JP4616220B2 - Method for producing hollow metal body - Google Patents
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Description
本発明は、中空金属体を粉末焼結法により安価に製造する製造方法に関するものである。 The present invention relates to a production method for producing a hollow metal body at low cost by a powder sintering method.
中空金属球の製造方法としては、粉体を焼結する方法、基体に吹き付け分散処理する方法、基体にメッキする方法、溶湯から直接製造する方法、金属を発泡させる方法等がある。このうち、1つ1つの独立した中空金属球単体の製造方法として、粉体を焼結する方法がある。この製造方法による場合は、原料粉を中空金属球単体に成形するために何らかの形で基体となる中心核物質を使用する。そして、この中心核物質を、中空金属球単体の製造途中工程で除去する方法と、製造された中空金属球単体の内部に残存させる方法とがある。
本発明は、中空金属球単体の製造途中工程で中心核物質を除去する製造方法に関する。特許文献1には、酸化金属等の金属化合物を開始材として、支持要素上にその包囲層を設置し、この未加工体を1500℃以下の還元雰囲気中で加熱処理し、支持要素及び包囲層中の結合剤を熱分解し、かつ還元、焼結する技術が開示されている。
Examples of the method for producing the hollow metal sphere include a method of sintering powder, a method of spraying and dispersing on a substrate, a method of plating on a substrate, a method of directly producing from a molten metal, and a method of foaming a metal. Among these methods, there is a method of sintering powder as a method for producing individual hollow metal spheres. In the case of this production method, a central core material that becomes a substrate in some form is used in order to form the raw material powder into a single hollow metal sphere. There are a method of removing the central core substance in the course of manufacturing the hollow metal sphere alone and a method of remaining in the manufactured hollow metal sphere alone.
The present invention relates to a production method for removing central core material in the course of production of a single hollow metal sphere. In Patent Document 1, a metal compound such as a metal oxide is used as a starting material, and an envelope layer is placed on a support element, and the green body is heat-treated in a reducing atmosphere of 1500 ° C. or less. A technique for thermally decomposing, reducing, and sintering a binder therein is disclosed.
特許文献2には、以下の方法が開示されている。ほぼ球形状の発泡剤粒子が、流動反応器内で攪拌されながら、固体粉末/結合剤層にて被覆される。被覆された発泡剤粒子は、乾燥後400〜500℃の温度で攪拌されながら熱分解されることにより、被覆層が空洞を囲む殻になる。さらに1000〜1500℃の温度で攪拌されながら熱処理されることにより焼結層が形成される旨の中空金属球の製造方法である。 Patent Document 2 discloses the following method. Substantially spherical blowing agent particles are coated with a solid powder / binder layer while stirring in a flow reactor. The coated foaming agent particles are thermally decomposed while being stirred at a temperature of 400 to 500 ° C. after drying, whereby the coating layer becomes a shell surrounding the cavity. Furthermore, it is the manufacturing method of the hollow metal ball | bowl that a sintered layer is formed by heat-processing, stirring at the temperature of 1000-1500 degreeC.
しかしながら、実際の製造工程においては、中心核物質および被覆層中に含まれる結合剤を分解・蒸発させた後の焼結前の中間製品(以下、未焼結中空球)は、殻の厚さが非常に薄く、脆弱で、細心の注意をもって取り扱わないと、球殻が容易に破砕してしまう。そのため、健全な最終製品を得ることができず、このままの方法では、量産には適していないことが分かった。特許文献2には、粉末層を厚く被覆することによって、未焼結中空球の強度を確保する方法が開示されているが、単に被覆層を厚くするのでは、出来上がった中空金属球のかさ比重が大きくなりすぎて、軽量・低比重であるという中空金属球の利点が失われてしまう。また、同特許文献2には、中心核物質を「軽い酸化条件の下で熱分解する」ことにより、金属粉末粒子表面の強化酸化皮膜が得られ、未焼結中空球の強度を高める方法が開示されているが、本願発明が対象としているような酸化金属粉を開始材料とした場合には、そのような効果が期待できず、依然としてして、未焼結中空球の強度が十分でないという問題が残されていた。
本発明は、上記した問題点を解決するためになされたもので、割れや欠損部が少なく、良好な形状を有する中空金属体の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a method for producing a hollow metal body having a good shape with few cracks and defects.
本発明は、その課題を解決するために、以下のような構成をとる。
(1)第一の発明に係る中空金属体の製造方法は、焼結金属からなる中空金属体の製造方法であって、
中心核物質の外表面に、金属酸化物の粉末原料と、結合剤とを含有する溶液を塗布した後、乾燥させることにより、前記中心核物質の外表面に、前記粉末原料の被覆層を形成する被覆工程と、該粉末原料の被覆層を有する中心核物質を、大気中または還元性ガスを含有しない不活性ガス雰囲気中で、250〜400℃の温度範囲で加熱し、前記中心核物質を熱分解・気化により消失させ、残存した前記被覆層による中空状の殻体を得る中心核物質の熱分解・気化工程と、該熱分解・気化工程で得られた殻体に、大気中または酸化性ガス雰囲気中で、800〜1100℃の温度範囲で加熱する焙焼工程と、該焙焼工程を経た殻体を、水素および/または炭素を含んだ還元性ガス雰囲気中で、1000〜1300℃の温度範囲で加熱して還元・焼結する還元・焼結工程を有することを特徴とする中空金属体の製造方法である。
(2)第二の発明に係る中空金属体の製造方法は、焼結金属からなる中空金属体の製造方法であって、
中心核物質の外表面に、金属酸化物の粉末原料と、結合剤とを含有する溶液を塗布した後、乾燥させることにより、前記中心核物質の外表面に、前記粉末原料の被覆層を形成する被覆工程と、該粉末原料の被覆層を有する中心核物質を、大気中または還元性ガスを含有しない不活性ガス雰囲気中で、250〜400℃の温度範囲で加熱し、前記中心核物質を熱分解・気化により消失させ、残存した前記被覆層による中空状の殻体を得る中心核物質の熱分解・気化工程と、該熱分解・気化工程で得られた殻体に、大気中または酸化性ガス雰囲気中で、800〜1100℃の温度範囲で加熱する焙焼工程と、該焙焼工程で得られた殻体を、0.1〜1mol/リットルのリン酸イオンを含有する水溶液に浸漬した後、乾燥する浸漬・乾燥工程と、該浸漬・乾燥工程で得られた殻体を水素および/または炭素を含んだ還元性ガス雰囲気中で、1000〜1300℃の温度範囲で加熱して還元・焼結する還元・焼結工程を有することを特徴とする中空金属体の製造方法である。
In order to solve the problem, the present invention has the following configuration.
(1) The method for producing a hollow metal body according to the first invention is a method for producing a hollow metal body comprising a sintered metal,
After coating a solution containing a metal oxide powder raw material and a binder on the outer surface of the central core material, and drying, a coating layer of the powder raw material is formed on the outer surface of the central core material And the core material having the coating layer of the powder raw material is heated in the temperature range of 250 to 400 ° C. in the atmosphere or in an inert gas atmosphere not containing a reducing gas, Pyrolysis / vaporization process of the central core material to obtain a hollow shell body by the remaining coating layer that has disappeared by pyrolysis / vaporization, and the shell body obtained by the pyrolysis / vaporization process in the atmosphere or oxidation Roasting step of heating in a temperature range of 800 to 1100 ° C. in a reactive gas atmosphere, and the shell subjected to the roasting step in a reducing gas atmosphere containing hydrogen and / or carbon at 1000 to 1300 ° C. Reduce and sinter by heating in the temperature range And a reduction / sintering step for producing a hollow metal body.
(2) The method for producing a hollow metal body according to the second invention is a method for producing a hollow metal body comprising a sintered metal,
After coating a solution containing a metal oxide powder raw material and a binder on the outer surface of the central core material, and drying, a coating layer of the powder raw material is formed on the outer surface of the central core material And the core material having the coating layer of the powder raw material is heated in the temperature range of 250 to 400 ° C. in the atmosphere or in an inert gas atmosphere not containing a reducing gas, Pyrolysis / vaporization process of the central core material to obtain a hollow shell body by the remaining coating layer that has disappeared by pyrolysis / vaporization, and the shell body obtained by the pyrolysis / vaporization process in the atmosphere or oxidation A roasting step of heating in a temperature range of 800 to 1100 ° C. in a reactive gas atmosphere, and immersing the shell obtained in the roasting step in an aqueous solution containing 0.1 to 1 mol / liter of phosphate ions And then dipping and drying steps to dry, and the soaking -It has a reduction / sintering step of heating and reducing / sintering the shell obtained in the drying step in a reducing gas atmosphere containing hydrogen and / or carbon in a temperature range of 1000 to 1300 ° C. It is the manufacturing method of the hollow metal body characterized.
(3)第三の発明に係る中空金属体の製造方法は、粉末原料が、Fe2O3あるいはFe3O4の一つ以上からなって、その合計の含有量が98mass%以上の酸化鉄粉、または、Feと合金成分の酸化物粉の合計が98mass%以上の合金鋼酸化物粉から選ばれる一種または二種以上の粉末からなることを特徴とする第一の発明あるいは第二の発明に記載の中空金属体の製造方法である。 (3) In the method for producing a hollow metal body according to the third invention, the powder raw material consists of one or more of Fe 2 O 3 or Fe 3 O 4 , and the total content thereof is 98 mass% or more of iron oxide 1st invention or 2nd invention characterized by consisting of 1 type, or 2 or more types of powder chosen from powder, or the alloy steel oxide powder whose sum of the oxide powder of Fe and an alloy component is 98 mass% or more It is a manufacturing method of the hollow metal body as described in above.
(4)第四の発明に係る中空金属体の製造方法は、原料粉末の比表面積径が1.0μm以下であることを特徴とする第一〜第三の発明のいずれかに記載の中空金属体の製造方法である。 (4) The hollow metal body according to any one of the first to third inventions, wherein the hollow metal body according to the fourth invention has a specific surface area diameter of the raw material powder of 1.0 μm or less. It is a manufacturing method of a body.
(5)第五の発明に係る中空金属体の製造方法は、粉末原料が、酸化鉄粉および/または合金鋼酸化物粉と、銅粉末、ニッケル粉末、リン粉末、酸化銅粉末、酸化ニッケル粉末、五酸化リン粉末、フェロカッパー粉末、フェロニッケル粉末、フェロリン粉末、モリブデン粉末および三酸化モリブデン粉末から選ばれる一種または二種以上の粉末とからなることを特徴とする第一〜第五の発明のいずれかに記載の中空金属体の製造方法である。 (5) The method for producing a hollow metal body according to the fifth aspect of the present invention is such that the powder raw material is iron oxide powder and / or alloy steel oxide powder, copper powder, nickel powder, phosphorus powder, copper oxide powder, nickel oxide powder. Of the first to fifth inventions, characterized by comprising one or more powders selected from phosphorus pentoxide powder, ferrocopper powder, ferronickel powder, ferroline powder, molybdenum powder and molybdenum trioxide powder It is a manufacturing method of the hollow metal object in any one.
(6)第六の発明に係る中空金属体の製造方法は、中空金属体の成分組成が、mass%で、P:0.01〜1%、Cu:0.5〜5%、Ni:0.2〜10%およびMo:0.2〜10%から選ばれる一種または二種以上を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物であり、かつ該中空金属体の焼結層の空隙率が10vol.%以下であることを特徴とする第一〜第五の発明のいずれかに記載の中空金属体の製造方法である。 (6) In the method for producing a hollow metal body according to the sixth invention, the component composition of the hollow metal body is mass%, P: 0.01 to 1%, Cu: 0.5 to 5%, Ni: 0. .2 to 10% and Mo: containing one or more selected from 0.2 to 10%, the balance being iron and inevitable impurities, and the porosity of the sintered layer of the hollow metal body being 10 vol It is a manufacturing method of the hollow metal body in any one of the 1st-5th invention characterized by the above-mentioned.
本発明は、球殻に割れ等の欠陥の少ない、形状の良好な中空金属体を提供することができる。 The present invention can provide a hollow metal body having a good shape with few defects such as cracks in a spherical shell.
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、中空金属体の製造方法は、中心核への粉末原料の被覆、所定の温度、雰囲気でその後の中心核物質の熱分解・気化、焙焼、還元・焼結の各工程を処理することにより、割れや欠損部が少なく、良好な形状を有する中空金属体が製造できることを見出し、本発明を完成させたものである。さらに、上記焙焼処理工程と還元・焼結工程の間において、リン酸イオンを含有する溶液に当該殻体を浸漬することによって、より強度の高い優れた球殻を製造できることを見出し、第二の発明を完成させたものである。 As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have produced a method for producing a hollow metal body by coating a powder raw material on the core, thermal decomposition / vaporization of the core material at a predetermined temperature and atmosphere, and roasting, It has been found that a hollow metal body having a good shape and few cracks and defects can be produced by treating each step of reduction and sintering, and the present invention has been completed. Furthermore, it has been found that an excellent spherical shell with higher strength can be produced by immersing the shell body in a solution containing phosphate ions between the roasting treatment step and the reduction / sintering step. This invention has been completed.
本発明の製造工程について図1を参照して具体的に説明する。 The manufacturing process of the present invention will be specifically described with reference to FIG.
1.製造工程について
(1)中心核物質への粉末原料の被覆工程
中心核物質となる材料は、250〜400℃の温度範囲で熱分解し、気化する機能を有すればよく、例えば、樹脂では、発泡ポリマー、プラスチック等が好適であり、廃プラスチックを使うこともできる。また、その形状は、最終製品の形状と類似していればよく、球状に限定されるものでもなく、ラグビーボール状、円筒形、サイコロ形状であってもよい。寸法は、1〜20mmが好適である。さらに、衝撃吸収材への適用する場合、あるいは、比重を1以下とする軽量用途においては、球の外殻厚さに依存するが、寸法は少なくとも2mm以上が必要で、また、製造時の殻の破損を回避するためには、球の直径相当で8mm以下が好ましい。
1. About a manufacturing process (1) Coating process of powder raw material to central core substance The material used as a central core substance should just have the function to thermally decompose and vaporize in the temperature range of 250-400 degreeC, for example, in resin, Foamed polymers, plastics and the like are suitable, and waste plastics can also be used. Moreover, the shape should just be similar to the shape of a final product, and is not limited to spherical shape, A rugby ball shape, a cylindrical shape, and a dice shape may be sufficient. The dimension is preferably 1 to 20 mm. Furthermore, when applied to shock absorbers, or for light-weight applications with a specific gravity of 1 or less, the size must be at least 2 mm, depending on the outer shell thickness of the sphere, and the shell at the time of manufacture In order to avoid damage to the sphere, it is preferably 8 mm or less corresponding to the diameter of the sphere.
粉末原料は、酸化鉄粉が主に使用されるが、金属鉄粉と酸化鉄粉の混合粉を用いても良い。また、酸化鉄粉の代わりに合金鋼の酸化物粉、金属鉄粉の代わりに合金鋼粉を用いた組合せも可能である。粉末中の鉄の純度(酸化物においては、総重量に対する酸化鉄の比率)は98mass%以上、好ましくは99mass%以上であれば、焼結後の強度が高い中空鉄球を得ることができる。また、これら粉末原料の比表面積径は1.0μm以下、より好ましくは、0.8μm以下とすることも、より高い強度を有する中空鉄球を得る上で大切な条件である。 As the powder raw material, iron oxide powder is mainly used, but a mixed powder of metal iron powder and iron oxide powder may be used. Moreover, the combination using the oxide powder of alloy steel instead of the iron oxide powder and the alloy steel powder instead of the metal iron powder is also possible. If the purity of iron in the powder (in the oxide, the ratio of iron oxide to the total weight) is 98 mass% or more, preferably 99 mass% or more, a hollow iron sphere having high strength after sintering can be obtained. Further, the specific surface area diameter of these powder raw materials is 1.0 μm or less, more preferably 0.8 μm or less, which is an important condition for obtaining a hollow iron ball having higher strength.
更に、酸化鉄粉および/または合金鋼酸化物粉に、銅粉末、ニッケル粉末、リン粉末、酸化銅粉末、酸化ニッケル粉末、五酸化リン粉末、フェロカッパー粉末、フェロニッケル粉末、フェロリン粉末、モリブデン粉末および三酸化モリブデン粉末の中から選ばれる一種または二種以上の粉末を焼結助剤として添加することにより、より強度の高い中空鉄球を得ることができる。酸化鉄粉等への具体的添加量としては、リンは1mass%以下、銅は5mass%以下、ニッケルは10mass%以下、モリブデンは10mass%以下とするのがよい。金属原料粉末としては、鉄をベースに記述したが、製品の用途によりNi、Cu、Cr、Mo、Al、Ti等の金属粉末を適宜使用することができる。 In addition to iron oxide powder and / or alloy steel oxide powder, copper powder, nickel powder, phosphorus powder, copper oxide powder, nickel oxide powder, phosphorus pentoxide powder, ferrocopper powder, ferronickel powder, ferroline powder, molybdenum powder Further, by adding one or more kinds of powders selected from molybdenum trioxide powder as a sintering aid, a hollow iron sphere having higher strength can be obtained. As specific addition amounts to the iron oxide powder and the like, phosphorus is preferably 1 mass% or less, copper is 5 mass% or less, nickel is 10 mass% or less, and molybdenum is 10 mass% or less. The metal raw material powder is described based on iron, but metal powders such as Ni, Cu, Cr, Mo, Al, and Ti can be appropriately used depending on the application of the product.
粉末を中心核物質の表面に被覆する際には、バインダーとなる結合剤も重要な役割を担っている。結合剤としては、ポリビニルアルコールなどのビニールアルコール共重合体、デキストリン、糊、コンスターチなどの澱粉糊類、アラビアガム、カゼイン、膠などの水溶性樹脂が使用される。 When the powder is coated on the surface of the central core material, the binder serving as a binder also plays an important role. As a binder, water-soluble resins such as vinyl alcohol copolymers such as polyvinyl alcohol, starch pastes such as dextrin, glue, and starch, gum arabic, casein, and glue are used.
上記の原材料を用いて、中心核物質の外表面に粉末原料と結合剤を分散させた分散溶液をドラムや流動層を用いて均一に被覆する。被覆層の乾燥時の厚さは、0.01mm〜1mm、好ましくは、0.04mm〜0.2mmであるのが良い。結合剤の比率は1〜1.5mass%を含有するのが良い。 Using the above raw materials, a dispersion solution in which powder raw materials and a binder are dispersed on the outer surface of the central core material is uniformly coated using a drum or a fluidized bed. The thickness of the coating layer when dried is 0.01 mm to 1 mm, preferably 0.04 mm to 0.2 mm. The ratio of the binder is preferably 1 to 1.5 mass%.
次に、上記の被覆層は、中心核物質の熱収縮が開始しない温度以下で乾燥を行うのがよい。乾燥は、流動層を用いて行ってもよく、乾燥炉内に静置してもよい。また、外殻被覆層が生乾きのままで昇温すると、中心核物質が急速に収縮し、外殻にひび割れ等を生じるので、十分に乾燥することが大切である。 Next, the coating layer is preferably dried at a temperature not higher than the temperature at which the thermal contraction of the central core material does not start. Drying may be performed using a fluidized bed or may be allowed to stand in a drying furnace. In addition, if the temperature is increased while the outer shell coating layer is still dry, the central core material rapidly contracts and cracks and the like are generated in the outer shell. Therefore, it is important that the outer shell coating layer is sufficiently dried.
(2)中心核物質の熱分解・気化工程
次に、250〜400℃の温度範囲で、中心核物質を熱分解・気化して、中心核物質を消失させる。この温度域では被覆層である外殻の還元・焼結が生じないように加熱炉の雰囲気は、大気中または還元性ガスを含有しない不活性ガス雰囲気とする。外殻の還元・焼結が、中心核の熱分解と同時進行すると、中心核物質の熱分解ガスが殻に閉じ込められ、その圧力で殻が爆裂する恐れがあるので、加熱温度はなるべく低温の方がよい。本工程では、被覆層である外殻にひび割れ等を生じたり、外殻が爆裂したりしないように、また、中心に残渣を残さないように、外殻の外表面が焼結を開始する前にガスを放散させる必要がある。
(2) Thermal decomposition / vaporization step of central core material Next, the central core material is thermally decomposed / vaporized in a temperature range of 250 to 400 ° C. to eliminate the central core material. In this temperature range, the atmosphere of the heating furnace is the air or an inert gas atmosphere that does not contain a reducing gas so that the outer shell, which is the coating layer, is not reduced or sintered. If the reduction and sintering of the outer shell proceeds simultaneously with the thermal decomposition of the core, the pyrolysis gas of the core material is trapped in the shell and the shell may explode at that pressure, so the heating temperature should be as low as possible. Better. In this process, before the outer surface of the outer shell starts to sinter, the outer shell, which is the coating layer, will not crack, the outer shell will not explode, and no residue will remain in the center. It is necessary to dissipate gas.
従って、乾燥後、250℃まで昇熱した後、400℃までは、たとえば30℃刻みで昇温を中断し、10分以上その温度に保持することによって、極力均熱状態を維持するか、昇温速度を0.5℃/分〜10℃/分程度と十分遅くして、中心核物質の熱分解・気化を徐々に進行させるのがよい。 Therefore, after drying, the temperature is raised to 250 ° C., and then up to 400 ° C., for example, the temperature rise is interrupted in increments of 30 ° C. and maintained at that temperature for 10 minutes or more, or the temperature is maintained as high as possible. It is preferable that the thermal rate and the vaporization of the central core material are gradually advanced by slowing down the temperature rate to about 0.5 ° C./min to about 10 ° C./min.
本工程により、図2の(b)に示すように、残存した被覆層による中空状の殻体が得られる。また、図3に発泡ポリマーを単独で用いた場合の各加熱温度に保持したときの直径変化、重量変化を示す。これによると、100℃以上になると発泡ポリマーの溶融が始まり、200℃前後でほぼ全量溶融する。そして、250℃前後以上で気化がはじまり、400℃前後で気化が完了する。従って、中心核材を選択することにより、400℃以下で被覆層に覆われた中空状の殻体を得ることができる。 By this step, as shown in FIG. 2B, a hollow shell body with the remaining coating layer is obtained. FIG. 3 shows changes in diameter and weight when the foamed polymer is used alone and held at each heating temperature. According to this, melting of the foamed polymer starts at 100 ° C. or higher, and almost all of the polymer melts at around 200 ° C. Then, the vaporization starts at about 250 ° C. or more, and the vaporization is completed at about 400 ° C. Therefore, by selecting the central core material, a hollow shell body covered with the coating layer at 400 ° C. or lower can be obtained.
(3)焙焼工程
次に、前記工程で得られた殻体を、大気中または酸化性ガス雰囲気中で800〜1100℃の温度範囲に加熱し、さらに必要により保持すること(焙焼処理)により、殻体の強度を高め、形状保形力を向上させる。前記熱分解・気化工程により中心核が消失した殻体は、金属酸化物の薄い被膜からなり、形状保持力が非常に弱い。従って、この球殻を次工程である還元・焼結工程の作業用加熱炉に搬送・装荷する作業時に、疵が付いて損壊したり、破砕したりして、健全な金属球を得ることができず、歩留まり(全ての金属球数に占める健全な金属球数の比率)が低くなる。
(3) Roasting step Next, the shell obtained in the above step is heated to a temperature range of 800 to 1100 ° C. in the air or in an oxidizing gas atmosphere, and further held if necessary (roasting treatment). This increases the strength of the shell and improves the shape retention. The shell from which the central core has disappeared by the pyrolysis / vaporization process is made of a thin film of metal oxide and has a very weak shape retention. Therefore, when this spherical shell is transported and loaded into the heating furnace for the subsequent reduction / sintering process, it can be damaged, broken or crushed to obtain a healthy metal sphere. This is not possible, and the yield (ratio of the number of healthy metal balls to the total number of metal balls) becomes low.
(4)還元・焼結工程
前記焙焼工程を終了した殻体を、水素および/または炭素を含んだ還元性ガス雰囲気中で、1000〜1300℃の温度範囲に昇温して、酸化された金属の還元を行う。同時に、金属粒同士の焼結も進行し、中空金属体としての強度が付与されるとともに、衝撃力吸収性に優れた中空金属体が得られる。
(4) Reduction / sintering process The shell after the roasting process was oxidized by raising the temperature to 1000 to 1300 ° C. in a reducing gas atmosphere containing hydrogen and / or carbon. Perform metal reduction. At the same time, the sintering of the metal particles proceeds, and the strength as a hollow metal body is imparted, and a hollow metal body excellent in impact force absorption is obtained.
還元性ガスは、一般的に知られるH2、CO、CH4等が考えられる。また、製鉄プロセスで副成される「コークス炉ガス」中には、H2が50vol.%、CH4が30vol.%程度含まれており、また、燃料として知られる天然ガス中には、CH4が90vol.%、H2が5vol.%程度含まれ、プロパン、ブタンなども還元性ガスとして使用される。鉄粉表面には分解した炭素が被覆し、内部へ浸炭することにより還元も進む。さらに、分解したH2が還元を更に加速させる。実用上はあえて純粋メタンを使用する必要も無く、コークス炉ガス、あるいはコークス炉ガス中のCO2などの不要成分を除いて、CH4濃度を高めたものを還元性ガスとして使用することが出来る。また、還元性ガス中に水分などが含まれると、還元直後に再酸化される懸念があり、露点が−20℃以下のガスを供給するのが好ましい。 As the reducing gas, generally known H 2 , CO, CH 4 and the like can be considered. Further, the “coke oven gas” by-produced in the iron making process contains about 50 vol.% Of H 2 and about 30 vol.% Of CH 4 , and natural gas known as fuel contains CH 2 4 is 90 vol.%, H 2 is included about 5 vol.%, propane, butane, etc. are also used as a reducing gas. The iron powder surface is covered with decomposed carbon, and the reduction also proceeds by carburizing inside. Furthermore, the decomposed H 2 further accelerates the reduction. Practically, there is no need to use pure methane. Except for unnecessary components such as coke oven gas or CO 2 in the coke oven gas, those with increased CH 4 concentration can be used as reducing gas. . Moreover, if moisture or the like is contained in the reducing gas, there is a concern that reoxidation occurs immediately after the reduction, and it is preferable to supply a gas having a dew point of −20 ° C. or less.
還元・焼結温度の下限を1000℃とした理由は、その温度以下では十分な焼結強度が得られず、また、上限温度を1300℃とした理由は、1300℃を超えると、焼結後の結晶粒径が粗大になりすぎて、焼結金属球の強度、特に衝撃吸収能力が損なわれるためである。 The reason why the lower limit of the reduction / sintering temperature is 1000 ° C. is that sufficient sintering strength cannot be obtained below that temperature, and the reason why the upper limit temperature is 1300 ° C. is higher than 1300 ° C. This is because the crystal grain size becomes too coarse and the strength of the sintered metal sphere, particularly the shock absorbing ability, is impaired.
(5)リン酸水溶液浸漬工程
前記第3項に記載の焙焼工程の後、乾燥した球殻を0.1〜1mol/リットルのリン酸イオンを含有する水溶液(例えばリン酸水溶液)に浸漬し、未焼結中空球にリンを浸透させ、これを乾燥の後、還元・焼結することにより、より強固な中空鉄球を得ることができる。これは、還元後の焼結過程において、リンが鉄と反応することによって低融点の化合物を生成し、出現した液相により焼結を促進することによるものである。
(5) Phosphoric acid aqueous solution immersion step After the roasting step described in the above item 3, the dried spherical shell is immersed in an aqueous solution (for example, phosphoric acid aqueous solution) containing 0.1 to 1 mol / liter of phosphate ions. A stronger hollow iron sphere can be obtained by impregnating phosphorus into an unsintered hollow sphere, drying it, and reducing and sintering it. This is because, in the sintering process after the reduction, phosphorus reacts with iron to generate a low melting point compound and promotes sintering by the appearing liquid phase.
特に、焙焼工程と組み合わせることにより、未焼結中空球内へのリンの浸透を促すことができ、非常に効率的である。焙焼を行っていない未焼結中空球では、濡れ性が悪く、リン酸イオン含有水溶液の浸透がほとんど起こらず、均一なリンの添加が難しい。リン酸イオンの濃度が0.1mol/リットル未満では、リンの濃度が小さ過ぎ、リン添加の効果が無い。また、リン酸イオンの濃度が1mol/リットルを超えると、リンの濃度が大きくなり過ぎて、還元中空鉄球の強度が高くなり過ぎ、脆くなるため、実用的でない。リン酸水溶液の変わりに、リン酸カリウムあるいはリン酸ナトリウムの水溶液を用いてもよい。 In particular, by combining with a roasting step, it is possible to promote the penetration of phosphorus into the unsintered hollow sphere, which is very efficient. An unsintered hollow sphere that has not been roasted has poor wettability, hardly penetrates the aqueous solution containing phosphate ions, and it is difficult to uniformly add phosphorus. When the concentration of phosphate ions is less than 0.1 mol / liter, the concentration of phosphorus is too small and there is no effect of adding phosphorus. On the other hand, when the concentration of phosphate ions exceeds 1 mol / liter, the concentration of phosphorus becomes too high and the strength of the reduced hollow iron sphere becomes too high and becomes brittle, which is not practical. Instead of the aqueous phosphoric acid solution, an aqueous solution of potassium phosphate or sodium phosphate may be used.
2.原料鉄粉の純度、粒径について
原料鉄粉中のFe含有量98mass%以上、酸化鉄粉中のFe2O3あるいはFe3O4の合計含有量が98mass%以上、合金鋼酸化粉中のFeと合金成分の酸化物粉の合計が98mass%以上あると、不純物成分が少ないので、焼結がより強固なものとなり、高い中空金属球強度が得られる。また、比表面積径を1.0μmとしたのも、より高い燒結強度が得られるようにするためで、より好ましくは、0.8μm以下とするのが良い。
2. The purity of the raw material iron powder, the particle size for the raw material iron powder in Fe content 98Mass% or more, the total content of Fe 2 O 3 or Fe 3 O 4 in the iron oxide powder is 98Mass% or more, of the alloy steel oxide powder in When the total of Fe and the oxide powder of the alloy component is 98 mass% or more, since there are few impurity components, sintering becomes stronger and high hollow metal sphere strength is obtained. The reason why the specific surface area diameter is 1.0 μm is to obtain higher sintering strength, and more preferably 0.8 μm or less.
3.成分組成の限定理由
原料粉末に添加する、焼結助剤の添加量の限定理由を以下に述べる。なお、mass%は、出来上がった中空金属体中の各元素のmass%を表す。
3. Reasons for limiting component composition Reasons for limiting the amount of sintering aid added to the raw material powder will be described below. Mass% represents mass% of each element in the completed hollow metal body.
P:0.01〜1mass%
下限を0.01mass%とした理由は、0.01mass%未満では、焼結を促進する効果が得られないためであり、上限を1mass%とした理由は、1mass%を超えて添加しても、焼結促進の効果が飽和するだけでなく、焼結体が硬くなりすぎ、脆くなるためである。なお、請求項2に記載されているような、リン酸イオンを含有する水溶液に浸漬する工程を経た中空金属球中のリン濃度は、粉末に添加したリンとリン酸イオン水溶液から吸収されたリンの合計の濃度を指していることは、言うまでもない。
P: 0.01-1 mass%
The reason why the lower limit is set to 0.01 mass% is that if it is less than 0.01 mass%, the effect of promoting the sintering cannot be obtained, and the reason why the upper limit is set to 1 mass% is to add more than 1 mass%. This is because not only the effect of promoting the sintering is saturated but also the sintered body becomes too hard and brittle. In addition, the phosphorus concentration in the hollow metal sphere that has undergone the step of immersing in an aqueous solution containing phosphate ions as described in claim 2 is the phosphorus added to the powder and the phosphorus absorbed from the phosphate ion aqueous solution. Needless to say, it refers to the total concentration.
Cu:0.5〜5mass%
下限を0.05mass%とした理由は、0.5mass%未満では、焼結を促進する効果が得られないためであり、上限を5mass%とした理由は、5mass%を超えて添加しても焼結促進効果が飽和するためである。
Cu: 0.5-5 mass%
The reason why the lower limit is set to 0.05 mass% is that the effect of promoting the sintering cannot be obtained if it is less than 0.5 mass%, and the reason why the upper limit is set to 5 mass% is to add more than 5 mass%. This is because the sintering promoting effect is saturated.
Ni:0.2〜10mass%
下限を0.05mass%とした理由は、0.2mass%未満では、焼結を促進する効果が得られないためであり、上限を10mass%とした理由は、10mass%を超えて添加しても焼結促進効果が飽和するためである。
Ni: 0.2-10 mass%
The reason why the lower limit is set to 0.05 mass% is that if it is less than 0.2 mass%, the effect of promoting the sintering cannot be obtained, and the reason why the upper limit is set to 10 mass% is to add more than 10 mass%. This is because the sintering promoting effect is saturated.
Mo:0.2〜10mass%
下限を0.2mass%とした理由は、0.2mass%未満では、焼結を促進する効果が得られないためであり、上限を10mass%とした理由は、10mass%を超えて添加しても焼結促進効果が飽和するためである。
Mo: 0.2-10 mass%
The reason why the lower limit is set to 0.2 mass% is that an effect of promoting sintering cannot be obtained if it is less than 0.2 mass%, and the reason why the upper limit is set to 10 mass% is to add more than 10 mass%. This is because the sintering promoting effect is saturated.
4.焼結層の空隙率について
焼結層の空隙率を10vol.%以下とする理由を以下に述べる。
4). About the porosity of a sintered layer The reason for setting the porosity of a sintered layer to 10 vol.% Or less is described below.
空隙率は、成形体の機械的性質、特に強度や衝撃吸収能に影響を及ぼし、空隙率が10%を超えると、強度や衝撃吸収能の劣化が大きくなるので、空隙率の下限を10%以下とした。なお、より好ましくは5%以下とするのが良く、この範囲では、機械的性質は更に向上し、空隙率2%以下ではほぼ飽和する。 The porosity affects the mechanical properties of the molded body, particularly the strength and impact absorption capacity. If the porosity exceeds 10%, the strength and impact absorption capacity deteriorate significantly, so the lower limit of the porosity is 10%. It was as follows. More preferably, the content is 5% or less. In this range, the mechanical properties are further improved, and when the porosity is 2% or less, the mechanical properties are almost saturated.
純度99.5mass%で、比表面積径が0.7μmの酸化鉄(Fe2O3)200gを原料として用い、5mass%ポリビニルアルコール(PVA)水溶液50gにその1mass%程度市販洗剤を界面活性剤として使用し、ヘンシェル式ミキサー中で、直径5mmの発泡スチロール(中心核物質)を混合し、発泡スチロールの表面に酸化鉄粉を被覆した。これを、まず大気中にて60℃で予備乾燥し、さらに120℃まで加熱して本乾燥を行った。こうすることにより、外殻に形成された酸化鉄紛層から、結合剤中の水分の急速加熱による突沸を防止し、外殻のひび割れを防止した。 Using 200 g of iron oxide (Fe 2 O 3 ) having a purity of 99.5 mass% and a specific surface area of 0.7 μm as a raw material, about 1 mass% of a commercially available detergent is used as a surfactant in 50 g of 5 mass% polyvinyl alcohol (PVA) aqueous solution. Used, in a Henschel mixer, foamed polystyrene (central core material) having a diameter of 5 mm was mixed, and the surface of the foamed polystyrene was coated with iron oxide powder. This was first pre-dried at 60 ° C. in the atmosphere, and further heated to 120 ° C. to perform main drying. By doing this, bumping due to rapid heating of moisture in the binder from the iron oxide powder layer formed on the outer shell was prevented, and cracking of the outer shell was prevented.
続いて、大気中で5℃/分で昇熱し、280℃、330℃、360℃、400℃で、各30分均熱保持し、内部の発泡スチロールの熱分解・気化を行った。引き続き、同じ炉内にて、大気中で5℃/分の昇温速度にて表1に示す所定の焙焼温度(700℃、850℃、1000℃)に昇温し、1時間保持後、冷却した。本発明の温度範囲である850℃、1000℃にて加熱して得られた殻体(未還元中空体)は、爆裂を起こすことなく、また、割れや欠損がほとんど認められない状態で、処理を終了することができた。因みに、常温から一気に5℃/分で700℃まで加熱したケースでは、ひび割れや爆裂が起き、良好な形状の中空体を得ることはできなかった。 Subsequently, the temperature was raised at 5 ° C./min in the atmosphere, and the temperature was maintained at 280 ° C., 330 ° C., 360 ° C., and 400 ° C. for 30 minutes each, and the internal polystyrene was pyrolyzed and vaporized. Subsequently, in the same furnace, the temperature was raised to a predetermined roasting temperature (700 ° C., 850 ° C., 1000 ° C.) shown in Table 1 at a heating rate of 5 ° C./min in the atmosphere, and after holding for 1 hour, Cooled down. The shell (unreduced hollow body) obtained by heating at 850 ° C. and 1000 ° C., which are the temperature ranges of the present invention, is treated without causing explosions and almost no cracks or defects. Was able to finish. Incidentally, in the case of heating from room temperature to 700 ° C. at a rate of 5 ° C./min, cracks and explosions occurred and a hollow body with a good shape could not be obtained.
次に、この殻体をN2に50vol.%のH2を加え、表1に示す所定の還元・焼結温度(850℃、1100℃、1450℃)まで加熱し、その温度で1時間保持し、その後、H2を停止しN2のみを供給して炉冷を行った。室温に下がったところで、炉から取り出し、以下の評価試験を行った。ランダムに30球を選び、破損したもの、割れが認められるもの、健全な球に分けてそれぞれの個数を測定し、良品率=(健全な球の数)÷30により良品率を計算した。中心核物質の熱分解・気化処理後、焙焼処理を施さなかったものは、ひび割れや破損が著しく、良品率が低かった。 Next, 50 vol.% H 2 is added to N 2 and the shell is heated to the predetermined reduction and sintering temperatures shown in Table 1 (850 ° C., 1100 ° C., 1450 ° C.) and held at that temperature for 1 hour. Then, H 2 was stopped and only N 2 was supplied to perform furnace cooling. When the temperature dropped to room temperature, the sample was taken out of the furnace and subjected to the following evaluation tests. 30 balls were selected at random, and the number of each was measured by dividing into broken, cracked, and healthy spheres, and the non-defective product rate = (number of healthy spheres) ÷ 30. Those that were not subjected to roasting after pyrolysis and vaporization of the central core material were significantly cracked and damaged, and the yield rate was low.
また、各条件とも、別途ランダムに選んだ5球について、光学顕微鏡に付設された画像解析装置を用いて、面積法により焼結層の空隙率を測定した。更に、別途ランダムに選んだ10球の粒単体の押潰荷重を圧縮試験機により測定した。製造条件が本発明範囲であるものは、空隙率が低く、しかも押潰荷重が高いことが分かる。
実施例1における試験結果を表1に示す。
In addition, for each condition, the porosity of the sintered layer was measured by the area method for 5 balls selected at random separately using an image analyzer attached to the optical microscope. Furthermore, the crushing load of 10 single particles selected at random was measured with a compression tester. It can be seen that the production conditions within the scope of the present invention have a low porosity and a high crushing load.
The test results in Example 1 are shown in Table 1.
熱分解・気化工程において、本発明の範囲外である500℃×1Hrに保持したNo.1−7では、被覆層がひび割れたり、爆裂が発生したりして、球状の殻体を得ることが難しかった。一方、本発明の温度範囲で熱分解を行ったNo.1−1〜No.1−6では、外観形状が良好な殻体が得られた。 In the thermal decomposition / vaporization process, in No. 1-7 held at 500 ° C. × 1 Hr, which is outside the scope of the present invention, the coating layer is cracked or explosive, and a spherical shell can be obtained. was difficult. On the other hand, in No. 1-1 to No. 1-6 which were pyrolyzed in the temperature range of the present invention, shell bodies having a good appearance shape were obtained.
次に、外観形状が良好な殻体が得られたNo.1−2〜No.1−6について、表1に示す700℃、850℃、1000℃の各温度で焙焼処理を行い、引き続き、850℃、1100℃、1450℃の各温度にて還元・焼結処理を行った。焙焼処理の効果や還元・焼結温度の効果を確認するために、焙焼処理を行わなかったもの(No.1−1)、1450℃にて還元・焼結処理を行ったもの(No.1−6)を比較材とした。 Next, No. 1-2 to No. 1-6 from which shells having a good appearance were obtained were subjected to roasting treatment at temperatures of 700 ° C., 850 ° C. and 1000 ° C. shown in Table 1, and then , 850 ° C., 1100 ° C., and 1450 ° C. were subjected to reduction and sintering treatments. In order to confirm the effect of the roasting treatment and the effect of the reduction / sintering temperature, the one not subjected to the roasting treatment (No. 1-1), the one subjected to the reduction / sintering treatment at 1450 ° C. (No 0.1-6) was used as a comparative material.
No.1−1は、焙焼処理を行わず、還元・焼結処理を行ったもので、健全な中空金属球の押潰荷重は、焙焼処理を行ったものと差異は認められなかったが、良品率が本発明例に比べて極端に低かった。本発明の範囲を外れた700℃で焙焼処理を行ったNo.1−2は、No.1−1と同様に本発明例と同等の押潰荷重が得られているものの、良品率がNo.1−1と同様に低く、実用上、問題がある。 No. 1-1 was subjected to reduction / sintering treatment without performing the roasting treatment, and the crushing load of the healthy hollow metal sphere was not different from that subjected to the roasting treatment. However, the non-defective product rate was extremely low as compared with the examples of the present invention. No. 1-2, which was roasted at 700 ° C. outside the scope of the present invention, obtained a crushing load equivalent to that of the present invention example as in No. 1-1, but the yield rate was good. Similar to No. 1-1, it is low and practically problematic.
本発明の条件で熱分解・気化処理、焙焼処理、および還元・焼結処理を行ったNo.1−4、No.1−5は、良品率、押潰荷重とも良好な値が得られており、本発明の有効性が実証されている。還元・焼結温度が本発明範囲の下限未満の850℃であるNo.1−3、および、本発明範囲の上限を超えた1450℃であるNo.1−6は、いずれも良品率は本発明例と変わらないものの、押潰荷重が本発明例に比べ低くなっている。ミクロ組織観察の結果、前者は、焼結が未完了で空隙が多数残存していること、また、後者は、高温焼結によるミクロ組織の粗大化が原因であると考えられた。焼結温度が800℃から1100℃の本発明の範囲であるNo.1−4およびNo.1−5は、良品率が97%で、かつ押潰荷重も88〜98N(9〜10kgf)の範囲にあり、衝撃吸収材として十分な強度が得られた。 No.1-4 and No.1-5, which were subjected to pyrolysis / vaporization treatment, roasting treatment, and reduction / sintering treatment under the conditions of the present invention, gave good values for both the yield rate and crushing load. The effectiveness of the present invention has been demonstrated. No. 1-3 whose reduction / sintering temperature is 850 ° C. below the lower limit of the scope of the present invention and No. 1-6 which is 1450 ° C. exceeding the upper limit of the scope of the present invention are both non-defective. Although not different from the invention example, the crushing load is lower than that of the invention example. As a result of microstructural observation, it was considered that the former was due to incomplete sintering and a large number of voids remaining, and the latter was due to coarsening of the microstructure due to high-temperature sintering. No. 1-4 and No. 1-5, which are in the range of the present invention having a sintering temperature of 800 ° C. to 1100 ° C., have a non-defective rate of 97% and a crushing load of 88 to 98 N (9 to 10 kgf). It was in the range, and sufficient strength was obtained as a shock absorber.
実施例2では、酸化鉄(Fe2O3とFe3O4の混合物)の純度が99mass%、98mass%、97mass%、95mass%の4種類の粉末原料を用いて、実施例1に示した試験方法により、酸化鉄粉の純度の影響を調べた。比表面積径は、いずれも0.7μmであった。焙焼温度は900℃、還元・焼結温度は1100℃で一定として、これらの処理温度の影響を除外するようにし、他の試験条件は実施例1と同じである。 In Example 2, the purity of iron oxide (mixture of Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 ) was shown in Example 1 using four kinds of powder raw materials having 99 mass%, 98 mass%, 97 mass%, and 95 mass%. By the test method, the influence of the purity of the iron oxide powder was examined. The specific surface area diameter was 0.7 μm in all cases. The roasting temperature is 900 ° C. and the reduction / sintering temperature is constant at 1100 ° C., so that the influence of these processing temperatures is excluded, and other test conditions are the same as those in Example 1.
押潰荷重の測定の結果は、実施例1で使用した純度99.5mass%では93N(9.5kgf)であったのに対して、純度99mass%では89N(9.1kgf)、純度98mass%では84N(8.6kgf)、純度97mass%では75N(7.6kgf)、純度95mass%では60N(6.1kgf)であった。 The result of the measurement of the crushing load was 93 N (9.5 kgf) at the purity of 99.5 mass% used in Example 1, whereas it was 89 N (9.1 kgf) at the purity of 99 mass% and the purity of 98 mass%. It was 75 N (7.6 kgf) at 84 N (8.6 kgf), purity 97 mass%, and 60 N (6.1 kgf) at purity 95 mass%.
すなわち、不純物成分が多いと焼結性が悪くなり、焼結体の強度が低下する傾向にあることがわかった。本発明が目標とする衝撃吸収材としては、少なくとも78N(8kgf)以上の押潰荷重が必要と考えられ、純度は98mass%以上であることが好ましい。 That is, when there are many impurity components, it turned out that sinterability worsens and the intensity | strength of a sintered compact tends to fall. It is considered that the impact absorbing material targeted by the present invention requires a crushing load of at least 78 N (8 kgf) or more, and the purity is preferably 98 mass% or more.
実施例3では、酸化鉄(Fe2O3)粉の比表面積径が、0.7μm 、0.9μm、1.0μm、1.2μm、1.5μm、2.0μmの6種類の粉末を用いて粉末粒径の影響を調べた。酸化鉄(Fe2O3)粉の純度は99.5mass%のものを用いて、950℃で焙焼処理、1100℃で還元・焼結処理した中空金属体で比較した。評価指標として、焼結が十分行われているかを見るため、単球の押潰荷重を測定した。比表面積径0.7μmでは押潰荷重は93N(9.5kgf)、比表面積径0.9μmでは押潰荷重は83N(8.5kgf)、比表面積径1.0μmでは押潰荷重は79N(8.1kgf)、比表面積径1.2μmでは押潰荷重は74N(7.5kgf)、比表面積径1.5μmでは押潰荷重は68N(6.9kgf)、比表面積径2.0μmでは押潰荷重は60N(6.1kgf)であった。粉末粒径が大きい程、焼結が進んでいないことがわかる。実施例2で述べたように、本発明が目標とする衝撃吸収材としては、少なくとも78N(8kgf)以上の押潰荷重が必要と考えられることから、比表面積径は1.0μm以下が好ましい。 In Example 3, six types of powders having specific surface area diameters of iron oxide (Fe 2 O 3 ) powders of 0.7 μm, 0.9 μm, 1.0 μm, 1.2 μm, 1.5 μm, and 2.0 μm were used. The effect of powder particle size was investigated. The purity of the iron oxide (Fe 2 O 3 ) powder was 99.5 mass%, and comparison was made with hollow metal bodies that were roasted at 950 ° C. and reduced and sintered at 1100 ° C. As an evaluation index, the crushing load of monocytes was measured in order to see whether the sintering was sufficiently performed. When the specific surface area diameter is 0.7 μm, the crushing load is 93 N (9.5 kgf), when the specific surface area diameter is 0.9 μm, the crushing load is 83 N (8.5 kgf), and when the specific surface area diameter is 1.0 μm, the crushing load is 79 N (8 0.1 kgf), crushing load is 74 N (7.5 kgf) at a specific surface area diameter of 1.2 μm, crushing load is 68 N (6.9 kgf) at a specific surface area diameter of 1.5 μm, and crushing load at a specific surface area diameter of 2.0 μm. Was 60 N (6.1 kgf). It turns out that sintering is not progressing, so that a powder particle size is large. As described in Example 2, it is considered that the impact absorbing material targeted by the present invention requires a crushing load of at least 78 N (8 kgf) or more. Therefore, the specific surface area diameter is preferably 1.0 μm or less.
実施例4では、比表面積径が0.9μmである酸化鉄(Fe2O3)粉を用いて、粉末原料に添加する焼結助剤の影響を調べた。Fe2O3の純度は、99.4mass%であった。 In Example 4, the influence of the sintering aid added to the powder raw material was examined using iron oxide (Fe 2 O 3 ) powder having a specific surface area diameter of 0.9 μm. The purity of Fe 2 O 3 was 99.4 mass%.
添加した焼結助剤はフェロリン粉末で、添加量を5種類にわたって変化させ、得られた中空金属体のリンの濃度を分析した結果、それぞれ0.005mass%、0.05mass%、0.3mass%、0.8mass%、1.2mass%であった。なお、焙焼温度は900℃、還元・焼結温度は1050℃で一定とし、他の試験条件は実施例1と同じである。 The added sintering aid was ferroline powder, and the amount added was varied over five types, and the concentration of phosphorus in the obtained hollow metal body was analyzed. As a result, 0.005 mass%, 0.05 mass%, and 0.3 mass%, respectively. 0.8 mass% and 1.2 mass%. The roasting temperature is 900 ° C., the reduction / sintering temperature is constant at 1050 ° C., and other test conditions are the same as those in Example 1.
押潰荷重の測定の結果は、リンの濃度が0.005mass%の場合は、81N(8.3kgf)であったのに対し、リンの濃度が0.05mass%、0.3mass%、0.8mass %の場合は、それぞれ86N(8.8kgf)、93N(9.5kgf)、100N(10.2kgf)とより大きな値が得られ、焼結性が向上したのが確認された。リン濃度が1.2mass%の場合は、押潰荷重が99N(10.1kgf)とリン添加の効果が飽和した。この結果、リンの添加量は、0.005mass%以上、1mass%以下であることが好ましいことがわかる。同様に、酸化銅粉、ニッケル金属粉、フェロモリブデンを所定量添加した焼結体でも、押潰荷重の向上が認められた。 As a result of measuring the crushing load, when the phosphorus concentration was 0.005 mass%, it was 81 N (8.3 kgf), whereas the phosphorus concentration was 0.05 mass%, 0.3 mass%, and 0.2%. In the case of 8 mass%, larger values of 86N (8.8 kgf), 93N (9.5 kgf), and 100N (10.2 kgf) were obtained, respectively, and it was confirmed that the sinterability was improved. When the phosphorus concentration was 1.2 mass%, the crushing load was 99 N (10.1 kgf), and the effect of adding phosphorus was saturated. As a result, it is understood that the addition amount of phosphorus is preferably 0.005 mass% or more and 1 mass% or less. Similarly, an improvement in the crushing load was recognized even in a sintered body to which a predetermined amount of copper oxide powder, nickel metal powder, and ferromolybdenum was added.
実施例5では、リン酸水溶液に浸漬することによるリン添加の影響を調べた。純度99.5mass%で、比表面積径が0.7μmの酸化鉄(Fe2O3)200gを原料として用い、大気中にて60℃で予備乾燥し、さらに120℃まで加熱して本乾燥を行った。続いて、大気中で5℃/分の昇温速度で加熱し、280℃、330℃、360℃、400℃で、各30分均熱保持し、内部の発泡スチロールの熱分解・気化を行った。同じ炉内にて、大気中で5℃/分の昇温速度にて900℃に昇温し、1時間保持後、冷却した。この中空体を5mass%リン酸水溶液に1分間浸漬し、速やかに引き上げ、60℃にて乾燥させた。 In Example 5, the influence of phosphorus addition by immersing in an aqueous phosphoric acid solution was examined. Using 200 g of iron oxide (Fe 2 O 3 ) having a purity of 99.5 mass% and a specific surface area of 0.7 μm as a raw material, predrying at 60 ° C. in the atmosphere, and further heating to 120 ° C. went. Subsequently, it was heated in the air at a heating rate of 5 ° C./min, and kept at 280 ° C., 330 ° C., 360 ° C., and 400 ° C. for 30 minutes each so that the internal polystyrene was thermally decomposed and vaporized. . In the same furnace, the temperature was raised to 900 ° C. at a temperature raising rate of 5 ° C./min in the atmosphere, held for 1 hour, and then cooled. This hollow body was immersed in a 5 mass% phosphoric acid aqueous solution for 1 minute, quickly pulled up, and dried at 60 ° C.
次に、未焼結中空体をN2に50vol.%のH2を加え所定の焼結温度である1100℃まで加熱し、その温度で1時間保持し、その後H2を停止し,N2のみ供給して炉冷を行った。室温に下がったところで、炉から取り出し、押し潰し荷重を測定した。
実施例5における試験結果を表2に示す。
Next, the green hollow body is heated to N 2 up to 50 vol.% Of H 2 1100 ° C. is a predetermined sintering temperature added, and held at that temperature for one hour, stopped then H 2, N 2 Only the furnace was cooled. When it fell to room temperature, it removed from the furnace and measured the crushing load.
Table 2 shows the test results in Example 5.
本発明例である焙焼処理を施した後、リン酸水溶液に浸漬し、還元・焼結処理を施したNo.5−3は、リン酸水溶液に浸漬しなかったNo.5−4より更に優れた押潰荷重が得られた。一方、焙焼処理を行わなかったNo.5−1、No.5−2では、リン酸水溶液に浸漬(No.5−2)しても押潰荷重は、焙焼処理を施したNo.5−4よりも低い値となった。
After performing the roasting process which is an example of the present invention, it was immersed in a phosphoric acid aqueous solution and subjected to reduction / sintering treatment. No. 5-3 was No. 5 which was not immersed in phosphoric acid aqueous solution. A crushing load better than that of 5-4 was obtained. On the other hand, no. 5-1. In No. 5-2, the crushing load was No. 5 after roasting treatment even when immersed in a phosphoric acid aqueous solution (No. 5-2). The value was lower than 5-4.
本発明の製造方法により種々の金属粉、粉末外形の中空金属体を製造出来るようになり、得られた中空金属体は、自動車等の衝撃吸収材として利用できる。また、ゴルフクラブやソフトボールバット等の各種スポーツ用品の振動吸収材、鉄道車輌等の吸音材としても利用できる。 Various metal powders and powder metal hollow metal bodies can be produced by the production method of the present invention, and the obtained hollow metal bodies can be used as shock absorbing materials for automobiles and the like. It can also be used as a vibration absorbing material for various sports equipment such as golf clubs and softball bats, and as a sound absorbing material for railway vehicles.
1 中心核材
2 金属粉末/結合剤層
3 予備焼結層
4 空洞
5 焼結層
1 Core material 2 Metal powder / binder layer 3 Pre-sintered layer 4 Cavity 5 Sintered layer
Claims (6)
中心核物質の外表面に、金属酸化物の粉末原料と、結合剤とを含有する溶液を塗布した後、乾燥させることにより、前記中心核物質の外表面に、前記粉末原料の被覆層を形成する被覆工程と、該粉末原料の被覆層を有する中心核物質を、大気中または還元性ガスを含有しない不活性ガス雰囲気中で、250〜400℃の温度範囲で加熱し、前記中心核物質を熱分解・気化により消失させ、残存した前記被覆層による中空状の殻体を得る中心核物質の熱分解・気化工程と、該熱分解・気化工程で得られた殻体に、大気中または酸化性ガス雰囲気中で、800〜1100℃の温度範囲で加熱する焙焼工程と、該焙焼工程を経た殻体を、水素および/または炭素を含んだ還元性ガス雰囲気中で、1000〜1300℃の温度範囲で加熱して還元・焼結する還元・焼結工程を有することを特徴とする中空金属体の製造方法。 A method for producing a hollow metal body made of sintered metal,
After coating a solution containing a metal oxide powder raw material and a binder on the outer surface of the central core material, and drying, a coating layer of the powder raw material is formed on the outer surface of the central core material And the core material having the coating layer of the powder raw material is heated in the temperature range of 250 to 400 ° C. in the atmosphere or in an inert gas atmosphere not containing a reducing gas, Pyrolysis / vaporization process of the central core material to obtain a hollow shell body by the remaining coating layer that has disappeared by pyrolysis / vaporization, and the shell body obtained by the pyrolysis / vaporization process in the atmosphere or oxidation Roasting step of heating in a temperature range of 800 to 1100 ° C. in a reactive gas atmosphere, and the shell subjected to the roasting step in a reducing gas atmosphere containing hydrogen and / or carbon at 1000 to 1300 ° C. Reduce and sinter by heating in the temperature range A method for producing a hollow metal body comprising a reduction / sintering step.
中心核物質の外表面に、金属酸化物の粉末原料と、結合剤とを含有する溶液を塗布した後、乾燥させることにより、前記中心核物質の外表面に、前記粉末原料の被覆層を形成する被覆工程と、該粉末原料の被覆層を有する中心核物質を、大気中または還元性ガスを含有しない不活性ガス雰囲気中で、250〜400℃の温度範囲で加熱し、前記中心核物質を熱分解・気化により消失させ、残存した前記被覆層による中空状の殻体を得る中心核物質の熱分解・気化工程と、該熱分解・気化工程で得られた殻体に、大気中または酸化性ガス雰囲気中で、800〜1100℃の温度範囲で加熱する焙焼工程と、該焙焼工程で得られた殻体を、0.1〜1mol/リットルのリン酸イオンを含有する水溶液に浸漬した後、乾燥する浸漬・乾燥工程と、該浸漬・乾燥工程で得られた殻体を水素および/または炭素を含んだ還元性ガス雰囲気中で、1000〜1300℃の温度範囲で加熱して還元・焼結する還元・焼結工程を有することを特徴とする中空金属体の製造方法。 A method for producing a hollow metal body made of sintered metal,
After coating a solution containing a metal oxide powder raw material and a binder on the outer surface of the central core material, and drying, a coating layer of the powder raw material is formed on the outer surface of the central core material And the core material having the coating layer of the powder raw material is heated in the temperature range of 250 to 400 ° C. in the atmosphere or in an inert gas atmosphere not containing a reducing gas, Pyrolysis / vaporization process of the central core material to obtain a hollow shell body by the remaining coating layer that has disappeared by pyrolysis / vaporization, and the shell body obtained by the pyrolysis / vaporization process in the atmosphere or oxidation A roasting step of heating in a temperature range of 800 to 1100 ° C. in a reactive gas atmosphere, and immersing the shell obtained in the roasting step in an aqueous solution containing 0.1 to 1 mol / liter of phosphate ions And then dipping and drying steps to dry, and the soaking -It has a reduction / sintering step of heating and reducing / sintering the shell obtained in the drying step in a reducing gas atmosphere containing hydrogen and / or carbon in a temperature range of 1000 to 1300 ° C. A method for producing a hollow metal body.
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