JP3368178B2 - 非鉄金属溶湯用複合焼結合金の製造方法 - Google Patents
非鉄金属溶湯用複合焼結合金の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム等の
非鉄金属溶湯と接触するダイカストマシンの射出部構成
材料等として有用な耐腐食溶損性，耐摩耗性等にすぐれ
た、金属−セラミックス複合焼結合金に関する。
非鉄金属溶湯と接触するダイカストマシンの射出部構成
材料等として有用な耐腐食溶損性，耐摩耗性等にすぐれ
た、金属−セラミックス複合焼結合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイカストマシンは、アルミニウム，亜
鉛，銅，鉛，錫、またはこれらを主体とする非鉄金属製
品を高速・高精度で鋳造することができ、自動車，産業
機械，家電製品等における各種構成部材の製造法として
重要な地位を占めている。ダイカストマシンの射出部を
構成するプランジャースリーブ，ピストン，チップ，湯
口スリーブ等の部材料として、従来よりＳＫＤ６１に代
表される熱間金型用合金工具鋼（ＪＩＳ Ｇ４４０４）
が使用されてきた。しかし、溶融金属に対する腐食溶損
抵抗性が十分でなく、プランジャースリーブでは、腐食
溶損とピストンの摺動に伴う摩耗作用が重畳して摩耗損
傷が進み易く、メンテナンスに多大のコスト・労力を必
要とする。部材の腐食・摩耗等の表面損傷は、鋳造金属
溶湯を汚染し、ダイカスト鋳造製品の品質に悪影響を及
ぼすことにもなる。この対策として、緻密質窒化珪素等
のエンジニアリングセラミックス製品、あるいはチタン
合金粉末とセラミックス粉末の混合物を焼結処理して製
造される、金属−セラミックス複合焼結品などを適用す
ること等が提案されている（特開平2-280953号公報, 特
開平5-140692号公報, 特公平7-84601 号公報等）。
鉛，銅，鉛，錫、またはこれらを主体とする非鉄金属製
品を高速・高精度で鋳造することができ、自動車，産業
機械，家電製品等における各種構成部材の製造法として
重要な地位を占めている。ダイカストマシンの射出部を
構成するプランジャースリーブ，ピストン，チップ，湯
口スリーブ等の部材料として、従来よりＳＫＤ６１に代
表される熱間金型用合金工具鋼（ＪＩＳ Ｇ４４０４）
が使用されてきた。しかし、溶融金属に対する腐食溶損
抵抗性が十分でなく、プランジャースリーブでは、腐食
溶損とピストンの摺動に伴う摩耗作用が重畳して摩耗損
傷が進み易く、メンテナンスに多大のコスト・労力を必
要とする。部材の腐食・摩耗等の表面損傷は、鋳造金属
溶湯を汚染し、ダイカスト鋳造製品の品質に悪影響を及
ぼすことにもなる。この対策として、緻密質窒化珪素等
のエンジニアリングセラミックス製品、あるいはチタン
合金粉末とセラミックス粉末の混合物を焼結処理して製
造される、金属−セラミックス複合焼結品などを適用す
ること等が提案されている（特開平2-280953号公報, 特
開平5-140692号公報, 特公平7-84601 号公報等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】窒化珪素等のセラミッ
クス焼結製品は、溶融アルミニウム等に対する卓抜した
腐食抵抗性を有し、耐摩耗性にもすぐれている反面、靱
性に乏しく、プランジャースリーブ等のように機械衝撃
の負荷が大きい部材では安定な使用を期し難い。チタン
合金とセラミックスからなる複合焼結合金は、２材種の
複合効果として、セラミックス単体材料の欠点を回避し
つつ、耐腐食溶損性，耐摩耗性等を改善しようとするも
のである。本発明は、非鉄金属溶湯用部材として使用さ
れる複合焼結合金の材料特性を向上安定化することを目
的としてなされたものである。
クス焼結製品は、溶融アルミニウム等に対する卓抜した
腐食抵抗性を有し、耐摩耗性にもすぐれている反面、靱
性に乏しく、プランジャースリーブ等のように機械衝撃
の負荷が大きい部材では安定な使用を期し難い。チタン
合金とセラミックスからなる複合焼結合金は、２材種の
複合効果として、セラミックス単体材料の欠点を回避し
つつ、耐腐食溶損性，耐摩耗性等を改善しようとするも
のである。本発明は、非鉄金属溶湯用部材として使用さ
れる複合焼結合金の材料特性を向上安定化することを目
的としてなされたものである。
【０００４】
を満たす粉末混合物を焼結処理することにより製造され
る、Ti-Mo 合金からなるマトリックスに炭化チタン粒子
が分散した複合組織を有する焼結体であることを特徴と
している。
る、Ti-Mo 合金からなるマトリックスに炭化チタン粒子
が分散した複合組織を有する焼結体であることを特徴と
している。
【０００５】原料混合物の焼成処理において、炭化モリ
ブデンとチタンは、下記Ａ式のように反応して、炭化チ
タンとモリブデンを生成する。炭化モリブデンはその全
量を反応Ａに消費され、生成する炭化チタンは、製品焼
結体中の分散相粒子となり、モリブデンはチタンに固溶
してTi-Mo 合金のマトリックスを形成する。原料中に炭
素が配合されている場合は、反応Ａのほかに、下記のＢ
式で示される炭素とチタンの反応により、分散相となる
炭化チタン粒子を生成する。原料中の炭化チタン粉末の
粒子は組成変化を生じず、製品焼結体の分散相粒子とな
る。 Ｍｏ2 Ｃ＋Ｔｉ→２Ｍｏ＋ＴｉＣ …〔Ａ〕 Ｃ＋Ｔｉ→ＴｉＣ …〔Ｂ〕
ブデンとチタンは、下記Ａ式のように反応して、炭化チ
タンとモリブデンを生成する。炭化モリブデンはその全
量を反応Ａに消費され、生成する炭化チタンは、製品焼
結体中の分散相粒子となり、モリブデンはチタンに固溶
してTi-Mo 合金のマトリックスを形成する。原料中に炭
素が配合されている場合は、反応Ａのほかに、下記のＢ
式で示される炭素とチタンの反応により、分散相となる
炭化チタン粒子を生成する。原料中の炭化チタン粉末の
粒子は組成変化を生じず、製品焼結体の分散相粒子とな
る。 Ｍｏ2 Ｃ＋Ｔｉ→２Ｍｏ＋ＴｉＣ …〔Ａ〕 Ｃ＋Ｔｉ→ＴｉＣ …〔Ｂ〕
【０００６】マトリックスのTi-Mo 合金は、チタンの耐
食性（チタンはアルミニウム溶湯等に対する優れた腐食
抵抗性を有する）と、モリブデンの固溶効果による高硬
度・耐摩耗性を有する。Ti-Mo 合金のモリブデン含有量
は約１９〜３５重量％である。炭化チタン粒子は、分散
効果として複合焼結合金の硬度・耐摩耗性を強化する。
複合組織中の炭化チタン粒子量は、マトリックス１００
重量部に対して約２５〜４３重量部である。
食性（チタンはアルミニウム溶湯等に対する優れた腐食
抵抗性を有する）と、モリブデンの固溶効果による高硬
度・耐摩耗性を有する。Ti-Mo 合金のモリブデン含有量
は約１９〜３５重量％である。炭化チタン粒子は、分散
効果として複合焼結合金の硬度・耐摩耗性を強化する。
複合組織中の炭化チタン粒子量は、マトリックス１００
重量部に対して約２５〜４３重量部である。
【０００７】
【発明の実施の形態】原料粉末混合物の組成を、前記式
１および２を満たすように調整するのは、マトリックス
のTi-Mo 合金組成，および複合組織中の分散相粒子量を
適切にバランスさせ、良好な耐食性および高硬度・耐摩
耗性を確保するためである。炭化モリブデンの配合量が
組成式１の下限値に満たないと、モリブデン生成量の不
足により、形成されるTi-Mo 合金の硬度・耐摩耗性が低
くなり、他方その上限値を越えると、モリブデン固溶量
が過多となり、マトリックスの脆弱化をきたす。また、
炭化物，炭素粉末の配合量が組成式２の下限値に満たな
いと、炭化チタン粒子の分散効果が不足し、他方その上
限値を越えると、炭化チタン粒子が過剰となり、複合焼
結体が脆弱化する。なお、原料粉末混合物の構成成分の
うち、炭化チタン粉末と炭素粉末とは、択一使用、また
は両者併用のいずれも可能である。炭素粉末の使用は材
料コスト面で有利である。
１および２を満たすように調整するのは、マトリックス
のTi-Mo 合金組成，および複合組織中の分散相粒子量を
適切にバランスさせ、良好な耐食性および高硬度・耐摩
耗性を確保するためである。炭化モリブデンの配合量が
組成式１の下限値に満たないと、モリブデン生成量の不
足により、形成されるTi-Mo 合金の硬度・耐摩耗性が低
くなり、他方その上限値を越えると、モリブデン固溶量
が過多となり、マトリックスの脆弱化をきたす。また、
炭化物，炭素粉末の配合量が組成式２の下限値に満たな
いと、炭化チタン粒子の分散効果が不足し、他方その上
限値を越えると、炭化チタン粒子が過剰となり、複合焼
結体が脆弱化する。なお、原料粉末混合物の構成成分の
うち、炭化チタン粉末と炭素粉末とは、択一使用、また
は両者併用のいずれも可能である。炭素粉末の使用は材
料コスト面で有利である。
【０００８】原料粉末混合物の焼結処理は、ホットプレ
ス，常圧焼結等の公知の手法を適用することができる。
就中、熱間静水圧加圧処理（ＨＩＰ法）による場合は、
高加圧力の均一な作用下に、目的とする焼結製品の形状
・サイズを問わず、緻密質で均質性にすぐれた複合焼結
合金を製造することができる。ＨＩＰ法による焼結処理
は、好ましくは温度: 1100〜1200℃，加圧力: 80〜100
ＭＰａの条件下に行われる。これにより、反応式Ａおよ
びＢによる複合組織の形成を効率的に行わせ、かつ組織
の凝集粗大化を回避して微細均質な複合組織を確保する
ことができる。
ス，常圧焼結等の公知の手法を適用することができる。
就中、熱間静水圧加圧処理（ＨＩＰ法）による場合は、
高加圧力の均一な作用下に、目的とする焼結製品の形状
・サイズを問わず、緻密質で均質性にすぐれた複合焼結
合金を製造することができる。ＨＩＰ法による焼結処理
は、好ましくは温度: 1100〜1200℃，加圧力: 80〜100
ＭＰａの条件下に行われる。これにより、反応式Ａおよ
びＢによる複合組織の形成を効率的に行わせ、かつ組織
の凝集粗大化を回避して微細均質な複合組織を確保する
ことができる。
【０００９】
【実施例】金属チタン粉末（350 メッシュアンダー），
炭化モリブデン粉末（平均粒径 3μｍ），炭化チタン粉
末（平均粒径 3μｍ），黒鉛粉末（10μｍアンダー）の
粉末混合物を金属製カプセルに充填し、脱気密封してＨ
ＩＰ処理（温度: 1150℃，加圧力: 100MPa，時間:3Hr)
する。得られた焼結体から試験片を切出し、機械性質お
よび耐食性を測定する。表１に供試材の原料組成，焼結
体の組成，および試験結果を示す。
炭化モリブデン粉末（平均粒径 3μｍ），炭化チタン粉
末（平均粒径 3μｍ），黒鉛粉末（10μｍアンダー）の
粉末混合物を金属製カプセルに充填し、脱気密封してＨ
ＩＰ処理（温度: 1150℃，加圧力: 100MPa，時間:3Hr)
する。得られた焼結体から試験片を切出し、機械性質お
よび耐食性を測定する。表１に供試材の原料組成，焼結
体の組成，および試験結果を示す。
【００１０】〔曲げ強度の測定〕
三点曲げ試験（JIS R 1601）による。
試験片サイズ: 3 × 4× 50 (mm)
スパン距離: 30 mm
試験温度: 常温
【００１１】〔耐摩耗性試験〕理研−大越式迅速摩耗試
験機により、試験片を相手材（回転輪）に押付け一定時
間後の摩擦面の比摩耗量(x10-8mm3 / kg・ mm）を測定。 試験片サイズ: 40×20×10 (mm) 相手材: SUJ 鋼製リング 摩擦速度: 1.93 m/ 秒 摩擦距離: 600 m 最終荷重: 6.2 kgf
験機により、試験片を相手材（回転輪）に押付け一定時
間後の摩擦面の比摩耗量(x10-8mm3 / kg・ mm）を測定。 試験片サイズ: 40×20×10 (mm) 相手材: SUJ 鋼製リング 摩擦速度: 1.93 m/ 秒 摩擦距離: 600 m 最終荷重: 6.2 kgf
【００１２】〔耐食性性試験〕アルミ合金溶浴中に試験
片を所定時間浸漬した後、試験片表面の溶損層厚（mm）
を測定し、ＳＫＤ６１合金工具鋼の溶損層厚を１とする
比率を算出する。 試験片サイズ: 40×17×5.5 (mm) 浴組成: Al-9.5Si-3.0Cu（JIS H 5202 AC 4B) 浴温度: 750 ℃ 浸漬時間: 24 Hr
片を所定時間浸漬した後、試験片表面の溶損層厚（mm）
を測定し、ＳＫＤ６１合金工具鋼の溶損層厚を１とする
比率を算出する。 試験片サイズ: 40×17×5.5 (mm) 浴組成: Al-9.5Si-3.0Cu（JIS H 5202 AC 4B) 浴温度: 750 ℃ 浸漬時間: 24 Hr
【００１３】表１に示したように、発明例のものは、従
来材であるＳＫＤ６１合金工具鋼材（No.15 ）に比し著
しく高い耐摩耗性，耐食性を具備し、また比較例No.14
（Ti-Mo 合金粉末と炭化チタン粉末の混合物の焼結体）
に対し、同等以上の特性を有している。比較例No. 10〜
13の複合焼結合金は、発明例に類似した組成を有してい
るが、No.10 （Ｍｏ2 Ｃ量が組成式１の下限値を逸
脱）,No.11（組成式２の下限値を逸脱）は、硬度耐摩耗
性の改善効果に乏しく、No.12 （組成式２の上限規定値
を逸脱）,No.13（Ｍｏ2 Ｃ量が組成式１の上限値を逸
脱）は、曲げ強度が低く、靱性が不足している。
来材であるＳＫＤ６１合金工具鋼材（No.15 ）に比し著
しく高い耐摩耗性，耐食性を具備し、また比較例No.14
（Ti-Mo 合金粉末と炭化チタン粉末の混合物の焼結体）
に対し、同等以上の特性を有している。比較例No. 10〜
13の複合焼結合金は、発明例に類似した組成を有してい
るが、No.10 （Ｍｏ2 Ｃ量が組成式１の下限値を逸
脱）,No.11（組成式２の下限値を逸脱）は、硬度耐摩耗
性の改善効果に乏しく、No.12 （組成式２の上限規定値
を逸脱）,No.13（Ｍｏ2 Ｃ量が組成式１の上限値を逸
脱）は、曲げ強度が低く、靱性が不足している。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【発明の効果】本発明の複合焼結合金は、焼結処理で形
成されるTi-Mo 合金マトリックスと炭化チタン粒子から
なる複合組織を有することにより、ダイカストマシンの
射出部構成部品に要求される非鉄金属溶湯に対する良好
な溶損腐食抵抗性、耐摩耗性等を有し、部材の耐久性の
向上・メンテナンスの軽減、鋳造操業の効率化等に寄与
し、また良好な溶損腐食抵抗性は、溶湯の汚染防止・鋳
造品質の向上を可能とする。
成されるTi-Mo 合金マトリックスと炭化チタン粒子から
なる複合組織を有することにより、ダイカストマシンの
射出部構成部品に要求される非鉄金属溶湯に対する良好
な溶損腐食抵抗性、耐摩耗性等を有し、部材の耐久性の
向上・メンテナンスの軽減、鋳造操業の効率化等に寄与
し、また良好な溶損腐食抵抗性は、溶湯の汚染防止・鋳
造品質の向上を可能とする。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−140692（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−140693（ＪＰ，Ａ)
特公 昭54−19846（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 1/04 - 1/05
C22C 1/10
C22C 29/00 - 29/18
C22C 32/00
Claims (3)
- 【請求項１】 炭化モリブンデン（Ｍｏ２Ｃ）と、炭化
チタン（ＴｉＣ）と、チタンとからなる下記の組成式
[１]および[２]: １６．０≦ Ｘ ≦２６．０ …[１] １９．９≦ Ｙ＋０．２９Ｘ ≦２９．９ …[２] [但し、Ｘ：粉末混合物中の炭化モリブデンの量比（重
量％） Ｙ：粉末混合物中の炭素チタンの量比（重量％）
] を満たす粉末混合物を焼結原料とし、焼結処理におい
て、次式[Ａ]で示される、炭化モリブデンの全量とチタ
ンとの反応： Ｍｏ２Ｃ＋Ｔｉ→２Ｍｏ＋ＴｉＣ …[Ａ] を行なわせることにより、上記反応で生成したモリブデ
ンがチタンに固溶してなるＴｉ−Ｍｏ合金からなるマト
リックスに、上記反応で生成した炭化チタン粒子及び焼
結原料に混合されていた炭化チタン粒子が分散した複合
組織からなる焼結体を形成することを特徴とする非鉄金
属溶湯用複合焼結合金の製造方法。 - 【請求項２】 炭化モリブンデン（Ｍｏ２Ｃ）と、炭素
と、チタンとからなる下記の組成式[１]及び[２]: １６．０≦ Ｘ ≦２６．０ …[１] １９．９≦ ０．２９Ｘ＋５Ｚ ≦２９．９ …[２] [但し、Ｘ：粉末混合物中の炭化モリブデンの量比（重
量％） Ｚ：粉末混合物中の炭素の量比（重量％）
] を満たす粉末混合物を焼結原料とし、焼結処理におい
て、次式[Ａ]で示される、炭化モリブデンの全量とチタ
ンとの反応、および次式[Ｂ]で示される、炭素の全量と
チタンとの反応： Ｍｏ２Ｃ＋Ｔｉ→２Ｍｏ＋ＴｉＣ …[Ａ] Ｃ＋Ｔｉ→ＴｉＣ …[Ｂ] を行なわせることにより、上記反応で生成したモリブデ
ンがチタンに固溶してなるＴｉ−Ｍｏ合金からなるマト
リックスに、上記反応で生成した炭化チタン粒子が分散
した複合組織からなる焼結体を形成することを特徴とす
る非鉄金属溶湯用複合焼結合金の製造方法。 - 【請求項３】 炭化モリブンデン（Ｍｏ２Ｃ）と、炭化
チタン（ＴｉＣ）と、炭素と、チタンとからなる下記の
組成式[１]および[２]: １６．０≦ Ｘ ≦２６．０ …[１] １９．９≦ Ｙ＋０．２９Ｘ＋５Ｚ ≦２９．９ …[２] [但し、Ｘ：粉末混合物中の炭化モリブデンの量比（重
量％） Ｙ：粉末混合物中の炭化チタンの量比（重量％） Ｚ：粉末混合物中の炭素の量比（重量％）
] を満たす粉末混合物を焼結原料とし、焼結処理におい
て、次式[Ａ]で示される、炭化モリブデンの全量とチタ
ンとの反応、および次式[Ｂ]で示される、炭素の全量と
チタンとの反応： Ｍｏ２Ｃ＋Ｔｉ→２Ｍｏ＋ＴｉＣ …[Ａ] Ｃ＋Ｔｉ→ＴｉＣ …[Ｂ] を行なわせることにより、上記反応で生成したモリブデ
ンがチタンに固溶してなるＴｉ−Ｍｏ合金からなるマト
リックスに、上記反応で生成した炭化チタン粒子および
焼結原料に混合されていた炭化チタン粒子が分散した複
合組織からなる焼結体を形成することを特徴とする非鉄
金属溶湯用複合焼結合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20368597A JP3368178B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | 非鉄金属溶湯用複合焼結合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20368597A JP3368178B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | 非鉄金属溶湯用複合焼結合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1150183A JPH1150183A (ja) | 1999-02-23 |
| JP3368178B2 true JP3368178B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=16478155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20368597A Expired - Lifetime JP3368178B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | 非鉄金属溶湯用複合焼結合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3368178B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103305832A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-09-18 | 江苏和昊激光科技有限公司 | 专用于蜗杆表面激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末 |
| CN103537662A (zh) * | 2013-06-18 | 2014-01-29 | 江苏和昊激光科技有限公司 | 专用于铣刀激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103305830A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-09-18 | 江苏和昊激光科技有限公司 | 专用于钻杆表面激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末 |
| CN103334102A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-10-02 | 江苏和昊激光科技有限公司 | 专用于铡刀激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末 |
-
1997
- 1997-07-30 JP JP20368597A patent/JP3368178B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103305832A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-09-18 | 江苏和昊激光科技有限公司 | 专用于蜗杆表面激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末 |
| CN103537662A (zh) * | 2013-06-18 | 2014-01-29 | 江苏和昊激光科技有限公司 | 专用于铣刀激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1150183A (ja) | 1999-02-23 |
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