JPH0798262B2 - 含浸による硬質耐摩耗表面層を備えた金属製品の製造方法及びその製品 - Google Patents
含浸による硬質耐摩耗表面層を備えた金属製品の製造方法及びその製品Info
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Description
表面層を備えた金属製品の製造方法に関する。
せる技術には各種のものが知られており、炎スプレー被
覆やプラズマスプレー被覆が含まれる。しかしながら、
これらの各被覆技術には被覆過程及び使役時に表面層の
破砕に係る問題があると共に、本技術の使用には特に多
額の費用を要する。
るキャストインカーバイド(cast-in-carbides)も公知
である。例えば、エックマー(Eckmer)等の米国特許第
4,119,459号の議論を参照されたい。しかしな
がら、このような鋳造法では、炭化物粒子を所望の位置
及び規則正しい分布パターンに正確に維持することは困
難である。
に使用するキャストオンハードサーフェシング(cast-o
n hard surfacing)技術も当該技術分野で知られてい
る。例えば、ハンセン(Hansen)等の「ポリスチレンパ
ターン鋳物へのフェロクロム系ハードサーフェシングの
適用(“Application of Cast-On Ferrochrome-Based H
ard Surfacing to Polystyrene Pattern Casting
s”)」(米国内務省、鉱山局研究報告第8942号、
1985年)を参照されたい。
例えばタングステンと発泡体パターンとの間に形成され
る結合の信頼性が低いという問題がある。このため、鉄
は固化前に炭化物層に浸透せず、従って炭化物は鉄を含
浸せずに製品から剥がれ落ちる
面に硬質層を更に効果的に形成しようと試みたその他の
方法にも注目した。例えば、蒸発パターン鋳造法(EP
C)を用いて鋳鉄に炭化物を含ませるレヴァンカー(Re
vankar)等の米国特許第5,027,878号明細書や
サンドコア(sand core)を用いて鋳鉄及びアルミニウ
ム合金鋳物に炭化物を含ませる米国特許出願第564,
184号及び同第564,185号明細書が注目され
る。
ったにも拘らず、幾つかの欠陥もあった。例えば、EP
C法の実施には従来の鋳造工場内に特殊装置を設置する
必要がある。更に、この方法で製造される鋳物は発泡プ
ラスチックレプリカの変形に基づく変形を受ける可能性
を有する。他方、前述のサンドコアを用いる炭化物鋳造
法は炭化物球を使用する方法であり、それがプロセス費
用に加わる。この費用は実質的に平らな耐摩耗表面を所
望する場合には更に高まる可能性がある。この場合に
は、球径の半分以上の厚みの表面層を機械研削する必要
があるからである。
わる問題を克服できる、表面に硬質耐摩耗表面層を備え
た金属製品、特に鉄製品の製造方法が今尚求められてい
る。
できるものである。本発明の第一発明は、硬い耐摩耗材
料表面層を備えた金属製品を製造する方法であって、耐
摩耗材料製の「ピン」又は「フック(hook)」を使用し
て、その耐摩耗材料表面層を鋳物表面に「機械的に」結
合させたことを特徴とする方法である。
焼結シート形態の耐摩耗層を準備し; (b)その耐摩耗層をサンドコアに張り付け;そして (c)溶融金属を注型して、耐摩耗表面層を備えた金属
製品を製造する; 各工程を含む、含浸により硬質耐摩耗表面層を備えた金
属製品の製造方法に関する。
造された製品に関する。
質上全ての型の金属の鋳造に使用することができる。し
かしながら、鋳鉄、とくにダクタイル鋳鉄又は鼠鋳鉄が
好適である。その他の好適金属例には非鉄合金及びスー
パアロイがある。
を含むシートの形成が含まれる。硬質耐摩耗材料の選択
に関し、本発明は炭化タングステン、炭化クロム等、焼
結可能な何れの硬質層も効果的に使用することができ
る。更に、この耐摩耗材料は金属結合剤を含むことがで
きて、例えば炭化タングステンに対してはFe族金属、
好ましくはCoを、炭化クロムに対してはNiを使用す
ることができる。例えば、鋳造金属としてダクタイル鋳
鉄を使用する場合には、14−17重量%のコバルトを
含む炭化タングステンの粒が好適である。
含む)硬質耐摩耗材料の粉末を、シート形成を可能にす
る適当な流動学的特性を有するスリップを形成できる適
当な有機結合剤、例えばポリビニルアルコール(PV
A)10%溶液及び適当な可塑剤、例えば2−エチルヘ
キシルジフェニルホスフェート、ホスフェートエステル
可塑剤、例えばFMC社のクロニテックス(KRONI
TEX 3600)又は可塑剤混合物と混合して、形成
する。この点に関し、好適な結合剤及び/又は可塑剤
は、個々の耐摩耗材料に効果的に使用できるものであ
る。
例えばメッシュ寸法−140/200又はそれより細か
いものを使用することが好ましい。
ターンのテキスチャーをシートの外表面に形成すること
が好ましい。シート内のパターンの形状は、使用時にシ
ートが構成材料、すなわち、該シートに含浸している金
属、例えば鉄の層の最下面から横方向に移動するのを効
果的に阻止する、すなわちシート表面に対して接線方向
に加えられる剪断に抵抗できるようなパターンであれば
どのパターンでもよい。例えば、一実施態様では、シー
トの外面上に「ワッフル」状のテキスチャーをパターン
化する。例えば図1を参照されたい。
り、例えばシートがグリーンで可塑状態にある間にシー
ト表面上に所要パターンを有するダイをプレスすること
により形成することができる。
摩耗材料/有機結合剤/可塑剤混合物が、シートに取り
付けるための「ピン」や「フック」の形成にも使用され
るのが好ましい。これらの「ピン」や「フック」の形状
は、耐摩耗材料を鋳造物表面に「機械的」に保持するよ
うな形状であればいずれの形状でもよい。好適ピン形状
の二例を図2に示す。その他のピン形状は、例えば、ワ
ッフル表面テキスチャーを有する炭化物の平らな「シー
ト」がある。
100℃のオーブン内で乾燥すると「剛性」の固体にな
る。これらのピンをシート上、特にパターンを含むシー
ト面上に置いて耐摩耗層を形成する。例えば図1に示す
配列を参照されたい。
ト表面に加わる分離力を克服するために必要な数であ
る。例えば図1に示す実施態様では、4個のフックが使
用されているが、この数を例えば1−8ピンに変えるこ
とができる。
できるが、予備焼結した後にシート上に取り付けてもよ
い。何れの技術を用いても、取り付けたピンと一緒にシ
ート自身を焼結すると、ピンはシートと一体となる。次
に、シートを低温、例えば320−340℃で加熱し、
有機結合剤及び可塑剤を部分的に除去する。
ンが十分稠密になるような条件下で行われる。好適焼結
条件は当該技術分野で知られており、例えば真空下14
50−1475℃で50−75分といった条件である。
フックを取り付けた焼結シートは焼結温度から室温まで
冷却されたときにも応力が加わらず、ピンは焼結後にシ
ートの一体部分を形成するからである。例えば、図3に
示した断面を参照されたい。
ートとピンを形成したが、その他のこれら有機添加物を
使用しない方法もある。例えば、適当な割合の金属結合
剤を含む炭化粉末をコールドダイプレスで平らなピンを
含むシートに直接プレス加工することができる。次に、
このシートを有機結合剤及び可塑剤を用いたときの炭化
物シートの製造手順と同じように焼結することができ
る。勿論、低温加熱による結合剤及び可塑剤の除去ステ
ップは不要である。
で知られている手段により適当な型、例えばサンドコア
の表面上に張り付ける。例えば一実施態様では、高温接
着剤を使用し、この層を例えば100℃のオーブン内で
加熱し、接着剤から水分を追い出して硬化させるのであ
る。
高い融点をもつことを意味する。本発明には適当は接着
剤であれば何れも使用できるが、高温無機接着剤が好適
である。
施態様では、この結合剤はアレムコ社(AREMCO)
のセラマボンド(Ceramabond)569まる高温セラミッ
ク接着剤である。セラマボンド569は、アルミニウ
ム、ケイ素及びカリウムの酸化物を水中でコロイド懸濁
体として含み、最大使用温度が約1650℃の同社専有
の高温結合剤である(セラマボンドはアレムコプロダク
ツ社(AREMCO ProductsInc.)の商標である)。
れている鋳造技術、例えば重力供給鋳造、圧潰漬鋳造、
真空鋳造等の何れかを用いて、液体金属を硬質耐摩耗層
の周囲に注型する。しかしながら、使い易さの点で金属
の重力供給が好適である。炭化タングステン包含による
ダクタイル鋳鉄の鋳造例を図3に示す。
製品の製造に使用することができる。更には前述のよう
に、本発明の方法では金属が耐摩耗材料シートと冶金学
的に反応する必要はないので、本発明の方法は広範な金
属及びその合金に適用される。しかしながら、鋳鉄の特
定ケースでは、鉄と炭化物との結合を更に強化する冶金
学的反応が見出されている。この反応はシートにワッフ
ル状のパターンを付けると促進することができる。
して製品の製造費用を大幅に下げることができる。特
に、次工程でのろう付けや溶接を必要とせず、且つま
た、EPCシステムに係るような追加鋳造設備を必要と
せずに鋳造過程で表面を効果的に変性、すなわち所望の
パターンを有しかつ強固に結合した硬質耐摩耗表面層を
備えた金属製品を製造することができる。実際、本発明
の方法は既存のサンドコア鋳造法に容易に採用すること
ができる。
下に特定実施例を提示する。但し、この実施例は単に説
明を意図するものであって、発明の範囲を限定するもの
ではない。
ステンの微粉末(−140/200又はそれより細かい
メッシュ寸法のもの)を、適当な流動学的特性を有する
スリップを形成できる、ポリビニルアルコール10%水
溶液などの適当な結合剤及び適当な可塑剤(2−エチル
ヘキシルジフェニルホスフェート又はFMC社のクロニ
テックス(KRONITEX)3600)又は可塑剤混合物と混合
し、鋳造又は圧延加工によりシートにする。シートが乾
燥又は硬化により剛性になる前に図1に示すような「ワ
ッフル」テキスチャーをシート表面上にパターン形成す
る。
て、適当な形状のピン(図2を参照のこと)を別に鋳造
して、100℃のオーブン内で乾燥すると剛性の固体に
なる。シートが可塑状態にある間すなわち結合剤樹脂が
硬化する前に、上記ピンを炭化物シートの図1に示すよ
うなワッフル模様の面上に置く。次に、グリーンシート
を真空下1460℃で60分間焼結すると、シートとピ
ンは十分稠密になる。図3を参照されたい。
用いて、焼結した炭化物シートをサンドコアに張り付
け、このサンドコア及びシートを100℃をオーブン内
で加熱し、結合剤から水分を追い出して硬化させる。十
分に長時間の硬化が許されるならば室温でも乾燥するこ
とができる。金属凝固時に炭化物シートが鋳物の表面に
しっかりと結合するよう、従来の鋳造法を用いて鋳鉄を
シートの周囲に注型する。
シートを示す。
す。
シートを示すダクタイル鋳鉄の写真である。
Claims (21)
- 【請求項1】 (a) 表面上に一以上のピンが一体的
に取り付けられている焼結シート形態の耐摩耗層を準備
し; (b) 該耐摩耗層を型の表面に張り付け;そして (c) 溶融金属を注型して耐摩耗層を備えた金属製品
を製造する; 各工程を含む含浸による硬質耐摩耗表面層を備えた金属
製品の製造方法。 - 【請求項2】 該型表面がサンドコアであり、かつ、該
層がその少なくとも一方の表面上にシートの横方向移動
を阻止するための所望パターンを有する請求項1の方
法。 - 【請求項3】 該パターンがワッフルパターンである請
求項2の方法。 - 【請求項4】 該シートには複数のピンが一体的に取り
付けられている請求項1の方法。 - 【請求項5】 該ピンは、シートに取り付けられる際に
は焼結されていない請求項4の方法。 - 【請求項6】 該ピンをシートに取り付け、その後で該
シートを焼結する請求項5の方法。 - 【請求項7】 該ピンをシートに取り付ける前に焼結す
る請求項4の方法。 - 【請求項8】 該ピンをシートに取り付けた後、該シー
トを焼結する請求項7の方法。 - 【請求項9】 該型表面がサンドコアであり、かつ、高
温接着剤を用いて該層を該サンドコアに張り付ける請求
項1の方法。 - 【請求項10】 該高温接着剤が高温セラミック接着剤
である請求項9の方法。 - 【請求項11】 該金属が鉄である請求項1の方法。
- 【請求項12】 該鉄がダクタイル鋳鉄である請求項1
1の方法。 - 【請求項13】 該硬質耐摩耗材料が金属結合剤を含む
炭化タングステンである請求項1の方法。 - 【請求項14】 該炭化タングステンが14−17重量
パーセントのコバルトを含有する請求項13の方法。 - 【請求項15】 耐摩耗材料の粉末、有機結合剤及び一
種以上の可塑剤の混合物から該シートを形成する請求項
1の方法。 - 【請求項16】 該シートと同一の混合物から該ピンを
製造する請求項15の方法。 - 【請求項17】 該混合物を鋳造して該シートを形成す
る請求項15の方法。 - 【請求項18】 該混合物を鋳造して該シート及び一以
上のピンを形成する請求項16の方法。 - 【請求項19】 該型表面がサンドコアであり; 該層がその一表面上にワッフルパターンを有し; 該シートとピンが耐摩耗材料の粉末、有機結合剤及び一
種以上の可塑剤の混合物から形成され;かつ、 該シートには複数のピンを一体に取り付けている; 請求項1の方法。 - 【請求項20】 請求項1の方法により製造される製
品。 - 【請求項21】 請求項19の方法により製造される製
品。
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Publication Number | Publication Date |
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JPH05261515A JPH05261515A (ja) | 1993-10-12 |
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