特許 5750076 成形用粉末およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5750076

(24)【登録日】2015年5月22日

(45)【発行日】2015年7月15日

(54)【発明の名称】成形用粉末およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 1/00 20060101AFI20150625BHJP

   B22F 1/02 20060101ALI20150625BHJP

   B22F 3/02 20060101ALI20150625BHJP

【ＦＩ】

   B22F1/00 F

   B22F1/02 B

   B22F3/02 M

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-60098(P2012-60098)

(22)【出願日】2012年3月16日

(65)【公開番号】特開2013-194255(P2013-194255A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2013年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100113664

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 正往

(74)【代理人】

【識別番号】110001324

【氏名又は名称】特許業務法人ＳＡＮＳＵＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】三宅 賢武

(72)【発明者】

【氏名】松本 伸彦

(72)【発明者】

【氏名】中谷 和通

【審査官】 米田 健志

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５０５２４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ １／００〜８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄基粉末を含む原料粉末と、該原料粉末中に混在した内部潤滑剤およびカーボンブラックとからなり、金型のキャビティへ充填された後に加圧成形されて成形体となる成形用粉末であって、
前記内部潤滑剤は、脂肪酸アミドと高級アルコール、エステルワックス、アミドワックス、金属石鹸の１種以上との複合潤滑剤からなり、前記成形用粉末全体を１００質量％（単に「％」という。）としたときに合計で０．２〜０．９％含まれ、前記原料粉末と完全溶融状態で混合されて該原料粉末の構成粒子の表面に付着しており、
前記カーボンブラックは、粒径が５０ｎｍ以下でＢＥＴ法により求まる比表面積が９５ｍ^２／ｇ以下であり、前記成形用粉末全体を１００％としたときに０．００５〜０．０５％含まれ、前記完全溶融状態後に固化した複合潤滑剤の表面に付着しており、
前記キャビティへの充填速度を指標する流動度が２０秒／５０ｇ以下であることを特徴とする成形用粉末。

【請求項2】

前記原料粉末は、前記成形体を焼結してなる焼結体を、強化する強化元素または改質する改質元素を含む請求項１に記載の成形用粉末。

【請求項3】

前記鉄基粉末は、粒径が２１２μｍ以下の鉄基粒子からなる請求項１または２に記載の成形用粉末。

【請求項4】

前記鉄基粉末は、水アトマイズ粉末を含む請求項３に記載の成形用粉末。

【請求項5】

前記脂肪酸アミドは、ステアリン酸アミドである請求項１または４に記載の成形用粉末。

【請求項6】

前記複合潤滑剤は、前記高級アルコールの一種であるベヘニルアルコールを含む請求項１または５に記載の成形用粉末。

【請求項7】

前記高級アルコールは、前記複合潤滑剤全体を１００％としたときに１５〜６０％である請求項１または６に記載の成形用粉末。

【請求項8】

鉄基粉末を含む原料粉末と内部潤滑剤を混合した第一混合粉末を得る第一混合工程と、
該第一混合粉末とカーボンブラックを混合した第二混合粉末を得る第二混合工程とからなり、金型のキャビティへ充填された後に加圧成形されて成形体となる成形用粉末の製造方法であって、
前記第一混合工程は、脂肪酸アミドと高級アルコール、エステルワックス、アミドワックス、金属石鹸の１種以上とからなり前記成形用粉末全体を１００質量％（単に「％」という。）としたときに合計で０．２〜０．９％含まれる複合潤滑剤を、完全溶融状態で前記原料粉末と混合して該原料粉末の構成粒子の表面に付着させる工程であり、
前記第二混合工程は、粒径が５０ｎｍ以下でＢＥＴ法により求まる比表面積が９５ｍ^２／ｇ以下であり前記成形用粉末全体を１００％としたときに０．００５〜０．０５％含まれるカーボンブラックを、該完全溶融状態後に固化した前記複合潤滑剤の表面に付着させる工程であり、
前記キャビティへの充填速度を指標する流動度が２０秒／５０ｇ以下となる成形用粉末が得られることを特徴とする成形用粉末の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高流動性や充填安定性を実現できる成形用粉末とその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複雑な形状の金属部材は、粉末冶金法により製造すると、切削加工等を大幅に削減でき、製造コストの低減を図れる。粉末冶金法は、通常、改質粉末や内部潤滑剤等を適宜含む金属粉末を、金型のキャビティへ充填し、それを加圧成形して得られた成形体を、加熱して焼結体を得ることによりなされる。

【0003】

このような粉末冶金法による生産性向上や生産コスト低減を図る場合、品質（例えば、質量、密度、強度等）を安定化させつつ、金型キャビティへの粉末充填性（充填速度、充填密度等）を向上させることが重要となる。これに関連した提案が、例えば下記の特許文献にある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許４８３２４３３号公報

【特許文献2】特表２００９−５２２４４７号公報

【特許文献3】特開２０１０−５３４３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１は、鉄粉等と結合剤（例えばポリエチレン）および潤滑剤（例えばエチレンビスステアルアミド）とを、結合剤の融点以上で潤滑剤の融点未満の温度で加熱混合した後、その結合剤の融点未満まで冷却して、比表面積が１００ｍ^２／ｇより大きく粒径が１００ｎｍより小さいカーボンブラック（ＣＢ）を添加してなる粉末冶金組成物を提案している。この粉末冶金組成物は流動性等に優れるものの、最速でも２０．８（秒／５０ｇ）の流動度に留まっている。

【0006】

特許文献２では、結合剤として脂肪族アルコールを用い、潤滑剤としてＣ_１８〜Ｃ_２２第一級アミド（ステアリン酸アミド、アラキジン酸アミドおよびベヘン酸アミドの複合物）を用いているが、基本的な内容は特許文献１と同様である。しかも特許文献２の場合は、特許文献１の場合よりも流動度が劣り最速でも２３．２（秒／５０ｇ）に留まっている。

【0007】

特許文献３も、結合剤の融点以上で加熱混合を行っている点で特許文献１または特許文献２と同様である。但し、特許文献３では、加熱後に結合剤が固化した段階で、ＣＢの他に遊離潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）も加えている。このような遊離潤滑剤の添加は流動性を低下させ好ましくない。事実、特許文献３には具体的な流動度に関する記載がされていない。

【0008】

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、従来とは異なる調製方法により、さらなる高流動性や充填安定性を実現できる成形用粉末およびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、内部潤滑剤が完全に溶融する状態で、内部潤滑剤と鉄基粉末等とを混合すると共に、その冷却後の混合粉末へ、従来とは特性の異なるカーボンブラックを添加することにより、流動度が従来よりも遥かに優れた超高流動性の成形用粉末を得ることに成功した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

【0010】

《成形用粉末》
（１）本発明の成形用粉末は、鉄基粉末を含む原料粉末と、該原料粉末中に混在した内部潤滑剤およびカーボンブラックとからなり、金型のキャビティへ充填された後に加圧成形されて成形体となる成形用粉末であって、前記内部潤滑剤は、脂肪酸アミドと高級アルコール、エステルワックス、アミドワックス、金属石鹸の１種以上との複合潤滑剤からなり、前記成形用粉末全体を１００質量％（単に「％」という。）としたときに合計で０．２〜０．９％含まれ、前記原料粉末と完全溶融状態で混合されて該原料粉末の構成粒子の表面に付着しており、前記カーボンブラックは、粒径が５０ｎｍ以下でＢＥＴ法により求まる比表面積が９５ｍ^２／ｇ以下であり、前記成形用粉末全体を１００％としたときに０．００５〜０．０５％含まれ、前記完全溶融状態後に固化した複合潤滑剤の表面に付着しており、前記キャビティへの充填速度を指標する流動度が２０秒／５０ｇ以下であることを特徴とする。

【0011】

（２）本発明の成形用粉末は、著しく高い流動性や充填安定性を発現する。このため本発明の成形用粉末を用いると、金型キャビティへの粉末充填時間が短縮されると共に、キャビティに充填された粉末の重量変動も非常に少なくなり、高品質な成形体や焼結体を歩留まりよく効率的に生産できるようになる。

【0012】

（３）本発明の成形用粉末が、そのような優れた特性を発現する理由は定かではないが、現状では次のように考えられる。本発明に係る内部潤滑剤（複合潤滑剤）は、完全に溶融した状態で鉄基粉末と混合される（これを適宜「完全溶融混合」という。）。このため内部潤滑剤は、混合される鉄基粉末の構成粒子（鉄基粒子）の表面と接触し易くなり、特に、鉄基粒子の表面にある小さな凹部へも流入し易くなる。これにより見掛け上、鉄基粒子は、比較的滑らかな表面性状を有し、球状に近くなる。なお、原料粉末が鉄基粉末以外にＧｒ等の強化粉末やその他の改質粉末等を含む場合、これら粉末は内部潤滑剤と共に鉄基粒子の凹部等に堆留、付着等する。つまり原料粉末が鉄基粉末以外を含む場合でも、見掛け上、本発明の成形用粉末の構成粒子は球状に近くなり得る。

【0013】

このような傾向は、内部潤滑剤が上述した複合潤滑剤である場合に限らず、脂肪酸アミド単体のみからなる場合でも同様に生じると考えられる。しかし、理由は定かではないが、内部潤滑剤が上述したような特定の二種以上の複合潤滑剤からなる場合に、その傾向が顕著に現れた。

【0014】

さらに本発明の成形用粉末は、その完全溶融混合後に固化した複合潤滑剤表面上にも、特異なカーボンブラック（ＣＢ）が付着している。一般的にＣＢが流動化剤となり得ることは、前述した特許文献等１にも記載があり、公知である。しかし、ＣＢはその比表面積や粒形の相違によって多種多様であり、用いるＣＢの特性により、成形用粉末の充填特性も大きく影響を受けることが新たにわかった。

【0015】

例えば、これまで流動化剤として一般的に用いられてきたＣＢは、特許文献１等にもあるように、比表面積が１００ｍ^２／ｇ超で比較的大きいものであった。しかし本発明では逆に、従来のＣＢと異なり、比表面積が９５ｍ^２／ｇ以下と比較的小さいＣＢを用いている。これにより、本発明の成形用粉末は流動性や充填安定性が従来よりもさらに向上するようになったと考えられるが、その詳細な機構は現状定かではない。

【0016】

但し、本発明に係るＣＢは、完全溶融混合後の固化した複合潤滑剤の表面に選択的に付着することがわかっている。原料粉末が強化粉末等を含む場合は、その構成粒子の表面にもＣＢが選択的に付着している。つまり、本発明に係るＣＢは、成形用粉末の流動性等を阻害し易い内部潤滑剤等の表面に効率的に付着している。このようなＣＢの粒子表面における分散状態により、本発明の成形用粉末の構成粒子は、表面に付着した複合潤滑剤等同士が直接接触したり、相互に結着したりすることが抑止され、非常に高い流動性や充填安定性等が発現されるに至ったと考えられる。

【0017】

《成形用粉末の製造方法》
（１）本発明は上述した成形用粉末としてのみならず、その製造方法としても把握できる。すなわち本発明は、鉄基粉末を含む原料粉末と内部潤滑剤を混合した第一混合粉末を得る第一混合工程と、該第一混合粉末とカーボンブラックを混合した第二混合粉末を得る第二混合工程とからなり、金型のキャビティへ充填された後に加圧成形されて成形体となる成形用粉末の製造方法であって、前記第一混合工程は、脂肪酸アミドと高級アルコール、エステルワックス、アミドワックス、金属石鹸の１種以上とからなり前記成形用粉末全体を１００質量％（単に「％」という。）としたときに合計で０．２〜０．９％含まれる複合潤滑剤を、完全溶融状態で前記原料粉末と混合して該原料粉末の構成粒子の表面に付着させる工程であり、前記第二混合工程は、粒径が５０ｎｍ以下でＢＥＴ法により求まる比表面積が９５ｍ^２／ｇ以下であり前記成形用粉末全体を１００％としたときに０．００５〜０．０５％含まれるカーボンブラックを、該完全溶融状態後に固化した前記複合潤滑剤の表面に付着させる工程であり、前記キャビティへの充填速度を指標する流動度が２０秒／５０ｇ以下となる成形用粉末が得られることを特徴とする成形用粉末の製造方法としても把握できる。

【0018】

（２）ここで完全溶融状態となっているか否かは、複合潤滑剤を構成する潤滑剤の内で最も高い融点（適宜「最高融点」という。）以上の温度（第一温度）で第一混合工程が行われてるか否かで判断する。また複合潤滑剤が固化しているか否かは、複合潤滑剤を構成する潤滑剤の内で最も低い融点（適宜「最低融点」という。）未満の温度（第二温度）で第二混合工程が行われてるか否かで判断する。

【0019】

《成形体または焼結体》
（１）本発明は、上述した成形用粉末やその製造方法のみならず、その成形用粉末を用いて製作された成形体、さらにはその成形体を焼結させた焼結体としても把握できる。

【0020】

（２）成形体は、上記の最低融点未満の温度（第三温度）で成形用粉末を加圧成形してなると好ましい。これにより成形中も複合潤滑剤が全体的に均一に分散された状態が維持され、構成粒子間の摩擦等が低減されて、均質的で高密度な成形体が得られ易くなる。

【0021】

なお、本発明に係る複合潤滑剤やＣＢは、鉄基粉末の粒子表面に一時的に付着等しているに過ぎない。従って、加圧成形時、複合潤滑剤は当然に流動し、鉄基粒子が元々有していた表面性状（表面の凹凸）が出現し、鉄基粒子間にはアンカー効果等が作用して、適度な抗折力をもつ成形体が得られるようになる。

【0022】

《その他》
（１）本発明に係る複合潤滑剤は、構成粒子の表層部分を局所的に観察した際に、上述した二種以上の各潤滑剤が均一的な融合状態となっている場合の他、異なる潤滑剤が偏在的（例えば多層状等）となっていてもよい。また原料粉末と混合される二種以上の潤滑剤は、同時に混合されてもよいし、個別に順次混合されてもよい。例えば、高級アルコール等を先に混合して下層を形成した後に、脂肪酸アミドを混合して表層を形成して、多層状となった複合潤滑剤が鉄基粒子の表面に付着した状態でもよい。

【0023】

（２）本明細書でいう「流動性」は、例えば、成形用粉末をキャビティへ充填するときの速度（充填速度）を指標する流動度（ＦＲ）により評価される。また「充填安定性」は、例えば、キャビティへ充填した際の粉末密度やその変動量を指標する見掛密度（ＡＤ）やタップ密度（ＴＤ）、それらに基づいて算出される圧縮率（Ｃｐ）やＨａｕｓｎｅｒ比（ＨＲ）により評価される。なお本明細書では、流動性と充填安定性を併せて適宜「流動性」という。

【0024】

（３）本発明の成形用粉末は、その充填特性が特に限定されないが、例えば、ＦＲ（ＪＩＳ Ｚ２５０２に準拠）が２１秒／５０ｇ以下、２０秒／５０ｇ以下さらには１９秒／５０ｇ以下であると好ましい。またＣｐが１８％以下、１７％以下さらには１６％以下であると好ましい。さらにＨＲが１．２１以下、１．２０以下さらには１．１９以下であると好ましい。

【0025】

（４）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1A】試料１の成形用粉末に係るＳＥＭ写真である。

【図1B】試料７の成形用粉末に係るＳＥＭ写真である。

【図2A】試料２２の成形用粉末に係るＦＥ−ＳＥＭ写真である。

【図2B】その拡大ＦＥ−ＳＥＭ写真（１万倍）である。

【図2C】その拡大ＦＥ−ＳＥＭ写真（３万倍）である。

【図3A】ＣＢ添加量と流動度の関係を示すグラフである。

【図3B】ＣＢ添加量と見掛密度の関係を示すグラフである。

【図4A】ＣＢ添加量と流動度の関係を示すグラフである。

【図4B】ＣＢ添加量と見掛密度の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本明細書で説明する内容は、本発明の成形用粉末のみならず、それを用いた成形体や焼結体、それらの製造方法にも適宜該当し得る。方法に関する記載内容は、プロダクトバイプロセスとして理解すれば物に関する構成要素ともなり得る。本明細書中から任意に選択した一以上の記載内容を上述した本発明に自在に付加し得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。

【0028】

《原料粉末》
（１）鉄基粉末
鉄基粉末は、鉄（Ｆｅ）を主成分とする鉄基粒子から構成される。鉄基粒子の組成は、純鉄でも鉄合金でもよい。また鉄基粉末は、単種の粉末からなってもよいが、組成、製法、粒形分布等の異なる二種以上の素粉末を組み合わせたものでもよい。例えば、鉄基粉末は、鉄合金または非鉄合金からなる合金粉末と純鉄粉末の混合粉末でもよいし、製法または粒子形状（粒形）の異なる二種以上のアトマイズ粉末（例えば水アトマイズ粉末とガスアトマイズ粉末）の混合粉末でもよい。なお、水アトマイズ粉末は、適度な凹凸状表面を有する粒子が多いため、充填特性と成形体の抗折力との両立を図り易い。

【0029】

（２）強化粉末・改質粉末
原料粉末は、焼結体を強化する強化元素または改質する改質元素を含むと好ましい。強化される特性として、例えば、強度、伸び、靱性等性があり、改質される特性として、例えば、焼結性、寸法安定性、切削性等がある。なお、両者を厳密に区別する必要はない。このような元素として、例えば、Ｃ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｐ、Ｓ、Ｗ等がある。これらの元素は、上記の鉄基粉末に含まれてもよいが、別粉末（強化粉末または改質粉末）として原料粉末中に混在させると組成調整が容易となる。このような粉末として、例えば、グラファイト（Ｇｒ）粉末、Ｃｕ粉末、Ｃｕ合金粉末、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系合金粉末、Ｆｅ−Ｐ粉末等がある。

【0030】

（３）粒度分布
本発明の成形用粉末に係る充填性は、粒度分布による影響をあまり受けない。もっとも、粉末自体の取扱性や入手性、成形体の抗折力の確保等の観点から、本発明の鉄基粉末は、粒径が２１２μｍ以下の鉄基粒子からなると好ましい。なお、本明細書でいう粒径（粒度）は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１に準拠した篩分けにより規定した。例えば、粒径が２１２μｍ以下の鉄基粒子とは、公称目開き２１２μｍの篩を通過した鉄基粒子という意味である。

【0031】

《内部潤滑剤》
本発明に係る内部潤滑剤は、脂肪酸アミドと、高級アルコール、エステルワックス、アミドワックス、金属石鹸の１種以上との複合潤滑剤からなる。脂肪酸アミドは、例えば、ステアリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、エチレンビスエルカ酸アミド等の一種以上である。高級アルコールは、例えば、ベヘニルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、リグノセリルアルコール等の一種以上である。２なお、高級アルコールは、複合潤滑剤全体を１００％としたときに１５〜６０％さらには５〜４５％であると好ましい。

【0032】

エステルワックスは、例えば、脂肪酸アルキルエステル、ペンタエリスリトール脂肪酸エステール等の一種以上である。金属石鹸は、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、例えば、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等の一種以上である。

【0033】

内部潤滑剤は、成形用粉末全体を１００質量％（単に「％」という。）としたときに合計で０．２〜０．９％さらには０．１５〜０．７％含まれると好ましい。内部潤滑剤が過少でも過多でも、充填特性の向上を図れない。勿論、内部潤滑剤が過少になると、鉄基粒子間の潤滑性や鉄基粒子と金型の潤滑性が確保できず成形性が低下し、過多になると、成形体密度ひいては焼結体密度が低下して好ましくない。

【0034】

《カーボンブラック》
本発明に係るＣＢは、粒径が５０ｎｍ以下さらには４０ｎｍ以下であると好ましい。粒径が過大では、偏在し易くなり、成形用粉末の構成粒子の被覆率が小さくなり、好ましくない。粒径の下限値は問わないが、通常、ＣＢの粒径は１０ｎｍ以上である。なお、ＣＢの粒径は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察すると球状の粒子がいくつか融着している。この球状の粒子１コの径を測定することにより特定する。

【0035】

本発明に係るＣＢは、比表面積が９５ｍ^２／ｇ以下さらには９０ｍ^２／ｇ以下であると好ましい。比表面積が過大では、凝集が激しく、均一分散し難いため好ましくない。比表面積の下限値は問わないが、通常、ＣＢの比表面積は５０ｍ^２／ｇ以上である。なお、ＣＢの比表面積はＢＥＴ法により求まる。

【0036】

本発明に係るＣＢは、成形用粉末全体を１００％としたときに０．００５〜０．０５％さらには０．０１〜０．０４％含まれると好ましい。ＣＢが過少では成形用粉末の充填特性の向上を図れない。ＣＢが過多では焼結体に膨れ等が生じ易くなり好ましくない。

【0037】

《成形と焼結》
本発明の成形用粉末は、成形時の条件を問わない。冷間成形されても温間成形されてもよいし、印加される成形圧力も一般的な５００〜８５０ＭＰａでもよいし、それを超えるような超高圧でもよい。用いる潤滑剤の融点にも依るが、金型温度が６０〜１００℃となる温間成形を行うことにより、成形体ひいては焼結体の高密度化も図れ、高特性の焼結部品が得られる。なお、本発明の成形用粉末は内部潤滑剤を含むため必要ないが、本発明は金型潤滑成形される場合を除くものではない。

【0038】

焼結条件も問わないが、一般的には、窒素雰囲気等の酸化防止雰囲気中で、１０５０〜１２５０℃、２０〜１２０分間加熱されて焼結される。また焼結体は、適宜、焼鈍、焼準、時効、調質（焼き入れ、焼き戻し）、浸炭、窒化等の熱処理が施されてもよい。

【0039】

《用途》
本発明の成形用粉末により得られる成形体や焼結体は、その形態や用途を問わない。焼結体の用途例として、自動車分野では、各種プーリー、変速機のシンクロハブ、エンジンのコンロッド、ハブスリーブ、スプロケット、リングギヤ、パーキングギヤ、ピニオンギヤ等がある。その他、サンギヤ、ドライブギヤ、ドリブンギヤ、リダクションギヤ等もある。

【実施例】

【0040】

実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

【0041】

《第一実施例：試料１〜２８》
〈試料の製造〉
（１）原料
先ず原料粉末として、鉄基粉末である純鉄粉（ヘガネスＡＢ社製ＡＳＣ１００．２９／−２１２μｍ）およびＦｅ−１０質量％Ｃｕ合金粉（ヘガネスＡＢ社製Ｄｉｓｔａｌｏｙ ＡＣｕ／−２１２μｍ）と、強化粉末である黒鉛粉末（Ｇｒ）（日本黒鉛工業株式会社製Ｊ−ＣＰＢ／平均粒径：５μｍ）を用意した。なお、鉄基粉末はいずれも水アトマイズ粉末である。

【0042】

次に、内部潤滑剤として表１に示す７種類を用意した。さらに、カーボンブラック（ＣＢ）粉末（東海カーボン株式会社製トーカブラック＃７３５０Ｆ、比表面積：８０ｍ^２／ｇ、平均粒径：２８ｎｍ）も用意した。

【0043】

（２）調製（完全溶融混合）
これら原料を用いて、表２に示す各組成となるように配合した。得られた各混合物を、１５０℃（第一温度）で５分間混合した（完全溶融混合）。なお、表２に示した配合組成は、混合物全体に対する質量割合（質量％）である。なお、本明細書では特に断らない限り、組成または添加量は質量割合であり、単に「％」で表記する。

【0044】

この完全溶融混合は、加熱混合装置（深江パウテック株式会社製ハイスピードミキサーＬＦＳ−ＳＧ−２Ｊ）を用いて行った。この際、容器内のアジテータの回転数は１５０ｒｐｍとした。なお、表１から明らかなように、いずれの内部潤滑剤の融点よりも高い温度となるように上記の第一温度を選択した。従って、内部潤滑剤は全て、混合中に少なくとも一旦は完全に溶融した状態になっていると考えられる。

【0045】

（３）ＣＢの添加
次に、完全溶融混合後に冷却して室温（第二温度）になった混合粉末へ、上述したＣＢを０．０３％加えてさらに混合した。この混合は、ボールミル式回転混合機を用いて室温域で行った。こうして表２に示す各種の試料（成形用粉末）を得た。なお、ＣＢの添加量は、その添加後の混合物全体を１００質量％としたときの質量割合である。

【0046】

（４）参考試料
参考試料として、上述した純鉄粉のみ（試料Ｃ１）と、純鉄粉にＣＢを０．０３％添加して単純混合した粉末（試料Ｃ２）と、純鉄粉とＧｒ粉とステアリン酸亜鉛（ＺｎＳｔ．）を室温で単純混合した粉末（試料Ｃ３）を用意した。これらも表２に併せて示した。

【0047】

〈試料の観察・測定〉
（１）粒子の表面性状
成形用粉末を構成する粒子形状（粒形）の代表例として、試料１、試料７および試料２２に係る粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ／ＦＥ−ＳＥＭ）で観察した写真を、図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａにそれぞれ示した。写真中で白く見える部分は、鉄基粒子に内部潤滑剤が付着している部分である．

【0048】

また試料２２に係る粒子をさらに拡大して観察したＦＥ−ＳＥＭ写真を図２Ｂ（１万倍）および図２Ｃ（３万倍）に示した。黒く見える部分は、鉄基粒子に潤滑剤が付着している部分であり、その潤滑剤上に付着した灰色（１００ｎｍ未満の粒子状）に見える部分がＣＢ粒子である。なお、各写真で白く見える部分は鉄基粒子の表面（地肌）である。

【0049】

図２Ｂまたは図２Ｃに示した写真を用いて画像解析により、粒子表面に付着しているＣＢの付着面積を測定した。これに基づき求めたＣＢによる被覆率は２６％であった。なお、この被覆率は、特定視野内の２次元投影像の面積比率である。

【0050】

（２）粉末の充填特性
各試料の成形用粉末の充填特性を表２に併せて示した。評価した充填特性は、流動度（ＦＲ）、見掛密度（ＡＤ）、タップ密度（ＴＤ）、圧縮率（Ｃｐ）およびＨａｕｓｎｅｒ比（ＨＲ）である。ＦＲおよびＡＤは、それぞれＪＩＳ Ｚ ２５０２に準拠して測定した。ＴＤは、各成形用粉末１００ｇを入れた１００ｍｌのメスシリンダーを１００回タップした後に測定した密度である。成形用粉末のメスシリンダーへの充填はＪＩＳ Ｚ ２５０２に準拠して行い、タップは落下高さ２５ｍｍとして行った。またＣｐおよびＨＲは、それぞれＣｐ＝１００×（ＴＤ−ＡＤ）／ＴＤ（％）、ＨＲ＝ＴＤ／ＡＤにより算出した。

【0051】

《第二実施例：試料２２１〜２２５および試料Ｃ２１〜Ｃ２６》
表２に示した試料２２および試料Ｃ２のＣＢ添加量を種々変更した試料も調製し、それぞれの充填特性を測定した。その結果をＣＢ添加量と共に表３に併せて示した。ＣＢ添加量を除き、成形用粉末の調製方法および充填特性の測定方法は、前述した第一実施例と同様である。

【0052】

表３に基づき、試料２２１〜２２５に係るＣＢ添加量と流動度（ＦＲ）または見掛密度（ＡＤ）との関係を、それぞれ図３Ａおよび図３Ｂに示した。また試料Ｃ２１〜Ｃ２６に係るＣＢ添加量と流動度（ＦＲ）または見掛密度（ＡＤ）との関係を、それぞれ図４Ａおよび図４Ｂに示した。

【0053】

《評価》
（１）内部潤滑剤
表２からわかるように、完全溶融混合後にＣＢを添加した成形用粉末は、概して充填特性が優れている。特に、試料１〜４と試料５〜２８を比較すると明らかなように、内部潤滑剤が複合潤滑剤である場合に、より高い充填特性が得られた。さらに複合潤滑剤中に脂肪酸アミド（潤滑剤Ｎｏ．Ｉ）が含まれると、充填特性がより高くなった。特に脂肪酸アミドと高級アルコール（潤滑剤Ｎｏ．ＩＶ）が含まれている場合、流動度が１９秒／５０ｇ以下という超高流動性を発現する試料が多かった。

【0054】

このことは、図１Ａおよび図１Ｂに示した成形用粉末の構成粒子の形態からも理解される。つまり、内部潤滑剤が一種類だけの試料１（図１Ａ）の場合、内部潤滑剤が鉄基粒子の表面に点在した状態となっており、全体的にいびつな粒形となっている。これに対して内部潤滑剤が二種以上の試料７（図１Ｂ）の場合、内部潤滑剤（複合潤滑剤）が鉄基粒子の凹部に流れ込み、粒子表面は凹凸が少なく滑らかな状態で、粒子全体が球状に近くなっていた。このような粒形の相違が、各構成粒子の充填特性の相違として出現したと考えられる。

【0055】

また試料１〜１６と、試料１７〜２３または試料２４〜２８とを比較するとわかるように、内部潤滑剤の合計量が増加しても、また合金粉末や強化粉末を含む場合でも、良好な充填特性が得られることが確認された。但し、試料１〜１６と試料１７〜２８を比較するとわかるように、Ｇｒ粉末を含む試料の方が充填特性に優れており、その特性が安定していた。これは強化粉末が内部潤滑剤と融合して鉄基粒子の凹部を一層埋めるようになり、成形用粉末の構成粒子の粒形がより球状に近くなったためと考えられる。

【0056】

（２）カーボンブラック
先ず、表３、図３Ａおよび図３Ｂから明らかなように、原料粉末と内部潤滑剤を完全溶融混合した場合、ＣＢを０．００５％微量添加するだけで、流動度、見掛密度等の充填特性が急激に改善されることがわかる。しかも、これら充填特性は、ＣＢ添加量が増加するほど向上し、ＣＢ添加量が０．０５％となったあたりでほぼ飽和状態となった。一方、表３、図４Ａおよび図４Ｂから明らかなように、内部潤滑剤を含まない場合（完全溶融混合を行わない場合）、充填特性はＣＢ添加量が微量（０．０１％まで）なら改善されるが、それ以上の改善は望めないことも確認された。

【0057】

ＣＢによる充填特性の向上機構は必ずしも定かではない。しかし、図２Ｂおよび図２Ｃに示した構成粒子の表面状態から、ＣＢが完全溶融混合後の複合潤滑剤上に選択的に付着していることは明らかである。そして最表面近傍にあるＣＢが、各構成粒子同士が潤滑剤部分で接触したり結着したりして充填特性が低下する事態を、抑止していると考えられる。

【0058】

【表1】

【0059】

【表2】

【0060】

【表3】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】