比較例）、あるいは鉄基粉末と合金用粉末に、トリフェニルメトキシシランを噴霧しない場合（比較例）についても実施した。
得られた鉄基粉末混合物について、粉末表面のオルガノシロキサン被膜の被覆率測定、水分吸着性、流動性、圧縮性を調査した。
【００６９】
（１）オルガノシロキサン被膜の被覆率測定方法
オルガノシロキサン被覆を施した鉄基粉末混合物200gをエタノール中に浸漬し十分攪拌したのち、固形物を除去し、エタノール中に溶出したシリコン量からオルガノアルコキシシラン及びオルガノシロキサン量Ｂ（mol ）を定量分析した。予め添加したオルガノアルコキシシラン量Ａ（mol ）と、得られた量Ｂとの差を、粉末表面の被膜形成に寄与したオルガノアルコキシシラン量Ｃ（mol ）とし、Ｃ／Ａ×100 （％）を粉末表面におけるオルガノシロキサン被膜の被覆率（％）と見なした。
【００７０】
なお、単層のオルガノシロキサン皮膜形成（被覆率100 ％）に必要なオルガノアルコキシシラン量は次式より求めた。
オルガノアルコキシシラン量＝｛（鉄基混合粉末量（g)）×（鉄基混合粉末の比表面積（m2/g）｝／｛オルガノアルコキシシランの最小被覆面積（m2/g) ｝
なお、鉄基混合粉末の比表面積はＢＥＴ法により求め、オルガノアルコキシシランの最小被覆面積（m2/g) ｝はStraut-Briegleb の分子モデルから計算される数で、78.3×103 ／（オルガノアルコキシシランの分子量）で与えられる。
【００７１】
（２）水分吸着性試験
鉄基粉末混合物の常温（20℃）、相対湿度60％での吸着水分量を、等温吸着水分量測定装置（日本ベル（株）製ベルソープ18）で測定した。ついで、鉄基粉末混合物約５g を、恒温恒湿槽（温度：25℃、相対湿度：60％）中で１時間放置したのち、ガラス容器に移し、室温（25℃）超〜150 ℃の各温度に加熱しつつ、ガラス容器内のガスを減圧吸引した。吸引したガスを−20℃に冷却した容器に導き、トラップされた水分量を測定することにより鉄基粉末混合物から離脱した水分量を求め、常温の吸着水分量から差し引くことにより、各温度での吸着水分量を算出した。
【００７２】
（３）流動性試験
鉄基粉末混合物：100gを、室温（25℃）〜150 ℃の温度に加熱した状態で、排出孔直径φ５mmのオリフィスから排出し、排出終了までの時間（流動度）（ｓ）を測定し、流動性を調べた。さらに、加熱温度を上昇して、粉体が凝固して流動性を失う温度（凝固開始温度）を測定し、凝固開始温度とした。
【００７３】
（４）圧粉密度測定試験（圧縮性試験）
鉄基粉末混合物：7.5gを、内径：φ11mmのタブレット金型に装入し、成形圧力686MPa、成形温度：25〜150 ℃で成形し、圧粉密度を測定した。圧粉密度の測定は、成形体重量とタブレットの寸法より求めた体積との比により求めた。
測定結果を表１に示す。
【００７４】
【表１】
0004010098.tif 000002
【００７５】
本発明例は、常温での水分吸着量が少なく、さらに水分吸着量の温度依存性が小さく、流動性の温度依存性も小さい。さらに本発明例は、室温での圧粉密度の低下が少なく、調査した温度範囲での圧粉密度の変化は小さい。これに対し、予め水分添加をしないトリフェニルメトキシシランを噴霧し、粉末表面にオルガノシロキサン被膜の形成が少ない、本発明の範囲を外れる比較例（混合物No.1-2）では、常温〜130 ℃までの流動性はよいが、これを超える温度では流動性が低下し、比較的低い温度で凝集を開始している。トリフェニルメトキシシランを噴霧せず、粉末表面にオルガノシロキサン被膜の形成がなく、本発明の範囲を外れる比較例（混合物No.1-3）では、常温での水分吸着量が多く流動性は良いが、高温での水分吸着量が少なくなり流動性が低下している。さらに、圧粉密度の変化が、本発明例に比べ大きい。
【００７６】
（実施例２）
平均粒径78μm の粉末冶金用鉄粉（鉄基粉末Ａ：アトマイズ純鉄粉）1000g に、平均粒径23μm 以下の天然黒鉛粉と平均粒径25μm 以下の銅粉（合金用粉末）を表２に示す比率（鉄基粉末と合金粉末との合計量に対する比率）で混合し、予め、0.01質量％の水を混合した表２に示すオルガノアルコキシシランを、鉄基粉末と合金用粉末（黒鉛粉と銅粉）との合計量 100重量部に対し、0.05重量部噴霧した。なお、この量は粉末表面に単層のオルガノシロキサン被膜を被覆率100 ％で形成できる添加量に相当する。その後、高速ミキサーで攪拌翼回転数：1000rpm の条件下、１分間混合し、さらに表２に示す種類と添加量の潤滑剤を加えて、混合（１次混合）しながら、表２に示す温度に加熱し、鉄基粉末と合金用粉末表面にオルガノシロキサン被膜を形成するとともに、潤滑剤を一部溶融させたのち、80℃以下まで冷却した。
【００７７】
これにより、鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤で合金用粉末を付着させた混合粉（一次混合）となる。そして、これら一次混合した混合粉にさらに、表２に示す種類と添加量の潤滑剤を添加し、均一に攪拌混合（２次混合）したのち、混合機から排出し、本発明例の鉄基粉末混合物とした。なお、潤滑剤の添加量は鉄基粉末と合金用粉末の合計量100 重量部に対する重量部で表示した。
【００７８】
また、鉄基粉末と合金用粉末に、予め水を混合しないオルガノアルコキシシランを噴霧した場合（比較例）についても実施した。
得られた鉄基粉末混合物について、実施例１と同様に、粉末表面のオルガノシロキサン被膜の被覆率測定、水分吸着性、流動性、圧縮性を調査した。
測定結果を表２に示す。
【００７９】
【表２】
0004010098.tif 000003
【００８０】
【表３】
0004010098.tif 000004
【００８１】
本発明例は、常温での水分吸着量が少なく、さらに水分吸着量の温度依存性が小さく、潤滑剤の融点付近までの温度範囲で流動性の温度依存性も小さい。さらに本発明例は、室温での圧粉密度の低下が少なく、調査した温度範囲での圧粉密度の変化は小さい。これに対し、予め水分添加をしないオルガノアルコキシシランを噴霧し、粉末表面にオルガノシロキサン被膜の形成が少ない、本発明の範囲を外れる比較例（混合物No.2-5、No.2-6、No.2-7）では、常温〜120 ℃までの流動性はよいが、これを超え、添加した潤滑剤の融点よりもずっと低い温度で流動性が低下し、凝集を開始している。
【００８２】
（実施例３）
平均粒径78μm の粉末冶金用鉄粉（鉄基粉末Ｂ：還元鉄粉）1000g に、平均粒径23μm 以下の天然黒鉛粉（合金用粉末）、平均粒径25μm 以下の銅粉（合金用粉末）を表３に示す比率（鉄基粉末と合金用粉末との合計量に対する比率）で混合し、鉄基粉末と合金用粉末との合計量100 重量部に対し、ステアリン酸カルシウム（融点：148 〜155 ℃）0.15重量部、ヒドロキシステアリン酸リチウム（融点：216 ℃）0.15重量部を添加し、混合（１次混合）しながら、160 ℃に加熱しステアリン酸カルシウムを溶解したのち、110 ℃まで冷却しステアリン酸カルシウムを再凝固させ、鉄基粉末表面に合金用粉末および未溶解のステアリン酸カルシウムを付着させた。ここで、予め水を0.01質量％添加したトリフェニルメトキシシラン（オルガノアルコキシシラン）を、鉄基粉末、合金用粉末の合計量に対し、0.03重量部噴霧し、高速ミキサーで攪拌翼回転数：1000rpm の条件下、１分間混合し、85℃以下に冷却した。
【００８３】
これにより、粉末表面にオルガノシロキサン被膜を形成するとともに、鉄基粉末に溶融・固着した潤滑剤で合金用粉末を付着させた混合粉となる。この混合粉に、さらにステアリン酸リチウム（融点：230 ℃）0.3 重量部を加えて、均一に攪拌混合（２次混合）したのち、混合機から排出し、本発明例の鉄基混合物とした。
【００８４】
また、鉄基粉末、合金用粉末、潤滑剤に、予め水を添加しないトリフェニルメトキシシラン（オルガノアルコキシシラン）を噴霧した場合（比較例）、あるいは鉄基粉末、合金用粉末、潤滑剤に、トリフェニルメトキシシラン（オルガノアルコキシシラン）を噴霧しない場合（比較例）についても実施した。
得られた鉄基粉末混合物について、実施例１と同様に、粉末表面のオルガノシロキサン被膜の被覆率測定、水分吸着量、流動性、圧縮性を調査した。
その結果を表３に示す。
【００８５】
【表４】
0004010098.tif 000005
【００８６】
実施例１と同様に、本発明例は、水分吸着量も多く、しかも水分吸着量の温度依存性が小さく、流動性の温度依存性も小さい。また、本発明例は、室温での圧粉密度の低下が少なく、調査した温度範囲での圧粉密度の変化は小さい。これに対し、比較例は、いずれも、水分吸着量、流動性、圧粉密度の温度依存性が大きく、本発明例に比して低い温度で凝集が開始した。
【００８７】
（実施例４）
平均粒径（99質量％平均）78μm の粉末冶金用鋼粉（鉄基粉末Ａ：アトマイズ純鉄粉、Ｃ、Ｄ、Ｅ：部分合金化鋼粉、Ｆ、Ｇ：完全合金化鋼粉）1000g に、平均粒径23μm 以下の天然黒鉛粉（合金用粉末）、平均粒径25μm 以下の銅粉（合金用粉末）を表４に示す比率（鉄基粉末と合金用粉末との合計量に対する比率）で混合し、予め水が添加されたオルガノアルコキシシランを、鉄基粉末と合金用粉末との合計量100 重量部に対し、表４に示す量を噴霧し、高速ミキサーで攪拌翼回転数：1000rpm の条件下、１分間混合し、表４に示す各比率で潤滑剤を添加し、混合（１次混合）しながら、160 ℃に加熱し、一種以上の潤滑剤を融解したのち、85℃以下に冷却し再凝固させた。これら混合粉にさらに、表４に示す比率の各種潤滑剤を添加し、均一に攪拌混合（２次混合）したのち、混合機から排出し、鉄基粉末混合物とした。
【００８８】
なお、潤滑剤の添加量は鉄基粉末と合金用粉末の合計量100 重量部に対する重量部で表示した。なお、オルガノアルコキシシランおよび潤滑剤の配合は同様とし、一次混合で加熱をおこなわなかった場合（混合物No.4-2、No.4-4、No.4-6、No.4-8、No.4-10 、No.4-12 ）についても実施した。また、オルガノアルコキシシランの噴霧を行わず、本発明の好適範囲から外れる潤滑剤を添加し、Ｖブレンダーで単純混合した場合（混合物No.4-13 ）についても実施した。
【００８９】
得られた鉄基粉末混合物について、実施例１と同様に、粉末表面のオルガノシロキサン被膜の被覆率測定、流動性、圧縮性を調査した。
その結果を表４に示す。
【００９０】
【表５】
0004010098.tif 000006
【００９１】
【表６】
0004010098.tif 000007
【００９２】
【表７】
0004010098.tif 000008
【００９３】
【表８】
0004010098.tif 000009
【００９４】
本発明例は、比較例にくらべ粉末表面のオルガノシロキサン被膜の被覆率が高く、各温度における圧粉密度が高く、またその温度依存性も小さい。また、一次混合時に加熱を施すことにより、オルガノシロキサン被膜の生成反応が確実に進行することがわかる。また、本発明例は、単純混合した比較例にくらべ、広い温度範囲にわたり流動性、圧縮性に優れていることがわかる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、常温のみならず温間においても優れた流動性、圧縮性が得られる粉末冶金用鉄基粉末混合物を提供することが可能となった。また、本発明によれば、常温および温間において、成形時の抜出力が低減でき、成形性が改善された粉末冶金用鉄基粉末混合物を提供することが可能となった。また、本発明の鉄基粉末混合物を用い、所定の温度範囲の温間成形を行うことにより、高密度の成形体を製造でき、産業上格段の効果を奏する。さらに本発明によれば、鉄基粉末混合物の流動性の温度依存性が小さく、鉄基粉末混合物や成形用金型等の成形温度を厳密に管理する必要がなくなり、温度管理が容易になるという効果もある。また、圧粉密度の温度依存性が小さくなり、比較的低温で成形した場合でも、高い圧粉密度が得られるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】オルガノシロキサン被膜の化学構造式の一例を示す説明図である。
【図１】
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