JPH08170141A

JPH08170141A - 耐摩耗性および靭性のすぐれた耐食性サーメット材

Info

Publication number: JPH08170141A
Application number: JP24357295A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kawase; 広樹河瀬; Naoshi Yamashita; 直志山下; Teruyoshi Tanase; 照義棚瀬
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】耐摩耗性および靭性のすぐれた耐食性サーメ
ット材を提供する。【解決手段】硬質相が３５〜９０容量％を占め、残り
が結合相からなるサーメット材において、前記硬質相
を、ＴｉＣおよび／またはＴｉＣＮと、ＴｉとＷとＭｏ
の３元複合硼化物（ただし、Ｗ：１５〜３５重量％、Ｍ
ｏ：１〜１０重量％含有）で構成すると共に、前記Ｔｉ
Ｃおよび／またはＴｉＣＮの割合を、硬質相に占める割
合で５〜４９容量％とし、かつ上記結合相を、重量％
で、Ｗ：１０〜４０％、Ｍｏ：５〜３０％、Ｂ：０．０
００５〜１％を含有し、さらに必要に応じてＮｉおよび
／またはＰｄ：０．１〜５％を含有し、残りがＴｉと不
可避不純物からなる組成を有するＴｉ−Ｗ−Ｍｏ系合金
で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、すぐれた耐摩耗
性と靭性を有し、かつ耐食性にもすぐれたサーメット材
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開昭５０−１３７３１３
号公報に記載されるように、硬質相として炭化チタン
（以下、ＴｉＣ_xで示す）または炭窒化チタン（以下、
ＴｉＣ_xＮ_yで示す）を１０〜３５重量％含有し、残り
がＴｉ−Ｍｏ合金の結合相からなるサーメット材が知ら
れており、また、このサーメット材が腐食環境下で摩耗
を受ける、例えば水や海水、さらに化学薬品などの腐食
性流体の送配給に用いられる各種ポンプのシールリング
や軸受、さらにスリーブなどの構造部材として用いられ
ていることも知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の上記各種
ポンプなどの小型化および軽量化に伴ない、これの構造
部材には薄肉化が強く要求されるほか、その使用寿命の
一層の延命化も求められているが、上記の従来サーメッ
ト材は、相対的にすぐれた耐食性を有するが、耐摩耗性
および靭性が不十分であるために、これらの要求には必
ずしも満足に対応することができない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、耐食性は勿論のこと、より一段
と耐摩耗性および靭性にすぐれたサーメット材を開発す
べく研究を行なった結果、硬質相が３５〜９０容量％を
占め、残りが結合相からなるサーメットにおいて、上記
硬質相を、硬質相に占める割合で５〜４９容量％のＴｉ
Ｃ_xおよび／またはＴｉＣ_xＮ_yと、残りのＴｉとＷと
Ｍｏの３元複合硼化物［以下、（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）Ｂで
示す］（ただし、Ｗ：１５〜３５重量％、Ｍｏ：１〜１
０重量％を含有する）、で構成すると、上記（Ｔｉ，
Ｗ，Ｍｏ）Ｂは、斜方晶形の結晶構造を有し、きわめて
硬質で耐食性にもすぐれ、かつ発生クラックの結晶粒内
伝幡を抑制する作用をもつほか、下記の結合相との密着
性にもすぐれていることから、サーメット材はきわめて
すぐれた靭性と耐摩耗性を示すようになり、また上記Ｔ
ｉＣ_xおよびＴｉＣ_xＮ_yは、上記（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）
Ｂと下記の結合相との中間的硬さを有し、これがサーメ
ット材による相手攻撃性の緩和に作用し、さらに上記結
合相を、重量％で、Ｗ：１０〜４０％、Ｍｏ：
５〜３０％、Ｂ：０．０００５〜１％、を含有し、さら
に必要に応じて、Ｎｉおよび／またはＰｄ：０．１〜５
％、を含有し、残りがＴｉと不可避不純物からなる組成
を有するＴｉ−Ｗ−Ｍｏ系合金、で構成すると、上記Ｔ
ｉ−Ｗ−Ｍｏ系合金は、靭性および耐食性にすぐれ、か
つ高強度をもつことから、この結果のサーメット材は、
上記硬質相によってもたらされる特性と相まって、すぐ
れた耐摩耗性と靭性、および耐食性を具備するようにな
るという研究結果を得たのである。

【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、硬質相が３５〜９０容量％を占
め、残りが結合相からなるサーメット材において、上記
硬質相を、ＴｉＣ_xおよび／またはＴｉＣ_xＮ_yと、
（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）Ｂ（ただし、Ｗ：１５〜３５重量
％、Ｍｏ：１〜１０重量％を含有する）で構成すると共
に、前記ＴｉＣ_xおよび／またはＴｉＣ_xＮ_yの割合
を、硬質相に占める割合で５〜４９容量％とし、かつ上
記結合相を、重量％で、Ｗ：１０〜４０％、Ｍ
ｏ：５〜３０％、Ｂ：０．０００５〜１％、を含有し、
さらに必要に応じて、Ｎｉおよび／またはＰｄ：０．１
〜５％、を含有し、残りがＴｉと不可避不純物からなる
組成を有するＴｉ−Ｗ−Ｍｏ系合金、で構成してなる耐
摩耗性および靭性のすぐれた耐食性サーメット材に特徴
を有するものである。

【０００６】つぎに、この発明のサーメット材におい
て、組成を上記の通りに限定した理由を説明する。（Ａ）硬質相（１）硬質相の割合その割合が３５容量％未満では、相対的に結合相の割合
が多くなりすぎて所望の耐摩耗性を確保することができ
ず、一方その割合が９０容量％を越えると、反対に結合
相の割合が少なくなりすぎ、急激に靭性が低下するよう
になることから、その割合を３５〜９０容量％、望まし
くは６０〜８０容量％と定めた。

【０００７】（２）ＴｉＣ_xおよびＴｉＣ_xＮ_yの割
合これらの成分は、上記の通り（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）Ｂと結
合相との中間硬さを有し、これの存在によってサーメッ
ト材による相手攻撃性が著しく緩和されるようになる
が、その割合が、硬質相に占める割合で、５容量％未満
では相手攻撃性緩和に所望の効果が得られず、かつ相対
的に（Ｔｉ，Ｂ，Ｍｏ）Ｂの割合が多くなりすぎて靭性
が低下し、一方その割合が４９重量％を越えると、相対
的に（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）Ｂの割合が少なくなりすぎて耐
摩耗性が低下するようになることから、その割合を５〜
４９容量％、望ましくは１５〜３５容量％と定めた。

【０００８】（３）（Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ）ＢにおけるＷ
とＭｏの含有量ＷおよびＭｏには、共存した状態で結合相との密着性を
向上させるほか、発生クラックの結晶粒内伝幡を阻止す
る作用があるが、その含有量がＷおよびＭｏのいずれか
でも、重量％でＷ：１５％未満およびＭｏ：１％未満に
なると前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有
量が、ＷおよびＭｏのいずれかでも、同じく重量％で
Ｗ：３５％およびＭｏ：１０％を越えると、（Ｔｉ，
Ｗ，Ｍｏ）Ｂの硬さが急激に低下し、サーメット材にす
ぐれた耐摩耗性を確保することができなくなることか
ら、その含有量を、それぞれＷ：１５〜３５％、望まし
くは２０〜３０％、Ｍｏ：１〜１０％、望ましくは２〜
７％と定めた。

【０００９】（Ｂ）結合相（Ｔｉ−Ｗ−Ｍｏ系合金）
の組成（１）ＷＷ成分には、主としてＴｉ中に固溶して、これの靭性を
向上させる作用があるが、その含有量が上記Ｔｉ−Ｗ−
Ｍｏ系合金に占める重量％で（以下同じ）、１０％未満
では所望の靭性向上効果が得られず、一方その含有量が
４０％を越えると靭性に低下傾向が現われるようになる
ことから、その含有量を１０〜４０％、望ましくは１５
〜３５％と定めた。

【００１０】（２）ＭｏＭｏ成分には、同じく主としてＴｉ中に固溶して、表面
に自然発生する不動態皮膜の安定化に寄与し、もって耐
食性を向上させる作用があるが、その含有量が５％未満
では所望の耐食性向上効果が得られず、一方その含有量
が３０％を越えると靭性が低下するようになることか
ら、その含有量を５〜３０％、望ましくは１０〜２０％
と定めた。

【００１１】（３）ＢＢ成分には、同じく主としてＴｉ中に固溶して、結晶粒
を微細化し、もって強度向上に寄与する作用があるが、
その含有量が０．０００５％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方その含有量が１％を越えると靭性
に低下傾向が現われるようになることから、その含有量
を０．０００５〜１％、望ましくは０．００１〜０．１
％と定めた。

【００１２】（４）ＮｉおよびＰｄこれらの成分には、同じくＴｉ中に固溶して、耐食性を
さらに向上させる作用があるので、必要に応じて含有さ
れるが、その含有量が０．１％未満では所望の耐食性向
上効果が得られず、一方その含有量が５％を越えると硬
さが急激に低下するようになることから、その含有量を
０．１〜５％、望ましくは０．１〜２％と定めた。

【００１３】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明のサーメット材
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、い
ずれも２〜２．５μｍの範囲内の所定の平均粒径を有す
るＴｉＣ_0.95粉末、ＴｉＣ_0.8Ｎ_0.2粉末、ＴｉＣ_0.5
Ｎ_0.5粉末、ＴｉＣ_0.2Ｎ_0.8粉末、ＴｉＢ₂粉末、Ｔ
ｉＢ粉末、Ｗ粉末、Ｍｏ粉末、およびＮｉ粉末、さらに
同６μｍのＰｄ粉末、同２０μｍのＴｉ粉末を用意し、
これら原料粉末を表１に示される配合組成に配合し、ボ
ールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１ton ／
cm²の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、１
×１０^-3torrの真空中、１４００〜１６００℃の範囲内
の所定温度に１．５時間保持の条件で焼結することによ
り表２に示される組成をもった本発明サーメット材１〜
１４および従来サーメット材１，２をそれぞれ製造し
た。なお、表２におけるサーメット材の硬質相および結
合相の組成はＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）
を用いての分析結果を示し、また硬質相の割合は研磨面
での面積割合を測定した結果を示す。ついで、この結果
得られたサーメット材について、耐摩耗性と靭性を評価
する目的で、ロックウェル硬さ（Ａスケール）と破壊靭
性を測定し、さらに耐食性を評価する目的で、１０％Ｈ
Ｃｌ水溶液中に３０日間保持の腐食試験を行ない、腐食
減量を測定した。これらの測定結果を表３に示した。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】

【表３】

【００１７】

【発明の効果】表２，３に示される結果から、本発明サ
ーメット材１〜１４は、いずれも従来サーメット材１，
２と同等のすぐれた耐食性を保持した状態で、これより
一段とすぐれた靭性と硬さをもつことが明らかである。
上述のように、この発明のサーメット材は、すぐれた耐
食性に加えて、一段とすぐれた耐摩耗性（硬さ）と靭性
を有するので、これらの特性が要求される各種機械装置
の構造部材の製造に適用した場合、これの薄肉化を可能
とすると共に、長期に亘ってすぐれた性能を発揮するの
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者棚瀬照義茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地三菱マテリアル株式会社筑波製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硬質相が３５〜９０容量％を占め、残り
が結合相からなるサーメット材において、前記硬質相
を、炭化チタンおよび／または炭窒化チタンと、Ｔｉと
ＷとＭｏの３元複合硼化物（ただし、Ｗ：１５〜３５重
量％、Ｍｏ：１〜１０重量％含有）で構成すると共に、
前記炭化チタンおよび／または炭窒化チタンの割合を、
硬質相に占める割合で５〜４９容量％とし、かつ上記結
合相を、重量％で、Ｗ：１０〜４０％、Ｍｏ：５〜３０％、Ｂ：０．０００５〜１％、を含有し、残りがＴｉと不可避不純物からなる組成を有
するＴｉ−Ｗ−Ｍｏ系合金、で構成したことを特徴とす
る耐摩耗性および靭性のすぐれた耐食性サーメット材。
【請求項２】硬質相が３５〜９０容量％を占め、残り
が結合相からなるサーメット材において、前記硬質相
を、炭化チタンおよび／または炭窒化チタンと、Ｔｉと
ＷとＭｏの３元複合硼化物（ただし、Ｗ：１５〜３５重
量％、Ｍｏ：１〜１０重量％含有）で構成すると共に、
前記炭化チタンおよび／または炭窒化チタンの割合を、
硬質相に占める割合で５〜４９容量％とし、かつ上記結
合相を、重量％で、Ｗ：１０〜４０％、Ｍｏ：５〜３０％、Ｂ：０．０００５〜１％、を含有し、さらに、Ｎｉおよび／またはＰｄ：０．１〜５％、を含有し、残りがＴｉと不可避不純物からなる組成を有
するＴｉ−Ｗ−Ｍｏ系合金、で構成したことを特徴とす
る耐摩耗性および靭性のすぐれた耐食性サーメット材。