本發(fā)明涉及還原鐵粉及其制造方法以及使用該還原鐵粉的軸承。

背景技術(shù)：

作為代表性的鐵粉，從制造方法來說，主要已知還原鐵粉和霧化鐵粉兩種。在這里，作為目前公知的鐵粉的表觀密度，對于還原鐵粉來說為2.3mg/m³以上，對于霧化鐵粉來說為2.5mg/m³以上。另外，作為比表面積，對于還原鐵粉來說為0.10m²/g以下，對于霧化鐵粉來說為0.07m²/g以下。

具有這樣的性狀的鐵粉用途廣泛，其中作為化學(xué)反應(yīng)材料、燒結(jié)機(jī)械部件的用途占了很大比例。而且，對于化學(xué)反應(yīng)材料來說，為了提高反應(yīng)效率需要高的比表面積，對于燒結(jié)機(jī)械部件來說，作為含油軸承需要高的氣孔率。

在這里，表觀密度越低比表面積越大。另外，為了制造氣孔率高的燒結(jié)機(jī)械部件，需要表觀密度低的鐵粉。

接著，作為燒結(jié)機(jī)械部件，以燒結(jié)含油軸承為例進(jìn)行說明。對于燒結(jié)含油軸承來說，保持適當(dāng)?shù)暮吐适侵匾?，如果含油率低，則不能得到適當(dāng)?shù)臐櫥?、耐用性。于是，為了保持該適當(dāng)?shù)暮吐?，需要提高燒結(jié)體的氣孔率。需要說明的是，作為現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)，具有專利文獻(xiàn)1。

近些年，伴隨著機(jī)械部件的小型化，制造出了外徑：2mm、內(nèi)徑：0.6mm左右的含油軸承。然而，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化，如果使用現(xiàn)有的還原鐵粉，由于現(xiàn)有的還原鐵粉的氣孔和鐵部分粗大，因此成形性和成品率差，制造變得困難。于是，希望得到與以往相比組織微細(xì)且為多孔性、夾雜物少的鐵粉。

另外，在軸承那樣與其他部件有摩擦的部件中，在該部件中存在夾雜物會(huì)對其他部件造成損傷，縮短產(chǎn)品的壽命。另外，夾雜物與周圍的鐵粉不燒結(jié)的情況成為構(gòu)造缺陷的主要原因，尤其是在制造微小的機(jī)械部件時(shí)，對成品率和強(qiáng)度的下降造成的影響極大。

需要說明的是，夾雜物的說明如下所述。還原鐵粉由鐵礦石或氧化鐵皮制造。其生成物即還原鐵粉的純度由原料即氧化鐵的純度決定。最常見的雜質(zhì)為氧，大部分的氧作為表面氧化物的薄膜產(chǎn)生?；镜碾s質(zhì)包括碳、鎂、鋁、硅、磷、硫、鉻、錳、鎳和銅，其中大多作為氧化物存在，被稱為夾雜物。

另外，考慮到作為化學(xué)反應(yīng)材料的應(yīng)用，通過增大粉末的比表面積能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)的效率化，因此公知專利文獻(xiàn)2和3所述的那樣比表面積大、即表觀密度低的鐵粉是有益的。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：(日本)特開2001-132755號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：(日本)特許第4667835號公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：(日本)特許第4667937號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

然而，在使用現(xiàn)有的還原鐵粉作為軸承的情況下，由于在還原鐵粉中含有超過200μm的夾雜物，存在對軸造成損傷、產(chǎn)生自身的構(gòu)造缺陷等問題。

另外，在制造軸承時(shí)，如上所述，伴隨著軸承的小型化，氣孔和鐵組織相對于軸承相對變大，因此存在不能得到潤滑油的循環(huán)性能的問題。即，在現(xiàn)有的還原鐵粉中，雖然有微細(xì)的氣孔，但存在由于夾雜物多而不合格的問題。另外，在使用現(xiàn)有的還原鐵粉的情況下，雖然能夠以高的成品率制造內(nèi)徑：0.6mmφ、外徑：2.0mmφ的軸承，但如果是例如內(nèi)徑：0.4mmφ，外徑：1.4mmφ的微小的軸承，如果是現(xiàn)有的還原鐵粉則成形性不充分而成品率大幅降低，量產(chǎn)變得困難。

需要說明的是，對于霧化鐵粉來說，由于表面平滑，在成型時(shí)鐵粉粒子彼此的接合力不足，拉托拉值顯著下降，因此不適合上述小軸承的用途。另外，在制造含油軸承時(shí)氣孔少，不能充分地得到油的循環(huán)也是大的缺點(diǎn)。另外，在霧化鐵粉中，夾雜物少，存在微細(xì)的氣孔少的問題。

另一方面，從還原鐵粉作為化學(xué)反應(yīng)材料的利用的觀點(diǎn)考慮，需要粉末的比表面積大從而使單位質(zhì)量的反應(yīng)性優(yōu)異、進(jìn)而即使在粒子內(nèi)部也能夠作為反應(yīng)材料有效利用的粉末。

如以上所說明的那樣，為了以高的成品率制造比內(nèi)徑：0.6mmφ，外徑：2.0mmφ更小的軸承，需要表觀密度從2.0mg/m³大幅下降，比表面積從0.1m³/g大幅上升的0.2m³/g以上的還原鐵粉。然而，現(xiàn)有的制造方法不能制造出這樣的還原鐵粉。

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效解決上述問題的還原鐵粉及其制造方法以及使用該還原鐵粉的軸承，能夠減少粗大的夾雜物、成形性優(yōu)異、燒結(jié)后的氣孔率高、單位質(zhì)量的反應(yīng)性優(yōu)異、進(jìn)而即使在粒子內(nèi)部也能夠作為反應(yīng)材料有效利用。

用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案

本發(fā)明的主旨結(jié)構(gòu)如下所述。

1.一種還原鐵粉，其特征在于，表觀密度為1.00～1.40mg/m³。

2.根據(jù)上述1所述的還原鐵粉，其特征在于，所述還原鐵粉中的氧含量為0.38mass％以下。

3.根據(jù)上述1或2所述的還原鐵粉，其特征在于，所述還原鐵粉的比表面積為0.20m²/g以上。

4.一種還原鐵粉的制造方法，制造上述1～3中任一項(xiàng)所述的還原鐵粉，其特征在于，具有以下工序：

使通過激光衍射法測定的平均粒子徑為3.0μm以下的原料氧化鐵粉結(jié)塊而成為氧化鐵粉的工序；

之后，使用氫氣以800～1000℃對所述氧化鐵粉進(jìn)行還原而成為還原鐵粉的工序。

5.根據(jù)上述4所述的還原鐵粉的制造方法，其特征在于，在所述氧化鐵粉的還原前，對所述氧化鐵粉進(jìn)行分級，使所述氧化鐵粉的通過激光衍射法測定的平均粒子徑為50～200μm。

6.根據(jù)上述4或5所述的還原鐵粉的制造方法，使所述氧化鐵粉中的鐵分為68.8mass％以上。

7.一種軸承，以上述1～3中任一項(xiàng)所述的還原鐵粉為原料。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠得到減少粗大的夾雜物，成形性優(yōu)異，燒結(jié)后的氣孔率高，單位質(zhì)量的反應(yīng)性優(yōu)異，進(jìn)而即使在粒子內(nèi)部也能夠作為反應(yīng)材料有效利用的還原鐵粉。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的還原鐵粉的制造工序的流程圖。

圖2是表示現(xiàn)有例以及本發(fā)明例1、2的還原鐵粉的外觀像和剖面像的圖。

具體實(shí)施方式

發(fā)明人成功利用新的制造方法，制造出表觀密度為1.00～1.40mg/m³、比表面積為0.20m²/g以上的新的還原鐵粉。本發(fā)明的還原鐵粉的表觀密度充分地低，因此成形性優(yōu)異，單位質(zhì)量的反應(yīng)性優(yōu)異，進(jìn)而即使在粒子內(nèi)部也能夠作為反應(yīng)材料有效利用。另外，本發(fā)明的還原鐵粉的鐵組織微細(xì)(參照圖2的剖面像中的白色部分)，其結(jié)果是，夾雜物也微細(xì)地分散。因此，以該還原鐵粉為原料，能夠以高的成品率制造強(qiáng)度高的軸承，能夠以高的成品率量產(chǎn)例如內(nèi)徑：0.4mmφ、外徑：1.4mmφ的軸承。

參照圖1，對本發(fā)明的還原鐵粉的制造方法的實(shí)施方式進(jìn)行說明。首先，使規(guī)定的平均粒子徑的氧化鐵粉(原料氧化鐵粉)結(jié)塊而成為氧化鐵粉。之后，對所得到的氧化鐵粉進(jìn)行分級，使氧化鐵粉的平均粒子徑成為規(guī)定的大小。之后，使用氫氣對氧化鐵粉進(jìn)行還原(fe2o3+3h2＝2fe+3h2o)，通過適當(dāng)?shù)貙ζ浞鬯椋蔀楸景l(fā)明的還原鐵粉(多孔質(zhì)鐵粉)。

在這里，在本發(fā)明中，為使還原鐵粉的表觀密度成為1.40mg/m³以下，使還原鐵粉中的夾雜物微細(xì)，對原材料即原料氧化鐵粉進(jìn)行微細(xì)化，使通過激光衍射法進(jìn)行測定的平均粒子徑(d50)為3.0μm以下的重要的。也就是說，伴隨著微粒化，氣孔變小，夾雜物微細(xì)化。原料氧化鐵粉的平均粒子徑優(yōu)選為2.0μm以下，下限沒有特別的限制，但在工業(yè)上為0.5μm左右。

作為上述原料氧化鐵粉的制造方法的一個(gè)例子，已知將在煉鐵廠中對鋼板酸洗后的廢酸進(jìn)行中和而取出的方法。例如，作為方法，能夠舉出基于魯式法的使用噴霧焙燒爐的方法和基于魯奇法的流態(tài)化焙燒法。

另外，在本發(fā)明中，使原料氧化鐵粉結(jié)塊，得到原料氧化鐵粉凝集而成的氧化鐵粉是必不可少的。作為使原料氧化鐵粉結(jié)塊的方法，使用亨舍爾型混合機(jī)使粘合劑和水在原料氧化鐵粉中混合而使其干燥的方法、使原料氧化鐵粉與粘合劑一起溶于水而成為噴霧狀后向該液滴吹熱風(fēng)而使其干燥的方法(噴霧干燥器)是有效的。在任一方法中使用pva、淀粉等作為粘合劑。

在向容器填充或向還原爐裝入氧化鐵粉而進(jìn)行還原時(shí)，在凝集的粒子之間產(chǎn)生空隙，通過確保適度的通氣性，還原容易進(jìn)行。因此，結(jié)塊后的氧化鐵粉的平均粒子徑是重要的。另外，用于還原的氧化鐵粉的粒子徑與對其進(jìn)行還原后的還原鐵粉的粒子徑有關(guān)。于是，優(yōu)選對結(jié)塊后的氧化鐵粉進(jìn)行分級，對其平均粒子徑進(jìn)行控制后再用于還原。

如上所述，結(jié)塊后的氧化鐵粉的平均粒子徑是重要的。但是，并不是所有粒子都要保持形狀，存在多個(gè)粒子結(jié)合、一個(gè)粒子被分割的情況。于是，發(fā)明人經(jīng)過各種研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在實(shí)用上有效的還原鐵粉的平均粒子徑為50～100μm，因此，優(yōu)選氧化鐵粉的平均粒子徑為50～200μm。因此，在本發(fā)明中，優(yōu)選對結(jié)塊后的氧化鐵粉適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分級，使其平均粒子徑為50～200μm。

另外，優(yōu)選氧化鐵粉中的鐵分為68.8mass％以上。由此，能夠得到充分地抑制還原鐵粉中的氧含量，提高化學(xué)反應(yīng)性的效果，并且能夠更加充分地得到以高的成品率制造強(qiáng)度高的軸承的效果。對于氧化鐵粉中的鐵分的上限，沒有特別的限制，但為77mass％左右。

另外，在本發(fā)明中，對上述結(jié)塊后的氧化鐵粉進(jìn)行還原而成為還原鐵粉(或簡稱為鐵粉)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在該還原工序即氧化鐵的氫還原中適當(dāng)?shù)毓芾磉€原溫度，而使表觀密度降低至現(xiàn)有的還原鐵粉和霧化鐵粉的一半來制造夾雜物微細(xì)地分散的鐵粉的條件。使還原中的還原溫度為800℃以上1000℃以下是極為重要的。如果還原溫度不足800℃，則難以通過還原反應(yīng)來除去還原鐵粉中的氧。其結(jié)果是，由于鐵粉中氧大量殘留，因此化學(xué)反應(yīng)性不充分，成形性降低而使制造軸承時(shí)的成品率惡化。另一方面，如果超過1000℃，則鐵粉彼此之間發(fā)生燒結(jié)，表觀密度超過1.40mg/m³，化學(xué)反應(yīng)性變得不充分，制造軸承時(shí)的成品率惡化。

對由平均粒子徑3.0μm以下這樣的微細(xì)的原料氧化鐵粉制造的氧化鐵粉充分地進(jìn)行還原，從得到表觀密度為1.00～1.40mg/m³的還原鐵粉的觀點(diǎn)出發(fā)，還原時(shí)間優(yōu)選為120分以上。另外，對于還原時(shí)間的上限沒有特別的限制，但從高效的制造方法的觀點(diǎn)出發(fā)設(shè)為240分左右。

需要說明的是，在本發(fā)明中，上述還原鐵粉的制造條件之外的條件能夠應(yīng)用公知公用的還原鐵粉的制造條件。作為還原方法，例如能夠舉出在氫氣等還原氛圍下使用帶式爐，在大氣壓下進(jìn)行加熱的方法。

接著，對本發(fā)明的還原鐵粉的實(shí)施方式進(jìn)行說明。本發(fā)明的還原鐵粉的表觀密度為1.00～1.40mg/m³，該還原鐵粉能夠通過上述制造方法制造。如果還原鐵粉的表觀密度不足1.00mg/m³，則比表面積過剩，與大氣中的氧的反應(yīng)急速進(jìn)行而發(fā)生粉塵爆炸的危險(xiǎn)性增大。另一方面，在還原鐵粉的表觀密度比1.40mg/m³大的情況下，化學(xué)反應(yīng)性不充分。并且由于壓粉成型體的強(qiáng)度也下降，因此在之后的工序中容易發(fā)生破損，軸承制造時(shí)的成品率惡化。

在還原鐵粉的表觀密度處于1.00～1.40mg/m³的范圍時(shí)，成型體強(qiáng)度增加而能夠以高的成品率制造軸承。另外，通過使表觀密度處于該范圍，能夠有效地減少粗大的夾雜物，并且燒結(jié)后的強(qiáng)度也得以提高，因此軸承的品質(zhì)得以提高。另外，本發(fā)明的還原鐵粉的單位質(zhì)量的反應(yīng)性優(yōu)異，進(jìn)而即使在粒子內(nèi)部也能夠作為反應(yīng)材料高效利用。需要說明的是，本發(fā)明中的表觀密度依據(jù)jis-z-2504測定。

另外，優(yōu)選本發(fā)明的還原鐵粉的氧含量為0.38mass％以下。由此，能夠更充分地得到提高化學(xué)反應(yīng)性以及以高的成品率制造強(qiáng)度高的軸承的效果。對于本發(fā)明的還原鐵粉的氧含量的下限，雖然沒有特別的限制，但為0.10mass％左右。

在還原鐵粉的比表面積不足0.20m²/g的情況下，不能充分地形成本發(fā)明特征性的鐵粉粒子，化學(xué)反應(yīng)性不充分。因此，優(yōu)選還原鐵粉的比表面積為0.20m²/g以上。另外，鐵粉的比表面積的上限沒有特別的限制，但是考慮到處理性等優(yōu)選為0.4m²/g左右。需要說明的是，本發(fā)明中的比表面積通過使用氮?dú)獾腷et法測定。

另外，在本發(fā)明中，能夠以前述本發(fā)明的還原鐵粉為原料制造軸承。該軸承如后述實(shí)施例所述，制造軸承時(shí)的成品率、軸承的強(qiáng)度、氣孔率優(yōu)異，化學(xué)反應(yīng)性高。需要說明的是，以本發(fā)明的還原鐵粉為原料的軸承的制造方法除了以本發(fā)明的還原鐵粉為原料之外能夠使用現(xiàn)有的方法。

實(shí)施例

現(xiàn)有的還原鐵粉(通過兩次還原步驟而得到的還原鐵粉)、現(xiàn)有的霧化鐵粉、經(jīng)過圖1所示的制造工序的還原鐵粉(比較例1～5、發(fā)明例1～4)的比較如表1所示。需要說明的是，在比較例1～5和發(fā)明例1～4中，在還原氣體中使用氫氣。并且，上述以往使用的還原鐵粉以鐵礦石和氧化鐵皮為原料，在圖1中，沒有結(jié)塊工序和分級工序，在添加焦炭粉而利用連續(xù)作業(yè)爐進(jìn)行一次還原后，進(jìn)行大塊的還原。

表1所示的鐵粉的評價(jià)項(xiàng)目通過以下方法實(shí)施。

原料氧化鐵粉的平均粒子徑通過體積基準(zhǔn)的激光衍射法測定。

氧化鐵粉中的鐵分使用根據(jù)jis-m-8212測定的值。

結(jié)塊后的氧化鐵粉的平均粒子徑通過激光衍射法測定，使用50％的粒子徑。

還原鐵粉的表觀密度依據(jù)jis-z-2504測定。

還原鐵粉的平均粒子徑通過體積基準(zhǔn)的激光衍射法測定，使用50％的粒子徑。

還原鐵粉的基于bet法的比表面積使用氮?dú)鉁y定。

還原鐵粉中的氧含量通過不活潑氣體燃燒-紅外線吸收法(theinertgasfusioninfraredabsorptionmethod；gfa)測定。

制造軸承時(shí)的成品率以從壓粉成型為內(nèi)徑：0.4mmφ、外徑：1.4mmφ、高度：2～2.5mm的圓筒形狀開始到燒結(jié)結(jié)束為止的破損率為5％以下(成品率為95％以上)為合格。強(qiáng)度以倒置圓筒的狀態(tài)壓縮時(shí)的強(qiáng)度為17n/mm²以上為合格，不足17n/mm²為不合格。

氣孔率是決定含油軸承性能的因子，適當(dāng)?shù)闹禐?8～22％。

氣孔率的測定通過水銀壓入法進(jìn)行。

化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)率通過土壤中的硫成分對鐵的吸附反應(yīng)(fe+s＝fes)來評價(jià)。由于需要該反應(yīng)的吸附性在實(shí)用上的水準(zhǔn)以上，因此在表1中，以化學(xué)反應(yīng)性為指標(biāo)，以最低所需的水平為1，通過比值來表示。

另外，在圖2中將本發(fā)明例1、2的還原鐵粉的外觀像和剖面像與現(xiàn)有還原鐵粉比較表示。外觀像是使用掃描電子顯微鏡，剖面像是使用光學(xué)顯微鏡而拍攝的。與現(xiàn)有的還原鐵粉相比，在發(fā)明例1和發(fā)明例2中在粒子內(nèi)部包含大量氣孔。

表1

比較例1是以1050℃對氧化鐵粉進(jìn)行還原的鐵粉，其表觀密度為1.48mg/m³，處于本發(fā)明的范圍外。還原率較為良好，但制造軸承時(shí)的成品率不合格。并且，化學(xué)反應(yīng)性也不合格。

比較例2以780℃對氧化鐵粉進(jìn)行還原的鐵粉，其表觀密度為0.98mg/m³，處于本發(fā)明的范圍外。制造軸承時(shí)的成品率和化學(xué)反應(yīng)性均不合格。

比較例3是原料氧化鐵粉的平均粒子徑為3.2μm、以850℃對結(jié)塊后的氧化鐵粉進(jìn)行還原的鐵粉，其表觀密度為0.95mg/m³，處于本發(fā)明的范圍外。還原率較低，制造軸承時(shí)的成品率低下，化學(xué)反應(yīng)性也不合格。

比較例4是以結(jié)塊后的氧化鐵粉的平均粒子徑為45μm制造的還原鐵粉，其表觀密度為1.49mg/m³，處于本發(fā)明的范圍外。還原率高，軸承的強(qiáng)度為合格，但制造軸承時(shí)的成品率不合格?；瘜W(xué)反應(yīng)性也不合格。

比較例5是以結(jié)塊后的氧化鐵粉的平均粒子徑為220μm制造的還原鐵粉，其表觀密度為0.95mg/m³，處于本發(fā)明的范圍外。軸承的強(qiáng)度合格，但制造軸承時(shí)的成品率不合格。氣孔率過剩，化學(xué)反應(yīng)性也不合格。

發(fā)明例1是結(jié)塊后的氧化鐵粉的平均粒子徑為50μm、以1000℃對結(jié)塊后的氧化鐵粉進(jìn)行還原的鐵粉，其表觀密度為1.38mg/m³。還原率高，制造軸承時(shí)的成品率、軸承的強(qiáng)度和氣孔率均為合格。并且，化學(xué)反應(yīng)性也表現(xiàn)出良好的性能。

發(fā)明例2是結(jié)塊后的氧化鐵粉的平均粒子徑為120μm、以1000℃對結(jié)塊后的氧化鐵粉進(jìn)行還原的鐵粉，其表觀密度為1.32mg/m³。還原率為良好，制造軸承時(shí)的成品率、軸承的強(qiáng)度和氣孔率均為合格。并且，化學(xué)反應(yīng)性也表現(xiàn)出良好的性能。

發(fā)明例3是結(jié)塊后的氧化鐵粉的平均粒子徑為120μm，以800℃對結(jié)塊后的氧化鐵粉進(jìn)行還原的鐵粉，其表觀密度為1.03mg/m³。還原率為良好，制造軸承時(shí)的成品率、軸承的強(qiáng)度和氣孔率均為合格。并且，化學(xué)反應(yīng)性表現(xiàn)出良好的性能。

發(fā)明例4是結(jié)塊后的氧化鐵粉中的鐵分為68.2mass％的鐵粉，還原后的鐵粉的氧含量為0.43mass％，但其表觀密度為1.12mg/m³?；瘜W(xué)反應(yīng)性表現(xiàn)出良好的性能，制造軸承時(shí)的成品率、軸承的強(qiáng)度及氣孔率均為合格。

發(fā)明例5是使原料氧化鐵粉的平均粒子徑為0.7μm的情況，氧化鐵粉的平均粒徑為90μm，但其表觀密度為1.05mg/m³?；瘜W(xué)反應(yīng)性表現(xiàn)出良好的性能，制造軸承時(shí)的成品率、軸承的強(qiáng)度及氣孔率均為合格。