JP3201070B2 - 粉末冶金用水アトマイズ鉄粉、その製造法、並びに焼結時の寸法変化制御方法 - Google Patents
粉末冶金用水アトマイズ鉄粉、その製造法、並びに焼結時の寸法変化制御方法Info
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Landscapes
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- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は粉末冶金法に基づく焼結
製品の製造技術に関し、詳細には焼結時の寸法変化を可
及的に少なくしたり、或はその変化度合いを自由に制御
することのできる焼結製品製造技術に関するものであ
る。
製品の製造技術に関し、詳細には焼結時の寸法変化を可
及的に少なくしたり、或はその変化度合いを自由に制御
することのできる焼結製品製造技術に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】水アトマイズ法によって製造した鉄粉を
用いて焼結製品を製造するに際しては、上記鉄粉に適当
量のバインダ等を混合して製品形状にプレス成形した
後、これを焼結炉に装入して焼結するが、焼結工程の前
後で寸法変化を生じることは避けられない。この寸法変
化は焼結反応による収縮、鉄粉に混合された黒鉛粉から
γ域の鉄粉中への浸炭反応による膨張、Ｃｕの拡散によ
る膨張等が複雑に作用し合い、一般的には膨張方向（従
ってプラス方向）に現れるので、焼結後にサイジング加
工を付加して規定寸法に一致させている。
用いて焼結製品を製造するに際しては、上記鉄粉に適当
量のバインダ等を混合して製品形状にプレス成形した
後、これを焼結炉に装入して焼結するが、焼結工程の前
後で寸法変化を生じることは避けられない。この寸法変
化は焼結反応による収縮、鉄粉に混合された黒鉛粉から
γ域の鉄粉中への浸炭反応による膨張、Ｃｕの拡散によ
る膨張等が複雑に作用し合い、一般的には膨張方向（従
ってプラス方向）に現れるので、焼結後にサイジング加
工を付加して規定寸法に一致させている。
【０００３】しかしこのときの寸法変化率（焼結前の寸
法値に対する焼結前後の寸法変化量の比率）が大き過ぎ
るとサイジング加工の負荷が多くなり、また小さ過ぎる
とサイジング加工が不可能になる等、焼結部品の製造に
際して種々の不都合を生じる。そこで焼結部品の形状や
サイジング加工機側の事情等に対応し得る様に寸法変化
率を正確にコントロールすることが必要である。寸法変
化率は焼結条件（温度，時間，雰囲気ガス組成等）、バ
インダ等の副資材条件（化学的性質、銘柄、混合量
等）、鉄粉成分条件（Ｏ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ等の含有量、或
は粒度等）などにより変化することが知られているが、
これらの既知の要因を一定に制御しても寸法変化率が大
きく変動することがあり、場合によっては大量の鉄粉原
料或は焼結製品を廃棄処分しなければならないこともあ
る。
法値に対する焼結前後の寸法変化量の比率）が大き過ぎ
るとサイジング加工の負荷が多くなり、また小さ過ぎる
とサイジング加工が不可能になる等、焼結部品の製造に
際して種々の不都合を生じる。そこで焼結部品の形状や
サイジング加工機側の事情等に対応し得る様に寸法変化
率を正確にコントロールすることが必要である。寸法変
化率は焼結条件（温度，時間，雰囲気ガス組成等）、バ
インダ等の副資材条件（化学的性質、銘柄、混合量
等）、鉄粉成分条件（Ｏ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ等の含有量、或
は粒度等）などにより変化することが知られているが、
これらの既知の要因を一定に制御しても寸法変化率が大
きく変動することがあり、場合によっては大量の鉄粉原
料或は焼結製品を廃棄処分しなければならないこともあ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、焼結時の寸法変化
率をプラス側の低い安定した値にコントロールすること
が可能な製造技術、更には焼結製品形状や焼結・サイジ
ング加工者サイドの事情等によって特に希望された寸法
変化率が支持された場合はそれに対応できる様な、即ち
寸法変化率を自在にコントロールし得る様な技術、また
更にはその様な寸法変化率のコントロールを長時間に亘
って安定に維持実行し得る様な技術を提供しようとする
ものである。
情に着目してなされたものであって、焼結時の寸法変化
率をプラス側の低い安定した値にコントロールすること
が可能な製造技術、更には焼結製品形状や焼結・サイジ
ング加工者サイドの事情等によって特に希望された寸法
変化率が支持された場合はそれに対応できる様な、即ち
寸法変化率を自在にコントロールし得る様な技術、また
更にはその様な寸法変化率のコントロールを長時間に亘
って安定に維持実行し得る様な技術を提供しようとする
ものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明は、アトマイズ水中のナトリウムを変化
させれば鉄粉中のナトリウム含有量が変化し、それによ
って寸法変化率が比例的に変化することを発見したこと
に基づくものである。従ってまず寸法変化率がプラス側
で安定した値を示す本発明の粉末冶金用水アトマイズ鉄
粉とは、ナトリウム原子の含有率が３０ｐｐｍ以下に抑
制されたことを要旨とするものである。
のできた本発明は、アトマイズ水中のナトリウムを変化
させれば鉄粉中のナトリウム含有量が変化し、それによ
って寸法変化率が比例的に変化することを発見したこと
に基づくものである。従ってまず寸法変化率がプラス側
で安定した値を示す本発明の粉末冶金用水アトマイズ鉄
粉とは、ナトリウム原子の含有率が３０ｐｐｍ以下に抑
制されたことを要旨とするものである。
【０００６】上記した様な水アトマイズ鉄粉は、ナトリ
ウム分の少ない水、具体的には硬水を用いて水アトマイ
ズすることによって製造される。そして硬水中のナトリ
ウム分が特に少ないときはナトリウム分が一層少なくな
った水アトマイズ鉄粉が得られ、硬水に軟水を混合して
水中のナトリウム分をやや高めたものを使用したときは
ナトリウム分が若干高められた水アトマイズ鉄粉が得ら
れる。従ってアトマイズ水を循環して使用する様な混合
的製法においては、時間の進行に伴って水が少なくなっ
てくるのに対し、補充される水として軟水もしくは硬水
またはこれらの混合水を用いたり、或は循環使用水の一
部を軟水及び／又は硬水と入れ替える様に制御すればア
トマイズ水中の、ひいては鉄粉中のナトリウム分を自由
にコントロールすることができ、その結果として寸法変
化率が希望値にコントロールされた粉末用水アトマイズ
鉄粉が得られる。
ウム分の少ない水、具体的には硬水を用いて水アトマイ
ズすることによって製造される。そして硬水中のナトリ
ウム分が特に少ないときはナトリウム分が一層少なくな
った水アトマイズ鉄粉が得られ、硬水に軟水を混合して
水中のナトリウム分をやや高めたものを使用したときは
ナトリウム分が若干高められた水アトマイズ鉄粉が得ら
れる。従ってアトマイズ水を循環して使用する様な混合
的製法においては、時間の進行に伴って水が少なくなっ
てくるのに対し、補充される水として軟水もしくは硬水
またはこれらの混合水を用いたり、或は循環使用水の一
部を軟水及び／又は硬水と入れ替える様に制御すればア
トマイズ水中の、ひいては鉄粉中のナトリウム分を自由
にコントロールすることができ、その結果として寸法変
化率が希望値にコントロールされた粉末用水アトマイズ
鉄粉が得られる。
【０００７】上記した本発明は鉄粉中に混入されるナト
リウム含有量のコントロールを基礎としたものである
が、本発明者らの研究によれば通常の方法または上記方
法によって製造されたアトマイズ鉄粉に外部添加として
粉末状無機ナトリウム化合物を配合して焼結を行なった
場合には、当初から鉄粉中に含まれるナトリウム量と外
部添加のナトリウム量の両方の作用によって、焼結時の
寸法変化率が自由に調整されることも見出した。
リウム含有量のコントロールを基礎としたものである
が、本発明者らの研究によれば通常の方法または上記方
法によって製造されたアトマイズ鉄粉に外部添加として
粉末状無機ナトリウム化合物を配合して焼結を行なった
場合には、当初から鉄粉中に含まれるナトリウム量と外
部添加のナトリウム量の両方の作用によって、焼結時の
寸法変化率が自由に調整されることも見出した。
【０００８】
【作用および実施例】図１は鉄粉中のナトリウム濃度
と、鉄粉焼結時の寸法変化率の関係を示すグラフであ
り、ナトリウム濃度が高くなるにつれて寸法変化率が低
下していく状況を知ることができる。 焼結原料：Ｆｅ−２．０％Ｃｕ−０．９％グラファイト
−０．７５％ステアリン酸亜鉛 焼結雰囲気：７５％Ｈ2 −２５％Ｎ2 （ＡＸガス） 寸法変化率：［（焼結後の寸法−焼結前の寸法）／（焼
結前の寸法）］×１００
と、鉄粉焼結時の寸法変化率の関係を示すグラフであ
り、ナトリウム濃度が高くなるにつれて寸法変化率が低
下していく状況を知ることができる。 焼結原料：Ｆｅ−２．０％Ｃｕ−０．９％グラファイト
−０．７５％ステアリン酸亜鉛 焼結雰囲気：７５％Ｈ2 −２５％Ｎ2 （ＡＸガス） 寸法変化率：［（焼結後の寸法−焼結前の寸法）／（焼
結前の寸法）］×１００
【０００９】図１のグラフから、寸法変化率を高めに設
定する為には、鉄粉中のナトリウム分を少なくすること
が望まれること、一方鉄粉中のナトリウム分が零である
ときの寸法変化率は、若干変動があるもののおおむね
０．３％前後であり、これを基準と考えて０．１％以内
の範囲、即ち０．３−０．１＝０．２％より高い寸法変
化率を達成することが好都合であると考えられ、その限
界である０．２％の寸法安定率を下回らない為には、鉄
粉中のナトリウムを多くとも３０ｐｐｍに止めるべきで
あること等の結論を導くことができる。
定する為には、鉄粉中のナトリウム分を少なくすること
が望まれること、一方鉄粉中のナトリウム分が零である
ときの寸法変化率は、若干変動があるもののおおむね
０．３％前後であり、これを基準と考えて０．１％以内
の範囲、即ち０．３−０．１＝０．２％より高い寸法変
化率を達成することが好都合であると考えられ、その限
界である０．２％の寸法安定率を下回らない為には、鉄
粉中のナトリウムを多くとも３０ｐｐｍに止めるべきで
あること等の結論を導くことができる。
【００１０】前述した様に焼結工程中には黒鉛粉のＣ原
子が高温のγ晶中に浸入するが、この浸入を妨げる条件
の下ではＣの浸入による膨張作用よりも焼結による収縮
作用が勝ることとなって寸法変化率が減少方向に向か
う。一方本発明者らが着目したナトリウム原子はＣ原子
の浸入を妨げる作用を有するため、ナトリウム原子を極
力抑制してＣ原子の浸入を十分に行なわせる様にすれ
ば、Ｃの浸入による膨張作用が発揮されて寸法変化率が
大きくなり、本発明の目的が達成されるのである。
子が高温のγ晶中に浸入するが、この浸入を妨げる条件
の下ではＣの浸入による膨張作用よりも焼結による収縮
作用が勝ることとなって寸法変化率が減少方向に向か
う。一方本発明者らが着目したナトリウム原子はＣ原子
の浸入を妨げる作用を有するため、ナトリウム原子を極
力抑制してＣ原子の浸入を十分に行なわせる様にすれ
ば、Ｃの浸入による膨張作用が発揮されて寸法変化率が
大きくなり、本発明の目的が達成されるのである。
【００１１】この様な機構を説明するのが図２であり、
ナトリウム含有量の少ない（１０ｐｐｍ）実施例鉄粉と
ナトリウム含有量の多い（６０ｐｐｍ）比較例鉄粉につ
いて、熱膨張計による寸法変化の測定結果を示したもの
である。尚焼結原料組成および焼結雰囲気は図１のそれ
と同じとした。図２から明らかである様に加熱中の浸炭
による膨張（ａ点からｂ点への移動）は比較例鉄粉に比
べて本発明鉄粉の方が顕著に大きい。
ナトリウム含有量の少ない（１０ｐｐｍ）実施例鉄粉と
ナトリウム含有量の多い（６０ｐｐｍ）比較例鉄粉につ
いて、熱膨張計による寸法変化の測定結果を示したもの
である。尚焼結原料組成および焼結雰囲気は図１のそれ
と同じとした。図２から明らかである様に加熱中の浸炭
による膨張（ａ点からｂ点への移動）は比較例鉄粉に比
べて本発明鉄粉の方が顕著に大きい。
【００１２】上記の様なナトリウム含有量の少ない鉄粉
を製造するに際しては、アトマイズ処理に用いる水中の
ナトリウム含有量が少ないものでなければならないこと
が分かった。例えばある実験によれば、軟水（ナトリウ
ム濃度：３００ｐｐｍ）から硬水（ナトリウム濃度：２
０ｐｐｍ）に切替えたところ、水アトマイズ鉄粉中のナ
トリウム濃度が６０ｐｐｍから１０ｐｐｍに減少し、本
発明の目的が達成されることを知った。
を製造するに際しては、アトマイズ処理に用いる水中の
ナトリウム含有量が少ないものでなければならないこと
が分かった。例えばある実験によれば、軟水（ナトリウ
ム濃度：３００ｐｐｍ）から硬水（ナトリウム濃度：２
０ｐｐｍ）に切替えたところ、水アトマイズ鉄粉中のナ
トリウム濃度が６０ｐｐｍから１０ｐｐｍに減少し、本
発明の目的が達成されることを知った。
【００１３】図３はアトマイズ水を循環使用する様な生
産管理がなされているある生産工場において、はじめ軟
水を循環使用していたところを、約１２日間を要して少
しずつ硬水に切替えていった場合の焼結製品の寸法変化
率を逐一追跡した結果を示すグラフである。図３から明
らかである様に、硬水への切替えが進むにつれて寸法変
化率が次第に高くなっていき、循環水が全て硬水に切替
えられた後は、寸法変化率が高いレベルで安定すること
が分かる。
産管理がなされているある生産工場において、はじめ軟
水を循環使用していたところを、約１２日間を要して少
しずつ硬水に切替えていった場合の焼結製品の寸法変化
率を逐一追跡した結果を示すグラフである。図３から明
らかである様に、硬水への切替えが進むにつれて寸法変
化率が次第に高くなっていき、循環水が全て硬水に切替
えられた後は、寸法変化率が高いレベルで安定すること
が分かる。
【００１４】ところで水アトマイズ鉄粉を製造する設備
においては、軟水として一般工業用水が用いられている
が、長期間の追跡調査によれば、一般工業用水中のナト
リウムイオン量が大きなうねりを描いて変化しているこ
とが分かった。図４はその状況を示すもので、カリウム
イオン濃度やｐＨの変化が少ないのに比べてナトリウム
イオンおよび塩素イオンはかなり大きいうねりを描いて
変動していることが理解される。
においては、軟水として一般工業用水が用いられている
が、長期間の追跡調査によれば、一般工業用水中のナト
リウムイオン量が大きなうねりを描いて変化しているこ
とが分かった。図４はその状況を示すもので、カリウム
イオン濃度やｐＨの変化が少ないのに比べてナトリウム
イオンおよび塩素イオンはかなり大きいうねりを描いて
変動していることが理解される。
【００１５】従って先に説明した様に、一般工業用水を
アトマイズ水として使用している設備においては、アト
マイズ水中のナトリウムイオン濃度または塩素イオン濃
度を追跡調査しておき、一方希望する寸法変化率に対応
する様な希望ナトリウムイオン濃度を前記した図１から
読取り、アトマイズ水中のナトリウムイオン濃度を当該
希望ナトリウムイオン濃度に向けて変化させていくとい
う狙いの下に硬水の補充または入れ替えを行なっていく
ことが必要であるとの結論を得た。
アトマイズ水として使用している設備においては、アト
マイズ水中のナトリウムイオン濃度または塩素イオン濃
度を追跡調査しておき、一方希望する寸法変化率に対応
する様な希望ナトリウムイオン濃度を前記した図１から
読取り、アトマイズ水中のナトリウムイオン濃度を当該
希望ナトリウムイオン濃度に向けて変化させていくとい
う狙いの下に硬水の補充または入れ替えを行なっていく
ことが必要であるとの結論を得た。
【００１６】上記説明では、鉄粉製造過程中のナトリウ
ム混入量を制御することの意義を中心に述べてきたが、
鉄粉と副資材の混合過程で、例えばＮａＣｌやＮａ2 Ｃ
Ｏ3等の無機ナトリウム化合物を加える所謂外添方式を
採用して焼結製品中のナトリウム含有量を調整すること
によっても本発明の目的が達成されることを知った。こ
の方法は酸素濃度制御等の他の膨張率制御手段と組合せ
て使用するものであり、ナトリウム含有量を１００ｐｐ
ｍ以下の範囲内で制御することが可能である。
ム混入量を制御することの意義を中心に述べてきたが、
鉄粉と副資材の混合過程で、例えばＮａＣｌやＮａ2 Ｃ
Ｏ3等の無機ナトリウム化合物を加える所謂外添方式を
採用して焼結製品中のナトリウム含有量を調整すること
によっても本発明の目的が達成されることを知った。こ
の方法は酸素濃度制御等の他の膨張率制御手段と組合せ
て使用するものであり、ナトリウム含有量を１００ｐｐ
ｍ以下の範囲内で制御することが可能である。
【００１７】図５はナトリウム含有量が０である鉄粉に
粒度１８０μｍ以下のＮａ2 ＣＯ3粉末を加えたとき
の、焼結製品の寸法変化率を測定して示したものである
が、わずかな量のナトリウムを添加することによって寸
法変化率を従量的に高精度にコントロールし得るもので
あることが分かる。
粒度１８０μｍ以下のＮａ2 ＣＯ3粉末を加えたとき
の、焼結製品の寸法変化率を測定して示したものである
が、わずかな量のナトリウムを添加することによって寸
法変化率を従量的に高精度にコントロールし得るもので
あることが分かる。
【００１８】
【発明の効果】本発明は上記の様に構成されているの
で、サイジング加工に好適と考えられる比較的高いレベ
ルの寸法安定率を示す焼結製品を製造することが可能と
なった。また製品の形状や用途、或はサイジング加工機
側の要請に対応した寸法変化率を設計通りに供給するこ
とが可能となった。
で、サイジング加工に好適と考えられる比較的高いレベ
ルの寸法安定率を示す焼結製品を製造することが可能と
なった。また製品の形状や用途、或はサイジング加工機
側の要請に対応した寸法変化率を設計通りに供給するこ
とが可能となった。
【図１】水アトマイズ鉄粉中のナトリウム濃度と焼結時
の寸法変化率の関係を示すグラフ。
の寸法変化率の関係を示すグラフ。
【図２】鉄粉に加熱−冷却の熱履歴を与えたときの寸法
変化を示すグラフ。
変化を示すグラフ。
【図３】アトマイズ水を軟水から徐々に硬水へ切替えて
いったときの焼結製品の寸法変化率の変動を示すグラ
フ。
いったときの焼結製品の寸法変化率の変動を示すグラ
フ。
【図４】一般工業用水の性状及び各種イオン濃度の変化
状況を示すグラフ。
状況を示すグラフ。
【図５】無機ナトリウム化合物を外添したときの焼結製
品の寸法変化率への影響を示すグラフ。
品の寸法変化率への影響を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早見 威彦 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内 (72)発明者 佐藤 正昭 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内 (72)発明者 高田 稔 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内 (56)参考文献 特開 平２−97605（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22F 1/00 B22F 9/08
Claims (5)
- 【請求項１】 ナトリウム原子の含有率が３０ｐｐｍ以
下に抑制されたものであることを特徴とする粉末冶金用
水アトマイズ鉄粉。 - 【請求項２】 ナトリウム分の少ない水を用いて水アト
マイズすることによって請求項１に記載の粉末冶金用水
アトマイズ鉄粉を製造する方法。 - 【請求項３】 硬水を用いて水アトマイズする請求項２
に記載の製造法。 - 【請求項４】 アトマイズ水を繰り返し循環使用して水
アトマイズを行なうに当たり、軟水及び／又は硬水の補
充・入れかえを行なうことによってアトマイズ水中のナ
トリウムイオンを制御し、そのことによって鉄粉中のナ
トリウム原子含有量を調整することを特徴とする請求項
１に記載の粉末冶金用水アトマイズ鉄粉を製造する方
法。 - 【請求項５】 粉末冶金用水アトマイズ鉄粉を用いる粉
末冶金法によって焼結製品を製造するに当たり、調整さ
れた量の粉末状無機ナトリウム化合物を添加することに
よって焼結時の寸法変化を制御する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11071693A JP3201070B2 (ja) | 1993-05-12 | 1993-05-12 | 粉末冶金用水アトマイズ鉄粉、その製造法、並びに焼結時の寸法変化制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11071693A JP3201070B2 (ja) | 1993-05-12 | 1993-05-12 | 粉末冶金用水アトマイズ鉄粉、その製造法、並びに焼結時の寸法変化制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06322403A JPH06322403A (ja) | 1994-11-22 |
| JP3201070B2 true JP3201070B2 (ja) | 2001-08-20 |
Family
ID=14542675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11071693A Expired - Lifetime JP3201070B2 (ja) | 1993-05-12 | 1993-05-12 | 粉末冶金用水アトマイズ鉄粉、その製造法、並びに焼結時の寸法変化制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3201070B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102921941B (zh) * | 2012-10-17 | 2015-01-14 | 宁波拓发汽车零部件有限公司 | 减震器活塞杆及其制备方法 |
| WO2015015833A1 (ja) * | 2013-07-29 | 2015-02-05 | 株式会社村田製作所 | 内部電極ペースト |
-
1993
- 1993-05-12 JP JP11071693A patent/JP3201070B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06322403A (ja) | 1994-11-22 |
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