JPH04254541A - 耐食・耐摩耗性コバルト基合金 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック成形機・
混練機の部材構成材料として使用される耐食性、耐摩耗
性等にすぐれたコバルト（Ｃｏ）基合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック成形機や、プラスチック成
形に供される原料ペレットの混練機の構成部材、例えば
円筒状シリンダは、耐摩耗性および耐食性を備えていな
ければならない。従来より、そのシリンダとして専ら窒
化鋼製シリンダが使用されたきた。

【０００３】近時、プラスチック成形品に対する難燃性
や高強度化等の要請に応えるために、ハロゲン化合物等
の難燃剤や、複合強化繊維としてセラミック等の硬質繊
維を樹脂中に混練することが行われている。これに伴っ
てシリンダ内面は、難燃剤による腐食および硬質繊維に
よる摩耗等が加重され、更に生産向上のための高圧・高
速度成形により表面損傷が加速される等、その使用条件
の苛酷化が進みつつある。このような使用条件の変化に
対し従来より使用されてきた窒化鋼では適切な対処を期
待することはできない。

【０００４】この対策として、耐食性および耐摩耗性を
有する合金をライニング材料として所謂遠心被覆法、ま
たは粉末冶金の手法を適用し、シリンダ内面を耐食・耐
摩耗合金で被覆保護することが行われ、そのライニング
用合金として、例えばＣｒ：６〜１２％，Ｍｏ：２５〜
３０％，Ｓｉ：２〜３．５％，残部Ｃｏと不純物からな
る合金、またはＣｒ：１５〜２０％，Ｍｏ：２５〜３０
％，Ｓｉ：３〜４．５％，残部Ｃｏと不純物からなる合
金が使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来のライ
ニング用合金の材質には一長一短あり、前記２種の合金
についてその材質特性をみると、前者の合金は、各種の
酸に対し良好な腐食抵抗性を有し、かつ靭性にすぐれて
いるものの、硬度が低く、耐摩耗性に難点があり、後者
の合金は、これとは逆に高硬度で摩耗抵抗性にすぐれて
いるが、耐食性に改善の余地があり、また靭性に乏しい
ため、部材の製造工程、特に機械加工時に亀裂や欠損等
を生じ易いという問題がある。

【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、プラスチック成形機・混練機の構成部材であるシリ
ンダ、スクリュ、ノズル、その他のこれに関連する部材
の耐久性の向上・安定に有効な改良された耐食性・耐摩
耗性・靭性等を兼ね備えたＣｏ基合金を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明のＣｏ
基合金は、Ｃｒ：１１〜２０％，Ｍｏ：２０〜３２％，
Ｓｉ：０．５〜２％，Ｂ：０．５〜２％，Ｃ：０．２％
以下、Ｆｅ：２％以下、Ｎｉ：２％以下，残部実質的に
Ｃｏからなる化学組成を有している。

【０００８】上記成分構成を有する本発明のＣｏ基合金
は、主としてＣｏ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉの４元系合金相、
微量のＳｉを含有するＣｏ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｂの４元系合
金相等からなる比較的微細な多相混相組織を有している
。Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉの４元系合金相は本発明合金
に高度の耐食性と耐摩耗性をもたらし、また、Ｃｏ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｂの４元系合金相によって良好な靭性が付与
されているものと考えられる。また、上記組成を有する
本発明合金は、溶融状態における流動性が良好で、溶湯
の噴霧造粉、および鋳造のいずれも可能であり、プラス
チック成形機等の構成部材に適用するに当っては、その
粉末を原料とする焼結法、または溶湯による遠心被覆法
等を部材の形状、その他の都合に応じて自由に選択する
ことができる。本発明合金の成分限定理由は次のとおり
である。

【０００９】Ｃｒ：１１〜２０％ ＣｒはＣｏ，Ｍｏ，Ｂ，Ｓｉ等と共に前記の各種合金相
を形成し、硬度、耐食性を高める作用を有する。その添
加量を１１％以上としたのは、それより少ないと、硬度
改善効果を十分に発現させることができないからである
。添加増量により効果の増加をみるが、反面合金の靭性
の低下をきたすので、２０％を上限とした。

【００１０】Ｍｏ：２０〜３２％ ＭｏはＣｏ，Ｃｒ，Ｂ，Ｓｉ等と前記合金相を形成し、
耐食性、特に酸化性酸に対する腐食抵抗性を強化するほ
か、硬度を高める作用を有する。添加量の下限を２０％
としたのは、それに満たないと耐食性の改善効果が不足
するからであり、その増量により効果を高めることがで
きるが、過度の添加は合金の脆化を招くので、３２％ま
でとした。

【００１１】Ｓｉ：０．５〜２％ Ｓｉは合金の融点を下げ、溶湯の流動性を高めることに
より、その噴霧・造粉性や鋳造性を良好なものとする。 この効果を得るために少なくとも０．５％を必要とする
。しかし、過度の添加はＣｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−高Ｓｉ相の
生成・増加による合金の脆化を招くので、２％をこえて
はならない。

【００１２】Ｂ：０．５〜２％ Ｂの添加により、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｏとの４元系合金相が
生成し、合金に高度の靭性が付与される。この効果を十
分ならしめるため、添加量の下限を０．５％とした。添
加増量によりその効果を増すが、あまり多くすると、酸
化性酸に対する腐食抵抗性が損なわれるので、２％を上
限とした。

【００１３】Ｃｏ：バランス成分 Ｃｏは、上記諸元素と共に、高耐食性・耐摩耗性を兼備
し、かつ高靭性の本発明合金を形成するための基本元素
である。

【００１４】Ｃ：０．２％以下，Ｆｅ：２％以下，Ｎｉ
：２％以下 本発明合金におけるＣ、ＦｅおよびＮｉは有用な元素で
なく、ＣはＣｒ，Ｍｏ等と結合してこれらの元素の有効
量の減少と炭化物の生成による合金の脆化を招き、Ｆｅ
，Ｎｉの存在は耐食性低下の原因となるので、これらの
混在量は少ない程良いが、Ｃは０．２％まで、Ｆｅおよ
びＮｉはそれぞれ２％までの範囲であれば本発明の趣旨
は損なわない。よってＣは０．２％以下、ＦｅおよびＮ
ｉはそれぞれ２％以下の範囲内でその混在を許容するこ
ととした。

【００１５】本発明合金を適用して形成されるプラスチ
ック成形機・混練機の構成部材であるシリンダやスクリ
ュ、ノズル、およびその他の部品は、その全肉厚を本発
明合金とする必要はむろんなく、目的とする部材に応じ
た所要形状の構造用鋼等からなる金属ブロックを母材と
し、耐食性・耐摩耗性等を必要とする領域の表面に本発
明合金をライニング材として適用すればよい。本発明合
金は、例えば遠心噴霧法により造粉し、適当な粒度に分
級した粉末を焼結原料として母材表面を被覆する焼結合
金層を形成するようにしてもよく、また目的とする部材
が単軸シリンダ等である場合には、遠心被覆法を適用し
、円筒形状の母材を水平軸心を中心に回転させながら、
その中空孔内に本発明合金の溶湯を注入し、遠心力の作
用下に母材円筒体の内周面に合金層を形成するようにし
てもよい。その被覆合金層の厚さは、例えば１〜１０ｍ
ｍ程度であってよい。

【００１６】

【実施例】実施例１ （Ｉ）供試材の製作 造粉 高周波溶解炉（Ａｒ雰囲気）で溶製した合金溶湯を遠心
噴霧造粉機により粉末化し、分級処理して焼結原料粉末
とする。粒径：５３〜２５０μｍ。 焼結 鋼製の缶（内寸法：φ５２×２０１，ｍｍ）と蓋をキャ
ニング材とし、上記粉末を入れ、真空中で施蓋すると共
に溶接で密封したのち、熱間等方圧加圧焼結に付した。 処理温度：固相線温度、加圧力：１５００Ｋｇｆ／ｃｍ
２、時間：２Ｈｒ。処理完了後、キャニング材を機械加
工により除去し、円盤形状の焼結合金ブロックを採取し
た。

【００１７】表１に供試焼結合金の化学組成を示す。Ｎ
ｏ１１〜１４は発明例、Ｎ０．１０１〜１０８は比較例
であり、比較例のうち、Ｎｏ．１０１、Ｎｏ．１０２は
従来材の例、Ｎｏ．１０３〜Ｎｏ．１０８は発明例と類
似する組成を有しているが、いずれかの元素の含有量（
表中、下線）が本発明の規定からはずれている例である
。同表右欄は、各供試材について得られた下記試験の結
果を示している。

【００１８】（ＩＩ）材質特性 （ｉ）硬さ 焼結合金ブロックの盤面の５個所をロックウェル　　Ｃ
スケールで測定。表中「硬さ」欄の数値は、５個所の平
均値を示している。

【００１９】（ｉｉ）靭性 焼結合金ブロックの盤面を試験面とし、ビッカース硬度
計のダイヤモンド圧子で圧痕を付し、顕微鏡観察（倍率
：２００）により、圧痕部のクラックの発生の有無を判
定する。圧子荷重（Ｋｇｆ）は、１，５，１０，２０，
３０，５０の６水準とした。　　表中「靭性指数」の欄
の数値は、クラックを生じない最大荷重（Ｋｇｆ）を表
してる。例えば、圧子荷重が１Ｋｇｆ，５Ｋｇｆ，およ
び１０Ｋｇｆであるときの圧痕にクラックはなく、２０
Ｋｇｆの荷重としたときの圧痕にクラックが発生した場
合は、その靭性指数を１０（Ｋｇｆ）と表示している。 同様に、圧子荷重１Ｋｇｆの圧痕にクラックが生じた場
合の靭性指数は０（Ｋｇｆ）と表示し、同指数が５０（
Ｋｇｆ）というのは圧子荷重を５０Ｋｇｆとしても、ク
ラックの発生がないことを意味している。

【００２０】（ｉｉｉ）腐食抵抗性 非酸化性酸として１０％塩酸水溶液、酸化性酸として１
０％硝酸水溶液（いずれも液温は５０℃）を試験液とし
、焼結合金ブロックから切出した角柱状試験片（９×９
×７，ｍｍ）を試験液中に懸吊浸漬し、２４時間経過後
の腐食減量（ｍｇ）を測定した。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１において、発明例Ｎｏ．１１〜１４と
、従来材であるＮｏ．１０１およびＮｏ．１０２を比較
すると、Ｎｏ．１０１は、酸化性および非酸化性の酸腐
食液に対する良好な腐食抵抗性を示し、靭性も高水準で
あるが、硬度が低く、Ｎｏ．１０２は高い硬度を有して
いるももの靭性が著しく低く、また非酸化性酸に対する
腐食抵抗性に乏しいのに対し、発明例Ｎｏ．１１〜１４
は、酸化性酸および非酸化性酸に対する良好な耐食性と
高硬度とを有し、しかも高硬度であるに拘らず靭性も高
水準であり、上記従来材のＮｏ．１０１とＮｏ．１０２
のそれぞれの長所を兼ね備えている。なお、比較例Ｎｏ
．１０３〜１０８は、発明例に類似する組成を有してい
るが、構成元素の一部に過不足があるため、耐食性、硬
度、または靭性のいずれかに問題があり、これらの諸特
性を備えた発明例に及ばない。すなわち、Ｎｏ．１０３
（Ｓｉ，Ｂ量過剰）は、高硬度を有しているものの、靭
性に乏しく、かつ酸化性酸に対する耐食性に劣り、Ｎｏ
．１０４（Ｃｒ，Ｃ量過剰）は、十分な硬度を有してい
るが、靭性に欠け、非酸化性酸に対する耐食性も不十分
であり、Ｎ０．１０５（Ｍｏ量過剰）は硬度が高く、耐
食性も問題はないが、靭性に乏しい。更に、Ｎｏ．１０
６（Ｂ量不足）は、靭性の不足をきたし、Ｎｏ．１０７
（Ｃｒ量不足）は硬度が低く、Ｎｏ．１０８（Ｍｏ量不
足）では、酸化性酸に対する抵抗性に乏しい。これらの
ことから、耐食性、硬度および靭性の諸特性のすべてに
ついて十分な改善効果を得るには本発明の規定する成分
構成を満足しなければならないことがわかる。

【００２３】実施例２ （Ｉ）供試材の製作 高周波溶解炉（Ａｒ雰囲気）で溶製した合金溶湯を、Ａ
ｒ雰囲気中で、鋼製金型（内寸法：５０×５０，ｍｍ。 角型）に鋳込み、凝固完了後、金型から取出し機械加工
を加えて矩形盤状ブロック（肉厚１５ｍｍ）を得た。

【００２４】表２に供試材の化学組成を示す。Ｎｏ．２
１、Ｎｏ．２２は発明例，Ｎｏ．２０１およびＮｏ．２
０２は比較例（それぞれ実施例１の表１中Ｎｏ．１０１
およびＮｏ．１０２と同種材料）である。各供試材につ
いて実施例１と同様の硬さ測定、靭性評価および腐食試
験を行って、同表右欄に示す結果を得た。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２の試験結果から明らかなように、本実
施例においても、発明例Ｎｏ．２１、Ｎｏ．２２は、従
来材である比較例Ｎｏ．２０１、Ｎｏ．２０２と異なっ
て、酸化性および非酸化性の酸に対する良好な耐食性を
有すると共に、高硬度を有し、かつ靭性にもすぐれてい
ることがわかる。

【００２７】

【発明の効果】本発明合金は、プラスチック成形機・混
練機に要求される改良された耐食性および耐摩耗性を有
している。本発明合金をこれらの部材に適用することに
より、樹脂中への難燃剤やの強化繊維等の混練、および
高圧・高速成形等の使用条件の苛酷化に対し部材の腐食
・摩耗を軽減・緩和し、また高硬度でありながら靭性に
すぐれているので、部材の製造工程における機械加工時
のクラックや欠け等を生じにくく製造歩留が改善される
と共に、実使用過程でのクラックや欠け等に対する抵抗
性も高く安定な使用が可能であり、耐久性の向上、メン
テナンスの軽減、プラスチックの成形・混練工程の生産
性向上等の効果を得ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｃｒ：１１〜２０％，Ｍｏ：２０〜３
   ２％，Ｓｉ：０．５〜２％，Ｂ：０．５〜２％，Ｃ：０
   ．２％以下，Ｆｅ：２％以下，Ｎｉ：２％以下，残部実
   質的にＣｏからなるプラスチック成形機・混練機用耐食
   ・耐摩耗性コバルト基合金。