專利名稱：金屬多孔體的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬多孔體的制造方法，具體來說，涉及將在 有機多孔性的骨料上涂覆由金屬粉和有機粘合劑構成的漿料而 成的金屬多孔體作為原料進行燒結來制造金屬多孔體的金屬多 孔體的制造方法。
背景技術：
一般的粉末冶金產(chǎn)品如下制造，即，通過將金屬粉與硬脂 酸鋅這樣的潤滑劑的混合粉末填充到模具中進行擠壓成形，此 后，在惰性氛圍或還原性氛圍下進行脫脂工序和燒結工序，由 此制造。在該情況下，通過用模具擠壓時的外力，金屬粒子之
間機械地糾纏在一起，由此形狀得以保持。對金屬粉添加0.5 ~ 1重量％左右的潤滑劑，主要有助于模具的脫模性的提高或對 模具的原料粉的填充性的提高，很少參與產(chǎn)品的形狀保持。
另一方面，已知的是，在由發(fā)泡聚氨酯等發(fā)泡性樹脂形成 的有機質多孔體上涂覆由金屬粉和有機粘合劑構成的漿料，將 其脫脂和燒結，獲得金屬多孔體的制造方法(例如參照專利文 獻l)。該方法中，在金屬粉開始燒結之前，低溫下發(fā)泡聚氨酯 起到形狀保持的作用，在發(fā)泡聚氨酯的分解溫度以上有機粘合 劑起到形狀保持的作用。
作為必須在金屬的燒結起始溫度以下都不分解而存在的有 機粘合劑，大多使用酚醛樹脂等易碳化的物質。鎳、銅等易還 原的金屬的情況下，碳氧化分解且金屬例如鎳被還原燒結的區(qū) 域存在于圖1的埃林厄姆(Ellingham)圖上所示的區(qū)域I中。 該區(qū)域I存在于較低溫度50(TC至高溫側，進而由于碳的氧化還原條件與鎳的氧化還原條件的幅度寬，因而通過控制燒結時 的氛圍組成，可以制造將殘留碳量和殘留氧量抑制到低量的金 屬多孔體。
專利文獻l:日本特開平6- 158116號7>才艮

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的問題
然而，在由專利文獻1所記載的方法制造不銹鋼多孔體的 情況下，與鎳、銅同樣，存在不銹鋼中所含的鉻被還原的區(qū)域。 由于鉻是不易還原的元素，因而如圖2的埃林厄姆圖上所示的
區(qū)域n，該4各被還原的區(qū)域是1200。c以上的高溫區(qū)域。進而， 由于碳的氧化還原條件與鉻的氧化還原條件的幅度狹窄，因而， 處理條件方面，難以選擇氧化除去碳的同時不使鉻氧化的區(qū)域。 另外，在不使鉻氧化的條件下進行處理的情況下，幾乎所 有情況都是在碳也被還原的區(qū)域中的處理，因而來自有機粘合 劑的碳大量殘留在最終產(chǎn)品中，為此，對產(chǎn)品的耐熱性、耐腐 蝕性或磁特性等帶來大的影響。進而，在碳量多的情況下，熔
點降低至1150。C附近，因而引起燒結中的材料熔融，有時不能
得到產(chǎn)品。
在包含氫氣的還原性氛圍中進行處理時，由于碳與氫氣反 應而產(chǎn)生甲烷等烴，因而可能發(fā)生氣化分解，但在不銹鋼的燒
結溫度即130(TC左右，氫與碳的反應速度非常慢，脫碳需要很 長時間。另一方面，與在還原區(qū)域的處理相反，在使碳氧化分 解的區(qū)域進行處理的情況下，幾乎所有情況下，鉻都同時被氧 化，金屬粉之間的擴散接合被所產(chǎn)生的氧化物抑制，引起燒結 不良。
這樣，在通過將由有機粘合劑和金屬粉末構成的漿料涂覆說明
到發(fā)泡聚氨酯的方法制造的不銹鋼多孔體中，由于在鉻的還原 區(qū)域進行脫脂和燒結，因而，產(chǎn)品中所含的碳量比通常的金屬 燒結產(chǎn)品更高，有時不能充分發(fā)揮磁特性、耐腐蝕性、耐熱性、 機械特性等產(chǎn)品所要求的性能。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬多孔體的制造方法， 其可以在制造不銹鋼中含有鉻那樣易氧化的金屬成分的金屬多
孔體時，將殘留碳量與殘留氧量抑制到低量，能夠大幅度提高 產(chǎn)品多孔體的性能。
用于解決問題的方法
為了達到上述目的，本發(fā)明的金屬多孔體的制造方法是通 過燒結在有機多孔性的骨料上涂覆由金屬粉和有機粘合劑構成 的漿料而成的金屬多孔體原料來制造金屬多孔體的方法，其特
征在于，其包括如下工序在包含一氧化碳和二氧化碳的氛圍 下以650。C以下的溫度處理前述金屬多孔體原^f的脫脂工序； 在惰性氛圍或真空氛圍中、在燒結溫度以下處理該脫脂工序后 的金屬多孔體原料的脫碳工序；將該脫碳工序后的金屬多孔體 原料保持在惰性氛圍或真空氛圍或氫氣氛圍或由氫氣與惰性氣 體的混合氣體氛圍形成的還原性氛圍中、在前述脫碳工序中的 溫度以上且前述金屬粉的熔點以下的溫度下的燒結工序。
進而，本發(fā)明的金屬多孔體的制造方法，其特征在于，用 于前述脫脂工序的氛圍的氣體是通過將烴與空氣的混合氣體或 烴與氧氣的混合氣體或烴與氧氣、氮氣的混合氣體進行部分氧 化反應而獲得的包含一 氧化碳與二氧化碳的放熱性轉化爐氣； 其特征在于，前述脫脂工序的氛圍相對于前述金屬粉為氧化區(qū) 域、相對于碳為還原區(qū)域。另外，本發(fā)明的金屬多孔體的制造 方法，其特征在于，前述脫脂工序后的金屬多孔體原料中存在 相對于殘留碳為等量或過量的殘留氧；其特征在于，前述金屬粉包含鉻。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的金屬多孔體的制造方法，可以在使用含有鉻 等易受到氧化影響的成分的不銹鋼這樣的金屬制造燒結金屬多 孔體時，將殘留碳和殘留氧抑制到低量，并可穩(wěn)定地獲得高性
能的金屬多孔體。


圖l是表示鎳被還原、碳被氧化的區(qū)域的埃林厄姆圖。
圖2是表示鉻被還原、碳被氧化的區(qū)域的埃林厄姆圖。 圖3是表示本發(fā)明中的脫脂工序的區(qū)域的埃林厄姆圖。 圖4是表示本發(fā)明中的脫碳工序的區(qū)域的埃林厄姆圖。 圖5是表示本發(fā)明中的燒結工序的區(qū)域的埃林厄姆圖。 圖6是表示本發(fā)明中的燒結工序的其他區(qū)域的埃林厄姆圖。
具體實施例方式
本發(fā)明中，在由在有機多孔性的骨料上涂覆由金屬粉與有 機粘合劑構成的漿料而成的金屬多孔體原料制造金屬多孔體 時，按順序進行如下工序在包含一氧化碳與二氧化碳的氛圍 中的脫脂工序、在惰性氛圍或真空氛圍中的脫碳工序、在惰性 氛圍或真空氛圍或包含氫氣的還原性氛圍中的燒結工序。
首先，可以與以往同樣地獲得本發(fā)明中的金屬多孔體原料。 即，可以將在發(fā)泡聚氨酯等有機多孔性的骨料上涂覆由所期望 的金屬粉和酚醛樹脂等易碳化的有機粘合劑構成的漿料而成的 物質用作金屬多孔體原料。以下，按照順序對由金屬多孔體原 料制作金屬多孔體進行說明，其中金屬多孔體原料使用發(fā)泡聚
6氨酯作為骨料、使用不銹鋼作為金屬粉末、使用酚醛樹脂作為 有機粘合劑。
第1工序即前述脫脂工序如下通過在包含一氧化碳與二 氧化碳的氛圍中加熱前述原料即多孔體原料，從而將金屬多孔 體原料中的有機物、即前述骨料和前述有機粘合劑分解，使不 銹鋼中的鉻氧化而不使分解的碳氧化，在圖3的埃林厄姆圖上 所示的區(qū)域III即4各在氧化區(qū)域、碳在還原區(qū)域中進行。
該脫脂工序中的氛圍可以向處理爐(脫脂爐)內導入一氧 化碳和二氧化碳而形成，通過使用對空氣、氧氣或含有氧氣的 氮氣與烴的混合氣體進行部分氧化反應而得到的放熱性轉化爐 氣，可以廉1^介地形成前述氛圍。此時，最優(yōu)選CO/C02比=1/1 的還原氛圍，最適合的是圖3的區(qū)域Ilia所示的從CO/C02比 =1/1至用于抑制氧化的CO/C02比=1/10的不完全燃燒區(qū)域。
為了抑制脫脂工序中的金屬過量氧化，產(chǎn)生放熱性轉化爐 氣時的條件期望設定如下將空氣、氧氣或含氧氣的氮氣與烴 的混合比設定為理論空燃比(完全燃燒狀態(tài))或設定在烴過量 的區(qū)域(不完全燃燒狀態(tài))。特別是，最適合的是在空燃比為 90%時產(chǎn)生的包含3%—氧化碳和11 % 二氧化碳的放熱性轉化 爐氣(CO/C02比=1/3.7)。
脫脂工序中的加熱溫度設定為可脫脂的溫度、即可將前述 骨料的有機多孔體和前述有機粘合劑分解的溫度以上，這種情 況下，設定為發(fā)泡聚氨酯的分解溫度即300。C以上且在金屬多 孔體原料中的金屬、特別是不銹鋼中的鉻不急劇氧化的650°C 以下的溫度范圍。
另外，脫脂工序的加熱溫度和處理時間設定為使脫脂處 理后的金屬多孔體原料中的殘留氧與殘留碳等量，或殘留氧相 對于殘留碳過量10~ 20%左右。此時，殘留氧相對于殘留碳過量存在超過20%的條件下進行脫脂處理時，進行后段的脫碳工
序后的金屬多孔體原料中的殘留氧量過多，因此有時抑制燒結 工序中金屬之間的擴散接合而引起燒結不良。
第2工序的脫碳工序如下將前述脫脂工序中被氧化的氧 化鉻還原，使氧與碳反應而得到一氧化碳、二氧化碳以從金屬 多孔體原料中排除碳，在圖4的埃林厄姆圖上所示的區(qū)域IV 即鉻、碳都為還原區(qū)域的區(qū)域中進行。為了排除氧氣的影響， 該脫碳工序期望氧氣分壓(P。2)為10_18~ l(T22atm的范圍。 氧氣分壓l(T22atm是工業(yè)上能夠獲得的可實現(xiàn)的真空惰性區(qū) 域，10—18atm是由后述的1147。C與^^的氧化還原的基準線的交 點和氧基準點求得的值。
該脫碳工序中，將結束了脫脂工序的金屬多孔體原料(脫 脂體)在氬氣、氦氣、氮氣等惰性氛圍或真空氛圍中加熱到脫 脂工序以上、燒結工序以下的溫度，使脫脂體中的殘留碳與殘 留氧充分反應，變成一氧化碳或二氧化碳，從而進行脫碳處理。
脫碳工序中的處理溫度期望在高溫下處理，以使脫脂體中 的碳與氧容易進行反應，在超過1147。C的溫度區(qū)域中，脫脂體 中的殘留碳量多時，金屬的一部分熔融，因此期望在其以下的 溫度處理。其中，脫脂體中的殘留碳量為2%以下的情況下， 也可以在超過1147。C的溫度區(qū)域中進行快速的脫碳處理。
在包含氫氣等的還原性氛圍中進行該脫碳工序時，通過氛 圍中的還原性成分與脫脂體中的氧反應，從而選擇性地除去脫 脂體中的氧，不能與氧反應的碳殘留在脫脂體中，因而不能在 還原性氛圍中進行脫碳工序。
第3工序的燒結工序是用于使通過脫碳工序除去碳的金屬 多孔體原料的金屬之間結合的工序，在惰性氛圍或真空氛圍中， 在圖5的埃林厄姆圖上所示的區(qū)域V中進行，在由氬氣氛圍或由氫氣與惰性氣體的混合氣體構成的還原性氛圍中，在圖6的 埃林厄姆圖上所示的區(qū)域VI下進行。
在圖5的區(qū)域V所示的1350。C是不銹鋼的燒結溫度的上限 值，氧氣分壓約1(T"atm是由1350。C與碳的氧化還原基準線的 交點和氧基準點求得的值。另外，在圖6的區(qū)域VI中，H2/H20 比為約2xl02/1，這是由1350。C與鉻的氧化還原基準線的交點 和氫基準點求得的。這表示伴隨氫氣氛圍、氫氣-氬氣氛圍的 燒結爐的熱處理，由爐體的氧化物、產(chǎn)品、空氣的流入產(chǎn)生的 H20 (露點)的管理值。
該燒結工序中，在由氬氣、氦氣、氮氣等惰性氛圍或真空 氛圍或氫氣氛圍或氫氣與氬氣、氦氣、氮氣等惰性氣體的混合 氣體構成的還原性氛圍中，將結束脫碳工序的金屬多孔體原料 (脫碳體)保持在前述脫碳工序以上的溫度、構成金屬粉末的 金屬的熔點以下的溫度，在除去脫碳體中的殘留氧的同時，進 行利用金屬粉之間的擴散接合的燒結反應。由此，獲得作為產(chǎn) 品的燒結金屬多孔體。
這樣，在使用不銹鋼的金屬粉末作為金屬粉末的金屬多孔 體的制造中，通過進行如下工序，從而能夠獲得將殘留碳和殘 留氧抑制到低量的燒結金屬多孔體，其中所述工序為在金屬 粉末中的鉻處于氧化區(qū)域、碳處于還原區(qū)域的氛圍中加熱的脫 脂工序；在惰性氛圍或真空氛圍中加熱的脫碳工序；在惰性氛 圍或真空氛圍或包含氫氣的還原性氛圍中加熱的燒結工序。
另外，前述各工序可以在連續(xù)爐或同一處理爐中進行，脫 脂工序與后段的脫碳工序和燒結工序在處理氛圍組成上有很大 不同，因此，為了排除氧化成分對脫碳工序和燒結工序的影響， 優(yōu)選使用專用的脫脂爐進行處理。另外，脫碳工序和燒結工序 使用同樣的氛圍(惰性氛圍或真空氛圍)的情況下，可以使用同一處理爐，在真空爐、氛圍為間歇式的爐的情況下，可以通
過溫度程序進行一連串處理；在氛圍為連續(xù)式的爐的情況下， 可以4吏各區(qū)域溫度適于脫碳工序和燒結工序，乂人而進行一連串 處理。
進而，本實施例中，列舉的是使用不銹鋼作為金屬粉末、 使用不銹鋼中所含的鉻作為易氧化的金屬成分的例子，但本發(fā) 明并不限于包含4各的不銹鋼，還可以使用于包含錳、硅、釩、 鈦這樣的易氧化的金屬成分的金屬粉末。
權利要求
1.一種金屬多孔體的制造方法，其是通過燒結在有機多孔性的骨料上涂覆由金屬粉和有機粘合劑構成的漿料而成的金屬多孔體原料來制造金屬多孔體的方法，其特征在于，其包括如下工序在包含一氧化碳和二氧化碳的氛圍下以650℃以下的溫度處理前述金屬多孔體原料的脫脂工序；在惰性氛圍或真空氛圍中、在燒結溫度以下處理該脫脂工序后的金屬多孔體原料的脫碳工序；將該脫碳工序后的金屬多孔體原料保持在惰性氛圍或真空氛圍或氫氣氛圍或由氫氣與惰性氣體的混合氣體氛圍形成的還原性氛圍中、在前述脫碳工序中的溫度以上且前述金屬粉的熔點以下的溫度下的燒結工序。
2. 根據(jù)權利要求1所述的金屬多孔體的制造方法，其特征 在于，用于前述脫脂工序的氛圍的氣體是通過將烴與空氣的混 合氣體或爛與氧氣的混合氣體或烴與氧氣、氮氣的混合氣體進 行部分氧化反應而獲得的含有 一 氧化碳與二氧化碳的放熱性轉 化爐氣。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的金屬多孔體的制造方法，其 特征在于，前述脫脂工序的氛圍相對于前述金屬粉為氧化區(qū)域、 相對于碳為還原區(qū)域。
4. 根據(jù)權利要求1至3任一項所述的金屬多孔體的制造方 法，其特征在于，前述脫脂工序后的金屬多孔體原料中存在相對于殘留碳為等量或過量的殘留氧。
5. 根據(jù)權利要求1至4任一項所述的金屬多孔體的制造方 法，其特征在于，前述金屬粉包含鉻。
全文摘要
一種金屬多孔體的制造方法，其為通過燒結在有機多孔性的骨料上涂覆由金屬粉和有機粘合劑構成的漿料而成的金屬多孔體原料來制造金屬多孔體的方法，包括如下工序在包含一氧化碳和二氧化碳的氛圍下以650℃以下的溫度處理前述金屬多孔體原料的脫脂工序；在惰性氛圍或真空氛圍中、在燒結溫度以下處理該脫脂工序后的金屬多孔體原料的脫碳工序；將該脫碳工序后的金屬多孔體原料保持在惰性氛圍或真空氛圍或氫氣氛圍或由氫氣與惰性氣體的混合氣體氛圍形成的還原性氛圍中、在前述脫碳工序中的溫度以上且前述金屬粉的熔點以下的溫度下的燒結工序。
文檔編號B22F7/00GK101537496SQ20091011949
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月17日 優(yōu)先權日2008年3月17日
發(fā)明者和田智宏, 渡邊憲一, 神田輝一, 羽路智之, 高橋慎一 申請人:大陽日酸株式會社