(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄２〜７質量％、マンガン１〜７質量％、亜鉛０．５〜５質量％、アルミニウム０．０３〜０．１質量％、残部が銅からなる組成の原料粉末に、アルミニウム、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、マグネシウムの少なくともいずれか１つの酸化物が０．１〜１質量％混合されていることを特徴とする溶浸用粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄および鉄基合金粉末または鉄基混合粉末の成形体に溶浸する溶浸用粉末（銅基合金粉末または銅基混合粉末）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄系焼結部品の製造において機械部品を高密度化、高強度化、高靭性化するために銅合金の溶浸法の技術が確立されている。一般的に溶浸法では、気孔を有する鉄系圧粉体もしくは焼結体の基材に、それよりも融点の低い銅合金の圧粉体（これを溶浸材と呼ぶ。）を接触させ加熱させる。溶融した溶浸材は毛細管現象によって基材に溶浸し、溶浸体は気孔が減少することによって密度の上昇および封孔効果により機密性が向上する。さらには基材と溶浸用粉末が合金化反応することによって、焼結溶浸部品は機械的強度、硬さ、電気伝導性、耐食性、耐摩耗性が改善される。
【０００３】
一般的に溶浸用粉末に要求される特性としては、高い溶浸率（基材にのせた溶浸材の重量に対する基材に浸透した溶浸材重量の比）であること、溶浸材の残留物（残滓）が基材に付着しない、あるいは付着しても容易に除去できること等の特性が要求される。このような要求を満足させるべく、銅−鉄−マンガン系粉末に亜鉛０．５〜５質量％、アルミニウム０．０３〜０．１質量％、シリコン０．１〜２％を添加した溶浸用粉末が提案されている（例えば、下記の特許文献１）。
【特許文献１】特開昭５５−１４１５０１号公報
【０００４】
亜鉛は溶浸率を高めるために添加され、アルミニウムおよびシリコンは残滓を剥離し易くするために添加されている。しかしながら、溶浸率に関してはそれでもなお十分に高い値が得られているとは言えない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記特許文献１に記載の技術を改良することで、より溶浸性に優れた溶浸用粉末（溶浸材）を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点を解決することを目的としてなされたもので、種々溶浸材組成を検討した結果、本発明の溶浸用粉末を見出した。すなわち本発明の溶浸用粉末は、質量％で鉄２〜７％、マンガン１〜７％、亜鉛０．５〜５％、アルミニウム０．０３〜０．１％、残部は銅からなる組成の原料粉末に、アルミニウム、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、マグネシウムの少なくともいずれか１つの酸化物が０．１〜１％混合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の溶浸用粉末を使用した焼結溶浸機械部品は高い溶浸率が得られるため、高密度化および高強度化が実現される。また良好な残滓の剥離性が得られることから、生産性向上につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の溶浸用粉末の組成範囲を詳細に説明する。本発明の溶浸用粉末において、鉄は、従来から知られているように溶浸体表面の侵食を防止するために添加され、鉄の含有量は２〜７質量％である。２質量％未満ではその効果が少なく、７質量％より多いと、溶浸用粉末の融点を高くするため好ましくない。
マンガンの添加は、鉄の添加と同様に従来から知られており、その効果は基材と残滓の剥離性を改善および基材の侵食を防止することである。マンガンの含有量は１〜７質量％であり、１質量％未満ではそれらの効果が少なく、７質量％より多いと、残滓の量が増し溶浸率が低くなるため好ましくない。
【０００９】
亜鉛の添加は溶浸用粉末の融点を下げるため、基材の侵食防止および溶浸率の改善に効果がある。さらには溶浸材と基材の濡れ性を改善する効果がある。亜鉛の含有量は０．５〜５質量％である。添加量０．５質量％未満では上記効果が少なく、５質量％より多いと、溶浸過程において亜鉛の蒸発量が多くなり溶浸材の歩留まりが低下する。また蒸発した亜鉛は焼結炉を汚損する可能性があるため好ましくない。
【００１０】
アルミニウムの含有量は０．０３〜０．１質量％の範囲で溶浸性を向上する効果がある。０．０３質量％未満ではその効果が少なく、０．１質量％より多いと、残滓の量が多くなるため溶浸率が低くなり好ましくない。
従来の溶浸用粉末においてシリコンは、基材と残滓の付着を防止する目的で添加されてきたが、溶浸率を低下させる欠点を有しているため、本発明ではシリコンを除外することで溶浸率の向上を図っている。
【００１１】
アルミニウム、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、マグネシウムの酸化物は、溶浸後に残滓となり基材との剥離性を改善する。本発明では、溶浸材にシリコンを添加せず、上記酸化物の少なくともいずれか１つを添加することで従来の溶浸材よりもさらに高い溶浸率が得られ、従来と同様に良好な残滓の剥離性が得られる。
本発明の溶浸用粉末に使用される金属酸化物としては、アルミニウム、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、マグネシウムの酸化物が使用される。さらに好ましくは、アルミニウム、シリコン、チタニウムが挙げられる。
本発明では、溶浸用粉末中に、上記の酸化物が所定量配合されていることによって、溶浸用粉末中に上記酸化物を含まない従来の溶浸用粉末（例えば前記特許文献１に記載されるもの）に比べて溶浸率が高く、残滓の剥離性が優れたものとなる。
【００１２】
上記酸化物の添加量は、０．１〜１質量％の範囲で良好な残滓の剥離性が得られる。０．１質量％未満ではその効果が得られず、１質量％より多いと、溶浸率が低下するため好ましくない。本発明の溶浸用粉末は、通常の方法（例えばアトマイズ粉末、還元粉末）により粉末とされた各金属粉もしくは合金粉の混合粉末であっても、なんらその特性に影響を及ぼすものではない。上記溶浸材の原料粉末の平均粒子径は１〜３００μｍが好ましい。３００μｍを超える平均粒子径のものを混合した場合に成分偏析の原因となる。またアトマイズ粉を使用した場合は成形性が悪化する可能性がある。１μｍ未満となるとハンドリングの問題や経済的にも高価となるため好ましくない。
【００１３】
上記溶浸材に添加される酸化物の粉末は市販されているもので良く、高い溶浸率を得るには平均粒子径としては０．００１〜５μｍの粉末を使用することが好ましい。５μｍを超える平均粒子径のものを混合した場合に成分偏析の原因となる。０．００１μｍ未満となるとハンドリングの問題や経済的にも高価となるため好ましくない。
溶浸材の成形の際には潤滑剤を０．３〜１．０質量％添加されるが、本発明の溶浸材にはなんらその特性に影響を及ぼすものでは無い。
【００１４】
一般的に用いられる溶浸法は、基材（鉄基圧粉体）と溶浸材（銅基圧粉体）を接触させ、還元雰囲気内で同時に両者を加熱し、基材の焼結と溶浸を同時に行う一段溶浸法と、基材をまず一次加熱し予備焼結をした後、この焼結体に溶浸材を接触させ二次加熱することで溶浸を行う二段溶浸法がある。一段溶浸法では、加熱時のガス放出などのために溶浸の進行を妨げる可能性があり、作業の安定化のためには二段溶浸法が好まれる。また二段溶浸法では予備加熱の段階で粉末粒子間が強固に結合するため、強固な骨格構造を得られる。経済的な点では一段溶浸法が好ましいが、溶浸特性の点では二段溶浸法が好ましい。
【００１５】
本発明の溶浸用粉末は、二段溶浸はもちろん一段溶浸法においても良好な溶浸特性が得られる。以下、本発明の溶浸用粉末の実施例をより具体的に説明する。
本発明の溶浸材用粉末組成を第１表に示す。
【実施例】
【００１６】
〔実施例１〕
基材としては、鉄−1.5％銅−1％カーボンにステアリン酸亜鉛を0.8％添加した混合粉末13.7gを30×12mmの角柱状に、密度が6.3g/cm３になるように成形した圧粉体を用いる。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を1.0％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。
基材圧粉体の上に溶浸材圧粉体をのせ一段溶浸する。550℃で30分間加熱し脱ロウした後、1110℃で30分間加熱する。焼結炉内の雰囲気は、水素対窒素が3対1の混合ガス雰囲気とした。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００１７】
〔実施例２〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.6％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００１８】
〔実施例３〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.3％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００１９】
〔実施例４〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００２０】
〔実施例５〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、銅粉、鉄粉、銅−30％マンガン粉、銅−20％亜鉛粉、銅−7％アルミニウム粉、これらの粉末を実施例3と同組成となるように混合し、平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.3％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００２１】
〔実施例６〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのAl2O3粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００２２】
〔実施例７〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのSiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００２３】
〔実施例８〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのAl2O3粉末を0.1％とSiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００２４】
〔実施例９〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのZrO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００２５】
〔実施例１０〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのMgO粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００２６】
〔実施例１１〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−2％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００２７】
〔実施例１２〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−7％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００２８】
〔実施例１３〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−1％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００２９】
〔実施例１４〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−7％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００３０】
〔実施例１５〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−0.5％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００３１】
〔実施例１６〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−5％亜鉛−0.07％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００３２】
〔実施例１７〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.03％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００３３】
〔実施例１８〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.1％アルミニウムの粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００３４】
〔比較例１〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウム−0.1％シリコン粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００３５】
〔比較例２〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウム−0.6％シリコン粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に成形圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００３６】
〔比較例３〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウム−1％シリコン粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００３７】
〔比較例４〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウム−0.6％シリコン粉末に平均粒子径0.5μｍのTiO2粉末を0.1％添加した混合粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００３８】
〔比較例５〕
基材としては、実施例１と同様の方法で作成したものを使用する。溶浸材としては、アトマイズ法により作成した銅−4％鉄−2.5％マンガン−2％亜鉛−0.07％アルミニウム粉末3.15ｇ(基材の気孔に対し80vol％となる溶浸材の量)を30×12mmの角柱状に圧力500MPaで成形した圧粉体を用いた。上記圧粉体を実施例１と同様の方法で溶浸した。得られた溶浸体の特性を併せて第１表に示す。
【００３９】
【表１】
0004857206.tif 000002
【００４０】
実施例１〜１８に示すように本発明の溶浸材用粉末組成の範囲においては、どの溶浸材も溶浸率９３％以上と比較例１〜４に比べて５〜１０％ほど高い溶浸率が得られた。また実施例１〜１８の溶浸材の残滓は比較例１〜４と同様に溶浸後すでに溶浸体から剥離した状態であり、良好な剥離性が得られた。比較例５に示すようにシリコンを含まない溶浸材は高い溶浸率を得られるが、溶浸体に残滓が若干付着した。本発明の溶浸用粉末はシリコンを含まずとも、良好な残滓の剥離性が得られた。実施例１〜１８の溶浸体の硬さ（ロックウェルＢ）は比較例１〜４に比べて高く、９０以上の値が得られた。
以上詳細に記した通り、本発明の溶浸用粉末は溶浸率が高く、溶浸材の残滓の剥離性に優れる。従来の溶浸材よりも溶浸率が向上したことにより、溶浸材の使用量を低減することができるため経済的に優位となる。また本発明の溶浸材は、良好な残滓の剥離性を有しつつ従来使用されている溶浸材よりも高い溶浸率が得られることから、これまでに得られなかった溶浸体の特性を有することを可能にした。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の溶浸材用粉末は、鉄基基材への溶浸性に優れるため、溶浸体の密度を高くし、機械的強度、硬さ等を改善する。