水アトマイズ粉末の製造方法、水アトマイズ粉末および焼結体の製造方法
【課題】各粒子表面の摩擦抵抗を緩和する被膜を備え、これにより流動性の高い水アトマイズ粉末を効率よく製造可能な水アトマイズ粉末の製造方法、かかる水アトマイズ粉末の製造方法により製造された水アトマイズ粉末、およびこの水アトマイズ粉末を用いて、高密度で寸法精度に優れた焼結体を製造可能な焼結体の製造方法を提供すること。
【解決手段】原材料を溶解し、溶融金属１０を得る溶融工程と、溶融金属１０を粉末化し、金属粉末２０を含む懸濁水３０を得る粉末化工程と、得られた懸濁水３０に水溶性の有機アミン類を含む添加剤４０を添加した後、懸濁水３０を乾燥させ、添加剤４０の成分で金属粉末２０の各粒子を被覆してなる水アトマイズ粉末５０を得る脱水工程とを有する。これにより、金属粉末２０の各粒子間の摩擦抵抗が水溶性の有機アミン類で緩和され、表面の抵抗が低くなる。その結果、水アトマイズ粉末５０は、流動性に優れたものとなる。
【解決手段】原材料を溶解し、溶融金属１０を得る溶融工程と、溶融金属１０を粉末化し、金属粉末２０を含む懸濁水３０を得る粉末化工程と、得られた懸濁水３０に水溶性の有機アミン類を含む添加剤４０を添加した後、懸濁水３０を乾燥させ、添加剤４０の成分で金属粉末２０の各粒子を被覆してなる水アトマイズ粉末５０を得る脱水工程とを有する。これにより、金属粉末２０の各粒子間の摩擦抵抗が水溶性の有機アミン類で緩和され、表面の抵抗が低くなる。その結果、水アトマイズ粉末５０は、流動性に優れたものとなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水アトマイズ粉末の製造方法、水アトマイズ粉末および焼結体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉末冶金法では、金属粉末と有機バインダとを混合し、所定の形状に成形して成形体とした後、この成形体を脱脂・焼成することによって焼結体を得る。このようにして得られた焼結体は、比較的複雑な形状であっても目的とする形状に近いものとなり、後加工の加工量が少なくて済む。また、金型を用いて成形するため、均一な品質の焼結体を効率よく大量に生産することができる。これにより、生産コストの低減を容易に図ることができる。
【０００３】
粉末冶金に用いられる金属粉末は、例えば、特許文献１に記載の方法により製造される。この方法は、溶融金属に向けて冷却水を高圧のジェットとして噴出し、溶融金属を飛散させつつ冷却・固化することによって微細な金属粉末を製造する方法（以下、「水アトマイズ法」と言う。）である。このようにして製造された金属粉末は、溶融金属が冷却水の高圧ジェットによって激しく分断されることによって製造されるため、異形状の粒子を多く含んでいる。
【０００４】
このような異形状の粒子は、相互の潤滑性が低いことから、金属粉末の流動性が低い。このため、水アトマイズ法により製造された金属粉末は、成形時の流動性が低く、成形型の隅々まで流れ難いことが問題となっている。そして、成形体の寸法精度や形状転写性が低下する問題を招いている。
そこで、特許文献２には、混合物中に脂肪酸金属塩の粒子を添加し、これにより混合物の流動性を高める方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献２に開示の方法では、金属粉末と有機バインダとの混合物中で、金属粉末と脂肪酸金属塩の粒子とが均一に分散するのは困難であるため、金属粉末同士の潤滑性が一様に向上することは期待できない。したがって、混合物の流動性を十分に高めることは難しく、成形時の充填性が低下するため、高密度の焼結体を得ることは困難である。
また、焼結体中に脂肪酸金属塩の分解物等が多量に残存する。特に、脂肪酸金属塩は金属原子を含んでいるため、焼結体の各種特性に悪影響を及ぼすことが懸念される。
【０００６】
【特許文献１】特公平３−５５５２２号公報
【特許文献２】特開２０００−２７３５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、各粒子表面の摩擦抵抗を緩和する被膜を備え、これにより流動性の高い水アトマイズ粉末を効率よく製造可能な水アトマイズ粉末の製造方法、かかる水アトマイズ粉末の製造方法により製造された水アトマイズ粉末、およびこの水アトマイズ粉末を用いて、高密度で寸法精度に優れた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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法は、冷却水の水流に金属材料を溶融してなる溶融金属を衝突させ、前記溶融金属を飛散させて粉末化するとともに、冷却・固化させ、金属粉末が前記冷却水に懸濁してなる懸濁水を得る粉末化工程と、
前記分散液から前記冷却水を除去する脱水工程とを有し、
前記脱水工程の前または途中に、前記懸濁水中に、水溶性の有機アミン類を含む添加剤を添加することにより、前記金属粉末の表面が前記添加剤の被膜で被覆されてなる水アトマイズ粉末を得ることを特徴とする。
これにより、各粒子表面に潤滑性を有する被膜を備え、これにより流動性の高い水アトマイズ粉末を効率よく製造することができる。
【０００９】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記水溶性の有機アミン類は、アルキルアミン、シクロアルキルアミン、アルカノールアミンおよびこれらの誘導体のうちの少なくとも１種であることが好ましい。
これらのアミン類は、十分な水溶性を有するとともに、十分な耐酸化性を有する被膜を形成することができる。
【００１０】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記有機アミン類の誘導体は、有機アミン類の亜硝酸塩、有機アミン類のカルボン酸塩または有機アミン類のクロム酸塩であることが好ましい。
これらのアミン類は、十分な水溶性を有するとともに、十分な耐酸化性を有する被膜を形成することができる。
【００１１】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記水溶性の有機アミン類は、沸点が１００℃超のものであることが好ましい。
このような有機アミン類は、脱水工程において気化してしまうことが防止される。その結果、脱水工程において有機アミン類が確実に残存し、被膜が確実に形成されることとなる。
【００１２】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記水溶性の有機アミン類の添加量は、金属粉末の質量に対して０．００５〜１０質量％であることが好ましい。
これにより、必要かつ十分な厚さの被膜を形成することができる。その結果、被膜に十分な潤滑性が付与されるとともに、被膜によって金属粉末の耐酸化性および耐候性の向上を図ることができる。
【００１３】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記懸濁水を攪拌しつつ、前記添加剤を添加することが好ましい。
これにより、添加剤と金属粉末とが均一に混じり合うことができる。その結果、金属粉末の各粒子のそれぞれに、より均一な被膜を形成することができる。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記攪拌は、バッチ式の強制式ミキサーにより行うことが好ましい。
これにより、金属粉末と添加剤のように、混合割合に大きな差がある原材料を均一に混合することができ、被膜のさらなる均一化を図ることができる。
【００１４】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記被膜の平均厚さは、１〜２０ｎｍであることが好ましい。
これにより、被膜は、潤滑性や耐酸化性の観点から必要かつ十分な厚さを有するものとなる。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記被膜は、その表面が疎水性を有するものであることが好ましい。
これにより、水アトマイズ粉末は、水分の付着や浸透を抑制し、水分による金属粉末の酸化を抑制することができる。その結果、水アトマイズ粉末は、特に優れた耐酸化性を有するものとなる。
【００１５】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記懸濁水における前記冷却水の含有率は、３〜３０質量％であることが好ましい。
これにより、有機アミン類が溶解した冷却水を、金属粉末の全体に確実に回すことができる。また、懸濁水を攪拌した場合には、攪拌に伴う発熱量を十分に抑制することができ、熱による金属粉末や添加剤の変質・劣化を防止することができる。
【００１６】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記金属粉末は、Ｆｅ基合金粉末であることが好ましい。
Ｆｅ基合金は、機械的特性に優れているため、水アトマイズ粉末およびこれを用いて製造された焼結体は、広範な用途に用いることができる。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記金属粉末の平均粒径は、１〜３０μｍであることが好ましい。
このような粒径の金属粉末は、比表面積が極めて大きいため、各粒子が凝集し易く、本来流動性は低いが、水アトマイズ粉末では、被膜の作用によってその流動性を十分に高めることができる。したがって、例えば粉末冶金の分野においては、粒径の小さい水アトマイズ粉末を高密度に充填することができるため、高密度の焼結体を容易に製造することができる。また、このような粒径の金属粉末を用いることによって、焼結体中の結晶粒径が小さくなり、その機械的強度を飛躍的に高めることができる。したがって、このような水アトマイズ粉末を用いて製造された焼結体は、特に高強度なものとなる。
【００１７】
本発明の水アトマイズ粉末は、本発明の方法により製造されたことを特徴とする。
これにより、流動性に優れた水アトマイズ粉末が得られる。
本発明の焼結体の製造方法は、本発明の水アトマイズ粉末と、有機バインダとを混合し、得られた混合物を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を脱脂し、脱脂体を得る脱脂工程と、
前記脱脂体を焼成し、焼結体を得る焼成工程とを有することを特徴とする。
これにより、高密度で寸法精度に優れた焼結体が得られる。
本発明の焼結体の製造方法では、前記水アトマイズ粉末中の前記被膜は、前記脱脂工程において除去されることが好ましい。
これにより、特に高密度の焼結体が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の水アトマイズ粉末の製造方法、水アトマイズ粉末および焼結体の製造方法について、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。
＜水アトマイズ粉末の製造方法＞
まず、本発明の水アトマイズ粉末およびその製造方法について説明する。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法によれば、各粒子の表面に被膜を形成することによって、流動性の高い水アトマイズ粉末を効率よく製造し得ることができる。
また、本発明の焼結体の製造方法によれば、上記のようにして製造された水アトマイズ粉末を、所定の形状に成形して成形体とした後、この成形体を脱脂・焼成することによって、寸法精度に優れ、かつ高比重の焼結体を効率よく製造することができる。
【００１９】
図１は、本発明の水アトマイズ粉末の製造方法の実施形態を説明するための工程図である。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法は、図１に示すように、［Ａ］原材料を溶解し、溶融金属１０を得る溶融工程と、［Ｂ］溶融金属１０を粉末化し、金属粉末２０を含む懸濁水３０を得る粉末化工程と、［Ｃ］得られた懸濁水３０に添加剤４０を添加した後、懸濁水３０を乾燥させ、添加剤４０の成分で金属粉末２０の各粒子を被覆してなる水アトマイズ粉末５０を得る脱水工程とを有する。
また、本発明の焼結体の製造方法は、図１に示すように、［Ｄ］水アトマイズ粉末５０を有機バインダ６０と混合し、この混合物を成形して成形体７０を得る成形工程と、［Ｅ］成形体７０を脱脂し、脱脂体８０を得る脱脂工程と、［Ｆ］脱脂体８０を焼成し、焼結体９０を得る焼成工程とを有する。
【００２０】
以下、本発明の水アトマイズ粉末の製造方法および焼結体の製造方法について説明する前に、この製造方法に用いることのできる金属粉末製造装置（アトマイズ装置）について説明する。この金属粉末製造装置は、前記粉末化工程において溶融金属１０を粉末化する際に用いる装置である。
図２は、金属粉末製造装置の構成を示す模式図（縦断面図）、図３は、図２中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大詳細図（模式図）である。なお、以下の説明では、図２および図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図２に示す金属粉末製造装置１００は、溶融金属１０を水アトマイズ法により粉末化して、金属粉末２０を得るために用いられるものである。このような金属粉末製造装置１００は、溶融金属１０を貯留し、供給する供給部（タンディシュ）１０２と、供給部１０２の下方に設けられたノズル１０３とを有している。
【００２１】
以下、各部の構成について説明する。
供給部１０２は、図２に示すように、有底筒状をなす部分を有している。この部分の内部空間１２２には、製造すべき金属粉末２０の原材料（金属材料）を溶融した溶融金属１０が一時的に収納される。
また、前記有底筒状の部分の底部１２１の中央部には、吐出口１２３が設けられている。この吐出口１２３からは、内部空間１２２内の溶融金属１０が下方に向かって自然落下により吐出される。
【００２２】
供給部１０２の下方には、ノズル１０３が設けられている。
このノズル１０３には、供給部１０２から供給された（吐出された）溶融金属１０が通過する第１の流路（溶湯流路）１３１と、冷却水２５を供給する給水源（図示せず）からの冷却水２５が通過する第２の流路１３２とが形成されている。
このうち、第１の流路１３１は、横断面形状が円形をなしており、ノズル１０３の中央部に、鉛直方向に沿って形成されている。
【００２３】
この第１の流路１３１は、図２に示すように、内径が上端面１４１から下方に向かって漸減する、すなわち、収斂形状をなす内径漸減部１３３を有している。この内径漸減部１３３では、ノズル１０３の上方の空気（気体）Ｇが、後述するオリフィス１３４から噴射した冷却水２５の流れに引き込まれる。内径漸減部１３３に引き込まれた空気Ｇは、内径漸減部１３３の内径が最小となる部分１３３１（本実施形態では、オリフィス１３４が開口する部分）付近で、その流速が最大となる。このような空気Ｇの流れが生じることにより、第１の流路１３１の圧力（気圧）は、上方からこの部分１３３１に向かって徐々に低下する。
【００２４】
したがって、吐出口１２３から吐出された溶融金属１０が、第１の流路１３１の上端の投入口から投入され、第１の流路１３１を通過する際に、上記のような減圧された領域を通過する。この通過の際、溶融金属１０が密集しようとする力よりも周囲の減圧の程度が大きくなると、溶融金属１０が飛散（一次分裂）する。そして、溶融金属１０は、多数の液滴１１となる。
【００２５】
また、本実施形態では、内径漸減部１３３の内径が最小となる部分１３３１付近で、溶融金属１０が一次分裂するとしたが、この位置（一次分裂位置）は、内径漸減部１３３やオリフィス１３４の形状等に応じて変化するため、前述の位置に限定されない。
第２の流路１３２は、図３に示すように、第１の流路１３１の下端部に開口するオリフィス１３４と、冷却水２５を一時的に貯留する貯留部１３５と、貯留部１３５からオリフィス１３４に冷却水２５を導入する導入路１３６とにより構成されている。
【００２６】
貯留部１３５は、前記給水源に接続され、当該給水源から冷却水２５が供給される部位である。この貯留部１３５は、導入路１３６を介して、オリフィス１３４と連通している。
導入路１３６は、その縦断面形状がくさび状をなす部位である。導入路１３６がこのような形状をなしていることにより、貯留部１３５から流入した冷却水２５の流速を徐々に高めることができる。これにより、この流速が高まった状態の冷却水２５を、オリフィス１３４から安定して噴射することができる。
【００２７】
オリフィス１３４は、貯留部１３５、導入路１３６を順に通過した冷却水２５を、第１の流路１３１に噴射（噴出）する部位である。
このオリフィス１３４は、第１の流路１３１の内周面の全周にわたってスリット状に開口している。また、オリフィス１３４は、第１の流路１３１の中心軸Ｏに対して傾斜する方向に開口している。
【００２８】
このように形成されたオリフィス１３４により、冷却水２５は、頂部２６が下方に位置し、ほぼ円錐形状をなす水ジェット２５１として噴射される（図３参照）。この水ジェット２５１に液滴１１が接触して飛散（二次分裂）され、さらに微細化される。
また、この際、液滴１１は、冷却・固化される。これにより、金属粉末２０が製造される。
【００２９】
このようにして製造された金属粉末２０は、金属粉末製造装置１００の下部に設けられた容器（図示せず）に回収される。
このような第１の流路１３１および第２の流路１３２を有するノズル１０３は、図２に示すように、円盤状（リング状）の第１の部材１０４と、第１の部材１０４と同心的に設けられた円盤状（リング状）の第２の部材１０５とで構成されている。第２の部材１０５は、第１の部材１０４の下方に間隙１３７を介して設けられている。
【００３０】
すなわち、このように配置された第１の部材１０４と第２の部材１０５とにより、第２の流路１３２、すなわち、オリフィス１３４、導入路１３６および貯留部１３５が画成される。
第１の部材１０４および第２の部材１０５の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、各種金属材料を用いることができ、特に、ステンレス鋼を用いるのが好ましい。
【００３１】
次に、前述した図１に示す各工程について順次説明する。
図４は、脱水工程において用いるミキサーを示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図４中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
［Ａ］溶融工程
まず、金属粉末２０を得るための原材料を溶融し、溶融金属１０を得る。
原材料の溶融は、供給部１０２内で行うようにしてもよいが、別途設けられた溶融炉等で行うようにしてもよい。
【００３２】
［Ｂ］粉末化工程
次に、溶融金属１０を金属粉末製造装置１００の供給部１０２内に投入し、第１の流路１３１の内径漸減部１３３に向けて吐出口１２３から溶融金属１０を吐出する。
このとき、オリフィス１３４から水ジェット２５１をあらかじめ噴射した状態にしておく。吐出口１２３から吐出された溶融金属１０は、内径漸減部１３３を通過しつつ、内径漸減部１３３の内径が最小となる部分１３３１付近で一次分裂する。これにより、液滴１１が生成される。
【００３３】
この液滴１１は、水ジェット２５１と衝突して、さらに微細化（二次分裂）されるとともに、急激に冷却されて固化に至る（アトマイズ法）。このようにして、液滴１１は金属粉末２０となる。得られた金属粉末２０は、冷却水２５（水ジェット２５１）とともに流下する。このようにして、金属粉末２０が冷却水２５に懸濁してなる懸濁水３０が得られる。
【００３４】
［Ｃ］脱水工程
次に、懸濁水３０に添加剤４０を添加した後、懸濁水３０を乾燥させる。これにより、添加剤４０の成分で金属粉末２０の各粒子を被覆してなる水アトマイズ粉末５０が得られる。
本発明では、添加剤４０として、水溶性の有機アミン類を含む添加剤を用いる。添加剤４０は、懸濁水３０中に溶解し、懸濁水３０の全体に拡散する。
【００３５】
その後、懸濁水３０を乾燥させる。この懸濁水３０の乾燥は、懸濁水３０中から冷却水２５を除去し得る方法であれば、いかなる方法で行われてもよい。
例えば、懸濁水３０を撹拌しつつ乾燥する場合、懸濁水３０の撹拌は、バッチ式、連続式等の各種ミキサーにより行うことができ、さらにバッチ式ミキサーにも強制式、重力式等の方式があるが、好ましくは図４に示すようなバッチ式の強制式ミキサー２００により行う。以下、ミキサー２００を用いて懸濁水３０を撹拌しつつ乾燥する方法について詳述する。
【００３６】
図４に示すミキサー２００は、台座２０１と、台座２０１上に鉛直方向に沿って設けられた支柱２０２と、支柱２０２の上端から支柱２０２の左右に伸びる支持部２０３とを有している。
また、ミキサー２００は、容器２０４と、容器２０４の蓋部２０５と、容器２０４の内部で回転し、容器２０４内の内容物を撹拌する２つの撹拌翼２０６、２０６とを有している。そして、蓋部２０５は、支持部２０３の左端に固定されている。一方、蓋部２０５と容器２０４とは分離可能になっており、容器２０４は、支柱２０２に沿って上下に移動可能になっている。これにより、容器２０４を上下に移動することにより、容器２０４に対して蓋部２０５を開閉することができる。
【００３７】
また、支持部２０３の右側にはモータ２０７が設けられている。さらに、蓋部２０５を貫通するように回転軸（図示せず）が挿通されている。この回転軸の下部は、各撹拌翼２０６、２０６に固定されており、一方、回転軸の上部は、図示しない動力伝達機構を介してモータ２０７の動力を受けるようになっている。このような機構により、モータ２０７によって各撹拌翼２０６、２０６を回転させることができる。このようにして各撹拌翼２０６、２０６が回転することにより、容器２０４内の内容物を撹拌することができる。
【００３８】
また、容器２０４の外側面には、スチーム（水蒸気）が通過する流路２０８が隣接している。この流路２０８にスチームを流すことにより、容器２０４とスチームとの間の熱交換を利用して、懸濁水３０を乾燥させることができる。
このようなミキサー２００の容器２０４内に懸濁水３０を投入する。続いて、添加剤４０も容器２０４内に添加する。
【００３９】
懸濁水３０にこのような添加剤４０が添加されると、水溶性の有機アミン類の分子が金属粉末２０の各粒子の表面に吸着し、これにより各粒子の表面に被膜４１が形成される。
その後、懸濁水３０を脱水・乾燥させることによって、水アトマイズ粉末５０が得られる。
また、ミキサー２００によって懸濁水３０を攪拌することにより、金属粉末２０と添加剤４０のように、混合割合に大きな差がある原材料を均一に混合するのに適しているため、被膜４１のさらなる均一化を図ることができる。
【００４０】
ここで、水溶性の有機アミン類について詳述する。
この有機アミン類は、水溶性を有しているため、前述したように懸濁水３０の全体に速やかに分散することができる。これにより、有機アミン類を懸濁水３０の全体に行き渡らせることができ、金属粉末２０の全体にわたって有機アミン類が均一に接触するため、均一な被膜４１を形成することができる。
【００４１】
また、水溶性の有機アミン類は、懸濁水３０中に溶解し、分子がバラバラに分散する。各分子にはアミノ基が含まれているが、このアミノ基は極性基であるため、金属粉末２０の各粒子の表面に速やかに吸着することができる。これは、極性基が有する孤立電子対と、金属粉末２０の各粒子表面の吸着サイトとの相互作用によって、有機アミノ類と金属粉末２０とが効率的に吸着しているものと推察される。その結果、有機アミン類は、各粒子の表面に緻密で強固な被膜４１を形成することができる。
【００４２】
このようにして形成された被膜４１は、金属粉末２０の各粒子の表面にある凹凸を緩和することによって、表面の平滑性を高めることができる。これにより、各粒子同士の潤滑性が高くなり、水アトマイズ粉末５０は、流動性に優れたものとなる。それに加え、被膜４１は、金属粉末２０が酸素や水分等に直接触れるのを防止するため、水アトマイズ粉末５０は、耐酸化性および耐候性に優れたものとなる。
【００４３】
懸濁水３０に対する添加剤４０の添加量は、有機アミン類の量に基づいて設定される。具体的には、添加剤４０の添加量は、水アトマイズ粉末５０の重量に対して０．００５〜１０質量％となるような量であるのが好ましく、０．０１〜５質量％程度となるような量であるのがより好ましい。これにより、必要かつ十分な厚さの被膜４１を形成することができる。その結果、被膜４１に十分な平滑性が付与されるとともに、被膜４１によって金属粉末２０の耐酸化性および耐候性の向上を図ることができる。
【００４４】
本発明で用いる有機アミン類としては、例えば、アルキルアミン類、シクロアルキルアミン類、アルカノールアミン類、アリルアミン類、アリールアミン類、アルコキシアミン類、またはこれらの誘導体等の中から水溶性のものが挙げられるが、この中でも特にアルキルアミン類、シクロアルキルアミン類、アルカノールアミン類およびこれらの誘導体のうちの少なくとも１種が好ましく用いられる。これらのアミン類は、十分な水溶性を有するとともに、十分な耐酸化性を有する被膜４１を形成することができる。
【００４５】
アルキルアミン類としては、例えば、ｎ−ヘキシルアミン、ｎ−ヘプチルアミン、ｎ−オクチルアミン（ノルマルオクチルアミン）、２−エチルヘキシルアミンのようなモノアルキルアミン類、ジイソブチルアミンのようなジアルキルアミン類、ジイソプロピルエチルアミンのようなトリアルキルアミン類等が挙げられる。
また、シクロアルキルアミン類としては、例えば、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン等が挙げられる。
【００４６】
また、アルカノールアミン類としては、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ−アミノエチルエタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン等が挙げられる。
【００４７】
さらに、これらの有機アミン類の誘導体としては、特に限定されないが、好ましくは有機アミン類の亜硝酸塩、有機アミン類のカルボン酸塩、有機アミン類のクロム酸塩等を用いることができる。このようなアミン類も、十分な水溶性を有するとともに、十分な耐酸化性を有する被膜４１を形成することができる。
また、水溶性の有機アミン類は、沸点が１００℃超のものが好ましく用いられる。このような有機アミン類は、脱水工程において気化してしまうことが防止される。その結果、脱水工程において有機アミン類が確実に残存し、被膜４１が確実に形成されることとなる。
【００４８】
また、添加剤４０には、前述したような有機アミン類以外の成分を含んでいてもよい。かかる成分としては、例えば、界面活性剤、有機溶剤等が挙げられる。
界面活性剤には、例えば、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤等を用いることができる。
また、添加剤４０を添加した後、ミキサー２００によって懸濁水３０を攪拌することにより、添加剤４０が金属粉末２０と均一に混じり合うことができる。その結果、金属粉末２０の各粒子のそれぞれに、より均一な被膜４１を形成することができる。特にミキサー２００は、金属粉末２０と添加剤４０のように、混合割合に大きな差がある原材料を均一に混合するのに適しているため、被膜４１のさらなる均一化を図ることができる。
【００４９】
また、図４に示すミキサー２００では、懸濁水３０を攪拌しつつ、容器２０４の外側面に隣接して設けられた流路にスチームを流すことによって懸濁水３０を乾燥させる。
なお、懸濁水３０の攪拌後、一旦、懸濁水３０を濾過して水アトマイズ粉末５０と冷却水２５とを濾別した後に、スチームによる乾燥を行うようにしてもよい。
このようにして形成された被膜４１は、その平均厚さが１〜２０ｎｍ程度であるのが好ましく、１〜５ｎｍ程度であるのがより好ましい。このような被膜４１は、潤滑性や耐酸化性の観点から必要かつ十分な厚さを有するものとなる。なお、平均厚さが前記上限値を上回ってもよいが、例えば、本実施形態のように水アトマイズ粉末５０を用いて金属粉末焼結体を製造するような場合に、多量の被膜４１が焼結体中に残存してしまったり、焼結体の密度が低下してしまうのを防止することができる。
【００５０】
また、有機アミン類の極性基が金属粉末２０の表面に吸着したとき、有機アミン類の疎水性基がその反対側に露出する。特に前述したようなアルキルアミン類、シクロアルキルアミン類では、この傾向が顕著である。この場合、水アトマイズ粉末５０（被膜４１）の表面は、疎水性を示す。このため、水アトマイズ粉末５０は、水分の付着や浸透を抑制し、水分による金属粉末２０の酸化を抑制することができる。このような理由から、水アトマイズ粉末５０は、特に優れた耐酸化性を有するものとなる。
【００５１】
なお、本工程では、図４に示すミキサー２００の懸濁水３０における冷却水２５の含有率は、３〜３０質量％程度であるのが好ましく、５〜２０質量％程度であるのがより好ましい。冷却水２５を前記範囲内にすることにより、有機アミン類が溶解した冷却水２５を、金属粉末２０の全体に確実に回すことができる。これにより、攪拌に伴う発熱量を十分に抑制することができ、熱による金属粉末２０や添加剤４０の変質・劣化を防止することができる。
【００５２】
なお、含有率が前記下限値を下回った場合、冷却水２５が金属粉末２０の全体に行き渡らないばかりか、懸濁水３０を攪拌した際の摩擦による発熱量が著しく増大するおそれがある。一方、含有率が前記上限値を上回った場合、除去すべき冷却水２５の量が膨大になり、脱水工程に長時間を要するおそれがある。
また、本発明のように、脱水工程において、懸濁水３０中に添加剤４０を添加することによって、被膜４１を形成するために必要最小限の量の添加剤４０を添加しさえすれば、効率的に被膜４１が形成される。すなわち、添加剤４０の消費量を抑制することができる。その結果、添加剤４０による環境負荷を低減することができる。
以上のようにして、図５に示すような、金属粉末２０と、その各粒子の表面を覆う被膜４１とを有する水アトマイズ粉末５０（本発明の水アトマイズ粉末）が得られる。
【００５３】
ここで、金属粉末２０は、いかなる金属材料の粉末であってもよい。
具体的には、金属粉末２０に用いられる金属材料として、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、またはこれらの合金が挙げられる。
このうち、金属粉末２０には、ステンレス鋼、ダイス鋼、高速度工具鋼、低炭素鋼、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の各種Ｆｅ基合金の粉末が好ましく用いられる。このようなＦｅ基合金は、機械的特性に優れているため、水アトマイズ粉末５０およびこれを用いて製造された焼結体は、広範な用途に用いることができる。
【００５４】
なお、ステンレス鋼としては、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３２９、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４０、ＳＵＳ６３０等が挙げられる。
ここで、これらのＦｅ基合金は、水アトマイズ法によって粉末化した場合、粒子の形状が異形状になり易いという問題があった。このため、金属粉末の流動性が低く、特に粉末冶金用の金属粉末として用いた場合、成形性の悪化を招き易かった。また、Ｆｅ基合金は、比較的酸化し易いため、その粉末の取り扱いには、従来、密閉したり、非酸化性雰囲気で保存する等の手間がかかるという問題もあった。
【００５５】
これに対し、水アトマイズ粉末５０では、被膜４１の表面の平滑性によって、異形状の粒子を含んでいても十分な流動性が得られる。このため、粉末冶金用の金属粉末として特に有用なものとなる。また、被膜４１は耐酸化性および疎水性をも有していることから、内側の金属粉末２０の酸化を確実に防止することができる。その結果、通常の大気雰囲気での保存も容易になり、水アトマイズ粉末５０の低コスト化を図ることができる。
【００５６】
なお、金属粉末２０の平均粒径は、特に限定されないが、好ましくは１〜３０μｍ程度、より好ましくは３〜２０μｍ程度とされる。このような比較的粒径の小さい金属粉末２０は、比表面積が極めて大きいため、各粒子が凝集し易く、本来流動性は低いが、水アトマイズ粉末５０では、被膜４１の作用によってその流動性を十分に高めることができる。したがって、粉末冶金の分野においては、粒径の小さい水アトマイズ粉末５０を高密度に充填することができるため、高密度の焼結体を容易に製造することができる。また、金属材料の機械的強度は、結晶粒径の１／２乗に反比例して高まることが経験的に知られている。すなわち、粒径が小さい水アトマイズ粉末５０を用いることによって、焼結体中の結晶粒径が小さくなり、その機械的強度を飛躍的に高めることができる。したがって、水アトマイズ粉末５０を用いて製造された焼結体は、特に高強度なものとなる。
【００５７】
また、比表面積が大きいことによって、酸化され易いという問題もあるが、被膜４１が有する耐酸化性によって、金属粉末２０の酸化を抑制し、酸素含有率の低い焼結体が得られる。
なお、水アトマイズ粉末５０の流動性は、例えばタップ密度によって定量的に評価される。
【００５８】
具体的には、水アトマイズ粉末５０のタップ密度は、金属粉末２０のタップ密度よりも高くなる。このことから、被膜４１の存在によって水アトマイズ粉末５０の流動性が向上していることが定量的に示される。
より具体的には、水アトマイズ粉末５０として、タップ密度が、金属粉末２０のタップ密度の１．０５倍以上のものが得られる。このようにタップ密度の十分な向上が図られた水アトマイズ粉末５０は、例えば所定の形状に成形された際に、低比重の添加剤４０の添加を補って余りある十分な充填性を示す。すなわち、被膜金属粉末５０を形成してなる成形体は、低比重の被膜４１を含んでいるので、金属粉末２０のみで成形体を形成する場合に比べて密度が低くなるおそれがあるが、被膜金属粉末５０の流動性の向上がこの密度の低下を補って余りあるので、より高密度のものとなる。
【００５９】
なお、水アトマイズ粉末５０のタップ密度の上限は、流動性が高ければよいので特に限定されないが、理論的には、金属粉末２０の構成材料の真密度未満である。
金属粉末２０がＦｅ基合金粉末である場合、水アトマイズ粉末５０としてタップ密度が４．５ｇ／ｃｍ３以上のものを得ることができる。このような高タップ密度の水アトマイズ粉末５０は、十分な流動性を有していると言えるので、特に、高密度の焼結体を製造可能な粉末冶金用の金属粉末として好適に用いられる。
【００６０】
なお、本実施形態では、乾燥に先立って添加剤４０を添加するようにしたが、乾燥の途中で添加剤４０を添加するようにしてもよい。
また、溶融金属１０を粉末化する金属粉末製造装置１００の形態は、前述したものに限定されず、例えば、筒体の内壁面に沿って旋回する冷却水に溶融金属を接触させるような高速回転水流アトマイズ装置等であってもよい。
さらに、懸濁水３０の攪拌・乾燥は個別に行うようにしてもよく、その場合、図４に示すミキサー以外の各種混合機と各種乾燥機を用いることができる。
【００６１】
＜焼結体の製造方法＞
次に、本発明の焼結体の製造方法について説明する。
［Ｄ］成形工程
まず、水アトマイズ粉末５０と有機バインダ６０とを混合する。
次いで、得られた混合物を、所定の形状に成形し、成形体７０を得る。
【００６２】
成形体の製造方法（成形方法）は、特に限定されず、例えば、金属粉末射出成形（ＭＩＭ：Metal Injection Molding）法、圧縮成形（圧粉成形）法、押出成形法等が挙げられる。
このうちＭＩＭ法は、比較的小型のものや、複雑で微細な形状の成形体をニアネット（最終形状に近い形状）で製造することができる。
【００６３】
以下、成形方法の一例として、ＭＩＭ法による成形体７０の製造について説明する。
まず、水アトマイズ粉末５０と有機バインダ６０とを混練し、混練物（またはこの混練物のペレット）を得る。次いで、この混練物を射出成形機により成形型内に射出し、所望の形状の成形体７０を製造する。
このようにして得られた成形体７０は、有機バインダ６０中に水アトマイズ粉末５０がほぼ均一に分散した状態となっている。
【００６４】
ここで、水アトマイズ粉末５０は、流動性に優れているため、混練物も優れた流動性を有するものとなる。このため、水アトマイズ粉末５０を含む混練物は、成形型のキャビティの隅々まで確実に流れることができ、成形体７０はキャビティの形状が忠実に転写されたものとなる。また、流動性が高いことによって、混練物は、キャビティ内に疎密なく均一に流れることができる。その結果、均質で個体差の少ない成形体７０を効率よく作製することができる。
【００６５】
なお、製造される成形体７０の形状寸法は、以後の脱脂および焼成による成形体７０の収縮分を見込んで決定される。
射出成形の条件としては、用いる水アトマイズ粉末５０の金属組成や粒径、有機バインダ６０の組成およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、材料温度は、好ましくは８０〜２００℃程度、射出圧力は、好ましくは２〜３０ＭＰａ（２０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ２）程度とされる。
【００６６】
また、前述したように、有機アミン類の極性基が金属粉末２０の表面に吸着したとき、有機アミン類の疎水性基はその反対側に露出するため、被膜４１の表面には疎水性が発現する。したがって、水アトマイズ粉末５０の表面は親油性を示し、有機バインダ６０に対して高い親和性（濡れ性）を有するものとなる。その結果、水アトマイズ粉末５０と有機バインダ６０との混合物（混練物）は、前述した親和性に基づいて高い流動性を有するものとなるため、形状転写性および充填性の高い成形体７０を得ることができる。
【００６７】
［Ｅ］脱脂工程
前記成形工程で得られた成形体７０に対し、脱脂処理（脱バインダ処理）を施す。これにより、脱脂体８０を得る。
脱脂処理は、成形体７０を加熱することにより、熱分解によって成形体７０中の有機バインダ６０を除去する。
【００６８】
脱脂処理における加熱温度は、有機バインダ６０の組成等に応じて若干異なるが、１００〜７５０℃程度であるのが好ましく、１５０〜６００℃程度であるのがより好ましい。成形体７０中の有機バインダ６０を効率よく除去することができる。
また、成形体７０中の水アトマイズ粉末５０の被膜４１は、この脱脂工程において分解（または揮発）・除去されるものが好ましい。被膜４１がこのような分解性（または揮発性）を有するように、その組成等を適宜設定することにより、最終的に得られる焼結体９０中に被膜４１の成分が残存するのを確実に防止することができる。
【００６９】
また、脱脂処理における加熱時間は、成形体７０の体積や加熱温度に応じて異なるものの、加熱温度が前記範囲内であった場合、０．１〜２０時間程度とするのが好ましく、０．５〜１５時間程度とするのがより好ましい。これにより、成形体７０の脱脂を必要かつ十分に行うことができる。
また、脱脂処理における雰囲気としては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気、水素ガス等の還元性ガス雰囲気、またはこれらを減圧した減圧（真空）雰囲気等が挙げられる。
【００７０】
なお、本脱脂工程において、成形体７０中の有機バインダ６０の全部を除去するのではなく、一部を残すようにしてもよい。
また、被膜４１の主成分である水溶性の有機アミン類には、有機バインダ６０よりも分解温度（または揮発温度）が低いものを用いるのが好ましい。これにより、脱脂工程において、被膜４１が有機バインダ６０よりも先に除去されることになる。その結果、被膜４１が存在していた部分に空孔が形成される。この空孔は、必然的に成形体７０の外部と連通しているため、昇温に伴って、今度は有機バインダ６０の分解物がこの空孔を介して成形体７０の外部に排出される。このようにして、有機バインダ６０の突発的な揮発に伴い、成形体７０に割れ等が生じるのを確実に防止しつつ、成形体７０の脱脂をより効率よく行うことができる。
【００７１】
なお、被膜４１は金属粉末２０の表面を覆うようにして、成形体７０の全体に均一に分散しているので、前述した空孔も成形体７０の全体にわたって均一に形成されることとなる。したがって、成形体７０は、均一に脱脂されることになり、最終的に均質な焼結体９０を得ることができる。
また、被膜４１が先に除去される場合、本脱脂工程を、脱脂条件の異なる複数の過程（ステップ）に分けて行うようにしてもよい。すなわち、被膜４１が除去され、有機バインダ６０は除去されないような加熱温度で一定時間保持した後、今度は、有機バインダ６０が除去されるような加熱温度で一定時間保持するようにすれば、前述したような空孔を介した有機バインダ６０の除去が促進されることとなる。その結果、効率よく確実な脱脂処理が可能になる。
また、有機バインダ６０は、前述した被膜４１の主成分である水溶性の有機アミン類を含んでいるのが好ましい。これにより、被膜４１の分解とともに、有機バインダ６０の一部にも分解が生じる。その結果、本脱脂工程において、有機バインダ６０の脱脂をさらに促進することができる。
【００７２】
［Ｆ］焼成工程
前記脱脂工程で得られた脱脂体８０を、焼成炉で焼成する。この焼結により、脱脂体８０中の金属粉末２０は、各粒子同士の界面で拡散が生じ、結晶組織となる。その結果、焼結体９０が得られる。
焼成温度は、金属粉末２０の組成や粒径等に応じて異なるものの、例えば、金属粉末２０がＦｅ基合金粉末である場合、１０００〜１４００℃程度であるのが好ましく、１１００〜１３５０℃程度であるのがより好ましい。このような温度で脱脂体８０を焼成することにより、結晶組織が必要以上に肥大化するのを防止することができる。その結果、微小な結晶組織を含み、機械的特性および化学的特性に優れた焼結体９０を得ることができる。
【００７３】
また、焼成時間は、焼成温度を前記範囲内とする場合、０．２〜７時間程度であるのが好ましく、１〜４時間程度であるのがより好ましい。焼成時間を前記範囲内とすることにより、脱脂体８０の焼結をより最適化して、結晶組織の肥大化を確実に防止しつつ焼結させることができる。
焼成の際の雰囲気は、特に限定されないが、水素、のような還元性雰囲気、窒素、ヘリウム、アルゴンのような不活性雰囲気、これら各雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられる。
【００７４】
以上のようにして、焼結体９０を得ることができる。
このようにして得られた焼結体９０は、水アトマイズ粉末５０の流動性が高いことから、成形体７０の形状転写性および充填性が高くなり、その結果、寸法精度に優れた高密度のものとなる。
また、本発明では、金属粉末２０を水アトマイズ法により形成しているため、得られた金属粉末２０は、特に微細な（小粒径の）ものが得られる一方、異形状の粒子が多く含まれ、流動性が低くなるが、被膜４１の作用によりこのような金属粉末２０であっても高密度でかつ高強度の焼結体９０が得られる。
【００７５】
さらに、水アトマイズ粉末５０の各粒子が備える被膜４１は、金属粉末２０を保護し、金属粉末２０の酸化を防止することができる。このため、水アトマイズ粉末５０は、耐酸化性および耐候性に優れたものとなる。そして、この水アトマイズ粉末５０を用いて製造された焼結体９０は、酸素含有率が低く、耐酸化性および耐候性等の化学的特性に加え、電磁気的特性や機械的特性にも優れた高品位のものが得られる。
【００７６】
以上、本発明の水アトマイズ粉末の製造方法、水アトマイズ粉末および焼結体の製造方法について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、水アトマイズ粉末の製造方法および焼結体の製造方法では、必要に応じて、任意の工程を追加することもできる。
【００７７】
また、本発明の水アトマイズ粉末は、例えば、ショットブラストに用いる研削材や、溶射材料等としても好適である。例えば、本発明の水アトマイズ粉末を研削材として用いた場合、極めて小さな粒径であっても高い流動性を示す研削材となるため、研削面の平滑性を維持しつつ、均一に研削することが可能になる。また、本発明の水アトマイズ粉末を溶射材料として用いた場合には、溶射材料の流動性が高いため、溶射面に材料の塊が出来難くなり、均一な溶射膜を形成することが可能になる。
【実施例】
【００７８】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．水アトマイズ粉末および焼結体の製造
（実施例１）
［１］まず、原材料としてＦｅ基合金（ＡＩＳＩ ４３４０）を高周波誘導炉で溶融するとともに、図２に示す金属粉末製造装置を用いて水アトマイズ法により溶融金属を粉末化した。これにより金属粉末を得た。
【００７９】
なお、ＡＩＳＩ ４３４０の組成（鋼種）は、Ｃ：０．３８〜０．４３質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．６０〜０．８０質量％、Ｐ：０．０３５質量％以下、Ｓ：０．０４０質量％以下、Ｎｉ：１．６５〜２．００質量％、Ｃｒ：０．７０〜０．９０質量％、Ｍｏ：０．２０〜０．３０質量％、Ｆｅ：残部である。
得られた金属粉末は、水アトマイズ法の際に溶融金属に向けて噴射した冷却水とともに、懸濁水の状態で回収される。
また、得られた金属粉末の平均粒径を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）により行ったところ、平均粒径は１０μｍであった。
【００８０】
［２］次に、懸濁水を図４に示すミキサーに投入した。なお、ミキサーに投入した懸濁水中の水分含有率は、１５質量％とした。
次いで、ミキサー中に、さらに添加剤としてアルキルアミン誘導体を添加した。なお、アルキルアミン誘導体の添加量は、金属粉末の質量に対して０．０４５質量％になる量とした。
【００８１】
そして、懸濁水を攪拌しつつ乾燥させた。これにより、金属粉末の各粒子をアルキルアミン誘導体の被膜で被覆してなる被膜金属粉末を得た。
また、得られた水アトマイズ粉末について定性分析を行ったところ、アルキルアミン誘導体の存在が確認できた。このことから、前述したアルキルアミン誘導体は、乾燥によって揮発することなく、被膜として金属粉末の各粒子を被覆していると推察される。
なお、金属粉末の比表面積および添加剤の添加量から、水アトマイズ粉末の被膜の平均厚さを算出したところ、被膜の平均厚さは３ｎｍであった。
［３］次に、水アトマイズ粉末と、ポリプロピレンとワックスの混合物（有機バインダ）とを、質量比で９：１となるように秤量して混合原料を得た。
次に、混合原料を混練機で混練し、コンパウンドを得た。
【００８２】
［４］次に、このコンパウンドを、以下に示す成形条件で成形し、成形体を作製した。
＜成形条件＞
・成形方法：射出成形法
・成形形状：２０ｍｍ角の立方体形状
・材料温度：１５０℃
・射出圧力：１１ＭＰａ（１１０ｋｇｆ／ｃｍ２）
【００８３】
［５］次に、得られた成形体に対して、以下に示す脱脂条件で熱処理（脱脂処理）を施し、脱脂体を得た。
＜脱脂条件＞
・脱脂温度 ：５２０℃
・脱脂時間 ：５時間
・脱脂雰囲気：窒素ガス雰囲気
【００８４】
［６］次に、得られた脱脂体を、以下に示す焼成条件で焼成した。このようにして焼結体を１０個作製した。
＜焼成条件＞
・焼成温度 ：１２００℃
・焼成時間 ：２．５時間
・焼成雰囲気：減圧Ａｒ雰囲気
・雰囲気圧力：１．３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）
【００８５】
（実施例２）
添加剤をシクロアルキルアミン誘導体に変更した以外は、前記実施例１と同様にして水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
（実施例３）
添加剤をアルカノールアミン誘導体に変更した以外は、前記実施例１と同様にして水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００８６】
（実施例４）
原材料を、Ｆｅ基合金（２％Ｎｉ−Ｆｅ）に変更した以外は、前記実施例１と同様にして、水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
なお、２％Ｎｉ−Ｆｅの組成は、Ｃ：０．４〜０．６質量％、Ｓｉ：０．３５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以下、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０４５質量％以下、Ｎｉ：１．５〜２．５質量％、Ｃｒ：０．２質量％以下、Ｆｅ：残部である。
また、得られた金属粉末の平均粒径は６μｍであった。
【００８７】
（実施例５）
原材料を、Ｆｅ基合金（ＳＵＳ−３１６Ｌ）に変更し、水アトマイズ法の条件を変更した以外は、前記実施例１と同様にして、水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
なお、得られた金属粉末の平均粒径は４μｍであった。
【００８８】
（実施例６）
原材料を、Ｆｅ基合金（ＳＵＳ−３１６Ｌ）に変更し、水アトマイズ法の条件を変更した以外は、前記実施例１と同様にして、水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
なお、得られた金属粉末の平均粒径は８μｍであった。
【００８９】
（実施例７）
原材料を、９．５Ｃｒ−３Ｓｉに変更し、水アトマイズ法の条件を変更した以外は、前記実施例１と同様にして、水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
なお、９．５Ｃｒ−３Ｓｉの組成は、Ｃ：０．０１５質量％以下、Ｓｉ：２．９０〜３．３０質量％、Ｍｎ：０．２０質量％以下、Ｐ：０．０４０質量％以下、Ｓ：０．０２０質量％以下、Ｎｉ：２．００質量％以下、Ｃｒ：９．１０〜９．７０質量％、Ｍｏ：０．２０質量％以下、Ｆｅ：残部である。
また、得られた金属粉末の平均粒径２３μｍであった。
【００９０】
（実施例８）
原材料を、Ｎｉ−２０Ｃｒ−ＬＣに変更し、水アトマイズ法の条件を変更した以外は、前記実施例１と同様にして、水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
なお、Ｎｉ−２０Ｃｒ−ＬＣの組成は、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：０．５０〜１．２０質量％、Ｍｎ：０．５０質量％以下、Ｐ：０．０３５質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｆｅ：０．５０質量％以下、Ｃｒ：１９．００〜２１．００質量％、Ｎｉ：残部である。
また、得られた金属粉末の平均粒径３３μｍであった。
【００９１】
（比較例１）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例１と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
（比較例２）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例４と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００９２】
（比較例３）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例５と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
（比較例４）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例６と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００９３】
（比較例５）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例７と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
（比較例６）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例８と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００９４】
（比較例７）
懸濁水への添加剤の添加を省略するとともに、コンパウンド中に非水溶性のステアリン酸亜鉛（脂肪酸金属塩）を０．０１質量％の割合で添加した以外は、前記実施例１と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
（比較例８）
懸濁水への添加剤の添加を省略するとともに、コンパウンド中に非水溶性のステアリン酸亜鉛（脂肪酸金属塩）を０．０１質量％の割合で添加した以外は、前記実施例４と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００９５】
（比較例９）
懸濁水への添加剤の添加を省略するとともに、コンパウンド中に非水溶性のステアリン酸アミドを０．０１質量％の割合で添加した以外は、前記実施例１と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
（比較例１０）
懸濁水への添加剤の添加を省略するとともに、コンパウンド中に非水溶性のステアリン酸アミドを０．０１質量％の割合で添加した以外は、前記実施例４と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００９６】
２．評価
２．１ 粉末流動性の評価
各実施例および各比較例で得られた水アトマイズ粉末の流動性を評価するため、ＪＩＳ Ｚ ２５１２に規定の方法に基づき、水アトマイズ粉末のタップ密度を測定した。
【００９７】
２．２ 焼結体の寸法精度の評価
各実施例および各比較例で得られた焼結体について、寸法精度を評価した。なお、寸法精度の評価にあたっては、金属粉末射出成形法を用いた粉末冶金分野における一般公差（±０．５％）と以下の評価基準に基づいて評価した。
＜寸法精度の評価基準＞
◎：全ての焼結体が一般公差内である
○：一般公差から外れた焼結体が１個である
△：一般公差から外れた焼結体が２〜４個である
×：一般公差から外れた焼結体が５個以上である
【００９８】
２．３ 焼結体の相対密度の評価
各実施例および各比較例で得られた焼結体について、アルキメデス法により密度を測定した。そして、各原材料の真密度から相対密度を算出した。
２．４ 焼結体中の酸素含有率の測定
各実施例および各比較例で得られた焼結体の酸素含有率を、酸素窒素同時分析装置（ＬＥＣＯ社製、ＴＣ−３００型）により測定した。
以上、２．１〜２．４の測定結果を表１に示す。
【００９９】
【表１】
【０１００】
表１から明らかなように、各実施例で得られた金属粉末（水アトマイズ粉末）は、各比較例で得られた金属粉末に比べてタップ密度が高かった。このため、各実施例で得られた粉末冶金用金属粉末は、流動性が高いことが明らかとなった。
また、各実施例では、いずれも各比較例に比べて寸法精度および相対密度が高く、酸素含有率が低い高品位な焼結体が得られた。
また、各比較例７〜１０で得られた焼結体では、非水溶性の添加剤を用いたことによって、相対密度の若干の向上が認められたが、実施例１〜４には及ばなかった。また、各比較例７〜１０で得られた焼結体は、酸素含有率が高かった。これは、金属粉末の製造後、コンパウンドの製造までの間に、金属粉末が酸化してしまったためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の水アトマイズ粉末の製造方法の実施形態を説明するための工程図である。
【図２】金属粉末製造装置の構成を示す模式図（縦断面図）である。
【図３】図２中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大詳細図（模式図）である。
【図４】脱水工程において用いるミキサーを示す縦断面図である。
【図５】本発明の水アトマイズ粉末の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０……溶融金属 １１……液滴 ２０……金属粉末 ２５……冷却水 ２５１……水ジェット ２６……頂部 ３０……懸濁水 ４０……添加剤 ４１……被膜 ５０……水アトマイズ粉末 ６０……有機バインダ ７０……成形体 ８０……脱脂体 ９０……焼結体 １００……金属粉末製造装置（アトマイザ） １０２……供給部 １２１……底部 １２２……内部空間（内腔部） １２３……吐出口 １０３……ノズル １３１……第１の流路 １３２……第２の流路 １３３……内径漸減部 １３３１……部分 １３４……オリフィス １３５……貯留部 １３６……導入路 １３７……間隙 １０４……第１の部材 １４１……上端面 １０５……第２の部材 １５１……下端面 ２００……ミキサー ２０１……台座 ２０２……支柱 ２０３……支持部 ２０４……容器 ２０５……蓋部 ２０６……撹拌翼 ２０７……モータ ２０８……流路 Ｇ……空気（気体） Ｏ……中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水アトマイズ粉末の製造方法、水アトマイズ粉末および焼結体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉末冶金法では、金属粉末と有機バインダとを混合し、所定の形状に成形して成形体とした後、この成形体を脱脂・焼成することによって焼結体を得る。このようにして得られた焼結体は、比較的複雑な形状であっても目的とする形状に近いものとなり、後加工の加工量が少なくて済む。また、金型を用いて成形するため、均一な品質の焼結体を効率よく大量に生産することができる。これにより、生産コストの低減を容易に図ることができる。
【０００３】
粉末冶金に用いられる金属粉末は、例えば、特許文献１に記載の方法により製造される。この方法は、溶融金属に向けて冷却水を高圧のジェットとして噴出し、溶融金属を飛散させつつ冷却・固化することによって微細な金属粉末を製造する方法（以下、「水アトマイズ法」と言う。）である。このようにして製造された金属粉末は、溶融金属が冷却水の高圧ジェットによって激しく分断されることによって製造されるため、異形状の粒子を多く含んでいる。
【０００４】
このような異形状の粒子は、相互の潤滑性が低いことから、金属粉末の流動性が低い。このため、水アトマイズ法により製造された金属粉末は、成形時の流動性が低く、成形型の隅々まで流れ難いことが問題となっている。そして、成形体の寸法精度や形状転写性が低下する問題を招いている。
そこで、特許文献２には、混合物中に脂肪酸金属塩の粒子を添加し、これにより混合物の流動性を高める方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献２に開示の方法では、金属粉末と有機バインダとの混合物中で、金属粉末と脂肪酸金属塩の粒子とが均一に分散するのは困難であるため、金属粉末同士の潤滑性が一様に向上することは期待できない。したがって、混合物の流動性を十分に高めることは難しく、成形時の充填性が低下するため、高密度の焼結体を得ることは困難である。
また、焼結体中に脂肪酸金属塩の分解物等が多量に残存する。特に、脂肪酸金属塩は金属原子を含んでいるため、焼結体の各種特性に悪影響を及ぼすことが懸念される。
【０００６】
【特許文献１】特公平３−５５５２２号公報
【特許文献２】特開２０００−２７３５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、各粒子表面の摩擦抵抗を緩和する被膜を備え、これにより流動性の高い水アトマイズ粉末を効率よく製造可能な水アトマイズ粉末の製造方法、かかる水アトマイズ粉末の製造方法により製造された水アトマイズ粉末、およびこの水アトマイズ粉末を用いて、高密度で寸法精度に優れた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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法は、冷却水の水流に金属材料を溶融してなる溶融金属を衝突させ、前記溶融金属を飛散させて粉末化するとともに、冷却・固化させ、金属粉末が前記冷却水に懸濁してなる懸濁水を得る粉末化工程と、
前記分散液から前記冷却水を除去する脱水工程とを有し、
前記脱水工程の前または途中に、前記懸濁水中に、水溶性の有機アミン類を含む添加剤を添加することにより、前記金属粉末の表面が前記添加剤の被膜で被覆されてなる水アトマイズ粉末を得ることを特徴とする。
これにより、各粒子表面に潤滑性を有する被膜を備え、これにより流動性の高い水アトマイズ粉末を効率よく製造することができる。
【０００９】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記水溶性の有機アミン類は、アルキルアミン、シクロアルキルアミン、アルカノールアミンおよびこれらの誘導体のうちの少なくとも１種であることが好ましい。
これらのアミン類は、十分な水溶性を有するとともに、十分な耐酸化性を有する被膜を形成することができる。
【００１０】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記有機アミン類の誘導体は、有機アミン類の亜硝酸塩、有機アミン類のカルボン酸塩または有機アミン類のクロム酸塩であることが好ましい。
これらのアミン類は、十分な水溶性を有するとともに、十分な耐酸化性を有する被膜を形成することができる。
【００１１】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記水溶性の有機アミン類は、沸点が１００℃超のものであることが好ましい。
このような有機アミン類は、脱水工程において気化してしまうことが防止される。その結果、脱水工程において有機アミン類が確実に残存し、被膜が確実に形成されることとなる。
【００１２】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記水溶性の有機アミン類の添加量は、金属粉末の質量に対して０．００５〜１０質量％であることが好ましい。
これにより、必要かつ十分な厚さの被膜を形成することができる。その結果、被膜に十分な潤滑性が付与されるとともに、被膜によって金属粉末の耐酸化性および耐候性の向上を図ることができる。
【００１３】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記懸濁水を攪拌しつつ、前記添加剤を添加することが好ましい。
これにより、添加剤と金属粉末とが均一に混じり合うことができる。その結果、金属粉末の各粒子のそれぞれに、より均一な被膜を形成することができる。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記攪拌は、バッチ式の強制式ミキサーにより行うことが好ましい。
これにより、金属粉末と添加剤のように、混合割合に大きな差がある原材料を均一に混合することができ、被膜のさらなる均一化を図ることができる。
【００１４】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記被膜の平均厚さは、１〜２０ｎｍであることが好ましい。
これにより、被膜は、潤滑性や耐酸化性の観点から必要かつ十分な厚さを有するものとなる。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記被膜は、その表面が疎水性を有するものであることが好ましい。
これにより、水アトマイズ粉末は、水分の付着や浸透を抑制し、水分による金属粉末の酸化を抑制することができる。その結果、水アトマイズ粉末は、特に優れた耐酸化性を有するものとなる。
【００１５】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記懸濁水における前記冷却水の含有率は、３〜３０質量％であることが好ましい。
これにより、有機アミン類が溶解した冷却水を、金属粉末の全体に確実に回すことができる。また、懸濁水を攪拌した場合には、攪拌に伴う発熱量を十分に抑制することができ、熱による金属粉末や添加剤の変質・劣化を防止することができる。
【００１６】
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記金属粉末は、Ｆｅ基合金粉末であることが好ましい。
Ｆｅ基合金は、機械的特性に優れているため、水アトマイズ粉末およびこれを用いて製造された焼結体は、広範な用途に用いることができる。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法では、前記金属粉末の平均粒径は、１〜３０μｍであることが好ましい。
このような粒径の金属粉末は、比表面積が極めて大きいため、各粒子が凝集し易く、本来流動性は低いが、水アトマイズ粉末では、被膜の作用によってその流動性を十分に高めることができる。したがって、例えば粉末冶金の分野においては、粒径の小さい水アトマイズ粉末を高密度に充填することができるため、高密度の焼結体を容易に製造することができる。また、このような粒径の金属粉末を用いることによって、焼結体中の結晶粒径が小さくなり、その機械的強度を飛躍的に高めることができる。したがって、このような水アトマイズ粉末を用いて製造された焼結体は、特に高強度なものとなる。
【００１７】
本発明の水アトマイズ粉末は、本発明の方法により製造されたことを特徴とする。
これにより、流動性に優れた水アトマイズ粉末が得られる。
本発明の焼結体の製造方法は、本発明の水アトマイズ粉末と、有機バインダとを混合し、得られた混合物を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を脱脂し、脱脂体を得る脱脂工程と、
前記脱脂体を焼成し、焼結体を得る焼成工程とを有することを特徴とする。
これにより、高密度で寸法精度に優れた焼結体が得られる。
本発明の焼結体の製造方法では、前記水アトマイズ粉末中の前記被膜は、前記脱脂工程において除去されることが好ましい。
これにより、特に高密度の焼結体が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の水アトマイズ粉末の製造方法、水アトマイズ粉末および焼結体の製造方法について、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。
＜水アトマイズ粉末の製造方法＞
まず、本発明の水アトマイズ粉末およびその製造方法について説明する。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法によれば、各粒子の表面に被膜を形成することによって、流動性の高い水アトマイズ粉末を効率よく製造し得ることができる。
また、本発明の焼結体の製造方法によれば、上記のようにして製造された水アトマイズ粉末を、所定の形状に成形して成形体とした後、この成形体を脱脂・焼成することによって、寸法精度に優れ、かつ高比重の焼結体を効率よく製造することができる。
【００１９】
図１は、本発明の水アトマイズ粉末の製造方法の実施形態を説明するための工程図である。
本発明の水アトマイズ粉末の製造方法は、図１に示すように、［Ａ］原材料を溶解し、溶融金属１０を得る溶融工程と、［Ｂ］溶融金属１０を粉末化し、金属粉末２０を含む懸濁水３０を得る粉末化工程と、［Ｃ］得られた懸濁水３０に添加剤４０を添加した後、懸濁水３０を乾燥させ、添加剤４０の成分で金属粉末２０の各粒子を被覆してなる水アトマイズ粉末５０を得る脱水工程とを有する。
また、本発明の焼結体の製造方法は、図１に示すように、［Ｄ］水アトマイズ粉末５０を有機バインダ６０と混合し、この混合物を成形して成形体７０を得る成形工程と、［Ｅ］成形体７０を脱脂し、脱脂体８０を得る脱脂工程と、［Ｆ］脱脂体８０を焼成し、焼結体９０を得る焼成工程とを有する。
【００２０】
以下、本発明の水アトマイズ粉末の製造方法および焼結体の製造方法について説明する前に、この製造方法に用いることのできる金属粉末製造装置（アトマイズ装置）について説明する。この金属粉末製造装置は、前記粉末化工程において溶融金属１０を粉末化する際に用いる装置である。
図２は、金属粉末製造装置の構成を示す模式図（縦断面図）、図３は、図２中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大詳細図（模式図）である。なお、以下の説明では、図２および図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図２に示す金属粉末製造装置１００は、溶融金属１０を水アトマイズ法により粉末化して、金属粉末２０を得るために用いられるものである。このような金属粉末製造装置１００は、溶融金属１０を貯留し、供給する供給部（タンディシュ）１０２と、供給部１０２の下方に設けられたノズル１０３とを有している。
【００２１】
以下、各部の構成について説明する。
供給部１０２は、図２に示すように、有底筒状をなす部分を有している。この部分の内部空間１２２には、製造すべき金属粉末２０の原材料（金属材料）を溶融した溶融金属１０が一時的に収納される。
また、前記有底筒状の部分の底部１２１の中央部には、吐出口１２３が設けられている。この吐出口１２３からは、内部空間１２２内の溶融金属１０が下方に向かって自然落下により吐出される。
【００２２】
供給部１０２の下方には、ノズル１０３が設けられている。
このノズル１０３には、供給部１０２から供給された（吐出された）溶融金属１０が通過する第１の流路（溶湯流路）１３１と、冷却水２５を供給する給水源（図示せず）からの冷却水２５が通過する第２の流路１３２とが形成されている。
このうち、第１の流路１３１は、横断面形状が円形をなしており、ノズル１０３の中央部に、鉛直方向に沿って形成されている。
【００２３】
この第１の流路１３１は、図２に示すように、内径が上端面１４１から下方に向かって漸減する、すなわち、収斂形状をなす内径漸減部１３３を有している。この内径漸減部１３３では、ノズル１０３の上方の空気（気体）Ｇが、後述するオリフィス１３４から噴射した冷却水２５の流れに引き込まれる。内径漸減部１３３に引き込まれた空気Ｇは、内径漸減部１３３の内径が最小となる部分１３３１（本実施形態では、オリフィス１３４が開口する部分）付近で、その流速が最大となる。このような空気Ｇの流れが生じることにより、第１の流路１３１の圧力（気圧）は、上方からこの部分１３３１に向かって徐々に低下する。
【００２４】
したがって、吐出口１２３から吐出された溶融金属１０が、第１の流路１３１の上端の投入口から投入され、第１の流路１３１を通過する際に、上記のような減圧された領域を通過する。この通過の際、溶融金属１０が密集しようとする力よりも周囲の減圧の程度が大きくなると、溶融金属１０が飛散（一次分裂）する。そして、溶融金属１０は、多数の液滴１１となる。
【００２５】
また、本実施形態では、内径漸減部１３３の内径が最小となる部分１３３１付近で、溶融金属１０が一次分裂するとしたが、この位置（一次分裂位置）は、内径漸減部１３３やオリフィス１３４の形状等に応じて変化するため、前述の位置に限定されない。
第２の流路１３２は、図３に示すように、第１の流路１３１の下端部に開口するオリフィス１３４と、冷却水２５を一時的に貯留する貯留部１３５と、貯留部１３５からオリフィス１３４に冷却水２５を導入する導入路１３６とにより構成されている。
【００２６】
貯留部１３５は、前記給水源に接続され、当該給水源から冷却水２５が供給される部位である。この貯留部１３５は、導入路１３６を介して、オリフィス１３４と連通している。
導入路１３６は、その縦断面形状がくさび状をなす部位である。導入路１３６がこのような形状をなしていることにより、貯留部１３５から流入した冷却水２５の流速を徐々に高めることができる。これにより、この流速が高まった状態の冷却水２５を、オリフィス１３４から安定して噴射することができる。
【００２７】
オリフィス１３４は、貯留部１３５、導入路１３６を順に通過した冷却水２５を、第１の流路１３１に噴射（噴出）する部位である。
このオリフィス１３４は、第１の流路１３１の内周面の全周にわたってスリット状に開口している。また、オリフィス１３４は、第１の流路１３１の中心軸Ｏに対して傾斜する方向に開口している。
【００２８】
このように形成されたオリフィス１３４により、冷却水２５は、頂部２６が下方に位置し、ほぼ円錐形状をなす水ジェット２５１として噴射される（図３参照）。この水ジェット２５１に液滴１１が接触して飛散（二次分裂）され、さらに微細化される。
また、この際、液滴１１は、冷却・固化される。これにより、金属粉末２０が製造される。
【００２９】
このようにして製造された金属粉末２０は、金属粉末製造装置１００の下部に設けられた容器（図示せず）に回収される。
このような第１の流路１３１および第２の流路１３２を有するノズル１０３は、図２に示すように、円盤状（リング状）の第１の部材１０４と、第１の部材１０４と同心的に設けられた円盤状（リング状）の第２の部材１０５とで構成されている。第２の部材１０５は、第１の部材１０４の下方に間隙１３７を介して設けられている。
【００３０】
すなわち、このように配置された第１の部材１０４と第２の部材１０５とにより、第２の流路１３２、すなわち、オリフィス１３４、導入路１３６および貯留部１３５が画成される。
第１の部材１０４および第２の部材１０５の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、各種金属材料を用いることができ、特に、ステンレス鋼を用いるのが好ましい。
【００３１】
次に、前述した図１に示す各工程について順次説明する。
図４は、脱水工程において用いるミキサーを示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図４中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
［Ａ］溶融工程
まず、金属粉末２０を得るための原材料を溶融し、溶融金属１０を得る。
原材料の溶融は、供給部１０２内で行うようにしてもよいが、別途設けられた溶融炉等で行うようにしてもよい。
【００３２】
［Ｂ］粉末化工程
次に、溶融金属１０を金属粉末製造装置１００の供給部１０２内に投入し、第１の流路１３１の内径漸減部１３３に向けて吐出口１２３から溶融金属１０を吐出する。
このとき、オリフィス１３４から水ジェット２５１をあらかじめ噴射した状態にしておく。吐出口１２３から吐出された溶融金属１０は、内径漸減部１３３を通過しつつ、内径漸減部１３３の内径が最小となる部分１３３１付近で一次分裂する。これにより、液滴１１が生成される。
【００３３】
この液滴１１は、水ジェット２５１と衝突して、さらに微細化（二次分裂）されるとともに、急激に冷却されて固化に至る（アトマイズ法）。このようにして、液滴１１は金属粉末２０となる。得られた金属粉末２０は、冷却水２５（水ジェット２５１）とともに流下する。このようにして、金属粉末２０が冷却水２５に懸濁してなる懸濁水３０が得られる。
【００３４】
［Ｃ］脱水工程
次に、懸濁水３０に添加剤４０を添加した後、懸濁水３０を乾燥させる。これにより、添加剤４０の成分で金属粉末２０の各粒子を被覆してなる水アトマイズ粉末５０が得られる。
本発明では、添加剤４０として、水溶性の有機アミン類を含む添加剤を用いる。添加剤４０は、懸濁水３０中に溶解し、懸濁水３０の全体に拡散する。
【００３５】
その後、懸濁水３０を乾燥させる。この懸濁水３０の乾燥は、懸濁水３０中から冷却水２５を除去し得る方法であれば、いかなる方法で行われてもよい。
例えば、懸濁水３０を撹拌しつつ乾燥する場合、懸濁水３０の撹拌は、バッチ式、連続式等の各種ミキサーにより行うことができ、さらにバッチ式ミキサーにも強制式、重力式等の方式があるが、好ましくは図４に示すようなバッチ式の強制式ミキサー２００により行う。以下、ミキサー２００を用いて懸濁水３０を撹拌しつつ乾燥する方法について詳述する。
【００３６】
図４に示すミキサー２００は、台座２０１と、台座２０１上に鉛直方向に沿って設けられた支柱２０２と、支柱２０２の上端から支柱２０２の左右に伸びる支持部２０３とを有している。
また、ミキサー２００は、容器２０４と、容器２０４の蓋部２０５と、容器２０４の内部で回転し、容器２０４内の内容物を撹拌する２つの撹拌翼２０６、２０６とを有している。そして、蓋部２０５は、支持部２０３の左端に固定されている。一方、蓋部２０５と容器２０４とは分離可能になっており、容器２０４は、支柱２０２に沿って上下に移動可能になっている。これにより、容器２０４を上下に移動することにより、容器２０４に対して蓋部２０５を開閉することができる。
【００３７】
また、支持部２０３の右側にはモータ２０７が設けられている。さらに、蓋部２０５を貫通するように回転軸（図示せず）が挿通されている。この回転軸の下部は、各撹拌翼２０６、２０６に固定されており、一方、回転軸の上部は、図示しない動力伝達機構を介してモータ２０７の動力を受けるようになっている。このような機構により、モータ２０７によって各撹拌翼２０６、２０６を回転させることができる。このようにして各撹拌翼２０６、２０６が回転することにより、容器２０４内の内容物を撹拌することができる。
【００３８】
また、容器２０４の外側面には、スチーム（水蒸気）が通過する流路２０８が隣接している。この流路２０８にスチームを流すことにより、容器２０４とスチームとの間の熱交換を利用して、懸濁水３０を乾燥させることができる。
このようなミキサー２００の容器２０４内に懸濁水３０を投入する。続いて、添加剤４０も容器２０４内に添加する。
【００３９】
懸濁水３０にこのような添加剤４０が添加されると、水溶性の有機アミン類の分子が金属粉末２０の各粒子の表面に吸着し、これにより各粒子の表面に被膜４１が形成される。
その後、懸濁水３０を脱水・乾燥させることによって、水アトマイズ粉末５０が得られる。
また、ミキサー２００によって懸濁水３０を攪拌することにより、金属粉末２０と添加剤４０のように、混合割合に大きな差がある原材料を均一に混合するのに適しているため、被膜４１のさらなる均一化を図ることができる。
【００４０】
ここで、水溶性の有機アミン類について詳述する。
この有機アミン類は、水溶性を有しているため、前述したように懸濁水３０の全体に速やかに分散することができる。これにより、有機アミン類を懸濁水３０の全体に行き渡らせることができ、金属粉末２０の全体にわたって有機アミン類が均一に接触するため、均一な被膜４１を形成することができる。
【００４１】
また、水溶性の有機アミン類は、懸濁水３０中に溶解し、分子がバラバラに分散する。各分子にはアミノ基が含まれているが、このアミノ基は極性基であるため、金属粉末２０の各粒子の表面に速やかに吸着することができる。これは、極性基が有する孤立電子対と、金属粉末２０の各粒子表面の吸着サイトとの相互作用によって、有機アミノ類と金属粉末２０とが効率的に吸着しているものと推察される。その結果、有機アミン類は、各粒子の表面に緻密で強固な被膜４１を形成することができる。
【００４２】
このようにして形成された被膜４１は、金属粉末２０の各粒子の表面にある凹凸を緩和することによって、表面の平滑性を高めることができる。これにより、各粒子同士の潤滑性が高くなり、水アトマイズ粉末５０は、流動性に優れたものとなる。それに加え、被膜４１は、金属粉末２０が酸素や水分等に直接触れるのを防止するため、水アトマイズ粉末５０は、耐酸化性および耐候性に優れたものとなる。
【００４３】
懸濁水３０に対する添加剤４０の添加量は、有機アミン類の量に基づいて設定される。具体的には、添加剤４０の添加量は、水アトマイズ粉末５０の重量に対して０．００５〜１０質量％となるような量であるのが好ましく、０．０１〜５質量％程度となるような量であるのがより好ましい。これにより、必要かつ十分な厚さの被膜４１を形成することができる。その結果、被膜４１に十分な平滑性が付与されるとともに、被膜４１によって金属粉末２０の耐酸化性および耐候性の向上を図ることができる。
【００４４】
本発明で用いる有機アミン類としては、例えば、アルキルアミン類、シクロアルキルアミン類、アルカノールアミン類、アリルアミン類、アリールアミン類、アルコキシアミン類、またはこれらの誘導体等の中から水溶性のものが挙げられるが、この中でも特にアルキルアミン類、シクロアルキルアミン類、アルカノールアミン類およびこれらの誘導体のうちの少なくとも１種が好ましく用いられる。これらのアミン類は、十分な水溶性を有するとともに、十分な耐酸化性を有する被膜４１を形成することができる。
【００４５】
アルキルアミン類としては、例えば、ｎ−ヘキシルアミン、ｎ−ヘプチルアミン、ｎ−オクチルアミン（ノルマルオクチルアミン）、２−エチルヘキシルアミンのようなモノアルキルアミン類、ジイソブチルアミンのようなジアルキルアミン類、ジイソプロピルエチルアミンのようなトリアルキルアミン類等が挙げられる。
また、シクロアルキルアミン類としては、例えば、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン等が挙げられる。
【００４６】
また、アルカノールアミン類としては、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ−アミノエチルエタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン等が挙げられる。
【００４７】
さらに、これらの有機アミン類の誘導体としては、特に限定されないが、好ましくは有機アミン類の亜硝酸塩、有機アミン類のカルボン酸塩、有機アミン類のクロム酸塩等を用いることができる。このようなアミン類も、十分な水溶性を有するとともに、十分な耐酸化性を有する被膜４１を形成することができる。
また、水溶性の有機アミン類は、沸点が１００℃超のものが好ましく用いられる。このような有機アミン類は、脱水工程において気化してしまうことが防止される。その結果、脱水工程において有機アミン類が確実に残存し、被膜４１が確実に形成されることとなる。
【００４８】
また、添加剤４０には、前述したような有機アミン類以外の成分を含んでいてもよい。かかる成分としては、例えば、界面活性剤、有機溶剤等が挙げられる。
界面活性剤には、例えば、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤等を用いることができる。
また、添加剤４０を添加した後、ミキサー２００によって懸濁水３０を攪拌することにより、添加剤４０が金属粉末２０と均一に混じり合うことができる。その結果、金属粉末２０の各粒子のそれぞれに、より均一な被膜４１を形成することができる。特にミキサー２００は、金属粉末２０と添加剤４０のように、混合割合に大きな差がある原材料を均一に混合するのに適しているため、被膜４１のさらなる均一化を図ることができる。
【００４９】
また、図４に示すミキサー２００では、懸濁水３０を攪拌しつつ、容器２０４の外側面に隣接して設けられた流路にスチームを流すことによって懸濁水３０を乾燥させる。
なお、懸濁水３０の攪拌後、一旦、懸濁水３０を濾過して水アトマイズ粉末５０と冷却水２５とを濾別した後に、スチームによる乾燥を行うようにしてもよい。
このようにして形成された被膜４１は、その平均厚さが１〜２０ｎｍ程度であるのが好ましく、１〜５ｎｍ程度であるのがより好ましい。このような被膜４１は、潤滑性や耐酸化性の観点から必要かつ十分な厚さを有するものとなる。なお、平均厚さが前記上限値を上回ってもよいが、例えば、本実施形態のように水アトマイズ粉末５０を用いて金属粉末焼結体を製造するような場合に、多量の被膜４１が焼結体中に残存してしまったり、焼結体の密度が低下してしまうのを防止することができる。
【００５０】
また、有機アミン類の極性基が金属粉末２０の表面に吸着したとき、有機アミン類の疎水性基がその反対側に露出する。特に前述したようなアルキルアミン類、シクロアルキルアミン類では、この傾向が顕著である。この場合、水アトマイズ粉末５０（被膜４１）の表面は、疎水性を示す。このため、水アトマイズ粉末５０は、水分の付着や浸透を抑制し、水分による金属粉末２０の酸化を抑制することができる。このような理由から、水アトマイズ粉末５０は、特に優れた耐酸化性を有するものとなる。
【００５１】
なお、本工程では、図４に示すミキサー２００の懸濁水３０における冷却水２５の含有率は、３〜３０質量％程度であるのが好ましく、５〜２０質量％程度であるのがより好ましい。冷却水２５を前記範囲内にすることにより、有機アミン類が溶解した冷却水２５を、金属粉末２０の全体に確実に回すことができる。これにより、攪拌に伴う発熱量を十分に抑制することができ、熱による金属粉末２０や添加剤４０の変質・劣化を防止することができる。
【００５２】
なお、含有率が前記下限値を下回った場合、冷却水２５が金属粉末２０の全体に行き渡らないばかりか、懸濁水３０を攪拌した際の摩擦による発熱量が著しく増大するおそれがある。一方、含有率が前記上限値を上回った場合、除去すべき冷却水２５の量が膨大になり、脱水工程に長時間を要するおそれがある。
また、本発明のように、脱水工程において、懸濁水３０中に添加剤４０を添加することによって、被膜４１を形成するために必要最小限の量の添加剤４０を添加しさえすれば、効率的に被膜４１が形成される。すなわち、添加剤４０の消費量を抑制することができる。その結果、添加剤４０による環境負荷を低減することができる。
以上のようにして、図５に示すような、金属粉末２０と、その各粒子の表面を覆う被膜４１とを有する水アトマイズ粉末５０（本発明の水アトマイズ粉末）が得られる。
【００５３】
ここで、金属粉末２０は、いかなる金属材料の粉末であってもよい。
具体的には、金属粉末２０に用いられる金属材料として、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、またはこれらの合金が挙げられる。
このうち、金属粉末２０には、ステンレス鋼、ダイス鋼、高速度工具鋼、低炭素鋼、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の各種Ｆｅ基合金の粉末が好ましく用いられる。このようなＦｅ基合金は、機械的特性に優れているため、水アトマイズ粉末５０およびこれを用いて製造された焼結体は、広範な用途に用いることができる。
【００５４】
なお、ステンレス鋼としては、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３２９、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４０、ＳＵＳ６３０等が挙げられる。
ここで、これらのＦｅ基合金は、水アトマイズ法によって粉末化した場合、粒子の形状が異形状になり易いという問題があった。このため、金属粉末の流動性が低く、特に粉末冶金用の金属粉末として用いた場合、成形性の悪化を招き易かった。また、Ｆｅ基合金は、比較的酸化し易いため、その粉末の取り扱いには、従来、密閉したり、非酸化性雰囲気で保存する等の手間がかかるという問題もあった。
【００５５】
これに対し、水アトマイズ粉末５０では、被膜４１の表面の平滑性によって、異形状の粒子を含んでいても十分な流動性が得られる。このため、粉末冶金用の金属粉末として特に有用なものとなる。また、被膜４１は耐酸化性および疎水性をも有していることから、内側の金属粉末２０の酸化を確実に防止することができる。その結果、通常の大気雰囲気での保存も容易になり、水アトマイズ粉末５０の低コスト化を図ることができる。
【００５６】
なお、金属粉末２０の平均粒径は、特に限定されないが、好ましくは１〜３０μｍ程度、より好ましくは３〜２０μｍ程度とされる。このような比較的粒径の小さい金属粉末２０は、比表面積が極めて大きいため、各粒子が凝集し易く、本来流動性は低いが、水アトマイズ粉末５０では、被膜４１の作用によってその流動性を十分に高めることができる。したがって、粉末冶金の分野においては、粒径の小さい水アトマイズ粉末５０を高密度に充填することができるため、高密度の焼結体を容易に製造することができる。また、金属材料の機械的強度は、結晶粒径の１／２乗に反比例して高まることが経験的に知られている。すなわち、粒径が小さい水アトマイズ粉末５０を用いることによって、焼結体中の結晶粒径が小さくなり、その機械的強度を飛躍的に高めることができる。したがって、水アトマイズ粉末５０を用いて製造された焼結体は、特に高強度なものとなる。
【００５７】
また、比表面積が大きいことによって、酸化され易いという問題もあるが、被膜４１が有する耐酸化性によって、金属粉末２０の酸化を抑制し、酸素含有率の低い焼結体が得られる。
なお、水アトマイズ粉末５０の流動性は、例えばタップ密度によって定量的に評価される。
【００５８】
具体的には、水アトマイズ粉末５０のタップ密度は、金属粉末２０のタップ密度よりも高くなる。このことから、被膜４１の存在によって水アトマイズ粉末５０の流動性が向上していることが定量的に示される。
より具体的には、水アトマイズ粉末５０として、タップ密度が、金属粉末２０のタップ密度の１．０５倍以上のものが得られる。このようにタップ密度の十分な向上が図られた水アトマイズ粉末５０は、例えば所定の形状に成形された際に、低比重の添加剤４０の添加を補って余りある十分な充填性を示す。すなわち、被膜金属粉末５０を形成してなる成形体は、低比重の被膜４１を含んでいるので、金属粉末２０のみで成形体を形成する場合に比べて密度が低くなるおそれがあるが、被膜金属粉末５０の流動性の向上がこの密度の低下を補って余りあるので、より高密度のものとなる。
【００５９】
なお、水アトマイズ粉末５０のタップ密度の上限は、流動性が高ければよいので特に限定されないが、理論的には、金属粉末２０の構成材料の真密度未満である。
金属粉末２０がＦｅ基合金粉末である場合、水アトマイズ粉末５０としてタップ密度が４．５ｇ／ｃｍ３以上のものを得ることができる。このような高タップ密度の水アトマイズ粉末５０は、十分な流動性を有していると言えるので、特に、高密度の焼結体を製造可能な粉末冶金用の金属粉末として好適に用いられる。
【００６０】
なお、本実施形態では、乾燥に先立って添加剤４０を添加するようにしたが、乾燥の途中で添加剤４０を添加するようにしてもよい。
また、溶融金属１０を粉末化する金属粉末製造装置１００の形態は、前述したものに限定されず、例えば、筒体の内壁面に沿って旋回する冷却水に溶融金属を接触させるような高速回転水流アトマイズ装置等であってもよい。
さらに、懸濁水３０の攪拌・乾燥は個別に行うようにしてもよく、その場合、図４に示すミキサー以外の各種混合機と各種乾燥機を用いることができる。
【００６１】
＜焼結体の製造方法＞
次に、本発明の焼結体の製造方法について説明する。
［Ｄ］成形工程
まず、水アトマイズ粉末５０と有機バインダ６０とを混合する。
次いで、得られた混合物を、所定の形状に成形し、成形体７０を得る。
【００６２】
成形体の製造方法（成形方法）は、特に限定されず、例えば、金属粉末射出成形（ＭＩＭ：Metal Injection Molding）法、圧縮成形（圧粉成形）法、押出成形法等が挙げられる。
このうちＭＩＭ法は、比較的小型のものや、複雑で微細な形状の成形体をニアネット（最終形状に近い形状）で製造することができる。
【００６３】
以下、成形方法の一例として、ＭＩＭ法による成形体７０の製造について説明する。
まず、水アトマイズ粉末５０と有機バインダ６０とを混練し、混練物（またはこの混練物のペレット）を得る。次いで、この混練物を射出成形機により成形型内に射出し、所望の形状の成形体７０を製造する。
このようにして得られた成形体７０は、有機バインダ６０中に水アトマイズ粉末５０がほぼ均一に分散した状態となっている。
【００６４】
ここで、水アトマイズ粉末５０は、流動性に優れているため、混練物も優れた流動性を有するものとなる。このため、水アトマイズ粉末５０を含む混練物は、成形型のキャビティの隅々まで確実に流れることができ、成形体７０はキャビティの形状が忠実に転写されたものとなる。また、流動性が高いことによって、混練物は、キャビティ内に疎密なく均一に流れることができる。その結果、均質で個体差の少ない成形体７０を効率よく作製することができる。
【００６５】
なお、製造される成形体７０の形状寸法は、以後の脱脂および焼成による成形体７０の収縮分を見込んで決定される。
射出成形の条件としては、用いる水アトマイズ粉末５０の金属組成や粒径、有機バインダ６０の組成およびこれらの配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、材料温度は、好ましくは８０〜２００℃程度、射出圧力は、好ましくは２〜３０ＭＰａ（２０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ２）程度とされる。
【００６６】
また、前述したように、有機アミン類の極性基が金属粉末２０の表面に吸着したとき、有機アミン類の疎水性基はその反対側に露出するため、被膜４１の表面には疎水性が発現する。したがって、水アトマイズ粉末５０の表面は親油性を示し、有機バインダ６０に対して高い親和性（濡れ性）を有するものとなる。その結果、水アトマイズ粉末５０と有機バインダ６０との混合物（混練物）は、前述した親和性に基づいて高い流動性を有するものとなるため、形状転写性および充填性の高い成形体７０を得ることができる。
【００６７】
［Ｅ］脱脂工程
前記成形工程で得られた成形体７０に対し、脱脂処理（脱バインダ処理）を施す。これにより、脱脂体８０を得る。
脱脂処理は、成形体７０を加熱することにより、熱分解によって成形体７０中の有機バインダ６０を除去する。
【００６８】
脱脂処理における加熱温度は、有機バインダ６０の組成等に応じて若干異なるが、１００〜７５０℃程度であるのが好ましく、１５０〜６００℃程度であるのがより好ましい。成形体７０中の有機バインダ６０を効率よく除去することができる。
また、成形体７０中の水アトマイズ粉末５０の被膜４１は、この脱脂工程において分解（または揮発）・除去されるものが好ましい。被膜４１がこのような分解性（または揮発性）を有するように、その組成等を適宜設定することにより、最終的に得られる焼結体９０中に被膜４１の成分が残存するのを確実に防止することができる。
【００６９】
また、脱脂処理における加熱時間は、成形体７０の体積や加熱温度に応じて異なるものの、加熱温度が前記範囲内であった場合、０．１〜２０時間程度とするのが好ましく、０．５〜１５時間程度とするのがより好ましい。これにより、成形体７０の脱脂を必要かつ十分に行うことができる。
また、脱脂処理における雰囲気としては、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気、水素ガス等の還元性ガス雰囲気、またはこれらを減圧した減圧（真空）雰囲気等が挙げられる。
【００７０】
なお、本脱脂工程において、成形体７０中の有機バインダ６０の全部を除去するのではなく、一部を残すようにしてもよい。
また、被膜４１の主成分である水溶性の有機アミン類には、有機バインダ６０よりも分解温度（または揮発温度）が低いものを用いるのが好ましい。これにより、脱脂工程において、被膜４１が有機バインダ６０よりも先に除去されることになる。その結果、被膜４１が存在していた部分に空孔が形成される。この空孔は、必然的に成形体７０の外部と連通しているため、昇温に伴って、今度は有機バインダ６０の分解物がこの空孔を介して成形体７０の外部に排出される。このようにして、有機バインダ６０の突発的な揮発に伴い、成形体７０に割れ等が生じるのを確実に防止しつつ、成形体７０の脱脂をより効率よく行うことができる。
【００７１】
なお、被膜４１は金属粉末２０の表面を覆うようにして、成形体７０の全体に均一に分散しているので、前述した空孔も成形体７０の全体にわたって均一に形成されることとなる。したがって、成形体７０は、均一に脱脂されることになり、最終的に均質な焼結体９０を得ることができる。
また、被膜４１が先に除去される場合、本脱脂工程を、脱脂条件の異なる複数の過程（ステップ）に分けて行うようにしてもよい。すなわち、被膜４１が除去され、有機バインダ６０は除去されないような加熱温度で一定時間保持した後、今度は、有機バインダ６０が除去されるような加熱温度で一定時間保持するようにすれば、前述したような空孔を介した有機バインダ６０の除去が促進されることとなる。その結果、効率よく確実な脱脂処理が可能になる。
また、有機バインダ６０は、前述した被膜４１の主成分である水溶性の有機アミン類を含んでいるのが好ましい。これにより、被膜４１の分解とともに、有機バインダ６０の一部にも分解が生じる。その結果、本脱脂工程において、有機バインダ６０の脱脂をさらに促進することができる。
【００７２】
［Ｆ］焼成工程
前記脱脂工程で得られた脱脂体８０を、焼成炉で焼成する。この焼結により、脱脂体８０中の金属粉末２０は、各粒子同士の界面で拡散が生じ、結晶組織となる。その結果、焼結体９０が得られる。
焼成温度は、金属粉末２０の組成や粒径等に応じて異なるものの、例えば、金属粉末２０がＦｅ基合金粉末である場合、１０００〜１４００℃程度であるのが好ましく、１１００〜１３５０℃程度であるのがより好ましい。このような温度で脱脂体８０を焼成することにより、結晶組織が必要以上に肥大化するのを防止することができる。その結果、微小な結晶組織を含み、機械的特性および化学的特性に優れた焼結体９０を得ることができる。
【００７３】
また、焼成時間は、焼成温度を前記範囲内とする場合、０．２〜７時間程度であるのが好ましく、１〜４時間程度であるのがより好ましい。焼成時間を前記範囲内とすることにより、脱脂体８０の焼結をより最適化して、結晶組織の肥大化を確実に防止しつつ焼結させることができる。
焼成の際の雰囲気は、特に限定されないが、水素、のような還元性雰囲気、窒素、ヘリウム、アルゴンのような不活性雰囲気、これら各雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられる。
【００７４】
以上のようにして、焼結体９０を得ることができる。
このようにして得られた焼結体９０は、水アトマイズ粉末５０の流動性が高いことから、成形体７０の形状転写性および充填性が高くなり、その結果、寸法精度に優れた高密度のものとなる。
また、本発明では、金属粉末２０を水アトマイズ法により形成しているため、得られた金属粉末２０は、特に微細な（小粒径の）ものが得られる一方、異形状の粒子が多く含まれ、流動性が低くなるが、被膜４１の作用によりこのような金属粉末２０であっても高密度でかつ高強度の焼結体９０が得られる。
【００７５】
さらに、水アトマイズ粉末５０の各粒子が備える被膜４１は、金属粉末２０を保護し、金属粉末２０の酸化を防止することができる。このため、水アトマイズ粉末５０は、耐酸化性および耐候性に優れたものとなる。そして、この水アトマイズ粉末５０を用いて製造された焼結体９０は、酸素含有率が低く、耐酸化性および耐候性等の化学的特性に加え、電磁気的特性や機械的特性にも優れた高品位のものが得られる。
【００７６】
以上、本発明の水アトマイズ粉末の製造方法、水アトマイズ粉末および焼結体の製造方法について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、水アトマイズ粉末の製造方法および焼結体の製造方法では、必要に応じて、任意の工程を追加することもできる。
【００７７】
また、本発明の水アトマイズ粉末は、例えば、ショットブラストに用いる研削材や、溶射材料等としても好適である。例えば、本発明の水アトマイズ粉末を研削材として用いた場合、極めて小さな粒径であっても高い流動性を示す研削材となるため、研削面の平滑性を維持しつつ、均一に研削することが可能になる。また、本発明の水アトマイズ粉末を溶射材料として用いた場合には、溶射材料の流動性が高いため、溶射面に材料の塊が出来難くなり、均一な溶射膜を形成することが可能になる。
【実施例】
【００７８】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．水アトマイズ粉末および焼結体の製造
（実施例１）
［１］まず、原材料としてＦｅ基合金（ＡＩＳＩ ４３４０）を高周波誘導炉で溶融するとともに、図２に示す金属粉末製造装置を用いて水アトマイズ法により溶融金属を粉末化した。これにより金属粉末を得た。
【００７９】
なお、ＡＩＳＩ ４３４０の組成（鋼種）は、Ｃ：０．３８〜０．４３質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．６０〜０．８０質量％、Ｐ：０．０３５質量％以下、Ｓ：０．０４０質量％以下、Ｎｉ：１．６５〜２．００質量％、Ｃｒ：０．７０〜０．９０質量％、Ｍｏ：０．２０〜０．３０質量％、Ｆｅ：残部である。
得られた金属粉末は、水アトマイズ法の際に溶融金属に向けて噴射した冷却水とともに、懸濁水の状態で回収される。
また、得られた金属粉末の平均粒径を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）により行ったところ、平均粒径は１０μｍであった。
【００８０】
［２］次に、懸濁水を図４に示すミキサーに投入した。なお、ミキサーに投入した懸濁水中の水分含有率は、１５質量％とした。
次いで、ミキサー中に、さらに添加剤としてアルキルアミン誘導体を添加した。なお、アルキルアミン誘導体の添加量は、金属粉末の質量に対して０．０４５質量％になる量とした。
【００８１】
そして、懸濁水を攪拌しつつ乾燥させた。これにより、金属粉末の各粒子をアルキルアミン誘導体の被膜で被覆してなる被膜金属粉末を得た。
また、得られた水アトマイズ粉末について定性分析を行ったところ、アルキルアミン誘導体の存在が確認できた。このことから、前述したアルキルアミン誘導体は、乾燥によって揮発することなく、被膜として金属粉末の各粒子を被覆していると推察される。
なお、金属粉末の比表面積および添加剤の添加量から、水アトマイズ粉末の被膜の平均厚さを算出したところ、被膜の平均厚さは３ｎｍであった。
［３］次に、水アトマイズ粉末と、ポリプロピレンとワックスの混合物（有機バインダ）とを、質量比で９：１となるように秤量して混合原料を得た。
次に、混合原料を混練機で混練し、コンパウンドを得た。
【００８２】
［４］次に、このコンパウンドを、以下に示す成形条件で成形し、成形体を作製した。
＜成形条件＞
・成形方法：射出成形法
・成形形状：２０ｍｍ角の立方体形状
・材料温度：１５０℃
・射出圧力：１１ＭＰａ（１１０ｋｇｆ／ｃｍ２）
【００８３】
［５］次に、得られた成形体に対して、以下に示す脱脂条件で熱処理（脱脂処理）を施し、脱脂体を得た。
＜脱脂条件＞
・脱脂温度 ：５２０℃
・脱脂時間 ：５時間
・脱脂雰囲気：窒素ガス雰囲気
【００８４】
［６］次に、得られた脱脂体を、以下に示す焼成条件で焼成した。このようにして焼結体を１０個作製した。
＜焼成条件＞
・焼成温度 ：１２００℃
・焼成時間 ：２．５時間
・焼成雰囲気：減圧Ａｒ雰囲気
・雰囲気圧力：１．３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）
【００８５】
（実施例２）
添加剤をシクロアルキルアミン誘導体に変更した以外は、前記実施例１と同様にして水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
（実施例３）
添加剤をアルカノールアミン誘導体に変更した以外は、前記実施例１と同様にして水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００８６】
（実施例４）
原材料を、Ｆｅ基合金（２％Ｎｉ−Ｆｅ）に変更した以外は、前記実施例１と同様にして、水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
なお、２％Ｎｉ−Ｆｅの組成は、Ｃ：０．４〜０．６質量％、Ｓｉ：０．３５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以下、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０４５質量％以下、Ｎｉ：１．５〜２．５質量％、Ｃｒ：０．２質量％以下、Ｆｅ：残部である。
また、得られた金属粉末の平均粒径は６μｍであった。
【００８７】
（実施例５）
原材料を、Ｆｅ基合金（ＳＵＳ−３１６Ｌ）に変更し、水アトマイズ法の条件を変更した以外は、前記実施例１と同様にして、水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
なお、得られた金属粉末の平均粒径は４μｍであった。
【００８８】
（実施例６）
原材料を、Ｆｅ基合金（ＳＵＳ−３１６Ｌ）に変更し、水アトマイズ法の条件を変更した以外は、前記実施例１と同様にして、水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
なお、得られた金属粉末の平均粒径は８μｍであった。
【００８９】
（実施例７）
原材料を、９．５Ｃｒ−３Ｓｉに変更し、水アトマイズ法の条件を変更した以外は、前記実施例１と同様にして、水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
なお、９．５Ｃｒ−３Ｓｉの組成は、Ｃ：０．０１５質量％以下、Ｓｉ：２．９０〜３．３０質量％、Ｍｎ：０．２０質量％以下、Ｐ：０．０４０質量％以下、Ｓ：０．０２０質量％以下、Ｎｉ：２．００質量％以下、Ｃｒ：９．１０〜９．７０質量％、Ｍｏ：０．２０質量％以下、Ｆｅ：残部である。
また、得られた金属粉末の平均粒径２３μｍであった。
【００９０】
（実施例８）
原材料を、Ｎｉ−２０Ｃｒ−ＬＣに変更し、水アトマイズ法の条件を変更した以外は、前記実施例１と同様にして、水アトマイズ粉末および焼結体（１０個）を得た。
なお、Ｎｉ−２０Ｃｒ−ＬＣの組成は、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：０．５０〜１．２０質量％、Ｍｎ：０．５０質量％以下、Ｐ：０．０３５質量％以下、Ｓ：０．０３０質量％以下、Ｆｅ：０．５０質量％以下、Ｃｒ：１９．００〜２１．００質量％、Ｎｉ：残部である。
また、得られた金属粉末の平均粒径３３μｍであった。
【００９１】
（比較例１）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例１と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
（比較例２）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例４と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００９２】
（比較例３）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例５と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
（比較例４）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例６と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００９３】
（比較例５）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例７と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
（比較例６）
添加剤の添加を省略した以外は、前記実施例８と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００９４】
（比較例７）
懸濁水への添加剤の添加を省略するとともに、コンパウンド中に非水溶性のステアリン酸亜鉛（脂肪酸金属塩）を０．０１質量％の割合で添加した以外は、前記実施例１と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
（比較例８）
懸濁水への添加剤の添加を省略するとともに、コンパウンド中に非水溶性のステアリン酸亜鉛（脂肪酸金属塩）を０．０１質量％の割合で添加した以外は、前記実施例４と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００９５】
（比較例９）
懸濁水への添加剤の添加を省略するとともに、コンパウンド中に非水溶性のステアリン酸アミドを０．０１質量％の割合で添加した以外は、前記実施例１と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
（比較例１０）
懸濁水への添加剤の添加を省略するとともに、コンパウンド中に非水溶性のステアリン酸アミドを０．０１質量％の割合で添加した以外は、前記実施例４と同様にして金属粉末および焼結体（１０個）を得た。
【００９６】
２．評価
２．１ 粉末流動性の評価
各実施例および各比較例で得られた水アトマイズ粉末の流動性を評価するため、ＪＩＳ Ｚ ２５１２に規定の方法に基づき、水アトマイズ粉末のタップ密度を測定した。
【００９７】
２．２ 焼結体の寸法精度の評価
各実施例および各比較例で得られた焼結体について、寸法精度を評価した。なお、寸法精度の評価にあたっては、金属粉末射出成形法を用いた粉末冶金分野における一般公差（±０．５％）と以下の評価基準に基づいて評価した。
＜寸法精度の評価基準＞
◎：全ての焼結体が一般公差内である
○：一般公差から外れた焼結体が１個である
△：一般公差から外れた焼結体が２〜４個である
×：一般公差から外れた焼結体が５個以上である
【００９８】
２．３ 焼結体の相対密度の評価
各実施例および各比較例で得られた焼結体について、アルキメデス法により密度を測定した。そして、各原材料の真密度から相対密度を算出した。
２．４ 焼結体中の酸素含有率の測定
各実施例および各比較例で得られた焼結体の酸素含有率を、酸素窒素同時分析装置（ＬＥＣＯ社製、ＴＣ−３００型）により測定した。
以上、２．１〜２．４の測定結果を表１に示す。
【００９９】
【表１】
【０１００】
表１から明らかなように、各実施例で得られた金属粉末（水アトマイズ粉末）は、各比較例で得られた金属粉末に比べてタップ密度が高かった。このため、各実施例で得られた粉末冶金用金属粉末は、流動性が高いことが明らかとなった。
また、各実施例では、いずれも各比較例に比べて寸法精度および相対密度が高く、酸素含有率が低い高品位な焼結体が得られた。
また、各比較例７〜１０で得られた焼結体では、非水溶性の添加剤を用いたことによって、相対密度の若干の向上が認められたが、実施例１〜４には及ばなかった。また、各比較例７〜１０で得られた焼結体は、酸素含有率が高かった。これは、金属粉末の製造後、コンパウンドの製造までの間に、金属粉末が酸化してしまったためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の水アトマイズ粉末の製造方法の実施形態を説明するための工程図である。
【図２】金属粉末製造装置の構成を示す模式図（縦断面図）である。
【図３】図２中の一点鎖線で囲まれた領域［Ａ］の拡大詳細図（模式図）である。
【図４】脱水工程において用いるミキサーを示す縦断面図である。
【図５】本発明の水アトマイズ粉末の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０……溶融金属 １１……液滴 ２０……金属粉末 ２５……冷却水 ２５１……水ジェット ２６……頂部 ３０……懸濁水 ４０……添加剤 ４１……被膜 ５０……水アトマイズ粉末 ６０……有機バインダ ７０……成形体 ８０……脱脂体 ９０……焼結体 １００……金属粉末製造装置（アトマイザ） １０２……供給部 １２１……底部 １２２……内部空間（内腔部） １２３……吐出口 １０３……ノズル １３１……第１の流路 １３２……第２の流路 １３３……内径漸減部 １３３１……部分 １３４……オリフィス １３５……貯留部 １３６……導入路 １３７……間隙 １０４……第１の部材 １４１……上端面 １０５……第２の部材 １５１……下端面 ２００……ミキサー ２０１……台座 ２０２……支柱 ２０３……支持部 ２０４……容器 ２０５……蓋部 ２０６……撹拌翼 ２０７……モータ ２０８……流路 Ｇ……空気（気体） Ｏ……中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水の水流に金属材料を溶融してなる溶融金属を衝突させ、前記溶融金属を飛散させて粉末化するとともに、冷却・固化させ、金属粉末が前記冷却水に懸濁してなる懸濁水を得る粉末化工程と、
前記分散液から前記冷却水を除去する脱水工程とを有し、
前記脱水工程の前または途中に、前記懸濁水中に、水溶性の有機アミン類を含む添加剤を添加することにより、前記金属粉末の表面が前記添加剤の被膜で被覆されてなる水アトマイズ粉末を得ることを特徴とする水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項２】
前記水溶性の有機アミン類は、アルキルアミン、シクロアルキルアミン、アルカノールアミンおよびこれらの誘導体のうちの少なくとも１種である請求項１に記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項３】
前記有機アミン類の誘導体は、有機アミン類の亜硝酸塩、有機アミン類のカルボン酸塩または有機アミン類のクロム酸塩である請求項２に記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項４】
前記水溶性の有機アミン類は、沸点が１００℃超のものである請求項１ないし３のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項５】
前記水溶性の有機アミン類の添加量は、金属粉末の質量に対して０．００５〜１０質量％である請求項１ないし４のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項６】
前記懸濁水を攪拌しつつ、前記添加剤を添加する請求項１ないし５のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項７】
前記攪拌は、バッチ式の強制式ミキサーにより行う請求項６に記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項８】
前記被膜の平均厚さは、１〜２０ｎｍである請求項１ないし７のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項９】
前記被膜は、その表面が疎水性を有するものである請求項１ないし８のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項１０】
前記懸濁水における前記冷却水の含有率は、３〜３０質量％である請求項１ないし９のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項１１】
前記金属粉末は、Ｆｅ基合金粉末である請求項１ないし１０のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項１２】
前記金属粉末の平均粒径は、１〜３０μｍである請求項１ないし１１のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法により製造されたことを特徴とする水アトマイズ粉末。
【請求項１４】
請求項１３に記載の水アトマイズ粉末と、有機バインダとを混合し、得られた混合物を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を脱脂し、脱脂体を得る脱脂工程と、
前記脱脂体を焼成し、焼結体を得る焼成工程とを有することを特徴とする焼結体の製造方法。
【請求項１５】
前記水アトマイズ粉末中の前記被膜は、前記脱脂工程において除去される請求項１４に記載の焼結体の製造方法。
【請求項１】
冷却水の水流に金属材料を溶融してなる溶融金属を衝突させ、前記溶融金属を飛散させて粉末化するとともに、冷却・固化させ、金属粉末が前記冷却水に懸濁してなる懸濁水を得る粉末化工程と、
前記分散液から前記冷却水を除去する脱水工程とを有し、
前記脱水工程の前または途中に、前記懸濁水中に、水溶性の有機アミン類を含む添加剤を添加することにより、前記金属粉末の表面が前記添加剤の被膜で被覆されてなる水アトマイズ粉末を得ることを特徴とする水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項２】
前記水溶性の有機アミン類は、アルキルアミン、シクロアルキルアミン、アルカノールアミンおよびこれらの誘導体のうちの少なくとも１種である請求項１に記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項３】
前記有機アミン類の誘導体は、有機アミン類の亜硝酸塩、有機アミン類のカルボン酸塩または有機アミン類のクロム酸塩である請求項２に記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項４】
前記水溶性の有機アミン類は、沸点が１００℃超のものである請求項１ないし３のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項５】
前記水溶性の有機アミン類の添加量は、金属粉末の質量に対して０．００５〜１０質量％である請求項１ないし４のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項６】
前記懸濁水を攪拌しつつ、前記添加剤を添加する請求項１ないし５のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項７】
前記攪拌は、バッチ式の強制式ミキサーにより行う請求項６に記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項８】
前記被膜の平均厚さは、１〜２０ｎｍである請求項１ないし７のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項９】
前記被膜は、その表面が疎水性を有するものである請求項１ないし８のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項１０】
前記懸濁水における前記冷却水の含有率は、３〜３０質量％である請求項１ないし９のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項１１】
前記金属粉末は、Ｆｅ基合金粉末である請求項１ないし１０のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項１２】
前記金属粉末の平均粒径は、１〜３０μｍである請求項１ないし１１のいずれかに記載の水アトマイズ粉末の製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法により製造されたことを特徴とする水アトマイズ粉末。
【請求項１４】
請求項１３に記載の水アトマイズ粉末と、有機バインダとを混合し、得られた混合物を所定の形状に成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を脱脂し、脱脂体を得る脱脂工程と、
前記脱脂体を焼成し、焼結体を得る焼成工程とを有することを特徴とする焼結体の製造方法。
【請求項１５】
前記水アトマイズ粉末中の前記被膜は、前記脱脂工程において除去される請求項１４に記載の焼結体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１５１５（Ｐ２０１０−１５１５Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５９７６６（Ｐ２００８−１５９７６６）
【出願日】平成２０年６月１８日（２００８．６．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１８日（２００８．６．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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