JPS61279653A - 耐摩耗性および耐食性に優れたNi基複合材料およびその製造方法 - Google Patents

耐摩耗性および耐食性に優れたNi基複合材料およびその製造方法

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JPS61279653A
JPS61279653A JP12106685A JP12106685A JPS61279653A JP S61279653 A JPS61279653 A JP S61279653A JP 12106685 A JP12106685 A JP 12106685A JP 12106685 A JP12106685 A JP 12106685A JP S61279653 A JPS61279653 A JP S61279653A
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阿部 孝男
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上妻 康夫
Kyo Matsuzaka
松坂 矯
Tadao Hayasaka
早坂 忠郎
Hiroyuki Endo
弘之 遠藤
Keitaro Suzuki
啓太郎 鈴木
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子力機器、水力発電プラント、水中ポンプ
などの潤滑油を導入することが困灘で、かつ耐食性を必
要とされる摩擦機構部材として好適な耐摩耗性および耐
食性に優れたNi基基台合材     :□□ 料お1びその製造方法9関する・          
   )1〔発明の背景〕 一般に機器を構成する構成部品間においては、機器の動
作とともに構成部品の大部分には必然的に摩擦が生じる
。この摩擦による摩耗の度合いに      “1より
機器の寿命が左右されることは周知のとおりである。そ
して摩耗を決定づける主要因は、摩擦      1面
を形成する2面間の材料、雰囲気、接触荷重および相対
速度などであるが、この中で特に材料および雰囲気は摩
耗に著しく影響するもので1例えば水中摩擦機構部材と
しては、通常の構造用鋼では耐かじり摩耗および耐摩耗
性はもちろん、耐腐食性にも劣るので使用に耐えない、
また耐腐食性を考慮した場合、ステンレス鋼などを適用
することも考えられるが、これも耐摩耗性の点で問題が
ある。これらの理由から、水中摩擦機構部材としては一
部非鉄系材料が用いられているが、これらの材料は油潤
滑がなされてはじめて耐かじりおよび耐摩耗性を発揮す
るもので、油潤滑なしでは耐摩耗性を期待することはで
きない。
前述の理由から、原子力機器、水力発電プラント、水中
ポンプなどの潤滑油を導入することが困難で、かつ耐食
性を必要とされる摩擦機構部材としても使用できる耐食
性および耐摩耗性にともに優れた新たな材料の開発が待
たれていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、耐摩耗性および耐食性にともに優れ、
特に無潤滑、水中雰囲気中でも優れた耐食性と耐摩耗性
を有するNi基複合材料およびその製造方法を提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
本発明者らは、耐摩耗性および耐食性に優れた材料を鋭
意研究した結果、耐摩耗性効果を賦与する成分として極
めて硬度が高く、かつNiと高い濡れ性を有するSiC
を5〜35%の量、また潤滑性効果を賦与する成分とし
て固体潤滑性を有する炭素を3〜10%の量(いずれも
重量比)で耐食性の高いNiマトリックス中に分散させ
た複合材料とすることにより、前記目的の耐摩耗性と耐
食性を満足する材料が得られることを知見して完成され
たものである。またその複合材料を工業的に安定して得
る方法として、重量比で5〜35%の量のSiC粉末と
、3〜10%の量の炭素粉末をNi粉末に加え均一に混
合したのち、3〜7ton/aJの圧力で圧粉成形体を
形成し、次いで該圧粉成形体を400〜600℃の温度
で予備焼結したのち、7〜9ton/a#の圧力で再圧
成形し。
その後800〜900℃の温度で焼結する方法を開発し
たものである。
ここで1本発明の複合材料の組成を前述のとおり限定し
た理由を説明する。
SiC: SiCは、耐摩耗性を賦与するため含有させるもので、
このSiCはNiとの濡れ性が高く1強固な複合材料を
形成するが、本発明者らの実験結果によると、第2図お
よび第4図に示すとおり、5%より少ない場合は摩擦係
数が高くなり、耐かじりおよび耐摩耗性が劣り、また3
5%を超えると曲げ強さの低下が著しくなるため、Si
Cの量は5〜35%の範囲に収める必要があり、好まし
くはSiCの量を5〜15%の範囲とすることにより、
摩擦係数が低くかつ曲げ強度が特に高い、優れた複合材
料が得られる。
C: 炭素は、焼結の際熱分解することもなく固体潤滑材とし
て作用し、摩擦係数を低める効果を有するが、第3図お
よび第4図から明らかなように、3%より少ない範囲で
は摩擦係数の低下効果は顕      1゜著でなく、
耐かじりおよび耐摩擦性が劣り、また10%を超えると
再び摩擦係数が上昇するほか、第4図に示すとおり10
%を超えると曲げ強度の1”’¥tL=<ft:b′″
&’)!!J13〜”°ゝ(7)[H。
囲にある必要がある。また、特に摩擦係数が低く、  
    1ト かつ曲げ強度が高い複合材料とするためには、炭   
   I素の量を3〜8%の範囲とすることが望ましい
。       1この炭素成分は、黒鉛粉末または炭
素繊維の形      し□6□37、□う。    
            1次に、前述のとおりのSi
C,CおよびNiか      :(I らなるNi基複合材料の製造方法において、圧粉1カお
よ、□□13おゎイ、。□ヵ。ええ    i”1・ 1′″″″′1“′。−”11°      U、″″
S@d′″′1”″−°1°8″″′″tri!;J 
L:’a、    1)、合したのち、3〜7ton/
cm2の圧力で圧粉成形と      11゜したのは
、次の予備焼結−再圧成形−焼結の製造      (
1′・ 工程と関連した相乗効果によるものであるが、成   
   ′1ij。
形圧のみでいうならば、3ton/a#以下の成形圧 
     Itではその後の製造工程において成形体に
割れが発      [・1生したり、成形体形状が維
持できないものである。
また7ton/cj以上としても成形体の密度および強
度的な改善効果が大きく望めないからである。
次に予備焼結温度を400〜600℃としたのは、製造
工程における再圧成形および再焼結と関連するものであ
るが、400℃以下ではその後の工程で再圧成形および
再焼結しても、密度および強度が低いためである。また
600℃以上としても密度および強度的に顕著な改善効
果が見られないためである。
予備焼結後の再圧成形圧力を7〜9ton/a#とした
のは、再焼結温度と関係するが、 7ton/cd以下
では同じく密度および強度が低いためであり、また9t
on/ad としても大きな改善が望めないためである
ここで、圧粉成形と焼結の間に前述のとおりの予備焼結
および再圧成形工程を入れた理由を説明すると、圧粉成
形体を直接本焼結した場合、焼結体密度が低く強度が低
くなるためと、焼結に際しての収縮が十数%と極めて大
きく、寸法にバラツキが生じるためである。
次に再焼結温度を800〜900℃としたのは、成形、
予備焼結、再圧成形した成形体において、800℃以下
の温度では焼結体の密度および強度が低いためであり、
また900℃以上の温度で焼成しても実質上強度的な改
善がないばかりでなく、強度的にはむしろ低下する傾向
にあるからである。
すなわち、800〜900℃の温度で再焼結すれば、3
0分程度で充分密度が高く強度の強い複合材料が得られ
るためである。
なお、予備焼結および再焼結の際の雰囲気として、N2
ガスまたはNH,分解ガスなどの中性雰囲気、N2ガス
またはCOガスなどの還元雰囲気、あるいは真空を用い
て酸化を防ぎつつ焼結することが好ましいことは当然の
ことである。
〔発明の実施例〕
本実施例に供した素材の化学組成を表1に示す。
表中、試料&1〜Nα9は本発明で規定する要件を満足
するものであり、勲10〜&13はSiCまたはCのい
ずれかが本発明で規定する範囲を外れた比較材であり、
また&14およびHa 15は市販材の5US304お
よび純Ni材である。
表1 供試料の化学成分 表1のNG1〜勲13に示す化学組成を有する素材粉末
を、V型混合機において30分間混合したのち、6to
n/cjの圧力で成形し、500℃において予備焼結し
たのち、8ton/aJで再圧成形し、870℃で焼結
したものである。第1図は上記試料の耐かじり摩耗限界
面圧を求めたものである。
摩擦条件は、相手機として5US304材に窒化処理(
550℃X15hr) したものを用い、雰囲気を水中
とし摩擦面圧を適宜変化させて行ったものである。この
結果から知られるように1発明材の耐かじり摩耗限界面
圧は他のものに比べて高く、SiCおよびC(黒鉛)が
発明組成範囲より少ないと、かじり限界面圧の低いこと
がわかる。
実施例2 第2図は、C:3%、NiおよびSiCと複合材におい
て、SiC量を変化させた場合の摩擦係数を求めたもの
である。これらの組成材の製造法は実施例1の発明材と
同じである。また摩耗試験条件も同じである。
C,NiおよびSiC複合材において、SiC量と摩擦
係数との間には、SiC量5%以上において摩擦係数は
ほぼ一定値に示しているのに対し、5%以下ではバラツ
キが大きく、かつ最大摩擦係数も大きくなり、耐摩耗性
評価の目安である摩擦係数が不安定であることがわかる
。第3図は、同じ<C,NiおよびSiC複合材におい
て、C量を変化させた場合の摩擦係数との関係を示した
ものである。C量と摩擦係数との間には、C量3%以上
において摩擦係数はほぼ一定値を示して安定しているが
、それ以下では平均的に摩擦係数は高く、C量が少ない
と耐摩耗性に対し不安定であることがわかる。
実施例3 第4図は、第2図に示した試料と同じ試験片におけるS
iC量と曲げ強さの関係を示したものである。これから
明らかなように、SiC量が多くなるにしたがって強度
は低下しているが、SiC量35%以上になると急激に
低くなり、好ましい状態ではないことがわかる。したが
って、これら複合材においては1強度的にみるとSiC
量は35%以下がよいことがわかる。
第5図は、同じく第3図に示した試料と同じ試験片にお
けるC量と曲げ強度との関係を示したものである0曲げ
強度はC量が多くなるにしたがって低下するが、C量1
0%以上になると低下率が大きくなり、好ましい状態で
ないことがわかる。
以上のことよりC,NiおよびSiCからなる複合材に
おいて、CおよびSiCの含有する最大限としては、C
: 10%およびSiC: 35%がよいことがわかる
実施例4 第6〜9図は、配合比としてC:3%、SiC:15%
および残Ni組成材について、その製造方法と特性につ
いて示したものである。第6図は以下の製造工程におい
て、成形→予備焼結(500℃)→再圧成形(8ton
/d)4焼結(870℃)において、成形工程を2〜1
oton/cdに変化させ、強度および密度の関係を調
べたものである。
これによると、成形圧力2ton/fflではその後の
製造工程において成形体形状を維持できない、また7t
b 向上することが認められない。
第7図は、成形(8ton/at)  →予備焼結→再
圧成形(8ton/ aJ)  −4焼結(870℃)
の製造工程において、予備焼結温度を200〜700℃
に変化させた場合の強度および密度の関係を示したもの
であるが、300℃以下では強度のバラツキが大きく信
頼性に乏しく、また密度においても強度と同じことがい
える。また、400℃以上では強度および密度ともに大
きな変化はないことがわかる。
第8図は、成形(e tc>n/ crl )  →予
備焼結→(500℃)→再圧成形→焼結(870℃)の
製造工程において、再圧成形圧力6ton/adにおい
ては、 7ton/at以上の再圧成形圧力に比べて強
度および密度ともに低い、また7ton/at以上の再
圧成形圧力では強度および密度ともにほぼ一定値を示す
ことがわかる。
第9図は、成形(6ton/ aJ)  4予備焼結(
500℃)→再圧成形(8ton/d)  →焼結の製
造工程において、焼結温度を750〜950℃に変化さ
せた場合の強度と密度との関係を示したものである。焼
結温度750’Cでは強度および密度ともに低い値を示
しているが、しかし800℃になると強度および密度と
もに高い値を示し、これらの値は900℃までほぼ同じ
値を示している。
、ヵ1,9.。’ci、、□8oおよ、工、ゎ1oユ 
   )実施例511 くなることがわかる。
表1のNal〜&9の本発明で規定する要件を満   
   、4足する素材より作成した複合材を、3%食塩
水に      ′1;i よる塩水噴霧試験を50時間行った結果、いずれ   
   ;”; の複合材においても錆の発生は全く見られなかった。 
                         
 );〔発明の効果〕:・。
本発明は、前述のとおり、従来の材料では得ら    
 6 、、。
:1 れな7゛′I潤滑状態″c′+′[h f、ニー it
摩耗性を有L 、       、。
かつ水中雰囲気でも優れた耐食性を有するNi基   
   、・ミ2・ 複合材料を開発し、またそのNi基複合材料を工   
   11業的に安定して得ることのできる製造方法も
併せ      :1□て開発したものである。本発明
を潤滑油を導入することが困難で、かつ優れた耐食性を
要求される原子力機器、水力発電プラントあるいは水中
ポンプなどの摩擦機構部材に適用した場合の効果は極め
て大きいものといえる。
【図面の簡単な説明】
第1図は摩耗試験結果、第2図はSiC量と摩擦特性の
関係、第3図はC量と摩擦特性の関係。 第4図はSiC量と曲げ強さの関係、第5図はC量と曲
げ強さの関係、第6図は成形圧力と曲げ強さおよび密度
の関係、第7図は予備焼結温度と曲げ強さおよび密度の
関係、第8図は再圧成形圧力と曲げ強さおよび密度の関
係、第9図は焼結温度と曲げ強さおよび密度の関係を示
す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、重量比で、SiC:5〜35%、C:3〜10%お
    よび残部実質的Niよりなる耐摩耗性および耐食性に優
    れたNi基複合材料。 2、重量比で、SiC:5〜15%、C:3〜8%およ
    び残部実質的にNiよりなることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の耐摩耗性および耐食性に優れたNi
    基複合材料。 3、前記組成中のC成分が黒鉛であることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の耐摩耗性および耐食性に優
    れたNi基複合材料。 4、前記組成中のC成分が炭素繊維であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の耐摩耗性および耐食性
    に優れたNi基複合材料。 5、重量比で、SiCの粉末5〜35%、Cの粉末3〜
    10%およびNiの粉末55〜92%からなる混合粉末
    を均一に混合したのち、3〜7ton/cm^2の圧力
    で圧粉成形体を形成し、次いで該成形体を400〜60
    0℃の温度で予備焼結したのち、7〜9ton/cm^
    2の圧力で再圧成形し、800〜900℃の温度で再焼
    結することを特徴とする耐摩耗性および耐食性に優れた
    Ni基複合材料の製造方法。
JP12106685A 1985-06-04 1985-06-04 耐摩耗性および耐食性に優れたNi基複合材料およびその製造方法 Granted JPS61279653A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104862531A (zh) * 2015-06-05 2015-08-26 中国科学院上海应用物理研究所 纳米碳化硅颗粒增强镍基复合材料及熔盐堆堆芯结构件
CN105397085A (zh) * 2015-10-16 2016-03-16 中南大学 一种放电等离子烧结制备镍基粉末高温合金的方法
CN114807724A (zh) * 2022-04-28 2022-07-29 北京工业大学 一种利用激光3d打印技术制备的耐磨复合材料及方法

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