JPH05320719A - 複合部材の製造方法 - Google Patents
複合部材の製造方法Info
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- JPH05320719A JPH05320719A JP13358092A JP13358092A JPH05320719A JP H05320719 A JPH05320719 A JP H05320719A JP 13358092 A JP13358092 A JP 13358092A JP 13358092 A JP13358092 A JP 13358092A JP H05320719 A JPH05320719 A JP H05320719A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】溶接、脱気工程がなく工程が単純化され、焼き
入れ性の良い材料、硬くて脆い材料を基材として使用す
ることができ、高温加圧工程で原料粉が変形しても、変
形量が正確に予測できる。ポアが発生せず、このため、
曲げ強度、衝撃値が高い複合部材の製造方法を提供す
る。 【構成】基材１０の所定箇所に原料粉末充填空間１２を
形成し、この充填空間１２に前記基材１０よりも融点の
低い原料粉末１６を配置し、このように配置された基材
１０と原料粉末１６とを１×１０-2〜１．０Ｔｏｒｒの
真空雰囲気下で原料粉末１６が固相と液相を共に生じる
温度領域中の焼結温度で加熱し、次いで、１００ｋｇｆ
／ｃｍ2 以上の不活性ガス雰囲気下で原料粉末１６が固
相と液相を共に生じる温度領域中の焼結温度で加熱す
る。
入れ性の良い材料、硬くて脆い材料を基材として使用す
ることができ、高温加圧工程で原料粉が変形しても、変
形量が正確に予測できる。ポアが発生せず、このため、
曲げ強度、衝撃値が高い複合部材の製造方法を提供す
る。 【構成】基材１０の所定箇所に原料粉末充填空間１２を
形成し、この充填空間１２に前記基材１０よりも融点の
低い原料粉末１６を配置し、このように配置された基材
１０と原料粉末１６とを１×１０-2〜１．０Ｔｏｒｒの
真空雰囲気下で原料粉末１６が固相と液相を共に生じる
温度領域中の焼結温度で加熱し、次いで、１００ｋｇｆ
／ｃｍ2 以上の不活性ガス雰囲気下で原料粉末１６が固
相と液相を共に生じる温度領域中の焼結温度で加熱す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基材表面に所定の機能
を有する材料を複合化して基材表面に機能材層を形成す
る複合部材の製造方法に係り、特に、単純な方法で複合
化と同時に機能材料の内部欠陥を無くする方法に関す
る。
を有する材料を複合化して基材表面に機能材層を形成す
る複合部材の製造方法に係り、特に、単純な方法で複合
化と同時に機能材料の内部欠陥を無くする方法に関す
る。
【０００２】より具体的には、鉄鋼材料やＮｉ合金、Ｃ
ｏ合金の表面に耐食性、耐磨耗性が共に優れた機能材料
を付与する際に、機能材料内部にポア（空孔）を発生さ
せない方法に係り、プラスチック成形機などのバレル、
スクリューなどの用途に特に好適な複合部材の製造方法
に関する。
ｏ合金の表面に耐食性、耐磨耗性が共に優れた機能材料
を付与する際に、機能材料内部にポア（空孔）を発生さ
せない方法に係り、プラスチック成形機などのバレル、
スクリューなどの用途に特に好適な複合部材の製造方法
に関する。
【０００３】
【従来の技術】基材表面に所定の機能を有する材料を複
合化して機能材層を形成する従来技術として、図１３に
示すように、溶接による空間形成後、原料充填し、気密
化溶接した後、脱気し、溶接によりシールした後、静水
圧加圧下で焼結する方法がある（神戸製鋼技報 Ｖｏ
ｌ．４０ Ｎｏ．１（１９９０） ３０〜３３頁）。こ
の方法は、ポアの無い焼結層が得られるため、曲げ強
度、衝撃値が高いなどの利点を有する。しかし、気密溶
接工程と脱気工程とが必要なため、製造工程が長い。ま
た、高温度で加圧、変形させるため、気密溶接部が破損
する場合がある。気密溶接工程が必要なため溶接で割れ
の生じる材料（例えば、焼き入れ性の良い材料、硬くて
脆い材料）を基材として使用することができない。何故
なら、焼き入れ性の良い材料などを基材として使用する
と、溶接時に溶接部にクラックを生じ、気密性を保持で
きず、この結果この方法での製造は不可能であるためで
ある。また、この方法では静水圧加圧下で焼結するた
め、基材の変形が生じる。このため、特に複雑な形状の
複合部材を製造する場合、高度な溶接技術と高温時の変
型予測技術が必要となる。実際には、寸法、形状毎の予
備テストを行って、経験的に求めている。
合化して機能材層を形成する従来技術として、図１３に
示すように、溶接による空間形成後、原料充填し、気密
化溶接した後、脱気し、溶接によりシールした後、静水
圧加圧下で焼結する方法がある（神戸製鋼技報 Ｖｏ
ｌ．４０ Ｎｏ．１（１９９０） ３０〜３３頁）。こ
の方法は、ポアの無い焼結層が得られるため、曲げ強
度、衝撃値が高いなどの利点を有する。しかし、気密溶
接工程と脱気工程とが必要なため、製造工程が長い。ま
た、高温度で加圧、変形させるため、気密溶接部が破損
する場合がある。気密溶接工程が必要なため溶接で割れ
の生じる材料（例えば、焼き入れ性の良い材料、硬くて
脆い材料）を基材として使用することができない。何故
なら、焼き入れ性の良い材料などを基材として使用する
と、溶接時に溶接部にクラックを生じ、気密性を保持で
きず、この結果この方法での製造は不可能であるためで
ある。また、この方法では静水圧加圧下で焼結するた
め、基材の変形が生じる。このため、特に複雑な形状の
複合部材を製造する場合、高度な溶接技術と高温時の変
型予測技術が必要となる。実際には、寸法、形状毎の予
備テストを行って、経験的に求めている。
【０００４】そこで本発明者は、図１４に示すように、
基材に原料粉末充填空間を形成した後そこに原料粉末を
充填し、真空中や還元性雰囲気中で焼結する方法を提案
している（特願昭２−３３８６３５号）。この方法は、
溶接、脱気工程がなく工程が単純化される。複合焼結時
に高温で加圧しないため、基材の変形が少ない。このた
め機能材層と基材との仕上がり寸法の予測が容易であ
る。また気密溶接工程がなく、脱気、気密化工程がない
ため、加熱時の溶接部の破損がないなどの利点がある。
しかし、この方法では、得られる機能材層に少量のポア
が発生する場合があり、この場合機械的強度、曲げ強
度、衝撃値が低くなるという問題がある。
基材に原料粉末充填空間を形成した後そこに原料粉末を
充填し、真空中や還元性雰囲気中で焼結する方法を提案
している（特願昭２−３３８６３５号）。この方法は、
溶接、脱気工程がなく工程が単純化される。複合焼結時
に高温で加圧しないため、基材の変形が少ない。このた
め機能材層と基材との仕上がり寸法の予測が容易であ
る。また気密溶接工程がなく、脱気、気密化工程がない
ため、加熱時の溶接部の破損がないなどの利点がある。
しかし、この方法では、得られる機能材層に少量のポア
が発生する場合があり、この場合機械的強度、曲げ強
度、衝撃値が低くなるという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解消すべくなされたもので、その目的とするところ
は、溶接、脱気工程がなく工程が単純化され、焼き入れ
性の良い材料、硬くて脆い材料を基材として使用するこ
とができ、高温加圧工程で原料粉が変形しても、変形量
が正確に予測でき、さらにポアが発生せず、このため、
曲げ強度、衝撃値が高い複合部材の製造方法を提供する
ものである。
点を解消すべくなされたもので、その目的とするところ
は、溶接、脱気工程がなく工程が単純化され、焼き入れ
性の良い材料、硬くて脆い材料を基材として使用するこ
とができ、高温加圧工程で原料粉が変形しても、変形量
が正確に予測でき、さらにポアが発生せず、このため、
曲げ強度、衝撃値が高い複合部材の製造方法を提供する
ものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、基材の所定箇
所に原料粉末充填空間を形成する工程と、この充填空間
に少なくとも２種類の成分を含みかつ加熱により前記基
材より低い温度で固相と液相とが共存する温度領域を有
する原料粉末を配置する工程と、このように配置された
基材と原料粉末とを前記温度領域中の焼結温度で加熱す
る工程と、次いで、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の不活性
ガス雰囲気下で前記温度領域中の焼結温度で加熱する工
程と、を具備した複合部材の製造方法である。
所に原料粉末充填空間を形成する工程と、この充填空間
に少なくとも２種類の成分を含みかつ加熱により前記基
材より低い温度で固相と液相とが共存する温度領域を有
する原料粉末を配置する工程と、このように配置された
基材と原料粉末とを前記温度領域中の焼結温度で加熱す
る工程と、次いで、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の不活性
ガス雰囲気下で前記温度領域中の焼結温度で加熱する工
程と、を具備した複合部材の製造方法である。
【０００７】
【作用】本発明方法は、基材１０の所定箇所に原料粉末
充填空間１２を形成する（図２，ａ参照）。原料粉末充
填空間１２の形成は、例えば、冶具１４表面に原料粉末
１６から生じる融液と濡れない表面離型材（図示せず）
を塗布し、この冶具１４を基材１０と組合わせることに
より行う。原料粉末充填空間１２を形成した後、ここに
原料粉末１６を充填する（図２，ｂ参照）。基材１０は
原料粉末１６が液相を生ずる温度より高い融点のものを
使用する。原料粉末１６には、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、こ
れらの混合物、Ｎｉ合金と炭化物との混合粉末、Ｃｏ合
金と炭化物との混合粉末、およびＮｉ合金とＣｏ合金と
炭化物との混合粉末、Ｎｉ合金と複合粒子（焼結又は鋳
造により製造された炭化物とＮｉ、炭化物とＣｏ、炭化
物とＮｉとＣｏとの混合粉末など）、Ｃｏ合金と複合粒
子との混合粉末、Ｎｉ合金とＣｏ合金と複合粒子との混
合粉末などが挙げられる。基材１０には、Ｎｉ自溶合金
又はＣｏ自溶合金の液相点以上の融点を持つ金属または
合金、例えば鉄鋼材料、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金が挙げられ
る。
充填空間１２を形成する（図２，ａ参照）。原料粉末充
填空間１２の形成は、例えば、冶具１４表面に原料粉末
１６から生じる融液と濡れない表面離型材（図示せず）
を塗布し、この冶具１４を基材１０と組合わせることに
より行う。原料粉末充填空間１２を形成した後、ここに
原料粉末１６を充填する（図２，ｂ参照）。基材１０は
原料粉末１６が液相を生ずる温度より高い融点のものを
使用する。原料粉末１６には、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、こ
れらの混合物、Ｎｉ合金と炭化物との混合粉末、Ｃｏ合
金と炭化物との混合粉末、およびＮｉ合金とＣｏ合金と
炭化物との混合粉末、Ｎｉ合金と複合粒子（焼結又は鋳
造により製造された炭化物とＮｉ、炭化物とＣｏ、炭化
物とＮｉとＣｏとの混合粉末など）、Ｃｏ合金と複合粒
子との混合粉末、Ｎｉ合金とＣｏ合金と複合粒子との混
合粉末などが挙げられる。基材１０には、Ｎｉ自溶合金
又はＣｏ自溶合金の液相点以上の融点を持つ金属または
合金、例えば鉄鋼材料、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金が挙げられ
る。
【０００８】次に、原料粉末１６を充填した基材１０に
対して、図１の熱サイクルに示すように、均熱工程、昇
温工程、焼結工程を順に行なう。均熱工程は、原料粉末
の固相点直下の温度でおこない、昇温工程は、０．２〜
２．０℃／分とするのが好適である。
対して、図１の熱サイクルに示すように、均熱工程、昇
温工程、焼結工程を順に行なう。均熱工程は、原料粉末
の固相点直下の温度でおこない、昇温工程は、０．２〜
２．０℃／分とするのが好適である。
【０００９】焼結工程は、原料粉末１６の焼結と基材１
０との複合化プロセス（焼結）を行なって基材表面に機
能材層１８を形成する（図２，ｃ参照）もので、はじめ
に真空焼結をおこない、これに続いて静水圧加圧焼結を
連続して行う。真空焼結は、原料粉末１６が液相と固相
を生じる温度領域で真空加熱し、原料粉末１６の焼結と
基材１０との接合を進行させる。本発明方法で真空焼結
を固相共存の範囲で行うのは次の理由による。 (1) 焼結により形成される機能材層が重力による形崩れ
を起こさない。 (2) 真密度に近い機能材料が得られる。 (3) 引け巣（空孔）を発生しない。
０との複合化プロセス（焼結）を行なって基材表面に機
能材層１８を形成する（図２，ｃ参照）もので、はじめ
に真空焼結をおこない、これに続いて静水圧加圧焼結を
連続して行う。真空焼結は、原料粉末１６が液相と固相
を生じる温度領域で真空加熱し、原料粉末１６の焼結と
基材１０との接合を進行させる。本発明方法で真空焼結
を固相共存の範囲で行うのは次の理由による。 (1) 焼結により形成される機能材層が重力による形崩れ
を起こさない。 (2) 真密度に近い機能材料が得られる。 (3) 引け巣（空孔）を発生しない。
【００１０】(4) 温度が低く固体粒子のみの場合、真密
度に近い機能材料が得られず、焼結が進行せず、ポーラ
スになる。他方、温度が高く、溶融液のみの場合、重力
により流れ落ち形が保てない。引け巣（空孔）を発生す
る。真空度は、通常の真空焼結での真空度（一般的に
は、１×１０-2〜１．０Ｔｏｒｒ）である。
度に近い機能材料が得られず、焼結が進行せず、ポーラ
スになる。他方、温度が高く、溶融液のみの場合、重力
により流れ落ち形が保てない。引け巣（空孔）を発生す
る。真空度は、通常の真空焼結での真空度（一般的に
は、１×１０-2〜１．０Ｔｏｒｒ）である。
【００１１】次いで行う静水圧加圧焼結は、この真空焼
結後アルゴンガス等の不活性ガスを封入加圧し、上記の
焼結層（機能材層１８）を加圧し、機能材層１８内のポ
アＰを液相で埋める（図１，ｄ参照）。この圧力は、１
００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上として、圧力によりポアが消滅
するようにする。この圧力は、融液の粘性と分量によっ
て加減する。この場合、基材１０及び冶具１４の表面に
も圧力が加わるが、「基材及び冶具」と「液相及び固相
粒子」との間に空間が形成されているので、ここからも
圧力（図１，ｄに矢印参照）が加わり、基材１０、冶具
１４が変形することを阻止する。
結後アルゴンガス等の不活性ガスを封入加圧し、上記の
焼結層（機能材層１８）を加圧し、機能材層１８内のポ
アＰを液相で埋める（図１，ｄ参照）。この圧力は、１
００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上として、圧力によりポアが消滅
するようにする。この圧力は、融液の粘性と分量によっ
て加減する。この場合、基材１０及び冶具１４の表面に
も圧力が加わるが、「基材及び冶具」と「液相及び固相
粒子」との間に空間が形成されているので、ここからも
圧力（図１，ｄに矢印参照）が加わり、基材１０、冶具
１４が変形することを阻止する。
【００１２】
【実施例】以下本発明を図面に示す実施例を参照して説
明する。 （実施例１）
明する。 （実施例１）
【００１３】図３〜図５に示す実施例１を説明する。二
軸押出機用バレル基材１０（材質ＳＣＭ４４０Ｃ、外径
Ｄ；４５０ｍｍ、長さｌ；４８０ｍｍ）に、冶具１４
（材質Ｓ２５Ｃ、外径ｄ；１６０ｍｍ、中心軸間距離
ｓ；１５６ｍｍ）をボルト締めし、充填空間１２（幅４
ｍｍ）を形成した。なお冶具表面にアルミナ溶射し、原
料粉末１６の融液（以下液相と称する）と冶具１４とが
濡れないように処理してある。これにより、原料が基材
側に焼結収縮を起こし、基材１０に機能材料が複合化さ
れる。原料粉末１６として、重量％で、９．８％Ｎｉ、
２４．２％Ｃｒ、２．９％Ｂ、３．２％Ｓｉ，７％Ｗ、
残部Ｃｏの組成の合金粉を用いた。この組成の合金は耐
食性、耐磨耗性ともに優れているため、押出機用バレル
の性能を満足する。原料粉末１６の粒径は１８０μｍ以
下である。この合金の固相点は１０３０℃、液相線は１
１３０℃であり、１０３０〜１１３０℃の温度範囲では
固相と液相が共存するため、焼結はこの温度範囲でおこ
なう。その理由は、固液共存の温度範囲で焼結すると、
機能材層１８が崩れ落ちることなく、緻密な層が得られ
るからである。なお、固相点以下の低い温度で焼結を行
うと、焼結は完了せず多数のボアが残り、液相点以上の
温度で焼結を行うと、鋳造と同様になってしまい、層の
崩れがおき、引け巣の問題も発生する。
軸押出機用バレル基材１０（材質ＳＣＭ４４０Ｃ、外径
Ｄ；４５０ｍｍ、長さｌ；４８０ｍｍ）に、冶具１４
（材質Ｓ２５Ｃ、外径ｄ；１６０ｍｍ、中心軸間距離
ｓ；１５６ｍｍ）をボルト締めし、充填空間１２（幅４
ｍｍ）を形成した。なお冶具表面にアルミナ溶射し、原
料粉末１６の融液（以下液相と称する）と冶具１４とが
濡れないように処理してある。これにより、原料が基材
側に焼結収縮を起こし、基材１０に機能材料が複合化さ
れる。原料粉末１６として、重量％で、９．８％Ｎｉ、
２４．２％Ｃｒ、２．９％Ｂ、３．２％Ｓｉ，７％Ｗ、
残部Ｃｏの組成の合金粉を用いた。この組成の合金は耐
食性、耐磨耗性ともに優れているため、押出機用バレル
の性能を満足する。原料粉末１６の粒径は１８０μｍ以
下である。この合金の固相点は１０３０℃、液相線は１
１３０℃であり、１０３０〜１１３０℃の温度範囲では
固相と液相が共存するため、焼結はこの温度範囲でおこ
なう。その理由は、固液共存の温度範囲で焼結すると、
機能材層１８が崩れ落ちることなく、緻密な層が得られ
るからである。なお、固相点以下の低い温度で焼結を行
うと、焼結は完了せず多数のボアが残り、液相点以上の
温度で焼結を行うと、鋳造と同様になってしまい、層の
崩れがおき、引け巣の問題も発生する。
【００１４】次に、原料粉末１６を図３の空間の上部か
ら落下充填させながら、基材１０の外径部を銅ハンマー
にて加振した。このときの充填率は６０％であった。な
お、原料粉末１６は、充填前に十分乾燥しておく。乾燥
条件は１２０℃、２時間である。
ら落下充填させながら、基材１０の外径部を銅ハンマー
にて加振した。このときの充填率は６０％であった。な
お、原料粉末１６は、充填前に十分乾燥しておく。乾燥
条件は１２０℃、２時間である。
【００１５】原料充填後、図４の熱サイクルにより焼結
した。まず、最初に真空中（０．２Ｔｏｒｒ）で加熱し
た。ここで、１０２０℃に４時間保持するが、その理由
は、処理品全体が均一な温度になるようにするためであ
る。この温度（１０２０℃）は原料粉末の固相点より約
１０℃低い温度である。その後、０．５℃／分の昇温速
度で徐々に加熱し、１０９０℃の焼結温度まで昇温し
た。１０９０℃に１時間保持すると、原料粉末１６はほ
ぼ真密度に近く焼結が進行した。しかし、この時点で
は、まだ僅かなポアが残っているので、次にポアを除去
するため、アルゴンガスを封入して加圧した。この時加
える圧力は液相の粘性によって異なる。この実施例で
は、５００ｋｇｆ／ｃｍ2 に加圧し、その状態で３０分
間保持しその後冷却した。
した。まず、最初に真空中（０．２Ｔｏｒｒ）で加熱し
た。ここで、１０２０℃に４時間保持するが、その理由
は、処理品全体が均一な温度になるようにするためであ
る。この温度（１０２０℃）は原料粉末の固相点より約
１０℃低い温度である。その後、０．５℃／分の昇温速
度で徐々に加熱し、１０９０℃の焼結温度まで昇温し
た。１０９０℃に１時間保持すると、原料粉末１６はほ
ぼ真密度に近く焼結が進行した。しかし、この時点で
は、まだ僅かなポアが残っているので、次にポアを除去
するため、アルゴンガスを封入して加圧した。この時加
える圧力は液相の粘性によって異なる。この実施例で
は、５００ｋｇｆ／ｃｍ2 に加圧し、その状態で３０分
間保持しその後冷却した。
【００１６】冷却後、冶具１４を取り除いて、二軸押出
機用バレル基材の内径及び内径間のピッチを測定したと
ころ、それぞれ１６３．４±０．２ｍｍ、１５６±０．
２ｍｍの範囲の寸法であった（図５参照）。内径寸法
は、原料の充填率から計算して予測した値１６３．２と
ほぼ一致した。なお、焼結層（機能材層１８）下部に
は、余剰の液相凝固体Ｒが少量付着しているが、機能上
何等支障はない。仕上加工時に実施例１の方法で得られ
た機能材層１８（焼結層）の曲げ強度及び衝撃値を測定
したところ、１３５ｋｇｆ／ｍｍ2 、０．８ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 となった。この値を図１３に示す先願方法で得られ
た複合材料の値と比べたところ夫々３０％，２４％優れ
た値であった。 （実施例２）
機用バレル基材の内径及び内径間のピッチを測定したと
ころ、それぞれ１６３．４±０．２ｍｍ、１５６±０．
２ｍｍの範囲の寸法であった（図５参照）。内径寸法
は、原料の充填率から計算して予測した値１６３．２と
ほぼ一致した。なお、焼結層（機能材層１８）下部に
は、余剰の液相凝固体Ｒが少量付着しているが、機能上
何等支障はない。仕上加工時に実施例１の方法で得られ
た機能材層１８（焼結層）の曲げ強度及び衝撃値を測定
したところ、１３５ｋｇｆ／ｍｍ2 、０．８ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 となった。この値を図１３に示す先願方法で得られ
た複合材料の値と比べたところ夫々３０％，２４％優れ
た値であった。 （実施例２）
【００１７】図６〜図７に示す実施例２を説明する。射
出成形機用シリンダー基材１０（材質ＳＣＭ４４０Ｃ、
高さｌ；１２５０ｍｍ）に、冶具１４（材質ＳＵＳ３０
４）をボルト締めし、スペーサ２０を介在して充填空間
１２（空間の内径ｄ；３６ｍｍ、外径Ｄ；３８ｍｍ）を
形成した。なお冶具表面には、アルミナ溶射をして原料
粉末１６の融液（以下液相と称する）と冶具１４とが濡
れないように処理してある。これにより、原料が基材側
に焼結収縮を起こし、基材１０に機能材料が複合化され
る。原料粉末１６には、重量％で、１０．０％Ｃｒ、
２．２％Ｂ、３．２％Ｓｉ，残部Ｎｉの組成の合金粉を
もちいた。この組成の合金は耐食性、耐磨耗性ともに優
れているため、押出機用バレルの性能を満足した。原料
粉末１６は粒径が１８０μｍ以下のものを使用した。こ
の合金の固相点は９６０℃、液相点は１０６０℃であ
る。
出成形機用シリンダー基材１０（材質ＳＣＭ４４０Ｃ、
高さｌ；１２５０ｍｍ）に、冶具１４（材質ＳＵＳ３０
４）をボルト締めし、スペーサ２０を介在して充填空間
１２（空間の内径ｄ；３６ｍｍ、外径Ｄ；３８ｍｍ）を
形成した。なお冶具表面には、アルミナ溶射をして原料
粉末１６の融液（以下液相と称する）と冶具１４とが濡
れないように処理してある。これにより、原料が基材側
に焼結収縮を起こし、基材１０に機能材料が複合化され
る。原料粉末１６には、重量％で、１０．０％Ｃｒ、
２．２％Ｂ、３．２％Ｓｉ，残部Ｎｉの組成の合金粉を
もちいた。この組成の合金は耐食性、耐磨耗性ともに優
れているため、押出機用バレルの性能を満足した。原料
粉末１６は粒径が１８０μｍ以下のものを使用した。こ
の合金の固相点は９６０℃、液相点は１０６０℃であ
る。
【００１８】原料粉末１６を実施例の図の空間の上部か
ら落下充填させながら、基材１０の外径部を銅ハンマー
にて加振した。このときの充填率は６１％であった。原
料粉末１６は、充填前に十分乾燥しておく。乾燥条件は
１２０℃、２時間である。
ら落下充填させながら、基材１０の外径部を銅ハンマー
にて加振した。このときの充填率は６１％であった。原
料粉末１６は、充填前に十分乾燥しておく。乾燥条件は
１２０℃、２時間である。
【００１９】原料充填後、図７の熱サイクルにより焼結
した。まず、最初に真空中（０．２Ｔｏｒｒ）で加熱
し、９５０℃に２時間保持した。これは処理品全体が均
一な温度になるようにするためであり、この温度は固相
線より約１０℃低い温度である。その後、０．５℃／分
の昇温速度で徐々に加熱して、１０２５℃の焼結温度ま
で昇温した。１０２５℃に１時間保持すると、原料粉末
１６は、ほぼ真密度に近く焼結が進行した。しかし、こ
の時点では、まだ僅かなポアが残っているので、次にポ
アを除去するため、アルゴンガスを封入して加圧する。
この場合には、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 に加圧し、その状
態で３０分間保持しその後冷却した。
した。まず、最初に真空中（０．２Ｔｏｒｒ）で加熱
し、９５０℃に２時間保持した。これは処理品全体が均
一な温度になるようにするためであり、この温度は固相
線より約１０℃低い温度である。その後、０．５℃／分
の昇温速度で徐々に加熱して、１０２５℃の焼結温度ま
で昇温した。１０２５℃に１時間保持すると、原料粉末
１６は、ほぼ真密度に近く焼結が進行した。しかし、こ
の時点では、まだ僅かなポアが残っているので、次にポ
アを除去するため、アルゴンガスを封入して加圧する。
この場合には、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 に加圧し、その状
態で３０分間保持しその後冷却した。
【００２０】冷却後、冶具１４を取り除いて内径を測定
した。その結果、３６．８±０．２５ｍｍの範囲の寸法
であった。内径寸法は、原料の充填率から計算し予測し
た値３６．８ｍｍとほぼ一致した。そして、ポアのない
機能材層１８が得られ、機能材層１８と基材１０は強固
に結合していた。次いで、焼結後所定の機械加工をして
仕上げた。実施例２と同様の処理によって得られた機能
材層１８（焼結層）の曲げ強度及び衝撃値を測定したと
ころ、１２４ｋｇｆ／ｍｍ2 、０．７４ｋｇｆ／ｃｍ2
となり、これは先の出願の方法と比べ夫々２０％，２６
％優れた値であった。 （実施例３）
した。その結果、３６．８±０．２５ｍｍの範囲の寸法
であった。内径寸法は、原料の充填率から計算し予測し
た値３６．８ｍｍとほぼ一致した。そして、ポアのない
機能材層１８が得られ、機能材層１８と基材１０は強固
に結合していた。次いで、焼結後所定の機械加工をして
仕上げた。実施例２と同様の処理によって得られた機能
材層１８（焼結層）の曲げ強度及び衝撃値を測定したと
ころ、１２４ｋｇｆ／ｍｍ2 、０．７４ｋｇｆ／ｃｍ2
となり、これは先の出願の方法と比べ夫々２０％，２６
％優れた値であった。 （実施例３）
【００２１】図８〜図９に示す実施例３を説明する。射
出成形機用逆止弁基材１０（材質ＳＫＨ４、高さｌ；３
２ｍｍ）の外周に、冶具１４（材質Ｓ２５Ｃ）をボルト
締めして、充填空間１２（空間の内径ｄ；３５ｍｍ、外
径Ｄ；３９ｍｍ）を形成する。なお冶具表面には、アル
ミナ溶射して原料粉末１６の融液（以下液相と称する）
と冶具１４とが濡れないように処理してある。これによ
り、原料が基材１０側に焼結収縮を起こし、基材１０に
機能材料が複合化される。原料粉末１６には、重量％
で、３．０％Ｂ、４．３％Ｓｉ，残部Ｎｉの組成の粒径
１８０μｍ以下の合金粉７０部と粒径１０μｍ以下の炭
化タングステンとの混合物をもちいた。この組成の混合
物は耐食性、耐磨耗性ともに優れているため、押出機用
バレルの性能を満足する。原料粉末１６は粒径が１８０
μｍ以下のものを使用した。この合金粉の固相点は７６
０℃、液相点は１０６５℃である。
出成形機用逆止弁基材１０（材質ＳＫＨ４、高さｌ；３
２ｍｍ）の外周に、冶具１４（材質Ｓ２５Ｃ）をボルト
締めして、充填空間１２（空間の内径ｄ；３５ｍｍ、外
径Ｄ；３９ｍｍ）を形成する。なお冶具表面には、アル
ミナ溶射して原料粉末１６の融液（以下液相と称する）
と冶具１４とが濡れないように処理してある。これによ
り、原料が基材１０側に焼結収縮を起こし、基材１０に
機能材料が複合化される。原料粉末１６には、重量％
で、３．０％Ｂ、４．３％Ｓｉ，残部Ｎｉの組成の粒径
１８０μｍ以下の合金粉７０部と粒径１０μｍ以下の炭
化タングステンとの混合物をもちいた。この組成の混合
物は耐食性、耐磨耗性ともに優れているため、押出機用
バレルの性能を満足する。原料粉末１６は粒径が１８０
μｍ以下のものを使用した。この合金粉の固相点は７６
０℃、液相点は１０６５℃である。
【００２２】原料粉末１６を図８の空間の上部から落下
充填させながら、基材１０の外径部を銅ハンマーにて加
振した。このときの充填率は６３％であった。なお、原
料粉末１６は、充填前に十分乾燥しておく。乾燥条件は
１２０℃、２時間である。
充填させながら、基材１０の外径部を銅ハンマーにて加
振した。このときの充填率は６３％であった。なお、原
料粉末１６は、充填前に十分乾燥しておく。乾燥条件は
１２０℃、２時間である。
【００２３】原料充填後、図９の熱サイクルにより焼結
した。まず、最初に真空中（０．２Ｔｏｒｒ）で加熱し
た。９５０℃に２０分保持するが、これは、処理品全体
が均一な温度になるようにするためであり、この温度は
固相線より約１０℃低い温度とする。その後、１℃／分
の昇温速度で徐々に加熱し、１０８０℃の焼結温度まで
昇温する。１０８０℃に２０分保持すると、原料粉末１
６は、ほぼ真密度に近く焼結が進行する。しかし、この
時点では、まだ僅かなポアが残っているので、次にポア
を除去するため、アルゴンガスを封入して加圧した。こ
の場合には、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 に加圧し、その状態
で２０分間保持しその後冷却した。
した。まず、最初に真空中（０．２Ｔｏｒｒ）で加熱し
た。９５０℃に２０分保持するが、これは、処理品全体
が均一な温度になるようにするためであり、この温度は
固相線より約１０℃低い温度とする。その後、１℃／分
の昇温速度で徐々に加熱し、１０８０℃の焼結温度まで
昇温する。１０８０℃に２０分保持すると、原料粉末１
６は、ほぼ真密度に近く焼結が進行する。しかし、この
時点では、まだ僅かなポアが残っているので、次にポア
を除去するため、アルゴンガスを封入して加圧した。こ
の場合には、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 に加圧し、その状態
で２０分間保持しその後冷却した。
【００２４】冷却後、冶具１４を取り除いて外径を測定
したところ、３７．４±０．１ｍｍの範囲の寸法であっ
た。内径寸法は、原料の充填率から計算し予測した値３
７．５ｍｍとほぼ一致した。そして、ポアのない機能材
層１８が得られ、機能材層１８と基材１０は強固に結合
していた。基材１０（ＳＫＨ４）の硬度はＨR Ｃ４５
で、逆止弁として良好な硬さであった。焼結後、所定の
機械加工をして仕上げた。仕上加工時に本発明方法と同
様の方法で得られた機能材層１８（焼結層）の曲げ強度
及び衝撃値を測定したところ、１１３ｋｇｆ／ｍｍ2 、
０．４９ｋｇｆ／ｃｍ2 となり、これは先の出願の方法
と比べ夫々１８％，２１％優れた値であった。 （実施例４）
したところ、３７．４±０．１ｍｍの範囲の寸法であっ
た。内径寸法は、原料の充填率から計算し予測した値３
７．５ｍｍとほぼ一致した。そして、ポアのない機能材
層１８が得られ、機能材層１８と基材１０は強固に結合
していた。基材１０（ＳＫＨ４）の硬度はＨR Ｃ４５
で、逆止弁として良好な硬さであった。焼結後、所定の
機械加工をして仕上げた。仕上加工時に本発明方法と同
様の方法で得られた機能材層１８（焼結層）の曲げ強度
及び衝撃値を測定したところ、１１３ｋｇｆ／ｍｍ2 、
０．４９ｋｇｆ／ｃｍ2 となり、これは先の出願の方法
と比べ夫々１８％，２１％優れた値であった。 （実施例４）
【００２５】図１０〜図１１に示す実施例４を説明す
る。スクリュー基材１０（材質ステライト＃１２、硬度
ＨR Ｃ４７、成分；重量％で１．３％Ｃ、１．２％Ｓ
ｉ、２９．０％Ｃｒ、８．０％Ｗ、残部Ｃｏ、高さｌ；
６２ｍｍ）の外周に、冶具１４（材質ＳＵＳ３０４）を
ボルト締めして、充填空間１２（空間の内径ｄ；４６ｍ
ｍ、外径Ｄ；５０ｍｍ）を形成する。なお冶具表面に
は、アルミナ溶射して、原料粉末１６の融液（以下液相
と称する）と冶具１４とが濡れないように処理してあ
る。これは、原料が基材側に焼結収縮を起こさせ、基材
１０に機能材料を複合化させるためである。原料粉末１
６には、重量％で、１０．０Ｃｒ、２．２％Ｂ、３．２
％Ｓｉ，残部Ｎｉの組成の粒径１８０μｍ以下の合金粉
をもちいた。この組成の合金は耐食性、耐磨耗性ともに
優れているため、押出機用バレルの性能を満足する。原
料粉末１６は１８０μｍ以下の粒径のものを使用した。
この合金の固相点は９６０℃、液相点は１０６０℃であ
る。
る。スクリュー基材１０（材質ステライト＃１２、硬度
ＨR Ｃ４７、成分；重量％で１．３％Ｃ、１．２％Ｓ
ｉ、２９．０％Ｃｒ、８．０％Ｗ、残部Ｃｏ、高さｌ；
６２ｍｍ）の外周に、冶具１４（材質ＳＵＳ３０４）を
ボルト締めして、充填空間１２（空間の内径ｄ；４６ｍ
ｍ、外径Ｄ；５０ｍｍ）を形成する。なお冶具表面に
は、アルミナ溶射して、原料粉末１６の融液（以下液相
と称する）と冶具１４とが濡れないように処理してあ
る。これは、原料が基材側に焼結収縮を起こさせ、基材
１０に機能材料を複合化させるためである。原料粉末１
６には、重量％で、１０．０Ｃｒ、２．２％Ｂ、３．２
％Ｓｉ，残部Ｎｉの組成の粒径１８０μｍ以下の合金粉
をもちいた。この組成の合金は耐食性、耐磨耗性ともに
優れているため、押出機用バレルの性能を満足する。原
料粉末１６は１８０μｍ以下の粒径のものを使用した。
この合金の固相点は９６０℃、液相点は１０６０℃であ
る。
【００２６】原料粉末１６を図１０、ａの空間の上部か
ら落下充填させながら、基材１０の外径部を銅ハンマー
にて加振した。このときの充填率は６１％であった。原
料粉末１６は、充填前に十分乾燥しておく。乾燥条件は
１２０℃、２時間である。原料充填後、実施例３と同様
の熱サイクルにより焼結した。
ら落下充填させながら、基材１０の外径部を銅ハンマー
にて加振した。このときの充填率は６１％であった。原
料粉末１６は、充填前に十分乾燥しておく。乾燥条件は
１２０℃、２時間である。原料充填後、実施例３と同様
の熱サイクルにより焼結した。
【００２７】焼結後、所定の機械加工をして仕上げた。
そして基材１０の表面に約１ｍｍの均一な機能材層１８
を複合したスクリューを製造した。冶具１４を取り除い
て外径を測定したところ、４８．４±０．１ｍｍの範囲
の寸法であった。外径寸法は、原料の充填率から計算し
予測した値４８．４ｍｍとほぼ一致した。そして、ポア
のない機能材層１８が得られた。機能材層１８と基材１
０は強固に結合していた。また、基材１０（ＳＫＨ４）
の硬度はＨR Ｃ４５で、逆止弁として良好な硬さであっ
た。
そして基材１０の表面に約１ｍｍの均一な機能材層１８
を複合したスクリューを製造した。冶具１４を取り除い
て外径を測定したところ、４８．４±０．１ｍｍの範囲
の寸法であった。外径寸法は、原料の充填率から計算し
予測した値４８．４ｍｍとほぼ一致した。そして、ポア
のない機能材層１８が得られた。機能材層１８と基材１
０は強固に結合していた。また、基材１０（ＳＫＨ４）
の硬度はＨR Ｃ４５で、逆止弁として良好な硬さであっ
た。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、空間形成、原料充填、
焼結という単純な工程でボアのない機能材と基材とを複
合化することができる。また、溶接工程（気密工程）が
不要なので、焼入れ性の優れた工具鋼、高速度鋼を基材
としても複合化できる。また、溶接工程がないため、焼
結後のバラシ作業が極めて容易となる。さらに基材が加
圧されて押し潰され変形しないので、基材寸法が変化し
ない。機能材の厚さは変化するが予測が容易で原料充填
時の充填率から正確に計算できる。±０．２ｍｍ程度の
誤差内である。本発明方法で得られる機能材層１８の引
張り強度、衝撃値は静水圧加圧焼結の従来方法で得られ
たものと同等であり、先願の方法で得られたものよりも
高い。これは層内のポアが消失したためと考えられる。
焼結という単純な工程でボアのない機能材と基材とを複
合化することができる。また、溶接工程（気密工程）が
不要なので、焼入れ性の優れた工具鋼、高速度鋼を基材
としても複合化できる。また、溶接工程がないため、焼
結後のバラシ作業が極めて容易となる。さらに基材が加
圧されて押し潰され変形しないので、基材寸法が変化し
ない。機能材の厚さは変化するが予測が容易で原料充填
時の充填率から正確に計算できる。±０．２ｍｍ程度の
誤差内である。本発明方法で得られる機能材層１８の引
張り強度、衝撃値は静水圧加圧焼結の従来方法で得られ
たものと同等であり、先願の方法で得られたものよりも
高い。これは層内のポアが消失したためと考えられる。
【図１】本発明方法の熱サイクルの概略を示す図。
【図２】図１の熱サイクルでの基材と原料粉末の変化を
ａ〜ｄの順に示す図。
ａ〜ｄの順に示す図。
【図３】実施例１で適用した二軸押出機用シリンダー
（原料充填時）で、ａは平面図、ｂは断面図。
（原料充填時）で、ａは平面図、ｂは断面図。
【図４】実施例１で適用した熱サイクルの説明図。
【図５】実施例１で適用した二軸押出機用シリンダー
（焼結後）で、ａは断面図、ｂは平面図。
（焼結後）で、ａは断面図、ｂは平面図。
【図６】実施例２で適用した射出成形機用シリンダー
（原料充填時）の説明図。
（原料充填時）の説明図。
【図７】実施例２で適用した熱サイクルの説明図。
【図８】実施例３で適用した射出成形機用逆止弁（原料
充填時）の説明図。
充填時）の説明図。
【図９】実施例３で適用した熱サイクルの説明図。
【図１０】実施例４で適用したスクリュー（原料充填
時）で、ａは平面図、ｂは断面図。
時）で、ａは平面図、ｂは断面図。
【図１１】実施例４で適用したスクリュー（焼結後）の
断面図。
断面図。
【図１２】従来技術の説明図。
【図１３】先願技術の説明図。
１０…基材、１２…原料粉末充填空間、１４…冶具、１
６…原料粉末、１８…機能材層。
６…原料粉末、１８…機能材層。
Claims (10)
- 【請求項１】 基材の所定箇所に原料粉末充填空間を形
成する工程と、 この充填空間に少なくとも２種類の成分を含みかつ加熱
により前記基材より低い温度で固相と液相とが共存する
温度領域を有する原料粉末を配置する工程と、 このように配置された基材と原料粉末とを真空雰囲気下
で前記温度領域中の焼結温度で加熱する工程と、 次いで、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の不活性ガス雰囲気
下で前記温度領域中の焼結温度で加熱する工程と、 を具備した複合部材の製造方法。 - 【請求項２】 基材の所定箇所に原料粉末充填空間を形
成する工程は、基材に冶具を組合わせておこなわれ、こ
の冶具表面には原料粉末の融液と濡れない表面離型材が
塗布されている請求項１の複合部材の製造方法。 - 【請求項３】 原料粉末はＮｉ合金、Ｃｏ合金、および
これらの混合物からなる群から選択されている請求項１
の複合部材の製造方法。 - 【請求項４】 原料粉末はＮｉ合金と炭化物との混合粉
末、Ｃｏ合金と炭化物との混合粉末、およびＮｉ合金と
Ｃｏ合金と炭化物との混合粉末からなる群から選択され
ている請求項１の複合部材の製造方法。 - 【請求項５】 原料粉末はＮｉ合金と複合粒子との混合
粉末、Ｃｏ合金と複合粒子との混合粉末、およびＮｉ合
金とＣｏ合金と複合粒子との混合粉末からなる群から選
択されている請求項１の複合部材の製造方法。 - 【請求項６】 複合粒子は、炭化物とＮｉ、炭化物とＣ
ｏ、炭化物とＮｉとＣｏとの複合粒子からなる群から選
択された材料から構成される請求項５の複合部材の製造
方法。 - 【請求項７】 複合粒子は、焼結又は鋳造により製造さ
れたものである請求項５の複合部材の製造方法。 - 【請求項８】 基材は、Ｎｉ自溶合金又はＣｏ自溶合金
の液相点以上の融点を持つ金属または合金である請求項
１の複合部材の製造方法。 - 【請求項９】 基材は、鉄鋼材料である請求項８の複合
部材の製造方法。 - 【請求項１０】 基材は、Ｎｉ合金またはＣｏ合金であ
る請求項８の複合部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13358092A JP3257694B2 (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 複合部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13358092A JP3257694B2 (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 複合部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05320719A true JPH05320719A (ja) | 1993-12-03 |
| JP3257694B2 JP3257694B2 (ja) | 2002-02-18 |
Family
ID=15108137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13358092A Expired - Fee Related JP3257694B2 (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 複合部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3257694B2 (ja) |
-
1992
- 1992-05-26 JP JP13358092A patent/JP3257694B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3257694B2 (ja) | 2002-02-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |