JP3946591B2 - ホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食性、耐摩耗性に優れたホウ化物分散耐食性・耐摩耗性Ｎｉ基合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐食性、耐摩耗性に優れた表面硬化用材料としては、Ｎｉ基、Ｃｏ基など各種の合金がある。一方、近年、耐食性、耐摩耗性向上を目的とした表面硬化は各種産業分野において、広く用いられている。しかしながら、その使用環境は厳しさを増してきており、それにともない表面硬化用材料も、より高性能なものが要求されている。このような要求に対し、例えばＢを含む合金粉末を塩酸耐食性として溶射、肉盛りし、使用する方法が特開平８−１５７９９１号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｂを含む合金粉末を表面硬化、耐食性向上を目的として溶射、肉盛りに使用する方法においては、溶射法ではポアの残留、不純物の混入が避けられず、耐食性、耐摩耗性を劣化させてしまう。また、肉盛り法の場合肉盛り層は凝固組織となりホウ化物の粗大化、凝集が避けられず、耐摩耗性や抗折力を劣化させてしまう問題がある。
一般にホウ化物は金属との濡れ性が悪く焼結性が問題となるため、これらを混合し焼結させるサーメットは抗折力などが劣り実用が困難であった。これに対し、反応焼結法によって良好な特性を得ている例（例えば東洋鋼板文献）が知られているが、しかしながら、この方法でも焼結性の観点から合金系の選択が制限されると言う問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、合金粉末を使用することにより焼結性を考慮する必要がなく合金系選択の自由度を高くし、かつ、液相からの凝固組織でなく、固相または固液共存領域からホウ化物を析出させることによりホウ化物を微細化でき、しかもホウ化物を１０μｍ以下に均一分散させることにより良好な硬さおよび抗折力を得る耐食性、耐摩耗性に優れたホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金を提供するものである。
【０００５】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｍｏ：４０％超〜４５％、Ｃｒ：７〜１３％、Ｂ：０．５〜４．０％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基合金であって、該Ｎｉ基合金粉末を固化成形し、ホウ化物面積率が２０〜８０％、かつホウ化物の平均径が１０μｍ以下であることを特徴とするホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金。
（２）質量％で、Ｍｏ：４０％超〜４５％、Ｃｒ：７〜１３％、Ｂ：０．５〜４．０％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基合金であって、該Ｎｉ基合金粉末を固化成形し、ホウ化物面積率が２０〜８０％、かつホウ化物の平均径が１０μｍ以下で、２０μｍ×２０μｍの視野におけるホウ化物面積率の部位による差が３０％以下であることを特徴とするホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金。
（３）請求項１または２に記載する合金粉末を固相または固液共存領域にて固化成形したことを特徴とするホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金。
（４）ポア面積率が５％以下であることを特徴とする前記（１）〜（３）に記載のホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金にある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明においては、Ｂを含む合金粉末を用い、固相または固液共存領域にて固化成形し、ホウ化物を析出させ、このホウ化物の平均径が１０μｍ以下で個々のホウ化物が分散したポアの面積率が５％以下の合金とするものである。すなわち、ホウ化物面積率が２０〜８０％、かつホウ化物の平均径が１０μｍ以下であるホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金である。ホウ化物面積率が２０％未満では良好な硬さが得られず、８０％を超えると抗折力が低下する。従って、その範囲を２０〜８０％とする。また、ホウ化物の平均径が１０μｍを超えると抗折力が低下する。従って、ホウ化物の平均径を１０μｍ以下とする。
【０００７】
また、ホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金であるが、このＮｉ基合金はＭｏ：４０超〜４５質量％、Ｃｒ：７〜１３質量％、Ｂ：０．５〜４．０％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物なるＮｉ基合金を用いる。この場合に、Ｂは複合ホウ化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。また、Ｃｒはマトリックスの耐食性、硬さを向上させると共に、複合ホウ化物を形成し、耐摩耗性を向上させるものである。
【０００８】
本発明において、２０μｍ×２０μｍの視野におけるホウ化物面積率の部位による差が３０％以下としたのは、３０％を超えると抗折力が低下するからである。また、２０μｍ×２０μｍの視野におけるホウ化物面積率としたのは、例えば１００μｍ×１００μｍでは部分的に面積率の低い所があっても平均化されてしまい正しい評価がされないことから、２０μｍ×２０μｍの視野におけるホウ化物面積率の部位に定めた。すなわち、２０μｍ×２０μｍ未満では部位による差が大きくなり過ぎてしまい、２０μｍ×２０μｍを超えると部位による差が平均化されてしまうことからその面積に定めたものである。
【０００９】
また、Ｂを含む合金粉末を固化成形することにより、ホウ化物と金属相の界面の焼結性を考慮する必要がなく、成分的な自由度が高くなり、固相または固液共存領域にて固化成形することにより、ホウ化物の粗大化、凝集を抑えることができる。さらに、ポア面積率が５％を超えると、抗折力が劣化することから５％以下とする。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示す合金組成を有するＮｉ基合金を真空誘導溶解炉にて溶解し、出湯温度１５００℃、噴霧圧４ＭＰａにてガスアトマイズ法で作製した粉末を−５００μｍに分級した粉末を、φ１５０ｍｍ×４００ｍｍＬのステンレス容器の中心にφ５０ｍｍのＳＣＭ４４０、その周りに上記ガスアトマイズ法で作製したホウ化物析出合金粉末を充填し、脱気し封入しビレットをφ１５０ｍｍからφ７０ｍｍに１１００℃で熱間押出し固化成形した。また比較材としてＳＣＭ４４０の基板にガスフレーム溶射し、ガスバーナーで再溶融処理したもの、およびＳＣＭ４４０の基板にＰＴＡ肉盛りしたものを使用した。
【００１１】
【表１】

【００１２】
表２に示す、ホウ化物面積率は、湿式研磨した後光学顕微鏡写真で撮影し、視野１００μｍ×１００μｍでの画像解析で評価した。また、ホウ化物径は、同じく湿式研磨した後光学顕微鏡写真で撮影し、視野１００μｍ×１００μｍでの画像解析で評価した。また、ホウ化物面積率のバラツキは、湿式研磨した後光学顕微鏡写真で撮影した１０個所を画像解析で視野２０μｍ×２０μｍの１０個所のホウ化物面積率のバラツキを「最大の面積率（％）−最小の面積率（％）」で評価した。また、ポア面積率は、湿式研磨した後光学顕微鏡写真で撮影し、視野１００μｍ×１００μｍでの画像解析で評価した。硬さは、４００ＨＶ以上を○、４００ＨＶ未満を×とし、抗折力は、２ＧＰａ以上を○、２ＧＰａ未満を×とた。さらに、耐食性は、４０℃、１０％弗化水素酸水溶液、１０時間浸漬後の腐食減量を１時間当たりに換算し、３００ｍｇ／ｍ² ／ｈ未満を○、３００ｍｇ／ｍ² ／ｈ以上を×で評価した。
【００１３】
【表２】

【００１４】
表２に示すように、Ｎｏ．１〜４は本発明例であり、Ｎｏ．５〜８は比較例である。比較例Ｎｏ．５はホウ化物面積率が低く、かつホウ化物面積率の場所による差が大きいために硬さが劣る。また、比較例Ｎｏ．６はホウ化物面積率が高いために抗折力が劣る。また、比較例Ｎｏ．７はホウ化物面積率の場所による差が大きく、かつポア面積率が大きいことから、硬さ、抗折力および耐腐食性が劣る。比較例Ｎｏ．８はホウ化物面積率の場所による差が大きいために抗折力が劣る。これに対し、本発明はいずれも硬さ、抗折力および耐腐食性に優れていることが分かる。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により硬質相、金属相の選択の自由度が高く、硬さに優れたホウ化物析出合金が得られる優れた効果を奏するものである。

Claims (4)

1. 質量％で、
   Ｍｏ：４０％超〜４５％、
   Ｃｒ：７〜１３％、
   Ｂ：０．５〜４．０％、
   残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基合金であって、該Ｎｉ基合金粉末を固化成形し、ホウ化物面積率が２０〜８０％、かつホウ化物の平均径が１０μｍ以下であることを特徴とするホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金。
2. 質量％で、
   Ｍｏ：４０％超〜４５％、
   Ｃｒ：７〜１３％、
   Ｂ：０．５〜４．０％、
   残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基合金であって、該Ｎｉ基合金粉末を固化成形し、ホウ化物面積率が２０〜８０％、かつホウ化物の平均径が１０μｍ以下で、２０μｍ×２０μｍの視野におけるホウ化物面積率の部位による差が３０％以下であることを特徴とするホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金。
3. 請求項１または２に記載する合金粉末を固相または固液共存領域にて固化成形したことを特徴とするホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金。
4. ポア面積率が５％以下であることを特徴とする請求項１〜３に記載のホウ化物分散耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金。