JPH08174272A - 硬化肉盛用銅基合金粉末 - Google Patents

硬化肉盛用銅基合金粉末

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JPH08174272A
JPH08174272A JP31880494A JP31880494A JPH08174272A JP H08174272 A JPH08174272 A JP H08174272A JP 31880494 A JP31880494 A JP 31880494A JP 31880494 A JP31880494 A JP 31880494A JP H08174272 A JPH08174272 A JP H08174272A
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copper
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based alloy
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JP31880494A
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Takashi Ogami
孝 大上
Ryuji Ninomiya
隆二 二宮
Kohei Kubota
耕平 久保田
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Mitsui Kinzoku Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 Mn5〜40重量%及びSi1〜9重量%を含み、残
部がCu及び不可避不純物からなる硬化肉盛用銅基合金
粉末、並びにAl7.5重量%以下、Zn30重量%以下、Sn15
重量%以下、Pb10重量%以下、Y、ランタノイド、Ti、Z
r、Hf、Ca及びMgからなる群から選ばれた1種又は2種
以上を合計で0.01〜1重量%、Mo、Nb、W、Vのうち1種
以上を合計で20重量%以下、Fe20重量%以下、Co20重量
%以下、Cr20重量%以下、B2重量%以下、C2重量%以下
及び固溶酸素0.01〜0.1重量%から選ばれた1種又は2
種以上を追加含有する硬化肉盛用銅基合金粉末。 【効果】 本発明の硬化肉盛用銅基合金粉末は優れた耐
熱性、耐摩耗性、強度特性、熔接性を有し、かつ低コス
トであり、耐摩耗性肉盛用材料として広範な分野で実用
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は硬化肉盛に用いる銅基合
金粉末に関し、特に耐磨耗性硬化肉盛用銅基合金粉末に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、硬化肉盛には、非鉄系合金として
Co合金、Ni合金が主に使用されており、Cu系合金
としてはCu−Zn系(黄銅系)、Cu−Si系が使用
されており、特に耐摩耗用としてはCu−8Al系が使
用されている。最近、自動車の軽量化に伴いアルミ部材
がよりシビアな環境で使用されるようになり、アルミ部
材への硬化肉盛が要望されてきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
上での熔接にはCu系合金が適しているものの耐摩耗性
が不足するという課題が指摘されており、最近Cu−高
Ni合金が開発されているが、尚耐摩耗性不足と高コス
トが指摘されている。また、高温での耐摩耗性が要求さ
れる部材もあるが、Cu系ではこれに応えるものはな
い。
【0004】本発明の目的は、優れた耐熱性、耐摩耗
性、強度特性、熔接性を有し、且つ低コストであり、耐
摩耗肉盛用材料として広範な分野で実用できる硬化肉盛
用銅基合金粉末を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するために鋭意検討の結果、Cu−Mn−Si合
金ベースが、従来のCu−Al合金ベースやCu−Ni
合金ベースに比較して更に耐摩耗性に優れ、且つ高温強
度に優れていることを知見し、本発明の硬化肉盛用銅基
合金粉末を完成した。
【0006】即ち、本発明の硬化肉盛用銅基合金粉末
は、Mn5〜40重量%及びSi1〜9重量%を含み、
残部がCu及び不可避不純物からなるものである。ま
た、本発明の硬化肉盛用銅基合金粉末は、Mn5〜40
重量%及びSi1〜9重量%を含み、更に下記の(a)
〜(d)の1種又は2種以上を含み、残部がCu及び不
可避不純物からなるものである: (a) Al7.5重量%以下、Zn30重量%以下、
Sn15重量%以下及びPb10重量%以下からなる群
から選ばれた強度改善性元素の1種又は2種以上、
(b) Y、ランタノイド、Ti、Zr、Hf、Ca及
びMgからなる群から選ばれたシリサイド形成性元素の
1種又は2種以上を合計で0.01〜1重量%、(c)
Mo、Nb、W、Vのうち1種以上を合計で20重量
%以下、Fe20重量%以下、Co20重量%以下、C
r20重量%以下からなる群から選ばれた高温強度改善
性元素の1種又は2種以上、(d) B2重量%以下、
C2重量%以下及び固溶酸素0.01〜0.1重量%から
なる群から選ばれた硬化用元素の1種又は2種以上。
【0007】更に、本発明は上記の何れかの硬化肉盛用
銅基合金粉末を用い、レーザー、プラズマアーク、電子
ビームを用いて肉盛熔接を施して得られる部材、並びに
上記の何れかの硬化肉盛用銅基合金粉末を肉盛熔接箇所
の形状に従って圧粉して得られる硬化肉盛用部材にも関
する。本発明の硬化肉盛用銅基合金粉末において、Mn
はCuに対して全率固溶体を生成すると共に、Siの存
在によりシリサイドを形成する。従って、MnはCuに
固溶することによってマトリックスを強化すると同時
に、硬質なシリサイドを生成して耐摩耗性を付与する働
きをする。ちなみに、銅基合金においてはMnはNiに
比較して固溶効果においてもシリサイドの硬さにおいて
も優れている。次にMnの添加量について説明を行なう
と、従来、銅基合金においては5重量%未満のMnの添
加は行なわれていたが、これは主にCu−Al系におけ
る固溶強化を目的としたものである。本発明においては
シリサイドの生成のためには5重量%以上の添加が必要
である。一方、Mnの添加量の増加に伴って強度が向上
するが、合金の融点が上昇するとともにMnの酸化傾向
が顕著となり、鋳造性、熔接性がともに低下してしまう
ので、施工性の点からMnの添加量は40重量%以下で
あることが望ましい。従って、Mnの添加量は5〜40
重量%とする。
【0008】Siは一部がCuに固溶してマトリックス
を硬化するが、大部分はMn、Cuとでシリサイドを生
成する。Siの添加量については、シリサイドの生成の
効果を得るためには1重量%以上の添加を必要とする。
しかしながら、9重量%を越えると過共晶となるため粗
大なシリサイドが晶出して材質が脆化するので、Siの
添加量は1〜9重量%とする。
【0009】本発明に係わる硬化肉盛用銅基合金の強度
をさらに改善するためには、Cu合金の強度を改善する
ために一般的に用いられている合金元素の添加も有効で
ある。即ち、Al、Zn、Snの添加は強度や良好な鋳
造性、熔接性を付与し、Pbは潤滑性を付与する。それ
らの添加量範囲は銅と固溶する範囲となる。即ち、Al
は7.5重量%以下、Znは30重量%以下、Snは1
5重量%以下、またPbは一般に添加される10重量%
まで有効である。
【0010】また、シリサイド生成傾向の強いY、ラン
タノイド(La、Ce、ミッシュメタルなど)、Ti、
Zr、Hf、Ca、Mgの添加はシリサイドの粒径、形
状、分布を改善する効果を有する。この効果を得るため
にはこれらのシリサイド形成性元素の1種又は2種以上
を合計で0.01以上添加する必要がある。しかし1重
量%を超えると、針状のシリサイドが生成し、材質を脆
化させる。従って、シリサイド形成性元素の添加量は
0.01〜1重量%とする。
【0011】更に、Cu合金において耐熱特性の付与に
一般的に効果のあるMo、Nb、W、V、Fe、Co、
Crの添加はマトリックスの高温強度を向上させると同
時にMnシリサイドを針状から粒状に変化させる働きを
する。その効果は、Mo、Nb、W、Vのうちの1種以
上が合計で20重量%まで、Fe20重量%まで、Co
20重量%まで、Cr20重量%まで向上するがそれ以
上に添加しても効果が飽和してしまい、それ以上の効果
の増加は得られない。
【0012】更にまた、Cu合金において侵入型固溶元
素として合金の硬化に有効なB、C、Oの添加により合
金の硬さが改善され、また母材との接合の改善など熔接
特性の改善が達成される。その効果はB2重量%以下、
C2重量%以下、固溶酸素0.01〜0.1重量%の添加
で達成される。上記の組成を有する銅合金は耐摩耗性、
高温強度に優れ、かつ熔接性にも優れた合金であり、従
来要望されているアルミへの耐摩耗性肉盛用合金として
最適である。
【0013】更に、本発明の硬化肉盛用銅基合金粉末を
用いて肉盛熔接を施す場合には、その熱源としてエネル
ギー密度の高いレーザー、プラズマアーク、電子ビーム
を用いることが望ましい。なぜなら、このような高密度
熱源を用いることにより入熱量の制御範囲が増し、その
結果、母材による冷却により肉盛部の組織の微細化が達
成されるからである。エネルギー密度の高いレーザー、
プラズマアーク、電子ビームを用いる肉盛熔接は公知で
あり、本発明の硬化肉盛用銅基合金粉末はそのような公
知の肉盛熔接法に従って肉盛施工を施すことができる。
【0014】また、本発明の硬化肉盛用銅基合金粉末は
予め肉盛熔接箇所の形状に従って圧粉して硬化肉盛用部
材を形成することにより肉盛施工を容易にし、品質を安
定化することができる。
【0015】
【実施例】
実施例1〜34及び比較例1〜8 後記の表1及び表2に示す組成の硬化肉盛用銅基合金粉
末を用意し、下記の試験条件に従って試験した: 試験条件 溶湯の流動性は1500℃でアトマイズ可能か否かで判
断した: ○:良好、 △:アトマイズ粉の形状が球状とならずマ
チマチである、×:アトマイズの際、流動性が悪く粉が
生成しないか、又は完全には溶融しない; 熔接性は、以下のレーザー熔接条件の際の割れの有無で
判断した: ○:割れ、スパッタなし、 △:割れなし、スパッタ多
い、×:割れが観察される、 母材: AC4(アルミ鋳物)、予熱200℃ レーザ出力: 1.8kW 熔接速度: 150mm/分 雰囲気: アルゴン流中、流量2リットル/分 ぼかし量: ab値1.4 硬さ: マトリックスの硬さをマイクロビッカース、3
00g、30秒、 圧子:サファイアの条件で室温及び300℃で測定 摩耗量: アムスラー型、40kg荷重、回転数800
rpm、すべり距離5万メートル、すべり率10%、室
温で測定、摩耗量は体積変化 上記の試験結果を表1及び表2に示す。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の硬化肉
盛用銅基合金粉末は優れた耐熱性、耐摩耗性、強度特
性、熔接性を有し、かつ低コストであり、耐摩耗性肉盛
用材料として広範な分野で実用できる。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mn5〜40重量%及びSi1〜9重量
    %を含み、残部がCu及び不可避不純物からなる硬化肉
    盛用銅基合金粉末。
  2. 【請求項2】 Mn5〜40重量%及びSi1〜9重量
    %を含み、更にAl7.5重量%以下、Zn30重量%
    以下、Sn15重量%以下及びPb10重量%以下から
    なる群から選ばれた強度改善性元素の1種又は2種以上
    を追加含有し、残部がCu及び不可避不純物からなる硬
    化肉盛用銅基合金粉末。
  3. 【請求項3】 Y、ランタノイド、Ti、Zr、Hf、
    Ca及びMgからなる群から選ばれたシリサイド形成性
    元素の1種又は2種以上を合計で0.01〜1重量%追
    加含有する請求項1又は2記載の硬化肉盛用銅基合金粉
    末。
  4. 【請求項4】 Mo、Nb、W、Vのうち1種以上を合
    計で20重量%以下、Fe20重量%以下、Co20重
    量%以下、Cr20重量%以下からなる群から選ばれた
    高温強度改善性元素の1種又は2種以上を追加含有する
    請求項1、2又は3記載の硬化肉盛用銅基合金粉末。
  5. 【請求項5】 Mn5〜40重量%、Si1〜9重量%
    及びMo1〜20重量%を含み、残部がCu及び不可避
    不純物からなる請求項4記載の硬化肉盛用銅基合金粉
    末。
  6. 【請求項6】 B2重量%以下、C2重量%以下及び固
    溶酸素0.01〜0.1重量%からなる群から選ばれた硬
    化用元素の1種又は2種以上を追加含有する請求項1、
    2、3、4又は5記載の硬化肉盛用銅基合金粉末。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の硬化肉
    盛用銅基合金粉末を用い、レーザー、プラズマアーク、
    電子ビームを用いて肉盛熔接を施して得られる部材。
  8. 【請求項8】 請求項1〜6のいずれかに記載の硬化肉
    盛用銅基合金粉末を肉盛熔接箇所の形状に従って圧粉し
    て得られる硬化肉盛用部材。
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