JP2003183762A

JP2003183762A - 硬質焼結合金、その製造方法、およびそれらを用いた機械構造部材

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Publication number: JP2003183762A
Application number: JP2001379834A
Authority: JP
Inventors: Mari Nishi; 西　　麻里; Masaru Inoue; 勝井上; Yuji Yamazaki; 裕司山崎; Kenichi Takagi; 研一高木
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】樹脂や溶融金属に対する耐食性および離型性
に優れ、かつ樹脂の射出成形や溶融金属の鋳造に用いる
機械構造部材として適用した場合に長寿命である硬質焼
結合金、その製造方法、およびそれらを用いた機械構造
部材を提供する。【解決手段】Ｍｏ窒化物粉末とＮｉ粉末を混合し焼結
してＮｉ_xＭｏ_yＮ型の金属窒化物とＮｉ基結合相からな
る硬質焼結合金とし、この焼結合金を加工して射出成形
機用部材や溶融金属鋳造装置用部材などの機械構造部材
に適用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、硬質焼結合金、そ
の製造方法、およびそれらを用いた機械構造部材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、樹脂の射出成形や溶融金属の鋳造
に用いる部材としては、表面にＣｒやＴｉなどの窒化物
をコーティングした合金鋼や複硼化物系の焼結合金が用
いられ、さらに複硼化物系の焼結合金を酸化処理および
／または窒化処理したものが提案されている。しかし、
窒化物をコーティングした合金鋼や複硼化物系の焼結合
金は、使用が度重なると皮膜剥離が生じやすくなり、寿
命が短いという欠点を有している。また、長寿命化を期
して複硼化物系の焼結合金に酸化処理および／または窒
化処理を施す場合、これらの処理が高温で実施されるた
めに母材強度が低下したり、厚い処理皮膜が得られ難
く、期待したほどの寿命延長の効果が得られていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、樹脂や溶融
金属に対する耐食性および離型性に優れ、かつ樹脂の射
出成形や溶融金属の鋳造に用いる機械構造部材として適
用した場合に長寿命である硬質焼結合金、その製造方
法、およびそれらを用いた機械構造部材を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の硬質焼結合金
は、Ｎｉ_xＭｏ_yＮ型の金属窒化物とＮｉ基結合相からな
る硬質焼結合金であり、Ｎｉ_xＭｏ_yＮ型の金属窒化物に
おいて、ｘが１〜３、ｙが２〜３であることを特徴とす
る。

【０００５】また、これらの硬質焼結合金の製造方法
は、Ｍｏ窒化物粉末とＮｉ粉末を混合し、焼結すること
を特徴とし、また、Ｍｏ窒化物粉末とＮｉ粉末の混合比
率（重量比）が９０：１０〜４０：６０であること、さ
らに、Ｍｏ窒化物がＭｏ₂ＮまたはＭｏＮであることを
特徴とする。

【０００６】さらに、本発明の機械構造部材は上記の製
造方法を用いて製造してなることを特徴とし、機械構造
部材は射出成形機用部材、または溶融金属鋳造装置用部
材であることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明者等は、複硼化物系の焼結
合金に窒化処理を施した場合、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎ系の複合
金属窒化物の皮膜が形成され、この皮膜が樹脂や溶融金
属に対して優れた耐食性および離型性を有し、さらに優
れた摺動特性も有していることを見出していた。しか
し、この複合窒化物の皮膜は極めて薄いために、射出成
形機用部材や溶融金属鋳造装置用部材に適用した場合、
期待したほどの寿命延長が得られないことも確認され
た。そこで、本発明者等は、Ｍｏ窒化物粉末とＮｉ粉末
を混合して焼結したところ、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎ系の複合金
属窒化物からなる硬質相とＮｉ結合相からなる硬質焼結
合金が得られ、この焼結合金が薄膜における場合と同等
の樹脂や溶融金属に対する優れた耐食性、離型性、摺動
特性を有しており、射出成形機用部材や溶融金属鋳造装
置用部材などの機械構造部材に適用した場合、十分な長
寿命化が図れることが判明し、本発明を完成させた。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】本発明の硬質焼結合金は、Ｎｉ_xＭｏ_yＮ型
（ｘ：１〜３、ｙ：２〜３）の複合金属窒化物とＮｉ基
結合相からなる。複合金属窒化物としては、具体的に
は、ＮｉＭｏ₂Ｎ、Ｎｉ₂Ｍｏ₃Ｎ、Ｎｉ₃Ｍｏ₃Ｎなどが
あげられる。

【００１０】本発明の硬質焼結合金は上記の複合金属窒
化物のほか、残部がＮｉ基結合相で構成される。焼結合
金中のＮｉ含有量が不十分であると、複合金属窒化物を
十分に形成させることができないばかりか、焼結時に十
分な液相が出現せず緻密な焼結体が得られず、強度が低
下する。本発明の硬質焼結合金が含有する可能性のある
不可避的不純物元素の主なものはＰ、Ｓ、Ｃ、Ｏなどで
あり、硬質焼結合金の強度を維持させるためにはこれら
の元素は極力少なくすることが望ましい。

【００１１】次に本発明の硬質焼結合金の製造方法につ
いて説明する。Ｍｏ窒化物粉末とＮｉ粉末の混合比率
（重量比）が９０：１０〜４０：６０となるように配合
する。Ｎｉ粉末の混合比率が全重量に対して１０重量％
未満の場合は、焼結時に十分な液相が出現せず、焼結温
度を高くしなくてはならず、生産性に乏しく、また上記
に示したように緻密な焼結体が得られない。一方、Ｎｉ
粉末の混合比率が全重量に対して６０重量％を超えると
焼結体の硬度が低下し、耐磨耗性が不足するようにな
る。Ｍｏ窒化物粉末とＮｉ粉末を上記の好適範囲の混合
比率で配合した後、振動ボールミル等を用いて有機溶媒
中で湿式粉砕後、造粒し、次いで所定の形状に圧粉成形
し、この成形体を真空中、還元ガス中、または不活性ガ
ス中などの非酸化性雰囲気中で加熱して液相焼結する。
焼結は１３７３〜１６７３Kの温度範囲に加熱し、５〜
９０分間均熱し、次いで炉中冷却する。焼結温度につい
ては１３７３Ｋ未満では、固相拡散による焼結が十分で
なく、また、１６７３Ｋを超えると、特性的には問題な
いが、製造するための部材の寿命が著しく劣る。液相を
生成させずに焼結体の空孔を消失させる方法として、熱
間静水圧プレス法、ホットプレス法、通電焼結法、放電
プラズマ焼結法などがあり、これらの方法も本発明の硬
質合金の製造に適用することができる。またこれらの方
法と液相焼結を併用してもよい。

【００１２】なお、上記の硬質焼結合金の原料であるＭ
ｏ窒化物としてはＭｏＮとＭｏ₂Ｎがある。これらの硬
質焼結合金の組織においては、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎ系窒化物
およびＭｏ₂ＮまたはＭｏＮがＮｉに分散した形態を示
す。この組織を有する硬質相（Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎ系窒化
物）焼結体の硬度はＨｖ１７００程度であり、Ｍｏ₂Ｎ
単体やＭｏＮ単体の硬度よりも高い値を示し、耐磨耗性
を向上させる上で特に好ましい。

【００１３】以下、実施例を示し、本発明を具体的に説
明する。

【００１４】

【実施例】Ｍｏ窒化物粉末とＮｉ粉末を表１に示す配合
比に調整した後、振動ボールミルを用いて、アセトン中
で２５時間湿式混合粉砕した。ボールミルで粉砕した後
の粉末を乾燥、造粒し、得られた微粉末を所定の形状に
プレスで圧粉成形した後、真空度が１．３Ｐａ以下の真
空中において１０Ｋ／分の昇温速度で昇温し、表１に示
す加熱条件（加熱温度および加熱時間）で加熱した後、
炉中冷却して焼結合金を得た。

【００１５】

【表１】

【００１６】上記のようにして得られた表１に示した焼
結合金の強度、耐食性、離型性、摺動特性、耐磨耗性を
以下に示すようにして評価した。

【００１７】[強度]焼結合金から試験片を切り出し、Ｊ
ＩＳＨ５５０１に基づいて抗折力（３点曲げ試験）を測
定した。抗折力が大きいほど強度が優れており、１．５
ＧＰａを超えるものを本発明の対象とする。結果を表２
に示す。

【００１８】[耐食性および離型性]焼結合金を１０ｍｍ
×１０ｍｍ×１００ｍｍの大きさに切削加工して試験片
とし、この試験片を９９３Ｋで加熱溶融したアルミニウ
ム（ダイカスト用アルミニウム合金：ＪＩＳ−ＡＤＣ１
０）中に６時間浸漬した後、試験片の長手方向に垂直な
断面で切り出し、断面を光学顕微鏡で観察し、試験片が
溶融アルミニウムにより表面から侵食された深さを測定
し、下記の基準で耐食性および離型性（凝固後のアルミ
ニウムからの剥離しやすさ）を評価した。

【００１９】 ○：侵食深さ＜５μｍ、離型性良好 △：侵食深さ≧５μｍでかつ＜３０μｍ、離型性やや不
良 ×：侵食深さ≧３０μｍ、離型性不良結果を表２に示す。

【００２０】[摺動特性および耐磨耗性]ピンオンディス
ク法により、表面を鏡面研磨した焼結合金の試験片に下
記のピンを載せ、下記の荷重を負荷し、下記の回数で回
転させて摺動した際の摩擦係数を測定した。比較材とし
てＡ）複硼化物系焼結体を酸化処理したもの、Ｂ）ＳＫ
Ｄ６１合金工具鋼、Ｃ）ＳＫＤ６１合金工具鋼の表面に
窒化クロム皮膜をコーティングしたものも測定した。

【００２１】・アルミニウムピン（ＪＩＳ−５０５２）荷重：１Ｎ、回転回数：１０００回・ナイロンピン荷重：５Ｎ、回転回数：５０００回・テフロン（登録商標）ピン荷重：５Ｎ、回転回
数：５０００回アルミニウムピン試験については、試験後のアルミニウ
ムピンの減少径を走査型電子顕微鏡で測定し、下記の基
準で耐磨耗性を評価した。

【００２２】 ○：磨耗による減少径＜３００μｍ ×：磨耗による減少径≧３００μｍ結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２に示すように、本発明の硬質焼結合金
材料は耐食性、離型性、摺動特性、耐磨耗性に優れてい
る。以下に本発明の硬質焼結合金材料、およびその焼結
合金材料の製造方法を用いて作成した機械構造部材の例
を示す。

【００２５】表１の試料番号４に示す配合比率でＭｏ窒
化物粉末とＮｉ粉末を配合し、振動ボールミルを用いて
アセトン中で平均粒径が１．０μｍとなるまで混合粉砕
した。次いで混合粉を乾燥、造粒し、得られた微粉末を
冷間静水圧法（ＣＩＰ）を用いて円筒状に圧粉成形し
た。その後、真空度が１．３Ｐａ以下の真空中で１５７
３Ｋまで１０Ｋ／分の昇温速度で昇温し２０分間保持し
て均熱した後炉中冷却して焼結体を得た。この焼結体を
所定のスリーブ形状に切削加工した後、ＳＫＤ６１合金
工具鋼の外筒の内周に焼きばめし、ダイカスト用スリー
ブとした。このダイカスト用スリーブをアルミニウムダ
イカスト装置に装填し、溶融アルミニウムの鋳込み作業
に供したが、３５００回使用した後も、表面にクラック
等は発生せず、磨耗も殆ど認められなかった。

【００２６】次に、上記と同一のＭｏ窒化物粉末とＮｉ
粉末を同一の配合比率で配合し、上記と同一の条件によ
り円筒状の焼結体を作成した。次に、ＳＣＭ４４０合金
工具鋼の芯材にこの円筒状の焼結体を嵌着し、真空中で
１４７３Ｋで２０分間加熱して拡散接合させ、複合材を
得た。この複合材の焼結体部分を射出成形用スクリュー
の形状に切削加工した後、射出成形機に装填し、ポリプ
ロピレンの射出成形作業に供したが、５０００回使用し
た後も、表面に腐食孔は発生せず、磨耗も殆ど認められ
なかった。

【００２７】

【発明の効果】本発明はＭｏ窒化物粉末とＮｉ粉末を混
合し、焼結してなるＮｉ_xＭｏ_yＮ型の金属窒化物とＮｉ
基結合相からなる硬質焼結合金であり、樹脂や溶融金属
に対する優れた耐食性、離型性、摺動特性を有してお
り、射出成形機用部材や溶融金属鋳造装置用部材などの
機械構造部材として、長寿命で好適に適用することがで
きる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎裕司山口県下松市東豊井1296番地の１東洋鋼鈑株式会社技術研究所内 (72)発明者高木研一東京都千代田区四番町２番地12 東洋鋼鈑株式会社内Ｆターム(参考） 4K018 AA08 AD10 KA02 KA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｉ_xＭｏ_yＮ型の金属窒化物とＮｉ基結
合相からなることを特徴とする硬質焼結合金。
【請求項２】Ｎｉ_xＭｏ_yＮ型の金属窒化物において、
ｘが１〜３、ｙが２〜３であることを特徴とする請求項
１に記載の硬質焼結合金。
【請求項３】Ｍｏ窒化物粉末とＮｉ粉末を混合し、焼
結することを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の硬質焼結合金の製造方法。
【請求項４】Ｍｏ窒化物粉末とＮｉ粉末の混合比率
（重量比）が９０：１０〜４０：６０であることを特徴
とする請求項３に記載の硬質焼結合金の製造方法。
【請求項５】Ｍｏ窒化物がＭｏ₂Ｎであることを特徴
とする請求項３または請求項４に記載の硬質焼結合金の
製造方法。
【請求項６】Ｍｏ窒化物がＭｏＮであることを特徴と
する請求項３または請求項４に記載の硬質焼結合金の製
造方法。
【請求項７】請求項１または請求項２に記載の硬質焼
結合金を用いたことを特徴とする機械構造部材。
【請求項８】請求項３または請求項４に記載の硬質焼
結合金の製造方法を用いて製造してなることを特徴とす
る機械構造部材。
【請求項９】機械構造部材が射出成形機用部材である
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の機械
構造部材。
【請求項１０】機械構造部材が溶融金属鋳造装置用部
材であることを特徴とする請求項７または請求項８に記
載の機械構造部材。