JP3231873B2 - 銀色焼結合金およびその製造方法 - Google Patents

銀色焼結合金およびその製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化チタン(TiC)
を主成分とする銀色焼結合金に関するものである。
【0002】
【従来技術】近時、TiCを主成分とし、Fe,Co,
Ni,Mo,W,Ti等の結合用金属を添加した焼結合
金は銀色の色調に加え、硬度及び強度に優れた特性を有
しているため、耐摩耗材及び装飾材等として広範囲に賞
用されている。
【0003】ところが、TiC自体は焼結が大変難し
く、且つ高強度焼結体を得るために前記結合用金属が焼
結助剤として添加されている。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、これ
らの焼結助剤は金属元素のため、焼結合金中に存在する
金属成分の腐食が進行し、例えば汗等のために腐食,変
色するなどして耐摩耗部材または装飾用部材の特性及び
色調が損なわれるという問題があった。しかも、前記焼
結助剤、特に鉄族金属はTiCと未だ満足のいく濡れ性
が得られず、結晶及び粒界の全般にわたり多くの空隙が
現れ、鏡面研磨しても滑らかで深みのある鏡面が現出し
ないという欠点があった。また、この空隙が腐食の進行
を早めることになる。
【0005】
【問題を解決するための手段】本発明者等は上記事情に
鑑み、鋭意研究の結果、種々の炭化物の中でも炭化クロ
ム,炭化モリブデンおよび種々の金属元素の中でもニッ
ケルおよびモリブデンをそれぞれ選択し、これらの成分
を限定された量で炭化チタンと組み合わせ、これを焼結
すると上述した従来の決定が悉く解消された耐摩耗性の
優れた硬質の銀色焼結合金が得られることを見出した。
【0006】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のであり、その目的は耐腐食性が顕著に優れ、しかも滑
らかで耐摩耗,摺動性に優れ、なお且つ、深みのある銀
色鏡面の現出した耐摩耗性の優れた銀色焼結合金および
その製造方法を提供するにある。
【0007】即ち、本発明の銀色焼結合金は、炭化チタ
ンを分散粒子相とし、クロム、モリブデン、ニッケルを
結合相とする銀色焼結合金であって、前記チタンを全量
中炭化物に換算して58.1〜90重量%、前記クロム
を全量中炭化物に換算して1〜15重量%、前記モリブ
デンを全量中炭化物に換算して3〜32重量%、前記ニ
ッケルを全量中1〜20重量%からなるとともに、AN
SI/ASTM B276−54で規定される有孔度が
A−2クラス以上であることを特徴とする銀色焼結合金
である。このような銀色焼結合金は、炭化チタン66.
5〜91重量%、炭化クロム1〜15重量%、炭化モリ
ブデン1〜10重量%、ニッケル1〜20重量%および
モリブデン0.5〜15重量%からなる混合粉末を焼成
してなるものである。
【0008】本発明による焼結合金も炭化チタン(Ti
C)を主成分とするという点では従来のものと同様であ
るが、炭化物の中でも炭化クロム及び炭化モリブデンを
選択し、結合用金属の中でもニッケル(Ni)及びモリ
ブデン(Mo)を選択して焼成してなるものである。そ
して、5成分組成比で炭化物の中での炭化クロムを1乃
至15重量%、特に好適には3乃至10重量%の量、炭
化モリブデンを1乃至10重量%、特に好適には3乃至
7.5重量%の量、また結合金属の中でのニッケルを1
乃至20重量%、特に好適には5乃至15重量%の量、
モリブデンを0.5乃至15重量%、特に好適には1乃
至10重量%の量で配合していることが、従来の技術に
対する顕著な特徴である。
【0009】また、本発明の焼結合金は微細構造となっ
ている。これは、このものをX線マイクロアナライザー
による分析に付することにより容易に確認される。
【0010】即ち、本発明の焼結合金によれば、炭化チ
タンが分散粒子相として存在し、ニッケル金属及びモリ
ブデン金属が結合相として粒界相を形成している。炭化
チタン分散粒子は1乃至3μmの大きさである。また炭
化クロム(Cr3 2 )及び炭化モリブデン(Mo
2 C)についてはそのすべてのクロム,モリブデン原子
が結合相のニッケル・モリブデン金属結晶中のニッケ
ル,モリブデン原子と置換すると共に、そのすべての炭
素原子がこのニッケル・モリブデン金属結晶中に取り込
まれて固溶体を形成する。このように炭素原子がニッケ
ル・モリブデン金属結晶中に取り込まれると、ニッケル
・モリブデン結合相の融点が低下して焼結温度を下げる
ことができる。
【0011】本発明の焼結合金において、ポアやボイド
が著しく少なくなるのは、前述した微細構造等により、
ニッケル・モリブデン結合相の濡れ性が向上し、そして
焼結温度が低下したためであると考えられる。
【0012】炭化クロムとしてはCr3 2 の組成のも
のが一般的であり、このものが好適に使用されるが、他
にCr7 3 やCr236 の組成のものも単独で或いは
組合せて使用される。
【0013】更に本発明によれば、前述した5成分を特
定の量比で用いることも重要である。即ち、炭化クロム
の配合量が1重量%未満ではTiCに対する濡れ性が改
善されず、また耐腐食性もさほど改善されず、一方15
重量%を超えると赤味の強い焼結体となるため銀色装飾
部材として不適となるからである。炭化モリブデンの配
合量が1重量%未満では焼結性が改善されず、一方、1
0重量%を超えても焼結性が悪化する。また、ニッケル
の配合量を特定した理由は、その配合量が1重量%未満
では焼結性が低下して緻密な焼結体が得られず、強度が
著しく低下し、20重量%を超えると耐腐食性が低下す
るからである。モリブデンの配合量を特定した理由は
0.5重量%未満ではカーボン析出の抑制効率がなくな
り、緻密な焼結体が得られず、15重量%超えると金属
プールの発生により、その硬度が著しく低下する。さら
に、主成分である炭化チタンは焼結体中、50重量%以
上含有されている必要があり、50重量%未満では硬質
な銀色焼結体を得られなくなる、好適には65重量%以
上含有されているのがよい。
【0014】また、焼結体組成において、クロムを全量
中炭化物に換算して1〜15重量%含有させたのは、1
重量%未満ではTiCに対する濡れ性が改善されず、ま
た耐腐食性もさほど改善されず、15重量%を超えると
赤味の強い焼結体となるからである。モリブデンを全量
中炭化物に換算して3〜32重量%含有させたのは、3
重量%未満または32重量%を超えると焼結性が悪化す
るからである。ニッケルを全量中1〜20重量%含有さ
せたのは、1重量%未満では焼結性が低下して緻密な焼
結体が得られず、20重量%を超えると耐腐食性が低下
するからである。そして、ANSI/ASTM B27
6−54で規定される析出カーボン量がAー2クラス以
上としたのは、析出カーボン量がAー2クラスよりも低
いと、深みのある銀色の鏡面が現出しないからである。
【0015】本発明の焼結合金は上述した5成分を必須
不可欠なものとしているが、それ以外の成分が含有され
ることを排除するものではない。例えば、炭化クロムの
一部を若干量の他の炭化物、例えば炭化ニオブで置換
し、また金属ニッケルの一部を他の結合用金属、例えば
コバルト等で置換することはなんら差し支えない。
【0016】炭化チタンの原料粉末,炭化クロムの原料
粉末,炭化モリブデンの原料粉末並びにニッケル及びモ
リブデンの金属粉末の粒径については、いずれも3.0
μm以下あればよく、好ましくは1.0μm以下が良
い。
【0017】本発明の焼結合金の製法は、炭化チタン原
料粉末に炭化クロムと炭化モリブデン及びニッケルとモ
リブデンを加え、均一混合して混合物を加圧成形したも
のを焼成する。この焼成は窒素,アルゴン等の非酸化性
雰囲気炉もしくは真空炉(真空10-2乃至10-5Tor
r)において1300乃至1500℃の温度範囲で行う
と、耐腐食性に優れ、且つ滑らかで深みのある鏡面を有
する硬質な銀色焼結合金が得られる。
【0018】
【作用】本発明の焼結合金においては、結合用金属であ
るニッケルが溶融して焼結が進行するが、炭化チタンは
溶融金属による濡れが不良で生成する焼結体にはポアが
多く含有され、鏡面にくぼみが生ずる結果として表面の
滑らかさがなく、また光沢が鈍く、くすんだものとなり
易いという欠点がある。また、結合用金属と炭化チタン
粒子との間の局部的電池作用で金属の腐食が進行し易い
という欠点を生じる。
【0019】本発明で用いる炭化クロム及び炭化モリブ
デンは、炭化チタン粒子表面の溶融金属による濡れ性を
顕著に向上させるように作用すると共に、溶融金属と反
応して結合金属相中に耐腐食性に優れたニッケル−クロ
ム−モリブデン複合合金を形成させるように作用する。
このため、本発明によれば、極めてポアの少ない焼結体
の形成が可能となり、滑らかな表面で深みのある鏡面の
形成が可能となると共に、焼結体の耐腐食性も顕著に向
上するのである。このニッケル−クロム−モリブデン複
合合金相を形成させるという見地からは、結合用金属と
してニッケル及びモリブデンを用いることも極めて重要
となるのである。
【0020】また金属モリブデンは、炭化チタンとクロ
ム,モリブデンの炭化物の反応により析出するフリーカ
ーボンの抑制にも寄与するものとして重要となる。
【0021】以下、本発明の実施例について述べる。
【0022】
【実施例】表1に示す比率により原料粉末を配合し、I
PA中、約68時間混合粉砕した。これを乾燥後、パラ
フィンを4重量%加え、1.5ton/cm2 で加圧成
形し、脱バインダー後、1350℃の焼成温度及び10
-3torrの真空度で真空焼成を1時間行った。
【0023】かくして得られた焼結合金を鏡面研磨し、
その色調,鏡面状態,抗折強度,ビッカース硬度(H
v)及び耐腐食性を調べた。
【0024】抗折強度の測定はJIS−R−1601の
3点曲げ試験法に従い、ビッカース硬度(Hv)の測定
はJIS−Z−2244の試験法に従った。また耐腐食
性試験については人間の汗の標準的な成分を人工的に作
成した人工汗に浸すという耐汗試験及び塩水(4wt%
/vol)を霧状にしてふきかけるという塩水噴試験
(JIS−Z−2371)を行った。また鏡面状態は金
属顕微鏡200倍視野内におけるボイドレベル及び(A
NSI/ASTMで規定される析出カーボン量がA−2
クラス以上か否か)で判定を行った これらの結果は表2に示す通りである。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】表2中、耐腐食性試験の結果については、
耐汗試験及び塩水噴霧試験のいずれも同様の結果を得て
おり、○印は変色及び腐食が全くなく、色調劣化の全く
ない装飾部材であることを示し、△印は変色があったこ
とを示し、×印は変色に加えて腐食が認められ、徐々に
色調が劣化し、装飾部材として不適であることを示す。
また、鏡面状態の結果については析出カーボン量等によ
る有孔度がANSI/ASTM B276−54で規定
されるA−6クラス、B−1〜B−6クラスおよびC−
1〜C−6クラスのものは×印、A−3〜A−5クラス
のものは△印、A−2クラス以上のものは○印とした。
このポアのレベルがA−2クラス以上であれば装飾部材
及び耐摩耗部材としてなんら支障のない優れた材料とし
て提供できることを示す。
【0028】表1,2から明らかなように、耐食性試験
の結果、試料番号3〜7及び10〜16では変色及び腐
食が全くなく、色調劣化の全くない優れた銀色装飾部材
となることが判る。加えて抗折強度及び硬度についても
実用上好適な特性値を示していることが判る。
【0029】然るにCr3 2 が本発明の設定範囲から
はずれた試料番号1および9、また、Mo2 Cが本発明
の設定範囲からはずれた試料番号8、19または、Ni
が本発明の設定範囲からはずれた試料番号17、またM
oが本発明の設定範囲からはずれた試料番号1,2及び
18については硬度が著しく低下した。このように本発
明の設定範囲からはずれると、硬度及び強度が低くな
り、または耐腐食性に優れて深みのある銀色鏡面の現出
という特性を備えた焼結体が得られなかった。
【0030】
【発明の効果】以上の通り、本発明の銀色焼結合金は装
飾用途上、また耐摩耗用途上、なんら支障のない優れた
強度及び硬度を示し、且つ耐腐食性に優れて深みのある
銀色鏡面が現出し、その結果、長期にわたって装飾効
果、耐摩耗特性を維持することにより、壁材、時計ケー
ス、ブローチ、記念メダル、ボタン、ブレスレット、リ
ング、ペンダント、釣り具などの装飾用部材、耐摩耗用
部材として賞用される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 29/00 - 29/18 C22C 1/05

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭化チタンを分散粒子相とし、クロム、モ
    リブデン、ニッケルを結合相とする銀色焼結合金であっ
    て、前記チタンを全量中炭化物に換算して58.1〜9
    0重量%、前記クロムを全量中炭化物に換算して1〜1
    5重量%、前記モリブデンを全量中炭化物に換算して3
    〜32重量%、前記ニッケルを全量中1〜20重量%か
    らなるとともに、ANSI/ASTM B276−54
    で規定される有孔度がA−2クラス以上であることを特
    徴とする銀色焼結合金。
  2. 【請求項2】W、Nb、Coの1種又は2種以上を含む
    とともに、Wが全量中炭化物に換算して1重量%以下、
    Nbが全量中炭化物に換算して1.7重量%以下、Co
    が全量中1重量%以下であることを特徴とする請求項1
    記載の銀色焼結合金。
  3. 【請求項3】炭化チタン66.5〜91重量%、炭化ク
    ロム1〜15重量%、炭化モリブデン1〜10重量%、
    ニッケル1〜20重量%およびモリブデン0.5〜15
    重量%からなる混合粉末を焼成してなる銀色焼結合金の
    製造方法。
  4. 【請求項4】混合粉末中に、炭化タングステン、炭化ニ
    オブ、コバルトの1種又は2種以上を含むとともに、炭
    化タングステンが1重量%以下、炭化ニオブが2重量%
    以下、コバルトが1重量%以下であることを特徴とする
    請求項3記載の銀色焼結合金の製造方法。
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