JPH09194980A - 靱性および耐磨耗性の優れた耐食性サーメット材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高靱性を有し、耐磨耗性にも優れた耐食性サー
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、
硬質相中の割合で、５０〜９９．５容量％の炭化チタン
および／または炭窒化チタンと、０．５〜５０容量％の
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）で構成し、か
つ上記結合相を、結合相中の割合で、重量％で、Ｗ：２
０〜５０％、Ｍｏ：５〜３０％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、０．１〜１０％の微細なＷＣが分散分布しており、
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、優れた耐食性を
有し、かつ靱性および耐磨耗性にも優れたサーメット材
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開平６−７３４８６号公
報に記載されているように、硬質相としてＴｉＣおよび
ＴｉＮまたはＴｉＣＮを５〜７０容量％含有し、残りが
５ａ、６ｂの金属、固溶体、炭化物、窒化物、炭窒化物
から選択した第１部分とＴｉからなる第２部分の結合相
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中で用いられる各
種軸受等の摺動部材として用いられ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、近年サーメット
材にも、より広い腐食環境下での使用が可能な汎用の耐
食性を有すると共に、かかる腐食環境下においてもより
優れた靱性と耐磨耗性が要求される構造材としての使用
が要求されて来ている。しかし上記従来サーメット材
は、例えば海水中等で相対的に優れた耐食性を有する
が、靱性および耐磨耗性が今一つ不足するため、腐食環
境下での構造材料とて広く使用するには不十分で上記要
求には、必ずしも満足に対応することが出来ないという
問題があった。

【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
靱性および耐磨耗性にも優れたサーメット材を開発すべ
く研究を行った結果、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材において、前記
硬質相を、硬質相中の割合で、５０〜９９．５容量％の
炭化チタンおよび／または炭窒化チタンと、０．５〜５
０容量％の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）、
〔以下、（Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ）Ｂと書く〕で構成し、かつ
上記結合相を、結合相中の割合で、重量％で、Ｗ：２０
〜５０％、 Ｍｏ：５〜３０％、を含有し、０．１〜１
０％の微細なＷＣが分散分布しており、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（Ｔｉ,Ｗ,Ｍｏ）Ｂは、きわめ
て硬質で耐食性にも優れ、かつ発生クラックの結晶粒内
伝播を抑制する作用を持つほか、上記の結合相との密着
性にも優れていることから、サーメット材の耐摩耗性が
ＴｉＣおよびＴｉＣＮとの共存において向上するように
なり、また上記ＴｉＣおよびＴｉＣＮは耐摩耗性向上に
寄与するほか、上記（Ｔｉ,Ｗ,Ｍｏ）Ｂと下記の結合相
との中間的硬さを有し、これが上記（Ｔｉ,Ｗ,Ｍｏ）Ｂ
による相手攻撃性の緩和に作用し、かつ結合相中に微細
なＷＣが分散分布していることにより結合相の靱性と耐
摩耗性が一段と向上し、さらに上記結合相に必要に応じ
て、結合相中の割合で、重量％で、Ｎｉおよび／または
Ｐｄ：０．１〜５％含有せしめることにより、上記Ｔｉ
−Ｗ−Ｍｏ系合金は、一層靱性および耐食性に優れ、か
つ高強度を持つようになることから、この結果のサーメ
ット材は、上記硬質相によってもたらせられる特性と相
まって、優れた靱性を有し、さらに優れた耐摩耗性と耐
食性を具備する様になるという研究結果得たのである。

【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
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、前記
硬質相を、硬質相中の割合で、５０〜９９．５容量％の
炭化チタンおよび／または炭窒化チタンと、０．５〜５
０容量％のＴｉとＷとＭｏの３複合硼化物（ただし、
Ｗ：１５〜３５重量％、Ｍｏ：１〜１０重量％含有）、
で構成し、かつ上記結合相を、結合相中の割合で、重量
％で、Ｗ：２０〜５０％、 Ｍｏ：５〜３０％、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、０．１〜１０％の微細なＷＣ
が分散分布しており、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
靱性および耐磨耗性の優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出
来ず、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て、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およびＴｉＣＮの割合 これらの成分には、（Ｔｉ,Ｗ,Ｍｏ）Ｂとの共存におい
て耐摩耗性を向上させるほか、硬質の（Ｔｉ,Ｗ,Ｍｏ）
Ｂが原因の相手攻撃性を緩和する作用があるが、その割
合が、硬質相中の割合で、５０容量％未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方その割合が９９．５容量
％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５０〜９９．５容量％、望ましくは７０
〜９０容量％と定めた。

【０００８】（３）（Ｔｉ,Ｗ,Ｍｏ）Ｂの割合 上記の通り（Ｔｉ,Ｗ,Ｍｏ）Ｂ成分は、きわめて硬質
で、結合相との密着性に優れ、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ので、この成分の存在に
よって耐摩耗性が向上するようになるが、その割合が硬
質相中の割合で、０．５容量％未満では所望の耐摩耗性
向上効果を確保することができず、一方その割合が５０
容量％を越えると、相手攻撃性が増すようになることか
ら、その割合を０．５〜５０容量％、望ましくは１０〜
３０容量％と定めた。

【０００９】（４）（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、サーメット材における
耐摩耗性向上効果を確保すること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。

【００１０】（Ｂ）結合相 （Ｔｉ−Ｗ−Ｍｏ−系合
金）の組成 （１）Ｗ Ｗ成分には、主としてＴｉ中に固溶して、結合相の靱性
を向上させる作用があるが、その含有量が上記Ｔｉ−Ｗ
−Ｍｏ系合金の結合相中に占める重量％で（以下同じ）
２０％未満では所望の靱性向上効果が得られず、一方そ
の含有量が５０％を越えると靱性に低下傾向が現れるよ
うになることから、その含有量を２０〜５０％、望まし
くは３０〜４５％と定めた。

【００１１】（２）Ｍｏ Ｍｏ成分には、同じく主としてＴｉ中固溶して、結合相
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、結
合相中の割合で、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％をこえると靱性が低
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。

【００１２】（３）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、結合相中の割合で、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】（４）ＷＣ ＷＣ成分には、結合相中に微細に分散分布し、結合相の
靭性と耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量
が、結合相中の割合で、０．１重量％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１０重量
％を越えると、かえつて靱性に低下傾向が現れるように
なることから、その含有量を０．１〜１０重量％、望ま
しくは１〜３重量％と定めた。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明のサ−メット材
の実施の形態について、具体的に説明する。原料粉末と
して、いずれも１．５〜２．５μｍの範囲内の所定の平
均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ_0.95粉末、ＴｉＣ_0.7
Ｎ_0.3粉末、ＴｉＣ_0.5Ｎ_0.5粉末、ＴｉＣ_0.3Ｎ_0.7粉
末、ＴｉＢ₂粉末、ＴｉＢ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−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、１
４００〜１６００℃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より表２に示される組成をもつ
た本発明サ−メッ材１〜１０および従来サ−メット材
１，２をそれぞれ製造した。 なお、表２におけるサ−
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−）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−メット材につ
いて、耐摩耗性と靭性を評価する目的で、ロックウエル
硬さ（Ａスケ−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％ＨＣｌ水溶液中に３０日間保
持の腐食試験を行な、腐食減量を測定した。これらの測
定結果を表３に示した。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】

【表３】

【００１８】

【発明の効果】表３に示される結果から、本発明サーメ
ット材１〜１０は、いずれも従来サーメット材１,２と
同等の優れた耐食性を保持した状態で、これより一段と
優れた靱性と相対的に高い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、優れ
た耐食性に加えて、一段と優れた靱性を有し、かつ耐摩
耗性にも優れたいるので、これらの特性が要求される腐
食環境下での各種の構造部材に適用した場合、長期に亘
って優れた性能を発揮するのである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、硬質相中の割合で、 ５０〜９９．５容量％の炭化チタンおよび／または炭窒
   化チタンと、 ０．５〜５０容量％の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
   ％、Ｔｉ：残含有）、で構成し、かつ上記結合相を、結
   合相中の割合で、重量％で、 Ｗ：２０〜５０％、 Ｍｏ：５〜３０％、を含有し、
   ０．１〜１０％の微細なＷＣが分散分布しており、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靱性および耐
   磨耗性の優れた耐食性サーメット材。
2. 【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、硬質相中の割合で、 ５０〜９９．５容量％の炭化チタンおよび／または炭窒
   化チタンと、 ０．５〜５０容量％の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
   ％、Ｔｉ：残含有）、で構成し、かつ上記結合相を、結
   合相中の割合で、重量％で、 Ｗ：２０〜５０％、 Ｍｏ：５〜３０％、を含有し、さ
   らに、 Ｎｉおよび／またはＰｄ：０．１〜５％、を含有し、
   ０．１〜１０％の微細なＷＣが分散分布しており、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靱性および耐
   磨耗性の優れた耐食性サーメット材。