(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅以外の金属紛に５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下の銅又は銅合金被覆層が形成された粉末冶金用複合金属粉末であって、該複合金属粉末中のカルシウム含有量が０．０２ｗｔ％以下であることを特徴とする粉末冶金用複合金属粉末。
【請求項２】
原料粉である銅以外の金属紛に含有されるカルシウム含有量が０．０６ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１記載の粉末冶金用複合金属粉末。
【請求項３】
銅以外の金属紛が鉄粉であることを特徴とする請求項１又は２記載の粉末冶金用複合金属粉末。
【請求項４】
鉄粉が還元鉄粉であることを特徴とする請求項３記載の粉末冶金用複合金属粉末。
【請求項５】
銅合金被覆層の銅含有量が５０ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１〜４記載の粉末冶金用複合金属粉末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結機械部品、焼結軸受等の製造に用いる粉末冶金用複合金属粉末に関し、特に焼結体強度に優れた燒結部品を安定して製造できる粉末冶金用複合金属粉末に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、焼結機械部品、焼結軸受等に使用される自己潤滑性材料は、鉄粉、錫粉、銅粉あるいは二硫化モリブデン等に銅又は銅合金等を被覆して使用されている。
例えば、焼結部品の原料として使用するのに適した鉄粉表面に銅を被覆した、いわゆる銅被覆鉄粉があるが、これは銅系圧粉体の焼結温度に相当する７４５°Ｃ以下の焼結温度において、目標値として１５ｋｇ／ｍｍ２程度の圧環強度を有する焼結部品（例えば軸受メタル）を製造するものである。
【０００３】
従来、このような銅被覆鉄粉の製造法として、０．０５〜１０％の硫酸を添加した銅塩溶液中に鉄粉を投入し必要量の銅を鉄粉の単―粒子毎に被覆させたのち、洗浄乾燥し、さらに水素等の還元ガス雰囲気中で加熱還元処理を施すことからなる方法（特開昭４８−８８０５３号公報参照）が提案されている。
しかしながら、この方法で得られる銅被覆鉄粉は最適焼結温度が１１００〜１１５０℃という比較的高い欠点がある。すなわち、上記方法で得られる銅被覆鉄粉について被覆銅量が４０．４重量％のものを３．０Ｔ／ｃｍ２で加圧成形し、８００°Ｃで３０分間焼結して作成した円筒圧粉体の圧環強度は精々１２〜１５ｋｇ／ｍｍ２であって、安定的に１５ｋｇ／ｍｍ２程度又はそれ以上の圧環強度有するものを得ることは困難であった。
【０００４】
このようなことから、本出願人は、有機酸を含有する銅塩溶液に鉄粉を接触させて該鉄粉の個々の粒子に銅を被覆させ、ついで得られる銅被覆鉄粉を洗浄したのち、防錆処理を施して乾燥することにより、７４５°Ｃ以下の焼結温度において、１５ｋｇ／ｍｍ２以上の圧環強度を示す銅被覆鉄粉を提案した（特公昭５７−１５６１号公報）。
これ自体、有効な製造方法であったが、焼結含油軸受、焼結機械部品等の用途に使用する場合、複合金属粉末製造条件又は使用する粉末原料の種類により、焼結体強度にばらつきを生じ、場合によっては圧環強度が１３〜１４ｋｇ／ｍｍ２程度又はそれ以下になるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、焼結後に安定した強度を持った焼結部品を製造できる粉末冶金用複合金属粉末を得ることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題点を解決するために、原料粉末及び被覆に使用するめっき液の条件を種々検討した結果、これらの中に含有する不純物としてのカルシウムが、焼結体強度のばらつきを生じさせる原因であるとの知見を得た。
本発明はこの知見に基づいて、
１  銅以外の金属紛に５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下の銅又は銅合金被覆層が形成された粉末冶金用複合金属粉末であって、該複合金属粉末中のカルシウム含有量が０．０２ｗｔ％以下であることを特徴とする粉末冶金用複合金属粉末
２  原料粉である銅以外の金属紛に含有されるカルシウム含有量が０．０６ｗｔ％以下であることを特徴とする上記１記載の粉末冶金用複合金属粉末
３  銅以外の金属紛が鉄粉であることを特徴とする上記１又は２記載の粉末冶金用複合金属粉末
４  鉄粉が還元鉄粉であることを特徴とする上記３記載の粉末冶金用複合金属粉末
５  銅合金被覆層の銅含有量が５０ｗｔ％以上であることを特徴とする上記１〜４記載の粉末冶金用複合金属粉末
を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の粉末冶金用複合金属粉末の原料粉末として、銅以外の金属紛を使用する。この原料粉末としては、鉄粉、錫粉等の金属粉を用いる。
本発明においては、鉄粉は価格が低く、強さ、耐摩耗性の点で優れた性質の焼結体が得られる。
さらに鉄粉の中でも代表的な噴霧鉄粉（アトマイズ鉄粉）は、溶融工程を経るため、カルシウム含有量は還元鉄粉より低いものの、粉末内部が還元鉄粉のようなスポンジ状となっていないため、鉄が焼結しない１０００°Ｃ以下の焼結では高い焼結強度を得にくい。
したがって、以上のような理由から、鉄粉、特に還元鉄粉を使用するのが望ましい。また、この銅以外の金属紛である原料粉に含有されるカルシウム含有量が０．０６ｗｔ％以下であることが必要であり、好ましくは０．０４ｗｔ％以下とする。
原料粉に含有されるカルシウム含有量が０．０６ｗｔ％を超えると、この原料を使用して製造した粉末冶金用複合金属粉末中のカルシウム含有量が増加し０．０２％を超え、圧環強度が低下するので、上記の範囲とする。
【０００８】
上記鉄粉等の金属粉にさらに５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下の銅又は銅合金被覆層を形成して粉末冶金用複合金属粉末とする。銅又は銅合金被覆層が５ｗｔ％未満では、金属粉上への銅の被覆が薄かったり、不均一であったりして特性が得られなかったり、ばらつきが大きくなる。また７５ｗｔ％を超えると、製造コストが高く経済的でない。したがって、上記の範囲とする。
この複合金属粉末中のカルシウム含有量は、０．０２ｗｔ％以下とすることが必要である。複合金属粉末中のカルシウム含有量が０．０２ｗｔ％を超えると、圧環強度が低下するので、上記の範囲とする。
特に、水道水などからカルシウムが混入する可能性が高いので、製造の各工程で外部よりカルシウムが混入しないようにすることが必要である。
銅合金被覆層の銅含有量は５０ｗｔ％以上とする。一般に、焼結体に使用される金属は、鉄と銅が主体であり、これ以外の金属は添加材として使用されるのみで、その量は１０％以下である。したがって、通常銅以外の金属含有量を５０％以上とすることはなく、そのようなことは実用的でない。したがって、上記の範囲とする。
【０００９】
【実施例及び比較例】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本実施例はあくまで１例であり、この例に制限されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲内で、実施例以外の態様あるいは変形を全て包含するものである。
【００１０】
（実施例１）
カルシウム濃度が０．０５ｗｔ％以下である還元鉄粉Ａ（試料Ｎｏ．１〜４）に、置換法により銅をめっきし、銅２１ｗｔ％のめっき鉄粉を得た。
この銅めっき鉄粉に対して潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）を０．５ｗｔ％混合して得た混合紛を用い、１０φ×１８φ×７ｍｍＨの試験片を圧紛密度５．７５g／ｃｍ３に成形し、メッシュベルト炉にて焼結温度７７０°Ｃ、焼結時間２０分、アンモニア分解ガス雰囲気Ｎ２：Ｈ２＝１：３で焼結した。
この焼結体を焼結含油軸受の圧環強さ試験方法（ＪＩＳ  Ｚ２５０７）にもとづき圧環強さと外径寸法変化率を測定した。鉄粉中におけるカルシウム濃度、銅合金被覆層を形成した粉末冶金用複合金属粉末のカルシウム濃度（総量）、圧環強さ及び外径寸法変化率の結果を、表１に示す。
【００１１】
（実施例２）
カルシウム濃度が０．０３７ｗｔ％である還元鉄粉Ｂ（試料Ｎｏ．５）に、置換法により銅をめっきし、銅２１ｗｔ％のめっき鉄粉を得た。
この銅めっき鉄粉に対して潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）を０．５ｗｔ％混合して得た混合紛を用い、１０φ×１８φ×７ｍｍＨの試験片を圧紛密度５．７５g／ｃｍ３に成形し、メッシュベルト炉にて焼結温度７７０°Ｃ、焼結時間２０ｍｉｎ、アンモニア分解ガス雰囲気Ｎ２：Ｈ２＝１：３で焼結した。
この焼結体を焼結含油軸受の圧環強さ試験方法（ＪＩＳ  Ｚ２５０７）にもとづき圧環強さを測定した。鉄粉中におけるカルシウム濃度、銅合金被覆層を形成した粉末冶金用複合金属粉末のカルシウム濃度（総量）、圧環強さ外径寸法変化率の結果を、同様に表１に示す。
【００１２】
（実施例３）
上記実施例２で得られた銅２１ｗｔ％のめっき鉄粉（試料Ｎｏ．５）に、篩い分けにより４５μｍ以下の微粉とした酸化カルシウム（和光純薬工業製、試薬一級）をカルシウム分として０．００５ｗｔ％を添加した（試料Ｎｏ．６）。
これを実施例２と同様の条件で焼結し、かつこの焼結体を焼結含油軸受の圧環強さ試験方法（ＪＩＳ  Ｚ２５０７）にもとづき圧環強さを測定した。鉄粉中におけるカルシウム濃度、銅合金被覆層を形成した粉末冶金用複合金属粉末のカルシウム濃度（総量）、圧環強さ及び外径寸法変化率の結果を、同様に表１に示す。
【００１３】
（比較例１）
カルシウム濃度の高い還元鉄粉Ａ（試料Ｎｏ．７〜１０）により実施例１と同様にして圧環強さを測定した。
実施例１と同様に、鉄粉中におけるカルシウム濃度、銅合金被覆層を形成した粉末冶金用複合金属粉末のカルシウム濃度（総量）及び圧環強さの結果を、表１に示す。
【００１４】
（比較例２）
実施例１の試料Ｎｏ．１の銅２１ｗｔ％めっき鉄粉に、水酸化カルシウム（和光純薬工業製、試薬一級）を用い、該めっき鉄粉にカルシウム分として０．０１０ｗｔ％添加した（試料Ｎｏ．１１）ものである。
そして、上記と同様に、圧環強さを測定した。
実施例１と同様に、鉄粉中におけるカルシウム濃度、銅合金被覆層を形成した粉末冶金用複合金属粉末のカルシウム濃度（総量）、圧環強さ及び外径寸法変化率の結果を、表１に示す。
【００１５】
（比較例３）
上記実施例２で得られた銅２１ｗｔ％のめっき鉄粉（試料Ｎｏ．１２）に、篩い分けにより４５μｍ以下の微粉とした酸化カルシウム（和光純薬工業製、試薬一級）をカルシウム分として０．０２０ｗｔ％を添加した。
これを実施例２と同様の条件で焼結し、かつこの焼結体を焼結含油軸受の圧環強さ試験方法（ＪＩＳ  Ｚ２５０７）にもとづき圧環強さを測定した。鉄粉中におけるカルシウム濃度、銅合金被覆層を形成した粉末冶金用複合金属粉末のカルシウム濃度（総量）、圧環強さ及び外径寸法変化率の結果を、同様に表１に示す。
【００１６】
（実施例４）
カルシウム濃度が０．０３８ｗｔ％である還元鉄粉Ａ（試料Ｎｏ．１３）に置換法により銅めっきする際、めっき液に炭酸カルシウム（和光純薬工業製、試薬一級）を添加し、カルシウム濃度を０．００６ｗｔ％、０．０２４ｗｔ％としてめっきを行った（試料Ｎｏ．１３、１４）ものである。
これを実施例１と同様に、鉄粉中におけるカルシウム濃度、銅合金被覆層を形成した粉末冶金用複合金属粉末のカルシウム濃度（総量）及び圧環強さの結果を、同様に表１に示す。
【００１７】
【表１】
0003842533.tif 000002
【００１８】
上記、表１に示す通り、本実施例１（試料Ｎｏ．１〜４）では、還元鉄粉Ａ中のカルシウム濃度がそれぞれ０．０３４ｗｔ％、０．０３７ｗｔ％、０．０４０ｗｔ％、０．０３６ｗｔ％と、０．０６ｗｔ％以下であり、また複合金属粉末中のカルシウム含有量がそれぞれ０．０１５ｗｔ％、０．０１４ｗｔ％、０．０１６ｗｔ％、０．０１ｗｔ％と、０．０２ｗｔ％以下である。
この結果、圧環強度がそれぞれ１４．５ｋｇ／ｍｍ２、１４．７ｋｇ／ｍｍ２、１５ｋｇ／ｍｍ２、１４．９ｋｇ／ｍｍ２、であり安定した良好な圧環強度を示した。また、試料Ｎｏ．１に示す寸法変化率は−０．３３％であり、良好な焼結性を有していた。
【００１９】
本実施例２の試料Ｎｏ．５では還元鉄粉Ｂ中のカルシウム濃度が０．０３７ｗｔ％であり、また本実施例３の試料Ｎｏ．６では試料Ｎｏ．５にＣａ５０ｐｐｍ添加したもので、複合金属粉末中のカルシウム含有量がそれぞれ本発明の範囲にある０．００８ｗｔ％、０．０１３ｗｔ％であった。
この結果、圧環強度がそれぞれ１５．９ｋｇ／ｍｍ２、１５．１ｋｇ／ｍｍ２であり安定した良好な圧環強度を示した。また、試料Ｎｏ．５及び６に示す寸法変化率は、それぞれ−０．４９％及び−０．４９％であり、実施例１と同様に良好な焼結性を有していた。
【００２０】
これに対し、比較例１（試料Ｎｏ．５〜８）では、還元鉄粉Ａ中のカルシウム濃度がそれぞれ０．０９２ｗｔ％、０．０９５ｗｔ％、０．１２０ｗｔ％、０．１０７ｗｔ％と、０．０６ｗｔ％を超えており、また複合金属粉末中のカルシウム含有量がそれぞれ０．０３４ｗｔ％、０．０３４ｗｔ％、０．０３８ｗｔ％、０．０３３ｗｔ％と、０．０２ｗｔ％を超えている。
この結果、圧環強度がそれぞれ１２．３ｋｇ／ｍｍ２、１２．６ｋｇ／ｍｍ２、１３．２ｋｇ／ｍｍ２、１２．９ｋｇ／ｍｍ２、であり圧環強度が著しく低下した。
これは、わずかなカルシウム濃度の影響で、圧環強度が大きく変動することを示している。１０００°Ｃ以下の焼結では、鉄が殆ど焼結しないことから、焼結している２割の銅に対するカルシウム濃度の影響は強まると考えられる。
【００２１】
比較例２の試料Ｎｏ．１１は、試料Ｎｏ．１にＣａ１００ｐｐｍ添加したものであり、複合金属粉末中のカルシウム含有量が０．０２５ｗｔ％となり、０．０２ｗｔ％を超えたものである。この場合、含有量は０．０２５ｗｔ％であるが、カルシウムが複合金属粉末表面にかたよって分布するため、圧環強度が１０．５ｋｇ／ｍｍ２と著しく低下した。
また、寸法変化率を比較すると、寸法変化率が−０．３３％から−０．１６％と縮まなくなっており、カルシウムにより焼結が阻害されていると考えられる。
【００２２】
比較例３の試料Ｎｏ．１２は、試料Ｎｏ．５にＣａ２００ｐｐｍ添加したものであるが、複合金属粉末中のカルシウム含有量が０．０２８ｗｔ％となり、０．０２ｗｔ％を超えたものである。この場合、外径寸法変化率は良好な値を示したが、圧環強度が１５．９ｋｇ／ｍｍ２から１２．４ｋｇ／ｍｍ２と著しく低下した。
【００２３】
実施例４の試料Ｎｏ．１３、１４はめっき液中にＣａを添加し、めっき層にカルシウムが含まれるか否かを検討したものである。複合金属粉末中のカルシウム含有量は試料Ｎｏ．１〜４とほぼ同レベルの０．０１６ｗｔ％であり、めっき層にはカルシウムが殆ど含まれていないことが分かった。この場合、圧環強度が１４．４ｋｇ／ｍｍ２、１４．６ｋｇ／ｍｍ２と良好な強度を示した。
【００２４】
以上に示すとおり、鉄粉の中に含有されるカルシウムが複合金属粉末に残留し、１０００°Ｃ以下の焼結に影響することによって圧環強度が変動し、これが多い場合には安定した強度を持つ焼結部品が得られないということが分かる。この結果は、原料粉として鉄粉以外の金属粉を使用した場合にも同様な結果が得られた。
【００２５】
【発明の効果】
以上に示す通り、複合金属粉末中のカルシウム含有量を０．０２ｗｔ％以下とすることにより、焼結体強度の向上に有効であり、安定した焼結部品を製造することができる著しい効果を有し、焼結機械部品、焼結軸受等の品質向上に優れた粉末冶金用複合金属粉末を提供することができる。