JPH06306404A

JPH06306404A - 圧粉焼結品の製造方法及び圧粉焼結用粉体

Info

Publication number: JPH06306404A
Application number: JP5120593A
Authority: JP
Inventors: Senji Fujita; 宣治藤田; Kiyoshi Suzuki; 喜代志鈴木
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1993-04-22
Publication date: 1994-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｃによる耐摩耗性等の向上を達成しつつ、圧
粉密度及び焼結密度の高い圧粉焼結品を製造し、特にＣ
の偏析によるじん性低下を来すことのない焼結品を提供
すること。【構成】ガスアトマイズにより製造した１３％Ｃｒ系
のＳＵＳ粉末（粒径約１４９μｍ以下）と、給油量４０
〜３３０ｍｌ／１００ｇのＣＢ微粉末（粒径１０〜４０
mmμ）とを所定量配合し、バインダとしてステアリン酸
亜鉛を１ｗｔ％添加し、ブレード付の混合撹拌機に投入
し、十分に混合撹拌した。混合撹拌後のＳＵＳ粉末表面
は、ＣＢ微粉末がほぼ均一にまぶされた状態となる。こ
の圧粉焼結用粉体を用いて圧粉成形，焼結を行うと、圧
粉成形密度，焼結密度ともに良好で、Ｃ偏析のない焼結
品を得ることができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧粉焼結品の製造方法
及び圧粉焼結用粉体に係り、特に高Ｃ含有とすることに
よって焼結品の耐摩耗性等を向上させた圧粉焼結品の製
造方法及び圧粉焼結用粉体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＳＵＳ粉末の圧粉焼結品において
耐摩耗性を向上するため、ＳＵＳ粉末に黒鉛粉末（グラ
ファイト）を混合した混合粉末を用いて圧粉成形し、焼
結するといったことがなされていた。また、ＳＵＳ粉末
をアトマイズで製造する際に用いる溶湯中に予めＣを添
加しておき、Ｃがプレアロイされた状態のＳＵＳ粉末を
用いる場合もあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、グラファイ
ト混合の場合には、グラファイトの偏析が生じ、焼結品
の品質が不良となる場合があった。また、Ｃをプレアロ
イした場合には、偏析の問題はないものの圧粉密度を向
上することができず、焼結品の密度を向上できないた
め、品質の良い焼結品の製造が困難であった。

【０００４】そこで、本発明においては、Ｃによる耐摩
耗性等の向上を達成しつつ、圧粉密度及び焼結密度の高
い圧粉焼結品を製造するための製造方法及び圧粉焼結用
粉体を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】かかる目的を達
成するためになされた本発明の圧粉焼結品の製造方法
は、金属又は合金粉末とカーボンブラック微粉末とを機
械的に切りながら混合撹拌した圧粉材料を用いて圧粉成
形し、焼結することを特徴とする。

【０００６】カーボンブラック（以下、ＣＢと記載す
る）は、ファーネスブラック（Ｆｕｒｎａｃｅｂｌａ
ｃｋ）とかアセチレンブラック（Ａｃｅｔｙｌｅｎｅ
ｂｌａｃｋ）などとしてよく知られている様に、粒径１
０^-3μｍ程度と非常に微細で球状を呈する。このため、
圧粉焼結に通常用いられる金属・合金粉末に比べて極め
て小さい。一方、炭化水素等が気相中で熱分解されて形
成されるものであるため、タール分を含んでおり、粘着
性がある。この様に、金属・合金粉末とは粒径が大きく
異なること、及びＣＢはその粘着性がありＣＢ同士が団
子状にまとまり易いことから、単に金属・合金粉末とＣ
Ｂとを混合撹拌しただけでは、両者が分離した状態にな
り偏析状態が生じ易い。

【０００７】しかし、本発明によれば、機械的に切りな
がら混合撹拌するから、ＣＢの微粉末は団子状になら
ず、金属・合金粉末の表面に均一にまぶされた状態とな
る。従って、偏析のない焼結品が製造できる。また、微
粉末であるので、ＣＢが、圧粉成形の際に金属・合金粉
末の隙間を埋め、圧粉成形密度を向上させる。従って、
最終製品における焼結密度も向上する。

【０００８】また、本発明の圧粉焼結品の製造方法は、
請求項２記載の様に、金属又は合金の粉末表面に予めＣ
Ｂ微粉末をまぶした圧粉焼結用粉体を用いて圧粉成形
し、焼結することとしてもよい。この様にしておけば、
機械的に切りながら混合撹拌する必要がなく、便利であ
る。

【０００９】なお、前記ＣＢ微粉末として、吸油量が１
５０ｍｌ／１００ｇ以下のものを用いることが望まし
い。吸油量（タール分の含有量）が多いとそれほど圧粉
密度を向上できなくなるからである。これは、吸油量の
高いＣＢを用いると、その粘着性が高くなり過ぎ、圧粉
成形の時にＣＢがバネの様な役割を呈する結果、圧粉密
度をそれほど向上することができないためと考えられ
る。なお、さらに望ましくは吸油量が１００ｍｌ／１０
０ｇ以下、より望ましくは５０ｍｌ／１００ｇ以下とす
るとよい。吸油量が減るほど圧粉密度が向上する傾向に
あるからである。

【００１０】また、本発明は、圧粉焼結用粉体自体をも
対象とする。本発明の圧粉焼結用粉体は、金属又は合金
の粉末表面にＣＢ微粉末をまぶしたものである。そし
て、やはり、前記ＣＢ微粉末は、吸油量が１５０ｍｌ／
１００ｇ以下であることが望ましく、さらに望ましくは
１００ｍｌ／１００ｇ以下、より望ましくは５０ｍｌ／
１００ｇ以下となる。前述の様に、吸油量が減るほど圧
粉密度が向上する傾向にあるからである。

【００１１】

【実施例】次に、本発明を一層明らかにするために、実
施例を以下に説明する。実施例では、ガスアトマイズに
より製造した１３％Ｃｒ系のＳＵＳ粉末と、ＣＢ微粉末
とを用いて、Ｃ含有量を２．５ｗｔ％以下で種々変えた
円柱体（直径１１．４ｍｍ，高さ９．０ｍｍ）の圧粉焼
結を行った。

【００１２】ＳＵＳ粉末は、ＪＩＳ相当品でいうとＳＵ
Ｓ４１０であり、粒径約１４９μｍ以下に分級したもの
を用いた。ＣＢ微粉末としては、下記表の様な粒径等を
有するものを用いた。なお、表中の表示記号とは、各種
試験結果の図面上での表示記号を意味する。

【００１３】

【表１】

【００１４】圧粉成形に当たっては、上記ＳＵＳ粉末と
ＣＢ微粉末とを最終製品で予定しているＣ含有量に基づ
いて所定量配合し、さらにバインダとしてステアリン酸
亜鉛を１ｗｔ％添加し、これをブレード付の混合撹拌機
に投入し、機械的に切りながら十分に混合撹拌した。混
合撹拌後のＳＵＳ粉末表面の電子顕微鏡写真を図１に示
す。この写真はＮｏ．３のＣＢ微粉末を用いた例であ
り、ＣＢ含有量が２．５ｗｔ％の条件の場合である。写
真で全体がぼやっとして金属光沢が確認できないのは、
ＳＵＳ粉末表面に微細なＣＢ微粉末がほぼ均一にまぶさ
れた状態であることを意味している。なお、ＣＢ微粉末
自体はさらに倍率をあげないと視認することはできな
い。

【００１５】次に、このＣＢ微粉末をまぶされたＳＵＳ
粉末を型に入れ、７ｔ／ｃｍ² の荷重にて圧粉成形を行
った。そして、真空中で最初に５００℃にて３０分焼結
を行うことによりバインダとして添加したステアリン酸
亜鉛を消失させ、次に、同じく真空中で１２００℃にて
６０分の焼結を行った。なお、Ｎｏ．１のＣＢを用いた
場合には、Ｃ含有量１．０％以上を狙ったときに混合撹
拌の時点でＣが分離してしまい焼結品を得ることができ
なかった。また、Ｎｏ．２のＣＢを用いた場合には、Ｃ
含有量１．５％以上を狙ったときに混合撹拌の時点でＣ
が分離してしまい焼結品を得ることができなかった。

【００１６】一方、従来技術との比較のため、Ｃをプレ
アロイしたＳＵＳ粉末を単独で用いて同様の条件で円柱
体を圧粉焼結すると共に（図中表示記号×）、ＣＢに変
えてグラファイト（粒径約１０μｍ）を用いて同様に圧
粉焼結を行った（図中表示記号◇）。

【００１７】まず、ＣＢをまぶした粉体の性質について
調べた見掛け密度ＡＤと流動度ＦＲについて説明する。
なお、これらは、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のＣＢを用いた場
合についてだけ計測し、Ｎｏ．５のＣＢを用いた場合に
ついては計測しなかった。見掛け密度ＡＤの関係を調べ
た結果を図２に示す。図示の様に、ＣＢ含有量が多くな
る程、見掛け密度ＡＤが低下した。ＣＢの方がＳＵＳよ
りも密度が小さいのであるから、これは当然である。一
方、吸油量が多いほどその低下の度合が大きいという傾
向が分かった。これは、吸油量が多いほど粘着性が高
く、全体としてかさばる様になるためと考えられる。

【００１８】流動度ＦＲは、図３に示す。給油量の最も
少ないＮｏ．４のＣＢを用いる場合に流動性が最もよか
った。一方、給油量の最も多いＮｏ．１のＣＢが流動性
が最も悪かった。なお、Ｎｏ．２とＮｏ．３ではそれほ
ど流動性の差はなかった。今回計測しなかったがＮｏ．
５を用いた場合にも、Ｎｏ．４同様にかなり流動性が良
くなることが予想される。

【００１９】次に、Ｃプレアロイ品と、各実施例とにつ
いて圧粉成形後の圧粉密度ＧＤを調べた結果を図４に示
す。図示の様に、Ｎｏ．３，４，５では著しく圧粉密度
が向上することが分かる。ここで、Ｎｏ．１とＮｏ．３
は、粒径はほぼ同じで、前者の方が給油量が大きい。ま
た、Ｎｏ．２とＮｏ．３は比表面積が比較的近いが、給
油量がＮｏ．２の方が２倍となている。これらのことか
ら、給油量が少ない程、圧粉成形密度ＧＤを向上させる
ことが分かる。このことは、同図（Ｂ）の様に給油量に
ついて整理してみるとより一層明瞭になる。

【００２０】次に、この圧粉成形体の脆さを調べるた
め、ＪＩＳラトラー試験を行い、ラトラー値ＲＶを計測
した結果を図５に示す。なお、ラトラー試験とは、金網
製のカゴ内に圧粉成形した試料を入れ、カゴを回転させ
たときに試料がどの程度崩れるかを計測する試験で、ラ
トラー値ＲＶはカゴから落ちた量を示している。ＲＶ＝
１００％ということは、完全にばらばらになってカゴか
ら落ちたことを意味する。Ｎｏ．１，Ｎｏ．２のＣＢを
用いた場合には、ＣＢ混合量が０．５ｗｔ％，１．０ｗ
ｔ％程度でもかなり崩れ易いことが分かった。このこと
から、給油量が大きいと、成形体が脆いということが分
かる。一方、Ｎｏ．３のＣＢを用いた場合は２．５ｗｔ
％についてもほとんど崩れなかった。Ｎｏ．４のＣＢ
は、２．０ｗｔ％以上ではほとんど崩れてしまった。こ
のことから、同じ程度の給油量であるならば、粒径が小
さい方が崩れ難いということも分かった。但し、最も重
要な要素は給油量と考えられる。Ｎｏ．１とＮｏ．３で
は粒径はほとんど同じなのに、前者はきわめて崩れ易い
のに対し、後者はほとんど崩れないからである。

【００２１】次に、焼結後の状態について種々調べた結
果を説明する。まず、焼結前のＣＢ添加量と、焼結後の
Ｃ含有量とを調べた結果を図６に示す。（Ａ）から分か
るように、Ｃ含有量は焼結によりやや減少している。し
かし、（Ｂ）に示すように、ＳＵＳ粉末自体が含有する
Ｏの量（通常０．２ｗｔ％）を添加したＣＢから引く
と、ほぼ、（添加したＣ）＝（焼結後のＣ）となる。こ
れは焼結によるＣ含有量の低下は、添加したＣＢが消え
てなくなる訳ではなく、ＳＵＳ粉末が含有していたＯの
還元に使われたということを意味している。従って、Ｃ
Ｂを用いて歩留まりが悪くなった訳ではなく、グラファ
イトを添加しても同様の歩留まりとなる。また、Ｃプレ
アロイの場合も同様の歩留まりとなる。

【００２２】次に、焼結密度ＳＤについて調べて見た。
図７に示す様に、Ｎｏ．３，Ｎｏ．４，Ｎｏ．５が共に
焼結密度が良好で、給油量が多くなると焼結密度が低下
する傾向が分かった。これも、同図（Ｂ）に示すように
給油量について整理し直して見るとより一層明らかにな
る。

【００２３】また、幅方向収縮率と高さ方向収縮率とを
調べると、図８に示す様に、Ｃプレアロイの比較例で
は、ほとんど収縮がないことが分かった。従って、焼結
による焼き締りが少なく、焼結密度が十分に上がらな
い。このことは、製品強度の向上が望めないことを意味
している。一方、グラファイトの比較例と本実施例で
は、Ｃ含有量の高い部分でかなりの収縮率となった。従
って、ＣプレアロイよりもＣＢ混合型の方が焼き締りが
良好なことが分かった。一方、混合型であっても、グラ
ファイトを用いた比較例ではＣの偏析により、じん性が
低くなった。これに対し、ＣＢを用いた実施例では焼結
品にＣ偏析がなく、じん性が良好であった。

【００２４】この様に、ＣＢを用いると、同じＣ含有量
の焼結品を製造する場合に、圧粉成形密度を向上させ、
焼結密度も向上させ、強度の高い製品を得ることがで
き、しかもＣ偏析が生じないので、じん性も良い製品を
製造することができる。また、この場合、特にＣ含有量
の多い焼結品を製造するに当たっては給油量が小さいほ
どよい。そして、図７の（Ｂ）図によれば、概ね１５０
ｍｌ／１００ｇを境に焼結密度が向上することから、１
５０ｍｌ／１００ｇ以下とするとよいということが分か
る。そして、ラトラー値ＲＶや圧粉成形密度ＧＤ等を総
合勘案した場合には、望ましくは１００ｍｌ／１００ｇ
以下、特に、５０ｍｌ／１００ｇ以下であると一層よい
ということが分かった。特に、Ｃ含有量２．０ｗｔ％程
度のものを製造する場合には、給油量が１００ｍｌ／１
００ｇ以下に抑制されるべきである。

【００２５】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
は上述した実施例に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲内で種々なる態様にて実現することが
できることはいうまでもない。例えば、ＳＵＳ粉末以外
の各種金属・合金粉末を用いての圧粉焼結においても本
発明を適用することができることはもちろんである。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の圧粉焼結品
の製造方法及び圧粉焼結用粉体によれば、Ｃによる耐摩
耗性等の向上を達成しつつ、圧粉密度及び焼結密度の高
い圧粉焼結品を製造することができ、特にＣの偏析によ
るじん性低下を来すということもない。特に、請求項
３，５に記載のように、給油量の少ないＣＢを用いる
と、Ｃ含有量の多めの製品を製造する場合に、圧粉密度
及び焼結密度を向上させる効果が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例におけるＣＢをまぶした状態のＳＵＳ
粉末の粒子構造の顕微鏡写真である。

【図２】実施例の圧粉成形用粉体の見掛け密度を計測
した結果のグラフである。

【図３】実施例の圧粉成形用粉体の流動度を計測した
結果のグラフである。

【図４】実施例及び比較例による圧粉成形体の圧粉密
度を計測した結果のグラフである。

【図５】実施例の圧粉成形体についてラトラー値を計
測した結果のグラフである。

【図６】実施例の圧粉焼結体についてＣＢ混合量と焼
結後のＣ含有量との関係を計測した結果のグラフであ
る。

【図７】実施例及び比較例の圧粉焼結体について焼結
密度を計測した結果のグラフである。

【図８】実施例及び比較例の圧粉焼結体について幅方
向及び高さ方向の収縮率を計測した結果のグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属又は合金粉末とカーボンブラック微
粉末とを機械的に切りながら混合撹拌した圧粉材料を用
いて圧粉成形し、焼結することを特徴とする圧粉焼結品
の製造方法。
【請求項２】金属又は合金の粉末表面に予めカーボン
ブラック微粉末をまぶした圧粉焼結用粉体を用いて圧粉
成形し、焼結することを特徴とする圧粉焼結品の製造方
法。
【請求項３】前記カーボンブラック微粉末として、吸
油量が１５０ｍｌ／１００ｇ以下のものを用いることを
特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧粉焼結品の製
造方法。
【請求項４】金属又は合金の粉末表面にカーボンブラ
ック微粉末をまぶした圧粉焼結用粉体。
【請求項５】前記カーボンブラック微粉末は、吸油量
が１５０ｍｌ／１００ｇ以下であることを特徴とする請
求項４記載の圧粉焼結用粉体。