JPH0236642B2

JPH0236642B2 - Chokoshitsuzainopaipujoseihinnoseiho

Info

Publication number: JPH0236642B2
Application number: JP3037686A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Kobayashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-02-14
Filing date: 1986-02-14
Publication date: 1990-08-20
Anticipated expiration: 2006-02-14
Also published as: JPS62188706A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は超硬質材料のパイプ状製品の製法に関
わり、エンジンのシリンダーブロツクのライナー
等耐熱性が要求されるパイプ製品に利用される。

〔従来の技術〕

周知の通り、高熱中に於いて用いられることに
より耐熱性が要求されるパイプ状製品は各種存在
する。その内の代表的な例は、エンジンのシリン
ダーブロツクのライナー（スリーブ）である。即
ち、エンジンは大要、シリンダーブロツク、ヘツ
ド、オイルパンの各構成体に区分されるが、その
内のシリンダーが形成されるシンダーブロツクは
鋳鉄又はアルミ合金製等である。この内、アルミ
合金製の場合には、耐摩耗性が低いので、パイプ
状のライナーが嵌め込まれる。このライナーは鋳
鉄製であるのが一般的であるが、より耐熱性、耐
摩耗性を与える為に、それ自体をセラミツクスや
サーメツトで形成するようになつてきたり、又鋳
鉄製のパイプの内周面に超硬質層を形成するよう
になつてきた。

即ち超硬質合金製や、セラミツクス製、又はサ
ーミツト製のパイプをそれらの内周面に適用する
ものである。

このように、従来から超硬質材料製のパイプが
用いられているが、従来のこの種パイプの製法
は、パイプ状に形成すること自体がほとんど、真
空炉又は保護ガス中での焼結による加工であつ
た。

このように焼結加工なので、粉末の調整の為の
各種製造操作、圧粉、予備焼結、そして本焼結に
至る一連の焼結加工操作が事前に必要である。

この為に、全体の製造工数が多く、より安価に
市場供給する上で大きな障害となつていた。特
に、焼結は通常２〜３時間の昇温、40〜60分の焼
結、３時間程の冷却を要し、合計略６時間程かか
るから、生産効率の向上に限度があつた。そこ
で、本出願人は、先に特願昭60−198345号等で、
鉄系金属板の表面に超硬質層を一体的に形成する
ハードフエーシング法を提案した。即ち、成型型
に鉄系金属板をセツトし、次いでその上に超硬質
材料微粉末（超硬合金粉末、セラミツクス粉末、
サーメツト粉末又はそれらとバインダ金属粉末の
混合粉末）を所要の厚さに充てんし、この後これ
らに直接通電方式で、低電圧強電流を短時間通電
して上記超硬質材料微粉末の焼結温度より、高温
の温度で加熱すると同時に、少くとも10Kg／cm²以
上の圧力で加圧し、この加熱と加圧を短時間のみ
実施して、基材の鉄系金属板の表面に所望厚さの
超硬質層を一体的に形成する技術である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記特願昭60−198345号（特開昭62−56502号）
によれば、加工工数も少く、製造時間もより一層
短時間に加工でき、能率的に金属板上に超硬質層
が形成でき、而も直接通電方式特有の形成メカニ
ズムにより、基体の鉄系金属板を溶かしたり、変
形させることなく、且つ鉄系金属板と超硬質層の
大きな膨張係数の差にもかかわらず、超硬質層の
ピンホール、割れを可及的に招くことなく良好に
超硬質層を形成できるものである。

然しながら、この技術は平たい鉄系金属板上に
超硬質層を形成することを前提としているので、
このままでは先に記したパイプ状超硬質製品を製
することができない。

従つて本発明の目的とする所は、従来の真空炉
中等に於ける焼結操作による製法に比して、種々
の利点を有する特願昭60−198345号等の利点を利
用し、即ちこれらの利点である所の製造工数小、
加工時間短、及び製品に割れや、ピンホール等が
生じないという点を併せもちながら、超硬質材料
によるパイプ状製品を容易に製造できる方法を提
供するにある。

〔問題点を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為に、本発明は次の技術的
手段を有する。即ち；実施例に対応する添付図面
中の符号を用いてこれを説明すると、本願の第一
の発明は、所定長さの金属パイプ１の内周面５に
金属パイプの長さ方向、周方向とも一様な厚さで
超硬質材料を主材とする粉末４を配し、次いで常
温でその超硬質材料を主材とする粉末４を予備加
圧して、金属パイプ１の内周面５にパイプ状の超
硬質材料を主材とする粉末層６を形成し、このパ
イプ状の超硬質材料を主材とする粉末層６の周方
向に沿つて数分割の１単位ごとに、分割１単位の
パイプ状超硬質材料を主材とする粉末層６の円弧
面８に対応する加圧弧面９を有する押型７でこれ
を加圧し、この加圧工程中金属パイプ１を押型７
を電極としてこの超硬質材料を主材とする粉末層
６に低電圧強電流を短時間直接通電して、金属パ
イプ１の内周面５にパイプ状超硬質層１９を一体
的に形成するようにしたことを特徴とする超硬質
材のパイプ状製品の製法である。そして本願の第
二の発明は、所定長さの金属パイプの内周面に金
属パイプの長さ方向、周方向とも一様な厚さで超
硬質材料を主材とする粉末を配し、次いで常温で
その超硬質材料を主材とする粉末を予備加圧し
て、金属パイプの内周面にパイプ状の超硬質材料
を主材とする粉末層を形成し、このパイプ状の超
硬質材料を主材とする粉末層を周方向に沿つて数
分割した場合に各分割１単位ごとに、分割１単位
のパイプ状超硬質材料を主材とする粉末層の円弧
面に対応する加圧弧面を有する押型でこれを加圧
し、この加圧工程中金属パイプと押型を電極とし
てこの超硬質材料を主材とする粉末層に低電圧強
電流を短時間直接通電して、金属パイプの内周面
にパイプ状超硬質層を形成し、次いで、上記金属
パイプを機械工作によつて取除きパイプ状超硬質
層のみを得るようにしたことを特徴とする超硬質
材料のパイプ状製品の製法である。

上記に於いて、用いることのできる超硬質材料
は次のものが可能である。

１つは超硬質材料微粉末又は粒子のみを用い
る。この場合も、WC−Co系超硬質合金、WC−
TiC−TaC（Nbc）−Co系硬質合金等の超硬質合
金粉末や、、、金属の酸化物、炭化物、け
い化物、ほう化物、などのセラミツクス粉末に対
してコバルト、ニツケル、鉄などの金属粉末を入
れて混合して焼結したサーメツト粒子を用いるこ
とができる。

もう１つは、超硬質材料粉末にバインダ金属粉
末を配合した混合粉末を用いることができる。

この場合には、超硬質合金粉末又はセラミツク
ス粉末あるいはサーメツト粉末に対して鉄、銅、
ニツケル、及びそれ等の合金又はその他の電気良
導体の金属及びその合金の粉末を配合したもので
ある。この場合の混合割合は、種々選択でき、一
般的には用途先に応じて耐摩耗性、耐熱性の要求
度合が高ければ、超硬質材料の混合割合を多くす
る。

又上記金属パイプ１自体は、鉄及びスレンレス
などの鉄系金属パイプの他に、耐熱性が特に要求
される場合には、チタン系金属、高融点ニツケル
合金製を用いることもできる。

更に、金属パイプ１の内周面５に、超硬質材料
を主材とする粉末４を配し、これを常温で予備加
圧して金属パイプ１の内周面５にパイプ状の超硬
質材料を主材とする粉末層６を形成する手段とし
ては、何れを問うものではないが、超硬質材料を
主材とする粉末４の内側に、パイプ状の加圧ゴム
パイプ２を配し、この加圧ゴムパイプ２を液圧又
は空圧で膨張させて、各部均一に加圧してもよい
し、あるいは、金属パイプ１の内側に心金を配
し、この金属パイプと心金２１の間の成型空間内
に超硬質材料を主材とする粉末４を充てんして加
圧する方法等がある。

更に、上記予備加圧によつて、金属パイプ１の
内周面に硬質材料を主材とする粉末の層６を形成
した後、これを周方向に沿つて数分割ごとに本加
圧する方法は、その粉末層６の分割単位ごとの円
弧面８に対応する加圧弧面９を有する押型７であ
つて、その粉末層６を加圧する方向１２に上下ス
ライドできる構造の押型７であれば何れを用いて
もよい。

そして、上記押型７を一方の電極とし、外側の
金属パイプ１を他方の電極として、上記粉末層６
を分割単位ごとに加圧していく加圧中に低電圧強
電流を短時間直接通電する方式について詳述する
と、低電圧の範囲は、３〜10Vの範囲が望まし
く、これは電気的なシヨートを防止する意味であ
り、又強電流は3000〜5000Aの範囲が望ましく、
この理由は、抵抗損失に基く発熱を可能にする為
である。且つ、直接通電する理由は、後記する作
用の所で明らかにする。

而して、金属パイプ１の内周面５と、粉末層６
の間に、ニツケル、コバルト、銅等のロー材とな
るべき粉末を薄く塗布して実施してもよい。

本願の第一の発明によれば、金属パイプ１の内
周面５にパイプ状の超硬質層１９が一体的に形成
され、この場合にはエンジンのシリンダーライナ
等に用いられるも、本願の第二の発明によれば、
更に一体化した金属パイプ１を機械工作によつて
取除くもので、この場合には耐熱、耐摩耗製にす
ぐれた超硬質パイプのみが取り出せる。

〔作用〕

上記に於いて、金属パイプ１の内周面５の超硬
質材料を主材とする粉末４を予備加圧後、これを
周方向に沿つて数分割各に、加圧弧面９を有する
押型７で加圧しながら、直接通電を実施すると、
その加圧された部分のみが圧密されると同時に、
それら内部の電気抵抗に基づく高温発熱がそれら
に生じ、次の作用で超硬質層１９が一体的に形成
される。

即ち粉末層６が超硬合金粉末又はサーメツト粉
末のみの場合には、通電すると、加圧されている
部分のこれらの粉末層６及びその周りの金属パイ
プ１の各部に等しく電流が流れるものの、これら
超硬質材料粉末の電気抵抗は周りの金属パイプ１
の電気抵抗より極めて大である。従つて、これら
粉末層６の方が抵抗発熱の原則により、より高温
になつて発熱し、その粉末層６を融かす温度にま
で達つする。他方周りの金属パイプ１は、より以
下の温度の発熱状態であるから溶け出すことはな
い。即ち、このようになるように通電時間がコン
トロールされるものである。上記融け出した粉末
層６は急速に液相となり、成分粒子の間隙に互い
に拡散して均一な固容体を形成し、その後の冷却
によつて、金属パイプ１に一体的に融着せる超硬
質層１９をつくるものである。

且つこの超硬質層１９に比して、周りの金属パ
イプ１の方が、その物性上膨張係数が大きく、両
者が同温度程度の発熱状態であると、冷却収縮時
に超硬質層１９にひび割れ、ピンホールが生じ易
いけれども、周りの金属パイプ１の温度が低く抑
えられることから、両層の冷却時に於ける収縮度
合が、略同程度となり、ひび割れ、ピンホールが
抑えられる。

又、粉末層６が、超硬質合金又はサーメツトの
粉末と他のバインダー金属粉末の混合より成る場
合には、通常これら超硬粉末の電気抵抗は金属粉
末の電気抵抗より大であるから、混合粉末層に通
電が実施されると、超硬粉末の部分が、金属粉末
の部分及び周りの金属パイプの部分に比し、より
大きな発熱量となり、より高温となる。従つて、
その温度以下の周りのバインダー金属粉末にその
熱が伝わる。この結果、超硬粉末及びバインダー
金属粉末が急速に液相となり、一体的な固容体を
つくる。且つバインダー金属が超硬材料の間の結
合材として機能する。他方、周りの金属パイプ１
は、発熱が抑えられているので溶け出すことはな
い。且つ両層の膨張係数の差があつても、ピンホ
ール等が生じない理由は上述した通りである。

又、粉末層が予かじめ焼結したセラミツクス粉
末と金属粒子の混合より成る場合には、通常セラ
ミツク粉末は不良導体である。従がつてこれらに
通電した場合、セラミツク粒子と粒子の間の金属
粉末の所を通る電流密度が大になる。従がつて抵
抗発熱の法則通り、該部分の発熱量が増大し、金
属粉末を溶かす程度の高温になり、この部分が溶
けてセラミツク又粒子の間に急速に浸透し、通電
をオフにした後の固化により一体的な混合層が形
成される。他方周りの金属パイプ１を通る電流の
密度は小なので、該部分１９が溶け出すことはな
く、このパイプにこの超硬質層が一体融着化す
る。この場合に於いても、両層の膨張係数に差が
あつてもピンホール等が生じない理由は先の説明
と同様である。

さて、円周面に沿つて数分割し、各分割一単位
ごとに、上記の加圧と直接通電を実施し、この操
作を円周部全部実施すると、金属パイプ１の内周
面５に超硬質パイプが形成されるものである。

本願の第一の発明は上記によつて得られ、本願
の第二の発明は、更にこの後、外側の金属パイプ
１を機械工作によつて除去することによつて得ら
れる。

〔実施例〕

以下本発明の好適な実施例を添付図面に従がい
詳述する。

実施例１…第１図〜第７図参照金属パイプ１の中に加圧ゴムパイプ２を装着す
る。次いで、金属パイプ１と加圧ゴムパイプ２の
間の空間３内に、超硬材料を主材とする粉末４を
投入する。この場合、金属パイプの両端面には、
図示した如き、それらを封する為にシールド板が
装着される。次いで、常温下で加圧ゴムパイプ２
を液圧又は気圧で加圧して、粉末４を金属パイプ
１の内周面５に均等に押圧する。すると第３図に
示す如く、予備加圧された粉末層５が内周面５に
一様に形成される。この場合の加圧圧力は、100
〜300Kg／cm²である。次いで加圧ゴム２を抜去し、
イナートガス雰囲気で次の操作をする。即ち、７
は押型であつて、この押型７は、金属パイプ１の
内周面５にセツトされた粉末層６を；周方向に沿
つて所定範囲ごとに順次圧密し、且つこの加圧中
直接通電を実施する為のものである。

上記に於いて加圧は少くとも10Kg／cm²以上、10
〜60Kg／cm²で実施される。

即ち、上記粉末層６を、例えば周方向に沿つて
ａ、ｂ、ｃと120度間隔で三分割した場合に、ａ
とｂ、ｂとｃ、ｃとａの間の120度の３つの円弧
面８ごとに、順次ab間、bc間、ca間と圧密し、
且つ直接通電するものである。従つてこの例の場
合、押型７は粉末層６の120度の弧面８に対応す
る加圧弧面９を有している。勿論、加圧弧面９の
一端１０と他端１１間は、120度よりやや多目の
125度程度に設定される。

且つ、この押型７は、圧密方向１２方向へ上下
にスライドできるよう且つこの押型７を回転でき
るよう構成されている。例えば押型の基端１３に
ベース棒１４を取付け、このベース棒１４を金属
パイプ１外の両端で軸受１５，１６により回転自
在に支持し、この軸受１５、１６自体をプレスラ
ム１７，１７によつて上下動するようにする。従
つてプレスラム１７，１７が上動限にある時は上
記ベース棒１４は金属パイプ１の中心に位置し、
下動限のスライド量、即ち加圧ストロークは圧密
度の要求に応じて調節できるようにするとよい。
そして、この押型７自体を一方の電極とし、他
方、加圧されている粉末層の領域に対応する金属
パイプの部分１８を他方の電極として低電圧強電
流が印加されるよう構成されている。

さて、この構成により、今、プレスラム１７，
１７を下動させ、ab間の粉末層７を本加圧し、
それと同時に、この押型７及び金属パイプ１に低
電圧強電流を直接的に短時間通電すると、ab間
の加圧工程中の粉末層６及び金属パイプ１に電流
が流れ、それらが抵抗発熱する。そしてこれらが
一体超硬質層として形成される。この作用は粉末
層６の組織によつて異なるも、それらの形成メカ
ニズムは先に記した通りである。

次いでプレスラム１７，１７を上動させ、ベー
ス棒１４を一定方向へ回転させて、押型７を、次
の加圧すべきbc間の円弧面の粉末層６に対応さ
せ、先と同じようにこれを加圧し、且つこれら被
成型物に低電圧強電流を短時間直接通電する。す
るとbc間の粉末層が超硬質層として一体的に形
成される。前工程とこの工程に置ける境目のライ
ンｂあたりの層は、この２つの工程を実施するこ
とによつて境目なく一体化される。同じようにし
て、ca間の円弧面の粉末層６を加圧し、且つ直
接通電する。これらにより粉末層６の円周面全部
が一様に加圧され、且つ抵抗発熱により成型され
ることとなり、金属パイプの内周面に超硬質層１
９が一体的に形成される。

上記に於いて、粉末層６の円周方向に沿う加圧
作業の分割範囲は適宜変更してもよい。

次に幾つかの実施例を示す。

実験例１外径120mm、内径115mm、長さ200cmの鉄パイプ
の内周面に粒径１ミクロンのWC94％、Co6％の
超硬合金の粉末を配し、これを常温下で100Kg／
cm²で予備加圧して、WC−Co超合金粉末層を形成
した。次いでイナートガス雰囲気でこの円周面を
120度づつ押型で15Kg／cm²で加圧しつつ、押型と
鉄パイプを電極として、これに5V、3700Aの電
流を150秒間通電し、最終成型厚さ８mmのWC−
Co超硬質層を形成した。120度間隔なので、これ
を順次３回実施し、円周全部にWC−Co超硬質層
を形成した。

この鉄パイプ内周面に形成されたWC−Co超硬
質層によれば、ひび割れ、ピンホールはなかつ
た。

実験例２実験例１と同様に外径120mm、内径115mm、長さ
200cmの鉄パイプの内周面に、粒径３ミクロンの
Sic60％、Ni40％の粉末を配し、これを常温下で
110Kg／cm²で予備加圧してSic−Ni超硬質粉末層
を形成した。次いでイナートガス雰囲気で、この
内周面を90度づつ押型で20Kg／cm²で加圧しつつ、
押型と鉄パイプを電極として、これに6V、
4000Aの電流を120秒間通電し、最終成型厚さ８
mmのSic−Ni超硬質層を形成した。90度間隔なの
で、これを順次４回実施し、円周全部にSic−Ni
超硬質層を形成した。この場合も良好な超硬質パ
イプが得られた。

実験例３外径120mm、内径115mm、長さ20cmの鉄パイプの
内周面に、予かじめ焼結したAl₂O₃粉末と、Fe粒
子を重量比で60：40に調節した混合粒子を配し、
これを常温下で130Kg／cm²で予備加圧して、
Al₂O₃−Fe超硬質粉末層を形成した。次いでイナ
ートガス雰囲気で、この内周面を60度づつ押型
で、25Kg／cm²で加圧しつつ、押型と鉄パイプを電
極として、これに5V、3900Aの電流を110秒間通
電して、最終成型厚さ７mmのAl₂O₃−Fe超硬質層
を形成した。60度間隔なので順次６回実施した。
この場合もピンホール、ひび割れは見当らなかつ
た。

実施例２…第８図参照この例は、金属パイプ１の内周面に実施例１で
一体成形された超硬質パイプ１９を旋盤加工等に
より取り除き、単に超硬質パイプ２０とした場合
の例である。機械加工により取り除くとともに、
超硬質パイプ２０の表面を研磨等によつて平滑化
する。

而して、上記実施例に於いては、予備加圧手段
として、加圧ゴムパイプ２の例を示したが、第９
図に示す如く、金属パイプ１の内側に心金２１を
配し、この金属パイプ１と心金２１の間の成型空
間内に超硬質材料を主材とする粉末を充てんして
加圧する等してもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、この発明によれば、製造工
数が少なく、且つ加工時間が短かく、従つて能率
的に超硬材料によるパイプ状製品を製する方法を
提供できる。而も形成される超硬質のパイプ状製
品にはひび割れや、ピンホールがなく、品質良好
に製することができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示し、第１図〜第
７図は、金属パイプの内周面に超硬質パイプを一
体形成する例で、第１図は予備加圧状態を示した
断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿う断面
図、第３図は予備加圧して圧密した所を示すＡ−
Ａ線に沿う断面図、第４図は本加圧及び直接通電
を実施している所を示す縦断面図、第５図は第４
図中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図、第６図は本加圧中の
状態を示す部分カツト図、第７図は成型品の断面
図、次いで第８図は超硬質パイプのみを示した
図、第９図は予備加圧の他の例図であり、図中１
は金属パイプ、２は加圧ゴムパイプ、３は空間、
４は超硬質材料を主材とする粉末、５は金属パイ
プの内周面、６は予備加圧された粉末層、７は押
型、８は粉末層７の分割された円弧面、９は押型
の加圧弧面、１０，１１は加圧弧面の端部、１２
は押圧の圧密方向、１３は押型の基端、１４はベ
ース棒、１５，１６はベース棒の軸受、１７はプ
レスラム、１８は加圧されている粉末層に対応す
る金属パイプの部分、１９はパイプ状に形成され
た超硬質層、２０は超硬質材のパイプ状の製品、
２１は心金である。

Claims

【特許請求の範囲】１所定長さの金属パイプ１の内周面５に金属パ
イプの長さ方向、周方向とも一様な厚さで超硬質
材料を主材とする粉末４を配し、次いで常温でそ
の超硬質材料を主材とする粉末４を予備加圧し
て、金属パイプ１の内周面５にパイプ状の超硬質
材料を主材とする粉末層６を形成し、このパイプ
状の超硬質材料を主材とする粉末層６を周方向に
沿つて数分割の１単位ごとに、分割１単位のパイ
プ状超硬質材料を主材とする粉末層６の円弧面８
に対応する加圧弧面９を有する押型７でこれを加
圧し、この加圧工程中金属パイプ１と押型７を電
極としてこの超硬質材料を主材とする粉末層６に
低電圧強電流を短時間直接通電して、金属パイプ
１の内周面５にパイプ状超硬質層１９を一体的に
形成し、この操作を円周面に全面にわたつて順次
実施するようにしたことを特徴とする超硬質材の
パイプ状製品の製法。２所定長さの金属パイプ１の内周面５に金属パ
イプの長さ方向、周方向とも一様な厚さで超硬質
材料を主材とする粉末４を配し、次いで常温でそ
の超硬質材料を主材とする粉末４を予備加圧し
て、金属パイプ１の内周面５にパイプ状の超硬質
材料を主材とする粉末層６を形成し、このパイプ
状の超硬質材料を主材とする粉末層６を周方向に
沿つて数分割の１単位ごとに、分割１単位のパイ
プ状超硬質材料を主材とする粉末層６の円弧面８
に対応する加圧弧面９を有する押型７でこれを加
圧し、この加圧工程中金属パイプ１と押型７を電
極としてこの超硬質材料を主材とする粉末層６に
低電圧強電流を短時間直接通電して、金属パイプ
１の内周面５にパイプ状超硬質層１９を形成し、
この操作を円周面全面にわたつて順次実施し、次
いで、上記金属パイプ１を機械工作によつて取除
きパイプ状超硬質層のみを得るようにしたことを
特徴とする超硬質材料のパイプ状製品の製法。