JPH0211642B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、粉末冶金法によつて粉末をプレス成
形するときに必要な成形剤又は潤滑剤であつて、
炭化物、窒化物、酸化物、硼化物、硫化物及び硅
化物等の非金属粉末と金属粉末との混合粉末又は
金属粉末との混合粉末をプレス成形するのに適し
た粉末冶金のための原料粉末用成形助剤に関す
る。 一般に粉末冶金における製造工程は、大別する
と粉末の混合粉砕工程、造粒工程、乾燥篩別工
程、プレス成形工程、予備焼結工程、焼結工程が
ある。これらの工程の内、造粒工程では、粉末を
取り扱い易くすることゝ後工程であるプレス成形
工程での粉末の流動性と充填性から造粒粉末の形
状、大きさ及び硬さを調整する必要があり、この
ために造粒粉末中に成形剤又は潤滑剤を混在して
おく必要がある。プレス成形工程では、金型に振
り込まれた粉末相互間の摩擦、金型に振り込まれ
た粉末と金型壁との摩擦及び金型のピンとダイと
の接触部に於ける摩擦を緩和するためとプレス成
形した圧粉体の形状が崩れないようにするために
成形剤又は潤滑剤を必要とする。このような成形
剤又は潤滑剤のような成形剤としては、従来から
使用されているものとしてはパラフイン、樟脳、
ステアリン酸及びステアリン酸亜鉛等がある。 これら従来の成形助剤の内パラフインは、安全
衛生上、作業上、コスト及び溶解度等種々の問題
から適する溶媒がなく、一般にはアセトンを溶媒
として使用するが溶解度が低いために少し昇温し
てパラフインと液状にすることにより粉末と混合
する方法がとられている。このために粉末中のパ
ラフインの分布が不均一になり、乾燥篩別工程で
網目に詰つたり、パラフインが多く分布している
粉末が一部網目を通過しなくなる等の問題が生じ
る。又、成形助剤は焼結工程では不必要で害にな
るために予備焼結工程で取り除くのであるがパラ
フインは、予備焼結工程で分解した後カーボンと
なつて圧粉体表面に付着する等の問題が生じるた
めに予備焼結方法及び条件が非常に難しく、特に
真空中で予備焼結すると分解したパラフインが炉
体内に付着し真空度を低下させる等の問題があ
る。更にパラフインを成形助剤とした混合粉末か
ら焼結体を得るとパラフインの不均一分布が原因
であると考えられる巣が生じ、これが焼結体の強
度低下を引き起すと云う重要な問題がある。 成形助剤としての樟脳は、エーテルに溶け易い
が作業上、安全衛生上に問題があり、エタノール
にも或る程度溶解するがエタノールの蒸発速度か
ら造粒工程に問題がある。又パラフインに比較し
て樟脳は粘性が低いために圧粉体強度が低く、圧
粉体強度が低いと予備焼結後の圧粉体にクラツク
が発生し易くなること、及び焼結体にしたときに
巣が発生し易くなると云う問題がある。 ステアリン酸及びステアリン酸亜鉛は、適当な
溶媒がなくメタノール又はエタノールを溶媒とし
て使用するが樟脳と同様造粒工程に問題があり、
又溶解度が低いことから造粒工程において粉末中
に均一に分布し難く、このために焼結体にしたと
きにクラツクや巣が発生し易くなるという問題が
ある。 本発明は、以上のような種々の問題点を解決す
る目的で研究を繰返した結果完成した粉末冶金に
適した原料粉末用成形助剤である。 本発明の原料粉末用成形助剤は、グリセリンの
縮合体にオレフインオキシドおよび／または脂肪
酸を反応させて得られる化合物である。 本発明の原料粉末用成形助剤は、有機溶剤特に
メタノール、エタノール及びアセトン等に溶解し
易く、取り扱い上及び安全衛生上からも問題がな
く、しかもオレフインオキシドおよび／または脂
肪酸を反応させた化合物であることから付着性及
び粘ちよう性があり、これらの溶解性、付着性及
び粘ちよう性が造粒工程において成形助剤を粉末
中に均一に分布させるという作用をし、造粒粉末
の形状、大きさ及び硬さのバラツキを少なくし安
定した造粒粉末を作るのに役立つている。又プレ
ス成形工程では、本発明の原料粉末用成形助剤が
造粒粉末の形状、大きさ及び硬さのバラツキを少
なくし、しかも適度の硬さと粘ちよう性を保持さ
せるために、造粒粉末を用いてプレス成形すると
造粒粉末中に成形助剤が均一に分布しているこ
とゝ造粒粉末の流動性、充填性が優れていること
から圧粉体が均一に加圧され易くなること、圧粉
体の強度が高くなること及び圧粉体が適度の離型
性をもつことからプレスクラツク及び欠けの起り
難い成形体が得られる。予備焼結工程では、本発
明の原料粉末用成形助剤が低温度で蒸発するこ
と、及び蒸発速度も適当な速さであることから成
形助剤のガス分解中においても圧粉体にガスが悪
影響を及ぼさず、このため予備焼結後の圧粉体に
はクラツクが生じ難くなる。予備焼結によつて本
発明の成形助剤を取り除いた圧粉体を焼結すると
一般に成形助剤が直接的及び間接的に影響を及ぼ
すことによつて生じる焼結体のクラツクや巣孔が
ない優れた焼結体が得られる。 グリセリンの縮合体とは、グリセリン
［CH₂OH−CHOH−CH₂OH］が縮合反応により
形成される物質、すなわちグリセリンが複数個結
合された構造のものであつて、具体的には、分子
量が数万からなるもので、特に３万〜４万の分子
量からなるものが好ましいものである。オレフイ
ンオキシドは、プロピレンオキシド、１−ブテン
オキシド、イソブチレンオキシド、１−ペンテン
オキシド、２−ペンテンオキシド、イソアミレン
オキシド等があるが特にエチレンオキシドを付加
反応して得られる本発明の原料粉末用成形助剤が
造粒の特性プレス成形性等から判断して適してい
る。脂肪酸は、動植物油脂肪酸、硬化動植物油脂
肪酸及び石油酸等があるが中でも炭素数８以上の
高級脂肪酸が適しており、例えばカプリル酸、カ
プリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステア
リン酸、アラキン酸、ベヘン酸、セロチン酸、メ
リシン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン
酸、ブラシル酸、エライジン酸、オレイン酸、エ
ルカ酸、ペラルゴン酸、マルガリン酸等がある。 本発明の原料粉末用成形助剤は、有機溶剤に対
する溶解度が高く、潤滑性、粘ちよう性及び離型
性が有ることから造粒工程、プレス成形工程で著
しく優れた効果を発揮する。また、成形助剤が不
必要になつて予備焼結工程によつて取り除くとき
には本発明の原料粉末用成形助剤は、低温度で蒸
発し、蒸発速度も急速でなく容易に蒸発し真空炉
内でも残留物が殆んどない優れた成形助剤であ
る。 粉末冶金としては、多孔質部品、焼結鋼、鉄・
銅合金・非鉄合金、高融点合金、耐熱耐食合金、
電気接点材料、原子力材料、固体潤滑材料、摩擦
材料があり、これらの粉末冶金の材料に本発明の
原料粉末用成形助剤が効果を示し特に、超硬合
金、サーメツト等予備焼結工程で影響を受け易い
粉末冶金関係の材料に著しい効果を発揮する。
又、4a、5a及び6a族金属の炭化物、窒化物、硼
化物、硅化物及び硫化物等の粉末と金属粉末又は
金属酸化物を含有する粉末と金属粉末の成形助剤
としては本発明の原料粉末用成形助剤が有効であ
る。 次に実施例に従つて本発明の粉末冶金のための
原料粉末用成形助剤を詳細に説明する。 実施例 １ 重量組成で40％TiC−15％WC−15％TiN−20
％Mo₂C−10％Niの混合粉砕した粉末に成形助剤
を混合して−40〜＋100メツシユに造粒篩別後
1.0ton／cm²の圧力で10×10φmmの円柱形に圧縮成
形し、これを真空中400℃の予備焼結で成形助剤
を除去した後真空中1400℃１時間で焼結するのに
成形助剤として下記のものを使用して比較した。 ａ グリセリン縮合体にエチレンオキシド及びオ
レイン酸を反応させた本発明の成形助剤を３重
量％添加。 ｂ グリセリン縮合体にエチレンオキシド及びス
テアリン酸を反応させた本発明の成形助剤を３
重量％添加。 ｃ グリセリン縮合体にプロピレンオキシド及び
オレイン酸を反応させた本発明の成形助剤を３
重量％添加。 ｄ 比較用成形助剤としてパラフインを３重量％
添加。 ｅ 比較用成形助剤としてポリエチレングリコー
ルを３重量％添加。 ｆ 比較用成形助剤としてロジンを２重量％添
加。 以上ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの各成形助剤を添
加した混合粉末から得た圧粉体の状態及びこの圧
粉体を焼結した各焼結体の巣、気孔の状態を表１
に示した。尚、本発明の成形助剤ａ、ｂ、ｃに用
いたグリセリン縮合体の縮合度は、約360〜400で
ある。但し、縮合度は、グリセリン縮合体を構成
する単量体の数として求めたものである。 表１の結果から本発明の原料粉末用成形助剤
ａ、ｂ、ｃを使用したものは、比較用成形助剤
ｄ、ｅ、ｆを使用したものに比べて圧粉体の状態
が極めて良好で且つ焼結体の巣、気孔の発生も少
ないことが確認できた。

【表】 実施例 ２ 重量組成で95％WC−５％Coの混合粉砕した粉
末に成形助剤を３重量％を混合してスプレードラ
イング法により造粒し、この造粒粉末を0.5、
0.7、0.9ton／cm²圧力で圧粉体を作成し、これを
実施例１と同様な方法で焼結体とした。こゝで使
用した成形助剤は、下記に示した本発明の原料粉
末用成形助剤ａ、ｂ、ｃと比較用の成形助剤とし
てパラフインｄを加えて行なつた。 ａ グリセリン縮合体にエチレンオキシド及びカ
プリル酸を反応させた本発明の成形助剤。 ｂ グリセリンの縮合体にプロピレンオキシド及
びパルミチン酸を反応させた本発明の成形助
剤。 ｃ グリセリン縮合体にエチレンオキシド及びマ
ルガリン酸を反応させた本発明の成形助剤。 以上ａ、ｂ、ｃ、ｄの各成形助剤を使用し、プ
レス圧力の異なつた圧粉体を焼結した各焼結体の
巣、気孔の状態を表２に示した。尚、ここで用い
たグリセリン縮合体は、実施例１で用いたものと
同一である。

【表】 表２の結果から本発明の原料粉末用成形助剤
ａ、ｂ、ｃを使用したものは、プレス圧力
0.5ton／cm²と低くても充分に緻密な焼結体が得ら
れ比較用のパラフインｄより優れていることが確
認できた。又本発明の成形助剤ａ、ｂ、ｃを使用
した圧粉体は、表面に光沢がありクラツクキズも
ない精密度のものが得られた。 実施例 ３ 表３に示す成分組成の各試料に実施例１で用い
たグリセリン縮合体にエチレンオキシド及びオレ
イン酸を反応させた本発明の原料粉末用成形助剤
を添加したものａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅと比較用成形
助剤であるパラフインを添加したものｆ、ｇ、
ｈ、ｉ、ｊを各々10×10φmm円柱形に1t／cm²でプ
レス成形する。これら各試料を水素中、窒素中、
水素−窒素混合ガス中及び真空中で400℃−１時
間の条件で予備焼結した後各試料のトータルカー
ボン量を分析し、成形助剤添加前の混合粉砕粉末
のトータルカーボン量に対する増加量を求めた結
果を表４に示した。

【表】

【表】 表４の結果本発明の原料粉末用成形助剤は、カ
ーボン量の増加が0.02〜0.05重量％であるのに対
しパラフインを使つた比較用成形助剤のカーボン
量増加は、0.15〜0.25重量％と多く、しかもバラ
ツキ幅が大きい傾向にある。このことから本発明
の原料粉末用成形助剤は、残留カーボンが少なく
品質管理上安定していることが確認できた。 実施例 ４ 60wt％Al₂O₃−40wt％ZrO₂（3mol％Y₂O₃含有）
の混合粉末中に、実施例１で用いたグリセリン縮
合体にオレフインオキシド又は脂肪酸を下記の組
合わせで反応させた本発明の成形助剤ａ、ｂ、ｃ
を実施例１と同様にして、それぞれ3.5wt％添加
し、この本発明の成形助剤を添加したそれぞれの
混合粉末を、酸素ガス流入中1550℃、２時間保持
の焼結条件の他は実施例１と同様にして、圧粉体
及び焼結体を得た。 ａ グリセリンの縮合体にエチレンオキシドを反
応させて得られた化合物、 ｂ グリセリン縮合体にプロピレンオキシドを反
応させて得られた化合物、 ｃ グリセリン縮合体にオレイン酸を反応させて
得られた化合物、 こうして得た圧粉体及び焼結体を実施例１と同
様にして調べた所、圧粉体は、それぞれ共極めて
良好であり、焼結体は、それぞれ共巣孔の殆んど
ない緻密なものであつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ グリセリンの縮合体にオレフインオキシドお
   よび／または脂肪酸を反応させて得られる化合物
   から成ることを特徴とする粉末冶金の原料粉末用
   成形助剤。 ２ 上記オレフインオキシドがエチレンオキシド
   および／またはプロピレンオキシドから成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の粉末冶
   金の原料粉末用成形助剤。 ３ 上記脂肪酸が炭素数８以上を有する高級脂肪
   酸から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の粉末冶金の原料粉末用成形助
   剤。