JP2001181807A - 硬質粒子、耐摩耗性鉄基焼結合金、耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法及びバルブシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】硬質粒子と母材との密着性を向上できる硬質粒
子、耐摩耗性鉄基焼結合金、耐摩耗性鉄基焼結合金の製
造方法及びバルブシートを提供する。 【解決手段】硬質粒子は質量％でＭｏ：２０〜７０％、
Ｃ：０．５〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜２０
％、残部が不可避不純物とＦｅからなる。Ｃｏ：４０％
以下、Ｃｒ：０．１〜１０％、Ｓｉ：４％以下の少なく
とも１種を含むことができる。焼結合金は質量％で全体
成分がＭｏ：４〜３０％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎｉ：１
〜２０％、Ｍｎ：０．５〜１２％、残部が不可避不純物
Ｆｅからなり、基地成分がＣ：０．２〜５％、Ｍｎ：
０．１〜１２％、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
硬質粒子成分がＭｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５〜３
％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜２０％、残部が不可
避不純物とＦｅからなり、硬質粒子が基地中に面積比で
１０〜６０％分散している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は硬質粒子、耐摩耗性
鉄基焼結合金及びその製造方法に関する。さらに、該焼
結合金で形成されたバルブシートに関する。このバルブ
シートは特にＬＰＧ，ＣＮＧ等のガスエンジンに好適に
用いられる。

【０００２】

【従来の技術】特開昭５３−１１２２０６号公報（１９
７８年）には、バルブシ−トなどに用いられる耐摩耗性
焼結合金として、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：０．５〜
１０％、Ｍｎ：０．４０％以下、Ｍｏ：１０〜５０％を
基本組成とし、これにＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏから選んだ１種
以上を合計量で４０％、残部がＦｅからなる組成をもつ
硬質粒子の粉末を用い、この硬質粒子の粉末を、低合金
鋼またはステンレス鋼の組成をもつ母材に、５〜４０％
混入した混合粉末で圧粉成形体を形成し、圧粉成形体１
０５０〜１２５０℃において焼結した焼結合金が開示さ
れている。

【０００３】上記した焼結合金においては、硬質粒子に
含まれているＭｎ量が０．４０％以下と少なめである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した焼結合金の更
なる耐久性を確保するためには、硬質粒子と基地との密
着性が高い方が好ましい。しかし上記した焼結合金にお
いては、硬質粒子と基地との密着性が必ずしも充分では
なく、改善の余地があった。

【０００５】本発明は上記した実情に鑑みてなされたも
のであり、硬質粒子と母材との密着性を向上でき、焼結
合金の密度を確保でき、しかも、Ｍｏにより良好なる固
体潤滑性を確保することができる硬質粒子、耐摩耗性鉄
基焼結合金、耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法、及び、
バルブシートを提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は硬質粒子、硬
質粒子を分散させた耐摩耗性鉄基焼結合金について鋭意
開発を進めている。そして本発明者は次の（ｉ）（ｉ
ｉ）の知見を見いだし、かかる知見に基づいて、本発明
に係る硬質粒子、本発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金及
びその製造方法を完成した。

【０００７】（ｉ）硬質粒子を分散させた耐摩耗性鉄基
焼結合金においては、加熱領域で使用されると、硬質粒
子に含まれているＭｏは、硬質粒子に含まれているＣｒ
よりも、比較的低い温度でも、固体潤滑性をもつ酸化皮
膜を生成し易いことを、本発明者は知見した。殊に、温
度が比較的低い条件下で耐摩耗性鉄基焼結合金が使用さ
れるときには、各請求項に係る組成をもつ硬質粒子を採
用し、Ｍｏを含む硬質粒子においてＭｏを含有させつつ
Ｃｒ量をなくしたり低減したりすれば、硬質粒子の硬さ
による耐摩耗性の他に、硬質粒子の表面に生成した酸化
皮膜による固体潤滑性を良好に確保することができ、焼
結合金の耐摩耗性を高めるのに一層有利となることを、
本発明者は新たに知見した。

【０００８】（ｉｉ）硬質粒子に含まれているＭｎは、
硬質粒子に含まれているＮｉやＭｏ等よりも焼結合金の
基地に拡散し易く、これにより各請求項に係るようにＭ
ｏ、Ｎｉと共にＭｎを積極的元素として含む組成をもつ
硬質粒子を採用すれば、硬質粒子を分散させた耐摩耗性
鉄基焼結合金においては、硬質粒子から焼結合金の基地
に拡散するＭｎの拡散量が多くなり、硬質粒子と基地と
の界面の密着性を一層強化することができ、耐摩耗性鉄
基焼結合金の密度や硬さを高めたり、摩耗量を低減させ
たりするのに有利であることを、本発明者は新たに知見
した。

【０００９】即ち、請求項１に相当する第１発明に係る
硬質粒子は、質量％でＭｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５
〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜２０％、残部が
不可避不純物とＦｅからなることを特徴とするものであ
る。なお本明細書では、特に断らない限り、％は質量％
（ｍａｓｓ％）を意味する。第１発明に係る硬質粒子
は、更にＣｏ：４０％以下を含むことができる。

【００１０】請求項３に相当する第２発明に係る硬質粒
子は、質量％でＭｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜３
％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：０．
１〜１０％を含み、残部が不可避不純物とＦｅからなる
ことを特徴とするものである。第２発明に係る硬質粒子
においては、更にＣｏ：４０％以下、Ｓｉ：４％以下の
少なくとも１種を含むことができる。

【００１１】請求項５に相当する第３発明に係る耐摩耗
性鉄基焼結合金は、質量％で、全体を１００％としたと
き全体成分がＭｏ：４〜３０％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎ
ｉ：１〜２０％、Ｍｎ：０．５〜１２％、残部が不可避
不純物Ｆｅからなり、基地を１００％としたとき基地成
分がＣ：０．２〜５％、Ｍｎ：０．１〜１２％、残部が
不可避不純物とＦｅからなり、硬質粒子を１００％とし
たとき硬質粒子成分がＭｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５
〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜２０％、残部が
不可避不純物とＦｅからなり、硬質粒子が基地中に面積
比で１０〜６０％分散していることを特徴とするもので
ある。

【００１２】なお第３発明に係る焼結合金においては、
全体成分が更にＣｏ：２４％以下を含むことができ、硬
質粒子が更にＣｏ：４０％以下を含むことができる。

【００１３】請求項７に相当する第４発明に係る耐摩耗
性鉄基焼結合金は、質量％で、全体を１００％としたと
き全体成分がＭｏ：４〜３０％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎ
ｉ：１〜２０％、Ｍｎ：０．５〜９％、Ｃｒ：０．０５
〜５％を含み、残部が不可避不純物Ｆｅからなり、基地
を１００％としたとき基地成分がＣ：０．２〜５％、Ｍ
ｎ：０．１〜１０％、残部が不可避不純物とＦｅからな
り、硬質粒子を１００％としたとき硬質粒子成分がＭ
ｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎｉ：５〜４０
％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：０．１〜１０％を含み、
残部が不可避不純物とＦｅからなり、硬質粒子が基地中
に面積比で１０〜６０％分散していることを特徴とする
ものである。

【００１４】第４発明に係る焼結合金においては、全体
成分が更にＣｏ：２４％以下、Ｓｉ：２％以下の少なく
とも１種を含むことができ、硬質粒子組成が更にＣｏ：
４０％以下、Ｓｉ：４％以下の少なくとも１種を含むこ
とができる。

【００１５】請求項９に相当する第５発明に係る耐摩耗
性鉄基焼結合金は、請求項５〜８の少なくともいずれか
一項において、質量％で、｛（焼結合金の基地における
Ｍｎ量）／（焼結合金の基地に分散している硬質粒子に
おけるＭｎ量）｝をαとするとき、αは０．０５〜１．
０の範囲、０．１０〜０．８の範囲、０．１２〜０．７
の範囲のいずれかであることを特徴とする。

【００１６】請求項１１に相当する第６発明に係る耐摩
耗性鉄基焼結合金の製造方法は、請求項１〜請求項４の
いずれか一項に記載の硬質粒子の粉末を質量％で１０〜
６０％と、炭素粉末０．２〜２％と、純Ｆｅ粉末または
低合金鋼粉末とを混合した混合材料を用意し、混合材料
を成形して圧粉成形体を形成し、圧粉成形体を焼結して
請求項５〜請求項９のいずれかに記載の組成をもつ焼結
合金とすることを特徴とするものである。

【００１７】請求項１２に相当する第７発明に係るバル
ブシートは、請求項５〜請求項１０のいずれか一項に記
載の耐摩耗性鉄基焼結合金で形成されていることを特徴
とするものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】（硬質粒子）第１発明に係る硬質
粒子によれば、質量％でＭｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．
５〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜２０％、残部
が不可避不純物とＦｅからなることを特徴とするもので
ある。第１発明に係る硬質粒子によれば、Ｃｒ量を積極
的元素として含まない形態を採用できる。Ｃｒは硬質粒
子の酸化開始温度を上昇させる傾向をもつからである。
従って、第１発明に係る硬質粒子は、比較的低い温度か
ら酸化皮膜を生成するため、加熱領域においても比較的
低温領域、中温領域において固体潤滑性を確保すること
ができる。

【００１９】第１発明に係る硬質粒子の実施形態によれ
ば、熱へたり性に対する抵抗の確保を考慮すると、上記
した組成の他に、さらに質量％でＣｏ：４０％以下を含
むことができる。

【００２０】第２発明に係る硬質粒子によれば、質量％
でＭｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎｉ：５〜
４０％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：０．１〜１０％を含
み、残部が不可避不純物とＦｅからなることを特徴とす
るものである。

【００２１】各発明に係る硬質粒子の組成の下限値及び
上限値としては、後述する組成限定理由、更には、要請
される硬さ、要請される固体潤滑性、要請される密着
性、要請されるコストなどの各特性の重視度合に応じて
適宜変更することができる。従って、Ｍｏとしては下限
値を２２％、２３％、２５％にでき、上限値を４０％、
４５％、５０％、５５％に設定することができる。Ｃと
しては下限値を０．３％、０．５％、０．６％、０．７
％にでき、上限値を１．８％、２．０％にできる。Ｎｉ
としては下限値を７％、９％にでき、上限値を２０％、
２２％、３０％にできる。Ｍｎとしては下限値を１．５
％、２％、３％、４％、５％にでき、上限値を１０％、
１２％、１５％、１８％にできる。

【００２２】硬質粒子に含まれるＭｏは酸化し易いた
め、使用環境温度が高温域である場合のように使用条件
によっては、酸化皮膜が過剰気味となることもある。過
剰となると、硬質粒子における酸化皮膜が剥離するおそ
れがある。このように酸化皮膜が過剰となり易い場合に
は、第２発明に係る硬質粒子のように、硬質粒子にＭｏ
と共にＣｒを上記した範囲で含有させることとする。硬
質粒子に含まれるＣｒが酸化皮膜を形成すると、後述す
るように、Ｃｒの酸化皮膜が硬質粒子における酸化皮膜
の成長を抑制する働きを奏すると推察されるからであ
る。

【００２３】上記した点を考慮すると、第１発明、第２
発明に係る硬質粒子としては、次の形態（１−ａ）〜
（１−ｆ）を採用することができる。

【００２４】（１−ａ）質量％でＭｏ：２０〜７０％、
Ｃ：０．５〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜２０
％、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつ硬質
粒子 （１−ｂ）質量％でＭｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５〜
３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜２０％、Ｃｏ：４
０％以下、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をも
つ硬質粒子 （１−ｃ）質量％でＭｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜
３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：
０．１〜１０％、残部が不可避不純物とＦｅからなる組
成をもつ硬質粒子 （１−ｄ）質量％でＭｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜
３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：
０．１〜１０％、Ｓｉ：４％以下、Ｃｏ４０％以下、残
部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつ硬質粒子 （１−ｅ）質量％でＭｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜
３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：
０．１〜１０％、Ｓｉ：４％以下、残部が不可避不純物
とＦｅからなる組成をもつ硬質粒子 （１−ｆ）質量％でＭｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜
３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：
０．１〜１０％、Ｃｏ４０％以下、残部が不可避不純物
とＦｅからなる組成をもつ硬質粒子 （第１発明、第２発明に係る硬質粒子における組成の限
定理由）硬質粒子における組成の限定理由は次のようで
ある。Ｍｏは、Ｍｏ炭化物を形成して硬質粒子の硬さ、
耐摩耗性を向上させると共に、固溶しているＭｏおよび
Ｍｏ炭化物がＭｏ酸化皮膜を形成し、良好なる固体潤滑
性を向上させる。Ｍｏ量が上記した下限値未満では、硬
質粒子における固体潤滑性が不十分となる。上記した上
限値を超えると、Ｍｏが多すぎ、アトマイズ法等による
粉末製造において歩留まりが低下する。このためＭｏ量
は上記した範囲に規定する。なお、硬質粒子にＣｒが含
まれる第２発明の硬質粒子の場合には、Ｃｒの含有に伴
い、Ｍｏ量が相対的に低くなるため、Ｍｏ量の上限値を
低減させる。

【００２５】Ｃは、Ｍｏと結合してＭｏ炭化物を形成
し、硬質粒子の硬さ、耐摩耗性を向上させる。Ｃが上記
した下限値よりも少なすぎると、耐摩耗性が不十分とな
り、Ｃが上記した上限値よりも多すぎると、焼結合金の
密度が低下する。このためＣ量は上記した範囲に規定す
る。Ｍｏの他にＣｒを含む第２発明の硬質粒子の場合に
は、Ｍｏ炭化物より硬い硬さをもつＣｒ炭化物が形成さ
れるため、Ｃ量は少な目とし、Ｃ量の下限値を低減
（０．２％）する。

【００２６】Ｎｉは硬質粒子の基地におけるオーステナ
イトを増加させて、Ｍｏの固溶量を増加させ、耐摩耗性
を向上させる。また硬質粒子のＮｉは、焼結合金の基地
に拡散して基地おけるオーステナイトを増加させて、Ｍ
ｏの固溶量を増加させ、耐摩耗性を向上させる。Ｎｉ量
が多すぎても、上記した効果が飽和するため、Ｎｉ量は
上記した範囲とした。

【００２７】Ｍｎは後述するように上記した硬質粒子の
組成のもとでは、焼結時に硬質粒子から焼結合金の基地
へ効率よく拡散するため、硬質粒子と基地との密着性を
向上させる。更にＭｎは基地におけるオーステナイト増
加作用を期待できる。Ｍｎ量が多すぎても、上記した効
果が飽和するため、Ｍｎ量は上記した範囲とする。Ｃｒ
を含む第２発明の硬質粒子の場合には、Ｃｒ量が含有さ
れる分、Ｍｎ量が相対的に小さくなるため、Ｍｎ量の上
限値が低減されている。

【００２８】Ｃｏは硬質粒子の基地、焼結合金の基地に
おけるオーステナイトを増加させると共に、硬質粒子の
硬さも向上させる。Ｃｏ量が多すぎても、上記した効果
が飽和するため、Ｃｏ量は上記範囲に規定する。上記し
た事情に鑑み、Ｃｏ量としては下限値を１０％、１５％
にでき、上限値を３０％、３５％にできる。

【００２９】使用環境温度が高いため、硬質粒子におけ
る酸化皮膜の生成が多くなり、硬質粒子における酸化皮
膜の剥離が生じる場合には、第２発明の硬質粒子のよう
にＣｒを添加する。Ｃｒは硬質粒子の酸化を抑制する。
Ｃｒ量が多すぎると、硬質粒子における酸化皮膜の形成
が抑制され過ぎるため、Ｃｒ量は上記した範囲に規定す
る。第２発明の硬質粒子では、上記した事情に鑑み、Ｃ
ｒ量としては下限値を２％、４％にでき、上限値を７
％、８％にできる。

【００３０】Ｓｉは硬質粒子における酸化皮膜の密着性
を向上させる。Ｓｉ量が多すぎると焼結合金の密度が低
下する。このためＳｉ量は上記した範囲に規定する。

【００３１】第１発明、第２発明に係る硬質粒子は、溶
湯を噴霧化するアトマイズ処理で製造されたものでも良
いし、溶湯を凝固させた凝固体を機械的粉砕で粉末化し
たものでも良い。アトマイズ処理としては、非酸化性雰
囲気（窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気
や真空中）でアトマイズ処理したものを採用できる。

【００３２】第１発明、第２発明に係る硬質粒子の平均
粒径としては、鉄基焼結合金の用途、種類などに応じて
適宜選択できるが、一般的には、２０〜２５０μｍ程
度、３０〜２００μｍ程度、４０〜１８０μｍ程度にす
ることができる。但しこれに限定されるものではない。
硬質粒子の硬さは、Ｍｏ炭化物等の量にもよるが、一般
的にはＨｖ３５０〜７５０程度、Ｈｖ４５０〜７００程
度にすることができる。但しこれに限定されるものでは
なく、要するに、焼結合金の基地などのように硬質粒子
の使用対象物に対して硬ければ良い。

【００３３】（硬質粒子の酸化開始温度）図１は、後述
するように、本発明者が行った試験結果を示し、硬質粒
子におけるＣｒ量と硬質粒子の酸化開始温度との関係を
示す。図１に示す特性に基づけば、Ｃｒ量を低減すれ
ば、硬質粒子の酸化開始温度を低温領域、中温領域側に
移行させることができる。これにより、使用環境温度が
低温領域または中温領域においても、硬質粒子の固体潤
滑機能を期待できる酸化皮膜の生成を多くするために
は、硬質粒子においてＣｒを含まないか、Ｃｒ量を低減
させれば良いことがわかる。また、使用環境温度が比較
的高くて硬質皮膜における酸化皮膜が過剰となりがちの
ときには、その固体潤滑性を確保しつつ酸化皮膜の成長
を抑えて使用環境温度に適応させる必要がある。この場
合には、酸化皮膜の過剰の成長を抑制すべく、硬質粒子
におけるＣｒ量を少量含有（１０％以下、好ましくは８
％以下）させれば良いことがわかる。

【００３４】その理由は次のように推察される。硬質粒
子の表面に酸化皮膜が生成する場合には、硬質粒子に含
まれている合金元素の酸化速度とその合金元素の拡散速
度とが影響すると考えられる。Ｃｒは酸化され易く酸化
速度が速いものの、拡散速度が遅いと推察される。また
Ｃｒは緻密な酸化皮膜を生成し、酸素の進入を抑え易い
と推察される。従って硬質粒子中のＣｒ量をなくしたり
低減させたりすれば、酸化皮膜の成長が抑えられ、酸化
開始温度が下がるものと推察される。これに対して、Ｍ
ｏは酸化され易く酸化速度が速く、さらに、拡散速度も
速いと推察される。さらにＭｏはＣｒほど緻密な酸化皮
膜を生成するものではなく、酸素の進入を許容し易いと
推察される。故に、Ｍｏは加熱領域のうち比較的低い温
度領域でも、固体潤滑性を期待できる酸化皮膜を生成し
易いと推察される。

【００３５】（耐摩耗性鉄基焼結合金）第３発明に係る
耐摩耗性鉄基焼結合金は請求項５に規定されている。こ
れによれば、基地を１００％としたとき、基地成分が
Ｃ：０．２〜５％、Ｍｎ：０．１〜１２％、残部が不可
避不純物とＦｅからなる組成をもつ、第４発明に係る耐
摩耗性鉄基焼結合金は請求項６に規定されている。これ
によれば、基地を１００％としたとき、基地成分がＣ：
０．２〜５％、Ｍｎ：０．１〜１０％、残部が不可避不
純物とＦｅからなる組成をもつ。

【００３６】なお、各請求項に係る焼結合金の基地は、
硬質粒子からの拡散の影響で、Ｍｏを例えば０〜５％、
Ｎｉを例えば０〜５％を含むことができる。第３発明、
第４発明に係る焼結合金の基地は、Ｃｒを例えば０〜３
％を含むことができる。

【００３７】焼結合金の基地の組成の限定理由として
は、主として、鉄基焼結合金の耐摩耗性を確保すべく、
鉄基焼結合金の基地の硬さを確保するためである。硬さ
を確保するため、鉄基焼結合金の基地としては、パーラ
イトを含む組織を採用することができる。パーライトを
含む組織としては、パーライト組織、パーライト−オー
ステナイト系の混合組織、パーライト−フェライト系の
混合組織、パーライト−セメンタイト系の混合組織にす
ることができる。耐摩耗性を確保するには、硬さが低い
フェライトは少ない方が好ましい。基地の硬さは組成に
もよるが、一般的にはＨｖ１２０〜３００程度、Ｈｖ１
５０〜２５０程度にすることができるが、これらに限定
されるものではない。硬質粒子の硬さは、基地よりも硬
質であり、一般的にはＨｖ３５０〜７５０程度、Ｈｖ４
５０〜７００程度にすることができるが、これらに限定
されるものではない。

【００３８】焼結合金の基地に含まれているＭｎ量は、
焼結時に硬質粒子から拡散したものと考えられる。焼結
合金の基地を構成する純Ｆｅ粉末や低合金鋼粉末がＭｎ
量を含有していないとき、質量％に基づけば、（焼結合
金の基地におけるＭｎ量／基地に分散している硬質粒子
におけるＭｎ量）をαとすると、αは硬質粒子の組成や
硬質粒子の配合割合などによっても相違するものの、前
記したように、α=０．０５〜１．０程度、０．１０〜
０．８程度、０．１２〜０．７程度にすることができ
る。

【００３９】焼結合金において、硬質粒子は基地中に面
積比で１０〜６０％分散している。この場合、要請され
る耐摩耗性の確保を考慮し、面積比で硬質粒子の下限値
は１５％、２０％にでき、上限値は５５％、５０％にで
きる。

【００４０】本発明（第３発明、第４発明）に係る耐摩
耗性鉄基焼結合金によれば、硬質粒子の組成限定理由、
硬質粒子の好ましい組成範囲は、上記した硬質粒子の欄
で記載したのと基本的には同様である。硬質粒子の平均
粒径としては、鉄基焼結合金の用途、種類などに応じて
適宜選択できるが、一般的には、２０〜２５０μｍ程
度、３０〜２００μｍ程度、４０〜１８０μｍ程度にす
ることができる。硬質粒子の硬さは、Ｍｏ炭化物等の量
にもよるが、一般的にはＨｖ３５０〜７５０程度、Ｈｖ
４５０〜７００程度にすることができる。但しこれに限
定されるものではない。

【００４１】本発明（第３発明、第４発明）に係る耐摩
耗性鉄基焼結合金によれば、次の（２−ａ）〜（２−
ｆ）の形態を採用することができる。

【００４２】（２−ａ）質量％で、全体を１００％とし
たとき全体成分がＭｏ：４〜３０％、Ｃ：０．２〜３
％、Ｎｉ：１〜２０％、Ｍｎ：０．５〜１２％、残部が
不可避不純物Ｆｅからなり、基地を１００％としたとき
基地成分がＣ：０．２〜５％、Ｍｎ：０．１〜１２％、
残部が不可避不純物とＦｅからなり、硬質粒子を１００
％としたとき硬質粒子成分がＭｏ：２０〜７０％、Ｃ：
０．５〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜２０％、
残部が不可避不純物とＦｅからなり、硬質粒子が基地中
に面積比で１０〜６０％分散している耐摩耗性鉄基焼結
合金。

【００４３】（２−ｂ）質量％で、全体を１００％とし
たとき全体成分がＭｏ：４〜３０％、Ｃ：０．２〜３
％、Ｎｉ：１〜２０％、Ｍｎ：０．５〜１２％、Ｃｏ：
２４％以下、残部が不可避不純物Ｆｅからなり、基地を
１００％としたとき基地成分がＣ：０．２〜５％、Ｍ
ｎ：０．１〜１２％、残部が不可避不純物とＦｅからな
り、硬質粒子を１００％としたとき硬質粒子成分がＭ
ｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５〜３％、Ｎｉ：５〜４０
％、Ｍｎ：１〜２０％、Ｃｏ：４０％以下、残部が不可
避不純物とＦｅからなり、硬質粒子が基地中に面積比で
１０〜６０％分散している耐摩耗性鉄基焼結合金。

【００４４】（２−ｃ）質量％で、全体を１００％とし
たとき全体成分がＭｏ：４〜３０％、Ｃ：０．２〜３
％、Ｎｉ：１〜２０％、Ｍｎ：０．５〜９％、Ｃｒ：
０．０５〜５％、残部が不可避不純物Ｆｅからなり、基
地を１００％としたとき基地成分がＣ：０．２〜５％、
Ｍｎ：０．１〜１０％、残部が不可避不純物とＦｅから
なり、硬質粒子を１００％としたとき硬質粒子成分がＭ
ｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎｉ：５〜４０
％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：０．１〜１０％、残部が
不可避不純物とＦｅからなり、硬質粒子が基地中に面積
比で１０〜６０％分散している耐摩耗性鉄基焼結合金。

【００４５】（２−ｄ）質量％で、全体を１００％とし
たとき全体成分がＭｏ：４〜３０％、Ｃ：０．２〜３
％、Ｎｉ：１〜２０％、Ｍｎ：０．５〜９％、Ｃｒ：
０．０５〜５％、Ｓｉ：２％以下、Ｃｏ：２４％以下、
残部が不可避不純物Ｆｅからなり、基地を１００％とし
たとき基地成分がＣ：０．２〜５％、Ｍｎ：０．１〜１
０％、残部が不可避不純物とＦｅからなり、硬質粒子を
１００％としたとき硬質粒子成分がＭｏ：２０〜６０
％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜
１５％、Ｃｒ：０．１〜１０％、Ｓｉ：４％以下、Ｃ
ｏ：４０％以下、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
硬質粒子が基地中に面積比で１０〜６０％分散している
耐摩耗性鉄基焼結合金。

【００４６】（２−ｅ）質量％で、全体を１００％とし
たとき全体成分がＭｏ：４〜３０％、Ｃ：０．２〜３
％、Ｎｉ：１〜２０％、Ｍｎ：０．５〜９％、Ｃｒ：
０．０５〜５％、Ｓｉ：２％以下、残部が不可避不純物
Ｆｅからなり、基地を１００％としたとき基地成分が
Ｃ：０．２〜５％、Ｍｎ：０．１〜１０％、残部が不可
避不純物とＦｅからなり、硬質粒子を１００％としたと
き硬質粒子成分がＭｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜３
％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：０．
１〜１０％、Ｓｉ：４％以下、残部が不可避不純物とＦ
ｅからなり、硬質粒子が基地中に面積比で１０〜６０％
分散している耐摩耗性鉄基焼結合金。

【００４７】（２−ｆ）質量％で、全体を１００％とし
たとき全体成分がＭｏ：４〜３０％、Ｃ：０．２〜３
％、Ｎｉ：１〜２０％、Ｍｎ：０．５〜９％、Ｃｒ：
０．０５〜５％、Ｃｏ：２４％以下、残部が不可避不純
物Ｆｅからなり、基地を１００％としたとき基地成分が
Ｃ：０．２〜５％、Ｍｎ：０．１〜１０％、残部が不可
避不純物とＦｅからなり、硬質粒子を１００％としたと
き硬質粒子成分がＭｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２〜３
％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：０．
１〜１０％、Ｃｏ：４０％以下、残部が不可避不純物と
Ｆｅからなり、硬質粒子が基地中に面積比で１０〜６０
％分散している耐摩耗性鉄基焼結合金。

【００４８】（耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法）本発
明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法によれば、請
求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の硬質粒子の粉
末を質量％で１０〜６０％と、炭素粉末０．２〜２％
と、残部となるＦｅ粉末または低合金鋼粉末とを混合し
た混合材料を用意し、混合材料を成形して圧粉成形体を
形成し、圧粉成形体を焼結して請求項５〜請求項９のい
ずれかに記載の組成をもつ焼結合金とする。

【００４９】上記した硬質粒子は、焼結合金の基地に分
散し、焼結合金の耐摩耗性を高める硬質相を構成する。
硬質粒子の割合が少ないと、焼結合金の耐摩耗性は充分
でない。硬質粒子の割合が過剰であると、相手攻撃性が
高まるし、硬質粒子の保持性が確保されにくい。このた
め硬質粒子の粉末の配合量は質量％で１０〜６０％とす
る。炭素粉末としては一般的には黒鉛粉末を採用でき
る。炭素粉末の炭素（Ｃ）は焼結合金の基地または硬質
粒子に拡散し、固溶したり炭化物（Ｍｏ炭化物またはＣ
ｒ炭化物等）を生成したりする。このため炭素粉末の配
合量は０．２〜２％とする。

【００５０】Ｆｅ粉末または低合金鋼粉末は、耐摩耗性
鉄基焼結合金の基地を構成する。上記した製造方法によ
れば、出発原料のコストの低減を図ることができ、さら
に、圧粉成形体の圧縮成形性を図ることができ、圧粉成
形体ひいては焼結合金の高密度化に有利となる。

【００５１】上記した製造方法によれば、硬質粒子と基
地とにおいては、焼結時に、一方に含まれている合金元
素は他方に拡散するため、硬質粒子と基地との密着性が
高まる。殊に、本発明に係る組成をもつ硬質粒子を採用
したときには、本発明者が知見したように、硬質粒子に
含まれているＭｎは基地に効率よく拡散するため、硬質
粒子と基地との密着性が高まる。これにより焼結合金の
密度の向上、焼結合金の硬さの向上、焼結合金の耐摩耗
性の向上を図り得る。

【００５２】Ｆｅ粉末または低合金鋼粉末は、前記した
ように耐摩耗性鉄基焼結合金の基地を構成するものであ
る。低合金鋼粉末はＦｅ−Ｃ系粉末を採用することがで
き、例えば、低合金鋼粉末を１００％としたとき、Ｃ：
０．２〜５％、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成
をもつものを採用することができる。

【００５３】焼結温度としては、１０５０〜１２５０℃
程度、殊に１１００〜１１５０℃程度を採用できる。上
記した焼結温度における焼結時間としては、３０分〜１
２０分、殊に４５〜９０分を採用できる。焼結雰囲気と
しては、不活性ガス雰囲気などの非酸化性雰囲気が好ま
しい。非酸化性雰囲気としては、窒素雰囲気、アルゴン
ガス雰囲気、真空雰囲気があげられる。

【００５４】本発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金の製造
方法によれば、硬質粒子の組成限定理由、硬質粒子の好
ましい組成範囲は、上記した硬質粒子の欄で記載したの
と基本的には同様である。硬質粒子の硬さ、平均粒径と
しては、上記した焼結合金の欄で記載したのと基本的に
は同様である。

【００５５】（４）好ましい用途 一般的には、圧縮天然ガス（ＣＮＧ:compressed natura
l gas）や液化石油ガス（ＬＰＧ:liquified petroleum
gas）を燃料とするガスエンジンのバルブ系では、ガソ
リンエンジンのバルブ系に比べて、摺動領域の固体潤滑
性が弱い傾向がある。ガソリンエンジンに比較して燃焼
雰囲気の酸化力が弱いため、固体潤滑性をもつ酸化皮膜
が生成されにくいためと推察されている。

【００５６】本発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金によれ
ば、硬質粒子に含まれているＭｏは、Ｃｒよりも低い温
度で良好なる酸化皮膜を生成し易いため、使用環境温度
が低温領域または中温領域であっても、勿論、高温領域
であっても、酸化皮膜による固体潤滑性が確保される。
従って硬質粒子は硬さの他に固体潤滑性を有する。この
ため本発明に係る耐摩耗性鉄基焼結合金は、圧縮天然ガ
スや液化石油ガスを燃料とする車両用などのガスエンジ
ンのバルブシートやバルブフェースなどでバルブ系で使
用される焼結合金に適する。勿論、ガソリンエンジンや
ディーゼルエンジンのバルブシートやバルブフェースな
どで使用される焼結合金にも適用することができる。但
し、これらの用途に限られものではなく、例えば、バル
ブガイド、ターボウェストゲートバルブブッシュなどの
ように、加熱領域で使用される摺動部材として利用する
こともできる。

【００５７】

【実施例】本発明を具体的に実施した実施例について比
較例と共に説明する。

【００５８】本実施例では、不活性ガス（窒素ガス）を
用いたガスアトマイズにより、表１に示す試料Ａ〜試料
Ｍに示す組成をもつ合金粉末を製造した。これらを４４
μ〜１８０μｍの範囲に分級し、硬質粒子の粉末とし
た。試料Ｎの組成をもつ硬質粒子は、溶解した溶湯を凝
固させた凝固体（フェロモリブデン）を粉砕して作製し
た。

【００５９】

【表１】

【００６０】上記した試料Ａ〜試料Ｄは、本発明の範囲
内にある硬質粒子に相当する粉末であり、本発明材に相
当する。試料ＥはＭｏが１５％と少なく、比較材に相当
する。試料ＦはＣが４．５％と多く、比較材に相当す
る。試料ＧはＮｉを含んでおらず、比較材に相当する。
試料Ｈは拡散効率がよいＭｎを含んでおらず、比較材に
相当する。試料ＩはＣｒが１８％と多量に含まれてお
り、比較材に相当する。試料ＪはＳｉを５％と多めに含
んでおり、比較材に相当する。試料ＫはステライトＮ
ｏ．６であり、Ｍｏ、Ｍｎを含まず、従来材に相当す
る。試料ＬはトリバロイＴ４００であり、Ｍｎを含ま
ず、従来材に相当する。試料ＭはＭｎを含まず、またＮ
ｉ基であるから、従来材に相当する。試料Ｎはフェロモ
リブデン（ＦｅＭｏ）であり、Ｎｉ、Ｍｎを含まず、従
来材に相当する。

【００６１】これらの試料Ａ〜試料Ｎに係る硬質粒子の
粉末を用い、各硬質粒子の粉末を大気中で加熱して酸化
させ、この場合における酸化に伴う重量増加が急に始ま
る温度を調査した。この温度を酸化開始温度とみなし、
酸化開始温度を表１に示す。表１に示す試料について、
Ｃｒ量を横軸に、酸化開始温度を縦軸に採った特性グラ
フを作成し、図１に示す。

【００６２】図１において、Ｃｒ量の０％は試料Ａを示
し、Ｃｒ量の５％は試料Ｃを示し、Ｃｒ量の９．５％は
試料Ｌを示し、Ｃｒ量の２０．５％は試料Ｍを示し、Ｃ
ｒ量の２９％は試料Ｋを示す。

【００６３】図１から理解できるように、硬質粒子に含
まれるＣｒ量が減少するにつれて、酸化開始温度は低温
側に移行する傾向が得られた。

【００６４】表１に示すように、本発明の硬質粒子に相
当する試料Ａ〜試料Ｄにおいては、酸化開始温度が６１
０〜６６０℃程度であり、従来材料である試料Ｋ（酸化
開始温度が９３０℃、ステライトＮｏ．６、Ｃｒが２９
％）、試料Ｌ（酸化開始温度が７５０℃、トリバロイＴ
４００、Ｃｒが９．５％）等よりも、酸化開始温度が低
かった。

【００６５】

【表２】

【００６６】更に、表２に示す割合で、上記した試料Ａ
〜試料Ｎに係る硬質粒子の粉末と、黒鉛粉末と、純Ｆｅ
粉末とを混合機により混合し、混合材料としての混合粉
末を形成した。表２に示すように、質量％で大部分の実
施例では硬質粒子の粉末を４０％とし、黒鉛粉末を０．
６％とした。なお実施例５では硬質粒子の粉末の割合を
１５％とし、少なくした。実施例６では硬質粒子の粉末
の割合を５５％とし、多くした。また実施例７では黒鉛
粉末の割合を０．４％と少なめとした。実施例８では黒
鉛粉末の割合を１．８％と多めとした。

【００６７】そして、成形型を用い、上記したように配
合した混合粉末を７８．４×１０⁷Ｐａ（８ｔｏｎｆ／
ｃｍ² ）の加圧力でリング形状をなす試験片を圧縮成形
し、圧粉成形体を形成した。試験片はバルブシート形状
をもつ。

【００６８】その後、各圧粉成形体を１１２０℃の不活
性雰囲気（窒素ガス雰囲気）中で６０分間、焼結し、試
験片に係る焼結合金（バルブシート）を形成した。

【００６９】更に比較例１〜比較例１０、比較例１４、
１５についても、リング形状をなす試験片を圧縮成形
し、試験片に係る焼結合金（バルブシート）を製造し
た。

【００７０】また表３に示す条件に基づいて、比較例１
１〜１３についても試験片に係る焼結合金（バルブシー
ト）を製造した。表３に示すように、比較例１１は、硬
質粒子として試料Ｌ（トリバロイＴ４００）を用い、試
料Ｌを１５％混合した混合粉末を圧縮成形した圧粉成形
体を焼結し、焼結合金の密度を高めるために、圧粉成形
体の気孔に鉛を溶浸処理したものである。比較例１２
は、硬質粒子として試料Ｌ（トリバロイＴ４００）を用
い、４０％混合して、焼結合金の密度、耐摩耗性などを
高めるために、２回圧縮成形して圧粉成形体を形成し、
圧粉成形体を２回焼結したものである。比較例１３は、
硬質粒子として試料Ｎ（フェロモリブデン）を用い、１
０％混合した混合粉末を圧縮成形した圧粉成形体につい
て、密度、耐摩耗性などを高めるために、焼結鍛造した
ものである。表３に示す組成は焼結合金の全体組成を示
す。

【００７１】

【表３】

【００７２】図２は前記した実施例１に係る光学顕微鏡
写真（倍率：１００倍）を示す。実施例１に係る焼結合
金では、図２に示すように、焼結合金の海状の基地に、
丸みを帯びた円粒形状をなす黒みをおびた島状の硬質粒
子が多数分散しており、気孔はほとんど認められなかっ
た。図２では焼結合金（基地＋硬質粒子）を１００％と
したとき、硬質粒子の割合は面積比で２０〜５０％程度
であった。図２において、基地における海状の黒色部分
はパーライトと推察され、基地における硬質粒子の周り
の白色部分はオーステナイトと推察される。

【００７３】図３は比較例８に係る光学顕微鏡写真（倍
率：１００倍）を示す。比較例８に係る焼結合金では、
図３に示すように、焼結合金の基地に、丸みを帯びた円
粒形状をなす白色の硬質粒子（トリバロイＴ４００相
当）が多数分散しており、さらに、硬質粒子間にかなり
の気孔（硬質粒子間の黒色部分）が認められた。

【００７４】図４は比較例１０に係る光学顕微鏡写真
（倍率：１００倍）を示す。比較例１０に係る焼結合金
では、図４に示すように、焼結合金の基地に、黒みを帯
びた硬質粒子（フェロモリブデン相当）が多数分散して
おり、さらに、硬質粒子間にかなりの気孔（硬質粒子間
の黒色部分）が認められた。

【００７５】焼結合金において硬質粒子が焼結合金の基
地に接合している接合状態を把握するため、各試験片に
ついて、焼結合金の全体の組成、硬質粒子の組成、基地
の組成をＥＰＭＡ分析により測定した。上記した分析結
果を表４に示す。表４において、全体組成は、質量％で
焼結合金の全体を１００％としたときにおける組成の意
味である。硬質粒子組成は、質量％で硬質粒子を１００
％としたときにおける組成の意味である。基地組成は、
質量％で基地を１００％としたときにおける組成の意味
である。

【００７６】

【表４】

【００７７】各実施例によれば、焼結合金の基地を構成
する出発原料であるＦｅ粉末にはＭｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｏが含まれていないにもかかわらず、表４に示すよう
に、焼結合金の基地にはＭｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏが含ま
れている。硬質粒子中のＭｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏが焼結
時に、熱拡散したものと推察される。

【００７８】殊に、表４から理解できるように、基地に
含まれているＭｎ量はほとんどが１％を超えており、か
なり高い。硬質粒子に含まれているＭｎは、焼結時に焼
結合金の基地に拡散し易いものと考えられる。

【００７９】即ち、基地を構成する出発原料であるＦｅ
粉末のＭｎは含有されていないにもかかわらず、焼結合
金の基地に含まれているＭｎ量としては、実施例１では
２．３％であり、実施例２では２．３％であり、実施例
３では２．３％であり、実施例４では１．３％であり、
実施例６では１．８％であり、実施例７では１．３％で
あり、実施例８では１．３％であり、かなり高かった。
実施例５では硬質粒子の粉末の添加配合量が少め（実施
例１〜４に比較して約３７％=１５／４０）であるた
め、０．５３％であった。

【００８０】硬質粒子から基地に拡散した拡散量が多け
れば、基地に対する硬質粒子の保持性が向上し、焼結合
金の密度の向上、焼結合金の硬さの向上、焼結合金の摩
耗量の低減を図り得る。しかし本実施例であっても、硬
質粒子の粉末の添加割合が多い実施例６を除いて、焼結
合金の基地中のＮｉ量、Ｃｏ量は１％を超えていなかっ
た。

【００８１】なお質量％に基づいて、（焼結合金の基地
におけるＭｎ量／基地に分散している硬質粒子における
Ｍｎ量）をαとすると、αとしては、実施例１では２．
３／８．５≒０．２７０であり、実施例２では２．３／
５．５≒０４１８であり、実施例３では２．３／８．５
≒０．２７０であり、実施例４では１．３／４≒０３２
５であり、実施例５では０．５３／３≒０．１７６であ
り、実施例６では１．８／４．５≒０．４であり、実施
例７では１．３／４≒０３２５であり、実施例８では
１．３／４≒０．３２５であった。従ってαとしては、
０．１０〜０．７程度の範囲、殊に、０．１５〜０．４
５程度の範囲となり、Ｍｎの拡散効率が高いことがわか
る。

【００８２】ちなみにモリブデンの拡散をみると、（基
地に含まれているＭｏ量／硬質粒子に含まれているＭｏ
量）をβとすると、βとしては、実施例１では０．６７
／３８≒０．０１７であり、実施例２では０．６７／３
９≒０．０１７であり、実施例３では０．６７／３４≒
０．０１９であり、実施例４では０．６７／３２≒０．
０２０であり、実施例５では０．１８／３２≒５．６×
１０^-3=０．００５６であり、実施例６では１．２／３
２≒０．０３７５であり、実施例７では０．６７／３２
≒０．０２０であり、実施例８では０．６７／３２≒
０．０２０であった。従ってＭｏの拡散効率を意味する
βとしては、０．００５〜０．０４程度の範囲となり、
Ｍｎの拡散効率を意味するαに比較して１桁小さく、マ
ンガン（Ｍｎ）の拡散効率がいかに高いかわかる。

【００８３】更に、上記した事項を確認するため、各試
験片である焼結合金について、焼結合金の密度、焼結合
金の硬さをそれぞれ測定した。測定した焼結合金の硬さ
は、マクロ的なビッカース硬さ（荷重：１０ｋｇｆ）で
ある。測定結果を表５に示す。

【００８４】

【表５】

【００８５】次に、図５の試験機を用い焼結合金の耐摩
耗性について摩耗試験を行い、耐摩耗性を評価した。こ
の摩耗試験では、図５に示すように、プロパンガスバー
ナ１０を加熱源として用い、前記のように作製した焼結
合金からなる試験片であるリング形状のバルブシート１
２と、バルブ１３のバルブフェース１４との摺動部をプ
ロパンガス燃焼雰囲気とした。バルブフェース１４はＳ
ＵＨ１１に軟窒化処理を行ったものである。バルブシー
ト１２の温度を２００℃に制御し、スプリング１６によ
りバルブシート１２とバルブフェース１４との接触時に
１８ｋｇｆの荷重を付与して、２０００回／分の割合
で、バルブシート１２とバルブフェース１４とを接触さ
せ、８時間の摩耗試験を行った。バルブシート１２の温
度を３００℃に制御した場合についても同様に耐摩耗性
試験を行った。試験温度が２００℃、３０℃における各
試験片の摩耗量を表５に示す。

【００８６】表５に示すように、実施例１〜８に係る焼
結合金の密度は７ｇ／ｃｍ³以上あり、高かった。更に
実施例１〜８に係る焼焼結合金の硬さはＨｖ１７５以上
あり、高かった。実施例１〜８に係る焼焼結合金の摩耗
量は０．０５ｍｍ以下であり少なく、耐摩耗性は良好で
あった。

【００８７】これに対して、表５に示すように、比較例
１〜１５においては、焼結合金の密度も低く、硬さも低
く、摩耗量も多く、耐摩耗性は劣っていた。殊に比較例
３では、密度及び硬さが高いにもかかわらず、摩耗量と
しては試験温度が２００℃の場合には０．０８ｍｍであ
り、試験温度が３００℃の場合には０．０７ｍｍであ
り、摩耗が多く、焼結合金の耐摩耗性が劣っていた。

【００８８】次に、実施例１、実施例４のバルブシート
１２をエンジンに組み込んだ。このエンジンは、ＬＰＧ
を燃料とする排気量２７００ｃｃのものである。そして
このエンジンを用いて３００時間の耐久試験を行った。
表３に示す比較例１１〜実施例１３のバルブシートにつ
いても同様に耐久試験を行った。そして、バルブ突き出
し量（ｍｍ）、バルブシート１２の当り幅増加量（ｍ
ｍ）を測定した。この場合にはエンジンの吸気側と排気
側とについて行った。吸気側の条件としては、バルブフ
ェースはＳＵＨ１１に軟窒化処理を行ったものである。
排気側の条件としては、バルブフェースはＭｏ基合金を
盛金したものである。

【００８９】バルブ突き出し量はバルブシート１２の摩
耗とバルブフェース１４の摩耗により、バルブ閉鎖時の
バルブ位置がエンジン外方へ変位（突出）する量であ
る。バルブシート１２の当り幅増加量は、バルブシート
１２とバルブフェース１４とが接触することによってバ
ルブシート１２が摩耗し、バルブシート１２におけるバ
ルブフェース１４との接触部位の幅が増加する量であ
る。これらの測定結果を表６に示す。

【００９０】表６に示すように、実施例１、４では、吸
気側及び排気側共に、バルブ突き出し量、バルブシート
当り幅増加量がかなり低減しており、耐摩耗性が優れて
いることがわかった。しかし比較例１１〜比較例１３で
は、バルブ突き出し量、バルブシート当り幅増加量が吸
気側及び排気側共にかなり多く、耐摩耗性は必ずしも充
分ではなかった。

【００９１】

【表６】

【００９２】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握できる。

【００９３】・表１〜表６に示す硬質粒子、基地、焼結
合金に係る各組成値を、各請求項における上限値または
下限値として規定することもできる。

【００９４】・表１〜表６に示す硬質粒子、基地、焼結
合金に係る物性値を、各請求項における上限値または下
限値として規定することもできる。

【００９５】・クロムを含んでいないことを特徴とする
請求項１〜請求項４のいずれかに係る硬質粒子。

【００９６】・クロムを積極元素として含んでいないこ
とを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに係る硬
質粒子。

【００９７】・耐摩耗性鉄基焼結合金に使用されること
を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに係る硬質
粒子。

【００９８】・エンジンのバルブ系（例えばバルブシー
ト、バルブガイド）に用いられる耐摩耗性鉄基焼結合金
に使用されることを特徴とする請求項１〜請求項４のい
ずれかに係る硬質粒子。

【００９９】・圧縮天然ガスや液化石油ガスを燃料とす
るエンジンのバルブ系（例えばバルブシート、バルブガ
イド）に用いられる耐摩耗性鉄基焼結合金に使用される
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに係る
硬質粒子。

【０１００】・エンジンのバルブ系（例えばバルブシー
ト、バルブガイド）に用いられることを特徴とする請求
項５〜請求項１０のいずれかに係る耐摩耗性鉄基焼結合
金。

【０１０１】・圧縮天然ガスや液化石油ガスを燃料とす
るエンジンのバルブ系（例えばバルブシート、バルブガ
イド）に用いられることを特徴とする請求項５〜請求項
１０のいずれかに係る耐摩耗性鉄基焼結合金。

【０１０２】・硬質粒子はクロムを含んでいないことを
特徴とする請求項５〜請求項１０のいずれかに係る耐摩
耗性鉄基焼結合金。

【０１０３】・硬質粒子はクロムを積極元素として含ん
でいないことを特徴とする請求項５〜請求項１０のいず
れかに係る耐摩耗性鉄基焼結合金。

【０１０４】・請求項５〜請求項１１のいずれかに係る
耐摩耗性鉄基焼結合金で形成され、圧縮天然ガスや液化
石油ガスを燃料とするエンジンに使用されるバルブシー
トまたはバルブガイド。

【０１０５】・請求項５〜請求項１１のいずれかに係る
耐摩耗性鉄基焼結合金で形成され、エンジンに使用され
るバルブシートまたはバルブガイドの製造方法。

【０１０６】・請求項５〜請求項１１のいずれかに係る
耐摩耗性鉄基焼結合金で形成され、圧縮天然ガスや液化
石油ガスを燃料とするエンジンに使用されるバルブシー
トまたはバルブガイドの製造方法。

【０１０７】

【発明の効果】各発明によれば、硬質粒子に含まれてい
るマンガン（Ｍｎ）が焼結合金の基地に拡散する量が多
いため、焼結合金において硬質粒子と基地との密着性を
向上させることができる。これにより硬質粒子の保持性
の向上、焼結合金の密度の向上、硬さの向上、耐摩耗性
の向上を図り得る。

【０１０８】第１発明に係る硬質粒子、第３発明に係る
焼結合金によれば、硬質粒子はクロム（Ｃｒ）を積極的
元素としては含まず、硬質粒子においてモリブデン（Ｍ
ｏ）の酸化皮膜を形成しやすくする。このＭｏ酸化皮膜
は固体潤滑剤として機能できるため、硬質粒子における
硬さ及び耐摩耗性の他に、硬質粒子における固体潤滑性
が確保される。

【０１０９】前述したようにクロム（Ｃｒ）は酸化皮膜
を形成しやすいものの、拡散速度が小さいため、硬質粒
子の表面にいったんクロム（Ｃｒ）の酸化皮膜が生成さ
れると、それ以後の酸化皮膜の成長が抑制され易い。こ
のため第１発明に係る硬質粒子、第３発明に係る焼結合
金によれば、クロム（Ｃｒ）を積極的元素としては含ま
ない組成としている。

【０１１０】第２発明に係る硬質粒子、第４発明に係る
焼結合金によれば、硬質粒子にはモリブデン（Ｍｏ）の
他にクロム（Ｃｒ）が積極的元素として含まれている。
前記したようにクロム（Ｃｒ）は酸化皮膜を形成しやす
いものの、硬質粒子の表面にいったんクロム（Ｃｒ）の
酸化皮膜が生成されると、それ以後の酸化皮膜の成長を
抑制しがちである。このため第２発明に係る硬質粒子、
第４発明に係る焼結合金によれば、硬質粒子における酸
化皮膜の過剰成長により酸化皮膜が剥離するおそれが低
減される。従って使用環境温度が高温域であり、酸化が
進行し易い環境で使用する場合に適する。

【０１１１】第５発明に係る焼結合金によれば、拡散効
率を意味するαが規定されており、硬質粒子に含まれて
いるマンガン（Ｍｎ）が焼結合金の基地に拡散する量が
確保されているため、焼結合金において硬質粒子と基地
との密着性を向上させることができ、基地における硬質
粒子の保持性を高めるのに有利となる。

【０１１２】第６発明に係る焼結合金の製造方法によれ
ば、上記したように硬質粒子の保持性の向上、焼結合金
の密度の向上、硬さの向上、耐摩耗性の向上を図り得る
ため、耐久性のある焼結合金を製造することができる。

【０１１３】第７発明に係るバルブシートによれば、上
記した優れた効果をもつ焼結合金で形成されているた
め、耐久性のあるバルブシートを提供でき、圧縮天然ガ
スまたは液化天然ガスを燃料とするガスエンジンの高性
能化、耐久性の向上に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】硬質粒子の粉末のＣｒ量と硬質粒子の粉末の酸
化開始温度との関係を示すグラフである。

【図２】実施例１に係る光学顕微鏡写真（倍率：１００
倍）である。

【図３】比較例８に係る光学顕微鏡写真（倍率：１００
倍）である。

【図４】比較例１０に係る光学顕微鏡写真（倍率：１０
０倍）である。

【図５】耐久試験を実施している際の装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

図中、１２はバルブシート、１４はバルブフェースを示
す。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年５月１９日（２０００．５．１
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】質量％でＭｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５
   〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜２０％、残部が
   不可避不純物とＦｅからなることを特徴とする硬質粒
   子。
2. 【請求項２】請求項１において、Ｃｏ：４０％以下を含
   むことを特徴とする硬質粒子。
3. 【請求項３】質量％でＭｏ：２０〜６０％、Ｃ：０．２
   〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍｎ：１〜１５％、Ｃｒ：
   ０．１〜１０％を含み、残部が不可避不純物とＦｅから
   なることを特徴とする硬質粒子。
4. 【請求項４】請求項３において、さらにＣｏ：４０％以
   下、Ｓｉ：４％以下のうちの少なくとも１種を含むこと
   を特徴とする硬質粒子。
5. 【請求項５】質量％で、全体を１００％としたとき全体
   成分がＭｏ：４〜３０％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎｉ：１
   〜２０％、Ｍｎ：０．５〜１２％、残部が不可避不純物
   Ｆｅからなり、 基地を１００％としたとき基地成分がＣ：０．２〜５
   ％、Ｍｎ：０．１〜１２％、残部が不可避不純物とＦｅ
   からなり、 硬質粒子を１００％としたとき硬質粒子成分がＭｏ：２
   ０〜７０％、Ｃ：０．５〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍ
   ｎ：１〜２０％、残部が不可避不純物とＦｅからなり、 硬質粒子が基地中に面積比で１０〜６０％分散している
   ことを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。
6. 【請求項６】請求項５において、全体成分がさらにＣ
   ｏ：２４％以下含み、硬質粒子がさらにＣｏ：４０％以
   下を含むことを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。
7. 【請求項７】質量％で、全体を１００％としたとき全体
   成分がＭｏ：４〜３０％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎｉ：１
   〜２０％、Ｍｎ：０．５〜９％、Ｃｒ：０．０５〜５％
   を含み、残部が不可避不純物Ｆｅからなり、 基地を１００％としたとき基地成分がＣ：０．２〜５
   ％、Ｍｎ：０．１〜１０％、残部が不可避不純物とＦｅ
   からなり、 硬質粒子を１００％としたとき硬質粒子成分がＭｏ：２
   ０〜６０％、Ｃ：０．２〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、Ｍ
   ｎ：１〜１５％、Ｃｒ：０．１〜１０％を含み、残部が
   不可避不純物とＦｅからなり、 硬質粒子が基地中に面積比で１０〜６０％分散している
   ことを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結合金。
8. 【請求項８】請求項７において、全体成分が更にＣｏ：
   ２４％以下、Ｓｉ：２％以下の少なくとも１種を含むこ
   とができ、硬質粒子はさらにＣｏ：４０％以下、Ｓｉ：
   ４％以下のうちの少なくとも１種を含むことを特徴とす
   る耐摩耗性鉄基焼結合金。
9. 【請求項９】請求項５〜８の少なくともいずれか一項に
   おいて、質量％で、｛（焼結合金の基地におけるＭｎ
   量）／（焼結合金の基地に分散している硬質粒子におけ
   るＭｎ量）｝をαとするとき、αは０．０５〜１．０の
   範囲、０．１０〜０．８の範囲、０．１２〜０．７の範
   囲のいずれかであることを特徴とする耐摩耗性鉄基焼結
   合金。
10. 【請求項１０】圧縮天然ガスまたは液化石油ガスを燃料
    とするガスエンジンのバルブシートに用いられることを
    特徴とする請求項５〜請求項９に係る耐摩耗性鉄基焼結
    合金。
11. 【請求項１１】請求項１〜請求項４のいずれか一項に記
    載の硬質粒子の粉末を質量％で１０〜６０％と、炭素粉
    末０．２〜２％と、残部となる純Ｆｅ粉末または低合金
    鋼粉末とを混合した混合材料を用意し、 前記混合材料を成形して圧粉成形体を形成し、前記圧粉
    成形体を焼結して請求項５〜請求項９のいずれかに記載
    の組成をもつ焼結合金とすることを特徴とする耐摩耗性
    鉄基焼結合金の製造方法。
12. 【請求項１２】請求項５〜請求項１０のいずれか一項に
    記載の耐摩耗性鉄基焼結合金で形成されていることを特
    徴とするバルブシート。