DE112018002199T5

DE112018002199T5 - Metallbasiertes Kompositmaterial

Info

Publication number: DE112018002199T5
Application number: DE112018002199.8T
Authority: DE
Inventors: Sadayasu Takayama; Shinji Kajita; Yukie Kaku
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2020-01-09
Also published as: WO2018198913A1; JP6745754B2; CN110573634A; JP2018188692A; US20200095654A1; US11028467B2

Abstract

Bereitgestellt wird ein metallbasiertes Kompositmaterial mit hoher Härte.
Ein metallbasiertes Kompositmaterial der vorliegenden Erfindung ist aus einem Sinterkörper gebildet, der erhalten ist aus Ti-Materialpulver, Mo-Materialpulver, Ni-Materialpulver und Keramikpulver, und 0,1 bis 9 Masseteile Ni sind bezüglich 100 Masseteilen der Gesamtheit des metallbasierten Kompositmaterials enthalten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein metallbasiertes Kompositmaterial.
Technischer Hintergrund
In den vergangenen Jahren sind die Gelegenheiten zur Verwendung nichteisenartiger Metalle, wie etwa Aluminium, auf dem Gebiet der Automobile, der industriellen Maschinen, der elektrischen Hausgeräte und dergleichen zahlreicher geoworden. Einige nicht-eisenartige Metalle, wie etwa Aluminiumlegierungen, werden durch eine Formgusstechnologie (das heißt unter Verwendung einer Formgussmaschine) oftmals bei hoher Geschwindigkeit mit hoher Genauigkeit gegossen.
Ein metallbasiertes Kompositmaterial wird in einigen Fällen für eine Injektionshülse einer Formgussmaschine wie in Patentliteratur 1 beschrieben eingesetzt. Das metallbasierte Kompositmaterial wird durch Schrumpfmontage oder Mantelgießen an einem Abschnitt vorgesehen, der in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall gebracht wird.
Zitatliste
[Patentliteratur]
Patentliteratur 1: JP 7-84601 B
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabenstellung
In einer Formgussmaschine muss eine unter Verwendung eines metallbasierten Kompositmaterials gebildete Injektionshülse eine weiter verbesserte Beständigkeit aufweisen. Insbesondere muss das metallbasierte Kompositmaterial eine erhöhte Härte aufweisen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die zuvor genannten Umstände durchgeführt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein metallbasiertes Kompositmaterial mit hoher Härte bereitzustellen.
Lösung der Aufgabenstellung
Um die vorgenannte Aufgabenstellung zu lösen, wird ein metallbasiertes Kompositmaterial der vorliegenden Erfindung aus einem Sinterkörper (bzw. gesintertem Körper) gebildet, der erhalten ist aus einem Ti-Materialpulver, das Ti enthält, einem Mo-Materialpulver, das Mo enthält, einem Ni-Materialpulver, das Ni enthält, und einem Keramikpulver aus zumindest einem ausgewählt aus SiC, TiC, TiB₂ und MoB, und 0,1 bis 9 Masseteile an Ni sind bezogen auf 100 Masseteile der Gesamtheit des metallbasierten Kompositmaterials enthalten.
Das metallbasierte Kompositmaterial der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Verbesserung der Härte (und Festigkeit, Verschleißbeständigkeit) durch Verdichten einer Struktur.
Figurenliste

1 zeigt eine vergrößerte Fotografie eines Querschnitts einer Probe 1 nach einem Beispiel;
2 zeigt eine vergrößerte Fotografie eines Querschnitts einer Probe 4 nach einem Beispiel;
3 zeigt eine vergrößerte Fotografie eines Querschnitts einer Probe 8 nach einem Beispiel;
4 zeigt eine vergrößerte Fotografie eines Querschnitts einer Probe 12 nach einem Beispiel;
5 ist ein Querschnittsansicht, die eine Struktur einer Injektionshülse einer Formgussmaschine illustriert; und
6 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie VI-VI in 5 aufgenommen ist.

Beschreibung von Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend spezifisch basierend auf Ausführungsformen beschrieben werden.
[Metallbasiertes Kompositmaterial]
Eine metallbasiertes Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus einem Sinterkörper gebildet, welcher erhalten ist aus Ti-Materialpulver, das Ti enthält, Mo-Materialpulver, das Mo enthält, Ni-Materialpulver, das Ni enthält, und Keramikpulver aus zumindest einem ausgewählt aus SiC, TiC, TiB2 und MoB. 0,1 bis 9 Masseteile an Ni sind bezogen auf 100 Masseteile der Gesamtheit des metallbasierten Kompositmaterials enthalten.
Das metallbasierte Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist aus einem Sinterkörper gebildet. Der Sinterkörper ist durch Sintern des Materialpulvers erhalten. Der Sinterkörper weist Atome der darin verteilten Materialien auf, und die Struktur ist nicht allgemein spezifiziert. Das heißt, der Sinterkörper der vorliegenden Ausführungsform ist ein Sinterkörper, welcher aus Ti-Materialpulver, das Ti enthält, Mo-Materialpulver, das Mo enthält, Ni-Materialpulver, das Ni enthält, und Keramikpulver aus zumindest einem ausgewählt aus SiC, TiC, TiB₂ und MoB erhalten ist, und eine mikroskopische Struktur und Charakteristika sind nicht allgemein bestimmt.
Das metallbasierte Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist aus einem Sinterkörper gebildet, der erhalten ist aus Ti-Materialpulver, Mo-Materialpulver, Ni-Materialpulver und Keramikpulver. Der Sinterkörper, der aus diesen Arten von Pulvern gebildet ist, enthält Ti und Mo, und Keramik und Ni.
Das Ti-Materialpulver ist ein Pulver (Ansammlung von Verbindungsteilchen) aus einer Verbindung, die Ti in deren Zusammensetzung enthält. Das Ti-Materialpulver ist bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) einer Verbindung, in welcher Ti ein Bestandteil ist, der den größten Gehalt in der Verbindung aufweist, und ist bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) einer Verbindung, die 50 Masse-% oder mehr Ti enthält, und ist bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) einer Verbindung, die 90 Masse-% oder mehr Ti enthält, und ist am stärksten bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) Ti. Der Gehaltsanteil in jeder Verbindung ist ein Gehaltsanteil für den Fall, dass die Masse des gesamten Ti-Materialpulvers 100 Masse-% beträgt. Das Ti-Materialpulver kann durch (Teilchen von) Verbindungen mit unterschiedlichen Ti-Gehaltsanteilen, die kombiniert sind, gebildet sein.
Das Mo-Materialpulver ist ein Pulver (Ansammlung von Verbindungsteilchen) aus einer Verbindung, die Mo in deren Zusammensetzung enthält. Das Mo-Materialpulver ist bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) einer Verbindung, in welcher Mo ein Bestandteil ist, der den größten Gehalt in der Verbindung aufweist, und ist bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) einer Verbindung, die 50 Masse-% oder mehr Mo enthält, und ist bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) einer Verbindung, die 90 Masse-% oder mehr Mo enthält, und ist am stärksten bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) Mo. Der Gehaltsanteil in jeder Verbindung ist ein Gehaltsanteil für den Fall, dass die Masse des gesamten Mo-Materialpulvers 100 Masse-% beträgt. Das Mo-Materialpulver kann durch (Teilchen von) Verbindungen mit unterschiedlichen Mo-Gehaltsanteilen, die kombiniert sind, gebildet sein.
Das Keramikpulver ist ein Pulver, das aus zumindest einer Art von Keramik gebildet ist, ausgewählt aus SiC, TiC, TiB₂ und MoB. Das Keramikpulver ist ein Pulver aus einer Art von Keramik ausgewählt aus SiC, TiC, TiB2 und MoB, oder ein gemischtes Pulver, das Pulver zweier oder mehrerer Arten der Keramiken enthält. Das Keramikpulver kann ein Pulver sein, das durch ein Komposit zweier oder mehrerer Arten von Keramiken ausgewählt aus SiC, TiC, TiB2 und MoB gebildet ist. Ein Verhältnis zwischen den zwei oder mehreren Arten von Keramiken ausgewählt SiC, TiC, TiB₂ und MoB für den Fall von Keramikpulver, das aus zwei oder mehreren Arten von Keramiken gebildet ist, ist nicht speziell begrenzt.
Das Ni-Materialpulver ist ein Pulver (Ansammlung von Verbindungsteilchen) aus einer Verbindung, die Ni in deren Zusammensetzung enthält. Das Ni-Materialpulver ist bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) einer Verbindung, in welcher Ni ein Bestandteil ist, der den größten Gehalt in der Verbindung aufweist, und ist bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) einer Verbindung, die 50 Masse-% oder mehr Ni enthält, und ist bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) einer Verbindung, die 90 Masse-% oder mehr Ni enthält, und ist am stärksten bevorzugt ein Pulver aus (Teilchen aus) Ni. Der Gehaltsanteil in jeder Verbindung ist ein Gehaltsanteil für den Fall, dass die Masse des gesamten Ni-Materialpulvers 100 Masse-% beträgt. Das Ni-Materialpulver kann durch (Teilchen von) Verbindungen mit unterschiedlichen Ni-Gehaltsanteilen, die kombiniert sind, gebildet sein.
Jedes aus Ti-Materialpulver, Mo-Materialpulver und Ni-Materialpulver kann eine Legierung mit einem anderen Element aus Ti, Mo und Ni bilden. Beispiele der Legierung beinhalten eine Ti-Mo-Legierung.
Das metallbasierte Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält 0,1 bis 9 Masseteile Ni bezogen auf 100 Masseteile des gesamten metallbasierten Kompositmaterials. Die Masseteile an Ni entsprechen einem Anteil der Gesamtmasse an Ni, die in dem metallbasierten Kompositmaterial enthalten ist. Das heißt die Masseteile können in Masseprozent (Masse-%) umgewandelt werden.
Ni verdichtet die Struktur des metallbasierten Kompositmaterials. Wenn die Struktur verdichtet ist, sind die Härte und die Festigkeit über die Gesamtheit erhöht. Das heißt, wenn Ni enthalten ist, ist die Verschleißbeständigkeit des metallbasierten Kompositmaterials verbessert.
Wenn 0,1 bis 9 Masseteile Ni enthalten sind, wird die Wirkung des Verbesserns der Verschleißbeständigkeit mit Sicherheit aufgezeigt. Wenn der Gehalt an Ni weniger als 0,1 Masseteile beträgt, ist der einzumengende Anteil an Ni übertrieben gering und die Wirkung, die durch das Einmengen erhalten wird, wird nicht ausreichend aufgezeigt. Wenn der Gehalt an Ni erhöht wird, um größer als 9 Masseteile zu sein, wird das metallbasierte Kompositmaterial spröde. Das heißt die Biegefestigkeit wird verringert.
Ein Gehaltsanteil an Ni ist bevorzugt 0,1 bis 5 Masseteile bezogen auf 100 Masseteile der Gesamtheit des metallbasierten Kompositmaterials. Der Gehalt an Ni ist stärker bevorzugt 0,5 bis 3 Masseteile.
Das metallbasierte Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält Ti, das in dem Ti-Materialpulver enthalten ist, und Mo, das in dem Mo-Materialpulver enthalten ist. Überdies enthält das metallbasierte Kompositmaterial Keramik, die in dem Keramikpulver enthalten ist.
In dem metallbasierten Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform bildet Ti eine Matrix. In dem metallbasierten Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die Ti-Matrix exzellente Erosionsbeständigkeit bezüglich geschmolzenem nicht-eisenartigem Metall auf. Die Ti-Matrix weist eine geringe thermische Leitfähigkeit auf und weist somit eine exzellente Temperaturhaltefähigkeit auf.
Mo verbessert die Erosionsbeständigkeit. Insbesondere verbessert Mo die Erosionsbeständigkeit bezogen auf ein nicht-eisenartiges Material. Das heißt, wenn Mo enthalten ist, wird die Erosionsbeständigkeit des metallbasierten Kompostmaterials bezüglich eines nicht-eisenartigen Materials verbessert.
Mo ist in einem Ti-reichen Zustand angeordnet. Der Ti-reiche Zustand stellt einen Zustand dar, bei dem die Masse an Ti größer ist als die Masse an Mo. Das bevorzugte Verhältnis ist so, dass 10 bis 50 Masseteile Mo bezogen auf 100 Masseteile Ti enthalten sind. Das bevorzugtere Gehaltsverhältnis ist so, dass 20 bis 40 Masseteile Mo enthalten sind.
Keramiken weisen exzellente Festigkeit und Härte auf. In dem Sinterkörper aus dem metallbasierten Kompositmaterial ist die Keramik (bzw. sind die Keramiken) so strukturiert, dass Teilchen, die von dem Materialpulver abgeleitet sind, in der Matrix verteilt (bzw. dispergiert) sind. Die Keramik erhöht die Festigkeit und die Härte des metallbasierten Kompositmaterials. Die Keramik erhöht ferner die Sinterbarkeit und trägt somit zu einer Erhöhung der Festigkeit und Härte des metallbasierten Kompositmaterials bei.
Wenn 1 bis 15 Masseteile Keramik enthalten sind, wird die Wirkung des Verbesserns der Festigkeit und Härte aufgezeigt. Wenn der Gehalt der Keramik geringer ist als 1 Masseteil, wird der Gehalt der einzumengenden Keramik übertrieben gering und die Wirkung, die durch Einmengen erhalten ist, wird nicht ausreichend aufgezeigt. Das heißt die Härte und Verschleißbeständigkeit des metallbasierten Kompositmaterials sind verringert. Wenn der Gehalt der Keramik so erhöht wird, dass er größer als 15 Masseteile ist, wird das metallbasierte Kompositmaterial spröde und eine Schlagbeständigkeit wird somit verringert. Die Verringerung der Schlagbeständigkeit führt dazu, dass das metallbasierte Kompositmaterial leicht brechen kann.
Ein bevorzugter Gehaltsanteil der Keramik ist so, dass 1 bis 15 Masseteile der Keramik bezogen auf 100 Masseteile der Gesamtmasse an Ti und Mo enthalten sind. Der Gehalt der Keramik beträgt stärker bevorzugt 3 bis 10 Masseteile.
Das metallbasierte Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist bevorzugt eine Porosität von nicht größer als 0,5 % auf. Das metallbasierte Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Sinterkörper mit einer dichten Struktur, wie oben beschrieben. Wenn die Porosität nicht größer ist als 0,5 %, wird das metallbasierte Kompositmaterial dichter und weist exzellente Härte und Festigkeit auf. Die Porosität ist stärker bevorzugt nicht größer als 0,3 % und überdies bevorzugt nicht größer als 0,15 %.
Das metallbasierte Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist bevorzugt nitriert. Das heißt, das metallbasierte Kompositmaterial weist bevorzugt einen nitrierten Film auf der Oberfläche auf. Der nitrierte Film, der durch Nitrieren gebildet ist, weist hohe Härte auf. Im Ergebnis weist das metallbasierte Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine erhöhte Oberflächenhärte auf.
Überdies ist in dem metallbasierten Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Struktur selbst von hoher Härte, wie oben beschrieben. Zusätzlich dazu weist das metallbasierte Kompositmaterial den nitrierten Film auf der Oberfläche auf. Das heißt, durch Nitrieren weist das metallbasierte Kompositmaterial eine höhere Härte im Vergleich zu einem Fall auf, bei dem das Nitrieren nicht durchgeführt wird.
In dem metallbasierten Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Wirkung des Erhöhens der Härte durch Nitrieren geringer als im Vergleich zu einem Fall, bei dem ein konventioneller Sinterkörper nitriert wird. Dies liegt daran, dass das metallbasierte Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform Ni enthält und somit eine verdichtete Struktur aufweist, und daher die Nitrierungsreaktion nicht einfach von der Oberfläche der Metallpulverteilchen ins Innere voranschreitet. Allerdings weist in dem metallbasierten Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Sinterkörper selbst eine hohe Härte aufgrund der Verdichtung auf. Somit wird selbst, wenn der nitrierte Film auf der Oberfläche verloren geht oder selbst, wenn die Wirkung durch Nitrieren gering ist, eine hohe Härte erhalten.
Ein Verfahren zum Herstellen des metallbasierten Kompositmaterials gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht insbesondere begrenzt. Beispielsweise beinhaltet das Verfahren zum Herstellen des metallbasierten Kompositmaterials einen Schritt des Mischens jeder Art des Materialpulvers, und einen Schritt des Erwärmens und Sinterns des gemischten Pulvers. Das Verfahren zum Herstellen des metallbasierten Kompositmaterials kann ferner einen Schritt des Formens des gemischten Pulvers in eine vorbestimmte Form und einen Nitrierungsschritt des Erwärmens des Sinterkörpers unter einer Stickstoffatmosphäre beinhalten. In zumindest einem Zeitabschnitt vor dem Nitrieren und einem Zeitabschnitt nach dem Nitrieren kann ein Formgebungsschritt durchgeführt werden.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend basierend auf Beispielen beschrieben werden.
Das metallbasierte Kompositmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde faktisch hergestellt.
[Beispiele und Vergleichsbeispiele]
Für die Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden Teststücke metallbasierter Kompositmaterialien als Proben 1 bis 13 hergestellt. Jedes Teststück war ein Sinterkörper, der aus einem Ti-Pulver als das Ti-Materialpulver, einem SiC-Pulver als das Keramikmaterialpulver, einem Mo-Pulver als das Mo-Materialpulver und einem Ni-Pulver als das Ni-Materialpulver erhalten war.
Jede Probe enthielt jedes aus Ti, Mo, SiC und Ni in Masseteilen (Masseverhältnissen), die gemeinsam in Tabelle 1 angegeben sind.

Die Porositäten der Proben wurden gemessen und sind gemeinsam in Tabelle 1 angegeben. Die Porositäten wurden unter Verwendung eines in JIS R 2205 spezifizierten Messverfahrens gemessen. [Tabelle 1]

Probe Nr.	Masseteile				Porosität (%)	HRC-Härte		Biegefestigkeit (MPa)	Abriebtiefe (mm)		Erosions -grad (%)
Probe Nr.	Ti	Mo	SiC	Ni	Porosität (%)	Innere Härte (ohne Nitrierung)	Härte der nitrierten Oberfläche	Biegefestigkeit (MPa)	ohne Nitrierung	Nitrierte Oberfläche	Erosions -grad (%)
1	66,67	28,57	4,76	0, 00	0,67	35, 0	43,5	672	1,33	1,16	100
2	66,60	28,54	4,76	0,10	0,50	36,4	43,1	721	1,28	1,18	100
3	66,35	28,44	4,74	0,47	0,29	37,5	41,9	798	1,26	1,20	102
4	66,04	28,30	4,72	0,94	0,27	38,2	40,3	817	1,25	1,21	105
5	65,42	22,04	4,67	1,87	0,09	38,8	39,7	829	1,23	1,22	103
6	64,81	27,78	4,63	2,78	0,07	40,5	40,8	796	1,23	1,22	99
7	64,22	27,52	4,59	3,67	0,07	45,1	45,0	601	1,21	1,21	97
8	63,64	27,27	4,55	4,55	0,081	47,3	46,5	482	1,19	1,20	92
9	63,06	27,03	4,50	5,41	0,09	47,8	48,0	393	1,10	1,08	98
10	61,95	26,55	4,42	7,08	0, 08	46,7	46,5	325	1,17	1,16	102
11	61,40	26,32	4,39	7,89	0,10	45,1	45,2	301	1,22	1,23	106
12	60,87	26,09	4,35	8,70	0,13	44,1	42,5	280	1,30	1,29	110
13	60,34	25,86	4,31	9,48	0,15	43,5	42,1	271	1,35	1,32	116

[Auswertung]
Die folgende Auswertung wurde für jede Probe (in einem nicht nitrierten Zustand) durchgeführt. In der folgenden Auswertung wurden die nitrierten Proben ebenso bezüglich einer HRC-Härte und einer Verschleißbreite (bzw. Abriebtiefe) gemessen. Die Messergebnisse nach dem Nitrieren sind gemeinsam in Tabelle 1 angegeben.
(Vergrößerte Fotografie)
Zur Auswertung jeder Probe wurde ein Mikroskopiefoto des Querschnitts aufgenommen. Die aufgenommenen Fotografien sind in 1 bis 4 gezeigt. 1 zeigt den Querschnitt der Probe 1. 2 zeigt den Querschnitt der Probe 4. 3 zeigt den Querschnitt der Probe 8. 4 zeigt den Querschnitt der Probe 12.
(Härte)
Zur Auswertung jeder Probe wurde die Härte (Rockwell-Härte, HRC) gemessen. Die Messergebnisse sind gemeinsam in Tabelle 1 angegeben.
Die Rockwell-Härte wurde unter Verwendung eines Rockwell-Härte-Prüfgeräts (hergestellt von Akashi Seisakusho) gemessen.
(Festigkeit)
Zur Auswertung jeder Probe wurde eine Festigkeit (Biegefestigkeit) gemessen. Die Messergebnisse sind gemeinsam in Tabelle 1 angegeben.
Die Biegefestigkeit wurde unter Verwendung einer elektronischen Universalmaterialprüfmaschine (hergestellt von Yonekura Mfg. Co., Ltd) gemessen.
(Erosionsfestigkeit)
Ein säulenförmiges Prüfstück mit einem Durchmesser von φ10 mm und einer Länge von 100 mm wurde unter Verwendung jeder Probe hergestellt. Das Prüfstück wurde von dem Endabschnitt der Säulenform 50 mm tief in geschmolzene Aluminiumlegierung eingetaucht. Ein in JIS H 5302 spezifiziertes ADC12-Material wurde in einem Graphittiegel geschmolzen und als die geschmolzene Aluminiumlegierung verwendet. Das Prüfstück wurde für 24 Stunden in die geschmolzene Aluminiumlegierung, welche bei 680 °C gehalten wurde, eingetaucht (statisches Eintauchen).
Nach dem Eintauchen wurde das Prüfstück herausgenommen und abgekühlt. Danach wurde der äußere Durchmesser in einem zentralen Abschnitt (25 mm von dem Endpunkt entfernt) der Eintauchtiefe von 50 mm gemessen, und eine Verringerungsmenge (Erosionsmenge) des äußeren Durchmessers wurde erhalten. Ein Verhältnis der Erosionsmenge jeder Probe zu einer Erosionsmenge der Probe 1 wurde durch Festlegen der Erosionsmenge der Probe 1 als 100 % berechnet. Die erhaltenen Ergebnisse sind gemeinsam in Tabelle 1 angegeben.
(Verschleißbeständigkeit)
Eine Verschleißbreite wurde unter Verwendung einer Ogoshi-artigen Verschleißprüfmaschine gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Die Verschleißbreite wurde unter Verwendung einer Schnellverschleißprüfmaschine vom Riken-Ogoshi-Typ (hergestellt von Tokyo Testing Machine Inc.) gemessen.
(Auswertungsergebnis)
(Porosität und vergrößerte Fotografie)
Gemäß Tabelle 1 wies die Probe 1, welche kein Ni enthielt, eine hohe Porosität von 0,67 % auf. Unterdessen wies jede der Proben 2 bis 13, die Ni enthielten, eine geringe Porosität von nicht mehr als 0,5 % auf. Die Verringerung der Porosität war ebenso aus den vergrößerten Fotografien, die in 1 bis 4 gezeigt sind, offenkundig.
Gemäß den vergrößerten Fotografien, die in 1 bis 4 gezeigt sind, wies die Probe 1, welche kein Ni enthielt, viele Poren auf. Unterdessen hatte jede der Proben 4, 8 und 12, die jeweils Ni zu einem gewissen Grad enthielten, eine dichte Struktur mit einer geringen Anzahl an Poren.
(HRC-Härte)
Gemäß der Tabelle wies die Probe 1, welche kein Ni enthielt, eine geringe Härte von etwa 35 HRC auf. Jede der Proben 2 bis 13, die Ni enthielten, wies eine höhere Härte als die Probe 1 auf. Jede der Proben 7 bis 11, die 3 bis 8 Masseteile Ni enthielten, wies eine Härte von nicht weniger als 45 HRC auf, das heißt sie zeigten einen größeren Wert. Überdies wiesen die Proben 8 bis 9, die 4 bis 6 Masseteile Ni enthielten, eine Härte von nicht weniger als 47 HRC auf, das heißt sie zeigten die größten Werte. Das heißt, die metallbasierten Kompositmaterialien der Proben 2 bis 12, die jeweils Ni zu einem gewissen Grad enthielten, wiesen eine hohe HRC-Härte auf.
Die nitrierten Proben wiesen jeweils eine höhere HRC-Härte im Vergleich zu nicht nitrierten Proben auf. Die Eigenschaften der HRC-Härte nach dem Nitrieren sind die gleichen wie die Eigenschaften der HRC-Härte in dem nicht nitrierten Zustand. Das heißt, ein metallbasiertes Kompositmaterial weist eine verbesserte HRC-Härte durch Durchführen des Nitrierens (das heißt mit einem nitrierten Film) auf.
(Biegefestigkeit)
Gemäß Tabelle 1 wies die Probe 13, welche Ni im Überschuss enthielt, eine Biegefestigkeit von 271 MPa auf, das heißt, sie wies eine geringe Festigkeit auf. Unterdessen wiesen alle Proben 2 bis 12, die jeweils Ni in einem gewissen Grad (nicht mehr als 9 Masseteile) enthielten, eine Biegefestigkeit von nicht weniger als 300 MPa auf, das heißt sie wiesen einen größeren Wert als die Probe 13 auf. Insbesondere wies jede der Proben 2 bis 6, die 0,1 bis 3 Masseteile Ni enthielten, eine Biegefestigkeit von nicht weniger als 700 MPa auf, das heißt sie zeigten einen großen Wert. Überdies wies jede der Proben 4 bis 5, die 0,5 bis 2 Masseteile Ni enthielten, eine Biegefestigkeit von nicht weniger als 800 MPa auf. Das heißt, das metallbasierte Kompositmaterial jeder der Proben 2 bis 12, die Ni in einem gewissen Grad enthielten, wiesen eine hohe Festigkeit (Biegefestigkeit) auf.
(Verschleißbeständigkeit)
Gemäß Tabelle 1 zeigte die Probe 1, welche kein Ni enthielt, eine große Verschleißbreite von 1,33 mm. Das heißt die Verschleißbeständigkeit war gering. Unterdessen wiesen alle Proben 2 bis 12, die Ni zu einem gewissem Grad enthielten, eine Verschleißbreite auf, die gleich oder geringer war als die Verschleißbreite der Probe 1. Das heißt, die Verschleißbeständigkeit war exzellent. Insbesondere wiesen alle Proben 8 bis 10, die 4 bis 7,5 Masseteile Ni enthielten, eine Verschleißbreite von nicht mehr als 1,2 mm auf, das heißt, sie zeigten einen wesentlich kleinen Wert. Überdies wies die Probe 9, die 5,41 Masseteile Ni enthielt, eine Verschleißbreite von 1,1 mm auf, das heißt, sie zeigte den geringsten Wert.
Somit wies das metallbasierte Kompositmaterial aller Proben 2 bis 12, die jeweils Ni in gewissem Grad enthielten, eine hohe Verschleißbeständigkeit auf.
Wenn die Proben überdies nitriert waren, wies die nitrierte Probe eine Verschleißbreite auf, die gleich oder geringer war als die Verschleißbreite in einem nicht nitrierten Zustand. Das heißt, die Proben 2 bis 12, die Ni enthielten, wiesen exzellente Verschleißbeständigkeit auf. Die Probe 9, die 5,41 Masseteile Ni enthielt, wies eine Verschleißbreite von 1,08 mm auf, das heißt, sie zeigte den geringsten Wert.
Somit wies das metallbasierte Kompositmaterial eine exzellentere Verschleißbeständigkeit auf, wenn es nitriert war (das heißt, wenn es einen nitrierten Film aufwies).
(Erosionsbeständigkeit)
Gemäß Tabelle 1 war eine Erosionsmenge unter den Proben nahezu gleich. In den Proben 12 bis 13 überstiegen die Erosionsgrade 110 %, und die Erosionsmengen wurden tendenziell groß. Das heißt, die Proben wiesen ähnliche Erosionsbeständigkeiten auf. Unter dieser Bedingung zeigten die Proben 6 bis 9, die 2 bis 6 Masseteile Ni enthielten, geringe Erosionsgrade, und die Probe 8, die 4,55 Masseteile Ni enthielt, wies einen Erosionsgrad von 92 % auf, das heißt, sie zeigte den geringsten Wert. Somit wurde bestätigt, dass die Probe 8, die 4,55 Masseteile Ni enthielt, die am stärksten verbesserte Erosionsbeständigkeit aufweist.
Wie oben beschrieben, wiesen alle Proben 2 bis 12, die jeweils Ni in einem gewissen Grad enthielten, eine Porosität von nicht mehr als 0,5 % auf, das heißt, sie hatten eine dichte Struktur mit einer geringen Anzahl an Poren. Im Ergebnis wurde bestätigt, dass ein metallbasiertes Kompositmaterial mit einer exzellenten Härte (HRC-Härte), Festigkeit (Biegefestigkeit) und Verschleißbeständigkeit erhalten wurde.
Überdies wurde ebenso bestätigt, dass eine Erosionsbeständigkeit bezüglich einer Aluminiumlegierung exzellent ist.
Alle Proben 2 bis 12, die jeweils Ni in einem gewissen Grad enthielten, wiesen eine Porosität von nicht größer als 0,5 % auf und wiesen eine dichte Struktur mit einer geringen Anzahl an Poren auf, sodass ein metallbasiertes Kompositmaterial mit exzellenter Härte und Verschleißbeständigkeit erhalten wurde. Eine Erhöhung des Gehalts an Ni, welches zur Verbesserung der Härte und Verschleißbeständigkeit beiträgt, neigt dazu, Versprödung hervorzurufen. Das ist ebenso aus den Prüfergebnissen der Biegefestigkeit von Probe 8, die 4,55 Masseteile Ni enthält, ersichtlich. Wenn der Gehalt an Ni nicht weniger als 9,48 Masseteile war, war die Porosität nicht größer als 0,5 %. Allerdings wurde das Material spröde und die Verschleißbreite neigte dazu, sich zu erhöhen. Die Biegefestigkeit neigte ebenso dazu, sich so zu verringern, dass sie weniger als 300 MPa war.
[Prüfung unter Verwendung einer tatsächlichen Maschine]
Die Probe 1 und die Probe 2 wurden jeweils an eine Injektionshülse einer Spritzgussmaschine angebracht, und eine Abmessungsvergrößerung wurde nach wiederholten Spritzvorgängen gemessen.
Als die Spritzgussmaschine wurde eine 125-Tonnen Horizontaltyp-Maschine (hergestellt von TOYO MACHINERY & METAL CO., LTD., Handelsname: BD-125V4T) verwendet. Die Spritzgussmaschine wies eine Injektionshülse 1 mit einem Innendurchmesser von 50 mm auf, wie in 5 bis 6 gezeigt ist. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der axialen Richtung der Einspritzhülse.
6 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie VI-VI in 5 aufgenommen ist.
Ein metallbasiertes Kompositmaterial 2 jeder Probe wurde in eine nahezu zylindrische Form mit einer Dicke von 5 mm geformt, und so angeordnet, dass sie eine innere Umfangsoberfläche der Injektionshülse 1 bildete, wie in 5 bis 6 gezeigt. Die Injektionshülse 1 war so angeordnet, dass sich die axiale Richtung entlang der horizontalen Richtung erstreckte, und ein geschmolzenes Metall wurde durch einen Einfüllstutzen 10 in die Injektionshülse 1 eingeführt, der am oberen Abschnitt auf der Seite des entfernten Endes eine Öffnung aufwies. Das eingeführte geschmolzene Metall wurde mittels einer Kolbenspitze 3 in der axialen Endrichtung injiziert (nach links von der rechten Seite in 5 injiziert). Der Endseitenabschnitt der Injektionshülse 1 stand in Verbindung mit einem Freiraum (nicht gezeigt) einer Form, und das geschmolzene Metall wurde in den Freiraum mittels Kolbenspitze 3 injiziert und der Freiraum wurde mit dem geschmolzenen Metall gefüllt.
Die Spritzgussmaschine wurde unter folgenden Bedingungen betrieben: geschmolzenes Metall: ADC12, Haltetemperatur des geschmolzene Metalls (Temperatur des geschmolzenen Metalls, das durch den Einfüllstutzen 10 eingefüllt wurde): 690 °C, Menge an eingefülltem geschmolzenem Metall: 0,8 kg, Material der Kolbenspitze 3: SKD61 (in JIS G 4404 spezifiziert), Spitzenschmiermittel: graphitbasiert, Injektionsgeschwindigkeit der Kolbenspitze 3: etwa 1,5 m/s waren erüllt. Etwa 26000 Spritzvorgänge wurden mit Probe 1 durchgeführt und 46500 Spritzvorgänge wurden für Probe 2 durchgeführt.
Nach der Prüfung wurden die inneren Umfangsoberflächen der Injektionshülsen 1 überprüft, sodass bestätigt werden konnte, dass die inneren Umfangsoberflächen der jeweiligen Injektionshülsen 1 ähnliche Schleifspuren aufwiesen (Schleifspur des metallbasierten Kompositmaterials 2 und der Kolbenspitze 3).
Eine Vergrößerung des inneren Durchmessers (eine erhöhter Betrag des Innendurchmessers, der durch L in 6 gezeigt ist) in der Oben-Unten-Richtung jeweils an einer Position (Endposition auf der axialen Endseite des Einfüllstutzens 10), die durch A1 in 5 angezeigt ist, und einer Position (Zentralposition zwischen der Position A1 und dem Endabschnitt der Injektionshülse 1), die durch A2 angezeigt ist, wurden gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. [Tabelle 2]

Vergrößerung des Radius

(mm)

A1 A2

Probe 1 0,14 0,20

Probe 2 0,10 0,15
Wie in Tabelle 2 gezeigt, war eine Vergrößerung des Innendurchmessers des metallbasierten Kompositmaterials der Probe 2 sowohl an Position A1 als auch an Position A2 geringer als eine Vergrößerung bei der Probe 1. Der Innendurchmesser war aufgrund von Verschleiß, der durch das Gleiten des metallbasierten Kompositmaterials 2 und der Kolbenspitze 3 hervorgerufen wurde, vergrößert. Überdies war die Anzahl an Spritzvorgängen für die Probe 2 viel größer als die Anzahl an Spritzvorgängen für die Probe 1. Das heißt, das metallbasierte Kompositmaterial 2 der Probe 2 konnte als exzellenter bezüglich der Verschleißbeständigkeit bestätigt werden, als das metallbasierte Kompositmaterial der Probe 1.
Die metallbasierten Kompositmaterialien der Beispiele zeigen vorteilhaft eine exzellente Verschleißbeständigkeit auf und weisen eine verlängerte Lebensspanne auf, insbesondere, wenn sie als Injektionshülse 1 einer Spritzgussmaschine verwendet werden.
Das metallbasierte Kompositmaterial jedes Beispiels ist ein Kompositmaterial mit exzellenter Härte und Festigkeit. Da die Härte und Festigkeit exzellent sind, ist die Verschleißbeständigkeit ebenso hoch. Daher wird das metallbasierte Kompositmaterial effektiver auf ein Element angewandt, welches eine hohe Verschleißbeständigkeit benötigt, wie etwa eine Injektionshülse einer Spritzgussmaschine.
Insbesondere weist das metallbasierte Kompositmaterial eine exzellente Erosionsbeständigkeit gegen eine Aluminiumlegierung auf, und weist exzellente Temperaturhaltefähigkeit aufgrund der geringen thermischen Leitfähigkeit auf, und wird ebenso effektiv auf eine Injektionshülse einer Spritzgussmaschine, die für das Spritzgießen eine Aluminiumlegierung verwendet wird, angewandt.
Bezugszeichenliste

1:: Injektionshülse
2:: Metallbasiertes Kompositmaterial
3:: Kolbenspitze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 7084601 B [0004]

Claims

Metallbasiertes Kompositmaterial, wobei das metallbasierte Kompositmaterial aus einem Sinterkörper gebildet ist, der erhalten ist aus Ti-Materialpulver, das Ti enthält, Mo-Materialpulver, das Mo enthält, Ni-Materialpulver, das Ni enthält, und Keramikpulver aus zumindest einem ausgewählt aus SiC, TiC, TiB2 und MoB, wobei 0,1 bis 9 Masseteile Ni bezogen auf 100 Masseteile der Gesamtheit des metallbasierten Kompositmaterials enthalten sind.
Metallbasiertes Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei eine Porosität nicht größer ist als 0,5 %.
Metallbasiertes Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei das metallbasierte Kompositmaterial nitriert ist.