JPH01132777A - 耐摩耗性機械部品の製造法 - 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〕 本発明は、セラミックスの耐摩耗性と金属の強靭性の双
方を併せもった耐摩耗性機械部品の製造法に関するもの
である。

〔発明の背景〕

すべての機械や器具に使われている金属材料の表面は、
その機械や器具が使用されはじめると同時に種々の摩滅
をうけ、また使用されなくても腐食、酸化をうけて劣化
してゆく。

金属材料の表面をこのような摩滅や腐食から防ぐために
、表面に各種の合金層をつくることをサーフェーシング
（ｓｕｒｆａｃｉｎｇ）あるいはフェーシング（ｆａｃ
ｉｎｇ）といい、特に機械的摩滅を防ぐために行なうサ
ーフェーシングをハードフェーシング（ｈａｒｄ　ｆａ
ｃｉｎｇ）という。

ハードフェーシングは広義には第１表に示す各種のもの
がある。

（ニス下Ｓ、白） 第１表　広義のハードフェーシングの例しかし、普通に
いうハードフェーシングとは、狭義の「溶接による表面
硬化肉盛」をさす。

一方、「物質表面の好ましからざる離脱」と定義される
摩耗現象を、本質的な性質から分類すると第２表のよう
になる。

第２表摩耗の分類 前述した狭義のハードフェーシングであるところの表面
硬化肉盛溶接「以下［ハード−フェーシング」と略す）
の対象となるのは主として研摩耗（ａｂｒａｓｉｖｅ摩
、耗）である。

研摩耗を防止するためにはハードフェーシング層の硬さ
を上げかつじん性を大にすることが最上の方法である。

しかし、かたさとじん性は相反する性質である。

そこでこの困難な要求を満たすために、適当な粒度の炭
化物粒を軟鋼管に封入した溶接棒を用いることにより、
じん性の大きな素地中に高い硬さの炭化物を分散させた
表面硬化層が得られる。

なお、比の種の技術として関連するものには例えば、「
金属炭化物体のハードフェーシング」（大蝶堅著、日刊
工業新聞社発行１０７頁〜１１０頁）等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術のハードフェーシングは部分的に下記の問
題を有する。

すなわち、ハードフェーシングは一種の肉感であるため
に形状寸法を一定の範囲に収めるのは必ずしも容易でな
く、寸法精度を必要とするものはマシニングなどの再加
工を必要とし、その場合。

硬化層なので工数が多く掛る。

更に、軟鋼管に封入した炭化物粒の大きさには。

おのずから粒度制限が存在し１粒度の特許範囲は必ずし
も広くない、従って、耐摩耗層に必要な真の粒度は必ず
しも、封入可能な粒度とは一致しない。

本発明の目的は、耐摩耗性を必要とする機械部品に、耐
摩耗性の良好な表面層を容易に形成することを目的とす
る６ ［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、ポンプ等の金属部品において、耐摩耗性を
真に必要とする部分の表面層のみに高硬度の粒子（たと
えばＳｉＣの粒状物）を分散させることにより、高硬度
粒子の耐摩耗性と、全体としての金属の強じんさとを併
せもたせることにより達成される。

〔作用〕

耐摩耗性を必要とする金属部品の表面層は第１図（ａ）
のような構造となっている。

すなわち部品表層部、たとえば表面から５Ｉていどの厚
さはＳｉＣやＢａＣ，Ａ１１１ｚＯｓなどのセラミック
スの高硬度粒子と素地としての金属の複合層（ｃｏ＋ｍ
ｐｏｓｉｔ）とし、それ以外の部分は金属相とする。

以下、素地金属をスチール、高硬度粒子をＳｉＣ粒子と
して本願発明の原理を第１図を参照して説明する。

、この部分、すなわちスチールとＳｉＣ粒子の複合層（
第１図（ａ））に土砂などの硬い粒子が衝突すると、こ
れはＨｖ　７００ていどなので素地金属であるスチール
（これはＨｖ　２００〜３００）は、ＳｉＣと比べれば
軟いので選択的に摩耗し、高硬度のＳｉＣ粒子のみが残
留し、上部を突出した形になる（第１図（ｂ））。

次に、土砂は突出したＳｉＣ粒子のみに選択的に衝突す
るが、これはＨｖ　弁２６００もあり素地金属と比べて
硬さが１０〜１３倍もあるので殆ど摩耗しない。

この原理によりポンプ部品において必要な箇所の耐摩耗
性は大幅に向上する。かつこの部品は素地が金属（スチ
ール）なので、オールセラミックス製品にありがちな脆
性を示すことがなく高速回転体であっても安心して使用
できる。

したがって、本発明を応用した製品の耐久寿命は大幅に
向上する。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第２図を参照して説明する。

この実施例の構成は大別して２つに分けられる。

（１）鋳型空洞の内壁表面にＳｉ、Ｃ粒子を存在させこ
の鋳型を鋳込金属の融点近くまで加熱する。

（２）高温状態の鋳型に金属を紡込む。その際加圧。

もしくは加圧、もしくはその双方を用いてＳｉＣ粒子の
間隙に注入金属を含浸させる。

（３）冷却後の鋳型を除去して、得られた鋳物の表面は
第２図（ａ）の如くなっている。即ち、ＳｉＣ粒子と金
属はまじり合っているが金属の収縮によりＳｉＣ粒子と
金属との間には微細なスキマが発生している。

従ってプラズマアーク３によってこの混合層を加熱する
。これによって金属は再溶融し指向性凝固をするのでミ
クロ的な間隙は消失する。よってＳｉＣ粒子は金属と緊
密な結合状態を呈し、この表面ｅｏｍｐｏｓｉｔ層は良
好な耐摩耗性を有する。

次に本願発明の第２の実施例について第３図をもとに説
明する。

（１）金属部品１の表面において、耐摩耗性を必要とす
る表面部にセラミック粒（たとえばＳｉＣ粒子）と、金
属粉１ａに導電性バインダを所定量加えて、これを金属
部品１の表面に設置する。

このバインダはセラミックス粒子と金属粉を結合させる
と同時に金属１との間にも結合力を有するものとする（
第３図（ａ））。

（２）加熱乾燥もしくは放置によってバインダを硬化さ
せ、強固な混合物層９ａを得る。

（３）プラズマアークもしくはＴＩＧアークによって混
合物層９ａを加熱し金属粉末を溶融させる（第３図（ｂ
））。

（４）これによって金属粉は金属５ｏｌｉｄとなり、内
部に緊密にＳｉＣ粒子を包含すると共に、母体金属１と
も一体化し強固な耐摩耗ｃｏｍｐｏｇｉｔ層を形成する
。

このようにしてＳｉＣ粒子入りの耐摩耗表面層がえられ
る。そしてこれは第１図について述べたようにＳｉＣ粒
子の高い硬度により（Ｈｖ　４２６００）。

特にａｂｒａｓｉｖｅ摩耗に対してすぐれた耐摩耗性を
有する。

この実施例を更に詳述すれば、第３図に示すように、鋳
鉄製部品１の表面に、６０＋＊ｅｓｈのＳｉＣ粒子（６
０部）と、鉄粉４０部、および導電性バインダー６部よ
りなる混合物を２１１Ｉｌ厚さに固着する。

この際１部品１の四隅に図示せざる枠体を設置し、それ
によって形成された隙間（約２ｎｗ＋）の中に、上記混
合物をつきかためることによって固着する。

次に全体を乾燥することによってバインダを硬化させ、
強固な混合物層９ａを得る。（第３図（ａ）’）。

ＴＩＧアークによって、混合物層９ａを加熱し、金属粉
を溶ゆうする（節回（ｂ））。

これによって、金属粉は金属５ｏｌｉｄとなり、内部に
緊密にＳｉＣ粒子を包含すると共に、母体金属１とも緊
密に一体化し、強固な耐摩耗コンポジット層を形成する
ことが出来る。

次に更に他の実施例を第４図を参照して説明する。

第４図に示すように２分割の無機自硬性鋳型４のキャビ
ティの内壁に第２図に示す方法で別途成形した１００ｍ
ｅｓｈピークのＳｊＣ粒子１００重量部と５％水ガラス
水溶液５部と鋳鉄溶湯とのコンポジを設置した。

次に、この鋳型を金枠５，６の内にセットし、上金枠の
中央部６ａより６００℃の熱風を吹込みＳｉＣ粒子層を
約５００℃に加熱した。

その後、１４００℃の鋳鉄溶湯３を鋳型４の頂部から注
入し、注入後、フィルタＶの下に設けた減圧吸引箱７ａ
を介して鋳型４の底部より減圧吸引をすることによりＳ
ｉＣ粒子の間隙に鋳鉄溶湯を圧入した。

溶湯３が凝固したのち鋳型材４を除去した所、鋳物表面
下５１ｍのところがＳｉＣ粒子と鋳鉄の複合層となって
いる鋳造品を得ることができた。次にこの複合層をプラ
ズマアークを高温加熱することにより、混合物層中の鉄
分を再溶融し、ＳｉＣ粒子と金属との間に形成されたミ
クロ的間隙をなくして、極めて強固な耐摩耗層を得るこ
とができた。

次に更に他の実施例を第５図を参照して説明する。

第５図はケーシング１２と、ケーシング内の遠心インペ
ラ１０と、吸込口１１中でインペラ】０と共に回転する
インジュサー９と、圧力逃し弁１３とを含み、圧力逃し
弁１３はインジューサ両側に接続され、インジューサを
横切る圧力差は予め決められたレベル以上に生じるとき
、流体をインジューサの上流端へ戻すため開放するよう
に配置されている。

図に示すように、インデューサ９とインペラ１０が一体
となった遠心ポンプに本願発明を適用した。

すなわち、適用部分はインデューサ９の外表面とインペ
ラ１０の外表面、およびケーシング１２の内面である。

実施例１に準じてＳｉＣ粒子（１００ｍｅｓｈと３００
　ｍｅｓｈの１：１の混粒と鋳鋼のコンポジットを部品
表面下約２閣の厚さに介在させたものであり１部品材質
は鋳ｍ（Ｓ４５０）である。

本例においては、適用流体が土砂等の粒子を含むもので
あっても、その耐摩耗性は良好であった。

〔発明の効果〕

本発明は、耐摩耗性が良好であると共に、耐摩耗層は必
要に応じ、その位置および厚さを容易に変化しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、第２図は本発明の一実施例に
係る部品の製造工程の原理図、第３図は他の実施例を示
す説明図、第４図は更に他の実施例を示す説明図、第５
図は更に他の実施例を示すポンプの断面図を示し、（ａ
）図は全体図、（ｂ）図はＡ−Ａ’断面拡大図、（ｃ）
図はＣ部詳細図、（ｄ）図はｄ部詳細図である。 １・・・金属、２・・・セラミック粒子、３・・・溶融
金属。 ４・・・鋳型、５，６・・・金枠、７・・・加圧空気、
８・・・コイル、９・・・インジューサ、１０・・・イ
ンペラ、１１・・・ケーシング。 １・・・含萬 不　２１！Ｉｔ ２・・・セラミック粒 ３・・・プラズマアーク 寮　３　目 第　４　の ７の ４・・・＠型 ５・・・受枠 ６・・・金枠 ７・・・加圧９気 第　５　目 １１・・ａ友人口 １３・・圧か

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、耐摩耗性を必要とする機械部品の表面に、金属粉末
   とセラミックス粒子と導電性バインダよりなる混合物を
   付着させ、バインダーを固化させたのち、この混合物層
   に電流を流しプラズマアーク加熱もしくはＴＩＧ加熱す
   ることにより、混合物層中の金属を溶融させ母材と密着
   させる共にセラミックス粒と金属との緊密なコンポジッ
   ト層を形成させることを特徴とする耐摩耗性機械部品の
   製造法。 ２、導電性バインダが黒鉛粉、もしくは金属粉の片方も
   しくは双方を含んでいる特許請求の範囲第１項記載の耐
   摩耗性機械部品の製造法。 ３、コンポジット層中の金属材質と母材の材質が異なる
   ものである特許請求の範囲第１項記載の耐摩耗性機械部
   品の製造法。