JPS62196353A

JPS62196353A - 高耐食性硬質焼結合金

Info

Publication number: JPS62196353A
Application number: JP3721286A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Takagi; 研一高木; Masahito Fukumori; 福森　正仁; Tadao Watanabe; 忠雄渡辺; Yoshikazu Kondo; 近藤　嘉一
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 1986-02-24
Filing date: 1986-02-24
Publication date: 1987-08-29
Also published as: JPH055889B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、耐摩耗性だけでなく優れた耐食性を有するＭ
ｏ−Ｎｉ系複硼化物を主体とする硬質相と、該硬質相を
結合するＮｉ晶の結合相よりなる尚耐食性硬質焼結合金
に関する。

〔従来の技術〕

近年耐摩耗材料に対する要求は、機械装置の高精度化、
晶能率化ならびにエネルギーコストの低減と相まって厳
しいものとなってきている。耐摩耗材料として従来より
用いられているものには、Ｗｅ　＆超硬合金、ＴｉＣあ
るいはＴ１ＣＮ基サーメブト、ｋｌ：２０３等の酸化物
糸あるいは非酸化物系セラミックス、マルテンサイト系
ステンレス、高ｍＫ鋼等がある。さらに耐摩耗性を有す
る被覆として自溶性合金、ステライト等の溶射あるいは
肉盛りが考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら最近の産業の発展の結果、耐摩耗材料の使
用される環境は多岐にわたり、単なる耐摩耗性だけでな
く耐食性を合わせ持った材料の開発が呈まれている。例
えば、弗素樹脂を射出成形する場合、弗化水素酸を含む
環境で利用される射出成形８１部品、隙間腐食を生じる
環境下で用いられる材料、あるいは１（２８や硫酸等の
無機酸を含む溶液下で用いられるポンプのメカニカルシ
ール等である。　− 前記耐摩耗材料の中で、超硬合金、サーメフトは、耐摩
耗性には優れるものの腐食環境下での使用には問題があ
る。酸化物あるいは非酸化物系セラミックスは、耐摩耗
性、耐食性には優れるものの強度、靭性が低い。高速度
鋼は、腐食環境下での使用は不可能に近く、マルテンサ
イト系ステンレスは、高腐食環境下の使用ばかりでなく
耐摩耗性にも問題がある。溶射等は、ボアの生成を避け
ることができず腐食環境下で使用した場合、極部腐食を
生じ昌い。高腐食環境下で用いられる耐食材料としては
超合金があるが、これは耐摩耗材料とはぎい難い。

例えば、超硬合金ＷＣ−７％Ｃｏ、ステンレス鋼８ＵＳ
　３０４．８Ｕ８４４０Ｃを、前記弗素樹脂の射出成形
を想定した４０℃、１％弗化水素酸中で２０時間漫潰し
た場合の腐食減罐は、ＷＣ−７％ＣＯで４〜５１２．８
ＵＳ３０４で５〜１０　ｆｌｌ１９ｚ−２，５ＵＳ４４
００にいたっては、数百号龜２と大きな値を示す。

以上のように耐摩耗性が優れた材料は、耐食性が不十分
であり、耐食性を有するものは強度が十分でない等耐摩
耗性、耐食性ならび（１強度をあわせ持った材料はみあ
たらないのが現状である。

本発明の目的は、耐摩耗性、機械的特性、および耐食性
にも優れ、高腐食環境下の使用に耐える耐摩耗材料を提
供することにある。

〔間顕ｙ、鬼解決するための手段〕

本発明の高耐食性硬質焼結合金（以下本硬質焼結合金と
略す）は、　Ｍｏ−Ｎｉ系の複硼化物を主体とする硬質
相３５〜９５％ど、該硬質相を結合するＮｉ基の結合相
よりなり、該硬質焼結合金中の、Ｂ含有量は３〜７．５
％、Ｍｏ含有量はＭｏ／Ｂ原子比で０．７５〜１．２５
　、残部がＮｉおよび不可避的不純物よりなる。

本発明者らは、耐食性に優れた耐摩耗材料を種々検討す
る過程（＝おいて、Ｍｏ−Ｎｉ系の複硼化物が、高い硬
度だけでなく潰れた耐食性を有することを見い出し、６
複硼化物とＮｉ基の合金を組み合わせることにより、耐
摩、耐食性に優れた本硬質焼結合金が得られた。

本硬質焼結合金のＸ線回折による調査の結果、硬質相と
なる硼化物としては、Ｍｏ２ＮｉＢ２復硼化物と考えら
れる相の他、組成によっては若干のＭＯあるいはＮｉの
硼化物が検出された。

Ｍｏ　−Ｎ　ｉ−Ｂ系の相関係についてはいくつかの報
告があるが、研死名≦二よって相異点が認められいまだ
確立されていないのが現状である。しかし、いずれのω
１究者もＭｏ２ＮｉＢ２複硼化物の存在は確認している
。したがって、本発明でいうＭｏ　−Ｎ　ｉ系の複硼化
物とは、Ｍｏ２Ｎ１Ｈ２あるいはこれｆ二組い組成のＭ
ｏ　−Ｎ　ｉ糸複硼化物な指子ものとし、これらの複硼
化物全体をＭｏｘＮｉｙＢｚ　（１，５≦Ｘ≦２．５．
０．７５≦Ｙ≦１．２５．１．５≦Ｚ４２．５）と表す
こととする。

ここで、Ｘ、Ｙ％２の範囲を前記のようにしたのは、Ｘ
、Ｙ、Ｚが前記範囲をはずれると硬質相の構造がＭｏ２
Ｎ１Ｂｚあるいはそれに類似した構造からずれ、強度の
低下を招くためである。

本硬質焼結合金の耐摩耗性は、主として硬度、つまり硬
質相の量（＝依存する。硬質相の量が３５％未満になる
と、本硬質焼結合金の硬度は、ロックウェル大スケール
で７５以下となり、耐摩耗性が不足する。一方、硬質相
の社が９５％を越えると硬度は高くなるものの、強度の
低下が著しい。

よって本硬質焼結合金中の硬質相の割合は、３５〜９５
％とする。

Ｂは、本硬質焼結合金中の硬質相となる硼化物を形成す
るために必要不可欠な元素であり、Ｂ含有量が３％未満
になると、硬質相の割合が３５％をきることになる。一
方７．５％を越えると、硬質相の量は９５％を越え、強
度の低下を来す。よりて本硬質焼結合金中のＢ含有量は
、３〜７．５％とする。

する。

Ｍｏは、Ｂ同様硬質相となる複硼化物の形成Ｃ二必要な
元素である。本硬質焼結合金中の硬質相は、Ｍｏ２Ｎｉ
Ｂ２あるいはそれに近いＭｏｘＮｉｙＢｚなる複硼化物
と推察されることから、該複珊゛化物を形成させるため
には、ＭＯ含有量はＭｏ　／　Ｂ原子比で１になるよう
にすることが好ましい。しかしながら、種々実験を行っ
たところ、Ｍｏ　／　Ｂ　ｌｊ子比が１からずれても０
．７５〜１．２５の範囲内にあれば、機械的特性の劣化
は比較的少ないことが判明した。Ｍｏ／Ｂ原子比が１よ
りずれた場合には、ＭｏｘＮｉＹＢｚなる複硼化物のほ
かに、ＭＯあるいは、Ｎｉの硼化物が形成される場合も
あるが、Ｍｏ／Ｂ原子比が０．７５〜１．２５の範囲内
４二あれば、これらの硼化物の特性に与える影響は少な
い。したがって、本硬質焼結合金のＭＯ含有祉はＭｏ／
Ｂ原子比で０．７５〜１，２５、すなわち２０〜８３．
２％とする。

本硬質焼結合金中に含まれる不可避的不純物元素の主な
ものは、Ｓｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐ％Ｓ、Ｎ。

Ｏ，Ｃであり、これら不純物元素の含有量は極力少ない
にこしたことはないが、これら不純物元素の合計が２％
以下であれば、特性の劣下は比較的少ない。よって本硬
質焼結合金中に含まれる不可避的不純物元素の量は、不
純物元素含有量の合計で２％以下とする。

本硬質焼結合金にＣｒを添加した場合、Ｃｒは硬質相だ
けでなく結合相にも固溶し、本硬質焼結合金の耐食性だ
けでなく、耐熱性ならびに耐酸化性を向上させる働きを
持つ。Ｃｒ添加量が０．２％未満では、耐食性等の向上
は認められず、３５％を越えると添加量はど耐食性の向
上は認められなくなるばかりでなく、靭性の低下が著し
くなる。よって本硬質焼結合金ｃＣｒを添加する場合の
添加量は、０．２〜３５％、好ましくは１〜３０％とす
る。

添加されたＯｒは、硬質相中において、ＭｏｘＮｉｙＢ
ｚ複硼化物中のＭＯおよびＮｉと置換すると推察される
。

この場合、置換量はＣｒ添加量によりて変化すると考え
られるが、Ｃ【がＭＯおよびＮＨとモルｆ１１Ｕで各々
５０％以上置換すると、ＭｏｘＮｉｙＢｚ複硼化物の結
ｈ２１構造が、Ｍｏ２Ｎ１１３２あるいはそれに近い構
造からずれ、機械的特性の劣化を招くと推察されること
から、Ｃｚ：よるＭｏｘＮｉｙＨｚ複硼化物中のＭＯお
よびＮ１の置換量は、最大５０％、好ましくは３５％ま
でとする。

Ｔｉ、　Ｚｒ、Ｈｆ、　Ｖ　、Ｎｂ、Ｔａ％Ｗは、硼化
物形成元素であり、これらの元素を本硬質焼結合金に添
加した場合、硬質相中に固溶するとともに、一部は硼化
物を形成し、硬度の上昇をもたらすばかりでなく、結合
゛相中屯；も固溶し液相焼結時の結晶粒の粗大化を抑制
する働きを持つ。これらの元素は、少量の添加で効果を
示すが、０．２％未満では効果が表れない。一方、２０
％を越えて添加しても、添加量はどの特性の向上は認め
られないだけでなく、全般にこれらの元素は高価である
ため、コストの上昇を招く。これらの元素は、各々単独
で添加できるだけでなく、２Ｍ１ｔ上の元素の複合添加
をすることも可能である。よって、これらの元素の添加
量は、’ｉ’ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、　Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、　Ｗ
の内の１ａ以上の元素の合計で０．２〜２０％とする。

Ｆｅは、硬質相中および結合相中の主としてＮｉと置換
し、低温における強度上昇に効果を示すが、添加量が０
．２４禾満ては効果が認められない。Ｆｅは安価な元素
であり、添加量が多くなるほどコストは安くなるが、耐
食性は低下してくる。特に、添加量が２０％を越えると
耐食性の低下が著しくなるため、Ｆｅの添加量は０．２
〜２０％とする。

ＣＯはＦｅ回向様主として硬真相中および結合相中のＮ
ｉとｌＬ換固溶し、本硬質焼結合金の高温強度、耐峻化
性の向上に効果を示す元素であるが、添加量が０．２％
未満では、効果が沼められない。一方、２０％を越えて
添加しても、添加量はどの効果は認められないだけでな
く、コストの上昇を招く。

よってＣｏのふ加重は、Ｏ９２〜２０形とする。

Ｃｕは、主として結合相中に固溶し、本硬質焼結合金の
耐食性ならびｆ二熱伝導性の改善に効果を示す元素であ
る。添加量が０．２％未満では上記効果は認められず、
２０％を越えると、硬度、抗折力等、８！械的特性の劣
下が著しくなる。よってＣｕの添加はは、０．２〜２０
％とする。

Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕは、前記のように各々単独で添加でき
るばかりでなく、相互に複合添加することが可能である
。さらにこれらの元素は、　Ｔｉ　、　Ｚｒ、　１−Ｉ
ｆ　。

Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗと複合添加した場合も、各元素の添
加効果を有する。よって、Ｔｉ　、　Ｚｒ、　Ｈｆ、■
、励、Ｔａ、　Ｗ　、　Ｆｅ、　Ｃｏ、Ｃｕを複合添加
する場合の添加量は、添加した元素の合計で０．２〜２
０％とする。

本硬質焼結合金は、水またはガスアトマイズ法等により
製造されたＮ１−Ｂ粉末、またはＮ１−８合金粉末、あ
るいはニッケルボロン粉末、Ｎｉ　、　Ｍｏ、Ｃｒ、　
Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｖ　、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ
、　Ｆｅ５ＣｏＦＰＯ’）ポライド粉末もしくはＢ単体
粉末と、Ｎｉ　、　Ｍｏ、　Ｃｒ、Ｔｉ％Ｚｒ％Ｈｆ、
　Ｖ　、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｗ、　Ｆｃ、　Ｃｏ、　Ｃ
ｕ等の単体金属粉末もしくはこれらの元素の内、２種以
上含む合金粉末を、振動ボールミル等により有機溶媒中
で湿式混合粉砕後、乾燥、造粒、成形を行い、該成形体
を、真空、還元性ガスあるいは不活性ガス等の非酸化性
雰囲気中で液相焼結を行うことにより製造される。本硬
質焼結合金の硬質相となるＭｏｘＮｉｙＢｚ複硼化物は
、前記原料粉末が焼結中に反応して形成されるが、あら
かじめ別の炉でＮｉ　−Ｂ粉末、Ｂ単体粉末等と、　Ｎ
ｉ　、　ＭｏあるいはＣｒ等の粉末を反応させることに
より、　ＭｏｘＮｉｙＢｚ等の複硼化物を製造し、この
複硼化物粉末に、結合相となるＮｉ等を配合し、原料粉
末として用いてもさしつかえない。液相焼結は、１００
０〜１４００℃で５〜９０分行われる。焼結温度が１０
００°Ｃ未満だと液相澁が不足し、焼結が充分進行しな
い。一方、１４００℃を越えると焼結は進行するものの
、結晶粒が粗大化し強度が低下する。焼結時間は、５分
未＾だと充分な緻密化が進行せず、９０分を越えると結
晶粒の粗大化が生じる。よって、本硬質焼結合金の焼結
は、１０００〜１４００°Ｃで５〜９０分間行う。なお
、本硬質焼結合金は、普通焼結法だけでなく、ホットプ
レス法、熱間静水圧プレス法、通電焼結法等、他の焼結
方法によっても製造可能である。

〔実施例〕

本発明の実施例１〜１５および比較例１〜４を、第１〜
４表により説明する。

原料粉として、第１表に示す合金粉末、化合物粉末、お
よび第２表に示す純金属粉末を用い、これらの粉末を、
第４表（二示す化学組成になるよう第１／２　合金粉末
および化合物粉末の組成（ｗｔ％）ｔｊＳｚ表純金属粉
末の純度（ｗｔ≦ｂ）に原料粉配合比を決定し、振動ボ
ールミル（：よりアセトン中で２８時時間式混合粉砕を
行った。この時の原料粉配合比を第３表に示す。ボール
ミル後、乾燥、造粒を行い、できた微粉末を所定の形に
プレス成形後、第４表に示す温度で真空焼結を行った。

焼結時の均熱時間は、いずれも３０分である。

本硬質焼結合金は、種々の酸、アルカリ等の腐食雰囲気
下で優れた耐食性を有する。ここでは焼結後の試片の硬
度、抗折力とともに、非常Ｃ二苛酷な腐食雰囲気である
４０℃、１％弗化水素酸中に２０時間浸漬後の腐食減量
を第４表に示す。

第４表より実施例１〜１５は、比較例１〜４に比較して
、いずれも硬度、抗折力ともに耐摩耗材料として十分な
値を有するだけでなく、優れた耐食性を持つことがわか
る。それに対して比較例１は、Ｍｏ／Ｂ原子比が１．２
５より高い場合、比較例３は、０．７５より低い場合で
あり、比較例２は、Ｂ含有量が３％より低い場合であり
、いずれも硬度あるいは抗折力が満足すべき値に述して
いない。

さらに比較例４は、Ｆｅ含有量が２０％より高い場合で
あり、腐食量の増加が認められる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の高耐食性硬質焼結合金は、耐摩
耗材料として十分な機械的特性だけでなく、優れた耐食
性を有する。したがって、化学工業等の高腐食環境下に
おいて使用可能な耐摩耗材料が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｍｏ−Ｎｉ系の複硼化物を主体とする硬質相３５
〜９５重量％（以下％は重量％を表す）と、該硬質相を
結合するＮｉ基の結合相よりなる高耐食性硬質焼結合金
において、Ｂ含有量が３〜７．５％、Ｍｏ含有量がＭｏ
／Ｂ原子比で０．７５〜１．２５、残部がＮｉおよび不
可避的不純物よりなる高耐食性硬質焼結合金。
（２）主体となる硬質相が、Ｍｏ＿ＸＮｉ＿ＹＢ＿Ｚ（
１．５≦Ｘ≦２．５、０．７５≦Ｙ≦１．２５、１．５
≦Ｚ≦２．５）なる式で表せる複硼化物である特許請求
の範囲第１項記載の高耐食性硬質焼結合金。
（３）合金中に含まれる複数の不可避的不純物の合計が
、２％以下である特許請求の範囲第１項記載の高耐食性
硬質焼結合金。
（４）Ｍｏ−Ｎｉ系の複硼化物を主体とする硬質相３５
〜９５％と、該硬質相を結合するＮｉ基の結合相よりな
る高耐食性硬質焼結合金において、Ｂ含有量が、３〜７
．５％、Ｍｏ含有量がＭｏ／Ｂ原子比で０．７５〜１．
２５、Ｃｒ含有量が０．２〜３５％、残部がＮｉおよび
不可避的不純物よりなる高耐食性硬質焼結合金。
（５）合金中に含まれる複数の不可避的不純物の合計が
、２％以下である特許請求の範囲第４項記載の高耐食性
硬質焼結合金。
（６）Ｍｏ−Ｎｉ系の複硼化物を主体とする硬質相３５
〜９５％と、該硬質相を結合するＮｉ基の結合相よりな
る高耐食性硬質焼結合金において、Ｂ含有量が３〜７．
５％、Ｍｏ含有量がＭｏ／Ｂ原子比で０．７５〜１．２
５、Ｃｒ含有量が０．２〜３５％であり、かつＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕから
なるグループから選ばれた１種またはそれ以上の元素の
合計が０．２〜２０％、残部がＮｉおよび不可避的不純
物よりなる高耐食性硬質焼結合金。
（７）合金中に含まれる複数の不可避的不純物の合計が
、２％以下である特許請求の範囲第６項記載の高耐食性
硬質焼結合金。