JPH0280531A - 耐摩耗材料の製造方法 - 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】 （技術分野） 本発明は、耐摩耗材料の製造方法に関し、更に詳細には
、ダイヤモンド砥石等、相手を非常に摩耗させ易い材料
に対して有利に用いられ得る耐摩耗材料を製造する方法
に関するものである。

（背景技術） 従来から、耐摩耗材料としては、セラミックスを代表に
、超硬合金材料、コーティング材料、焼入れ鋼材料等が
知られている。

しかしながら、それら従来の耐摩耗材料にあっても、相
手がダイヤモンド等の非常に硬い材料になると、どうし
ても摩耗を受けることは避けられ得ないものであった。

例えば、ダイヤモンド砥石の径をマイクロメーター等の
測定器で測定する際、かかる砥石の接触する測定器の端
子を超硬合金材料にて構成した場合にあっても、摩耗が
惹起されてしまうのである。

また、かかる耐摩耗材料の製造に際しても、例えばダイ
ヤモンドコーティング材料にあっては、高圧が必要とな
るために、設備が非常に高価となり、量産性に乏しい等
の製造上の問題も内在している。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その解決課題とするところは、ダイ
ヤモンド砥石等の硬度の高い材料に対しても、高い耐摩
耗性を有する材料を、複雑な製造工程を採用することな
く、従って製造コストの上昇を惹起することなく、量産
性良（製造することにある。

（解決手段） そして、本発明は、かかる課題解決のために、ダイヤモ
ンド、ＣＢＮ等の超砥粒を、鉄粉若しくはそれを主体と
するマトリックス粉体に混合せしめ、その得られた混合
物をプレス成形した後、加熱焼結させる゛ことにより、
前記超砥粒を前記マトリックス粉体からなるマトリック
ス相にて一体的に保持せしめると共に、少なくとも表面
層に前記超砥粒を分布させたことを特徴とする耐摩耗材
料の製造方法を、その要旨とするものである。

（作用・効果） このような本発明手法によれば、その製造工程が基本的
に通常のプレス成形−焼結操作と同様なものとなるとこ
ろから、従来のダイヤモンドコーティング材料の如き高
圧は必要でなく、従って高圧設備も必要ではなくなると
ころから、その量産性が著しく高められ、また製造コス
トも有利に低減され得るのである。

そして、得られる耐摩耗材料は、ダイヤモンド等の超砥
粒が表面に分散して存在（分布）しているところから、
ダイヤモンドコーテイング材と同等の優れた耐摩耗性を
備えていることは勿論、ダイヤモンド等の超砥粒を砥粒
保持力の高い鉄マトリックス、例えば鋳鉄マトリックス
やカーボニル鉄マトリックスにより強固に保持している
ために、砥粒が非常に脱落し難く、これによって、その
耐摩耗性が著しく高められているのである。

また、本発明にあっては、所定の超砥粒とマトリックス
粉体との混合粉のプレス成形体を焼結することにより得
られる焼結体に対して、その砥粒の存在する面を表面仕
上げ加工して、平坦化せしめる操作が有利に実施される
こととなるが、その場合においては、材料表面に砥粒の
突出がないために、相手材を傷つけないことに加えて、
砥粒部の受は面積が大きくなるという特徴も発揮するの
である。

（具体的構成） ところで、かかる本発明手法に従って、耐摩耗材料を製
造するに際して、ダイヤモンドやＣＢＮ（立方晶窒化硼
素）等の超砥粒は、得られる耐摩耗材料の用途やその要
求特性等に応じて適宜の粒度のものが選択され、例えば
４０メツシユ〜４０００メツシユの範囲内のものが用い
られるが、より微細な粒度の砥粒を用いた方が、相手材
を傷つけないようにする上において有利である。

また、かかる超砥粒に混合せしめられるマトリックス粉
体は、焼結によって一体的なマトリックス相を形成して
、かかる砥粒を一体的に保持するものであって、本発明
では、そのような砥粒保持力を高めるために、鉄粉若し
くはそれを主体とする粉末が用いられている。かかる鉄
粉末は、鋳鉄粉の如き通常の鉄系材料の粉末やカーボニ
ル鉄粉の如き純鉄粉であり、それらが砥粒に応じて単独
で用いられたり或いは組み合わせて用いられたりして、
マトリックス粉体が構成されることとなるのである。よ
り具体的には、鋳鉄を粉砕したダライ粉やこれにカーボ
ニル鉄粉を２０〜４０重量％程度混ぜた混合粉末、更に
はカーボニル鉄粉に黒鉛を２〜５重量％程度混ぜた混合
粉末等によって、マトリックス粉体が構成されることと
なる。なお、このマトリックス粉体には、更に微量のＣ
ｕ、Ｐ。

Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ等の強化元素が必要に応して添加され
、これによってマトリックス相の強度が高められる。

ところで、このマトリックス粉体の主構成成分たる鉄粉
は、使用される砥粒の粒度により適宜の粒度において用
いられることとなるが、一般に砥粒よりも小さな粒度の
鉄粉末が用いられ、特に砥粒の粒径が約５０μｍ以下（
３００メツシュ以上）の場合にあっては、１〜５μｍと
粒径の小さなカーボニル鉄粉に黒鉛を配合してなる混合
粉末がマトリックス粉体として有利に用いられ、これに
よって微細砥粒の保持が向上される。また、このような
カーボニル鉄粉ベースのマトリックス粉体は、比較的低
温で焼結するところから、砥粒へのダメージも少ない等
の利点を有している。尤も、５０μｍを越えるような粒
径の大きな砥粒の場合にあっては、鋳鉄ダライ粉（５０
〜６０μｍ）の如き粒径の大きな鉄粉末でも使用可能で
あるが、焼結性を考えると、上記したカーボニル鉄粉ベ
ースのマトリックス粉体の使用が推奨されるのである。

また、かかるカーボニル鉄粉ベースのマトリックス粉体
の場合においては、４０００メ、ツシュ以上の超微細砥
粒の保持も可能となる。

本発明は、このようなマトリックス粉体と砥粒とを混合
して、目的とする耐摩耗材料を得るべくプレス成形に供
するものであって、それらの混合割合は、得られる耐摩
耗材料に対する要求特性に応じて適宜に決定されるもの
であるが、一般に砥粒が混合物中において容量基準でｌ
Ｏ〜５０％程度、好ましくは３０〜５０％程度の割合と
なるように゛混合せしめられることとなるのである。

次いで、この砥粒とマトリックス粉体との混合粉末には
、通常のプレス成形操作が施され、以て板状、ブロック
状、円筒状等の所定の形状のプレス成形品とされる。な
お、このプレス成形に際しての成形圧力は、通常３〜８
　　ｔｏｎ／ｃｍ”程度とされ、マトリックス粉体の粒
度等に応じて有効な成形圧力が選定されることとなる。

また、耐摩耗材料の用途に応じて、かかるプレス成形操
作として、所謂二層成形法を採用して、砥粒とマトリッ
クス粉体からなる耐摩耗砥粒層と、かかるマトリックス
粉体のみから形成される砥粒不含のマトリックス層とか
ら構成される二層構造の成形品をプレス成形して、耐摩
耗材料を製造することも可能である。

その後、かかるプレス成形品は、通常の加熱焼結操作に
従って焼結せしめられ、以て混合された砥粒が、マトリ
ックス粉体からなるマトリックス相にて一体的に保持さ
れてなる焼結体が形成されるのである。なお、この焼結
操作は、通常、還元性雰囲気中、１０５０〜１１４０°
Ｃの温度で１０〜６０分間実施されることとなる。

そして、このようにして得られた少なくとも表面層に砥
粒が分布せしめられてなる焼結体、即ち耐摩耗材料には
、有利には表面仕上げ操作が施されることとなる。この
表面仕上げ操作は、研磨により砥粒の突出を取って、面
を平坦化する操作であって、例えばダイヤモンド砥粒を
用いた場合にあっては、ダイヤモンドラップ盤を用いて
ダイヤモンド同士の共擦りを行なうことによって、実施
される。このような表面仕上げによる平坦化（表面平滑
化）によって、かかる耐摩耗材料が相手材を傷つけるよ
うなことも、効果的に回避され得るのである。

ところで、以上の如き製造手法に従って製作された耐摩
耗材料は、適宜の形状に仕上げられて、耐摩耗性の要請
される各種の用途に有利に用いられるものであり、例え
ばその応用例の一つとして、ダイヤモンド砥石等の計測
に用いられるマイクロメーターの端子への適用がある。

即ち、第１図に示されるように、ダイヤモンドの如き砥
粒とマトリックス粉体からなる１　ｍｍ程度の砥粒層１
ａとマトリックス粉体のみからなるマトリックス層１ｂ
を有する端子部１を、上記の如き手法に従ってプレス成
形及び焼結し、表面仕上げをして、スチールシャフト２
に接合することによって、マイクロメーターの端子が構
成されるのである。なお、３は、接合部である。このよ
うなマイクロメーターの端子構造にあっては、ダイヤモ
ンド砥石等の被測定物体に接触する端子面が砥粒層１ａ
にて形成されているところから、その耐摩耗性が著しく
向上され得るのである。

また、このようなマイクロメーターの端子構成において
、表面に占めるダイヤモンド等の砥粒の面積率は出来る
だけ高い方が良いところから、ダイヤモンド砥粒等の含
有量を多くすることが望ましい。この砥粒の含有量は集
中度で表し、体積率が２５％の時を１００としたとき、
鋳鉄等の鉄粉マトリックス粉体は強度が高いために集中
度をかなり高くすることが出来、集中度＝２００　（５
０体積％）も可能であり、その時の面積率は約３５％と
なる。

また、砥粒の粒度、集中度を適宜に選定することにより
、本発明に従って得られる耐摩耗材料をメカニカルシー
ルや軸受け、更にはラップ定盤等に適用することも可能
である。なお、これらの用途においては、砥粒は微細な
方が良り、一般に５μｍ以下の砥粒が好適に用いられ、
またメカニカルシールや軸受は等への適用に際しては、
マトリックス粉体として、多量に黒鉛を含む鋳鉄粉や黒
鉛粉を配合せしめてなるマトリックス粉体が、その良好
な摺動性の故に有利に用いられることとなる。

（実施例） 以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのよ
うな実施例の記載によって、何等の制約をも受けるもの
でないことは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記
の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限り
において、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正
、改良等を加え得るものであることが、理解されるべき
である。

先ず、粒径が１〜５μｍのカーボニル鉄粉に対して３重
量％の黒鉛粉を加えてなる混合粉末を、マトリックス粉
体として用意する一方、砥粒として、粒径が８８〜１０
５μｍ　（＃１４０／１７０）及び３〜８μｍ　（＃２
０００／４０００）の二種類のダイヤモンド砥粒を準備
した。そして、この二種類のダイヤモンド砥粒を、それ
ぞれ上記マド、１ツクス粉体に砥粒割合が５０容量％及
び３０容量％となるように配合して、砥粒粒度の異なる
二種の原料粉末を調整した。

次いで、この得られた砥粒とマトリックス粉体との混合
粉からなる二種の原料粉末を、常法に従って、４　　ｔ
ｏｎ／ｃｍ２の成形圧力にてプレス成形した後、還元性
雰囲気下において１０５０°Ｃ×４０分の焼結操作を施
した。その後、この得られた焼結体に、ダイヤモンドラ
ップ盤上でダイヤモンド同士の共擦りを行なうことによ
って表面仕上げを施し、かかる焼結体の表面に突出する
砥粒を研磨して、その表面を平坦化した。

かくして得られた平坦な表面を有する二つの焼結体（耐
摩耗材料）について、その表面を走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）にて調べたところ、各場合とも、砥粒が非常によ
く保持されているのが確認された。なお、第２図及び第
３図にそれぞれの表面ＳＥＭ写真を示すが、第２図は、
粒径が８８〜１０５μｍのダイヤモンド砥粒を用いた場
合のもの、第３図は、粒径が３〜８μｍのダイヤモンド
砥粒を用いた場合のものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って製造された耐摩耗材料をマイ
クロメーターの端子部に用いた例を示す要部斜視図であ
り、第２図及び第３図は、それぞれ、粒径が８８〜１０
５μｍ及び３〜８μｍのダイヤモンド砥粒を用いて得ら
れた焼結体（耐摩耗材料）の仕上げ表面を示す走査型電
子顕微鏡写真である。 第１図 １一端子部焼結体 １ａ：砥粒層　　　　１ｂ＝マトリックス層２ニスチー
ルシャフト　３：接合部 手続補正書 （方式） ％式％ 発明の名称 耐摩耗材料の製造方法 補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ダイヤモンド、ＣＢＮ等の超砥粒を、鉄粉若しくはそ
   れを主体とするマトリックス粉体に混合せしめ、その得
   られた混合物をプレス成形した後、加熱焼結させること
   により、前記超砥粒を前記マトリックス粉体からなるマ
   トリックス相にて一体的に保持せしめると共に、少なく
   とも表面層に前記超砥粒を分布させたことを特徴とする
   耐摩耗材料の製造方法。