HK1219075B - 粉末状金属材料的表面处理方法 - Google Patents

Description

粉末状金属材料的表面处理方法

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。

此处，粉尘爆炸会在氧的存在、爆炸下限浓度以上的粉尘的产生及着火源的存在的三个要素齐聚时发生，故于欲防止粉尘爆炸发生的情形时，必须除去这些条件的一个以上，但为了对粉末状金属材料实施超强加工，不可能自于内部产生摩擦力、冲击力的球磨机去除可成为着火源的摩擦或冲击的产生。

因此，于欲防止粉尘爆炸的情形时，必须利用惰性气体将球磨机的内部充满等，于排除氧的状态下进行作业，或将粉末状金属材料的投入量调整为未达爆炸下限浓度，或实施该两者。

然而，若于利用惰性气体将球磨机内部充满的状态下进行处理，则制造成本变得大幅上升，又，考虑到粉末状金属[200网目(孔径74μm)全部通过]的爆炸下限浓度以铝计为35g/m³，以钛计为45g/m³，以铁计为120g/m³[摘选自“电弧熔接作业的安全性及卫生(第3次)”一般社团法人日本熔接协会WE-COM杂志第6号(2012年10月发行)]，若欲于爆炸下限浓度以下进行搅拌，则每次仅可处理极少量，即使若为研究室的实验水平的少量生产而可处理，亦不可能利用球磨机处理配合商业基准的大量粉末状金属材料。

又，即便可将上述通过球磨机的处理应用于粉末状金属材料的处理，于利用该方法处理过的粉末状金属材料中，混合存在有自粉末状金属材料的表面剥离的氧化皮等表面氧化物，该氧化物于烧结时成为粉末状金属材料彼此结合的妨碍，阻碍高强度化。

即，用于烧结或熔射的粉末状金属材料通常通过雾化法制造，于该雾化法中，使熔融金属喷雾、飞散而微粒化，使其瞬间急冷、凝固，制造粉末状金属材料，故于粉末状金属材料的表面附着有氧化皮。

又，关于利用雾化法以外的方法制造的粉末状金属材料，虽有程度的差，但亦通过与空气中的氧的接触而形成作为表面氧化物的氧化膜。

即便此种氧化皮等表面氧化物因球磨机的搅拌时所受的摩擦或冲击而自粉末状金属材料的表面剥离，就球磨机的构造方面而言，如此剥离的氧化物于剥离后亦不会被去除，而混合存在于粉末状金属材料中。

并且，经剥离的氧化物其后亦与粉末状金属材料一并于球磨机内被搅拌，故经剥离的氧化物的一部分因搅拌所导致的摩擦或冲击而压抵于粉末状金属材料的表面，并被埋入等而再次附着。

因此，于将利用球磨机处理过的粉末状金属材料直接取出而用于烧结的情形时，因混合存在于粉末状金属材料中的氧化物的存在，强度的提高受到抑制。

另一方面，为了去除混合存在于粉末状金属材料中的氧化物，亦考虑对通过球磨机的处理后的粉末状金属材料进行例如风力筛选等，于该方法中，除通过球磨机的处理以外，进而需要另外设置用以去除氧化物的一步骤，生产性进一步降低。

而且，该方法中，就混合存在于粉末状金属材料中的氧化物而言，即便可于某种程度上去除，亦无法将再次附着于粉末状金属材料的表面的氧化物分离、去除。

因此，若可利用亦能够去除此种表面氧化膜的方法进行粉末状金属材料的表面处理，则可期待所获得的协调组织金属的进一步的高强度化。

因此，本发明是为了消除上述背景技术的缺点而成，其目的在于提供一种粉末状金属材料的表面处理方法，该方法无粉尘爆炸的担忧，可容易且确实地进行自表面剥离氧化物或去除剥离后的氧化物，并且可以相对较短的时间有效率地进行于用作通过烧结等粉末冶金或熔射等方法获得具备协调组织的金属制品或金属被膜时的材料的粉末状金属材料的表面形成上述微细粒区域的处理。

为了达成上述课题，本发明的粉末状金属材料的表面处理方法是用作微细粒区域与粗大粒区域协调配置的协调组织金属的制造的粉末状金属材料的表面处理方法，其特征在于：

使用具备有集尘手段的喷击加工装置，该集尘手段是在作业空间内将喷射粉体与压缩气体一并喷射，使其碰撞被碰撞物，且对上述作业空间内进行抽吸而将粉尘去除、回收，

进行使平均粒径10～200μm的粉末状金属材料及具有与上述粉末状金属材料同等以上的硬度的媒介物质以喷射速度100～300m/sec反复碰撞的喷击处理，由此自上述粉末状金属材料将表面氧化物剥离，且于该粉末状金属材料的表面附近形成具有相对于中心部的结晶粒径较小的结晶粒径的微细粒区域(权利要求1)。

作为用于上述喷击处理的上述喷击加工装置，使用上述集尘手段具备将上述粉尘与上述喷射粉体分级的旋风分离器者(权利要求2)。

进而，于上述喷击加工装置的上述集尘手段中，将经回收的粉尘与例如碳酸钙等不燃性粉末一并贮存(权利要求3)。

于上述构成的粉末状金属材料的表面处理方法中，上述喷击处理可将上述粉末状金属材料设为上述喷射粉体，且将上述媒介物质设为上述被碰撞物而进行(权利要求4)。

亦可将上述媒介物质作为粉体而制成上述喷射粉体，并且将上述粉末状金属材料作为上述被碰撞物而进行(权利要求5)。

进而，亦可将上述媒介物质设为具有与上述粉末状金属材料相同的材质及相同的平均粒径的粉末状金属材料，而将上述喷射粉体与上述被碰撞物均设为上述粉末状金属材料而进行(权利要求6)。

再者，上述媒介物质的材质可设为具有与上述粉末状金属材料同等以上的硬度的金属，又，亦可设为具有与上述表面处理后的粉末状金属材料的硬度同等以上的硬度的陶瓷(权利要求7)。

根据以上说明的本发明的构成，通过本发明的粉体状金属材料的表面处理方法，可获得以下的显著效果。

通过进行使平均粒径10～200μm的粉末状金属材料及具有与上述粉末状金属材料同等以上的硬度的媒介物质以喷射速度100～300m/sec反复碰撞的喷击处理，粉末状金属材料的表面氧化物得以去除，且于碰撞时在表面附近产生的急速温度上升及冷却反复进行，由此粉末状金属材料的表面附近的结晶粒被微细化，由此可利用喷击加工的相对简单的方法容易地且短时间内大量处理在表面附近形成有具有相对于中心部的结晶粒径较小的结晶粒径的微细粒区域的粉体状金属材料。

并且，通过利用附带集尘功能的喷击加工装置进行上述喷击加工，避免粉尘爆炸的危险，同时可进行量产，并且通过作业空间内的抽吸将自粉末状金属材料的表面剥离的氧化皮等表面氧化物作为粉尘去除、回收，由此可于后续步骤中不另外设置去除表面氧化物的步骤而获得无表面氧化物混入的粉末状金属材料。

尤其于在喷击处理中使用具备将上述粉尘及上述喷射粉体分级的旋风分离器者作为集尘手段的情形时，以粉末状金属粉体与经剥离的表面氧化物混合存在的状态回收的情形时，亦可自其中将表面氧化物与粉尘一并自喷射粉体分级而回收，可获得表面氧化物被更高精度地去除的粉末状金属材料。

进而，于上述喷击加工装置的集尘手段中，将经去除的粉尘与碳酸钙等不燃性粉末一并贮存的情形时，不仅可降低加工室内的粉尘爆炸的危险，集尘机内的粉尘爆炸的危险亦可降低。

关于该喷击加工，可将粉末状金属材料设为喷射粉体对媒介物质进行喷射，使其等进行碰撞，或者，亦可将媒介物质设为喷射粉体对粉体状金属材料进行喷射，使其等进行碰撞，于设为将喷射粉体及被碰撞物两者设为由相同平均粒径及相同材质构成的粉末状金属材料，对粉末状金属材料喷射粉末状金属材料，使其等进行碰撞的构成的情形时，对设为喷射粉体的粉末状金属粉体及设为被碰撞物的粉末状金属粉体两者同时进行表面处理，故可使处理量倍增。

附图说明

图1是用于本发明的表面处理方法的喷击加工装置的概略说明图，(A)为重力式，(B)为直压式。

图2是表示未处理的不锈钢粉末(相当于SUS304的制品)的X射线绕射结果的图表。

图3是表示利用实施例1的方法处理过的不锈钢粉末(相当于SUS304的制品)的X射线绕射结果的图表。

图4是表示未处理的粉末高速工具钢(相当于SKH的制品)的X射线绕射结果的图表。

图5是表示利用实施例2的方法处理过的粉末高速工具钢(相当于SKH的制品)的X射线绕射结果的图表。

图6是说明协调组织的生成的说明图，(A)为未处理的粉末状金属材料，(B)为通过球磨机处理后的粉末状金属材料，(C)为将(B)的粉末状金属材料烧结而获得的协调组织金属的模式图。

具体实施方式

其次，对于本发明的实施方案，一面随附图参照，一面于以下说明。

[整体构成]

本发明为如下：使用已知的喷击加工装置，进行使作为处理对象的粉末状金属材料及与上述粉末状金属材料碰撞的媒介物质以特定的喷射速度反复碰撞的喷击处理，由此自粉末状金属材料的表面去除于烧结或熔射时阻碍强度提高的氧化皮等表面氧化物，并且欲于该粉末状金属材料的表面附近形成具有相对于中心部的结晶粒径较小的结晶粒径的微细粒区域。

如此，使用于中心部形成结晶粒径较大的粗大粒区域、于表面附近形成相对于粗大粒区域结晶粒径较小的微细粒区域的粉末状金属材料，利用烧结等粉末冶金等方法获得的金属制品或通过熔射制造的金属被膜具有于微细粒区域彼此结合而形成的微细粒组织的网状物中协调配置有粗大粒区域的结晶构造[参照图6(C)]，成为具有兼具高延展性及高强度的优异特性的协调组织金属。

[粉末状金属材料]

本发明中作为处理对象的粉末状金属材料为用作烧结等粉末冶金或熔射时的材料的平均粒径为10～200μm的粉体状金属，只要为可适用于粉末冶金或熔射的材质者，则可使用各种材质者，可为由纯金属、合金的任一者构成者。

作为一例，通常用于粉末冶金的金属可列举铁系、铜系、不锈钢系、钛系、钨系的金属，又，用于熔射的金属通常为锌、铝、铜等，本发明中，这些的任一者均可含有于粉末状金属材料的材质中。

所使用的粉末状金属材料可使用利用各种方法制造的，除了通过作为于粉末冶金或熔射中通常使用的粉末状金属材料的制造方法的雾化法所代表的喷雾法外，可使用机械破碎、电解析出等已知的各种方法制造的。

粉体的形状可为球状，但并不限定于此，可使用各种形状者。

再者，处理前的粉末状金属材料的结晶粒径直接成为上述粗大粒区域的结晶粒径，故于将粗大粒区域的结晶粒径设为特定范围内的情形时，选择对应的结晶粒径的粉末状金属材料。虽并无特别限定，但作为一例，粗大粒区域的平均结晶粒径为数μm～数十μm。

[媒介物质]

作为与上述粉末状金属材料碰撞的媒介物质，只要为具有与粉末状金属材料同等以上的硬度的，则可使用各种者，不仅可为金属制者，亦可使用陶瓷制者。

再者，于使用未进行加工硬化的陶瓷制的媒介物质的情形时，优选使用具有与进行本发明的表面处理后的粉末状金属材料的硬度同等以上的硬度的陶瓷，使粉末状金属材料于加工硬化后亦维持同等以上的硬度。

又，亦可通过利用上述粉末状金属材料构成媒介物质自身，而利用粉末状金属材料彼此的碰撞，于两者的粉末状金属材料上形成上述超威细粒组织。

关于媒介物质的形状，于将媒介物质侧用作喷射粉体的情形时，有必要将其以粉体的形式构成，但于将上述粉末状金属材料作为喷射粉体进行处理的情形时，媒介物质无需制成粉体，亦可制成例如以板体等形态构成者。

[喷击加工方法及喷击加工装置]

以上说明的粉末状金属材料与媒介物质的碰撞是通过使用喷击加工装置的喷击加工而进行。

作为该喷击加工，如上所述，可将粉末状金属材料设为喷射粉体，将其朝着媒介物质喷射进行碰撞，亦可反之，准备粉体状的媒介物质，将其设为喷射粉体对粉末状金属材料喷射进行碰撞，进而，亦可使喷射粉体、被碰撞物两者均以由相同平均粒径、相同材质构成的粉末状金属材料构成，使粉末状金属材料彼此碰撞。

作为所使用的喷击加工装置1，若为具有成为加工室的机柜21且对该机柜21内进行抽吸而集尘的附集尘功能的喷击加工装置，则可使用已知的各种构成者，可使用直压式、重力式的任一种喷击加工装置。

将用于本发明的表面处理的重力式的喷击加工装置1的构成例示于图1(A)，将直压式的构成例示于图1(B)。

以下，就使用这些喷击加工装置1，并且对喷射粉体及被碰撞物两者均使用相同材质、相同平均粒径的粉末状金属材料而进行本发明的表面处理的示例进行说明，但用于本发明的表面处理方法的喷击加工装置1并不限定于图示的构成者。

图1(A)、(B)所示的喷击加工装置1具备：收容喷雾嘴22及被加工物进行喷击加工的成为加工室的机柜21以及对该机柜21内进行抽吸的集尘机38，通过于该集尘机38与机柜21间设置旋风分离器型的回收槽23，将对机柜21内进行抽吸所回收的处于与粉尘混合存在的状态的粉末状金属材料回收至回收槽23内，并且可将于旋风分离器型的回收槽23自粉末状金属材料分离的粉尘回收于集尘机38中。

并且，如此回收至回收槽23内的粉末状金属材料是以可再次自机柜21内的喷雾嘴22喷射的方式构成。

于为上述机柜21的内部且喷雾嘴22的前端朝向的前方，设有于喷射粉体的喷射中旋转的朝上开口的收容容器即料笼(バレルカゴ)24，其以可将成为被碰撞物的粉末状金属材料投入其中的方式形成。

图1(A)所示的示例中，将料笼24表示为形成有多个小孔的金属线网状者，但并不限定于图示的示例，亦可设为不具备此种小孔的构成者。

若于进行使用如以上构成的喷击加工装置1的处理前，于回收槽23内投入粉末状金属材料，并且于设于加工室内的料笼24内亦投入粉末状金属材料，一面以该状态使料笼24旋转，一面自喷雾嘴22以喷射速度100～300m/sec开始粉末状金属材料的喷射，则自喷雾嘴22喷射的粉末状金属材料与旋转的料笼24内的粉末状金属材料碰撞。

关于喷射压力，于非铁系的粉末状金属材料的处理中可为100m/sec以上，于铁系的粉末状金属材料的处理中优选设为150m/sec以上。

通过如此进行粉末状金属材料的喷射，料笼24内的粉末状金属材料及自喷雾嘴22喷射的粉末状金属材料分别接受相互碰撞时的能量，使形成于粉末状金属材料的表面的氧化皮等表面氧化物剥离，又，于碰撞部分的表面，温度急遽上升并且冷却，由此碰撞部分表面的结晶粒被微细化，于粉末状金属材料的表面附近形成微细粒区域，该微细粒区域形成有相对于中央部分的结晶粒为小径的结晶粒。

关于粉末状金属材料的微细化，于作为处理对象的粉末状金属材料未达100μm的情形时，于粉末状金属材料的表面以相对于粒径最大为20％左右的深度形成，于作为处理对象的粉末状金属材料为100μm以上的情形时，以相对于粒径最大为10％左右的深度形成的情况得到经验性确认，故将平均粒径10～200μm的粉末状金属材料作为处理对象的本发明的表面处理方法中，根据作为处理对象的粉末状金属材料的粒径，于最大距表面2～20μm的范围形成上述微细粒区域。

自喷雾嘴22喷射的粉末状金属材料与料笼24内的粉末状金属材料碰撞后，除去弹出至料笼24外者，留存于料笼24内，伴随料笼24的旋转与原本存在于料笼24内的粉末状金属材料一并搅拌。

因此，若自喷雾嘴22继续粉末状金属材料的喷射，则料笼24内的粉末状金属材料增加，自料笼24溢出，掉落至机柜21的底部。

机柜21的底部形成为倒梯形的加料斗，并且加料斗的下端经由排风路径33、回收槽23与集尘机38连通，故若通过设于集尘机38的排风器39对机柜21内进行抽吸，则掉落的粉末状金属材料或粉尘与机柜21内的空气一并被抽吸，而送给至旋风分离器型的回收槽23内，于该回收槽23内对粉尘及粉末状金属材料进行分级，粉末状金属材料被回收至回收槽23内的下方。

产生于粉末状金属材料的表面的氧化皮等表面氧化物与粉末状金属材料相比，硬度高而脆弱，故于因粉末状金属材料彼此的碰撞所导致的冲击而剥离时，破碎为细小状，故不回收至回收槽23内，而作为粉尘经由连接于回收槽23的上部的管32送至集尘机38，向集尘机38内的下方聚集，使清洁的空气自排风器39向外部大气中排出。

如此，形成于机柜21内的加工室内一直进行抽吸，将于空气中浮游的粉尘或粉末状金属材料去除而抑制于爆炸下限浓度以下，故本实施方案中即便产生作为粉末状金属材料的喷射粉体的喷射、碰撞、摩擦所导致的放热或静电，亦无于机柜内发生粉尘爆炸的忧虑。

另一方面，利用旋风分离器型的回收槽23分级而回收至集尘机38的粉尘与不燃性粉末例如碳酸钙的粉末一并收容于集尘机38内，以使集尘机38内的空气中的可燃性粉尘的浓度成为爆炸下限浓度以下，由此亦避免集尘机38内的粉尘爆炸的危险性。

并且，回收至上述回收槽23内的粉末状金属材料再次自喷雾嘴22向料笼24内的粉末状金属材料喷射，通过重复上述步骤，自任一粉末状金属材料的表面均去除氧化皮等表面氧化物，并且以覆盖表面附近的整体的方式形成微细粒区域。

如以上所述，关于在表面附近形成有微细粒区域的粉末状金属材料，若将其用作烧结等粉末冶金的材料，或者用于熔射等金属膜的形成，则关于所获得的烧结金属或金属被膜，可获得于微细粒区域的部分相互链接而形成的微细粒组织的网状物中协调配置有粗大粒区域的协调组织金属。关于此种协调组织金属，可获得兼具高延展性及高强度的优异特性。

尤其关于利用本发明的方法处理过的粉末状金属材料，由于成为烧结或熔接时强度降低的原因的氧化皮等表面氧化物亦可优选去除，故可谋求所获得的烧结金属或金属被膜的进一步高强度化。

再者，以上说明中，就喷射粉体及被碰撞物均成为粉末状金属材料，并且在设于机柜21内的料笼24内进行喷射粉体与被碰撞物的碰撞的构成进行了说明，亦可例如代替上述料笼24，于机柜21内收容由具有与喷射粉体同等以上的硬度的材质形成的板体作为媒介物质，将粉末状金属材料设为喷射粉体对该板体进行喷射，使其等进行碰撞，由此进行本发明的表面处理。

又，亦可使用上述具备料笼24的喷击加工装置1，将粉体状的媒介物质设为喷射粉体，对投入于料笼24内的粉末状金属材料喷射作为喷射粉体的媒介物质，于该情形时，处理后将粉末状金属材料与媒介物质分级，各自回收。

[实施例]

以下，就对各种材质的粉末状金属材料应用本发明的表面处理方法的实施例进行说明。

[实施例1]

对作为粉末状金属材料的不锈钢的粉末(相当于SUS304的制品：#80)实施本发明的表面处理方法。将处理条件示于下述表1。

[表1]

实施例1(SUS304)中的处理条件

在设于喷击加工装置的加工室内的料笼投入10kg不锈钢粉末，于回收槽投入20kg不锈钢粉末，以上述表1所示的条件，连续3小时进行将回收槽内的不锈钢粉末自喷雾嘴朝着料笼内喷射的处理。

上述处理的结果为处理后的不锈钢粉末的氧化皮经去除，表面变得干净，并且处理前为250～350HV的不锈钢粉末的硬度于处理后上升至450～550HV，由此预测表面附近的结晶粒微细化。

又，可通过谢乐(Scherrer，1918)公式，根据X射线绕射峰的线宽的增大评价结晶粒径的微细化，结果相对于未处理的不锈钢粉末的X射线绕射结果(参照图2)，于本申请的处理后的X射线绕射结果(图3)中，峰的线宽大幅增大，上述粉末状金属材料的硬度上升，并且根据X射线绕射结果亦确认到表面的结晶粒径的微细化。

[实施例2]

对作为粉末状金属材料的粉末高速工具钢(相当于SKH的制品：#150)实施本发明的表面处理方法。将处理条件示于下述表2。

[表2]

实施例2(粉末高速工具钢：相当于SKH的制品)中的处理条件

在设于喷击加工装置的加工室内的料笼投入10kg粉末高速工具钢，于回收槽投入10kg粉末高速工具钢，以上述表2所示的条件，连续5小时进行将回收槽内的粉末高速工具钢自喷雾嘴朝着料笼内喷射的处理。

其结果是，处理前为650～750HV的粉末高速工具钢的硬度于处理后上升至900～1000HV。

又，处理后的粉末高速工具钢的氧化皮经去除，表面变得干净，并且根据X射线绕射结果，相对于未处理者(参照图4)，X射线绕射峰的线宽增大(参照图5)，可确认通过本发明的方法的处理，表面组织经微细化(参照图4、5)。

[实施例3]

对作为粉末状金属材料的机械构造用合金钢的粉末(相当于SCM的制品：#150)实施本发明的表面处理方法。将处理条件示于下述表3。

[表3]

实施例3机械构造用合金钢的粉末(相当于SCM的制品)中的处理条件

在设于喷击加工装置的加工室内的料笼投入10kg机械构造用合金钢的粉末，于回收槽投入10kg机械构造用合金钢的粉末，以上述表3所示的条件，连续5小时进行将回收槽内的机械构造用合金钢的粉末自喷雾嘴朝着料笼内喷射的处理。

其结果是，处理前为150～200HV的机械构造用合金钢的粉末的硬度于处理后上升至300～350HV。

又，可认为处理后的机械构造用合金钢的粉末的氧化皮经去除，表面变得干净，并且通过上述硬度的上升，于表面形成经微细化的组织。

[实施例4]

对作为粉末状金属材料的铜合金的粉末(#150)实施本发明的表面处理方法。将处理条件示于下述表4。

[表4]

实施例4(铜合金)中的处理条件

于回收槽投入20kg铜合金粉末，连续7小时进行以下处理：将回收槽内的铜合金粉末自喷雾嘴朝着由配置于加工室内的SKD11制的板(φ400mm，厚度20mm)的中心将芯偏移100mm的位置喷射。

其结果是，处理前为160～200HV的铜合金粉末的硬度于处理后上升至220～260HV。

又，可认为处理后的铜合金粉末的氧化皮经去除，表面变得干净，并且通过上述硬度的上升，于表面形成经微细化的组织。

[实施例5]

对作为粉末状金属材料的铝合金的粉末(AC8A：#80)实施本发明的表面处理方法。将处理条件示于下述表5。

[表5]

实施例5铝合金(AC8A)中的处理条件

将形成有多个直径1mm的孔的料笼设于加工室内，于该料笼内投入10kg铝合金(AC8A)的粉末，并且连续7小时进行将投入于回收槽内的高速钢制的喷射物朝着料笼内喷射的处理。

上述处理的结果是，处理前为120～140HV的铝合金的粉末的硬度于处理后上升至200～250HV。

又，可认为处理后的铝合金的粉末的氧化皮经去除，表面变得干净，并且通过上述硬度的上升，作为媒介物质的高速钢的成分于铝合金的粉末的表面扩散渗透，并且于表面形成经微细化的组织。

[烧结试验结果]

以上，使用通过作为实施例1～5说明的本发明的表面处理方法进行过处理的粉末状金属材料，进行放电电浆烧结。

其结果是，确认将实施例1～5的任一粉末状金属材料烧结而获得的烧结金属具有于微细粒区域相互链接而形成的网状物中协调配置有粗大粒组织的“协调组织”，本发明的表面处理方法为可对用于协调组织金属的制造的粉末状金属材料简易且大量而安全地进行处理的表面处理方法。

符号说明

1：喷击加工装置

21：机柜

22：喷雾嘴

23：回收槽(旋风分离器型)

24：料笼

32：管

33：排风路径

38：集尘机

39：排风器。

Claims (15)

1.一种粉末状金属材料的表面处理方法，是用作微细粒区域与粗大粒区域协调配置的协调组织金属的制造材料的粉末状金属材料的表面处理方法，

使用具备有集尘手段的喷击加工装置，该集尘手段是在作业空间内将喷射粉体与压缩气体一并喷射，使其碰撞被碰撞物，且对该作业空间内进行抽吸而将粉尘去除、回收，

进行使平均粒径10～200μm的粉末状金属材料及具有与该粉末状金属材料同等以上的硬度的媒介物质以喷射速度100～300m/sec反复碰撞的喷击处理，由此自该粉末状金属材料将表面氧化物剥离，且于该粉末状金属材料的表面附近形成具有相对于中心部的结晶粒径较小的结晶粒径的微细粒区域。

2.根据权利要求1所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，该喷击加工装置的该集尘手段具备将该粉尘与该喷射粉体分级的旋风分离器。

3.根据权利要求1或2所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，于该喷击加工装置的该集尘手段中，将经回收的粉尘与不燃性粉末一并贮存。

4.根据权利要求1或2所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，将该粉末状金属材料设为该喷射粉体，且将该媒介物质设为该被碰撞物而进行该喷击处理。

5.根据权利要求3所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，将该粉末状金属材料设为该喷射粉体，且将该媒介物质设为该被碰撞物而进行该喷击处理。

6.根据权利要求1或2所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，将该媒介物质作为粉体而制成该喷射粉体，且将该粉末状金属材料作为该被碰撞物而进行该喷击处理。

7.根据权利要求3所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，将该媒介物质作为粉体而制成该喷射粉体，且将该粉末状金属材料作为该被碰撞物而进行该喷击处理。

8.根据权利要求1或2所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，将该媒介物质设为具有与该粉末状金属材料相同的材质及相同的平均粒径的粉末状金属材料，而将该喷射粉体与该被碰撞物均设为该粉末状金属材料。

9.根据权利要求3所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，将该媒介物质设为具有与该粉末状金属材料相同的材质及相同的平均粒径的粉末状金属材料，而将该喷射粉体与该被碰撞物均设为该粉末状金属材料。

10.根据权利要求1或2所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，该媒介物质的材质为具有与该粉末状金属材料同等以上的硬度的金属，或具有与该表面处理后的粉末状金属材料的硬度同等以上的硬度的陶瓷。

11.根据权利要求3所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，该媒介物质的材质为具有与该粉末状金属材料同等以上的硬度的金属，或具有与该表面处理后的粉末状金属材料的硬度同等以上的硬度的陶瓷。

12.根据权利要求4所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，该媒介物质的材质为具有与该粉末状金属材料同等以上的硬度的金属，或具有与该表面处理后的粉末状金属材料的硬度同等以上的硬度的陶瓷。

13.根据权利要求5所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，该媒介物质的材质为具有与该粉末状金属材料同等以上的硬度的金属，或具有与该表面处理后的粉末状金属材料的硬度同等以上的硬度的陶瓷。

14.根据权利要求6所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，该媒介物质的材质为具有与该粉末状金属材料同等以上的硬度的金属，或具有与该表面处理后的粉末状金属材料的硬度同等以上的硬度的陶瓷。

15.根据权利要求7所述的粉末状金属材料的表面处理方法，其中，该媒介物质的材质为具有与该粉末状金属材料同等以上的硬度的金属，或具有与该表面处理后的粉末状金属材料的硬度同等以上的硬度的陶瓷。