JP2010106296A - Powder mixture for powder metallurgy and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】合金用粉末等の偏析が生じにくく、しかも流動性に優れ且つ成形時における金型界面との潤滑性にも優れた粉末冶金用粉末混合物を提供する。
【解決手段】鉄基粉末1に有機結合剤31を介して合金用粉末30を付着させた粉末冶金用粉末混合物において、鉄基粉末の表面に、下層側から順に、濡れ改善剤による被覆層2、合金用粉末と有機結合剤とを含む被覆層3、表面改質剤による被覆層4を有する。濡れ改善剤の被覆層の作用によって合金用粉末/有機結合剤の被覆層で鉄基粉末表面を均一に被覆することができるので、合金粉末の偏析を防止できるとともに、金型との潤滑性を高めることができ、さらに、表面改質剤の被覆層の作用によって高い流動性が得られる。
【選択図】図1Disclosed is a powder mixture for powder metallurgy that is less susceptible to segregation of alloy powders and the like, has excellent fluidity, and has excellent lubricity with a mold interface during molding.
In a powder mixture for powder metallurgy in which an alloy powder 30 is adhered to an iron-based powder 1 via an organic binder 31, a coating layer 2 with a wetting improver is formed on the surface of the iron-based powder in order from the lower layer side. And a coating layer 3 containing an alloy powder and an organic binder, and a coating layer 4 made of a surface modifier. The surface of the iron-based powder can be uniformly coated with the coating layer of the alloy powder / organic binder by the action of the coating layer of the wetting improver, so that segregation of the alloy powder can be prevented and the lubricity with the mold can be improved. Furthermore, high fluidity can be obtained by the action of the coating layer of the surface modifier.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、鉄基粉末を主体とする粉末冶金用の粉末混合物とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a powder mixture for powder metallurgy mainly composed of iron-based powder and a method for producing the same.
従来、鉄基粉末を主体とする粉末冶金用の粉末混合物は、鉄粉等の鉄基粉末に、銅粉、黒鉛粉、燐化鉄粉等の合金用粉末と、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウム等の潤滑剤を混合し、さらに必要に応じて、MnS等の切削性改善用粉末を混合して製造するのが一般的である。
しかし、このような粉末混合物は、大きさ、形状および密度の異なる複数種の粉末の混合体であるため、混合後の輸送時、ホッパーへの装入やホッパーからの排出時、さらには金型充填時などに、混合体の中で粉末が均一に分布しなくなり、偏析を生じ易いという問題がある。
Conventionally, a powder mixture for powder metallurgy mainly composed of an iron-based powder includes an iron-based powder such as iron powder, an alloy powder such as copper powder, graphite powder, and iron phosphide powder, and zinc stearate or lithium stearate. In general, a lubricant such as MnS is mixed, and if necessary, a powder for improving machinability such as MnS is mixed.
However, such a powder mixture is a mixture of a plurality of types of powders having different sizes, shapes, and densities, so when transporting after mixing, when charging into the hopper, when discharging from the hopper, and even when using a mold At the time of filling or the like, there is a problem that the powder is not uniformly distributed in the mixture and segregation is likely to occur.
このような偏析が生じた粉末混合物を、金型を用いて加圧(圧縮)成形して成形体(以下、「圧粉体」という。)とし、この圧粉体を焼結して最終製品にした場合、製品毎に組成、さらには寸法や強度に大きなバラツキを生じ、不良品が多発することになる。特に、鉄基粉末に混合する合金用粉末の多くは、鉄基粉末よりも微粉であるため、このような合金用粉末を混合した場合には、上記したバラツキの程度が一層大きくなる。
このような粉末冶金用粉末混合物の偏析を防止するために、有機結合剤によって鉄基粉末表面に合金用粉末を付着させる技術(偏析防止処理)が知られているが、有機結合剤の付着力(分子間力)が大きいため粉末混合物の流動性が小さくなり、ホッパーからの排出性や成形時のキャビティーへの充填性が悪化するという問題がある。
The segregated powder mixture is pressed (compressed) using a mold to form a molded body (hereinafter referred to as “green compact”), and the green compact is sintered to obtain a final product. In such a case, the composition, as well as the size and strength of each product vary greatly, and defective products frequently occur. In particular, many of the alloy powders mixed with the iron-based powder are finer than the iron-based powders, and therefore, when such alloy powders are mixed, the degree of variation described above is further increased.
In order to prevent the segregation of such powder mixture for powder metallurgy, a technique (segregation prevention treatment) for adhering the alloy powder to the iron-based powder surface with an organic binder is known. Since the (intermolecular force) is large, the fluidity of the powder mixture becomes small, and there is a problem that the dischargeability from the hopper and the filling property into the cavity at the time of molding deteriorate.
この問題を解決するために、有機結合剤による偏析防止処理を施した粉末混合物に、金属酸化物やカーボンブラック等のナノ粒子を添加し、このナノ粒子によるコロの効果で粒子間の付着力を低下させ、粉末混合物の流動性を高めるようにした技術が提案されている(例えば、特許文献1〜3)。
しかしながら、特許文献1〜3のように粉末混合物にナノ粒子を添加すると、流動性は改善されるが、その一方で、成形時における金型界面との潤滑性が低下してしまうため、成形圧力や成形後の抜出し力を大きくする必要が生じるとともに、特に大型で複雑な形状の部品に欠陥を生じやすい。
したがって本発明の目的は、合金用粉末等の偏析が生じにくく、しかも流動性に優れ且つ成形時における金型界面との潤滑性にも優れた粉末冶金用粉末混合物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような粉末冶金用粉末混合物を安定して製造することができる製造方法を提供することにある。
However, when nanoparticles are added to the powder mixture as in
Accordingly, an object of the present invention is to provide a powder mixture for powder metallurgy that is less likely to cause segregation of alloy powder and the like, has excellent fluidity, and has excellent lubricity with a mold interface during molding.
Moreover, the other object of this invention is to provide the manufacturing method which can manufacture such a powder mixture for powder metallurgy stably.
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下のような知見を得た。
(a)有機結合剤により鉄基粉末表面に合金用粉末等の添加粉末を付着させる方法(偏析防止処理)を採る場合、有機結合剤と鉄基粉末表面との濡れ性が悪いため、有機結合剤が凹凸のある鉄基粉末表面の凹部に偏在する傾向があり、このため有機結合剤で被覆されない部分(地の鉄がむき出しの状態の部分)が生じ、適切な偏析防止効果が得られない。このような問題に対しては、事前に鉄基粉末表面を濡れ改善剤で処理しておくことが有効であり、これにより鉄基粉末表面を有機結合剤で均一に被覆することができる。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have obtained the following knowledge.
(A) When using an organic binder to add an additive powder such as an alloy powder to the surface of the iron-based powder (segregation prevention treatment), the organic bond is poor due to poor wettability between the organic binder and the iron-based powder surface. There is a tendency for the agent to be unevenly distributed in the recesses on the surface of the iron-based powder with unevenness, and as a result, a portion that is not covered with the organic binder (the portion where the ground iron is exposed) occurs, and an appropriate segregation preventing effect cannot be obtained. . For such a problem, it is effective to treat the surface of the iron-based powder with a wetting improver in advance, so that the surface of the iron-based powder can be uniformly coated with an organic binder.
(b)一方、鉄基粉末表面を有機結合剤で均一に被覆すると、粒子間の付着力が増加して流動性が小さくなり(有機結合剤が不均一に被覆される従来技術よりも、さらに流動性が小さくなる)、このためポッパーからの排出性や成形時のキャビティーへの充填性が悪化する。このような問題に対しては、鉄基粉末表面を合金用粉末を含む有機結合剤で被覆した上から、さらに表面改質剤で被覆することが有効であり、これにより粒子間の付着力が低減して流動性が効果的に改善する。
(c)鉄基粉末表面を有機結合剤で均一に被覆することにより、合金用粉末の偏析が防止できるだけでなく、成形時における金型界面との潤滑性も向上するため、成形圧の低減化や金型からの抜出し力の低減化を図ることができ、部品欠陥の発生も少なくすることができる。また、流動性を高めるために従来技術で用いているようなナノ粒子を添加する必要がないため、この点からも成形時の潤滑性を確保しやすい。
(d)以上により、合金用粉末等の偏析が生じにくく、しかも流動性に優れ、且つ成形時における金型界面との潤滑性にも優れた粉末冶金用粉末混合物が得られる。
(B) On the other hand, when the iron-based powder surface is uniformly coated with an organic binder, the adhesion between particles is increased and the fluidity is reduced (more than the conventional technique in which the organic binder is coated unevenly). For this reason, the dischargeability from the popper and the filling property into the cavity during molding are deteriorated. For such problems, it is effective to coat the surface of the iron-based powder with an organic binder containing an alloy powder and then coat with a surface modifier. Reduce and effectively improve fluidity.
(C) Uniform coating of the iron-based powder surface with an organic binder not only prevents segregation of the alloy powder, but also improves lubricity with the mold interface during molding, thus reducing the molding pressure. Further, it is possible to reduce the extraction force from the metal mold, and it is possible to reduce the occurrence of component defects. In addition, since it is not necessary to add nanoparticles as used in the prior art in order to improve fluidity, it is easy to ensure lubricity during molding from this point.
(D) By the above, a powder mixture for powder metallurgy is obtained in which segregation of an alloy powder or the like is unlikely to occur, excellent in fluidity, and excellent in lubricity with a mold interface during molding.
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
[1]鉄基粉末に有機結合剤を介して合金用粉末を付着させた粉末冶金用粉末混合物において、鉄基粉末の表面に、下層側から順に、濡れ改善剤による被覆層、合金用粉末と有機結合剤とを含む被覆層、表面改質剤による被覆層を有することを特徴とする粉末冶金用粉末混合物。
[2]上記[1]の粉末冶金用粉末混合物において、濡れ改善剤が、カップリング剤、非イオン系界面活性剤の中から選ばれる1種以上であることを特徴とする粉末冶金用粉末混合物。
[3]上記[1]または[2]の粉末冶金用粉末混合物において、表面改質剤が、カップリング剤、非イオン系界面活性剤、シロキサンコーティング剤の中から選ばれる1種以上であることを特徴とする粉末冶金用粉末混合物。
The present invention has been made on the basis of such knowledge and has the following gist.
[1] In a powder mixture for powder metallurgy in which an alloy powder is adhered to an iron-based powder via an organic binder, a coating layer formed by a wetting improver, an alloy powder, A powder mixture for powder metallurgy comprising a coating layer containing an organic binder and a coating layer made of a surface modifier.
[2] The powder mixture for powder metallurgy according to [1], wherein the wetting improver is at least one selected from a coupling agent and a nonionic surfactant. .
[3] In the powder mixture for powder metallurgy according to [1] or [2] above, the surface modifier is at least one selected from a coupling agent, a nonionic surfactant, and a siloxane coating agent. A powder mixture for powder metallurgy.
[4]上記[2]または[3]の粉末冶金用粉末混合物において、カップリング剤が、アルミネート系カップリング剤、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、ジルコニウム系カップリング剤の中から選ばれる1種以上であることを特徴とする粉末冶金用粉末混合物。
[5]上記[2]または[3]の粉末冶金用粉末混合物において、非イオン系界面活性剤が、アセチレンアルコール、アセチレンアルコールのエチレンオキサイド付加物、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミンの中から選ばれる1種以上であることを特徴とする粉末冶金用粉末混合物。
[6]上記[3]の粉末冶金用粉末混合物において、シロキサンコーティング剤が、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサエチルジシロキサン、シロキサン変性ポリウレタン、オルガノポリシロキサン、アクリル変性ポリシロキサン、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサンの中から選ばれる1種以上であることを特徴とする粉末冶金用粉末混合物。
[7]上記[1]〜[6]のいずれかの粉末冶金用粉末混合物において、さらに、鉄基粉末から遊離した潤滑剤を含むことを特徴とする粉末冶金用粉末混合物。
[4] In the powder mixture for powder metallurgy according to [2] or [3] above, the coupling agent is an aluminate coupling agent, a silane coupling agent, a titanate coupling agent, or a zirconium coupling agent. A powder mixture for powder metallurgy, wherein the powder mixture is one or more selected from the group consisting of:
[5] In the powder mixture for powder metallurgy according to [2] or [3] above, the nonionic surfactant is acetylene alcohol, an ethylene oxide adduct of acetylene alcohol, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, A powder mixture for powder metallurgy, wherein the powder mixture is one or more selected from polyoxyalkylene alkyl ethers and polyoxyethylene alkyl amines.
[6] In the powder mixture for powder metallurgy according to [3], the siloxane coating agent is hexamethyldisiloxane, hexaethyldisiloxane, siloxane-modified polyurethane, organopolysiloxane, acrylic-modified polysiloxane, or polyether-modified polydimethylsiloxane. A powder mixture for powder metallurgy, wherein the powder mixture is one or more selected from among them.
[7] A powder mixture for powder metallurgy, wherein the powder mixture for powder metallurgy according to any one of [1] to [6] further includes a lubricant released from the iron-based powder.
[8]鉄基粉末に濡れ改善剤を含む溶液を添加して混合した後、乾燥させることにより、鉄基粉末の表面に濡れ改善剤による被覆層を形成する工程(A)と、該工程(A)を経た鉄基粉末に合金用粉末と有機結合剤を添加し、有機結合剤の融点以上の温度に加熱しつつ混合した後、冷却することにより、前記濡れ改善剤による被覆層の上に、合金用粉末と有機結合剤とを含む被覆層を形成する工程(B)と、該工程(B)を経た鉄基粉末に表面改質剤を含む溶液を添加して混合した後、乾燥させることにより、前記合金用粉末と有機結合剤とを含む被覆層の上に、表面改質剤による被覆層を形成する工程(C)を有することを特徴とする粉末冶金用粉末混合物の製造方法。
[9]上記[8]の製造方法において、工程(C)において若しくは工程(C)の完了後に、鉄基粉末に潤滑剤を添加して混合することにより、潤滑剤を鉄基粉末から遊離した状態で含ませることを特徴とする粉末冶金用粉末混合物の製造方法。
[8] A step (A) of forming a coating layer with a wettability improver on the surface of the iron-based powder by adding a solution containing the wettability improver to the iron-based powder, mixing and drying, and the step (A) The alloy powder and the organic binder are added to the iron-based powder that has undergone A), and the mixture is heated while being heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the organic binder, and then cooled to form a coating layer on the wetting improver. The step (B) of forming the coating layer containing the powder for alloy and the organic binder, the solution containing the surface modifier added to and mixed with the iron-based powder that has undergone the step (B), and then dried. A process for producing a powder mixture for powder metallurgy, comprising a step (C) of forming a coating layer with a surface modifier on a coating layer containing the alloy powder and an organic binder.
[9] In the manufacturing method of [8] above, the lubricant is released from the iron-based powder by adding and mixing the lubricant to the iron-based powder in step (C) or after completion of step (C). A method for producing a powder mixture for powder metallurgy, characterized in that it is included in a state.
本発明の粉末冶金用粉末混合物は、合金用粉末等の偏析が生じにくいため、均一な組成、強度の部品を製造することができ、しかも、優れた流動性を有するので、ホッパーからの排出性や成形時の金型への充填性にも優れ、さらに、成形時における金型界面との潤滑性にも優れるため、成形圧の低減化や金型からの抜出し力の低減化を図ることができ、大型で複雑な形状の部品であっても欠陥を生じることなく製造することができる。また、本発明の製造方法によれば、このような優れた性能を有する粉末冶金用粉末混合物を安定して製造することができる。 The powder mixture for powder metallurgy according to the present invention is less susceptible to segregation of powders for alloys, etc., so that it is possible to produce parts with a uniform composition and strength, and because it has excellent fluidity, it can be discharged from a hopper. In addition, it has excellent filling properties in the mold during molding and also has excellent lubricity with the mold interface during molding, so it is possible to reduce molding pressure and extraction force from the mold. Even a large and complicated part can be manufactured without causing defects. Moreover, according to the manufacturing method of this invention, the powder mixture for powder metallurgy which has such outstanding performance can be manufactured stably.
本発明の粉末冶金用粉末混合物(以下、単に「粉末混合物」という)は、鉄基粉末に有機結合剤を介して合金用粉末を付着させる粉末混合物であり、鉄基粉末表面に、下層側から順に、濡れ改善剤による被覆層(以下、説明の便宜上「濡れ改善剤層」という)、合金用粉末と有機結合剤とを含む被覆層(以下、説明の便宜上「合金用粉末/有機結合剤層」という)、表面改質剤による被覆層(以下、説明の便宜上「表面改質剤層」という)を有するものである。
本発明の粉末混合物を構成する鉄基粉末としては、例えば、純鉄粉、合金鋼粉、純鉄粉に合金成分を部分的に拡散付着させた部分拡散合金化鋼粉などが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。
The powder mixture for powder metallurgy of the present invention (hereinafter, simply referred to as “powder mixture”) is a powder mixture in which an alloy powder is attached to an iron-based powder via an organic binder, and the iron-based powder surface is exposed from the lower layer side. In order, a coating layer with a wetting improver (hereinafter referred to as “wetting improver layer” for convenience of description), a coating layer containing an alloy powder and an organic binder (hereinafter referred to as “alloy powder / organic binder layer for convenience of description”). )), And a coating layer with a surface modifier (hereinafter referred to as “surface modifier layer” for convenience of explanation).
Examples of the iron-based powder constituting the powder mixture of the present invention include pure iron powder, alloy steel powder, and partially diffused alloyed steel powder obtained by partially diffusing and adhering alloy components to pure iron powder. One or more of these can be used.
図1は、本発明の粉末混合物(鉄基粉末粒子とこれに付着した物質)の断面を模式的に示したものであり、1は鉄基粉末、2は鉄基粉末1の表面に形成された濡れ改善剤層、3はこの濡れ改善剤層2の上層に形成された合金用粉末/有機結合剤層(30は合金用粉末、31は有機結合剤)、4はこの合金用粉末/有機結合剤層3の上層に形成された表面改質剤層である。一方、図2は、従来の粉末冶金用粉末混合物(鉄基粉末粒子とこれに付着した物質)の断面を模式的に示したものであり、鉄基粉末1の表面に合金用粉末と有機結合剤の被覆5(50は合金用粉末、51は有機結合剤)を有するものであるが、この被覆5は鉄基粉末表面の凹部に偏在し、凸部は地の鉄がむき出しの状態となっている。
FIG. 1 schematically shows a cross section of the powder mixture of the present invention (iron-based powder particles and substances adhering thereto), wherein 1 is an iron-based powder and 2 is formed on the surface of the iron-based
前記濡れ改善剤層2を構成する濡れ改善剤としては、例えば、アルミネート系カップリング剤、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、ジルコニウム系カップリング剤などのカップリング剤;アセチレンアルコール、アセチレンアルコールのエチレンオキサイド付加物、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどの非イオン系界面活性剤などが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。
濡れ改善剤層2は、通常、上記のような濡れ改善剤を含む溶液を鉄基粉末に添加して混合した後、乾燥することにより形成することができる。
Examples of the wetting improver constituting the
The
このような濡れ改善剤層2を鉄基粉末1の表面に設けることにより、有機結合剤との濡れ性が改善し、合金用粉末/有機結合剤層3を鉄基粉末1の表面全体に均一に形成する(鉄基粉末表面を均一に偏析防止処理する)ことができる。これにより合金用粉末等の偏析を防止することができ、また、成形時における潤滑性が向上し、成形圧の低減化や金型からの抜出し力の低減化を図ることが可能になる。
粉末混合物中での濡れ改善剤の含有量は、少なすぎると均一な被覆の濡れ改善剤層2が形成できず、多すぎると圧粉密度の低下や焼結体の強度低下を招く。このため濡れ改善剤の含有量は、鉄基粉末+合金用粉末の合計質量に対して0.01〜0.2mass%(すなわち、鉄基粉末+合金用粉末の合計100質量部に対して0.01〜0.2質量部)程度が適当である。
By providing such a
If the content of the wettability improving agent in the powder mixture is too small, the uniform wettability improving
前記合金用粉末/有機結合剤層3を構成する合金用粉末(副原料)としては、例えば、銅粉、黒鉛粉、燐化鉄粉、Ni,Mo,Cr,Mnなどの合金成分を含む粉末などが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。
粉末混合物中での合金用粉末の含有量は、通常、鉄基粉末+合金用粉末中での割合で0.1〜10mass%程度であり、例えば、鉄基粉末が純鉄粉の場合には、合金用粉末として、鉄基粉末+合金用粉末中での割合で銅粉を1〜3質量%、黒鉛粉を0.3〜1.0質量%程度含有するのが一般である。
Examples of the alloy powder (secondary material) constituting the alloy powder / organic binder layer 3 include powders containing alloy components such as copper powder, graphite powder, iron phosphide powder, Ni, Mo, Cr, and Mn. One or more of these can be used.
The content of the alloy powder in the powder mixture is usually about 0.1 to 10 mass% as a ratio in the iron-base powder + alloy powder. For example, when the iron-base powder is pure iron powder The alloy powder generally contains about 1 to 3% by mass of copper powder and about 0.3 to 1.0% by mass of graphite powder in the ratio of iron-based powder + alloy powder.
同じく有機結合剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マンガン、ステアリン酸リチウムなどのような金属石鹸;エチレンビスステアリン酸アミドなどのようなビスアミドを含む脂肪酸アミド;ステアリン酸モノアミド、エルカ酸アミドなどのようなモノアミドを含む脂肪酸アミド;オレイン酸、ステアリン酸などのような脂肪酸;ポリアミド、ポリエチレン、ポリアセタールなどのような熱可塑性樹脂、などが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。
有機結合剤は、合金用粉末を鉄基粉末に付着させるのに足る量添加すればよく、粉末混合物中での含有量は、通常、鉄基粉末+合金用粉末の合計質量に対して0.05〜0.8質量%程度とするのが一般である。
合金用粉末/有機結合剤層3は、合金用粉末と有機結合剤を鉄基粉末(濡れ改善剤層2を有する鉄基粉末1)に添加し、有機結合剤の融点以上の温度に加熱しつつ混合した後、冷却することにより形成することができる。
Similarly, examples of the organic binder include metal soaps such as zinc stearate, manganese stearate, and lithium stearate; fatty acid amides including bisamides such as ethylene bisstearic acid amide; stearic acid monoamide, erucic acid amide, and the like. Fatty acid amides including monoamides such as: fatty acids such as oleic acid and stearic acid; thermoplastic resins such as polyamide, polyethylene, polyacetal, etc., and one or more of these can be used.
The organic binder may be added in an amount sufficient to allow the alloy powder to adhere to the iron-based powder, and the content in the powder mixture is generally 0.00% relative to the total mass of the iron-based powder + alloy powder. In general, the amount is set to about 05 to 0.8% by mass.
In the alloy powder / organic binder layer 3, the alloy powder and the organic binder are added to the iron-based powder (iron-based
前記表面改質剤層4を構成する表面改質剤としては、例えば、アルミネート系カップリング剤、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、ジルコニウム系カップリング剤などのカップリング剤;アセチレンアルコール、アセチレンアルコールのエチレンオキサイド付加物、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンオレイルエーテルなどの非イオン系界面活性剤;ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサエチルジシロキサン、シロキサン変性ポリウレタン、オルガノポリシロキサン、アクリル変性ポリシロキサン、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサンなどのシロキサンコーティング剤などが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。
表面改質剤層4は、通常、上記のような表面改質剤を含む溶液を鉄基粉末1(濡れ改善剤層2と合金用粉末/有機結合剤層3を有する鉄基粉末1)に添加して混合した後、乾燥することにより形成することができる。
Examples of the surface modifier constituting the
The
鉄基粉末1を合金用粉末/有機結合剤層3で均一に被覆すると、粒子間の付着力が増加して流動性が小さくなり、ポッパーからの排出性や成形時のキャビティーへの充填性が悪化する。これに対して本発明では、合金用粉末/有機結合剤層3の上層に表面改質剤層4を設けることにより、粒子間の付着力が低減することで高い流動性が得られる。すなわち、表面改質剤を構成する界面活性剤、カップリング剤、シロキサンコーティング剤は、1分子中に疎水基と親水基を有しているが、鉄基粉末表面を覆った有機結合剤の表面には、そのうちの疎水性の部分が配位するため、表面改質剤層4は親水性を有することになる。特に、カップリング剤を用いた場合には、その親水基(シラノール基、チタノール基など)は、H2Oと反応してSiO2やTiO2に変化するので、いずれにしても、これら親水基は分子間力を低減し、これにより流動性が高まり、ホッパーからの排出性、キャビティーへの充填性が向上する。
When the iron-based
一方、鉄基粉末が合金用粉末/有機結合剤層で均一に被覆されていない場合には、有機結合剤がある部分は上記と同様に分子間力が低減するが、有機結合剤がない部分は親水性であるため、表面改質剤層4に相当する最外層を設けた場合、これを構成する界面活性剤やカップリング剤の分子中の親水基は鉄表面に配位し、このため最外層は疎水性の有機層となってしまう。この場合には、従来の粉末混合物と同様、分子間力が大きくなり、界面活性剤やカップリング剤の効果が打ち消されてしまう。したがって、鉄基粉末1の表面は、合金用粉末/有機結合剤層3で均一に被覆しておく必要がある。
粉末混合物中での表面改質剤の含有量は、少なすぎると均一な被覆の表面改質剤層4が形成できず、多すぎると圧粉密度の低下や焼結体の強度低下を招く。このため表面改質剤の含有量は、鉄基粉末+合金用粉末の合計質量に対して0.01〜0.2mass%程度が適当である。
On the other hand, when the iron-based powder is not uniformly coated with the alloy powder / organic binder layer, the portion with the organic binder reduces the intermolecular force as described above, but the portion without the organic binder. Is hydrophilic, when the outermost layer corresponding to the
If the content of the surface modifier in the powder mixture is too small, the uniform
以上のように、鉄基粉末1の表面に、下層側から順に、濡れ改善剤層2、合金用粉末/有機結合剤層3、表面改質剤層4を形成することにより、(1)合金用粉末等の偏析が生じにくい、(2)高い流動性を有し、ホッパーからの排出性や成形時の金型への充填性に優れる、(3)成形時における潤滑性に優れ、成形圧の低減化、金型からの抜出し力の低減化を図ることができ、部品欠陥の発生も少なくすることができる、などの性能を兼ね備えた粉末混合物とすることができる。
なお、本発明では、従来技術で用いているようなナノ粒子(例えば、金属酸化物、カーボンブラック等)の添加を排除するものではないが、本発明の粉末混合物はナノ粒子を添加しなくても高い流動性が得られ、一方において、ナノ粒子を添加すると成形時における金型界面との潤滑性が低下するので、ナノ粒子は添加しない方が好ましい。
As described above, by forming the wetting
In the present invention, addition of nanoparticles (for example, metal oxide, carbon black, etc.) as used in the prior art is not excluded, but the powder mixture of the present invention does not contain nanoparticles. On the other hand, when the nanoparticles are added, the lubricity with the mold interface at the time of molding is lowered, so it is preferable not to add the nanoparticles.
本発明の粉末混合物は、さらに、潤滑剤、切削改善剤などの鉄基粉末から遊離した添加剤(合金用粉末や有機結合剤のように鉄基粉末に付着した添加剤でないこと)を含むことができる。
潤滑剤は、成形時の抜出し力を低減させるために添加される。この潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マンガン、ステアリン酸リチウムなどのような金属石鹸;エチレンビスステアリン酸アミドなどのようなビスアミドを含む脂肪酸アミド;ステアリン酸モノアミド、エルカ酸アミドなどのようなモノアミドを含む脂肪酸アミド;オレイン酸、ステアリン酸などのような脂肪酸;ポリアミド、ポリエチレン、ポリアセタールなどのような熱可塑性樹脂、などが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。
粉末混合物中での潤滑剤の含有量は、通常、鉄基粉末+合金用粉末の合計質量に対して0.1〜2mass%程度である。
The powder mixture of the present invention further contains an additive released from the iron-based powder such as a lubricant and a cutting improver (not an additive attached to the iron-based powder such as an alloy powder or an organic binder). Can do.
A lubricant is added to reduce the pulling force during molding. Examples of the lubricant include metal soaps such as zinc stearate, manganese stearate, and lithium stearate; fatty acid amides including bisamides such as ethylene bis stearamide; stearic acid monoamide, erucic acid amide, and the like. Fatty acid amides including such monoamides; fatty acids such as oleic acid and stearic acid; thermoplastic resins such as polyamide, polyethylene, polyacetal, and the like, and one or more of these can be used.
The content of the lubricant in the powder mixture is usually about 0.1 to 2 mass% with respect to the total mass of the iron-based powder and the alloy powder.
次に、本発明の粉末混合物の製造方法について説明する。
まず、鉄基粉末1に濡れ改善剤を含む溶液を添加して混合した後、適度な温度(通常、100℃程度)で乾燥させ、濡れ改善剤の溶媒や濡れ改善剤と水との反応生成物であるアルコール類(例えば、界面活性剤の場合には溶媒、カップリング剤の場合には溶媒および水との反応生成物であるアルコール類)などを蒸散させることで、濡れ改善剤層2を形成する(以上、工程A)。
次いで、この濡れ改善処理がなされた鉄基粉末(濡れ改善剤層2を有する鉄基粉末1)に副原料である合金用粉末(例えば、黒鉛粉、銅粉)を有機結合剤とともに添加し、有機結合剤の融点以上の温度に加熱しつつ撹拌混合した後、冷却して有機結合剤を固化させる(以上、工程B)。これにより、濡れ改善剤層2の上層に合金用粉末が有機結合剤を介して付着した合金用粉末/有機結合剤層3が形成される。ここで、濡れ改善剤層2の作用によって有機結合剤は鉄基粉末全体を均一に被覆するので、鉄基粉末全体を被覆する合金用粉末/有機結合剤層3が形成される。
Next, the manufacturing method of the powder mixture of this invention is demonstrated.
First, a solution containing a wettability improver is added to and mixed with the iron-based
Subsequently, an alloy powder (for example, graphite powder, copper powder) as an auxiliary material is added together with an organic binder to the iron-based powder (iron-based
このようにして合金用粉末/有機結合剤層3が形成された鉄基粉末1に対して、表面改質剤を含む溶液を添加して混合した後、適度な温度(通常、100℃程度)で乾燥させ、表面改質剤の溶媒や表面改質剤と水との反応生成物であるアルコール類(例えば、界面活性剤の場合には溶媒、カップリング剤の場合には溶媒および水との反応生成物であるアルコール類)などを蒸散させることで、表面改質剤層4を形成する(以上、工程C)。また、シロキサンコーティング剤の場合には、加熱しながらUVを照射することで、表面を硬化させる。
潤滑剤を添加する場合、上記工程Cにおいて表面改質剤と同時に添加してもよいし、表面改質剤層4を形成した後(工程Cの完了後)に添加してもよい。潤滑剤を添加する場合には、ヘンシェルミキサーのような撹拌翼型ミキサー、V型ブレンダーやダブルコーンミキサーのような容器回転型ミキサーなどにより混合がなされる。
After adding and mixing the solution containing the surface modifier to the iron-based
When the lubricant is added, it may be added at the same time as the surface modifier in Step C, or may be added after the
本発明の粉末混合物は、一般の粉末冶金における工法を適用して、機械部品の製造に供することができる。具体的には、粉末混合物を金型に充填して圧縮成形した後、必要に応じてサイジングを行い、焼結して焼結体とする。焼結後さらに浸炭焼入れ、光輝焼き入れ、高周波焼入れなどの熱処理を施し、製品(機械部品)とする。
このような機械部品の製造において、本発明の粉末混合物は、合金用粉末など偏析がないため、バラツキのない均一な組成、強度を有する製品を得ることができ、また、高い流動性を有するので金型への充填性にも優れ、且つ成形時における成形性や金型からの抜出し性にも優れるので、大型で複雑な形状の部品であっても容易に製造することができる。
The powder mixture of the present invention can be used for the production of machine parts by applying a general method in powder metallurgy. Specifically, after the powder mixture is filled into a mold and compression-molded, sizing is performed as necessary and sintered to obtain a sintered body. After sintering, heat treatment such as carburizing quenching, bright quenching and induction quenching is performed to obtain a product (machine part).
In the production of such mechanical parts, the powder mixture of the present invention has no segregation such as powder for alloys, so that a product having a uniform composition and strength without variation can be obtained, and also has high fluidity. Since it is excellent in filling into the mold and excellent in moldability during molding and extraction from the mold, even a large and complicated part can be easily manufactured.
[本発明例]
鉄基粉末として純鉄粉を用い、これに表1に示す合金用粉末(副原料)、有機結合剤、濡れ改善剤、表面改質剤および潤滑剤を配合し、さきに説明した製造方法に従い本発明例の粉末混合物を製造した。
また、鉄基粉末として純鉄粉を用い、これに表2に示す合金用粉末(副原料)、有機結合剤および潤滑剤を配合し、比較例の粉末混合物を製造した。この製造工程では、鉄基粉末に合金用粉末と有機結合剤を添加し、有機結合剤の融点以上の温度に加熱しつつ撹拌混合した後に、冷却して有機結合剤を固化させ、しかる後、潤滑剤を添加して混合した。
[Example of the present invention]
Pure iron powder is used as the iron-based powder, and the alloy powder (subsidiary raw material), organic binder, wetting improver, surface modifier and lubricant shown in Table 1 are blended in accordance with the manufacturing method described above. A powder mixture of the inventive example was produced.
Further, pure iron powder was used as the iron-based powder, and the powder for alloy (sub-material), organic binder and lubricant shown in Table 2 were blended therein to produce a powder mixture of a comparative example. In this production process, the alloy powder and the organic binder are added to the iron-based powder, and after stirring and mixing while heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the organic binder, the organic binder is solidified by cooling. Lubricant was added and mixed.
このようにして得られた本発明例および比較例の粉末混合物について、以下のような方法で充填性と圧粉特性の評価を行った。
(1)充填性の評価
図3に示す充填試験機を用い、以下のようにして充填率と充填のバラツキを測定した。長さ20mm、深さ40mm、幅0.5mmのキャビティー内に供試粉を充填した。粉箱は図中の矢印方向に移動し、その移動速度は200mm/秒とした。また、キャビティー上での粉箱の保持時間は0.5秒とした。充填後の充填密度(充填質量/キャビティー体積)を充填前の見かけ密度の百分率で表したものを充填率とした(充填率100%で完全充填)。また、同じ試験を10回繰り返し、その充填率のバラツキを充填率の標準偏差で表した。
(2)圧粉特性の評価
供試粉を室温、588MPaの加圧成形で11mmφ×11mmHの円筒状の成形品とし、得られた成形品を金型から抜き出すときの抜出し力を測定するとともに、成形品の密度を測定した。
About the powder mixture of this invention example and comparative example which were obtained in this way, the filling property and the compacting property were evaluated by the following methods.
(1) Evaluation of filling property Using the filling tester shown in FIG. 3, filling rate and filling variation were measured as follows. The test powder was filled into a cavity having a length of 20 mm, a depth of 40 mm, and a width of 0.5 mm. The powder box moved in the direction of the arrow in the figure, and the moving speed was 200 mm / second. The holding time of the powder box on the cavity was 0.5 seconds. The filling density after filling (filling mass / cavity volume) expressed as a percentage of the apparent density before filling was defined as the filling rate (complete filling at a filling rate of 100%). Moreover, the same test was repeated 10 times, and the variation in the filling rate was represented by the standard deviation of the filling rate.
(2) Evaluation of compacting properties The test powder was formed into a cylindrical molded product of 11 mmφ × 11 mmH by pressure molding at room temperature and 588 MPa, and the extraction force when the resulting molded product was extracted from the mold was measured. The density of the molded product was measured.
以上の評価結果を表1および表2に併せて示す。これによれば、表2に示す比較例の粉末混合物は、充填性が著しく劣っている。これに対して表1に示す本発明例の粉末混合物は、充填性、圧粉特性(密度、抜出力)ともに非常に良好な結果が得られている。 The above evaluation results are shown in Table 1 and Table 2 together. According to this, the powder mixture of the comparative example shown in Table 2 is extremely inferior in filling properties. On the other hand, the powder mixture of the example of the present invention shown in Table 1 has very good results in both filling properties and compacting properties (density and extraction output).
1 鉄基粉末
2 濡れ改善剤層
3 合金用粉末/有機結合剤層
4 表面改質剤層
30 合金用粉末
31 有機結合剤
DESCRIPTION OF
Claims (9)
鉄基粉末の表面に、下層側から順に、濡れ改善剤による被覆層、合金用粉末と有機結合剤とを含む被覆層、表面改質剤による被覆層を有することを特徴とする粉末冶金用粉末混合物。 In a powder mixture for powder metallurgy in which an alloy powder is adhered to an iron-based powder via an organic binder,
Powder for metallurgy characterized by having, on the surface of the iron-based powder, in order from the lower layer side, a coating layer with a wetting improver, a coating layer containing an alloy powder and an organic binder, and a coating layer with a surface modifier. blend.
該工程(A)を経た鉄基粉末に合金用粉末と有機結合剤を添加し、有機結合剤の融点以上の温度に加熱しつつ混合した後、冷却することにより、前記濡れ改善剤による被覆層の上に、合金用粉末と有機結合剤とを含む被覆層を形成する工程(B)と、
該工程(B)を経た鉄基粉末に表面改質剤を含む溶液を添加して混合した後、乾燥させることにより、前記合金用粉末と有機結合剤とを含む被覆層の上に、表面改質剤による被覆層を形成する工程(C)を有することを特徴とする粉末冶金用粉末混合物の製造方法。 A step (A) of forming a coating layer with a wetting improver on the surface of the iron-based powder by adding and mixing a solution containing the wetting-improving agent to the iron-based powder and then drying;
The powder for alloying and the organic binder are added to the iron-based powder that has undergone the step (A), mixed with heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the organic binder, and then cooled, whereby the coating layer by the wetting improver A step (B) of forming a coating layer containing an alloy powder and an organic binder on
A solution containing a surface modifier is added to and mixed with the iron-based powder that has undergone the step (B), and then dried, whereby the surface modification is performed on the coating layer containing the alloy powder and the organic binder. A method for producing a powder mixture for powder metallurgy, comprising the step (C) of forming a coating layer with a quality agent.
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