(57)【要約】【課題】耐摩耗性に優れ、且つ、表面の酸化被膜が剥離し難いＭｏ−Ｃｏ基合金を提供すること。【解決手段】Ｍｏ−Ｃｏ基合金であって、質量％で、Ｍｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５〜３．０％、Ｙ：０．１〜１．５％、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｍｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５〜３．０％、Ｙ：０．１〜１．５％、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなるＭｏ−Ｃｏ基合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｍｏ−Ｃｏ基合金に関し、特に、部材に盛金されるＭｏ−Ｃｏ基合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
部材は、使用環境に応じた材料で構成される。高温環境で使用される部材は、耐熱性に優れた材料で構成される。また、相手部材に繰り返し接触する部材は、耐摩耗性に優れた材料で構成される。
【０００３】
例えば、車両用のエンジンバルブのバルブフェースは、エンジン作動時に、燃焼雰囲気に曝され、金属製のバルブシートに繰り返し接触するので、耐熱性、耐摩耗性に優れた材料（例えば、ＳＵＨ３５等のオーステナイト鋼）で構成される。
【０００４】
しかし、部材に要求される全ての特性を単一の材料で満たすことは難しい。また、相手部材に繰り返し接触するのは、部材の表面全体ではなく、部材の表面の一部である。こうした事情から、部材の表面の一部に、耐摩耗性に優れた合金からなる盛金部が設けられている。
【０００５】
盛金部に用いられる合金としては、例えばＭｏ−Ｃｏ基合金等がある（例えば、特許文献１参照）。この合金には、Ｃが添加されている。Ｃは、金属炭化物を形成し、合金の硬さを向上させ、耐摩耗性を向上させる。この合金は、部材であるバルブフェースの表面に盛金されると、エンジン作動時に、燃焼雰囲気中の酸素と反応し酸化被膜で覆われる。これにより、部材と相手部材との金属接触を抑制することができ、凝着摩耗を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３１０８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のＭｏ−Ｃｏ基合金では、使用温度が高くなると、酸化被膜が多量に形成され、酸化被膜が剥離しやすくなる。酸化被膜が相手部材との接触によって部分的に剥離すると、合金表面が荒れ、相手部材を摩耗させる相手攻撃性が増大する。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、耐摩耗性に優れ、且つ、表面の酸化被膜が剥離し難いＭｏ−Ｃｏ基合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明のＭｏ−Ｃｏ基合金は、
質量％で、Ｍｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５〜３．０％、Ｙ：０．１〜１．５％、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐摩耗性に優れ、且つ、表面の酸化被膜が剥離し難いＭｏ−Ｃｏ基合金を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】車両用のエンジンバルブ及びその周辺部材の概略図である。
【図２】実施例１における試験片の切断面の顕微鏡写真である。
【図３】実施例２における試験片の切断面の顕微鏡写真である。
【図４】比較例１における試験片の切断面の顕微鏡写真である。
【図５】比較例２における試験片の切断面の顕微鏡写真である。
【図６】比較例３における試験片の切断面の顕微鏡写真である。
【図７】比較例４における試験片の切断面の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１３】
部材（以下、「母材」ともいう）は、使用環境に応じた材料で構成される。高温環境で使用される部材は、耐熱性に優れた材料で構成される。また、相手部材に繰り返し接触する部材は、耐摩耗性に優れた材料で構成される。
【００１４】
例えば、図１に示すように、車両用のエンジンバルブ（排気バルブや吸気バルブ）１０のバルブフェース１１は、エンジン作動時に、燃焼雰囲気に曝され、金属製のバルブシート１２に繰り返し接触するので、耐熱性、耐摩耗性に優れた材料（例えば、ＳＵＨ３５等のオーステナイト鋼）で構成される。
【００１５】
しかし、母材１１に要求される全ての特性を単一の材料で満たすことは難しい。また、相手部材１２に繰り返し接触するのは、母材１１の表面全体ではなく、母材１１の外周面である。こうした事情から、母材１１の外周面に、耐摩耗性に優れた合金からなる盛金部１３が設けられている。
【００１６】
尚、図１に示す例では、母材の形状は、略円板状であるが、本発明はこれに限定されず、例えば、棒状であっても良いし、環状であっても良い。また、図１に示す例では、合金を盛金する箇所は、母材の外周面であるが、本発明はこれに限定されない。要は、相手部材に繰り返し接触する部分に合金が盛金されていれば良い。
【００１７】
盛金部を設ける方法は、一般的な方法であって良く、例えば、プラズマアーク法やレーザクラッド法が用いられる。プラズマアーク法やレーザクラッド法を用いる場合、盛金部用の合金は、粉末の形態で使用されて良い。合金の塊を粉末にする方法は、一般的な方法であって良く、例えば、アトマイズ法が用いられる。
【００１８】
盛金部に用いられる合金は、Ｍｏ−Ｃｏ基合金であって、質量％で、Ｍｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５〜３．０％、Ｙ：０．１〜１．５％、残部Ｃｏおよび不可避的不純物からなる。このＭｏ−Ｃｏ基合金は、質量％で、Ｃｒ：１５％以下、Ｎｉ：４０％以下含有して良い。
【００１９】
次に、上記Ｍｏ−Ｃｏ基合金の各成分について説明する。
【００２０】
Ｍｏは、必須成分であって、Ｍｏ炭化物を形成し、合金の耐摩耗性を向上させる。また、Ｍｏは、合金表面に酸化被膜を形成する。これにより、部材と相手部材との金属接触を抑制することができ、凝着摩耗を抑制することができる。但し、Ｍｏ含有量が２０質量％未満であると、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が７０質量％を超えると、Ｍｏ炭化物が多量に形成され、合金の硬さが高くなり過ぎ、相手部材を摩耗させる相手攻撃性が高くなる。また、Ｍｏ含有量が多過ぎると、母材がオーステナイト鋼の場合、母材と合金との線膨張係数差が大きくなり過ぎるので、熱サイクルによって合金割れが発生し易くなる。よって、Ｍｏ含有量は、２０〜７０質量％とした。より好ましい範囲は、２０〜５０質量％である。
【００２１】
Ｃは、必須成分であって、金属炭化物を形成すると共に、固溶ならびに遊離黒鉛の形成により、合金の硬さを向上させ、耐摩耗性を向上させる。但し、Ｃ含有量が０．５質量％未満では、上記効果が十分に得られず、３質量％を超えると合金の硬さが高くなり過ぎ、相手部材を摩耗させる相手攻撃性が高くなる。よって、Ｃ含有量は、０．５〜３．０質量％とした。より好ましい範囲は、０．５〜１．５質量％である。
【００２２】
Ｙは、必須成分であって、合金表面に緻密な酸化被膜を形成して、合金内部の酸化を抑制すると共に、酸化被膜が剥離するのを抑制する。但し、Ｙ含有量が０．１質量％未満では、上記効果が十分に得られず、１．５質量％を超えると、合金の硬さが高くなり過ぎ、相手攻撃性が高くなる。また、Ｙ含有量が多過ぎると、合金の耐衝撃性や靱性が低くなるし、コストが高くなる。よって、Ｙ含有量は、０．１〜１．５質量％とした。
【００２３】
Ｃｒは、必須成分ではなく、任意成分であるが、凝着摩耗を抑制するのに十分な酸化被膜ができる温度を制御する効果がある。Ｃｒ含有量が多くなるほど、酸化被膜ができる温度が高くなる。また、母材がオーステナイト鋼の場合には、Ｃｒ添加によって、合金と母材との線膨張係数差を小さくすることができ、熱サイクルによって合金割れが発生するのを抑制できる。但し、Ｃｒ含有量が１５質量％を超えると、酸化被膜ができる温度が高くなり過ぎるので、凝着摩耗を十分に抑制することができない。よって、Ｃｒ含有量は、１５質量％以下とする。
【００２４】
Ｎｉは、必須成分ではなく、任意成分であるが、合金の耐衝撃性を向上させる。Ｎｉ含有量が４０％を超えると、金属炭化物の形成が抑制され、合金の硬さが低くなり過ぎるので、耐摩耗性が低下する。よって、Ｎｉ含有量は、４０質量％以下とする。
【００２５】
尚、Ｆｅは、不可避的不純物として含まれる場合を除き、積極的には含まれない。Ｆｅが含まれると、合金の硬さが低減し、耐摩耗性が低下する。
【００２６】
次に、車両用のエンジンバルブの詳細について再び図１を参照して説明する。
【００２７】
車両用のエンジンバルブ１０は、軸方向（図１では矢印Ａ方向）に往復動するように構成され、カム１４によって往動方向に駆動され、スプリング１５によって復動方向に付勢される。エンジンバルブ１０の先端には略円板状のバルブフェース１１が固定されており、バルブフェース１１の外周面には盛金部１３が溶着されている。バルブフェース１１及び盛金部１３は、エンジンバルブ１０の往復動に連動して、環状のバルブシート１２の開口を開閉する。この際に、盛金部１３がバルブシート１２に繰り返し接触する。
【００２８】
盛金部１３の材料には、上記組成のＭｏ−Ｃｏ基合金が用いられる。この合金には、Ｃが添加されているので、合金の耐摩耗性を向上させることができる。また、この合金には、Ｙが添加されているので、緻密な酸化被膜を合金表面に形成することができ、酸化被膜の剥離を抑制することができる。よって、バルブフェース１１とバルブシート１２との金属接触を効果的に抑制することができ、凝着摩耗を効果的に抑制することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３０】
例えば、上述した実施形態のＭｏ−Ｃｏ基合金は、盛金部に用いられるとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、部材（母材）に用いられても良い。
【実施例】
【００３１】
以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
（実施例１〜４、比較例１〜４）
表１に示す原料粉末を適当な配合で混合して、表２に示す組成の混合粉末を作製した。
【００３２】
【表１】
2011105979.tif 000002
【００３３】
【表２】
2011105979.tif 000003
作製した混合粉末を圧力４トン／ｃｍ２でプレス成形し、プラズマアーク溶解によりインゴット（各１００ｇ）を作製した。作製したインゴットの特性を、以下の方法で評価した。
【００３４】
（耐酸化性）
実施例１〜４、比較例１〜４における各インゴットから１ｃｍ角の試験片を切り出し、大気中で１０００℃、１００時間加熱した後、室温まで冷却した。次に、顕微鏡を用いて、試験片の切断面観察を行い、酸化皮膜の膜厚を測定した。
【００３５】
（平均線膨張係数）
実施例２〜４における各インゴットから長さ５０ｍｍ、断面が直径６ｍｍの円柱状の試験片を切り出し、窒素雰囲気中で２０℃から８００℃までの平均線膨張係数（以下、単に「平均線膨張係数」という）を測定した。
【００３６】
（耐衝撃性）
実施例２〜４における各インゴットから長さ５５ｍｍ、断面が短辺５ｍｍ、長辺１０ｍｍの角柱状の試験片を切り出し、シャルピー衝撃試験を行った。
【００３７】
上記評価の結果を表３にまとめて示す。また、実施例１〜２、比較例１〜４における試験片の切断面の顕微鏡写真を図２〜図７に示す。なお、図２〜図７において、（Ａ）は熱処理前の顕微鏡写真を示し、（Ｂ）は熱処理後の顕微鏡写真を示す。
【００３８】
【表３】
2011105979.tif 000004
表３及び図２〜図７から明らかなように、耐摩耗性を向上させるため、Ｍｏ−Ｃｏ合金にＣを添加すると、酸化被膜が多量に形成されてしまうが、Ｙをさらに添加することによって、酸化被膜が多量に形成されるのを抑制することができた。これは、Ｙ添加により、合金表面の酸化被膜が緻密になること、即ち、合金表面の酸化被膜が剥離し難くなることを意味する。尚、希土類元素であるＹの代わりに、同じく希土類元素であるＣｅを添加した場合、酸化被膜が多量に形成されるのを十分に抑制することはできなかった。
【００３９】
また、表３から明らかなように、Ｃｒ添加によって、合金の平均線膨張係数を大きくすることができ、母材の材料であるＳＵＨ３５の平均線膨張係数（１８×１０−６／℃）との差を小さくすることができた。これは、熱サイクルによって合金が割れるのを抑制できることを意味する。
【００４０】
さらに、表３から明らかなように、Ｎｉ添加によって、合金の耐衝撃性を向上することができた。
【符号の説明】
【００４１】
１０  エンジンバルブ
１１  バルブフェース
１２  バルブシート
１３  盛金部
１４  カム
１５  スプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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