JPH0525513A - Composite metal powder, its production and wear-resistant parts - Google Patents
Composite metal powder, its production and wear-resistant partsInfo
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- JPH0525513A JPH0525513A JP3150605A JP15060591A JPH0525513A JP H0525513 A JPH0525513 A JP H0525513A JP 3150605 A JP3150605 A JP 3150605A JP 15060591 A JP15060591 A JP 15060591A JP H0525513 A JPH0525513 A JP H0525513A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は複合金属粉末とその製造
方法およびこれを用いて製造される耐摩耗部品に係り、
特に金属とセラミックス粒子とから成り、粉末冶金法に
よって高い形状精度および摺動特性を有する部品を形成
する際に有効な複合金属粉末およびその製造方法に関す
る。また金属とセラミックスとの特徴を併有し摺動特性
が優れた耐摩耗部品等に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite metal powder, a method for producing the same, and wear-resistant parts produced by using the same.
In particular, the present invention relates to a composite metal powder which is composed of metal and ceramic particles and is effective in forming a part having high shape accuracy and sliding characteristics by a powder metallurgy method, and a method for producing the same. Further, the present invention relates to wear-resistant parts and the like which have the characteristics of both metal and ceramics and have excellent sliding characteristics.
【０００２】[0002]
【従来の技術】産業機械等を構成する部品で相互に摺接
する部品材料としては、耐摩耗性に優れた材料が使用さ
れる。例えば冷凍機用冷媒を圧縮するロータリ圧縮機に
おいては、軸受と回転軸、シリンダとベーン、仕切板と
ローラなど相互に摺接する摺動部における摩耗が特に顕
著になるため、それらの摺動部品は高い耐摩耗性を有す
る材料で形成する必要がある。2. Description of the Related Art As a material for parts that make up an industrial machine or the like and are in sliding contact with each other, a material having excellent wear resistance is used. For example, in a rotary compressor that compresses a refrigerant for a refrigerator, wear is particularly remarkable at sliding parts such as bearings and rotary shafts, cylinders and vanes, partition plates and rollers, which are in sliding contact with each other, so those sliding parts are It should be formed of a material having high wear resistance.
【０００３】従来、この種の耐摩耗材料としては、金属
のみで構成したもの、セラミックスのみで構成したも
の、および金属とセラミックスとの双方の特性を併有さ
せるように両原料を複合化したものなどがある。Conventionally, as this kind of wear resistant material, a material composed only of metal, a material composed only of ceramics, and a composite of both raw materials so as to combine the characteristics of both metal and ceramics and so on.
【０００４】金属のみで構成した例としては、高速度鋼
（ハイス鋼）や共晶黒鉛鋳鉄の溶製材やＭｏ−Ｎｉ−Ｃ
ｒ合金、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ合金などがある。また無機化合
物のみで構成した例としては、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａ
ｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＣ，ＳｉＯ2 ＺｒＯ2などのセラミック
ス原料粉を所定形状に圧縮成形後、焼成した形成した焼
結体がある。さらに上記金属とセラミックスとを複合化
した例としては、金属粉末とセラミックス粒子あるいは
セラミックスフィラー（ファイバー）とを均一に混合
し、得られた混合体を圧縮成形、焼成して形成した複合
材料などがある。[0004] As an example constituted by only metal, high speed steel (high speed steel), eutectic graphite cast iron ingot, Mo-Ni-C
There are r alloys, Fe-C-Cu alloys, and the like. Further, as an example constituted by only an inorganic compound, Si 3 N 4 , AlN, A
There is a sintered body formed by compressing and molding ceramic raw material powder such as l 2 O 3 , SiC, and SiO 2 ZrO 2 into a predetermined shape, and then firing. Further, as an example in which the above metal and ceramics are compounded, there is a composite material formed by uniformly mixing metal powders and ceramic particles or ceramic fillers (fibers), compression molding and firing the resulting mixture. is there.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな金属のみで形成した耐摩耗材は加工性は良好である
一方、耐摩耗性および潤滑性が乏しく摺動する相手材を
激しく摩耗させる性質（相手攻撃性）が大きい問題点が
ある。例えばハイス材では、含有されるＶＣ，ＷＣ，Ｍ
ｏ2 Ｃ，Ｃｒ7 Ｃ3 等の硬い炭化物が形成されており、
このための硬度は充分に確保されるが、これら炭化物に
よる相手攻撃性が著しくなる場合が多く、摺動部品材料
としては不適当な場合がある。However, while the wear-resistant material formed of only the metal as described above has good workability, it has poor wear resistance and lubricity, and has the property of severely abrading the sliding mating material. Aggressiveness) is a big problem. For example, in high speed steel, VC, WC, M
Hard carbides such as o 2 C and Cr 7 C 3 are formed,
The hardness for this purpose is sufficiently secured, but the opponent attack by these carbides is often remarkable, and it may be unsuitable as a material for sliding parts.
【０００６】一方、セラミックスのみで形成した耐摩耗
材は、高硬度で、しかも摩擦係数が小さく、かつ摺動性
が優れ、相手攻撃性が小さい材料が多い。しかしながら
高硬度で耐衝撃力が少ないため、所定形状の部品に仕上
げるための研削研摩等の加工時間および工数が膨大とな
る問題点がある。またセラミックスの熱膨脹率は金属と
比較して極めて小さいため、他の金属部品と組み合せて
摺動部を構成した場合には、金属との熱膨脹差に起因す
る問題が発生し易い。例えばロータリ式圧縮機のローラ
等の摺動部材の寸法が熱膨脹によって変化し、摺動部材
相互間の微小なクリアランスが拡大して冷媒の圧縮効率
が低下し、最終的に冷却能力の低下を招来する等の問題
点がある。On the other hand, many wear-resistant materials formed only of ceramics have a high hardness, a small friction coefficient, excellent slidability, and small opponent attack. However, since it has a high hardness and a small impact resistance, there is a problem that the processing time and the number of man-hours such as grinding and polishing for finishing a component having a predetermined shape become enormous. Further, since the coefficient of thermal expansion of ceramics is extremely smaller than that of metal, when the sliding portion is formed by combining with other metal parts, a problem due to the difference in thermal expansion from the metal easily occurs. For example, the dimensions of sliding members such as rollers of a rotary compressor change due to thermal expansion, the minute clearance between sliding members expands, the compression efficiency of the refrigerant decreases, and finally the cooling capacity decreases. There are problems such as doing.
【０００７】一方金属とセラミックス粒子、セラミック
スフィラー等のセラミックス材とを複合化させた耐摩耗
材においては、セラミックスが有する耐摩耗性および摺
動特性を活かしながら金属とほぼ同等の熱膨脹率が得ら
れるため、他の金属部品と組み合せて摺動部を構成した
場合においても、前記のような熱膨脹差による弊害を解
決することができる。On the other hand, in a wear resistant material in which a metal and a ceramic material such as ceramic particles or a ceramic filler are compounded, a coefficient of thermal expansion almost equal to that of the metal can be obtained while utilizing the wear resistance and sliding characteristics of the ceramic. Even in the case where the sliding portion is formed by combining with other metal parts, it is possible to solve the above-mentioned problems caused by the difference in thermal expansion.
【０００８】しかしながら従来の粉末冶金法によって、
金属粉末とセラミックス粒子あるいはセラミックスフィ
ラーとを混合した後、成形焼結して所定形状の複合材を
製造する際に、金属粒子周辺にセラミックス粒子が偏析
を起こし易く、均一に分散化させることが困難な場合が
多く、均一な組成の焼結体が得られにくく、硬度等の特
性を低下させる問題点があった。さらに、この不均一に
分散した焼結体を摺動材として使用した場合には相手攻
撃性が高まる問題もあった。However, by conventional powder metallurgy,
When metal powder and ceramic particles or ceramic filler are mixed and then molded and sintered to produce a composite material with a predetermined shape, the ceramic particles are likely to segregate around the metal particles and it is difficult to disperse them uniformly. In many cases, it is difficult to obtain a sintered body having a uniform composition, and there is a problem that characteristics such as hardness are deteriorated. Further, when the non-uniformly dispersed sintered body is used as a sliding material, there is a problem that the attacking property against the opponent is increased.
【０００９】また金属粒子とセラミックス粒子とは金属
の融点より低い温度で焼結によって一体に接合されるた
め金属とセラミックス粒子との接合強度が小さく、摺動
材として使用した場合に、その構造強度が低いという問
題があった。Further, since the metal particles and the ceramic particles are integrally bonded by sintering at a temperature lower than the melting point of the metal, the bonding strength between the metal and the ceramic particles is small, and when used as a sliding material, the structural strength thereof is low. There was a problem of low.
【００１０】本発明の目的は上記の問題点を解決するた
めになされたものであり、金属とセラミックスとが相互
に均一に分散し、両者の接合強度が高い複合金属粉末と
その製造方法を提供することにある。The object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a composite metal powder in which a metal and a ceramic are uniformly dispersed in each other, and the bonding strength between them is high, and a method for producing the same. To do.
【００１１】また本発明の他の目的は上記複合金属粉末
を使用して構造強度および摺動特性が優れた耐摩耗部品
を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a wear resistant part which is excellent in structural strength and sliding characteristics by using the above-mentioned composite metal powder.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段と作用】本発明者らは上記
目的を達成するため種々の金属粉末とセラミックス材料
との複合化を試み、複合化した材料を使用して摺動部材
を形成し、その耐摩耗特性を比較評価する実験を繰り返
した。In order to achieve the above object, the present inventors have attempted to compound various metal powders and ceramic materials, and use the compounded materials to form a sliding member. The experiment to compare and evaluate the wear resistance characteristics was repeated.
【００１３】その結果、セラミックスを分散させた金属
溶湯をアトマイズ法によって粉体化することによりセラ
ミックス粒子を均一に分散した複合金属粉末を形成し、
この複合金属粉末の焼結体で摺動部品を形成したとき
に、構造強度が高く、摺動特性および耐摩耗特性が優れ
た摺動部品が得られた。本発明は上記知見に基づいて完
成されたものである。As a result, a molten metal in which ceramics are dispersed is pulverized by an atomizing method to form a composite metal powder in which ceramic particles are uniformly dispersed,
When a sliding part was formed from the sintered body of this composite metal powder, a sliding part having high structural strength and excellent sliding properties and wear resistance properties was obtained. The present invention has been completed based on the above findings.
【００１４】すなわち本発明に係る複合金属粉末は、金
属粉末マトリックス中に粒径30μｍ以下のセラミックス
粒子を分散させたことを特徴とする。また分散させるセ
ラミックス粒子は、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，
ＺｒＯ2 ，ＳｉＣおよびＳｉＯ2 から選択される少なく
とも１種から成る。That is, the composite metal powder according to the present invention is characterized in that ceramic particles having a particle size of 30 μm or less are dispersed in a metal powder matrix. Further, the ceramic particles to be dispersed are Si 3 N 4 , AlN, Al 2 O 3 ,
It consists of at least one selected from ZrO 2 , SiC and SiO 2 .
【００１５】さらに複合金属粉末の粒径が３００μｍ以
下であることを特徴する。Further, the particle size of the composite metal powder is 300 μm or less.
【００１６】またセラミックス粒子の容積率は１〜５０
vol ％に設定するとよい。The volume ratio of the ceramic particles is 1 to 50.
Set it to vol%.
【００１７】さらに本発明の複合金属粉末の製造方法
は、セラミックス粒子を分散させた金属溶湯をアトマイ
ズ法により凝固せしめ、金属粉末マトリックス中にセラ
ミックス粒子を分散させることを特徴とする。Further, the method for producing a composite metal powder of the present invention is characterized in that the molten metal in which the ceramic particles are dispersed is solidified by an atomizing method to disperse the ceramic particles in the metal powder matrix.
【００１８】また本発明に係る耐摩耗部品は、金属粉末
マトリックス中に粒径３０μｍ以下のセラミックス粒子
が分散して成る複合金属粉末の焼結体で形成したことを
特徴とする。The wear-resistant component according to the present invention is characterized by being formed of a sintered body of a composite metal powder in which ceramic particles having a particle diameter of 30 μm or less are dispersed in a metal powder matrix.
【００１９】上記連続した金属マトリックス間に分散さ
せるセラミックス材としては、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａ
ｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ＳｉＣおよびＳｉＯ2 などが１種
または２種以上混合して使用される。上記セラミックス
材は、いずれも硬度が高く耐摩耗性および摺動特性に優
れている。特にＳｉ3 Ｎ4 はすべり抵抗が小で相手攻撃
性が少なく、摺動部品材料に使用した場合には優れた摺
動特性を発揮する。As the ceramic material to be dispersed between the continuous metal matrices, Si 3 N 4 , AlN, A is used.
1 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, SiO 2 and the like are used alone or in combination of two or more. Each of the above ceramic materials has high hardness and excellent wear resistance and sliding characteristics. In particular, Si 3 N 4 has a low sliding resistance and a low opponent attacking property, and exhibits excellent sliding characteristics when used as a material for sliding parts.
【００２０】一方、連続したマトリックスを形成する金
属材料としては、純鉄をはじめ、Fe−Ｓｉ合金、ステン
レス合金、Ａｌ合金、Ｔｉ合金など各種合金を使用する
ことができる。On the other hand, as the metal material forming the continuous matrix, various alloys such as pure iron, Fe-Si alloy, stainless alloy, Al alloy and Ti alloy can be used.
【００２１】上記複合金属粉末は、所定のセラミックス
粉末を均一に分散させた溶融金属を通常の噴霧法（アト
マイズ法）により微細化し凝固せしめて（粉体化）製造
される。すなわちセラミックス粉末を含有する溶融金属
をノズルを通して噴出する際に、別途、高圧力流体を送
給して、噴出する溶融金属を噴霧化（アトマイズ）して
水中に吹き込むか、または水平なトンネル中に吹き込み
凝固させることにより、連続した金属粉末マトリックス
中にセラミックスが強固に結合し分散した複合金属粉末
が効率的に製造される。The above-mentioned composite metal powder is manufactured by refining and solidifying (powdering) a molten metal in which a predetermined ceramic powder is uniformly dispersed by an ordinary spraying method (atomizing method). That is, when a molten metal containing ceramic powder is ejected through a nozzle, a high-pressure fluid is separately fed, and the ejected molten metal is atomized and blown into water, or in a horizontal tunnel. By blowing and solidifying, a composite metal powder in which ceramics are firmly bound and dispersed in a continuous metal powder matrix is efficiently produced.
【００２２】ここでアトマイズ用の高圧力流体として
は、Ａｒ，Ｎ2 などの不活性高圧ガス、高速高圧流水な
どが使用される。As the high-pressure fluid for atomization, an inert high-pressure gas such as Ar or N 2 or high-speed high-pressure running water is used.
【００２３】上記製造方法において、トンネル中に吹き
込む場合では、溶融金属を噴出するノズルからトンネル
内の落下位置までの距離によって粉末粒度を区分して複
合金属粉末を収集することができる。また上記方法で微
粉化した後に、適当な温度で所定時間だけ脱炭（還元）
処理を行なうことによって所望の炭素量を有する複合金
属粉末を得ることができる。In the above manufacturing method, in the case of blowing into the tunnel, the composite metal powder can be collected by classifying the powder particle size according to the distance from the nozzle for ejecting the molten metal to the falling position in the tunnel. In addition, after pulverizing by the above method, decarburization (reduction) for a specified time at an appropriate temperature
By performing the treatment, a composite metal powder having a desired carbon content can be obtained.
【００２４】さらに、金属溶湯に分散させるセラミック
ス粒子と金属溶湯との分散性を良好にするために、セラ
ミックス粒子の表面に有機化合物から成るコーティング
層を予め形成しておくとよい。すなわち機械的粉砕手段
等によって所定粒径に調整されたままのセラミックス粒
子の表面は凹凸が顕著であり、このままではセラミック
ス粒子と金属溶湯とのなじみ（濡れ性）が良好でないた
め、金属溶湯に対するセラミックス粒子の分散が均一に
ならないおそれがある。Further, in order to improve the dispersibility of the ceramic particles to be dispersed in the molten metal and the molten metal, it is preferable to previously form a coating layer made of an organic compound on the surface of the ceramic particles. That is, the surface of the ceramic particles, which has been adjusted to a predetermined particle size by a mechanical pulverizing means, has conspicuous irregularities, and since the ceramic particles and the molten metal are not well compatible (wettability) as they are, the ceramics with respect to the molten metal The particles may not be evenly dispersed.
【００２５】しかしながら、各セラミックス粒子の表面
に有機化合物から成るコーティング層を予め形成してお
いて表面を円滑にすることにより、溶湯金属とセラミッ
クス粒子との濡れ性が改善され、セラミックス粒子の均
一な分散が図れるとともに、両者の接合強度を高めるこ
とができる。However, by forming a coating layer made of an organic compound on the surface of each ceramic particle in advance and smoothing the surface, the wettability between the molten metal and the ceramic particles is improved, and the ceramic particles are made uniform. The dispersion can be achieved, and the bonding strength between the two can be increased.
【００２６】また複合金属粉末の粒径は成形体の形状精
度、強度を高く保持するために、３００μｍ以下に設定
することが望ましい。すなわち複合金属粉末の粒径が３
００μｍを超える場合には、この粉末を圧縮成形して得
た成形体のグリーン強度が小さくなり、取扱性が低下す
ると共に成形型の細かい部位までに粉末が充分に充填さ
れにくくなるため、形状精度が低下し易い。また汎用の
アトマイズ法では、３００μｍを超える粗大な複合金属
粉末を効率的に製造しにくい。したがって、複合金属粉
末の粒径は３００μｍ以下に設定されるが、成形体密度
をより上昇させるためには２００μｍ以下が望ましい。The particle size of the composite metal powder is preferably set to 300 μm or less in order to keep the shape accuracy and strength of the compact high. That is, the particle size of the composite metal powder is 3
If it exceeds 00 μm, the green strength of the molded product obtained by compression molding this powder will be low, the handling property will be deteriorated, and the powder will not be sufficiently filled into the fine parts of the molding die. Is easy to decrease. Moreover, it is difficult to efficiently produce a coarse composite metal powder exceeding 300 μm by a general-purpose atomization method. Therefore, the particle size of the composite metal powder is set to 300 μm or less, but 200 μm or less is desirable in order to further increase the density of the compact.
【００２７】一方金属中に分散させるセラミックス粒子
の粒径は、両者の接合強度を高めるために、３０μｍ以
下に設定するとよい。すなわちセラミックス粒子の粒径
が３０μｍを超える場合には金属マトリックスとセラミ
ックス粒子との接合面積が小さくなるだけでなく、複合
金属粉末自身の構造強度が低くなるとともに、金属マト
リックスに対するセラミックス粒子の分散状態が悪くな
り、均一な摺動特性を発揮できなくなる。On the other hand, the particle size of the ceramic particles dispersed in the metal is preferably set to 30 μm or less in order to increase the bonding strength between the two. That is, when the particle size of the ceramic particles exceeds 30 μm, not only the bonding area between the metal matrix and the ceramic particles becomes small, but also the structural strength of the composite metal powder itself becomes low, and the dispersion state of the ceramic particles in the metal matrix becomes small. It becomes worse, and uniform sliding characteristics cannot be exhibited.
【００２８】したがって複合金属粉末の粒径が３００μ
ｍ以下の場合において、セラミックス粒子の粒径は３０
μｍ以下、より望ましくは１０μｍ以下に設定するとよ
い。Therefore, the particle size of the composite metal powder is 300 μm.
In the case of m or less, the particle size of the ceramic particles is 30
It is preferable to set the thickness to less than or equal to μm, and more desirably to less than or equal to 10 μm.
【００２９】また複合金属粉末全体に対するセラミック
ス粒子の容積率は、複合金属粉末の耐摩耗性、潤滑性、
強度特性、摺動特性、熱膨脹率等に大きく影響する。本
発明では容積率は１〜５０vol ％に設定される。容積率
が１vol ％未満の場合にはセラミックス材が備える硬度
（耐摩耗性）、摺動特性、潤滑性などが複合金属粉末に
充分に付与されない一方、容積率が５０vol％を超える
場合には、複合金属粉末自体の熱膨脹率が金属の熱膨脹
率から大きく隔たるため、この複合金属粉末で形成した
部品と他の金属部品とを組み合せて使用することが困難
になる。したがってセラミックス粒子の容積率は１〜５
０vol ％に設定されるが、より好ましくは１０〜３０vo
l ％である。Further, the volume ratio of the ceramic particles to the whole composite metal powder depends on the wear resistance, lubricity,
It greatly affects strength characteristics, sliding characteristics, coefficient of thermal expansion, etc. In the present invention, the volume ratio is set to 1 to 50 vol%. When the volume ratio is less than 1 vol%, the hardness (wear resistance), sliding characteristics, lubricity, etc. of the ceramic material are not sufficiently imparted to the composite metal powder, while when the volume ratio exceeds 50 vol%, Since the coefficient of thermal expansion of the composite metal powder itself is largely separated from the coefficient of thermal expansion of the metal, it becomes difficult to use a part formed of the composite metal powder and another metal part in combination. Therefore, the volume ratio of ceramic particles is 1 to 5
It is set to 0 vol%, more preferably 10 to 30 vo
l%.
【００３０】また本発明に係る耐摩耗部品は、まず上記
のようにアトマイズ法によって調製した複合金属粉末、
すなわち金属粉末マトリックス中に粒径３０μｍ以下の
セラミックス粒子を分散して成る複合金属粉末にバイン
ダを添加して成形型に充填し、圧縮成形することによ
り、所定形状の成形体を形成する。次に得られた成形体
を脱脂後、焼結し、得られた焼結体を所定形状に仕上げ
加工して製造される。The wear-resistant component according to the present invention is a composite metal powder prepared by the atomizing method as described above.
That is, a binder is added to a composite metal powder obtained by dispersing ceramic particles having a particle size of 30 μm or less in a metal powder matrix, the binder is filled into a molding die, and compression molding is performed to form a molded body having a predetermined shape. Next, the molded body thus obtained is degreased and then sintered, and the sintered body thus obtained is finished into a predetermined shape to be manufactured.
【００３１】上記耐摩耗部品によれば、原料の粉末段階
において、既に金属中にセラミックスの微細粒子が均一
に分散した複合金属粉末を使用しているため、耐摩耗部
品自体に含有されるセラミックスの分散性も極めて良好
である。したがって、従来部品において頻発したセラミ
ックス粒子の分散不良による摺動特性の低下が効果的に
解消される。According to the above wear-resistant component, since the composite metal powder in which fine ceramic particles are uniformly dispersed in the metal is already used at the powder stage of the raw material, the ceramics contained in the wear-resistant component itself are used. The dispersibility is also very good. Therefore, it is possible to effectively eliminate the deterioration of the sliding characteristics due to the poor dispersion of the ceramic particles that frequently occurs in the conventional component.
【００３２】特に金属粉末とセラミックス粒子とを長時
間混合して原料粉末の組成のばらつきを低減していた従
来の粉末冶金法における原料の混合時間を大幅に短縮す
ることが可能になり、耐摩耗部品の製造効率を飛躍的に
高めることができる。In particular, it becomes possible to significantly reduce the mixing time of the raw materials in the conventional powder metallurgy method in which the metal powder and the ceramic particles are mixed for a long time to reduce the variation in the composition of the raw material powder, and the wear resistance is improved. The manufacturing efficiency of parts can be dramatically improved.
【００３３】また従来製法においては、金属の融点より
低い焼結温度で加熱し焼結段階にて初めて金属粉末とセ
ラミックスとを接合していたため、接合強度が小さく、
耐摩耗部品自体の構造強度が低下するおそれがあった。Further, in the conventional manufacturing method, since the metal powder and the ceramics are joined only at the sintering stage by heating at a sintering temperature lower than the melting point of the metal, the joining strength is small,
There is a possibility that the structural strength of the wear resistant component itself may be reduced.
【００３４】しかしながら本発明においては溶融した高
温度の金属溶湯によって各セラミックス粒子の全表面が
覆われ、高い接合強度で一体に接合された状態で予め複
合金属粉末が形成されているため、この複合金属粉末の
焼結体から成る耐摩耗部品の接合強度も高くなり、優れ
た構造強度を備えることになる。However, in the present invention, the entire surface of each ceramic particle is covered with the molten high temperature molten metal and the composite metal powder is formed in advance in the state of being integrally bonded with high bonding strength. The wear resistance of a wear-resistant component made of a sintered body of metal powder is also increased, and excellent structural strength is provided.
【００３５】[0035]
【実施例】次に本発明の実施例について添付図面および
実験データを参照してより具体的に説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will now be described more specifically with reference to the accompanying drawings and experimental data.
【００３６】実施例として、図２に示すようなアトマイ
ズ粉製造装置１を使用して、金属として各々純Ｆｅ、Ｓ
ＵＳ３０４を使用する一方、無機化合物として粒径が５
〜２０μｍ以下のＳｉ3 Ｎ4 粉末を使用して各々純Ｆ
ｅ、ＳＵＳ３０４をマトリックスとする複合金属粉末を
調製した。As an example, an atomized powder production apparatus 1 as shown in FIG. 2 was used, and pure Fe and S were used as metals, respectively.
US304 is used, while the inorganic compound has a particle size of 5
Pure F by using Si 3 N 4 powder of ~ 20 μm or less
e, a composite metal powder having SUS304 as a matrix was prepared.
【００３７】ここで図２に示すアトマイズ粉製造装置１
は金属原料２を溶解した溶湯３と、セラミックス粒子
（原料）４との混合物を保持する溶解炉５と、溶解炉５
の側壁外周に配置され、金属原料２を電磁的に加熱し溶
融せしめる高周波誘導加熱器６と、セラミックス粒子
（原料）４を分散させた金属溶湯３を一定速度で噴出さ
せるノズルヘッダ７と、高圧水、圧縮空気などの高圧流
体をノズルヘッダ７に供給し、噴出した金属溶湯３を微
細化する高圧流体供給装置８と、噴霧された金属溶湯３
を冷却凝固せしめる水を収容した噴霧タンク９とを備え
て構成される。Here, the atomized powder manufacturing apparatus 1 shown in FIG.
Is a melting furnace 5 for holding a mixture of a molten metal 3 in which a metal raw material 2 is melted and ceramic particles (raw material) 4, and a melting furnace 5
A high frequency induction heater 6 arranged on the outer periphery of the side wall of the metal for electromagnetically heating and melting the metal raw material 2, a nozzle header 7 for ejecting a molten metal 3 in which ceramic particles (raw material) 4 are dispersed at a constant speed, and a high pressure A high-pressure fluid supply device 8 for supplying a high-pressure fluid such as water or compressed air to the nozzle header 7 to atomize the ejected molten metal 3 and the sprayed molten metal 3
And a spray tank 9 containing water for cooling and solidifying the liquid.
【００３８】溶解炉５内に投入された金属原料２は、高
周波誘導加熱器６によって加熱溶融され、金属溶湯３と
なる。この状態でセラミックス粒子４を投入すると、高
周波誘導加熱器６から受ける電磁力によって激しく対流
する溶湯３とセラミックス粒子４とが攪拌混合される。
セラミックス粒子４が均一に分散した溶湯３は、ノズル
ヘッダ７に供給された２〜８気圧の圧縮空気（高圧流
体）によって微細化され、さらに凝固して複合金属粉末
１０となり、噴霧タンク９下部に回収される。The metal raw material 2 charged into the melting furnace 5 is heated and melted by the high frequency induction heater 6 to become a metal melt 3. When the ceramic particles 4 are charged in this state, the molten metal 3 and the ceramic particles 4 that are violently convected by the electromagnetic force received from the high frequency induction heater 6 are agitated and mixed.
The molten metal 3 in which the ceramic particles 4 are uniformly dispersed is atomized by compressed air (high pressure fluid) of 2 to 8 atm supplied to the nozzle header 7 and further solidified into a composite metal powder 10, which is provided at the bottom of the spray tank 9. Be recovered.
【００３９】この製造装置１において、ノズルヘッダ７
に穿設する細孔の大きさ、セラミックス粒子４が分散し
た溶湯３の噴出速度、アトマイズ用の高圧流体の圧力な
どを調節することによって複合金属粉末１０の粒径や粒
度分布を任意に設定することができる。In this manufacturing apparatus 1, the nozzle header 7
The particle size and particle size distribution of the composite metal powder 10 are arbitrarily set by adjusting the size of the pores formed in the hole, the ejection speed of the molten metal 3 in which the ceramic particles 4 are dispersed, the pressure of the high-pressure fluid for atomizing, and the like. be able to.
【００４０】上記製造装置１を使用して製造された各々
の複合金属粉末１０は、いずれも図１に示すように大略
球状であり、外径Ｄは５０〜２００μｍ程度であり、連
続した金属マトリックス２ａ間にセラミックス粒子４が
均一に分散した組織を有する。また複合金属粉末全容積
に対するセラミックス粒子の容積率は１０〜２０vol％
とした。Each of the composite metal powders 10 produced by using the production apparatus 1 has a substantially spherical shape as shown in FIG. 1, an outer diameter D of about 50 to 200 μm, and a continuous metal matrix. It has a structure in which ceramic particles 4 are uniformly dispersed between 2a. The volume ratio of ceramic particles to the total volume of the composite metal powder is 10 to 20 vol%.
And
【００４１】次に調製した各々の複合金属粉末に対して
５重量％の有機バインダを添加して混合し、２種類の均
一な粉末混合体を用意した。Next, 5% by weight of an organic binder was added to and mixed with each of the prepared composite metal powders to prepare two kinds of uniform powder mixtures.
【００４２】次に各混合体を加圧して円筒状の成形体を
得た。そして各成形体を水素ガス雰囲気において温度５
００〜８００℃で３０分間〜２時間加熱することにより
脱脂した。次に脱脂した各成形体を減圧した水素ガス雰
囲気において、１３００℃の温度で焼結した。そして得
られた各成形体に機械加工を施し、最終的に外径３０m
m、内径２６mm、高さ１０mmの寸法を有する耐摩耗部品
としての円筒状の軸受を得た。Next, each mixture was pressed to obtain a cylindrical molded body. And each molded body is heated to a temperature of 5 in a hydrogen gas atmosphere.
Degreasing was performed by heating at 00 to 800 ° C. for 30 minutes to 2 hours. Next, the degreased compacts were sintered at a temperature of 1300 ° C. in a depressurized hydrogen gas atmosphere. Then, each molded body obtained is subjected to machining to finally have an outer diameter of 30 m.
A cylindrical bearing having dimensions of m, inner diameter 26 mm, and height 10 mm was obtained as a wear-resistant component.
【００４３】この各軸受は焼結密度、抗折強度に優れ、
熱膨脹率もマトリックスである金属の純Ｆｅ、ＳＵＳ３
０４に殆ど等しいものであった。Each of these bearings is excellent in sintered density and bending strength,
The coefficient of thermal expansion is also matrix matrix of pure Fe, SUS3
It was almost equal to 04.
【００４４】次に実施例に係る耐摩耗部品としての各軸
受の耐摩耗特性、摺動特性および耐久性を評価するため
に、図３に示すように各軸受１１にＦＣＤ製の回転軸１
２を挿通し、この回転軸１２の両端に各１０kgずつ、合
計２０kgの荷重を付加した状態で耐摩耗試験を実施した
結果、良好な耐摩耗性および耐久性を得た。Next, in order to evaluate the wear resistance characteristics, sliding characteristics and durability of each bearing as a wear resistant part according to the embodiment, as shown in FIG.
As a result of carrying out a wear resistance test with 2 inserted, 10 kg each on both ends of the rotary shaft 12, with a total load of 20 kg being applied, good wear resistance and durability were obtained.
【００４５】上記実施例においては、炭素含有量が低い
金属原料を使用した例で示しているが、逆に炭素含有量
が高い金属原料を使用した場合においては、製造した複
合金属粉末の外面が酸化され易く、粉末内部の炭素含有
量が高くなる。そこで温度９５０〜１０００℃に加熱す
る脱炭処理を行なうことにより、Ｃ含有量が０．０５〜
０．１％程度の複合金属粉末とすることができる。In the above examples, an example using a metal raw material having a low carbon content is shown. Conversely, when a metal raw material having a high carbon content is used, the outer surface of the produced composite metal powder is It is easily oxidized and the carbon content inside the powder becomes high. Therefore, by performing a decarburization treatment in which the temperature is heated to 950 to 1000 ° C., the C content is 0.05 to
The composite metal powder may be about 0.1%.
【００４６】さらに図２に示すアトマイズ粉製造装置に
おいては、高周波誘導加熱器６によって溶湯３に付与さ
れる電磁力に基づく対流作用によって、セラミックス粒
子４を攪拌混合し、金属溶湯３中に分散させている。Further, in the atomized powder manufacturing apparatus shown in FIG. 2, the ceramic particles 4 are agitated and mixed by the convection action based on the electromagnetic force applied to the molten metal 3 by the high frequency induction heater 6, and dispersed in the molten metal 3. ing.
【００４７】しかしながら、より攪拌効果を高めるため
に、例えば金属溶湯３からの熱に耐える、ＷやＭｏ等の
高融点金属材料で形成した攪拌機を溶解炉５内部に装備
することもできる。However, in order to further enhance the stirring effect, it is possible to equip the melting furnace 5 with a stirrer made of a refractory metal material such as W or Mo that withstands heat from the molten metal 3, for example.
【００４８】[0048]
【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る複合金属
粉末とその製造方法および複合金属粉末から形成された
耐摩耗部品によれば、無機化合物粉末を含有する金属溶
湯をアトマイズ法によって微粉化することにより、連続
した金属マトリックス間に無機化合物粒子が均一に分散
し、高い接合強度で一体化した複合金属粉末が効率的に
得られる。As described above, according to the composite metal powder, the method for producing the composite metal powder, and the wear-resistant component formed from the composite metal powder according to the present invention, the molten metal containing the inorganic compound powder is atomized by the atomization method. By doing so, the inorganic compound particles are uniformly dispersed between the continuous metal matrices, and a composite metal powder integrated with high bonding strength can be efficiently obtained.
【００４９】この複合金属粉末を原料粉末として使用す
ることにより、無機化合物粉末が均一に分散した耐摩耗
部品を安価で効率的に製造することができる。By using this composite metal powder as a raw material powder, it is possible to inexpensively and efficiently manufacture wear-resistant parts in which the inorganic compound powder is uniformly dispersed.
【図１】本発明に係る複合金属粉末の一実施例を示す拡
大断面図。FIG. 1 is an enlarged sectional view showing an embodiment of a composite metal powder according to the present invention.
【図２】本発明に係る複合金属粉末を製造するためのア
トマイズ粉製造装置の構成例を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of an atomized powder manufacturing apparatus for manufacturing a composite metal powder according to the present invention.
【図３】耐摩耗試験要領を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing an abrasion resistance test procedure.
１ アトマイズ粉製造装置 ２ 金属原料 ２ａ 金属マトリックス ３ 溶湯 ４ セラミックス粒子（原料） ５ 溶解炉 ６ 高周波誘導加熱器 ７ ノズルヘッダ ８ 高圧流体供給装置 ９ 噴霧タンク １０ 複合金属粉末 １１ 軸受 １２ 回転軸 1 Atomized powder manufacturing equipment 2 Metal raw materials 2a metal matrix 3 molten metal 4 Ceramic particles (raw material) 5 melting furnace 6 high frequency induction heater 7 nozzle header 8 High-pressure fluid supply device 9 Spray tank 10 Composite metal powder 11 bearings 12 rotation axes
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２ Ｇ 8821−4Ｇ １０４ Ａ 8821−4Ｇ (72)発明者 佐藤 孔俊 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 福田 泰幸 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 東 芝マテリアルエンジニアリング株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Internal reference number FI Technical display location C04B 35/58 102 G 8821-4G 104 A 8821-4G (72) Inventor Kotoshi Sato Yokohama, Kanagawa Prefecture (8) Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama Incorporated company Toshiba Yokohama Works (72) Inventor Yasuyuki Fukuda 8-Shin-Sugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Toshiba Material Engineering Co., Ltd.
Claims (7)
以下のセラミックス粒子を分散させたことを特徴とする
複合金属粉末。1. A particle size of 30 μm in a metal powder matrix.
A composite metal powder having the following ceramic particles dispersed therein.
Ｎ4 ，ＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ＳｉＣおよびＳ
ｉＯ2 から選択される少なくとも１種から成ることを特
徴とする請求項１記載の複合金属粉末。2. The dispersed ceramic particles are made of Si 3
N 4 , AlN, Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC and S
The composite metal powder according to claim 1, comprising at least one selected from iO 2 .
あることを特徴する請求項１記載の複合金属粉末。3. The composite metal powder according to claim 1, wherein the composite metal powder has a particle size of 300 μm or less.
l ％であることを特徴とする請求項１記載の複合金属粉
末。4. The volume ratio of ceramic particles is 1 to 50 vo.
The composite metal powder according to claim 1, wherein the content is 1%.
をアトマイズ法により凝固せしめ、金属粉末マトリック
ス中にセラミックス粒子を分散させることを特徴とする
複合金属粉末の製造方法。5. A method for producing a composite metal powder, characterized in that a molten metal in which ceramic particles are dispersed is solidified by an atomizing method and the ceramic particles are dispersed in a metal powder matrix.
表面に、有機化合物から成るコーティング層を予め形成
することを特徴とする請求項５記載の複合金属粉末の製
造方法。6. The method for producing a composite metal powder according to claim 5, wherein a coating layer made of an organic compound is previously formed on the surface of the ceramic particles to be dispersed in the molten metal.
以下のセラミックス粒子が分散して成る複合金属粉末の
焼結体で形成したことを特徴とする耐摩耗部品。7. A particle size of 30 μm in a metal powder matrix.
A wear-resistant component, which is formed of a sintered body of a composite metal powder in which the following ceramic particles are dispersed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150605A JPH0525513A (en) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | Composite metal powder, its production and wear-resistant parts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150605A JPH0525513A (en) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | Composite metal powder, its production and wear-resistant parts |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0525513A true JPH0525513A (en) | 1993-02-02 |
Family
ID=15500542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3150605A Pending JPH0525513A (en) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | Composite metal powder, its production and wear-resistant parts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0525513A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006103931A1 (en) * | 2005-03-29 | 2006-10-05 | Tama-Tlo Ltd. | Material containing aluminum nitride |
| CN103941571A (en) * | 2013-01-17 | 2014-07-23 | 奥米加股份有限公司 | Part for clock movement |
| JP2016081608A (en) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | イビデン株式会社 | Method for manufacturing ceramic heater |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP3150605A patent/JPH0525513A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2006103931A1 (en) * | 2005-03-29 | 2006-10-05 | Tama-Tlo Ltd. | Material containing aluminum nitride |
| CN103941571A (en) * | 2013-01-17 | 2014-07-23 | 奥米加股份有限公司 | Part for clock movement |
| JP2014137377A (en) * | 2013-01-17 | 2014-07-28 | Omega Sa | Component for timepiece movement |
| JP2016053589A (en) * | 2013-01-17 | 2016-04-14 | オメガ・エス アー | Component for timepiece movement |
| CN110275418A (en) * | 2013-01-17 | 2019-09-24 | 奥米加股份有限公司 | Component for watch and clock movement |
| CN110275418B (en) * | 2013-01-17 | 2021-11-16 | 奥米加股份有限公司 | Component for a timepiece movement |
| JP2016081608A (en) * | 2014-10-10 | 2016-05-16 | イビデン株式会社 | Method for manufacturing ceramic heater |
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