JP5223570B2 - Manufacturing method of composite sintered body, composite sintered body, and fuel injection valve - Google Patents
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Description
本発明は、複合焼結体の製造方法、複合焼結体および燃料噴射弁に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a composite sintered body, a composite sintered body, and a fuel injection valve.
金属粉末を含む成形体を焼結して金属製品を製造するに際し、成形体の製造方法として、例えば、金属粉末と有機バインダとを混合、混練し、この混練物を用いて射出成形する金属粉末射出成形(MIM:Metal Injection Molding)法が知られている。
このMIM法により製造された成形体は、脱脂処理(脱バインダ処理)が施されて有機バインダが除去された後、焼結に供され、その結果、目的とする金属製品(焼結体)が得られる。
When producing a metal product by sintering a compact containing a metal powder, for example, as a method for producing the compact, for example, a metal powder and an organic binder are mixed and kneaded, and the metal powder is injection molded using the kneaded product. An injection molding (MIM: Metal Injection Molding) method is known.
The molded body manufactured by the MIM method is subjected to degreasing treatment (debinder treatment) and the organic binder is removed, and then subjected to sintering. As a result, a target metal product (sintered body) is obtained. can get.
ところで、組成の異なる2種類の金属粉末を用いることにより、部分ごとに種類の異なる金属材料で構成された複合焼結体を得ることが行われている。例えば、長尺状の焼結体のうち、一方の側がオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体で構成され、他方の側がフェライト系ステンレス鋼の焼結体で構成されたような複合焼結体は、磁気的特性の異なる部分が隣接してなる機能部品として種々の応用例が想定されている。 By the way, by using two kinds of metal powders having different compositions, it has been performed to obtain a composite sintered body composed of different kinds of metal materials for each part. For example, among the long sintered bodies, one side is composed of an austenitic stainless steel sintered body, and the other side is composed of a ferritic stainless steel sintered body. Various application examples are assumed as functional parts in which portions having different magnetic characteristics are adjacent to each other.
特許文献1には、互いに異なる材質の金属粉末からなる第1部材の成形体と第2部材の成形体とを仮付けした上で、これを一次焼成した後、さらに熱間静水圧プレス(HIP)処理を行うことにより複合焼結体を得る方法が開示されている。
ところが、第1部材の成形体中の金属粉末と第2部材の成形体中の金属粉末とが異なる材質である場合、第1部材の焼結体と第2部材の焼結体とで熱膨張率が異なる。この熱膨張率差は、主に各部材を構成する金属材料の結晶構造の差に起因している。そして、この熱膨張率差は、焼成工程後の複合焼結体において、変形や寸法精度の著しい低下として表面化することとなり、利用上の問題となっていた。
以上のようなことから、組成および結晶構造の異なる2種類の金属粉末を用いて高品質の複合焼結体を製造することは困難であった。
In Patent Document 1, a first member molded body and a second member molded body made of metal powders of different materials are temporarily attached, followed by primary firing, and then hot isostatic pressing (HIP). ) A method for obtaining a composite sintered body by performing a treatment is disclosed.
However, when the metal powder in the molded body of the first member and the metal powder in the molded body of the second member are different materials, thermal expansion occurs between the sintered body of the first member and the sintered body of the second member. The rate is different. This difference in coefficient of thermal expansion is mainly caused by the difference in the crystal structure of the metal material constituting each member. And this thermal expansion coefficient difference will surface as a deformation | transformation and a remarkable fall of dimensional accuracy in the composite sintered compact after a baking process, and had become a problem on utilization.
From the above, it has been difficult to produce a high-quality composite sintered body using two types of metal powders having different compositions and crystal structures.
本発明の目的は、焼結時の雰囲気ガスを設定することにより、部分ごとに種類の異なる金属材料で構成された高品質の複合焼結体を効率よく製造可能な複合焼結体の製造方法、かかる焼結体の製造方法により製造された機械的特性および寸法精度の高い複合焼結体、およびかかる複合焼結体で構成された部品を備えた燃料噴射弁を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for producing a composite sintered body capable of efficiently producing a high-quality composite sintered body composed of different kinds of metal materials for each part by setting an atmosphere gas during sintering. Another object of the present invention is to provide a composite sintered body having high mechanical characteristics and high dimensional accuracy manufactured by the method for manufacturing such a sintered body, and a fuel injection valve including a component made of the composite sintered body.
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の複合焼結体の製造方法は、結晶構造が面心立方格子のFe基合金からなる第1の金属材料で構成された第1の金属粉末と有機バインダとを含む第1の組成物と、第1の金属材料と組成が異なり、結晶構造が体心立方格子のFe基合金からなる第2の金属材料で構成された第2の金属粉末と有機バインダとを含む第2の組成物とを用いて、異種金属の複合成形体を得る成形工程と、
前記複合成形体を窒素原子を含む雰囲気ガス中で焼成し、結晶構造が面心立方格子のFe基合金からなる金属材料で構成された複合焼結体を得る焼成工程と、を有することを特徴とする。
これにより、部分ごとに種類の異なる金属材料で構成された高品質の複合焼結体を効率よく製造することができる。
The above object is achieved by the present invention described below.
The method for producing a composite sintered body according to the present invention includes a first composition comprising a first metal powder composed of a first metal material having a crystal structure of a Fe-based alloy having a face-centered cubic lattice and an organic binder. And a second composition comprising an organic binder and a second metal powder having a composition different from that of the first metal material and having a crystal structure made of a Fe-based alloy having a body-centered cubic lattice . And a molding process for obtaining a composite molded body of different metals,
Rukoto said composite compact was sintered in an atmospheric gas containing nitrogen atom, the crystal structure Yusuke a firing step to obtain a composite sintered body made of a metallic material consisting of Fe based alloy of face-centered cubic lattice, the It is characterized by.
Thereby, a high-quality composite sintered body composed of different types of metal materials for each part can be efficiently manufactured.
本発明の複合焼結体の製造方法では、前記窒素原子を含む雰囲気ガスは、窒素ガスまたはアンモニアガスであることが好ましい。
これにより、Fe基合金の結晶構造を面心立方格子に確実に転移させることができる。また、窒素原子を含むガス雰囲気下で脱脂体を焼成することにより、得られた複合焼結体の表面に窒化処理と同等の処理が施されることになるため、表面の硬度が向上し、耐摩耗性に優れた複合焼結体が得られる。
In the method for producing a composite sintered body according to the present invention, the atmospheric gas containing nitrogen atoms is preferably nitrogen gas or ammonia gas.
Thereby, the crystal structure of the Fe-based alloy can be reliably transferred to the face-centered cubic lattice. In addition, by firing the degreased body under a gas atmosphere containing nitrogen atoms, the surface of the obtained composite sintered body is subjected to the same treatment as the nitriding treatment, so the surface hardness is improved, A composite sintered body having excellent wear resistance can be obtained.
本発明の複合焼結体の製造方法では、前記焼成工程における焼成条件は、温度1000〜1500℃×0.2〜7時間であることが好ましい。
これにより、脱脂体の焼結を最適化することができ、結晶組織が必要以上に肥大化するのを防止することができる。その結果、より微小な結晶組織を有する複合焼結体が得られる。
In the manufacturing method of the composite sintered compact of this invention, it is preferable that the baking conditions in the said baking process are the temperature of 1000-1500 degreeC x 0.2-7 hours.
Thereby, sintering of a defatted body can be optimized and the crystal structure can be prevented from being enlarged more than necessary. As a result, a composite sintered body having a finer crystal structure can be obtained.
本発明の複合焼結体の製造方法では、前記複合成形体は、前記第1の組成物と前記第2の組成物とを同一の成形型内に供給して二色成形してなる二色成形体、または、前記第1の組成物および前記第2の組成物のうち、一方の組成物の成形体をインサートワークとしてインサート成形してなるインサート成形体であることが好ましい。
これにより、第1の組成物と第2の組成物とが混じり合うのを防止しつつ、これらが隣接した複合成形体を容易に作製することができる。
In the method for producing a composite sintered body according to the present invention, the composite molded body is two-color formed by supplying the first composition and the second composition into the same mold and performing two-color molding. It is preferable that the molded body or an insert molded body formed by insert molding using a molded body of one of the first composition and the second composition as an insert work.
Thereby, while preventing the first composition and the second composition from mixing with each other, it is possible to easily produce a composite molded body in which they are adjacent to each other.
本発明の複合焼結体の製造方法では、前記第1の金属粉末および前記第2の金属粉末のうち、固相線温度の高い方の金属粉末の平均粒径が、固相線温度の低い方の金属粉末の平均粒径より小さいことが好ましい。
平均粒径が小さくなれば粒子の表面エネルギーが大きくなるため、通常の焼結温度よりも低い温度で焼結させることができ、第1の金属粉末の焼結温度と第2の金属粉末の焼結温度とを接近させることができる。
In the method for producing a composite sintered body of the present invention, the average particle size of the metal powder having the higher solidus temperature among the first metal powder and the second metal powder is low in the solidus temperature. It is preferable that the average particle size of the metal powder is smaller.
Since the surface energy of the particles increases as the average particle size decreases, the particles can be sintered at a temperature lower than the normal sintering temperature, and the sintering temperature of the first metal powder and the sintering of the second metal powder can be reduced. The crystallization temperature can be approached.
本発明の複合焼結体の製造方法では、前記第1の金属粉末の平均粒径および前記第2の金属粉末の平均粒径は、それぞれ1〜30μmであることが好ましい。
これにより、各粒子の表面エネルギーが特に大きくなり、この表面エネルギーが焼結の駆動力として顕在化する。その結果、固相線温度の異なる異種の金属粉末を用いた場合であっても、各金属粉末の焼結温度が接近することになるため、第1の金属粉末と第2の金属粉末との焼結の時差をより低減することができる。その結果、複合焼結体における焼結ムラの発生をさらに確実に防止することができる。
In the method for producing a composite sintered body of the present invention, the average particle diameter of the first metal powder and the average particle diameter of the second metal powder are preferably 1 to 30 μm, respectively.
Thereby, the surface energy of each particle becomes particularly large, and this surface energy is manifested as a driving force for sintering. As a result, even when different types of metal powders having different solidus temperatures are used, the sintering temperatures of the metal powders approach each other, so the first metal powder and the second metal powder The time difference of sintering can be further reduced. As a result, it is possible to more reliably prevent the occurrence of uneven sintering in the composite sintered body.
本発明の複合焼結体の製造方法では、前記第1の組成物および前記第2の組成物における前記有機バインダの含有率は、それぞれ2〜20質量%であることが好ましい。
これにより、各組成物は、優れた流動性および保形性を有するとともに、有機バインダの含有量が多くなり過ぎず、最終的に得られる複合焼結体の焼結密度を高めることができる。また、複合焼結体の寸法精度を高めることもできる。
In the method for producing a composite sintered body according to the present invention, the organic binder content in the first composition and the second composition is preferably 2 to 20% by mass, respectively.
Accordingly, each composition has excellent fluidity and shape retention, and the content of the organic binder is not excessively increased, and the sintered density of the finally obtained composite sintered body can be increased. In addition, the dimensional accuracy of the composite sintered body can be increased.
本発明の複合焼結体の製造方法では、前記複合成形体は、前記第1の組成物および前記第2の組成物のうち、一方の組成物が他方の組成物を包含するまたは挟み込むように成形されてなるものであり、
前記複合成形体の外側に位置する組成物は、内側に位置する組成物よりも、前記焼成工程における収縮率が大きいことが好ましい。
これにより、脱脂または焼成時に、第2の組成物の方が第1の組成物に比べて大きく収縮することになるため、第2の組成物によって第1の組成物が圧縮されることになる。その結果、圧縮後の第1の組成物と第2の組成物との間に隙間が生じ難くなり、より高密度の複合焼結体が得られる。
In the method for producing a composite sintered body according to the present invention, the composite molded body is configured such that one of the first composition and the second composition includes or sandwiches the other composition. It is a molded product,
It is preferable that the composition located outside the composite molded body has a larger shrinkage rate in the firing step than the composition located inside.
Thereby, at the time of degreasing or baking, since the 2nd composition contracts more compared with the 1st composition, the 1st composition is compressed by the 2nd composition. . As a result, a gap is hardly generated between the first composition and the second composition after compression, and a higher-density composite sintered body is obtained.
本発明の複合焼結体の製造方法では、前記成形工程は、金属粉末射出成形法により行うことが好ましい。
これにより、比較的小型のものや、複雑で詳細な形状の複合成形体をニアネット(最終形状に近い形状)で製造することができ、その後の機械加工を不要にしたり最小限に抑えたりすることができる。
In the method for producing a composite sintered body of the present invention, the molding step is preferably performed by a metal powder injection molding method.
This makes it possible to produce relatively compact and complex and detailed composite molded bodies with a near net (shape close to the final shape), eliminating or minimizing subsequent machining. be able to.
本発明の複合焼結体は、本発明の焼結体の製造方法により製造されたものであり、
前記第1の金属粉末の焼結体と前記第2の金属粉末の焼結体とが一体化したものであることを特徴とする。
これにより、複合焼結体は、全体的に緻密な、すなわち低空孔率で高密度のものとなり、かつ全体として機械的特性に優れたものとなる。
The composite sintered body of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a sintered body of the present invention,
The sintered body of the first metal powder and the sintered body of the second metal powder are integrated.
As a result, the composite sintered body becomes dense as a whole, that is, has a low porosity and a high density, and has excellent mechanical properties as a whole.
本発明の複合焼結体では、前記第1の金属粉末の焼結体と前記第2の金属粉末の焼結体とが相互拡散に基づいて接合されていることが好ましい。
これにより、機械的特性に特に優れた複合焼結体が得られる。
本発明の複合焼結体では、焼結前の前記第1の金属粉末はγ−Fe系合金で構成され、かつ、焼結前の前記第2の金属粉末はα−Fe系合金で構成されており、
前記第2の金属粉末の焼結体は、前記第1の金属粉末の組成と前記焼成工程における雰囲気ガスの成分とを含有するγ固溶体を含んでいることが好ましい。
これにより、機械的特性および寸法精度に優れた複合焼結体が得られる。
In the composite sintered body of the present invention, it is preferable that the sintered body of the first metal powder and the sintered body of the second metal powder are joined based on mutual diffusion.
As a result, a composite sintered body particularly excellent in mechanical properties can be obtained.
In the composite sintered body of the present invention, the first metal powder before sintering is composed of a γ-Fe alloy, and the second metal powder before sintering is composed of an α-Fe alloy. And
The sintered body of the second metal powder preferably contains a γ solid solution containing the composition of the first metal powder and the component of the atmospheric gas in the firing step.
As a result, a composite sintered body having excellent mechanical properties and dimensional accuracy can be obtained.
本発明の燃料噴射弁は、焼結前の前記第1の金属粉末は非磁性材料で構成され、かつ、焼結前の前記第2の金属粉末は磁性材料で構成されており、
これらの金属粉末を用いて、本発明の複合焼結体の製造方法により製造された管状の部品を備えた電磁式の燃料噴射弁であって、
前記管状の部品は、磁性材料粉末の焼結体と非磁性材料粉末の焼結体とが一体化したものであることを特徴とする。
これにより、手間のかかる溶接やろう付け等の工程を経ることなく、磁性材料粉末の焼結体と非磁性材料粉末の焼結体との連結強度が高く、機械的特性および寸法精度に優れた管状の部品を備えた電磁式の燃料噴射弁が得られる。
In the fuel injection valve of the present invention, the first metal powder before sintering is made of a nonmagnetic material, and the second metal powder before sintering is made of a magnetic material,
Using these metal powders, an electromagnetic fuel injection valve provided with a tubular part manufactured by the method for manufacturing a composite sintered body of the present invention,
The tubular part is characterized in that a sintered body of magnetic material powder and a sintered body of nonmagnetic material powder are integrated.
As a result, the connection strength between the sintered body of the magnetic material powder and the sintered body of the non-magnetic material powder is high and the mechanical characteristics and dimensional accuracy are excellent without going through complicated steps such as welding and brazing. An electromagnetic fuel injection valve having a tubular part is obtained.
以下、本発明の複合焼結体の製造方法、複合焼結体および燃料噴射弁について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の複合焼結体の製造方法は、組成および結晶構造の異なる複数種の金属粉末により、部分ごとに種類の異なる金属材料で構成された高品質の複合焼結体を効率よく製造する方法である。かかる方法により製造された複合焼結体は、部分的に電磁気的特性、熱的特性、機械的特性、化学的特性等が異なったものになるため、このような特性の差を利用して各種機能部品として好適に用いられる。
Hereinafter, a method for producing a composite sintered body, a composite sintered body, and a fuel injection valve of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
The method for producing a composite sintered body according to the present invention is a method for efficiently producing a high-quality composite sintered body composed of different kinds of metal materials for each part using a plurality of kinds of metal powders having different compositions and crystal structures. It is. Since the composite sintered body manufactured by such a method has partially different electromagnetic characteristics, thermal characteristics, mechanical characteristics, chemical characteristics, etc. It is suitably used as a functional component.
<第1実施形態>
まず、本発明の複合焼結体の製造方法の第1実施形態について説明する。
図1および図2は、本発明の複合焼結体の製造方法の第1実施形態を説明するための図である。
本実施形態にかかる複合焼結体の製造方法は、[1]第1の金属粉末と有機バインダとを含む第1の混練物(第1の組成物)21と、第1の金属粉末とは組成および結晶構造の異なる第2の金属粉末と有機バインダとを含む第2の混練物(第2の組成物)22とを用意する組成物調製工程と、[2A]第1の混練物21を成形して一次成形体3を得る一次成形工程と、[2B]得られた一次成形体3をインサートワークとして、第2の混練物22をインサート成形し、二次成形体(複合成形体)4を得る二次成形工程と、[3]得られた二次成形体4を脱脂し、脱脂体6を得る脱脂工程と、[4]得られた脱脂体6を所定の雰囲気で焼成し、複合焼結体1を得る焼成工程とを有する。以下、これらの工程を順次詳述する。
<First Embodiment>
First, 1st Embodiment of the manufacturing method of the composite sintered compact of this invention is described.
1 and 2 are diagrams for explaining a first embodiment of a method for producing a composite sintered body according to the present invention.
In the method for producing a composite sintered body according to the present embodiment, [1] a first kneaded product (first composition) 21 containing a first metal powder and an organic binder, and the first metal powder are: A composition preparation step of preparing a second kneaded product (second composition) 22 containing a second metal powder having a different composition and crystal structure and an organic binder, and [2A] a first kneaded product 21 A primary molding step for obtaining a primary molded
[1]組成物調製工程
まず、第1の金属粉末と有機バインダとを用意し、これらを混練機により混練し、第1の混練物(第1の組成物)21を得る。
この第1の混練物(コンパウンド)21中では、第1の金属粉末と有機バインダとがそれぞれ均一に分散している。
また、第2の金属粉末と有機バインダとを用意し、これらを混練機により混練し、第2の混練物(第2の組成物)22を得る。
[1] Composition Preparation Step First, a first metal powder and an organic binder are prepared and kneaded with a kneader to obtain a first kneaded product (first composition) 21.
In the first kneaded material (compound) 21, the first metal powder and the organic binder are uniformly dispersed.
A second metal powder and an organic binder are prepared and kneaded with a kneader to obtain a second kneaded product (second composition) 22.
第2の金属粉末は、第1の金属粉末を構成する金属材料(第1の金属材料)とは組成および結晶構造の異なる金属材料(第2の金属材料)で構成されている。したがって、このような第1の金属粉末および第2の金属粉末を用いることにより、部分ごとに材質の異なる複合焼結体1を製造することができる。
また、この第2の混練物(コンパウンド)22中においても、第2の金属粉末と有機バインダとがそれぞれ均一に分散している。
The second metal powder is composed of a metal material (second metal material) having a composition and a crystal structure different from that of the metal material (first metal material) constituting the first metal powder. Therefore, by using such a first metal powder and a second metal powder, the composite sintered body 1 having a different material for each portion can be manufactured.
Also, in the second kneaded material (compound) 22, the second metal powder and the organic binder are uniformly dispersed.
これらの金属粉末は、いかなる金属材料で構成されたものであってもよいが、かかる金属材料は、Ti系合金、Fe系合金、Ni系合金、Co系合金およびCu系合金のいずれか1種であるのが好ましい。これらの金属材料の粉末は、粉末冶金法により、焼結密度の高い複合焼結体1を作製することができる。このため、複合焼結体製造用の金属粉末として好適である。
また、これらの金属材料は、固相線温度が比較的近いため、後述する焼成工程の昇温過程で、第1の金属粉末が焼結に至るタイミングと第2の金属粉末が焼結に至るタイミングとが近くなり、これらの間の拡散現象を促進することができる。その結果、より機械的特性に優れた複合焼結体1を得ることができる。
These metal powders may be composed of any metal material, and the metal material is any one of Ti-based alloy, Fe-based alloy, Ni-based alloy, Co-based alloy and Cu-based alloy. Is preferred. With these metal material powders, a composite sintered body 1 having a high sintering density can be produced by powder metallurgy. For this reason, it is suitable as a metal powder for producing a composite sintered body.
In addition, since these metal materials have relatively close solidus temperatures, the timing at which the first metal powder is sintered and the second metal powder are sintered in the temperature rising process of the firing step described later. The timing is close and the diffusion phenomenon between them can be promoted. As a result, it is possible to obtain the composite sintered body 1 having more excellent mechanical characteristics.
このうち、金属粉末としては、Fe系合金が好ましく用いられる。
Fe系合金としては、例えば、低炭素鋼、炭素鋼、ダイス鋼、高速度工具鋼、Fe−Ni合金、Fe−Ni−Co合金等が挙げられる。
また、Fe系合金としては、特にステンレス鋼がより好ましく用いられる。ステンレス鋼粉末は、焼結性に優れるため、この粉末を用いて製造された焼結体は、特に機械的特性および化学的特性に優れたものとなる。
ステンレス鋼の具体例としては、例えば、SUS304、SUS316、SUS317、SUS329、SUS410、SUS430、SUS440、SUS630等が挙げられる。
Of these, Fe-based alloys are preferably used as the metal powder.
Examples of the Fe-based alloy include low carbon steel, carbon steel, die steel, high speed tool steel, Fe—Ni alloy, Fe—Ni—Co alloy, and the like.
As the Fe-based alloy, stainless steel is particularly preferably used. Since the stainless steel powder is excellent in sinterability, a sintered body produced using this powder is particularly excellent in mechanical characteristics and chemical characteristics.
Specific examples of the stainless steel include SUS304, SUS316, SUS317, SUS329, SUS410, SUS430, SUS440, SUS630, and the like.
また、金属材料の結晶構造は、金属原子の配置構造を指し、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子、六方最密格子等の種類がある。一般には、金属材料の組成と結晶構造とは一義的に決まるが、一部、温度域等に応じて複数の結晶構造を有する金属材料もある。
例えば、結晶構造が体心立方格子となる金属材料としては、例えば、Cr、α−Fe、Mo、β−Ti、V等の単体の他、SUS405、SUS410、SUS430、SUS434のようなフェライト系ステンレス鋼等の各種合金が挙げられる。
The crystal structure of the metal material refers to the arrangement structure of metal atoms, and includes types such as a simple cubic lattice, a body-centered cubic lattice, a face-centered cubic lattice, and a hexagonal close-packed lattice. In general, the composition and crystal structure of a metal material are uniquely determined, but some metal materials have a plurality of crystal structures depending on the temperature range.
For example, as a metal material whose crystal structure is a body-centered cubic lattice, for example, in addition to simple substances such as Cr, α-Fe, Mo, β-Ti, V, etc., ferritic stainless steel such as SUS405, SUS410, SUS430, and SUS434. Examples include various alloys such as steel.
また、結晶構造が面心立方格子となる金属材料としては、例えば、Al、Co、Cu、γ−Fe、Ni等の単体の他、SUS301、SUS302、SUS303、SUS304、SUS305、SUS309、SUS310、SUS316、SUS317、SUS321、SUS347、SUS384のようなオーステナイト系ステンレス鋼、SUH31、SUH35、SUH36、SUH37、SUH38、SUH309、SUH310、SUH330、SUH660、SUH661のようなオーステナイト系耐熱鋼、低炭素鋼、パーマロイ、Co−Cr−Mo系合金等の各種合金が挙げられる。 In addition, examples of the metal material whose crystal structure is a face-centered cubic lattice include SUS301, SUS302, SUS303, SUS304, SUS305, SUS309, SUS310, and SUS316 in addition to simple substances such as Al, Co, Cu, γ-Fe, and Ni. , SUS317, SUS321, SUS347, SUS384, austenitic stainless steel, SUH31, SUH35, SUH36, SUH37, SUH38, SUH309, SUH310, SUH330, SUH660, SUH661, austenitic heat resistant steel, low carbon steel, permalloy, -Various alloys, such as a Cr-Mo type alloy, are mentioned.
さらに、結晶構造が六方最密格子となる金属材料としては、例えば、α−Ti、Zn等が挙げられる。
なお、低炭素鋼は、一般に、炭素含有率が0.02〜0.3質量%程度の炭素鋼を指す。
また、パーマロイとしては、例えば、JIS C 2531に規定の鉄ニッケル軟質磁性材料等が挙げられる。
Furthermore, examples of the metal material whose crystal structure is a hexagonal close-packed lattice include α-Ti and Zn.
Low carbon steel generally refers to carbon steel having a carbon content of about 0.02 to 0.3% by mass.
Moreover, as a permalloy, the iron nickel soft magnetic material etc. which are prescribed | regulated to JISC2531 etc. are mentioned, for example.
一方、有機バインダとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、またはこれらの共重合体等の各種樹脂や、各種ワックス、パラフィン、高級脂肪酸(例:ステアリン酸)、高級アルコール、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を混合して用いることができる。 On the other hand, examples of the organic binder include polyolefins such as polyethylene, polypropylene, and ethylene-vinyl acetate copolymer, acrylic resins such as polymethyl methacrylate and polybutyl methacrylate, styrene resins such as polystyrene, polyvinyl chloride, and polyvinyl chloride. Various resins such as polyesters such as vinylidene, polyamide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyether, polyvinyl alcohol, or copolymers thereof, various waxes, paraffin, higher fatty acids (eg stearic acid), higher alcohols, higher alcohols A fatty acid ester, a higher fatty acid amide, etc. are mentioned, Among these, it can use 1 type or in mixture of 2 or more types.
また、有機バインダの含有量は、第1の混練物および第2の混練物のそれぞれ2〜20質量%程度であるのが好ましく、5〜10質量%程度であるのがより好ましい。有機バインダの含有率が前記範囲内であることにより、各混練物は優れた流動性および保形性を有するとともに、有機バインダの含有量が多くなり過ぎず、最終的に得られる複合焼結体1の焼結密度を高めることができる。また、複合焼結体1の寸法精度を高めることもできる。 In addition, the content of the organic binder is preferably about 2 to 20% by mass, and more preferably about 5 to 10% by mass, of each of the first kneaded product and the second kneaded product. When the content of the organic binder is within the above range, each kneaded product has excellent fluidity and shape retention, and the content of the organic binder is not excessively increased, and finally obtained composite sintered body. 1 sintering density can be increased. In addition, the dimensional accuracy of the composite sintered body 1 can be increased.
また、各混練物21、22中に、可塑剤が添加されていてもよい。この可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル(例:DOP、DEP、DBP)、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。
さらに、各混練物21、22中には、各金属粉末、有機バインダ、可塑剤の他に、例えば、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物を必要に応じ添加することができる。
Further, a plasticizer may be added to each of the kneaded
Furthermore, in addition to each metal powder, organic binder, and plasticizer, for example, various additives such as an antioxidant, a degreasing accelerator, and a surfactant are added to each kneaded
混練条件は、用いる各金属粉末の構成材料や粒径、有機バインダの組成、およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、混練温度:50〜200℃程度、混練時間:15〜210分程度とすることができる。
また、各混練物21、22は、必要に応じ、ペレット(小塊)化される。ペレットの粒径は、例えば、1〜15mm程度とされる。
The kneading conditions vary depending on various conditions such as the constituent material and particle size of each metal powder to be used, the composition of the organic binder, and the blending amount thereof. For example, kneading temperature: about 50 to 200 ° C., kneading time : About 15 to 210 minutes.
Moreover, each kneaded
[2A]一次成形工程
次に、得られた第1の混練物21を所定の形状に成形して一次成形体3を製造する。
成形体の製造方法(成形方法)は、特に限定されず、例えば、金属粉末射出成形(MIM:Metal Injection Molding)法、圧縮成形(圧粉成形)法、押出成形法等が挙げられるが、特にMIM法が好ましい。
このMIM法は、比較的小型のものや、複雑で微細な形状の成形体をニアネット(最終形状に近い形状)で製造することができ、その後の機械加工を不要にしたり最小限に抑えたりすることができるという利点を有する。このため、本発明を適用する上でその効果が有効に発揮されることとなる。
[2A] Primary Forming Step Next, the obtained first kneaded
The production method (molding method) of the molded body is not particularly limited, and examples thereof include a metal powder injection molding (MIM) method, a compression molding (compact molding) method, and an extrusion molding method. The MIM method is preferred.
This MIM method can produce relatively compact and complex and fine shaped compacts with a near net (shape close to the final shape), making subsequent machining unnecessary or minimized. Has the advantage of being able to. For this reason, in applying this invention, the effect will be exhibited effectively.
ここでは、MIM法を例に一次成形体3および後述する二次成形体(複合成形体)4を製造する場合について説明する。また、ここでは、円筒形(リング状)の一次成形体3および二次成形体4を製造する場合を例に説明する。
まず、図1(a)に示すように、リング状をなすキャビティ31を有する一次成形用成形型30を用い、前記工程で得られた第1の混練物21を射出成形機によりキャビティ31内に射出成形する。これにより、図1(b)に示すような一次成形体3が得られる。このような射出成形によれば、成形型の選択により、複雑な形状の一次成形体3をも容易に製造することができる。
Here, the case where the primary molded
First, as shown in FIG. 1 (a), a primary molding die 30 having a ring-shaped
また、一次成形体3は、後述する工程で製造する二次成形体4により包含される形状である。すなわち、一次成形体3は、後述する工程において、第2の混練物22により包含されるようにして成形される(インサート成形)。これにより、二次成形体4は、第1の混練物21を第2の混練物22で包含してなるものとなる。
また、製造される一次成形体3の形状寸法は、以後の脱脂および焼結による一次成形体3の収縮分を見込んで決定される。
射出成形の成形条件としては、用いる第1の金属粉末の構成材料や粒径、有機バインダの組成およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、材料温度は、好ましくは80〜200℃程度、射出圧力は、好ましくは2〜30MPa(20〜300kgf/cm2)程度とされる。
Moreover, the primary molded
Further, the shape and size of the manufactured primary molded
The molding conditions for injection molding vary depending on the constituent materials and particle size of the first metal powder to be used, the conditions of the composition of the organic binder and the blending amount thereof, and, for example, the material temperature is preferably About 80 to 200 ° C., and the injection pressure is preferably about 2 to 30 MPa (20 to 300 kgf / cm 2 ).
[2B]二次成形工程
次に、得られた一次成形体3を、二次成形用成形型40のキャビティ41内に載置する。ここでは、図1(c)に示すように、長尺の円筒形状をなすキャビティ41内の長手方向の中央付近に一次成形体3を載置する。
次に、二次成形用成形型40のキャビティ41の一次成形体3以外の空間42に第2の混練物22を射出する。これにより、一次成形体3を覆うように(挟み込むように)第2の混練物22がキャビティ41内に行き渡り、図1(d)に示すように、一次成形体3を内包する二次成形体(異種金属の複合成形体)4が得られる。このようなMIM法によれば、一次成形体3に対して第2の混練物22が高い圧力で押圧されるため、これらの界面の密着性をより高めることができる。その結果、緻密で機械的特性に優れた複合焼結体1が得られる。
また、製造される二次成形体4の形状寸法も、以後の脱脂および焼結による二次成形体4の収縮分を見込んで決定される。
[2B] Secondary Molding Step Next, the obtained primary molded
Next, the second kneaded
Further, the shape and size of the manufactured secondary molded body 4 is also determined in consideration of the shrinkage of the secondary molded body 4 due to the subsequent degreasing and sintering.
射出成形の成形条件としては、用いる第2の金属粉末の構成材料や粒径、有機バインダの組成およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、材料温度は、好ましくは80〜200℃程度、射出圧力は、好ましくは2〜30MPa(20〜300kgf/cm2)程度とされる。
また、二次成形における成形条件は、一次成形における成形条件とほぼ同様であるのが好ましい。これにより、二次成形時に、キャビティ41内に載置された一次成形体3が熱や圧力の影響により変形したり変質したりするのを防止することができる。すなわち、二次成形体4中の第1の混練物21と第2の混練物22とが、ほぼ同様の熱履歴を経ることになるため、後述する工程において、二次成形体4を脱脂・焼成する場合に、二次成形体4全体において、収縮速度、脱脂速度および焼結速度等の均一化を図ることができる。その結果、焼結密度および寸法精度の高い複合焼結体1が得られる。
The molding conditions for injection molding vary depending on the constituent material and particle size of the second metal powder to be used, the conditions of the composition of the organic binder and the blending amount thereof, and as an example, the material temperature is preferably About 80 to 200 ° C., and the injection pressure is preferably about 2 to 30 MPa (20 to 300 kgf / cm 2 ).
Further, the molding conditions in the secondary molding are preferably substantially the same as the molding conditions in the primary molding. Thereby, it is possible to prevent the primary molded
なお、本実施形態では、一次成形体3を覆うように(挟み込むように)第2の混練物22が射出され、二次成形体4が形成される。この場合、二次成形体4の外側に位置する第2の混練物22は、内側に位置する第1の混練物21に比べて、後述する脱脂・焼成における収縮率が大きいのが好ましい。これにより、脱脂または焼成時に、第2の混練物22の方が第1の混練物21に比べて大きく収縮することになるため、第2の混練物22によって第1の混練物21が圧縮されることになる。その結果、圧縮後の第1の混練物21と第2の混練物22との間に隙間が生じ難くなり、より高密度の複合焼結体1が得られる。
In the present embodiment, the second kneaded
このように第1の混練物21と第2の混練物22との間で収縮率に差を設けるためには、各混練物21、22における有機バインダの含有率に差を設ければよい。
具体的には、第2の混練物22中の有機バインダの含有率を第1の混練物21中の有機バインダの含有率よりも大きくすればよい。これにより、第1の混練物21よりも第2の混練物22の収縮率を大きくすることができる。
Thus, in order to provide a difference in shrinkage between the first kneaded
Specifically, the content of the organic binder in the second kneaded
[3]脱脂工程
前記工程で得られた二次成形体4に対し、脱脂処理(脱バインダ処理)を施し、脱脂体6を得る。
この脱脂処理は、例えば、大気、酸素のような酸化性ガス、水素、アンモニア分解ガスのような還元性ガス、窒素、ヘリウム、アルゴンのような不活性ガス、またはこれらの1種または2種以上を含有する混合ガス等を含む雰囲気中、または減圧雰囲気中で、熱処理を行うことによりなされる。
この場合、熱処理の条件は、有機バインダの分解開始温度等によって若干異なるが、好ましくは温度100〜750℃程度で0.5〜40時間程度、より好ましくは温度150〜600℃程度で1〜24時間程度とされる。
[3] Degreasing step A degreasing treatment (debinding treatment) is performed on the secondary molded body 4 obtained in the above step to obtain a degreased
This degreasing treatment is performed, for example, in the atmosphere, an oxidizing gas such as oxygen, hydrogen, a reducing gas such as ammonia decomposition gas, an inert gas such as nitrogen, helium or argon, or one or more of these. Is performed by performing a heat treatment in an atmosphere containing a mixed gas containing or the like, or in a reduced-pressure atmosphere.
In this case, the conditions for the heat treatment are slightly different depending on the decomposition start temperature of the organic binder, etc., but are preferably about 100 to 750 ° C. for about 0.5 to 40 hours, more preferably about 150 to 600 ° C. It is about time.
また、このような熱処理による脱脂は、種々の目的(例えば、脱脂時間の短縮等の目的)で、複数の工程(段階)に分けて行ってもよい。具体的には、前半を低温で、後半を高温で脱脂するような方法や、低温と高温を繰り返し行う方法等が挙げられる。
また、脱脂処理は、有機バインダや添加剤中の特定成分を所定の溶媒(液体、気体等の流体)を用いて溶出させることにより行うようにしてもよい。
このようにして有機バインダを除去し、脱脂体6を得る。
なお、有機バインダは、脱脂処理によって完全に除去されなくてもよく、例えば、脱脂処理の完了時点で、その一部が残存していてもよい。
Further, degreasing by such heat treatment may be performed in a plurality of steps (stages) for various purposes (for example, for shortening the degreasing time). Specifically, a method of degreasing the first half at a low temperature and a second half at a high temperature, a method of repeatedly performing a low temperature and a high temperature, and the like can be mentioned.
Further, the degreasing treatment may be performed by eluting a specific component in the organic binder or additive using a predetermined solvent (fluid such as liquid or gas).
In this way, the organic binder is removed, and the degreased
Note that the organic binder may not be completely removed by the degreasing process. For example, a part of the organic binder may remain when the degreasing process is completed.
また、第1の混練物21中の有機バインダと第2の混練物22中の有機バインダとは、同種のものが好ましく用いられる。同種の有機バインダを用いることにより、本脱脂工程において、第1の混練物21と第2の混練物22とがほぼ同時に軟化または溶融するとともに、各混練物21、22中の有機バインダが分解・脱脂される。これにより、第1の混練物21と第2の混練物22との間で脱脂のタイムラグがなくなるので、二次成形体4中から有機バインダの分解物が効率よく除去される。その結果、二次成形体4全体を均一に脱脂することができる。
In addition, the same kind of organic binder in the first kneaded
[4]焼成工程
前記工程で得られた脱脂体6を、焼成炉で焼成する(図2(e)参照)。これにより、脱脂体6が焼結し、図2(f)に示す複合焼結体1が得られる。
この焼結により、第1の金属粉末の粒子同士および第2の金属粉末の粒子同士間において、界面での拡散が生じ、粒成長して結晶組織となる。これにより、2つの第2の金属粉末の焼結体部位12が、第1の金属粉末の焼結体部位11を介して一体化してなる複合焼結体1が得られる。このような複合焼結体1は、全体的に緻密な、すなわち低空孔率で高密度のものとなり、全体として機械的特性に優れたものとなる。
[4] Firing step The degreased
By this sintering, diffusion at the interface occurs between the particles of the first metal powder and between the particles of the second metal powder, and the grains grow to form a crystal structure. Thereby, the composite sintered body 1 in which the
本工程における焼成温度は、用いる各金属粉末の構成材料や粒径等の諸条件により異なるが、例えば、第1の金属粉末および第2の金属粉末として、それぞれ前述したTi系合金、Fe系合金、Ni系合金、Co系合金およびCu系合金のいずれか1種で構成された金属粉末を用いた場合には、好ましくは1000〜1500℃程度、より好ましくは1050〜1400℃程度とされる。これにより、脱脂体6の焼結を最適化することができ、結晶組織が必要以上に肥大化するのを防止することができる。その結果、より微小な結晶組織を有する複合焼結体1が得られる。
また、第1の金属粉末および第2の金属粉末として、特にステンレス鋼粉末を用いた場合には、本工程における焼成温度は、好ましくは1000〜1400℃程度、より好ましくは1050〜1350℃程度とされる。
The firing temperature in this step varies depending on various conditions such as the constituent material and particle size of each metal powder used. For example, as the first metal powder and the second metal powder, the Ti-based alloy and Fe-based alloy described above, respectively, When a metal powder composed of any one of Ni-based alloy, Co-based alloy and Cu-based alloy is used, it is preferably about 1000 to 1500 ° C, more preferably about 1050 to 1400 ° C. Thereby, sintering of the degreased
Moreover, especially when stainless steel powder is used as the first metal powder and the second metal powder, the firing temperature in this step is preferably about 1000 to 1400 ° C, more preferably about 1050 to 1350 ° C. Is done.
また、焼成時間は、焼成温度を前記範囲とする場合、0.2〜7時間程度であるのが好ましく、1〜4時間程度であるのがより好ましい。かかる時間の焼成を、前記温度範囲の焼成温度で行うことにより、脱脂体6の焼結をより確実に最適化して、結晶組織の肥大化を確実に防止しつつ焼結させることができる。その結果、機械的特性に優れた複合焼結体1が得られる。
なお、脱脂体6の焼結の程度は、前記範囲内で焼成時間を変化させることにより、脱脂体6に付与する熱エネルギーを増減させ、若干調整することができる。
Further, the firing time is preferably about 0.2 to 7 hours, more preferably about 1 to 4 hours, when the firing temperature is within the above range. By performing firing for such a time at a firing temperature in the above temperature range, sintering of the degreased
The degree of sintering of the degreased
以上のようにして、第1の金属粉末の焼結体部位11と第2の金属粉末の焼結体部位12とが一体化してなる複合焼結体1が得られる。
ところで、従来も、組成および結晶構造の異なる2種類の金属粉末を用いて複合焼結体を製造する方法が知られていた。しかしながら、2種類の金属粉末の間で結晶構造が異なっていると、複合焼結体を得たとしても、結晶構造の差異に起因した熱膨張率差が、複合焼結体の変形や寸法精度の低下として表面化し、複合焼結体の利用を阻害する原因となっていた。
As described above, the composite sintered body 1 in which the
By the way, conventionally, a method of manufacturing a composite sintered body using two kinds of metal powders having different compositions and crystal structures has been known. However, if the crystal structure is different between the two types of metal powders, even if a composite sintered body is obtained, the difference in thermal expansion coefficient due to the difference in crystal structure may cause deformation and dimensional accuracy of the composite sintered body. As a result, the surface was reduced and the utilization of the composite sintered body was hindered.
そこで、本発明者は、結晶構造が異なる2種類の金属粉末を用い、十分な焼結密度の複合焼結体を通常の焼成方法により製造する方法について検討した。そして、異種の金属粉末を用いて異種金属の複合焼結体を得るためには、焼結時に2種類の金属材料の結晶構造が同じになるよう焼成条件を設定すれば、特殊な方法を用いることなく簡単に複合焼結体を製造可能なことを見出し、本発明を完成するに至った。
具体的には、用いる2種類の金属粉末が、たとえ結晶構造が異なるものであっても、焼結時に一方の金属粉末の結晶構造が他方の金属粉末の結晶構造に転移するよう、焼成の雰囲気ガスを設定することにより、二次成形体4における焼結が促進する。その結果、緻密で機械的特性に優れた複合焼結体1を得ることができる。
Therefore, the present inventor has studied a method for producing a composite sintered body having a sufficient sintering density by a normal firing method using two types of metal powders having different crystal structures. In order to obtain a composite sintered body of dissimilar metals using dissimilar metal powders, a special method is used if firing conditions are set so that the crystal structures of the two types of metal materials are the same during sintering. The present inventors have found that a composite sintered body can be easily produced without any problems, and have completed the present invention.
Specifically, even if the two types of metal powders used have different crystal structures, the firing atmosphere is such that the crystal structure of one metal powder is transferred to the crystal structure of the other metal powder during sintering. By setting the gas, sintering in the secondary molded body 4 is promoted. As a result, it is possible to obtain a composite sintered body 1 that is dense and excellent in mechanical properties.
このようにして得られた複合焼結体1は、第1の金属粉末の焼結体部位11の結晶構造と第2の金属粉末の焼結体部位12の結晶構造が同じになるため、両者の熱膨張率が接近し、複合焼結体1の変形や寸法精度の低下を防止することができる。
上記のような現象が起こる理由の1つとしては、雰囲気ガスを構成する原子が金属粉末の結晶構造に侵入し、これにより結晶構造が変化して、別の結晶構造の固溶体を生成することが挙げられる。したがって、固溶体の焼結温度付近の結晶構造を考慮しつつ、金属粉末と固溶体を生成し得るガス種を適宜選択する必要がある。
The composite sintered body 1 thus obtained has the same crystal structure of the
One of the reasons why the above phenomenon occurs is that atoms constituting the atmospheric gas enter the crystal structure of the metal powder, thereby changing the crystal structure and generating a solid solution of another crystal structure. Can be mentioned. Therefore, it is necessary to appropriately select the gas species that can form the metal powder and the solid solution in consideration of the crystal structure near the sintering temperature of the solid solution.
具体的には、例えば、第1の金属粉末として前述したオーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト系耐熱鋼、低炭素鋼等の結晶構造が面心立方格子であるFe基合金粉末を用い、第2の金属粉末として前述したフェライト系ステンレス鋼等の結晶構造が体心立方格子であるFe基合金粉末を用いた場合には、焼結時に第2の金属粉末の体心立方格子が面心立方格子に転移するよう雰囲気ガスを設定すればよい。この場合、雰囲気ガスとしては、窒素ガスまたはアンモニアガスが好ましく用いられる。このようなガスを用いることにより、雰囲気ガス中の原子が体心立方格子中に侵入し、別の結晶構造、すなわち面心立方格子のγ固溶体(侵入型固溶体)が生成する。その結果、第1の混練物21中の第1の金属粉末の結晶構造と第2の混練物22中の第2の金属粉末の結晶構造が、それぞれ面心立方格子に揃えられるため、前述したように、複合焼結体1は機械的特性および寸法精度に優れたものとなる。
Specifically, for example, an Fe-based alloy powder whose crystal structure is a face-centered cubic lattice, such as the austenitic stainless steel, austenitic heat-resisting steel, low-carbon steel, etc. described above, is used as the first metal powder. When the Fe-based alloy powder whose crystal structure is the body-centered cubic lattice such as the ferritic stainless steel described above is used as the powder, the body-centered cubic lattice of the second metal powder is changed to the face-centered cubic lattice during sintering. What is necessary is just to set atmospheric gas to do. In this case, nitrogen gas or ammonia gas is preferably used as the atmospheric gas. By using such a gas, atoms in the atmosphere gas enter the body-centered cubic lattice, and another crystal structure, that is, a γ solid solution (interstitial solid solution) having a face-centered cubic lattice is generated. As a result, the crystal structure of the first metal powder in the first kneaded
なお、金属材料の結晶構造には、前述したように単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子、六方最密格子等の種類があるが、焼結時に一方の結晶構造を他方の結晶構造に揃えるよう雰囲気ガスを設定する際には、面心立方格子や六方最密格子等の最密格子になるようにするのが好ましく、特に面心立方格子になるようにするのがより好ましい。面心立方格子のような最密格子の金属材料は硬度等の機械的特性に優れることから、前述したように雰囲気ガスを設定すれば、最終的に機械的特性に優れた焼結体を得ることができる。また、体心立方格子から面心立方格子へは、体心立方格子の柔軟性の高さと充填性の低さからして転移が起り易いという背景もある。 As described above, the crystal structure of the metal material includes simple cubic lattice, body-centered cubic lattice, face-centered cubic lattice, hexagonal close-packed lattice, and the like. When setting the atmosphere gas so as to align with the structure, it is preferable to be a close-packed lattice such as a face-centered cubic lattice or a hexagonal close-packed lattice, and more preferably a face-centered cubic lattice. . Close-packed lattice metal materials such as face-centered cubic lattice are excellent in mechanical properties such as hardness, so if you set the atmosphere gas as described above, you finally get a sintered body with excellent mechanical properties be able to. Further, there is a background that transition from the body-centered cubic lattice to the face-centered cubic lattice is likely to occur due to the high flexibility and low filling property of the body-centered cubic lattice.
以上のように、雰囲気ガス中の原子を取り込んで別の結晶構造の固溶体が生成されるが、このような結晶構造の転移を促す元素としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素等が挙げられる。
そして、これらの元素を含むガスのうち、焼結時の雰囲気ガスとして適切なものとしては、前述したような窒素ガスの他、アンモニアガスのような窒素原子を含むガス、一酸化炭素ガス、メタンガスのような炭素原子を含むガス、ジボランのようなホウ素原子を含むガス等が挙げられる。これらは、いずれも侵入型固溶体を生成し得るガスであり、原子半径からして結晶構造の転移を促し得るガスであると言える。また、これらのガスは、焼結時に金属粉末の酸化や変性を抑制し、高品質な複合焼結体1を得ることを可能にする。
なお、上述したような結晶構造の転移を伴う侵入型固溶体が生成するか否かは、金属材料と雰囲気ガスが含む成分との合金の状態図から把握することができる。
As described above, a solid solution having another crystal structure is generated by incorporating atoms in the atmospheric gas. Examples of elements that promote the transition of the crystal structure include boron, carbon, and nitrogen.
Among the gases containing these elements, suitable as the atmosphere gas during sintering include the nitrogen gas as described above, a gas containing nitrogen atoms such as ammonia gas, carbon monoxide gas, and methane gas. Or a gas containing a boron atom such as diborane. These are all gases that can generate interstitial solid solutions, and can be said to be gases that can promote the transition of the crystal structure based on the atomic radius. Moreover, these gases suppress the oxidation and modification | denaturation of a metal powder at the time of sintering, and make it possible to obtain the high quality composite sintered compact 1. FIG.
Note that whether or not an interstitial solid solution with a crystal structure transition as described above is generated can be grasped from a state diagram of an alloy of a metal material and a component included in an atmospheric gas.
このような状態図の一例として、図3には、Fe−N系合金の状態図を示す。
この状態図によれば、焼結温度下で窒素原子の含有率が1〜3質量%程度になると、複合焼結体1中にγ相を生成することが認められる。したがって、例えば前述したように第2の金属粉末としてフェライト系ステンレス鋼粉末を用いた場合、窒素ガス雰囲気中で焼成工程を行うことにより、窒素原子が脱脂体6中に侵入し、γ相を生成する。その結果、第1の金属粉末としてオーステナイト系ステンレス鋼粉末を用いた場合、第2の金属粉末の結晶構造を第1の金属粉末の結晶構造に合わせて面心立方格子に転移させることができる。
As an example of such a phase diagram, FIG. 3 shows a phase diagram of an Fe—N alloy.
According to this phase diagram, it is recognized that a γ phase is generated in the composite sintered body 1 when the nitrogen atom content is about 1 to 3% by mass at the sintering temperature. Therefore, for example, when a ferritic stainless steel powder is used as the second metal powder as described above, a calcination process is performed in a nitrogen gas atmosphere, so that nitrogen atoms enter the degreased
このようにして得られた複合焼結体1の結晶構造、および焼結前の各金属粉末の結晶構造は、それぞれ、X線回折(XRD)、反射高速電子回折(RHEED)、低速電子回折(LEED)等の各種結晶構造解析により同定可能である。
なお、焼結時に、第2の金属粉末の結晶構造の全てが、第1の金属粉末と同じ結晶構造に転移するのが好ましいが、一部のみが転移して残りは転移しない場合でも、上述したような作用・効果を奏する。この場合、複合焼結体1において、第2の金属粉末の転移後の結晶構造が50質量%以上含まれているのが好ましい。
The crystal structure of the composite sintered body 1 thus obtained and the crystal structure of each metal powder before sintering are respectively X-ray diffraction (XRD), reflection high-energy electron diffraction (RHEED), and low-energy electron diffraction ( It can be identified by various crystal structure analysis such as (LEED).
In addition, it is preferable that all of the crystal structure of the second metal powder is transferred to the same crystal structure as that of the first metal powder at the time of sintering. The effects and effects are as follows. In this case, the composite sintered body 1 preferably contains 50% by mass or more of the crystal structure after the transition of the second metal powder.
また、第1の金属粉末の平均粒径および第2の金属粉末の平均粒径は、それぞれ1〜30μmであるのが好ましく、1〜10μmであるのがより好ましく、1〜6μmであるのがさらに好ましい。金属粉末の粒径をこのような比較的小さな粒径とすることにより、各粒子の表面エネルギーが特に大きくなり、この表面エネルギーが焼結の駆動力として顕在化する。その結果、固相線温度の異なる異種の金属粉末を用いた場合であっても、各金属粉末の焼結温度が接近することになるため、第1の金属粉末と第2の金属粉末との焼結の時差をより低減することができる。その結果、複合焼結体1における焼結ムラの発生をさらに確実に防止することができる。 The average particle size of the first metal powder and the average particle size of the second metal powder are each preferably 1 to 30 μm, more preferably 1 to 10 μm, and more preferably 1 to 6 μm. Further preferred. By setting the particle size of the metal powder to such a relatively small particle size, the surface energy of each particle becomes particularly large, and this surface energy is manifested as a driving force for sintering. As a result, even when different types of metal powders having different solidus temperatures are used, the sintering temperatures of the metal powders approach each other, so the first metal powder and the second metal powder The time difference of sintering can be further reduced. As a result, the occurrence of uneven sintering in the composite sintered body 1 can be more reliably prevented.
なお、第1の金属粉末の平均粒径および第2の金属粉末の平均粒径が、それぞれ前記下限値を下回った場合、各金属粉末の粒子の表面エネルギーが大きくなり過ぎて、各金属粉末の流動性や充填性が低下するおそれがある。このため、第1の混練物21および第2の混練物22の流動性が低下し、成形時のキャビティ充填性が低下するおそれがある。一方、第1の金属粉末の平均粒径および第2の金属粉末の平均粒径が、それぞれ前記上限値を上回った場合、各金属粉末の焼結温度を十分に接近させることができないおそれがある。
When the average particle diameter of the first metal powder and the average particle diameter of the second metal powder are below the lower limit values, the surface energy of the particles of each metal powder becomes too large, There is a possibility that fluidity and filling property may be lowered. For this reason, the fluidity of the first kneaded
また、第1の金属粉末および第2の金属粉末のうち、固相線温度の高い方の金属粉末は、その平均粒径が、固相線温度の低い方の金属粉末の平均粒径より小さいことが好ましい。平均粒径が小さくなれば金属材料が活性化し、通常の焼結温度よりも低い温度で焼結できるので、これにより第1の金属粉末の焼結温度と第2の金属粉末の焼結温度とをさらに接近させることができる。
また、本発明に用いる第1の金属粉末および第2の金属粉末には、それぞれいかなる方法で製造されたものでも用いることができ、例えば、アトマイズ法(例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法等)、還元法、カルボニル法、粉砕法により製造されたものを用いることができる。
Of the first metal powder and the second metal powder, the metal powder having the higher solidus temperature has an average particle size smaller than the average particle size of the metal powder having the lower solidus temperature. It is preferable. If the average particle size is reduced, the metal material is activated and can be sintered at a temperature lower than the normal sintering temperature. Thus, the sintering temperature of the first metal powder and the sintering temperature of the second metal powder Can be further approached.
In addition, the first metal powder and the second metal powder used in the present invention can be produced by any method, for example, an atomizing method (for example, a water atomizing method, a gas atomizing method, etc.), Those produced by a reduction method, a carbonyl method, or a pulverization method can be used.
このうち、水アトマイズ法(高速回転水流アトマイズ法を含む。)により製造されたものを好ましく用いることができる。水アトマイズ法では、溶融金属に向けて高圧の水ジェットを衝突させることによって、微小な金属粉末を効率よく製造することができる。この方法で用いる水ジェットは、ガスアトマイズ法で用いるガスジェットに比べて、冷却媒の比重が大きく、衝突エネルギーも大きいため、溶融金属をより微小に分断することができる。また、粒度分布の幅も狭く、粒径の揃った金属粉末を製造することができる。 Among these, those produced by the water atomizing method (including the high-speed rotating water stream atomizing method) can be preferably used. In the water atomization method, a fine metal powder can be efficiently produced by colliding a high-pressure water jet against a molten metal. The water jet used in this method has a larger specific gravity of the cooling medium and higher collision energy than the gas jet used in the gas atomization method, so that the molten metal can be more finely divided. In addition, a metal powder having a narrow particle size distribution and a uniform particle size can be produced.
また、水アトマイズ法により分断された溶融金属の各粒子には、ガスアトマイズ法に比べて異形状のものが多く含まれている。このため、各粒子は、球形状の粒子に比べて比表面積が大きくなる。その結果、水アトマイズ法により製造された金属粉末では、各粒子における表面エネルギーが特に大きくなり、前述したような第1の金属粉末の焼結温度と第2の金属粉末の焼結温度との接近がより顕著なものとなる。すなわち、水アトマイズ法により得られた金属粉末は、本発明に用いられる第1の金属粉末および第2の金属粉末として特に好適である。 Moreover, many particles of the molten metal divided by the water atomizing method contain many different shapes as compared with the gas atomizing method. For this reason, each particle has a larger specific surface area than spherical particles. As a result, in the metal powder produced by the water atomization method, the surface energy of each particle is particularly large, and the sintering temperature of the first metal powder and the sintering temperature of the second metal powder as described above are close to each other. Becomes more prominent. That is, the metal powder obtained by the water atomization method is particularly suitable as the first metal powder and the second metal powder used in the present invention.
以上のようにして製造された複合焼結体1は、結晶構造が均一なものとなるため、含まれる構造欠陥が少なく、機械的特性に優れたものとなる。特に、前述したような粒径の金属粉末を用いた場合、結晶組織の粒径も微小なものとなり、機械的特性のさらなる向上が図られる。すなわち、結晶組織が微小になると、複合焼結体1の主たる破壊機構が、結晶組織内部における破壊から、結晶粒界における破壊へと変化するが、結晶粒界における破壊は結晶組織内部における破壊よりも発生に至る限界の応力が大きいことから、複合焼結体1は機械的特性において特に優れたものとなる。 Since the composite sintered body 1 manufactured as described above has a uniform crystal structure, it contains few structural defects and has excellent mechanical properties. In particular, when a metal powder having a particle size as described above is used, the particle size of the crystal structure becomes minute, and the mechanical characteristics are further improved. That is, when the crystal structure becomes minute, the main fracture mechanism of the composite sintered body 1 changes from the fracture inside the crystal structure to the fracture at the crystal grain boundary. Since the critical stress leading to generation of the composite sintered body 1 is particularly excellent in mechanical properties.
このような複合焼結体1の機械的特性は、用いる金属粉末の組成に応じて異なるが、例えば、第1の金属粉末および第2の金属粉末がそれぞれステンレス鋼である場合、JIS Z 2241の規定の引張強さが、500MPa以上と高くなる。このような引張強さを有する複合焼結体1は、各種機構部品として十分に利用可能なものとなる。
また、複合焼結体1は、前述したような粒径の微小な金属粉末を用いた場合、表面粗さの低いものとなる。具体的には、JIS Z 0601に規定の表面粗さRaが、0.8μm以下の複合焼結体1が得られる。このような表面粗さRaを有する複合焼結体1は、平滑性が十分に高いものであると言える。
さらに、窒素ガス雰囲気下で脱脂体を焼成した場合、得られた複合焼結体1の表面に窒化処理と同等の処理が施されることとなる。このため、表面の硬度が向上し、耐摩耗性に優れた複合焼結体1が得られる。
The mechanical properties of such a composite sintered body 1 vary depending on the composition of the metal powder used. For example, when the first metal powder and the second metal powder are stainless steel, respectively, JIS Z 2241 The specified tensile strength is as high as 500 MPa or more. The composite sintered body 1 having such tensile strength can be sufficiently used as various mechanical components.
Further, the composite sintered body 1 has a low surface roughness when the fine metal powder having a particle diameter as described above is used. Specifically, the composite sintered body 1 having a surface roughness Ra specified in JIS Z 0601 of 0.8 μm or less is obtained. It can be said that the composite sintered body 1 having such a surface roughness Ra has sufficiently high smoothness.
Further, when the degreased body is fired in a nitrogen gas atmosphere, the surface of the obtained composite sintered body 1 is subjected to a treatment equivalent to the nitriding treatment. For this reason, the surface hardness improves and the composite sintered compact 1 excellent in abrasion resistance is obtained.
以上のようにして製造された複合焼結体1は、前述したように、異種金属の焼結体同士が一体化してなるものであるため、機械的特性に優れている上に、部分的に電磁気的特性、熱的特性、機械的特性、化学的特性等が異なっている。したがって、このような特性の差を利用することにより、複合焼結体1を各種機能部品として好適に用いることができる。 As described above, the composite sintered body 1 manufactured as described above is formed by integrating sintered bodies of dissimilar metals, so that it has excellent mechanical characteristics and is partially The electromagnetic characteristics, thermal characteristics, mechanical characteristics, chemical characteristics, etc. are different. Therefore, the composite sintered body 1 can be suitably used as various functional parts by utilizing such a difference in characteristics.
例えば、部分的に磁性の異なる機能部品や、部分的に硬度の異なる機能部品、部分的に耐食性の異なる機能部品、部分的に耐摩耗性の異なる機能部品等を製造することができる。
また、本実施形態では、インサート成形法により複合成形体4を得る方法について説明したが、インサート成形によれば、第1の混練物21と第2の混練物22とが混じり合うのを防止しつつ、これらが隣接した複合成形体(インサート成形体)4を容易に作製することができる。
For example, functional parts having partially different magnetism, functional parts having partially different hardness, functional parts having partially different corrosion resistance, functional parts having partially different wear resistance, and the like can be manufactured.
In the present embodiment, the method of obtaining the composite molded body 4 by the insert molding method has been described. However, the insert molding prevents the first kneaded
<第2実施形態>
次に、本発明の複合焼結体の製造方法の第2実施形態について説明する。
図4および図5は、本発明の複合焼結体の製造方法の第2実施形態を説明するための図である。
以下、第2実施形態について説明するが、前記第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
Second Embodiment
Next, 2nd Embodiment of the manufacturing method of the composite sintered compact of this invention is described.
4 and 5 are diagrams for explaining a second embodiment of the method for producing a composite sintered body of the present invention.
Hereinafter, although the second embodiment will be described, the description will focus on the differences from the first embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
本実施形態にかかる複合焼結体の製造方法は、インサート成形に代えて、第1の混練物と第2の混練物とを二色成形するようにした以外は、前記第1実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態にかかる複合焼結体の製造方法は、[1]第1の金属粉末と有機バインダとを含む第1の混練物(第1の組成物)21と、第1の金属粉末とは異種の第2の金属粉末と有機バインダとを含む第2の混練物(第2の組成物)22とを用意する組成物調製工程と、[2]第1の混練物21と第2の混練物22とを二色成形し、二色成形体5を得る成形工程と、[3]得られた二色成形体5を脱脂し、脱脂体6を得る脱脂工程と、[4]得られた脱脂体6を焼成し、複合焼結体1を得る焼成工程とを有する。以下、これらの工程を順次詳述する。
The manufacturing method of the composite sintered body according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the first kneaded material and the second kneaded material are two-color molded instead of insert molding. It is.
That is, the method for producing a composite sintered body according to the present embodiment includes: [1] a first kneaded product (first composition) 21 containing a first metal powder and an organic binder, and a first metal powder. Preparing a second kneaded product (second composition) 22 containing a second metal powder and an organic binder different from each other; [2] a first kneaded
[1]組成物調製工程
まず、前記第1実施形態と同様にして、第1の混練物(第1の組成物)21および第2の混練物(第2の組成物)22を得る。
[2]成形工程
次に、第1の混練物21と第2の混練物22とを二色成形する。
この成形方法には、特に限定されず、前記第1実施形態と同様、金属粉末射出成形(MIM)法、圧縮(プレス)成形法、押出成形法等が用いられるが、特にMIM法が好ましく用いられる。
ここでは、まず、図4(a)に示すように、二色成形機50のキャビティ51の右側の空間をピン52で塞いだ状態にしておく。そして、これにより生じたキャビティ51の左側の空間に第1の混練物21を充填する。次いで、図4(b)に示すように、ピン52をキャビティ51から引き抜き、これにより生じたキャビティ51の右側の空間に第2の混練物22を充填する。
これにより、図4(c)に示すように、第1の混練物21と第2の混練物22とが二色成形されてなる二色成形体(異種金属の複合成形体)5が得られる。
なお、本実施形態では、2種類の混練物21、22を同一のキャビティ51内に射出可能な二色成形機50を用いた場合について説明したが、3種類以上の混練物を同一のキャビティ内に射出可能な多色成形機を用いるようにしてもよい。
[1] Composition Preparation Step First, in the same manner as in the first embodiment, a first kneaded product (first composition) 21 and a second kneaded product (second composition) 22 are obtained.
[2] Molding Step Next, the first kneaded
The molding method is not particularly limited, and a metal powder injection molding (MIM) method, a compression (press) molding method, an extrusion molding method, and the like are used as in the first embodiment, and the MIM method is particularly preferably used. It is done.
Here, first, as shown in FIG. 4A, the space on the right side of the
As a result, as shown in FIG. 4C, a two-color molded body (composite molded body of different metals) 5 obtained by two-color molding of the first kneaded
In the present embodiment, the case where the two-
[3]脱脂工程
前記工程で得られた二色成形体5に対し、前記第1実施形態と同様にして脱脂処理(脱バインダ処理)を施し、脱脂体6’を得る。
[4]焼成工程
前記工程で得られた脱脂体6’を、前記第1実施形態と同様にして焼成炉で焼成する(図5(d)参照)。これにより、脱脂体6’が焼結し、図5(e)に示す複合焼結体1’が得られる。
この焼結により製造された複合焼結体1’は、異種金属の第1の金属粉末の焼結体部位11’と第2の金属粉末の焼結体部位12’とが一体化してなるものであるため、機械的特性に優れている上に、部分的に電磁気的特性、熱的特性、機械的特性、化学的特性等が異なっている。したがって、このような特性の差を利用することにより、複合焼結体1の各種機能部品とし好適に用いることができる。
また、第1の金属粉末の焼結体部位11’の結晶構造と第2の金属粉末の焼結体部位12’の結晶構造が同じになるため、両者の熱膨張率が接近し、複合焼結体1’の変形や寸法精度の低下を防止することができる。
[3] Degreasing step The two-color molded body 5 obtained in the above step is subjected to a degreasing process (debinding process) in the same manner as in the first embodiment to obtain a degreased body 6 '.
[4] Firing Step The degreased
A composite sintered body 1 ′ produced by this sintering is obtained by integrating a
In addition, since the crystal structure of the
以上のような第2実施形態においても、前記第1実施形態と同様の作用・効果が得られる。
また、二色成形によれば、第1の混練物21と第2の混練物22とが混じり合うのを防止しつつ、これらが隣接した複合成形体(二色成形体)を容易に作製することができる。
In the second embodiment as described above, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.
Further, according to the two-color molding, the first kneaded
<燃料噴射弁>
次に、本発明の複合焼結体で構成された部品を備えた燃料噴射弁について説明する。
図6は、本発明の燃料噴射弁の実施形態を示す縦断面図、図7は、図6に示す燃料噴射弁の部分拡大図である。なお、以下の説明では、図6および図7中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
<Fuel injection valve>
Next, the fuel injection valve provided with the components comprised by the composite sintered compact of this invention is demonstrated.
6 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the fuel injection valve of the present invention, and FIG. 7 is a partially enlarged view of the fuel injection valve shown in FIG. In the following description, the upper side in FIGS. 6 and 7 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
図6に示す電磁式燃料噴射弁100は、車両用エンジン等の燃焼室内に燃料を噴射する噴射弁であって、複合磁性パイプ120(管状の部品)を有する。燃料はこの複合磁性パイプ120内を上方から下方に流れる。
複合磁性パイプ120は、上方から燃料コネクタ部121、非磁性部122およびバルブ収容部123の3つの領域に分かれている。
An electromagnetic
The composite
複合磁性パイプ120の上部は、図示しない燃料配管と連結される燃料コネクタ部121であり、その外周にはOリング124が装着されている。また、燃料コネクタ部121の内部には、燃料配管から送られてくる燃料を濾過する燃料フィルタ125が装着されている。
複合磁性パイプ120の中間部は、非磁性である非磁性部122であり、その外周を覆うようにリング状のコイル139が設けられている。また、コイル139に隣接してコネクタハウジング143が設けられており、コイル139の巻き線がコネクタハウジング143の内側に突出するターミナル144と接続されている。これにより、ターミナル144を介してコイル139に通電することができる。また、コイル139は、磁性ハウジング145により覆われている。
複合磁性パイプ120の下部は、燃料の噴射するバルブを収容するバルブ収容部123であり、その外周には、図示しない吸気マニホールドとの連結部をシールするOリング136が装着されている。
The upper part of the composite
An intermediate portion of the composite
A lower portion of the composite
また、複合磁性パイプ120の下端部の外周を覆うとともに、下方に延伸するように、有底筒状のシートホルダ131が設けられている。また、シートホルダ131の内底部には、バルブシート132が固定され、このバルブシート132には噴射口133が形成されている。複合磁性パイプ120の内部に供給された燃料は、この噴射口133を介して燃料室内に噴射される。
A bottomed
複合磁性パイプ120の内部の燃料フィルタ125の下方には、円筒状の固定鉄心126が固定されており、固定鉄心126の下端は複合磁性パイプ120の中間部の非磁性部122付近まで伸びている。
また、固定鉄心126の内側には、円筒状のアジャスタ128が設けられており、さらにアジャスタ128の下方には、スプリング129が設けられている。アジャスタ128およびスプリング129の内側は、燃料フィルタ125で濾過された燃料が通過する流路となる。
A cylindrical fixed
A
複合磁性パイプ120の内部の固定鉄心126の下方には、中空状の可動鉄心138が設けられており、可動鉄心138の内側の上端面には、スプリング129の下端面が当接している。このスプリング129により可動鉄心138が下方に付勢されている。また、固定鉄心126の下端面と可動鉄心138の上端面は、図7に示すように、わずかな隙間を介して対向している。
A hollow
可動鉄心138の下方には、棒状のニードルバルブ130が設けられており、ニードルバルブ130の上端部が可動鉄心138の内周に固定されている。一方、ニードルバルブ130の下端部は、噴射口133付近に位置している。ニードルバルブ130は、上下動自在になっており、ニードルバルブ130が移動幅の下限位置にあるとき、噴射口133を塞いで燃料の噴射を停止する。一方、ニードルバルブ130が前記下限位置以外の位置にあるときは、噴射口133を開放し、噴射口133から燃料が噴射される。
A rod-shaped
次に、電磁式燃料噴射弁100の動作について説明する。
電磁式燃料噴射弁100において、コイル139に電流が流れていないときには、スプリング129によって可動鉄心138が下方に付勢され、可動鉄心138に固定されたニードルバルブ130も下方に移動する。その結果、ニードルバルブ130の下端部が噴射口133を閉鎖する(閉状態)。
Next, the operation of the electromagnetic
In the electromagnetic
この閉状態の後、コイル139に通電すると、コイル139の周囲に磁束が発生し、その磁束がコイル139を取り囲む磁路を流れる。この磁路は、磁性ハウジング145、燃料コネクタ部121、固定鉄心126、可動鉄心138、バルブ収容部123および磁性ハウジング145を順次通過する経路で構成される。このような磁路に磁束が流れると、固定鉄心126と可動鉄心138との間に磁気吸引力が発生し、可動鉄心138が上方に吸引されて、ニードルバルブ130も上方に移動する。その結果、ニードルバルブ130の下端部が噴射口133から離れる(開状態)。
When the
ところで、電磁式燃料噴射弁100(本発明の燃料噴射弁)が有する複合磁性パイプ120は、本発明の複合焼結体で構成されている。
すなわち、複合磁性パイプ120は、前述したように、燃料コネクタ部121、非磁性部122およびバルブ収容部123の3つの領域に分けられるが、このうち、燃料コネクタ部121およびバルブ収容部123が磁性材料(例えば、SUS430等のフェライト系ステンレス鋼等)で構成されている一方、非磁性部122が前記磁性材料とは異種の非磁性材料で構成されている。
Incidentally, the composite
That is, as described above, the composite
このように磁性材料で構成された燃料コネクタ部121およびバルブ収容部123の間に非磁性材料で構成された非磁性部122が設けられていることにより、複合磁性パイプ120に形成されようとする磁路が、非磁性部122で途切れることになる。
磁路が非磁性部122で途切れると、磁束は、固定鉄心126と可動鉄心138との間を優先的に流れるようになる。その結果、固定鉄心126と可動鉄心138との間に確実に磁気吸引力を発生させることができる。
As described above, the
When the magnetic path is interrupted at the
また、複合磁性パイプ120は、本発明の複合焼結体で構成したことにより、前述した3つの領域が一体的に連結されたものとなる。これにより、3つの領域を溶接やろう付け等の方法で連結した場合に比べて、手間のかかる溶接等の工程を経ることなく、連結強度が高く、機械的特性および寸法精度に優れた複合磁性パイプ120を効率よく製造することができる。
また、このような複合磁性パイプ120は、インサート成形や二色成形のような成形方法を用いて3つの領域を一括して成形するため、各領域間の位置ズレ等が生じず、寸法精度の高い複合磁性パイプ120が得られる。したがって、寸法精度を高めるための機械加工等を施す必要がなく、部品の低コスト化を図ることができる。
Further, the composite
In addition, such a composite
さらに、本発明の複合焼結体で構成された複合磁性パイプ120は、焼結時の雰囲気ガスを選択することにより、表面硬度が上昇して耐摩耗性に優れたものになる。ここで、電磁式燃料噴射弁100において可動鉄心138が可動するとき、複合磁性パイプ120の内周面と可動鉄心138の外周面とが摺動する。本発明の複合焼結体で構成された複合磁性パイプ120は、寸法精度が高く後加工が不要なため、硬度の高い表面をそのまま利用することができるため、可動鉄心138との摺動に対しても耐久性の高いものとなる。
Furthermore, the composite
以上、本発明の複合焼結体の製造方法、複合焼結体および燃料噴射弁について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、複合焼結体の製造方法では、必要に応じて、任意の工程を追加することもできる。
As mentioned above, although the manufacturing method of the composite sintered compact of this invention, the composite sintered compact, and the fuel injection valve were demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to this.
For example, in the method for producing a composite sintered body, an arbitrary step can be added as necessary.
1.複合焼結体の製造
(実施例1)
<1>まず、水アトマイズ法により製造された、平均粒径2.9μm、比表面積650m2/kgのステンレス鋼SUS304L粉末(エプソンアトミックス社製、PF−3F)と、ポリプロピレンとワックスとの混合物(有機バインダ)とを、質量比で91:9となるように秤量して混合原料を得た。なお、SUS304Lは、オーテステナイト系ステンレス鋼であり、その結晶構造の単位格子は、面心立方格子である。
1. Production of composite sintered body (Example 1)
<1> First, a mixture of stainless steel SUS304L powder (PF-3F, manufactured by Epson Atmix Co., Ltd.) having an average particle size of 2.9 μm and a specific surface area of 650 m 2 / kg, manufactured by a water atomization method, and polypropylene and wax. (Organic binder) was weighed to a mass ratio of 91: 9 to obtain a mixed raw material. Note that SUS304L is austenitic stainless steel, and the unit cell of the crystal structure is a face-centered cubic lattice.
<2>次に、この混合原料を混練機で混練し、コンパウンド(第1の混練物)を得た。
<3>次に、このコンパウンドを、以下に示す成形条件で、図1に示す一次成形用の射出成形機にて射出成形し、一次成形体を作製した。なお、得られた一次成形体は、外径7mm×厚さ3mmのリング状であった。
<成形条件>
・材料温度:150℃
・射出圧力:11MPa(110kgf/cm2)
<2> Next, this mixed raw material was kneaded with a kneader to obtain a compound (first kneaded product).
<3> Next, this compound was injection molded with the injection molding machine for primary molding shown in FIG. 1 under the molding conditions shown below to produce a primary molded body. In addition, the obtained primary molded object was a ring shape of outer diameter 7mm x thickness 3mm.
<Molding conditions>
-Material temperature: 150 ° C
Injection pressure: 11 MPa (110 kgf / cm 2 )
<4>次に、水アトマイズ法により製造された、平均粒径2.3μm、比表面積820m2/kgのステンレス鋼SUS430L粉末(エプソンアトミックス社製、PF−2F)と、ポリプロピレンとワックスとの混合物(有機バインダ)とを、質量比で90:10となるように秤量して混合原料を得た。なお、SUS430Lは、フェライト系ステンレス鋼であり、その結晶構造の単位格子は、体心立方格子である。 <4> Next, stainless steel SUS430L powder (manufactured by Epson Atmix Co., PF-2F) having an average particle size of 2.3 μm and a specific surface area of 820 m 2 / kg, manufactured by a water atomization method, and polypropylene and wax The mixture (organic binder) was weighed so as to have a mass ratio of 90:10 to obtain a mixed raw material. Note that SUS430L is ferritic stainless steel, and the unit lattice of the crystal structure is a body-centered cubic lattice.
<5>次に、この混合原料を混練機で混練し、コンパウンド(第2の混練物)を得た。
<6>次に、得られた一次成形体をインサートワークとして、このコンパウンドを、以下に示す成形条件で、図1に示す二次成形用の射出成形機にてインサート成形し、二次成形体(複合成形体)を作製した。なお、得られた二次成形体は、外径7mm×長さ30mmの円筒状であった。
<成形条件>
・材料温度:150℃
・射出圧力:11MPa(110kgf/cm2)
<5> Next, this mixed raw material was kneaded with a kneader to obtain a compound (second kneaded product).
<6> Next, using the obtained primary molded body as an insert work, this compound was insert-molded with the injection molding machine for secondary molding shown in FIG. (Composite molded body) was produced. In addition, the obtained secondary molded body was a cylindrical shape having an outer diameter of 7 mm and a length of 30 mm.
<Molding conditions>
-Material temperature: 150 ° C
Injection pressure: 11 MPa (110 kgf / cm 2 )
<7>次に、得られた二次成形体を、以下に示す脱脂条件で熱処理(脱脂処理)を施し、脱脂体を得た。
<脱脂条件>
・加熱温度 :500℃
・加熱時間 :2時間
・加熱雰囲気:窒素ガス
<7> Next, the obtained secondary molded body was subjected to heat treatment (degreasing treatment) under the following degreasing conditions to obtain a degreased body.
<Degreasing conditions>
-Heating temperature: 500 ° C
・ Heating time: 2 hours ・ Heating atmosphere: Nitrogen gas
<8>次に、得られた脱脂体を、以下に示す焼成条件で焼成した。これにより、複合焼結体を得た。
<焼成条件>
・焼成温度 :1200℃
・焼成時間 :3時間
・焼成雰囲気:窒素ガス
・焼成炉 :連続炉
<8> Next, the obtained degreased body was fired under the firing conditions shown below. Thereby, a composite sintered body was obtained.
<Baking conditions>
・ Baking temperature: 1200 ℃
-Firing time: 3 hours-Firing atmosphere: nitrogen gas-Firing furnace: Continuous furnace
(実施例2〜9)
金属粉末の種類、平均粒径、有機バインダの含有率および焼成温度を、表1に示すように変更した以外は、前記実施例1と同様にして複合焼結体を得た。
(Examples 2-9)
A composite sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the type of metal powder, average particle size, organic binder content and firing temperature were changed as shown in Table 1.
(実施例10)
インサート成形に代えて、以下に示す二色成形により二色成形体を製造し、この二色成形体を脱脂・焼成するようにした以外は、前記実施例1と同様にして複合焼結体を得た。
<1>まず、水アトマイズ法により製造された、平均粒径2.3μm、比表面積820m2/kgのステンレス鋼SUS304L粉末(エプソンアトミックス社製、PF−2F)と、ポリプロピレンとワックスとの混合物(有機バインダ)とを、質量比で90:10となるように秤量して混合原料を得た。なお、SUS304Lは、オーテステナイト系ステンレス鋼であり、その結晶構造の単位格子は、面心立方格子である。
(Example 10)
Instead of insert molding, a composite sintered body is produced in the same manner as in Example 1 except that a two-color molded body is manufactured by the following two-color molding and the two-color molded body is degreased and fired. Obtained.
<1> First, a mixture of stainless steel SUS304L powder (PF-2F, manufactured by Epson Atmix Co., Ltd.) having an average particle size of 2.3 μm and a specific surface area of 820 m 2 / kg, produced by a water atomizing method, and polypropylene and wax. (Organic binder) was weighed to a mass ratio of 90:10 to obtain a mixed raw material. Note that SUS304L is austenitic stainless steel, and the unit cell of the crystal structure is a face-centered cubic lattice.
<2>次に、この混合原料を混練機で混練し、コンパウンド(第1の混練物)を得た。
<3>次に、水アトマイズ法により製造された、平均粒径2.3μm、比表面積820m2/kgのステンレス鋼SUS430L粉末(エプソンアトミックス社製、PF−2F)と、ポリプロピレンとワックスとの混合物(有機バインダ)とを、質量比で90:10となるように秤量して混合原料を得た。なお、SUS430Lは、フェライト系ステンレス鋼であり、その結晶構造の単位格子は、体心立方格子である。
<2> Next, this mixed raw material was kneaded with a kneader to obtain a compound (first kneaded product).
<3> Next, a stainless steel SUS430L powder (manufactured by Epson Atmix Co., PF-2F) having an average particle size of 2.3 μm and a specific surface area of 820 m 2 / kg, manufactured by a water atomizing method, and polypropylene and wax The mixture (organic binder) was weighed so as to have a mass ratio of 90:10 to obtain a mixed raw material. Note that SUS430L is ferritic stainless steel, and the unit lattice of the crystal structure is a body-centered cubic lattice.
<4>次に、この混合原料を混練機で混練し、コンパウンド(第2の混練物)を得た。
<5>次に、このコンパウンドを、以下に示す成形条件で、図4に示す二色成形機にて射出成形し、二色成形体を作製した。なお、得られた二色成形体は、外径7mm×長さ30mmの円筒状であった。
<成形条件>
・材料温度:150℃
・射出圧力:11MPa(110kgf/cm2)
<4> Next, this mixed raw material was kneaded with a kneader to obtain a compound (second kneaded product).
<5> Next, this compound was injection-molded with the two-color molding machine shown in FIG. 4 under the molding conditions shown below to produce a two-color molded body. In addition, the obtained two-color molded object was a cylindrical shape of outer diameter 7mm x length 30mm.
<Molding conditions>
-Material temperature: 150 ° C
Injection pressure: 11 MPa (110 kgf / cm 2 )
<6>次に、得られた二色成形体を、以下に示す脱脂条件で熱処理(脱脂処理)を施し、脱脂体を得た。
<脱脂条件>
・加熱温度 :500℃
・加熱時間 :2時間
・加熱雰囲気:窒素ガス
<6> Next, the obtained two-color molded body was subjected to heat treatment (degreasing treatment) under the following degreasing conditions to obtain a degreased body.
<Degreasing conditions>
-Heating temperature: 500 ° C
・ Heating time: 2 hours ・ Heating atmosphere: Nitrogen gas
<7>次に、得られた脱脂体を、以下に示す焼成条件で焼成した。これにより、複合焼結体を得た。
<焼成条件>
・焼成温度 :1200℃
・焼成時間 :3時間
・焼成雰囲気:窒素ガス
・焼成炉 :連続炉
<7> Next, the obtained degreased body was fired under the firing conditions shown below. Thereby, a composite sintered body was obtained.
<Baking conditions>
・ Baking temperature: 1200 ℃
-Firing time: 3 hours-Firing atmosphere: nitrogen gas-Firing furnace: Continuous furnace
(実施例11)
金属粉末の平均粒径を表1に示すように変更した以外は、前記実施例10と同様にして複合焼結体を得た。
(比較例1〜4)
金属粉末の平均粒径、焼成温度および焼成雰囲気を、表1に示すように変更した以外は、前記実施例1と同様にして複合焼結体を得た。特に、比較例1〜4では、それぞれ焼成雰囲気を減圧雰囲気とした。
(Example 11)
A composite sintered body was obtained in the same manner as in Example 10 except that the average particle size of the metal powder was changed as shown in Table 1.
(Comparative Examples 1-4)
A composite sintered body was obtained in the same manner as in Example 1 except that the average particle diameter, firing temperature and firing atmosphere of the metal powder were changed as shown in Table 1. In particular, in Comparative Examples 1 to 4, the firing atmosphere was a reduced pressure atmosphere.
(比較例5)
金属粉末の平均粒径、焼成温度および焼成雰囲気を、表1に示すように変更した以外は、前記実施例10と同様にして複合焼結体を得た。特に、比較例5では、焼成雰囲気を減圧雰囲気とした。
(比較例6)
二次成形体を得た後、この二次成形体に一次焼結を行い、さらに熱間静水圧プレス(HIP)処理を施し、一次焼結体の高密度化を図った以外は、前記比較例1と同様にして成形体を得た後、脱脂・焼成して複合焼結体を得た。なお、一次焼結は、減圧雰囲気下で行った。
(比較例7〜8)
金属粉末の平均粒径および焼成温度を、表1に示すように変更した以外は、前記比較例6と同様にして、一次焼結体にHIP処理を施した後、脱脂・焼成して複合焼結体を得た。
(Comparative Example 5)
A composite sintered body was obtained in the same manner as in Example 10 except that the average particle diameter, firing temperature and firing atmosphere of the metal powder were changed as shown in Table 1. In particular, in Comparative Example 5, the firing atmosphere was a reduced pressure atmosphere.
(Comparative Example 6)
After obtaining the secondary compact, the secondary compact was subjected to primary sintering, and then subjected to hot isostatic pressing (HIP) to increase the density of the primary sintered compact. A molded body was obtained in the same manner as in Example 1, and then degreased and fired to obtain a composite sintered body. The primary sintering was performed in a reduced pressure atmosphere.
(Comparative Examples 7-8)
Except for changing the average particle size and firing temperature of the metal powder as shown in Table 1, the primary sintered body was subjected to HIP treatment in the same manner as in Comparative Example 6 and then degreased and fired to perform composite firing. A ligature was obtained.
2.複合焼結体の評価
2.1 引張強さの評価
各実施例および各比較例の複合焼結体の引張強さを、それぞれ、JIS Z 2241に規定の方法に準じた方法で測定した。
2.2 相対密度の評価
各実施例および各比較例の複合焼結体の比重を、それぞれアルキメデス法により測定した。そして、各金属粉末を構成する金属材料の真密度から、各複合焼結体の相対密度を算出した。そして、算出した相対密度を、以下の評価基準にしたがって評価した。
<相対密度の評価基準>
◎:97%以上
○:95%以上97%未満
△:93%以上95%未満
×:93%未満
2. 2. Evaluation of Composite Sintered Body 2.1 Evaluation of Tensile Strength The tensile strength of the composite sintered body of each Example and each Comparative Example was measured by a method according to the method prescribed in JIS Z2241.
2.2 Evaluation of Relative Density Specific gravity of the composite sintered bodies of each Example and each Comparative Example was measured by Archimedes method. And the relative density of each composite sintered compact was computed from the true density of the metal material which comprises each metal powder. The calculated relative density was evaluated according to the following evaluation criteria.
<Relative density evaluation criteria>
◎: 97% or more ○: 95% or more and less than 97% △: 93% or more and less than 95% ×: less than 93%
2.3 寸法精度の評価
各実施例および各比較例の複合焼結体の寸法精度として、目標とする寸法からのズレ量を以下の評価基準にしたがって評価した。
<寸法精度の評価基準>
◎:寸法精度が特に高い
○:寸法精度が高い
△:寸法精度が低い
×:寸法精度が特に低い
以上、2.1〜2.3の評価結果を表1に示す。
2.3 Evaluation of Dimensional Accuracy As the dimensional accuracy of the composite sintered bodies of the examples and the comparative examples, the deviation from the target size was evaluated according to the following evaluation criteria.
<Evaluation criteria for dimensional accuracy>
◎: Dimensional accuracy is particularly high ◯: Dimensional accuracy is high △: Dimensional accuracy is low ×: Dimensional accuracy is particularly low Table 1 shows the evaluation results of 2.1 to 2.3.
表1から明らかなように、各実施例で得られた複合焼結体は、いずれも引張強さが大きく、機械的特性に優れたものであった。
また、各実施例で得られた複合焼結体は、相対密度および寸法精度も良好であった。特に、平均粒径が10μm以下の金属粉末を用いた場合、この傾向が顕著であった。
また、HIP処理により、複合焼結体の引張強さの向上が認められたものの、各実施例で得られた複合焼結体の引張強さには及ばなかった。
なお、実施例3で得られた複合焼結体と、比較例1で得られた複合焼結体について、その外観写真を図8に示す。
As is apparent from Table 1, the composite sintered bodies obtained in each example had high tensile strength and excellent mechanical properties.
In addition, the composite sintered body obtained in each example had good relative density and dimensional accuracy. In particular, when a metal powder having an average particle size of 10 μm or less was used, this tendency was remarkable.
Moreover, although the improvement of the tensile strength of the composite sintered compact was recognized by HIP processing, it did not reach the tensile strength of the composite sintered compact obtained in each Example.
In addition, the external appearance photograph is shown in FIG. 8 about the composite sintered compact obtained in Example 3, and the composite sintered compact obtained in the comparative example 1. FIG.
図8から明らかなように、実施例3で得られた複合焼結体は、SUS304L焼結体の部位と、SUS430L焼結体の部位との外周面が直線的になっており、全体的に外径が均一な円筒体が得られた。
一方、比較例1で得られた複合焼結体は、SUS304L焼結体の部位と、SUS430L焼結体の部位との外周面が歪んだ円筒体であり、特に各部位の境界付近で外径が不均一になっていた。
さらに、実施例3で得られた複合焼結体と、比較例1で得られた複合焼結体について、接合部の横断面について元素マッピング像およびNiの濃度分布スペクトルを取得した。得られた元素マッピング像およびNiの濃度分布スペクトルを図9に示す。なお、図9において、淡色部はNi濃度が高い領域を示し、濃色部はNi濃度が低い領域を示す。
As is clear from FIG. 8, the composite sintered body obtained in Example 3 has a linear outer peripheral surface of the portion of the SUS304L sintered body and the portion of the SUS430L sintered body. A cylindrical body having a uniform outer diameter was obtained.
On the other hand, the composite sintered body obtained in Comparative Example 1 is a cylindrical body in which the outer peripheral surfaces of the SUS304L sintered body portion and the SUS430L sintered body portion are distorted, and the outer diameter is particularly near the boundary of each portion. Was uneven.
Further, for the composite sintered body obtained in Example 3 and the composite sintered body obtained in Comparative Example 1, element mapping images and Ni concentration distribution spectra were obtained for the cross section of the joint. The obtained element mapping image and Ni concentration distribution spectrum are shown in FIG. In FIG. 9, the light color portion indicates a region where the Ni concentration is high, and the dark color portion indicates a region where the Ni concentration is low.
図9から明らかなように、実施例3で得られた複合焼結体では、元々Niを含むSUS304L側から、元々Niを含まないSUS430L側へNiが拡散している様子が認められる。これにより、実施例3の複合焼結体では、SUS304L焼結体の部位とSUS430L焼結体の部位とが、強固に結合して複合焼結体となっていることが推察される。
一方、比較例1で得られた複合焼結体では、SUS304L側からSUS430L側へのNiの拡散はほとんど認められない。
As is clear from FIG. 9, in the composite sintered body obtained in Example 3, it is recognized that Ni is diffused from the SUS304L side originally containing Ni to the SUS430L side not originally containing Ni. Thereby, in the composite sintered compact of Example 3, it is guessed that the site | part of a SUS304L sintered compact and the site | part of a SUS430L sintered compact couple | bond together firmly and become a composite sintered compact.
On the other hand, in the composite sintered body obtained in Comparative Example 1, almost no diffusion of Ni from the SUS304L side to the SUS430L side is observed.
1、1’……複合焼結体 11、11’……第1の金属粉末の焼結体部位 12、12’……第2の金属粉末の焼結体部位 21……第1の混練物 22……第2の混練物 3……一次成形体 30……一次成形用成形型 31……キャビティ 4……二次成形体 40……二次成形用成形型 41……キャビティ 42……空間 5……二色成形体 50……二色成形機 51……キャビティ 52……ピン 6、6’……脱脂体 100……電磁式燃料噴射弁 120……複合磁性パイプ 121……燃料コネクタ部 122……非磁性部 123……バルブ収容部 124……Oリング 125……燃料フィルタ 126……固定鉄心 128……アジャスタ 129……スプリング 130……ニードルバルブ 131……シートホルダ 132……バルブシート 133……噴射口 136……Oリング 138……可動鉄心 139……コイル 143……コネクタハウジング 144……ターミナル 145……磁性ハウジング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 '... Composite sintered
Claims (13)
前記複合成形体を窒素原子を含む雰囲気ガス中で焼成し、結晶構造が面心立方格子のFe基合金からなる金属材料で構成された複合焼結体を得る焼成工程と、を有することを特徴とする複合焼結体の製造方法。 A first composition comprising a first metal powder composed of a first metal material made of a Fe-based alloy having a face-centered cubic lattice and an organic binder, and the composition is different from that of the first metal material ; Using a second metal powder composed of a second metal material made of an Fe-based alloy having a body-centered cubic lattice and a second composition containing an organic binder, a composite molded body of different metals A molding process to obtain;
Rukoto said composite compact was sintered in an atmospheric gas containing nitrogen atom, the crystal structure Yusuke a firing step to obtain a composite sintered body made of a metallic material consisting of Fe based alloy of face-centered cubic lattice, the A method for producing a composite sintered body characterized by the above.
前記複合成形体の外側に位置する組成物は、内側に位置する組成物よりも、前記焼成工程における収縮率が大きい請求項1ないし7のいずれかに記載の複合焼結体の製造方法。 The composite molded body is formed such that one of the first composition and the second composition includes or sandwiches the other composition,
The method for producing a composite sintered body according to any one of claims 1 to 7 , wherein the composition located outside the composite molded body has a larger shrinkage rate in the firing step than the composition located inside.
前記第1の金属粉末の焼結体と前記第2の金属粉末の焼結体とが一体化したものであることを特徴とする複合焼結体。 It is manufactured by the method for manufacturing a sintered body according to any one of claims 1 to 9 ,
A composite sintered body, wherein the sintered body of the first metal powder and the sintered body of the second metal powder are integrated.
前記第2の金属粉末の焼結体は、前記第1の金属粉末の組成と前記焼成工程における雰囲気ガスの成分とを含有するγ固溶体を含んでいる請求項10または11に記載の複合焼結体。 The first metal powder before sintering is composed of a γ-Fe based alloy, and the second metal powder before sintering is composed of an α-Fe based alloy,
The composite sintered body according to claim 10 or 11 , wherein the sintered body of the second metal powder includes a γ solid solution containing the composition of the first metal powder and a component of the atmospheric gas in the firing step. body.
これらの金属粉末を用いて、請求項1ないし9のいずれかに記載の複合焼結体の製造方法により製造された管状の部品を備えた電磁式の燃料噴射弁であって、
前記管状の部品は、磁性材料粉末の焼結体と非磁性材料粉末の焼結体とが一体化したものであることを特徴とする燃料噴射弁。 The first metal powder before sintering is composed of a non-magnetic material, and the second metal powder before sintering is composed of a magnetic material,
An electromagnetic fuel injection valve comprising a tubular component manufactured by the method for manufacturing a composite sintered body according to any one of claims 1 to 9 , using these metal powders,
The fuel injection valve according to claim 1, wherein the tubular part is formed by integrating a sintered body of magnetic material powder and a sintered body of nonmagnetic material powder.
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