技術論文

SUS316L粉末RIP成形焼結体の密度に及ぼす粉末条件の影響
澤田俊之*・柳本勝*

Effect of Characteristics of Atomized Powder on Density of SUS316L Sintered RIP Compacts
Toshiyuki Sawada and Katsu Yanagimoto

Synopsis: The effect of characteristics of atomized powder on density of SUS316L sintered compacts was investigated. Gas
atomized (GA) and water atomized (WA) SUS316L powders of several particle size distributions were cold-compacted using Rubber Isostatic Pressing (RIP) developed by INTERMETALLICS Co. Compacted specimens weresintered at between 1573K and 1673K to investigate density and microstructure.
It was found that even spherical particles of GA powders could be compacted without cracking by RIP. The densityof GA powder RIP compacts was higher than WA ones in every particle size. Below the sintering temperature of
1623K, the density of sintered compacts shows the same trend as RIP compacts except for –20µ WA powder. At
1673K, GA powder compacts were consolidated to almost full density even when larger particle of –500µ wasused, while the maximum value of WA powder compacts was 98%. As a result, taking the advantage of high tap
density and low oxygen content for high density sintering, gas atomized powder would be suitable raw material formaking full dense complicated shape parts.

1．緒言本研究ではガスアトマイズ粉末の焼結挙動を検討することを目的として，インターメタリックス（株）殿が開発し近年，自動車や家庭用機器に使用される金属部品形状のたRIP（Rubber Isostatic Pressing）法によって冷間成形した複雑化にあわせて，それらに使用される粉末冶金製品の製SUS316L成形体の焼結前後の密度変化について，水アトマ造技術も大きく進歩している 。粉末冶金法では従来の鍛イズ粉末と比較した結果を報告する。

1）

造，切削といったプロセスの代わりに，金属粉末を金型プ

2．実験方法レスで複雑部品形状に成形して焼結するのが一般的であるが，さらに小型で複雑な形状の部品の製造法としてMIM（金属射出成形）なども注目されている2）3）。

Fig. 1に本実験のフローを，Table 1，2に実験に使用した金型プレス成形には成形後の保形性が良好な還元粉末や粉末の詳細と成分分析値を示す。ガスアトマイズ粉末は当水アトマイズ粉末などの不規則形状粉末が使用されてい社の2tアトマイザーで作製した量産粉末を使用し，水アトる。一方，MIMではバインダーを使用して保形性を確保でマイズ粉末は他社市販品を用いた。各粉末をMIM用の標準きるため，金型への充填性や流動性の点から球状粉末が好的な粒度である−20 µ の他に，−150 µ ，−500 µ の3粒度ましいといわれているが，現状ではコストや生産性の点なに分級した後，RIP法により成形圧力98〜392MPaで冷間成

どの理由から水アトマイズ微粉末が多く使用されている。

形して立方体を作製した。

しかし，耐熱性や耐食性に優れたNi基合金など水アトマイRIPの模式図をFig. 2に示す。これは金型の代わりにゴムズ粉末ではその特性が充分発揮できないような組成の合金型を使用してダイプレスすることにより，ゴムの弾性を利を中心に，ガスアトマイズ粉末のニーズも今後伸びてくる用して粉末を等方的に圧縮成形する方法で，粉末と金型のものと思われ，MIMによる焼結体の機械的性質なども検討

摩擦などがないためガスアトマイズ粉末のような球状粉末されている 。の冷間成形にも有利なプロセスである。冷間成形後の圧粉4）*技術研究所

新材料グループ

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Sanyo Technical Report Vol.8 (2001) No.1

SUS316L粉末RIP成形焼結体の密度に及ぼす粉末条件の影響

Table1. Chemical composition of gas atomized and water atomized SUS316L Powders.
CSiMnPSNiCrMo

Cumass％Co

Gas Atomize

0.029

0.79

0.95

0.032

0.006

12.75

17.75

2.120.29

0.19

Water Atomize0.0170.780.110.0280.004

12.80

16.55

2.060.040.27

体は体積重量法によって密度を求め，ガス置換法で求めたを，Fig. 4に成形後の圧粉体の相対密度と成形圧力との関各粉末の真密度で割って相対密度パーセントを算出した。

係を示す。RIP法で成形することにより，いずれの粒度の各成形体を1573〜1673Kで焼結した後，アルキメデス法

ガスアトマイズ粉末も良好な立方体形状で，ハンドリングにより密度を求めた。空隙が多くアルキメデス法では測定にも充分耐える強度に成形できることがわかった。

できない焼結体については体積重量法を利用した。また，

同じRIP成形圧では全体的にガスアトマイズ粉末の方が焼結体断面を研磨，エッチングして組織と残留空孔を観察

水アトマイズ粉末より密度が高く，球状で充填性に優れるした。

といったガスアトマイズ粉末の特性がプレス成形の際にも反映されている。また，成形体密度は水アトマイズ粉末，ガスアトマイズ粉末共にRIP成形圧の増加に伴ない単調にAtomizing

Sieving

Sintering増加した。しかし，水アトマイズ粉末は−20 µ の微粉の成※Sintering Time：2hr
Degree of Vacuum：10−4Torr

形体密度が粗粉よりも高いのに対し，ガスアトマイズ粉末

RIP

では粗粉の方がより高密度に成形されており，水アトマイ

Fig. 1. Experimental process

ズ粉末の成形体密度とは逆の傾向がみられた。

Table2. Particle size and gas analysis of powders for specimens.

Gas Atomaize

Water Atomaize

Particle Size

ON

−500 µ m

230570−150 µ m

270570−20 µ m800508−500 µ m

1200377−150 µ m

2300

351

−20 µ m

2800

2125mmFig. 3. Typical view of RIP compacts.

Pressing

Upper PunchDiePowderRubber MoldLower Punch

804.86040

●▲
■○△
□

200Fig. 2. Schematic figure of RIP.

6.40Particle Size
G.A. −500 µ m〃−150 µ m〃−20 µ mW.A. −500 µ m〃−150 µ m〃−20 µ m

100
200
300
400
Molding Pressure／MPa

3.2
1.6Density／Mg/m3

Relative Density／％

1000.0500

Fig. 4. Relationship between RIP pressure and relative density ofcompacts.

3．実験結果3・1

RIP成形結果と冷間成形体密度

3・2Fig. 3に供試材粉末を立方体にRIP成形した後の写真例

焼結後の密度

今回各供試材粉末でもっとも高い成形密度が得られた条40Sanyo Technical Report Vol.8 (2001) No.1

SUS316L粉末RIP成形焼結体の密度に及ぼす粉末条件の影響件（392MPa）でRIP成形した成形体について焼結後の密度3・3

焼結材の断面観察を比較した結果をFig. 5にまとめて示す。焼結体の密度はFig. 6に各種アトマイズ粉末の1673Kにおける焼結体断面焼結温度の上昇に伴って増加したが，増加の割合は各成形の空孔を観察した結果を，Fig. 7に断面のミクロ組織を示体によって異なる傾向がみられた。

す。水アトマイズ粉末の焼結体は空孔が点在している。一・水アトマイズ粉末

方，ガスアトマイズ粉末の焼結体では空孔がほとんど観察

水アトマイズ粉末成形体のうち，RIP後の密度が最も高されず，密度測定の結果と一致している。

かった−20 µ の粉末成形体については温度と共に単調に増加したのに対し，−150 µ のものは1673K焼結で密度Relative Density／％が大きく増加する傾向がみられたが，前者の相対密度（97〜98％）よりも低い値（94％）であった。また，−500 µ の粉末焼結体については焼結体を貫通する空孔が多数あり，アルキメデス法では密度測定が不可能であった。
・ガスアトマイズ粉末

957.67.29085●▲■○△□80

ガスアトマイズ粉末成形体はいずれの粒度においても7515231673K焼結で密度の上昇が大きくなる傾向がみられた。
到達密度も水アトマイズに比べて非常に高く，特に−150 µ と−500 µ の粉末焼結体は99.8以上の密度に焼Particle Size
G.A. −500 µ m〃−150 µ m〃−20 µ mW.A. −500 µ m〃−150 µ m〃−20 µ m

1573
1623
1673
Sintering Temperature／K

6.8
6.4

Density／Mg/m3

1006.01723

Fig. 5. Relationship between sintering temperature and relative
density of compacts.

結されていた。

Gas Atomize（−150 µ m，1673K）

Water Atomize（−150 µ m，1673K）

100 µ mFig. 6. Micrographs of sintered compacts（as polished）.

Gas Atomize（−150 µ m，1673K）

Water Atomize（−150 µ m，1673K）

100 µ mFig. 7. Microstructures of sintered compacts.

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SUS316L粉末RIP成形焼結体の密度に及ぼす粉末条件の影響

5．まとめ

いずれの粉末も1673K焼結時でも元の粉末の大きさを超えた結晶粒の粗大化は認められず，粉末粒界（Particle

SUS316Lガスアトマイズ粉末の焼結挙動について水アトboundary）が結晶粒の異常成長をピン止めする効果がある

マイズ粉末との違いを検討することを目的として，各粉末ものと思われる。

をRIP成形して成形密度や保形性を比較すると共に焼結後4．複雑形状品の成形焼結の密度を比較した。その結果，ガスアトマイズ粉末はRIP法で良好に成形できハンドリングに耐えうる保形性を有し今回得られた結果に基づき，実際の部品を元にSUS316Lていることがわかった。また1673K焼結後の密度はほぼガスアトマイズ粉末（粒径：−150 µ ）を複雑形状にRIP100％で空孔も観察されなかった。一方，水アトマイズ粉成形（成形圧力：392MPa）して焼結（焼結温度：1673K）末はRIP成形による保形性は良好な反面，焼結による密度した試作材の例をFig. 8に示す。いずれの形状においても上昇はガスアトマイズ粉末よりも小さく空孔が残存してい良好に冷間成形が可能で，成形後のハンドリングにも耐えた。また，今回得られた結果を適用し，高密度の複雑形状る保形性を有していた。また，1673K焼結による角部のだ部品を得ることを目的として，ガスアトマイズ粉末をRIPれもみられず元の部品形状と相似形の良好な焼結形状を保法によって実際の部品形状に成形・焼結した結果，ほぼっていた。ドリル形状の部品について，中心部と周辺部の100％密度の複雑形状焼結品が得られることがわかった。

断面比較を行なったが，いずれの部位においても空孔はみ

従来，金型成形品やMIM成形品に関する高密度化についられず前出の密度測定結果と同様でほぼ真密度になっていては多くの事例があるが，MIMに関する一部の報告以外はるものと思われる。

水アトマイズ粉末や還元粉末などの不規則形状粉末に関するもので，ガスアトマイズ粉末の焼結品に関する事例は少なく，全く空孔がない真密度に焼結された例もほとんどない。今回の検討によって，ガスアトマイズ粉末成形品は真密度に焼結でき，機械的性質や耐食性などについて従来焼結品では達成できなかった高品質の部品が実現できる可能性があると思われる。

文

献1） 木村 尚：塑性と加工，41（2000），1094．
2） 武川

淳二郎：粉体および粉末冶金，35（1988），641．

3） 笠原範雄，大山藤

5mm

泰成，岩崎弘通，寒川喜光，斉勝義：粉体および粉末冶金，36（1989）
，178．

4） 中山

Fig. 8. View of RIP-sintered parts.

良隆，金子英樹，山上勝義，京極秀樹，小松眞一郎：粉体および粉末冶金，44（1997），427．

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