WO2022210221A1 - 複合部材、製造物および複合部材の製造方法 - Google Patents

複合部材、製造物および複合部材の製造方法 Download PDF

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菅原潤樹
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    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to composite members, for example, members suitable for tools, molds, material extruders, cylinders or screws of injection molding machines with excellent durability.
  • the mold is often shaped to mold the workpiece into the desired shape.
  • conventional molds used for casting and hot-cold working are generally composed of a single composition. Dies come into contact with the workpiece and are subject to various loads, impacts, and thermal effects depending on their shape, and they deteriorate and are damaged by reacting with the workpiece.
  • the load applied to the mold during molding varies depending on the shape of the mold. For example, there are locations where the load and impact are high, the sliding speed is high, and the temperature is high.
  • the material to be processed is molten metal
  • there are parts of the molding surface of the mold where deterioration progresses remarkably due to the influence of the flow velocity and temperature.
  • the mold may be damaged by the scale attached to the workpiece.
  • Patent Document 1 discloses a technique for improving the corrosion resistance and wear resistance of the obtained thermal spray layer by thermal spraying using an alloy powder containing a Mo2(Ni, Cr)B2 type complex boride. It is
  • an object of the present invention is to provide a composite member, a product, and a method of manufacturing a composite member that can efficiently improve the properties of the member against uneven loads.
  • the present invention is a composite member comprising a base material made of an alloy, and two or more property-enhancing parts containing an alloy different from the base material and arranged continuously and integrally with respect to the base material.
  • the property-enhancing portion has a hardness higher than that of the base material by 50 HV or more, or a corrosion resistance higher than that of the base material by 1.2 times or more.
  • the property-enhanced portion has Al erosion resistance higher than that of the base material by 20% or more.
  • the property-enhancing portion has a thermal conductivity higher than that of the base material by 5 W/(m ⁇ K) or more.
  • the property-enhancing portion has a hardness of 200 HV or more.
  • the above-mentioned property-enhanced portion includes a Ni--Cr--Mo-based alloy, a Cr--Mo--Ni--Al-based alloy, a WC--Co-based alloy, a WC--Co--Cu-based alloy, Nb and Mo as the first element group, and At least one of Ta, W, Ti, Hf and Zr is included as the two element groups, and the total of the elements of the first element group and the second element group is 100 at. %, the content range of the contained elements is 5 to 35 at. %, and at least one alloy selected from high entropy alloys containing Ni--Cr--Mo. It is preferable that the thickness of the portion containing the alloy is 0.1 mm or more.
  • the present invention also provides a product characterized by including at least a part of the above composite member.
  • the above products are tools, molds, material extruders, and cylinders or screws of injection molding machines.
  • the present invention is characterized by comprising a processing step of processing a base material made of an alloy, and a shaping step of obtaining a shaped body by shaping the base material with a property-enhancing material containing an alloy different from the base material. It is a manufacturing method of a composite member.
  • the present invention it is possible to provide a composite member, a product, and a method of manufacturing a composite member that can efficiently improve the properties of the member against uneven loads.
  • FIG. 1 is a schematic view of one embodiment of a composite member according to the invention; FIG. It is a figure which shows an example of the use of a composite member.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a manufactured product of a composite member;
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a manufactured product of a composite member;
  • It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of a composite member.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a composite member manufactured in Examples. It is a cross-sectional photograph of a composite member manufactured in an example. It is a figure which shows the hardness measurement result in an Example. It is a figure which shows the hardness measurement result in an Example.
  • the numerical range of "-" is a range that includes the preceding and following numerical values above and below. Also, in the drawings, the same or similar parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
  • the composite member is described, then the article of manufacture, and then the method of manufacturing the composite member.
  • the composite member referred to in this specification may be a member that is used in contact with the working substance, and the property-enhancing part constitutes at least a part of the part that comes in contact with the working substance. may form part of
  • One embodiment of the composite member according to the present invention includes a base material made of an alloy and an alloy having a composition different from that of the base material, and two or more properties are continuously and integrally arranged with respect to the base material.
  • Department and It is a composite member having one of the characteristics of having
  • a base material serving as a base material and a composite member having two or more property-enhancing portions containing an alloy different from the base material, that is, the property-enhancing portion is at least one surface of the base material. Due to the structure arranged in the part, it is possible to impart arbitrary properties to the member, which are difficult to impart to the member composed only of the base material. Such a configuration effectively enhances the properties of the member under non-uniform loads.
  • One embodiment of the composite member as shown in FIG. It has the above characteristic enhancing portions 20 and 30 .
  • the base material 10 is not particularly limited, and various metal materials can be used.
  • Fe-based alloys, Ni-based alloys, Ti-based alloys, cemented carbides more specifically, alloy tool steels for hot molds used in die casting and the like, cold molds used in press forming Alloy tool steel, high-speed tool steel used for cutting, etc., extrusion mold alloy used for extrusion molding, plastic mold steel used for plastic molding, general steel, stainless steel, etc. can be used. .
  • steel types include SKD61, maraging steel, SKD11, SKH51, SCM440, S50C, SUS316L, Alloy718, Stellite 6 (registered trademark of Kennametal Inc.), Ti6Al4V, and the like.
  • the property-enhancing parts 20 and 30 are alloys placed in the base material 10 for the purpose of locally strengthening (improving) the properties of the base material 10 .
  • the property-enhancing portion has properties different from those of the base material.
  • the two or more property-strengthening portions may be made of the same material or an alloy having the same property, or may be made of an alloy having different materials and properties for each of the reinforcing portions.
  • the properties referred to in this specification refer to, for example, wear resistance, corrosion resistance, thermal conductivity, erosion resistance, and heat resistance.
  • the alloy is not particularly limited as long as it can enhance these characteristics, but it is preferable that the hardness (HV) is 50 HV or more higher or the corrosion resistance is 1.2 times or more higher than that of the base material. Also, the corrosion resistance is preferably twice, more preferably three times that of the base material. Further, the hardness (HV) of the characteristic-enhanced portion is preferably 200 HV, more preferably 300 HV or more, and even more preferably 400 HV or more. Furthermore, it is preferable that the alloy can strengthen two or more of the above properties.
  • the thickness of the property-enhancing portion is 0.1 mm or more.
  • the property-enhancing portion is preferably configured as a portion of the composite member having a non-uniform thickness rather than a normal coating layer having a uniform thickness. That is, the property-enhancing portion constitutes at least a portion of the portion that comes into contact with the working substance or the like, and can constitute, for example, a portion of the outer shape of the product.
  • ⁇ WC-Co alloy> As an alloy constituting the property-enhancing portion, there is, for example, a cemented carbide mainly composed of WC and Co (hereinafter referred to as a WC--Co alloy).
  • the hardness of the WC—Co alloy can be adjusted by changing the amount of WC, which is the hard phase, and Co, which is the metal. be.
  • the hardness of the TiC--Ni system cermet material can be similarly adjusted by changing the amount of Ni, which is a metal.
  • the hard phases are carbides, nitrides, borides, carbonitrides, oxides, and oxynitrides of group 4, 5, and 6 transition metals. Since the hardness can be adjusted, it is preferable as an alloy constituting the characteristic-enhanced portion.
  • Ni-based alloy containing Cr and Mo (hereinafter referred to as a Ni--Cr--Mo-based alloy) that can enhance wear resistance and corrosion resistance.
  • Ni--Cr--Mo based alloys are Ni-based alloys with the highest Ni content, followed by Cr and Mo in terms of mass ratio.
  • an alloy obtained by adding Ta, B, C, and WC as sub-constituent elements to a Ni--Cr--Mo alloy as shown below is preferable.
  • Ni-Cr-Mo alloy containing B has the highest Ni content in terms of mass ratio, followed by a Ni-based alloy with a high content of Cr and Mo, and is composed of Cr, Mo and Ni is the main constituent element, and Ta and B are the sub-constituent elements.
  • the content of Ni is the largest, and Cr and Mo are preferably contained in the range of Cr: 18% to 22% and Mo: 18% to 39% by mass%.
  • the sub-constituent elements Ta and B are preferably contained in the range of Ta: 1.5% to 2.5% and B: 1.0% to 2.5% by mass %.
  • the Ni content is specified as the balance with respect to Cr, Mo, Ta and B.
  • a strengthening phase When formed as a strengthening phase, it is, for example, a laminate modeled body (sometimes simply referred to as a modeled body) or a cast having a solidified structure, and the solidified structure is a metal phase having a face-centered cubic lattice structure and carbide. It has a dendritic crystal structure.
  • Ni--Cr--Mo alloy containing WC as a sub-constituent element has, for example, Cr: 8.5% to 23.0%, Mo: 8.5% to 27.0%, Ta: 0.5% to 2.5%, W: 15.0 to 51.0% and C: 1.0% to 3.5%, the balance consisting of Ni and inevitable impurities, Ni, Cr and Mo
  • An alloy having a mass ratio of Ni:Cr:Mo of 2.5-3.5:1:1.0-1.5 can be used.
  • ⁇ MoCr-NiAl alloy> an alloy containing Cr, Mo, Ni and Al (MoCr--NiAl-based alloy) can be used as the top four elements having a large content, which can enhance wear resistance and erosion resistance.
  • the following chemical composition I when emphasizing erosion resistance, the following chemical composition I can be adopted, and emphasis is placed on the effect of improving galling resistance due to high hardness and lowering the melting point of the alloy composition.
  • the following chemical composition II can be adopted.
  • Ni is 7.5 to 25 at. %
  • Al is 7.5 to 25 at. %
  • Cr is 10 to 25 at. %
  • the balance is Mo and unavoidable impurities.
  • Ni is 20 to 35 at. %
  • Al is 20 to 35 at. %
  • Cr is 10 to 50 at. %
  • the balance is Mo and unavoidable impurities.
  • ⁇ WC-Co-Cu alloy> an alloy (WC--Co--Cu-based alloy) obtained by adding Cu to a WC--Co-based alloy, which can enhance wear resistance and thermal conductivity, can be used.
  • the ratio a/b of the content b of at least one of (1) satisfies 0.070 ⁇ a/b ⁇ 1.000.
  • the thermal conductivity is 40 W / (m K) or more, so that a high thermal conductivity can be realized even for the base material. It is preferable because it is possible to realize a higher value of 5 W/(m ⁇ K) or more with respect to the base material.
  • High Entropy alloy which is an alloy with a new technical concept that is distinct from the technical concept of alloys in which a small amount of a plurality of subcomponent elements are added to 1 to 3 main component elements.
  • HEA is defined as an alloy composed of 5 or more major metal elements (5 to 35 atomic percent each), and has excellent mechanical properties and corrosion resistance, as well as improved hardness and wear resistance. alloy.
  • HEA multi-principal element alloy
  • An alloy containing each element of Co, Cr, Fe, Ni, and Ti in a range of 5 atomic % or more and 35 atomic % or less, and containing Mo in a range of more than 0 atomic % and 8 atomic % or less, and the balance being inevitable impurities is possible to obtain a material excellent in softening resistance by applying aging treatment after build-up molding.
  • ⁇ Powder high-speed tool steel> high-carbon alloy powder high-speed tool steel containing carbide-forming elements such as Cr, W, Mo, V, and Co, which can enhance wear resistance and heat resistance, can be used.
  • carbide-forming elements such as Cr, W, Mo, V, and Co, which can enhance wear resistance and heat resistance
  • C is 0.3 to 2.8%
  • Cr is 3.0 to 10.0%
  • W is 1.5 to 10.5%
  • Mo is 2.5%.
  • V is 1.0 to 8.0%
  • the balance is Fe and unavoidable impurities.
  • a high-melting-point metal that can enhance wear resistance and erosion resistance can be used.
  • Refractory metals are, for example, W, Ta, Nb, Mo and the like.
  • Al corrosion resistance can be enhanced. That is, it is possible to dispose a characteristic-enhanced portion having high Al corrosion resistance even on the base material, and for example, it is possible to achieve Al corrosion resistance higher than that of the base material by 20% or more, which is preferable.
  • the hardness (HV) in this specification is, for example, a value measured by a Vickers hardness tester itself, or a value measured by various hardness testers such as Rockwell hardness and Shore hardness. can be used as the value obtained by converting from
  • Al erosion resistance is, for example, when evaluating the weight loss when the test material is immersed in molten Al for a certain period of time, compared to the weight loss per unit time of SKD61, refers to a state where the mass change is small. .
  • Corrosion resistance is defined by, for example, cutting each test material (alloy member) into a size of 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 2.5 mm, polishing the entire surface of the test piece to waterproof emery paper #1000, and then degreasing with acetone and ethanol. Corrosion test may be performed. Each test piece is immersed in boiling 10% H2SO4 for 24 hours, after which the test piece is removed from the corrosive solution, the mass of each test piece is measured, and the corrosion rate can be obtained from the change in mass. Also, the appearance of the corrosion morphology of the test piece may be observed with a scanning electron microscope (SEM). Moreover, thermal conductivity is a value measured by, for example, a flash method or a temperature gradient method.
  • the intermediate layer is preferably made of an austenitic material with high toughness, such as a Ni-based super heat-resistant alloy, an austenitic stainless alloy, or pure Ni.
  • FIG. For example, it can be applied to applications as shown in FIG.
  • a warm forging mold, a screw for an injection molding machine, a hot stamping mold, and a stir bar will be described, but the application is not limited to these.
  • the above composite member can be used in various tools such as cutting tools for removal processing, molds for plastic working, jigs and tools such as cutting blades and die cut rolls, molds, material extruders, cylinders or screws for injection molding machines. is suitable for
  • FIG. 3 shows a schematic diagram (warm forging punch) showing an example of a product using a composite member.
  • YXR33 manufactured by Hitachi Metals, Ltd., YXR is a registered trademark
  • WC-20% Co is used for the property-enhancing portion 20 for enhancing properties.
  • WC-40% Co can be used for the characteristic enhancing portion 30 .
  • matrix high speed steel (as-quenched material) having both hardness and toughness can be used for the base material 10 .
  • the parts that are prone to wear due to friction in the high temperature and high pressure environment during forging and the parts that are prone to cracking due to impact are grooved, respectively, to provide WC-20% Co with excellent wear resistance and toughness.
  • WC-40% Co which is excellent in sintering, is added by powder build-up molding.
  • a laser, plasma, or the like can be used as a heat source for building up the powder.
  • the product By cutting the surface of the member after the powder building-up molding and arranging the shape, it is possible to obtain a product having a plurality of characteristic-enhanced portions and made of a plurality of materials. Further, the product may be subjected to surface treatment.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a screw for an injection molding machine as an example of a product using a composite member.
  • a screw for an injection molding machine is a product that requires wear resistance and corrosion resistance.
  • the base material 10 is stainless steel, and YPT42 (manufactured by Hitachi Metals, Ltd. YPT is a registered trademark) (hardness: 58 HRC) used for small and medium-sized screws and screw tip parts can be used.
  • a high entropy alloy (26.7Cr-18.0Fe-26.9Ni-8.9Ti-1.8Mo mass%) can be used for the part 20, and a Ni-Cr-Mo alloy is used for the characteristic strengthening part 30.
  • An alloy containing C (46.7Ni-19.0Cr-19.0Mo-1.8Ta-12.0Nb-1.5C mass%) can be used.
  • a rod-shaped base material 10 using YPT42 having hardness and corrosion resistance is prepared.
  • the fin-shaped portion provided on the outer peripheral portion of the base material 10, that is, the property enhancing portion 20 for enhancing the property is configured.
  • high-entropy alloy powder may be added to the periphery of the base material 10 .
  • High-entropy alloys have better corrosion resistance than YPT42, and are therefore effective in suppressing corrosion-induced wear.
  • one end of the base material 10, that is, a portion to be a screw portion is used as a characteristic-enhanced portion 30, and an alloy containing C (carbon) in a Ni--Cr--Mo alloy is additionally manufactured. Since the screw part requires more wear resistance than the fin-shaped part, it is possible to apply an alloy containing C in a highly corrosion-resistant Ni-Cr-Mo alloy in which hard particles (NbC) are distributed. It is valid.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram showing an example of the composite member.
  • 18% Ni maraging steel is used for the base material A, and YAG300 (Hitachi Metals Co., Ltd. YAG is a registered trademark) used for rocket motor cases and the like can be used.
  • the tip of the stirring rod is subject to corrosion due to oxidizing liquids, so MAT21 (MAT21 manufactured by Hitachi Metals, Ltd., a registered trademark), which is a highly corrosion-resistant Ni-based alloy, is added to the B portion, which is the reinforced portion. should be manufactured.
  • the side surface of the stirring rod is subject to wear due to impurities deposited in the oxidizing liquid, it is possible to add a CoCrFeNiTiMo high-entropy alloy that has both high strength and high corrosion resistance to the C portion, which is the strengthened portion. good.
  • a CoCrFeNiTiMo high-entropy alloy that has both high strength and high corrosion resistance to the C portion, which is the strengthened portion. good.
  • the dies used for hot stamping improve the strength of the workpiece by performing quenching by removing heat from the workpiece with a water-cooled mold at the same time as press-molding the heated workpiece.
  • a mold is required to have a heat removal function.
  • the mold is water-cooled, and it is required that the material forming between the substrate on which the water-cooling holes are arranged and the mold surface has high thermal conductivity. By arranging high thermal conductive materials, the time required for heat removal is shortened and productivity is improved.
  • the mold surface is also required to have high hardness.
  • an alloy WC-30%Co-5Cuwt% with high thermal conductivity and hardness, it is possible to provide heat removal characteristics and wear resistance characteristics.
  • wrinkles are formed in the work material during molding, and local seizure and galling occur here. In such a place, it is effective to improve the wear resistance by additionally manufacturing a higher hardness WC-15% Co alloy or the like.
  • FIG. 5 An embodiment of a method for manufacturing a composite member will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5 As an embodiment of the method for manufacturing a composite member, there are a processing step of processing a base material as a base material, and a characteristic reinforcing material containing an alloy different from the base material is formed on the base material. and a molding step of obtaining a molded body.
  • the processing step (S101) is a step of processing the base material 10 into a desired shape.
  • the processing tool 90 may be used to process the desired shape.
  • the modeling step (S103) for example, the property reinforcing material 60 and the property reinforcing material 70 are applied to the base material 10 using the above-described alloy-based alloy powder (property reinforcing material) according to the properties to be imparted.
  • a modeled body may be manufactured by adding.
  • the addition method is not particularly limited, for example, thermal spraying or addition manufacturing (laminate manufacturing) can be used.
  • a finishing process (S105) or a heat treatment process may be additionally performed after the modeling process.
  • the finishing step (S105) is a step of processing the shaped body obtained in the shaping step (S103) into a desired shape to obtain a product. can get things.
  • the heat treatment step is a step of heat-treating the obtained modeled body or product.
  • the additive manufacturing method will be described in detail.
  • alloy powder is supplied, and high energy such as a laser beam or an electron beam is applied to the area where the powder is spread to selectively melt and bond the alloy powder, thereby producing a shaped body (composite) of a desired shape. member) can be modeled.
  • the additive manufacturing apparatus can be classified into a powder bed fusion method (PBF) and a directed energy deposition method (DED) according to the shape of the modeled body.
  • PPF powder bed fusion method
  • DED directed energy deposition method
  • the composite member of the form can be formed by any method, and the form of the additional manufacturing device is not particularly limited.
  • the range of particle size of the alloy powder is preferably 1 to 200 ⁇ m. More preferably, it is 20 to 100 ⁇ m. Further, powder obtained by a gas atomization method that can obtain a spherical shape is preferable.
  • the particle size of the powder can be measured using a laser diffraction particle size distribution measuring device. It can be the particle diameter d50 corresponding to the volume %.
  • the manufactured composite member will be described with reference to FIG.
  • a substrate 10 having a substrate side portion 12 and a substrate tip portion 13 was prepared.
  • a composite member was manufactured by additionally manufacturing two kinds of metal powders on the base material 10 at the property-enhancing portion 20 and the property-enhancing portion 30, respectively.
  • YAG300 manufactured by Hitachi Metals, Ltd.
  • a Ni--Cr--Mo alloy as a characteristic reinforcing material 32 for strengthening the base tip portion 13.
  • An alloy powder of a certain MAT 21 is used as a characteristic reinforcing material 22 for strengthening the base tip portion 13 and the base side portion 12.
  • An alloy powder of HiPEACE (HiPEACE manufactured by Hitachi Metals, Ltd. is a registered trademark), which is a high entropy alloy, is used as the base material.
  • Tables 1 and 2 show the composition of MAT21 used as the property enhancer 32 .
  • the particle size was 80.344 ⁇ m with a d50 value.
  • Table 3 shows the composition of HiPEACE used as the property reinforcing material 22 .
  • the particle size was 88.418 ⁇ m with a d50 value.
  • groove processing is performed on the planned additional manufacturing locations.
  • the processing conditions were a coated cemented carbide tool with four blades, a cutting speed of 25 m/min, and a one-blade feed rate of 0.05 mm/tooth.
  • the additive manufacturing method used the directed energy deposition method.
  • the modeling conditions were an output of 2400 W and a scanning speed of 1000 mm/min.
  • the hardness of the manufactured composite member was measured. As shown in FIG. 7, the hardness was measured using a sample 500 obtained by cutting, polishing, and embedding the composite member with resin.
  • the test piece for hardness measurement is the point A surrounded by a solid line for measuring the hardness transition from the base material 10 to the tip strengthened portion 30 of the sample 500, and the hardness transition from the base material 10 to the side strengthened portion 20. was taken from point B enclosed by a solid line to measure .
  • FIG. 8 shows the results of the Vickers hardness measurement test at point A shown in FIG. 7, and FIG. 9 shows the results of the Vickers hardness measurement test at point B shown in FIG.
  • the Vickers hardness was measured at points A and B of the test piece using a micro Vickers.
  • the solid lines shown in FIGS. 8 and 9 indicate the surface position of the base material, and the surface of the base material, that is, up to a point advanced by 3 mm in the modeling direction and the opposite direction to the modeling direction with respect to the solid line. Hardness was measured. The measurement interval was 200 ⁇ m. Three lines were measured with a 300 ⁇ m shift, and the average was calculated.
  • the measurement conditions were as follows. ⁇ Device name: FM-110ARS-F (manufactured by Futuretech Co., Ltd.) ⁇ Test load: 0.1 kgf ⁇ Holding time: 10 seconds
  • the hardness of the property-enhancing portion 30 in which the property-enhancing material 32 is additionally shaped is lower, that is, it can be said that the toughness is improved. Since the property reinforcing material 32 is a highly corrosion-resistant Ni-based alloy, improvement in corrosion resistance of the property reinforcing portion 30 in which the property reinforcing material 32 is additionally shaped can be expected.
  • the base material 10 and the portion where the property reinforcing material 22 is additionally shaped differ in hardness. Since the property-enhancing material 22 is a high-strength, high-corrosion-resistant alloy, an improvement in the strength and corrosion resistance of the property-enhancing portion 20 that is additionally shaped can be expected.
  • the composite member of this example is applied to, for example, a stirring rod for stirring an oxidizing liquid in which solids are precipitated or floating, the tip of the base material will not be corroded by the oxidizing liquid. can be suppressed, and wear of the base material side surface due to impurities deposited in the oxidizing liquid can be suppressed, so that it is possible to efficiently improve the characteristics of the member against uneven loads.

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Abstract

一様ではない負荷に対して、部材の特性を効率的に高めることが可能な、複合部材、製造物および複合部材の製造方法を提供する。　合金からなる基材と、前記基材とは異なる組成の合金を含み、前記基材に対して連続一体的に配置された二ヶ所以上の特性強化部と、を有する複合部材である。

Description

複合部材、製造物および複合部材の製造方法
　本発明は、複合部材、例えば耐久性に優れる工具、金型、材料押出機、射出成形機のシリンダ又はスクリューに好適な部材に関する。
　金型は、被加工材を所望形状に成形するために形状付与されていることが多い。このとき、従来のような、鋳造、熱間冷間加工に用いられる金型は、通常、単一組成で構成されている。金型は、被加工材と接触し、形状に応じた様々な荷重や衝撃、熱影響を受けたり、被加工材と反応したりすることで劣化し損傷していく。成型時に金型に加わる負荷は、金型の形状によって異なり、例えば、荷重や衝撃が高く、摺動速度が高く、温度が高くなる箇所がある。被加工材が溶湯の場合は、その流速や温度の影響を受けることで、金型の成形面の一部で劣化が著しく進行する箇所もある。被加工材に付着したスケールにより、金型を損傷させる場合もある。
　例えば、特許文献１では、Ｍｏ２（Ｎｉ、Ｃｒ）Ｂ２型の複硼化物を含有した合金粉末を用いて溶射を行うことにより、得られた溶射層の耐食性および耐摩耗性を向上させる技術が開示されている。
特開２００９－６８０５２号公報
　しかしながら、従来のような一種の合金組成物で構成された部材や、部材に硬化層や被膜などを形成する表面強化手法だけでは、一様ではない負荷に対して、部材の特性を効率的に高めることが不十分であった。
　そこで本発明の目的は、一様ではない負荷に対して、部材の特性を効率的に高めることが可能な、複合部材、製造物および複合部材の製造方法を提供することにある。
　本発明は、合金からなる基材と、前記基材と異なる合金を含み、前記基材に対して連続一体的に配置された二ヶ所以上の特性強化部と、を有する複合部材である。
　また、上記特性強化部は、前記基材に対して、硬さが５０ＨＶ以上高い、または耐食性が１．２倍以上高いことが好ましい。
　また、上記特性強化部は、前記基材に対して、耐Ａｌ溶損性が２０％以上高いことが好ましい。
　また、上記特性強化部は、前記基材に対して、熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上高いことが好ましい。
　また、前記特性強化部は、硬さが２００ＨＶ以上であることが好ましい。
　また、上記特性強化部は、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金、Ｃｒ－Ｍｏ－Ｎｉ－Ａｌ系合金、ＷＣ－Ｃｏ系合金、ＷＣ－Ｃｏ－Ｃｕ系合金、第１元素群としてＮｂおよびＭｏ、第２元素群として、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、ＨｆおよびＺｒの少なくとも一種を含み、第１元素群および第２元素群の元素の合計が１００ａｔ．％としたとき、含まれる元素の含有範囲は５～３５ａｔ．％である合金、およびＮｉ－Ｃｒ－Ｍｏを含むハイエントロピー合金の中から選択された少なくとも１種の合金を用いることもできる。前記合金を含む箇所の厚みが０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
　また本発明は、上記の複合部材を少なくとも一部に含むことを特徴とする製造物である。
　また、上記の製造物が、工具、金型、材料押出機、射出成形機のシリンダ又はスクリューであることが好ましい。
　また本発明は、合金からなる基材を加工する加工工程と、前記基材に、前記基材と異なる合金を含む特性強化材を造形して造形体を得る造形工程と、を備えることを特徴とする複合部材の製造方法である。
　本発明によれば、一様ではない負荷に対して、部材の特性を効率的に高めることが可能な複合部材、製造物および複合部材の製造方法を提供できる。
本発明に係る複合部材の一実施形態の概略図である。 複合部材の用途の一例を示す図である。 複合部材の製造物の一例を示す模式図である。 複合部材の製造物の一例を示す模式図である。 複合部材の製造方法の一例を示すフロー図である。 実施例にて製造した複合部材の模式図である。 実施例にて製造した複合部材の断面写真である。 実施例における硬度測定結果を示す図である。 実施例における硬度測定結果を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳しく説明する。なお、本明細書において「～」の数値範囲は、前後の数値を以上、以下で含む範囲とする。また、図中、同一または類似する部分には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。まず、複合部材について説明し、次に製造物、その次に複合部材の製造方法について説明する。なお、本明細書でいう複合部材とは、作業物質と接触させて使用する部材で良く、また特性強化部とは、作業物質等と接する部位の少なくとも一部を構成し、例えば、製造物外形の一部を成すものとすることができる。
（複合部材）
　本発明に係る複合部材の一実施形態は、合金からなる基材と、前記基材とは異なる組成の合金を含み、前記基材に対して連続一体的に配置された二ヶ所以上の特性強化部と、
を有することを特徴の一つとする複合部材である。
　本実施形態の複合部材であれば、母材となる基材と、基材と異なる合金を含む特性強化部を２か所以上配した複合部材、すなわち特性強化部が前記基材表面の少なくとも一部に配されている構成により、基材のみで構成された部材では付与するのが困難であった任意の特性を部材に付与することができる。かかる構成によって、一様ではない負荷に対して、部材の特性を効率的に高めることができる。
　以下、本発明に係る複合部材１００の実施形態について、図１を用いて説明する。
　複合部材の一実施形態は、図１に示すように、合金からなる基材１０と、基材１０とは異なる組成の合金を含み、基材１０に対して連続一体的に配置された二ヶ所以上の特性強化部２０および３０と、を有している。
［基材］
　基材１０は、特に限定されず、各種金属材料を用いることができる。例えば、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金、Ｔｉ基合金、超硬合金、より具体的には、ダイカスト等に使用される熱間金型用合金工具鋼、プレス成形に使用される冷間金型用合金工具鋼、切削等に使用される高速度工具鋼、押出成形に使用される押出成形金型用合金、プラスチック成形に用いられるプラスチック金型用鋼、一般鋼、ステンレス鋼などを用いることができる。
　より具体的には、鋼種としてＳＫＤ６１、マルエージング鋼、ＳＫＤ１１、ＳＫＨ５１、ＳＣＭ４４０、Ｓ５０Ｃ、ＳＵＳ３１６Ｌ、Ａｌｌｏｙ７１８、ステライト６（ケナメタル　インコーポレイテッド社登録商標）、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖなどが挙げられる。
［特性強化部］
　特性強化部２０および３０は、母材である基材１０の特性を局所的に強化（向上）することを目的として、基材１０に配する合金である。特性強化部は基材と異なる特性を持つ。二ヶ所以上の特性強化部はそれぞれ同じ材料または特性の合金を配置してもよいし、強化部毎に異なる材料・特性の合金を配置してもよい。
　本明細書でいう特性とは、例えば、耐摩耗性、耐食性、熱伝導率、耐溶損性、耐熱性のことを指す。これら特性を強化できる合金であれば特に制限しないが、基材に対して、硬さ（ＨＶ）が５０ＨＶ以上高い、又は耐食性が１．２倍以上高いことが好ましい。また、耐食性は、基材に対して、好ましくは２倍、さらに好ましくは３倍である。また、特性強化部の硬さ（ＨＶ）が２００ＨＶであることが好ましく、３００ＨＶ以上であるとより好ましく、４００ＨＶ以上だとさらに好ましい。さらに、上記特性のうち、２種類以上の特性を強化できる合金であることが好ましい。また、特性強化部の厚みは、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。特性強化部は、厚さが均一な通常の被覆層ではなく、厚さが不均一な、複合部材の一部の部位として構成することが好ましい。すなわち、特性強化部とは、作業物質等と接する部位の少なくとも一部を構成し、例えば、製造物の外形の一部を成すことができる。
以下、特性強化部を構成する合金を例示する。
＜ＷＣ－Ｃｏ系合金＞
　特性強化部を構成する合金としては、例えば、ＷＣとＣｏを主体とする超硬合金（以下、ＷＣ－Ｃｏ系合金と称する）がある。ＷＣ－Ｃｏ系合金は、硬質相であるＷＣと金属であるＣｏの量を変えることで硬さを調整することができ、１０ｍａｓｓ％Ｃｏ～４０ｍａｓｓ％Ｃｏのとき、硬さはおよそ４５０ＨＶ～１５００ＨＶである。ＴｉＣ－Ｎｉ系サーメット材料も同様に金属であるＮｉの量を変えることで硬さの調整が可能である。その他、硬質サーメットとして、硬質相が４、５、６族遷移金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、炭窒化物、酸化物、酸窒化物であり、これらと金属で構成される材料は、硬さの調整ができるため、特性強化部を構成する合金として好ましい。
　また例えば、耐摩耗性と耐食性とを強化できる、ＣｒとＭｏとを含有したＮｉ基合金（以下、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金と称する）がある。Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金は、質量比でＮｉの含有量が最も多く、次いでＣｒおよびＭｏの含有量が多いＮｉ基合金である。例えば、以下に示すような、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金に、副構成元素としてＴａとＢ、Ｃ、ＷＣを含有させた合金が好ましい。
＜Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金にＢを含有させたもの＞
　副構成元素としてＢを含有させたＮｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金は、質量比でＮｉの含有量が最も多く、次いでＣｒおよびＭｏの含有量が多いＮｉ基合金であって、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉを主構成元素、ＴａとＢを副構成元素としている。例えば、主構成元素のなかで、Ｎｉの含有量が最も多く、ＣｒおよびＭｏは、質量％で、Ｃｒ：１８％～２２％、Ｍｏ：１８％～３９％の範囲で含有されるのが好ましい。また、副構成元素のＴａおよびＢは、質量％で、Ｔａ：１．５％～２．５％、Ｂ：１．０％～２．５％の範囲で含有されるのが好ましい。Ｎｉの含有量はＣｒ、Ｍｏ、ＴａおよびＢに対して残部として特定される。
＜Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金にＣを含有させたもの＞
　副構成元素としてＣを含有させたＮｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金は、例えば、質量％でＣｒ：１８～２２％、Ｍｏ：１８～２８％、Ｔａ：１．５～５７％、Ｃ：１．０～２．５％を含有し、Ｎｂ：０～４２％、Ｔｉ：０～１５％、Ｖ：０～２７％、Ｚｒ：０～２９％であり、残部がＮｉおよび不可避不純物からなり、モル比で、（Ｔａ＋０．７Ｎｂ＋Ｔｉ＋０．６Ｖ＋Ｚｒ）／Ｃ＝０．５～１．５を満たすことが好ましい。強化相として形成させる場合には、例えば凝固組織を有する積層造形体（単に造形体と称する場合がある）または鋳造物であり、前記凝固組織は、面心立方格子構造である金属相と炭化物を有し、デンドライト状の結晶組織を有している。
＜Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金にＷＣを含有させたもの＞
　副構成元素としてＷＣを含有させたＮｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金は、例えば、質量％で、Ｃｒ：８．５％～２３．０％、Ｍｏ：８．５％～２７．０％、Ｔａ：０．５％～２．５％、Ｗ：１５．０～５１．０％およびＣ：１．０％～３．５％を含有し、残部がＮｉおよび不可避不純物からなり、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏの質量比Ｎｉ：Ｃｒ：Ｍｏが２．５～３．５：１：１．０～１．５である合金を用いることができる。
＜ＭｏＣｒ－ＮｉＡｌ系合金＞
　また例えば、耐摩耗性と耐溶損性とを強化できる、含有量が大きい上位四元素としてＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ及びＡｌを含有した合金（ＭｏＣｒ－ＮｉＡｌ系合金）を用いることができる。合金組成物において、耐溶損性を重視する場合には、以下の化学組成Ｉを採用でき、硬さが高いことに起因する耐カジリ性の向上や、合金組成物の低融点化という効果を重視する場合には、以下の化学組成ＩＩを採用することができる。
［化学組成Ｉ］
　Ｍｏ＋Ｃｒ＋Ｎｉ＋Ａｌ＝１００ａｔ．％としたとき、Ｎｉ＋Ａｌ＝１５～５０ａｔ．％、Ｍｏ＋Ｃｒ＝５０～８５ａｔ．％
［化学組成ＩＩ］
　Ｍｏ＋Ｃｒ＋Ｎｉ＋Ａｌ＝１００ａｔ．％としたとき、Ｎｉ＋Ａｌ＝４０～７０ａｔ．％、Ｍｏ＋Ｃｒ＝３０～６０ａｔ．％
　化学組成Ｉを採用する場合には、好ましくは、Ｎｉが７．５～２５ａｔ．％であり、Ａｌが７．５～２５ａｔ．％であり、Ｃｒが１０～２５ａｔ．％であり、残部がＭｏ及び不可避不純物である。
　化学組成ＩＩを採用する場合には、好ましくは、Ｎｉが２０～３５ａｔ．％であり、Ａｌが２０～３５ａｔ．％であり、Ｃｒが１０～５０ａｔ．％であり、残部がＭｏ及び不可避不純物である。
　化学組成Ｉ、ＩＩは一部の範囲が重複している。この重複範囲、すなわち、Ｎｉ＋Ａｌ＝４０～５０ａｔ．％、Ｍｏ＋Ｃｒ＝５０～６０ａｔ．％とすることが、耐溶損性、硬さの向上、合金組成物の低融点化の観点からは最も好ましい。
＜ＷＣ－Ｃｏ－Ｃｕ系合金＞
　また例えば、耐摩耗性と熱伝導率とを強化できる、ＷＣ－Ｃｏ系合金にＣｕを含有させた合金（ＷＣ－Ｃｏ－Ｃｕ系合金）を用いることができる。耐摩耗性と熱伝導率とを強化できる合金として、ＷＣ粒子と、Ｃｕと、Ｃｏ、ＦｅおよびＣｒのうちの少なくとも１つからなる金属結合相と、を含む合金であり、前記ＷＣの含有量が４０質量％以上であり、前記Ｃｏ、ＦｅおよびＣｒのうちの少なくとも１つの含有量が２５質量％以上６０質量％未満であり、前記Ｃｕの含有量ａと、前記Ｃｏ、ＦｅおよびＣｒのうちの少なくとも１つの含有量ｂの割合ａ／ｂが０．０７０≦ａ／ｂ≦１．０００を満たすものが良い。上述のＷＣ－Ｃｏ－Ｃｕ系合金であれば、熱伝導率が４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であると見込むことができるため、基材に対しても高い熱伝導率を実現でき、具体的には基材に対して５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上高いことを実現できるので好ましい。
＜ハイエントロピー合金＞
　また例えば、１～３種類の主要成分元素に複数種の副成分元素を微量添加した合金の技術思想とは一線を画した新しい技術思想の合金である、ハイエントロピー合金（Ｈｉｇｈ　Ｅｎｔｒｏｐｙ　Ａｌｌｏｙ：ＨＥＡ）を用いることができる。ＨＥＡとは、５種類以上の主要金属元素（それぞれ５～３５原子％）から構成された合金と定義されており、機械的特性と耐食性に優れ、更に硬度が改善されて耐摩耗性を備えた合金である。
　また、複数の主要元素を有するが多相の存在を許容する多主要元素合金（Ｍｕｌｔｉ－ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｌｌｏｙ：　ＭＰＥＡ）の合金概念も提案されているが、本願ではＨＥＡとＭＰＥＡを同一の概念として扱い、両者を合わせてＨＥＡと呼称する。Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉの各元素をそれぞれ５原子％以上３５原子％以下の範囲で含み、かつＭｏを０原子％超８原子％以下の範囲で含み、残部が不可避不純物からなる合金とすると、肉盛り造形後に時効処理を加えるなどによって、軟化抵抗に優れた材料を得ることができる。
＜粉末高速度工具鋼＞
　また、例えば、耐摩耗性、耐熱性を強化できる、高炭素系合金でＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｏ等の炭化物形成元素を含有する粉末高速度工具鋼を用いることができる。好ましくは、質量％で、Ｃが０．３～２．８％であり、Ｃｒが３．０～１０．０％であり、Ｗが１．５～１０．５％であり、Ｍｏが２．０～９．０％であり、Ｖが１．０～８．０％であり、残部がＦｅ及び不可避不純物である。
＜高融点金属＞
　また、例えば、耐摩耗性と耐溶損性を強化できる高融点金属を用いることができる。高融点金属とは、例えば、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ等である。高融点金属を用いることで耐Ａｌ溶損性を高めることができる。すなわち、基材に対しても高い耐Ａｌ溶損性を備えた特性強化部を配することができ、例えば、基材に対して２０％以上高い耐Ａｌ溶損性を実現できるので好ましい。
（作用効果）
　母材となる基材と、基材と異なる合金を含む特性強化部を２か所以上配した複合部材、すなわち特性強化部が前記基材表面の少なくとも一部に配されている構成により、基材のみで構成された部材では付与するのが困難であった任意の特性を部材に付与することができる。かかる構成によって、一様ではない負荷に対して、部材の特性を効率的に高めることができる。
（特性）
　ここで、本明細書中の硬さ（ＨＶ）とは、例えば、ビッカース硬さ試験機そのもので測定した値もしくは、ロックウェル硬さ、ショア硬さなどの各種の硬さ試験機で測定した値から換算して求めた値とするこができる。また、耐Ａｌ溶損性とは、例えば、Ａｌ溶湯に試験材料を一定時間浸漬した時の質量の減量を評価したとき、ＳＫＤ６１の単位時間当たりの減量と比較し、質量変化が少ない状態を指す。また、耐食性とは、例えば、各供試材（合金部材）を１０ｍｍ×１０ｍｍ×２．５ｍｍに切断し、試験片の全面を耐水エメリー紙＃１０００まで研磨した後、アセトン、エタノールで脱脂して腐食試験に供すればよい。沸騰した１０％Ｈ２ＳＯ４中に各試験片を２４時間浸漬し、その後、腐食液から試験片を取り出し、各試験片の質量を測定して、質量変化から腐食速度を求めればよい。また、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）によって試験片の外観の腐食形態を観察すればよい。また、熱伝導率とは、例えば、フラッシュ法や温度傾斜法で測定したときの値である。
［中間層］
　また例えば、基材と特性強化部との間に中間層を設けることが好ましい。基材に対して異種材である特性強化部を基材に接合させる場合、中間層とよばれる緩衝領域を設けることで、基材と特性強化部との性質差の違いによる、割れや変形、剥離などを生じにくくさせることができる。中間層は、靭性の高いオーステナイト系の材料が好ましく、例えば、Ｎｉ基超耐熱合金やオーステナイト系ステンレス合金、あるいは純Ｎｉが好ましい。
（製造物）
　上記にて説明した複合部材を用いた製造物の実施形態について、図２～図４を用いて説明する。例えば、図２に示すような用途に適用することが出来る。本明細書では、複合部材を用いた製造物の一例として、温間鍛造用金型、射出成型機用スクリュー及びホットスタンプ金型、攪拌棒の場合について説明するが、用途はこれに限らない。例えば、上記複合部材は、除去加工用の切削工具や塑性加工用の金型、切断刃やダイカットロール等の治工具など、各種の工具、金型、材料押出機、射出成形機のシリンダ又はスクリューに好適である。
　温間鍛造に用いられる金型は、高温での耐摩耗性と鍛造時の衝撃に耐えるための靭性が要求される製造物である。図３に、複合部材を用いた製造物の一例を示す模式図（温間鍛造パンチ）を示す。基材１０には高速度工具鋼のマトリックスハイスであるＹＸＲ３３（日立金属株式会社製、ＹＸＲは登録商標）を用いることができ、特性を強化する特性強化部２０にはＷＣ－２０％Ｃｏを用いることができ、特性強化部３０にはＷＣ－４０％Ｃｏを用いることができる。
　図３に示す製造物の製造方法としては、基材１０には硬さと靭性の両立されたマトリックスハイス（焼き入れまま材）を用いることができる。次に、鍛造時の高温・高圧環境下での摩擦により摩耗しやすい部分と、衝撃により割れが生じやすい部分と、にそれぞれ開先加工を施し、耐摩耗性に優れるＷＣ－２０％Ｃｏと靭性に優れるＷＣ－４０％Ｃｏをそれぞれ粉体肉盛り造形により付加する。粉体肉盛り時の熱源は、レーザ、プラズマ等を用いることができる。粉体肉盛り造形後の部材表面を切削加工し、形状を整えることで、複数の特性強化部を有する、複数の材料で構成された製造物が得られる。また、この製造物に、さらに表面処理を施してもよい。
　また、図４に、複合部材を用いた製造物の一例として、射出成型機用スクリューの場合の模式図を示す。射出成形機用スクリューは、耐摩耗性と耐食性とが要求される製造物である。基材１０にはステンレス鋼であり、小中型スクリューやスクリュー先端部品に使用されるＹＰＴ４２（日立金属株式会社製　ＹＰＴは登録商標）（硬度：５８ＨＲＣ）を用いることができ、特性を強化する特性強化部２０にはハイエントロピー合金（２６．７Ｃｒ―１８．０Ｆｅ－２６．９Ｎｉ－８．９Ｔｉ－１．８Ｍｏ質量％）を用いることができ、特性強化部３０にはＮｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金にＣを含有させた合金（４６．７Ｎｉ－１９．０Ｃｒ－１９．０Ｍｏ－１．８Ｔａ－１２．０Ｎｂ－１．５Ｃ質量％）を用いることができる。
　まず、硬さと耐食性を有するＹＰＴ４２を用いた棒状の基材１０を準備する。次に、基材１０の外周部に設けるフィン形状部、すなわち特性を強化する特性強化部２０を構成させる。例えば、ハイエントロピー合金粉末を用いて基材１０外周部に付加製造すればよい。ハイエントロピー合金はＹＰＴ４２よりも優れた耐食性を有するため、腐食起因の摩耗の抑制に効果的である。また、基材１０の片端、すなわちスクリュー部となる箇所を特性強化部３０として、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金にＣ（炭素）を含有させた合金を付加製造する。スクリュー部はフィン形状部よりも耐摩耗性が必要であることから、硬質粒子（ＮｂＣ）が分布している耐食性の高いＮｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金にＣを含有させた合金を適用することが有効である。
　固形物が沈殿または浮いた状態にある酸化性液体を攪拌するための攪拌棒は、耐食性と耐摩耗性が要求される製造物である。図６に、複合部材の一例を示す模式図を示す。基材となるＡの箇所には１８％Ｎｉマルエージング鋼であり、ロケットのモーターケース等に使用されるＹＡＧ３００（日立金属株式会社　ＹＡＧは登録商標）を用いることができる。特に、攪拌棒の先端では酸化性液体による腐食が課題となるため、強化部となるＢの箇所に、例えば、高耐食Ｎｉ基合金であるＭＡＴ２１（日立金属株式会社製　ＭＡＴ２１は登録商標）を付加製造すればよい。
　また、攪拌棒側面では酸化性液体に堆積した不純物による摩耗が課題となるため、強化部となるＣの箇所に、例えば、高強度、高耐食性を両立したＣｏＣｒＦｅＮｉＴｉＭｏ系ハイエントロピー合金を付加製造すればよい。粉体肉盛り造形後の部材表面を切削加工し、形状を整えることで、複数の特性強化部を有する、複数の材料で構成された製造物が得られる。この製造物に、さらにＰＶＤ法やＣＶＤ法によるセラミックコーティングなどの表面処理を施してもよい。
　ホットスタンプに用いられる金型は、加熱された被加工材をプレス成型すると同時に水冷された金型で被加工材を抜熱することで、焼き入れを行うことで、被加工材の強度を向上させる。金型には、抜熱作用が求められる。金型は、水冷されているが、水冷孔の配置された基材と金型表面の間を構成する材料の熱伝導率が高いことが要求される。高熱伝導材料を配置することで、抜熱にかかる時間が短くなり、生産性も向上する。
　また、冷却され、焼き入れ処理後の被加工材は高硬度となっているため、金型から取り外す際にカジリが生じる。そのため金型表面には硬さが高いことも要求される。水冷孔の近傍まで開先加工を施し、高い熱伝導率と硬さをもつ合金（ＷＣ－３０％Ｃｏ－５Ｃｕｗｔ％）を用いることで、抜熱特性と耐摩耗特性を具備することができる。また、成形時に被加工材に皺が形成される部位があり、ここでは局所的な焼き付きやカジリ現象がおこる。そのような場所には、より高硬度のＷＣ－１５％Ｃｏ合金等を付加製造することで耐摩耗性向上に有効である。
（複合部材の製造方法）
　複合部材の製造方法の実施形態について、図５を用いて説明する。図５に示すように、複合部材の製造方法の実施形態としては、母材となる基材を加工する加工工程と、前記基材に、前記基材と異なる合金を含む特性強化材を造形して造形体を得る造形工程と、を備えていることを特徴の一つとする複合部材の製造方法である。
　加工工程（Ｓ１０１）は、基材１０を所望の形状に加工する工程であり、例えば、加工工具９０を用いるなどして所望形状に加工すればよい。次に、造形工程（Ｓ１０３）は、例えば、付与したい特性に応じて、上述した合金系の合金粉末（特性強化材）を用いて、基材１０に特性強化材６０と特性強化材７０とを付加することで造形体を製造すればよい。付加方法は、特に限定しないが、例えば、溶射や付加製造（積層造形）法を用いることができる。
　造形工程後に、仕上げ工程（Ｓ１０５）や熱処理工程を追加で実施しても良い。仕上げ工程（Ｓ１０５）は、造形工程（Ｓ１０３）で得られた造形体を所望の形状に加工し、製造物を得る工程であり、例えば、造形体を機械加工することで所望形状に加工し製造物を得ることができる。熱処理工程は、得られた造形体または製造物を熱処理する工程である。
　付加製造法について詳細に説明する。
　付加製造法は、合金粉末を供給し、粉末を敷いた領域にレーザビーム、電子ビーム等の高エネルギーを照射して、合金粉末を選択的に溶融結合させることによって、所望形状の造形体（複合部材）を造形することができる。付加製造装置としては、造形体の形状等に応じて、粉末床溶融結合方式（ＰＢＦ：Ｐｏｗｄｅｒ　Ｂｅｄ　Ｆｕｓｉｏｎ）と指向性エネルギー堆積方式（ＤＥＤ：Ｄｉｒｅｃｔｅｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に区分することができるが、本実施形態の複合部材はいずれの方式でも造形でき、付加製造装置の形式等については特に制限されるものではない。
　また、個々の粉末について溶融・凝固を繰り返すことにより形状付与をしていく造形法であるが、合金粉末の粒径が１μｍ未満だと１回の溶融凝固に必要な容積が得にくくなるため、健全な造形体が得にくい。一方、合金粉末の粒径が１００μｍを超えると、１回の溶融凝固に必要な容積が大き過ぎ、健全な造形体が得にくい。したがって、合金粉末の粒径の範囲は、１～２００μｍとするのが好ましい。より好ましくは、２０～１００μｍである。また、球形形状が得られるガスアトマイズ法で得られた粉末が好ましい。なお、粉末の粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができ、粒子径と小粒子径側からの体積積算との関係を示す積算分布曲線において、粉末の積算頻度５０体積％に対応する粒子径ｄ５０とすることができる。
（実施例）
　図６を用いて、作製した複合部材について説明する。図６（ａ）に示すように、基材１０は、基材側面部１２と基材先端部１３とを有するものを準備した。そして、図６（ｂ）に示すように、基材１０に２種類の金属粉末を特性強化部２０および特性強化部３０の箇所にそれぞれ付加製造することで、複合部材を作製した。具体的には、基材１０とした１８％Ｎｉマルエージング鋼であるＹＡＧ３００（日立金属株式会社製）に、基材先端部１３を強化するための特性強化材３２としてＮｉ－Ｃｒ－Ｍｏ合金であるＭＡＴ２１の合金粉末を基材先端部１３、基材側面部１２を強化するための特性強化材２２としてハイエントロピー合金であるＨｉＰＥＡＣＥ（日立金属株式会社製　ＨｉＰＥＡＣＥは登録商標）の合金粉末を基材側面部１２にそれぞれ配した複合部材を、付加製造方法を用いて製造した。
　特性強化材３２として用いたＭＡＴ２１の組成を表１および２に示す。粒径はｄ５０の値で８０．３４４μｍであった。特性強化材２２として用いたＨｉＰＥＡＣＥの組成を表３に示す。粒径はｄ５０の値で８８．４１８μｍであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　ここで、基材１０に特性強化材２２および特性強化材３２を付加製造する前に、付加製造予定箇所に開先加工を施した。加工条件は４枚刃のコーテッド超硬合金工具を準備し、切削速度２５ｍ／ｍｉｎ、一刃送り速度０．０５ｍｍ／ｔｏｏｔｈとし、基材１０の表層部を除去した。
　付加製造方式は、指向性エネルギー堆積方式を用いた。造形条件は、出力２４００Ｗ、走査速度１０００ｍｍ／ｍｉｎとした。
　製造した複合部材の硬度を測定した。図７に示す通り、作製した複合部材を切断、研磨、樹脂埋めをした試料５００を用いて硬度を測定した。硬度測定用の試験片は、試料５００のうち、基材１０から先端強化部３０までの硬度推移を測定するために実線で囲ったＡ点と、基材１０から側面強化部２０までの硬度推移を測定するために実線で囲ったＢ点とから採取した。
　図８に、図７中に示すＡ点の箇所のビッカース硬さ測定試験の結果を示し、図９に、図７中に示すＢ点の箇所のビッカース硬さ測定試験の結果を示す。図７に示す通り、マイクロビッカースを用いて試験片のＡ点とＢ点についてビッカース硬さを測定した。図８および図９に示す実線は基材の表面位置を示すものであり、基材の表面、すなわち、実線を基準にして造形方向と造形方向に対して逆方向についてそれぞれ３ｍｍ進んだ箇所までの硬度を測定した。測定間隔は２００μｍとした。それぞれ３００μｍずらした３ラインずつ測定し、平均を計算した。測定条件は以下の通りとした。
・装置名：ＦＭ－１１０ＡＲＳ－Ｆ（株式会社フューチュアテック社製）
・試験荷重：０．１ｋｇｆ
・保持時間：１０秒
（結果）
　図８が示すように、基材１０と比較して、特性強化材３２が付加造形されている特性強化部３０の硬さが低くなり、すなわち靭性が向上したといえる。特性強化材３２は高耐食性のＮｉ基合金であるため、特性強化材３２が付加造形された特性強化部３０の耐食性の向上が期待できる。
　また、図９が示すように、基材１０と特性強化材２２が付加造形されている箇所とでは硬さが異なっている。特性強化材２２が高強度、高耐食性の合金であるため、付加造形された特性強化部２０の強度、耐食性の向上が期待できる。
　以上から、本実施例の複合部材であれば、例えば、固形物が沈殿または浮いた状態にある酸化性液体を攪拌するための攪拌棒に適用した場合、基材先端部は酸化性液体による腐食を抑制でき、基材側面部は酸化性液体に堆積した不純物による摩耗を抑制できるので、一様ではない負荷に対して、部材の特性を効率的に高めることが可能となる。
１０：基材
１２：基材側面部
１３：基材先端部
２０：特性強化部
２２：特性強化材
３０：特性強化部
３２：特性強化材
６０：特性強化材
７０：特性強化材
９０：加工工具
１００：複合部材
５００：試料
Ｓ１０１：加工工程
Ｓ１０３：造形工程
Ｓ１０５：仕上げ工程
 

Claims (9)

  1. 合金からなる基材と、
    　前記基材とは異なる組成の合金を含み、前記基材に対して連続一体的に配置された二ヶ所以上の特性強化部と、
    を有する複合部材。
  2. 　前記特性強化部は、
    前記基材に対して、硬さが５０ＨＶ以上高い、または耐食性が１．２倍以上高いことを特徴とする請求項１に記載の複合部材。
  3. 　前記特性強化部は、
    前記基材に対して、耐Ａｌ溶損性が２０％以上高いことを特徴とする請求項１または２に記載の複合部材。
  4. 　前記特性強化部は、
    前記基材に対して、熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上高いことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の複合部材。
  5. 　前記特性強化部は、
    　硬さが２００ＨＶ以上であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の複合部材。
  6. 　前記特性強化部は、
    　Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金、Ｃｒ－Ｍｏ－Ｎｉ－Ａｌ系合金、ＷＣ－Ｃｏ系合金、ＷＣ－Ｃｏ－Ｃｕ系合金、またはＮｉ－Ｃｒ－Ｍｏを含むハイエントロピー合金の中から選択された少なくとも１種の合金であり、
    　前記特性強化部の厚みが０．１ｍｍ以上である
    ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の複合部材。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の複合部材を少なくとも一部に含むことを特徴とする製造物。
  8. 　工具、金型、材料押出機、射出成形機のシリンダ又はスクリューであることを特徴とする請求項７に記載の製造物。
  9. 　合金からなる基材を加工する加工工程と、
    　前記基材の二ヶ所以上に、前記基材と異なる組成の合金を含む特性強化材を造形して造形体を得る造形工程と、を備える複合部材の製造方法。
        
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