KR100796117B1

KR100796117B1 - 소결 밸브 시트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100796117B1
Application number: KR1020060052967A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 가와타; 히로키 후지츠카
Original assignee: 히다치 훈마츠 야킨 가부시키가이샤
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2008-01-21
Also published as: DE102006027391A1; KR20060129971A; US20060278038A1; DE102006027391B4; US7572312B2

Abstract

본 발명의 소결 밸브 시트는, 기지 중에 조성이 Mo : 48∼60질량%, Cr : 3∼12질량%, Si : 1∼5질량% 및 잔부 : Co와 불가피 불순물로 이루어지고 Co기 합금 기지 중에 Mo 규화물을 주로 하는 석출물이 덩어리 형상으로 일체가 되어 석출된 경질상이 5∼40질량% 분산하는 동시에, 경질상의 주위에 Cr 황화물이 분산하는 조직을 나타내는 것을 특징으로 한다.

Description

소결 밸브 시트 및 그 제조방법{SINTERED VALVE SEAT AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 본 발명에서의 제1 소결 밸브 시트의 금속 조직을 모식적으로 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에서의 제2 소결 밸브 시트의 금속 조직을 모식적으로 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에서의 제3 소결 밸브 시트의 금속 조직을 모식적으로 나타내는 도면.

도 4는 종래의 밸브 시트의 금속 조직을 모식적으로 도시하는 도면.

본 발명은 자동차 엔진의 소결 밸브 시트(valve seat) 및 그 제조 방법 등에 관한 것으로, 특히, CNG 엔진, 헤비 듀티(heavy duty) 디젤 엔진 등의 고부하 엔진에 이용하기 바람직한 소결 합금제의 밸브 시트의 개발 기술에 관한 것이다.

최근, 자동차 엔진은 고성능화에 의해 작동 조건이 더욱 엄격해지고 있고, 엔진에 이용되는 밸브 시트에 있어서도, 종래에 더욱 엄격한 사용 환경 조건에 견 디는 것이 필요해지고 있다. 예컨대, 택시용 자동차에 많이 탑재되는 LPG 엔진에 있어서는, 밸브 및 밸브 시트의 슬라이딩 접촉면이 건조 상태로 사용되기 때문에, 가솔린 엔진의 밸브 시트에 비교하여 마모가 빠르다. 또한, 고유연(高有鉛) 가솔린 엔진과같이 슬러지가 부착되는 환경에서는, 밸브 시트에 대한 면압이 높은 경우, 혹은 디젤 엔진과 같이 고온·고압축비의 경우에 슬러지에 의해 마모가 촉진된다. 이러한 엄격한 환경에서 사용되는 경우에는, 내마모성이 좋은 것에 더불어, 달라붙음 현상을 일으키지 않는 높은 강도가 요구된다.

한편, 밸브 시트가 마모되어도 밸브의 위치와 밸브 구동 타이밍을 자동 조절할 수 있는 러시 애드저스터 장치를 구비한 밸브 운동 기구도 실용화되어 있지만, 밸브 시트의 마모에 의한 엔진 수명의 문제가 해결되었다고는 할 수 없고, 내마모성이 뛰어난 밸브 시트용 재료의 개발이 요구되고 있다. 또한, 최근에는 고성능화를 목표로 할 뿐만 아니라, 경제성을 중시한 저렴한 자동차의 개발도 중요시되고 있고, 따라서 이제부터의 밸브 시트용 소결 합금으로서는, 상기 러시 애드저스터 장치와 같은 부가적인 기구를 필요로 하지 않는 고온 내마모성, 고강도를 갖는 것이 요구되어 오고 있다.

이러한 밸브 시트용 소결 합금으로서는, Fe-Co계와 Fe-Cr계의 반점형상 기지 중에 Co-Mo-Si계 경질 입자를 분산시킨 기술이 개시되어 있다(일본 특허 등록 공보 소59-037343호(이하, 특허문헌 1이라 약칭함) 참조). 또한, Fe-Co계 기지 중에 Co-Mo-Si계 경질 입자를 분산시킨 기술도 개시되어 있다(일본 특허 등록 공보 평05-055593호(이하, 특허문헌 2라 약칭함) 참조). 그리고, Fe-Co계에 Ni를 첨가한 기지 중에 Co-Mo-Si계 경질 입자를 분산시킨 기술도 개시되어 있다(일본 특허 등록 공보 평07-098985호(이하, 특허문헌 3이라 약칭함) 참조). 또한, Co-Mo-Si계 경질 입자를 분산시킨 Fe기 합금도 개시되어 있다(일본 특허 공개 공보 평02-163351호(이하, 특허문헌 4라 약칭함) 참조).

이들의 특허문헌 1∼4에 기재되어 있는 합금 중의 경질 입자는 Mo량이 40질량% 이하인 것이지만, 이 경질 입자를 포함하는 소결 합금은 상당한 고온 내마모성, 고강도를 갖는 것이다. 그러나, 최근에 있어서는 또한 고온 내마모성, 고강도를 갖는 소결 합금이 요구되고 있다. 특히, 최근 실용화되고 있는 CNG 엔진이나, 고출력용 헤비 듀티 디젤 엔진 등의 엔진에 있어서는, 금속 접촉에 수반하는 밸브 시트재로의 부하가 한층 더 높기 때문에, 그와 같은 환경 하에서도 높은 내마모성을 발휘하는 재료의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은, 특히 CNG 엔진이나 헤비 듀티 디젤 엔진 등의 고부하 엔진 환경에 있어서, 뛰어난 고온 내마모성을 발휘하는 소결 밸브 시트 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 소결 밸브 시트는 기지 중에 조성이 Mo : 48∼60질량%, Cr : 3∼12질량%, Si : 1∼5질량% 및 잔부 : Co와 불가피 불순물로 이루어지고 Co기 합금 기지 중에 Mo 규화물 및 Mo 복합 규화물로 이루어지는 석출물이 덩어리형상으로 일체가 되어 석출한 경질상이 5∼40질량% 분산하는 동시에, 상기 경질상의 주위에 Cr 황화물이 분산하는 조직을 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 소결 밸브 시트의 제조방법은, 하기의 기지 형성 강 분말 (A)∼(E) 중의 적어도 1종에, 하기의 경질상 형성 분말 (F)를 5∼40질량%와, 흑연 분말 : 0.4∼1.2질량%와, 하기의 황화물 분말 (G)∼(J) 중 적어도 1종으로 이루어지고 원료 분말 중의 S량이 0.04∼5질량%가 되는 양을 첨가하여 혼합한 원료 분말을, 원하는 형상으로 압분 성형한 후 소결하는 것을 특징으로 한다.

「기지 형성 강 분말」

(A) Mo : 1.5∼5질량% 및 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강 분말.

(B) Cr : 2∼4질량%, Mo : 0.2∼0.4질량%, V : 0.2∼0.4질량% 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 강 분말.

(C) Co : 5.5∼7.5질량%, Mo : 0.5∼3질량%, Ni : 0.1∼3질량% 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 강 분말.

(D) Mo : 0.4∼4질량%, Ni : 0.6∼5질량%, Cu : 0.5∼5질량%, Cr : 0.05∼2질량% 및 V : 0.05∼0.6질량% 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 강 분말.

(E) Ni : 1∼10%, Cu : 1∼3%, Mo : 0.4∼1.0% 및 잔부가 Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 부분 확산 강분.

「경질상 형성 분말」

(F) Mo : 48∼60질량%, Cr : 3∼12질량%, Si : 1∼5질량% 및 잔부 : Co와 불가피 불순물로 이루어지는 Co기 합금 분말.

「황화물 분말」

(G) 2황화 몰리브덴(MoS₂) 분말

(H) 2황화 텅스텐(WS₂) 분말

(I) 황화철(FeS) 분말

(J) 황화구리(CuS) 분말

본 발명의 소결 밸브 시트는 금속 조직의 상태로부터, 제1∼제3 소결 밸브 시트를 구비하고 있다. 이하, 이들의 소결 밸브 시트와, 그 제조방법에 관해서 설명한다.

1. 제1 소결 밸브 시트

제1 소결 밸브 시트는, 본 발명의 기본 구성이라고 할 수 있는 것으로, 기지 중에 조성이 Mo : 48∼60질량%, Cr : 3∼12질량%, Si : 1∼5질량% 및 잔부 : Co와 불가피 불순물로 이루어지고 Co기 합금 기지 중에 Mo 규화물 및 Mo 복합 규화물로 이루어지는 석출물이 덩어리형상으로 일체가 되어 석출한 경질상이 5∼40질량% 분산하는 동시에, 경질상의 주위에 Cr 황화물이 분산하는 조직을 나타내는 것을 특징으로 한다. 도 1은 이 제1 소결 밸브 시트의 금속 조직을 모식적으로 나타내고 있다. 이하, 본 발명의 밸브 시트의 금속 조직, 함유 원소 등에 관하여 따로따로 설명한다.

<경질상 및 경질상의 주위에 형성되는 Cr 황화물에 관해서>

경질상은 상기와 같이, Mo : 48∼60질량%, Cr : 3∼12질량%, Si : 1∼5질량% 및 잔부 : Co와 불가피 불순물로 이루어지고 Co기 합금 기지 중에 Mo 규화물을 주로 하는 석출물이 덩어리형상으로 일체가 되어 석출한 조직을 나타내고 있다. 그리고, 이 경질상의 주위에 도 1에 도시하는 바와 같이, Cr 황화물이 석출, 분산하고 있다.

본 발명의 경질상은 Mo량이 증가함에 따라 석출하는 Mo 규화물을 증가시키고, 또한, 일체화시켜 석출시킨 것으로, 아울러 Si량을, 필요한 Mo 규화물을 생성하는 필요량에 최적화하여, Mo량의 증가에 수반하는 분말의 경도의 증가를 최소한으로 멈춘 것이다.

도 4는 종래의 내마모성 소결 합금으로 이루어지는 밸브 시트의 금속 조직을 모식적으로 도시하는 도면이고, 이 도면에 의하면 종래의 밸브 시트의 경질상은 Mo 규화물이 경질상의 합금 기지 내에 군형상으로 석출하고 있고, 이러한 금속 조직에 의하면 금속 접촉이 발생하는 환경 하에서는 경질 입자로서 기능하는 Mo 규화물 이외의 경질상의 합금 기지 부분이 기점이 되어, 소성 유동, 응착이 발생하고 마모가 생기기 쉬웠다.

한편, 본 발명의 경질상에 있어서는 Mo 규화물을 일체화시지고, 또한, 덩어리형상으로 형성함으로써 경질상의 합금 기지 부분의 소성 유동 및 응착의 발생을, 핀 고정 효과에 의해서 억제할 수 있고, 따라서 내마모성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는 상기 경질상의 주위에 윤활성이 뛰어난 Cr 황화물이 석출 분산함으로써, 경질상 자체가 소성 유동하는 것이 방지되고, 그 결과, 보다 한층 더한 내마모성의 향상이 달성된다.

본 발명의 경질상은, 소결 밸브 시트의 기지 중에 5∼40질량% 분산시키면, 매우 양호한 내마모성을 나타낸다. 5질량% 미만에서는 내마모성 향상의 효과가 현저하지는 않고, 40질량%를 넘으면 혼합 분말의 압축성이 저하함으로써 소결체의 강도가 저하되는 동시에, 상대 공격성이 높아져 오히려 마모량이 증대하게 된다.

<상기 성분 조성(함유 원소)의 수치 한정의 근거>

상기 경질상은 후술하는 기지 형성 강 분말 (A)∼(E)와 같은, 종래부터 소결 밸브 시트의 기지로서 사용되고 있는 합금 기지를 적용할 수 있고, 기지를 형성하는 강 분말 혹은 혼합 분말에 하기의 경질상 형성 분말 (F)이 첨가, 혼합됨으로써 바람직하게 형성된다.

이들 성분 조성의 수치 한정의 근거는 이하와 같다.

·Mo : 48∼60질량%

Mo는 주로 Si와 결합하여 내마모성, 윤활성이 뛰어난 Mo 규화물을 형성하고, 소결 합금의 내마모성의 향상에 기여한다. 또한, 일부는 Co도 삽입하여 Co-Mo-Cr-Si 합금에 의해 형성되는 Mo 규화물 석출형의 경질 입자가 된다. Mo 함유량이 48질량% 미만인 경우에는 Mo 규화물이 일체화되어 석출하지 않고, 종래와 같은 입자 형상의 Mo 규화물이 Co기 경질상 중에 분산하는 형태가 되어, 내마모성이 종래 정도에 멈춘다. 반대로, Mo 함유량이 60질량%을 넘으면, 분말의 경도가 높아져 성형 시의 압축성을 손상시킨다. 또한, 형성되는 경질상이 무르게 되기 때문에, 충격에 의해서 일부가 결손되어 연마분의 작용에 의해서 내마모성이 반대로 저하된다. 따라서, Mo 함유량은 48∼60질량%로 하였다.

·Cr : 3∼12질량%

Cr은 경질상의 Co 기지의 강화에 기여한다. 또한, Fe 기지로 확산하여 경질상을 Fe 기지에 고착하는 동시에, Fe 기지에 고용하여 기지를 강화함으로써 내마모성의 향상에 기여한다. 또한, Fe 기지에 확산한 Cr은 S와 결합함으로써 경질상의 주위에 윤활성이 뛰어난 Cr 황화물을 형성하여 내마모성의 향상에 기여한다. Cr 함유량이 3질량%에 충족되지 않으면, 이들의 효과가 부족하다. 반대로, Cr 함유량이 12질량%를 넘으면, 분말의 산소량이 많아져 분말 표면에 산화 피막이 형성되어 소결의 진행을 저해하는 동시에, 산화 피막에 의해 분말이 단단해지기 때문에 압축성의 저하가 생긴다. 이 때문에, 소결 합금의 강도가 저하되고, 내마모성의 저하를 초래하기 때문에 Cr 함유량의 상한값은 12질량%로 하였다. 이상에 의해 Cr 함유량은 3∼12질량%로 하였다.

·Si : 1∼5질량%

Si는 주로 Mo와 결합하여 내마모성, 윤활성이 뛰어난 Mo 규화물을 형성하고, 소결 합금의 내마모성의 향상에 기여한다. Si 함유량이 1질량% 미만인 경우에는, 충분한 Mo 규화물이 얻어지지 않기 때문에, 충분한 내마모성의 향상 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Si 함유량이 과잉이면, Mo와 반응하지 않고 기지에 확산하는 Si가 증가한다. Si는 Fe 기지를 단단하게 하지만 동시에 무르게도 한다. 이 때문에, 어느 정도의 Si의 기지로의 확산은 경질상의 기지로의 고착의 점에서 유효하 다. 그러나, 과잉의 Si의 확산은 Fe 기지의 내마모성을 저하시켜 상대 공격성을 증가시키게 되기 때문에 바람직하지 않다. 여기에서, Mo와 반응하지 않은 Si량을 저감시키면, 그만큼 분말의 경도를 증가시키지 않고 적절한 Mo량을 부여할 수 있다. 따라서, Mo량과 반응하지 않고 기지에 확산하는 Si가 증가하기 시작하는 5질량%를 Si 함유량의 상한으로 하였다. 이상에 의해 Si 함유량은 1∼5질량%로 하였다.

경질상의 주위에 형성되는 Cr 황화물의 석출에 필요해지는 S는 이하의 (G)∼(J)의 황화물 분말 중 어느 하나의 황화물을 분해함으로써 공급된다.

(G) 2황화 몰리브덴 분말

(H) 2황화 텅스텐 분말

(I) 황화철 분말

(J) 황화구리 분말

금속황화물은 모두 안정되지는 않고, 일부의 금속 황화물은 소결 시에 분해하기 쉬운 것이며, 2황화 몰리브덴, 황화 텅스텐, 황화철 및 황화구리는 특정한 조건 하에서 분해하기 쉬운 것이 참고 문헌(화학 대사전 9축쇄판 교리쯔 출판 주식회사 소화 39년 3월 15일 발행)에도 기재되어 있다. 또한, 실제의 소결 과정에서는 분위기 중에 포함되는 수분, 산소, 수소 및 철분 표면에 흡착하는 수분이나 산소의 탈착에 의해 분해 조건이 만족되어 분해하는 경우가 있고, 또한 황화물이 고온에서 활성이 된 금속 표면과 반응하거나, 고온에서 활성이 된 금속 표면이 촉매로서 작 용하여 황화물의 분해를 촉진하는 것은 충분히 생각된다. 한편, 황화망간(MnS)이나 황화크롬(CrS)은 상기 참고 문헌에 의해서도 분해하기 어려운 금속 황화물인 것을 알 수 있다.

한편, 황화물의 형성능은 전기 음성도와 상관이 있고, S는 전기 음성도가 낮은 원소와 결합하여 황화물을 형성하기 쉽다는 경향을 갖는다. 여기서, 각 원소의 전기 음성도는,

Mn(1.5)<Cr(1.6)<Fe, Ni, Co, Mo(1.8)<Cu(1.9)

의 순서로 되어 있고, Mn이 가장 결합하기 쉽기 때문에 선택적으로 망간황 화물을 석출시킬 수 있다. 이 서열은 상기 참고 문헌의 기재와도 일치한다.

상기 황화물 분말을 이용하여 경질상의 주위에 충분한 양의 Cr 황화물 입자를 석출 분산시키기 위해서는, 황화물 분말의 첨가량은 S분으로서 O.04질량% 이상이 필요해진다. 한편, 과잉의 황화물 분말의 첨가는 분해 후에 잔류하는 기공량이 증대함으로써 밸브 시트의 강도 저하를 야기하고, 이것에 기인하여 내마모성의 저하를 초래하게 되기 때문에, 그 상한을 S분으로서 5질량%가 되는 양에 멈추어야 한다. 한편, 상기의 황화물 분말을 분해한 금속 성분은 기지에 확산하지만, 황화물 분말로서 2황화 몰리브덴 분말, 황화 텅스텐 분말 또는 황화구리 분말을 선택한 경우에는, 분해하여 생긴 Mo, W, Cu는 기지에 확산하여 기지의 고용 강화에 작용하고 기지의 내마모성 향상에 기여한다.

<기지에 관해서>

본 발명의 밸브 시트의 기지는 하기 (a)∼(e)에 나타내는 종래의 기지를 이 용할 수 있다.

(a) Mo : 1.5∼5질량%, C : 0.4∼1.2질량% 및 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 조직이 베이나이트가 되는 기지.

(b) Cr : 2∼4질량%, Mo : 0.2∼0.4질량%, V : 0.2∼0.4질량%, C : 0.4∼1.2질량% 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지고, 조직이 베이나이트가 되는 기지.

(c) Co : 5.5∼7.5질량%, Mo : 0.5∼3질량%, Ni : 0.1∼3질량%, C : 0.4∼1.2질량% 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지고, 조직이 솔바이트가 되는 기지.

(d) Mo : 0.4∼4질량%, Ni : 0.6∼5질량%, Cu : 0.5∼5질량%, Cr : 0.05∼2질량% 및 V : 0.05∼0.6질량%, C : 0.4∼1.2질량% 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지고, 조직이 베이나이트 단상 조직 또는 베이나이트와 마르텐사이트의 혼합조직이 되는 기지.

(e) Ni : 1∼10%, Cu : 1∼3%, Mo : 0.4∼1.0%, C : 0.4∼1.2질량% 및 잔부가 Fe와 불가피 불순물로 이루어지고, 마르텐사이트와 오스테나이트와 베이나이트와 펄라이트의 혼합 조직이 되는 기지.

본 발명은 상기 (a)∼(e)의 기지 조직으로부터 적어도 1종 선택되지만, 요구되는 내마모성의 정도 및 비용에 따라 적절하게 선택하여 조합할 수 있다.

상기 (a)∼(e)의 단상 조직 또는 혼합 조직은 하기 (A)∼(E)의 강 분말과 0.4∼1.2질량%의 흑연 분말을 기지 형성 분말로서 이용함으로써 형성할 수 있다.

(E) Ni : 1∼10%, Cu : 1∼3%, Mo : 0.4∼1.0% 및 잔부가 Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 부분 확산 강 분말.

C는 원료 분말의 압축성의 관점에서 상기의 강 분말에 흑연 분말을 첨가하여 부여된다. 단, C량(흑연 분말 첨가량)이 0.4질량%에 충족되지 않으면, 기지 조직 중에 강도, 내마모성 모두 낮은 페라이트 조직이 혼재하게 된다. 한편, C량(흑연 분말 첨가량)이 1.2질량%를 넘으면 단단하지만 무른 시멘타이트가 석출하게 되어 상대 공격성이 높아지는 동시에, 내마모성, 강도가 저하되게 된다. 따라서, C량(흑연 분말 첨가량)을 0.4∼1.2질량%로 할 필요가 있다.

또한, 상기의 기지에 니켈 분말 및/또는 구리 분말을 5질량% 이하 첨가함으로써 기지 조직을 마르텐사이트와 오스테나이트와 베이나이트의 혼합상으로 해도 좋다. 이 경우, 기지가 5질량% 이하인 Ni 및/또는 5질량% 이하의 Cu에 의해 강화 되어 기지 강도의 향상이 달성된다. 단, 니켈분 첨가의 경우, 첨가량이 5질량%을 넘으면 연질인 오스테나이트의 양이 증가하기 때문에, 또한 구리 분말의 경우, 첨가량이 5질량%을 넘으면 연질인 유리구리상이 기지 조직 중에 발생하기 시작하기 때문에, 그 첨가량의 상한을 각각 5질량%에 멈출 필요가 있다.

도 1에 도시한 금속 조직을 나타내는 제1 소결 밸브 시트를 제조하는 방법은, 상기 기술에 의거하여 이루어진 본 발명 중의 하나이고, 즉, 상기 기지 형성 강 분말 (A)∼(E) 중의 적어도 1종에 상기 경질상 형성 분말 (F)을 5∼40질량%와, 흑연 분말 : 0.4∼1.2질량%와, 상기 황화물 분말 (G)∼(J) 중의 적어도 1종으로 이루어지고 원료 분말 중의 S량이 0.04∼5질량%가 되는 양을 첨가하여 혼합한 원료 분말을, 원하는 형상에 압분 성형한 후, 소결하는 것을 특징으로 한다.

본 발명 방법에서는, 상기와 같이 기지에 Ni 및/또는 Cu를 첨가시킬 목적으로, 원료 분말이 니켈 분말 5질량% 이하 및/또는 구리 분말 5질량% 이하를 함유하는 것을 포함한다.

2. 제2 소결 밸브 시트

제2 소결 밸브 시트는 제1 소결 밸브 시트의 기지 중에, 다시 Cr 황화물 입자가 군형상으로 석출된 윤활상을 5∼20질량% 분산시킨 것이다. 도 2는 이 제2 소결 밸브 시트의 금속 조직을 모식적으로 나타내고 있고, 윤활성이 뛰어난 Cr 황화물이 경질상의 주위에 더해지고 있으며, 이 Cr 황화물을 기지 중에 있어서 군형상으로 스폿적으로 분산시킴으로써 기지의 윤활성이 향상되어 내마모성이 개선된다.

밸브 시트를 절삭 가공함에 있어서, 황화물이 기지 중에 균일하게 분산하는 경우에는, 칼선단이 균일하게 황화물에 부딪친다. 이 때문에 절삭 저항의 저감의 효과나, 칩 브레이크 작용에 의해 절삭분의 제거가 용이해지고, 칼선단으로의 열이 포화되는 것이 방지되어, 칼선단 온도가 저하되는 등의 피삭성 향상의 효과가 높아진다. 한편, 황화물 입자 자체는 작기 때문에 기지 조직의 윤활성을 향상시켜 내마모성을 향상시키기 위해서는 다량의 황화물이 필요해지지만, 다량의 황화물을 기지 중에 분산시키면 기지의 강도가 저하를 야기하게 된다.

이 때문에 본 발명에 있어서는, 윤활성이 뛰어난 Cr 황화물을 군형상으로 스폿적으로 기지 중에 분산시킴으로써, 기지의 강도 저하를 야기하지 않는 정도의 소량의 Cr 황화물에 의해 기지의 내마모성의 향상을 실현하는 것이다. 이러한 윤활상은 기지 중의 분산량이 5질량%에 충족되지 않으면, 기지의 윤활성 향상에 의한 내마모성 향상의 효과가 부족하다. 한편, 20질량%을 넘어 분산시키면 기지의 강도저하가 현저해진다. 이 때문에 기지 중으로의 윤활상의 분산은 5∼20질량%로 할 필요가 있다.

상기의 Cr 황화물 입자가 군형상으로 석출한 윤활상은 4∼25질량%의 Cr를 함유하는 크롬 함유 강 분말을 원료 분말에 첨가함으로써 형성할 수 있다. 즉, 소결 과정에서 상기의 황화물 분말이 분해하여 생긴 S가 크롬 함유 강 분말 중의 Cr과 결합하여 Cr 황화물이 원래의 크롬 함유 강 분말의 부분에 석출함으로써 기지 중에 군형상으로 분산 하 조직이 된다. 이 때문에, 윤활상의 조성은 원래의 크롬 함유 강 분말의 조성과 거의 일치하고, 즉 Cr : 4∼25질량%을 함유하는 것이다. 또한 Cr 황화물이 군형상으로 석출하는 부분의 합금 기지는 Fe-Cr계 합금 기지가 된다.

이 윤활상에서의 Cr량은 4질량%에 충족되지 않으면 Cr 황화물이 석출되지 않고, 내마모성의 향상에 기여하지 않는다. 한편, Cr량이 25질량%을 넘으면 크롬 함유 강 분말이 단단해져 압축성을 손상하는 동시에, σ상이 생겨 취하되기 때문에 상한을 25질량%로 할 필요가 있다.

상기 윤활상은 상기한 바와 같이 4∼25질량%의 Cr을 함유하는 크롬 함유 강 분말에 의해 형성할 수 있지만, 그 크롬 함유 강 분말은 구체적으로는, 하기의 (L)∼(Q) 중의 적어도 1종에서 선택된다.

(L) Cr : 4∼25질량% 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말

(M) Cr : 4∼25질량%, Ni : 3.5∼22질량%, 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말.

(N) Cr : 4∼25질량%와, Mo : 0.3∼7질량%, Cu : 1∼4질량%, Al : 0.1∼5질량%, N : 0.3질량% 이하, Mn : 5.5∼10질량%, Si : 0.15∼5질량%, Nb : 0.45질량% 이하, P : 0.2질량% 이하, S : 0.15질량% 이하 및 Se : 0.15% 이하 중, 적어도 1종 이상 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말.

(O) Cr : 4∼25질량%와, Ni : 3.5∼22질량%와, Mo : 0.3∼7질량%, Cu : 1∼4질량%, Al : 0.1∼5질량%, N : 0.3질량% 이하, Mn : 5.5∼10질량%, Si : 0.15∼5질량%, Nb : 0.45질량% 이하, P : 0.2질량% 이하, S : 0.15질량% 이하 및 Se : 0.15% 이하 중, 적어도 1종 이상 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말.

(P) Cr : 7.5∼25질량%, Mo : 0.3∼3.0질량%, C : 0.25∼2.4질량% 및 V : 0.2∼2.2질량%와 W : 1.0∼5.0질량%의 1종 또는 2종 이상, 잔부가 Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말.

(Q) Cr : 4∼6질량%, Mo : 4∼8질량%, V : 0.5∼3질량%, W : 4∼8%, C : 0.6∼1.2% 및 잔부 : Fe와 불가피적 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말.

상기 (L)은 Fe-Cr 합금이고, Cr이 12질량%를 넘는 것은 페라이트계 스테인리스 강분으로서 알려지는 것이다. 또한, 상기 (N)과 같이 다른 원소로 특성을 개선한 페라이트계 스테인리스 강분도 사용 가능하다.

상기 (M)은 Fe-Ni-Cr 합금이고, Cr이 12질량%를 넘는 것은 오스테나이트계 스테인리스 강분으로서 알려지는 것이다. 또한, (0)와 같이 다른 원소로 특성을 개선한 오스테나이트계 스테인리스 강분도 사용 가능하다.

상기(P)는 다이스 강분으로서 알려지는 것이고, 원래, 함유되는 Cr은 크롬 탄화물로서 석출하지만, 본 발명과 같이 S와 공존하는 경우, 석출하는 Cr의 대부분이 Cr 황화물로서 석출한다. 한편, 일부에 크롬 탄화물이 잔류하거나, 몰리브덴탄화물, 바나듐 탄화물, 텅스텐 탄화물 및 그들의 복합 탄화물이 석출하여 Cr 황화물과 공존하는 윤활상이 얻어진다.

상기 (Q)는 고속도 공구 강분으로서 알려지는 것이고, 상기 (P)와 마찬가지로 S와 공존하여 Cr 황화물을 석출하는 것 외에, 일부에 크롬 탄화물이 잔류하거나 몰리브덴 탄화물, 바나듐 탄화물, 텅스텐 탄화물 및 그들의 복합 탄화물이 석출되어 Cr 황화물과 공존하는 윤활상이 얻어진다.

도 2에 도시한 금속 조직을 나타내는 제2 소결 밸브 시트를 제조하는 방법은, 상기 기술에 의거하여 이루어진 본 발명 중의 하나이고, 즉, 상기 제1 소결 밸브 시트의 제조 방법에 있어서, 원료 분말이 다시 윤활상 형성 분말로서 4∼25질량%의 Cr을 함유하는 크롬 함유 강 분말을 5∼20질량%를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 다시 크롬 함유 강 분말이 상기 (L)∼(Q) 중 적어도 1종으로 이루어지는 것을 포함한다.

3. 제3 소결 밸브 시트

상기의 (P) 및 (Q)의 경우는, 윤활상의 Cr 황화물과 동시에 탄화물이 석출된 조직이 되는데, 이것이 제3 소결 밸브 시트이다. 도 3은 제3 소결 밸브 시트의 금속 조직을 모식적으로 나타내고 있고, 이 소결 밸브 시트에 의하면, 윤활상의 탄화물이 석출됨으로써 윤활상의 합금 기지 부분의 소성 유동을 방지하여 내마모성을 한층 더 향상시킬 수 있다. (P)와 (Q)를 비교하면, (P)쪽이 탄화물이 적고, (Q)쪽이 탄화물이 많이 석출되는 윤활상이 얻어지고, 원하는 특성에 따라 적절히 선택 가능하다.

그런데, 상기 제1∼제3 소결 밸브 시트에 있어서는, 종래부터 행해지고 있는 피삭성 개선 물질 첨가법을 병용하여 제조할 수 있다. 그 방법으로서는, 상기의 내마모성 소결 부재의 기공 중 또는 분말 입계에 황화망간 입자, 불화칼슘 입자, 질화붕소 입자, 규산마그네슘계 광물 입자, 비스무트 입자 및 산화 비스무트 입자 중 적어도 1종을 분산시키는 방법이다.

이들의 피삭성 개선 물질은 고온에서도 안정되고, 분말의 형태로 원료 분말 에 첨가해도 소결 과정에서 분해되지 않으며, 피삭성 개선 물질로서 상기의 개소에 분산하여 피삭성을 개선할 수 있다. 이 피삭성 개선 물질 첨가법의 병용에 의해, 보다 한층 더한 내마모성 소결 부재의 피삭성 개선을 행할 수 있다. 또한, 피삭성 개선 물질 첨가법을 병용하는 경우의 피삭성 개선 물질 분말의 첨가량은, 과잉으로 첨가하면 내마모성 소결 부재의 강도를 손상하여 내마모성의 저하를 초래하기 때문에 상한을 2.0질량%로 멈추어야 한다.

또한, 본 발명의 소결 밸브 시트에 있어서는, 상기 특허문헌 2 등에 기재되어 있는 바와 같이, 내마모성 소결 부재의 기공을 납 또는 납 합금, 구리 또는 구리 합금, 아크릴 수지 중 어느 하나로, 함침 또는 용침하는 방법으로 만족하고, 이것에 의해서 피삭성의 개선을 도모하는 기술을 병용할 수 있다.

즉, 납 또는 납 합금, 구리 또는 구리 합금, 아크릴 수지는 기공 중에 존재하면, 절삭시에 절삭 형태가 단속 절삭으로부터 연속 절삭으로 변화한다. 이 때문에, 공구에 부여하는 충격을 감소시켜 공구 칼선단의 손상을 방지하여 피삭성을 향상시킨다는 효과가 있다. 또한, 납 또는 납 합금, 구리 또는 구리 합금은 연질이기 때문에, 공구 칼선단면에 부착하여 공구의 칼선단을 보호하고, 피삭성 및 공구의 수명을 향상시키는 동시에, 사용시에 밸브 시트와 밸브의 페이스면 사이에서 고체 윤활제로서 작용하여 쌍방의 마모를 감소시키는 기능이 있다. 또한, 구리 또는 구리 합금은 열전도율이 높고, 절삭시에 칼선단에서 발생하는 열을 외부로 도망가게 하고, 칼선단부의 열의 포화를 방지하여 칼선단부의 손상을 경감시킨다는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 기지 중에 조성이 Mo : 48∼60질량%, Cr : 3∼12질량%, Si : 1∼5질량% 및 잔부 : Co와 불가피 불순물로 이루어지고 Co기 합금 기지 중에 Mo 규화물 및 Mo 복합 규화물로 이루어지는 석출물이 덩어리형상으로 일체가 되어 석출한 경질상이 5∼40질량% 분산하는 동시에, 그 경질상의 주위에 Cr 황화물이 분산하는 조직을 구비하게 함으로써 금속 접촉에 수반하는 부하를 경감시키고, 그러한 환경하에서 보다 한층 더 높은 내마모성을 발휘하는 소결 밸브 시트가 된다. 따라서, CNG 엔진이나 헤비 듀티 디젤 엔진 등의 고부하 엔진 환경에서, 뛰어난 고온 내마모성을 발휘하는 밸브 시트를 제공할 수 있다는 효과를 나타낸다.

실시예

1. 실시예 1

원료 분말로서, 이하의 조성의 각종 분말을 혼합하고, 또한 성형 윤활제(스테아르산아연 0.8질량%)를 배합하여 원료 분말을 조제하였다. 한편, 원소 기호의 앞의 숫자는 분말 중에 포함되는 원소의 질량%을 나타내고, 예컨대「Fe-5Mo」는 M o를 5질량% 함유하고 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 것을 나타내고 있다.

·기지 형성 분말 : Fe-5Mo (잔부)

·경질상 형성 분말 : 성분 조성은 표 1과 같다 (25질량% ; 일정)

·황화물 분말 : MoS₂ (2질량%)

·흑연 분말 : (1.1질량%)

이 혼합 분말을 성형 압력 650MPa에서, 외경 : φ30(㎜)×내경 : φ20(㎜)× 높이 : h10(㎜)의 링으로 성형하였다.

다음에, 이들 성형체를 1180℃의 암모니아 분해 가스 분위기 중에서 60분간 가열하여 소결하고, 표 1에 나타내는 조성의 시료 번호 01∼16의 시료를 제작하였다. 이들 시료에 관해서 다음 요령으로 간이 마모 시험을 행하였다.

간이 마모 시험은 고온 하에서 두드리기와 슬라이딩의 입력이 가해지는 상태로 행하였다. 구체적으로는, 상기 시료를 내경면에 45°의 테이퍼면을 갖는 밸브 시트 형상으로 가공하고, 시료를 알루미늄 합금제 하우징에 압입, 끼워 맞췄다. 그리고, SUH-36 소재로 제작한, 외형면에 일부 45°의 테이퍼면을 갖는 원반 형상의 상대재(밸브에 상당)를 모터 구동에 의한 편심 캠의 회전에 의해서 상하 피스톤 운동시킴으로써 시료와 상대재의 테이퍼면끼리를 반복하여 충돌시켰다.

즉, 밸브의 동작은 모터 구동에 의해서 회전하는 편심 캠에 의해서 밸브 시트로부터 떨어지는 개방 동작과, 밸브 스프링에 의한 밸브 시트로의 착좌 동작을 반복하여, 상하 피스톤 운동이 실현된다. 한편, 이 시험에서는 상대재를 버너로 가열하여 시료가 300℃가 되도록 온도 설정하고, 간이 마모 시험 두드림 회수를 2800회/분, 반복 시간을 15시간으로 하였다. 이렇게 하여, 시험 후의 시료 및 상대재(표 1에서는 각각 밸브 시트 및 밸브라 표기)의 마모량을 측정하여 평가를 행하였다.

실시예 1의 시험 결과를, 표 1에 병기한다.

표 1의 시료 번호 01∼06을 보면, 경질상 형성 분말 중의 Mo량이 48∼60질량%의 범위인 시료(시료 번호 02∼05)는 밸브 시트 및 밸브의 마모량이 안정되어 낮게 되어 있고, 양호한 내마모성을 나타내는 것을 알 수 있다. 한편, Mo량이 48∼60질량%의 범위를 일탈하고 있는 시료(시료 번호 01, 06)는 특히 밸브 시트의 마모량이 현저히 높아지고 있고, 밸브의 마모량도 비교적 높다. 따라서, 경질상 형성 분말 중의 Mo량이 48∼60질량%의 범위이면, 뛰어난 내마모성이 실현되는 것이 확인되었다.

또한, 표 1의 시료 번호 03, 07∼11을 보면, 경질상 형성 분말 중의 Cr량이 3∼12질량%의 범위인 시료(시료 번호 03, 08∼10)는 밸브 시트 및 밸브의 마모량이 안정되어 낮게 되어 있고, 양호한 내마모성을 나타내는 것을 알 수 있다. 한편, Cr량이 3∼12질량%의 범위를 일탈하고 있는 시료(시료 번호 07, 11)는 특히 밸브 시트의 마모량이 현저히 높아지고 있다. 따라서, 경질상 형성 분말 중의 Cr량이 3∼12질량%의 범위이면, 뛰어난 내마모성이 실현되는 것이 확인되었다.

다음에, 표 1의 시료 번호 03, 12∼16을 보면, 경질상 형성 분말 중의 Si량이 1∼5질량%의 범위인 시료(시료 번호 03, 13, 14)는 밸브 시트 및 밸브의 마모량이 안정되어 낮게 되어 있고, 양호한 내마모성을 나타내는 것을 알 수 있다. 한편, Si량이 1∼5질량%의 범위를 일탈하고 있는 시료(시료 번호 12, 15)는, 특히 밸브 시트의 마모량이 현저히 높아지고 있다. 따라서, 경질상 형성 분말 중의 Si량이 1∼5질량%의 범위이면, 뛰어난 내마모성이 실현되는 것이 확인되었다.

또한, 상기의 본 발명 범위의 시료는, 종래예(시료 번호 16)에 비교해서 훨씬 높은 내마모성을 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 시료번호 03의 시료에 관해서 금속 조직 관찰을 행한 바, 도 1의 모식도에 도시하는 바와 같이, 경질상 주위에 크롬 황화물이 분산하고 있는 것을 확인하였다.

2. 실시예 2

이하의 원료 분말을 이용하여 실시예 1과 동일하게, 원료 분말을 혼합하고 성형, 소결하여 링 형상의 시료를 제작하였다. 그리고, 이들 시료에 관하여, 실시예 1과 동일한 조건으로 간이 마모 시험을 행하였다. 그 결과를, 표 2에 나타낸다.

·기지 형성 분말 : Fe-5Mo (잔부)

·경질상 형성 분말 : Co-50Mo-10Cr-3Si (첨가량은 표 2와 같다)

·황화물 분말 : MoS₂ (2질량%)

·흑연 분말 : (1.1질량%)

표 2에 나타내는 바와 같이, 혼합 분말 전체의 질량에 대한 경질상 형성용 합금 분말의 첨가량이 5∼40질량%의 범위인 시료(시료번호 03, 18∼22)는 밸브 시트 및 밸브의 마모량이 안정되어 낮게 되어 있고, 양호한 내마모성을 나타내는 것을 알 수 있다. 한편, 경질상 형성용 합금 분말의 첨가량이 5∼40질량%의 범위를 일탈하고 있는 소결 합금(시료번호 17, 23)은 특히 밸브 시트의 마모량이 현저히 높아지고 있다. 따라서, 혼합 분말 전체의 질량에 대한 경질상 형성용 합금 분말의 첨가량이 5∼40질량%의 범위이면, 뛰어난 내마모성이 실현되는 것이 확인되었다.

실시예 3

이하의 원료 분말을 이용하여 실시예 1과 동일하게, 원료 분말을 혼합하고 성형, 소결하여 링 형상의 시료를 제작하였다. 그리고, 이들 시료에 관하여, 실시예 1과 동일한 조건으로 간이 마모 시험을 행하였다. 그 결과를, 표 3에 나타낸다.

·기지 형성 분말 : Fe-5Mo 강분 (잔부)

Fe-6.5Co-1.5Mo-1.5Ni 강분 (잔부)

Fe-3Cr-0.3Mo-0.3V 강분 (잔부)

Fe-6.5Co-1.5Mo-1.5Ni 강분와 Fe-3Cr-0.3Mo-0.3V 강분 반반씩 (잔부)

Fe-4Ni-1.5Cu-0.5Mo 부분 확산 강분 (잔부)

·경질상 형성 분말 : Co-50Mo-10Cr-3Si (25질량%)

Co-28Mo-8Cr-2.5Si(종래예) (25질량%)

·황화물 분말 : MoS₂ (2질량%)

·흑연 분말 : (1.1질량%)

표 3에 나타내는 실시예 3은 각종 기지에 본 발명의 경질상 및 황화물을 적용한 경우와, 종래의 경질상을 적용한 경우에 관해서 내마모성을 비교한 것이다. 이것에 의하면, 종래부터 소결 밸브 시트에 채용되어 있는 각종 기지에 본 발명의 경질상 및 황화물을 적용한 경우, 종래의 경질상을 적용한 경우에 비교해서 훨씬 뛰어난 내마모성을 나타내는 것이 확인되었다. 또한, 아울러 본 발명의 경질상은 종래부터 사용되고 있는 소결 밸브 시트의 기지에 적용할 수 있는 것이 확인되었다.

4. 실시예 4

이하의 원료 분말을 이용하여 실시예 1과 동일하게 원료 분말을 혼합하고, 성형, 소결하여 링 형상의 시료를 제작하였다. 그리고, 이들 시료에 관하여 실시예 1과 동일한 조건으로 간이 마모 시험을 행하였다. 그 결과를, 표 4에 나타낸다.

·기지 형성 분말 : Fe-5Mo (잔부)

·경질상 형성 분말 : Co-50Mo-10Cr-3Si (25질량%)

·황화물 분말 : 종류는 표 4와 같다 (2질량%)

·흑연분말 : (1.1질량%)

표 4의 시료번호 32∼35의 시료에 관해서 금속 조직 관찰을 행하고, 크롬 황화물의 존재를 확인한 바, 분해하기 쉬운 2황화 텅스텐, 황화철, 황화구리를 첨가한 시료(시료번호 32∼34)에서는, 2황화 몰리브덴을 첨가한 시료(시료번호 03)와 마찬가지로, 경질상 주위에 크롬 황화물 입자가 석출되어 있는 것이 발견되었다. 한편, 안정된 황화물인 황화 망간을 첨가한 시료(시료번호 35)에서는, 황화물은 황화 망간의 형태로 기공 및 분말 입계에 분산하고 있고, 경질상 주위의 기지 중에는 석출 황화물은 발견되지 않았다. 이들로부터, 분해하기 쉬운 황화물을 원료 분말에 첨가함으로써, 소결시에 황화물을 분해하여 생긴 S가, 경질상보다 기지에 확산한 Cr과 결합하여 크롬 황화물의 형태로 석출하는 것이 확인되었다. 또한, 표 4에 나타내는 바와 같이, 경질상 주위에 크롬 황화물이 석출한 시료(시료번호 03, 32∼34)는 내마모성이 개선된 값을 나타내고 있고, 뛰어난 내마모성을 나타내는 것이 확인되었다.

5. 실시예 5

이하의 원료 분말을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 원료 분말을 혼합하고, 성형, 소결하여 링 형상의 시료를 제작하였다. 그리고, 이들 시료에 관하여 실시예 1과 동일한 조건으로 간이 마모 시험을 행하였다. 그 결과를, 표 5에 나타낸다.

·기지 형성 분말 : Fe-5Mo (잔부)

·경질상 형성 분말 : Co-50Mo-10Cr-3Si (25질량%)

·황화물 분말 : MoS₂ (2질량%)

·흑연 분말 : (1.1질량%)

·윤활상 형성 분말 : Fe-12Cr-1Mo-0.5V-1.4C (첨가량은 표 5에 나타내는 바와 같다)

표 5에 의하면, 윤활상 형성 분말을 5질량% 첨가(시료번호 36)하면, 미첨가의 경우(시료번호 03)에 비교해서 마모량이 작아지고 내마모성이 개선되는 것이 확인되었다. 또한, 윤활상 형성 분말의 첨가량이 10질량%(시료번호 37)일 때, 내마모성 개선의 효과는 최대로 되어 있다. 한편, 첨가량이 10질량%를 넘으면, 내마모성 개선의 효과가 반대로 적어져 가고, 첨가량이 20질량%를 넘으면, 기지의 강도 저하의 영향이 커져 오히려 마모량이 증대하고 있다. 따라서, 윤활상 형성 분말의 첨가량은 5∼20질량%의 범위에서 내마모성 개선의 효과가 있는 것이 확인되었다.

또한, 윤활상 형성 분말을 첨가한 시료(시료번호 37)의 금속 조직을 관찰한 바, 크롬 황화물이 경질상의 주위에 석출하고, 또한 원래의 윤활상 형성 분말의 개소에 크롬 황화물 입자가 군형상으로 석출하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 이 크롬 황화물 입자가 군형상으로 석출하는 윤활상에 일부 탄화물 입자가 더불어 석출하고 있는 것이 확인되었다.

6. 실시예 6

이하의 원료 분말을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 원료 분말을 혼합하고, 성형, 소결하여 링 형상의 시료를 제작하였다. 그리고, 이들 시료에 관하여 실시예 1과 동일한 조건으로 간이 마모 시험을 행하였다. 그 결과를, 표 6에 나타낸다.

·기지 형성 분말 : Fe-5Mo (잔부)

·경질상 형성 분말 : Co-50Mo-10Cr-3Si (25질량%)

·황화물 분말 : MoS₂ (2질량%)

·흑연 분말 : (1.1질량%)

·윤활상 형성 분말 : 종류는 표 6에 나타내는 바와 같다 (10질량%)

표 6에 의하면, 윤활상 형성 분말의 종류를 변경해도, 마찬가지로 내마모성 개선의 효과가 있는 것이 확인되었다. 또한, 이들의 시료에 관해서 금속 조직을 관찰한 바, 시료번호 41, 42의 시료에서는 경질상의 주위에 크롬 황화물의 석출이 발견되는 동시에, 크롬 황화물 입자가 군형상으로 석출하는 윤활상이 기지 중에 분산하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 시료번호 43의 시료에서는, 경질상의 주위에 크롬 황화물의 석출이 발견되는 동시에, 크롬 황화물 입자와 탄화물 입자가 군형상으로 석출하는 윤활상이 기지 중에 분산하고 있는 것이 확인되었다.

본 발명의 내마모성 소결 합금 또는 그 제조 방법에서, Co기 합금 기지 중에 몰리브덴(Molybdenum) 규화물 및 Mo 복합 규화물로 이루어지는 석출 입자가 덩어리형상으로 석출한 경질상의 주위에 크롬(Chromium) 황화물을 석출 분산시키기 때문에, 종래의 내마모성 소결 합금에 비하여 높은 내마모성을 갖고, 특히 고부하 엔진 환경에서 뛰어난 고온 내마모성을 발휘하는 등의 효과가 얻어진다.

Claims

기지 중에, 조성이 Mo : 48∼60질량%, Cr : 3∼12질량%, Si : 1∼5질량% 및 잔부 : Co와 불가피 불순물로 이루어지고 Co기 합금 기지 중에 Mo 규화물 및 Mo 복합 규화물로 이루어지는 석출물이 덩어리형상으로 일체가 되어 석출되는 경질상이 5∼40질량% 분산하는 동시에, 상기 경질상의 주위에 Cr 황화물이 분산하는 조직을 나타내는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트.
청구항 1에 있어서,

상기 소결 밸브 시트 중의 S량이 0.04∼5질량%인 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트.
청구항 1에 있어서,

상기 기지 중에 Cr : 4∼25질량%을 함유하는 동시에, Fe-Cr계 합금 기지 중에 Cr 황화물 입자가 군형상으로 석출한 윤활상이 5∼20질량% 분산하는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트.
청구항 3에 있어서,

상기 윤활상 중에 탄화물이 분산하는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트.
청구항 1에 있어서,

분말 입계 및 기공 중에 황화망간 입자, 불화칼슘 입자, 질화붕소 입자, 규산마그네슘계 광물 입자, 비스무트 입자 및 산화 비스무트 입자 중 적어도 1종 이상이 2질량% 이하 분산하는 금속 조직을 나타내는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트.
청구항 1에 있어서,

기공 중에 납, 납 합금, 구리, 구리 합금 및 아크릴 수지 중 1종이 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트.
하기의 기지 형성 강 분말 (A)∼(E) 중 적어도 1종에 하기의 경질상 형성 분말 (F)를 5∼40질량%와, 흑연 분말 : 0.4∼1.2질량%와, 하기의 황화물 분말 (G)∼(J) 중의 적어도 1종으로 이루어지고 원료 분말 중의 S량이 0.04∼5질량%가 되는 양을 첨가하여 혼합한 원료 분말을 압분 성형한 후, 소결하는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트의 제조 방법.

[기지 형성 강 분말]

(A) Mo : 1.5∼5질량% 및 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강 분말.

(B) Cr : 2∼4질량%, Mo : 0.2∼0.4질량%, V : 0.2∼0.4질량% 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 강 분말.

(C) Co : 5.5∼7.5질량%, Mo : 0.5∼3질량%, Ni : 0.1∼3질량% 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 강 분말.

(D) Mo : 0.4∼4질량%, Ni : 0.6∼5질량%, Cu : 0.5∼5질량%, Cr : 0.05∼2질량% 및 V : 0.05∼0.6질량% 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 강 분말.

(E) Ni : 1∼10%, Cu : 1∼3%, Mo : 0.4∼1.0% 및 잔부가 Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 부분 확산 강분.

「경질상 형성 분말」

(F) Mo : 48∼60질량%, Cr : 3∼12질량%, Si : 1∼5질량% 및 잔부 : Co와 불가피 불순물로 이루어지는 Co기 합금 분말.

「황화물 분말」

(G) 2황화 몰리브덴 분말

(H) 2황화 텅스텐 분말

(I) 황화철 분말

(J) 황화구리 분말
청구항 7에 있어서,

상기 원료 분말이 추가로 니켈 분말 5질량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트의 제조방법.
청구항 7에 있어서,

상기 원료 분말이 추가로 구리 분말 5질량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트의 제조방법.
청구항 7에 있어서,

상기 원료 분말이 추가로 윤활상 형성 분말로서 4∼25질량%의 Cr을 함유하는 크롬 함유 강 분말을 5∼20질량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트의 제조방법.
청구항 10에 있어서,

상기 크롬 함유 강 분말이 하기의 (L)∼(Q) 중의 적어도 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트의 제조방법.

(L) Cr : 4∼25질량% 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말

(M) Cr : 4∼25질량%, Ni : 3.5∼22질량%, 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말.

(N) Cr : 4∼25질량%와, Mo : 0.3∼7질량%, Cu : 1∼4질량%, Al : 0.1∼5질량%, N : 0.3질량% 이하, Mn : 5.5∼10질량%, Si : 0.15∼5질량%, Nb : 0.45질량% 이하, P : 0.2질량% 이하, S : 0.15질량% 이하 및 Se : 0.15% 이하 중, 적어도 1종 이상 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말.

(O) Cr : 4∼25질량%와, Ni : 3.5∼22질량%와, Mo : 0.3∼7질량%, Cu : 1∼4질량%, Al : 0.1∼5질량%, N : 0.3질량% 이하, Mn : 5.5∼10질량%, Si : 0.15∼5질량%, Nb : 0.45질량% 이하, P : 0.2질량% 이하, S : 0.15질량% 이하 및 Se : 0.15% 이하 중, 적어도 1종 이상 및 잔부 : Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말.

(P) Cr : 7.5∼25질량%, Mo : 0.3∼3.0질량%, C : 0.25∼2.4질량% 및 V : 0.2∼2.2질량%와 W : 1.0∼5.0질량%의 1종 또는 2종 이상, 잔부가 Fe와 불가피 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말.

(Q) Cr : 4∼6질량%, Mo : 4∼8질량%, V : 0.5∼3질량%, W : 4∼8%, C : 0.6∼1.2% 및 잔부 : Fe와 불가피적 불순물로 이루어지는 크롬 함유 강 분말.
청구항 7에 있어서,

상기 원료 분말이 황화망간 분말, 불화칼슘 분말, 질화붕소 분말, 규산마그네슘계 광물 분말, 비스무트 분말 및 산화 비스무트 분말 중 적어도 1종 이상을 2질량% 이하 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트의 제조방법.
청구항 7에 있어서,

소결 후에 소결체의 기공 중에 납, 납 합금, 구리, 구리 합금 또는 아크릴 수지 중 어느 하나를 함침 또는 용침하는 것을 특징으로 하는 소결 밸브 시트의 제조방법.