(57)【要約】【課題】海水や河川水等の腐食性の高い雰囲気で用いる摺動部品として使用しても、十分な耐摩耗性と耐食性を有し、耐久性を向上させた耐食性サーメット及びポンプ部品を提供する。【解決手段】ＷＣ、Ｃｒ３Ｃ２またはＴｉＣの炭化物を金属バインダで固めたものであって、前記金属バインダは、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれらの混合材料に、Ｃｒと、Ｖａ族またはＶＩａ族の金属元素の一種または一種以上とを加えたものであることを特徴とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷＣ、Ｃｒ３Ｃ２またはＴｉＣの炭化物を金属バインダで固めたものであって、前記金属バインダは、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれらの混合材料に、Ｃｒと、Ｖａ族またはＶＩａ族の金属元素の一種または一種以上とを加えたものであることを特徴とする耐食性サーメット。
【請求項２】
前記金属バインダは、５〜３５重量％のＣｒを有することを特徴とする請求項１記載の耐食性サーメット。
【請求項３】
前記Ｖａ族またはＶＩａ族の金属元素はＴａまたはＭｏで、前記Ｔａを前記Ｃｒの含有量に対して７７．５重量％以上、または前記Ｍｏを前記Ｃｒの含有量に対して９５重量％以上含むことを特徴とする請求項１または２記載の耐食性サーメット。
【請求項４】
ＷＣ、Ｃｒ３Ｃ２またはＴｉＣの炭化物を金属バインダで固めたものであって、前記金属バインダは、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれらの混合材料に、Ｃｒと、Ｖａ族またはＶＩａ族の金属元素の一種または一種以上とを加えたものである耐食性サーメットで構成されたポンプ部品。
【請求項５】
ＷＣ、Ｃｒ３Ｃ２またはＴｉＣの炭化物を金属バインダで固めたものであって、前記金属バインダは、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれらの混合材料に、Ｃｒと、Ｖａ族またはＶＩａ族の金属元素の一種または一種以上とを加えたものである耐食性サーメットで構成されたポンプ部品を有することを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、水中に設置されるポンプ装置に備えられて水中に没して使用される摺動部品に用いて最適な耐食性サーメット及び該耐食性サーメットを用いたポンプ部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、海水をはじめとして、ハロゲンイオンを含む汚水や河川水等を揚水するのに使用されるポンプ装置は、主に水中で回転して揚水する羽根車と、水中を貫通して羽根車に動力を伝達する主軸及び水中で用いられる軸受（水中軸受）とから一般に構成されている。水中軸受は、主軸との回転摺動部を有しており、その機能上、耐食性と耐摩耗性が要求される。また、羽根車の出口後の高圧部から羽根車の入口側への揚水の漏れを防止するため、回転側にウェアリングと称するリングを嵌め込み、静止側に嵌め込んだライナリングとの間にごく狭い隙間をもって対峙させて摺動させ、これによって、高圧側から低圧側への揚水の漏れを防ぎ、ポンプ効率が低下しないようにすることも広く行われている。
【０００３】
これらのポンプ部品には、多くの場合、海水などの揚水そのものが固定側と回転側の両部品の端面や摺動面に接して運転される構造のものが多く、従来、海水用として使用される、回転体と固定体とが機械的に摺動する部分に取付けられる部品（以下、単に摺動部品と称す）には、耐食性と耐摩耗性の点から、金属のみならず種々のセラミックス等が一般に使用されている。例えば、水中に使用される水中軸受やライナリング等の固定側の摺動部品として、ＳｉＣやＳｉ３Ｎ４系のセラミックスを、軸スリーブやウェアリング等の回転側の摺動部品として、ＷＣ系やＴｉＣ系のサーメットをそれぞれ用いた組合せが、海水中等において使用されるようになってきている。この水中で使用される摺動部品に用いられるサーメットには、高融点金属の炭化物、例えば、ＷＣ系の金属バインダ（結合剤）として、主にＮｉやＣｏが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば海水や河川水等の腐食性の高い雰囲気で用いられる摺動部品には、耐摩耗性と耐食性の点から、完全に満足できる材質はまだ実現できていないのが現状である。例えば、前述のように、金属バインダとしてＣｏを使用したＷＣ系サーメットを海水用ポンプの摺動部品等に用いると、主にＷＣの境界に存在する結合材のＣｏ成分が、主軸との接触部において優先的に腐食（選択腐食）されて遊離・消滅し、ＷＣ成分の粒子のみが残り、その部分が脆くなって欠落することがある。
【０００５】
なお、金属バインダとして、Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ａｇを用いたＴｉＣ系サーメットが知られている。しかし、いずれの結合材料も、海水等の腐食性の雰囲気では耐食性が低く、これらの金属バインダを用いたＴｉＣ系サーメットを海水中等で用いる摺動部品等に使用すると、耐食性の面で問題があると考えられる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、海水や河川水等の腐食性の高い雰囲気で用いる摺動部品として使用しても、十分な耐摩耗性と耐食性を有し、耐久性を向上させた耐食性サーメット及び該耐食性サーメットを使用したポンプ部品を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ＷＣ、Ｃｒ３Ｃ２またはＴｉＣの炭化物を金属バインダで固めたものであって、前記金属バインダは、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれらの混合材料に、Ｃｒと、Ｖａ族またはＶＩａ族の金属元素の一種または一種以上とを加えたものであることを特徴とする耐食性サーメットである。
【０００８】
サーメットの金属バインダとして、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれらの混合物からなる基材に、Ｃｒを添加したものを使用することでサーメットとしての耐食性を向上させることができる。しかしながら、Ｃｒの含有量が５重量％を超えると、Ｃｒが炭化物を形成して基材を消費するため、基材の耐食性が低下してしまう。ここで、Ｃｒの他に、Ｃｒより炭化物生成エネルギの低いＶａ族またはＶＩａ族の金属元素、例えばＭｏ、ＴａまたはＮｂの一種あるいは一種以上とを、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれらの混合物からなる基材に添加することで、Ｃｒの含有量が５重量％を超えても、Ｃｒ炭化物の生成を防止して、耐食性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記金属バインダは、５〜３５重量％のＣｒを有することを特徴とする請求項１記載の耐食性サーメットである。前述のように、Ｃｒより炭化物生成エネルギの低い、Ｖａ族またはＶＩａ族のＭｏやＴａ等の金属元素をＣｒに混合してＮｉ等の基材に添加して、Ｃｒ炭化物の生成を防止することで、金属バインダに最大３５重量％のＣｒの混合が可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記Ｖａ族またはＶＩａ族の金属元素はＴａまたはＭｏで、前記Ｔａを前記Ｃｒの含有量に対して７７．５重量％以上、または前記Ｍｏを前記Ｃｒの含有量に対して９５重量％以上含むことを特徴とする請求項１または２記載の耐食性サーメットである。Ｃｒ、Ｔａ及びＭｏの各々の安定化した炭化物を各々Ｃｒ３Ｃ２，Ｔａ２Ｃ，ＭｏＣとすると、Ｃｒ含有量に対してＴａで約７７．５重量％以上、Ｍｏで約９５重量％以上含むようにすることで、Ｃｒ炭化物が生成されることを有効に防止することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、ＷＣ、Ｃｒ３Ｃ２またはＴｉＣの炭化物を金属バインダで固めたものであって、前記金属バインダは、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれらの混合材料に、Ｃｒと、Ｖａ族またはＶＩａ族の金属元素の一種または一種以上とを加えたものである耐食性サーメットで構成されたポンプ部品である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、ＷＣ、Ｃｒ３Ｃ２またはＴｉＣの炭化物を金属バインダで固めたものであって、前記金属バインダは、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれらの混合材料に、Ｃｒと、Ｖａ族またはＶＩａ族の金属元素の一種または一種以上とを加えたものである耐食性サーメットで構成されたポンプ部品を有することを特徴とするポンプ装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態の耐食性サーメットでポンプのすべり軸受の回転側摺動部品（ポンプ部品）を構成した例を示す。図１に示すように、例えばＳＵＳ３１６製で段部１０ａを有する回転自在な主軸１０には、本発明の耐食性サーメットで構成した円筒状の軸受スリーブ１２が、円筒状で主軸１０に固定した固定スリーブ１４と主軸１０の段部１０ａとの間に挟まれて、主軸１０に対して回転不能かつ軸方向に移動不能に取付けられている。つまり、軸受スリーブ１２は、主軸１０と一体に回転し、その軸方向に沿った移動が規制されるようになっている。
【００１４】
この軸受スリーブ１２の外周部には、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）または窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を主成分とするセラミックス製の円筒状の軸受ブッシュ１６が配置され、この軸受ブッシュ１６は、金属製のバックシェル１８の内周面に固着されており、その外周面に緩衝材２０を挟んで軸受ケース２２に組み込まれている。
これにより、軸受スリーブ１２の外周面が回転側の摺動面となって、軸受スリーブ１２が回転側摺動部品となり、軸受ブッシュ１６の内周面が固定側の摺動面となって、軸受ブッシュ１６が固定側摺動部品となるように構成されている。
【００１５】
ここで、軸受スリーブ１２は、ＷＣ、Ｃｒ２Ｃ２またはＴｉＣ等の炭化物を金属バインダで焼き固めた焼結体からなる耐食性サーメットで構成されている。この金属バインダは、Ｎｉ、ＣｏまたはＮｉとＣｏの混合材料を基材として、この基材（Ｎｉ基材、Ｃｏ基材またはＮｉ＋Ｃｏ基材）に、Ｃｒと、Ｖａ族またはＶＩａ族の金属元素、例えばＮｂ、ＴａまたはＭｏ、またはこれらの混合物を加えたものである。
【００１６】
この金属バインダ中のＣｒ含有量は、例えば５〜３５重量％に設定されている。またＣｒの他に、例えばＶａ族のＴａを添加した場合は、このＴａをＣｒの含有量に対して７７．５重量％以上、ＶＩａ族のＭｏを添加した場合は、このＭｏをＣｒの含有量に対して９０重量％以上含むようになっている。
【００１７】
このように、サーメットの金属バインダとして、Ｎｉ基材、Ｃｏ基材またはＮｉ＋Ｃｏ基材に、Ｃｒを添加したものを使用することでサーメットとしての耐食性を向上させることができる。しかも、金属バインダとして、Ｎｉ基材等に、Ｃｒの他に、Ｃｒより炭化物生成エネルギの低いＶａ族またはＶＩａ族の金属元素、例えばＭｏ、ＴａまたはＮｂの一種類あるいは複数種類を混合したものを、例えばＣｒと当量添加したものを使用することで、Ｃｒの含有量が５重量％を超えても、Ｃｒ炭化物が生成されて基材が消費されてしまうことを防止して耐食性を向上させ、しかも、金属バインダに最大３５重量％のＣｒの混合が可能となる。
【００１８】
また、Ｃｒ、Ｔａ及びＭｏの各々の安定化した炭化物を各々Ｃｒ３Ｃ２，Ｔａ２Ｃ，ＭｏＣとすると、Ｃｒの他に、ＴａをＣｒの含有量に対して７７．５重量％以上、またはＭｏを前記Ｃｒの含有量に対して９５重量％以上含むようにすることで、Ｃｒ炭化物が生成されることを有効に防止することができる。
【００１９】
図２は、本発明の他の実施の形態の耐食性サーメットでポンプのすべり軸受の回転側摺動部品（ポンプ部品）を構成した例を示す。この例の図１に示す実施の形態と異なる点は、主軸１０のフランジ部１０ｂと主軸１０に固定した固定スリーブ１４との間に、本発明の耐食性サーメットで構成した円筒状の軸受スリーブ１２を挟持して、主軸１０に対して回転不能かつ軸方向に移動不能に取付けている点である。その他の構成は、図１に示す実施の形態と同様であるので、ここでは図示を省略している。
【００２０】
なお、前記各例では、回転側摺動部品としての軸受スリーブに適用し、固定側摺動部品としてのセラミックス製の軸受ブッシュと組合せて使用することで、耐摩耗、耐腐食の点から従来の軸受に比べて長い寿命を示すようにした例を示しているが、回転側摺動部品としての軸受スリーブ、固定側摺動部品としての軸受ブッシュの双方に適用したり、固定側摺動部品としての軸受ブッシュに適用し、回転側摺動部品としてのセラミックス製の軸受スリーブと組合せて使用したりしてもよい。
【００２１】
更に、ポンプ部品の中には、羽根車のウェアリングとライナリング部分のように、回転部と固定部が水中において摺動する部品は多くあり、サーメットは、元来耐摩耗性に優れているため、金属バインダの耐食性を増加させることで、これらの部品にも適用可能である。また、海水以外の他の汚水や下水の場合は、ハロゲンイオンの濃度が海水より低いため、その他のイオンが多量に含まれない限り、これらの揚水に使用されるポンプの摺動部品にも適用できる。
【００２２】
図３に、Ｎｉ基材あるいはＮｉ＋Ｃｏ基材中に、４．８重量％、５．３重量％、６．４重量％、８．２重量％、１１．８重量％、２５重量％のＣｒを含む金属バインダを使用して成形したＷＣ系サーメット材料、Ｎｉ基材中に、６．５重量％のＣｒと６．５重量％のＭｏを含む金属バインダを使用して成形したＷＣ系サーメット材料、及びＮｉ＋Ｃｏ基材中に、１３．５重量％のＣｒと１１．５重量％のＭｏとＴａとの混合物を含む金属バインダを使用して成形したＷＣ系サーメット材料の海水中における陽極分極曲線を調べた実験結果を示す。ここで、縦軸は電流密度を示し、腐食速度に相当する。横軸は、電位で活性化エネルギの大きさを示す。
【００２３】
この図３により、Ｃｒの添加量が増加するに従い、低活性化エネルギ領域で、電流密度が減り、腐食速度が減少するが、活性化エネルギの増加とともに、４．８重量％以上のＣｒを含む金属バインダを使用して成形したサーメット材料にあっては、電位が３００ｍＶ付近および７００〜８００ｍＶ付近に電流密度のピークが発生する。これは、実際の環境では、軸受の取付け材料や酸素の供給状況により、ピーク付近で激しく腐食が発生することを示している。
【００２４】
これに対して、Ｎｉ基材中に、６．５重量％のＣｒと６．５重量％のＭｏを含む金属バインダを使用して成形したＷＣ系サーメット材料、及びＮｉ＋Ｃｏ基材中に、１３．５重量％のＣｒと１１．５重量％のＭｏとＴａとの混合物を含む金属バインダを使用して成形したＷＣ系サーメット材料にあっては、該当する電位域に電流密度のピークが発生せず、高耐食性を示すことが判る。
【００２５】
この時に使用した各サーメット材料の各成分と機械的性質を下記の表１に示す。
【表１】
2004091838.tif 000003
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サーメットの金属バインダとして、Ｎｉ、Ｃｏまたはそれらの混合物からなる基材に、Ｃｒの他に、Ｃｒより炭化物生成エネルギの低いＶａ族またはＶＩａ族の金属元素の一種または一種以上を加えたものを使用することで、Ｃｒ炭化物の生成による基材の消費量を抑えて、耐食性を向上させることができる。これによって、例えばポンプの摺動部材として使用した場合に、主成分の組織の境界での選択腐食の発生を抑え、耐久性を向上させて、その寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の耐食性サーメットでポンプのすべり軸受の回転側部品（ポンプ部品）を構成した例を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の耐食性サーメットでポンプのすべり軸受の回転側部品（ポンプ部品）を構成した例を示す断面図である。
【図３】重量の異なるＣｒを含む金属バインダ、ＣｒとＭｏを含む金属バインダ、及びＣｒと、ＭｏとＴａとの混合物を含む金属バインダをそれぞれ使用して成形したＷＣ系サーメット材料の海水中における陽極分極曲線を調べた実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　主軸
１２　軸受スリーブ
１４　固定スリーブ
１６　軸受ブッシュ
１８　バックシェル
２０　緩衝材
２２　軸受ケース
【図１】
2004091838.tif 000004
【図２】
2004091838.tif 000005
【図３】
2004091838.tif 000006