JP7296466B2 - 金属部材の製造方法 - Google Patents
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Description
予め製造された硬質部材を金属基材上に硬質層として接合する手法では、接合する前に硬質部材を機械加工する必要がある。そのため、このような手法は、製造に多大な手間と時間を要し、生産性に劣るという問題があった。
その他の課題と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
<金属部材の構成>
まず、図1を参照して、第1の実施形態に係る金属部材の製造方法によって製造される金属部材の構成について説明する。図1は、第1の実施形態に係る金属部材の製造方法によって製造される金属部材の一例を示す斜視図である。
なお、当然のことながら、図1及び他の図面に示した右手系xyz直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものであって図面間で共通である。通常、z軸正向きが鉛直上向き、xy平面が水平面である。
硬質層20は、金属炭化物粉末と金属粉末とを混合した混合粉末を焼結することによって得られる焼結体である。すなわち、硬質層20は、マトリクス金属中に金属炭化物粒子が分散したミクロ組織を有している。硬質層20のマトリクス金属は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼である。硬質層20の金属炭化物粒子は、特に限定されないが、例えば炭化チタン(TiC)粒子である。
図2、図3を参照して、第1の実施形態に係る金属部材の製造方法について説明する。図2は、第1の実施形態に係る金属部材の製造方法を示す断面図である。図3は、第1の実施形態に係る金属部材の製造方法を示す平面図である。第1の実施形態に係る金属部材の製造方法では、図1に示した硬質層20を金属基材10上に形成する。
まず、図2上段に示すように、金属炭化物粉末と金属粉末とを混合した混合粉末20aを金属基材10上に形成された凹部11に充填する。
次に、図2下段に示すように、放電プラズマ焼結法(SPS法)を用いて、凹部11に充填された混合粉末20aを通電加熱しつつ加圧することによって、凹部11に硬質層20を形成する。
図2、図3に示すように、第1の実施形態に係る金属部材の製造方法に用いる焼結装置は、図示しない真空チャンバ内に、型30、上パンチ40、下パンチ50、及びスペーサ60を備えている。SPS法では、金属基材10の凹部11に充填された混合粉末20aを通電加熱しつつ加圧する。
次に、図4を参照して、第1の実施形態の変形例1に係る金属部材の製造方法について説明する。図4は、第1の実施形態の変形例1に係る金属部材の製造方法を示す平面図である。図4に示した変形例1に係る金属部材の製造方法では、図3に比べ、金属基材10及び硬質層20の幅が広くなっている。
その他の構成は、図2及び図3に示した第1の実施形態に係る金属部材の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
次に、図5、図6を参照して、第1の実施形態の変形例2に係る金属部材の製造方法について説明する。図5は、第1の実施形態の変形例2に係る金属部材の製造方法を示す断面図である。図6は、第1の実施形態の変形例2に係る金属部材の製造方法を示す平面図である。
なお、図5下段は、図6のV-V断面図である。図6では、上パンチ40及びスペーサ60が省略されている。
その他の構成は、図2及び図3に示した第1の実施形態に係る金属部材の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
次に、図7~図9を参照して、第2の実施形態に係る金属部材の製造方法について説明する。図7は、第2の実施形態に係る金属部材の製造方法に用いる金属基材10の一例を示す斜視図である。図8は、第2の実施形態に係る金属部材の製造方法を示す断面図である。図9は、第2の実施形態に係る金属部材の製造方法を示す平面図である。
なお、図8下段は、図9のVIII-VIII断面図である。図9では、上パンチ40が省略されている。
その他の構成は、図2及び図3に示した第1の実施形態に係る金属部材の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
以下、図2、図3に示した第1の実施形態に係る金属部材の製造方法を、実施例を挙げて詳細に説明する。しかしながら、第1の実施形態に係る金属部材の製造方法は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
ここで、図10は、実施例の硬質層20及び比較例に係る硬質部材のミクロ組織写真である。図10に示すように、実施例の硬質層20のミクロ組織は、比較例に係る硬質部材のミクロ組織よりも微細であった。
11、11a、11b 凹部
20 硬質層
20a 混合粉末
30 型
31 外型
32 入子型
32a~32d 割型
33 貫通孔
40 上パンチ
50 下パンチ
60 スペーサ
Claims (7)
- マトリクス金属中に金属炭化物粒子が分散した硬質層が、縦断面L字状の金属基材上に形成され、全体として直方体状の金属部材の製造方法であって、
(a)長手方向両端部に一対の凸部が形成された縦断面U字状かつ平面視矩形状の金属板を型に装入し、金属炭化物粉末と金属粉末とを混合した混合粉末を、前記金属板上において前記一対の凸部と前記型とによって囲まれた凹部に充填する工程と、
(b)放電プラズマ焼結法を用いて、前記凹部に充填された前記混合粉末を通電加熱しつつ加圧することによって、前記凹部に前記硬質層を形成する工程と、
(c)前記一対の凸部の間に前記硬質層が形成された縦断面U字状の前記金属板を長手方向と平行に切断すると共に、当該金属板の長手方向中央部において切断することによって、縦断面L字状の前記金属基材を備えた前記金属部材を複数対取得する工程と、を備えた、
金属部材の製造方法。 - 前記型は、
円筒状の外型と、
前記金属板の平面形状に対応した平面視矩形状の貫通孔が中央部に設けられると共に、前記外型に嵌入された入子型と、を備え、
前記入子型は、
前記貫通孔を介して前記貫通孔の幅方向に対向配置されると共に、当該入子型の中心軸に対して回転対称に配置された互いに同一形状の一対の第1割型と、
前記貫通孔を介して前記貫通孔の長手方向に対向配置されると共に、前記中心軸に対して回転対称に配置された互いに同一形状の一対の第2割型と、を備える、
請求項1に記載の金属部材の製造方法。 - 前記工程(b)において、
前記金属板の前記一対の凸部上にスペーサを載置し、当該スペーサと同じ高さを有するパンチによって、前記スペーサの上面と前記パンチの上面とが面一になるまで前記混合粉末を上から加圧する、
請求項1又は2に記載の金属部材の製造方法。 - 前記型がカーボン製である、
請求項1から3のいずれか一項に記載の金属部材の製造方法。 - マトリクス金属中に金属炭化物粒子が分散した硬質層が、縦断面L字状の金属基材上に形成され、全体として直方体状の金属部材の製造方法であって、
(a)金属炭化物粉末と金属粉末とを混合した混合粉末を、周縁全体に凸部が形成された平面視矩形状の金属板上において前記凸部によって囲まれた凹部に充填する工程と、
(b)放電プラズマ焼結法を用いて、前記凹部に充填された前記混合粉末を通電加熱しつつ加圧することによって、前記凹部に前記硬質層を形成する工程と、
(c)前記硬質層が形成された前記金属板における幅方向両端部の一対の凸部を切除し、長手方向両端部の一対の凸部の間に前記硬質層が形成された縦断面U字状の前記金属板を長手方向と平行に切断すると共に、当該金属板の長手方向中央部において切断することによって、縦断面L字状の前記金属基材を備えた前記金属部材を複数対取得する工程と、を備えた、
金属部材の製造方法。 - 前記マトリクス金属が、ステンレス鋼であり、
前記金属炭化物粒子が、炭化チタンであり、
前記金属基材が、ステンレス鋼からなる、
請求項1から5のいずれか一項に記載の金属部材の製造方法。 - 当該金属部材が、水中造粒機のカッタ刃に利用される、
請求項6に記載の金属部材の製造方法。
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