JPH08134569A - 耐食耐摩耗性高強度Ｎｉ基合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 重量％で、Ｂ ０．６〜３．２％、Ｓｉ
０．５〜８％、Ｍｏ ５〜３７％、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硼化物およ
びＭｏ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。さらに、このＮｉ基合金と鋼材
とを金属結合により複合化させたＮｉ基合金複合材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形機や押出成形
機のシリンダ、スクリュー、プランジャのような耐食
性、耐摩耗性および強度を同時に必要とする各種部材の
構成材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機や押出成形機を構成するシリ
ンダ、スクリュー、プランジャ等の部材は、高圧力、高
速度で圧送される流動体との接触に抗するために耐食
性、耐摩耗性および高強度が要求される。

【０００３】従来、このような構成材料として、（イ）
Ｎｉ基自溶合金、（ロ）ＷＣ粒子分散Ｎｉ基自溶合金、
（ハ）Ｍｏ−Ｎｉ系複硼化物合金、および（ニ）耐食、
耐摩耗Ｎｉ基合金が使用されている。

【０００４】（イ）Ｎｉ基自溶合金は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ
−Ｓｉ合金であり、耐食性、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きた。
（ロ）ＷＣ粒子分散Ｎｉ基自溶合金は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ
−Ｓｉ合金にＷＣ粒子を微細に分散させた合金であり、
耐食性、耐摩耗性に優れているためプラスチック成形機
のバレル等の機械部品として使われている（特開昭６２
−１９７２６４号公報）。

【０００５】また、（ハ）Ｍｏ−Ｎｉ系複硼化物合金
は、Ｍｏ_２ＮｉＢ_２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、耐摩耗性に優
れているため高腐食環境下で使用される材料に適してい
る（特公平５−５８８９号公報）。さらに、（ニ）耐
食、耐摩耗Ｎｉ基合金は、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｗ−Ｖ−Ｂ−Ｓ
ｉ−Ｎｉ合金であり、耐食性、耐摩耗性を必要とする各
種構成部材に有用である（特開平６−５７３６０号公
報）。

【０００６】しかしながら、これらの合金材料は、耐摩
耗性のあるものは耐食性が不十分であったり、耐食性が
あっても強度が十分でない等、耐摩耗性、耐食性、およ
び強度を併せ持った材料は見当らないのが現状である。

【０００７】すなわち、（イ）Ｎｉ基自溶合金は、耐食
性、耐摩耗性が十分でなく、強度は抗折力で約０．８Ｇ
Ｐａと小さいため高い応力のかかる機械部品には使用で
きない。（ロ）ＷＣ粒子分散Ｎｉ基合金は、ＷＣ粒子を
均一に分散しているため、優れた耐摩耗性、耐食性を示
すが、材料強度が抗折力で約０．９ＧＰａと小さく高負
荷機械部品への応用は難しい。

【０００８】また、（ハ）Ｍｏ−Ｎｉ系複合硼化物合金
は、耐食性、耐摩耗性に優れているが、抗折力は１．５
ＧＰａと充分とは云えない。また、焼結温度が１１２５
〜１２２５℃と高いので、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。この温度では、鉄
鋼材の結晶粒粗大化により鋼材が劣化する。また、焼結
工程とは別工程でろう付けなどの接合を行うことは可能
ではあるが、コスト高となる等の問題がある。さらに、
（ニ）耐食耐摩耗Ｎｉ基合金は、抗折力が充分ではな
く、高負荷機械部品としてはその使用が難かしい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐食性、耐
摩耗性に優れ、かつ高強度を有する射出成形機や押出成
形機の部材に適した合金材料を提供することを目的とし
ている。また、本発明のもうひとつの目的は、このよう
な合金材料と鉄鋼材を金属結合させる複合化を焼結と同
時に行って、複合材料を低コストで提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の事項を
その要旨としている。 重量％で、Ｂ ０．６〜３．２％、Ｓｉ ０．５〜
８％、Ｍｏ ５〜３７％、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硼化物およびＭｏ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。 前項に記載のＮｉ基合金と鉄鋼材とを、金属結合
により複合化させたことを特徴とする耐食耐摩耗性高強
度Ｎｉ基合金複合材料。

【００１１】以下に、本発明を詳細に説明する。まず、
本発明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
らない限り重量％である。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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】最も優れた耐食性、耐摩耗性および強度並
びに鉄鋼材と複合化するのに好ましい焼結温度を示す
Ｂ、ＳｉおよびＭｏの含有量は、それぞれＢ１．０〜
２．８％、Ｓｉ３．５〜６．０％、Ｍｏ２０〜３０％で
ある。

【００１５】次に、本発明Ｎｉ基合金の製造法について
説明する。Ｎｉ基合金は、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｏ、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。

【００１６】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、１０００〜１１
３０℃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。

【００１７】焼結された合金は、ＭｏＢ、Ｍｏ_２ＮｉＢ
_２、Ｎｉ_２Ｂ、Ｎｉ_３Ｂ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。

【００１８】次に、本発明Ｎｉ基合金と鉄鋼材との金属
結合により複合化される複合材料の製造について説明す
る。板状の鉄鋼材と本発明Ｎｉ基合金を複合化する場合
には、Ｎｉ基合金の成形を直接接触させた状態で焼結す
ると、液相の出現によって成形体の焼結が行われると同
時に鉄鋼材とＮｉ基合金が接合して複合化される。

【００１９】また、円筒状の鉄鋼材の外径部あるいは管
状の鉄鋼材の内径部に本発明Ｎｉ基合金を接合して複合
化する場合には、Ｎｉ基合金の成形体の焼結時の収縮を
見込んで、焼結最終過程での液相の出現により、鉄鋼材
とＮｉ基合金が複合化される。

【００２０】本発明Ｎｉ基合金との複合化に用いる鉄鋼
材について述べる。本発明Ｎｉ基合金の膨脹係数は、１
０〜１１×１０^-6／℃であり、これは１３％Ｃｒ鋼に近
似している。複合化後の接合面の残留応力を考慮する
と、鉄鋼材としてはＳＵＳ４２０Ｊ２、ＳＵＳ４４０
Ｃ、ＳＵＳ４３０等のステンレル鋼が好ましい。Ｎｉ基
合金の成形体が単純形状の場合には、Ｓ２５Ｃ等の炭素
鋼との複合化が可能である。

【００２１】本発明Ｎｉ基合金と鉄鋼材との複合化の方
法としては、Ｎｉ基合金と同一の組成の合金粉をあらか
じめ水アトマイズ法やガスアトマイズ法などによって製
造し、その合金粉末を用いて、溶射、再溶融あるいは肉
盛をする方法もある。

【００２２】

【実施例】以下に、本発明を実施例によりさらに説明す
る。実施例１ 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１〜５合金粉末を配合
し、回転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。

【００２３】

【表１】

【００２４】本発明合金の試料番号１〜５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。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に示す。

【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 ３点曲げ坑折試
験 試験片の寸法 ４×８×２４ｍｍ、研削加工

【００２６】

【表２】

【００２７】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。

【００２９】

【表３】

【００３０】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。

【００３１】実施例２ 本発明Ｎｉ基合金の円板状成形体と鋼材との複合化を、
焼結と同時に行った実施例を以下に示す。Ｎｉ基合金の
目標成分が、重量％で、１９．２％ＮｉＢ、４％Ｓｉ、
２５％Ｍｏ、残部Ｎｉになるように各原料粉を配合し、
回転ボールミルによりエチルアルコール中で４８時間、
粉砕混合した。その後、乾燥、プレス成形し、図１
（ａ）に示す形状の円板状成形体を作成した。この成形
体の寸法は、厚さ５mm、直径φ３５mm、密度は約５０％
であった。

【００３２】この円板状成形体を、図１（ｂ）に示すよ
うに鋼材ＳＵＳ４２０Ｊ２の上に載置した状態で、真空
中で１０７０℃、１０分間焼結して、複合化を行った。
焼結体の寸法は、厚さ３．４mm、直径φ３０．２mmに収
縮された。

【００３３】図１（ｃ）に示すＳＵＳ４２０Ｊ２材と焼
結体の接触面の断面を研摩した後、光学顕微鏡で観察し
たところ、両者は強固に金属結合していることが確認さ
れた。この結合は焼結により液相が発生し、ＳＵＳ４２
０Ｊ２材に濡れることによって行われたと考えられる。
このように焼結、複合化された複合材料を機械加工し、
所定寸法に仕上げ、プラスチック成形機用部材として用
いた。

【００３４】実施例３ 本発明Ｎｉ基合金の円筒外径部に鋼材を焼結、複合化し
た実施例を以下に示す。Ｎｉ基合金の目標成分が、重量
％で、６％ＮｉＢ、７％Ｓｉ、２０％Ｍｏ、残部Ｎｉに
なるように各原料粉を配合し、回転ボールミルによりエ
チルアルコール中で４８時間粉砕混合した。その後、乾
燥し、ラバープレスにより成形し、成形体を、図２
（ａ）に示す円筒形に加工した。この成形体の寸法は、
外径φ５０mm、内径φ２７mm、高さ４８mm、密度は約５
０％であった。

【００３５】この円筒状成形体の中心に図２（ｂ）に示
すようにＳＵＳ４４０Ｃ材の丸棒を挿入してセットし、
真空中で１１２０℃、１０分間、焼結、複合化を行っ
た。ＳＵＳ４４０Ｃ材の丸棒の外径は、成形体の焼結収
縮を見込んでφ２３．０mmとした。

【００３６】図２（ｃ）に示すように、円筒状成形体は
焼結、複合化により収縮を起こし、その寸法は外径φ４
０mm、高さ４０mmに収縮した。光学顕微鏡での観察によ
れば、成形体中からの液相生成により丸棒鋼材と焼結体
は強固に金属結合されている。焼結、複合化後、複合材
料は機械加工により所定の寸法に仕上げ、プラスチック
成形機用スクリュとして用いられる。

【００３７】

【発明の効果】本発明により、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
料が得られた。また、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明Ｎｉ基合金の円板状成形体と鋼材との複
合化を焼結と同時に行う複合材料の製造法を説明した図
である。

【図２】本発明Ｎｉ基合金の円筒状成形体と丸棒鋼材と
の複合化を焼結と同時に行う複合材料の製造法を説明し
た図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｂ ０．６〜３．２％、Ｓｉ
   ０．５〜８％、Ｍｏ ５〜３７％、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硼化物およ
   びＭｏ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。
2. 【請求項２】請求項１に記載のＮｉ基合金と鉄鋼材とを
   金属結合により複合化させたことを特徴とする、耐食耐
   摩耗性高強度Ｎｉ基合金複合材料。