JPH05140682A - 耐食、耐摩耗合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐食、耐摩耗合金を提供する。 【構成】 この合金は、Ｓi:３〜６％、Ｂ:２〜４％、
Ｃr:２４〜３４％、Ｗ:２〜８％、Ｃu:０.８〜２％、Ｆ
e:３〜８％、Ｃ:０.５％以下を含み、残部がＮi及び不
可避的不純物からなることを特徴とする耐食、耐摩耗合
金である。必要に応じて更に、Ｍo:１〜４％及びＮb:
０.５〜４％のうちの１種又は２種を含有させることが
できる。特にＰＰＳ樹脂等のエンジニアリングプラスチ
ックやゴム等の可塑物の射出成形機及び押出成形機用の
シリンダ材料に好適で、特に硫黄を含むガス(ＳＯ₂、Ｓ
Ｏ₃、ＣＨ₃ＳＨ、Ｈ₂Ｓなど)に対する耐食性に優れてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は耐食・耐摩耗性を有する
合金に係り、より詳しくは、エンジニアリングプラスチ
ックやゴム等の可塑物の射出成形機及び押出成形機用の
シリンダ材料に好適で、特に硫黄を含むガス(ＳＯ₂、Ｓ
Ｏ₃、ＣＨ₃ＳＨ、Ｈ₂Ｓなど)に対する耐食性に優れた耐
摩耗合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、樹脂やゴム等の可塑物の射出成
形や押出成形では、加熱された可塑物をシリンダ内に充
填してスクリュ或いはプランジャー等により、混練・加
圧し成形される。

【０００３】一方、近年、樹脂に対しては、従来以上に
耐熱性、強度・剛性、寸法安定性、難燃性などの特性が
求められるようになってきている。これらの特性に最も
優れる樹脂として、ＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイ
ド)にガラスファイバー等の強化材を４０％以上添加し
た樹脂が、最近注目を浴び、年々その需要を伸ばしてい
る。ＰＰＳ樹脂を成形する場合、他のエンジニアリング
プラスチックと同じく強腐食性のハロゲンガス(ふっ素
系ガスや塩素系ガス)が発生するのに加えて、硫黄を含
むガス(ＳＯ₂、ＳＯ₃、ＣＨ₃ＳＨ、Ｈ₂Ｓなど)が発生
し、シリンダ部材には従来以上に耐摩耗性及び耐食性が
要求される。

【０００４】従来より、この種のシリンダ部材には、一
般に、自溶性の耐食・耐摩耗Ｎi基合金が用いられてお
り、これを遠心鋳造法或いはＨＩＰ法によってシリンダ
内面にライニングして使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自溶性
耐食・耐摩耗合金の場合、ある程度の耐食・耐摩耗性は
備えているものの、ＰＰＳ樹脂を成形する場合に発生す
る腐食性の強いハロゲンガス(ふっ素系ガスや塩素系ガ
ス)及び硫黄を含むガス(ＳＯ₂、ＳＯ₃、ＣＨ₃ＳＨ、Ｈ₂
Ｓなど)のすべてに対して優れた耐食性を有する材料で
はなく、特に硫黄を含むガスに対する耐食性が極めて悪
いという問題点があった。

【０００６】また、硫黄を含むガスにより腐食された合
金表面は、耐摩耗性がなく、樹脂中に含まれるガラスフ
ァイバー等の強化材により容易に摩耗されてしまう。し
たがって、上記合金をライニングしたシリンダで硫黄を
含むガスが出る樹脂を成形すると、短期間でシリンダの
内径が拡大し、使用不可となっていた。

【０００７】本発明は、かゝる状況に鑑みてなされたも
のであって、特にハロゲンガス(ふっ素系ガスや塩素系
ガス)及び硫黄を含むガス(ＳＯ₂、ＳＯ₃、ＣＨ₃ＳＨ、
Ｈ₂Ｓなど)が発生する雰囲気中においても、十分な耐食
性及び耐摩耗性を有する新規な合金を提供することを目
的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者は、従来の自溶性タイプの合金(例えば、
Ｎi−Ｃr−Ｂ−Ｓi−Ｃ合金)は硫黄を含むガス(ＳＯ₂、
ＳＯ₃、ＣＨ₃ＳＨ、Ｈ₂Ｓなど)に対する耐食性が悪いた
め、十分な耐食・耐摩耗性を発揮できない点を考慮し、
これを改善するために種々の合金成分を検討した。その
結果、Ｎi基合金において、Ｃu及びＷの添加によりハロ
ゲンガス雰囲気中での耐食性を改善できること、Ｃr、
Ｓiの添加により硫黄を含むガス雰囲気中での耐食性を
改善できること、Ｂ、Ｗ、Ｃの添加により耐摩耗性を改
善できることを見い出し、ここに本発明をなしたもので
ある。

【０００９】すなわち、本発明は、Ｓi:３〜６％、Ｂ:
２〜４％、Ｃr:２４〜３４％、Ｗ:２〜８％、Ｃu:０.８
〜２％、Ｆe:３〜８％、Ｃ:０.５％以下を含み、必要に
応じて更に、Ｍo:１〜４％及びＮb:０.５〜４％のうち
の１種又は２種を含み、残部がＮi及び不可避的不純物
からなることを特徴とする耐食、耐摩耗合金を要旨とす
るものである。

【００１０】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【００１１】

【作用】

【００１２】本発明における合金成分の限定理由は以下
のとおりである。

【００１３】Ｓi：３〜６％ Ｓiは合金表面に緻密なＳiＯ₂の皮膜を形成して硫黄を
含むガスによる腐食を防止し、また凝着摩耗を抑止する
作用がある。更に、合金溶湯の流動性を高め、脱酸剤と
しても有効な元素である。これらの効果を発揮させるた
めには、最低３％が必要である。しかし、６％を超える
と硅化物の生成量が多くなり、靭性が低下するので、Ｓ
i量は３〜６％の範囲とする。

【００１４】Ｂ：２〜４％ ＢはＮi、Ｃr、Ｍo、Ｗ、Ｎbと硬質の硼化物を形成して
耐摩耗性、特にアブレシブ摩耗の向上に寄与する元素で
ある。これらの作用を効果的に発揮させるためには、最
低２％が必要である。しかし、４％を超えると耐食性が
劣化すると共に合金が脆化するので、Ｂ量は２〜４％の
範囲とする。

【００１５】Ｃr：２４〜３４％ Ｃrは本合金においても最も重要な成分である。ＣrはＮ
i中に固溶して合金を不働態化させ、耐食性、特に硫黄
を含むガスに対する耐食性を向上させる作用を有し、こ
のためには最低２４％が必要である。また、ＣrはＢと
共に硬質の硼化物を、Ｃと共に炭化物をそれぞれ形成し
て耐摩耗性向上に寄与する作用がある。しかし、３４％
を超えると合金の脆化が著しくなる。したがって、Ｃr
量は２４〜３４％の範囲とする。

【００１６】Ｗ：２〜８％ ＷはＮi中に固溶し耐食性を向上させる作用を有し、特
に耐ハロゲンガス性を改善するのに有効である。また、
ＷはＢと共に硬質の硼化物を、Ｃと共に炭化物をそれぞ
れ形成してマトリックス中のＣrの欠乏を防止すると共
に、Ｎi中に固溶して耐摩耗性を向上させる作用があ
る。このためには最低２％が必要であるが、８％を超え
て添加してもその効果は飽和する。したがって、Ｗ量は
２〜８％の範囲とする。

【００１７】Ｃu：０.８〜２％ ＣuはＷと共にＮi中に固溶し耐食性を向上させる作用を
有し、特に耐塩酸性を改善するのに有効である。このた
めには最低０.８％が必要であるが、２％を超えて添加
すると硫黄を含むガスに対する腐食性が低下するので、
Ｃu量は０.８〜２％の範囲とする。

【００１８】Ｆe：３〜８％ Ｆeは材料の熱間及び冷間加工性を向上させると共に耐
摩耗性を改善する作用があり、このためには最低３％が
必要である。一方、８％を超えると耐食性を劣化させる
ので、Ｆe量は３〜８％の範囲とする。

【００１９】Ｃ:０.５％以下 ＣはＣr、Ｗなどと炭化物を形成して耐摩耗性の向上に
寄与する元素であるが、０.５％を超えて添加するとマ
トリックス中のＣr量が低下し、耐食性が低下するの
で、Ｃ量は０.５％以下とし、０.１％以下が好ましい。

【００２０】本発明では上述の元素を必須成分とする
が、以下の元素Ｍo及びＮbの１種又は２種を必要に応じ
て適量にて添加することができる。

【００２１】Ｍo：１〜４％ ＭoはＮi中に固溶して耐食性を向上させる作用を有し、
特に耐ハロゲンガス性を改善するのに有効である。ま
た、ＭoはＢと共に硬質の硼化物を、Ｃと共に炭化物を
それぞれ形成してマトリックス中のＣrの欠乏を防止す
る作用がある。そのためには最低１％が必要であるが、
４％を超えて添加してもその効果は飽和するので、Ｍo
量は１〜４％の範囲とする。

【００２２】Ｎb：０.５〜４％ ＮbはＭo、Ｗと同様、Ｎi中に固溶し耐食性を向上させ
る作用を有している。また、ＮbはＢと共に硬質の硼化
物を、Ｃと共に炭化物をそれぞれ形成して耐摩耗性を向
上させてマトリックス中のＣrの欠乏を防止する作用が
あるので、特にＣ量が多くなった場合はＮbの添加は効
果的である。このためには最低０.５％が必要である
が、４％を超えて添加してもその効果は飽和するので、
Ｎb量は０.５〜４％の範囲とする。

【００２３】Ｎi：残部 Ｎiは耐食性の向上に効果のある元素であり、特にハロ
ゲンガスに対する腐食抵抗が大きい。また、Ｂと共に硬
質の硼化物を形成して耐摩耗性を向上させる効果がある
ので、残部はＮiとする。

【００２４】なお、残部には不可避的不純物が随伴され
得るが、それらは本発明の効果を損なわない範囲で許容
できることは云うまでもない。

【００２５】上記化学成分を有する合金は、鋳造合金と
して高耐食性・耐摩耗性を有する種々の部材に使用でき
る。しかし、アトマイズ法で急冷凝固により粉末とし、
これをＨＩＰ(熱間静水圧プレス)成形するプロセスによ
れば、上記特性が十分に発揮され、高性能の製品が得ら
れる。したがって、プラスチック等の射出成形機及び押
出成形機用のシリンダ部材に好適である。

【００２６】次に本発明の実施例を示す。

【００２７】

【実施例１】

【表１】 に示す化学成分を有する合金を常法により溶解、鋳造し
た。得られた各試料について硬さを測定すると共に酸及
びガスによる腐食試験と摩耗試験を行った。これらの評
価結果を

【表２】 に示す。

【００２８】なお、酸の腐食試験片としては６.５mmφ
×１０mmｌのものを用い、これを５０℃に保持した２０
％塩酸中及び１５％硫酸中にそれぞれ１００時間浸漬
し、腐食減量を測定して、各々塩酸雰囲気中及び硝酸雰
囲気中での耐食性を評価した。また、ガスの腐食試験片
としては５mm×５mm×１０mmｌのものを用い、これを３
５０℃に保持した環状炉中に入れ、硫化水素とアルゴン
の混合ガス(体積比率１：１)を２４時間通流させ、腐食
増量を測定して、硫化水素ガスに対する耐食性を評価し
た。

【００２９】また、摩耗試験は、大越式摩耗試験機を用
い、相手材：ＳＵＪ−２、最終荷重：６.３kg、擦速
度：０.９４m／s、摩擦速度：４００mの条件で行い、比
摩耗量を測定して耐摩耗性を評価した。

【００３０】表２から明らかなように、本発明材である
合金Ｎo.１〜Ｎo.８は、いずれも高ガラスファイバー含
有樹脂を成形するシリンダに必要とされる硬さ(ＨＶ６
５０以上)、耐摩耗性を有すると共に、耐塩酸性、耐硫
酸性及び耐硫化水素ガス腐食性が優れていることがわか
る。

【００３１】一方、従来材のうち、合金Ｎo.９は、Ｗ、
Ｃuを含有していないため、耐塩酸性及び耐硫酸性が劣
り、Ｃrの含有量が低いため耐硫化水素ガス性にも劣っ
ている。合金Ｎo.１０はＣrの含有量が低く、Ｃuの含有
量が高いため、耐塩酸性及び耐硫酸性に優れるが耐硫化
水素ガス性に劣っている。合金Ｎo.１１はＷ、Ｃuを含
有していないため、耐塩酸性及び耐硫酸性が劣り、Ｃr
の含有量が低いため耐硫化水素ガス性にも劣っている。

【００３２】また、比較材のうち、合金Ｎo.１２は、Ｃ
rの含有量が低いため耐硫化水素ガス性が劣っている。
合金Ｎo.１３は、Ｃrの含有量が高いため、かえって耐
塩酸性及び耐硫酸性が劣化している。合金Ｎo.１４は、
Ｍoを含有しているがＷを含有していないため、耐食性
には優れるが耐摩耗性の点で劣っている。合金Ｎo.１５
はＷの含有量が高いため、合金が硬くなり脆化の傾向を
示している。合金Ｎo.１６はＷを含有していないため耐
塩酸性及び耐硫酸性が劣っている。合金Ｎo.１７は、Ｗ
を含有せず、Ｃuの含有量が高いため、耐摩耗性と耐硫
化水素性に劣っている。合金Ｎo.１８は、Ｃの含有量が
高いにもかかわらずＷやＮbを含有していないので、Ｃr
炭化物の生成量が増え、マトリックス中のＣrが欠乏す
るため耐硫化水素性が劣っている。

【００３３】

【実施例２】表１に示す合金の中から２種(本発明材の
合金Ｎo.３及び従来材の合金Ｎo.９)を選定し、それぞ
れ溶解→アトマイズ法により粉末合金(−１００メッシ
ュ)を製造した。得られた粉末を低合金鋼内面にＨＩＰ
法によりライニングし、機械加工により外径９０mm、内
径２８mm、長さ７００mmのシリンダに仕上げて、実機フ
ィールドテニスを行った。テスト条件は、成形樹脂とし
て４０％ガラス繊維を含有したＰＰＳを用い、成形温度
は３２０℃であった。

【００３４】１５万ショット後、各々のシリンダ内径を
測定したところ、従来材のＮo.９は最大摩耗量が７５μ
mであったのに対し、本発明材のＮo.３は最大摩耗量が
１０μmであり、大幅に耐久性が向上していることが確
認された。

【００３５】

【実施例３】

【表３】 に示す化学成分を有する合金を常法により溶解、鋳造し
た。得られた各試料について硬さを測定すると共に酸及
びガスによる腐食試験と摩耗試験を行った。これらの評
価結果を

【表４】 に示す。なお、各評価試験及び評価基準は実施例１の場
合と同様である。

【００３６】表４より明らかなように、本発明材である
Ｎo.１〜Ｎo.６は、いずれも高ガラスファイバー含有樹
脂を成形するシリンダに必要とされる硬さ(ＨＶ６５０
以上)、耐摩耗性を有すると共に、耐塩酸性、耐硫酸性
及び耐硫化水素ガス腐食性が優れていることがわかる。

【００３７】一方、比較材のうち、Ｎo.７はＣrの含有
量が低くいため耐硫化水素ガス性に劣っている。Ｎo.８
はＭoを含有しているがＷを含有していないため、耐食
性に優れるが耐摩耗性の点で劣っている。Ｎo.９はＮb
を含有せずＣの含有量が高いため、耐硫化水素ガス性に
劣っている。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明合金は、Ｎ
iをベースとし、これに適量のＣr、Ｓi、Ｆe並びにＣu
及びＷ、Ｂを添加し、更にＣ量を規定した特定の化学成
分に調整されているので、従来材の耐摩耗性を維持し、
且つ塩酸雰囲気中及び硫酸雰囲気中と硫化水素ガス雰囲
気中での耐食性に優れている。したがって、今後ますま
す需要が拡大するＰＰＳ樹脂などの高機能・高性能なエ
ンジニアリングプラスチックの射出成形や押出成形機用
のシリンダ材料に好適である。

【００３９】また、本発明合金は鋳造合金として広く使
用できるが、更にアトマイズ法によって急冷凝固粉と
し、これをＨＩＰ成形して製品を得るプロセスにも適用
でき、より高性能の各種部材を製造することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で(以下、同じ)、Ｓi:３〜６％、
   Ｂ:２〜４％、Ｃr:２４〜３４％、Ｗ:２〜８％、Ｃu:
   ０.８〜２％、Ｆe:３〜８％、Ｃ:０.５％以下を含み、
   残部がＮi及び不可避的不純物からなることを特徴とす
   る耐食、耐摩耗合金。
2. 【請求項２】 更に、Ｍo:１〜４％及びＮb:０.５〜４
   ％のうちの１種又は２種を含む請求項１に記載の耐食、
   耐摩耗合金。