JP2755389B2 - 繊維強化合金、繊維強化合金肉盛層の製造方法及びそれに用いる複合合金粉末 - Google Patents
繊維強化合金、繊維強化合金肉盛層の製造方法及びそれに用いる複合合金粉末Info
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- B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
- B23K35/327—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C comprising refractory compounds, e.g. carbides
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマアークなどによる粉末肉盛法に使用
される肉盛用複合合金粉末と、この合金粉末によって得
られる高強度、高硬度のホウ化物繊維により基質が強化
された繊維強化合金及びその肉盛層の製造方法に関する
ものである。このような繊維強化合金の肉盛層は、各種
機械部品、金型、軸受等の表面硬化材料として広く利用
される。
される肉盛用複合合金粉末と、この合金粉末によって得
られる高強度、高硬度のホウ化物繊維により基質が強化
された繊維強化合金及びその肉盛層の製造方法に関する
ものである。このような繊維強化合金の肉盛層は、各種
機械部品、金型、軸受等の表面硬化材料として広く利用
される。
タングステン、炭素、ホウ素、炭化ケイ素等の繊維ま
たはウィスカ等、高いアスペクト比を有する物質を金属
と複合させた繊維強化合金は、高い強度を有する点で注
目され、数多くの製造方法が提案されている。しかし、
これら従来の方法は、予め別工程で製造された繊維やウ
ィスカを原料とし、これに金属を複合させて製造させる
ため、工程も煩雑で、従って、高価な材料とならざるを
得ないという欠点がある。
たはウィスカ等、高いアスペクト比を有する物質を金属
と複合させた繊維強化合金は、高い強度を有する点で注
目され、数多くの製造方法が提案されている。しかし、
これら従来の方法は、予め別工程で製造された繊維やウ
ィスカを原料とし、これに金属を複合させて製造させる
ため、工程も煩雑で、従って、高価な材料とならざるを
得ないという欠点がある。
このような欠点を改善すべく、すでに本発明者等の一
人は、特開昭61−270348号に開示されているごとく、
「反応焼結法」という極めて簡単な方法によって、Cu基
質中に硬質高強度のTiB2が微細な繊維状に発達した繊維
強化複合銅合金が得られることを見出している。しかし
ながら、上記反応焼結法によって生成したTiB2は長さ数
十μｍの短繊維で、しかも個々の繊維は互いに独立して
いるために強度が期待するほど上がらないということが
判ってきた。繊維強化複合合金の観点からみると、反応
焼結法によって生成したTiB2など高融点の硬質高強度物
質はより長繊維である方が好ましく、さらに、生成物質
が３次元網目状のスケルトンを形成すれば、より一層の
強度向上が期待できる。
人は、特開昭61−270348号に開示されているごとく、
「反応焼結法」という極めて簡単な方法によって、Cu基
質中に硬質高強度のTiB2が微細な繊維状に発達した繊維
強化複合銅合金が得られることを見出している。しかし
ながら、上記反応焼結法によって生成したTiB2は長さ数
十μｍの短繊維で、しかも個々の繊維は互いに独立して
いるために強度が期待するほど上がらないということが
判ってきた。繊維強化複合合金の観点からみると、反応
焼結法によって生成したTiB2など高融点の硬質高強度物
質はより長繊維である方が好ましく、さらに、生成物質
が３次元網目状のスケルトンを形成すれば、より一層の
強度向上が期待できる。
しかし、このような組織を有する合金を反応焼結法で
得るのは極めて困難であり、まだ満足すべきものは得ら
れていない。
得るのは極めて困難であり、まだ満足すべきものは得ら
れていない。
本発明者等は、上記の課題を解決すべく、CrB−Cu擬
２元系合金をベースに、種々の添加元素を加えた合金を
溶融し、その凝固組織を研究した結果、添加元素にTi又
は／及びNiを用いたとき、比較的長いホウ化物繊維が晶
出し、しかもこれが３次元網目状に分散することを見出
した。さらに、このようになる組成の複合合金粉末を使
用して、プラズマアークなど高エネルギー密度熱源によ
る粉末肉盛を行うと、肉盛層組成は、上記長繊維ホウ化
物が偏析することもなく均一で、しかも３次元網目状に
分散したものになることを見出し、本発明を完成したも
のである。
２元系合金をベースに、種々の添加元素を加えた合金を
溶融し、その凝固組織を研究した結果、添加元素にTi又
は／及びNiを用いたとき、比較的長いホウ化物繊維が晶
出し、しかもこれが３次元網目状に分散することを見出
した。さらに、このようになる組成の複合合金粉末を使
用して、プラズマアークなど高エネルギー密度熱源によ
る粉末肉盛を行うと、肉盛層組成は、上記長繊維ホウ化
物が偏析することもなく均一で、しかも３次元網目状に
分散したものになることを見出し、本発明を完成したも
のである。
即ち、本発明は（１）Cr24〜58wt％,B5〜13wt％,Cu10
〜63wt％,Ti3〜46wt％の範囲で、かつCr,B,Cu,Tiを必須
成分としてその合計が100wt％となる合金で、長さが50
〜500μm,径が１〜10μｍの長繊維状ホウ化物が均一か
つ３次元網目状に分散した繊維強化合金、（２）Cr16〜
42wt％,B3〜9wt％,Cu10〜56wt％,Ni15〜64wt％の範囲
で、かつCr,B,Cu,Niを必須成分としてその合計が100wt
％となる合金で、長さが50〜500μm,径が１〜10μｍの
長繊維状ホウ化物が均一かつ３次元網目状に分散した繊
維強化合金、（３）Cr4.8〜40.6wt％,B0.9〜9.1wt％,Cu
3〜44.1wt％,Ti0.9〜30.1wt％,Ni4.5〜44.8wt％の範囲
で、かつCr,B,Cu,Ti,Niを必須成分としてその合計が100
wt％となる合金で、長さが50〜500μm,径が１〜10μｍ
の長繊維状ホウ化物が均一かつ３次元網目状に分散した
繊維強化合金、（４）CrB粉にCu粉とTi粉,TiH2粉,Cu−T
i合金粉,Ni粉、Cu−Ni粉の一種又は二種以上を混合し、
加熱、造粒した複合合金粉末を使用し、高エネルギー密
度熱源による粉末肉盛を行うことを特徴とする繊維強化
合金肉盛層の製造方法、（５）高融点粒子であるCrB粉
末（Ａ）と低融点金属であるCu−Ti合金において90Wt％
Cu−10Wt％Ti〜35Wt％Cu−65Wt％Ti組成の粉末群（Ｂ）
とを A:B＝30:70〜70:30 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末、高融点粒子であるCrB粉末（Ａ）と低融
点金属であるCu−Ti合金において70Wt％Cu−30Wt％Ni〜
20Wt％Cu−80Wt％Ni組成の粉末群（Ｃ）とを A:C＝20:80〜50:50 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末、（７）高融点粒子であるCrB粉末（Ａ）
と低融点金属であるCu−Ti合金において90Wt％Cu−10Wt
％Ti〜35Wt％Cu−65Wt％Ti組成の粉末群（Ｂ）とを A:B＝30:70〜70:30 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末（Ｄ）と 高融点粒子であるCrB粉末（Ａ）と低融点金属であるCu
−Ti合金において70Wt％Cu−30Wt％Ni〜20Wt％Cu−80Wt
％Ni組成の粉末群（Ｃ）とを A:C＝20:80〜50:50 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末（Ｅ）とを D:E＝70:30〜30:70 に混合したことを特徴とする粉末肉盛用複合合金粉末で
ある。
〜63wt％,Ti3〜46wt％の範囲で、かつCr,B,Cu,Tiを必須
成分としてその合計が100wt％となる合金で、長さが50
〜500μm,径が１〜10μｍの長繊維状ホウ化物が均一か
つ３次元網目状に分散した繊維強化合金、（２）Cr16〜
42wt％,B3〜9wt％,Cu10〜56wt％,Ni15〜64wt％の範囲
で、かつCr,B,Cu,Niを必須成分としてその合計が100wt
％となる合金で、長さが50〜500μm,径が１〜10μｍの
長繊維状ホウ化物が均一かつ３次元網目状に分散した繊
維強化合金、（３）Cr4.8〜40.6wt％,B0.9〜9.1wt％,Cu
3〜44.1wt％,Ti0.9〜30.1wt％,Ni4.5〜44.8wt％の範囲
で、かつCr,B,Cu,Ti,Niを必須成分としてその合計が100
wt％となる合金で、長さが50〜500μm,径が１〜10μｍ
の長繊維状ホウ化物が均一かつ３次元網目状に分散した
繊維強化合金、（４）CrB粉にCu粉とTi粉,TiH2粉,Cu−T
i合金粉,Ni粉、Cu−Ni粉の一種又は二種以上を混合し、
加熱、造粒した複合合金粉末を使用し、高エネルギー密
度熱源による粉末肉盛を行うことを特徴とする繊維強化
合金肉盛層の製造方法、（５）高融点粒子であるCrB粉
末（Ａ）と低融点金属であるCu−Ti合金において90Wt％
Cu−10Wt％Ti〜35Wt％Cu−65Wt％Ti組成の粉末群（Ｂ）
とを A:B＝30:70〜70:30 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末、高融点粒子であるCrB粉末（Ａ）と低融
点金属であるCu−Ti合金において70Wt％Cu−30Wt％Ni〜
20Wt％Cu−80Wt％Ni組成の粉末群（Ｃ）とを A:C＝20:80〜50:50 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末、（７）高融点粒子であるCrB粉末（Ａ）
と低融点金属であるCu−Ti合金において90Wt％Cu−10Wt
％Ti〜35Wt％Cu−65Wt％Ti組成の粉末群（Ｂ）とを A:B＝30:70〜70:30 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末（Ｄ）と 高融点粒子であるCrB粉末（Ａ）と低融点金属であるCu
−Ti合金において70Wt％Cu−30Wt％Ni〜20Wt％Cu−80Wt
％Ni組成の粉末群（Ｃ）とを A:C＝20:80〜50:50 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末（Ｅ）とを D:E＝70:30〜30:70 に混合したことを特徴とする粉末肉盛用複合合金粉末で
ある。
［作用］ 先ず最初に、本発明の合金組成及び組織につき言及す
る、 本発明の合金は、CrB−Cu擬２元系合金をベースにして
いるので、その説明を加える。CuのCrBに対する溶解度
はほとんどないため、このCrB−Cu擬２元系合金を完全
に溶融するには、CrBの融点（約2100℃）以上に加熱す
る必要がある。しかしCrB粉とCu粉を混合し、1100〜120
0℃で加熱、造粒した粉末を、CrBの融点以上に加熱、溶
融しても、その凝固組織はCrBとCuとの２相のままで変
化なく、CrBは粒状又は柱状晶を呈し、目的とする繊維
強化合金は得られない。
る、 本発明の合金は、CrB−Cu擬２元系合金をベースにして
いるので、その説明を加える。CuのCrBに対する溶解度
はほとんどないため、このCrB−Cu擬２元系合金を完全
に溶融するには、CrBの融点（約2100℃）以上に加熱す
る必要がある。しかしCrB粉とCu粉を混合し、1100〜120
0℃で加熱、造粒した粉末を、CrBの融点以上に加熱、溶
融しても、その凝固組織はCrBとCuとの２相のままで変
化なく、CrBは粒状又は柱状晶を呈し、目的とする繊維
強化合金は得られない。
そこで、Ｂとの親和力が極めて大きいTiをこのCrB−C
u擬２元系合金に添加してみる。
u擬２元系合金に添加してみる。
CrB粉とCu粉とにTi粉,TiH2粉,Cu−Ti合金粉の一種又
は二種以上を加えたものを混合し、1100〜1200℃に加熱
して造粒粉を造ると、TiはCuと反応して、低融点のCu−
Ti合金（以後［Cu−Ti］と記す）を形成し、見掛上CrB
と［Cu−Ti］の２相複合合金粉末となる。
は二種以上を加えたものを混合し、1100〜1200℃に加熱
して造粒粉を造ると、TiはCuと反応して、低融点のCu−
Ti合金（以後［Cu−Ti］と記す）を形成し、見掛上CrB
と［Cu−Ti］の２相複合合金粉末となる。
これら複合合金粉末のうち、ある組成範囲のものは、
CrBの融点以上に加熱、溶融後の凝固組織に長繊維ホウ
化物が出現してくる。このようになる複合合金粉末の組
成は、高融点粒子であるCrBが30〜70wt％（以後単に％
と記す）の範囲で、かつそのときの残部である［Cu−T
i］中のTiが10〜65％の範囲であることは同時に満足す
るかなり広い範囲となっている。この範囲で得られる最
終の合金の組成はCr2〜58％,Cu10〜63％,Ti3〜46％の範
囲でかつCr,B,Cu,Tiを必須成分としてその合計が100％
となる。
CrBの融点以上に加熱、溶融後の凝固組織に長繊維ホウ
化物が出現してくる。このようになる複合合金粉末の組
成は、高融点粒子であるCrBが30〜70wt％（以後単に％
と記す）の範囲で、かつそのときの残部である［Cu−T
i］中のTiが10〜65％の範囲であることは同時に満足す
るかなり広い範囲となっている。この範囲で得られる最
終の合金の組成はCr2〜58％,Cu10〜63％,Ti3〜46％の範
囲でかつCr,B,Cu,Tiを必須成分としてその合計が100％
となる。
上記の組成範囲で出現する長繊維ホウ化物は、長さ50
〜500μｍ、径１〜10μｍ程度であり、それぞれが３次
元網目状に分散しており、その分布密度は、CrB及びTi
が高くなる程、高くなっている。また、この長繊維ホウ
化物の化学組成は［Cu−Ti］中のTiが10〜25％では、Cr
2Bのみに、［Cu−Ti］中のTiが25〜65％では、Cr2BとTi
B2となっている。なぜ、このように特異な形態のCr2Bや
TiB2が生成されるかの理由は、まだ明らかではないが、
［Cu−Ti］中のTiが少量のときはCr2B繊維のまわりに、
カビ状にTiB2の微細粒が晶出していることや、Tiが多量
のときは、Cr2B繊維にそって、TiB2繊維が晶出している
ことなどからみて、融体中でＢがCrとTiとに分配される
際に生じる、ミクロ的な過飽和度の異方性によるものと
推定される。
〜500μｍ、径１〜10μｍ程度であり、それぞれが３次
元網目状に分散しており、その分布密度は、CrB及びTi
が高くなる程、高くなっている。また、この長繊維ホウ
化物の化学組成は［Cu−Ti］中のTiが10〜25％では、Cr
2Bのみに、［Cu−Ti］中のTiが25〜65％では、Cr2BとTi
B2となっている。なぜ、このように特異な形態のCr2Bや
TiB2が生成されるかの理由は、まだ明らかではないが、
［Cu−Ti］中のTiが少量のときはCr2B繊維のまわりに、
カビ状にTiB2の微細粒が晶出していることや、Tiが多量
のときは、Cr2B繊維にそって、TiB2繊維が晶出している
ことなどからみて、融体中でＢがCrとTiとに分配される
際に生じる、ミクロ的な過飽和度の異方性によるものと
推定される。
次に、Ｂとの親和力は小さいが、Cuと全率固溶体を作
るNiを、このCrB−Cu擬２元系合金に添加してみる。こ
の場合も、Ti添加とほぼ同様の効果がみられる。
るNiを、このCrB−Cu擬２元系合金に添加してみる。こ
の場合も、Ti添加とほぼ同様の効果がみられる。
CrB粉とCu粉に,Ni粉,Cu−Ni粉の一種又は二種を加
え、混合、加熱、造粒して得た複合合金粉末は、CrBとC
u−Ni合金（以後〔Cu−Ni〕と記す）の見掛上２相とな
る。CrBの融点以上に加熱、溶融後の凝固組織に長繊維
ホウ化物が出現する複合合金粉末の組成は、高融点粒子
であるCrBが20〜50％の範囲であり、かつその時の残部
である〔Cu−Ni〕中のNiが30〜80％の範囲であることを
同時に満足する範囲である。この範囲で得られる最終の
合金の組成は、Cr16〜42％,B3〜９％,Cu10〜56％,Ni15
〜64％となり、この範囲でかつCr,B,Cu,Niを必須成分と
してその合計が100％となる。この組成範囲で出現する
長繊維ホウ化物は長さ50〜250μｍ、径１〜６μｍで３
次元網目状に分散し、分布密度はCrBが高くなる程、高
くなる。
え、混合、加熱、造粒して得た複合合金粉末は、CrBとC
u−Ni合金（以後〔Cu−Ni〕と記す）の見掛上２相とな
る。CrBの融点以上に加熱、溶融後の凝固組織に長繊維
ホウ化物が出現する複合合金粉末の組成は、高融点粒子
であるCrBが20〜50％の範囲であり、かつその時の残部
である〔Cu−Ni〕中のNiが30〜80％の範囲であることを
同時に満足する範囲である。この範囲で得られる最終の
合金の組成は、Cr16〜42％,B3〜９％,Cu10〜56％,Ni15
〜64％となり、この範囲でかつCr,B,Cu,Niを必須成分と
してその合計が100％となる。この組成範囲で出現する
長繊維ホウ化物は長さ50〜250μｍ、径１〜６μｍで３
次元網目状に分散し、分布密度はCrBが高くなる程、高
くなる。
また、その化学組成は、Ni量の全ての範囲でCr2Bであ
る。
る。
Ni添加によりCr2B繊維が生成される理由も前記Ti添加
と同様、融体中でＢがCrとNiとに分配される際に生じ
る、ミクロ的な過飽和度の異方性によるものと推定され
るが、NiのＢに対する親和力はTiに比べて小さいため、
Tiのごとく少量の添加では効果がなく、ある程度多量に
添加してはじめて、その効果が現れてくるものと推定さ
れる。またこのときNiはＢと結合してNi3Bとなる。
と同様、融体中でＢがCrとNiとに分配される際に生じ
る、ミクロ的な過飽和度の異方性によるものと推定され
るが、NiのＢに対する親和力はTiに比べて小さいため、
Tiのごとく少量の添加では効果がなく、ある程度多量に
添加してはじめて、その効果が現れてくるものと推定さ
れる。またこのときNiはＢと結合してNi3Bとなる。
以上、CrB−Cu擬２元系合金にTi又はNiを添加した場
合を説明したが、CrB−Cu擬２元系合金にTiとNiを同時
に添加した場合にも、同様の効果があるものと期待され
る。
合を説明したが、CrB−Cu擬２元系合金にTiとNiを同時
に添加した場合にも、同様の効果があるものと期待され
る。
前記の長繊維ホウ化物が出現する、Ti添加複合合金粉
末とNi添加複合合金粉末とを種々の比率に混合し、加
熱、溶融した後の凝固組織を調べた。
末とNi添加複合合金粉末とを種々の比率に混合し、加
熱、溶融した後の凝固組織を調べた。
その結果、各々の比率が30:70〜70:30の範囲内では、
長繊維ホウ化物が出現することを確認した。この範囲で
得られた最終の合金組成は、Cr4.8〜40.6％,B0.9〜9.1
％,Cu3〜44.1％,Ti0.9〜30.1％,Ni4.5〜44.8％の範囲
で、かつCr,B,Cu,Ti,Niを必須成分としてその合計が100
％となる。上記の範囲内で出現する長繊維ホウ化物は、
それぞれ単独の場合と同様、長さ50〜500μｍ、径１〜1
0μｍで、それぞれが３次元網目状に分散している。
長繊維ホウ化物が出現することを確認した。この範囲で
得られた最終の合金組成は、Cr4.8〜40.6％,B0.9〜9.1
％,Cu3〜44.1％,Ti0.9〜30.1％,Ni4.5〜44.8％の範囲
で、かつCr,B,Cu,Ti,Niを必須成分としてその合計が100
％となる。上記の範囲内で出現する長繊維ホウ化物は、
それぞれ単独の場合と同様、長さ50〜500μｍ、径１〜1
0μｍで、それぞれが３次元網目状に分散している。
次に、本発明においては、原料粉であるCrB粉,Cu粉,T
i粉,Ni粉などを混合、加熱、造粒して複合合金粉末を作
っているが、その理由について言及する。
i粉,Ni粉などを混合、加熱、造粒して複合合金粉末を作
っているが、その理由について言及する。
高融点粒子であるCrB粉を、後述するプラズマアーク
などの高エネルギー密度熱源により、瞬時に溶融するた
めには、あまり大きな粒子を用いるのは好ましくなく、
粒径１〜50μｍの微粉を使用するのが適当である。
などの高エネルギー密度熱源により、瞬時に溶融するた
めには、あまり大きな粒子を用いるのは好ましくなく、
粒径１〜50μｍの微粉を使用するのが適当である。
しかし、通常の粉末肉盛法に使用される粉末の粒度は
50〜150μｍ程度が適当である。このため、他の原料粉
とともに混合し、これを低融点の金属部が焼結する温度
以上に加熱し、得られたケーキを粉砕し、粒度調整をし
た造粒粉を使用するわけである。
50〜150μｍ程度が適当である。このため、他の原料粉
とともに混合し、これを低融点の金属部が焼結する温度
以上に加熱し、得られたケーキを粉砕し、粒度調整をし
た造粒粉を使用するわけである。
ここで、CrB粉以外の原料粉の粒度については、それ
ぞれが均一な混合状態を得られる範囲であれば、特に限
定はしないが、50μｍ以下の微粉の方が好ましい。
ぞれが均一な混合状態を得られる範囲であれば、特に限
定はしないが、50μｍ以下の微粉の方が好ましい。
また、CrB粉以外の原料粉として,Cu粉,Ti粉,TiH2粉,C
u−Ti合金粉,Ni粉,Cu−Ni粉などをあげているが、ある
特定の合金組成を有する複合合金粉末を得るには、上記
の原料粉末の種々の組合せが可能である。しかし、どの
組合せで得られた複合合金粉末であっても、最終目的の
繊維強化合金肉盛層は同じものが得られる。
u−Ti合金粉,Ni粉,Cu−Ni粉などをあげているが、ある
特定の合金組成を有する複合合金粉末を得るには、上記
の原料粉末の種々の組合せが可能である。しかし、どの
組合せで得られた複合合金粉末であっても、最終目的の
繊維強化合金肉盛層は同じものが得られる。
混合した原料粉を加熱、造粒する温度は、混合粉が焼
結してある程度の結合強度を有するようになる900℃以
上が必要である。とりわけ、液相焼結を起させる1100〜
1200℃程度の温度が、得られる複合合金粉末の均一性、
ち密性、熱伝導性などからみて好ましい。これよりさら
に高温にすると、高融点のCrB粒子の偏析や、Cuの蒸発
等が起こり、好ましくない。
結してある程度の結合強度を有するようになる900℃以
上が必要である。とりわけ、液相焼結を起させる1100〜
1200℃程度の温度が、得られる複合合金粉末の均一性、
ち密性、熱伝導性などからみて好ましい。これよりさら
に高温にすると、高融点のCrB粒子の偏析や、Cuの蒸発
等が起こり、好ましくない。
次に、本発明においては、上記の理由で作られた、複
合合金粉末を用い、高エネルギー密度熱源により、粉末
肉盛を行っているが、その理由について言及する。
合合金粉末を用い、高エネルギー密度熱源により、粉末
肉盛を行っているが、その理由について言及する。
前述のごとく、CrB−Cu擬２元系合金にTi又は／及びN
iを添加したある組成域の合金では、CrBの融点以上に加
熱、溶融した後、冷却凝固すると繊維強化合金が形成さ
れる。しかし、これは少量の融体での現象であって、通
常の工業ベースでの融体を処理する場合は、極めて困難
な問題に直面する。それは、高温で晶出する長繊維ホウ
化物と基質部分との比重差が大きく、かつ、固−液共存
域が非常に広いことから生じる偏析のため、均一な繊維
強化合金を得ることができないことである。
iを添加したある組成域の合金では、CrBの融点以上に加
熱、溶融した後、冷却凝固すると繊維強化合金が形成さ
れる。しかし、これは少量の融体での現象であって、通
常の工業ベースでの融体を処理する場合は、極めて困難
な問題に直面する。それは、高温で晶出する長繊維ホウ
化物と基質部分との比重差が大きく、かつ、固−液共存
域が非常に広いことから生じる偏析のため、均一な繊維
強化合金を得ることができないことである。
また、溶解温度が極めて高いため、炉材やCuの蒸発及
びTiの酸化を防止することなどの、生産技術上の問題も
ある。
びTiの酸化を防止することなどの、生産技術上の問題も
ある。
このような問題点を回避するため、前記複合合金粉末
を使用し、高エネルギー密度の熱源により、粉末を連続
的に溶融させらがら、ベース材上に噴射して直ちに凝固
させるプロセスをとる、粉末肉盛法を利用すれば、上記
の偏析は防止できる。しかも、このような比較的速い凝
固速度においてもホウ化物は充分長繊維に成長し、均一
でかつ３次元網目状の繊維強化合金肉盛層を容易に、か
つ安定して作ることができるわけである。
を使用し、高エネルギー密度の熱源により、粉末を連続
的に溶融させらがら、ベース材上に噴射して直ちに凝固
させるプロセスをとる、粉末肉盛法を利用すれば、上記
の偏析は防止できる。しかも、このような比較的速い凝
固速度においてもホウ化物は充分長繊維に成長し、均一
でかつ３次元網目状の繊維強化合金肉盛層を容易に、か
つ安定して作ることができるわけである。
ここで、高エネルギー密度熱源による粉末肉盛は、通
常のプラズマアーク粉末肉盛装置を使用するのが最適で
あるが、条件によってはプラズマ溶射装置や減圧プラズ
マ溶射装置も使用できる。更に熱源としては、プラズマ
以外にも、レーザービーム又は、エレクトロンビーム等
も利用できる。
常のプラズマアーク粉末肉盛装置を使用するのが最適で
あるが、条件によってはプラズマ溶射装置や減圧プラズ
マ溶射装置も使用できる。更に熱源としては、プラズマ
以外にも、レーザービーム又は、エレクトロンビーム等
も利用できる。
なお、粉末肉盛以外にも、例えば本発明の合金粉末を
仮焼結又は結合材により結合させ、これをレーザービー
ム等の高エネルギー密度熱源を付与し、溶融急冷するこ
とにより、繊維強化合金を得る等も本発明の範囲内であ
る。
仮焼結又は結合材により結合させ、これをレーザービー
ム等の高エネルギー密度熱源を付与し、溶融急冷するこ
とにより、繊維強化合金を得る等も本発明の範囲内であ
る。
次に、本発明の実施例を示す。
第１表は、本発明にもとづく合金組成（合金No.1〜
９）と比較例として本発明の範囲外の合金組成（合金N
o.10〜12）について、肉盛用複合合金粉末を作成し、次
いでそれら粉末を使用して、プラズマアークによる粉末
肉盛を行い、得られた肉盛層の組織と硬さを調べた結果
をまとめたものである。
９）と比較例として本発明の範囲外の合金組成（合金N
o.10〜12）について、肉盛用複合合金粉末を作成し、次
いでそれら粉末を使用して、プラズマアークによる粉末
肉盛を行い、得られた肉盛層の組織と硬さを調べた結果
をまとめたものである。
ここで、上記の調査を行うにあたり、次記の通りの方
法でおこなった。
法でおこなった。
複合合金粉末の製作方法 原料粉として、CrB粉（10〜45μｍ），電解銅粉（−7
4μｍ）,TiH2粉（−74μｍ），カーボニルニッケル粉
（−45μｍ）を選び、第１表に示した組成になるよう配
合し、その混合粉を磁性ボートに入れ、水素雰囲気中、
1150℃×20min加熱、焼結した。この焼結によって得ら
れたケーキを、肉盛用に適した粒度の45〜150μｍまで
粉砕し、複合合金粉末とした。
4μｍ）,TiH2粉（−74μｍ），カーボニルニッケル粉
（−45μｍ）を選び、第１表に示した組成になるよう配
合し、その混合粉を磁性ボートに入れ、水素雰囲気中、
1150℃×20min加熱、焼結した。この焼結によって得ら
れたケーキを、肉盛用に適した粒度の45〜150μｍまで
粉砕し、複合合金粉末とした。
肉盛層の形成方法 上記の複合合金粉末を使用して、通常のプラズマアー
クにより粉末肉盛装置にて、第２表に示す条件により肉
盛層を形成した。肉盛をする相手であるベース材は軟鋼
を用い、その形状は30mm×100mm×20mmである。
クにより粉末肉盛装置にて、第２表に示す条件により肉
盛層を形成した。肉盛をする相手であるベース材は軟鋼
を用い、その形状は30mm×100mm×20mmである。
肉盛層組織の調査方法 上記の肉盛層を表面研削し、更に研磨した面を硫酸に
より基質部をデープ・エッチして、繊維状ホウ化物の形
成及び分散状態を走査型電子顕微鏡により観察した。
より基質部をデープ・エッチして、繊維状ホウ化物の形
成及び分散状態を走査型電子顕微鏡により観察した。
肉盛層硬さの測定方法 上記の肉盛層組織を観察する前に、ビッカース硬度
計、荷重20kgを用い、各試料の10点の測定を行い、高値
の２点と低値の２点につき、それぞれの平均値を求め、
これらの下２桁を24以下切り捨て、25以上は切り上げ
て、Hv50単位に数値を丸めて、最高値と最低値を表示し
た。
計、荷重20kgを用い、各試料の10点の測定を行い、高値
の２点と低値の２点につき、それぞれの平均値を求め、
これらの下２桁を24以下切り捨て、25以上は切り上げ
て、Hv50単位に数値を丸めて、最高値と最低値を表示し
た。
第１表からわかるごとく、本発明にもとづく合金組成
域での肉盛層組織では、全てホウ化物が長繊維状で、し
かも均一かつ３次元網目状に分散している。
域での肉盛層組織では、全てホウ化物が長繊維状で、し
かも均一かつ３次元網目状に分散している。
また、肉盛層硬さは、合金組成によって多少の差はあ
るが、Hv400以上の高硬度で、同一試料内での硬さはバ
ラツキが少なく安定している。このことから、本発明に
もとづく合金組成での肉盛層は、長繊維ホウ化物を、均
一かつ三次元網目状に分散した繊維強化合金を形成して
いることがわかる。一方、本発明の範囲外の合金組成域
での肉盛層組織では、全く長繊維ホウ化物はみられず、
肉盛層硬さも低く、しかも同一試料内での硬さのバラツ
キが大きい。従って、これら合金組成域での肉盛層では
繊維強化合金を形成していないことがわかる。第１図に
本発明にもとづく合金組成（合金No.4）での肉盛層金属
組織写真を、第２図に本発明の範囲外の合金組成（合金
No.10）での肉盛層金属組織写真をそれぞれ示す 〔発明の効果〕 本発明による繊維強化合金肉盛層は、従来の合金のよ
うに複雑な工程を経ることなく、所定の組成に配合し
た、複合合金粉末を使用して、通常のプラズマアークな
ど高エネルギー密度熱源による粉末肉盛を行うだけで、
簡単にかつ安価に得ることができる。この繊維強化合金
肉盛層は、高強度で、しかも高硬度である特性を利用し
て、各種機械部品等の表面硬化材としての応用は非常に
広く、その経済的効果は極めて大きい。
るが、Hv400以上の高硬度で、同一試料内での硬さはバ
ラツキが少なく安定している。このことから、本発明に
もとづく合金組成での肉盛層は、長繊維ホウ化物を、均
一かつ三次元網目状に分散した繊維強化合金を形成して
いることがわかる。一方、本発明の範囲外の合金組成域
での肉盛層組織では、全く長繊維ホウ化物はみられず、
肉盛層硬さも低く、しかも同一試料内での硬さのバラツ
キが大きい。従って、これら合金組成域での肉盛層では
繊維強化合金を形成していないことがわかる。第１図に
本発明にもとづく合金組成（合金No.4）での肉盛層金属
組織写真を、第２図に本発明の範囲外の合金組成（合金
No.10）での肉盛層金属組織写真をそれぞれ示す 〔発明の効果〕 本発明による繊維強化合金肉盛層は、従来の合金のよ
うに複雑な工程を経ることなく、所定の組成に配合し
た、複合合金粉末を使用して、通常のプラズマアークな
ど高エネルギー密度熱源による粉末肉盛を行うだけで、
簡単にかつ安価に得ることができる。この繊維強化合金
肉盛層は、高強度で、しかも高硬度である特性を利用し
て、各種機械部品等の表面硬化材としての応用は非常に
広く、その経済的効果は極めて大きい。
第１図は、本発明にもとづく合金組成（実施例の合金N
o.4）での肉盛層金属組織写真である。 第２図は、本発明の範囲外の合金組成（比較例合金No.1
0）での肉盛層金属組織写真である。
o.4）での肉盛層金属組織写真である。 第２図は、本発明の範囲外の合金組成（比較例合金No.1
0）での肉盛層金属組織写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 32/00 Ｃ２２Ｃ 32/00 Ｙ (56)参考文献 特開 昭61−270348（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−158172（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−23834（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−169033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−5322（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−174377（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】Cr24〜58wt％,B5〜13wt％,Cu10〜63wt％,T
i3〜46wt％の範囲で、かつCr,B,Cu,Tiを必須成分として
その合計が100wt％となる合金で、長さが50〜500μm,径
が１〜10μｍの長繊維状ホウ化物が均一かつ３次元網目
状に分散した繊維強化合金。 - 【請求項２】Cr16〜42wt％,B3〜9wt％,Cu10〜56wt％,Ni
15〜64wt％の範囲で、かつCr,B,Cu,Niを必須成分として
その合計が100wt％となる合金で、長さが50〜500μm,径
が１〜10μｍの長繊維状ホウ化物が均一かつ３次元網目
状に分散した繊維強化合金。 - 【請求項３】Cr4.8〜40.6wt％,B0.9〜9.1wt％,Cu3〜44.
1wt％,Ti0.9〜30.1wt％,Ni4.5〜44.8wt％の範囲で、か
つCr,B,Cu,Ti,Niを必須成分としてその合計が100wt％と
なる合金で、長さが50〜500μm,径が１〜10μｍの長繊
維状ホウ化物が均一かつ３次元網目状に分散した繊維強
化合金。 - 【請求項４】CrB粉にCu粉とTi粉,TiH2粉,Cu−Ti合金粉,
Ni粉、Cu−Ni粉の一種又は二種以上を混合し、加熱、造
粒した複合合金粉末を使用し、高エネルギー密度熱源に
よる粉末肉盛を行うことを特徴とする繊維強化合金肉盛
層の製造方法。 - 【請求項５】高融点粒子であるCrB粉末（Ａ）と低融点
金属であるCu−Ti合金において90Wt％Cu−10Wt％Ti〜35
Wt％Cu−65Wt％Ti組成の粉末群（Ｂ）とを A:B＝30:70〜70:30 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末。 - 【請求項６】高融点粒子であるCrB粉末（Ａ）と低融点
金属であるCu−Ti合金において70Wt％Cu−30Wt％Ni〜20
Wt％Cu−80Wt％Ni組成の粉末群（Ｃ）とを A:C＝20:80〜50:50 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末。 - 【請求項７】高融点粒子であるCrB粉末（Ａ）と低融点
金属であるCu−Ti合金において90Wt％Cu−10Wt％Ti〜35
Wt％Cu−65Wt％Ti組成の粉末群（Ｂ）とを A:B＝30:70〜70:30 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末（Ｄ）と 高融点粒子であるCrB粉末（Ａ）と低融点金属であるCu
−Ti合金において70Wt％Cu−30Wt％Ni〜20Wt％Cu−80Wt
％Ni組成の粉末群（Ｃ）とを A:C＝20:80〜50:50 に混合し、加熱、造粒したことを特徴とする粉末肉盛用
複合合金粉末（Ｅ）とを D:E＝70:30〜30:70 に混合したことを特徴とする粉末肉盛用複合合金粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63114403A JP2755389B2 (ja) | 1988-05-11 | 1988-05-11 | 繊維強化合金、繊維強化合金肉盛層の製造方法及びそれに用いる複合合金粉末 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63114403A JP2755389B2 (ja) | 1988-05-11 | 1988-05-11 | 繊維強化合金、繊維強化合金肉盛層の製造方法及びそれに用いる複合合金粉末 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01287241A JPH01287241A (ja) | 1989-11-17 |
| JP2755389B2 true JP2755389B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=14636811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63114403A Expired - Fee Related JP2755389B2 (ja) | 1988-05-11 | 1988-05-11 | 繊維強化合金、繊維強化合金肉盛層の製造方法及びそれに用いる複合合金粉末 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2755389B2 (ja) |
-
1988
- 1988-05-11 JP JP63114403A patent/JP2755389B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01287241A (ja) | 1989-11-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |