JPH0649581A - 耐食耐摩耗性に優れた金属―セラミックス複合材料およびその製造方法 - Google Patents

耐食耐摩耗性に優れた金属―セラミックス複合材料およびその製造方法

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JPH0649581A
JPH0649581A JP4227782A JP22778292A JPH0649581A JP H0649581 A JPH0649581 A JP H0649581A JP 4227782 A JP4227782 A JP 4227782A JP 22778292 A JP22778292 A JP 22778292A JP H0649581 A JPH0649581 A JP H0649581A
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powder
metal
ceramics
corrosion resistance
ceramic
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JP4227782A
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Hiroshi Tanaka
拓 田中
Shingo Izumi
真吾 泉
Masatoshi Ayagaki
昌俊 綾垣
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐食性と耐摩耗性とが同時に要求される部材
に好適な金属―セラミックス複合材料およびその製造方
法を提供するものである。 【構成】 本発明は耐食耐摩耗材料としてNi基耐食合
金にセラミックスを10〜55体積%均一分散させた複
合材料、またその製造方法としてマトリックスを構成す
る元素の純金属粉末とセラミックス粉末とを機械合金化
して得られる複合粉末を加圧焼結する方法を提供するも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐食性と耐摩耗性とが同
時に要求される部材に好適な金属―セラミックス複合材
料及びその製造方法に関するものである。特に本発明は
射出成形機、押出機シリンダー用材料としての利用に有
効なものである。
【0002】
【従来の技術】樹脂成形用の射出成形機、押出機のシリ
ンダーは成形時の樹脂の熱分解により発生する腐食性ガ
スに曝されるため、高レベルの耐食性が要求される。ま
た樹脂の高強度化のために添加される無機材のため同時
に耐摩耗性も要求される。
【0003】このような耐食性と耐摩耗性とが同時に要
求される部材に適用される材料として、耐食合金にセラ
ミックスを分散させた材料の利用が図られている。
【0004】セラミックスの均一な分散を得る方法とし
て粉末冶金を用いる方法が提案されている。
【0005】例えば特開昭62―273820には耐食
性を有する合金粉末に8〜25重量%のWC粉末を混合
させた粉末を用い、加圧焼結によりシリンダーを形成す
る方法が開示されている。
【0006】また特開平3―94033には、セラミッ
クスを耐摩耗性確保の点から金属マトリックス中に均一
に分散させる方法として、Ni基合金粉末と炭化バナジ
ウム粉末とを機械合金化し、加圧焼結して得られる耐食
耐摩耗性に優れた材料およびその製造方法が記載されて
いる。
【0007】ここで機械合金化は数種の粉末を乾式高エ
ネルギーボールミルに充填し攪拌することによって圧
着、粉砕を繰り返し複合粉末を得る技術である。
【0008】特に互いに固溶せず溶解法では製造の困難
な組成の合金粉末や金属マトリックス内にセラミックス
の分散した複合粉末の製造に利用されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】特開平3―94033
においては合金粉末を原料としセラミックス粉末を分散
させる方法が採られている。
【0010】しかしNiが50重量%を越えるいわゆる
Ni基合金を原料として機械合金化を行う場合、Ni基
合金は硬度が低く延性に富み、高エネルギーボールミル
内への付着が激しいため、粉末回収率が低く、またセラ
ミックスの均一分散が難しいため、満足できる耐食耐摩
耗性を有する材料が得られないという問題点がある。
【0011】本発明は上記課題に鑑み、粉末回収率がよ
く、セラミックスの分散が均一で優れた耐食耐摩耗性を
有する金属―セラミックス複合材料を製造する方法およ
びその方法によって得られる優れた耐食耐摩耗性を有す
る金属―セラミックス複合材料を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するための手段として原料粉末として合金粉末では
なくマトリックスを構成する各成分の純金属粉末を用
い、それに10体積%以上55体積%以下の範囲で適当
な量のセラミックス粉末を加えて均一に混合し、そのう
え高エネルギーボールミルにより粉砕混合を行うことに
より、金属粉末が高エネルギーボールミル内部(ミルの
内壁、粉砕ボール表面、攪拌アーム表面)に付着するこ
となく金属成分の機械合金化とセラミックスの均一分散
が同時に達成されることを見いだした。
【0013】またこうして得られたセラミックスの分散
の良好な複合粉末を加圧焼結することにより優れた耐食
耐摩耗性を有する金属―セラミックス複合材料を得られ
ることを見いだしたものである。
【0014】
【作用】本発明の金属―セラミックス複合材料はNi含
有量が50%をこえるいわゆるNi基耐食合金をマトリ
ックスとし、これに粒径1μm以下のTiC、WC等の
セラミックス粉末を10体積%以上55体積%以下の割
合で添加することを特徴とする。
【0015】Ni基耐食合金は硬さが低く(Hv<20
0)延性が高いため金属だけでは高エネルギーボールミ
ル内部への付着が激しく良好な機械合金化が達成されな
いが原料粉末としてマトリックスを構成する成分である
純金属粉末を用い、これに10体積%以上55体積%以
下の量のセラミックス粉末を添加すると金属が付着する
ことなく良好な機械合金化が達成されると同時に金属粉
末内部に均一にセラミックス粉末が分散されることを見
いだしたものである。
【0016】機械合金化工程の初期においてはミル内に
存在するセラミックス粉末が金属粉末のボールへの付着
を防止しているものと考えられる。
【0017】一方、機械合金化が進行しセラミックス粉
末が金属粉末の内部に分散するようになるにつれ金属が
高エネルギーボールミル内部に付着しやすくなる。
【0018】従来の合金粉末を原料とする方法では、こ
の段階での粉末の付着を避けることができず、セラミッ
クス粉末の分散の不均一および粉末回収率の低下を生む
原因となっていた。
【0019】ここで純金属を原料とする本発明の製造方
法によれば、純金属の機械合金化がセラミックスの分散
と同時に進行することになるのであるが、金属マトリッ
クス部分は機械合金化が進むにつれ、加工歪により硬さ
が増し、その硬さはHv800〜1000にも達する。
【0020】そのため機械合金化工程の後半においても
金属粉末が高エネルギーボールミル内部に付着すること
なく、セラミックスが内部に均一に分散した良好な複合
粉末が得られると同時に高い回収率が確保できるもので
ある。
【0021】ただし原料セラミックス粉末の粒径があま
りに大きい場合、機械合金化初期のセラミックス粉末に
よる金属付着防止効果が十分に得られず、セラミックス
の均一分散、高い回収率が得られなくなる。
【0022】なお、得られる複合粉末内に分散している
セラミックスは機械合金化の過程で粉砕され粒径1μm
以下となっている。
【0023】機械合金化条件は使用する高エネルギーボ
ールミルやセラミックスの添加量にもよるが粉砕用ボー
ルと粉末の装入量の重量比が40:1〜10:1、回転
速度150〜300rpmが好ましい。
【0024】ここで添加するセラミックスが10体積%
未満の場合、機械合金化工程初期における金属粉末の高
エネルギーボールミル内部への付着が多くなり、良好な
混合状態、高い粉末回収率が得られない。
【0025】またセラミックス添加量が55体積%を越
えると焼結工程において内部応力により成形品にクラッ
クが発生する、あるいは焼結体の加工が困難となるなど
の問題が生ずるため、それ以上のセラミックス添加は意
味をなさない。
【0026】これらの理由によりセラミックス添加量の
最適範囲を10体積%以上55体積%以下とするもので
ある。
【0027】この範囲においてセラミックス添加量は要
求される材料の硬さに応じて調整すればよい。
【0028】得られた複合粉末はHIP等の焼結法を適
用し、機械部品を形成することができる。焼結温度とし
ては1000〜1200℃の範囲が適している。
【0029】以下に本発明の実施例を示す。
【0030】
【実施例】第1表、試材No.1〜8に示す成分になる
よう計量された金属粉末及びセラミックスを混合し、高
エネルギーボールミルにより24時間機械合金化を行っ
た。
【0031】原料として用いた金属粉末の粒径はそれぞ
れNi;−10μm、Cr;−10μm、Mo;−10
μmである。またセラミックス粉末は平均粒径1.5μ
mのものを用いた。
【0032】機械合金化工程で粉砕されて1μm以下と
なったセラミックスが均一に分散した平均粒径5〜20
μmの複合粉末が得られる。
【0033】得られた各複合粉末について1030℃、
1200kgf/cm2の条件で2時間HIP処理し、
機械加工により試験片を作製した。これら試材No.1
〜8はいずれも本発明にかかる実施例である。
【0034】また第1表に示す試材No.9および10
は試材No.1〜8と同一の上記本発明方法により作製
したものであるがセラミックスの添加量が本発明の範囲
をはずれているものである。
【0035】また試材No.11は従来の合金粉末とセ
ラミックス粉末を原料とし機械合金化を行う方法により
作製した複合粉末をHIP処理したものである。
【0036】合金粉末には市販のNi―16Cr―16
Mo耐食合金粉末を用いた。また試材No.12は耐食
合金として一般によく用いられているNi―16Cr―
16Mo系の鋳造材である。
【0037】作製した各試験片について硬さ測定、抗折
力測定、耐摩耗試験、耐食試験を行った。各試験の条件
は以下の通りである。
【0038】硬さ測定 ビッカース硬度計により荷重30kgで硬さを測定し
た。
【0039】抗折力測定 8×4×25mmの試験片を用い、支点間距離20m
m、クロスヘッド速度0.5mm/minで3点曲げ試
験を実施した。
【0040】耐摩耗試験 スガ式摩耗試験機を用い、荷重3kgで#320のペー
パーで2000回往復摺動後の重量減量を測定し、体積
減量に換算した。
【0041】腐食試験 17%HClおよび38%H2SO4を腐食液とし、50
℃に保持した500CCの腐食液中に25×25×3m
mの試験片を24時間浸漬してその重量減量を測定し体
積減量に換算した。
【0042】第2表にこれら共試材の粉末回収率、硬
さ、抗折力、耐摩耗性、耐食性の試験結果を示す。
【0043】試材No.1〜8の試験結果に示されるよ
うにセラミックスの添加により硬さが大きくなり、従来
方法による試材No.11及び鋳造による試材No.1
2に比し、耐摩耗性が飛躍的に改善されることがわか
る。摩耗減量は試材の硬さに比例して小さくなってい
る。
【0044】本発明材料は適用部材の要求特性に応じ、
セラミックス添加量を本発明の範囲内で調整することに
よりHv700〜1200の範囲で任意に設定できると
いう利点も有している。
【0045】また耐食性も従来の耐食性鋳造合金試材N
o.12並みの耐食性を保持している。特にH2SO4
対しては鋳造材を上回る耐食性を有することがわかる。
【0046】従来方法による試材No.11は機械合金
化工程における粉末回収率は40%以下と悪く、セラミ
ックスの分散性も図2に示すように不均一である。
【0047】そのためセラミックス分散にも関わらず同
一成分である試材No.3の結果との比較からわかるよ
うに十分な硬度が得られず耐摩耗性も劣っている。
【0048】一方、本発明材は機械合金化工程における
粉末回収率は80%以上と極めて高く、また図1に示す
ような均一なセラミックス分散組織が得られる。図2に
比べ、組織の均一性の相違は明らかである。
【0049】これまでに示した本発明材の利点はこの均
一な組織を達成したことによるものである。
【0050】なおセラミックス添加量が本発明の範囲か
ら外れている試材No.9およびNo.10において
は、試材No.9の場合、十分な量の粉末が回収できず
試験片が得られなかった。
【0051】また試材No.10については焼結時にク
ラックが発生し、また加工が困難であることから硬さの
測定結果しか得られなかった。
【0052】
【表1】
【0053】製造方法 本発明方法;純金属粉末とセラミックス粉末を原料とし
機械合金化法により得られた複合粉末を加圧焼結する方
法 従来方法;合金粉末とセラミックス粉末を原料とし機械
合金化法により得られた複合粉末を加圧焼結する方法
【0054】本発明材;上記本発明方法により製造した
もので、セラミックス添加量が本発明の請求範囲を満た
しているもの 比較材;セラミックス添加量が本発明の請求範囲を満た
していないもの、あるいは製造方法が上記本発明方法に
よらないもの
【0055】
【表2】
【0056】
【発明の効果】以上、本発明の製造方法によれば耐摩耗
性が大幅に改善され、優れた耐食耐摩耗性を備えた材料
が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法により得られた本発明材料の組織を
示す顕微鏡写真である。
【図2】従来の合金粉末とセラミックス粉末とを原料と
する製造方法により作製した材料の組織を示す顕微鏡写
真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 1/05 Q 1/10 J

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Ni基合金よりなるマトリックス中に粒
    径1μm以下の微細セラミックス粒子が10体積%以上
    55体積%以下の割合で均一に分散したビッカース硬度
    が700以上の耐食耐摩耗性に優れた金属―セラミック
    ス複合材料。
  2. 【請求項2】 セラミックスがTiCもしくはWCから
    なる請求項1記載の耐食耐摩耗性に優れた金属―セラミ
    ックス複合材料。
  3. 【請求項3】 Ni基合金を構成する各金属元素の純金
    属粉末と10体積%以上55体積%以下のセラミックス
    粉末を機械合金化した後、加圧焼結する耐食耐摩耗性に
    優れた金属―セラミックス複合材料の製造方法。
  4. 【請求項4】 セラミックス粉末としてTiCもしくは
    WC粉末を用いる請求項3記載の耐食耐摩耗性に優れた
    金属―セラミックス複合材料の製造方法。
JP4227782A 1992-08-05 1992-08-05 耐食耐摩耗性に優れた金属―セラミックス複合材料およびその製造方法 Pending JPH0649581A (ja)

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