JPS6119705A - 金属表面に硬質金属層を形成する方法 - Google Patents

金属表面に硬質金属層を形成する方法

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JPS6119705A
JPS6119705A JP13948184A JP13948184A JPS6119705A JP S6119705 A JPS6119705 A JP S6119705A JP 13948184 A JP13948184 A JP 13948184A JP 13948184 A JP13948184 A JP 13948184A JP S6119705 A JPS6119705 A JP S6119705A
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JP
Japan
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metal
layer
hard
powder
filled
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JP13948184A
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Yoshinobu Kobayashi
義信 小林
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属表面に硬質金属層を形成する方法に関する
周知の通り、耐摩耗性と粘り強さとを同時に要求される
ような各種部材、部品の加工に当っては、従来から鋼等
の基材金属の表面を硬化する為の種々の方法が実施され
ている。例えば浸炭法等の基材金属の表面の化学組成を
変える方法や高周波焼入れ等の基材金属表面の化学組成
を変えない方法、及びハードフェーシング(hardf
acing)等の硬質表面層を溶着させる方法である。
本発明は上記の内、基材金属に硬質表面層を溶着させる
方法に係り、更に詳しくはハードフェーシングに関する
従来のハードフェーシングは、(a)ステライトを鋼材
表面に酸素アセチレン炎で盛金する方法や、(b)ステ
ライトの粉末にポロンを含んだ自溶性の合金粉末を溶射
する方法、(c)炭化タングステン系の硬質金属を鋼材
表面にロウ付する方法等が実施されている。先の(a)
については、i’+’ <から用いられ耐摩耗性、耐蝕
性の良好な硬質表面層が得られるものの、ある場合には
溶接時の巣が形成される。又(b)についても、古くか
ら用いられ耐摩耗性の良好な表面が得られるが、ある場
合には層中に気泡が形成される。更に(C)についても
古くから多くの分野で実用されているが、ある場合には
ひずみ、割れを生ずる。このように−長−短を生ずるの
で、従来から、これに代る新らしいハードフェーシング
の開発が望まれていた。
本発明者はこれらの点に鑑み、加工が容易であって、巣
又は気泡の形成がないと共にひび、割れを効果的に抑え
ることができ、耐摩耗性の良好な硬質金属層を形成でき
る方法について鋭意研究を重ねた結果、鋼等の基材金属
の表面に硬質金属層を形成するに当り、単に硬質の金属
を適用するだけでなく、基材金属の焼結温度以下で溶融
する溶融金属の粉末を加圧充てんした粉末層と、高融点
、高硬度の硬質金属の粉末を加圧充てんした粉末層とを
組合わせ焼結法を用いることにより、焼結と同時に表面
に硬質金属層を極めて容易に形成出来、巣、気泡、ひび
、割れ等のない耐摩耗性の良好な硬質金属層を基材金属
の表面に溶着形成できることを見出し、この知見に基づ
いて本発明を成すに至ったものである。
即ち本願の第一の発明は、硬質表面層を形成すべき基材
金属の表面に、基材金属の焼結温度以下で溶融する溶解
金属の粉末層と 基材金属に比して高融点、高硬度の硬
質金属の粉末層とを、その内の何れか一方を基材金属と
他方の間に位置させて各々加工光てんし゛、而も上記硬
質金属の粉末層を加工光てんする時は焼結時に、その粉
末層内に一ヒ記溶解金属が浸透できる程度に、溶解金属
の量に対応した空間率を残して加工光てんし、次いで全
体を基材金属の焼結温度で焼結することにより硬質金属
粉末層内に溶解金属を溶融浸透させると共に溶解金属を
基材金属に対し溶着させるようにしたことを特徴とする
金属表面に硬質金員層を形成する方法であり、又本願の
第二の発明は、硬質表・面層を形成すべき基材金属の表
面に、基材金属の焼結温度以下で溶融する第一の溶解金
属の粉末層を積層しで、それを加工光てんし、次いで基
材金属に比して高融点、高硬度の硬質金属の粉末層を積
層して、それを加工光てんし、更に基材金属の焼結温度
以下で溶融する第二の溶解金属の粉末層を積層して、そ
れを加工光でんし、而も上記硬質金属の粉末層を加工光
てんする時は焼結時に、その粉末層内にに記第−1第二
の溶解金属が浸透できる程度に、溶解金属の量に対応し
た空間率を残して加工光てんし、次いで全体を基材金属
の焼結温度で焼結することにより硬質金属層内に溶解金
属を溶融浸透させると共に溶解金属を基材金属に対し溶
着させるようにしたことを特徴とする金属表面に硬質金
属層を形成する方法である。
次に添付図面に従かい本発明の詳細な説明する。
先ず、還元法や電解法等で製した鉄(Fe)  lの粉
末を型2.3内に入れて、例えばlt/Cm2〜3t/
C112程度でプレスし、基材金属を成形する。この場
合粒度調整や必要な添加剤が加えられる。鉄粉の量及び
加圧荷重は成形すべき部材、部品、材料の用途、要求性
能等に応じて選択される(第1図)。次いで、上記基材
金属である鉄(Fe)  1の焼結温度、略1 、10
0℃〜1,250℃程度以下で溶融する第一の溶解金属
である銅(Cu) 4 (融点l、083°C程度)の
粉末を型2.3内に入れてプレスする。この場合例えば
300〜800 kg/am2程度の加圧荷重で成形す
る(第2図)。
更に、上記加工光てんされた銅粉層4の−Lに、形成す
べき硬質金属である炭化タングステン(WC)5の粉末
を入れてプレスする(第3図)。この場合、形成すべき
硬質表面層の厚さは、使用途等に応して選択されるが、
その厚さは炭化タングステン(肛)5の量及び加圧荷重
によって決定される。ここで特徴的なことは、この炭化
タングステン粉末層5を加圧するに際し、以後の工程で
ある焼結時に、その炭化タングステン粉末層の粒子間の
空隙内に、−上記第−及び後述する第二の溶解金属層で
ある銅Cuの溶融粒子が浸透できる程度に、溶解金属で
ある銅の量に対応した空間率が残るようにして加工光て
んするものである。
一般に];記空間率は、粒体層中の空間(粒子間の間隙
)の体積割合であり、 空間率 −l−充てん率  で表わされ、で表わされる
さて、続いて上記炭化タングステン粉末層5の上に、基
材金属である鉄(Fe) lの焼結温度以下で溶融する
第二の溶解金属としての銅(Cu) 6の粉末を型2.
3内に入れてプレスする(第4図)。
この後、全体を基材金属である鉄(Fe) 1の焼結温
度1 、100℃〜1,250℃程度で燃焼炉で焼結す
る。焼結すると、第一の溶解金属である銅4が溶融し基
材金属である焼結鉄粉層lと相互に溶着し、該部分が固
容体となる。と同時に、溶融した第一、第二の溶解金属
層の銅(Cu) 4が、硬質金属層である炭化タングス
テンの層5の粒子間隙内に毛細管作用により浸透し、こ
れらの結果、基材金属である鉄屑に対し、硬質金属層で
ある炭化タングステン層が焼結と同時に溶着されるもの
である。この場合、先の工程で硬質金属層を形成する炭
化タングステン層を加工光てんした時の、その空間率に
対して、溶解金属である銅の量が過剰な場合には、溶融
した銅が炭化タングステン層の表面に浮き上ってくるが
、仕上処理として、その浮き上ってきた過剰の溶融銅を
除去すればよい。このようにして形成された硬質金属層
を有する焼結体をモデル的に示したのが第5図であり、
このような形成方法によれば、焼結加工と同時に容易に
表面に硬質金属層を基材金属の表面に形成することがで
き、而も巣、気泡の発生、ひび、割れ等のない硬質金属
層を有する金属を形成することができるものである。
面して、途上の例に於いては、硬質金属層である炭化タ
ングステン粉末層5の上下に第一と、第二の溶解金属で
ある銅粉末層4.6を加圧充てんして焼結した例を示し
たが、硬質金属である炭化タンクステン粉末層5の下に
のみ溶解金属である銅粉末層4を加圧充てんして焼結し
てもよく、又硬質金属である炭化タングステン粉末層5
の上にのみ溶解金属である銅粉末層6を加圧充てんして
焼結してもよい。
更に、基材金属としては上例のように鉄又は鋼が一般的
であるが、他の基材金属にも適用できる。
又鉄又は鋼を用いる場合、上例では鉄粉を加圧充てんし
て基材金属とする例を示したが、第6図に例示する如く
通常の薄い鉄板、鋼板7にも適用できる。又薄い鉄板、
鋼板7の上に溶解金属である銅粉末層4を加圧充てんし
、次いで硬質金属である炭化タングステン粉末層5を加
圧充てんして全体を焼結してもよい。
又、溶解金属としては、上例では銅を示したが、基材金
属に比して、その焼結温度以下で溶融する金属であって
、焼結時に基材金属と固容体を形成する金属であればよ
い。
そして、硬質金属としては、上例では炭化タングステン
を示したが、高融点、高硬度の他の金属を選択してもよ
い。例えば炭化チタン(TiC) 、けい素(Si)等
でもよい。
以上詳述した如く、本願の第一の発明は、硬質表面層を
形成すべき基材金属の表面に、基材金属の焼結温度以下
で溶融する溶解金属の粉末層と、基材金属に比して高融
点、高硬度の硬質金属の粉末層とを、その内の何れか一
方を基材金属と他方の間に位置させて各々加圧充てんし
、而も上記硬質金属の粉末層を加圧充てんする時は焼結
時に、その粉末層内に上記溶解金属が浸透できる程度に
、溶解金属の量に対応した空間率を残して加圧充てんし
、次いで全体を基材金属の焼結温度で焼結することによ
り硬質金属粉末層内に溶解金属を溶融浸透させると共に
溶解金属を基材金属に対し溶着させるようにしたことを
特徴とする金属表面に硬質金属層を形成する方法であり
、又本願の第二の発明は、硬質表面層を形成すべき基材
金属の表面に、基材金属の焼結温度以下で溶融する第一
の溶解金属の粉末層を積層して、それを加圧充てんし、
次いで基材金属に比して高融点、高硬度の硬質金属の粉
末層を積層して、それを加圧充てんし、更に基材金属の
焼結温度以下で溶融する第二の溶解金属の粉末層を積層
して、それを加圧充てんし、而も上記硬質金属の粉末層
を加圧充てんする時は焼結時に、その粉末層内に上記第
一、第二の溶解金属が浸透できる程度に、溶解金属の量
に対応した空間率を残して加圧充てんし、次いで全体を
基材金属の焼結温度で焼結することにより硬質金属層内
に溶解金属を溶融浸透させると共に溶解金属を基劇金属
に対し溶着させるようにしたことを特徴とする金属表面
に硬質金属層を形成する方法なので、基材金属の表面に
極めて容易に硬質金属層を溶着でき、より具体的には単
にプレス型内に入れて加圧充てんし、焼結するだけで、
焼結体を得ると同時に基材金属の表面に極めて容易に硬
質金属層を形成でき、而も溶解金属と基材金属が固容体
を形成し、溶解金属が硬質金属の粒子間空間内に浸透す
るので、これらの結果基材金属と硬質金属はしっかりと
溶着され、巣、気泡、等を生ずることなく、又ひび、割
れを生ずることがなく、耐摩耗性の良好な硬質表面層を
有する金属を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明の実施例を示し、第1図は鉄粉層を加
圧充てんし基材金属層を形成している所を示している図
、第2図は鉄粉層の上に銅粉層を加圧充てんし第一の溶
解金属層を形成している所を示している図、第3図は銅
粉層の上に炭化タングステン層を加圧充てんし硬質金属
層を形成している所を示している図、第4図は炭化タン
グステン層の上に銅粉層を加圧充てんし第二の溶解金属
層を形成している所を示している図、第5図は全体を焼
結して、表面に硬質金属層である炭化タングステン層を
溶着した金属をモデル的に示した図であり、更に第6図
、第7図は各々他側を示した図である。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)硬質表面層を形成すべき基材金属の表面に、基材
    金属の焼結温度以下で溶融する溶解金属の粉末層と、基
    材金属に比して高融点、高硬度の硬質金属の粉末層とを
    、その内の何れか一方を基材金属と他方の間に位置させ
    て各々加圧充てんし、而も上記硬質金属の粉末層を加圧
    充てんする時は焼結時に、その粉末層内に上記溶解金属
    が浸透できる程度に、溶解金属の量に対応した空間率を
    残して加圧充てんし、次いで全体を基材金属の焼結温度
    で焼結することにより硬質金属粉末層内に溶解金属を溶
    融浸透させると共に溶解金属を基材金属に対し溶着させ
    るようにしたことを特徴とする金属表面に硬質金属層を
    形成する方法。
  2. (2)基材金属の表面に先ず上記溶解金属の粉末層を加
    圧充てんし、次いで溶解金属の粉末層上に上記硬質金属
    の粉末層を加圧充てんし、全体を基材金属の焼結温度で
    焼結して成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の金属表面に硬質金属層を形成する方法。
  3. (3)基材金属の表面に先ず上記硬質金属の粉末層を加
    圧充てんし、次いでその上に上記溶解金属の粉末層を加
    圧充てんし、全体を基材金属の焼結温度で焼結して成る
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の金属表面
    に硬質金属層を形成する方法。
  4. (4)上記基材金属は、基材金属粉末を加圧充てんした
    成形基材金属粉末層であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の金属表面に硬質金属層を形成する方法
  5. (5)上記基材金属は、金属板であることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の金属表面に硬質金属層を形
    成する方法。
  6. (6)上記基材金属は鉄粉層を加圧充てんしたものであ
    ると共に上記溶解金属の粉末層は銅粉層を加圧充てんし
    たものであり、更に上記硬質金属粉末層は炭化タングス
    テン系粉末層を加圧充てんしたものであることを特徴と
    する特許請求の範囲第2項記載の金属表面に硬質金属層
    を形成する方法。
  7. (7)上記基材金属は鉄粉層を加圧充てんしたものであ
    ると共に、上記硬質金属の粉末層は炭化タングステン系
    粉末層を加圧充てんしたものであり、更に上記溶解金属
    の粉末層は銅粉層であることを特徴とする特許請求の範
    囲第3項記載の金属表面に硬質金属層を形成する方法。
  8. (8)硬質表面層を形成すべき基材金属の表面に、基材
    金属の焼結温度以下で溶融する第一の溶解金属の粉末層
    を積層して、それを加圧充てんし、次いで基材金属に比
    して高融点、高硬度の硬質金属の粉末層を積層して、そ
    れを加圧充てんし、更に基材金属の焼結温度以下で溶融
    する第二の溶解金属の粉末層を積層して、それを加圧充
    てんし、而も上記硬質金属の粉末層を加圧充てんする時
    は焼結時に、その粉末層内に上記第一、第二の溶解金属
    が浸透できる程度に、溶解金属の量に対応した空間率を
    残して加圧充てんし、次いで全体を基材金属の焼結温度
    で焼結することにより硬質金属層内に溶解金属を溶融浸
    透させると共に溶解金属を基材金属に対し溶着させるよ
    うにしたことを特徴とする金属表面に硬質金属層を形成
    する方法。
  9. (9)上記基材金属は鉄粉層を加圧充てんしたものであ
    ると共に、上記第一、第二の溶解金属の粉末層は銅粉層
    であり、更に硬質金属粉末層は炭化タングステン系粉末
    層を加圧充てんしたものであることを特徴とする特許請
    求の範囲第2項記載の金属表面に硬質金属層を形成する
    方法。
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Cited By (5)

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