JP2654043B2

JP2654043B2 - 耐熱性部品およびその製法

Info

Publication number: JP2654043B2
Application number: JP62504146A
Authority: JP
Inventors: エングストレム，ウルフ; ムストネン，オラビ
Original assignee: HEGANESU AB
Current assignee: HEGANESU AB
Priority date: 1986-07-04
Filing date: 1987-06-24
Publication date: 1997-09-17
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: EP0252048B1; SE8602994L; WO1988000102A1; ES2020305B3; AU600966B2; SE459863B; BR8707740A; AU7700487A; JPH01503076A; SE8602994D0; DE3766661D1; EP0252048A1; US4964909A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、耐熱性部品およびその製法に関する。ま
た、本発明は、成形し焼結することによって鉄基粉末混
合物から得られる部品の熱伝導率を低下する方法に関す
る。

背景技術内燃機関で使用するのに好適であるセラミック材料を
開発しようとする実質的努力は、多年にわたってなされ
ている。これらの努力は或る成功を経験しているが、セ
ラミック材料は、比較的脆いことによって、多数の問題
を生じて、それらの有用性を減少している。また、常用
されている材料は異なる熱膨張率を有するので、セラミ
ック材料を金属に耐久的に接合する際に困難に遭遇して
いる。同様に、セラミック材料は、後処理が形状または
公差（tolerance）の要求によって必要とされるなら
ば、セラミック材料を使用することは困難または不可能
である。

熱が内燃機関のエンジンブロックに伝導されるのを防
止することができるというニーズは、排気制御の要求、
例えば、熱損失を制御することによるディーゼルエンジ
ンの効率の増大の要求などの排気制御の要求とともに増
大している。

発明の開示それゆえ、本発明の目的は、靭性、強度、機械加工
性、製法の点での選択の自由度および熱膨張率との組み
合わせで低い熱伝導率、より詳細には熱伝導率約12W/m
゜K未満、最も好ましくは約7W/m゜K未満を有していて製
品を単純で耐久性のある方法で金属に接合させる製品を
開発することにある。全く驚異的なことに、このことが
金属粉末から出発して実行可能であることが見出され
た。

発明を実施するための最良の形態配向セラミックフレークの添加なしの金属は、耐久性
目的で使用できることは予想されない。このように、配
向セラミックフレーク10〜30重量％をステンレス合金で
使用して方向性熱伝達を有するブレーキ部品を製作する
ことは、英国特許第2,124,658号明細書から既知であ
る。

しかしながら、ケイ素および場合によってマンガンを
純鉄または鉄−ニッケルからなる粉末または噴霧化用溶
湯に加えた後、多孔焼結体を製造することによって、耐
熱性を酸化ジルコニウムを使用して得られたものに等し
い値に調節することが可能であることが見出された。

ケイ素は、熱伝導率に強い影響を及ぼし且つケイ素の
量は、２〜10重量％、好ましくは４〜８重量％であるべ
きである。ケイ素の量が過剰になると、液相も過剰にな
り、粉体が焼結時に崩壊し且つ気孔率が劇的に減少する
ことを必然的に伴う。

マンガンの添加は、主として焼結体の加工性に影響す
るが、或る程度熱伝導率にも影響する。マンガンを加え
るべきであるならば、量は、３〜12重量％、好ましくは
５〜10重量％であるべきであることが見出された。

高い耐食性の要求があるならば、クロムも加えてもよ
い。クロムの量は、25重量％を超えてはならない。その
理由は、より多い量を使用すると、圧粉体が圧粉後に一
緒に保持しないであろうからである。約21％のクロム量
は、特に好適である。

焼結体の増大された強度のためには、ニッケルは、15
重量％までの量で加えてもよい。

また、他の合金材料、例えば、モリブデンおよび炭素
は、発明の効果を著しくは劣化させずに添加できる。

なお、本発明における上記粉末混合物は鉄基粉末から
なるが、この場合の『鉄基』とは、当業者における通常
の解釈に従い、鉄を50％以上含むことを意味するものと
する。

粉末混合物は、好ましいことがあり、合金添加剤の選
択の増大された融通性を与え且つ時々所要の圧縮性を達
成するのに必要である。しかしながら、或る部品および
製法の場合には、予備合金化噴霧化粉末を使用すること
がより適当であることが見出された。

要約すると、本発明は、セラミックフレークまたは配
向粒子を決して必要としないが、優秀な耐熱性は、主と
してケイ素により、しかしまたマンガンによる構造変態
によって熱バリヤーを製造することによって達成され
る。このことは、必然的に、例えば、英国特許第2,124,
658号明細書に開示のものとは反対に本発明に係る部品
が完成部品の所望の断熱容量および所要の正確さに応じ
て細孔形成用添加剤を使用するか使用せずに粉末冶金内
で現在使用されているすべての技術によって製造できる
ことを伴う。

本発明を今や後述の非限定例でより詳細に例証する。

例１下記組成の３種の金属粉末Ａ、ＢおよびＣを調製し
た。

A:純鉄粉末100.0％ B:97.5％Fe＋2.5％Si C:90.0％Fe＋7.5％Mn＋2.5％Si これらの３種の粉末から、試料を圧粉圧力400MPaで圧
粉した。試料を1250℃において水素ガス雰囲気中で１時
間焼結した。

熱伝導率は材料の気孔率に直接依存するので、圧粉圧
力は、３種の異なる粉末の試料がすべて焼結後に気孔率
25容量％を有するように調節した。

次いで、熱伝導率を測定し、下記結果が得られた。材料熱伝導率（W/m゜K）Ａ 30.0 Ｂ 10.0 Ｃ 7.5 例２下記組成の４種の金属粉末Ｄ、Ｅ、ＦおよびＧを調製
した。

D:85％Fe＋15％Cr E:80％Fe＋15％Cr＋５％Si F:75％Fe＋15％Cr＋５％Si＋５％Mn G:70％Fe＋15％Cr＋５％Si＋10％Ni＋0.8％Ｃ例１と同様に、焼結後の気孔率25容量％を有する試験
を調製した。

単なる材料の熱伝導率並びに熱膨張率および引張強さ
（R_m）を測定して、下記結果を与えた。

前記表から、粉末Ｆは最も驚異的に非常に低い熱伝導
率と、例えば鋳鉄と厳密に合致する熱膨張率および満足
な機械的強さとを兼備するすることが可能である材料を
調製することがわかる。

例３下記組成の２種の金属粉末ＨおよびＩを調製した。

H:70％Fe＋10％Ni＋18％Cr＋２％Mo I:62％Fe＋10％Ni＋18％Cr＋２％Mo＋８％Si より前の例と同様に、気孔率25容量％を有する試料を
調製した。その際に、熱伝導率、熱膨張率および引張強
さを測定した。

下記結果が得られた。

これらの結果は、熱伝導率が、ステンレス粉末をケイ
素またはケイ素およびマンガンで合金化することによっ
て、引張強さを変えずにかなり減少できることを示す。

熱バリヤーが異なる製法によって悪影響を及ぼされな
いことをチェックするために、例１、２および３の試料
を押出、射出成形およびアイソスタティック圧粉によっ
て調製した。焼結し、わずかに変わる細孔容積のための
補正を施した後、例１、２および３を使用した異なる製
法は、十分に匹敵できる熱伝導率を与えることが見出さ
れた。

熱伝導率に対するケイ素、マンガンおよびクロムの量
の変動の効果を更に解明するために、試料は、これらの
合金材料の１つの変量を使用した金属粉末をベースとし
て前記のように調製した。

例４後述のように恒量のマンガンおよびクロムおよび変量
のケイ素を有する４種の金属粉末Ｊ、Ｋ、ＬおよびＭを
調製した。

J:80％Fe＋10％Mn＋10％Cr＋０％Si K:78％Fe＋10％Mn＋10％Cr＋２％Si L:75％Fe＋10％Mn＋10％Cr＋５％Si M:70％Fe＋10％Mn＋10％Cr＋10％Si これらの混合物から調製された試料の熱伝導率を測定
し、下記結果が得られた。材料熱伝導率（W/m゜K）Ｊ 15.5 Ｋ 10.0 Ｌ 7.0 Ｍ − 材料Ｍは、過剰の液相の結果としてかなり減少された
気孔率を示した。このように、熱伝導率は、ケイ素約10
％までの増大量のケイ素の場合にかなり減少する。

例５後述のように恒量のケイ素およびマンガンおよび変量
のクロムを有する４種の金属粉末Ｎ、Ｏ、ＰおよびＱを
調製した。

N:80％Fe＋５％Si＋５％Mn＋10％Cr O:75％Fe＋５％Si＋５％Mn＋15％Cr P:70％Fe＋５％Si＋５％Mn＋20％Cr O:65％Fe＋５％Si＋５％Mn＋25％Cr これらの混合物から調製された試料の熱伝導率を測定
し、下記結果が得られた。材料熱伝導率（W/m゜K）Ｎ 8.0 Ｏ 7.2 Ｐ 6.0 Ｑ − 材料Ｑは、不良なグリーン強度を示し、圧粉後に一緒
に保持せず、それゆえ、焼結できなかった。増大量のク
ロムの場合に熱伝導率の或る少しの減少がこのように見
出された。

例６下記組成の３種の金属粉末Ｒ、ＳおよびＴを調製し
た。

R:80％Fe＋５％Si＋15％Cr＋０％Mn S:75％Fe＋５％Si＋15％Cr＋５％Mn T:75％Fe＋５％Si＋10％Cr＋10％Mn これらの混合物から調製された試料の熱伝導率を測定
し、下記結果が得られた。材料熱伝導率（W/m゜K）Ｒ 7.6 Ｓ 6.5 Ｔ 6.0 この場合にも、増大量のマンガンの場合に熱伝導率の
わずかの減少があった。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ケイ素２〜10重量％の混和材、マンガン３
〜12重量％の混和材、およびクロム25重量％未満の混和
材を有する鉄基粉末を、成形し、焼結することによって
得られた多孔体からなることを特徴とする、耐熱性部
品。
【請求項２】ケイ素含有率が４〜８重量％、マンガン含
有量が５〜10重量％、およびクロム含有量が21重量％未
満である、請求項１に記載の耐熱性部品。
【請求項３】粉末が、ニッケル15％までの更に他の混和
材を有する、請求項１または２に記載の耐熱性部品。
【請求項４】粉末が、モリブデン2.5重量％までの更に
他の混和材を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記
載の耐熱性部品。
【請求項５】粉末が、炭素２重量％までの更に他の混和
材を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐熱
性部品。
【請求項６】クロムの混和材が、10〜25重量％である、
請求項１に記載の耐熱性部品。
【請求項７】ケイ素２〜10重量％の混和材、マンガン３
〜12重量％の混和材、およびクロム25重量％までの混和
材を有する鉄基粉末混合物を調製し、粉末にニッケル15
重量％まで、モリブデン2.5重量％までおよび炭素２重
量％までの形態の更に他の混和材を加え、この粉末混合
物を所望の形状のボディーに成形し、このボディーを焼
結して熱伝導率約12W/m゜K未満および鋳鉄の熱膨張率と
厳密に合致する熱膨張率を有する多孔部品を得ることを
特徴とする、耐熱性部品の製法。
【請求項８】ケイ素４〜８重量％の混和材、マンガン５
〜10重量％の混和材、およびクロム25重量％までの混和
材を有する鉄基粉末混合物を調製し、粉末にニッケル15
重量％まで、モリブデン2.5重量％までおよび炭素２重
量％までの形態の更に他の混和材を加え、この粉末混合
物を所望の形状のボディーに成形し、このボディーを焼
結して熱伝導率7W/m゜K未満および鋳鉄の熱膨張率と厳
密に合致する熱膨張率を有する多孔部品を得る、請求項
７に記載の耐熱性部品の製法。