JPS6256502A - 鉄系金属板の表面に超硬質層を一体的に形成するハ−ドフエ−シング法 - Google Patents

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〕 本発明は鉄系金属板の表面に超硬質層を一体的に形成す
るハードフェーシング方法に係わり、更に詳しくは超硬
質層を焼結すると同時に、この超硬質層を鉄系金属の表
面に一体的に形成でき、而もこの２つの層の間に介在さ
せるニッケル、銅、コバルト等のロー材層を一体成形時
に拡散させることなく、その接合機能を発揮せしめて成
型することにより超硬質層を十分な強度で鉄系金属板上
に形成できる方法に関する。

〔従来の技術〕

周知の通り、耐摩耗性と粘り強さを同時に要求されるよ
うな各種部材、部品、構造材その他の加工に当っては、
従来から八−ドフェーシング方法が実施されている。

即ち超硬質材料の内、超硬質合金をハードフェーシング
する方法としては、（ａ）焼結して得た略１００ミクロ
ン程度の超硬質合金粒子を低融点金属の粉末と共に硬化
すべき鉄系金属板の表面に溶射する方法、（ｂ）焼結し
た超硬質合金の溶接棒を用いてガス等により硬化すべき
鉄系金属板の表面に溶接する方法、（Ｃ）焼結した超硬
質合金板を硬化すべき鉄系金属板の表面にロウ付けする
方法等である。

又、超硬質材料の内、セラミックスの層を形成する方法
としては、（ｄ）金属の表面に予かしめ焼結したセラミ
ックスを接合するに当り、金属又は合金とセラミックス
の板の間に銅又はその合金を介在させたり、接合すべき
金属と同一組成の金属／接合すべきセラミ−、クスと同
一組成のセラミックスの配合層を介在させたり、多数の
空隙を有する金属シートを介在させたりして行う方法が
ある０例えばこれらは、特開昭５８−５９６８２号公報
、特開昭５９−１８２２８２号公報、特開昭５９−１７
４５８４号公報等にみられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術、中でも（ａ）（ｂ）（ｃ）は古くから用
いられていて、耐摩耗性の良好な表面が得られるもので
あるが、これらの技術に共通していえることは（ａ）（
ｂ）（ｃ）（ｄ）共に既に焼結した超硬質材料を用いて
いるものである。即ち超硬質材料を予かじめ焼結してか
ら金属板上にハードフェーシングするものである。従っ
て、ハードフェーシングする以前に超硬質材料の焼結加
工が必ず必要となる。即ち、粉末の調整の為の各種製造
操作、圧粉、予備焼結、そして焼結に至る一連の焼結加
Ｊ：操作が事前に必要である。この為に最終的にハード
フェーシング製品を得るのに全体の製造工数が多く、よ
り安価に市場供給する−にでの大きな障害となっていた
。

且つ、焼結は通常２〜３時間の昇温、４０〜６０分の焼
結、３時間程の冷却を要し、計略６時間程かかるから、
生産動車の向にに限度があった。

又、製造された結果製品についても上記従来の製法では
幾つかの問題点を有している。即ち、この種の製品につ
いては、用途先の４件に応じて超硬質層の厚さを薄くも
、厚くも自由に調節可能である必要があり、同時に基材
の鉄板等に対して十分な接合強度で超硬質層が接合され
ていることのみならず、その超硬質層が割れ、ピンホー
ル等のない状態であることが要求される。この点従来技
術（＆）は溶射法故に厚さを厚くすることはでさず、（
ｂ）（ｃ）については逆に薄くできないばかりか、基材
の鉄板と超硬質層の熱膨張係数が著しく相違する為に、
冷却時に収縮の差が大きく生じ、このままでは割れ等を
生じ易い。又（ｄ）の技術については各々接合強度を十
分図る為の工夫がなされているとはいえ、予かじめ焼結
したセラミックスを基材金属に対して接合する時に大き
な加圧力が加わるので、このセラミックスを薄く焼結す
ると、接合工程に於いて割れを招くので、あまり薄く焼
結することができないからハードフェーシングの結果製
品についても薄い超硬質層の製品とすることができない
。

従って本発明の目的とする所は、超硬質層を焼結すると
同時に、この超硬質層を基材の鉄系金属板に対して一体
化できるハードフェーシング方法を提供するにある。従
って、より製造工数が少なく、几つより短時間に製する
ことができ、より安価に市場供給できるハードフェーシ
ングされた製品の製法を提供するにある。

更に本発明の他の目的とする所は、適用光の条件に応じ
て超硬質層の厚さを厚くも、薄くも自由自在に調節でき
るハードフェーシング法を提供すると共に、特に超硬質
層の割れ等の状態がほとんど生じない良好な超硬質層を
形成できるハードフェーシング法を提供するにある。

〔問題点を解決する為の手段１作用〕 上記目的を達成する為に未発１」は次の技術的手段を有
する。即ちこの発明の概念を示した第１図中に用いた符
号を用いてこれを説明すると、先ず成形型１に、鉄系金
属板２をセットする。

この金属板２の種類、厚さ等は用途に応じて適宜選択す
る。

次いでこの金属板２の上にニッケル、銅、コバルト等の
ロー材層３を薄くのせる。

ニッケルが好適であるが、銅、コバルトでもよい、この
場合、粉末を薄くのせるか、薄い板をのせてもよい。そ
してその厚さは、以後の工程を経て最終製品とした時に
０．３〜０．５　ｔａ菖程度となるよう極く薄いもので
ある。

続いて、この上に超硬質材料微粉末４を充てんする。

選択すべき超硬質材料粉末は、用途先に応じて種々選択
できる。即ちＷＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−Ｔｔｃ−Ｃｏ系、Ｗ
Ｃ−Ｔｉ　ｃ−Ｔａｃ　（Ｎｂｃ）−Ｃｏ系等の超硬合
金粉末、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、Ｓ　ｉｃ、ＢＣ，Ｚｒ２
０５等ノセラミックス材料等である。これらは、周知の
通り、各々程度の差こそあれ、高硬度であって、本発明
に適する。

且つこの超硬質材料粉末の層厚さは、最終製品の厚さに
対応して定めるが本発明に於いては、この厚さを、薄く
も厚くも自由に選択できるものである０例えば土木用耐
摩耗材の場合は厚＜、４１械の摺動面は薄く等自由に選
定できる。更にその粉末の粒径はミクロンサイズの微粉
末である。

このように充てんした後、これらを上記超硬質材料微粉
末の焼結温度、換言すれば真空炉その他の燃焼炉で焼結
する時の最適燃焼温度より、より高温の温度で加熱する
。

より具体的には、焼結温度より＋５０’Ｃ−１００＠Ｃ
程度の高温度で加熱する。

且つ、この加熱と同時に少なくとも１０ｋｇ／ｃｒｎ’
以上の圧力で加圧する。

而も、上記の加熱と加圧を上記ロー材層３が拡散しない
程度の極く短時間の範囲実施するものである。

この実施は、通常成形物自体に直接低電圧大電流を通電
して行う直接通電で行うか、高周波加熱で行う、即ち上
記成形型の上下の一対のカーボン電極を兼ねたバンチ５
，６によって加圧しつつ。

その電極に低電圧大電流を通電する等して実施する。高
周波加熱の場合も、黒鉄型等を用いて実施する。

この場合、上述したようにニッケル、コバルト、銅のロ
ー材層を用いるも、ニッケル、コバルト、中でもニー７
ケルが好適であり、銅は融点が低くて拡散し易いので条
件管理が難しい面がある。

さて、このように実施すると、超硬質材料の微粉末４は
高温により急早に液相となり、成分粒子の間隙に互いに
拡散して均一な固溶体を形成し、超硬質層を形成する。

且つ超硬質層は、この後冷却していく時に上下、左右方
向に収縮するが、この詩聖による左右方向の拘束のみな
らず、上下方向に少〈なとも１０ｋｇ／ｃｒｎ’以−Ｈ
の圧力をかけているので、この−上下左右の収縮度合の
バラツキが抑えられ、この状態で上記焼結と同時に、こ
の超硬質層が鉄系金属板に一体的に融着するものである
。従ってクラック、又はピンホールの発生が防止される
。

而も、上記の加圧と加熱は極く短時間、具体的にはロー
材層３が拡散してしまわない程度の極く短い時間なので
、高温にもかかわらずニッケル等のロー材層３が残り、
この結果、ロー材層３は鉄系金属板２と超硬質材料粉末
の層４の双方に対し。

てぬれ性がよくなじむので、この層２つの接合強度を十
分保つものである。

上記に於いて、超硬質材料粉末の焼結温度より、より高
温で加熱すること及び少くともｌｏｋｇ／　ｃ　ｍ’以
上で加圧すること、而もロー材層が拡散しない程度の短
時間で行うことの条件はどれ１つを除いても本発明のよ
うに、超硬質層を焼結すると同時にこれを、鉄系金属板
に一体的に融着できず、特に超硬質層を、割れ、ピンホ
ールなしに且つ接合面の強度を十分保って成形できない
が、上記の内、加熱や加圧時間と加圧力はヴいに関連し
あっており、少くともｌ０ｋｇ／　ｃ　ｍ”以上である
ことを条件として、それ以上の加圧力で加圧する場合に
。

加圧力が大きければ大きい程、より焼結と融着の為の時
間は短くてよいことが判明している。又当然のことなが
ら加圧力の一ヒ限は型ｌの破壊を招かない範囲に制限さ
れる。

第２図はこのようにして得られた１ｌｌＩｔ摩耗材の一
例を概念的に示した図である０図に於いて、ａは鉄系金
属板２によって形成された層、ｂはロー材によって形成
された薄い層、Ｃは超硬質材料粉末の層４によって形成
された層を各々示している。

〔実施例〕

次に本発明の実施例及び比較例を示す。

実施例１會・ψ型内に厚さ８履１、直径３０層層の鉄板
をセットし、次いでそのトに１ミクロンのニー。

ケルの粉末３ｇを極〈薄くぬり、粒径１ミクロンのＷ　
Ｃ９４％、Ｃｏ６％の超硬合金微粉末２０ｇを充てんし
、軽く押圧して均らした３次いで、一対のカーボン電極
を兼ねたパンチにより１５ｋｇ／　ｃ　ｍ″で加圧する
と同時に、このカーボン電極に４ｖ、３７００Ａの電流
を１５０秒間通電して、以後冷却した。

この結果、超硬微粉末が超硬質層として焼結し、ニッケ
ルのロー材層を拡散させることなく、そのロー材層が十
分機能して鉄板と上記超硬質層が一体に融着した耐摩耗
材が得られた。且つ上記超硬質層には、割れ、ひびは見
当らなかった。

この実施例１によって得た製品の、ロー材層あたりを中
心にしてみた組織の５０倍写真を第３図に及び鉄板とニ
ッケルロー材層の境界付近の１５００倍の写真を第４図
に、並びにニッケルロー材層と超硬質層の境界付近の１
５００倍の写真を第５図に示す。

実施例２・拳・実施例１の条件の内、加圧力を２８ｋｇ
／ｃｍ″とし、且つ直重時間を１１０秒間とし、その他
の条件を同一にして実施した。その結果、鉄板に対して
超硬質層を焼結すると同時に一体的に融着できた耐摩耗
材が得られた。この場合も。

超硬質層の割れ、ひびは見当らなかった。

実施例３・・φ実施例１の条件の内、加圧力を８３ｋｇ
／ｃｔｎ’とし、且つ直重時間を８０秒間とし、その他
の条件を同一にして実施した。その結果、良好な耐摩耗
材が得られた。

実施例４１１−金型内に厚さ８腸謬、直径３０ｍｍの鉄
板をセットし、次いでその上に１ミクロンのニッケルの
粉末３ｇを極〈薄くぬり１粒径１ミクロンのＴｉｃ８０
％、　Ｎ　ｉ　２０％の粉末１２ｇを充てんし、軽く押
圧して均らした０次いで一対のカーボン電極を兼ねたパ
ンチにより２０ｋｇ／ｃｒｎ’で加圧すると同時に、こ
のカーボン電極に４　Ｖ　、　３７ＱＯＡの電流を１２
０秒間通電して、以後冷却した。この結果。

チタンカーバイトの粉末が超硬質層として焼結し、ニッ
ケルのロー材層を拡散させることなく、そのロー材層が
十分機能して鉄板と上記超硬質層が一体に融着した耐摩
耗材が得られた。且つ上記超硬質層には１割れ、ひびは
見当らなかった。

この実施例４によって得た製品の、ロー材層あたりを中
心にしてみた組織の５０倍の写真を第６図に示す。

実施例５ 型内に厚さ１０ｍ■、直径３０腸旙の鉄板をセットし。

次いでその表面に１ミクロンのニッケルの粉末３ｇを極
く薄くぬり、粒径３ミクロンの５ｉｃ８０％、Ｎｉ４０
％の粉末８ｇを充てんし、軽く押圧して均らした。次い
で一対のカ−ボ電極を兼ねたパンチにより２０ｋｇ／ｃ
ｒｎ′で加圧すると同時に、このカーボン電極に５　Ｖ
　、　３７００Ａの電流を１２０秒間通電して、以後冷
却した。この結果、ニッケルのロー材層を拡散させるこ
となく、超硬質層を焼結し、且つそれを同時に鉄板に対
して一体的に融着した耐摩耗材が得られた。

この超硬貫層には、割れ、ひびは見当らなかった。

比較例１・・・実施例１の条件の内、加圧力を９ｋｇ／
ｃｍ’とし、且つ直重時間を１３０秒間として、その他
の条件を同一にして実施した。その結果、超硬質層を焼
結できたが、その超硬質層と鉄板の融着が不完全であり
、超硬質層の表面にクラックが発生した。

この比較例１によって得た製品のロー材層あたりを中心
にしてみた５０倍拡大の写真を２８７図に示す。

この場合、加圧、加熱の時間を、１５０秒、１８０秒と
変えてみたが、結果は同じであった。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、この発明によれば、超硬質金属を焼
結すると同時に、この超硬質層を鉄系金属の表面に一体
的に形成できる。

この為従来のように前もって超硬質層を焼結する場合の
製造工数、長い焼結吟間が省略でき、著しく合理化でき
る。従ってより安価に市場供給できる。

更に、この鉄系金属板と超硬質層の間に介在させるニッ
ケル、銅、コバルト等のロー材層を一体成形時に拡散さ
せることがないので、両者の接合強度を十分なものとす
ることができる。且つ、超硬質層は、焼結及び融着の成
形時に少くとも１０ｋｇ／ａｍ程度以上の加圧力で加圧
せしめられるので、超硬質層組織各部の収縮度合のアン
バランスが生じにくいので、表面に割れ等が生じないも
のである。

【図面の簡単な説明】

添付図面第１図、第２図は本発明の基本概念図を示し、
第１図は製造している所を示す図、第２図は製造の結果
選られた製品の断面図、次いで第３図は実施例１によっ
て得た耐摩耗材の組織を示す５０倍に拡大した写真、第
４図、第５図は実施例１によって得た耐摩耗材の組織を
各々示す１５００倍に拡大した写真第６図は実施例４に
よって得た耐摩耗材の組織を示す５０倍拡大の写真、第
７図は比較例１によって得た耐摩耗材の組織を示す５０
倍拡大の写真である。 図中１は成形型、２は鉄系金属板、３はロー材層、４は
超硬質材料微粉末、５及び６はカーボン電極を兼ねたパ
ンチ、ａは鉄系金属板より成る層、ｂはロー材層より成
る層、Ｃは超硬質材料微粉末より成る層である。 声／８ り７２ 手続補正書 昭和６０年１２月１３１１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 成形型に鉄系金属板をセットし、次いでその上にニッケ
   ル、銅、コバルト等のロー材層とすべき薄い粉末層又は
   薄い板を充てんし、続いて超硬質材料微粉末を所要の厚
   さに充てんし、この後、上記超硬質材料微粉末の焼結温
   度より、より高温の温度で加熱すると同時に、少くとも
   １０ｋｇ／ｃｍ＾２以上の圧力で加圧し、この加熱と加
   圧を上記ロー材層が拡散しない程度の短時間のみ実施し
   て、基材の鉄系金属板の表面に所望厚さの超硬質層を一
   体的に形成するようにしたことを特徴とする鉄系金属板
   の表面に超硬質層を一体的に形成するハードフェーシン
   グ法。