JPS6410561B2 - - Google Patents

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JPS6410561B2
JPS6410561B2 JP56003990A JP399081A JPS6410561B2 JP S6410561 B2 JPS6410561 B2 JP S6410561B2 JP 56003990 A JP56003990 A JP 56003990A JP 399081 A JP399081 A JP 399081A JP S6410561 B2 JPS6410561 B2 JP S6410561B2
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JP
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copper
metal
wear
nickel
barrier layer
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JP56003990A
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JPS56108805A (en
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Uiriamu Oburaien Jeimuzu
Supiibatsuku Furanku
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Clevite Industries Inc
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Imperial Clevite Inc
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/013—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of a metal other than iron or aluminium
    • B32B15/015—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of a metal other than iron or aluminium the said other metal being copper or nickel or an alloy thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】
発明の背景 本発明は耐摩耗性の優れた金属物品、さらに特
定すればベース母材にニツケルアルミナイドを混
合して含む耐摩耗性材料を表面に接合した耐摩耗
性金属基板に関する。 金属物品の耐摩耗性を増加させる種々な方法が
提案されている。ある方法は金属の表面を窒素化
などによつて硬化させ、また他の方法は物品自身
の表面にこれよりも抵抗性の大きい材料を付着す
る。この目的には種々な炭化物および窒化物がも
ともと硬いので、利用されてきた。 硬度および結晶構造の点で、金属基板に接合し
て耐摩耗性を増加させるのに適する材料としてニ
ツケルアルミナイド（Ni2Al3）がある。しかし
ニツケルアルミナイドを金属基板に接合しようと
すると、多くの困難を伴なう。ニツケルアルミナ
イド中のアルミニウムは、酸素と接触すると、酸
化アルミニウムの不活性層を該物品の表面に形成
して、粒子と基板との間の接合を妨害する。 本発明のおもな目的は、ニツケルアルミナイド
を含む耐摩耗性材料を表面に接合した金属物品を
提供することである。 本発明の他の目的は、ニツケルアルミナイドを
含む耐摩耗性材料を表面に接合した金属物品の製
法を提供することである。 本発明のさらに他の目的は、当業者が次の説明
および特許請求の範囲を読めば明かになるであろ
う。 発明の概要 本発明は一面として、銅ベース母材にニツケル
アルミナイドを含む耐摩耗性面を接合した金属物
品の製法であつて、 (a) 金属基板を調製し、 (b) この金属基板の面にニツケル、ニツケル合
金、銅および銅合金からなる群から選択した金
属のバリヤ層を固着し、 (c) このバリヤ層の面に、ニツケルアルミナイド
２〜20体積％、残部銅ベース合金の混合物を含
む耐摩耗性材料の層を付着し、 (d) この付着した耐摩耗性材料を十分な温度で焼
結して、基板に接合し、 (e) この焼結した耐摩耗性材料の層を十分稠密化
して、その密度を理論値に近い値まで高め、 (f) この物品を十分な温度で再焼結して耐摩耗性
材料を相互に接合し、かつ基板に接合する 工程からなる金属物品の製法に関する。 本発明は他の面として、耐摩耗性金属物品であ
つて、 (a) 金属基板と、 (b) この金属基板の面に接合したニツケル、ニツ
ケル合金、銅および銅合金からなる群から選択
した金属のバリヤ層と、 (c) このバリヤ層の面に接合した、ニツケルアル
ミナイド２〜20体積％、残部銅ベース合金の混
合物を含む耐摩耗性材料の層と からなる耐摩耗性金属物品に関する。 好ましい実施態様の説明 本発明の耐摩耗性金属物品は多様な形態をとる
ことができる。すなわち、加工製品または未加工
製品として製造することができる。たとえば、未
加工製品からポンプの種々な支持部材、たとえば
ピストンスリーブ、耐摩耗性のポートつきプレー
トおよび他の可動要素を製造することができる。
本発明の耐摩耗性金属物品は、金属対金属の接触
がおきる場所、および通常の軸受合金では急速に
かつ極端に摩耗する場所で使用することができ
る。 本発明の物品の製造に使用する基板は鉄鋼、好
ましくは鋼から作る。これは実質的に所望の形態
に製造することができる。 バリヤ層はニツケル、ニツケル合金、銅および
銅合金からなる群から選択した金属であることが
できる。バリヤ層としてニツケルまたはニツケル
合金を使用するときは、これらの材料を通常の電
着技術によつて基板に付着すなわち固着すること
ができる。 この点に関して、ニツケルまたはニツケル合金
の最小の厚みは0.0005インチ（0.0127mm）あれば
良好なバリヤ層を形成することができる。銅また
は銅合金をバリヤ層として使用するときは、これ
らの金属を基板に焼結して接合することが好まし
い。この場合は金属の所望の最小厚みは0.002イ
ンチ（0.0508mm）である。バリヤ層の効果は、耐
摩耗性材料であるニツケルアルミナイド２〜20体
積％、残部銅ベース合金の混合物の基板への接着
を良好にする。 耐摩耗性材料はニツケルアルミナイド
（Ni2Al3）と銅ベースの金属または合金との混合
物とする。この点について、銅ベースの金属また
は合金は銅含量が65重量％以上、残部が他の金属
たとえばすずまたは亜鉛のように、バリヤ層を介
して耐摩耗性材料を基板に接合することを妨げな
い材料を使用することが望ましい。実際、ニツケ
ルアルミナイドと銅ベース合金材料との混合物に
鉛を加えて、表面層の機械加工性を向上させるこ
とが望ましいことを見出した。このように、鉛を
存在させることは望ましいが、本発明の実施に必
要なことではない。 本発明の実施において、耐摩耗性材料を形成す
るニツケルアルミナイド粉末が焼結前に硬度約
820〜約1030DPHを有するときに、優れた結果が
得られることを見出した。 耐摩耗性材料は２〜20体積％のニツケルアルミ
ナイド、残部銅ベース合金を含むこととする。ニ
ツケルアルミナイドが２体積％より少ないと、耐
摩耗性の効果が少なく、20体積％より多いと、ニ
ツケルアルミナイドのバリヤ層および基板への接
着力が十分でない。実際に、耐摩耗性材料の組成
範囲はニツケルアルミナイド２〜20体積％、残部
鉛青銅であることが好ましい。この点について、
鉛青銅として、銅約89.5重量％、すず約8.5重量
％および鉛約２重量％が本発明の実施に好適な組
成であることを見出した。真鋳を銅ベース母材と
して使用するとき、銅約87〜約98重量％、すず約
２〜約11重量％を含む材料を使用することが望ま
しい。 次に実施例によつて本発明を説明するが、これ
は本発明を例示する目的であつて、本発明を制限
する目的ではない。 実施例 １ 0.070×5.0×6.0インチ（1.78×127×152mm）の
鋼片を用意した。この鋼片の面に予じめ合金した
真鋳（銅90％、すず10％）の粉末を厚み0.015イ
ンチ（0.38mm）に付着した。次に鋼片を還元性雰
囲気中で温度約1580〓（860℃）、時間約２〜５分
間焼結した。この焼結片を炉から取出し、冷却
し、十分に圧延して真鋳層の密度が理論値に近く
なるまで圧縮した。この鋼片すなわち基板上に形
成したバリヤ層に、次に耐摩耗性材料層として、
ニツケルアルミナイド５体積％、残部が名目組
成、銅89.5％、すず8.2％および鉛２％の鉛青銅
からなる材料を付着した。こうして製造した構造
物は次に還元性雰囲気中で温度約1580〓（860
℃）、時間約２〜５分間焼結した。次に鋼片を還
元性雰囲気中で冷却し、十分に圧延して焼結層を
理論密度に近くなるまで稠密化した。圧延後、こ
の物品を還元性雰囲気中で、温度約1350〓（732
℃）、時間約６〜20分間焼結した。焼結時間は、
耐摩耗性材料が相互に接合し、この材料をバリヤ
層に接合することによつて基板に接合するのに十
分な時間とした。 実施例 ２ 得た製品を再び稠密化して、次に還元性雰囲気
中で、温度約1350〓（732℃）、時間約15〜25分間
焼きなました他は、実施例１と同様に行なつた。 実施例 ３ 0.100×５×６インチ（2.54×127×152mm）の
鋼基板を用意した。この鋼片の１面に通常技術に
よつて厚み0.001インチ（0.0254mm）のニツケル
層を電着させた。鋼片すなわち基板に形成したバ
リヤ層上に、耐摩耗性材料層として、ニツケルア
ルミナイド５体積％、残部が名目組成、銅89.5
％、すず8.2％および鉛２％の鉛青銅からなる材
料を付着した。こうして製造した構造物を次に還
元性雰囲気中で、温度約1580〓（860℃）、時間約
２〜５分間焼結した。この焼結片を次に還元性雰
囲気中で冷却し、次に十分に圧延して焼結層の密
度が理論値に近くなるまで稠密化した。圧延後、
この物品を次に還元性雰囲気中で、温度約1350〓
（732℃）、時間約15〜20分間再焼結した。焼結時
間は耐摩耗性材料が相互に接合し、かつこの材料
をバリヤ層に接合することによつて基板に接合す
るように継続した。 実施例 ４ 得た製品を再び稠密化し、次に還元性雰囲気中
で、温度約1350〓（732℃）、時間約15〜25分間焼
きなました。 上記のように耐摩耗性金属物品を製造して素材
とし、通常技術によつて所望の最終製品を製造し
た。本発明の有用性を実証し、かつ高圧液体ポン
プの中で遭遇する金属対金属の接触をシミユレー
トするために、通常のSaville LeVally
Corporation製LWF−Ｉ型摩耗試験機を使用し
て、本発明によつて製造した種々の材料と従来技
術によつて処理したマンガン青銅面を有する物品
とについて耐摩耗性を比較した。この試験機を使
用して、液体油浴中の硬い鋼リングに対して試験
片を摩擦した。この試験の典型的な結果は次のと
おりである。
【表】 前述の記載から明かなように、本発明が提供す
る優れた耐摩耗性物品は耐摩耗性製品を形成する
のに使用することができる。 ここには本発明の好ましい実施態様を記載した
が、当業者にとつて明かなように、本発明から逸
脱することなく種々の変化および変更を行なうこ
とができ、従つて、特許請求の範囲が本発明の真
の精神および範囲に含まれるこのような変化およ
び変更のすべてを包含するものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ニツケルアルミナイドを含む銅ベース母材か
    らなる耐摩耗性面を接合した金属物品の製法であ
    つて、 (a) 金属基板を調製し、 (b) この金属基板の面にニツケル、ニツケル合
    金、銅および銅合金からなる群から選択した金
    属のバリヤ層を固着し、 (c) このバリヤ層の面に、ニツケルアルミナイド
    ２〜20体積％、残部銅ベース合金の混合物を含
    む耐摩耗性材料の層を付着し、 (d) この付着した耐摩耗性材料を十分な温度で焼
    結して、基板に接合し、 (e) この焼結した耐摩耗性材料の層を十分に稠密
    化して、その密度を理論値に近い値まで高め、 (f) 得た物品を十分な温度で再焼結して、耐摩耗
    性材料を相互に接合し、かつ基板に接合する工
    程からなる耐摩耗性金属物品の製法。 ２ 金属基板を鋼で製造する、特許請求の範囲第
    １項記載の製法。 ３ 前記バリヤ層がニツケルおよびニツケル合金
    からなる群から選択した金属からなり、かつ層厚
    が0.0127mm（0.0005インチ）より厚い、特許請求
    の範囲第１項記載の製法。 ４ 前記バリヤ層が銅および銅合金からなる群か
    ら選択した金属からなり、かつ層厚が0.0508mm
    （0.002インチ）より厚い、特許請求の範囲第１項
    記載の製法。 ５ (a) 金属基板と、 (b) この金属基板の面に接合した、ニツケル、ニ
    ツケル合金、銅および銅合金からなる群から選
    択した金属のバリヤ層と、 (c) このバリヤ層の面に接合した、ニツケルアル
    ミナイド２−20体積％、残部銅ベース合金の混
    合物を含む耐摩耗性材料の層と からなる耐摩耗性金属物品。 ６ 金属基板が鋼からなる、特許請求の範囲第５
    項記載の物品。 ７ バリヤ層がニツケルおよびニツケル合金から
    なる群から選択した金属からなり、かつ層厚が
    0.0127mm（0.0005インチ）より厚い、特許請求の
    範囲第５項記載の物品。 ８ バリヤ層が銅および銅合金からなる群から選
    択した金属からなり、かつ層厚が0.0508mm
    （0.002インチ）より厚い、特許請求の範囲第５項
    記載の物品。
JP399081A 1980-01-16 1981-01-16 Abrasion resistant metal article and method Granted JPS56108805A (en)

Applications Claiming Priority (1)

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US06/112,525 US4495252A (en) 1980-01-16 1980-01-16 Wear-resistant metallic article

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS56108805A JPS56108805A (en) 1981-08-28
JPS6410561B2 true JPS6410561B2 (ja) 1989-02-22

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ID=22344357

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JP (1) JPS56108805A (ja)
AU (1) AU534875B2 (ja)
BR (1) BR8100226A (ja)
CA (1) CA1185843A (ja)
DE (1) DE3100113A1 (ja)
FR (1) FR2473417A1 (ja)
GB (1) GB2069007B (ja)
IN (1) IN155163B (ja)
IT (1) IT8147567A0 (ja)

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US4495252A (en) 1985-01-22
JPS56108805A (en) 1981-08-28
IN155163B (ja) 1985-01-12
CA1185843A (en) 1985-04-23
IT8147567A0 (it) 1981-01-14
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