JPH0867937A - 高強度ＷＣ粒子分散Ｎｉ基合金およびこれを用いた複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐蝕性および耐摩耗性に優れ、しかも強度の
大きなＮｉ基合金を得る。 【構成】 Ｂ：０．６〜３重量％、Ｓｉ：０〜６重量
％、Ｍｏ：３〜３５重量％、ＷＣ：１０〜７０重量％、
および残部Ｎｉからなる高強度ＷＣ粒子分散Ｎｉ基合
金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度ＷＣ粒子分散Ｎ
ｉ基合金およびこれを用いた複合材に係り、特に耐蝕
性、耐摩耗性および強度が同時に要求される機械部材に
適用するのに好適な合金および複合材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ等のＮ
ｉ基自溶合金は、耐蝕性および耐摩耗性に優れ、鋼材表
面の硬化材料として広く知られている。

【０００３】また、例えば特開昭６２−１９７２６４号
公報には、前記Ｎｉ基自溶合金にＷＣ粒子を微細に分散
させたＷＣ粒子分散Ｎｉ基自溶合金が開示されており、
この合金は耐蝕性および耐摩耗性に優れているため、プ
ラスチック成形機のバレル等の機械部品に使われてい
る。

【０００４】また、例えば特公平５−５８８９号公報に
は、Ｍｏ₂ ＮｉＢ₂ を主体とした硬質層をＮｉ基の結合
相によって結合したＭｏ−Ｎｉ系複硼化物合金が開示さ
れており、この合金は、耐蝕性および耐摩耗性が優れて
いるため、高腐蝕環境下で使用される材料として適して
いると言われている。

【０００５】さらに、例えば特開平６−５７３６０号公
報には、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｗ−Ｖ−Ｂ−Ｓｉ−Ｎｉ等の耐蝕
耐摩耗Ｎｉ基合金が開示されており、耐蝕性および耐摩
耗性を必要とする各種構成材料として有用であると言わ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の各種合金の
うち、Ｎｉ基自溶合金は、耐蝕性および耐摩耗性が必ず
しも充分ではなく、材料の強度、抗折力は約０．８ＧＰ
ａと小さい。このため高い応力がかかる機械部品として
は使用できないという問題がある。

【０００７】また、ＷＣ粒子分散Ｎｉ基自溶合金は、均
一に分散しているＷＣのために優れた耐摩耗性および耐
蝕性が得られるが、材料の強度は約０．９ＧＰａの抗折
力で小さい。このため、Ｎｉ基自溶合金と同様、高負荷
機械部品には使用が難しいという問題がある。

【０００８】また、Ｍｏ−Ｎｉ系複硼化物合金は、耐蝕
性および耐摩耗性には優れているが、材料の強度、抗折
力が１．５ＧＰａで稍低く、必ずしも充分とは言えな
い。また、焼結温度が１１２５〜１２２５℃と高く、こ
の温度では鋼材の結晶粒粗大化により鋼材が劣化するた
め、焼結と同時に鋼材と接合して複合材料として用いる
には不向きであるという問題がある。

【０００９】さらに、耐蝕耐摩耗Ｎｉ基合金は、硬さが
低く耐摩耗性が必ずしも充分とは言えないという問題が
ある。

【００１０】本発明は、このような点を考慮してなされ
たもので、耐蝕性および耐摩耗性に優れ、しかも充分な
強度が得られる高強度ＷＣ粒子分散Ｎｉ基合金を提供す
ることを目的とする。

【００１１】本発明の他の目的は、基材の鉄鋼を劣化さ
せることなく、焼結と接合とを同時に行なって複合化す
ることができる高強度ＷＣ粒子分散Ｎｉ基合金を用いた
複合材を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の高強
度ＷＣ粒子分散Ｎｉ基合金は、Ｂ含有量が０．６〜３重
量％、Ｓｉ含有量が０〜６重量％、Ｍｏ含有量が３〜３
５重量％、ＷＣ含有量が１０〜７０重量％、および残部
Ｎｉからなる化学組成を有している。

【００１３】また、本発明の高強度ＷＣ粒子分散Ｎｉ基
合金を用いた複合材は、前記化学組成のＮｉ基合金と鉄
鋼とを接合して複合化されている。

【００１４】本発明のＮｉ基合金の成分限定理由は次の
とおりである。

【００１５】Ｂ：０．６〜３重量％（以下単に％と表
す） Ｂは、本合金の焼結温度を低下させ、またＮｉ、Ｍｏと
硼化物を形成して合金の耐摩耗性を高めるために用いら
れる。本発明のＮｉ基合金をＸ線回折により調査した結
果、Ｎｉ₂ Ｂ，Ｎｉ₃ Ｂ，ＭｏＢ，Ｍｏ₂ ＮｉＢ₂ の硼
化物が形成されていることが判明した。

【００１６】このＢ含有量は、多くても少なくても抗折
力を低下させるので、０．６〜３％、好ましくは０．９
〜２．８％とする。

【００１７】Ｓｉ：０〜６％ Ｓｉは、Ｂとともに本Ｎｉ基合金の焼結温度を低下させ
るために用いられる。このため、鋼材と焼結・接合する
際に、鋼材を劣化させることなく両者を冶金的結合させ
るのに効果がある。本Ｎｉ基合金では、Ｓｉ量の増加と
ともに焼結温度が低下するが、６％を超えると合金の緻
密化が妨げられ急激に強度低下を来すので、上限は６％
とする。

【００１８】ここで、緻密化が妨げられるのは、６％以
上ではＳｉのＮｉへの固溶限を超えて、未焼結Ｓｉが残
存するためであると考えられる。よって、Ｓｉ含有量は
０〜６％、好ましくは０．５〜４．５％とする。

【００１９】Ｍｏ：３〜３５％ Ｍｏは、硼化物、ＭｏＢおよびＭｏ₂ ＮｉＢ₂ を形成
し、合金の耐摩耗性を高める。Ｍｏはまた、Ｎｉを主と
する結合相の耐蝕性を改善する効果がある。Ｍｏはさら
に、合金の結晶粒を微細化するのに効果があり、合金の
強度（抗折力）を著しく高める。

【００２０】Ｍｏ含有量は、３％から上記効果を現わ
し、３５％を超えると抗折力を低下させ、焼結温度を高
めるので好ましくない。よって、Ｍｏ含有量は３〜３５
％、好ましくは８〜３１％とする。

【００２１】ＷＣ：１０〜７０％ ＷＣは、合金中に微細に分散し、合金の耐摩耗性を高め
る。またＷＣの分散は、合金を分散強化して抗折力を向
上させる。ＷＣ含有量は、１０％未満では上記効果が得
られず、また７０％を超えると、合金中にマイクロポア
が多数発生して焼結不良となり、抗折力を低下させる。
したがって、ＷＣ含有量は１０〜７０％、好ましくは２
０〜６５％とする。

【００２２】以上、Ｂ、Ｓｉ、ＭｏおよびＷＣ含有量の
中で、最も優れた耐蝕性、耐摩耗性および強度を示すの
は、Ｂ：１．４〜２．５％、Ｓｉ：１．４〜３．９％、
Ｍｏ：１３〜２８％、ＷＣ：２０〜６５％である。

【００２３】本発明のＮｉ基合金は、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｏ、
ＮｉおよびＷＣ粉、もしくはこれらの元素のうち２種以
上含む合金粉を、回転ボールミル等により粉砕混合した
粉末を用い、成形、焼結することによって製造される。
焼結は、真空、還元性ガス中で行なわれる他、熱間静水
圧焼結法等の他の方法で行なってもよい。焼結温度は、
合金組成によっても異なるが、１０００〜１１２０℃で
行なわれる。温度が低いと、緻密化が完全に行なわれず
抗折力が低下し、また温度が高過ぎると、結晶粒が粗大
化して抗折力が低下する。

【００２４】

【実施例】表１に示す各供試合金につき、腐蝕試験、摩
耗試験および機械試験を行なって表２に示す結果を得
た。供試合金Ｎｏ．１〜５は本発明例、Ｎｏ．６〜８は
比較例であり、比較例は、原料粉の配合化率を本発明の
範囲外とした例である。

【００２５】これらのは供試合金は、表１に示す配合の
原料粉を、回転ボールミルによりエチルアルコール中で
４８時間混合粉砕し、その後、乾燥、プレス成形し真空
中で焼結して製造した。プレス成形品の寸法は、６×１
０×３２ｍｍである。焼結温度は表２のとおりで、焼結
時間はすべて１０分間である。

【００２６】各試験要領は次のとおりである。

【００２７】（Ｉ）腐蝕試験 ２０％Ｈcl溶液に試験片を浸漬し、５時間経過後の腐蝕
減量（ｍｇ／ｃｍ² ・ｈｒ）を測定する。

【００２８】（II）摩耗試験 大越式迅速摩耗試験機を使用し、以下の試験条件により
比摩耗量（×１０^-9ｍｍ² ／ｋｇｆ）を測定する。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】 表３は、本発明のＮｉ基合金と前記従来の各合金とを比
較した性能表であり、表３中、範囲のないものは各合金
の代表的合金の値である。また、比較値のないものは−
−で示した。

【００３１】表３からも明らかなように、本発明のＮｉ
基合金は、従来の各合金に比較して、耐蝕性および耐摩
耗性に優れ、しかも強度（抗折力）に優れたものである
ことが判る。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
耐蝕性および耐摩耗性に優れ、しかも抗折力が大きい合
金が得られるため、高負荷のかかる耐蝕、耐摩耗機械部
材に適用できる。

【００３４】また、本発明の合金は、焼結温度が低いた
め、鉄鋼を劣化させることなく、鉄鋼との複合化を焼結
と同時に行なうことができる。このため、複合化する際
にコスト面で有利である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｂ含有量が０．６〜３重量％、Ｓｉ含有量
   が０〜６重量％、Ｍｏ含有量が３〜３５重量％、ＷＣ含
   有量が１０〜７０重量％、および残部Ｎｉからなる高強
   度ＷＣ粒子分散Ｎｉ基合金。
2. 【請求項２】請求項１の高強度ＷＣ粒子分散Ｎｉ基合金
   と鉄鋼とを接合したことを特徴とする高強度ＷＣ粒子分
   散Ｎｉ基合金を用いた複合材。