JPH0913161A

JPH0913161A - 遊離炭素を含有する表面硬化被膜

Info

Publication number: JPH0913161A
Application number: JP7182278A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ichii; 一男市井; Ichiro Asano; 一朗浅野; Isamu Manabe; 勇真鍋; Yoichiro Hayashi; 洋一郎林
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 1997-01-14
Anticipated expiration: 2015-01-11
Also published as: JP2997994B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、容易な加工で被膜が形成でき、そ
の被膜が摩耗現象において被摩耗部材に対して優れた摺
動性を持ち、材料工学的な見地から環境に優しい産業用
部材としての表面硬化被膜を得ることを目的とするもの
である。【構成】本発明によれば、２〜１２重量％の硼素と、
必要に応じて、更に、珪素を１〜６重量％含有するコバ
ルト合金粉末に、モリブデン炭化物および／またはタン
グステン炭化物を主成分とする粉末をそれらの合計量が
１０重量％以上、かつ、それらの炭素量の合計がモル比
で硼素量の１．５倍以下になるよう配合した混合粉末を
被処理物の表面に溶射した後、これを加熱処理して遊離
炭素を析出させたことを特徴とする摺動性に優れた遊離
炭素を含有する表面硬化被膜が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶射或は加熱等の処理
を施すことによって、硬質の炭化物及び／又は硼化物が
分散・析出したコバルト合金マトリックス中に、更に、
遊離炭素を析出（生成）させて遊離炭素との混合状態か
ら構成される表面硬化被膜に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、炭化物或は硼化物等の化合物
は、所謂、セラミックスと称され、これらは耐摩耗用材
料として広く一般に知られているものである。また、耐
摩耗性材料として実用に供されている材料として、遊離
炭素を含む鋳鉄、或は焼き入れした鋼等も既によく知ら
れている。特に、セラミックスは今日の加工技術の発達
により焼結加工だけでなく、ＨＩＰ、溶射および射出成
形加工（ＭＩＭ）等によって比較的容易に各種の部材用
として成形できるようになり、その用途は拡大の一途を
辿っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来公知の耐摩耗性材料としてのセラミックスは、産
業上実用に供される耐摩耗性部材としての摩耗損傷の観
点から見るとまだまだ十分満足のいくものではない。ま
た、これらは加工条件がかなり高温になるので実用上、
施工面からも難点があり、用途によっては成膜できない
こともある。

【０００４】即ち、硬質層が過剰に含まれていることに
より被摩耗部材（相手部材）に摩耗損傷を与えること、
および耐摩耗性部材の形状や種類によっては加熱等の処
理条件に制限を受けること等、解決すべき問題点も多々
ある。

【０００５】本発明は、容易な加工で被膜が形成でき、
その被膜が摩耗現象において被摩耗部材に対して優れた
摺動性をもつこと、即ち、材料工学的な見地から環境に
優しい産業用部材としての表面硬化被膜を得ることを目
的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、２〜１
２重量％の硼素と、必要に応じて、更に、珪素を１〜６
重量％含有するコバルト合金粉末に、モリブデン炭化物
および／またはタングステン炭化物を主成分とする粉末
をそれらの合計量が１０重量％以上、かつ、それらの炭
素量の合計がモル比で硼素量の１．５倍以下になるよう
配合した混合粉末を被処理物の表面に溶射した後、これ
を加熱処理して遊離炭素を析出させたことを特徴とする
摺動性に優れた遊離炭素を含有する表面硬化被膜が得ら
れる。

【０００７】また、本発明によれば、２〜１２重量％の
硼素と、必要に応じて、更に、珪素を１〜６重量％含有
するコバルト合金粉末に、モリブデン炭化物および／ま
たはタングステン炭化物を主成分とする粉末をそれらの
合計量が１０重量％以上、かつ、それらの炭素量の合計
がモル比で硼素量の１．５倍以下になるように配合し、
さらに、モリブデン粉末および／またはタングステン粉
末をそれらの合計がモル比で残存硼素量の０．１〜１．
０倍になるように配合した混合粉末を被処理物の表面に
溶射した後、これを加熱処理して遊離炭素を析出させた
ことを特徴とする摺動性に優れた遊離炭素を含有する表
面硬化被膜が得られる。

【０００８】

【作用】本発明は、表面硬化被膜を形成する原料粉末と
して２〜１２重量％の硼素を含むコバルト合金を使用し
ている。この合金の主要構成相であるＣｏとＣｏ₃Ｂ及
び、Ｃｏ₂ＢとＣｏＢはそれぞれおよそ１１１０℃及び
１２５０℃に共晶点を持っている。また、これに硼化物
形成元素（Ｍ）粉末を混合し、加熱すると（Ｃｏ−Ｂ）＋Ｍ→ＣｏＭＢ（１）（ＭはＭｏ、Ｗ）の反応によって生成されるそれぞれの
形成元素からなる複硼化物が、Ｃｏ合金マトリックス中
に分散・析出した組織が得られる。

【０００９】本発明では被摩耗部材（相手部材）に対し
て優しい表面硬化被膜を得ることを主目的とし、そのた
めに、前記マトリックス中に遊離炭素を析出・分散させ
る必要から、硼化物形成元素であるモリブデン、及び／
又はタングステンを炭化物粉末の形で原料粉末に混合
し、被処理物表面に溶射した後、上記の共晶温度付近の
適当な温度で加熱溶融処理（フュージング処理）するこ
とによって、炭化物の主構成元素である、モリブデン、
及び／又はタングステンと硼素との反応により炭化物の
一部、又は全部を（１）式で示した複硼化物（ＣｏＭ
Ｂ）と炭素（Ｃ）に分解し、更に、後者（炭素）を積極
的に遊離炭素として析出させる。

【００１０】即ち、（Ｃｏ−Ｂ）＋ＭｘＣ→ＣｏＭＢ＋Ｃ（２）の反応によって、コバルト合金マトリックス中に複硼化
物（ＣｏＭＢ）と遊離炭素（Ｃ）とを析出・分散させる
ことによって、耐摩耗性、摺動性に優れた表面硬化被膜
を得ることができる。但し、ｘは炭化物中のＭとＣとの
モル比（Ｍ／Ｃ）である。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の表面硬化被膜を実施例を示し
ながら詳細に説明する。

【００１２】本発明は、炭化物と硼素の反応によってマ
トリックス中に遊離炭素を析出（生成）させて被膜中に
これを分散させることを特徴としているので、溶射加
工、及び加熱溶融処理によって炭素を炭化物から遊離炭
素として解離（析出）させる必要がある。

【００１３】一般に、炭化物が炭素とその構成元素とに
解離する際の難易度は、その構成元素の種類により異な
り、例えば、マンガンの炭化物はチタンの炭化物より炭
素の解離が起こり易いことが知られている。本発明で使
用する炭化物粉末の種類を限定しているのはこのためで
ある。また、本発明では炭化物粉末の種類の他に混合割
合を規定している。遊離炭素が解離反応により析出（生
成）するためには硼素と炭素量との間に一定の比例関係
が存在することは、一般の化学的知識から推測されると
ころである。

【００１４】即ち、炭化物粉末から供給される炭素量を
硼素量と等量になるように配合すると、総ての炭化物が
硼化物と遊離炭素とに分離され、計算上は遊離炭素の量
は最大になるが、実用的には総ての炭化物が硼化物と反
応することはなく、ある一定量の炭化物は未反応のまま
残留する。このため、炭化物の下限を１０重量％とし、
かつ、上限を炭化物の炭素量がモル比で硼素量の１．５
倍以下となるように規定している。

【００１５】また、本発明で用いるコバルト合金中の硼
素は炭化物の構成元素であるモリブデン及び／又はタン
グステンと反応し複硼化物となることにより、遊離炭素
を生成する。

【００１６】更に、本発明では、更に、モリブデン及び
／又はタングステン単体の粉末を混合することにより析
出硼化物の量を、前記の炭化物と硼素との反応で生成す
る量より増加させることを可能としている。

【００１７】図１は本発明の表面硬化被膜の摺動特性を
調べたものである。

【００１８】図１は、表１に示すＡ〜Ｃの３種類の本発
明の表面硬化被膜と、Ｄ、Ｅの２種の比較例、合わせて
５種類について、直径３０ｍｍの試験片を作成し、これ
を軸受け鋼（ＪＩＳＳＵＪ２ＨＲＣ＝６２）で作成
した同径のものを相手材として摩耗試験した結果を示す
ものである。

【００１９】この摩耗試験は、２円筒式摩耗試験機を使
用し、負荷荷重１００ｋｇｆ、回転数８６０ｒｐｍで水
潤滑（１０ｃｃ／ｍｉｎ．）下で行った。

【００２０】この試験結果から明らかな通り、遊離炭素
を含む本発明の表面硬化被膜（Ａ〜Ｃ）は、比較例
（Ｄ、Ｅ）に比較して被摩耗材（相手材）に対しても摩
耗量が少なく、且つ、本発明の表面硬化被膜それ自身も
高い耐摩耗性を有しており、摺動性に優れていることが
わかる。

【００２１】また、本発明の表面硬化被膜の場合、今回
の試験範囲（約３×１０⁶回）では全く被膜の剥離は起
こらなかったが、比較例Ｄ、Ｅでは１．３〜２．５×１
０⁶回の間で剥離が発生した。

【００２２】

【表１】図２は本発明の表面硬化被膜をＸ線回折により調べた結
果を示すものである。なお、本発明の表面硬化被膜とし
て、前記表１のＡに示す成分の被膜を、また、比較例の
被膜として、前記表１のＥに示す成分の被膜を試験片と
した。

【００２３】このＸ線回折パターンから解るように、本
発明の表面硬化被膜ではタングステン炭化物（ＷＣ）が
解離し、複硼化物（ＣｏＷＢ）の生成が起こること、な
らびに未解離のタングステン炭化物（ＷＣ）も残留して
いる。

【００２４】一方、クロムを含有する比較例の被膜Ｅの
場合、タングステン炭化物（ＷＣ）から解離した炭素
（Ｃ）はクロムと再結合しクロム炭化物（Ｃｒ₇Ｃ₃）
となるため遊離炭素の析出が無いことが解る。

【００２５】図３は本発明の表面硬化被膜の光学顕微鏡
写真である。

【００２６】なお、本発明の表面硬化被膜として、前記
表１のＡに示す成分の被膜を使用した。

【００２７】この光学顕微鏡写真から解るように、本発
明の表面硬化被膜では、複硼化物（ＣｏＢＷ）、残留炭
化物（ＷＣ）、及び遊離炭素（Ｃ）が微細に析出してい
ることがわかる。

【００２８】前述した如く、本発明の表面硬化被膜中に
はクロムを含有していない。

【００２９】ところが、一般的にはクロムは耐酸性向上
に有効な元素として知られている。そこで耐酸性の低下
を防止する目的で、本発明の表面硬化被膜では硼素と化
合物を生成しない珪素を添加している。

【００３０】表２は、珪素を添加した本発明の表面硬化
被膜の耐酸性を調べたものである。なお、表２に示す
Ａ、Ａ′、Ｃの３種類の本発明の表面硬化被膜と、Ｄ、
Ｆの２種の比較例、合わせて５種類について耐酸性試験
を行った。この表２に示す本発明の表面硬化被膜と、比
較例は、前記した表１のものと略同じであるが、表１の
Ｂの代りに表２ではＡ′が示されており、更に、表１の
Ｅの代りに、表２ではＦが示されている。

【００３１】これは、本発明の表面硬化被膜では珪素の
添加が耐酸性に及ぼす影響を見るために珪素を含有する
本発明の表面硬化被膜Ａと、これと略同一素成で珪素を
含有しない本発明の表面硬化被膜Ａ′について試験し、
比較例として耐酸性材料として著名なステンレス鋼を使
用したためである。

【００３２】

【表２】この試験結果から解るように、珪素の添加は酸化性酸性
溶液である硝酸の腐食に対して効果的であることがわか
る（本発明の表面硬化被膜ＡとＡ′）。

【００３３】一方、珪素の増加は耐酸性の保持には効果
を示すが、過剰の添加は被膜の実用に際して、施工時に
被膜の溶け落ちが生じ易くなるため上限を６％に規定し
た。なお、被膜の溶け落ちは珪素の増加によりコバルト
合金の共晶温度が低下し被膜の流動性が大きくなるため
である。

【００３４】

【発明の効果】本発明の表面効果被膜は、その素成とし
てセラミックス成分を含んでおり、セラミックス固有の
特性である耐摩耗性に富む、しかも、靭性に富むコバル
ト合金層を有しているから、耐衝撃性にも優れている。
そして、更に、遊離炭素を分散・含有していることによ
って、それ自身が耐摩耗材料であるだけでなく、被摩耗
材料（相手部材）に対しても摺動性が良く、剥離の無い
被膜となる。

【００３５】このことから、本発明の表面硬化被膜は、
例えば、金属加工用レベラのバックアップロール、フォ
ージングローラ、深絞り用ダイス、射出成形機の摺動部
材等、金属、ガラス、セラミックス或はプラスチック加
工分野等の各種の装置の摺動による摩耗損傷を受ける各
種の部材に広く適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面硬化被膜の摺動特性図である。

【図２】本発明の表面硬化被膜のＸ線回折パターンであ
る。

【図３】本発明に係る表面硬化被膜の金属組織を示す光
学顕微鏡写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅野一朗愛媛県新居浜市惣開町５番２号住友重機械工業株式会社新居浜製造所内 (72)発明者真鍋勇愛媛県新居浜市磯浦町16番４号住友重機械鋳鍛株式会社内 (72)発明者林洋一郎愛媛県新居浜市磯浦町16番４号住友重機械鋳鍛株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硼素を２〜１２重量％含有するコバルト
合金粉末に、モリブデン及びタングステンの少くとも一
方を含む炭化物を合計量が１０重量％以上となるように
添加すると共に、前記炭化物の炭素量の合計がモル比で
硼素量の１．５倍以下となるように配合することによっ
て構成された混合粉末。
【請求項２】硼素を含有するコバルト合金粉末と、モ
リブデン及びタングステンの少くとも一方を含む炭化物
とを含む混合粉末を被処理物に溶射した後加熱処理する
ことによって表面硬化被膜中に遊離炭素が析出されてい
ることを特徴とする表面硬化被膜。
【請求項３】硼素を２〜１２重量％含有するコバルト
合金粉末に、モリブデン炭化物および／またはタングス
テン炭化物を主成分とする粉末をそれらの合計量が１０
重量％以上、かつ、それらの炭素量の合計がモル比で硼
素量の１．５倍以下になるよう配合した混合粉末を被処
理物の表面に溶射した後、これを加熱処理して遊離炭素
を析出させたことを特徴とする遊離炭素を含有する表面
硬化被膜。
【請求項４】請求項３において、コバルト合金粉末
に、更に、珪素を１〜６重量％含有させたことを特徴と
する遊離炭素を含有する表面硬化被膜。
【請求項５】硼素を２〜１２重量％含有するコバルト
合金粉末に、モリブデン炭化物および／またはタングス
テン炭化物を主成分とする粉末をそれらの合計量が１０
重量％以上、かつ、それらの炭素量の合計がモル比で硼
素量の１．５倍以下になるように配合し、更に、モリブ
デン粉末および／またはタングステン粉末をそれらの合
計がモル比で残存硼素量の０．１〜１．０倍になるよう
に配合した混合粉末を被処理物の表面に溶射した後、こ
れを加熱処理して遊離炭素を析出させたことを特徴とす
る遊離炭素を含有する表面硬化被膜。但し、ここで残存
硼素量とは、混合粉末中の硼素量をＸｍｏｌ％、同じく
炭化物粉末の炭素量をＹｍｏｌ％とした時（Ｘ−０．６
×Ｙ）ｍｏｌ％で示される量とする。
【請求項６】請求項５において、コバルト合金粉末
に、更に、珪素を１〜６重量％含有させたことを特徴と
する遊離炭素を含有する表面硬化被膜。