[发明专利]粉末状金属材料的表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末状金属材料的表面处理方法，更详细而言，本发明涉及一种用作如烧结等粉末冶金或熔射般进行使用了金属粉末的金属制品的制造或被膜的形成时的材料的粉末状金属材料的表面处理方法。

背景技术

作为粉末冶金的一种，将粉末状金属材料的集合体以低于熔点的温度加热固化而获得烧结金属的“烧结”被广泛用于齿轮等各种机械零件的制造，尤其近年来，亦提出使用粉末状金属材料作为3D打印机中的造形材料，亦提出将雷射束或电子束以特定的图案照射于粉末状金属材料进行烧结，由此可直接利用金属材料，由CAD等形状数据成形所需的三维立体模型(非专利文献1)，如此通过粉末状金属材料的烧结制造的三维立体模型与现有的通过3D打印机制造的树脂制的模型不同，不仅可期待作为模型或样品的用途，亦可期待将其用作直接组装入机械等的零件。

然而，将粉末状金属材料烧结而获得的烧结金属因产生残留气孔等原因，与进行熔融成形的情形相比，容易形成低密度、低强度，若为该状态，则作为机械零件等而不耐实用的情形也多。

因此，以去除此种导致低密度、低强度的残留气孔为目的，亦进行将所获得的烧结金属进行锻造的称为“烧结锻造”的处理，但如上所述，若对于通过使用3D打印机的简便立体造形制造的零件，进一步需要烧结锻造的处理，则失去简便性的优点。

与如上述烧结锻造的事后处理不同，通过钻研作为用于烧结的原料的粉末状金属材料的组成或构造而谋求烧结金属的高强度化的研究亦逐步推进，作为其中之一，亦报告通过对进行烧结前的粉末状金属材料实施通过球磨机的搅拌进行的机械研磨处理，改变材料的内部构造，由此可获得高强度的烧结金属(非专利文献2、3)。

该方法中，通过对如图6(A)所示具有特定结晶构造的粉末状金属材料进行藉球磨机的机械研磨处理，对粉末状金属材料集中实施超强加工，而如图6(B)所示，于粉末状金属材料的表面附近产生结晶粒经微细化形成的称为外壳的区域(以下将该区域称为“微细粒区域”)，由此获得具备维持原结晶粒尺寸的称为核心的中心部的区域(以下，将该区域称为“粗大粒区域”)及覆盖该粗大粒区域的上述微细粒区域的粉末状金属材料。

并且，通过如此将形成有粗大粒区域及微细粒区域的粉末状金属材料进行烧结，所获得的金属可得到如图6(C)所示具有粉末状金属材料的微细粒区域彼此链接而形成的网状组织及该微细粒区域中的粗大粒区域协调地配置的称作“协调组织”的构造的金属(本发明中，将此种金属称作“协调组织金属”)，关于此种协调组织金属，报告有维持与使用未进行机械研磨处理的通常的粉末状金属材料所获得的均匀等轴粒组织的烧结金属同等的延展性，且同时获得强度的大幅度提高(非专利文献2)。

再者，以上说明中，列举通过“烧结”进行的情形为例对上述“协调组织金属”的制造方法进行了说明，但关于上述具备微细粒区域的粉末状金属材料，使其通过“熔射”于基材的表面形成金属被膜的情形时，亦可使所形成的金属被膜成为“协调组织金属”。

[非专利文献1]“特集2-3D打印机|引人入胜！篇|“设计、制造方法展”报告树脂、纸、金属等造形材料多样化”[日经BP公司发行“日经制造8月号”(发行日：2013年8月1日)第64～68页]；

[非专利文献2]饴山惠、关口达也“兼具通过协调组织控制获得的高强度、高延展性的革新构造用材料的创制”[一般社团法人日本热处理技术协会发行“热处理材料及表面的改质Vol.53 NO.1 2013”(发行日：2013年2月28日)第1～2页]；

[非专利文献3]“再生黄铜硬度3倍切削屑成形、烧结日大新技术改进导电率面向实用”[日刊工业报(2013年4月30日)]。

发明内容

如非专利文献2、3所介绍，于使用事前进行经球磨机的搅拌的粉末状金属材料进行烧结的情形时，通过烧结获得的烧结金属成为“协调组织”，由此获得具备兼具高延展性及高强度的优异特性的金属。

然而，如非专利文献2、3所记载，于利用球磨机进行粉末状金属材料的处理的情形时，处理效率极差，作为一例，非专利文献2中的处理时间成为100小时，非专利文献3中的处理时间成为32小时。

又，通过球磨机进行的粉末状金属材料的处理有粉尘爆炸的忧虑，为极其危险的作业。

即，用于烧结等的粉末状金属材料通常为粒径100μm左右的微细者，故将其投入球磨机内，于空气的存在下搅拌，施加摩擦力或冲击力，又，若产生因搅拌时的摩擦产生的静电的放电，则发生粉尘爆炸。