JP2545447B2

JP2545447B2 - 鉄系焼結部品のロ―付接合方法

Info

Publication number: JP2545447B2
Application number: JP63165737A
Authority: JP
Inventors: 隆小磯
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1988-07-01
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPH0215875A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は鉄系焼結部品と鉄系焼結部品又は鉄系焼結部
品と鋼材をロー付接合することによって複雑形状部品を
製造し、又は異なる製法による部品を複合化するための
鉄系焼結部品のロー付接合方法に関するものである。

（従来の技術）焼結部品と焼結部品を複合化する方法として銅溶浸に
よる接合、焼結時の寸法変化差を利用して接合する方法
が知られており、一方数年前から焼結部品のロー付接合
が実用化されはじめている。

このようなロー付接合で、従来鉄系焼結部品をロー付
接合することは、溶けたロー材が接合すべき面に浸透す
るよりも、本体の鉄系焼結部品の空孔内に毛細血管力で
浸透するため困難とされていた。

しかし、Cu−Ni−Mn系よりなるロー材を使用すると、
ロー材の融点（1920゜F）以上の温度に加熱することに
よりロー材は溶け、しかも鉄と反応すると融点が上昇す
るために焼結部品本体へのロー材の浸透量が抑制され、
良好なロー付接合が鉄系焼結部品に対しても実施出来る
ようになってきたということである。

第１図はその原理の説明図である。図面において、
（１）及び（２）は接合しようとする鉄系焼結合金、
（３）はCu−Ni−Mn系よりなるロー材、（４）は接合面
である。

第１図の状態において、ロー材（３）の融点以上の温
度に加熱すると、ロー材（３）が溶けて（ｂ）の方向へ
流れ焼結部品（２）の空孔へ入っていこうとする。しか
し、焼結部品（２）の鉄と反応しロー材（３）の融点が
上昇するため或る程度の深さまで浸透した段階で凝固
し、それ以上（ｂ）の方向には浸透しなくなり、（ａ）
の方向、即ち接合面（４）に拡がり、鉄系焼結部品
（１）と（２）のロー付接合が出来るということであ
る。

（解決しようとする課題）焼結部品用のロー材として要求される性質は、焼結
部品本体への浸透は出来るだけ少なく、接合面でのロ
ー材の到達距離が長いことである。しかし、ロー材のこ
のような性質は、ロー付する炉の雰囲気、接合しようと
する焼結部品の材料組成、接合面の表面状態、接合部品
間のギャップ等によって変化する。

鉄系焼結部品用のロー材として使用されている上述の
Cu−Ni−Mn系材料は焼結部品本体への浸透深さ及び接合
面の到達距離を改善するために微量のSi、Ｂ等を含んで
いるが、第２図に示すように理想の要求とはほど遠いも
のである。

接合しようとする焼結部品個々において、上述の如き
要因によって変化するものであれば、しかもオールマイ
ティ的なロー材がないとすれば、何らかの方法でロー材
の流れ性を制御してやることが必要となってくる。

（課題を解決するための手段）本発明は上述の課題を解決する鉄系焼結部品のロー付
接合方法を提供するもので、その特徴は鉄系焼結部品及
びロー材共に圧粉体を用い、ロー材はCu−Ni−Mn系の粉
末に、３〜15％の鉄粉、１〜10％の銅粉、１〜７％のSn
粉のうち少くとも１種類を添加した圧粉体を使用してロ
ー付状態に組立てた後、ロー材の融点以上の温度で加熱
してロー付と焼結を同時に行なうことにある。

単に接合面でのロー材の到達距離を長くする手段とし
て例えば特許第1201702号に示されるように接合面に溝
を設ける方法もあるが、これだけでは上述の変動要因に
対して不十分であり、変動要因に対してロー材そのもの
で何らかの対策をすることが重要である。

この方法としては、ロー材の原料そのものを変化さ
せる方法、ロー材原料そのものは固定しておいて、添
加元素を加えてロー材の性質を変化させる方法が考えら
れる。このうち、の方法は接合部品に応じて原料組成
を変えることが必要であり、ロー材の種類が多くなりす
ぎて実用的でない。従っての方法がベターであるが、
どのような添加元素を加えていけばよいのかを明確にす
る必要がある。

（添加元素の探索）どのような添加元素を加えればよいかを探索するため
次のような実験を行なった。

実験方法： P/M:Fe（成形密度6.8g/cm³）ロー材：ロー材組成＋Fe、Sn、Cu混合ロー材組成:Cu＋40Ni＋20Mn＋2Si＋1B 第３図（イ）のようにP/M上にロー材をセットし、同
図（ロ）のようにブタン変成ガス中で1130℃×20分加熱
焼結し、同図（ハ）のようにロー材の表面へのひろが
り、P/M本体への浸透について調査した。

結果：ロー材の特性を変化させうる元素として有効なF
e、Sn、Cuを見出した。

Feについては、第４図に示すように、添加量を15％以
上、例えば20％添加すると同図（ロ）のようにロー材が
P/M上面で丸まってしまって横方向にはひろがらない。
従って15％以下にする必要がある。又ロー材の圧粉体強
度は改善されない。

Cuは添加量を増加させればさせる程、第５図（ロ）の
ようにP/M本体への浸透は増大するが、ロー材の圧粉体
強度は著しく改善される。又SnはCuと同じような傾向を
示すが、圧粉体強度は改善されない。

これらの結果からCu−Ni−Mn系ロー材のみではP/M本
体への浸透量が多いが、Feを添加すると本体への浸透を
抑えることが出来るし、Cu、Snを添加するとP/M本体へ
の浸透量は多くなるものの、横方向へのひろがりも増大
することがわかり、ロー材の流れ性を制御する方法を見
出した。

又ロー材にFeを固溶させた合金粉末を用いるとロー材
の融点が上昇するので、一般の焼結温度では使用出来な
くなるので、Feは外部添加することが必要である。

（実施例）ロー材の本体への浸透深さを少なくすることが重要な
ので、Feの添加について実験を行なった。

実験1: Cu−Ni−Mn系ロー材に一般に粉末冶金用として使用さ
れているアトマイズ鉄粉を５％混合し、6ton/cm²の圧力
でロー材の圧粉体を作り実験を行なった。比較のために
鉄粉を入れないものについても同じ条件で作成した。

第６図（イ）は本実験における成形〜セットの状態図
で、本体P/MはＡ、Ｂとも同一材料で、Fe＋２％Cu＋0.8
％Ｃ、成形密度6.5g/cm³のものを用いた。これを:113
0℃×20分ブタン変成ガス、:1250℃×60分N₂ガス中で
ロー付し、焼結した。（第６図ロ参照）その結果、焼結温度が高くなるとロー材はP/M本体へ
の浸透、接合面への到達距離も大きくなる。又鉄粉を混
合した方が、しないものよりP/M本体への浸透量が少な
いことが確認された。

実験2: 第７図は本実験に用いたサンプルの構造図で、同図
（イ）は上面図、同図（ロ）は縦断面図、同図（ハ）は
下面図である。

P/M本体はFe＋２％Cu＋0.8C、成形密度6.5g/cm³、ロ
ー材はCu−Ni−Mn系＋５％Fe、成形圧力6ton/cm²で、図
のようなサンプル100ヶを製作し、1130℃×20分、ブタ
ン変成ガス中でロー付、焼結した。

結果は、40％の接合不良（スキマ）が発生した。

この要因究明のためロー材の圧粉体中のFeを定量分析
したところ、５％の配合にもかかわらず、３〜７％もば
らついていることが判明した。この発生理由は、ロー材
の粒度が＃−40〜＋200であるにもかかわらず、鉄粉が
＃−100と細かいため、混合〜給粉までの工程中で偏析
したものと推定される。

実験3: ロー材として添加する鉄粉の粒度の粗い＃−65の粉末
を使用し、実験２と同様のテストを行なったところ、10
0％良好な結果が得られた。

この実験を５回繰り返したところ、微小なスキマもな
い状態のものが80〜100％、局部的に微少なスキマのも
のも良好とすると100％という結果が得られた。

このように、ロー材の粒度と鉄粉の粒度を近づけるだ
けで、接合効果が大幅に改善されることが判明した。

実験4: ロー材と鉄粉を混合するとき、鉄粉が偏析しないよう
にすればよいわけで、ロー材にオレイン酸を加えて母混
合した後、細かい鉄粉を加えて混合したところ、実験３
と同様な良好な結果が得られた。

基材的にはロー材と鉄粉の偏析を防止すればよいわけ
であるから、ロー材と鉄粉を局部的に拡散結合してもよ
い。

実験5: ロー材としてCu−Ni−Mn系ロー材＋５％Fe（粒度を粗
くした鉄粉）＋２％Snを使用してロー付実験を行なった
ところ、Fe粉のみの場合よりも本体への浸透は若干大き
くなるものの接合面への浸透も大きくなり良好な接合結
果を得ることが出来た。

（発明の効果）以上説明したように本発明の鉄系焼結部品の接合方法
によれば、ロー材としてCu−Ni−Mn系の粉末に鉄粉、銅
粉、Sn粉の少なくとも１種類以上を添加した圧粉体を用
いることにより、その流れ性が改善され、良好な接合部
品を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉄系焼結部品のロー付による原理の説明図であ
る。第２図はロー材としてのCu−Ni−Mn系材料の本体への浸
透深さと、接合面での到達距離の関係特性図である。第３図（イ）〜（ハ）はロー材組成への添加元素の探索
のための実験の説明図であり、第４図（イ）、（ロ）は
鉄粉添加、第５図（イ）、（ロ）は銅粉添加の場合の状
態図である。第６図（イ）（ロ）は鉄粉添加の効果の実験の説明図で
ある。第７図は同上実験のサンプルの構造図で、同図（イ）は
上面図、同図（ロ）は縦断面図、同図（ハ）は下面図で
ある。１、２……鉄系焼結部品、３……ロー材、４……接合
面、

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄系焼結部品と鉄系焼結部品又は鉄系焼結
部品と鋼材をロー付接合する方法において、鉄系焼結部
品及びロー材共に圧粉体を用い、ロー材はCu＋30〜50％
Ni＋15〜25％Mn＋１〜５％Si＋0.5〜2.0％Ｂよりなる合
金粉末に３〜15％の鉄粉、１〜10％の銅粉、１〜７％の
Sn粉のうち少なくとも１種類以上を添加した圧粉体を使
用してロー付状態に組立てた後、ロー材の融点以上の温
度で加熱してロー付と焼結を同時に行なうことを特徴と
する鉄系焼結部品のロー付接合方法。