(57)【要約】【課題】レーザ、プラズマ、ガスなどを熱源とした一般的な肉盛溶接方法に好適な耐摩耗性、肉盛性に優れた肉盛用銅合金粉末を提供する。【解決手段】質量％で、Ｎｉ：８．０〜２０．０％、Ｓｉ：１．５〜４．５％、および、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒの少なくとも１種を合計で、２．０〜１５．０％、さらに、Ｍｍ、Ｐ、Ｔｉの少なくとも１種を合計で、０．１〜１．５％、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなる肉盛用銅合金粉末。上記に加えて、さらに、Ｍｏ、Ｖの少なくとも１種を合計で、０．３〜３．０％、および／またはＢ：０．０２〜１．０％、さらには、Ｃ：０．００５〜０．２００％を含有する肉盛用銅合金粉末。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｎｉ：８．０〜２０．０％、
Ｓｉ：１．５〜４．５％、
および、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒの少なくとも１種を合計で、２．０〜１５．０％、さらに、Ｍｍ、Ｐ、Ｔｉの少なくとも１種を合計で、０．１〜１．５％を含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなることを特徴とする肉盛用銅合金粉末。
【請求項２】
請求項１に加えて、さらに、Ｍｏ、Ｖの少なくとも１種を合計で、０．３〜３．０％、および／またはＢ：０．０２〜１．０％含有することを特徴とする肉盛用銅合金粉末。
【請求項３】
請求項１または２に加えて、さらに、Ｃ：０．００５〜０．２００％を含有することを特徴とする肉盛用銅合金粉末。
【請求項４】
直径１５μｍ以上の粗大な硬質相が存在しない微細な組織を有する請求項１〜３記載の肉盛用銅合金粉末。
【請求項５】
粉末での平均硬さがビッカース硬度で２００以上である請求項１〜３記載の肉盛用銅合金粉末。
【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、肉盛性に優れた肉盛用銅合金粉末に関し、特にレーザ、プラズマ、ガスなどを熱源とした一般的な肉盛溶接方法に好適な肉盛用銅合金粉末に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、銅合金よりなる肉盛用粉末素材としては、例えば特許文献１に開示されているような、重量％で、Ｎｉ：１０〜３０％、Ｓｉ：０．５〜５．０％、およびＭｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖの少なくとも１種：２．０〜１５．０％、残部Ｃｕおよび不純物からなる基本組成を有し、その他、Ｆｅ：２．０〜１５．０％、Ｃｒ：１．０〜１０．０％、Ｍｍ：０．０１〜０．１％、Ｐ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：１．０〜１０．０％、Ｂ：０．５〜３．０％を適宜添加したＣｕ合金が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、レーザ肉盛用Ｃｕ基合金粉末として、Ｎｉ：１０〜４０％、Ｓｉ：０．１〜６％を必須成分とし、Ａｌ、Ｙ、ミッシュメタル、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの１種又は２種以上の合計が０．０１〜０．１％、Ｏ：０．０１〜０．１％、残部Ｃｕおよび不純物からなる基本組成を有し、その他、Ｃｏ：２０％以下、Ｍｏ又は／及びＷの合計が２０％以下、Ｆｅ：２０％以下、Ｃｒ：１０％以下、Ｂ：０．５％以下を適宜添加したＣｕ合金が開示されている。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平１０−９６０３７号公報）
（２）特許文献２（特許第２９８４３４４号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、従来の特許文献は、いずれも溶湯の流動性が悪いために、均一な肉盛部形状を形成することが困難であり、また、アトマイズ時に溶湯ノズルが閉塞しやすく製造歩留りが悪いなどの問題があった。さらには、硬質相が粗大に析出する合金系では、切削性に問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、溶湯の流動性を改善し、均一な肉盛部形状を形成し、かつ、アトマイズ時に溶湯ノズル閉塞を防ぎ歩留り向上を図るために、肉盛合金の成分組成として、Ｃｕリッチのマトリックス中に、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ等を主体とする珪化物、硼化物がデンドライト状Ｎｉ−Ｓｉ固溶体中に分布した状態で析出した組織とする。この析出相は、凝固過程の初期の段階で析出するが、Ｍｍ（ミッシュメタル）、Ｐ、Ｔｉの少なくとも１種を添加することによりデンドライト状に析出するＮｉ−Ｓｉ固溶体中の高硬度硬質相分布状態を、より一層偏析させる。また、液相分離傾向を強めるＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒ量の上限を規制することにより、粗大な硬質相を析出させない微細な組織としたことにある。
【０００７】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｎｉ：８．０〜２０．０％、Ｓｉ：１．５〜４．５％、および、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒの少なくとも１種を合計で、２．０〜１５．０％、さらに、Ｍｍ、Ｐ、Ｔｉの少なくとも１種を合計で、０．１〜１．５％を含み、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなることを特徴とする肉盛用銅合金粉末。
（２）前記（１）に加えて、さらに、Ｍｏ、Ｖの少なくとも１種を合計で、０．３〜３．０％、および／またはＢ：０．０２〜１．０％含有することを特徴とする肉盛用銅合金粉末。
【０００８】
（３）前記（１）または（２）に加えて、さらに、Ｃ：０．００５〜０．２００％を含有することを特徴とする肉盛用銅合金粉末。
（４）直径１５μｍ以上の粗大な硬質相が存在しない微細な組織を有する前記（１）〜（３）記載の肉盛用銅合金粉末。
（５）粉末での平均硬さがビッカース硬度で２００以上である前記（１）〜（３）記載の肉盛用銅合金粉末にある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由を説明する。
Ｎｉ：８．０〜２０．０％
Ｎｉは、耐摩耗性の向上に有効な元素であり、Ｃｕリッチのマトリックス中に、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ等を主体とする珪化物、硼化物がデンドライト状Ｎｉ−Ｓｉ固溶体中に分布した状態で析出し、マトリックスを強化すると共に、耐摩耗性の向上に必要な元素である。しかし、８．０％未満では、その効果が十分に得られず、２０．０％を超えると合金の融点が高くなり、クラックが発生し易くなる。従って、その範囲を８．０〜２０．０％とした。
【００１０】
Ｓｉ：１．５〜４．５％
Ｓｉは、珪化物を形成し耐摩耗性を向上させる。また、自溶性を付与する元素である。しかし、１．５％未満ではその効果が十分に得られず、４．５％を超えるとクラックが発生し易くなる。従って、その範囲を１．５〜４．５％とした。
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒの少なくとも１種を合計で、２．０〜１５．０％
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒは、耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、これら元素の合計で、２．０％未満では、その効果が十分に得られず、１５．０％を超えると液相分離傾向が強まり、粗大硬質相が形成される。従って、その範囲を２．０〜１５．０％とした。好ましくは、Ｃｏは０．５〜８．０％、Ｃｒは０．５〜２．０％とする。
【００１１】
Ｍｍ（ミッシュメタル）、Ｐ、Ｔｉの少なくとも１種を合計で、０．１〜１．５％
Ｍｍ、Ｐ、Ｔｉは、Ｃｕと共晶反応し易く、析出相中の高硬度硬質相分布をより偏析させた状態に析出させる。それにより、凝固初期段階の析出相晶出時（固液共存状態）に肉盛層の流動性を保ち、かつ凝固終了後も変形し易い組織となるため、クラックが発生しにくくなる。しかし、０．１％未満では、その効果が十分に得られず、また、１．５％を超えると上記の実質的な効果がなくなり、目的の組織が得られなくなる。従って、その範囲を合計で、０．１〜１．５％とする。好ましくは０．２〜０．６％とする。
【００１２】
Ｃ：０．００５〜０．２００％
Ｃは、溶湯の流動性を向上させ、炭化物を形成し耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、０．００５％未満では、その効果が十分得られず、また、０．２００％を超えるとクラックが発生し易くなる。従って、その範囲を０．００５〜０．２００％とした。
【００１３】
Ｍｏ、Ｖの少なくとも１種を合計で、０．３〜３．０％
Ｍｏ、Ｖは耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、これら元素の合計で、０．３％未満では、その効果が十分得られず、また、３．０％を超えると合金の融点が高くなり、硬質相が凝集して粗大化しやすくなり均一な組織が得られない。従って、その範囲を合計で、０．３〜３．０％とした。好ましくは、Ｍｏは０．１〜０．６％、Ｖは２．０％以下とする。
【００１４】
Ｂ：０．０２〜１．０％
Ｂは、自溶性の付与、および硼化物形成による耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、０．０２％未満ではその効果が十分得られず、また、１．０％を超えると硼化物の晶出が多くなり粗大硬質相を形成する。従って、その範囲を０．０２〜１．０％とした。好ましくは０．０５〜０．２％とする。
【００１５】
直径１５μｍ以上の粗大な硬質相が存在しない微細な組織を有することにより切削性の改善を図った。望ましくは直径１０μｍ以上の粗大な硬質相が存在しない微細な組織を有することがより好ましい。そのためには、高融点の硬質相形成元素（Ｍｏ、Ｖ）の上限を規定することにより、硬質相の凝集を避け、液相分離傾向の強いＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒの上限を規定することにより、液相分離により生じる粗大硬質相を析出しないようにした。また、粉末での平均硬さがビッカース硬度で２００以上を必要とする。しかし、ビッカース硬度が２００未満では、強度、耐摩耗性の点で肉盛用銅合金として要求されているレベルを満たさない。従って、その下限値を２００とした。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に成分の銅合金を３０ｋｇアトマイザで真空誘導溶解し、溶湯ノズル径φ３ｍｍ、コンファインド型噴霧ノズルを用いて出湯温度１５２０℃、噴霧圧４ＭＰａにてガスアトマイズ法にてアルゴンガスを使用して粉末を作製した。この粉末を３８〜１５０μｍに分級した後、Ａｌ板（ＪＩＳ記号：ＡＣ２Ａ材）上に一般的なレーザ肉盛により肉盛し、評価した。レーザ肉盛はＣＯ２  レーザを用い、４ｋｗのレーザ出力、ビーム径２ｍｍ、処理速度５００ｍｍ／ｍｉｎで行った。その結果を表２に示す。
【００１７】
【表１】
2004162100.tif 000002
【００１８】
表２に示す形状、クラックの有無、アトマイズ時の閉塞状況および粗大硬質相の有無に関して、以下のような基準で評価した。形状は直線上に肉盛した時の頂点の直線上で評価した。
〔形状（表面粗さ計で測定ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に準拠）〕
〇：断面曲線の最大の高さＲｙ≦０．５ｍｍ
×：Ｒｙ≧０．５ｍｍ、
〔クラックの有無（目視）〕
〇：肉盛後クラックなし
×：クラック発生
【００１９】
〔アトマイズ時の閉塞〕
〇：ノズル閉塞なし
×：アトマイズ中にノズル閉塞発生
〔粗大硬質相の有無〕
◎：直径１０μｍ以上の粗大な硬質相なし
〇：直径１５μｍ以上の粗大な硬質相なし
×：直径１５μｍ以上の粗大な硬質相あり、でそれぞれ評価した。
【００２０】
【表２】
2004162100.tif 000003
【００２１】
表２に示すように、Ｎｏ．１〜６は本発明例であり、Ｎｏ．７〜１２は比較例である。Ｎｏ．７はＮｉ、Ｍｏが高いために平均硬さＨＶは高いが、しかし、形状が悪く、クラック発生し、また、高融点となり溶湯の粘性が低下するために、アトマイズ時の閉塞が発生し、かつ、直径１５μｍ以上の粗大な硬質相が見られた。Ｎｏ．８はＦｅとＣｏの合計量が高いために、形状が悪く、かつ、直径１５μｍ以上の粗大な硬質相が見られた。Ｎｏ．９はＮｉ、Ｓｉ、ＣおよびＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒの合計量のいずれもが低いために、平均硬さＨＶの値が２００未満と低い。
【００２２】
Ｎｏ．１０はＳｉ、Ｃが高いために、クラック発生し、溶湯中の炭化物および珪化物が多過ぎると凝集しやすく、ノズル閉塞が発生しアトマイズ時の閉塞が発生し、かつ、直径１５μｍ以上の粗大な硬質相が見られた。Ｎｏ．１１はＭｍ、Ｐ、Ｔｉのいずれかが含有しないために、クラック発生し、かつノズル閉塞が発生しアトマイズ時の閉塞が発生が見られた。Ｎｏ．１２はＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒのいずれかが含有しないために、形状が悪く、クラック発生し、かつノズル閉塞が発生しアトマイズ時の閉塞が発生し、かつ、粗大な硬質相が見られた。これに対し、本発明例Ｎｏ．１〜６のいずれの特性も優れていることが判る。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるＣｕ基合金粉末は耐摩耗性に優れ、かつ、表面形状に優れ、クラックの発生がなく、しかもアトマイズ時の閉塞、直径１５μｍ以上の粗大な硬質相が見られず、平均硬さＨＶ２００以上の極めて優れた肉盛用銅合金粉末を得ることが出来、特に自動車エンジンの高性能のバブルシートとして適用できる極めて優れた効果を奏するものである。