JP2002220607A - 焼結接合方法 - Google Patents
焼結接合方法Info
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- JP2002220607A JP2002220607A JP2001019962A JP2001019962A JP2002220607A JP 2002220607 A JP2002220607 A JP 2002220607A JP 2001019962 A JP2001019962 A JP 2001019962A JP 2001019962 A JP2001019962 A JP 2001019962A JP 2002220607 A JP2002220607 A JP 2002220607A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鋳鉄切粉を焼結しながら鉄鋼材に接合して、
鋳鉄切粉のリサイクルを可能にする。 【解決手段】 間にＮｉやＣｕ等の非チル化元素を介在
させて鉄鋼材に鋳鉄切粉を均一に重ね、鋳鉄切粉１３を
鉄鋼材１２に加圧しながら両者間で放電して鋳鉄切粉を
焼結すると共に、この焼結体を鉄鋼材側へ接合する。
鋳鉄切粉のリサイクルを可能にする。 【解決手段】 間にＮｉやＣｕ等の非チル化元素を介在
させて鉄鋼材に鋳鉄切粉を均一に重ね、鋳鉄切粉１３を
鉄鋼材１２に加圧しながら両者間で放電して鋳鉄切粉を
焼結すると共に、この焼結体を鉄鋼材側へ接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼材と鋳鉄切粉
の焼結体とを接合する焼結接合方法に関するものであ
る。
の焼結体とを接合する焼結接合方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】異種金
属材料の接合は困難とされ、特に鋳鉄（粉末を含む）と
他の金属との接合は、電気、ガス等による溶融接合では
溶融チルが発生し、接合面が脆くなることから、実用化
された例はない。
属材料の接合は困難とされ、特に鋳鉄（粉末を含む）と
他の金属との接合は、電気、ガス等による溶融接合では
溶融チルが発生し、接合面が脆くなることから、実用化
された例はない。
【０００３】金属材料の接合技術のうち、種類や組織が
異なる異種金属材料の接合は、基本的に生産性を向上さ
せ、製品の機能向上をもたらすことが知られている。
異なる異種金属材料の接合は、基本的に生産性を向上さ
せ、製品の機能向上をもたらすことが知られている。
【０００４】一方、鋳鉄製の加工品の切削加工時に発生
する鋳鉄切粉を焼結し、これを構造体として再利用する
リサイクル技術は、今日最も求められているものであ
る。これは、従来から高温の還元雰囲気（Ｈ２等）中
で、長時間保持して、粒子間の拡散接合を促す方法が行
われているが、より効率的な方法が求められている。
する鋳鉄切粉を焼結し、これを構造体として再利用する
リサイクル技術は、今日最も求められているものであ
る。これは、従来から高温の還元雰囲気（Ｈ２等）中
で、長時間保持して、粒子間の拡散接合を促す方法が行
われているが、より効率的な方法が求められている。
【０００５】さらに、金属焼結体と鉄鋼材との接合は、
従来から困難とされ、接合力が弱いロー付け等の方法
は、量産技術として使用されてきたものの、この方法
は、高強度の接合力が要求される部品にあっては適用で
きない方法である。
従来から困難とされ、接合力が弱いロー付け等の方法
は、量産技術として使用されてきたものの、この方法
は、高強度の接合力が要求される部品にあっては適用で
きない方法である。
【０００６】本発明は上記のことに鑑みなされたもの
で、鋳鉄切粉を焼結体にすると共に、この焼結体を鉄鋼
材に接合することにより、この両者を短時間サイクル
で、かつ強固に接合することができる焼結結合方法を提
供することを目的とするものである。
で、鋳鉄切粉を焼結体にすると共に、この焼結体を鉄鋼
材に接合することにより、この両者を短時間サイクル
で、かつ強固に接合することができる焼結結合方法を提
供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る焼結接合方法は、間にＮｉやＣｕ等の
非チル化元素を介在させて鉄鋼材に鋳鉄切粉を均一に重
ね、鋳鉄切粉を鉄鋼材に加圧しながら両者間で放電して
鋳鉄切粉を焼結すると共に、この焼結体を鉄鋼材側へ接
合する。
に、本発明に係る焼結接合方法は、間にＮｉやＣｕ等の
非チル化元素を介在させて鉄鋼材に鋳鉄切粉を均一に重
ね、鋳鉄切粉を鉄鋼材に加圧しながら両者間で放電して
鋳鉄切粉を焼結すると共に、この焼結体を鉄鋼材側へ接
合する。
【０００８】また、本発明に係る焼結接合方法は、間に
ＮｉやＣｕ等の非チル化元素を介在させて鉄鋼材上に鋳
鉄切粉を成形型に充填した状態で載置し、両者間にパル
ス電流を入力しながら鋳鉄切粉を鉄鋼材へ加圧して、鋳
鉄切粉を焼結しながら、この焼結体を鉄鋼材に接合す
る。
ＮｉやＣｕ等の非チル化元素を介在させて鉄鋼材上に鋳
鉄切粉を成形型に充填した状態で載置し、両者間にパル
ス電流を入力しながら鋳鉄切粉を鉄鋼材へ加圧して、鋳
鉄切粉を焼結しながら、この焼結体を鉄鋼材に接合す
る。
【０００９】また、本発明に係る他の焼結接合方法は、
間にＮｉやＣｕ等の非チル化元素を介在させて鉄鋼材に
鋳鉄切粉を均一に重ね、鋳鉄切粉を鉄鋼材に加圧しなが
ら両者を高周波加熱、電子ビーム等で加熱して鋳鉄切粉
を焼結すると共に、この焼結体を鉄鋼材側へ接合する。
間にＮｉやＣｕ等の非チル化元素を介在させて鉄鋼材に
鋳鉄切粉を均一に重ね、鋳鉄切粉を鉄鋼材に加圧しなが
ら両者を高周波加熱、電子ビーム等で加熱して鋳鉄切粉
を焼結すると共に、この焼結体を鉄鋼材側へ接合する。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
しながら以下に説明する。
しながら以下に説明する。
【００１１】鋳鉄（ＦＣ−２００）の切粉を用いた焼結
体の製作と、それの鉄板上への接合を行った。このとき
の焼結体の形状は、厚さ５ｍｍ、直径３０ｍｍの円盤状
である。一方、鉄板の方は、厚さ３ｍｍの普通鋼板（Ｓ
Ｓ３３０）を用いた。
体の製作と、それの鉄板上への接合を行った。このとき
の焼結体の形状は、厚さ５ｍｍ、直径３０ｍｍの円盤状
である。一方、鉄板の方は、厚さ３ｍｍの普通鋼板（Ｓ
Ｓ３３０）を用いた。
【００１２】図１はパルス電流を用いて上記焼結体の製
作と接合を行う焼結接合装置Ａを模式的に示すもので、
図中１は真空チャンバ２内に設置されたプレス装置で、
３は上側台、４は下側台である。プレス装置１の上下の
台３，４の間に黒鉛製のピストン５とこれに摺動自在に
嵌合する黒鉛製のシリンダ６とからなる黒鉛治具７が装
備されている。８は上記真空チャンバ２内を所定の真空
度に保つための排気用ポンプである。また９は上記プレ
ス装置１に直流パルス電流を流すための発信器である。
プレス装置１のシリンダ６内の温度は低温域用熱電対１
０と、高温域用放射温度計１１にて検出されるようにな
っており、この両温度計１０，１１の検出値は発信器９
へコントロール装置（図示せず）等を介してフィードバ
ックされるようになっている。そしてこの焼結接合装置
Ａの仕様を表１に示す。
作と接合を行う焼結接合装置Ａを模式的に示すもので、
図中１は真空チャンバ２内に設置されたプレス装置で、
３は上側台、４は下側台である。プレス装置１の上下の
台３，４の間に黒鉛製のピストン５とこれに摺動自在に
嵌合する黒鉛製のシリンダ６とからなる黒鉛治具７が装
備されている。８は上記真空チャンバ２内を所定の真空
度に保つための排気用ポンプである。また９は上記プレ
ス装置１に直流パルス電流を流すための発信器である。
プレス装置１のシリンダ６内の温度は低温域用熱電対１
０と、高温域用放射温度計１１にて検出されるようにな
っており、この両温度計１０，１１の検出値は発信器９
へコントロール装置（図示せず）等を介してフィードバ
ックされるようになっている。そしてこの焼結接合装置
Ａの仕様を表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】図１においてプレス装置１の下側台４上に
鋼板１２をセットすると共に、この鋼板１２上で、かつ
黒鉛治具７内に間に非チル化元素であるＮｉ粉末を介在
させて鋳鉄切粉１３をセットする。このときの鋳鉄切粉
１３は、下動して下端を鋼板１２上に当接しているシリ
ンダ６の内側へ装入する。
鋼板１２をセットすると共に、この鋼板１２上で、かつ
黒鉛治具７内に間に非チル化元素であるＮｉ粉末を介在
させて鋳鉄切粉１３をセットする。このときの鋳鉄切粉
１３は、下動して下端を鋼板１２上に当接しているシリ
ンダ６の内側へ装入する。
【００１５】この状態で、プレス装置１を作動して鋳鉄
切粉１３に加圧ピストン５にて荷重をかけながら、発信
器９より直流パルスの高電流を流す。電流は発信器９か
ら黒鉛治具７を通じて流れ、黒鉛治具７内の加工物であ
る鋳鉄切粉１３の粉末粒子接点、及び鋳物切粉１３と鋼
板１２との接合界面で、多大の放電エネルギを放出して
高温となる。このときの温度制御は低温域用と高温域用
の両温度計１０，１１による検出値が発信器９にフィー
ドバックされ、発信器９からの電流が制御されることに
より行われる。実施した条件の一例を表２に示す。
切粉１３に加圧ピストン５にて荷重をかけながら、発信
器９より直流パルスの高電流を流す。電流は発信器９か
ら黒鉛治具７を通じて流れ、黒鉛治具７内の加工物であ
る鋳鉄切粉１３の粉末粒子接点、及び鋳物切粉１３と鋼
板１２との接合界面で、多大の放電エネルギを放出して
高温となる。このときの温度制御は低温域用と高温域用
の両温度計１０，１１による検出値が発信器９にフィー
ドバックされ、発信器９からの電流が制御されることに
より行われる。実施した条件の一例を表２に示す。
【００１６】
【表２】
【００１７】１７０秒で加工物の温度は１１００℃に達
し、製作を完了した。すなわち、鋳鉄切粉１３はこれの
粉末粒子相互が溶着して焼結成形されると共に、この焼
結成形体が鋼板１２に溶着接合された。
し、製作を完了した。すなわち、鋳鉄切粉１３はこれの
粉末粒子相互が溶着して焼結成形されると共に、この焼
結成形体が鋼板１２に溶着接合された。
【００１８】この焼結接合時において鋼板１２と鋳鉄切
粉１３との接合界面付近にＮｉ粉末を混入してあるので
両者の接合力が強固になる。これは、Ｎｉ粉末は、放電
の際のエネルギ衝撃時に活性となって焼結反応が促進さ
れると共に、鉄鋼製構体と焼結体との接合反応を促進す
ることによる。特に後者の反応の意義は大きく、より強
固な接合力が得られる。
粉１３との接合界面付近にＮｉ粉末を混入してあるので
両者の接合力が強固になる。これは、Ｎｉ粉末は、放電
の際のエネルギ衝撃時に活性となって焼結反応が促進さ
れると共に、鉄鋼製構体と焼結体との接合反応を促進す
ることによる。特に後者の反応の意義は大きく、より強
固な接合力が得られる。
【００１９】図２は、接合界面付近にＮｉ粉末を混入
し、１１００℃にて、また図３は９００℃にてそれぞれ
処理した焼結接合体の接合界面付近の倍率８５の顕微鏡
写真を図に示したもので、鋼板１２上の鋳鉄切粉１３は
焼結されていると共に、この焼結体はＮｉ層１４を介し
て鋼板１２に接合されている。いずれも、接合に悪影響
を及ぼすチル層は存在しない。これら金属組織は焼結接
合が良好に行われている証左となるものである。
し、１１００℃にて、また図３は９００℃にてそれぞれ
処理した焼結接合体の接合界面付近の倍率８５の顕微鏡
写真を図に示したもので、鋼板１２上の鋳鉄切粉１３は
焼結されていると共に、この焼結体はＮｉ層１４を介し
て鋼板１２に接合されている。いずれも、接合に悪影響
を及ぼすチル層は存在しない。これら金属組織は焼結接
合が良好に行われている証左となるものである。
【００２０】表３にこのときの接合部材の硬度を測定し
た結果を示す。表中鋳鉄切粉焼結体部分の硬度が２０６
〜２２７Ｈｖを示すのは、ＦＣ２００の鋳造品の値に近
いことから、鋳鉄切粉の焼結が完全に行われていること
の証左である。
た結果を示す。表中鋳鉄切粉焼結体部分の硬度が２０６
〜２２７Ｈｖを示すのは、ＦＣ２００の鋳造品の値に近
いことから、鋳鉄切粉の焼結が完全に行われていること
の証左である。
【００２１】
【表３】
【００２２】図４は、Ｎｉの代わりに、Ｎｉと同様な非
チル化元素であるＣｕ粉末を接合界面付近に混入して、
９００℃にて処理した焼結接合体の接合界面付近の倍率
８５の顕微鏡写真を図に示したもので、図中１５はＣｕ
層である。この場合、Ｃｕの方が放電エネルギによる活
性化傾向が小さいためか、接合効果がＮｉの場合より若
干劣る結果であったが、それでも良好に接合された。
チル化元素であるＣｕ粉末を接合界面付近に混入して、
９００℃にて処理した焼結接合体の接合界面付近の倍率
８５の顕微鏡写真を図に示したもので、図中１５はＣｕ
層である。この場合、Ｃｕの方が放電エネルギによる活
性化傾向が小さいためか、接合効果がＮｉの場合より若
干劣る結果であったが、それでも良好に接合された。
【００２３】この実施の形態では、鋼板に焼結する鋳鉄
切粉の焼結体の大きさは厚さ５ｍｍ、直径３０ｍｍの円
盤状にした例を示したが、これの大きさ及び形状は治具
の大きさ及び形状と入力エネルギの大きさによって任意
にきめられる。
切粉の焼結体の大きさは厚さ５ｍｍ、直径３０ｍｍの円
盤状にした例を示したが、これの大きさ及び形状は治具
の大きさ及び形状と入力エネルギの大きさによって任意
にきめられる。
【００２４】また、このとき用いる電源は、粉末粒子間
を２つの構造体間で放電エネルギを与える交流あるいは
直流は矩形パルスを発生させる電源であり、このときの
パルスのパルス幅、周期、設定時間等、接合しようとす
る材料に適する条件を設定する。
を２つの構造体間で放電エネルギを与える交流あるいは
直流は矩形パルスを発生させる電源であり、このときの
パルスのパルス幅、周期、設定時間等、接合しようとす
る材料に適する条件を設定する。
【００２５】また、本発明の他の実施の形態としては、
上記した実施の形態でのパルス電流に替えて、高周波加
熱、電子ビーム等で鋳鉄切粉を加熱して溶融し、これと
共に加圧して焼結体とすると共に、これを鉄鋼材上に接
合する焼結接合方法がある。
上記した実施の形態でのパルス電流に替えて、高周波加
熱、電子ビーム等で鋳鉄切粉を加熱して溶融し、これと
共に加圧して焼結体とすると共に、これを鉄鋼材上に接
合する焼結接合方法がある。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、鋳鉄切粉を焼結体状態
で鋼板に接合することができ、今まで困難とされていた
鋳鉄焼結合金と鉄鋼材料との強固な接合が可能になっ
た。
で鋼板に接合することができ、今まで困難とされていた
鋳鉄焼結合金と鉄鋼材料との強固な接合が可能になっ
た。
【００２７】これにより、そのままでは産業廃棄物とし
て捨てられていた鋳鉄切粉を構造体に転用することがで
き、環境技術、リサイクル技術として利用することがで
きる。
て捨てられていた鋳鉄切粉を構造体に転用することがで
き、環境技術、リサイクル技術として利用することがで
きる。
【００２８】さらに、従来長時間を要していた焼結工程
が、これにパルス電流を使うことにより、または高周波
加熱や電子ビームを使うことにより、短縮されて、３分
程度の短い時間で生産が可能となり、また、焼結と接合
が１工程で行うことで、生産性の向上を図ることができ
る。
が、これにパルス電流を使うことにより、または高周波
加熱や電子ビームを使うことにより、短縮されて、３分
程度の短い時間で生産が可能となり、また、焼結と接合
が１工程で行うことで、生産性の向上を図ることができ
る。
【図１】本発明方法を実施するための装置を模式的に示
す構成説明図である。
す構成説明図である。
【図２】本発明方法にて焼結接合された接合昇面の顕微
鏡組織図である。
鏡組織図である。
【図３】本発明方法にて焼結接合された接合昇面の顕微
鏡組織図である。
鏡組織図である。
【図４】本発明方法にて焼結接合された接合昇面の顕微
鏡組織図である。
鏡組織図である。
Ａ…焼結接合装置、１…プレス装置、２…真空チャン
バ、３…上側台、４…下側台、５…ピストン、６…シリ
ンダ、７…黒鉛治具、８…排気用ポンプ、９…発信器、
１０…低温域用熱電対、１１…高温域用放射温度計、１
２…鋼板、１３…鋳鉄切粉、１４…Ｎｉ層、１５…Ｃｕ
層。
バ、３…上側台、４…下側台、５…ピストン、６…シリ
ンダ、７…黒鉛治具、８…排気用ポンプ、９…発信器、
１０…低温域用熱電対、１１…高温域用放射温度計、１
２…鋼板、１３…鋳鉄切粉、１４…Ｎｉ層、１５…Ｃｕ
層。
Claims (3)
- 【請求項１】 間にＮｉやＣｕ等の非チル化元素を介在
させて鉄鋼材に鋳鉄切粉を均一に重ね、鋳鉄切粉を鉄鋼
材に圧縮しながら両者間で放電して鋳鉄切粉を焼結する
と共に、この焼結体を鉄鋼材側へ接合することを特徴と
する焼結接合方法。 - 【請求項２】 間にＮｉやＣｕ等の非チル化元素を介在
させて鉄鋼材上に鋳鉄切粉を成形型に充填した状態で載
置し、両者間にパルス電流を入力しながら鋳鉄切粉を鉄
鋼材へ加圧して、鋳鉄切粉を焼結しながら、この焼結体
を鉄鋼材に接合することを特徴とする焼結接合方法。 - 【請求項３】 間にＮｉやＣｕ等の非チル化元素を介在
させて鉄鋼材に鋳鉄切粉を均一に重ね、鋳鉄切粉を鉄鋼
材に加圧しながら両者を高周波加熱、電子ビーム等で加
熱して鋳鉄切粉を焼結すると共に、この焼結体を鉄鋼材
側へ接合することを特徴とする焼結接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001019962A JP2002220607A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 焼結接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001019962A JP2002220607A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 焼結接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002220607A true JP2002220607A (ja) | 2002-08-09 |
Family
ID=18885741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001019962A Pending JP2002220607A (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 焼結接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002220607A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103990804A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-20 | 江苏大学 | 一种回收利用钢屑的方法 |
| CN106076613A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-11-09 | 哈尔滨理工大学 | 一种回收利用铁屑的方法及制得的Al‑Fe中间合金 |
| CN110052613A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-26 | 同济大学 | 一种铝/镁/铝合金复合板及其制备方法与应用 |
-
2001
- 2001-01-29 JP JP2001019962A patent/JP2002220607A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103990804A (zh) * | 2014-05-16 | 2014-08-20 | 江苏大学 | 一种回收利用钢屑的方法 |
| CN106076613A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-11-09 | 哈尔滨理工大学 | 一种回收利用铁屑的方法及制得的Al‑Fe中间合金 |
| CN110052613A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-26 | 同济大学 | 一种铝/镁/铝合金复合板及其制备方法与应用 |
| CN110052613B (zh) * | 2019-04-29 | 2020-11-27 | 同济大学 | 一种铝/镁/铝合金复合板及其制备方法与应用 |
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