JPS62197264A - 耐摩耗部材およびその製造方法 - Google Patents
耐摩耗部材およびその製造方法Info
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
-
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F3/26—Impregnating
-
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
- B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、例えばプラスチックおよびセラミックス成形
機に使用するシリンダの内面などのように摩耗し易い面
に対する耐摩耗層の製造方法に関するものである。
機に使用するシリンダの内面などのように摩耗し易い面
に対する耐摩耗層の製造方法に関するものである。
従来、前記のような耐摩耗層の形成には、窒化処理など
の表面処理や、溶射、肉盛または遠心鋳造等による耐摩
耗合金のライニングなどの方法が採用されていたが、い
ずれも性能的または製造上の問題があり、いまだ十分と
言えるものはなかった。本願出願人は、先にＷＣ粉末の
ような硬質物粉末を基材に直接または予備的な層を介し
て間接的に接触させて充填し、この充填層にＮｉまたは
ＣＯ基自溶合金などの金属の融液を浸透させ、前記金属
中にＷＣなどの硬質物の微細粒子を分散させるようにし
た耐摩耗層ｋｍ案した。この耐摩耗層は、耐摩耗性が非
常に優れていると共に、硬質物粉末の充填層を中子など
の適宜な型を用いて形成すれば、該充填層への金属の浸
透は比較的容易にできるため、種々の形状の基材表面に
対して広く適用できる利点を有している。ところで、こ
の耐摩耗層は同層が厚くなると同層に小さな空孔を生ず
ることがある。これは前記硬質物粉末と金属が焼結する
際の収縮によるものと考えられるが、耐摩耗層の厚さが
２〜３論の場合、直径が数１０μｍないし数１００μｍ
程度の空孔を生ずることがある。この空孔が非常に小さ
い場合は問題とならず、また工作機械の摺動面のように
、空孔の存在が問題にならないかむしろ潤滑油が入って
好ましい場合もあるが、例えばプラスチック成形機の成
形用シリンダの内面の場合には、プラスチックが前記空
孔に入って滞留し、過度に加熱されてこげた後にはがれ
て正常なプラスチック中に混入するなどの問題音生ずる
ことがある。
の表面処理や、溶射、肉盛または遠心鋳造等による耐摩
耗合金のライニングなどの方法が採用されていたが、い
ずれも性能的または製造上の問題があり、いまだ十分と
言えるものはなかった。本願出願人は、先にＷＣ粉末の
ような硬質物粉末を基材に直接または予備的な層を介し
て間接的に接触させて充填し、この充填層にＮｉまたは
ＣＯ基自溶合金などの金属の融液を浸透させ、前記金属
中にＷＣなどの硬質物の微細粒子を分散させるようにし
た耐摩耗層ｋｍ案した。この耐摩耗層は、耐摩耗性が非
常に優れていると共に、硬質物粉末の充填層を中子など
の適宜な型を用いて形成すれば、該充填層への金属の浸
透は比較的容易にできるため、種々の形状の基材表面に
対して広く適用できる利点を有している。ところで、こ
の耐摩耗層は同層が厚くなると同層に小さな空孔を生ず
ることがある。これは前記硬質物粉末と金属が焼結する
際の収縮によるものと考えられるが、耐摩耗層の厚さが
２〜３論の場合、直径が数１０μｍないし数１００μｍ
程度の空孔を生ずることがある。この空孔が非常に小さ
い場合は問題とならず、また工作機械の摺動面のように
、空孔の存在が問題にならないかむしろ潤滑油が入って
好ましい場合もあるが、例えばプラスチック成形機の成
形用シリンダの内面の場合には、プラスチックが前記空
孔に入って滞留し、過度に加熱されてこげた後にはがれ
て正常なプラスチック中に混入するなどの問題音生ずる
ことがある。
本発明は、前述したような点に鑑みなされたもので、前
記のような耐摩耗層がら空孔をなくすことを目的とする
ものである。
記のような耐摩耗層がら空孔をなくすことを目的とする
ものである。
本発明は、基材の耐摩耗層形成面に沿って、硬質物粉末
を主成分とする硬質物焼結粒子を充填し、この硬質物焼
結粒子の充填層に金属の融液を浸透させることを特徴と
するものである。
を主成分とする硬質物焼結粒子を充填し、この硬質物焼
結粒子の充填層に金属の融液を浸透させることを特徴と
するものである。
本発明においては、基材の耐摩耗層形成面に結合をより
強化するための予備的な処理を施してもよいし、施こさ
なくてもよい。
強化するための予備的な処理を施してもよいし、施こさ
なくてもよい。
硬質物粉末としては、ＷＣ、ＶＣ、ＴｉＢｚ。
ＭｏＢ 、 Ｔ ｉＮ、 Ｚ ｒＮ ｉどの周期律表の
第４．５．６族金属の炭化物、窒化物、硼化物が好まし
く、さらにこの硬質物粉末を耐摩耗層中に微細に分散さ
せるため、数μｍ以下のものを用いることが好ましい０ 硬質物焼結粒子は、前記の硬質物粉末を主成分とし、こ
れにＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅの粉末（粒度は硬質物粉末と同程
度）−全単体または適宜に混合した金属粉を、例えば前
者が９５重量係に対して後者全５重量係の割合で混合し
た焼結体を粉砕し、ふるいによって分級したものを用い
る。この硬質物焼結粒子の粒度は、前述した耐摩耗層中
の空孔′ｆ：なくすことと、硬質物をより均一に分散さ
せることがら、５０〜１５０μ情程度のものが好ましい
。
第４．５．６族金属の炭化物、窒化物、硼化物が好まし
く、さらにこの硬質物粉末を耐摩耗層中に微細に分散さ
せるため、数μｍ以下のものを用いることが好ましい０ 硬質物焼結粒子は、前記の硬質物粉末を主成分とし、こ
れにＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅの粉末（粒度は硬質物粉末と同程
度）−全単体または適宜に混合した金属粉を、例えば前
者が９５重量係に対して後者全５重量係の割合で混合し
た焼結体を粉砕し、ふるいによって分級したものを用い
る。この硬質物焼結粒子の粒度は、前述した耐摩耗層中
の空孔′ｆ：なくすことと、硬質物をより均一に分散さ
せることがら、５０〜１５０μ情程度のものが好ましい
。
硬質物焼結粒子の間に浸透させる金属としては、基材お
よび硬質物焼結粒子より融点が低く、好ましくは耐食ま
たは／および耐摩耗性に優れたものを用いる。この金属
には、Ｎｉ基またはＣＯ基自溶合金が好ましい。なお、
前記金属は、前記硬質物焼結粒子中に含まれる金属とに
より耐食または耐摩耗性を有する合金を形成するもので
あってもよい。
よび硬質物焼結粒子より融点が低く、好ましくは耐食ま
たは／および耐摩耗性に優れたものを用いる。この金属
には、Ｎｉ基またはＣＯ基自溶合金が好ましい。なお、
前記金属は、前記硬質物焼結粒子中に含まれる金属とに
より耐食または耐摩耗性を有する合金を形成するもので
あってもよい。
基材の耐摩耗層形成面に沿って充填された硬質物焼結粒
子は、それ自身の密度が高く、かつ比較的大きな粒度に
形成されているため、数μ常程度の粉末をその１ま充填
した場合に比較し、充填密度と高めることができる。ま
た、前記硬質物焼結粒子間に前記のような金属の融液を
浸透させると、この融液は前記硬質物焼結粒子間により
完全に浸を 透する。そのため、金属の融液※浸透させて焼結を行な
わせた時、焼結による収縮が極めて小さくて済み、先の
提案のように、硬質物粉末を焼結によって粒状化するこ
となく直接充填した場合のように空孔を生じることがな
い。その上、前記のように、硬質物焼結粒子がより高い
密度で均一に充填されるため、硬質物の分散がより一様
化される。
子は、それ自身の密度が高く、かつ比較的大きな粒度に
形成されているため、数μ常程度の粉末をその１ま充填
した場合に比較し、充填密度と高めることができる。ま
た、前記硬質物焼結粒子間に前記のような金属の融液を
浸透させると、この融液は前記硬質物焼結粒子間により
完全に浸を 透する。そのため、金属の融液※浸透させて焼結を行な
わせた時、焼結による収縮が極めて小さくて済み、先の
提案のように、硬質物粉末を焼結によって粒状化するこ
となく直接充填した場合のように空孔を生じることがな
い。その上、前記のように、硬質物焼結粒子がより高い
密度で均一に充填されるため、硬質物の分散がより一様
化される。
なお、硬質物焼結粒子の間に付加的に硬質物粉末が存在
するように、硬質物焼結粒子と共に焼結してない硬質物
粉末を前記すき閣内に充填してもよい。この場合には、
硬質物焼結粒子と硬質物粉かつ硬質物の密度の高い、つ
まり耐摩耗性のより優れた耐摩耗層が得られる。
するように、硬質物焼結粒子と共に焼結してない硬質物
粉末を前記すき閣内に充填してもよい。この場合には、
硬質物焼結粒子と硬質物粉かつ硬質物の密度の高い、つ
まり耐摩耗性のより優れた耐摩耗層が得られる。
本発明は、硬質物焼結粒子を用いたため、耐摩耗層中か
ら空孔をなくすことができ、さらに耐摩耗層中の硬質物
の分散をより均一にできると共に、該硬質物の含有率ケ
高ぬることができ、より優れた耐摩耗性を得ることがで
きた。
ら空孔をなくすことができ、さらに耐摩耗層中の硬質物
の分散をより均一にできると共に、該硬質物の含有率ケ
高ぬることができ、より優れた耐摩耗性を得ることがで
きた。
第１図に示すように２軸型プラスチック成形機のシリン
ダ用母材を基材１として用い、該基材Ｉの内面１ａに後
述する耐摩耗層７（第４図参照）を形成するため、その
中に型としての中子２を設置し、基材１の内面１ａと中
子２の外周面２ａとの間に硬質物粉末としてのＷｃ粉末
５を充填するためのすき間３を形成し、該すき間３の下
端を溶接部４によって閉塞した。ここで、前記すき間３
の長さｔは２００−＝−、中子２の直径Ｄ ｔｄ ５０
ｍであり、基材１の内面１ａの直径はすき間３の厚さ
ｔが３ｍｍとなるように形成した。
ダ用母材を基材１として用い、該基材Ｉの内面１ａに後
述する耐摩耗層７（第４図参照）を形成するため、その
中に型としての中子２を設置し、基材１の内面１ａと中
子２の外周面２ａとの間に硬質物粉末としてのＷｃ粉末
５を充填するためのすき間３を形成し、該すき間３の下
端を溶接部４によって閉塞した。ここで、前記すき間３
の長さｔは２００−＝−、中子２の直径Ｄ ｔｄ ５０
ｍであり、基材１の内面１ａの直径はすき間３の厚さ
ｔが３ｍｍとなるように形成した。
前記すき間３内に硬質物粉末として粒度が約１０μｍの
Ｗｃ粉末５を図示しない加振機を用いて充填し、前記す
き間３の上に、第３図に示すように、Ｎ１基自溶合金の
粉体６を置き、真空度Ｑ、５５Ｔｏｒｒの真空炉中で１
０８０℃にて２０分間加熱して、前記Ｎ１基自溶合金の
粉体６を溶融させてＷｃ粉末５の間すなわちすき間３内
に浸透させた後、前記真空炉中で室温まで冷却した。
Ｗｃ粉末５を図示しない加振機を用いて充填し、前記す
き間３の上に、第３図に示すように、Ｎ１基自溶合金の
粉体６を置き、真空度Ｑ、５５Ｔｏｒｒの真空炉中で１
０８０℃にて２０分間加熱して、前記Ｎ１基自溶合金の
粉体６を溶融させてＷｃ粉末５の間すなわちすき間３内
に浸透させた後、前記真空炉中で室温まで冷却した。
なお、前記Ｎｉ基自溶合金の組成を第１表に示す０
第 １ 表 （重量％）
次いで中子２および基材１の両端を機械加工によって切
削除去し、さらに内面を研磨加工し、前記すき間３の部
分に形成された耐摩耗層７を第４図に示すように基材１
の内面に露出させた０前記のように形成した耐摩耗層７
の断面を顕微鏡で観察したところ、第５図の写真（４０
０倍）の空孔は直径が約２０〜４０μｍであり、１ｊ中
に約６個存在１−た〇 〔実施例〕 第１図および第２図に示したすき間３内に硬質物粉末う
に代えて次に述べる硬質物焼結粒子を充填した外は、前
記参考例と全く同じである。
削除去し、さらに内面を研磨加工し、前記すき間３の部
分に形成された耐摩耗層７を第４図に示すように基材１
の内面に露出させた０前記のように形成した耐摩耗層７
の断面を顕微鏡で観察したところ、第５図の写真（４０
０倍）の空孔は直径が約２０〜４０μｍであり、１ｊ中
に約６個存在１−た〇 〔実施例〕 第１図および第２図に示したすき間３内に硬質物粉末う
に代えて次に述べる硬質物焼結粒子を充填した外は、前
記参考例と全く同じである。
硬質物焼結粒子としては、粒度的１μｍのＷｃ粉末と粒
度的１．５μｍのＣＯ粗粉末、前者が９５重量係、後者
が５重量％になるように秤量して粉砕混合して作ったＷ
ｅ−ＣＯの焼結体を粉砕し、ふるいにより分級して得ら
れた粒度が５０〜１５０μ毎の硬質物焼結粒子を用いた
。
度的１．５μｍのＣＯ粗粉末、前者が９５重量係、後者
が５重量％になるように秤量して粉砕混合して作ったＷ
ｅ−ＣＯの焼結体を粉砕し、ふるいにより分級して得ら
れた粒度が５０〜１５０μ毎の硬質物焼結粒子を用いた
。
前記硬質物焼結粒子を、第１図および第２図に示したす
き間３内に加振機を用いて充填し、以下は前記のように
、参考例と全く同じ条件で第４図に示したようなシリン
ダを形成した。
き間３内に加振機を用いて充填し、以下は前記のように
、参考例と全く同じ条件で第４図に示したようなシリン
ダを形成した。
らかなように、空孔は見られず、かつより微細なＷＣ（
硬質物）が均一に分散している。また、第７図は参考例
と実施例の耐摩耗層につき入超式摩耗試験機により行っ
た摩耗量の結果を示している。
硬質物）が均一に分散している。また、第７図は参考例
と実施例の耐摩耗層につき入超式摩耗試験機により行っ
た摩耗量の結果を示している。
なお、摩耗試験の相手材Ｉｒｅ ５ＫＩ） ｌ ｌ （
ＨＲＣ５ｇ ）Ｔ、摩擦距離６００ｍ、押し付は荷重Ｉ
８、ｑＫｑｆであり、第７図中の比摩耗量とは、摩擦距
離１ｍ、押し付は荷重ＩＫ９ｆ当９の摩耗量である。
ＨＲＣ５ｇ ）Ｔ、摩擦距離６００ｍ、押し付は荷重Ｉ
８、ｑＫｑｆであり、第７図中の比摩耗量とは、摩擦距
離１ｍ、押し付は荷重ＩＫ９ｆ当９の摩耗量である。
施
この第７図から明らかなように、実Ｘ例のものは耐摩耗
性においても参考例のものより優れていることがわかる
。
性においても参考例のものより優れていることがわかる
。
第１図は参考例および本発明の実施例に用いた基材と型
（中子）の間に硬質物粉末または硬質物子 焼結粒を充填した状態を示す平面図、第２図は第１図の
ＩＩ−ＩＩ線による断面図、第３図は第２図に示したも
のに合金の粉体を載せた該合金の浸透前の状態を示す断
面図、第４図は第１図ないし第３図に示した基材の内面
に耐摩耗層全形成した後に型（中子）および基材の両端
全除去した状態を示す断面図、第５図は参考例によって
形成した耐摩耗層断面の顕微鏡写真（４００倍）、第６
図は本発明の実施例によって形成した耐摩耗層断面の顕
微鏡写真（４００倍）、第７図は参考例と本発明の実施
例によって形成した耐摩耗層の摩耗試験結果を示すグラ
フである。
（中子）の間に硬質物粉末または硬質物子 焼結粒を充填した状態を示す平面図、第２図は第１図の
ＩＩ−ＩＩ線による断面図、第３図は第２図に示したも
のに合金の粉体を載せた該合金の浸透前の状態を示す断
面図、第４図は第１図ないし第３図に示した基材の内面
に耐摩耗層全形成した後に型（中子）および基材の両端
全除去した状態を示す断面図、第５図は参考例によって
形成した耐摩耗層断面の顕微鏡写真（４００倍）、第６
図は本発明の実施例によって形成した耐摩耗層断面の顕
微鏡写真（４００倍）、第７図は参考例と本発明の実施
例によって形成した耐摩耗層の摩耗試験結果を示すグラ
フである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基材の耐摩耗層形成面に沿って、硬質物粉末を主成
分とする硬質物焼結粒子を充填し、該硬質物焼結粒子の
充填層に金属の融液を浸透させることを特徴とする耐摩
耗層の製造方法。 ２、硬質物粉末が、周期律表の第４、５、６族金属の炭
化物、窒化物、硼化物のいずれか１ないし数種からなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の耐摩耗層
の製造方法。 ３、硬質物焼結粒子が、硬質物粉末とＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ
のいずれか１ないし３との混合焼結粒子であることを特
徴とする特許請求の範囲第１または２項記載の耐摩耗層
の製造方法。 ４、金属が、Ｎｉ基、Ｃｏ基のうちいずれか１つの自溶
合金であることを特徴とする特許請求の範囲第１、２ま
たは３項記載の耐摩耗層の製造方法。 ５、硬質物粉末の粒度が数μｍ以下であり、硬質物焼結
粒子の粒度が５０〜１５０μｍであることを特徴とする
特許請求の範囲第１、２、３または４項記載の耐摩耗層
の製造方法。 ６、基材の耐摩耗層形成面に沿って、硬質物粉末と共に
、硬質物粉末を主成分とする硬質物焼結粒子を充填し、
該硬質物粉末および硬質物焼結粒子の充填層に金属の融
液を浸透させることを特徴とする耐摩耗層の製造方法。 ７、硬質物粉末が、周期律表の第４、５、６族金属の炭
化物、窒化物、硼化物のいずれか１ないし数種からなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の耐摩耗層
の製造方法。 ８、硬質物焼結粒子が、硬質物粉末とＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ
のいずれか１ないし３との混合焼結粒子であることを特
徴とする特許請求の範囲第６または７項記載の耐摩耗層
の製造方法。 ９、金属が、Ｎｉ基、Ｃｏ基のうちいずれか１つの自溶
合金であることを特徴とする特許請求の範囲第６、７ま
たは８項記載の耐摩耗層の製造方法。 １０、硬質物粉末の粒度が数μｍ以下であり、硬質物焼
結粒子の粒度が５０〜１５０μｍであることを特徴とす
る特許請求の範囲第６、７、８または９項記載の耐摩耗
層の製造方法。
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