JPH02190465A

JPH02190465A - 複雑形状部品とその製造方法

Info

Publication number: JPH02190465A
Application number: JP1009242A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takigawa; 滝川　博
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-01-17
Filing date: 1989-01-17
Publication date: 1990-07-26

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、プラスチック等の可塑物やセラミックス粒子
、金属粉末等の射出成形機及び同押出機に用いられるス
クリュー等の複雑形状部品とその製造方法に関する。

（従来の技術及び解決しようとする課題）従来、この種
のスクリュー材としては、通常。

耐食性に優れたＮｉ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金製のものや鋼が
用いられている。

スクリューの機能上、材料の靭性も重要な特性であり、
通常は上記の非鉄合金や鋼を熱間鍛造加工してビレット
状にし、その後、機械加工により複雑なスクリュー形状
に仕上げている。その後、耐食、耐摩耗性を付与するた
めに、更に窒化処理、或いは硬質Ｃｒメツキが施される
場合も多い。

ところが、近年、ガラス繊維等の硬質物質を多量に添加
した強化プラスチック、或いは成形時に強肩食性のハロ
ゲンガスを遊離する難燃性プラスチックの使用比率が増
大している。このようなプラスチックの成形に上記材料
で作製したスクリューを用いた場合、耐食、耐摩耗性に
劣り、また窒化層又はメツキ層を設けたスクリューの場
合でもその被覆層の厚さが極めて薄いため、耐食、耐摩
耗性が十分とは云えない。

そこで、耐食、耐摩耗性を改善するために種々の新しい
合金が提案されているが、前述のように、スクリューは
極めて複雑な形状をしており、がっ、靭性が要求される
ため、実用化されている合金は、熱間鍛造加工が可能で
、かつ、切削加工もできるものに限定されており、特性
面での問題は解決されていない。

また、場合によっては、溶射法により金屑の中にタング
ステン炭化物などの硬質粒子を添加して耐摩耗性を向上
させる試みがなされているが、被覆層の厚さや密度に限
度があり、耐食性、耐摩耗性が満足できるとは云えない
。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであって、熱間鍛造加工を必要とせずに、表面
に耐食、耐摩耗性に優れた合金被覆を任意厚さで有する
スクリュー等の複雑形状部品を提供し、またその製造方
法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明者は、熱間鍛造せずに
、表面に耐食、耐摩耗性の優れた被覆層を有するスクリ
ューを製造し得る方策について鋭意研究を重ねた。

その結果、被覆層の形成方法として、耐食、耐摩耗性合
金を用いるとしても、従来の溶射等の被覆方法では十分
な耐食性、耐摩耗性が得られないことが判明した。その
原因は、合金被覆層の空隙率が通常１５〜２０％であり
、密度向上に限界があるためであることが判明した。

そこで、溶射以外の被覆方法について更に研究を重ねた
ところ、ガスアトマイズ法について着目し、耐食、耐摩
耗性合金の溶湯をガスアトマイズにより素材上に噴霧積
層することにより、密度の高い耐食、耐摩耗性合金被覆
層が得られることが判明し、ここに本発明をなしたもの
である。

すなわち、本発明は、要するに、最終形状よりも小さな
寸法の複雑形状部品本体の表面上に、硬質粒子を含み或
いは含まない耐食、耐摩耗性合金がガスアトマイズによ
り被覆されており、がっ。

該合金被覆層の空隙率が１０％以下で空孔が実質的に閉
空孔であることを特徴とする複雑形状部品を要旨とする
ものである。

また、その製造方法は、耐食、耐摩耗性合金を複雑形状
部品に被覆する方法において、耐食、耐摩耗性合金の溶
湯を複雑形状部品本体に向けてガスアトマイズすること
により、複雑形状部品本体表面に所定の厚さの耐食、耐
摩耗性合金層を空隙率が１０％以下で空孔が実質的に閉
空孔であるように積層することを特徴とするものである
。

或いはまた、その製造方法は、上記方法において、耐食
、耐摩耗性の母合金の溶湯を複雑形状部品本体に向けて
ガスアトマイズすると共に、該アトマイズ流中に別途供
給される硬質粒子を分散混合せしめ、複雑形状部品本体
表面に硬質粒子を含む所定の耐食、耐摩耗性合金層を空
隙率が１０％以下で空孔が実質的に閉空孔であるように
形成することを特徴とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用）前述のように、本発明ではガスアトマイズ法を利用する
ものであるが、その適用に当たり複雑形状部品に固有な
課題、すなわち、耐食性、耐摩耗性等の所要の特性を具
備させつつ、熱間鍛造加工によらないで製造するという
課題を効果的に解決したものであり１例えば、そのガス
アトマイズ法は従来技術の溶射法とよく似ているが、以
下の点で全く異なっている。

■　　　　　　の　　　が　　い　　ど　　がない本発
明法では飛行中の粉末は内部が高温であり。

半溶融状態であるが、溶射法の場合は、飛行粉末は外表
面のみ加熱されていて内部は固体である。

そのため、従来溶射法では、積層材の密度に大きな相違
が起こり、通常１５〜２０％の空隙が存在するが、本発
明法の場合は、空隙率が１０％以下であり、最適条件で
は０％、普通でも３〜５％の空隙率である。しかも、本
発明法の場合、残留空孔は外部に連通していない閉孔で
あり（第５図参照）、残留空孔が通常３〜５％と非常に
僅かであるので、積層した製品をそのままＨＩＰ（熱間
静水圧加圧）処理することが可能であり、この処理を行
うことによって完全に残留空孔を除去可能で、１００％
密度の複合スクリューを得ることもできる。一方、溶射
法の場合、残存空孔が１５〜２０％であり、空孔は外部
と連通しオープンであるので（第４図参照）、この状態
ではＨＩＰ処理の効果が生まれない。

■　干　厚さに　艮がない溶射法の場合、積層厚さは５Ｉが限度であり、これを超
えると接合強度が低下する。一方、本発明法では■で述
べたように、積層粉末が溶融状態で次々しこ飛来して積
層されていくため、極めて、高い密度状態を保ちながら
、積層厚さを自由に増加させることができる。

次に、本発明法について説明する。

第１図はガスアトマイズ法によりスクリュー表面に耐食
、耐摩耗性合金被覆層を積層する場合の一例を示したも
のである。

図中、１は溶解炉、２は底部にノズルを備えたタンデイ
ツシュであり、溶解された耐食、耐摩耗性合金溶湯３は
タンデイツシュ２のノズルから下方に流出する。４はガ
ス噴射ノズルであり、タンデイツシュノズルの直下に設
置されていて、噴射された窒素ガス等の不活性ガスによ
り溶湯流が小さな溶滴に粉砕される。

このような合金溶滴は、容器本体５の内部において予め
モーター等の駆動装置６にセットされ且つ回転又は移動
の如く回動している複雑形状部品本体（マンドレル）７
の表面に半溶融状態で落下し、積層される。積層される
被覆層の厚さが所定の厚さ（例、６　ａｍ）になるまで
、噴射、積層が続けられた後、８品が取り出される。な
お、８はガス排出口である。

硬質粒子を含む耐食、耐摩耗性合金被覆層を積層する場
合には、上記装置において、硬質粒子供給部９を設け、
溶湯流の途中で硬質粒子１０を供給する。この場合１．
霧吹きの原理により硬質粒子が溶湯流中に巻き込まれる
。なお、特開昭５１−４６５５４号公報には、溶湯をガ
スアトマイズによりダイ上に堆積し、この堆積物を熱間
鍛造により製品形状にする方式が開示されているが、こ
の方式においてダイに代えて複雑形状部品本体を用いる
ならば、この方式も適用可能である。

本発明に使用する素材、すなわち、複雑形状部品本体７
は、最終製品と相似形で小さい寸法の材料からなり、切
削加工が可能で靭性のある材料（例、Ｃｒ　−Ｍ　ｏ鋼
）で製作される。

積層させる耐食、耐摩耗性合金としては、耐食性と耐摩
耗性を兼ね備えた合金であれば特にその組成は制限され
ない。−量的には、か）る合金は鍛造加工ができず、そ
の上切削加工も極めて難しい合金であり、例えば１本発
明者が先に射出成形機のシリンダー用として開発しＣｏ
基合金（特開昭６１−１４３５４７号公報）がある。こ
の合金は、Ｃ：０．５〜１．５％、Ｓｉ：１．Ｏ〜２．
０％、Ｂ：０゜５〜２．５％、Ｎｉ：１０〜２０％、Ｃ
ｒ：２０〜３０％、Ｗ：１０〜２０％及びＣｕ：０．５
〜２．０％を含有し、残部がＣｏ及び不可避的不純物か
らなる耐食、耐摩耗性合金であり、ガスアトマイズによ
り得た粉末をシリンダー内周面にＨＩＰにより被覆する
ためのものであるが、本発明ではこのような耐食、耐摩
耗性合金も使用できる。

一方、耐摩耗性を更に向上させるために硬質粒子を含む
耐食、耐摩耗性合金を積層する場合には、耐食性と耐摩
耗性を兼ね備えた合金を母合金とし、これに炭化物、窒
化物、硼化物、セラミックス等の硬質粒子を含有せしめ
ればよく、それらの組成、構成は特に制限されない。

例えば、Ｍ３Ｂ２相（Ｍ：Ｎｉ又はＣｏ５Ｃｒ、Ｍ。

又はＷ）よりなる硬質相をマトリックス中に１５〜９５
％含む硬質合金であって、該硬質合金全体における含有
量がＢ：０．５〜９．０％、Ｃｒ：１４゜０〜３５．０
％、Ｍｏ及びＷの１種又は２種＝１４゜０〜５０．０％
、Ｓｉ：３．５％以下、Ｃｕ、　Ａｇ、Ａｕ及びＰｔの
１種又は２種以上：０．５〜２０．０％で、必要に応じ
てＦｅ：５．０％以下であり、残部がＮｉ及びＣｏの１
種又は２種と不可避的不純物からなると共に、マトリッ
クスが貴な腐食電位を有する耐食、耐摩耗性合金被覆層
とすることができる。この場合、Ｎ１（一部又は全部を
Ｃｏで置換）−Ｍｏ（一部又は全部をＷで置換）−８ｉ
−Ｃｕ（一部又は全部をＰｔ、Ａｇ及びＡｕの１種又は
２種以上で置換）の母合金に、ＢとＮｉ又はＣｏ、Ｃｒ
、Ｍ。

又はＷとのポライドを添加すればよい。

ガス噴射するのに用いるガスは、合金と反応しない窒素
等の不活性ガスであるが、アルゴンガスは合金中に固溶
せず、多量の空孔を生成するので避けるべきである。

積層部品は、空隙率が１０％以下であり、合金組成にも
関連するが通常は３〜５％で、０％も可能である。１０
％を超える空隙率のものでは、複雑形状部品に要求され
る特性を満足させることができなくなる。特に可塑物成
形装置用のスクリューに要求される耐摩耗性を得るには
９５％以上の密度が必要であり、そのためには空隙率５
％以下とする必要がある。

得られた積層部品は、そのまま最終製品とすることがで
きるが、必要に応じて、その後、ＨＩＰ処理することも
できる。空隙率が１０％以下であり、非常に僅かな空孔
で且つオープンでない空孔であるので、ＨＩＰ処理によ
ってこのような残留空孔を完全に除去可能であり、１０
０％密度の複雑形状製品を得ることができる。ＨＩＰ条
件としては、温度は合金の融点Ｘ０．８、圧力は１００
０気圧、数時間を目安とすればよい。特開昭６１−１４
３５４７号で提案したＧｏ基合金の場合。

融点は９６０℃程度である。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例）本例はスクリューの製造に適用した例である。

まず、スクリュー芯余部となるマンドレル材料として、
靭性、強度に優れたクロム・モリブデン鋼（ＪＩＳＳＣ
Ｍ４４０）を、外径が最終製品よりも６ＩＩＩ１１小さ
くなるように第２図に示す形状に機械加工して製作した
。一方、積層用の耐食、耐摩耗合金としては、以下の組
成のＣｏ基合金（特開昭６１−１４３５４７号）を用い
た。

くスクリュー積層用Ｃｏ基合金〉Ｃ：０．９８％、Ｓｉ：１．３４％、Ｂ：１．７０％、
Ｎｉ：１５．５％、Ｃｒ：　２４　、８％、Ｗ：１３．
５％、Ｃｕ：１．０９％、残部：　Ｃｏ　＊次いで、第１図に示した装置を使用し、ガスとして窒素
ガスを用いたガスアトマイズ法により上記合金をマンド
レル表面に積層した。その際、積層厚さが６ｍｏ＋にな
るまで、噴射、積層を続けた後。

第３図に示す形状のスクリュー製品を取り出した。

一方、比較のため、上記スクリュー製品と同一の形状寸
法の窒化鋼スクリューを製作した。

得られた各スクリューを用い、ポリカーボネート（ＰＣ
）に３０ｖｏ１％のガラス繊維を添加したエンジニアリ
ング・プラスチックを実機で射出成形した。スクリュー
の最も摩耗の激しいメタリング部が５０μｍに達するま
でのそれぞれのスクリューの寿命時間を測定したところ
、本発明スクリューは従来の窒化鋼スクリューに比べて
２０倍の大幅な寿命改善が認められた。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、射出成形機又は
押出用スクリュー等の複雑形状部品本体の表面に、従来
は、熱間鍛造性及び機械加工性の面で適用が困難であっ
た耐食、耐摩耗性合金を。

任意厚さで複雑形状に積層でき、且つ、該積層には外部
に連通していない空孔が低い空隙率でしか存在しないの
で、従来のスクリューを遥かに上回る優れた耐摩耗性、
耐食性を示し、実用面では大幅な寿命の向上が得られる
。また、最終形状にまで経済的に積層でき、熱間鍛造加
工を必要としないので、コストの低減が可能である。

また、本発明による複雑形状部品は、高合金の積層が可
能なばかりでなく、積層時に硬質粒子（炭化物、窒化物
、セラミックス等）を高含有量で添加できるので、更に
耐摩耗性の向上した製品を得ることができる。

特に今後需要の増大が予測されているスーパーエンプラ
や、硬質粒子を多量に含む複合プラスチック、或いはセ
ラミックス粒子や金属粉末等々の射出成形、押出用のス
クリューとして最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法の実施に用いる積層装置の一例を示す
説明図、第２図は実施例で用いたマンドレル（スクリュー素材）
を示す図。第３図は実施例で得られたスクリュー製品を示す図、第４図は溶射法により得られる被覆層の表面部を示す説
明図、第５図は本発明法により得られる被覆層の表面部を示す
説明図である。１・・・溶解炉、２・・・タンデイツシュ、３・・・溶
湯。４・・・ガス噴射ノズル、５・・・装置本体容器、６・
・・駆動装置、７・・・複雑形状部品本体、８・・・ガ
ス排出口、９・・・硬質粒子供給部、１０・・・硬質粒
子、１１・・・合金被覆層、１２・・・空孔。第１図特許出願人　　株式会社神戸製鋼所代理人弁理士　中　　村　　　尚

Claims

【特許請求の範囲】

（１）最終形状よりも小さな寸法の複雑形状部品本体の
表面上に、耐食、耐摩耗性合金がガスアトマイズにより
被覆されており、かつ、該合金被覆層の空隙率が１０％
以下で空孔が実質的に閉空孔であることを特徴とする複
雑形状部品。
（２）前記耐食、耐摩耗性合金被覆層が、Ｍ＿３Ｂ＿２
相（Ｍ：Ｎｉ又はＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ又はＷ）よりなる硬
質相をマトリックス中に１５〜９５％含む硬質合金であ
って、該硬質合金全体における含有量（ｗｔ％、以下同
じ）がＢ：０．５〜９．０％、Ｃｒ：１４．０〜３５．
０％、Ｍｏ及びＷの１種又は２種：１４．０〜５０．０
％、Ｓｉ：３．５％以下、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｔの
１種又は２種以上：０．５〜２０．０％であり、残部が
Ｎｉ及びＣｏの１種又は２種と不可避的不純物からなる
と共に、マトリックスが貴な腐食電位を有するものであ
る請求項１に記載の複雑形状部品。
（３）該部品が可塑物成形装置用のスクリューである請
求項１又は２に記載の複雑形状部品。
（４）耐食、耐摩耗性合金を複雑形状部品に被覆する方
法において、耐食、耐摩耗性合金の溶湯を複雑形状部品
本体に向けてガスアトマイズすることにより、複雑形状
部品本体表面に所定の厚さの耐食、耐摩耗性合金層を空
隙率が１０％以下で空孔が実質的に閉空孔であるように
積層することを特徴とする複雑形状部品の製造方法。
（５）請求項４に記載の方法において、耐食、耐摩耗性
の母合金の溶湯を複雑形状部品本体に向けてガスアトマ
イズすると共に、該アトマイズ流中に別途供給される硬
質粒子を分散混合せしめ、複雑形状部品本体表面に硬質
粒子を含む所定の厚さの耐食、耐摩耗性合金層を空隙率
が１０％以下で空孔が実質的に閉空孔であるように積層
することを特徴とする複雑形状部品の製造方法。
（６）複雑形状部品本体をガスアトマイズ中で回動させ
る請求項４又は５に記載の方法。（７）該硬質粒子を含
む耐食、耐摩耗性合金被覆層が、Ｍ＿３Ｂ＿２相（Ｍ：
Ｎｉ又はＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ又はＷ）よりなる硬質相をマ
トリックス中に１５〜９５％含む硬質合金であって、該
硬質合金全体における含有量がＢ：０．５〜９．０％、
Ｃｒ：１４．０〜３５．０％、Ｍｏ及びＷの１種又は２
種：１４．０〜５０．０％、Ｓｉ：３．５％以下、Ｃｕ
、Ａｇ、Ａｕ及びＰｔの１種又は２種以上：０．５〜２
０．０％で、必要に応じてＦｅ：５．０％以下であり、
残部がＮｉ及びＣｏの１種又は２種と不可避的不純物か
らなると共に、マトリックスが貴な腐食電位を有するも
のである請求項４、５又は６に記載の方法。（８）複雑
形状部品が可塑物成形装置用のスクリューである請求項
４、５、６又は７に記載の方法。