JP5544930B2 - Granulated powder, porous sintered body and metal filter - Google Patents
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Description
本発明は、造粒粉末、焼結体および金属製フィルターに関するものである。 The present invention relates to a granulated powder, a sintered body, and a metal filter.
金属粉末を成形する方法としては、金属粉末と有機バインダーとの混合物を、所定の成形型に充填し、圧縮することにより、所定の形状の成形体を得る圧縮成形法が知られている。得られた成形体は、有機バインダーを除去する脱脂処理、金属粉末を焼結する焼成処理を経て、金属焼結体となる。このような技術は粉末冶金技術の一例であり、成形型の形状次第で複雑な形状の金属焼結体を大量に製造可能であることから、近年、多くの産業分野で普及している。 As a method for molding metal powder, a compression molding method is known in which a mixture of metal powder and an organic binder is filled in a predetermined mold and compressed to obtain a molded body having a predetermined shape. The obtained molded body becomes a sintered metal body through a degreasing process for removing the organic binder and a firing process for sintering the metal powder. Such a technique is an example of a powder metallurgy technique, and since it can manufacture a large amount of a metal sintered body having a complicated shape depending on the shape of a mold, it has been widely used in many industrial fields in recent years.
例えば、金属焼結体で構成される金属製フィルターは、多方面で利用されている。具体的には、液体または気体のような流体を、多孔質の金属焼結体を通過させることにより、流体中に含まれる固形物を濾別したり、化学的な相互作用により、物質を吸着させて分離したりする技術に利用される。また、金属製フィルターは、耐食性、耐熱性等に優れていることから、医療機器用フィルター、分析機器用フィルター等に有用である。 For example, a metal filter made of a sintered metal is used in many fields. Specifically, by passing a fluid such as liquid or gas through a porous metal sintered body, solids contained in the fluid are filtered out, or substances are adsorbed by chemical interaction. It is used for the technology of separating them. In addition, metal filters are useful for medical equipment filters, analytical equipment filters, and the like because they are excellent in corrosion resistance, heat resistance, and the like.
特許文献1には、ガスアトマイズ法により製造されたチタン粉末を焼結した空隙率が35〜55%の多孔質板が開示されている。この多孔質板は、平均粒径が10〜150μmのチタンの球状粉粒体を無加圧で焼結容器内に充填し、これを焼結することにより製造されたものである。
ところが、このような多孔質板では、無加圧で成形されるため、チタン粉末の粒子間の結合が不十分になり易く、機械的特性が低いという問題がある。また、無加圧で成形する場合、成形可能な形状には制約がある。
Patent Document 1 discloses a porous plate having a porosity of 35 to 55% obtained by sintering titanium powder produced by a gas atomizing method. This porous plate is manufactured by filling a spherical spherical particle of titanium having an average particle size of 10 to 150 μm in a sintering container without applying pressure, and sintering this.
However, since such a porous plate is molded without pressure, there is a problem that the bonding between the titanium powder particles tends to be insufficient, and the mechanical properties are low. Moreover, when shape | molding without a pressure, there exists a restriction | limiting in the shape which can be shape | molded.
本発明の目的は、十分な空隙率と高い機械的特性とを両立する多孔質焼結体を製造可能な造粒粉末、およびかかる造粒粉末を用いて製造された焼結体および金属製フィルターを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a granulated powder capable of producing a porous sintered body having both sufficient porosity and high mechanical properties, and a sintered body and a metal filter produced using the granulated powder. Is to provide.
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の造粒粉末は、複数個の金属粒子を有機バインダーで結着してなる造粒粉末であって、
当該造粒粉末の粒子は、その短径をAとし、長径をBとしたとき、A/Bの平均が0.1以上0.4以下となるものであり、かつ、質量基準の累積粒度分布における50%累積時の粒径が30μm以上150μm以下であるものであることを特徴とする。
これにより、十分な空隙率と高い機械的特性とを両立する多孔質焼結体を製造可能な造粒粉末が得られる。
The above object is achieved by the present invention described below.
The granulated powder of the present invention is a granulated powder formed by binding a plurality of metal particles with an organic binder,
The particles of the granulated powder have an A / B average of 0.1 or more and 0.4 or less when the minor axis is A and the major axis is B, and the cumulative particle size distribution based on mass The particle size when accumulated at 50% is 30 μm or more and 150 μm or less.
Thereby, the granulated powder which can manufacture the porous sintered compact which has sufficient porosity and high mechanical characteristics is obtained.
本発明の造粒粉末では、前記複数個の金属粒子は、その短径をaとし、長径をbとしたとき、a/bの平均が0.5以上1以下となるものであることが好ましい。
これにより、金属粉末の流動性が特に向上し、金属粉末を造粒する際に、造粒粉末の各粒子の均一性が向上する。
本発明の造粒粉末では、前記複数個の金属粒子の平均粒径は、1μm以上30μm以下であることが好ましい。
これにより、最終的に焼結体を得たとき、その中に形成される結晶組織を十分に小さくすることができる。その結果、焼結体の機械的特性を高めることができる。
In the granulated powder of the present invention, the plurality of metal particles preferably have an a / b average of 0.5 or more and 1 or less, where a is the short diameter and b is the long diameter. .
Thereby, the fluidity | liquidity of metal powder improves especially, and when granulating metal powder, the uniformity of each particle | grains of granulated powder improves.
In the granulated powder of the present invention, the average particle diameter of the plurality of metal particles is preferably 1 μm or more and 30 μm or less.
Thereby, when the sintered body is finally obtained, the crystal structure formed therein can be made sufficiently small. As a result, the mechanical properties of the sintered body can be enhanced.
本発明の造粒粉末では、当該造粒粉末の平均粒径は、前記複数個の金属粒子の平均粒径の3倍以上100倍以下であることが好ましい。
これにより、造粒粉末には、最適な数の金属粉末の粒子が含まれることになるので、成形時に崩壊する崩壊性が十分に付与されるとともに、ある程度の強度が付与される。その結果、圧縮成形した際に、粒子間に埋め切れない空隙を確実に残存させることができ、多孔質の焼結体を確実に得ることができる。
In the granulated powder of the present invention, the average particle size of the granulated powder is preferably 3 to 100 times the average particle size of the plurality of metal particles.
As a result, the granulated powder contains an optimum number of metal powder particles, so that the granulated powder is sufficiently imparted with a disintegrating property that disintegrates at the time of molding, and a certain degree of strength. As a result, when compression molding is performed, voids that cannot be filled between particles can be reliably left, and a porous sintered body can be reliably obtained.
本発明の造粒粉末では、当該造粒粉末は、それより粒径の大きな造粒粉末をロールクラッシャーにより解砕して形成されたものであることが好ましい。
これにより、造粒粉末を効率よく均一に解砕し、異形化することができる。
本発明の造粒粉末では、前記金属粒子は、ステンレス鋼粒子であり、
当該造粒粉末のJIS Z 2502に規定の金属粉の流動性試験方法に準じて測定された流動度は、30[秒/50g]以上であることが好ましい。
これにより、十分な空隙率と高い機械的特性とを両立する多孔質焼結体が得られる。
In the granulated powder of the present invention, the granulated powder is preferably formed by pulverizing a granulated powder having a larger particle size with a roll crusher.
Thereby, the granulated powder can be efficiently and uniformly crushed and deformed.
In the granulated powder of the present invention, the metal particles are stainless steel particles,
The fluidity measured according to the fluidity test method for metal powder defined in JIS Z 2502 of the granulated powder is preferably 30 [seconds / 50 g] or more.
Thereby, a porous sintered body having both sufficient porosity and high mechanical properties can be obtained.
本発明の焼結体は、本発明の造粒粉末を用いて製造され、相対密度が60%以上92%以下であることを特徴とする。
これにより、空隙率と機械的特性とのバランスが良好な多孔質焼結体が得られる。
本発明の金属製フィルターは、本発明の焼結体で構成されたことを特徴とする。
これにより、フィルター前後の差圧が大きな環境下であっても、長期にわたって使用可能な金属製フィルターが得られる。
The sintered body of the present invention is manufactured using the granulated powder of the present invention, and has a relative density of 60% or more and 92% or less.
Thereby, a porous sintered body having a good balance between porosity and mechanical properties can be obtained.
The metal filter of the present invention is characterized by comprising the sintered body of the present invention.
Thereby, even in an environment where the differential pressure before and after the filter is large, a metal filter that can be used for a long time can be obtained.
以下、本発明の造粒粉末、焼結体および金属製フィルターを、添付図面に基づく好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
従来、金属粉末から金属製フィルターを製造する場合、金属粉末を容器内に充填し、無加圧の状態で焼結することにより製造されていた。
しかしながら、この方法では、金属粉末の粒子間の結合が不十分になり易く、得られた金属製フィルターの機械的特性が低いという問題があった。
Hereinafter, the granulated powder, the sintered body, and the metal filter of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments based on the accompanying drawings.
Conventionally, when manufacturing a metal filter from metal powder, it was manufactured by filling a metal powder into a container and sintering it in a non-pressurized state.
However, this method has a problem that the bonding between the particles of the metal powder tends to be insufficient, and the obtained metal filter has low mechanical properties.
また、容器内に金属粉末を充填し、無加圧の状態で焼結する場合、容器の形状には自ずと制約が生じる。すなわち、用いられる容器は上面が開放した容器である必要があるため、この容器を用いて製造される金属製フィルターは、必然的に水平な上面を有するものとなる。よって、金属製フィルターの形状の自由度が損なわれるという問題があった。
加えて、無加圧の場合、容器の形状によっては金属粉末の充填性が不均一になり易い。このため、金属製フィルターの空隙や機械的特性の分布も不均一になる場合があった。
In addition, when the container is filled with metal powder and sintered without pressure, the shape of the container is naturally limited. That is, since the container to be used needs to be a container having an open upper surface, a metal filter manufactured using this container inevitably has a horizontal upper surface. Therefore, there is a problem that the degree of freedom of the shape of the metal filter is impaired.
In addition, when no pressure is applied, the filling property of the metal powder tends to be non-uniform depending on the shape of the container. For this reason, the distribution of the voids and mechanical properties of the metal filter may be non-uniform.
さらには、容器ごと焼成されるため、容器と金属製フィルターとの癒着が避けられない。その結果、離型時に金属製フィルターの欠損や割れ等が発生することがあった。
かかる問題点に鑑み、本発明者は、圧縮成形法により成形した場合でも、良質な多孔質焼結体を製造可能な造粒粉末について鋭意検討を重ねた。そして、金属粉末を造粒する際に、その造粒粉末の形状を最適化することによって上記問題点を解消し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
Furthermore, since the whole container is baked, adhesion between the container and the metal filter is inevitable. As a result, the metal filter may be broken or cracked during release.
In view of such problems, the present inventor has intensively studied a granulated powder capable of producing a high-quality porous sintered body even when molded by a compression molding method. And when granulating metal powder, it discovered that the said problem could be eliminated by optimizing the shape of the granulated powder, and came to complete this invention.
本発明の造粒粉末は、金属粉末と有機バインダーとを含む組成物からなる粒子状物であり、金属粉末中の複数個の金属粒子を有機バインダーで結着してなるものである。
かかる造粒粉末は、各粒子の短径をAとし、長径をBとしたとき、A/Bの平均が0.1以上0.4以下となるものであり、かつ、質量基準の累積粒度分布における50%累積時の粒径が30μm以上150μm以下であるという特徴を有するものである。
The granulated powder of the present invention is a particulate material composed of a composition containing a metal powder and an organic binder, and is formed by binding a plurality of metal particles in the metal powder with an organic binder.
The granulated powder has an A / B average of 0.1 or more and 0.4 or less, where A is the minor axis of each particle and B is the major axis. The particle size when accumulated at 50% is 30 μm or more and 150 μm or less.
このような造粒粉末は、成形されることにより、連通気孔を含み、造粒粉末の崩壊がある程度進んだ状態で圧縮されてなる多孔質の成形体となり得る。これは、A/Bで表わされる造粒粉末の形状のアスペクト比が前記範囲内にあり、比較的細長い異形状をなしているため、圧縮成形され、造粒粉末がわずかに崩壊したとしても、粒子間には埋め切れない空隙が残存し、必要以上の緻密化が抑制されるからであると考えられる。 Such a granulated powder can be formed into a porous molded body that includes continuous air holes and is compressed in a state where the collapse of the granulated powder has progressed to some extent. This is because the aspect ratio of the shape of the granulated powder represented by A / B is within the above-mentioned range and has a relatively long and different shape, so that even if the granulated powder is slightly collapsed, it is compression molded. It is considered that voids that cannot be filled remain between the particles, and densification more than necessary is suppressed.
併せて、質量基準の累積粒度分布における50%累積時の粒径が前記範囲内にあることにより、上記と同様、圧縮成形後でも粒子間には空隙が残存することとなる。
したがって、本発明の造粒粉末を用いることにより、圧縮成形法等の各種成形法で成形した場合でも、十分な空隙率を確保することができる。その結果、従来の方法では製造できない複雑な形状をなし、十分な空隙率と高い機械的特性とを両立した多孔質焼結体が得られる。
なお、アスペクト比A/Bは、前記範囲内であればよいが、好ましくは0.15以上0.35以下であるのがより好ましい。
At the same time, when the 50% cumulative particle size in the mass-based cumulative particle size distribution is within the above range, voids remain between the particles even after compression molding as described above.
Therefore, by using the granulated powder of the present invention, a sufficient porosity can be ensured even when molded by various molding methods such as compression molding. As a result, it is possible to obtain a porous sintered body having a complicated shape that cannot be manufactured by a conventional method and having both a sufficient porosity and high mechanical properties.
The aspect ratio A / B may be within the above range, but is preferably 0.15 or more and 0.35 or less.
一方、質量基準の累積粒度分布における50%累積時の粒径も、前記範囲内であればよいが、好ましくは35μm以上140μm以下とされ、より好ましくは40μm以上130μm以下とされる。
このような多孔質焼結体は、例えば、耐食性、耐熱性等の特性に優れた金属製フィルターとして好適に利用可能である。
On the other hand, the particle size at 50% accumulation in the mass-based cumulative particle size distribution may be within the above range, but is preferably 35 μm or more and 140 μm or less, and more preferably 40 μm or more and 130 μm or less.
Such a porous sintered body can be suitably used, for example, as a metal filter having excellent characteristics such as corrosion resistance and heat resistance.
加えて、従来のように金属粉末を無加圧で成形した場合、粉末の充填性が不均一になり易いのに対し、加圧圧縮することにより、成形体の充填性が均一になる。その結果、空隙や機械的特性の分布において均一な焼結体が得られる。
なお、A/Bが前記下限値を下回った場合、造粒粉末の各粒子が細長くなり過ぎて、粒子の形状に著しい異方性が生じるため、造粒粉末の流動性が著しく低下するとともに、粒子が配向するなどして充填性が不均一になる。その結果、空隙および機械的特性の分布が不均一になる。一方、A/Bが前記上限値を上回った場合、造粒粉末が球形に近い形状となるため、造粒粉末の流動性が高くなり過ぎて、粒子間に生じる空隙が著しく小さくなる。その結果、得られる多孔質焼結体の空隙率が著しく低くなる。
In addition, when the metal powder is molded without pressure as in the prior art, the filling property of the powder tends to be non-uniform, whereas the compacting property becomes uniform by compressing under pressure. As a result, a sintered body that is uniform in the distribution of voids and mechanical properties can be obtained.
In addition, when A / B is below the lower limit value, each particle of the granulated powder becomes too long and has a significant anisotropy in the shape of the particle, so that the fluidity of the granulated powder is significantly reduced, Fillability becomes non-uniform due to the orientation of the particles. As a result, the distribution of voids and mechanical properties becomes non-uniform. On the other hand, when A / B exceeds the upper limit, since the granulated powder has a shape close to a sphere, the fluidity of the granulated powder becomes too high, and the voids generated between the particles become extremely small. As a result, the porosity of the obtained porous sintered body is significantly reduced.
また、質量基準の累積粒度分布における50%累積時の粒径(以下、省略して「平均粒径」ともいう。)が前記下限値を下回った場合、造粒粉末の各粒子が小さくなり過ぎて、圧縮成形時に粒子間の空隙が埋められてしまう。一方、平均粒径が前記上限値を上回った場合、造粒粉末の各粒子が大きくなり過ぎて、多孔質焼結体の機械的強度が著しく低下する。 Further, when the particle size at the time of 50% accumulation (hereinafter also referred to as “average particle size”) in the cumulative particle size distribution on the mass basis is below the lower limit, each particle of the granulated powder becomes too small. As a result, voids between the particles are filled during compression molding. On the other hand, when the average particle size exceeds the upper limit, each particle of the granulated powder becomes too large, and the mechanical strength of the porous sintered body is significantly reduced.
さらに、造粒粉末の平均粒径は、金属粉末の平均粒径の3倍以上100倍以下であるのが好ましく、5倍以上80倍以下であるのがより好ましく、10倍以上70倍以下であるのがさらに好ましい。これにより造粒粉末には、最適な数の金属粉末の粒子が含まれることになるので、成形時に崩壊する崩壊性が十分に付与されるとともに、ある程度の強度が付与される。その結果、圧縮成形されたとしても、粒子間には埋め切れない空隙を確実に残存させることができる。 Further, the average particle size of the granulated powder is preferably 3 to 100 times the average particle size of the metal powder, more preferably 5 to 80 times, and more preferably 10 to 70 times. More preferably. As a result, the granulated powder contains an optimal number of metal powder particles, so that the granulated powder is sufficiently imparted with a disintegrating property that collapses at the time of molding, and a certain degree of strength. As a result, even if compression molding is performed, voids that cannot be filled between the particles can be reliably left.
なお、本発明の造粒粉末を用いて形成された成形体は、成形により、造粒粉末がある程度崩壊した状態にあり、かつ適度な結着力を有しているため、離型後も保形性を有している。このため、容器ごと焼成する必要がなく、したがって焼結体と容器との癒着等のおそれがないので、製造歩留まりの著しい向上が可能となる。
また、成形体ごとに容器を用意する必要がないので、多孔質焼結体の製造コスト低減にも寄与することとなる。
The molded body formed using the granulated powder of the present invention is in a state where the granulated powder has collapsed to some extent by molding and has an appropriate binding force. It has sex. For this reason, it is not necessary to fire the entire container, and therefore there is no fear of adhesion between the sintered body and the container, so that the manufacturing yield can be significantly improved.
In addition, since it is not necessary to prepare a container for each molded body, this contributes to a reduction in the manufacturing cost of the porous sintered body.
なお、造粒粉末のアスペクト比A/Bは、例えば、電子顕微鏡、光学顕微鏡等の各種顕微鏡により造粒粉末を観察し、その観察像から人為的にまたは画像処理を経て見積もる方法等により測定することができる。
このような造粒粉末は、前述したように異形状な粒子を含むものであるため、流動性がやや低いという特徴を有するものとなる。
The aspect ratio A / B of the granulated powder is measured by, for example, a method of observing the granulated powder with various microscopes such as an electron microscope and an optical microscope and estimating the granulated powder artificially or through image processing. be able to.
Since such a granulated powder includes particles having irregular shapes as described above, it has a characteristic that the fluidity is slightly low.
具体的には、造粒粉末の流動度は、金属粉末がステンレス鋼粉末である場合、30[秒/50g]以上70[秒/50g]以下であるのが好ましく、33[秒/50g]以上60[秒/50g]以下であるのがより好ましい。このような流動度を有する造粒粉末を用いることにより、十分な空隙率と高い機械的特性とを両立する多孔質焼結体を確実に得ることができる。 Specifically, when the metal powder is a stainless steel powder, the fluidity of the granulated powder is preferably 30 [second / 50 g] or more and 70 [second / 50 g] or less, and 33 [second / 50 g] or more. More preferably, it is 60 [seconds / 50 g] or less. By using the granulated powder having such fluidity, a porous sintered body having both sufficient porosity and high mechanical properties can be obtained with certainty.
なお、造粒粉末の流動度とは、漏斗のオリフィスを通過して50gの金属粉末が流れ出る時間で定義され、JIS Z 2502に規定の金属粉の流動性試験方法により測定することができる。
また、本発明の造粒粉末の見掛密度[g/cm3]は、金属粉末の真密度[g/cm3]の10%以上35%以下であるのが好ましく、15%以上30%以下であるのがより好ましい。このような造粒粉末を用いることにより、十分な空隙率と高い機械的特性とを両立する多孔質焼結体を確実に得ることができる。
The fluidity of the granulated powder is defined as the time when 50 g of the metal powder flows out through the funnel orifice, and can be measured by the metal powder fluidity test method specified in JIS Z 2502.
The apparent density [g / cm 3 ] of the granulated powder of the present invention is preferably 10% to 35%, more preferably 15% to 30% of the true density [g / cm 3 ] of the metal powder. It is more preferable that By using such granulated powder, a porous sintered body having both sufficient porosity and high mechanical properties can be obtained with certainty.
なお、造粒粉末の見掛密度とは、造粒粉末の自然充填状態における質量と容積との比であり、JIS Z 2504に規定の金属粉の見掛密度試験方法により測定することができる。一方、金属粉末の真密度とは、金属粉末を構成する金属材料の真密度である。
以上のような造粒粉末は、前述したように、金属粉末と有機バインダーとを含むものである。以下、金属粉末、有機バインダーについて説明する。
The apparent density of the granulated powder is a ratio between the mass and the volume of the granulated powder in a natural filling state, and can be measured by the apparent density test method for metal powder defined in JIS Z 2504. On the other hand, the true density of the metal powder is the true density of the metal material constituting the metal powder.
As described above, the granulated powder as described above contains a metal powder and an organic binder. Hereinafter, the metal powder and the organic binder will be described.
(金属粉末)
金属粉末を構成する材料としては、例えば、Fe、Ni、Co、Cr、Mn、Zn、Pt、Au、Ag、Cu、Pd、Al、W、Ti、Ta、V、Mo、Nb、Zr、Pr、Nd、Smのような金属、または、これらの1種または2種以上の金属を含む合金(例えば、ステンレス鋼、Fe−Ni合金)や金属間化合物等が挙げられる。
(Metal powder)
Examples of the material constituting the metal powder include Fe, Ni, Co, Cr, Mn, Zn, Pt, Au, Ag, Cu, Pd, Al, W, Ti, Ta, V, Mo, Nb, Zr, and Pr. , Nd, Sm, or an alloy (for example, stainless steel, Fe—Ni alloy) or an intermetallic compound containing one or more of these metals.
このうち、金属粉末としては、特にTi単体またはTi系合金で構成されたチタン粉末が好ましく用いられる。チタン粉末の焼結体で構成される金属製フィルターは、耐食性および耐熱性に優れることから、通過させる流体の種類や温度等に制限を設ける必要がなく、とりわけ有用なものとなる。
Ti系合金としては、Ti以外に、例えばAl、V、Nb、Zr、Ta、Mo等の金属元素を含む合金が挙げられる。具体的には、Ti−6Al−4V、Ti−6Al−7Nb等が挙げられる。
Among these, as the metal powder, titanium powder composed of a simple Ti or Ti-based alloy is particularly preferably used. A metal filter composed of a sintered body of titanium powder is excellent in corrosion resistance and heat resistance, and therefore does not need to be limited in the type of fluid to be passed, temperature, etc., and is particularly useful.
Examples of the Ti-based alloy include alloys containing metal elements such as Al, V, Nb, Zr, Ta, and Mo in addition to Ti. Specifically, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, etc. are mentioned.
また、Ti系合金は、これらの金属元素の他に、ホウ素(B)、炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)、ケイ素(Si)等の非金属元素を含んでいてもよい。
このような金属粉末には、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法のようなアトマイズ法、還元法、カルボニル法、粉砕法等、いかなる方法で製造されたものでも用いることができるが、特にアトマイズ法により製造されたものが好ましく用いられる。アトマイズ法によれば、微細で粒度分布の狭い(粒径の揃った)金属粉末が効率よく得られる。したがって、空隙および機械的特性の分布が均一な多孔質焼結体を確実に製造することができる。
Further, the Ti-based alloy may contain non-metallic elements such as boron (B), carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O), silicon (Si) in addition to these metal elements. .
For such metal powder, water atomization method, gas atomization method, atomization method such as high-speed rotating water atomization method, reduction method, carbonyl method, pulverization method, etc. can be used. In particular, those produced by the atomizing method are preferably used. According to the atomizing method, a fine metal powder having a narrow particle size distribution (uniform particle size) can be obtained efficiently. Therefore, a porous sintered body having a uniform distribution of voids and mechanical properties can be reliably produced.
また、アトマイズ法によれば、より球形に近い形状の金属粉末を得ることができる。これにより、造粒粉末の流動性が向上し、複雑な形状に成形した場合でも、空隙および機械的特性の分布が均一な多孔質焼結体が得られる。
具体的には、金属粉末(複数の金属粒子)において、各粒子の短径をa、長径をbとしたとき、a/bの平均が0.5以上1以下程度であるのが好ましく、0.7以上1以下程度であるのがより好ましい。これにより、金属粉末の流動性が特に向上し、金属粉末を造粒する際に、造粒粉末の各粒子の均一性が向上する。
Moreover, according to the atomization method, a metal powder having a more spherical shape can be obtained. Thereby, the fluidity | liquidity of granulated powder improves and even when it shape | molds in a complicated shape, the porous sintered compact with uniform distribution of a space | gap and a mechanical characteristic is obtained.
Specifically, in the metal powder (a plurality of metal particles), when the minor axis of each particle is a and the major axis is b, the average of a / b is preferably about 0.5 or more and 1 or less. More preferably, it is about 7 or more and 1 or less. Thereby, the fluidity | liquidity of metal powder improves especially, and when granulating metal powder, the uniformity of each particle | grains of granulated powder improves.
また、金属粉末の平均粒径(質量基準の累積粒度分布における50%累積時の粒径)は、好ましくは1μm以上30μm以下とされ、より好ましくは3μm以上20μm以下とされ、さらに好ましくは3μm以上10μm以下とされる。このような粒径の金属粉末は、最終的に多孔質焼結体を得たとき、その中に形成される結晶組織を十分に小さくすることができる。その結果、多孔質焼結体の機械的特性を高めることができる。
なお、金属粉末の粒径および造粒粉末の粒径は、例えば、動的光散乱法、レーザー回折法、遠心沈降法、FFF(Field Fow Fractionation)法、電気的検知体法等の各種粒径測定方法により測定することができる。
The average particle size of the metal powder (particle size at 50% accumulation in the mass-based cumulative particle size distribution) is preferably 1 μm or more and 30 μm or less, more preferably 3 μm or more and 20 μm or less, and even more preferably 3 μm or more. 10 μm or less. When the metal powder having such a particle size finally obtains a porous sintered body, the crystal structure formed therein can be made sufficiently small. As a result, the mechanical properties of the porous sintered body can be enhanced.
The particle size of the metal powder and the particle size of the granulated powder are various particle sizes such as dynamic light scattering method, laser diffraction method, centrifugal sedimentation method, FFF (Field Fow Fractionation) method, electrical detector method, etc. It can be measured by a measuring method.
(有機バインダー)
有機バインダーは、金属粉末中の粒子同士を結着するものである。
有機バインダーとしては、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、ポリビニルピロリドン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の各種有機バインダーが挙げられ、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。
(Organic binder)
The organic binder binds the particles in the metal powder.
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 polyvinylidene chloride. Various resins such as polyesters such as polyamide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyether, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone or copolymers thereof, various waxes, paraffin, higher fatty acids (eg stearic acid), higher alcohols, higher alcohols Examples include various organic binders such as fatty acid esters and higher fatty acid amides, and one or more of these can be used in combination.
このうち、有機バインダーとしては、ポリオレフィンを主成分とするものが好ましい。ポリオレフィンは、還元性ガスによる分解性が比較的高い。このため、ポリオレフィンを有機バインダーの主成分として用いた場合、より短時間で確実に成形体の脱脂を行うことができる。
また、有機バインダーの含有率は、組成物全体の2質量%以上20質量%以下程度であるのが好ましく、5質量%以上10質量%以下程度であるのがより好ましい。有機バインダーの含有率が前記範囲内であることにより、造粒粉末にある程度の崩壊性が付与されるとともに、成形体には保形性が付与される。その結果、容器ごと焼成しなくても、十分な空隙率を有しかつ寸法精度の高い多孔質焼結体が得られる。
Among these, as the organic binder, those containing polyolefin as a main component are preferable. Polyolefin has a relatively high decomposability with a reducing gas. For this reason, when polyolefin is used as the main component of the organic binder, the molded product can be reliably degreased in a shorter time.
Moreover, it is preferable that the content rate of an organic binder is about 2 mass% or more and 20 mass% or less of the whole composition, and it is more preferable that it is about 5 mass% or more and 10 mass% or less. When the content of the organic binder is within the above range, a certain degree of disintegration is imparted to the granulated powder, and shape retention is imparted to the molded body. As a result, a porous sintered body having a sufficient porosity and high dimensional accuracy can be obtained without firing the entire container.
(造粒粉末の製造方法)
次に、本発明の造粒粉末を製造する方法について説明する。
以下、造粒粉末の製造方法の説明に先立って、この製造方法に用いられる造粒装置について説明する。
図1は、本発明の造粒粉末の製造方法において用いられる転動造粒装置の構成を示す模式図である。なお、図1(a)は、転動造粒装置の縦断面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A線断面図である。
(Production method of granulated powder)
Next, a method for producing the granulated powder of the present invention will be described.
Hereinafter, prior to the description of the method for producing the granulated powder, the granulator used in this production method will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a rolling granulator used in the method for producing granulated powder of the present invention. In addition, Fig.1 (a) is a longitudinal cross-sectional view of a rolling granulation apparatus, FIG.1 (b) is the sectional view on the AA line of Fig.1 (a).
転動造粒装置1は、造粒を行うための処理容器10と、処理容器10内に配設されたブレード20およびクロススクリュー30と、スプレーノズル40とを備えている。
処理容器10は、図1(a)に示すように、底部11と、底部11から立設された側壁部12とを有し、側壁部12は、上方から下方に向かって内径および外径が漸増する錘状(例えば円錐台筒状)をなしている。処理容器10(側壁部12)がこのような形状をなしていることにより、処理容器10内に、ブレード20により処理容器10の外周側を吹き上げられた粉末が処理容器10の中央側に降下するような気流を形成することができる。その結果、粉末をムラなく処理することができ、粒度分布がシャープな造粒粉末を効率よく製造することができる。
The rolling granulator 1 includes a
As shown in FIG. 1A, the
また、処理容器10は、上方に開口を有し、この開口を塞ぐように蓋部13が装着されている。
ブレード20は、基部23と、この基部23に一端が固定され、放射状にほぼ等間隔に設けられた3枚の回転翼21、21、21とを有している。
また、処理容器10の底部11の中心には、貫通孔110が設けられており、この貫通孔110に回転駆動軸22が挿通されている。
Further, the
The
A through
回転駆動軸22の上端は、基部23に固定されており、下端は、回転駆動源(図示省略)に接続されている。そして、この回転駆動源により回転駆動軸22が正逆方向に回転駆動されることにより、ブレード20が回転する。
また、回転翼21、21、21は、それぞれ、ブレード20の回転方向前方側が下り斜面となるように、回転駆動軸22に対して傾斜して固定されている。これにより、ブレード20の回転に伴って、粉末を効果的に跳ね上げることができ、前述したような気流を形成することができる。
The upper end of the
Further, the
処理容器10の側壁部12には、貫通孔130が設けられており、この貫通孔130に回転駆動軸31が挿通されている。
回転駆動軸31の一端は、クロススクリュー30に固定されており、他端は、回転駆動源(図示省略)に接続されている。そして、この回転駆動源により回転駆動軸31が正逆方向に回転駆動されることにより、クロススクリュー30が回転する。
A through
One end of the
スプレーノズル40は、処理容器10に装着された蓋部13を貫通して設けられており、供給口が処理容器10内に位置している。これにより、処理容器10内に溶媒を噴霧し得るよう構成されている。スプレーノズル40から溶媒を噴霧することにより、スプレーノズル40付近には、下降気流が発生する。
ここで、前述したような転動造粒装置1の動作、すなわち転動造粒装置1を用いた造粒粉末の製造方法を説明する。転動造粒装置1を用いた造粒粉末の製造方法は、本発明の造粒粉末の製造方法の一例であり、本発明の造粒粉末の製造方法がこれに限定されないのは、言うまでもない。
The
Here, the operation of the rolling granulator 1 as described above, that is, a method for producing a granulated powder using the rolling granulator 1 will be described. The granulated powder production method using the rolling granulator 1 is an example of the granulated powder production method of the present invention, and it goes without saying that the granulated powder production method of the present invention is not limited thereto. .
次に、上記転動造粒装置1を用いて造粒粉末を製造する方法について説明する。
造粒粉末の製造方法は、有機バインダーの溶液(バインダー溶液)を供給しつつ、金属粉末を転動および/または流動させることにより、金属粉末を造粒するものである。
まず、上述したような転動造粒装置1の処理容器10の内部に金属粉末を投入する。そして、ブレード20で撹拌することにより金属粉末を転動および/または流動させる。
Next, a method for producing granulated powder using the rolling granulator 1 will be described.
The method for producing granulated powder is to granulate metal powder by rolling and / or flowing metal powder while supplying an organic binder solution (binder solution).
First, metal powder is put into the
それとともに、スプレーノズル40からバインダー溶液を噴霧する。ミスト状態のバインダー溶液は、金属粉末を湿潤させるとともに、金属粉末の粒子同士を結着させる。その結果、金属粉末の造粒がなされ、造粒粉末80が得られる。この造粒粉末80は、ブレード20の回転に伴って、処理容器10の外周側(側壁部12側)へ徐々に移動(転動)するとともに、回転翼21によって上方に跳ね上げられる。跳ね上げられた造粒粉末80は、処理容器10の中央部側を下降して、再びブレード20によって転動される。このような一連の過程が繰り返されると、整形が行われ、真球に近い造粒粉末80が形成される。そして、粒子間距離の短い、緻密な造粒粉末が得られる。
At the same time, the binder solution is sprayed from the
また、このような造粒の過程で、造粒中の粒子が回転中のクロススクリュー30に接触すると、粒径の大きな粒子(造粒の進行度合いが大きい粒子)が解砕される。これにより、過度の造粒が抑制され、造粒粉末の粒度分布が狭い幅に制御されることとなる。
なお、バインダー溶液は、あらかじめ処理容器10内に入れておく等、いかなる方法で供給されてもよいが、図1(a)に示すように上方から噴霧するのが好ましい。これにより、ブレード20によって跳ね上げられた造粒粉末80に均一に過不足なくバインダー溶液が供給されるため、造粒粉末80の形状やサイズの均一化が図られる。特に、造粒粉末80が空中に浮いているときにバインダー溶液と接触することにより、造粒粉末80の粒子の表面全体がムラなく湿潤するため、前記均一化がより顕著なものとなる。その結果、粒度分布の揃った造粒粉末80が得られる。
Further, in the process of granulation, when the particles being granulated come into contact with the
The binder solution may be supplied by any method, for example, by putting it in the
バインダー溶液に用いられる溶媒としては、例えば、水、二硫化炭素、四塩化炭素等の無機溶媒や、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール等の有機溶媒等が挙げられる。
ここで、ブレード20の単位時間当たりの回転数(以下、単に「回転数」と言う。)は、造粒粉末80の転動が最低限確保できれば、特に限定されないが、例えば、50rpm以上500rpm以下程度であるのが好ましく、100rpm以上300rpm以下程度であるのがより好ましい。ブレード20の回転数が前記範囲内の値であると、造粒粉末80を効率よく転動させて、効率よく造粒を行うことができる。また、適度な圧密状態が得られるので、より見掛密度の高い造粒粉末とすることができる。その結果、より緻密で、粒度分布幅が特に狭い造粒粉末80を得ることができる。
Examples of the solvent used for the binder solution include inorganic solvents such as water, carbon disulfide, and carbon tetrachloride, and organic solvents such as methanol, ethanol, n-propanol, and isopropanol.
Here, the number of rotations of the
これに対し、ブレード20の回転数が前記下限値未満であると、造粒粉末80の転動や跳ね上げが不十分となり、造粒ムラの原因となる可能性がある。また、圧密が不十分となり、見掛密度の低い造粒粉末80、そして球状にならず不規則形状の流動性の良くない造粒粉末80となる可能性がある。一方、ブレード20の回転数が前記上限値を超えると、ブレード20による造粒粒子の解砕が進み、造粒が進まない粉末が多くなる可能性がある。
On the other hand, when the rotation speed of the
また、造粒時のクロススクリュー30の単位時間当たりの回転数は、特に限定されないが、例えば、50rpm以上3500rpm以下程度であるのが好ましく、100rpm以上3000rpm以下程度であるのがより好ましい。これにより、過度の解砕を防止しつつ、粒径の大きな粒子を解砕して、粒径の均一化を図ることができる。
また、バインダー溶液の供給速度は、特に限定されないが、例えば、20g/分以上1000g/分以下であるのが好ましく、30g/分以上800g/分以下であるのがより好ましく、50g/分以上600g/分以下であるのがさらに好ましい。バインダー溶液の供給速度が前記範囲内の値であると、バインダー溶液による金属粉末の結合(造粒)をムラなく進行させつつ、得られる造粒粉末80の粒度分布をよりシャープなものとすることができる。
Moreover, the rotation speed per unit time of the
The supply rate of the binder solution is not particularly limited, but is preferably, for example, from 20 g / min to 1000 g / min, more preferably from 30 g / min to 800 g / min, and more preferably from 50 g / min to 600 g. More preferably, it is less than / min. When the supply rate of the binder solution is a value within the above range, the particle size distribution of the obtained
これに対し、バインダー溶液の供給速度が前記下限値未満であると、造粒ムラの原因となる可能性がある。一方、バインダー溶液の供給速度が前記上限値を超えると、造粒が過度に進む可能性がある。その結果、得られる造粒粉末80は、粒度分布が広いものとなってしまう可能性がある。
さらに、バインダー溶液中の有機バインダーの濃度は、0.5重量%以上20重量%以下であるのが好ましく、1重量%以上15重量%以下であるのがより好ましく、2重量%以上10重量%以下であるのがさらに好ましい。
On the other hand, when the supply rate of the binder solution is less than the lower limit value, there is a possibility of causing uneven granulation. On the other hand, if the supply rate of the binder solution exceeds the upper limit, granulation may proceed excessively. As a result, the obtained
Further, the concentration of the organic binder in the binder solution is preferably 0.5% by weight to 20% by weight, more preferably 1% by weight to 15% by weight, and more preferably 2% by weight to 10% by weight. More preferably, it is as follows.
なお、造粒の処理時間(撹拌時間)は、特に限定されないが、1分以上90分以下であるのが好ましく、2分以上85分以下であるのがより好ましく、3分以上80分以下であるのがさらに好ましい。これにより、未造粒の造粒粉末の残存を抑制し、得られる造粒粉末80の粒度分布を十分にシャープなものとすることができる。
これに対し、造粒の処理時間が前記下限値未満であると、比較的多くの小粒径粉末(未造粒の金属粉末等)が残存する可能性がある。一方、造粒の処理時間が前記上限値を超えると、粒径の比較的大きい粉末(転動または流動していない粉末の固まり)に溶媒が直接付与され、造粒ムラの原因となる可能性がある。
The granulation treatment time (stirring time) is not particularly limited, but is preferably 1 minute to 90 minutes, more preferably 2 minutes to 85 minutes, and more preferably 3 minutes to 80 minutes. More preferably. Thereby, the residual of ungranulated granulated powder can be suppressed and the particle size distribution of the obtained
On the other hand, when the granulation treatment time is less than the lower limit, a relatively large amount of small particle size powder (such as ungranulated metal powder) may remain. On the other hand, when the granulation treatment time exceeds the upper limit, a solvent is directly applied to a powder having a relatively large particle size (a lump of powder that does not roll or flow), which may cause uneven granulation. There is.
また、必要に応じて、造粒粉末80に対して、有機バインダーを溶解可能な溶媒を噴霧(供給)するようにしてもよい。これにより、造粒粉末80の形状やサイズのさらなる均一化が図られる。
次いで、このようにして形成された造粒粉末80を、各種解砕方法により解砕する。これにより、前述したような異形状の造粒粉末(本発明の造粒粉末)が得られる。
Moreover, you may make it spray (supply) the solvent which can melt | dissolve an organic binder with respect to the
Next, the
解砕を行う解砕機としては、例えば、ロールクラッシャー、ジョークラッシャー、ボールミル、ディスクミル、ロールミル、ハンマーミル、ピンミル、ビーズミル等が挙げられる。
このうち、ロールクラッシャーが好ましく用いられる。ロールクラッシャーによれば、球形状の造粒粉末80を効率よく均一に異形化することができる。その結果、本発明の造粒粉末が確実に得られる。また、ロールクラッシャーによれば、解砕後の粒子がやや圧縮されるため、最終的な多孔質の焼結体の機械的特性を高めることもできる。
Examples of the crusher that performs crushing include a roll crusher, a jaw crusher, a ball mill, a disk mill, a roll mill, a hammer mill, a pin mill, and a bead mill.
Among these, a roll crusher is preferably used. According to the roll crusher, the spherical
ロールクラッシャーは、1組のロールを用いた単装クラッシャーであっても、2組以上のロールを用いた複装クラッシャーであってもよい。
また、ロール間の離間距離は、解砕後の造粒粉末の平均粒径に応じて適宜設定されるものの、例えば0.01mm以上5mm以下程度とされる。ロール間の離間距離を適宜変更することにより、得られる造粒粉末のアスペクト比や平均粒径を制御することができる。例えば、ロール間を狭めることにより、アスペクト比や平均粒径を小さくすることができる。
The roll crusher may be a single crusher using one set of rolls or a double crusher using two or more sets of rolls.
Moreover, although the separation distance between rolls is suitably set according to the average particle diameter of the granulated powder after crushing, it is, for example, about 0.01 mm to 5 mm. By appropriately changing the separation distance between the rolls, the aspect ratio and average particle diameter of the obtained granulated powder can be controlled. For example, the aspect ratio and the average particle diameter can be reduced by narrowing the space between the rolls.
また、ロール間に解砕前の造粒粉末を押し出す際の圧力を変えることによっても、造粒粉末のアスペクト比や平均粒径を制御することができ、例えば、圧力を高めることにより、アスペクト比や平均粒径を大きくすることができる。
なお、上記では、造粒方法の1つである転動造粒法、流動層造粒法または転動流動造粒法に共通する技術について説明したが、造粒方法はこれらに限られるものではなく、スプレードライ(噴霧乾燥)法等を用いることもできる。
ここで、本発明の造粒粉末の用途は、特に限定されないが、例えば、当該造粒粉末を含む成形体の製造、特に、当該造粒粉末を含む成形体を焼結することにより得られる多孔質焼結体の製造に好適に用いることができる。
Also, the aspect ratio and average particle diameter of the granulated powder can be controlled by changing the pressure when extruding the granulated powder before crushing between rolls. For example, by increasing the pressure, the aspect ratio And the average particle size can be increased.
In addition, although the technique common to the rolling granulation method, the fluidized bed granulation method, or the rolling fluidized granulation method which is one of the granulation methods has been described above, the granulation method is not limited thereto. Alternatively, a spray drying (spray drying) method or the like can be used.
Here, the use of the granulated powder of the present invention is not particularly limited. For example, a porous body obtained by manufacturing a molded body containing the granulated powder, in particular, sintering a molded body containing the granulated powder. It can use suitably for manufacture of a quality sintered compact.
(焼結体の製造方法)
以下、焼結体の製造方法の一例について説明する。
<成形>
まず、上述したような本発明の造粒粉末を用いて、プレス成形機により成形し、所望の形状、寸法の成形体を製造する。これにより、十分な空隙率を有するとともに、保形性の高い成形体が得られる。
(Method for producing sintered body)
Hereinafter, an example of the manufacturing method of a sintered compact is demonstrated.
<Molding>
First, using the granulated powder of the present invention as described above, it is molded by a press molding machine to produce a molded body having a desired shape and size. Thereby, while having sufficient porosity, a molded object with high shape retention property is obtained.
なお、製造される成形体の形状寸法は、以後の脱脂および焼結による収縮分を見込んで決定される。また、成形法は、プレス成形に限定されず、圧縮成形、射出成形等であってもよい。
また、成形工程を省略し、単に容器内に造粒粉末を充填した状態で焼成するようにしてもよい。この方法を用いた場合、特に空隙率の高い焼結体が得られる。
It should be noted that the shape and size of the molded body to be manufactured is determined in consideration of the shrinkage due to subsequent degreasing and sintering. The molding method is not limited to press molding, and may be compression molding, injection molding, or the like.
Alternatively, the molding step may be omitted and the container may be simply fired with the granulated powder filled in the container. When this method is used, a sintered body having a particularly high porosity can be obtained.
<脱脂処理>
前述した成形工程で得られた成形体に対し、脱脂処理(脱バインダー処理)を施し、脱脂体を得る。この脱脂処理としては、特に限定されないが、非酸化性雰囲気、例えば真空または減圧状態下(例えば1×10−1Torr以上1×10−6Torr以下)、あるいは窒素ガス、アルゴンガス、水素ガス、アンモニア分解ガス等のガス中で、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、有機バインダー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℃以上750℃以下程度で0.5時間以上40時間以下程度、より好ましくは温度150℃以上700℃以下程度で1時間以上24時間以下程度とされる。
<Degreasing treatment>
A degreasing treatment (debinding treatment) is performed on the molded body obtained in the molding step described above to obtain a degreased body. The degreasing treatment is not particularly limited, but a non-oxidizing atmosphere, for example, in a vacuum or a reduced pressure state (for example, 1 × 10 −1 Torr or more and 1 × 10 −6 Torr or less), or nitrogen gas, argon gas, hydrogen gas, The heat treatment is performed in a gas such as ammonia decomposition gas. In this case, the conditions for the heat treatment are slightly different depending on the decomposition start temperature of the organic binder, but are preferably about 100 ° C. to 750 ° C. and about 0.5 hours to 40 hours, more preferably 150 ° C. to 700 ° C. The following is about 1 hour to 24 hours.
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。この場合、例えば、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。
なお、有機バインダーは、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). In this case, for example, a method in which the first half is degreased at a low temperature and the second half at a high temperature, a method in which low temperature and high temperature are repeated, and the like can be mentioned.
Note that the organic binder may not be completely removed by the degreasing treatment, and for example, a part of the organic binder may remain at the time of completion of the degreasing treatment.
<焼成>
前述した脱脂処理工程で得られた脱脂体を焼結炉で焼成して焼結させ、目的とする焼結体を得る。この焼成により、造粒粉末を構成していた金属粉末は、拡散、粒成長する。その結果、十分な空隙率を有しかつ機械的特性の高い多孔質焼結体が得られる。
焼成時における焼成温度は、造粒粉末の組成等により若干異なるが、例えば、Fe基合金粉末を用いた場合、800℃以上1400℃未満であるのが好ましく、900℃以上1350℃以下であるのがより好ましい。焼成温度が前記範囲内であれば、空隙が消滅するのを防止しつつ、高い機械的特性を有する多孔質焼結体が得られる。
<Baking>
The degreased body obtained in the degreasing process described above is fired and sintered in a sintering furnace to obtain a desired sintered body. By this firing, the metal powder constituting the granulated powder diffuses and grows. As a result, a porous sintered body having a sufficient porosity and high mechanical properties can be obtained.
Although the firing temperature during firing varies slightly depending on the composition of the granulated powder, for example, when an Fe-based alloy powder is used, it is preferably 800 ° C. or higher and lower than 1400 ° C., and 900 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower. Is more preferable. When the firing temperature is within the above range, a porous sintered body having high mechanical properties can be obtained while preventing voids from disappearing.
焼成中の最高温度保持時間は、焼結温度に応じて適宜設定されるものの、0.5時間以上8時間以下程度であるのが好ましく、0.75時間以上5時間以下であるのがより好ましい。
また、焼成雰囲気は、特に限定されないが、減圧(真空)下または非酸化性雰囲気とされるのが好ましい。これにより、金属の酸化による特性劣化を防ぐことができる。好ましい焼成雰囲気としては、1Torr以下(より好ましくは1×10−2Torr以上1×10−6Torr以下)の減圧(真空)下、または1Torr以上760Torr以下の窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気、または1Torr以上760Torr以下の水素ガス雰囲気であるのが好ましい。
Although the maximum temperature holding time during firing is appropriately set according to the sintering temperature, it is preferably about 0.5 hours or more and 8 hours or less, more preferably 0.75 hours or more and 5 hours or less. .
The firing atmosphere is not particularly limited, but is preferably a reduced pressure (vacuum) or non-oxidizing atmosphere. Thereby, characteristic deterioration due to metal oxidation can be prevented. A preferable firing atmosphere is a reduced pressure (vacuum) of 1 Torr or less (more preferably 1 × 10 −2 Torr or more and 1 × 10 −6 Torr or less), or an inert gas such as nitrogen gas or argon gas of 1 Torr or more and 760 Torr or less. An atmosphere or a hydrogen gas atmosphere of 1 to 760 Torr is preferable.
なお、焼成雰囲気は、焼成の途中で変化してもよい。例えば、最初に1×10−2Torr以上1×10−6Torr以下の減圧(真空)下とし、途中で前記のような不活性ガスに切り替えることができる。
また、焼成は、2段階またはそれ以上で行ってもよい。例えば、焼成条件の異なる1次焼成と2次焼成とを行い、2次焼成の焼成温度を、1次焼成の焼成温度より高い温度としてもよい。
Note that the firing atmosphere may change during firing. For example, first, the pressure is reduced to 1 × 10 −2 Torr or more and 1 × 10 −6 Torr or less (vacuum), and can be switched to the inert gas as described above.
Moreover, you may perform baking by two steps or more. For example, primary firing and secondary firing with different firing conditions may be performed, and the firing temperature of the secondary firing may be higher than the firing temperature of the primary firing.
上記のようにして得られた多孔質焼結体は、いかなる目的で用いられるものであってもよいが、例えば金属製フィルター、軽量建材、自動車、航空機、宇宙船等に用いられる構造材として好適に用いられる。
すなわち、多孔質焼結体は、連通気孔を含むものである。このため、液体または気体のような流体を通過させることにより、流体中に含まれる固形物を濾別したり、化学的な相互作用により、物質を吸着させて分離したりすることができる。
The porous sintered body obtained as described above may be used for any purpose. For example, it is suitable as a structural material used in metal filters, lightweight building materials, automobiles, aircraft, spacecrafts, and the like. Used for.
That is, the porous sintered body includes continuous air holes. For this reason, by allowing a fluid such as liquid or gas to pass therethrough, it is possible to filter solids contained in the fluid or to adsorb and separate substances by chemical interaction.
なお、必要に応じて、多孔質焼結体の空隙の表面に各種反応性の物質を付着させるようにしてもよい。これにより、流体と反応性の物質との相互作用を効率的に行わせることができる。
上記のような金属製フィルターは、多くの産業分野において用いられるが、例えば、医療機器用、分析機器用のフィルターとして特に有用である。
In addition, you may make it make various reactive substances adhere to the surface of the space | gap of a porous sintered compact as needed. Thereby, interaction with a fluid and a reactive substance can be performed efficiently.
The metal filter as described above is used in many industrial fields, and is particularly useful, for example, as a filter for medical equipment and analytical equipment.
得られた多孔質焼結体は、その相対密度が60%以上92%以下程度のものが得られる。このような多孔質焼結体は、空隙率と機械的特性とのバランスが良好なので、例えばフィルター前後の差圧の大きな環境下であっても、長期にわたって使用可能な金属製フィルターとして有用である。
なお、多孔質焼結体の相対密度は、(100−空隙率)で求めることができる。空隙率の測定方法としては、例えば、水銀圧入法、ガス吸着法、バブルポイント法等の各種細孔分布測定方法が挙げられる。
The obtained porous sintered body has a relative density of about 60% to 92%. Since such a porous sintered body has a good balance between porosity and mechanical properties, it is useful, for example, as a metal filter that can be used for a long time even in an environment where the differential pressure before and after the filter is large. .
The relative density of the porous sintered body can be obtained by (100−porosity). Examples of the method for measuring the porosity include various pore distribution measuring methods such as a mercury intrusion method, a gas adsorption method, and a bubble point method.
また、得られた多孔質焼結体は、その三点曲げ強さは2MPa以上20MPa以下程度のものが得られる。このような多孔質焼結体は、フィルターとして利用した際に、十分な機械的特性を有するものとなる。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明の造粒粉末の製造方法に用いる装置は、前述した実施形態のものに限定されない。例えば、前記実施形態では、転動造粒装置を用いて説明したが、流動作用により造粒を行う流動層造粒装置や、転動流動作用により造粒を行う転動流動造粒装置、噴霧乾燥させるスプレードライ装置等を用いるようにしてもよい。
The obtained porous sintered body has a three-point bending strength of about 2 MPa to 20 MPa. Such a porous sintered body has sufficient mechanical properties when used as a filter.
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to these.
For example, the apparatus used for the manufacturing method of the granulated powder of this invention is not limited to the thing of embodiment mentioned above. For example, in the above-described embodiment, the description has been given by using the rolling granulator. However, the fluidized bed granulating apparatus that performs granulation by the fluid action, the rolling fluid granulator that performs granulation by the rolling fluid action, the spray You may make it use the spray-drying apparatus etc. to dry.
1.造粒粉末の製造
(実施例1)
<1>まず、原料粉末として、水アトマイズ法により製造された平均粒径10μmのステンレス鋼粉末(エプソンアトミックス(株)製、SUS−316、真密度7.98g/cm3)25kgを用意した。
なお、用いたステンレス鋼粉末のアスペクト比a/bは、0.78であった。
<2>一方、有機バインダーとして、ポリビニルピロリドン(BASF(株)製)粉末150gを用意し、原料粉末と混合して混合物を得た。また、溶媒としてイオン交換水を用意した。なお、溶媒の添加量は、有機バインダー1gあたり50gとした。
1. Production of granulated powder (Example 1)
<1> First, 25 kg of stainless steel powder (manufactured by Epson Atmix Co., Ltd., SUS-316, true density 7.98 g / cm 3 ) prepared by a water atomization method was prepared as a raw material powder. .
The aspect ratio a / b of the stainless steel powder used was 0.78.
<2> On the other hand, as an organic binder, 150 g of polyvinylpyrrolidone (BASF Co., Ltd.) powder was prepared and mixed with the raw material powder to obtain a mixture. Moreover, ion-exchange water was prepared as a solvent. The amount of solvent added was 50 g per 1 g of organic binder.
<3>次いで、混合物を、転動造粒装置((株)パウレック製、VG−25)の処理容器内に投入した。そして、処理容器内の混合物に向けて、スプレーノズルからエタノール(溶媒)を噴霧しつつ、混合物を以下の造粒条件で転動・造粒し、造粒粉末を得た。
<造粒条件>
・ブレード回転数 :200rpm
・クロススクリュー回転数:2500rpm
・溶媒の供給重量 :3.75kg(バインダー1g当たり25g)
・溶媒の供給速度 :535g/分
・造粒時間 :7分
<3> Next, the mixture was put into a processing container of a tumbling granulator (manufactured by POWREC, VG-25). Then, while spraying ethanol (solvent) from the spray nozzle toward the mixture in the processing container, the mixture was rolled and granulated under the following granulation conditions to obtain a granulated powder.
<Granulation conditions>
・ Blade rotation speed: 200rpm
・ Cross screw speed: 2500rpm
・ Supply weight of solvent: 3.75 kg (25 g per 1 g of binder)
・ Solvent supply rate: 535 g / min ・ Granulation time: 7 minutes
<4>次いで、得られた造粒粉末をロールクラッシャーに投入し、造粒粉末を解砕した。これにより、本発明の造粒粉末を得た。
(実施例2〜6、比較例1〜4)
ロールクラッシャーにおけるロール間の離間距離およびロール間に押し出す圧力を調整するようにした以外は、それぞれ表1に示すアスペクト比と平均粒径の造粒粉末を得た。
<4> Next, the obtained granulated powder was put into a roll crusher, and the granulated powder was crushed. Thereby, the granulated powder of the present invention was obtained.
(Examples 2-6, Comparative Examples 1-4)
Granulated powders having the aspect ratios and average particle diameters shown in Table 1 were obtained, respectively, except that the separation distance between the rolls in the roll crusher and the pressure pushed out between the rolls were adjusted.
2.造粒粉末の評価
2.1 アスペクト比
各実施例および各比較例で得られた造粒粉末を、SEMまたは実体顕微鏡により観察し、その観察像からアスペクト比A/Bを見積もった。なお、アスペクト比の見積もりにおいては、造粒粉末の粒子100個について行い、その平均値をアスペクト比の測定値とした。
2. 2. Evaluation of Granulated Powder 2.1 Aspect Ratio The granulated powder obtained in each Example and each Comparative Example was observed with an SEM or a stereoscopic microscope, and the aspect ratio A / B was estimated from the observed image. The aspect ratio was estimated for 100 granulated powder particles, and the average value was used as the measured aspect ratio.
2.2 平均粒径
各実施例および各比較例で得られた造粒粉末について、レーザー回折方式の粒度分布測定装置(マイクロトラック、日機装株式会社製、HRA9320−X100)により、質量基準の累積粒度分布における50%累積時の粒径を取得した。
2.3 見掛密度
各実施例および各比較例で得られた造粒粉末について、JIS Z 2504に規定の金属粉の見掛密度試験方法により見掛密度を測定した。
2.4 流動度
各実施例および各比較例で得られた造粒粉末について、JIS Z 2502に規定の金属粉の流動性試験方法により流動度を測定した。
2.2 Average Particle Size For the granulated powder obtained in each Example and each Comparative Example, the cumulative particle size based on mass was measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device (Microtrack, manufactured by Nikkiso Co., Ltd., HRA9320-X100). The particle size at 50% accumulation in the distribution was obtained.
2.3 Apparent density About the granulated powder obtained by each Example and each comparative example, the apparent density was measured by the apparent density test method of the metal powder prescribed | regulated to JISZ2504.
2.4 Fluidity About the granulated powder obtained in each Example and each comparative example, the fluidity | liquidity was measured by the fluidity test method of the metal powder prescribed | regulated to JISZ2502.
3.焼結体の評価
3.1 相対密度
各実施例および各比較例で得られた造粒粉末を、以下に示す成形条件で成形した。
<成形条件>
・成形方法 :プレス成形法
・成形形状 :5mm×5mm×20mmの直方体形状
・成形圧力 :300MPa(3t/cm2)
次いで、得られた成形体を、以下に示す脱脂条件で脱脂した。
3. Evaluation of Sintered Body 3.1 Relative Density The granulated powder obtained in each Example and each Comparative Example was molded under the molding conditions shown below.
<Molding conditions>
-Molding method: Press molding method-Molding shape: rectangular parallelepiped shape of 5 mm x 5 mm x 20 mm-Molding pressure: 300 MPa (3 t / cm 2 )
Subsequently, the obtained molded body was degreased under the degreasing conditions shown below.
<脱脂条件>
・脱脂温度 :600℃
・脱脂時間 :1時間
・脱脂雰囲気:水素ガス雰囲気
次いで、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、焼結体を得た。
<Degreasing conditions>
・ Degreasing temperature: 600 ° C
Degreasing time: 1 hour Degreasing atmosphere: hydrogen gas atmosphere Next, the obtained degreased body was fired under the firing conditions shown below. This obtained the sintered compact.
<焼成条件>
・焼成温度 :1150℃
・焼成時間 :3時間
・焼成雰囲気:減圧Ar雰囲気
・雰囲気圧力:1.3kPa(10Torr)
次いで、得られた焼結体について、アルキメデス法(JIS Z 2501に規定)に準じた方法により密度を測定した。また、測定された焼結密度と、金属粉末の真密度から、焼結体の相対密度を算出した。
<Baking conditions>
・ Baking temperature: 1150 ° C
-Firing time: 3 hours-Firing atmosphere: reduced pressure Ar atmosphere-Atmospheric pressure: 1.3 kPa (10 Torr)
Next, the density of the obtained sintered body was measured by a method according to the Archimedes method (specified in JIS Z 2501). Further, the relative density of the sintered body was calculated from the measured sintered density and the true density of the metal powder.
3.2 機械的特性
次いで、得られた焼結体について、三点曲げ強さを測定した。
そして、比較例1で得られた造粒粉末の焼結体についての三点曲げ強さを1とし、それ以外の焼結体についての相対値を求めた。
以上、2.1〜2.4および3.1、3.2の評価結果を表1に示す。
3.2 Mechanical properties Next, the three-point bending strength of the obtained sintered body was measured.
And the three-point bending strength about the sintered compact of the granulated powder obtained by the comparative example 1 was set to 1, and the relative value about other sintered bodies was calculated | required.
Table 1 shows the evaluation results of 2.1 to 2.4, 3.1, and 3.2.
表1から明らかなように、各実施例で得られた造粒粉末の焼結体は、比較的低い相対密度と、比較的高い機械的特性とを両立するものであった。すなわち、これらの焼結体は、十分な空隙率と、高い機械的特性とを備えた多孔質焼結体であるといえる。
一方、各比較例で得られた造粒粉末の焼結体は、相対密度が高いか、あるいは著しく低いものとなった。このうち、相対密度が高い焼結体は、空隙率が低すぎるために、フィルターとしては利用できないことが認められた。また、相対密度が著しく低い焼結体は、機械的特性も低いため、やはりフィルターとして利用できないことが認められた。
As is clear from Table 1, the sintered body of the granulated powder obtained in each example has both a relatively low relative density and a relatively high mechanical property. That is, it can be said that these sintered bodies are porous sintered bodies having sufficient porosity and high mechanical properties.
On the other hand, the sintered compact of the granulated powder obtained in each comparative example had a high relative density or a significantly low one. Among these, it was confirmed that a sintered body having a high relative density cannot be used as a filter because the porosity is too low. In addition, it was confirmed that a sintered body having a remarkably low relative density cannot be used as a filter because of its low mechanical properties.
1……転動造粒装置 10……処理容器 11……底部 110……貫通孔 12……側壁部 13……蓋部 130……貫通孔 20……ブレード 21……回転翼 22……回転駆動軸 23……基部 30……クロススクリュー 31……回転駆動軸 40……スプレーノズル 80……造粒粉末
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rolling
Claims (8)
当該造粒粉末は、
複数個の金属粒子を有機バインダーで結着してなる粒子状物からなり、かつ、
前記粒子状物の短径をAとし、長径をBとしたとき、A/Bの平均が0.1以上0.4以下となるものであり、かつ、
質量基準の累積粒度分布における50%累積時の粒径が30μm以上150μm以下であることを特徴とする造粒粉末。 It is a granulated powder for a porous sintered body that is molded by press molding and then sintered and used as a filter,
The granulated powder is
It consists of a particulate material formed by binding a plurality of metal particles with an organic binder , and
When the minor axis of the particulate matter is A and the major axis is B, the average of A / B is 0.1 or more and 0.4 or less, and
Granulated powder, wherein the particle size at 50% cumulative time in a cumulative particle size distribution of the mass is 30μm or more 150μm or less.
当該造粒粉末のJIS Z 2502に規定の金属粉の流動性試験方法に準じて測定された流動度は、30[秒/50g]以上である請求項1ないし5のいずれかに記載の造粒粉末。 The metal particles are stainless steel particles;
The granulation according to any one of claims 1 to 5, wherein the granulated powder has a fluidity measured in accordance with a metal powder fluidity test method specified in JIS Z 2502 of 30 [seconds / 50 g] or more. Powder.
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