粉末狀金屬材料的表面處理方法技術

本發明專利技術提供一種將用作粉末冶金或熔射等的材料的粉末狀金屬材料安全、簡易且短時間內改質的表面處理方法。使用具備于在作業空間內將噴射粉體與壓縮氣體一并噴射，使其碰撞被碰撞物的同時，對上述作業空間內進行抽吸而將粉塵去除、回收的集塵手段的噴擊加工裝置，進行使平均粒徑10～200μm的粉末狀金屬材料及具有與上述粉末狀金屬材料同等以上的硬度的媒介物質以噴射速度100～300m/sec反復碰撞的噴擊處理，自上述粉末狀金屬材料將表面氧化物剝離，并且于該粉末狀金屬材料的表面附近形成具有相對于中心部的結晶粒徑較小的結晶粒徑的微細粒區域。將實施過上述表面處理的粉末狀金屬材料燒結而獲得的燒結金屬具有微細粒區域與粗大粒區域協調配置的協調組織，實現兼具高延展性與高強度。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】粉末狀金屬材料的表面處理方法
本專利技術涉及一種粉末狀金屬材料的表面處理方法，更詳細而言，本專利技術涉及一種用作如燒結等粉末冶金或熔射般進行使用了金屬粉末的金屬制品的制造或被膜的形成時的材料的粉末狀金屬材料的表面處理方法。
技術介紹
作為粉末冶金的一種，將粉末狀金屬材料的集合體以低于熔點的溫度加熱固化而獲得燒結金屬的“燒結”被廣泛用于齒輪等各種機械零件的制造，尤其近年來，亦提出使用粉末狀金屬材料作為3D打印機中的造形材料，亦提出將雷射束或電子束以特定的圖案照射于粉末狀金屬材料進行燒結，由此可直接利用金屬材料，由CAD等形狀數據成形所需的三維立體模型(非專利文獻1)，如此通過粉末狀金屬材料的燒結制造的三維立體模型與現有的通過3D打印機制造的樹脂制的模型不同，不僅可期待作為模型或樣品的用途，亦可期待將其用作直接組裝入機械等的零件。然而，將粉末狀金屬材料燒結而獲得的燒結金屬因產生殘留氣孔等原因，與進行熔融成形的情形相比，容易形成低密度、低強度，若為該狀態，則作為機械零件等而不耐實用的情形也多。因此，以去除此種導致低密度、低強度的殘留氣孔為目的，亦進行將所獲得的燒結金屬進行鍛造的稱為“燒結鍛造”的處理，但如上所述，若對于通過使用3D打印機的簡便立體造形制造的零件，進一步需要燒結鍛造的處理，則失去簡便性的優點。與如上述燒結鍛造的事后處理不同，通過鉆研作為用于燒結的原料的粉末狀金屬材料的組成或構造而謀求燒結金屬的高強度化的研究亦逐步推進，作為其中之一，亦報告通過對進行燒結前的粉末狀金屬材料實施通過球磨機的攪拌進行的機械研磨處理，改變材料的內部構造，由此可獲得高強度的燒結金屬(非專利文獻2、3)。該方法中，通過對如圖6(A)所示具有特定結晶構造的粉末狀金屬材料進行藉球磨機的機械研磨處理，對粉末狀金屬材料集中實施超強加工，而如圖6(B)所示，于粉末狀金屬材料的表面附近產生結晶粒經微細化形成的稱為外殼的區域(以下將該區域稱為“微細粒區域”)，由此獲得具備維持原結晶粒尺寸的稱為核心的中心部的區域(以下，將該區域稱為“粗大粒區域”)及覆蓋該粗大粒區域的上述微細粒區域的粉末狀金屬材料。并且，通過如此將形成有粗大粒區域及微細粒區域的粉末狀金屬材料進行燒結，所獲得的金屬可得到如圖6(C)所示具有粉末狀金屬材料的微細粒區域彼此鏈接而形成的網狀組織及該微細粒區域中的粗大粒區域協調地配置的稱作“協調組織”的構造的金屬(本專利技術中，將此種金屬稱作“協調組織金屬”)，關于此種協調組織金屬，報告有維持與使用未進行機械研磨處理的通常的粉末狀金屬材料所獲得的均勻等軸粒組織的燒結金屬同等的延展性，且同時獲得強度的大幅度提高(非專利文獻2)。再者，以上說明中，列舉通過“燒結”進行的情形為例對上述“協調組織金屬”的制造方法進行了說明，但關于上述具備微細粒區域的粉末狀金屬材料，使其通過“熔射”于基材的表面形成金屬被膜的情形時，亦可使所形成的金屬被膜成為“協調組織金屬”。[非專利文獻1]“特集2-3D打印機|引人入勝！篇|“設計、制造方法展”報告樹脂、紙、金屬等造形材料多樣化”[日經BP公司發行“日經制造8月號”(發行日：2013年8月1日)第64～68頁]；[非專利文獻2]飴山惠、關口達也“兼具通過協調組織控制獲得的高強度、高延展性的革新構造用材料的創制”[一般社團法人日本熱處理技術協會發行“熱處理材料及表面的改質Vol.53NO.12013”(發行日：2013年2月28日)第1～2頁]；[非專利文獻3]“再生黃銅硬度3倍切削屑成形、燒結日大新技術改進導電率面向實用”[日刊工業報(2013年4月30日)]。
技術實現思路
如非專利文獻2、3所介紹，于使用事前進行經球磨機的攪拌的粉末狀金屬材料進行燒結的情形時，通過燒結獲得的燒結金屬成為“協調組織”，由此獲得具備兼具高延展性及高強度的優異特性的金屬。然而，如非專利文獻2、3所記載，于利用球磨機進行粉末狀金屬材料的處理的情形時，處理效率極差，作為一例，非專利文獻2中的處理時間成為100小時，非專利文獻3中的處理時間成為32小時。又，通過球磨機進行的粉末狀金屬材料的處理有粉塵爆炸的憂慮，為極其危險的作業。即，用于燒結等的粉末狀金屬材料通常為粒徑100μm左右的微細者，故將其投入球磨機內，于空氣的存在下攪拌，施加摩擦力或沖擊力，又，若產生因攪拌時的摩擦產生的靜電的放電，則發生粉塵爆炸。此處，粉塵爆炸會在氧的存在、爆炸下限濃度以上的粉塵的產生及著火源的存在的三個要素齊聚時發生，故于欲防止粉塵爆炸發生的情形時，必須除去這些條件的一個以上，但為了對粉末狀金屬材料實施超強加工，不可能自于內部產生摩擦力、沖擊力的球磨機去除可成為著火源的摩擦或沖擊的產生。因此，于欲防止粉塵爆炸的情形時，必須利用惰性氣體將球磨機的內部充滿等，于排除氧的狀態下進行作業，或將粉末狀金屬材料的投入量調整為未達爆炸下限濃度，或實施該兩者。然而，若于利用惰性氣體將球磨機內部充滿的狀態下進行處理，則制造成本變得大幅上升，又，考慮到粉末狀金屬[200網目(孔徑74μm)全部通過]的爆炸下限濃度以鋁計為35g/m3，以鈦計為45g/m3，以鐵計為120g/m3[摘選自“電弧熔接作業的安全性及衛生(第3次)”一般社團法人日本熔接協會WE-COM雜志第6號(2012年10月發行)]，若欲于爆炸下限濃度以下進行攪拌，則每次僅可處理極少量，即使若為研究室的實驗水平的少量生產而可處理，亦不可能利用球磨機處理配合商業基準的大量粉末狀金屬材料。又，即便可將上述通過球磨機的處理應用于粉末狀金屬材料的處理，于利用該方法處理過的粉末狀金屬材料中，混合存在有自粉末狀金屬材料的表面剝離的氧化皮等表面氧化物，該氧化物于燒結時成為粉末狀金屬材料彼此結合的妨礙，阻礙高強度化。即，用于燒結或熔射的粉末狀金屬材料通常通過霧化法制造，于該霧化法中，使熔融金屬噴霧、飛散而微?；蛊渌查g急冷、凝固，制造粉末狀金屬材料，故于粉末狀金屬材料的表面附著有氧化皮。又，關于利用霧化法以外的方法制造的粉末狀金屬材料，雖有程度的差，但亦通過與空氣中的氧的接觸而形成作為表面氧化物的氧化膜。即便此種氧化皮等表面氧化物因球磨機的攪拌時所受的摩擦或沖擊而自粉末狀金屬材料的表面剝離，就球磨機的構造方面而言，如此剝離的氧化物于剝離后亦不會被去除，而混合存在于粉末狀金屬材料中。并且，經剝離的氧化物其后亦與粉末狀金屬材料一并于球磨機內被攪拌，故經剝離的氧化物的一部分因攪拌所導致的摩擦或沖擊而壓抵于粉末狀金屬材料的表面，并被埋入等而再次附著。因此，于將利用球磨機處理過的粉末狀金屬材料直接取出而用于燒結的情形時，因混合存在于粉末狀金屬材料中的氧化物的存在，強度的提高受到抑制。另一方面，為了去除混合存在于粉末狀金屬材料中的氧化物，亦考慮對通過球磨機的處理后的粉末狀金屬材料進行例如風力篩選等，于該方法中，除通過球磨機的處理以外，進而需要另外設置用以去除氧化物的一步驟，生產性進一步降低。而且，該方法中，就混合存在于粉末狀金屬材料中的氧化物而言，即便可于某種程度上去除，亦無法將再次附著于粉末狀金屬材料的表面的氧化物分離、去除。因此，若可利用亦能夠去除此種表面氧化膜的方法進行粉末狀金屬材料的表面處理，則可期待所獲得的協調組織金屬的進一步本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種粉末狀金屬材料的表面處理方法，是用作微細粒區域與粗大粒區域協調配置的協調組織金屬的制造的粉末狀金屬材料的表面處理方法，使用具備有集塵手段的噴擊加工裝置，該集塵手段是在作業空間內將噴射粉體與壓縮氣體一并噴射，使其碰撞被碰撞物，且對該作業空間內進行抽吸而將粉塵去除、回收，進行使平均粒徑10～200μm的粉末狀金屬材料及具有與該粉末狀金屬材料同等以上的硬度的媒介物質以噴射速度100～300m/sec反復碰撞的噴擊處理，由此自該粉末狀金屬材料將表面氧化物剝離，且于該粉末狀金屬材料的表面附近形成具有相對于中心部的結晶粒徑較小的結晶粒徑的微細粒區域。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.09.18 JP 2013-1932541.一種粉末狀金屬材料的表面處理方法，是用作微細粒區域與粗大粒區域協調配置的協調組織金屬的制造材料的粉末狀金屬材料的表面處理方法，使用具備有集塵手段的噴擊加工裝置，該集塵手段是在作業空間內將噴射粉體與壓縮氣體一并噴射，使其碰撞被碰撞物，且對該作業空間內進行抽吸而將粉塵去除、回收，進行使平均粒徑10～200μm的粉末狀金屬材料及具有與該粉末狀金屬材料同等以上的硬度的媒介物質以噴射速度100～300m/sec反復碰撞的噴擊處理，由此自該粉末狀金屬材料將表面氧化物剝離，且于該粉末狀金屬材料的表面附近形成具有相對于中心部的結晶粒徑較小的結晶粒徑的微細粒區域。2.根據權利要求1所述的粉末狀金屬材料的表面處理方法，其中，該噴擊加工裝置的該集塵手段具備將該粉塵與該噴射粉體分級的旋風分離器。3.根據權利要求1或2所述的粉末狀金屬材料的表面處理方法，其中，于該噴擊加工裝置的該集塵手段中，將經回收的粉塵與不燃性粉末一并貯存。4.根據權利要求1或2所述的粉末狀金屬材料的表面處理方法，其中，將該粉末狀金屬材料設為該噴射粉體，且將該媒介物質設為該被碰撞物而進行該噴擊處理。5.根據權利要求3所述的粉末狀金屬材料的表面處理方法，其中，將該粉末狀金屬材料設為該噴射粉體，且將該媒介物質設為該被碰撞物而進行該噴擊處理。6.根據權利要求1或2所述的粉末狀金屬材料的表面處理方法，其中，將該媒介物質作為粉體而制成該噴射粉體，且將該粉末狀金屬材料作為該被碰撞物而進行該噴擊處理。7.根據權利要求3所述的粉末狀金屬材料的表面處理方法，其中，將該媒介物質作為粉體而制成該噴射粉體，且將該粉末狀金屬材料作為該被碰撞物而進行該噴擊處理。8.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宮坂四志男，
申請(專利權)人：株式會社不二機販，
類型：發明
國別省市：日本;JP