(57)【要約】【課題】成形性が良く、取扱い時の安全性が高く、９００℃以下の低焼結温度下においても、緻密で優れた特性を有するＣｕ−Ａｌ焼結合金の得られる焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末及びその製造方法を提供する。【解決手段】上記の課題は、４０〜６０質量％Ａｌ粉末と残部がＣｕ粉末の混合粉末を還元性または不活性雰囲気中で５４０〜５６０℃の加熱処理を１０〜６０分間施し、粉砕して得られたＡｌ−Ｃｕ部分化合金粉末、或いはＣｕ塩水溶液中にＡｌ粉末を浸漬して４０〜６０質量％Ｃｕを析出させたＣｕ被覆Ａｌ粉末をＡｌ源とした焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末に、０．０５〜１質量％のＰ、０．５〜４質量％のＳｉおよび０．１〜１質量％のＳｎの３成分を添加することにより解決される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１〜１２質量％Ａｌと残部をＣｕとする合計１００質量％に対して、Ｐが０．０５〜１質量％、Ｓｉが０．５〜４質量％、Ｓｎが０．１〜１質量％の範囲内で含有されていることを特徴とする焼結アルミニウム含有銅合金用混合粉末。
【請求項２】
粉末冶金に使用される焼結アルミニウム含有銅合金用混合粉末を製造するための方法であって、当該方法が、４０〜６０質量％のＡｌ粉末と残部をＣｕ粉末とした混合粉末を還元性または不活性雰囲気中において加熱処理した後、粉砕を行い、Ａｌ源として、Ａｌ、ＣｕおよびＡｌ−Ｃｕ合金の３組成よりなる部分拡散合金粉末を製造する工程、及び、前記Ａｌ源を用いて、１〜１２質量％Ａｌと残部をＣｕとする合計１００質量％に対して、Ｐ０．０５〜１質量％、Ｓｉ０．５〜４質量％、Ｓｎ０．１〜１質量％を添加する工程を含むことを特徴とする焼結アルミニウム含有銅合金用混合粉末の製造方法。
【請求項３】
粉末冶金に使用される焼結アルミニウム含有銅合金用混合粉末を製造するための方法であって、当該方法が、金属塩水溶液中にＡｌ粉末を浸漬して、イオン化傾向の差で金属ＡｌとＣｕイオンを置換することにより、Ａｌ源として、Ｃｕ被覆が４０〜６０質量％を占めるＣｕ被覆Ａｌ粉末を製造する工程、及び、前記Ａｌ源を用いて、１〜１２質量％Ａｌと残部をＣｕとする合計１００質量％に対して、Ｐ０．０５〜１質量％、Ｓｉ０．５〜４質量％、Ｓｎ０．１〜１質量％を添加する工程を含むことを特徴とする焼結アルミニウム含有銅合金用混合粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形性および焼結性の優れた焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ含有Ｃｕ合金は、優れた機械的特性と耐食性を有し、種々の産業製品に用いられている。従来から多量生産に適した粉末冶金法による焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金を得るための研究開発が続けられているが、焼結時に生成する酸化Ａｌの皮膜が焼結を阻害するために十分な強度を有する焼結体を容易に得ることができず広く実用には供されてない。
【０００３】
Ｃｕ粉末とＡｌ粉末の混合粉末を原料粉末とする焼結においては、Ａｌ−Ｃｕ合金の５４８℃からの共晶融体の出現を契機として、γ２相形成の生成熱による異常膨張により、焼結密度は圧粉密度よりも低くなり緻密な焼結体は得難い（例えば、非特許文献１参照）。また焼結進行阻害原因となるＡｌ含有粉末表面の安定なＡｌ２Ｏ３皮膜の破壊については、Ｃの存在下、１０００℃以上の高温下で０．１３Ｐａ以下の真空雰囲気下で進行し、１０００℃のＨ２雰囲気下での還元は困難である（例えば、非特許文献２および非特許文献３参照）。従って広く利用されているＣｕ系の焼結炉による還元性ガス雰囲気下において、緻密で優れた機械的特性を有する焼結体の得られる焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末を提供することは極めて困難である。
【非特許文献１】三谷、横田著「日本金属学会誌」日本金属学会出版、１９７０年、第３４巻  ９０４頁
【非特許文献２】橋本、大森他著「粉体および粉末冶金」粉体粉末冶金協会、１９８２年、第２９巻  第６号  ２１５頁
【非特許文献３】橋本、大森他著「粉体および粉末冶金」粉体粉末冶金協会、１９８３年、第３０巻  第２号  ６８頁
【０００４】
これまでにＣｕ粉末とＡｌ源をＡｌ−Ｃｕ合金粉末とした混合粉末を用いて、Ａｌ−Ｃｕ合金の５４８℃の共晶温度で急激に発生する液相を利用した焼結性の改良技術が公開されているが、圧粉密度に対する焼結密度の上昇度合が低く緻密な焼結体が得られなかった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公昭４８−２９９６３号公報
【０００５】
また、Ｃｕ粉末とＡｌ源をＡｌ−Ｃｕ合金粉末とした混合粉末にＴｉ或いはＰを少量添加した焼結促進効果を得る技術（例えば、特許文献２および特許文献３参照）も開示されているが、Ａｌ源に６．５〜１０質量％Ａｌ−Ｃｕ合金粉末を用いた混合粉末においては合金粉末の硬さに起因する成形性の低下が圧粉体の強度不足をきたし、ハンドリング時の破損問題がある。一方、Ａｌ源に６７質量％Ａｌ−Ｃｕ合金粉末を用いた混合粉末では、焼結時に前記共晶融体の急激な出現によるγ２相の生成熱による膨張が関与し、ＴｉまたはＰによる焼結促進効果は不十分なものとなり、緻密で機械的強度の優れた焼結体は得られない。
【特許文献２】特開昭５６−１５２９０１号公報
【特許文献３】特開昭５６−１５２９０２号公報
【０００６】
さらに、２〜１４質量％Ａｌに１〜１２質量％Ｓｎを含有させＣｕ−Ａｌ−Ｓｎ組成として、焼結時に発生するＣｕ−Ｓｎ合金の液相による焼結促進効果によって、成形性に優れた純Ａｌ粉末またはＡｌ合金粉末を利用可能とした技術（例えば、特許文献４参照）が開示されている。しかし、Ａｌ粉末を用いると多量継続的に取り扱う混合成形工程においては、金型へのＡｌ付着によるガジリの発生、他の粉末よりも軽くて飛散し易いＡｌ粉末に対する設備上の安全対策が必要となる問題点がある。また、高濃度Ｓｎ添加品においても顕著な焼結促進効果は９３０℃以上の焼結温度で得られるもので、広く利用されているＣｕ系焼結炉での焼結には適さず、またＳｎ添加に伴う原材料のコスト増も伴い生産、経済性面で問題がある。
【特許文献４】特開２００１−２７１１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点をその原因となる混合原料粉末のＡｌ源として純Ａｌ粉末或いはＣｕ−Ａｌ合金粉末の使用を避け、９００℃程度の比較的低い焼結温度下においても緻密で機械的強度に優れた焼結体の得られる多量生産に適した焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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ある。その結果、
（１）成形性が良く圧粉体の強度が容易に得られる焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末のＡｌ源として、４０〜６０質量％のＡｌ粉末と残部をＣｕ粉末とした混合粉末を非酸化性、或いは還元性雰囲気下５４０〜５６０℃の温度で３０分間の加熱処理を施し、得られたケーキを粉砕、粒度調整をしたＣｕ、ＡｌおよびＡｌ−Ｃｕ合金組成からなる部分拡散合金粉末（以下、Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末と称する）および／またはＣｕ塩水溶液中にＡｌ粉末を浸漬して得られた４０〜６０質量％Ａｌと残部ＣｕとするＣｕ被覆Ａｌ粉末を用いることによって、粉末の硬さに起因する成形時の問題が改善され、同時にＡｌ粉末とＣｕ粉末の加熱やメッキによる造粒で、軽いＡｌ単体粒子の吸引飛散に伴う取扱上の問題も解決する、という研究結果が得られたのである。
【０００９】
前記（１）記載の発明による粉末をＡｌ源として、Ｃｕ粉末を加えて目的濃度のＡｌ含有比率に調整された焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末は優れた成形性を有するものの、９００℃以下の還元ガス雰囲気下で加熱して得られた焼結体の密度および強度は十分ではなく、そのために本発明者は、９００℃以下の温度で加熱して得られた焼結体においても緻密で機械的強度に優れた焼結体の得られる研究を行った。その結果、
（２）ＡｌとＣｕ成分の合計が１００質量％に対して、Ｐ，ＳｉおよびＳｎの３成分をそれぞれＰ＝０．０５〜１質量％、Ｓｉ＝０．５〜４質量％、Ｓｎ＝０．１〜１質量％の範囲で共存させることによって、９００℃以下の焼結温度で、緻密で優れた機械的強度の有する焼結体が得られることを見出した。Ｐは焼結時の固液相間の濡れ性を高め、Ｓｉ成分添加により生ずる液相発生温度を低温側へ移行させる効果がある。Ｓｉは焼結過程で形成された焼結進行阻害相に対して、Ｃｕ−Ｓｉ系液相を発生させ、焼結を促進させる。ＳｎはＳｉ成分添加に伴う成形性の低下を補い、さらにＰと同様にＳｉ成分添加により生成される液相発生温度を低下させる効果がある。ＰおよびＳｎの両成分共存下においては、その相乗効果により、Ｓｉ成分添加により生成する液相発生温度は８８０℃近傍まで低下し、低温度下での焼結体の緻密化を実現した。また、Ｓｉ成分添加による硬さの上昇は、同程度の硬さを得るＡｌ含有Ｃｕ合金粉末のＡｌ濃度の低減を可能とし、焼結原料粉末の易焼結化を高めた。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果としては、成形性に優れ、低焼結温度でも緻密で優れた機械的強度を有する焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金を経済的に容易に得ることが可能となり、従来焼結Ｃｕ系合金にて対応できなかった機械的強度、耐食性および耐熱性を求められる焼結部品への用途展開ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末は、１〜１２質量％Ａｌと残部をＣｕとする合計１００質量％に対して、Ｐが０．０５〜１質量％、Ｓｉが０．５〜４質量％、Ｓｎが０．１〜１質量％の範囲内で含有されていることを特徴とする。
【００１２】
又、上記の焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末を製造するための本発明の製法は、４０〜６０質量％のＡｌ粉末と残部をＣｕ粉末とした混合粉末を還元性または不活性雰囲気中において加熱処理した後、粉砕を行うことによって、Ａｌ、ＣｕおよびＡｌ−Ｃｕ合金の３組成よりなる部分拡散合金粉末を製造し、これをＡｌ源として準備する工程と、前記Ａｌ源を用いて、１〜１２質量％Ａｌと残部をＣｕとする合計１００質量％に対して、Ｐ０．０５〜１質量％、Ｓｉ０．５〜４質量％、Ｓｎ０．１〜１質量％を添加する工程を含むことを特徴とする。この際、部分拡散合金粉末の好ましい粒度は、１８０μｍ通過粉末で４５μｍ通過粉末比率６０質量％以下である。１８０μｍ以上の粒度では焼結体に粗大な空孔を生じ、４５μｍ通過粉比率が６０質量％を超えると見掛密度が低下して流動性が悪化し、好ましくない。尚、本発明では、加熱処理を行う際の温度範囲は５４０〜５６０℃であり、５４０℃よりも低い場合には凝集固化が認められず、逆に５６０℃よりも高い場合には、圧粉密度が低下し、成形性が低下する。この際の加熱処理時間としては１０〜６０分間が好適である。
【００１３】
又、上記の焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末を製造するための本発明の製法は、金属塩水溶液（例えば、硫酸銅水溶液）中にＡｌ粉末を浸漬して、イオン化傾向の差で金属ＡｌとＣｕイオンを置換することで、４０〜６０質量％のＣｕによりＡｌ表面が被覆されたＣｕ被覆Ａｌ粉末を得、このようにして得られたＣｕ被覆Ａｌ粉末をＡｌ源として準備する工程と、前記Ａｌ源を用いて、１〜１２質量％Ａｌと残部をＣｕとする合計１００質量％に対して、Ｐ０．０５〜１質量％、Ｓｉ０．５〜４質量％、Ｓｎ０．１〜１質量％を添加する工程を含むことを特徴とするものでもある。
【００１４】
本発明の焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末は、Ｃｕ粉末とＡｌ源を軟質なＡｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末或いはＣｕ被覆Ａｌ粉末とした混合粉末である。このようなＡｌ源からなる焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末は、Ｃｕ粉末とＡｌ粉末の混合粉末に近い良好な成形性とＣｕ−Ａｌ合金粉末の混合粉が有する取扱時の安全性を確保するものである。
【００１５】
このように、本発明による焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末は、そのＡｌ源とする粉末の軟質化とＡｌ−Ｃｕの複合粉末化することにより、〔特許文献１〕、〔特許文献２〕および〔特許文献３〕に記載のＡｌ源がＣｕ−Ａｌ合金粉末からなるＡｌ含有Ｃｕ合金用粉末よりも、遥かに良好な成形性が得られ、〔特許文献４〕に記載されたＡｌ粉末を混合した焼結材料粉末では得られない使用工程における集塵設備等へのＡｌ粉末の優先的回収を解消した安全性の確保されるものである。
【００１６】
また、Ａｌ含有Ｃｕ合金用粉末へＰ，ＳｉおよびＳｎの３成分元素を共存させることによる液相焼結促進と低Ａｌ濃度での焼結体の硬さ上昇効果は、〔特許文献１〕、〔特許文献２〕、〔特許文献３〕および〔特許文献４〕に記載されたＡｌ含有Ｃｕ合金用粉末では得られなかった９００℃以下の焼結温度条件下での、緻密で優れた機械的強度の有する焼結体を得ることにつなげたものである。
【００１７】
本発明によると、Ａｌ粉末は噴霧法と機械粉砕法によるものが一般的であるが、粉末の取扱易さと経済的観点から噴霧粉末が好ましい。Ｃｕ粉末は圧粉体強度の得られる電解法により製造した粒度−７４μｍの粉末が好ましく、さほど圧粉体強度の必要としない場合は、流動性の良い噴霧Ｃｕ粉末も利用可能である。Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末組成は４０〜６０質量％のＡｌの範囲とするのが好ましく、４０質量％未満のＡｌとして得られた粉末をＡｌ源とした焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末は、Ｃｕ粉末混合比率の減少による加圧成形時の圧粉密度の低下と融点の高い合金相生成による低温焼結下でのＣｕ−Ｓｉ系発生液相量を減少させ、焼結促進元素の添加効果が小さくなることによる。逆に６０質量％を超えるＡｌを含有する粉末は、Ｃｕ粒子と未反応のＡｌ粒子の増加により、Ａｌ源として配合された時に、未反応Ａｌ粒子は吸引飛散し、集塵設備にはＡｌ混合粉末と同様の安全対策が必要となり好ましくないことによる。
５６０℃を超えて加熱処理行うとＣｕ−Ａｌ合金(θ)の生成が進み、Ａｌ源として配合された粉末の圧粉密度の低下をきたす。逆に５４０℃よりも低い温度で加熱処理を行ったものは、Ｃｕ粒子とＡｌ粒子の凝集固化を図ることができない。
【００１８】
Ｃｕ被覆Ａｌ粉末においてもＡｌの範囲を４０〜６０質量％の範囲とするのが好ましい。Ａｌが４０質量％未満である粉末は、焼結過程で合金化した粉末比率が高くなり、先に記載した部分拡散合金粉末と同様に液相焼結促進効果が小さくなることと、Ｃｕ被覆比率の増加によるコスト的な観点から好ましくない。Ａｌの割合の上限が６０質量％である理由は、Ａｌ比率の上昇による見掛密度の低下により、配合するＣｕ粉末よりも吸引飛散され易い粉末となり、製造工程中の飛散粉回収設備において、Ａｌ混合粉末と同様の防爆対策が必要となるからである。
【００１９】
本発明によるとＰ、ＳｉおよびＳｎの３成分共存下での焼結促進効果を得るためには、Ａｌ源とする粉末はＡｌが４０質量％以上含み残部がＣｕとなる部分拡散合金およびＣｕ被覆粉末が好ましい。４０質量％未満のＡｌとして得られた粉末をＡｌ源とした焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末は、低温焼結下での発生液相量が少なくなり、十分な焼結促進効果が得られない。
添加するＰ、ＳｉおよびＳｎにおいて、Ｐの添加はＰ単体での取扱が困難であることから、Ｃｕ、Ｆｅ或いはＮｉとの合金粉末を利用するのが一般的であるが、低温度での焼結促進効果と見掛密度が混合他粉末に近く均質混合のされ易い機械粉砕法による１５質量％Ｐ−Ｃｕ合金粉末の粒度−７４μｍの粉末とするのが好ましい。Ｐ成分としての添加量は、ＡｌとＣｕ合計１００質量％に対して、０．０５質量％未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、逆に１質量％を超えると、得られた焼結体が脆くなり、最適には０．１〜０．５質量％である。
Ｓｉの添加は機械粉砕によるＳｉ粉末或いはＣｕまたはＦｅとの合金粉末での利用も可能であるが、見掛密度の低いＳｉ粉末を避けＳｉの均質分散化と経済的な利点を考慮し、Ｆｅ−７５質量％Ｓｉ合金を機械粉砕法により製造した粒度−６３μｍの粉末とするのが好ましい。Ｓｉ成分としての添加量はＡｌとＣｕ合計１００質量％に対して、０．５質量％未満では発生する液相量が少なく低温下での液相焼結促進効果が不十分となり、緻密で硬さの有する焼結体が得られず、逆に４質量％を超えるＳｉとして得られた焼結体は硬くて脆くなり、最適には１〜３質量％である。
Ｓｎの添加はその軟質な特性を得るために、Ｓｎ合金粉末での添加は避け、混合他粉末の見掛密度に近く均質混合のされ易い搗砕法により製造した粒度−７４μｍの粉末を用いるのが好ましい。ＡｌとＣｕ合計１００質量％に対して、０．１質量％未満の添加ではＳｎ粉末添加による圧粉密度の上昇効果が得られず、逆に１質量％を超えると粒界に高濃度Ｓｎが析出し、焼結体外観品質の低下をきたし好ましくないことによるものである。
【００２０】
本発明による焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末は、２００〜５００ＭＰａで金型成型した後に、非酸化性或いは還元性雰囲気中８８０〜９２０℃での焼結により、優れた機械的特性および耐食性を有する焼結体となる。
以下、本発明を実施例で詳細に説明する。
【実施例】
【００２１】
〔実施例１〕
噴霧法により製造した粒度−７４μｍのＡｌ粉末と電解法により製造した粒度−７４μｍのＣｕ粉末を用意した。表１に示される割合で配合した混合粉末の見掛密度試験を実施した後、Ａ−１〜９の各混合粉末を窒素ガス雰囲気中で表１に示される温度まで昇温後３０分間の熱処理を施し、各熱処理済み混合粉末を黒鉛ボートから鉄鉢に取り出し、造粒固化ケーキ生成の有無を目視判定後、粉砕し−１５０μｍの粉末に粒度を調整したＡｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末を作成した。表１に凝集固化ケーキ生成の有無、熱処理前後の見掛密度試験および粉塵爆発試験結果を示した。またＡ−３、Ａ−６、Ａ−７の各熱処理後得られた粉末と５０質量％Ａｌ‐Ｃｕ母合金粉砕粉末および５０質量％Ａｌ粉末と５０質量％Ｃｕ粉末の混合粉末のＸ線回折試験を実施し、図１１に示す。
【００２２】
〔実施例２〕
Ｃｕ濃度３０ｇ／Ｌの硫酸銅水溶液と噴霧法により製造した粒度−７４μｍのＡｌ粉末を用意した。表２に示される体積の硫酸銅水溶液を６０℃に加温した中へ表２に示される質量のＡｌ粉末を投入し、これを攪拌しつつ置換メッキを行い、硫酸銅水溶液の色調が無色となった時点を終点とした。そして、濾別、洗浄、乾燥し、各条件Ｂ−１〜５のＣｕ被覆Ａｌ粉末を作成した。得られた粉末のＣｕ定量分析および粉塵爆発試験を実施し、それらの結果を表２に示した。
【００２３】
〔実施例３〕
前記による実施例１と実施例２で作成したＡｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末とＣｕ被覆Ａｌ粉末および５０質量％Ａｌ−Ｃｕ母合金を機械粉砕法により製造した粒度−７４μｍのＡｌ−Ｃｕ合金粉末、電解法により製造した粒度−７４μｍのＣｕ粉末と噴霧法により製造した粒度−７４μｍのＡｌ粉末を用意した。各粉末を表３に示された割合に配合して９０質量％Ｃｕ−１０質量％Ａｌ組成とし、さらに０．５質量％のステアリン酸亜鉛粉末を潤滑剤として添加後、混合してＣ−１〜１６の圧粉密度試験用の各混合粉末をそれぞれ作成した。この混合粉末各３．００ｇを円柱形状の断面積が１００ｍｍ２とした金型に充填し、３００ＭＰａで成形して得られた円柱形状圧粉体の圧粉密度を表３に示した。
【００２４】
【表１】
2009007650.tif 000002
【００２５】
【表２】
2009007650.tif 000003
【００２６】
【表３】
2009007650.tif 000004
【００２７】
（１）Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末の安全性と圧粉密度に対する熱処理温度の影響
表１に示される凝集固化ケーキの生成有無の判定結果から、本発明に従う熱処理温度範囲の下限から外れるＡ−６では凝集固化が認められず、見掛密度試験値においても熱処理前の混合粉末の試験値と差異はなく、吸引、飛散され易い低い値を示す。また逆に、熱処理温度範囲の上限を超えるＡ−７をＡｌ源とした表３に示されるＣｕ−１０質量％Ａｌ組成に調整された混合粉末Ｃ−７の圧粉密度は、図３に示されるように処理温度の上昇に伴い圧粉密度は低下し、比較例Ｃ−１５の５０質量％Ａｌ−Ｃｕ合金粉末を用いた混合粉末と同水準の低い値を示し成形性は悪化する。これは図１１のＸ線回折試験結果により、Ａ−６の５３０℃熱処理ではＡｌとＣｕが強く検出され、合金化は殆ど進行なくＡｌとＣｕ粉末の混合粉末の試験結果に近い形態が確認される。Ａ−７の５７０℃熱処理粉末では逆にＣｕ、Ａｌが殆ど検出されず、母合金粉砕粉末に近い形態まで合金化が進行していることが窺える。Ａ−３の５５０℃熱処理ではＣｕ、ＡｌおよびＣｕＡｌ２の各ピークが検出され、生成された造粒粉末はＣｕ、ＡｌとＣｕＡｌ２より形成されていることが確認される。      
本発明はＣｕ−Ａｌ二元系状態図による５４８℃の共晶を利用して、ＡｌとＣｕ粒子の接触部分での共晶生成による周囲粒子の造粒をはかり、Ａｌ粉末の取扱にかかる問題解消と、混合粉末に近い良好な成形性を有する部分拡散合金粉末を得るものである。これは図１に示される５４０℃から５６０℃の温度範囲で熱処理を施すことにより、Ａｌ粉末とＣｕ粉末の結合をはかり、粉末の見掛密度を高めて吸引、飛散され難いＡｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末を得るものである。しかし、５６０℃を超える温度による処理粉末では、ＡｌのＣｕ粉末への拡散が進行した粉末硬度の高いＣｕ−Ａｌ合金粉末化が進み、図３からも判るように良好な成形性を有する粉末は得られないことは明白である。
【００２８】
（２）Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末の安全性と圧粉密度に対するＡｌ混合比率の影響
図２に示すように、Ａｌ粉末混合比率を３０〜７０質量％へと高めるに従い熱処理前後の両粉に見掛密度の低下は顕著であるが、Ａｌ粉末の混合比率を範囲外の７０質量％Ａｌとした表１によるＡ−９では粉塵爆発が確認される。また、熱処理により得られた粉末の見掛密度の上昇は小さく、熱処理前の値に近いもので低い。これはＡｌ比率が高くなると、混合粉末を黒鉛ボートに充填した加圧成形されていない状態での加熱処理では、Ｃｕ粒子と接触しないＡｌ粒子が増え、共晶温度直上の熱処理であるが、ＡｌのＣｕ粒子への拡散に伴う液相生成量は少なくなり、造粒固化ケーキの解砕時に未反応Ａｌ粒子が多数再分散するためと考えられる。従って、軽くて吸引飛散され易いＡｌ粉末比率は増加し、Ａｌ粉末取扱にかかる問題解消とならないことは明らかである。逆にＡｌ混合比率下限を外れる３０質量％ＡｌとしたＡ−８は、熱処理前後の見掛密度の上昇比率か高く、吸引飛散の少ない見掛密度の高い粉末を得られるが、その粉末をＡｌ源としてＣｕ−１０質量％Ａｌ組成に調整された表３による混合粉末Ｃ−８の圧粉密度は、図４に示すように熱処理粉末のＡｌ混合比率の低下に比例して低くなり、目的とする高圧粉密度を示す粉末は得られない。これは部分化合金粉末成分中のＡｌ比率の減少に伴い組成の調整時に添加されるＣｕ粉末配合量が減少することによるものと考えられる。
【００２９】
（３）Ｃｕ被覆Ａｌ粉末の安全性と圧粉密度に対するＣｕ被覆比率の影響
表２に示されるＣｕ被覆Ａｌ粉末の粉塵爆発試験結果から、Ｃｕ被覆比率を３０質量％とした本発明のＣｕ被覆範囲下限から外れるＢ−４では粉塵爆発が確認され、Ｃｕ被覆比率の低下に従って混合されるＣｕ粉末よりも軽くて集塵設備に回収され易くなることから、安全上の対策が必要となる。また、Ｃｕ被覆Ａｌ粉末をＡｌ源として、表３に示されるＣｕ−１０質量％Ａｌ成分に調整された記号Ｃ−１０〜１４の圧粉密度試験結果は何れも高い値を示し、比較例として掲げたＣ−１５の５０Ａｌ−Ｃｕ合金粉末をＡｌ源とした混合粉末よりも圧粉密度は高く、成形性が良好であることは図５でも明確である。これは軟質なＡｌにＣｕを析出させたものであり、粉末硬さがＡｌ−Ｃｕ合金粉末よりも低いことによるものである。
【００３０】
〔実施例４〕
（成形性および焼結性に対するＰ，Ｓｉ，Ｓｎの３元素添加の影響）
前記実施例１によるＡ−３の熱処理温度５５０℃とした５０質量％Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末、実施例２のＢ−２によるＣｕ被覆５０質量％Ａｌ粉末、実施例３で用いたのと同じ５０質量％Ａｌ−Ｃｕ合金粉末、Ｃｕ粉末、Ａｌ粉末および焼結促進効果を得ることを目的とした何れも粒度−７４μｍの１５質量％Ｐ-Ｃｕ合金粉末、Ｆｅ−７５Ｓｉ合金粉末とＳｎ粉末を用意した。各粉末を表４に示された割合に配合した合計１００質量％に対して、さらに０．５質量％のステアリン酸亜鉛粉末を潤滑剤として添加後、混合してＤ−１〜１９の各混合粉末をそれぞれ作成した。この混合粉末各３．００ｇを円柱形状の断面積が１００ｍｍ２とした金型に充填し、３００ＭＰａで成形して得られた圧粉体の圧粉密度試験後、圧粉体をステンレス製ボートに載せて、水素と窒素混合ガス（Ｈ２：Ｎ２＝３：１）気流中にて、６質量％Ａｌ配合としたＤ−１〜１４は８９０℃で、１０質量％ＡｌとしたＤ−１５〜１９は９００℃で３０分間加熱し、得られた焼結体の焼結密度および硬さ試験を実施し、それぞれの結果と焼結密度を圧粉密度で除した値を表４に示した。また、Ｄ−１〜１９の各混合粉末４．００ｇを外形１４ｍｍ、内径７ｍｍの円筒形状となる金型に充填し、４００ＭＰａで成形して得られた圧粉体を前記と同じ焼結条件下でＤ−１〜１４は８９０℃で、Ｄ−１５〜１９は９００℃で３０分間加熱し、得られた円筒形状焼結体の圧環強度試験を行い表４に併せてその結果を示した。
さらに、Ｄ−１、Ｄ−３、Ｄ−４、Ｄ−５、Ｄ−６およびＤ−８の各混合粉末を圧粉密度試験と同条件で成形した圧粉体を作成し、それぞれ１００〜２００ｍｇの小片に加工後、窒素雰囲気中での示差熱分析試験を行いその結果を図１２に示した。
【００３１】
【表４】
2009007650.tif 000005
【００３２】
（１）Ｓｎ添加による圧粉密度への影響
表４のＤ−１〜８に５０質量％Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末をＡｌ源としたＣｕ−６質量％Ａｌ混合粉末へのＰ、Ｓｉ、およびＳｎの各添加組合せによる圧粉密度試験結果が示されているが、Ｓｎ添加効果をＤ−１と７、Ｄ−２と８、Ｄ−５と６、Ｄ−３と４でそれぞれ比較すると、何れも図６に示すようにＳｎを添加したＤ−７，８，６，４で圧粉密度が上昇し、軟質なＳｎ添加による圧粉密度上昇効果は明確であり、比重の小さいＳｉ成分添加に伴う圧粉密度低下を補うものである。
【００３３】
（２）Ｐ，Ｓｉ，Ｓｎの3成分添加による焼結体特性への影響
表４に示すＤ−１〜８の８９０℃での焼結密度試験結果から、Ｐ，Ｓｉ，Ｓｎの３成分を添加したＤ−４で顕著に焼結時の密度上昇が確認される。焼結密度を圧粉密度で除した対圧粉密度比を示す図７では、その比が１．０以下にあるＳｎのみ添加したＤ−７では焼結膨張し、また他の１或いは２成分いずれの組合せによる添加においてもその比は１．０３以下で焼結による密度の顕著な上昇効果はなく、３成分添加のＤ−４のみにその比が１．１５と大きな上昇が確認され、相乗効果による焼結促進が図られたことは明白である。一方焼結体の圧環強度は高焼結密度の得られたＰ，Ｓｉ，Ｓｎの３成分を添加したＤ−４が図８で示されるように、他と水準の異なる高い値を示す。硬さ試験においてはＳｉ成分を添加したＤ−３，４，５，および６は他の添加されていないものと先の図８で比較すると、顕著に硬さの上昇が認められ、効果は明確である。
【００３４】
（３）異なるＡｌ源を用いたＣｕ−６質量％Ａｌ混合粉末でのＰ，Ｓｉ，Ｓｎの３成分添加による焼結体特性への影響
異なるＡｌ源を用いてＡｌ含有比率を６質量％とした表４の記号Ｄ−１，Ｄ−４，Ｄ−９〜１４の試験結果から、Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末、Ｃｕ被覆Ａｌ粉末、Ａｌ−Ｃｕ母合金およびＡｌ粉末とＡｌ源は異なっていても、Ｃｕ−Ａｌ混合粉末に対するＰ，Ｓｉ，Ｓｎの３成分添加をしたＤ−４，Ｄ−１２〜１４の圧粉密度に対する焼結密度の上昇は、図９に示すように顕著である。また、得られた焼結体の圧環強度および硬さにおいても、３成分の添加されていないＤ−１，Ｄ−９〜１１とそれぞれ比較すると図１０に示されるように、３成分添加による８９０℃でのＣｕ−Ａｌ混合粉末に対する焼結促進効果は明らかである。図１２に示す示差熱分析結果でＳｉ成分の添加されていないＤ−１およびＤ−８では７００から９５０℃の温度間に変化は検出されない。一方、Ｓｉ成分の添加されているＤ−３、−４、−５および−６では８８２から９２８℃の間に吸熱反応の起点があり、Ｓｉ、ＰおよびＳｎの３成分添加したＤ−４の起点が最も低い８８２℃である。これはＤ−５において検出される９２８℃のＣｕ−Ｓｉ系の液相に対して、さらにＰ、Ｓｎ成分が加わり、液相発生温度を低下せしめたものと考えられ、これらの試験結果からもＳｉ、ＰおよびＳｎの３成分添加による相乗効果が液相焼結を促進させることは明確である。
【００３５】
（４）Ｃｕ−１０質量％Ａｌ混合粉末でのＰ，Ｓｉ，Ｓｎ添加による焼結体特性への影響
異なるＡｌ源を用いてＡｌ含有比率を１０質量％とした表４の記号Ｄ−１５〜１９の試験結果から、３成分の添加による圧粉密度に対する焼結密度はその比が１．０５〜１．１３で、添加されない記号Ｄ−１５の０．９６と比較すると３成分添加による緻密化効果は明白である。同様に焼結体の圧環強度と硬さにおいても、表４の結果から３成分の添加効果は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本焼結Ａｌ含有Ｃｕ合金用混合粉末は、高強度、耐磨耗、耐熱、耐食性の要求される高荷重軸受や化学、食品工業用機械部品等に焼結合金として実用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、ＡｌとＣｕ粉末の混合質量比率５０：５０での熱処理温度と見掛密度の変化を示すグラフである。
【図２】図２は、Ａｌ混合質量比率と５５０℃熱処理前後の見掛密度の変化を示すグラフである。
【図３】図３は、熱処理温度の異なる５０質量％Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末をＡｌ源とした、Ｃｕ−１０質量％Ａｌ混合粉末での圧粉密度の変化を示すグラフである。
【図４】図４は、Ａｌ混合比率の異なる５５０℃熱処理Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末をＡｌ源とした、Ｃｕ−１０質量％Ａｌ混合粉末での圧粉密度の変化を示すグラフである。
【図５】図５は、Ｃｕ被覆Ａｌ粉末のＣｕ被覆比率と圧粉密度の関係を示した。
【図６】図６は、５０質量％Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末をＡｌ源としたＣｕ−６質量％Ａｌ混合粉末でのＳｎ添加による圧粉密度上昇効果を示すグラフである。
【図７】図７は、５０質量％Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末をＡｌ源としたＣｕ−６質量％Ａｌ混合粉末でのＰ，Ｓｉ，Ｓｎの３成分添加による焼結密度への効果を対圧粉密度比で示すグラフである。
【図８】図８は、５０質量％Ａｌ−Ｃｕ部分拡散合金粉末をＡｌ源としたＣｕ−６質量％Ａｌ混合粉末でのＰ，Ｓｉ，Ｓｎの３成分添加による焼結体の圧環強度と硬さへの効果を示すグラフである。
【図９】図９は、Ａｌ源の異なるＣｕ−６質量％Ａｌ混合粉末でのＰ，Ｓｉ，Ｓｎの３成分添加による圧粉、焼結密度への影響を示すグラフである。
【図１０】図１０は、Ａｌ源の異なるＣｕ−６質量％Ａｌ混合粉末でのＰ，Ｓｉ，Ｓｎの３成分添加による焼結体の圧環強度と硬さへの影響を示すグラフである。
【図１１】図１１は、部分拡散合金粉末、母合金粉砕粉末およびＣｕとＡｌの混合粉末のＸ線回折試験結果を示す比較チャートである。
【図１２】図１２は、Ａｌ源を部分拡散合金としたＣｕ−６質量％Ａｌ混合粉末を基として、Ｓｉ，Ｐ，Ｓｎを添加した各混合粉末の窒素雰囲気中、５００〜９５０℃の示差熱分析試験結果を示すチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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