特定の潤滑剤や金型コーティングの適用は、鉄系粉末の高圧固結中の摩擦を制御するための基本的な要件です。具体的には、粉末混合物にステアリン酸ベースの潤滑剤を添加すると粒子間の摩擦が減少し、パンチにグラファイトコーティングされたポリテトラフルオロエチレン（PTFE）シートを適用すると工具界面での摩擦が最小限に抑えられます。この二重のアプローチは、均一なグリーン密度を達成し、精密金型の急速な劣化を防ぐために不可欠です。
粉末冶金における中心的な課題は、粒状媒体を通して圧力を均等に伝達することです。粒子再配列を助ける内部潤滑剤と、壁面摩擦を低減する外部コーティングを組み合わせることで、部品の構造的完全性を確保しながら、大量生産に必要な高価な工具を保護します。
摩擦制御のメカニズム
圧力伝達の最適化
摩擦は密度の敵です。鉄粉末をプレスする際、粒子間および金型壁との摩擦はエネルギーを吸収し、プレス力が部品の中心に到達するのを妨げます。
ステアリン酸やステアリン酸亜鉛などの内部潤滑剤を導入することで、個々の粉末粒子の間の摩擦係数を変更します。これにより、粒子が互いに滑り、効率的に再配列できるようになり、加えられた圧力が機械的抵抗の克服だけでなく、密度向上につながるようになります。
外部金型コーティングの役割
内部潤滑だけでは不十分なことが多く、成形体と工具鋼との間の摩擦は大きいです。
これを解決するために、技術者は、パンチ上のグラファイト潤滑剤でコーティングされたPTFEシートや、金型壁上の工業用グリースなどの外部バリアを利用します。これらのコーティングは、境界層での摩擦係数を劇的に低減し、軸方向圧力が部品全体の高さに効果的に伝達されることを保証します。
品質と工具寿命の確保
均一なグリーン密度の達成
適切な潤滑がないと、摩擦は圧力勾配を引き起こし、端部は高密度だが中央が多孔質な部品（「中立軸」）になります。
内部ステアリン酸と外部グラファイト/PTFEを組み合わせた多重潤滑戦略により、圧力が均等に分散されることが保証されます。これにより、部品全体にわたって均一な比重が得られ、焼結後の機械的性能の一貫性にとって重要です。
離型欠陥の防止
プレスサイクルは圧縮で終わりません。部品は金型から離型されなければなりません。この段階での高い摩擦は、高い「離型抵抗」につながります。
外部潤滑剤は離型剤として機能し、部品を押し出すために必要な力を最小限に抑えます。これにより、表面の亀裂、層状化、または層の形成などの一般的な離型欠陥を防ぎ、「グリーン」（未焼結）成形体がそのままの状態であることを保証します。
精密工具の保護
高圧で鉄粉末をプレスすることは、金型壁に多大なストレスを与えます。
グラファイトコーティングされたPTFEの使用は、研磨性の鉄粉末と金型との間に犠牲層を作成します。これにより、工具の摩耗が大幅に減少し、長時間の生産ランにおいても金型キャビティのタイトな公差が維持されます。
トレードオフの理解
純度 vs. 加工性の葛藤
内部潤滑剤は粒子流動性を向上させますが、成形体内で体積を占めます。焼結中、これらの潤滑剤は分解して材料から排出される必要があります。
適切に管理されない場合、この分解は空隙や不純物を残し、部品の最終的な密度と強度を損なう可能性があります。
壁面潤滑の利点
高度な金型壁潤滑技術は、不純物問題の解決策を提供します。
潤滑剤を粉末混合物から除外し、潤滑流体を金型キャビティの壁にのみ適用することで、潤滑剤分解による残留物のリスクを排除します。これにより、純度の高い、優れた機械的性能を持つ部品が得られますが、潤滑剤を正確に塗布するためには、より複雑な工具セットアップが必要になる場合があります。
目標に合わせた適切な選択
潤滑戦略の選択は、最終部品の性能要件に大きく依存します。
- 幾何学的複雑性が主な焦点である場合： 圧縮前に粉末が複雑な金型形状に流れることを保証するために、内部潤滑剤（ステアリン酸亜鉛など）を優先してください。
- 最大の密度と強度を主な焦点とする場合： 潤滑剤の燃焼による空隙を排除し、固体材料の体積を最大化するために、金型壁潤滑（外部のみ）を優先してください。
- 大量生産における工具寿命を主な焦点とする場合： PTFE/グラファイトコーティングを使用して、摩耗に対する堅牢なバリアを作成する二重戦略を実装してください。
最高品質の焼結部品を実現するには、流動性と離型の必要性と、材料純度の要件とのバランスを取る必要があります。
概要表：
| 特徴 | 内部潤滑剤（例：ステアリン酸） | 外部コーティング（例：PTFE/グラファイト） |
|---|---|---|
| 主な役割 | 粒子間摩擦を低減する | 壁面摩擦と工具界面摩擦を最小限に抑える |
| 主な利点 | 粒子再配列と流動性を向上させる | スムーズな離型を保証し、金型壁を保護する |
| 部品への影響 | グリーン密度の均一性を向上させる | 表面の亀裂や層状化を防ぐ |
| 最適な用途 | 複雑な幾何学的形状 | 高純度、高密度の用途 |
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参考文献
- K. Zarębski, Dariusz Mierzwiński. Effect of Annealing on the Impact Resistance and Fracture Mechanism of PNC-60 Sinters After Cold Plastic Deformation. DOI: 10.1007/s11665-019-04017-y
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .
