JPS62188707A - 鉄系金属板の表面に超硬質層を一体的に形成するハ−ドフエ−シング法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は鉄系金属板の表面に超硬質層を一体的に形成す
るハードフェーシング法に係わり、更に詳しくは鉄系金
属板の表面に予かじめ焼結した超硬合金、セラミックス
あるいはサーメットの粒子と、それらのバインダとなる
べき金属粒子より成る混合粒子層を一体的に融着する為
の方法に関する。

［従来の技術］ 周知の通り、耐厚耗性と粘り強さを同時に要求されるよ
うな各種部材１部品、構造材その他の加工に当っては、
従来から鉄系金属板上にハードフェーシングする方法が
実施されている。

即ち、超硬質材料の内、超硬合金を鉄系金属板」二にコ
ーティングしてハードフェーシングスル方法としては、 ａ、焼結して得た略１００ミクロン程度の超硬質合金粒
子を低融点金属の粉末と共に硬化すべき鉄系金属板の表
面に溶着する方法。

ｂ、焼結した所要形状の超硬質合金板を、溶接棒を用い
てガス等により鉄系金属板の表面に溶接する方法。

Ｃ０焼結した所要形状の超硬質合金板を、鉄系金属板の
表面にロー付けする方法。

更に、超硬質材料の内、セラミックスを鉄系金属板上に
コーティングしてハードフェーシングする方法としては
、 ｄ、予かじめ焼結した所要形状のセラミックス板と鉄系
金属板の間に中間のロー材層を介在させ、加熱炉中で加
圧しつつ加熱して一体化する方法。

上記のロー材層としては、銅等の低融点金属又は合金を
用いたり、多数の空隙を有する金属シートを用いたり、
更には鉄系金属板とセラミックスの配合層を用いたりし
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来技術によれば、個々に長所を有して、適応する
用途先に種々実施されて現在迄の所幾つかの効果を発揮
している。

中でも上記ａ、ｂ、ｃは多方面で長く実用されてきてい
る。

然しなから出願人は、永年にわたってこれらの作業に従
事しながら研究し続けてきた結果これらにも幾つかの次
の解決すべき点があることを見い出した。

即ち、上記ａ−ｂは共に超硬質層の厚さを自在に選定で
きず、現場の条件に最適に適応できない場合が多くあっ
た。具体的には、ａは溶射法故に超硬質層の厚さを厚く
することができない、ｂ。

Ｃについては超硬質板の厚さが薄いと溶接、ロー付が実
際上むずかしいのでその厚さを薄くすることができない
、ｄについては、予かじめ所定の形状のセラミックスの
板を炉中で加熱且つ加圧しながら鉄系金属板上に接合す
る為に、セラミックスの板を薄くするとこの接合工程に
於いて割れを生ずるのであまり薄くできない。

又、上記ａについては表面を滑らかに製するに不向であ
った。

そして特に次の点が問題であった。即ち上記す、ｃの場
合、鉄系金属板と、超硬合金の板の膨張係数に大きな差
があるので、溶接、ロー付時の冷却時の収縮の差により
超硬質層に割れ、ピンホールを生じすることがしばしば
であった。

又、上記ｄの場合は、もともとこの冷却時の割れ、ピン
ホールを生ずることの為に、中間にロー材層となるべき
中間層を介在させているので、この点は可及的に防止で
きるものの、中間の層が必ず必要であった。

［目的］ 従って本発明の目的とする所は次の点にある。

その１つは、超硬質層の厚さを薄くも厚くも用途に応じ
て自在に選定できるハードフェーシング法を提供するこ
と。

その２は、ハードフェーシングした超硬質層の表面が極
めて滑らかにできる方法を提供すること。

特にその３は、鉄系金属板を溶かしたり、変形させるこ
となく、且つ鉄系金属板とコーティングすべき超硬質層
の大きな１膨張係数の差にもかかわらず超硬質層のピン
ホール、割れを可及的に招くことなく良好に超硬質層を
鉄系全屈板上にコーティングしてハードフェーシングす
る方法を提供するにある。

［問題点を解決する為の手段］ 上記目的を達成する為に本発明は次の技術的手段を有す
る。

即ち、この発明の概念図を示した第１図に用いた符号を
付しそこれを説明すると、本発明は、成形型１に鉄系金
属板２をセットし、次いでその上に超硬質材料の予かじ
め焼結した粒子３と金属の粒子４とを所要の割合で混合
した混合粒子を充てんする。

続いて、上記混合粒子層を鉄系金属板２上に一対のカー
ボン電極を兼ねたパンチ５．６により加圧しながら、上
記鉄系金属板２及び混合粒子層に直接通電方式で、低電
圧の強電流を短時間通電する。これにより上記混合粒子
層を一体融着化すると共に、鉄系金属板２の表面に一体
的に融着するものである。

上記に於いて、鉄系金属板２は、鉄及びその合金等、機
械、器具、構造物の鉄系金属体に溶接等によって接合で
きるものを上衿する。又、予かじめ焼結した超硬質材料
の粒子３は次のようなものを用いることができる。

即ち、１つは硬質合金の焼結粒子である。

例えばＷ　Ｃ−Ｃｏ系硬質合金、ＷＣ−Ｔｉｃ−ＣＯ系
金金属合金ＷＣ−ＴａＣ（ＮｂＣ）−Ｃ。

系硬質合金、　ＷＣ−Ｔ　ｉ　Ｃ−ＴａＣ（Ｎ　ｂ　Ｃ
）　−Ｃｏ系硬質合金の粒子である。

もう１つはセラミックスの焼結粒子である０例えばＩＶ
、Ｖ、ＶＩ金金属酸化物、炭化物、はう化物、ケイ化物
等テアｌＪ、Ａ１２０３．５ｉ０２　　。

Ｓ　ｉ　Ｃ、Ｔ　ｉ　Ｃ等である。

更にもう１つはサーメットの焼結粒子である。

即ちセラミックスとしてＩＶ、Ｖ、ＶＩ金金属酸化物、
炭化物、けい化物、はう化物、窒化物などの粉末を用い
、これに金属としてコバルト、ニッケル、鉄などの粉末
を入れて混合し、真空中その他適当な保護ガス中で焼結
したものの粒子である。

上記焼結粒子に混合する金属粒子４としては、鉄、銅、
ニッケル及びそれ等の合金又はその他の低融点金属及び
その合金の粉末である。

更に、上記超硬質材料の粒子の粒径は、いわゆるメツシ
ュオーダ、例えば＃ｌＯ〜＃２００の範囲のものを選択
できる。そして超硬質材料の粒子と金属の粒子の混合割
合は、種々選択でき、一般的には用途先に応じて耐摩耗
性の要求度合が高ければ、超硬質材料の粒子の混合割合
を多くシ１機械的じん性の要求度合が高ければ、金属粒
子の度合を多くする。

上記混合層の層厚は、用途先の要求に応じて後述する直
接通電方式の成形なるが故に、いかようにも選択できる
。

さて、直接通電方式は、１０〜５０Ｋｇ／　Ｃｍ’程度
の圧力で加圧しながら低電圧強電流を、直接被成形物に
短時間通電するものである。

低電圧３〜１０ｖの範囲が望ましく、混合粒子中に金属
粒子が含まれていて、電気的に良導体なので、低電圧と
することによりショートを防止する意味を有する。又強
電流は、３０００〜５０００　Ａの範囲が望ましく、こ
のように強電流なる故は、抵抗損失に基く発熱を可能に
する為である。

直接通電、即ち鉄系金属板と混合粒子層を加圧しながら
、それ自体に直接通電する理由は、後記する作用の所で
明らかにする。

而して、鉄系金属板と混合粒子層の間に、第２図に示す
如くニッケル、コバルト、銅等のロー材となるべき薄板
又は粉末７を介在させてもよい。

［作用］ このように、被成型物を加圧しながら低電圧強電流を被
成型物自体に直接通電すると、鉄系金属板２に対して混
合粒子（超硬質材料の粒子３と金属粒子４）が加圧され
ると同時に、それら内部の電気抵抗に基づく高温発熱が
それらに生じ、混合粒子層中の金属粒子が急速に溶は出
し、それらが液相となって超硬質粒子と超硬質粒子の間
隙に急速に流れ間隙を密に埋め、且つ鉄系金属板側に溶
は出す。そしてこの短時間の通電を終了すると、冷却に
伴ない上記液相部分が固着し、それらがバインダとなっ
て超硬質粒子３を固定化すると共に、この固定化した混
合粒子相を鉄系金属板２に一体的に融着する。

上記一体融着成形メカニズムをより具体的に説明すると
本発明の低電圧強電流の被成型物自体への直接通電方式
の特徴がよりよく説明される。

即ち、超硬質材料粒子が、超硬質合金粒子又はサーメッ
ト粒子の場合について説明すると１通常これら超硬質合
金粒子３の電気抵抗は、金属粒子４の電気抵抗より大で
ある。

従って、混合粒子層中の超硬質合金粒子３の部分が、金
属粒子４の部分及び鉄系金属板２の部分に比し、各部同
一の電流密度ながら大きな発熱量となり、高温になる。

高温になるけれども、この超硬質合金粒子は高融点の為
に溶は出すことはない。これは通電時間をコントロール
することによって実施される。

所がこの高温の超硬質合金粒子部分の熱が金属粒子４側
の周囲に伝熱される。それにより金属粒子４はその融点
以上の温度のもとにさらされる。

従って金属粒子４が溶は出す。この場合、金属粒子側も
、その内部発熱により昇温する。この場合、超硬質合金
粒子に対する同一の条件で通電されているものの金属粒
子４の電気抵抗は小さいので、それ自体の熱だけでは勿
論溶出されない。と同様に、鉄系金属板２の電気抵抗は
、板状なので、より電気抵抗は小さいから、同一の条件
で通電されているものの、それ自体の発熱では溶は出す
ことはない。

このようにして、超硬質合金粒子３と粒子３の間の金属
粒子４が液状に溶け、固化し、それがバインダとなって
一体融着し、且つこの一体的な超硬質層が鉄系金属板２
に一体的に融着する。

このようにして、良好なハードフェーシングが実施され
るが、この場合、混合粒子層と鉄系金属板２の双方に対
して、同一の条件で直接通電が実施されるも、上述した
ように混合粒子層の発熱による温度上昇の方が、鉄系金
属板２の発熱による温度上昇に比して大なので、鉄系金
属板２の膨張量を抑えることができるから混合粒子層の
熱膨張係数と、鉄系金属板の熱膨張係数に差があっても
、両層の膨張及び収縮度合は略等しくすることができ、
冷却収縮時に於ける互いの収縮差が大きくてず、超硬質
混合層のひび割れ、ピンホールを可及的に回避できるも
のである。且つこの回避の為に、通電時間をコントロー
ルするだけで実施できるものである。

又、超硬質材料粒子３が、セラミックス粒子の場合につ
いて説明すると、通常これらは不良導体である。従って
これらに通電した場合、セラミックス粒子３と粒子３の
間の金属粒子４の所を通る電流密度が大になる。

従って、抵抗発熱の法則通り、該部分の発熱量が増大し
、金属粒子４を融かす程度の高温になり、この部分が融
けてセラミックス粒子３の間に急速に浸透し、通電をオ
フにした後の固化により一体的な混合粒子層が形成され
る。

他方、鉄系金属板２への電流密度は、先の混合粒子層中
の金属粒子部分の電流密度に比して小なので、該部分を
溶かすことなく、この鉄系金属板２上にセラミックス粒
子と金属粒子の超硬質混合層が一体融着化するものであ
る。この場合も、鉄系金属板２と超硬質混合粒子層の熱
膨張係数に差があるが、鉄系金属板部分の発熱が小であ
ってその膨張、収１ｉ！量が抑えられることから１両層
の冷却収縮時に、両層の収縮度合の差が大きく生ぜずセ
ラミックス粒子入り混合層のピンホール、割れを生ずる
ことなく一体融着化できる。

且つこの結果を、通電時間のコントロールによって容易
に実施できるものである。

この場合、低電圧強電流を直接通電する方式であって、
混合粒子層の成型された表面は平滑であり、又混合粒子
層の充てん厚さは如何ようにも変えられるので、用途に
応じてその厚さを薄くも厚くもできものである。

［実施例コ 以下この発明の実施例を記載する。

実施例１ 成形型の上下に配したカポーン電極を兼ねたバンチの間
に、厚さ１０ｍｍ、直径３０ｍｍの鉄板をセットし、次
いで予かじめ次のように調整した混合粒子を鉄板上に投
入した。

即ち、メツシュ＃　１００のＷＣ−Ｃｏ焼結粒子とＦｅ
粒子を重量比で５０　：　５０に調節した混合粒子１２
ｇを鉄板上に投入し、軽く押圧して均らした。

次いで一対のカーボン電極を兼ねたパンチにより３０Ｋ
ｇ／　ｃ　ｒｎ′て加圧すると同時に、この加圧中力ポ
ーン電極に５　Ｖ　、　３７００Ａの電流を１２０２０
秒間通電、以後冷却した。

この結果、Ｆｅ粒子がバインダとなって、ＷＣ−Ｃｏ粒
子がそれらの間に一体的に融着し、且つ鉄板上に一体的
にハードフェーシングされた。ＷＣ−ＣｏとＦｅの混合
より成る超硬質層のひび割れ、ピンホールは見当らなか
った。

実施例２ 成形型の上下に配したカーボン電極を兼ねたパンチの間
に厚さｉｏ、５ｍｍ、直径３０ｍｍの鉄板をセットし、
次いで予かじめ次のように調節した混合粒子を鉄板上に
投入した。即ち、メツシュ＃８０のＡｌ２Ｏ”１−Ｆｅ
ステンレスの焼結サーメット粒子とＦｅ粒子を重量比で
６０−５０に調節した混合粒子１６ｇを鉄板上に投入し
、軽く押圧して均もした。

次いで一対のカーボン電極を兼ねたパンチにより４０Ｋ
ｇ／　ｃ　ｍ’で加圧すると同時に、この加圧中カーボ
ン電極５　Ｖ　、　４０００Ａの電流を１１０秒間通電
して、以後冷却した。

この結果、実施例１と同様に、サーメット粒子とＦｅ粒
子の超硬質層が鉄板上に良好にハードフェーシングされ
た。

実施例３ 成形型の上下に配したカーボン電極を兼ねたパンチの間
に厚さ１０ｍｍ、直径３０ｍ＋＋の鉄板をセットし１次
いで予かじめ次のように調節した混合粒子を鉄板上に投
入した。即ち、メツシュ＃１２０のＳｉＣセラミックス
焼結粒子と、Ｎｉ粒子を重量比で＋３０：４０に調節し
た混合粒子１２ｇを鉄板上に投入し、軽く押圧して均ら
した。

次いで一対のカーボン電極を兼ねたパンチにより３５Ｋ
ｇ／　ｃ　ｒｔｆで加圧すると同時に、この加圧中カー
ボン電極４　Ｖ　、　３９００Ａの電流を１４０４０秒
間通電、以後冷却した この結果ＳｉＣセラミックスとＮｉの混合した超硬質層
にひび、ピンホールを生ずることなく。

それが鉄板上に一体融着化して、鉄板の表面を良好にハ
ードフェーシングできた。

実施例４ 実施例３に於ける鉄板をセット後、Ｎｉ粉末２ｇをその
上にのせて、それをロー材層とし、次いで実施例３と同
様にメツシュ＃１２０のＳｉＣセラミックス焼結粒子と
、Ｎｉ粒子を重量比で８０　：　４０に調節した混合粒
子１２ｇを鉄板上に投入し、以後実施例３と同一の条件
い製した所、ロー材層が鉄板及び混合超硬質層の双方に
なじみ、より良好な鉄板ハードフェーシングが図られた
。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明は次の利点を可能にする。

１つは、超硬質層の厚さを、用途に応じて薄くも、厚く
も自在に設定できるハードフェーシング法を提供できる
。

２つ目は、ハードフェーシングした超硬質層の面を滑ら
かにすることができる。特に、その３は、鉄系金属板を
溶かしたり、変形させることなく、且つ鉄系金属板とコ
ーティングすべき超硬質層の大きな膨張係数の差にもか
かわらず、超硬質層のピンホール、割れを可及的に招く
ことなく良好に超硬質層を鉄系金属板上にコーティング
してハードフェーシングでキル。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の概念図を示し、第１図は中間のロー
材層がない場合の図、第２図は中間にロー材層を介在さ
せた場合の図であり、図中１は型、２は鉄系金属板、３
は焼結硬質材料粒子。 ４は金属粒子、５，６はカーボン電極を兼ねたパンチ、
７はロー材層である。 特許出願人　　　　　　　　小　林　義　信イｔ：Ｔ、
ｌ！Ａ　　−ｔＰＴｔ！＋　　　　９＋ｂ　□　　ア「
：Ｌ７−珂フ）図面の浄書（内容に変更ない 第　Ｉ　　閲 茅　２　図 手糸売補正書（方式） ％式％ ■　事件の表示 昭和６１平　特許願　第３０３７５号 ２　発明の名称 鉄系金属北の表面に超硬質層を一体的に形成するハード
フェーシング法 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　東京都町田市本町田３５９９−４９氏名　小
林　義信 ４　代理人　　　　〒２２０ 住　所　　横浜市西区高島２丁１４１１番２号５　補正
命令の日付 昭和６１千４月２２日 ６　補正の対象 添付図面全図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、成形型１に鉄系金属板２をセットし、次いでその上
   に超硬質材料の予かじめ焼結した粒子３と金属の粒子４
   とを所要の割合で混入した混合粒子を充てんし、続いて
   上記混合粒子層を鉄系金属板２上に加圧しながら、この
   加圧中上記鉄系金属板２及び混合粒子層に直接通電方式
   で、低電圧の強電流を短時間通電して、上記混合粒子層
   を一体融着化すると共に、これらを鉄系金属板２の表面
   に一体的に融着するようにしたことを特徴とする鉄系金
   属板の表面に超硬質層を一体的に形成するハードフェー
   シング法。 ２、上記予かじめ焼結された超硬質材料粒子３はメッシ
   ュオーダの粒径であって、超硬質合金粒子、セラミック
   ス粒子、サーメット粒子の中から選ばれた粒子であり、
   他方金属粒子は鉄、銅、ニッケル、その他の低融点金属
   又はその合金の中から選ばれた粒子であることを特徴と
   る特許請求の範囲第１項記載の鉄系金属板の表面に超硬
   質層を一体的に形成するハードフェーシング法。 ３、成形型１に鉄系金属板２をセットし、次いでその上
   にニッケル、銅、コバルト等のロー材層とすべき薄い粉
   末層又は薄い板７を充てんし、その上に超硬質材料の予
   かじめ焼結した粒子３と金属の粒子４とを所要の割合で
   混合した混合粒子を充てんし、続いて上記混合粒子層を
   ロー材層７並びに鉄系金属板２上に加圧しながら、この
   加圧中上記鉄系金属板、ロー材層並びに混合粒子層に直
   接通電方式で低電圧の強電流を短時間通電して、上記混
   合粒子層を一体融着化すると共に、この混合粒子層をロ
   ー材層を介して鉄系金属板の表面に一体的に融着するよ
   うにしたことを特徴とする鉄系金属板の表面に超硬質層
   を一体的に形成するハードフェーシング法。