JPS5935601A - 紛末冶金用高圧縮性アトマイズ鋼紛の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧縮性粉末冶金用アトマイズ鋼粉の製造方法
に係り、とくにアトマイズ後の熱部（条件の改善により
アトマイズ鋼粉の圧縮性を向上さぜる製造方法の提案に
関する。

粉末冶金用アトマイズ鋼粉は通常溶融金属流に高速の液
体あるいは気体を噴射衝突さ亡て、溶融金属を霧化飛散
させることにより製造される。この噴霧されたままのア
トマイズ鋼粉は、乾燥後所定の粉末冶金特性を付与する
ため還元３囲気中で仕上熱処理された後解砕され、製品
とされる。

このような工程でＪＩ１１！令されるアトマイズ鋼粉は
、還元鉄粉にくらべ、不純物が少なく、寸だ粒子内部に
空孔がなく稠密であるため、還元鉄粉にくらべ圧縮性が
優れている。

近年、靜結部品の大型ｆヒ、高強度化にともない↓原ｊ
ト銅粉の圧縮性の向上が強く望まれている。これは圧縮
性を向上させることによｔ）、φ結部品の大型化、高強
度化が可能となるほか、電磁部品の焼結化、成形金型寿
命の延長など多くの利点が期待されるからである。

アトマイズ鋼粉の圧縮性は、銅粉の組成によりほは決定
される。従って、原料スフラッグ令・メＩＱ選し、不用
な合金・成・分を可能なかぎり低くすることが肝要であ
る。さらに噴ｎ後の仕」二熱部理工稈において、Ｏ，Ｎ
およびＯなどの不糾物元累を除去するノ１７・要がある
　１１Ｎ（・てＣ，Ｎは圧縮性を著しく劣化させＺ）。

従って同一の銅粉であっても、仕上熱部ｆＩＴ！ｓ　作
の適否によりアトマイズ鋼粉の圧縮性が大きく左右され
ろ。

アトマイズ鋼粉の仕上熱処理の目的は、単［０゜Ｎおよ
び０を低減さぜるだはでなく、■！へ様ＩＩ！？の急冷
凝固、ｆ１１轡を均質軟化させ、圧縮成形容易な鋼粉と
する点にもある。さらに水アトマイズ鋼粉においては、
噴霧時（ζ鋼粉表面が酸化さねているため、これを還元
除去することも仕上熱処理の目的の一つでを）ろ。

面って、アトマイズ鋼粉の仕上熱処理は、上記目的を達
成するため、一般にはＨ２を含む還元性フζｊ用気にお
いて８５０〜１０５０℃の温度でＲＯ〜１２０分間加熱
保持する仕上熱処理が行なわれている。ところが前記の
ように金・１粉の圧縮性は、鋼粉中ＯＮによって著しく
低下する。すなわち仕上熱部Ｐ１１によって鋼粉のＮ聞
を低減させることによｔ）王権性向−にが可能であるが
、＊ｑ、　’（ｒ−一般に行なわねている上記のような
什」二熱処理では表面酸化物層の除去を優先するあまり
、脱窒については余り考慮されていないのが実情である
。従って上記のような通常の仕上熱処理で製造された銅
粉のＮ針は４０　ｐｐｍを越える場合もある。このため
−殻粉末冶金用鋼粉の圧粉密度は？Ｆｌ渭剤（Ｚｒ＋ｓ
ｔ−ステアリン酸亜鉛）をｌチ混合し成形圧力５ｔ／ａ
♂で成形した場合、６．７５〜６．８５ｆ’、／８糧度
にとどまつでいる。

なお脱窒は、主に下記反応式により進行するものと考え
られる。

１．１　＋　７５’Ｈ２−）　　ＮＩＰ８（１）すなわ
ち脱窒におよばす熱処理雰囲気の影響は大きく、純Ｈ２
中においては容易に脱窒が進行するが雰囲気のＮ、ＩＮ
が増加すると脱９速度が低下あるいけ、雰囲気中のＮ２
が銅粉中に浸入する。Ｔｉｒって、。

脱窒を促進するためには、雰囲気を純Ｈ２とするのが望
ましい。

ところが、純Ｈ２は高価であるうえ取扱いが難しく、一
般の粉末冶金用鋼粉の製造用には必ずしも好−ましいも
のとは言えない。そこで熱処理雰囲気は一般にアンモニ
ア分解ガス（Ｈｐ、　；　７５　ｖｏｌ係、Ｎ。

ｉ　２１’ｌ　ｖｏｌ　に　）などが用いられているが
、ＮＩＩが脱窒を抑制するうえ、清粉の表面ｍ化物の還
元によって生ずる水諾気による露点の上昇および脱冑に
よって生゛１′るＮＨ８などにより、炉内雰囲気が汚伊
されるため脱窒がさらに抑制される。従って、現在一般
に用いられている仕上熱処理雰囲気は、鋼粉０脱窒に最
適ヶ雰囲気アあ、おは言えない。２山結果、前記したよ
うに銅粉中に多量のＮが残留しているものと考えられる
。

こ１ｔまでにも脱窒ｆ積極的に行ない、圧縮性を向上さ
せようとする試みはいくつか提案されている。例えば還
元鉄粉の仕上熱処理を帰路還元と脱窒との２回に分内Ｉ
ｆ　１．、、、で行なう熱処理方法が提案されている。

同様にシ゛トマイズ銅粉においても、組織の均一化およ
び表面酸化物の還元と脱窒とを分離した２回の熱処理に
よって、圧縮性の向トを図ることは可能と考えられるう
しかし２回の熱処理ケ行なうことによる解砕回数の増加
およびそれにともなう成形性の劣化、生産ＦＡｆｉｔｌ
ｉの土性は避け＠ｉ６く、特殊用途向は以外の一般粉末
冶金用原料銅粉の製造方法としては、最適なものとは言
えない。

これと似た方法に、熱ザイクルを段階状にとる２段熱処
理法が考えられる。この方法は、高温における組織の均
一化および表面酸化物層の還元後、脱窒を目的とする低
温保持の工程を加えた熱処理方法である。この方法は、
２回熱処理にくらべ成形性の劣化などが少なく優れた方
法と言える。ところがアトマイズ圃粉の仕上熱処理は、
通常ベルト式の連続Ｐμ使用されでいる。このような連
続炉において２段熱処理法を採用するためには、銅粉を
加熱して高温保持、冷却し７て低温保持、更に冷却した
後に出炉と云う段階状の熱サイクルを、一つの炉内で実
現しなければならず、炉内構造の変更、炉長の延長など
、大幅な炉の改造が必要である上、ベルトスピードが制
限され炉の生産性が低下する。従って２段熱処理法は、
連続炉による比較的安価な銅粉を製造するのには最適な
方法であるとは言えない。

すなわち、アトマイズ鋼粉の圧縮性の向上は、脱りを（
ｌ−することによって可能であるにも拘ゎら４゛、生ｆ
ｌ’９１士Ｑ（薯憂メまた脱窒方法が４１？案されない
ために、シ１１．状Ｑ）圧（１（’ｔは低い値にとと歩
っていると云うのがｙ、（ｉ千古でちる。

本発明（１、噴滞？をの粉末冶金用アトマイズ鋼粉の熱
処理に訃ける従来法の間順点を解決することにより、脱
窒を積極的に行なって圧縮性の優れた粉末冶金用アトマ
イズ銀粉を、生産性よく製造できる方法を提供するもの
であって、その要旨は粉末冶金用アトマイズ鋼粉の仕、
ヒｌｒｌシ処理において、アトマイズ鋼粉の組織の均一
化と表面酸化物の還元とを、１質元件寸たけ中性雰囲気
中で９００℃以上の品温加熱保持の条件で行ない、９０
０〜５５０℃の冷却Ｌｌ→程の冷却速度を５〜２０′Ｃ
”７ｍ　ｉｎとすることによって、制圧縮性アトマイズ
銅粉を生＞’Ｔミ性よ＜　製ｉｉ’ｒすＺ）ことが可能
な方法て７ある。

本発明溝は、噴霧されたオまのアトマイズ銀粉の仕上熱
処理について種々研究・実験ｆ債んだ結果、１１Ｌ２、
望を促進することによってアトマイズ銅粉のＪＥ析１作
の向上は可能であり、しかも組織の均一化と銅粉表面酸
化物の還元後の脱窒で−は、保持温度および保持時間の
影響を強く受けるものであるが、高温加熱保持後の冷却
速度を適正に選釈することにより、脱窒性の劣る雰囲気
中においても、比較的容易に脱９反応が進行するこ、と
ｔ知見した。

本発明（ｉこの知見に基づし）でなされたものであって
、噴霧された１才のアトマイズ鋼粉の什−に熱処理にお
いて、還元性オたは中性の雰囲気中で９００〜１　（１
５０℃の湯度範囲内で、５へ一４５分間保持した後、そ
の−ｒトマイズ鍋全Ｈ，＋（］〜８Ｑ　ｖｏ／！・Ｌ　
ＮＨ３４００ｐｐｍ以下、露点４０℃以下である雰囲気
中で、９０．０〜５５０℃の温度Ｎ−１７囲内を冷却速
縮性のアトマイズ鋼粉を製造すＺ）方法である。

以下に、本発明になるアトマイズ鋼粉のＭ漬方法の構成
〜事項にっ−で詳細に説明する。

仕上、第処理の目的の一つは、字＠凝ｌＬＩ！ｌ萌の組
織を均質軟化しＩＥ、１ｉ１１成形注の改善された粉末
にする点にある。

第１図に示したように仕上熱処理後のアトマイズ銀粉の
微少硬度は、仕上熱処理温度に依存し９００℃未≠１・
盲の熱部１「（」では９０分間の保持を行なっても軟ｆ
１；のＪｒ”合が小さく均質軟化が十分に進んで−いる
とはｆ”ｔ　、、−７’ｊ″い。従って、均ＩＦｑ軟化
のために一亘！１　ｆｌ　ｔＩ　Ｃ、ｔＬＪ上に、ｆＬ
　Ｉ晶する必すリがある。アトマイズく「１粉Ｑ」、仕
上熱処理によって、粉末も′７子相互が瞬結と海綿状の
鋼粉の凝琳体となるため、これ乏、！・ンマーミルなど
て解砕［て製品と丈る。このため還元雰囲気中において
１０５０℃をｌ唱えるような高温の熱処理を行なうと、
銅粉の焼結が過度に進行し解砕が困ｉ、：ｇと７）す、
適正粒度を保つために過度の解砕を施さなければならず
、そのために（１）加工硬化による圧縮性の劣化（２）
銅粉の仲秋化による成形性の劣化などの悪影響ンー生し
て好袢シ、〈ない。

ｉイつで、本発明の仕上熱処理の温度（ｒｉ、、均一化
が十分に進行Ｉ７、かつ粒子の焼結による悪影響が生じ
ない５）００〜ｌ　ｆｌ　５１１℃と電るξとが＋（４
要である。

また・あ１口より鏝粉の硬１現に本−上はり仕上熱部Ｊ
ｆｆｉ　時１１１　）影？ｆｉ’　？！：’　ｎＦｌ］
　ヘルド、＠　’４’ｆｉ　（１）　軟（１０４，９（
１０℃以上の温度では保持時ａ■の影１１１Ｉ’は少な
い。（７たがって噴霧凝固組織の均一化にｔ−ｊ：４５
分間以下の熱処理で十分である。々−お下限は、実施に
当っては銅粉の均熱に少くとも５分子ａｎ　ｌ−を要す
るので、本発明の仕上熱処理の高温における保持時間は
５〜番５分間とする。

また本発明のアトマイズ鋼粉の仕土熱４ｒｔｐ　ｘ＋＋
ｒは、凝固組織を均質軟化し、た稜、Ｉ（２金庁有する
奢ｕＩ（気中の徐冷により脱撃を促進し７て圧縮性の向
上を図るものである。そして脱９は冷却速度と雰囲気組
成とに大きく影響されることが第２図に示されている。

図面は高温処理後の徐冷時に、鑓粉の官有Ｎ量に及ぼす
、熱処理雰囲気組成の彫りを示したもので、冷却速度を
５℃／ｍ１ｎおよび４５℃／ｒｒ＋　ｉｎとした場合の
例である。前述したように、銅粉中の窒素の除去は（１
）式に示した）ＪＨ８生成反応である。

このため当然に、高Ｈ２ｔ、低Ｎ２制−の雰囲気はど。

銅粉中の窒素触は減少する。特に冷却速度が４５Ｃ／ｍ
ｉｎと速い場合では、Ｈ２府が高い場合でなければ脱窒
がみられないが、冷却速度が遅い５℃／ｍｉｎの場合で
は、比較的Ｈ，川が少なく　Ｎ、Ｉｔが多い雰囲気妬お
いても、脱窒が進行している。

冷却速度と脱窒反応との関係を笛８図に示したが、脱９
（め及はず冷却速度のけち響は顕著であり、高露点のｐ
（ｆ囲気Ｆでも、徐冷によって脱窒が可能であることを
示【、でいる。従って、従来の比較的露点が畠＜　ＮＨ
，などが含寸′Ｊ１ろ脱窒性の劣る！？囲気１ｃ　％−
（八でも、銅粉の冷却速度に−遅り１゛ること（４：ま
り脱窒を（Ｉｉ″進し、従来比較的低い値にと−どまっ
ていた一般粉末冶金用アトマイズ鋼粉の圧縮性ケ・向上
づせることが出来る。本発明で、仕上熱処理後の冷却過
程において、９００〜５５’Ｏ℃の温度範囲内での冷却
速度ｆｆ５〜２０　℃／ｍ１ｒｌの範囲に限定した理由
は、５℃：／ｍｉｎ未満の冷却速度では脱窒しｔ進行す
るが、冷却速度が遅いために熱処理時間が１増加するた
め生産性が劣化し好ましくなく、また２゜’Ｃ／ｍｉｎ
を越える冷却速度では高紳Ｈ２以外の雰囲気では脱窒の
進行は遅く、銅粉のＮ％七を十分に除去することが出来
ず圧縮性の改善がみられないからである。

なお脱窒は鋼中０１Ｎの拡散速度の速ｂα相領域で行な
うことが望ましく、また５　５Ｑ１：未満の低温では脱
窒の進行は見られない。従って、脱窒を目的とした熱処
理における徐冷の城を９００〜５５０℃の温度範囲内、
！：する。

脱窒は前Ｉも述べたように、冷却速度と雰囲気組成とに
密接に１男連している。従って冷却時の雰囲気組成を限
定する必要がある。まず、第２図に示したように、脱窒
に大きく影響を及ぼすＨ３量、Ｎ預を限定する。Ｈ２量
が８０　ｖｏｌ係ｆ越、する場合には、冷却速度を４５
℃／ｒａ１ｎと比較的速くしても脱窒が進行すイ）。従
って脱窒性の潰れた雰囲気では、必−４゛シも本発明に
よる必要がないので、Ｈ２量の上限を８０ｖｏ／？％と
する。またＨ、量が５　（１ｖｏ／係未満の場合には、
冷却速度を５℃／ｍ　ｉ　ｎとしても脱窒が不十分であ
って、所定の圧縮性が得られない。従って本発明におけ
る冷却時の雰囲気組成のＨｚ　ｉ　ｋ　５０　ｖｏ／１
１以上、８０ｖｏ／１以下に限定する。また第４図に示
すように、雰囲気中のＮＨ８量は、ＮＨ８箱、が４００
　ｐｐｍ以上の雰囲気での熱処理では（１）式の反応が
抑制されて好寸（、＜なく、徐冷によっても脱９は促進
されず、王縮性向十の効果が得られないので、雰囲気中
の７（）■険は＋　００　ｐｐｔ／以下とする。

＋＋７！Ｖ霧した一Ｆ、寸の銅粉を連続炉でＨ２を含む
雰囲気中で大量に什土鎮処理する場合には、釦粉表面の
酸化物層のＦ、Ｗ元で発生４゛ろ水蒸気によって、雰囲
気の露点の上列が避けら１＋、ないが、露点の上昇は下
５図に示゛ｔように脱窒を抑制する。本発明の場合・、
このような脱窒性に劣る雰囲気中でも、徐冷するξ−ど
で脱窒全促進することが可能であるが、同図面が示１よ
うに、本発明の徐？１）範囲内（２０℃／ｍｉｎ　）で
は°、露点が４　ｕ−ｃを越えると、銅粉中のＮの残Ｆ
葎が多くなり脱９が十分でなくなるので、雰囲気の露点
は４０℃以−「に限定する。

以下実施例について、本発明方法を具体的に説明する。

特公昭５２−１９５４０号公報に記載の溶融金属のｆａ
（Ｆ、粉砕装置によりアトマイズ州粉ケ刺遺し供試物と
した８この世舐粉の化学穎成を第１表に、そして見掛密
度、流動度、粒度分布ｔ＠２表に示す。

これ５７　Ｈｆｌ　７５ｖｏｅ　ｑ６、Ｎ　ｇ＊　２ｎ
　ｖ　ｏ　Ｉ！’１４、露点２０℃の雰囲気下で第８表
に示す条件で熱処理し、熱処理後の銅粉のＯ，Ｎおよび
０桶を同じく４８表に示した。

熱処理によって粒子が焼結し、海綿状状となった鋼粉イ
ハンマーミルを用いて解砕した後、８０＃σ）タイラー
＠をｍ−て篩分１＋し、−ＦｌＯ＃の鋼粉を用いて圧縮
性を測定した。

第２表　熱部理補の粉体特性 （ 特開昭５９−３５６０１（５） ここで比較例１は、９５０℃−６０分間の仕上熱処理を
行なったものであり、−殻粉末冶金用鋼粉の仕上熱処理
条件である。比較例２は８５０℃−４５分間の加熱保持
後に、徐冷を行なったものである。

比較例１は冷却速度が速いため脱窒が十分に進行せず、
銅粉中の９素が０．１１０４２　ｗｔ　％と太きい。

ところが比較例２および本発明の実施例１〜５は徐冷を
行なったこと（でよって、脱室が促進され、銅粉中の窒
素量は０．００２　’１以下となった。熱処理後の銅粉
に、１ｑｔｒ）Ｈ？ａｉＲ剤（Ｚｎ５ｔ　）ｖＫ：加え
、Ｖ型混合機で１５分間混合した後、外径１］、Ｒｍｍ
φ、高さ１１．Ｆｌ　±０．２５　ｍ、ｍ、ｈの円柱状
の圧粉体を成形圧力５　ｔ／ｃｙ”で成形し、外径寸法
および重Ｍより圧粉密度を測定し圧縮性ケ評価した。こ
の結果５Ｃ第８表中に示した。比較例１は、鋼粉中の窒
素量が多、いため圧粉密度が低く圧縮性が悪い。また比
較例２は徐冷を行ったため脱窒は進行したが、保持温度
が低温のため組織の均質軟化が不十分であり、圧粉密度
が低い。しかし本発明の熱処理ケ行なつた実施例１〜５
の圧粉密度社いずれも６．５　ｆ／　８０π り上と優れた圧縮性を示し、本発明の熱処理方法は優れ
た圧縮性向上の手段であることが実証された。′侍に実
施例４，５のように短時間保持した後に徐？′？ｆを行
なうことにより、生産性に優れ、高圧縮性のアトマイズ
銅粉を安価に製造することが可能となった。

以上説明したように、アトマイズ鋼粉の仕上熱処理の現
状では、銅粉の圧縮性を著しく低下させる窒素の除去に
つ亀ハては余り考慮されておらず、仕」二熱部浬後も尚
′ｒトマイズ鋼粉中には多量の１９が残存１１．でいる
ものと考、えられていたが、本発明によって高温還元熱
処理後、時定条件のもとで徐冷を行なう脱窒処理方法が
提供され、安価°な゛高圧縮性丁ｔマイズ鋼粉の大量生
産が６丁能となり、焼結部品の大型化・高強度化の最近
の要望に応え得ることになった本発明の粉末冶金用アト
マイズ銅粉の製造法は、極めて顕著な工苗効果をもたら
すものである。

【図面の簡単な説明】

第１Ｍは粉末冶金用アトマイズ惰粉の熱処理温度と銅粉
硬度との関係を示すグラフ、 第２図は異なる冷却速度における熱処理雰囲気中のＨ２
量と銅粉Ｎ量との関係を示すグラフ、第８図は冷却速度
と銅粉Ｎｔとの関係分示すグラフ、 ＠４図は熱処理雰囲気中のＮＨ８情と鋼粉Ｎ量との関係
を示すグラフ、 第５図は熱処理雰囲気の露点と銅粉Ｎ量との関係を示す
グラフである〇 特許出願人　　　川崎製鉄株式会社 第１図 第２図 第８図 第４図 ＮＨ３量（ＰＰ”）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　粉末冶金用アトマイズ鋼粉の仕上熱処理において
   、アトマイズ鋼粉を還元性あるいは中性雰囲気中で９０
   ０〜１０５０℃の温度範囲内で５〜４５分間保持した後
   、該アトマイズｉ粉をＨＦ＋Ｏ〜８０ｖｏｌ！１、Ｎｕ
   ｓ　４００　ｐｐｍ以下、露点４０℃以下である雰囲気
   中で９゛００〜ＦＩ　Ｉｓ　ＯＹ’、　／７）温度範囲
   内を冷却速度５〜ｚＯ℃／ｍｉｎで冷却１７て、該゛γ
   アトマイズ鋼粉脱窒を促進することを特徴とする生産性
   に優れる℃°６圧縮性丁トーγイズ鋼粉の製造方法。