| 【発明の名称】 |
耐食耐摩耗性高強度Ｎｉ基合金 |
| 【発明者】 |
【氏名】井 山 和 昌
【氏名】▲高▼橋 栄
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| 【要約】 |
【課題】耐食性、耐摩耗性に優れ、かつ高強度を有する射出成形機、押出成形機用の部材に適した合金材料を提供する。
【解決手段】重量％で、Ｂ：０．６〜３．２％、Ｓｉ：０．５〜８％、Ｍｏ：５〜３７％、Ｃｒ：０．１〜６％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ硼化物、Ｍｏ硼化物およびＣｒ硼化物が分散していることを特徴とする耐食耐摩耗性高強度Ｎｉ基合金。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】重量％でＢ：０．６〜３．２％、Ｓｉ：０．５〜８％、Ｍｏ：５〜３７％、Ｃｒ：０．１〜６％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ硼化物、Ｍｏ硼化物およびＣｒ硼化物が分散していることを特徴とする、耐食耐摩耗性高強度Ｎｉ基合金。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形機や押出成形機のシリンダ、スクリュおよびプランジャ等の耐食性、耐摩耗性および強度が同時に必要とされる部材に好適に用いることができる耐食耐摩耗性Ｎｉ基合金に係り、特に、その強度を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】射出成形機や押出成形機のシリンダ、スクリュおよびプランジャのような部材は、高圧力、高速度で圧送される流動体と接触するため、それに抗するために耐食性、耐摩耗性が要求される。
【０００３】従来からこのような用途に対応する材料として（１）Ｎｉ基自溶合金、（２）ＷＣ粒子分散Ｎｉ基自溶合金、（３）Ｍｏ−Ｎｉ系複硼化物合金および（４）耐食・耐摩耗Ｎｉ基合金が使用されてきている。
【０００４】前記４種の合金のうちＮｉ基自溶合金としてはＮｉ−Ｃｒ−Ｂ−Ｓｉ合金が挙げられ、この合金は耐食性および耐摩耗性に優れているため、鋼材表面の硬化材料として広く用いられている。しかしこの合金は、過酷な使用条件下における耐食性および耐摩耗性については必ずしも十分とは言えない。また、その強度も抗折力で約０.８ＧＰａと小さい。
【０００５】また、ＷＣ粒子分散Ｎｉ基自溶合金は、上記のＮｉ基自溶合金に微細なＷＣ粒子を分散させたものであり、優れた耐食性および耐摩耗性を示すため、プラスチック成形機のバレル等の機械部品として用いられている（例えば、本件出願人による特許出願に係る特開昭６２−１７２６４号公報参照）。しかし、この合金も材料強度が抗折力で約０.９ＧＰａと小さい。
【０００６】また、Ｍｏ−Ｎｉ系複硼化物合金は、Ｍｏ２ＮｉＢ２を主体とした硬質相をＮｉ基の結合相によって結合した合金であり、耐食性および耐摩耗性に優れているため高腐食環境下における使用に適している（特公平５−５８８９号公報参照）。しかしこの合金も抗折力が約１.５ＧＰａとやや低い。焼結温度も１１２５〜１２２５℃と高く、焼結と同時に鉄鋼材と接合して複合材料とするには不向きである。この焼結温度下では鉄鋼材の結晶粒粗大化により鋼材が劣化するからである。
【０００７】また、耐食・耐摩耗Ｎｉ基合金としては、例えばＣｒ−Ｍｏ−Ｗ−Ｖ−Ｂ−Ｓｉ−Ｎｉ合金が知られている（特開平６−５７３６０号公報参照）。しかし、この合金も耐食性および耐摩耗性は優れているものの抗折力は十分とはいえない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来知られている合金は、耐食性および耐摩耗性についてはある程度満足できるレベルにあるものの、強度上必ずしも十分なレベルにはなく、高い負荷が加わる機械部品への適用が難しいという問題がある。
【０００９】本発明は、上記実状に鑑みなされたものであり、耐食性および耐摩耗性のみならず高強度を有するＮｉ基合金を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は、重量％でＢ：０．６〜３．２％、Ｓｉ：０．５〜８％、Ｍｏ：５〜３７％、Ｃｒ：０．１〜６％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ硼化物、Ｍｏ硼化物およびＣｒ硼化物が分散していることを特徴とするＮｉ基合金を提供する。
【００１１】なお、本発明によるＮｉ基合金を鉄鋼材と金属結合により複合化させてＮｉ基合金複合材料を構成することも可能である。この場合、本件出願人による特許出願に係る特開平８−１３４５６９号公報に開示された複合化手法を同様に適用することができる。
【００１２】以下に、本発明によるＮｉ基合金の各成分元素の機能およびその適正範囲について述べる。なお、本明細書において、特に断わらない限り組成比を示すパーセンテージは重量％を意味する。
【００１３】まずＢは、焼結温度を低下させると共に、ＮｉおよびＭｏと硼化物を形成し、合金の耐摩耗性を高める。Ｂ含有量は高くても低くても抗折力を低下させるので、０．６〜３．２％、好ましくは１．０〜３．１％とする。
【００１４】また、Ｓｉは、Ｂと同様、焼結温度を低下させるので、鉄鋼材との複合化を焼結と同時に行うことに効果がある。焼結温度が低いと鋼材を劣化させずに焼結と複合化を同時に行うことが出来るので経済的に有利である。Ｓｉ量の増加と共に焼結温度は低下するが、８％を超えると急激に抗折力が低下する。Ｓｉ量が少ない場合も抗折力の低下と焼結温度の上昇をきたすので、下限を０．５％とする。従って、Ｓｉ含有量は０．５〜８％、好ましくは２．５〜７％にする。
【００１５】また、Ｍｏは、Ｂと硼化物を形成し、耐摩耗性を高めると共にＮｉを主とする結合相の耐食性を改善する効果がある。また、合金の結晶粒を微細化し、かつ強度、抗折力を著しく高める効果を有する。このような効果はＭｏが５％から生じ、４０％超では逆に抗折力が低下する。この抗折力の低下は、Ｍｏの増加により焼結温度が高くなり、その結果高温焼結により結晶粒が粗大化するためと考えられる。したがって、Ｍｏ含有量は、５〜３７％、好ましくは１５〜３２％とする。
【００１６】また、Ｃｒは、Ｂと硼化物を形成し、耐摩耗性を高めるとともに抗折力も上昇させる。このような効果はＣｒが０．１％から生じ、６％超では逆に抗折力が低下する。この抗折力の低下はＣｒの上昇により焼結温度が高くなり、その結果高温焼結により結晶粒が粗大化するためと考えられる。従って、Ｍｏ含有量は、０．１〜６％とする。
【００１７】次に、本発明によるＮｉ基合金の製造法について説明する。Ｎｉ基合金は、ＮｉＢ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉの粉末、もしくはこれらの元素のうち２種以上含有する合金粉を所定の分量秤量し、回転ボールミルによって４８時間粉砕混合し、その後プレス成形し、焼結して製造される。
【００１８】焼結は、真空中、還元性ガス中で行う。また、熱間静水圧焼結等の他の方法で行ってもよい。焼結温度は、合金の組成によって異なるが、１０００〜１０８０℃で行う。焼結温度が低すぎると緻密化が完全ではなく、性能が低下し、また高すぎると結晶粒の粗大化により抗折力が低下する。
【００１９】焼結された合金は、ＭｏＢ、Ｍｏ２ＮｉＢ２、Ｎｉ２Ｂ、Ｎｉ３Ｂ、ＣｒＢなど硼化物の微細粒子をＮｉ結合相に均一に分散した組織になっている。Ｎｉ結合相には、ＭｏおよびＳｉが固溶している。
【００２０】
【実施例】以下に、本発明を実施例により更に詳細に説明する。本発明のＮｉ基合金を製造するに際し、表１に示す原料粉の配合比率からなる試料番号１〜６の合金粉末を配合し、ボールミルによりエチルアルコール中で混合粉砕した。次いで、この混合合金粉末を乾燥し、プレス成形し、真空中で焼結した。
【００２１】
【表１】
【００２２】本発明合金の試料番号１〜６の焼結温度を、表２に示す。焼結時間は、いずれも１０分間である。
【００２３】このようにして得た試料１〜６について、硬さ、比摩耗量、耐食性、抗折力の各種の性能試験を行った。これらの試験結果を、表２に併せて示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】各種の性能試験の条件は、下記の通りである。
（１）摩耗試験試験機：大越式迅速摩耗試験機試験条件：摩擦速度 ２．０ｍ／ｓｅｃ摩擦距離：６００ｍ最終荷重：１８．６ｋｇｆ相手材料：ＳＫＤ１１（ＨＲＣ５８）
（２）腐食試験腐食液：塩酸２０％溶液（２２℃）
浸漬時間：５Ｈｒ（３）抗折試験試験方法：ＪＩＳ Ｈ５５０１による３点曲げ坑折試験試験片の寸法：４×８×２４ｍｍ、研削加工【００２６】また、本発明合金と、比較例として４種の従来例合金との焼結温度、腐食減量、比摩耗量、硬度、抗折力を比較した。その結果を、表３に示す。
【００２７】
【表３】
【００２８】表３から分るように、本発明合金は、従来合金に比較して、耐腐食性、耐摩耗性、強度が万遍無く上位を占めており、総合的に優れている。特に腐食減量は、０．１ｍｇ／ｃｍ２・ｈｒ以下と極めて優れた耐食性を示し、耐摩耗性、強度（抗折力）の面からみても従来合金に比べ同程度あるいは優れた性能を持っている。さらに、比較的低温での焼結が可能であるので鉄鋼材との複合化を焼結と同時に行うことができる利点を有している。
【００２９】なお、本発明合金は、焼結温度が比較的低いので鋼材との複合化を焼結と同時に行うことができ、効率的生産、コスト面で有利である。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、耐食性、耐摩耗性、かつ高強度を有し、高負荷のかかる機械部品に適した合金材料が得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３４５８
【氏名又は名称】東芝機械株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年４月３日（２０００．４．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４２８５
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 一雄 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２８８５２０（Ｐ２００１−２８８５２０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１０月１９日（２００１．１０．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１０１４７５（Ｐ２０００−１０１４７５） |
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