JP6855790B2 - Granulation powder, manufacturing method of granulated powder and manufacturing method of sintered body - Google Patents
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Description
本発明は、造粒粉末、造粒粉末の製造方法および焼結体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a granulated powder, a method for producing a granulated powder, and a method for producing a sintered body.
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を含む造粒粉末を、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1つであり、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 a metal powder, a compression molding method is known in which a granulated powder containing a metal powder and an organic binder is filled in a predetermined molding mold and compressed to obtain a molded body having a predetermined shape. There is. The obtained molded product undergoes a degreasing treatment for removing an organic binder and a firing treatment for sintering a metal powder to become a metal sintered body. Such a technique is one of powder metallurgy techniques, and has become widespread in many industrial fields in recent years because it is possible to mass-produce metal sintered bodies having complicated shapes depending on the shape of the molding die.
例えば、特許文献1には、金属粉末と、ポリビニルアルコールまたはその誘導体、ワックス類および非イオン性界面活性剤を含む有機バインダーと、を造粒してなる造粒粉末が開示されている。また、特許文献2には、金属粉末と、黒鉛粉末と、セルロース、高級脂肪酸およびワックスのうちの少なくとも1種からなるバインダーと、を造粒してなる造粒粉末が開示されている。圧縮成形法では、まず、成形型内にこれらの造粒粉末をできるだけ隙間なく充填する必要がある。このため、金属粉末とバインダーとの混合物を、金属粉末よりも大きな粒子に造粒することで、流動性の改善を図ることが行われる。 For example, Patent Document 1 discloses a granulated powder obtained by granulating a metal powder and an organic binder containing polyvinyl alcohol or a derivative thereof, waxes and a nonionic surfactant. Further, Patent Document 2 discloses a granulated powder obtained by granulating a metal powder, a graphite powder, and a binder composed of at least one of cellulose, a higher fatty acid and a wax. In the compression molding method, it is first necessary to fill the molding die with these granulated powders as closely as possible. Therefore, the fluidity is improved by granulating the mixture of the metal powder and the binder into particles larger than the metal powder.
ところで、このような造粒粉末では、バインダーが吸湿することによって流動性等の特性が変化してしまうという問題がある。このような変化が生じると、品質の高い金属焼結体を製造することができない。 By the way, such a granulated powder has a problem that characteristics such as fluidity are changed by absorbing moisture from the binder. When such a change occurs, it is not possible to produce a high quality metal sintered body.
また、造粒粉末を成形、焼成して金属焼結体を得る際に、除去し切れなかったバインダー由来の物質が多く残留してしまうという問題もある。かかる残留物も、金属焼結体の品質低下を招く。 Further, when the granulated powder is molded and fired to obtain a metal sintered body, there is also a problem that a large amount of binder-derived substances that cannot be completely removed remain. Such a residue also causes a deterioration in the quality of the metal sintered body.
本発明の目的は、高品質な焼結体を製造可能な造粒粉末、かかる造粒粉末を効率よく製造可能な造粒粉末の製造方法、および、高品質な焼結体を製造可能な焼結体の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is a granulated powder capable of producing a high-quality sintered body, a method for producing a granulated powder capable of efficiently producing such a granulated powder, and baking capable of producing a high-quality sintered body. The purpose is to provide a method for producing a body.
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、金属粉末と、
ポリビニルアルコールおよびポリビニルピロリドンの少なくとも一方である吸湿性樹脂、および、前記吸湿性樹脂よりも吸湿性が低くかつ前記吸湿性樹脂よりも融点が高く、繊維状をなす高融点成分、を含むバインダーと、
を有し、
前記高融点成分の吸湿率は、前記吸湿性樹脂の吸湿率の20%以下であり、
前記高融点成分の含有量に対する前記吸湿性樹脂の含有量が、質量比で0.2以上4以下であり、
前記金属粉末に対する前記バインダーの質量比率が0.01質量%以上0.5質量%以下であり、
平均粒径が20μm以上100μm以下であることを特徴とする。
The above object is achieved by the following invention.
The granulated powder of the present invention is a metal powder and
Polyvinyl alcohol and at least one in which moisture absorbing resin of polyvinyl pyrrolidone, and the hygroscopic melting point than low and the hygroscopicity resin hygroscopic than resin rather high, and a binder containing a high melting point component forming a fibrous, the ,
Have,
The hygroscopicity of the high melting point component is 20% or less of the hygroscopicity of the hygroscopic resin.
The content of the hygroscopic resin with respect to the content of the melting point component is 0.2 or more and 4 or less in terms of mass ratio.
The mass ratio of the binder to the metal powder Ri der 0.5 mass% 0.01 mass% or more,
The average particle size is 20 μm or more and 100 μm or less .
これにより、バインダーの使用量を減らすことができるので、バインダーが吸湿することによる造粒粉末の流動性の低下や、バインダー由来の残留物に伴う焼結体の品質低下および成形体の収縮率を最小限に留めることができ、高品質な焼結体を製造可能な造粒粉末が得られる。
また、これにより、バインダーによる金属粉末の粒子同士の結着力をより高めることができる。すなわち、繊維状をなす高融点成分が金属粉末の隣り合う粒子同士に跨ることによって、造粒粉末の粒子がより強く補強されることとなる。このため、バインダーの使用量を特に少なくしても、造粒粉末の粒子が崩れ難くなり、高い流動性を有するものとなる。
As a result, the amount of the binder used can be reduced, so that the fluidity of the granulated powder due to the binder absorbing moisture is lowered, the quality of the sintered body is lowered due to the residue derived from the binder, and the shrinkage rate of the molded body is reduced. A granulated powder that can be kept to a minimum and can produce a high quality sintered body is obtained.
Further, this makes it possible to further enhance the binding force between the particles of the metal powder by the binder. That is, the fibrous melting point component straddles the adjacent particles of the metal powder, so that the particles of the granulated powder are more strongly reinforced. Therefore, even if the amount of the binder used is particularly small, the particles of the granulated powder are less likely to collapse and have high fluidity.
本発明の造粒粉末では、見掛密度が、前記金属粉末を構成する材料の真密度の30%以上であることが好ましい。 In the granulated powder of the present invention, the apparent density is preferably 30% or more of the true density of the material constituting the metal powder.
これにより、バインダーが多いことによる不具合の発生を抑えることができる。すなわち、バインダーの吸湿に伴う造粒粉末の流動性の低下、成形体や焼結体の寸法精度の低下、および、バインダーに由来する残留物に伴う焼結体の品質低下を最小限に留めることができる。 As a result, it is possible to suppress the occurrence of problems due to the large amount of binder. That is, the decrease in the fluidity of the granulated powder due to the moisture absorption of the binder, the decrease in the dimensional accuracy of the molded product and the sintered body, and the decrease in the quality of the sintered body due to the residue derived from the binder should be minimized. Can be done.
本発明の造粒粉末では、繊維状をなす前記高融点成分の平均径は、1nm以上300nm以下であることが好ましい。 In the granulated powder of the present invention, the average diameter of the fibrous melting point component is preferably 1 nm or more and 300 nm or less.
本発明の造粒粉末では、繊維状をなす前記高融点成分の平均長さは、50nm以上500μm以下であることが好ましい。 In the granulated powder of the present invention, the average length of the fibrous melting point component is preferably 50 nm or more and 500 μm or less.
これにより、バインダーの総量が少なくても、金属粉末の粒子同士を強固に結着することができる。その結果、バインダーの総量を減らすことができ、バインダーの量が多いことによる不具合の程度を減らすことができる。 As a result, even if the total amount of the binder is small, the particles of the metal powder can be firmly bonded to each other. As a result, the total amount of the binder can be reduced, and the degree of defects due to the large amount of the binder can be reduced.
本発明の造粒粉末では、前記高融点成分は、セルロースであることが好ましい。
これにより、高融点成分は、高い引張強度を有するものとなるため、少量であっても金属粉末の粒子同士を強固に結着し得るバインダーが得られる。その結果、バインダーの使用量を効果的に減らすことができる。
In the granulated powder of the present invention, the melting point component is preferably cellulose.
As a result, the high melting point component has a high tensile strength, so that a binder capable of firmly binding the particles of the metal powder to each other can be obtained even in a small amount. As a result, the amount of binder used can be effectively reduced.
本発明の造粒粉末では、前記高融点成分は、植物由来であることが好ましい。
これにより、高融点成分は、持続型資源である植物から抽出することができるので、造粒粉末の製造における環境負荷の低減を図ることができる。
In the granulated powder of the present invention, the melting point component is preferably derived from a plant.
As a result, the high melting point component can be extracted from the plant, which is a sustainable resource, so that the environmental load in the production of the granulated powder can be reduced.
本発明の造粒粉末では、前記造粒粉末の平均粒径は、前記金属粉末の平均粒径の3倍以上10倍以下であることが好ましい。 In the granulated powder of the present invention, the average particle size of the granulated powder is preferably 3 times or more and 10 times or less the average particle size of the metal powder.
本発明の造粒粉末では、前記金属粉末を焼結させる焼成処理に供されることが好ましい。The granulated powder of the present invention is preferably subjected to a firing treatment for sintering the metal powder.
本発明の造粒粉末の製造方法は、ポリビニルアルコールおよびポリビニルピロリドンの少なくとも一方である吸湿性樹脂、および、前記吸湿性樹脂よりも吸湿性が低くかつ前記吸湿性樹脂よりも融点が高く、繊維状をなす高融点成分、を含むバインダー、を含有するバインダー溶液を調製する工程と、
前記バインダー溶液を用い、金属粒子同士を結着することにより、前記金属粒子に対する前記バインダーの質量比率が0.01質量%以上0.5質量%以下である造粒粉末を得る工程と、
を有し、
前記高融点成分の吸湿率は、前記吸湿性樹脂の吸湿率の20%以下であり、
前記高融点成分の含有量に対する前記吸湿性樹脂の含有量が、質量比で0.2以上4以下であり、
前記造粒粉末の平均粒径が20μm以上100μm以下であることを特徴とする。
これにより、本発明の造粒粉末を効率よく製造することができる。
Method for producing a granulated powder of the present invention, polyvinyl alcohol and at least one in which moisture absorbing resin of polyvinyl pyrrolidone, and than said hygroscopic resin rather high melting point than and the moisture absorbing resin has a low hygroscopic property, fiber high melting point component forming the Jo, a step of preparing a binder, the binder solution containing containing,
A step of obtaining a granulated powder in which the mass ratio of the binder to the metal particles is 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less by binding the metal particles to each other using the binder solution.
Have a,
The hygroscopicity of the high melting point component is 20% or less of the hygroscopicity of the hygroscopic resin.
The content of the hygroscopic resin with respect to the content of the melting point component is 0.2 or more and 4 or less in terms of mass ratio.
The average particle size of the granulated powder is 20 μm or more and 100 μm or less .
Thereby, the granulated powder of the present invention can be efficiently produced.
本発明の焼結体の製造方法は、本発明の造粒粉末を成形し、成形体を得る工程と、
前記成形体を焼成し、焼結体を得る工程と、
を有することを特徴とする。
これにより、高品質な焼結体を製造することができる。
The method for producing a sintered body of the present invention includes a step of molding the granulated powder of the present invention to obtain a molded body.
The step of firing the molded product to obtain a sintered body and
It is characterized by having.
As a result, a high-quality sintered body can be produced.
以下、本発明の造粒粉末、造粒粉末の製造方法および焼結体の製造方法を、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。 Hereinafter, the granulated powder of the present invention, the method for producing the granulated powder, and the method for producing the sintered body will be described in detail based on a preferred embodiment based on the accompanying drawings.
<造粒粉末>
まず、本発明の造粒粉末の実施形態について説明する。
<Granulated powder>
First, an embodiment of the granulated powder of the present invention will be described.
図1は、本発明の造粒粉末の実施形態に含まれる1つの造粒粒子を示す断面図である。
図1に示す造粒粒子1は、複数個の金属粒子51を含んでおり、金属粒子51同士の間にバインダー52が介在することで、全体として球形状にまとまっている。なお、本明細書では、複数個の金属粒子51の集合体を「金属粉末」といい、複数個の造粒粒子1の集合体を「造粒粉末」という。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one granulated particle included in the embodiment of the granulated powder of the present invention.
The granulated particles 1 shown in FIG. 1 include a plurality of
図1に示す造粒粒子1において、バインダー52は金属粒子51同士の間に介在して互いに結着するとともに、各金属粒子51の表面の少なくとも一部を覆うように存在している。これにより、各金属粒子51は、バインダー52のマトリックス中に分散した状態になっている。
In the granulated particles 1 shown in FIG. 1, the
このバインダー52は、水溶性樹脂522(水溶性高分子材料)と、高融点成分521と、を含んでいる。水溶性樹脂522は、水溶性を有する樹脂である。また、高融点成分521は、水溶性樹脂522よりも水溶性が低く、かつ、水溶性樹脂522よりも融点が高い成分である。
The
そして、造粒粒子1では、金属粉末に対するバインダー52の質量比率が0.01質量%以上0.5質量%以下である。
In the granulated particles 1, the mass ratio of the
このような造粒粒子1は、金属粉末に対するバインダー52の質量比率が十分に少なく抑えられたものとなる。このため、造粒粒子1を含む造粒粉末によれば、バインダー52の量が多いことによる不具合の発生を抑えることができる。すなわち、外気に触れるバインダー52の量が減るとともに、バインダー52が吸湿したとしても吸湿量が自ずと少なくなるため、吸湿によって造粒粒子1の流動性等が低下するのを抑制することができる。また、併せて、造粒粒子1の焼成後における残留物が自ずと少なくなるため、バインダー52由来の残留物に伴う焼結体の品質低下を最小限に留めることができる。よって、高品質な焼結体を効率よく製造することができる。さらには、造粒粒子1を成形してなる成形体を脱脂、焼成する際、成形体の収縮率を最小限に留めることができる。かかる観点からも、焼結体の寸法精度の低下を抑制し、高品質化が図られる。
In such granulated particles 1, the mass ratio of the
ここで、バインダー52には、水溶性樹脂522と高融点成分521とが含まれている。
Here, the
このうち、水溶性樹脂522は、造粒粒子1の形成時において水等の溶媒に溶解し、高い結着性を発現させる。このため、バインダー52の使用量が少なくても金属粒子51同士を十分に結着し、効率よく造粒粒子1を製造することに寄与する。また、熱分解性も高いことから、脱脂または焼成の際に、より短時間でより確実にバインダー52を分解、除去することが可能になる。
Of these, the water-
一方、高融点成分521は、水溶性樹脂522よりも水溶性が低いため、造粒粒子1の形成時においても溶媒に溶解し難い。このため、固形状を維持したまま造粒粒子1に取り込まれることとなり、高融点成分521が水溶性樹脂522を補強することによって、金属粒子51同士をより強固に固定する。その結果、バインダー52の使用量が少なくても金属粒子51同士をより十分に結着することができる。そして、造粒粒子1が欠けるのを抑制するとともに、成形体の保形性を高めることができる。
On the other hand, since the high
また、バインダー52の使用量を特に少なくしても、造粒粒子1が崩れ難くなり、高い流動性を有するものとなる。さらには、造粒粒子1は外力や衝撃等によって破壊し難くなる。これにより、造粒粒子1は、見掛密度や流動性等が低下し難いものとなる。その結果、成形体は保形性が高いものとなり、寸法精度や密度が良好で高品質な焼結体の製造が可能になる。
Further, even if the amount of the
また、高融点成分521は、水溶性樹脂522よりも融点が高い成分である。このため、造粒粒子1を成形してなる成形体が脱脂または焼成されるとき、水溶性樹脂522と高融点成分521とが順次、溶融し、熱分解される。すなわち、高融点成分521が水溶性樹脂522よりも遅れて除去される。その結果、脱脂時または焼成時の成形体の変形が抑えられ、最終的に寸法精度が高く高品質な焼結体が得られる。
Further, the high
なお、バインダー52の含有率が前記下限値を下回ると、金属粒子51の粒径等によっては、バインダー52の量が少なくなり過ぎて、造粒粒子1の保形性が低下するおそれがある。一方、バインダー52の含有率が前記上限値を上回ると、金属粒子51の粒径等によっては、バインダー52の量が多過ぎて、前述したようなバインダー52の量が多いことによる不具合が発生するおそれがある。
If the content of the
以下、バインダー52および金属粒子51について順次説明する。
(バインダー)
前述したように、造粒粒子1に含まれるバインダー52は、高融点成分521と水溶性樹脂522とを含んでいる。
Hereinafter, the
(binder)
As described above, the
−高融点成分−
このうち、高融点成分521は、造粒粒子1においていかなる形態で含まれていてもよい。一例として、粒状、繊維状(長繊維または短繊維)、鱗片状等が挙げられる。これらの中でも、高融点成分521は、図1に示すように繊維状をなしているのが好ましい。このような繊維状をなす高融点成分521を含むことにより、バインダー52による金属粒子51同士の結着力をより高めることができる。すなわち、繊維状をなす高融点成分521が隣り合う金属粒子51同士に跨ることによって、造粒粒子1がより強く補強されることとなる。このため、バインダー52の使用量を特に少なくしても、造粒粒子1が崩れ難くなり、高い流動性を有するものとなる。また、造粒粒子1が外力や衝撃等によってさらに破壊し難くなる。これにより、造粒粒子1は、見掛密度や流動性等が特に低下し難いものとなる。その結果、寸法精度や密度が特に良好で高品質な焼結体の製造が可能になる。
-High melting point component-
Of these, the high
また、バインダー52の使用量を減らすことにより、造粒粒子1を成形、焼成して焼結体を得る際に、バインダー52由来の物質の残留量を少なく抑えることができる。これにより、異物の混入が少なく抑えられた高品質な焼結体の製造が可能になる。
Further, by reducing the amount of the
さらに、バインダー52の使用量を減らすことにより、造粒粒子1を用いて製造された成形体が焼成されたときの収縮率を低下させることができる。このため、最終的に得られる焼結体の寸法精度が低下し難くなるとともに、脱脂に要する時間の短縮を図ることができる。
Further, by reducing the amount of the
高融点成分521の構成材料は、水溶性樹脂522よりも水溶性が低く、かつ、水溶性樹脂522よりも融点が高い材料であれば、特に限定されない。一例として、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、セルロース、リグニン、ポリエーテル、キチン、キトサン、またはこれらの共重合体等の各種樹脂が挙げられる。
The constituent material of the high
このうち、高融点成分521は、セルロースであるのが好ましい。このセルロースの形態としては、例えば、繊維状や粒状が挙げられる。セルロースの固形物は、高い引張強度を有する。このため、高融点成分521としてセルロースを用いることにより、少量であっても金属粒子51同士を特に強固に結着し得るバインダー52が得られる。その結果、バインダー52の使用量を効果的に減らすことができる。またその一方、セルロースは、比較的低温で熱分解を開始する。このため、バインダー52を含む成形体が脱脂工程や焼成工程に供されるとき、成形体中にバインダー52がより残留し難くなる。
Of these, the
高融点成分521に用いられるセルロースとしては、例えば、分子式が(C6H10O5)nで表されるセルロースの他、メチルセルロース、エチルセルロース、プロピルセルロース、アセチルセルロース、ニトロセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒロドキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースのようなセルロース誘導体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を含むものが用いられる。
Examples of the cellulose used for the high
また、用いられるセルロースは、水に分散することによって粘性を示す。この粘性によって、バインダー52の使用量を抑えつつ造粒粒子1の保形性を高めることができる。
In addition, the cellulose used exhibits viscosity when dispersed in water. Due to this viscosity, the shape retention of the granulated particles 1 can be improved while suppressing the amount of the
濃度2質量%のセルロース水分散液の粘度は、200mPa・s以上10000mPa・s以下であるのが好ましく、500mPa・s以上8000mPa・s以下であるのがより好ましい。このような粘度を示すセルロースを用いることにより、かかるセルロースを含むバインダー52が溶媒に溶解したとき、造粒粒子1を効率よく形成するために必要な適度な結着力を得ることができる。このため、このような粘度を示すセルロースは、バインダー52に添加するセルロースとして特に有用である。
The viscosity of the aqueous cellulose dispersion having a concentration of 2% by mass is preferably 200 mPa · s or more and 10000 mPa · s or less, and more preferably 500 mPa · s or more and 8000 mPa · s or less. By using cellulose having such a viscosity, when the
なお、粘度が前記下限値を下回ると、高融点成分521としてのセルロースの作用が低下するおそれがある。一方、粘度が前記上限値を上回ると、粘性が高くなり過ぎるため、流動性の高い造粒粒子1の製造が難しくなるおそれがある。
If the viscosity is lower than the lower limit, the action of cellulose as the high
なお、セルロースの粘度は、濃度2質量%、25℃の水分散液について、回転式粘度測定法により60rpmの回転数で測定される。 The viscosity of cellulose is measured at a rotation speed of 60 rpm by a rotary viscosity measuring method for an aqueous dispersion having a concentration of 2% by mass and 25 ° C.
また、用いられるセルロースの比表面積は、特に限定されないが、30m2/g以上500m2/g以下であるのが好ましく、50m2/g以上300m2/g以下であるのがより好ましく、70m2/g以上200m2/g以下であるのがさらに好ましい。このような比表面積を有するセルロースを用いることにより、セルロース同士が適度な三次元ネットワークを形成し易くなり、溶媒中において十分な粘性を示すものとなる。このため、造粒粒子1を効率よく形成するために必要な適度な結着力を得ることができる。また、セルロースと水溶性樹脂522との接触面積が必要かつ十分なものとなるため、水溶性樹脂522の作用がより増強されることとなる。
The specific surface area of the cellulose used is not particularly limited , but is preferably 30 m 2 / g or more and 500 m 2 / g or less, more preferably 50 m 2 / g or more and 300 m 2 / g or less, and 70 m 2 or less. It is more preferably / g or more and 200 m 2 / g or less. By using cellulose having such a specific surface area, it becomes easy for the celluloses to form an appropriate three-dimensional network, and the cellulose exhibits sufficient viscosity in a solvent. Therefore, it is possible to obtain an appropriate binding force necessary for efficiently forming the granulated particles 1. Further, since the contact area between the cellulose and the water-
なお、比表面積が前記下限値を下回ると、高融点成分521としてのセルロースの作用が低下するおそれがある。一方、比表面積が前記上限値を上回ると、セルロースが溶媒に分散したとき、粘性が高くなり過ぎるため、流動性の高い造粒粒子1の製造が難しくなるおそれがある。
なお、セルロースの比表面積は、BET法により測定される。
If the specific surface area is less than the lower limit, the action of cellulose as the high
The specific surface area of cellulose is measured by the BET method.
なお、高融点成分521は、人工的に生産されたものや動物由来のものであってもよいが、植物由来のものであるのが好ましい。また、その形態としては、例えば、繊維状や粒状等が挙げられる。このような高融点成分521は、持続型資源である植物から抽出されるため、造粒粒子1の製造における環境負荷の低減を図ることができる。
The
高融点成分521として利用可能な植物由来のものとしては、例えば、セルロースナノファイバー、セルロースナノフィブリル、フィブリレーティドセルロース、セルロースナノクリスタル、セルロースナノパウダー、リグニンファイバー、リグニンパウダー等が挙げられる。このような植物由来の高融点成分521は、例えば、木材等に機械的解繊や酸加水分解等の処理を施すことによって製造される。
Examples of plant-derived materials that can be used as the
また、高融点成分521の形態が繊維状または鱗片状である場合、その平均長さは、特に限定されないが、50nm以上500μm以下であるのが好ましく、100nm以上300μm以下であるのがより好ましく、1μm以上200μm以下であるのがさらに好ましい。高融点成分521の平均長さを前記範囲内に設定することにより、バインダー52の総量が少なくても、金属粒子51同士をより強固に結着することができる。すなわち、高融点成分521の長さがバインダー52の引張強さ等の物性を高めたり金属粒子51同士を結び付けたりするのに必要かつ十分な長さになる。これにより、バインダー52の総量を十分に減らすことができ、前述したようなバインダー52の量が多いことによる不具合の程度を減らすことができる。
When the form of the high
なお、高融点成分521の平均長さが前記下限値を下回ると、金属粒子51の粒径等によっては、上記効果を奏するのに長さが足らなくなるおそれがある。また、高融点成分521の平均長さが前記上限値を上回ると、金属粒子51の粒径等によっては、バインダー52の流動性が低下し、金属粒子51同士の間にバインダー52を行き渡らせることが難しくなるおそれがある。
If the average length of the high
なお、高融点成分521の平均長さとは、造粒粒子1に含まれる高融点成分521を100個以上取り出し、それぞれの長軸長さ(最大長さを持つ軸の長さ)を平均したものである。長軸長さの測定にあたっては、100個以上の高融点成分521を平板上において撮影し、画像上(投影像上)における長軸長さを測定する方法が採用されてもよい。
The average length of the high
また、高融点成分521の平均径は、特に限定されないが、1nm以上300nm以下であるのが好ましく、2nm以上200nm以下であるのがより好ましく、4nm以上100nm以下であるのがさらに好ましい。高融点成分521の平均径を前記範囲内に設定することにより、バインダー52の総量が少なくても、金属粒子51同士をより強固に結着することができる。すなわち、高融点成分521の径がバインダー52の引張長さ等の物性を高めたり金属粒子51同士を結び付けたりするのに必要かつ十分な径となる。これにより、バインダー52の総量を十分に減らすことができ、前述したようなバインダー52の量が多いことによる不具合の程度を減らすことができる。
The average diameter of the high
なお、高融点成分521の平均径が前記下限値を下回ると、高融点成分521の構成材料等によっては、上記効果を奏するのに高融点成分521の引張強度が足らなくなるおそれがある。また、高融点成分521の平均径が前記上限値を上回ると、高融点成分521の長さや構成材料等によっては、バインダー52の流動性が低下し、金属粒子51同士の間にバインダー52を行き渡らせることが難しくなるおそれがある。
If the average diameter of the high
なお、高融点成分521の平均径とは、造粒粒子1に含まれる高融点成分521を100個以上取り出し、それぞれの短軸長さ(長軸に直交する方向における最大長さ)を平均したものである。短軸の長さの測定にあたっては、100個以上の高融点成分521を平板上において撮影し、画像上(投影像上)における短軸長さを測定する方法が採用されてもよい。
The average diameter of the high
また、高融点成分521の平均径とは、高融点成分521の形態が鱗片状である場合にはその最大厚さの平均値であり、粒状である場合にはその平均粒径である。なお、後者の場合は、例えばレーザー回折法等の粒径測定法によって測定された値を採用することもできる。
The average diameter of the high
また、高融点成分521には、必要に応じて、カップリング剤処理、界面活性剤処理、紫外線照射処理、電子線照射処理、プラズマ照射処理等の表面処理が施されていてもよい。
Further, the high
また、高融点成分521の熱分解温度は、特に限定されないが、200℃以上600℃以下であるのが好ましく、250℃以上500℃以下であるのがより好ましい。高融点成分521の熱分解温度が前記範囲内であることにより、造粒粒子1を用いて形成された成形体を脱脂、焼成するとき、昇温過程の初期段階で高融点成分521が分解してしまうのを抑制することができる。加えて、脱脂、焼成の際に、金属粒子51同士が焼結する温度まで昇温されたときに、高融点成分521が分解されずに残留してしまうのを抑制することができる。その結果、高融点成分521が早期に分解してしまうことによる成形体の寸法精度の低下を抑制しつつ、高融点成分521由来の残留物が発生してしまうのを抑制することができ、最終的に高品質な焼結体を製造することができる。
The thermal decomposition temperature of the high
なお、高融点成分521の熱分解温度は、熱重量・示差熱測定装置(TG−DTA装置)により測定される。
The thermal decomposition temperature of the high
バインダー52における高融点成分521の比率は、特に限定されないものの、1質量%以上90質量%以下であるのが好ましく、20質量%以上85質量%以下であるのがより好ましく、30質量%以上70質量%以下であるのがさらに好ましい。高融点成分521の比率を前記範囲内に設定することにより、高融点成分521を添加することによる上述した効果を十分に発現させることができる。
The ratio of the high
なお、高融点成分521の比率が前記下限値を下回ると、高融点成分521の組成等によっては、高融点成分521を添加することによる上述した効果、例えば造粒粒子1が十分に補強され、流動性が高くなったり、成形体の保形性が高くなったりする効果が発現し難くなるおそれがある。一方、高融点成分521の比率が前記上限値を上回ると、バインダー52において高融点成分521の比率が高くなり過ぎるため、高融点成分521の形状や構成材料、高融点成分521以外の成分によっては、バインダー52の流動性が低下し、金属粒子51同士の間にバインダー52を行き渡らせることが難しくなるおそれがある。この場合、造粒粒子1の流動性が低下したり、造粒粒子1の成形性が低下したりするおそれがある。
When the ratio of the high
また、高融点成分521は、前述したように、水溶性樹脂522よりも水溶性が低く、かつ、水溶性樹脂522よりも融点が高い成分である。
Further, as described above, the high
なお、高融点成分521の水溶性が水溶性樹脂522よりも低いか否かは、吸湿率の大小関係によって代替評価することができる。したがって、高融点成分521の水溶性が水溶性樹脂522よりも低いとは、高融点成分521の吸湿率が水溶性樹脂522の吸湿率より低いことをいう。このとき、高融点成分521の吸湿率および水溶性樹脂522の吸湿率は、それぞれJIS B 7920:2000に規定されている飽和塩法に準拠した方法で求められる。
Whether or not the water solubility of the high
また、24時間の吸湿率において、高融点成分521の吸湿率は水溶性樹脂522の吸湿率の20%以下であるのが好ましく、10%以下であるのがより好ましく、5%以下であるのがさらに好ましい。これにより、水溶性樹脂522は水に溶解し易く結着性を発現させ易い一方、高融点成分521は造粒粒子1を補強するための十分な機械的強度を有するものとなる。このため、双方の作用によって、バインダー52の総量を減らしても崩れ難く流動性が良好な造粒粒子1が得られる。
Further, in the hygroscopicity for 24 hours, the hygroscopicity of the high
また、高融点成分521の融点および水溶性樹脂522の融点は、それぞれ熱重量・示差熱測定装置(TG−DTA装置)により測定される。
Further, the melting point of the high
なお、高融点成分521および水溶性樹脂522が例えば非晶質性樹脂である場合等、融点が存在しない場合には、融点としてガラス転移点を採用することができる。このガラス転移点も熱重量・示差熱測定装置(TG−DTA装置)により測定される。
When the high
また、高融点成分521の融点は、水溶性樹脂522の融点よりも10℃以上170℃以下程度高いことが好ましく、30℃以上100℃以下程度高いことがより好ましい。このような高融点成分521を用いることにより、造粒粒子1を用いて形成された成形体が脱脂、焼成するとき、昇温過程の初期段階で高融点成分521が軟化してしまうよりもかなり早い段階で水溶性樹脂522を軟化させることができる。これにより、水溶性樹脂522が軟化したとしても成形体が変形し難くなり、最終的に寸法精度の高い焼結体を製造することができる。また、高融点成分521の融点が高過ぎることによって、高融点成分521由来の残留物を除去し切れずに残存させてしまうのを抑制することができる。
The melting point of the high
−水溶性樹脂−
次に、水溶性樹脂522(水溶性高分子材料)について説明する。
-Water-soluble resin-
Next, the water-soluble resin 522 (water-soluble polymer material) will be described.
バインダー52がこのような水溶性樹脂522を含むことにより、高融点成分521と金属粒子51との間に水溶性樹脂522が介在し、金属粒子51同士の結着性をより高めることができる。すなわち、水溶性樹脂522は、前述したように水等の溶媒に溶解し、高い結着性を発現することから、高融点成分521と金属粒子51との間を結着する。その結果、高融点成分521による前述した造粒粒子1の補強機能が強化されることとなる。そして、衝撃等が加わったときでもより破壊し難い造粒粒子1を実現することができる。
When the
かかる水溶性樹脂522としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリルアミド、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリアミド、ポリエチレングリコール、でんぷん、ゼラチン、カゼイン等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を含むものが用いられる。
Examples of the water-
これらの中でも、水溶性樹脂522としては特にポリビニルアルコールおよびポリビニルピロリドンの少なくとも一方を含むものが好ましく用いられる。これらは、結着性が特に高いため、比較的少量であっても効率よく造粒粒子1を形成することができる。このため、バインダー52の総量を減らすことができ、前述したようなバインダー52の量が多いことによる不具合の程度をさらに減らすことができる。また、熱分解性も高いことから、脱脂および焼成の際に、短時間で確実にバインダー52を分解、除去することが可能になる。したがって、残留物が特に少なく高品質な焼結体が得られる。
Among these, as the water-
また、水溶性樹脂522としては、ポリビニルアルコールを含むものがより好ましく用いられる。これにより、上記効果がより顕著なものとなる。
Further, as the water-
なお、ポリビニルアルコールが用いられる場合、ポリビニルアルコールのけん化度は、90モル%以上99モル%以下であるのが好ましい。ポリビニルアルコールのけん化度が前記範囲内であることにより、水溶性樹脂522と高融点成分521とをより均一に混合することができる。その結果、造粒粒子1の表面の一部において部分的に水溶性樹脂522の吸湿性が高くなり、造粒粒子1の流動性が低下するのを抑制することができる。また、造粒粒子1の粒子間の特性のばらつきが抑えられるため、特性の揃った造粒粒子1が得られる。
When polyvinyl alcohol is used, the saponification degree of polyvinyl alcohol is preferably 90 mol% or more and 99 mol% or less. When the saponification degree of polyvinyl alcohol is within the above range, the water-
一方、ポリビニルアルコールの重合度は、特に限定されないが、300以上3000以下であるのが好ましく、500以上2500以下であるのがより好ましい。ポリビニルアルコールの重合度が前記範囲内であることにより、水溶性樹脂522と高融点成分521とをより均一に混合することができる。これにより、上記効果がより顕著になる。
On the other hand, the degree of polymerization of polyvinyl alcohol is not particularly limited, but is preferably 300 or more and 3000 or less, and more preferably 500 or more and 2500 or less. When the degree of polymerization of polyvinyl alcohol is within the above range, the water-
なお、バインダー52における高融点成分521の含有量と水溶性樹脂522の含有量の合計の比率は、特に限定されないものの、70質量%以上であるのが好ましく、85質量%以上であるのがより好ましい。これにより、高融点成分521と水溶性樹脂522の双方の作用を十分に発揮させることができ、最終的に高品質な焼結体を得ることができる。
The total ratio of the content of the high
また、高融点成分521の含有量に対する水溶性樹脂522の含有量の割合は、特に限定されないものの、質量比で0.2以上5以下であるのが好ましく、0.5以上3.5以下であるのがより好ましく、1以上3以下であるのがさらに好ましい。これにより、高融点成分521と水溶性樹脂522のバランスが最適化されるため、最終的に高品質な焼結体を得ることができる。
The ratio of the content of the water-
なお、この割合が前記下限値を下回ると、水溶性樹脂522が不足し易くなるため、バインダー52の使用量によっては、バインダー52の結着性が低下するおそれがある。一方、この割合が前記上限値を上回ると、水溶性樹脂522が過剰になり易くなるため、その分、高融点成分521の割合が低下し、バインダー52の全体の使用量の低減を図るという効果が抑制されるおそれがある。
If this ratio is less than the lower limit, the water-
−その他の成分−
また、バインダー52は、高融点成分521や水溶性樹脂522以外の成分(その他の成分)を含んでいてもよい。バインダー52におけるその他の成分の含有量は、例えば10質量%以下であるのが好ましい。
-Other ingredients-
Further, the
その他の成分としては、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、ポリエーテルまたはこれらの共重合体等の各種樹脂や、ワックス類、アルコール類、高級脂肪酸、脂肪酸金属、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド、非イオン性界面活性剤、シリコーン系滑剤等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の混合物が用いられる。 Other components include, for example, polyolefins such as polyethylene, polypropylene and ethylene-vinyl acetate copolymer, acrylic resins such as polymethylmethacrylate and polybutylmethacrylate, styrene resins such as polystyrene, polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride. , Polyester, Polyethylene terephthalate, Polybutylene terephthalate and other polyesters, polyethers or copolymers thereof, waxes, alcohols, higher fatty acids, fatty acid metals, higher fatty acid esters, higher fatty acid amides, nonionic Examples thereof include surfactants and silicone-based lubricants, and one or a mixture of two or more of these is used.
このうち、ワックス類としては、例えば、キャンデリラワックス、カルナバワックス、ライスワックス、木ろう、ホホバ油のような植物系ワックス、みつろう、ラノリン、鯨ろうのような動物系ワックス、モンタンワックス、オゾケライト、セレシンのような鉱物系ワックス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタムのような石油系ワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワックスのような合成炭化水素、モンタンワックス誘導体、パラフィンワックス誘導体、マイクロクリスタリンワックス誘導体のような変性ワックス、硬化ひまし油、硬化ひまし油誘導体のような水素化ワックス、12−ヒドロキシステアリン酸のような脂肪酸、ステアリン酸アミドのような酸アミド、無水フタル酸イミドのようなエステル等の合成ワックスが挙げられる。 Among these, as waxes, for example, candelilla wax, carnauba wax, rice wax, wood wax, vegetable wax such as jojoba oil, honey wax, lanolin, animal wax such as whale wax, montane wax, ozokelite, etc. Like mineral waxes such as selecin, paraffin waxes, microcrystallin waxes, natural waxes such as petroleum waxes such as petrolatum, synthetic hydrocarbons such as polyethylene waxes, montan wax derivatives, paraffin wax derivatives, microcrystallin wax derivatives. Examples include synthetic waxes such as modified waxes, hardened waxes, hydrogenated waxes such as hardened castor oil derivatives, fatty acids such as 12-hydroxystearic acid, acid amides such as stearic acid amides, and esters such as phthalate anhydride. Be done.
また、アルコール類としては、例えば、多価アルコール、ポリグリコール、ポリグリセロール等が挙げられ、特に、セチルアルコール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール、マンニトール等が好ましく用いられる。 Examples of alcohols include polyhydric alcohols, polyglycols, polyglycerols and the like, and in particular, cetyl alcohols, stearyl alcohols, oleyl alcohols, mannitol and the like are preferably used.
また、高級脂肪酸としては、例えば、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸等が挙げられ、特に、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸のような飽和脂肪酸が好ましく用いられる。 Examples of higher fatty acids include stearic acid, oleic acid, linoleic acid and the like, and in particular, saturated fatty acids such as lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid and arachidic acid are preferably used.
また、脂肪酸金属としては、例えば、ラウリン酸、ステアリン酸、コハク酸、ステアリル乳酸、乳酸、フタル酸、安息香酸、ヒドロキシステアリン酸、リシノール酸、ナフテン酸、オレイン酸、パルミチン酸、エルカ酸のような高級脂肪酸と、Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Al、Sn、Pb、Cdのような金属との化合物が挙げられ、特に、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸亜鉛、オレイン酸カルシウム、オレイン酸亜鉛、オレイン酸マグネシウム等が好ましく用いられる。 Examples of fatty acid metals include lauric acid, stearic acid, succinic acid, stearyl lactic acid, lactic acid, phthalic acid, benzoic acid, hydroxystearic acid, ricinolic acid, naphthenic acid, oleic acid, palmitic acid, and erucic acid. Examples of compounds of higher fatty acids and metals such as Li, Na, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Al, Sn, Pb, and Cd include magnesium stearate, calcium stearate, and sodium stearate. , Zinc stearate, calcium oleate, zinc oleate, magnesium oleate and the like are preferably used.
また、非イオン性界面活性剤系滑剤としては、例えば、エレクトロストリッパ−TS−2、エレクトロストリッパ−TS−3(いずれも花王株式会社製)等が挙げられる。 Examples of the nonionic surfactant-based lubricant include electrostripper-TS-2 and electrostripper-TS-3 (both manufactured by Kao Corporation).
また、シリコーン系滑剤としては、例えば、ジメチルポリシロキサンおよびその変性物、カルボキシル変性シリコーン、αメチルスチレン変性シリコーン、αオレフィン変性シリコーン、ポリエーテル変性シリコーン、フッ素変性シリコーン、親水性特殊変性シリコーン、オレフィンポリエーテル変性シリコーン、エポキシ変性シリコーン、アミノ変性シリコーン、アミド変性シリコーン、アルコール変性シリコーン等が挙げられる。 Examples of silicone-based lubricants include dimethylpolysiloxane and its modified products, carboxyl-modified silicone, α-methylstyrene-modified silicone, α-olefin-modified silicone, polyether-modified silicone, fluorine-modified silicone, hydrophilic special-modified silicone, and olefin poly. Examples thereof include ether-modified silicone, epoxy-modified silicone, amino-modified silicone, amide-modified silicone, and alcohol-modified silicone.
また、金属粒子51に対するバインダー52の質量割合は、金属粒子51の構成材料やバインダー52に含まれる成分等に応じて適宜設定されるが、0.01質量%以上0.5質量%以下であるのが好ましく、0.1質量%以上0.3質量%以下であるのがより好ましく、0.12質量%以上0.25質量%以下であるのがさらに好ましい。金属粒子51に対するバインダー52の質量割合を前記範囲内に設定することにより、バインダー52の総量が十分に抑えられた造粒粒子1を得ることができる。かかる造粒粒子1によれば、前述したようなバインダー52の量が多いことによる不具合の程度を減らすことができる。
The mass ratio of the
なお、バインダー52の含有率が前記下限値を下回ると、金属粒子51の粒径等によっては、バインダー52の量が少なくなり過ぎて、造粒粒子1の保形性が低下するおそれがある。その結果、造粒粒子1が欠け易くなり、造粒粒子1の流動性が低下したり、成形体の保形性が低下し易くなったりするおそれがある。一方、バインダー52の含有率が前記上限値を上回ると、金属粒子51の粒径等によっては、バインダー52の量が多過ぎて、前述したようなバインダー52の量が多いことによる不具合が発生するおそれがある。すなわち、造粒粒子1の吸湿性が大きくなって流動性が低下したり、成形体の収縮率が大きくなって焼結体の寸法精度が低下したり、バインダー52に由来する残留物が多く残留したりするおそれがある。
If the content of the
(金属粒子)
造粒粒子1に含まれる金属粒子51としては、特に限定されず、いかなる種類の金属粒子51であってもよい。金属粒子51の構成材料としては、粉末冶金に供される焼結可能な金属材料が挙げられ、例えば、Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Ta、W等の金属の単体、またはこれらの少なくとも1種を含む合金や金属間化合物が挙げられる。
(Metal particles)
The
また、金属粒子51を含む金属粉末は、互いに組成が異なる2種類以上の粉末を混合してなる混合粉末であってもよく、金属粉末とセラミックス(金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物のような金属化合物)粉末との混合粉末であってもよい。
Further, the metal powder containing the
このうち、Fe系合金としては、例えば、ステンレス鋼、低炭素鋼、炭素鋼、耐熱鋼、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。 Among these, examples of the Fe-based alloy include stainless steel, low carbon steel, carbon steel, heat-resistant steel, die steel, high-speed tool steel, Fe-Ni alloy, Fe-Ni-Co alloy and the like.
また、Ni系合金としては、例えば、Ni−Cr−Fe系合金、Ni−Cr−Mo系合金、Ni−Fe系合金等が挙げられる。 Examples of Ni-based alloys include Ni-Cr-Fe-based alloys, Ni-Cr-Mo-based alloys, and Ni-Fe-based alloys.
また、Co系合金としては、例えば、Co−Cr系合金、Co−Cr−Mo系合金、Co−Al−W系合金等が挙げられる。 Examples of Co-based alloys include Co-Cr-based alloys, Co-Cr-Mo-based alloys, and Co-Al-W-based alloys.
また、Ti系合金としては、例えば、Tiと、Al、V、Nb、Zr、Ta、Mo等の金属元素との合金が挙げられ、具体的には、Ti−6Al−4V、Ti−6Al−7Nb等が挙げられる。 Examples of Ti-based alloys include alloys of Ti with metal elements such as Al, V, Nb, Zr, Ta, and Mo. Specifically, Ti-6Al-4V and Ti-6Al- 7Nb and the like can be mentioned.
また、Al系合金としては、例えば、ジュラルミン等が挙げられる。
また、セラミック粉末を構成するセラミックス材料としては、例えば、アルミナ、マグネシア、ベリリア、ジルコニア、イットリア、フォルステライト、ステアタイト、ワラステナイト、ムライト、コージライト、フェライト、サイアロン、酸化セリウムのような酸化物系セラミックス材料、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステンのような非酸化物系セラミックス材料等が挙げられる。
Examples of Al-based alloys include duralumin and the like.
Further, as the ceramic material constituting the ceramic powder, for example, oxide-based materials such as alumina, magnesia, berylia, zirconia, itria, forsterite, steatite, wallastenite, mulite, carbide, ferrite, sialone, and cerium oxide. Examples thereof include ceramic materials, non-oxide ceramic materials such as silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, titanium nitride, silicon carbide, boron carbide, titanium carbide, and tungsten carbide.
また、金属粉末の平均粒径は、好ましくは1μm以上30μm以下、より好ましくは2μm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、成形時の圧縮性の低下を避けつつ、造粒粉末の流動性が十分に高くなるため、最終的に十分に緻密な焼結体を製造可能なものとなる。 The average particle size of the metal powder is preferably 1 μm or more and 30 μm or less, more preferably 2 μm or more and 20 μm or less, and further preferably 3 μm or more and 10 μm or less. A metal powder having such a particle size has a sufficiently high fluidity of the granulated powder while avoiding a decrease in compressibility during molding, so that a sufficiently dense sintered body can be finally produced. Become.
なお、平均粒径が前記下限値未満である場合、造粒前において金属粉末が凝集し易くなり、造粒粉末の粒子間において金属粉末の含有量にばらつきが生じたり、成形時の圧縮性が著しく低下したりするおそれがある。一方、平均粒径が前記上限値を超える場合、成形した際に、造粒粉末の粒子間の隙間が大きくなり過ぎて、最終的に得られる焼結体の緻密化が不十分になるおそれがある。 If the average particle size is less than the lower limit, the metal powder tends to aggregate before granulation, the content of the metal powder varies among the particles of the granulated powder, and the compressibility during molding becomes high. It may decrease significantly. On the other hand, if the average particle size exceeds the upper limit, the gaps between the particles of the granulated powder may become too large during molding, resulting in insufficient densification of the finally obtained sintered body. is there.
また、金属粉末の平均粒径とは、レーザー回折法により得られた粒度分布において、質量基準の粒度の累積が小径側から50%のときの粒径のことである。 The average particle size of the metal powder is the particle size when the cumulative mass-based particle size is 50% from the small diameter side in the particle size distribution obtained by the laser diffraction method.
また、金属粉末の最大粒径は、10μm以上100μm以下程度であるのが好ましく、10μm以上50μm以下程度であるのがより好ましい。このような最大粒径を有する金属粉末を用いることにより、造粒粉末を成形する際の造粒粉末の流動性を特に高めることができる。その結果、最終的に、寸法精度が高くかつ機械的特性に優れた焼結体を製造することができる。すなわち、金属粉末の最大粒径は、造粒粉末の流動性に大きな影響を及ぼすとともに、成形時には金属粉末の充填性にも大きな影響を及ぼす。したがって、最大粒径を前記範囲内に設定することにより、最終的に、寸法精度が高くかつ機械的特性に優れた焼結体を得ることができる。 The maximum particle size of the metal powder is preferably about 10 μm or more and 100 μm or less, and more preferably about 10 μm or more and 50 μm or less. By using the metal powder having such a maximum particle size, the fluidity of the granulated powder when molding the granulated powder can be particularly enhanced. As a result, it is finally possible to produce a sintered body having high dimensional accuracy and excellent mechanical properties. That is, the maximum particle size of the metal powder has a great influence on the fluidity of the granulated powder and also has a great influence on the filling property of the metal powder at the time of molding. Therefore, by setting the maximum particle size within the above range, a sintered body having high dimensional accuracy and excellent mechanical properties can be finally obtained.
なお、金属粉末の最大粒径とは、レーザー回折法により得られた粒度分布において、質量基準の粒度の累積が小径側から99.9%のときの粒径のことである。 The maximum particle size of the metal powder is the particle size when the cumulative mass-based particle size is 99.9% from the small diameter side in the particle size distribution obtained by the laser diffraction method.
さらに、金属粉末の平均粒径をD50とし、金属粉末についてレーザー回折法により得られた粒度分布において質量基準の粒度の累積が小径側から10%のときの粒径をD10とし、同様に小径側から90%のときの粒径をD90としたとき、(D90−D10)/D50は、0.5以上5以下であるのが好ましく、1.0以上3.5以下であるのがより好ましい。このような条件を満足する金属粉末は、造粒粉末の形状をより真球に近づけることを可能にする。このため、得られる造粒粉末はとりわけ流動性の高いものとなり、最終的に得られる焼結体の寸法精度と機械的特性とが特に良好になる。また、粒度分布が最適化されているため、成形時の密度のばらつきが抑えられ、成形時の残留応力のばらつきも小さく抑えられる。その結果、応力解放に伴う成形体の変形量が抑えられ、最終的に焼結体の寸法精度が特に良好になる。 Further, the average particle size of the metal powder is set to D50, and the particle size when the cumulative particle size based on the mass is 10% from the small diameter side in the particle size distribution obtained by the laser diffraction method for the metal powder is set to D10, and similarly, the small diameter side. When the particle size is D90, (D90-D10) / D50 is preferably 0.5 or more and 5 or less, and more preferably 1.0 or more and 3.5 or less. A metal powder satisfying such conditions makes it possible to make the shape of the granulated powder closer to a true sphere. Therefore, the obtained granulated powder has particularly high fluidity, and the dimensional accuracy and mechanical properties of the finally obtained sintered body are particularly good. Further, since the particle size distribution is optimized, the variation in density during molding can be suppressed, and the variation in residual stress during molding can be suppressed to be small. As a result, the amount of deformation of the molded body due to stress release is suppressed, and finally the dimensional accuracy of the sintered body becomes particularly good.
このような金属粉末は、いかなる方法で製造されたものでもよいが、例えば、アトマイズ法(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等)、還元法、カルボニル法、粉砕法等の方法により製造されたものを用いることができる。 Such a metal powder may be produced by any method, and for example, by a method such as an atomizing method (water atomizing method, gas atomizing method, high-speed rotating water flow atomizing method, etc.), a reduction method, a carbonyl method, a pulverization method, or the like. The manufactured one can be used.
このうち、金属粉末には、アトマイズ法により製造されたものを用いるのが好ましい。アトマイズ法によれば、前記したような極めて微小な平均粒径の金属粉末を効率よく製造することができる。また、粒径のばらつきが少なく、粒径の揃った金属粉末を得ることができる。したがって、このような金属粉末を用いることにより、焼結体における気孔の生成を防止することができ、密度の向上を図ることができる。 Of these, as the metal powder, it is preferable to use one produced by the atomizing method. According to the atomizing method, a metal powder having an extremely fine average particle size as described above can be efficiently produced. In addition, it is possible to obtain a metal powder having a uniform particle size with little variation in particle size. Therefore, by using such a metal powder, it is possible to prevent the formation of pores in the sintered body and improve the density.
また、アトマイズ法で製造された金属粉末は、比較的真球に近い球形状をなしているため、成形時の充填性に優れるとともに、バインダーに対する分散性に優れたものとなる。このため、造粒粉末を成形型に充填して成形する際に、その充填性および均一性を高めることができ、最終的により緻密な焼結体を得ることができる。 Further, since the metal powder produced by the atomizing method has a spherical shape relatively close to a true sphere, it is excellent in filling property at the time of molding and also excellent in dispersibility in a binder. Therefore, when the granulated powder is filled in a molding die and molded, the filling property and uniformity can be improved, and a more dense sintered body can be finally obtained.
このような造粒粒子1の用途は、特に限定されないが、例えば、当該造粒粉末を成形してなる成形体の製造、特に焼結体製造用の成形体の製造に好適に用いられる。 The use of such granulated particles 1 is not particularly limited, but is preferably used, for example, in the production of a molded product obtained by molding the granulated powder, particularly in the production of a molded product for producing a sintered body.
なお、造粒粒子1は、上記以外に、溶媒(分散媒)、防錆剤、酸化防止剤、界面活性剤、消泡剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。 In addition to the above, the granulated particles 1 may contain various additives such as a solvent (dispersion medium), a rust preventive, an antioxidant, a surfactant, and an antifoaming agent.
(造粒粉末の粉末特性)
また、このような造粒粉末は、バインダー52の総量が少なく、かつ、流動性の高いものであることから、見掛密度(かさ密度)が高いものとなる。
(Powder characteristics of granulated powder)
Further, such a granulated powder has a high apparent density (bulk density) because the total amount of the
具体的には、金属粒子51(金属粉末)を構成する材料の真密度に対する造粒粒子1(造粒粉末)の見掛密度の比率(以下、省略して「見掛密度の比率」という。)は、30%以上であるのが好ましく、30.5%以上45%以下であるのがより好ましく、31%以上40%以下であるのがさらに好ましい。見掛密度の比率が前記範囲内にあることにより、バインダー52の量が多いことによる不具合の発生を抑えることができる。このため、バインダー52の吸湿に伴って造粒粒子1の流動性等が低下し、成形体や焼結体の寸法精度が低下するのを抑制することができる。併せて、バインダー52に由来する残留物に伴う焼結体の品質低下を最小限に留めることができる。
Specifically, the ratio of the apparent density of the granulated particles 1 (granulated powder) to the true density of the material constituting the metal particles 51 (metal powder) (hereinafter, abbreviated as "ratio of apparent density". ) Is preferably 30% or more, more preferably 30.5% or more and 45% or less, and further preferably 31% or more and 40% or less. When the ratio of the apparent density is within the above range, it is possible to suppress the occurrence of defects due to the large amount of the
なお、見掛密度の比率が前記下限値を下回ると、バインダー52の量が多いことになるため、それに伴う不具合が発生し易くなるおそれがある。一方、見掛密度の比率が前記上限値を上回ると、バインダー52の量が少ないことになるため、造粒粒子1が欠け易くなり、成形時の造粒粒子1の充填性が低下し、焼結体の品質が低下するおそれがある。
If the ratio of the apparent density is less than the lower limit value, the amount of the
なお、造粒粉末(造粒粒子1)の見掛密度は、JIS Z 2504:2012に規定されている金属粉の見掛密度測定方法に準拠して測定される。 The apparent density of the granulated powder (granulated particles 1) is measured in accordance with the method for measuring the apparent density of metal powder specified in JIS Z 2504: 2012.
また、金属粒子51を構成する材料の真密度は、金属粒子51を構成する元素と組成比とに基づいて算出される。
Further, the true density of the material constituting the
また、造粒粉末の流動度は、15[秒/50g]以上28[秒/50g]以下とされるが、好ましくは18[秒/50g]以上25[秒/50g]以下とされ、より好ましくは20[秒/50g]以上24[秒/50g]以下とされる。流動度が前記上限値を上回ると、造粒粉末を用いて成形体を得るとき、造粒粉末の充填性を十分に高めることができないおそれがある。一方、流動度が前記下限値を下回ると、造粒粉末を用いて成形体を得るとき、造粒粒子1同士の間の摩擦力が低下して、成形体の保形性が低下し易くなるおそれがある。その結果、焼結体の寸法精度が低下するおそれがある。 The fluidity of the granulated powder is 15 [seconds / 50 g] or more and 28 [seconds / 50 g] or less, but preferably 18 [seconds / 50 g] or more and 25 [seconds / 50 g] or less, more preferably. Is 20 [seconds / 50g] or more and 24 [seconds / 50g] or less. If the fluidity exceeds the upper limit, the filling property of the granulated powder may not be sufficiently improved when a molded product is obtained using the granulated powder. On the other hand, when the fluidity is lower than the lower limit, when a molded product is obtained using the granulated powder, the frictional force between the granulated particles 1 is reduced, and the shape retention of the molded product is likely to be lowered. There is a risk. As a result, the dimensional accuracy of the sintered body may decrease.
なお、造粒粉末の流動度は、JIS Z 2502:2012に規定の金属粉の流動性試験方法に準拠して測定される。 The fluidity of the granulated powder is measured according to the fluidity test method of the metal powder specified in JIS Z 2502: 2012.
また、造粒粉末の平均粒径は、特に限定されないが、20μm以上100μm以下であるのが好ましく、30μm以上60μm以下であるのがより好ましい。なお、造粒粉末の平均粒径が前記下限値より小さいときには、流動性を十分に高めることができないおそれがある。一方、造粒粉末の平均粒径が前記上限値より大きいときには、造粒粒子1同士の間の隙間が大きくなり易いので、焼結体の相対密度を十分に高めることができないおそれがある。 The average particle size of the granulated powder is not particularly limited, but is preferably 20 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 30 μm or more and 60 μm or less. When the average particle size of the granulated powder is smaller than the lower limit, the fluidity may not be sufficiently increased. On the other hand, when the average particle size of the granulated powder is larger than the upper limit value, the gap between the granulated particles 1 tends to be large, so that the relative density of the sintered body may not be sufficiently increased.
なお、造粒粒子1の平均粒径は、レーザー回折法により得られた粒度分布において、質量基準の累積が小径側から50%のときの粒径である。 The average particle size of the granulated particles 1 is the particle size when the cumulative mass standard is 50% from the small diameter side in the particle size distribution obtained by the laser diffraction method.
一方、造粒粒子1の平均粒径は、金属粒子51の平均粒径の3倍以上10倍以下であるのが好ましい。造粒粒子1の平均粒径を前記範囲内に設定することにより、造粒粒子1と金属粒子51との粒径のバランスが最適化されるため、造粒粒子1の流動性と金属粒子51の焼結性とを両立させることができる。また、造粒粒子1が適度に崩れ易くなり、かつ、金属粒子51がより高密度に再配置され易くなる。その結果、造粒粒子1を用いて成形体を得るとき、成形体の保形性がより良好になり、寸法精度の高い焼結体を得ることができる。
On the other hand, the average particle size of the granulated particles 1 is preferably 3 times or more and 10 times or less the average particle size of the
<造粒粉末の製造方法>
次に、本発明の造粒粉末の製造方法の実施形態について説明する。
<Manufacturing method of granulated powder>
Next, an embodiment of the method for producing a granulated powder of the present invention will be described.
本実施形態に係る造粒粉末の製造方法は、水溶性樹脂522とそれより水溶性が低くかつ融点が高い高融点成分とを含むバインダー52を含有するバインダー溶液を調製する工程と、このバインダー溶液を用い、金属粒子51同士を結着し、バインダー52の含有率が0.01質量%以上0.5質量%以下となるように造粒する工程と、を有する。このような製造方法によれば、前述した造粒粒子1(造粒粉末)を効率よく製造することができる。以下、各工程について順次説明する。
The method for producing the granulated powder according to the present embodiment includes a step of preparing a binder solution containing a
[1]まず、水溶性樹脂522と高融点成分521とを含むバインダー52を含有するバインダー溶液を調製する。
[1] First, a binder solution containing a
バインダー溶液は、バインダー52と、それを溶解または分散させる溶媒(分散媒)と、を用いて調製される。溶媒としては、例えば、水、アルコール類等が挙げられる。
The binder solution is prepared using the
[2]次に、得られたバインダー溶液を用いて金属粒子51同士を結着し、造粒する。このとき、まず、バインダー溶液を調製し、その後、このバインダー溶液を用いて金属粒子51同士を結着するようにすれば、バインダー溶液を金属粒子51同士の間にムラなく行き渡らせることができる。このため、バインダー溶液が均一に行き渡ることとなり、粒径の揃った造粒粉末を製造することができる。すなわち、高品質な焼結体を製造可能な造粒粉末を効率よく製造することができる。
[2] Next, the obtained binder solution is used to bind the
造粒法としては、例えば、噴霧乾燥(スプレードライ)法、転動造粒法、流動層造粒法、転動流動造粒法等が挙げられる。 Examples of the granulation method include a spray drying method, a rolling granulation method, a fluidized bed granulation method, and a rolling fluidized granulation method.
このうち、噴霧乾燥法では、金属粒子51とバインダー溶液とを混合してなるスラリー(懸濁液)を用いる。そして、このスラリーを、噴霧乾燥することにより、造粒粒子1が得られる。
Of these, in the spray drying method, a slurry (suspension) formed by mixing
スラリー中には、必要に応じて、防錆剤、酸化防止剤、界面活性剤、消泡剤等、任意の添加剤が添加されていてもよい。 If necessary, any additive such as a rust preventive, an antioxidant, a surfactant, and an antifoaming agent may be added to the slurry.
以上のようにして複数の金属粒子51をバインダー52で結着してなる造粒粒子1が得られる。
As described above, granulated particles 1 formed by binding a plurality of
また、このようにして得られた造粒粒子1に対し、必要に応じて、加熱処理を施すようにしてもよい。これにより、バインダー52の吸湿性が若干低下するため、造粒粒子1が吸湿し難くなる。
Further, the granulated particles 1 thus obtained may be heat-treated, if necessary. As a result, the hygroscopicity of the
この際の加熱温度は、バインダー52の組成に応じて適宜設定されるが、一例として150℃以上250℃以下程度とされる。
また、加熱時間は、一例として0.1時間以上3時間以下程度とされる。
The heating temperature at this time is appropriately set according to the composition of the
The heating time is, for example, about 0.1 hour or more and 3 hours or less.
<焼結体の製造方法>
次に、造粒粉末を用いて焼結体を製造する方法(本発明の焼結体の製造方法の実施形態)について説明する。
<Manufacturing method of sintered body>
Next, a method for producing a sintered body using granulated powder (the embodiment of the method for producing a sintered body of the present invention) will be described.
本実施形態に係る焼結体の製造方法は、造粒粒子1(造粒粉末)を成形し、成形体を得る工程と、成形体を焼成し、焼結体を得る工程と、を有する。このような製造方法によれば、高品質な焼結体を製造することができる。以下、各工程について順次説明する。 The method for producing a sintered body according to the present embodiment includes a step of molding granulated particles 1 (granulated powder) to obtain a molded body and a step of firing the molded body to obtain a sintered body. According to such a manufacturing method, a high-quality sintered body can be manufactured. Hereinafter, each step will be described in sequence.
(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。本発明の造粒粉末は、バインダーの使用量を少なく抑えられているため、金属粉末の充填性が高い成形体を得ることができる。また、成形型への充填量が安定するため、成形体の寸法精度を高めることができる。その結果、高密度で寸法精度の高い成形体を製造することができ、最終的に、高密度で寸法精度の高い焼結体が得られる。
(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 product having a desired shape and size. Since the granulated powder of the present invention uses a small amount of binder, it is possible to obtain a molded product having a high filling property of the metal powder. Further, since the filling amount in the molding die is stable, the dimensional accuracy of the molded body can be improved. As a result, a molded product having a high density and high dimensional accuracy can be manufactured, and finally, a sintered body having a high density and high dimensional accuracy can be 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、押出成形、射出成形、静水圧加圧成形等であってもよい。
また、得られた成形体には、必要に応じて二次加工が施されてもよい。
The shape and dimensions of the manufactured molded product are determined in consideration of the amount of shrinkage due to subsequent degreasing and sintering. Further, the molding method is not limited to press molding, and may be extrusion molding, injection molding, hydrostatic pressure molding, or the like.
In addition, the obtained molded product may be subjected to secondary processing as needed.
(脱脂)
前述した成形工程で得られた成形体に対し、必要に応じて脱脂処理(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1×10−1〜1×10−6Torr)、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、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。
なお、得られた脱脂体には、必要に応じて二次加工が施されてもよい。
(Solvent degreasing)
The molded product obtained in the above-mentioned molding step is subjected to a degreasing treatment (degreasing treatment) as necessary to obtain a degreased body. The degreasing treatment is not particularly limited, but is performed in a non-oxidizing atmosphere, for example, under a vacuum or reduced pressure state (for example, 1 × 10 -1 to 1 × 10-6 Torr), or nitrogen gas, argon gas, hydrogen gas, and ammonia decomposition. It is performed by performing heat treatment in a gas such as gas. In this case, the heat treatment conditions are slightly different depending on the decomposition start temperature of the binder and the like, but preferably the temperature is 100 ° C. or higher and 750 ° C. or lower, 0.5 hours or more and 40 hours or lower, and more preferably the temperature is 150 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. It is about 1 hour or more and 24 hours or less.
The obtained degreased body may be subjected to secondary processing as needed.
(焼成)
前述した脱脂工程で得られた脱脂体を焼成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、粒成長し、全体として緻密な、すなわち高密度、低空孔率の焼結体が得られる。
(Baking)
The degreased body obtained in the above-mentioned degreasing step is fired in a baking furnace and sintered to obtain a desired sintered body. By this firing, the metal powder constituting the granulated powder is diffused and granulated, and a dense sintered body having a high density and a low porosity is obtained as a whole.
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、1100℃以上1400℃未満であるのが好ましく、1200℃以上1350℃以下であるのがより好ましい。 The firing temperature at the time of firing differs slightly depending on the composition of the granulated powder and the like, but for example, when Fe-based alloy powder is used, it is preferably 1100 ° C. or higher and lower than 1400 ° C., and is 1200 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower. Is more preferable.
焼成中の最高温度保持時間は0.5時間以上5時間以下程度であるのが好ましく、0.75時間以上3時間以下程度であるのがより好ましい。 The maximum temperature holding time during firing is preferably 0.5 hours or more and 5 hours or less, and more preferably 0.75 hours or more and 3 hours or less.
特に、本発明の造粒粉末は、バインダーの含有量が少ないものである。このため、バインダー由来の物質の残留量が少なく、高密度で寸法精度の高い高品質な焼結体が得られる。 In particular, the granulated powder of the present invention has a low binder content. Therefore, a high-quality sintered body having a small residual amount of the substance derived from the binder, high density, and high dimensional accuracy can be obtained.
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。 The firing atmosphere is not particularly limited, but is preferably a reduced pressure (vacuum) or non-oxidizing atmosphere. As a result, deterioration of characteristics due to oxidation of the metal can be prevented.
なお、上記のようにして得られた焼結体は、いかなる目的で用いられるものであってもよく、その用途としては、例えば各種機械部品等が挙げられる。 The sintered body obtained as described above may be used for any purpose, and examples of its use include various mechanical parts and the like.
なお、得られた焼結体には、必要に応じて研削、切削のような表面機械加工、気相めっきまたは液相めっきのような成膜処理等の二次加工が施されてもよい。 If necessary, the obtained sintered body may be subjected to surface machining such as grinding and cutting, and secondary processing such as film forming treatment such as vapor phase plating or liquid phase plating.
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。 Although the present invention has been described above based on preferred embodiments, the present invention is not limited thereto.
例えば、造粒粉末の製造方法および焼結体の製造方法では、それぞれ、必要に応じて任意の工程を追加することができる。
また、本発明の造粒粉末には、必要に応じて、任意の要素が付加されていてもよい。
For example, in the method for producing granulated powder and the method for producing a sintered body, arbitrary steps can be added as needed.
Further, any element may be added to the granulated powder of the present invention, if necessary.
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.造粒粉末の製造
(サンプルNo.1)
<1>まず、金属粉末として、水アトマイズ法により製造された平均粒径8μmの析出硬化系ステンレス鋼粉末(17−4PH)を用意した。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. 1. Production of granulated powder (Sample No. 1)
<1> First, as a metal powder, a precipitation hardening stainless steel powder (17-4PH) having an average particle size of 8 μm produced by a water atomizing method was prepared.
<2>一方、バインダーに含まれる高融点成分としてセルロースナノファイバー(CeNF)、および、バインダーに含まれる水溶性樹脂としてポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、PVA−117)と、を用意した。なお、セルロースナノファイバーの平均長さは10μm、平均径は10nm、融点は260℃、熱分解温度は300℃、24時間の吸湿率は0%であった。また、ポリビニルアルコールの融点は200℃、24時間の吸湿率は30%であった。 <2> On the other hand, cellulose nanofibers (CeNF) were prepared as the refractory component contained in the binder, and polyvinyl alcohol (manufactured by Kuraray Co., Ltd., PVA-117) was prepared as the water-soluble resin contained in the binder. The average length of the cellulose nanofibers was 10 μm, the average diameter was 10 nm, the melting point was 260 ° C., the thermal decomposition temperature was 300 ° C., and the hygroscopicity for 24 hours was 0%. The melting point of polyvinyl alcohol was 200 ° C., and the hygroscopicity for 24 hours was 30%.
そして、溶媒としてイオン交換水を用意し、上述したバインダーの成分を添加した後、室温まで冷却することにより、バインダー溶液を調製した。バインダーの成分の配合比や金属粉末に対するバインダーの固形分の質量割合等は、表1に示す通りである。 Then, ion-exchanged water was prepared as a solvent, the above-mentioned binder components were added, and then the mixture was cooled to room temperature to prepare a binder solution. Table 1 shows the compounding ratio of the components of the binder, the mass ratio of the solid content of the binder to the metal powder, and the like.
<3>次に、金属粉末とバインダー溶液とを混合し、スラリーを調製した。スラリー中の金属粉末の割合は70質量%とした。 <3> Next, the metal powder and the binder solution were mixed to prepare a slurry. The ratio of the metal powder in the slurry was 70% by mass.
<4>次いで、噴霧乾燥装置にスラリーを投入して造粒し、平均粒径60μmの造粒粉末を得た。 <4> Next, the slurry was put into a spray dryer to granulate, and a granulated powder having an average particle size of 60 μm was obtained.
(サンプルNo.2〜44)
金属粉末、バインダーおよびその添加量等を表1〜4に示すように変更した以外は、それぞれサンプルNo.1と同様にして造粒粉末を得た。
(Sample No. 2-44)
Except that the metal powder, the binder, the amount of the binder added, and the like were changed as shown in Tables 1 to 4, each sample No. Granulated powder was obtained in the same manner as in 1.
なお、表1〜4における略称は、以下のことを指している。
17−4PH:析出硬化系ステンレス鋼17−4PH
SKD−11:合金工具鋼SKD−11
SUS316L:オーステナイト系ステンレス鋼SUS316L
SKH−57:高速度工具鋼SKH−57
PVA:ポリビニルアルコール(融点200℃、24時間の吸湿率30%)
PVP:ポリビニルピロリドン(融点160℃、24時間の吸湿率25%)
PP:ポリプロピレン(融点168℃、24時間の吸湿率0%)
PW:パラフィンワックス(融点51℃、24時間の吸湿率0%)
CeNF:セルロースナノファイバー(融点270℃、24時間の吸湿率0%)
CeNC:セルロースナノクリスタル(融点260℃、24時間の吸湿率0%)
CeNP:セルロースナノパウダー(融点250℃、24時間の吸湿率0%)
LigP:リグニンパウダー(融点280℃以上、24時間の吸湿率0%)
The abbreviations in Tables 1 to 4 refer to the following.
17-4PH: Precipitation hardening stainless steel 17-4PH
SKD-11: Alloy Tool Steel SKD-11
SUS316L: Austenitic stainless steel SUS316L
SKH-57: High-speed tool steel SKH-57
PVA: Polyvinyl alcohol (melting point 200 ° C, moisture absorption rate 30% for 24 hours)
PVP: Polyvinylpyrrolidone (melting point 160 ° C., moisture absorption rate 25% for 24 hours)
PP: Polypropylene (melting point 168 ° C, moisture absorption rate 0% for 24 hours)
PW: Paraffin wax (
CeNF: Cellulose nanofiber (melting point 270 ° C., moisture absorption rate 0% for 24 hours)
CeNC: Cellulose nanocrystal (melting point 260 ° C, moisture absorption rate 0% for 24 hours)
CeNP: Cellulose nanopowder (melting point 250 ° C, moisture absorption rate 0% for 24 hours)
LigP: Lignin powder (melting point 280 ° C or higher, moisture absorption rate 0% for 24 hours)
また、セルロースナノファイバーの平均長さは5μm以上100μm以下であり、平均径は5nm以上60nm以下であった。 The average length of the cellulose nanofibers was 5 μm or more and 100 μm or less, and the average diameter was 5 nm or more and 60 nm or less.
また、セルロースナノクリスタルの平均長さは100nm以上500nm以下であり、平均径は10nm以上50nm以下であった。 The average length of the cellulose nanocrystals was 100 nm or more and 500 nm or less, and the average diameter was 10 nm or more and 50 nm or less.
また、セルロースナノパウダーの平均粒径は100nmであった。
また、リグニンパウダーの平均粒径は40μmであった。
The average particle size of the cellulose nanopowder was 100 nm.
The average particle size of the lignin powder was 40 μm.
なお、各表では、本発明に相当するサンプルを「実施例」とし、本発明に相当しないサンプルを「比較例」としている。 In each table, the sample corresponding to the present invention is referred to as "Example", and the sample not corresponding to the present invention is referred to as "Comparative Example".
2.造粒粉末および成形体の評価
2.1 見掛密度の評価
各実施例および各比較例で得られた造粒粉末をステンレス鋼製の箱に入れ、1分間振動を加えた。
2. Evaluation of granulated powder and molded product 2.1 Evaluation of apparent density The granulated powder obtained in each Example and each Comparative Example was placed in a stainless steel box and vibrated for 1 minute.
次いで、加振後の造粒粉末について、JIS Z 2504:2012に規定の金属粉の見掛密度測定方法により、見掛密度を測定した。 Next, the apparent density of the granulated powder after the vibration was measured by the method for measuring the apparent density of the metal powder specified in JIS Z 2504: 2012.
また、測定した見掛密度と、金属粉末を構成する材料の真密度と、に基づき、真密度に対する見掛密度の比率を算出した。
測定結果および算出結果を表1〜4に示す。
In addition, the ratio of the apparent density to the true density was calculated based on the measured apparent density and the true density of the materials constituting the metal powder.
The measurement results and calculation results are shown in Tables 1 to 4.
2.2 流動度の評価
各実施例および各比較例で得られた造粒粉末をステンレス鋼製の箱に入れ、1分間振動を加えた。
2.2 Evaluation of fluidity The granulated powders obtained in each Example and each Comparative Example were placed in a stainless steel box and vibrated for 1 minute.
次いで、加振後の造粒粉末について、JIS Z 2502:2012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。 Next, the fluidity of the granulated powder after the vibration was measured by the fluidity test method of the metal powder specified in JIS Z 2502: 2012.
そして、サンプルNo.7で得られた造粒粉末の流動性を1とし、各実施例および各比較例で得られた造粒粉末の流動度の相対値を算出した。 Then, the sample No. The fluidity of the granulated powder obtained in No. 7 was set to 1, and the relative value of the fluidity of the granulated powder obtained in each Example and each Comparative Example was calculated.
続いて、算出した相対値を以下の評価基準に照らして評価した。
<流動度の評価基準>
○:流動度の相対値が1超
△:流動度の相対値が1以下
評価結果を表1〜4に示す。
Subsequently, the calculated relative value was evaluated against the following evaluation criteria.
<Evaluation criteria for fluidity>
◯: Relative value of fluidity is more than 1 Δ: Relative value of fluidity is 1 or less The evaluation results are shown in Tables 1 to 4.
2.3 吸湿量の評価
まず、各実施例および各比較例で得られた造粒粉末10gをガラスシャーレ上に秤量した。
2.3 Evaluation of moisture absorption First, 10 g of the granulated powder obtained in each Example and each Comparative Example was weighed on a glass petri dish.
次に、75%の相対湿度の条件を得るために塩化ナトリウム水溶液を入れて23℃に保持したデシケーター内に、造粒粉末を入れたガラスシャーレを放置した(飽和塩法、JIS B 7920:2000)。 Next, a glass petri dish containing the granulated powder was left in a desiccator containing an aqueous sodium chloride solution and kept at 23 ° C. in order to obtain a condition of 75% relative humidity (saturated salt method, JIS B 7920: 2000). ).
そして、放置開始から240分後にそれぞれ造粒粉末の質量を測定した。そして、次式にしたがって吸湿量を測定した。 Then, 240 minutes after the start of leaving, the mass of the granulated powder was measured. Then, the amount of moisture absorbed was measured according to the following equation.
吸湿量(質量%)=(W−W0)/W0×100
ただし、Wは、測定時の質量、W0は、初期の質量、である。
Moisture absorption (mass%) = (W-W 0 ) / W 0 x 100
However, W is the mass at the time of measurement, and W 0 is the initial mass.
続いて、算出した吸湿量を以下の評価基準に照らして評価した。
<吸湿量の評価基準>
○:吸湿量が0.01質量%以下である
△:吸湿量が0.01質量%超0.04質量%以下である
×:吸湿量が0.04質量%超である
測定結果を表1〜4に示す。
Subsequently, the calculated moisture absorption amount was evaluated against the following evaluation criteria.
<Evaluation criteria for moisture absorption>
◯: Moisture absorption amount is 0.01% by mass or less Δ: Moisture absorption amount is more than 0.01% by mass and 0.04% by mass or less ×: Moisture absorption amount is more than 0.04% by mass Table 1 shows the measurement results. Shown in ~ 4.
2.4 成形密度の測定
まず、各実施例および各比較例で得られた造粒粉末について、以下に示す成形条件で成形した。
2.4 Measurement of molding density First, the granulated powders obtained in each Example and each Comparative Example were molded under the molding conditions shown below.
<成形条件>
・成形方法 :プレス成形法
・成形形状 :断面積1cm2、高さ5mmの円柱状
・成形圧力 :300MPa(3t/cm2)
・成形環境 :室温26℃、相対湿度80%
<Molding conditions>
-Molding method: Press molding method-Molding shape: Columnar with a cross-sectional area of 1 cm 2 and a height of 5 mm-Molding pressure: 300 MPa (3 t / cm 2 )
-Molding environment: Room temperature 26 ° C, relative humidity 80%
次に、得られた成形体の成形密度を測定した。
測定結果を表1〜4に示す。
Next, the molding density of the obtained molded product was measured.
The measurement results are shown in Tables 1 to 4.
2.5 ラトラ値の評価
次に、2.4で得られた成形体について、日本粉末冶金工業会規格の「金属圧粉体のラトラ値測定方法(JPMA P11−1992)」により、ラトラ試験を行った。なお、ラトラ試験とは、成形体の耐チッピング性を評価するための試験である。
2.5 Evaluation of ratra value Next, the molded body obtained in 2.4 was subjected to a ratra test according to the "Measuring method of ratra value of metal powder (JPMA P11-1992)" of the Japan Powder Metallurgy Industry Association standard. went. The rattra test is a test for evaluating the chipping resistance of the molded product.
具体的には、まず、成形体5個を試験用金網かごに投入した。次いで、金網かごを回転速度87±10rpmで1000回転させた。 Specifically, first, five molded bodies were put into a test wire mesh basket. Next, the wire mesh cage was rotated 1000 times at a rotation speed of 87 ± 10 rpm.
そして、以下の数式に基づいて、ラトラ値を算出した。
ラトラ値(%)={(試験前の成形体の質量−試験後の成形体の質量)/試験前の成形体の質量}×100
算出結果を表1〜4に示す。
Then, the rattra value was calculated based on the following formula.
Rattra value (%) = {(mass of molded product before test-mass of molded product after test) / mass of molded product before test} x 100
The calculation results are shown in Tables 1 to 4.
表1〜4から明らかなように、各実施例で得られた造粒粉末は見掛密度および流動度が高く、吸湿性が低かった。また、その造粒粉末を用いて得られた成形体は成形密度が高くラトラ値が小さいことから成形性および耐チッピング性が良好であることが認められた。よって、各実施例で得られた造粒粉末は、最終的に高品質な焼結体を製造可能なものであると言える。 As is clear from Tables 1 to 4, the granulated powders obtained in each example had high apparent density and fluidity, and had low hygroscopicity. Further, it was confirmed that the molded product obtained by using the granulated powder had good moldability and chipping resistance because the molding density was high and the rattra value was small. Therefore, it can be said that the granulated powder obtained in each example can finally produce a high-quality sintered body.
1…造粒粒子、51…金属粒子、52…バインダー、521…高融点成分、522…水溶性樹脂 1 ... Granulated particles, 51 ... Metal particles, 52 ... Binder, 521 ... Melting point component, 522 ... Water-soluble resin
Claims (10)
ポリビニルアルコールおよびポリビニルピロリドンの少なくとも一方である吸湿性樹脂、および、前記吸湿性樹脂よりも吸湿性が低くかつ前記吸湿性樹脂よりも融点が高く、繊維状をなす高融点成分、を含むバインダーと、
を有し、
前記高融点成分の吸湿率は、前記吸湿性樹脂の吸湿率の20%以下であり、
前記高融点成分の含有量に対する前記吸湿性樹脂の含有量が、質量比で0.2以上4以下であり、
前記金属粉末に対する前記バインダーの質量比率が0.01質量%以上0.5質量%以下であり、
平均粒径が20μm以上100μm以下であることを特徴とする造粒粉末。 With metal powder
Polyvinyl alcohol and at least one in which moisture absorbing resin of polyvinyl pyrrolidone, and the hygroscopic melting point than low and the hygroscopicity resin hygroscopic than resin rather high, and a binder containing a high melting point component forming a fibrous, the ,
Have,
The hygroscopicity of the high melting point component is 20% or less of the hygroscopicity of the hygroscopic resin.
The content of the hygroscopic resin with respect to the content of the melting point component is 0.2 or more and 4 or less in terms of mass ratio.
The mass ratio of the binder to the metal powder Ri der 0.5 mass% 0.01 mass% or more,
A granulated powder having an average particle size of 20 μm or more and 100 μm or less.
前記バインダー溶液を用い、金属粒子同士を結着することにより、前記金属粒子に対する前記バインダーの質量比率が0.01質量%以上0.5質量%以下である造粒粉末を得る工程と、
を有し、
前記高融点成分の吸湿率は、前記吸湿性樹脂の吸湿率の20%以下であり、
前記高融点成分の含有量に対する前記吸湿性樹脂の含有量が、質量比で0.2以上4以下であり、
前記造粒粉末の平均粒径が20μm以上100μm以下であることを特徴とする造粒粉末の製造方法。 Polyvinyl alcohol and at least one in which moisture absorbing resin of polyvinyl pyrrolidone, and binders that comprise high melting point component, which forms a melting point rather high, the fibrous than and the moisture absorbing resin has a low hygroscopic property than the hygroscopic resin, And the process of preparing a binder solution containing
A step of obtaining a granulated powder in which the mass ratio of the binder to the metal particles is 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less by binding the metal particles to each other using the binder solution.
Have a,
The hygroscopicity of the high melting point component is 20% or less of the hygroscopicity of the hygroscopic resin.
The content of the hygroscopic resin with respect to the content of the melting point component is 0.2 or more and 4 or less in terms of mass ratio.
A method for producing a granulated powder, wherein the average particle size of the granulated powder is 20 μm or more and 100 μm or less.
前記成形体を焼成し、焼結体を得る工程と、
を有することを特徴とする焼結体の製造方法。 A step of molding the granulated powder according to any one of claims 1 to 8 to obtain a molded product, and
The step of firing the molded product to obtain a sintered body and
A method for producing a sintered body, which comprises.
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