JPH0148327B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、鉄系共晶合金粉末と溶解合成樹脂と
を混練して圧延してなる粉末合金シートを鋳鉄製
部材の表面に焼結接合する方法に関し、特に、鋳
鉄製部材中の炭素Ｃのシート側への拡散による接
合不良を防止する対策に関する。

（従来の技術） 従来より、例えば特開昭52−65111号公報等に
開示されているように、この種の粉末合金シート
を金属基材の表面に液相ないし一部液相焼結法に
より焼結接合して、金属基材の表面に焼結合金層
を形成する方法はよく知られている。例えば、こ
の従来の方法により、鉄系共晶合金粉末を含有す
る粉末合金シートを鉄系部材の表面に焼結接合す
る場合には、鉄系部材表面に粉末合金シートを接
着して、両者を粉末合金シート中の共晶成分
（Fe−Ｍ−Ｃ；Ｍ＝Ｐ、Mo、Ｂ等）の共晶温度
以上に加熱し、その融液により粉末合金シートを
鉄系部材に接合させるようになされる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、その場合、上記鉄系部材が例えば黒
鉛の含有量が多い鋳鉄製であるときには、加熱焼
結時、鋳鉄製部材表面の黒鉛中の炭素Ｃが粉末合
金シート側に拡散して共晶点の低下により接合面
の液相量が多くなり、その結果、第２図に示すよ
うに、粉末合金シート２の鋳鉄製部材１との接合
部のうち鋳鉄製部材１側の接合部が浸食されて巣
４等の欠陥が生じるという問題があつた。

また、上記液相量がさらに多くなると、粉末合
金シート側の液相量が多くなり、第３図に示すよ
うに、粉末合金シート２の初晶の炭化物（図で白
い部分）、マトリツクス組織が粗大化して耐摩耗
性、強度等の特性が低下し、さらに液相量が増加
すると粉末合金シート部が変形してその形状を保
てなくなるという問題があつた。

本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、上記の如く粉末合
金シートを鋳鉄製部材の表面に焼結接合する場合
に、鋳鉄製部材表面の黒鉛を除去し、もしくは炭
化物により不活性化して、その炭素成分による焼
結合金層への影響をなくすことにより、鋳鉄製部
材表面での浸食の発生や焼結金属層の組織の粗大
化を防止せんとすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段
は、鋳鉄製部材の表面に、鉄系共晶合金粉末を含
有する粉末合金シートを液相ないし一部液相焼結
法により焼結接合する場合に、先ず、鋳鉄製部材
の表面に脱黒鉛処理もしくは黒鉛の化合物化処理
を施す。上記脱黒鉛処理としては、鋳鉄製部材を
大気中で加熱してその表面の黒鉛を酸化除去する
大気加熱法や、鋳鉄製部材を水酸化ナトリウム水
溶液中で電気分解して黒鉛を溶解除去する電解法
等がある。一方、黒鉛の化合物化処理としては、
鋳鉄製部材の表面にレーザービームや電子ビーム
等を照射して表面の黒鉛を基地金属との炭化物に
改質する方法がある。

次いで、このように脱黒鉛処理または黒鉛の化
合物化処理が施された鋳鉄製部材の処理表面に粉
末合金シートを接着してそれを加熱焼結する構成
としている。

（作用） 上記構成により、本発明では、鋳鉄製部材の表
面に対する脱黒鉛処理もしくは黒鉛の化合物化処
理により鋳鉄製部材表面の黒鉛が除去され、ある
いは炭化物に改質されるため、その後、該鋳鉄製
部材の表面に粉末合金シートを焼結接合したとき
に、鋳鉄製部材表面の黒鉛中の炭素成分が粉末合
金シートへ拡散することはなくなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は本発明方法により片状黒鉛鋳鉄または
球状黒鉛鋳鉄よりなる鋳鉄製部材１の表面に、鉄
系共晶合金粉末を含有する粉末合金シート２を接
合する場合の手順を示す。上記粉末合金シート２
は、Ｐが0.5〜2.5重量％、Ｃが1.5〜4.5重量％、
Moが2.5〜5.5重量％、Crが10重量％以下、残部
がFeの組成を有する粉末粒度150メツシユ以下の
耐摩耗性合金粉末85〜97容量％と、溶剤で溶解さ
れたアクリル樹脂15〜３容量％とを混練したのち
所定厚さに圧延してなり、400℃以上の温度条件
下でも金属母材に対する接着・接合性を有するも
のである。

そして、本発明方法では、先ず、第１図ａに示
すように、鋳鉄製部材１の接合表面に大気加熱法
を用いた脱黒鉛処理を施してから表面層から黒鉛
を除去し、表面に脱黒鉛層１ａを形成する。上記
大気加熱法は、鋳鉄製部材１を電気炉等の加熱炉
により大気中で加熱することにより、その表面の
黒鉛を酸化させて除去する方法である。そのとき
の加熱温度は、600℃未満であると脱炭速度が遅
くなつて黒鉛が除去され難くなる一方、950℃を
越えると表面の酸化スケールの生成速度が増加し
て表面に厚い酸化膜が形成され、内部の黒鉛が除
去されないので、600〜950℃の範囲に設定する必
要がある。また、加熱時間は鋳鉄製部材１に対す
る脱黒鉛層１ａの深さに応じて適宜設定するが、
加熱時間を長くする程脱黒鉛層１ａの深さが深く
なる特性がある。

次いで、第１図ｂに示すように、上記脱黒鉛処
理された鋳鉄製部材１の表面に粉末合金シート２
を該粉末合金シート２の作製時に使用されるアク
リル系粘着結合剤を用いて接着する。

しかる後、この粉末合金シート２が接着された
鋳鉄製部材１を150〜380℃の温度に少なくとも５
分間加熱保持したのち、粉末合金シート２の共晶
点（約950℃）以上の温度に加熱して粉末合金シ
ート２の加熱焼結を行うことにより、第１図ｃに
示すように鋳鉄製部材１の表面に焼結合金層３が
形成される。以上によつて、鋳鉄製部材１表面へ
の粉末合金シート２の焼結接合が終了する。

その場合、上記鋳鉄製部材１の表面から黒鉛が
除去されているので、粉末合金シート２の焼結接
合時、鋳鉄製部材１表面の黒鉛中の炭素成分が粉
末合金シート２側に拡散することはなく、接合面
の波相量の増加による鋳鉄製部材１の浸食や焼結
合金層３の組織の粗大化を防止することができ
る。よつて、鋳鉄製部材１の表面に耐摩耗性およ
び強度に優れた焼結合金層３を形成することがで
きる。

尚、上記実施例では、鋳鉄製部材１表面に対す
る脱黒鉛処理を大気加熱法により行つたが、電解
法により行つてもよい。この電解法は、鋳鉄製部
材を80％の水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬した
状態で先ず、水酸化ナトリウム水溶液を収容する
処理槽をプラス極に、鋳鉄製部材をマイナス極に
して両者間に通電して、鋳鉄製部材表面から酸化
スケール等を除去する還元処理を行い、次いで、
その還元処理とは逆に、鋳鉄製部材をプラス極
に、処理槽をマイナス極にして両者間に通電し
て、鋳鉄製部材表面の黒鉛を除去する酸化処理を
行つたのち、上記と同様の還元処理を行つて鋳鉄
製部材に付着した処理液（水酸化ナトリウム水溶
液）を除去し、最後に鋳鉄製部材を水または湯に
より洗浄処理する方法である。その場合、処理槽
と鋳鉄製部材との間に加える電圧、電流や処理時
間は鋳鉄製部材の大きさ、脱黒鉛層の深さに応じ
て適宜な値に設定すればよい。

また、上記実施例では、鉄製製部材１の表面に
脱黒鉛処理を施したが、黒鉛の化合物化処理を行
つてもよい。すなわち、この黒鉛の化合物化処理
は、鋳鉄製部材の表面にレーザービームや電子ビ
ーム等を照射することにより、鋳鉄製部材表面の
黒鉛を基地金属の炭化物に改質して不活性化する
ものである。この黒鉛の化合物化処理によつても
焼結接合時の炭素成分の粉末合金シート側への拡
散を防止でき、上記実施例と同様の作用効果を奏
することができる。

（具体例） 最後に、具体的な実施例を説明すると、Ｃが
3.5重量％、Siが4.0重量％、Mnが0.5重量％、Ｐ
が0.05重量％、Ｓが0.06重量％、残部がFeの組成
を持つ片状黒鉛鋳鉄を鋳造後、機械加工して縦30
mm、横50mm、高さ20mmの直方体の鋳鉄製部材試験
片を作製した。

一方、Moが5.5重量％、Crが2.5重量％、Ｐが
2.4重量％、Ｃが3.6重量％、残部がFeの組成を有
する粉末粒度150メツシユ以下の三元共晶合金粉
末48.5重量％と、粉末粒度150メツシユ以下の
SUS410ステンレス鋼粉末48.5重量％とを混合し、
この混合粉末96容量％とアクリル系粘着結合剤４
容量％とをアセトンを加えて混練したのちロール
圧延して、密度が4.8ｇ／cm³、厚さが２mmの粉末
合金シートを作製し、このシートを裁断して縦横
各10mmの粉末合金シート試験片を作製した。

そして、先ず、上記鋳鉄製部材試験片に対し、
試験片を電気炉内で800℃の温度に３時間加熱保
持した後空冷する脱黒鉛処理を施し、次いでその
処理後の試験片の表面に上記粉末合金シート試験
片をその作製時に用いたアクリル系粘着結合剤に
よつて接着し、これらを水素ガス雰囲気中で150
℃／分の昇温速度で300℃まで加熱昇温させてそ
の温度に60分間保持したのち、さらに150℃／分
の昇温速度で1090℃まで加熱昇温させてその温度
に20分間保持し、しかる後に徐冷して焼結試験片
を作製した。

このようにして得られた焼結試験片を観察した
ところ、その鋳鉄製部材試験片側の浸食がなく、
また焼結合金層の組織も粗大化してないことが判
明した。このことから、本発明方法によれば、鋳
鉄製部材の表面に接合強度の強くて緻密な組織の
焼結合金層を形成できることが判る。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によれば、鋳鉄製部材の表
面に粉末合金シートを焼結接合する前に、鋳鉄製
部材表面層の黒鉛を脱黒鉛処理によつて除去し、
あるいは化合物化処理によつて炭化物に改質する
ので、鋳鉄製部材表面の黒鉛中の炭素成分が粉末
合金シート側に拡散するのを防いで、鋳鉄製部材
表面の浸食や焼結合金層の組織の粗大化を確実に
防止することができる。よつて、鋳鉄製部材の表
面に接合強度が強くて緻密な組織の焼結合金層を
形成することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す工程図である。
第２図は従来方法による鋳鉄製部材表面の浸食状
態を示す斜視図、第３図は同組織説明図である。 １……鋳鉄製部材、１ａ……脱黒鉛層、２……
粉末合金シート、３……焼結合金層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋳鉄製部材の表面に、鉄系共晶合金粉末を含
   有する粉末合金シートを液相ないし一部液相焼結
   法により焼結接合する方法であつて、鋳鉄製部材
   の表面に脱黒鉛処理もしくは黒鉛の化合物化処理
   を施したのち、その処理表面上に粉末合金シート
   を接着してそれを加熱焼結することを特徴とする
   粉末合金シートの鋳鉄製部材への焼結接合法。