(57)【要約】【課題】本発明は耐酸化性に優れ、耐摩耗性と耐塩害性の両方に優れる耐熱焼結材とその製造方法の提供を課題とする。【解決手段】本発明に係る高温耐摩耗性、耐塩害性に優れた耐熱焼結材は、母相中に硬質相が分散された組織を有し、全体組成が質量％でＣｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％、Ｓｉ：２．０〜６．０％、Ｃ：０．５〜２．５％、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉからなり、前記硬質相がＦｅ−Ｃｒ−Ｃからなり、気孔率が２．０％以下であることを特徴とする。【選択図】図１
2018184656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母相中に硬質相が分散された組織を有し、全体組成が質量％でＣｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％、Ｓｉ：２．０〜６．０％、Ｃ：０．５〜２．５％、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉからなり、前記硬質相がＣｒ−Ｆｅ−Ｃからなり、気孔率が２．０％以下であることを特徴とする高温耐摩耗性、耐塩害性に優れた耐熱焼結材。
【請求項２】
全体組成において前記Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃに加え、Ｂ：０.０８〜０．８％を含有することを特徴とする請求項１に記載の高温耐摩耗性、耐塩害性に優れた耐熱焼結材。
【請求項３】
母相がオーステナイト生地からなり、該オーステナイト生地中にＣｒ−Ｆｅ−Ｃからなる硬質粒子が１０〜４０体積％分散されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高温耐摩耗性、耐塩害性に優れた耐熱焼結材。
【請求項４】
ＦｅとＣｒとＮｉとＳｉを少なくとも含むベース粉末に対し、ＳｉとＣを少なくとも含み、必要に応じて更にＦｅとＣｒの少なくとも１つを含む添加材粉末を、
質量％でＣｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％、Ｓｉ：２．０〜６．０％、Ｃ：０．５〜２．５％、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成となるように混合して混合粉末を得る工程と、この混合粉末を加圧して圧粉体を作製する工程と、前記圧粉体を１１００〜１２８０℃に加熱してＦｅとＣｒとＮｉとＳｉを含む母相中にＦｅとＣｒとＣを含む硬質相が分散された組織を有し、気孔率２．０％以下の焼結体を形成する工程を備えることを特徴とする高温耐摩耗性、耐塩害性に優れた耐熱焼結材の製造方法。
【請求項５】
前記混合粉末にＦｅＢ粉末、ＦｅＰ粉末の少なくとも一方を混合することを特徴とする請求項４に記載の高温耐摩耗性、耐塩害性に優れた耐熱焼結材の製造方法。
【請求項６】
前記焼結体を形成する工程により、前記母相中に前記硬質相を１０〜４０体積％分散させることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の高温耐摩耗性、耐塩害性に優れた耐熱焼結材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温耐摩耗性、耐塩害性に優れる耐熱焼結材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において排ガスのエネルギーを利用してタービンを高速回転させ、その回転力を利用して遠心式圧縮機を駆動し、圧縮した空気をエンジン内に送り込み、内燃機関としての熱効率を高める方式のターボチャージャーが知られている。
内燃機関に付設されるターボチャージャーにおいては、排ガスの一部を分流してタービンへの流入量を調節するノズル機構やバルブ機構が設けられている。
このターボチャージャーに組み込まれる軸受けやブッシュなどの機構部品は、エンジンから排出される高温かつ腐食性の排ガスに常に晒される上に、可動部品であり、摺動特性の面においても優れていることが望まれる。
【０００３】
この種の高温かつ腐食性の排ガスに晒される摺動部品においては、従来、高Ｃｒ鋳鋼の溶製材あるいは焼結材からなる耐熱部品が使用されている。
従来知られている摺動部品の一例として、全体組成が質量％でＣｒ：１１．７５〜３９．９８％、Ｎｉ：５．５８〜２４．９８％、Ｓｉ：０．１６〜２．５４、Ｐ：０．１〜１．５％、Ｃ：０．５８〜３．６２％を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる焼結合金が知られている。この焼結合金は、平均粒子径１０〜５０μｍの金属炭化物が析出する相Ａと、平均粒子径１０μｍ以下の金属炭化物が析出する相Ｂが斑状に分布するとともに、相Ａに析出する金属炭化物の平均粒子径ＤＡと相Ｂに析出する金属炭化物の平均粒子径ＤＢが、ＤＡ＞ＤＢとなる金属組織を示す焼結合金として知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、質量％でＣｒ：２５〜５０％、Ｎｉ：２〜２５％、Ｐ：０．２〜１．２％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、Ｆｅ−Ｃｒ母相とその内部に析出されたＣｒ−Ｆｅ合金粒からなる硬質相を備えた組織を有する耐熱焼結材が知られている。この耐熱焼結材は、Ｆｅ−Ｃｒ母相のＣｒ量が質量％で２４〜４１％、硬質相中のＣｒ量が質量％で３０〜６１％であること、有効多孔率が２％以下である耐熱焼結材として知られている（特許文献２参照）。
【０００５】
更に、Ｃｒを１０〜３５質量％含有するオーステナイト系、マルテンサイト系及びフェライト系のうちのいずれかのステンレス合金中に、固体潤滑剤としてバリウム化合物、ストロンチウム化合物、雲母、アルミニウムケイ素複合酸化物、アルミナのうちの少なくとも１つ以上が分散し、固体潤滑剤の含有量が３〜５０体積％であることを特徴とする焼結部材が知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−０５７０９４号公報
【特許文献２】特開２０１６−１８６１０９号公報
【特許文献３】特開２０１３−１６３８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１〜３に記載されている焼結材を含め、この種従来の耐熱部品に望まれる特性として、耐摩耗性（自己摩耗性）、耐塩害性などがあり、これらの要望を満たし得る高Ｃｒ鋳鋼の溶製材あるいは焼結材の開発が進められている。
例えば、フェライト系の高Ｃｒ鋳鋼の溶製材として、Ｆｅ３４Ｃｒ２Ｍｏ２Ｓｉ１.２Ｃなる組成の合金が知られ、フェライト系の高Ｃｒ鋳鋼の焼結材として、Ｆｅ３４Ｃｒ２Ｍｏ２Ｓｉ２Ｃなる組成の焼結合金が知られている。
【０００８】
従来、ターボ部品の中でも外部に露出する可能性のあるブッシュは耐酸化性、耐摩耗性に加え耐塩害性が要求される。
これらに対し、従来のＣｒ炭化物分散材はＣとＣｒを反応させてＣｒ炭化物を析出させている。そのため、硬質相を多く析出させると母相のＣｒ量が低下し、耐塩害性、耐酸化性が低下する。硬質相を減らすと母相のＣｒ量の低下を防止できるが、耐摩耗性が低下する。
一方、セラミックス粒子は耐塩害性、耐酸化性に優れた硬質粒子ではあるものの、母相との結合力が弱く、摺動中に剥がれ落ちるため、セラミックス粒子を含む耐熱焼結材は高負荷における耐摩耗性については優れていない。また、高クロム合金分散材に使用する高クロム粉末は高クロムであるために、粉末製造時に酸素量を低減することが難しく、酸素を多く含んでいる。そのため、緻密な焼結材を得るためには焼結温度を高くする必要がある。その結果、粗大な組織となるため、強度が低下し、耐摩耗性を満足しない。また、σ相を生成する懸念があり、σ相を生成すると著しく脆くなり、強度、耐摩耗性、耐塩害性、加工性が悪化する問題がある。
【０００９】
このように従来技術では耐酸化性を有しつつ耐摩耗性と耐塩害性の両方の特性を満足できる材料が提供されていなかった。
【００１０】
以上の背景において、本発明者が焼結材における耐摩耗性と耐塩害性について鋭意研究したところ、オーステナイト系ステンレス鋼中のＣｒとＣを反応させてＣｒ炭化物の硬質粒子を析出させるとともに、母相にＳｉを拡散させることで硬質粒子析出によりＣｒが減少した分の耐塩害性を補い、耐酸化性を補うことができることを知見した。この関係を利用し、耐酸化性を有した上で耐摩耗性と耐塩害性の両方に優れさせた耐熱焼結材を提供できることを知見し、本発明に到達した。
【００１１】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、耐酸化性を有した上で耐摩耗性と耐塩害性の両方に優れた耐熱焼結材の提供及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明の耐熱焼結材は前記課題を解決するために、母相中に硬質相が分散された組織を有し、全体組成が質量％でＣｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％、Ｓｉ：２．０〜６．０％、Ｃ：０．５〜２．５％、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、前記母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉからなり、前記硬質相がＣｒ−Ｆｅ−Ｃからなり、気孔率が２．０％以下であることを特徴とする。
【００１３】
ＦｅとＣｒとＮｉとＳｉを含む母相中に、ＦｅとＣｒとＣを含む硬質相を分散させた組織であると、Ｓｉ添加により母相の強度を高くした上に炭化クロム系の硬質相の分散により耐摩耗性を良好にできる。また、気孔率を低くして緻密な構造とすることにより緻密な焼結材を得ることができる。このため、腐食性の液体や気体に晒されたとして内部まで腐食が進行するおそれが少なく、耐塩害性に優れた焼結材を得ることができる。
従って、優れた耐酸化性を維持した上で優れた耐塩害性と耐摩耗性を両立できる耐熱焼結材を提供できる。
【００１４】
（２）本発明の全体組成において前記Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃに加え、Ｂ：０.０８〜０．８％を含有させることができる。
（３）本発明において、母相がオーステナイト生地からなり、該オーステナイト生地中にＣｒ−Ｆｅ−Ｃからなる硬質粒子が１０〜４０体積％分散されてなる構成を採用できる。
【００１５】
（４）本発明の高温耐摩耗性、耐塩害性に優れた耐熱焼結材の製造方法は、ＦｅとＣｒとＮｉを少なくとも含むベース粉末に対し、ＳｉとＣを少なくとも含み、必要に応じて更にＦｅとＣｒの少なくとも１つを含む添加材粉末を、質量％でＣｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％、Ｓｉ：２．０〜６．０％、Ｃ：０．５〜２．５％、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成となるように混合して混合粉末を得る工程と、この混合粉末を加圧して圧粉体を作製する工程と、前記圧粉体を１１００〜１２８０℃に加熱してＦｅとＣｒとＮｉとＳｉを含む母相中にＦｅとＣｒとＣを含む硬質相が分散された組織を有し、気孔率２．０％以下の焼結体を形成する工程を備えることを特徴とする。
【００１６】
原料粉末を調整する場合、ＦｅとＣｒとＮｉを少なくとも含むベース粉末に対し、ＳｉとＣを少なくとも含み、必要に応じて更にＦｅとＣｒの少なくとも１つを含む添加材粉末を混合すると、ベース粉末に含まれるＳｉの量を抑制した状態で原料粉末を調整することができる。そして、添加材粉末に含ませたＳｉを焼結時に拡散させて母相側のＳｉ含有量を２．０〜６．０％の範囲に高くすることができる。
このため、上述の原料混合粉末とすることで焼結後の母相の強度を高くすることができ、硬質相の析出と相俟って優れた耐摩耗性の耐熱焼結材を製造できる。また、母相に高い濃度のＳｉを含ませることと気孔率を低くすることで耐塩害性に優れた耐熱焼結材を得ることができる。
【００１７】
（５）本発明の製造方法において、前記混合粉末にＦｅＢ粉末、ＦｅＰ粉末の少なくとも一方を混合することができる。
（６）本発明の製造方法において、前記焼結体を形成する工程により、前記母相中に前記硬質相を１０〜４０体積％分散させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、全体組成でＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃを特定量含有し、ＦｅとＣｒとＮｉとＳｉを含む母相中にＣｒとＦｅとＣを含む硬質相を分散させた組織を有し、母相に含有させるＳｉの量を高くすることによって母相の強度を高め、炭化クロム系の硬質相の分散により耐摩耗性を良好にできる。また、気孔率を低くして緻密な構造とすることにより緻密な焼結材を得ることができる。このため、腐食性の液体や気体に晒されたとして内部まで腐食が進行するおそれが少なく、耐塩害性に優れた焼結材を得ることができる。
従って、優れた耐酸化性を維持した上で優れた耐塩害性と耐摩耗性を両立できる耐熱焼結材を提供できる。
このため本願の耐熱焼結材は、ターボチャージャーに組み込まれる軸受けやブッシュなどの機構部品、エンジンから排出される高温かつ腐食性の排ガスに常に晒される上に、可動部品であり、摺動特性の面においても優れている機構部品として有効に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る焼結摺動材により形成された軸受け部材の一例を示す斜視図。
【図２】同軸受け部材の金属組織の一例を示す模式図。
【図３】実施例において製造された試料の金属組織の一例を示す組織写真。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る耐熱焼結材からなる円筒状の軸受け部材１を示し、この軸受け部材１は一例としてターボチャージャー用のノズル機構やバルブ機構に組み込まれる軸受けに用いられる。図２は軸受け部材１を構成する耐熱焼結材の拡大組織写真の模式図である。
耐熱焼結材は、一例として、図２に示すようにＦｅとＣｒとＮｉとＳｉを含む母相２の中にＣｒとＦｅとＣを含む不定形の硬質相３が複数分散された組織を有する。また、図２に示す組織内において黒丸で示す空孔（気孔）５が複数点在されている。
母相２は一例として、質量％でＣｒ：１０．０〜２８．０％、Ｎｉ：９．０〜３３．０％、Ｓｉ：２．５〜７．０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる組成を有する。このような母相２を得るためには、全体組成としてＣｒを１５〜３０％含むことが必要である。
硬質相３は一例として、質量％でＣｒ：４０．０〜７５．０％、Ｎｉ：０．５〜３．０％、Ｃ：５．０〜８．５％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる組成を有する。全組織に対する硬質相３の体積分率は１０〜４０％の範囲であることが好ましい。
また、全体の組成が質量％でＣｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％、Ｓｉ：２．０〜６．０％、Ｃ：０．５〜２．５％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、組織全体における気孔率が２．０％以下の耐熱焼結材であることが好ましい。
【００２１】
前記ＦｅとＣｒとＭｏとＳｉを含む母相２は一例としてＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉからなり、前記ＣｒとＦｅとＣを含む硬質相３は一例としてＣｒ−Ｆｅ−Ｃからなる炭化物相である。
なお、母相２と硬質相３の組成については後述する実施例試料のＥＤＸ分析（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析）結果から上述の組成であることが判明している。
【００２２】
以下、本実施形態の耐熱焼結材における各組成比の限定理由について説明する。
「Ｃｒ量：１５〜３０質量％」
母相２のＣｒ量は耐酸化性の観点から最低限母相中に１２質量％以上含まれていることが必要であり、耐酸化性に加えて耐塩害性も満たすためには２８質量％以上含まれていることが必要である。しかし、ＳｉやＮｉも耐酸化性、耐塩害性に寄与することから全体組成としてＣｒ量は１５質量％以上含まれていればよい。また、全体組成として３０質量％を超える場合はＳｉ添加の影響もあり、フェライト相が多く生成するため、オーステナイト相を得るには３０質量％以下とすることが望ましい。
硬質相３の析出によって母相２のＣｒ量が減るため、母相２のＣｒ量として耐酸化性に加えて耐塩害性も満たすためには、全体としてＣｒ含有量を１５〜３０質量％とする必要がある。
【００２３】
「Ｎｉ量：８〜３０質量％」
Ｎｉはオーステナイト相の安定化元素であり、耐塩害性の向上にも寄与する。オーステナイト相を安定して得るためには８質量％以上必要である。３０質量％を超える量含有させても耐塩害性の向上効果は少なく、高価なＮｉの使用量が増加するだけである。Ｎｉ量を８〜３０質量％にすることが好ましい。
【００２４】
「Ｓｉ量：２．０〜６．０質量％」
耐塩害性を満足するためには全体としてＳｉ量が２．０質量％以上必要である。全体のＳｉ量が６．０質量％を超える場合は硬くなりすぎて、被削性が悪化し、加工性の悪い材料となるおそれがある。そのため、耐塩害性、耐摩耗性、量産性の観点から全体のＳｉ量を２．０〜６．０質量％とする必要がある。
【００２５】
「Ｃ量：０．５〜２．５質量％」                           
全体のＣ量が０．５質量％未満のときは析出する硬質相３の量が少なく、耐摩耗性を満足しない。また、全体のＣ量が２．５質量％を超える場合は硬質相３の析出する量が多くなり過ぎ、母相２のＣｒ量が減るため、耐塩害性を満足しない。そのため、全体に含まれるＣ量は０．５〜２．５質量％とする必要がある。
「気孔率：２．０％以下」                         
気孔率が大きいと表面積が増加し、酸化しやすくなる。そのため、気孔率は小さい方が耐酸化性、耐塩害性の向上を図ることでき、気孔率２．０％以下とすることが望ましい。
【００２６】
「製造方法」
前記耐熱焼結材の製造方法は後に詳述するが、一例として、ベース粉末としてのＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉ合金粉末と、添加材としてのＳｉＣ粉末あるいはＦｅＳｉ粉末と、焼結助剤としてのＦｅＢ粉末を前述の組成範囲となるように秤量し、均一混合して得られた混合粉末を４９０〜９８０ＭＰａ程度の圧力でプレス成形し、得られたプレス成形体を１１００〜１２８０℃で０．５〜２時間程度焼結することにより得られる。
前記ベース粉末はＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉ合金粉末の代わりにＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金粉末を用いても良い。焼結助剤としてＦｅＢ粉末の代わりにＦｅＰ粉末を用いることもできるが、焼結助剤は省略しても良い。
前記添加材粉末はＳｉＣの他に、ＦｅＳｉ粉末＋Ｃ粉末、ＣｒＳi粉末＋Ｃ粉末などを前記ベース粉末に対し前述の組成範囲となるように混合しても良い。
【００２７】
前述の各粉末を用いる場合、各粉末の粒径（Ｄ５０）を５〜１００μｍ程度とすることが好ましい。
焼結助剤としてＦｅＢ粉末を用いる場合、全体に対するＢの添加量として０．０８〜０．８％の範囲とすることが望ましい。焼結助剤としてＦｅＰ粉末を用いる場合、全体に対するＰの添加量として０．２〜１．２％の範囲とすることが望ましい。
また、焼結助剤はＦｅＢとＦｅＰのいずれを用いても良く、用いるベース粉末の粒径を５〜２０μｍの微粉とする場合、これら焼結助剤を省略しても良い。
【００２８】
原料混合粉末を作製する場合、原料粉末として３０〜１００μｍ程度の粒径のものを用いる場合は、焼結助剤を０．４〜４．０％程度添加して焼結すれば、目的の耐熱焼結材を製造できる。焼結助剤を用いない場合は、原料粉末の粒径を５〜２０μｍ程度の微粉にすれば、目的の耐熱焼結材を製造できる。
原料粉末として粒径（Ｄ５０）が１０μｍの粉末は十分製造可能であるが、粒径が１０μｍ以下になると粉末の体積に対し表面積割合が増えて、粉末の酸素量が増加し、焼結性が低下する。そのため、粒径５μｍ以下の微粉を用いると気孔率２．０％以下を達成できない可能性がある。微粉の場合、例えば、粒径５〜２０μｍのものを用いることができ、この範囲を超える粒径の原料粉末の場合は焼結助剤の添加が必要になる。
ベース粉末はＦｅ−２５Ｃｒ−２０Ｎｉ合金粉末、Ｆｅ−１８Ｃｒ−１２Ｎｉ合金粉末などを用いることができるが、ＪＩＳ規定のＳＵＳ３１０Ｓ合金の粉末、ＳＵＳ３１６合金の粉末、ＳＵＳ３０４合金の粉末などを用いても良い。母相２のＳｉ量を必要量以上にすることはＳｉ源としてＳiＣ粉末、ＣｒＳｉ粉末、ＦｅＳｉ粉末などを必要量添加することで調整することが可能となる。
【００２９】
前記混合粉末をプレス装置の型に投入し、プレス成形して目的の形状、例えば、筒状の圧粉体を得る。
成形する場合、プレス装置による成形の他に熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）など、種々の方法を採用しても良い。
この圧粉体に対し、例えば、真空雰囲気あるいは窒素雰囲気中において１１００〜１２８０℃の範囲内の所定の温度で０．５〜２時間程度焼結することでＦｅとＣｒとＮｉとＳｉを含む母相中にＣｒとＦｅとＣを含む炭化物系の硬質相を分散させた耐熱焼結材からなる例えば図１に示す筒状の軸受け部材１を得ることができる。
この軸受け部材１を構成する耐熱焼結材は、例えば図２に示すようにＦｅＣｒＮｉＳｉ系の母相２中にＣｒＦｅＣ系などの炭化物系の硬質相３を分散させた金属組織を有する。図２は後述する実施例で製造された耐熱焼結材試料の一例について組織の一部を光学顕微鏡により拡大視した写真の模式図である。図２に示すように耐熱焼結材１の金属組織中には焼結時に生成した気孔５が多少（２．０％以下程度）残留していても良い。
【００３０】
ＦｅＣｒＮｉ合金粉末とＦｅＢ粉末とＳｉＣ粉末を混合し、プレス成形してから焼結した場合、ＦｅＢは液相となって他の粉末粒子の粒界に濡れ拡がり、気孔を埋める作用を奏する。このため、前記ＦｅＣｒＮｉＳｉ合金粉末とＳｉＣ粉末の粒界を液相となったＦｅＢで埋めることができる結果、焼結後の気孔率を低減できる。従って高密度の焼結材とすることができる。
【００３１】
ＦｅＢ粉末を構成するＦｅとＢは、ＦｅＢ二元系状態図からも明らかなようにＦｅ−４質量％Ｂの組成で１１７４℃に共晶点を有するので、焼結温度で共晶化により液相を呈し、この液相が焼結助剤として作用し、焼結密度を向上させる。このため気孔生成が少なく焼結後の密度の高い焼結体、即ち、気孔率の低い緻密な焼結体を得ることができる。気孔率が低いことで焼結体の内部に外部から腐食性の液体や気体が侵入し難くなり、耐酸化性向上に寄与する。
上述の温度で焼結する場合、ＦｅＣｒＮｉＳｉ合金粉末の周囲に存在するＦｅやＣｒ、Ｎｉ、Ｃが相互拡散するので、炭化物系の硬質相３が析出し、これらの硬質相３が母相中に分散する組織となる。即ち、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉ母相中にＣｒ−Ｆｅ−Ｃなる組成の炭化物系析出物である硬質相３が分散された組織となる。これら硬質相３の分散により好適な耐摩耗性を得ることができる。
【００３２】
ＦｅベースにＣｒとＮｉとＳｉを含有させたＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉからなる母相２により耐酸化性と耐塩害性を確保し、更に母相２に２．５〜７．０％含有させたＳｉの影響により母相２の強度を高くすることができる。また、添加材のＳｉＣから供給されるＣ量に応じた量のＣｒ−Ｆｅ−Ｃ系の硬質相３が析出し、硬質相３の耐摩耗性と母相２の強度向上効果が相俟って優れた耐摩耗性が得られる。
硬質相３の生成時、硬質相３が母相２から一部のＣｒを奪うが、母相中にＳｉを拡散させて母相中に高濃度のＳｉを２．５〜７．０％含有させて母相の耐塩害性を向上させるとともに母相強度を高くすることができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては上述の耐熱焼結材を用いてリング状の軸受け部材１を構成したが、本実施形態の耐熱焼結材はターボチャージャーのノズル機構やバルブ機構に設けられる軸部材やロッド部材、軸受け部材、プレート等に広く適用できるのは勿論である。
【００３４】
以上説明の製造方法により得られた耐熱焼結材において、母相、硬質相いずれも十分な量のＣｒを含むので、良好な耐酸化性と耐塩害性を示し、硬質相は母相より硬い硬質相からなり、Ｓｉを多く含む母相により母相の強度も向上しているので、良好な耐酸化性と耐塩害性に加えて良好な耐摩耗性を有する。
従って上述の軸受け部材１はターボチャージャー等の軸受け部に適用して高温の排ガスに晒されながら軸による摺動を受けた場合であっても、耐酸化性に優れ、耐塩害性に優れ、耐摩耗性に優れる。
【００３５】
なお、本実施形態の耐熱焼結材はターボチャージャーの軸の構成材として利用できるほか、耐酸化性、耐塩害性、耐摩耗性について高温の腐食ガスに晒される環境に設けられる各種機構部品の構成材として利用することができるのは勿論である。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
原料粉末として、ＪＩＳ規定のＳＵＳ３１０Ｓ合金粉末（粒径Ｄ５０＝１００μｍ）、ＳＵＳ３１６合金粉末（粒径Ｄ５０＝１００μｍ）、ＳＵＳ３０４合金粉末（粒径Ｄ５０＝１００μｍ）のいずれかをベース粉末として用い、これにＦｅＢ粉末（粒径Ｄ５０＝３０μｍ）（焼結助剤）と以下の添加材粉末のいずれかを混合した。添加剤粉末はＳｉＣ粉末（粒径Ｄ５０＝１０μｍ）、ＣｒＳｉ粉末（粒径Ｄ５０＝１０μｍ）＋Ｃ粉末（粒径Ｄ５０＝２０μｍ）、ＦｅＳｉ粉末（粒径Ｄ５０＝５０μｍ）＋Ｃ粉末（粒径Ｄ５０＝１０μｍ）のいずれかを用いた。
また、焼結助剤としてのＦｅＢ粉末をＦｅＰ粉末（粒径Ｄ５０＝３０μｍ）に変更した試料を作製し、更に、焼結助剤を用いることなく、原料粉末の粒径（Ｄ５０＝１０μｍ）として製造した試料も作製した。
これらの粉末を以下の表１に示す最終成分組成となるように配合し、Ｖ型混合機で３０分間混合した後、この混合粉末を成形圧力４９０〜９８０ＭＰａにてプレス成形して筒状の圧粉体を作製した。
次に、この圧粉体を真空雰囲気中において、１１００〜１２８０℃の温度で０．５〜２．０時間焼結し、筒状の耐熱焼結材を得た。
いずれの耐熱焼結材も以下の各試験毎に好適な形状に成形し各試験に供した。
【００３７】
「気孔率」
アルキメデス法にて測定した。
「耐酸化性試験」
耐酸化性試験においては、外径：２０ｍｍ×内径：１０ｍｍ×高さ：５ｍｍの寸法を有し、以下の表１〜表５に示される組成成分のリング状耐熱焼結材（軸受け部材）を得、試験を行った。
条件は大気中８００℃、１００時間保持し、重量の変化量と試料の表面積から酸化増量を求めた。酸化増量の判定基準は１ｍｇ／ｃｍ２以下を○とし、それを超える場合は×とした。
【００３８】
「耐摩耗性試験」
ロールオンブロック試験を行うために、ブロックの上に円柱のシャフトを載せ９０゜往復回転させる試験を行った。測定温度６００℃、３０分間行い、往復回数を２０００回として摩耗量を評価した。
摩耗量測定は、３Ｄマイクロスコープにより摩耗面の写真を撮影し、摩耗深さを測定した。摩耗試験片の形状は５０×１０×５ｍｍ厚の焼結材からなる直方体形状のブロックである。相手材のシャフトは、ＳＵＳ３１６からなる直径８ｍｍ、長さ１５０ｍｍのステンレスロッドであり、前記ブロックに、加重８０Ｎで、このステンレスロッドを押し付けつつ、モーターの回転軸として、往復回転させて試験した。
耐摩耗性試験の判定基準は４０μｍ未満の試料を○、４０μｍ以上の試料を×とした。
【００３９】
「耐塩害性試験」
耐塩害性については、塩水噴霧試験（ＪＩＳＺ２３７１に準ずる）により把握した。５％ＮａＣｌ水溶液の塩水噴霧（３５℃、２４時間）により外観上の錆の発生面積率を評価し、錆び発生による腐食面積率が１％以下の試料を合格とした。試験片は外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状試験片である。
○印は錆びによる腐食面積率が１％以下、×印は錆びによる腐食面積率が１％を超えることを確認できたものに相当する。
以上の試験結果を以下の表１に示す。
【００４０】
【表１】
2018184656.tif 000003
【００４１】
表１に示すトータル組成（全体組成）毎の耐熱焼結材試料Ｎｏ.１〜２９について、耐酸化性試験結果（酸化増量）と気孔率の測定結果及びそれらの判定結果と、耐塩害性について錆び面積率の検査結果と、耐摩耗性について摩耗量とその判定結果を示す。
表１に示す結果から、全体組成が質量％でＣｒ：１５〜３０％、Ｎｉ：８〜３０％、Ｓｉ：２．０〜６．０％、Ｃ：０．５〜２．５％、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、母相がＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金からなり、硬質相がＣｒ−Ｆｅ−Ｃ系合金からなり、気孔率が２．０％以下であるＮｏ.１〜５、８〜１０、１４、１５、１８〜２０、２２〜２３、２６〜２７の耐熱焼結材であるならば、耐酸化性に優れ、高温耐摩耗性に優れ、耐塩害性に優れることが明らかである。
【００４２】
Ｎｏ.６の試料は全体組成のＣｒ量を望ましい範囲である１５〜３０％の範囲より少なくした試料であるが耐酸化性と耐塩害性に劣る結果となった。Ｎｏ.７の試料は全体組成のＣｒ量を望ましい範囲である１５〜３０％の範囲より多くした試料であるが、フェライト相が多く、オーステナイトよりも熱膨張係数の小さな材料となる。そのため、周辺部材がオーステナイト系である場合、熱膨張差によりクリアランスの制御が難しく、軸受けなどの製品として使用し難い面がある。
Ｎｏ.１１の試料は全体組成のＮｉ量を望ましい範囲である８〜２５％の範囲より少なくした試料であるが、耐塩害性で問題を生じた。
Ｎｏ．９の試料はＮｉを２５％以上含有する試料であるが、特性上の問題は生じない。Ｆｅが主成分のオーステナイト系材料であることを考慮し、Ｎｉの上限を３０％とすることが好ましい。
Ｎｏ.１２の試料は全体組成のＳｉ量を望ましい範囲である２．０〜６．０％の範囲より多くした試料であるが、焼結品が硬くて脆く、切削加工時に割れやカケが発生するため、加工が不可能であった。Ｎｏ.１３の試料は全体組成のＳｉ量を望ましい範囲である２．０〜６．０％の範囲より少なくした試料であるが耐塩害性に劣る結果となった。
【００４３】
Ｎｏ.１６の試料は全体組成のＣ量を望ましい範囲である０．５〜２．５％の範囲より多くした試料であるが硬質相が４０％を超えて析出し、母相のＣｒ量が低下するため、耐塩害性に劣る結果となり、Ｎｏ.１７の試料は全体組成のＣ量を望ましい範囲である０．５〜２．５％の範囲より少なくした試料であるが硬質相の析出が１０％未満となるために耐摩耗性に劣る結果となった。
【００４４】
Ｎｏ.１９の試料はＮｏ．１の試料で焼結助剤を使用せず、代わりにＳＵＳ合金粉末（Ｄ５０＝１０μｍ）の微粉末を用いた例であるが、耐酸化性に優れ、耐塩害性と耐摩耗性にも優れていた。Ｎｏ.２０の試料はＮｏ．１９の試料から焼結温度を４０℃下げた試料であり、目的の耐熱焼結材を得ることができた。
【００４５】
Ｎｏ.２１の試料は、Ｎｏ．２０の焼結温度を４０℃下げて低密度になるように焼結した結果、耐熱焼結材が低密度となり気孔率が高くなり、耐酸化性、耐塩害性が低下し、耐摩耗性も低下した。
これらＮｏ.１９〜２１の試料の結果から、焼結助剤を省略しても混合粉末を微細化して目的の気孔率とすることで目的の効果を発揮する耐熱焼結材を得ることができるとわかった。
【００４６】
Ｎｏ.２４の試料はＮｏ.１の試料と同等の原料粉末（粒径Ｄ５０＝１００μｍ）を用いたまま焼結助剤としてのＦｅＢの添加量を少なくした例、Ｎｏ.２５の試料は焼結助剤としてのＦｅＢの添加量を多くした例である。Ｎｏ.２４の試料は耐酸化性、耐塩害性、耐摩耗性ともに劣る結果となり、Ｎｏ.２５の試料は特性良好であるものの目的の寸法精度の製品形状とすることができない問題を生じた。
Ｎｏ.２２、２３の試料の特性が優れていることから、粒径の大きなベース材料を用い、焼結助剤としてＦｅＢを用いる場合、全体に対するＢ添加量として０．０８〜０．８質量％の範囲が好ましいことが判った。
Ｎｏ.２８の試料はその組成をＮｏ.１の試料とほぼ同等としたまま、焼結助剤としてのＦｅＰの添加量を少なくした例、Ｎｏ.２９の試料はＦｅＰの添加量を多くした例である。これらの試料の試験結果が悪く、試料２６、２７の結果が良好であることから、粒径の大きなベース材料を用い、焼結助剤としてＦｅＰを用いる場合、全体に対するＰ添加量として０．２〜１．２質量％の範囲とすることが好ましいことが判った。
【００４７】
次に、Ｎｏ.１９の試料について、母相と硬質相のＥＤＸ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置）分析を行った。その結果、母相が質量％で、Ｃｒ：１９．３％、Ｎｉ：２１．６％、Ｓｉ：３．５％、残部Ｆｅの組成を有し、硬質相が質量％で、Ｃｒ：６５．１％、Ｎｉ：１．７％、Ｃ：６．１％、残部Ｆｅの組成を有していた。
この分析結果から、母相はＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉ相であり、硬質相はＣｒ−Ｆｅ−Ｃ相であることがわかった。
【００４８】
図３は表１に示すＮｏ.１９の試料の表面組織拡大写真である。この組織写真に示すように耐熱焼結材試料は母相（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉ相）中に不定形の硬質相（Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃ相）が分散された組織を呈した。また、組織の中に黒丸で示す微細な気孔が複数分散されていた。
【符号の説明】
【００４９】
１…軸受け部材（耐熱焼結材）、２…母相（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｓｉ相）、３…硬質相（Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃ相）、４…気孔（空孔）。
【図１】
2018184656.tif 000004
【図２】
2018184656.tif 000005
【図３】
2018184656.tif 000006