JPH0288744A

JPH0288744A - Ｃｒ↓２Ｏ↓３−Ｍｏ系焼結体

Info

Publication number: JPH0288744A
Application number: JP23820088A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kitajima; 北嶋　義久; Masanori Tanaka; 正紀田中; Shuzo Hirata; 修三平田; Takashi Nakamura; 中村　高司
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1990-03-28

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】［産業上の利用分野コ本発明はＣｒ２Ｏ３−Ｍｏ系焼結体に係り、特にＣｒ、
、０３とＭＯとを複合化することにより、Ｃｒ２Ｏ２の
極めて優れた耐摩耗性を維持しつつ、Ｍｏによる高靭性
化を図り、潤滑剤の保持特性が高く耐摩耗性に著しく優
れた部材を提供するＣｒ２Ｏ３Ｍｏ系焼結体に関するも
のである。

［従来の技術］機械部品や各種装置の構成材料は、十分な機械的強度以
外に、使用目的に応じた耐摩耗性、耐食性等の特性を備
えていることが必要となるが、耐摩耗性の高い材料は、
多くの場合靭性が低いなど、１種類の材料では２以上の
特性を同時に具備せしめることは容易ではない。

そこで、部材表面に耐摩耗性の高い材料を被覆する表面
処理法が種々開発されており、例えば、モリブデン（Ｍ
Ｏ）又はＭｏ合金とＣｒ２Ｏｚを原料として、部材表面
に溶射して特定配合のＭ。

又はＭｏ合金とＣｒ２Ｏ３とから構成される耐摩耗性被
膜を形成する方法が特許出願されている（特願昭６１−
１５７１１１号。以下「先願」という。）。

［発明が解決しようとする課題］先願に係る耐摩耗性被膜は、溶射被膜であることから、
次のような不具合があった。

■　厚肉化ができない。最大厚さは０．５ｍｍ程度で、
それ以上の厚肉化は困難である。

■　溶射法は適用できる部材形状に制限があり、部材の
形状によっては溶射被膜を形成できない場合がある。例
えば、内径１０ｍｍＸ長さ５０ｍｍといった小径シリン
ダーの内面に溶射被膜を形成することは非常に困難であ
る。

本発明は、このような問題点を解決し、耐摩耗性材料と
して、厚肉化が可能で複雑形状部材にも十分適用するこ
とができるＣｒ２Ｏ２Ｍｏ系焼結体を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］本発明のＣｒ２ｏ、、−Ｍｏ系焼結体は、３０〜９０重
量％のＣｒ２Ｏ３と１０〜７０重量％のＭｏを含み、か
つＣｒ２Ｏ３とＭｏとの合計が７０〜１００重量％であ
ることを特徴とする。

以下に本発明の詳細な説明する。

まず、本発明のＣｒ２　ｏ２−Ｍｏ系焼結体の製造方法
について、その具体的方法を示す系統図である第１図を
参照して説明する。

本発明のＣｒ２Ｏｚ　　Ｍｏ系焼結体の製造にあたって
は、まず、焼結用原料粉末を製造する。

焼結用原料粉末の製造方法としては、例えば次の方法が
挙げられる。

■　Ｃｒ２Ｏ５、Ｍｏ　（又はＭｏ合金）及び焼結助剤
、その他の添加物を機械的に混合する（第１図のＡルー
ト）。この方法は操作が簡単で処理コストが安価である
という利点がある。

■　Ｃｒ２Ｏ３とＭｏ（又はＭｏ合金）を混合、溶融、
粉砕、分級し複合粉末を製造した後、これに焼結助剤、
その他の添加物を加えて機械的に混合する（第１図のＢ
ルート）。この方法は、Ｃｒ２Ｏ３とＭＯとを微細に分
散させることができ、得られる焼結体が強靭化するとい
う利点がある。

なお、この方法において、溶融方法としては特に制限は
ないが、アーク溶解法が好適である。溶融に際しては、
加熱溶解時にＭＯが酸化されるなどして原料が変質する
のを防止するために、Ａｒガス等の不活性ガス雰囲気下
で加熱溶解するのが好ましい。その他、１０””Ｔｏｒ
ｒ以下の真空下での電子ビームによる加熱溶解法も採用
可能である。溶融は、混合粉末が溶融する温度であれば
良く、通常はＭｏ又はＭｏ合金の溶融温度以上で行なわ
れる。

本発明において、このようにして得られる焼結用原料粉
末は、その粒径が１〜５μｍ程度であることが好ましい
。粒径が５μｍを超えると高密度焼結体を得るのが困難
であり、１μｍ未満ではＣｒ２Ｏ３とＭｏの複合材料が
過度に粉砕された結果、Ｃｒ２Ｏ３とＭｏに再び分離さ
れた粒子が多く、高靭性の焼結体を得ることが困難であ
る。

次に、得られた焼結用原料粉末を焼結する。

焼結方法としては、例えば次の方法が挙げられる。

■　ホットプレス又はＨＩＰ法により加圧焼結する（第
１図のＣルート）。具体的には、Ｍｏ製容器等に原料粉
末を充填し、容器内を真空引きした後密封し、熱間静水
圧プレス等で加圧焼結する。この方法は、緻密度が高く
、高強度の焼結体が得られるという利点がある。

■　焼結用原料粉末を造粒、圧粉後、不活性ガス中で常
圧焼結する（第１図のＤルート）、、この方法は、特殊
かつ高価な焼結装置が不要であるという利点がある。

本発明のＣｒＣｒ２Ｏｓ−系焼結体は、このような焼結
により所望形状の部材を製造することもでき、また、こ
れを更に切削加工するなどにより所望形状の部材とする
こともできる。

本発明のＣｒ　２Ｏ　ｓ　　Ｍ　ｏ系焼結体は、部材の
形状、大きさを問わず、殆ど全ての部材に適用すること
ができる。例えば、前述の溶射を適用することが困難で
ある内径１０　ｍ　ｍ　ｓ長さ５０ｍｍといったシリン
ダーであれば、その全体を本発明のＣｒ２Ｏ５−Ｍｏ系
焼結体とすることにより、あるいは適当な肉厚のスリー
ブを本発明のＣｒＣｒ２Ｏｓ−系焼結体で製作すること
により、容易に適用可能である。

次に、本発明のＣｒ２Ｏ３−Ｍｏ系焼結体の成分組成に
ついて説明する。なお、以下において１％」は「重量％
」を示す。

本発明のＣｒ　２　Ｏｓ　　Ｍ　ｏ系焼結体は、Ｃｒ２
ｏ３の含有量をＸ％、ＭＯの含有量をＹ％とじた場合、Ｘ　千　３０〜９０Ｙ　＝　１０〜７０７０≦ｘ　＋Ｙ≦　１００である。即ち、第２図に示すＣｒ２Ｏ３とＭＯとの配合
割合の相関図において、ｘ＝３０ｘ；９０ｙ＝ｔ。

ｙ＝７０ｘ＋ｙ＝７０ｘ＋ｙ＝１００の線分で囲まれた領域、即ちａ、ｂ、ｃ、ｄ点で囲まれ
た領域である。

Ｃｒ２Ｏ３が３０％未満であると、耐摩耗性に優れたＣ
ｒ２Ｏ３の特性を充分発揮できず、焼結体の耐摩耗性等
が低下する。また、Ｃｒ２ｏ３が９０％を超えると、残
部が全てＭｏであっても、ＭＯの量が相対的に少なくな
り、やはり複合化による十分な効果が得られず、焼結体
の靭性が低下するなどの不具合が生じる。

ＭＯが１０％未満では、Ｍｏが少な過ぎるために複合化
による十分な効果が得られない。Ｍｏが７０％を超える
と、残部が全てＣｒ２Ｏ３の場合であっても、Ｃｒ２Ｏ
３は３０％未満となり、Ｃｒ２Ｏ５の優れた耐摩耗性を
十分に生かすことができない。

Ｃｒ２Ｏ３とＭｏとの比率は、焼結体の用途に応じて、
上記組成範囲内で適宜選択されるが、Ｃｒ２Ｏ３とＭＯ
との合計量が７０％未満では、Ｃｒ２Ｏ５とＭｏとの複
合化による耐摩耗性等の改善効果が十分に得られないの
で、両者の合計は７０％以上とする。

本発明において％　Ｃｒ２ｏ３．Ｍｏ以外のその他の成
分含有量は、前記好適範囲の定義からは、３０％未満と
される。Ｃｒ２Ｏ５、ＭＯ以外（Ｄその他の成分として
は、例えば、次の■〜■のようなものが挙げられる。

■　原料のＣｒ２Ｏ３に含まれる微量の不純物。

例えば、ＳｉＯ２，ＴｉＯ２，Ｆｅ２Ｏ３等。

■　原料のＭｏに含まれる微量の不純物。例えばＦｅ、
Ａｌ１等。

■　原料としてＭｏ合金を用いた場合の合金化元素及び
微量の不純物。例えば、Ｆｅ、Ａｌｌ。

Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃ等。

■　Ｍｏ又はＭｏ合金あるいはＣｒ２Ｏ２以外に、製造
工程において、焼結体の緻密化、結晶粒粗大化抑制等、
焼結助剤としての効果を得るために別途添加したもの。

例えば、ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＳｉＯ２゜Ｙ２　ｏ、等。

■　Ｍｏ又はＭｏ合金あるいはＣｒ２Ｏ３以外に、製造
工程において、焼結体の耐食性等の化学的性質の改善及
び／又は強度向上環の機械的性質の改善を図るために別
途添加したもの。

例えば、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔｉ。

Ｚｒ、Ｒｅ、Ｃ等。

なお、本発明において、Ｍｏ合金を原料として用いる場
合、Ｍｏ合金としては、Ｆｅ５０％以下、ＡｉＬＩＯ％
以下、ＮｉｌＯ％以下、Ｃｒ１５％以下、Ｃｏ１０％以
下、０３％以下含有するものが好ましい。

Ｆｅは安価でありＭｏ合金の価格を低下させることがで
きるが、過度に多いと耐摩耗性を損なうので、Ｆｅは３
０％以下とりわけ２Ｏ％以下とするのが好ましい。

ＡＪＺは金属組織の微細化を図り、その耐食性を高める
ことができるが、過度に多量であると耐摩耗性を損なう
ので、１０％以下とりわけ７％以下とするのが好ましい
。

Ｎｉは基地の強化に有効であるが、過度に多くなると異
種組織を発生し易くなる。そのため、Ｎｉは１０％以下
とりわけ７％以下とするのが好ましい。

Ｃｒは基地の耐食性を高めるが、炭化物生成傾向が強く
、その含有量が過度に多くなると金属組織の靭性が低下
し易くなる。そこで、Ｃｒは１５％以下とりわけ１０％
以下とするのが好ましい。

ＣＯは基地の強化に有効に作用するが、過度に多くなる
と基地の融点を低下させるので、１０％以下とりわけ７
％以下とするのが好ましい。

Ｃは基地の耐焼付性、耐摩耗性を高める作用があるが、
過度に多くなると炭化物析出量が多くなったり、基地そ
れ自体の強度を低下させるので、３％以下とするのが好
ましい。

［作用］本発明のＣｒ２Ｏ５−Ｍｏ系焼結体は、高融点金属であ
るＭＯと高硬度のセラミックスであるＣｒ２Ｏ３とを含
む複合材料である。このため、Ｍｏの高靭性とＣｒ　２
Ｏ２の耐熱性、高硬度、化学的安定性の両者を兼備する
極めて優れた焼結体である。この様に、高靭性と高硬度
を兼備することは、焼結体の耐摩耗性を著しく向上させ
ることになる。

本発明の焼結体は、ＭＯ相がＣｒ２Ｏ５母相に分散して
いる構造であるが、その表面が他の部材と摺動すると、
Ｃｒ２Ｏ３よりも硬度の低いＭ。

相部が摩耗し、Ｃｒ２Ｏ３相部が被膜面から突出するよ
うにして露出し、表面に微小な多数の凹部が形成される
。この凹部は良好な潤滑剤の溜部として作用し、潤滑剤
の保持特性が著しく高くなり、耐摩耗性が著しく高いも
のとされる。

しかして、本発明のＣｒ２Ｏａ　　Ｍｏ系焼結体は、こ
のような優れた特性を有するＣｒ２Ｏ３−Ｍｏ系複合材
料の焼結晶であるため、様々な形状、大きさに対応する
ことができる。特に、溶射被膜に比し、厚肉化が可能で
あることから、前述の摺動による摩耗代を大きくとるこ
とができ、その結果、部材の長寿命化を図ることが可能
とされる。

［実施例］以下、実施例及び比較例について説明する。

実施例１粒径１〜５μｍのｅｒ２Ｏ３７０％と、粒径１〜３μｍ
のＭｏ２９％と、焼結助材として粒径１〜５μｍのＴｉ
Ｏ２１％を、機械的に混合した後、ＭＯ製容器内に充填
し、Ｍｏ容器内を真空引きした状態でＭｏ容器を密封し
た。このＭｏ容器ごと、熱間静水圧プレス機に入れ、ｔ
ｓｏｏｔ。

ｔｏｏｋｇ／ｃｒｒｌ’に加熱加圧し、１時間保持して
焼結を行なった。この様にして、直径６０ｍｍ、厚さ１
５ｍｍの円盤状の焼結体を作成した。

上記方法により同形状の焼結体を２個製造し、一方は表
面を研削加工して、第３図に示す厚さ１３ｍｍ、直径５
８ｍｍのディスク型試験片１１とした。また、他方は、
切断及び切削加工により直径５ｍｍ、高さ６ｍｍのビン
１２ａを形成し、円盤状のホルダ１２ｂに固定してビン
型試験片１２とした。

得られたビン型試験片（回転側）１２及びディスク型試
験片（固定側）１１を第４図に示す如く、回転力Ｒ及び
垂直荷重Ｗが加えられるようにセットして、第５図に示
す装置で、ビンオンディスク摩耗試験を行ない、摩耗量
を測定した。なお、第５図において、１３はベルト、１
４はクラッチ、１５はモーター　１６は冷却油の流通管
、１７は潤滑剤、１８はエアシリンダである。

この時の実験条件は、第１表に示す通りである。

結果を第２表に示す。

比較例１．２比較のために、Ｃｒ２Ｏ３（加圧焼結体）製ディスク型
試験片及び同ビン型試験片（比較例１）、Ｍｏ（加圧焼
結体）製ディスク型試験片及び同ビン型試験片（比較例
２）についても、実施例１と同条件でピンオンディスク
摩耗試験を行なった。

結果を第２表に示す。

実施例２８４％Ｃｒ２Ｏ３＋１６％Ｍｏの組成の原料を、第６図
に示す溶解炉２１にて溶融した。溶融にあたりては、ま
ず、バルブｖ１を開として真空ポンプ２３により１ｘｌ
Ｏ−’Ｔｏｒｒに真空引きした。次いでバルブＶ、を閉
、バルブ■２を開として純度９９．９９％のＡｒガスを
導入し、溶解室２２内の圧力を７６０Ｔｏｒｒとした。

この状態で、溶解室２２内のタングステン電極（−極）
２４と水冷した銅坩堝（子種）２５（図中、２６は冷却
水人口、２７は冷却水出口である。）との間に電圧を印
加し、アーク放電させ、アーク熱により原料２Ｏを溶融
した。

その後、アーク放電を止めて、溶融物を冷却凝固させた
。

得られた鋳塊を、ハンマーミルで粗粉砕後、アルミナボ
ールミルで微粉砕した後、分級し、粒径１〜５μｍの複
合粉末を得た。この複合粉末を９９％と、焼結助材とし
て粒径１〜５μｍのＹ・２Ｏ３１％を混合した後、スプ
レィドライヤを用いて造粒し、得られた造粒粉を、プレ
ス機により２，０００ｋｇ／ｃｒｎ”の圧力を加えて圧
粉した。この圧粉体を、アルゴンガス雰囲気中で、１５
００℃に２時間保持して常圧焼結し、直径６０ｍｍ１厚
さ１５ｍｍの焼結体を作成した。

このような焼結方法により、実施例１と同様にしてビン
オンディスク試験片を作成し、同様に試験を行なった。

結果を第２表に示す。

第　　２　　表第２表より、実施例１．２の本発明の焼結体は共に比較
例１．２の焼結体より、耐摩耗性が著しく優れているこ
とが明らかである。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明のＣｒ２Ｏｓ　−Ｍ。

系焼結体は、Ｃｒ２ＯａとＭｏが微細に分散し、良好な
潤滑剤の保持特性を有し、著しく耐摩耗性及び耐焼き付
き性に優れると共に、機械的特性に優れる高特性材料で
ある。

しかも、本発明のＣｒ２Ｏａ　−Ｍｏ系焼結体は、焼結
により、あらゆる形状、大きさの部材に適用することが
でき、厚肉化による耐摩耗性の向上を図ることも可能で
ある。

本発明によれば、潤滑剤を用いる摺動部材等の耐久性を
大幅に延長することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＣｒ　２Ｏ３　　Ｍ　Ｏ系焼結体の製
造方法を示す系統図、第２図は本発明のＣｒ２Ｏ３−Ｍ
ｏ系焼結体のＭｏとＣｒ２Ｏｇとの含有割合の好適値を
示すグラフ、第３図は実施例及び比較例で作製した試験
片の斜視図、第４図は同正面図、第５図は実施例及び比
較例の試験方法を説明する断面図、第６図は実施例２で
用いたアーク溶解炉を示す断面図である。１１・・・ディスク型試験片、１２・・・ピン型試験片、２Ｏ・・・原料、２１・・・溶解炉、２４・・・タングステン電極、２５・・・銅坩堝。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）３０〜９０重量％のＣｒ＿２Ｏ＿３と１０〜７０
重量％のＭｏとを含み、かつＣｒ＿２Ｏ＿３とＭｏとの
合計が７０〜１００重量％であることを特徴とするＣｒ
＿２Ｏ＿３−Ｍｏ系焼結体。