JPH0153324B2

JPH0153324B2 -

Info

Publication number: JPH0153324B2
Application number: JP59079553A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Morishita; Shigezo Oosaki
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-04-20
Filing date: 1984-04-20
Publication date: 1989-11-14
Also published as: US4596746A; DE3514299A1; DE3514299C2; JPS60224704A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、金属基体表面に耐摩耗性の焼結層を
形成するシートに関し、更に詳しくは、低温で焼
結を行なえる低温焼結性粉末シートに関するもの
である。（従来技術）従来、合金粉末と合成樹脂を混練したのち圧延
してなる合金粉末シートを金属母材に密着させ、
加熱昇温して合金粉末を焼結させ、母材表面に合
金層を形成する方法は公知である。たとえば、特
開昭51−82834号公報には、自溶性合金粉末と熱
可塑性アクリル樹脂とから形成した合金粉末シー
トを、トルエンのような溶剤で湿らせて金属母材
上に貼り付け、大気雰囲気下で加熱融着すること
が、また、特公昭55−21802号公報には、WC系、
TIC系合金粉末と合成樹脂とを混練して形成した
薄板状テープを作成し、該テープを加圧プレスし
た状態で加熱焼結したのち、得られた焼結体をビ
ス等により母材の型に密着固着する方法が開示さ
れている。特開昭51−83834号公報記載の方法では、接着
された合金粉末シートを加熱していくと、200℃
〜300℃の温度では合金粉末シート中の合成樹脂
が母材との接着剤として機能するが、温度がさら
に上昇して、合成樹脂成分が焼失、揮散してしま
うと、合金粉末シートと母材との接着性が失われ
る。したがつて、母材の斜面や湾曲面、さらには
下向きの面等、合金粉末シートの重量が母材との
接着面に作用する場合には、合金粉末シートの重
量を支えることができなくなつて、合金粉末シー
トが母材表面から剥離もしくは脱落してしまうと
いう問題があつた。一方、特公昭55−21802号公報記載の方法は、
工程が多くなるのでコスト的にも不利であり、ま
た、予備焼結部材と母材との間の必要な密着強度
を得ることが困難であるという欠点があつた。このようなことから、樹脂粘結剤を有する金属
粉末のシートを金属基体表面に密着し比較的低温
で加熱処理した後焼結することにより焼結温度に
至るまでの間においても十分な密着強度を得るよ
うにしたものが本出願人により提案されている。また、粉末合金シートを金属基体表面に焼結す
る方法としては特公昭53−19540号に開示されて
いるように、高融点の金属粉末を含有するシート
と低融点の金属粉末を有するシートとを重合して
加熱焼結するものも既に知られている。しかしながら、これらの場合には金属粉末を焼
結するには金属をある程度溶かす必要があり、焼
結温度はかなり高温（1000℃以上）となるのが通
常である。このため、焼結時に金属基体に熱ひず
みが生じる恐れがあり、また、アルミニウム合金
等の低融点金属上には焼結するのが非常に難しい
という問題がある。この問題を有るため従来は、比較的耐摩耗性が
低いアルミニウム系の金属基体表面上に耐摩耗性
の高い焼結層を形成することは、不可能となつて
いた。（発明の目的）本発明はこのような問題に鑑みるとともに、最
近において開発された粒径が1μｍ以下の極く細
かい金属粒子からなる金属超微粉の物理的特性に
鑑みてなされたもので、アルミニウム系の金属基
体表面に耐摩耗性の高い焼結層を形成可能で、焼
結開始温度が低い低温焼結性粉末シートを提供す
ることを目的とするものである。なお、上記程度
の粒径を有する金属超微粉の物理的特性の１つと
して、融点が大きく下がることが挙げられる。１
例を挙げれば、粒径が約7μｍ程度のニツケル粉
末を焼結させるには温度が1050℃以上必要であつ
たものが、粒径1μｍ以下のニツケルの超微粉を
N₂ガス雰囲気中で加熱すれば300℃程度で焼結が
始まり、500℃になるとかなり焼結することが知
られている。本発明は、金属超微粉のこのような
特性に注目してなされたものである。（発明の構成）本発明の低温焼結性粉末シートは、アルミニウ
ム系金属基体表面に接着した後、加熱焼結して該
金属基体表面に耐摩耗性を有する焼結層を形成す
るために用いられる粉末シートにおいて、耐摩耗性を有する金属粉末と、この金属粉末の
焼結開始温度より低い焼結開始温度を有する平均
粒径1μｍ以下のNiおよびCuのうちの少なくとも
１種の金属超微粉からなる焼結補助剤と、アクリ
ル系樹脂等からなる樹脂粘結剤とから形成され、そして上記金属粉末と焼結補助剤とを合わせた
量に対する該焼結補助剤の量が１〜20重量％とさ
れたことを特徴とするものである。（発明の効果）本発明によれば耐摩耗性を有する金属粉末を樹
脂粘結剤により固めて成形されたシート中に、上
記の通りの金属超微粉からなる焼結補助剤が含ま
れているので、低温で焼結する金属超微粉によつ
て、低温で金属粉末シートが基体表面上に焼結接
合される。このため、本発明の低温焼結性シート
を用いれば、焼結開始温度を低くでき、低融点の
アルミニウム合金等の金属表面にも焼結が可能と
なり、さらに焼結時の熱ひずみの問題も少なくな
る。（実施例）以下、実施例に基づき本発明について説明す
る。本発明の低温焼結性粉末シートは、耐摩耗性を
有する金属粉末と、焼結補助剤と、樹脂性粘結剤
とを湿式混練等により混練した後、圧延して形成
されるものであり、まず各成分について説明す
る。金属粉末この金属粉末は耐摩耗性を有するものであり、
アルミニウム系の金属基体表面に焼結された時、
耐摩耗性を発揮する。具体的には例えばＰ、
Mo、Cr、Ｃ、Fe等の金属粉末が用いられる。この場合、粉末の粒度は焼結層の気孔率に大き
な影響を与える要素であり、150メツシユ以下と
することが好ましい。粒度が150メツシユを超え
て大きくなると気孔がこれにつれて大きくなり、
焼結層の耐摩耗性を阻害する。焼結補助剤焼結補助剤として用いる金属超微粉の量を、該
超微粉と金属粉末との混合物に対して１〜20重量
％に制限したのは、以下の理由による。本発明で
は超微粉の焼結開始温度が低いという特性を利用
して、金属粉末に混じつた超微粉をバインダーと
して焼結層を形成可能とするものであるため、超
微粉の量が１％未満となるとバインダーとしての
役割を果たさなくなり、焼結後金属粉末が剥離す
るという問題が生じるためである。一方、超微粉
の量が20％を超えると金属粉末の含有率が下が
り、そのため、この金属粉末により得ようとする
耐摩耗性が低下するという問題が生じる。この特性を定性的に示したのが第１図であり、
この図で線Ａが金属粉末の結合力を、線Ｂが耐摩
耗性を示す。なおこの第１図の特性は、後に述べ
る第１実施例の低温焼結性粉末シートと、Ni超
微粉の混合比以外の条件はこの粉末シートと同じ
で該混合比をそれぞれ変えた複数の低温焼結性粉
末シートから求めたものである。図中の結合力は
Ni超微粉の混合比が100％、つまり金属粉末は無
しの場合の結合力（Kgｆ／mm²）を100％とした相
対量で、一方耐摩耗性は一定条件の耐摩耗性試験
における摩耗量（mm）の逆数で規定し、そして
Ni超微粉の混合比が０％のときの値を100％とし
た相対量で示してある。この図から分かるように、Ni超微粉の混合比
が１％未満の範囲では結合力が急激に低下する。
そのため、焼結表面から金属粉末がぼろぼろと剥
がれ易くなり、耐摩耗性が急激に低下する。一
方、上記混合比が20％を超えると、結合力は十分
でも耐摩耗性が不十分となる。なお、超微粉の量
は２〜８重量％が最適である。以下、耐摩耗性を有する金属粉末と焼結補助剤
との混合物を混合粉末と称する。樹脂粘結剤本発明において粉末シート形成に用いる樹脂粘
結剤を構成するアクリル系樹脂としては、アクリ
ル酸エステルおよびメタクリル酸エステルの重合
体および共重合体、又はこれらのエステルと共重
合可能な官能基を持つ重合性単量体との共重合体
が好ましい。アクリル系樹脂からなる粘結剤と混合粉末との
配合比は、粘着剤を６〜１重量％、混合粉末を94
〜99重量％とする。粘着剤が１重量％より少ない
と、粘着性が不足してシートが脆化し、必要なシ
ートの可撓性を確保することができず、また、６
重量％より多いと、樹脂分が過剰となつて、焼結
層の気孔率等に悪影響を与えるだけでなく、母材
との接合が不十分となり好ましくない。低温焼結性粉末シートの形成低温焼結性粉末シートは、種々の任意の方法に
より形成することができる。たとえば、粘結剤と
混合粉末に適量の溶剤、たとえばアセトン、トル
エン、メチルエチルケトンなどを、粘結剤100重
量部に対して100〜1000重量部加えて混練して泥
しよう化したのち、離型紙を被せた型枠上に流し
込み、溶剤を蒸発させたのち、圧延ロールに通し
て適当な厚み、たとえば、0.5〜5.0mmの厚みを有
するシートに成形する。あるいは、溶剤を使用す
ることなく、混合粉末と粘結剤の混合物を、必要
により加熱しながら、混練したのち、シートに成
形することもできる。以上のようにして、本発明による低温焼結性粉
末シートが形成される。この粉末シートを金属基
体表面に焼結する方法を以下に順を追つて説明す
る。粉末シートの接着粉末シートは、通常、母材表面に押圧すること
により容易に接着する。しかし、必要により、粉
末シートの粘結剤として使用しているアクリル系
樹脂を、母材表面および／または粉末シート表面
に塗布して仮着性ポリマー層を形成し、接着力を
補強してもよい。塗布する代りに、上記樹脂を使
用している粘着性シートを仮着性ポリマー層とし
て使用してもよい。加熱焼成加熱は、混合粉末および粘結剤の酸化を防ぐた
め、窒素、アルゴン等の不活性ガス、水素等の還
元性ガス、真空中等の非酸化性雰囲気中で行うこ
とが必要である。昇温速度は40℃／分以下とすることが好まし
い。40℃／分より大きくすると、粘結剤中の低沸
点成分が急激に揮発するため、粉末シートが破損
したり、接着面に気泡が発生して、粉末シートが
剥離したり、脱落したりすることがあり、好まし
くない。本方法の特徴の一つは、焼結温度に昇温する前
に予備加熱処理を行うことである。この加熱処理
は、150℃〜380℃、好ましくは200℃〜350℃の温
度で、５分間以上行うことが必要である。この加
熱処理によつて粘結剤および仮着性ポリマーとし
て使用されている合成樹脂が完全に焼失すること
なく熱分解重縮合反応を起こし、タールピツチ状
物質を生成する。このタールピツチ状物質によつ
て、300℃以上においても混合粉末シートの重量
を保持するのに十分な接着力が維持される。した
がつて、被処理物品の搬送中に、振動や衝撃が与
えられても、粉末シートは脱落したり、剥離した
りすることがない。加熱処理温度が150℃より低
いと、樹脂成分の熱分解が十分に行われず、した
がつてタールピツチ状物質の生成量が少なく、十
分な接着力が得られない。一方、加熱処理温度が
380℃より高いと、樹脂成分が急激に分解し、こ
の場合にも、タールピツチ状物質の生成量が少な
く、十分な接着力が得られない。予備加熱処理時間が５分間より短い場合にも、
タールピツチ状物質の生成が不十分であり、十分
な接着力が得られない。処理時間は、熱処理温
度、樹脂成分の種類等によつて適宜決定される
が、一般に120分間以上保持することは不必要で
ありかつ不経済である。次に、各個の実施例をさらに詳しく説明する。第１実施例低温焼結性粉末シートの製造 P1.76重量％、Mo10.30重量％、Cr4.96重量％、
C3.46重量％、Si1.11重量％、Mn0.53重量％、
S0.01重量％、残部Feの組成を有し粒度が−200
メツシユの合金粉末（金属粉末）90重量％と、平
均粒径0.1μｍのNiの超微粉10重量％との混合物
に、アクリル系樹脂粘結剤を、上記金属粉末と
Ni超微粉の混合物が95重量％で該粘結剤が５重
量％となる量だけ加える。これに、トルエンを添
加して湿式混練した後、これをロール圧延し厚さ
２mmの粉末シートを作る。粉末シートの接着上記粉末シートを栽断して１cm×１cmの試験片
１を作り、この試験片１を、第２図に示すように
純アルミニウムからなり厚さ10mmで３cm×３cmの
大きさの基体３上に、上記アクリル系樹脂粘結剤
と同一組成の仮着性ポリマーシート（厚さ30μ
ｍ）２を介して接着する。予備加熱上記粉末シートの試験片１を接着した基体３
を、窒素ガス雰囲気中で10℃／分の昇温速度で
300℃まで昇温し、300℃のまま60分間保持する。
これによつて、アクリル系樹脂粘結剤および仮着
性ポリマーシートを完全に焼失させることなくタ
ールピツチ状物質を生成させるのである。焼結接合上記予備加熱後、上記と同様に窒素ガス雰囲気
中において５℃／分の昇温速度で570℃まで昇温
し、570℃のまま30分間保持し、この後３℃／分
の降温速度で徐冷（炉冷）する。この結果、基体
３の表面上に金属粉末シート１が焼結され、耐摩
耗性を有する焼結層を得ることができた。この時
得られた組織を第３図の400倍顕微鏡写真に示す。
写真中大径粒子が合金粉末であり、その大粒子間
に存在するのがNi超微粉もしくはその焼結体で
あり、全体として十分に焼結されていることが分
かる。次に、その他の第２〜第７実施例と比較例につ
いて説明する。これらの実施例と比較例において
はすべて、P2.35重量％、Mo10.80重量％、
Cr2.75重量％、C4.43重量％、Si0.47重量％、
Mn0.40重量％、S0.023重量％、Ni0.05重量％、
残部Feの組成を有し粒度が−200メツシユの合金
粉末を金属粉末として用いる。そして第２〜４実
施例においてはNi超微粉を、第５〜７実施例に
おいてはCu超微粉を用いる。それらの超微粉は
ともに、平均粒径が0.1μｍ以下のものである。ま
た、アクリル系樹脂粘結剤を、上記金属粉末と超
微粉の混合物（比較例の場合は金属粉末のみ）が
95重量％で粘着剤が５重量％となる量だけ加え
る。これに、トルエンを添加して湿式混練した
後、これをロール圧延し厚さ２mmの粉末シートを
作る。なお、各例の金属粉末と超微粉の混合比を
下表に示す。

【表】そして粉末シートの接着、予備加熱および焼結
結合の工程は第１実施例と同じ条件として、焼結
性粉末シートを作成し、焼結層を形成した。こうして得られた第２〜７実施例の焼結後の組
織の顕微鏡写真をそれぞれ第４〜９図に、また比
較例の焼結後の組織の顕微鏡写真を第１０図に示
す（倍率は400倍）。これらの第２〜７実施例においても、基体３上
に耐摩耗性を有する層が良好に焼結された。また
第４〜９図の写真において、大径の白色部が金属
粒子であり、これらの粒子間に超微粉が存在し、
そしてこの超微粉の混合量増大にともなつてその
拡散が顕著となつていることが分かる。それに対して比較例においては、570℃の温度
では金属粉末が十分に焼結されなかつた。このこ
とを裏付けるように、第１０図の写真において
は、白色の金属粒子間にポアーが認められる。以上説明したように、本発明の低温焼結性粉末
シートを用いれば、従来は1000℃以上必要であつ
た焼結温度を500℃前後まで下げることができ、
よつて融点が660℃であるアルミニウムを含む金
属基体の表面にも焼結層を形成させることがで
き、また、焼結時の熱ひずみも小さくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼結補助剤としての超微粉量に対する
金属粉末の結合力および耐摩耗性の達成度を示す
グラフ、第２図は本発明の低温焼結性粉末シート
を基体上に接着した状態を示す断面図、第３，
４，５，６，７，８、および９図は本発明の低温
焼結性粉末シートを焼結した組織を示す400倍顕
微鏡写真、第１０図は従来の焼結性粉末シートを
焼結した組織を示す400倍顕微鏡写真である。１……試験片、２……仮着性ポリマーシート、
３……基体。

Claims

【特許請求の範囲】１耐摩耗性を有する金属粉末と、焼結補助剤
と、樹脂粘結剤とから構成される粉末シートを
A1系金属基体表面に接着した後、加熱焼結して
該金属基体表面に前記耐摩耗性を有する焼結層を
形成するために用いる粉末シートであつて、前記焼結補助剤が、前記金属粉末の焼結温度よ
り低い焼結開始温度を有する平均粒径1μｍ以下
のNiおよびCuのうちの少なくとも１種の金属超
微粉であり、前記金属粉末と前記焼結補助剤とを
合わせた量に対する該焼結補助剤の量が１〜20重
量％であることを特徴とする低温焼結性粉末シー
ト。２前記樹脂粘結剤がアクリル系樹脂であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の低温焼
結性粉末シート。