| 【発明の名称】 |
焼結合金およびその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】寺田 光治
【氏名】大谷 隆児
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| 【要約】 |
【課題】表面は耐酸化性に優れ、内部は低熱膨張率であり、高温での強度を充分に保持させることができる焼結合金およびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】低熱膨張率の合金で形成されてなる粉末成形体（１）を設けるとともに、この粉末成形体（１）の表面に焼結加熱中にクロム系の材料（６）を供給して、同表面に上記粉末成形体（１）と強固に密着したクロム積層体（５）を形成してなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 低熱膨張率の合金で形成されてなる粉末成形体を設けるとともに、この粉末成形体の表面に焼結加熱中にクロム系の材料を供給して、同表面に上記粉末成形体と強固に密着したクロム積層体を形成してなることを特徴とする焼結合金。
【請求項２】 上記クロム積層体が、クロムリッチ層、クロム合金層、クロム含有金属層、クロムの強固な酸化膜のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の焼結合金。
【請求項３】 低熱膨張率の合金で作製された粉末成形体に、焼結加熱中に表面にクロム系の材料を供給して、同表面に上記粉末成形体と強固に密着したクロム積層体を形成することを特徴とする焼結合金の製造方法。
【請求項４】 上記焼結加熱中にクロムを蒸着させることを特徴とする請求項３記載の焼結合金の製造方法。
【請求項５】 上記焼結加熱中にクロムを拡散させることを特徴とする請求項３記載の焼結合金の製造方法。
【請求項６】 上記クロム積層体が、クロムリッチ層、クロム合金層、クロム含有金属層、クロムの強固な酸化膜のうちのいずれかで形成されているものであることを特徴とする請求項３ないし請求項５いずれか記載の焼結合金の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、焼結合金およびその製造方法に関し、具体的には、車などの温度センサーなどに用いるハウジングやケーシングとして有用なものであり、耐酸化性と低熱膨張率との両方の機能を合わせ持つ焼結合金およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、セラミックスなどの熱膨張率の小さい材料からなる部品と、接合または組み合わせて使用する金属部品が用いられていたものであった。
【０００３】このような金属部品において、例えば、図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、中空体（１０）の開孔部にセラミックスなどの熱膨張率が小さい部品（２）を挿入し、ガラス（３）などで中空体（１０）と封止した部品をヒートサイクル試験や腐食試験に供すると、中空体（１０）にインコロイやコバ−ルなどの熱膨張率が小さい材料を使用している場合、高温での強度や接合性は問題がないものの、耐酸化性に劣るために、表面やガラス封止部が腐食して、劣化や破壊を起こしてしまうという問題があった。
【０００４】また、中空体（１０）にクロム系合金やワスパロイなどを使用すると、耐酸化性には優れるが、熱膨張率が大きいために、高温では中空体（１０）が膨張してしまい、ガラス封止部で破壊してしまうという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の事実に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、表面は耐酸化性に優れ、内部は低熱膨張率であり、高温での強度を充分に保持させることができる焼結合金およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る焼結合金は、低熱膨張率の合金で形成されてなる粉末成形体（１）を設けるとともに、この粉末成形体（１）の表面に焼結加熱中にクロム系の材料（６）を供給して、同表面に上記粉末成形体（１）と強固に密着したクロム積層体（５）を形成してなることを特徴とする。
【０００７】本発明の請求項２に係る焼結合金は、上記クロム積層体（５）が、クロムリッチ層、クロム合金層、クロム含有金属層、クロムの強固な酸化膜のうちのいずれかであることを特徴とする。
【０００８】本発明の請求項３に係る焼結合金の製造方法は、低熱膨張率の合金で作製された粉末成形体（１）に、焼結加熱中に表面にクロム系の材料（６）を供給して、同表面に上記粉末成形体（１）と強固に密着したクロム積層体（５）を形成することを特徴とする。
【０００９】本発明の請求項４に係る焼結合金の製造方法は、上記焼結加熱中にクロムを蒸着させることを特徴とする。
【００１０】本発明の請求項５に係る焼結合金の製造方法は、上記焼結加熱中にクロムを拡散させることを特徴とする。
【００１１】本発明の請求項６に係る焼結合金の製造方法は、上記クロム積層体（５）が、クロムリッチ層、クロム合金層、クロム含有金属層、クロムの強固な酸化膜のうちのいずれかで形成されているものであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態に係る図面に基いて詳しく説明する。
【００１３】図１は、本発明の一実施形態に係る焼結合金およびその製造方法を示した概略図であり、［１］焼結加熱前、［２］焼結加熱後のものである。さらに、［２］の（ａ）は、上面図であり、［２］の（ｂ）は、断面図である。図２は、本発明の焼結合金に用いられる一実施形態に係る粉末成形体を示した斜視図である。図３は、本発明の他の一実施形態に係る焼結合金およびその製造方法を示した概略図であり、［１］焼結加熱前、［２］焼結加熱後のものである。さらに、［２］の（ａ）は、上面図であり、［２］の（ｂ）は、断面図である。図４は、（ａ）、（ｂ）ともに本発明の別形状の一実施形態に係る焼結合金を示した概略図である。図５は、本発明の一実施形態に係る焼結合金を使用する際の様子を示した概略図である。
【００１４】本発明の焼結合金は、図１ないし図５に示すごとく、低熱膨張率の合金で形成されてなる粉末成形体（１）を設けるとともに、この粉末成形体（１）の表面に焼結加熱中にクロム系の材料（６）を供給して、同表面に上記粉末成形体（１）と強固に密着したクロム積層体（５）を形成してなっているものである。
【００１５】下記に本発明の焼結合金の具体的な実施形態を２つ示すが、本発明は、これのみに制限されないことは、言うまでもないことである。
【００１６】（第１実施形態）
［第１の工程］図２に示すように、まず熱膨張率が小さい金属材料、例えば、コバ−ルやインコロイ系などの耐熱材料の粉末を用いてプレス成形あるいは粉末射出成形を行い、熱膨張率が小さい材料で開孔部（４）をもつ粉末成形体（１）を成形するものである。
【００１７】ここで、プレス用成形材料としては、例えば、ステアリン酸などの潤滑剤を添加したもの、また、粉末射出成形では、ワックスや熱可塑性樹脂、例えば、ポリプロピレンやポリアセタールなどからなるバインダーと金属粉末とを加熱混練した材料を用いて射出成形するものである。
【００１８】［第２の工程］次に、図１の［１］から［２］に示すように、成形した粉末成形体（１）の周りにクロム系の材料（６）を配置し、焼結炉を用いて、真空中もしくはパ−シャルガスとして窒素あるいはアルゴンを用いた圧力制御雰囲気下で、０．５〜３．０℃／ｍｉｎの昇温により１２００〜１５００℃まで温度を上げ、焼結するものである。
【００１９】ここで、クロムの蒸気圧以下のパ−シャルガス圧に設定して焼結すると、クロムが蒸発して、粉末成形体（１）の表面にクロム積層体（５）を形成するように蒸着するものである。さらに、クロム系の材料（６）を配置する場所は、粉末成形体（１）よりも高温となる場所とすると良いものである。あるいは、クロム系の材料（６）を配置する場所にヒーターを設けて、より蒸発しやすくしても良いものである。
【００２０】また、粉末射出成形品では焼結工程の前に、脱脂炉を用いて、窒素または水素の常圧、または、減圧雰囲気下で１０〜１００℃／ｈの昇温で３００〜６００℃まで上げ、粉末成形体（１）に含まれているバインダーを７０〜９５wt％加熱分解して除去する脱脂工程を行うものである。なお、脱脂焼結を連続で行う場合もある。
【００２１】こうして、本実施形態では、成形した粉末成形体（１）の表面に焼結加熱中にクロムを蒸着させることにより、均一な厚みの強固に密着したクロム積層体（５）を形成することができ、また、設定圧力やクロム系の材料（６）の配置場所の温度設定によってクロムの蒸発量が決まるために、任意にクロム積層体（５）の厚みを変化することができるという効果があるものである。
【００２２】（第２実施形態）次に、第２実施形態について説明するが、第１の工程については、第１実施形態と同じために省略し、第２の工程から説明する。
【００２３】［第２の工程］図３の［１］から［２］に示すように、成形した粉末成形体（１）を粉状のクロム系の材料（６）などで埋め、焼結炉を用いて、真空中もしくはパ−シャルガスとして窒素あるいはアルゴンを用いた圧力制御雰囲気下で、０．５〜３．０℃／ｍｉｎの昇温により１２００〜１５００℃まで温度を上げ、焼結するものである。このとき、粉状のクロム系の材料（６）は焼結の昇温中もしくは温度の保持中に粉末成形体（１）の表面に拡散していき、表面にクロム積層体（５）を形成するものである。これは、いわゆる、拡散焼結である。
【００２４】また、粉末射出成形品では焼結工程の前に、脱脂炉を用いて窒素または水素の常圧、または、減圧雰囲気下で１０〜１００℃／ｈの昇温で３００〜６００℃まで上げ、粉末成形体（１）に含まれているバインダーを７０〜９５wt％加熱分解して除去する脱脂工程を行うものである。なお、脱脂焼結を連続で行う場合もある。
【００２５】こうして、本実施形態では、成形した粉末成形体（１）の表面に焼結加熱中にクロムを拡散させることにより、粉末成形体（１）とクロム積層体（５）の境界が強固に密着できるという効果があるものである。
【００２６】なお、第１実施形態および第２実施形態にあっては、円筒体の製造方法を例に説明したが、本発明は、図４の（ａ）に示すような円錐体の上部が開口しているものや図４の（ｂ）に示すような直方体などの形状であっても良くて、さらに、それ以外の形状であっても特に制限されるものではないものである。
【００２７】また、従来例も含めて本実施形態にあっては、図５に示すような、低熱膨張率でできた粉末成形体（１）のような中実体の表面にクロム積層体（５）を形成し、その外側でセラミックスなどの熱膨張率が小さい部品（２）とガラス（３）などで封止あるいは接合する場合も含まれるものである。
【００２８】本発明は、上述したような実施形態の構成をとることによって、表面にはクロム系の材料（６）を供給してクロム積層体（５）を形成しているために、耐酸化性に優れた合金となって、腐食などを抑えることができ、また、内部には低熱膨張率の合金で作製された粉末成形体（１）を用いているために、高温での熱膨張を抑えることができるものである。
【００２９】すなわち、本発明は、表面は耐酸化性に優れ、内部は低熱膨張率であり、高温での強度を充分に保持させることができるものである。
【００３０】そして、上記クロム積層体（５）が、クロムリッチ層、クロム合金層、クロム含有金属層、クロムの強固な酸化膜のうちのいずれかであると、このようないずれかのクロム積層体（５）にて表面にはクロム系の材料（６）を確実に供給してクロム積層体（５）を形成しているために、耐酸化性に確実に優れた合金となって、腐食などをより一層抑えることができ、また、内部には低熱膨張率の合金で作製された粉末成形体（１）を用いているために、高温での熱膨張をより一層抑えることができるものである。
【００３１】また、本発明の焼結合金の製造方法は、上述したような実施形態により、低熱膨張率の合金で作製された粉末成形体（１）に、焼結加熱中に表面にクロム系の材料（６）を供給して、同表面に上記粉末成形体（１）と強固に密着したクロム積層体（５）を形成するものである。
【００３２】本発明は、このような製造方法をとることによって、表面にはクロム系の材料（６）を供給してクロム積層体（５）を形成しているために、耐酸化性に優れた合金となって、腐食などを抑えることができ、また、内部には低熱膨張率の合金で作製された粉末成形体（１）を用いているために、高温での熱膨張を抑えることができるものである。
【００３３】すなわち、本発明の製造方法は、表面は耐酸化性に優れ、内部は低熱膨張率であり、高温での強度を充分に保持させることができるものである。
【００３４】そして、上記焼結加熱中にクロムを蒸着させるものであると、成形した粉末成形体（１）の表面に焼結加熱中にクロムを蒸著させることで、均一な厚みのクロム積層体（５）が形成でき、また、設定圧力によってクロムの蒸発量が決まるために、任意にクロム積層体（５）の厚みを変化させることができるものである。
【００３５】同様に、上記焼結加熱中にクロムを拡散させるものであると、成形した粉末成形体（１）の表面に焼結加熱中にクロムを拡散させることで、粉末成形体（１）とクロム積層体（５）の境界を強固に密着させることができるものである。
【００３６】なお、上記クロム積層体（５）が、クロムリッチ層、クロム合金層、クロム含有金属層、クロムの強固な酸化膜のうちのいずれかで形成されているものであると、このようないずれかのクロム積層体（５）にて表面にはクロム系の材料（６）を確実に供給してクロム積層体（５）を形成しているために、耐酸化性に確実に優れた合金となって、腐食などをより一層抑えることができ、また、内部には低熱膨張率の合金で作製された粉末成形体（１）を用いているために、高温での熱膨張をより一層抑えることができるものである。
【００３７】
【発明の効果】本発明の請求項１に係る焼結合金によると、表面にはクロム系の材料（６）を供給してクロム積層体（５）を形成しているために、耐酸化性に優れた合金となって、腐食などを抑えることができ、また、内部には低熱膨張率の合金で作製された粉末成形体（１）を用いているために、高温での熱膨張を抑えることができるものである。
【００３８】すなわち、本発明は、表面は耐酸化性に優れ、内部は低熱膨張率であり、高温での強度を充分に保持させることができるものである。
【００３９】本発明の請求項２に係る焼結合金によると、請求項１記載の場合に加えて、このようないずれかのクロム積層体（５）にて表面にはクロム系の材料（６）を確実に供給してクロム積層体（５）を形成しているために、耐酸化性に確実に優れた合金となって、腐食などをより一層抑えることができ、また、内部には低熱膨張率の合金で作製された粉末成形体（１）を用いているために、高温での熱膨張をより一層抑えることができるものである。
【００４０】本発明の請求項３に係る焼結合金の製造方法によると、表面にはクロム系の材料（６）を供給してクロム積層体（５）を形成しているために、耐酸化性に優れた合金となって、腐食などを抑えることができ、また、内部には低熱膨張率の合金で作製された粉末成形体（１）を用いているために、高温での熱膨張を抑えることができるものである。
【００４１】すなわち、本発明の製造方法は、表面は耐酸化性に優れ、内部は低熱膨張率であり、高温での強度を充分に保持させることができるものである。
【００４２】本発明の請求項４に係る焼結合金の製造方法によると、請求項３記載の場合に加えて、成形した粉末成形体（１）の表面に焼結加熱中にクロムを蒸著させることにより、均一な厚みのクロム積層体（５）が形成でき、また、設定圧力によってクロムの蒸発量が決まるために、任意にクロム積層体（５）の厚みを変化させることができるものである。
【００４３】本発明の請求項５に係る焼結合金の製造方法によると、請求項３記載の場合に加えて、成形した粉末成形体（１）の表面に焼結加熱中にクロムを拡散させることにより、粉末成形体（１）とクロム積層体（５）の境界を強固に密着させることができるものである。
【００４４】本発明の請求項６に係る焼結合金の製造方法によると、請求項３ないし請求項５いずれか記載の場合に加えて、このようないずれかのクロム積層体（５）にて表面にはクロム系の材料（６）を確実に供給してクロム積層体（５）を形成しているために、耐酸化性に確実に優れた合金となって、腐食などをより一層抑えることができ、また、内部には低熱膨張率の合金で作製された粉末成形体（１）を用いているために、高温での熱膨張をより一層抑えることができるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８３２
【氏名又は名称】松下電工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１０月１６日（２０００．１０．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１１５５６
【弁理士】
【氏名又は名称】安藤 淳二 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１２１６０４（Ｐ２００２−１２１６０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年４月２６日（２００２．４．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３１４５８８（Ｐ２０００−３１４５８８） |
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