(57)【要約】【課題】スラリーを塗布することが困難な形状のものであっても、耐溶損性、耐摩耗性及び強度に優れ低コストの機械部材を提供する。【解決手段】この耐食耐摩耗部材の製造方法は、鋼材表面へ耐食耐摩耗合金をコーティングする方法において、アトマイズ法により製造され粒度分布（粒度幅）が１／３χ〜χμｍで、３０≦χ≦１５０μｍとなる球状粒子の合金と結合剤としての樹脂および溶剤とを混合して得られるスラリーを、乾燥、破砕して得られる原料粉Ｐを、この原料粉Ｐ中の樹脂が融着可能な１００℃〜４００℃に加熱した鋼製基材Ｔの表面に付着させたのち、脱脂、焼結する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材表面へ耐食耐摩耗合金をコーティングする方法において、
アトマイズ法により製造され粒度分布（粒度幅）が１／３χ〜χμｍで、３０≦χ≦１５０μｍとなる球状粒子の合金と結合剤としての樹脂および溶剤とを混合して得られるスラリーを、乾燥、破砕して得られる原料粉を、この原料粉中の樹脂が融着可能な１００℃〜４００℃に加熱した鋼製基材表面に付着させたのち、脱脂、焼結することを特徴とする耐食耐摩耗部材の製造方法。
【請求項２】
前記球状粒子は、１５〜４５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の耐食耐摩耗部材の製造方法。
【請求項３】
前記合金は、組成が、重量％で、Ｂ：０．６〜３．２％、Ｓｉ：０．５〜８％、Ｍｏ：５〜３７％、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ硼化物およびＭｏ硼化物が分散していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の耐食耐摩耗部材の製造方法。
【請求項４】
前記合金は、組成が、重量％でＢ：１．１〜２．５％、Ｍｏ：１１〜２０％、Ｓｉ：４．０〜６．５％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ−Ｍｏ複硼化物が分散しているＮｉ基耐食耐摩耗合金であって、Ｂ含有量に対するＭｏの含有量の比（Ｍｏ／Ｂ）が重量比で６．５〜１３であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の耐食耐摩耗部材の製造方法。
【請求項５】
前記合金は、組成が、重量％でＢ：１．１〜２．５％、Ｓｉ：４．０〜６．５％、Ｍｏ：８．０〜１７％、Ｃｒ：２〜１２％、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ−Ｍｏ複硼化物が分散しているＮｉ基耐食耐摩耗性合金であって、Ｃｒ含有量およびＭｏ含有量の和が合金全体に対して１３〜２０重量％であり、かつ、Ｂ含有量に対するＭｏの含有量の比（Ｍｏ／Ｂ）が重量比で５．５〜９．０であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の耐食耐摩耗部材の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の耐食耐摩耗部材の製造方法によって製造されたことを特徴とするアルミダイカスト用部品又はプラスチック成形機用部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食、耐摩耗性が要求される機械部材で、特に、▲１▼寿命の向上、▲２▼低コスト化が要求される機械部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
耐食耐摩耗合金（おもにセラミックス、サーメット）は多数の開発事例があり、優れた性能を示し、多方面にて使用されている。機械部品に応用される場合は、そのほとんどが鋼材と接合した複合化部品として扱われる。その理由としては、▲１▼耐食耐摩耗合金が高価である、▲２▼耐食耐摩耗合金は靭性（耐衝撃性）が低い、▲３▼耐食耐摩耗合金は形状付加が難しい、などが挙げられる。
【０００３】
その結果、耐食耐摩耗合金の開発と共に鋼材との複合化技術も多数開発され、鋼材と耐食耐摩耗合金の複合部材として、さまざまな分野で実用されている。また、耐食耐摩耗合金はその性能から部材の表面改質に用いられ、部材表面に薄くコーティングする技術も多数開発されている。その中でも、耐食および耐摩耗合金成分をスラリー状にして、鋼材表面に塗布、加熱することでコーティング層を形成させる技術が知られている。この方法によると、型や加圧装置を必要とせず手軽に層が形成できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、下記に示すようなさまざまな問題が生じていた。
【０００５】
１）コーティング層が薄い。例えば特開２００１−１２３２７７に開示されている方法では、元素の拡散によりコーティング層を形成しているが、この方法では、コーティング層が薄く、層がなくなると一気に損耗が進行するという問題点がある。
【０００６】
２）コーティング層に気孔が残留する。すなわち、スラリーを塗布した状態では気孔が多数存在し、加熱処理後にも残留することがある。これは、粒子密度が低い場合、液相が少ない場合に起こりやすく、亀裂、剥離の原因となるという問題点がある。
【０００７】
３）複雑な工程を必要とする。すなわち、上記２）で示した合金においても、ろう材などの低融点材料を用いることで繊密なコーティング層の形成が可能となるが、合金粉の混合などの調製工程が増加し、コスト高となるという問題点がある。
【０００８】
４）コーティング層が剥離しやすい。特開２００１−２３２４４３に開示された方法においては、刷毛塗りや吹き付け塗布後、自然乾燥や低温加熱乾燥で被膜を形成するようになっている。このような方法は、被膜と基材とが冶金的に接合されてないため、剥離しやすい。このため、その都度コーティングする必要があり、作業性が著しく低下する。
【０００９】
そこで、このような問題点を解決すべく、球状粒子の合金と結合材とを混合して得られるスラリーを、鋼製基材表面に塗布した後、乾燥、脱脂、焼結する方法が開発されたが、部品の形状によっては、スラリーを塗りにくいものがあった。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決することをその課題とし、耐久性にすぐれ、製造コストを低減することができるばかりでなく、スラリーを塗布することが困難な形状のものにも適用できる耐食耐摩耗部材の製造方法、並びに上記製造方法を用いて製造されたアルミダイカスト用部品又はプラスチック成形機用部品を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、鋼材表面へ耐食耐摩耗合金をコーティングする方法において、アトマイズ法により製造され粒度分布（粒度幅）が１／３χ〜χμｍで、３０≦χ≦１５０μｍとなる球状粒子の合金と結合剤としての樹脂および溶剤とを混合して得られるスラリーを、乾燥、破砕して得られる原料粉を、この原料粉中の樹脂が融着可能な１００℃〜４００℃に加熱した鋼製基材表面に付着させたのち、脱脂、焼結することである。
【００１２】
本発明の第２の特徴は、前記球状粒子は、１５〜４５μｍであることである。
【００１３】
本発明の第３の特徴は、前記合金は、組成が、重量％で、Ｂ：０．６〜３．２％、Ｓｉ：０．５〜８％、Ｍｏ：５〜３７％、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ硼化物およびＭｏ硼化物が分散していることである。
【００１４】
本発明の第４の特徴は、前記合金は、組成が、重量％でＢ：１．１〜２．５％、Ｍｏ：１１〜２０％、Ｓｉ：４．０〜６．５％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ−Ｍｏ複硼化物が分散しているＮｉ基耐食耐摩耗合金であって、Ｂ含有量に対するＭｏの含有量の比が重量比で６．５〜１３であることである。
【００１５】
本発明の第５の特徴は、前記合金は、組成が、重量％でＢ：１．１〜２．５％、Ｓｉ：４．０〜６．５％、Ｍｏ：８．０〜１７％、Ｃｒ：２〜１２％、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ−Ｍｏ複硼化物が分散しているＮｉ基耐食耐摩耗性合金であって、Ｃｒ含有量およびＭｏ含有量の和が合金全体に対して１３〜２０重量％であり、かつ、Ｂ含有量に対するＭｏの含有量の比（Ｍｏ／Ｂ）が重量比で５．５〜９．０であることである。
【００１６】
本発明の第６の特徴は、上記耐食耐摩耗部材の製造方法によって製造されたアルミダイカスト用部品又はプラスチック成形機用部品である。
【００１７】
このように、本発明は、アトマイズ法により製造された下記組成合金の球状粒子と結合剤としての樹脂および溶剤とを混合して得られるスラリーを、乾燥、破砕して得られる原料粉を、この原料粉中の樹脂が融着可能な１００℃〜４００℃に加熱した鋼製基材表面に付着させたのち、脱脂、焼結することで得られる複合部材の製造方法を提供する。ここで、上記組成合金（以下、開発合金と記す。）の粒子組成は、
ａ）Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｍｏ系合金（本出願人による出願で特許になったもの：特願平６−２７７９４１）の場合
重量％で、Ｂ：０．６〜３．２％、Ｓｉ：０．５〜８％、Ｍｏ：５〜３７％、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ硼化物およびＭｏ硼化物が分散している。
【００１８】
ｂ）Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｍｏ系合金（本出願人による出願：特願２００１−３６７０４３）の場合
重量％でＢ：１．１〜２．５％、Ｍｏ：１１〜２０％、Ｓｉ：４．０〜６．５％、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ−Ｍｏ複硼化物が分散しているＮｉ基耐摩耗合金であって、Ｂ含有量に対するＭｏの含有量の比が重量比で６．５〜１３である。
【００１９】
ｃ）Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｍｏ−Ｃｒ系合金（本出願人による出願：特願２００１−３５５０５２）の場合
重量％でＢ：１．１〜２．５％、Ｓｉ：４．０〜６．５％、Ｍｏ：８．０〜１７％、Ｃｒ：２〜１２％、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からなり、Ｎｉ基の結合相にＮｉ−Ｍｏ複硼化物が分散しているＮｉ基耐食耐摩耗合金であって、Ｃｒ含有量およびＭｏ含有量の和が合金全体に対して１３〜２０重量％であり、かつ、Ｂ含有量に対するＭｏの含有量の比が重量比で５．５〜９．０である。
【００２０】
ところで、上記開発合金（合金粉）は、耐食性および耐摩耗性に優れることが知られている。また、上記開発合金は、溶融アルミニウムに対する腐食性（耐溶損性）や、酸に対する腐食性（耐食性）に優れた耐食耐摩耗合金である。また、本開発合金組成では、アトマイズ法により球状粒子を製造することが可能となる。ここで、球状粒子の製法にアトマイズ法を選定した理由は、▲１▼真球度（真円度）精度が高く、安定している、▲２▼粒度分布が広く、分級することによって使用用途により粒径を選択できる、▲３▼緻密な合金粉が得られる、▲４▼微細な結晶組織の合金粉が得られる、▲５▼充填密度が高い、等が挙げられる。このように本開発合金によって、微細で球状の粉末が得られる。この粉末と結合剤としての樹脂および溶剤とを混合して得られるスラリーを、乾燥、破砕して得られる原料粉を、この原料粉中の樹脂が融着可能な１００℃〜４００℃に加熱した鋼製基材表面に付着させたのち、脱脂、焼結することで合金密度の高い層が得られる。これに対して、球状粉以外の粉末を用いて上記と全く同じ条件で得られる原料粉の付着層は、合金密度の低い層となり、その後の焼結によって緻密なコーティング層が得られず、気孔が残留する。その結果、強度の低いコーティング層となってしまう。また、アトマイズ以外の製法でも球状粒子を得ることは可能だが、気孔等を含み緻密な粉末やコーティング層が得られない問題や、工程増加によるコスト高を招いてしまう。
【００２１】
また、球状粉以外の粉末でも緻密なコーティング層が得られる場合がある。それは、耐食耐摩耗性に優れたセラミックス粒子（硬質粒子）が非常に少ない、又は含まれず、多量の液相を発生する場合であり、得られるコーティング層の性能（特に耐摩耗性）は低い。
【００２２】
原料粉（合金粉＋樹脂）をスラリー（合金粉＋樹脂＋溶剤）より製造する理由は、常温で合金粉と少量の樹脂を均一にブレンドすることができるからである。合金粉と樹脂粉を混合しても樹脂の偏析が生じやすく、加熱した基材に充填しても均一な層が得られない。また、焼結後に気孔（もともと樹脂があった場所）が残留する。
【００２３】
一方、スラリーに用いる合金粉の粒径により、良質なコーティング層が得られない場合がある。実験の結果では、結合剤の種類がどの場合でも、合金粉の粒径が大きいと、均一なコーティング層が得られにくく、強度も得られない結果となる。合金強度や層の均質性を考慮すると粒径１５０μｍ以下の合金粉を用いるのが好ましい。また、粒径４５μｍ以下の球状合金粉（以下、微粉と示す）を用いることで、粗大な硼化物の結晶がなくなり合金強度や靭性がさらに向上する。しかし、スラリーに用いる合金粉の量に対するさらに粒径の小さな微粉を多量に用いると、合金密度の低い領域が発生し、コーティング層の割れや、気孔残留の原因となり好ましくない。したがって、本開発合金粉を用いてスラリーを調製し、乾燥、破砕後に加熱した鋼製基材に付着させてコーティング層を得る場合、粒度分布（粒度幅）に制限を設ける必要がある。（実施例で後述する）。
【００２４】
実験の結果より粒度範囲は１／３χ〜χμｍで、３０μｍ≦χ≦１５０μｍの範囲であり、特に１５μｍ〜４５μｍが好ましい。
【００２５】
ここで、粒度範囲は１／３χ〜χμｍで、３０≦χ≦１５０μｍが好ましい理由について説明する。
【００２６】
一般に、球状粒子の充填密度を高めるためには、大小の粒子径が７：１の寸法比とするのが好ましい。これは、大きな粒子同士の隙間に小さな粒子が入り込んだ状態が最も充填密度が高くなるからである。また、この時に大小の粒子重量比は７：３（相対充填密度８６％）が好ましい。
【００２７】
本発明によれば、大小の粒子径が７：１としなくても、緻密に焼結可能な充填密度を得ることができる。大小の粒子径３：１で十分である。理由は、本合金組成に含まれる金属結合相の配合比が多いためである。粒度比をさらに大きくすると、充填密度は高まるが、充填密度の偏析に起因する割れや、変形が生じ好ましくない。
【００２８】
また、粒子径１：１（単一粒径の粉末）の充填密度（相対充填密度約６０％）でも緻密に焼結可能である。その理由は、アトマイズ法により得られた精度の高い球状粒子を用いているからである。また、硬質粒子を多数含んだ耐食耐摩耗合金をアトマイズ法にて製造できるのは、本発明合金ならではの技術である。しかし、３０μｍより小さい粒子径１：１（単一粒径の粉末）の充填密度では、焼結による割れが確認された。粒子径１：１（単一粒径の粉末）の充填密度は粒径が小さくなるに連れて低く、また取り扱い性（流動性）などが悪くなることが知られている。本発明法によると粒子径１：１（単一粒径の粉末）の使用は３０μｍが下限と判断した。
【００２９】
基材の加熱温度については、約１００℃以下では原料粉の融着による接着量が少なく不安定である。また、基材の加熱温度が４００℃以上となると、樹脂の熱分解により、合金粉の接着力が低下してしまう。
【００３０】
本方法は、加圧装置を必要とせず、容易に鋼材表面ヘコーティング層を形成することが可能である。また、合金粉末に形状付加するための型も不要である。この結果、コーティングに要する設備は不要となり、低コストで複合部材を提供することが可能となる。
【００３１】
また、本発明により得られるコーティング層と母材（鋼材）との密着力も高く、ＨＩＰなどによるコーティング層なみの接合力を有する。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００３３】
下記のような比較例１、比較例２、比較例３、実施例１、実施例２の５つの製造方法について実験を行った。
【００３４】
比較例１…Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｍｏ合金コーテイング（スラリー乾燥、破砕後に基材を加熱して付着）、アトマイズ粉１５〜１５０μｍ。
【００３５】
比較例２…Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｍｏ合金コーテイング（スラリー乾燥、破砕後に基材を加熱して付着）、アトマイズ粉１００〜２００μｍ。
【００３６】
比較例３…Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｍｏ合金コーテイング（合金粉と樹脂粉を混合後に基材を加熱して付着）アトマイズ粉５０〜１５０μｍ。
【００３７】
実施例１…Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｍｏ合金コーティング（スラリー乾燥、破砕後に基材を加熱して付着）、粒径５０〜１５０μｍ。
【００３８】
実施例２…Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｍｏ合金コーティング（スラリー乾燥、破砕後に基材を加熱して付着）、粒径１５〜４５μｍ。
【００３９】
ここで、Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ−Ｍｏ合金粉の組成は、Ｎｉ：３．１％、Ｂ：４．６％、Ｓｉ：２０％、残Ｍｏで、比較例１、２、３、実施例１、２共に同じ組成である。すべてアトマイズ法にて製造した後、分級した。
【００４０】
【表１】
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比較例１は焼結時に不良（層割れ）が生じやすい結果となった。比較例２は、強度が十分でなくコーテイング層内に気孔が残留したり、不均一な状態でコーティングされやすい結果であった。比較例３は、コーティング層内に気孔が複数確認された。実施例１は、合金粒径を調整し、スラリーから原料粉を作製することにより、緻密なコーティング層を得ることができた。また、実施例２は、合金粒径を小さくし、調整したことで高強度なコーティング層を得ることができた。したがって、本実施例１，２の製造法により得られる複合部材の性能および製法が優れていることがわかる。
【００４１】
本発明は、ダイカスト用の中子ピン、金型、プランジャチップおよびプランジャスリーブなどに応用できる。そのほか，射出成形機や押出成形機のバレルおよびスクリュ等の耐食耐摩耗性と強度が要求される部材への応用も可能である。
【００４２】
基材の表面に原料粉の付着層を形成する方法は、図１（ａ）に示すように、合金粉と結合剤としての樹脂および溶剤とを混合してスラリーを調製し、乾燥、破砕して、原料粉Ｐを製造する。次いで、図１（ｂ）で基材Ｔを前述したような温度に加熱する。そして、図１（ｃ）に示すように、基材Ｔに原料粉Ｐを付着させる。また、図２（ａ）に示すように、スラリーを調製し、乾燥、破砕して原料粉Ｐを製造する。次いで、図２（ｂ）で基材Ｔを加熱する。そして、図２（ｃ）および（ｄ）に示すように、原料粉Ｐに基材Ｔを埋め、原料粉Ｐが付着した基材Ｔを引き抜く。このようにして型を用いず加圧装置なしで原料粉の付着層を形成することができる。なお、この付着層は、冷却固化後に表面を削って所定の厚さに加工してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明にあっては、アトマイズ法により製造され粒度分布（粒度幅）が１／３χ〜χμｍで、３０≦χ≦１５０μｍとなる球状粒子の合金と結合剤としての樹脂および溶剤とを混合して得られるスラリーを、乾燥、破砕して得られる原料粉を、この原料粉中の樹脂が融着可能な１００℃〜４００℃に加熱した鋼製基材表面に付着させたのち、脱脂、焼結するようにしているから、スラリーを塗布することが困難な形状のものであっても、耐溶損性、耐摩耗性及び強度に優れた機械部材を低コストで製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における原料粉の付着層を形成する手順を示す図。
【図２】本発明における原料粉の付着層を形成する他の手順を示す図。
【符号の説明】
Ｐ　原料粉
Ｔ　基材
【図１】
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【図２】
2004018886.tif 000006