JP2016056445A - 粉末冶金用混合粉末及びこれを用いた焼結金属部品、並びに粉末冶金用混合粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉末充填性を高めるために混合粉末の流動性を高めた均質且つ高密度の焼結金属部品を得ることができる粉末冶金用混合粉末の提供。
【解決手段】鉄基粉末と炭素粉末とを含む粉末冶金用混合粉末であって、混合機に投入した後、流動度が３０ｓ／５０ｇ未満となる条件（回転数や撹拌時間）で撹拌混合した粉末で、鉄基粉末のビッカース硬さ（Ｈｖ）が１００以下であり、炭素粉末の粒径Ｄ９０が４〜１０μｍであり、本混合粉末を用いて形成した焼結金属部品は、密度が７．６ｇ／ｃｍ3以上となる焼結金属用混合粉末。
【選択図】図３

Description

本発明は、粉末冶金用混合粉末及びこれを用いた焼結金属部品、並びに粉末冶金用混合粉末の製造方法に関する。

鉄を主成分とする焼結体を製造する粉末冶金では、原料として、主原料粉末としての鉄基粉末の他、焼結体の強度や硬度などの物性を向上させるための黒鉛粉末や、合金成分を含む副原料粉末、成形性を確保するための潤滑剤などを混合した混合粉末が用いられる。この混合粉末は、各粉末の形状や粒径、比重等の粉体特性が異なるため、混合粉末中で特定成分（例えば黒鉛粉末）が偏析したり、混合粉末の流動性が低下したりする問題がある。混合粉末に偏析が生じると、製品間の密度や機械的性質にばらつきが生じ、品質安定性が損なわれる。また、混合粉末の流動性が低下すると、ホッパーから金型への粉末流下性が悪化し、金型への粉末充填性の低下を招く恐れがある。

例えば、下記の特許文献１には、黒鉛を微細化（平均粒径４μｍ以下）すると共に、鉄基粉末と黒鉛とをせん断力を与えながら混合することで、混合粉末中の黒鉛の偏析を防止する技術が開示されている。

特開２０１２−１０２３５５号公報

しかし、上記の特許文献１には、混合粉末の流動性を高めるための積極的な手法は示されていない。このため、混合粉末の流動性の不足により金型への粉末充填性が低下し、圧粉体、ひいては焼結体の密度が不足する懸念は拭いきれない。

以上の事情に鑑み、本発明が解決すべき課題は、均質且つ高密度の焼結金属部品を得ることができる粉末冶金用混合粉末を提供することにある。

従来、粉末冶金用混合粉末（以下、単に「混合粉末」とも言う。）を混合機を用いて撹拌する目的は、混合粉末を均質化すること、特に、微細な炭素粉末（黒鉛粉末）を主成分原料粉末中に均一に分散させることであった。従って、混合粉末が均質になる撹拌条件（回転数や撹拌時間）で撹拌すれば十分であった。本発明者らの検証によれば、混合粉末を所定の条件で撹拌混合することにより、鉄基粉末が丸められ（図３参照）、これにより混合粉末の流動性が高められる（流動度が小さくなる）ことが明らかとなった。従って、混合粉末を撹拌混合する際、炭素粉末等の混合成分が均一に分散されるだけでなく、混合粉末の流動度が所定値未満となるように撹拌条件を設定すれば、均質で且つ流動性の高い混合粉末を得ることができる。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、具体的には、鉄基粉末と炭素粉末とを含む粉末冶金用混合粉末であって、流動度が３０ｓ／５０ｇ未満となる条件で撹拌混合した粉末冶金用混合粉末を提供する。また、本発明は、鉄基粉末と炭素粉末とを含む粉末冶金用混合粉末を製造するための方法であって、流動度が３０ｓ／５０ｇ未満となる条件で撹拌混合する粉末冶金用混合粉末の製造方法を提供する。

上述のように、混合粉末の撹拌条件を適切に設定すれば、撹拌混合により混合粉末の流動度を大幅に低下させることができ、例えば、撹拌混合により、粉末冶金用混合粉末の流動度を、撹拌混合前の前記鉄基粉末のみでの流動度よりも、９ｓ／５０ｇ以上低下させることができる。

混合粉末を激しく撹拌すると、粉末同士や粉末と混合機との衝突により粉末に加工硬化が生じる。粉末が硬すぎると、圧縮性が低下し、密度や寸法精度の低下を招く恐れがある。従って、本発明では、鉄基粉末のビッカース硬さ（ＨＶ）が１００以下となるように、あるいは、混合前後における前記鉄基粉末のビッカース硬さ（ＨＶ）の増加率が２０％未満となるように、撹拌条件を設定することが好ましい。

混合粉末に配合する炭素粉末の粒径Ｄ９０を４μｍ以上とすれば、極めて微細な炭素粉末を使用する必要がなくなり、炭素粉末の材料入手性や取り扱い性が向上する。尚、粒径Ｄ９０とは、炭素粉末の体積基準における粒度分布の小径側からの累積体積が９０％になるときの粒径のことを言う。

ところで、混合粉末中に含まれる炭素粉末は、焼結時に鉄基粉末内に固溶するため、炭素粉末が存在していた場所が空孔となる。通常、炭素粉末の配合量は極微量（例えば１ｗｔ％以下）であるため、焼結金属部品が比較的低密度である場合には、上記のような炭素粉末の固溶による空孔の形成が問題となることはほとんどない。しかし、高密度（例えば７．６／ｃｍ^３以上）の焼結金属部品を製造する場合には、上記のような炭素粉末の固溶による空孔が無視できなくなる。このような場合、炭素粉末を微細化し、炭素粉末の固溶によって形成される空孔を微細化することが有効となる。具体的には、炭素粉末の粒径Ｄ９０を１０μｍ以下とすることが好ましい。

混合粉末に配合する鉄基粉末としては、例えばＦｅ−Ｍｏ合金粉にＮｉを拡散付着させた拡散合金粉を使用することができる。

せん断混合により粉末冶金用混合粉末を撹拌混合すれば、鉄基粉末が丸められやすくなり、混合粉末の流動性を効率良く高めることができる。この場合、混合機の回転数が小さすぎると、鉄基粉末が十分に丸められずに流動度が大きくなる。一方、混合機の回転数が大きすぎると、鉄基粉末の一部が粉砕されて微粉末が大量に発生し、この微粉末が鉄基粉末の周囲に存在することにより流動度が大きくなる。従って、流動度を３０ｓ／５０ｇ未満とするためには、混合機の回転数を所定の範囲内（例えば２０００〜９０００ｒｐｍ）とすることが好ましい。

以上のように、本発明に係る混合粉末は、均質で且つ流動性が高いため、圧縮成形を行う金型のキャビティに均一且つ高密度に充填することが可能となる。従って、この混合粉末を用いれば、均質且つ高密度の焼結金属部品を得ることができる。

鉄基粉末の粒度分布を示すグラフである。 混合処理前の鉄基粉末のＳＥＭ写真である。 本発明の実施例に係る撹拌条件で混合した後の混合粉末（鉄基粉末）のＳＥＭ写真である。

以下、本発明の一実施形態に係る粉末冶金用混合粉末について説明する。

本実施形態に係る混合粉末は、主原料粉末としての鉄基粉末と、炭素粉末とを含み、必要に応じて成形補助剤（潤滑剤やバインダー）をさらに含む。本実施形態の混合粉末は、鉄基粉末を９０ｗｔ％以上、炭素粉末を１ｗｔ％以下含む。

鉄基粉末は、各粒子が鉄を主成分とするものである。鉄基粉末としては、純鉄粉の他、主原料としての鉄に、焼入れ性や機械的特性の向上のために合金成分を添加した合金粉を使用できる。純鉄粉としては、例えばアトマイズ法、還元法、スタンプ法、カルボニル法などで製造されたものを使用できる。特に、入手性やコスト、高密度成形性を考慮すると、水アトマイズ法により製造された純鉄粉が好ましい。

鉄基粉末として合金粉を使用する場合、合金成分としては、例えば、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｒの内の一種あるいは複数種の金属が使用できる。合金粉としては、例えば、鉄と合金成分とを溶融状態で混合し、固化させた完全合金粉や、鉄粉末あるいは鉄合金粉の表面に合金成分を拡散付着させた拡散合金粉を用いることができる。本実施形態では、合金成分としてＮｉ及びＭｏを含み、残部を鉄及び不可避不純物とした鉄基合金粉が使用される。詳しくは、Ｆｅ−Ｍｏ合金の表面にＮｉを拡散付着させた拡散合金粉が使用される。このように、Ｆｅ合金にＮｉ等の金属を拡散付着させることで、ＦｅとＮｉとを完全に合金化した場合と比べて、焼結前の鉄基粉末の硬さが抑えられるため、圧縮成形時の成形性が高められる。その結果、比較的多量のＮｉを配合することが可能となる。

炭素粉末としては、黒鉛粉末、カーボンブラック粉末、フラーレン粉末、ナノカーボン粉末等を使用することができる。これらのうち、入手性やコストの観点から、黒鉛粉末が最も好ましい。炭素粉末の粒径Ｄ９０は、１０μｍ以下、好ましくは８μｍ以下である。炭素粉末の粒径が大きすぎると、炭素粉末の鉄基粉末への固溶により粗大な空孔が形成されるため、混合粉末で形成される焼結金属部品（特に７．６ｇ／ｃｍ^３以上の超高密度の焼結金属部品）の密度低下、ひいては強度低下を招くからである（詳細は後述する）。また、炭素粉末の粒径Ｄ９０は、３μｍ以上、好ましくは４μｍ以上とされる。炭素粉末の粒径が小さすぎると、材料入手性や取り扱い性が低下するからである。

潤滑剤は、混合粉末を圧縮成形する際の粉末同士あるいは金型と粉末との間の摩擦を低減する目的で添加される。潤滑剤としては、例えば金属セッケンやアミドワックス等が使用され、具体的には例えばエチレンビスステアリルアミド（ＥＢＳ）が使用される。あるいは、上記の潤滑剤を溶液に分散させ、この分散液を鉄基粉末に噴霧し、または鉄基粉末を分散液に浸漬させ、溶剤成分を揮発・除去することで、鉄基粉末に潤滑剤を被覆させてもよい。バインダーは、成形性を確保するためのものであり、例えば、炭化水素系樹脂やワックス、ポリビニルアルコールなどが使用できる。バインダーは、主原料粉末に添加、噴霧して使用され、粉末間の結合力を増加させる役割を果たす。ただし、バインダーを添加することで成形体の密度低下を引き起こすので、注意が必要である。尚、特に必要なければ、混合粉末に潤滑剤やバインダー等の成形補助剤を配合しなくてもよい。

上記の混合粉末は、鉄基粉末、炭素粉末、及び潤滑剤を混合機の容器内に投入し、これらを混合することで製造される。本実施形態では、せん断混合を行う混合機が使用され、好ましくは、対流混合とせん断混合を同時に行う混合器が使用される。せん断混合を行う混合機とは、容器内に投入された粉末にせん断力を与えながら混合するものである。このような混合器は、粉末をせん断しながら動く撹拌部材を有し、例えば、容器内で回転する撹拌羽根、特に容器内の底部で回転する撹拌羽根を備える。このような撹拌羽根を有する混合機で混合すると、撹拌羽根が回転することにより混合粉末にせん断力が与えられるだけでなく、混合粉末全体が容器内で対流する。容器は、固定型であっても回転型であってもよい。このように、対流混合とせん断混合を同時に行う混合機の具体例としては、ハイスピードミキサ（ヘンシェル社製）やマルチパーパスミキサ（日本コークス株式会社製）などが挙げられる。

上記のような混合機で混合することで、混合粉末が撹拌され、炭素粉末が混合粉末中で均一に分散されると共に、鉄基粉末が丸められて混合粉末の流動性が高められる。具体的には、長軸で１０μｍ以上（好ましくは５μｍ以上）の炭素粉末の集合体が、混合粉末中に観察されない程度まで、混合粉末中で炭素粉末が均一に分散されている。また、本実施形態では、撹拌条件（撹拌部材の回転数や撹拌時間等）を適切な範囲に設定することで、流動度が３０ｓ／５０ｇ未満、好ましくは２５ｓ／５０ｇ未満とされる。例えば、撹拌部材の回転数が小さすぎたり、撹拌時間が短すぎたりすると、鉄基粉末が十分に丸められず、流動度を上記範囲とすることができない。一方、撹拌部材の回転数が大きすぎたり、撹拌時間が長すぎたりすると、鉄基粉末が部分的に粉砕されて微粉末が大量に発生し、この微粉末が鉄基粉末の周囲に存在することにより流動性が低下するため、流動度を上記範囲とすることができない。具体的な撹拌条件は、上記の知見に基づいて適宜設定すればよいが、本実施形態では、撹拌部材の回転数を２０００〜９０００ｒｐｍとし、１０〜６０分間撹拌することにより、混合粉末の流動度が上記範囲とされる。

また、混合機で混合粉末を撹拌することで、粉末同士あるいは粉末と撹拌羽根とが衝突する。この衝突により、粉末に加工硬化が生じるため、粉末の硬さが上昇する。粉末の硬さが過度に高くなると、圧縮成形時の成形性が低下するため、望ましくない。本実施形態では、混合粉末のビッカース硬さ（ＨＶ）が１００以下、好ましくは９５以下となるように、あるいは、混合前後における前記鉄基粉末のビッカース硬さ（ＨＶ）の増加率が２０％未満、好ましくは１０％未満となるように、撹拌条件を設定する。

上記の混合粉末を用いて、焼結金属部品、例えばギアやカム等の焼結機械部品を製造することができる。焼結金属部品は、混合粉末を金型で圧縮して圧粉体を成形する圧縮成形工程と、圧粉体を焼成して焼結体を得る焼結工程と、表面処理工程とを経て製造される。

圧縮成形工程では、まず、ホッパーに保管された混合粉末を、金型のキャビティに流し入れて充填する。本実施形態では、混合粉末が均質であるため、キャビティに混合粉末が均質な状態で充填される。また、混合粉末の流動性が高い（具体的には、流動度が３０ｓ／５０ｇ未満である）ことで、混合粉末がホッパーから金型にスムーズに流下するため、キャビティへの充填性が高く、キャビティに混合粉末を高密度な状態で充填することができる。

こうしてキャビティに充填された混合粉末を、上下パンチで上下から圧縮することで、所定形状の圧粉体が成形される。このとき、キャビティに混合粉末が均質且つ高密度に充填されているため、均質且つ高密度な圧粉体を得ることができる。また、混合粉末のビッカース硬さ（ＨＶ）が１００以下であることで、圧縮時の成形性が高められ、寸法精度の高い圧粉体を得ることができる。

その後、圧粉体を所定温度で焼成することにより、均質且つ高密度な焼結体（すなわち焼結金属部品）が得られる。焼結温度は、例えば１０００〜１３００℃の範囲内で設定される。焼結工程は、不活性雰囲気下で行われ、例えば窒素と水素の混合ガスやアルゴンガスなどの雰囲気下で行われる。この焼結時に、炭素粉末が鉄基粉末に固溶することで、鉄基粉末の硬さが上昇するため、焼結金属部品の機械的性質がさらに向上する。一方、炭素粉末を過剰に添加すると、炭素粉末が鉄基粉末へ固溶することにより、炭素粉末のあった場所が空孔となるため、焼結金属部品の密度が低下し、強度の低下を招く。特に、密度が７．６ｇ／ｃｍ^３以上、さらには７．６２ｇ／ｃｍ^３以上の高密度の焼結金属部品の場合、炭素粉末の固溶によって形成される比較的粗大な空孔が無視できなくなり、強度低下を招く。本実施形態では、上記のように、炭素粉末の平均粒径Ｄ９０が１０μｍ以下であるため、炭素粉末の固溶によって形成される空孔が微細化され、焼結金属部品の強度低下を防止できる。

上記の焼結工程の後、再圧縮工程を施すことなく、焼結体に表面処理が施される。本実施形態では、焼結体に、浸炭焼入れ焼き戻し処理が施される。これにより、表面の硬度が高められると共に、内部の靭性が確保されるため、き裂の進展が抑制される。表面処理工程としては、上記の浸炭焼き入れ焼き戻しに限らず、ずぶ焼き入れ焼き戻し、高周波焼き入れ焼き戻し、浸炭窒化、真空浸炭などの各種熱処理や、窒化、軟窒化、浸硫、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）をはじめとする硬質皮膜や樹脂皮膜の形成、各種メッキ、黒染めやスチーム処理をはじめとする防錆処理などの各種表面改質が適用可能であり、これらのうち複数種を組み合わせることも可能である。尚、特に必要がなければ、表面処理工程を省略してもよい。また、焼結工程の後、再圧縮工程を施してもよい。以上により、本発明の実施形態に係る焼結機械部品が完成する。

上記の焼結機械部品について、表層から深さ方向で引張り応力が及ぶ深さを１００ ％とした時の表層から３０％以上の領域における推定最大空孔包絡面積の平方根が√ａｒｅａ_maxは、５０μｍ未満、好ましくは４５μｍ未満、より好ましくは４０μｍ未満とされる（√ａｒｅａ_maxの算出方法は後述する）。例えば、焼結機械部品がギアの場合は歯面から、また、焼結機械部品がカムの場合はカム面（カムフォロアとの接触面）から、深さ方向に引張り応力が及ぶ深さを計算し、当該深さと推定最大空孔包絡面積の平方根√ａｒｅａ_maxの関係が上記範囲にあるようにされる。

鉄基粉末として、２ｗｔ％のＮｉ、１ｗｔ％のＭｏ、残部をＦｅ及び不可避不純物とする部分拡散合金粉（ＪＥＦスチール社製シグマロイ２０１０、平均粒径１００μｍ程度、粉末硬さＨＶ９０程度）を５００ｇ用意した。この鉄基粉末の流動分布を篩分けにより調査し、その結果を図１に示す。この鉄基粉末に、炭素粉末としての黒鉛粉末（ＴＩＭＣＡＬ社製ＴＩＭＲＥＸ Ｆ−１０）を、鉄基粉末１００ｗｔ％に対し０．２ｗｔ％添加した。この原料粉末を混合機に投入し、撹拌条件（回転数及び時間）を変えて混合し、複数種の混合粉末を作製した。そして、各混合粉末（実施例及び比較例）について、以下の項目を評価した。各項目の評価方法及び評価基準は以下のとおりである。

（１）黒鉛の分散性
黒鉛の分散性の評価基準については、３２０μｍ×２５０μｍの視野において、長軸で１０μｍ以上の黒鉛が少なくとも１箇所以上存在する場合は×とし、上記の視野内で黒鉛が主原料粉末全域に分散しているが、長軸で５〜１０μｍの偏析が観察されるものは△とし、黒鉛が主原料粉末全域に分散して５μｍ以上の偏析が観察されなかったものを○とした。

（２）流動度
流動度は、ＪＩＳ Ｚ２５０２（金属粉の流動度試験法）に則った。具体的には、５０ｇの混合粉末がφ２．５ｍｍのオリフィスを流れ出るまでの時間を測定し、この時間を混合粉末の流動度とした。流動度の評価基準は、下記の表１に示す通りである。

（３）かさ密度
かさ密度は、ＪＩＳ Ｚ２５０４（金属粉―見かけ密度試験方法）に則った。具体的には、２．５ｍｍのオリフィスからコップに混合粉末を流し込み、すり切った時の混合粉末の重量とコップの体積からから密度を測定した。かさ密度の評価基準は、下記の表２に示す通りである。

（４）粉末硬さ
粉末硬さは、混合粉末を樹脂埋め及び表面研磨し、この表面に露出した粉末（特に鉄基粉末）のビッカース硬さを測定した。粉末硬さは、混合前後におけるビッカース硬さの増加率で評価し、その評価基準は下記の表３に示す通りである。尚、混合処理前の混合粉末（特に鉄基粉末）のビッカース硬さはＨＶ８６程度であるため、×のものはおよそＨＶ１００以上、△のものはおよそＨＶ９５〜１００、○のものはおよそＨＶ９５以下となる。

下記の表４および表５に、実施例及び比較例の撹拌条件及び各評価項目の結果を示す。実施例１〜１５および比較例２〜４は、対流混合とせん断混合とを同時に行う混合機（日本コークス株式会社製ＭＰ５Ｂ／Ｉ型マルチパーパスミキサ）を用いて混合し、比較例１は、対流混合のみを行う混合機（筒井理化学器械株式会社製Ｖ型混合機Ｓ−３型）を用いて混合した。

表４および表５に示すように、せん断混合により混合した実施例１〜１５及び比較例３及び４は、混合粉末中に黒鉛が概ね均一に分散されたのに対し、対流混合のみで混合した比較例１や、せん断混合により回転数１０００ｍｉｎ^−１で１０分間しか混合しなかった比較例２は、混合粉末中に黒鉛が偏析していた。また、回転数２０００ｍｉｎ^−１以上でせん断混合した実施例１〜１５は、混合後の混合粉末の流動度が３０ｓ／５０ｇ未満であった。これに対し、対流混合のみで混合した比較例１や、回転数１０００ｍｉｎ^−１でせん断混合した比較例２〜４は、混合後の混合粉末の流動度が３０ｓ／５０ｇ以上であった。以上より、混合機の回転数を調整することで（具体的には回転数２０００ｍｉｎ^−１以上とすることで）、混合粉末の流動度を３０ｓ／５０ｇ未満とすることができることが明らかとなった。尚、撹拌混合前の鉄基粉末のみでの流動度は３９ｓ／５０ｇであったため、実施例１〜１５では、撹拌混合により流動度が９ｓ／５０ｇ以上低下したと言える。

混合粉末を均質化することを目的として混合する場合、例えば混合機の回転数を１０００ｍｉｎ^−１とした比較例３及び４でも、十分に均質な混合粉末が得られている。従って、均質化のみを目的とする場合は、回転数は１０００ｍｉｎ^−１で十分であり、これよりも高速で回転させる必要はない。本発明では、撹拌混合により鉄基粉末が丸められるという知見に基づいて、回転数等の撹拌条件を調整することで（具体的には２０００ｍｉｎ^−１以上とすることで）、流動度を３０ｓ／５０ｇ未満にすることができることを見出した。

また、図２は、混合処理前の混合粉末（特に鉄基粉末）のＳＥＭ写真であり、図３は、実施例９に係る条件で撹拌した後の混合粉末のＳＥＭ写真である。これらの写真から、適切な条件で撹拌した混合粉末は、鉄基粉末（部分拡散合金粉）が十分に丸められていることが分かる。このように、鉄基粉末が丸められることで、混合粉末の流動性が高められたと考えられる。

以上のように、ミキサーの回転数や時間を増加させることで、粉体特性（黒鉛分散性、流動性、かさ密度）は概ね向上した。ただし、回転数１００００ｍｉｎ^−１で６０分間混合した実施例１５は、回転数１００００ｍｉｎ^−１で３０分間混合した実施例１４よりも、流動性が低下した（流動度が大きくなった）。この結果から、回転数や撹拌時間をむやみに大きくすると、かえって流動性が低下することが分かる。これは、回転数や撹拌時間が大きすぎると、鉄粉が部分的に粉砕されて微粉末が大量に発生し、この微粉末が鉄粉の周囲に存在することにより粉末の流動が阻害されたためと考えられる。また、ミキサーの回転数が高く、且つ撹拌時間の長い実施例１２〜１５は、混合により粉末の硬さが大幅に上昇する結果となった。これは、粉体に与えるエネルギーが増加することで、粉末に加工硬化が生じたためと考えられる。

以上より、ミキサーの回転数及び撹拌時間は、粉末の特性（特に流動度と硬さ）が所望の範囲となるように設定すればよい。本実施例では、回転数２０００〜９０００ｍｉｎ^−１で１０〜６０分、好ましくは、回転数２０００〜５０００ｍｉｎ^−１で３０〜６０分程度混合すれば、流動性に優れ、且つ、硬さの上昇が抑えられた混合粉末を得ることができる。

次に、上記の粉末を所定の圧力で圧縮成形した成形体（試験片）の特性を調査した。試験片はリング状であり、外径がφ２３．２ｍｍ、内径がφ１６．４ｍｍ、軸方向寸法が７ｍｍとなるように調整した。成形性の評価は、成形体表面を目視で観察し、クラックがあるものを×、ないものを○とした。焼結はＲＸガス雰囲気の炉中で、最高温度は１２５０℃とし、最高温度保持時間は１５０分で行った。焼結密度の測定方法はＪＩＳ Ｚ２５０１に則った。

上記工程により得られた試験片において、焼結密度および推定最大空孔包絡面積の平方根を調査した。以下に、√ａｒｅａ_max値の推定手法の詳細を説明する。

まず、焼結体の空孔の極値分布が二重指数分布に従うとする。これにより、極値統計を用いた空孔包絡面積の最大値の推定を行う。具体的には以下の手順を経て、推定最大空孔包絡面積の平方根√ａｒｅａ_maxが算出される。

鏡面研磨を施した試験片について顕微鏡観察を行い、定めた基準面積Ｓｏ（ｍｍ²）のｙ領域の画像を取得する。得られた画像について画像解析ソフトを用いて二値化し、空孔の包絡面積を解析する。得られた包絡面積のうち最も大きなものを基準面積Ｓｏ中の最大空孔包絡面積とし、その平方根をその領域における√ａｒｅａ_maxとする。この測定を、検査領域を変えてｎ回繰り返す。

測定したｎ個の√ａｒｅａ_maxを小さいものから順に並べ、それぞれ√ａｒｅａ_max,j（ｊ＝１〜ｎ）とする。（式１参照）

それぞれのｊ（ｊ＝１〜ｎ）について、式２で表される累積分布関数Ｆ_j（％）および式３で表される基準化変数ｙ_jを計算する。

極値確率用紙の座標横軸に√ａｒｅａ_maxを取り、上記結果をプロットして極値分布を得る。（極値確率用紙の縦軸はＦもしくはｙを取っている）

最小二乗法による近似直線を極値分布に対して外挿し、式４で表されるａおよびｂを得る。ただし、ｙは式５で表される基準化変数、Ｔは式６で表される再帰期間、Ｖは推定対象領域の体積（予測体積：ｍｍ³）、Ｖ₀は式７で表される基準体積（ｍｍ³）、ｈは式８で表される測定した√ａｒｅａ_max,jの平均値（ｍｍ）である。

極値確率用紙の縦軸であるＦ目盛の１０〜８５％におけるプロット点が近似直線状に乗ることを確認する。これにより、得られた極値分布が二重指数分布に従うことを確認できる。式６に推定対象領域の体積Ｖ（予測体積）を代入し、再帰期間Ｔと得られた極値分布が交わる点が推定最大空孔包絡面積の平方根√ａｒｅａ_maxである。

本実施形態では、基準面積Ｓ_０を０．３９ｍｍ^２、検査回数ｎを３２回、推定対象領域の体積Ｖを２００ｍｍ^３とした。表層は、試験片１の内周面から深さ０．５４ｍｍの領域とした。基準面積は、半径方向寸法を試験片の内周面から０．５４ｍｍ、軸方向寸法を０．７４ｍｍとした。推定対象領域は、試験片の内周面から０．５４ｍｍの円筒領域であり、軸方向寸法を７ｍｍとした。

焼結密度および推定最大空孔包絡面積の平方根（√ａｒｅａ_max）の評価基準をそれぞれ表６、７に示す。また、各試験片の諸元及び評価結果を表８に示す。

試験片１〜７に示すように、処理回転数および時間の増加や成形圧の上昇によって、試験片の特性は向上する傾向がある。具体的には、混合粉末の撹拌時の回転数を２，０００ｍｉｎ^−１以上、撹拌時間を３０ｍｉｎ以上とし、且つ、圧縮成形時の成形圧を９００ＭＰａ以上とした場合（試験片３〜７）に、特に良好な結果となった。一方、試験片１１、１２に示すように、混合粉末の撹拌時の回転数および撹拌時間をさらに上昇させていくと、成形性が悪化した。これは、処理により粉末表面が改質されたことにより、粉末間の絡み合いが減少したためと考えられる。この結果から、成形性を考慮すると、混合粉末の撹拌時の回転数は１，５００〜２，５００ｍｉｎ^−１、撹拌時間は１０〜５０ｍｉｎとすることが好ましいと言える。

ここで、試験片５の√ａｒｅａ_maxは３２μｍである。一方、滑剤を０．１ｗｔ.％に減らし、１，２００ ＭＰａで１２０℃温間成形を行い、金型潤滑を併用した試験片９の√ａｒｅａ_maxは３５μｍである。両者の√ａｒｅａ_maxが同等であることから、滑剤を減らすことで金型に負荷を与えたり、温間成形や金型潤滑といった複雑な工程を介したりすることなく、試験片内の√ａｒｅａ_maxを低減させることが可能であることが確認された。

Claims (11)

1. 鉄基粉末と炭素粉末とを含む粉末冶金用混合粉末であって、
   流動度が３０ｓ／５０ｇ未満となる条件で撹拌混合した粉末冶金用混合粉末。
2. 前記鉄基粉末のビッカース硬さ（ＨＶ）が１００以下である請求項１記載の粉末冶金用混合粉末。
3. 前記炭素粉末の粒径Ｄ９０が４μｍ以上１０μｍ以下である請求項１又は２記載の粉末冶金用混合粉末。
4. 前記鉄基粉末が、Ｆｅ−Ｍｏ合金粉にＮｉを拡散付着させた拡散合金粉である請求項１〜３の何れかに記載の粉末冶金用混合粉末。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の混合粉末を用いて形成した焼結金属部品。
6. 密度が７．６ｇ／ｃｍ^３以上である請求項５記載の焼結金属部品。
7. 鉄基粉末と炭素粉末とを含む原料粉末を混合機に投入して撹拌混合することにより粉末冶金用混合粉末を製造するにあたり、
   流動度が３０ｓ／５０ｇ未満となるように撹拌条件を設定する粉末冶金用混合粉末の製造方法。
8. 撹拌混合により、粉末冶金用混合粉末の流動度を、撹拌混合前の前記鉄基粉末のみでの流動度よりも、９ｓ／５０ｇ以上低下させる請求項７に記載の粉末冶金用混合粉末の製造方法。
9. 前記混合機が、せん断混合により粉末冶金用混合粉末を撹拌混合するものである請求項７又は８に記載の粉末冶金用混合粉末の製造方法。
10. 前記混合機の回転数を２０００〜９０００ｒｐｍとする請求項９記載の粉末冶金用混合粉末の製造方法。
11. 混合前後における前記鉄基粉末のビッカース硬さ（ＨＶ）の増加率が２０％未満である請求項７〜１０の何れかに記載の粉末冶金用混合粉末の製造方法。