JPH0913177A

JPH0913177A - サーメット肉盛り金属部品及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0913177A
Application number: JP18801395A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kato; 浩加藤; Masakatsu Ono; 昌克大野; Kazuo Hamashima; 和雄浜島; Kimihiko Sato; 公彦佐藤; Toshihisa Kamiyama; 敏久神山
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Tokushu Denkyoku Co Ltd
Current assignee: AGC Inc; Tokuden Co Ltd Hyogo
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】耐熱性、耐摩耗性、耐食性及び耐衝撃性に優れ
たサーメット肉盛り金属部品とその製造方法を提供す
る。【構成】Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元
素とＭｏ及び／又はＷとの複合ホウ化物を主体とするセ
ラミックス相と、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種
以上の元素を主体とする金属結合相とからなるサーメッ
ト層と、サーメット層の成分が金属の母材と反応してな
る中間層とからなる肉盛り層１を金属母材表面に形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用技術】本発明は、サーメットが肉盛りさ
れた耐熱性、耐摩耗性、耐食性及び耐衝撃性を有する金
属部品とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属、特に鉄鋼の母材の表面に各種の合
金等を肉盛りし、母材の金属と肉盛りする合金等を冶金
学的に反応させて比較的厚い被覆層を形成する手法は肉
盛り法として一般的によく知られている。肉盛り法は一
般に金属部品に耐摩耗性、耐熱性又は溶融金属に対する
耐食性を付与するために行われており、たとえば、加熱
された被加工部材と繰り返し接触する熱間鍛造用パンチ
の表面に肉盛りを施してパンチの耐用の延長が図られて
いる。

【０００３】肉盛りに使用される合金として多く使用さ
れているのは、Ｎｉ基の自溶性合金やステライト合金に
代表されるＣｏ基の合金である。これらの合金の耐摩耗
性や耐熱性は母材の鉄鋼より確かに優れているが、これ
らの肉盛り合金はやはり金属であることから、たとえ固
溶強化や析出硬化によって材料特性を改善しても顕著な
耐摩耗性や耐熱性の向上は期待できず、また、改善され
た材料特性も再加熱によって低減してしまう場合が多
い。

【０００４】材料特性を顕著に改善するには、本質的に
高硬度で耐熱性に優れたセラミックスを利用する方法が
有用であり、比較的薄い被膜を形成する物理的蒸着法
（ＰＶＤ）、化学的蒸着法（ＣＶＤ）、溶射法等が実用
化されている。しかし、その被膜の厚さは最も厚い溶射
法でも最大１ｍｍ程度である。これらの被膜の母材との
密着性は小さく、たとえ密着性を向上させるアンダーコ
ート層が設けてあっても厚い皮膜を形成すると機械的な
衝撃で被膜が母材から容易に剥離するので、耐衝撃性を
必要とする用途には使用できない。

【０００５】金属の母材の肉盛り法では、金属の母材の
温度も高くして肉盛り層と母材とを反応させ、中間層を
形成させて密着性を得ているが、セラミックスで１ｍｍ
を超える厚い皮膜を形成するとセラミックスの融点が高
いことと、金属母材との間の物性差が大きいことのため
に母材との反応が進まず、密着性が不足して剥離しやす
く、セラミックスの肉盛り材料としての活用は実現して
いない。

【０００６】そこでセラミックス単味でなく、金属と複
合させたサーメットを肉盛りすることによって密着性の
高い肉盛りを実現する試みがなされている。たとえばＷ
Ｃ−Ｃｏ系超硬合金の鉄鋼部品への肉盛りが行われてい
るが、ＷＣの耐酸化性があまり良好でなく、母材の鉄鋼
が含有する炭素成分が超硬合金の材料特性を劣化させる
傾向があり、超硬合金の熱膨張率が母材の鉄鋼等と比べ
て相当小さいなどによって肉盛りが難しく、得られる部
品の品質が安定せず、剥離しやすくて耐衝撃性が小さい
等の欠点があり、今のところごく限られた用途に使用さ
れているに過ぎない。

【０００７】セラミックスと金属結合相からなるサーメ
ットとしては、特公昭６０−５７４９９にＭｏ及び／又
はＷと鉄族金属との複合ホウ化物を主体とするセラミッ
クス相と鉄族金属を主体とする金属結合相とからなるサ
ーメットが提案されている。また、本発明者らは先に特
開昭６３−１４３２３６に、Ｍｏ及び／又はＷとＮｉと
の複合ホウ化物を主体とするセラミックス相と、Ｎｉ基
合金の金属結合相とからなるサーメットを提案してい
る。

【０００８】これら複合ホウ化物を主体とするセラミッ
クス相と鉄族金属を主体とする金属結合相とからなるサ
ーメットは、室温及から高温の広い範囲で高強度と高硬
度を備え、複合ホウ化物の高温における耐酸化性が優れ
ていることから、サーメットの高温における耐酸化性も
優れており、熱膨張率が超硬合金と比べて大きく鉄鋼な
どの金属に近いという特徴がある。

【０００９】このようなサーメットの特徴を活かしてこ
れらサーメットを金属部品に被覆すれば有用な特性を有
する金属部品が得られると考え、本発明者らは先にこれ
らサーメットを金属母材の表面に溶射して被覆するため
の溶射粉末を提案した（特願平６−２６８３９８）。こ
のサーメットが溶射された金属部品は、溶射被膜の密着
力が比較的大きく、溶融アルミニウムと接触するアルミ
ニウムを鋳造する用途や、高温下で硬い粒子が飛来する
耐摩耗性が必要な用途に適している。

【００１０】しかし、熱間鍛造金型のように、極めて大
きい機械的および熱的衝撃を繰り返し受ける部品に用い
るときは、溶射被膜が剥離する傾向があって満足できる
耐用が得られていない。

【００１１】また、特開昭６２−４４５０７には鉄鋼の
母材の表面にＭｏ及び／又はＷと鉄との複合ホウ化物を
主体とするセラミックス相と鉄を主体とする金属結合相
からなるサーメットの被覆層を強固に密着させる方法と
して、スラリー状のサーメットの原料粉末を母材に塗布
し、焼結して一体化する方法が提案されている。

【００１２】しかし、この方法によって一定以上の面積
と厚さを有する被膜を母材上に亀裂なく形成すること
は、塗布された粉体の焼結に伴う収縮が大きいため非常
に困難である。また、焼結に際して母材全体が高温にさ
らされるので部品の熱歪みが大きく、使用できる焼結炉
の寸法によって被覆できる部品の形と寸法が制限される
等の問題がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来技術の種々の問題点を解決し、耐熱性、耐摩耗
性、耐食性及び耐衝撃性に優れ、母材から剥離し難いサ
ーメット肉盛り金属部品とその製造方法を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、本発明が提供するサー
メット肉盛り金属部品は、金属の母材の表面に、Ｆｅ、
Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元素とＭｏ及び／
又はＷとの複合ホウ化物を主体とするセラミックス相
と、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元素を
主体とする金属結合相とからなるサーメット層と、前記
サーメット層の成分が前記金属の母材と反応してなる中
間層と、が形成されていることを特徴とする耐熱性、耐
摩耗性、耐食性及び耐衝撃性サーメット肉盛り金属部品
である。

【００１５】また、本発明によれば、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣ
ｏから選ばれる１種以上の元素とＭｏ及び／又はＷとの
複合ホウ化物を主体とするセラミックス粉末又は該セラ
ミックスを生成しうる組成の粉末と、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣ
ｏから選ばれる１種以上の元素を主体とする金属粉末と
からなる複合粉末を、被覆する金属の母材の表面に送
り、アーク又はガス炎によって前記金属の母材の表面を
溶融するとともに上記複合粉末を溶融しつつ前記金属の
母材と一体化することによって、前記金属の母材の表面
に、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元素と
Ｍｏ及び／又はＷとの複合ホウ化物を主体とするセラミ
ックス相と、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上
の元素を主体とする金属結合相とからなるサーメット層
と、前記サーメット層の成分が前記金属の母材と反応し
てなる中間層と、を形成することを特徴とする耐熱性、
耐摩耗性、耐食性及び耐衝撃性サーメット肉盛り金属部
品の製造方法が提供される。

【００１６】さらに、本発明によれば、Ｆｅ、Ｎｉ及び
Ｃｏから選ばれる１種以上の元素とＭｏ及び／又はＷと
の複合ホウ化物を主体とするセラミックス相と、Ｆｅ、
ＮｉおよびＣｏから選ばれる１種以上の元素を主体とす
る金属結合相とからなる棒状又は板状サーメットの先端
を金属の母材上に配置し、アーク又はガス炎によって被
覆される前記金属の母材の表面層を溶融するとともに、
前記棒状又は板状サーメットの先端を溶融して前記金属
の母材上に落下させ、前記金属の母材と一体化すること
によって、前記金属の母材の表面に、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣ
ｏから選ばれる１種以上の元素とＭｏ及び／又はＷとの
複合ホウ化物を主体とするセラミックス相と、Ｆｅ、Ｎ
ｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元素を主体とする金
属結合相とからなるサーメット層と、前記サーメット層
の成分が前記金属の母材と反応してなる中間層と、を形
成することを特徴とする耐熱性、耐摩耗性、耐食性及び
耐衝撃性サーメット肉盛り金属部品の製造方法が提供さ
れる。

【００１７】Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏから選ばれる１種以上の
元素とＭｏ及び／又はＷとの複合ホウ化物を主体とする
セラミックス相と、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１
種以上の元素を主体とする金属結合相とからなるサーメ
ットは、様々な用途分野において、超硬合金に代わり得
るまたは凌駕する材料であり、耐熱性、耐摩耗性、耐食
性及び耐衝撃性に優れた材料である。

【００１８】このサーメットの高温における硬度、強度
などはＮｉ基自溶性合金やＣｏ基超合金に比べ十分に大
きく、その熱膨張係数はセラミックスや超硬合金よりも
鉄鋼材料等の金属に近い。このため、このサーメットか
らなる被膜を鉄鋼材料等の金属材料上に形成すれば、硬
く、耐熱強度や耐食性に優れた金属部品が形成できると
期待される。しかしながら、このサーメットの被膜層を
直接に母材である鉄鋼材料等の金属材料等上に形成した
だけでは、衝撃力が加わった際にサーメット層と母材と
の界面に亀裂が生じやすく、サーメット層は容易に剥離
してしまう。

【００１９】本発明においては、サーメット層の成分が
金属の母材と反応してなる中間層をサーメット層と金属
の母材との間に形成しているため、この中間層が外部か
らの衝撃力に対して緩衝層として機能し、サーメット層
が剥離するのを防止している。従って、本発明によれ
ば、耐熱性、耐摩耗性、耐食性だけでなく、耐衝撃性に
も優れた金属部品が得られる。その結果、例えば、熱間
鍛造金型のように、極めて大きい機械的および熱的衝撃
を繰り返して受ける部品として好適に使用できる。

【００２０】このようなサーメット層と中間層とを有す
るサーメット肉盛り金属部品は、肉盛り法によって形成
できるものであり、母材への熱投入量が比較的少ない溶
射法では実現不可能である。

【００２１】また、特に、Ｎｉ及び／又はＣｏとＭｏ及
び／又はＷとの複合ホウ化物を主体とするセラミックス
相と、Ｎｉ及び／又はＣｏを主体とする金属結合相の複
合材料からなるサーメット層とこのサーメット層が鉄鋼
材料と反応してなる中間層との複層構造の肉盛り層を有
する金属部品は、Ｎｉ基自溶性合金やＣｏ基超硬合金の
肉盛りを行った部品と比べて鉄鋼材料との間で凝着が生
じにくい等の点でも優れている。これはサーメット層が
Ｆｅ成分を含まないことによると考えられる。

【００２２】本発明に於いて、サーメット層を構成する
セラミックス相の内、８５重量％以上がＦｅ、Ｎｉ及び
Ｃｏから選ばれる１種以上の元素とＭｏ及び／またはＷ
との複合ホウ化物であることが好ましい。８５重量％未
満であるとサーメット層の耐熱強度が低下し、高温に曝
された場合サーメット層の変形、脱落が生じやすいため
である。

【００２３】本発明の肉盛り金属部品のサーメット層の
成分の内、セラミックス相は３０重量％以上８５重量％
以下を占めることが好ましく、４０重量％以上７０重量
％以下を占めることがより好ましい。セラミックス相が
３０重量％未満では、複合ホウ化物の優れた性質をサー
メット層に付与することができず硬度や高温強度が低下
するためである。さらにセラミックス相が８５重量％を
超えると、サーメット層の耐衝撃性が低下し、サーメッ
ト層内に亀裂が生じやすくなるためである。

【００２４】また好ましくは、サーメット層を構成する
金属結合相の成分のうち６５重量％以上が、より好まし
くは７０重量％以上がＦｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる
１種以上の金属である。金属結合相中にこれらの金属が
６５重量％以上含まれていると好ましからざる特性を付
与する第３相の生成を抑制できるからであり、さらに７
０重量％以上であると安定して優れた特性を示す肉盛り
層が得られるからである。

【００２５】複合ホウ化物中においてはＷとＭｏとは任
意の割合で互いに置換でき、Ｗが含まれていることによ
って被膜の強度と硬度が向上する。しかし、Ｗは比重が
大きく高価な原料でもあるので、Ｗの含有量は複合ホウ
化物中のＭｏとＷとの合計量に対し、４０重量％以下と
するのが好ましい。この場合添加されたＷは同時に金属
結合相中にも一部固溶し、サーメット層の強度を向上さ
せる。

【００２６】また、サーメット層中にＣｒを含有せしめ
ると、高温耐酸化性や耐化学薬品性を向上させる効果が
ある。サーメット層中のＣｒは複合ホウ化物を主体とす
るセラミックス相および金属結合相の双方に固溶し、各
相の高温耐酸化性や耐化学薬品性をそれぞれ向上させ
る。一方、Ｃｒを余り多く添加しすぎると、サーメット
層の耐衝撃性が低下するため、その添加量はサーメット
全体に対して２０重量％以下とするのが好ましい。

【００２７】本発明の肉盛り金属部品のサーメット層を
構成する主たるセラミックス相と金属結合相との好まし
い組合わせは、Ｍｏ₂ ＦｅＢ₂ 型セラミックス相とＦｅ
基合金の組み合わせ、Ｍｏ₂ ＮｉＢ₂ 型セラミックス相
とＮｉ基合金の組み合わせ、及びＭｏＣｏＢ型セラミッ
クス相とＣｏ基合金との組合せである。前述したように
これらのセラミックス相中のＭｏはＷと任意の割合で置
換することができる。これらの内でＭｏ₂ ＦｅＢ₂ 型セ
ラミックス相とＦｅ基合金とを組み合わせた材質は比較
的安価であり、Ｍｏ₂ ＮｉＢ₂ 型セラミックス相とＮｉ
基合金とを組み合わせた材質は総合的に優れた性質を示
し、ＭｏＣｏＢ型セラミックスとＣｏ基合金とを組合わ
せた材質は溶融アルミニウム、溶融亜鉛に対して耐食性
が良好である。

【００２８】そして、本発明の肉盛り金属部品のサーメ
ット層を構成する好ましい材質は、セラミックス相の７
０重量％以上がＭｏ_X Ｆｅ_Y Ｂ₂ 又は（Ｍｏ，Ｗ）_X Ｆ
ｅ_YＢ₂ （但し、Ｘ＝１．８〜２．２、Ｙ＝０．９〜
１．１）であり、金属結合相の７０重量％以上がＦｅで
ある。また、他の好ましい材質はセラミックス相の７０
重量％以上がＭｏ_X Ｎｉ_Y Ｂ₂ 又は（Ｍｏ，Ｗ）_X Ｎｉ
_Y Ｂ₂ （但し、Ｘ＝１．８〜２．２、Ｙ＝０．９〜１．
１）であり、金属結合相の７０重量％以上がＮｉであ
る。また、さらに、他の好ましい材質はセラミックス相
の７０重量％以上がＭｏ_X Ｃｏ_Y Ｂ又は（Ｍｏ，Ｗ）_X
Ｃｏ_Y Ｂ（但し、Ｘ＝０．９〜１．１、Ｙ＝０．９〜
１．１）であり、金属結合相の７０重量％以上がＣｏで
ある。サーメット層の組成が上記ＸとＹで表される範囲
内にあるとき、サーメット層のＸ線回折パターンは殆ど
変化しない。

【００２９】また、本発明の肉盛り金属部品において
は、サーメット層の厚さが０．５〜５．０ｍｍであるこ
とが好ましく、中間層の厚さが０．２〜３．０ｍｍであ
ることが好ましい。サーメット層の厚さを０．５ｍｍ以
上とすることによって肉盛り層にサーメットの好ましい
特性が付与されている。しかし５ｍｍを超えて厚くする
事は施工の点でも難しく、コストの点でも好ましくな
い。また、中間層の厚さを０．２〜３．０ｍｍとするこ
とによって優れた密着性が得られる。より好ましい厚さ
はそれぞれ１．０〜３．０ｍｍ及び０．３〜１．０ｍｍ
である。

【００３０】図１（ａ）〜（ｃ）に本発明によって提供
される肉盛り金属部品の肉盛り層の一例の顕微鏡写真を
示す。図１（ａ）は肉盛り層断面の全体を示しており、
表面のサーメット層と中間層との複層構造となっている
ことが分かる。図１（ｂ）は図１（ａ）中で符号ｂで示
したサーメット層の部分の拡大図であり、Ｎｉ合金中に
主に（Ｍｏ，Ｗ）₂ ＮｉＢ₂ からなるセラミックス相の
粒子が分散している。このセラミックス相中のＷの含有
量は、ＭｏとＷの合計量に対し約２０重量％である。一
方、図１（ｃ）は図１（ａ）中符号ｃで示した中間層の
部分の拡大図であり、ここではマトリックスとなる金属
結合相はＮｉ−Ｆｅ合金であり、分散粒子はＦｅを含む
複合ホウ化物及び（Ｍｏ，Ｗ）₂ ＮｉＢ₂ である。ま
た、表面のサーメット層及び中間層における平均ビッカ
ース硬さは、各々８５０ｋｇ／ｍｍ² 、４８０ｋｇ／ｍ
ｍ² であった。

【００３１】本発明のサーメット肉盛り部品を得るに
は、肉盛り用材料を調製する工程とその肉盛り用材料を
使用して金属の母材にサーメット層を肉盛りする工程が
必要である。肉盛り用材料の形態は粉末、棒または板な
どであり、これらはプラズマアークやガス炎中に供給し
易い粉末、棒又は板であることが好ましい。

【００３２】肉盛り用材料が粉末の場合は、Ｆｅ、Ｎｉ
及びＣｏから選ばれる１種以上の元素とＭｏ及び／又は
Ｗとの複合ホウ化物を主体とするセラミックス粉末又は
該セラミックスを生成しうる組成の粉末と、Ｆｅ、Ｎｉ
及びＣｏから選ばれる１種以上の元素を主体とする金属
粉末とからなる複合粉末を、被覆する金属の母材の表面
に送り、アーク又はガス炎によって金属の母材の表面を
溶融するとともに複合粉末を溶融しつつ金属の母材と一
体化することによってサーメット層および中間層からな
る肉盛り層が金属の母材上に形成される。

【００３３】この肉盛り用材料としての粉末を得るため
の工程は、例えば次の通りである。ＭｏＢ、ＷＢ等のホ
ウ化物粉末及びＮｉ、Ｍｏ、Ｃｏ等の金属粉末を秤取
し、これらを回転ボールミルやアトリションミル等を用
いて、エタノール等の有機溶媒中で混合粉砕して得られ
たスラリーに有機バインダーを添加し、このスラリーを
非酸化雰囲気中においてスプレードライヤー等を用いて
造粒し、好ましくは真空、またはＡｒ等の非酸化雰囲気
中において９００〜１１００℃でゆるく焼結した後、解
砕して概ね球状の粒子とする。ただし、この焼結工程は
省略が可能で、造粒した粒子を、そのまま肉盛り用粉末
として用いることもできる。

【００３４】肉盛りに用いる原料粉末は必ずしも前述の
ようにホウ化物粉末と金属粉末の組合せである必要はな
く、例えばＮｉ−Ｂ合金とＭｏ粉、Ｗ粉及びＮｉ粉との
組み合わせ、あるいはアトマイズ法やその他の方法で合
成した複合ホウ化物粉末と金属粉末との組み合わせ、さ
らにはＮｉ、Ｍｏ、Ｗ等の単体の金属粉末とＢ粉末の組
み合わせであっても良い。一般的にこれらの原料粉末は
できるかぎり純度が高く、微細である方が優れた特性の
肉盛り層を得る上で有利であることは言うまでもない。
特に肉盛り用粉末を用いて形成する肉盛り層の均質性を
確保するために、ホウ化物粉末の平均粒径は１０μｍ以
下とするのが好ましい。

【００３５】回転ボールミルで混合粉砕した粉末は微細
であり、そのままでは肉盛り用粉末としてはあまり好ま
しくないため、有機バインダーを添加して造粒処理を行
うことが好ましい。有機バインダーは加熱処理により除
去され易いものが好ましく、アクリル樹脂やポリエチレ
ングリコール等を用いることができる。造粒処理を行っ
た粉末は一般に球形であり、流動性が良い。この造粒粉
末をそのまま肉盛り用粉末として使用できるが、造粒粉
末があらかじめ合成した複合ホウ化物粉末と金属粉末と
の組合せでない場合は、肉盛り作業時の熱投入量が少な
いと肉盛り層中の複合ホウ化物の含有量が好ましい量と
ならず不足することがある。この不足を生じさせないた
めには、造粒粉末を予め真空中などの非酸化雰囲気中で
９００〜１１００℃に加熱し、肉盛り作業前に複合ホウ
化物を十分生成させておくのが好ましい。

【００３６】肉盛り用材料が棒状または板状である場合
は、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元素と
Ｍｏ及び／又はＷとの複合ホウ化物を主体とするセラミ
ックス相と、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上
の元素を主体とする金属結合相とからなる棒状又は板状
サーメットの先端を金属の母材上に配置し、アーク又は
ガス炎によって被覆される前記金属の母材の表面層を溶
融するとともに、前記棒状又は板状サーメットの先端を
溶融して前記金属の母材上に落下させ、前記金属の母材
と一体化させることによって、サーメット層および中間
層からなる肉盛り層が金属の母材上に形成される。この
ように、肉盛り用材料が棒状または板状である場合は、
予め焼結して複合ホウ化物を主体とするセラミックス相
を生成させてある、

【００３７】本発明のサーメット肉盛り金属部品を得る
ための肉盛りは溶射用のガス炎、イナートガスアークや
プラズマアークなどを用いて行うことができる。これら
の方法の中でもプラズマアークを用いるのがより好まし
い。特に、肉盛り用材料として、粉体を用いる場合に
は、プラズマアークにより肉盛りするのがより好まし
い。粉体を用いるプラズマアークによる肉盛り法では他
の肉盛り法に比べ、肉盛り用材料の母材による希釈が比
較的少なく、アーク特性の精密な制御が可能であるため
サーメット層と中間層の組成制御が行い易く、さらに、
アルゴンガスでシールされたアークを用いると複合ホウ
化物や金属の酸化が生じ難く、意図した好ましい特性を
有する肉盛り層が容易に得られるからである。

【００３８】

【実施例】以下に本発明の実施例及び比較例を説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００３９】（実施例１）ＭｏＢ粉末（純度約９９．５
重量％、平均粒径５μｍ）４９重量％、ＷＢ粉末（純度
約９９．５重量％、平均粒径４μｍ）９重量％、Ｍｏ粉
末（純度約９９、８重量％、平均粒径８μｍ）７重量
％、Ｎｉ粉末（純度約９９．５重量％、平均粒径４μ
ｍ）３５重量％からなる粉末原料を用い、混合・粉砕、
造粒、焼成、解砕、ふるい分けの工程をへて、平均粒径
約１５０μｍの肉盛り用粉体を得た。

【００４０】次に、この合金粉体を用い、プラズマアー
クで炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）母材２の表面に肉盛りし鍛造用
パンチ１０を作製した。（Ｍｏ，Ｗ）₂ ＮｉＢ₂ とＮｉ
合金を主体とする表面のサーメット層とこのサーメット
層と母材との反応層である中間層とからなる肉盛り層１
を形成して図２に示す鍛造用パンチ１０を作製した。な
お、図２の肉盛り層１の厚さは表面のサーメット層と中
間層（約０．５ｍｍ）とをあわせて約２ｍｍであった。

【００４１】この肉盛りパンチ１０を、機械加工により
所定の表面状態に仕上げ、ＳＵＪ２製機械部品の鍛造工
具に用いた。ＳＵＪ２の加熱温度は９００℃、鍛造の間
隔は約４秒、カーボン／水系潤滑材をスプレーして用い
たが、肉盛り層１に生じた亀裂のために、パンチ１０が
使用できなくなるまでに４３，５００回の鍛造が可能で
あった。この使用回数は同一条件で合金工具鋼（ＳＫＤ
６１）製パンチを用いた場合の約５倍であった。

【００４２】（実施例２）ＭｏＢ粉末（純度約９９．５
重量％、平均粒径５μｍ）４８重量％、ＷＢ粉末（純度
約９９、５重量％、平均粒径４μｍ）７重量％、Ｍｏ粉
末（純度約９９．８重量％、平均粒径８μｍ）１０重量
％、Ｎｉ粉末（純度約９９．５重量％、平均粒径４μ
ｍ）１７重量％、Ｎｉー５０重量％Ｃｒ粉末（平均粒径
１２μｍ）１８重量％からなる原料を、混合・粉砕、造
粒、焼成、解砕、ふるい分けの工程を経て、平均粒径約
１８０μｍの肉盛り用合金粉体とした。

【００４３】この合金粉体を用い、プラズマアークによ
りステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）母材３の表面に、
（Ｍｏ，Ｗ）₂ （Ｎｉ，Ｃｒ）Ｂ₂ とＮｉ合金を主体と
するサーメット層とこのサーメット層と母材との反応層
である中間層とからなる肉盛り層１を形成し、図３に示
す赤熱した鋼材を剪断する刃物２０を作製した。なお、
図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＸＸ断面図である。

【００４４】この刃物２０を用い、約１１００℃に加熱
した浸炭軸受け鋼の丸棒を３秒間隔で切断したところ、
刃先が摩滅して使用できなくなるまでに２８，０００回
の切断が可能であった。この使用回数は、肉盛り層にス
テライトを用いた刃物の約２．５倍であった。

【００４５】（実施例３）Ｆｅ−１５重量％Ｂ合金粉末
（純度９９重量％、平均粒径１５μｍ）２８重量％、Ｆ
ｅ−１３重量％Ｃｒ合金粉末（純度９９重量％、平均粒
径８μｍ）３２．３重量％、前記Ｍｏ粉末３５．５重量
％、前記Ｎｉ粉末２．１重量％、カーボニル鉄粉末（純
度９９．６重量％、平均粒径５μｍ）４．０重量％、Ｃ
粉末（純度９９．５重量％、平均粒径５μｍ）０．５重
量％からなる原料を、混合・粉砕、造粒、焼成、解砕、
ふるい分けの工程を経て、平均粒径１７０μｍの肉盛り
用合金粉体を得た。

【００４６】この合金粉体を用い、プラズマアークによ
り軟鋼（ＳＳ４００）母材４の表面に、（Ｍｏ，Ｗ）₂
ＦｅＢ₂ とＦｅ合金とを主体とするサーメット層とこの
サーメット層と母材４との反応層である中間層とからな
る肉盛り層１を形成し、図４に示す熱間で押し出される
Ｃｕ用保持ロール３０を得た。なお、図４（Ｂ）は図４
（Ａ）のＹＹ断面図である。

【００４７】この保持ロール３０には押し出し直後の約
７８０℃の銅材が直接当たるが、補修することなく１５
２０時間の使用が可能であった。これは合金工具鋼（Ｓ
ＫＤ６１）製保持ロールの約４倍の耐用であった。な
お、いずれの場合も保持ロールが使用できなくなるのは
熱磨耗が原因であった。

【００４８】（実施例４）前記ＭｏＢ粉末５４重量％、
Ｃｏ粉末（純度９９．６重量％、平均粒径５μｍ）４５
重量％、前記Ｍｏ粉末１重量％からなる原料を、混合・
粉砕、造粒、解砕、ふるい分けの工程を経て、平均粒径
約１３０μｍの肉盛り用合金粉体を得た。この合金粉体
を用い、プラズマアークにより、リング状ステンレス鋼
（ＳＵＳ３１６）母材の内表面に、（Ｍｏ，Ｗ）ＣｏＢ
とＣｏ合金を主体とするサーメット層とこのサーメット
層と母材との反応層である中間層とからなる肉盛り層を
形成し、鋼板をＺｎ浴中で浸漬メッキするためのロール
の軸受けを得た。この軸受けを実用に供したところ、約
３０日間の連続使用が可能であり、これは、ＳＵＳ３１
６製軸受けの約５倍の耐用であった。

【００４９】（比較例１）実施例１で用いた肉盛り用合
金粉体と同様の組成を有し、平均粒径約３０μｍになる
ように調整した粉体を用い、高速フレーム溶射を行っ
て、実施例１と同一形状のサーメット被覆パンチを作製
した。ただし、溶射による被膜の厚みは、クラックが生
じないように約２５０μｍとした（この被膜は中間層を
有さないので、本発明の肉盛り層ではない。）

【００５０】この被覆パンチを実施例１と同様に実用に
供したが、約５００回使用したところで、先端部に被膜
の剥離が生じ使用できなくなった。この剥離は、鍛造の
実施により母材が僅かに塑性変形したために生じたもの
であった。

【００５１】

【発明の効果】本発明のサーメット肉盛り金属部品が有
する、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元素
とＭｏ及び／又はＷとの複合ホウ化物を主体とするセラ
ミックス相と、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以
上の元素を主体とする金属結合相とからなるサーメット
層と、サーメット層の成分が金属の母材と反応してなる
中間層との複層構造からなる肉盛り層は、高温・高圧用
バルブ、粉砕機、熱間鍛造金型などに多用されているス
テライトなどのＣｏ系合金やメカニカルシールやポンプ
スリーブに汎用されている（Ｂの含有量が少なくサーメ
ットではない）Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ系自溶性合金の肉盛り層
と比べ、格段に大きい高温強度や硬度を有し、密着性、
耐食性や耐熱衝撃性において遜色がない。また、本発明
のサーメット肉盛り金属部品が有するサーメット層とサ
ーメット層の成分が金属の母材と反応してなる中間層と
からなる肉盛り被膜の密着力は、溶射法によるサーメッ
ト層のみからなる被膜の密着力と比べて顕著に大きい。

【００５２】このため、本発明によるサーメット肉盛り
金属部品は、熱間鍛造金型、赤熱した鋼の剪断刃物や粉
砕機等に代表されるような、耐磨耗性と強度が要求され
るのみではなく、熱的及び／又は機械的衝撃力が繰り返
し印加される用途において優れた耐用を示し、これら機
器のコストパフォーマンスを大幅に改善する。また、本
発明のサーメット肉盛り金属部品は、高い耐食性を有
し、摺動性にも優れているため、さらに広範な用途にお
いて製品の品質とコストの低減で大きな改善効果をもた
らすと考えられ、その産業上の利用価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーメット肉盛り金属部品の肉盛り層
の断面の一例を示す顕微鏡写真である。

【図２】本発明の実施例１を説明するための断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例２を説明するための図である。

【図４】本発明の実施例３を説明するための図である。

【符号の説明】

１…肉盛り層２…炭素鋼母材３…ステンレス鋼母材４…軟鋼母材１０…鍛造用パンチ２０…刃物３０…保持ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浜島和雄神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者佐藤公彦兵庫県高砂市梅井５丁目６番１号旭硝子株式会社高砂工場内 (72)発明者神山敏久兵庫県高砂市梅井５丁目６番１号旭硝子株式会社高砂工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属の母材の表面に、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元素とＭｏ
及び／又はＷとの複合ホウ化物を主体とするセラミック
ス相と、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元
素を主体とする金属結合相とからなるサーメット層と、前記サーメット層の成分が前記金属の母材と反応してな
る中間層と、が形成されていることを特徴とする耐熱性、耐摩耗性、
耐食性及び耐衝撃性サーメット肉盛り金属部品。
【請求項２】前記サーメット層中の前記セラミックス相
の８５重量％以上が、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる
１種以上の元素とＭｏ及び／又はＷとの複合ホウ化物で
ある請求項１記載の耐熱性、耐摩耗性、耐食性及び耐衝
撃性サーメット肉盛り金属部品。
【請求項３】前記サーメット層中に前記セラミックス相
が３０〜８５重量％含まれている請求項１又は２記載の
耐熱性、耐摩耗性、耐食性及び耐衝撃性サーメット肉盛
り金属部品。
【請求項４】前記サーメット層中の前記セラミックス相
の７０重量％以上がＭｏ_X Ｆｅ_Y Ｂ₂ 又は（Ｍｏ，Ｗ）
_X Ｆｅ_Y Ｂ₂ （但しＸ＝１．８〜２．２、Ｙ＝０．９〜
１．１）であり、前記金属結合相の７０重量％以上がＦ
ｅである請求項１〜３のいずれかに記載の耐熱性、耐摩
耗性、耐食性及び耐衝撃性サーメット肉盛り金属部品。
【請求項５】前記サーメット層中の前記セラミックス相
の７０重量％以上がＭｏ_X Ｎｉ_Y Ｂ₂ 又は（Ｍｏ、Ｗ）
_X Ｎｉ_Y Ｂ₂ （但し、Ｘ＝１．８〜２．２、Ｙ＝０．
９〜１．１）であり、前記金属結合相の７０重量％以上
がＮｉである請求項１〜３のいずれかに記載の耐熱性、
耐摩耗性、耐食性及び耐衝撃性サーメット肉盛り金属部
品。
【請求項６】前記サーメット層中の前記セラミックス相
の７０重量％以上がＭｏ_X Ｃｏ_Y Ｂ又は（Ｍｏ、Ｗ）_X
Ｃｏ_Y Ｂ（但し、Ｘ＝Ｏ．９〜１．１、Ｙ＝０．９〜
１．１）であり、前記金属結合相の７０重量％以上がＣ
ｏである請求項１〜３のいずれかに記載の耐熱性、耐摩
耗性、耐食性及び耐衝撃性サーメット肉盛り金属部品。
【請求項７】前記サーメット層の厚さが０．５〜５．０
ｍｍ、前記中間層の厚さが０．２〜３．０ｍｍである請
求項１〜６のいずれかに記載の耐熱性、耐摩耗性、耐食
性及び耐衝撃性サーメット肉盛り金属部品。
【請求項８】Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上
の元素とＭｏ及び／又はＷとの複合ホウ化物を主体とす
るセラミックス粉末又は該セラミックスを生成しうる組
成の粉末と、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上
の元素を主体とする金属粉末とからなる複合粉末を、被
覆する金属の母材の表面に送り、アーク又はガス炎によ
って前記金属の母材の表面を溶融するとともに上記複合
粉末を溶融しつつ前記金属の母材と一体化することによ
って、前記金属の母材の表面に、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元素とＭｏ
及び／又はＷとの複合ホウ化物を主体とするセラミック
ス相と、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元
素を主体とする金属結合相とからなるサーメット層と、前記サーメット層の成分が前記金属の母材と反応してな
る中間層と、を形成することを特徴とする耐熱性、耐摩
耗性、耐食性及び耐衝撃性サーメット肉盛り金属部品の
製造方法。
【請求項９】Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上
の元素とＭｏ及び／又はＷとの複合ホウ化物を主体とす
るセラミックス相と、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏから選ばれ
る１種以上の元素を主体とする金属結合相とからなる棒
状又は板状サーメットの先端を金属の母材上に配置し、
アーク又はガス炎によって被覆される前記金属の母材の
表面層を溶融するとともに、前記棒状又は板状サーメッ
トの先端を溶融して前記金属の母材上に落下させ、前記
金属の母材と一体化することによって、前記金属の母材の表面に、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元素とＭｏ
及び／又はＷとの複合ホウ化物を主体とするセラミック
ス相と、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる１種以上の元
素を主体とする金属結合相とからなるサーメット層と、前記サーメット層の成分が前記金属の母材と反応してな
る中間層と、を形成することを特徴とする耐熱性、耐摩
耗性、耐食性及び耐衝撃性サーメット肉盛り金属部品の
製造方法。
【請求項１０】使用するアークがプラズマアークである
請求項８または９記載の耐熱性、耐摩耗性、耐食性及び
耐衝撃性サーメット肉盛り金属部品の製造方法。