JPS6333504A - 円柱状積層体の製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は、積層構造を有する円柱状部材の製造方法に関
する。

〔従来の技術〕

部材の用途・使用条件により、２種の材料、例えば耐摩
耗性にすぐれた材料と強度の高い材料とを外層材および
内層材として両者を積層一体化した部材を形成すること
、あるいは材料コストの節減を図りながら、所要の特性
、例えば耐摩耗性をもたせることを目的として、安価な
材料を内層材とし、これに耐摩耗材料を外層材として積
層した部材を形成することは知られている。

これらの積層体の内層と外層とが熱膨張係数の差の大き
い材料の組合わせである場合、使用条件により、層間の
剥離、割れが生じる。この対策として、外層と内層との
間に、両者の中間の熱膨張係数を有する材料を用いて中
間層を形成することも知られている。

中間層の形成には、目的とする部材（積層体）の形状に
応じた適宜の方法が用いられる。平板状の積層体を目的
とする場合には、平板状の外層材と内層材との間に、平
板状の中間層材をはさみ、これらを加圧一体化すること
により目的を達するが、円柱状積層体の場合には、その
ような方法をとることは容易でなく、通常は溶射法が用
いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

積層体の製造における中間層の形成方法としての溶射法
は、円柱体などの曲面に対して比較的容易に所望の層厚
を有する中間層（溶射層）を形成できるという利点があ
るが、その反面、溶射粒子（中間層材の溶滴）が溶射ガ
ンから対象物に飛行する途中で大気酸化をうけるために
、中間層材の酸素濃度が高く、その材質が劣化するとい
う欠点がある。また、中間層を付着させようとする対象
物が粉末成形体（グリーン）である場合には、溶射粒子
（溶滴）の伝熱により成形体表面温度が、上昇し熱衝撃
により成形体（強度が低い）に割れが発生する。このた
めに、溶射による中間層の形成は事実上不可能である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、外層と内
層との間に両者の中間の熱膨張係数を有する中間層が設
けられた円柱状積層体の改良された製造方法を提供する
。

〔問題点を解決するだめの手段および作用〕本発明の円
柱状積層体の製造方法は、 内層材としての金属円柱体を立設し、該金属円柱体にキ
ャニング材としての金属管を外嵌することにより、該金
属円柱体（内層材）のまわりに、所定の層厚の外層と中
間層とを形成するための空間を画成し、該空間内に、外
層材または外層材と内層材との中間の熱膨張係数を有す
る中間層材のいずれか一方を粉末成形体として嵌装し、
残余の空間部分に、他方の層材として粉末を装填したの
ち、脱気しつつ封止し、ついで熱間静水圧加圧焼結に付
して、外層材および中間層材を焼結せしめると共に、各
層材の互いの接触面を融着結合せしめることを特徴とし
ている。

本発明方法を第１図を参照して説明すると、（１）は内
層材である金属円柱体、（１０）はキャニング材として
該金属円柱体（１）に外嵌された金属管、（１））は底
板、（３）は外層材、（２）は中間層材である。この例
における外層材（３）は粉末成形体くグリーン）であり
、中間層材（２）は粉末である。また、内層材（１）で
ある金属円柱体は、中空孔を有する円柱体の例を示して
いるが、むろん目的とする積層体の用途・使用条件によ
り中実円柱体が用いられる場合もある。

キャニング材（金属管）　（１０）は、内層材（金属円
柱体）（１）のまわりに、外層と中間層とを形成するた
めの空間を画成し、その空間内に外層材（粉末成形体）
（３）が嵌装され、更にその残余の空間部分に中間層材
（粉末）（２）が充填される。

第２図は、前記第１図の例とは逆に、外層材（３）とし
て粉末を使用し、中間層材（２）として粉末成形体を用
いた例を示している。この場合は、キャニング材（金属
管）　（１０）により画成された内層材（金属円柱体）
（１）のまわりの空間内に、まず中間層材（２）である
粉末成形体が嵌装され、ついでその残余の空間内に外層
材（３）としての粉末が充填される。

前記第１図、第２図に示すいずれの場合も、目的とする
積層体の用途・使用条件により、内層材（１）のまわり
の必要な部分にのみ積層構造を形成することができる。

第３図はその例を示しており、内層材（１）として、段
差付き金属円柱体を用い、下部の突起部（１′）にキャ
ニング材（金属管）　（１０）を嵌着してその上部の空
間内に外層材（３）と中間層材（２）とを装填すること
により、内層材（１）のまわりの一部（この例では、突
起部（１′）より上方の部分）のみを積層構造としてい
る。この場合、突起部（１′）を内層材（１）とは別体
として準備し、第１図や第２図の例で用いた内層材（１
）に嵌着して段差を付けてもよい。

外層材（３）および中間層材（２）の粉末は、金属粉末
（例えばニッケル基合金粉末、コバルト基合金粉末）、
セラミック粉末（例えば、窒化けい素粉束、炭化タング
ステン粉末）、または金属粉末とセラミック粉末との混
合粉末（例えば、ニッケル基合金粉末またはコバルト基
合金粉末＋炭化タングステン粉末）等である。これらの
粉末の種類・材質は、目的とする積層体の用途・要求特
性および内層材との熱膨張係数の大小関係により適宜選
択される。粉末として、金属粉末とセラミック粉末との
混合粉末を用いる場合には、後記実施例にも示すように
、両者の混合比率を変えることにより、材料特性（例え
ば耐摩耗性等）や熱膨張係数を調整することができる。

なお、上記各粉末の成形体（グリーン）は、例えば冷間
静水圧加圧成形法により形成される。

上記のように、内層材（１）とキャニング材（１０）と
の間に外層材（３）および中間層材（２）を装填したの
ち、脱気しく必要に応じ還元処理を行う）、開口端面に
蓋材（１２）をかぶせて封止し、ついでこれを熱間静水
圧加圧焼結に付す。

熱間静水圧加圧焼結処理により、外層材（３）および中
間層材（２）が焼結して焼結体からなる外層と中間層が
形成されると共に、外層、中間層および内層（金属円柱
体）は互いの接触面で融着結合する。こうして、焼結処
理を終えたのち、キャニング材（１０）や蓋材（１２）
等を機械加工により除去することにより、外層と内層お
よびその中間の熱膨張係数を有する中間層とが融着一体
化した円柱状積層体が得られる。

〔作用〕

本発明は、内層材と外層材との間に、両層の中間の熱膨
張係数を有する中間層材を、粉末または粉末成形体とし
て介装させ、熱間静水圧加圧焼結により焼結させること
としたので、溶射法のような材質劣化の問題はなく、か
つ内層材である金属円柱体との接触面はもちろん、外層
材である粉末または粉末成形体の焼結により形成される
焼結体層との接触面においてもすぐれた融着結合関係が
形成される。

また、中間層材と共に、外層材にも粉末または粉末成形
体を使用することとしたので、粉末の種類・材質、特に
異種粉末の混合により、各層間の熱膨張係数の大小関係
の調節を比較的容易に行うことができる。

更に、得られる積層体は外層が焼結体であるので、表面
の耐摩耗性にすぐれている。

〔実施例〕

実施例１ 第３図に示すように段差付き内層材（１）に軟鋼製キャ
ニング材（内径２５０　ｗφ、肉厚２鶴）　（１０）を
嵌着し、その空間内に外層材（３）と中間層材（２）を
装填する。但し、外層材として粉末成形体、中間層材と
して粉末を使用した。外層材と中間層材を装填後、脱気
し、軟鋼製蓋材（肉厚２鰭）で封止したのち、熱間静水
圧加圧焼結に付し、その後機械加工を施して製品を得た
。

［１）製造条件 （１）　　内層材 （イ）材質：５４５Ｃ炭素鋼 （ロ）サイズ（１）：内径５０φ、全長２００１突起部
肉厚１００Ｌ、長さ５ＯＮ （２）外層材（粉末成形体） （イ）材質：Ｃｏ基合金（Ｍｏ２７％、Ｃｒ１６％、８
２％、Ｓｉ２％、Ｂ３１．Ｃｏ）粉末（４４μｍ）とＷ
Ｃ粉末（９μｍ）の混合粉末（ＷＣ３０ｗｔ％）を冷間
静水圧加圧成形し、グリーン状態で機械加工。

（ロ）サイズ（璽ｌ）：内径１７０φ、肉厚４０ｔ、長
さ１５０１　。

（３）中間層材（粉末） （イ）材質：Ｃｏ基合金粉末（成分組成、粒径は外層材
のものと同じ）にＷＣ粉末（９μｍ）を５ｗｔ％混合し
た混合粉末。

（ロ）充填層厚：５ｍｍ （４）焼結 温度：　１０５０℃、加圧カニ　１０００ｋｇ　ｆ　／
　ｃｒＡ、保持時間：２Ｈｒ 機械加工後の製品サイズ（龍）：外径２１０φ、内径７
５φ、長さ１５（１（中間層厚：５龍）。

（ｎ）製品性状 （１）　　外層および中間層は、ＷＣ粒子を分散相とし
て含む焼結体。外層、中間層および内層の各界面は完全
に融着。外層硬度はＨ＊ｃ　　６５゜（２）各層の熱膨
張係数 外層：　８．５　ｘｌＯ−’／’ｃ 中間層：　１）．５ｘｌＯ−６／”ｃ 内層：　１４．ＯＸ　１０−’／　’Ｃ実施例２ 第３図に示すように、段差付き内層材（１）に軟鋼製キ
ャニング材（内径３６０龍φ、肉Ｊ￥２１））（１０）
を嵌着し、その空間内に外層材（３）と中間層材（２）
とを装填する。但し、外層材（３）として粉末、中間層
材（２）として粉末成形体を使用した。外層材と中間層
材を装填後、脱気し、軟鋼製蓋材（肉厚２ｎ＋）で封止
したのち、熱間静水圧加圧焼結に付し、その後機械加工
を施して製品を得た。

（Ｉ）製造条件 （１）　　内層材 （イ）材質：５４５Ｃ炭素鋼 （０）サイズ（ｍｍ）：内径１００φ、長す１５（１突
起部肉厚７０’、長さ１００！ （２）中間層材（粉末成形体） （イ）材質：Ｎｉ基合金（Ｃｒ１３％、８２％、Ｓｉ２
％、Ｃｏ９％、ＢａＣＮ１）粉末（４４μｍ）とＷＣ粉
末（９μｍ）の混合粉末（ＷＣ５ｗｔ％）を冷間静水圧
加圧成形し、グリーン状態で機械加工。

（ロ）サイズ（−一）：内径２４０φ、肉厚１５１．長
さ１０ＯＡ （３）外層材（粉末） くイ）材質；Ｎｉ基合金（成分組成、粒径は中間層材の
ものと同じ）にＷＣ粉末（９μｍ）を２５ｗｔ％混合し
た混合粉末。

（ロ）充填層厚：４５１重 （４）焼結 温度：９５０°Ｃ１加圧カニ　１０５０ｋｇ　ｆ　／　
ｃｏ！、保持時間：　２　Ｈｒ　ｅ 機械加工後の製品サイズ（ｎ）：外径３１０φ、内径１
２０φ、長さ１０（１（中間層厚：１０鶴）。

（ＩＩ）製品性状 （１）外層および中間層は、ＷＣ粒子を分散相として含
む焼結体。外層、中間層および内層の各界面は完全に融
着。外層硬度はＨＲＣ６４゜（２）各層の熱膨張係数 外層：　９．　ＯＸ　１０−ｈ／　”Ｃ中間層　：　１
２．Ｏｘ　１０−６／　°ｃ内層：　１４．Ｏｘ　１０
−　ｂ／　’ｃ〔発明の効果〕 本発明によれば、外層と内層との間に両者の中間の熱膨
張係数を有する中間層が介在する健全な円柱状積層体が
得られる。その外層材および中間層材として粉末を用い
ているので、粉末の組成により比較的容易に各層間の熱
膨張係数を調整することができる。また、外層材として
金属粉末とセラミック粉末の混合粉末を用いた場合には
、特に硬度が高く耐摩耗性に冨む外層が形成されるので
、圧延ロールやガイドローラ等として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示す断面説明図であ
る。 １：内層材（金属円柱体）、２：中間層材、３：外層材
、１０：キャニング材（金属管）、１）：底板、１２　
：　Ｍ材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内層材である金属円柱体を立設し、該金属円柱体
   にキャニング材である金属管を外嵌することにより、該
   金属円柱体のまわりに、外層と中心層を形成するための
   空間を画成し、該空間内に、外層材、または外層材と内
   層材との中間の熱膨張係数を有する中間層材のいずれか
   一方を粉末成形体として嵌装し、残余の空間部分に、他
   方の層材を粉末のまま装填したのち、脱気しつつ封止し
   、ついで熱間静水圧加圧焼結に付して、外層材および中
   間層材を焼結せしめると共に、各層材の互いの接触面を
   融着接合せしめることを特徴とする円柱状積層体の製造
   方法。