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KR20060127210A - 분말 성형체의 성형 방법 및 분말 성형 금형 장치 - Google Patents

분말 성형체의 성형 방법 및 분말 성형 금형 장치 Download PDF

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KR20060127210A
KR20060127210A KR1020067019346A KR20067019346A KR20060127210A KR 20060127210 A KR20060127210 A KR 20060127210A KR 1020067019346 A KR1020067019346 A KR 1020067019346A KR 20067019346 A KR20067019346 A KR 20067019346A KR 20060127210 A KR20060127210 A KR 20060127210A
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powder
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다카시 나카이
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미쓰비시 마테리알 피엠지 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 성형부에 치밀한 윤활제에 의한 피막을 형성하여 고밀도의 분말 성형체를 안정되게 얻도록 한다.
(해결수단) 성형형 본체(2)에 형성한 성형부(1A)에 원료 분말을 충전한 후에, 하부, 상부 펀치(3, 4)를 성형부(1A)에 끼워맞춰 분말 성형체를 성형한다. 원료 분말(M)을 충전하기 전에, 20℃의 물 100g에 대한 용해도가 3g 이상인 수용성 윤활제를 물에 균일한 상이 되도록 용해한 수용액(L)을 성형부(1A)에 부착시키고, 그 수용액(L)을 증발시켜 성형부(1A)에 결정을 형성시켜 정출층(B)을 형성한다. 성형부(1A)의 둘레면에 치밀한 윤활용 층(B)이 형성되어 분말 성형체(A)의 성형부(1A)로부터의 발출 압력을 저감할 수 있음과 함께, 분말 성형체(A)의 밀도도 향상할 수 있고, 또한 안정되게 연속 성형할 수 있다.

Description

분말 성형체의 성형 방법 및 분말 성형 금형 장치{METHOD OF FORMING POWDER COMPACT AND MOLD ASSEMBLY FOR POWDER COMPACTION}
본 발명은, 원료 분말을 분말 성형 금형에 충전하여 성형하는 분말 성형체의 성형 방법 및 분말 성형 금형 장치에 관한 것이다.
소결 부품의 제조에 사용하는 압분체는, Fe계, Cu계 등과 같은 원료 분말을 성형형(成形型) 내에서 가압 성형함으로써 형성되며, 이 후 소결 공정을 거쳐 소결체를 제작한다. 그리고, 성형 공정에서는, 성형형을 이용해 프레스로 가압하여 성형체를 성형한다. 이 프레스시에는, 성형체와 성형형 사이에는 마찰이 발생한다. 이 때문에 분말 혼합시에 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 스테아르산리튬 등의, 물에 불용성인 지방산계 윤활제를 첨가하여 윤활성을 부여하고 있다.
그러나, 이러한 원료 분말에 윤활제를 혼합하는 방법으로는 성형체의 밀도를 향상하는 데는 한계가 있다. 그래서, 고밀도의 성형체를 얻기 위해, 원료 분말에 첨가하는 윤활제를 줄이고, 성형형에 원료 분말에 첨가하는 것과 동일한 윤활제를 도포하여 윤활성의 부족을 보충할 수 있는 분말 성형체의 성형 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.).
이 종래의 성형 방법은, 가열된 금형의 내면에 물에 분산되어 있는 고급 지 방산계 윤활제를 도포하는 도포 공정과, 상기 금형에 금속 분말을 충전하여, 상기 고급 지방산계 윤활제가 그 금속 분말과 화학적으로 결합하여 금속 비누의 피막을 생성하는 압력으로 그 금속 분말을 가압 성형하는 가압 성형 공정을 포함하는 분말 성형체의 성형 방법으로서, 가열되어, 내면에 스테아르산리튬과 같은 고급 지방산계 윤활제가 도포된 금형을 이용해, 이 금형에 가열된 금속 분말을 충전하여, 이 금속 분말과 고급 지방산계 윤활제가 화학적으로 결합하여 금속 비누의 피막이 생성되는 압력으로 이 금속 분말을 가압 성형하면, 금속 비누의 피막이 금형의 내면 표면에 생기고, 그 결과, 금속 분말의 성형체와 금형 사이의 마찰력이 감소하여 성형체를 발출(拔出)하는 압력이 적어도 될 수 있다는 것이다.
또, 성형용 금형에 원료 분말에 첨가하는 것과 동일한 윤활제를 사용하기 때문에 물에 불용성인 윤활제를 사용하게 되며, 금형에 도포하는 윤활제는 고체 분말 상태로 도포하게 된다. 이 때문에, 윤활제의 분말을 정전 도포하거나 물에 계면활성제로 분산시켜 건조 도포하는 방법도 알려져 있다.
<특허문헌 1> 일본특허 제3309970호 공보(단락 0012, 0013)
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
상기 특허문헌 1 등의 종래 기술에 있어서는, 물에 분산되어 있는 윤활제의 고체 분말 상태, 즉 윤활제의 고체 분말이 물 속에 산재되어 혼합된 상태로 성형형에 도포되어 있기 때문에 치밀한 피막이 형성되지 않아, 안정된 성형체의 생산이 곤란해진다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하는 것으로서, 동일 출원인은, 성형형 본체에 형성한 성형부에 원료 분말을 충전한 후에, 펀치를 상기 성형부에 끼워맞춰(嵌合) 분말 성형체를 성형하는 분말 성형체의 성형 방법에 있어서, 상기 원료 분말을 충전하기 전에, 윤활제를 용매에 용해한 수용액을 상기 성형부에 부착시키고, 그 수용액을 증발시켜 상기 성형부에 정출층(晶出層)을 형성하도록 하여, 상기 정출층에 의해 성형부에 치밀한 윤활층을 형성할 수 있는 분말 성형체의 성형 방법을 일본특허출원 2002－338621호에서 제안하고 있다. 그리고, 정출층에 대해 더욱 개발을 실시하여 최적의 수용액을 얻은 것이다.
그래서, 본 발명은, 성형부에 치밀한 윤활제에 의한 피막을 형성하여 고밀도의 분말 성형체를 안정되게 얻을 수 있는 분말 성형체의 성형 방법 및 분말 성형 금형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
본 발명의 청구항 1은, 성형형 본체에 형성한 성형부에 원료 분말을 충전한 후에, 펀치를 상기 성형부에 끼워맞춰 분말 성형체를 성형하는 분말 성형체의 성형 방법에 있어서, 상기 원료 분말을 충전하기 전에, 20℃의 물 100g에 대한 용해도가 3g 이상인 수용성 윤활제를 물에 용해한 수용액을 상기 성형부에 부착시키고, 그 수용액을 증발시켜 상기 성형부에 정출층을 형성하는 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법이다.
또, 청구항 2~12의 본 발명은 상기 윤활제를 옥소산계 금속염 또는 유기산계 금속염의 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것, 청구항 13의 본 발명의 상기 수용액은, 수용성의 상기 윤활제를 0.01중량% 이상 포화 농도 미만에서 물에 완전히 용해시킨 것임과 함께, 청구항 14의 본 발명은 상기 윤활제가 칼륨염 또는 나트륨염인 것이다.
또한, 청구항 15의 본 발명은 상기 윤활제에 방부제를 첨가한 것, 또 청구항 16의 본 발명은 상기 윤활제에 소포제를 첨가한 것, 또 청구항 17의 본 발명은 상기 윤활제에 수용성 용매를 첨가한 것임과 함께, 청구항 18의 본 발명은 상기 수용성 용매가 알코올 또는 케톤인 것, 또 청구항 19의 본 발명은 상기 윤활제에 할로겐족 원소를 포함시키지 않는 것이다.
이러한 분말 성형체의 성형 방법에 있어서는, 예를 들면, 성형체의 마찰면에 인산수소2칼륨, 인산수소2나트륨 등의 수용액의 인산계 금속염을 0.01중량% 이상 포화 온도 미만에서 물에 완전히 녹아들어 균일한 상이 되도록 용해시킨 후, 성형부의 표면에 부착, 증발시킴으로써 윤활제의 결정이 성장하여 정출층이 형성되는 것이다.
또, 청구항 20의 발명은, 분말 성형체의 측면을 성형하는 관통공을 가지는 성형형 본체와, 상기 관통공에 아래쪽으로부터 끼워맞추는 하부 펀치와, 상기 관통공에 위쪽으로부터 끼워맞추는 상부 펀치와, 상기 관통공에 면하는 윤활제 수용액의 분출부와, 상기 관통공과 그 관통공에 끼워맞춘 하부 펀치로 획성(畵成)되는 분말 성형체의 성형부 주위에 설치하는 히터와, 그 히터를 상기 수용액의 증발 온도보다 높게 제어하는 온도 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치이다.
또, 청구항 21의 발명은, 분말 성형체의 측면을 성형하는 관통공을 가지는 성형형 본체와, 상기 관통공에 아래쪽으로부터 끼워맞추는 하부 펀치와, 상기 관통공에 위쪽으로부터 끼워맞추는 상부 펀치와, 상기 관통공에 면하는 윤활제 수용액의 분출부와, 상기 관통공과 그 관통공에 끼워맞춘 하부 펀치로 획성되는 분말 성형체의 성형부 주위에 설치하는 히터와, 그 히터를 상기 수용액의 증발 온도보다 높고, 또 상기 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 제어하는 온도 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치이다.
이 청구항 20 또는 청구항 21의 구성에 의하면, 성형형 본체의 관통공과, 그 관통공에 끼워맞추는 하부 펀치로 형성된 성형부에 원료 분말을 충전하기 전에, 20℃의 물 100g에 대한 용해도가 3g 이상인 수용성 윤활제를 물에 용해한 수용액을 가열된 상기 성형부에 부착시키고, 그 수용액을 증발시켜 상기 성형부 주위에 상기 윤활제의 정출층을 치밀하게 형성한다. 이 후, 원료 분말을 충전한 후에 상기 관통공에 위쪽으로부터 상부 펀치를 끼워맞춰 분말 성형체를 성형하는 것이다.
<발명의 효과>
본 발명의 청구항 1은, 성형형 본체에 형성한 성형부에 원료 분말을 충전한 후에, 펀치를 상기 성형부에 끼워맞춰 분말 성형체를 성형하는 분말 성형체의 성형 방법에 있어서, 상기 원료 분말을 충전하기 전에, 윤활제를 용매에 용해한 수용액을 상기 성형부에 부착시키고, 그 수용액을 증발시켜 상기 성형부에 정출층을 형성하는 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법이며, 성형부에 더욱 치밀한 윤활을 위한 정출층을 형성할 수 있음으로써 분말 성형체의 취출(取出) 압력을 작게 하거나, 또 분말 성형체의 밀도 향상을 도모할 수 있다.
또, 청구항 2의 본 발명은, 상기 윤활제를 옥소산계 금속염으로 하는 것이다.
또, 청구항 3의 본 발명은, 상기 윤활제를 인산계 금속염, 황산계 금속염, 붕산계 금속염, 규산계 금속염, 텅스텐산계 금속염, 유기산계 금속염, 질산계 금속염 또는 탄산계 금속염으로 하는 것, 청구항 4의 본 발명은, 상기 윤활제를 인산수소2칼륨, 인산수소2나트륨, 인산3칼륨, 인산3나트륨, 폴리인산칼륨, 폴리인산나트륨, 인산리보플라빈칼륨 또는 인산리보플라빈나트륨으로 하는 것, 청구항 5의 본 발명은, 상기 윤활제를 황산칼륨, 황산나트륨, 아황산칼륨, 아황산나트륨, 티오황산칼륨, 티오황산나트륨, 도데실황산칼륨, 도데실황산나트륨, 도데실벤젠황산칼륨, 도데실벤젠황산나트륨, 식용 청색 1호, 식용 황색 5호, 아스코르브산황산에스테르칼륨 또는 아스코르브산황산에스테르나트륨으로 하는 것이다.
청구항 6의 본 발명은, 상기 윤활제를 4붕산칼륨 또는 4붕산나트륨으로 하는 것, 청구항 7의 본 발명은, 상기 윤활제를 규산칼륨 또는 규산나트륨으로 하는 것, 청구항 8의 본 발명은, 상기 윤활제를 텅스텐산칼륨 또는 텅스텐산나트륨으로 하는 것, 청구항 9의 본 발명은, 상기 윤활제를 아세트산칼륨, 아세트산나트륨, 안식향산칼륨, 안식향산나트륨, 테레프탈산2칼륨, 테레프탈산2나트륨, 아스코르브산칼륨 또는 아스코르브산나트륨으로 하는 것, 청구항 10의 발명은, 상기 윤활제를 질산칼륨 또는 질산나트륨으로 하는 것, 청구항 11의 본 발명은, 상기 윤활제를 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소칼륨 또는 탄산수소나트륨이다. 또한, 청구항 12의 본 발명은, 청구항 2~11에 기재된 윤활제를 1종 또는 2종 이상 사용한 것, 또한, 청구항 13의 본 발명에 있어서는, 수용성의 상기 윤활제를 0.01중량% 이상 포화 농도 미만에서 물에 완전히 용해시킨 것임과 함께, 청구항 14의 본 발명은 상기 윤활제가 칼륨염 또는 나트륨염인 것이며, 또한 청구항 15의 본 발명은 상기 윤활제에 방부제를 첨가한 것, 또 청구항 16의 본 발명은 상기 윤활제에 소포제를 첨가한 것, 또, 청구항 17의 본 발명은 상기 윤활제에 수용성 용매를 첨가한 것임과 함께, 청구항 18의 본 발명은 상기 수용성 용매가 알코올 또는 케톤인 것, 청구항 19의 본 발명은 상기 윤활제에 할로겐 원소를 포함시키지 않는 것이며, 모두 성형부에 치밀한 윤활을 위한 정출층을 확실히 형성할 수 있다.
또, 청구항 20, 청구항 21의 본 발명은, 분말 성형체의 측면을 성형하는 관통공을 가지는 성형형 본체와, 상기 관통공에 아래쪽으로부터 끼워맞추는 하부 펀치와, 상기 관통공에 위쪽으로부터 끼워맞추는 상부 펀치와, 상기 관통공에 면하는 윤활제 수용액의 분출부와, 상기 관통공과 그 관통공에 끼워맞춘 하부 펀치로 획성되는 분말 성형체의 성형부 주위에 설치하는 히터와, 그 히터를 상기 수용액의 증발 농도보다 높고, 또 필요에 따라서 상기 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 제어하는 온도 제어 수단을 설치하고, 또 상기 분출부에 20℃의 물 100g에 대한 용해도가 3g 이상인 수용성 윤활제를 물에 용해한 수용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치이며, 성형부에 윤활제 수용액에 의한 정출층을 더욱 확실히 형성하여 분말 성형체의 취출 압력을 작게 하거나, 또 분말 성형체의 밀도 향상을 도모할 수 있고, 또한 안정되게 연속 성형할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예 1을 나타내는 제1 공정의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1을 나타내는 제2 공정의 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 1을 나타내는 제3 공정의 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 1을 나타내는 제4 공정의 단면도이다.
도 5는, 비누의 용해도 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 실시예 2를 나타내는 제1 공정의 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 실시예 2를 나타내는 제2 공정의 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 실시예 2를 나타내는 제3 공정의 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 실시예 2를 나타내는 제4 공정의 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 실시예 3을 나타내는 제1 공정의 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 실시예 3을 나타내는 제2 공정의 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 실시예 4를 나타내는 제1 공정의 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 실시예 4를 나타내는 제2 공정의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
1　 관통공 1A　성형부
2　 성형형 본체 3　 하부 펀치
4　 상부 펀치 6　 분출부
7　 히터 9　 온도 제어 장치
A　 분말 성형체 B　 정출층
L　 수용액 M　 원료 분말
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
본 발명에 있어서의 적합한 실시형태에 대해, 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시형태는, 특허청구 범위에 기재된 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다. 또, 이하에 설명되는 구성 전체가 본 발명의 필수 요건이라고는 할 수 없다.
<실시예 1>
이하, 본 발명의 실시예 1을 도 1~도 4를 참조하여 설명한다. 도 1은 제1 공정을 나타내고 있고, 동(同) 도에 있어서, 1은 후술하는 압분체인 분말 성형체(A)의 측면을 성형하는 성형형 본체인 다이(2)에 형성한 관통공이며, 그 관통공(2)의 아래쪽으로부터 하부 펀치(3)가 끼워맞춰지고, 한쪽 관통공(2)의 위쪽으로부터 상부 펀치(4)가 끼워맞춰지도록 되어 있다. 또한, 다이(2)의 상면에 원료 분말(M)을 공급하는 원료 공급체인 피더(5)가 슬라이딩 자유롭게 설치되어 있다. 또한, 관통공(2)의 위쪽에 후술하는 윤활제 수용액(L)을 분무하여 수용액(L)을 성형부(1A)에 부착하는 부착 수단인 분무부(6)가 설치되어 있고, 그 분무부(6)는 관통공(2)에 면하도록 설치됨과 함께, 수용액(L)의 탱크(도시하지 않음)에 자동 개폐 밸브(도시하지 않음)를 통하여 접속되어 있다. 또, 관통공(1)과 그 관통공(1)에 끼워맞춘 하부 펀치(3)로 획성되는 분말 성형체(A)의 성형부(1A) 주위에 히터(7)와 온도 검출 부(8)가 설치되고, 그리고, 이들 히터(7)와 온도 검출부(8)은 온도 제어 수단인 온도 제어 장치(9)에 접속되고, 그 온도 제어 장치(9)에 의해 관통공(2)의 온도를 수용액(L)의 증발 온도보다 높고, 또 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 제어하도록 되어 있다.
그리고, 제1 공정에 있어서는, 미리 온도 제어 장치(9)에 의해 제어된 히터(7)의 열에 의해 관통공(1)의 둘레면은 수용액(L)의 증발 온도보다 높고, 또 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 설정되어 있다. 그리고, 관통공(1)에 하부 펀치(3)가 끼워맞춰 성형부(1A)가 형성되어 있는 상태에서, 자동 개폐 밸브를 열어 분무부(6)로부터, 20℃의 물 100g에 대한 용해도가 3g 이상인 수용성 윤활제를 물에 용해한 수용액(L)을, 히터(7)에 의해 가열된 다이(2)의 성형부(1A)에 분사하여 부착시킨다. 이 결과, 수용액(L)은 증발, 건조하여 관통공(1)의 둘레면에는 결정이 성장하여 상기 윤활제의 정출층(B)이 균일하게 형성된다. 20℃의 물 100g에 대한 용해도가 3g 이상인 수용성 윤활제를 사용하는 것은, 상온 부근에서 수용액에 침전물이 생길 우려가 있으면, 분무부(6)에 의한 부착을 실시하는 경우, 분무부(6)가 막히는 등의 결함이 발생하기 때문이다. 한편, 예를 들면, 스테아르산나트륨, 팔미트산나트륨, 미리스트산나트륨, 라우르산나트륨의 성분이 포함되는 통상의 고급 지방산계의 비누류는 수용액을 고온으로 하지 않으면 물 100g에 대한 3g 이상의 용해도가 얻어지지 않는다.
다음으로 도 2의 제2 공정에 나타내는 바와 같이, 피더(5)가 전진하여 원료 분말(M)을 성형부(1A)에 낙하시켜 충전한다. 다음으로 도 3의 제3 공정에 나타내는 바와 같이, 다이(2)를 아래쪽으로 이동시킴과 함께, 관통공(1)의 성형부(1A)에 위쪽으로부터 상부 펀치(4)를 삽입하고, 상부 펀치(4)와 하부 펀치(3) 사이에 끼우도록 하여 원료 분말(M)을 압축한다. 이 때, 하부 펀치(3)는, 하단(下端)이 고정되어 있어 움직이지 않도록 되어 있다. 그리고, 이 제3 공정에 있어서, 원료 분말(M)은, 윤활제에 의해 형성되어 있는 정출층(B)에 윤활 상태로 압축된다.
이와 같이 가압 성형된 분말 성형체(A)는, 다이(2)가 더욱 아래쪽으로 내려가, 도 4의 제4 공정에서 나타내는 바와 같이 하부 펀치(3)의 상면이 다이(2)의 상면과 대략 같은 높이가 되었을 때 취출 가능해진다. 이 취출시에 있어서도, 윤활제에 의해 형성되어 있는 정출층(B)에 분말 성형체(A)는 윤활 상태로 접촉한다. 이와 같이 하여 분말 성형체(A)가 취출된 후, 다시 제1 공정으로 돌아가 다시 성형부(1A)에 수용액(L)이 분무되어 정출층(B)이 형성된 후에, 원료 분말(M)이 성형부(1A)에 충전되는 것이다.
다음으로 수용성이 좋은 것으로서 20℃의 물 100g에 대한 용해도를 3g 이상으로 하는 점에 대해 설명한다. 도 4의 각종 지방산 비누에 있어서의 용해도에 나타내는 바와 같이, 보통의 동물유나 식물유로 만드는 혼합 비누나 그 주요 성분은, 모두 상온에서는 물에 대한 용해도가 매우 낮아, 물에 용해해도 잠시 지나면 침전물이 생성하기 쉽고, 상온에서 통상 사용되는 온도인 20℃ 부근에서는 침전물을 발생시켜 분무부에 막힘이 생기는 등의 결함이 발생하기 때문에, 이들 성분이 포함되지 않는 용해도가 최저한 필요하다는 인식에서 20℃의 물 100g에 대한 용해도를 3g 이상으로 한 것이다.
이하에, 실시예 및 비교예를 표 1~3에 의해 설명한다. 표 1~3에 있어서의 실시예 및 비교예는, 모두 원료 분말로서 철분(평균 입경 90㎛)에, 윤활제로서 스테아르산리튬(평균 입경 5㎛)을 0.2중량% 첨가한 것을 회전 혼합기로 30분 혼합한 것을 사용해, 가압 면적 1cm2의 원기둥을 성형하는 성형형에, 상기 혼합한 원료 분말을 7g 충전하고, 이 후 8t/cm2의 성형 압력으로 분말 성형체를 연속으로 100개 성형한 것이다. 그리고, 실시예의 것으로는, 수용성 윤활제를 물에 용해한 수용액을 150℃로 가열된 성형형의 성형부에 부착시킨 후에, 증발, 건조시켜 정출층을 형성하고, 이 후에 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 비교예 1은, 스테아르산리튬(평균 입경 5㎛)을 아세톤에 분산시킨 것을 150℃로 가열된 성형형의 성형부에 부착시킨 후에, 건조시켜 피막을 형성하고, 이 후에, 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 비교예 2는 성형형에는 윤활제를 사용하지 않는 경우이다. 표 중의 밀도 R은, 연속 100개 성형한 성형체 밀도의 최대값과 최소값의 차이다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 실시예9
성형형 윤활 성분 인산수소2칼륨 인산수소2나트륨 인산3나트륨 폴리인산나트륨 인산리보플라빈나트륨 황산칼륨 아황산나트륨 티오황산나트륨 도데실황산나트륨
용매 물 물 물 물 물 물 물 물 물
윤활 성분의 형태 용해 용해 용해 용해 용해 용해 용해 용해 용해
농도 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1%
성형 온도 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃
평균 발출 압력 6kN 8kN 6kN 8kN 20kN 18kN 20kN 18kN 16kN
평균 성형체 밀도 7.56 g/㎤ 7.55 g/㎤ 7.56 g/㎤ 7.54 g/㎤ 7.50 g/㎤ 7.52 g/㎤ 7.50 g/㎤ 7.51 g/㎤ 7.53 g/㎤
밀도의 R 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.02 0.02 0.02 0.03
실시예10 실시예11 실시예12 실시예13 실시예14 실시예15 실시예16 실시예17 실시예18
성형형 윤활 성분 도데실벤젠황산나트륨 식용 청색 1호 식용 황색 5호 아스코르브산황산에스테르나트륨 4붕산나트륨 규산나트륨 텅스텐산나트륨 아세트산나트륨 안식향산나트륨
용매 물 물 물 물 물 물 물 물 물
윤활 성분의 형태 용해 용해 용해 용해 용해 용해 용해 용해 용해
농도 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1%
성형 온도 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃
평균 발출 압력 16kN 16kN 20kN 8kN 8kN 10kN 12kN 18kN 10kN
평균 성형체 밀도 7.53 g/㎤ 7.53 g/㎤ 7.51 g/㎤ 7.54 g/㎤ 7.54 g/㎤ 7.54 g/㎤ 7.53 g/㎤ 7.51 g/㎤ 7.54 g/㎤
밀도의 R 0.02 0.03 0.04 0.02 0.02 0.03 0.03 0.02 0.02
실시예19 실시예21 실시예23 실시예24 실시예25 비교예1 비교예2
성형형 윤활 성분 테레프탈산2나트륨 스테아르산나트륨 탄산수소나트륨 탄산나트륨 질산칼륨 스테아르산리튬 없음
용매 물 물 물 물 물 아세톤
윤활 성분의 형태 용해 용해 용해 용해 용해 분산
농도 1% 0.2% 1% 1% 1% 1%
성형 온도 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃ 150℃
평균 발출 압력 1kN 16kN 18kN 18kN 20kN 22kN 32kN
평균 성형체 밀도 7.54 g/㎤ 7.52 g/㎤ 7.51 g/㎤ 7.52 g/㎤ 7.51 g/㎤ 7.50 g/㎤ 7.48 g/㎤
밀도의 R 0.02 0.04 0.03 0.02 0.04 0.20 0.16
표 1~3의 비교 결과로서, 실시예에서는, 성형형으로부터 압분체를 발출하는 발출 압력은, 비교예 1의 발출 압력 이하이면 되고, 또 실시예에서는, 비교예 1보다 밀도의 향상을 도모할 수 있고, 또한, 밀도의 R이 매우 작아졌다. 이것에 의해, 실시예에 있어서는 연속 성형이라도 고밀도의 성형을 안정되게 실시할 수 있다.
또한, 상기 윤활제는, 수용성 인산계 금속염으로서, 인산수소2칼륨, 인산수소2나트륨, 인산3칼륨, 인산3나트륨, 폴리인산칼륨, 폴리인산나트륨, 인산리보플라빈칼륨, 인산리보플라빈나트륨 등과 같이 구조 중에 인산계의 기를 포함하는 것이 적합한 것을 표 1~3에서 알 수 있다.
수용성 황산염계 금속염으로서, 황산칼륨, 황산나트륨, 아황산칼륨, 아황산나트륨, 티오황산칼륨, 티오황산나트륨, 도데실황산칼륨, 도데실황산나트륨, 도데실벤젠황산칼륨, 도데실벤젠황산나트륨, 식용 청색 1호(C37H34N2Na2O9S3), 식용 황색 5호(C16HlON2Na2O7S2), 아스코르브산황산에스테르칼륨, 아스코르브산황산에스테르나트륨 등과 같이 구조 중에 황산계의 기를 포함하는 것이 적합한 것을 표 1~3에서 알 수 있다.
수용성 붕산계 금속염으로서, 4붕산칼륨, 4붕산나트륨 등과 같이 구조 중에 붕산계의 기를 포함하는 것이 적합한 것을 표 1~3에서 알 수 있다.
수용성 규산계 금속염으로서, 규산칼륨, 규산나트륨 등과 같이 구조 중에 규산계의 기를 포함하는 것이 적합한 것을 표 1~3에서 알 수 있다.
수용성 텅스텐산계 금속염으로서, 텅스텐산칼륨, 텅스텐산나트륨과 같이 구조 중에 텅스텐산계의 기를 포함하는 것이 적합한 것을 표 1~3에서 알 수 있다.
수용성 유기산계 금속염으로서, 아세트산칼륨, 아세트산나트륨, 안식향산칼륨, 안식향산나트륨, 테레프탈산2칼륨, 테레프탈산2나트륨, 아스코르브산칼륨, 아스코르브산나트륨 등과 같이 구조 중에 유기산계의 기를 포함하는 것이 적합한 것을 표 1~3에서 알 수 있다.
수용성 질소산계 금속염으로서, 질산칼륨, 질산나트륨 등과 같이 구조 중에 질소산계의 기를 포함하는 것이 적합한 것을 표 1~3에서 알 수 있다.
수용성 탄산계 금속염으로서, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소칼륨, 탄산수소나트륨 등과 같이 구조 중에 탄산계의 기를 포함하는 것이 적합한 것을 표 1~3에서 알 수 있다.
이들 열거된 바와 같은 윤활제의 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 수용성 윤활제의 농도는, 0.01중량% 이상 포화 농도 미만으로 한다. 이것은 0.01중량% 미만에서는 성형 금형에 부착 증발시키는 수분량이 너무 많아서 금형의 온도가 저하되어 일정한 온도와 스피드로 안정되게 형성하는 것이 곤란해지기 때문이며, 포화 농도 이상에서는 윤활제를 다 용해할 수 없어 고체가 되어 침전하고, 분무부(6)에 의한 부착을 실시하는 경우, 분무부(6)가 막히는 등의 결함이 발생하기 때문이다.
또, 용해하는 물은, 증류수나 이온 교환수와 같은 금속 성분이나 할로겐 원소 성분을 제거한 물이 바람직하다. 윤활제의 종류에 따라서는, 용이하게 물 속의 금속 성분과 치환해 침전물을 생성하여 결함을 일으키는 경우가 있고, 또, 할로겐 성분이 다량으로 포함되어 있었을 경우, 압분체가 묶기 쉬워지거나 소결시에 다이옥신 등의 유해 물질이 생성되거나 하는 결함을 일으키는 경우가 있기 때문이다.
또한, 윤활제의 종류에 따라서는, 미생물이 번식하여 썩기 쉽다는 문제가 있어 성분이 변화하거나 악취가 발생하는 경우가 있지만, 방부제를 첨가함으로써 미생물의 발생을 방지할 수 있다. 방부제로는, 안식향산나트륨 등의 윤활성을 저해하지 않고, 인체에 대한 유해성이 낮으며, 할로겐 원소 성분을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
또, 윤활제의 종류에 따라서는, 거품이 발생하기 쉽다는 문제가 있어 수용액(L)을 성형부(1A)에 부착시켰을 때에 거품이 발생하여 원료 분말이 굳어질 우려가 있지만, 알코올이나 케톤과 같은 수용성 용매나 소포제를 첨가함으로써 거품의 발생을 방지할 수 있다. 알코올이나 케톤에는, 에탄올이나 아세톤 등의 윤활성을 저해하지 않고, 인체에 대한 유해성이 낮으며, 할로겐 원소 성분을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
알코올이나 케톤과 같은 수용성 용매에는, 물보다도 비점이나 증발 잠열이 낮은 것을 사용함으로써, 증발, 건조 시간을 짧게 하거나 성형형 본체(2)를 고온으로 할 필요가 없어지는 경우도 있다.
이들 윤활제 및 첨가물, 용해하는 물에는 할로겐 원소가 포함되어 있으면, 탄소 성분의 공존 중에서 소결한다는 Fe계의 분말야금에서 자주 사용되는 조건으로는 다이옥신 등의 미량으로 독성이 높은 성분의 생성이 우려되기 때문에, 할로겐 원소를 포함시키지 않는 것이 바람직하다.
성형형 본체(2)의 온도나 혼합한 원료 분말(M)은, 고온으로 한 쪽이 건조 시간의 단축이나 온간 성형의 효과 등이 있기 때문에 바람직하지만, 결함이 없으면 상온이라도 좋다. 고온으로 하는 경우는, 원료 분말이 굳어지거나 윤활제가 금형(성형부(1A))의 바닥으로 흘러 떨어지므로 안정되게 온간 성형하는 것이 곤란하기 때문에 설정 온도에서 용융하지 않는 윤활제의 선정이 바람직하지만, 결함이 없으면 반(半) 용융 상태나 고(高) 점성 상태, 2종 이상의 윤활제 배합의 1종 이상이 용융 상태라도 좋다. 종래 사용되고 있던 스테아르산아연은 약 120℃, 스테아르산리튬은 약 220℃에서 용융하기 때문에 그 이상의 온도에서 안정되게 온간 성형하는 것이 곤란했지만, 본 발명의 윤활제 중에는 220℃ 이상에서 용융하지 않는 것은 다수 존재하며, 그 중에는 1000℃를 넘어도 용융하지 않는 것도 포함되어 있기 때문에, 금형(성형부(1A))의 내열 온도나 원료 분말의 산화 온도 직전까지 고온으로 하여 용이하게 안정되게 온간 성형하는 것이 가능하다. 단, 그 경우는, 원료 분말의 유동성 문제 등이 있기 때문에, 혼합한 원료 분말(M)에 첨가하는 윤활제도 고온에서 녹지 않는 것, 예를 들면, 본 발명의 윤활제를 분말상으로 한 것이나, 200℃ 이상의 고온에서도 사용할 수 있는 고체 윤활제인 흑연이나 2 황화 몰리브덴 등으로 하거나 원료 분말에 윤활제를 넣지 않고 성형형 윤활만으로 성형하는 쪽이 바람직하다.
이상과 같이, 상기 실시형태에서는, 성형형 본체(2)에 형성한 성형부(1A)에 원료 분말(M)을 충전한 후에, 하부, 상부 펀치(3, 4)를 상기 성형부(1A)에 끼워맞춰 분말 성형체를 성형하는 분말 성형체의 성형 방법에 있어서, 상기 원료 분말(M)을 충전하기 전에, 윤활제를 용매에 균일한 상이 되도록 용해한 수용액(L)을 상기 성형부(1A)에 부착시키고, 그 수용액(L)을 증발시켜 상기 성형부(1A)에 결정을 형성시켜 정출층(B)를 형성함으로써, 성형부(1A)의 둘레면에 치밀한 윤활용 층(B)이 형성되어 분말 성형체(A)의 성형부(1A)로부터의 발출 압력을 저감할 수 있음과 함께, 분말 성형체(A)의 밀도도 향상할 수 있다.
또, 분말 성형체(A)의 측면을 성형하는 관통공을 가지는 성형형 본체(2)와, 상기 관통공(1)에 아래쪽으로부터 끼워맞추는 하부 펀치(3)와, 상기 관통공(1)에 위쪽으로부터 끼워맞추는 상부 펀치(4)와, 상기 관통공(1)에 면하는 윤활제 수용액(L)의 분출부(6)와, 상기 관통공(1)과 그 관통공(1)에 끼워맞춘 하부 펀치(3)로 획성되는 분말 성형체(A)의 성형부(1A) 주위에 설치하는 히터(7)와, 그 히터(7)를 상기 수용액(L)의 증발 온도보다 높고, 또 필요에 따라서 상기 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 제어하는 온도 제어 수단(9)을 설치하여, 성형부(1A)에 원료 분말(M)을 충전하기 전에, 윤활제 수용액(L)을 가열된 상기 성형부(1A)에 부착시키고, 그 수용액(L)을 증발시켜 상기 성형부(1A) 주위에 상기 윤활제의 정출층(B)을 치밀하게 형성함으로써, 성형부(1A)의 둘레면에 치밀한 윤활용 층(B)이 형성되어, 분말 성형체(A)의 성형부(1A)로부터의 발출 압력을 저감할 수 있음과 함께, 분말 성형체(A)의 밀도도 향상되고, 또한 안정되게 연속 성형할 수 있다.
<실시예 2>
도 5~도 8은 실시예 2를 나타내고 있으며, 상기 실시예 1과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다. 통공(1)의 표면(10)에는, 수용액(L)의 상기 표면(10)으로의 젖음성을 향상하기 위한 친수성 처리를 실시하거나 친수성 재료를 배치하거나 하여 표면 처리층(11)을 설치한다. 상기 표면 처리층(11)에 있어서의 상술한 수용액(L)과의 접촉 각도(X)는, 다이(2) 자체의 재질에 의해 형성되는 표면(10) 또는 재질이 직접 나타나는 상면(2A)에 있어서의 상기 수용액(L)과의 접촉 각도(Y)보다 작아짐(X＜Y)으로써 상기 젖음성을 향상할 수 있는 것이다. 또한, 상기 접촉 각도(X, Y)의 측정은, 설명을 위해서 나타낸 도의 상태는 아니고, 각각 표면(10), 상면(2A)을 수평으로 유지하도록 하는 등 동일 조건으로 측정되는 것이다. 그리고, 상기 표면 처리층(11)으로서는, 표 4에 보여지는 바와 같은 결합을 갖는 산화물, 불화물, 질화물, 염화물, 황화물, 브롬화물, 요오드화물, 탄화물, 수산화물 등을 용사하여, PVD, CVD, 쇼트 피닝(shot peening) 등으로 친수 코팅을 실시한 것, 산화티탄, 산화아연 등의 코팅에 광조사에 의한 광 촉매 작용을 실시한 것, 알칼리나 열수 처리 등에 의한 수산화물 생성, 칼륨이나 나트륨 이온 등의 스퍼터링에 의한 표면 처리, 또 용사 피막이나 분말 야금 금형의 이용 등으로 표면에 미세한 공공(空孔)을 형성함에 의한 수용액(L)의 표면 장력의 변화의 이용 등으로서, 표면 처리층에 의해 관통공(1) 표면(10)에서의 수용액의 접촉 각도를 작게 하여 그 개소에서의 젖음성을 향상하도록 한 것이다. 또한, 표면(10)을 산이나 화염 처리, 전해 연마 등에 의한 유성(油性) 유기물 등의 처리를 실시하여 접촉 각도(X)가 작아지도록 상기 관통공(1)의 표면을 형성해도 좋다. 또, 강도 등에 문제가 없으면, 금형 소재로 표 4에 보여지는 바와 같은 친수성 물질로 구성하는 것이 바람직하다. 강도나 경도를 향상시키기 위해, 철이나 초경(超硬) 등의 금속에 표 1에 보여지는 바와 같은 물질을 분산시켜도 좋으며, Ti, V, Si, Al 등의 산화하기 쉬운 금속과 합금화시켜 금형 소재로 하는 것도 친수성 향상에 효과가 있다. 코팅하는 경우도, 강도나 경도를 향상시키기 위해, 철이나 초경 등의 금속을 친수성 물질과 함께 코팅하는 것도 금형 수명과 친수성을 양립시키는데 있어서 바람직하다.
친수성 물질의 예
친수성의 결합 원소 또는 친수성 물질 대략적인 결합 이온성 친수성의 주요 이유
Cs-F,Fr-F 93% 결합 이온성이 크(극성이 크)므로 친수성
K-F,Rb-F 92%
Na-F,Ba-F,Ra-F 91%
Li-F,Ca-F,Sr-F 89%
Ac-F,란탄족원소-F 88%
Mg-F,Y-F,Cs-O,Fr-O 86%
Se-F,Hf-F,Th-F,K-O,Rb-O 84%
Zr-F,Pa-F,U-F,Na-O,Ba-O,Ra-O 82%
Be-F,Al-F,Ti-F,Ta-F,Mn-F,Li-O,Ca-O,Sr-O 79%
Nb-F,V-F,Cr-F,Zn-F,Ga-F,Ac-O,란탄족원소-O 76%
W-F,Cd-F,In-F,Mg-O,Y-O,Cs-O,Fr-O,Cs-N,Fr-N,Cs-Cl,Fr-Cl 73%
Mo-F,Fe-F,Tl-F,Si-F,Ge-F,Sn-F,Se-O,Hf-O,Th-O,K-N,Rb-N,K-Cl,Rb-Cl 70%
Re-F,Tc-F,Co-F,Ni-F,Cu-F,Ag-F,Hg-F,Pb-F,Sb-F,Bi-F,Zr-O,Pa-O,U-O,Na-N,Ba-N,Ra-N,Na-Cl,Ba-Cl,Ra-Cl,Cs-Br,Fr-Br 67%
B-F,As-F,Po-F,Be-O,Al-O,Ti-O,Ta-O,Mn-O,Li-N,Ca-N,Sr-N,Li-Cl,Ca-Cl,Sr-Cl,K-Br,Rb-Br 63%
P-F,Te-F,Nb-O,V-O,Cr-O,Zn-O,Ga-O,Ac-N,란탄족원소-N,Ac-Cl, 란탄족원소-Cl,Na-Br,Ba-Br,Ra-Br 59%
Ru-F,Os-F,Rh-F,Ir-F,Pd-F,Pt-F,At-F,W-O,Cd-O,In-O,Mg-N,Y-N,Cs-N,Fr-N,Mg-Cl,Y-Cl,Cs-Cl,Fr-Cl,Li-Br,Ca-Br,Sr-Br,Cs-C,Fr-C,Cs-S,Fr-S,Cs-l,Fr-l 55%
Mo-O,Fe-O,Tl-O,Si-O,Ge-O,Sn-O,Se-N,Hf-N,Th-N,Se-Cl,Hf-Cl,Th-Cl,Ac-Br,란탄족원소-Br,K-C,Rb-C,K-S,Rb-S,K-l,Rb-l 51%
Au-F,Se-F,Re-O,Tc-O,Co-O,Ni-O,Cu-O,Ag-O,Hg-O,Pb-O,Sb-O,Bi-O,Zr-N,Pa-N,U-N,Zr-Cl,Pa-Cl,U-Cl,Mg-Br,Y-Br,Na-C,Ba-C,Ra-C,Na-S,Ba-S,Ra-S,Na-l,Ba-l,Ra-l 47%
B-O,As-O,Po-O,Be-N,Al-N,Ti-N,Ta-N,Mn-N,Be-Cl,Al-Cl,Ti-Cl,Ta-Cl,Mn-Cl,Se-Br,Hf-Br,Th-Br,Li-C,Ca-C,Sr-C,Li-S,Ca-S,Sr-S,Li-l,Ca-l,Sr-l 43%
P-O,Te-O,Nb-N,V-N,Cr-N,Zn-N,Ga-N,Nb-Cl,V-Cl,Cr-Cl,Zn-Cl,Ga-Cl,Zr-Br,Pa-Br,U-Br,Ac-C,란탄족원소-C,Ac-S,란탄족원소-S,Ac-l,란탄족원소 39%
Ru-O,Os-O,Rh-O,Ir-O,Pd-O,Pt-O,At-O,W-N,Cd-N,In-N,W-Cl,Cd-Cl,In-Cl,Be-Br,Al-Br,Ti-Br,Ta-Br,Mn-Br,Mg-C,Y-C,Cs-C,Fr-C,Mg-S,Y-S,Cs-S,Fr-S,Mg-l,Y-l,Cs-l,Fr-l 35%
Mo-N,Fe-N,Ti-N,Si-N,Ge-N,Sn-N,Mo-Cl,Fe-Cl,Tl-Cl,Si-Cl,Ge-Cl,Sn-Cl,Nb-Br,V-Br,Cr-Br,Zn-Br,Ga-Br,Se-C,Hf-C,Th-C,Se-S,Hf-S,Th-S,Se-l,Hf-l,Th-l 30%
수산기를 포함하는 물질 전반 수산기로 친수성
산화물 전반 표면의 수산기화로 친수성
수용성 물질 전반 용해하므로 친수성
산화물의 일부(산화티탄, 산화아연 등) 광 여기에 의한 친수성
그리고, 제1 공정에 있어서는, 미리 온도 제어 장치(9)에 의해 제어된 히터(7)의 열에 의해 관통공(1)의 표면(10)은 수용액(L)의 증발 온도보다 높고, 또 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 설정되어 있다. 그리고, 관통공(1)에 하부 펀치(3)가 끼워맞춰 성형부(1A)가 형성되어 있는 상태에서, 자동 개폐 밸브를 열어 분무부(6)로부터 윤활제 수용액(L)을, 히터(7)에 의해 가열된 다이(2)의 성형부(1A)에 분사하여 부착시킨다. 이 때, 수용액(L)의 접촉 각도(X)는 표면 처리층(11)이 없으면 접촉 각도(Y)와 같이 되지만, 상기 표면 처리층(11)에 의해 작은 접촉 각도(X)로 되어, 이 결과, 수용액(L)이 튀는 것과 같은 일이 적어져 관통공(1)에 전면적으로 수용액(L)이 부착되어 젖게 된다. 그리고, 수용액(L)은 증발, 건조하여 관통공(1)의 표면 처리층(11)에는 결정이 전면적으로 성장하여 상기 윤활제의 윤활층인 정출층(B)이 균일하게 형성된다.
다음으로 도 6의 제2 공정에 나타내는 바와 같이, 피더(5)가 전진하여 원료 분말(M)을 성형부(1A)에 낙하시켜 충전한다. 다음으로 도 7의 제3 공정에 나타내는 바와 같이, 다이(2)를 아래쪽으로 이동시킴과 함께, 관통공(1)의 성형부(1A)에 위쪽으로부터 상부 펀치(4)를 삽입하고, 상부 펀치(4)와 하부 펀치(3) 사이에 끼우도록 하여 원료 분말(M)을 압축한다. 이 때, 하부 펀치(3)는, 하단이 고정되어 있어 움직이지 않도록 되어 있다. 그리고, 이 제3 공정에 있어서, 원료 분말(M)은, 윤활제에 의해 형성되어 있는 정출층(B)에 윤활 상태로 압축된다.
이와 같이 가압 성형된 분말 성형체(A)는, 다이(2)가 더욱 아래쪽으로 내려가, 도 9의 제4 공정에서 나타내는 바와 같이 하부 펀치(3)의 상면이 다이(2)의 상면과 대략 같은 높이가 되었을 때 취출 가능해진다. 이 취출시에 있어서도, 윤활제에 의해 형성되어 있는 정출층(L)에 분말 성형체(A)는 윤활 상태로 접촉한다. 이와 같이 하여 분말 성형체(A)가 취출된 후, 다시 제1 공정으로 돌아가 다시 성형부(1A)에 수용액(L)이 분무되어 정출층(L)이 형성된 후에, 원료 분말(M)이 성형부(1A)에 충전되는 것이다.
이상과 같이, 상기 실시예에서는, 상기 다이(2) 자체에 있어서의 상기 수용액(L)과의 접촉 각도(Y)보다 작아지는 상기 수용액(L)과의 접촉 각도(X)를 가지도록 상기 관통공(1)의 표면(10)에 표면 처리층(11)을 형성함으로써, 수용액(L)을 부착했을 때에 관통공(10)에 있어서의 수용액(L)의 젖음성을 향상하여, 그 수용액(L)을 표면 처리층(11), 나아가서는 관통공(1)의 전체면에 수용액을 고루 퍼지게 하여 물을 증발시킴으로써 정출층(B)을 전면적으로 형성할 수 있고, 이 결과, 고밀도의 분말 성형체(A)를 안정되게 얻을 수 있다.
<실시예 3>
도 9~도 10은 실시예 3을 나타내고 있으며, 상기 실시예 1, 2와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다. 실시예 2에 있어서는, 피더(5)가 슬라이딩 자유롭게 설치되는 다이(2)의 상면(2A)에는, 상기 수용액(L)의 상기 상면(2A)으로의 젖음성을 저하, 즉 발수(소수)성을 향상하기 위한 발수 처리를 실시하거나 발수 재료를 배치하거나 하여 표면 처리층(21)을 설치한다. 상기 표면 처리층(21)에 있어서의 상기 수용액(L)과의 접촉 각도(Y')는, 상기 다이(2)의 재질 자체에 의해 형성되는 표면, 실시예 3에서는 관통공(1)의 표면(10)에 있어서의 상기 수용액(L)과의 접촉 각도(X')보다 커짐(Y'>X')으로써 상기 젖음성을 저하할 수 있는 것이다. 상기 표면 처리층(21)으로서는, 표 5에 보여지는 바와 같은 실리콘계 수지나 불소계 수지 등의 Si-H나 C-H결합 등에 보여지는 물질이나 무극성 물질 등에 의해 형성된다.
발수성 물질의 예
발수성의 결합 원소 또는 발수성 물질 대략적인 결합 이온성 발수성의 주요 이유
Re-H,Tc-H,Co-H,Ni-H,Cu-H,Ag-H,Hg-H 1% 결합 이온성이 작으(극성이 작으)므 로 발수성
Mo-H,Fe-H,Tl-H,Si-H 3%
H-C,P-C,Te-C,H-S,P-S,Te-S,H-l,P-l,Te-l,W-H,Cd-H,In-H 4%
B-C,As-C,Po-C,B-S,As-S,Po-S,B-l,As-l,Po-l,Nb-H,V-H,Cr-H,Zn-H,Ga-H 7%
Re-C,Tc-C,Co-C,Ni-C,Cu-C,Ag-C,Hg-C,Pb-C,Sb-C,Bi-C,Re-S,Tc-S,Co-S,Ni-S,Cu-S,Ag-S,Hg-S,Pb-S,Sb-S,Bi-S,Re-l,Tc-l,Co-l,Ni-l,Cu-l,Ag-l,Hg-l,Pb-l,Sb-l,Bi-l,Be-H,Al-H,Ti-H,Ta-H,Mn-H 9%
Mo-C,Fe-C,Tl-C,Si-C,Ge-C,Sn-C,Mo-S,Fe-S,Tl-S,Si-S,Ge-S,Sn-S,Mo-l,Fe-l,Tl-l,Si-l,Ge-l,Sn-l,Zr-H,Pa-H,U-H 11%
무극성 물질 전반 무극성이므로 발수성
따라서, 실시예 3에서는, 자동 개폐 밸브를 열어 분무부(6)로부터 윤활제 수용액(L)을, 히터(7)에 의해 가열된 다이(2)의 성형부(1A)에 분사하여 부착시킨다. 이 때, 수용액(L)의 일부가 상면(2A)에 부착해 버리는 일이 발생한다. 그러나, 이 상면(2A)에 있어서의 접촉 각도(Y')는 상기 표면 처리층(21)에 의해 다이(2)에 직접 닿은 수용액(L)의 접촉 각도(X')보다도 커지고, 이 결과, 수용액(L)이 튀어 상면(2A)에 수용액(L)이 모이는 것과 같은 일을 억제하게 된다.
이상과 같이, 다이(2) 자체에 있어서의 수용액(L)과의 접촉 각도(X')보다 커지는 상기 수용액(L)과의 접촉 각도(Y')를 가지도록 상기 상면(2A)에 표면 처리층(21)을 형성함으로써, 상면(2A)에 있어서의 발수성을 향상하여, 상면(2A)(표면 처리층(21))에 수용액(L)을 모이기 어렵게 하여 피더(5)에 수용되어 있는 원료 분말(M)에 수용액(L)이 닿기 어렵게 하여 수용액(L)에 의해 원료 분말(M)이 굳어지는 가루 덩어리를 방지할 수 있다.
<실시예 4>
도 9~도 10은 실시예 4를 나타내고 있으며, 상기 실시예 1~3과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다. 실시예 4에 있어서는, 관통공(2)의 위쪽에 윤활제를 용매인 물에 용해한 수용액(L)을 분무하여 이 수용액(L)을 성형부(1A)에 부착하는 부착 수단인 분무부(6)가 설치되어 있고, 그 분무부(6)는 관통공(2)에 면하도록 설치된다. 그리고, 상기 수용액(L)에는, 관통공(1)의 표면(10)으로의 젖음성 향상 성분을 포함하는 것이다. 상기 젖음성 향상 성분은 수용액(L)의 표면(10)과의 접촉 각도(X'')를 작게 하는 성분이며, 예를 들면 계면활성제가 사용된다.
따라서, 관통공(1)에 하부 펀치(3)가 끼워맞춰 성형부(1A)가 형성되어 있는 상태에서, 자동 개폐 밸브를 열어 분무부(6)로부터 윤활제 수용액(L)을, 히터(7)에 의해 가열된 다이(2)의 성형부(1A)에 분사하여 부착시킨다. 이 때, 수용액(L)의 접촉 각도(X'')는 젖음성 향상 성분이 없으면 커지지만, 상기 젖음성 향상 성분에 의해 접촉 각도(X'')는 작아지고, 이 결과, 수용액(L)이 튀는 것과 같은 일이 적어져 관통공(1)의 표면(10)의 전체면에 수용액(L)이 부착하여 젖게 된다. 그리고, 수용액(L)은 증발, 건조하여 관통공(1)의 둘레면에는 결정이 전면적으로 성장하여 상기 윤활제의 정출층(B)이 균일하게 형성된다.
이상과 같이, 상기 실시예에서는, 상기 수용액(L)에 표면(10)과의 접촉 각도(X'')를 작게 하도록 상기 수용액(L)에 젖음성 향상 성분을 마련함으로써, 수용액(L)을 부착했을 때에 관통공(1)에 있어서의 수용액(L)의 젖음성을 향상하여, 그 수용액(L)을 관통공(1)의 전체면에 고루 퍼지게 하여 물을 증발시킴으로써 정출층(B)을 전면적으로 형성할 수 있고, 이 결과, 고밀도의 분말 성형체를 안정되게 얻을 수 있다.
또한, 이하에 실시예 및 비교예를 표 6에 의해 설명한다. 표 6에 있어서의 실시예 및 비교예는, 모두 원료 분말로서 철분(평균 입경 90㎛)을 사용해, 가압 면적 1cm2의 원기둥을 성형하는 성형형에, 상기 혼합한 원료 분말을 7g 충전하고, 이 후 8t/cm2의 성형 압력으로 분말 성형체를 성형한 것이다. 그리고, 실시예의 것으로는, 수용성 윤활제로서 인산수소2칼륨과 안식향산나트륨을 각 1% 혼합한 수용액을 친수성 물질로 코팅하고, 250℃로 가열된 성형형의 성형부에 부착시킨 후에, 증발, 건조시켜 정출층을 형성하고, 이 후에, 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 비교예 1은, 통상의 금형을 250℃로 가열된 성형형의 성형부에 윤활액을 부착시킨 후에 건조시키고, 이 후에, 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 비교예 2는 통상의 금형을 150℃로 가열된 성형형의 성형부에 윤활액을 부착시킨 후에 건조시키고, 이 후에, 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 비교예 3은 통상의 금형을 150℃로 가열하여, 윤활액을 부착시키지 않고, 그대로 원료 분말을 충전하도록 한 것이다. 모두 통상의 금형의 성형부에는, 공구강으로서 통상 사용되는 SKH-51을 사용했다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예1 비교예2 비교예3
친수성 결합 원소 Al-O Ti-O Al-O Ti-O Al-O Mg-O Al-O Si-O Al-O Ca-O 없음 없음 없음
친수성 피막 성분 Al2O3 60% TiO2 40% Al2O3 TiO2 스피넬 Al2O3 60% SiO2 40% Al2O3 60% CaO 40% 없음 없음 없음
친수성 피막 처리 방법 용사 용사 용사 용사 용사 용사 없음 없음 없음
성형형 윤활 있음 있음 있음 있음 있음 있음 있음 있음 없음
성형 온도 250℃ 250℃ 250℃ 250℃ 250℃ 250℃ 250℃ 150℃ 150℃
성형 밀도 7.68 g/㎤ 7.67 g/㎤ 7.68 g/㎤ 7.67 g/㎤ 7.68 g/㎤ 7.67 g/㎤ 성형 불능 7.58 g/㎤ 성형 불능
표 6의 비교 결과로서, 친수성 피막을 붙이지 않은 금형으로 250℃에서 성형하면, 성형부에 윤활제가 잘 붙지 않기 때문에 성형할 수 없는데 비해, 친수성 피막을 붙인 금형으로 형성한 실시예 1~6은, 모두 150℃를 넘는 고온에서 성형이 가능하고, 150℃에서 성형한 성형체 밀도를 상회하는 밀도가 얻어지는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 또, 상기 실시 형태에 있어서는 상기 원료 분말을 충전하기 전에, 상기 수용액을 상기 성형부에 부착시키고, 그 수용액을 증발시켜 상기 성형부에 정출층을 형성한 후에 펀치를 상기 성형부에 끼워맞춰 분말 성형체를 성형하는 것이지만, 상기 원료 분말을 충전하기 전에 반드시 수용액을 상기 성형부에 부착시키고, 그 수용액을 증발시켜 상기 성형부에 정출층을 형성할 필요는 없으며, 예를 들면 처음 분말 성형체의 성형 후에, 수용액을 상기 성형 부에 부착시키지 않고 처음 정출층을 이용해 그대로 원료 분말을 충전하여 다음 성형을 실시하고, 다음으로 3번째 원료 분말을 충전하기 전에 수용액을 상기 성형부에 부착시키고, 그 수용액을 증발시켜 상기 성형부에 2번째의 정출층을 형성하도록 단속적인 연속에 의해 수용액을 상기 성형부에 부착시키도록 해도 좋다.

Claims (21)

  1. 성형형 본체에 형성한 성형부에 원료 분말을 충전한 후에, 펀치를 상기 성형부에 끼워맞춰 분말 성형체를 성형하는 분말 성형체의 성형 방법에 있어서, 상기 원료 분말을 충전하기 전에, 20℃의 물 100g에 대한 용해도가 3g 이상인 수용성 윤활제를 물에 용해한 수용액을 상기 성형부에 부착시키고, 그 수용액을 증발시켜 상기 성형부에 정출층을 형성하는 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 윤활제는 옥소산계 금속염인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 윤활제는 인산계 금속염, 황산계 금속염, 붕산계 금속염, 규산계 금속염, 텅스텐산계 금속염, 유기산계 금속염, 질산계 금속염 또는 탄산계 금속염인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는 인산수소2칼륨, 인산수소2나트륨, 인산3칼륨, 인산3나트륨, 폴리인산칼륨, 폴리인산나트륨, 인산리보플라빈칼륨 또는 인산리보플라빈나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는 황산칼륨, 황산나트륨, 아황산칼륨, 아황 산나트륨, 티오황산칼륨, 티오황산나트륨, 도데실황산칼륨, 도데실황산나트륨, 도데실벤젠황산칼륨, 도데실벤젠황산나트륨, 식용 청색 1호, 식용 황색 5호, 아스코르브산황산에스테르칼륨 또는 아스코르브산황산에스테르나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는 4붕산칼륨 또는 4붕산나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는 규산칼륨 또는 규산나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는 텅스텐산칼륨 또는 텅스텐산나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는 아세트산칼륨, 아세트산나트륨, 안식향산칼륨, 안식향산나트륨, 테레프탈산2칼륨, 테레프탈산2나트륨, 아스코르브산칼륨 또는 아스코르브산나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는 질산칼륨 또는 질산나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 윤활제는 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소칼륨 또는 탄산수소나트륨인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 윤활제는 제 2 항 내지 제 11 항에 기재된 윤활제를 1종 또는 2종 이상 사용한 것을 특징으로 하는 분말 성형 방법.
  13. 제 2 항 내지 제 12 항에 있어서, 상기 수용액은 수용성의 상기 윤활제를 0.01중량% 이상 포화 농도 미만에서 물에 완전히 용해시킨 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 윤활제가 칼륨염 또는 나트륨염인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  15. 제 2 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활제에 방부제를 첨가한 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  16. 제 2 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활제에 소포제를 첨가한 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  17. 제 2 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활제에 수용성 용매를 첨가한 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 용매가 알코올 또는 케톤인 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  19. 제 2 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활제에 할로겐족 원소를 포함시키지 않는 것을 특징으로 하는 분말 성형체의 성형 방법.
  20. 분말 성형체의 측면을 형성하는 관통공을 가지는 성형형 본체와, 상기 관통공에 아래쪽으로부터 끼워맞추는 하부 펀치와, 상기 관통공에 위쪽으로부터 끼워맞추는 상부 펀치와, 상기 관통공에 면하는 윤활제 수용액의 분출부와, 상기 관통공과 그 관통공에 끼워맞춘 하부 펀치로 획성되는 분말 성형체의 성형부 주위에 설치하는 히터와, 그 히터를 상기 수용액의 증발 온도보다 높게 제어하는 온도 제어 수단을 설치하고, 또 상기 분출부에 20℃의 물 100g에 대한 용해도가 3g 이상인 수용성 윤활제를 물에 용해한 수용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치.
  21. 분말 성형체의 측면을 형성하는 관통공을 가지는 성형형 본체와, 상기 관통공에 아래쪽으로부터 끼워맞추는 하부 펀치와, 상기 관통공에 위쪽으로부터 끼워맞 추는 상부 펀치와, 상기 관통공에 면하는 윤활제 수용액의 분출부와, 상기 관통공과 그 관통공에 끼워맞춘 하부 펀치로 획성되는 분말 성형체의 성형부 주위에 설치하는 히터와, 그 히터를 상기 수용액의 증발 온도보다 높고, 또 상기 윤활제의 용융 온도보다도 낮게 제어하는 습도 제어 수단을 설치하고, 또 상기 분출부에 20℃의 물 100g에 대한 용해도가 3g 이상인 수용성 윤활제를 물에 용해한 수용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 분말 성형 금형 장치.
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