JPH01116011A - 鋳鉄部材に焼結層を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ この発明は、鋳鉄部材上に焼結層を形成する方法に関す
る。

［従来の技術］ 従来より、例えば、カムと摺接するタペットなどのよう
に、表面層に高い耐摩耗性が要求される部品の製造方法
の１つとして、鋳鉄等の鉄系部材上に耐摩耗性を有する
焼結合金層を焼結接合する方法は一般に良く知られてい
る。

この焼結接合法は、高い耐摩耗性を有する合金粉末と潤
滑剤（例えば、パラフィン或いはステアリン酸亜鉛など
）とから成る圧粉体を鉄系部材上に載置又は接着し、上
記圧粉体を合金粉末の共晶温度以上に加熱することによ
り、硬度の高い焼結合金層を得るとともに、この合金層
の一部を′成す液相によって上記焼結合金層と鉄系部材
とを強固に接合するものである。

ところが、鋳鉄部材のようにその表面組織中に多量の黒
鉛が存在する部材に上記焼結接合法を適用した場合、上
記黒鉛中の炭素が焼結合金側に拡散して合金の共晶点を
低下させるために接合面の液相が過多となり、この結果
、焼結合金層と鋳鉄部材との間にすべりが生じ、例えば
第７図に示すように、焼結合金層１３が鋳鉄部材１１の
表面ｌｌａからずれたり、或いは極端な場合には脱落す
るなどという接合不良が生じるという問題がある。

この問題に関して、例えば、特開昭６１−９６゛Ｏ１２
号公報では、圧粉体と鉄系部材との間に、本来の焼結温
度では液相が全く生じないか生じても微量であるところ
の組成を有する中間シート材を介在させ、該中間シート
材゛と上記圧粉体とを積層一体化し、次にこの積層物と
鉄系部材とを焼結温度に加熱して一体化することにより
、鉄系部材からの炭素の拡散を防止して鉄系部材の表面
の浸食を防止し、且つ所望の焼結組織を有する焼結層を
接合不良を生じることなく形成する焼結接合方法か提案
されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の焼結接合方法では、圧粉体と
鉄系部材との間に焼結温度での液相の発生量を抑生じた
中間シート材を介在させたので、確かに、液相過多によ
る接合不良を防止することができるものの、中間シート
材を形成するために比較的特殊な合金粉末を要する上、
これをシート状に成形する手間がかかり、更に、焼結接
合に先立って、圧粉体と上記中間シート材とを積層一体
化するという工程を要するために手間がかかるという問
題があった。

［発明の目的］ この発明は、上記問題点を解決するためになされたもの
で、鋳鉄部材上に焼結層を形成する方法において、比較
的簡単な方法により、焼結層と鋳鉄部材との接合面にお
ける両者のすべりに起因する接合不良を防止することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このため、この発明は、鋳鉄部材上に焼結層を形成する
方法において、上記鋳鉄部材の焼結層を形成すべき表面
の外周部に上記焼結層を成す焼結合金と反応しないセラ
ミック部を設け、該セラミック部の上部に、焼結による
収縮代を加味した外形寸法を有する合金粉末成形体を載
置し、この状態において該合金粉末成形体を焼結させる
ようにしたものである。

［発明の効果］ この発明によれば、鋳鉄部材の焼結層を形成すべき表面
の外周部に、上記焼結層を成す焼結合金と反応しないセ
ラミック部を設け、該セラミック部の上部に、焼結によ
る収縮代を加味した外形寸法を有する合金粉末成形体を
載置し、この状態において上記合金粉末成形体を焼結さ
せるようにしたので、焼結時、該合金粉末成形体は収縮
して上記セラミック部の内側に収納された状態で鋳鉄部
材の表面に焼結接合される。

この結果、上記セラミック部により、焼結時に、合金粉
末成形体が鋳鉄部材の表面上を滑って移動することを規
制することができるので、鋳鉄部材の表面にセラミック
部を設けるだけの比較的簡単な方法で、上記合金粉末成
形体と鋳鉄部材との接合面の液相過多に起因する滑りに
より、焼結合金層が鋳鉄部材の表面から位置ずれを生じ
たり、或いは脱落するなどという接合不良を防止するこ
とができる。

［実施例コ 以下、この発明の実施例を、カムとの摺接面に耐摩耗性
が要求されるタペットの製造に適用した場合について、
添付図面を参照しながら説明する。

（１）　　鋳鉄部材の機械加工 まず、鋳鉄部材に機械加工を行い、第１図に示すように
、所定の形状・寸法のタペット基材１を作成するととも
に、該タペット基材１の焼結層を形成すべき表面１ａを
仕上げる。このとき、上記タペット基材ｌの外径寸法Ｄ
１は、後で詳しく述べるように、上記表面１ａの外周部
にリング状のセラミック部を設ける関係上、最終的に得
るべき製品の外径寸法りよりもリング幅實の２倍に相当
するだけ大きく形成される。

（２）セラミック部の形成 次に、第２図に示すように、上記タペット基材ｌの焼結
層を形成すべき表面１ａの外周部に所定の幅Ｗ及び厚さ
ｔを有するリング状のセラミック部２を設ける。

セラミックを用いたのは、リング部２が、焼結層を成す
焼結合金と反応することを防止するためであり、窒化ボ
ロン（ＢＮ）系、アルミナ（Ａｂｏ３）系、或いは炭化
けい素（ＳｉＣ）系などのセラミックを用いることがで
きる。上記セラミック部２はスプレー法又はコーティン
グ法によりタペット基材ｌ上に形成される。

また上記セラミック部２の内径寸法ｄは、最終製品の外
径寸法り又はそれよりも若干大きくなるように設定され
、また、セラミック部２の厚さｔは、好ましくは、少な
くと６１ｎ＋ｎ＋以上に設定されている。これは、焼結
接合において、炉内搬送中又は焼結中に、焼結合金がタ
ペット基材ｌの表面１ａから脱落することを防止するた
めである。

（３）合金粉末成形体の形成 次に、所定の化学組成及び所定の粉末粒度を有する合金
粉末に、例えば、潤滑剤を１〜３重量％添加して混合し
、プレスにより圧粉成形した後、予備焼結を行って所定
の厚さ及び外径寸法Ｄ３を有する合金粉末成形体３を形
成する（第３図参照）。

上記潤滑剤としては、例えば、パラフィン又はステアリ
ン酸亜鉛などを用いることができる。

また、このとき、上記合金粉末成形体の外径寸法Ｄ３は
、最終製品の外形寸法りよりも焼結時の収縮代に相当す
る寸法だけ大きくなるように設定されている。すなわち
、上記外径寸法り、は、焼結前においては、タペット基
材Ｉの表面Ｌａの外周部に形成されたセラミック部２の
内径寸法ｄよりも大きくなるように設定されている。

（４）焼結 次いで、第４図に示すように、上記合金粉末成形体３を
タペット基材１のセラミック部２上に載置し、この状態
で、熱処理炉内で所定の熱処理条件による熱処理を施し
て上記合金粉末成形体３を焼結させる。

このとき、第５図に示すように、合金粉末成形体３は収
縮してリング状のセラミック部２の内側に収納されてタ
ペット基材１の表面１ａに焼結接合されるので、焼結接
合される際に、上記表面ｌａ上で大きく位置ずれを起こ
したり、或いは脱落することはない。

（５）最終加工 上記焼結処理が終了した後、タペット基材Ｉの外周部に
機械加工を行って最終製品の外径寸法りに仕上げる（第
６図参照）。すなわち、リング状のセラミック部２は、
この機械加工により除去され、タペット基材ｌの表面１
ａには焼結Ｎ３のみか残ることになる。

以下、セラミック部の形成にスプレー法を用いた第１実
施例について説明する。

まず、例えば、Ｃ：　３．３重量％、Ｓｉ：　　１．４
重塁％、Ｍｎ：０．９重量％、Ｐ：　０．０９重量％、
Ｓ：　０．０７重量％、Ｃｒ：０．０６重量％、残部が
実質的にＦｅから成る合金鋳鉄部材に機械加工を行い、
所定の寸法・形状を有するタペット基材を作成した。

そして、上記タペット基材の焼結層を形成すべき表面の
外周部に、例えば、ＢＮ系セラミックをスプレーにより
吹きつけ、幅２ｍｍ、厚さＩｎ＋ｎ＋のリング状のセラ
ミック部を形成した。

次に、例えば、Ｐ：　　１．０重量％、Ｃ：　２．１重
量％、Ｍｏ：４．０重量％、Ｃｒ：　８．２重量％、残
部が実質的にＦｅから成り、粉末粒度が１５０メツシユ
以下の耐摩耗性合金粉末に、例えば、ステアリン酸亜鉛
を２重量％添加し、両者を混合した後、例えば、５．０
トン／ｃｍ’の圧力でプレス成形し、外径３８φ、厚さ
５ＩＩ１ｍの合金粉末成形体を形成した。そして、この
合金粉末成形体を水素雰囲気炉内に入れ、６００℃の温
度条件にて予備焼結を行った。

次に、上記合金粉末成形体を、タペット基材上に形成さ
れたセラミック部上に載置して焼結を行った。

焼結処理は真空炉内で行い、まず１０７０℃に加熱昇温
しでその温度で２０分間保持し、次いで、９００℃に温
度を降下させてその温度で３０分間保持し、窒素ガス焼
入れを行った後に、５６０℃の温度で１００分間保持す
る焼戻し処理を施した。

上記の焼結工程において、合金粉末成形体は、収縮して
タペット基材上に形成されたリング状のセラミック部の
内側に収納され、位置ずれ、脱落等を起こすことなくタ
ペット基材上に強固に焼結接合された。

また、焼結接合後の焼結層の硬さは、ロックウェル硬さ
ＨＲｃ５６であった。

以上、説明したように、本実施例によれば、タペット基
材の焼結層を形成すべき表面の外周部に、上記焼結層を
成す焼結合金と反応しないリング状のセラミック部を設
け、該セラミック部の上部に、焼結による収縮代を加味
した外形寸法を有する合金粉末成形体を載置し、この状
態において上記合金粉末成形体を焼結させるようにした
ので、焼結時、該合金粉末成形体は収縮して上記セラミ
ック部の内側に収納された状態でタペット基材の表面に
焼結接合される。

この結果、上記セラミック部により、焼結時に、合金粉
末成形体がタペット基材の表面上を滑って移動すること
を規制することができるので、タペット基材の表面にセ
ラミック部を設けるだけの比較的簡単な方法で、上記合
金粉末成形体とタペット基材との接合面の液相過多に起
因する滑りにより、焼結合金層がタペット基材の表面か
ら位置ずれを生じたり、或いは脱落するなどという接合
不良を防止することができるのである。

上記第１実施例は、タペット基材上に、スプレー法によ
りセラミック部を形成したものであり、たが、上記スプ
レー法の替わりにコーティング法によりセラミック部を
形成することができる。

以下、この発明の第２実施例について説明する。

まず、例えば、Ｃ：３．６重景％、Ｓｉ：　２．５重量
％、Ｍｎ：０．５重機％、Ｐ：Ｏ，１１重量％、Ｓ：　
ｏ、０３重量％、Ｍｇ：　ｏ、０３重量％、残部が実質
的にＦｅから成る球状黒鉛鋳鉄部材に機械加工を行い、
所定の寸法・形状を有するタペット基材を作成した。

そして、上記タペット基材の焼結層を形成すべき表面の
外周部に、例えば、ＡＱｔ０３系セラミックの粉末をア
ルコールでといた溶液を数回繰返しコーティングし、幅
１．５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのリング状のセラミック部
を形成した。

次に、例えば、Ｐ：　　１．０５重量％、Ｃ：　２．２
重量％、Ｍｏ：　４．７重量％、Ｃｒ：　８．０重量％
。

残部が実質的にＦｅから成り、粉末粒度が１５０メツシ
ユ以下の耐摩耗性合金粉末に、例えばパラフィンを２重
量％添加し、両者を混合した後、例えば、５．０トン／
ｃｍ’の圧力でプレス成形して合金粉末成形体を形成し
た。そして、この合金粉末成形体を水素雰囲気炉内に入
れ、６００℃の温度条件にて予備焼結を行った。

次に、上記合金粉末成形体゛を、タペット基材上に形成
されたセラミック部上に載置して焼結を行った。

焼結処理は真空炉内で行い、まず、１０８０℃に加熱昇
温しでその温度で２０分間保持し、次いで９００℃に温
度を降下させてその温度で３０分間保持し、窒素ガス焼
入れを行った後に、５６０℃の温度で１００分間保持す
る焼戻し処理を施した。

上記の焼結工程において、第１実施例の場合と同じく、
合金粉末成形体は、リング状のセラミック部の内側に収
納された状態で、位置ずれ、脱落等を起こすことなくタ
ペット基材上に焼結接合された。

また、焼結接合後の焼結層の硬さは、ロックウェル硬さ
ＨＲｃ５８であった。

尚、上記第１実施例及び第２実施例は、いずれもタペッ
トの製造に適用したものであったが、本発明は、これら
実施例に限らず、表面部に焼結層を形成する他の部品等
の製造にも適用することができるのはもちろんのことで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は、本発明の実施例に係るタペットの
製造工程を説明するための一連の図面であり、第１図は
タペット基材の斜視図、第２図はセラミック部を設けた
タペット基材の斜視図、第３図は本発明に係る合金粉末
成形体の斜視図、第４図は焼結前のタペット基材及び合
金粉末成形体の縦断面図、第５図は焼結接合後のタペッ
ト基材及び焼結合金層の縦断面図、第６図は最終加工後
のタペットの斜視図、また、第７図は従来例に係る焼結
合金層の接合不良を説明するための鋳鉄部材及び焼結合
金層の斜視図である。 ｌ・・・タペット基材、ｌａ・・・タペット基材の表面
、２・・・セラミック部、３・・・合金粉末成形体。 第１図　　　　　　　　第２１！！ 第４図　　　　　　　　第５図 第３図 第６７　　　　　　第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳鉄部材上に焼結層を形成する方法であって、 上記鋳鉄部材の焼結層を形成すべき表面の外周部に上記
   焼結層を成す焼結合金と反応しないセラミック部を設け
   、該セラミック部の上部に、焼結による収縮代を加味し
   た外形寸法を有する合金粉末成形体を載置し、この状態
   において該合金粉末成形体を焼結させることを特徴とす
   る鋳鉄部材上に焼結層を形成する方法。