JPH0225703B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は金属構造体の内径の耐摩耗性あるい
は耐熱性を必要とする部分に硬質金属、サーメツ
トあるいはセラミツクス被膜を一体化接合あるい
は固着し、内径部分の耐摩耗性あるいは耐熱性を
向上させる被膜を形成する方法に関する。

［従来の技術］ 金属構造体の耐摩耗性あるいは耐熱性を向上さ
すために、所要部分に硬質金属、サーメツトある
いはセラミツクス被膜を形成する事は、それを外
表面に適用するに際しては硬質金属、サーメツト
あるいはセラミツクスのプラズマ溶射あるいは硬
質クロム鍍金等が一般に多用されている。

しかるに金属構造体の内径に適用するに際して
は鍍金あるいは爆発溶射以外に工業的に行われる
適当な方法がないのが現状である。

鍍金については金属構造体の内径が小さい場合
や内径Ｄと長さＬにおいてＬ／Ｄが大きい場合に
は電極の設定が困難であつたり、内径と電極の距
離が不均一となり被膜厚さにばらつきを生ずるな
どの問題がある。

また、爆発溶射による場合にはガスならびに溶
射材料の充填に一回毎の設定を必要とし量産性が
低いものであり、同時に爆発溶射時に溶射材は溶
融発散して内径に付着するが凝固の際には体積収
縮による収縮力がはたらき、被膜形成後において
被膜が剥離する方向に内部応力を持つことになる
と同時に、このような一般的な溶射は金属構造材
の粗面化および溶融粒子の界面におけるアンカー
効果による結合力しかなく金属構造体と被膜の総
合的な密着力は弱いものであり、高い応力が作用
する部品の内面の耐摩耗性向上には採用できず、
その用途は限られた範囲にしか適用できなかつ
た。

［発明が解決しようとする問題点］ このように、金属構造体の内面に耐摩耗性ある
いは耐熱性の被膜を形成させる方法としては、今
日までいくつかの方法が提供されているが、それ
ぞれ工業的に容易に生産性をあげることは難しい
という問題点を有しており、また特に高い応力や
摺動速度が作用する部品に適用するのに充分な密
着強度を得ることは困難であつた。

この発明は、上記従来の問題点を解決するため
になされたもので、金属構造体の内径部の耐摩耗
性あるいは耐熱性を必要とする部分に硬質金属、
サーメツトあるいはセラミツクス被膜を形成する
に際して、形成する被膜の厚さに相当する内径と
の隙間がある治具を作成し該治具の外表面に硬質
金属、サーメツトあるいはセラミツクスを溶射ま
たは貼布手段により積層しさらにその上に構成金
属内径と該被膜との接合ろう材を溶射または貼布
手段により積層した後、内径に嵌合し引き続く加
熱処理により構成金属内径と該被膜とを一体化接
合した後、治具を切削あるいは引抜き除去する。

このような方法をとることにより安価な治具を
作成し、まずその外表面に硬質金属、サーメツト
あるいはセラミツクス被膜を形成する点から工業
的に生産性の高い方法とすることができる。

さらにその内径に形成された硬質金属、サーメ
ツトあるいはセラミツクス被膜は接合ろう材によ
り完全に構成金属と一体化されているので高い応
力や摺動速度が作用する部品にも適用が可能な構
成金属の内径部の強化法を提供することを目的と
している。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、上記目的を達成するために金属構
造体の内径部の耐摩耗性あるいは耐熱性を必要と
する部分に硬質金属、サーメツトあるいはセラミ
ツクス被膜を形成するに際して形成する被膜の厚
さに相当する内径との隙間がある治具を作成す
る。この治具外表面に上記被膜をまず形成する手
段を取るところから、溶射の際には内径Ｄが小さ
いものでも、内径Ｄと長さＬとの比Ｌ／Ｄが大き
い場合でも溶射方向は溶射面に対し、常に90゜に
近い値をとることが容易に行える。

また溶射粒子は溶融飛散し治具外表面で凝固収
縮し被膜として圧縮内部応力をもつように作用す
るところから治具外表面からはずれることなく強
固に保持される。

また、これらの硬質金属、サーメツトまたはセ
ラミツクス被膜は構成金属内径と両者に相互拡散
するろう材により化学的に強固な接合体とするこ
とにより、構成金属と一体化されているので、高
い作用応力がはたらく部材に適用しても充分その
機能を発揮することができる。

また内径部に直接溶射する従来の方法では溶射
ガンと溶融粒子の飛行距離が確保できる大きな構
造物については可能であるが、内径Ｄが小さいと
きあるいは、内径Ｄと長さＬの比Ｌ／Ｄが大きい
場合には孔端面が制約となり均一化な被膜厚さが
得られない。

また、溶射面と溶射ガンの中心軸とのなす角度
は小さくとも45゜以上ないと通常の使用条件で耐
えうる溶射被膜を形成することはできない。

一方内面に溶射被膜を形成する従来の爆発溶射
法を行う場合には一回毎にガス充填、溶射材料の
供給が必要であり、その生産性は低いものとなら
ざるを得なかつた。これに対し前述したような本
発明の手段をとることより、治具外表面にまず硬
質金属、サーメツトあるいはセラミツクス被膜を
形成することから、溶射面と溶射ガンの中心軸と
なす角度は常に90゜という角度がとれ付着効率を
あげることができると同時に形成された被膜自身
の強度を向上させる事ができるという利点があ
る。また該治具を多数準備しておくことにより連
続して溶射を行うことでき、接合時おいて多量に
処理できる真空炉あるいは不活性ガス雰囲気炉を
採用すれば生産性の高い工業的に安価で有用な内
径耐摩耗性、耐熱性部品を供給することができ
る。

また該治具の表面には余分なろう材があつても
付着しないチタニアなどのコーテイングを行つて
おけば、これを切削除去する事なく、引き抜くこ
とにより繰り返し使用できるところから一層コス
トの安い生産態様とすることができる利点があ
る。また、これらの治具は螺施状の板バネで連続
面を構成しておけば引き抜き時に治具外径を容易
に縮小でき一層、作業性をよくすることができ
る。

［作用］ この発明に適用されて、上記の如き作用効果を
生じさせる硬質金属としてはモリブデン、
SUS430L（Fe−Cr18％）、鉄クロム合金（Fe−
Cr60％−C4％）、などサーメツト材料としては
TiC−Ni50％、TiC−Co50％、WC−Co12％、
WC−Co20％など、セラミツクス材料としてアル
ミナ、ムライト、ジルコニアなどから適宜選択し
て使用できる。

また内径部をもつ金属構造体としてはチタニウ
ム、チタニウム合金、炭素鋼、ステンレス鋼、銅
合金、ニツケル合金、各種の焼結合金などの一般
構造用の各種材料が用いられ特に制限はない。

また、これらの耐摩耗性、耐熱性被膜の上に積
層される接合ろう材としてはSUS430L、鉄クロ
ム合金（Fe−Cr60％−C4％）、TiC−Ni50％、
TiC−Co50％などの金属を大量に含むサーメツ
ト材料に対してはBAg−８（Ag72％−Cu28％）、
Cu−Mn系（Cu68％−Mn22％−Ni10％）、BNi
−２（Ni83％−Cr7％−B3％−Si4％−Fe3％）、
などのろう材が使用できる。

モリブデン、WC−Co12％、WC−Co20％、ア
ルミナ、ムライト、ジルコニアなどの金属サーメ
ツト材料、およびセラミツクス材料に対しては新
規の特願昭60−77280、特願昭60−19299、特願昭
61−63052、特願昭61−158796、特願昭62−
44829、などの接合ろう材組成を採用する事がで
きる。

一方これら内径に嵌合する治具については使用
される金属構造体の熱膨張率と同等かあるいはそ
れより大きい値をもつ安価な材料が望ましい、こ
れは引き続く加熱接合の際に前記の耐摩耗性、耐
熱性被膜が金属構造体の内径に押し付けられる方
向に力が加わるように作用させるためである。

このような治具材料は炭素鋼、ステンレス鋼な
どのなかから適宜選択して採用できる。

実施例 １ 第１図Ａはこの発明に係るモリブデン被膜を小
端部内径に形成したチタニウム合金製コンロツド
を示し、２はコンロツド小端部を示す。

小端部２は内径にピストンピンが嵌入され、そ
の外形部はピストン内部で自由に揺動する構造の
ためその肉厚は厚くとることは難しく内径に薄い
被膜をつけ充分な耐摩耗性を付与することが必要
とされる。

第１図Ｂには第１図Ａにおける小端部Ａ−Ａに
おける拡大断面図を上から順番にこの発明の工程
順にあらわしたものを示す。

第１図Ｂの第１工程は軟鋼性の治具５の外表面
にまずモリブデン溶射層３と接合ろう材４
（Ag67.23％−Cu26.15％−Ti6.5％−Mo0.01％−
Mn0.01％−ZrB₂0.1％）を積層してある、これら
はプラズマ溶射により施工した。

次いで第２工程において小端部に該治具を挿入
し、１×10^-4mmHgの真空度において900℃、５分
間の一体化接合処理を行いモリブデン被膜３を内
径部に化学的相互拡散接合により接合した。

この際治具５の軟鋼の熱膨張率は11.3×10^-6／
℃であり、コンロツド１のチタニウム合金の熱膨
張率8.4×10^-6／℃より大きく加熱接合時に被膜
３は内径に密着され強固に接合される。

次いで第３工程において治具５を切削除去し、
小端部内径に耐摩耗性のモリブデン被膜をもつチ
タニウム合金製コンロツドとすることができた。

実施例 ２ 実施例２として、実施例１と同様の構成手順に
よりアルミナ薄層の溶射被膜３を治具５に貼布
し、次いで実施例１と同じ組成のろう材箔４を積
層し、チタニウム合金製小端部内径に挿入し、次
いで加熱接合処理を行つた後、治具５を切削除去
し、小端部内径に耐熱、耐摩耗性のアルミナ被膜
をもつチタニウム合金製コンロツドとすることが
できた。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の金属構造体の
内径部に耐摩耗性あるい耐熱性を付与する方法と
して、先ず治具外表面に硬質金属、サーメツトあ
るいはセラミツクス被膜を溶射または貼布手段に
より形成する、その際金属構造体内径の小さい事
による制約や、全長の長い事による制約はなく均
一で強固な被膜が得られ易いという効果がある。
またさらにこれら硬質金属、サーメツトあるいは
セラミツクス被膜と金属構造体内径とは一体化接
合され、化学的に相互拡散が起きているところか
ら、高い応力や摺動速度が作用する部品に対して
も適用することが可能となりその用途範囲が拡大
できる効果がある。

更にこれらの治具および耐摩耗性、耐熱性の被
膜は容易な手段で多量に生産する事ができるので
工業的に生産性を高めることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは、この発明に係るコンロツドの平面
図であり、第１図Ｂは第１図Ａの小端部Ａ−Ａに
おける拡大断面図を示し、この発明の実施例によ
る第１工程、第２工程及び第３工程の構成手順を
上から順番に示したものである。 １……コンロツド、２……コンロツド小端部、
３……硬質金属、サーメツト、セラミツクス被
膜、４……接合ろう材、５……治具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 硬質金属、サーメツトあるいはセラミツクス
   被膜を内径に形成するに際して、形成する被膜の
   厚さに相当する内径との隙間がある治具を作成し
   該治具の外表面に硬質金属、サーメツトあるいは
   セラミツクスを溶射または貼布手段により積層し
   さらにその上に構成金属内径と該被膜との接合ろ
   う材を溶射又は貼布手段により積層した後、内径
   に嵌合し引き続く加熱処理により構成金属内径と
   該被膜とを一体化接合した後、治具を切削あるい
   は引き抜き除去することを特徴とする硬質金属、
   サーメツトあるいはセラミツクス被膜を内径部に
   形成する方法。