JP2016211042A - Method for producing composite sintered compact - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、互いに異なる種類の金属粉末材料を用いてそれぞれ粉末射出成形された複数の成形体が互いに接合されてなる複合焼結体を製造する複合焼結体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a composite sintered body that manufactures a composite sintered body in which a plurality of powder injection molded bodies using different types of metal powder materials are joined together.
従来より、金属粉末を含む成形体を焼結して金属製品を製造するに際し、金属粉末と有機バインダとを混合、混練し、この混練物を用いて射出成形する金属粉末射出成形（ＭＩＭ：Metal Injection Molding）法が行われている。このＭＩＭ法により製造された成形体は、脱脂処理によりバインダが除去された後、焼結に供される。このとき、組成の異なる２種類の金属粉末を用いて成形体を製造し、それぞれ成形された成形体同士を焼結して接合すれば、種類の異なる金属材料で構成された複合焼結体を得ることが可能となる。 Conventionally, metal powder injection molding (MIM: Metal) in which a metal powder and an organic binder are mixed, kneaded, and injection molded using the kneaded product when a molded product containing metal powder is sintered to produce a metal product. Injection Molding) method is being implemented. The molded body manufactured by this MIM method is subjected to sintering after the binder is removed by degreasing treatment. At this time, if a molded body is manufactured using two types of metal powders having different compositions, and the molded bodies that are molded are sintered and joined together, a composite sintered body composed of different types of metal materials can be obtained. Can be obtained.
例えば、特許文献１には、「第１粉末を主成分とする第１原料粉末を焼結することにより得られた第１部材と、該第１粉末よりも焼結開始温度の高い第２粉末を主成分とする第２原料粉末を焼結することにより得られた第２部材とを少なくとも備え、隣り合う部材同士が焼結により一体的に接合された複合焼結体であって、上記第１部材及び上記第２部材のうちの少なくとも該第２部材には、該第２部材の要求特性を確保しうる範囲内の配合量で、他方の部材の主成分をなす粉末が含まれていることを特徴とする金属複合焼結体」が開示されている。
For example,
また、特許文献２には、「第１の金属粉末と有機バインダとを含む第１の組成物と、前記第１の金属粉末を構成する第１の金属材料と組成および結晶構造が異なる第２の金属材料で構成された第２の金属粉末と有機バインダとを含む第２の組成物とを用いて、異種金属の複合成形体を得る成形工程と、前記複合成形体を雰囲気ガス中で焼成し、複合焼結体を得る焼成工程とを有し、前記焼成工程において、前記第２の金属材料が、前記雰囲気ガスの原子を取り込んで固溶体となる際に、その結晶構造が、前記第１の金属材料と同じ結晶構造に転移するように、前記雰囲気ガスの種類を設定することを特徴とする複合焼結体の製造方法」が開示されている。
ところで、上述した特許文献１や特許文献２の技術では、第１の成形原料と第２の成形原料とが異種材料で形成されているため、これらの材料で形成された成形体同士の接合部に空隙や欠陥が残留しやすくなる。そのため、特許文献１や特許文献２の技術を用いても、満足できる接合強度を備えた複合焼結体が得られない可能性はある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、異種材料で形成された成形体同士を、異なる材質が接合する場所において十分な接合強度で接合することができる複合焼結体の製造方法を提供することを目的とする。
By the way, in the technique of the
The present invention has been made in view of the above-described problems, and manufacture of a composite sintered body capable of joining molded bodies formed of different materials with sufficient joint strength at a place where different materials are joined. It aims to provide a method.
上記課題を解決するため、本発明の複合焼結体の製造方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の複合焼結体の製造方法は、互いに種類が異なる複数の金属粉末材料を用いてそれぞれ粉末射出成形された複数の射出成形体が互いに接合されてなる複合焼結体を製造するに際しては、前記複数の金属粉末材料のうち、第１の金属粉末材料に、当該第１の金属粉末材料を結着するために熱可塑性の樹脂から形成された第１のバインダを混合して、第１成形材料を調整しておき、前記第１成形材料を第１金型の型内に射出成形して第１成形体を成形し、成形された第１成形体を、前記第１の金型以上の型容積を有する第２
金型内に装入し、前記第１成形体が装入された第２金型を、前記第１のバインダの軟化点以上の温度まで加熱して当該第１のバインダを可塑化し、前記加熱された第２金型の型内における第１成形体と第２金型との間に、第２の金属粉末材料と、当該第２の金属粉末材料を結着させる第２のバインダとを混合した第２成形材料を射出成形して、前記第１成形体に隣接した位置に第２成形体を成形し、成形された前記第１成形体及び第２成形体を焼結することで複合焼結体を製造することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the method for producing a composite sintered body of the present invention employs the following technical means.
That is, the method for producing a composite sintered body according to the present invention produces a composite sintered body in which a plurality of injection molded bodies, each of which is powder injection molded using a plurality of different metal powder materials, are joined together. At the time, a first binder formed from a thermoplastic resin for binding the first metal powder material to the first metal powder material among the plurality of metal powder materials is mixed, The first molding material is adjusted, the first molding material is injection-molded into the mold of the first mold to form the first molded body, and the molded first molded body is used as the first gold mold. Second having a mold volume greater than the mold
The second mold charged with the first molded body is heated to a temperature equal to or higher than the softening point of the first binder to plasticize the first binder, and the heating A second metal powder material and a second binder for binding the second metal powder material are mixed between the first molded body and the second mold in the mold of the second mold. The second molding material is injection-molded, a second molded body is molded at a position adjacent to the first molded body, and the molded first molded body and the second molded body are sintered, so that the composite firing is performed. It is characterized by manufacturing a ligature.
なお、好ましくは、前記第１成形体に比べて、前記第２成形体をより高温で成形するとよい。
なお、好ましくは、前記第１成形体に比べて、前記第２成形体をより高圧且つ長時間で成形するとよい。
なお、好ましくは、前記第１成形体に比べて、前記第２成形体をより高温、高圧且つ長時間で成形するとよい。
Preferably, the second molded body is molded at a higher temperature than the first molded body.
Preferably, the second molded body is molded at a higher pressure and for a longer time than the first molded body.
Note that, preferably, the second molded body is molded at a higher temperature, higher pressure, and longer time than the first molded body.
なお、好ましくは、前記第１の金属粉末材料に、前記第２の金属粉末材料の粒径を基準として、７０％〜１００％の粒径を備えたものを用いるとよい。
なお、好ましくは、前記第１成形材料及び第２成形材料を調整するに際しては、前記第１のバインダを構成する樹脂のガラス転移点温度（℃）をＴ1とした場合に、前記第２のバインダを構成する樹脂のガラス転移点温度Ｔ2が、０．９×Ｔ1〜１．１×Ｔ1となる樹脂を前記第２のバインダに用いるとよい。
Preferably, the first metal powder material having a particle size of 70% to 100% based on the particle size of the second metal powder material may be used.
Preferably, when adjusting the first molding material and the second molding material, when the glass transition temperature (° C.) of the resin constituting the first binder is T 1 , A resin having a glass transition temperature T 2 of a resin constituting the binder of 0.9 × T 1 to 1.1 × T 1 may be used for the second binder.
なお、好ましくは、前記第１成形材料及び第２成形材料を調整するに際しては、前記第１成形材料中での第１の金属粉末材料の配合率（vol％）をＣ1とした場合に、前記第２成形材料中での第２の金属粉末材料の配合率Ｃ2を０．９×Ｃ1〜１．１×Ｃ1とするとよい。 Incidentally, preferably, when adjusting the first molding material and a second molding material, the mixing ratio of the first metal powder material in said first molding material in (vol%) in the case of the C 1, The blending ratio C 2 of the second metal powder material in the second molding material may be 0.9 × C 1 to 1.1 × C 1 .
本発明の複合焼結体の製造方法によれば、異種材料で形成された成形体同士を、異なる材質が接合する場所において十分な接合強度で接合することができる。 According to the method for producing a composite sintered body of the present invention, molded bodies formed of different materials can be joined with sufficient joining strength at a place where different materials are joined.
［第１実施形態］
以下、本発明に係る複合焼結体１の製造方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、第１実施形態の複合焼結体１の製造方法を模式的に示したものである。
図１に示すように、第１実施形態の複合焼結体１の製造方法は、互いに種類が異なる複数の金属粉末材料を用いてそれぞれ粉末射出成形された複数の射出成形体（後述する第１成形体２及び第２成形体３）が互いに接合された複合焼結体１を製造するものとなっている。
[First Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of a method for producing a composite sintered
FIG. 1 schematically shows a method for producing the composite sintered
As shown in FIG. 1, the method of manufacturing the composite sintered
具体的には、第１実施形態の製造方法は、第１工程〜第４工程の４つの製造ステップを経て、複合焼結体１を製造するものとなっている。
第１工程は、第１の金属粉末材料を用いた射出成形で第１成形体２を成形するものであって、第１成形材料５を第１金型６の型内に射出成形することで第１成形体２を拡散接合に先立って成形するものとなっている。また、第２工程は、先に成形された第１成形体２を、第１金型６以上の型容積を有する第２金型７内に装入し、第１成形体２が装入された第２金型７を、第１のバインダの軟化点以上の温度まで加熱して、接合に先だって第１のバインダを可塑化するものである。なお、この第１金型６以上の型容積を有する第２金型７とは、第１金型６と同じ型容積を有するか、第１金型６より大きな型容積を有するものである。さらに、第３工程は、第１成形体２に隣接した位置に第２成形体３を射出成形するものであって、加熱された第２金型７の型内における第１成形体２と第２金型７との間に、第２の金属粉末材料と第２のバインダとを混合した第２成形材料１１を射出成形する工程となっている。さらにまた、第４工程は、可塑化した第１のバインダにより接合し合った第１成形体２と第２成形体３とを焼結により拡散接合するものとなっている。
Specifically, the manufacturing method of the first embodiment manufactures the composite sintered
The first step is to form the first molded
次に、本実施形態の複合焼結体１の製造方法を構成する各工程について説明する。
第１工程は、第１成形材料５を第１金型６の型内に射出成形して第１成形体２を予備的に成形するものとなっている。
この第１工程に用いられる第１金型６は、左金型６Ｌと右金型６Ｒとを左右に組み合わせて構成されており、複合焼結体１のうち、第１成形体２の外形に対応した型が左右の金型の衝合面に設けられている。つまり、本実施形態の場合であれば、直方体形状とされた複合焼結体１のうち、左側の半分が第１成形材料５で形成され、左側の半分が第２成形材料１１で形成されている。そのため、第１成形材料５を用いて第１成形体２を形成する際には、左金型６Ｌには直方体の外形に対応して凹状に形成された金型が用いられるが、右金型６Ｒには凹凸のない平坦な面状の金型が用いられる。
Next, each process which comprises the manufacturing method of the composite sintered compact 1 of this embodiment is demonstrated.
In the first step, the first molding material 5 is injection molded into the mold of the
The
また、第１金型６の内部には、金型を加熱可能な加熱手段１２が設けられており、金型の外部から加熱手段１２に電力を供給することで金型を加熱できるようになっている。
さらに、第１金型６には、図示は省略するものの、金型の外部から第１成形材料５を型内に供給可能とする材料供給口が形成されており、第１工程ではこの材料供給口から左金型６Ｌと右金型６Ｒとの間に形成された型内に第１成形材料５が供給される。
Further, heating means 12 capable of heating the mold is provided inside the
Further, although not shown, the
第１成形材料５は、第１成形体２を形成するものであり、第１の金属粉末材料と、この第１の金属粉末材料を結着する第１のバインダとを有している。
第１の金属粉末材料は、第１成形体２を主に構成するものであり、鋼やステンレスなどの金属粉末、ニッケル合金やクロム合金などの合金粉末、または金属粉末と合金粉末の混合物から構成されている。なお、本実施形態の第１成形材料５にはSUS316の粉末が用いられている。
The first molding material 5 forms the first molded
The first metal powder material mainly constitutes the first molded
第１の金属粉末材料は、分級するなどして粒度調整されており、平均粒径が５〜１５μｍとされている
第１のバインダは、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、フタル酸エステル、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルバナワックス、モンタン酸ワックス、ウレタン化ワックス、及び無水マレイン酸変性ワックスより選ばれる少なくとも１種以上から構成されている。
The first metal powder material is particle size adjusted by classification and the like, and the average particle size is 5 to 15 μm. The first binder is a fatty acid ester, a fatty acid amide, a phthalic acid ester, a microcrystalline wax, It is composed of at least one selected from paraffin wax, polyethylene wax, polypropylene wax, carbana wax, montanic acid wax, urethanized wax, and maleic anhydride-modified wax.
上述した第１の金属粉末材料と第１のバインダとは、混合後の第１成形材料５に対する第１の金属粉末材料の配合率Ｃ1が４０vol％〜７０vol％、好ましくは５０vol％〜７０vol％となるように配合されている。第１成形材料５に対する第１の金属粉末材料の配合率Ｃ1を４０vol％〜７０vol％、好ましくは５０vol％〜７０vol％とすれば、第２金型７での成形時に金型を加熱した際、適度に軟化して第１、第２成形体同士２、３が結着しやすくなる。また、このような配合率であれば、第２成形体同士２、３が軟化しすぎて変形することもない。
In the first metal powder material and the first binder described above, the mixing ratio C1 of the first metal powder material to the first molding material 5 after mixing is 40 vol% to 70 vol%, preferably 50 vol% to 70 vol%. It is blended to become. When the mixing ratio C 1 of the first metal powder material to the first molding material 5 is 40 vol% to 70 vol%, preferably 50 vol% to 70 vol%, when the mold is heated at the time of molding with the
上述した第１の金属粉末材料及び第１のバインダを混合して形成された第１成形材料５を、上述した第１金型６の型内に粉末射出成形することで、第１成形体２が形成される。
このときの粉末射出成形の条件、言い換えれば第１工程を行う際の条件は、第１金型６を加熱せずに、言い換えれば金型の温度を常温（室温）とし、左金型６Ｌと右金型６Ｒとの間に900〜1100bar（実施形態では1000bar）の圧力を1sec〜3secに亘って加えて、第１成形体２を成形するものとなっている。
The first molded
The conditions for the powder injection molding at this time, in other words, the conditions for performing the first step are that the
このようにして第１工程において成形が終了した第１成形体２は、第２工程に送られ、第２工程で加熱される。
第２工程は、本実施形態の場合であれば、第１金型６よりも型容積が大きな第２金型７内に第１成形体２を装入し、この第１成形体２が装入された第２金型７を第１のバインダの軟化点以上の温度まで加熱して、第１のバインダを可塑化するものとなる。
Thus, the 1st molded
In the case of this embodiment, the second step is to insert the first molded
第２金型７は、第１金型６と同様に左金型６Ｌと右金型６Ｒとを左右に組み合わせて構成されたものであり、内部には金型を加熱可能な加熱手段１２を有するものとなっている。この第２金型７が、第１金型６と異なる点は、第１金型６が複合焼結体１のうち第１成形体２の外形に対応した型を備えているのに対し、第２金型７が複合焼結体１のうち第１成形体２及び第２成形体３の外形に対応した型を備えている点である。つまり、本実施形
態の第２金型７の内部に形成される型は、第２成形体３の分だけ第１金型６よりも型容積が大きく形成されている。
The
なお、第１金型６と第２金型７に、同じ型容積の金型を用いてもよい。例えば、第１金型６を用いた第１成形体２の射出成形の後に、この第１金型６をそのまま第２金型７として用いて、第２成形体３の射出成形を行うこともできる。
本実施形態の第２金型７の場合であれば、左金型６Ｌは、第１金型６も第２金型７も同じであるが、右金型６Ｒは第１金型６と第２金型７とで全く形状が異なっている。つまり、第１金型６の右金型６Ｒが凹凸のない平坦な面状に形成されているのに対し、第２金型７の右金型６Ｒは第２成形材料１１で形成された右側の半分の外形に対応すべく凹状に形成されており、右金型６Ｒの凹状に形成された部分で第２成形体３を成形するようになっている。
Note that a mold having the same mold volume may be used for the
In the case of the
第２工程では、上述した第１金型６の内部から第１成形体２を取り出し、取り出した第１成形体２を第２金型７の内部に装入する。このとき、第２金型７の内部では、第１成形体２の側方に空間が形成され、この空間に第２成形材料１１を射出成形することで、第１成形体２の側方に第２成形体３が形成されることになる。
ところで、本発明の複合成形体の製造方法は、第２成形体３の成形に先立って、第１成形体２に含まれる第１のバインダを可塑化するために第２金型７を加熱することを特徴としている。
In the second step, the first molded
By the way, in the method for producing a composite molded body of the present invention, the
この第２金型７の加熱は、第１のバインダの軟化点以上の温度であって、第１の金属粉末材料の融点を上回らない温度に第２金型７を加熱するものである。具体的には、第２金型７を加熱する際の温度は、第１金型６よりも高い温度であって、６０℃〜２００℃とされるのが好ましい。このような加熱温度に第２金型７を加熱すれば、さまざまな組成のバインダを使用しても、第１成形体２に含まれる第１のバインダが可塑化し、可塑化した第１のバインダが次工程で射出成形される第２成形体３との接合を補助するため、第４工程で拡散接合したときに糊状物質やロウ材を用いなくても第１成形体２と第２成形体３との接合強度を高めることが可能となる。つまり、この第３工程における第２金型７の加熱は、第４工程の拡散接合をより高強度で行うための工程ということもできる。
The heating of the
第３工程は、第１成形体２の側方に隣接した位置に第２成形体３を射出成形するものであって、加熱された第２金型７の型内に形成された空間に、第２の金属粉末材料と第２のバインダとを混合した第２成形材料１１を射出成形する工程となっている。
第２成形材料１１は、第１成形体２に対する１成形材料の場合と同様に、第２成形体３を形成するものであり、第２の金属粉末材料と、この第２の金属粉末材料を結着する第２のバインダとを有している。
In the third step, the second molded
The
第２の金属粉末材料も、第１の金属粉末材料と同様に、鋼やステンレス、あるいはニッケル合金やクロム合金などの金属粉末または合金粉末から構成されたものであるが、第１の金属粉末材料とは異なる種類の金属粉末または合金粉末を用いたものとなっている。なお、本実施形態の第２成形材料１１にはSUS420の粉末が用いられている。
第２の金属粉末材料も、分級するなどして粒度調整されており、平均粒径が５〜１５μｍとされている
第２のバインダも、第１のバインダと同様に金属粉末や合金粉末に対する結着性を備えたものであり、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、フタル酸エステル、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルバナワックス、モンタン酸ワックス、ウレタン化ワックス、及び無水マレイン酸変性ワックスより選ばれる少なくとも１種以上から構成されている。
Similarly to the first metal powder material, the second metal powder material is composed of metal powder or alloy powder such as steel, stainless steel, nickel alloy, or chromium alloy. Different types of metal powders or alloy powders are used. In addition, the powder of SUS420 is used for the
The particle size of the second metal powder material is also adjusted by classification and the like, and the average particle size is 5 to 15 μm. The second binder is also bonded to the metal powder or alloy powder in the same manner as the first binder. Fatty acid ester, fatty acid amide, phthalic acid ester, microcrystalline wax, paraffin wax, polyethylene wax, polypropylene wax, carbana wax, montanic acid wax, urethanized wax, and maleic anhydride modified wax It is composed of at least one selected from the above.
上述した第２の金属粉末材料と第２のバインダとは、混合後の第２成形材料１１に対する第２の金属粉末材料の配合率Ｃ2が４０vol％〜７０vol％、好ましくは５０vol％〜７０vol％となるように配合されている。第２成形材料１１に対する第２の金属粉末材料の配合率Ｃ2を４０vol％〜７０vol％、好ましくは５０vol％〜７０vol％とすれば、第２成形体３として十分な強度を備えた成形体を得ることができ、第２金型７から第２成形体３を取り出したり射出成形したりしても破損することがない。
In the second metal powder material and the second binder described above, the mixing ratio C2 of the second metal powder material to the
上述した第２の金属粉末材料及び第２のバインダを混合して形成された第２成形材料１１を、上述した第２金型７の型内、つまりすでに成形された第１成形体２と第２金型７との間に粉末射出成形することで、第２成形体３が形成される。
このときの粉末射出成形の条件、言い換えれば第３工程を行う際の条件は、左右の金型間に900〜1100bar（実施形態では1000bar）の圧力を1sec〜3secに亘って加えて、第２成形体３を成形するものとなっている。
The
The conditions for the powder injection molding at this time, in other words, the conditions for performing the third step, are as follows: a pressure of 900 to 1100 bar (1000 bar in the embodiment) is applied between the left and right molds for 1 to 3 seconds. The molded
なお、第１成形材料５及び第２成形材料１１を調整するに際しては、第１のバインダを構成する樹脂のガラス転移点温度（℃）をＴ1とした場合に、第２のバインダを構成する樹脂のガラス転移点温度Ｔ2が、０．９×Ｔ1〜１．１×Ｔ1となる樹脂を第２のバインダに用いるのが好ましい。このようなガラス転移点温度を備えた第１のバインダ及び第２のバインダを用いれば、第２工程において第２金型７を加熱する際に、第１のバインダが可塑化し、可塑化した第１のバインダを介して第１成形体２と第２成形体３とが確実に接合させることができる。
When adjusting the first molding material 5 and the
また、第１成形材料５及び第２成形材料１１を調整するに際しては、第１成形材料５中での第１の金属粉末材料の配合率（vol％）をＣ1とした場合に、第２成形材料１１中での第２の金属粉末材料の配合率Ｃ2を０．９×Ｃ1〜１．１×Ｃ1とするのが良い。例えば、図１の例であれば、第１成形材料５に対する第１の金属粉末材料の配合率は、６０vol％となる。ここで、第２成形材料１１中での第２の金属粉末材料の配合率Ｃ2は、「０．９×６０vol％」〜「１．１×６０vol％」、つまり５４vol％〜６６vol％となる。このように第２の金属粉末材料の配合率Ｃ2を０．９×Ｃ1〜１．１×Ｃ1とすれば、第１成形材料５と第２成形材料１１との間で、熱膨張や熱収縮の状態が等しくなり、第１成形体２と第２成形体３との間で分離が生じにくくなる。
Further, when adjusting the first molding material 5 and the
なお、この「配合率」とは、第１の金属粉末材料と第１のバインダとで成る第１成形材料５に対して、第１の金属粉末材料がどの程度の体積割合で配合されているかを、百分率で示したものとなっている。
さらに、第３工程において第１成形体２の側方に第２成形体３を成形する際には、第２成形材料１１をより高温、長時間且つ長時間で成形するのが好ましい。このようにすれば、第１成形体２に強固に接合した状態で第２成形体３が成形され、拡散接合を行う前に第１成形体２と第２金型７とを高強度に接合することが可能となる。
The “mixing ratio” is the volume ratio of the first metal powder material to the first molding material 5 composed of the first metal powder material and the first binder. Is expressed as a percentage.
Further, when the second molded
さらにまた、第１の金属粉末材料には、第２の金属粉末材料の粒径を基準として、７０％〜１００％の粒径を備えたものを用いるのが好ましい。このようにすれば脱脂・焼結時の収縮率が近くなるため、異種材料間に欠陥が発生しにくくなり、焼結後の界面強度を上げることができる。
なお、上述したように第１金型６と第２金型７に同じ金型を用いる場合は、第１〜第３の工程を殆ど時間差無く、言い換えれば第１〜第３の工程をほぼ同時に行っても良い。この場合、第１金型６及び第２金型７として共通で用いる金型に、第１成形材料５を射出する射出口と、第２成形材料１１を射出する射出口とをそれぞれ設けておき、それぞれの射出口からそれぞれの成形材料をほぼ同時に射出成形（混色同時成形）してもよい。
Furthermore, it is preferable to use the first metal powder material having a particle size of 70% to 100% based on the particle size of the second metal powder material. In this way, the shrinkage rate at the time of degreasing and sintering becomes close, so that it is difficult for defects to occur between different materials, and the interfacial strength after sintering can be increased.
As described above, when the same mold is used for the
さらに、混色同時成形で複合焼結体を成形する場合は、第１金型６及び第２金型７として共通で用いる金型を、予め第１のバインダの軟化点以上の温度に加熱しておくと良い。このようにすれば、混色同時成形においても異種材料で形成された成形体同士を、十分な接合強度で接合することができる。
このようにして第３工程で第２成形材料１１を第１成形体２と第２金型７との間に射出成型したら、第４工程において第１成形体２と第２成形体３との拡散接合が本格的に行われ、複合焼結体１を効率良く得ることが可能となる。
Furthermore, when molding a composite sintered body by color mixture simultaneous molding, a mold commonly used as the
When the
つまり、第４工程は、可塑化したバインダにより接合し合った第１成形体２及び第２成形体３を焼結により拡散接合するものである。具体的には、この第４工程は、加熱炉１３などを用意しておき、この加熱炉１３中に成形された第１成形体２及び第２成形体３を入れ、加熱炉１３を用いて第１成形体２及び第２成形体３を加熱するものとなっている。加熱炉１３の内部は、真空にされていても良いし、不活性ガスなどのガス雰囲気に調整され
ていても良い。また、加熱炉１３で第１成形体２及び第２成形体３を加熱する温度は、金属粉末や合金粉末の種類によって変化するものの、１１００℃〜１６００℃、好ましくは１３００〜１４００℃とされている。さらに、加熱炉１３で第１成形体２及び第２成形体３を加熱する時間は、１ｈｒ〜６ｈｒ、好ましくは２ｈｒ〜４ｈｒとされている。第３工程においてこのような温度及び時間で第１成形体２及び第２成形体３を加熱すれば、可塑化した第１のバインダにより第１成形体２と第２成形体３とが接合し合う。そして、第４工程において、第１成形体２と第２成形体３との接合面から第１の金属粉末材料に含まれる金属元素及び第２の金属粉末材料に含まれる金属元素がそれぞれ拡散して第１成形体２と第２成形体３との接合がより高強度となり、複合焼結体１を高強度に接合することが可能となる。
That is, in the fourth step, the first molded
上述した第１工程〜第４工程を備えた製造方法で複合焼結体１を製造すれば、第２工程で可塑化した第１のバインダが第１成形体２と第２成形体３との接合に用いられるため、成形体同士が強い接合強度で接合し合った複合成形体を簡単に得ることが可能となる。
If the composite
次に、実施例及び比較例を用いて、本発明の複合焼結体１の製造方法が有する作用効果を、更に詳しく説明する。
実施例及び比較例は、第１成形材料５を用いて第１成形体２を成形後に、第２金型７に第１成形体２を移し替え、第２金型７を加熱し、第２金型７内に第２成形材料１１を射出成形し、最後に第１成形体２及び第２成形体３を拡散接合したものである。これに対して、比較例は、第２金型７を加熱せずに拡散接合したものとなっている。
Next, the effects of the method for producing the composite
In Examples and Comparative Examples, after forming the first molded
実施例及び比較例に用いた金属粉末材料は、SUS316L、SUS420F、２％のニッケルを含む鉄合金である。また、これらの金属粉末材料に配合される第１及び第２のバインダには脂肪酸エステル（いずれも表１中に記号Ａ、Ｂで示す）を用いた。なお、金属粉末材料の粒径は、7〜10μｍであり、第１のバインダの軟化点は１３０℃を下回る温度とされている。 The metal powder material used in the examples and comparative examples is SUS316L, SUS420F, and an iron alloy containing 2% nickel. Further, fatty acid esters (both indicated by symbols A and B in Table 1) were used for the first and second binders blended in these metal powder materials. The particle size of the metal powder material is 7 to 10 μm, and the softening point of the first binder is set to a temperature lower than 130 ° C.
なお、表１中の「成形体１」の「金型温度」は第１工程において第１金型６を用いて第１成形体２を成形する際の温度であり、「成形体２」の「金型温度」は第２工程において第２金型７を加熱する際の温度である。
また、表１の「評価」の欄に記載された「成形体」は、可塑化したバインダにより接合し合った第１成形体２及び第２成形体３の接合性を評価した結果を示すものである。具体
的には、成形体の曲げ試験を実施し、切断箇所が異種材料の接合部にあるか、それ以外の場所にあるかで判断した。
The “mold temperature” of “molded
In addition, “molded body” described in the column of “Evaluation” in Table 1 indicates the result of evaluating the bondability of the first molded
さらにまた、表１の「評価」の欄に記載された「焼結体」は、焼結体の接合性を、拡散接合された試料を、「引張強さ」を用いて評価したものである。なお、「引張強さ」は、異種材料間のそれぞれの材料が持つ強度、つまりそれぞれの金属粉末材料だけで形成された成形体同士の引張強さのうち、低い方と同等以上の強度があれば合格とした。
表１を見ると、第２金型７を加熱せずに、第１金型６と同じ温度の15℃（室温）のままで第２成形材料１１を射出成型した比較例１では「評価」の「成形体」は×の評価結果となっている。これに対し、第２金型７を第１金型６より高いか、同じ温度である130℃で加熱した実施例１〜実施例３では、「評価」の「成形体」がいずれも○の評価結果となっている。
Furthermore, the “sintered body” described in the “Evaluation” column of Table 1 is an evaluation of the bondability of the sintered body by using the “tensile strength” of the diffusion bonded sample. . “Tensile strength” refers to the strength of each material between different materials, that is, the strength equal to or higher than the lower one of the tensile strengths of molded products made of only each metal powder material. Was accepted.
Table 1 shows that in the comparative example 1 in which the
このことから、第１金型６で第１成形材料５を射出成型して第１成形体２を成形後、第２金型７を加熱しつつ第２金型７で第２成形材料１１の射出成型を行えば、接合強度に優れた複合焼結体１を製造できることが分かる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
From this, the first molding material 5 is injection molded with the
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. In particular, in the embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that a person skilled in the art normally performs. Instead, values that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.
なお、上述した実施形態では、第１金型６と第２金型７に、異なる金型部材を用いた例を挙げたが、第１金型６と第２金型７は、第１成形体２の射出成形に用いられる金型と、第２成形体３の射出成形に用いられる金型とを区別して表現したものであり、両者に金型部材として同じものを用いてもよい。例えば、第１金型６を用いた第１成形体２の射出成形の後に、この第１金型６をそのまま第２金型７として用いて、第２成形体３の射出成形を行うこともできる。また、第１金型６の一部を引き抜き自在に形成しておき、第１金型６を用いた第１成形体２の射出成形の後に、第１金型６の一部を引き抜き、一部が引き抜かれた第１金型６を第２金型７として用いて、第２成形体３の射出成形を行うこともできる。
In the above-described embodiment, an example in which different mold members are used for the
さらに、上述した実施形態では、第１金型６を用いた第１成形体２の射出成形と、第２金型７を用いた第２成形体３の射出成形とを、わずかな時間差で行う、あるいは同時に行っても良い。このようにすれば、２色成型法に対しても本発明の技術を適用することが可能となる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the injection molding of the first molded
１ 複合焼結体
２ 第１成形体
３ 第２成形体
５ 第１成形材料
６ 第１金型
６Ｌ 左金型
６Ｒ 右金型
７ 第２金型
１１ 第２成形材料
１２ 加熱手段
１３ 加熱炉
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の金属粉末材料のうち、第１の金属粉末材料に、当該第１の金属粉末材料を結着するために熱可塑性の樹脂から形成された第１のバインダを混合して、第１成形材料を調整しておき、
前記第１成形材料を第１金型の型内に射出成形して第１成形体を成形し、
成形された第１成形体を、前記第１の金型以上の型容積を有する第２金型内に装入し、
前記第１成形体が装入された第２金型を、前記第１のバインダの軟化点以上の温度まで加熱して当該第１のバインダを可塑化し、
前記加熱された第２金型の型内における第１成形体と第２金型との間に、第２の金属粉末材料と、当該第２の金属粉末材料を結着させる第２のバインダとを混合した第２成形材料を射出成形して、前記第１成形体に隣接した位置に第２成形体を成形し、
成形された前記第１成形体及び第２成形体を焼結することで複合焼結体を製造することを特徴とする複合焼結体の製造方法。 In producing a composite sintered body in which a plurality of injection molded bodies each molded by powder injection using a plurality of metal powder materials of different types are joined together,
Of the plurality of metal powder materials, the first metal powder material is mixed with a first binder formed of a thermoplastic resin for binding the first metal powder material, and the first molding is performed. Adjust the material,
Injection molding the first molding material into a mold of a first mold to mold a first molded body;
The molded first molded body is charged into a second mold having a mold volume larger than that of the first mold,
The second mold in which the first molded body is charged is heated to a temperature equal to or higher than the softening point of the first binder to plasticize the first binder,
A second metal powder material and a second binder for binding the second metal powder material between the first molded body and the second mold in the mold of the heated second mold; Injection molding the second molding material mixed, and molding the second molded body at a position adjacent to the first molded body,
A method for producing a composite sintered body, comprising producing a composite sintered body by sintering the molded first molded body and second molded body.
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