JP3873547B2 - 粉末冶金用鉄基混合粉 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末冶金用鉄基混合粉に係り、とくに製造時の流動性やホッパからの排出性に優れた粉末冶金用鉄基混合粉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末冶金用鉄基混合粉は、鉄基粉としての鉄粉に、銅粉、黒鉛粉、燐化鉄粉等の合金用粉と、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム等の潤滑剤粉とを混合し、さらに必要に応じてMnS などの切削性改善用粉を混合して製造するのが一般的である。
【０００３】
しかし、このような粉末冶金用鉄基混合粉は、大きさ、形状および密度の異なる複数の粉末を含んでいるため、混合後の輸送、ホッパへの装入、排出、または金型充填時に、混合粉の中で粉末が均一に分布しなくなり、偏析を生じやすいという欠点を有している。
例えば、鉄粉と黒鉛粉との混合粉では、トラック輸送中の振動によって輸送容器内で鉄粉と黒鉛粉がそれぞれ勝手に運動し、とくに、比重の小さい黒鉛粉が表面に浮かび上がってくることはよく知られている。また、ホッパより排出された鉄粉と黒鉛粉との混合粉は、排出の初期、中期、終期で、それぞれ黒鉛粉濃度が異なってしまうことも良く知られている。
【０００４】
これら偏析が生じた混合粉を加圧（圧縮）成形して成形体（圧粉体ともいう）とし、その成形体を焼結して最終製品とすると、製品毎に組成がばらついたり、寸法および強度が大きくばらつき、不良品が多発することになる。
さらに、鉄粉に混合する銅粉、黒鉛粉、燐化鉄粉等は、いずれも鉄粉より微粉末であるため、比表面積（単位重量に対する表面積の割合）が大きく、流動性が悪い。したがって、それを鉄粉に混合すると、その流動性を低下させる。このため、混合粉の成形用金型への充填速度が低下し、成形体の生産性を低下させる。
【０００５】
混合粉のこのような偏析を防止する技術として、例えば、特開平1-219101号公報には、鉄粉と、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム等の潤滑剤0.3 〜1.3 重量％と、合金化元素粉0.1 〜10重量％とからなり、鉄粉表面に合金化元素が固着している粉末冶金用鉄粉が提案されている。
また、特開平2-217403号公報には、金属粉末に、結合剤として特定組成比のアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、重合性不飽和酸をモノマー成分とする共重合体を配合してなる粉末冶金用混合粉末が提案されている。
【０００６】
また、特開平3-162502号公報には、鉄系粉末に脂肪酸を加えて１次混合し、ついで合金用粉末に金属石鹸を添加して２次混合し、昇温して脂肪酸と金属石鹸との共溶融物を生成させ、共溶融物を冷却固着させ鉄系粉末粒子の表面に合金用粉末を固着させる粉末冶金用鉄基粉末混合粉の製造方法が提案されている。
しかしながら、特開平1-219101号公報、特開平3-162502号公報に記載された技術では、結合剤としての潤滑剤や共溶融物に、亜鉛やその他の金属元素を含んでおり、成形体の焼結時にそれら金属元素が酸化物となって、焼結炉の内部を汚染したり、焼結体の化学組成を変化させてしまうという問題を有していた。
【０００７】
また、特開平2-217403号公報に記載された技術で製造された混合粉末は、結合剤自体が潤滑作用を持たないため、最終的にはステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を添加しており、焼結炉の内部汚染や、焼結体の化学組成の変化などの問題を解決できていない。
また、本発明者らは、特開平5-148505号公報に、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドから選ばれた１種以上の加熱溶融物を結合剤とし、合金用粉末および／または切削性改善用粉末が表面に固着されている鉄基粉末と、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドから選ばれた１種以上の遊離粉末と、ステアリン酸亜鉛の遊離粉末との混合物である粉末冶金用鉄基粉末混合物を提案した。また、結合剤として高級脂肪酸、高級脂肪酸アミド、ワックス、ステアリン酸亜鉛の加熱溶融物を使用する場合には、潤滑剤としてステアリン酸リチウムを使用すべきことも提案した。
【０００８】
しかしながら、特開平5-148505号公報に記載された技術では、依然として少量のステアリン酸亜鉛や、ステアリン酸リチウムなどの金属石鹸が配合されているため、完全に焼結炉の内部汚染を解消することはできていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鉄基粉末混合粉に、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウム等の金属石鹸を含まない潤滑剤を用いた場合、すなわち、金属成分を含まない有機物質のみからなる潤滑剤を用いると、得られた鉄基粉末混合粉の流動性やホッパ排出性が劣化するという問題があった。
【００１０】
このような問題に対し、特開平9-71801 号公報には、鉄基粉末に、少なくとも１種以上の合金用粉末と融点の異なる２種以上のワックスを加えて混合し、昇温してワックスの部分溶融物を生成させ、混合しながら冷却し、ワックスの部分溶融物を冷却固着させ、鉄基粉末粒子表面に合金用粉末を固着させ、さらにワックスを遊離潤滑剤として添加、混合し、さらに、0.001-1 重量％の帯電防止剤を加えて混合する、流動性に優れ見かけ密度の安定な粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法が提案されている。しかしながら、特開平9-71801 号公報に記載された偏析防止混合物は、ネジ式チューブコンベアで搬送した場合には、搬送コイルの回転により印可される剪断力により、帯電防止剤同士が凝集し、流動性が低下する問題が残されていた。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の問題を有利に解決し、焼結炉の内部を汚染することもなく、流動性やホッパ排出性に優れた鉄基粉末混合粉およびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するため、金属成分を含まない潤滑剤を用いた粉末冶金用鉄基粉末混合粉の流動性、ホッパ排出性の向上について鋭意検討した。その結果、帯電防止剤を含有させた潤滑剤粉を遊離粉末として添加することにより、他の潤滑剤を従来用いられている有機潤滑剤のみとしても、従来並みの粉体及び圧粉体の特性を有し、しかも流動性やホッパ排出性に優れた混合粉が得られるという知見を得た。また、この混合粉は水分吸着量が従来品に比べ大きく、このため流動性、ホッパ排出性が改善されるという知見を得た。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
すなわち、本発明は、鉄基粉に少なくとも遊離潤滑剤粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、前記遊離潤滑剤粉に帯電防止剤を0.02〜１質量％含有せしめるととにもに、該遊離潤滑剤粉を混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％配合したことを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉である。
【００１４】
また、本発明は、鉄基粉に、潤滑剤粉、あるいはさらに合金用粉および／または切削性改善粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、前記潤滑剤粉が、混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％の、帯電防止剤を0.02〜１質量％含有する遊離潤滑剤粉と、あるいはさらに帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、帯電防止剤を含有する前記遊離潤滑剤粉との合計量で、混合粉全量に対し0.5 〜1.2 質量％含有することを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉であり、本発明では、前記帯電防止剤を0.02〜１質量％含有する遊離潤滑剤粉が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドのうちから選ばれた１種または２種以上からなることが好ましく、また、本発明では、前記帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミド、分子量１万以下のポリエチレン、分子量１万以下のポリエチレンとエチレンビスステアリン酸アミドの溶融混合物のうちから選ばれた１種または２種以上からなることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、鉄基粉に、潤滑剤粉、合金用粉および／または切削性改善粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、前記鉄基粉が表面に前記合金用粉および／または前記切削性改善粉を、混合粉全量に対し0.1 〜1.0 質量％の結合潤滑剤を介し固着させた鉄基粉であり、前記潤滑剤粉が、混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％の、帯電防止剤を0.02〜１質量％含有する遊離潤滑剤粉と、あるいはさらに帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、帯電防止剤を含有する前記遊離潤滑剤粉との合計量で、混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％含有することを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉であり、また、本発明では、前記帯電防止剤を0.02〜１質量％含有する遊離潤滑剤粉が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドのうちから選ばれた１種または２種以上からなることが好ましく、また、本発明では、前記帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミド、分子量１万以下のポリエチレン、分子量１万以下のポリエチレンとエチレンビスステアリン酸アミドの溶融混合物のうちから選ばれた１種または２種以上からなることが好ましく、また、本発明では、前記結合潤滑剤が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドのうちから選ばれた１種または２種以上からなる溶融混合物であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、鉄基粉に、潤滑剤粉、あるいはさらに合金用粉および／または切削性改善粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、温度：25℃、相対湿度：75％の雰囲気中での水分吸着量が0.1 〜0.4mg/l であることを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の粉末冶金用鉄基混合粉は、鉄基粉に、潤滑剤粉、あるいはさらに合金用粉および／または切削性改善粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉である。本発明の鉄基混合粉では、潤滑剤粉の一部または全部として、帯電防止剤を含有した遊離潤滑剤粉を配合する。
【００１８】
遊離潤滑剤粉は、0.02〜１質量％の帯電防止剤を含有する。遊離潤滑剤粉に帯電防止剤を含有させることにより、ネジ式チューブ型搬送機で生じる帯電防止剤同士の凝集を防止することができる。また、帯電防止剤の含有により、遊離潤滑剤粉表面に多くの水分子を吸着させることができる。これにより、鉄基混合粉の流動性、特にホッパからの排出性を改善させることができる。流動性、ホッパからの排出性の観点から、混合粉の水分吸着量は温度：25℃、相対湿度：75％の雰囲気中で0.1 〜0.4mg/l とするのが好ましい。混合粉の水分吸着量が、この範囲を外れると、流動性、ホッパからの排出性が劣化する。なお、本発明では、混合粉の水分吸着量は、例えば、日本ベル株式会社製「ＢＥＬＳＯＲＰ１８」を用いて、25℃で、相対湿度：75％の雰囲気中での、等温吸湿量を代表値として採用した。
【００１９】
混合粉の流動性は、構成する粉体間（とくに、潤滑剤同士、あるいは潤滑剤と結合材）の付着力、とくに分子間力の大小に支配されると言われている（例えば、上ノ薗：粉体および粉末冶金，45(1998), p849）。分子間力は、粉体のハマカー係数に比例し、水分子は、潤滑剤に比べ小さい値を持つ。したがって、鉄基混合粉中に、表面に水分を吸着した潤滑剤を遊離粉末として配合することにより、鉄基混合粉の粉体間の分子間力が低減され、このため鉄基混合粉の流動性が向上するものと考えられる。
【００２０】
遊離潤滑剤粉中の帯電防止剤の含有量が、0.02質量％未満では、上記した効果が認められず、一方、１質量％を超えると、鉄基混合粉の流動性を低下させるので好ましくない。このため、遊離潤滑剤粉中の帯電防止剤の含有量を0.02〜１質量％に限定した。なお、帯電防止剤の効果は、0.04質量％以上で顕著となる。
使用する帯電防止剤は、遊離潤滑剤粉表面への水分子吸着を増加させるものであればよく、とくに限定されないが、下記に示す帯電防止剤が好ましい。
【００２１】
本発明で使用する帯電防止剤としては、アルキル基の炭素数が10〜20であるアルキルジメチルアミンオキサイド、アルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン、アルキルカルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダソリニウムベタイン、アルキルアミドプロピルベタインから選ばれる１種、ＨＬＢ（親水性親油性バランス）が1 〜10のソルビタン脂肪酸エステル、ＨＬＢが9 〜15のポリエキシエチレンソルビタンモノ脂肪酸エステル、ＨＬＢが9 〜15のポリエキシエチレンアルキルエ−テル、ＨＬＢが5 〜15のポリエキシエチレンアルキルフェニルエ−テル、アルキル基の炭素数が10〜20のアルキルアルカノールアミドないしアルキル基の炭素数が10〜20のポリオキシエチレンアルキルアミンが好適である。特にアルキル基の炭素数が10〜20のアルキルカルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダソリニウムベタイン、ＨＬＢ9 〜15のポリオキシエチレンアルキルエ−テル、アルキルジエタノールアミド、及びアルキル基の炭素数が10〜20のポリオキシエチレンアルキルアミンが一層好適である。
【００２２】
また、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉として使用する潤滑剤は、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドから選ばれた１種または２種以上とするのが好ましい。
鉄基混合粉に配合される、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉は、混合粉の合計量に対し、0.1 〜0.5 質量％配合されるのが好ましい。鉄基混合粉に、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉を配合することにより、混合粉の流動性、特にホッパからの排出性を改善させることができる。もちろん、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉は、金型中で加圧成形する際に、摩擦熱で溶融あるいは軟化して潤滑効果も発揮する。
【００２３】
帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉の含有量が、混合粉の合計量に対し0.1 質量％未満では、混合粉の流動性が不足し、一方、0.5 質量％を超えると、吸着水量の増加のため却って混合粉の流動性が低下する。このため、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉の含有量は、混合粉の合計量に対し0.1 〜0.5 質量％の範囲に限定する。
【００２４】
また、本発明では、潤滑剤粉として、上記した帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉以外に、帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、混合粉に添加してもよい。帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉は、混合粉が金型に充填され加圧成形される際に、摩擦熱で溶融あるいは軟化して潤滑効果を発揮する。その添加量は、帯電防止剤を含有する潤滑剤との合計で、混合粉の合計量に対し、0.5 〜1.2 質量％とするのが好ましい。潤滑剤粉の合計量が、0.5 質量％未満では、潤滑効果が小さく成形後の抜出し力が高く、一方、潤滑剤粉の合計量が、1.2 質量％を超えると混合粉の流動性が劣化する。このため、潤滑剤がすべて遊離潤滑剤の場合には、帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉の含有量は、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉との合計量で、混合粉の合計量に対し、0.5 〜1.2 質量％の範囲に限定するのが好ましい。
【００２５】
帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉に適用できる潤滑剤としては、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミド、分子量１万以下のポリエチレン、分子量１万以下のポリエチレンとエチレンビスステアリン酸アミドの溶融混合物が例示でき、これらのうちから選ばれた１種または２種以上を複合して適用してもよい。
【００２６】
本発明では、鉄基粉は、鋼材の製造時に生成するミルスケ−ルや鉄鉱石を還元した還元鉄粉、溶鋼をアトマイズ処理して製造された、純鉄粉、合金鉄粉を用いるのが好ましい。
本発明では、この鉄基粉に、さらに、合金用粉および／または切削性改善用粉を配合するのが好ましい。
【００２７】
配合する合金用粉としては、黒鉛粉、銅粉、各種合金元素粉等のうちから選ばれた１種または２種以上が好適である。合金用粉の配合量は、製品焼結体に要求される機械的特性に合致して適宜決定されるが、混合粉の合計量に対し5.0 質量％以下とするのが好ましい。合金用粉との配合量が5.0 質量％を超えると、鋼粉コストが高くなるという問題がある。
【００２８】
また、焼結体の切削性を改善する目的で配合する切削性改善用粉としては、タルク、金属硫化物等が例示され、これらのうちから選ばれた１種または２種以上が、製品焼結体に要求される特性を考慮して、適宜、選定される。切削性改善用粉の合計配合量は、切削性改善用粉合計で、混合粉の全量に対し5.0 質量％以下とするのが好ましい。切削性改善用粉の合計配合量が5.0 質量％を超えると、圧縮性が低下するという問題がある。
【００２９】
本発明では、鉄基粉表面に、合金用粉および／または切削性改善用粉を固着してもよい。
合金用粉、切削性改善用粉を、鉄基粉表面に固着させることにより、混合粉の偏析を防止することができる。本発明では、鉄基粉表面への合金用粉および／または切削性改善用粉の固着は、結合潤滑剤を介し行うのが好ましい。鉄基粉に、合金用粉および／または切削性改善用粉を配合し、さらに結合潤滑剤を添加し、結合潤滑剤の融点以上の温度で加熱混合して、結合潤滑剤を溶融させ、鉄基粉の表面に合金用粉および／または切削性改善用粉を付着させ、冷却後に結合潤滑剤の結合力で鉄基粉の表面にこれら粉を固着させる。
【００３０】
結合潤滑剤の添加量は、混合粉の全量に対し0.1 〜1.0 質量％の範囲とするのが好ましい。添加量が、0.1 質量％未満では、合金用粉等の鉄基粉表面への付着量が低下し、混合粉における合金用粉等の偏析が増加する。一方、結合潤滑剤の添加量が1.0 質量％を超えると、ホッパ排出性が低下する。このため、結合潤滑剤の添加量は混合粉の全量に対し0.1 〜1.0 質量％の範囲とするのが好ましい。
【００３１】
鉄基粉の表面に合金用粉および／または切削性改善用粉を固着させるに好適な結合潤滑剤としては、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドのうちから選ばれた１種または２種以上の溶融混合物が好ましい。
【００３２】
これらを結合潤滑剤として用いることにより、従来用いていた金属元素を含むステアリン酸亜鉛( 融点120 ℃) と同様に、この鉄基粉末混合粉を金型中で加圧成形する際に、摩擦熱で溶融ないし軟化させて、本来の潤滑剤の働きをさせることもできる。
さらに、本発明の鉄基混合粉には、結合潤滑剤とともに、オレイン酸、スピンドル油、タービン油のうちから選ばれた１種以上の有機質液体潤滑剤を、混合粉全量に対し、0.01〜0.3 質量％の範囲で添加してもよい。それにより、合金用粉等の鉄基粉への固着が強固になる。有機質液体潤滑剤の添加量が、0.01質量％未満では、偏析防止効果の格段の向上がなく、一方、0.3 質量％を超えると、ホッパ排出性が低下する。
【００３３】
結合潤滑剤を添加し、表面に合金用粉および／または切削性改善粉を固着させた鉄基粉に、さらに帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉を、混合粉の合計量に対し、0.1 〜0.5 質量％配合する。帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉を配合することにより、混合粉の流動性、特にホッパからの排出性を改善させることができる。なお、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉の種類、および含有量の限定理由は、表面に合金用粉および／または切削性改善粉を固着させない場合と同様である。
【００３４】
さらに、上記した帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉以外に、帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、混合粉に添加してもよい。鉄基粉の表面に合金用粉等を結合潤滑剤を介し固着させるこの場合にはその添加量は、帯電防止剤を含有する潤滑剤との合計で、混合粉の合計量に対し、0.1 〜0.5 質量％とするのが好ましい。潤滑剤粉の合計量が、0.1 質量％未満では、潤滑効果が小さく成形後の抜出し力が高く、一方、潤滑剤粉の合計量が、0.5 質量％を超えると混合粉の流動性が劣化し、ホッパー排出性が低下する。このため、結合潤滑剤を含む場合には、帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉の含有量は、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉との合計量で、混合粉の合計量に対し、0.1 〜0.5 質量％の範囲に限定するのが好ましい。
【００３５】
上記した本発明の鉄基混合粉は、温度：25℃、相対湿度：75％の雰囲気中での水分吸着量が0.1 〜0.4mg/l となる水分吸着能を有している。水分吸着量が、この範囲を外れると、流動性、ホッパからの排出性が劣化する。
つぎに、本発明の鉄基混合粉の製造方法について説明する。
鉄基粉に、あるいはさらに合金用粉および／または切削性改善用粉と、帯電防止剤を0.02〜１質量％含有させた遊離潤滑剤粉を混合粉の合計量に対し0.1 〜0.5 質量％と、あるいはさらに帯電防止剤を含まない遊離潤滑剤粉を混合粉の合計量に対し、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉との合計で0.5 〜1.2 質量％添加し、混合して、鉄基混合粉とする。
【００３６】
また、鉄基粉に、合金用粉および／または切削性改善用粉と、結合潤滑剤を、混合粉の合計量に対し、0.1 〜1.0 質量％添加し、あるいはさらに有機質液体潤滑剤を、混合粉の合計量に対し、0.01〜0.3 質量％添加し、混合したのち、さらに、結合潤滑剤が１種の場合は、結合潤滑剤の融点より10℃以上100 ℃以下高い温度で、結合潤滑剤が２種以上からなる場合は、結合潤滑剤のうちの最低の融点より10℃以上高く、結合潤滑剤のうちの最高の融点以下の温度で加熱しながら混合し、一部が溶融した結合潤滑剤により鉄基粉表面に合金用粉および／または切削性改善用粉を付着させ、引続き冷却して、鉄基粉に合金用粉および／または切削性改善用粉を結合潤滑剤により固着させた後、60℃以下の温度で、帯電防止剤を0.02〜１質量％含有させた遊離潤滑剤粉を、混合粉の合計量に対し0.1 〜0.5 質量％添加し、さらに必要に応じて、帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉との合計で、混合粉の合計量に対し0.1 〜0.5 質量％添加し、混合し、鉄基混合粉とするのが好ましい。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
使用した帯電防止剤を表１に、潤滑剤を表２に示す。
鉄基粉（平均粒径：78μｍの鉄粉）に、合金用粉として、平均粒径：23μｍの銅粉２質量％と、平均粒径：14μｍの天然黒鉛粉0.8 質量％とを、表３に示す種類、添加量の遊離潤滑剤粉とともに、Ｖブレンダで15min 混合し、鉄基混合粉とした。
【００３８】
これら鉄基混合粉の流動性、ホッパ排出性を測定した。また、これら鉄基混合粉を用いた成形体の抜出し力を測定した。さらに、これら鉄基混合粉の水分吸着量を測定した。
（１）流動性
これら鉄基混合粉100gを、オリフィス径５mmの容器に充填し、充填してから排出するまでの時間を測定し、排出までの時間で流動性を評価した。
（２）ホッパ排出性
底部中央にオリフィス（直径2.0mm ）を設けた容器（内径100mm ×高さ200mm ）に、鉄基混合粉1000g を充填し、このオリフィスを通して，混合粉1000g がすべて排出させるまでの加振回数をもとめ、この加振回数でホッパ排出性を評価した。
（３）抜出し力
これらの鉄基混合粉を金型に充填し、５ton/cm2 （490 MPa ）の圧力で圧縮し、25mmφ×20mm高さのタブレット（成形体）に成形したのち、金型から成形体を抜出し、そのときの抜出し力を測定した。
（４）水分吸着量
日本ベル株式会社製の「ＢＥＬＳＯＲＰ１８」を用いて、これら鉄基混合粉の水分吸着量を測定した。測定条件は、雰囲気温度を25℃（温度）とし、一旦、10-5Torr（1.33×10-3Pa）まで減圧したのち、水蒸気を導入し、湿度を徐々に増加させながら、重量変化を測定した。75％（相対湿度）の雰囲気中での鉄基混合粉の重量増加量を鉄基混合粉の水分吸着量とした。
【００３９】
これらの結果を表４に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
【表３】
【００４３】
【表４】
【００４４】
表４から、本発明例は、流動度が13.0〜13.5s/100g、ホッパ排出性が３回以下、抜出力が114 〜123kgf/cm2（11.2〜12.1MPa ）、水分吸着量が0.12〜0.30mg/lと、優れた流動性およびホッパ排出性を示している。これに対し、本発明の範囲を外れる比較例は、流動性およびホッパ排出性が低下している。
（実施例２）
鉄基粉末（平均粒径：78μｍの鉄粉）に、合金用粉として、混合粉の合計量に対し、黒鉛粉（平均粒径：23μｍ）１質量％と、電解銅粉（平均粒径：25μm ）２質量％とを、表５に示す種類、添加量の結合潤滑剤とともに、加熱混合機に装入して十分に混合した。ついで、結合剤の最低融点＋10℃以上、最高融点以下の温度に混合を続けながら加熱した( ここまでを１次混合という）。
【００４５】
ついで、混合しながら、混合物を85℃以下に冷却した。さらに、40℃まで冷却した後、表５に示す帯電防止剤を含む遊離潤滑剤粉を添加（常温添加）し、あるいはさらに、帯電防止剤を含まない遊離潤滑剤粉を添加し、均一になるように混合し（ここまでを２次混合という）たのち、混合物を加熱混合機から排出し、鉄基混合粉とした。
【００４６】
これら鉄基混合粉の流動性、ホッパ排出性を測定した。また、これら鉄基混合粉を用いた成形体の抜出し力、および混合粉の水分吸着量、を測定した。また、これら鉄基混合粉の偏析傾向を炭素付着度で調査した。流動性、ホッパ排出性、成形体の抜出し力、水分吸着量の測定方法は、実施例１と同様とした。
（４）炭素の付着度
鉄基混合粉に含まれる黒鉛粉の偏析程度を、炭素の付着度で評価した。
【００４７】
炭素の付着度は、次式で評価した。
炭素の付着度＝｛100 メッシュ（150 μm ）を通過したものから200 メッシュ（75μｍ) を通過しない範囲の粒度までの鉄基混合粉のＣ分析値｝／（鉄基混合物のＣ分析値）×100 （％）
この炭素の付着度が大きいほど、鉄基混合粉における黒鉛粉の偏析が小さいことを意味する。
【００４８】
これらの結果を表６に示す。
【００４９】
【表５】
【００５０】
【表６】
【００５１】
【表７】
【００５２】
表６から、本発明例は、流動度が12.1〜12.8s/100g、ホッパ排出性が２回以下、抜出力が112 〜122kgf/cm2（11.0〜12.0MPa ）、炭素の付着度が80％以上と、偏析傾向も小さく、また、水分吸着量も0.13〜0.23mg/lと適正範囲内であり、優れた流動性およびホッパ排出性を示している。
なお、本発明例のなかでも、混合粉No.2-22 、No.2-23 、No.2-24 は、結合潤滑剤の添加量が好適範囲を外れ、炭素の付着度が若干小さく、あるいは流動性とホッパ排出性が若干低下している。混合粉No.2-21 は、遊離潤滑剤量が好適範囲を超えて多く、流動性とホッパ排出性が若干低下している。また、混合粉No.2-22 は、結合潤滑剤の添加量が好適範囲より少ないため、炭素の付着度が若干低く偏析をやや生じやすい。また、混合粉No.2-24 は、液体結合潤滑剤の添加量が好適範囲より多いため、流動性とホッパ排出性が若干低下している。
【００５３】
これに対し、本発明の範囲を外れる比較例は、流動性およびホッパ排出性が低下している。混合粉No. 2-16、No. 2-17、No. 2-20は、帯電防止剤を含む遊離潤滑剤粉の含有量が本発明の範囲を外れているため、流動性とホッパ排出性が低下している。また、混合粉No.2-18 、No.2-19 は、遊離潤滑剤粉中の帯電防止剤量が本発明の範囲を外れるため、流動性とホッパ排出性が劣化している。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、焼結炉の内部を汚染することもなく、流動性やホッパ排出性に優れた鉄基粉末混合粉が安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末冶金用鉄基混合粉に係り、とくに製造時の流動性やホッパからの排出性に優れた粉末冶金用鉄基混合粉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉末冶金用鉄基混合粉は、鉄基粉としての鉄粉に、銅粉、黒鉛粉、燐化鉄粉等の合金用粉と、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム等の潤滑剤粉とを混合し、さらに必要に応じてMnS などの切削性改善用粉を混合して製造するのが一般的である。
【０００３】
しかし、このような粉末冶金用鉄基混合粉は、大きさ、形状および密度の異なる複数の粉末を含んでいるため、混合後の輸送、ホッパへの装入、排出、または金型充填時に、混合粉の中で粉末が均一に分布しなくなり、偏析を生じやすいという欠点を有している。
例えば、鉄粉と黒鉛粉との混合粉では、トラック輸送中の振動によって輸送容器内で鉄粉と黒鉛粉がそれぞれ勝手に運動し、とくに、比重の小さい黒鉛粉が表面に浮かび上がってくることはよく知られている。また、ホッパより排出された鉄粉と黒鉛粉との混合粉は、排出の初期、中期、終期で、それぞれ黒鉛粉濃度が異なってしまうことも良く知られている。
【０００４】
これら偏析が生じた混合粉を加圧（圧縮）成形して成形体（圧粉体ともいう）とし、その成形体を焼結して最終製品とすると、製品毎に組成がばらついたり、寸法および強度が大きくばらつき、不良品が多発することになる。
さらに、鉄粉に混合する銅粉、黒鉛粉、燐化鉄粉等は、いずれも鉄粉より微粉末であるため、比表面積（単位重量に対する表面積の割合）が大きく、流動性が悪い。したがって、それを鉄粉に混合すると、その流動性を低下させる。このため、混合粉の成形用金型への充填速度が低下し、成形体の生産性を低下させる。
【０００５】
混合粉のこのような偏析を防止する技術として、例えば、特開平1-219101号公報には、鉄粉と、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム等の潤滑剤0.3 〜1.3 重量％と、合金化元素粉0.1 〜10重量％とからなり、鉄粉表面に合金化元素が固着している粉末冶金用鉄粉が提案されている。
また、特開平2-217403号公報には、金属粉末に、結合剤として特定組成比のアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、重合性不飽和酸をモノマー成分とする共重合体を配合してなる粉末冶金用混合粉末が提案されている。
【０００６】
また、特開平3-162502号公報には、鉄系粉末に脂肪酸を加えて１次混合し、ついで合金用粉末に金属石鹸を添加して２次混合し、昇温して脂肪酸と金属石鹸との共溶融物を生成させ、共溶融物を冷却固着させ鉄系粉末粒子の表面に合金用粉末を固着させる粉末冶金用鉄基粉末混合粉の製造方法が提案されている。
しかしながら、特開平1-219101号公報、特開平3-162502号公報に記載された技術では、結合剤としての潤滑剤や共溶融物に、亜鉛やその他の金属元素を含んでおり、成形体の焼結時にそれら金属元素が酸化物となって、焼結炉の内部を汚染したり、焼結体の化学組成を変化させてしまうという問題を有していた。
【０００７】
また、特開平2-217403号公報に記載された技術で製造された混合粉末は、結合剤自体が潤滑作用を持たないため、最終的にはステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を添加しており、焼結炉の内部汚染や、焼結体の化学組成の変化などの問題を解決できていない。
また、本発明者らは、特開平5-148505号公報に、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドから選ばれた１種以上の加熱溶融物を結合剤とし、合金用粉末および／または切削性改善用粉末が表面に固着されている鉄基粉末と、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドから選ばれた１種以上の遊離粉末と、ステアリン酸亜鉛の遊離粉末との混合物である粉末冶金用鉄基粉末混合物を提案した。また、結合剤として高級脂肪酸、高級脂肪酸アミド、ワックス、ステアリン酸亜鉛の加熱溶融物を使用する場合には、潤滑剤としてステアリン酸リチウムを使用すべきことも提案した。
【０００８】
しかしながら、特開平5-148505号公報に記載された技術では、依然として少量のステアリン酸亜鉛や、ステアリン酸リチウムなどの金属石鹸が配合されているため、完全に焼結炉の内部汚染を解消することはできていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鉄基粉末混合粉に、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウム等の金属石鹸を含まない潤滑剤を用いた場合、すなわち、金属成分を含まない有機物質のみからなる潤滑剤を用いると、得られた鉄基粉末混合粉の流動性やホッパ排出性が劣化するという問題があった。
【００１０】
このような問題に対し、特開平9-71801 号公報には、鉄基粉末に、少なくとも１種以上の合金用粉末と融点の異なる２種以上のワックスを加えて混合し、昇温してワックスの部分溶融物を生成させ、混合しながら冷却し、ワックスの部分溶融物を冷却固着させ、鉄基粉末粒子表面に合金用粉末を固着させ、さらにワックスを遊離潤滑剤として添加、混合し、さらに、0.001-1 重量％の帯電防止剤を加えて混合する、流動性に優れ見かけ密度の安定な粉末冶金用鉄基粉末混合物の製造方法が提案されている。しかしながら、特開平9-71801 号公報に記載された偏析防止混合物は、ネジ式チューブコンベアで搬送した場合には、搬送コイルの回転により印可される剪断力により、帯電防止剤同士が凝集し、流動性が低下する問題が残されていた。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の問題を有利に解決し、焼結炉の内部を汚染することもなく、流動性やホッパ排出性に優れた鉄基粉末混合粉およびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するため、金属成分を含まない潤滑剤を用いた粉末冶金用鉄基粉末混合粉の流動性、ホッパ排出性の向上について鋭意検討した。その結果、帯電防止剤を含有させた潤滑剤粉を遊離粉末として添加することにより、他の潤滑剤を従来用いられている有機潤滑剤のみとしても、従来並みの粉体及び圧粉体の特性を有し、しかも流動性やホッパ排出性に優れた混合粉が得られるという知見を得た。また、この混合粉は水分吸着量が従来品に比べ大きく、このため流動性、ホッパ排出性が改善されるという知見を得た。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
すなわち、本発明は、鉄基粉に少なくとも遊離潤滑剤粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、前記遊離潤滑剤粉に帯電防止剤を0.02〜１質量％含有せしめるととにもに、該遊離潤滑剤粉を混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％配合したことを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉である。
【００１４】
また、本発明は、鉄基粉に、潤滑剤粉、あるいはさらに合金用粉および／または切削性改善粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、前記潤滑剤粉が、混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％の、帯電防止剤を0.02〜１質量％含有する遊離潤滑剤粉と、あるいはさらに帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、帯電防止剤を含有する前記遊離潤滑剤粉との合計量で、混合粉全量に対し0.5 〜1.2 質量％含有することを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉であり、本発明では、前記帯電防止剤を0.02〜１質量％含有する遊離潤滑剤粉が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドのうちから選ばれた１種または２種以上からなることが好ましく、また、本発明では、前記帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミド、分子量１万以下のポリエチレン、分子量１万以下のポリエチレンとエチレンビスステアリン酸アミドの溶融混合物のうちから選ばれた１種または２種以上からなることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、鉄基粉に、潤滑剤粉、合金用粉および／または切削性改善粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、前記鉄基粉が表面に前記合金用粉および／または前記切削性改善粉を、混合粉全量に対し0.1 〜1.0 質量％の結合潤滑剤を介し固着させた鉄基粉であり、前記潤滑剤粉が、混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％の、帯電防止剤を0.02〜１質量％含有する遊離潤滑剤粉と、あるいはさらに帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、帯電防止剤を含有する前記遊離潤滑剤粉との合計量で、混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％含有することを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉であり、また、本発明では、前記帯電防止剤を0.02〜１質量％含有する遊離潤滑剤粉が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドのうちから選ばれた１種または２種以上からなることが好ましく、また、本発明では、前記帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミド、分子量１万以下のポリエチレン、分子量１万以下のポリエチレンとエチレンビスステアリン酸アミドの溶融混合物のうちから選ばれた１種または２種以上からなることが好ましく、また、本発明では、前記結合潤滑剤が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドのうちから選ばれた１種または２種以上からなる溶融混合物であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、鉄基粉に、潤滑剤粉、あるいはさらに合金用粉および／または切削性改善粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、温度：25℃、相対湿度：75％の雰囲気中での水分吸着量が0.1 〜0.4mg/l であることを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の粉末冶金用鉄基混合粉は、鉄基粉に、潤滑剤粉、あるいはさらに合金用粉および／または切削性改善粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉である。本発明の鉄基混合粉では、潤滑剤粉の一部または全部として、帯電防止剤を含有した遊離潤滑剤粉を配合する。
【００１８】
遊離潤滑剤粉は、0.02〜１質量％の帯電防止剤を含有する。遊離潤滑剤粉に帯電防止剤を含有させることにより、ネジ式チューブ型搬送機で生じる帯電防止剤同士の凝集を防止することができる。また、帯電防止剤の含有により、遊離潤滑剤粉表面に多くの水分子を吸着させることができる。これにより、鉄基混合粉の流動性、特にホッパからの排出性を改善させることができる。流動性、ホッパからの排出性の観点から、混合粉の水分吸着量は温度：25℃、相対湿度：75％の雰囲気中で0.1 〜0.4mg/l とするのが好ましい。混合粉の水分吸着量が、この範囲を外れると、流動性、ホッパからの排出性が劣化する。なお、本発明では、混合粉の水分吸着量は、例えば、日本ベル株式会社製「ＢＥＬＳＯＲＰ１８」を用いて、25℃で、相対湿度：75％の雰囲気中での、等温吸湿量を代表値として採用した。
【００１９】
混合粉の流動性は、構成する粉体間（とくに、潤滑剤同士、あるいは潤滑剤と結合材）の付着力、とくに分子間力の大小に支配されると言われている（例えば、上ノ薗：粉体および粉末冶金，45(1998), p849）。分子間力は、粉体のハマカー係数に比例し、水分子は、潤滑剤に比べ小さい値を持つ。したがって、鉄基混合粉中に、表面に水分を吸着した潤滑剤を遊離粉末として配合することにより、鉄基混合粉の粉体間の分子間力が低減され、このため鉄基混合粉の流動性が向上するものと考えられる。
【００２０】
遊離潤滑剤粉中の帯電防止剤の含有量が、0.02質量％未満では、上記した効果が認められず、一方、１質量％を超えると、鉄基混合粉の流動性を低下させるので好ましくない。このため、遊離潤滑剤粉中の帯電防止剤の含有量を0.02〜１質量％に限定した。なお、帯電防止剤の効果は、0.04質量％以上で顕著となる。
使用する帯電防止剤は、遊離潤滑剤粉表面への水分子吸着を増加させるものであればよく、とくに限定されないが、下記に示す帯電防止剤が好ましい。
【００２１】
本発明で使用する帯電防止剤としては、アルキル基の炭素数が10〜20であるアルキルジメチルアミンオキサイド、アルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン、アルキルカルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダソリニウムベタイン、アルキルアミドプロピルベタインから選ばれる１種、ＨＬＢ（親水性親油性バランス）が1 〜10のソルビタン脂肪酸エステル、ＨＬＢが9 〜15のポリエキシエチレンソルビタンモノ脂肪酸エステル、ＨＬＢが9 〜15のポリエキシエチレンアルキルエ−テル、ＨＬＢが5 〜15のポリエキシエチレンアルキルフェニルエ−テル、アルキル基の炭素数が10〜20のアルキルアルカノールアミドないしアルキル基の炭素数が10〜20のポリオキシエチレンアルキルアミンが好適である。特にアルキル基の炭素数が10〜20のアルキルカルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダソリニウムベタイン、ＨＬＢ9 〜15のポリオキシエチレンアルキルエ−テル、アルキルジエタノールアミド、及びアルキル基の炭素数が10〜20のポリオキシエチレンアルキルアミンが一層好適である。
【００２２】
また、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉として使用する潤滑剤は、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドから選ばれた１種または２種以上とするのが好ましい。
鉄基混合粉に配合される、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉は、混合粉の合計量に対し、0.1 〜0.5 質量％配合されるのが好ましい。鉄基混合粉に、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉を配合することにより、混合粉の流動性、特にホッパからの排出性を改善させることができる。もちろん、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉は、金型中で加圧成形する際に、摩擦熱で溶融あるいは軟化して潤滑効果も発揮する。
【００２３】
帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉の含有量が、混合粉の合計量に対し0.1 質量％未満では、混合粉の流動性が不足し、一方、0.5 質量％を超えると、吸着水量の増加のため却って混合粉の流動性が低下する。このため、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉の含有量は、混合粉の合計量に対し0.1 〜0.5 質量％の範囲に限定する。
【００２４】
また、本発明では、潤滑剤粉として、上記した帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉以外に、帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、混合粉に添加してもよい。帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉は、混合粉が金型に充填され加圧成形される際に、摩擦熱で溶融あるいは軟化して潤滑効果を発揮する。その添加量は、帯電防止剤を含有する潤滑剤との合計で、混合粉の合計量に対し、0.5 〜1.2 質量％とするのが好ましい。潤滑剤粉の合計量が、0.5 質量％未満では、潤滑効果が小さく成形後の抜出し力が高く、一方、潤滑剤粉の合計量が、1.2 質量％を超えると混合粉の流動性が劣化する。このため、潤滑剤がすべて遊離潤滑剤の場合には、帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉の含有量は、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉との合計量で、混合粉の合計量に対し、0.5 〜1.2 質量％の範囲に限定するのが好ましい。
【００２５】
帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉に適用できる潤滑剤としては、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミド、分子量１万以下のポリエチレン、分子量１万以下のポリエチレンとエチレンビスステアリン酸アミドの溶融混合物が例示でき、これらのうちから選ばれた１種または２種以上を複合して適用してもよい。
【００２６】
本発明では、鉄基粉は、鋼材の製造時に生成するミルスケ−ルや鉄鉱石を還元した還元鉄粉、溶鋼をアトマイズ処理して製造された、純鉄粉、合金鉄粉を用いるのが好ましい。
本発明では、この鉄基粉に、さらに、合金用粉および／または切削性改善用粉を配合するのが好ましい。
【００２７】
配合する合金用粉としては、黒鉛粉、銅粉、各種合金元素粉等のうちから選ばれた１種または２種以上が好適である。合金用粉の配合量は、製品焼結体に要求される機械的特性に合致して適宜決定されるが、混合粉の合計量に対し5.0 質量％以下とするのが好ましい。合金用粉との配合量が5.0 質量％を超えると、鋼粉コストが高くなるという問題がある。
【００２８】
また、焼結体の切削性を改善する目的で配合する切削性改善用粉としては、タルク、金属硫化物等が例示され、これらのうちから選ばれた１種または２種以上が、製品焼結体に要求される特性を考慮して、適宜、選定される。切削性改善用粉の合計配合量は、切削性改善用粉合計で、混合粉の全量に対し5.0 質量％以下とするのが好ましい。切削性改善用粉の合計配合量が5.0 質量％を超えると、圧縮性が低下するという問題がある。
【００２９】
本発明では、鉄基粉表面に、合金用粉および／または切削性改善用粉を固着してもよい。
合金用粉、切削性改善用粉を、鉄基粉表面に固着させることにより、混合粉の偏析を防止することができる。本発明では、鉄基粉表面への合金用粉および／または切削性改善用粉の固着は、結合潤滑剤を介し行うのが好ましい。鉄基粉に、合金用粉および／または切削性改善用粉を配合し、さらに結合潤滑剤を添加し、結合潤滑剤の融点以上の温度で加熱混合して、結合潤滑剤を溶融させ、鉄基粉の表面に合金用粉および／または切削性改善用粉を付着させ、冷却後に結合潤滑剤の結合力で鉄基粉の表面にこれら粉を固着させる。
【００３０】
結合潤滑剤の添加量は、混合粉の全量に対し0.1 〜1.0 質量％の範囲とするのが好ましい。添加量が、0.1 質量％未満では、合金用粉等の鉄基粉表面への付着量が低下し、混合粉における合金用粉等の偏析が増加する。一方、結合潤滑剤の添加量が1.0 質量％を超えると、ホッパ排出性が低下する。このため、結合潤滑剤の添加量は混合粉の全量に対し0.1 〜1.0 質量％の範囲とするのが好ましい。
【００３１】
鉄基粉の表面に合金用粉および／または切削性改善用粉を固着させるに好適な結合潤滑剤としては、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドのうちから選ばれた１種または２種以上の溶融混合物が好ましい。
【００３２】
これらを結合潤滑剤として用いることにより、従来用いていた金属元素を含むステアリン酸亜鉛( 融点120 ℃) と同様に、この鉄基粉末混合粉を金型中で加圧成形する際に、摩擦熱で溶融ないし軟化させて、本来の潤滑剤の働きをさせることもできる。
さらに、本発明の鉄基混合粉には、結合潤滑剤とともに、オレイン酸、スピンドル油、タービン油のうちから選ばれた１種以上の有機質液体潤滑剤を、混合粉全量に対し、0.01〜0.3 質量％の範囲で添加してもよい。それにより、合金用粉等の鉄基粉への固着が強固になる。有機質液体潤滑剤の添加量が、0.01質量％未満では、偏析防止効果の格段の向上がなく、一方、0.3 質量％を超えると、ホッパ排出性が低下する。
【００３３】
結合潤滑剤を添加し、表面に合金用粉および／または切削性改善粉を固着させた鉄基粉に、さらに帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉を、混合粉の合計量に対し、0.1 〜0.5 質量％配合する。帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉を配合することにより、混合粉の流動性、特にホッパからの排出性を改善させることができる。なお、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉の種類、および含有量の限定理由は、表面に合金用粉および／または切削性改善粉を固着させない場合と同様である。
【００３４】
さらに、上記した帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉以外に、帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、混合粉に添加してもよい。鉄基粉の表面に合金用粉等を結合潤滑剤を介し固着させるこの場合にはその添加量は、帯電防止剤を含有する潤滑剤との合計で、混合粉の合計量に対し、0.1 〜0.5 質量％とするのが好ましい。潤滑剤粉の合計量が、0.1 質量％未満では、潤滑効果が小さく成形後の抜出し力が高く、一方、潤滑剤粉の合計量が、0.5 質量％を超えると混合粉の流動性が劣化し、ホッパー排出性が低下する。このため、結合潤滑剤を含む場合には、帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉の含有量は、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉との合計量で、混合粉の合計量に対し、0.1 〜0.5 質量％の範囲に限定するのが好ましい。
【００３５】
上記した本発明の鉄基混合粉は、温度：25℃、相対湿度：75％の雰囲気中での水分吸着量が0.1 〜0.4mg/l となる水分吸着能を有している。水分吸着量が、この範囲を外れると、流動性、ホッパからの排出性が劣化する。
つぎに、本発明の鉄基混合粉の製造方法について説明する。
鉄基粉に、あるいはさらに合金用粉および／または切削性改善用粉と、帯電防止剤を0.02〜１質量％含有させた遊離潤滑剤粉を混合粉の合計量に対し0.1 〜0.5 質量％と、あるいはさらに帯電防止剤を含まない遊離潤滑剤粉を混合粉の合計量に対し、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉との合計で0.5 〜1.2 質量％添加し、混合して、鉄基混合粉とする。
【００３６】
また、鉄基粉に、合金用粉および／または切削性改善用粉と、結合潤滑剤を、混合粉の合計量に対し、0.1 〜1.0 質量％添加し、あるいはさらに有機質液体潤滑剤を、混合粉の合計量に対し、0.01〜0.3 質量％添加し、混合したのち、さらに、結合潤滑剤が１種の場合は、結合潤滑剤の融点より10℃以上100 ℃以下高い温度で、結合潤滑剤が２種以上からなる場合は、結合潤滑剤のうちの最低の融点より10℃以上高く、結合潤滑剤のうちの最高の融点以下の温度で加熱しながら混合し、一部が溶融した結合潤滑剤により鉄基粉表面に合金用粉および／または切削性改善用粉を付着させ、引続き冷却して、鉄基粉に合金用粉および／または切削性改善用粉を結合潤滑剤により固着させた後、60℃以下の温度で、帯電防止剤を0.02〜１質量％含有させた遊離潤滑剤粉を、混合粉の合計量に対し0.1 〜0.5 質量％添加し、さらに必要に応じて、帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、帯電防止剤を含有する遊離潤滑剤粉との合計で、混合粉の合計量に対し0.1 〜0.5 質量％添加し、混合し、鉄基混合粉とするのが好ましい。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
使用した帯電防止剤を表１に、潤滑剤を表２に示す。
鉄基粉（平均粒径：78μｍの鉄粉）に、合金用粉として、平均粒径：23μｍの銅粉２質量％と、平均粒径：14μｍの天然黒鉛粉0.8 質量％とを、表３に示す種類、添加量の遊離潤滑剤粉とともに、Ｖブレンダで15min 混合し、鉄基混合粉とした。
【００３８】
これら鉄基混合粉の流動性、ホッパ排出性を測定した。また、これら鉄基混合粉を用いた成形体の抜出し力を測定した。さらに、これら鉄基混合粉の水分吸着量を測定した。
（１）流動性
これら鉄基混合粉100gを、オリフィス径５mmの容器に充填し、充填してから排出するまでの時間を測定し、排出までの時間で流動性を評価した。
（２）ホッパ排出性
底部中央にオリフィス（直径2.0mm ）を設けた容器（内径100mm ×高さ200mm ）に、鉄基混合粉1000g を充填し、このオリフィスを通して，混合粉1000g がすべて排出させるまでの加振回数をもとめ、この加振回数でホッパ排出性を評価した。
（３）抜出し力
これらの鉄基混合粉を金型に充填し、５ton/cm2 （490 MPa ）の圧力で圧縮し、25mmφ×20mm高さのタブレット（成形体）に成形したのち、金型から成形体を抜出し、そのときの抜出し力を測定した。
（４）水分吸着量
日本ベル株式会社製の「ＢＥＬＳＯＲＰ１８」を用いて、これら鉄基混合粉の水分吸着量を測定した。測定条件は、雰囲気温度を25℃（温度）とし、一旦、10-5Torr（1.33×10-3Pa）まで減圧したのち、水蒸気を導入し、湿度を徐々に増加させながら、重量変化を測定した。75％（相対湿度）の雰囲気中での鉄基混合粉の重量増加量を鉄基混合粉の水分吸着量とした。
【００３９】
これらの結果を表４に示す。
【００４０】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
表４から、本発明例は、流動度が13.0〜13.5s/100g、ホッパ排出性が３回以下、抜出力が114 〜123kgf/cm2（11.2〜12.1MPa ）、水分吸着量が0.12〜0.30mg/lと、優れた流動性およびホッパ排出性を示している。これに対し、本発明の範囲を外れる比較例は、流動性およびホッパ排出性が低下している。
（実施例２）
鉄基粉末（平均粒径：78μｍの鉄粉）に、合金用粉として、混合粉の合計量に対し、黒鉛粉（平均粒径：23μｍ）１質量％と、電解銅粉（平均粒径：25μm ）２質量％とを、表５に示す種類、添加量の結合潤滑剤とともに、加熱混合機に装入して十分に混合した。ついで、結合剤の最低融点＋10℃以上、最高融点以下の温度に混合を続けながら加熱した( ここまでを１次混合という）。
【００４５】
ついで、混合しながら、混合物を85℃以下に冷却した。さらに、40℃まで冷却した後、表５に示す帯電防止剤を含む遊離潤滑剤粉を添加（常温添加）し、あるいはさらに、帯電防止剤を含まない遊離潤滑剤粉を添加し、均一になるように混合し（ここまでを２次混合という）たのち、混合物を加熱混合機から排出し、鉄基混合粉とした。
【００４６】
これら鉄基混合粉の流動性、ホッパ排出性を測定した。また、これら鉄基混合粉を用いた成形体の抜出し力、および混合粉の水分吸着量、を測定した。また、これら鉄基混合粉の偏析傾向を炭素付着度で調査した。流動性、ホッパ排出性、成形体の抜出し力、水分吸着量の測定方法は、実施例１と同様とした。
（４）炭素の付着度
鉄基混合粉に含まれる黒鉛粉の偏析程度を、炭素の付着度で評価した。
【００４７】
炭素の付着度は、次式で評価した。
炭素の付着度＝｛100 メッシュ（150 μm ）を通過したものから200 メッシュ（75μｍ) を通過しない範囲の粒度までの鉄基混合粉のＣ分析値｝／（鉄基混合物のＣ分析値）×100 （％）
この炭素の付着度が大きいほど、鉄基混合粉における黒鉛粉の偏析が小さいことを意味する。
【００４８】
これらの結果を表６に示す。
【００４９】
【表５】
【表６】
【表７】
表６から、本発明例は、流動度が12.1〜12.8s/100g、ホッパ排出性が２回以下、抜出力が112 〜122kgf/cm2（11.0〜12.0MPa ）、炭素の付着度が80％以上と、偏析傾向も小さく、また、水分吸着量も0.13〜0.23mg/lと適正範囲内であり、優れた流動性およびホッパ排出性を示している。
なお、本発明例のなかでも、混合粉No.2-22 、No.2-23 、No.2-24 は、結合潤滑剤の添加量が好適範囲を外れ、炭素の付着度が若干小さく、あるいは流動性とホッパ排出性が若干低下している。混合粉No.2-21 は、遊離潤滑剤量が好適範囲を超えて多く、流動性とホッパ排出性が若干低下している。また、混合粉No.2-22 は、結合潤滑剤の添加量が好適範囲より少ないため、炭素の付着度が若干低く偏析をやや生じやすい。また、混合粉No.2-24 は、液体結合潤滑剤の添加量が好適範囲より多いため、流動性とホッパ排出性が若干低下している。
【００５３】
これに対し、本発明の範囲を外れる比較例は、流動性およびホッパ排出性が低下している。混合粉No. 2-16、No. 2-17、No. 2-20は、帯電防止剤を含む遊離潤滑剤粉の含有量が本発明の範囲を外れているため、流動性とホッパ排出性が低下している。また、混合粉No.2-18 、No.2-19 は、遊離潤滑剤粉中の帯電防止剤量が本発明の範囲を外れるため、流動性とホッパ排出性が劣化している。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、焼結炉の内部を汚染することもなく、流動性やホッパ排出性に優れた鉄基粉末混合粉が安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。
Claims (7)
- 鉄基粉に少なくとも遊離潤滑剤粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、前記遊離潤滑剤粉に帯電防止剤を0.02〜１質量％含有せしめるとともに、該遊離潤滑剤粉を混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％配合したことを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉。
- 鉄基粉に、潤滑剤粉、あるいはさらに合金用粉および／または切削性改善粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、前記潤滑剤粉が、混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％の、帯電防止剤を0.02〜1 質量％含有する遊離潤滑剤粉と、あるいはさらに帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、帯電防止剤を含有する前記遊離潤滑剤粉との合計量で、混合粉全量に対し0.5 〜1.2 質量％含有することを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉。
- 鉄基粉に、潤滑剤粉、合金用粉および／または切削性改善粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、前記鉄基粉が表面に前記合金用粉および／または前記切削性改善粉を、混合粉全量に対し0.1 〜1.0 質量％の結合潤滑剤を介し固着させた鉄基粉であり、前記潤滑剤粉が、混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％の、帯電防止剤を0.02〜１質量％含有する遊離潤滑剤粉と、あるいはさらに帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉を、帯電防止剤を含有する前記遊離潤滑剤粉との合計量で、混合粉全量に対し0.1 〜0.5 質量％含有することを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉。
- 前記帯電防止剤を0.02〜1 重量％含有する遊離潤滑剤粉が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドのうちから選ばれた１種または２種以上からなる遊離潤滑剤粉であることを特徴とする請求項２または３に記載の粉末冶金用鉄基混合粉。
- 前記帯電防止剤を含有しない遊離潤滑剤粉が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドとの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミド、分子量１万以下のポリエチレン、分子量１万以下のポリエチレンとエチレンビスステアリン酸アミドの溶融混合物のうちから選ばれた１種または２種以上からなることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の粉末冶金用鉄基混合粉。
- 前記結合潤滑剤が、ステアリン酸、オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸アミドとエチレンビスステアリン酸アミドの溶融混合物、エチレンビスステアリン酸アミドのうちから選ばれた１種または２種以上からなる溶融混合物であることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の粉末冶金用鉄基混合粉。
- 鉄基粉に、潤滑剤粉、あるいはさらに合金用粉および／または切削性改善粉を混合してなる粉末冶金用鉄基混合粉であって、温度：25℃、相対湿度：75％の雰囲気中での水分吸着量が0.1 〜0.4mg/l であることを特徴とする粉末冶金用鉄基混合粉。
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