JP2547331B2 - 表面被覆部材 - Google Patents
表面被覆部材Info
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- JP2547331B2 JP2547331B2 JP62280089A JP28008987A JP2547331B2 JP 2547331 B2 JP2547331 B2 JP 2547331B2 JP 62280089 A JP62280089 A JP 62280089A JP 28008987 A JP28008987 A JP 28008987A JP 2547331 B2 JP2547331 B2 JP 2547331B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、相手部材と接触して機械的変形や摩耗を
受ける各種の機械部品やシール部材、さらに切削工具、
あるいは溶湯と接触する金型部材にかかり、これら部材
の表面に高硬度高靭性セラミツクの被覆層を形成してな
る表面被覆部材に関するものである。
受ける各種の機械部品やシール部材、さらに切削工具、
あるいは溶湯と接触する金型部材にかかり、これら部材
の表面に高硬度高靭性セラミツクの被覆層を形成してな
る表面被覆部材に関するものである。
一般に、上記の各種部材の使用寿命の延命化をはかる
目的で、これら部材の表面に、化学蒸着法や物理蒸着法
を用いて炭化チタン（以下TiCで示す）や炭化けい素
（以下SiCで示す）の被覆層をそれぞれ単独で形成して
なる表面被覆部材は良く知られるところである。
目的で、これら部材の表面に、化学蒸着法や物理蒸着法
を用いて炭化チタン（以下TiCで示す）や炭化けい素
（以下SiCで示す）の被覆層をそれぞれ単独で形成して
なる表面被覆部材は良く知られるところである。
しかし、上記のTiCやSiCで被覆された表面被覆部材に
おいては、前記被覆層を化学蒸着法で形成した場合、マ
イクロビツカース硬さで1800〜2400kg/mm2（荷重:1kg）
の高硬度を有し、したがつて例えばメカニカルシールリ
ングや切削工具としての実用に際して、すぐれた耐摩耗
性を示すものの、一方で前記被覆層は靭性が低く、破壊
靭性値で３〜4MN/m3/2を示すにすぎないことから、比較
的短時間で破壊し、使用寿命に至るものである。
おいては、前記被覆層を化学蒸着法で形成した場合、マ
イクロビツカース硬さで1800〜2400kg/mm2（荷重:1kg）
の高硬度を有し、したがつて例えばメカニカルシールリ
ングや切削工具としての実用に際して、すぐれた耐摩耗
性を示すものの、一方で前記被覆層は靭性が低く、破壊
靭性値で３〜4MN/m3/2を示すにすぎないことから、比較
的短時間で破壊し、使用寿命に至るものである。
また、ダイカスト機で直接溶湯に接触する金型本体
や、スリーブ、シリンダー、プランジヤー、押出ピン、
さらに中子などの金型部材においては、例えば鉄鋼材料
をダイカストする場合、その鋳込温度は1300℃以上の高
温となることから、すぐれた耐摩耗性、耐熱性、耐酸化
性、耐熱衝撃性、および耐食性を具備し、さらに特に高
い破壊靭性値をもつことが要求されるが、通常のAlやAl
合金のダイカストに用いられているJIS・SKD−61製など
の金型部材では、上記の特性のうち、特に耐摩耗性、耐
熱性、および耐酸化性に問題があり、せいぜい数100シ
ヨツトで使用寿命に至るものであり、さらに、これより
耐熱性のすぐれたMo基合金製やＷ基合金製のものでも、
耐摩耗性および耐酸化性が不十分であることから、5000
シヨツト程度までの使用が限度であり、いずれにしても
十分満足する使用寿命を示さないのが現状である。
や、スリーブ、シリンダー、プランジヤー、押出ピン、
さらに中子などの金型部材においては、例えば鉄鋼材料
をダイカストする場合、その鋳込温度は1300℃以上の高
温となることから、すぐれた耐摩耗性、耐熱性、耐酸化
性、耐熱衝撃性、および耐食性を具備し、さらに特に高
い破壊靭性値をもつことが要求されるが、通常のAlやAl
合金のダイカストに用いられているJIS・SKD−61製など
の金型部材では、上記の特性のうち、特に耐摩耗性、耐
熱性、および耐酸化性に問題があり、せいぜい数100シ
ヨツトで使用寿命に至るものであり、さらに、これより
耐熱性のすぐれたMo基合金製やＷ基合金製のものでも、
耐摩耗性および耐酸化性が不十分であることから、5000
シヨツト程度までの使用が限度であり、いずれにしても
十分満足する使用寿命を示さないのが現状である。
さらに、Mo基合金製やＷ基合金製の金型部材の表面
に、TiCやTiNの被覆層を形成して使用寿命の延命化をは
かる試みもされたが、前記被覆層自体の破壊靭性値の不
足から破壊し易く、実用に供されていない。
に、TiCやTiNの被覆層を形成して使用寿命の延命化をは
かる試みもされたが、前記被覆層自体の破壊靭性値の不
足から破壊し易く、実用に供されていない。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、各種
の金属、合金、サーメツト、さらにセラミツクスなどで
製造された上記の各種部材の使用寿命の延命化をはかる
べく研究を行なつた結果、前記各種部材を基材とし、こ
の基材の表面に、結晶質TiCが60〜80容量％を占め、残
りが結晶質SiCと不可避不純物からなる混合組織を有す
る複合セラミツクスで構成された被覆層を形成すると、
前記複合セラミツクス被覆層は、高硬度を有し、かつTi
CやTiN、さらにAl2O3などと比較して一段とすぐれた靭
性を有し、10MN/m3/2以上の著しく高い破壊靭性値を示
すことから、実用に際して被覆層が破壊することがな
く、長期に亘つてすぐれた性能を発揮するようになると
いう知見を得たのである。
の金属、合金、サーメツト、さらにセラミツクスなどで
製造された上記の各種部材の使用寿命の延命化をはかる
べく研究を行なつた結果、前記各種部材を基材とし、こ
の基材の表面に、結晶質TiCが60〜80容量％を占め、残
りが結晶質SiCと不可避不純物からなる混合組織を有す
る複合セラミツクスで構成された被覆層を形成すると、
前記複合セラミツクス被覆層は、高硬度を有し、かつTi
CやTiN、さらにAl2O3などと比較して一段とすぐれた靭
性を有し、10MN/m3/2以上の著しく高い破壊靭性値を示
すことから、実用に際して被覆層が破壊することがな
く、長期に亘つてすぐれた性能を発揮するようになると
いう知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
つて、基材の表面に、結晶質TiCが60〜80容量％を占
め、残りが結晶質SiCと不可避不純物からなる混合組織
を有する高硬度高靭性複合セラミツクスで構成された被
覆層を、１〜100μｍの平均層厚で形成してなる表面被
覆部材に特徴を有するものである。
つて、基材の表面に、結晶質TiCが60〜80容量％を占
め、残りが結晶質SiCと不可避不純物からなる混合組織
を有する高硬度高靭性複合セラミツクスで構成された被
覆層を、１〜100μｍの平均層厚で形成してなる表面被
覆部材に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の表面被覆部材における被覆層に関
して、結晶質TiCの含有量を60〜80容量％に限定したの
は、その含有量が60容量％未満では、結晶質SiCとの共
存において所望のすぐれた破壊靭性値を確保することが
できず、一方その含有量が80容量％を越えると、相対的
にSiCの含有量が少なくなりすぎて、SiCとの共存作用に
よる所望の高い破壊靭性値が得られなくなるという理由
によるものであり、その平均層厚を１〜100μｍに定め
たのは、その平均層厚が１μｍ未満では所望の耐摩耗性
と破壊靭性値を確保することができず、一方その平均層
厚が100μｍを越えるようになると結晶粒が成長して粗
大化し、この結果破壊靭性値が低下するようになるとい
う理由にもとづくものである。
して、結晶質TiCの含有量を60〜80容量％に限定したの
は、その含有量が60容量％未満では、結晶質SiCとの共
存において所望のすぐれた破壊靭性値を確保することが
できず、一方その含有量が80容量％を越えると、相対的
にSiCの含有量が少なくなりすぎて、SiCとの共存作用に
よる所望の高い破壊靭性値が得られなくなるという理由
によるものであり、その平均層厚を１〜100μｍに定め
たのは、その平均層厚が１μｍ未満では所望の耐摩耗性
と破壊靭性値を確保することができず、一方その平均層
厚が100μｍを越えるようになると結晶粒が成長して粗
大化し、この結果破壊靭性値が低下するようになるとい
う理由にもとづくものである。
また、この発明の表面被覆部材の被覆層は、反応炉内
に部材としての基材を置き、その表面温度が1200〜1500
℃となるように加熱した状態で、反応炉内の雰囲気圧力
を10〜500torrに維持しながら、 Tiの塩化物と、Siのハロゲン化物、水素化物、ハロゲ
ン化水素化物、およびハロゲン化炭水素化物のうちの１
種以上と、炭素のハロゲン化物、水素化物、およびハロ
ゲン化水素化物のうちの１種以上からなる反応ガス、あ
るいは、 Tiの塩化物と、Siのハロゲン化炭水素化物と、水素か
らなる反応ガスを導入することにより形成することがで
きる。
に部材としての基材を置き、その表面温度が1200〜1500
℃となるように加熱した状態で、反応炉内の雰囲気圧力
を10〜500torrに維持しながら、 Tiの塩化物と、Siのハロゲン化物、水素化物、ハロゲ
ン化水素化物、およびハロゲン化炭水素化物のうちの１
種以上と、炭素のハロゲン化物、水素化物、およびハロ
ゲン化水素化物のうちの１種以上からなる反応ガス、あ
るいは、 Tiの塩化物と、Siのハロゲン化炭水素化物と、水素か
らなる反応ガスを導入することにより形成することがで
きる。
この場合、基材の表面温度を1200〜1500℃としたの
は、その温度が1200℃未満では、SiCが結晶し難く、か
つ蒸着速度が遅く、被覆層形成に長時間を要し、一方そ
の温度が1500℃を越えると結晶粒の成長が著しく、高い
破壊靭性値をもつた被覆層を形成することが困難になる
という理由によるものであり、また反応炉内の雰囲気圧
力を10〜500torrとしたのは、その圧力が10torr未満と
いうことは反応炉内への反応ガスの導入量が少なすぎる
ことを意味し、このような条件下では被覆層の形成が遅
すぎて実用的ではなく、一方その圧力が500torrを越え
ると、被覆層中にガスが残留したり、副生成した粉状体
が混入するようになつて良質な被覆層を形成するのが困
難になるという理由にもとづくものである。
は、その温度が1200℃未満では、SiCが結晶し難く、か
つ蒸着速度が遅く、被覆層形成に長時間を要し、一方そ
の温度が1500℃を越えると結晶粒の成長が著しく、高い
破壊靭性値をもつた被覆層を形成することが困難になる
という理由によるものであり、また反応炉内の雰囲気圧
力を10〜500torrとしたのは、その圧力が10torr未満と
いうことは反応炉内への反応ガスの導入量が少なすぎる
ことを意味し、このような条件下では被覆層の形成が遅
すぎて実用的ではなく、一方その圧力が500torrを越え
ると、被覆層中にガスが残留したり、副生成した粉状体
が混入するようになつて良質な被覆層を形成するのが困
難になるという理由にもとづくものである。
つぎに、この発明の表面被覆部材を実施例により具体
的に説明する。
的に説明する。
実施例 １ 部材として、それぞれ第１表に示される成分組成をも
つた市販のMo基合金製およびＷ基合金製にして、直径:2
0mmφ×長さ:100mmの寸法に仕上げたダイカスト機の金
型中子を用意し、これら部材を基材として反応炉内に装
入し、同じく第１表に示される条件で前記基材の表面に
第１表に示される被覆層を形成することによつて本発明
表面被覆部材１〜８および比較表面被覆部材１〜６をそ
れぞれ製造した。
つた市販のMo基合金製およびＷ基合金製にして、直径:2
0mmφ×長さ:100mmの寸法に仕上げたダイカスト機の金
型中子を用意し、これら部材を基材として反応炉内に装
入し、同じく第１表に示される条件で前記基材の表面に
第１表に示される被覆層を形成することによつて本発明
表面被覆部材１〜８および比較表面被覆部材１〜６をそ
れぞれ製造した。
この結果得られた各種の表面被覆部材について、被覆
層の平均層厚、TiCの含有量、マイクロビツカース硬
さ、および破壊靭性値を測定し、さらに、これをダイカ
スト機の鋳型キヤビテイに組込んだ状態で、C:3.5％、S
i:2.1％、Mn:0.8％、P:0.1％、S:0.05％を含有し、残り
がFeと不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有す
る鋳鉄溶湯を、1380℃の溶湯温度にて鋳込を行ない、自
動車鋳鉄鋳物をダイカストし、使用寿命に至るまでのシ
ヨツト数を測定した。
層の平均層厚、TiCの含有量、マイクロビツカース硬
さ、および破壊靭性値を測定し、さらに、これをダイカ
スト機の鋳型キヤビテイに組込んだ状態で、C:3.5％、S
i:2.1％、Mn:0.8％、P:0.1％、S:0.05％を含有し、残り
がFeと不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有す
る鋳鉄溶湯を、1380℃の溶湯温度にて鋳込を行ない、自
動車鋳鉄鋳物をダイカストし、使用寿命に至るまでのシ
ヨツト数を測定した。
実施例 ２ 部材として、それぞれ第２表に示される成分組成を有
する超硬合金製および合金鋼製のガラスレンズ成形用金
型を用意し、この部材を機材として反応炉内に装入し、
同じく第２表に示される条件 で前記基材の表面に第１表に示される被覆層を形成する
ことによつて本発明表面被覆部材A,Dおよび従来表面被
覆部材B,C,E,Fをそれぞれ製造した。
する超硬合金製および合金鋼製のガラスレンズ成形用金
型を用意し、この部材を機材として反応炉内に装入し、
同じく第２表に示される条件 で前記基材の表面に第１表に示される被覆層を形成する
ことによつて本発明表面被覆部材A,Dおよび従来表面被
覆部材B,C,E,Fをそれぞれ製造した。
ついで、この結果得られた各種の表面被覆部材の表面
をダイヤモンドペーストを用いて鏡面研磨した状態で、
金型として用い、不活性ガス中、温度:750℃の条件でガ
ラスレンズの成形を行ない、使用寿命に至るまでの成形
個数を測定した。なお、被覆層がSiCの従来表面被覆部
材ＢおよびＥでは、研磨時に被覆層に結晶粒子の脱落が
起り、ガラスレンズの成形に供することができず、一方
被覆層がTiCの従来表面被覆部材ＣおよびＦでは被覆層
に微細クラツクの発生が見られたが、成形には問題がな
いものであり、また本発明表面被覆部材ＡおよびＤには
微細クラツクの発生や結晶粒子の脱落は見られず、きわ
めて美麗な被覆層研磨面を呈するものであつた。
をダイヤモンドペーストを用いて鏡面研磨した状態で、
金型として用い、不活性ガス中、温度:750℃の条件でガ
ラスレンズの成形を行ない、使用寿命に至るまでの成形
個数を測定した。なお、被覆層がSiCの従来表面被覆部
材ＢおよびＥでは、研磨時に被覆層に結晶粒子の脱落が
起り、ガラスレンズの成形に供することができず、一方
被覆層がTiCの従来表面被覆部材ＣおよびＦでは被覆層
に微細クラツクの発生が見られたが、成形には問題がな
いものであり、また本発明表面被覆部材ＡおよびＤには
微細クラツクの発生や結晶粒子の脱落は見られず、きわ
めて美麗な被覆層研磨面を呈するものであつた。
第１表に示される結果から、本発明表面被覆部材１〜
８は、いずれも被覆層が高硬度を有し、かつ特に破壊靭
性値で10〜20MN/m3/2の著しくすぐれた靭性を有する複
合セラミツクスで構成されているので、著しくすぐれた
使用寿命を示すのに対して、比較表面被覆部材１〜６に
見られるように、被覆層の組成または平均層厚がこの発
明の範囲から外れると、硬さおよび靭性のうちの少なく
ともいずれかの特性が劣るようになり、比較的短かい使
用寿命しか示さないことが明らかである。
８は、いずれも被覆層が高硬度を有し、かつ特に破壊靭
性値で10〜20MN/m3/2の著しくすぐれた靭性を有する複
合セラミツクスで構成されているので、著しくすぐれた
使用寿命を示すのに対して、比較表面被覆部材１〜６に
見られるように、被覆層の組成または平均層厚がこの発
明の範囲から外れると、硬さおよび靭性のうちの少なく
ともいずれかの特性が劣るようになり、比較的短かい使
用寿命しか示さないことが明らかである。
また、第２表に見られるように、被覆層がTiCとSiCの
複合セラミツクスで構成された本発明表面被覆部材Ａお
よびＤは、被覆層がTiCおよびSiCのいずれか単独で構成
された従来表面被覆部材B,C,E,およびＦに比して、特に
靭性が高く、すぐれた使用寿命を示すことが明らかであ
る。
複合セラミツクスで構成された本発明表面被覆部材Ａお
よびＤは、被覆層がTiCおよびSiCのいずれか単独で構成
された従来表面被覆部材B,C,E,およびＦに比して、特に
靭性が高く、すぐれた使用寿命を示すことが明らかであ
る。
上述のように、この発明の表面被覆部材は、被覆層が
高硬度および高靭性を有する複合セラミツクスで構成さ
れているので、これを各種の部材として用いた場合に著
しく長期に亘つてすぐれた性能を発揮するのである。
高硬度および高靭性を有する複合セラミツクスで構成さ
れているので、これを各種の部材として用いた場合に著
しく長期に亘つてすぐれた性能を発揮するのである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 敏雄 宮城県泉市高森３―４―91 (72)発明者 後藤 孝 宮城県泉市黒松３―２―12―304 (56)参考文献 特開 昭62−263969（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−150941（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−47122（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭62−20276（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭61−36071（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】基材の表面に、結晶質炭化チタンが60〜80
容量％を占め、残りが結晶質炭化けい素と不可避不純物
からなる混合組織を有する高硬度高靭性複合セラミツク
スで構成された被覆層を、１〜100μｍの平均層厚で形
成してなる表面被覆部材。 - 【請求項２】上記高硬度高靭性セラミツクスが10〜20MN
/m3/2の破壊靭性値を有することを特徴とする上記特許
請求の範囲第（１）項記載の表面被覆部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280089A JP2547331B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 表面被覆部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280089A JP2547331B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 表面被覆部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01123073A JPH01123073A (ja) | 1989-05-16 |
| JP2547331B2 true JP2547331B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=17620160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62280089A Expired - Lifetime JP2547331B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 表面被覆部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2547331B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05270956A (ja) * | 1992-03-26 | 1993-10-19 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | セラミックス摺動部材 |
| IL182741A (en) | 2007-04-23 | 2012-03-29 | Iscar Ltd | Improved coatings |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0610351B2 (ja) * | 1986-05-07 | 1994-02-09 | 敏雄 平井 | 高温耐摩耗性のすぐれた結晶質セラミツクスおよびその製造法 |
| JPH0610350B2 (ja) * | 1986-05-07 | 1994-02-09 | 敏雄 平井 | 高温耐摩耗性のすぐれた結晶質セラミツクスおよびその製造法 |
-
1987
- 1987-11-05 JP JP62280089A patent/JP2547331B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01123073A (ja) | 1989-05-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080808 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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