(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量比で、全体組成が、全体組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；１．５〜７．０％、Ｍｏ；２〜１５％、Ｃｒ；１〜８％、Ｎｉ；１〜８％、Ｗ；０．５〜７％、Ｃ；０．８〜２．５％、Ｓｉ；０．０１〜２％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
基地組成が、基地組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；２〜１５％、Ｍｏ；２〜１０％、Ｃｒ；３％以下、Ｎｉ；５％以下、Ｗ；３％以下、Ｃ；０．２〜２％、Ｓｉ；０．５％以下を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
硬質粒子の組成が、硬質粒子の組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；２％以下、Ｍｏ；２０％超え〜２８％、Ｃｒ；１０〜３０％、Ｎｉ；８〜３０％、Ｗ；１０〜２５％、Ｃ；０．５〜５．０％、Ｓｉ；０．５〜５．０％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
上記組成をもつ基地中に、全体を１００％としたとき１００％において、重量比で、上記組成をもつ硬質粒子が２〜４０％分散していることを特徴とする耐摩耗性焼結合金。
【請求項２】
重量比で、全体組成が、全体組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；１．５〜７．０％、Ｍｏ；２〜１５％、Ｃｒ；１〜８％、Ｎｉ；１〜８％、Ｃ；０．８〜２．５％、Ｓｉ；０．０１〜２％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
基地組成が、基地組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；２〜１５％、Ｍｏ；２〜１０％、Ｃｒ；３％以下、Ｎｉ；５％以下、Ｃ；０．２〜２％、Ｓｉ；０．５％以下を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
硬質粒子の組成が、硬質粒子の組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；２％以下、Ｍｏ；２０％超え〜２８％、Ｃｒ；１０〜３０％、Ｎｉ；８〜３０％、Ｃ；０．５〜５．０％、Ｓｉ；０．５〜５．０％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
上記組成をもつ基地中に、全体を１００％としたとき１００％において、重量比で、上記組成をもつ硬質粒子が２〜４０％分散していることを特徴とする耐摩耗性焼結合金。
【請求項３】
請求項１または請求項２に係る耐摩耗性焼結合金は気孔をもち、Ｐｂ、Ｐｂ系合金、Ｃｕ、Ｃｕ系合金、Ｐｂ−Ｃｕ系合金の少なくとも１種を基材とした溶浸剤が気孔内に溶浸されており、
耐摩耗性焼結合金を重量比で１００％としたとき１００％に対して、１０１〜１２５％となるように溶浸剤は１〜２５％溶浸されていることを特徴とする溶浸済みの耐摩耗性に優れた耐摩耗性焼結合金。
【請求項４】
重量比で、Ｃｏ；２〜１５％、Ｍｏ；２〜１０％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつ基地粉末と、
Ｍｏ；２０％超え〜２８％、Ｃｒ；１０〜３０％、Ｎｉ；８〜３３％、Ｗ；８〜２５％、Ｃ；０．５〜５％、Ｓｉ；０．５〜５％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつ硬質粒子粉末と、炭素粉末とを用い、
重量比で混合粉末を１００％としたとき、上記組成をもつ硬質粒子粉末２〜４０％と、炭素粉末０．２〜２％と、残部実質的に基地粉末とを混合して混合粉末を形成し、
混合粉末を成形して成形体とし、成形体を焼結することを特徴とする耐摩耗性焼結合金の製造方法。
【請求項５】
重量比で、Ｃｏ；２〜１５％、Ｍｏ；２〜１０％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつ基地粉末と、
Ｍｏ；２０％超え〜２８％、Ｃｒ；１０〜３０％、Ｎｉ；８〜３３％、Ｃ；０．５〜５％、Ｓｉ；０．５〜５％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつ硬質粒子粉末と、炭素粉末とを用い、
重量比で混合粉末を１００％としたとき、上記組成をもつ硬質粒子粉末２〜４０％と、炭素粉末０．２〜２％と、残部実質的に基地粉末とを混合して混合粉末を形成し、
混合粉末を成形して成形体とし、成形体を焼結することを特徴とする耐摩耗性焼結合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐摩耗性焼結合金およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バルブシート用焼結合金などに使用される耐摩耗性焼結合金として、ＦｅーＣｏーＭｏーＣ基の材料にＮｉ基硬質粒子を添加したものが知られている（特開平７ー１３８７１４号公報）。
【０００３】
この公報に係る合金では、鉄系の基地に硬質粒子を分散させたものであり、全体組成、基地組成、Ｎｉ基硬質粒子組成が限定されている。全体組成は、全体組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；１．４〜１５％、Ｍｏ；１．５〜１６％、Ｃｒ；０．４〜１２％、Ｎｉ；０．２〜９．０％、Ｗ；０．２〜６．０％、Ｃ；０．４〜３．２％、Ｎｉ；０．２〜９．０％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなる。基地組成は、基地組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；２〜１５％、Ｍｏ；２〜１０％、Ｃ；０．２〜２％、Ｎｉ；１０％以下を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなる。硬質粒子の組成は、硬質粒子の組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；２％以下、Ｍｏ；５〜２０％、Ｃｒ；２０〜４０％、Ｗ；１０〜２０％、Ｃ；０．５〜５．０％、Ｆｅ；５〜３０％を含有し、残部が不可避不純物とＮｉからなる。そして、上記組成をもつ基地中に、全体を１００％としたとき１００％において、上記組成をもつ硬質粒子が２〜３０％分散している。
【０００４】
上記公報に係る合金では、要求される特性としては、耐摩耗性のほかに耐腐食性及び耐熱性が挙げられる。ここで、耐摩耗性は主に硬質粒子が受け持ち、耐食性および耐熱性は主として基地組織が受け持ち、両者が相まって耐摩耗性焼結合金の耐久性を良好に確保している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に係る耐摩耗性焼結合金によれば、耐摩耗性に優れ、殊に熱雰囲気における耐摩耗性に優れており、バルブシート用焼結合金等のように熱雰囲気で使用される耐摩耗性焼結合金として適する。
【０００６】
しかし産業界では、耐摩耗性焼結合金の使用環境はますます厳しくなりつつある。殊に、車両用エンジンにおいては、長寿命化、高出力、高回転化、排ガス浄化、あるいは低燃費化に対する改善要求が一段と高まっている。このため高温での耐食性を向上させつつ、耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性をより一層向上させることが要請されている。
【０００７】
また、さらなる実用に供するには、あらゆる車両の運転状況を想定して、高温領域における耐摩耗特性の改善のみならず、アイドリング時のような低温領域や中温領域における耐摩耗特性も良好に確保することが好ましい。上記した事情を考慮すると、上記公報に係る耐摩耗性焼結合金よりも耐摩耗性を改善する必要がある。
【０００８】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、相手攻撃性を過剰にすることなく、耐摩耗性を改善した耐摩耗性焼結合金及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記した課題のもとに耐摩耗性焼結合金について鋭意開発を進めている。そして、耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性の向上には、耐摩耗性焼結合金の基地に分散されている硬質粒子の特性が殊に重要であり、硬質粒子におけるＭｏ量を多めに含有させて適切化すれば、使用環境温度が低温領域、中温領域から高温領域にかけて、硬質粒子において固体潤滑作用を奏する酸化物を良好に形成でき、この固体潤滑作用により、相手攻撃性を過剰にすることなく耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性を効果的に向上させ、耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性を改善できることを知見した。
【００１０】
本発明者は上記した知見により、主として硬質粒子の組成に検討を加え、低温領域（一般的には１００〜２００℃付近）から酸化膜を形成し易いＭｏを硬質粒子において適量化し、相手攻撃性を過剰にすることなく、低温領域から高温領域にわたり耐摩耗性を高め得る本発明の耐摩耗性焼結合金及びその製造方法を完成させたものである。
【００１１】
即ち、第１発明（請求項１）に係る耐摩耗性焼結合金は、重量比で、全体組成が、全体組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；１．５〜７．０％、Ｍｏ；２〜１５％、Ｃｒ；１〜８％、Ｎｉ；１〜８％、Ｗ；０．５〜７％、Ｃ；０．８〜２．５％、Ｓｉ；０．０１〜２％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
基地組成が、基地組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；２〜１５％、Ｍｏ；２〜１０％、Ｃｒ；３％以下、Ｎｉ；５％以下、Ｗ；３％以下、Ｃ；０．２〜２％、Ｓｉ；０．５％以下を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
硬質粒子の組成が、硬質粒子の組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；２％以下、Ｍｏ；２０％超え〜２８％、Ｃｒ；１０〜３０％、Ｎｉ；８〜３０％、Ｗ；１０〜２５％、Ｃ；０．５〜５．０％、Ｓｉ；０．５〜５．０％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
上記組成をもつ基地中に、全体を１００％としたとき１００％において、重量比で、上記組成をもつ硬質粒子が２〜４０％分散していることを特徴とするものである。
【００１２】
第２発明（請求項２）に係る耐摩耗性焼結合金は、重量比で、全体組成が、全体組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；１．５〜７．０％、Ｍｏ；２〜１５％、Ｃｒ；１〜８％、Ｎｉ；１〜８％、Ｃ；０．８〜２．５％、Ｓｉ；０．０１〜２％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
基地組成が、基地組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；２〜１５％、Ｍｏ；２〜１０％、Ｃｒ；３％以下、Ｎｉ；５％以下、Ｃ；０．２〜２％、Ｓｉ；０．５％以下を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
硬質粒子の組成が、硬質粒子の組成を１００％としたとき１００％において、Ｃｏ；２％以下、Ｍｏ；２０％超え〜２８％、Ｃｒ；１０〜３０％、Ｎｉ；８〜３０％、Ｃ；０．５〜５．０％、Ｓｉ；０．５〜５．０％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなり、
上記組成をもつ基地中に、全体を１００％としたとき１００％において、重量比で、上記組成をもつ硬質粒子が２〜４０％分散していることを特徴とするものである。
【００１３】
第３発明（請求項４）に係る耐摩耗性焼結合金の製造方法は、重量比でＣｏ；２〜１５％、Ｍｏ；２〜１０％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつ基地粉末と、Ｍｏ；２０％超え〜２８％、Ｃｒ；１０〜３０％、Ｎｉ；８〜３３％、Ｗ；８〜２５％、Ｃ；０．５〜５％、Ｓｉ；０．５〜５％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつ硬質粒子粉末と、炭素粉末とを用い、
重量比で、混合粉末を１００％としたとき、上記組成をもつ硬質粒子粉末２〜４０％と、炭素粉末０．２〜２％と、残部実質的に基地粉末とを混合して混合粉末を形成し、
混合粉末を成形して成形体とし、成形体を焼結することを特徴とするものである。
【００１４】
第４発明（請求項５）に係る耐摩耗性焼結合金の製造方法は、重量比でＣｏ；２〜１５％、Ｍｏ；２〜１０％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつ基地粉末と、Ｍｏ；２０％超え〜２８％、Ｃｒ；１０〜３０％、Ｎｉ；８〜３３％、Ｃ；０．５〜５％、Ｓｉ；０．５〜５％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなる組成をもつ硬質粒子粉末と、炭素粉末とを用い、
重量比で、混合粉末を１００％としたとき、上記組成をもつ硬質粒子粉末２〜４０％と、炭素粉末０．２〜２％と、残部実質的に基地粉末とを混合して混合粉末を形成し、
混合粉末を成形して成形体とし、成形体を焼結することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る耐摩耗性焼結合金によれば、硬質粒子におけるＭｏ量を多めに含有させて適切化しているため、使用環境温度が低温領域、中温領域から高温領域にかけて、硬質粒子において固体潤滑作用を奏する酸化物を硬質粒子において良好に形成でき、この固体潤滑作用により耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性を効果的に向上させ、耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性が改善される。
【００１６】
また本発明に係る耐摩耗性焼結合金によれば、低温領域、中温領域で適度な酸化を生じ耐摩耗性を奏するための成分（Ｃｏ、Ｍｏ等）と、高温領域で適度な酸化を生じ耐摩耗性を奏するための成分（Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ等）とを適量添加しているため、低温領域・中温度領域（例えば常温〜２５０℃）から高温領域（例えば３００〜６００℃）にかけて、耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性が一層改善される。
【００１７】
本発明に係る耐摩耗性焼結合金は、車両のエンジンに搭載されるバルブシート材（一般的には使用温度域は２００〜５００℃）として適用することができる。バルブシート材としては、エンジンの燃焼室の排気口に装備される排気バルブシートでも良いし、燃焼室の吸気口に装備される吸気バルブシートでも良い。
【００１８】
（本発明の耐摩耗性焼結合金に係る好ましい組成範囲）
表１は、請求項１に係る耐摩耗性焼結合金の組成範囲の上限値及び下限値を示す。表２は、請求項１に係る耐摩耗性焼結合金の好ましい組成範囲の上限値及び下限値を示す。表２に示すように、好ましい組成範囲の下限値及び上限値を示すと、全体組成では、全体組成を１００％としたとき、Ｃｏ；３〜５％、Ｍｏ；７〜１１％、Ｃｒ；３〜６％、Ｎｉ；３〜５％、Ｗ；１〜４％、Ｃ；０．９〜２．３％、Ｓｉ；０．１〜０．４％を含有する。基地組成では、基地組成を１００％としたとき、Ｃｏ；３〜７％、Ｍｏ；４〜７％、Ｃｒ；０．８〜３％、Ｎｉ；１．８〜３％、Ｗ；０．０１〜０．３％、Ｃ；０．２〜１．４％、Ｓｉ；０．０１〜０．４％を含有する。硬質粒子の組成では、硬質粒子の組成を１００％としたとき、Ｃｏ；０．３〜０．８％、Ｍｏ；２１％〜２６％、Ｃｒ；１２〜１８％、Ｎｉ；８〜１８％、Ｗ；１２〜１６％、Ｃ；１．７〜２．６％、Ｓｉ；０．５〜１．５％を含有する。なお、本明細書では特に断らない限り、％は重量％を意味する。重量％は質量％に相当する。
【００１９】
表３は、請求項２に係る耐摩耗性焼結合金の組成範囲の下限値及び上限値を示す。表４は、請求項２に係る耐摩耗性焼結合金の好ましい組成範囲の下限値及び上限値を示す。
【００２０】
表５は、請求項４に係る耐摩耗性焼結合金の製造方法に係る基地粉末及び硬質粒子粉末の組成範囲の下限値及び上限値を示す。表６は、請求項４に係る耐摩耗性焼結合金の製造方法に係る基地粉末及び硬質粒子粉末の好ましい組成範囲の下限値及び上限値を示す。
【００２１】
表７は、請求項５に係る耐摩耗性焼結合金の製造方法に係る基地粉末及び硬質粒子粉末の組成範囲の下限値及び上限値を示す。表８は、請求項５に係る耐摩耗性焼結合金の製造方法に係る基地粉末及び硬質粒子粉末の好ましい組成範囲の下限値及び上限値を示す。
【００２２】
なお、表に示す好ましい組成範囲の下限値及び上限値は、耐摩耗性、耐熱性、耐食性、使用環境、コスト等を考慮したものである。
【００２３】
【表１】
0003569166.tif 000002
【００２４】
【表２】
0003569166.tif 000003
【００２５】
【表３】
0003569166.tif 000004
【００２６】
【表４】
0003569166.tif 000005
【００２７】
【表５】
0003569166.tif 000006
【００２８】
【表６】
0003569166.tif 000007
【００２９】
【表７】
0003569166.tif 000008
【００３０】
【表８】
0003569166.tif 000009
【００３１】
なお、耐摩耗性焼結合金の全体組成としては、全体組成を１００％としたとき、要請される耐摩耗性、コストに鑑み、重量比で、Ｃｏ；３．６〜４．４％、Ｍｏ；８．４〜９．６％、Ｃｒ；３．５〜４．７％、Ｎｉ；３．５〜４．６％、Ｗ；２．２〜３．０％、Ｃ；１．２〜２．０％、Ｓｉ；０．１〜０．３５％を含有し、残部が不可避不純物とＦｅからなるようにすることができる。
【００３２】
（基地組織）
本発明の耐摩耗性焼結合金の基地の金属組織は、一般的には、オーステナイトを有する組織であり、オーステナイトとベイナイトとが混在する組織、オーステナイトとベイナイトとパーライトとが混在する組織であると推察される。かかる基地組織にはＭｏ炭化物等の炭化物が分散している。
【００３３】
更に、硬質合金粉末で構成された硬質粒子が上記基地組織に多数分散している。
耐摩耗性焼結合金の全体を１００％としたとき、上記した組成をもつ硬質粒子が重量比で２〜４０％分散している。２％未満では硬質粒子が過少であり、耐摩耗性改善効果が充分ではなく、４０％を超えると過剰となり、相手攻撃性が高くなり、加工性も低下する。硬質粒子の分散量としては、硬質粒子の組成、耐摩耗性焼結合金に必要される耐摩耗性、コストなどを考慮して適宜選択できるものの、下限値としては例えば３％、５％、１０％にでき、上限値としては例えば３５％、３０％、２５％にできる。分散量は、硬質粒子の面積率から換算により求めることもできるし、あるいは、製造する際に混合粉末に配合した硬質粒子粉末の配合量から求めることもできる。
【００３４】
（基地、基地粉末）
耐摩耗性焼結合金の基地、基地を構成する基地粉末は鉄系であり、基地、基地粉末にＣｏ及びＭｏは多く含有されている。基地粉末はＦｅ−Ｃｏ−Ｍｏ系であり、表５〜表８に示すように、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｃを積極的に含まないため、基地粉末の硬度の過剰化が抑制される。このため基地粉末を含む混合粉末を圧縮成形する際に、圧縮成形性が良好となり、圧粉体、耐摩耗性焼結合金の高密度化に貢献できる。
【００３５】
なお、硬質粒子粉末に含まれているＣｒ、Ｎｉ、Ｗは、焼結の際に基地に拡散し、基地の特性を改善する。即ち、基地に含まれるＮｉは、基地の耐酸化性の向上に寄与でき、また、硬質粒子に対する保持性を高め得る。また、基地に含まれるＣｒは基地硬さを高め得る。
【００３６】
・Ｃｏ
Ｃｏは基地に固溶してこれを強化するとともに、耐熱性および耐食性を向上させる効果を主として示すが、Ｃｏ含有量が過小ではその効果が不足する。一方、Ｃｏが過剰であれば、効果の更なる向上が見られるものの、コスト高となる。このため上記した点を考慮してＣｏ含有量を上記したように規定した。
【００３７】
・Ｍｏ
Ｍｏは基地に固溶してこれを強化するとともに、高温領域における強度の改善に効果を示す。またＭｏは前述したように低温領域・中温領域から高温領域にかけて適量の酸化膜を形成し易いため、基地における固体潤滑性の向上に寄与できる効果を主として示す。またＣを含む耐摩耗性焼結合金においては、Ｍｏの一部が基地においてＭｏ炭化物を生成し、基地の耐摩耗性の改善に効果を示す。Ｍｏが過小ではこれらの効果は不充分である。Ｍｏが過剰であると、効果の向上は認められるものの、基地粉末などを含む混合粉末を圧縮成形した成形体（一般的には圧粉体）を成形する際、圧縮成形性の低下を招く。このため上記した点を考慮してＭｏ含有量を上記したように規定した。
【００３８】
・耐摩耗性焼結合金の基地の成分、基地を構成する基地粉末の成分の下限値及び上限値は、必要とされる耐摩耗性、耐熱性、耐食性等の性質、更にはコストを考慮して選択することができる。基地、基地粉末においてＣｏは下限値としては例えば３％、４％にすることができ、上限値としては例えば１４％、１０％、８％にすることができる。基地、基地粉末におけるＭｏは下限値としては例えば２．２％、３％、４．５％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば９％、８％のいずれかにすることができる。
【００３９】
（硬質粒子、硬質粒子粉末）
基地に分散している硬質粒子、硬質粒子を構成する硬質粒子粉末は、耐摩耗性焼結合金の基地よりも硬質であり、耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性の向上に寄与する。硬質粒子、硬質粒子粉末の平均硬度は例えばＨｖ６００〜１４００、Ｈｖ８００〜１３００にすることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４０】
硬質粒子、硬質粒子粉末において、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＦｅはＣを結合した炭化物を生成する機能を有する。炭化物は、硬質粒子を構成する基地（一般的にはオーステナイト系組織またはオーステナイトを含む組織）に分散し、硬質粒子や硬質粒子粉末の硬度を高めて耐摩耗性の向上に寄与する。また、Ｍｏは前述したように固体潤滑性をもつ酸化物を低温領域・中温領域から高温領域にかけて形成して耐摩耗性の向上に寄与する。また、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ量が過剰に多くなると、硬質粒子粉末、ひいては硬質粒子粉末を含む混合粉末の圧縮成形性の低下を招く。これらの点、コストなどを考慮して、硬質粒子、硬質粒子粉末におけるＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃの量は規定されている。
【００４１】
硬質粒子、硬質粒子粉末におけるＳｉは、硬質粒子粉末を生成する際における生成性を高めるのに寄与する。具体的には硬質粒子粉末をアトマイズ処理で形成する場合には、アトマイズ性が改善される。この点やコストなどを考慮して、硬質粒子、硬質粒子粉末におけるＳｉの量は規定されている。なお、硬質粒子粉末のＳｉは、焼結により耐摩耗性焼結合金の基地に拡散する。
【００４２】
硬質粒子、硬質粒子粉末における硬度の過剰化を抑制する場合には、請求項２及び請求項５のように、硬質粒子、硬質粒子粉末、基地、基地粉末はＷを含まない。この場合には、相手攻撃性の過剰増大化の防止、加工性の低下の防止等を図ることができる。
【００４３】
硬質粒子の組成、硬質粒子粉末に含まれる各成分の下限値及び上限値は、必要とされる耐摩耗性、耐熱性、耐食性等の性質、更にはコスト等を考慮して選択することができる。即ち、硬質粒子、硬質粒子粉末においてＭｏは下限値としては例えば２０．５％、２１％、２２％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば２５％、２６％、２７％のいずれかにすることができる。
【００４４】
硬質粒子におけるＣｒは炭化物を形成して耐摩耗性を確保するものの、Ｃｒ量が過剰であると、Ｃｒの酸化膜の影響を受けて、Ｍｏの酸化が抑制される傾向があるため、Ｃｒ含有量は比較的抑えることが好ましい。即ち、硬質粒子、硬質粒子粉末においてＣｒは下限値としては例えば１１％、１２％、１４％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば２２％、２０％、１８％のいずれかにすることができる。硬質粒子、硬質粒子粉末においてＮｉは下限値としては例えば９％、１０％、１２％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば２５％、２３％、２１％のいずれかにすることができる。
【００４５】
硬質粒子、硬質粒子粉末においてＷは下限値としては例えば９％、１１％、１４％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば１８％、２０％、２３％のいずれかにすることができる。
【００４６】
硬質粒子、硬質粒子粉末においてＣは下限値としては０．７％、１％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば３．５％、４％のいずれかにすることができる。
【００４７】
硬質粒子、硬質粒子粉末においてＳｉは下限値としては例えば０．６％、０．７％、０．８％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば２．５％、３．５％、４％のいずれかにすることができる。
【００４８】
なお、請求項４に相当する第３発明に係る硬質粒子粉末はＷを含有するものの、請求項５に相当する第４発明に係る硬質粒子粉末はＷを基本的には含有しない。Ｗを含有しない場合には、硬質粒子粉末の硬度の過剰化を防止でき、相手攻撃性の緩和、加工性の向上を図り得る。
【００４９】
Ｃｒの酸化膜はＭｏ等の他元素の酸化を抑制する傾向をもつため、Ｃｒ量が多くなると、Ｍｏの酸化物の生成が制約される傾向がある。この点を考慮し、本発明に係る耐摩耗性焼結合金が使用される温度領域の全般において良好な耐摩耗性を得る等のため、硬質粒子、硬質粒子粉末における（Ｍｏ／Ｃｒ）の重量比率としては０．６７〜２．８と規定することができる。この比率としては、下限値が例えば０．７、０．８、０．９のいずれかにすることができ、また上限値としては例えば２．７、２．６、２．５のいずれかにすることができる。
【００５０】
硬質粒子の平均粒径としては、耐摩耗性焼結合金の用途等に応じて選択でき、７５〜１８０μｍ、４５〜１８０μｍ、殊に４５〜７５μｍにすることができるが、これに限定されるものではない。なお硬質粒子の平均粒径は、基本的には硬質粒子粉末の平均粒径に相当する。
【００５１】
本発明に係る耐摩耗性焼結合金となる混合粉末を１００％としたとき、硬質粒子粉末の割合は重量比で２〜４０％である。添加量が２％未満では、硬質粒子粉末が過少となり、耐摩耗性を改善する効果が充分に得られず、本発明に係る耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性の向上が不充分である。４０％を超えて添加しても耐摩耗性の向上効果が少なく、また、硬質粒子粉末の量が過剰となるため、混合粉末の圧縮成形性の低下を招く。このため上記した範囲とした。
【００５２】
（Ｃ、炭素粉末）
・炭素粉末に含まれているＣは、前述したように、硬質粒子粉末及び基地粉末の成分（Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｆｅ等）と結合して、炭化物を形成することにより、基地の耐摩耗性及び硬質粒子の耐摩耗性を向上させる役割を主として果たす。この点等を考慮して、炭素粉末添加量、硬質粒子におけるＣの量、硬質粒子粉末におけるＣの量は規定されている。基地粉末や硬質粒子粉末と共に混合粉末を形成する炭素粉末としては、一般的には黒鉛粉末を採用することができる。
【００５３】
（製造方法）
本発明に係る製造方法で使用する基地粉末の組成は、重量比でＣｏ；２〜１５％、Ｍｏ；２〜１０％を含有する。基地粉末の組成は必要とされる耐摩耗性等の性質、更にはコストを考慮して選択される。基地粉末においてＣｏは下限値としては例えば３％、４％、６％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば９％、１１％、１３％のいずれかにすることができる。
【００５４】
基地粉末においてＭｏは下限値としては例えば３％、４％、６％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば９％、８％、７％のいずれかにすることができる。基地粉末にはＣは積極的には含まれない。
【００５５】
本発明に係る製造方法で使用する硬質粒子粉末の組成は、Ｍｏ；２０％超え〜２８％、Ｃｒ；１０〜３０％、Ｎｉ；８〜３３％、Ｗ；８〜２５％、Ｃ；０．５〜５％、Ｓｉ；０．５〜５％、残部Ｆｅを含有する。硬質粒子粉末の成分の下限値及び上限値としては、必要とされる耐摩耗性等の性質、更にはコストを考慮して選択することができる。即ち、硬質粒子粉末においてＭｏは下限値としては例えば２１％、２２％、２３％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば２４％、２５％、２７％のいずれかにすることができる。硬質粒子粉末においてＣｒは下限値としては例えば１２％、１４％、１５％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば２５％、２６％、２７％のいずれかにすることができる。
【００５６】
硬質粒子粉末においてＮｉは下限値としては例えば１０％、１２％、１４％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば２５％、２６％、２８％のいずれかにすることができる。硬質粒子粉末がＷを含むときには、Ｗは下限値としては例えば９％、１０％、１２％のいずれかにすることができ、上限値としては例えば１８％、２０％、２３％のいずれかにすることができる。
【００５７】
硬質粒子粉末においてＣは下限値としては例えば０．７％、１％にすることができ、上限値としては３．５％、４％にすることができる。硬質粒子粉末においてＳｉは下限値としては例えば０．７％、１％にすることができ、上限値としては例えば２．５％、３％にすることができる。
【００５８】
なお、第３発明に係る硬質粒子粉末はＷを含有するものの、第４発明に係る硬質粒子粉末はＷを基本的には含有しない。
【００５９】
そして本発明方法においては、前述したように、重量比で混合粉末を１００％としたとき、上記組成をもつ硬質粒子粉末２〜４０％と、炭素粉末０．２〜２％と、残部実質的に基地粉末とを混合して混合粉末を形成する。混合にあたってはＶ型混合機等の公知の混合機を用いることができる。均一に混合するため、混合時間を確保する必要がある。硬質粒子粉末の添加量が２％未満では、本発明に係る耐摩耗性焼結合金の耐摩耗性の向上が不充分であり、４０％を超えて添加しても耐摩耗性の向上効果が少なく、また硬質粒子粉末が過剰となり、混合粉末の圧縮成形性の低下を招き、成形体の密度を高めるのに不利となる。
【００６０】
本発明方法によれば、上記した混合粉末を成形して成形体とする。成形体としては圧縮成形した圧粉体を採用することができる。成形体を加熱保持して焼結し、本発明に係る耐摩耗性焼結合金を製造する。焼結温度は混合粉末の組成にもよるが一般的には１０５０〜１２５０℃程度、１１００〜１２００℃程度にできる。焼結温度が過剰に低いと、焼結進行が不充分となり、耐摩耗性が不足気味となる。焼結温度が過剰に高いと、液相が生じたり、空孔が生じたりする。焼結後に鍛造などの強圧塑性加工を施すことができる。鍛造としては熱間鍛造が好ましいが、場合によっては温間鍛造、冷間鍛造とすることもできる。なお熱間鍛造は、焼結による高温状態を利用すべく、焼結直後に行うことができる。
【００６１】
第３発明に係る製造方法及び第４発明に係る製造方法においては、基地粉末は耐摩耗性焼結合金の基地を構成するものであり、粉末状態ではＣ、Ｎｉ、Ｃｒ等の合金元素を積極的には含まないので、基地粉末の硬度は過剰に高くない。このため成形体を成形する際に、基地を構成する基地粉末の圧縮成形性は確保される。従って成形体である圧粉体、ひいては本発明に係る耐摩耗性焼結合金を高密度化するのに有利である。硬質粒子粉末に含まれているＮｉは、成形体を焼結する際に基地に拡散して、基地の耐酸化性、特に高温における耐酸化性や耐熱性を向上させる。
【００６２】
更に、炭素（Ｃ）供給源となる炭素粉末を基地粉末及び硬質粒子粉末と共に配合し、Ｃを基地粉末や硬質粒子粉末に拡散させるため、上記炭素粉末の割合が必要される。炭素粉末を基地粉末及び硬質粒子粉末の他に別途添加するため、原料粉末である基地粉末及び硬質粒子粉末のＣ量を抑えることができる。この意味においても、成形体を成形する際に、基地を構成する基地粉末の圧縮成形性は確保される。
【００６３】
（耐摩耗性焼結合金の密度）
本発明に係る耐摩耗性焼結合金の密度（単位体積あたりの重量）としては、適宜選択できるものの、６．７〜７．３ｇ／ｃｍ３  することができる。更に耐摩耗性焼結合金に形成されている微細な気孔を減少させるため、前述したように、鍛造等の強圧塑性加工を施し、耐摩耗性焼結合金の密度を７．３〜８ｇ／ｃｍ３  とすることもできるが、密度はこれらに限定されるものではない。
【００６４】
（溶浸）
本発明に係る耐摩耗性焼結合金が気孔をもつ場合には、Ｐｂ、Ｐｂ系合金、Ｃｕ、Ｃｕ系合金、Ｐｂ−Ｃｕ系合金の少なくとも１種を基材とした溶浸剤が気孔内に溶浸されている形態を採用することができる。溶浸は、より激しい条件で耐摩耗性焼結合金が使用される場合に適する。溶浸剤は本発明の耐摩耗性焼結合金と相手材との間に介在し、潤滑剤として機能することができ、耐摩耗性、耐焼付性を高め得る。
【００６５】
耐摩耗性焼結合金を重量比で１００％としたとき１００％に対して、１０１〜１２５％となるように、溶浸剤は１〜２５％溶浸されている形態を採用することができる。溶浸剤の量は必要される耐摩耗性、耐焼付性、コスト等を考慮して選択する。即ち、溶浸剤の下限値としては例えば２％、５％、７％のいずれかにでき、上限値としては例えば２０％、１８％、１５％のいずれかにできるが、これらに限定されるものではない。
【００６６】
【実施例】
本発明の好適な各実施例を比較例と対比して説明し、本発明の特徴を明らかにする。
【００６７】
重量比でＭｏ５．２％、Ｃｏ４．９％、残部が実質的にＦｅである鉄基噴霧合金粉末Ａを用いた。また、Ｍｏ２．２％、Ｃｏ４．７％、残部が実質的にＦｅである鉄基噴霧合金粉末Ｂを用いた。更に、重量比でＭｏ１．２％、Ｃｏ４．６％、残部が実質的にＦｅである鉄基噴霧合金粉末Ｃを用いた。
【００６８】
鉄基噴霧合金粉末Ａ、Ｂは共に本発明の基地粉末に相当する。一方、鉄基噴霧合金粉末ＣはＭｏが少なく、比較例の基地粉末に相当する。
【００６９】
基地粉末に相当する上記の鉄基噴霧合金粉末Ａ、Ｂ、ＣはＦｅ−Ｃｏ−Ｍｏ系であり、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｃを積極的には含んでいないため、硬度は抑えられており、圧縮成形を良好に実行でき、成形体である圧粉体の密度を高めるのに有利となる。なお、上記の鉄基噴霧合金粉末Ａ、Ｂ、Ｃは、いずれも粒径１７７μｍ以下である。
【００７０】
さらに、重量比でＣｒ２０．３％、Ｍｏ２４．７％、Ｗ１３．８％、Ｆｅ１８．５％、Ｃ２．７％、Ｓｉ１．１％、残部が不可避不純物と実質的にＮｉ（Ｎｉ：約１８％）である硬質粒子粉末Ｄを用いた。また、重量比でＣｒ１９．８％、Ｍｏ２５．５％、Ｆｅ１８．９％、Ｃ３．１％、Ｓｉ１．２％、残部が不可避不純物と実質的にＮｉ（Ｎｉ：約３１％）である硬質粒子粉末Ｅを用いた。更に、重量比でＣｒ３５．１％、Ｍｏ１２．７％、Ｗ１３．８％、Ｆｅ２３．６％、Ｃ３．５％、Ｓｉ１．３％、残部が不可避不純物と実質的にＮｉである硬質粒子粉末Ｆ（Ｎｉ：約１０％）を用いた。
【００７１】
硬質粒子粉末Ｄは本発明に係る耐摩耗性焼結合金を構成するものであり、本発明に係る硬質粒子粉末に相当し、Ｍｏが多く、Ｃｒがやや少なく、且つ、Ｗも含む。硬質粒子粉末Ｅは本発明に係る耐摩耗性焼結合金を構成するものであり、本発明に係る硬質粒子粉末に相当し、Ｍｏが多く、Ｃｒがやや少なく、Ｗは積極的に含まない。硬質粒子粉末Ｆは比較例に係る硬質粒子粉末に相当し、比較例に係る耐摩耗性焼結合金を構成し、Ｍｏが少なく、Ｃｒが多い。
【００７２】
なお、硬質粒子粉末Ｄ、Ｅ、Ｆは、いずれも粒径１４９μｍ以下である。
【００７３】
これらの基地粉末である合金粉末Ａ〜Ｃと、硬質粒子粉末Ｄ〜Ｆと、炭素粉末である黒鉛粉末とを用い、表９に示す配合になるように各粉末をそれぞれ秤量し、Ｖ型混合機で所定時間混合し、混合粉末を得た。なお基地粉末、硬質粒子粉末、黒鉛粉末の合計が１００％となる。
【００７４】
【表９】
0003569166.tif 000010
【００７５】
その後、上記したように形成した混合粉末を７ｔｏｎｆ／ｃｍ２  にて成形型により圧縮成形し、成形体である圧粉体を得た。得られた圧粉体をアンモニア分解ガス中で、１３９３Ｋ温度（１１２０℃）で４５分間焼結した。これにより各実施例に係る試験片を作製した。
【００７６】
実施例４では焼結後に熱間状態で鍛造を施し、緻密化を図った。実施例５では、焼結後に銅の溶浸を行なっている。溶浸は、試験片の上に溶浸剤の塊を置いた状態で、アンモニア分解ガス雰囲気において、１１２０℃に所定時間加熱保持することにより行った。なお、試験片は車両用エンジンに使用されるバルブシート形状をなす。
【００７７】
同様に比較例１、２に係る試験片も作製した。
【００７８】
実施例１〜実施例７に係る耐摩耗性焼結合金についての組成を分析した。なお基地組成及び硬質粒子組成はＥＰＭＡ分析における平均値に基づいた。全体組成は化学分析に基づいた。その分析結果を表１０に示す。
【００７９】
【表１０】
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【００８０】
上記の鉄基噴霧合金粉末Ａ、Ｂ、Ｃは、基地を構成する基地粉末に相当するものであり、前述したようにいずれもＦｅ−Ｃｏ−Ｍｏ系であり、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｃを積極的には含んでいないので、圧縮成形性が良好である。しかし表１０から理解できるように、耐摩耗性焼結合金の基地には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏの他に、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｃが含有されている。焼結の際の熱により硬質粒子粉末から拡散されたものである。これにより基地の特性が改善される。
【００８１】
表１０から理解できるように、実施例１〜５は請求項１に相当する。溶浸を行っている実施例５は請求項３にも相当する。実施例６、７は、Ｗを含有しておらず、請求項２に相当する。
【００８２】
上記した各実施例及び各比較例の試験片について、バルブ−バルブシート摩耗試験機（弁座試験機）を用い、摩耗試験を行った。この試験では、相手材であるバルブの材質をＪＩＳ−ＳＵＨ３５とし、バルブの温度を１１２０Ｋ（＝８４７℃）、試験片であるバルブシートの温度を６２０Ｋ（＝３４７℃）に保つように制御した。更に、カムの回転数を３２５０ｒｐｍ、運転時間１４．４ｋｓｅｃの条件で行った。この試験では、試験片であるバルブの沈み込み量を測定して試験片の評価を行った。その試験結果を図１に示す。
【００８３】
Ｍｏ量が少ない硬質粒子粉末Ｆを使用している比較例１、比較例２では、硬質粒子の割合を３０重量％に設定しているにもかかわらず、図１に示すように、沈み込み量が１００〜１２３μｍと大きかった。これは比較例１、比較例２に係る耐摩耗性焼結合金では、摩耗量が大きいことを意味する。
【００８４】
これに対して、Ｍｏ量が適量である実施例に係る硬質粒子粉末Ｄ、Ｅを使用している本発明品に相当する実施例１〜７では、沈み込み量が４１〜７５μｍであり少なかった。これは実施例１〜実施例７に係る耐摩耗性焼結合金の摩耗量が大きいことを意味する。硬質粒子のＭｏの酸化膜に基づく固体潤滑作用によるものと考えられる。これにより本発明の耐摩耗性焼結合金は相手攻撃性を緩和しつつ耐摩耗性に優れていることが確認された。
【００８５】
即ち、実施例１では、硬質粒子の割合は５重量％であり、比較例１，２に対して硬質粒子の割合が１／６（＝５／３０）であるにもかかわらず、沈み込み量は７５μｍ程度であり、耐摩耗性は良好であった。実施例２では、硬質粒子の割合は１８重量％であり、比較例１，２よりも少ないにもかかわらず、沈み込み量は６８μｍ程度であり、耐摩耗性は良好であった。
【００８６】
実施例３では、硬質粒子の割合は３５重量％であり、沈み込み量は５８μｍ程度であり、耐摩耗性は良好であった。
【００８７】
実施例４では、硬質粒子の割合は２０重量％であり、比較例１，２に対して硬質粒子の割合が６７％（＝２０／３０）とかなり少ないにもかかわらず、沈み込み量は４１μｍ程度であり、耐摩耗性は最も良好であった。
【００８８】
実施例５では、硬質粒子の割合は１７重量％であり、比較例１，２に対して硬質粒子の割合が５７％（＝１７／３０）とかなり少ないにもかかわらず、沈み込み量は６０μｍ程度であり、耐摩耗性は良好であった。
【００８９】
実施例６では、硬質粒子の割合は２０重量％であり、比較例１，２に対して硬質粒子の割合が６７％（＝２０／３０）とかなり少ないにもかかわらず、沈み込み量は７０μｍ程度であり、耐摩耗性は良好であった。
【００９０】
実施例７では、硬質粒子の割合は１７重量％であり、比較例１，２に対して硬質粒子の割合が５７％（＝１７／３０）とかなり少ないにもかかわらず、沈み込み量は７２μｍ程度であり、耐摩耗性は良好であった。
【００９１】
なお、上記した硬質粒子粉末を用い、これを大気雰囲気において加熱昇温し、硬質粒子粉末の重量増加が開始される温度を本発明者は求めた。この温度としては、実施例１〜実施例５で使用しているＭｏが多い硬質粒子粉末Ｄ、実施例６及び実施例７で使用している硬質粒子粉末Ｅでは、約６２０℃であった。
【００９２】
一方、比較例１、２で使用している比較例に係るＭｏが少ない硬質粒子粉末Ｆでは約７２０℃であり、硬質粒子粉末Ｄ、Ｅに比較して約１００℃も高温であった。このことは、Ｍｏが多い実施例に係る硬質粒子粉末Ｄ、Ｅは、Ｍｏが少ない比較例に係る硬質粒子粉末Ｆよりも、耐摩耗性の改善に寄与する固体潤滑性をもつ酸化膜を温度が低くても生成させ易いことを意味すると推察される。
【００９３】
ところで、硬質粒子粉末の重量増加が認められるには、酸化膜がかなりの量が生成しているときである。耐摩耗性の改善に寄与する酸化膜は薄くても改善に充分機能できると考えられている。従って、重量増加としては顕著に発現されないものの、上記温度（６２０℃）以下の温度領域である低温領域・中温度領域において、硬質粒子粉末の表面では、固体潤滑性を奏する酸化膜が良好に生成しているものと推察される。
【００９４】
実施例２に係る試験片の光学顕微鏡組織（倍率：１００倍）を図２に示す。図２において、白っぽい海状の基地に、灰色気味の島状の硬質粒子が多数分散している。図２に示す試験片は焼結後のものであり、鍛造していないため、基地おける島状の黒色部分は、気孔と思われる。
【００９５】
（その他）
上記した実施例は耐摩耗性焼結合金を車両エンジンのバルブシート材に適用した例であるが、これに限らず、ターボチャージャ、バルブ、ブッシュ、ガイド、摺動材料等に適用することもできる。
【００９６】
また上記した表１〜１０における組成等を示す数字の値は、耐摩耗性焼結合金に必要される特性、耐摩耗性焼結合金の用途などに鑑み、特許請求の範囲における組成の各成分の上限値または下限値として規定することができるものである。
【００９７】
（付記）
上記した記載から次の技術的思想も把握することができる。
・請求項４または５に係る成形体を焼結した焼結体は気孔をもち、焼結体に溶浸することを特徴とする耐摩耗性焼結合金の製造方法。
・請求項４または５に係る成形体を焼結した焼結体を強圧塑性加工（例えば鍛造）して緻密化を図ることを特徴とする耐摩耗性焼結合金の製造方法。
・請求項１〜５のうちの一項に係る耐摩耗性焼結合金で形成されたことを特徴とするバルブシート材。
・請求項４〜５のうちの一項に係る耐摩耗性焼結合金でバルブシート材を形成することを特徴とするバルブシート材の製造方法。
【００９８】
【発明の効果】
本発明に係る耐摩耗性焼結合金によれば、硬質粒子におけるＭｏ量を適量化しており、相手攻撃性を過剰にすることなく、耐摩耗性を改善することができる。
【００９９】
本発明に係る耐摩耗性焼結合金の製造方法によれば、硬質粒子粉末におけるＭｏ量を適量化しており、相手攻撃性を過剰にすることなく、耐摩耗性を改善した耐摩耗性焼結合金を提供することができる。
【０１００】
更に本発明に係る耐摩耗性焼結合金の製造方法によれば、基地粉末は耐摩耗性焼結合金の基地を構成するＦｅ−Ｃｏ−Ｍｏ系であり、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃ等の合金元素を積極的には含まないので、基地粉末の硬度は過剰ではない。このため成形体を成形する際に、基地を構成する基地粉末を含む混合粉末の圧縮成形性を確保できる。従って本発明に係る耐摩耗性焼結合金を高密度化するのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験結果を示すグラフである。
【図２】実施例２に係る試験片の金属組織を示す光学顕微鏡写真（倍率：１００倍）である。
【図１】
0003569166.tif 000012
【図２】
0003569166.tif 000013